(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両運行中に停止される機関停止モードを備え、該機関停止モードでは排気ガスがエンジンから積極的に排出されず、内燃機関の排気通路上に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵作用を利用する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を算出する吸蔵量算出手段と、
前記吸蔵量算出手段によって算出された酸素吸蔵量に基づいて前記内燃機関の空燃比制御を行う空燃比制御手段とを備えており、
前記吸蔵量算出手段は、前記内燃機関の機関停止モード中も酸素吸蔵量を算出し、
前記空燃比制御手段は、前記吸蔵量算出手段によって機関停止モード中に算出された酸素吸蔵量に基づいて、機関停止モード解除後の機関再始動時の空燃比制御を行い、
前記吸蔵量算出手段は、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量をガス拡散による反応係数を考慮して算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記空燃比制御手段は、機関再始動時の空燃比制御時に、前記吸蔵量算出手段によって機関停止モード中に算出された酸素吸蔵量に基づいて、再始動後所定時間内の空燃比変化を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化触媒を用いて排気浄化を行う触媒排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガス内の窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCなどの物質は、排気通路上に配設された三元触媒によって浄化されている（ディーゼルエンジンでは、上述した物質に加えて粒子状物質も浄化する四元触媒も用いられる）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
排気浄化触媒は酸素を吸蔵するという性質も有しており、この酸素吸蔵作用に着目して上述した物質の浄化率をより一層向上させることもなされている。本発明者らは、このような排気浄化触媒の酸素吸蔵作用を利用した排気浄化をより一層効果的に行うべく更なる改良研究を進め、本発明を創出するに至った。即ち、本発明の目的は、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を利用して排気浄化触媒の排気浄化性能をより一層向上させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００４】
さらに、本発明者らは、ハイブリッド車において、排気浄化触媒から流出する特定成分量に着目することによって、排気浄化性能をより一層向上させ得る排気浄化装置をも創出するに至った。即ち、本発明の他の目的は、排気浄化触媒から流出する排気ガス中の特定成分量に着目して排気浄化触媒の排気浄化性能をより一層向上させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、車両運行中に停止される機関停止モードを備え、該機関停止モードでは排気ガスがエンジンから積極的に排出されず、内燃機関の排気通路上に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵作用を利用するもので、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を算出する吸蔵量算出手段と、吸蔵量算出手段によって算出された酸素吸蔵量に基づいて内燃機関の空燃比制御を行う空燃比制御手段とを備えており、吸蔵量算出手段は、内燃機関の機関停止モード中も酸素吸蔵量を算出し、空燃比制御手段は、吸蔵量算出手段によって機関停止モード中に算出された酸素吸蔵量に基づいて、機関停止モード解除後の機関再始動時の空燃比制御を行い、吸蔵量算出手段は、排気浄化触媒の酸素吸蔵量をガス拡散による反応係数を考慮して算出することを特徴としている。
【０００６】
機関停止モードを有する車両としては、駆動源として内燃機関と電動機とを有するいわゆるハイブリッド車の他、交差点などでの停止時にもエンジンを停止させる（アイドリングをさせない）、いわゆるアイドルストップシステムを備えた車両などがある。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、空燃比制御手段は、機関再始動時の空燃比制御時に、吸蔵量算出手段によって機関停止モード中に算出された酸素吸蔵量に基づいて、再始動後所定時間内の空燃比変化を決定することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の排気浄化装置の実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。この排気浄化装置は、図１に示されるエンジン（内燃機関）１の排気ガスの浄化を行うものである。また、このエンジン１は、後述するモータジェネレータ（電動機）２と共に車両（ハイブリッド車）に搭載される。以下、モータジェネレータ以下には、まず内燃機関（及びその酸素吸蔵機能）についてまず説明し、その後、内燃機関と電動機との関係を含めた車両構成について説明する。
【００１５】
