(57)【要約】【課題】本発明は、パティキュレートフィルタを含む排気浄化装置が排気通路に配置された火花点火式内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタより上流に配置された排気系部品の熱劣化抑制のための燃料増量が実施された後の減速運転時にパティキュレートフィルタの過昇温を抑制することを課題とする。【解決手段】本発明は、上記した課題を解決するために、パティキュレートフィルタを含む排気浄化装置が排気通路に配置された火花点火式内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタより上流に配置された排気系部品の熱劣化抑制を目的とした燃料噴射量の増量処理が行われているときに、排気系部品とパティキュレートフィルタの間の排気通路へ酸素を供給することにより、排気中のＰＭがパティキュレートフィルタへ流入する前に酸化されるようにした。【選択図】図３
2014137043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタが排気通路に配置された火花点火式の内燃機関の排気浄化装置において、
パティキュレートフィルタより上流の排気通路に配置された排気系部品の過昇温を抑制するために燃料噴射量を増量させる処理である増量処理を実行する増量手段と、
前記増量処理が実行されたときに、排気系部品とパティキュレートフィルタの間の排気通路に酸素を供給する供給手段と、
を備える火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、前記供給手段は、パティキュレートフィルタへ流入する排気の空燃比が理論空燃比以下となるように酸素を供給する火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記排気系部品は、三元触媒である火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式内燃機関の排気浄化装置に関し、特に排気中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するフィルタを含む排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三元触媒を含む排気浄化装置が排気通路に配置された内燃機関において、空燃比のばらつき度合いが大きいときに、燃料噴射量を増量させることにより、三元触媒の温度上昇に起因した劣化を抑制する技術について記載されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６４２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、火花点火式内燃機関の排気系に、パティキュレートフィルタを含む排気浄化装置を配置する技術が提案されている。このような構成において、三元触媒等の排気系部品の温度上昇による熱劣化を抑制するために燃料噴射量の増量が行われた場合は行われない場合に比べ、パティキュレートフィルタへ流入する粒子状物質（ＰＭ）の量が増加し、それに伴ってパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量（ＰＭ堆積量）が増加する。よって、燃料噴射量の増量が行われた後の減速運転時にフューエルカット（Ｆ／Ｃ）が実行されると、ＰＭの酸化速度（単位時間あたりに酸化されるＰＭの量）が大きくなる。その結果、パティキュレートフィルタの温度が過剰に高くなる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パティキュレートフィルタを含む排気浄化装置が排気通路に配置された火花点火式内燃機関の排気浄化装置において、排気系部品の熱劣化抑制のための燃料増量が実施された後の減速運転時にパティキュレートフィルタの過昇温を抑制することができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、パティキュレートフィルタを含む排気浄化装置が排気通路に配置された火花点火式内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタより上流に配置された排気系部品の熱劣化抑制を目的とした燃料噴射量の増量処理が行われたときに、パティキュレートフィルタより上流の排気中に酸素を供給することにより、排気中のＰＭがパティキュレートフィルタへ流入する前に酸化されるようにした。
【０００７】
詳細には、本発明は、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタが排気通路に配置された火花点火式の内燃機関の排気浄化装置において、
パティキュレートフィルタより上流の排気通路に配置された排気系部品の過昇温を抑制するために燃料噴射量を増量させる処理である増量処理を実行する増量手段と、
前記増量処理が実行されているときに、排気系部品とパティキュレートフィルタの間の排気通路に酸素を供給する供給手段と、
を備えるようにした。
【０００８】
火花点火式内燃機関の排気温度は、圧縮着火式内燃機関より高くなる傾向がある。ただ
し、火花点火式内燃機関の排気の酸素濃度は、圧縮着火式内燃機関より低くなる傾向がある。そのため、火花点火式内燃機関がフューエルカット運転状態以外の通常運転状態（燃料噴射が実施される運転状態）にあるときは、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭが酸化し難い。一方、火花点火式内燃機関が通常運転状態から減速フューエルカット運転状態へ移行したときは、排気中の酸素濃度が高まるため、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭが酸化する。
【０００９】
ここで、火花点火式内燃機関の通常運転時に排気系部品の過昇温を抑制することを目的とした増量処理が実施されると、パティキュレートフィルタへ流入するＰＭの量が増加する。その結果、増量処理が実施された後の減速フューエルカット運転時は、パティキュレートフィルタにおいて単位時間あたりに酸化されるＰＭの量（ＰＭ酸化速度）が多くなり、パティキュレートフィルタが過昇温する可能性がある。
