JP7000947B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の気筒から排出された排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備えて車両に搭載される内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。

たとえば下記特許文献１には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えた内燃機関において、フィルタによって捕集された粒子状物質の量を回転速度および負荷に基づき算出する制御装置が記載されている。この制御装置は、算出した粒子状物質の量である堆積量が所定量以上である場合、粒子状物質を燃焼させて除去する再生処理を実行する。

特開２０１５－１３５０９６号公報

上記文献には、再生処理による堆積量の減少量を逐次算出することについて開示がない。再生処理による堆積量の減少量を逐次算出しない場合、再生処理を不必要に長時間実行したり、再生処理の実行時間が過度に短くなったりするおそれがある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．内燃機関の制御装置は、複数の気筒から排出された排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備えて車両に搭載される内燃機関を制御対象とし、前記フィルタの再生処理の実行要求が生じることを条件に、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理を実行し、前記ディザ制御処理による所定期間における排気空燃比の平均値の目標値が第１空燃比である場合と比較して前記第１空燃比よりもリーンである第２空燃比である場合に、前記フィルタに捕集されている前記粒子状物質の量である堆積量の単位時間当たりの減少量を大きい値に算出することによって前記堆積量を算出する堆積量算出処理を実行する。

上記ディザ制御処理によれば、排気中の未燃燃料と酸素との反応熱により、フィルタの温度を上昇させることができることから、フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼して除去することが可能となる。ここで上記構成では、空燃比に応じて粒子状物質の燃焼による単位時間当たりの減少量を逐次算出し、粒子状物質の堆積量を算出する。このため、高温になったフィルタに粒子状物質を酸化させる酸素がどれだけ流入するかを空燃比に基づき把握しつつ、堆積量を算出することができ、ひいては再生処理中において堆積量を精度良く算出することができる。

２．上記１記載の内燃機関の制御装置において、前記目標値を前記第１空燃比として前記ディザ制御処理を実行する第１モードの後に前記目標値を前記第２空燃比として前記ディザ制御処理を実行する第２モードを実行する。

上記構成において、第１モードは、第２モードと比較して目標値がよりリッチであるため、排気温を高めやすく、これにより、フィルタの温度を再生処理が可能な温度へと早期に上昇させることができる。また、第２モードにおいては第１モードと比較して目標値がよりリーンであるため、第２モードにおいては、第１モードと比較してフィルタに供給される酸素量を増量させることができ、ひいては再生処理を促進することができる。

３．上記２記載の内燃機関の制御装置において、前記第１空燃比は、理論空燃比であり、前記堆積量算出処理は、前記フィルタの温度を入力とし、前記温度が規定温度以上であるとき、前記目標値が前記第２空燃比の場合には前記減少量をゼロよりも大きい値に算出し、前記目標値が前記第１空燃比の場合には前記減少量をゼロに算出する処理を含む。

上記目標値が理論空燃比の場合、フィルタに流入する酸素量が無視し得るほど少ない量となることから、粒子状物質が燃焼しないと考えられる。そこで上記構成では、理論空燃比よりもリーンである場合に粒子状物質が燃焼する温度においても、理論空燃比の場合には、減少量をゼロとする。

４．上記３記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の排気通路のうち前記フィルタの上流に酸素吸蔵能力を有した触媒が設けられている。
上記構成では、リーン燃焼気筒から排出された酸素がリッチ燃焼気筒から排出された未燃燃料と触媒において反応する際の反応熱によって、排気の温度が上昇し、この排気がフィルタに流入することにより、ディザ制御処理を実行しない場合よりも多くの熱をフィルタに供給することができる。ただし、この場合、上記目標値が理論空燃比の場合には、フィルタに酸素が供給されないと考えられるため、上記３のように、減少量をゼロとすることが有効である。

５．上記１記載の内燃機関の制御装置において、前記第１空燃比は、理論空燃比よりもリーンである。
上記目標値が理論空燃比よりもリーンな領域において、目標値がよりリーンである場合、理論空燃比に近い場合と比較して、フィルタに供給される酸素量が多くなることから、粒子状物質の単位時間当たりの燃焼量が多くなる。これに対し、上記構成では、堆積量算出処理においてよりリーンである場合に減少量を大きい値に算出することにより、堆積量を高精度に算出することができる。

６．上記１～５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記ディザ制御処理を、当該制御装置の外部から前記フィルタの修理のために前記フィルタの再生処理の実行指令信号が入力されることを条件に実行する。

上記構成では、フィルタの修理のためにフィルタの再生処理の実行指令信号が入力されることを条件にディザ制御処理を実行するため、同実行指令信号に基づき、目標値を理論空燃比よりもリーンに制御するディザ制御の実行の可否判定をすることができる。

一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理を示すブロック図。 同実施形態にかかる要求値出力処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる堆積量算出処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるフィルタ温度と基準減少量との関係を示す図。 同実施形態にかかる補正係数の設定を示す図。 同実施形態にかかるフィルタ温度と燃焼量との関係を示す図。

