JP6254411B2

JP6254411B2 - エンジンの制御装置

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Publication number: JP6254411B2
Application number: JP2013209279A
Authority: JP
Inventors: 中村　聡; 中村　　聡; 加藤　哲也; 哲也加藤; 西嶋　大貴; 大貴西嶋; 三宅　慶治; 慶治三宅
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: JP2015072001A

Description

本発明は、排気センサを備えたエンジンの制御装置に関し、特に、ＰＭ（Paticulate Matter）の付着によって排気センサの応答性が悪化するのを抑制する制御装置に関するものである。

エンジンの排気通路に設けられる排気センサでは、煤を主成分とする粒子状物質（ＰＭ）が排気センサカバーに付着して当該カバーに形成されたガス導入孔に堆積すると、応答性が低下することがある。このため、ポスト噴射等によって排気通路に添加した燃料の酸化反応熱で排気温度を上昇させてＰＭを燃焼除去するフィルタ再生を用いて、カバーからＰＭを燃焼除去することが従来から行われている。しかし、低負荷走行の繰り返しや噴射系の異常等によりＰＭが所定量以上に排出されると、フィルタ再生ではカバーに付着したＰＭを十分に除去できないことがあるし、フィルタ再生の頻度は少ないので、カバーからのＰＭの除去が必要なときにフィルタ再生が行われないおそれがある。

そこで、例えば特許文献１には、排気センサの応答性が低下した場合に極力早い時期に応答性を回復させるべく、排気センサの応答性を診断する手段と、応答性を回復する手段と、応答性の回復手段の実行を指令する手段とを備えた排気センサ管理装置が開示されている。

特開２０１０−２８１２３９号公報

ところで、排気センサカバーは、ＰＭがカバーに付着することを予め想定して、一定量のＰＭがガス導入孔に堆積しても、排気センサの応答性が悪化しないように設計されることが多い。また、実機にて排気センサの応答性を診断する場合には、応答性が所定の閾値以上に悪化しないと、応答性が悪化したと判定するのは困難である。そのため、応答性が悪化したと判定されたときには、既にかなりの量のＰＭがガス導入孔に堆積していることから、排気センサの応答性は一旦悪化すると急激に悪化してしまう傾向にある。

それ故、上記特許文献１のように、排気センサの応答性を診断してから応答性の回復処理を行うものでは、判定後の僅かな時間で排気センサの応答性が急激に悪化し、回復処理が間に合わずエミッションが増加するおそれがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気センサを備えたエンジンの制御装置において、ＰＭの付着によって排気センサの応答性が急激に悪化するのを抑えて、排気センサの信頼性を向上させることにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るエンジンの制御装置では、排気センサの応答性が悪化する前に、排気センサに付着したＰＭの除去を開始するようにしている。

具体的には、本発明は、排気通路中の排気成分を検出する排気センサを備えたエンジンの制御装置を対象としている。

そして、上記制御装置は、上記排気センサへの粒子状物質の付着量を推定し、当該推定された付着量が所定付着量以上で、且つ、吸入空気量を増大させてもエンジン運転状態に及ぼす影響が小さい場合に、上記排気センサに付着した粒子状物質を、吸入空気量を増大させて排気流速を高めて吹き飛ばすとともに、排気ガス温度を上昇させて燃焼除去するＰＭ除去制御を開始することを特徴とするものである。

なお、本発明における「所定付着量」とは、粒子状物質（ＰＭ）が排気センサに付着しても、排気センサの応答性が悪化するおそれがないような付着量の範囲で設定される値である。

この構成によれば、推定された付着量が所定付着量以上の場合に、ＰＭ除去制御を開始することから、換言すると、排気センサの応答性が悪化する前に余裕をもってＰＭの除去を開始することから、排気センサの応答性が急激に悪化するのを抑えることができる。

ところで、排気センサへのＰＭの付着量は、例えば、排気温度と排気センサの温度との差や排気流速によって変化する。このため、エンジンからのＰＭ排出量とほぼ等しいＰＭフィルタ等へのＰＭの堆積量とは異なり、排気センサへのＰＭの付着量を、エンジンからのＰＭ排出量だけで予測することは難しい。

