JP2022134620A - 内燃機関の排気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタのＰＭの堆積状態に応じたエンジン始動時のエンジン振動特性の変動を抑制し、これにより、ユーザが違和感を覚えにくくする。【解決手段】排気制御装置は、排気通路に配置されたパティキュレートフィルタを備える内燃機関に適用されている。排気制御装置は、排気アクチュエータと、電子制御ユニットとを備える。排気アクチュエータは、パティキュレートフィルタの上流側における排気通路の圧力である上流側排気圧を調整可能である。電子制御ユニットは排気アクチュエータを制御する。電子制御ユニットは、排気アクチュエータの制御により、エンジン始動時の上流側排気圧が所定の範囲内に収まるように、パティキュレートフィルタの粒子状物質の堆積状態に基づいてエンジン始動時の上流側排気圧を増減させる排気圧制御処理を実行する。【選択図】図６

Description

この発明は、内燃機関の排気制御装置に関し、より詳細には、排気通路に配置されたパティキュレートフィルタを備える内燃機関の排気制御装置に関する。

特許文献１には、粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ（パティキュレートフィルタ）を備える内燃機関を搭載する車両が開示されている。この車両では、フィルタに堆積したＰＭを除去するためのＰＭ再生制御は、ユーザが車両の運転を終えた後（すなわち、エンジン停止中）に実行される。そのうえで、この車両では、エンジン停止中のＰＭ再生制御の実行に伴う動作音等によりユーザが違和感を覚えることを抑制するために、当該ＰＭ再生制御は、ユーザが車両から離れていると判定された場合に開始される。

特開２０１８－１０５１９８号公報

フィルタ（パティキュレートフィルタ）の上流側の排気圧力（上流側排気圧）は、フィルタのＰＭの堆積状態（フィルタの再生状態）に応じて変化する。そして、ＰＭの堆積状態の変化に起因する上流側排気圧の変化に伴い、エンジン始動時に内燃機関から車両に伝達されるエンジン振動の特性（例えば、振動レベル）も変化する。このため、車両のユーザは、ＰＭの堆積状態の変化に起因するエンジン振動特性の変化に対して違和感を覚えるおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、パティキュレートフィルタのＰＭの堆積状態に応じたエンジン始動時のエンジン振動特性の変動を抑制し、これにより、ユーザが違和感を覚えにくくすることを目的とする。

本発明に係る内燃機関の排気制御装置は、排気通路に配置されたパティキュレートフィルタを備える内燃機関に適用されている。
排気制御装置は、排気アクチュエータと、電子制御ユニットとを備える。排気アクチュエータは、パティキュレートフィルタの上流側における排気通路の圧力である上流側排気圧を調整可能である。電子制御ユニットは排気アクチュエータを制御する。
電子制御ユニットは、排気アクチュエータの制御により、エンジン始動時の上流側排気圧が所定の範囲内に収まるように、パティキュレートフィルタの粒子状物質の堆積状態に基づいてエンジン始動時の上流側排気圧を増減させる排気圧制御処理を実行する。

電子制御ユニットは、排気圧制御処理において、特定エンジン運転条件における上流側排気圧が第１基準値よりも高い場合には、上流側排気圧が低くなる方向に排気アクチュエータを制御し、特定エンジン運転条件における上流側排気圧が第１基準値よりも低い場合には、上流側排気圧が高くなる方向に排気アクチュエータを制御してもよい。

内燃機関は、可変ノズル付きのタービンと可変ノズル開度を制御する可変ノズルアクチュエータとを有する可変容量式ターボ過給機を含んでもよい。排気アクチュエータは、可変ノズルアクチュエータであってもよい。そして、電子制御ユニットは、排気圧制御処理において、上流側排気圧を低くする場合には、可変ノズル開度が大きくなるように可変ノズルアクチュエータを制御し、上流側排気圧を高くする場合には、可変ノズル開度が小さくなるように可変ノズルアクチュエータを制御してもよい。

内燃機関は、排気通路に配置された排気絞り弁を含んでもよい。排気アクチュエータは、排気絞り弁であってもよい。そして、電子制御ユニットは、排気圧制御処理において、上流側排気圧を低くする場合には、排気絞り弁の開度が大きくなるように可変ノズルアクチュエータを制御し、上流側排気圧を高くする場合には、排気絞り弁の開度が小さくなるように可変ノズルアクチュエータを制御してもよい。

電子制御ユニットは、内燃機関が停止しているエンジン停止状態において内燃機関の始動に繋がり得る動作を検出した場合に、排気圧制御処理による排気アクチュエータの動作を実行してもよい。

電子制御ユニットは、排気圧制御処理において、排気圧制御処理のための排気アクチュエータの動作を開始する際の大気圧が第２基準値よりも高い場合には、上流側排気圧が低くなる方向に排気アクチュエータを制御し、排気圧制御処理のための排気アクチュエータの動作を開始する際の大気圧が第２基準値よりも低い場合には、上流側排気圧が高くなる方向に排気アクチュエータを制御してもよい。

電子制御ユニットは、内燃機関が停止されるエンジン停止時に排気圧制御処理による排気アクチュエータの動作を実行してもよい。

電子制御ユニットは、エンジン始動の後に内燃機関のエンジン回転数が自立回転可能な回転数を上回った時に、排気圧制御処理による動作前の制御状態に戻るように排気アクチュエータを制御してもよい。

