JP4325580B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

従来より、車載用ディーゼルエンジン等の内燃機関に適用される排気浄化装置として、排気中に含まれる煤を主成分とする微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するＰＭフィルタを排気系に設けたものが知られている。こうした排気浄化装置では、捕集した微粒子によりＰＭフィルタが目詰まりを起こすことがある。従って、この種の排気浄化置の多くは、微粒子の酸化反応を促進する触媒を設けて排気系に堆積した微粒子を燃焼（酸化）させることで、ＰＭフィルタの目詰まりを解消する、いわゆるフィルタ再生を行うようにしている。

フィルタ再生を行うには、上記触媒を充分な活性状態とすべく触媒床温を高温化する必要がある。このため、特許文献１に示されるように、触媒への未燃燃料成分の供給を通じて触媒床温の高温化を図る、いわゆる触媒昇温制御を行うことが提案されている。そして、この触媒昇温制御中に触媒への未燃燃料成分の供給が行われると、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の成分が排気中や触媒上で酸化反応され、その酸化反応に伴う発熱で触媒が昇温されるようになる。
特開２００３−２５４１３３公報（段落番号［００２２］）

ところで、フィルタ再生のための触媒昇温制御中、頻繁にアイドル運転が行われるような状況のもとでは、内燃機関の排気温度が上がりにくくなる。これは、アイドル運転時には内燃機関に供給される燃料の量、及び、その燃料を燃焼させる際の燃焼エネルギが小となり、燃料の燃焼時に排気に付与される熱量も小となって排気温度が低下するためである。このように排気温度が低下しているときには、触媒への未燃燃料成分の供給を行っても同成分の良好な酸化反応が望めない。

従って、昇温制御中に頻繁にアイドル運転が行われる状況下では、触媒昇温制御での触媒への未燃燃料成分の供給を通じて触媒床温を好適に上昇させることが困難になり、排気系に堆積した微粒子の燃焼が進まなくなって、フィルタ再生の完了に多大な時間がかかるようになる。その結果、長期間に亘って触媒昇温制御が継続され、フィルタ再生の完了までに触媒に供給される未燃燃料成分の総量が増大するため、その分だけ内燃機関の燃費が悪化するようになる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、フィルタ再生のための触媒昇温制御中に頻繁にアイドル運転が行われる状況下でも同フィルタ再生を速やかに完了し、長期間に亘る触媒昇温制御の継続に起因して燃費が悪化するのを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、排気系に設けられて排気中の微粒子を捕集するフィルタと、同じく排気系に設けられて排気中の未燃燃料成分の酸化反応を促進する触媒とを備え、この触媒に対する未燃燃料成分の供給にともなう触媒床温の上昇を通じて前記排気系の微粒子を燃焼させる触媒昇温制御を行う内燃機関の制御装置において、前記触媒昇温制御の実行条件が成立していることに基づいて前記触媒昇温制御を開始した後の同制御の実行中において、前記触媒昇温制御の開始以降に機関アイドル運転が開始された旨且つ前記排気系の微粒子の堆積量が多い旨の判定をしたことに基づいて、機関アイドル運転時の排気温度を上昇させる排気昇温制御を行う制御手段を備えることを要旨としている。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、当該制御装置は、機関アイドル運転時に機関回転速度の目標値をアイドル回転速度に設定するアイドル制御を行うものであり、前記制御手段は、前記触媒昇温制御の開始以降に機関アイドル運転が開始された旨且つ前記排気系の微粒子の堆積量が多い旨の判定をしたことに基づいて、前記アイドル回転速度として機関アイドル運転時においての高回転速度であるアイドル回転速度Ａを設定する前記排気昇温制御と、前記排気系の微粒子の堆積量が少ない旨の判定をしたことに基づいて、前記アイドル回転速度として機関アイドル運転時においての低回転速度であり前記アイドル回転速度Ａよりも小さいアイドル回転速度Ｂを設定する小堆積時制御とを行うものであることを要旨としている。
（３）請求項３に記載の発明は、排気系に設けられて排気中の微粒子を捕集するフィルタと、同じく排気系に設けられて排気中の未燃燃料成分の酸化反応を促進する触媒とを備え、機関アイドル運転時に機関回転速度の目標値をアイドル回転速度に設定するアイドル制御、及び前記触媒に対する未燃燃料成分の供給にともなう触媒床温の上昇を通じて前記排気系の微粒子を燃焼させる触媒昇温制御を行う内燃機関の制御装置において、前記触媒昇温制御の実行中である旨且つ前記排気系の微粒子の堆積量が多い旨の判定をしたことに基づいて、機関アイドル運転時の排気温度を上昇させる排気昇温制御を行う制御手段を備えるものであり、この制御手段は、前記触媒昇温制御の実行中である旨且つ前記排気系の微粒子の堆積量が多い旨の判定をしたことに基づいて、前記アイドル回転速度として機関アイドル運転時においての高回転速度であるアイドル回転速度Ａを設定する前記排気昇温制御と、前記排気系の微粒子の堆積量が少ない旨の判定をしたことに基づいて、前記アイドル回転速度として機関アイドル運転時においての低回転速度であり前記アイドル回転速度Ａよりも小さいアイドル回転速度Ｂを設定する小堆積時制御と、触媒床温を低下させる旨の要求である床温低下要求があることに基づいて、前記アイドル回転速度として前記アイドル回転速度Ｂよりも大きいアイドル回転速度Ｃを設定する触媒降温制御とを行うものであることを要旨としている。

