(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設され、酸素ストレージ機能を有する排気浄化触媒と、
前記エンジンの運転条件を検出するエンジン運転条件検出手段と、
所定の空燃比となるように燃料噴射を行う燃料噴射制御手段と、
所定のエンジン運転条件において前記エンジンの自動停止及びその後の再始動を行う自動停止・再始動手段と、を含んで構成され、
前記燃料噴射制御手段は、前記エンジンの自動停止直前においては空燃比がリッチとなるように燃料噴射量を設定する一方、
前記エンジンの自動停止後の再始動時においては、エンジン停止から燃料噴射前までのエンジン空回し回数に応じて、前記再始動時の燃料噴射量を設定することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記燃料噴射制御手段は、前記エンジンの自動停止時に前記排気浄化触媒内が理論空燃比相当の中立状態となるように、前記エンジンの自動停止直前の燃料噴射量を設定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記燃料噴射制御手段は、前記再始動時において、前記燃料噴射前のエンジン空回し回数が多いほど、前記再始動時の燃料噴射量を多く設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記燃料噴射制御手段は、前記排気浄化触媒内が理論空燃比相当の中立状態となるように、前記再始動時の燃料噴射量を設定することを特徴とする請求項３記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記エンジンは、電動モータとともにハイブリッド車両の動力源を構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特にエンジンの自動停止後の再始動時における排気エミッションの悪化を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンの排気浄化装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。この装置は、エンジンのアイドルストップ機構を搭載した車両やハイブリッド車両において、エンジンの自動停止直前に空燃比を意図的にリッチ側へと遷移させるとともに、自動停止後の再始動時には空燃比がリーン側となるよう燃料噴射を行うことで、再始動時における触媒の酸素ストレージ量を早期に中立状態（高い浄化率が得られる理論空燃比相当）に復帰させて排気エミッションの悪化を防止するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１４８２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の技術は、例えばエンジンを空転させて（空回しさせて）吸気負圧を発達させて良好な始動性を確保しようとする場合には、もはや適用することができない。
すなわち、再始動時のエンジンの空転(空回し)によって触媒に空気が流れて、触媒の酸素ストレージ量が増加(空燃比リッチ相当状態から空燃比リーン相当の状態へと変化）してしまうため、単に再始動時の空燃比をリーンとするだけでは、触媒内が酸素過剰の状態となって酸素ストレージ量を中立状態に復帰させることができず、再始動時に排気エミッションが悪化してしまうからである。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題に着目してなされたもので、エンジンの自動停止後の再始動にエンジンが空転（空回り）するような場合であっても、再始動時における排気エミッションの悪化を効果的に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明に係るエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設され、酸素ストレージ機能を有する排気浄化触媒と、前記エンジンの運転条件を検出するエンジン運転条件検出手段と、所定の空燃比となるように燃料噴射を行う燃料噴射制御手段と、所定のエンジン運転条件において前記エンジンの自動停止及びその後の再始動を行う自動停止・再始動手段と、を含んで構成され、前記燃料噴射制御手段は、前記エンジンの自動停止直前においては、空燃比がリッチとなるように燃料噴射量を設定する一方、前記エンジンの自動停止後の再始動時においては、エンジン停止から燃料噴射前までのエンジン空回し回数に応じて、前記再始動時の燃料噴射量を設定することを特徴とする。ここで、自動停止時に排気浄化触媒内が理論空燃比相当の中立状態となるように、自動停止直前の燃料噴射量を設定するのが望ましく、再始動時の燃料噴射量は、エンジン空回し回数が多いほど、多く設定するのが望ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、エンジンの自動停止直前においては、空燃比がリッチとなるように燃料噴射量を設定することにより、エンジン停止時の燃料カット、エンジンの空回し（空転）によってエンジン停止時の排気浄化触媒内がリーンになる（酸素ストレージ量が中立状態よりも多くなる）ことを防止することができる。
