JP2010071116A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動弁機構等の複雑化、コストアップを招くことなく、アイドルストップ時等に触媒内が強酸化雰囲気とならないようにして、アイドルストップ後の再始動時等における排気悪化を効果的に抑制することのできるエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンを停止すると判定したとき、該判定時点からエンジンが停止するまでの期間において、触媒内部がストイキ近傍の状態となるように、微小トルクで混合気を燃焼させる制御を行う。
【選択図】図１６

Description

本発明は、排気浄化用触媒を備えたエンジンの制御装置に係り、特に、燃費改善、ＣＯ_２（二酸化炭素）排出量低減を目的としてアイドリング時にエンジンを停止するアイドルストップを行うシステムにおいて、アイドルストップ後の再始動時において排気悪化を抑制するのに好適なエンジンの制御装置に関するものである。

地球温暖化問題の深刻化、エネルギー問題（石油高騰）を背景に、自動車に対して、燃費改善、ＣＯ_２排出量低減の要求が、これまでになく高まってきている。アイドルストップは、燃費改善、ＣＯ_２排出量低減に有効である。しかし、アイドルストップ時にエンジンを停止させることで、触媒内に大量の酸素が流入し、触媒内が強酸化雰囲気となり、アイドルストップ後の再始動時にエンジンから排出されるＮＯｘを浄化（還元）できない問題がある。

この現象は、触媒に一般に備わるＯＳＣ(O2 Storage Capacity)と呼ばれるＯ_２（酸素）貯蔵、放出機能によるものである。すなわち、ＯＳＣ機能は、ストイキよりリーン雰囲気（酸化雰囲気）では、酸素を貯蔵する機能を持ち、逆に、ストイキよりリッチ雰囲気（還元雰囲気）では、酸素を放出する機能を持つ。このため、アイドルストップ時に燃料噴射を停止すると、空気(酸素濃度が高い)が排気通路に流出するため、触媒内のＯＳＣが酸素飽和状態（強酸化雰囲気）になる。この状態で、エンジンを再始動すると、エンジン（燃焼室）から排出されるガスは、ストイキあるいはリッチであるため、ＯＳＣから酸素が放出され、触媒内の雰囲気は、強酸化雰囲気からストイキ雰囲気となるものの、その移行期間となる一定期間は、酸化雰囲気であるため、ＨＣ、ＣＯは、浄化（酸化）されるものの、ＮＯｘは、浄化（還元）できなくなる。

かかる問題を解消すべく、例えば下記特許文献１には、エンジンを停止させる際、燃料噴射を停止するとともに、排気弁を全閉にすることで、酸素を大量に含むガス（ほぼ空気）が排気通路に流出することを阻止して、触媒内が強酸化雰囲気にならないようにする技術が開示されている。

特開平１１−１０７８２５号公報

しかしながら、前記特許文献１に所載の技術では、燃料噴射を停止してからエンジンが完全に停止するまで、排気弁を全閉の状態にし続ける必要があるため、動弁機構等が複雑なものとなり、コスト高となる問題がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、動弁機構等の複雑化、コストアップを招くことなく、アイドルストップ時等に触媒内が強酸化雰囲気とならないようにして、アイドルストップ後の再始動時等における排気悪化を効果的に抑制することのできるエンジンの制御装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの制御装置の第１態様は、エンジン停止すると判定したとき、該判定時点からエンジンが停止するまでの期間において、前記触媒内部が所定の状態となるように、エンジンの燃焼制御を行うことを特徴としている（図１６参照）。

すなわち、エンジンを停止すると判定したとき、言い換えれば、エンジン停止条件、例えば、車載エンジンにおいてアイドルストップを行うようにしている場合、アクセル開度０、車速０、アイドル状態が一定時間継続等の条件が成立したと判定した時点からエンジンが実際に停止するまでの過渡状態において、触媒内部が所定の状態となるように、言い換えれば、強酸化雰囲気とならないように、エンジンの燃焼制御を行う手段（燃焼制御手段）を備えるものである。これにより、エンジン停止プロセスにおいて、触媒内が強酸化雰囲気になるのを阻止し、もって、再始動時のＮＯｘ浄化効率の悪化を防ぐものである。なお、エンジン停止条件としては、上記アイドルストップ時の条件だけでなく、通常の、ドライバによるエンジン停止要求（ＩＧキーオフ)等も含まれる。

本発明に係るエンジンの制御装置の第２態様では、前記触媒内部の空燃比、酸素濃度、及び酸素貯蔵量のうちのいずれかが所定範囲となるように、前記燃焼制御を行うようにされる（図１７参照）。

すなわち、第１態様における「触媒内部が所定の状態となるように」を、具体的に、「触媒内の空燃比、酸素濃度、及び酸素貯蔵量のうちのいずれかが所定範囲となるように」と特定するものである。前述のように、触媒には、一般にＯＳＣと呼ばれる酸素貯蔵・放出機能が備わっており、触媒入口のガス雰囲気（酸素濃度）によって、ＯＳＣから酸素が貯蔵もしくは放出されることで、触媒内の空燃比がストイキからはずれないように機能する。したがって、触媒内の空燃比、酸素濃度、（ＯＳＣの）酸素貯蔵量は、相関のあるパラメータである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第３態様では、前記触媒のＨＣ浄化率、ＣＯ浄化率、及びＮＯｘ浄化率のすべてが所定値以上となるように、前記燃焼制御を行うようにされる（図１８参照）。

すなわち、第１態様における「触媒内部が所定の状態となるように」を、具体的に、「触媒のＨＣ浄化率、ＣＯ浄化率、ＮＯｘ浄化率のすべてが所定値以上となるように」と特定するものである。なお、前述のように、エンジン停止時には、触媒内は酸化雰囲気になるので、主にＮＯｘ浄化率が悪化するが、本態様のようになせば、第２態様と同様に、エンジン停止時に触媒内部の雰囲気が酸化雰囲気にならないので、再始動時のＮＯｘ浄化率の悪化が防げる。