そこで、上記制御装置では、エンジン回転数と吸入空気量とを含むエンジン条件に基づいて、粒子状物質の付着量を推定するようにしてもよい。

このようにすれば、ＰＭの付着量に影響を及ぼすエンジン条件に基づいて、排気センサへのＰＭの付着量を推定することから、その推定精度を向上させることができる。したがって、排気センサの応答性が急激に悪化するのを抑えることができるとともに、無駄なＰＭ除去制御の実行を抑えることができる。

また、ＰＭ除去制御として例えば吸入空気量を増大させて排気流速を高めることにより、排気センサに付着したＰＭを吹き飛ばす場合には、ＰＭ除去制御中は通常運転時とは異なった制御になるため、車両走行中にＰＭ除去制御を実行すると、ドライバビリティ等を損なうおそれがある。一方、車両走行中にＰＭ除去制御を一切行わないようにすると、排気センサの応答性が急激に悪化し、ＰＭ除去制御によって応答性を回復するのに要する期間が長期化するおそれがある。

そこで、上記制御装置では、推定された付着量が所定付着量以上で、且つ、ＰＭ除去制御を実行してもエンジン運転状態に及ぼす影響が小さい場合に、ＰＭ除去制御を開始するようにしている。

このようにすれば、車両走行中であっても、エンジン運転状態に及ぼす影響が小さいと判定されたときに、ＰＭ除去制御が開始されることから、ドライバビリティ等を損なうことなく、排気センサの応答性が急激に悪化するのを抑えることができる。

以上、説明したように本発明に係るエンジンの制御装置によれば、粒子状物質の付着によって排気センサの応答性が急激に悪化するのを抑えて、排気センサの信頼性を向上させることができる。

本発明の制御装置が適用されるエンジンを模式的に示す図である。制御系の概略構成を示すブロック図である。Ａ／Ｆセンサの一例を示す図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）はセンサ部分の断面図である。１時間でカバーに付着するＰＭの量を算出するために用いるマップの一例を示す図である。１分間でカバーから除去されるＰＭの量を算出するために用いるマップの一例を示す図である。Ａ／Ｆセンサの応答性劣化抑制制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車用の直噴型４気筒ガソリンエンジンに本発明を適用している。

−エンジン−
図１は、本発明の制御装置が適用されるエンジン１の概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジン１の１気筒の構成のみを示している。図１に示すように、エンジン１の各気筒を構成するシリンダブロック１０内には上下方向に往復動するピストン１２が設けられている。ピストン１２はコネクティングロッド１２ａを介してクランクシャフト１３に連結されており、ピストン１２の往復運動がコネクティングロッド１２ａによってクランクシャフト１３の回転へと変換される。

クランクシャフト１３にはシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には複数の突起（歯）１７ａ，１７ａ・・・が等角度ごとに設けられている。シグナルロータ１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ１１６が配置されている。クランクポジションセンサ１１６は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１３が回転する際にシグナルロータ１７の突起１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

エンジン１のシリンダブロック１０には冷却水温（エンジン水温）ｔｈｗを検出する水温センサ１１０が配置されている。また、シリンダブロック１０の上端にはシリンダヘッド１１が設けられており、このシリンダヘッド１１とピストン１２との間に燃焼室１８が形成されている。

エンジン１の燃焼室１８には吸気通路２５と排気通路２６とが接続されている。吸気通路２５には、エアクリーナ９０、熱線式のエアフロメータ１１１、吸気温センサ１１２（エアフロメータ１１１に内蔵）、および、エンジン１の吸入空気量Ｇａを調整するための電子制御式のスロットルバルブ１９などが配置されている。スロットルバルブ１９はスロットルモータ９によって駆動される。スロットルバルブ１９の開度はスロットルポジションセンサ１１５によって検出される。

エンジン１の排気通路２６には、Ａ／Ｆセンサ（排気センサ）１１３、排気温センサ１１７、排気ガス中に含まれる三元成分（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）を浄化可能な三元触媒９１、および、パティキュレートフィルタ（以下、ＰＭフィルタという）８０などが配置されている。Ａ／Ｆセンサ１１３は、三元触媒９１よりも上流側の排気通路２６を流れる排気ガスの空燃比を検出する。排気温センサ１１７は、三元触媒９１よりも上流側の排気通路２６を流れる排気ガスの温度Ｔｇを検出する。ＰＭフィルタ８０は、三元触媒９１よりも下流側の排気通路２６に配置されていて、排気ガス中に含まれる粒子状物質であるパティキュレートマター（以下、ＰＭという）を捕集して除去する。

