JP2020076378A

JP2020076378A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2020076378A
Application number: JP2018210653A
Authority: JP
Inventors: 真典嶋田; Masanori Shimada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-05-21

Abstract

【課題】ＥＣＵの演算負荷の増大を抑制しつつ、触媒から硫黄酸化物が脱離するときの白煙の発生を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の制御装置は、触媒２８の温度を推定する温度推定部９１と、排気ガスの流量を推定する流量推定部９２と、触媒に吸着している硫黄酸化物の量と、触媒の温度とに基づいて触媒から脱離する硫黄酸化物の量を算出する脱離量算出部９３と、予め定められた吸着量の初期値と、触媒から脱離する硫黄酸化物の量とに基づいて触媒に吸着している硫黄酸化物の量を算出する吸着量算出部９４と、触媒に吸着している硫黄酸化物の量と、排気ガスの流量とに基づいて触媒の目標温度を算出する目標温度算出部９５と、触媒の温度を目標温度に制御する温度制御部９６とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関において、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒を排気通路に設けることが知られている。斯かる内燃機関において、硫黄成分を含む燃料が用いられると、硫黄酸化物を含む排気ガスが生成され、硫黄酸化物が触媒に吸着する。

触媒に吸着した硫黄酸化物は、触媒に流入する高温の排気ガス等によって触媒が昇温されると、触媒から脱離する。硫黄酸化物の脱離によって高濃度の硫黄酸化物を含む排気ガスが内燃機関から排出されると、白煙が発生する。このため、白煙の発生を抑制しつつ硫黄酸化物を触媒から除去するためには、触媒の温度を適切な温度に制御する必要がある。

基本的には、触媒に吸着している硫黄酸化物の量が多いほど、高温時に触媒から脱離する硫黄酸化物の量も多くなる。このため、特許文献１に記載の内燃機関の制御装置では、硫黄酸化物の吸着量を算出し、吸着量に基づいて触媒の目標温度が算出される。

特開２０１７−１０６３８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関の制御装置では、触媒の目標温度を算出するために硫黄酸化物の吸着量及び脱離量が温度帯毎に細かく算出されるため、ＥＣＵの演算負荷が過大となる。

そこで、本発明の目的は、ＥＣＵの演算負荷の増大を抑制しつつ、触媒から硫黄酸化物が脱離するときの白煙の発生を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、排気通路に触媒が配置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、前記触媒の温度を推定する温度推定部と、排気ガスの流量を推定する流量推定部と、前記触媒に吸着している硫黄酸化物の量と、前記触媒の温度とに基づいて前記触媒から脱離する硫黄酸化物の量を算出する脱離量算出部と、予め定められた吸着量の初期値と、前記触媒から脱離する硫黄酸化物の量とに基づいて前記触媒に吸着している硫黄酸化物の量を算出する吸着量算出部と、前記触媒に吸着している硫黄酸化物の量と、排気ガスの流量とに基づいて前記触媒の目標温度を算出する目標温度算出部と、前記触媒の温度を前記目標温度に制御する温度制御部とを備える、内燃機関の制御装置が提供される。

本発明によれば、ＥＣＵの演算負荷の増大を抑制しつつ、触媒から硫黄酸化物が脱離するときの白煙の発生を抑制することができる内燃機関の制御装置が提供される。

図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関を概略的に示す図である。図２は、ＥＣＵの機能ブロック図である。図３は、ＳＯｘの吸着量と排気ガスの流量と触媒の目標温度との関係を示すマップである。図４は、ＳＯｘの吸着量と触媒の温度とＳＯｘの脱離量との関係を示すマップである。図５は、第一実施形態における目標温度算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図６は、第二実施形態における目標温度算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図７は、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関を概略的に示す図である。図８は、排気ガスの空燃比と排気ガスの流量と目標温度の補正量との関係を示すマップである。図９は、第三実施形態における目標温度算出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。