本発明に係るエンジンの制御装置の第４態様では、前記触媒のＨＣ浄化率、ＣＯ浄化率、及びＮＯｘ浄化率のすべてが前記判定直前の前記触媒のＨＣ浄化率、ＣＯ浄化率、及びＮＯｘ浄化率から変化しないように、前記燃焼制御を行うようにされる（図１９参照）。

すなわち、第１態様における「触媒内部が所定の状態となるように」を、具体的に、「触媒のＨＣ浄化率、ＣＯ浄化率、ＮＯｘ浄化率のすべてが、エンジン停止条件が成立したと判定した直前のＨＣ浄化率、ＣＯ浄化率、ＮＯｘ浄化率から変化しないように」と特定するものである。なお、前述のように、エンジン停止時は、触媒内は酸化雰囲気になるので、主にＮＯｘ浄化率が悪化するが、本態様のようになせば、第２、第３態様と同様に、エンジン停止時に触媒内部の雰囲気が酸化雰囲気にならないので、再始動時のＮＯｘ浄化率の悪化が防げる。

本発明に係るエンジンの制御装置の第５態様では、前記触媒内部の空燃比が前記判定直前の触媒内部の空燃比よりリーンにならないように、前記燃焼制御を行うようにされる（図２０参照）。

すなわち、第３、第４態様の説明でも述べたように、エンジン停止時は、触媒内は酸化雰囲気すなわちリーン雰囲気になるので、主にＮＯｘ浄化率が悪化するが、本態様のようになせば、第２、第３、第４態様と同様に、エンジン停止時に触媒内部の雰囲気が酸化雰囲気（リーン雰囲気）にならないので、再始動時のＮＯｘ浄化率の悪化が防げる。

本発明に係るエンジンの制御装置の第６態様では、前記触媒内部の酸素濃度もしくは酸素貯蔵量が前記判定直前の触媒内部の酸素濃度もしくは酸素貯蔵量より高くもしくは多くならないように、前記燃焼制御を行うようにされる（図２１参照）。

すなわち、第５態様の説明でも述べたように、エンジン停止時は、触媒内は酸化雰囲気、すなわち酸素濃度が高く（酸素貯蔵量が多く）なるので、主にＮＯｘ浄化率が悪化するが、本態様のようになせば、エンジン停止時に触媒内部の状態がエンジン停止条件が成立したと判定した直前の酸素濃度もしくは酸素貯蔵量より高くもしくは多くならないので、再始動時のＮＯｘ浄化率の悪化が防げる。

本発明に係るエンジンの制御装置の第７態様では、前記触媒内部が所定の状態となるように、吸入空気量及び／又は燃料噴射量を制御するようにされる（図２２参照）。

すなわち、本態様は、第１態様における「燃焼制御を行う」を、具体的に、「吸入空気量及び／又は燃料噴射量を制御する」と明記するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第８態様は、燃焼可能な空気量まで吸入空気量を低減する空気量低減手段と、吸入空気量に基づいて、前記触媒内部が所定の状態となるように、燃料噴射量を制御する手段とを備える（図２３参照）。

すなわち、第１態様の説明でも述べたように、エンジン停止条件が成立した判定した時点からエンジンが実際に停止するまでの過渡状態において、触媒内部が所定の状態となるように、言い換えれば、強酸化雰囲気とならないように、エンジンの燃焼制御（燃料噴射により混合気を生成して燃焼させる制御）を行うが、その一方で、燃焼制御を行うことで一定のトルク（燃焼圧）が発生する。ここで、速やかな停止を実現すべく、燃焼可能な空気量まで吸入空気量を低減して、発生トルクを最小限にする。さらに、触媒内部の状態が強酸化雰囲気とならないように、実吸入空気量に基づいて、燃焼空燃比あるいは排気空燃比がストイキ近傍となるように（第３〜６態様に記載）、燃料噴射量を制御するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第９態様では、第８態様に記載の空気量低減手段は、燃焼可能な最小空気量を演算する手段と、前記燃焼可能な空気量を実現する目標スロットル開度、吸気弁の目標開閉時期、及び吸気弁の目標リフト量のうちの少なくとも一つを演算する手段とを備える（図２４参照）。

すなわち、第８態様の説明で述べたように、速やかな停止を実現するために、燃焼可能な空気量まで吸入空気量を低減して、発生トルクを最小限にする。この目標吸入空気量（燃焼可能な最小空気量）を実現するべく、目標スロットル開度、吸気弁の目標開閉時期、及び吸気弁の目標リフト量のうちの少なくとも一つを演算するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１０態様では、第８、第９態様に記載の、エンジンを停止可能な最大トルクを実現する最大空気量を演算する手段を備える（図２５参照）。

すなわち、第８、第９態様の説明で述べたように、速やかな停止を実現するために、燃焼可能な空気量まで吸入空気量を低減して、発生トルクを最小限にする。燃焼可能な最小空気量における発生トルクで速やかな停止が実現しないこともあり得るので、速やかな停止を実現する最大トルク（最大許容空気量）を別途演算する手段を用意するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１１態様では、エンジンの運転状態に基づいて内部損失トルクを演算する手段と、前記内部損失トルクより小なる前記停止可能な最大トルクを演算する手段とを備える（図２６参照）。

すなわち、エンジンが停止するメカニズムは、「燃焼圧によるトルク」と「摩擦、補機負荷などによる内部損失トルク」との大小関係が、「燃焼圧によるトルク」＜「内部損失トルク」となったとき、負の角加速度が発生し、エンジン回転速度が減速することで停止に至る。したがって、エンジンの運転状態から内部損失トルクを演算する手段と、「内部損失トルク」より小さい値として「停止可能な最大トルク」を演算する手段を備えることを明記するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１２態様では、前記判定時点からエンジンが完全に停止するまでの目標所要時間を演算する手段と、前記エンジンを停止可能なトルクを前記目標所要時間に基づいて演算する手段とを備える（図２７参照）。