以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０において、吸気通路１２から吸入された空気は、過給機１４を介して気筒＃１～＃４のそれぞれの燃焼室１６に流入する。気筒＃１～＃４のそれぞれには、燃料を噴射する燃料噴射弁１８と、火花放電を生じさせる点火装置２０とが設けられている。燃焼室１６において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路２２に排出される。排気通路２２のうちの過給機１４の下流には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒２４が設けられている。さらに、排気通路２２のうち三元触媒２４の下流には、ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ２６）が設けられている。

制御装置３０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御するために、燃料噴射弁１８や点火装置２０等の内燃機関１０の操作部を操作する。この際、制御装置３０は、三元触媒２４の上流側に設けられた空燃比センサ４０によって検出される空燃比Ａｆや、クランク角センサ４２の出力信号Ｓｃｒ、エアフローメータ４４によって検出される吸入空気量Ｇａを参照する。制御装置３０は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３４、および制御装置３０内の各箇所に電力を供給する電源回路３６を備えており、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が実行することにより上記制御量の制御を実行する。

図２に、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が実行することにより実現される処理の一部を示す。
ベース噴射量算出処理Ｍ１０は、充填効率ηに基づき、燃焼室１６における混合気の空燃比を目標空燃比に開ループ制御するための操作量である開ループ操作量として、ベース噴射量Ｑｂを算出する処理である。ここで、充填効率ηは、燃焼室１６内に充填される新気量を定めるパラメータである。なお、充填効率ηは、ＣＰＵ３２により、吸入空気量Ｇａやクランク軸の回転速度ＮＥに基づき算出される。また、回転速度ＮＥは、ＣＰＵ３２により、出力信号Ｓｃｒに基づき算出される。

目標値設定処理Ｍ１２は、燃焼室１６における混合気の空燃比を上記目標空燃比に制御するためのフィードバック制御量の目標値Ａｆ＊を設定する処理である。
フィードバック処理Ｍ１４は、フィードバック制御量である空燃比Ａｆを目標値Ａｆ＊にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック補正係数ＫＡＦを算出する処理である。本実施形態では、目標値Ａｆ＊と空燃比Ａｆとの差を入力とする比例要素および微分要素の各出力値と、上記差に応じた値の積算値を出力する積分要素の出力値との和を、ベース噴射量Ｑｂの補正比率δとし、フィードバック補正係数ＫＡＦを、「１＋δ」とする。

要求噴射量算出処理Ｍ１６は、ベース噴射量Ｑｂにフィードバック補正係数ＫＡＦを乗算することによってベース噴射量Ｑｂを補正し、要求噴射量Ｑｄを算出する処理である。
要求値出力処理Ｍ１８は、内燃機関１０の気筒＃１～＃４のそれぞれから排出される排気全体の成分を、気筒＃１～＃４の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等としつつも、燃焼対象とする混合気の空燃比を気筒間で異ならせるディザ制御の噴射量補正要求値αを算出して出力する。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、第１の気筒＃１～第４の気筒＃４のうちの１つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの３つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする。そして、リッチ燃焼気筒における噴射量を、上記要求噴射量Ｑｄの「１＋α」倍とし、リーン燃焼気筒における噴射量を、要求噴射量Ｑｄの「１－（α／３）」倍とする。リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒との上記噴射量の設定によれば、気筒＃１～＃４のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、内燃機関１０の各気筒＃１～＃４から排出される排気全体の成分を、気筒＃１～＃４の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等とすることができる。なお、上記噴射量の設定によれば、気筒＃１～＃４のそれぞれに充填される新気量が同一であるなら、各気筒において燃焼対象とされる混合気の燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となる。なお、燃空比とは、空燃比の逆数のことである。

燃空比の平均値の逆数を目標空燃比とする設定は、排気成分を所望に制御することを狙ったものである。以下では、排気中の未燃燃料成分と酸素とが過不足なく反応できる場合、排気空燃比が理論空燃比であると称し、排気中の未燃燃料成分が酸素と過不足なく反応できる量を超過する量が多ければ多いほど、排気空燃比がリッチであると称し、少なければ少ないほど排気空燃比がリーンであると称する。ただし、超過する量には、排気中の未燃燃料成分の量が酸素と過不足なく反応できる量よりも少ない場合を含み、その場合、超過する量は、マイナスの量となる。また、たとえば、１燃焼サイクル当たりの排気空燃比の平均値とは、気筒＃１～＃４から排出される排気全体に関する排気空燃比のことと定義する。

補正係数算出処理Ｍ２０は、「１」に、噴射量補正要求値αを加算して、リッチ燃焼気筒に関し、要求噴射量Ｑｄの補正係数を算出する処理である。ディザ補正処理Ｍ２２は、要求噴射量Ｑｄに補正係数「１＋α」を乗算することによって、リッチ燃焼気筒とされる気筒＃ｗの噴射量指令値Ｑ＊を算出する処理である。ここで、「ｗ」は、「１」～「４」のいずれかを意味する。

