JP2020060137A - 内燃機関の制御装置、内燃機関及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの温度が過剰に上昇することを抑制しつつフィルタ上に堆積している粒子状物質を除去する。【解決手段】内燃機関は、フィルタ２４を備えると共に、フィルタに流入する排気ガス中に空気を供給する二次空気供給装置２６を取り付け可能に構成される。内燃機関の制御装置は、フィルタに堆積している粒子状物質を除去するＰＭ除去制御において、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように内燃機関を制御すると共に二次空気供給装置から空気を供給する昇温処理と、機関本体から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように内燃機関を制御すると共にフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比になるように二次空気供給装置から空気を供給する再生処理とを実行するように構成される。【選択図】図３

Description

本開示は、内燃機関の制御装置、内燃機関及び車両に関する。

従来から、内燃機関の排気通路上に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えると共に、フィルタを再生するにあたってフィルタに二次空気を供給するようにした内燃機関が知られている（例えば、特許文献１）。フィルタに二次空気を供給することにより、フィルタ上に堆積した微粒子を燃焼、除去することができる。

特に、特許文献１に記載の内燃機関では、フィルタを再生するに当たって、機関本体から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、「リッチ空燃比」という）に制御される。加えて、二次空気供給装置によりフィルタには二次空気が供給される。この結果、フィルタ上では排気ガス中の未燃燃料が空気と反応して燃焼し、よってフィルタの温度をその再生温度以上まで上昇させることができる。

特開２０１０−１３９７４号公報

しかしながら、フィルタの温度が再生温度以上にまで上昇した後に、二次空気を多量に導入し続けると、フィルタ上に堆積した粒子状物質が酸素と反応し、フィルタの温度が過剰に上昇し、フィルタの劣化を招く。また、フィルタの温度が再生温度以上の一定温度に維持されるように二次空気の供給流量を調整するのは困難であり、二次空気の供給流量が適切な量よりも僅かに多くなってしまうと、フィルタの温度が過剰に上昇してフィルタの劣化を招く虞がある。

上記課題に鑑みて、本開示の目的は、フィルタの温度が過剰に上昇することを抑制しつつフィルタ上に堆積している粒子状物質を除去することができるようにすることにある。

本開示の要旨は以下のとおりである。

（１）内燃機関の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタを備えると共に、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガス中に空気を供給する二次空気供給装置を取り付け可能に構成された内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質を除去するＰＭ除去制御において、機関本体から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比になるように前記内燃機関を制御すると共に前記二次空気供給装置から空気を供給する昇温処理と、前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比が前記昇温処理中よりもリーンになるように前記内燃機関を制御すると共に前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比になるように前記二次空気供給装置から空気を供給する再生処理とを実行するように構成された、内燃機関の制御装置。

（２）当該制御装置は、前記ＰＭ除去制御において、前記昇温処理と前記再生処理とを繰り返し実行するように構成された、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置。

（３）当該制御装置は、前記再生処理において、前記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が相対的に少ないときには、相対的に多いときに比べて、前記二次空気供給装置からの空気供給流量が多くなるように、前記二次空気供給装置を制御する、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の制御装置。

（４）当該制御装置は、前記再生処理において、前記ＰＭ除去制御が開始されてからの前記再生処理の実行回数が相対的に多いときには、相対的に少ないときに比べて、前記二次空気供給装置からの空気供給流量が多くなるように、前記二次空気供給装置を制御する、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の制御装置。

（５）当該制御装置は、前記昇温処理において、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように前記二次空気供給装置から空気を供給する、上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

（６）前記内燃機関は、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを備え、当該制御装置は、前記昇温処理中における前記点火プラグによる点火時期を、前記再生処理中における前記点火プラグによる点火時期よりも遅角させる、上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

（７）当該制御装置は、前記昇温処理中における前記内燃機関の回転速度が前記再生処理中における前記内燃機関の回転速度よりも高くなるように前記内燃機関を制御する、上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

（８）当該制御装置は、前記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が相対的に少ないときには、相対的に多いときに比べて、前記昇温処理によるフィルタの到達温度が高くなるように前記内燃機関及び前記二次空気供給装置を制御する、上記（１）〜（７）のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

（９）当該制御装置は、前記ＰＭ除去制御を開始してからの前記再生処理の実行回数が相対的に多いときには、相対的に少ないときに比べて、前記昇温処理によるフィルタの到達温度が高くなるように前記内燃機関及び前記二次空気供給装置を制御する、上記（１）〜（７）のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

（１０）当該制御装置は、前記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が所定量以下になった後には、前記再生処理の実行中に、前記内燃機関が作動した状態で前記内燃機関への燃料の供給を一時的に停止する燃料カット制御を行う、上記（１）〜（９）のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

（１１）当該制御装置は、前記ＰＭ除去制御を開始してからの前記再生処理の実行回数が所定回数以上になった後には、前記再生処理の実行中に、前記内燃機関が作動した状態で前記内燃機関への燃料の供給を一時的に停止する燃料カット制御を行う、上記（１）〜（９）のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

（１２）当該制御装置は、前記ＰＭ除去制御の実行中に前記内燃機関の回転速度が予め定められた基準回転速度以下に低下したときには、該基準回転速度よりも高いときに比べて前記二次空気供給装置からの空気の供給流量を少なくするか又は前記二次空気供給装置からの空気の供給を停止する、上記（１）〜（１１）のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

（１３）上記（１）〜（１２）のいずれか一つに記載の制御装置と、前記排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタと、を備えた内燃機関であって、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガス中に空気を供給する二次空気供給装置を取り付け可能に構成され、該二次空気供給装置は前記ＰＭ除去制御を実行しないときには前記内燃機関には取り付けられていない、内燃機関。

（１４）内燃機関と上記（１）〜（１２）のいずれか一つに記載の制御装置とを搭載した車両であって、当該車両のユーザへの警告装置を備え、前記内燃機関は前記パティキュレートフィルタ上の粒子状物質の堆積量を検出する堆積量検出装置を備え、前記制御装置は、前記堆積量検出装置によって検出された粒子状物質の堆積量が予め定められた基準量以上であるときには、前記警告装置により前記ユーザへＰＭ除去制御を行うべき旨の警告を行う、車両。

本開示によれば、フィルタの温度が過剰に上昇することを抑制しつつフィルタ上に堆積している粒子状物質を除去することができるようになる。

図１は、一つの実施形態に係る排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。 図２は、フィルタの構造を示す図である。 図３は、ＰＭ除去制御を行う際の各パラメータの推移を表すタイムチャートである。 図４は、ＰＭ除去制御を行う際の各パラメータの推移を表す、図３と同様なタイムチャートである。 図５は、ＰＭ除去再生を行う際の各パラメータの推移を表す、図３及び図４と同様なタイムチャートである。 図６は、図５の領域Ａ及び領域Ｂを拡大して示すタイムチャートである。 図７は、車両の警告灯の点灯を制御する制御ルーチンのフローチャートである。 図８は、整備工場において実行される内燃機関の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図９は、昇温／再生設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１０は、除去時設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１１は、目標空燃比設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１２は、目標点火時期設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１３は、目標回転速度設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１４は、二次空気供給量設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１５は、ＦＣ回転速度設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜内燃機関全体の説明＞
図１は、一つの実施形態に係る排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。