排気系に堆積した微粒子を燃焼させてフィルタの目詰まりを解消するフィルタ再生を行うため、触媒への未燃燃料成分の供給を通じて触媒床温を上昇させる触媒昇温制御が行われる。こうした触媒昇温制御中に頻繁にアイドル運転が行われると、触媒床温が上昇しにくくなって堆積した微粒子の燃焼が進まなくなるため、フィルタ再生を完了するまでに多大な時間がかかる。その結果、長期間に亘って触媒昇温制御が継続され、フィルタ再生の完了までに触媒に供給される未燃燃料成分の総量が増大するため、その分だけ内燃機関の燃費が悪化する。しかし、上記構成によれば、触媒昇温制御中に排気系での微粒子の燃焼が進まないことに起因して、同微粒子の堆積量が多くなっている旨判断されるようになると、排気昇温制御の実行を通じてアイドル運転時の排気温度が上昇させられる。その結果、アイドル運転時であっても触媒床温を高い値に維持することができ、フィルタ再生を完了するまでの時間を短くすることができる。そして、フィルタ再生完了までの時間を短くできるため、上述したような長期間に亘る触媒昇温制御の継続、及び、それに伴う燃費悪化を抑制することができるようになる。
また、内燃機関のアイドル回転速度を上昇させるには、機関出力を増大すべく、同機関の燃料噴射量を増量して燃料燃焼時の燃焼エネルギを大とする必要がある。また、このときには、燃料燃焼時の燃焼エネルギの増大に伴い、燃料燃焼時に排気に付与される熱量も大となるため、内燃機関の排気温度が上昇するようになる。上記構成によれば、排気昇温制御としてアイドル回転速度を高回転側に補正しているため、当該排気温制御を通じてアイドル運転時の排気温度を的確に上昇させることができるようになる。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、前記制御手段は、前記触媒に流入する直前の排気温度及び前記触媒から流出した直後の排気温度の少なくとも一方に基づいて、前記床温低下要求があるか否かを判定することを要旨としている。
（５）請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、前記制御手段は、前記触媒に流入する直前の排気温度が第１の排気温度よりも高いこと、及び前記触媒から流出した直後の排気温度が第２の排気温度よりも高いことの一方の条件が成立していることに基づいて、前記床温低下要求がある旨判定することを要旨としている。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、当該内燃機関は、機関アイドル運転時の補機の駆動にともない燃料噴射量を増量するものであり、前記制御手段は、補機を駆動させることにより機関負荷を増大させる処理を前記排気昇温制御としてさらに行うものであることを要旨としている。

内燃機関のアイドル運転時、各種補機の駆動による同機関の補機負荷を増大させた場合、機関回転速度を目標値に維持するのに機関出力を増大する必要がある。このため、燃料噴射量が増量されて燃料燃焼時の燃焼エネルギが大とされるようになる。また、このときには、燃料燃焼時の燃焼エネルギの増大に伴い、燃料燃焼時に排気に付与される熱量も大となるため、内燃機関の排気温度が上昇するようになる。上記構成によれば、排気昇温制御として内燃機関の補機負荷を増大させているため、当該排気温制御を通じてアイドル運転時の排気温度を的確に上昇させることができるようになる。

（７）請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記制御手段は、前記触媒の上流の排気温度が前記排気昇温制御の実行を通じて触媒床温を上昇させることのできる値であるときに限り前記排気昇温制御を実行することを要旨としている。

上記構成によれば、排気昇温制御を実行しても触媒床温を上昇させられないほど触媒上流の排気温度が低い場合には、当該排気昇温制御が実行されることはない。このため、無駄に排気昇温制御が実行されて燃費悪化を招くのを回避することができる。

（８）請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、前記制御手段は、機関運転状態に基づいて前記触媒の上流の排気温度を推定することを要旨としている。
上記構成によれば、触媒上流の排気温度を求めるのに、排気温度を検出するセンサ等を設けなくてもよいため、内燃機関の部品点数を削減することができる。また、触媒上流の排気温度は、より上流に位置する内燃機関の運転状態によって変わるものである。従って、この機関運転状態に基づき推定される触媒上流の排気温度に応じて排気昇温制御の実行の可否を判断することで、当該判断をより的確なものとすることができる。