乗算処理Ｍ２４は、噴射量補正要求値αを「－１／３」倍する処理であり、補正係数算出処理Ｍ２６は、「１」に、乗算処理Ｍ２４の出力値を加算して、リーン燃焼気筒に関し、要求噴射量Ｑｄの補正係数を算出する処理である。ディザ補正処理Ｍ２８は、要求噴射量Ｑｄに補正係数「１－（α／３）」を乗算することによって、リーン燃焼気筒とされる気筒＃ｘ，＃ｙ，＃ｚの噴射量指令値Ｑ＊を算出する処理である。ここで、「ｘ」，「ｙ」，「ｚ」は、「１」～「４」のいずれかであって、且つ、「ｗ」，「ｘ」，「ｙ」，「ｚ」は、互いに異なるものとする。

噴射量操作処理Ｍ３０は、ディザ補正処理Ｍ２２が出力する噴射量指令値Ｑ＊に基づき、リッチ燃焼気筒とされる気筒＃ｗの燃料噴射弁１８の操作信号ＭＳ１を生成して、同燃料噴射弁１８に出力し、同燃料噴射弁１８から噴射される燃料量が噴射量指令値Ｑ＊に応じた量となるように燃料噴射弁１８を操作する処理である。また、噴射量操作処理Ｍ３０は、ディザ補正処理Ｍ２８が出力する噴射量指令値Ｑ＊に基づき、リーン燃焼気筒とされる気筒＃ｘ，＃ｙ，＃ｚの燃料噴射弁１８の操作信号ＭＳ１を生成して、同燃料噴射弁１８に出力し、同燃料噴射弁１８から噴射される燃料量が噴射量指令値Ｑ＊に応じた量となるように燃料噴射弁１８を操作する処理である。なお、気筒＃１～＃４のうちリッチ燃焼気筒となる気筒は、１燃焼サイクルよりも長い周期で変更されることが望ましい。

堆積量算出処理Ｍ３２は、充填効率η、回転速度ＮＥおよびＧＰＦ２６の温度であるフィルタ温度Ｔｇｐｆに基づき、ＧＰＦ２６に捕集されたＰＭの量（ＰＭ堆積量ＤＰＭ）を算出して出力する処理である。

フィルタ温度算出処理Ｍ３４は、回転速度ＮＥ、充填効率ηおよび噴射量補正要求値αに基づき、フィルタ温度Ｔｇｐｆを算出する処理である。詳しくは、回転速度ＮＥおよび充填効率ηに基づき、ベース温度Ｔｂを算出し、噴射量補正要求値αに基づき、ベース温度Ｔｂを増加補正することによりフィルタ温度Ｔｇｐｆを算出する処理である。ここで、ベース温度Ｔｂは、ディザ制御をしていない場合に、回転速度ＮＥおよび充填効率ηにて定まる内燃機関１０の動作点の変動が無視できる定常状態におけるＧＰＦ２６の温度の推定値である。ディザ制御をする場合、リッチ燃焼気筒から排出される未燃燃料とリーン燃焼気筒から排出される酸素との三元触媒２４における反応熱によって、三元触媒２４の下流の排気の温度が、ディザ制御をしない場合よりも上昇する。そして、三元触媒２４の下流の排気の温度のディザ制御による上昇量は、噴射量補正要求値αが大きい場合に小さい場合よりも大きくなる。このため、噴射量補正要求値αに応じてベース温度Ｔｂを増加補正することによりフィルタ温度Ｔｇｐｆを算出する。詳しくは、ベース温度Ｔｂは、回転速度ＮＥおよび充填効率ηを入力変数としベース温度Ｔｂを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ３４に記憶された状態で、ＣＰＵ３２によりマップ演算される。また、フィルタ温度Ｔｇｐｆは、噴射量補正要求値αを入力変数とし、温度上昇量を出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ３４に記憶された状態で、ＣＰＵ３２により温度上昇量がマップ演算され、この温度上昇量をベース温度Ｔｂに加算した量に、フィルタ温度Ｔｇｐｆを時間の経過とともに近づけることによって算出される。具体的には、ＣＰＵ３２は、温度上昇量をベース温度Ｔｂに加算した量と、フィルタ温度Ｔｇｐｆとの指数移動平均処理によって、フィルタ温度Ｔｇｐｆを算出する。

なお、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とし、一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。

要求値出力処理Ｍ１８は、ＰＭ堆積量ＤＰＭに応じて、ＧＰＦ２６の再生処理（フィルタ再生処理）のために噴射量補正要求値αを「０」よりも大きい値とする。
図３に、要求値出力処理Ｍ１８の手順を示す。図３に示す処理は、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって各処理のステップ番号を表現する。

図３に示す一連の処理において、ＣＰＵ３２は、制御装置３０に外部からＧＰＦ２６の修理のためにフィルタ再生処理の実行指令信号が入力されているか否かを判定する（Ｓ１０）。ここで、指令信号は、修理工場の工員により制御装置３０に専用の異常対処機器（メンテナンス機器）が接続された状態で、メンテナンス機器から制御装置３０に入力されるものを想定している。すなわち、Ｓ１０の処理は、車両がユーザの手を離れ、修理工場の工員によりフィルタ再生処理がなされるときであるか否かを判定する処理である。