図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。なお、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の排気浄化装置が用いられる内燃機関では、ガソリン以外の燃料、或いはガソリンとの混合燃料を用いてもよい。

各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は排気浄化触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介してパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」ともいう）２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気浄化触媒２０とフィルタ２４との間の排気管２２には、後述する二次空気供給装置２６を接続するための接続部２５が設けられる。接続部２５は、二次空気供給装置２６を接続する場合を除いて閉じられている。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。

二次空気供給装置２６は、排気管２２に設けられた接続部２５を介して排気管２２に取り付けることができるように構成される。二次空気供給装置２６は、通常、排気管２２には取り付けられておらず、例えば、内燃機関を搭載した車両が整備工場にて整備されているような場合に、排気管２２に取り付けられる。

二次空気供給装置２６は、供給管２７と、空気ポンプ２８と、流量制御弁２９とを備える。供給管２７は、一方の端部において排気管２２の接続部２５に接続されることができるように構成されると共に、他方の端部に空気ポンプ２８を備える。また、供給管２７の途中には流量制御弁２９が設けられる。流量制御弁２９が開かれると、空気ポンプ２８によって加圧された空気が接続部２５を介して排気管２２内に流入する。特に、本実施形態では、接続部２５は、フィルタ２４よりも排気流れ方向上流側に設けられているため、二次空気供給装置２６からは、フィルタ２４に流入する排気ガス中に二次空気が供給されることになる。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を具備する。

吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、排気浄化触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、排気浄化触媒２０から流出してフィルタ２４に流入する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

さらに、排気浄化触媒２０には排気浄化触媒２０の温度を検出するための触媒温度センサ４６が設けられる。また、フィルタ２４にはフィルタ２４の温度を検出するためのフィルタ温度センサ４７が設けられる。また、フィルタ２４の上流側及び下流側の排気管２２の間にはフィルタ２４の前後差圧を検出するための差圧センサ４８が設けられる。これら温度センサ４６、４７及び差圧センサ４８の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。

一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。加えて、二次空気供給装置２６が排気管２２に接続されているときには、駆動回路４５から延びる配線が二次空気供給装置２６に手動で接続される。したがって、このときには、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を二次空気供給装置２６の流量制御弁２９に接続されることになる。したがって、ＥＣＵ３１は、これら点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、スロットル弁駆動アクチュエータ１７及び二次空気供給装置２６の作動を制御する制御装置として機能する。

排気浄化触媒２０は、本実施形態では、セラミックから成る担体に触媒作用を有する触媒貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））を担持させた三元触媒である。三元触媒は、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。なお、排気浄化触媒２０は、触媒作用を有する物質を担持していれば、酸化触媒等やＮＯｘ吸蔵還元触媒等、三元触媒以外の触媒であってもよい。

図２は、フィルタ２４の構造を示す図である。図２（Ａ）はフィルタ２４の正面図であり、図２（Ｂ）はフィルタ２４の側面断面図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、フィルタ２４はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０、６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。したがって排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。換言すると、排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。

フィルタ２４は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されている。したがって、排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは、図２（Ｂ）において矢印で示したように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。このように排気ガスが隔壁６４内を通って流れる間に、排気ガス中に含まれるＰＭがフィルタ２４に捕集されることになる。

また、フィルタ２４には、触媒作用を有する触媒貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））が担持される。したがって、フィルタ２４は、排気ガス中のＰＭを捕集するだけでなく、排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯを酸化浄化することができる。なお、フィルタ２４は、排気ガス中のＰＭを捕集すると共に触媒作用を有する物質を担持していれば、他の構成を有していてもよい。さらに、二次空気供給装置２６とフィルタ２４との間に触媒作用を有する排気浄化触媒が配置された場合には、フィルタ２４は触媒作用を有する物質を担持していなくてもよい。

＜ＰＭの除去処理＞
フィルタ２４に捕集されたＰＭはフィルタ２４上に堆積する。フィルタ２４上へのＰＭの堆積量が増大すると、隔壁６４内の細孔に目詰まりが生じ、フィルタ２４に起因する排気ガスの圧力損失が大きくなる。圧力損失の増大は、排気ガスが流れにくくなることによる内燃機関の出力の低下や、燃焼の悪化を招いてしまう。したがって、内燃機関の出力の低下や燃焼の悪化を防止するためには、フィルタ２４上へのＰＭの堆積量が限界堆積量よりも多くなった場合には、フィルタ２４上に堆積しているＰＭを酸化除去する必要がある。ここで、限界堆積量とは、フィルタ２４へのＰＭの堆積量がそれ以上に増大すると、フィルタ２４に起因する圧力損失が増大して内燃機関の運転状態の悪化等を招いてしまうような量である。

そこで、フィルタ２４のＰＭ堆積量が多くなったときには、整備工場等において二次空気供給装置２６が排気管２２に取り付けられた状態で、ＰＭを酸化除去するＰＭ除去制御が行われる。以下では、ＰＭ除去制御では、図３〜図６を参照してＰＭ除去制御について説明する。

図３は、ＰＭ除去制御を行う際の各パラメータの推移を表すタイムチャートである。図３は、排気ガスの空燃比、二次空気供給装置２６からの空気の供給流量、機関回転速度、点火プラグ１０による点火時期、排気浄化触媒２０及びフィルタ２４の温度、及びフィルタ２４上のＰＭ堆積量の推移を示している。図中、空燃比に関して、破線は機関本体１から排出された排気ガスの空燃比、実線はフィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比をそれぞれ示している。また、温度に関して、破線は排気浄化触媒２０の温度、実線はフィルタ２４の温度をそれぞれ示している。

≪初期昇温処理≫
時刻ｔ１において、ＰＭ除去制御が開始されると、まず、フィルタ２４を昇温させる初期昇温処理が実行される。フィルタ２４上に堆積したＰＭは、フィルタ２４の温度がＰＭ燃焼開始温度（例えば、６００℃）以上でないと空気が供給されても燃焼しないため、初期昇温処理ではフィルタ２４の温度がＰＭ燃焼開始温度以上にまで昇温される。

本実施形態の初期昇温処理では、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比（リッチ空燃比）になるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。具体的には、例えば、斯かる排気ガスの空燃比が１２．５になるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。加えて、初期昇温処理では、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように二次空気供給装置２６から空気が供給される。この結果、フィルタ２４には未燃ＨＣやＣＯ等及び空気を多量に含んだ排気ガスが流入することになり、この未燃ＨＣやＣＯ等がフィルタ２４上で空気中の酸素と反応して燃焼することによってフィルタ２４の温度が上昇する。また、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比であることから、機関本体１から排出された排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯをフィルタ２４内において浄化することができる。

加えて、本実施形態の初期昇温処理では、機関回転速度が、初期昇温処理開始前のアイドリング中の回転速度（例えば、６００ｒｐｍ）よりも高い所定の回転速度（例えば、３０００ｒｐｍ）になるように内燃機関が制御される。このように機関回転速度が高くなることによって排気ガスの流量が増大し、その結果、フィルタ２４に流入する未燃ＨＣ、ＣＯ及び空気の流量が増大する。このため、フィルタ２４において未燃ＨＣ及びＣＯの燃焼量が増大し、フィルタ２４の温度が早期に昇温されるようになる。