（９）請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記制御手段は、前記排気系の微粒子の堆積量が前記触媒昇温制御の開始時の値よりも大きい値である判定値以上であることに基づいて、前記排気系の微粒子の堆積量が多い旨判定することを要旨としている。

フィルタ再生のための触媒昇温制御の実行中、頻繁にアイドル運転が行われる状況のもとでは、触媒床温が上昇しにくくなって排気系に堆積した微粒子の燃焼が進まないだけでなく、更に微粒子の堆積が進んで同微粒子の堆積量が増加してゆくことになる。上記構成によれば、触媒昇温制御の実行中において、排気系に堆積した微粒子の量が同制御の開始時の値よりも大きい値である判定値以上になることに基づき、的確に微粒子の堆積量が多くなっている旨判断し、アイドル運転時の触媒床温を上昇させるための排気昇温制御を開始することができる。従って、触媒昇温制御中において、排気系に堆積した微粒子の燃焼が進んでいない状況を的確に把握し、そのときに排気昇温制御を的確に実行することができる。

以下、本発明を自動車用の内燃機関に適用した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１は、本実施形態の制御装置が適用される内燃機関１０の構成を示している。この内燃機関１０は、コモンレール方式の燃料噴射装置、及びターボチャージャ１１を備えるディーゼル機関となっており、大きくは吸気通路１２、燃焼室１３、及び排気通路１４を備えて構成されている。

内燃機関１０の吸気系を構成する吸気通路１２には、その最上流部に配設されたエアクリーナ１５から下流側に向けて順に、エアフローメータ１６、上記ターボチャージャ１１のコンプレッサ１７、インタークーラ１８、及び吸気絞り弁１９が配設されている。また吸気通路１２は、吸気絞り弁１９の下流側に設けられた吸気マニホールド２０において分岐され、吸気ポート２１を介して内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３に接続されている。

一方、内燃機関１０の排気系を構成する排気通路１４では、各気筒の燃焼室１３にそれぞれ接続された排気ポート２２が排気マニホールド２３を介して上記ターボチャージャ１１の排気タービン２４に接続されている。また排気通路１４の排気タービン２４下流には、上流側から順に、ＮＯｘ触媒コンバータ２５、ＰＭフィルタ２６、酸化触媒コンバータ２７が配設されている。

ＮＯｘ触媒コンバータ２５には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。このＮＯｘ触媒は、排気の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の酸素濃度が低いときにその吸蔵したＮＯｘを放出する。またＮＯｘ触媒は、上記ＮＯｘ放出時に、還元剤となる未燃燃料成分がその周囲に十分存在していれば、その放出されたＮＯｘを還元して浄化する。

ＰＭフィルタ２６は、多孔質材料によって形成されており、排気中の煤を主成分とする微粒子（ＰＭ）が捕集されるようになっている。このＰＭフィルタ２６にも、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５と同様に、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されており、排気中のＮＯｘの浄化が行われるようになっている。またこのＮＯｘ触媒によって触発される反応により、上記捕集されたＰＭが燃焼（酸化）されて除去されるようにもなっている。

酸化触媒コンバータ２７には、酸化触媒が担持されている。この酸化触媒は、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化する。
なお排気通路１４の上記ＰＭフィルタ２６の上流側及び下流側には、ＰＭフィルタ２６に流入する排気の温度である入ガス温度を検出する入ガス温度センサ２８、及びＰＭフィルタ２６通過後の排気の温度である出ガス温度を検出する出ガス温度センサ２９がそれぞれ配設されている。また排気通路１４には、上記ＰＭフィルタ２６の排気上流側とその排気下流側との差圧を検出する差圧センサ３０が配設されている。更に排気通路１４の上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流側、及び上記ＰＭフィルタ２６と上記酸化触媒コンバータ２７との間には、排気中の酸素濃度を検出する２つの酸素センサ３１、３２がそれぞれ配設されている。

更にこの内燃機関１０には、排気の一部を吸気通路１２内の空気に再循環させる排気再循環（以下、ＥＧＲと記載する）装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路１４と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路３３を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３３の最上流部は、排気通路１４の上記排気タービン２４の排気上流側に接続されている。ＥＧＲ通路３３には、その上流側から、再循環される排気を改質するＥＧＲ触媒３４、その排気を冷却するＥＧＲクーラ３５、その排気の流量を調整するＥＧＲ弁３６が配設されている。そしてＥＧＲ通路３３の最下流部は、吸気通路１２の上記吸気絞り弁１９の下流側に接続されている。

