JP7110813B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関するものである。

特許文献１には、火花点火式の内燃機関が開示されている。この内燃機関は、排気通路に設けられた三元触媒や、三元触媒よりも下流の排気通路に配置されており排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えている。

この特許文献１に記載の内燃機関では、アクセル操作が解消されるなどして内燃機関に対する要求トルクが減少した場合において内燃機関に加わる負荷が低いときには、気筒内での燃焼が停止されることがある。このような燃焼停止期間では、燃料噴射弁の燃料噴射及び火花点火を停止する燃料カット処理、及び、燃料噴射弁から燃料を噴射させて当該燃料を未燃のまま気筒内から排気通路に流出させる燃料導入処理のいずれか一方の処理が実行される。特許文献１によれば、フィルタに捕集されている粒子状物質を燃焼させて除去するフィルタ再生を実行する際には燃料導入処理が実行される一方、フィルタ再生を実行しない場合には燃料カット処理が実行される。

燃料導入処理では、燃料噴射弁から噴射された燃料が空気と共に排気通路を流れる。そして、燃料が三元触媒に導入されると、当該燃料の燃焼によって三元触媒の温度が上昇する。このようにして三元触媒の温度が上昇すると、高温のガスがフィルタに流入して同フィルタの温度が上昇する。その結果、フィルタに捕集されている粒子状物質が燃焼する。

米国特許出願公開第２０１４／００４１３６２号明細書

ところで、燃料導入処理の実施により三元触媒に供給された燃料が当該三元触媒で燃焼するときには、三元触媒に吸蔵されている酸素が消費される。ここで、燃料導入処理を開始する前の三元触媒の酸素吸蔵量が少ないと、燃料導入処理の実行中において三元触媒で燃料が燃焼する際には三元触媒の酸素吸蔵量が不足するおそれがある。そして、この場合には、例えば燃料が未燃のまま三元触媒を通過したり、燃料導入処理を実施したときの三元触媒の温度上昇が不足したりするおそれがある。また、三元触媒に酸素が吸蔵されてしまうため、粒子状物質を燃焼させるために必要な酸素がフィルタに十分に供給されなくなる。その結果、フィルタ再生が進みにくくなるおそれもある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、気筒内で火花放電を行う点火装置と、排気通路に設けられた三元触媒と、前記排気通路における前記三元触媒よりも下流側に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、を備えた火花点火式の内燃機関に適用される。前記制御装置は、前記点火装置を制御する点火制御部と、前記燃料噴射弁を制御する噴射弁制御部と、を備えている。そして、この制御装置は、フィルタ再生の実行が要求されているときであって、更に前記内燃機関のクランク軸が回転している状況下で前記気筒内での燃焼を停止させる燃焼停止期間において、前記気筒内での燃焼を停止させた状態で前記燃料噴射弁から燃料を噴射させて当該燃料を燃焼させずに前記気筒から排出して前記三元触媒に導入する燃料導入処理を実行する。また、この制御装置は、前記フィルタ再生の実行が要求されているときには、前記燃焼停止期間に到るまでの燃焼運転期間において、空燃比を、前記フィルタ再生の実行が要求されていないときよりもリーン側であり且つ理論空燃比よりもリーン側にした状態で燃焼させるリーン燃焼運転を実行する。

上記構成によれば、燃料導入処理を実行する燃焼停止期間に到る前に上記リーン燃焼運転が実行される。リーン燃焼運転では、気筒内での燃焼において消費されなかった酸素が排気に含まれるようになる。そのため、三元触媒には排気に含まれる酸素が供給されて当該三元触媒の酸素吸蔵量が増加する。したがって、上記構成によれば、三元触媒の酸素吸蔵量が増加した状態で燃料導入処理が開始されるようになる。その結果、燃料導入処理の実行中に三元触媒の酸素吸蔵量が不足することを抑制することができる。

第１実施形態における内燃機関の制御装置を備えるハイブリッド車両の構成を示す模式図。 燃料カット処理及び燃料導入処理のうち、いずれの処理を実行するかを選択する際の処理手順を示すフローチャート。 通常燃焼運転及びリーン燃焼運転のうち、いずれを実行するかを選択する際の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態における内燃機関の制御装置が実行するフィルタ再生モードにおける処理の流れを示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、内燃機関の制御装置の第１実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
図１に、ハイブリッド車両５００（以下、単に車両５００と記載する）の概略構成を示す。この図１に示すように、車両５００は、内燃機関１０と、内燃機関１０のクランク軸１４が接続された動力配分統合機構４０と、動力配分統合機構４０に接続されている第１モータジェネレータ７１とを備えている。動力配分統合機構４０には、リダクションギア５０を介して第２モータジェネレータ７２が連結されるとともに、減速機構６０及びディファレンシャル６１を介して駆動輪６２が連結されている。

