JP2009156108A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の自動停止中におけるヒータへの通電量の低減と、内燃機関の再始動後における空燃比の検出要求に対する応答性の確保と、を両立できる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、排気通路に設けられる空燃比センサと、空燃比センサを昇温するヒータと、ヒータへの通電量を制御して空燃比センサの温度を目標温度に制御する温度制御手段と、内燃機関の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動停止させ且つ自動停止条件が解除されたときに内燃機関を再始動させる自動制御手段と、自動制御手段が内燃機関を自動停止させる場合に、内燃機関が再始動されてから空燃比センサに初めて空燃比の検出要求が出されるまでの検出非要求期間を推定する期間推定手段とを備え、内燃機関の自動停止中における目標温度は、検出非要求期間が長いほど低温側に設定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の排気通路には、排気エミッション向上の観点により排気に含まれる有害物質を浄化する排気浄化装置が設けられるのが一般である。そして、この排気浄化装置が排気浄化触媒を具備する場合に、排気浄化触媒の昇温、排気浄化触媒における排気中の有害物質（例えばＮＯｘ、ＰＭ等）の浄化、排気浄化触媒の浄化能力の回復等を図るべく同触媒に対して還元剤を供給する場合がある。

例えば、排気浄化装置が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を具備する場合、同触媒に吸蔵されるＮＯｘやＳＯｘの吸蔵量が増加すると浄化能力が低下する。従って、還元剤（例えば、燃料の未燃成分）の供給によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下させることで、同触媒の浄化能力を回復させる回復処理（例えば、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理等）が行われる。

また、排気浄化装置に酸化能を有する触媒（以下、「酸化触媒」とも称する）と排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称する）とを具備する場合、上記触媒に対する還元剤の供給によってフィルタを昇温させ、該フィルタに堆積したＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理が行われる。

ここで排気浄化触媒に対して還元剤を供給する際に、内燃機関の排気通路に設置される空燃比センサの検出値に基づき還元剤の供給量がフィードバック制御される場合がある。この空燃比センサを好適に作動させるには、同センサの温度を高温（例えば６５０乃至７５０℃程度）の活性温度以上に保持しないと空燃比を好適に検出することができない。従って、上記空燃比センサには同センサを昇温するためのヒータが付設されるのが一般であり、該ヒータへの通電量が調節されることで同センサの温度が調節される。

ところで、内燃機関が搭載される車両がいわゆるアイドリングストップ機能を有するエコラン車や、ハイブリッド車である場合には内燃機関が自動停止される場合がある。例えば、上記車両が信号待ちの際など一時停車する場合には内燃機関が自動停止され、停車中の車両が発進するときには内燃機関が自動的に再始動されることで、内燃機関の燃費向上を図ることができる。

特許文献１には、内燃機関が自動停止されている間も空燃比センサに付設されたヒータへの通電を継続し、内燃機関の自動停止中に空燃比センサが不活性状態になることを抑制する技術が公開されている。この従来技術においては、車両が再発進する際における内燃機関の再始動直後から排気の空燃比を検出することができる。
特開平９−８８６８８号公報 特開平８−２２００５９号公報 特開２００４−１０１２７４号公報

しかしながら、上記従来技術では、内燃機関が稼働中か停止中かに関わらず空燃比センサを活性状態に維持するため、ヒータへの通電に係る電力消費量が過大となってしまう。

一方、ヒータへの通電量の低減を図るべく内燃機関の自動停止中における空燃比センサの温度を単に低くするだけでは、内燃機関の再始動後における空燃比センサの活性時期が遅くなってしまう。その結果、空燃比の検出を開始できる時期が遅れ、空燃比の検出要求に対する応答性の確保が困難となってしまう。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の自動停止中におけるヒータへの通電量の低減と、内燃機関の再始動後における空燃比の検出要求に対する応答性の確保と、を両立できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明にかかる内燃機関の制御装置は以下の手段を採用した。
すなわち、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
前記排気通路に設けられる空燃比センサと、
前記空燃比センサを昇温するヒータと、
前記ヒータへの通電量を制御して前記空燃比センサの温度を目標温度に制御する温度制御手段と、
前記内燃機関の自動停止条件が成立したときに該内燃機関を自動停止させ且つ該自動停止条件が解除されたときに該内燃機関を再始動させる自動制御手段と、
前記自動制御手段が前記内燃機関を自動停止させる場合に、該内燃機関が再始動されてから前記空燃比センサに初めて空燃比の検出要求が出されるまでの検出非要求期間を推定する期間推定手段と、
を備え、
前記内燃機関の自動停止中における前記目標温度は、前記検出非要求期間が長いほど低温側に設定されることを特徴とする。

