JP2012021419A

JP2012021419A - 電気加熱式触媒の制御システム

Info

Publication number: JP2012021419A
Application number: JP2010158122A
Authority: JP
Inventors: 衛 ▲吉▼岡; Mamoru Yoshioka; Naoya Takagi; 直也高木; Noriaki Kumagai; 典昭熊谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-02-02

Abstract

【課題】ＥＨＣを三元触媒とした場合において、該ＥＨＣにおける担体とケースとの間に設けられた絶縁部材の端面に付着したＰＭをより好適に除去することを目的とする。
【解決手段】本発明では、内燃機関の排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに繰り返し変化させることで、その平均値を理論空燃比近傍に維持する。そして、ＥＨＣの絶縁部材の端面に付着したＰＭを除去する時に、ＰＭ付着量が多いときは、ＰＭ付着量が少ないときに比べて、リッチ空燃比時の空燃比をより低くし、且つリッチ空燃比期間をより短くするか又はリーン空燃比期間をより長くする。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられる電気加熱式触媒の制御システムに関する。

従来、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒として、担体への通電によって加熱される電気加熱式触媒（Electric Heating Catalyst：以下、ＥＨＣと称する）が開発
されている。特許文献１には、ＥＨＣを用いたハイブリッド車両の排気浄化装置に関する技術が開示されている。

また、特許文献２には、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒、パティキュレートフィルタ、及びＮＯｘ吸収剤を配置する構成が開示されている。これによれば、排気中のＮＯが酸化触媒において酸化されることでＮＯ_２が生成される。生成されたＮＯ_２とパティキュレートフィルタに捕集された煤とが反応し煤が燃焼する。ＮＯ_２と煤との反応により生成されたＮＯがＮＯｘ吸収剤に吸収される。

特許文献３には、排気通路に設けられた三元触媒の活性を高めるべく、排気空燃比を、三元触媒が酸素を十分に吸蔵した第１酸素吸蔵状態となるまで理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に維持し、その後、三元触媒が酸素を十分に放出した第２酸素吸蔵状態となるまで理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に維持する技術が開示されている。

特開２００９−２８１２５４号公報特開２００６−２８３７６６号公報特開２００４−２８５９４８号公報特開２００６−１１２４１４号公報特開２００４−０６８８０４号公報特開２０００−３５６１５５号公報

担体への通電によって加熱されるＥＨＣにおいては、担体（触媒本体）を収納するケース（或いは排気管）と担体との間の電気の流れを絶縁する必要がある。そのため、担体とケースとの間には、電気を絶縁する絶縁部材が設けられている。しかしながら、この絶縁部材の上流側又は下流側の端面に排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）が付着する場合がある。絶縁部材の端面におけるＰＭの付着量が増加すると、該ＰＭによって担体とケースとの間が短絡する虞がある。

このようなマットの端面へのＰＭの付着を抑制するための方法として、ＥＨＣの上流側の排気通路にパティキュレートフィルタを設置する方法が考えられる。しかしながら、このような位置にパティキュレートフィルタを設置すると、背圧の増加やＥＨＣの暖機性能の悪化を招き易くなる。また、搭載性の悪化やコストの増加を招くことにもなる。さらに、パティキュレートフィルタを設置したとしても、排気中のＰＭを全て捕集することは困難であり、マットの端面へのＰＭの付着を完全に防ぐことは難しい。

また、ＥＨＣを三元触媒とした場合、通常の三元触媒の場合と同様、その排気浄化能力を高く維持するためには、排気の空燃比を理論空燃比近傍に制御する必要がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、ＥＨＣを三元触媒とした場合において、該ＥＨＣにおける担体とケースとの間に設けられた絶縁部材の端面に付着したＰＭをより好適に除去することを目的とする。

本発明では、三元触媒であるＥＨＣの絶縁部材の端面、又は該端面の近傍に設けられた触媒担持部材に、酸化機能を有する触媒が担持されている。また、内燃機関の排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに繰り返し変化させることで、その平均値が理論空燃比近傍に維持される。そして、ＥＨＣの絶縁部材の端面に付着したＰＭを除去する時に、絶縁部材の端面におけるＰＭ付着量が多いときは、該ＰＭ付着量が少ないときに比べて、リッチ空燃比時の空燃比をより低くし、且つリッチ空燃比期間をより短くするか又はリーン空燃比期間をより長くする。

本発明に係る電気加熱式触媒の制御システムは、
内燃機関の排気通路に設けられる三元触媒であって、
通電によって発熱する担体と、
前記担体を収納するケースと、
前記担体と前記ケースとの間に設けられ電気を絶縁する絶縁部材と、
前記絶縁部材の上流側若しくは下流側の少なくともいずれかの端面、又は該端面の近傍に設けられた触媒担持部材に担持された酸化機能を有する触媒と、を有する電気加熱式触媒と、
内燃機関の排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに繰り返し変化させることで、その平均値を理論空燃比近傍に維持する空燃比制御手段と、
前記絶縁部材の端面に付着した粒子状物質の量を推定するＰＭ付着量推定手段と、を備え、
前記絶縁部材の端面に付着した粒子状物質を除去する時に、前記空燃比制御手段が、前記ＰＭ付着量推定手段によって推定された前記絶縁部材の端面におけるＰＭ付着量が多いときは、該ＰＭ付着量が少ないときに比べて、排気の空燃比をリッチ空燃比に制御した時の空燃比をより低くし、且つリッチ空燃比期間をより短くするか又はリーン空燃比期間をより長くする。

