JP2020012404A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタの熱劣化を抑止することができるエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ１００は、燃料カット条件が成立したときに、インジェクタ１５による燃料噴射を制限する燃料噴射制御部１０２と、ＧＰＦ４１ｂに捕集された煤の堆積量を推定する堆積推定部１０３と、煤堆積量が所定の設定量を超過したときに、煤を燃焼させてＧＰＦ４１ｂを再生させる再生制御を実行する再生制御部１０４とを含む。煤の堆積量に応じて予め設定される、燃料カット制御を禁止する禁止温度を定める燃料カット禁止ラインＬが設定される。さらにＥＣＵ１００は、燃料カット禁止ラインＬを記憶する記憶部１０８と、ＧＰＦ４１ｂの温度が前記禁止温度よりも高いとき、燃料噴射制御部１０２による燃料カット制御の実行を禁止する禁止制御部１０６とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、排気通路にパティキュレートフィルタが配設されたエンジンの制御装置に関する。

エンジン本体から排出される排気ガスの排気通路には、前記排気ガスに含まれるパティキュレート（煤）を捕集するパティキュレートフィルタが設けられることがある。パティキュレートフィルタへの煤の堆積量が多くなると、フィルタ機能が低下する。このため、煤の堆積量が一定量を超過すると、パティキュレートフィルタに酸素を積極的に供給し、堆積した煤を酸化（燃焼）させる再生制御が実行される。

しかし、例えばエンジンが高負荷運転頻度の低い運転態様で使用された場合には、排気ガス温度が高温化しないことに伴い、前記再生制御における煤の酸化に十分な温度が得られないことがある。この場合、煤の堆積量が過大な状態となる。当該状態で減速運転時に燃料カットが行われると、供給された酸素によって堆積した煤が一気に燃焼し、結果としてパティキュレートフィルタが熱劣化する懸念がある。特許文献１には、多量の煤の急速燃焼による前記熱劣化の問題に対処する吸気制御が開示されている。

特許第４４５３７１８号公報

上記の問題の解消のため、パティキュレートフィルタへの煤の堆積量が一定量に至っている場合には、酸素を大量に供給することとなる燃料カット等の燃料制限制御を禁止することも考えられる。しかし、煤の堆積量が比較的少ない場合でも、燃料カット等に伴う煤の燃焼によってパティキュレートフィルタが熱劣化する可能性のあることが判明した。

本発明は、パティキュレートフィルタの熱劣化を抑止することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係るエンジンの制御装置は、エンジン本体と、前記エンジン本体の排気通路に配設されたパティキュレートフィルタと、前記エンジン本体に燃料を供給する燃料噴射装置とを備えたエンジンの制御装置であって、予め定められた燃料供給の制限条件が成立したときに、前記燃料噴射装置による前記燃料の供給を制限する燃料制限制御を実行する供給制御部と、前記パティキュレートフィルタに捕集された煤の堆積量を推定する推定部と、前記煤の堆積量に応じて予め設定される、前記燃料制限制御を禁止する禁止温度を記憶する記憶部と、前記推定部によって推定された前記堆積量が所定の設定量を超過したときに、煤を燃焼させて前記パティキュレートフィルタを再生させる再生制御を実行する再生制御部と、前記パティキュレートフィルタの温度が前記禁止温度よりも高いとき、前記供給制御部による前記燃料制限制御の実行を禁止する禁止制御部と、を備える。

このエンジンの制御装置によれば、パティキュレートフィルタへの煤の堆積量が設定量を超過すると、前記再生制御が実行される。他方、例えば減速運転時に行われる燃料カットに代表される前記燃料制限制御の禁止温度が予め設定され、この禁止温度よりもパティキュレートフィルタの温度が高いとき、前記燃料制限制御が禁止される。つまり、パティキュレートフィルタへの煤の堆積量に拘わらず、前記禁止温度よりも高い状態では、パティキュレートフィルタへの酸素供給要因となる前記燃料制限制御は実行されない。このため、前記禁止温度を超過する状態で、前記燃料制限制御の実行に起因する煤の燃焼がパティキュレートフィルタで生じることはない。従って、パティキュレートフィルタの熱劣化を抑止することができる。

上記のエンジンの制御装置において、前記禁止制御部が前記燃料制限制御の実行を禁止したとき、前記エンジン本体に供給される混合気の空燃比が理論空燃比となるように制御する吸気制御部をさらに備えることが望ましい。

このエンジンの制御装置によれば、吸気制御部が前記燃料制限制御の禁止時において理論空燃比に設定することで、当該禁止時におけるエミッションの悪化を抑止することができる。

上記のエンジンの制御装置において、前記再生制御部は、前記再生制御の際、前記エンジン本体に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に補正する制御、及び、混合気への点火時期を通常運転時よりも遅角側に補正する制御、のうちの少なくとも一方を実行することが望ましい。