上記構成において内燃機関の自動停止条件が成立したときに該内燃機関は自動停止され、自動停止条件が解除されたときに内燃機関は再始動される。本発明における自動停止条件とは、内燃機関の自動停止を行う条件でありエコラン車やハイブリッド車が一時停車するときに成立する。また、自動停止条件は、ハイブリッド車の運転条件が車両の動力源を内燃機関のみ或いは内燃機関と電気モータとに分担させる状態から、上記動力源を電気モータのみに分担させる状態に移行する場合にも成立する。そして、一時停車している車両の再発進時のように内燃機関の自動停止条件が成立しなくなる時に、自動停止条件が解除されることで内燃機関が自動的に再始動される。

ここで、内燃機関の自動停止中においては、内燃機関から排気は排出されないため空燃比センサに対する空燃比の検出要求は出されず、少なくとも内燃機関が再始動されてから出されることになる。

本発明では、内燃機関を自動停止させる場合に、該内燃機関が再始動されてから空燃比センサに初めて空燃比の検出要求が出されるまでの検出非要求期間が推定される。そして、内燃機関の自動停止中における目標温度を検出非要求期間が長いほど低温側に設定することとした。これによれば、推定される検出非要求期間が短い場合には空燃比センサの目標温度が高温側に設定されるので、検出非要求期間の範囲内で空燃比センサを活性させることができる。従って、空燃比センサに対する空燃比の検出要求への応答性を確保することができる。

また、推定される検出非要求期間が長い場合には、内燃機関の再始動後における空燃比の検出要求に対する応答性を良好に確保しつつ自動停止中における空燃比センサの温度が不必要に高温に維持されることを抑制できる。つまり、内燃機関の自動停止中におけるヒ
ータへの通電量を好適に低減することができる。

なお、内燃機関の自動停止中の目標温度は、検出非要求期間が長くなるに従って連続的に低温側に変更されても良いし、段階的に変更されても良い。

以上のように、本発明によれば内燃機関の自動停止中におけるヒータへの通電量の低減と内燃機関の再始動後における空燃比の検出要求に対する応答性の確保とを好適に両立させることができる。

ここで、内燃機関の自動停止中は排気が排出されないため排気浄化触媒の触媒床温は経時的に低下する。そして、内燃機関の自動停止期間が長引くことによって触媒床温の低下が顕著となると、排気浄化触媒の活性が失われる場合がある。本発明の空燃比センサに対する空燃比の検出要求は、少なくとも排気浄化触媒が活性している状態のときに出されても良い。

例えば、排気浄化触媒に対して還元剤を供給する際に排気の空燃比を検出する場合には、空燃比の検出要求は排気浄化触媒が活性している状態で出される。そして、内燃機関の自動停止中に排気浄化触媒の活性が失われた場合、内燃機関の再始動後において同触媒が再活性するまでに暫く時間が掛かる場合がある。

ここで、内燃機関の自動停止中における排気浄化触媒の触媒床温と検出非要求期間との関係は、触媒床温が低いほど内燃機関の再始動後に排気浄化触媒が活性する時期が遅くなるため、検出非要求期間が長くなる。

そこで、空燃比センサに対する空燃比の検出要求は少なくとも排気浄化触媒が活性している状態のときに出される場合には、検出非要求期間は内燃機関の自動停止中における排気浄化触媒の触媒床温が低いほど長い期間として推定されると好適である。

これによれば、内燃機関の自動停止中における排気浄化触媒の触媒床温に応じて検出非要求期間が相違することに鑑み、該自動停止中における空燃比センサの目標温度を触媒床温に応じて設定することができる。従って、内燃機関の自動停止中におけるヒータへの通電量の低減と内燃機関の再始動後における空燃比の検出要求に対する応答性の確保とを、より精度良く実現することができる。つまり、検出非要求期間がより短い場合には確実に該検出非要求期間の範囲内で空燃比センサを活性させ、検出非要求期間が長い場合に可及的にヒータへの通電量の低減を図ることができる。

また、本発明における排気浄化触媒は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を含んで構成されていても良い。そして、検出非要求期間は、内燃機関が自動停止されている状態から再始動された後、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するためのＮＯｘ還元処理が初めて実施されるまでの期間であっても良い。

ＮＯｘ還元処理では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下させるべく還元剤が同触媒に対して供給される。その場合、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出した排気や、流入する排気の空燃比を空燃比センサによって検出することで、還元剤の供給量をフィードバック制御することができる。

ここで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量と検出非要求期間との関係について考える。ＮＯｘ還元処理は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に行われるため、ＮＯｘ吸蔵量が多い場合に比べて少ない場合の方がＮＯｘ還元処理の実施時期が遅くなる。そこで、本発明における検出非要求期間は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量が少ないほど長い期間として推定されると好適である。

これによれば、ＮＯｘ吸蔵量に応じて、検出非要求期間がより適切な期間として推定すれるので、内燃機関の自動停止中における空燃比センサの目標温度をより細やかに精度良く設定することができる。