本発明によれば、絶縁部材の端面におけるＰＭ付着量が多いときは、より多くの未燃燃料成分を、酸化機能を有する触媒に供給することができ、且つ未燃燃料成分の酸化に必要な酸素の供給量を確保することができる。これにより、ＰＭの酸化・除去を促進させることができる。その結果、ＥＨＣの上流側にパティキュレートフィルタを設置することなしに、ＥＨＣにおける担体とケースとの間の短絡を抑制することができる。また、排気の空燃比の平均値を理論空燃比近傍に維持することができるため、三元触媒であるＥＨＣの排気浄化能力を高く維持することができる。

本発明によれば、ＥＨＣを三元触媒とした場合において、該ＥＨＣにおける担体とケースとの間に設けられた絶縁部材の端面に付着したＰＭをより好適に除去することができる。

実施例１に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。実施例１に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。実施例１に係る他のＥＨＣの概略構成を示す第一の図である。実施例１に係る他のＥＨＣの概略構成を示す第二の図である。実施例１に係る他のＥＨＣの概略構成を示す第三の図である。実施例１に係る、ストイキＡ／Ｆ制御における、リッチ側Ａ／Ｆ及びリーン側Ａ／ＦとＰＭ付着量との関係を示す図である。実施例１に係る、ストイキＡ／Ｆ制御実行時の排気の空燃比の推移を示すタイムチャートである。実施例１に係る、ストイキＡ／Ｆ制御の実行時における、リッチ側Ａ／Ｆと酸化触媒の温度上昇量との関係を示す図である。実施例１に係るストイキＡ／Ｆ制御のフローを示すフローチャートである。実施例２に係る、内燃機関での燃料噴射弁からの燃料噴射時期と、内燃機関からの未燃燃料成分の排出量との関係を示す図である。実施例２に係る、内燃機関での燃料噴射弁からの燃料噴射時期と、ＰＭ付着量との関係を示す図である。実施例２に係る燃料噴射時期制御のフローを示すフローチャートである。実施例３に係る、排気行程噴射比率とＰＭ付着量との関係を示す図である。実施例３に係る排気行程噴射制御のフローを示すフローチャートである。実施例４に係る空気供給停止制御のフローを示すフローチャートである。実施例４の変形例に係る空気供給量減少制御のフローを示すフローチャートである。実施例５に係るオーバーリーン燃料噴射制御のフローを示す図１７に示すフローチャートである。

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、その相対配置等は、特に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のものではない。

＜実施例１＞
［内燃機関の吸排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のガソリンエンジンである。内燃機関１の各気筒には燃料噴射弁が設けられている。該燃料噴射弁は、吸気ポート内に燃料を噴射するものでもよく、また気筒内に燃料を直接噴射するものでもよい。内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。

吸気通路２には、エアフローメータ４及びスロットル弁５が設けられている。エアフローメータ４は内燃機関１の吸入空気量を検出する。スロットル弁５は、吸気通路２の流路断面積を変更することで、該吸気通路２を流通する吸気の流量を調節する。

排気通路３にはＥＨＣ６が設けられている。ＥＨＣ６にはバッテリ７から電力が供給される。ＥＨＣ６の詳細な構成については後述する。

排気通路３におけるＥＨＣ６より上流側には、空燃比センサ１１及び上流側排気温度センサ１２が設けられている。排気通路３におけるＥＨＣ６より下流側には、Ｏ_２センサ１３及び下流側排気温度センサ１４が設けられている。空燃比センサ１１は排気の空燃比を検出する。上流側及び下流側排気温度センサ１２，１４は排気の温度を検出する。Ｏ_２センサ１３は排気の酸素濃度を検出する。

また、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（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４、空燃比センサ１１、上流側
排気温度センサ１２、Ｏ_２センサ１３、及び下流側排気温度センサ１４が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１５、及び内燃機関１が搭載された車両のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１６が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。

さらに、ＥＣＵ１０には、スロットル弁５、ＥＨＣ６、及び内燃機関１の燃料噴射弁（図示せず）が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置の動作が制御される。

［ＥＨＣの概略構成］
図２は、本実施例に係るＥＨＣ６の概略構成を示す図である。図２は、排気通路３の中心軸Ａに沿ってＥＨＣ６を縦方向に切断した断面図である。なお、ＥＨＣ６の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図２では、上側の部分のみを示している。

本実施例に係るＥＨＣ６は、触媒担体６１、ケース６２、マット６３、内管６４、及び電極６５を備えている。触媒担体６１は、円柱状に形成されており、その中心軸が排気通路３の中心軸Ａと同軸となるように設置されている。本実施例では、触媒担体６１には排気浄化触媒として三元触媒６７が担持されている。

ケース６２は、触媒担体６１を収納している。触媒担体６１の外壁面とケース６２の内壁面との間にはマット６３が挟み込まれている。また、マット６３には内管６４が挟み込まれている。触媒担体６１には一対の電極６５（図２では一方の電極のみを図示）が接続されている。

触媒担体６１は、電気抵抗となって通電により発熱する材料によって形成されている。触媒担体６１の材料としては、ＳｉＣを例示することができる。触媒担体６１は、排気の流れる方向（すなわち、中心軸Ａの方向）に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。なお、中心軸Ａと直交する断面による触媒担体６１の断面形状は、たとえば楕円形であっても良い。中心軸Ａは、排気通路３、触媒担体６１、内管６４、及びケース６２で共通の中心軸である。

