JP6988741B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

機関燃料には添加剤が混ぜられることがあり、そうした添加剤に由来するマンガンが機関燃料に含まれていると、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用の触媒にはマンガン酸化物が固着して目詰まりが起きることがある。

そこで、例えば特許文献１に記載の内燃機関では、推定した触媒の圧力損失が判定値を上回っている場合には、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように燃料噴射量を増量する燃料増量制御などを実施することにより、マンガン酸化物を還元して触媒から除去する除去処理を行うようにしている。

特開２０１４−１４８９４３号公報

ところで、近年では、排気通路において触媒よりも下流の位置に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを設けることがある。こうした排気系を有する内燃機関では、フィルタ内の堆積量に応じて触媒の圧力損失が変化する。そのため、従来のような触媒の圧力損失に基づく目詰まり判定を行ってもその判定精度は低く、除去処理を適切な時期に実行することは困難になるおそれがある。

上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、前記排気通路において前記触媒よりも下流の位置に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記触媒と前記フィルタとの間の排気圧を計測する圧力センサと、を備える内燃機関に適用される。また、この制御装置は、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように前記燃料噴射弁から噴射される燃料を増量する燃料増量制御を実施する。そして、この制御装置は、マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている場合の前記排気圧の予測値を算出する予測値算出処理と、前記触媒に付着したマンガン酸化物が固着する前記触媒の最低温度を固着温度としたときに、前記触媒の温度が前記固着温度以上になっているときに当該触媒が受熱した熱量に比例する相関値を算出する相関値算出処理と、前記圧力センサの検出圧と前記予測値との差が規定の判定値を超えており、且つ前記相関値が規定の判定値以上である場合には、前記触媒からマンガン酸化物を除去する除去要求ありと判定する除去要求判定処理と、前記除去要求ありと判定された場合には前記燃料増量制御を実施する除去処理と、を実行する。

マンガン酸化物による触媒の目詰まりは、機関燃料にマンガンが含まれていることを前提条件として、触媒の温度が上記固着温度以上になっているときに同触媒が受熱した熱量がある程度以上に多いという受熱条件を満たすことにより、マンガン酸化物の固着量が多くなっている場合に発生する可能性が高くなる。

ここで、マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている場合には、マンガン酸化物がフィルタに堆積しないため、マンガンを含む機関燃料が使用される場合と比較してフィルタの圧力損失は低くなる傾向があり、その結果、触媒とフィルタとの間の排気圧は低くなる傾向がある。従って、マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている場合の上記排気圧の予測値を算出するとともに、上記圧力センサの検出圧と算出した予測値との差が規定の判定値を超えている場合には、機関燃料にマンガンが含まれていると判断することが可能であり、上記前提条件が満たされていると考えることができる。

また、触媒の温度が上記固着温度以上になっているときに当該触媒が受熱した熱量に比例する相関値を算出するとともに、この相関値が規定の判定値以上である場合には、上記受熱条件も満たされていると考えることができる。

そこで、同構成では、排気圧の上記予測値及び触媒が受熱した熱量の上記相関値を算出する処理を実行する。そして、圧力センサの検出圧と上記予測値との差が規定の判定値を超えており、且つ上記相関値が規定の判定値以上である場合には、触媒に目詰まりが起きている可能性が高いため、触媒からマンガン酸化物を除去する除去要求ありと判定して、燃料増量制御の実施を通じた除去処理を行うようにしている。従って、排気通路に触媒とフィルタとを備える内燃機関でも、触媒に目詰まりが起きている可能性が高いか否かを適切に判定することが可能になり、これにより除去処理を適切な時期に実行することができるようになる。

なお、触媒が受熱した熱量に比例する上記相関値としては、例えば所定周期毎に取得した触媒の温度のうちで上記の固着温度以上となっている温度を積算した積算温度や、触媒の温度が上記の固着温度以上になっている時間を積算した積算時間などが挙げられる。

マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている車両においてその総走行距離が増大するに伴って上記排気圧は徐々に高くなっていく。そこで、前記予測値算出処理は、上記総走行距離が長いほど上記予測値が高い圧力値となるように当該予測値を上記総走行距離に基づいて算出するようにしてよい。

また、内燃機関では、上記除去要求とは異なる他の要求に基づいて上述した燃料増量制御が実行されることがある。ちなみに、そうした他の要求に基づく燃料増量制御としては、例えば機関高負荷時などに生じやすい触媒の過昇温を抑えるための燃料増量制御（いわゆるＯＴ増量制御）や、加速時において機関出力を高めるための燃料増量制御（いわゆる加速時増量制御）などが挙げられる。ここで、触媒が受熱した熱量の上記相関値が上記判定値以上になる前であれば、仮に触媒にマンガン酸化物が固着していたとしてもその固着量は少ないため、そうした他の要求に基づく燃料増量制御が実行されることにより、触媒に固着しているマンガン酸化物は除去される可能性が高い。そこで、前記相関値算出処理は、前記相関値が前記判定値以上になる前に、前記除去要求とは異なる他の要求に基づいて前記燃料増量制御が実施された場合には、前記相関値を「０」にリセットする処理を実行してもよい。

同構成によれば、除去要求とは異なる他の要求に基づいて燃料増量制御が実行されたことにより、触媒に固着しているマンガン酸化物が除去された可能性が高い場合には、上記相関値が「０」にリセットされる。そのため、当該相関値がリセットされない場合と比較して、相関値が上記判定値以上になるまでの期間は長くなり、その結果、除去処理の実行頻度が少なくなる。従って、例えば除去処理の実行時における燃料増量に起因した燃費の悪化を抑えることもできる。