ここで、内燃機関の自動停止中に触媒床温が過度に低下すると排気通路内に凝縮水が生成される場合がある。このように凝縮水が生成された状態で内燃機関が再始動すると、内燃機関から排出された排気の流れによって凝縮水が空燃比センサに導かれ、空燃比センサが被水する場合がある。そして、空燃比センサが被水するさいのセンサ温度が高い場合には、熱衝撃によっていわゆる被水割れが生じる場合がある。言い換えると、空燃比センサが被水する場合であっても、被水する際の同センサの温度が比較的低温であれば熱衝撃が緩和され、被水割れを防ぐことができる。

本発明によれば内燃機関の自動停止中における排気浄化触媒の触媒床温が低くなるような凝縮水が生成され易い条件下においては空燃比センサの目標温度を低温側に設定することができるので、空燃比センサの被水割れを好適に抑制することができる。

また、被水割れの発生をより確実に抑制するための本発明は、内燃機関の自動停止中における排気浄化触媒の触媒床温が凝縮水生成温度以下である場合には、目標温度はセンサ割れ抑制温度以下の温度として設定されることが好ましい。

ここで、凝縮水生成温度とは、排気通路内で凝縮水が生成されると判断される触媒床温の上限温度である。そして、センサ割れ抑制温度は、内燃機関の自動停止中に排気通路内に凝縮水が生成されても、被水割れを抑制できる空燃比センサの上限温度である。なお、凝縮水生成温度とセンサ割れ抑制温度とは、予め実験等に基づいて求めておくことができる。

本発明によれば、内燃機関の自動停止中における排気浄化触媒の触媒床温が凝縮水生成温度以下となってしまい凝縮水が生成される場合であっても、被水割れの発生を確実に抑制できる。

なお、内燃機関の自動停止中における排気浄化触媒の触媒床温が凝縮水生成温度以下となる場合、目標温度はセンサ割れ抑制温度以下の範囲で適宜自由に設定し得る。すなわち、センサ割れ抑制温度以下に設定される目標温度は略一定温度として設定されても良いし、触媒床温が低いほど目標温度が低温側に設定されても良い。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、内燃機関の自動停止中におけるヒータへの通電量の低減と、内燃機関の再始動後における空燃比の検出要求に対する応答性の確保と、を両立できる技術を提供することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例に係る内燃機関１とその排気系の概略構成を示した図である。図１に示す内燃機関１は、４サイクル・ディーゼルエンジンである。また、本実施例における内燃機関１が搭載される車両はエコノミーランニング（エコラン）車である。

内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という）３が備えられている。ＮＯｘ触媒３は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。なお、本実施例におけるＮＯｘ触媒３は、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタに担持されている。

さらに、本実施例では、ＮＯｘ触媒３よりも上流の排気通路２を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する燃料添加弁４を備えている。ここで、燃料添加弁４は、後述するＥＣＵ２０からの信号により開弁して燃料を噴射する。そして、燃料添加弁４から排気通路２内へ噴射された燃料は、排気通路２の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにすると共に、該ＮＯｘ触媒３に吸蔵されていたＮＯｘを還元する。

また、ＮＯｘ触媒３には、該ＮＯｘ触媒３の触媒床温ＴＨｃを検出する床温検出センサ５が取り付けられている。また、ＮＯｘ触媒３よりも下流の排気通路２には、該排気通路３内を流れる排気の空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ６が取り付けられている。また、空燃比センサ６には該空燃比センサ６を昇温するためのヒータ７が付設されている。

さらに、内燃機関１には、該内燃機関１の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁８が備えられている。なお、床温検出センサ５は、ＮＯｘ触媒３の上流側又は下流側に取り付けられていても良い。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を始動するスタータモータ９が取付けられている。スタータモータ９はバッテリ（不図示）から供給される電力によって駆動される。スタータモータ９の駆動軸にはピニオンギヤ（不図示）が取付けられており、このピニオンギヤにより内燃機関１のクランクシャフト（不図示）の一端に取り付けられているリングギヤ（不図示）が駆動される。これにより内燃機関１がクランキングされることで、該内燃機関１が始動する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

また、ＥＣＵ２０には、上記センサの他、アクセルペダルの踏み込み量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ１１、ブレーキペダルの踏み込み量に応じた電気信号を出力するブレーキ開度センサ１２、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１３、車両の速度（車速）に応じた電気信号を出力する車速センサ１４、シフトレバーの位置を検出するシフトポジションセンサ１５が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。

一方、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁８、燃料添加弁４、ヒータ７、及びスタータモータ９が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ２０によりこれらが制御される。すなわち、ＥＣＵ２０は燃料噴射弁８及び燃料添加弁４の開閉時期、開弁期間等を制御することが
できる。

また、ＥＣＵ２０は図示しない電源からヒータ７に通電を行うことでヒータ７を加熱し、その熱によって空燃比センサ６を昇温させることができる。更に、ＥＣＵ２０はヒータ７への通電量を制御することが可能であり、これにより空燃比センサ６の温度を制御することができる。また、ＥＣＵ２０はスタータモータ９の駆動軸を駆動することによって内燃機関１を始動することができる。