＜第一実施形態＞
以下、図１〜図５を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。

＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関を概略的に示す図である。図１に示される内燃機関１は圧縮自着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１は車両に搭載される。

図１を参照すると、１０は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射する電子制御式の筒内燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気管６を介してターボチャージャ（過給機）７のコンプレッサ７ａの出口に連結される。コンプレッサ７ａの入口は吸気管６を介してエアクリーナ８に連結される。吸気管６内にはスロットル弁９が配置される。スロットル弁９は、スロットル弁駆動アクチュエータによって回動せしめられることで、吸気管６の開口面積を変更することができる。

さらに、吸気管６周りには吸気管６内を流れる吸入空気を冷却するためのインタークーラ１３が配置される。内燃機関１では、機関冷却水がインタークーラ１３内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。吸気マニホルド４及び吸気管６は、空気を燃焼室２に導く吸気通路を形成する。

一方、排気マニホルド５は排気管２７を介してターボチャージャ７のタービン７ｂの入口に連結される。タービン７ｂの出口は排気管２７を介して触媒２８に連結される。触媒２８は排気管２７を介してフィルタ２９に連結される。排気マニホルド５及び排気管２７は、燃焼室２における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。

触媒２８は、排気ガス中の有害物質（炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等）を酸化可能な酸化触媒（ＤＯＣ）である。触媒２８はフィルタ２９よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置される。具体的には、触媒２８は、内燃機関１の排気通路において、タービン７ｂとフィルタ２９との間の排気管２７内に配置される。フィルタ２９は、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。フィルタ２９は例えばディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）である。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（ＥＧＲ）通路１４を介して互いに連結される。ＥＧＲ通路１４内には電子制御式のＥＧＲ制御弁１５が配置される。また、ＥＧＲ通路１４周りにはＥＧＲ通路１４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置２０が配置される。内燃機関１では、機関冷却水がＥＧＲ冷却装置２０内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。

燃料は燃料ポンプ３０によって燃料タンク３１から燃料配管３２を介してコモンレール１８内に供給される。燃料ポンプ３０は燃料タンク３１内の燃料を汲み上げると共に燃料を昇圧する。コモンレール１８内に供給された高圧の燃料は各燃料供給管１７を介して各筒内燃料噴射弁３に供給される。各筒内燃料噴射弁３は各燃焼室２内に燃料を噴射する。燃料は例えば軽油である。

また、各筒内燃料噴射弁３には、リーク燃料配管３３が連結されている。コモンレール１８から各筒内燃料噴射弁３に供給された燃料のうち、燃焼室２内に噴射されなかった燃料はリーク燃料配管３３を介して排気燃料噴射弁３５に供給される。

排気燃料噴射弁３５は触媒２８よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置される。具体的には、排気燃料噴射弁３５は、内燃機関１の排気通路において、タービン７ｂと触媒２８との間の排気管２７に固定される。排気燃料噴射弁３５は、例えば、筒内燃料噴射弁３と同様の電子制御式噴射弁である。排気燃料噴射弁３５は、排気管２７内に燃料を噴射し、触媒２８に燃料を供給する。

なお、気筒配列、吸排気系の構成及びターボチャージャの有無のような内燃機関の具体的な構成は、図１に示した構成と異なっていてもよい。例えば、触媒２８及びフィルタ２９は同一のケーシングに収容されていてもよい。また、触媒２８は、フィルタ２９の表面に塗布され、フィルタ２９と一体であってもよい。また、触媒２８はＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）等であってもよい。

＜内燃機関の制御装置＞
内燃機関１の各種制御は電子制御ユニット（ＥＣＵ）８０によって実行される。すなわち、ＥＣＵ８０は内燃機関１の制御装置として機能する。ＥＣＵ８０には、内燃機関１又は内燃機関１を搭載した車両に設けられた各種センサの出力が入力され、ＥＣＵ８０は各種センサの出力等に基づいて内燃機関１の各種アクチュエータを制御する。