動力配分統合機構４０は遊星歯車機構であって、外歯歯車のサンギア４１と、内歯歯車のリングギア４２とを有している。サンギア４１とリングギア４２との間には、サンギア４１及びリングギア４２の双方と噛み合う複数のピニオンギア４３が配置されている。各ピニオンギア４３は自転可能且つサンギア４１の周りを公転可能な状態でキャリア４４に支持されている。サンギア４１には、第１モータジェネレータ７１が連結されている。キャリア４４には、クランク軸１４が連結されている。リングギア４２にはリングギア軸４５が接続されており、このリングギア軸４５には、リダクションギア５０及び減速機構６０の双方が連結されている。

リダクションギア５０は遊星歯車機構であって、第２モータジェネレータ７２が連結された外歯歯車のサンギア５１と、内歯歯車のリングギア５２とを有している。リングギア５２にリングギア軸４５が接続されている。また、サンギア５１とリングギア５２との間には、サンギア５１及びリングギア５２の双方と噛み合う複数のピニオンギア５３が配置されている。各ピニオンギア５３は、自転可能且つサンギア５１の周りを公転不可能な状態で支持されている。

第１モータジェネレータ７１は、第１インバータ７５を介してバッテリ７７と電力の授受を行う。第２モータジェネレータ７２は、第２インバータ７６を介してバッテリ７７と電力の授受を行う。

内燃機関１０の出力トルクが動力配分統合機構４０のキャリア４４に入力される場合には、当該出力トルクがサンギア４１側とリングギア４２側とに分配される。サンギア４１側に分配された出力トルクによって第１モータジェネレータ７１が回転すると、当該第１モータジェネレータ７１は発電機として機能する。

一方、第１モータジェネレータ７１を電動機として機能させた場合には、第１モータジェネレータ７１の出力トルクがサンギア４１に入力される。サンギア４１に入力された第１モータジェネレータ７１の出力トルクは、キャリア４４側とリングギア４２側とに分配される。そして、第１モータジェネレータ７１の出力トルクがキャリア４４を介してクランク軸１４に入力されることにより、クランク軸１４は回転する。本実施形態では、このように第１モータジェネレータ７１を電動機として機能させることによりクランク軸１４を回転させることを「モータリング」という。

リングギア４２側に分配された内燃機関１０の上記出力トルクや、第１モータジェネレータ７１の上記出力トルクは、リングギア軸４５、減速機構６０及びディファレンシャル６１を介して駆動輪６２に入力される。

また、車両５００が減速する際には第２モータジェネレータ７２を発電機として機能させることにより、第２モータジェネレータ７２の発電量に応じた回生制動力が車両５００に発生する。一方、第２モータジェネレータ７２を電動機として機能させた場合には、第２モータジェネレータ７２の出力トルクが、リダクションギア５０、リングギア軸４５、減速機構６０及びディファレンシャル６１を介して駆動輪６２に入力される。

内燃機関１０は、複数の気筒１１を有しており、各気筒１１内ではピストンが往復動するようになっている。各ピストンは、コネクティングロッドを介してクランク軸１４に連結されている。

内燃機関１０の吸気通路１５には、同吸気通路１５を流れる吸気の流量を調整するスロットルバルブ１６が設けられている。また、内燃機関１０には、吸気ポート１５ａに燃料を噴射する燃料噴射弁１７と、燃料と吸気との混合気を火花放電により点火する点火装置１９とが気筒別に設けられている。混合気の燃焼によって各気筒１１内で生じた排気は排気通路２１に排出される。排気通路２１には、三元触媒２２が設けられている。排気通路２１における三元触媒２２よりも下流側には、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ２３が設けられている。また、排気通路２１におけるフィルタ２３よりも下流側には下流触媒２４が設けられている。なお、下流触媒２４は三元触媒２２と同様の触媒である。

内燃機関１０では、クランク軸１４が回転しているときに、気筒１１内での混合気の燃焼が停止されることがある。このようにクランク軸１４が回転しているときに気筒１１内での混合気の燃焼が停止される期間のことを、以下では「燃焼停止期間」という。また、気筒１１内での混合気の燃焼が停止される燃焼停止期間に対して、気筒１１内での混合気の燃焼を停止させずに、気筒１１内で混合気を燃焼させる期間を、以下では「燃焼運転期間」という。