本実施例において、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されているＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理を実施する場合、ＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比（以下、「流入排気空燃比」という）を目標空燃比に向けて比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。

例えば、ＮＯｘ還元処理は、ＥＣＵ２０が内燃機関１の運転履歴からＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量を推定し、推定されたＮＯｘ吸蔵量が予め設定された閾値以上である場合に行われる。ここでの閾値とは、ＮＯｘ触媒３が吸蔵可能なＮＯｘ量から所定のマージン分だけ減じた値であり、ＮＯｘ吸蔵量がこの値以上になった場合にＮＯｘ還元処理を実行すべきと判断できる値である。

また、上記リッチスパイク制御はＮＯｘ還元処理を行うときのほかに、ＮＯｘ触媒３の硫黄被毒（ＳＯｘ被毒）を回復させるＳＯｘ被毒回復処理を行うとき、又はパティキュレートフィルタの温度を上昇させて該フィルタに堆積したＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理を行うときにも実行される。

次に、本実施例における内燃機関１の自動停止及び再始動にかかる制御について説明する。本実施例における内燃機関１が搭載される車両はエコラン車であり、交差点での信号待ちのように車両が一時的に停車する場合には内燃機関１を自動停止させ、車両が再発進する場合には自動的に内燃機関１を再始動させるアイドリングストップ制御が行われる。

ここで、アイドリングストップ制御はＥＣＵ２０によって実行される制御である。アイドリングストップ制御の実行条件であるアイドリングストップ条件は、イグニッションがＯＮの状態で、例えば車速センサ１４からの車速検知信号によって車速が「０」であることが検知され、且つブレーキ開度センサ１２からのブレーキペダル踏み込み信号によってブレーキペダルの踏み込み操作がなされていることが検知された場合に成立する。アイドリングストップ条件が成立すると、ＥＣＵ２０は燃料噴射弁８に指令を出し、燃料噴射を停止（フューエルカット）させることで内燃機関１を停止させる。本実施例においてはアイドリングストップ条件が本発明における自動停止条件に相当する。

一方、ＥＣＵ２０は、内燃機関１が自動停止している状態でアイドリングストップ解除条件が成立すると内燃機関１を再始動させる。アイドリングストップ解除条件は、上記アイドリングストップ条件が成立した後に、ブレーキ開度センサ１２からのブレーキペダル踏み込み解除信号によってブレーキペダルの踏み込み解除操作がされたことが検知されることで成立する。アイドリングストップ解除条件が成立するとは、言い換えるとアイドリングストップ条件が成立後、当該条件が成立しない状態に移行することを意味する。

アイドリングストップ解除条件が成立すると（自動停止条件の解除に相当）、ＥＣＵ２０は燃料噴射弁８の燃料噴射動作を開始する制御を行うとともにスタータモータ９を作動させてクランキングを行い、内燃機関１を再始動させる。本実施例においては、アイドリングストップ制御を実行するＥＣＵ２０が本発明における自動制御手段に相当する。

ここで、図２は、アイドリングストップ中及び内燃機関１の再始動後におけるＮＯｘ触媒の触媒床温ＴＨｃの時間推移を例示したタイムチャートである。横軸に示した時間ＴＭｉｓｓはアイドリングストップ条件が成立した時点を表し、時間ＴＭｉｓｅはアイドリングストップ解除条件が成立した時点を表す。また、縦軸には触媒床温ＴＨｃを示しており、符号ＴＨｃａはＮＯｘ触媒３の活性温度（以下、「触媒活性温度」という）を表すものである。なお、アイドリングストップ中とは、内燃機関１が自動停止されている最中であることを意味する。

時間ＴＭｉｓｓにおいてアイドリングストップ制御の実施に伴い、内燃機関１が自動停止されることで高温の排気が排出されなくなると、図示のように触媒床温ＴＨｃは徐々に低下してゆく。そして、車両の停車時間が長引く等、アイドリングストップが長期に亘り継続されると触媒床温ＴＨｃが触媒活性温度ＴＨｃａよりも低い温度まで低下し、ＮＯｘ触媒３は活性状態から不活性状態に移行する。

そして、時間ＴＭｉｓｅにおいてアイドリングストップが解除され内燃機関１が再始動されると、該内燃機関１からは高温の排気の排出が開始されるため触媒床温ＴＨｃは上昇してゆく。そして、触媒床温ＴＨｃが触媒活性温度ＴＨｃａ以上に上昇する時間（以下、「触媒活性開始時間」という）ＴＭｃａにＮＯｘ触媒３は不活性状態から活性状態に移行する。

図２を参照して、リッチスパイク制御が行われる時期について考える。ここでは、ＮＯｘ触媒３に対するＮＯｘ還元処理にかかるリッチスパイク制御を例として説明する。リッチスパイク制御は、燃料添加弁４から添加した還元剤としての添加燃料と、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＮＯｘとの間で酸化還元反応を起こさせるため、リッチスパイク制御は少なくとも触媒床温ＴＨｃが触媒活性温度ＴＨｃａ以上となっている状態で行う必要がある。