一方、内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３には、同燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射するインジェクタ４０がそれぞれ配設されている。各気筒のインジェクタ４０は、高圧燃料供給管４１を介してコモンレール４２に接続されている。コモンレール４２には、燃料ポンプ４３を通じて高圧燃料が供給される。コモンレール４２内の高圧燃料の圧力は、同コモンレール４２に取り付けられたレール圧センサ４４によって検出されるようになっている。更に燃料ポンプ４３からは、低圧燃料供給管４５を通じて、低圧燃料が添加弁４６に供給されるようになっている。

こうした内燃機関１０の各種制御は、電子制御装置５０により実施されている。電子制御装置５０は、機関制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置５０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度を検出するＮＥセンサ５１、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ５２、吸気絞り弁１９の開度を検出する絞り弁センサ５３、内燃機関１０の吸気温度を検出する吸気温センサ５４、及び、同機関１０の冷却水温を検出する水温センサ５５等が接続されている。また電子制御装置５０の出力ポートには、上記吸気絞り弁１９やＥＧＲ弁３６、インジェクタ４０、燃料ポンプ４３、添加弁４６等の駆動回路が接続されている。

電子制御装置５０は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。こうして上記吸気絞り弁１９の開度制御、上記ＥＧＲ弁３６の開度制御に基づくＥＧＲ制御、上記インジェクタ４０からの燃料噴射量、燃料噴射時期、及び燃料噴射圧の制御、上記添加弁４６からの燃料添加の制御等の各種制御が電子制御装置５０により実施されている。

以上の如く構成された本実施形態では、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６でのＰＭによる目詰まりを防止すべく、それらＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６など排気系に堆積したＰＭを燃焼（酸化）させて浄化するフィルタ再生が実施される。更に、ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６に担持されたＮＯｘ触媒の硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸蔵によるＮＯｘ吸蔵能力低下を防止すべく、ＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄酸化物を放出させるＳ被毒回復も実施される。

これらフィルタ再生やＳ被毒回復を行うには、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５やＰＭフィルタ２６を十分に高温化する必要がある。このため、フィルタ再生及びＳ被毒回復の実行時には、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５やＰＭフィルタ２６のＮＯｘ触媒に未燃燃料成分を供給することで、触媒床温を上記ＰＭの燃焼や上記硫黄酸化物の放出に必要な値（例えば６００〜７００℃）まで上昇させる触媒昇温制御が実行される。なお、触媒昇温制御での触媒への未燃燃料成分の供給は、添加弁４６からの排気に対する燃料添加等によって行われる。

ちなみに本実施形態では、触媒昇温制御は、下記［１］〜［５］の条件すべての成立をもって開始される。
［１］フィルタ再生、またはＳ被毒回復の要求時である。ここでのフィルタ再生要求は、機関運転状態から推定される排気系でのＰＭ堆積量が許容値以上になって同ＰＭフィルタ２６等での目詰りの発生が確認されたときになされる。またＳ被毒回復要求は、機関運転状態の履歴に基づき算出されるＮＯｘ触媒のＳＯｘ吸蔵量が許容値以上になったときになされる。なお、Ｓ被毒回復の実施中には、上記ＰＭ堆積量が許容値未満であったとしても、フィルタ再生を実行すべくフィルタ再生要求がなされる。これは、Ｓ被毒回復の実施にあたって、ＮＯｘ触媒コンバータ２５やＰＭフィルタ２６に堆積したＰＭを除去することが望ましい、及び、Ｓ被毒回復の実施中には触媒昇温制御により触媒床温が上昇しておりフィルタ再生を行う上で好ましい状況である、等々の理由による。

［２］上記入ガス温度センサ２８の検出値（入ガス温度ｔｈｃｉ）が触媒昇温制御実施の下限温度Ａ（例えば１５０℃）以上である。また機関運転状態の履歴から推定されるＮＯｘ触媒の触媒床温が、触媒昇温制御実施の下限温度Ｂ以上である。これら下限温度Ａ、Ｂには、未燃燃料成分の供給に伴って触媒床温を上昇させられるだけの酸化反応を生じさせることのできる排気温度及び触媒床温の下限値がそれぞれ設定されている。

［３］入ガス温度センサ２８の検出値が、触媒昇温制御に伴う発熱による触媒の過昇温を回避し得る温度範囲の上限値Ｃ未満である。
［４］出ガス温度センサ２９の検出値が、同じく触媒昇温制御に伴う発熱による触媒の過昇温を回避し得る温度範囲の上限値Ｄ未満である。

［５］排気に対する燃料添加の実施が許可されている。すなわち、排気燃料添加の実施を許容できる機関運転状態にある。この内燃機関１０では、エンジンストール中でなく、気筒判別が終了しており、且つアクセル開度の制限がなされていないのであれば、排気燃料添加が許可されるようになっている。