ＣＰＵ３２は、指令信号が入力されていないと判定する場合（Ｓ１０：ＮＯ）、ＰＭ堆積量ＤＰＭが規定量Ｄｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１２）。ここで、規定量Ｄｔｈは、ＰＭ堆積量ＤＰＭがかなり多く、このまま放置する場合には、内燃機関１０の運転に支障をきたすおそれがある値に設定されている。なお、Ｓ１２の処理は、再生処理の実行要求の有無を判定する処理である。ＣＰＵ３２は、規定量Ｄｔｈ以上であると判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、実行要求があると判定し、図１に示す警告灯４６を操作して、内燃機関１０が搭載された車両のユーザに、ＰＭ堆積量ＤＰＭが多いために修理工場でフィルタ再生処理をしてもらうことを促す処理を実行する（Ｓ１４）。

そして、ＣＰＵ３２は、指令信号が入力されていると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＰＭ堆積量ＤＰＭが規定量Ｄｔｈよりも小さい所定量ＤｔｈＬ以下であるか否かを判定する（Ｓ１６）。そして、ＣＰＵ３２は、所定量ＤｔｈＬよりも大きいと判定する場合（Ｓ１６：ＮＯ）、フィルタ温度Ｔｇｐｆを取得する（Ｓ１８）。そしてＣＰＵ３２は、フィルタ温度Ｔｇｐｆが、所定温度Ｔｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ２０）。ここで、所定温度Ｔｔｈは、ＧＰＦ２６に酸素を供給することにより、ＧＰＦ２６によって捕集された粒子状物質を燃焼させることができる温度（たとえば、５５０°Ｃ以上）に設定されている。

ＣＰＵ３２は、所定温度Ｔｔｈ未満であると判定する場合（Ｓ２０：ＮＯ）、目標空燃比を理論空燃比（ストイキ）とする（Ｓ２２）。これは、気筒＃１～＃４の排気空燃比の平均値を理論空燃比に制御するための設定である。そして、ＣＰＵ３２は、回転速度ＮＥおよび充填効率ηに基づき噴射量補正要求値αを算出し（Ｓ２４）、噴射量補正要求値αを出力する（Ｓ２６）。一方、ＣＰＵ３２は、所定温度Ｔｔｈ以上であると判定する場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンとする（Ｓ２８）。これは、気筒＃１～＃４の排気空燃比の平均値を理論空燃比よりもリーンに制御し、ＧＰＦ２６に酸素を供給するための設定である。そして、ＣＰＵ３２は、回転速度ＮＥおよび充填効率ηに基づき噴射量補正要求値αを算出し（Ｓ３０）、噴射量補正要求値αを出力する（Ｓ２６）。

これに対し、ＣＰＵ３２は、ＰＭ堆積量ＤＰＭが所定量ＤｔｈＬ以下であると判定する場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、フィルタ再生処理が完了した旨の信号をメンテナンス機器に出力する通知処理を実行する（Ｓ３２）。

なお、ＣＰＵ３２は、Ｓ１４，Ｓ２６，Ｓ３２の処理が完了する場合や、Ｓ１２の処理において否定判定する場合には、図３に示す一連の処理を一旦終了する。
上記Ｓ２４，Ｓ３０の処理において、ＣＰＵ３２は、予めＲＯＭ３４に記憶されている、回転速度ＮＥおよび充填効率ηを入力変数とし、噴射量補正要求値αを出力変数とするマップデータを用いて、噴射量補正要求値αをマップ演算する。ここで、Ｓ２４の処理において用いるマップデータの出力変数は、Ｓ３０の処理において用いるマップデータの出力変数以上となっている。詳しくは、特定の動作点においては、２つのマップデータの出力変数が等しくて且つそれらの値がゼロである。これは、フィルタ再生処理にとって適切ではない動作点に対応する。すなわち、動作点によっては、フィルタ再生処理にとって適切な温度までＧＰＦ２６の温度を昇温させるのが困難である動作点があり、こうした動作点においては、ディザ制御を実行しないこととしているため、出力変数がゼロとなっている。これに対し、Ｓ２４の処理において用いるマップデータの出力変数がゼロではない場合、Ｓ３０の処理において用いるマップデータの出力変数よりも大きい値となっている。これは、Ｓ３０の処理は、目標空燃比が理論空燃比よりもリーンとなっているときの噴射量補正要求値αを定めるものであるため、リーン燃焼気筒の空燃比を失火が生じる下限値であるリーン側失火限界に達することを抑制する上では、噴射量補正要求値αをあまり大きい値にできないからである。

図４に、堆積量算出処理Ｍ３２の手順を示す。図４に示す処理は、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。

