(57)【要約】  本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気通路に設けられた排気処理装置と、排気処理装置に供給される排気ガスを昇温すべく排気処理装置の上流側の排気通路に設けられたバーナー装置とを備える内燃機関に適用される。制御装置は、バーナー装置への作動要求があるときにバーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が所定の要求酸素濃度を上回っていないとき、酸素濃度を増加するための増加制御を実行する。不足した酸素濃度を確保あるいは補填してバーナー装置の燃焼性能を安定して確保する。
2013111197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた排気処理装置と、前記排気処理装置に供給される排気ガスを昇温すべく前記排気処理装置の上流側の排気通路に設けられたバーナー装置とを備えた内燃機関の制御装置であって、
前記バーナー装置への作動要求があるときに前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が所定の要求酸素濃度を上回っていないとき、前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度を増加するための増加制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記増加制御が、前記内燃機関により駆動される補機の作動を制限する第１の制御を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記第１の制御が、前記補機を停止することを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関が、前記バーナー装置の上流側の排気通路に設けられたターボチャージャを備え、該ターボチャージャが、タービンの入口部に設けられた可変ベーンを有し、
前記増加制御が、前記可変ベーンの開度を変更する第２の制御を含む
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記第２の制御が、前記内燃機関の運転状態が所定の無過給領域内にあり且つ機関回転数が所定回転数以下であるときに前記可変ベーンの開度を減少することを含む
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記第２の制御が、吸気圧が大気圧を超えない範囲内で前記可変ベーンの開度を減少することを含む
ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記第２の制御が、前記内燃機関の運転状態が所定の無過給領域内にあり且つ機関回転数が所定回転数より大きいときに前記可変ベーンの開度を増大することを含む
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関が車両に搭載され、該車両が、前記内燃機関にトルクコンバータを介して連結される自動変速機を有し、
前記増加制御が、前記車両の減速中に筒内に供給される燃料量を増減して機関回転数を増減させる第３の制御を含む
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関が車両に搭載され、該車両が、前記内燃機関にトルクコンバータを介して連結される自動変速機を有し、
前記増加制御が、前記車両の減速中に前記自動変速機を既定のシフトスケジュールよりも早いタイミングでシフトダウンさせる第４の制御を含む
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記内燃機関が、それぞれ休止可能な第１の気筒群および第２の気筒群と、各気筒群に対し個別に設けられた前記排気処理装置および前記バーナー装置とを備え、
前記制御装置が、前記バーナー装置への作動要求の有無の判断、および前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回っているか否かの判断を気筒群毎に実行し、
前記増加制御が、前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回っていないと判断された一方の気筒群を休止する第５の制御を含む
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記制御装置が、前記バーナー装置の故障診断を実行可能であると共に、当該故障診断時に、前記内燃機関により駆動される補機を停止させる
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回っていないと判断したとき、前記増加制御を実行する前に、吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を増大し、当該スロットルバルブ開度を最大開度まで増大しても前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回らない場合に前記増加制御を実行する
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に係り、特に、排気通路における排気処理装置の上流側にバーナー装置を設けた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用等の内燃機関の排気通路において、排気処理装置（触媒等）の上流側にバーナー装置を設け、バーナー装置で生成された加熱ガスを利用して排気温度を昇温し、排気処理装置を加熱し、排気処理装置の暖機を促進する場合がある。バーナー装置は、典型的に、排気通路内に添加された燃料を着火して燃焼させることにより、火炎を含む加熱ガスを生成するものである（例えば特許文献１参照）。【０００３】
ところで、バーナー装置においては、これに供給される排気ガスの酸素濃度が高いほど、高い燃焼性能が得られる。逆に、バーナー装置において一定以上の燃焼性能を得ようとした場合、供給ガスの酸素濃度は、最低限必要な酸素濃度よりも高くなっている必要がある。特に供給ガスが低温であるときにはこの傾向が顕著である。【０００４】
一方、近年では機関回転数の抑制による燃費改善が進み、単位時間当たりの排気ガス量は低下する傾向にある。その一方で機関回転数の低下によるフリクション低下は小さく、オートマチック車ではトルクコンバータの引き摺り抵抗も存在するため、機関負荷は従前よりも高まりつつある。【０００５】
かかる状況の中で、排気ガスの酸素濃度ひいてはバーナー装置への供給ガスの酸素濃度は減少傾向にあり、排気温度が低温であるときにはとりわけ、一定以上の燃焼性能を安定して確保するのが困難となってきている。【０００６】
そこで本発明の一の目的は、バーナー装置における一定以上の燃焼性能を安定して確保することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１１２４０１号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、
排気通路に設けられた排気処理装置と、前記排気処理装置に供給される排気ガスを昇温すべく前記排気処理装置の上流側の排気通路に設けられたバーナー装置とを備えた内燃機関の制御装置であって、
前記バーナー装置への作動要求があるときに前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が所定の要求酸素濃度を上回っていないとき、前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度を増加するための増加制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記増加制御が、前記内燃機関により駆動される補機の作動を制限する第１の制御を含む。
【００１０】
好ましくは、前記第１の制御が、前記補機を停止することを含む。
【００１１】
好ましくは、前記内燃機関が、前記バーナー装置の上流側の排気通路に設けられたターボチャージャを備え、該ターボチャージャが、タービンの入口部に設けられた可変ベーンを有し、
前記増加制御が、前記可変ベーンの開度を変更する第２の制御を含む。
【００１２】
好ましくは、前記第２の制御が、前記内燃機関の運転状態が所定の無過給領域内にあり且つ機関回転数が所定回転数以下であるときに前記可変ベーンの開度を減少することを含む。
【００１３】
好ましくは、前記第２の制御が、吸気圧が大気圧を超えない範囲内で前記可変ベーンの開度を減少することを含む。
【００１４】
好ましくは、前記第２の制御が、前記内燃機関の運転状態が所定の無過給領域内にあり且つ機関回転数が所定回転数より大きいときに前記可変ベーンの開度を増大することを含む。
