(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路途中に配設され、前記内燃機関の排出ガスを浄化する触媒と、
前記内燃機関の排出ガスの空燃比を検出する酸素濃度センサと、
前記内燃機関の所定の運転条件下における自動停止及びこの後の自動始動を制御する自動始動停止制御手段と、
前記自動始動停止制御手段による前記内燃機関の自動停止直前または自動停止中に前記触媒の酸素ストレージ(Storage：吸着及び吸蔵）量を飽和させる触媒状態制御手段と、
前記内燃機関に対し所定の空燃比となるよう燃料噴射すると共に、前記内燃機関の自動停止後の再始動時には空燃比がリッチとなるよう燃料噴射する燃料噴射制御手段と、
前記触媒の温度を検出または推定する触媒温度推定手段とを具備し、
前記燃料噴射制御手段は、前記内燃機関の自動停止後の再始動時に前記触媒の温度が所定値以下であるときには、空燃比のリッチ制御を禁止し、前記触媒の昇温制御を優先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】
前記触媒状態制御手段は、前記内燃機関の自動停止直前または自動停止中に前記触媒に空気を導入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。
【請求項３】
前記触媒の温度は、外気温、前記内燃機関の停止時間、排出ガスの温度のうち１つ以上を用いて推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記酸素濃度センサは、前記内燃機関の自動停止中も活性状態に保持することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記燃料噴射制御手段は、前記内燃機関の自動停止後の再始動時に空燃比のリッチ制御を禁止するときには、前記酸素濃度センサの活性状態の保持を禁止することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路途中に配設され、前記内燃機関の排出ガスを浄化する触媒と、
前記内燃機関の排出ガスの空燃比を検出する酸素濃度センサと、
前記内燃機関の所定の運転条件下における自動停止及びこの後の自動始動を制御する自動始動停止制御手段と、
前記自動始動停止制御手段による前記内燃機関の自動停止直前または自動停止中に前記触媒の酸素ストレージ(Storage：吸着及び吸蔵）量を飽和させる触媒状態制御手段と、
前記内燃機関に対し所定の空燃比となるよう燃料噴射すると共に、前記内燃機関の自動停止後の再始動時には空燃比がリッチとなるよう燃料噴射する燃料噴射制御手段とを具備し、
前記酸素濃度センサは、前記内燃機関の自動停止中も活性状態に保持することを特徴とする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、触媒の状態を考慮し空燃比制御することで排出ガス浄化率を向上可能な内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気浄化装置に関連する先行技術文献としては、特開平９−１８９２１５号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、排出ガス成分の流入流量と流出流量との差から触媒内の排出ガス成分の吸着量をリアルタイムで検出し触媒の状態をリアルタイムで精度良く検出する技術が示されている。ここで、車両の市街地走行の信号待ち等における長い停車時に内燃機関を自動的に停止させ、この後、キー操作等の始動操作なしで内燃機関を再始動させる自動始動停止制御（エコラン制御ともいう）のための所謂、アイドルストップ機構を搭載した車両が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関のアイドルストップ機構を搭載した車両や内燃機関と電動モータとを搭載したハイブリッド車両では、内燃機関を搭載した車両がそれまで無駄にしていた車両停止中の燃料消費を低減するため内燃機関の自動停止及び再始動を頻繁に繰返すこととなる。この際、前述の特開平９−１８９２１５号公報では、再始動時や再始動直後に内燃機関の排出ガスを浄化する触媒の状態が分からないため、触媒の最適な浄化率が得られる空燃比で燃焼が行なえず、結果として、再始動時や再始動直後のエミッションが悪化するという不具合があった。
【０００４】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関のアイドルストップ機構を搭載した車両や内燃機関と電動モータとを搭載するハイブリッド車両において、内燃機関の自動停止後の再始動時に触媒の状態を考慮した空燃比制御により良好なエミッションを確保可能な内燃機関の排気浄化装置の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒状態制御手段で自動始動停止制御手段による内燃機関の自動停止直前または自動停止中に触媒の酸素ストレージ量を飽和、即ち、中立状態から空燃比リーン相当側となるよう意図的に遷移させ、自動停止後の再始動時の空燃比制御では触媒の十分な酸素を消費させるため、酸素濃度センサで検出される空燃比がリッチ側となるよう燃料噴射制御手段によって燃料噴射される。これにより、内燃機関の自動停止後の再始動時における触媒の酸素ストレージ量が素早く中立状態に復帰されるため良好なエミッションが確保される。
また、触媒温度推定手段で検出または推定された触媒の温度が、内燃機関の自動停止後の再始動時に所定値以下であると触媒が活性状態になく空燃比のリッチ制御に対応できないため、触媒を活性状態とするための昇温制御が優先的に実施される。これにより、触媒が速やかに活性状態に復帰され、エミッション悪化が抑制される。
【０００６】