触媒担体６１に接続された一対の電極６５にバッテリ７から電力が供給されることで、触媒担体６１に通電される。通電されると、触媒担体６１は、その電気抵抗により発熱する。その結果、触媒担体６１に担持された三元触媒が加熱され、その活性化が促進される。

マット６３は、電気絶縁材によって形成されている。マット６３を形成する材料としては、アルミナを主成分とするセラミックファイバーを例示することができる。マット６３は、触媒担体６１の外周面及び内管６４の外周面に巻きつけられる。マット６３が、触媒担体６１とケース６２との間に設けられることで、触媒担体６１に通電したときに、ケース６２へ電気が流れることが抑制される。

内管６４は、電気絶縁材によって形成されている。内管６４を形成する材料としては、アルミナを例示することができる。内管６４は、中心軸Ａを中心とした管状に形成されている。図２に示すように、内管６４は、中心軸Ａ方向の長さがマット６３より長い。そのため、内管６４の上流側及び下流側の端部６４ａ,６４ｂは、マット６３の上流側及び下
流側の端面６３ａ,６３ｂから突出している。

ケース６２は、金属によって形成されている。ケース６２を形成する材料としては、ス
テンレス鋼材を例示することができる。ケース６２は、中心軸Ａと平行な曲面を含んで構成される収容部６２ａと、該収容部６２ａよりも上流側及び下流側で該収容部６２ａと排気通路３とを接続するテーパ部６２ｂ，６２ｃと、を有している。収容部６２ａの通路断面積は排気通路３の通路断面積よりも大きくなっており、その内側に、触媒担体６１、マット６３、及び内管６４が収容されている。テーパ部６２ｂ，６２ｃは、収容部６２ａから離れるに従って通路断面積が縮小するテーパ形状をしている。

ケース６２及び内管６４には、電極６５を通すために、貫通孔６２ｃ，６４ｃが開けられている。また、ケース６２内における、電極６５が触媒担体６１に接続されるまでの間の該電極６５の周りには、マット６３が設けられていない。ケース６２に開けられている貫通孔６２ｃには、電極６５を支持する支持部材６６が設けられている。この支持部材６６は電気絶縁材によって形成されており、ケース６２と電極６５との間に隙間なく設けられている。

このように構成されたＥＨＣ６では、触媒担体６１よりも上流側で凝縮した水が、排気通路３やケース６２の内壁を流れてマット６３に付着することがある。このときには、収容部６２ａの内壁を水が流れてくるので、この水は内管６４と収容部６２ａとの間のマット６３に付着する。つまり、内管６４がマット６３よりも上流側及び下流側に突出しているため、水が内管６４よりも中心軸Ａの方向に入り込むことが抑制される。これにより、マット６３の上流側及び下流側の端面６３ａ，６３ｂにおいてケース６２と触媒担体６１とが水により短絡することが抑制される。

また、マット６３の上流側又は下流側の端面６３ａ，６３ｂには排気中のＰＭが付着する。このＰＭ付着量が増加すると、該ＰＭによりケース６２と触媒担体６１とが短絡する虞がある。そのため、本実施例においては、内管６４の上流側及び下流側のマット６３からの突出部６４ａ,６４ｂに、酸化触媒６８が担持されている。該酸化触媒６８に排気中
の未燃燃料成分（ＨＣ、ＣＯ）が供給されると、該酸化触媒６８において該未燃燃料成分が酸化される。その時に生じる酸化熱によって、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭを酸化させ除去することができる。その結果、ケース６２と触媒担体６１とがＰＭにより短絡することを抑制することができる。

尚、内管６４の突出部６４ａ,６４ｂに担持される触媒は必ずしも酸化触媒である必要
はなく、酸化機能を有する触媒であれば、どのような触媒であってもよい。

本実施例においては、ＥＨＣ６が本発明に係る電気加熱式触媒に相当する。また、触媒担体６１が本発明に係る担体に相当し、ケース６２が本発明に係るケースに相当し、マット６３が本発明に係る絶縁部材に相当する。また、突出部６４ａ,６４ｂが本発明に係る
触媒担持部材に相当し、酸化触媒６８が本発明に係る酸化機能を有する触媒に相当する。

［ＥＨＣのその他の構成］
本実施例に係るＥＨＣ６の構成は、図２に示す構成に限られるものではない。図３〜５は、本実施例に係るＥＨＣ６のその他の構成を示す図である。尚、図２に示す構成と同様の部分についての説明は省略する。

図３〜５に示すＥＨＣ６においては、内管６４が、その外周面がケース６２の収容部６２ａの内周面と接するように設けられている。マット６３は、触媒担体６１の外壁面と内管６４の内壁面との間に挟み込まれている。

図３に示すＥＨＣ６においては、内管６４の上流側及び下流側のマット６３からの突出部６４ａ,６４ｂにおける内壁面に酸化触媒６８が担持されている。図４に示すＥＨＣ６
においては、マット６３の上流側及び下流側の端面６３ａ，６３ｂに酸化触媒６８が担持されている。図５に示すＥＨＣ６においては、触媒担体６１の上流側及び下流側の端部がマット６３よりも突出している。この触媒担体６１の上流側及び下流側の突出部付近における外周面に酸化触媒６８が担持されている。

図３〜５に示すような構成においても、図２に示す構成の場合と同様、排気中の未燃燃料成分が酸化触媒６８に供給され、該酸化触媒６８において該未燃燃料成分が酸化される。そして、その時に生じる酸化熱によって、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭを酸化させ除去することができる。

