JP2021188583A

JP2021188583A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2021188583A
Application number: JP2020096265A
Authority: JP
Inventors: 太郎長谷部; Taro Hasebe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-06-02
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2021-12-13

Abstract

【課題】ＰＭ再生時の触媒の劣化を抑制する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ２０と、排気通路に配置された触媒２３と、内燃機関の燃焼室内の混合気の空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置とを備える。空燃比制御装置は、フィルタに堆積した粒子状物質が燃焼するように目標空燃比を理論空燃比よりもリーンにする再生制御を実行し、再生制御の前に触媒の酸素吸蔵量がゼロになるように目標空燃比を理論空燃比よりもリッチにし、再生制御において、触媒の温度と、フィルタに堆積した粒子状物質の量とに基づいて目標空燃比を決定する。【選択図】図７

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタを内燃機関の排気通路に設けることが知られている。斯かる内燃機関では、フィルタの目詰まりを低減すべく、フィルタに酸素を供給してＰＭを燃焼除去するＰＭ再生が行われる。

これに関して、特許文献１には、ＰＭ再生時にフィルタが過剰に高温になるおそれがあるときには、排気絞り弁によってフィルタにおける熱容量を増加させることが記載されている。

特開２００７−１９８２６１号公報

ところで、内燃機関の排気通路には、上述したフィルタに加えて、排気ガス中の有害物質（ＨＣ、ＮＯｘ等）を浄化する触媒が設けられることが多い。しかしながら、ＰＭ再生が行われると、ＰＭの燃焼によって高温の排気ガスが触媒に流入する。このとき、フィルタから流出した酸素が高温の触媒に流入すると、触媒の貴金属が蒸散し、触媒が劣化するおそれがある。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、ＰＭ再生時の触媒の劣化を抑制することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に配置された触媒と、前記内燃機関の燃焼室内の混合気の空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置とを備え、前記空燃比制御装置は、前記フィルタに堆積した粒子状物質が燃焼するように前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンにする再生制御を実行し、該再生制御の前に前記触媒の酸素吸蔵量がゼロになるように前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチにし、該再生制御において、前記触媒の温度と、前記フィルタに堆積した粒子状物質の量とに基づいて前記目標空燃比を決定する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

本発明によれば、ＰＭ再生時の触媒の劣化を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。図２は、三元触媒の浄化特性を示す図である。図３は、Ｐｔ、Ｒｈ、ＰｔＯ₂及びＲｈＯ₂の蒸気圧曲線を示す図である。図４は、触媒の貴金属が酸化される過程を示すタイムチャートである。図５は、触媒の温度が異なるときの流入排気ガスの空燃比と貴金属の酸化速度との関係を示す図である。図６は、触媒の温度及びＰＭ堆積量が異なるときの流入排気ガスの空燃比とＰＭの再生速度との関係を示す図である。図７は、ＰＭ再生処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。図１に示される内燃機関は火花点火式内燃機関である。内燃機関は車両に搭載される。

図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。

図１に示したように、シリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。

各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５等は、空気を燃焼室５に導く吸気通路を形成する。また、吸気管１５内には、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部と、これら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は、フィルタ２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して、触媒２３を内蔵した下流側ケーシング２４に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２、下流側ケーシング２４等は、燃焼室５における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。

内燃機関の各種制御は電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１によって実行される。すなわち、ＥＣＵ３１は内燃機関の制御装置として機能する。ＥＣＵ３１には、内燃機関に設けられた各種センサの出力が入力され、ＥＣＵ３１は各種センサの出力等に基づいて内燃機関の各種アクチュエータを制御する。

ＥＣＵ３１は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を備える。なお、本実施形態では、一つのＥＣＵ３１が設けられているが、機能毎に複数のＥＣＵが設けられていてもよい。

吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ３９が配置され、エアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、排気マニホルド１９の集合部、すなわちフィルタ２０の上流側の排気通路には、内燃機関の燃焼室５から排出されてフィルタ２０に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。上流側空燃比センサ４０の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、触媒２３の下流側の排気通路（触媒２３の下流側の排気管２２内）には、触媒２３から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。下流側空燃比センサ４１の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、触媒２３を内蔵した下流側ケーシング２４には、触媒２３の温度（床温）を検出する温度センサ４２が配置される。温度センサ４２の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、内燃機関を搭載した車両に設けられたアクセルペダル４３には、アクセルペダル４３の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４４が接続され、負荷センサ４４の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。ＥＣＵ３１は負荷センサ４４の出力に基づいて機関負荷を算出する。

また、入力ポート３６には、クランクシャフトが所定角度（例えば１０°）回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４５が接続され、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＥＣＵ３１はクランク角センサ４５の出力に基づいて機関回転数を算出する。

一方、出力ポート３７は、対応する駆動回路４６を介して、内燃機関の各種アクチュエータに接続される。本実施形態では、出力ポート３７は、点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続され、ＥＣＵ３１はこれらを制御する。具体的には、ＥＣＵ３１は、点火プラグ１０の点火時期、燃料噴射弁の噴射時期及び噴射量、並びにスロットル弁１８の開度を制御する。

なお、上述した内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。したがって、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無のような内燃機関の具体的な構成は、図１に示した構成と異なっていてもよい。例えば、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、排気通路から吸気通路にＥＧＲガスを還流させるための構成が設けられていてもよい。

＜内燃機関の排気浄化装置＞
以下、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置（以下、単に「排気浄化装置」という）について説明する。排気浄化装置は、フィルタ２０、触媒２３、上流側空燃比センサ４０、下流側空燃比センサ４１、温度センサ４２及び空燃比制御装置を備える。本実施形態では、ＥＣＵ３１が空燃比制御装置として機能する。

フィルタ２０は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。フィルタ２０は例えば多孔質のセラミックスから成る。本実施形態では、フィルタ２０は、ガソリンエンジンから排出されるＰＭを捕集するガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）である。

図１に示されるように、触媒２３はフィルタ２０よりも下流側の排気通路に配置される。触媒２３は、酸素を吸蔵可能であり、例えば炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に浄化可能な三元触媒である。触媒２３は、セラミックから成る担体と、触媒作用を有する貴金属（本実施形態では白金（Ｐｔ）又はロジウム（Ｒｈ））と、酸素吸蔵能力を有する助触媒（例えば、セリア（ＣｅＯ₂）等）とを有する。貴金属及び助触媒は担体に担持される。

図２は、三元触媒の浄化特性を示す図である。図２に示されるように、触媒２３によるＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化率は、触媒２３に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍領域（図２における浄化ウィンドウＡ）にあるときに非常に高くなる。したがって、触媒２３は、排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを効果的に浄化することができる。

また、触媒２３は助触媒によって排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸蔵し又は放出する。具体的には、触媒２３は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。一方、触媒２３は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、ＨＣ及びＣＯを酸化させるのに不足している酸素を放出する。この結果、排気ガスの空燃比が理論空燃比から若干ずれた場合であっても、触媒２３の表面上における空燃比が理論空燃比近傍に維持され、触媒２３においてＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが効果的に浄化される。

空燃比制御装置は、内燃機関の燃焼室５内の混合気の空燃比を目標空燃比に制御する。具体的には、空燃比制御装置は混合気の目標空燃比を設定すると共に、混合気の空燃比が目標空燃比に一致するように、燃焼室５に供給する燃料量を制御する。例えば、空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が目標空燃比に一致するように、燃焼室５に供給する燃料量をフィードバック制御する。ここで、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比、すなわち空燃比センサによって検出される空燃比を意味する。

なお、空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ４０を用いることなく、混合気の空燃比が目標空燃比に一致するように、燃焼室５に供給する燃料量を制御してもよい。この場合、空燃比制御装置は、燃焼室５に供給される燃料と空気との比率が目標空燃比に一致するように、エアフロメータ３９によって検出された吸入空気量と目標空燃比とから算出された燃料量を燃焼室５に供給する。したがって、上流側空燃比センサ４０は排気浄化装置から省略されてもよい。