上記除去処理を実行する際の上記相関値が大きいほど、触媒に固着しているマンガン酸化物の量は多くなっている可能性が高いため、マンガン酸化物を還元除去するために必要な燃料の量は多くなる。そこで、前記除去処理の実行中に増量される燃料の量は、前記除去処理を実行する際の前記相関値が大きいほど多くするようにしてもよい。

同構成によれば、触媒に固着しているマンガン酸化物の量に応じて除去処理実行中の燃料量を適切に調整することができる。
また、上記除去処理を実行する際の上記検出圧が高いほど、フィルタに堆積しているマンガン酸化物の量が多くなっており、これにより触媒に固着しているマンガン酸化物の量も多くなっている可能性が高いため、マンガン酸化物を還元除去するために必要な燃料の量は多くなる。そこで、前記除去処理の実行中に増量される燃料の量は、前記除去処理を実行する際の前記検出圧が高いほど多くするようにしてもよい。

同構成によっても、触媒に固着しているマンガン酸化物の量に応じて除去処理実行中の燃料量を適切に調整することができる。
なお、上述した除去処理の実行による燃料の増量は、上記除去要求判定処理にて除去要求ありと判定された場合に直ちに実施してもよい。

他方、除去処理を実行することで燃料が増量されると、機関出力は少なからず増大するため、トルクショックが発生するおそれがある。そこで、前記制御装置が、前記触媒の過昇温を抑えるために前記燃料増量制御を実施する過昇温抑制制御を実行する場合には、前記除去処理の実行による燃料の増量は、前記過昇温抑制制御を実行するときの燃料の増量と併せて実施してもよい。機関高負荷時には触媒の温度が上昇しやすいため、上記過昇温抑制制御の実行機会が多くなる。ここで、過昇温抑制制御の実行機会が多くなる機関高負荷時には機関出力がそもそも大きくなっているため、除去処理の実行により燃料が増量されてもトルクショックは目立ちにくい。従って、同構成によれば、トルクショックを抑えつつ除去処理を実行することができる。

また、前記制御装置が、前記内燃機関を搭載する車両の加速時において機関出力を高めるために前記燃料増量制御を実施する加速時増量制御を実行する場合には、前記除去処理の実行による燃料の増量は、前記加速時増量制御を実行するときの燃料の増量と併せて実施してもよい。そうした加速時増量制御が実行される加速時には機関出力が増大するため、除去処理の実行により燃料が増量されてもトルクショックは目立ちにくい。従って、同構成によっても、トルクショックを抑えつつ除去処理を実行することができる。

内燃機関の制御装置の第１実施形態における構成を示す模式図。 同実施形態の内燃機関を搭載した車両の総走行距離とフィルタの堆積量との関係を示すグラフ。 同車両の総走行距離とフィルタ上流の排気圧との関係を示すグラフ。 同実施形態の触媒の温度変化と積算温度の推移とを示すタイミングチャート。 同実施形態における積算温度の算出処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態における除去要求判定処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態における除去処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態における燃料増量値と積算温度及び排気圧との関係を示す概念図。 第２実施形態における除去処理の手順を示すフローチャート。 第１実施形態の変更例における触媒の温度変化と積算時間の推移とを示すタイミングチャート。 第１実施形態の変更例における規定時間と積算温度及び排気圧との関係を示す概念図。

（第１実施形態）
以下、車両に搭載される内燃機関の制御装置の第１実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。

図１に示すように、内燃機関１０は複数の気筒１０ａを備えており、各気筒１０ａの吸気ポートには吸気通路１３が接続されている。吸気通路１３には、吸入空気量を調整するスロットル弁１４が設けられている。

内燃機関１０は、気筒１０ａ内に燃料を供給する燃料噴射弁１１が設けられている。なお、本実施形態の燃料噴射弁１１は、吸気ポート内に燃料を噴射することにより気筒１０ａ内に燃料を供給するポート噴射式の燃料噴射弁となっているが、この他、気筒１０ａ内に直接燃料を噴射供給する筒内噴射式の燃料噴射弁でもよい。各気筒１０ａの燃焼室では、吸気通路１３を通じて吸入された空気と燃料噴射弁１１から噴射された燃料との混合気が火花放電によって点火されることにより燃焼される。燃焼室での混合気の燃焼によって生じた排気は、内燃機関１０の排気ポートに接続された排気通路１５に排出される。

排気通路１５には、排気浄化用の触媒である三元触媒（以下、触媒という）１７が設けられている。この触媒１７は、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化するとともに、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化する。

排気通路１５において触媒１７よりも下流の位置には排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集するフィルタ１８が設けられている。
内燃機関１０の制御装置１００は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）１１０やメモリ１２０等を備えており、メモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより、内燃機関１０の各種制御を実施する。