本発明に係る排気圧制御処理によれば、排気アクチュエータの制御により、エンジン始動時の上流側排気圧が所定の範囲内に収まるように、パティキュレートフィルタの粒子状物質（ＰＭ）の堆積状態に基づいてエンジン始動時の上流側排気圧が増減される。すなわち、排気圧制御処理によれば、エンジン始動時の上流側排気圧を単に下げるのではなく、上流側排気圧が低い場合には、所定の範囲内に収まるように上流側排気圧が高められる。このため、ＰＭの堆積状態に応じたエンジン始動時のエンジン振動特性の変動を抑制でき、ユーザが違和感を覚えにくくなる。

実施の形態１に係る内燃機関のシステム構成の一例を示す模式図である。 図１に示すＧＰＦのＰＭ堆積量Ａの履歴を表した図である。 ＰＭ堆積量Ａと排気圧力ＰＥとの関係を表した図である。 排気圧力ＰＥと筒内残留ガス量との関係を表した図である。 筒内圧とクランク角との関係を表した図である。 実施の形態１に係る排気圧制御処理を伴う動作の一例を表したタイムチャートである。 排気圧力ＰＥと動作量ｍ１との関係の一例を表した図である。 大気圧ＰＡと動作量ｍ２との関係の一例を表した図である。 実施の形態１に係る排気圧制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る排気圧制御処理の効果を説明するための図である。 実施の形態２に係る排気圧制御処理を伴う動作の一例を表したタイムチャートである。 実施の形態２に係る排気圧制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る内燃機関のシステム構成の一例を示す模式図である。

以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１
１－１．システム構成例
図１は、実施の形態１に係る内燃機関１０のシステム構成の一例を示す模式図である。図１に示す内燃機関１０は車両に搭載されている。内燃機関１０は、可変容量式のターボ過給機１２を備えている。

ターボ過給機１２は、吸気通路１４に配置されたコンプレッサ１６と、排気通路１８に配置されたタービン２０とを備えている。タービン２０は可変ノズル２２を有する。ターボ過給機１２は、さらに、可変ノズル（ＶＮ）２２の開度（ＶＮ開度α）を制御するＶＮアクチュエータ２４を備えている。ＶＮアクチュエータ２４は、一例として電動式である。ＶＮアクチュエータ２４は、所定の開度制御範囲内でＶＮ開度αを制御する。ＶＮ開度αが小さくなると（閉じ側に制御されると）、タービン２０の入口面積が小さくなり、タービン２０の上流側の排気圧力（すなわち、内燃機関１０の背圧）が高くなる。以下の説明では、この排気圧力を「排気圧力ＰＥ」と称する。一方、ＶＮ開度αが大きくなると（開き側に制御されると）、タービン２０の入口面積が大きくなり、排気圧力ＰＥが低くなる。このように、ＶＮ開度αを制御することによって排気圧力ＰＥを調整できる。

吸気通路１４におけるコンプレッサ１６の下流には、コンプレッサ１６によって圧縮された吸気を冷却するインタークーラ２６が配置されている。インタークーラ２６の下流には、電子制御式のスロットル２８が配置されている。スロットル２８の開度調整によって吸入空気量が制御される。

排気通路１８におけるタービン２０の下流には、排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ３０が配置されている。内燃機関１０は、一例としてガソリンを燃料とする火花点火式エンジンであり、以下、パティキュレートフィルタ３０はＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）３０とも称される。なお、ＧＰＦ３０の下流には、三元触媒（図示省略）が配置されている。なお、ＧＰＦ３０は、当該三元触媒の下流に配置されてもよいし、三元触媒と一体的に構成されてもよい。また、本発明に係る「排気制御装置」は、火花点火式の内燃機関１０に代え、例えば圧縮着火式の内燃機関に適用されてもよい。すなわち、本発明に係る「パティキュレートフィルタ」の他の例は、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）であってもよい。

図１に示すシステムは、さらに、内燃機関１０を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０を備えている。ＥＣＵ４０は、プロセッサ４０ａとメモリ４０ｂとを有する。メモリ４０ｂには、内燃機関１０の各制御に用いられるマップを含む各種のデータ及び各種の制御プログラムが記憶されている。プロセッサ４０ａがメモリ４０ｂから制御プログラムを読み出して実行することにより、ＥＣＵ４０による各種の処理及び制御が実現される。なお、ＥＣＵ４０は複数であってもよい。

ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の各制御に用いられるセンサ類４２からセンサ信号を取り込む。ここでいうセンサ類４２は、内燃機関１０に搭載された各種センサ（例えば、クランク角センサ、排気圧センサ、大気圧センサ、及び差圧センサ）、並びに、車両に搭載された各種センサ（例えば、ドアセンサ、車速センサ、及びシフトポジションセンサ）を含む。より詳細には、排気圧センサは、本発明に係る「上流側排気圧」の一例に相当する上記排気圧力ＰＥを検出する。差圧センサは、ＧＰＦ３０の入口と出口の排気圧力の差を検出する。ドアセンサは、内燃機関１０を搭載する車両のドア（例えば、運転席のドア）の開閉を検出する。シフトポジションセンサは、車両の運転者によるシフトポジション（Ｐ（パーキング）レンジ及びＤ（ドライブ）レンジなど）の選択を検出する。また、ＥＣＵ４０によって制御されるアクチュエータは、上述のＶＮアクチュエータ２４及びスロットル２８に加え、内燃機関１０の燃料噴射装置４４及び点火装置４６を含む。