［排気空燃比制御］
本実施例においては、触媒担体６１に担持されている三元触媒６７の排気浄化能力を高く維持すべく、内燃機関１から排出される排気の空燃比を、理論空燃比より低いリッチ空燃比と、理論空燃比より高いリーン空燃比とに繰り返し変化させ、その平均値を理論空燃比近傍に維持している。以下、このような排気空燃比制御をストイキＡ／Ｆ制御と称する。排気の空燃比は、内燃機関１での燃料噴射量や吸入空気量を調整することで制御することができる。

また、上述したように、ＥＨＣ６のマット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭの酸化を促進させ、該ＰＭを除去するためには、酸化触媒６８に未燃燃料成分を供給する必要がある。ストイキＡ／Ｆ制御を実行することで、リッチ空燃比時には、酸化触媒６８に未燃燃料成分を供給することができ、リーン空燃比時には、酸化触媒６８に酸素を供給することができる。そのため、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭを酸化させ除去させることができる。

さらに、本実施例においては、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭを除去する際には、その付着量（以下、単にＰＭ付着量と称する）に応じて、リッチ空燃比に制御した時の空燃比、及びリッチ空燃比期間を変更する。

図６は、ストイキＡ／Ｆ制御における、リッチ空燃比時の空燃比（以下、リッチ側Ａ／Ｆと称する場合もある）及びリーン空燃比時の空燃比（以下、リーン側Ａ／Ｆと称する場合もある）と、ＰＭ付着量との関係を示す図である。図６において、横軸はＰＭ付着量を表しており、縦軸は排気の空燃比を表している。また、図６において、実線はリッチ側Ａ／Ｆを示しており、破線はリーン側Ａ／Ｆを示している。また、図６において、ｋｐｍ０は、マット６３の端面６３ａ，６３ｂからのＰＭの除去を実行する閾値となるＰＭ付着量を表している。

図７は、ストイキＡ／Ｆ制御実行時の排気の空燃比の推移を示すタイムチャートである。図７において、横軸は時間を表しており、縦軸は排気の空燃比を表している。また、図７において、実線はＰＭ付着量が比較的多い場合を示しており、破線はＰＭ付着量が比較的少ない場合を示している。また、Δｔｒは、リッチ空燃比とする期間（以下、リッチＡ／Ｆ期間と称する場合もある）を表している。

図８は、ストイキＡ／Ｆ制御の実行時における、リッチ側Ａ／Ｆと酸化触媒６８の温度上昇量との関係を示す図である。図８において、横軸はリッチ側Ａ／Ｆを表しており、縦軸は酸化触媒６８の温度上昇量を表している。

図６及び７に示すように、本実施例においては、ＰＭ付着量が多いほど、ストイキＡ／Ｆ制御におけるリッチ側Ａ／Ｆをより低くし、且つリッチＡ／Ｆ期間をより短くする。これにより、ＰＭ付着量が多いときには、より多くの未燃燃料成分を酸化触媒６８に供給す
ることができ、且つ未燃燃料成分の酸化に必要な酸素の供給量を確保することができる。そのため、図８に示すように、未燃燃料成分の酸化による温度上昇量をより大きくすることができ、以ってマット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭの酸化・除去をより促進させることが可能となる。その結果、ＥＨＣ６における触媒担体６１とケース６２との間の短絡をより高い確率で抑制することができる。

また、上記のようなストイキＡ／Ｆ制御によれば、リッチ側Ａ／Ｆをより低くした場合であっても、排気の空燃比の平均値を理論空燃比近傍に維持することができる。そのため、触媒担体６１に担持された三元触媒６７の排気浄化能力を高く維持することができる。

尚、リッチＡ／Ｆ期間を短くすることに代えて、又はそれと同時に、排気の空燃比をリーン空燃比とする期間（以下、リーンＡ／Ｆ期間と称する場合もある）をより長くしてもよい。これによっても、リッチ側Ａ／Ｆをより低くしたときに、未燃燃料成分の酸化に必要な酸素の供給量を確保することができ、且つ排気の空燃比の平均値を理論空燃比近傍に維持することができる。

リッチＡ／Ｆ期間及びリーンＡ／Ｆ期間の長さを変えずに、リッチ側Ａ／Ｆを低くしたときにリーン側Ａ／Ｆを高くしても、未燃燃料成分の酸化に必要な酸素の供給量を確保することはでき、また排気の空燃比の平均値を理論空燃比近傍に維持することもできる。しかしながら、上記のように、リーン側Ａ／Ｆの値は変更せずにリッチ側Ａ／Ｆを低くすることで、それと同時にリーン側Ａ／Ｆを高くする場合に比べて、リッチ側Ａ／Ｆをより低くすることができる。その結果、より多くの未燃燃料成分を酸化触媒６８に供給することができるため、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭの酸化・除去をより促進させることができる。

［ストイキＡ／Ｆ制御のフロー］
ここで、本実施例に係るストイキＡ／Ｆ制御のフローについて、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。

本フローでは、先ずステップＳ１０１において、マット６３の端面６３ａ，６３ｂにおけるＰＭ付着量ｋｐｍが算出される。ＰＭ付着量ｋｐｍは、内燃機関１の運転状態の履歴等に基づいて推定することができる。

次に、ステップＳ１０２において、内燃機関１の冷却水温度Ｔｈｗ及びＥＨＣ６の温度Ｔｃａｔが読み込まれる。内燃機関１の冷却水温度Ｔｈｗは冷却水温度センサ１５によって検出される。ＥＨＣ６の温度Ｔｃａｔは、下流側排気温度センサ１４の検出値に基づいて算出される。