図１に、以下に説明する各実施形態の排気浄化装置を有する内燃機関の構成図を示す。エンジン１は多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として示されている。エンジン１は、図１に示されるように、点火プラグ２によって各シリンダ３内の混合気を燃焼させて駆動力を発生する。エンジン１での燃焼に際して、外部から吸入した空気は吸気通路４を通り、インジェクタ５から噴射された燃料と混合され、混合気としてシリンダ３内に吸気される。シリンダ３の内部と吸気通路４との間は、吸気バルブ６によって開閉される。シリンダ３の内部で燃焼された混合気は、排気ガスとして排気通路７に排気される。シリンダ３の内部と排気通路７との間は、排気バルブ８によって開閉される。
【００１６】
吸気通路４上には、シリンダ３内に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ９が配設されている。このスロットルバルブ９には、その開度を検出するスロットルポジションセンサ１０が接続されている。また、スロットルバルブ９は、スロットルモータ１１と連結されており、スロットルモータ１１の駆動力によって開閉される。スロットルバルブ９の近傍には、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ１２も配設されている。即ち、ここでは、スロットルバルブ９の開度を電子制御する電子制御スロットル方式が採用されている。さらに、吸気通路４上には、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３も取り付けられている。
【００１７】
エンジン１のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの位置を検出するクランクポジションセンサ１４が取り付けられている。クランクポジションセンサ１４の出力からは、シリンダ３内のピストン１５の位置や、エンジン回転数NEを求めることもできる。また、エンジン１には、エンジン１のノッキングを検出するノックセンサ１６や冷却水温度を検出する水温センサ１７も取り付けられている。
【００１８】
排気通路７上には、排気浄化触媒１９が配設されている。排気浄化触媒は、排気通路上に複数設けられる場合もあり、この場合、直列的に複数設けられる場合や、分岐部分に並列的に複数設けられる場合などがある。例えば、四気筒のエンジンに対して、そのうちの二気筒の排気管が一つにまとめられた箇所に排気浄化触媒が一つ設置され、残りの二気筒の排気管が一つにまとめられた箇所にもう一つの排気浄化触媒が設置される場合がある。本実施形態においては、各シリンダ３毎の排気管が一つにまとめられた箇所よりも下流側に一つの排気浄化触媒１９が配設されている。
【００１９】
これらの点火プラグ２、インジェクタ５、スロットルポジションセンサ１０、スロットルモータ１１、アクセルポジションセンサ１２、エアフロメータ１３、クランクポジションセンサ１４、ノックセンサ１６、水温センサ１７やその他のセンサ類は、エンジン１を総合的に制御する電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）１８と接続されており、エンジンＥＣＵ１８からの信号に基づいて制御され、あるいは、検出結果をエンジンＥＣＵ１８に対して送出している。排気通路７上に配設された排気浄化触媒１９の温度を測定する触媒温度センサ２１、チャコールキャニスタ２３によって捕集された燃料タンク内での蒸発燃料を吸気通路４上にパージさせるパージコントロールバルブ２４もエンジンＥＣＵ１８に接続されている。
【００２０】
また、エンジンＥＣＵ１８には、排気浄化触媒１９の上流側に取り付けられた上流側空燃比センサ２５及び排気浄化触媒１９の下流側に取り付けられた下流側空燃比センサ２６も接続されている。上流側空燃比センサ２５は、その取付位置における排気ガス中の酸素濃度から排気空燃比を検出する。下流側空燃比センサ２６は、その取付位置における排気ガス中の酸素濃度から排気空燃比を検出する。空燃比センサ２５，２６としては、排気空燃比をリニアに検出するリニア空燃比センサが用いられたり、排気空燃比をオン−オフ的に検出する酸素センサが用いられる。また、空燃比センサ２５，２６は、所定の温度（活性化温度）以上とならなければ正確な検出を行えないため、早期に活性化温度に昇温されるように、エンジンＥＣＵ１８を介して供給される電力によって昇温される。
【００２１】
エンジンＥＣＵ１８は、内部に演算を行うＣＰＵや演算結果などの各種情報量を記憶するＲＡＭ、バッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、各制御プログラムを格納したＲＯＭ等を有している。エンジンＥＣＵ１８は、空燃比に基づいてエンジン１を制御したり、排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素吸蔵量を演算する。また、エンジンＥＣＵ１８は、インジェクタ５によって噴射する燃料噴射量を演算したり、点火プラグ２の点火時期を制御したり、センサの診断なども行う。エンジンＥＣＵ１８は、検出した排気空燃比や算出した酸素吸蔵量などに基づいてエンジン１を制御する。
【００２２】
次に、酸素吸蔵量及び酸素吸蔵能力の算出（推定）について説明する。
【００２３】
排気浄化触媒として用いられる三元触媒は、セリア(CeO2)等の成分を有しており、排気ガス中の浄化すべき成分を酸化・還元する性質に加えて、排気ガス中の酸素を吸蔵・放出する性質を有している。本実施形態における排気浄化触媒１９もこの酸素を吸蔵・放出する性質を有している。