制御装置１００には、各種センサの検出信号が入力されている。そうした各種センサとしては、例えば、排気通路１５において触媒１７よりも上流の位置には、排気通路１５を流れるガスの酸素濃度を、すなわち混合気の空燃比Ａｆを検出する空燃比センサ５０が設けられている。また、排気通路１５において触媒１７とフィルタ１８との間の位置には、排気圧ＥＰを計測する圧力センサ５１が設けられている。なお、この圧力センサ５１で検出される排気圧ＥＰは、触媒１７とフィルタ１８との間の排気圧と大気圧との差圧になっており、この差圧は、排気通路１５におけるフィルタ１８の上流側の排気圧とフィルタ１８の下流側の排気圧との圧力差を示す値として利用される。また、内燃機関１０のクランクシャフト近傍にはクランク角を検出するクランク角センサ５３が設けられている。吸気通路１３においてスロットル弁１４よりも上流の位置には、吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ５４が設けられている。また、アクセルペダルの操作量であるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルポジションセンサ５５や、車両の走行速度である車速ＳＰを検出する車速センサ５６も設けられている。

制御装置１００は、クランク角センサ５３によるクランク角の検出結果から機関回転速度ＮＥを演算する。また、制御装置１００は、車速ＳＰに基づいて車両の総走行距離（車両が製造されてからの走行距離の積算値）を算出する。また、制御装置１００は、吸気の充填効率や機関回転速度ＮＥなどの各種機関運転状態に基づいて触媒１７の温度である触媒温度Ｔｓｃやフィルタ１８の温度であるフィルタ温度ＴｆＬを算出する。

制御装置１００は、上記空燃比センサ５０の検出値である空燃比Ａｆと目標空燃比Ａｆｔとの偏差が縮小するように空燃比補正値ＦＡＦを算出し、この空燃比補正値ＦＡＦを使って燃料噴射弁１１の燃料噴射量を補正する周知の空燃比フィードバック制御を実施する。なお、本実施形態では、目標空燃比Ａｆｔとして理論空燃比が設定される。

また、制御装置１００は、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように燃料噴射弁１１から噴射される燃料を増量する燃料増量制御を実施する。こうした燃料増量制御は周知であるため、詳細な説明は割愛するが、基本的には以下のような制御である。

まず、燃料増量制御の実施中は上述した空燃比フィードバック制御の実施が停止される。そして、制御装置１００は、空燃比Ａｆを理論空燃比にするために必要な基本噴射量Ｑｂを吸入空気量ＧＡ及び機関回転速度ＮＥなどに基づいて算出するとともに、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように燃料噴射量を増量するための燃料増量値Ｑａｄを触媒温度Ｔｓｃや加速要求の度合いに応じて算出する。そして、基本噴射量Ｑｂに燃料増量値Ｑａｄを加算した値を目標燃料噴射量Ｑｔとして設定することにより燃料噴射量を増量補正し、目標燃料噴射量Ｑｔに相当する量の燃料が燃料噴射弁１１から噴射されるように同燃料噴射弁１１を制御することにより上記の燃料増量制御を実施する。

本実施形態では、機関高負荷時などに生じやすい触媒１７の過昇温を抑えるための過昇温抑制制御（いわゆるＯＴ増量制御）として上記の燃料増量制御を実施する。この過昇温抑制制御では、触媒温度Ｔｓｃが規定の開始温度以上になると過昇温抑制制御の実行条件が成立したと判定されて、燃料増量制御が開始される。そして、触媒温度Ｔｓｃが規定の停止温度以下になると燃料増量制御は終了される。

また、車両の加速時において機関出力を高めるための加速時増量制御として上記の燃料増量制御を実施する。この加速時増量制御では、アクセル操作量ＡＣＣＰなどに基づいて車両の加速要求が検知されると加速時増量制御の実行条件が成立したと判定されて、燃料増量制御が開始される。そして、例えば燃料増量制御を開始してから所定時間が経過すると燃料増量制御は終了される。

また、制御装置１００は、マンガン酸化物の固着による目詰まりが触媒１７に起きている可能性がある場合にも、当該触媒１７に固着したマンガン酸化物を除去する除去処理として上記燃料増量制御を実施する。

以下、上述した排気系を有する内燃機関１０において、触媒１７に上記の目詰まりが起きている可能性が高いか否かを適切に判定することにより、上記除去処理を適切な時期に実行するようにした本実施形態の処理手順を説明する。

まず、本発明者は、触媒温度Ｔｓｃが所定の温度以上になると、触媒１７に付着したマンガン酸化物の酸化が進むことにより、マンガン酸化物は粉末状態からデポジット状態に変化して固着が進行することを確認している。

従って、触媒１７に付着したマンガン酸化物が固着する同触媒１７の最低温度を固着温度Ｔｆ（例えば約８５０°Ｃ程度）としたときに、マンガン酸化物による触媒１７の目詰まりは、機関燃料にマンガンが含まれていることを前提条件として、触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆ以上になっているときに同触媒１７が受熱した熱量がある程度以上に多いという受熱条件を満たすことにより、マンガン酸化物の固着量が多くなっている場合に発生する可能性が高くなる。

図２に、内燃機関１０を搭載した車両の総走行距離とフィルタ１８の堆積量との関係を示す。なお、図２の実線Ｌ１は、マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている車両での堆積量の変化を示し、図２の一点実線Ｌ２は、マンガンを含んだ機関燃料が使用されている車両での堆積量の変化を示す。

この図２に示すように、マンガンを含まない機関燃料が使用されている車両では、総走行距離が増大するに伴ってフィルタ１８に堆積するアッシュ分（捕集したＰＭの燃え残り成分）が増加していくため、フィルタ１８の堆積量は増加していく。一方、マンガンを含んだ機関燃料が使用されている車両では、アッシュ分だけでなく、触媒１７を通過してきたマンガン酸化物もフィルタ１８には堆積していく。そのため、同じ総走行距離であっても、マンガンを含んだ機関燃料が使用されている車両（実線Ｌ１）では、マンガンを含まない機関燃料が使用されている車両（一点鎖線Ｌ２）と比べてフィルタ１８の堆積量が多くなる。

