JP2008190477A - エンジンの空燃比制御装置及びハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒が新品状態にあろうと触媒が劣化状態にあろうといずれの場合にもエンジン始動時のＮＯｘ排出量を低減し得るエンジンの空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒（３）と、触媒上流に設置したフロント空燃比センサ（４）と、このフロント空燃比センサ（４）の出力に基づいて触媒の酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御手段（６）とを備えるエンジンの空燃比制御装置において、触媒が新品状態にあるのかそれとも劣化状態にあるのかを判定する触媒状態判定手段（６）と、この判定結果により、触媒の各状態に合わせて、エンジン始動時の空燃比制御を行うエンジン始動時空燃比制御手段（６）とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明はエンジン（内燃機関）の空燃比制御装置及びハイブリッド車の制御装置、特にエンジン始動時やエンジン再始動時におけるＮＯｘ対策に関するものである。

排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒と、触媒上流に設置したフロント空燃比センサと、このフロント空燃比センサの出力に基づいて前記触媒の酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えるエンジンの空燃比制御装置がある（特許文献１参照）。
特開２００６−２５７９号公報

ところで、ハイブリッド車は、エンジンとモータとを駆動源とし、走行中に所定の条件が成立したときエンジンを停止し、他の所定の条件が成立したときエンジンを再始動させるものであるが、上記特許文献１に記載のエンジンをこのハイブリッド車用のエンジンとして適用したとき、エンジン停止後のエンジン再始動時にＮＯｘ対策として触媒の酸素ストレージ量を中立状態にするようにエンジンの空燃比制御を行う必要がある。エンジン停止後のエンジン再始動時にＮＯｘ対策が必要となる理由は、ＮＯｘの浄化のためには触媒により酸素を奪うこと（還元）であるが、エンジン再始動時の燃料噴射開始前のエンジン空回しによって触媒に吸入空気中の酸素が多量に吸着され、飽和状態に近い酸素を吸着している触媒ではＮＯｘから酸素を奪う余地がなくなり、つまりＮＯｘを還元できなくなり、還元されないＮＯｘがそのまま触媒下流に排出されてしまうためである。従って、一回のエンジン再始動時のＮＯｘ排出量は少なくても、エンジン停止とエンジン再始動とが頻繁に繰り返される条件では、無視できないほどＮＯｘ排出量が多くなってしまう。

そこで本発明者が、今回、エンジン再始動時のＮＯｘ排出量の特性を解析してみたところ、触媒が新品状態にあるのかそれとも触媒が劣化状態にあるのかによって触媒の酸素ストレージ量が変化するため、エンジン再始動時のＮＯｘ対策としての空燃比制御への要求が、触媒が新品状態にあるのかそれとも触媒３が劣化状態にあるのかによって異なることが新たに判明した。

そこで本発明は、触媒が新品状態にあろうと触媒が劣化状態にあろうといずれの場合にもエンジン始動時のＮＯｘ排出量を低減し得るエンジンの空燃比制御装置及びハイブリッド車の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒と、前記触媒上流に設置したフロント空燃比センサと、このフロント空燃比センサの出力に基づいて前記触媒の酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えるエンジンの空燃比制御装置において、前記触媒が新品状態にあるのかそれとも劣化状態にあるのかを判定し、この判定結果により、前記触媒の各状態に合わせて、エンジン始動時の空燃比制御を行うように構成する。

また、本発明は、エンジンとモータとを駆動源とし、走行中に所定の条件が成立したときエンジンを停止し、他の所定の条件が成立したときエンジンを再始動させるハイブリッド車において、排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒と、前記触媒上流に設置したフロント空燃比センサと、このフロント空燃比センサの出力に基づいて前記触媒の酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、前記触媒が新品状態にあるのかそれとも劣化状態にあるのかを判定し、この判定結果により、前記触媒の各状態に合わせて、前記エンジン再始動時の空燃比制御を行うように構成する。

本発明によれば、排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒と、前記触媒上流に設置したフロント空燃比センサと、このフロント空燃比センサの出力に基づいて前記触媒の酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えるエンジンの空燃比制御装置において、前記触媒が新品状態にあるのかそれとも劣化状態にあるのかを判定し、この判定結果により、前記触媒の各状態に合わせて、エンジン始動時の空燃比制御を行うので、触媒が新品状態にある場合と触媒が劣化状態にある場合の両方でエンジン始動時のＮＯｘ排出量を低減することができる。

ハイブリッド車では、運転条件によってはエンジン停止とエンジン再始動とが頻繁に繰り返されることがある。これに対応して本発明によれば、エンジンとモータとを駆動源とし、走行中に所定の条件が成立したときエンジンを停止し、他の所定の条件が成立したときエンジンを再始動させるハイブリッド車において、排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒と、前記触媒上流に設置したフロント空燃比センサと、このフロント空燃比センサの出力に基づいて前記触媒の酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、前記触媒が新品状態にあるのかそれとも劣化状態にあるのかを判定し、この判定結果により、前記触媒の各状態に合わせて、前記エンジン再始動時の空燃比制御を行うので、触媒が新品状態にある場合と触媒が劣化状態にある場合の両方とも、特にエンジン再始動が頻繁に行われる条件で、エンジン再始動時のＮＯｘ排出量を大きく低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１はハイブリッド車に適用される本発明のエンジンの空燃比制御装置の概略構成を示している。エンジン１の排気管２には触媒３が設けられ、その上流にはリニアな特性のフロント空燃比センサ４、下流にはリア空燃比センサ５が設置され、これらセンサ出力に基づいてエンジン１に供給する燃料の空燃比を制御するコントローラ６が備えられる。

エンジン１の吸気管７にはスロットル弁８と、スロットル弁８により調整された吸入空気量を測定するエアフローメータ９が設けられる。

上記の触媒３はいわゆる三元触媒であって、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを最大効率で浄化する。触媒３は触媒担体にセリア等の酸素ストレージ材で被覆されており、流入する排気の空燃比に応じて酸素を保持したり、放出したりする機能（酸素ストレージ機能）を有している。

上記のフロント空燃比センサ４は排気中の酸素濃度に応じたリニアな出力特性をもち、上記のリア空燃比センサ５はストイキの付近で２値的に切換わる特性をもっている。

また、エンジン１には冷却水の温度を検出する温度センサ１０が取付けられ、エンジン１の運転状態と共に触媒３の活性化状態などを判定するため等に用いられる。

コントローラ６はマイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースなどで構成され、エアフローメータ９と、フロント空燃比センサ４の出力に基づいて触媒３の酸素ストレージ量を演算し、このストレージ量が目標値となるように空燃比をフィードバック制御する。

触媒３の酸素ストレージ量の演算は、触媒上流の排気空燃比とそのときの吸入空気量から推定する。まず、触媒上流の排気空燃比から換算して排気中の酸素の過剰または不足する割合である酸素過剰率を求める。酸素過剰率はストイキ（理論空燃比）のときをゼロとして、リーン側で正、リッチ側で負の値となる。

酸素過剰率とそのときの吸入空気量とから触媒３に吸収される酸素量または放出される酸素量が分かり、これを積算していくことで触媒３の酸素ストレージ量を推定できる。予め触媒３の最大酸素ストレージ量を実験等により確認しておき、例えばその半分の保持量を目標値として設定し、酸素ストレージ量がこの目標値と一致するように空燃比を制御するのである。

演算した酸素ストレージ量が目標値よりも少ないときは、目標空燃比をリーン側にして保持量を増やし、逆に目標値よりも多いときはリッチ側にして酸素ストレージ量を減らし、これらにより目標値に一致させる。