【００１０】
これに対し、増量処理が実行されているときは、排気系部品の温度が高く、それに伴って排気系部品を通過した排気の温度も高くなる。よって、増量処理が実行されているときに、排気系部品とパティキュレートフィルタの間の排気通路へ酸素が供給されると、排気中のＰＭがパティキュレートフィルタに到達する前に酸化される。
【００１１】
したがって、本発明の火花点火式内燃機関の排気浄化装置によれば、増量処理が実行されているときにパティキュレートフィルタへ流入するＰＭの量を減少させることができる。その結果、増量処理が実行された後の減速フューエルカット運転時において、ＰＭ酸化速度の増加が抑制され、パティキュレートフィルタの過昇温が抑制される。
【００１２】
なお、前記増量処理が実行されているときに供給手段によって供給される酸素の量は、パティキュレートフィルタへ流入する排気の空燃比が理論空燃比以下となるように調整されてもよい。その場合、増量処理が実行されるような高温下において、パティキュレートフィルタが酸素過剰な雰囲気に曝されることがなくなるため、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭが不用意に酸化されてパティキュレートフィルタの過昇温を招くことが抑制される。
【００１３】
また、本発明における排気系部品としては、パティキュレートフィルタより上流の排気通路に配置された三元触媒等を例示することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、パティキュレートフィルタを含む排気浄化装置が排気通路に配置された火花点火式内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタより上流に配置された排気系部品の熱劣化抑制のための燃料増量が実施された後の減速運転時にパティキュレートフィルタの過昇温を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】増量処理実行時における燃料噴射量の増加分と酸素供給装置から供給される空気量（空気供給量）との関係を示す図である。
【図３】供給処理が実行される際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１７】
図１は、本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。内燃機関１は、燃料噴射弁２と点火プラグ３を備えている。燃料噴射弁２は、吸気ポート又は気筒内へ燃料を噴射する。点火プラグ３は、気筒内の燃料（混合気）に着火するための火種を発生する。
【００１８】
内燃機関１には、新気（空気）が流通する吸気通路４と排気（既燃ガス）が流通する排気通路５が接続されている。吸気通路４の途中には、該吸気通路４の通路断面積を変更することにより、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル弁６が配置されている。排気通路５の途中には、三元触媒を収容した第一触媒ケーシング７が配置されている。三元触媒は、第一触媒ケーシング７へ流入する排気の空燃比が理論空燃比（ストイキ）であるときに排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯＸ）を酸化又は還元する。第一触媒ケーシング７より下流の排気通路５には、パティキュレートフィルタを収容した第二触媒ケーシング８が配置されている。パティキュレートフィルタは、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。
【００１９】
また、第一触媒ケーシング７と第二触媒ケーシング８の間の排気通路５には、酸素供給装置１６が配置されている。酸素供給装置１６は、例えば、排気通路５へ新気（空気）を噴射する噴射弁と、大気中から吸い込んだ新気（空気）を昇圧して噴射弁へ供給するポンプとから構成される。
【００２０】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ９が併設されている。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を具備する電子制御ユニットである。ＥＣＵ９は、エアフローメータ１０、Ａ／Ｆセンサ１１、酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）１２、排気温度センサ１３、アクセルポジションセンサ１４、クランクポジションセンサ１５等の各種センサと電気的に接続されている。
【００２１】
エアフローメータ１０は、吸気通路４に設けられ、該吸気通路４を流通する空気量（空気の質量）に相関した電気信号を出力する。Ａ／Ｆセンサ１１は、第一触媒ケーシング７より上流の排気通路５に取り付けられ、排気の空燃比に相関する電気信号を出力する。Ｏ２センサ１２は、酸素供給装置１６と第二触媒ケーシング８の間の排気通路５に取り付けられ、排気中に含まれる酸素の量（酸素濃度）に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ１３は、第二触媒ケーシング８より下流の排気通路５に取り付けられ、排気の温度に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１４は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１５は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。
【００２２】
ＥＣＵ９は、上記した各種センサの出力信号をパラメータとして、燃料噴射弁２の開弁タイミング（燃料噴射時期）及び開弁期間（燃料噴射量）を制御するとともに、点火プラグ３の作動時期（点火タイミング）を制御する。また、ＥＣＵ９は、第一触媒ケーシング７に収容された三元触媒等の排気系部品の過熱による劣化を抑制するために、燃料噴射量を増量させる処理（増量処理）を行う。さらに、ＥＣＵ９は、前記増量処理が実行されているときに酸素供給装置１６から排気中へ空気（酸素）を供給させる供給処理を実行する。以下、供給処理の実行方法について説明する。