従って、図示のように時間ＴＭｉｓｅにおいて触媒床温ＴＨｃが触媒活性温度ＴＨｃａよりも低い場合には、少なくともＮＯｘ触媒３が活性する触媒活性開始時間ＴＭｃａ以降にリッチスパイク制御が行われることになる。

本実施例では、リッチスパイク制御が行われる際に空燃比センサ６によって排気の空燃比が検出される。そして、この空燃比センサ６の検出値に基づいて流入排気空燃比が目標空燃比となるように燃料添加弁４による燃料添加量のフィードバック制御が行われる。従って、本実施例における空燃比センサ６による空燃比の検出は、少なくともＮＯｘ触媒３が活性している状態で行われると言うこともできる。

ところで、空燃比センサ６はセンサ素子が低温となると不活性状態となり正常に作動することが困難となる。従って、リッチスパイク制御の実行時に排気の空燃比を検出するためには、空燃比センサ６の温度（以下、「空燃比センサ温度」という）ＴＨｓｅを例えば６５０乃至７５０℃程度の活性温度（以下、「センサ活性温度」という）ＴＨｓｅａに維持する必要がある。

これに対し、内燃機関１の自動停止後においても空燃比センサ温度ＴＨｓｅをセンサ活性温度ＴＨｓｅａに維持すれば良いとも考えられるが、この場合にはヒータ７への通電量が過大となるという背反が生じる。

そこで、本実施例においては、ＥＣＵ２０はアイドリングストップ中における空燃比センサ温度の目標値（以下、「目標センサ温度」という）ＴＨｓｅｔを、ヒータ７への通電量の低減と内燃機関１の再始動後における空燃比の検出要求に対する応答性の確保とを両立できるように設定する。以下、アイドリングストップ中における目標センサ温度ＴＨｓ
ｅｔについて詳しく説明する。本実施例においては目標センサ温度ＴＨｓｅｔが本発明における目標温度に相当する。

ここで、内燃機関１が再始動される時間ＴＭｉｓｅから空燃比センサ６に対して空燃比の検出要求が初めて出されるまでの期間を検出非要求期間ΔＴＭと称する。本実施例では、アイドリングストップ条件が成立して内燃機関１を自動停止させる場合に、ＥＣＵ２０は検出非要求期間ΔＴＭを推定する。そして、内燃機関１のアイドリングストップ中における目標センサ温度ＴＨｓｅｔを検出非要求期間に基づいて設定することとした。本実施例においては検出非要求期間ΔＴＭを推定するＥＣＵ２０が本発明における期間推定手段に相当する。

次に、アイドリングストップ中の触媒床温ＴＨｃと検出非要求期間ΔＴＭと目標センサ温度ＴＨｓｅｔの関係について説明する。ここで、同じ時刻（例えば、時間ＴＭｉｓｅ）における触媒床温ＴＨｃが高い場合と低い場合とにおける検出非要求期間ΔＴＭについて比較する。まず、上記触媒床温ＴＨｃが低い場合には該触媒床温ＴＨｃが触媒活性温度ＴＨｃａまで上昇するまでに時間が掛かる（つまり時間ＴＭｉｓｅから触媒活性開始時間ＴＭｃａまでの期間が長くなる）。ここで、空燃比センサ６に対する空燃比の検出要求は少なくとも少なくとも触媒活性開始時間ＴＭｃａ以降に出されるため、アイドリングストップ中の触媒床温ＴＨｃが低い場合には、高い場合と比較して検出非要求期間ΔＴＭが長くなる。

ここで、図３は、アイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃ、検出非要求期間ΔＴＭ、目標センサ温度ＴＨｓｅｔの関係を例示したマップである。図中には検出非要求期間ΔＴＭを破線で示し、目標センサ温度ＴＨｓｅｔを実線で示す。本実施例では、図示のようにアイドリングストップ中の触媒床温ＴＨｃが低いほど、検出非要求期間ΔＴＭをより長い期間として推定される。

次に、検出非要求期間ΔＴＭと目標センサ温度ＴＨｓｅｔとの関係について説明する。検出非要求期間ΔＴＭは空燃比センサ６に対して空燃比の検出要求が出されないため、空燃比センサ温度ＴＨｓｅをセンサ活性温度ＴＨｓｅａまで上昇させて空燃比センサ６を活性させる時期は、検出非要求期間ΔＴＭが長くなるほど遅らせることができる。そこでアイドリングストップ中における目標センサ温度ＴＨｓｅｔは、検出非要求期間ΔＴＭが長いほどより低温側に設定される。

従って、本実施例では、アイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃがより低いほど、検出非要求期間ΔＴＭがより長く推定され、目標センサ温度ＴＨｓｅｔがより低温側に設定される。そして、空燃比センサ温度ＴＨｓｅがＥＣＵ２０によって設定された目標センサ温度ＴＨｓｅｔとなるようにヒータ７への通電量が制御される。