ただし、空燃比の目標値としては、エンジンの運転要求からも制御され、基本的にはストイキとなるようにフィードバック制御されるので、目標ストレージ量からのずれ分を修正するにしても、その修正量については運転性を悪化させない範囲に、ストイキに対しての修正幅が制限される。

また、演算誤差により、演算された酸素ストレージ量と実際の酸素ストレージ量との間にずれを生じるが、リア空燃比センサ５の検出する酸素濃度に基づいて、例えばエンジンの燃料カット時などに、燃料カットに移行してから所定のタイミングで演算した酸素ストレージ量のリセットを行い、ずれを修正する。

さて、図１に示したエンジン１と、図示しないモータとを駆動源とする実施形態のハイブリッド車では、車が停止したときや低い車速からの減速時にはエンジン１を自動的に停止して無駄になるエネルギーを削減する。発進時には、トルク特性の有利なモータで走行を開始し、そのご速やかにエンジン１を起動する。極く低い車速などのエンジン１にとって低効率の運転域では、エンジン１への燃料供給をカットしてエンジン１の駆動を停止する。つまり、モータのみで走行することになる。

実施形態のハイブリッド車ではこうした走行を行わせるようにしているため、エンジン停止後のエンジン再始動時にＮＯｘ対策として触媒３の酸素ストレージ量を中立状態（図５、図６の最下段参照）にするようにエンジンの空燃比制御を行う必要がある。エンジン停止後のエンジン再始動時にＮＯｘ対策が必要となる理由は、次の通りである。すなわち、ＮＯｘの浄化のためには触媒３により酸素を奪うこと（還元）であるが、エンジン再始動時の燃料噴射開始前のエンジン空回しによって触媒３に吸入空気中の酸素が多量に吸着され、飽和状態に近いほどの酸素を吸着している触媒３ではＮＯｘから酸素を奪う余地がなくなり、つまりＮＯｘを還元できなくなり、還元されないＮＯｘがそのまま触媒３下流に排出される。この場合に、１回のエンジン再始動時のＮＯｘ排出量は小さくても、ハイブリッド車においてエンジン停止とエンジン再始動とが頻繁に繰り返される運転条件ともなると、その小さなＮＯｘ排出量にエンジン再始動の回数を掛けた量となり、ＮＯｘ排出量が大きくなってしまうのである。

そこで今回、本発明者が実際の効果を確認する実験を行ってみたところ、触媒３が新品状態にあるのかそれとも触媒３が劣化状態にあるのかによって触媒３の酸素ストレージ量が変化するため、エンジン再始動時のＮＯｘ対策としての空燃比制御への要求が、触媒３が新品状態にあるのかそれとも触媒３が劣化状態にあるのかによって異なることが新たに判明した。

これについて図２〜図４を参照して説明すると、まず図２はエンジン再始動時に燃料供給を行うことなくエンジンを空回しした回転数（以下「エンジン空転回数」という。）と触媒３へ酸素吸着量の関係を示している。触媒３の新品時には図２実線で示したようにエンジン空転回数［ｒｅｖ］が大きくなるほど触媒３を多くの空気（酸素）が流れるため触媒３への酸素吸着量が増えてゆき飽和状態になると一定値に落ち着くのに対して、触媒３の劣化時には触媒３の酸素ストレージ能力が低くなるため、図２破線で示したようにエンジン空転回数を大きくして触媒３に多くの空気を流しても触媒３への酸素吸着量は低い値にとどまったままで触媒３への酸素吸着量が増えてゆくことがないことがわかる。

次に、図３は等始動時燃料増量率でのエンジン空転回数に対するＮＯｘ排出量（ＮＯｘの感度）の特性を示している。ここで、エンジン再始動に際しては所定のエンジン空回しの後の燃料噴射開始タイミングより、燃料供給量をステップ的に与えるのではなく、燃料供給量を徐々に増量して所定値に達するようにしており、そのときの燃料増量の傾きが始動時燃料増量率である。従って、始動時燃料増量率が大きくなるほど燃料増量の傾きが大きくなり、燃料噴射開始後に空燃比が早期にストイキを超えたリッチへと向かうことになる。これに対して、始動時燃料増量率が小さいと燃料増量の傾きが小さいため、燃料噴射開始後に空燃比がリッチに向かうのが遅れることとなる。図３は燃料噴射開始タイミングからの燃料増量の傾きを同じにしたときの特性であり、触媒３の新品時には図３実線で示したようにエンジン空転回数が増えるほどＮＯｘ排出量が増えていく。

これに対して、触媒３の劣化時には図３破線で示したようにエンジン空転回数が大きくなれば触媒３に流れる空気量が増えるものの、劣化した触媒３では酸素が実際には吸着されないので、空転回数を大きくしてもＮＯｘ排出量が増えないし、エンジン空転回数が大きくなるほど却ってＮＯｘ排出量が減っていることがわかる。エンジン空転回数が大きな領域でＮＯｘ排出量が減る理由は、エンジン空転回数を大きくすると、吸入負圧（スロットル弁８下流の吸気管圧力）が発達するため壁流燃料から吸気ポートやシリンダ内に蒸発してくる燃料分が多くなってシリンダ内の空燃比がリッチになり、これによってＮＯｘの還元が可能となりＮＯｘ排出量が低下するためであると考えられる。しかしながら、触媒３の新品時にはエンジン空転回数が大きくなれば吸入空気量が増え、空気中の酸素を触媒３が吸着するため、ＮＯｘ排出量が増加する。

このように、等始動時燃料増量率でも触媒３の新品時と触媒３の劣化時とでエンジン空転回数に対するＮＯｘ排出量の特性が大きく相違している。

次に、図４は始動時燃料増量率を変化させたときにＮＯｘ排出量がどうなるかのをまとめて示した特性である。図４実線に示したように、触媒３の新品時で燃料噴射開始前にエンジンの空回しが有る場合よりも、触媒３の新品時で燃料噴射開始前にエンジンの空回しが無い場合のほうがＮＯｘ排出量が小さくなる。また、図４破線に示したように、触媒３の劣化時で燃料噴射開始前にエンジンの空回しが無い場合のＮＯｘ排出量は、触媒３の新品時で燃料噴射開始前にエンジンの空回しが無い場合のＮＯｘ排出量と、触媒３の新品時で燃料噴射開始前にエンジンの空回しが有る場合のＮＯｘ排出量との間にあり、触媒３の劣化時で燃料噴射開始前にエンジンの空回しが有る場合になると、触媒３の新品時で燃料噴射開始前にエンジンの空回しが無い場合よりもＮＯｘ排出量が小さくなっている。

まとめると、図４より次のことがわかる。
〈１〉触媒新品時にはできるだけ燃料噴射開始前のエンジン空転回数を小さくしたほうが、つまりできるだけ燃料噴射開始前にエンジンを空回しさせないほうがＮＯｘ排出量が少なくなる。また、触媒新品時でエンジン空回し無しの場合に目標ＮＯｘ排出量を満たすための始動時燃料増量率を図示の所定値Ａとしたとき、触媒新品時の始動時燃料増量率としては、できるだけこの所定値Ａに近づけて設定することで、触媒新品時の目標ＮＯｘ排出量を得つつ無駄な燃料消費を抑制できる。
〈２〉触媒劣化時には、触媒新品時と相違して、燃料噴射開始前にエンジンを空回ししないようにするよりもエンジンを空回りさせるほうがＮＯｘ排出量が少なくなる。また、触媒劣化時でエンジン空回し有りの場合に目標ＮＯｘ排出量を満たすための始動時燃料増量率を図示の所定値Ｂとしたとき、触媒劣化時の始動時燃料増量率としては、できるだけこの所定値Ｂに近づけて設定することで、触媒劣化時の目標ＮＯｘ排出量を得つつ無駄な燃料消費を抑制できる。なお、所定値Ｂは所定値Ａよりも小さくて済むことがわかる。