（フィルタ再生処理）
図２は、図１に示すＧＰＦ３０のＰＭ堆積量Ａの履歴を表した図である。図２に示すように、ＧＰＦ３０のＰＭ堆積量Ａは、内燃機関１０の運転時間の経過とともに増加していく。ＰＭ堆積量Ａが所定の閾値に達した場合、ＥＣＵ４０は、堆積したＰＭを燃焼除去するためにフィルタ再生処理を実行する。

フィルタ再生処理は、例えば、内燃機関１０の運転中の所定のエンジン運転条件下（例えば、ＧＰＦ３０が高温状態にあり、かつ、燃料カット運転時のようにＧＰＦ３０に酸素が存在している状況下）において実行される。なお、ＰＭ堆積量Ａは、例えば、上記差圧センサによって検出されるＧＰＦ３０の前後差圧に基づいて算出（推定）でき、あるいは、堆積量カウンタを利用した公知のＰＭ堆積量の推定手法を利用して算出できる。

フィルタ再生処理が実行されると、図２に示すようにＰＭ堆積量Ａが減少する。その結果、ＧＰＦ３０のＰＭ捕集機能が再生される。

１－２．ＰＭ堆積量Ａに応じた排気圧力ＰＥ（上流側排気圧）の制御
図３は、ＰＭ堆積量Ａと排気圧力ＰＥとの関係を表した図である。図４は、排気圧力ＰＥと筒内残留ガス量との関係を表した図である。図５は、筒内圧とクランク角との関係（圧縮上死点付近の筒内圧履歴）を表した図である。

ＧＰＦ３０の上流側の排気圧力である排気圧力ＰＥは、ＧＰＦ３０へのＰＭの堆積状態（フィルタの再生状態）に応じて変化する。具体的には、図３に示すように、排気圧力ＰＥはＰＭ堆積量Ａの増加に応じて上昇する。この排気圧力ＰＥの上昇に伴い、図４に示すように筒内残留ガス量が増加する。筒内残留ガス量の増加は、新気量を含む筒内の総ガス量の増加に繋がり、さらには、図５に示すように、エンジン始動時における最大筒内圧（１サイクル中の筒内圧の最大値）Ｐｍａｘの上昇に繋がる。また、この最大筒内圧は、フィルタ再生処理によるＰＭ堆積量Ａの減少に伴って低下する。そして、最大筒内圧Ｐｍａｘは、エンジン始動時に内燃機関１０から車両に伝達されるエンジン振動の特性（例えば、振動レベル）に影響を及ぼす。

上述のように、ＰＭ堆積量Ａの変化に起因する排気圧力ＰＥの変化に伴い、エンジン始動時におけるエンジン振動の特性が変化する。したがって、上述の図２に示すようにＰＭ堆積量Ａが経時的に変化すると、当該エンジン振動特性はそれに伴って変動する。特に、上述のフィルタ再生処理が行われると、ＰＭ堆積量Ａが急減する。このため、エンジン始動時のエンジン振動特性の変化は、フィルタ再生処理の実施の前後において顕著に発生する。

上述したＰＭの堆積状態の変化に応じたエンジン振動特性の変動の発生（具体的には、例えば、ユーザが車両に乗る日によってエンジン振動特性が変化すること）により、ユーザが違和感を覚えるおそれがある。そこで、本実施形態では、このような課題に鑑み、ＥＣＵ４０は、ＶＮアクチュエータ２４の制御により、次のような「排気圧制御処理」を実行する。本実施形態では、このＶＮアクチュエータ２４が本発明に係る「排気アクチュエータ」の一例に相当する。

１－２－１．排気圧制御処理
排気圧制御処理は、エンジン始動時における排気圧力ＰＥが所定の範囲内に収まるように、ＧＰＦ３０へのＰＭの堆積状態に基づいて当該エンジン始動時の排気圧力ＰＥを増減させる処理である。ここでいう「エンジン始動時」は、エンジン始動過程（クランキングの開始から燃料噴射の開始までの期間）を含む。以下の図６に示す一例では、クランキングの開始時点ｔ１２から内燃機関１０が自立回転可能となった時点ｔ１３までの期間（すなわち、排気圧制御処理によってエンジン始動時用のＶＮ開度αが選択されている期間）が、「エンジン始動時」に該当している。

図６は、実施の形態１に係る排気圧制御処理を伴う動作の一例を表したタイムチャートである。本実施形態では、排気圧制御処理によるＶＮアクチュエータ２４の動作は、内燃機関１０が停止しているエンジン停止状態において「内燃機関１０の始動に繋がり得る動作」が検出された場合に実行される。図６に示す例では、車両のイグニッションスイッチがオフとされた後のエンジン停止中（エンジン回転数ＮＥ＝０）に車両のドアが開いたことがドアセンサにより検出された時点ｔ１１（ドア開フラグＯＮ）において、当該動作が検出される。換言すると、ＥＣＵ４０は、当該動作がなされたと判定する。