このエンジンの制御装置によれば、混合気をリーンとすることによって、酸素を排気通路中のパティキュレートフィルタに供給することが可能となる。また、点火時期を遅角することにより、酸素と共に燃料の未燃成分をあえて発生させ、これをパティキュレートフィルタに供給することが可能となる。そして、供給された酸素及び／又は供給された燃料の未燃成分にて、パティキュレートフィルタに堆積した煤を酸化（燃焼）させることができる。

上記のエンジンの制御装置において、前記供給制御部は、前記エンジンの減速運転が検出されたとき、前記燃料制限制御を実行することが望ましい。

このエンジンの制御装置によれば、前記燃料制限制御が前記エンジンの減速運転の際に実行される。当該燃料制限制御は、一般に燃料供給をゼロとする燃料カットである。このような燃料カットが実行されると、パティキュレートフィルタへの酸素供給量が最も多くなる。つまり、パティキュレートフィルタを最も熱劣化させ得る条件となる。従って、前記禁止温度よりもパティキュレートフィルタの温度が高いとき、当該燃料カットを禁止することで、前記熱劣化を効果的に抑止することができる。

上記のエンジンの制御装置において、前記エンジンが、回生制動を行う電気機器を備え、前記禁止制御部が前記燃料制限制御の実行を禁止したとき、前記回生制動の度合いを増加させる回生制御部をさらに備えることが望ましい。

前記燃料制限制御（燃料カット）が禁止されると、減速走行時にも燃料が供給され、減速度が低下することになる。上記のエンジンの制御装置によれば、そのような場合に、前記回生制動の度合いが増加される。従って、燃料カットの禁止に伴う減速度の低下を、回生制動によって補填することができる。

本発明によれば、パティキュレートフィルタの熱劣化を抑止することができるエンジンの制御装置を提供することができる。

図１は、本発明に係るエンジンの制御装置が適用されるエンジンの一例を示すシステム図である。 図２は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。 図３は、ＧＰＦへ堆積する煤の量を推定する具体的手順を示すブロックチャートである。 図４は、ＧＰＦの再生制御の一例を示すタイムチャートである。 図５は、燃料カットの禁止温度と煤堆積量との関係を示すグラフである。 図６は、エンジンの運転制御の一例を示すタイムチャートである。 図７は、エンジンの運転制御の一例を示すタイムチャートである。

［エンジンの全体構成］
図１は、本発明の制御装置が適用されるエンジンの一実施形態を示すシステム図である。図１に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する外部ＥＧＲ装置５０と、を備えている。

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、典型的には複数の（例えば４つの）気筒を有する多気筒型のものであるが、図１では簡略化のため、１つの気筒２のみを図示している。

ピストン５の上方には燃焼室６が区画されている。燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室６に噴射される燃料は、主成分としてガソリンを含有していればよく、例えばガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分を含んでいてもよい。

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。

シリンダブロック３には、クランク角センサＳＮ１と水温センサＳＮ２とが設けられている。クランク角センサＳＮ１は、クランク軸７の回転角度（クランク角）及びクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出する。水温センサＳＮ２は、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４の内部を流通する冷却水の温度（エンジン水温）を検出する。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９及び排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが設けられている。なお、エンジンのバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式であり、各気筒２につき、吸気ポート９及び排気ポート１０が各々２つずつ設けられている。吸気弁１１及び排気弁１２も、各吸気ポート９及び各排気ポート１０に装備されている。なお、吸気ポート９の一方には、燃焼室６内にスワール流を形成させるスワール弁１８が配置されている。

吸気弁１１及び排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。吸気弁１１用の動弁機構１３には、吸気弁１１の開閉時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３ａが内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構１４には、排気弁１２の開閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。吸気、排気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、いわゆる位相式の可変機構であり、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期及び閉時期を同時にかつ同量だけ変更する。これら吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、吸気弁１１及び排気弁１２の双方が排気上死点を跨いで開弁するバルブオーバーラップ期間を調整することが可能である。また、このバルブオーバーラップ期間の調整により、燃焼室６に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することが可能である。

シリンダヘッド４には、燃焼室６（エンジン本体）にガソリンを含む燃料を噴射（供給）するインジェクタ１５（燃料噴射装置）と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と燃焼室６に導入された空気とが混合された混合気に点火する点火プラグ１６と、が設けられている。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６の圧力（筒内圧力）を検出する筒内圧センサＳＮ３が設けられている。

インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部に形成されたキャビティと対向するように、燃焼室６の天井面の中心部に配置されている。点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。

吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。

吸気通路３０の所定位置には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ４と、吸気の温度を検出する第１・第２吸気温センサＳＮ５，ＳＮ７と、吸気の圧力を検出する第１・第２吸気圧センサＳＮ６，ＳＮ８とが配置されている。エアフローセンサＳＮ４及び第１吸気温センサＳＮ５は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部位に設けられ、当該部位を通過する吸気の流量および温度を検出する。第１吸気圧センサＳＮ６は、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間（後述するＥＧＲ通路５１の接続口よりも下流側）の部位に設けられ、当該部位を通過する吸気の圧力を検出する。第２吸気温センサＳＮ７は、吸気通路３０における過給機３３とインタークーラ３５との間の部位に設けられ、当該部位を通過する吸気の温度を検出する。第２吸気圧センサＳＮ８は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の圧力を検出する。