このように、触媒３が新品状態にあるか触媒３が劣化状態にあるかによってエンジン空転回数と始動時燃料増量率とを異ならせる必要があることがわかる。

そこで本発明は、エンジン再始動時のＮＯｘ排出量を抑制しつつ燃料消費も改善するため、触媒３が新品状態にあるのかそれとも劣化状態にあるのかを判定し、その判定結果に合わせたエンジン再始動時の空燃比制御を行うこととする。

これをさらに図５、図６を参照して説明すると、診断触媒診断パラメータ、エンジン停止フラグ、点火信号、燃料噴射信号、目標当量比、エンジン回転速度、酸素ストレージ量がどのように変化するのかを、図５はエンジン運転中について、図６はエンジン停止後のエンジン再始動時について示している。

図５に示したようにエンジン運転中（例えばｔ０からｔ１までの区間）に触媒診断により触媒３が新品状態にあるのかそれとも劣化状態にあるのかを判定し、診断パラメータを計算する。ここでは、診断パラメータの計算に代えて、触媒劣化フラグを設定する。すなわち、触媒診断が終了するｔ１のタイミングで触媒３が新品状態にあるときには触媒劣化フラグ＝０、触媒３が劣化状態にあるときには触媒劣化フラグ＝１とし、この触媒劣化フラグの値をエンジン停止後も消失しないように不揮発性メモリに保存しておく。

一方、図６に示したように、エンジン停止フラグが１よりゼロに切換わるエンジン再始動時（ｔ３のタイミング）に、不揮発性メモリに記憶されている触媒劣化フラグの値をみて触媒３が新品状態にあるときには、ｔ３での燃焼噴射開始からの目標当量比ＴＦＢＹＡの傾き（つまり始動時燃料増量率）を大きくし（図６第５段目の実線参照）、これに対してエンジン再始動時に触媒劣化フラグの値をみて触媒３が劣化状態にあるときにはｔ３での燃焼噴射開始からの目標当量比ＴＦＢＹＡの傾き（つまり始動時燃料増量率）を小さくする（図６第５段目の破線参照）。

なお、図６では、ｔ３でエンジン停止を解除すると共に、即座に燃料噴射信号と点火信号をＯＮにして燃料噴射と点火と開始するようにしており（図６第２段目、第３段目、第４段目参照）、燃料噴射開始前のエンジン空転期間を省略して示していないが、エンジン再始動時に触媒劣化フラグの値をみて触媒３が新品状態にあるときには、燃料噴射開始前のエンジン空転回数を少なくし、触媒３に流れる吸入空気量（従って酸素量）を減らす。
これに対して、エンジン再始動時に触媒劣化フラグの値をみて触媒３が劣化状態にあるときには、燃料噴射開始前のエンジン空転回数を、触媒３が新品状態にあるときよりも大きくする。

次に、図５、図６に示した制御内容を以下のフローチャートに従って詳しく説明する。

図７は燃料噴射許可フラグを設定するためのもので、Ｒｅｆ信号（クランク角の基準位置信号）の入力毎に実行する。４気筒エンジンで具体的に述べると、７２０°のクランク角区間に各気筒用の４つのＲｅｆ信号が９０°の間隔で発生するので、各気筒用のＲｅｆ信号が入力する毎に実行する。

ステップ１ではエンジン停止フラグをみる。実施形態のハイブリッド車では車が停止したときや低い車速からの減速時にはエンジンを自動的に停止して無駄になるエネルギーを削減する。発進時には、トルク特性の有利なモータで走行を開始、そのご速やかにエンジンを起動する。極く低い車速などのエンジンにとって低効率の運転域では、エンジンへの燃料供給をカットしてエンジンの駆動を停止する。つまり、モータのみで走行することになる。実施形態のこうしたハイブリッド車における走行を行わせるため、エンジンを停止させる条件と、エンジンの再始動を許可する条件とが予め定められており、上記のエンジン停止フラグは、エンジンの再始動を許可する条件が非成立のとき１であり、エンジンの再始動を許可する条件が成立したときゼロとなるフラグである。

エンジン停止フラグ＝１であるときにはエンジンの再始動が許可されていないので、そのまま今回の処理を終了する。エンジン停止フラグ＝０であるときにはエンジンの再始動が許可されていると判断してステップ２に進み、前回のエンジン停止フラグをみる。前回にエンジン停止フラグ＝１であったとき、つまり今回初めてエンジン停止フラグが１よりゼロに切換えられたとき（今回初めてエンジンの再始動が許可された、つまりエンジン再始動時）にはステップ２よりステップ３に進み、エンジン空転回数カウンタを起動する（カウンタ値ＣＮＴ＝０）。このエンジン空転回数カウンタはエンジン１のクランキングを開始してからのエンジン空転回数を計測するためのものである。

本発明では、この空転回数カウンタ値ＣＮＴが、後述する所定回数（Ｎ１、Ｎ２）以上となったときに、燃料噴射を許可する構成であるので、エンジン空転回数カウンタを起動した当初はエンジン空転回数カウンタ値ＣＮＴが所定回数未満にあるので、ステップ４で燃料噴射許可フラグ＝０（燃料噴射禁止）とする。

次回には今回、前回ともエンジン停止フラグ＝０となる（続けてエンジンの再始動が許可されている）。このときには、ステップ１、２よりステップ５に進み、エンジン空転回数カウンタ値ＣＮＴをＲｅｆ信号の入力の１つおきに１だけインクリメントする。これは、Ｒｅｆ信号はエンジン１回転（クランク角で３６０°）当たりに２つ発生するので、Ｒｅｆ信号の入力の１つおきに１だけインクリメントすることで、カウンタ値ＣＮＴが燃料噴射開始前にエンジンが空回る回数を表すことになるためである。

ステップ６では不揮発性メモリに記憶されている触媒劣化フラグの値をみる。触媒３が劣化しているか否かは、公知の方法により判定し、その結果を不揮発性メモリに記憶させておけばよい。そして、触媒劣化フラグはその判定結果に従い、触媒３に劣化が生じていないときにゼロとなり、触媒３に劣化が生じたときに１となるフラグである。

触媒劣化フラグ＝０であるとき（触媒新品時）にはステップ７に進み、ステップ５でインクリメント済みのエンジン空転回数カウンタ値ＣＮＴと第１所定回数Ｎ１とを比較する。第１所定回転数Ｎ１は触媒新品時のエンジン空転回数を定める値である。触媒新品時には、図３で前述のようにエンジン空転回数が増えるほどＮＯｘ排出量が増えるので、第１所定回数Ｎ１としては、触媒新品時の目標ＮＯｘ排出量が得られるように小さな値（例えばゼロに近い値）を設定（予め適合）しておく。エンジン空転回数カウンタ値ＣＮＴが第１所定回数Ｎ１未満であるときにはステップ４に進み、ステップ４の操作を実行する。ステップ５でのエンジン空転回数カウンタ値ＣＮＴのインクリメントを繰り返すと、やがてステップ５でのエンジン空転回数カウンタ値ＣＮＴが第１所定回数Ｎ１以上となる。このときにはステップ７よりステップ８に進んで燃料噴射許可フラグ＝１とする。この後は、ステップ１、２、５、６、７、８と流れ、ステップ８の操作が繰り返されることになり、燃料噴射許可フラグ＝１が継続される。