時点ｔ１１が到来すると、ＰＭの堆積状態によらずにエンジン始動時における排気圧力ＰＥを所定の範囲内に収まるために必要なＶＮアクチュエータ２４の動作量ｍが算出される。動作量ｍは、基準開度α０（ＶＮアクチュエータ２４の通常位置）に対するＶＮ開度αの変化量に相当する。図６に示す一例では、動作量ｍの算出後に、直ちにＶＮ開度αが基準開度α０に対して動作量ｍだけ変化するようにＶＮアクチュエータ２４が制御されている。より詳細には、基準開度α０は、アイドリング運転条件におけるＶＮ開度αの基本開度（換言すると、排気圧制御処理が実行されない場合に用いられるＶＮ開度値）である。

動作量ｍは、基準開度α０に対してＶＮ２２を開くときは正の値となり、逆に、基準開度α０に対してＶＮ２２を閉じるときは負の値となる。本実施形態では、動作量ｍは、排気圧力ＰＥと大気圧ＰＡとに応じた値となるように算出される。すなわち、動作量ｍは、排気圧力ＰＥと大気圧ＰＡの関数である。一例として、動作量ｍは、排気圧力ＰＥに基づく動作量ｍ１と、大気圧ＰＡに基づく動作量ｍ２との和に相当する。ＶＮアクチュエータ２４は、算出された動作量ｍを基準開度α０に加えて得られる値となるようにＶＮ開度αを調整する。

図７は、排気圧力ＰＥと動作量ｍ１との関係の一例を表した図である。図７中の排気圧力ＰＥの基準値Ｘ１（本発明に係る「第１基準値」の一例に相当）は、排気圧制御処理において基準となる排気圧力ＰＥの所定値である。排気圧制御処理では、排気圧力ＰＥの取得値ＰＥｘが基準値Ｘ１と比較される。この取得値ＰＥｘは、特定エンジン運転条件Ｃ（一例として、アイドリング（無負荷）運転条件）における排気圧力ＰＥの値である。したがって、基準値Ｘ１は、当該特定エンジン運転条件Ｃにおける排気圧力ＰＥの基準値に相当する。

取得値ＰＥｘは、例えば、ＰＭ堆積量Ａを利用する公知の手法に基づいて推定することによって取得できる。より詳細には、エンジン停止状態において排気圧制御処理を行う本実施形態においてＰＭ堆積量Ａを利用する場合には、取得値ＰＥｘは、前回のイグニッションスイッチオフに伴うエンジン停止時に取得されるＰＭ堆積量Ａに基づいて、特定エンジン運転条件Ｃでの値として推定される。また、本実施形態において排気圧センサを利用する場合には、取得値ＰＥｘは、前回のエンジン停止前（より詳細には、エンジン停止直前）の特定エンジン運転条件Ｃにおいて排気圧センサを用いて取得される。

付け加えると、上述のＶＮ２２の基準開度α０は、ゼロではない所定の基準堆積量Ａ１の下で特定エンジン運転条件Ｃにおいて排気圧力ＰＥの基準値Ｘ１が得られるときのＶＮ開度値に相当する。したがって、動作量ｍ１は、取得値ＰＥｘが基準値Ｘ１と等しい場合にはゼロとされる。取得値ＰＥｘが基準値Ｘ１と等しくない場合における各排気圧力ＰＥでの動作量ｍ１は、エンジン始動時の排気圧力ＰＥを基準値Ｘ１に近づけられるように決定されている。

具体的には、ＰＭ堆積量Ａが基準堆積量Ａ１よりも多いために取得値ＰＥｘが基準値Ｘ１よりも高い場合には、エンジン始動時の排気圧力ＰＥが低くなる方向にＶＮアクチュエータ２４が制御される。このように排気圧力ＰＥを下げて基準値Ｘ１に近づけるためには、ＶＮ開度αを基準開度α０よりも大きくする（すなわち、開き側にＶＮ開度αを制御する）必要がある。このため、正の動作量ｍ１が算出される。より詳細には、基準値Ｘ１に対する取得値ＰＥｘの差が大きいほど大きくなるように正の動作量ｍ１が算出される。

一方、ＰＭ堆積量Ａが基準堆積量Ａ１よりも少ないために取得値ＰＥｘが基準値Ｘ１よりも低い場合には、エンジン始動時の排気圧力ＰＥが高くなる方向にＶＮアクチュエータ２４が制御される。このように排気圧力ＰＥを高めて基準値Ｘ１に近づけるためには、ＶＮ開度αを基準開度α０よりも小さくする（すなわち、閉じ側にＶＮ開度αを制御する）必要がある。このため、負の動作量ｍ１が算出される。より詳細には、基準値Ｘ１に対する取得値ＰＥｘの差が負側で大きいほど負側で大きくなるように、負の動作量ｍ１が算出される。

