内燃機関の始動装置
【課題】 複数内燃機関を搭載した車両において、排気エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することができる始動装置を提供する。
【解決手段】 始動装置１は、内燃機関であるメインエンジン１０と、メインエンジン１０より小排気量のサブエンジン２０と、メインエンジン１０の排気ガスとサブエンジン２０の排気ガスとを集合させる集合部１８０を有する排気管１７０と、集合部１８０の下流に配置される排気浄化触媒４０とを備える内燃機関の始動装置であって、触媒温度に基づいて排気浄化触媒４０が活性状態であるか否かを判定するとともに、メインエンジン１０の運転状態に基づいて排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーンであるか否かを判断するエンジンＥＣＵ５０と、排気浄化触媒４０が活性状態であると判定され、かつ排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーンであると判断されたときに、サブエンジン２０を始動するスタータモータ２１とを備える。
【解決手段】 始動装置１は、内燃機関であるメインエンジン１０と、メインエンジン１０より小排気量のサブエンジン２０と、メインエンジン１０の排気ガスとサブエンジン２０の排気ガスとを集合させる集合部１８０を有する排気管１７０と、集合部１８０の下流に配置される排気浄化触媒４０とを備える内燃機関の始動装置であって、触媒温度に基づいて排気浄化触媒４０が活性状態であるか否かを判定するとともに、メインエンジン１０の運転状態に基づいて排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーンであるか否かを判断するエンジンＥＣＵ５０と、排気浄化触媒４０が活性状態であると判定され、かつ排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーンであると判断されたときに、サブエンジン２０を始動するスタータモータ２１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動装置に関し、特に、主エンジンとは別に補助エンジンを備えている複数内燃機関の始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２基のエンジンを搭載し、走行状況に応じてエンジンの一方または双方を使用して走行するようにした車両が特許文献１に記載されている。この車両によれば、主エンジンの排気は、排気マニホールドを通じてターボチャージャーのタービンに供給される。タービンから排出された排気は、排気管を通じて排気浄化触媒に供給されて浄化される。浄化された排気は、排気浄化触媒の下流に設けられた排気管からサイレンサを介して外部に放出される。一方、補助エンジンの排気は、排気マニホールドを通じて排気浄化触媒の下流に設けられた排気管に供給され、主エンジンの排気と集合された後、外部に排出される。
【特許文献１】特開平６−９３８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記車両では、補助エンジンから排出された排気ガスは排気浄化触媒の下流で主エンジンの排気ガスと集合されて外部に排出されるため、補助エンジンから排出された排気ガス中の有害ガス成分が浄化されずに外部に排出される。
【０００４】
補助エンジンの排気ガスをも浄化するには補助エンジンの排気ガスを排気浄化触媒の上流で主エンジンの排気ガスと集合させる手法が考えられる。
【０００５】
ここで、通常、エンジン始動時には、燃料の壁面付着量が増大することによる空燃比のリーン化を抑制するため、空燃比がリッチに制御される。その結果、エンジン始動時には、排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣの濃度が高くなる。補助エンジンの排気ガスと主エンジンの排気ガスを排気浄化触媒の上流側で集合し、補助エンジンの排気ガスを主エンジンの排気浄化触媒で浄化する構成とした場合、主エンジンの運転状態や排気浄化触媒の状態（活性状態や酸素吸蔵状態）によっては、補助エンジン始動時に一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣの排出量が増大し排気エミッションが悪化するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、複数内燃機関を搭載した車両において、排気エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することができる始動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の始動装置は、内燃機関である主エンジンと、主エンジンより小排気量の補助エンジンと、主エンジンの排気ガスと補助エンジンの排気ガスとを集合させる集合部を有する排気通路と、排気通路上の集合部の下流に配置される排気浄化触媒とを備える内燃機関の始動装置において、排気浄化触媒が活性状態であり、かつ排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるときに、補助エンジンを始動する始動手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の始動装置によれば、排気浄化触媒が活性状態であり、かつ排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるときに、補助エンジンが始動される。そのため、排気浄化触媒内に存在する酸素によって酸化反応が進行するので、始動時に補助エンジンから排出され、集合部を通して排気浄化触媒に流入した排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを充分に浄化することができる。その結果、排気エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することが可能となる。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の始動装置は、排気浄化触媒が活性状態であるか否かを判定する活性判定手段と、排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるか否かを判断する判断手段とを備え、始動手段が、活性判定手段により排気浄化触媒が活性状態であると判定され、かつ判断手段により排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断されたときに、補助エンジンを始動することが好ましい。
【００１０】
この場合、活性判定手段により排気浄化触媒が活性状態であると判定され、かつ判断手段により排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断されたときに補助エンジンが始動される。そのため、排気浄化触媒内で酸化反応を確実に進行させることができるので、始動時に補助エンジンから排出され、集合部を通して排気浄化触媒に流入した排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを確実に浄化することができる。
【００１１】
上記判断手段は、主エンジンが、燃料カット運転中である場合、リーン運転中である場合またはエンジン停止後所定時間経過していない場合、のいずれかの場合に排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断することが好ましい。
【００１２】
主エンジンが燃料カット運転中のときには、主エンジンに吸入された空気がそのまま排気浄化触媒に排出される。また、主エンジンがリーン運転中のときには、排気ガス中の酸素濃度が高くなる。また、主エンジン停止時には、燃料供給が停止された後エンジンが惰性で回転されることによって、空気が吸入・排出される。したがって、主エンジンがこれらの運転状態にあるときには、排気浄化触媒内に充分な量の酸素が存在していると判断することができる。
【００１３】
本発明に係る内燃機関の始動装置は、判断手段により排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断されなかった場合に、空気を導入して排気浄化触媒内の雰囲気をリーンにするリーン化手段をさらに備え、始動手段が、活性判定手段により排気浄化触媒が活性状態であると判定され、かつリーン化手段により排気浄化触媒内の雰囲気がリーンにされたときに、補助エンジンを始動することが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、排気浄化触媒内がリーン雰囲気ではない場合であっても、リーン化手段により排気浄化触媒内に空気を導入することによって、排気浄化触媒内の雰囲気を能動的にリーン化することができる。そのため、主エンジンの運転状態や排気浄化触媒の状態に拘わらず、エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することが可能となる。
【００１５】