上記［１］から分かるように、触媒昇温制御がフィルタ再生要求に基づいて開始された場合であれ、或いはＳ被毒回復要求に基づいて開始された場合であれ、同制御の実行時にはフィルタ再生が行われることとなる。そして、触媒昇温制御は、一旦開始されると、少なくとも上記フィルタ再生の完了までは継続される。なお、フィルタ再生が完了しか否かは、例えばＰＭ堆積量が「０」または「０」に極近い値まで少なくなったか否かに基づき判断される。

ところで、触媒昇温制御中、頻繁にアイドル運転が行われるような状況のもとでは、排気系に堆積したＰＭの燃焼が進まず、フィルタ再生の完了に多大な時間がかかるようになる。この理由について、図２のタイムチャートを併せ参照して説明する。同図の（ａ）〜（ｄ）は、フィルタ再生のための触媒昇温制御中におけるＰＭ堆積量、触媒床温、ＮＯｘ触媒上流の排気温度、及び、機関回転速度の推移を示すタイムチャートである。

触媒昇温制御中、内燃機関１０の搭載された自動車の発進・停止が繰り返されるなど、頻繁にアイドル運転が行われる状況のもとでは、機関回転速度がアイドル回転速度まで低下する機会が増える。内燃機関１０のアイドル運転時には、機関回転速度が予め定められた目標値（例えば７００ｒｐｍ：図２（ｄ）の実線）となるよう、インジェクタ４０からの燃料噴射量が調整される。こうしたアイドル運転時には、内燃機関１０の運転に必要とされる燃料量が小となるため、自動車の走行中など内燃機関１０がアイドル運転以外の運転状態にあるときに比べ、上記インジェクタ４０からの燃料噴射量がよりも少なくされる。その結果、燃料を燃焼させる際の燃焼エネルギが小となり、燃料の燃焼時に排気に付与される熱量が小となって排気温度が低下するようになる。従って、触媒昇温制御中、頻繁にアイドル運転が行われる状況下では、アイドル運転毎に排気温度が図２（ｃ）に実線で示されるように低下し、当該排気温度が上がりにくくなることは否めない。

また、排気温度が低いときには、添加弁４６からの多量の燃料添加を行ったとしても、ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６に担持されたＮＯｘ触媒周りでの未燃燃料成分の良好な酸化反応は得られず、添加弁４６から燃料添加が無駄に行われることになる。このため、触媒昇温制御中における添加弁４６からの燃料添加量は、排気温度の低下に伴い徐々に減量側に制御される。以上のことから、頻繁なアイドル運転によって排気温度が上がりにくくなっているときには、触媒床温度も図２（ｂ）に実線で示されるように上がりにくくなって、排気系に堆積したＰＭの燃焼が進まなくなる。そして、当該ＰＭの燃焼が進まないと、フィルタ再生を完了するまでに多大な時間がかかるようになり、長期間に亘って触媒昇温制御が継続されるため、フィルタ再生完了までの燃料添加量の総量が増大して内燃機関１０の燃費が悪化する。

こうした不具合に対処すべく、本実施形態の内燃機関１０の制御装置では、フィルタ再生のための触媒昇温制御中、上記ＰＭの堆積量が多くなっている旨判断されるとき、アイドル運転時の排気温度を上昇させる排気昇温制御を実行する。より具体的には、排気昇温制御として、内燃機関のアイドル回転速度を通常時の値（例えば７００ｒｐｍ）よりも高回転側の値（例えば１２００ｒｐｍ：図２（ｄ）の破線）に補正することが行われる。

内燃機関１０のアイドル回転速度を上昇させるには、機関出力を増大すべく、同機関１０の燃料噴射量を増量して燃料燃焼時の燃焼エネルギを大とする必要がある。また、このときには、燃料燃焼時の燃焼エネルギの増大に伴い、燃料燃焼時に排気に付与される燃料も大となるため、内燃機関１０の排気温度が上昇するようになる。従って、上述したようにアイドル回転速度を高回転側に補正することで、内燃機関１０の排気温度を図２（ｃ）に破線で示されるように的確に上昇させることができる。

このように、排気昇温制御の実行を通じて、アイドル運転時の内燃機関１０の排気温度が上昇すると、図２（ｂ）に破線で示されるようにアイドル運転時であっても触媒床温を高い値に維持することができる。その結果、触媒昇温制御中に頻繁にアイドル運転が行われる状況下でも、フィルタ再生を完了するまでの時間を短くすることができ、上述したような長期間に亘る触媒昇温制御の継続、及び、それに伴う燃費悪化を抑制することができるようになる。なお、上述した排気昇温制御の実行に伴い、アイドル運転時に燃料噴射量は増量されると、内燃機関１０において余分に燃料を消費することにはなる。しかし、それでも同制御の実施により燃費悪化を抑制することができるのは、同制御の実施に伴う燃費改善効果が同制御の実施に伴う余分の燃料消費に比べて大きいためである。