吸気通路２５と燃焼室１８との間には吸気バルブ１２ｂが設けられており、この吸気バルブ１２ｂを開閉駆動することにより、吸気通路２５と燃焼室１８とが連通または遮断される。また、排気通路２６と燃焼室１８との間には排気バルブ１２ｃが設けられており、この排気バルブ１２ｃを開閉駆動することにより、排気通路２６と燃焼室１８とが連通または遮断される。

エンジン１のシリンダヘッド１１には、燃焼室１８内に燃料を直接噴射するインジェクタ７と点火プラグ２７とが気筒ごとに配置されている。各インジェクタ７には、燃料供給装置（図示せず）によって高圧燃料が供給され、かかる燃料を各インジェクタ７から燃焼室１８内に直接噴射することにより、燃焼室１８内で空気と燃料とが混合された混合気が形成される。そうして、混合気が点火プラグ２７にて点火されて燃焼室１８内で燃焼することによりピストン１２が往復運動してクランクシャフト１３が回転する。以上のエンジン１の運転状態は、ＥＣＵ（制御装置）１００によって制御される。なお、点火プラグ２７の点火タイミングはイグナイタ８によって調整される。

−ＥＣＵ−
図２は、エンジン１における制御系の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３はＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４はエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。これらＲＯＭ１０２、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６と接続されている。

入力インターフェース１０５には、水温センサ１１０、吸入空気量Ｇａを計測するエアフロメータ１１１、吸入空気温度を計測する吸気温センサ１１２、Ａ／Ｆセンサ１１３、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ１１４、スロットルポジションセンサ１１５、クランクシャフト１３の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１１６、排気温センサ１１７、外気温を検出する外気温センサ１１８、エンジン１のオイルの温度を検出する油温センサ１１９などの各種センサが接続されている。

出力インターフェース１０６には、インジェクタ７、点火プラグ２７のイグナイタ８、スロットルバルブ１９のスロットルモータ９などが接続されている。そして、ＥＣＵ１００は、各種センサの検出信号に基づいて、インジェクタ７の燃料噴射制御、点火プラグ２７の点火時期制御、および、スロットルバルブ１９の開度制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。

さらに、ＥＣＵ１００は、ＰＭの付着によってＡ／Ｆセンサ１１３の応答性が急激に悪化するのを抑えるべく、下記の応答性劣化抑制制御を実行する。

−Ａ／Ｆセンサの応答性劣化抑制制御−
Ａ／Ｆセンサ１１３は、上述の如く、排気通路２６における三元触媒９１よりも上流側に設けられている。このＡ／Ｆセンサ１１３は、限界電流式のセンサであり、図３（ｂ）に示すように、センサ素子３０と、ヒータ３１と、これらセンサ素子３０およびヒータ３１を覆う有底円筒状のカバー３２と、を備えている。

センサ素子３０は、例えば、ジルコニア等の酸素イオン導電性固体電解質よりなる。ヒータ３１は、ＥＣＵ１００によって制御される電気回路（図示せず）から電力の供給を受けることにより、センサ素子３０を所定の活性温度に加熱するものである。Ａ／Ｆセンサ１１３は、ヒータ３１の加熱によってセンサ素子３０が所定の活性温度に達することで、排気ガスの空燃比を検出するセンサ機能を発揮する。カバー３２は、排気通路２６で生成される凝縮水または結露水によってセンサ素子３０が被水することを抑制するためのものである。図３（ａ）に示すように、このカバー３２の周壁部および底壁部には複数のガス導入孔３３が貫通形成されており、このガス導入孔３３を通じて排気ガスがカバー３２内に自由に出入りするようになっている。

Ａ／Ｆセンサ１１３は、エンジン１の燃焼室１８から排出された排気ガスがガス導入孔３３を通ってカバー３２内に入ると、排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発する。そうして、ＥＣＵ１００は、Ａ／Ｆセンサ１１３の出力に基づいて、三元触媒９１に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように燃料噴射量の制御を行う。

