WO2014122778A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置 Download PDF

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filter
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角岡　卓
泰祐 吉田
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
  • a fuel cut is performed.
  • This fuel cut is a process of stopping the supply of fuel to the internal combustion engine. For example, a fuel cut is performed during deceleration.
  • the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine is supplied with oxygen when the temperature is high, thermal degradation proceeds. For this reason, it is known that when the temperature of the catalyst is equal to or higher than a predetermined temperature, fuel cut is prohibited so that oxygen is not supplied to the catalyst (see, for example, Patent Document 1).
  • a filter for collecting particulate matter (hereinafter also referred to as PM) in the exhaust gas may be provided in the exhaust passage of the internal combustion engine.
  • PM particulate matter
  • the PM is oxidized and removed. This process is called filter regeneration.
  • the temperature of the filter is equal to or higher than a predetermined temperature, and the oxygen concentration in the filter is equal to or higher than the predetermined concentration.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to increase opportunities for filter regeneration.
  • the present invention provides: A catalyst for purifying exhaust gas provided in an exhaust passage of the internal combustion engine; A filter that is provided in an exhaust passage downstream of the catalyst and collects particulate matter in the exhaust; A control device that prohibits the fuel cut when it is predicted that thermal degradation of the catalyst will progress when the fuel cut is performed to stop the supply of fuel to the internal combustion engine; In an exhaust gas purification apparatus for a spark ignition internal combustion engine equipped with In the case where it is necessary to regenerate the filter, which is a process for removing the particulate matter trapped in the filter, the control device is configured to perform the thermal degradation of the catalyst even if the catalyst is predicted to progress. Carry out a fuel cut.
  • the filter can be regenerated by performing the fuel cut.
  • the case where the thermal degradation of the catalyst is predicted to progress when the fuel cut is performed is, for example, the case where the temperature of the catalyst has reached a temperature at which the thermal degradation proceeds. If fuel cut is performed in such a case, thermal deterioration of the catalyst proceeds. However, if the fuel cut is performed only when necessary for the regeneration of the filter, the degree of progress of the thermal deterioration can be suppressed to a low level.
  • the case where the filter needs to be regenerated is, for example, the case where the filter is clogged and the internal combustion engine may be adversely affected unless the filter is regenerated.
  • priority is given to the regeneration of the filter by performing the fuel cut.
  • the opportunity for regeneration of the filter can be increased, so that clogging of the filter can be suppressed.
  • thermal degradation of the catalyst proceeds. Even if it is predicted, the fuel cut can be performed.
  • the filter when the temperature of the filter is lower than the temperature at which PM can be removed, the filter is not regenerated even if the fuel cut is performed. In such a case, even if the fuel cut is performed, only the thermal deterioration of the catalyst is promoted. On the other hand, if the temperature of the filter is equal to or higher than the temperature at which PM can be removed, the filter can be regenerated by performing fuel cut.
  • the control device cuts the fuel cut. Can be prohibited.
  • the catalyst purification performance is reduced by carrying out the fuel cut.
  • the catalyst purification performance is sufficient even after the fuel cut is carried out. high.
  • the catalyst purification performance may be lower than the allowable range after the fuel cut even if the catalyst purification performance is within the allowable range before the fuel cut.
  • the predetermined performance is the purification performance of the catalyst in which the purification performance of the catalyst is within an allowable range even when the fuel cut is performed. That is, if the fuel cut is performed when the purification performance of the catalyst is lower than the predetermined performance, the fuel cut is prohibited because the purification performance may be lower than the allowable range. Thereby, it can suppress that the purification performance of a catalyst becomes lower than an allowable range.
  • control device can determine the purification performance of the catalyst based on the oxygen storage capacity of the catalyst.
  • Some catalysts have oxygen storage capacity. This oxygen storage capacity is correlated with the purification performance of the catalyst. And with the progress of the thermal deterioration of a catalyst, oxygen storage capacity falls. For this reason, the purification performance of the catalyst can be obtained based on the oxygen storage capacity.
  • the oxygen storage capacity may be the maximum value of oxygen stored by the catalyst.
  • control device predicts that thermal degradation of the catalyst proceeds when the fuel cut is performed when the temperature of the catalyst is equal to or higher than a predetermined temperature, and the higher the purification performance of the catalyst, the higher the predetermined The temperature can be set to a high temperature.
  • the temperature of the catalyst and the progress of the thermal degradation of the catalyst are related.
  • the predetermined temperature is set as a lower limit value of the temperature at which thermal degradation of the catalyst proceeds when the fuel cut is performed.
  • the thermal degradation of the catalyst has not progressed so much, the purification performance of the catalyst is sufficiently high even if the thermal degradation subsequently proceeds.
  • the thermal degradation of the catalyst is progressing, it is desirable to suppress the progression of thermal degradation. For this reason, by changing the upper limit temperature at which the fuel cut is performed in accordance with the purification performance of the catalyst, it is possible to regenerate the filter while suppressing an excessive decrease in the purification performance of the catalyst.
  • the control device does not need to regenerate the filter after that, or the temperature of the filter is particulate.
  • the temperature is lower than the temperature at which the substance can be removed, the fuel cut can be prohibited.
  • the control device may prohibit the fuel cut even if the filter needs to be regenerated if the filter is predicted to overheat. it can.
  • the temperature of the filter may increase due to the reaction heat of PM.
  • the filter can be overheated.
  • overheating of the filter can be suppressed by prohibiting fuel cut. For example, since the amount of increase in the temperature of the filter can be obtained from the amount of PM accumulated in the filter, the fuel cut may be prohibited if the temperature of the filter after the increase is a temperature that causes overheating.
  • the control device even if the filter needs to be regenerated and the fuel cut is performed, the control device, when the temperature of the filter reaches a temperature that is predicted to overheat, Cutting can be prohibited.
  • the temperature of the filter may increase due to the reaction heat of PM. If the fuel cut is prohibited when the temperature of the filter reaches a temperature that is predicted to be overheated, the subsequent increase in the temperature of the filter can be suppressed, and thus the overheating of the filter can be suppressed. Moreover, PM accumulated on the filter can be reduced by performing the fuel cut.
  • the temperature at which the filter temperature is predicted to be overheated is a temperature that is lower than the temperature at which the filter overheats, and the temperature at which the filter overheats when fuel cut is continued.
  • FIG. 3 is a flowchart of fuel cut control according to the first embodiment.
  • 6 is a flowchart of fuel cut control according to a second embodiment.
  • 7 is a flowchart of fuel cut control according to a third embodiment.
  • 10 is another flowchart of fuel cut control according to Embodiment 3.
  • 10 is a flowchart of fuel cut control according to a fourth embodiment. It is the figure which showed the relationship between the oxygen storage capacity CMAX of a catalyst, and predetermined temperature T0.
  • 10 is a flowchart of fuel cut control according to a fifth embodiment.
  • 10 is a flowchart of fuel cut control according to Embodiment 6.
  • 12 is another flowchart of fuel cut control according to Embodiment 6.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to the present embodiment and its intake system and exhaust system.
  • An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a spark ignition type gasoline engine.
  • the internal combustion engine 1 is mounted on a vehicle, for example.
  • the exhaust passage 2 is connected to the internal combustion engine 1. In the middle of the exhaust passage 2, a catalyst 3 and a filter 4 are provided in order from the upstream side.
  • Catalyst 3 is a catalyst that purifies exhaust gas.
  • the catalyst 3 may be, for example, a three-way catalyst, an oxidation catalyst, an occlusion reduction type NOx catalyst, or a selective reduction type NOx catalyst.
  • the filter 4 collects PM in the exhaust.
  • a three-way catalyst, an oxidation catalyst, an occlusion reduction type NOx catalyst, a selective reduction type NOx catalyst, or the like may be supported on the filter 4.
  • the catalyst supported on the filter 4 is different from the catalyst 3.
  • the catalyst 3 corresponds to the catalyst in the present invention, and the catalyst supported on the filter 4 does not correspond to the catalyst in the present invention.
  • a first temperature sensor 11 for detecting the temperature of the exhaust gas is provided in the exhaust passage 2 upstream of the catalyst 3.