また、自動停止後の再始動時においては、燃料噴射前のエンジンの空回し回数に応じて燃料噴射量を設定するので、かかる空回しによって排気浄化触媒内がリーンになる分を、燃料噴射量の増量により相殺して、再始動時に排気浄化触媒内がリーンになることを防止することができる。これにより、自動停止を行うエンジンにおいて、自動停止後の再始動時に排気浄化触媒（の酸素ストレージ量）を速やかに中立状態とすることができ、再始動時の排気エミッションの悪化を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１の概略構成を示している。エンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ２を通過後、エアフローメータ３で流量を計測されて電制スロットル弁４に導かれる。この電制スロットル弁４で吸入空気量の制御が行われる。吸入空気は、その後、吸気コレクタ５、吸気マニホールド６を通り、吸気弁７を介して燃焼室８内に導入される。
【０００８】
燃焼噴射弁９は、燃焼室８内の吸入空気に対して燃料を噴射して混合気を形成し、点火プラグ１０は、この混合気を着火燃焼させる。そして、燃焼排気は、排気弁１１を介して排気通路１２へと排出される。
排気通路１２には、排気浄化触媒１３が設けられている。この排気浄化触媒１３は、例えば、白金（Ｐｔ）−ロジウム（Ｒｈ）やパラジウム（Ｐｄ）−ロジウム系の貴金属（触媒成分）と、セリア（ＣｅＯ２）やランタン（Ｌａ）などの添加物（助触媒）とが担持された三元触媒であり、理論空燃比（酸素ストレージ量が理論空燃比相当の中立状態）において、排気中の有害成分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを高い効率で浄化する。
【０００９】
排気浄化触媒１３の上流側には、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１４が設けられており、エンジン１を理論空燃比で運転するときには、燃料噴射制御に際し、この酸素濃度センサ１４の出力信号に基づく空燃比フィードバック制御が実行される。
ここで、電制スロットル４、燃料噴射弁９及び点火プラグ１０は、エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０によって駆動される。
【００１０】
ＥＣＵ２０には、エアフローメータ３により検出される吸入空気量Ｑａ、酸素濃度センサ１４の出力信号のほか、アクセルペダルセンサ２１により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ２２により検出されるエンジン回転速度Ｎｅ、水温センサ２３により検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗ、吸気圧センサ２４により検出される吸気圧力Ｐａ，車速センサ２５により検出される車速Ｖ、ブレーキセンサ２６により検出されるブレーキ（図示省略）の作動（ＯＮ／ＯＦＦ）、シフトレバー位置センサ２７により検出される自動変速機（図示省略）のシフトレバー位置などが入力される。
【００１１】
そして、ＥＣＵ２０は、通常運転時においては、主にアクセル開度ＡＰＯに基づいてエンジン１の要求トルクを算出ｔＴｅし、この要求トルクｔＴｅ、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン冷却水温度Ｔｗ等に基づいて目標当量比ＴＦＢＹＡを算出する。この目標当量比ＴＦＢＹＡは空気過剰率λの逆数であり、理論空燃比では１．０、リーン空燃比では１より小さな値、リッチ空燃比では１より大きな値をとる。そして、かかる目標当量比ＴＦＢＹＡを実現するために必要な空気量を得るように電制スロットル弁４を駆動する。
【００１２】
また、吸入空気量Ｑａとエンジン回転速度Ｎｅとから、基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋ；定数）を算出し、これに目標当量比ＴＦＢＹＡを乗算することで最終的な燃料噴射量Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×ＣＯＥＦ（ＣＯＥＦ；各種補正係数）を演算する。そして、この最終的な燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の燃料噴射パルス信号を出力して燃料噴射弁９を駆動する。なお、点火プラグ１０による点火時期は、エンジン回転速度Ｎｅ及び要求トルクｔＴｅ等に基づいて制御される。
【００１３】