【００２４】
この酸素吸蔵作用を利用することによって、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの排気空燃比がリーンの時は、排気ガス中の酸素を排気浄化触媒１９で吸蔵して還元雰囲気寄りの状態を形成させ、余剰の窒素酸化物NOxの還元（排気ガス浄化）を促進することができる。一方、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの排気空燃比がリッチの時は、吸蔵しておいた酸素を放出して、余剰の一酸化炭素COや炭化水素HCを酸化して排気ガス浄化を促進させることができる。このように、酸素を吸蔵・放出する性質を利用して、排気ガスの浄化率を向上させることができる。
【００２５】
このとき、上述したように、排気浄化触媒１９がその酸素吸蔵能力の限界まで酸素を吸蔵していれば、流入する排気ガスの排気空燃比がリーンとなったときに酸素を吸蔵することができなくなり、排気ガス中の窒素酸化物NOxを充分に浄化できなくなる。一方、排気浄化触媒１９が酸素を放出しきって酸素を全く吸蔵していなければ、流入する排気ガスの排気空燃比がリッチとなったときに酸素を放出することができないので、排気ガス中の一酸化炭素COや炭化水素HCを充分に浄化できなくなる。このため、流入する排気ガスの排気空燃比がリーンとなってもリッチとなっても対応できるように酸素吸蔵量の目標値を設定し、酸素吸蔵量がこの目標値となるように制御している。この制御では、排気浄化触媒１９が吸蔵している酸素吸蔵量を推定すると共に、この推定された酸素吸蔵量の履歴を用いて酸素吸蔵能力（酸素吸蔵可能量や最大酸素吸蔵量等とも言われる）も推定している。
【００２６】
排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量の推定に関する、各制御量の時間的変化の例を図２に示す。酸素吸蔵量O2SUMは、排気浄化触媒１９の上流側に配置された上流側空燃比センサ２５によって検出される上流側の排気空燃比AFと理論空燃比AFstとの差ΔAF=(AF-AFst)から、排気浄化触媒１９に吸蔵される、あるいは、排気浄化触媒１９から放出される酸素の吸蔵・放出量O2ADを推定し、これを積算することによって得られる。ここでは、吸蔵・放出量O2ADが正の値の時は酸素が排気浄化触媒１９に吸蔵され、負の値の時は酸素が放出されるものとする。
【００２７】
酸素吸蔵量O2SUMの算出について、図３に示されるフローチャートに基づいて説明する。なお、本実施形態においては、酸素吸蔵量O2SUMは、ある時点（例えばイグニションオン時）を基準（O2SUM=0）として算出される。即ち、酸素吸蔵量O2SUMは、排気浄化触媒１９に酸素が吸蔵される場合は加算され、放出される場合は減算される。上述したある時点で排気浄化触媒１９が既に酸素を吸蔵している場合もあるので、酸素吸蔵量O2SUMは正の値だけでなく、負の値も取り得る。
【００２８】
まず、上流側空燃比センサ２５によって排気浄化触媒１９への入ガスの排気空燃比AFを検出し、この排気空燃比AFと理論空燃比AFstとの差ΔAF=(AF-AFst)をエンジンＥＣＵ１８において求める。一方、エアフロメータ１３によって吸入空気量Gaを検出し、この吸入空気量Gaと空燃比差ΔAFとから、排気浄化触媒１９に吸蔵・放出される酸素の吸蔵・放出量O2ADを算出する（ステップ１００）。この吸蔵・放出量O2ADの算出は、エンジンＥＣＵ１８内のマップから求めても良いし、エンジンＥＣＵ１８に記憶させた計算式を用いて算出しても良い。
【００２９】
ステップ１００の後、排気浄化触媒１９のからの出ガス排気空燃比に関してリーンフラグXleanがオンで、かつ、算出した吸蔵・放出量O2ADが正の値であるか否かを判定する（ステップ１１０）。リーンフラグXlean及びリッチフラグXrichに関して簡単に説明すると、排気浄化触媒１９の下流側に配設された下流側空燃比センサ２６によって検出された排気空燃比がリーンの時はリーンフラグXleanがオンとされ、リッチの時はリッチフラグXrichがオンとされる。なお、リーンフラグXlean及びリッチフラグXrichについては追って詳述する。
【００３０】
ステップ１１０において、リーンフラグXleanがオンということは、排気浄化触媒１９からの出ガスの排気空燃比がリーンで酸素量が余剰であるということである。また、吸蔵・放出量O2ADが正の値であるということは、排気浄化触媒１９への入ガスには、吸蔵し得る酸素が含まれている状態であると言える。従って、ステップ１１０が肯定される場合は、排気浄化触媒１９への入ガスには吸蔵し得る酸素が含まれているにもかかわらず排気浄化触媒１９は既に限界まで酸素を吸蔵しており、それ以上酸素を吸蔵できない状態である。
【００３１】
このため、ステップ１１０が肯定される場合は、そのままこのルーチンを終了し、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMを更新しない。ステップ１１０が肯定されているときに酸素吸蔵量O2SUMを更新してしまうと、実際には吸蔵できない酸素を吸蔵したこととしてしまうので、このように酸素吸蔵量O2SUMの更新を禁止する。ステップ１１０が否定される場合は、今度は、リッチフラグXrichがオンで、かつ、算出した吸蔵・放出量O2ADが負の値であるか否かを判定する（ステップ１２０）。
【００３２】