ここで、イグニッションスイッチがオフとされてエンジン停止状態となってから次にエンジン始動がなされるまでの期間中に、大気圧ＰＡが変化する可能性がある。大気圧ＰＡの変化は、エンジン始動時の排気圧力ＰＥ及び筒内残留ガス量、さらには最大筒内圧Ｐｍａｘに影響を及ぼす。そこで、本実施形態では、以下に説明されるように、動作量ｍは、排気圧力ＰＥだけでなく大気圧ＰＡにも基づいて算出される。

図８は、大気圧ＰＡと動作量ｍ２との関係の一例を表した図である。図８に示す関係は、排気圧力ＰＥに関する図７に示す関係と同様の考え方に基づいて決定されている。図８中の基準値Ｘ２は、本発明に係る「第２基準値」の一例に相当する所定値である。基準値Ｘ２は、例えば、前回のエンジン停止時に排気圧センサによって検出される大気圧ＰＡの値であってもよい。

上記の基準値Ｘ２との比較に用いられる大気圧ＰＡの取得は、時点ｔ１１において上述の「内燃機関１０の始動に繋がり得る動作」が検出された後に、例えば大気圧センサを用いて行われる。このように、大気圧ＰＡの取得は、排気圧制御処理のためのＶＮアクチュエータ２４の動作が開始される際に行われる。

取得された大気圧ＰＡが基準値Ｘ２よりも高い場合には、当該大気圧ＰＡが基準値Ｘ２と等しい場合と比べて、エンジン始動時の排気圧力ＰＥが高くなってしまう。このため、取得された大気圧ＰＡが基準値Ｘ２よりも高い場合には、エンジン始動時の排気圧力ＰＥを低くするために、正の動作量ｍ２が算出される。より詳細には、基準値Ｘ２に対する取得値ＰＥｘの差が大きいほど大きくなるように正の動作量ｍ２が算出される。一方、大気圧ＰＡが基準値Ｘ２よりも低い場合には、エンジン始動時の排気圧力ＰＥを高くするために、負の動作量ｍ２が算出される。より詳細には、基準値Ｘ２に対する取得値ＰＥｘの差が負側で大きいほど負側で大きくなるように、負の動作量ｍ２が算出される。

図６に示す例では、時点ｔ１１において「内燃機関１０の始動に繋がり得る動作」が検出された後（すなわち、近い将来のエンジン始動が予測された後）の時点ｔ１２において、エンジン始動が実際に行われている。具体的には、時点ｔ１２においてクランキングが開始され、エンジン回転数ＮＥが上昇していく。クランキングの実行中に各気筒の燃料噴射が開始される。時点ｔ１３は、エンジン回転数ＮＥが自立回転可能な回転数（完爆判定回転数）Ｙを上回った時点に相当する。図６に示す例では、時点ｔ１３の経過後には、内燃機関１０はアイドリング運転状態となっている。

図６に示す例では、時点ｔ１３において、ＶＮ開度αが基準開度α０（すなわち、排気圧制御処理による動作前の制御状態）に戻すためのＶＮアクチュエータ２４の動作が開始される。すなわち、内燃機関１０が自立回転可能となると、排気圧制御処理が終了される。

１－２－２．排気圧制御処理の流れ
図９は、実施の形態１に係る排気圧制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、エンジン停止状態において繰り返し実行される。

図９では、ＥＣＵ４０は、まずステップＳ１００において、エンジン回転数がゼロ、かつ、ドア開フラグがＯＮであるか否かを判定する。その結果、この判定結果が否定的である場合、すなわち、「内燃機関１０の始動に繋がり得る動作」が検出されない場合には、ＥＣＵ４０は今回の処理サイクルを終了する。なお、エンジン停止中にフィルタ再生処理を実行可能な構成を内燃機関１０が備えている例では、エンジン停止中にフィルタ再生処理が行われると、ＧＰＦ３０へのＰＭの堆積状態が前回のエンジン停止前の堆積状態から変化する。このため、ステップＳ１００の判定条件は、エンジン停止中にフィルタ再生処理が行われていないことを含んでもよい。

一方、ステップＳ１００の判定結果が肯定的である場合、すなわち、「内燃機関１０の始動に繋がり得る動作」が検出された場合には、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、ＥＣＵ４０は、排気圧力ＰＥ（取得値ＰＥｘ）と大気圧ＰＡとを取得する。取得値ＰＥｘは、例えば、上述のように、前回のイグニッションスイッチオフに伴うエンジン停止時に取得されるＰＭ堆積量Ａに基づいて取得（推定）でき、あるいは、前回のエンジン停止前の排気圧センサ値を用いて取得できる。また、大気圧ＰＡは、例えば、ステップＳ１０２の処理の到来時点の大気圧センサ値を用いて取得できる。

ステップＳ１０２に続くステップＳ１０４では、ＥＣＵ４０は、ＶＮアクチュエータ２４の動作量ｍを算出する。具体的には、ＥＣＵ４０のメモリ４０ｂは、例えば、上述の図７及び図８に示すような関係をマップとして記憶している。ＥＣＵ４０は、そのようなマップから、ステップＳ１０２で得られた取得値ＰＥｘ及び大気圧ＰＡに応じた動作量ｍ１及びｍ２をそれぞれ算出する。そして、ＥＣＵ４０は、これらの動作量ｍ１及びｍ２の和である動作量ｍを算出する。