過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。過給機３３とエンジン本体１との間には、締結と解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。

吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガスは、排気ポート１０及び排気通路４０を通じて外部に排出される。排気通路４０には、排気ガスの流通方向における上流側、下流側に、各々上流触媒コンバータ４１、下流触媒コンバータ４２が設けられている。上流触媒コンバータ４１には、三元触媒４１ａ及びＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）４１ｂ（パティキュレートフィルタ）が備えられている。三元触媒４１ａは、排気通路４０を流通する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を捕集する。ＧＰＦ４１ｂは、排気ガス中に含まれる煤に代表される粒子状物質（本明細書では、単に「煤」という）を捕集する。下流触媒コンバータ４２は、三元触媒やＮＯｘ触媒等の適宜の触媒を内蔵した触媒コンバータである。

排気通路に配設されるＧＰＦ４１ｂは、排気ガスに含まれる煤を捕集するが、ＧＰＦ４１ｂへの煤の堆積量が多くなると、煤のフィルタ機能が低下する。このため、煤の堆積量が一定量を超過すると、ＧＰＦ４１ｂに酸素を積極的に供給し、堆積した煤を酸化（燃焼）させる再生制御が実行される。但し、ＧＰＦ４１ｂに多量の酸素が急激に供給される状況が形成されると、堆積した煤が一気に燃焼し、当該燃焼によってＧＰＦ４１ｂが熱劣化する、甚だしくは溶損する、という問題が生じ得る。上記の、多量の酸素が急激に供給される状況は、典型的には車両の減速運転時における燃料カット制御（燃料制限制御）によって作られる。また、煤の燃焼は、ＧＰＦ４１ｂが所定温度（禁止温度）以上に高温化しているときに発生する。これらに鑑み、本実施形態では、ＧＰＦ４１ｂが高温化している条件下では燃料カット制御の実行を禁止し、ＧＰＦ４１ｂを保護する。この点については、後記で詳述する。

排気通路４０における上流触媒コンバータ４１よりも上流側の部位には、排気ガスの温度を計測する排気温センサＳＮ９が配置されている。排気温センサＳＮ９が計測する温度は、ＧＰＦ４１ｂに導入される排気ガス温度であり、実質的にＧＰＦ４１ｂの温度と扱うことができる。

外部ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２、及びＥＧＲ弁５３を有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における上流触媒コンバータ４１よりも下流側の部位と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部位とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通して排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気ガスの流量を調整する。ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲ弁５３の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサＳＮ１０が設けられている。

［制御系統］
図２は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００（エンジンの制御装置）は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。

ＥＣＵ１００には各種センサによる検出信号が入力される。ＥＣＵ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、筒内圧センサＳＮ３、エアフローセンサＳＮ４、第１・第２吸気温センサＳＮ５，ＳＮ７、第１・第２吸気圧センサＳＮ６，ＳＮ８、排気温センサＳＮ９及び差圧センサＳＮ１０と電気的に接続されている。これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、筒内圧力、吸気流量、吸気温、吸気圧、ＥＧＲ弁５３の前後差圧、排気ガス温度等）は、ＥＣＵ１００に逐次入力される。

車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ１１が設けられている。このアクセルセンサＳＮ１１による検出信号も、ＥＣＵ１００に入力される。

さらに、車両には、モータ機能付き発電機であるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）６０（電気機器の一例）が搭載されている。ＩＳＧ６０は、車両の減速時のエネルギーを利用して発電し、回生エネルギーとして回収するための電気機器である。ＩＳＧ６０が発電した電気は、図略のバッテリーへ蓄電される。なお、当該発電時には、ＩＳＧ６０のモータがエンジン回転の負荷となり、回生制動が行われる。一方、ＩＳＧ６０は、車両加速時など高負荷運転時に、モータとして動作してエンジンをアシストする。また、ＩＳＧ６０は、アイドリングストップ後にエンジンを再始動させるモータとしての機能も果たす。このＩＳＧ６０の動作は、ＥＣＵ１００（回生制御部１０７）により制御される。

ＥＣＵ１００は、上記各センサからの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ１３ａ、排気ＶＶＴ１４ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スワール弁１８、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９及びＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。

ＥＣＵ１００は、所定のプログラムが実行されることによって、吸気制御部１０１、燃料噴射制御部１０２（供給制御部）、堆積推定部１０３（推定部）、再生制御部１０４、ＧＰＦ温度推定部１０５、禁止制御部１０６、回生制御部１０７及び記憶部１０８を機能的に具備するように動作する。

吸気制御部１０１は、燃焼室６に導入される吸気の流量や圧力を調整するための制御モジュールであり、スロットル弁３２およびバイパス弁３９の各開度や電磁クラッチ３４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。本実施形態では、禁止制御部１０６が燃料カット制御（燃料制限制御）の実行を禁止したとき、燃焼室６（エンジン本体）に供給される混合気の空燃比が理論空燃比（λ＝１）となるように制御する。