次に、ステップＳ１０３において、ＰＭ付着量ｋｐｍが、ＰＭ除去実行の閾値ｋｐｍ０以上であるか否かが判別される。閾値ｋｐｍ０は実験等に基づいて予め定められている。ステップＳ１０３において否定判定された場合、次にステップＳ１０８の処理が実行される。ステップＳ１０８においては、ストイキＡ／Ｆ制御におけるリッチ側Ａ／Ｆ及びリッチＡ／Ｆ期間がそれぞれ標準値に設定される。該標準値は、通常のストイキＡ／Ｆ制御実行時のリッチ側Ａ／Ｆ及びリッチＡ／Ｆ期間の値であり、予め定められた値である。次に、ステップＳ１０７において、リッチ側Ａ／Ｆ及びリッチＡ／Ｆ期間をそれぞれ標準値とするストイキＡ／Ｆ制御が実行される。

ステップＳ１０３において肯定判定された場合、次にステップＳ１０４の処理が実行される。ステップＳ１０４においては、内燃機関１の冷却水温度Ｔｈｗが、ＰＭ除去実行の
下限温度Ｔｈｗ０以上であるか否かが判別される。下限温度Ｔｈｗ０は実験等に基づいて予め定められている。ステップＳ１０４において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０５の処理が実行され、否定判定された場合、次にステップＳ１０８の処理が実行される。

ステップＳ１０５においては、ＥＨＣ６の温度Ｔｃａｔが、ＰＭ除去実行の下限温度Ｔｃａｔ０以上であり且つその上限温度Ｔｃａｔ１以下であるか否かが判別される。下限温度Ｔｃａｔ０及び上限温度Ｔｃａｔ１は実験等に基づいて予め定められている。ステップＳ１０５において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０６の処理が実行され、否定判定された場合、次にステップＳ１０８の処理が実行される。

ステップＳ１０６においては、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭを除去する際のストイキＡ／Ｆ制御におけるリッチ側Ａ／Ｆ及びリッチＡ／Ｆ期間であるＲｒ＿ｐｍ及びΔｔｒ＿ｐｍが、ＰＭ付着量ｋｐｍに基づいて、それぞれ算出される。Ｒｒ＿ｐｍの値はリッチ側Ａ／Ｆの標準値よりも小さく、Δｔｒ＿ｐｍの値はリッチＡ／Ｆ期間の標準値よりも小さい。また、Ｒｒ＿ｐｍ及びΔｔｒ＿ｐｍの値は、いずれも、ＰＭ付着量ｋｐｍが多いほど小さくなる。ＰＭ付着量とＲｒ＿ｐｍとの関係、およびＰＭ付着量とΔｔｒ＿ｐｍとの関係は、実験等に基づいて予め求めることができ、これらの関係がマップとしてＥＣＵ１０に記憶されている。

次に、ステップＳ１０７において、リッチ側Ａ／ＦをステップＳ１０６で算出されたＲｒ＿ｐｍとし、リッチＡ／Ｆ期間をステップＳ１０６で算出されたΔｔｒ＿ｐｍとするストイキＡ／Ｆ制御が実行される。

尚、ＰＭの除去実行時において、ストイキＡ／Ｆ制御におけるリッチＡ／Ｆ期間を短くすることに代えて、又はそれと同時に、リーンＡ／Ｆ期間を長くする場合は、上記フローにおけるステップＳ１０６において、ＰＭ付着量に基づいてリーンＡ／Ｆ期間を算出する。このとき、ＰＭ付着量が多いほどリーンＡ／Ｆ期間の長さは長くなる。そして、この場合、ステップＳ１０７においては、リーンＡ／Ｆ期間を、ステップＳ１０６において算出された値とするストイキＡ／Ｆ制御が実行される。

＜実施例２＞
本発明の実施例２について説明する。ここでは、実施例１と異なる点についてのみ説明する。

［燃料噴射時期制御］
本実施例では、内燃機関１の各気筒において、燃料噴射弁が吸気ポートに設けられており、燃料噴射弁から吸気ポート内に燃料が噴射される。そして、本実施例においては、マット６３の上流側又は下流側の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭを除去する際に、燃料噴射弁からの燃料噴射時期を制御することで、酸化触媒６８に未燃燃料成分を供給する。このとき、ＰＭ付着量に応じて、燃料噴射時期を変更する。

図１０は、内燃機関１での燃料噴射弁からの燃料噴射時期と、内燃機関１からの未燃燃料成分の排出量との関係を示す図である。図１０において、横軸は燃料噴射弁からの燃料噴射時期を表しており、縦軸は未燃燃料成分の排出量を表している。図１０の横軸においては、吸気行程上死点を０ＣＡ°とする。

図１１は、内燃機関１での燃料噴射弁からの燃料噴射時期と、ＰＭ付着量との関係を示す図である。図１１において、横軸はＰＭ付着量を表しており、縦軸は燃料噴射弁からの燃料噴射時期を表している。また、図１１において、ｋｐｍ０は、マット６３の端面６３
ａ，６３ｂからのＰＭの除去を実行する閾値となるＰＭ付着量を表している。

図１０に示すように、吸気行程において燃料噴射を実行する場合、ある程度の時期までは、燃料噴射時期が遅くなるほど、未燃燃料成分の排出量が増加する。つまり、酸化触媒６８に供給される未燃燃料成分の量が増加する。そこで、本実施例では、図１１に示すように、ＰＭ付着量が多いほど、内燃機関１からの未燃燃料成分の排出量が最大値となるまでの範囲内において、燃料噴射時期を遅くする。