上述したような内燃機関において、ＰＭを含む排気ガスがフィルタ２０に流入すると、ＰＭがフィルタ２０に捕集され、ＰＭがフィルタ２０に堆積する。フィルタ２０に堆積したＰＭの量が多くなると、フィルタ２０の閉塞（目詰まり）が生じる。この結果、フィルタ２０を通した排気ガスの排出が妨げられ、背圧が上昇する。

一方、フィルタ２０の温度が高いときにフィルタ２０に酸素が供給されると、フィルタ２０に堆積したＰＭが酸化されて燃焼除去される。この現象はフィルタ２０の再生と称される。フィルタ２０の再生によって、フィルタ２０に堆積したＰＭの量が減少し、フィルタ２０の目詰まりが低減される。

フィルタ２０の再生のためにフィルタ２０に酸素を供給するためには、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにする必要がある。このため、空燃比制御装置は、フィルタ２０に堆積したＰＭが燃焼するように混合気の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンにする再生制御を実行する。例えば、空燃比制御装置は、フィルタ２０に堆積したＰＭの量（以下、「ＰＭ堆積量」と称する）が閾値よりも多くなったときに、再生制御を開始する。

しかしながら、再生制御が実行されると、ＰＭの燃焼によって高温の排気ガスが触媒２３に流入する。このとき、フィルタ２０から流出した酸素が高温の触媒２３に流入すると、触媒２３の貴金属が蒸散し、触媒２３が劣化するおそれがある。このことは、触媒２３の貴金属が白金（Ｐｔ）又はロジウム（Ｒｈ）である場合に、特に顕著となる。

図３は、Ｐｔ、Ｒｈ、ＰｔＯ₂及びＲｈＯ₂の蒸気圧曲線を示す図である。図３から分かるように、ＰｔＯ₂は所定温度においてＰｔよりも高い蒸気圧を有し、ＲｈＯ₂は所定温度においてＲｈよりも高い蒸気圧を有する。すなわち、Ｐｔ及びＲｈは、それぞれ、酸化されたときに所定温度における蒸気圧が高くなる特性を有する。言い換えれば、Ｐｔ及びＲｈは、それぞれ、還元雰囲気よりも酸化雰囲気において所定温度における蒸気圧が高くなる特性を有する。したがって、高温の触媒２３において貴金属の酸化が進行すると、固体と熱平衡にある蒸気の圧力が高くなり、排気通路内の圧力において貴金属が蒸散しやすくなる。この結果、触媒２３の劣化が促進されることとなる。

図４は、触媒２３の貴金属が酸化される過程を示すタイムチャートである。図４には、触媒２３に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称する）の空燃比と、触媒２３における酸化貴金属の割合とが示される。

図４の例では、時刻ｔ１において流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎとなり、時刻ｔ１以降、貴金属の酸化が進行する。このとき、酸化貴金属の割合は指数関数的に増加する。すなわち、貴金属の酸化の進行速度が徐々に速くなる。このため、再生制御が開始されるときに貴金属を酸化していない状態にすることによって、貴金属の酸化の進行を遅らせることができ、ひいては触媒２３の劣化を遅らせることができる。

そこで、空燃比制御装置は、再生制御の前に、触媒２３の酸素吸蔵量がゼロになるように混合気の目標空燃比を理論空燃比よりもリッチにする。すなわち、空燃比制御装置は、触媒２３の酸素吸蔵量がゼロであるときに再生制御を開始する。このことによって、再生制御の開始時に触媒２３の貴金属を還元雰囲気にすることができ、再生制御中の触媒２３の劣化を抑制することができる。

また、貴金属の酸化速度は触媒の温度及び流入排気ガスの空燃比に応じて変化する。図５は、触媒２３の温度が異なるときの流入排気ガスの空燃比と貴金属の酸化速度との関係を示す図である。図５には、触媒２３の温度が７５０°及び８５０°であるときのデータが示される。また、流入排気ガスの空燃比は空気過剰率λとして示される。図５から分かるように、貴金属の酸化速度は、流入排気ガスの空燃比のリーン度合が大きいほど速くなり、触媒２３の温度が高いほど速くなる。なお、リーン度合とは、理論空燃比よりもリーンな空燃比と理論空燃比との差を意味する。