また、上記主エンジンは車両を駆動し、補助エンジンは車両用補機を駆動することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る内燃機関の始動装置は、排気浄化触媒を活性状態にする排気浄化触媒活性手段を備え、始動手段が、排気浄化触媒活性手段により排気浄化触媒が活性状態にされた後に、補助エンジンを始動することが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、排気浄化触媒が活性状態ではない場合であっても、排気浄化触媒活性手段により排気浄化触媒を活性状態にすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、排気浄化触媒が活性状態であり、かつ排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるときに、補助エンジンを始動する構成としたので、複数内燃機関を搭載した車両において、排気エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。
【００２０】
まず、図１を用いて、本実施形態に係る始動装置１を備えた内燃機関の全体構成について説明する。
【００２１】
メインエンジン（主エンジン）１０およびサブエンジン（補助エンジン）２０は、ともにガソリンを燃料とする内燃機関である。メインエンジン１０は主として車両を駆動するためのエンジンである。サブエンジン２０は、メインエンジン１０より排気量が小さいエンジンであって、主として車両用補機（以下単に「補機」という）３０を駆動する。例えば、メインエンジン１０は、排気量が３０００ｃｃ程度の多気筒エンジンであり、サブエンジン２０は、排気量が１００〜１５０ｃｃ程度の単気筒エンジンである。また、サブエンジン２０としては、ロングストローク化や膨張比を大きくすること等により熱効率を向上させたエンジンが好適に用いられる。
【００２２】
メインエンジン１０には、インテークマニホールド１４０を介して吸気管１２０が接続されている。この吸気管１２０には、上流側からエアクリーナ１００、エアフローメータ１１０、電子制御式スロットルバルブ１３０が配設されている。また、インテークマニホールド１４０には、燃料を噴射するインジェクタ１５０が取付けられている。一方、メインエンジン１０には、エキゾーストマニホールド１６０を介して排気管１７０が接続されている。排気管１７０には、排気浄化触媒４０が配設されている。排気浄化触媒４０には、排気浄化触媒４０の温度を検出する触媒温度センサ４１が取付けられている。
【００２３】
排気浄化触媒４０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を二酸化炭素（ＣＯ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２）に清浄化するものである。
【００２４】
ここで、排気浄化触媒４０の酸素吸蔵作用について説明する。排気浄化触媒４０は、コージェライトを主成分とするハニカム構造を有している。このハニカム構造体の表面にはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコニア（ＺｒＯ２）等のコート材からなる担体層が形成され、この担体層には白金−ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）系の貴金属触媒物質が担持されている。
【００２５】
この排気浄化触媒４０は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比のときに未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）を酸化し、同時に窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有する。また、排気浄化触媒４０は、上記セリア等の成分を担持することにより、流入する排気ガス中の酸素分子を吸蔵（吸着、貯蔵）及び放出する性質（酸素吸蔵機能）を有していて、この酸素吸蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度ずれても、ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを浄化することができる。すなわち、排気浄化触媒４０は排気空燃比がリーンとなって流入する排気ガスに過剰の酸素及び窒素酸化物ＮＯｘが多量に含まれると、過剰な酸素を吸蔵すると共に窒素酸化物ＮＯｘから酸素を奪って（ＮＯｘを還元して）酸素を吸蔵し、これによりＮＯｘを浄化する。また、排気浄化触媒４０は、排気空燃比がリッチになって流入する排気ガスに炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等の未燃成分が多量に含まれると、内部に吸蔵している酸素分子をこれらの未燃成分に与えて同未燃成分を酸化し、これによりＣＯ，ＨＣを浄化する。
【００２６】
したがって、排気浄化触媒４０が酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵していると、排気空燃比がリーンとなったときに酸素を吸蔵することができないので、酸素吸蔵機能を利用したＮＯｘ浄化に寄与できなくなる。一方、排気浄化触媒４０が酸素を放出しきっていて酸素を全く吸蔵していなければ排気空燃比がリッチとなったときに酸素を放出することができないので、酸素吸蔵機能を利用したＨＣ，ＣＯ浄化に寄与できなくなる。
【００２７】
排気管１７０には、メインエンジン１０から排出された排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ４２が取付けられている。
【００２８】
エアクリーナ１００から吸入された空気は、電子制御式スロットルバルブ１３０により絞られ、インテークマニホールド１４０内を通り、メインエンジン１０に形成された各シリンダに吸入される。シリンダ内では、吸入空気とインジェクタ１５０から供給された燃料との混合気が燃焼し、燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホールド１６０へ排出される。
【００２９】
メインエンジン１０にはトランスミッション１８が接続されている。混合気が燃焼することにより発生した駆動力は、トランスミッション１８へ伝達される。トランスミッション１８に伝達された駆動力は、さらにディファレンシャル及びドライブシャフト等を介して駆動輪に伝達され、車両が駆動される。
【００３０】
サブエンジン２０には、吸気管２２０と排気管２６０が接続されている。吸気管２２０には、上流側からエアクリーナ２００、エアフローメータ２１０、電子制御式スロットルバルブ２３０、インジェクタ２５０が配設されている。また、サブエンジン２０には、サブエンジン２０をクランキングするスタータモータ２１が取付けられている。このスタータモータ２１の出力軸には、ピニオンギヤが取付けられている。一方、サブエンジン２０のフライホイールの外周には、ピニオンギヤと噛み合うリングギヤが形成されている。ピニオンギヤがリングギヤと噛み合わされるとともに、スタータモータ２１が駆動されることによって、サブエンジン２０のクランクシャフト２３が回転され、サブエンジン２０が始動される。
【００３１】
エアクリーナ２００から吸入された吸入空気は、電子制御式スロットルバルブ２３０により絞られてサブエンジン２０に形成されたシリンダに吸入される。シリンダ内では、吸入空気とインジェクタ２５０から供給された燃料との混合気が燃焼し、燃焼後の排気ガスは排気管２６０へ排出される。排気管２６０は、排気浄化触媒４０の上流に設けられている集合部１８０においてメインエンジン１０の排気管１７０と集合されている。これにより、排気管２６０に排出されたサブエンジン２０の排気ガスは、メインエンジン１０の排気ガスと集合され、排気浄化触媒４０により浄化される。
【００３２】
サブエンジン２０と集合部１８０との間には、サブエンジン２０から排出された排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ４３が取付けられている。
【００３３】
メインエンジン１０のクランクシャフト１２には、電磁的にその解放及び係合を行うことができる電磁クラッチ１３を介してメインクランクプーリー１４が接続されている。電磁クラッチ１３は駆動力断続手段として機能する。電磁クラッチ１３が係合された場合、メインエンジン１０から出力された駆動力は、電磁クラッチ１３を介してメインクランクプーリー１４に伝達される。
【００３４】
一方、サブエンジン２０のクランクシャフト２３には、サブクランクプーリー２４が接続されている。サブエンジン２０から出力された駆動力は、サブクランクプーリー２４に伝達される。本実施形態において、サブクランクプーリー２４には、大径プーリー２４ａと大径プーリー２４ａより直径の小さい小径プーリー２４ｂとを備えたダブルプーリーを用いた。
【００３５】
小径プーリー２４ｂとメインクランクプーリー１４にはベルトＢ１が掛けられており、ベルトＢ１により小径プーリー２４ｂとメインクランクプーリー１４との間、すなわちサブエンジン２０とメインエンジン１０との間で駆動力の伝達が行われる。
【００３６】