燃焼停止期間では、気筒１１内の各ピストンがクランク軸１４の回転に同期して往復移動する。そのため、吸気通路１５を介して気筒１１内に導入された空気は、燃焼に供されることなく、排気通路２１に排出される。

上述した燃焼停止期間では、各燃料噴射弁１７の燃料噴射を停止する燃料カット処理、または各燃料噴射弁１７から燃料を噴射させて当該燃料を燃焼させずに各気筒１１内から排出して三元触媒２２に導入する燃料導入処理のいずれか一方が実行される。

燃料導入処理が実行されると、各燃料噴射弁１７から噴射された燃料が空気と共に排気通路２１を流れることによって当該燃料が三元触媒２２に導入される。このとき、三元触媒２２の温度が活性化温度以上であって、且つ燃料を燃焼させるのに十分な量の酸素が三元触媒２２に存在する場合には、三元触媒２２で燃料が燃焼する。三元触媒２２で燃料が燃焼すると、三元触媒２２の温度が上昇して高温のガスがフィルタ２３に流入するようになり、フィルタ２３の温度が上昇する。そして、フィルタ２３に酸素が供給されている状態で、フィルタ２３の温度が粒子状物質の発火点温度以上になると、フィルタ２３に捕集されている粒子状物質が燃焼して除去され、フィルタ２３は再生される。

車両５００には、内燃機関の制御装置であって内燃機関１０の各種制御を実行する機関用制御装置１００と、第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２の各種制御を実行するモータ用制御装置３００と、それら機関用制御装置１００及びモータ用制御装置３００を統括的に制御する車両用制御装置２００とが搭載されている。また、車両５００には、バッテリ７７の蓄電量ＳＯＣを監視するバッテリ監視装置４００が搭載されている。

バッテリ監視装置４００はバッテリ７７に接続されている。このバッテリ監視装置４００には、バッテリ７７の電流ＩＢ、電圧ＶＢ、及び温度ＴＢが入力される。そして、バッテリ監視装置４００は、それら電流ＩＢ、電圧ＶＢ、及び温度ＴＢに基づき、バッテリ７７の蓄電量ＳＯＣを算出する。

モータ用制御装置３００は、第１インバータ７５及び第２インバータ７６に接続されている。このモータ用制御装置３００は、バッテリ７７から第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２に供給する電力量や、第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２からバッテリ７７に供給する電力量（つまり充電量）を制御する。

機関用制御装置１００及びモータ用制御装置３００及びバッテリ監視装置４００は、通信ポートを介して車両用制御装置２００に接続されている。車両用制御装置２００には、自動車整備用のコンピュータであるサービスツールを接続するコネクタ２１０が設けられている。

車両用制御装置２００には、バッテリ監視装置４００からバッテリ７７の蓄電量ＳＯＣが入力される。また、車両用制御装置２００には、運転者のアクセルペダルの踏込量（アクセル操作量ＡＣＰ）を検出するアクセルペダルセンサ８６や、車両５００の走行速度である車速ＳＰを検出する車速センサ８７や、パワースイッチ８８が接続されており、それらセンサやスイッチからの出力信号が入力される。なお、パワースイッチ８８は、車両５００のシステム起動用スイッチであり、車両運転者がこのパワースイッチ８８をオン操作すると車両５００は走行可能な状態になる。

そして、車両用制御装置２００は、アクセル操作量ＡＣＰ及び車速ＳＰに基づいて車両５００の駆動力の要求値である車両要求パワーを演算する。さらに、車両用制御装置２００は、車両要求パワーや蓄電量ＳＯＣ等に基づき、機関要求トルクと、第１モータ要求トルクと、第２モータ要求トルクとをそれぞれ演算する。なお、機関要求トルクは、内燃機関１０の出力トルクの要求値である。また、第１モータ要求トルクは第１モータジェネレータ７１の力行トルクまたは回生トルクの要求値であり、第２モータ要求トルクは第２モータジェネレータ７２の力行トルクまたは回生トルクの要求値である。

そして、機関用制御装置１００は、機関要求トルクに応じて内燃機関１０の出力制御を行い、モータ用制御装置３００は第１モータ要求トルク及び第２モータ要求トルクに応じて第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２のトルク制御を行う。これにより、車両５００の走行に必要なトルク制御が行われる。