【００１５】
好ましくは、前記内燃機関が車両に搭載され、該車両が、前記内燃機関にトルクコンバータを介して連結される自動変速機を有し、
前記増加制御が、前記車両の減速中に筒内に供給される燃料量を増減して機関回転数を増減させる第３の制御を含む。
【００１６】
好ましくは、前記内燃機関が車両に搭載され、該車両が、前記内燃機関にトルクコンバータを介して連結される自動変速機を有し、
前記増加制御が、前記車両の減速中に前記自動変速機を既定のシフトスケジュールよりも早いタイミングでシフトダウンさせる第４の制御を含む。
【００１７】
好ましくは、前記内燃機関が、それぞれ休止可能な第１の気筒群および第２の気筒群と、各気筒群に対し個別に設けられた前記排気処理装置および前記バーナー装置とを備え、
前記制御装置が、前記バーナー装置への作動要求の有無の判断、および前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回っているか否かの判断を気筒群毎に実行し、
前記増加制御が、前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回っていないと判断された一方の気筒群を休止する第５の制御を含む。
【００１８】
好ましくは、前記制御装置が、前記バーナー装置の故障診断を実行可能であると共に、当該故障診断時に、前記内燃機関により駆動される補機を停止させる。
【００１９】
好ましくは、前記制御装置は、前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回っていないと判断したとき、前記増加制御を実行する前に、吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を増大し、当該スロットルバルブ開度を最大開度まで増大しても前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回らない場合に前記増加制御を実行する。
【００２０】
本発明によれば、バーナー装置における一定以上の燃焼性能を安定して確保することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る車両の駆動系を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図３】バーナー装置における入りガス温度と燃焼率の関係を示すグラフである。
【図４】車両を冷間始動してＥＣモードで走行させた場合の試験結果を示すタイムチャートである。
【図５】バーナー装置の制御に関するルーチンのフローチャートである。
【図６】要求酸素濃度を取得するためのマップを示す。
【図７】増加制御として第１の制御を実行した場合の例を示すタイムチャートである。
【図８】エンジン回転数および筒内噴射量と吸気圧との間の関係を表すマップを示す。
【図９】第３の制御を行わない場合の比較例を示すタイムチャートである。
【図１０】第３の制御を行った場合の例を示すタイムチャートである。
【図１１】第４の制御を行った場合の例を示すタイムチャートである。
【図１２】第５の制御が適用可能な内燃機関の概略図である。
【図１３】第５の制御を行った場合の例を示すタイムチャートである。
【図１４】バーナー装置の作動中における触媒入りガス温度の上昇の様子を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。ただし本発明の実施態様は下記の各態様に限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含むことに注意しなければならない。実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。
【００２３】
以下の説明において、上流側を「前」、下流側を「後」ともいう。
【００２４】
図１は本実施形態に係る車両の駆動系を概略的に示す。本実施形態の車両（自動車）Ｖはオートマチック車であり、車両Ｖに搭載された内燃機関（エンジン）ＥのクランクシャフトＣｒにはトルクコンバータＴ／Ｃを介して多段変速可能な自動変速機Ｔ／Ｍが連結される。自動変速機Ｔ／Ｍの出力軸には、差動機構を含む終減速装置ＦＤを介して左右一対の車輪Ｗが連結されている。
【００２５】
図２にはエンジンＥの概略構成を示す。本実施形態のエンジンＥは多気筒の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。シリンダブロック、シリンダヘッド、ピストン等を含むエンジン本体１には吸気通路２と排気通路３が接続されている。吸気通路２の上流部にはエアフローメータ４が設けられ、このエアフローメータ４により単位時間当たりの吸入空気量が検出される。
【００２６】
エンジン本体１は複数の気筒（図示せず）を有し、各気筒には筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁すなわち筒内噴射弁６が設けられている。また各気筒には吸気弁および排気弁が設けられている。
【００２７】
エンジン本体１には、排気弁のバルブタイミングを変更するための可変バルブタイミング機構７が設けられている。可変バルブタイミング機構７は、全気筒の排気弁の作用角を一定に保ったまま、全気筒の排気弁の開閉タイミングを同時に無段階で変更する機構である。
【００２８】
排気通路３の途中には可変容量型のターボチャージャ５が設けられている。ターボチャージャ５は、排気ガスによって駆動されるタービン５Ｔと、タービン５Ｔによって駆動されて吸気圧を上昇させるコンプレッサ５Ｃとを有する。タービン５Ｔの入口部には、タービン５Ｔに流入する排気ガスの流量を可変にするための複数の可変ベーン（不図示）と、これら可変ベーンを同時に開閉するためのベーンアクチュエータ５Ａとが設けられている。コンプレッサ５Ｃの下流側の吸気通路２には電子制御式のスロットルバルブ８が設けられている。
【００２９】
エンジンＥにはＥＧＲ装置９も設けられる。ＥＧＲ装置９は、排気通路３内の排気ガスを吸気通路２に環流させるＥＧＲ（外部ＥＧＲ）を実行するためのものである。ＥＧＲ装置９は、排気通路３と吸気通路２を結ぶＥＧＲ通路９Ａと、ＥＧＲ通路９Ａに上流側から順に設けられたＥＧＲクーラ９ＢおよびＥＧＲ弁９Ｃとを備える。
【００３０】
タービン５Ｔの下流側の排気通路３には、それぞれ排気処理装置をなす酸化触媒１０およびＮＯｘ触媒１１が上流側からこの順番で直列に設置されている。ＮＯｘ触媒１１よりさらに下流側の排気通路３の出口部は消音器（図示せず）を介して大気に開放される。
【００３１】
酸化触媒１０は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分を酸素Ｏ２と反応させてＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ等とする。触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ２、Ｍｎ／ＣｅＯ２、Ｆｅ／ＣｅＯ２、Ｎｉ／ＣｅＯ２、Ｃｕ／ＣｅＯ２等を用いることができる。
【００３２】
ＮＯｘ触媒１１は例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）からなる。ＮＯｘ触媒１１は、これに流入する排気ガスの空燃比がストイキ（理論空燃比、例えば１４．６）より高いときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比がストイキ以下のときには吸蔵ＮＯｘを放出して還元する機能を有する。ＮＯｘ触媒１１は、アルミナＡｌ２Ｏ３等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とを担持させて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つから成る。なおＮＯｘ触媒１１は、尿素等の還元剤の供給時に排気中のＮＯｘを連続的に還元処理可能な選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）であってもよい。
【００３３】
これら酸化触媒１０およびＮＯｘ触媒１１に加えて、排気中の煤等の微粒子（ＰＭ、パティキュレート）を捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設けられてもよい。好ましくはＤＰＦは、貴金属からなる触媒が担持され、捕集した微粒子を連続的に酸化燃焼する連続再生式のものである。好ましくはＤＰＦは、少なくとも酸化触媒１０の下流側に配置される。なおエンジンは火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンであってもよく、この場合、排気通路に三元触媒が設けられるのが好ましい。これらＤＰＦおよび三元触媒も排気処理装置に該当する。