これによれば、アイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃが高いほど目標センサ温度ＴＨｓｅｔがより高温側に設定されるので、検出非要求期間ΔＴＭがより短くなる場合においても空燃比センサ６に対して空燃比の検出要求が出されるまでに確実に同センサ６を活性させることができる。つまり、空燃比の検出要求への応答性を好適に確保することができる。

また、触媒床温ＴＨｃが低いほど目標センサ温度ＴＨｓｅｔがより低温側に設定されるので、空燃比の検出要求への応答性を確保しつつヒータ７への通電量を低減できる。なお、図３に示した触媒床温ＴＨｃと検出非要求期間ΔＴＭ、目標センサ温度ＴＨｓｅｔの関係は直線的に表されているが曲線的に表されていても良く、これらの関係は予め実験等により求めることができる。

また、アイドリングストップ中の触媒床温ＴＨｃが低下するに従って、検出非要求期間ΔＴＭの推定値は段階的に変更されても良いし、連続的に変更されても良い。これに伴い、アイドリングストップ中の触媒床温ＴＨｃが低下するに従って、目標センサ温度ＴＨｓｅｔの設定も段階的に変更されても良いし、連続的に変更されても良い。

次に、ＥＣＵ２０がアイドリングストップ中における空燃比センサ温度ＴＨｓｅの制御に係るルーチンについて説明する。図４は、本実施例における制御ルーチンを示したフローチャートである。本実施例においては本ルーチンを実行するＥＣＵ２０が本発明における期間推定手段、温度制御手段に相当する。

本ルーチンが実行されると、まずステップＳ１０１では、アイドリングストップ中か否かが判定される。アイドリングストップ制御の実行条件、解除条件等については既述のため、その説明は省略する。本ステップにおいて肯定判定された場合（アイドリングストップ中であると判定された場合）には、ステップＳ１０２に進み、否定判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０２では、床温検出センサ５の出力値に基づいて触媒床温ＴＨｃを検出する。続くステップＳ１０３では、図３で説明したマップを参照し、触媒床温ＴＨｃに基づいて検出非要求期間ΔＴＭが推定され、検出非要求期間ΔＴＭの推定値に基づいて目標センサ温度ＴＨｓｅｔが演算される。触媒床温ＴＨｃに基づいて直接的に目標センサ温度ＴＨｓｅｔを求めても良い。

ステップＳ１０４では、空燃比センサ温度ＴＨｓｅが目標センサ温度ＴＨｓｅｔとなるようにヒータ７への通電量が制御される。本ステップの処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

本制御によれば、アイドリングストップ中のヒータ７への通電量の低減と内燃機関１の再始動後における空燃比の検出要求に対する応答性の確保とを両立できる。また、本ルーチンは所定期間毎に繰り返し実行されるため、アイドリングストップの継続期間が長くなるほど、ステップＳ１０３の処理で求められる目標センサ温度ＴＨｓｅｔは経時と共に低温側に移行していく。これは、アイドリングストップ中に触媒床温ＴＨｃが経時的に低下するに従って、目標センサ温度ＴＨｓｅｔの設定値もより低温側に更新されてゆくからである。従って、本制御を実施することによるヒータ７への通電量の低減効果は、アイドリングストップの継続期間が長くなるほど顕著になる。

なお、本実施例では、排気通路２に排気浄化触媒としての吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が配置される場合を例として説明したがこれに限定されるものではない。例えば、酸化触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒等、触媒の種類が相違していても本発明の適用が阻害されることはない。

次に、本実施の形態における実施例２について説明する。なお、本実施例に係る内燃機関１及びその排気系は実施例１と同一であり、その説明は省略する。以下、本実施例のアイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃと目標センサ温度ＴＨｓｅｔとの関係について、図５を参照して説明する。

図５は、アイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃ、検出非要求期間ΔＴＭ、目標センサ温度ＴＨｓｅｔの関係を例示した第二のマップである。図中には図３と同様に検出非要求期間ΔＴＭを破線で示し、目標センサ温度ＴＨｓｅｔを実線で示した。

まず、図５に示した第二のマップと図３に示したマップとにおける第一の相違点について説明する。図中の横軸に示した符号ＴＨｃｂは、基準温度ＴＨｃｂを表すものである。基準温度ＴＨｃｂは、アイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃがこの温度以上である場合には、検出非要求期間ΔＴＭが過度に短くなると判断される触媒温度である。すなわち、この場合には、内燃機関１の再始動後、直ちに空燃比の検出要求が出される可能性が高いことを意味する。

本実施例では、基準温度ＴＨｃｂとして触媒活性温度ＴＨｃａを採用することとした。アイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃが触媒活性温度ＴＨｃａであれば、内燃機関１の再始動直後にリッチスパイク制御が実行され得るからである。更に、アイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃが触媒活性温度ＴＨｃａ以上である場合には、検出非要求期間ΔＴＭは零として推定することとした。そして、本実施例における検出非要求期間ΔＴＭの推定値が零の場合には、目標センサ温度ＴＨｓｅｔはセンサ活性温度ＴＨｓｅａ以上の温度として設定される。