機関用制御装置１００は、機能部として、点火制御部１１０と、噴射弁制御部１２０とを備えている。機関用制御装置１００には、吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ８１、内燃機関１０の冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ８２、クランク軸１４の回転角を検出するクランク角センサ８５が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。また、機関用制御装置１００には、三元触媒２２よりも上流の排気通路２１に設けられており排気の酸素濃度に応じた信号を出力する第１空燃比センサ８３や、三元触媒２２とフィルタ２３との間の排気通路２１に設けられており排気の酸素濃度に応じた信号を出力する第２空燃比センサ８４も接続されている。そして、機関用制御装置１００には、それら各センサからの出力信号も入力される。なお、第１空燃比センサ８３から出力される信号によって三元触媒２２よりも上流側の排気の空燃比である上流側空燃比Ａｆｕが検出される。また、第２空燃比センサ８４から出力される信号によって三元触媒２２よりも下流側の排気の空燃比である下流側空燃比Ａｆｄが検出される。そして、機関用制御装置１００には、三元触媒２２とフィルタ２３との間の排気通路２１に設けられて三元触媒２２を通過した後の排気の温度である触媒出ガス温度ＴＨｅを検出する温度センサ８９も接続されており、このセンサからの出力信号も入力される。

機関用制御装置１００は、クランク角センサ８５の出力信号Ｓｃｒに基づいて機関回転速度ＮＥを演算する。また、機関用制御装置１００は、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡに基づいて機関負荷率ＫＬを演算する。機関負荷率ＫＬは、現在の機関回転速度ＮＥにおいてスロットルバルブ１６を全開とした状態で内燃機関１０を定常運転したときのシリンダ流入空気量に対する、現在のシリンダ流入空気量の比率を表している。なお、シリンダ流入空気量は、吸気行程において各気筒１１のそれぞれに流入する空気の量である。

この機関用制御装置１００は、吸気の充填効率や機関回転速度ＮＥなどの各種機関運転状態及び上記触媒出ガス温度ＴＨｅに基づいて三元触媒２２の温度である触媒温度Ｔｓｃやフィルタ２３の温度であるフィルタ温度Ｔｆを算出する。また、機関用制御装置１００は、フィルタ２３における粒子状物質の堆積量であるＰＭ堆積量Ｐｓを、機関回転速度ＮＥ、機関負荷率ＫＬ、及びフィルタ温度Ｔｆ等に基づいて算出する。

機関用制御装置１００は、気筒１１内での混合気の燃焼停止条件が成立するか否かを判定する。本実施形態では、例えば上述した機関要求トルクが「０」よりも大きいときには、燃焼停止条件が成立していないと判定して、気筒１１内で混合気を燃焼させる。このようにして気筒１１内で混合気を燃焼させる場合には、機関用制御装置１００は、上流側空燃比Ａｆｕが目標空燃比Ａｆｔとなるように燃料噴射量の要求値ＱＰＲを算出する。そして、算出した要求値ＱＰＲを基に噴射弁制御部１２０が燃料噴射弁１７の駆動を制御する。また、気筒１１内のピストンが圧縮上死点近傍に達したタイミングで点火装置１９の火花放電が実施されるように点火制御部１１０が混合気の点火時期を制御する。こうした噴射弁制御部１２０による燃料噴射制御及び点火制御部１１０による点火時期制御を通じて気筒１１内での混合気の燃焼が実施される。

一方、上述した機関要求トルクが「０」以下であるときには、機関用制御装置１００は燃焼停止条件が成立していると判定する。この燃焼停止条件が成立していると判定した場合、機関用制御装置１００は、気筒１１内での混合気の燃焼を停止させる際に上記燃料カット処理と上記燃料導入処理とのうち、いずれか一方を選択して実行する。

図２を参照して、燃料カット処理と上記燃料導入処理とのうち、いずれの処理を実行するのかを選択する際の処理手順について説明する。この一連の処理は、燃焼停止条件が成立していると判定されているときに、機関用制御装置１００によって繰り返し実行される。

この一連の処理を開始すると、機関用制御装置１００は、ステップＳ１００の処理において、燃料導入処理の実行条件が成立しているか否かを判定する。本実施形態では、例えば以下の（条件Ａ）及び（条件Ｂ）がともに成立する場合に、機関用制御装置１００は燃料導入処理の実行条件が成立していると判定する。

（条件Ａ）：三元触媒２２の温度である上記触媒温度Ｔｓｃが規定温度以上であること。この条件は次の理由により設定されている。すなわち、未燃の燃料を三元触媒２２に導入しても、三元触媒２２の温度が低いと、燃料を燃焼させることができない可能性がある。そこで、三元触媒２２に導入された未燃の燃料を燃焼させることができるか否かの判断基準として、上記規定温度が予め設定されている。この規定温度としては、三元触媒２２の活性化温度または活性化温度よりも僅かに高い温度が設定されている。