請求項２の内燃機関の排気浄化装置における触媒状態制御手段では、内燃機関の自動停止直前または自動停止中に触媒に空気、即ち、酸素が導入されることで触媒の酸素ストレージ量が飽和、即ち、中立状態から空燃比リーン相当側に確実に遷移される。
【０００７】
請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関に導入される外気温、内燃機関の自動停止時からの経過時間としての停止時間、排出ガスの温度のうち１つ以上を用いて触媒の温度が推定されることで、触媒の温度状況が的確に推定される。
【０００８】
請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、酸素濃度センサが内燃機関の自動停止中も活性状態に保持されることで、自動停止後の再始動時に直ちに的確な空燃比制御が実施でき触媒の酸素ストレージ量が素早く中立状態に復帰されるため良好なエミッションが確保される。
【０００９】
請求項５の内燃機関の排気浄化装置における燃料噴射制御手段では、内燃機関の自動停止後の再始動時に空燃比のリッチ制御が禁止されるような条件となると、酸素濃度センサの活性状態を保持することが禁止されるため、省電力化が図られる。
【００１０】
請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒状態制御手段で自動始動停止制御手段による内燃機関の自動停止直前または自動停止中に触媒の酸素ストレージ量を飽和、即ち、中立状態から空燃比リーン相当側となるよう意図的に遷移させ、自動停止後の再始動時の空燃比制御では触媒の十分な酸素を消費させるため、酸素濃度センサで検出される空燃比がリッチ側となるよう燃料噴射制御手段によって燃料噴射される。これにより、内燃機関の自動停止後の再始動時における触媒の酸素ストレージ量が素早く中立状態に復帰されるため良好なエミッションが確保される。
また、内燃機関の自動停止後の再始動時に空燃比のリッチ制御が禁止されるような条件となると、酸素濃度センサの活性状態を保持することが禁止されるため、省電力化が図られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関とその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１３】
図１において、内燃機関１は直列４気筒４サイクルの火花点火式として構成され、その吸入空気は上流側からエアクリーナ２、吸気通路３、スロットルバルブ４、サージタンク５及びインテークマニホルド６を通過し、インテークマニホルド６内でインジェクタ（燃料噴射弁）７から噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気として各気筒に分配供給される。また、内燃機関１の各気筒に設けられた点火プラグ８には、点火回路９から供給される高電圧がディストリビュータ１０にて分配供給され、各気筒の混合気が所定タイミングにて点火される。そして、燃焼後の排出ガスはエキゾーストマニホルド１１及び排気通路１２を通過し、排気通路１２に設けられ、白金やロジウム等の触媒成分とセリウムやランタン等の添加物を担持した三元触媒１３にて有害成分であるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯx （窒素酸化物）等が浄化され大気中に排出される。
【００１４】
内燃機関１の図示しない出力軸（クランク軸）には、トルクコンバータを用いたオートマチックトランスミッション（以下、単に、『ＡＴ』と記す）１４が連結されており、このＡＴ１４より延びる出力軸（ドライブシャフト）１５の回転により車両が走行される。この出力軸１５には車速センサ１６が設けられ、車両の速度としての車速Ｖが検出される。
【００１５】
また、エアクリーナ２の下流側の吸気通路３にはエアフローメータ２１が設けられ、このエアフローメータ２１にてエアクリーナ２を通過する単位時間当たりの吸入空気量ＱＡが検出される。また、スロットルバルブ４にはスロットル開度センサ２２が設けられ、このスロットル開度センサ２２にてスロットル開度ＴＡに応じたアナログ信号が検出されると共に、スロットルバルブ４がほぼ全閉であることが図示しないアイドルスイッチからの「ＯＮ（オン）」／「ＯＦＦ（オフ）」信号によって検出される。また、内燃機関１のシリンダブロックには水温センサ２３が設けられ、この水温センサ２３にて内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが検出される。
【００１６】
そして、ディストリビュータ１０には回転角センサ２４が設けられ、この回転角センサ２４にて内燃機関１の機関回転数ＮＥが検出される。回転角センサ２４からは内燃機関１のクランクシャフトの２回転、即ち、７２０〔°ＣＡ（Crank Angle:クランク角）〕毎に２４個のパルス信号が出力される。更に、排気通路１２の三元触媒１３の上流側には、内燃機関１の排出ガスの空燃比λに応じたリニアな電圧信号ＶＯＸ１を出力する酸素濃度センサ２５が設けられている。この空燃比λの逆数が後述の実際の当量比φである。また、酸素濃度センサ２５には、この酸素濃度センサ２５を活性状態に保持するためのヒータ２６が付設されている。
【００１７】
内燃機関１の運転状態を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ３１、制御プログラムや制御マップを格納したＲＯＭ３２、各種データを格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４等を中心に論理演算回路として構成され、各種センサからの検出信号を入力する入力ポート３５及び各種アクチュエータ等に制御信号を出力する出力ポート３６等に対しバス３７を介して接続されている。
【００１８】