また、ＰＭの再生速度は、触媒の温度、流入排気ガスの空燃比及びＰＭ堆積量に応じて変化する。図６は、触媒２３の温度及びＰＭ堆積量が異なるときの流入排気ガスの空燃比とＰＭの再生速度との関係を示す図である。図６には、触媒２３の温度が７５０°及び８５０°であるときのデータが示される。また、流入排気ガスの空燃比は空気過剰率λとして示される。図６から分かるように、ＰＭの再生速度は、流入排気ガスの空燃比のリーン度合が大きいほど速くなり、触媒２３の温度が高いほど速くなり、ＰＭ堆積量が多いほど速くなる。

ＰＭの再生速度が速いほど、再生制御において単位時間当たりに燃焼除去されるＰＭの量は多くなり、ＰＭ再生が促進される。しかしながら、ＰＭの再生速度を速くするために流入排気ガスの空燃比のリーン度合を大きくすると、貴金属の酸化速度が速くなり、触媒２３の劣化が促進される。

このため、空燃比制御装置は、再生制御において、触媒２３の温度とＰＭ堆積量とに基づいて混合気の目標空燃比を決定する。このことによって、所望のＰＭの再生速度を得つつ、触媒２３の劣化を抑制することができる。例えば、空燃比制御装置は、マップを用いて、触媒２３の温度とＰＭ堆積量とに基づいて混合気の目標空燃比を決定する。

図６から分かるように、触媒２３の温度が一定であるときには、ＰＭ堆積量が多いほど、ＰＭの再生速度は速くなる。このため、ＰＭ堆積量が多いときには、所望のＰＭの再生速度を得るために目標空燃比のリーン度合を小さくすることができる。また、図６から分かるように、ＰＭ堆積量が一定であるときには、触媒２３の温度が高いほど、ＰＭの再生速度は速くなる。このため、触媒２３の温度が高いときには、所望のＰＭの再生速度を得るために目標空燃比のリーン度合を小さくすることができる。

したがって、目標空燃比を決定するためのマップは、ＰＭ堆積量が多いほど目標空燃比のリーン度合が小さくなり、触媒２３の温度が高いほど目標空燃比のリーン度合が小さくなるように作成される。このことによって、再生制御において、ＰＭの再生効率を低下させることなく、貴金属の酸化速度を低下させることができ、ひいては触媒２３の劣化を抑制することができる。

＜ＰＭ再生処理＞
以下、図７のフローチャートを参照して、ＰＭ再生時の空燃比制御について詳細に説明する。図７は、ＰＭ再生処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ３１によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

最初に、ステップＳ１０１において、空燃比制御装置は、ＰＭ堆積量が閾値よりも多いか否かを判定する。閾値は予め定められる。例えば、空燃比制御装置は内燃機関の所定のパラメータ（例えば、吸入空気量、機関回転数、空燃比（目標空燃比又は上流側空燃比センサ４０によって検出された空燃比）等）に基づいてＰＭの捕集量を算出し、この捕集量を積算することによってＰＭ堆積量を算出する。ステップＳ１０１においてＰＭ堆積量が閾値以下であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ１０１においてＰＭ堆積量が閾値よりも多いと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、空燃比制御装置は、触媒２３の温度が上限閾値よりも高いか否かを判定する。上限閾値は、予め定められ、再生制御中の触媒２３の熱劣化を抑制可能な温度（例えば７５０°）に設定される。

例えば、空燃比制御装置は、温度センサ４２の出力に基づいて、触媒２３の温度が上限閾値以上であるか否かを判定する。なお、温度センサ４２は、流入排気ガスの温度を検出するように触媒２３の上流側の排気通路に配置され、又は触媒２３から流出する排気ガスの温度を検出するように触媒２３の下流側の排気通路に配置されていてもよい。また、空燃比制御装置は、温度センサ４２を用いることなく、内燃機関の所定のパラメータ（例えば吸入空気量、機関負荷等）に基づいて触媒２３の温度を算出してもよい。この場合、温度センサ４２は排気浄化装置から省略されてもよい。