すなわち、第１１態様の説明で述べたように、「燃焼圧によるトルク」＜「内部損失トルク」となったとき、負の角加速度が発生し、エンジン回転速度が減速することで停止に至る。この負の角加速度は、「燃焼圧によるトルク」と「内部損失トルク」の差に比例するので、両者の差が大きいほど、エンジン回転速度の減速量も大きくなり、停止時間までの所要時間も短くなる。このことから、エンジンを停止すると判定したときからエンジンが完全に停止するまでの目標所要時間を演算し、この目標所要時間でエンジンが停止するような、「燃焼圧トルク」を演算するものである。これにより、所望の停止プロフィールと排気性能を両立させるものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１３態様では、前記判定時点からエンジンが停止するまでの期間において、前記燃焼可能な最小空気量が前記停止可能な最大トルクを実現する最大空気量より大きいときは、目標空気量を最小とし、かつ、燃料噴射を停止する手段を備える（図２８参照）。

すなわち、第１０、第１１、第１２態様に記載の「燃焼可能な最小空気量（最小トルク）」が、「停止可能な最大空気量（最大トルク）」より大きいときは、燃焼しつつエンジンを停止させることができないため、停止性能を優先させて、目標空気量を最小とする（燃焼は不可能）。この状態で、目標空燃比（触媒内の状態が酸化雰囲気にならないための）を実現すべく燃料を噴射しても、そもそも、燃焼が発生しないほど、空気量を絞っているので、失火し、排気が逆に悪化してしまう。このことから、当該条件が成立したときは、燃料噴射を停止するものである。

なお、エンジン停止条件が成立したと判定した時点からエンジンが実際に停止するまでの期間において、停止シーケンス開始の初期には、比較的回転速度が高いため、摩擦トルクも大きく、また、空気流動も比較的強い（混合気の乱れが強い）。したがって、負の角加速度を発生させられる空気量（トルク）は比較的大きくなるため、停止しつつ燃焼させる制御は実現可能なことが多い。一方、停止シーケンスの後半においては、回転速度が低くなるため、摩擦トルクも小さく、また、空気流動も比較的弱い（混合気の乱れが弱い）。したがって、負の角加速度を発生させられる空気量（トルク）は比較的小さくなるため、停止しつつ燃焼させる制御は実現可能なことが少なくなる。本態様に記載の手段により、逐次、「燃焼可能な最小空気量（最小トルク）」と、「停止可能な最大空気量（最大トルク）」を演算して、燃焼の可否を判断するので、停止シーケンスの期間において、出来る限り燃焼を続けることができ、触媒内部の状態が、酸化雰囲気になるのを防ぐことが出来る。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１４態様では、前記判定時点からエンジンが停止するまでの期間において、前記燃焼可能な最小空気量に基づいて発生するトルクと前記内部損失トルクとに基づいて、エンジンが停止するまでのサイクルを予測する手段と、該予測サイクルに基づいて、エンジンが停止するまでに排気弁が開く気筒は燃焼を行う手段とを備える（図２９参照）。

すなわち、第１１態様の説明でも述べたように、エンジンが停止するメカニズムは、「燃焼圧によるトルク」と「摩擦、補機負荷などによる内部損失トルク」との大小関係が、「燃焼圧によるトルク」＜「内部損失トルク」となったとき、負の角加速度が発生し、エンジン回転速度が減速することで停止に至る。現在の回転速度と、負の角加速度の発生量から停止に至るまでのサイクル数が求まる。一方、排気弁が開くと、燃焼室内のガスが排気通路に流出するので、排気弁が開く気筒（排気行程が行われる気筒）は、燃焼を行い、吸入空気中の酸素を消費する必要がある。本態様では、停止するまでのサイクル（排気行程が行われる気筒）を予測して、排気弁が開く気筒は燃焼を行うようにすることで、排気通路に高酸素濃度のガス（ほぼ空気）を流出させないようにする。これにより、触媒内部の状態が酸化雰囲気になるのを防ぐことが出来る。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１５態様では、前記判定時点からエンジンが停止するまでの期間において、空気流動強化デバイスを作動させる手段を備える（図３０参照）。

すなわち、第１３態様の説明でも述べたように、エンジン停止条件が成立したと判定した時点からエンジンが停止するまでの期間において、回転速度が低下するにつれて、空気流動が次第に弱くなり（混合気の乱れが弱くなり）、燃焼が成立しにくくなる。このことから、エンジンが停止するまでの期間において、可能な限り、低回転速度まで、燃焼を成立させるため、空気流動強化デバイス（例えば各気筒の吸気ポートに配設されたスワール強化のための絞り弁等）を作動させることを明記するものである。これにより、停止シーケンスの期間において、出来る限り燃焼を続けることでき、触媒内部の状態が、酸化雰囲気になるのを防ぐことが出来る。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１６態様では、触媒内部の空燃比もしくは酸素濃度を直接的もしくは間接的に検出する手段を備える（図３１参照）。

すなわち、第１〜１５態様の説明で述べたように、本発明のねらいは、エンジンが停止するまでの過渡状態において、触媒内部の状態が強酸化雰囲気とならないように、エンジンの燃焼空燃比あるいは排気空燃比を制御するものである。この燃焼空燃比（排気空燃比）を最適に制御するために、触媒内部の空燃比もしくは酸素濃度を直接的もしくは間接的に検出する手段を備えることを明記するものである。代表的なものを挙げておくと、触媒上下流のＯ２センサ（あるいは空燃比センサ）、触媒内のＯＳＣモデルなどがある。これらを用いて、従来は実施しなかった停止シーケンスにおける触媒内の状態制御を行うことを明記するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１７態様は、前記燃焼制御をアイドル回転数以下で実行することを特徴としている（図３２参照）。