これによれば、触媒床温ＴＨｃが基準温度ＴＨｃｂ（例えば、触媒活性温度ＴＨｃａ）以上である場合には、検出非要求期間ΔＴＭの推定値が零となり、目標センサ温度ＴＨｓｅｔがセンサ活性温度ＴＨｓｅａ以上の温度に設定される。その結果、いつアイドリングストップ解除条件が成立したとしても、空燃比センサ温度ＴＨｓｅがセンサ活性温度ＴＨｓｅａ以上に維持されるので、内燃機関１の再始動直後から空燃比の検出要求に対して応答することができる。

また、図５に示した第二のマップと図３に示したマップとにおける第二の相違点として、触媒床温ＴＨｃが凝縮水生成温度ＴＨｃｕ以下である場合には目標センサ温度ＴＨｓｅｔがセンサ割れ抑制温度ＴＨｓｅｕ以下となるように設定される。

アイドリングストップ中の触媒床温ＴＨｃが過度に低温となると、排気通路２内に凝縮水が生成され易くなる。そして、排気通路２内に凝縮水が生成された状態で内燃機関１が再始動されると、内燃機関１からの排気の流れによって空燃比センサ６が被水してしまう。そして、空燃比センサ温度ＴＨｓｅが高い状態で空燃比センサ６が被水してしまうと、熱衝撃によって空燃比センサ６の破損（被水割れ）が生じてしまう。

一方、凝縮水によって空燃比センサ６が被水する場合であっても、そのときの空燃比センサ温度ＴＨｓｅが十分に低ければ上述の被水割れは生じ難くなる。そこで、本実施例では、触媒床温ＴＨｃが凝縮水生成温度ＴＨｃｕ以下である場合に目標センサ温度ＴＨｓｅｔをセンサ割れ抑制温度ＴＨｓｅｕ以下の温度として設定することとした。

凝縮水生成温度ＴＨｃｕは、排気通路２内で凝縮水が生成されると判断される触媒床温ＴＨｃの上限温度である。また、センサ割れ抑制温度ＴＨｓｅｕは、アイドリングストップ中に排気通路２内に凝縮水が生成されても空燃比センサ６が被水割れを起こさないと判断できる空燃比センサ温度ＴＨｓｅの上限温度である。凝縮水生成温度ＴＨｃｕとセンサ割れ抑制温度ＴＨｓｅｕとの関係は、予め実験等に基づいて求めておくことができる。

これによれば、アイドリングストップが継続されることで排気通路２内に凝縮水が生成される場合においても、目標センサ温度ＴＨｓｅｔはセンサ割れ抑制温度ＴＨｓｅｕ以下の範囲内で設定されるので、空燃比センサ６の被水割れを抑制することができる。

なお、第二のマップにおける触媒床温ＴＨｃが凝縮水生成温度ＴＨｃｕ以下の範囲では、目標センサ温度ＴＨｓｅｔがセンサ割れ抑制温度ＴＨｓｅｕ以下の範囲内で略一定の温
度として設定される例を示しているが、これに限定される趣旨ではない。例えば鎖線で示す関係のように、目標センサ温度ＴＨｓｅｔがセンサ割れ抑制温度ＴＨｓｅｕ以下の温度として設定される場合であっても、触媒床温ＴＨｃが低いほど目標センサ温度ＴＨｓｅｔを低温側に設定することもできる。

次に、本実施の形態における実施例３について説明する。なお、本実施例に係る内燃機関１及びその排気系は実施例１と同一であり、その説明は省略する。本実施例では、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量に応じて、検出非要求期間ΔＴＭの推定と、アイドリングストップ中における目標センサ温度ＴＨｓｅｔの設定と、をより細やかに行うこととした。

図６は、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量、検出非要求期間ΔＴＭ、目標センサ温度ＴＨｓｅｔの関係を例示した第三のマップである。図中には検出非要求期間ΔＴＭを破線で示し、目標センサ温度ＴＨｓｅｔを実線で示す。ＮＯｘ触媒３に対するＮＯｘ還元処理は、ＮＯｘ吸蔵量が閾値以上となったときに行われるため、ＮＯｘ吸蔵量がより少ない方がＮＯｘ還元処理の実施時期が遅くなる。そこで、図示のように、本実施例ではＮＯｘ吸蔵量が少ないほど検出非要求期間ΔＴＭを長い期間として推定される。従って、ＮＯｘ吸蔵量が少ないほどアイドリングストップ中における目標センサ温度ＴＨｓｅｔは低温側に設定される。

図７は、アイドリングストップ中の目標センサ温度ＴＨｓｅｔの設定例を示した図である。図中では、ＮＯｘ吸蔵量が多い場合（破線）と少ない場合（実線）とを比較する。また、図５で用いた符号と同義のものは、同じ符号を付すことで説明を省略する。

