JP7310671B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくは、粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを有する内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関を動力源とした車両の燃費の改善を目的として、車両の減速時に燃料噴射を停止するフューエルカットが行われることがある。フューエルカット中は、出力軸の回転速度の低下によって内燃機関がストールする可能性がある。特許文献１に記載の技術では、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータを備えた車両において、フューエルカットの実行中にロックアップクラッチを係合状態又は半係合状態に制御し、ストールを防ぐこととしている。

特開２００８－０２５３７６号公報

ストイキ燃焼を行うガソリンエンジンには、排気通路にガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ；Gasoline Particulate Filter）を備えたものがある。ＧＰＦは、内燃機関から排出された粒子状物質（ＰＭ；Particulate Matter）を捕集することにより、外部へのＰＭの放出を防ぐ。ＧＰＦに堆積したＰＭを除去する再生処理には、ＧＰＦの昇温とＧＰＦへの酸素供給が必要となる。ガソリンエンジンでは、主にＧＰＦに酸素が供給されるフューエルカット中にＧＰＦの再生処理が行われる。

ここで、フューエルカット中は、内燃機関のストールを防ぐために自動変速機のロックアップクラッチを係合することが求められる。しかしながら、ロックアップクラッチは、何時でも係合可能なわけではない。自動変速機の潤滑油であるＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）の温度が極低温（例えば－１０℃）である場合、ロックアップクラッチの係合によってジャダーと呼ばれる振動が発生することがあるからである。このため、ＡＴＦ油温が極低温である場合等、ロックアップクラッチの係合が制限される条件では、フューエルカットの実行もまた制限されてしまう。

粒子状物質ＰＭは、内燃機関の冷間時に特に排出され易い。このため、極寒環境等において内燃機関のショートトリップが頻繁に行われるような条件では、ＧＰＦの再生処理の十分な機会を得ることができず、ＰＭの堆積量が増大してしまうおそれがある。ＧＰＦへのＰＭ堆積量が増大すると、圧力損失が増大することによる排圧上昇によって内燃機関の燃焼悪化又は燃費悪化を招いてしまう。

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ＰＭの捕集機能を有するＧＰＦを備える内燃機関において、ＧＰＦの再生機会を増やしてＰＭ堆積量の増大を防ぐことのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

第１の開示は、上記の課題を解決するため、内燃機関の排気浄化装置に適用される。排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータを備えた自動変速機と、内燃機関が搭載された車両の減速中且つ自動変速機の潤滑油の温度相関値が判定値よりも高い場合にフューエルカットを行うように内燃機関を制御するとともに、フューエルカットの実行中にロックアップクラッチを係合するように自動変速機を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定部と、堆積量が所定の第一堆積量を超えた場合、堆積量が第一堆積量を超える前よりも判定値を小さい値に変更する判定値変更部と、を含んで構成される。

第２の開示は、第１の開示において、さらに以下の特徴を有する。
制御装置は、堆積量が第一堆積量よりも大きい第二堆積量を超えた場合、堆積量が第二堆積量を超える前よりも内燃機関の目標空燃比をリーン空燃比に変更する空燃比制御部を更に含む。

第３の開示は、第２の開示において、さらに以下の特徴を有する。
空燃比制御部は、内燃機関の吸入空気量が所定の判定空気量より大きい場合、目標空燃比のリーン空燃比への変更を禁止するように構成される。

第４の開示は、第２又は第３の開示において、さらに以下の特徴を有する。
空燃比制御部は、内燃機関の燃焼変動限界に到達しない範囲内で内燃機関の目標空燃比をリーン空燃比に変更するように構成される。

第５の開示は、第２乃至第４の何れか１つの開示において、さらに以下の特徴を有する。
空燃比制御部は、内燃機関の水温が高いほど目標空燃比をリーンな空燃比へ変更するように構成される。

第１の開示によれば、パティキュレートフィルタへの粒子状物質（ＰＭ）の堆積量が増えた場合に、減速中のフューエルカットの実行機会を増やすことができる。これにより、パティキュレートフィルタの再生機会を増やすことができるので、ＰＭの堆積量の増大を防ぐことが可能となる。

また、第２の開示によれば、目標空燃比をリーン空燃比に変更することにより、パティキュレートフィルタの再生効率を高めることが可能となる。

また、第３の開示によれば、吸入空気量が判定空気量よりも大きいときには、目標空燃比のリーン空燃比への変更が禁止される。これにより、排出ＮＯｘ量が増大することを防ぐことができる。

また、第４の開示によれば、内燃機関の燃焼変動限界を超えてリーン空燃比に制御されることを防ぐことができる。

また、第５の開示によれば、水温に応じたリーン空燃比の最適化が可能となる。

実施の形態１の排気浄化装置の構成を説明するための図である。 ＥＣＵの機能ブロックを示す図である。 実施の形態１において実行される減速フューエルカット制御のルーチンを示すフローチャートである。 減速ロックアップ許可油温変更処理の実行有無によるＧＰＦの再生性能の差を説明するためのタイムチャートである。 ＥＣＵにおいて実行されるＰＭ堆積量推定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬに対する推定堆積量を規定したＰＭ排出マップの一例を示す図である。 空燃比に対する推定堆積量の補正係数を演算する空燃比補正マップの一例を示す図である。 エンジン水温に対する推定堆積量の補正係数を演算する水温補正マップの一例を示す図である。 推定再生量を演算する再生量マップの一例を示す図である。 実施の形態１の排気浄化装置が実行する許可油温変更処理のルーチンを示すフローチャートである。 ＧＰＦへのＰＭ堆積量に対するＧＰＦの再生量の関係を空燃比毎に示す図である。 空燃比に対する燃焼変動及び排出ＮＯｘ量の関係を示す図である。 実施の形態２のリーン空燃比制御の実施時期によるＮＯｘ排出量及びＧＰＦ床温の変化の差を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態２の排気浄化装置において実行される制御ルーチンのフローチャートである。 エンジン水温に対する目標空燃比の関係を規定したマップである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１．
実施の形態１について図を参照して説明する。