リッチフラグXrichがオンということは、排気浄化触媒１９からの出ガスの排気空燃比がリッチで酸素量が不足している状態ということである。また、吸蔵・放出量O2ADが負の値であるということは、排気浄化触媒１９への入ガスの排気空燃比がリッチであり排気浄化触媒１９が吸蔵している酸素を放出させて排気ガスを浄化すべき状態であると言える。従って、ステップ１２０が肯定される場合は、排気浄化触媒１９への入ガスは排気浄化触媒１９から放出される酸素によって浄化される状態であるにもかかわらず排気浄化触媒１９は既に酸素を放出しきっており、それ以上酸素を放出することができない状態である。
【００３３】
このため、ステップ１２０が肯定される場合は、それ以上、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMを更新しない。ステップ１２０が肯定されているときに酸素吸蔵量O2SUMを更新してしまうと、実際には放出できない酸素を放出したこととしてしまうので、このように酸素吸蔵量O2SUMの更新を禁止する。ステップ１２０も否定された場合は、上述したように、入ガス中に吸蔵できる酸素があるのに酸素を吸蔵しきっている状態や酸素を放出すべきであるのに酸素を放出しきっている状態ではないので、算出された吸蔵・放出量O2ADを用いて酸素吸蔵量O2SUMを更新する（ステップ１３０）。
【００３４】
このように、酸素吸蔵量O2SUMを吸蔵・放出量O2ADを用いて更新する（ステップ１１０又はステップ１２０が肯定される場合は更新は禁止されるが）ことによって、排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素量を常に正確に推定することができる。このようにして生成された酸素吸蔵量O2SUMの履歴が、図２のタイミングチャートの上段に示されている。逐次更新される酸素吸蔵量O2SUMは、エンジンＥＣＵ１８内に逐次記憶される。
【００３５】
なお、上述した説明では、上流側空燃比センサ２５によって検出した排気空燃比AFと理論空燃比AFstとの差ΔAF、及び、エアフロメータ１３によって検出した吸入空気量Gaから、吸蔵・放出量O2ADを算出した（ステップ１００）。しかし、排気浄化触媒１９での酸素の吸脱反応は、エンジン１が停止している間（排気浄化触媒１９に排気ガスが流入しない状態）でも起こりえる。排気浄化触媒１９内にある排気ガスがほとんど移動しないような場合でも吸脱反応は進行し得るし、排気浄化触媒１９内にある排気ガスが熱によって対流して排気浄化触媒１９内で移動しつつ吸脱反応が進行する場合もあり得る。
【００３６】
本実施形態では、このように排気浄化触媒１９に排気ガスが積極的に流入しない状況であっても吸蔵・放出量O2ADを算出する。このとき、吸蔵・放出量O2ADは、排気浄化触媒１９内のガス拡散を考慮して算出する。具体的には、ガス拡散による反応係数と温度変化とを考慮して、吸蔵・放出量O2ADを算出する。また、エンジン１を停止する際に、燃料噴射停止後にエンジン１の回転が完全に止まるまでは吸入空気がそのまま排気浄化触媒１９に達して、多くの酸素が排気浄化触媒１９に吸蔵され得る。本実施形態では、このような状況も考慮に入れて吸蔵・放出量O2ADを算出している。
【００３７】
次いで、酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmax・下限値O2SUMmin及び酸素吸蔵能力の算出について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００３８】
まず、下流側空燃比センサ２６の出力電圧VO2が、予め定められたリーン側閥値Vlean（ここでは、具体的には0.3V）未満であるか否かを判定する（ステップ２００）。これについては、図２のタイミングチャート中の下段に示されている。出力電圧VO2がリーン側閥値Vlean未満であるということは、排気浄化触媒１９がその酸素吸蔵能力の限界まで酸素を吸蔵しているので、それ以上吸蔵することができない状態であると考えられる。このため、ステップ２００が肯定される場合は、酸素吸蔵量O2SUMが上限に達しているとして、その時点の酸素吸蔵量O2SUMを上限値O2SUMmaxとしてエンジンＥＣＵ１８内に記憶する。また、排気浄化触媒１９の下流側排気空燃比の状態を示すフラグについては、リーンフラグXleanをオンにセットし、リッチフラグXrichをオフにセットする（ステップ２１０）。
【００３９】
ステップ２００が否定される場合は、下流側空燃比センサ２６の出力電圧VO2が、予め定められたリッチ側閥値Vrich（ここでは、具体的には0.7V）を超えているか否かを判定する（ステップ２２０）。出力電圧VO2がリッチ側閥値Vrichを超えているということは、排気浄化触媒１９が酸素を吸蔵しておらず、それ以上酸素を放出できない状態であると考えられる。このため、ステップ２２０が肯定される場合は、酸素吸蔵量O2SUMが下限に達しているとして、その時点の酸素吸蔵量O2SUMを下限値O2SUMminとしてエンジンＥＣＵ１８内に記憶する。また、排気浄化触媒１９の下流側排気空燃比の状態を示すフラグについては、リーンフラグXleanをオフにセットし、リッチフラグXrichをオンにセットする（ステップ２３０）。
【００４０】
ステップ２２０が否定される場合は、下流側空燃比センサ２６の出力電圧VO2が、リーン側閥値Vleanとリッチ側閥値Vrichとの間にある（Vlean≦VO2≦Vrich）ので、排気浄化触媒１９からの出ガスの排気空燃比はリーンでもリッチでもなく、理論空燃比近傍にあるとみなせる。この場合は、リーンフラグXlean・リッチフラグXrich共オフにする（ステップ２４０）。