図示のように、アイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃが同じ場合であってもＮＯｘ吸蔵量が少ないほど目標センサ温度ＴＨｓｅｔがより低温側に設定される。本実施例では、目標センサ温度ＴＨｓｅｔをＮＯｘ吸蔵量に応じてより細やかに設定できるので、アイドリングストップ中におけるヒータ７への通電量の低減効果をより顕著に奏することができる。

なお、本実施例ではＮＯｘ触媒３のＮＯｘ吸蔵量に応じた目標センサ温度ＴＨｓｅｔの設定方法について説明したが、その他の観点から目標センサ温度ＴＨｓｅｔを設定することもできる。リッチスパイク制御は、ＮＯｘ触媒３に対するＳＯｘ被毒回復制御や、パティキュレートフィルタに対するＰＭ再生処理が実施される場合にも実行される。

ここで、ＳＯｘ吸蔵量が少ないほど内燃機関１の再始動後におけるＳＯｘ被毒回復処理の実施時期が遅くなり、ＰＭ堆積量が少ないほど内燃機関１の再始動後におけるＰＭ再生処理の実施時期が遅くなる。そこで、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されているＳＯｘ吸蔵量が少ないほど検出非要求期間ΔＴＭをより長い期間として推定し、アイドリングストップ中における目標センサ温度ＴＨｓｅｔをより低温側に設定すると好適である。同様に、ＮＯｘ触媒３が担持されているパティキュレートフィルタに堆積しているＰＭ堆積量が少ないほど検出非要求期間ΔＴＭをより長い期間として推定し、目標センサ温度ＴＨｓｅｔをより低温側に設定しても良い。

これらによれば、ＳＯｘ吸蔵量やＰＭ堆積量に応じてアイドリングストップ中の目標センサ温度ＴＨｓｅｔをより細やかに設定することができる。これにより、内燃機関１の再始動後における空燃比の検出要求に対する応答性を確保しつつ、アイドリングストップ中におけるヒータ７への通電量を好適に低減できる。

また、実施例１乃至３において本発明の実施形態を説明したが、本発明の本旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、追加等を加え得る。例えば、本実施の形態にかかる内燃機関１はエコラン車に搭載しているが、ハイブリッド車に搭載しても良いのは勿論である。また、ハイブリッド車の場合には、車両の動力源を内燃機関１のみ、或いは内燃機関１と電気モータとの併用としている運転条件から電気モータのみを動力源とする運転条件に移行する場合にも内燃機関１の自動停止が行われる。従って、車両が走行中においても内燃機関１が自動停止される場合には本発明を適用し、自動停止中における空燃比センサ６の温度に係る制御を好適に行うことができる。

実施例１に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示した図である。 アイドリングストップ中及び内燃機関の再始動後におけるＮＯｘ触媒の触媒床温ＴＨｃの時間推移を例示したタイムチャートである。 アイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃ、検出非要求期間ΔＴＭ、目標センサ温度ＴＨｓｅｔの関係を例示したマップである。 実施例１における制御ルーチンを例示したフローチャートである。 アイドリングストップ中における触媒床温ＴＨｃ、検出非要求期間ΔＴＭ、目標センサ温度ＴＨｓｅｔの関係を例示した第二のマップである。 ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量、検出非要求期間ΔＴＭ、目標センサ温度ＴＨｓｅｔの関係を例示した第三のマップである。 アイドリングストップ中の目標センサ温度ＴＨｓｅｔの設定例を示した図である。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
４・・・燃料添加弁
５・・・床温検出センサ
６・・・空燃比センサ
７・・・ヒータ
２０・・ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
   前記排気通路に設けられる空燃比センサと、
   前記空燃比センサを昇温するヒータと、
   前記ヒータへの通電量を制御して前記空燃比センサの温度を目標温度に制御する温度制御手段と、
   前記内燃機関の自動停止条件が成立したときに該内燃機関を自動停止させ且つ該自動停止条件が解除されたときに該内燃機関を再始動させる自動制御手段と、
   前記自動制御手段が前記内燃機関を自動停止させる場合に、該内燃機関が再始動されてから前記空燃比センサに初めて空燃比の検出要求が出されるまでの検出非要求期間を推定する期間推定手段と、
   を備え、
   前記内燃機関の自動停止中における前記目標温度は、前記検出非要求期間が長いほど低温側に設定されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記空燃比の検出要求は少なくとも前記排気浄化触媒が活性している状態のときに出され、
   前記検出非要求期間は、前記内燃機関の自動停止中における前記排気浄化触媒の触媒床温が低いほど長い期間として推定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記排気浄化触媒は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を含んで構成され、
   前記検出非要求期間は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量が少ないほど長い期間として推定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の自動停止中における前記排気浄化触媒の触媒床温が凝縮水生成温度以下である場合には、前記目標温度はセンサ割れ抑制温度以下の温度として設定されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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