１－１．実施の形態１の構成
図１は、実施の形態１の排気浄化装置の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態の排気浄化装置１００は、内燃機関（エンジン）１０を備えている。エンジン１０は、動力源として車両に搭載される。エンジン１０は、ストイキ燃焼を基本とするガソリンエンジンである。エンジン１０には４つの気筒が直列に備えられ、気筒ごとにインジェクタ８が設けられている。エンジン１０には、吸気マニホールドと排気マニホールドが取り付けられている（何れも図示省略）。吸気マニホールドには、エンジン１０へ吸気を取り込むための吸気通路１２が接続されている。排気マニホールドには、エンジン１０から出た排気ガスを大気中に放出するための排気通路１４が接続されている。

吸気通路１２の途中には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１６が配置されている。吸気通路１２におけるエアフローメータ１６の吸気下流側には、スロットル弁１８が設けられている。排気通路１４には、三元触媒であるスタートコンバータ（Ｓ／Ｃ）２２が配置されている。排気通路１４におけるスタートコンバータ２２の排気下流側には、ＧＰＦ２４が配置されている。ＧＰＦ２４は、エンジン１０から排出されたＰＭ（粒子状物質）を捕集する。

エンジン１０のクランク軸は、トルクコンバータ２８を介して自動変速機２６の入力軸に接続されている。トルクコンバータ２８には、エンジン１０の出力軸と自動変速機２６の入力軸とを直結状態に係合するためのロックアップクラッチ２９が内蔵されている。

本実施の形態に係る排気浄化装置１００はＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０は、排気浄化装置の全体を総合制御する制御装置であって、本開示に係る制御装置はＥＣＵ３０の一つの機能として具現化されている。

ＥＣＵ３０は、少なくとも入出力インタフェース、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有する。入出力インタフェースは、排気浄化装置１００が備えるセンサの信号を取り込むとともに、エンジン１０が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力する。センサは排気浄化装置１００の各所に取り付けられている。排気通路１４におけるスタートコンバータ２２の上流側には、排気ガスの空燃比Ａ／Ｆを検出するための空燃比センサ４０が設けられている。排気通路１４におけるＧＰＦ２４の上流側には、ＧＰＦ２４の床温を検出するための排気温センサ３８が設けられている。さらに、エンジン１０のエンジン回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ３２や、エンジン１０のエンジン水温ｔｈｗを検出するための水温センサ３４、自動変速機２６の潤滑油（ＡＴＦ）の温度（ＡＴＦ油温）を検出するための油温センサ３６なども取り付けられている。ＥＣＵ３０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。

ＥＣＵ３０によって操作されるアクチュエータには、インジェクタ８、スロットル弁１８、トルクコンバータ２８のロックアップクラッチ２９などが含まれている。ＲＯＭには、エンジン１０を制御するための各種の制御プログラムやマップを含む各種の制御データが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラムをＲＯＭから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。なお、ＥＣＵ３０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。

図２は、ＥＣＵの機能ブロックを示す図である。ＥＣＵ３０は、排気浄化装置１００を制御するための機能ブロックとして、減速フューエルカット制御部３１０と、堆積量推定部３１２と、減速ロックアップ許可油温変更部３１４と、空燃比制御部３１６と、を含んでいる。以下、それぞれの機能ブロックにおいて実行される処理について詳細に説明する。

１－２．実施の形態１の排気浄化装置の基本動作
１－２－１．減速フューエルカット制御
排気浄化装置１００のＥＣＵ３０によって実行されるエンジン１０の制御には減速フューエルカット制御が含まれる。減速フューエルカット制御は、ＥＣＵ３０の減速フューエルカット制御部３１０において実行される。本実施の形態の減速フューエルカット制御では、エンジン１０が搭載された車両の減速中において所定の実行条件が成立した場合に、燃費の改善を目的として、インジェクタ８からの燃料噴射が停止される。

ただし、減速フューエルカット中は、エンジン１０の出力軸の回転速度が低下するため、エンジン１０がストールするおそれがある。そこで、ＥＣＵ３０は、減速フューエルカット中に、トルクコンバータ２８のロックアップクラッチ２９を係合状態に制御する。これにより、減速フューエルカット中においてエンジン１０の出力軸が車両側の出力軸によって強制的に回転されるため、エンジン１０のストールが防がれる。