図３に、内燃機関１０を搭載した車両の総走行距離と上記排気圧ＥＰとの関係を示す。なお、図３の実線Ｌ１は、マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている車両での排気圧ＥＰの変化を示し、図３の一点実線Ｌ２は、マンガンを含んだ機関燃料が使用されている車両での排気圧ＥＰの変化を示す。

上述したように、マンガンを含まない機関燃料が使用されている場合には、マンガン酸化物がフィルタ１８に堆積しないため、マンガンを含む機関燃料が使用される場合と比較してフィルタ１８の圧力損失は低くなる傾向がある。その結果、図３に示すように、同じ総走行距離であっても、マンガンを含んだ機関燃料が使用されている車両（実線Ｌ１）では、マンガンを含まない機関燃料が使用されている車両（一点鎖線Ｌ２）と比べて触媒１７とフィルタ１８との間の排気圧ＥＰは低くなる傾向がある。

従って、マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている場合の上記排気圧ＥＰの予測値ＢＰを算出する。そして、上記圧力センサ５１の検出圧である排気圧ＥＰと算出した予測値ＢＰとの差が規定の判定値Ａを超えている場合には、機関燃料にマンガンが含まれていると判断することが可能であり、上記前提条件が満たされていると考えることができる。

また、触媒温度Ｔｓｃが上記固着温度Ｔｆ以上になっているときに当該触媒１７が受熱した熱量に比例する相関値を算出するとともに、この相関値が規定の判定値Ｂ以上である場合には、上記受熱条件も満たされていると考えることができる。

そこで、本実施形態では、排気圧ＥＰの予測値ＢＰ及び触媒１７が受熱した熱量の上記相関値を算出する処理を実行する。そして、圧力センサ５１で検出された排気圧ＥＰと予測値ＢＰとの差が規定の判定値Ａを超えており、且つ上記相関値が規定の判定値Ｂ以上である場合には、触媒１７に目詰まりが起きている可能性が高いため、触媒１７からマンガン酸化物を除去する除去要求ありと判定する。そして、燃料増量制御を実施することにより触媒１７からマンガン酸化物を除去する除去処理を行うようにしている。

なお、本実施形態の制御装置１００は、触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆ以上になっているときに当該触媒１７が受熱した熱量に比例する上記相関値として、所定周期毎に取得した触媒温度Ｔｓｃのうちで上記固着温度Ｔｆ以上となっている温度を積算した積算温度ＴＨｓを算出する。

図４に示すように、この積算温度ＴＨｓは、触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆ以上になっている間は（時刻ｔ１〜時刻ｔ２、時刻ｔ３〜時刻ｔ４）その値が増加していく。一方、触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆ未満になっている間は（時刻ｔ１以前、時刻ｔ２〜時刻ｔ３、時刻ｔ４以降）その値が変化することなく維持される。なお、積算温度ＴＨｓは後述の判定条件が成立する場合、「０」にリセットされる。

図５に、積算温度ＴＨｓの算出処理の手順を示す。なお、図５に示す一連の処理は、機関運転中において、制御装置１００のメモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が所定の周期毎に繰り返し実行することにより実現される。また、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。なお、この積算温度ＴＨｓの算出処理は、上記相関値を算出する相関値算出処理に相当する。

本処理を開始すると、ＣＰＵ１１０は、まず、現在の積算温度ＴＨｓが上記判定値Ｂ以上であるか否かを判定する（Ｓ１００）。この判定値Ｂは、積算温度ＴＨｓが上記受熱条件を満たしているか否かを判定するために予め設定されている値である。

そして、積算温度ＴＨｓが判定値Ｂ以上であると判定される場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、上述した除去処理の終了直後であるか否かを判定する（Ｓ１２０）。そして、除去処理の終了直後であると判定される場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、積算温度ＴＨｓを「０」にリセットして（Ｓ１５０）、本処理を一旦終了する。

一方、除去処理の終了直後ではないと判定される場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、ＣＰＵ１１０は、Ｓ１３０以降の処理を実行する。
他方、上記Ｓ１００にて、積算温度ＴＨｓが判定値Ｂ未満であると判定される場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、ＣＰＵ１１０は、他の燃料増量制御、すなわち上述したマンガン酸化物の除去要求とは異なる他の要求に基づいた燃料増量制御を実施したか否かを判定する（Ｓ１１０）。このＳ１１０では、上述した過昇温抑制制御、または加速時増量制御が実施されると、他の燃料増量制御を実施したと判定される。そして、Ｓ１１０で肯定判定される場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、積算温度ＴＨｓを「０」にリセットして（Ｓ１５０）、本処理を一旦終了する。

一方、他の燃料増量制御を実施していないと判定される場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、ＣＰＵ１１０は、現在の触媒温度Ｔｓｃが上記固着温度Ｔｆ以上であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。そして、現在の触媒温度Ｔｓｃが上記固着温度Ｔｆ以上であると判定される場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、現在の積算温度ＴＨｓの値に現在の触媒温度Ｔｓｃを加算することにより積算温度ＴＨｓを更新して（Ｓ１４０）、本処理を一旦終了する。