このＥＣＵ３０には、入力ポート３５を介して車速センサ１６からの車速Ｖ、エアフローメータ２１からの吸入空気量ＱＡ、スロットル開度センサ２２からのスロットル開度ＴＡ、水温センサ２３からの冷却水温ＴＨＷ、回転角センサ２４からの機関回転数ＮＥ等の各種センサ信号が入力され、それらに基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等が算出され、出力ポート３６を介してインジェクタ７及び点火回路９等にそれぞれ制御信号が出力される。
【００１９】
また、ＥＣＵ３０に入力される酸素濃度センサ２５からの電圧信号ＶＯＸ１によって、排出ガスに基づく混合気の空燃比判定が行われる。そして、ＥＣＵ３０はリッチからリーンに反転したとき及びリーンからリッチに反転したときには燃料噴射量を増減すべく、後述の空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）補正係数としてのＦＡＦ値を階段状に大きく変化（スキップ）させると共に、リーンまたはリッチが連続するときには空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ値を徐々に増減させるようになっている。なお、この空燃比Ｆ／Ｂ制御は内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが低いときや機関高負荷・高回転走行時には実施されない。また、後述のように、ＥＣＵ３０は機関回転数ＮＥと吸入空気量ＱＡとにより基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を求め、この基本燃料噴射量に対し空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ等による補正を行って最終の燃料噴射量（燃料噴射時間）ＴＡＵを算出し、インジェクタ７に所定の噴射タイミングでの燃料噴射を行わせる。
【００２０】
なお、ＥＣＵ３０にて、酸素濃度センサ２５からの電圧信号ＶＯＸ１による空燃比λの逆数である実際の当量比φと後述の目標当量比φref 演算ルーチンで算出される目標当量比φref との偏差を小さくするよう燃料噴射量ＴＡＵがＦ／Ｂ補正され、後述の三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが中立状態に維持される。
【００２１】
上述の各種センサの他、ＥＣＵ３０には、以下のスイッチ類からのＳＷ（スイッチ）信号が入力される。車室内の例えば、操作パネルには、エコランを実施するという意向を基に運転者により操作されるエコランＳＷ４１が設けられている。また、ＡＴ１４にはニュートラル位置を検出するニュートラルＳＷ４２が設けられている。そして、図示しないブレーキペダルには、踏込んだときに「ＯＮ」となるブレーキＳＷ４３が設けられている。また、ＥＣＵ３０は、エコランＳＷ４１の指示や車両状態に応じて自動的に内燃機関１を停止またはスタータ４４を駆動し再始動させる。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における空燃比制御について、図２乃至図１２を参照して説明する。ここで、図１２は本実施例の空燃比制御に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートであり、本実施例を実線にて示し、比較のために従来例を破線にて示す。
【００２３】
《空燃比制御のメインルーチン：図２参照》
空燃比制御ルーチンを図２に基づいて説明する。なお、この空燃比制御ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００２４】
図２において、まず、ステップＳ１０１で、後述の内燃機関停止判定処理が実行される。次にステップＳ１０２に移行して、後述の触媒温度推定処理が実行される。次にステップＳ１０３に移行して、後述のモータリング制御処理が実行される。次にステップＳ１０４に移行して、後述の酸素濃度センサヒータ制御処理が実行される。次にステップＳ１０５に移行して、後述の目標当量比φref 演算処理が実行される。次にステップＳ１０６に移行して、後述の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ演算処理が実行される。次にステップＳ１０７に移行して、後述の燃料噴射量ＴＡＵ演算処理が実行され、本ルーチンを終了する。
【００２５】
〈内燃機関停止判定のサブルーチン：図３参照〉
内燃機関停止判定ルーチンを図３に基づいて説明する。
【００２６】
図３において、まず、ステップＳ２０１で、内燃機関１が停止中であるかが判定される。ステップＳ２０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が運転中であるときにはステップＳ２０２に移行し、エコランＳＷ４１が「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ２０２の判定条件が成立、即ち、エコランＳＷ４１が「ＯＮ」であるときにはステップＳ２０３に移行し、ニュートラルＳＷ４２が「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ２０３の判定条件が成立、即ち、ニュートラルＳＷ４２が「ＯＮ」でＡＴ１４のギヤ位置が「Ｎ」となっているときにはステップＳ２０４に移行し、その他の各種エコラン条件が成立するかが判定される。
【００２７】
このエコラン条件としては、具体的に、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが所定温度以上、車速Ｖが「０〔ｋｍ／ｈ〕」、車速Ｖが「０〔ｋｍ／ｈ〕」になってから所定時間経過、ブレーキＳＷ４３が「ＯＮ」、右折側のターンシグナルランプ（図示略）が「ＯＦＦ」、内燃機関１がアイドル状態等が挙げられる。