減速フューエルカットの実行条件には、車両が減速中であることに加えて、ロックアップクラッチ２９の係合が可能であることが含まれる。典型的には、ＥＣＵ３０は、車両の減速中において自動変速機２６の潤滑油の油温であるＡＴＦ油温が所定の減速ロックアップ許可油温よりも高い場合、ロックアップクラッチ２９の係合を許可し、ＡＴＦ油温が所定の減速ロックアップ許可油温よりも低い場合、ロックアップクラッチ２９の係合を禁止する。減速ロックアップ許可油温は、ロックアップクラッチ２９の係合の許可及び禁止を判定するための判定値である。極寒環境においてロックアップクラッチ２９を係合すると、ジャダー現象によるドライバビリティの悪化が許容できない可能性がある。そこで、ロックアップ許可油温は、例えばドライバビリティの観点から許容される下限温度に設定されている。これにより、減速フューエルカット中のエンジン１０のストールを防ぐとともに、ジャダー現象によるドライバビリティの悪化を防ぐこととしている。

１－２－２．減速フューエルカット制御の具体的処理
次に、フローチャートを参照して、実施の形態１の排気浄化装置１００において実行される減速フューエルカット制御の具体的処理について説明する。図３は、実施の形態１において実行される減速フューエルカット制御のルーチンを示すフローチャートである。なお、図３に示すルーチンは、エンジン１０の運転中に所定の制御周期でＥＣＵ３０によって繰り返し実行される。

図３に示すルーチンのステップ１００では、エンジン１０が搭載された車両が減速中か否かが判定される。その結果、車両が減速中の場合にはステップＳ１０２の処理に移行し、減速中でない場合には本ルーチンは終了される。

ステップＳ１０２では、ＡＴＦ油温が所定の減速ロックアップ許可油温よりも高いか否かが判定される。その結果、判定が成立しない場合にはステップＳ１０４の処理に移行し、ロックアップクラッチ２９が解放状態に維持される（ロックアップＯＦＦ）。ステップＳ１０４の処理が完了すると、本ルーチンは終了される。

一方、ステップＳ１０２において判定が成立した場合にはステップＳ１０６の処理に移行し、ロックアップクラッチ２９が係合状態とされる（ロックアップＯＮ）。ステップＳ１０４の処理が完了すると、処理はステップＳ１０８に移行する。ステップＳ１０８では、フューエルカットが実行される。ステップＳ１０４の処理が完了すると、本ルーチンは終了される。

１－２－３．ＧＰＦによるＰＭの捕集と再生処理
ＧＰＦ２４は、エンジン１０から排気された排気ガス中に含まれるＰＭを捕集する。ＧＰＦ２４には捕集したＰＭが堆積する。ＧＰＦ２４においてＰＭを継続して捕集し続けるためには、ＧＰＦ２４に堆積しているＰＭを除去してＧＰＦ２４の捕集能力を再生するための再生処理が必要となる。そのようなＰＭの再生処理としては、ＧＰＦ２４を高温且つリーンな雰囲気下に置くことによって、捕集されたＰＭを受動的に燃焼除去する処理が考えられる。ストイキ燃焼を基本とするガソリンエンジンでは、通常運転時の排気熱によってＧＰＦ２４を再生処理が可能な温度まで昇温することができる。また、ＧＰＦ２４のリーンな雰囲気は、典型的には、エンジン１０の減速フューエルカット中に実現される。つまり、ＧＰＦ２４の再生処理は、ＧＰＦ２４の暖機後における減速フューエルカット中に受動的に実行される。

１－３．実施の形態１の排気浄化装置の特徴動作
１－３－１．減速ロックアップ許可油温変更処理の概要
次に、実施の形態１の排気浄化装置の特徴動作である減速ロックアップ許可油温変更処理について説明する。エンジン１０は、エンジンスタートからシリンダ壁面などが暖機されるまでの期間に多量のＰＭを排出する。ＰＭ排出量は、シリンダ壁面が低いほど増加する傾向にあり、特に環境温度が０℃以下となるような極寒環境下では、ＰＭ排出量が指数関数的に増加する傾向にある。

このような極寒環境下において、エンジン１０がショートトリップを繰り返す状況を想定する。ＧＰＦ２４は排気通路１４に配置されているため、極寒環境下におけるコールドスタート時においても、比較的早期に再生処理が可能な床温まで暖機される。しかしながら、自動変速機２６を潤滑するＡＴＦは、ＧＰＦ２４に比べて温度上昇が緩慢となる傾向がある。このため、極寒環境下においてエンジン１０がショートトリップを繰り返す状況では、ＡＴＦ油温が減速ロックアップ許可油温に到達せず、減速フューエルカットの実行機会が十分に得られない可能性がある。ＧＰＦ２４において再生処理されるＰＭ量よりも捕集されるＰＭ量の方が多量な状況が続くと、ＧＰＦ２４におけるＰＭ堆積量が増え続けてしまう。ＧＰＦ２４におけるＰＭの過堆積は、排圧の上昇に伴う燃焼悪化及び燃費の悪化を招いてしまう。

そこで、本実施の形態の排気浄化装置１００は、ＧＰＦ２４へのＰＭ堆積量に応じて許可温度を変更する許可油温変更処理を行うことに特徴を有している。典型的には、ＥＣＵ３０の堆積量推定部３１２は、エンジン１０の運転状態に基づいてＧＰＦ２４へのＰＭ堆積量を推定する。そして、ＥＣＵ３０の減速ロックアップ許可油温変更部３１４は、推定されたＰＭ堆積量である推定堆積量が所定の閾値Ａよりも大きい場合に、車両の減速時における減速ロックアップ許可油温（判定値）を通常時よりも低い値に変更する。減速ロックアップ許可油温変更部３１４は、判定値としての減速ロックアップ許可油温を変更することから、「判定値変更部」とも呼ばれる。ここでの閾値Ａは、エンジン１０の燃焼悪化を引き起こす可能性があるＰＭ堆積量として、実験或いはシミュレーションによって予め定められた値である。閾値Ａは、第一堆積量とも呼ばれる。このような制御によれば、極寒環境下において減速フューエルカットの実行機会を増やすことができるので、ＧＰＦ２４の再生処理が行われることによるＰＭ堆積量の低減が期待できる。