さらに、ＥＣＵ２０は、所定のアイドルストップ条件が成立した場合には、エンジン１を自動停止させるアイドルストップを実行するとともに、アイドルストップ実行中に所定のアイドルストップ解除条件が成立した場合には、アイドルストップを解除して自動的にスタータ１５を駆動してエンジン１を再始動させる、いわゆるアイドルストップ（自動停止・再始動）制御を行う。
【００１４】
以下、本実施形態におけるアイドルストップ（自動停止・再始動）制御について説明する。
まず、図２は、アイドルストップ（自動停止）時の制御内容を示すフローチャートである。図２において、Ｓ１１では、所定のアイドルストップ条件が成立しているか否かを判定する。アイドルストップ条件が成立していればＳ１２に進み、成立していなければ本フローを終了する。なお、本実施形態においては、（１）シフトレバー位置がＤレンジであること、（２）車速がゼロ（ほぼゼロ）であること、及び（３）ブレーキが作動していること（ＯＮであること）をアイドルストップ条件の成立としているが、これに限定されるものではない。
【００１５】
Ｓ１２では、アイドルストップフラグｆｉＳＴＯＰを設定し（ｆｉＳＴＯＰ＝１とし）、エンジン１を停止（自動停止）させるための所定の処理を開始する。
Ｓ１３では、空燃比制御の目標当量比ＴＦＢＹＡをあらかじめ設定されたリッチ側の所定値φＲＩＣＨ（＞１．０）とする。これにより、エンジン停止直前の所定時間、空燃比（混合比）がリッチとなるように燃料噴射量が設定されることとなり、排気浄化触媒１３の酸素ストレージ量を消費した（理論空燃比相当の中立状態から空燃比リッチ相当側へと変化した）後に、エンジン１が停止することになる。なお、リッチ側の所定値φＲＩＣＨは、エンジン停止直前に燃料カットが行われ、その後にエンジン１が空転（空回り）して排気浄化触媒１３に空気が流れても、エンジン停止時における排気浄化触媒１３の酸素ストレージ量が中立状態となるような値として設定される。そのため、リッチ側の所定値φＲＩＣＨは、車両ごとの実験やシミュレーションによってあらかじめ求めておくようにする。
【００１６】
そして、Ｓ１４では、燃料カットが行われ、その後にエンジン１は停止する。
次の図３は、アイドルストップ解除（再始動）時の制御内容を示すフローチャートである。図３において、Ｓ２１では、アイドルストップフラグｆｉＳＴＯＰが設定されているか否かを判定する。フラグが設定されていれば（ｆｉＳＴＯＰ＝１であれば）Ｓ２２に進み、設定されていなければ（ｆｉＳＴＯＰ＝０であれば）本フローを終了する。
【００１７】
Ｓ２２では、所定のアイドルストップ解除条件が成立しているか否かを判定する。アイドルストップ解除条件が成立していればＳ２３に進み、成立していなければ本フローを終了する（アイドルストップを継続する）。なお、本実施形態においては、（１）ブレーキがＯＦＦされたこと、又は（２）ドライバーによる発進操作（アクセル操作等）があったことをアイドルストップ解除条件の成立としているが、これに限定されるものではない。
【００１８】
Ｓ２３では、アイドルストップフラグｆｉＳＴＯＰを解除し（ｆｉＳＴＯＰ＝０とし）、エンジン１を始動（再始動）させるための所定の処理を開始する。なお、本実施形態においては、かかるエンジン再始動時の処理として、まずは、燃料噴射を開始するまでにスタータ１５によってエンジン１を空転（空回し）させて吸気負圧（Ｂｏｏｓｔ）を発達させるようにしている。
【００１９】
Ｓ２４では、吸気負圧が所定値となったか否かを判定する。所定値となっていればＳ２５に進み、所定値となっていなければエンジン１の空転（空回し）を継続する。かかる所定値は、良好なエンジン始動を行うための値としてあらかじめ実験等により求めたものである。
Ｓ２５では、再始動時の燃料噴射量を設定する。本実施形態では、吸気負圧が所定値となるまでのエンジン空転回数（空回し回数）に応じて燃料噴射量を設定する。具体的には、エンジン空転回数に基づいて、図４に示すようなテーブルを検索して燃料増量率Ｋｆを算出し、目標当量比ＴＦＢＹＡ＝１．０（理論空燃比相当値）×（１＋Ｋｆ）とする。かかる燃料増量率Ｋｆは、排気浄化触媒１３の酸素ストレージ量を中立状態に復帰させるために必要な増量率であり、図４に示すように、エンジン１の空転回数が多いほど、高く設定される。これは、エンジン空転回数が多いほど排気浄化触媒１３内に流れる空気量も多くなり（破線参照）、排気浄化触媒１３の酸素ストレージ量が増加する（空燃比リーン相当側へと変化する）ためである。これにより、エンジン空転により排気浄化触媒１３内の状態がリーン側となる分を燃料噴射量の増量によって理論空燃比相当にできる（酸素ストレージ量が多すぎる状態から中立状態へと復帰させることができる）。
【００２０】
そして、かかる再始動時の燃料噴射を実行した後、Ｓ２６では、通常運転時の燃料噴射制御（空燃比制御）に移行する。
図５は、アイドルストップ制御実行時の状態を示したタイミングチャートである。
アイドルストップ条件が成立してエンジン停止処理（アイドルストップ処理）が開始されると、空燃比制御における目標当量比ＴＦＢＹＡが理論空燃比相当値（１．０）よりもリッチ側のφＲＩＣＨ（＞１．０）に設定される（時刻ｔ１）。これにより、アイドルストップ直前において、空燃比がリッチとなるような燃料噴射制御が行われ（燃料噴射量が設定され）、その結果、排気浄化触媒１３の酸素ストレージ量が消費される（減少して中立状態から空燃比リッチ相当側となる）（時刻ｔ２）。