補機３０にはプーリー３２が取付けられている。プーリー３２にはベルトＢ２が掛けられており、大径プーリー２４ａが回転されることによりプーリー３２が回転され、補機３０が駆動される。なお、ベルトＢ２により駆動される補機３０としては、オルタネータ（発電機）、ウォーターポンプ、パワーステアリングポンプ、エアコンコンプレッサ等があるが、図１においては簡単のため一の補機のみを示し、他の補機類の図示を省略した。
【００３７】
メインエンジン１０およびサブエンジン２０の運転は、電子制御装置（以下「エンジンＥＣＵ」という）５０によって制御される。エンジンＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、このマイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭおよびバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等によって構成されている。
【００３８】
エンジンＥＣＵ５０には、上述した電磁クラッチ１３、エアフローメータ１１０，２１０、電子制御式スロットルバルブ１３０，２３０、インジェクタ１５０，２５０の他、スタータモータ２１に対する電力供給を断続するスタータリレー５１やクランクポジションセンサなどの各種センサが接続されている。
【００３９】
また、エンジンＥＣＵ５０は、電磁クラッチ１３の解放並びに係合を行うドライバ、スタータリレー５１の駆動回路、インジェクタ１５０，２５０を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、および電子制御式スロットルバルブ１３０，２３０を開閉する電動モータを駆動するモータドライバ等を備えている。
【００４０】
エンジンＥＣＵ５０は、後述する所定の条件が成立したときに、スタータモータ２１を駆動してサブエンジン２０を始動する。すなわち、スタータモータ２１およびエンジンＥＣＵ５０は、始動手段として機能する。また、エンジンＥＣＵ５０は、各種センサからの出力値に基づいて、燃料噴射量や点火時期などの最適値を算出し、算出した値に基づいて、メインエンジン１０およびサブエンジン２０の運転を総合的に制御する。
【００４１】
排気浄化触媒４０は、触媒温度が所定の活性化温度（例えば３００℃）以上にならないと触媒作用が発揮されない。エンジンＥＣＵ５０は、触媒温度センサ４１により検出された触媒温度に基づいて、排気浄化触媒４０が活性状態であるか否かを判断する。すなわち、触媒温度センサ４１およびエンジンＥＣＵ５０は活性判定手段として機能する。また、エンジンＥＣＵ５０は、メインエンジン１０の運転状態に基づいて、排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーンであるか否かを判断する。すなわち、エンジンＥＣＵ５０は、判断手段としても機能する。
【００４２】
次に、図２を用いて、始動装置１の動作について説明する。図２は、始動装置１によるサブエンジン始動制御の処理手順（第１の制御形態）を示すフローチャートである。この処理は、エンジンＥＣＵ５０によって行われるものであり、車両の電源がオンされてからオフされるまでの間、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００４３】
ステップＳ１００では、サブエンジン２０の始動要求が発生したか否かについての判断が行われる。ここで、サブエンジン２０の始動要求が発生していない場合には、本処理から一旦抜ける。一方、サブエンジン２０の始動要求が発生している場合には、ステップＳ１０２に処理が移行する。なお、例えば、サブエンジン２０による補機駆動要求があったとき等に、サブエンジン２０の始動要求が発生する。
【００４４】
ステップＳ１０２では、排気浄化触媒４０の触媒温度が所定の活性温度（例えば３００℃）以上であるか否かについて、すなわち排気浄化触媒４０が活性状態であるか否かについての判断が行われる。ここで、触媒温度が活性温度より低い場合、すなわち排気浄化触媒４０が不活性状態である場合には、サブエンジン２０を始動することなく、本処理から一旦抜ける。一方、触媒温度が活性温度以上の場合、すなわち排気浄化触媒４０が活性状態である場合には、ステップＳ１０４に処理が移行する。
【００４５】
ステップＳ１０４では、メインエンジン１０が燃料カット運転中であるか否かについての判断が行われる。ここで、メインエンジン１０が燃料カット運転中である場合には、ステップＳ１１６に処理が移行する。一方、メインエンジン１０が燃料カット運転中でない場合には、ステップＳ１０６に処理が移行する。
【００４６】
ステップＳ１０６では、メインエンジン１０がリーン運転中であるか否かについての判断が行われる。ここで、メインエンジン１０がリーン運転中である場合には、ステップＳ１１６に処理が移行する。一方、メインエンジン１０がリーン運転中でない場合には、ステップＳ１０８に処理が移行する。
【００４７】
ステップＳ１０８では、メインエンジン１０が停止した後所定時間（例えば５分）経過したか否かについての判断が行われる。ここで、メインエンジン１０停止後所定時間経過していない場合には、ステップＳ１１６に処理が移行する。一方、メインエンジン１０が停止した後、所定時間経過しているときには、ステップＳ１１０に処理が移行する。
【００４８】
ステップＳ１１０では、電磁クラッチ１３に電力が供給され、電磁クラッチ１３が係合される。電磁クラッチ１３が係合されることにより、メインエンジン１０から出力された駆動力が、電磁クラッチ１３およびベルトＢ１を介してサブエンジン２０に伝達される。その結果、伝達されたメインエンジン１０の駆動力によってサブエンジン２０が駆動される。
【００４９】
続くステップＳ１１２では、電子制御式スロットルバルブ２３０が全開状態になるまで開弁される。このとき、サブエンジン２０への燃料供給は停止されている（ステップ１１４）。スロットルバルブ２３０が全開にされると共に燃料供給がカットされた状態で、サブエンジン２０が駆動されることにより、サブエンジン２０は、排気浄化触媒４０に空気を圧送する空気ポンプとして動作する。このように、電磁クラッチ１３、ベルトＢ１および電子制御式スロットルバルブ２３０は、リーン化手段として機能する。
【００５０】
ステップＳ１０４でメインエンジン１０が燃料カット運転中であると判断された場合、ステップＳ１０６でメインエンジン１０がリーン運転中であると判断された場合、ステップＳ１０８でメインエンジン１０停止後所定時間経過していないと判断された場合、およびステップＳ１１０〜Ｓ１１４においてサブエンジン２０によって排気浄化触媒４０に空気が圧送された場合、のいずれかの場合には、ステップＳ１１６において、サブエンジン２０が停止中であるか否かについての判断が行われる。ここで、サブエンジン２０が稼動中である場合には、本処理から一旦抜ける。一方、サブエンジン２０が停止中である場合には、ステップＳ１１８に処理が移行する。
【００５１】
ステップＳ１１８では、スタータモータ２１のピニオンギヤとサブエンジン２０のリングギヤとが噛み合わされるとともに、スタータリレー５１がオンされてスタータモータ２１が駆動されることにより、サブエンジン２０がクランキングされる。そして、クランキングに合わせて、燃料供給と点火とが開始され、サブエンジン２０が始動される。
【００５２】
本実施形態によれば、排気浄化触媒４０が活性状態であり、かつメインエンジン１０が燃料カット運転中である場合に、サブエンジン２０が始動される。メインエンジン１０が燃料カット運転中のときには、主エンジンに吸入された空気がそのまま排気浄化触媒に排出されるので、排気ガス中の酸素濃度が非常に高い。また、排気浄化触媒４０の酸素吸蔵量も多い。このように、燃料カット運転中は、排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気に保持されるので、始動時にサブエンジン２０から排出された排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを充分に浄化することができる。その結果、排気エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、排気浄化触媒４０が活性状態であり、かつメインエンジン１０がリーン運転中である場合に、サブエンジン２０が始動される。メインエンジン１０がリーン運転中のときには、排気ガス中の酸素濃度が高く、また、排気浄化触媒４０の酸素吸蔵量も多い。このように、リーン運転中は、排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気に保持されるので、始動時にサブエンジン２０から排出された排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを充分に浄化することができる。その結果、排気エミッションの悪化を抑制しつつサブエンジン２０を始動することが可能となる。
【００５４】