【００２８】
ステップＳ２０４の判定条件が成立、即ち、上記エコラン条件が全て成立するときにはステップＳ２０５に移行し、内燃機関１の自動停止前の空燃比リーン化実施時間を設定する停止前リーン化カウンタが所定値以上であるかが判定される。ステップＳ２０５の判定条件が成立せず、即ち、停止前リーン化カウンタが所定値未満と小さいときにはステップＳ２０６に移行し、リーン化フラグが「ＯＮ」とされる。次にステップＳ２０７に移行して、停止前リーン化カウンタが「＋１」インクリメントされたのち、本ルーチンを終了する。
【００２９】
一方、ステップＳ２０５の判定条件が成立、即ち、停止前リーン化カウンタが所定値以上と大きくなるとステップＳ２０８に移行し、内燃機関１を自動停止させるため燃料噴射量及び火花点火の停止処理が実施される。次にステップＳ２０９に移行して、停止前リーン化カウンタが「０（零）」にクリアされたのち、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ２０２の判定条件が成立せず、即ち、エコランＳＷ４１が「ＯＦＦ」であるとき、またはステップＳ２０３の判定条件が成立せず、即ち、ニュートラルＳＷ４２が「ＯＦＦ」でＡＴ１４のギヤ位置が「Ｎ」以外であるとき、またはステップＳ２０４の判定条件が成立せず、即ち、エコラン条件のうち何れか１つでも不成立のときには内燃機関１の運転中が継続され、本ルーチンを終了する。
【００３０】
一方、ステップＳ２０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１が停止中であるときにはステップＳ２１０に移行し、ブレーキＳＷ４３が「ＯＦＦ」であるかが判定される。ステップＳ２１０の判定条件が成立、即ち、ブレーキＳＷ４３が「ＯＦＦ」で運転者によるブレーキペダルの踏込みが緩められ車両走行開始の意志があるときにはステップＳ２１１に移行し、内燃機関１を再始動させるため燃料噴射量及び火花点火の実行処理が実施されたのち、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ２１０の判定条件が成立せず、即ち、ブレーキＳＷ４３が「ＯＮ」で運転者によってブレーキペダルが一杯まで踏込まれているときには、内燃機関１の自動停止中が継続され、本ルーチンを終了する。
【００３１】
〈触媒温度推定のサブルーチン：図４及び図５参照〉
触媒温度推定ルーチンを図４に基づき、図５を参照して説明する。ここで、図５は、単位時間当たりの吸入空気量ＱＡ〔g /sec〕に対する触媒温度の初期値Ｔini 〔℃〕を算出するマップである。
【００３２】
図４において、まず、ステップＳ３０１で、内燃機関１が停止中であるかが判定される。ステップＳ３０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１が停止中（図１２に示す時刻ｔ01〜時刻ｔ03）であるときにはステップＳ３０２に移行し、三元触媒１３の触媒温度ＴＭＰcat が次式（１）にて算出される。ここで、ｋは温度減衰係数、Ｔstopは内燃機関１の自動停止時からの停止時間である。なお、図５に示すように、触媒温度初期値Ｔini は吸入空気量ＱＡが多いほど大きな値に設定される。
【００３３】
【数１】
ＴＭＰcat ＝Ｔini −ｋ・Ｔstop                        ・・・（１）
【００３４】
次にステップＳ３０３に移行して、触媒温度ＴＭＰcat に対するガード処理が実行される。次にステップＳ３０４に移行して、触媒温度ＴＭＰcat が所定値以上であるかが判定される。ステップＳ３０４の判定条件が成立、即ち、触媒温度ＴＭＰcat が所定値以上と高いときには、本ルーチンを終了する。
【００３５】
一方、ステップＳ３０４の判定条件が成立せず、即ち、触媒温度ＴＭＰcat が所定値未満と低いときにはステップＳ３０５に移行し、再始動時ストレージ制御が禁止され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ３０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が運転中であるときにはステップＳ３０６に移行し、触媒温度初期値Ｔini の更新として、触媒温度初期値Ｔini が触媒温度ＴＭＰcat とされたのち、本ルーチンを終了する。
【００３６】
〈モータリング制御のサブルーチン：図６及び図７参照〉
モータリング制御ルーチンを図６に基づき、図７を参照して説明する。ここで、図７は、触媒温度ＴＭＰcat 〔℃〕に対する所定値kcstopを算出するマップである。
【００３７】
図６において、まず、ステップＳ４０１で、内燃機関１に対する停止要求が有るかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１に対する停止要求が有るときにはステップＳ４０２に移行し、内燃機関１の停止時間カウンタcstop が所定値kcstop未満であるかが判定される。なお、図７に示すように、所定値kcstopは触媒温度ＴＭＰcat が高いほど大きな値に設定される。ステップＳ４０２の判定条件が成立、即ち、停止時間カウンタcstop が所定値kcstop未満と小さいときにはステップＳ４０３に移行し、ニュートラルＳＷ４２が「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ４０３の判定条件が成立、即ち、ＡＴ１４のニュートラルＳＷ４２が「ＯＮ」であり、そのギヤ位置が「Ｎ（ニュートラル）」であるときにはステップＳ４０４に移行し、内燃機関１に対してモータリングが実施される。
【００３８】