【００２１】
そして、燃料カット後（燃料噴射停止後）のエンジン１の空転（空回し）によって排気浄化触媒１３内に空気が流れることで、排気浄化触媒１３の酸素ストレージ量が増加してエンジン停止時には中立状態となる（時刻ｔ３）。
その後、アイドルストップ解除条件が成立してエンジン再始動処理が開始されると（時刻ｔ４）、燃料噴射開始までの間、始動性を向上させるべく、エンジン１を空転（空回し）させて吸気負圧（Ｂｏｏｓｔ）を発達させる。
【００２２】
吸気負圧が目標値（所定値）となるまでエンジン１の空転（空回し）が行われるが、この空転（空回し）によって排気浄化触媒１３内に空気が流れるため、（アイドルストップ時に）中立状態となっていた酸素ストレージ量が増加して空燃比リーン相当側に変化してしまう。ここで、エンジン１の空転回数（空回し回数）によって排気浄化触媒１３内に流れる空気量（酸素ストレージ量の増加量）は異なるから、本実施形態では、この空転回数に応じて燃料増加率を設定し（図４参照）、これを目標当量比ＴＦＢＹＡに反映させている（時刻ｔ５、ｔ６、ｔ７）。これにより、エンジン１の自動停止後の再始動時に、燃料噴射開始前のエンジン空転回数（空回し回数）に応じて燃料噴射量が設定され、排気浄化触媒１３内がリーンとなった分（酸素ストレージ量が増加した分）を燃料の増量によって相殺して中立状態（理論空燃比相当）に復帰させることができる。この結果、エンジン再始動時に、速やかに排気浄化触媒１３を高い浄化率の状態にすることができ、排気エミッションの悪化を効果的に防止できる。なお、その後は、基本的には、目標当量比ＴＦＢＹＡ＝１．０とする通常の制御に移行する。
【００２３】
本実施形態によると、次のような効果を有する。
すなわち、エンジンの自動停止直前においては、空燃比がリッチとなるように燃料噴射量を設定することによって、自動停止直前の排気浄化触媒内を空燃比リッチ相当にしておく（酸素ストレージ量を消費しておく）ので、エンジン停止時の燃料カット（燃料噴射の停止）やエンジンの空転（空回り）によって排気浄化触媒内が空燃比リーン相当（酸素ストレージ量が過剰）となるのを防止できる。
【００２４】
特に、エンジン自動停止直前の目標当量比ＴＦＢＹＡを、あらかじめ実験等によって求めたリッチ側の所定値φＲＩＣＨとすることにより、エンジン停止時の排気浄化触媒（の酸素ストレージ量）を中立状態とすること（つまり、エンジン停止時の排気浄化触媒を常に高い浄化率の状態（理想的な状態）とすること）ができる。
そして、自動停止後の再始動時においては、エンジンを空転（空回し）させて吸気負圧を発達させる一方、このエンジンの空転回数（空回し回数）に応じて燃料噴射量を設定するので、再始動時の燃料噴射前のエンジン空転（空回し）によって生じる排気浄化触媒内のリーン化を、燃料の増量分で相殺して、速やかに中立状態に復帰させることができる。これにより、エンジン再始動時における排気エミッションの悪化を効果的に防止することができる。なお、エンジン再始動時の燃料噴射量は、エンジン空転回数（空回し回数）が多いほど、多くなるように設定される（燃料増量率が高く設定される）。これは、エンジン空転回数（空回し回数）によって排気浄化触媒内がリーン化するレベルが異なるからであり、これに対応させたものである。
【００２５】
なお、以上説明した実施形態は、アイドルストップ（自動停止・再始動）機構を搭載したエンジンのみならず、電動モータとともにハイブリッド車両の動力源を構成するエンジンについても適用できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】アイドルストップ（自動停止)時の制御内容を示すフローチャートである。
【図３】再始動時の制御内容を示すフローチャートである。
【図４】再始動時のエンジン空転回数（空回し回数）、触媒内流入空気量（酸素吸着量）及び燃料増量率の関係を示す図である。
【図５】アイドルストップ（自動停止・再始動）制御実行時の状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２７】
１…エンジン、３…エアフローメータ、４…電制スロットル弁、９…燃料噴射弁、１０…点火プラグ、１２…排気通路、１３…排気浄化触媒、１４…酸素濃度センサ、１５…スタータ、２０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、２１…アクセルペダルセンサ、２２…クランク角センサ、２３…水温センサ、２４…吸気圧センサ、２５…車速センサ、２６…ブレーキセンサ、２７…シフトレバー位置センサ
【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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