また、本実施形態の初期昇温処理では、点火プラグ１０による点火時期が初期昇温処理開始前のアイドリング中に比べて遅角せしめられる。その結果、燃焼室５内における混合気の燃焼効率が低下して、混合気の燃焼エネルギのうち排気ガスの熱エネルギに変換される割合が多くなる。この結果、機関本体１から排出される排気ガスの温度が高くなり、よってフィルタ２４の温度が高くなる。点火時期を遅角させる程度は、混合気の燃焼効率が点火時期を遅角させないときの燃焼効率に対して７割程度になるように設定される。

なお、本実施形態では、初期昇温処理において、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように二次空気供給装置２６から空気が供給される。しかしながら、二次空気供給装置２６から空気が供給されてフィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比が、機関本体１から排出された排気ガスの空燃比よりもリーンであれば、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比よりもリッチな空燃比又は僅かにリーンな空燃比であってもよい。

このように初期昇温処理が行われると、フィルタ２４の温度は徐々に上昇していき、やがてＰＭ燃焼開始温度以上の所定の温度に到達する。しかしながら、初期昇温処理中においては、フィルタ２４に流入する排気ガス中に含まれている酸素の多くは未燃ＨＣやＣＯと反応するため、フィルタ２４に堆積したＰＭを燃焼させるための酸素がほとんど含まれていない。したがって、初期昇温処理中にはフィルタ２４に堆積したＰＭはほとんど燃焼せず、よってほとんど除去されないか又は少量のみ除去される。

≪二次空気再生制御≫
その後、ＰＭ除去制御が開始されてからの経過時間、すなわち初期昇温処理が開始されてからの経過時間が予め定められた所定時間になった時刻ｔ２において、二次空気再生制御が開始される。なお、二次空気再生制御の開始時期は、フィルタ２４の温度がＰＭ燃焼開始温度以上の所定温度（例えば、８００℃）になっているような時期であれば如何なる時期でもよい。したがって、二次空気再生制御の開始時期は、例えば、フィルタ２４の温度を検出する温度センサ（図示せず）によって検出された温度がＰＭ燃焼開始温度以上の所定温度に到達した時期とされてもよい。

二次空気再生制御では、二次空気供給装置２６から空気を供給してフィルタ２４に堆積しているＰＭを除去する再生処理と、フィルタ２４を昇温する昇温処理とが交互に実行される。時刻ｔ２においては、初期昇温処理によってフィルタ２４の温度が高くなっていることから、再生処理が開始される。

≪再生処理≫
再生処理では、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。この結果、排気浄化触媒２０において排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯやＮＯｘを浄化することができる。加えて、再生処理では、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、「リーン空燃比」という）になるように二次空気供給装置２６から空気が供給される。具体的には、例えば、斯かる排気ガスの空燃比が１５．５程度になるように二次空気供給装置２６から空気が供給される。この結果、フィルタ２４には未燃ＨＣやＣＯ等と反応しない酸素を多量に含んだ排気ガスが流入することになり、この酸素がフィルタ２４に堆積されているＰＭと反応してＰＭが除去される。したがって、図３からわかるように、時刻ｔ２〜ｔ３においては、フィルタ２４上のＰＭ堆積量が徐々に減少していく。

また、本実施形態の再生処理では、再生処理の実行回数が多くなるほど、二次空気供給装置からの空気供給流量が多くされる。したがって、時刻ｔ２〜ｔ３の再生処理における空気の供給流量、時刻ｔ４〜ｔ５の再生処理における空気の供給流量、時刻ｔ６〜ｔ７における空気の供給流量の順に、再生処理中の空気の供給流量が多くなる。

或いは、再生処理では、フィルタ２４へのＰＭの堆積量が少なくなるほど、二次空気供給装置からの空気供給流量が多くされるようにしてもよい。この場合、フィルタ２４へのＰＭの堆積量は、例えば、差圧センサ４８の出力に基づいて検出される。

なお、本実施形態では、二次空気供給装置からの空気供給流量は、再生処理の実行回数又はフィルタ２４へのＰＭの堆積量に応じてリニアに変化せしめられる。しかしながら、二次空気供給装置からの空気供給流量は、再生処理の実行回数又はフィルタ２４へのＰＭの堆積量に応じて段階的に変化せしめられてもよい。

したがって、本実施形態では、再生処理において、フィルタへのＰＭの堆積量が相対的に少ないときには、相対的に多いときに比べて、二次空気供給装置２６からの空気供給流量が多くなるように、二次空気供給装置２６が制御されるといえる。或いは、再生処理において、ＰＭ除去制御が開始されてからの再生処理の実行回数が相対的に多いときには、相対的に少ないときに比べて、二次空気供給装置２６からの空気供給流量が多くなるように、二次空気供給装置２６が制御されるといえる。

加えて、本実施形態の再生処理では、機関回転速度が、初期昇温処理中の回転速度よりも低い所定の回転速度（例えば、１０００ｒｐｍ）になるように内燃機関が制御される。特に、本実施形態では、再生処理中の機関回転速度はアイドリング中の回転速度よりも速い回転速度とされる。

また、本実施形態の再生処理では、点火プラグ１０による点火時期が初期昇温処理中に比べて進角せしめられる。特に、本実施形態では、再生処理中における点火時期は初期昇温処理開始前のアイドリング中における点火時期とほぼ同一の時期に設定される。この結果、燃焼室５内における混合気の燃焼効率は初期昇温処理中に比べて高くなり、機関本体１から排出される排気ガスの温度は低くなる。

ここで、本実施形態では、再生処理中においては、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比におけるリーン度合いはあまり大きくない。したがって、フィルタ２４上におけるＰＭの燃焼速度はあまり速くない。この結果、ＰＭの燃焼によってはフィルタ２４の温度は上昇しにくい。加えて、本実施形態では、再生処理中の機関回転速度は遅く、よってフィルタ２４に流入する排気ガスの流速も遅い。したがって、フィルタ２４に流入する酸素の流量もあまり多くなく、このことによってもＰＭの燃焼速度はあまり速くない。さらに、本実施形態では、再生処理中の点火時期が比較的進角側の時期となっているため、機関本体１から排出される排気ガスの温度が低く、よってフィルタ２４に流入する排気ガスの温度も低い。以上より、再生処理中においては、フィルタ２４上でＰＭが燃焼するものの、フィルタ２４の温度は徐々に低下していく。

なお、本実施形態では、再生処理中は、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。しかしながら、再生処理中に機関本体１から排出される排気ガスの空燃比は必ずしも理論空燃比になるように制御される必要はなく、初期昇温処理や二次空気再生制御における昇温処理中に機関本体１から排出される排気ガスの空燃比よりもリーンであれば、理論空燃比以外の空燃比に制御されてもよい。

再生処理が予め定められた再生継続時間だけ継続されて時刻ｔ３になると、再生処理が終了せしめられる。ここで、再生継続時間は、再生処理中にフィルタ２４の温度が低下してＰＭ燃焼開始温度未満に低下することのないような時間とされる。具体的には、再生継続時間は、例えば、１０秒とされる。なお、再生継続時間は、必ずしも一定である必要は無く、内燃機関の運転状態等に応じて変化する時間であってもよい。また、再生処理は、例えば、フィルタ２４の温度を検出する温度センサ（図示せず）によって検出された温度が、予め定められた温度（例えば、ＰＭ燃焼開始温度）未満になったときに終了されてもよい。