  • a second temperature sensor 12 that detects the temperature of the exhaust gas is provided in the exhaust passage 2 downstream from the catalyst 3 and upstream from the filter 4. Based on the detection value of the first temperature sensor 11, the temperature of the catalyst 3 can be detected. Further, the temperature of the filter 4 can be detected based on the detection value of the second temperature sensor 12. Note that the temperatures of the catalyst 3 and the filter 4 can also be estimated based on the operating state of the internal combustion engine 1.
  • An air-fuel ratio sensor 13 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas is provided in the exhaust passage 2 downstream of the catalyst 3 and upstream of the filter 4.
  • an intake passage 5 is connected to the internal combustion engine 1.
  • a throttle 6 for adjusting the intake air amount of the internal combustion engine 1 is provided in the middle of the intake passage 5.
  • An air flow meter 14 for detecting the intake air amount of the internal combustion engine 1 is attached to the intake passage 5 upstream of the throttle 6.
  • the internal combustion engine 1 is provided with a fuel injection valve 7 for supplying fuel to the internal combustion engine 1.
  • the fuel injection valve 7 may inject fuel into the cylinder of the internal combustion engine 1 or may inject fuel into the intake passage 5.
  • the internal combustion engine 1 is provided with a spark plug 8 that generates an electric spark in the cylinder.
  • the internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU 10 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1.
  • the ECU 10 controls the internal combustion engine 1 in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine 1 and the driver's request.
  • the ECU 10 outputs an electric signal corresponding to the amount of depression of the accelerator pedal 16 by the driver to detect the engine load, and an accelerator position sensor 17 for detecting the engine speed. 18 are connected via electric wiring, and output signals of these various sensors are input to the ECU 10.
  • a throttle 6, a fuel injection valve 7, and a spark plug 8 are connected to the ECU 10 through electric wiring, and these devices are controlled by the ECU 10.
  • the ECU 10 stops the fuel supply from the fuel injection valve 7 when the internal combustion engine 1 is decelerated (or when the vehicle is decelerated). That is, a fuel cut is performed.
  • the fuel cut is performed, for example, when the accelerator opening is not more than a predetermined opening and the engine speed is not less than a predetermined speed.
  • the ECU 10 prohibits the fuel cut when the thermal degradation of the catalyst 3 is predicted to proceed. Thereby, the progress of the thermal deterioration of the catalyst 3 is suppressed.
  • the thermal degradation of the catalyst 3 proceeds. For this reason, for example, if the fuel cut is performed when the temperature of the catalyst 3 is equal to or higher than the temperature at which the thermal degradation proceeds, it can be predicted that the thermal degradation of the catalyst 3 will proceed.
  • the catalyst 3 is thermally deteriorated. It can be predicted whether or not will progress. Furthermore, based on the vehicle speed, it can also be predicted whether or not the thermal degradation of the catalyst 3 will proceed.
  • the ECU 10 estimates the amount of PM accumulated on the filter 4 (hereinafter referred to as PM accumulation amount).
  • the PM accumulation amount may be estimated based on the past engine rotational speed and engine load, or may be estimated based on the pressure difference between the upstream and downstream of the filter 4.
  • the PM deposited on the filter 4 is oxidized and removed when the temperature of the filter 4 is equal to or higher than the temperature at which PM is oxidized and oxygen is supplied to the filter 4.
  • the fuel cut is performed even when thermal degradation of the catalyst 3 is predicted to progress. .
  • the filter 4 can be prevented from being clogged.
  • the thermal deterioration of the catalyst 3 progresses by performing the fuel cut, the purification performance of the catalyst 3 does not deteriorate so much in one fuel cut.
  • the filter 4 may be clogged. Therefore, in this embodiment, the regeneration of the filter 4 is prioritized over the suppression of the thermal deterioration of the catalyst 3. If the amount of accumulated PM is equal to or greater than a predetermined amount, the filter 4 is set to be a predetermined amount unless the filter 4 is regenerated.
  • the filter 4 when the pressure difference between the upstream and downstream of the filter 4 is equal to or greater than a predetermined value, it may be determined that the filter 4 needs to be regenerated. Further, it may be determined whether the regeneration of the filter 4 is necessary based on the past engine speed and the engine load.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of fuel cut control according to the present embodiment. This routine is executed every predetermined time by the ECU 10.
  • the ECU 10 that processes the flow shown in FIG. 2 corresponds to the control device in the present invention.
  • step S101 it is determined whether there is a fuel cut request. For example, when the engine speed is equal to or higher than a predetermined speed and the accelerator opening is equal to or lower than the predetermined opening, it is determined that there is a request for fuel cut.
  • the predetermined rotation speed and the predetermined opening are set in advance by obtaining optimum values through experiments or the like. If an affirmative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S107 and fuel cut is prohibited.
  • step S102 the catalyst temperature TCAT is detected.
  • the catalyst temperature TCAT is the temperature of the catalyst 3 and is obtained based on the detection value of the first temperature sensor 11.
  • step S103 it is determined whether or not the catalyst temperature TCAT is equal to or higher than a predetermined temperature T0.
  • the predetermined temperature T0 is a temperature at which the thermal degradation of the catalyst 3 may proceed or may proceed when the fuel cut is performed. That is, in this step, it is determined whether or not thermal degradation of the catalyst 3 proceeds or is likely to proceed when the fuel cut is performed.
  • the predetermined temperature T0 may be a temperature at which the catalyst 3 is overheated when the fuel cut is performed. Further, the predetermined temperature T0 may have a certain margin.
  • the predetermined temperature T0 is obtained in advance by experiments or the like. If a positive determination is made in step S103, the process proceeds to step S104.
  • step S103 if a negative determination is made in step S103, since the thermal degradation of the catalyst 3 does not proceed even if the fuel cut is performed, the process proceeds to step S106 and the fuel cut is performed. When the fuel cut is performed, the filter 4 is regenerated.
  • step S104 the PM deposition amount MPM is detected.
  • the PM accumulation amount MPM may be estimated from the past engine speed and engine load, or may be estimated using a differential pressure sensor.
  • step S105 it is determined whether or not the PM deposition amount MPM is equal to or greater than a predetermined amount MA.
  • the predetermined amount MA is a PM accumulation amount that requires regeneration of the filter 4. That is, in this step, it is determined whether the regeneration of the filter 4 is necessary. If an affirmative determination is made in step S105, the process proceeds to step S106, where fuel cut is performed. Thereby, the regeneration of the filter 4 is performed. On the other hand, if a negative determination is made in step S105, the process proceeds to step S107, and fuel cut is prohibited. That is, since it is not necessary to regenerate the filter 4, it is possible to suppress the progress of thermal deterioration of the catalyst 3 by prohibiting the fuel cut.
  • the fuel cut is performed when the filter 4 needs to be regenerated.
  • oxygen is supplied to the filter 4 and the regeneration of the filter 4 is performed, so that the filter 4 can be prevented from being clogged.
  • the fuel cut is prohibited, so that the thermal deterioration of the catalyst 3 can be suppressed.
  • Example 2 The present embodiment is different from the first embodiment in conditions for performing fuel cut. Since other devices are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • Example 1 the fuel cut was performed when the PM accumulation amount MPM was a predetermined amount MA or more.
  • the fuel cut is performed when the PM accumulation amount MPM is equal to or greater than the predetermined amount MA and the temperature of the filter 4 is equal to or higher than the temperature at which PM can be oxidized.
  • the PM is hardly oxidized unless the temperature of the filter 4 is a temperature at which PM can be oxidized.
  • the regeneration of the filter 4 does not proceed even though the thermal degradation of the catalyst 3 proceeds.
  • the fuel cut is performed when the PM accumulation amount MPM is equal to or higher than the predetermined amount MA and the filter temperature TPF is equal to or higher than the predetermined temperature TA.
  • the predetermined temperature TA is a temperature at which PM is oxidized.
  • the predetermined temperature TA may be a temperature at which the amount of PM oxidized per unit time becomes a lower limit value of the allowable range. Further, the predetermined temperature TA may have a certain amount of margin and may be higher than the lower limit value of the temperature at which PM is oxidized.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a flow of fuel cut control according to the present embodiment. This routine is executed every predetermined time by the ECU 10. In addition, about the step where the same process as the said flow is made, the same code
  • the ECU 10 that processes the flow shown in FIG. 3 corresponds to the control device according to the present invention.