ＥＣＵ８０は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス８１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）８２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）８３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）８４、入力ポート８５及び出力ポート８６を備える。なお、本実施形態では、一つのＥＣＵ８０が設けられているが、機能毎に複数のＥＣＵが設けられていてもよい。

本実施形態では、負荷センサ１０１、エアフロメータ１０２、流量センサ１０３、排気温センサ１０４及び差圧センサ１０５の出力が、対応するＡＤ変換器８７を介して入力ポート８５に入力される。負荷センサ１０１は、アクセルペダル１２０の踏込み量に比例した出力電圧を発生させる。したがって、負荷センサ１０１は機関負荷を検出する。エアフロメータ１０２は、エアクリーナ８とコンプレッサ７ａとの間の吸気通路に配置され、吸入空気量を検出する。

流量センサ１０３は、タービン７ｂと触媒２８との間の排気通路に配置され、排気ガスの流量を検出する。排気温センサ１０４は、触媒２８とフィルタ２９との間の排気通路に配置され、触媒２８から流出する排気ガスの温度を検出する。差圧センサ１０５は、排気通路に設けられ、フィルタ２９上流側の排気管２７内の圧力とフィルタ２９下流側の排気管２７内の圧力との差、すなわちフィルタ２９前後の圧力差を検出する。さらに、入力ポート８５には、クランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ１０８が接続される。クランク角センサ１０８は機関回転数を検出する。

一方、出力ポート８６は、対応する駆動回路８８を介して、筒内燃料噴射弁３、スロットル弁駆動モータ、ＥＧＲ制御弁１５、燃料ポンプ３０及び排気燃料噴射弁３５に接続されている。ＥＣＵ８０は、筒内燃料噴射弁３から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、スロットル弁９の開度、ＥＧＲ制御弁１５の開度、燃料ポンプ３０の作動、並びに排気燃料噴射弁３５から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量を制御する。

図２は、ＥＣＵ８０の機能ブロック図である。本実施形態では、ＥＣＵ８０は、温度推定部９１、流量推定部９２、脱離量算出部９３、吸着量算出部９４、目標温度算出部９５及び温度制御部９６を有する。温度推定部９１、流量推定部９２、脱離量算出部９３、吸着量算出部９４、目標温度算出部９５及び温度制御部９６は、ＥＣＵ８０のＲＯＭ８２に記憶されたプログラムをＥＣＵ８０のＣＰＵ８４が実行することによって実現される機能ブロックである。

内燃機関１では、排気ガス中のＰＭがフィルタ２９に捕集されることで、排気ガスが浄化される。しかしながら、フィルタ２９に捕集されたＰＭの量が多くなると、フィルタ２９の閉塞（目詰まり）が生じ、フィルタ２９を通した排気ガスの排出が阻害される。このため、フィルタ２９に捕集されたＰＭを定期的に除去する必要がある。

本実施形態では、フィルタ２９に捕集されたＰＭを除去するために、フィルタ再生制御が実行される。フィルタ再生制御では、触媒２８の温度を上昇させるべく、排気燃料噴射弁３５から触媒２８に燃料を供給する。触媒２８に燃料を供給すると、触媒２８において燃料の酸化反応が生じ、触媒２８の温度が反応熱によって上昇する。この結果、触媒２８から流出してフィルタ２９に流入する排気ガスの温度が上昇し、フィルタ２９に捕集されたＰＭが燃焼除去される。

また、硫黄成分を含む軽油と空気との混合気が燃焼室２において燃焼されると、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含む排気ガスが生成され、ＳＯｘが触媒２８に吸着する。触媒２８に吸着したＳＯｘは触媒２８の昇温によって触媒２８から脱離する。触媒２８から脱離するＳＯｘの量（以下、「ＳＯｘの脱離量」と称する）は、触媒２８の温度が高いほど多くなる。ＳＯｘの脱離量が多くなり、高濃度のＳＯｘを含む排気ガスが内燃機関１から排出されると、白煙が発生する。