ステップＳ１０４に続くステップＳ１０６では、ＥＣＵ４０は、ＶＮ開度αが基準開度α０からエンジン始動時用のＶＮ開度α（＝基準開度α０＋動作量ｍ）に変更されるようにＶＮアクチュエータ２４を動作させる。

ステップＳ１０６に続くステップＳ１０８では、ＥＣＵ４０は、所定のエンジン始動動作（クランキング、並びに、燃料噴射及び点火を含む）を開始する。その後、処理は、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数ＮＥが自立回転可能な回転数Ｙを上回ったか否かを判定する。その結果、エンジン回転数ＮＥが回転数Ｙに到達していない間は、エンジン始動時用のＶＮ開度α（＝基準開度α０＋動作量ｍ）が用いられる。一方、エンジン回転数ＮＥが回転数Ｙを上回ると、処理はステップＳ１１２に進み、ＥＣＵ４０は、ＶＮ開度αが基準開度α０に戻るようにＶＮアクチュエータ２４を動作させる。

１－３．効果
図１０は、実施の形態１に係る排気圧制御処理の効果を説明するための図である。図１０中に破線で示すように、排気圧制御処理が行われない例では、エンジン始動時の排気圧力ＰＥは、ＰＭ堆積量Ａが多いほど高くなる。このため、ＰＭ堆積量Ａの変化に応じて、エンジン始動時のエンジン振動特性が変動してしまう。

これに対し、排気圧制御処理によれば、ＰＭ堆積量Ａが基準堆積量Ａ１よりも多いために取得値ＰＥｘが基準値Ｘ１よりも高い場合には、エンジン始動時の排気圧力ＰＥが低くなる方向にＶＮアクチュエータ２４が制御される。一方、取得値ＰＥｘが基準値Ｘ１よりも低い場合には、エンジン始動時の排気圧力ＰＥが高くなる方向にＶＮアクチュエータ２４が制御される。これにより、図１０に示すように、ＰＭ堆積量Ａによらずに一定となるようにエンジン始動時の排気圧力ＰＥを調整できる。少なくとも、ＰＭ堆積量Ａによらずに所定の範囲内に収めるように（換言すると、少なくとも基準値Ｘ１に近づくように）エンジン始動時の排気圧力ＰＥを調整できる。付け加えると、本排気圧制御処理によれば、エンジン始動時の排気圧力ＰＥを単に下げるのではなく、排気圧力ＰＥが基準値Ｘ１よりも低い場合にはＶＮアクチュエータ２４を制御して排気圧力ＰＥを高められる。すなわち、当該排気圧力ＰＥが所定の範囲に収まるように制御される。

したがって、本実施形態によれば、ＧＰＦ３０のＰＭの堆積状態に応じたエンジン始動時の筒内圧力の変動、及びこれに伴うエンジン振動特性の変動を抑制できる。このため、エンジン始動の際に、ユーザが違和感を覚えにくくなる。

また、本実施形態の排気圧制御処理では、エンジン始動時の排気圧力ＰＥの調整は、排気圧力ＰＥの取得値ＰＥｘだけでなく、排気圧制御処理のためのＶＮアクチュエータ２４の動作を開始する際の大気圧ＰＡにも基づいて行われる。これにより、前回のエンジン停止時からの大気圧ＰＡの変化の影響をも考慮して、エンジン始動時の排気圧力ＰＥを一定に近づけることができる。

なお、上述したように、実施の形態１では、エンジン始動時の排気圧力ＰＥの調整（ＶＮアクチュエータ２４の動作量ｍの決定）のために、排気圧力ＰＥの取得値ＰＥｘだけでなく、大気圧ＰＡも用いられた。しかしながら、このような例に代え、ＶＮアクチュエータ２４の動作量は、大気圧ＰＡを用いずに排気圧力ＰＥの取得値ＰＥｘに基づいて決定されてもよい。

２．実施の形態２
実施の形態２は、以下に説明する点において、実施の形態１と相違している。すなわち、上述した実施の形態１では、エンジン停止状態においてもＶＮ開度αを制御可能なＶＮアクチュエータ（例えば、電動式のＶＮアクチュエータ２４）が用いられた。これに対し、実施の形態２では、エンジン停止状態ではＶＮ開度αを変更できずに保持することのみ可能な方式のＶＮアクチュエータ（図示省略）を利用した排気圧制御処理について説明される。このようなＶＮアクチュエータ（以下、便宜上、「ＶＮアクチュエータＺ」と称する）の一例は、エンジン負圧を利用して動作するダイアフラム式のＶＮアクチュエータである。ただし、以下に説明される手法による排気圧制御処理は、電動式のＶＮアクチュエータ２４を用いて実行することも可能である。

図１１は、実施の形態２に係る排気圧制御処理を伴う動作の一例を表したタイムチャートである。本実施形態では、排気圧制御処理によるＶＮアクチュエータＺの動作は、内燃機関１０が停止されるエンジン停止時に実行される。具体的には、まず、エンジン停止の可能性の有無が判定される。図１１に示す例では、エンジン運転中に車速がゼロ、かつ、車両の変速機のシフトポジションがＰレンジとなったことが検出された時点ｔ２１（エンジン停止フラグＯＮ）において、エンジン停止の可能性があると判定される。