  • step S201 the filter temperature TPF is detected.
  • the filter temperature TPF is the temperature of the filter 4 and is obtained based on the detection value of the second temperature sensor 12.
  • step S202 it is determined whether the PM deposition amount MPM is equal to or greater than a predetermined amount MA and the filter temperature TPF is equal to or greater than a predetermined temperature TA.
  • the predetermined amount MA is a PM deposition amount that requires the regeneration of the filter 4
  • the predetermined temperature TA is a temperature at which PM is oxidized. That is, in this step, it is determined whether regeneration of the filter 4 is necessary, and if oxygen is supplied to the filter 4, PM is oxidized. If an affirmative determination is made in step S202, the process proceeds to step S106, where fuel cut is performed. Thereby, the regeneration of the filter 4 is performed. On the other hand, if a negative determination is made in step S202, the process proceeds to step S107, and fuel cut is prohibited. That is, regeneration of the filter 4 is not necessary or PM cannot be oxidized, so that the fuel deterioration is inhibited, thereby preventing the thermal deterioration of the catalyst 3 from proceeding.
  • the fuel cut is performed when the regeneration of the filter 4 is necessary and the PM is oxidized. Is implemented. Thereby, since regeneration of filter 4 is carried out, it can control that filter 4 becomes clogged. Further, when the regeneration of the filter 4 is not necessary and when the PM is not oxidized, the fuel cut is prohibited, so that it is possible to suppress the thermal deterioration of the catalyst 3 from proceeding.
  • Example 3 The present embodiment is different from the above-described embodiment in conditions for performing fuel cut. Since other devices are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the fuel cut is performed when the PM accumulation amount MPM is equal to or greater than the predetermined amount MA.
  • the fuel cut is performed when the PM accumulation amount MPM is equal to or greater than the predetermined amount MA and the filter temperature TPF is equal to or greater than the predetermined temperature TA.
  • the purification performance is less than the predetermined performance because the degree of thermal deterioration of the catalyst 3 is high, the purification performance is In order to suppress further decrease, fuel cut is prohibited.
  • the predetermined performance referred to here is a purification performance in which the purification performance of the catalyst 3 is within an allowable range even when the fuel cut is performed.
  • the purification rate of harmful substances is less than a predetermined rate, it is determined that the purification performance is less than the predetermined performance.
  • the predetermined rate is a purification rate at which the purification rate of harmful substances becomes less than an allowable value when fuel cut is performed. This value can be obtained in advance by experiments or simulations.
  • the purification rate is the ratio of the amount of harmful substances to be purified in the catalyst 3 to the amount of harmful substances flowing into the catalyst 3. Examples of harmful substances include HC, CO, and NOx.
  • the degree of thermal degradation of the catalyst 3 is greater than a predetermined degree, it may be considered that the purification performance of the catalyst 3 is less than the predetermined performance.
  • the purification performance of the catalyst 3 may be determined according to the oxygen storage capacity of the catalyst 3.
  • fuel cut is prohibited when the oxygen storage capacity of the catalyst 3 is less than the predetermined capacity.
  • the predetermined capacity here is an oxygen storage capacity at which the oxygen storage capacity of the catalyst 3 becomes lower than the allowable range when the fuel cut is performed.
  • the catalyst 3 is a three-way catalyst, oxygen in the exhaust gas is occluded and NOx is reduced when the air-fuel ratio of the exhaust gas is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the air-fuel ratio is lean.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when it is a rich air-fuel ratio, the stored oxygen is released and HC and CO in the exhaust gas are oxidized. Then, as the thermal degradation of the catalyst 3 proceeds, the oxygen storage capacity decreases, and the amount of oxygen stored at the lean air-fuel ratio decreases.
  • the oxygen storage capacity can be determined by, for example, the detection value of the air-fuel ratio sensor 13. For example, the time from when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 3 changes from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio until the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the catalyst 3 changes to the lean air-fuel ratio is the oxygen storage amount Since there is a correlation, the oxygen storage amount can be obtained based on this time. And when oxygen storage amount is less than predetermined amount, you may consider that oxygen storage capability is less than predetermined capability.
  • the purification performance of the catalyst 3 may be estimated based on the past engine speed and engine load. Further, the purification performance of the catalyst 3 may be estimated from the past temperature of the catalyst 3.
  • Example 1 or Example 2 the conditions for performing the fuel cut are determined regardless of the purification performance of the catalyst 3, and therefore, if the fuel cut is performed, the purification performance of the catalyst 3 may be excessively reduced. There is. On the other hand, if the fuel cut is prohibited according to the purification performance of the catalyst 3, the progress of the thermal deterioration of the catalyst 3 can be suppressed, and therefore the excessive reduction in the purification performance of the catalyst 3 can be suppressed.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a flow of fuel cut control according to the present embodiment. This routine is executed every predetermined time by the ECU 10. In addition, about the step where the same process as the said flow is made, the same code
  • the ECU 10 that processes the flow shown in FIG. 4 corresponds to the control device according to the present invention.
  • step S301 it is determined whether the purification performance of the catalyst 3 is equal to or higher than a predetermined performance.
  • the predetermined performance is a purification performance in which the purification performance of the catalyst 3 is within an allowable range even when the fuel cut is performed. For example, if the purification rate of HC, CO, or NOx is equal to or higher than a predetermined rate, it is determined that the purification performance of the catalyst 3 is equal to or higher than the predetermined performance.
  • the predetermined rate is obtained by experiment or simulation. If an affirmative determination is made in step S301, the routine proceeds to step S106, where fuel cut is performed.
  • step S301 the process proceeds to step S107, and fuel cut is prohibited. That is, if the fuel cut is performed, the purification performance of the catalyst 3 may be lower than the allowable range. Therefore, the fuel cut is prohibited to suppress a decrease in the purification performance of the catalyst 3.
  • step S105 may be executed instead of step S201 and step S202 shown in FIG.
  • step S311 and step S312 shown in FIG. 5 may be executed instead of step S301 shown in FIG.
  • FIG. 5 is another flowchart showing the flow of the fuel cut control according to the present embodiment. This routine is executed every predetermined time by the ECU 10. In addition, about the step where the same process as the said flow is made, the same code
  • step S311 the oxygen storage capacity CMAX of the catalyst 3 is detected.
  • the oxygen storage capacity CMAX is the maximum value of the oxygen storage amount of the catalyst 3 and is calculated based on the detection value of the air-fuel ratio sensor 13.
  • step S312 it is determined whether or not the oxygen storage capacity CMAX of the catalyst 3 is equal to or greater than a predetermined capacity C0.
  • the predetermined capacity C0 is a lower limit value of the oxygen storage capacity that allows the oxygen storage capacity to be within an allowable range even when the fuel cut is performed.
  • the predetermined capacity C0 is obtained by experiment or simulation. If an affirmative determination is made in step S312, the process proceeds to step S106 and fuel cut is performed. That is, even if the fuel cut is performed, the oxygen storage capacity of the catalyst 3 does not fall below the allowable range, so the fuel cut is performed and the regeneration of the filter 4 is prioritized. On the other hand, if a negative determination is made in step S312, the process proceeds to step S107 and fuel cut is prohibited. That is, if the fuel cut is performed, the oxygen storage capacity of the catalyst 3 may be lower than the allowable range. Therefore, the fuel cut is prohibited to suppress a decrease in the oxygen storage capacity of the catalyst 3.
  • the fuel cut is performed within the range in which the purification performance of the catalyst 3 is allowed. Thereby, since regeneration of filter 4 is carried out, it can control that filter 4 becomes clogged. Further, when there is a possibility that the purification performance of the catalyst 3 becomes lower than the allowable range, the fuel cut is prohibited, so that the thermal deterioration of the catalyst 3 can be suppressed.
  • Example 4 fuel cut is prohibited when the catalyst temperature TCAT is equal to or higher than the predetermined temperature T0.
  • the predetermined temperature T0 is a constant value.
  • the predetermined temperature T0 is changed according to the purification performance of the catalyst 3. Since other devices are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a flow of fuel cut control according to the present embodiment. This routine is executed every predetermined time by the ECU 10. In addition, about the step where the same process as the said flow is made, the same code
  • the ECU 10 that processes the flow shown in FIG. 6 corresponds to the control device according to the present invention.