一方、現在の触媒温度Ｔｓｃが上記固着温度Ｔｆ未満であると判定される場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、ＣＰＵ１１０は、本処理を一旦終了することにより、積算温度ＴＨｓを更新することなく現在の値を維持する。

図６に、上述した除去要求の有無を判定する除去要求判定処理の手順を示す。なお、図６に示す一連の処理は、機関運転中において、制御装置１００のメモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が所定の周期毎に繰り返し実行することにより実現される。

本処理を開始すると、ＣＰＵ１１０は、車両の総走行距離に基づいて上記予測値ＢＰを算出する（Ｓ２００）。上述したように、マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている車両において、その総走行距離が増大するに伴って排気圧ＥＰは徐々に高くなっていく。そこで、本実施形態では、マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている車両においてその総走行距離と排気圧ＥＰとの関係が予め求められている。そして、その求められている総走行距離と排気圧ＥＰとの関係に基づき、ＣＰＵ１１０は、当該予測値ＢＰを総走行距離に基づいて算出する。ここでは、総走行距離が長いほど予測値ＢＰが高い圧力値となるように当該予測値ＢＰは算出される。なお、このＳ２００の処理は、マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている場合の排気圧の予測値を算出する予測値算出処理に相当する。

次に、ＣＰＵ１１０は、現在の排気圧ＥＰから予測値ＢＰを減じた値が上記判定値Ａを超えているか否かを判定する（Ｓ２１０）。この判定値Ａは、排気圧ＥＰから予測値ＢＰを減じた値が当該判定値Ａを超えることに基づき、機関燃料にマンガンが含まれていること、つまり上記前提条件が満たされていることを的確に判定することができるように、その値の大きさは予め設定されている。

そして、現在の排気圧ＥＰから予測値ＢＰを減じた値が判定値Ａを超えていると判定される場合には（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、現在の積算温度ＴＨｓが上記判定値Ｂ以上であるか否かを判定する（Ｓ２２０）。そして、現在の積算温度ＴＨｓが上記判定値Ｂ以上であると判定される場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、除去要求有りと判定して（Ｓ２３０）、本処理を一旦終了する。

一方、上記Ｓ２１０にて、現在の排気圧ＥＰから予測値ＢＰを減じた値が判定値Ａ以下であると判定される場合や（Ｓ２１０：ＮＯ）、上記Ｓ２２０にて、現在の積算温度ＴＨｓが上記判定値Ｂ未満であると判定される場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、ＣＰＵ１１０は、除去要求無しと判定して（Ｓ２４０）、本処理を一旦終了する。

図７に、触媒１７に固着したマンガン酸化物を除去する除去処理の手順を示す。なお、図７に示す一連の処理は、機関運転中において、制御装置１００のメモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより実現される。

本処理を開始すると、ＣＰＵ１１０は、現在、除去要求が有るか否かを判定する（Ｓ３００）。そして、除去要求が無いと判定される場合には（Ｓ３００：ＮＯ）、上述した除去要求判定処理にて除去要求有りと判定されるまで、ＣＰＵ１１０はＳ３００の処理を繰り返し実行する。

一方、除去要求有りと判定される場合には（Ｓ３００：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、上述した他の燃料増量制御、つまり上記過昇温抑制制御や上記加速時増量制御の実行条件が成立したか否かを判定する（Ｓ３１０）。このＳ３１０では、上記過昇温抑制制御の実行条件が成立した場合、または上記加速時増量制御の実行条件が成立した場合に肯定判定される。そして、上記した他の燃料増量制御の実行条件が成立していないと判定される場合には（Ｓ３１０：ＮＯ）、当該他の燃料増量制御の実行条件が成立したと判定されるまで、ＣＰＵ１１０はＳ３１０の処理を繰り返し実行する。

そして、上述した他の燃料増量制御、つまり上記過昇温抑制制御や上記加速時増量制御の実行条件が成立したと判定される場合には（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、現在の排気圧ＥＰ及び積算温度ＴＨｓに基づき、触媒１７からマンガン酸化物を除去するために必要な燃料の増量分である除去用増量値Ｑａｄｍを算出する（Ｓ３２０）。

図８に示すように、除去用増量値Ｑａｄｍは、積算温度ＴＨｓが高いほど多い量となるように可変設定される。これは、上記除去処理を実行する際の積算温度ＴＨｓの値が大きいほど、触媒１７に固着しているマンガン酸化物の量は多くなっている可能性が高いため、マンガン酸化物を除去するために必要な燃料の量は多くなるためである。

また、除去用増量値Ｑａｄｍは、排気圧ＥＰが高いほど多い量となるように可変設定される。これは、上記除去処理を実行する際の排気圧ＥＰが高いほど、フィルタ１８に堆積しているマンガン酸化物の量が多くなっており、これにより触媒１７に固着しているマンガン酸化物の量も多くなっている可能性が高いため、マンガン酸化物を除去するために必要な燃料の量は多くなるためである。

次に、ＣＰＵ１１０は、上述した他の燃料増量制御を実行するために要求される燃料増量値Ｑａｄと上記除去用増量値Ｑａｄｍとを上記基本噴射量Ｑｂに加算した値を目標燃料噴射量Ｑｔとして設定することにより燃料噴射量を増量補正する（Ｓ３３０）。