図４に示す一連の処理において、ＣＰＵ３２は、まず、目標空燃比がリーンであるか否かを判定する（Ｓ４０）。この処理は、Ｓ２８の処理が実行されているか否かを判定する処理である。ＣＰＵ３２は、リーンではないと判定する場合（Ｓ４０：ＮＯ）、目標空燃比が理論空燃比であると判定し、理論空燃比であることを前提としてＰＭ堆積量ＤＰＭの単位時間当たりの増加量である堆積増加量ΔＤＰＭを算出する（Ｓ４２）。詳しくは、ＣＰＵ３２は、回転速度ＮＥおよび充填効率ηに基づき堆積増加量ΔＤＰＭを算出する。これは、たとえば、回転速度ＮＥおよび充填効率ηを入力変数とし堆積増加量ΔＤＰＭを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ３４に記憶された状態で、ＣＰＵ３２により堆積増加量ΔＤＰＭをマップ演算することにより実現できる。次にＣＰＵ３２は、図４に示す一連の処理の前回の制御周期において算出されたＰＭ堆積量ＤＰＭに、堆積増加量ΔＤＰＭを加算することによって、ＰＭ堆積量ＤＰＭを更新する（Ｓ４４）。

これに対し、ＣＰＵ３２は、目標空燃比がリーンであると判定する場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ＰＭ堆積量ＤＰＭの単位時間当たりの減少量である基準減少量ΔＢｂを算出する（Ｓ４６）。ここで、基準減少量ΔＢｂは、ゼロ以上の値であり、大きい値であるほど、ＰＭ堆積量ＤＰＭが迅速に減少することを意味する。詳しくは、ＣＰＵ３２は、ＰＭ堆積量ＤＰＭ、吸入空気量Ｇａおよびフィルタ温度Ｔｇｐｆに基づき、基準減少量ΔＢｂを算出する（Ｓ４６）。ＣＰＵ３２は、ＰＭ堆積量ＤＰＭが大きい場合に小さい場合よりも基準減少量ΔＢｂを大きい値に算出する。また、ＣＰＵ３２は、吸入空気量Ｇａが大きい場合に小さい場合よりも基準減少量ΔＢｂを大きい値に算出する。これは、空燃比が同一であるなら、吸入空気量Ｇａが大きい場合に小さい場合と比較してＧＰＦ２６に流入する酸素量が大きくなり、酸化される粒子状物質の量が多くなることに鑑みたものである。

また、ＣＰＵ３２は、図５に示すように、フィルタ温度Ｔｇｐｆが規定温度ＴＨ以上である場合、フィルタ温度Ｔｇｐｆが高い場合に低い場合よりも基準減少量ΔＢｂを大きい値に算出する。なおＣＰＵ３２は、フィルタ温度Ｔｇｐｆが規定温度ＴＨ未満である場合、基準減少量ΔＢｂをゼロとする。ちなみに、規定温度ＴＨは、上記所定温度Ｔｔｈよりも小さい値に設定されている。

具体的には、ＰＭ堆積量ＤＰＭ、吸入空気量Ｇａおよびフィルタ温度Ｔｇｐｆを入力変数とし、基準減少量ΔＢｂを出力変数とするマップデータがＲＯＭ３４に予め記憶された状態で、ＣＰＵ３２により基準減少量ΔＢｂをマップ演算すればよい。

図４に戻り、ＣＰＵ３２は、基準減少量ΔＢｂを空燃比に基づき補正する補正係数Ｋを算出する（Ｓ４８）。
図６に、補正係数Ｋと空燃比Ａｆとの関係を示す。図６に示すように、空燃比Ａｆが大きければ大きいほど、換言すればよりリーンであるほど、補正係数Ｋは大きい値となり、理論空燃比において「０」となる。なお、補正係数Ｋが「１」となる空燃比Ａｆ２は、基準減少量ΔＢｂにおいて想定した空燃比であり、図６においては空燃比Ａｆ２よりもリッチであって且つ理論空燃比よりもリーンである空燃比Ａｆ１における補正係数Ｋは、「１」よりも小さくゼロよりも大きい値となっている。

図４に戻り、ＣＰＵ３２は、図４に示す一連の処理の前回の制御周期において算出されたＰＭ堆積量ＤＰＭから、基準減少量ΔＢｂに補正係数Ｋを乗算した値を減算することによって、ＰＭ堆積量ＤＰＭを更新する（Ｓ５０）。これにより、空燃比がよりリーンであるほど、補正係数Ｋが大きい値となるために、ＰＭ堆積量ＤＰＭの減少量が大きくなる。

図７に、理論空燃比よりもリーンな領域において、ＧＰＦ２６内における単位時間当たりの粒子状物質の燃焼量と、空燃比およびフィルタ温度Ｔｇｐｆとの関係を示す。図７において右肩上がりの４本の曲線は、空燃比が互いに異なる曲線を示す。図７に示すように、フィルタ温度Ｔｇｐｆが同一である場合、空燃比がよりリーンであるほど単位時間当たりの燃焼量が大きい値となっている。これは、空燃比がよりリーンであるほど、ＧＰＦ２６内に流入して粒子状物質を酸化する酸素量が多くなることに対応すると考えられる。図４に示したＳ５０の処理では、補正係数Ｋにて基準減少量ΔＢｂを補正したものによって、ＰＭ堆積量ＤＰＭを更新することにより、空燃比によって単位時間当たりの燃焼量が変化することを適切に反映できる。