（条件Ｂ）：再生要求フラグがセットされていること。再生要求フラグは、セットされた状態にあることでフィルタ再生の実行が要求されていることを表し、クリアされた状態にあることでフィルタ再生の実行が要求されていないことを表すフラグである。再生要求フラグは、フィルタのＰＭ堆積量Ｐｓが第１規定値α以上の場合にセットされる。そして、再生要求フラグはＰＭ堆積量Ｐｓが第２規定値β未満になった場合にクリアされる。この条件は次の理由により設定されている。すなわち、フィルタ２３に捕集された粒子状物質の堆積量が多いほど、フィルタ２３の目詰まりは進行する。そこで、フィルタ２３の再生が必要なほどに目詰まりが進行しているか否かの判断基準として、上記第１規定値αが予め設定されている。そして、第２規定値βは第１規定値αよりも小さい値であり、フィルタ再生の実行により目詰まりが解消されたことを判定するための判断基準として設定されている。

ステップＳ１００の処理において、燃料導入処理の実行条件が成立していないと判定した場合（ステップＳ１００：ＮＯ）には、機関用制御装置１００は、処理をステップＳ１２０へと進める。そして、機関用制御装置１００は、ステップＳ１２０の処理において、噴射弁制御部１２０を通じて燃料噴射弁１７の燃料噴射を停止するとともに、点火制御部１１０を通じて点火装置１９の火花放電を停止することにより、上述した燃料カット処理を実行する。

一方、ステップＳ１００の処理において、燃料導入処理の実行条件が成立していると判定した場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）には、機関用制御装置１００は、処理をステップＳ１１０へと進める。ステップＳ１１０の処理において、機関用制御装置１００は、上述した燃料導入処理を実行する。

この燃料導入処理を実行する場合、機関用制御装置１００は、燃料導入処理用の燃料噴射量の要求値ＱＰＤとして、気筒１１内で混合気を燃焼させる場合に設定される燃料噴射量の要求値ＱＰＲよりも少なく且つ「０」よりも多い量を設定する。そして、噴射弁制御部１２０が、この設定された要求値ＱＰＤを基に燃料噴射弁１７の駆動を制御する。したがって、要求値ＱＰＤに基づいて燃料噴射弁１７から噴射された燃料が気筒１１内に導入された場合、当該気筒１１内の空燃比は、気筒１１内で混合気を燃焼させる際の空燃比と比較してリーン側の値になる。

そして、機関用制御装置１００は、燃料導入処理の実行中は点火制御部１１０を通じて点火装置１９の火花放電を停止させるとともに、車両用制御装置２００に対して上述したモータリングの実行を要求する。モータリングの実行が要求されると、車両用制御装置２００は、モータ用制御装置３００に対して第１モータジェネレータ７１の駆動を要求する。そして、モータ用制御装置３００は、上述したモータリングを行わせるべく第１モータジェネレータ７１の駆動を制御する。

こうしたモータリングの実行によってクランク軸１４が回転されると、内燃機関１０の各気筒１１の吸排気が行われる。このようにして燃料導入処理の実行中は、クランク軸１４が回転している状態で燃料噴射弁１７から燃料が噴射されるとともに点火装置１９の火花放電は停止される。そのため、燃料噴射弁１７から噴射された燃料は気筒１１内で燃焼されることなく空気とともに排気通路２１に排出される。

そして、燃料が三元触媒２２に導入されると、当該燃料の燃焼によって三元触媒２２の温度が上昇する。このようにして三元触媒２２の温度が上昇すると、高温のガスがフィルタ２３に流入してフィルタ２３の温度が上昇する。その結果、フィルタ２３に捕集されている粒子状物質が燃焼する。

機関用制御装置１００は、ステップＳ１１０の処理や、ステップＳ１２０の処理を実行すると、この一連の処理を一旦終了させる。燃焼停止条件が成立しているときにこの一連の処理を繰り返し実行することにより、機関用制御装置１００は燃料導入処理の実行条件が成立しているか否かに応じて燃料カット処理と燃料導入処理とを切り替えて実行する。

ところで、燃料導入処理の実施により三元触媒２２に供給された燃料が三元触媒２２で燃焼するときには、三元触媒２２に吸蔵されている酸素が消費される。ここで、燃料導入処理を開始する前の三元触媒２２の酸素吸蔵量が少ないと、燃料導入処理の実行中において三元触媒２２で燃料が燃焼する際には三元触媒２２の酸素吸蔵量が不足するおそれがある。そして、この場合には、例えば燃料が未燃のまま三元触媒２２を通過したり、燃料導入処理を実施したときの三元触媒２２の温度上昇が不足したりするおそれがある。また、三元触媒２２に酸素が吸蔵されてしまうため、粒子状物質を燃焼させるために必要な酸素がフィルタ２３に十分に供給されなくなる。その結果、フィルタ２３の再生が進みにくくなるおそれもある。