すなわち、第１〜１６態様の説明で述べたように、本発明のねらうは、エンジンが停止するまでの過渡状態において、触媒内部の状態が強酸化雰囲気とならないように、エンジンの燃焼空燃比あるいは排気空燃比を制御するものである。このことから、アイドル回転数以下でも燃料噴射により混合気を生成して燃焼させることに特徴があり、従来のエンジン停止制御とは異なるところである。このことを明記するものである。

なお、前記各態様では、当然のことながら、燃料噴射を行う気筒は、混合気を燃焼させるべく、点火を行う。

本発明の係るエンジンの制御装置の好ましい態様では、アイドルストップを行う場合に、エンジン停止条件が成立したと判定した時点からエンジンが停止するまでの過渡状態において、触媒内部の状態が酸化雰囲気とならないように、言い換えれば、触媒内部がストイキ近傍の状態となるように、微小トルクで混合気を燃焼させる制御を行うようにされるので、エンジン停止プロセスにおいて、触媒内が強酸化雰囲気になるのを阻止でき、そのため、アイドルストップ後における再始動時のＮＯｘ浄化効率の悪化を防ぐことができる。

また、本発明の制御装置では、特に追加デバイス等は必要としないため、コストアップを伴わずに、ＮＯｘ浄化効率の悪化を防ぐことができる。

以下、本発明のエンジンの制御装置の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る制御装置の一実施形態（第１〜第４実施例で共通）を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図である。

図示のエンジン１０は、例えば４つの気筒を有する多気筒エンジンであって、シリンダ１２と、このシリンダ１２の各気筒内に摺動自在に嵌挿されたピストン１５と、を有し、該ピストン１５上方には燃焼（作動）室１７が画成される。各気筒の燃焼室１７には、点火プラグ３５が臨設されている。

燃料の燃焼に供せられる空気は、吸気通路２０の始端部に設けられたエアクリーナ２１から取り入れられ、エアフローセンサ２４を通り、電制スロットル弁２５を通ってコレクタ２７に入り、このコレクタ２７から前記吸気通路２０の下流端に配在された吸気弁２８を介して各気筒の燃焼室１７に吸入される。また、各気筒の燃焼室１７には燃料噴射弁３０が臨設されるとともに、前記吸気通路２０の下流部分（各気筒の吸気ポート付近）には、空気流動強化デバイス５３（例えば各気筒のスワールを強化するための絞り弁等）が配置されている。

燃焼室１７に吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ３５による火花点火により燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス（排気）は、燃焼室１７から排気弁４８を介して排気通路４０に排出され、そこに備えられた三元触媒５０に流入して浄化された後、外部に排出される。なお、吸気弁２８及び排気弁４８は、ここでは、開閉時期（開弁期間）及びリフト量を制御可能な電磁式あるいは油圧式のものが使用されている。

また、排気通路４０における三元触媒５０より下流側には酸素（濃度）センサ５２が配在され、排気通路４０における触媒５０より上流側には、排気空燃比を検出するA/Fセンサ（空燃比センサ）５１が配在されている。

前記空燃比センサ５１は、排気中に含まれる酸素の濃度に対して線形の出力特性を持つ。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって、酸素濃度を検出する空燃比センサ５１により、触媒５０で浄化される前の排気空燃比を求めることが可能となる。コントロールユニット１００（後述）では、空燃比センサ５１からの信号から三元触媒５０上流の排気空燃比を求め、酸素センサ５２からの信号から、三元触媒５０下流の酸素濃度もしくはストイキに対してリッチもしくはリーンであるかを求める。また、両センサ５１、５２の出力を用いて三元触媒５０の浄化効率が最適となるよう燃料噴射量もしくは空気量を逐次補正するF/B制御を行う。

また、燃焼室１７から排気通路４０に排出された排気ガスの一部は、必要に応じてＥＧＲ通路４１を介して吸気通路２０に導入され、吸気通路２０を介して各気筒の燃焼室１７に還流される。前記ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲ率を調整するためのＥＧＲバルブ４２が介装されている。

そして、本実施形態の制御装置１においては、エンジン１０の種々の制御を行うため、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット１００が備えられている。

コントロールユニット１００は、基本的には、図２に示される如くに、ＣＰＵ１０１、入力回路１０２、入出力ポート１０３、ＲＡＭ１０４、ＲＯＭ１０５等で構成される。

コントロールユニット１００には、入力信号として、エアフローセンサ２４により検出される吸入空気量に応じた信号、スロットルセンサ５６により検出されるスロットル弁２５の開度に応じた信号、クランク角センサ（回転数センサ）３７から得られるクランクシャフト１８の回転（エンジン回転数）・位相をあらわす信号（クランク角センサ３７からは、例えば、回転角１度毎に信号パルスが出力される）、排気通路４０における三元触媒５０より下流側に配在された酸素センサ５２からの、三元触媒５０下流の酸素濃度もしくはストイキに対してリッチもしくはリーンであるかを表す信号、排気通路４０における触媒５０より上流側の排気集合部に配在された空燃比センサ５１により検出される酸素濃度（空燃比）に応じた信号、シリンダ１２に配設された水温センサ１９により検出されるエンジン冷却水温に応じた信号、アクセルセンサ３６から得られるアクセルペダル３９の踏み込み量（運転者の要求トルクを示す）に応じた信号、吸気温センサ２９から得られる吸気温度に応じた信号、車速センサ５５から得られる車速に応じた信号、等が供給される。なお、車速センサ５５は、本実施形態においては、車速を検出し、車体が停止状態（車速＝０）にあるか走行状態（車速＞０）にあるかを検出する。