これにより、ＰＭ付着量が多いときには、より多くの未燃燃料成分を酸化触媒６８に供給することができる。そのため、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭの酸化・除去をより促進させることが可能となる。その結果、ＥＨＣ６における触媒担体６１とケース６２との間の短絡をより高い確率で抑制することができる。

また、燃料噴射弁からの燃料噴射時期を標準値とは異なる時期としても、排気空燃比の平均値は理論空燃比近傍に維持することができる。そのため、触媒担体６１に担持された三元触媒６７の排気浄化能力を高く維持することができる。

［燃料噴射時期制御のフロー］
ここで、本実施例に係る燃料噴射時期制御のフローについて、図１２に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０５については、図９に示すフローと同様であるため、その説明を省略する。

本フローでは、ステップＳ１０３、Ｓ１０４、又はＳ１０５において否定判定された場合、ステップＳ２０８の処理が実行される。ステップＳ２０８においては、燃料噴射弁からの燃料噴射時期が標準値に設定される。該標準値は予め定められており、通常運転時における燃料噴射時期の値である。次に、ステップＳ２０７において、燃料噴射時期を標準値とする燃料噴射が実行される。

ステップＳ１０５において肯定判定された場合、次にステップＳ２０６の処理が実行される。ステップＳ２０６においては、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭを除去する際の燃料噴射弁からの燃料噴射時期であるｔｉｎｊ＿ｐｍが、ＰＭ付着量ｋｐｍに基づいて算出される。ｔｉｎｊ＿ｐｍは、燃料噴射時期の標準値よりも遅い時期であり、また、ＰＭ付着量が多いほど遅い時期となる。ＰＭ付着量とｔｉｎｊ＿ｐｍとの関係は、実験等に基づいて予め求めることができ、これらの関係がマップとしてＥＣＵ１０に記憶されている。

次に、ステップＳ２０７において、燃料噴射時期をステップＳ２０６で算出されたｔｉｎｊ＿ｐｍとする燃料噴射が実行される。

＜実施例３＞
本発明の実施例３について説明する。ここでは、実施例１と異なる点についてのみ説明する。

［排気行程噴射制御］
本実施例では、内燃機関１の各気筒において、燃料噴射弁から気筒内に燃料が直接噴射される。そして、本実施例においては、マット６３の上流側又は下流側の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭを除去する際に、圧縮行程で行われる通常の主燃料噴射に加え、排気行程で燃料噴射弁から燃料を噴射する排気行程噴射を実行することで、酸化触媒６８に未燃燃料成分を供給する。このとき、ＰＭ付着量に応じて、総燃料噴射量に対する排気行程
噴射による燃料噴射量の比率である排気行程噴射比率を変更する。

図１３は、排気行程噴射比率とＰＭ付着量との関係を示す図である。図１３において、横軸はＰＭ付着量を表しており、縦軸は排気行程噴射比率を表している。また、図１３において、ｋｐｍ０は、マット６３の端面６３ａ，６３ｂからのＰＭの除去を実行する閾値となるＰＭ付着量を表している。

排気行程噴射によって内燃機関１の気筒内に噴射された燃料は、未燃燃料成分として内燃機関１から排出される。そのため、排気行程噴射比率が高いほど、酸化触媒６８に供給される未燃燃料成分の量が増加する。そこで、本実施例では、図１３に示すように、ＰＭ付着量が多いほど、排気行程噴射比率を高くする。

また、燃料噴射弁から噴射される総燃料噴射量の一部を排気行程噴射によって噴射したとしても、排気空燃比の平均値は理論空燃比近傍に維持することができる。そのため、触媒担体６１に担持された三元触媒６７の排気浄化能力を高く維持することができる。

［排気行程噴射制御のフロー］
ここで、本実施例に係る排気行程噴射制御のフローについて、図１４に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０５については、図９に示すフローと同様であるため、その説明を省略する。

本フローでは、ステップＳ１０３、Ｓ１０４、又はＳ１０５において否定判定された場合、ステップＳ３０８の処理が実行される。ステップＳ３０８においては、排気行程噴射の実行が禁止される。次に、ステップＳ３０７において、燃料噴射弁によって通常の主燃料噴射のみが実行される。

ステップＳ１０５において肯定判定された場合、次にステップＳ３０６の処理が実行される。ステップＳ３０６においては、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭを除去すべく排気行程噴射を実行する際の排気行程噴射比率が算出される。排気行程噴射比率は、ＰＭ付着量が多いほど高くなる。ＰＭ付着量と排気行程噴射比率との関係は、実験等に基づいて予め求めることができ、これらの関係がマップとしてＥＣＵ１０に記憶されている。

次に、ステップＳ３０７において、排気行程噴射比率をステップＳ３０６で算出された値として、主燃料噴射に加え、排気行程噴射が実行される。

＜実施例４＞
本発明の実施例４について説明する。ここでは、実施例１と異なる点についてのみ説明する。

［フューエルカット制御］
本実施例では、内燃機関１において、減速運転時に燃料噴射弁からの燃料噴射が停止される、所謂、フューエルカット制御が行なわれる。フューエルカット制御が実行されると、スロットル弁５の開度も低減され、内燃機関１の吸入空気量は減少する。しかしながら
、内燃機関１において燃焼が行なわれないため、内燃機関１に吸入された新気（空気）がそのまま排気通路３に排出される。そのため、ＥＨＣ６に多量の酸素が供給されることとなる。その結果、十分な温度が維持されていれば、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭの酸化が促進される。