燃料噴射制御部１０２は、インジェクタ１５による燃料の噴射動作を制御するための制御モジュールである。燃料噴射制御部１０２は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ１１が検出するアクセル開度とから特定されるエンジン負荷（要求トルク）と、エアフローセンサＳＮ４により検出される吸気流量とに基づいて、インジェクタ１５からの燃料の噴射量および噴射タイミングを決定し、その決定に従ってインジェクタ１５を制御する。

また、燃料噴射制御部１０２は、予め定められた燃料供給の制限条件が成立したときに、インジェクタ１５による燃料の供給を制限する燃料制限制御を実行する。この燃料制限制御の典型例は、既述の通り車両の減速運転時における燃料カット制御である。燃料噴射制御部１０２は、エンジンの減速運転が検出されたとき、燃料カット制御を実行する。燃料カット制御は、例えば、エンジン回転数の高回転化を制限するオーバーレブ制御においても実行される。燃料制限制御の他の例としては、インジェクタ１５からの燃料供給を完全には停止せず、混合気を高度にリーンにする例を挙げることができる。

堆積推定部１０３は、ＧＰＦ４１ｂに捕集された煤の堆積量を推定する処理を行う。図３に基づき後記で詳述するが、堆積推定部１０３は、エンジン本体１が現状で発しているリアルタイム煤発生量と、ＧＰＦ４１ｂの現状の煤捕集能力であるリアルタイム煤捕集率とから、ＧＰＦ４１ｂにおけるリアルタイム煤捕集量を求める。そして、堆積推定部１０３は、ＧＰＦ４１ｂの現状の煤再生能力であるリアルタイム煤再生量と、前記リアルタイム煤捕集量とから、ＧＰＦ４１ｂの現状における積算煤捕集量（煤堆積量の現在値）を算出する。

再生制御部１０４は、堆積推定部１０３によって推定されたＧＰＦ４１ｂの煤堆積量が、所定の設定量を超過したときに、煤を燃焼させてＧＰＦ４１ｂを再生させる再生制御を実行する。この再生制御は、上述の通り、排気通路４０を通してＧＰＦ４１ｂに酸素を積極的に供給し、ＧＰＦ４１ｂが保有する熱と、供給された酸素とで、ＧＰＦ４１ｂに捕集されている煤を燃焼させる制御である（具体例を図４にて後述する）。

ＧＰＦ温度推定部１０５は、ＧＰＦ４１ｂの温度を推定する処理を行う。本実施形態では、排気温センサＳＮ９が上流触媒コンバータ４１の上流側に配置されている。ＧＰＦ温度推定部１０５は、排気温センサＳＮ９が検出する排気ガス温度（或いは、所要の補正を加えた値）を、ＧＰＦ４１ｂの温度と扱う。なお、排気温センサＳＮ９が配置されない変形実施形態では、ＧＰＦ温度推定部１０５は、吸気量、燃料噴射量などをパラメータとする熱モデル式から排気ガス温度を推定する演算を行い、その推定値をＧＰＦ４１ｂの温度と扱う。

禁止制御部１０６は、ＧＰＦ温度推定部１０５が求めたＧＰＦ４１ｂの温度が、予め定められた禁止温度よりも高いとき、燃料噴射制御部１０２による前記燃料制限制御の実行を禁止する。既述の通り、ＧＰＦ４１ｂが高温化している状態で前記燃料制限制御が実行されると、ＧＰＦ４１ｂに多量の酸素が供給されて堆積した煤が一気に燃焼する。特に、減速走行時の燃料カットは、燃料供給をゼロとするので、ＧＰＦ４１ｂへの酸素供給量が最も多くなる。つまり、ＧＰＦ４１ｂを最も熱劣化させ得る条件となる。燃料カットに代表される燃料制限制御によるＧＰＦ４１ｂの熱劣化を抑止するため、禁止制御部１０６は、ＧＰＦ４１ｂが前記禁止温度より高い状態のときには、前記燃料制限制御を実行させない。

回生制御部１０７は、ＩＳＧ６０の動作を制御する。また、回生制御部１０７は、禁止制御部１０６が前記燃料制限制御の実行を禁止したとき、ＩＳＧ６０による回生制動の度合いを増加させる（回生制動力を大きくする）。例えば、回生制御部１０７は、ＩＳＧ６０の目標発電電圧を増加させ（通常の目標発電電圧が１２Ｖであれば、これを１６Ｖに増加させる等）、ＩＳＧ６０の負荷を上昇させることで、エンジンに対する回生制動の度合いを増加させる。前記燃料制限制御（燃料カット）が禁止されると、減速走行時にも燃焼室６に燃料が供給され、減速度が低下することになる。この場合、車両のドライバーに減速感が不足しているとの違和感を与えかねない。回生制御部１０７は、この違和感の払拭のため、燃料カットの禁止に伴う減速度の低下を、回生制動によって補填する。