そして、ＣＰＵ１１０は、Ｓ３３０で設定した目標燃料噴射量Ｑｔに相当する量の燃料が燃料噴射弁１１から噴射されるように同燃料噴射弁１１を制御することにより、燃料の増量噴射を開始して燃料増量制御を実施する（Ｓ３４０）。このＳ３４０の処理を実行することにより、燃料増量制御の実施を通じた上記除去処理が開始されるとともに、実行条件が成立している他の燃料増量制御も開始される。このように除去処理の実行による燃料の増量は、上記過昇温抑制制御を実行するときの燃料の増量や、上記加速時増量制御を実行するときの燃料の増量と併せて実施される。

除去処理が開始されると、燃料増量制御の実施を通じて触媒１７は還元雰囲気に曝されるため、触媒１７に固着しているマンガン酸化物は還元されて除去される。また、燃料増量制御が実施されると気化する燃料の量が増えるため、そうした気化熱により排気温度が低下する。そのため、触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆよりも低くなり、これにより触媒１７に対するマンガン酸化物の再固着が抑制される。

次に、ＣＰＵ１１０は、燃料の増量噴射を開始してから規定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ３５０）。この規定時間は固定値であり、触媒１７に固着しているマンガン酸化物を除去するために必要な除去処理の実行時間が予め設定されている。そして、規定時間が経過していないと判定される場合には（Ｓ３５０：ＮＯ）、規定時間が経過したと判定されるまで、ＣＰＵ１１０はＳ３５０の処理を繰り返し実行する。

一方、規定時間が経過したと判定される場合には（Ｓ３５０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、燃料噴射量を増量補正している各種増量値のうちで除去用増量値Ｑａｄｍの値を「０」に設定して除去処理を終了する（Ｓ３６０）。そして、今回の本処理を終了する。

次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。
（１）排気圧ＥＰの上記予測値ＢＰを算出するとともに、触媒温度Ｔｓｃが上記固着温度Ｔｆ以上になっているときに触媒１７が受熱した熱量に比例する相関値である上記積算温度ＴＨｓを算出している。そして、圧力センサ５１が検出した排気圧ＥＰと予測値ＢＰとの差が規定の判定値Ａを超えており、且つ積算温度ＴＨｓが規定の判定値Ｂ以上である場合には、触媒１７に目詰まりが起きている可能性が高いため、触媒１７からマンガン酸化物を除去する除去要求ありと判定して、燃料増量制御の実施を通じた除去処理を行うようにしている。従って、排気通路１５に触媒１７とフィルタ１８とを備える内燃機関１０でも、触媒１７に目詰まりが起きている可能性が高いか否かを適切に判定することが可能になり、これにより除去処理を適切な時期に実行することができるようになる。

（２）車両の総走行距離が長いほど予測値ＢＰが高い圧力値となるように当該予測値ＢＰを総走行距離に基づいて算出するようにしており、総走行距離の変化に合わせて予測値ＢＰを適切に算出することができる。

（３）内燃機関１０では、上記除去要求とは異なる他の要求に基づいて上述した燃料増量制御が実行されることがある。ちなみに、そうした他の要求に基づく燃料増量制御としては、本実施形態では、機関高負荷時などに生じやすい触媒１７の過昇温を抑えるための過昇温抑制制御や、加速時において機関出力を高めるための加速時増量制御を実施する。

ここで、積算温度ＴＨｓが上記判定値Ｂ以上になる前であれば、仮に触媒１７にマンガン酸化物が固着していたとしてもその固着量は少ないため、そうした他の要求に基づく燃料増量制御が実行されることにより、触媒１７に固着しているマンガン酸化物は除去される可能性が高い。そこで、図５に示した積算温度ＴＨｓの算出処理では、積算温度ＴＨｓが判定値Ｂ以上になる前に（Ｓ１００：ＮＯ）、除去要求とは異なる他の要求に基づいて燃料増量制御が実施された場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、積算温度ＴＨｓを「０」にリセットするようにしている（Ｓ１５０）。

このように本実施形態では、除去要求とは異なる他の要求に基づいて燃料増量制御が実行されたことにより、触媒１７に固着しているマンガン酸化物が除去された可能性が高い場合には、積算温度ＴＨｓが「０」にリセットされる。そのため、当該積算温度ＴＨｓがリセットされない場合と比較して、積算温度ＴＨｓが上記判定値Ｂ以上になるまでの期間は長くなり、その結果、除去処理の実行頻度が少なくなる。従って、例えば除去処理の実行時における燃料増量に起因した燃費の悪化を抑えることもできる。

（４）図８に示したように、除去処理実行中の燃料増量分である上記除去用増量値Ｑａｄｍは、除去処理を実行する際の積算温度ＴＨｓが高いほど多くなるようにしている。従って、触媒１７に固着しているマンガン酸化物の量に応じて除去処理実行中の燃料量を適切に調整することができる。

（５）図８に示したように、除去処理実行中の燃料増量分である上記除去用増量値Ｑａｄｍは、除去処理を実行する際の排気圧ＥＰが高いほど多くなるようにしている。従って、これによっても、触媒１７に固着しているマンガン酸化物の量に応じて除去処理実行中の燃料量を適切に調整することができる。

（６）除去処理を実行することで燃料が増量されると、機関出力は少なからず増大するため、トルクショックが発生するおそれがある。ここで、機関高負荷時には触媒１７の温度が上昇しやすいため、上記過昇温抑制制御の実行機会が多くなるが、そうした過昇温抑制制御の実行機会が多くなる機関高負荷時には機関出力がそもそも大きくなっているため、除去処理の実行により燃料が増量されても、この除去処理の実行に起因するトルクショックは目立ちにくい。そこで、本実施形態では、除去処理の実行による燃料の増量は、上記過昇温抑制制御を実行するときの燃料の増量と併せて実施するようにしている。従って、トルクショックを抑えつつ除去処理を実行することができる。