もっとも、このように構成されたＡ／Ｆセンサ１１３では、排気ガス中に含まれるパティキュレートマター（Paticulate Matter。以下、ＰＭともいう）が、カバー３２に付着してガス導入孔３３に堆積すると、排気ガスがカバー３２内に流入し難くなり、その応答性が低下することがある。

ここで、ポスト噴射等によって排気通路２６に添加した燃料の酸化反応熱で排気ガス温度を上昇させてＰＭを燃焼（酸化）させることにより、ＰＭフィルタ８０の目詰まりを解消するフィルタ再生を利用して、カバー３２に付着したＰＭを燃焼除去することが考えられる。しかし、低負荷走行の繰り返しや噴射系の異常等によりＰＭが所定量以上に排出されると、フィルタ再生のみでは、カバー３２に付着したＰＭを十分に除去できないことがあるし、また、フィルタ再生の頻度は少ないので、カバー３２からのＰＭの除去が必要であるにも拘わらず、フィルタ再生が行われないおそれがある。

また、Ａ／Ｆセンサ１１３の応答性が低下したことを検出した場合に、フィルタ再生等の回復処理を行うことも考えられるが、Ａ／Ｆセンサ１１３の応答性を診断してから回復処理を行うやり方には、以下のような問題がある。すなわち、Ａ／Ｆセンサ１１３は、カバー３２にＰＭが付着することを予め想定して、一定量のＰＭがガス導入孔３３に堆積しても、Ａ／Ｆセンサ１１３の応答性が悪化しないように設計されることが多い。また、実機にてＡ／Ｆセンサ１１３の応答性を測定する場合には、応答性が所定の閾値以上に悪化しないと、応答性が悪化したと判定するのは困難である。そのため、応答性が悪化したと判定されたときには、既にかなりの量のＰＭがガス導入孔３３に堆積していることから、Ａ／Ｆセンサ１１３の応答性は一旦悪化すると急激に悪化してしまう傾向にある。それ故、Ａ／Ｆセンサ１１３の応答性を診断してから回復処理を行うやり方では、判定後の僅かな時間でＡ／Ｆセンサ１１３の応答性が急激に悪化し、回復処理が間に合わずエミッションが増加するおそれがある。

そこで、ＥＣＵ１００は、カバー３２へのＰＭの付着量を推定し、当該推定されたＰＭ付着量が所定付着量α以上の場合に、カバー３２に付着したＰＭを除去するＰＭ除去制御を開始するように構成されている。

なお、「所定付着量α」とは、ＰＭがカバー３２に付着しても、Ａ／Ｆセンサ１１３の応答性が悪化するおそれがないような付着量の範囲で設定される値である。また、本実施形態におけるＰＭ除去制御は、吸入空気量Ｇａを増大させて排気流速を高めることにより、カバー３２に付着したＰＭを吹き飛ばすことを主としつつ、例えばポスト噴射等によって排気ガス温度Ｔｇを上昇させてＰＭを燃焼除去することを併せて行う制御である。

ところで、カバー３２へのＰＭの付着量は、例えば、排気ガス温度Ｔｇとカバー３２の温度との差が大きい場合（例えば、ヒータ３１への通電がなされておらず且つＰＭ排出量が多いエンジン始動時）には増大する一方、排気流速が高いとＰＭが吹き飛ばされるので、吸入空気量Ｇａが多い場合には減少する。それ故、エンジン１からのＰＭ排出量とほぼ等しいＰＭフィルタ８０へのＰＭの堆積量とは異なり、排気センサへのＰＭの付着量を、エンジン１からのＰＭ排出量だけで予測することは困難である。

そこで、ＥＣＵ１００は、カバー３２へのＰＭの付着量を、エンジン条件に基づいて推定するように構成されている。より詳しくは、ＥＣＵ１００は、例えば（１）エンジンの種類、（２）運転条件、（３）エンジン水温ｔｈｗ、（４）排気ガス温度Ｔｇ、（５）排気流速（吸入空気量Ｇａ）、（６）空燃比、（７）Ａ／Ｆセンサ１１３の温度Ｔｃ等のうちの１または複数のパラメータに基づいて、所定時間ｔでカバー３２に付着するＰＭ付着量ΔＣを算出するように構成されている。ＰＭ付着量ΔＣを算出するためのパラメータとして、これら（１）〜（７）を採用する理由は以下の通りである。