≪昇温処理≫
時刻ｔ３において再生処理が終了されると、昇温処理が開始される。二次空気再生制御における昇温処理では、初期昇温処理と同様に、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。具体的には、例えば、斯かる排気ガスの空燃比が１２．５になるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。加えて、初期昇温処理では、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように二次空気供給装置２６から空気が供給される。なお、二次空気再生制御における昇温処理中においても、初期昇温処理と同様に、二次空気供給装置２６から空気が供給されていれば、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比にならなくてもよい。

加えて、二次空気再生制御における昇温処理では、初期昇温処理と同様に、機関回転速度が比較的高い所定の回転速度（例えば、３０００ｒｐｍ）になるように内燃機関が制御される。したがって、二次空気再生制御における昇温処理では、機関回転速度が、再生処理中における機関回転速度よりも高くなるように内燃機関が制御される。さらに、二次空気再生制御における昇温処理では、初期昇温処理と同様に、点火プラグ１０による点火時期が、初期昇温処理開始前のアイドリング中や再生処理中の点火時期に比べて、遅角せしめられる。この結果、二次空気再生制御における昇温処理では、フィルタ２４に堆積したＰＭをほとんど燃焼させることなくフィルタ２４を昇温させることができる。

昇温処理が予め定められた昇温継続時間だけ継続されて時刻ｔ４になると、昇温処理が終了されて再生処理が開始される。ここで、昇温継続時間は、昇温処理中にフィルタ２４の温度が上昇して予め定められた高い所定温度（例えば、８００℃）近傍に達するような時間とされる。具体的には、昇温継続時間は、例えば、２０秒とされる。なお、昇温継続時間は、必ずしも一定である必要は無く、内燃機関の運転状態等に応じて変化する時間であってもよい。また、昇温処理は、例えば、フィルタ２４の温度を検出する温度センサ（図示せず）によって検出された温度が、上記予め定められた所定温度以上になったときに開始されてもよい。

このように、再生処理が行われているときには、フィルタ２４のＰＭ堆積量が徐々に減少すると共に、フィルタ２４の温度が徐々に低下する。一方、昇温処理が行われているときには、フィルタ２４のＰＭ堆積量はほとんど減少しないが、フィルタ２４が昇温せしめられる。そして、時刻ｔ４以降は、斯かる再生処理と昇温処理とが交互に繰り返され、フィルタ２４のＰＭ堆積量が徐々に減少せしめられる。そして、フィルタ２４のＰＭ堆積量がほぼゼロになると、二次空気再生制御が終了せしめられる。

≪二次空気再生制御の作用・効果≫
ところで、再生処理中にフィルタ２４の温度が上昇するようにフィルタ２４に空気を供給すると、ＰＭが急速に燃焼してフィルタ２４の温度が過剰に上昇し、フィルタ２４の劣化を招く。また、再生処理中にフィルタ２４の温度が一定に維持されるようにフィルタ２４に供給される空気を制御しようとしても、空気の供給流量が適量以上になってしまってフィルタ２４の温度の過剰な上昇を招く可能性がある。この場合にも、フィルタ２４の劣化が生じる。

これに対して、本実施形態の二次空気再生制御では、再生処理中にフィルタ２４の温度が低下するようにフィルタ２４に空気が供給される。したがって、二次空気供給装置２６から供給される空気量が目標値から多少ずれたとしても、再生処理中にフィルタ２４の温度が上昇することはなく、よってフィルタ２４の過昇温に伴うフィルタ２４の劣化が抑制される。

一方、本実施形態では、再生処理の間に昇温処理が間欠的に行われる。したがって、再生処理中にフィルタ２４の温度が低下しても、昇温処理にてフィルタ２４の温度を上昇させることができ、結果的にフィルタ２４の温度をＰＭ除去開始温度以上に維持することができる。

また、本実施形態の昇温処理では、排気浄化触媒２０よりも下流側において供給された空気によりフィルタ２４内で未燃ＨＣやＣＯが燃焼することによってフィルタ２４の温度が上昇する。したがって、排気浄化触媒２０の温度が過剰に上昇することがなく、排気浄化触媒２０の熱劣化や、排気浄化触媒２０が配置される車両のエンジンルーム内における熱害を抑制することができる。

≪高温昇温処理≫
次に、図４を参照して、本実施形態における高温昇温処理について説明する。図４は、ＰＭ除去制御を行う際の各パラメータの推移を表す、図３と同様なタイムチャートである。

ＰＭ除去制御ではフィルタ２４の径方向中央部におけるＰＭが先に除去されていく。これは、フィルタ２４の外周部が大気への放熱によって冷却され易いのに対して径方向中央部は放熱されにくく高い温度に維持されるためである。一方で、ＰＭ除去制御の初期段階においてフィルタ２４の外周部も高温になるようにフィルタ２４を昇温させると、フィルタ２４の中央部の温度が高くなり過ぎ、フィルタ２４に堆積されたＰＭが過剰に燃焼してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、差圧センサ４８の出力に基づいてフィルタ２４へのＰＭの堆積量を検出すると共に、検出されたＰＭの堆積量が予め定められた昇温基準量以下であるときには、この昇温基準量よりも多いときに比べて、昇温処理によるフィルタ２４の到達温度が高くなるように内燃機関が制御される。具体的には、本実施形態では、ＰＭの堆積量が昇温基準量以下であるときには、この昇温基準量よりも多いときに比べて、昇温制御において機関本体１から排出される排気ガスの空燃比のリッチ度合いが大きくされると共に、二次空気供給装置２６から供給される空気の量が多くされる。

図４の時刻ｔ１〜ｔ８においては、二次空気再生制御における昇温処理によってフィルタ２４の温度が到達する温度は上述したような比較的高い所定温度（例えば、８００℃）である。以下では、フィルタ２４の温度がこのように比較的高い所定温度に到達するように行う昇温処理を通常昇温処理と称する。図３を参照して説明した二次空気再生制御における昇温処理は、通常昇温処理である。

これに対して、図４の時刻ｔ９〜ｔ１６においては、二次空気再生制御における昇温処理が、高温昇温処理とされる。具体的には、高温昇温処理では、通常昇温処理に比べて、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比のリッチ度合いが大きくなるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。具体的には、例えば、斯かる排気ガスの空燃比が１２．０になるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。加えて、高温昇温処理でも、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように二次空気供給装置２６から空気が供給される。したがって、高温昇温処理における二次空気供給装置２６からの空気の供給流量は、通常昇温処理における二次空気供給装置２６からの空気の供給流量に比べて多い。

この結果、高温昇温処理では、フィルタ２４には通常昇温処理に比べて多くの未燃ＨＣやＣＯ及び酸素が流入することになる。酸素と共にフィルタ２４に流入した未燃ＨＣ、ＣＯは燃焼するため、フィルタ２４の温度は大きく上昇し、よって高温昇温処理におけるフィルタ２４の到達温度は、通常昇温処理におけるフィルタ２４の到達温度よりも高くなる。この結果、フィルタ２４の外周部も高温になって、その後の再生処理において、フィルタ２４の外周部に堆積しているＰＭも酸化・除去することができる。