そこで、機関用制御装置１００は、フィルタ再生の実行が要求されているときには、気筒１１内で混合気を燃焼させる燃焼運転期間において、目標空燃比Ａｆｔを理論空燃比よりもリーン側にして混合気を燃焼させる。これは、燃焼停止期間に実行される燃料導入処理に先立って燃焼運転期間中に酸素を含んだ排気を三元触媒２２に導入し、三元触媒２２の酸素吸蔵量を増大させておくための処理である。

図３を参照して、燃焼運転期間中の目標空燃比Ａｆｔの切り替えにかかる処理の流れについて説明する。図３に示す一連の処理は、燃焼停止条件が成立していないと判定されているときに、機関用制御装置１００によって繰り返し実行される。

この一連の処理を開始すると、機関用制御装置１００は、まずステップＳ２００の処理において、フィルタ再生の実行が要求されているか否かを判定する。具体的には、機関用制御装置１００は、上述した燃料導入処理の実行条件における（条件Ｂ）が成立しているとき、すなわち再生要求フラグがセットされている場合にフィルタ再生の実行が要求されていると判定する。

ステップＳ２００の処理において、フィルタ再生の実行が要求されているとの判定がなされない場合（ステップＳ２００：ＮＯ）、すなわち再生要求フラグがセットされていないときには、機関用制御装置１００は、処理をステップＳ２２０へと進める。

ステップＳ２２０の処理では、機関用制御装置１００は、通常燃焼運転を実行する。具体的には、機関用制御装置１００は、目標空燃比Ａｆｔを、例えば理論空燃比、または理論空燃比近傍の値に設定して噴射量の要求値ＱＰＲを算出する。そして、算出した要求値ＱＰＲを基に噴射弁制御部１２０が燃料噴射弁１７の駆動を制御する。また、気筒１１内のピストンが圧縮上死点近傍に達したタイミングで点火装置１９の火花放電が実施されるように点火制御部１１０が混合気の点火時期を制御する。

一方で、ステップＳ２００の処理において、フィルタ再生の実行が要求されているとの判定がなされた場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、すなわち再生要求フラグがセットされているときには、機関用制御装置１００は、処理をステップＳ２１０へと進める。

ステップＳ２１０の処理では、機関用制御装置１００は、通常燃焼運転よりも空燃比をリーン側にした状態で燃焼させるリーン燃焼運転を行う。具体的には、機関用制御装置１００は、目標空燃比Ａｆｔを、理論空燃比よりもリーン側であり且つ通常燃焼運転における目標空燃比よりもリーン側に設定して、噴射量の要求値ＱＰＲを算出する。そして、算出した要求値ＱＰＲを基に噴射弁制御部１２０が燃料噴射弁１７の駆動を制御する。また、気筒１１内のピストンが圧縮上死点近傍に達したタイミングで点火装置１９の火花放電が実施されるように点火制御部１１０が混合気の点火時期を制御する。

なお、空燃比を理論空燃比よりもリーン側にした状態で燃焼させると窒素酸化物が発生しやすくなるが、この車両５００では、三元触媒２２及びフィルタ２３を通過したＮＯｘを下流触媒２４によって浄化するようにしている。

機関用制御装置１００は、ステップＳ２１０の処理や、ステップＳ２２０の処理を実行すると、この一連の処理を一旦終了させる。機関用制御装置１００は、燃焼停止条件が成立していないときにこの一連の処理を繰り返し実行することにより、フィルタ再生の実行が要求されているか否かに応じて通常燃焼運転とリーン燃焼運転とを切り替えて実行する。

第１実施形態の作用について説明する。
ＰＭ堆積量Ｐｓが第１規定値α未満であり、再生要求フラグがセットされていないときには、通常燃焼運転が行われ、燃焼停止条件が成立すると、燃料カット処理が実行される。一方、ＰＭ堆積量Ｐｓが第１規定値α以上になり、再生要求フラグがセットされているときには、リーン燃焼運転が行われ、燃焼停止条件が成立すると、燃料導入処理の実行条件が成立していることを条件に燃料導入処理が実行される。

これにより、第１実施形態によれば、燃料導入処理を実行する燃焼停止期間に到る前にリーン燃焼運転が実行される。リーン燃焼運転では、気筒１１内での燃焼において消費されなかった酸素が排気に含まれるようになる。そのため、三元触媒２２には排気に含まれる酸素が供給されて三元触媒２２の酸素吸蔵量が増加する。したがって、三元触媒２２の酸素吸蔵量が増加した状態で燃料導入処理が開始されるようになる。