  • step S311 is processed after step S102. Then, it progresses to step S401.
  • the predetermined temperature T0 is calculated based on the oxygen storage capacity CMAX of the catalyst 3 calculated in step S311.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the oxygen storage capacity CMAX of the catalyst 3 and the predetermined temperature T0.
  • step S103 determination based on the predetermined temperature T0 calculated in step S401 is performed.
  • step S105 may be executed instead of step S201 and step S202 shown in FIG.
  • the temperature at which the fuel cut can be performed is changed according to the purification performance of the catalyst 3.
  • the purification performance of the catalyst 3 is high, the regeneration of the filter 4 is performed. Can be prioritized. Thereby, it is possible to suppress clogging of the filter 4. Further, when the purification performance of the catalyst 3 is low, the fuel cut is prohibited at a lower temperature of the catalyst 3, so that the thermal deterioration of the catalyst 3 can be suppressed.
  • Example 5 when the condition for prohibiting the fuel cut is satisfied during the fuel cut, the fuel cut is terminated. Since other devices are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the PM accumulation amount MPM becomes equal to or greater than the predetermined amount MA and the fuel cut is performed, the PM accumulation amount MPM decreases. If the PM accumulation amount MPM is sufficiently reduced, it is not necessary to perform fuel cut. If fuel cut is prohibited at this time, it is possible to prevent the thermal degradation of the catalyst 3 from proceeding.
  • the filter temperature TPF may become lower than the predetermined temperature TA during the fuel cut. Even if the fuel cut is continued in such a case, the PM accumulation amount MPM hardly decreases. That is, the filter 4 is not regenerated and the catalyst 3 is thermally deteriorated. If fuel cut is prohibited at this time, it is possible to prevent the thermal degradation of the catalyst 3 from proceeding.
  • fuel cut is prohibited when the PM accumulation amount MPM becomes lower than the predetermined amount MA or the filter temperature TPF becomes lower than the predetermined temperature TA during the fuel cut. To do.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of fuel cut control according to the present embodiment. This routine is executed every predetermined time by the ECU 10. In addition, about the step where the same process as the said flow is made, the same code
  • the ECU 10 that processes the flow shown in FIG. 8 corresponds to the control device in the present invention.
  • step S106 After the fuel cut is performed in step S106, the process returns to step S101.
  • the PM accumulation amount MPM becomes less than the predetermined amount MA or the filter temperature TPF becomes less than the predetermined temperature TA during the fuel cut, a negative determination is made in step S202.
  • step S107 fuel cut is prohibited.
  • step S105 may be executed instead of step S201 and step S202 shown in FIG.
  • Example 6 In the present embodiment, if the filter 4 may be overheated during the fuel cut, the fuel cut is prohibited. Since other devices are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the filter 4 when the filter 4 is regenerated, PM reaction heat is generated. For this reason, the temperature of the filter 4 rises. Depending on the PM accumulation amount MPM or the filter temperature TPF before regeneration of the filter 4, the filter 4 may be overheated during fuel cut.
  • the fuel cut is prohibited when the filter 4 may be overheated during the fuel cut. Note that it may be determined whether or not the filter 4 is overheated when it is assumed that the fuel cut has been performed before the fuel cut is actually performed. Further, the fuel cut may be terminated when the filter temperature TPF is detected while the fuel cut is actually performed and the filter temperature TPF rises to a temperature at which the filter temperature TPF may be overheated.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a flow of fuel cut control according to the present embodiment. This routine is executed every predetermined time by the ECU 10. In addition, about the step where the same process as the said flow is made, the same code
  • the ECU 10 that processes the flow shown in FIG. 9 corresponds to the control device in the present invention.
  • step S501 it is determined whether or not the temperature obtained by adding the temperature rise amount TMPM when the fuel cut is performed to the current filter temperature TPF is equal to or lower than the heat resistant temperature TB of the filter 4.
  • the temperature increase amount TMPM when the fuel cut is performed is a temperature increase amount calculated based on the PM deposition amount MPM, and is a temperature increase amount when all the PM deposited on the filter 4 is oxidized. .