次に、上記排気昇温制御の具体的な実行手順について、内燃機関１０のアイドル回転速度を制御するためのアイドル回転速度制御ルーチンを示す図３のフローチャートを参照して説明する。このアイドル回転速度制御ルーチンは、電子制御装置５０を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。

同ルーチンにおいては、例えば上記［３］及び［４］の条件の少なくとも一方が不成立であって触媒床温が過上昇するおそれがあるか否かの判断（Ｓ１０１）、及び、触媒昇温制御中であるか否かの判断（Ｓ１０２）が行われる。そして、これらの判断で共に否定判定であれば、触媒床温過上昇時や触媒昇温制御時などの特殊な状況ではないことから、アイドル回転速度が通常の値（例えば７００ｒｐｍ）に制御される（Ｓ１０５）。

一方、上記ステップＳ１０１で肯定判定であれば、排気による触媒からの熱の持ち去り量を大として触媒床温を低下させることを目的に、アイドル回転速度が通常の値よりも高回転側の値（例えば１０００ｒｐｍ）に制御される（Ｓ１０７）。このように、触媒床温が過上昇しているときにアイドル回転速度が高められると、内燃機関１０の排気流量が増加して触媒からの熱の持ち去り量が大となり、触媒床温が低下させられる。その結果、触媒床温の過上昇が抑制されるようになる。なお、ステップＳ１０７では、アイドル回転速度を例えば１０００ｒｐｍという固定値に制御したが、この値をＰＭ堆積量及び触媒床温が大となるほど高回転側の値になるよう可変としてもよい。

また、上記ステップＳ１０１で否定判定がなされ、且つ、上記ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合には、触媒床温が過上昇していない状況下での触媒昇温制御中ということになり、上述した排気昇温制御を実行すべきか否かを判断するための処理（Ｓ１０３、Ｓ１０４）に移行する。

この一連の処理では、まず、ＰＭ堆積量が図２（ａ）に示される判定値以上であるか否かが判断される（Ｓ１０３）。ここで上記判定値は上記［１］に記載されたＰＭ堆積量の許容値よりも大きい値に設定される。このため、上記判定値はフィルタ再生のための触媒昇温制御の開始時のＰＭ堆積量よりも大きい値となる。従って、ステップＳ１０３で肯定判定がなされることに基づき、ＰＭ堆積量が多くなっている旨の判断を的確に行うことができる。

続いて、ＮＯｘ触媒コンバータ２５上流の排気温度が図２（ｃ）に示される所定値以上であるか否か（Ｓ１０４）が判断される。ここで上記排気温度は、内燃機関１０の燃料噴射量や回転速度といった機関運転状態に基づき推定されるものである。また、上記所定値は、排気昇温制御の実行を通じて触媒床温を上昇させることの可能な値（排気温度）に設定される。従って、Ｓ１０４で肯定判定がなされた場合には、ＮＯｘ触媒コンバータ２５上流の排気温度が排気昇温制御の実行を通じて触媒床温を上昇させることの可能な値以上に高くなっていることになる。

そして、上記ステップＳ１０３とステップＳ１０４で共に肯定判定であれば、排気昇温制御を実行すべき状況である旨判断され、当該排気昇温制御として内燃機関１０のアイドル回転速度が高回転側に補正されて通常時の値（７００ｒｐｍ）よりも高い値に制御される。なお、このときの値としては、フィルタ再生を速やかに完了する上で、ドライバビリティに悪影響を与えない範囲内の最大値（例えば１２００ｒｐｍ）に設定することが好ましい。一方、上記ステップＳ１０３とステップＳ１０４とのいずれかで否定判定がなされた場合には、排気昇温制御（Ｓ１０７）は実行されずにステップＳ１０５の処理が実行され、アイドル回転速度が通常時の値（７００ｒｐｍ）に制御される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）フィルタ再生のための触媒昇温制御中、頻繁にアイドル運転が行われて触媒床温が上昇しにくくなると、排気系に堆積したＰＭの燃焼が進まず、フィルタ再生に多大な時間がかかって内燃機関１０の燃費悪化を招くおそれがある。しかし、触媒昇温制御中、ＰＭ堆積量が多くなっている旨判断されると、内燃機関１０のアイドル運転時の排気温度を上昇させるための排気昇温制御が実行される。同制御の実行により、アイドル運転時であっても触媒床温を高い値に保持することができ、フィルタ再生完了までの時間を短くすること、ひいては内燃機関の１０の燃費悪化を抑制することができるようになる。