一方、ステップ６で触媒劣化フラグ＝１であるとき（触媒劣化時）にはステップ９に進み、ステップ５でインクリメント済みのエンジン空転回数カウンタ値ＣＮＴと第２所定回数Ｎ２とを比較する。第２所定回数Ｎ２は触媒劣化時のエンジン空転回数を定める値である。触媒劣化時には図３で前述のようにエンジン空転回数が大きくなってもＮＯｘ排出量が増えることがなく却って減少するので、第２所定回数Ｎ２としては第１所定回数Ｎ１より大きな値を設定しておく。また、第１所定回数Ｎ１と同様に、触媒劣化時の目標ＮＯｘ排出量が得られるように第２所定回数Ｎ２としての値を設定（予め適合）しておく。

エンジン空転回数カウンタ値ＣＮＴが第２所定回数Ｎ２未満であるときにはステップ４に進み、ステップ４の操作を実行する。ステップ５でのエンジン空転回数カウンタ値ＣＮＴのインクリメントを繰り返すと、やがてステップ５でのエンジン空転回数カウンタ値ＣＮＴが第２所定回数Ｎ２以上となる。このときにはステップ９よりステップ８に進んで燃料噴射許可フラグ＝１とする。この後は、ステップ１、２、５、６、９、８と流れ、ステップ８での操作が繰り返されることになり、燃料噴射許可フラグ＝１が継続される。

図示しないフローでは、このようにして設定される燃料噴射許可フラグがゼロのとき燃料噴射と点火を禁止し、燃料噴射許可フラグがゼロより１へと切換えられたタイミングより燃料噴射を開始し、点火を実行する。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）は始動時目標当量比を演算するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ１１では燃料噴射許可フラグ（図７のフローにより設定済み）をみる。燃料噴射許可フラグ＝０であるときには燃料噴射が禁止されているので、そのまま今回の処理を終了する。燃料噴射許可フラグ＝１であるときにはステップ１２に進み、前回の燃料噴射許可フラグをみる。前回に燃料噴射許可フラグ＝０であったとき、つまり今回初めて燃料噴射許可フラグがゼロより１に切換えられたとき（燃料噴射開始時）にはステップ１２よりステップ１３に進み、目標当量比ＴＦＢＹＡに初期値を入れる。初期値としては、例えばゼロ以上１．０未満の値を予め適合して設定しておく。簡単にはゼロでよい。

次回には今回、前回とも燃料噴射許可フラグ＝１となる。このときには、ステップ１１、１２よりステップ１４に進み、図７のステップ６と同様に、不揮発性メモリに記憶されている触媒劣化フラグの値をみる。触媒劣化フラグ＝０であるとき（触媒新品時）にはステップ１５〜２４に進み、触媒劣化フラグ＝１（触媒劣化時）であるときには図８（Ｂ）のステップ２５〜３４に進む。ステップ１５〜２４は触媒新品時の始動時目標当量比を演算する部分、ステップ２５〜３４は触媒劣化時の始動時目標当量比を演算する部分である。ここでは、先に触媒新品時の始動時目標当量比の演算を説明し、触媒劣化時の始動時目標当量比の演算を後で説明する。

ここで、始動時目標当量比とは、図６第５段目に示したように、触媒新品時にあっては燃料噴射開始タイミングであるｔ３からｔ５までの目標当量比のこと、触媒劣化時にあっては燃料噴射開始タイミングであるｔ３からｔ７までの目標当量比のこと、つまり目標当量比が１．０に落ち着くまでの目標当量比のことである。ただし、目標当量比ＴＦＢＹＡは従来より用いられているエンジン制御パラメータであるため、ここでも、従来より用いられている目標当量比とは別に始動時目標当量比を導入することはせず、始動時目標当量比も従来より用いられている目標当量比ＴＦＢＹＡに含めて扱うこととする。

ステップ１５では、前回の目標当量比に第１所定値ΔＴＦ１を加算した値を今回の目標当量比ＴＦＢＹＡとして、つまり次式により目標当量比ＴＦＢＹＡを第１所定値ΔＴＦ１だけ増加する。

ＴＦＢＹＡ＝ＴＦＢＹＡ_n-1＋ΔＴＦ１ …（１）
ただし、ＴＦＢＹＡ_n-1：ＴＦＢＹＡの前回値、
ここで、第１所定値ΔＴＦ１は触媒新品時の燃料噴射開始からの目標当量比の増加速度（触媒新品時の始動時燃料増量率）を定めている。ここで、第１所定値ΔＴＦ１を大きくするほど、目標当量比ＴＦＢＹＡが１．０を超えて始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１に到達するまでの時間が早くなる、つまり空燃比がリッチになるまでの時間が短くなる。触媒新品時に燃料噴射開始からの空燃比を早期にリッチにする必要があるのは、触媒新品時に燃料噴射開始からの空燃比がリーンである期間が長引くほど触媒３へ酸素吸着量を増やすことになり、ＮＯｘ排出量が増加してしまうためである。このため、第１所定値ΔＴＦ１としては、触媒新品時の目標ＮＯｘ排出量が得られるように設定する。

ステップ１６では到達フラグ１（始動時にゼロに初期設定）をみる。到達フラグ１は後述するように目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１以上になったときに１にセットされるフラグである。今は到達フラグ１＝０であるとしてステップ１７に進み、ステップ１５で得ている目標当量比ＴＦＢＹＡと触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１を比較する。ここで触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１としては、１．０より大きな値が設定されている。また、後述する触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２よりも大きな値が設定されている。このように、触媒新品時の始動リッチ目標値を触媒劣化時の始動リッチ目標値より大きくするのは、燃料噴射開始からの空燃比を早期にリッチにしたいためである。

ステップ１７に進んできた当初は目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１に満たないので、そのまま今回の処理を終了する。次回以降も再始動許可フラグ＝１であればステップ１１、１２、１４、１５、１６、１７と流れ、ステップ１５の操作が繰り返される。これにより、目標当量比ＴＦＢＹＡが演算周期（１０ｍｓ）当たり第１所定値ΔＴＦ１ずつ大きくなってゆく。やがて、目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１以上になったときにはステップ１７よりステップ１８に進んで目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１以上になった、つまり目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１に到達したことを表すため到達フラグ１＝１とし、ステップ１９で目標当量比ＴＦＢＹＡを触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１に制限し、ステップ２０でタイマを起動する（タイマ値ｔｍ１＝０）。このタイマは、目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１以上になってからの経過時間を計測するためのものである。

ステップ１８での到達フラグ１＝１により次回にはステップ１６よりステップ２１に進むことになり、タイマ値ｔｍ１を演算周期だけインクリメントし、ステップ２２でこのインクリメント後のタイマ値ｔｍ１と第１所定時間Δｔ１を比較する。第１所定時間Δｔ１は目標当量比ＴＦＢＹＡを触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１に維持する時間を定めるものである。ステップ２２に進んできた当初はタイマ値ｔｍ１が第１所定時間Δｔ１未満であるので、そのまま今回の処理を終了する。ステップ２１でのタイマ値ｔｍ１のインクリメントを繰り返すことによりタイマ値ｔｍ１が増加していきやがて第１所定時間Δｔ１以上になるとステップ２２よりステップ２３に進み目標当量比ＴＦＢＹＡを１とする（触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１より１へとステップ的に切換える）。このように、目標当量比ＴＦＢＹＡが始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１に到達したからといって即座に１へと切換えるのではなく、第１所定時間Δｔ１待って１へと切換えるようにしているのは、燃料噴射開始からの空燃比を確実にリッチにしたいためである。

ステップ２４では次回のエンジン再始動時に備えるため到達フラグ１＝０とする。このあとは図示していないが、目標当量比ＴＦＢＹＡが１．０に保持される、つまり空燃比がストイキ（理論空燃比）に保持される。

一方、ステップ１４で触媒劣化フラグ＝１であるときには図８（Ｂ）のステップ２５に進む。

ステップ２５では、前回の目標当量比に第２所定値ΔＴＦ２を加算した値を今回の目標当量比ＴＦＢＹＡとして、つまり次式により目標当量比ＴＦＢＹＡを第２所定値ΔＴＦ２だけ増加する。