なお、上記実施形態では、高温昇温処理は、検出されたＰＭの堆積量が予め定められた昇温基準量以下であるときに行われる。しかしながら、高温昇温処理は、例えば、ＰＭ除去制御を開始してからの再生処理の実行回数が所定の昇温基準回数以上であるときに行われてもよい。

また、上記実施形態では、ＰＭの堆積量が予め定められた昇温基準量以下であるか否か、又は再生処理の実行回数が所定回数以上であるか否かに応じて、ステップ的に昇温処理によって到達するフィルタ２４の温度が上昇せしめられる。しかしながら、ＰＭの堆積量が少なくなるほど又は再生処理の実行回数が多くなるほど、昇温処理よって到達するフィルタ２４の温度が高くなるように昇温処理を行ってもよい。

したがって、本実施形態では、フィルタ２４へのＰＭ堆積量が相対的に少ないときには、相対的に多いときに比べて、昇温制御によるフィルタ２４の到達温度が高くなるように内燃機関が制御されるといえる。或いは、本実施形態では、ＰＭ除去制御を開始してからの再生処理の実行回数が相対的に多いときには、相対的に少ないときに比べて、昇温制御によるフィルタ２４の到達温度が高くなるように内燃機関が制御されているといえる。

≪ＦＣ再生制御≫
次に、図５及び図６を参照して、本実施形態におけるＦＣ再生制御について説明する。図５は、ＰＭ除去再生を行う際の各パラメータの推移を表す、図３及び図４と同様なタイムチャートである。図６は、図５の領域Ａ及び領域Ｂを拡大して示すタイムチャートである。

ＰＭ除去制御を継続すると、フィルタ２４上に堆積しているＰＭは徐々に除去されていく。フィルタ２４上のＰＭ堆積量が少なくなると、再生処理においてフィルタ２４に多量の空気が流入してもフィルタ２４が過剰に昇温することがなくなる。また、フィルタ２４に流入する排気ガスの流量が少ないときには排気ガスは主にフィルタ２４の径方向中央部を通って流れる。これに対して、フィルタ２４に流入する排気ガスの流量が多いときには排気ガスはフィルタ２４の径方向外周部にも多くの排気ガスが流れる。したがって、ＰＭ除去制御によりフィルタ２４上に堆積しているＰＭが或る程度少なくなってから、酸素を含んだ多量の排気ガスをフィルタ２４に供給することで、フィルタ２４の過昇温を抑制しつつフィルタ２４の外周部に堆積したＰＭを除去することができる。

一方、フィルタ２４に供給する空気の流量を多くするためには、二次空気供給装置２６から供給される空気の流量を多くすることが考えられる。しかしながら、二次空気供給装置２６によって供給可能な空気の流量を多くするためには二次空気供給装置２６の空気ポンプ２８の容量を大きくすることが必要になり、二次空気供給装置２６の製造コストが高くなる。

そこで、本実施形態では、差圧センサ４８の出力に基づいてフィルタ２４へのＰＭ堆積量を検出すると共に、検出されたＰＭの堆積量が予め定められたＦＣ基準量以下に成った後には、再生処理の実行中に、二次空気供給装置２６からの空気の供給に加えて、内燃機関が作動した状態で内燃機関への燃料の供給を一時的に停止する燃料カット制御が行われる。

図５の時刻ｔ１〜ｔ８においては、二次空気再生制御が行われる。このときの再生処理では、燃料カット制御は行われない。ここで、燃料カット制御は、機関回転速度がＦＣ開始回転速度以上であると開始され、機関回転速度が復帰回転速度（例えば、１３００ｒｐｍ）に到達すると終了せしめられる。二次空気再生制御が行われているときには、図６に示したように、ＦＣ開始回転速度が比較的高い回転速度（例えば、３５００ｒｐｍ）に設定される。この結果、二次空気再生制御中には、機関回転速度は常にＦＣ開始回転速度よりも低くなり、よって昇温処理中であるか再生処理中であるかに関わらず、燃料カット制御が開始されない。

これに対して、図５の時刻ｔ９〜ｔ１６においては、ＦＣ再生制御が行われる。ＦＣ再生制御では、昇温処理は二次空気再生制御と同様に行われる。一方、再生処理では、燃料カット制御が行われる。

具体的には、まず、ＦＣ再生制御中は、再生処理中の目標機関回転速度が昇温処理中の機関回転速度よりも高い回転速度（例えば、３４００ｒｐｍ）に設定される。また、ＦＣ再生制御の昇温処理中にはＦＣ開始回転速度が二次空気再生制御中と同様に比較的高い回転速度（例えば、３５００ｒｐｍ）に設定される。この回転速度は、ＦＣ再生制御中の目標機関回転速度よりも高く、よって昇温処理中は燃料カット制御が行われない。

一方、ＦＣ再生制御の再生処理中にはＦＣ開始回転速度が昇温処理中におけるＦＣ開始回転速度よりも低い回転速度（例えば、２８００ｒｐｍ）に設定される。したがって、ＦＣ再生制御中に昇温処理後に再生処理が開始されると、機関回転速度は昇温処理中の目標回転速度（例えば、３０００ｒｐｍ）程度になっているため、燃料カット制御が開始される（図６においてＦＣフラグがＯＮになる）。

燃料カット制御中には、燃料噴射弁１１から燃料噴射が行われないため、機関本体１からは空気が排出される。したがって、フィルタ２４には酸素濃度の非常に高い排気ガスが流入することになる。この結果、フィルタ２４の外周部に堆積していたＰＭも酸化・除去されることになる。

その後、燃料カット制御により機関回転速度が低下して復帰回転速度（例えば、１３００ｒｐｍ）に到達すると、燃料カット制御が停止されて（図６においてＦＣフラグがＯＦＦになる）、内燃機関の運転が再開される。内燃機関の運転が再開されると機関本体１からは酸素濃度の低い排気ガスが排出されることになるが、このときも二次空気供給装置２６から空気が供給されるため、フィルタ２４には酸素濃度の比較的高い排気ガスが流入することになる。したがって、このときも、フィルタ２４に堆積していたＰＭが酸化・除去される。

内燃機関の運転が再開されると機関回転速度は急速に増大し、再びＦＣ開始回転速度に到達する。機関回転速度がＦＣ開始回転速度に到達すると、再び燃料カット制御が開始される。ＦＣ再生制御中には再生処理の間中、このようにして燃料カット制御が間欠的に繰り返し実行されることになる。

このように、ＦＣ再生制御では、再生処理中に多量の酸素がフィルタ２４に流入することになる。この結果、フィルタ２４に堆積していたＰＭ、特にフィルタ２４の外周部に堆積していたＰＭが酸化・除去される。また、ＦＣ再生制御は、フィルタ２４のＰＭ堆積量が或る程度少なくなってから実行されるため、ＰＭの燃焼に伴ってフィルタ２４が過昇温してしまうことも抑制される。