図４は、減速ロックアップ許可油温変更処理の実行有無によるＧＰＦの再生性能の差を説明するためのタイムチャートである。なお、図４中の（ａ）は、ＧＰＦ２４の床温の時間変化を示し、図４中の（ｂ）は、エンジン１０を搭載した車両の車速の時間変化を示し、図４中の（ｃ）は、減速ロックアップ許可油温が引き下げられていない場合におけるフューエルカットの実行有無を示し、図４中の（ｄ）は、減速ロックアップ許可油温が引き下げられていない場合におけるＧＰＦ２４に堆積するＰＭ堆積量の時間変化を示し、図４中の（ｅ）は、ＡＴＦ油温の時間変化を示し、図４中の（ｆ）は、減速ロックアップ許可油温が引き下げられた場合におけるフューエルカットの実行有無を示し、図４中の（ｇ）は、減速ロックアップ許可油温が引き下げられた場合におけるＧＰＦ２４に堆積するＰＭ堆積量の時間変化を示している。

図４中の（ｅ）に示すように、許可油温変更処理を実行しない場合、例えば時間ｔ２においてＡＴＦ油温がロックアップ許可油温に到達する。この場合、図４中の（ｅ）に示すように、時間ｔ２以降に減速フューエルカットの実行機会が得られるため、ＧＰＦ２４の再生処理が行われるのも時間ｔ２以降となる。その結果、図４中の（ｄ）に示すように、ＰＭ堆積量は時間ｔ２まで上昇し続けてしまい、結果的に再生処理の実行機会を失っている。

これに対して、図４中の（ｅ）に示すように、許可油温変更処理によって減速ロックアップ許可油温が引き下げられた場合、例えば時間ｔ２よりも早期の時間ｔ１においてＡＴＦ油温がロックアップ許可油温に到達する。この場合、図４中の（ｆ）に示すように、時間ｔ１以降に減速フューエルカットの実行機会が得られるため、ＧＰＦ２４の再生処理が行われるのも時間ｔ１以降となる。その結果、図４中の（ｇ）に示すように、ＰＭ堆積量は時間ｔ３から減少に転じ、最終的なＰＭ堆積量が図４中の（ｄ）に示すＰＭ堆積量よりも大幅に減少している。

このように、許可油温変更処理によれば、極寒環境下におけるエンジン始動時において、早期にＧＰＦ２４の再生処理を開始することができる。これにより、ＧＰＦ２４へのＰＭ堆積量を低減することができるので、エンジン１０の燃焼悪化及び燃費悪化を防ぐことが可能となる。

１－３－２．減速ロックアップ許可油温変更処理の具体的処理
ＧＰＦ２４では、ＰＭの捕集と再生処理によるＰＭの除去とが同時に行われている。ＥＣＵ３０の堆積量推定部３１２は、エンジン１０の運転中において、ＧＰＦ２４に堆積しているＰＭの総堆積量の推定値である推定総堆積量を常時演算している。先ず、減速ロックアップ許可油温変更処理の具体的処理の説明に先立って、ＧＰＦ２４における堆積量推定処理について説明する。

１－３－３．堆積量推定処理
図５は、ＥＣＵ３０において実行されるＰＭ堆積量推定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図５に示す制御ルーチンは、エンジン１０の運転中において所定の制御周期で繰り返し実行されるものである。

図５に示す制御ルーチンのステップＳ１２０では、今回の制御ルーチンにおいてＧＰＦ２４に新たに堆積したＰＭの推定堆積量が演算される。図６は、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬに対する推定堆積量を規定したＰＭ排出マップの一例を示す図である。ここでは、図６に示すＰＭ排出マップを用いて、現在のエンジン１０のエンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬに対応する推定堆積量が演算される。

次のステップＳ１２２では、ステップＳ１２０の処理で演算された推定堆積量が空燃比によって補正される。図７は、空燃比に対する推定堆積量の補正係数を演算する空燃比補正マップの一例を示す図である。エンジン１０の空燃比がリーンであるほど排気通路１４へ排出されるＰＭ量は小さくなる。このため、空燃比補正係数Ｋａｆは、空燃比がリーンであるほど小さくなる値として演算される。ここでは、図７に示す空燃比補正マップを用いて、空燃比センサ４０によって検出される現在の空燃比に対応する空燃比補正係数Ｋａｆが演算される。そして、ステップＳ１２０の処理で演算された推定堆積量に空燃比補正係数Ｋａｆを乗算することによって、補正後の推定堆積量が演算される。

次のステップＳ１２４では、ステップＳ１２２の処理で演算された推定堆積量が更にエンジン水温によって補正される。図８は、エンジン水温に対する推定堆積量の補正係数を演算する水温補正マップの一例を示す図である。エンジン１０のエンジン水温ｔｈｗが高いほど排気通路１４へ排出されるＰＭ量は小さくなる。このため、水温補正係数Ｋｔｈｗは、エンジン水温が高いほど小さくなる値として演算される。ここでは、図８に示す水温補正マップを用いて、水温センサ３４によって検出される現在のエンジン水温ｔｈｗに対応する水温補正係数Ｋｔｈｗが演算される。そして、ステップＳ１２２の処理で演算された推定堆積量に水温補正係数Ｋｔｈｗを乗算することによって、補正後の推定堆積量が演算される。