さらに、本実施形態によれば、排気浄化触媒４０が活性状態であり、かつメインエンジン１０が停止後所定時間経過していない場合に、サブエンジン２０が始動される。メインエンジン１０が停止する時には、燃料供給が停止された後エンジンが惰性で回転されることによって、空気が吸入・排出される。そのため、排気浄化触媒４０には充分な量の酸素が吸蔵される。このように、エンジン停止後は、排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気に保持されるので、始動時にサブエンジン２０から排出された排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを充分に浄化することができる。その結果、排気エミッションの悪化を抑制しつつサブエンジン２０を始動することが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態では、メインエンジン１０の運転状態から排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気ではないと推定される場合には、スロットルバルブ２３０が全開にされると共に燃料供給がカットされた状態で、サブエンジン２０が駆動される。サブエンジン２０により排気浄化触媒４０に空気が圧送されることにより、排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気にされる。そのため、メインエンジン１０の運転状態や排気浄化触媒４０の酸素吸蔵状態などに拘わらず、エミッションの悪化を抑制しつつサブエンジン２０を始動することが可能となる。
【００５６】
上記制御形態では、排気浄化触媒４０が活性状態であり、かつ排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気であると判断されたときに、サブエンジン２０を始動した。一方、排気浄化触媒４０を能動的に活性化すると共に、排気浄化触媒４０内の雰囲気を能動的にリーン化した後、サブエンジン２０を始動することもできる。図３は、この制御形態（第２の制御形態）のフローチャートである。次に、図３を用いて、サブエンジン始動制御の第２の制御形態を説明する。
【００５７】
ステップＳ２００では、サブエンジン２０の始動要求が発生したか否かについての判断が行われる。ここで、サブエンジン２０の始動要求が発生していない場合には、本処理から一旦抜ける。一方、サブエンジン２０の始動要求が発生している場合には、ステップＳ２０２に処理が移行する。
【００５８】
ステップＳ２０２では、メインエンジン１０がストイキ又はリッチ運転中であるか否かについての判断が行われる。ここで、メインエンジン１０がストイキ又はリッチ運転中である場合には、ステップＳ２０４に処理が移行する。一方、メインエンジン１０がストイキ又はリッチ運転中でない場合、すなわちメインエンジン１０がリーン運転中である場合には、本処理から一旦抜ける。
【００５９】
ステップＳ２０４では、電磁クラッチ１３に電力が供給され、電磁クラッチ１３が係合される。電磁クラッチ１３が係合されることにより、メインエンジン１０から出力された駆動力が、電磁クラッチ１３およびベルトＢ１を介してサブエンジン２０に伝達される。その結果、伝達されたメインエンジン１０の駆動力によってサブエンジン２０が駆動される。
【００６０】
続くステップＳ２０６では、電子制御式スロットルバルブ２３０が全開状態になるまで開弁される。このとき、サブエンジン２０への燃料供給は停止されている（ステップＳ２０８）。スロットルバルブ２３０が全開にされると共に燃料供給がカットされた状態で、サブエンジン２０が駆動されることにより、サブエンジン２０は、排気浄化触媒４０に空気を圧送する空気ポンプとして動作する。
【００６１】
メインエンジン１０がストイキまたはリッチ運転され、サブエンジン２０が空気ポンプとして動作することにより、排気浄化触媒４０に炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等の未燃成分と酸素とが供給される。その結果、排気浄化触媒４０内において、未燃成分と酸素との酸化反応が促進され、反応熱によって排気浄化触媒４０が昇温されることにより、排気浄化触媒４０が活性化される。また、サブエンジン２０から排気浄化触媒４０に空気が供給されるので、排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーン化される。このように、電磁クラッチ１３、ベルトＢ１および電子制御式スロットルバルブ２３０は、排気浄化触媒活性手段として機能する。
【００６２】
次に、ステップＳ２１０では、所定時間経過したか否かについての判断が行われる。ここで、所定時間経過していない場合には、ステップＳ２０８に処理が移行し、所定時間経過するまで燃料カット運転が継続して実行される。一方、所定時間経過しているときには、ステップＳ２１２に処理が移行する。なお、この所定時間は、排気浄化触媒４０が活性化され、かつ排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーン化される時間を考慮して設定される。
【００６３】
上記ステップにおいて、排気浄化触媒４０が活性化され、かつ排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーン化された後、ステップＳ２１２では、スタータモータ２１が駆動されてサブエンジン２０がクランキングされる。そして、クランキングに合わせて、燃料供給と点火とが開始され、サブエンジン２０が始動される。
【００６４】
本制御形態によれば、排気浄化触媒４０が活性化されるとともに、排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーン化され、その後、サブエンジンが始動される。そのため、排気エミッションの悪化を抑制しつつサブエンジン２０を始動することが可能となる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、電磁クラッチ１３、ベルトＢ１および電子制御式スロットルバルブ２３０を用いてサブエンジン２０を空気ポンプとして動作させることにより排気浄化触媒４０に空気を供給したが、エアインジェクション方式やエアサクション方式の二次空気導入装置を用いてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、排気浄化触媒４０の触媒温度を触媒温度センサ４１により直接的に検出したが、メインエンジン１０の運転状態（例えば、吸入空気量、燃料供給量、点火時期、エンジン回転数等）に基づいて触媒温度を推定することもできる。
【００６７】
さらに、上記実施形態では、サブエンジン２０をスタータモータ２１で始動したが、メインエンジン１０が稼動されているときにサブエンジン２０を始動する場合には、電磁クラッチ１３を係合し、メインエンジン１０の駆動力によりサブエンジン２０を始動してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施形態に係る始動装置を備えた内燃機関の全体構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る始動装置による補助エンジン始動制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】実施形態に係る始動装置による補助エンジン始動制御の他の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１…始動装置、１０…メインエンジン、１３…電磁クラッチ、２０…サブエンジン、３０…補機、４０…排気浄化触媒、４１…触媒温度センサ、４２，４３…空燃比センサ、５０…エンジンＥＣＵ、１３０，２３０…電子制御式スロットルバルブ、１６０…エキゾーストマニホールド、１７０，２６０…エキゾーストパイプ、１８０…集合部、Ｂ１，Ｂ２…ベルト。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動装置に関し、特に、主エンジンとは別に補助エンジンを備えている複数内燃機関の始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２基のエンジンを搭載し、走行状況に応じてエンジンの一方または双方を使用して走行するようにした車両が特許文献１に記載されている。この車両によれば、主エンジンの排気は、排気マニホールドを通じてターボチャージャーのタービンに供給される。タービンから排出された排気は、排気管を通じて排気浄化触媒に供給されて浄化される。浄化された排気は、排気浄化触媒の下流に設けられた排気管からサイレンサを介して外部に放出される。一方、補助エンジンの排気は、排気マニホールドを通じて排気浄化触媒の下流に設けられた排気管に供給され、主エンジンの排気と集合された後、外部に排出される。
【特許文献１】特開平６−９３８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記車両では、補助エンジンから排出された排気ガスは排気浄化触媒の下流で主エンジンの排気ガスと集合されて外部に排出されるため、補助エンジンから排出された排気ガス中の有害ガス成分が浄化されずに外部に排出される。
【０００４】
補助エンジンの排気ガスをも浄化するには補助エンジンの排気ガスを排気浄化触媒の上流で主エンジンの排気ガスと集合させる手法が考えられる。
【０００５】