ステップＳ１０２において触媒２３の温度が上限閾値よりも高いと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ１０２において触媒２３の温度が上限閾値以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、空燃比制御装置は、触媒２３の温度が下限閾値未満であるか否かを判定する。下限閾値は、予め定められ、フィルタ２０の再生に必要な温度（例えば５００°）に設定される。触媒２３の温度が下限閾値未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、空燃比制御装置は、触媒２３の温度を上昇させるための昇温制御を実行する。例えば、空燃比制御装置は、昇温制御において、混合気の目標空燃比のリーン度合を大きくする。なお、空燃比制御装置は、昇温制御において、混合気の目標空燃比を変更することなく機関負荷を高くしてもよい。

触媒２３の温度が上昇して下限閾値に達するまで、ステップＳ１０４の昇温制御が継続される。ステップＳ１０３において触媒２３の温度が下限閾値以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、空燃比制御装置は、触媒２３の酸素吸蔵量を減少させるべく、混合気の目標空燃比ＴＡＦを理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定する。リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈは、予め定められ、例えば１２．６〜１４．４に設定される。

次いで、ステップＳ１０６において、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かを判定する。リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈは、予め定められ、リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈよりもリーンな空燃比に設定される。リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈは例えば１４．５５に設定される。

ステップＳ１０６において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりもリーンであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に戻り、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに維持される。一方、ステップＳ１０６において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合、すなわち触媒２３の酸素吸蔵量がゼロであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、再生制御が開始され、空燃比制御装置は、マップを用いて、触媒２３の温度とＰＭ堆積量とに基づいて混合気の目標空燃比ＴＡＦを決定する。空燃比制御装置は、再生制御の前には、上述したようにＰＭの捕集量を算出し、ＰＭの捕集量を積算することによってＰＭ堆積量を算出する。また、空燃比制御装置は、再生制御中には、所定のＰＭの再生速度に基づいてＰＭ再生量を算出し、ＰＭ再生量を減算することによってＰＭ堆積量を算出する。

ステップＳ１０７の後、ステップＳ１０８において、空燃比制御装置は、ＰＭ堆積量が所定値以下であるか否かを判定する。所定値は、予め定められ、ステップＳ１０１における閾値よりも小さい値に設定される。なお、所定値がゼロであり、空燃比制御装置は、ＰＭ堆積量がゼロであるか否かを判定してもよい。

ステップＳ１０８においてＰＭ堆積量が所定値よりも多いと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０７に戻り、触媒２３の温度とＰＭ堆積量とに基づいて混合気の目標空燃比ＴＡＦが再設定される。一方、ステップＳ１０８においてＰＭ堆積量が所定値以下であると判定された場合、再生制御が終了し、本制御ルーチンは終了する。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、フィルタ２０は三元触媒機能を有していてもよい。すなわち、フィルタ２０はいわゆる四元触媒であってもよい。また、内燃機関の排気通路において、フィルタ２０は触媒２３の下流側に配置されてもよい。

また、空燃比制御装置は再生制御を定期的に実行してもよい。すなわち、空燃比制御装置は所定の実行間隔で再生制御を実行してもよい。また、空燃比制御装置は、積算吸入空気量が所定値に達したときに再生制御を実行してもよい。

５燃焼室
２０フィルタ
２３触媒
３１ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記排気通路に配置された触媒と、
前記内燃機関の燃焼室内の混合気の空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置と
を備え、
前記空燃比制御装置は、前記フィルタに堆積した粒子状物質が燃焼するように前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンにする再生制御を実行し、該再生制御の前に前記触媒の酸素吸蔵量がゼロになるように前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチにし、該再生制御において、前記触媒の温度と、前記フィルタに堆積した粒子状物質の量とに基づいて前記目標空燃比を決定する、内燃機関の排気浄化装置。