このモータリングに際しては、内燃機関１のインジェクタ７からの燃料噴射が停止、かつ点火プラグ８による火花点火が停止された内燃機関１の運転停止直後で、スタータ４４にて内燃機関１が回転駆動されることによって、エアクリーナ２側からの吸入空気が内燃機関１を素通りして排気通路１２内に導入される。
【００３９】
ステップＳ４０４の処理ののち、またはステップＳ４０２の判定条件が成立せず、即ち、停止時間カウンタcstop が所定値kcstop以上と大きいとき、またはステップＳ４０３の判定条件が成立せず、即ち、ＡＴ１４のニュートラルＳＷ４２が「ＯＦＦ」でそのギヤ位置が「Ｎ」以外であるときにはステップＳ４０５に移行し、停止時間カウンタcstop が「＋１」インクリメントされたのち、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ４０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が運転中であるときにはステップＳ４０６に移行し、停止時間カウンタcstop が「０（零）」にクリアされたのち、本ルーチンを終了する。
【００４０】
〈酸素濃度センサヒータ制御のサブルーチン：図８参照〉
酸素濃度センサヒータ制御ルーチンを図８に基づいて説明する。
【００４１】
図８において、まず、ステップＳ５０１で、内燃機関１が停止中であるかが判定される。ステップＳ５０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１が停止中であるときにはステップＳ５０２に移行し、次回始動時に酸素ストレージ制御を実施するかが判定される。ステップＳ５０２の判定条件が成立、即ち、次回始動時に酸素ストレージ制御を実施するとき、またはステップＳ５０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が運転中であるときにはステップＳ５０３に移行し、通常のヒータ制御が実施されたのち、本ルーチンを終了する。
【００４２】
一方、ステップＳ５０２の判定条件が成立せず、即ち、次回始動時に酸素ストレージ制御を実施しないときにはステップＳ５０４に移行し、省電力のためヒータ制御が停止されたのち、本ルーチンを終了する。
【００４３】
〈目標当量比φref 演算のサブルーチン：図９参照〉
目標当量比φref 演算ルーチンを図９に基づいて説明する。
【００４４】
図９において、まず、ステップＳ６０１で、内燃機関１が停止中であるかが判定される。ステップＳ６０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が運転中であるときにはステップＳ６０２に移行し、リーン化フラグが「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ６０２の判定条件が成立せず、即ち、リーン化フラグが「ＯＦＦ」であるときにはステップＳ６０３に移行し、内燃機関１の運転中における目標当量比φref が算出され、本ルーチンを終了する。
【００４５】
一方、ステップＳ６０２の判定条件が成立、即ち、リーン化フラグが「ＯＮ」であるときにはステップＳ６０４に移行し、内燃機関１の自動停止直後（図１２に示す時刻ｔ01〜時刻ｔ02）のリーン化目標値となる目標当量比φref が算出され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ６０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１が停止中（図１２に示す時刻ｔ01〜時刻ｔ03）であるときにはステップＳ６０５に移行し、触媒温度ＴＭＰcat が所定値以下であるかが判定される。ステップＳ６０５の判定条件が成立せず、即ち、触媒温度ＴＭＰcat が所定値を越え高く三元触媒１３が活性状態を保持できるときにはステップＳ６０６に移行し、内燃機関１の再始動時（図１２に示す時刻ｔ03）のリッチ始動目標値となる目標当量比φref が算出され、本ルーチンを終了する。
【００４６】
一方、ステップＳ６０５の判定条件が成立、即ち、触媒温度ＴＭＰcat が所定値以下と低く三元触媒１３が活性状態を保持できないときにはステップＳ６０７に移行し、触媒暖機目標値となる目標当量比φref が算出され、本ルーチンを終了する。
【００４７】
〈空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ演算のサブルーチン：図１０参照〉
空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ演算ルーチンを図１０に基づいて説明する。
【００４８】
図１０において、まず、ステップＳ７０１で、空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するかが判定される。この空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するのは、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが所定温度以上、機関回転数ＮＥ及び負荷が高くないこと等である。ステップＳ７０１の判定条件が成立、即ち、空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が全て成立するときにはステップＳ７０２に移行し、上述の目標当量比φref 演算ルーチンで求められた目標当量比φref が読込まれる。
【００４９】
次にステップＳ７０３に移行して、酸素濃度センサ２５の検出値が空燃比制御を維持し得る所定の範囲内であるかが判定される。ステップＳ７０３の判定条件が成立、即ち、酸素濃度センサ２５の検出値が所定の範囲内であるときにはステップＳ７０４に移行し、ＲＯＭ３２内に予め記憶されている状態Ｆ／Ｂ系の最適Ｆ／ＢゲインＩＫn （ｎ＝１，２，３，４，Ａ）が選択的に読込まれる。
【００５０】