ＴＦＢＹＡ＝ＴＦＢＹＡ_n-1＋ΔＴＦ２ …（２）
ただし、ＴＦＢＹＡ_n-1：ＴＦＢＹＡの前回値、
ここで、第２所定値ΔＴＦ２は触媒劣化時の燃料噴射開始からの目標当量比の増加速度（触媒劣化時の始動時燃料増量率）を定めている。ここで、第２所定値ΔＴＦ２は上記第１所定値ΔＴＦ１よりも小さな値である。触媒劣化時に第２所定値ΔＴＦ２が小さくてもよい理由、つまり燃料噴射開始からの空燃比を早期にリッチにしなくてもよい理由は、触媒劣化時には燃料噴射開始からの空燃比がリーンである期間が長引いても触媒３へ酸素吸着量を増やすことにならず、ＮＯｘ排出量が増加することがないためである。ただし、この場合にも、第２所定値ΔＴＦ２としては、触媒劣化時の目標ＮＯｘ排出量が得られるように設定することはいうまでもない。

ステップ２６では到達フラグ２（始動時にゼロに初期設定）をみる。到達フラグ２は後述するように目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２以上になったときに１にセットされるフラグである。今は到達フラグ２＝０であるとしてステップ２７に進み、ステップ２５で得ている目標当量比ＴＦＢＹＡと触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２を比較する。ここで触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２としては、１．０より大きな値が設定されている。ただし、触媒新品時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ１より小さくて良い。

ステップ２７に進んできた当初は目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２に満たないので、そのまま今回の処理を終了する。次回以降も再始動許可フラグ＝１であればステップ１１、１２、１４、２５、２６、２７と流れ、ステップ２５の操作が繰り返される。これにより、目標当量比ＴＦＢＹＡが演算周期（１０ｍｓ）当たり第２所定値ΔＴＦ２ずつ大きくなってゆく。やがて、目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２以上になったときにはステップ２７よりステップ２８に進んで目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２以上になった、つまり目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２に到達したことを表すため到達フラグ２＝１とし、ステップ２９で目標当量比ＴＦＢＹＡを触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２に制限し、ステップ３０でタイマを起動する（タイマ値ｔｍ２＝０）。このタイマは、目標当量比ＴＦＢＹＡが触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２以上になってからの経過時間を計測するためのものである。

ステップ２８での到達フラグ２＝１により次回にはステップ２６よりステップ３１に進むことになり、タイマ値ｔｍ２を演算周期だけインクリメントし、ステップ３２でこのインクリメント後のタイマ値ｔｍ２と第２所定時間Δｔ２を比較する。第２所定時間Δｔ２は目標当量比ＴＦＢＹＡを触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２に維持する時間を定めるものである。この第２所定時間Δｔ２は、上記第１所定時間Δｔ１と同様でよい。ステップ３２に進んできた当初はタイマ値ｔｍ２が第２所定時間Δｔ２未満であるので、そのまま今回の処理を終了する。ステップ３１でのタイマ値ｔｍ２のインクリメントを繰り返すことによりタイマ値ｔｍ２が増加していきやがて第２所定時間Δｔ２以上になるとステップ３２よりステップ３３に進み目標当量比ＴＦＢＹＡを１とする（触媒劣化時の始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２より１へとステップ的に切換える）。このように、目標当量比ＴＦＢＹＡが始動リッチ目標値ＲＩＣＨ２に到達したからといって即座に１へと切換えるのではなく、第２所定時間Δｔ２待って１へと切換えるようにしているのは、燃料噴射開始からの空燃比を確実にリッチにしたいためである。

ステップ３４では次回の再始動時に備えるため到達フラグ２＝０とする。このあとは図示していないが、目標当量比ＴＦＢＹＡが１．０に保持される、つまり空燃比がストイキに保持される。

次に、フロント空燃比センサ４の出力に基づいて酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御について説明する。この空燃比制御については特開２００６−２５７９号公報に詳しいのであるが、この空燃比制御そのものに本発明の特徴部分はないので、図９〜図１３を参照して概説する。

図９は酸素ストレージ量ＨＣＳＣを演算（推定）するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

まずステップ４１では冷却水温等の条件により触媒３が活性化しているかどうかをみる。触媒３が活性化していなければ、触媒３の酸素ストレージ能力が働かないので、そのまま今回の処理を終了する。

触媒３が活性化していればステップ４２に進み、フロント空燃比センサ４の出力を実空燃比ＡＦｒに変換する。これは例えばフロント空燃比センサ４の出力と空燃比との関係を表すテーブルを予め作成しておき、このテーブルを検索することにより実空燃比を求めるようにすればよい。

ステップ４４ではこのようして求めた実空燃比ＡＦｒから、排気中の過不足酸素濃度ＦＯ２を所定のテーブルを検索することにより求める。

ここで、排気中の過不足酸素濃度ＦＯ２は、図１０に示すように、ストイキでの値を基準のゼロとしてそのときの空燃比を酸素濃度に換算した値である。従って、例えば空燃比がリーンのときは、ストイキの酸素濃度よりも過剰となるので、ＦＯ２はプラスの値となり、また空燃比がリッチのときはストイキの酸素濃度よりも不足するので、マイナスの値となる。

ステップ４５ではこの過不足酸素濃度ＦＯ２に基づいて酸素ストレージ量ＨＯＳＣを演算する。この酸素ストレージ量ＨＯＳＣの演算については図１１、図１２（図９のステップ４５のサブルーチン）のフローにより説明する。

触媒３の酸素ストレージ特性は、触媒３の貴金属に高速で吸収／放出される特性と、触媒３のセリアなどの酸素ストレージ材に低速で吸収／放出される特性に分かれる。したがって酸素ストレージ量をこの特性に合わせて高速成分と低速成分に分けて演算することにより、触媒３の特性に応じた実際のストレージ量を正確に演算できる。

図１１は酸素ストレージ量の高速成分を演算するための、図１２は同じく低速成分を演算するためのものである。

図１１において、ステップ５１では演算周期当たりの酸素過不足量Ｏ２ＩＮを次式により演算する。

Ｏ２ＩＮ＝ａ×ＦＯ２×Ｑ×ｔ …（３）
ただし、ａ：定数（単位換算のための値）、
Ｑ：排気流量（吸入空気流量で代用する）、
ｔ：図１１の演算周期（例えば１０ｍｓ）、
ステップ５２では酸素過不足量Ｏ２ＩＮの値に基づき高速成分の酸素を吸収する状態にあるのかあるいは高速成分の酸素を放出する状態にあるかをみる。触媒３に流入する排気の空燃比がリーンであって酸素過不足量Ｏ２ＩＮがゼロより大きい場合には高速成分の酸素を吸収する状態にあると判断してステップ５３に進み、次式により高速成分を演算する。

ＨＯ２（new）＝ＨＯ２（old）＋Ｏ２ＩＮ …（４）
ただし、ＨＯ２（new）：高速成分の今回値、
ＨＯ２（old）：高速成分の前回値、
一方、酸素過不足量Ｏ２ＩＮがゼロ以下の値で、高速成分の酸素を放出する状態にあると判断した場合にはステップ５２よりステップ５４に進み次式により高速成分を演算する。