以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
・三元触媒２２の酸素吸蔵量が増加した状態で燃料導入処理が開始されるようになる。その結果、燃料導入処理の実行中に三元触媒２２の酸素吸蔵量が不足することを抑制することができる。ひいては、燃料が未燃のまま三元触媒２２を通過したり、燃料導入処理を実施したときの三元触媒２２の温度上昇が不足したりすることを抑制できる。また、三元触媒２２に酸素が吸蔵されてしまうことにより、粒子状物質を燃焼させるために必要な酸素がフィルタ２３に十分に供給されなくなることも抑制できる。

（第２実施形態）
次に、内燃機関の制御装置の第２実施形態について、図４を参照して説明する。なお本実施形態において、上記第１実施形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態では、第１実施形態において図２や図３を参照して説明した一連の処理に加えて、図４に示す一連の処理を実行する。この一連の処理は、修理工場などにおいてフィルタ再生を強制的に実行するフィルタ再生モードにかかる処理であり、コネクタ２１０に接続されたサービスツールから、車両用制御装置２００にフィルタ再生の実行を要求する指令信号が入力されたときに、機関用制御装置１００によって実行される。なお、サービスツールからフィルタ再生の実行を要求する指令信号が入力された場合には、再生要求フラグがセットされる。

この一連の処理を開始すると、機関用制御装置１００は、まずステップＳ３００の処理においてリーン燃焼運転を実行する。なお、ステップＳ３００におけるリーン燃焼運転の実行態様は図３を参照して説明したステップＳ２１０におけるリーン燃焼運転と同様である。ここでは一定の機関回転速度ＮＥでリーン燃焼運転を実行する。

次に、ステップＳ３１０の処理において、機関用制御装置１００は、図２を参照して説明したステップＳ１００と同様に燃料導入処理の実行条件が成立しているか否かを判定する。

ステップＳ３１０の処理において、燃料導入処理の実行条件が成立していると判定した場合（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）には、機関用制御装置１００は、処理をステップＳ３２０へと進める。一方でステップＳ３１０の処理において、燃料導入処理の実行条件が成立していないと判定した場合（ステップＳ３１０：ＮＯ）には、機関用制御装置１００は、処理をステップＳ３００へと戻す。すなわち、機関用制御装置１００は、燃料導入処理の実行条件が成立するまでリーン燃焼運転を実行し続ける。なお、この一連の処理が開始されるときには、再生要求フラグがセットされているため、燃料導入処理の実行条件のうち、（条件Ｂ）は成立している。したがって、ここでは触媒温度Ｔｓｃが規定温度以上になり（条件Ａ）が成立するようになるまでリーン燃焼運転を実行し続ける。

ステップＳ３２０の処理では、機関用制御装置１００は、図２を参照して説明したステップＳ１１０の処理と同様に燃料導入処理を実行する。なお、ここではＰＭ堆積量Ｐｓが第２規定値β未満になり、再生要求フラグがリセットされるまで燃料導入処理を継続する。

ステップＳ３２０の処理が終了し、フィルタ再生が完了すると、機関用制御装置１００はこの一連の処理を終了させる。
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加え、以下の効果を得ることができる。

・サービスツールからフィルタ再生の実行を要求する指令信号が入力された際に実行するフィルタ再生モードにおいても、リーン燃焼運転を実行してから燃料導入処理が実行されるため、フィルタ再生モードにおいても三元触媒２２の酸素吸蔵量が増加した状態で燃料導入処理が開始されるようになる。その結果、フィルタ再生モードにおける燃料導入処理の実行中に三元触媒２２の酸素吸蔵量が不足することを抑制することができる。

なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。各実施形態及び以下の変更例は、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。

・図３を参照して説明した一連の処理を実行せず、図４を参照して説明した処理のみを実行する構成を採用してもよい。
・下流触媒２４を設ける構成に替えて、フィルタ２３として、三元触媒２２や下流触媒２４と同様の触媒を担持させたフィルタを設ける構成を採用してもよい。また、下流触媒２４は設けなくてもよい。

・フィルタ再生モードでは、三元触媒２２の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するまでリーン燃焼運転を継続するようにしてもよい。例えば、ステップＳ３１０において燃料導入処理の実行条件として、以下の（条件Ｃ）を追加すればよい。

（条件Ｃ）：酸素吸蔵量が最大吸蔵量に達していること。
なお、酸素吸蔵量が最大吸蔵量に達しているか否かを判定する方法は、機関運転状態に基づいて推定した酸素吸蔵量に基づいて判定する方法や、リーン燃焼運転の継続時間が、酸素吸蔵量が最大吸蔵量に到達しているとみなせる十分に長い時間に達したことに基づいて判定する方法を採用することができる。