なお、上記実施形態では、ＰＭ再生制御は、検出されたＰＭの堆積量が予め定められたＦＣ基準量以下であるときに行われる。しかしながら、ＰＭ再生制御は、例えば、ＰＭ除去制御を開始してからの再生処理の実行回数が所定のＦＣ基準回数以上であるときに行われてもよい。

また、ＦＣ再生制御が開始されるＦＣ基準量は、高温昇温処理が開始される昇温基準量と同一であってもよいし、昇温基準量より多くても少なくてもよい。同様に、ＦＣ再生制御が開始されるＦＣ基準回数は、高温昇温処理が開始される昇温基準回数と同一であってもよいし、昇温基準回数より多くても少なくてもよい。

＜具体的な制御＞
以下では、図７〜図１５を参照して、ＰＭ除去制御における具体的な処理について説明する。

≪警告灯点灯処理≫
図７は、車両の警告灯の点灯を制御する制御ルーチンのフローチャートである。図示した制御ルーチンは、車両の使用に伴う内燃機関の運転中に一定時間間隔毎に実行される。

まず、ステップＳ１１では、フィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍが検出される。ＰＭ堆積量Ｑｐｍの検出は、例えば、差圧センサ４８の出力に基づいて行われる。この場合、差圧センサ４８によって検出された差圧が大きくなるほどＰＭ堆積量が多いものとして検出される。なお、フィルタ２４のＰＭ堆積量は、フィルタ２４上のＰＭの堆積量を検出する、差圧センサ４８以外の堆積量検出装置によって行われても良い。

次いで、ステップＳ１２では、ステップＳ１１において検出されたＰＭ堆積量が、予め定められた基準堆積量Ｑｒｅｆ以上であるか否かが判定される。ステップＳ１２において、ＰＭ堆積量が基準堆積量Ｑｒｅｆ未満であると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ１２において、ＰＭ堆積量が基準堆積量Ｑｒｅｆ以上であると判定された場合にはステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、ＰＭ除去制御が必要であって整備工場に車両を運び込むことが必要であることを示す警告灯が車両内で点灯され、制御ルーチンが終了せしめられる。なお、ステップＳ１３では、車両のユーザへ警告を行うことができれば、警告灯以外の警告装置が用いられてもよい。

≪内燃機関の制御≫
図７に示した制御によって車両の警告灯が点灯すると、ユーザによりその車両が整備工場に持ち込まれる。整備工場では、ＰＭ除去制御が行われることになる。図８は、整備工場において実行される内燃機関の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔毎にＥＣＵ３１において実行される。

まず、ステップＳ２１では、ＰＭ除去制御中に昇温処理及び再生処理等のうち実行する処理を設定する昇温／再生設定処理が実行される。次いで、ステップＳ２２では、機関本体１から排出される排気ガスの目標空燃比を設定する目標空燃比設定処理が実行される。次いで、ステップＳ２３では、点火プラグ１０による目標点火時期を設定する目標点火時期設定処理が実行される。ステップＳ２４では、内燃機関の目標回転速度を設定する目標回転速度設定処理が実行される。次いで、ステップＳ２５では、二次空気供給装置２６からの空気の供給量を設定する二次空気供給量設定処理が実行される。その後、ステップＳ２６では、ＦＣ開始回転速度を設定するＦＣ回転速度設定処理が実行される。

≪昇温／再生設定処理≫
図９は、図８のステップＳ２１で実行される昇温／再生設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。ます、ステップＳ３１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮになっているか否かが判定される。ＰＭ除去実行フラグは、ＰＭ除去制御が実行されているときにはＯＮにセットされ、それ以外のときにはＯＦＦにセットされるフラグである。ステップＳ３１においてＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていないと判定された場合にはステップＳ３２へと進む。

ステップＳ３２では、ＰＭ除去制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。ＰＭ除去制御の実行条件は、例えば、二次空気供給装置２６が排気管２２に取り付けられていること、車両のシフトがニュートラルに入っていること等の条件を満たすと成立する。ステップＳ２２において実行条件が成立していないと判定された場合には、ステップＳ３３へと進む。ステップＳ３３では、ＰＭ除去制御開始からの経過時間を示すカウンタＴがゼロにリセットされる。一方、ステップＳ３３において、実行条件が成立していると判定された場合にはステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、ＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

ＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ３１からＳ３５へと進む。ステップＳ３５では、カウンタＴに１が加算される。次いで、ステップＳ３６では、カウンタＴが所定の閾値Ｔｓｔ未満であるか否かが判定される。閾値Ｔｓｔは、初期昇温処理によってフィルタ２４の温度がＰＭ燃焼開始温度以上の所定の温度に到達するような時間に相当する。ステップＳ３６において、カウンタＴが閾値Ｔｓｔ未満であると判定された場合には、ステップＳ３７へと進む。ステップＳ３７では、初期昇温フラグがＯＮにセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。初期昇温フラグは、初期昇温処理が実行すべきときにＯＮにセットされ、それ以外のときにＯＦＦにセットされるフラグである。

一方、ステップＳ３６において、カウンタＴが閾値Ｔｓｔ以上であると判定された場合には、ステップＳ３８へと進む。ステップＳ３８では、初期昇温フラグがＯＦＦにセットされ、次いで、ステップＳ３９では、図１０に示した除去時設定処理が実行される。

図１０は、図９のステップＳ３９で実行される除去時設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ４１において、ＰＭの除去の開始時であるか否か、すなわち初期昇温処理が完了した直後であるか否かが判定される。ステップＳ４１において除去開始時であると判定された場合にはステップＳ４２へと進む。ステップＳ４２では、ＰＭの除去が開始されてから再生処理が実行された回数をカウントする再生カウンタＣがゼロにリセットされ、ステップＳ４５へと進む。

ステップＳ４５では、再生カウンタＣが予め設定されたＦＣ基準回数Ｃｆｃ以上であるか否かが判定される。ステップＳ４５において、再生カウンタＣがＦＣ基準回数Ｃｆｃ未満であると判定された場合には、ステップＳ４６へと進む。ステップＳ４６では、二次空気再生制御を行うための二次空気再生フラグがＯＮにセットされる。一方、ステップＳ４５において、再生カウンタＣがＦＣ基準回数Ｃｆｃ以上であると判定された場合には、ステップＳ４７へと進む。ステップＳ４７では、ＦＣ再生制御を行うためのＦＣ再生フラグがＯＮにセットされる。なお、二次空気再生フラグがＯＮにセットされると、ＦＣ再生フラグ及び後述する昇温フラグがＯＦＦにセットされる。また、ＦＣ再生フラグがＯＮにセットされると、二次空気再生フラグ及び昇温フラグがＯＦＦにセットされる。

その後、ステップＳ４８では、再生カウンタＣに１が加算され、ステップＳ４９では、再生処理から昇温処理への次回の切替時刻（すなわち、再生処理の実行時間）が設定される。昇温処理への次回の切替時刻は例えば再生処理の開始から１０秒後に設定される。

次いで、ステップＳ５０では、差圧センサ４８等に基づいて検出されたフィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍが、最小堆積量Ｑｍｉｎ以下であるか否か、すなわちＰＭ堆積量がほぼゼロになっているか否かが判定される。フィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍが最小堆積量Ｑｍｉｎよりも多いときには、制御ルーチンが終了せしめられる。