このため、フィルタ再生制御において、触媒２８の温度が高くされると、ＰＭの燃焼除去は促進されるが、白煙の発生が問題となる。したがって、フィルタ再生制御において、触媒２８の温度を適切な温度に制御する必要がある。

白煙の発生量は、排気ガス中のＳＯｘ濃度が高いほど多くなる。このため、本実施形態では、白煙の発生を抑制すべく、目標温度算出部９５は、触媒２８から流出する排気ガス中のＳＯｘ濃度が所定値に維持されるように触媒２８の目標温度を算出する。触媒２８に吸着しているＳＯｘの量（以下、「ＳＯｘの吸着量」と称する）が多いほど、ＳＯｘの脱離量が多くなり、触媒２８から流出する排気ガス中のＳＯｘ濃度が高くなる。また、排気ガス中のＳＯｘ濃度は、ＳＯｘの脱離量を排気ガスの流量で除算することによって算出されるため（排気ガス中のＳＯｘ濃度＝ＳＯｘの脱離量／排気ガスの流量）、排気ガスの流量が少ないほど高くなる。

このため、目標温度算出部９５は、フィルタ再生制御が実行される間、ＳＯｘの吸着量と排気ガスの流量とに基づいて触媒２８の目標温度を算出する。このことによって、触媒２８の温度が適切な温度に制御され、白煙の発生を抑制することができる。

例えば、目標温度算出部９５は、ＳＯｘの吸着量と排気ガスの流量と触媒２８の目標温度との関係を示すマップを用いて触媒２８の目標温度を算出する。図３に示されるように、マップでは、触媒２８の目標温度ＴＴがＳＯｘの吸着量ＡＡ及び排気ガスの流量ＦＲの関数として示される。マップは、排気ガスの流量ＦＲが一定である場合、ＳＯｘの吸着量ＡＡが多いほど目標温度ＴＴが低くなるように作成される。また、マップは、ＳＯｘの吸着量ＡＡが一定である場合、排気ガスの流量ＦＲが少ないほど目標温度ＴＴが低くなるように作成される。マップはＥＣＵ８０のＲＯＭ８２に記憶される。

排気ガスの流量は流量推定部９２によって推定される。例えば、流量推定部９２は流量センサ１０３の出力に基づいて排気ガスの流量を推定する。なお、流量センサ１０３は排気通路の別の位置（例えば、触媒２８とフィルタ２９との間）に配置されてもよい。また、流量推定部９２は、内燃機関１の所定の状態量（エアフロメータ１０２によって検出された吸入空気量、クランク角センサ１０８によって検出された機関回転数、筒内燃料噴射弁３の燃料噴射量等）に基づいて排気ガスの流量を推定してもよい。この場合、流量センサ１０３は省略されてもよい。

ＳＯｘの吸着量は吸着量算出部９４によって算出される。ＳＯｘは、触媒２８の温度が低いときには触媒２８に吸着し、触媒２８の温度が高いときには触媒２８から脱離する。したがって、基本的には、ＳＯｘは、フィルタ再生制御が実行されていないときには触媒２８に吸着し、フィルタ再生制御が実行されているときには触媒２８から脱離する。このため、フィルタ再生制御の開始時のＳＯｘの吸着量からＳＯｘの脱離量の合計を減算することによってフィルタ再生制御中のＳＯｘの脱離量を算出することができる。

本実施形態では、吸着量算出部９４は、フィルタ再生制御が実行される間、予め定められた吸着量の初期値と、ＳＯｘの脱離量とに基づいてＳＯｘの吸着量を算出する。すなわち、フィルタ再生制御の開始時のＳＯｘの吸着量として、予め定められた吸着量の初期値が用いられる。このことによって、ＳＯｘの吸着量を算出するための演算量、ひいては触媒２８の目標温度を算出するための演算量を低減することができる。この結果、ＥＣＵ８０の演算負荷の増大を抑制しつつ、触媒２８からＳＯｘが脱離するときの白煙の発生を抑制することができる。