記憶部１０８は、禁止制御部１０６が前記燃料制限制御の禁止判定の根拠とする禁止温度を記憶する。禁止温度は、ＧＰＦ４１ｂの煤堆積量に応じて予め設定される。記憶部１０８は、例えば、煤堆積量とＧＰＦ４１ｂの温度とを関連付けたテーブルを記憶する。禁止制御部１０６は、ＧＰＦ温度推定部１０５が求めたＧＰＦ４１ｂの温度と、堆積推定部１０３が求めたＧＰＦ４１ｂの煤堆積量の現在値とを、記憶部１０８に格納された前記テーブルに当て嵌めて現状の禁止温度を取得し、当該禁止温度に基づいて前記燃料制限制御の実施又は禁止の判定を行う。

［各制御の詳細］
続いて、ＥＣＵ１００の各機能部が実行する主要制御の詳細につき、図３〜図５に基づいて説明する。ここでは、（１）堆積推定部１０３が実行するＧＰＦ４１ｂの煤堆積量の推定処理、（２）再生制御部１０４が実行するＧＰＦ４１ｂの再生処理、（３）禁止制御部１０６が実行する燃料制限制御の禁止処理、について詳述する。

（１）煤堆積量の推定処理
図３は、ＧＰＦ４１ｂへの堆積する煤の量を推定する具体的手順を示すブロックチャートである。現状の運転状態における発生煤量（ブロック＃１）と、これに対する補正値（ブロック＃２）とから、リアルタイム煤発生量が求められる（ブロック＃３）。ブロック＃１の発生煤量は、例えば、現状の運転モード（空燃比、点火時期等）、ＥＧＲ量、エンジン回転数、エンジン負荷等と、煤発生量とを関連付けたマップに基づいて導出される。ブロック＃２の補正値は、エンジン水温などによって定まる、ブロック＃１の発生煤量に対する補正値である。前記マップだけで発生煤量を特定できる場合は、ブロック＃２の補正値は省かれる。ブロック＃３のリアルタイム煤発生量は、ブロック＃１の発生煤量にブロック＃２の補正値を乗じて求められる。このリアルタイム煤発生量が、現状でＧＰＦ４１ｂへ流入する煤量である。

ブロック＃１〜＃３と並行して、ＧＰＦ４１ｂによる煤の基準捕集率（ブロック＃４）と、基準捕集率の補正値（ブロック＃５）とから、ＧＰＦ４１ｂのリアルタイム煤捕集率が求められる（ブロック＃６）。ブロック＃４の基準捕集率は、ＧＰＦ４１ｂを通過する排気ガス量と、ＧＰＦ４１ｂにおける現状の煤堆積量とで定まる。基準捕集率を導出するために、通過排気ガス量と、煤堆積量とを関連付けたマップが使用される。ブロック＃５の捕集率補正値は、エンジンオイル成分に由来する不燃性燃焼生成物（Ａｓｈ）のＧＰＦ４１ｂへの堆積量に応じた補正値である。ＧＰＦ４１ｂにＡｓｈが堆積すると、煤捕集率が低下する。Ａｓｈ堆積量は、エンジン回転数及び負荷の積算値から推定でき、その推定値から捕集率補正値が導出される。ブロック＃６のリアルタイム煤捕集率は、ブロック＃４の基準捕集率にブロック＃５の補正値を乗じて求められる。

以上のようにして求められたリアルタイム煤発生量（ブロック＃３）とリアルタイム煤捕集率（ブロック＃６）とから、リアルタイム煤捕集量（ブロック＃７）が求められる。このリアルタイム煤捕集量は、現状におけるＧＰＦ４１ｂの煤捕集能力である。

ブロック＃１〜＃７でのＧＰＦ４１ｂの煤捕集能力算出と並行して、ＧＰＦ４１ｂによる現状の煤再生能力が求められる。すなわち、現状におけるＧＰＦ４１ｂでの煤再生量である再生量基準値（ブロック＃８）と、この再生量基準値の補正値（ブロック＃９）とから、ＧＰＦ４１ｂのリアルタイム煤再生量が求められる（ブロック＃１０）。

ブロック＃８の再生量基準値は、ＧＰＦ４１ｂの温度（排気温センサＳＮ９の検出値）と、排気ガス中の酸素濃度とを関連付けたマップから求められる。再生量基準値は、ＧＰＦ４１ｂの温度が高いほど、また、酸素濃度が高いほど、堆積した煤は燃焼し易くなることから、高くなる。酸素濃度は、吸気量、ＥＧＲ量、点火時期、燃料噴射量などを参照して導出することができる。排気通路４０にＯ_２センサが配置されている場合は、その検出値に基づき前記酸素濃度を導出することができる。ブロック＃９の再生量補正値は、ＧＰＦ４１ｂにおける現状の煤堆積量を参照して導出される。ブロック＃１０のリアルタイム煤再生量は、ブロック＃８の再生量基準値にブロック＃９の補正値を乗じて求められる。

ブロック＃７のリアルタイム煤捕集量から、ブロック＃１０のリアルタイム煤再生量を差し引くことで、煤堆積量の現在値が求められる（ブロック＃１１）。つまり、ＧＰＦ４１ｂは煤を捕集しつつ、煤の燃焼条件が整えば再生も行うので、前記捕集と前記再生とを相殺して、一のサンプリング周期における煤堆積量を求める。当該周期の煤堆積量を、これまでの積算値に加えることで、ブロック＃１１の煤堆積量の現在値が導出される。以上が、堆積推定部１０３によるＧＰＦ４１ｂへの煤堆積量の推定処理の具体例である。