次の制御ルーチンでは、ステップＳ４１において除去開始時ではないと判定され、ステップＳ４３へと進む。ステップＳ４３では、カウンタＴが以前の制御ルーチンのステップＳ４９において設定された切替時刻に到達しているか否かが判定される。カウンタＴが切替時刻に到達していないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、カウンタＴが切替時刻に到達していると判定された場合には、ステップＳ４４へと進む。ステップＳ４４では、現在が昇温処理中であるか否かが判定される。ステップＳ４４において、現在が昇温処理中であると判定された場合には、ステップＳ４５へと進む。一方、ステップＳ４４において、昇温処理中でないと判定された場合（すなわち、再生処理中である場合）には、ステップＳ５３へと進む。

ステップＳ５３では、昇温処理を行うための昇温フラグがＯＮにセットされ、次いで、昇温処理から再生処理への次回の切替時刻（すなわち、昇温処理の実行時間）が設定される。再生処理への次回の切替時刻は、例えば、昇温処理の開始から２０秒後に設定される。なお、昇温フラグがＯＮにセットされると、二次空気再生フラグ及びＦＣ再生フラグがＯＦＦにセットされる。

その後、再生処理と昇温処理とが繰り返し行われてフィルタ２４へのＰＭ堆積量Ｑｐｍが最小堆積量Ｑｍｉｎ以下になると、次の制御ルーチンではステップＳ５０からステップＳ５１へと進む。ステップＳ５１では、カウンタＴ及び再生カウンタＣがゼロにリセットされると共に、ＦＣ再生フラグ、二次空気再生フラグ、昇温フラグ等の各種フラグがＯＦＦにセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

≪目標空燃比設定処理≫
図１１は、図８のステップＳ２２で実行される目標空燃比設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ６１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮになっているか否かが判定される。ステップＳ６１においてＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていないと判定された場合にはステップＳ６２へと進む。ステップＳ６２では、機関本体１から排出される排気ガスの目標空燃比が通常運転用の空燃比（例えば、１４．６）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ６１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていると判定された場合にはステップＳ６３へと進む。ステップＳ６３では、初期昇温フラグ又は昇温フラグがＯＮにセットされているか否かが判定される。ステップＳ６３において、初期昇温フラグ及び昇温フラグがいずれもＯＦＦにセットされていると判定された場合には、ステップＳ６４へと進む。ステップＳ６４では、機関本体１から排出される排気ガスの目標空燃比が再生用の空燃比（例えば、１４．６）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

ステップＳ６３において、初期昇温フラグ及び昇温フラグの少なくともいずれか一方がＯＮにセットされていると判定された場合には、ステップＳ６５へと進む。ステップＳ６５では、再生カウンタＣが昇温基準回数Ｃｈｔ未満であるか否かが判定される。ステップＳ６５において再生カウンタＣが昇温基準回数Ｃｈｔ未満であると判定された場合には、ステップＳ６６へ進む。ステップＳ６６では、機関本体１から排出される排気ガスの目標空燃比が通常昇温用の空燃比（例えば、１２．５）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ６５において再生カウンタＣが昇温基準回数Ｃｈｔ以上であると判定された場合にはステップＳ６７へ進む。ステップＳ６７では、機関本体１から排出される排気ガスの目標空燃比が高温昇温用の空燃比（例えば、１２．０）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

≪目標点火時期設定処理≫
図１２は、図８のステップＳ２３で実行される目標点火時期設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ７１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮになっているか否かが判定される。ステップＳ７１においてＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていないと判定された場合にはステップＳ７２へと進む。ステップＳ７２では、点火プラグ１０の目標点火時期が通常の点火時期に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ７１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていると判定された場合にはステップＳ７３へと進む。ステップＳ７３では、初期昇温フラグ又は昇温フラグがＯＮにセットされているか否かが判定される。ステップＳ７３において、初期昇温フラグ及び昇温フラグの少なく共いずれか一方がＯＮにセットされていると判定された場合には、ステップＳ７４へと進む。ステップＳ７４では、点火プラグ１０の目標点火時期が上述した通常の点火時期よりも遅角された点火時期に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ７３において、初期昇温フラグ及び昇温フラグがいずれもＯＦＦにセットされていると判定された場合には、ステップＳ７５へと進む。ステップＳ７５では、点火プラグ１０の目標点火時期が上述した通常の点火時期に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

≪目標回転速度設定処理≫
図１３は、図８のステップＳ２４で実行される目標回転速度設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ８１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮになっているか否かが判定される。ステップＳ８１においてＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていないと判定された場合にはステップＳ８２へと進む。ステップＳ８２では、目標機関回転速度が通常運転用の回転速度（例えば、６００ｒｐｍ）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ８１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていると判定された場合にはステップＳ８３へと進む。ステップＳ８３では、初期昇温フラグ又は昇温フラグがＯＮにセットされているか否かが判定される。ステップＳ８３において、初期昇温フラグ及び昇温フラグの少なく共いずれか一方がＯＮにセットされていると判定された場合には、ステップＳ８４へと進む。ステップＳ８４では、目標機関回転速度が昇温時用の回転速度（例えば、３０００ｒｐｍ）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ８３において、初期昇温フラグ及び昇温フラグがいずれもＯＦＦにセットされていると判定された場合には、ステップＳ８５へと進む。ステップＳ８５では、二次空気再生フラグがＯＮにセットされているか否かが判定される。ステップＳ８５において二次空気再生フラグがＯＮにセットされていると判定された場合には、ステップＳ８６へと進む。ステップＳ８６では、目標機関回転速度が二次空気再生用の回転速度（例えば、１０００ｒｐｍ）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ８５において二次空気再生フラグがＯＮにセットされていないと判定された場合には、ステップＳ８７へと進む。ステップＳ８７では、目標機関回転速度がＦＣ再生用の回転速度（例えば、３４００ｒｐｍ）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

≪目標空燃比設定処理≫
図１４は、図８のステップＳ２５で実行される二次空気供給量設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ９１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮになっているか否かが判定される。ステップＳ９１においてＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていないと判定された場合にはステップＳ９２へと進む。ステップＳ９２では、二次空気供給装置２６からの目標空気供給量がゼロに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ９１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていると判定された場合にはステップＳ９３へと進む。ステップＳ９３では、現在の機関回転速度ＲＥが最低基準回転速度ＲＥｍｉｎ（例えば、５００ｒｐｍ）以下であるか否かが判定される。現在の機関回転速度ＲＥはクランク角センサ４４の出力に基づいて算出される。ステップＳ９３において、機関回転速度ＲＥが最低基準回転速度ＲＥｍｉｎ以下であると判定された場合には、ステップＳ９４へと進む。ステップＳ９４では、二次空気供給装置２６からの目標空気供給量がゼロに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