ここで、通常、エンジン始動時には、燃料の壁面付着量が増大することによる空燃比のリーン化を抑制するため、空燃比がリッチに制御される。その結果、エンジン始動時には、排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣの濃度が高くなる。補助エンジンの排気ガスと主エンジンの排気ガスを排気浄化触媒の上流側で集合し、補助エンジンの排気ガスを主エンジンの排気浄化触媒で浄化する構成とした場合、主エンジンの運転状態や排気浄化触媒の状態（活性状態や酸素吸蔵状態）によっては、補助エンジン始動時に一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣの排出量が増大し排気エミッションが悪化するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、複数内燃機関を搭載した車両において、排気エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することができる始動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の始動装置は、内燃機関である主エンジンと、主エンジンより小排気量の補助エンジンと、主エンジンの排気ガスと補助エンジンの排気ガスとを集合させる集合部を有する排気通路と、排気通路上の集合部の下流に配置される排気浄化触媒とを備える内燃機関の始動装置において、排気浄化触媒が活性状態であり、かつ排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるときに、補助エンジンを始動する始動手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の始動装置によれば、排気浄化触媒が活性状態であり、かつ排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるときに、補助エンジンが始動される。そのため、排気浄化触媒内に存在する酸素によって酸化反応が進行するので、始動時に補助エンジンから排出され、集合部を通して排気浄化触媒に流入した排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを充分に浄化することができる。その結果、排気エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することが可能となる。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の始動装置は、排気浄化触媒が活性状態であるか否かを判定する活性判定手段と、排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるか否かを判断する判断手段とを備え、始動手段が、活性判定手段により排気浄化触媒が活性状態であると判定され、かつ判断手段により排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断されたときに、補助エンジンを始動することが好ましい。
【００１０】
この場合、活性判定手段により排気浄化触媒が活性状態であると判定され、かつ判断手段により排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断されたときに補助エンジンが始動される。そのため、排気浄化触媒内で酸化反応を確実に進行させることができるので、始動時に補助エンジンから排出され、集合部を通して排気浄化触媒に流入した排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを確実に浄化することができる。
【００１１】
上記判断手段は、主エンジンが、燃料カット運転中である場合、リーン運転中である場合またはエンジン停止後所定時間経過していない場合、のいずれかの場合に排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断することが好ましい。
【００１２】
主エンジンが燃料カット運転中のときには、主エンジンに吸入された空気がそのまま排気浄化触媒に排出される。また、主エンジンがリーン運転中のときには、排気ガス中の酸素濃度が高くなる。また、主エンジン停止時には、燃料供給が停止された後エンジンが惰性で回転されることによって、空気が吸入・排出される。したがって、主エンジンがこれらの運転状態にあるときには、排気浄化触媒内に充分な量の酸素が存在していると判断することができる。
【００１３】
本発明に係る内燃機関の始動装置は、判断手段により排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断されなかった場合に、空気を導入して排気浄化触媒内の雰囲気をリーンにするリーン化手段をさらに備え、始動手段が、活性判定手段により排気浄化触媒が活性状態であると判定され、かつリーン化手段により排気浄化触媒内の雰囲気がリーンにされたときに、補助エンジンを始動することが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、排気浄化触媒内がリーン雰囲気ではない場合であっても、リーン化手段により排気浄化触媒内に空気を導入することによって、排気浄化触媒内の雰囲気を能動的にリーン化することができる。そのため、主エンジンの運転状態や排気浄化触媒の状態に拘わらず、エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することが可能となる。
【００１５】
また、上記主エンジンは車両を駆動し、補助エンジンは車両用補機を駆動することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る内燃機関の始動装置は、排気浄化触媒を活性状態にする排気浄化触媒活性手段を備え、始動手段が、排気浄化触媒活性手段により排気浄化触媒が活性状態にされた後に、補助エンジンを始動することが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、排気浄化触媒が活性状態ではない場合であっても、排気浄化触媒活性手段により排気浄化触媒を活性状態にすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、排気浄化触媒が活性状態であり、かつ排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるときに、補助エンジンを始動する構成としたので、複数内燃機関を搭載した車両において、排気エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。
【００２０】
まず、図１を用いて、本実施形態に係る始動装置１を備えた内燃機関の全体構成について説明する。
【００２１】
メインエンジン（主エンジン）１０およびサブエンジン（補助エンジン）２０は、ともにガソリンを燃料とする内燃機関である。メインエンジン１０は主として車両を駆動するためのエンジンである。サブエンジン２０は、メインエンジン１０より排気量が小さいエンジンであって、主として車両用補機（以下単に「補機」という）３０を駆動する。例えば、メインエンジン１０は、排気量が３０００ｃｃ程度の多気筒エンジンであり、サブエンジン２０は、排気量が１００〜１５０ｃｃ程度の単気筒エンジンである。また、サブエンジン２０としては、ロングストローク化や膨張比を大きくすること等により熱効率を向上させたエンジンが好適に用いられる。
【００２２】
メインエンジン１０には、インテークマニホールド１４０を介して吸気管１２０が接続されている。この吸気管１２０には、上流側からエアクリーナ１００、エアフローメータ１１０、電子制御式スロットルバルブ１３０が配設されている。また、インテークマニホールド１４０には、燃料を噴射するインジェクタ１５０が取付けられている。一方、メインエンジン１０には、エキゾーストマニホールド１６０を介して排気管１７０が接続されている。排気管１７０には、排気浄化触媒４０が配設されている。排気浄化触媒４０には、排気浄化触媒４０の温度を検出する触媒温度センサ４１が取付けられている。
【００２３】
排気浄化触媒４０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を二酸化炭素（ＣＯ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２）に清浄化するものである。
【００２４】
ここで、排気浄化触媒４０の酸素吸蔵作用について説明する。排気浄化触媒４０は、コージェライトを主成分とするハニカム構造を有している。このハニカム構造体の表面にはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコニア（ＺｒＯ２）等のコート材からなる担体層が形成され、この担体層には白金−ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）系の貴金属触媒物質が担持されている。
【００２５】
