JP2003206791A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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
保すること。 【解決手段】 内燃機関１の自動停止直前における三元
触媒１３の酸素ストレージ（吸着及び吸蔵）量が三元触
媒１３に流入する排出ガス量と空燃比センサ２５による
空燃比とに基づき推定され、自動停止後の再始動時には
推定された三元触媒１３の酸素ストレージ量に応じた空
燃比の逆数である当量比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。

Description

【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９−８８６８８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、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、排出ガスの空燃比を検出する酸素濃度
（空燃比）センサの活性状態に応じて、空燃比制御にお
ける空燃比フィードバック制御を好適に実行し、早期に
理論空燃比に制御することで内燃機関の再始動時のエミ
ッション悪化を抑制する技術が示されている。

【特許文献】 特開平９−８８６８８号公報（第２頁
〜第３頁）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の内燃
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、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
考慮されておらず、触媒の最適な浄化率が得られる空燃
比で燃焼が行なわれないことで、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、触媒状態推定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に触媒の酸素ス
トレージ量が推定され、所定の空燃比となるように制御
する空燃比制御に替え、自動停止後の再始動時では推定
された触媒の酸素ストレージ量に応じた空燃比となるよ
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。

【０００６】請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれ
ば、触媒状態推定手段で触媒に流入する排出ガス量と空
燃比センサで検出された内燃機関の排出ガスの空燃比と
に基づき触媒の酸素ストレージ量が推定されるため、触
媒の状態が的確に把握される。

【０００７】請求項３の内燃機関の排気浄化装置におけ
る触媒状態推定手段では、内燃機関の自動停止中も触媒
の酸素ストレージ量の推定が継続されることで、自動停
止後の再始動時に直ちに的確な触媒の酸素ストレージ量
に応じた空燃比制御が実施できる。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。

【０００８】請求項４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、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触媒
の酸素ストレージ量に応じた空燃比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。

【０００９】請求項５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。

【００１０】請求項６の内燃機関の排気浄化装置では、
空燃比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。

【００１１】請求項７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
動時に触媒の酸素ストレージ量に応じた空燃比制御が禁
止されるような条件となると、空燃比センサの活性状態
を保持することが禁止されるため、省電力化が図られ
る。

【００１２】請求項８の内燃機関の排気浄化装置におけ
る触媒状態推定手段では、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酸
素ストレージ量が補正されることで、触媒の状態が的確
に推定される。

【００１３】

【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。

【００１４】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。

【００１５】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１
２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）、Ｎ
Ｏx （窒素酸化物）等が浄化され大気中に排出される。

【００１６】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。

【００１７】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２
３にて内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが検出される。

【００１８】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（CrankAngle: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
当量比φに応じてリニアな電流信号Ｉｓを出力する空燃
比センサ２５が設けられている。この当量比φは、理論
空燃比Ａ／Ｆを基準とした燃料過剰率を示しており、空
気過剰率λの逆数である。また、空燃比センサ２５に
は、この空燃比センサ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。

【００１９】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。

【００２０】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２
１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。

【００２１】また、ＥＣＵ３０に入力される空燃比セン
サ２５からのリニアな電流信号Ｉｓによって、排出ガス
に基づく混合気の当量比φが検出される。そして、ＥＣ
Ｕ３０は後述する空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御
時の酸素ストレージ量に応じて設定される目標当量比φ
ref に空燃比センサ２５により検出される実際の当量比
φを一致させるべく、後述の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数を算
出する。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。

【００２２】このように、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φre
f との偏差を小さくするよう燃料噴射量ＴＡＵがＦ／Ｂ
補正されているので、後述の三元触媒１３の酸素ストレ
ージ量ＯＳが中立状態である目標酸素ストレージ量ＯＳ
ref 付近に制御される。

【００２３】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。

【００２４】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ＥＣＵ３
０内のＣＰＵ３１における空燃比制御について、図２乃
至図１３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内燃機関１の自動停止後の再
始動時に三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが空燃比
リーン相当となっているときの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。また、図１３は図
１２と逆に内燃機関１の自動停止後の再始動時に三元触
媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが空燃比リッチ相当とな
っているときの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。