【００２３】
パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭは、高温且つ酸素濃度が高いときに酸化される。これに対し、火花点火式内燃機関の排気温度は圧縮着火式内燃機関より高くなるが、火花点火式内燃機関の排気の酸素濃度は圧縮着火式内燃機関より低くなる。よって、パ
ティキュレートフィルタに捕集されたＰＭは、パティキュレートフィルタの温度が高い状態において内燃機関１が減速フューエルカット運転されたときに酸化される。
【００２４】
ところで、排気通路５に配置された排気系部品、特にパティキュレートフィルタより上流に配置された三元触媒の過熱を抑制するための増量処理が実行された場合は実行されない場合に比べ、パティキュレートフィルタへ流入するＰＭの量が多くなる。よって、増量処理が実行された後の減速フューエルカット運転時は、パティキュレートフィルタにおいて単位時間あたりに酸化されるＰＭの量（ＰＭ酸化速度）が多くなる。その結果、パティキュレートフィルタの温度が過剰に高くなる可能性がある。
【００２５】
そこで、本実施例では、増量処理が実行されているときに酸素供給装置１６から排気中へ空気を供給させるようにした。増量処理が実行されるときは、三元触媒の温度が高いため、それに伴って第一触媒ケーシング７から流出する排気の温度も高くなる。そのような高温の排気中に空気が供給されると、排気中に含まれるＰＭが空気中の酸素と反応し、第二触媒ケーシング８へ流入する前に酸化される。その結果、増量処理が実行されているときにパティキュレートフィルタへ流入するＰＭの増加が抑制される。
【００２６】
したがって、増量処理が実行された後の減速フューエルカット運転時に、パティキュレートフィルタにおいて単位時間あたりに酸化されるＰＭの量が過剰に多くなることが抑制され、パティキュレートフィルタの過昇温が抑制される。
【００２７】
ところで、増量処理が実行されているときの排気温度は高いため、パティキュレートフィルタへ流入する排気の酸素濃度が高くなると、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭが酸化してしまい、パティキュレートフィルタの過昇温を招く可能性がある。よって、酸素供給装置１６から供給される空気量（酸素量）は、パティキュレートフィルタへ流入する排気の空燃比がリーンとならないように調整されることが好ましい。すなわち、酸素供給装置１６から供給される空気量は、パティキュレートフィルタへ流入する排気の空燃比が理論空燃比以下となるように調整されることが好ましい。
【００２８】
そこで、本実施例の供給処理では、増量処理が実行されているときの混合気の空燃比に応じて空気の供給量が調整されるようにした。言い換えると、増量処理に因る燃料噴射量の増加分に応じて空気の供給量が調整されるようにした。具体的には、図２に示すように、燃料噴射量の増量分に比例して空気の供給量が多くなるようにした。また、ＥＣＵ９は、Ｏ２センサ１２の出力信号が理論空燃比以下の目標空燃比に相当する酸素濃度と等しくなるように、空気の供給量をフィードバック制御してもよい。このように増量処理実行中の空気の供給量が調整されると、パティキュレートフィルタにおいて不用意にＰＭを酸化させることなく、パティキュレートフィルタへ流入するＰＭの増加を抑制することができる。その結果、増量処理の実行中、及び増量処理実行後の減速フューエルカット運転時において、パティキュレートフィルタの過昇温を抑制することができる。
【００２９】
以下、本実施例における供給処理の実行手順について図３に沿って説明する。図３は、供給処理が実行される際にＥＣＵ９が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ９（ＣＰＵ）によって周期的に実行される。
【００３０】
図３の処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、先ずＳ１０１の処理において増量処理が実行中であるか否かを判別する。Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０２の処理へ進む。
【００３１】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ９は、増量処理実行時の燃料噴射量とエアフローメータ１０の出力信号（吸入空気量）とをパラメータとして、パティキュレートフィルタへ流入する排気の空燃比が目標空燃比と等しくなるために必要な空気の供給量を演算する。言い換えると、ＥＣＵ９は、増量処理実行時の燃料噴射量とエアフローメータ１０の出力信号（吸入空気量）とをパラメータとして、パティキュレートフィルタへ流入する際の排気の酸素濃度が目標酸素濃度と等しくなるために必要な空気の供給量を演算する。
【００３２】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ９は、前記目標酸素濃度に従って酸素供給装置１６を制御する。詳細には、ＥＣＵ９は、Ｏ２センサ１２の出力信号が前記目標酸素濃度と等しくなるように、酸素供給装置１６から供給される空気量をフィードバック制御する。
【００３３】
以上述べた実施例によれば、増量処理が実行されているときにパティキュレートフィルタにおいて不用意にＰＭを酸化させることなく、パティキュレートフィルタへ流入するＰＭの増加を抑制することができる。その結果、増量処理の実行中、及び増量処理実行後の減速フューエルカット運転時において、パティキュレートフィルタの過昇温を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１     内燃機関
２     燃料噴射弁
３     点火プラグ
４     吸気通路
５     排気通路
６     スロットル弁
７     第一触媒ケーシング
８     第二触媒ケーシング
９     ＥＣＵ
１０   エアフローメータ
１１   Ａ／Ｆセンサ
１２   Ｏ２センサ
１３   排気温度センサ
１６   酸素供給装置
【図１】
2014137043.tif 000003
【図２】
2014137043.tif 000004
【図３】
2014137043.tif 000005