【００４１】
上述したように、酸素吸蔵量O2SUMの履歴が逐次更新され、この履歴と下流側空燃比センサ２６の出力とから上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminが更新されていく。このため、上限値O2SUMmaxと下限値O2SUMminとの差(O2SUMmax-O2SUMmin)をとれば、排気浄化触媒１９の吸蔵し得る最大限の酸素量（酸素吸蔵能力）を得ることができる。そして、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力(O2SUMmax-O2SUMmin)は、排気浄化触媒１９の状態（温度や劣化状態など）に依存して変動するが、上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminが常に更新されることによって更新される。
【００４２】
このようにして酸素吸蔵量O2SUMや酸素吸蔵能力を制御することによって、良好な空燃比制御を行い、良好な排気浄化性能を得ることができる。なお、上述した酸素吸蔵能力(O2SUMmax-O2SUMmin)をより積極的に算出（更新）するために、空燃比を強制的に振動させる吸蔵能力検出モードを設定することも考えられる。このように空燃比を強制的に振動させると、上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminが積極的に更新され、この結果、酸素吸蔵能力(O2SUMmax-O2SUMmin)が更新される。
【００４３】
上述したように、エンジン１が搭載された車両は、モータージェネレーター（ＭＧ）３２も有するハイブリッド車である。図５にこのハイブリッド車の構成を示す。なお、この車両は、エンジン１の出力を受けて発電を行うモータージェネレーター（ＭＧ）３３も有している。これらのエンジン１、ＭＧ３２及びＭＧ３３は、動力分割機構３４によって接続されている。動力分割機構３４は、エンジン１の出力をＭＧ３３と駆動輪３５とに振り分けている。また、動力分割機構３４は、ＭＧ３２からの出力を駆動輪３５に伝達させる役割や、減速機３７及び駆動軸３６を介して駆動輪３５に伝達される駆動力に関する変速機としての役割も備えている。動力分割機構３４については、追って詳しく説明する。
【００４４】
ＭＧ３２は、交流同期電動機であり、交流電力によって駆動される。インバータ３９は、バッテリ３８に蓄えられた電力を直流から交流に変換して、ＭＧ３２に供給すると共に、ＭＧ３３によって発電される電力を交流から直流に変換して、バッテリ３８に蓄えるためのものである。ＭＧ３３も、基本的には上述したＭＧ３２とほぼ等しい構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。ＭＧ３２が主として駆動力を出力するのに対して、ＭＧ３３は、主としてエンジン１の出力を受けて発電する。
【００４５】
なお、ＭＧ３２は、主として駆動力を発生させるが、駆動輪３５の回転を利用して発電（回生発電）することもでき、発電機としても機能し得る。このとき、駆動輪３５にはブレーキ（回生ブレーキ）がかかるので、これをフットブレーキ（オイルブレーキ）やエンジンブレーキと併用することにより、車両を制動させることができる。一方、ＭＧ３３は、主としてエンジン１の出力を受けて発電をするが、インバータ３９を介してバッテリ３８の電力を受けて駆動する電動機としても機能し得る。
【００４６】
そして、エンジン１のクランクシャフト４５には、ピストン位置及びエンジン１の回転数を検出するクランクポジションセンサ１４が取り付けられている。クランクポジションセンサ１４は、エンジンＥＣＵ１８に接続されている。また、ＭＧ３２及びＭＧ３３の各駆動軸には、それぞれの回転位置及び回転数を検出する回転センサ（レゾルバ）５０，５１が取り付けられている。回転センサ５０，５１は、それぞれモータＥＣＵ４２に接続されている。
【００４７】
上述した動力分割機構３４を、エンジン１、ＭＧ３２及びＭＧ３３と共に図６に示す。ここでは、動力分割機構３４がプラネタリギヤユニットにより構成されているため、以下、動力分割機構３４をプラネタリギヤユニット３４とも言うこととする。プラネタリギヤユニット３４は、サンギヤ３４ａと、このサンギヤ３４ａの周囲に配置されたプラネタリギヤ３４ｂと、このプラネタリギヤ３４ｂのさらに外周に配置されたリングギヤ３４ｃと、プラネタリギヤ３４ｂを保持するギヤキャリア３４ｄとからなる。
【００４８】
ここで、エンジン１のクランクシャフト４５がダンパ４６を介して中心軸４７と結合されており、この中心軸４７がギヤキャリア３４ｄと結合されている。即ち、エンジン１の出力は、プラネタリギヤユニット３４のギヤキャリア３４ｄに入力される。また、ＭＧ３２は、内部にステータ３２ａとロータ３２ｂとを有しており、このロータ３２ｂがリングギヤ３４ｃと結合され、ロータ３２ｂ及びリングギヤ３４ｃはさらに減速機３７の第一ギヤ３７ａと結合されている。
【００４９】
減速機３７は、第一ギヤ３７ａ、トルク伝達チェーン３７ｂ、第二ギヤ３７ｃ、第三ギヤ３７ｄ、ファイナルギヤ３７ｅからなる。即ち、ＭＧ３２の出力は、プラネタリギヤユニット３４のリングギヤ３４ｃに入力され、減速機３７及びデファレンシャルギヤ４８を介して、駆動軸３６に伝達される。この結果、ＭＧ３２は駆動軸３６と常時接続されている形になっている。