ＨＯ２（new）＝ＨＯ２（old）＋Ｏ２ＩＮ×Ａ …（５）
ただし、ＨＯ２（new）：高速成分の今回値、
ＨＯ２（old）：高速成分の前回値、
Ａ：高速成分の酸素放出率、
このようにして高速成分今回値ＨＯ２（new）を演算したら、ステップ５５、５６でその値が高速成分の最大値ＨＯ２ＭＡＸを超えていないか、あるいは最小値ＨＯ２ＭＩＮ（＝０）以下になっていないかをみる。そして、高速成分今回値ＨＯ２（new）が最大値ＨＯ２ＭＡＸ以上になっている場合にはステップ５５よりステップ５７に進み高速成分として吸収されずに溢れ出るオーバフロー分（過剰量）ＯＶＥＲＦＬＯＷを次式により演算し、さらに、高速成分今回値ＨＯ２（new）を最大値ＨＯ２ＭＡＸに制限する。

ＯＶＥＲＦＬＯＷ＝ ＨＯ２（new）−ＨＯ２ＭＡＸ …（６）
高速成分今回値ＨＯ２（new）が最小値ＨＯ２ＭＩＮ以下になっている場合にはステップ５６よりステップ５８に進み、高速成分として吸収されずに溢れ出るオーバフロー分（不足量）ＯＶＥＲＦＬＯＷを次式により演算し、さらに、高速成分今回値ＨＯ２（new）を最小値ＨＯ２ＭＩＮに制限する。

ＯＶＥＲＦＬＯＷ＝ＨＯ２（new）−ＨＯ２ＭＩＮ …（７）
なお、ここでは最小値ＨＯ２ＭＩＮとして０を与えているから、高速成分の酸素をすべて放出した状態で不足する酸素量が負のオーバフロー分として算出される。

一方、高速成分今回値ＨＯ２（new）が最大値ＨＯ２ＭＡＸと最小値ＨＯ２ＭＩＮの間にあるときには、触媒３に流入した排気の酸素過不足量Ｏ２ＩＮは全て高速成分の酸素として吸収されるので、このときにはステップ５９に進んでオーバフロー分ＯＶＥＲＦＬＯＷにゼロを設定する。

ステップ６０、６１ではリア空燃比センサ出力がストイキよりリーンへと変化したか否か、またはリア空燃比センサ出力がストイキよりリッチへと変化したか否かをみる。リア空燃比センサ出力がストイキよりリーンへと変化したときにはステップ６０よりステップ６１に進んで高速成分今回値ＨＯ２（new）を最大値ＨＯ２ＭＡＸに、またリア空燃比センサ出力がストイキよりリッチへと変化したときにはステップ６０、６２よりステップ６３に進んで高速成分今回値ＨＯ２（new）を最小値ＨＯ２ＭＩＮにセットする。このようにリア空燃比センサ出力がストイキよりリーンへと変化したときに高速成分今回値ＨＯ２（new）を最大値ＨＯ２ＭＡＸにセットし、またリア空燃比センサ出力がストイキよりリッチへと変化したときに高速成分今回値ＨＯ２（new）を最小値ＨＯ２ＭＩＮにセットするのは、演算上の酸素ストレージ量である高速成分今回値ＨＯ２（new）を実際の酸素ストレージ量に合わせるためである。

さて、高速成分今回値ＨＯ２（new）が最大値ＨＯ２ＭＡＸ以上あるいは最小値ＨＯ２ＭＩＮ以下となって高速成分の酸素とならずに溢れ出たオーバフロー分ＯＶＥＲＦＬＯＷは、低速成分の酸素として吸収あるいは放出される。図１２は酸素ストレージ量の低速成分を演算するためのサブルーチンで、このサブルーチンでは高速成分の酸素とならずに溢れ出たオーバフロー分ＯＶＥＲＦＬＯＷに基づき低速成分を演算する。

図１２においてステップ７１では低速成分を次式により演算する。

ＬＯ２（new）＝ ＬＯ２（old）＋ＯＶＥＲＦＬＯＷ×Ｂ …（８）
ただし、ＬＯ２（new）：低速成分の今回値、
ＬＯ２（old）：低速成分の前回値、
Ｂ：低速成分の酸素吸収放出率、
ここで、低速成分の酸素吸収放出率Ｂとしては１以下の正の値を設定するが、実際には吸収と放出とで異なる特性を有し、また実際の吸収放出率は触媒温度ＴＣＡＴ、低速成分等の影響を受けるので、吸収率と放出率とをそれぞれ分離して設定するようにしてもよい。その場合、オーバフロー分ＯＶＥＲＦＬＯＷが正であるとき酸素が過剰であり、このときの酸素吸収率Ｂとしては、例えば触媒温度ＴＣＡＴが高いほど、また低速成分ＬＯ２が小さいほど大きな値を設定する。また、オーバフロー分ＯＶＥＲＦＬＯＷが負であるとき酸素が不足しており、このときの酸素放出率Ｂとしては、例えば触媒温度ＴＣＡＴが高いほど、また低速成分が大きいほど大きな値を設定する。

ステップ７２、７３では、高速成分の演算時と同様に、演算された低速成分今回値ＬＯ２（new）がその最大値ＬＯ２ＭＡＸを超えていないか、あるいは最小値ＬＯ２ＭＩＮ（＝０）以下になっていないかをみる。最大値ＬＯ２ＭＡＸを超えている場合にはステップ７２よりステップ７４に進み低速成分今回値ＬＯ２（new）から溢れる酸素過不足量Ｏ２ＯＵＴを次式により演算し低速成分今回値ＬＯ２（new）を最大値ＬＯ２ＭＡＸに制限する。

Ｏ２ＯＵＴ＝ ＬＯ２（new）−ＬＯ２ＭＡＸ …（９）
酸素過不足量Ｏ２ＯＵＴはそのまま触媒３の下流に流出する酸素である。

一方、最小値ＬＯ２ＭＩＮ以下になっている場合にはステップ７３よりステップ７５へと進み低速成分今回値ＬＯ２（new）を最小値ＬＯ２ＭＩＮに制限する。

このようにして触媒３の酸素ストレージ量を演算している。

図１３は空燃比フィードバック補正係数αを演算するためのもので、各気筒のＲｅｆ信号（クランク角の基準位置信号）の入力毎に実行する。これは、Ｒｅｆ信号に同期して燃料噴射が行われ、この燃料噴射により排気中の空燃比が変化するので、これに合わせたものである。

ステップ８１では空燃比フィードバック制御条件の成立時であるか否かをみる。空燃比フィードバック制御条件の成立時は従来と同じで、例えばフロント空燃比センサ４が活性化していること等が成立したとき、空燃比フィードバック制御条件の成立時となる。また、燃料カット時やエンジン高負荷時は空燃比フィードバック制御条件の非成立時である。空燃比フィードバック制御条件の成立時でないときにはステップ８２に進んで空燃比フィードバック補正係数α＝１．０として今回の処理を終了する。

空燃比フィードバック制御条件の成立時であるときにはステップ８１よりステップ８３に進み、図１１のフローで得られている高速成分今回値ＨＯ２（new）、図９のステップ４３で得られている実空燃比ＡＦｒを読み込み、ステップ８４で高速成分今回値ＨＯ２（new）を酸素ストレージ量ＨＯＳＣに移す。酸素ストレージ量ＨＯＳＣについて図１１、図１２では高速成分と低速成分に分けて演算する場合で説明したが、ここでは簡単のため高速成分今回値ＨＯ２（new）を酸素ストレージ量ＨＯＳＣとしている。

ステップ８５では酸素ストレージ量ＨＯＳＣの目標酸素ストレージ量からの偏差ＨＯＳＣＳを次式により演算する。

ＨＯＳＣＳ＝ＨＯＳＣ−目標酸素ストレージ量 …（１０）
ここで、（１０）式の目標酸素ストレージ量としては最大酸素ストレージ量の１／２を設定しておく。

ステップ８６ではこの偏差ＨＯＳＣＳに基づいて次式により目標酸素ストレージ量ＦＯ２ｔを演算する。

ＦＯ２ｔ＝Ｇｐ×ＨＯＳＣＳ …（１１）
ただし、Ｇｐ：比例ゲイン（適合値）、
ここで、（１１）式の比例ゲインＧｐは目標空燃比への応答を高めたい要求がある場合に対応するため導入している。従って、目標空燃比への応答を高める必要がないときにはＧｐ＝１．０とすればよい。