（７）同様に、上記加速時増量制御が実行される加速時には機関出力が増大するため、除去処理の実行により燃料が増量されても、この除去処理の実行に起因するトルクショックは目立ちにくい。そこで、本実施形態では、除去処理の実行による燃料の増量は、上記加速時増量制御を実行するときの燃料の増量と併せて実施するようにしている。従って、これによってもトルクショックを抑えつつ除去処理を実行することができる。

（８）除去処理が適切な時期に実行されるため、触媒１７の目詰まりを適切に抑えることができる。従って、触媒１７を小型化しても目詰まりが起きにくくなり、そうした触媒１７の小型化による軽量化も図ることができる。

（９）触媒１７の目詰まりを適切に抑えることができるため、触媒１７の上流側における排気圧の増大を抑えることができる。従って、そうした排気圧の増大に伴う各種不都合の発生（例えば触媒の脱落、排気バルブの閉弁異常、機関出力の低下など）も抑えることができる。

（１０）冷間始動時における排気温度を高めることにより触媒１７の暖機性を向上させると、触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆ以上になるおそれがあり、マンガン酸化物の固着による触媒１７の目詰まりが助長される可能性がある。この点、本実施形態では、触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆ以上になったとしても、除去処理が適切な時期に実行されるため、触媒１７の目詰まりを適切に抑えることができる。従って、冷間始動時における排気温度をさらに高めることが可能になり、触媒１７の暖機性を向上させることが可能になる。

（第２実施形態）
次に、内燃機関の制御装置の第２実施形態について、図９を参照して説明する。
上記第１実施形態では、除去処理の実行による燃料の増量は、除去要求とは異なる他の要求に基づいて燃料増量制御を実行するときの燃料の増量と併せて実施するようにした。

一方、本実施形態では、上述した除去処理の実行による燃料の増量は、上記除去要求判定処理にて除去要求有りと判定された場合に直ちに実施するようにしており、図７に示した除去処理とは処理手順が一部異なっている。そこで、以下では、そうした相異点を中心にして本実施形態の除去処理を説明する。

図９に、本実施形態における除去処理の手順を示す。なお、図９に示す一連の処理も、機関運転中において、制御装置１００のメモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより実現される。

本処理を開始すると、ＣＰＵ１１０は、現在、除去要求が有るか否かを判定する（Ｓ４００）。そして、除去要求が無いと判定される場合には（Ｓ４００：ＮＯ）、上述した除去要求判定処理にて除去要求有りと判定されるまで、ＣＰＵ１１０はＳ４００の処理を繰り返し実行する。

一方、除去要求有りと判定される場合には（Ｓ４００：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、現在の排気圧ＥＰ及び積算温度ＴＨｓに基づき、触媒１７からマンガン酸化物を除去するために必要な燃料の増量分である除去用増量値Ｑａｄｍを算出する（Ｓ４１０）。このＳ４１０での除去用増量値Ｑａｄｍの算出は、図７に示したＳ３２０での除去用増量値Ｑａｄｍの算出と同様である。

次に、ＣＰＵ１１０は、上記除去用増量値Ｑａｄｍを上記基本噴射量Ｑｂに加算した値を目標燃料噴射量Ｑｔとして設定することにより燃料噴射量を増量補正する（Ｓ４２０）。

そして、ＣＰＵ１１０は、Ｓ４２０で設定した目標燃料噴射量Ｑｔに相当する量の燃料が燃料噴射弁１１から噴射されるように同燃料噴射弁１１を制御することにより、燃料の増量噴射を開始して燃料増量制御を実施する（Ｓ４３０）。このＳ４３０の処理を実行することにより、燃料増量制御の実施を通じた除去処理が開始される。

次に、ＣＰＵ１１０は、燃料の増量噴射を開始してから規定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ４４０）。このＳ４４０での判定処理は、図７に示したＳ３５０での判定処理と同様である。そして、規定時間が経過していないと判定される場合には（Ｓ４４０：ＮＯ）、規定時間が経過したと判定されるまで、ＣＰＵ１１０はＳ４４０の処理を繰り返し実行する。

一方、規定時間が経過したと判定される場合には（Ｓ４４０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、燃料噴射量を増量補正している除去用増量値Ｑａｄｍの値を「０」に設定して除去処理を終了する（Ｓ３６０）。そして、今回の本処理を終了する。

以上説明した本実施形態でも、上記（１）〜（５）、及び（８）〜（１０）に記載した作用効果を得ることができる。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・積算温度ＴＨｓが判定値Ｂ以上になる前に、除去要求とは異なる他の要求に基づいて燃料増量制御が実施された場合には、積算温度ＴＨｓを「０」にリセットした。この他、図５に示したＳ１１０の処理を省略することにより、そうした積算温度ＴＨｓのリセット処理を省略してもよい。この場合でも、上記（３）以外の作用効果を得ることができる。

・触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆ以上になっているときに触媒１７が受熱した熱量に比例する相関値として、上記積算温度ＴＨｓを算出した。この他、当該相関値として、触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆ以上になっている時間を積算した積算時間を算出してもよい。