コントロールユニット１００においては、空燃比センサ５１、酸素センサ５２、スロットルセンサ５６、エアフローセンサ２４、クランク角センサ３７、水温センサ１９、アクセルセンサ３６、車速センサ５５等の各センサの出力が入力され、これらのセンサ出力からコントロールユニット１００は、エンジンの運転状態を認識し、この運転状態に基づいて、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期のエンジンの主要な操作量を演算する。コントロールユニット１００で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁駆動回路１１７から燃料噴射弁３０に送られる。また、コントロールユニット１００で演算された点火時期で点火されるよう駆動信号が点火出力回路１１６から点火プラグ３５に送られる。

より詳細には、コントロールユニット１００においては、入力回路１０２にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート１０３に送られる。入力ポートの値はＲＡＭ１０４に保管され、ＣＰＵ１０１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ１０５に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ操作量を表す値はＲＡＭ１０４に保管された後、入出力ポート１０３に送られる。

点火プラグ３５に対する駆動信号は点火出力回路１１６内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時点である。入出力ポート１０３にセットされた点火プラグ３５用の信号は点火出力回路１１６で点火に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグ３５に供給される。また、燃料噴射弁３０の駆動信号（開弁パルス信号）は開弁時ＯＮ、閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路１１７で燃料噴射弁３０を開弁するのに十分なエネルギーに増幅されて燃料噴射弁３０に供給される。電制スロットル弁２５の目標開度を実現する駆動信号は、電制スロットル駆動回路１１８を経て、電制スロットル弁２５に送られる。さらに、吸気弁２８の目標リフト量、目標開閉時期を実現する駆動信号は、吸気弁駆動回路１１９を経て、吸気弁２８に送られる。また、空気流動強化デバイス５３の開閉信号は、空気流動強化デバイス駆動回路１１５を経て、空気流動強化デバイス５３に送られる。

次に、コントロールユニット１００が実行する処理内容を具体的に説明する。
以下、ROM２２に書き込まれる制御プログラムについて述べる。

［第１実施例（１Ａ）：図３］
図３は、第１実施例の制御装置１Ａを示す制御システム図である。

本実施例１Ａは、アイドルストップを行う場合に、エンジン停止条件が成立したと判定した時点からエンジンが停止するまでの過渡状態において、触媒５０内部の状態が酸化雰囲気とならないように、燃料を噴射して混合気の燃焼を行うとともに、そのときの吸入空気量（スロットル開度及び吸気弁開閉時期）と燃料噴射量を制御する。言い換えれば、触媒内部がストイキ近傍の状態となるように、微小トルクで混合気を燃焼させる制御を行って、エンジン停止プロセスにおいて、触媒内が強酸化雰囲気になるのを阻止し、もって、アイドルストップ後における再始動時のＮＯｘ浄化効率の悪化を防ぐようにしたものである。

より具体的には、
・エンジン停止条件：アクセル開度０、車速０、アイドル状態が一定時間継続。
・停止判定後、燃焼可能な空気量まで低減。
・燃焼可能な最小空気量の混合気を生成する。ただし、内部損失トルクを演算し、内部損失トルク分空気量を上限にする。上限を越えるときは、空気量（スロットル開度、吸気弁開閉時期・リフト量）を最小に絞り、燃料噴射も停止。
・吸入空気量は、スロットル弁と吸気弁開閉時期・リフト量で調整。
・燃料噴射量は、実空気量と目標空燃比から求める。目標空燃比はストイキ一定。
・空気流動強化デバイスを作動。

以上の制御処理を実現すべく、本実施例１Ａは、下記の演算手段、判定手段を備えている。
・エンジン停止制御実行判定手段１４０（図４）
・内部損失トルク分空気量演算手段１５０（図５）
・目標空気量演算手段１６０（図６）
・目標スロットル開度及び目標吸気弁操作量演算手段１７０（図７）
・空気流動強化デバイス作動判定手段１８０（図８）
・基本燃料噴射量演算手段１２０（図９）
・燃料噴射量補正値演算手段１３０（図１０）
本実施例１Aでは、エンジン停止制御実行判定手段１４０で、エンジンを停止させるか否か、すなわち、エンジン停止条件が成立したか否かを判定する。エンジンを停止させるときは、エンジン停止制御実行フラグ(f_Enst)を１にする。

内部損失トルク分空気量演算手段１５０では、エンジン停止プロセスにおいて、発生する内部損失トルク分空気量(Tpl)を演算する。

目標空気量演算手段１６０では、目標空気量(TgTp)を演算する。エンジン停止プロセス時の目標空気量(TgTp)は、負の角加速度を発生させるため、内部損失トルク分(Tpl)より小さく設定される。

目標スロットル開度及び目標吸気弁操作量演算手段１７０では、目標空気量(TgTp)に基づいて、目標スロットル開度(TgTvo)及び吸気弁の目標開時期(TgIvo)及び目標閉時期(TgIvc)を演算する。

空気流動強化デバイス作動判定手段１８０では、空気流動強化デバイス５３を作動させるか否かを判定する。エンジン停止プロセス時においては、燃焼が正常に発生するように、空気流動強化デバイス５３を作動させる。

基本燃料噴射量演算手段１２０では、基本燃料噴射量(Tp)を演算する。

燃料噴射量補正値演算手段１３０では、エンジン停止時の目標空燃比を実現するように、基本燃料噴射量を補正するための燃料噴射量補正値(Alpha)を演算する。

以下に、各演算手段(判定手段)の詳細を述べる。
＜エンジン停止制御実行判定手段１４０（図４）＞
本判定手段１４０では、エンジン停止条件が成立したか否かを判定する。具体的には、図４に示されるように、エンジン回転速度（回転数）Neがアイドル状態を示す所定範囲（TgNe-K_Ne1≦Ne≦TgNe+K_Ne2）にあり、かつ、車速VSP=0（車体が停止状態）であり、かつ、アクセル開度Apo≦K_APO（実質的に０）である状態が所定時間T_f_Enst［s］以上持続したとき、エンジン停止制御を実行すると判定し、エンジン停止制御実行フラグ(f_Enst)を1とする。