（１）エンジンの種類
エンジンの種類とは、例えば、直噴型ガソリンエンジンかポート噴射型ガソリンエンジンかといった種別である。ポート噴射型よりも直噴型の方が、空気と燃料との混合が不均一であるため、酸素が不足する部分で不完全燃焼が起こり易く、ＰＭがカバー３２へ付着し易いからである。

（２）運転条件
運転条件とは、例えば、エンジン回転数ｎｅ（ｒｐｍ）や負荷率（％）である。低負荷低回転では不完全燃焼を起こし易くＰＭがカバー３２へ付着し易い一方、高負荷高回転ではＰＭがカバー３２へ付着し難いからである。なお、エンジン回転数ｎｅは、クランクポジションセンサ１１６からの信号に基づいてＥＣＵ１００によって算出される。また、負荷率は、最大機関負荷に対する現在の負荷の割合を示すものであり、例えば、吸入空気量Ｇａとエンジン回転数ｎｅとをパラメータとするマップから求められる。

（３）エンジン水温
エンジン１の温度（エンジン水温ｔｈｗ）が低い場合には、インジェクタ７から噴射された燃料の一部が液滴のまま気筒内の内壁などに付着し、この付着して気化しない燃料が不完全燃焼を起こし、その結果として排気中のＰＭが増加し、ＰＭがカバー３２へ付着し易くなるからである。なお、水温センサ１１０によって検出されるエンジン水温ｔｈｗの代わりに、油温センサ１１９によって検出されるオイルの温度（油温）ｔｈｏを採用してもよい。

（４）排気ガス温度
排気ガス温度Ｔｇが高ければ、カバー３２に付着したＰＭが燃焼除去され易いからである。なお、排気ガス温度Ｔｇは、排気温センサ１１７によって検出される。

（５）排気流速（吸入空気量）
排気流速が高ければ（吸入空気量Ｇａが多ければ）、カバー３２に付着したＰＭが吹き飛ばされ易いからである。なお、吸入空気量Ｇａは、エアフロメータ１１１によって検出される。

（６）空燃比（Ａ／Ｆ）
空燃比がリーンの場合には、ＰＭ中の有機成分が燃焼し易くなるとともに、リーンバーンは空気が過多になるため燃焼温度が高くなるので、ＰＭの燃焼除去が加わることによってカバー３２に付着したＰＭがより一層排気流によって吹き飛ばされ易くなるからである。

（７）Ａ／Ｆセンサ（カバーの温度）
カバー３２の温度Ｔｃが低ければ、ＰＭがカバー３２に付着し易い一方、カバー３２の温度Ｔｃが高ければ、ＰＭがカバー３２に付着し難いからである。なお、カバー３２の温度Ｔｃは、ヒータ３１への通電の有無を含む運転条件や、吸入空気量Ｇａや、外気温センサ１１８によって検出される外気温等に基づいて算出される。

そうして、カバー３２に付着するＰＭの量は、エンジンの種類、運転条件、油水温等により変わるので、ＥＣＵ１００は、上記パラメータのうちの１または複数のパラメータに基づき、エンジン毎に予め用意されたマップや実験式等を用いて、所定時間ｔにカバー３２に付着するＰＭの量を算出する。本実施形態では、図４に一例を示すように、エンジン回転数ｎｅと負荷率とに基づいて１時間でカバー３２に付着するＰＭの量を算出することが可能なマップがＲＯＭ１０２に記憶されている。なお、図４に示すマップは、噴射型ガソリンエンジンで、且つエンジン水温ｔｈｗ＝４０℃で、且つＡ／Ｆ＝１４．０の場合を示している。

また、カバー３２から除去できるＰＭの量は、排気ガス温度Ｔｇ、排気流速、空燃比、カバー３２の温度Ｔｃにより変わるので、ＥＣＵ１００は、上記パラメータのうちの１または複数のパラメータに基づき、エンジン毎に予め用意されたマップや実験式等を用いて、所定時間ｔにカバー３２から除去できるＰＭの量を算出する。本実施形態では、図５に一例を示すように、エンジン回転数ｎｅと負荷率とに基づいて１分間でカバー３２から除去できるＰＭの量を算出することが可能なマップがＲＯＭ１０２に記憶されている。なお、図５に示すマップは、噴射型ガソリンエンジンで、且つエンジン水温ｔｈｗ＝８０℃で、且つＡ／Ｆ＝１５．０の場合を示している。