次のステップＳ１２６では、ＧＰＦ２４のＧＰＦ床温が所定床温Ｔｒｅｇｅよりも大きいか否かが判定される。ここでの所定床温Ｔｒｅｇｅは、ＧＰＦ２４においてＰＭ再生処理が行われる床温の下限値として、予め定められた値が用いられる。その結果、判定の成立が認められない場合には、ＰＭ再生量の推定値である推定再生量は０（ゼロ）であるとして、処理はステップＳ１３０へと移行する。一方、ステップＳ１２６の判定の成立が認められた場合には、処理はステップＳ１２８へと移行する。

ステップＳ１２８では、ＧＰＦ２４での推定再生量が演算される。図９は、推定再生量を演算する再生量マップの一例を示す図である。ＧＰＦ２４のＰＭ堆積量が多量であるほどＰＭ再生量は多量となる。また、ＧＰＦ２４の床温が高いほどＰＭ再生量は多量となる。さらに、ＧＰＦ２４に流入する排気の空燃比がリーンであるほどＰＭ再生量は多量となる。図９に示す再生量マップは、ＧＰＦ２４のＰＭ再生量が、ＧＰＦ２４のＰＭ堆積量、ＧＰＦ２４の床温、及び排気の空燃比に関連付けられている。ここでは、前回のルーチンにおいて演算された推定総堆積量、排気温センサ３８により検出されるＧＰＦ２４の床温に対応するＰＭ再生量が推定再生量として再生量マップから演算される。ステップＳ１２８の処理が完了すると、処理は次のステップＳ１３０に移行する。

ステップＳ１３０では、ステップＳ１２４において演算された推定堆積量からステップＳ１２８において演算された推定再生量を減算することにより、本ルーチンにおける最終的な推定堆積量が演算される。次のステップＳ１３２では、ＧＰＦ２４における推定総堆積量の今回値が演算される。ここでは、前回のルーチンにおいて演算された推定総堆積量の前回値に、今回のルーチンのステップＳ１３０において演算された推定堆積量を加算することにより、推定総堆積量の今回値が演算される。

１－３－４．減速ロックアップ許可油温変更処理
次に、減速ロックアップ許可油温変更処理について説明する。減速ロックアップ許可油温変更処理は、ＥＣＵ３０の減速ロックアップ許可油温変更部３１４によって実行される。図１０は、実施の形態１の排気浄化装置が実行する許可油温変更処理のルーチンを示すフローチャートである。図１０に示す制御ルーチンは、エンジン１０の運転中において所定の制御周期で繰り返し実行されるものである。図１０に示すルーチンのステップＳ１４０では、ＭＯＤＥ＝０の成立が判定される。減速ロックアップ許可油温は、通常の減速ロックアップ許可油温であるＴｏｉｌ＿ｎｏｒｍと、Ｔｏｉｌ＿ｎｏｒｍよりも低温のＴｏｉｌ＿Ｌｏｗの何れか一方に設定されている。ここでのＭＯＤＥは、現在設定されている減速ロックアップ許可油温を判断するためのフラグである。ＭＯＤＥ＝０のときは減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿ｎｏｒｍに設定され、ＭＯＤＥ＝１のときは減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿Ｌｏｗに設定されている。ステップＳ１４０の判定の結果、ＭＯＤＥ＝０であるときには処理はステップＳ１４２に移行する。

次のステップＳ１４２では、ＰＭ堆積量推定処理において推定された推定総堆積量が閾値Ａよりも大きいか否かが判定される。その結果、判定の成立が認められない場合には、処理はステップＳ１５４に移行し、減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿ｎｏｒｍに維持される。

一方、ステップＳ１４２において判定の成立が認められた場合、処理はステップＳ１４４に移行する。ステップＳ１４４では、ＭＯＤＥが１に設定され、次のステップＳ１４６に移行する。ステップＳ１４６では、減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿Ｌｏｗに設定される。

ステップＳ１４０の判定においてＭＯＤＥ＝０でない場合、減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿Ｌｏｗに設定されている。この場合、処理はステップＳ１５０に移行して、ＰＭ堆積量推定処理において推定された推定総堆積量が閾値Ｃよりも大きいか否かが判定される。ここでの閾値Ｃは、減速ロックアップ許可油温の設定がハンチングすることを防ぐための推定総堆積量の閾値であって、閾値Ａよりも小さい近傍値に設定されている。ここでの判定の成立が認められた場合、処理はステップＳ１４６に移行して減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿Ｌｏｗに維持される。一方、ステップＳ１５０において、判定の成立が認められない場合、処理はステップＳ１５２に移行する。

ステップＳ１５２では、ＭＯＤＥが０に設定され、次のステップＳ１５４に移行する。ステップＳ１５４では、減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿ｎｏｒｍに設定される。

このように、実施の形態１の排気浄化装置１００において実行される許可油温変更処理によれば、ＧＰＦ２４の推定総堆積量に応じて減速ロックアップ許可油温が変更される。これにより、極寒環境下におけるエンジン始動時において、早期に減速フューエルカットの機会を得ることができるので、ＧＰＦ２４の再生処理を早い段階から開始することが可能となる。