【００３４】
ＮＯｘ触媒１１の下流側の排気通路３には、主に排気ブレーキ用の排気シャッター１２が設けられている。
【００３５】
排気通路３において、タービン５Ｔの下流側且つ酸化触媒６の上流側にはバーナー装置２０が設置されている。バーナー装置２０は、その下流側の酸化触媒１０およびＮＯｘ触媒１１（特に最上流位置にある酸化触媒１０）に供給される排気ガスを昇温させるためのものである。バーナー装置２０は、燃料添加弁２１と、着火装置としてのヒータあるいはグロープラグ２２とを含む。
【００３６】
燃料添加弁２１は、排気通路３内に液体の燃料Ｆを噴射、供給あるいは添加する。燃料Ｆとしては、エンジン用の燃料である軽油が共用されるが、別種の燃料を使用しても良い。燃料添加弁２１は概ねグロープラグ２２に向けて燃料Ｆを噴射し、グロープラグ２２は燃料添加弁２１から噴射された燃料Ｆもしくはこれと排気ガスとの混合気を着火もしくは燃焼させる。グロープラグ２２は燃料添加弁２１よりも下流側の位置に配置される。
【００３７】
バーナー装置２０は、グロープラグ２２の直後の位置において排気通路３内に設置された小型酸化触媒（図示せず）を含んでもよい。
【００３８】
エンジンＥは、車両に搭載された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００により総括的に制御される。ＥＣＵ１００は、エンジン制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えて構成される。
【００３９】
ＥＣＵ１００には、上述したエアフローメータ４の他、エンジンのクランク角を検出するためのクランク角センサ３１と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ３２とが接続されている。
【００４０】
ＥＣＵ１００は、クランク角センサ３１の出力に基づいてエンジン回転数（機関回転数）Ｎｅを算出する。またＥＣＵ１００は、エアフローメータ４の出力に基づいて吸入空気量Ｇａを算出する。そしてＥＣＵ１００は、算出された吸入空気量Ｇａに基づいてエンジン負荷（機関負荷）を算出する。
【００４１】
排気通路３において、タービン５Ｔの下流側且つバーナー装置２０の上流側の位置に上流排気温センサ３３が設けられ、バーナー装置２０の下流側且つ酸化触媒１０の上流側の位置に下流排気温センサ３４が設けられている。これら排気温センサ３３，３４もＥＣＵ１００に接続されている。
【００４２】
ＥＣＵ１００は、各センサによる各検出値に基づき上述の筒内噴射弁６、スロットルバルブ８、ベーンアクチュエータ５Ａ、可変バルブタイミング機構７、ＥＧＲ弁９Ｃ、排気シャッター１２およびバーナー装置２０（燃料添加弁２１およびグロープラグ２２）を制御する。
【００４３】
加えて、エンジン本体１には、クランクシャフトＣｒによって駆動される複数の補機が取り付けられている。すなわちエンジン本体１には、それぞれ補機としてのエアコン（Ａ／Ｃ）コンプレッサ４１、ウォータポンプ４２およびオルタネータ４３が取り付けられている。これら各補機はプーリ・ベルト機構４４を介してクランクシャフトＣｒに連結され、クランクシャフトＣｒによって回転駆動される。これらのうち、Ａ／Ｃコンプレッサ４１とオルタネータ４３は、その作動状態がＥＣＵ１００によって制御されるようになっている。
【００４４】
さて、本実施形態におけるバーナー装置２０は、主にエンジンの冷間始動後の暖機中に、最上流位置にある酸化触媒１０をできるだけ早く活性化させるために使用ないし作動される。他方、暖機中でなくても、酸化触媒６の温度が最小活性温度を下回り酸化触媒６が未活性となったときに、これを活性化すべくバーナー装置２０が作動される。
【００４５】
バーナー装置２０の作動時、燃料添加弁２１とグロープラグ２２がオンされ、燃料添加弁２１から添加された燃料Ｆもしくはこれと排気ガスとの混合気が、グロープラグ２２によって着火、燃焼させられる。これにより火炎を含む加熱ガスが生成され、この加熱ガスにより排気ガスが昇温される。昇温された排気ガスは酸化触媒６に供給され、酸化触媒６の活性化を促す。酸化触媒６が活性化したのと同時にバーナー装置２０を停止することが可能である。
【００４６】
なお、バーナー装置２０に小型酸化触媒を設けた場合、小型酸化触媒は添加燃料Ｆの供給を受けて発熱し、排気昇温を助ける。また小型酸化触媒は、添加燃料Ｆを改質し、この改質された添加燃料を酸化触媒６に送って酸化触媒６の活性化を助ける機能も有する。
【００４７】
ところで上述したように、バーナー装置２０においては、これに供給される排気ガス（バーナー入りガスともいう）の酸素濃度（Ｏ２濃度ともいう）が高いほど、高い燃焼性能が得られる。逆に、バーナー装置２０において一定以上の燃焼性能を得ようとした場合、バーナー入りガスの酸素濃度は、最低限必要な酸素濃度よりも高くなっている必要がある。特にバーナー入りガスの温度が低温であるときにはこの傾向が顕著である。
【００４８】
ここで、添加燃料もしくはその混合気がグロープラグ２２によって着火させられることから、バーナー入りガスとは、グロープラグ２２の発熱部に供給される排気ガスとみなすことができる。
【００４９】
一方、近年ではエンジン回転数の抑制による燃費改善が進み、単位時間当たりの排気ガス量（すなわち排気流量）は低下する傾向にある。その一方でエンジン回転数の低下によるフリクション低下は小さく、本実施形態の如きオートマチック車ではトルクコンバータＴ／Ｃの引き摺り抵抗も存在するため、エンジン負荷は従前よりも高まりつつある。
【００５０】
エンジン負荷が高まると、筒内に供給される燃料量、具体的には筒内噴射弁６から噴射される燃料量（以下、筒内噴射量という）が増え、排気ガスの空燃比はリッチ化する。従ってかかる状況の中で、排気ガスの酸素濃度ひいてはバーナー入りガスの酸素濃度は減少傾向にあり、排気温度が低いときにはとりわけ、一定以上の燃焼性能を安定して確保するのが困難となってきている。
【００５１】
以下にこの点をより詳細に説明する。図３は、バーナー装置２０における入りガス温度と燃焼率との関係を表す試験結果を示す。ここでいう燃焼率（％）とは、添加燃料が全て完全燃焼したと仮定したときに発生するＣＯ２量に対する実際の燃焼時に発生したＣＯ２量の割合をいう。
【００５２】
図中、線ａは、バーナー入りガスのＯ２濃度が１６％のときの関係を示し、線ｂは、バーナー入りガスのＯ２濃度がより高い１８％のときの関係を示す。これらから分かるように、同一のガス温度の下ではＯ２濃度が高いほど燃焼率が高くなり、バーナー装置２０の燃焼性能は高くなる。
【００５３】
また、ガス温度が１５０℃以下の低い領域では、ガス温度の低下につれ燃焼率は低くなる。一方、バーナー装置２０の燃焼性能に関しては、例えば６０（％）以上の燃焼率を確保するのが理想的である。この場合、バーナー入りガスのＯ２濃度が１６％のときには約１４０℃以上のガス温度が必要であり、バーナー入りガスのＯ２濃度が１８％のときには約１００℃以上のガス温度が必要である。
【００５４】
図４は、車両を冷間始動してＥＣモードで走行させた場合の試験結果を示す。０（ｓ）の時点がエンジン始動時またはモード開始時であり、図示例はエンジン始動後の一定期間を示す。線ｃはバーナー入りガス温度、線ｄはバーナー入りガスＯ２濃度、線ｅは車速を示す。
【００５５】
バーナー装置２０の作動時に一定以上の燃焼性能を得ようとした場合、バーナー入りガスのＯ２濃度は最低でも１５％は必要である。一方、図示の結果によると、モードの１つめの山ｆ１を超えた後のアイドル期間と、モードの２つめの山ｆ２を超えた後のアイドル期間とで、バーナー入りガス温度が１００℃近辺という低温の下、バーナー入りガスＯ２濃度は１５〜１６％程度しか確保できず、余裕のない状況となっている。
【００５６】
この上さらに、補機類の使用が増えたり、より低温な温度条件によりフリクションが増加したり、車両出荷直後によりフリクションが増加するなど、不利な条件が重なると、エンジンに対する負荷が増え、排気ガスは益々リッチ化し、必要なバーナー入りガスＯ２濃度が確保できなくなる虞がある。
【００５７】
そこで本実施形態は、かかる課題を解決すべく、バーナー入りガスＯ２濃度が不足したときにこれを増加するための増加制御を実行し得るようにしたものである。より具体的には、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、バーナー装置２０への作動要求があるときにバーナー入りガスＯ２濃度が所定の要求酸素濃度を上回っていないとき、バーナー入りガスＯ２濃度を増加するための増加制御を実行するものである。
【００５８】
これにより、要求酸素濃度に対し不足したバーナー入りガスＯ２濃度を確保あるいは補填することが可能となり、バーナー装置における一定以上の燃焼性能を安定して確保することが可能となる。