【００５０】
ＭＧ３３は、ＭＧ３２と同様に、内部にステータ３３ａとロータ３３ｂとを有しており、このロータ３３ｂがサンギヤ３４ａと結合されている。即ち、エンジン１の出力が、このプラネタリギヤユニット３４で分割され、サンギヤ３４ａを介してＭＧ３３のロータ３３ｂに入力される。また、エンジン１の出力は、このプラネタリギヤユニット３４で分割され、リングギヤ３４ｃなどを介して駆動軸３６にも伝達され得る。
【００５１】
ここで、ＭＧ３３の発電量を制御してサンギヤ３４ａの回転を制御することによって、プラネタリギヤユニット３４全体を無断変速機として用いることができる。即ち、エンジン１又は（及び）ＭＧ３２の出力は、プラネタリギヤユニット３４によって変速された後に駆動軸３６に出力される。また、ＭＧ３３の発電量（モータとして機能する場合は電力消費量）を制御して、エンジン１の機関回転数を制御することもできる。
【００５２】
ＭＧ３２，ＭＧ３３の回転数を制御する場合は、回転センサ５０，５１の出力を参照してモータＥＣＵ４２がインバータ３９を制御することにより行われる。これによりエンジン１の回転数も制御可能である。
【００５３】
これらの制御は、いくつかの電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される(図５参照)。ハイブリッド車として特徴的な、エンジン１による駆動とＭＧ３２及びＭＧ３３による駆動とは、メインＥＣＵ４０によって総合的に制御される。メインＥＣＵ４０によって、エンジン１の出力とＭＧ３２（ＭＧ３３）による出力の配分が決定され、エンジン１、ＭＧ３２及びＭＧ３３を制御すべく、各制御指令がエンジンＥＣＵ１８及びモータＥＣＵ４２に出力される。
【００５４】
また、エンジンＥＣＵ１８及びモータＥＣＵ４２は、エンジン１、ＭＧ３２及びＭＧ３３の情報をメインＥＣＵ４０に伝えてもいる。メインＥＣＵ４０には、バッテリ３８を制御するバッテリＥＣＵ４３や、ブレーキを制御するブレーキＥＣＵ４４も接続されている。バッテリＥＣＵ４３は、バッテリ３８の充電状態を監視し、充電量が不足した場合は、メインＥＣＵ４０に対して、充電要求指令を出力する。充電要求を受けたメインＥＣＵ４０は、バッテリ３８に対して充電をすべく、ＭＧ３３を発電させる制御を行う。ブレーキＥＣＵ４４は、車両の制動を司っており、メインＥＣＵ４０と共にＭＧ３２による回生ブレーキを制御する。
【００５５】
上述したように構成されているので、車両を運行している間に車両全体で要求される必要出力をエンジン１とＭＧ３２（ＭＧ３３）と配分することによって、エンジン１の運転状態の所望の運転状態としつつ、車両全体で要求される出力をも満たすことが可能となる。
【００５６】
本発明の第一実施形態について説明する。本実施形態の装置の構成は上述したとおりである。以下に本実施形態による制御について説明する。上述した車両は、ハイブリッド車であり、車両運行中にエンジン１を停止させる機関停止モードが発生する。このとき、上述したように機関停止中も排気浄化触媒１９への酸素吸脱量を算出することによって、酸素吸蔵量O2SUMを算出（更新）している。そして、機関停止モード終了（解除）後、エンジン１が再始動される際には、この機関停止モード中に算出（更新）されていた酸素吸蔵量O2SUMに基づいて、空燃比制御が行われる。
【００５７】
このときの空燃比制御は、再始動後の所定時間内の空燃比変化が決定される。空燃比変化とは、具体的には、どの程度の空燃比をどの程度の時間維持するかである。機関停止モード中は停止時の空転などによってリーンガスが大量に排気浄化触媒１９に流入することになるので、機関停止モード中に排気浄化触媒１９は酸素を吸蔵する。このため、機関停止モード解除後の空燃比制御はリッチが必要となることが多い。そこで、機関停止モード中に算出された酸素吸蔵量に基づいて、どの程度のリッチ運転を行うことが酸素吸蔵量の観点から好ましいかがエンジンＥＣＵ１８などによって算出され、機関停止モード解除後の所定期間内の空燃比変化が決定される。このとき、排気浄化触媒１９の温度などが加味されてもよい。
【００５８】
機関停止モード中に算出された酸素吸蔵量と機関停止モード解除後の空燃比との傾向を示すグラフを図７に示す。図７から分かるように、酸素吸蔵量が多い場合は、よりリッチな空燃比とすることによって、リッチな排気ガスが排気浄化触媒１９に流入するようにする。このようにすることで、酸素吸蔵量を減らして最適な状態となるようにする。なお、機関停止モード解除後の所定期間内の空燃比変化が決定される、これが実行されている間も酸素吸蔵量は算出・更新される。この算出された酸素吸蔵量に基づいて、決定された所定期間内の空燃比変化を修正してもよい。
【００５９】
さらに、本実施形態の排気浄化装置によれば、機関停止モード中でなくエンジン１が運転されている間にＭＧ３２を用いることによって、酸素吸蔵量を最適な所定範囲内に維持するようにエンジン１を運転することも可能である。このようにすることによって、酸素吸蔵作用を利用した排気浄化をより一層効果的に行うことも可能となる。
【００６０】
上述したように、排気浄化触媒１９が酸素をその酸素吸蔵能力の上限一杯にまで酸素を吸蔵していれば、排気ガスがリーン寄りになったときに十分な浄化を行えないことが懸念される。反対に、排気浄化触媒１９が酸素をほとんど吸蔵していなければ、排気ガスがリッチ寄りになったときに十分な浄化を行えないことが懸念される。このようなことを考えれば、酸素吸蔵量の目標値又は目標範囲は酸素吸蔵能力のほぼ中央に設定されるのが好ましい。また、車両の運転状況から、リッチ運転がある程度持続されることが予測されるようであれば、予め酸素を多めに吸蔵しておいて排気浄化効率を向上させる、というような制御も可能である。