この排気浄化触媒４０は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比のときに未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）を酸化し、同時に窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有する。また、排気浄化触媒４０は、上記セリア等の成分を担持することにより、流入する排気ガス中の酸素分子を吸蔵（吸着、貯蔵）及び放出する性質（酸素吸蔵機能）を有していて、この酸素吸蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度ずれても、ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを浄化することができる。すなわち、排気浄化触媒４０は排気空燃比がリーンとなって流入する排気ガスに過剰の酸素及び窒素酸化物ＮＯｘが多量に含まれると、過剰な酸素を吸蔵すると共に窒素酸化物ＮＯｘから酸素を奪って（ＮＯｘを還元して）酸素を吸蔵し、これによりＮＯｘを浄化する。また、排気浄化触媒４０は、排気空燃比がリッチになって流入する排気ガスに炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等の未燃成分が多量に含まれると、内部に吸蔵している酸素分子をこれらの未燃成分に与えて同未燃成分を酸化し、これによりＣＯ，ＨＣを浄化する。
【００２６】
したがって、排気浄化触媒４０が酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵していると、排気空燃比がリーンとなったときに酸素を吸蔵することができないので、酸素吸蔵機能を利用したＮＯｘ浄化に寄与できなくなる。一方、排気浄化触媒４０が酸素を放出しきっていて酸素を全く吸蔵していなければ排気空燃比がリッチとなったときに酸素を放出することができないので、酸素吸蔵機能を利用したＨＣ，ＣＯ浄化に寄与できなくなる。
【００２７】
排気管１７０には、メインエンジン１０から排出された排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ４２が取付けられている。
【００２８】
エアクリーナ１００から吸入された空気は、電子制御式スロットルバルブ１３０により絞られ、インテークマニホールド１４０内を通り、メインエンジン１０に形成された各シリンダに吸入される。シリンダ内では、吸入空気とインジェクタ１５０から供給された燃料との混合気が燃焼し、燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホールド１６０へ排出される。
【００２９】
メインエンジン１０にはトランスミッション１８が接続されている。混合気が燃焼することにより発生した駆動力は、トランスミッション１８へ伝達される。トランスミッション１８に伝達された駆動力は、さらにディファレンシャル及びドライブシャフト等を介して駆動輪に伝達され、車両が駆動される。
【００３０】
サブエンジン２０には、吸気管２２０と排気管２６０が接続されている。吸気管２２０には、上流側からエアクリーナ２００、エアフローメータ２１０、電子制御式スロットルバルブ２３０、インジェクタ２５０が配設されている。また、サブエンジン２０には、サブエンジン２０をクランキングするスタータモータ２１が取付けられている。このスタータモータ２１の出力軸には、ピニオンギヤが取付けられている。一方、サブエンジン２０のフライホイールの外周には、ピニオンギヤと噛み合うリングギヤが形成されている。ピニオンギヤがリングギヤと噛み合わされるとともに、スタータモータ２１が駆動されることによって、サブエンジン２０のクランクシャフト２３が回転され、サブエンジン２０が始動される。
【００３１】
エアクリーナ２００から吸入された吸入空気は、電子制御式スロットルバルブ２３０により絞られてサブエンジン２０に形成されたシリンダに吸入される。シリンダ内では、吸入空気とインジェクタ２５０から供給された燃料との混合気が燃焼し、燃焼後の排気ガスは排気管２６０へ排出される。排気管２６０は、排気浄化触媒４０の上流に設けられている集合部１８０においてメインエンジン１０の排気管１７０と集合されている。これにより、排気管２６０に排出されたサブエンジン２０の排気ガスは、メインエンジン１０の排気ガスと集合され、排気浄化触媒４０により浄化される。
【００３２】
サブエンジン２０と集合部１８０との間には、サブエンジン２０から排出された排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ４３が取付けられている。
【００３３】
メインエンジン１０のクランクシャフト１２には、電磁的にその解放及び係合を行うことができる電磁クラッチ１３を介してメインクランクプーリー１４が接続されている。電磁クラッチ１３は駆動力断続手段として機能する。電磁クラッチ１３が係合された場合、メインエンジン１０から出力された駆動力は、電磁クラッチ１３を介してメインクランクプーリー１４に伝達される。
【００３４】
一方、サブエンジン２０のクランクシャフト２３には、サブクランクプーリー２４が接続されている。サブエンジン２０から出力された駆動力は、サブクランクプーリー２４に伝達される。本実施形態において、サブクランクプーリー２４には、大径プーリー２４ａと大径プーリー２４ａより直径の小さい小径プーリー２４ｂとを備えたダブルプーリーを用いた。
【００３５】
小径プーリー２４ｂとメインクランクプーリー１４にはベルトＢ１が掛けられており、ベルトＢ１により小径プーリー２４ｂとメインクランクプーリー１４との間、すなわちサブエンジン２０とメインエンジン１０との間で駆動力の伝達が行われる。
【００３６】
補機３０にはプーリー３２が取付けられている。プーリー３２にはベルトＢ２が掛けられており、大径プーリー２４ａが回転されることによりプーリー３２が回転され、補機３０が駆動される。なお、ベルトＢ２により駆動される補機３０としては、オルタネータ（発電機）、ウォーターポンプ、パワーステアリングポンプ、エアコンコンプレッサ等があるが、図１においては簡単のため一の補機のみを示し、他の補機類の図示を省略した。
【００３７】
メインエンジン１０およびサブエンジン２０の運転は、電子制御装置（以下「エンジンＥＣＵ」という）５０によって制御される。エンジンＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、このマイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭおよびバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等によって構成されている。
【００３８】
エンジンＥＣＵ５０には、上述した電磁クラッチ１３、エアフローメータ１１０，２１０、電子制御式スロットルバルブ１３０，２３０、インジェクタ１５０，２５０の他、スタータモータ２１に対する電力供給を断続するスタータリレー５１やクランクポジションセンサなどの各種センサが接続されている。
【００３９】
また、エンジンＥＣＵ５０は、電磁クラッチ１３の解放並びに係合を行うドライバ、スタータリレー５１の駆動回路、インジェクタ１５０，２５０を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、および電子制御式スロットルバルブ１３０，２３０を開閉する電動モータを駆動するモータドライバ等を備えている。
【００４０】
エンジンＥＣＵ５０は、後述する所定の条件が成立したときに、スタータモータ２１を駆動してサブエンジン２０を始動する。すなわち、スタータモータ２１およびエンジンＥＣＵ５０は、始動手段として機能する。また、エンジンＥＣＵ５０は、各種センサからの出力値に基づいて、燃料噴射量や点火時期などの最適値を算出し、算出した値に基づいて、メインエンジン１０およびサブエンジン２０の運転を総合的に制御する。
【００４１】
排気浄化触媒４０は、触媒温度が所定の活性化温度（例えば３００℃）以上にならないと触媒作用が発揮されない。エンジンＥＣＵ５０は、触媒温度センサ４１により検出された触媒温度に基づいて、排気浄化触媒４０が活性状態であるか否かを判断する。すなわち、触媒温度センサ４１およびエンジンＥＣＵ５０は活性判定手段として機能する。また、エンジンＥＣＵ５０は、メインエンジン１０の運転状態に基づいて、排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーンであるか否かを判断する。すなわち、エンジンＥＣＵ５０は、判断手段としても機能する。
【００４２】
次に、図２を用いて、始動装置１の動作について説明する。図２は、始動装置１によるサブエンジン始動制御の処理手順（第１の制御形態）を示すフローチャートである。この処理は、エンジンＥＣＵ５０によって行われるものであり、車両の電源がオンされてからオフされるまでの間、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００４３】
ステップＳ１００では、サブエンジン２０の始動要求が発生したか否かについての判断が行われる。ここで、サブエンジン２０の始動要求が発生していない場合には、本処理から一旦抜ける。一方、サブエンジン２０の始動要求が発生している場合には、ステップＳ１０２に処理が移行する。なお、例えば、サブエンジン２０による補機駆動要求があったとき等に、サブエンジン２０の始動要求が発生する。
【００４４】
ステップＳ１０２では、排気浄化触媒４０の触媒温度が所定の活性温度（例えば３００℃）以上であるか否かについて、すなわち排気浄化触媒４０が活性状態であるか否かについての判断が行われる。ここで、触媒温度が活性温度より低い場合、すなわち排気浄化触媒４０が不活性状態である場合には、サブエンジン２０を始動することなく、本処理から一旦抜ける。一方、触媒温度が活性温度以上の場合、すなわち排気浄化触媒４０が活性状態である場合には、ステップＳ１０４に処理が移行する。
【００４５】