なお、ＣＰＵ３２は、Ｓ４４，Ｓ５０の処理が完了する場合、図４に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。

ＣＰＵ３２は、ＰＭ堆積量ＤＰＭが規定量Ｄｔｈ以上であると判定する場合、警告灯４６を点灯させ、ユーザに修理を促す。これによって、ディーラにて制御装置３０にメンテナンス機器が接続され再生処理の実行指令信号が入力されると、ＣＰＵ３２は、当初、目標空燃比を理論空燃比としてディザ制御処理を実行し、ＧＰＦ２６の温度を上昇させる。その際、ＣＰＵ３２は、内燃機関１０の動作点に基づき、ＰＭ堆積量ＤＰＭの値を増加更新する。そしてＣＰＵ３２は、フィルタ温度Ｔｇｐｆが所定温度Ｔｔｈ以上となると判定する場合、目標空燃比をリーンとすることによって、ＧＰＦ２６に捕集された粒子状物質を燃焼除去する。この際、ＣＰＵ３２は、吸入空気量Ｇａや空燃比に基づき、ＰＭ堆積量ＤＰＭの減少量を逐次算出し、ＰＭ堆積量ＤＰＭを更新する。これにより、ＣＰＵ３２は、ＰＭ堆積量ＤＰＭが所定量ＤｔｈＬ以下となるタイミングを高精度に把握することができ、ひいては再生処理時間を極力過不足のない値とすることができる。

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。［１］フィルタは、ＧＰＦ２６に対応する。ディザ制御処理は、Ｓ１６の処理において否定判定されて且つ噴射量補正要求値αがゼロよりも大きい場合における、補正係数算出処理Ｍ２０、ディザ補正処理Ｍ２２、乗算処理Ｍ２４、補正係数算出処理Ｍ２６、ディザ補正処理Ｍ２８、噴射量操作処理Ｍ３０に対応する。所定期間は、１燃焼サイクルに対応し、第１空燃比および第２空燃比の組は、Ｓ２２の処理の目標空燃比およびＳ２８の処理の目標空燃比の組に対応する。［２］第１モードは、Ｓ２２，Ｓ２４の処理に対応し、第２モードは、Ｓ２８，Ｓ３０の処理に対応する。［４］触媒は、三元触媒２４に対応する。［５］第１空燃比は、図６の空燃比Ａｆ１に対応する。なお、この実施例については、下記「第１モード、第２モードについて」の欄を参照のこと。

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・「堆積量算出処理について」
上記実施形態では、ＰＭ堆積量ＤＰＭ、吸入空気量Ｇａ、およびフィルタ温度Ｔｇｐｆに基づき算出される基準減少量ΔＢｂを空燃比に応じた補正係数Ｋにて補正したがこれに限らない。たとえば、ＰＭ堆積量ＤＰＭ、吸入空気量Ｇａ、フィルタ温度Ｔｇｐｆおよび空燃比を入力変数とし、減少量ΔＢを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ３４に記憶された状態でＣＰＵ３２により減少量ΔＢをマップ演算してもよい。またたとえば、吸入空気量Ｇａに代えて、回転速度ＮＥおよび充填効率ηを用いてもよい。またたとえば、ＰＭ堆積量ＤＰＭ、吸入空気量Ｇａおよび空燃比を入力変数とし、基準減少量ΔＢｂを出力変数とするマップデータと、フィルタ温度Ｔｇｐｆを入力変数とし補正係数Ｋを出力変数とするマップデータとを用いて、減少量ΔＢを算出してもよい。

上記実施形態では、目標空燃比がリーンである場合には、減少量ΔＢに基づくＰＭ堆積量ＤＰＭの減算処理のみを行ったが、これに限らない。たとえば、堆積増加量ΔＤＰＭについては目標空燃比がリーンであるか否かにかかわらず常時算出してもよい。また、Ｓ４０の処理自体を削除し、ＰＭ堆積量ＤＰＭの更新量を、常時、減少量ΔＢと堆積増加量ΔＤＰＭとしてもよい。すなわちこの場合であっても、たとえば理論空燃比の場合の補正係数Ｋがゼロである場合には、目標空燃比が理論空燃比の場合、減少量ΔＢはゼロとなるため、Ｓ４４の処理と同等の処理が実現できる。

・「第１モード、第２モードについて」
上記実施形態では、ディザ制御を実行する動作点において、第１モード用（Ｓ２４の処理用）のマップデータの出力変数が、第２モード用（Ｓ３０の処理用）のマップデータの出力変数よりも必ず大きくなる設定としたが、これに限らない。たとえば、一部の動作点においては、出力変数の値同士が等しくなってもよい。