時点ｔ２１が到来すると、ＶＮアクチュエータＺの動作量ｍが算出される。本実施形態では、動作量ｍの算出のために、排気圧力ＰＥの取得値ＰＥｘが用いられる。したがって、本実施形態の動作量ｍは、上述の図７に示す関係を用いて算出される動作量ｍ１と等しい。ただし、本実施形態では、取得値ＰＥｘは、動作量ｍの算出時（すなわち、時点ｔ２１）のＰＭ堆積量Ａに基づく推定によって取得される。あるいは、取得値ＰＥｘは、動作量ｍの算出時の排気センサ値を用いて取得される。付け加えると、動作量ｍの算出時のエンジン運転条件は、上述の特定エンジン運転条件Ｃの一例であるアイドル運転条件である。

図１１に示す例では、時点ｔ２１におけるエンジン停止可能性の判定後の時点ｔ２２において、実際にエンジン停止要求がユーザから出されている。上述のように算出された動作量ｍに従うＶＮアクチュエータＺの動作は、エンジン停止要求を受けて所定のエンジン停止動作（燃料噴射の停止を含む）が実行される時点ｔ２３において実行される。

時点ｔ２３の後の時点ｔ２４は、エンジン停止の完了時点（ＮＥ＝０）である。図１１に示す例では、上記動作量ｍに従って調整されたＶＮ開度値（＝α０＋ｍ）を用いてエンジン停止中のＶＮ開度αが保持される。このＶＮ開度値（＝α０＋ｍ）の保持は、例えば、その後の時点ｔ２５にてエンジン始動（クランキング）が開始された後の時点ｔ２６において内燃機関１０が自立回転可能となるまで実行される。時点ｔ２６において、ＶＮ開度αが基準開度α０に戻るようにＶＮアクチュエータＺが制御される（排気圧制御処理が終了される）。

図１２は、実施の形態２に係る排気圧制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、エンジン運転中に繰り返し実行される。

図１２では、ＥＣＵ４０は、まずステップＳ２００において、車速がゼロ、かつ、シフトポジションがＰレンジであるか否かを判定する。その結果、この判定結果が否定的である場合、すなわち、エンジン停止の可能性があると判定されない場合には、ＥＣＵ４０は今回の処理サイクルを終了する。なお、エンジン停止中にフィルタ再生処理を実行可能な構成を内燃機関１０が備えている場合には、ステップＳ２００の判定条件は、当該ステップＳ２００による予測対象のエンジン停止後のエンジン停止状態においてフィルタ再生処理が行われないこと（すなわち、ＰＭ堆積量Ａが変化しないこと）を含んでもよい。

一方、ステップＳ２００の判定結果が肯定的である場合、すなわち、エンジン停止の可能性があると判定された場合には、処理はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、ＥＣＵ４０は、排気圧力ＰＥ（取得値ＰＥｘ）を取得する。取得値ＰＥｘは、例えば、上述のように、ステップＳ２０２の処理の時点でのＰＭ堆積量Ａに基づいて取得（推定）でき、あるいは、当該時点での排気圧センサ値を用いて取得できる。

ステップＳ２０２に続くステップＳ２０４では、ＥＣＵ４０は、ＶＮアクチュエータＺの動作量ｍを算出する。具体的には、例えば、ステップＳ１０４において説明した動作量ｍ１の算出手法を利用して、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０２で得られた取得値ＰＥｘに応じた動作量ｍを算出する。

ステップＳ２０４に続くステップＳ２０６では、ＥＣＵ４０は、ユーザの操作に基づくエンジン停止要求があるか否かを判定する。その結果、エンジン停止要求がない場合には、ＥＣＵ４０は今回の処理サイクルを終了する。一方、エンジン停止要求がある場合には、処理はステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８では、ＥＣＵ４０は、所定のエンジン停止動作（燃料噴射停止を含む）を実行する。また、ＥＣＵ４０は、ＶＮ開度αが基準開度α０からエンジン始動時用のＶＮ開度α（＝基準開度α０＋動作量ｍ）に変更されるようにＶＮアクチュエータＺを動作させ、かつ、当該エンジン始動時用のＶＮ開度αを保持するようにＶＮアクチュエータＺを制御する。その後のステップＳ１０８～Ｓ１１２の処理は、図９を参照して既述した通りである。

以上説明した実施の形態２によれば、内燃機関１０が、エンジン停止状態ではＶＮ開度αを変更できずに保持することのみ可能な方式のＶＮアクチュエータ（例えば、ＶＮアクチュエータＺ）を電動式のＶＮアクチュエータ２４に代えて備える場合であっても、排気圧制御処理を実行することができる。そして、実施の形態１と同様に、ＧＰＦ３０のＰＭの堆積状態に応じたエンジン始動時の筒内圧力の変動、及びこれに伴うエンジン振動特性の変動を抑制できる。