【００５９】
増加制御は、具体的には後述する第１〜第５の制御のうちの少なくとも一つを含む。増加制御を実行する場合、第１〜第５の制御のうちのいずれか一つを選択的に実行してもよいし、第１〜第５の制御のうちの２以上の制御を組み合わせて実行してもよい。あるいは、第１〜第５の制御のうちの２以上の制御を優先順位を付けて実行してもよい。
【００６０】
ここで本願にいう「増加制御」には、スロットルバルブ８の開度増大およびＥＧＲバルブ９Ｃの開度減少の少なくとも一方により吸入空気量を増大し、これによりバーナー入りガスＯ２濃度を増加させる制御は含まれない。また本願にいう「増加制御」には、当然に、排気通路に直接酸素（二次エア）を導入する制御は含まれない。
【００６１】
図５には、バーナー装置の制御に関するルーチンのフローチャートを示す。このルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【００６２】
ステップＳ１０１では、バーナー装置２０への作動要求の有無が判断される。すなわちＥＣＵ１００は、別途検出もしくは推定により取得した酸化触媒１０の触媒温度を所定の最小活性温度と比較し、触媒温度が最小活性温度未満なら作動要求有り、触媒温度が最小活性温度以上なら作動要求無しと判断する。なお、バーナー装置２０は未活性の酸化触媒１０を暖機して活性化するために作動させられるものなので、バーナー装置２０への作動要求は酸化触媒１０への暖機要求と言い換えることもできる。
【００６３】
酸化触媒１０の触媒温度は、酸化触媒１０に設けられた温度センサにより直接検出してもよいが、本実施形態では下流排気温センサ３４による検出温度およびエンジン運転状態等に基づき推定することとしている。
【００６４】
ステップＳ１０１で作動要求無しと判断された場合、ステップＳ１０９に進んでバーナー装置２０が非作動（オフ）とされる。他方、ステップＳ１０１で作動要求有りと判断された場合、直ちにバーナー装置２０が作動（オン）されるのではなく、ステップＳ１０２以降の処理を経て必要なバーナー入りガスＯ２濃度が確保された後にバーナー装置２０が作動される。
【００６５】
ステップＳ１０２では、最低限必要なバーナー入りガスＯ２濃度として予め定められた要求酸素濃度Ｃｔが所定のマップ（関数でもよい。以下同様）から取得される。
【００６６】
要求酸素濃度Ｃｔは、例えば図６に示すようなマップから、バーナー入りガス温度Ｔｉｎに基づき取得される。バーナー入りガス温度Ｔｉｎは上流排気温センサ３３により検出される。図示するように、バーナー入りガス温度Ｔｉｎが低いほど要求酸素濃度Ｃｔは高くなる。例えばバーナー入りガス温度Ｔｉｎが１００℃のときの要求酸素濃度Ｃｔは１８％であり、バーナー入りガス温度Ｔｉｎが３００℃のときの要求酸素濃度Ｃｔは１６％である。図３の特性に従えば、このように要求酸素濃度Ｃｔを定めることにより６０％以上という十分な燃焼率を確保可能となる。
【００６７】
次に、ステップＳ１０３では、バーナー入りガスの実際の酸素濃度である実酸素濃度ＣｒがＥＣＵ１００により推定される。この実酸素濃度Ｃｒの推定は次式（１）に従って行われる。
【００６８】
【数１】
2013111197.tif 000003
【００６９】
λは空気過剰率、ｍは燃料分子中の炭素原子数、ｎは燃料分子中の水素原子数である。例えばｍ＝１４、ｎ＝２６としてｍ，ｎの値が予め定められ、ＥＣＵ１００に記憶されている。
【００７０】
空気過剰率λは、エアフローメータ４により検出された吸入空気量Ｇａと、筒内噴射量Ｑとに基づき次式（２）に従って算出される。
【００７１】
【数２】
2013111197.tif 000004
【００７２】
筒内噴射量Ｑは、エンジン回転数Ｎｅと、アクセル開度センサ３２により検出されたアクセル開度Ａｃとに基づき、所定のマップに従って算出される。この算出された筒内噴射量Ｑが実際に筒内噴射弁６から噴射されるよう筒内噴射弁６が制御される。
【００７３】
なお、バーナー装置２０の上流側の排気通路３に設けられた酸素濃度センサもしくは空燃比センサにより、実酸素濃度Ｃｒを直接的に検出してもよい。
【００７４】
次にステップＳ１０４では、実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔと比較される。実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回っていると判断されたとき、必要最低限のバーナー入りガスＯ２濃度が確保されているとして、ステップＳ１０８に進んでバーナー装置２０が作動（オン）される。
【００７５】
他方、実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回っていないと判断されたとき、必要最低限のバーナー入りガスＯ２濃度が確保されていないとして、以下のステップが実行される。
【００７６】
まずステップＳ１０５では、スロットルバルブ８に設置されたスロットルバルブ開度センサの出力値に基づき、スロットルバルブ開度ＴＨが全開相当値ＴＨｍａｘ以上となっているか否かが判断される。
【００７７】
スロットルバルブ開度ＴＨが全開相当値ＴＨｍａｘ以上となっていない場合、スロットルバルブ８にはまだ開弁の余裕があるので、ステップＳ１０６においてスロットルバルブ開度ＴＨが所定開度ΔＴＨだけ増大される。これにより吸入空気量Ｇａが増大し、実酸素濃度Ｃｒが増大する。所定開度ΔＴＨは一定値（例えば５°）としてもよいし、実酸素濃度Ｃｒと要求酸素濃度Ｃｔとの差に応じて可変の値としてもよい。こうしてスロットルバルブ開度ＴＨは実酸素濃度Ｃｒと要求酸素濃度Ｃｔとの比較結果に応じてフィードバック制御される。
【００７８】
なお、このスロットルバルブ制御に代えてもしくは加えて、ＥＧＲバルブ９Ｃの開度を減少する制御を行ってもよい。ＥＧＲバルブ９Ｃの開度減少によっても吸入空気量Ｇａが増大し、実酸素濃度Ｃｒが増大するからである。
【００７９】
他方、スロットルバルブ開度ＴＨが全開相当値ＴＨｍａｘ以上となっている場合には、スロットルバルブ８にもう開弁の余裕はないので、ステップＳ１０７において前述の増加制御が行われる。このように増加制御は、スロットルバルブ８の開度を増大する制御およびＥＧＲバルブ９Ｃの開度を減少する制御とは異なるものである。
【００８０】
このルーチンによれば、実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回ってない場合、まずスロットルバルブ開度ＴＨが増大される。スロットルバルブ開度ＴＨの増大のみで実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回れば、その時点でバーナー装置２０がオンされる。他方、スロットルバルブ開度ＴＨを全開相当値ＴＨｍａｘまで増大してもなお実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回らない場合、増加制御が実行される。増加制御により実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回れば、その時点でバーナー装置２０がオンされる。
【００８１】
後に理解されるが、増加制御は、補機の作動状態を変更するなど、その実行の事実がユーザに感知される可能性のある制御を含むことがある。よって可能であれば増加制御を回避した方がユーザへの違和感を与えずに済む。こうした観点から、本実施形態では、増加制御を実行する前にスロットルバルブ開度ＴＨを優先して増大し、スロットルバルブ開度ＴＨを最大開度ＴＨｍａｘまで増大してもバーナー入りガスの実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回らない場合に限って増加制御を実行する。これにより増加制御を実行する頻度を低減し、ユーザへの違和感を極力回避できる。
【００８２】
もっとも、こうした事前のスロットルバルブ制御は省略も可能であり、実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回っていないと判断されたとき（ステップＳ１０４：ノー）、直ちに増加制御（ステップＳ１０７）を実行してもよい。
【００８３】
次に、増加制御に関する第１〜第５の制御を具体的に説明する。
【００８４】
［第１の制御］
増加制御の第１の制御は、エンジンにより駆動される補機であるＡ／Ｃコンプレッサ４１およびオルタネータ４３の少なくとも一方の作動を制限する制御である。好ましくは、第１の制御は、Ａ／Ｃコンプレッサ４１およびオルタネータ４３の少なくとも一方を停止することを含む。なお、筒内に設置されたグロープラグを補機に含めてもよい。
【００８５】