そうして、ＥＣＵ１００は、所定時間ｔにカバー３２に付着するＰＭの量から、所定時間ｔにカバー３２から除去できるＰＭの量を減算して、所定時間ｔでカバー３２に付着するＰＭ付着量ΔＣを算出し、このＰＭ付着量ΔＣを既に算出（推定）しているＰＭ付着総量Ｃに加えることで、所定時間ｔ毎にＰＭ付着総量Ｃを更新する。例えば、所定時間ｔの単位を秒（ｓ）として、図４に例示されるマップと同様のマップからＸ（ｍｇ／ｈｏｕｒ）が取得され、図５に例示されるマップと同様のマップからＹ（ｍｇ／ｍｉｎ）が取得された場合には、ＰＭ付着量ΔＣ（ｍｇ）＝ｔ×（Ｘ／３６００−Ｙ／６０）となる。

このように、本実施形態では、エンジン回転数ｎｅおよび負荷率に基づいてＰＭ付着総量Ｃを推定することから、その推定精度を向上させることができるとともに、応答性が悪化する前に余裕をもってＰＭの除去を開始することから、Ａ／Ｆセンサ１１３の応答性が急激に悪化するのを抑えることができる。

以上ようにして推定されたＰＭ付着総量Ｃが所定付着量α以上の場合には、ＥＣＵ１００はＰＭ除去制御を開始するのであるが、吸入空気量Ｇａを増大させてＰＭを吹き飛ばすことを主とするＰＭ除去制御中は通常運転時とは異なった制御になる。このため、車両走行中にＰＭ除去制御を実行すると、ドライバビリティ等を損なうおそれがある。一方、車両走行中にＰＭ除去制御を一切行わないようにすると、Ａ／Ｆセンサ１１３の応答性が急激に悪化し、エミッションが増加したり、応答性を回復するのに要する期間が長期化したりするおそれがある。

そこで、ＥＣＵ１００は、推定されたＰＭ付着総量Ｃが所定付着量α以上で、且つ、ＰＭ除去制御を実行してもエンジン運転状態に及ぼす影響が小さい場合に、ＰＭ除去制御を開始するように構成されている。ＥＣＵ１００は、例えば、吸入空気量Ｇａを増大させてもエンジン運転状態に及ぼす影響が小さい高速運転時やフューエルカット時にＰＭ除去制御を開始する一方、エンジン回転数ｎｅが急激に上がった状態での発進を防止すべく、アイドル運転時にはＰＭ除去制御の開始を制限する。なお、どのような場合にＰＭ除去制御を開始するかは、ＲＯＭ１０２に記憶されているマップや実験式等に基づいて決定される。

このように、本実施形態では、車両走行中であっても、ＰＭ除去制御を実行してもエンジン運転状態に及ぼす影響が小さいと判定されたときに、ＰＭ除去制御が開始されることから、ドライバビリティ等を損なうことなく、Ａ／Ｆセンサ１１３の応答性が急激に悪化するのを抑えることができる。

−応答性劣化抑制ルーチン−
次いで、本実施形態に係るＡ／Ｆセンサ１１３の応答性劣化抑制制御の一例を、図６のフローチャートを参照して説明する。なお、ＰＭ除去制御フラグＦ１は、ＰＭ除去制御開始判定サブルーチンに進むか否かをＥＣＵ１００が判定するためのフラグであり、また、ＰＭ除去制御開始フラグＦ２は、ＰＭ除去制御を開始するか否かをＥＣＵ１００が判定するためのフラグである。これらＰＭ除去制御フラグＦ１およびＰＭ除去制御開始フラグＦ２は、共に０か１の値をとり、１のときに肯定判定となり、０のときに否定判定となる。

先ず、ステップＳ１でエンジン１が始動すると、次のステップＳ２において、ＥＣＵ１００が、前回のエンジン停止時にバックアップＲＡＭ１０４に記憶されたＰＭ付着総量ＣおよびＰＭ除去制御フラグＦ１を始動時データとして取得する。