【００２５】なお、酸素ストレージ量ＯＳが空燃比リー
ン相当とは、空燃比リーンな状態で内燃機関を運転した
場合に三元触媒１３に吸蔵される酸素量のことである。
つまり、空燃比リーン相当とは、酸素ストレージ量とし
て中立状態よりも酸素が多いことである。一方、酸素ス
トレージ量ＯＳが空燃比リッチ相当とは、酸素ストレー
ジ量として中立状態よりも酸素が少ないことである。

【００２６】《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。

【００２７】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
空燃比センサヒータ制御処理が実行される。次にステッ
プＳ１０４に移行して、後述の酸素ストレージ量演算処
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。

【００２８】〈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。

【００２９】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。

【００３０】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〕」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。

【００３１】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たのち（図
１２に示す時刻ｔ01または図１３に示す時刻ｔ11）、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ＡＴ１
４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。

【００３２】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
Ｓ２０６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Ｓ２０６の判定条件が成
立、即ち、ブレーキＳＷ４３が「ＯＦＦ」で運転者によ
って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Ｓ２０７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（図１２に示す時刻ｔ02または図
１３に示す時刻ｔ12）、本ルーチンを終了する。一方、
ステップＳ２０６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。

【００３３】〈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。

【００３４】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ｔ02または図１３に示
す時刻ｔ11〜時刻ｔ12）であるときにはステップ３０２
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、Ｔ
stop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。

【００３５】

【数１】 ＴＭＰcat ＝Ｔini −ｋ・Ｔstop ・・・（１）

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】〈空燃比センサヒータ制御のサブルーチ
ン：図６参照〉空燃比センサヒータ制御ルーチンを図６
に基づいて説明する。

【００３９】図６において、まず、ステップＳ４０１
で、内燃機関１が停止中であるかが判定される。ステッ
プＳ４０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１が停止
中であるときにはステップＳ４０２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Ｓ４０２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Ｓ
４０１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Ｓ４０３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。

【００４０】一方、ステップＳ４０２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Ｓ４０４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。

【００４１】〈酸素ストレージ量演算のサブルーチン：
図７及び図８参照〉酸素ストレージ量演算ルーチンを図
７に基づき、図８を参照して説明する。ここで、図８は
触媒温度ＴＭＰcat 〔℃〕に対する減衰係数kcatosを算
出するマップである。

【００４２】図７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の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が
運転中であるときにはステップＳ５０２に移行し、三元
触媒１３の酸素ストレージ量の変化量ΔＯＳ(i) が次式
（２）にて算出される。ここで、φは三元触媒１３上流
側の空燃比センサ２５で検出される実際の当量比、φre
f は目標当量比、ＱＡは単位時間当たり三元触媒１３に
流入する吸入空気量である。

【００４３】

【数２】 ΔＯＳ(i) ←（φ−φref ）・ＱＡ(i-d) ・・・（２）

【００４４】この式（２）によれば、当量比φが目標当
量比φref に一致するときには、三元触媒１３の酸素ス
トレージ量の変化量ΔＯＳ(i) は「０」である。当量比
φが目標当量比φref よりも大きくなる場合、つまり、
燃料過剰率が大きい（リッチ側の）場合には、三元触媒
１３に吸着されている酸素が消費される。このときの三
元触媒１３の酸素ストレージ量の変化量ΔＯＳ(i) を正
の値として定義する。一方、燃料過剰率が小さい（リー
ン側の）場合には三元触媒１３の酸素ストレージ量の変
化量ΔＯＳ(i) を負の値として定義する。

【００４５】なお、吸入空気量ＱＡは燃料噴射から排出
ガスの当量比φを検出するまでの遅れ時間ｄが考慮さ
れ、現時点ｉよりも遅れ時間ｄ前の過去の吸入空気量Ｑ
Ａ(i-d) が用いられる。この際、遅れ時間ｄは演算処理
を簡単にするために固定値としてもよいが、吸入空気量
ＱＡに応じて遅れ時間ｄを変化させてもよい。つまり、
吸入空気量ＱＡが多くなるほど、空気の流速が速くなっ
て実際の遅れ時間ｄが短くなるため、吸入空気量ＱＡが
多くなるほど、遅れ時間ｄを短くするように設定しても
よい。