１－４．実施の形態１のシステムの変形例
実施の形態１の排気浄化装置１００は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

堆積量推定処理の具体的手法に限定はない。すなわち、ＧＰＦ２４におけるＰＭの推定総堆積量は、ＧＰＦ２４前後の差圧を用いる方法等、他の公知の手法を用いて演算してもよい。この変形例は、後述する実施の形態２の排気浄化装置に対しても同様に適用することができる。

減速ロックアップ許可油温変更処理では、ＧＰＦ２４におけるＰＭの推定総堆積量に応じて減速ロックアップ許可油温を３段階以上に変更する構成でもよい。このような構成によれば、ＧＰＦ２４のＰＭ堆積量に応じた減速ロックアップ許可油温の設定がより細分化されるので、ＰＭの過堆積の抑制とドライバビリティとの両立の最適化が図れる。

減速ロックアップ許可油温変更処理は、車両の減速中のロックアップ許可油温を変更対象とするものであって、減速中以外のロックアップ許可油温の変更を含むものではない。したがって、減速中以外のロックアップ許可油温の設定に限定はないが、例えば、ＰＭ堆積量に依らず固定値（例えばＴｏｉｌ＿ｎｏｒｍ）に設定することができる。ロックアップクラッチ２９が解放された状態では、係合された状態に比べて伝達効率が低下する分エンジン１０に要求される仕事が増える。このため、このような構成によれば、Ｔｏｉｌ＿ｎｏｒｍを超えるまでは、減速時以外のロックアップクラッチ２９の係合が許可されないように制限することができる。これにより、排気温度の上昇を促すことができるので、ＧＰＦ２４の早期暖機に寄与する。この変形例は、後述する実施の形態２の排気浄化装置に対しても同様に適用することができる。

ロックアップクラッチ２９のロックアップの許可判定は、ＡＴＦ油温を用いる制御に限らず、ＡＴＦ油温と相関を有する他の値を用いてもよい。このような温度相関値は、例えば、エンジン１０のエンジン水温や、エンジン１０の内部を潤滑するエンジンオイルの油温などが挙げられる。この変形例は、後述する実施の形態２の排気浄化装置に対しても同様に適用することができる。

２．実施の形態２．
次に、実施の形態２の排気浄化装置について説明する。

２－１．実施の形態２に係る排気浄化装置の構成
実施の形態２に係る排気浄化装置の構成は、図１に示す実施の形態１の排気浄化装置１００と同一である。よって、実施の形態２に係る排気浄化装置の詳細の説明については省略する。

２－２．実施の形態２に係る排気浄化装置の特徴
実施の形態１の排気浄化装置１００では、極寒環境下において早期に減速フューエルカットの機会を得ることにより、ＧＰＦ２４の再生処理を早期から促進することとした。これに対して、実施の形態２の排気浄化装置１００は、減速フューエルカットだけでは対処できない可能性がある場合に、目標空燃比をリーンに変更するリーン空燃比制御に特徴を有している。リーン空燃比制御は、ＥＣＵ３０の空燃比制御部３１６によって実行される。

図１１は、ＧＰＦへのＰＭ堆積量に対するＧＰＦの再生量の関係を空燃比毎に示す図である。図１１に示すように、空燃比がリーンであるほどＧＰＦ２４の再生量は増大する傾向にある。従って、目標空燃比をリーン空燃比に制御すれば、ＧＰＦ２４の再生効率を高めることができる。

しかしながら、リーン空燃比制御における目標空燃比は制限なくリーンに制御できるわけではない。図１２は、空燃比に対する燃焼変動及び排出ＮＯｘ量の関係を示す図である。図１２に示すように、排出ＮＯｘ量は、スライトリーン時（例えばＡ／Ｆ＝１６）に最大となり、その後リーンになるにつれて減少する傾向がある。また、燃焼変動は、ストイキからスライトリーンまでの期間は低く抑えられるが、その後リーンになるほど急激に上昇する傾向がある。このため、リーン空燃比制御では、エンジン水温毎に特定される燃焼変動限界を超えない範囲でリーン空燃比に制御することにより、排出ＮＯｘを低減しつつＧＰＦ２４の再生効率を高めることが可能となる。

なお、リーン空燃比制御は、車両の減速時等、吸入空気量が少量である期間に限定して実施することが好ましい。図１３は、実施の形態２のリーン空燃比制御の実施時期によるＮＯｘ排出量及びＧＰＦ床温の変化の差を説明するためのタイムチャートである。図１３中の（ａ）は、エンジン１０を搭載した車両の車速の時間変化を示し、図１３中の（ｂ）は、吸入空気量の時間変化を示している。図１３中の（ａ）及び（ｂ）に示すように、時間ｔ２から時間ｔ３の期間、時間ｔ４から時間ｔ５の期間、及び時間ｔ６から時間ｔ７の期間は、車両が主に減速している減速期間であって、吸入空気量が他の期間よりも小さい期間でもある。図１３中の（ｃ）は、リーン空燃比制御をこの減速期間のみに制限した場合のＧＰＦ床温の時間変化を示し、図１３中の（ｄ）は、全期間においてリーン空燃比制御を実行した場合のＧＰＦ床温の時間変化を示している。さらに、図１３中の（ｅ）は、リーン空燃比制御をこの減速期間のみに制限した場合の排出ＮＯｘ量の時間変化を示し、図１３中の（ｆ）は、全期間においてリーン空燃比制御を実行した場合の排出ＮＯｘ量の時間変化を示している。