＜内部損失トルク分空気量演算手段１５０（図５）＞
本演算手段１５０では、内部損失トルク分空気量(Tpl)を演算する。具体的には、図５に示されるように、エンジン回転速度(Ne)とエンジン冷却水温温度(Twn)から、テーブルを参照して、内部損失トルク分空気量(Tpl)を求める。テーブルの設定値は実験によって、求めるのがよい。

＜目標空気量演算手段１６０（図６）＞
本演算手段１６０では、目標空気量(TgTp)を演算する。具体的には、図６に示されるように、エンジン回転速度(Ne)からテーブルを参照して、エンジン停止制御時の基本目標空気量(TgTp_Enst0)を演算する。その後、TgTp_Enst0≧Tpl-Tpl_K1のとき、エンジン停止制御時の目標空気量TgTp_EnstをTpl-Tpl_K1とする。それ以外のとき、TgTp_Enst=TgTp_Enst0とする。

ここに、Tplは、内部損失トルク分空気量、Tpl_K1は、燃焼によって発生するトルク分空気量と内部損失トルク分空気量との差であり、Tpl_K1の値に応じて、負の角加速度の発生量が変わる。TgTp_Enst0が、TpL-Tp1_K1より大きいときは、所望の負の角加速度が得られないとして、TgTp_EnstをTpl-Tpl_K1に制限する。それ以外のときは、負の角加速度が十分に得られる（所望の停止性能が得られる）として、TgTp_Enst=TgTp_Enst0とする。

エンジン停止制御実行フラグf_Enst=1のとき、TgTp=TgTp_Enstとする。それ以外は、TgTp=TgTp0とする。TgTp0は、通常運転時の目標空気量である。通常時目標空気量演算手段１６１は、公知の技術が多数あるため、ここでは詳述しない。

＜目標スロットル開度及び目標吸気弁操作量演算手段１７０（図７）＞
本演算手段１７０は、目標スロットル開度(TgTvo)及び目標吸気弁操作量(TgIvo,TgIvc)を演算する。具体的には、図７に示されるように、エンジン回転速度(Ne)と目標空気量(TgTp)から、それぞれテーブルを参照して、目標スロットル開度(TgTvo)、目標吸気弁開時期(TgIvo)、目標吸気弁閉時期(TgIvc)を求める。テーブルの設定値は理論的もしくは実験によって、求めるのがよい。

＜空気流動強化デバイス作動判定手段１８０（図８）＞
本演算手段１８０では、空気流動強化デバイス作動フラグ(Scvon)を演算する。具体的には、図８に示されるように、エンジン停止制御実行フラグf_Enst=1のとき、空気流動強化デバイス作動フラグScvon=1とする。それ以外は、Scvon=Scvon0とする。Scvon0は、通常運転時の作動信号である。通常時の作動フラグ演算手段１８１は、公知の技術が多数あるため、ここでは詳述しない。

＜基本燃料噴射量演算手段１２０（図９）＞
本演算手段１２０では、基本燃料噴射量(Tp)を演算する。具体的には、図９に示される式で演算する。ここに、Cylは気筒数を表す。Ｋ0は、燃料噴射弁３０の仕様ないし噴射流量特性（燃料噴射パルス幅と燃料噴射量の関係）に基づき決める。

＜燃料噴射量補正値演算手段１３０（図１０）＞
本演算手段１３０では、燃料噴射量補正値(Alpha)を演算する。具体的には、図１０に示されるように、エンジン停止制御実行フラグf_Enst=1のとき、Alpha=Alpha_stとする。それ以外のときは、Alpha=Alpha0とする。

ここに、Alpha_stは、エンジン停止制御時燃料噴射量補正値であり、Alpha_0は、通常時の燃料噴射量補正値である。Alpha_stは、理論空燃比相当値である１．０とするのがよいが、多少リッチ側に設定しておいて、停止時に触媒内の雰囲気が、より酸化雰囲気になりにくくするのもよい（停止の最終フェーズでは、排気の雰囲気がリーン側になることもある。また、再始動時に備える意味もある）。通常運転時の燃料噴射量補正値演算手段１３１は、公知の技術が多数あるため、ここでは詳述しない。

［第２実施例（１Ｂ）：図３、図１１］
本第２実施例１Ｂは、エンジン停止までの所要時間（エンジン停止性能）を制御しつつ、停止時に触媒５０内の雰囲気が酸化雰囲気にならないようにしたものであり、第１実施例１Ａとは、目標空気量演算手段２６０の構成が異なるだけである。

具体的には、
・エンジン停止条件：アクセル開度０、車速０、アイドル状態が一定時間継続。
・停止判定後、燃焼可能な空気量まで低減。
・燃焼可能な最小空気量の混合気を生成する。ただし、最大許容空気量（上限）は目標エンジン停止所要時間から決める。内部損失トルクを演算し、目標エンジン停止所要時間から→目標回転速度プロフィール→目標角加速度→目標燃焼圧トルク→目標空気量を求める。上限を越えるときは、空気量（スロットル開度、吸気弁開度）を最小に絞り、燃料噴射も停止。
・吸入空気量は、スロットル弁と吸気弁開閉時期・リフト量で調整。
・燃料噴射量は、実空気量と目標空燃比から求める。目標空燃比はストイキ一定。
・空気流動強化デバイスを作動。

以上の制御処理を実現すべく、本実施例１Ｂの目標空気量演算手段２６０は下記の構成とされる。
＜目標空気量演算手段２６０（図１１）＞
本演算手段２６０では、目標空気量(TgTp)を演算する。具体的には、図１１に示されるように、目標エンジン停止所要時間(Tg_t_stop)とエンジン回転速度(Ne)からテーブルを参照して、k番目までの目標角加速度(Tg_dNe_k(k:1,2,3,・・・))を求める。すなわち、現在のエンジン回転速度から、目標エンジン停止所要時間でエンジンが停止するような、回転速度プロフィールを実現する一燃焼毎に発生する角加速度を演算するものである。