３．実施の形態３
図１３は、実施の形態３に係る内燃機関５０のシステム構成の一例を示す模式図である。図１３に示す内燃機関５０は、可変ノズル２２を有しないターボ過給機５２と、排気絞り弁５４とを備える点において、図１に示す内燃機関１０と相違している。排気絞り弁５４は、一例として、ＧＰＦ３０の下流に配置されているが、ＧＰＦ３０の上流に配置されてもよい。なお、排気絞り弁５４がＧＰＦ３０の上流に配置される例では、排気絞り弁５４の上流側の排気圧力が排気圧力ＰＥ（上流側排気圧）に相当する。

排気絞り弁５４は、例えば電動式であるが、その駆動方式は特に限定されない。排気絞り弁５４の開度を大きくすることにより、排気圧力ＰＥ（上流側排気圧）を低くすることができる。逆に、排気絞り弁５４の開度を小さくすることにより、排気圧力ＰＥ（上流側排気圧）を高くすることができる。このため、本発明に係る「排気圧制御処理」の実行のために用いられる「排気アクチュエータ」として、上述のＶＮアクチュエータ２４及びＺに代え、排気絞り弁５４を用いることができる。具体的には、ここでは詳細な説明を省略するが、例えば、ＶＮ開度αを排気絞り弁５４の開度と置き換えつつ、上述した実施の形態１又は２で説明されたものと同様の手法を利用して、排気絞り弁５４の制御による排気圧制御処理を実行することができる。

１０、５０ 内燃機関
１２ 可変容量式のターボ過給機
１８ 排気通路
２０ タービン
２２可変ノズル（ＶＮ）
２４ ＶＮアクチュエータ（排気アクチュエータ）
３０ パティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）
４０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４２ センサ類
５２ ターボ過給機
５４ 排気絞り弁（排気アクチュエータ）

Claims (8)

1. 排気通路に配置されたパティキュレートフィルタを備える内燃機関に適用された排気制御装置であって、
   前記パティキュレートフィルタの上流側における前記排気通路の圧力である上流側排気圧を調整可能な排気アクチュエータと、
   前記排気アクチュエータを制御する電子制御ユニットと、
   を備え、
   前記電子制御ユニットは、前記排気アクチュエータの制御により、エンジン始動時の前記上流側排気圧が所定の範囲内に収まるように、前記パティキュレートフィルタの粒子状物質の堆積状態に基づいて前記エンジン始動時の前記上流側排気圧を増減させる排気圧制御処理を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
2. 前記電子制御ユニットは、前記排気圧制御処理において、
   特定エンジン運転条件における前記上流側排気圧が第１基準値よりも高い場合には、前記上流側排気圧が低くなる方向に前記排気アクチュエータを制御し、
   前記特定エンジン運転条件における前記上流側排気圧が前記第１基準値よりも低い場合には、前記上流側排気圧が高くなる方向に前記排気アクチュエータを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
3. 前記内燃機関は、可変ノズル付きのタービンと、可変ノズル開度を制御する可変ノズルアクチュエータとを有する可変容量式ターボ過給機を含み、
   前記排気アクチュエータは、前記可変ノズルアクチュエータであって、
   前記電子制御ユニットは、前記排気圧制御処理において、
   前記上流側排気圧を低くする場合には、前記可変ノズル開度が大きくなるように前記可変ノズルアクチュエータを制御し、
   前記上流側排気圧を高くする場合には、前記可変ノズル開度が小さくなるように前記可変ノズルアクチュエータを制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気制御装置。
4. 前記内燃機関は、前記排気通路に配置された排気絞り弁を含み、
   前記排気アクチュエータは、前記排気絞り弁であって、
   前記電子制御ユニットは、前記排気圧制御処理において、
   前記上流側排気圧を低くする場合には、前記排気絞り弁の開度が大きくなるように前記可変ノズルアクチュエータを制御し、
   前記上流側排気圧を高くする場合には、前記排気絞り弁の開度が小さくなるように前記可変ノズルアクチュエータを制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気制御装置。
5. 前記電子制御ユニットは、前記内燃機関が停止しているエンジン停止状態において前記内燃機関の始動に繋がり得る動作を検出した場合に、前記排気圧制御処理による前記排気アクチュエータの動作を実行する
   ことを特徴とする請求項１～４の何れか１つに記載の内燃機関の排気制御装置。
6. 前記電子制御ユニットは、前記排気圧制御処理において、
   前記排気圧制御処理のための前記排気アクチュエータの動作を開始する際の大気圧が第２基準値よりも高い場合には、前記上流側排気圧が低くなる方向に前記排気アクチュエータを制御し、
   前記排気圧制御処理のための前記排気アクチュエータの動作を開始する際の前記大気圧が前記第２基準値よりも低い場合には、前記上流側排気圧が高くなる方向に前記排気アクチュエータを制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気制御装置。
7. 前記電子制御ユニットは、前記内燃機関が停止されるエンジン停止時に前記排気圧制御処理による前記排気アクチュエータの動作を実行する
   ことを特徴とする請求項１～４の何れか１つに記載の内燃機関の排気制御装置。
8. 前記電子制御ユニットは、前記エンジン始動の後に前記内燃機関のエンジン回転数が自立回転可能な回転数を上回った時に、前記排気圧制御処理による動作前の制御状態に戻るように前記排気アクチュエータを制御する
   ことを特徴とする請求項１～７の何れか１つに記載の内燃機関の排気制御装置。

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