  • the relationship between the PM accumulation amount MPM and the temperature increase amount TMPM is obtained in advance through experiments or simulations and stored in the ECU 10. Further, the heat-resistant temperature TB of the filter 4 is also obtained in advance by experiments or simulations. The heat-resistant temperature TB may have a certain margin. If an affirmative determination is made in step S501, the process proceeds to step S106. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S107.
  • FIG. 10 is another flowchart showing a flow of fuel cut control according to the present embodiment. This routine is executed every predetermined time by the ECU 10. In addition, about the step where the same process as the said flow is made, the same code
  • step S502 it is determined whether or not the current filter temperature TPF is equal to or lower than the heat resistant temperature TB of the filter 4. If an affirmative determination is made in step S502, the process proceeds to step S106, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S107.
  • the PM accumulation amount MPM can be reduced until the filter 4 may be overheated.
  • step S105 may be executed instead of step S201 and step S202 shown in FIGS.

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Abstract

　フィルタの再生が行われる機会を増やすことを目的とする。内燃機関の排気通路に触媒と、フィルタと、燃料カットを実施すると触媒の熱劣化が進行すると予測される場合に燃料カットを禁止する制御装置と、を備えた火花点火式の内燃機関の排気浄化装置において、制御装置は、フィルタに捕集されている粒子状物質を除去する処理であるフィルタの再生が必要な場合には、触媒の熱劣化が進行すると予測される場合であっても、燃料カットを実施する。

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
　内燃機関では、所定の条件が成立すると、燃料カットを実施している。この燃料カットは、内燃機関への燃料の供給を停止させる処理である。例えば、減速時に燃料カットを実施する。また、内燃機関の排気通路に備わる触媒は、温度が高いときに酸素が供給されると、熱劣化が進行する。このため、触媒の温度が所定温度以上の場合には、触媒に酸素が供給されないように、燃料カットを禁止することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　上記触媒に加えて、内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を捕集するフィルタを備えることがある。フィルタに捕集されているＰＭ量が一定量に達すると、ＰＭを酸化させて除去する処理を実施する。この処理をフィルタの再生という。フィルタに捕集されているＰＭが酸化されるためには、フィルタの温度が所定温度以上となっており、且つ、フィルタ内の酸素濃度が所定濃度以上となっていることが必要となる。
　一方、通常のガソリン機関では、通常は、理論空燃比またはリッチ空燃比で運転されている。このため、フィルタ内の酸素濃度が所定濃度以上となる機会はあまりなく、例えば、燃料カット時などに限られる。しかし、特許文献１に記載されているように、触媒の熱劣化を抑制しようとすると、フィルタに酸素を供給することができなくなる。このため、フィルタの再生が困難となる。なお、リーンバーンガソリン機関であっても、理論空燃比またはリッチ空燃比で運転されることがあるため、フィルタの再生が困難となる虞がある。
特開２００５－１４７０８２号公報 特開２０１２－０７７６９４号公報 特開２０１０－１８０７４３号公報
　本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルタの再生が行われる機会を増やすことにある。
　上記課題を達成するために本発明は、
　内燃機関の排気通路に設けられ排気を浄化する触媒と、
　前記触媒よりも下流の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
　前記内燃機関への燃料の供給を停止する処理である燃料カットを実施すると前記触媒の熱劣化が進行すると予測される場合に、該燃料カットを禁止する制御装置と、
　を備えた火花点火式の内燃機関の排気浄化装置において、
　前記制御装置は、前記フィルタに捕集されている粒子状物質を除去する処理であるフィルタの再生が必要な場合には、前記触媒の熱劣化が進行すると予測される場合であっても、前記燃料カットを実施する。
　このように、触媒の熱劣化が進行すると予測される場合には、フィルタの再生が必要な場合に限って、燃料カットを実施することにより、触媒の熱劣化が進行することを抑制できる。そして、燃料カットが実施されることにより、フィルタの再生を実施することができる。なお、燃料カットを実施すると触媒の熱劣化が進行すると予測される場合とは、例えば、触媒の温度が、熱劣化が進行する温度に達している場合である。このような場合に燃料カットを実施すると、触媒の熱劣化が進行する。しかし、フィルタの再生のために必要なときだけ燃料カットを実施すれば、熱劣化の進行度合いを低く抑えることができる。また、フィルタの再生が必要な場合とは、例えば、フィルタの再生を実施しなければ、フィルタに詰まりが生じて、内燃機関に悪影響を与える虞がある場合である。このような場合には、燃料カットを実施することで、フィルタの再生を優先させる。これにより、フィルタの再生が行われる機会を増やすことができるので、フィルタに詰まりが生じることを抑制できる。
　本発明においては、前記制御装置は、前記フィルタの再生が必要な場合で、且つ、前記フィルタの温度が粒子状物質を除去可能な温度以上である場合には、前記触媒の熱劣化が進行すると予測される場合であっても、前記燃料カットを実施することができる。
　ここで、フィルタの温度がＰＭを除去可能な温度よりも低い場合には、燃料カットを実施してもフィルタの再生が行われない。そして、このようなときに燃料カットを実施しても、触媒の熱劣化を促進させるだけとなる。これに対し、フィルタの温度がＰＭを除去可能な温度以上であれば、燃料カットを実施することでフィルタの再生を行うことができる。
　本発明においては、前記制御装置は、前記フィルタの再生が必要な場合であっても、前記触媒の熱劣化が進行して前記触媒の浄化性能が所定性能よりも低い場合には、前記燃料カットを禁止することができる。
　ここで、燃料カットを実施することにより、触媒の浄化性能が低下するが、熱劣化があまり進行していない場合であれば、燃料カットを実施した後であっても、触媒の浄化性能は十分高い。しかし、熱劣化が進行した後に燃料カットを実施すると、燃料カット前は触媒の浄化性能が許容範囲内であっても、燃料カット後には触媒の浄化性能が許容範囲よりも低くなる虞がある。すなわち、所定性能とは、燃料カットを実施しても触媒の浄化性能が許容範囲となる触媒の浄化性能である。すなわち、触媒の浄化性能が所定性能よりも低い場合に燃料カットを実施すると、浄化性能が許容範囲よりも低くなる虞があるため、燃料カットを禁止する。これにより、触媒の浄化性能が、許容範囲よりも低くなることを抑制できる。
　本発明においては、前記制御装置は、前記触媒の浄化性能を、前記触媒の酸素吸蔵能力に基づいて求めることができる。
　触媒には酸素吸蔵能力が備わるものがある。この酸素吸蔵能力は、触媒の浄化性能と相関関係にある。そして、触媒の熱劣化の進行と共に、酸素吸蔵能力が低下する。このため、酸素吸蔵能力に基づいて、触媒の浄化性能を求めることができる。なお、酸素吸蔵能力は、触媒が吸蔵する酸素の最大値としてもよい。
　本発明においては、前記制御装置は、前記触媒の温度が所定温度以上の場合において前記燃料カットを実施すると、前記触媒の熱劣化が進行すると予測し、前記触媒の浄化性能が高いほど、前記所定温度を高い温度に設定することができる。
　ここで、触媒の温度と触媒の熱劣化の進行とは関連しており、触媒の温度が、熱劣化が進行する温度まで上昇したときに燃料カットが実施されると、熱劣化が進行してしまう。そして、所定温度は、燃料カットを実施すると触媒の熱劣化が進行する温度の下限値として設定される。ただし、触媒の熱劣化があまり進行していない場合には、その後に熱劣化が進行したとしても、触媒の浄化性能は十分に高い。一方、触媒の熱劣化が進行している場合には、熱劣化の進行を抑制することが望ましい。このため、触媒の浄化性能に応じて、燃料カットを実施する上限の温度を変更することで、触媒の浄化性能が過度に低下することを抑制しつつ、フィルタの再生を行うことができる。
　本発明においては、前記制御装置は、前記フィルタの再生が必要で前記燃料カットが実施されたとしても、その後に、前記フィルタの再生が必要でなくなった場合、又は、前記フィルタの温度が粒子状物質を除去可能な温度未満となった場合には、前記燃料カットを禁止することができる。
　フィルタの再生を実施していると、ＰＭが酸化されて除去されるため、フィルタに堆積しているＰＭ量が減少していく。そして、フィルタに堆積しているＰＭ量が十分に減少すれば、フィルタの再生を継続する必要はない。すなわち、燃料カットを禁止することができる。これにより、触媒の熱劣化が進行することを抑制できる。また、フィルタの再生の途中で、フィルタの温度がＰＭを除去可能な温度未満になると、ＰＭを酸化させることができなくなる。このような場合に、燃料カットを継続すると、触媒の熱劣化を進行されるだけで、フィルタの再生は行われない。したがって、フィルタの温度が低下した場合にも、燃料カットを禁止することで、触媒の熱劣化が進行することを抑制できる。