次のステップＳ３では、ＥＣＵ１００が、ＰＭ除去制御フラグＦ１が０であるか否かを判定する。このステップＳ３の判定がＮＯの場合、すなわち、ＰＭ除去制御フラグＦ１＝１でありＰＭ除去制御が必要な場合には、ステップＳ９のＰＭ除去制御開始判定サブルーチンに進む。一方、このステップＳ３の判定がＹＥＳの場合、すなわち、ＰＭ除去制御フラグＦ１＝０でありＰＭ除去制御が未だ不要な場合には、ステップＳ４に進む。

次のステップＳ４では、ＥＣＵ１００が、エンジン回転数ｎｅ、エンジン水温ｔｈｗ、吸入空気量Ｇａ等のエンジン条件データを取得する。

次のステップＳ５では、ＥＣＵ１００が、ステップＳ４で取得したデータと、ＲＯＭ１０２に記憶された、図４および図５に例示されるマップと同様のマップに基づいて、所定時間ｔにカバー３２に付着するＰＭの量とカバー３２から除去できるＰＭの量を算出し、これらに基づいて所定時間ｔでカバー３２に付着するＰＭ付着量ΔＣを算出する。具体的には、前回算出時から今回算出時までの時間ｔ（秒）でカバー３２に付着するＰＭ付着量ΔＣは、例えば、図４に例示されるマップと同様のマップからＸ（ｍｇ／時間）が取得され、図５に例示されるマップと同様のマップからＹ（ｍｇ／分）が取得された場合には、ＰＭ付着量ΔＣ（ｍｇ）＝ｔ×（Ｘ／３６００−Ｙ／６０）となる。

次のステップＳ６では、ＥＣＵ１００が、前回のＰＭ付着総量Ｃに、ステップＳ５で算出したＰＭ付着量ΔＣを加えて、現時点でのＰＭ付着総量Ｃを算出する。

次のステップＳ７では、ＥＣＵ１００が、ＰＭ除去制御要否判定を行う。具体的には、ＥＣＵ１００は、現時点でのＰＭ付着総量Ｃが所定付着量α以上であるか否かを判定する。このステップＳ７の判定がＮＯの場合、すなわち、ＰＭ付着総量Ｃが所定付着量α未満の場合には、ステップＳ４に戻り所定時間ｔ毎にＰＭ付着総量Ｃを更新しながら、ステップＳ７の判定を繰り返す。一方、このステップＳ７の判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ８においてＰＭ除去制御フラグＦ１を１にした後、ステップＳ９のＰＭ除去制御開始判定サブルーチンに進む。

ステップＳ９のＰＭ除去制御開始判定サブルーチンでは、ＥＣＵ１００が、ステップＳ４で取得したデータと、ＲＯＭ１０２に記憶されているマップとに基づいて、ＰＭ除去制御を実行してもエンジン運転状態に及ぼす影響が小さいか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、ＰＭ除去制御を実行してもエンジン運転状態に及ぼす影響が小さい場合には、ＰＭ除去制御開始フラグＦ２を１にする一方、現時点でＰＭ除去制御を実行するとドライバビリティ等を損なうおそれがある場合には、ＰＭ除去制御開始フラグＦ２を０にする。

次のステップＳ１０では、ＥＣＵ１００が、ＰＭ除去制御開始判定を行う。具体的には、ＥＣＵ１００は、ＰＭ除去制御開始フラグＦ２が１であるか否かを判定する。このステップＳ１０の判定がＮＯの場合、すなわち、ＰＭ除去制御開始フラグＦ２が０の場合には、ステップＳ９に戻り、ＰＭ除去制御開始フラグＦ２が１になるまでステップＳ１０の判定を繰り返す。なお、このステップＳ１０の判定を繰り返している間に、ＰＭ付着総量Ｃが所定付着量αを下回る場合も想定されることから、ステップＳ１０の判定がＮＯの場合にはステップＳ４に戻るようにしてもよいし、ステップＳ４に戻ることなくＰＭ除去制御の目標実行時間Ｔｔを短縮するようにしてもよい。