一方、ステップＳ７０３の判定条件が成立せず、即ち、酸素濃度センサ２５の検出値が所定の範囲外であるときにはステップＳ７０５に移行し、ＲＯＭ３２内に予め記憶されている状態Ｆ／Ｂ系のＦ／Ｂゲインのうち、より低いＦ／ＢゲインＩＫn ′（ｎ＝１，２，３，４，Ａ）が選択的に読込まれる。次にステップＳ７０６に移行して、ステップＳ７０４またはステップＳ７０５で選択的に読込まれたＦ／ＢゲインＩＫn （ｎ＝１，２，３，４）またはＩＫn ′（ｎ＝１，２，３，４）が次式（２）に代入され積分項ＺＩ(K) が算出される。ここで、Ｋa は積分定数、φ(K) は実際の当量比である。
【００５１】
【数２】
ＺＩ(K) ←ＺＩ(K-1) ＋Ｋa ・（φref −φ(K) ）          ・・・（２）
【００５２】
次にステップＳ７０７に移行して、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦが次式（３）にて算出され、本ルーチンを終了する。ここで、ＦＡＦ(K-1) は１回前の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数、ＦＡＦ(K-2) は２回前の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数、ＦＡＦ(K-3) は３回前の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数、Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 はＦ／Ｂ定数である。
【００５３】
【数３】
0003948254.tif 000002
【００５４】
一方、ステップＳ７０１の判定条件が成立せず、即ち、空燃比Ｆ／Ｂ制御条件のうち１つでも成立しないときにはステップＳ７０８に移行し、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦが「１．０」にセットされ、本ルーチンを終了する。
【００５５】
〈燃料噴射量ＴＡＵ演算のサブルーチン：図１１参照〉
燃料噴射量ＴＡＵ演算ルーチンを図１１に基づいて説明する。
【００５６】
図１１において、まず、ステップＳ８０１で、機関回転数ＮＥと吸入空気量ＱＡとに基づき基本燃料噴射量Ｔｐが算出される。次にステップＳ８０２に移行して、上述の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ演算ルーチンで算出された空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦが読込まれる。次にステップＳ８０３に移行して、最終の燃料噴射量ＴＡＵが次式（４）にて算出され、本ルーチンを終了する。ここで、ＦＡＬＬは空燃比制御以外の要素で燃料噴射量を補正するための補正係数である。
【００５７】
【数４】
ＴＡＵ←ＦＡＦ・Ｔｐ・ＦＡＬＬ                          ・・・（４）
【００５８】
したがって、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが、従来例の空燃比制御（１２に示す破線）では、内燃機関１の自動停止後の再始動時（図１２に示す時刻03）の空燃比リッチ相当の状態からなかなか中立状態に復帰されないが、上述の実施例の空燃比制御（図１２に示す実線）によれば、内燃機関１の自動停止後の再始動時（図１２に示す時刻03）の空燃比リーン相当の状態から素早く中立状態に復帰されることが分かる。
【００５９】
このように、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関１の排気通路１２途中に配設され、内燃機関１の排出ガスを浄化する三元触媒１３と、内燃機関１の排出ガスの空燃比を検出する酸素濃度センサ２５と、内燃機関１の所定の運転条件下における自動停止及びこの後の自動始動を制御するＥＣＵ３０にて達成される自動始動停止制御手段と、前記自動始動停止制御手段による内燃機関１の自動停止直前に三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを飽和させるＥＣＵ３０にて達成される触媒状態制御手段と、内燃機関１に対し所定の空燃比となるよう燃料噴射すると共に、内燃機関１の自動停止後の再始動時には空燃比がリッチとなるよう燃料噴射するＥＣＵ３０にて達成される燃料噴射制御手段とを具備するものである。
【００６０】
つまり、内燃機関１の自動停止直前の空燃比制御では三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを飽和、即ち、中立状態から空燃比リーン相当側となるよう意図的に遷移させ、自動停止後の再始動時の空燃比制御では三元触媒１３の十分な酸素を消費させるため、空燃比の逆数である当量比φがリッチ側となるよう燃料噴射される。これにより、内燃機関１の自動停止後の再始動時における三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを素早く中立状態に復帰させ良好なエミッションを確保することができる。
【００６１】
また、本実施例の内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵ３０にて達成される触媒状態制御手段は、内燃機関１の自動停止直前に三元触媒１３に空気を導入するためのモータリング制御を実施するものである。つまり、内燃機関１の自動停止直前のモータリング制御によって三元触媒１３に空気、即ち、酸素が導入されることで三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが飽和、即ち、中立状態から空燃比リーン相当側に確実に遷移される。これにより、内燃機関１の再始動時に空燃比の逆数である当量比φがリッチ側となるよう空燃比制御されることで、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを素早く中立状態に復帰させ良好なエミッションを確保することができる。