　本発明においては、前記制御装置は、前記燃料カットを実施すると、前記フィルタが過熱すると予測される場合には、前記フィルタの再生が必要な場合であっても、前記燃料カットを禁止することができる。
　フィルタの再生を実施すると、ＰＭの反応熱により、フィルタの温度が上昇することがある。そして、フィルタに堆積しているＰＭ量が多いと、フィルタが過熱し得る。これに対し、フィルタが過熱すると予測される場合に、燃料カットを禁止すれば、フィルタの過熱を抑制し得る。例えば、フィルタに堆積しているＰＭ量から、フィルタの温度の上昇量を求めることができるため、上昇後のフィルタの温度が過熱する温度であれば、燃料カットを禁止してもよい。
　本発明においては、前記制御装置は、前記フィルタの再生が必要で前記燃料カットが実施されたとしても、その後に、前記フィルタの温度が過熱すると予測される温度に達した場合には、前記燃料カットを禁止することができる。
　フィルタの再生を実施していると、ＰＭの反応熱により、フィルタの温度が上昇することがある。そして、フィルタの温度が過熱すると予測される温度に達した場合に燃料カットを禁止すれば、それ以降のフィルタの温度上昇を抑制することができるため、フィルタの過熱を抑制できる。また、燃料カットを実施することで、フィルタに堆積していたＰＭを減少させることができる。フィルタの温度が過熱すると予測される温度とは、フィルタが過熱する温度よりも低い温度であり、燃料カットを継続するとフィルタが過熱する温度である。
　本発明によれば、フィルタの再生が行われる機会を増やすことができる。
実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。 実施例１に係る燃料カット制御のフローチャートである。 実施例２に係る燃料カット制御のフローチャートである。 実施例３に係る燃料カット制御のフローチャートである。 実施例３に係る燃料カット制御の他のフローチャートである。 実施例４に係る燃料カット制御のフローチャートである。 触媒の酸素吸蔵能力ＣＭＡＸと、所定温度Ｔ０と、の関係を示した図である。 実施例５に係る燃料カット制御のフローチャートである。 実施例６に係る燃料カット制御のフローチャートである。 実施例６に係る燃料カット制御の他のフローチャートである。
　以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（実施例１）
　図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、火花点火式のガソリン機関である。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。
　内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、上流側から順に、触媒３、フィルタ４が備えられている。
　触媒３は、排気を浄化する触媒である。触媒３は、例えば、三元触媒、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒であってもよい。
　フィルタ４は、排気中のＰＭを捕集する。このフィルタ４には、例えば、三元触媒、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒などが担持されていてもよい。このフィルタ４に担持される触媒は、前記触媒３とは異なる。そして、本実施例においては触媒３が、本発明における触媒に相当し、フィルタ４に担持される触媒は、本発明における触媒には相当しない。
　また、触媒３よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する第一温度センサ１１が設けられている。また、触媒３よりも下流で且つフィルタ４よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する第二温度センサ１２が設けられている。第一温度センサ１１の検出値に基づいて、触媒３の温度を検出することができる。また、第二温度センサ１２の検出値に基づいて、フィルタ４の温度を検出することができる。なお、内燃機関１の運転状態に基づいて、触媒３及びフィルタ４の温度を推定することもできる。また、触媒３よりも下流で且つフィルタ４よりも上流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ１３が設けられている。
　また、内燃機関１には、吸気通路５が接続されている。吸気通路５の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル６が設けられている。また、スロットル６よりも上流の吸気通路５には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が取り付けられている。
　また、内燃機関１には、内燃機関１へ燃料を供給する燃料噴射弁７が取り付けられている。なお、燃料噴射弁７は、内燃機関１の気筒内に燃料を噴射するものであってもよく、吸気通路５内に燃料を噴射するものであってもよい。また、内燃機関１には、気筒内に電気火花を発生させる点火プラグ８が設けられている。
　以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
　また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１６を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１７、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
　一方、ＥＣＵ１０には、スロットル６、燃料噴射弁７、点火プラグ８が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
　そして、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の減速時（車両の減速時としてもよい。）などに、燃料噴射弁７からの燃料の供給を停止させる。すなわち、燃料カットを実施する。燃料カットは、例えば、アクセル開度が所定開度以下で、且つ、機関回転数が所定回転数以上のときに実施される。
　また、ＥＣＵ１０は、触媒３の熱劣化が進行されると予測される場合には、燃料カットを禁止する。これにより、触媒３の熱劣化の進行を抑制する。ここで、触媒３の温度が、熱劣化の進行する温度以上であり、且つ、触媒３内の酸素濃度が、熱劣化の進行する濃度以上であるときに、触媒３の熱劣化が進行する。このため、例えば、触媒３の温度が熱劣化の進行する温度以上のときに、燃料カットを実施すれば、触媒３の熱劣化が進行すると予測することができる。また、触媒３の温度と過去の機関回転数及び機関負荷とには相関関係があるため、例えば、過去の機関回転数及び機関負荷に基づいて、燃料カットを実施したときに触媒３の熱劣化が進行するか否か予測することができる。さらに、車速に基づいて、触媒３の熱劣化が進行するか否か予測することもできる。
　一方、ＥＣＵ１０は、フィルタ４に堆積しているＰＭ量（以下、ＰＭ堆積量という。）を推定する。ＰＭ堆積量は、過去の機関回転数及び機関負荷に基づいて推定してもよいし、フィルタ４よりも上流と下流との排気の圧力差に基づいて推定してもよい。フィルタ４に堆積しているＰＭは、フィルタ４の温度が、ＰＭが酸化する温度以上となっており、且つ、フィルタ４に酸素が供給されることで、酸化され除去される。
　そして、本実施例では、ＰＭ堆積量が、フィルタ４の再生が必要となる所定量以上の場合には、触媒３の熱劣化が進行すると予測される場合であっても、燃料カットを実施する。これにより、フィルタ４の再生が促進されるため、フィルタ４に詰まりが生じることを抑制できる。なお、燃料カットを実施することにより、触媒３の熱劣化が進行するものの、１回の燃料カットでは、触媒３の浄化性能はあまり低下しない。一方、フィルタ４の再生が行われないと、フィルタ４が詰まる虞がある。そこで本実施例では、触媒３の熱劣化の抑制よりも、フィルタ４の再生を優先する。ＰＭ堆積量が所定量以上となっている場合には、フィルタ４の再生を実施しなければ、フィルタ４に詰まりが生じるものとして、所定量を設定しておく。
　なお、例えば、フィルタ４よりも上流と下流との排気の圧力差が、所定値以上の場合に、フィルタ４の再生が必要であると判定してもよい。また、過去の機関回転数及び機関負荷に基づいて、フィルタ４の再生が必要であるか否か判定してもよい。
　図２は、本実施例に係る燃料カット制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、本実施例においては図２に示したフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。
　ステップＳ１０１では、燃料カットの要求があるか否か判定される。例えば、機関回転数が所定回転数以上で且つアクセル開度が所定開度以下の場合に、燃料カットの要求があると判定される。所定回転数及び所定開度は実験等により最適値を求めて予め設定しておく。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進んで燃料カットが禁止される。
　ステップＳ１０２では、触媒温度ＴＣＡＴが検出される。触媒温度ＴＣＡＴは、触媒３の温度であり、第一温度センサ１１の検出値に基づいて得られる。
　ステップＳ１０３では、触媒温度ＴＣＡＴが、所定温度Ｔ０以上であるか否か判定される。所定温度Ｔ０は、燃料カットを実施すると、触媒３の熱劣化が進行するか又は進行する虞のある温度である。すなわち、本ステップでは、燃料カットを実施すると触媒３の熱劣化が進行するか又は進行する虞があるか否か判定している。所定温度Ｔ０は、燃料カットを実施すると、触媒３が過熱する温度としてもよい。また、所定温度Ｔ０には、ある程度の余裕を持たせておいてもよい。所定温度Ｔ０は、予め実験等により求めておく。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、燃料カットを実施しても触媒３の熱劣化が進行しないため、ステップＳ１０６へ進んで燃料カットが実施される。燃料カットが実施されると、フィルタ４の再生が行われる。
　ステップＳ１０４では、ＰＭ堆積量ＭＰＭが検出される。ＰＭ堆積量ＭＰＭは、過去の機関回転数及び機関負荷から推定してもよいし、差圧センサを用いて推定してもよい。
　ステップＳ１０５では、ＰＭ堆積量ＭＰＭが所定量ＭＡ以上であるか否か判定される。所定量ＭＡは、フィルタ４の再生が必要となるＰＭ堆積量である。すなわち、本ステップでは、フィルタ４の再生が必要であるか否か判定している。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進んで、燃料カットが実施される。これにより、フィルタ４の再生が行われる。一方、ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進んで、燃料カットが禁止される。すなわち、フィルタ４の再生は必要ないため、燃料カットを禁止することにより、触媒３の熱劣化が進行することを抑制する。