次に、k番目までの目標角加速度(Tg_dNe_k)と内部損失トルク分空気量(Tpl)からテーブルを参照して、エンジン停止制御時の基本目標空気量(TgTp_Enst0)を演算する。すなわち、k番目までの目標角加速度(Tg_dNe_k)を実現する空気量を内部損失トルク分空気量(Tpl)から求めるものである。

エンジン停止制御実行フラグf_Enst=1のとき、TgTp=TgTp_Enstとする。それ以外は、TgTp=TgTp0とする。TgTp0は、通常運転時の目標空気量である。通常時目標空気量演算手段１６１は、公知の技術が多数あるため、ここでは詳述しない。

［第３実施例（１Ｃ）：図１２、図１３］
本第３実施例１Ｃでは、エンジンが停止するまでのサイクル（排気行程が行われる気筒）を予測して、排気弁が開く気筒は燃焼を行うようにすることで、排気通路に高酸素濃度のガス（ほぼ空気）が流出しないようになし、もって、触媒５０内部の状態が、酸化雰囲気になるのを防ぐようにしたもので、前記第１実施例１Ａとは、燃料噴射量補正値演算手段１３０の構成が異なるだけであるので、以下に、本第３実施例の燃料噴射量補正値演算手段３３０の構成のみを説明する。

＜燃料噴射量補正値演算手段３３０（図１３）＞
本演算手段３３０には、エンジン停止制御実行フラグf_Enstの他、目標空気量(TgTp)、内部損失トルク分空気量(Tpl)、及びエンジン回転速度(Ne)が入力されている。本演算手段３３０では、燃料噴射量補正値(Alpha)を演算する。具体的には、図１３に示されるように、目標空気量(TgTp)と内部損失トルク分空気量(Tpl)との差にK_dNeを乗じて、次燃焼で発生する角加速度(d_Ne)を求める（予測する）。エンジン回転速度(Ne)から次燃焼で発生する角加速度(d_Ne)を引いて、次燃焼後のエンジン回転速度予測値(Ne_est)を演算する。Ne_estがK_Ne_est以下のとき、次回噴射気筒は、排気弁が開かない内にエンジンが停止するとして、燃料噴射を停止すべく、ンジン停止制御時燃料噴射量補正値(Alpha_st)を０とする。それ以外のときは、Alpha_st=K_Alphaとする。K_Alphaの値は理論空燃比相当値である１．０とするのがよいが、多少リッチ側に設定しておいて、停止時に触媒内の雰囲気が、より酸化雰囲気になりにくくするのもよい（停止の最終フェーズでは、排気の雰囲気がリーン側になることもある。また、再始動時に備える意味もある）。

エンジン停止制御実行フラグf_Enst=1のとき、Alpha=Alpha_stとする。それ以外のときは、Alpha=Alpha0とする。Alpha_0は、通常時の燃料噴射量補正値である。通常運転時の燃料噴射量補正値演算手段１３１は、公知の技術が多数あるため、ここでは詳述しない。

［第４実施例（１Ｄ）：図１４、図１５］
本第４実施例１Ｄでは、エンジンが停止するまでの過渡状態において、触媒５０内部の状態が強酸化雰囲気とならないように、触媒内部の空燃比もしくは酸素濃度を検出(推定)し、停止プロセス時の燃料噴射量を最適化するものである。より具体的には、触媒上流空燃比センサ５１と触媒下流Ｏ_２センサ５２を用いて、停止シーケンスにおける触媒５０内の状態制御を行うようにしたもので、前記第１実施例１Ａとは、燃料噴射量補正値演算手段１３０の構成が異なるだけであるので、以下に、本第４実施例の燃料噴射量補正値演算手段４３０の構成のみを説明する。

＜燃料噴射量補正値演算手段４３０（図１５）＞
本燃料噴射量補正値演算手段４３０には、エンジン停止制御実行フラグf_Enstの他、触媒上流空燃比センサ５１の出力値(Rabf)と触媒下流Ｏ_２センサ５２の出力値(Vro2)が入力されている。本演算手段４３０では、燃料噴射量補正値(Alpha)を演算する。具体的には、図１５に示されるように、触媒下流Ｏ_２センサ５２の出力(Vro2)から、触媒上流目標空燃比(fTg_Rabf)を演算する。触媒上流空燃比を演算する方式は、触媒下流Ｏ_２センサ５２の出力(Vro2)から、触媒５０内部の状態（空燃比、酸素濃度）を推定するもので、公知の技術が多数あるため、ここでは詳述しない。触媒上流空燃比センサ５１の出力(Rabf)と触媒上流目標空燃比(TgRabf)との差に基づいて、ＰＩ制御手段４３３を用いて、エンジン停止制御時燃料噴射量補正値(Alpha_st)を求める。

エンジン停止制御実行フラグf_Enst=1のとき、Alpha=Alpha_stとする。それ以外のときは、Alpha=Alpha0とする。

Alpha_0は、通常時の燃料噴射量補正値である。通常運転時の燃料噴射量補正値演算手段１３１は、公知の技術が多数あるため、ここでは詳述しない。

なお、第１〜第４実施例のいずれも、燃料噴射を行った気筒は、混合気を燃焼させるべく、点火を行う。

以上の説明から理解されるように、本実施形態の制御装置１Ａ〜１Ｄでは、アイドルストップを目的として、エンジン停止条件が成立した判定した時点からエンジンが停止するまでの過渡状態において、触媒内部の状態が酸化雰囲気とならないように、燃料を噴射して混合気を燃焼させるとともに、その燃焼空燃比（排気空燃比）を制御する手段を備えるものである。これにより、エンジン停止プロセスにおいて、触媒内が強酸化雰囲気になるのを阻止し得、そのため、アイドルストップ後における再始動時のＮＯｘ浄化効率の悪化を防ぐことができる。