（２）再生処理
再生制御部１０４は、ＧＰＦ４１ｂに堆積した煤を燃焼させる再生制御として、燃焼室６に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に補正する制御、及び／又は、混合気への点火時期を通常運転時よりも遅角側に補正する制御を実行する。混合気をリーンとすることによって、燃焼室６での燃焼において酸素を余らせ、その結果として酸素を排気通路４０中のＧＰＦ４１ｂに供給することができる。また、点火時期を遅角することにより、酸素と共に燃料の未燃成分をあえて発生させ、これをＧＰＦ４１ｂに供給することが可能となる。そして、供給された酸素及び／又は供給された燃料の未燃成分にて、ＧＰＦ４１ｂに堆積した煤を燃焼させることができる。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は、ＧＰＦ４１ｂの再生制御の一例を示すタイムチャートである。ここでは、空燃比をリーンにするリーン補正と、点火時期を遅角させる遅角補正との双方が実行される例を示している。なお、必ずしもリーン補正と遅角補正との双方を実行させる必要はなく、両者のうちの少なくとも一方が実行されれば良い。図４中に示す時刻ｔが、再生制御の開始タイミングである。

時刻ｔ１まで、例えば空燃比が理論空燃比（λ＝１）に設定して運転されていたとすると、図４（Ａ）に示すように再生制御部１０４は、空気量を燃料に対して相対的に多くして空燃比をリーン側に補正する（リーン補正）。また、図４（Ｂ）に示すように再生制御部１０４は、点火プラグ１６による混合気への点火時期を、その運転状況で求められている点火時期よりも遅角させる（遅角制御）。

図４（Ｃ）は、ＧＰＦ４１ｂへの酸素供給量を示している。時刻ｔ１を境に、酸素供給量が増加する。これは、上記リーン補正によって燃焼室６から排出される酸素量が増加すること、上記遅角制御によって「後燃え」の状態となって余剰の酸素が増加することによる。なお、遅角制御によって、酸素だけでなく燃料の未燃成分もＧＰＦ４１ｂへ供給される。従って、ＧＰＦ４１ｂの温度が堆積した煤の燃焼を誘発する温度に至っていれば、ＧＰＦ４１ｂの再生処理は自ずと行われることになる。

（３）燃料制限制御の禁止処理
図５は、前記燃料制限制御が減速走行時における燃料カットである場合の、当該燃料カットの禁止温度と煤堆積量との関係の一例を示すグラフである。図５には、燃料カット禁止ラインＬが示されている。記憶部１０８は、図５に示すような、ＧＰＦ４１ｂへの煤堆積量とＧＰＦ４１ｂの温度（ＧＰＦ４１ｂへ導入される排気ガス温度、以下「ＧＰＦ温度」という）とを関連付けたテーブルを記憶している。

図５に示すように、煤堆積量とＧＰＦ温度との関係において、領域Ａ、領域Ｂ及び領域Ｃの３つの領域に区分されている。領域Ａは、煤堆積量が０．５［ｇ／Ｌ］未満という少ない量の領域であって、ＧＰＦ４１ｂの再生制御が行われないという意味において、通常制御が行われる領域である。煤堆積量が領域Ａの範囲であれば、ＧＰＦ４１ｂの煤捕集能力はさほど低下しておらず、再生処理を行う必要はない。

一方、領域Ｂは、煤堆積量が０．５［ｇ／Ｌ］以上となる領域である。煤堆積量が領域Ｂの範囲に至ると、ＧＰＦ４１ｂの煤捕集能力の低下が顕在化するため、再生制御部１０４による再生制御が実行される。再生制御は、煤堆積量が領域Ａの範囲に低減するまで実行される。

上記の再生制御とは別個に、減速走行時には燃料噴射制御部１０２によって燃料カット制御が実行される。つまり、煤堆積量及びＧＰＦ温度とは無関係に、燃料カット制御が必要となる運転シーンが到来し得る。燃料カット禁止ラインＬは、燃料カット制御の実行を禁止するＧＰＦ温度（禁止温度）を、煤堆積量毎に定めたラインである。燃料カット禁止ラインＬは、煤堆積量が多くなるほど禁止温度が低下する傾向を有している。ここでは、煤堆積量が０．２［ｇ／Ｌ］未満の場合（領域Ａ）には禁止温度＝８７０℃、煤堆積量が２．５［ｇ／Ｌ］の場合（領域Ｂの一つ）には禁止温度＝７５０℃とする例を示している。なお、ＧＰＦ温度＝８７０℃は、正常運転時におけるＧＰＦ温度の上限値である。