（２）上記排気昇温制御として内燃機関１０のアイドル回転速度が通常時の値よりも高回転側に補正される。アイドル回転速度を上昇させるため、機関出力を大とすべく同機関１０の燃料噴射量が増量されると、燃料燃焼時の燃焼エネルギが大となって排気に付与される熱量も大となる。従って、上述したようにアイドル回転速度を高回転側に補正することで、アイドル運転時の排気温度を的確に上昇させることができる。

（３）フィルタ再生のための触媒昇温制御中、堆積したＰＭの燃焼が進まず、ＰＭ堆積量が多くなっているか否かは、アイドル回転速度制御ルーチンにおけるステップＳ１０３の処理に基づき判断される。すなわち、ＰＭ堆積量が触媒昇温制御開始時の値よりも大きい値である判定値以上となっている場合には、ＰＭ堆積量が多くなっている旨判断され、この判断等に基づいて排気昇温制御が実行される。従って、触媒昇温制御中にＰＭの燃焼が進んでいない状況を的確に把握し、そのときに排気昇温制御を的確に実行することができる。

（４）ＮＯｘ触媒コンバータ２５上流の排気温度が、アイドル回転速度制御ルーチンにおけるステップＳ１０３の所定値未満であるとき、言い換えれば排気昇温制御を実行しても触媒床温を上昇させられないほど低いときには、当該排気昇温制御が実行されることはない。従って、無駄に排気昇温制御が実行されて内燃機関１０の燃費悪化を招くのを回避することができる。

（５）ＮＯｘ触媒コンバータ２５上流の排気温度は、内燃機関１０の燃料噴射量や回転速度といった機関運転状態に基づき推定される。このため、上記排気温度を求めるために同温度を検出するためのセンサ等を設けなくてもよくなり、その分だけ内燃機関１０の部品点数を削減することができる。また、上記排気温度はＮＯｘ触媒より上流に位置する内燃機関１０の運転状態によって変わるものであるため、同機関１０の運転状態に基づき推定されるＮＯｘ触媒コンバータ２５上流の排気温度に基づき排気昇温制御の実行の可否を判断することで、当該判断をより的確なものとすることができる。

なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・ＮＯｘ触媒コンバータ２５上流に排気温センサを設け、同センサの検出値に基づきＮＯｘ触媒コンバータ２５上流の排気温度を求めてもよい。

・排気昇温制御としてアイドル回転速度を通常時の値（７００ｒｐｍ）よりも高回転側の値に補正する際、当該回転速度をドライバビリティに悪影響を与えない範囲内での最大値（１２００ｒｐｍ）としたが、このときの値については上記最大値に限定されるものではなく、通常時の値よりも高い任意の値を選択することが可能である。

・通常、内燃機関１０の出力軸にはオルタネータやエアコンディショナ用のコンプレッサなど各種補機が連結され、内燃機関１０の運転時には各種補機の駆動が行われることとなる。このため、排気昇温制御として、各種補機の駆動による内燃機関１０の補機負荷を増大させることも考えられる。具体的には、グロープラグ等の電装品への通電によりオルタネータの発電量を増大させたり、エアコンディショナ用のコンプレッサを駆動したりして、内燃機関１０の上記補機負荷を増大することが考えられる。

アイドル運転時に上述したように補機負荷を増大させた場合、その補機負荷の増大前後で機関回転速度を一定に保持するには機関出力を大きくする必要があるため、内燃機関１０の燃料噴射量が増量される。その結果、燃料燃焼時の燃焼エネルギが大とされて排気に付与される熱量も大となり、アイドル運転時の内燃機関１０の排気温度を的確に上昇させることができるようになる。

なお、こうした補機負荷の増大という排気昇温制御については、上記実施形態のアイドル回転速度の高回転側への補正という排気昇温制御に代えて行ってもよいし、同制御と同時に行ってもよい。上記二つの排気昇温制御を同時に行えば、アイドル運転時の内燃機関１０の排気温度がより効果的に上昇するようになる。

・触媒昇温制御での触媒への未燃燃料成分の供給は、インジェクタ４０から燃焼室１３内での燃焼に供される燃料の噴射後に排気行程や膨張行程で行われる副噴射（アフター噴射）によって行ってもよい。