吸着量の初期値は、触媒２８に吸着可能なＳＯｘの最大量以下に設定される。例えば、吸着量の初期値は、触媒２８に吸着可能なＳＯｘの最大量に設定される。このことによって、算出されたＳＯｘの吸着量が実際のＳＯｘの吸着量よりも少なくなり、この結果、触媒２８の目標温度が適切な温度よりも高くされることを抑制することができる。

ＳＯｘの脱離量は脱離量算出部９３によって算出される。ＳＯｘの脱離量は、ＳＯｘの吸着量が多いほど多くなる。また、ＳＯｘの脱離量は、触媒２８の温度が高いほど多くなる。このため、脱離量算出部９３は、フィルタ再生制御が実行される間、ＳＯｘの吸着量と触媒２８の温度とに基づいてＳＯｘの脱離量を算出する。

例えば、脱離量算出部９３は、ＳＯｘの吸着量と触媒２８の温度とＳＯｘの脱離量との関係を示すマップを用いてＳＯｘの脱離量を算出する。図４に示されるように、マップでは、ＳＯｘの脱離量ＤＡがＳＯｘの吸着量ＡＡ及び触媒２８の温度Ｔの関数として示される。マップは、触媒２８の温度Ｔが一定である場合、ＳＯｘの吸着量ＡＡが多いほどＳＯｘの脱離量ＤＡが多くなるように作成される。また、マップは、ＳＯｘの吸着量ＡＡが一定である場合、触媒２８の温度Ｔが高いほどＳＯｘの脱離量ＤＡが多くなるように作成される。マップはＥＣＵ８０のＲＯＭ８２に記憶される。

触媒２８の温度は温度推定部９１によって推定される。例えば、温度推定部９１は、排気温センサ１０４の出力に基づいて触媒２８の温度を推定する。なお、排気温センサ１０４は、触媒２８に配置され、触媒２８の温度を直接検出してもよい。また、温度推定部９１は内燃機関１の所定の状態量（排気燃料噴射弁３５の燃料噴射量等）に基づいて触媒２８の温度を推定してもよい。この場合、排気温センサ１０４は省略されてもよい。

温度制御部９６は触媒２８の温度を目標温度に制御する。例えば、温度制御部９６は、触媒２８への燃料供給量を制御することによって触媒２８の温度を目標温度に制御する。具体的には、温度制御部９６は、温度推定部９１によって推定された触媒２８の温度が目標温度に近付くように、排気燃料噴射弁３５の燃料噴射量をフィードバック制御する。

なお、筒内燃料噴射弁によるポスト噴射によって燃料が触媒２８に供給されてもよい。この場合、温度制御部９６は筒内燃料噴射弁３の燃料噴射量をフィードバック制御する。また、触媒２８に設けられた電気ヒータによって触媒２８が加熱されてもよい。この場合、温度制御部９６は電気ヒータへの通電量をフィードバック制御する。これらの場合、排気燃料噴射弁３５は省略されてもよい。

＜目標温度算出処理＞
以下、図５のフローチャートを参照して、上述した制御について説明する。図５は、第一実施形態における目標温度算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ８０によって繰り返し実行される。

最初に、ステップＳ１０１において、目標温度算出部９５は、フィルタ再生制御が開始されたか否かを判定する。フィルタ２９に捕集されたＰＭの量が多い程、フィルタ２９前後の圧力差が大きくなる。このため、例えば、ステップＳ１０１において、目標温度算出部９５は、フィルタ２９前後の圧力差が第１基準値以上であるか否かを判定する。フィルタ２９前後の圧力差は差圧センサ１０５によって検出される。第１基準値は予め定められる。