【００４６】そして、三元触媒１３の現在の酸素ストレ
ージ量ＯＳ(i) が上式（２）で算出された酸素ストレー
ジ量の変化量ΔＯＳ(i) に基づき、次式（３）にて算出
される。ここで、ＯＳ(i-1) は三元触媒１３の前回の酸
素ストレージ量演算値である。ここで、上式（２）によ
り算出された三元触媒１３の酸素ストレージ量の変化量
ΔＯＳ(i) が加算されることで、酸素ストレージ量とし
ては、空燃比リーン相当のときに正の値となり、空燃比
リッチ相当のときに負の値となる。なお、三元触媒１３
が中立状態のときは、酸素ストレージ量の変化量ΔＯＳ
(i) は「０」と定義される。これによって、本実施例で
は、三元触媒１３に吸着されている酸素ストレージ量を
推定できる。

【００４７】

【数３】 ＯＳ(i) ←ΔＯＳ(i) ＋ＯＳ(i-1) ・・・（３）

【００４８】一方、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
Ｓ５０３に移行し、三元触媒１３の現在の酸素ストレー
ジ量ＯＳ(i) が次式（４）にて算出される。ここで、kc
atosは触媒温度ＴＭＰcat に対する減衰係数であり、図
８に示すように、減衰係数kcatosは触媒温度ＴＭＰcat
が高くなると小さくされる。

【００４９】

【数４】 ＯＳ(i) ←kcatos・ＯＳ(i-1) ・・・（４）

【００５０】次にステップＳ５０４に移行して、三元触
媒１３の現在の酸素ストレージ量ＯＳ(i) に対するガー
ド処理が実行されたのち、本ルーチンを終了する。この
ガード処理としては、酸素ストレージ量ＯＳ(i) に対し
て三元触媒１３のリーン側／リッチ側飽和酸素ストレー
ジ量に相当するガード値ＯＳmin ，ＯＳmax が用いられ
る。例えば、酸素ストレージ量ＯＳ(i) がガード値ＯＳ
min ，ＯＳmax の範囲内（ＯＳmin ≦ＯＳ(i) ≦ＯＳma
x ）であれば、酸素ストレージ量ＯＳ(i) をそのまま採
用し、酸素ストレージ量ＯＳ(i) がガード値ＯＳmin
（またはガード値ＯＳmax ）を越えているときには、酸
素ストレージ量ＯＳ(i) がガード値ＯＳmin （またはガ
ード値ＯＳmax ）に置換され、ＯＳ(i) ←ＯＳmin （ま
たはＯＳ(i) ←ＯＳmax ）とされる。この際、ガード値
ＯＳmin ，ＯＳmax は、演算処理を簡単にするために固
定値としてもよいが、三元触媒１３内を流れる排出ガス
の流速が速くなるほど（吸入空気量ＱＡが多くなるほ
ど）、三元触媒１３の飽和酸素ストレージ量が少なくな
るという飽和酸素ストレージ特性がある。

【００５１】〈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。

【００５２】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、三元
触媒１３の目標酸素ストレージ量ＯＳref と現在の酸素
ストレージ量ＯＳ(i) との偏差ＯＳerror が次式（５）
にて算出される。

【００５３】

【数５】 ＯＳerror ←ＯＳref −ＯＳ(i) ・・・（５）

【００５４】一方、ステップＳ６０１の判定条件が成
立、即ち、内燃機関１が停止中であるときにはステップ
Ｓ６０３に移行し、始動時初期値が設定される。ステッ
プＳ６０２またはステップＳ６０３の処理ののちステッ
プＳ６０４に移行し、ＰＩＤ（Proportional Integral
Differential：比例・積分・微分）制御回路（図示略）
の比例ゲインｋｐ、積分ゲインｋｉ、微分ゲインｋｄが
マップ等によって設定される。この際、各ゲインｋｐ，
ｋｉ，ｋｄを吸入空気量ＱＡまたは図示しない吸気圧セ
ンサによる吸気圧等の内燃機関１の運転条件に応じて可
変してもよい。

【００５５】次にステップＳ６０５に移行して、ステッ
プＳ６０４で設定された各ゲインｋｐ，ｋｉ，ｋｄと演
算間隔ｄｔ（例えば、１８０〔°ＣＡ(Crank Angle：ク
ランク角）〕回転するのに要する時間）を用いて、ＰＩ
Ｄ制御回路の各制御パラメータＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ
２，Ｂ３が次式（６）にて算出される。