ＥＣＵ１００は、エアコンの使用状態に応じてＡ／Ｃコンプレッサ４１からの冷媒吐出量を制御する。その吐出量が多いほどエンジンへの負荷は大きくなる。Ａ／Ｃコンプレッサ４１の作動を制限するとは、Ａ／Ｃコンプレッサ４１からの冷媒吐出量を少なくすることを意味し、Ａ／Ｃコンプレッサ４１を停止するとは、Ａ／Ｃコンプレッサ４１からの冷媒吐出量をゼロにすることを意味する。Ａ／Ｃコンプレッサ４１を停止すると、Ａ／Ｃコンプレッサ４１からエンジンへの負荷は実質的に無くなる。
【００８６】
またＥＣＵ１００は、バッテリ充電量や電装品の使用状態に応じてオルタネータ４３の発電量を制御する。その発電量が多いほどエンジンへの負荷は大きくなる。オルタネータ４３の作動を制限するとは、オルタネータ４３の発電量を少なくすることを意味し、オルタネータ４３を停止するとは、オルタネータ４３の発電量をゼロにすることを意味する。オルタネータ４３を停止すると、オルタネータ４３からエンジンへの負荷は実質的に無くなる。
【００８７】
補機の作動を制限もしくは停止すると、エンジン負荷が減少し、筒内噴射量Ｑが減少する。なお補機の作動を制限もしくは停止するとエンジン負荷が減少するのでエンジン回転数が上昇し、これに応答してドライバがアクセルペダルを戻し、アクセル開度Ａｃが減少し、筒内噴射量Ｑが減少することもある。
【００８８】
すると筒内の空燃比がリーン化され、結果的に排気ガスひいてはバーナー入りガスのＯ２濃度が増加する。これによって不足したバーナー入りガスＯ２濃度を確保あるいは補填でき、バーナー装置における一定以上の燃焼性能を安定して確保することが可能となる。
【００８９】
図７には、図５のルーチンの増加制御として第１の制御を実行したときの例を示す。時刻ｔ１で作動要求が無し（オフ）から有り（オン）の状態に変化したとする。この後時刻ｔ２まで、実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回らないので、バーナー装置２０がオフのまま、スロットルバルブ開度ＴＨが徐々に増大される。スロットルバルブ開度ＴＨの増大につれ実酸素濃度Ｃｒも徐々に増加する。補機としてのＡ／Ｃコンプレッサ４１が稼動状態すなわちオンとされている。ユーザによりエアコンがオンされているからである。
【００９０】
時刻ｔ２においてスロットルバルブ開度ＴＨが全開相当値ＴＨｍａｘに到達している。しかしそれでもまだ実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回らないので、増加制御が実行され、Ａ／Ｃコンプレッサ４１が停止（非稼動）状態すなわちオフとされる。するとエンジン負荷が減少し、筒内噴射量Ｑが減少される。これにより実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回り、バーナー装置２０がオンされる。これに伴い、酸化触媒１０に供給される排気ガス（触媒入りガスともいう）の温度が次第に上昇する。
【００９１】
Ａ／Ｃコンプレッサ４１がオフされてから所定時間（例えば数秒程度）経過後の時刻ｔ３に、Ａ／Ｃコンプレッサ４１は再びオンされる。すなわちＡ／Ｃコンプレッサ４１の停止は一時的である。するとオフされる直前と同様、実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回らなくなるので、バーナー装置２０がオフされる。これにより触媒入りガス温度が次第に低下する。なおスロットルバルブ開度ＴＨは全開相当値ＴＨｍａｘに到達後、全開相当値ＴＨｍａｘに維持される。
【００９２】
Ａ／Ｃコンプレッサ４１が再度オンされてから所定時間経過後の時刻ｔ４に、Ａ／Ｃコンプレッサ４１は再びオフされる。すなわちＡ／Ｃコンプレッサ４１は所定時間毎に断続的に停止される。すると前記同様、実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回り、バーナー装置２０がオンされ、触媒入りガス温度が次第に上昇する。所定時間経過後の時刻ｔ５にはＡ／Ｃコンプレッサ４１が再びオンされる。
【００９３】
このように補機を一時的にあるいは断続的に停止することにより、補機の機能を完全に失わずある程度確保した上で、バーナー装置２０を断続的に作動させ、酸化触媒１０を昇温することができる。
【００９４】
ここでの説明では補機をＡ／Ｃコンプレッサ４１のみとしたが、補機をオルタネータ４３のみとした場合、あるいはＡ／Ｃコンプレッサ４１とオルタネータ４３の両方とした場合も同様である。
【００９５】
また、補機はＡ／Ｃコンプレッサ４１およびオルタネータ４３以外のものであってもよい。
【００９６】
［第２の制御］
増加制御の第２の制御は、ターボチャージャ５の可変ベーンの開度を変更する制御である。この開度変更には開度の減少と増大があり、前者に関わる制御を開度減少制御、後者に関わる制御を開度増大制御という。まず開度減少制御について述べる。
【００９７】
図８は、エンジン回転数Ｎｅおよび筒内噴射量Ｑと吸気圧Ｐｉとの間の予め定められた関係を表すマップを示す。基本的に可変ベーンの開度はこれらの関係を満たすように制御される。図中Ｎｉはアイドル回転数を表す。
【００９８】
図示されるように、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、また筒内噴射量Ｑが多いほど、吸気圧Ｐｉが高くなるよう、可変ベーンの開度が制御される。ここで線ａから低回転・低噴射量側の領域Ｉ，ＩＩは無過給領域であり、過給が行われない領域である。また領域Ｉと領域ＩＩは所定の境界回転数Ｎｓを境に仕切られ、領域Ｉは領域ＩＩよりも低回転側である。
【００９９】
ここで「過給」とは吸気圧Ｐｉが大気圧を超えている状態をいい、「無過給」とは吸気圧Ｐｉが大気圧以下となっている状態をいう。従って線ａは、吸気圧Ｐｉが大気圧と等しくなっているときのエンジン回転数Ｎｅおよび筒内噴射量Ｑの関係を表す。
【０１００】
開度減少制御は、エンジンの回転数Ｎｅと筒内噴射量Ｑが境界回転数Ｎｓ以下の無過給領域Ｉ内にあるときに可変ベーンの開度を減少する制御である。すなわち、図５のステップＳ１０７を実行する際、回転数Ｎｅと筒内噴射量Ｑが無過給領域Ｉ内にあれば、可変ベーンの開度が所定開度だけ減少させられる。特にこのとき、吸気圧Ｐｉが大気圧を超えない範囲内で可変ベーンの開度が減少される。言い換えれば可変ベーン開度減少後の吸気圧Ｐｉは大気圧を超えず、過給状態にまでは至らない。
【０１０１】
例えば最低限の電力を確保するためバッテリへの充電が不可欠である場合には、充電を優先せざるを得ないため、第１の制御におけるオルタネータ４３の作動制限または停止を行うのは得策ではない。また、車両の使用状況によっては全ての補機に対し作動制限または停止を行えるとは限らない。従ってこのような場合には、第１の制御の代わりに第２の制御を行ってバーナー入りガスＯ２濃度を増加するのが好適である。あるいは、第１の制御を優先的に行い、第１の制御が実行不可能な場合に第２の制御を行うようにしてもよい。
【０１０２】
例えば、エンジンがアイドル近辺の無過給領域Ｉ内で運転しているとき、タービンもコンプレッサも殆ど回転しておらず、コンプレッサ（具体的にはコンプレッサホイール）は単に吸気通路内の抵抗となっている。むしろ吸気がコンプレッサを逆に回転駆動している場合もあり、コンプレッサは吸気抵抗を増大させている。
【０１０３】
そこで可変ベーンの開度を若干減少させると、タービン回転数が若干上昇し、これに応じてコンプレッサ回転数も若干上昇する。これによって吸気抵抗が減少し、エンジン負荷が減少し、筒内噴射量Ｑが減少する。なおエンジン負荷の減少によりエンジン回転数が増大し、これに応答してドライバがアクセルペダルを戻し、アクセル開度Ａｃが減少し、筒内噴射量Ｑが減少することもある。
【０１０４】
すると筒内の空燃比がリーン化され、結果的に排気ガスひいてはバーナー入りガスのＯ２濃度が増加する。これによって不足したバーナー入りガスＯ２濃度を確保あるいは補填でき、バーナー装置における一定以上の燃焼性能を安定して確保することが可能となる。
【０１０５】
特に、過給状態まで吸気圧Ｐｉを高める程に可変ベーン開度を減少しない点、言い換えれば可変ベーン開度減少後もなお無過給状態を維持する点が特徴的である。過給状態まで吸気圧Ｐｉを高めてしまうと、吸入空気量Ｇａの増加に応じて筒内噴射量Ｑが増加し、排気ガスひいてはバーナー入りガスのＯ２濃度を増加できなくなる可能性があるからである。ここでは吸気抵抗を減少する程度しか可変ベーン開度を減少しない。
【０１０６】
次に開度増大制御について述べる。開度増大制御は、エンジンの回転数Ｎｅと筒内噴射量Ｑが境界回転数Ｎｓより大きい無過給領域ＩＩ内にあるときに可変ベーンの開度を増大する制御である。すなわち、図５のステップＳ１０７を実行する際、回転数Ｎｅと筒内噴射量Ｑが無過給領域ＩＩ内にあれば、可変ベーンの開度が所定開度だけ増大させられる。
【０１０７】
この開度増大制御も先の開度減少制御と同様、第１の制御が実行困難な場合に第１の制御に代わって実行するのが好ましい。
【０１０８】