ステップＳ１０１において、フィルタ２９前後の圧力差が第１基準値未満であると判定された場合、すなわちフィルタ再生制御が開始されなかったと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ１０１において、フィルタ２９前後の圧力差が第１基準値以上であると判定された場合、すなわちフィルタ再生制御が開始されたと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、吸着量算出部９４はＳＯｘの吸着量を初期化する。具体的には、吸着量算出部９４は、予め定められた吸着量の初期値にＳＯｘの吸着量を設定する。吸着量の初期値は、例えば、触媒２８に吸着可能なＳＯｘの最大量である。

次いで、ステップＳ１０３において、温度推定部９１は触媒２８の温度を推定する。次いで、ステップＳ１０４において、脱離量算出部９３は、例えば図４に示されるようなマップを用いて、ＳＯｘの吸着量及び触媒２８の温度に基づいてＳＯｘの脱離量を算出する。

次いで、ステップＳ１０５において、吸着量算出部９４はＳＯｘの吸着量を更新する。具体的には、吸着量算出部９４は、ステップＳ１０４において算出されたＳＯｘの脱離量を現在のＳＯｘの吸着量から減算することによって新たなＳＯｘの吸着量を算出する（新たなＳＯｘの吸着量＝現在のＳＯｘの吸着量−ＳＯｘの脱離量）。

次いで、ステップＳ１０６において、流量推定部９２は排気ガスの流量を推定する。次いで、ステップＳ１０７において、目標温度算出部９５は、図３に示されるようなマップを用いて、ＳＯｘの吸着量及び排気ガスの流量に基づいて触媒２８の目標温度を算出する。次いで、ステップＳ１０８において、温度制御部９６は触媒２８の温度を目標温度に制御する。

次いで、ステップＳ１０９において、目標温度算出部９５は、フィルタ再生制御が終了したか否かを判定する。例えば、目標温度算出部９５は、フィルタ２９前後の圧力差が第２基準値以下であるか否かを判定する。フィルタ２９前後の圧力差は差圧センサ１０５によって検出される。第２基準値は、予め定められ、第１基準値未満の値に設定される。ステップＳ１０９において、フィルタ２９前後の圧力差が第２基準値以下であると判定された場合、すなわちフィルタ再生制御が終了したと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ１０９においてフィルタ２９前後の圧力差が第２基準値よりも大きいと判定された場合、すなわちフィルタ再生制御が終了していないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０３に戻る。すなわち、フィルタ再生制御が終了するまで、ＳＯｘの吸着量が更新され、更新された吸着量に基づいて触媒２８の目標温度が算出される。

＜第二実施形態＞
第二実施形態に係る内燃機関の制御装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る内燃機関の制御装置と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

上述したように、フィルタ再生制御は所定の終了条件が満たされたときに終了する。しかしながら、所定の終了条件が満たされる前であっても、内燃機関１の運転状態の変化による強制終了によってフィルタ再生制御が中断する場合がある。例えば、内燃機関１が搭載された車両のイグニッションスイッチがオフにされると、内燃機関１が停止され、フィルタ再生制御が中断される。また、車両の停止時や車両が下り坂を走行しているような場合には、機関負荷が低くなり、触媒２８の温度が低下する。この場合、触媒２８に供給された燃料の酸化反応が促進されないため、フィルタ再生制御が中断される。

ところで、ＳＯｘの吸着量が初期化されると、ＳＯｘが脱離する前の触媒２８の状態に基づいて触媒２８の目標温度が算出されるため、基本的には触媒２８の目標温度が低くなる。このため、実際のＳＯｘの吸着量が少ないにも拘わらずＳＯｘの吸着量が初期化されると、触媒２８の目標温度が過度に低くされ、フィルタ再生制御が遅延する。この結果、触媒２８に供給される燃料が浪費され、内燃機関１の燃費が悪化する。