ステップＳ１０４では、メインエンジン１０が燃料カット運転中であるか否かについての判断が行われる。ここで、メインエンジン１０が燃料カット運転中である場合には、ステップＳ１１６に処理が移行する。一方、メインエンジン１０が燃料カット運転中でない場合には、ステップＳ１０６に処理が移行する。
【００４６】
ステップＳ１０６では、メインエンジン１０がリーン運転中であるか否かについての判断が行われる。ここで、メインエンジン１０がリーン運転中である場合には、ステップＳ１１６に処理が移行する。一方、メインエンジン１０がリーン運転中でない場合には、ステップＳ１０８に処理が移行する。
【００４７】
ステップＳ１０８では、メインエンジン１０が停止した後所定時間（例えば５分）経過したか否かについての判断が行われる。ここで、メインエンジン１０停止後所定時間経過していない場合には、ステップＳ１１６に処理が移行する。一方、メインエンジン１０が停止した後、所定時間経過しているときには、ステップＳ１１０に処理が移行する。
【００４８】
ステップＳ１１０では、電磁クラッチ１３に電力が供給され、電磁クラッチ１３が係合される。電磁クラッチ１３が係合されることにより、メインエンジン１０から出力された駆動力が、電磁クラッチ１３およびベルトＢ１を介してサブエンジン２０に伝達される。その結果、伝達されたメインエンジン１０の駆動力によってサブエンジン２０が駆動される。
【００４９】
続くステップＳ１１２では、電子制御式スロットルバルブ２３０が全開状態になるまで開弁される。このとき、サブエンジン２０への燃料供給は停止されている（ステップ１１４）。スロットルバルブ２３０が全開にされると共に燃料供給がカットされた状態で、サブエンジン２０が駆動されることにより、サブエンジン２０は、排気浄化触媒４０に空気を圧送する空気ポンプとして動作する。このように、電磁クラッチ１３、ベルトＢ１および電子制御式スロットルバルブ２３０は、リーン化手段として機能する。
【００５０】
ステップＳ１０４でメインエンジン１０が燃料カット運転中であると判断された場合、ステップＳ１０６でメインエンジン１０がリーン運転中であると判断された場合、ステップＳ１０８でメインエンジン１０停止後所定時間経過していないと判断された場合、およびステップＳ１１０〜Ｓ１１４においてサブエンジン２０によって排気浄化触媒４０に空気が圧送された場合、のいずれかの場合には、ステップＳ１１６において、サブエンジン２０が停止中であるか否かについての判断が行われる。ここで、サブエンジン２０が稼動中である場合には、本処理から一旦抜ける。一方、サブエンジン２０が停止中である場合には、ステップＳ１１８に処理が移行する。
【００５１】
ステップＳ１１８では、スタータモータ２１のピニオンギヤとサブエンジン２０のリングギヤとが噛み合わされるとともに、スタータリレー５１がオンされてスタータモータ２１が駆動されることにより、サブエンジン２０がクランキングされる。そして、クランキングに合わせて、燃料供給と点火とが開始され、サブエンジン２０が始動される。
【００５２】
本実施形態によれば、排気浄化触媒４０が活性状態であり、かつメインエンジン１０が燃料カット運転中である場合に、サブエンジン２０が始動される。メインエンジン１０が燃料カット運転中のときには、主エンジンに吸入された空気がそのまま排気浄化触媒に排出されるので、排気ガス中の酸素濃度が非常に高い。また、排気浄化触媒４０の酸素吸蔵量も多い。このように、燃料カット運転中は、排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気に保持されるので、始動時にサブエンジン２０から排出された排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを充分に浄化することができる。その結果、排気エミッションの悪化を抑制しつつ補助エンジンを始動することが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、排気浄化触媒４０が活性状態であり、かつメインエンジン１０がリーン運転中である場合に、サブエンジン２０が始動される。メインエンジン１０がリーン運転中のときには、排気ガス中の酸素濃度が高く、また、排気浄化触媒４０の酸素吸蔵量も多い。このように、リーン運転中は、排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気に保持されるので、始動時にサブエンジン２０から排出された排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを充分に浄化することができる。その結果、排気エミッションの悪化を抑制しつつサブエンジン２０を始動することが可能となる。
【００５４】
さらに、本実施形態によれば、排気浄化触媒４０が活性状態であり、かつメインエンジン１０が停止後所定時間経過していない場合に、サブエンジン２０が始動される。メインエンジン１０が停止する時には、燃料供給が停止された後エンジンが惰性で回転されることによって、空気が吸入・排出される。そのため、排気浄化触媒４０には充分な量の酸素が吸蔵される。このように、エンジン停止後は、排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気に保持されるので、始動時にサブエンジン２０から排出された排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを充分に浄化することができる。その結果、排気エミッションの悪化を抑制しつつサブエンジン２０を始動することが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態では、メインエンジン１０の運転状態から排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気ではないと推定される場合には、スロットルバルブ２３０が全開にされると共に燃料供給がカットされた状態で、サブエンジン２０が駆動される。サブエンジン２０により排気浄化触媒４０に空気が圧送されることにより、排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気にされる。そのため、メインエンジン１０の運転状態や排気浄化触媒４０の酸素吸蔵状態などに拘わらず、エミッションの悪化を抑制しつつサブエンジン２０を始動することが可能となる。
【００５６】
上記制御形態では、排気浄化触媒４０が活性状態であり、かつ排気浄化触媒４０内がリーン雰囲気であると判断されたときに、サブエンジン２０を始動した。一方、排気浄化触媒４０を能動的に活性化すると共に、排気浄化触媒４０内の雰囲気を能動的にリーン化した後、サブエンジン２０を始動することもできる。図３は、この制御形態（第２の制御形態）のフローチャートである。次に、図３を用いて、サブエンジン始動制御の第２の制御形態を説明する。
【００５７】
ステップＳ２００では、サブエンジン２０の始動要求が発生したか否かについての判断が行われる。ここで、サブエンジン２０の始動要求が発生していない場合には、本処理から一旦抜ける。一方、サブエンジン２０の始動要求が発生している場合には、ステップＳ２０２に処理が移行する。
【００５８】
ステップＳ２０２では、メインエンジン１０がストイキ又はリッチ運転中であるか否かについての判断が行われる。ここで、メインエンジン１０がストイキ又はリッチ運転中である場合には、ステップＳ２０４に処理が移行する。一方、メインエンジン１０がストイキ又はリッチ運転中でない場合、すなわちメインエンジン１０がリーン運転中である場合には、本処理から一旦抜ける。
【００５９】
ステップＳ２０４では、電磁クラッチ１３に電力が供給され、電磁クラッチ１３が係合される。電磁クラッチ１３が係合されることにより、メインエンジン１０から出力された駆動力が、電磁クラッチ１３およびベルトＢ１を介してサブエンジン２０に伝達される。その結果、伝達されたメインエンジン１０の駆動力によってサブエンジン２０が駆動される。
【００６０】
続くステップＳ２０６では、電子制御式スロットルバルブ２３０が全開状態になるまで開弁される。このとき、サブエンジン２０への燃料供給は停止されている（ステップＳ２０８）。スロットルバルブ２３０が全開にされると共に燃料供給がカットされた状態で、サブエンジン２０が駆動されることにより、サブエンジン２０は、排気浄化触媒４０に空気を圧送する空気ポンプとして動作する。
【００６１】
メインエンジン１０がストイキまたはリッチ運転され、サブエンジン２０が空気ポンプとして動作することにより、排気浄化触媒４０に炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等の未燃成分と酸素とが供給される。その結果、排気浄化触媒４０内において、未燃成分と酸素との酸化反応が促進され、反応熱によって排気浄化触媒４０が昇温されることにより、排気浄化触媒４０が活性化される。また、サブエンジン２０から排気浄化触媒４０に空気が供給されるので、排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーン化される。このように、電磁クラッチ１３、ベルトＢ１および電子制御式スロットルバルブ２３０は、排気浄化触媒活性手段として機能する。
【００６２】