【００６２】
そして、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、三元触媒１３の温度を推定するＥＣＵ３０にて達成される触媒温度推定手段を具備し、ＥＣＵ３０にて達成される燃料噴射制御手段が内燃機関１の自動停止後の再始動時に三元触媒１３の温度が所定値以下であるときには、空燃比のリッチ制御を禁止し、三元触媒１３の昇温制御を優先するものである。つまり、内燃機関１の自動停止後の再始動時に三元触媒１３の温度が所定値以下であると三元触媒１３が活性状態になく空燃比のリッチ制御に対応できないため、三元触媒１３を活性状態とするための昇温制御が優先的に実施される。これにより、三元触媒１３が速やかに活性状態に復帰され、エミッション悪化を抑制することができる。
【００６３】
更に、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、三元触媒１３の温度を内燃機関１の停止時間Ｔstopを用いて推定するものである。つまり、三元触媒１３の温度は内燃機関１の自動停止時からの経過時間に応じて推移されるため、停止時間Ｔstopを用いることで三元触媒１３の温度を的確に推定することができる。
【００６４】
更にまた、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、酸素濃度センサ２５を内燃機関１の自動停止中も活性状態に保持するものである。つまり、酸素濃度センサ２５が内燃機関１の自動停止中も活性状態に保持されておれば、自動停止後の再始動時に直ちに的確な空燃比制御が実施できるため、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを素早く中立状態に復帰させ良好なエミッションを確保することができる。
【００６５】
加えて、本実施例の内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵ３０にて達成される燃料噴射制御手段は、内燃機関１の自動停止後の再始動時に空燃比のリッチ制御を禁止するときには、酸素濃度センサ２５の活性状態の保持を禁止するものである。つまり、内燃機関１の自動停止後の再始動時に空燃比のリッチ制御が禁止されるような条件となると、酸素濃度センサ２５の活性状態を保持するためのヒータ２６への通電が停止されることで、省電力化を図ることができる。
【００６６】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における空燃比制御の変形例について、図１３乃至図１５を参照すると共に、上述の実施例における図３乃至図１１を適宜、参照して説明する。ここで、図１５は本変形例の空燃比制御に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートであり、本変形例を実線にて示し、比較のために従来例を破線にて示す。
【００６７】
《空燃比制御のメインルーチンの変形例：図１３参照》
空燃比制御ルーチンを図１３に基づいて説明する。なお、この空燃比制御ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００６８】
図１３において、まず、ステップＳ９０１で、上述の内燃機関停止判定処理が実行される。次にステップＳ９０２では、上述の触媒温度推定処理が実行される。次にステップＳ９０３に移行して、後述のエア供給制御処理が実行される。次にステップＳ９０４に移行して、上述の酸素濃度センサヒータ制御処理が実行される。次にステップＳ９０５に移行して、上述の目標当量比φref 演算処理が実行される。次にステップＳ９０６に移行して、上述の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数演算処理が実行される。次にステップＳ９０７に移行して、上述の燃料噴射量演算処理が実行され、本ルーチンを終了する。
【００６９】
この空燃比制御ルーチンの変形例におけるステップＳ９０３のエア供給制御処理以外は、上述の実施例の空燃比制御ルーチンにおける各処理と同様であるため、その説明を省略する。
【００７０】
〈エア供給制御のサブルーチン：図１４参照〉
エア供給制御ルーチンを図１４に基づき、図７を参照して説明する。
【００７１】
図１４において、まず、ステップＳ１００１で、内燃機関１に対する停止要求が有るかが判定される。ステップＳ１００１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１に対する停止要求が有るときにはステップＳ１００２に移行し、内燃機関１の停止時間カウンタcstop が所定値kcstop未満であるかが判定される。なお、図７に示すように、所定値kcstopは触媒温度ＴＭＰcat が高いほど大きな値に設定される。ステップＳ１００２の判定条件が成立、即ち、停止時間カウンタcstop が所定値kcstop未満と小さいときにはステップＳ１００３に移行し、ニュートラルＳＷ４２が「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ１００３の判定条件が成立、即ち、ＡＴ１４のニュートラルＳＷ４２が「ＯＮ」であり、そのギヤ位置が「Ｎ（ニュートラル）」であるときにはステップＳ１００４に移行し、内燃機関１に対してエア供給が実施される。
【００７２】
このエア供給に際しては、吸気通路３と排気通路１２とを接続する図示しない２次空気導入路途中に配設された図示しない電磁式バルブが「ＯＮ」とされることによって、エアクリーナ２側からの吸入空気が電磁式バルブを通って排気通路１２内に直接、導入される。