このため、第二実施形態では、吸着量算出部９４は、フィルタ再生制御の開始時に吸着量の初期化が必要であるか否かを判定する。吸着量算出部９４は、吸着量の初期化が必要であると判定した場合にはＳＯｘの吸着量を初期化し、吸着量の初期化が必要でないと判定した場合にはＳＯｘの吸着量を初期化しない。このことによって、不必要な吸着量の初期化によってフィルタ再生制御が遅延し、内燃機関１の燃費が悪化することを抑制することができる。

例えば、フィルタ再生制御の中断時間が短い場合には、フィルタ再生制御の中断中にＳＯｘの吸着量はほとんど増加量しない。このため、吸着量算出部９４は、フィルタ再生制御の中断時間が所定時間以下である場合に、吸着量の初期化が必要ではないと判定する。なお、吸着量算出部９４は、フィルタ再生制御が中断している間の筒内燃料噴射弁３の燃料噴射量の積算値が所定値以下である場合に、吸着量の初期化が必要ではないと判定してもよい。

＜目標温度算出処理＞
図６は、第二実施形態における目標温度算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ８０によって繰り返し実行される。

最初に、ステップＳ２０１において、図５のステップＳ１０１と同様に、目標温度算出部９５は、フィルタ再生制御が開始されたか否かを判定する。なお、目標温度算出部９５は、フィルタ再生制御が中断後に再開された場合にもフィルタ再生制御が開始されたと判定する。ステップＳ２０１においてフィルタ再生制御が開始されなかったと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ２０１においてフィルタ再生制御が開始されたと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、吸着量算出部９４は、吸着量の初期化が必要であるか否かを判定する。吸着量の初期化が必要であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、図５のステップＳ１０２と同様に、吸着量算出部９４は吸着量を初期化する。一方、ステップＳ２０２において吸着量の初期化が必要ではないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３をスキップしてステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４〜ステップＳ２１０は、図５のステップＳ１０３〜ステップＳ１０９と同様であることから説明を省略する。

＜第三実施形態＞
第三実施形態に係る内燃機関の制御装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る内燃機関の制御装置と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図７は、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関を概略的に示す図である。第三実施形態では、内燃機関１の排気通路に空燃比センサ１０６が配置される。空燃比センサ１０６は、タービン７ｂと触媒２８との間に配置され、排気ガスの空燃比を検出する。空燃比センサ１０６の出力は、対応するＡＤ変換器８７を介して入力ポート８５に入力される。

上述したように、硫黄成分を含む軽油と空気との混合気が燃焼室２において燃焼されると、ＳＯｘを含む排気ガスが生成される。このとき、生成されたＳＯｘのうち、三酸化硫黄（ＳＯ₃）が白煙の主な原因となる。

ＳＯ₃は、二酸化硫黄（ＳＯ₂）が酸化されることによって生成される。このため、排気ガスの空燃比がリッチであるほど、排気ガス中のＳＯｘに占めるＳＯ₃の割合は低くなる。このため、排気ガス中のＳＯｘ濃度が同一であっても、排気ガスの空燃比に応じて排気ガス中のＳＯ₃濃度は変化する。したがって、排気ガスの空燃比に応じて、適切な触媒２８の目標温度は変化する。

そこで、第三実施形態では、目標温度算出部９５は、排気ガスの空燃比を推定し、排気ガスの空燃比に基づいて触媒２８の目標温度を補正する。例えば、目標温度算出部９５は空燃比センサ１０６の出力に基づいて排気ガスの空燃比を推定する。なお、空燃比センサ１０６は排気通路の別の位置（例えば、タービン７ｂの上流側）に配置されてもよい。また、目標温度算出部９５は、エアフロメータ１０２によって検出された吸入空気量と筒内燃料噴射弁３の燃料噴射量との比率に基づいて排気ガスの空燃比を推定してもよい。この場合、空燃比センサ１０６は省略されてもよい。