【００５６】

【数６】 Ａ１←１ Ａ２←０ Ｂ１←ｋｐ・（１＋ｄｔ／ｋｉ＋ｋｄ／ｄｔ） Ｂ２←ｋｐ・（１＋２・ｋｄ／ｄｔ） Ｂ３←ｋｐ・ｋｄ／ｄｔ ・・・（６）

【００５７】次にステップＳ６０６に移行して、ステッ
プＳ６０５で算出された各制御パラメータＡ１，Ａ２，
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３とステップＳ６０２で算出された偏差
ＯＳerror と目標当量比φref とから目標当量比補正量
Δφref が次式（７）にて算出される。

【００５８】

【数７】 Δφref ←Ｂ１・ＯＳerror(i)−Ｂ２・ＯＳerror(i-1) ＋Ｂ３・ＯＳerror(i-2) ＋Ａ１・φref(i-1)−Ａ２・φref(i-2) ・・・（７）

【００５９】そして、この目標当量比補正量Δφref が
ベース値“１”に加算され、三元触媒１３の上流側の現
在の目標当量比φref が次式（８）にて算出され、本ル
ーチンを終了する。

【００６０】

【数８】 φref ←１＋Δφref ・・・（８）

【００６１】〈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。

【００６２】図１０において、まず、ステップＳ７０１
で、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。

【００６３】次にステップＳ７０３に移行して、空燃比
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、空燃比センサ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、ＲＯＭ
３２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。

【００６４】一方、ステップＳ７０３の判定条件が成立
せず、即ち、空燃比センサ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Ｓ７
０６に移行して、ステップＳ７０４またはステップＳ７
０５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（９）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。

【００６５】

【数９】 ＺＩ(K) ←ＺＩ(K-1) ＋Ｋa ・（φref −φ(K) ） ・・・（９）

【００６６】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（１０）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。

【００６７】

【数１０】 ＦＡＦ(K) ←ＺＩ(K) ＋Ｋ1 ・φ(K) ＋Ｋ2 ・ＦＡＦ(K-3) ＋Ｋ3 ・ＦＡＦ(K-2) ＋Ｋ4 ・ＦＡＦ(K-1) ・・・（１０）

【００６８】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。

【００６９】〈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。

【００７０】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（１１）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。

【００７１】

【数１１】 ＴＡＵ←ＦＡＦ・Ｔｐ・ＦＡＬＬ ・・・（１１）

【００７２】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１２または図１３
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ｔ02または図１３に示す時刻ｔ12）
の空燃比リーン相当の状態または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または図１３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ｔ02または図１３に示す時刻ｔ12）の空燃比リー
ン相当の状態または空燃比リッチ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。

【００７３】なお、本実施例では、当量比φに基づいて
空燃比をフィードバック制御したが、この当量比φに替
えて、空気過剰率λや空燃比Ａ／Ｆを用いて空燃比をフ
ィードバック制御してもよい。

【００７４】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の自動停止直前における三元触媒１３の酸素ス
トレージ量ＯＳを推定するＥＣＵ３０にて達成される触
媒状態推定手段と、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
再始動時には前記触媒状態推定手段で推定された三元触
媒１３の酸素ストレージ量ＯＳに応じた空燃比となるよ
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。

【００７５】つまり、内燃機関１の自動停止直前におけ
る三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが推定され、自
動停止後の再始動時には推定された三元触媒１３の酸素
ストレージ量ＯＳに応じた空燃比の逆数である当量比φ
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。

【００７６】また、本実施例の内燃機関の排気浄化装置
は、内燃機関１の排出ガスの空燃比に応じた信号を検出
する空燃比センサ２５を備え、ＥＣＵ３０にて達成され
る触媒状態推定手段が、三元触媒１３に流入する排出ガ
ス量と空燃比センサ２５による空燃比とに基づき三元触
媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを推定するものである。
つまり、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが、三元
触媒１３に流入する排出ガス量、即ち、吸入空気量ＱＡ
の遅れ相当分と空燃比センサ２５で検出された空燃比と
に基づき推定されることで、三元触媒１３の状態を的確
に把握することができる。