　以上説明したように、本実施例によれば、触媒３の熱劣化が進行するような状態であっても、フィルタ４の再生が必要な場合には、燃料カットが実施される。これにより、フィルタ４には酸素が供給され、フィルタ４の再生が実施されるので、フィルタ４に詰まりが生じることを抑制できる。また、フィルタ４の再生が必要のないときには、燃料カットが禁止されるため、触媒３の熱劣化が進行することを抑制できる。
（実施例２）
　本実施例は、燃料カットを実施するときの条件が実施例１と異なる。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。
　実施例１では、ＰＭ堆積量ＭＰＭが所定量ＭＡ以上である場合に、燃料カットを実施していた。一方、本実施例では、ＰＭ堆積量ＭＰＭが所定量ＭＡ以上で、且つ、フィルタ４の温度がＰＭを酸化可能な温度以上である場合に、燃料カットを実施する。
　ここで、フィルタ４に酸素を供給しても、フィルタ４の温度がＰＭを酸化可能な温度となっていなければ、ＰＭが殆ど酸化されない。このような場合に燃料カットを実施すると、触媒３の熱劣化が進行するにもかかわらず、フィルタ４の再生は進まない。
　そこで、本実施例では、ＰＭ堆積量ＭＰＭが所定量ＭＡ以上で且つフィルタ温度ＴＰＦが所定温度ＴＡ以上の場合に、燃料カットを実施する。所定温度ＴＡは、ＰＭが酸化される温度である。また、所定温度ＴＡは、単位時間当たりに酸化されるＰＭ量が、許容範囲の下限値となる温度としてもよい。また、所定温度ＴＡには、ある程度の余裕を持たせて、ＰＭが酸化される温度の下限値よりも高くしてもよい。
　図３は、本実施例に係る燃料カット制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては図３に示したフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。
　図３に示すフローでは、ステップＳ１０４の処理が完了すると、ステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、フィルタ温度ＴＰＦが検出される。フィルタ温度ＴＰＦは、フィルタ４の温度であり、第二温度センサ１２の検出値に基づいて得られる。
　ステップＳ２０２では、ＰＭ堆積量ＭＰＭが所定量ＭＡ以上であり、且つ、フィルタ温度ＴＰＦが所定温度ＴＡ以上であるか否か判定される。所定量ＭＡは、フィルタ４の再生が必要となるＰＭ堆積量であり、所定温度ＴＡは、ＰＭが酸化される温度である。すなわち、本ステップでは、フィルタ４の再生が必要であり、且つ、フィルタ４に酸素を供給すればＰＭが酸化されるか否か判定している。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進んで、燃料カットが実施される。これにより、フィルタ４の再生が行われる。一方、ステップＳ２０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進んで、燃料カットが禁止される。すなわち、フィルタ４の再生は必要でないか又はＰＭを酸化させることができないため、燃料カットを禁止することにより、触媒３の熱劣化が進行することを抑制する。
　以上説明したように、本実施例によれば、触媒３の熱劣化が進行するような状態であっても、フィルタ４の再生が必要な場合で且つＰＭが酸化される場合には、燃料カットが実施される。これにより、フィルタ４の再生が実施されるので、フィルタ４に詰まりが生じることを抑制できる。また、フィルタ４の再生が必要のないとき、及び、ＰＭが酸化されないときには、燃料カットが禁止されるため、触媒３の熱劣化が進行することを抑制できる。
（実施例３）
　本実施例は、燃料カットを実施するときの条件が前記実施例と異なる。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。
　実施例１では、ＰＭ堆積量ＭＰＭが所定量ＭＡ以上である場合に、燃料カットを実施している。また、実施例２では、ＰＭ堆積量ＭＰＭが所定量ＭＡ以上で且つフィルタ温度ＴＰＦが所定温度ＴＡ以上である場合に、燃料カットを実施している。一方、本実施例では、これらの燃料カットを実施する条件が成立したとしても、触媒３の熱劣化の度合いが高いために、浄化性能が所定性能未満となっている場合には、浄化性能がさらに低下することを抑制するために、燃料カットを禁止する。ここでいう所定性能は、燃料カットを実施しても、触媒３の浄化性能が許容範囲となる浄化性能である。
　例えば、有害物質の浄化率が所定率未満の場合には、浄化性能が所定性能未満であると判定される。所定率は、燃料カットを実施すると有害物資の浄化率が許容値未満となる浄化率である。この値は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。また、浄化率は、触媒３に流入する有害物質量に対する、触媒３において浄化される有害物質量の比率である。有害物質としては、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘなどを挙げることができる。なお、触媒３の熱劣化の度合いが所定度合いよりも大きいときに、触媒３の浄化性能が所定性能未満であると考えてもよい。
　また、例えば、触媒３の酸素吸蔵能力に応じて、触媒３の浄化性能を判定してもよい。この場合、触媒３の酸素吸蔵能力が、所定能力未満の場合には、燃料カットを禁止する。ここでいう所定能力は、燃料カットを実施すると触媒３の酸素吸蔵能力が許容範囲よりも低くなる酸素吸蔵能力である。例えば、触媒３が三元触媒の場合には、排気の空燃比が理論空燃比より大きいとき、すなわちリーン空燃比のときに排気中の酸素を吸蔵し、ＮＯｘを還元する。また、排気の空燃比が理論空燃比よりも小さいとき、すなわちリッチ空燃比のときに、吸蔵していた酸素を放出し、排気中のＨＣ，ＣＯを酸化する。そして、触媒３の熱劣化が進行すると共に、酸素吸蔵能力が低下して、リーン空燃比のときに吸蔵される酸素量が減少する。
　酸素吸蔵能力は、例えば、空燃比センサ１３の検出値により判定することができる。例えば、触媒３に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化してから、触媒３から流出する排気の空燃比がリーン空燃比へ変化するまでの時間は、酸素吸蔵量と相関関係にあるため、この時間に基づいて酸素吸蔵量を求めることができる。そして、酸素吸蔵量が所定量未満の場合に、酸素吸蔵能力が所定能力未満であると考えてもよい。
　また、過去の機関回転数及び機関負荷に基づいて、触媒３の浄化性能を推定してもよい。また、過去の触媒３の温度から、該触媒３の浄化性能を推定してもよい。
　ここで、実施例１または実施例２では、触媒３の浄化性能によらず、燃料カットを実施する条件を定めているため、燃料カットを実施すると、触媒３の浄化性能が過度に低下する虞がある。これに対して、触媒３の浄化性能に応じて燃料カットを禁止すれば、触媒３の熱劣化の進行を抑制できるため、触媒３の浄化性能が過度に低下することを抑制できる。
　図４は、本実施例に係る燃料カット制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては図４に示したフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。
　図４に示すフローでは、ステップＳ２０２で肯定判定がなされると、ステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１では、触媒３の浄化性能が所定性能以上であるか否か判定される。所定性能は、燃料カットを実施しても、触媒３の浄化性能が許容範囲となる浄化性能である。例えば、ＨＣ，ＣＯ，またはＮＯｘの浄化率が、所定率以上であれば、触媒３の浄化性能が所定性能以上であると判定される。所定率は、実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進んで燃料カットが実施される。すなわち、燃料カットを実施したとしても、触媒３の浄化性能が許容範囲より低くなることがないため、燃料カットを実施してフィルタ４の再生を優先させる。一方、ステップＳ３０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進んで、燃料カットが禁止される。すなわち、燃料カットを実施すると、触媒３の浄化性能が許容範囲より低くなる虞があるため、燃料カットを禁止して、触媒３の浄化性能の低下を抑制する。
　なお、図４に示すステップＳ２０１及びステップＳ２０２に代えて、前記ステップＳ１０５を実行してもよい。
　また、図４に示すステップＳ３０１に代えて、図５に示すステップＳ３１１及びステップＳ３１２を実行してもよい。ここで、図５は、本実施例に係る燃料カット制御のフローを示した他のフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
　図５に示すフローでは、ステップＳ２０２で肯定判定がなされると、ステップＳ３１１へ進む。ステップＳ３１１では、触媒３の酸素吸蔵能力ＣＭＡＸが検出される。酸素吸蔵能力ＣＭＡＸは、触媒３の酸素吸蔵量の最大値であり、空燃比センサ１３の検出値に基づいて算出される。
　そして、ステップＳ３１２において、触媒３の酸素吸蔵能力ＣＭＡＸが、所定能力Ｃ０以上であるか否か判定される。所定能力Ｃ０は、燃料カットを実施しても酸素吸蔵能力が許容範囲となる酸素吸蔵能力の下限値である。この所定能力Ｃ０は、実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ３１２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進んで燃料カットが実施される。すなわち、燃料カットを実施したとしても、触媒３の酸素吸蔵能力が許容範囲より低くなることがないため、燃料カットを実施してフィルタ４の再生を優先させる。一方、ステップＳ３１２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進んで、燃料カットが禁止される。すなわち、燃料カットを実施すると、触媒３の酸素吸蔵能力が許容範囲より低くなる虞があるため、燃料カットを禁止して、触媒３の酸素吸蔵能力の低下を抑制する。
　以上説明したように、本実施例によれば、触媒３の浄化性能が許容される範囲内で、燃料カットが実施される。これにより、フィルタ４の再生が実施されるので、フィルタ４に詰まりが生じることを抑制できる。また、触媒３の浄化性能が許容範囲よりも低くなる虞があるときには、燃料カットが禁止されるため、触媒３の熱劣化が進行することを抑制できる。
（実施例４）
　前記実施例では、触媒温度ＴＣＡＴが所定温度Ｔ０以上である場合に、燃料カットを禁止している。そして、所定温度Ｔ０は、一定の値としている。一方、本実施例では、所定温度Ｔ０を触媒３の浄化性能に応じて変更する。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。
　ここで、触媒３の浄化性能が高いほど、燃料カットを実施しても、浄化性能が許容範囲よりも低くなり難い。すなわち、触媒３の浄化性能が高いほど、熱劣化に対しての余裕が大きい。そこで本実施例では、触媒３の浄化性能が高いほど、所定温度Ｔ０を高くし、触媒３の浄化性能が低いほど、所定温度Ｔ０を低くする。これにより、触媒３の浄化性能が高いほど、触媒３の温度がより高い温度であっても燃料カットが実施される。これにより、フィルタ４の再生が促進される。