また、必ずしも最大酸素吸蔵量に達するまでリーン燃焼運転を実施しなくてもよい。少なくとも燃料導入処理を開始する前に、リーン燃焼運転を実施すれば、三元触媒２２には空気が供給されて当該三元触媒２２の酸素吸蔵量が増加するため、三元触媒２２の酸素吸蔵量が増加した状態で燃料導入処理は開始されるようになる。したがって、燃料導入処理の実行中に三元触媒２２の酸素吸蔵量が不足することを抑えることができる。

・燃料導入処理の実行中は、点火装置１９の火花放電を停止するようにした。この他、燃料導入処理の実行中は、気筒１１内で混合気が燃焼しない時期に火花放電を点火装置１９に行わせてもよい。例えば、ピストンが下死点近傍に位置するときに火花放電を行っても、この火花放電が行われた気筒１１内では混合気が燃焼されない。そのため、燃料導入処理の実行中に火花放電を実施しても、燃料噴射弁１７から噴射された燃料を未燃のまま気筒１１内から排気通路２１に導入することができる。

・上記実施形態では、燃料噴射弁１７による吸気ポート１５ａ内への燃料噴射を通じて燃料導入処理を実施していた。その他、気筒１１内に燃料を噴射する筒内噴射式の燃料噴射弁を備える内燃機関において気筒１１内への燃料噴射を通じて燃料導入処理を行うことも可能である。

・ハイブリッド車両のシステムは、モータの駆動によってクランク軸１４の回転速度を制御することができるのであれば、図１に示したシステムとは異なる別のシステムであってもよい。

・内燃機関の制御装置を、内燃機関以外の他の動力源を備えない車両に搭載される内燃機関を制御対象とする装置に具体化してもよい。このような車両に搭載される内燃機関でも、クランク軸１４が惰性で回転している状況下では気筒１１内での混合気の燃焼が停止されることがあるため、混合気の燃焼停止条件及び燃料導入処理の実行条件がともに成立する場合には、上記燃料導入処理を実行することにより、三元触媒２２の温度を高めることができる。

１０…内燃機関、１１…気筒、１４…クランク軸、１５…吸気通路、１５ａ…吸気ポート、１６…スロットルバルブ、１７…燃料噴射弁、１９…点火装置、２１…排気通路、２２…三元触媒、２３…フィルタ、２４…下流触媒、４０…動力配分統合機構、４１…サンギア、４２…リングギア、４３…ピニオンギア、４４…キャリア、４５…リングギア軸、５０…リダクションギア、５１…サンギア、５２…リングギア、５３…ピニオンギア、６０…減速機構、６１…ディファレンシャル、６２…駆動輪、７１…第１モータジェネレータ、７２…第２モータジェネレータ、７５…第１インバータ、７６…第２インバータ、７７…バッテリ、８１…エアフロメータ、８２…水温センサ、８３…第１空燃比センサ、８４…第２空燃比センサ、８５…クランク角センサ、８６…アクセルペダルセンサ、８７…車速センサ、８９…温度センサ、８８…パワースイッチ、１００…機関用制御装置、１１０…点火制御部、１２０…噴射弁制御部、２００…車両用制御装置、２１０…コネクタ、３００…モータ用制御装置、４００…バッテリ監視装置、５００…ハイブリッド車両（車両）。

Claims (1)

1. 燃料を噴射する燃料噴射弁と、気筒内で火花放電を行う点火装置と、排気通路に設けられた三元触媒と、前記排気通路における前記三元触媒よりも下流側に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、を備えた火花点火式の内燃機関に適用され、
   前記点火装置を制御する点火制御部と、前記燃料噴射弁を制御する噴射弁制御部と、を備え、
   フィルタ再生の実行が要求されているときであって、更に前記内燃機関のクランク軸が回転している状況下で前記気筒内での燃焼を停止させる燃焼停止期間において、前記気筒内での燃焼を停止させた状態で前記燃料噴射弁から燃料を噴射させて当該燃料を燃焼させずに前記気筒から排出して前記三元触媒に導入する燃料導入処理を実行する内燃機関の制御装置であり、
   前記フィルタ再生の実行が要求されているときには、前記燃焼停止期間に到るまでの燃焼運転期間において、空燃比を、前記フィルタ再生の実行が要求されていないときよりもリーン側であり且つ理論空燃比よりもリーン側にした状態で燃焼させるリーン燃焼運転を実行する内燃機関の制御装置。

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