【００６１】
このため、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量には目標範囲（目標値でも構わない）が設定され、この所定範囲内になるようにエンジン１が運転される。通常の車両では、車両に要求される出力要求を満たす必要もあるため、常に酸素吸蔵量を優先した状態でエンジン１の運転を継続することは不可能である。しかし、本実施形態の車両はハイブリッド車であり、その出力源としてＭＧ３２をも有している。そこで、エンジン１とＭＧ３２の出力配分を調整し、酸素吸蔵量が上述した所定範囲内となるような制御を行う。これによって、酸素吸蔵量による排気浄化がより一層確実に行われ、排気浄化効率が向上する。ここでは、まず、バッテリ３８の充電量などに基づいて基本的な配分が決定され、その後、ここで述べたような酸素吸蔵量を考慮して、決定された基本配分を修正する。
【００６２】
酸素吸蔵量とエンジン１の出力配分率との傾向を示すグラフを図８に示す。図８から分かるように、酸素吸蔵量が少ない場合あるいは多い場合には、エンジンへの配分を減らす。酸素吸蔵量が少ない場合は、吸蔵した酸素を全て放出しきって酸素吸蔵作用を用いた排気浄化が効果的に行えなくなりやすい状態にあると言える。反対に、酸素吸蔵量が多い場合は、酸素吸蔵能力の上限まで酸素を吸蔵しきってしまって酸素吸蔵作用を用いた排気浄化が効果的に行えなくなりやすい状態にあると言える。そこで、このような場合はエンジン１の出力配分を少なくして酸素吸蔵量の変化が急激に起こらないようにしている。
【００６３】
さらに、本実施形態においては、酸素吸蔵量が所定の範囲内にある場合には、エンジン１の運転に関しては、通常の空燃比フィードバック制御が行われる。酸素吸蔵量は所定の範囲内にあるので、酸素吸蔵能力による排気浄化に関しては安定している状態であるといえる。このため、このような場合は、通常の空燃比フィードバック制御を行い、排気浄化率の向上を図る。空燃比フィードバック制御は、排気通路７上に配設された空燃比センサ（本実施形態では上流側空燃比センサ２５や下流側空燃比センサ２６）によって検出される排気空燃比に基づいて、この排気空燃比が理論空燃比近傍を維持するように行われるフィードバック制御である。
【００６４】
またさらに、本実施形態では、酸素吸蔵能力を検出（更新）したいときには、エンジン１の燃料停止運転とリッチ運転とを連続して行い、より早期に酸素吸蔵能力を検出するようにしている。なお、燃料停止運転とリッチ運転とは、どちらが先に行われても良く、二つの運転が連続して運転されればその順番はどちらでもよい。上述したように、酸素吸蔵能力の算出には、酸素吸蔵能力の上限値と下限値とを検出する。燃料停止運転を行うことによって、排気浄化触媒１９には吸入空気がそのまま流入する、即ち、多量の酸素を含む空気が流入して、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量はすぐに上限になる。
【００６５】
一方、この燃料停止運転に連続して行われるリッチ運転を行うことによって、排気浄化触媒１９にはリッチな排気ガスが流入し、排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素はすぐに脱離し、酸素吸蔵量はすぐに下限になる。本実施形態の車両はハイブリッド車なので、このようにエンジン１を燃料停止運転・リッチ運転しても、ＭＧ３２によって車両として要求されている出力を満たすことができる。このため、酸素吸蔵能力の検出をより早期に行うことができる。また、酸素吸蔵能力の検出に適した燃料停止運転・リッチ運転を行うことによって、酸素吸蔵能力の検出をより正確に行うことができる。
【００６６】
なお、上述した例では、エンジン１は燃焼を行わない場合（燃料停止）が生じた。このような場合は、車両に要求される出力は全てＭＧ３２によって満たす必要がある。そこで、エンジン１を可燃空燃比の範囲内で、限界近傍でリーン運転とリッチ運転とを連続して行うようにしてもよい。このようにすれば、エンジン１の出力を利用することができる。そして、車両全体が要求している出力に対して不足する分や変動をＭＧ３２の出力で補うようにすればよい。このようにしても、より早期に酸素吸蔵能力の検出を行うことができる。また、この場合も、酸素吸蔵能力の検出に適した限界近傍でのリーン運転・リッチ運転を行うことによって、より正確に酸素吸蔵能力を検出することができる。
【００６７】
従来、車両運行中に機関停止モードを発生させる車両（本実施形態のハイブリッド車の他、アイドルストップシステムを備えた車両など）では、機関停止モード中に排気浄化触媒の酸素吸蔵量（酸素吸蔵能力）が不明となり、再始動後のエミッション低下が懸念されていた。しかし、本実施形態の排気浄化装置を備えていれば、機関停止モード中も酸素吸蔵量を算出し、機関再始動後の空燃比制御を酸素吸蔵能力に基づいて行うことで、排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【００６８】