一方、このステップＳ１０の判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、ＥＣＵ１００が、ＰＭ除去制御を開始し、スロットルモータ９を駆動することで吸入空気量Ｇａを増大させて排気流速を高め、カバー３２に付着したＰＭを吹き飛ばすことを主としつつ、ポスト噴射等によって排気ガス温度Ｔｇを上昇させてＰＭを燃焼除去する。なお、このＰＭ除去制御は、当該ＰＭ除去制御を開始したときのＰＭ付着総量Ｃを０にするために必要な目標実行時間Ｔｔを算出し、原則としてかかる目標実行時間Ｔｔが経過するまで実行される。

次のステップＳ１２では、ＥＣＵ１００が、目標実行時間Ｔｔが経過してＰＭ除去制御が正常に終了したか否かを判定する。このステップＳ１２の判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ１３に進み、ＰＭ付着総量Ｃ＝０、ＰＭ除去制御フラグＦ１＝０およびＰＭ除去制御開始フラグＦ２＝０とした後、再びステップＳ４に戻り、応答性劣化抑制制御を継続する。

一方、このステップＳ１２の判定がＮＯの場合、すなわち、目標実行時間Ｔｔが経過する前に、エンジン運転状態の変更やエンジン停止が生じたことでＰＭ除去制御が中止された場合には、ステップＳ１４においてＰＭ除去制御開始フラグＦ２を０にした後、ステップＳ１５に進む。

次のステップＳ１５では、ＥＣＵ１００が、エンジン１が停止したか否かを判定する。このステップＳ１５の判定がＮＯの場合、すなわち、ＰＭ除去制御の中止がエンジン運転状態の変更による場合には、再びステップＳ９に戻る。なお、カバー３２に付着したＰＭの大部分が除去された段階で、エンジン運転状態の変更によりＰＭ除去制御が中止される場合も想定されることから、ステップＳ１５の判定がＮＯの場合には、ＰＭ除去制御フラグＦ１＝０にした後、ステップＳ４に戻るようにしてもよい。

一方、このステップＳ１５の判定がＹＥＳの場合、すなわち、ＰＭ除去制御の中止がエンジン停止による場合には、ステップＳ１６において、ＰＭ付着総量ＣおよびＰＭ除去制御フラグＦ１をバックアップＲＡＭに記憶させ、その後ＥＮＤする。

なお、図示省略しているが、ステップＳ１５以外のステップにおいても、エンジン１が停止した場合には、その時点におけるＰＭ付着総量ＣおよびＰＭ除去制御フラグＦ１をバックアップＲＡＭに記憶させた後ＥＮＤする。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神または主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態では、本発明を直噴型ガソリンエンジンに適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば、ポート噴射型ガソリンエンジンや、ポートインジェクタと筒内インジェクタとを備えたデュアルインジェクタシステムを採用しているエンジンや、ディーゼルエンジンに本発明を適用してもよい。

なお、デュアルインジェクタシステムを採用しているエンジンに本発明を適用する場合には、ＰＭ付着量ΔＣを算出するためのパラメータとして筒内噴射率を採用してもよい。また、ディーゼルエンジンに本発明を適用する場合には、ＰＭ除去制御は、排気ガス温度Ｔｇを上昇させてＰＭを燃焼除去することを主とする。

また、上記実施形態では、本発明をＡ／Ｆセンサ１１３に適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば、Ｏ２センサに本発明を適用してもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明によると、ＰＭの付着によって排気センサの応答性が急激に悪化するのを抑えて、排気センサの信頼性を向上させることができるので、排気センサを備えたエンジンを制御するエンジン制御装置に適用して極めて有益である。

１エンジン
２６排気通路
１００ＥＣＵ（制御装置）
１１３Ａ／Ｆセンサ（排気センサ）

Claims

排気通路中の排気成分を検出する排気センサを備えたエンジンの制御装置であって、
上記排気センサへの粒子状物質の付着量を推定し、当該推定された付着量が所定付着量以上で、且つ、吸入空気量を増大させてもエンジン運転状態に及ぼす影響が小さい場合に、上記排気センサに付着した粒子状物質を、吸入空気量を増大させて排気流速を高めて吹き飛ばすとともに、排気ガス温度を上昇させて燃焼除去するＰＭ除去制御を開始することを特徴とするエンジンの制御装置。