【００７３】
ステップＳ１００４の処理ののち、またはステップＳ１００２の判定条件が成立せず、即ち、停止時間カウンタcstop が所定値kcstop以上と大きいとき、またはステップＳ１００３の判定条件が成立せず、即ち、ＡＴ１４のニュートラルＳＷ４２が「ＯＦＦ」でそのギヤ位置が「Ｎ」以外であるときにはステップＳ１００５に移行し、停止時間カウンタcstop が「＋１」インクリメントされたのち、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１００１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が運転中であるときにはステップＳ１００６に移行し、停止時間カウンタcstop が「０（零）」にクリアされたのち、本ルーチンを終了する。
したがって、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが、従来例の空燃比制御（図１５に示す破線）では、内燃機関１の自動停止後の再始動時（図１５に示す時刻13）の空燃比リッチ相当の状態からなかなか中立状態に復帰されないが、上述の変形例の空燃比制御（図１５に示す実線）によれば、内燃機関１の自動停止後の再始動時（図１５に示す時刻13）の空燃比リーン相当の状態から素早く中立状態に復帰されることが分かる。
【００７４】
このように、本変形例の内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵ３０にて達成される触媒状態制御手段は、内燃機関１の自動停止直前または自動停止中に三元触媒１３に空気を導入するためのエア供給制御を実施するものである。つまり、内燃機関１の自動停止直前または自動停止中のエア供給制御によって三元触媒１３に空気、即ち、酸素が導入されることで三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが飽和、即ち、中立状態から空燃比リーン相当側に確実に遷移される。これにより、内燃機関１の再始動時に空燃比の逆数である当量比φがリッチ側となるよう空燃比制御されることで、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを素早く中立状態に復帰させ良好なエミッションを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関とその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】  図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける空燃比制御の処理手順を示すメインルーチンである。
【図３】  図３は図２における内燃機関停止判定の処理手順を示すサブルーチンである。
【図４】  図４は図２における触媒温度推定の処理手順を示すサブルーチンである。
【図５】  図５は図４における吸入空気量をパラメータとして触媒温度初期値を算出するマップである。
【図６】  図６は図２におけるモータリング制御の処理手順を示すサブルーチンである。
【図７】  図７は図６における触媒温度をパラメータとして所定値を算出するマップである。
【図８】  図８は図２における酸素濃度センサヒータ制御の処理手順を示すサブルーチンである。
【図９】  図９は図２における目標当量比演算の処理手順を示すサブルーチンである。
【図１０】  図１０は図２における空燃比Ｆ／Ｂ補正係数演算の処理手順を示すサブルーチンである。
【図１１】  図１１は図２における燃料噴射量演算の処理手順を示すサブルーチンである。
【図１２】  図１２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置の空燃比制御に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図１３】  図１３は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける空燃比制御の処理手順の変形例を示すメインルーチンである。
【図１４】  図１４は図１３におけるエア供給制御の処理手順を示すサブルーチンである。
【図１５】  図１５は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置の空燃比制御の変形例に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１  内燃機関
７  インジェクタ（燃料噴射弁）
１２  排気通路
１３  三元触媒
２５  酸素濃度センサ
３０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【図１】
0003948254.tif 000003
【図２】
0003948254.tif 000004
【図３】
0003948254.tif 000005
【図４】
0003948254.tif 000006
【図５】
0003948254.tif 000007
【図６】
0003948254.tif 000008
【図７】
0003948254.tif 000009
【図８】
0003948254.tif 000010
【図９】
0003948254.tif 000011
【図１０】
0003948254.tif 000012
【図１１】
0003948254.tif 000013
【図１２】
0003948254.tif 000014
【図１３】
0003948254.tif 000015
【図１４】
0003948254.tif 000016
【図１５】
0003948254.tif 000017