本実施形態の制御装置が適用される内燃機関全体を示す略図。 （ａ）〜（ｄ）は、触媒昇温制御中におけるＰＭ堆積量、触媒床温、ＮＯｘ触媒上流の排気温度、機関回転速度の推移を示すタイムチャート。 内燃機関のアイドル回転速度制御手順を示すフローチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…ターボチャージャ、１２…吸気通路、１３…燃焼室、１４…排気通路、１５…エアクリーナ、１６…エアフローメータ、１７…コンプレッサ、１８…インタークーラ、１９…吸気絞り弁、２０…吸気マニホールド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２３…排気マニホールド、２４…排気タービン、２５…ＮＯｘ触媒コンバータ、２６…ＰＭフィルタ、２７…酸化触媒コンバータ、２８…入ガス温度センサ、２９…出ガス温度センサ、３０…差圧センサ、３１，３２…酸素センサ、３３…ＥＧＲ通路、３４…ＥＧＲ触媒、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲ弁、４０…インジェクタ、４１…高圧燃料供給管、４２…コモンレール、４３…燃料ポンプ、４４…レール圧センサ、４５…低圧燃料供給管、４６…添加弁、５０…電子制御装置、５１…ＮＥセンサ、５２…アクセルセンサ、５３…絞り弁センサ、５４…吸気温センサ、５５…水温センサ。

Claims (9)

1. 排気系に設けられて排気中の微粒子を捕集するフィルタと、同じく排気系に設けられて排気中の未燃燃料成分の酸化反応を促進する触媒とを備え、この触媒に対する未燃燃料成分の供給にともなう触媒床温の上昇を通じて前記排気系の微粒子を燃焼させる触媒昇温制御を行う内燃機関の制御装置において、
   前記触媒昇温制御の実行条件が成立していることに基づいて前記触媒昇温制御を開始した後の同制御の実行中において、前記触媒昇温制御の開始以降に機関アイドル運転が開始された旨且つ前記排気系の微粒子の堆積量が多い旨の判定をしたことに基づいて、機関アイドル運転時の排気温度を上昇させる排気昇温制御を行う制御手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   当該制御装置は、機関アイドル運転時に機関回転速度の目標値をアイドル回転速度に設定するアイドル制御を行うものであり、
   前記制御手段は、前記触媒昇温制御の開始以降に機関アイドル運転が開始された旨且つ前記排気系の微粒子の堆積量が多い旨の判定をしたことに基づいて、前記アイドル回転速度として機関アイドル運転時においての高回転速度であるアイドル回転速度Ａを設定する前記排気昇温制御と、前記排気系の微粒子の堆積量が少ない旨の判定をしたことに基づいて、前記アイドル回転速度として機関アイドル運転時においての低回転速度であり前記アイドル回転速度Ａよりも小さいアイドル回転速度Ｂを設定する小堆積時制御とを行うものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 排気系に設けられて排気中の微粒子を捕集するフィルタと、同じく排気系に設けられて排気中の未燃燃料成分の酸化反応を促進する触媒とを備え、機関アイドル運転時に機関回転速度の目標値をアイドル回転速度に設定するアイドル制御、及び前記触媒に対する未燃燃料成分の供給にともなう触媒床温の上昇を通じて前記排気系の微粒子を燃焼させる触媒昇温制御を行う内燃機関の制御装置において、
   前記触媒昇温制御の実行中である旨且つ前記排気系の微粒子の堆積量が多い旨の判定をしたことに基づいて、機関アイドル運転時の排気温度を上昇させる排気昇温制御を行う制御手段を備えるものであり、
   この制御手段は、前記触媒昇温制御の実行中である旨且つ前記排気系の微粒子の堆積量が多い旨の判定をしたことに基づいて、前記アイドル回転速度として機関アイドル運転時においての高回転速度であるアイドル回転速度Ａを設定する前記排気昇温制御と、前記排気系の微粒子の堆積量が少ない旨の判定をしたことに基づいて、前記アイドル回転速度として機関アイドル運転時においての低回転速度であり前記アイドル回転速度Ａよりも小さいアイドル回転速度Ｂを設定する小堆積時制御と、触媒床温を低下させる旨の要求である床温低下要求があることに基づいて、前記アイドル回転速度として前記アイドル回転速度Ｂよりも大きいアイドル回転速度Ｃを設定する触媒降温制御とを行うものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、前記触媒に流入する直前の排気温度及び前記触媒から流出した直後の排気温度の少なくとも一方に基づいて、前記床温低下要求があるか否かを判定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、前記触媒に流入する直前の排気温度が第１の排気温度よりも高いこと、及び前記触媒から流出した直後の排気温度が第２の排気温度よりも高いことの一方の条件が成立していることに基づいて、前記床温低下要求がある旨判定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   当該内燃機関は、機関アイドル運転時の補機の駆動にともない燃料噴射量を増量するものであり、前記制御手段は、補機を駆動させることにより機関負荷を増大させる処理を前記排気昇温制御としてさらに行うものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、前記触媒の上流の排気温度が前記排気昇温制御の実行を通じて触媒床温を上昇させることのできる値であるときに限り前記排気昇温制御を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、機関運転状態に基づいて前記触媒の上流の排気温度を推定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、前記排気系の微粒子の堆積量が前記触媒昇温制御の開始時の値よりも大きい値である判定値以上であることに基づいて、前記排気系の微粒子の堆積量が多い旨判定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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