しかしながら、ＥＨＣ６に低温の新気が供給されることで、マット６３の上流側端面６３ａの温度が低下する場合がある。この場合、逆にＰＭの酸化反応が抑制されることとなる。

また、ＥＨＣ６の触媒担体６１に担持された三元触媒６７は酸素吸蔵能力を有している。そのため、フューエルカット制御の実行が開始され、ＥＨＣ６に多量の酸素が供給されても、該酸素が三元触媒６７に吸蔵される間は、ＥＨＣ６の下流側の酸素濃度は低下した状態となる。これにより、ＥＨＣ６の下流側、即ちマット６３の下流側端面６３ｂに供給される酸素量が不足すると、該下流側端面６３ｂに付着したＰＭの酸化反応が抑制されることとなる。

そこで、本実施例では、フューエルカット制御の実行開始後、ＥＨＣ６の下流側に、マット６３の下流側端面６３ｂに付着したＰＭを酸化・除去させるのに十分な量の酸素が供給されたと判断された時点で、ＥＨＣ６への空気の供給を停止させる制御（以下、この制御を空気供給停止制御と称する）を実行する。

このようなタイミングで空気供給停止制御を実行することで、マット６３の上流側及び下流側端面６３ａ，６３ｂに十分な量の酸素を供給しつつ、マット６３の上流側端面６３ａの温度低下を可及的に抑制することができる。その結果、フューエルカット制御実行時におけるマット６３の上流側及び下流側端面６３ａ，６３ｂでのＰＭの酸化・除去を促進させることができる。

空気供給停止制御は、スロットル弁５の閉弁制御や、内燃機関１における吸気弁又は排気弁の閉弁制御等によって実現することができる。

［空気供給停止制御のフロー］
ここで、本実施例に係る空気供給停止制御のフローについて、図１５に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。

本フローでは、先ずステップＳ４０１において、フューエルカット制御が実行されたか否かが判別される。Ｓ４０１において、フューエルカット制御が実行されたと判定された場合、次にステップＳ４０２において、ＥＨＣ６の下流側のＯ_２濃度Ｃｄが所定濃度Ｃｄ０以下であるか否かが判別される。ここで、所定濃度Ｃｄ０は、三元触媒６７に酸素が吸蔵されることによって、ＥＨＣ６の下流側のＯ_２濃度Ｃｄが低下していると判断できる閾値である。このような所定濃度Ｃｄ０は、実験等に基づいて予め求めることができる。

ステップＳ４０３において、ＥＨＣ６の下流側のＯ_２濃度Ｃｄが所定濃度Ｃｄ０以下であると判定された場合、次にステップＳ４０４において、ＥＨＣ６の下流側のＯ_２濃度Ｃｄが所定濃度Ｃｄ０以下となってからの内燃機関１の吸入空気量の積算値（以下、積算空気量と称する）Σｇａを算出する。

次に、ステップＳ４０５において、積算空気量Σｇａが所定積算空気量Σｇａ１以上となったか否かが判別される。ここで、所定積算空気量Σｇａ１とは、ＥＨＣ６の下流側に、マット６３の下流側端面６３ｂに付着したＰＭを酸化・除去させるのに十分な量の酸素
が供給されたと判断できる閾値である。このような所定積算空気量Σｇａ１は、実験等に基づいて予め求めることができる。

ステップＳ４０５において、積算空気量Σｇａが所定積算空気量Σｇａ１以上となったと判定された場合、次にステップＳ４０６において、空気供給停止制御が実行される。

［変形例］
本実施例の変形例について説明する。上記においては、フューエルカット制御を実行した際に、ＥＨＣ６のマット６３の上流側端面６３ａの温度低下を抑制すべく空気供給停止制御を実行した。しかしながら、ＥＨＣ６への空気の供給量（以下、供給空気量と称する）を減少させることで、マット６３の上流側端面６３ａの過剰な温度低下を抑制できれば、必ずしも、ＥＨＣ６への空気の供給を停止する必要はない。ＥＨＣ６への空気の供給を停止させることなく、ＰＭの酸化が可能な温度を維持できれば、より多くの酸素を供給することが可能となるため、フューエルカット制御の実行中にＰＭの酸化・除去をより促進させることができる。

また、供給空気量を減少させる制御（以下、この制御を空気供給量減少制御と称する）を実行する場合、ＥＨＣ６へ供給される空気の温度（以下、供給空気温度と称する）に応じて、供給空気量を制御してもよい。フューエルカット制御の実行時における内燃機関１の温度が高いために供給空気温度が高い場合、供給空気量をより多くしてもＰＭの酸化が可能な温度を維持することができる。そこで、供給空気温度が高いほど、空気供給量減少制御の実行時における供給空気量をより多くする（つまり、供給空気量の減少量をより少なくする）。これにより、ＰＭの酸化が可能な温度を維持しつつ、より多くの酸素をＥＨＣ６に供給することができる。

供給空気量は、スロットル弁５の開度や、内燃機関１の吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを調整すること等により制御することができる。

［空気供給量減少制御のフロー］
ここで、本変形例に係る空気供給量減少制御のフローについて、図１６に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローにおけるステップＳ４０１〜Ｓ４０５については、図１５に示すフローと同様であるため、その説明を省略する。

本フローでは、ステップＳ４０５において、積算空気量Σｇａが所定積算空気量Σｇａ１以上となったと判定された場合、次にステップＳ５０６において、上流側排気温度センサ１２によって検出される供給空気温度Ｔａｉｒが読み込まれる。

