(57)【要約】【課題】排気浄化装置に関し、触媒装置の浄化能力を精度よく把握して排気浄化性能を向上させる。【解決手段】所定空燃比を挟んでエンジン１０の目標空燃比を振動させる制御を実施する排気浄化装置において、排気通路１３の触媒装置５よりも下流側に設けられた酸素濃度のセンサ６から出力される信号を検出し、目標空燃比に対する信号の応答時間に基づき、推定部３で触媒装置５の酸素吸蔵容量OSCを推定する。また、推定部３で推定された酸素吸蔵容量OSCに応じて、制御部４で目標空燃比のリッチボリューム及びリーンボリュームを制御する。【選択図】図１
2017115621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定空燃比を挟んでエンジンの目標空燃比を振動させる制御を実施する排気浄化装置において、
排気通路の触媒装置よりも下流側に設けられた酸素濃度のセンサから出力される信号を受け、前記目標空燃比の変化に対する前記信号の応答時間に応じて前記触媒装置の酸素吸蔵容量を推定する推定部と、
前記推定部で推定された前記酸素吸蔵容量に応じて、前記目標空燃比のリッチボリューム及びリーンボリュームを制御する制御部と
を備えたことを特徴とする、排気浄化装置。
【請求項２】
前記推定部が、前記エンジンの燃料カット制御に際し、前記目標空燃比をリッチ化した後に燃料供給を遮断した場合における、前記センサの前記信号が変化するまでの応答時間に応じて、前記酸素吸蔵容量を推定する
ことを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記推定部が、前記エンジンの燃料カット制御が開始されてから前記目標空燃比を変更した影響が前記センサに反映されるまでにかかるディレイ時間が経過した時点を基準として、前記応答時間を計測する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記酸素吸蔵容量が低下するほど、前記目標空燃比の振幅を小さくする
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御部が、前記酸素吸蔵容量が低下するほど、前記目標空燃比の前記リッチボリューム及び前記リーンボリュームの時間幅を小さくする
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記制御部が、前記酸素吸蔵容量が低下するほど、前記目標空燃比の振動周期を維持しつつ前記リッチボリューム及び前記リーンボリュームにおける時間軸方向の幅を小さくする
ことを特徴とする、請求項５記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記制御部が、前記触媒装置の温度に応じて、前記リッチボリューム及び前記リーンボリュームを増減させる
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記制御部が、エンジン冷却水の温度に応じて、前記リッチボリューム及び前記リーンボリュームを増減させる
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空燃比の振動制御を実施する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの空燃比を振動的に変化させることで、排気浄化性能を向上させる技術が知られている。例えば、ディーゼルエンジンの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とリーンな空燃比との間で周期的に振動させて、排気浄化装置の近傍で活性酸素を生成する技術が知られている（特許文献１参照）。これにより、エンジンから排出されるＰＭが排気浄化触媒で燃焼されやすくなり、排気浄化性能が向上する。
【０００３】
一方、空燃比を振動させることで排気中の酸素量や炭素量が増減することから、排気浄化装置の酸化能力や還元能力を超えるほど空燃比を振動させてしまうと、浄化性能がかえって低下しうる。そこで、排気浄化装置の浄化能力に適合するように空燃比を制御することが提唱されている。例えば、排気中の酸素を吸蔵する触媒装置の酸素吸蔵能力に応じて空燃比の振幅を制御することで、エミッションの排出を抑制する技術が提案されている。この場合、触媒装置の酸素吸蔵能力は、例えば触媒装置の下流側に設けられた酸素濃度センサの出力信号の振幅から推定される（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2010-196552号公報