ここで、再生制御中には、フィルタ２４に流入した燃焼済みの排気ガス（燃焼室５内で燃焼した排気ガス）がフィルタ２４の熱を奪う。これにより、フィルタ２４においてＰＭが燃焼してもフィルタ２４の温度が低下していく。ところが、機関回転速度が低くてフィルタ２４に流入する燃焼済みの排気ガスが少ないと、フィルタ２４から放熱されにくくなる。このため、このときに二次空気供給装置２６から空気を供給してフィルタ２４に堆積しているＰＭを燃焼させると、フィルタ２４が過昇温する可能性がある。これに対して本実施形態では、機関回転速度が低いときには二次空気供給装置２６からフィルタ２４へ空気が供給されないため、フィルタ２４が過昇温してしまうことを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、ステップＳ９４において二次空気供給装置２６からの目標空気供給流量がゼロに設定されている。しかしながら、ステップＳ９４では、二次空気供給装置からの空気の供給流量を、機関回転速度が基準回転速度よりも高いときに比べて少なくしてもよい。

一方、ステップＳ９３において、機関回転速度ＲＥが最低基準回転速度ＲＥｍｉｎよりも高いと判定された場合には、ステップＳ９５へと進む。ステップＳ９５では、初期昇温フラグ又は昇温フラグがＯＮにセットされているか否かが判定される。ステップＳ９５において、初期昇温フラグ及び昇温フラグがいずれもＯＦＦにセットされていると判定された場合には、ステップＳ９６へと進む。ステップＳ９６では、二次空気供給装置２６からの目標空気供給量が再生処理用の供給量に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ９５において、初期昇温フラグ及び昇温フラグの少なくともいずれか一方がＯＮにセットされていると判定された場合には、ステップＳ９７へと進む。ステップＳ９７では、再生カウンタＣが昇温基準回数Ｃｈｔ未満であるか否かが判定される。ステップＳ９７において再生カウンタＣが昇温基準回数Ｃｈｔ未満であると判定された場合には、ステップＳ９８へ進む。ステップＳ９８では、二次空気供給装置２６からの目標空気供給量が通常昇温処理用の供給量に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ９７において再生カウンタＣが昇温基準回数Ｃｈｔ以上であると判定された場合には、ステップＳ９９へ進む。ステップＳ９９では、二次空気供給装置２６からの目標空気供給量が、通常昇温処理用の供給量よりも多い高温昇温処理用の供給量に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。なお、通常昇温処理用の供給量及び高温昇温処理用の供給量は、再生処理の実行回数が多くなるほど（再生カウンタＣが大きくなるほど）、多くなるように設定されてもよい。

≪目標空燃比設定処理≫
図１５は、図８のステップＳ２６で実行されるＦＣ回転速度設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮになっているか否かが判定される。ステップＳ１０１においてＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていないと判定された場合にはステップＳ１０２へと進む。ステップＳ１０２では、ＦＣ開始回転速度が比較的低い回転速度（例えば、２５００ｒｐｍ）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ１０１において、ＰＭ除去実行フラグがＯＮにセットされていると判定された場合にはステップＳ１０３へと進む。ステップＳ１０３では、ＦＣ再生フラグがＯＮにセットされているか否かが判定される。ステップＳ１０３において、ＦＣ再生フラグがＯＮにセットされていると判定された場合には、ステップＳ１０４へと進む。ステップＳ１０４では、ＦＣ開始回転速度が中程度の回転速度（例えば、２８００ｒｐｍ）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ１０３において、ＦＣ再生フラグがＯＦＦにセットされていると判定された場合には、ステップＳ１０５へと進む。ステップＳ１０５では、ＦＣ開始回転速度が比較的高い回転速度（例えば、３５００ｒｐｍ）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

１ 機関本体
５ 燃焼室
１１ 燃料噴射弁
２０ 排気浄化触媒
２４ パティキュレートフィルタ（フィルタ）
２６ 二次空気供給装置
４６ 触媒温度センサ
４７ フィルタ温度センサ
４８ 差圧センサ

Claims (14)

1. 内燃機関の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタを備えると共に、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガス中に空気を供給する二次空気供給装置を取り付け可能に構成された内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質を除去するＰＭ除去制御において、機関本体から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比になるように前記内燃機関を制御すると共に前記二次空気供給装置から空気を供給する昇温処理と、前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比が前記昇温処理中よりもリーンになるように前記内燃機関を制御すると共に前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比になるように前記二次空気供給装置から空気を供給する再生処理とを実行するように構成された、内燃機関の制御装置。
2. 当該制御装置は、前記ＰＭ除去制御において、前記昇温処理と前記再生処理とを繰り返し実行するように構成された、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 当該制御装置は、前記再生処理において、前記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が相対的に少ないときには、相対的に多いときに比べて、前記二次空気供給装置からの空気供給流量が多くなるように、前記二次空気供給装置を制御する、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 当該制御装置は、前記再生処理において、前記ＰＭ除去制御が開始されてからの前記再生処理の実行回数が相対的に多いときには、相対的に少ないときに比べて、前記二次空気供給装置からの空気供給流量が多くなるように、前記二次空気供給装置を制御する、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 当該制御装置は、前記昇温処理において、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように前記二次空気供給装置から空気を供給する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関は、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを備え、
   当該制御装置は、前記昇温処理中における前記点火プラグによる点火時期を、前記再生処理中における前記点火プラグによる点火時期よりも遅角させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 当該制御装置は、前記昇温処理中における前記内燃機関の回転速度が前記再生処理中における前記内燃機関の回転速度よりも高くなるように前記内燃機関を制御する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 当該制御装置は、前記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が相対的に少ないときには、相対的に多いときに比べて、前記昇温処理によるフィルタの到達温度が高くなるように前記内燃機関及び前記二次空気供給装置を制御する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
9. 当該制御装置は、前記ＰＭ除去制御を開始してからの前記再生処理の実行回数が相対的に多いときには、相対的に少ないときに比べて、前記昇温処理によるフィルタの到達温度が高くなるように前記内燃機関及び前記二次空気供給装置を制御する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 当該制御装置は、前記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が所定量以下になった後には、前記再生処理の実行中に、前記内燃機関が作動した状態で前記内燃機関への燃料の供給を一時的に停止する燃料カット制御を行う、請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
11. 当該制御装置は、前記ＰＭ除去制御を開始してからの前記再生処理の実行回数が所定回数以上になった後には、前記再生処理の実行中に、前記内燃機関が作動した状態で前記内燃機関への燃料の供給を一時的に停止する燃料カット制御を行う、請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
12. 当該制御装置は、前記ＰＭ除去制御の実行中に前記内燃機関の回転速度が予め定められた基準回転速度以下に低下したときには、該基準回転速度よりも高いときに比べて前記二次空気供給装置からの空気の供給流量を少なくするか又は前記二次空気供給装置からの空気の供給を停止する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の制御装置と、前記排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタと、を備えた内燃機関であって、
    前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガス中に空気を供給する二次空気供給装置を取り付け可能に構成され、該二次空気供給装置は前記ＰＭ除去制御を実行しないときには前記内燃機関には取り付けられていない、内燃機関。
14. 内燃機関と請求項１〜１２のいずれか１項に記載の制御装置とを搭載した車両であって、当該車両のユーザへの警告装置を備え、
    前記内燃機関は前記パティキュレートフィルタ上の粒子状物質の堆積量を検出する堆積量検出装置を備え、前記制御装置は、前記堆積量検出装置によって検出された粒子状物質の堆積量が予め定められた基準量以上であるときには、前記警告装置により前記ユーザへＰＭ除去制御を行うべき旨の警告を行う、車両。

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