次に、ステップＳ５０７において、ステップＳ５０６で読み込まれた供給空気温度Ｔａｉｒに基づいて、空気供給量減少制御実行時における供給空気量の目標値Ｑａｉｒｔを算出する。ここでは、供給空気温度Ｔａｉｒが高いほど、供給空気量の目標値Ｑａｉｒｔは大きくなる。供給空気温度Ｔａｉｒと供給空気量の目標値Ｑａｉｒｔとの関係は実験等に基づいて予め求めることができ、マップとしてＥＣＵ１０に記憶されている。

次に、ステップＳ５０８において、空気供給量減少制御が実行される。このとき、供給空気量が、ステップＳ５０７で算出された目標値Ｑａｉｒｔに制御される。

＜実施例５＞
本発明の実施例５について説明する。ここでは、実施例１と異なる点についてのみ説明する。

［オーバーリーン燃料噴射］
本実施例では、内燃機関１の各気筒において、燃料噴射弁が吸気ポートに設けられており、燃料噴射弁から吸気ポート内に燃料が噴射される。また、内燃機関１において、減速運転時にフューエルカット制御が行なわれる。

そして、フューエルカット制御の実行時において、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭを除去する場合、内燃機関１の燃料噴射弁から、酸素過剰により気筒内で燃焼しない程度の微量な燃料を噴射する（以下、このような燃料噴射をオーバーリーン燃料噴射と称する）。オーバーリーン燃料噴射によって噴射された燃料は、内燃機関１から未燃の状態で排出され、空気と共に酸化触媒６８に供給される。そして、該燃料が酸化触媒６８において酸化される。このときに生じる酸化熱によって、フューエルカット制御の実行中における、マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭの酸化を促進させることができる。

［オーバーリーン燃料噴射制御のフロー］
ここで、本実施例に係るオーバーリーン燃料噴射制御のフローについて、図１７に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。

本フローでは、先ずステップＳ６０１において、フューエルカット制御が実行されたか否かが判別される。Ｓ６０１において、フューエルカット制御が実行されたと判定された場合、次にステップＳ６０２において、マット６３の端面６３ａ，６３ｂにおけるＰＭ付着量ｋｐｍが算出される。

次にステップＳ６０３において、ＰＭ付着量ｋｐｍが、フューエルカット制御実行中におけるＰＭ除去実行の閾値ｋｐｍ１以上であるか否かが判別される。閾値ｋｐｍ１は実験等に基づいて予め定められている。

ステップＳ６０３において、ＰＭ付着量ｋｐｍが閾値ｋｐｍ１以上であると判定された場合、次にステップＳ６０４において、上流側排気温度センサ１２によって検出される供給空気温度Ｔａｉｒが読み込まれる。

次に、ステップＳ６０５において、ステップＳ６０４で読み込まれた供給空気温度Ｔａｉｒに基づいて、オーバーリーン燃料噴射での目標燃料噴射量Ｑｆｔを算出する。マット６３の端面６３ａ，６３ｂに付着したＰＭの酸化を促進させるためには、供給空気温度Ｔａｉｒが低いほど、酸化触媒６８における燃料の酸化によって生じる熱量を大きくする必要がある。そのため、供給空気温度Ｔａｉｒが低いほど、オーバーリーン燃料噴射での目標燃料噴射量Ｑｆｔは多くなる。また、該目標燃料噴射量Ｑｆｔは、気筒内では燃焼しない程度の量になっている。供給空気温度Ｔａｉｒとオーバーリーン燃料噴射での目標燃料噴射量Ｑｆｔとの関係は実験等に基づいて予め求めることができ、マップとしてＥＣＵ１０に記憶されている。

次に、ステップＳ６０６において、オーバーリーン燃料噴射制御が実行される。このとき、燃料噴射量が、ステップＳ６０５で算出された目標燃料噴射量Ｑｆｔに制御される。

尚、内燃機関１の燃料噴射弁が気筒内に燃料を直接噴射するものである場合は、フューエルカット制御の実行時において、排気行程での燃料噴射を実行することで、上記と同様、未燃の状態の燃料を空気と共に酸化触媒６８に供給することができる。

１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
５・・・スロットル弁
６・・・ＥＨＣ
６１・・触媒担体
６２・・ケース
６３・・マット
６４・・内管
６５・・電極
６７・・三元触媒
６８・・酸化触媒
７・・・バッテリ
１０・・ＥＣＵ
１１・・空燃比センサ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられる三元触媒であって、
通電によって発熱する担体と、
前記担体を収納するケースと、
前記担体と前記ケースとの間に設けられ電気を絶縁する絶縁部材と、
前記絶縁部材の上流側若しくは下流側の少なくともいずれかの端面、又は該端面の近傍に設けられた触媒担持部材に担持された酸化機能を有する触媒と、を有する電気加熱式触媒と、
内燃機関の排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに繰り返し変化させることで、その平均値を理論空燃比近傍に維持する空燃比制御手段と、
前記絶縁部材の端面に付着した粒子状物質の量を推定するＰＭ付着量推定手段と、を備え、
前記絶縁部材の端面に付着した粒子状物質を除去する時に、前記空燃比制御手段が、前記ＰＭ付着量推定手段によって推定された前記絶縁部材の端面におけるＰＭ付着量が多いときは、該ＰＭ付着量が少ないときに比べて、排気の空燃比をリッチ空燃比に制御した時の空燃比をより低くし、且つリッチ空燃比期間をより短くするか又はリーン空燃比期間をより長くする電気加熱式触媒の制御システム。