次に、ステップＳ２１０では、所定時間経過したか否かについての判断が行われる。ここで、所定時間経過していない場合には、ステップＳ２０８に処理が移行し、所定時間経過するまで燃料カット運転が継続して実行される。一方、所定時間経過しているときには、ステップＳ２１２に処理が移行する。なお、この所定時間は、排気浄化触媒４０が活性化され、かつ排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーン化される時間を考慮して設定される。
【００６３】
上記ステップにおいて、排気浄化触媒４０が活性化され、かつ排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーン化された後、ステップＳ２１２では、スタータモータ２１が駆動されてサブエンジン２０がクランキングされる。そして、クランキングに合わせて、燃料供給と点火とが開始され、サブエンジン２０が始動される。
【００６４】
本制御形態によれば、排気浄化触媒４０が活性化されるとともに、排気浄化触媒４０内の雰囲気がリーン化され、その後、サブエンジンが始動される。そのため、排気エミッションの悪化を抑制しつつサブエンジン２０を始動することが可能となる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、電磁クラッチ１３、ベルトＢ１および電子制御式スロットルバルブ２３０を用いてサブエンジン２０を空気ポンプとして動作させることにより排気浄化触媒４０に空気を供給したが、エアインジェクション方式やエアサクション方式の二次空気導入装置を用いてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、排気浄化触媒４０の触媒温度を触媒温度センサ４１により直接的に検出したが、メインエンジン１０の運転状態（例えば、吸入空気量、燃料供給量、点火時期、エンジン回転数等）に基づいて触媒温度を推定することもできる。
【００６７】
さらに、上記実施形態では、サブエンジン２０をスタータモータ２１で始動したが、メインエンジン１０が稼動されているときにサブエンジン２０を始動する場合には、電磁クラッチ１３を係合し、メインエンジン１０の駆動力によりサブエンジン２０を始動してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施形態に係る始動装置を備えた内燃機関の全体構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る始動装置による補助エンジン始動制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】実施形態に係る始動装置による補助エンジン始動制御の他の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１…始動装置、１０…メインエンジン、１３…電磁クラッチ、２０…サブエンジン、３０…補機、４０…排気浄化触媒、４１…触媒温度センサ、４２，４３…空燃比センサ、５０…エンジンＥＣＵ、１３０，２３０…電子制御式スロットルバルブ、１６０…エキゾーストマニホールド、１７０，２６０…エキゾーストパイプ、１８０…集合部、Ｂ１，Ｂ２…ベルト。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関である主エンジンと、前記主エンジンより小排気量の補助エンジンと、前記主エンジンの排気ガスと前記補助エンジンの排気ガスとを集合させる集合部を有する排気通路と、前記排気通路上の前記集合部の下流に配置される排気浄化触媒と、を備える内燃機関の始動装置において、
前記排気浄化触媒が活性状態であり、かつ前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるときに、前記補助エンジンを始動する始動手段を備えることを特徴とする内燃機関の始動装置。
【請求項２】
前記排気浄化触媒が活性状態であるか否かを判定する活性判定手段と、
前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるか否かを判断する判断手段と、を備え、
前記始動手段は、前記活性判定手段により前記排気浄化触媒が活性状態であると判定され、かつ前記判断手段により前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断されたときに、前記補助エンジンを始動することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項３】
前記判断手段は、前記主エンジンが、燃料カット運転中である場合、リーン運転中である場合またはエンジン停止後所定時間経過していない場合、のいずれかの場合に前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項４】
前記判断手段により前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断されなかった場合に、空気を導入して前記排気浄化触媒内の雰囲気をリーンにするリーン化手段をさらに備え、
前記始動手段は、前記活性判定手段により前記排気浄化触媒が活性状態であると判定され、かつ前記リーン化手段により前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンにされたときに、前記補助エンジンを始動することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項５】
前記主エンジンは、車両を駆動し、前記補助エンジンは、車両用補機を駆動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項６】
前記排気浄化触媒を活性状態にする排気浄化触媒活性手段を備え、
前記始動手段は、前記排気浄化触媒活性手段により前記排気浄化触媒が活性状態にされた後に、前記補助エンジンを始動することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項１】
内燃機関である主エンジンと、前記主エンジンより小排気量の補助エンジンと、前記主エンジンの排気ガスと前記補助エンジンの排気ガスとを集合させる集合部を有する排気通路と、前記排気通路上の前記集合部の下流に配置される排気浄化触媒と、を備える内燃機関の始動装置において、
前記排気浄化触媒が活性状態であり、かつ前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるときに、前記補助エンジンを始動する始動手段を備えることを特徴とする内燃機関の始動装置。
【請求項２】
前記排気浄化触媒が活性状態であるか否かを判定する活性判定手段と、
前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであるか否かを判断する判断手段と、を備え、
前記始動手段は、前記活性判定手段により前記排気浄化触媒が活性状態であると判定され、かつ前記判断手段により前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断されたときに、前記補助エンジンを始動することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項３】
前記判断手段は、前記主エンジンが、燃料カット運転中である場合、リーン運転中である場合またはエンジン停止後所定時間経過していない場合、のいずれかの場合に前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項４】
前記判断手段により前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンであると判断されなかった場合に、空気を導入して前記排気浄化触媒内の雰囲気をリーンにするリーン化手段をさらに備え、
前記始動手段は、前記活性判定手段により前記排気浄化触媒が活性状態であると判定され、かつ前記リーン化手段により前記排気浄化触媒内の雰囲気がリーンにされたときに、前記補助エンジンを始動することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項５】
前記主エンジンは、車両を駆動し、前記補助エンジンは、車両用補機を駆動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項６】
前記排気浄化触媒を活性状態にする排気浄化触媒活性手段を備え、
前記始動手段は、前記排気浄化触媒活性手段により前記排気浄化触媒が活性状態にされた後に、前記補助エンジンを始動することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−７７６４９（Ｐ２００６−７７６４９Ａ）
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６１４６０（Ｐ２００４−２６１４６０）
【出願日】平成１６年９月８日（２００４．９．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月８日（２００４．９．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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