【００７７】そして、本実施例の内燃機関の排気浄化装
置のＥＣＵ３０にて達成される触媒状態推定手段は、内
燃機関１の自動停止中も三元触媒１３の酸素ストレージ
量ＯＳの推定を継続するものである。つまり、三元触媒
１３の酸素ストレージ量ＯＳの推定が内燃機関１の自動
停止中も継続されることで、自動停止後の再始動時に直
ちに的確な三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳに応じ
た空燃比制御が実施できる。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。

【００７８】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
は三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳに応じた空燃比
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。

【００７９】更にまた、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Ｔ
stopを用いて推定するものである。つまり、三元触媒１
３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。

【００８０】加えて、本実施例の内燃機関の排気浄化装
置は、空燃比センサ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、空燃比センサ２
５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Ｏ
Ｓ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。

【００８１】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三元触媒１３の酸素ス
トレージ量ＯＳに応じた空燃比制御を禁止するときに
は、空燃比センサ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
空燃比のリーン制御が禁止されるような条件では、空燃
比センサ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。

【００８２】そして、本実施例の内燃機関の排気浄化装
置のＥＣＵ３０にて達成される触媒状態推定手段は、三
元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを内燃機関１の停止
時間Ｔstopを用いて補正するものである。つまり、三元
触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳ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を用いた三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳの
補正によれば、三元触媒１３の状態を的確に推定するこ
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における空燃比センサヒータ制御
の処理手順を示すサブルーチンである。

【図７】 図７は図２における酸素ストレージ量演算の
処理手順を示すサブルーチンである。

【図８】 図８は図７における触媒温度をパラメータと
して減衰係数を算出するマップである。

【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
内燃機関の自動停止後の再始動時の三元触媒の酸素スト
レージ量が空燃比リーン相当となっているときの各種制
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の空燃比制御に対応する
内燃機関の自動停止後の再始動時の三元触媒の酸素スト
レージ量が空燃比リッチ相当となっているときの各種制
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 空燃比センサ ３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA17 AA28 AB03 BA01 BA14 BA15 BA19 CB02 DA01 DA02 DB04 DB05 DB06 DB07 DB08 DB10 DB11 DB13 DC03 EA01 EA05 EA07 EA16 EA34 EA39 EA40 FA01 GB05W GB06W HA36 3G093 AA05 BA20 BA21 BA22 CA02 CA04 DA01 DA05 DA06 DA09 DA11 DB00 DB05 DB12 DB15 EA04 EC01 FA05 FA07 FA10 FA11 FB01 FB02 FB05 3G301 HA01 JA21 JA25 JA26 KA04 MA01 NA03 NA04 NA05 NA08 NA09 ND02 ND03 ND04 ND05 ND06 ND15 NE13 NE15 NE23 PA01Z PA11Z PD04A PE01Z PE08Z PF00Z PF01Z PF05Z PF10Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   止直前における前記触媒の酸素ストレージ(Storage：吸
   着及び吸蔵）量を推定する触媒状態推定手段と、 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前
   記触媒状態推定手段で推定された前記触媒の酸素ストレ
   ージ量に応じた空燃比となるよう燃料噴射する燃料噴射
   制御手段とを具備することを特徴とする内燃機関の排気
   浄化装置。
2. 【請求項２】 前記内燃機関の排出ガスの空燃比に応じ
   た信号を出力する空燃比センサを備え、 前記触媒状態推定手段は、前記触媒に流入する排出ガス
   量と前記空燃比センサによる空燃比とに基づき前記触媒
   の酸素ストレージ量を推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。
3. 【請求項３】 前記触媒状態推定手段は、前記内燃機関
   の自動停止中も前記触媒の酸素ストレージ量の推定を継
   続することを特徴する請求項１または請求項２に記載の
   内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 更に、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
   前記触媒の酸素ストレージ量に応じた空燃比制御を禁止
   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。
5. 【請求項５】 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４に記載の内燃機関の
   排気浄化装置。
6. 【請求項６】 前記空燃比センサは、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５の何れか１つに記載の内燃機関の排気浄
   化装置。
7. 【請求項７】 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酸素ストレージ量
   に応じた空燃比制御を禁止するときには、前記空燃比セ
   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６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 【請求項８】 前記触媒状態推定手段は、前記触媒の酸
   素ストレージ量を前記触媒の温度、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
   補正することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れ
   か１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。