ステップ８７ではこの目標酸素ストレージ量ＦＯ２ｔを次式により目標空燃比ＡＦｔへと変換する。

ＡＦｔ＝１４．７＋１４．７×ＦＯ２ｔ／Ｑ …（１２）
ただし、Ｑ：排気流量（吸入空気流量で代用する）、
ここで、（１２）式右辺第２項は目標酸素ストレージ量ＦＯ２ｔを空燃比に換算した値で、（１２）式は理論空燃比（１４．７）よりこの空燃比換算分だけシフトさせた値を目標空燃比として設定するものである。例えば、酸素ストレージ量ＨＯＳＣが目標値より大きい（偏差ＨＯＳＣＳが正）ときには目標酸素ストレージ量ＦＯ２ｔが正の値となり、（１２）式によれば目標空燃比ＡＦｔが１４．７よりも大きくなる（ストイキよりもリーン側）。すなわち、酸素ストレージ量ＨＯＳＣが目標値より大きいときには目標値へと戻すため目標空燃比をストイキよりもリーン側へと移行させる。この逆に、酸素ストレージ量ＨＯＳＣが目標値より小さい（偏差ＨＯＳＣＳが負）ときには目標酸素ストレージ量ＦＯ２ｔが負の値となり、（１２）式によれば目標空燃比ＡＦｔが１４．７よりも小さくなる（ストイキよりもリッチ側）。すなわち、酸素ストレージ量ＨＯＳＣが目標値より小さいときには目標値へと戻すため目標空燃比をストイキよりもリッチ側へと移行させる。

ここでの空燃比制御はフィードバック制御であるため、ステップ８８ではフロント空燃比センサ４により検出される実空燃比ＡＦｒの、この目標空燃比ＡＦｔからの偏差ｄＡＦを次式により演算する。

ｄＡＦ＝ＡＦｒ−ＡＦｔ …（１３）
ステップ８９ではこの空燃比偏差ｄＡＦに基づいて次式により空燃比フィードバック補正係数αを演算する。

α＝ｄＡＦ×ＰＧａｉｎ＋ΣｄＡＦ×ＩＧａｉｎ＋ΔｄＡＦ×ＤＧａｉｎ
…（１４）
ただし、ＰＧａｉｎ：比例ゲイン（正の値）、
ＩＧａｉｎ：積分ゲイン（正の値）、
ＤＧａｉｎ：微分ゲイン（正の値）、
（１４）式右辺の第１項、第２項、第３項はそれぞれ比例分、積分分、微分分で、（１４）式はこれらの和を空燃比のフィードバック補正量とするものである。

図示しない燃料噴射量演算ルーチンではこのようにして演算した空燃比フィードバック補正係数αを用いて次式によりシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを演算する。

Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×α×２＋Ｔｓ …（１５）
ただし、Ｔｐ：基本噴射パルス幅、
ＴＦＢＹＡ：目標当量比、
Ｔｓ：無効噴射パルス幅、
そして、所定の噴射タイミングとなったときこの燃料噴射パルス幅Ｔｉの分だけ各気筒に設けた燃料インジェクタが開かれ、燃料噴射が行われる。

空燃比フィードバック制御条件の成立時（このときＴＦＢＹＡ＝１．０）において、例えば実空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｔより大きい（空燃比偏差ｄＡＦが正）ときには空燃比フィードバック補正係数αが１．０を超える値となり、この１．０を超える値のαによりストイキの混合気の得られる燃料量よりも増量されて排気中の空燃比がストイキへと戻される。この逆に、実空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｔより小さい（空燃比偏差ｄＡＦが負）ときには空燃比フィードバック補正係数αが１．０より小さな正の値となり、この１．０より小さな正の値のαによりストイキの混合気の得られる燃料量よりも減量されて排気中の空燃比がストイキへと戻される。つまり、空燃比フィードバック制御条件の成立時おいてはフロント空燃比センサ４により検出される実空燃比ＡＦｒが、目標空燃比ＡＦｔと一致するように燃料制御が行われる。この場合に、上記（１４）式右辺のフィードバックゲイン（ＰＧａｉｎ、ＩＧａｉｎ、ＤＧａｉｎ）を大きくし過ぎると、実空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｔを行き過ぎる、いわゆるオーバーシュートを生じるので、フィードバックゲインはあまり大きくすることができず、従って空燃比フィードバック制御を行うとき、目標空燃比ＡＦｔに対して実空燃比ＡＦｒは応答遅れを持って追従してゆく。

これで、フロント空燃比センサ４の出力に基づいて酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御についての概説を終える。

さて、実施形態のハイブリッド車では、エンジン再始動時に所定回数のエンジン空転を行った後の燃料噴射開始から、上記（１５）式の目標当量比ＴＦＢＹＡとして、図８（Ａ）、図８（Ｂ）で演算した目標当量比ＴＦＢＹＡ（始動時目標当量比）が用いられることとなる。

ここで、本実施形態の作用効果を図６を再び参照して説明する。

図６第５段目に実線で示したように、触媒新品時にはエンジン再始動時に第１所定回数Ｎ１のエンジン空転を行った後の燃料噴射開始タイミング（ｔ３）から、目標当量比ＴＦＢＹＡは、触媒新品時のリッチ目標値ＲＩＣＨ１に向かって急激に大きくなり、ｔ４で触媒新品時のリッチ目標値ＲＩＣＨ１に到達した後、この触媒新品時のリッチ目標値ＲＩＣＨ１に維持され、第１所定時間ｔ１が経過したｔ５のタイミングて１．０へとステップ的に切換えられる。このような燃料噴射開始からの目標当量比ＴＦＢＹＡの急激な増加により空燃比がリーンより一気にリッチに向かうので、図６最下段に実線で示したように、触媒３の酸素ストレージ量は、中立状態を離れて小さくなるのがｔ５のタイミングで収まり、ｔ５からは大きくなってｔ６のタイミングで中立状態に戻っている。

一方、図６第５段目に破線で示したように、触媒劣化時にはエンジン再始動時に第２所定回数Ｎ２のエンジン空転を行った後の燃料噴射開始タイミング（ｔ３）から、目標当量比ＴＦＢＹＡは、触媒劣化時のリッチ目標値ＲＩＣＨ２に向かって、触媒新品時よりもゆっくり大きくなり、ｔ６で触媒劣化時のリッチ目標値ＲＩＣＨ２に到達した後、この触媒劣化時のリッチ目標値ＲＩＣＨ２に維持され、第２所定時間ｔ２が経過したｔ７のタイミングて１．０へとステップ的に切換えられる。このような燃料噴射開始からの目標当量比ＴＦＢＹＡのゆっくりとした増加により空燃比がゆるやかにリッチに向かうので、図６最下段に破線で示したように、触媒３の酸素ストレージ量は、中立状態を離れて小さくなるのがｔ７のタイミングで収まり、ｔ７からは大きくなってｔ８のタイミングで中立状態に戻っている。

このように、本実施形態によれば、エンジン再始動時に燃料噴射開始からの目標当量比ＴＦＢＹＡの傾き、つまり始動時燃料増量率を触媒新品時と触媒劣化時とで相違させるので、触媒新品時と触媒劣化時との両方に適切なエンジン再始動時の空燃比制御を行うことができ、触媒新品時と触媒劣化時との両方で触媒３の酸素ストレージ量を速やかに中立状態に戻すことができている。