　図６は、本実施例に係る燃料カット制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては図６に示したフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。
　図６に示すフローでは、ステップＳ１０２の処理の後にステップＳ３１１が処理される。その後、ステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、ステップＳ３１１で算出される触媒３の酸素吸蔵能力ＣＭＡＸに基づいて、所定温度Ｔ０が算出される。
　ここで、図７は、触媒３の酸素吸蔵能力ＣＭＡＸと、所定温度Ｔ０と、の関係を示した図である。このように、触媒３の酸素吸蔵能力ＣＭＡＸが大きいほど、触媒３の浄化性能が高いため、所定温度Ｔ０が高く設定される。この関係は、予め実験またはシミュレーションなどにより求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。そして、ステップＳ１０３では、ステップＳ４０１で算出された所定温度Ｔ０に基づいた判定が行われる。これにより、触媒３の浄化性能が高いほど、より高い温度でも燃料カットが実施される。
　なお、図６に示すステップＳ２０１及びステップＳ２０２に代えて、前記ステップＳ１０５を実行してもよい。
　以上説明したように、本実施例によれば、触媒３の浄化性能に応じて、燃料カットを実施可能な温度を変更するため、例えば、触媒３の浄化性能が高いときには、フィルタ４の再生を優先させることができる。これにより、フィルタ４に詰まりが生じることを抑制できる。また、触媒３の浄化性能が低いときには、触媒３の温度がより低い温度で燃料カットが禁止されるため、触媒３の熱劣化が進行することを抑制できる。
（実施例５）
　本実施例では、燃料カットを実施している途中に、燃料カットを禁止する条件が成立した場合には、燃料カットを終了させる。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。
　ここで、ＰＭ堆積量ＭＰＭが所定量ＭＡ以上となり燃料カットを実施すると、ＰＭ堆積量ＭＰＭが減少する。そして、ＰＭ堆積量ＭＰＭが十分に少なくなれば、燃料カットを実施する必要が無い。このときに燃料カットを禁止すれば、触媒３の熱劣化が進行することを抑制できる。
　また、フィルタ温度ＴＰＦが所定温度ＴＡ以上となり燃料カットを実施しても、燃料カットを実施している途中にフィルタ温度ＴＰＦが所定温度ＴＡ未満となる場合もある。このような場合に燃料カットを継続しても、ＰＭ堆積量ＭＰＭは殆ど減少しない。すなわち、フィルタ４の再生はされずに、触媒３の熱劣化が進行する。このときに燃料カットを禁止すれば、触媒３の熱劣化が進行することを抑制できる。
　そこで、本実施例では、燃料カットを実施している途中にＰＭ堆積量ＭＰＭが所定量ＭＡ未満となるか、又は、フィルタ温度ＴＰＦが所定温度ＴＡ未満となった場合には、燃料カットを禁止する。
　図８は、本実施例に係る燃料カット制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては図８に示したフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。
　図８に示すフローでは、ステップＳ１０６で燃料カットが実施された後にステップＳ１０１へ戻る。これにより、燃料カットを実施している途中にＰＭ堆積量ＭＰＭが所定量ＭＡ未満となるか、又は、フィルタ温度ＴＰＦが所定温度ＴＡ未満となった場合には、ステップＳ２０２において、否定判定がなされてステップＳ１０７へ進み、燃料カットが禁止される。
　なお、図８に示すステップＳ２０１及びステップＳ２０２に代えて、前記ステップＳ１０５を実行してもよい。
　以上説明したように、本実施例によれば、触媒３の熱劣化を不必要に進行させることを抑制できる。
（実施例６）
　本実施例では、燃料カットを実施している途中で、フィルタ４が過熱する虞がある場合には、燃料カットを禁止する。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。
　ここで、フィルタ４の再生時には、ＰＭの反応熱が発生する。このため、フィルタ４の温度が上昇する。そして、ＰＭ堆積量ＭＰＭ、又は、フィルタ４の再生前のフィルタ温度ＴＰＦによっては、燃料カットの途中でフィルタ４が過熱する虞がある。
　そこで本実施例では、燃料カットの途中でフィルタ４が過熱する虞がある場合には、燃料カットを禁止する。なお、燃料カットを実際に実施する前に、燃料カットを実施したと仮定した場合にフィルタ４が過熱するか否か判定してもよい。また、燃料カットを実際に実施している途中で、フィルタ温度ＴＰＦを検出し、該フィルタ温度ＴＰＦが過熱する虞のある温度まで上昇した場合に、燃料カットを終了させてもよい。
　図９は、本実施例に係る燃料カット制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては図９に示したフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。
　図９に示すフローでは、ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ５０１へ進む。ステップＳ５０１では、現時点でのフィルタ温度ＴＰＦに、燃料カットを実施したときの温度上昇量ＴＭＰＭを加算した温度が、フィルタ４の耐熱温度ＴＢ以下であるか否か判定される。燃料カットを実施したときの温度上昇量ＴＭＰＭは、ＰＭ堆積量ＭＰＭに基づいて算出される温度の上昇量であり、フィルタ４に堆積しているＰＭが全て酸化したときの温度の上昇量である。ＰＭ堆積量ＭＰＭと、温度上昇量ＴＭＰＭとの関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。また、フィルタ４の耐熱温度ＴＢも、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。耐熱温度ＴＢには、ある程度の余裕を持たせておいてもよい。ステップＳ５０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。
　このようにすれば、燃料カットを実際に実施する前に、フィルタ４が過熱するか否か判定することができる。
　また、図１０は、本実施例に係る燃料カット制御のフローを示した他のフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
　図１０に示すフローでは、ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ５０２へ進む。ステップＳ５０２では、現時点でのフィルタ温度ＴＰＦが、フィルタ４の耐熱温度ＴＢ以下であるか否か判定される。ステップＳ５０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。
　このようにすれば、燃料カットを実際に実施している途中で、フィルタ４が過熱するか否か判定することができる。これにより、フィルタ４が過熱する虞があるまではＰＭ堆積量ＭＰＭを減少させることができる。
　なお、図９及び図１０に示すステップＳ２０１及びステップＳ２０２に代えて、前記ステップＳ１０５を実行してもよい。
　以上説明したように、本実施例によれば、フィルタ４の過熱を抑制しつつ、フィルタ４の再生を実施することができる。
１     内燃機関
２     排気通路
３     触媒
４     フィルタ
５     吸気通路
６     スロットル
７     燃料噴射弁
８     点火プラグ
１０   ＥＣＵ
１１   第一温度センサ
１２   第二温度センサ
１３   空燃比センサ
１４   エアフローメータ
１６   アクセルペダル
１７   アクセル開度センサ
１８   クランクポジションセンサ

Claims (8)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられ排気を浄化する触媒と、
    　前記触媒よりも下流の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
    　前記内燃機関への燃料の供給を停止する処理である燃料カットを実施すると前記触媒の熱劣化が進行すると予測される場合に、該燃料カットを禁止する制御装置と、
    　を備えた火花点火式の内燃機関の排気浄化装置において、
    　前記制御装置は、前記フィルタに捕集されている粒子状物質を除去する処理であるフィルタの再生が必要な場合には、前記触媒の熱劣化が進行すると予測される場合であっても、前記燃料カットを実施する内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　前記制御装置は、前記フィルタの再生が必要な場合で、且つ、前記フィルタの温度が粒子状物質を除去可能な温度以上である場合には、前記触媒の熱劣化が進行すると予測される場合であっても、前記燃料カットを実施する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 　前記制御装置は、前記フィルタの再生が必要な場合であっても、前記触媒の熱劣化が進行して前記触媒の浄化性能が所定性能よりも低い場合には、前記燃料カットを禁止する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 　前記制御装置は、前記触媒の浄化性能を、前記触媒の酸素吸蔵能力に基づいて求める請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 　前記制御装置は、前記触媒の温度が所定温度以上の場合において前記燃料カットを実施すると、前記触媒の熱劣化が進行すると予測し、前記触媒の浄化性能が高いほど、前記所定温度を高い温度に設定する請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 　前記制御装置は、前記フィルタの再生が必要で前記燃料カットが実施されたとしても、その後に、前記フィルタの再生が必要でなくなった場合、又は、前記フィルタの温度が粒子状物質を除去可能な温度未満となった場合には、前記燃料カットを禁止する請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 　前記制御装置は、前記燃料カットを実施すると、前記フィルタが過熱すると予測される場合には、前記フィルタの再生が必要な場合であっても、前記燃料カットを禁止する請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  8. 　前記制御装置は、前記フィルタの再生が必要で前記燃料カットが実施されたとしても、その後に、前記フィルタの温度が過熱すると予測される温度に達した場合には、前記燃料カットを禁止する請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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