図１０に示すように、この積算時間も、触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆ以上になっている間は（時刻ｔ１〜時刻ｔ２、時刻ｔ３〜時刻ｔ４）、上記積算温度ＴＨｓと同様に値が増加していく。一方、触媒温度Ｔｓｃが固着温度Ｔｆ未満になっている間は（時刻ｔ１以前、時刻ｔ２〜時刻ｔ３、時刻ｔ４以降）、上記積算温度ＴＨｓと同様に値が変化することなく維持される。こうした積算時間を上記相関値として算出し、上記積算温度ＴＨｓと同様に扱うことも可能である。

・触媒温度Ｔｓｃは排気通路１５内を流れる排気の温度（特に触媒１７を流れる排気の温度）と相関するため、そうした排気温度を触媒温度Ｔｓｃの代用値にしてもよい。
・排気圧ＥＰ及び積算温度ＴＨｓに基づいて除去用増量値Ｑａｄｍを可変設定したが、排気圧ＥＰまたは積算温度ＴＨｓのいずれか一方に基づいて除去用増量値Ｑａｄｍを可変設定してもよい。

・各実施形態では、排気圧ＥＰ及び積算温度ＴＨｓに基づいて除去用増量値Ｑａｄｍを可変設定する一方、除去処理の実行時間である上記規定時間についてはこれを固定値とした。この他、除去用増量値Ｑａｄｍについては固定値とする一方、排気圧ＥＰや積算温度ＴＨｓに基づいて上記規定時間を可変設定することにより、除去処理実行中に増量される燃料の総量を可変設定してもよい。

図１１に示すように、例えば積算温度ＴＨｓが高いほど上記規定時間は長くなるように可変設定するとともに、排気圧ＥＰが高いほど上記規定時間は長くなるように可変設定してもよい。この変更例でも、触媒１７に固着しているマンガン酸化物の量に応じて、除去処理実行中に触媒１７に供給される燃料の総量を適切に調整することができる。なお、排気圧ＥＰまたは積算温度ＴＨｓのいずれか一方に基づいて上記規定時間を可変設定してもよい。

また、排気圧ＥＰ及び積算温度ＴＨｓに基づいて除去用増量値Ｑａｄｍ及び上記規定時間をともに可変設定してもよい。
・上記予測値ＢＰを総走行距離以外の値に基づいて算出してもよい。

・除去要求とは異なる他の要求に基づいて実施される燃料増量制御が、上記過昇温抑制制御や上記加速時増量制御であったが、その他の燃料増量制御でもよい。
・制御装置１００はＣＰＵ１１０とメモリ１２０とを備えており、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。例えば、上記各実施形態において実行されるソフトウェア処理の少なくとも一部を処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置１００は、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てをプログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するメモリ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置及びプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置及びプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路及び１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

１０…内燃機関、１０ａ…気筒、１１…燃料噴射弁、１３…吸気通路、１４…スロットル弁、１５…排気通路、１７…三元触媒（触媒）、１８…フィルタ、５０…空燃比センサ、５１…圧力センサ、５３…クランク角センサ、５４…エアフロメータ、５５…アクセルポジションセンサ、５６…車速センサ、１００…制御装置、１１０…中央処理装置（ＣＰＵ）、１２０…メモリ。

Claims (7)

1. 気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、前記排気通路において前記触媒よりも下流の位置に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記触媒と前記フィルタとの間の排気圧を計測する圧力センサと、を備える内燃機関に適用されて、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように前記燃料噴射弁から噴射される燃料を増量する燃料増量制御を実施する制御装置であって、
   マンガンを含まない機関燃料が継続して使用されている場合の前記排気圧の予測値を算出する予測値算出処理と、
   前記触媒に付着したマンガン酸化物が固着する前記触媒の最低温度を固着温度としたときに、前記触媒の温度が前記固着温度以上になっているときに当該触媒が受熱した熱量に比例する相関値を算出する相関値算出処理と、
   前記圧力センサの検出圧と前記予測値との差が規定の判定値を超えており、且つ前記相関値が規定の判定値以上である場合には、前記触媒からマンガン酸化物を除去する除去要求ありと判定する除去要求判定処理と、
   前記除去要求ありと判定された場合には前記燃料増量制御を実施する除去処理と、を実行する
   内燃機関の制御装置。
2. 前記予測値算出処理は、前記内燃機関を搭載する車両の総走行距離が長いほど前記予測値が高い圧力値となるように当該予測値を前記総走行距離に基づいて算出する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記相関値算出処理は、前記相関値が前記判定値以上になる前に、前記除去要求とは異なる他の要求に基づいて前記燃料増量制御が実施された場合には、前記相関値を「０」にリセットする処理を実行する
   請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記除去処理の実行中に増量される燃料の量は、前記除去処理を実行する際の前記相関値が大きいほど多くされる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記除去処理の実行中に増量される燃料の量は、前記除去処理を実行する際の前記検出圧が高いほど多くされる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御装置は、前記触媒の過昇温を抑えるために前記燃料増量制御を実施する過昇温抑制制御を実行するとともに、
   前記除去処理の実行による燃料の増量は、前記過昇温抑制制御を実行するときの燃料の増量と併せて実施される
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制御装置は、前記内燃機関を搭載する車両の加速時において機関出力を高めるために前記燃料増量制御を実施する加速時増量制御を実行するとともに、
   前記除去処理の実行による燃料の増量は、前記加速時増量制御を実行するときの燃料の増量と併せて実施される
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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