上記実施形態では、フィルタ温度Ｔｇｐｆが所定温度Ｔｔｈ未満の場合、目標空燃比を理論空燃比として気筒＃１～＃４の排気空燃比の平均値を理論空燃比としたが、これに限らない。たとえば、目標空燃比を、フィルタ温度Ｔｇｐｆが所定温度Ｔｔｈ以上となったときよりもリッチ側であるものの理論空燃比よりもリーンとしてもよい。この値を、たとえば図６の空燃比Ａｆ１とするなら、フィルタ温度Ｔｇｐｆが所定温度ＴＨ以上となる場合、減少量ΔＢがゼロよりも大きい値となる。

上記実施形態では、フィルタ温度Ｔｇｐｆが所定温度Ｔｔｈ以上となることにより、Ｓ２２，Ｓ２４の処理から、Ｓ２８，Ｓ３０の処理に切り替えたが、これに限らない。たとえば、ディザ制御の実行時間が所定時間となることを条件に、Ｓ２２，Ｓ２４の処理から、Ｓ２８，Ｓ３０の処理に切り替えてもよい。

・「修理のための実行指令信号について」
上記実施形態では、制御装置３０にメンテナンス機器が接続されメンテナンス機器から制御装置３０に実行指令信号が入力されることを例示したが、これに限らない。たとえば、シフトレバーがニュートラルであるときにアクセルとブレーキを同時に踏み込む等、ユーザによる通常操作からは想定できない予め定められた操作状態を、再生処理の実行指令信号の入力としてもよい。

・「フィルタ温度について」
上記実施形態では、ＰＭ堆積量ＤＰＭの算出に、推定したフィルタ温度Ｔｇｐｆを用いたが、これに限らず、たとえばＧＰＦ２６に熱電対等の温度センサを備え、その検出値を用いてもよい。

・「フィルタの再生要求が生じることを条件に実行されるディザ制御処理について」
上記実施形態では、修理工場の工員による実行指令信号が入力されることを条件にフィルタ再生処理を実行したが、これに限らない。たとえば、ＰＭ堆積量ＤＰＭが規定量Ｄｔｈよりも小さい所定量以上であって且つ、内燃機関１０が高負荷運転される場合に、上記実施形態よりも噴射量補正要求値αを小さい値としつつディザ制御処理を実行することによりフィルタ再生処理を実行してもよい。この場合であっても、第１モードと第２モードとを有して、第２モードの目標空燃比を第１モードの目標空燃比よりもリーンとすればよい。

・「ディザ制御処理について」
上記実施形態では、回転速度ＮＥおよび充填効率ηの２つのパラメータから噴射量補正要求値αを算出したが、これに限らない。たとえば、回転速度ＮＥおよび充填効率ηに加えて、内燃機関１０の冷却水の温度（水温ＴＨＷ）に基づき噴射量補正要求値αを算出してもよい。さらに、ＰＭ堆積量ＤＰＭを加味してもよい。もっとも、回転速度ＮＥおよび充填効率ηに基づくこと自体必須ではない。たとえば、ＰＭ堆積量ＤＰＭ、水温ＴＨＷ、回転速度ＮＥおよび充填効率ηの４つのパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータのみに基づいて噴射量補正要求値αを可変設定してもよい。また、たとえば内燃機関１０の動作点を特定するパラメータとして回転速度ＮＥおよび充填効率ηを用いる代わりに、負荷としての充填効率ηに代えて、たとえば負荷としてのアクセル操作量を用いてもよい。また、回転速度ＮＥおよび負荷に代えて、吸入空気量Ｇａに基づき噴射量補正要求値αを可変設定してもよい。

噴射量補正要求値αを、ディザ制御を実行する動作点において「０」よりも大きい値で可変設定すること自体必須ではない。たとえば、ディザ制御を実行する動作点においてＳ２４の処理用のゼロよりも大きい単一の値と、Ｓ３０の処理用のゼロよりも大きい単一の値とを定めてもよい。

上記実施形態では、リッチ燃焼気筒の数よりもリーン燃焼気筒の数を多くしたが、これに限らない。たとえば、リッチ燃焼気筒の数とリーン燃焼気筒の数とを同一としてもよい。またたとえば、全ての気筒＃１～＃４を、リーン燃焼気筒かリッチ燃焼気筒かにするものに限らず、たとえば１つの気筒の空燃比を目標空燃比としてもよい。さらに、１燃焼サイクル内で、筒内充填空気量が同一であるなら燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となることも必須ではない。たとえば、上記実施形態のように４気筒の場合において、筒内充填空気量が同一であるなら、５ストロークにおける燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となるようにしてもよく、３ストロークにおける燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となるようにしてもよい。ただし、１燃焼サイクルにおいて、リッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との双方が存在する期間が少なくとも２燃焼サイクルに１回以上は生じることが望ましい。換言すれば、所定期間において筒内充填空気量が同一であるなら燃空比の平均値の逆数を目標空燃比とする際、所定期間を２燃焼サイクル以下とすることが望ましい。ここで、たとえば所定期間を２燃焼サイクルとして２燃焼サイクルの間に１度だけリッチ燃焼気筒が存在する場合、リッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との出現順序は、リッチ燃焼気筒をＲ、リーン燃焼気筒をＬとすると、たとえば「Ｒ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ」となる。この場合、所定期間よりも短い１燃焼サイクルの期間であって「Ｒ，Ｌ，Ｌ，Ｌ」となる期間が設けられており、気筒＃１～＃４のうちの一部がリーン燃焼気筒であり、別の気筒がリッチ燃焼気筒となっている。ただし、１燃焼サイクルとは異なる期間における燃空比の平均値の逆数を目標空燃比とする場合には、内燃機関が吸気行程において一旦吸入した空気の一部を吸気バルブが閉弁するまでに吸気通路に吹き戻す量が無視できることが望ましい。