同じ無過給領域でも、領域Ｉより高回転側の領域ＩＩでは、単位時間当たりの排気ガス量が多いため、可変ベーン開度を減少すると気筒に対する背圧が増大し、エンジン負荷が増大する可能性がある。これにより筒内噴射量Ｑが増加し、バーナー入りガスＯ２濃度が減少する可能性がある。
【０１０９】
そこでこの領域ＩＩの場合には逆に可変ベーン開度を若干増大する。すると背圧が低下し、ポンピングロスが低減し、エンジン負荷が減少する。これによって筒内噴射量Ｑが減少し、バーナー入りガスＯ２濃度を増加することができる。
【０１１０】
ところで、開度増大制御に関連して次のような変形例も考えられる。まず第１の変形例について述べると、ターボチャージャ５のタービン５Ｔをバイパスするバイパス通路と、バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを有するエンジンの場合、閉状態にあるウェイストゲートバルブを開弁して気筒に対する背圧を低下させ、バーナー入りガスＯ２濃度を増加することができる。よってこのようなウェイストゲートバルブを開弁する制御を行ってもよい。
【０１１１】
次に第２の変形例について述べる。閉状態にある排気シャッター１２を開弁すると、気筒に対する背圧を低下させ、バーナー入りガスＯ２濃度を増加することができる。よってこのような排気シャッター１２を開弁する制御を行ってもよい。
【０１１２】
第３の変形例に関しては、可変バルブタイミング機構７により排気弁の閉弁タイミングを遅らせると、気筒に対する背圧を低下させ、バーナー入りガスＯ２濃度を増加することができる。よってこのような排気弁の閉弁タイミングを遅延させる制御を行ってもよい。
【０１１３】
これら可変ベーン開度増大制御、ウェイストゲートバルブ開弁制御、排気シャッター開弁制御および排気弁閉弁タイミング遅延制御は、いずれか一つを実行することもできるし、任意の２以上の組み合わせで実行することもできる。
【０１１４】
［第３の制御］
増加制御の第３の制御は、車両Ｖの減速中に筒内噴射量Ｑを増減してエンジン回転数Ｎｅを増減させる制御である。以下この第３の制御について図９および図１０を参照しつつ詳細に説明する。
【０１１５】
まず理解容易のため、本実施形態に対する比較例を図９を参照して説明する。図示例は冷間始動後の暖機過程の初期において、本実施形態のようなオートマチック車Ｖが低速（例えば１０〜３０ｋｍ／ｈ程度）のクルーズ（定速走行）状態から減速した場合を示す。この場合とは例えば、図４に示したような、冷間始動後のＥＣモード１山目ｆ１の最初の減速期間が該当する。
【０１１６】
時刻ｔ１において、ドライバによりアクセルペダルが戻され、車両の減速（車速の減少）が開始されたとする。この減速開始と同時にフューエルカットが実行され、筒内噴射量Ｑはゼロとされる。しかしこのフューエルカットは瞬間的ないしは極短時間であり、減速開始直後の時刻ｔ２においてフューエルカットからの復帰が行われる。そして筒内噴射量Ｑはアイドル相当程度の少量の所定噴射量Ｑｉまで増大され、その後所定噴射量Ｑｉに維持される。
【０１１７】
このようにフューエルカットを瞬間的に止め、その後少量の燃料を筒内噴射弁６から噴射し続ける理由は、エンストを防止するためである。すなわち、本例のように冷間始動後の暖機初期では、トルクコンバータＴ／Ｃのオイルが硬く、トルクコンバータＴ／Ｃの入力側が出力側に引き摺られる傾向が強い。従って車両の減速に伴ってエンジン回転数Ｎｅがアイドル回転数Ｎｉよりも落ち込み、エンストに至る可能性がある。そこでこれを防止するため、少量の燃料を噴射し、エンジンを回転駆動するのである。これによりトルクコンバータＴ／Ｃの入力側をエンジンで回転駆動することができ、（Ｃ）に示すように、エンストすることなくエンジン回転数Ｎｅをアイドル回転数Ｎｉ付近に維持することができる。
【０１１８】
しかし、（Ｄ）に示すバーナー入りガスＯ２濃度すなわち実酸素濃度Ｃｒに着目すると、フューエルカットによって実酸素濃度Ｃｒは瞬間的に要求酸素濃度Ｃｔを上回るものの、その後の少量の燃料噴射により要求酸素濃度Ｃｔを下回り続ける。この下回り続けている期間はバーナー装置２０をオンできず、このことが触媒の早期活性化を阻害する。
【０１１９】
これに対し、図１０には本実施形態の場合を示す。本実施形態において比較例と異なるのは、瞬間的なフューエルカットの後の燃料噴射制御である。
【０１２０】
すなわち、時刻ｔ２においてフューエルカットからの復帰が行われた後、（Ｂ）に示すように筒内噴射量Ｑは、破線で示す所定噴射量Ｑｉをほぼ中心として周期的に増減される。そしてこれに伴いエンジン回転数Ｎｅも周期的に増減される。図示例では、筒内噴射量Ｑが時刻ｔ３，ｔ５，ｔ７に増大され、時刻ｔ４，ｔ６，ｔ８に減少されている。各増大時の筒内噴射量Ｑは等しく、各減少時の筒内噴射量Ｑも等しい。各増大期間（例えばｔ３〜ｔ４の期間）の長さは等しく、各減少期間（例えばｔ４〜ｔ５の期間）の長さも等しい。なお増減の方法はこのような方法に限られない。
【０１２１】
こうすると、破線で示す比較例の場合よりも、（Ｃ）に示す如くエンジン回転数Ｎｅを高く維持することができる。そして単位時間当たりの吸入空気量Ｇａを増加し、排気ガスひいてはバーナー入りガスのＯ２濃度を増加することができる。（Ｄ）に示す如く、実酸素濃度Ｃｒを比較例よりも高く維持し、特に要求酸素濃度Ｃｔよりも高く維持することができる。これによってフューエルカット復帰後もバーナー装置２０をオンすることができ、触媒の早期活性化を促すことができる。
【０１２２】
なお、図示例では筒内噴射量Ｑの増減とエンジン回転数Ｎｅの増減と実酸素濃度Ｃｒの増減とが連動しているが、これらの変化は逆になることも想定される。筒内噴射量Ｑが増えると排気ガスのＯ２濃度が低下し、筒内噴射量Ｑが減ると排気ガスのＯ２濃度が増大し得るからである。もっとも、このような筒内噴射量Ｑの増減を行うことで、バーナー入りガスＯ２濃度が比較例よりも高くなる期間を確実に設けることができる。そしてこの期間において実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回れば、そのタイミングを利用してバーナー装置２０を作動させ、その利用促進を図ることができる。
【０１２３】
［第４の制御］
増加制御の第４の制御は、車両Ｖの減速中に自動変速機Ｔ／Ｍを既定のシフトスケジュールよりも早いタイミングでシフトダウンさせる制御である。以下この第４の制御について図１１を参照しつつ詳細に説明する。
【０１２４】
車両の走行条件は図９に示した比較例と同様である。すなわち、冷間始動後の暖機過程の初期に、（Ａ）に示す如くオートマチック車Ｖが低速（例えば１０〜３０ｋｍ／ｈ程度）のクルーズ状態から減速されている。
【０１２５】
また燃料噴射の方法も比較例と同様である。すなわち、（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１において車両の減速が開始されたのと同時に、フューエルカットが実行され、筒内噴射量Ｑはゼロとされる。このフューエルカットは瞬間的あるいは極短時間だけであり、時刻ｔ２においてフューエルカットからの復帰が行われる。そして筒内噴射量Ｑはアイドル相当程度の少量の所定噴射量Ｑｉまで増大され、その後所定噴射量Ｑｉに維持される。
【０１２６】
また、（Ｃ）に示すように、クルーズ時に３速であったギヤ段は、車両Ｖの減速中に２速、１速へと順次シフトダウンされる。このときのシフトダウンのタイミングは、増加制御実行時以外における既定あるいは通常のシフトスケジュールよりも早いタイミング（高車速側）である。
【０１２７】
通常の車両走行時、自動変速機Ｔ／Ｍは、アクセル開度Ａｃと車速をパラメータとする既定のシフトスケジュールあるいはマップに従って、ＥＣＵ１００により変速制御される。この既定のシフトスケジュールはＥＣＵ１００に予め記憶されている。一方、ＥＣＵ１００には、同一パラメータに基づく増加制御専用の別のシフトスケジュールも予め記憶されており、増加制御実行時にはこの別のシフトスケジュールに従って自動変速機Ｔ／Ｍが変速される。この別のシフトスケジュールは、既定のシフトスケジュールよりも早いタイミングでシフトダウンが行われるように設定されている。
【０１２８】
なお、こうした専用のシフトスケジュールを設ける以外に、既定のシフトスケジュールを補正して用いることも可能である。
【０１２９】
こうすると、（Ｄ）に示すように、車両減速中におけるエンジン回転数Ｎｅを破線で示す比較例よりも高く維持することができる。そして単位時間当たりの吸入空気量Ｇａを増加し、排気ガスひいてはバーナー入りガスのＯ２濃度を増加することができる。（Ｅ）に示す如く、実酸素濃度Ｃｒを比較例よりも高く維持し、特に要求酸素濃度Ｃｔよりも高く維持することができる。これによってフューエルカット復帰後もバーナー装置２０をオンすることができ、触媒の早期活性化を促すことができる。
【０１３０】