図１３に示すように、時間ｔ１から時間ｔ２の期間は、車速及び吸入空気量が上昇している車両の加速中の期間であり、時間ｔ２から時間ｔ３の期間は減速期間である。図中の（ｆ）に示す例では、加速中の期間にリーン空燃比制御が実行されているため、吸入空気量増加に伴い排出ＮＯｘ量が増大している。一方、減速中の期間は吸入空気量が少量であるため、リーン空燃比制御を実行されていても排出ＮＯｘは少量に維持されている。

これに対して、図中の（ｅ）に示す例では、加速中の期間にはリーン空燃比制御が実行されないため、ストイキ燃焼によって排出ＮＯｘは低く抑えられている。一方、減速中の期間はリーン空燃比制御が実行されるが、吸入空気量が少量であるため排出ＮＯｘは少量に維持されている。

このように、リーン空燃比制御を減速期間のみに制限した場合、加速中及び減速中の量期間において排出ＮＯｘ量の増加を有効に抑えることができる。また、図中の（ｅ）及び（ｆ）に示すように、時間ｔ２から時間ｔ３の減速期間は、ＧＰＦ２４の熱容量に対して吸入空気量が少量であるため、リーン空燃比制御を実行したとしてもＧＰＦ２４の床温の低下を最小限に抑えることが可能となる。

２－３．実施の形態２の排気浄化装置において実行される制御の具体的処理
図１４は、実施の形態２の排気浄化装置１００において実行される制御ルーチンのフローチャートである。図１４に示す制御ルーチンは、エンジン１０の運転中にＥＣＵ３０によって所定の制御周期で繰り返し実行されるものである。図１４に示すルーチンのステップＳ２００では、ＭＯＤＥ＝０の成立が判定される。ここでのＭＯＤＥは、現在設定されている減速ロックアップ許可油温及びリーン空燃比制御の実行有無を判断するためのフラグである。ＭＯＤＥ＝０のときは減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿ｎｏｒｍに設定され、リーン空燃比制御は実行されていない。ＭＯＤＥ＝１のときは減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿Ｌｏｗに設定され、リーン空燃比制御は実行されていない。そして、ＭＯＤＥ＝２のときは減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿Ｌｏｗに設定され、リーン空燃比制御が実行されている。ステップＳ２００の判定の結果、ＭＯＤＥ＝０であるときには処理はステップＳ２０２に移行する。

次のステップＳ２０２では、ＰＭ堆積量推定処理において推定された推定総堆積量が閾値Ａよりも大きいか否かが判定される。その結果、判定の成立が認められない場合には、処理はステップＳ２１２に移行し、減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿ｎｏｒｍに維持される。

一方、ステップＳ２０２において判定の成立が認められた場合、処理はステップＳ２０４に移行する。ステップＳ２０４では、ＭＯＤＥ＝１に設定され、次のステップＳ２０６に移行する。

ステップＳ２００の判定においてＭＯＤＥ＝０でない場合、減速ロックアップ許可油温が既にＴｏｉｌ＿Ｌｏｗに設定されている。この場合、処理はステップＳ２１０に移行して、ＰＭ堆積量推定処理において推定された推定総堆積量が閾値Ｃよりも大きいか否かが判定される。ここでの処理は、図１０に示す制御ルーチンのステップＳ１５０と同様である。その結果、判定の成立が認められない場合、ＧＰＦ２４にＰＭが過堆積する可能性が低いと判断することができる。この場合、処理はステップＳ２１２に移行して減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿ｎｏｒｍに設定され、次のステップＳ２１４では目標空燃比がストイキに設定され、次のステップＳ２１６ではＭＯＤＥ＝０に設定される。ステップＳ２１６の処理が完了すると、本ルーチンは終了される

一方、ステップＳ２１０において、判定の成立が認められた場合、処理はステップＳ２２０に移行する。ステップＳ２２０では、ＭＯＤＥ＝１の成立が判定される。その結果、判定の成立が認められた場合、処理はステップＳ２０６に移行する。ステップＳ２０６では、ＰＭ堆積量推定処理において推定された推定総堆積量が閾値Ｂよりも大きいか否かが判定される。ここでの閾値Ｂは、閾値Ａよりも大きい値であって、第二堆積量とも呼ばれる。その結果、推定総堆積量が閾値Ｂ以下であった場合、次のステップＳ２０８に移行して、減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿Ｌｏｗに設定される。ステップＳ２０８の処理が完了すると、本制御ルーチンは終了される。

一方、ステップＳ２０６の判定において、推定総堆積量が閾値Ｂよりも大きい場合、減速ロックアップ許可油温変更処理が実行されても減速フューエルカットの機会を十分に得られていないと判断することができる。この場合、次のステップＳ２３０に移行して、ＭＯＤＥ＝２に設定される。ステップＳ２３０の処理が完了すると、処理は次のステップＳ２３２に移行する。

また、ステップＳ２２０において、ＭＯＤＥ＝１の成立が認められない場合、現在のＭＯＤＥが２であると判断されて、処理はステップＳ２３２に移行する。ステップＳ２３２では、リーンフラグがＯＮか否かが判定される。ここでのリーンフラグは、リーン空燃比制御によって現在の目標空燃比がリーン空燃比に設定されているか否かを判断するためのフラグである。その結果、リーンフラグがＯＦＦの場合にはステップＳ２３４に移行する。