また、排気浄化触媒の酸素吸蔵量は所定範囲内に維持されることが好ましいのは既に述べたとおりである。本実施形態のように、車両運行中に機関停止モードが発生し、かつ、その間に車両を駆動し得る他の駆動機構を有している構成（本実施形態では車両がハイブリッド車であり、ＭＧ３２を有している）であれば、車両に要求される出力変動を他の駆動機構で吸収し、エンジン１をできるだけ酸素吸蔵量が所定範囲内に維持されるように運転することも可能となる。このようにすれば、排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【００６９】
第二実施形態について説明する。第二実施形態の排気浄化装置も、その構成は第一実施形態と同様である。このため、ここではその構成についての詳しい説明は省略する。以下に本実施形態による制御について説明する。本実施形態では、排気浄化触媒から流出する特定成分量が所定範囲内となるように、エンジン１とＭＧ２との出力配分を制御する。ここにいう特定成分量とは、酸素量であったり、一酸化炭素量、窒素酸化物量、又は、炭化水素量である。あるいは、排気ガスがリーンな場合に排気ガス中に含まれる成分をリーン成分として、排気ガスがリッチな場合に排気ガス中に含まれる成分をリッチ成分としてとらえた場合に、特定成分量がリーン成分量やリッチ成分量であってもよい。
【００７０】
酸素量に着目すれば、上述した酸素吸蔵作用に着目した制御とほぼ同様の制御を行うこととなる。流出する排気ガス中の酸素量は、下流側空燃比センサ２６によって検出できる。即ち、排気浄化触媒１９から流出する排気ガス中に酸素が含まれていれば、排気浄化触媒１９はまだ酸素を吸蔵し得る状態にあるといえる。逆に、排気浄化触媒１９から流出する排気ガス中に酸素が含まれていなければ、排気浄化触媒１９はまだ酸素を吸蔵し得る状態にあるといえる。出力配分を制御して排気浄化触媒１９から排出される酸素量を所定範囲内とすることによって、上述した第一実施形態とほぼ同様の制御が可能となる。
【００７１】
一酸化炭素量、窒素酸化物量、又は、炭化水素量に着目すれば、それ自身を減らすように所定範囲を設定する（ゼロを目標範囲として設定する）ことによって、排気浄化を行うことができる。これらの各成分を所定範囲とするように出力配分を制御することでも、やはり排気浄化性能を向上させることができる。あるいは、リッチ成分及びリーン成分に着目し、これらを所定範囲とするように制御することでも同様に排気浄化性能を向上させることができる。
【００７２】
本発明の空燃比制御装置は、上述した実施形態のものに限定されない。例えば、上述した実施形態においては、ある時点での酸素吸蔵量O2SUMを基準(O2SUM=0)に対して酸素吸蔵量O2SUMの履歴を更新した。このため、酸素吸蔵量O2SUMは、正の値も負の値も取り得るものであった。しかし、排気浄化触媒１９が酸素を放出しきった状態を検出して、この点を基準(O2SUM=0)にしてもよい。この場合は、酸素吸蔵量O2SUMは正の値のみをとることになり、上限値O2SUMmaxのみが設定され、この値が酸素吸蔵能力と一致することになる。このように、上限値O2SUMmaxと下限値O2SUMminとで制御せずに、上限値O2SUMmax側のみで制御することも考えられる。
【００７３】
また、上述した実施形態においては、上流側空燃比センサ２５の出力から酸素吸蔵量O2SUMを更新したが、これに限定されるものではない。例えば、吸入空気量Gaと燃料噴射量TAUとから排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMを更新するなど、他の手法によってもよい。
【００７４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、機関停止モード中も酸素吸蔵量を算出し、機関再始動後の空燃比制御を酸素吸蔵能力に基づいて行うことで、機関再始動直後の排気浄化性能の悪化を抑止でき、排気浄化性能をより一層向上させることができる。ここで、機関再始動後の空燃比制御において、所定時間内の空燃比変化を決定することによって、機関再始動直後の排気浄化性能の悪化を抑止でき、排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置の実施形態を有する内燃機関を示す断面図（内燃機関周辺部）である。
【図２】排気浄化触媒の酸素吸蔵量O2SUMと、その目標値O2SUMref、及び、下流側空燃比センサ出力の様子を示すタイミングチャートである。
【図３】酸素吸蔵量O2SUMの更新制御のフローチャートである。
【図４】酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminの更新制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の排気浄化装置を備えた車両（ハイブリッド車）の構成図である。
【図６】エンジンとモータジェネレータとの関係を示す説明図である。
【図７】酸素吸蔵量と機関停止モード解除後の空燃比との傾向を示すグラフである。
【図８】酸素吸蔵量とエンジンの出力配分率との傾向を示すグラフである。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、１８…エンジンＥＣＵ（吸蔵量・能力算出手段、空燃比制御手段）、１９…排気浄化触媒、２５…上流側空燃比センサ（吸蔵量・能力算出手段）、２６…下流側空燃比センサ（吸蔵能力算出手段）、３２…ＭＧ（電動機：モータージェネレータ）。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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