ＧＰＦ温度が高温である状態において、ＧＰＦ４１ｂへの酸素供給要因となる燃料カットが実行されると、それまでにＧＰＦ４１ｂに堆積している煤が一気に燃焼し、ＧＰＦ４１ｂの熱劣化を招来し得る。また、煤堆積量が多いと燃焼エネルギーが高くなる傾向があるので、熱劣化防止のためには煤堆積量が多いほど禁止温度を低く設定することが望ましい。燃料カット禁止ラインＬは、このような考えに基づいて設定される禁止温度のラインである。図５に示す領域Ｃは、ＧＰＦ温度が燃料カット禁止ラインＬを超過する領域である。禁止制御部１０６は、現状の煤堆積量においてＧＰＦ温度が燃料カット禁止ラインＬを超過しているとき（領域Ｃ）には、燃料カットを禁止させる。これにより、ＧＰＦ４１ｂを保護することができる。

［制御フロー］
図６及び図７は、ＥＣＵ１００によるエンジンの運転制御の一例を示すタイムチャートである。ここでは、燃料制限制御が車両減速時の燃料カット制御である場合を想定した運転制御を例示する。

ＥＣＵ１００は、図２に示す各センサＳＮ１〜ＳＮ１１や他のセンサから、車両の運転領域（エンジン本体１の運転状態）に関する情報を取得する（ステップＳ１）。取得する情報は、エンジン回転数、負荷、吸気量、吸気温度、吸気圧、排気温度などである。これらの情報に基づいて、現状の運転状態に応じた空燃比及び混合気への点火時期が設定される（ステップＳ２）。具体的には、目標空燃比並びに目標トルクが達成されるよう、吸気制御部１０１及び燃料噴射制御部１０２によって吸気量及び燃料噴射量が決定され、さらには目標の熱発生量を得るための点火プラグ１６の点火時期が設定される。ここで設定された空燃比及び点火時期は、後述のＧＰＦ４１ｂの再生制御における補正ベースとなる。

次に、堆積推定部１０３が、ＧＰＦ４１ｂの煤堆積量を推定する処理を行う（ステップＳ３）。この煤堆積量の推定処理については、先に図３に基づき説明した通りである。続いて、ＧＰＦ温度推定部１０５により、ＧＰＦ温度の推定値が取得される（ステップＳ４）。既述の通り、本実施形態では排気温センサＳＮ９が検出する排気ガス温度が、ＧＰＦ温度と扱われる。

そして、禁止制御部１０６が、ステップＳ３で得られた煤堆積量と、ステップＳ４で得られたＧＰＦ温度と、記憶部１０８に格納されている燃料カット禁止ラインＬ（図５）とを参照して、現状の煤堆積量において、ＧＰＦ温度が禁止温度を超過（ＧＰＦ温度＞禁止温度）しているか否かを判定する（ステップＳ５）。ＧＰＦ温度が禁止温度を超過している場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、禁止制御部１０６は燃料カットの禁止フラグ＝１に設定する（ステップＳ６）。禁止フラグ＝１は、燃料カット制御の実行禁止を示すフラグである。一方、ＧＰＦ温度が禁止温度以下である場合（ステップＳ５でＮＯ）、禁止制御部１０６は燃料カットの禁止フラグ＝０に設定する（ステップＳ７）。禁止フラグ＝０は、燃料カット制御の実行を許容するフラグである。

その後、再生制御部１０４が、堆積推定部１０３によって推定されたＧＰＦ４１ｂの煤堆積量（ステップＳ３）が、所定の設定量を超過しているか否かを判定する（ステップＳ８）。図５に示す例では、前記設定量は、０．５［ｇ／Ｌ］である。煤堆積量が前記設定量を超過している場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、再生制御部１０４はＧＰＦ４１ｂの再生制御を実行する。煤堆積量が前記設定量以下である場合（ステップＳ８でＮＯ）、前記再生制御はスキップされる。再生制御の内容は、ステップＳ２で設定した空燃比をリーン側に補正する制御（ステップＳ９；図４（Ａ）参照）、及び、ステップＳ２で設定した点火時期を遅角側に補正する制御（ステップＳ１０；図４（Ｂ）参照）である。

この状況下で、燃料噴射制御部１０２が、燃料カットを実行すべき条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。例えば、燃料噴射制御部１０２は、スロットル弁３２が全閉状態であることをもって車両の減速運転状態を検出し、燃料カットの条件成立と判定する。上記減速運転状態が検出されなかった場合、燃料噴射制御部１０２は燃料カットの条件不成立と判定し（ステップＳ１１でＮＯ）、燃料カットを実施することなく、一つのサンプリング周期での処理を終える。

これに対し、上記減速運転状態が検出され、燃料カットの条件成立と判定された場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、燃料カットの禁止フラグ＝１に設定されているか否かが判定される（ステップＳ１２）。禁止フラグ＝１に設定されている場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、禁止制御部１０６は燃料噴射制御部１０２による燃料カット制御を禁止する。この場合、スロットル弁３２が全閉状態（アイドリング状態の開度）に設定されると共に、吸気制御部１０１により混合気の空燃比が理論空燃比（λ＝１）となるように設定される（ステップＳ１３）。燃料カット制御の禁止によってインジェクタ１５からの燃料供給は継続されるが、エンジン回転数はアイドリング時よりも高い状態であるので、減速度を得ることができる。また、燃料カット制御の禁止時においてλ＝１とされることで、エミッションの悪化を抑止することができる。