ステップＳ２３４では、エアフローメータ１６によって検出される吸入空気量Ｇａが所定の低Ｇａ値であるＧＡＬｏよりも大きいか否かが判定される。ここでのＧＡＬｏは、リーン空燃比に制御した場合に、排出ＮＯｘを許容可能な範囲に抑えることができる吸入空気量Ｇａとして、実験或いはシミュレーションによって予め定められた判定空気量である。その結果、吸入空気量ＧａがＧＡＬｏ以下である場合、リーン空燃比制御を実行可能と判断されて次のステップＳ２３６に移行する。

ステップＳ２３６では、リーンフラグがＯＮに設定される。次のステップＳ２３８では、リーン空燃比制御によって目標空燃比がリーン空燃比に制御される。図１５は、エンジン水温に対する目標空燃比の関係を規定したマップである。このマップでは、燃焼変動限界を超えない範囲のリーン限界値が、目標空燃比としてエンジン水温毎に規定されている。典型的には、目標空燃比は、エンジン水温が高いほどリーン空燃比になるように規定されている。ここでは、図１５に示すマップに従い、目標空燃比が、水温センサ３４によって検出されたエンジン水温ｔｈｗに対応する目標空燃比の値に設定される。ステップＳ２３８の処理が完了すると、処理はステップＳ２０８に移行して、減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿Ｌｏｗに設定される。

一方、ステップＳ２３４の判定において、吸入空気量Ｇａが判定空気量であるＧＡＬｏよりも大きい場合、リーン空燃比による運転では排出ＮＯｘを許容可能な範囲に抑えることができないと判断されて、次のステップＳ２４０に移行する。ステップＳ２４０では、リーンフラグがＯＦＦに設定される。次のステップＳ２４２では、目標空燃比がストイキ空燃比に制御される。ステップＳ２４２の処理が完了すると、処理はステップＳ２０８に移行して、減速ロックアップ許可油温がＴｏｉｌ＿Ｌｏｗに設定される。

ステップＳ２３２においてリーンフラグがＯＮである場合、処理はステップＳ２４４に移行する。ステップＳ２４４では、エアフローメータ１６によって検出される吸入空気量Ｇａが所定の高Ｇａ値であるＧＡＨｉよりも大きいか否かが判定される。ここでのＧＡＨｉは、空燃比の設定がリーン空燃比とストイキ空燃比との間でハンチングすることを防ぐための吸入空気量の閾値であって、ＧＡＬｏよりも大きい近傍値に設定されている。その結果、吸入空気量ＧａがＧＡＨｉ以下である場合、ステップＳ２３６に移行してリーンフラグがＯＮとされ、吸入空気量ＧａがＧＡＨｉより大きい場合、ステップＳ２４０に移行してリーンフラグがＯＦＦとされる。

このように、実施の形態２の排気浄化装置１００において実行される空燃比制御を含んだ許可油温変更処理によれば、許可油温変更処理においても減速フューエルカットの機会を十分に得られない場合に、目標空燃比をリーン空燃比に制御することができる。これにより、ＧＰＦ２４の再生処理を早い段階から開始することが可能となる。

２－４．実施の形態１のシステムの変形例
実施の形態２の排気浄化装置１００は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

リーン空燃比制御における目標空燃比の設定は、図１５のマップを用いる方法に限らない。すなわち、リーン空燃比制御における目標空燃比は、リーン空燃比の固定値でもよい。

８ インジェクタ
１０ エンジン
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ エアフローメータ
１８ スロットル弁
２２ スタートコンバータ（Ｓ／Ｃ）
２６ 自動変速機
２８ トルクコンバータ
２９ ロックアップクラッチ
３０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
３２ 回転速度センサ
３４ 水温センサ
３６ 油温センサ
３８ 排気温センサ
４０ 空燃比センサ
１００ 排気浄化装置
３１０ 減速フューエルカット制御部
３１２ 堆積量推定部
３１４ 減速ロックアップ許可油温変更部
３１６ 空燃比制御部

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
   ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータを備えた自動変速機と、
   前記内燃機関が搭載された車両の減速中且つ前記自動変速機の潤滑油の温度相関値が判定値よりも高い場合にフューエルカットを行うように前記内燃機関を制御するとともに、前記フューエルカットの実行中に前記ロックアップクラッチを係合するように前記自動変速機を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記パティキュレートフィルタへの前記粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定部と、
   前記堆積量が所定の第一堆積量を超えた場合、前記堆積量が前記第一堆積量を超える前よりも前記判定値を小さい値に変更する判定値変更部と、
   を含んで構成される内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御装置は、
   前記堆積量が前記第一堆積量よりも大きい第二堆積量を超えた場合、前記堆積量が前記第二堆積量を超える前よりも前記内燃機関の目標空燃比をリーン空燃比に変更する空燃比制御部を更に含む請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記空燃比制御部は、
   前記内燃機関の吸入空気量が所定の判定空気量より大きい場合、前記目標空燃比のリーン空燃比への変更を禁止するように構成される請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記空燃比制御部は、前記内燃機関の燃焼変動限界に到達しない範囲内で前記内燃機関の目標空燃比をリーン空燃比に変更するように構成される請求項２または請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記空燃比制御部は、前記内燃機関の水温が高いほど目標空燃比をリーンな空燃比へ変更するように構成される請求項２から請求項４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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