また、特に追加のデバイスなどを必要としないため、コストアップを伴わずに、ＮＯｘ浄化効率の悪化を防ぐことができる。

なお、上述の実施形態では、燃料を筒内に噴射するいわゆる筒内噴射エンジンに適用した例を説明したが、吸気ポートに燃料を噴射するいわゆる吸気ポート噴射エンジンにも本発明を適用可能であることを付言しておく。

本発明に係る制御装置の一実施形態が適用されたエンジンを示す概略構成図（第１〜第４実施例共通）。 図１に示されるコントロールユニットの内部構成を示す図（第１〜第４実施例共通）。 第１実施例の制御システム図。 第１〜４実施例におけるエンジン停止制御実行判定手段の説明に供される図。 第１〜４実施例における内部損失トルク分空気量演算手段の説明に供される図。 第１、３、４実施例における目標空気量演算手段の説明に供される図。 第１〜４実施例における目標スロットル開度及び目標吸気弁操作量演算手段の説明に供される図。 第１〜４実施例における空気流動強化デバイス作動判定手段の説明に供される図。 第１〜４実施例における基本燃料噴射量演算手段の説明に供される図。 第１、２実施例における燃料噴射量補正値演算手段の説明に供される図。 第２実施例における目標空気量演算手段の説明に供される図。 第３実施例の制御システム図。 第３実施例の燃料噴射量補正値演算手段の説明に供される図。 第４実施例の制御システム図。 第４実施例における燃料噴射量補正値演算手段の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第３態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第４態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第５態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第６態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第７態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第８態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第９態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１０態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１１態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１２態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１３態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１４態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１５態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１６態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１７態様の説明に供される図。

符号の説明

１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ） 制御装置
１０ エンジン
１９ 水温センサ
２４ エアフローセンサ
３０ 燃料噴射弁
３５ 点火プラグ
３６ アクセルセンサ
３７ クランク角センサ（回転数センサ）
５０ 三元触媒
５１ 空燃比センサ（A/Fセンサ）
５２ 酸素（Ｏ_２）センサ
５５ 車速センサ
１００ コントロールユニット
１２０ 基本燃料噴射量演算手段
１３０ 燃料噴射量補正値演算手段
１４０ エンジン停止制御実行判定手段
１５０ 内部損失トルク分空気量演算手段
１６０ 目標空気量演算手段
１７０ 目標スロットル開度及び目標吸気弁操作量演算手段
１８０ 空気流動強化デバイス作動判定手段

Claims (17)

1. 排気浄化用触媒を有するエンジンの制御装置であって、
   エンジン停止すると判定したとき、該判定時点からエンジンが停止するまでの期間において、前記触媒内部が所定の状態となるように、エンジンの燃焼制御を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記触媒内の空燃比、酸素濃度、又は酸素貯蔵量が所定範囲に収まるように、前記燃焼制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記触媒のＨＣ浄化率、ＣＯ浄化率、及びＮＯｘ浄化率のすべてが所定値以上となるように、前記燃焼制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記触媒のＨＣ浄化率、ＣＯ浄化率、及びＮＯｘ浄化率のすべてが前記判定直前の前記触媒のＨＣ浄化率、ＣＯ浄化率、及びＮＯｘ浄化率から変化しないように、前記燃焼制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記触媒内部の空燃比が前記判定直前の触媒内部の空燃比よりリーンにならないように、前記燃焼制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記触媒内部の酸素濃度もしくは酸素貯蔵量が前記判定直前の触媒内部の酸素濃度もしくは酸素貯蔵量より高くもしくは多くならないように、前記燃焼制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
7. 前記触媒内部が所定の状態となるように、吸入空気量及び／又は燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
8. 燃焼可能な空気量まで吸入空気量を低減する空気量低減手段と、吸入空気量に基づいて、前記触媒内部が所定の状態となるように、燃料噴射量を制御する手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
9. 前記空気量低減手段は、燃焼可能な最小空気量を演算する手段と、前記燃焼可能な空気量を実現する目標スロットル開度、吸気弁の目標開閉時期、及び吸気弁の目標リフト量のうちの少なくとも一つを演算する手段とを備えていることを特徴とする請求項８に記載のエンジンの制御装置。
10. エンジンを停止可能な最大トルクを実現する最大空気量を演算する手段を備えていることを特徴とする請求項８又は９に記載のエンジンの制御装置。
11. エンジンの運転状態に基づいて内部損失トルクを演算する手段と、前記内部損失トルクより小なる前記停止可能な最大トルクを演算する手段とを備えていることを特徴とする請求項１０に記載のエンジンの制御装置。
12. 前記判定時点からエンジンが完全に停止するまでの目標所要時間を演算する手段と、前記エンジンを停止可能なトルクを前記目標所要時間に基づいて演算する手段とを備えていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のエンジンの制御装置。
13. 前記判定時点からエンジンが停止するまでの期間において、前記燃焼可能な最小空気量が前記停止可能な最大トルクを実現する最大空気量より大きいときは、目標空気量を最小とし、かつ、燃料噴射を停止する手段を備えていることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
14. 前記判定時点からエンジンが停止するまでの期間において、前記燃焼可能な最小空気量に基づいて発生するトルクと前記内部損失トルクとに基づいて、エンジンが停止するまでのサイクルを予測する手段と、該予測サイクルに基づいて、エンジンが停止するまでに排気弁が開く気筒は燃焼を行う手段とを備えていることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
15. 前記判定時点からエンジンが停止するまでの期間において、空気流動強化デバイスを作動させる手段を備えていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
16. 触媒内部の空燃比もしくは酸素濃度を直接的もしくは間接的に検出する手段を備えていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
17. 前記燃焼制御をアイドル回転数以下で実行することを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。

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