なお、図示例では車両Ｖの減速中に２回シフトダウンを行っているが、その回数は任意であり、１回でもいいし３回以上であってもよい。
【０１３１】
［第５の制御］
次に、増加制御の第５の制御について説明する。第５の制御は、それぞれ休止可能な第１の気筒群および第２の気筒群を備えるエンジンに適用される。そして第５の制御は、バーナー入りガスＯ２濃度が要求酸素濃度Ｃｔを上回っていないと判断された一方の気筒群を休止する制御である。
【０１３２】
図１２に、第５の制御が好適に適用可能なエンジンＥ’を概略的に示す。但し図１２は要部のみを示し、図示しない部分は図２に示したエンジンＥと同様である。図１２において、図２に示したエンジンＥと同様の構成要素には同一の符号が付されている。以下エンジンＥ’における相違点を主に説明する。
【０１３３】
図１２に示すエンジンＥ’はＶ型８気筒エンジンとして構成され、そのエンジン本体１’には第１のバンクである右バンクＢＲと第２のバンクである左バンクＢＬとが設けられている。右バンクＢＲには４つの気筒１３からなる第１の気筒群が設けられ、左バンクＢＬには４つの気筒１３からなる第２の気筒群が設けられる。
【０１３４】
右バンクＢＲの第１の気筒群と左バンクＢＬの第２の気筒群とは、それぞれ気筒群単位あるいはバンク単位で休止可能であり、この気筒休止はＥＣＵ１００（図示せず）によって制御される。例えば右バンクＢＲの第１の気筒群が休止された場合、左バンクＢＬの第２の気筒群のみによってエンジンが減筒運転される。
【０１３５】
酸化触媒１０とバーナー装置２０とが、各気筒群あるいは各バンクに対し個別に設けられている。すなわち、右バンクＢＲから延びる排気通路３Ｒにターボチャージャ５、バーナー装置２０および酸化触媒１０が順次直列に設けられ、左バンクＢＬから延びる排気通路３Ｌにもターボチャージャ５、バーナー装置２０および酸化触媒１０が順次直列に設けられている。
【０１３６】
ＥＣＵ１００は、バーナー装置２０を気筒群あるいはバンク毎に個別に制御する。またＥＣＵ１００（図示せず）は、触媒温度に基づくバーナー装置２０への作動要求の有無の判断、およびバーナー入りガスＯ２濃度としての実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回っているか否かの判断を気筒群あるいはバンク毎に個別に行う。
【０１３７】
バンク毎のバーナー装置２０の制御は図５に示した制御ルーチンに従って行われる。例えば右バンクについて述べると、ステップＳ１０１では、右バンクのバーナー装置２０への作動要求の有無が判断される。このとき右バンクの酸化触媒１０の触媒温度が最小活性温度未満なら作動要求有り、最小活性温度以上なら作動要求無しと判断される。
【０１３８】
作動要求無しと判断された場合、ステップＳ１０９に進んで右バンクのバーナー装置２０がオフとされる。他方、作動要求有りと判断された場合、ステップＳ１０２において要求酸素濃度Ｃｔが取得される。要求酸素濃度Ｃｔは、右バンクのバーナー入りガス温度Ｔｉｎに基づき取得される。
【０１３９】
ステップＳ１０３では、右バンクの実酸素濃度Ｃｒが、エアフローメータ４により検出された吸入空気量Ｇａと右バンクの筒内噴射量Ｑとに基づき前式（１）、（２）により推定される。なお吸気系は各バンクに共通である。
【０１４０】
ステップＳ１０４では、右バンクの実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔと比較される。実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回っていると判断されたとき、ステップＳ１０８に進んで右バンクのバーナー装置２０がオンされる。
【０１４１】
他方、右バンクの実酸素濃度Ｃｒが要求酸素濃度Ｃｔを上回っていないと判断されたとき、ステップＳ１０５、Ｓ１０６の処理を経て、必要であればステップＳ１０７にて増加制御が行われる。
【０１４２】
増加制御として第５の制御が行われる場合、右バンクＢＲの第１の気筒群が休止され、左バンクＢＬの第２の気筒群のみによってエンジンが減筒運転される。これにより、右バンクＢＲの第１の気筒群に対しては筒内噴射量Ｑがゼロとなり、左バンクＢＬの第２の気筒群に対しては、同等のエンジントルクを発生できるよう筒内噴射量Ｑが増加される。
【０１４３】
図１３はこのときの様子を概略的に示す。図示例は右バンクのバーナー装置２０への作動要求が発生した時点ｔ１でスロットル開度ＴＨが全開相当値ＴＨｍａｘになっており、直ちに第５の制御が開始された場合を示す。
【０１４４】
第５の制御が開始されると、右バンクＢＲの第１の気筒群の筒内噴射量Ｑがゼロに低減され（（Ｃ）参照）、これに応じて右バンクＢＲの実酸素濃度Ｃｒが増大し、要求酸素濃度Ｃｔを上回るようになる（（Ｅ）参照）。なお左バンクＢＬの第２の気筒群の筒内噴射量Ｑは増加されるので（（Ｄ）参照）、左バンクＢＬの実酸素濃度Ｃｒは減少する（（Ｆ）参照）。
【０１４５】
これにより、右バンクＢＲにおいて、要求酸素濃度Ｃｔを上回る実酸素濃度Ｃｒを確保し、バーナー装置２０をオンすることができ、酸化触媒１０の活性化を促すことができる。
【０１４６】
ここでは右バンクについて述べたが、左バンクについても同様の制御が実行可能である。
【０１４７】
ところで通常、右バンクと左バンクはほぼ同一条件で運転しているので、右バンクと左バンクとでほぼ同時に作動要求が発生し且つ第５の制御を実行しなければならなくなる可能性がある。この場合には、右バンクと左バンクとで所定時間毎に交互に気筒休止を行い、且つ休止側のバーナー装置２０をオンにして、両バンクの触媒温度を交互に少しずつ高めていくのが好ましい。
【０１４８】
代替的に、作動要求が先に発生した一方のバンクで優先的に気筒休止を行い、バーナー装置２０をオンし、その一方のバンクの触媒温度が最小活性温度以上に達した後（すなわち酸化触媒１０の活性化を終えた後）、作動要求が後に発生した他方のバンクで気筒休止を行い、バーナー装置２０をオンする方法を採用することもできる。
【０１４９】
この第５の制御は次の利点もある。図１０に示した第３の制御では、図９に示した比較例よりもエンジン回転数Ｎｅを高めるために筒内噴射量Ｑを増減させている。しかしこの増減された筒内噴射量Ｑの平均値は、比較例の筒内噴射量Ｑの平均値よりも高くなる可能性があり、この場合に燃費の悪化を招く。これに対し第５の制御では、運転気筒群に対する筒内噴射量Ｑは増加するものの休止気筒群に対する筒内噴射量Ｑはゼロになるので、エンジン全体で見て燃費の悪化は実質的に無いと言える。よって制御実行時の燃費悪化を抑制できるという利点がある。
【０１５０】
［他の関連制御］
次に、他の関連制御について説明する。本実施形態に係る制御装置は、バーナー装置の故障診断を実行可能とすることができる。そしてこの場合、故障診断時に、エンジンにより駆動される補機を停止させるのが好ましい。
【０１５１】
以下、図２に示したエンジンＥに適用されるバーナー装置２０の故障診断について説明する。図１４に示すように、ＥＣＵ１００は、バーナー装置２０の作動期間（ｔ１〜ｔ２の期間）中の所定時間Δｔにおいて、触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘを下流排気温センサ３４の出力に基づいて求める。この触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘは、所定時間Δｔにおける触媒入りガス温度Ｔｅｘの変化速度を表し、また図示するような触媒入りガス温度Ｔｅｘの線図の傾きを表す。
【０１５２】
もし仮にバーナー装置２０が正常であれば、図中実線の如く、特定のバーナー装置２０の作動条件に対し触媒入りガス温度Ｔｅｘは比較的速い速度で上昇し、大きな触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘの値が得られる。逆に、もし仮にバーナー装置２０が故障していれば、図中破線の如く、触媒入りガス温度Ｔｅｘは遅い速度でしか上昇しないかまたは全く上昇しない。よって小さな触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘの値しか得られない。
【０１５３】
よってこの特性を利用し、ＥＣＵ１００は、求められた触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘを所定の故障判定値と比較し、触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘが故障判定値より大きければバーナー装置２０を正常、触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘが故障判定値以下であればバーナー装置２０を故障と判定する。
【０１５４】