例えば、目標温度算出部９５は、排気ガスの空燃比と排気ガスの流量と目標温度の補正量との関係を示すマップを用いて目標温度の補正量を算出する。なお、目標温度が高くされる場合には補正量が正となり、目標温度が低くされる場合には補正量が負となる。

図８に示されるように、マップでは、目標温度の補正量ＣＡが排気ガスの空燃比ＡＦ及び排気ガスの流量ＦＲの関数として示される。マップは、排気ガスの流量ＦＲが一定である場合、排気ガスの空燃比ＡＦがリッチであるほど目標温度の補正量ＣＡが大きくなるように作成される。また、マップは排気ガスの空燃比ＡＦが一定である場合、排気ガスの流量ＦＲが多いほど目標温度の補正量ＣＡが大きくなるように作成される。

＜目標温度算出処理＞
図９は、第三実施形態における目標温度算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ８０によって繰り返し実行される。ステップＳ３０１〜ステップＳ３０７は、図５のステップＳ１０１〜ステップＳ１０７と同一であることから説明を省略する。

ステップＳ３０７の後、ステップＳ３０８において、目標温度算出部９５は排気ガスの空燃比を推定する。次いで、ステップＳ３０９において、目標温度算出部９５は、図８に示されるようなマップを用いて、排気ガスの空燃比及び排気ガスの流量に基づいて目標温度の補正量を算出する。目標温度算出部９５は、ステップＳ３０７において算出された目標温度に補正量を加算することによって最終的な目標温度を算出する。

次いで、ステップＳ３１０において、温度制御部９６は触媒２８の温度を最終的な目標温度に制御する。次いで、ステップＳ３１１において、図５のステップＳ１０９と同様に、目標温度算出部９５は、フィルタ再生制御が終了したか否かを判定する。

なお、ステップＳ３０９において、目標温度算出部９５は排気ガスの空燃比のみに基づいて目標温度の補正量を算出してもよい。また、ステップＳ３０７において、目標温度算出部９５は、ＳＯｘの吸着量、排気ガスの流量及び排気ガスの空燃比に基づいて触媒２８の目標温度を算出してもよい。この場合、ステップＳ３０７とステップＳ３０８との順番が入れ替えられ、ステップＳ３０９が省略される。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、フィルタ２９は省略されてもよい。この場合、触媒２８からＳＯｘを除去するために触媒２８を昇温する触媒昇温制御が定期的に実行され、図５のステップＳ１０１、図６のステップＳ２０１及び図９のステップＳ３０１において触媒昇温制御が開始されたか否かが判定され、図５のステップＳ１０９、図６のステップＳ２１０及び図９のステップＳ３１１において触媒昇温制御が終了したか否かが判定される。

また、上述した実施形態は任意に組み合わせて実行可能である。第二実施形態と第三実施形態とが組み合わされる場合、図９のステップＳ３０１とステップＳ３０２との間に図６のステップＳ２０２が実行される。

１内燃機関
２７排気管
２８触媒
８０電子制御ユニット（ＥＣＵ）
９１温度推定部
９２流量推定部
９３脱離量算出部
９４吸着量算出部
９５目標温度算出部
９６温度制御部

Claims

排気通路に触媒が配置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、
前記触媒の温度を推定する温度推定部と、
排気ガスの流量を推定する流量推定部と、
前記触媒に吸着している硫黄酸化物の量と、前記触媒の温度とに基づいて前記触媒から脱離する硫黄酸化物の量を算出する脱離量算出部と、
予め定められた吸着量の初期値と、前記触媒から脱離する硫黄酸化物の量とに基づいて前記触媒に吸着している硫黄酸化物の量を算出する吸着量算出部と、
前記触媒に吸着している硫黄酸化物の量と、排気ガスの流量とに基づいて前記触媒の目標温度を算出する目標温度算出部と、
前記触媒の温度を前記目標温度に制御する温度制御部と
を備える、内燃機関の制御装置。