特に、実施形態のハイブリッド車において、運転条件によってはエンジン停止とエンジン再始動とが頻繁に繰り返されることがある。これに対応して本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、エンジン１とモータとを駆動源とし、走行中に所定の条件が成立したときエンジン１を停止し、他の所定の条件が成立したときエンジン１を再始動させるハイブリッド車において、排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒３と、触媒３上流に設置したフロント空燃比センサ４と、このフロント空燃比センサ４の出力に基づいて触媒３の酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、触媒３が新品状態にあるのかそれとも劣化状態にあるのかを判定し、この判定結果により、触媒３の各状態に合わせて、エンジン再始動時の空燃比制御を行うので（図８（Ａ）のステップ１４〜２４、図８（Ｂ）のステップ２５〜３４参照）、触媒３が新品状態にある場合と触媒３が劣化状態にある場合の両方とも、特にエンジン再始動が頻繁に行われる条件で、エンジン再始動時のＮＯｘ排出量を大きく低減することができる。

本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、エンジン始動時に燃料噴射を開始する前のエンジン空転回数（Ｎ１、Ｎ２）を、触媒３の各状態に合わせて設定するので（図７のステップ７、９参照）、触媒３が新品状態にある場合と触媒３が劣化状態にある場合の両方でエンジン始動時のエンジン空転回数（Ｎ１、Ｎ２）を適切に与えることができる。

本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、第１所定回数Ｎ１として、触媒新品時の目標ＮＯｘ排出量が得られるようにゼロに近い値を設定（予め適合）し、第２所定回数Ｎ２としては触媒劣化時の目標ＮＯｘ排出量が得られるように値を設定（予め適合）しておくと共に、第１所定回数Ｎ１より大きな値を設定する、つまり燃料噴射を開始する前のエンジン空転回数を、触媒３が新品状態にあるときにはゼロに近い値を設定し、触媒３が劣化状態になると、新品状態の場合より大きな値に設定している。触媒３が劣化状態になると、触媒３のストレージ能力が低下して触媒３に酸素が吸着されることがないので、燃料噴射を開始する前にエンジン空回しを続けてもＮＯｘ排出量が増えることがなく、これにより触媒３が劣化状態でのエンジン空回しを許容できる。

本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、エンジン始動時の空燃比制御は、エンジン始動時に燃料噴射開始から目標当量比ＴＦＢＹＡを徐々に大きくする制御（燃料量を徐々に大きくする燃料増量率の制御）であり、このエンジン始動時の目標当量比の増加速度ΔＴＦ１、ΔＴＦ２（燃料増量率）を、触媒３の各状態に合わせて変更するので（図８（Ａ）のステップ１４、１５、図８（Ａ）のステップ１４、図８（Ｂ）のステップ２５参照）、触媒３が新品状態にある場合と触媒３が劣化状態にある場合の両方でエンジン始動時に酸素ストレージ量を素早く中立状態に戻すことができる。

本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、触媒新品時の目標当量比の増加速度を定めている第１所定値ΔＴＦ１として、触媒劣化時の目標当量比の増加速度を定めている第２所定値ΔＴＦ２よりも大きな値を設定している、つまりエンジン始動時の燃料増量率を、触媒３が新品状態にあるときにはそのときに目標ＮＯｘ排出量を満たすための始動時燃料増量率（所定値Ａ）に近づけて設定し、触媒３が劣化状態になったときにはそのときに目標ＮＯｘ排出量を満たすための始動時燃料増量率（所定値Ｂ）に近づけて設定するので（図４参照）、触媒３が新品状態にある場合と触媒３が劣化状態にある場合の両方で、第１所定値ΔＴＦ１、第２所定値ΔＴＦ２（エンジン始動時の燃料増量率）を適切に与えることができる。

実施形態では、ハイブリッド車用のエンジンに本発明の空燃比制御装置を適用した場合で説明したが、これに限られるものでなく、通常のガソリン車や、エンジンの自動停止再始動を行うガソリン車に対しても本発明の空燃比制御装置を適用できる。

請求項１に記載の空燃比制御手段の機能は図９、図１１、図１３のフローにより、触媒状態判定手段の機能は図８（Ａ）のステップ１６により、エンジン始動時空燃比制御手段の機能は図８（Ａ）のステップ１４〜２４、図８（Ｂ）のステップ２５〜３４によりそれぞれ果たされている。

ハイブリッド車に適用される本発明の一実施形態のエンジンの空燃比制御装置の概略構成図。 エンジン空転回数と触媒へ酸素吸着量との関係を表す特性図。 等始動時燃料増量率でのエンジン空転回数に対するＮＯｘ排出量の特性図。 始動時燃料増量率に対するＮＯｘ排出量の特性図。 エンジン運転中の各値の変化を示す波形図。 エンジン停止後のエンジン再始動時の各値の変化を示す波形図。 燃料噴射許可フラグの設定を説明するためのフローチャート。 始動時目標当量比の演算を説明するためのフローチャート。 始動時目標当量比の演算を説明するためのフローチャート。 酸素ストレージ量の演算を説明するためのフローチャート。 フロント空燃比センサにより検出される空燃比と過不足酸素量の関係を示す特性図。 酸素ストレージ量の高速成分の演算を説明するためのフローチャート。 酸素ストレージ量の低速成分の演算を説明するためのフローチャート。 空燃比フィードバック補正係数の演算を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１ エンジン
３ 触媒
４ フロント空燃比センサ
５ リア酸素センサ
６ コントローラ

Claims (6)

1. 排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒と、
   前記触媒上流に設置したフロント空燃比センサと、
   このフロント空燃比センサの出力に基づいて前記触媒の酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御手段と
   を備えるエンジンの空燃比制御装置において、
   前記触媒が新品状態にあるのかそれとも劣化状態にあるのかを判定する触媒状態判定手段と、
   この判定結果により、前記触媒の各状態に合わせて、エンジン始動時の空燃比制御を行うエンジン始動時空燃比制御手段と
   を備えることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
2. エンジン始動時に燃料噴射を開始する前のエンジン空転回数を、前記触媒の各状態に合わせて設定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。
3. 前記燃料噴射を開始する前のエンジン空転回数を、前記触媒が新品状態にあるときにはゼロに近い値を設定し、前記触媒が劣化状態になると、新品状態の場合より大きな値に設定することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの空燃比制御装置。
4. 前記エンジン始動時の空燃比制御は、エンジン始動時に燃料量を徐々に大きくする燃料増量率の制御であり、このエンジン始動時の燃料増量率を、前記触媒の各状態に合わせて変更することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。
5. 前記エンジン始動時の燃料増量率を、前記触媒が新品状態にあるときにはそのときに目標ＮＯｘ排出量を満たすための始動時燃料増量率に近づけて設定し、前記触媒が劣化状態になったときにはそのときに目標ＮＯｘ排出量を満たすための始動時燃料増量率に近づけて設定することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの空燃比制御装置。
6. エンジンとモータとを駆動源とし、走行中に所定の条件が成立したときエンジンを停止し、他の所定の条件が成立したときエンジンを再始動させるハイブリッド車において、
   排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒と、
   前記触媒上流に設置したフロント空燃比センサと、
   このフロント空燃比センサの出力に基づいて前記触媒の酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量推定値が目標値と一致するように空燃比を制御する空燃比制御手段と、
   前記触媒が新品状態にあるのかそれとも劣化状態にあるのかを判定する触媒状態判定手段と、
   この判定結果により、前記触媒の各状態に合わせて、前記エンジン再始動時の空燃比制御を行うエンジン再始動時空燃比制御手段と
   を備えることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。

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