上記の通り減速度は得られるものの、減速走行時にも燃焼室６に燃料が供給されるので、減速度は低下する。この減速度の低下を補填するため、回生制御部１０７が、ＩＳＧ６０による回生制動の度合いを増加させ、回生制動力を大きくする（ステップＳ１４）。これにより、車両のドライバーに減速感が不足しているとの違和感を与えないようにすることができる。

これに対し、禁止フラグ＝０に設定されている場合（ステップＳ１２でＮＯ）、燃料噴射制御部１０２は燃料カット制御を実行する（ステップＳ２５）。また、回生制御部１０７は、通常の条件にて、ＩＳＧ６０に回生制動力を発生させる（ステップＳ１６）。上記のステップＳ１４又はステップＳ１６の実行により、一つのサンプリング周期での処理を終える（ステップＳ１へリターン）。

［作用効果］
以上説明した本実施形態に係るエンジンの制御装置（ＥＣＵ１００）によれば、ＧＰＦ４１ｂへの煤の堆積量が設定量を超過すると、再生制御部１０４が再生制御を実行する。また、燃料噴射制御部１０２が、例えば減速運転時においてインジェクタ１５からの燃料噴射を停止する燃料カットに代表される燃料制限制御を実行する。そして、前記燃料制限制御の禁止温度が予め設定される（図５の燃料カット禁止ラインＬ）。この禁止温度よりもＧＰＦ４１ｂの温度が高いとき、禁止制御部１０６は燃料噴射制御部１０２による燃料制限制御を禁止する。つまり、ＧＰＦ４１ｂへの煤の堆積量に拘わらず、ＧＰＦ４１ｂが前記禁止温度よりも高い温度状態のときには、ＧＰＦ４１ｂへの酸素供給要因となる前記燃料制限制御は実行されない。このため、前記禁止温度を超過する状態で、前記燃料制限制御の実行に起因する煤の燃焼がＧＰＦ４１ｂで生じることはない。従って、ＧＰＦ４１ｂの熱劣化を未然に防止することができる。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施形態を取ることができる。例えば、図７のステップＳ１１において、減速燃料カットの成立条件だけではなく、他の燃料制限制御（オーバーレブ制御）を考慮するようにしても良い。また、上記実施形態では、車両にＩＳＧ６０が装備されている例を示した。これに替えて、ＩＳＧ６０を省くと共に、図７のステップＳ１４、Ｓ１６の制御を省くようにしても良い。

１ エンジン本体
１５ インジェクタ（燃料噴射装置）
１６ 点火プラグ
４０ 排気通路
４１ 上流触媒コンバータ
４１ｂ ＧＰＦ（パティキュレートフィルタ）
６０ ＩＳＧ（電気機器）
１００ ＥＣＵ（エンジンの制御装置）
１０１ 吸気制御部
１０２ 燃料噴射制御部（供給制御部）
１０３ 堆積推定部（推定部）
１０４ 再生制御部
１０５ ＧＰＦ温度推定部
１０６ 禁止制御部
１０７ 回生制御部
１０８ 記憶部
Ｌ 燃料カット禁止ライン（禁止温度）

Claims (5)

1. エンジン本体と、前記エンジン本体の排気通路に配設されたパティキュレートフィルタと、前記エンジン本体に燃料を供給する燃料噴射装置とを備えたエンジンの制御装置であって、
   予め定められた燃料供給の制限条件が成立したときに、前記燃料噴射装置による前記燃料の供給を制限する燃料制限制御を実行する供給制御部と、
   前記パティキュレートフィルタに捕集された煤の堆積量を推定する推定部と、
   前記煤の堆積量に応じて予め設定される、前記燃料制限制御を禁止する禁止温度を記憶する記憶部と、
   前記推定部によって推定された前記堆積量が所定の設定量を超過したときに、煤を燃焼させて前記パティキュレートフィルタを再生させる再生制御を実行する再生制御部と、
   前記パティキュレートフィルタの温度が前記禁止温度よりも高いとき、前記供給制御部による前記燃料制限制御の実行を禁止する禁止制御部と、
   を備えるエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記禁止制御部が前記燃料制限制御の実行を禁止したとき、前記エンジン本体に供給される混合気の空燃比が理論空燃比となるように制御する吸気制御部をさらに備える、エンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記再生制御部は、前記再生制御の際、前記エンジン本体に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に補正する制御、及び、混合気への点火時期を通常運転時よりも遅角側に補正する制御、のうちの少なくとも一方を実行する、エンジンの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記供給制御部は、前記エンジンの減速運転が検出されたとき、前記燃料制限制御を実行する、エンジンの制御装置。
5. 請求項４に記載のエンジンの制御装置において、
   前記エンジンが、回生制動を行う電気機器を備え、
   前記禁止制御部が前記燃料制限制御の実行を禁止したとき、前記回生制動の度合いを増加させる回生制御部をさらに備える、エンジンの制御装置。