・「排気浄化装置について」
上記実施形態では、上流側排気浄化装置を三元触媒２４とし、下流側排気浄化装置をＧＰＦ２６としたが、これに限らない。たとえば、上流側排気浄化装置をＧＰＦ２６とし、下流側排気浄化装置を三元触媒２４としてもよい。上記構成では、排気浄化装置として、三元触媒２４およびＧＰＦ２６を例示したがこれに限らない。たとえば、ＧＰＦ２６のみであってもよい。ただしＧＰＦ２６の上流に酸素吸蔵能力を有する触媒を備えない場合、ディザ制御による昇温能力を高めるうえでは、ＧＰＦに酸素吸蔵能力を有した触媒を担持することが望ましい。ただし、たとえばＧＰＦ２６の上流における排気通路２２内で未燃燃料と酸素とを反応させることができるのであれば、この限りではない。また、排気通路２２内で未燃燃料と酸素とを反応させることができる場合には、ＧＰＦ２６の上流に酸素吸蔵能力を有した触媒を備えない場合であっても、Ｓ２２の処理が実行されている場合には、ＰＭの燃焼量をゼロとすればよい。もっとも、ＧＰＦ２６の上流に酸素吸蔵能力を有した触媒を備えない場合であってＧＰＦ２６に酸素吸蔵能力を有した触媒を担持する場合であっても、ＧＰＦ２６での未燃燃料と酸素との反応量に比べてＧＰＦ２６内のＰＭと酸素との反応量が無視できるほど少ないのであれば、Ｓ２２の処理の実行時にはＰＭの燃焼量をゼロとみなしてもよい。

・「制御装置について」
制御装置としては、ＣＰＵ３２とＲＯＭ３４とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の（ａ）～（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するＲＯＭ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路および１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

・「内燃機関について」
内燃機関としては、４気筒の内燃機関に限らない。たとえば直列６気筒の内燃機関であってもよい。またたとえば、Ｖ型の内燃機関等、第１の排気浄化装置と第２の排気浄化装置とを備え、それぞれによって排気が浄化される気筒が異なるものであってもよい。

・「そのほか」
燃料噴射弁としては、燃焼室１６に燃料を噴射するものに限らず、たとえば吸気通路１２に燃料を噴射するものであってもよい。ディザ制御の実行時に空燃比フィードバック制御をすることは必須ではない。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…過給機、１６…燃焼室、１８…燃料噴射弁、２０…点火装置、２２…排気通路、２４…三元触媒、２６…ＧＰＦ、３０…制御装置、３２…ＣＰＵ、３４…ＲＯＭ、３６…電源回路、４０…空燃比センサ、４２…クランク角センサ、４４…エアフローメータ、４６…警告灯。

Claims (5)

1. 複数の気筒から排出された排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備えて車両に搭載される内燃機関を制御対象とし、
   前記フィルタの再生処理の実行要求が生じることを条件に、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理を実行し、
   前記ディザ制御処理による所定期間における排気空燃比の平均値の目標値が第１空燃比である場合と比較して前記第１空燃比よりもリーンである第２空燃比である場合に、前記フィルタに捕集されている前記粒子状物質の量である堆積量の単位時間当たりの減少量を大きい値に算出することによって前記堆積量を算出する堆積量算出処理を実行し、
   前記第１空燃比は、理論空燃比よりもリーンである内燃機関の制御装置。
2. 前記目標値を理論空燃比として前記ディザ制御処理を実行する第１モードの後に前記目標値を前記理論空燃比よりもリーンとして前記ディザ制御処理を実行する第２モードを実行する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記堆積量算出処理は、前記フィルタの温度を入力とし、前記温度が規定温度以上であるとき、前記目標値が前記理論空燃比よりもリーンの場合には前記減少量をゼロよりも大きい値に算出し、前記目標値が前記理論空燃比の場合には前記減少量をゼロに算出する処理を含む請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の排気通路のうち前記フィルタの上流に酸素吸蔵能力を有した触媒が設けられている請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記ディザ制御処理を、当該制御装置の外部から前記フィルタの修理のために前記フィルタの再生処理の実行指令信号が入力されることを条件に実行する請求項１～４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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