なお、このような触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘを利用する方法の他、バーナー装置２０における添加燃料の燃焼率を算出し、この燃焼率の大小に応じて正常・故障判定する方法も可能である。当該燃焼率と触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘとの間には相関関係があるからである。
【０１５５】
ところで、この故障診断中、特に触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘを取得する所定時間Δｔ中に、補機としてのＡ／Ｃコンプレッサ４１およびオルタネータ４３の少なくとも一方が作動されていると、次の問題が生じる。すなわち、これら補機の作動状態は変化し得るものである。例えばＡ／Ｃコンプレッサ４１はエアコンに対する作動要求に応じて冷媒吐出量が変化し、オルタネータ４３はバッテリ充電量等に応じて発電量が変化する。
【０１５６】
このため、補機作動状態の変化に応じてエンジン負荷が変化し、バーナー入りガスＯ２濃度が変化する可能性がある。すると、バーナー装置２０を一定条件で作動させていても添加燃料の燃焼率が変化し、作動条件に見合った適正な触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘを得られなくなる可能性がある。また、バーナー入りガスＯ２濃度が不安定となり、上述したような元々のバーナー入りガスＯ２濃度が低い領域において、バーナー入りガスＯ２濃度がさらに低くなり、十分な燃焼を得られなくなる可能性もある。結果的に、故障診断の信頼性が低下し、本来正常なのに誤って故障と誤診断する虞もある。
【０１５７】
そこで本実施形態では、故障診断時、特に触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘを取得する所定時間Δｔの間、補機を停止させる。具体的にはＡ／Ｃコンプレッサ４１とオルタネータ４３の両方を停止させる。
【０１５８】
これにより、補機作動状態の変化に起因したエンジン負荷ひいてはバーナー入りガスＯ２濃度の変化を無くすことができる。そしてバーナー装置２０の作動条件に見合った適正な触媒入りガス温度変化量ΔＴｅｘを得て、故障診断の信頼性を向上すると共に、誤診断を防止することができる。
【０１５９】
以上、本発明の好適実施形態を説明したが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば本発明は火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンにも適用可能であり、特にストイキよりもリーンな空燃比で運転するリーンバーンガソリンエンジンにも好適に適用可能である。また燃料噴射方式は直噴式に限らず、吸気ポートに噴射するポート噴射式であってもよい。上記実施形態の各構成要素は可能な限り組み合わせることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月29日(2012.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた排気処理装置と、前記排気処理装置に供給される排気ガスを昇温すべく前記排気処理装置の上流側の排気通路に設けられたバーナー装置とを備えた内燃機関の制御装置であって、
前記バーナー装置への作動要求があるときに前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が所定の要求酸素濃度を上回っていないとき、前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度を増加するための増加制御を実行し、前記増加制御が、前記内燃機関により駆動される補機の作動を制限する第１の制御を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記第１の制御が、前記補機を停止することを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関が、前記バーナー装置の上流側の排気通路に設けられたターボチャージャを備え、該ターボチャージャが、タービンの入口部に設けられた可変ベーンを有し、
前記増加制御が、前記可変ベーンの開度を変更する第２の制御を含む
ことを特徴とする請求項１または３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記第２の制御が、前記内燃機関の運転状態が所定の無過給領域内にあり且つ機関回転数が所定回転数以下であるときに前記可変ベーンの開度を減少することを含む
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記第２の制御が、吸気圧が大気圧を超えない範囲内で前記可変ベーンの開度を減少することを含む
ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記第２の制御が、前記内燃機関の運転状態が所定の無過給領域内にあり且つ機関回転数が所定回転数より大きいときに前記可変ベーンの開度を増大することを含む
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関が車両に搭載され、該車両が、前記内燃機関にトルクコンバータを介して連結される自動変速機を有し、
前記増加制御が、前記車両の減速中に筒内に供給される燃料量を増減して機関回転数を増減させる第３の制御を含む
ことを特徴とする請求項１、３〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関が車両に搭載され、該車両が、前記内燃機関にトルクコンバータを介して連結される自動変速機を有し、
前記増加制御が、前記車両の減速中に前記自動変速機を既定のシフトスケジュールよりも早いタイミングでシフトダウンさせる第４の制御を含む
ことを特徴とする請求項１、３〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記内燃機関が、それぞれ休止可能な第１の気筒群および第２の気筒群と、各気筒群に対し個別に設けられた前記排気処理装置および前記バーナー装置とを備え、
前記制御装置が、前記バーナー装置への作動要求の有無の判断、および前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回っているか否かの判断を気筒群毎に実行し、
前記増加制御が、前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回っていないと判断された一方の気筒群を休止する第５の制御を含む
ことを特徴とする請求項１、３〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記制御装置が、前記バーナー装置の作動時にその故障診断を実行可能であると共に、当該故障診断時に、前記内燃機関により駆動される補機を停止させる
ことを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回っていないと判断したとき、前記増加制御を実行する前に、吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を増大し、当該スロットルバルブ開度を最大開度まで増大しても前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度が前記要求酸素濃度を上回らない場合に前記増加制御を実行する
ことを特徴とする請求項１、３〜１１のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
排気通路に設けられた排気処理装置と、前記排気処理装置に供給される排気ガスを昇温すべく前記排気処理装置の上流側の排気通路に設けられたバーナー装置とを備えた内燃機関の制御装置であって、
前記バーナー装置を作動させる際、筒内への燃料供給中であって且つ吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度が全開相当である場合には、前記バーナー装置に供給される排気ガスの酸素濃度を増加するための増加制御を実行し、前記増加制御が、前記内燃機関により駆動される補機の作動を制限する第１の制御を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【国際調査報告】
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2013111197.tif 000020
2013111197.tif 000021
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