【特許文献２】特開2008-063994号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、酸素濃度センサの出力信号と空燃比との対応関係は、排気温度に応じて、あるいは経時変化によって変動しうる。そのため、酸素濃度センサの出力信号の振幅に基づく推定手法では、触媒装置の酸素吸蔵能力を精度よく推定できないことがある。したがって、低精度の酸素吸蔵能力の大きさに応じて空燃比の振幅が制御されることになり、排気浄化性能が低下するおそれがある。
【０００６】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、触媒装置の浄化能力を精度よく把握して排気浄化性能を向上させることができるようにした、排気浄化装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）ここで開示する排気浄化装置は、所定空燃比を挟んでエンジンの目標空燃比を振動させる制御を実施する排気浄化装置である。本排気浄化装置は、排気通路の触媒装置よりも下流側に設けられた酸素濃度のセンサから出力される信号を受け、前記目標空燃比の変化に対する前記信号の応答時間に応じて前記触媒装置の酸素吸蔵容量を推定する推定部を備える。また、前記推定部で推定された前記酸素吸蔵容量に応じて、前記目標空燃比のリッチボリューム及びリーンボリュームを制御する制御部を備える。
【０００８】
前記リッチボリュームとは、前記目標空燃比が前記所定空燃比未満となる期間における前記所定空燃比と前記目標空燃比との偏差の積算値に相当するパラメータである。また、前記リーンボリュームとは、前記目標空燃比が前記所定空燃比以上となる期間における前記所定空燃比と前記目標空燃比との偏差の積算値に相当するパラメータである。つまり、前記リッチボリューム，前記リーンボリュームは、前記目標空燃比の前記所定空燃比からのずれの度合いを表すパラメータである。
【０００９】
（２）前記推定部が、前記エンジンの燃料カット制御に際し、前記目標空燃比をリッチ化した後に燃料供給を遮断した場合における、前記センサの前記信号が変化するまでの応答時間に応じて、前記酸素吸蔵容量を推定することが好ましい。
（３）前記推定部が、前記エンジンの燃料カット制御が開始されてから前記目標空燃比を変更した影響が前記センサに反映されるまでにかかるディレイ時間が経過した時点を基準として、前記応答時間を計測することが好ましい。
【００１０】
（４）前記制御部が、前記酸素吸蔵容量が低下するほど、前記目標空燃比の振幅を小さくすることが好ましい。すなわち、前記酸素吸蔵容量が低下するほど、前記所定空燃比と前記目標空燃比との偏差を小さくすることが好ましい。
（５）前記制御部が、前記酸素吸蔵容量が低下するほど、前記目標空燃比の前記リッチボリューム及び前記リーンボリュームの時間幅を小さくすることが好ましい。
【００１１】
（６）前記制御部が、前記酸素吸蔵容量が低下するほど、前記目標空燃比の振動周期を維持しつつ前記リッチボリューム及び前記リーンボリュームにおける時間軸方向の幅を小さくすることが好ましい。
（７）前記制御部が、前記触媒装置の温度に応じて、前記リッチボリューム及び前記リーンボリュームを増減させることが好ましい。
（８）前記制御部が、エンジン冷却水の温度に応じて、前記リッチボリューム及び前記リーンボリュームを増減させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
酸素吸蔵容量の推定精度を向上させることができ、排ガス浄化性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】排気浄化装置が適用されたエンジンの模式図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は空燃比振動制御で制御される目標空燃比のリッチボリューム及びリーンボリュームを説明するためのグラフである。
【図３】燃料カット前のリッチ化制御を説明するためのグラフであり、（Ａ）は酸素吸蔵容量とリッチ化係数Rとの関係を示すグラフ、（Ｂ）は酸素吸蔵容量とリッチ化時間Tとの関係を示すグラフである。
【図４】応答時間Xと酸素吸蔵容量との関係を示すグラフである。
【図５】（Ａ）は酸素吸蔵容量とボリューム補正係数Kとの関係を示すグラフ、（Ｂ）は触媒温度（エンジン冷却水温）と補正係数K1（K2）との関係を示すグラフである。
【図６】燃料カット制御及び空燃比振動制御の手順を示すフローチャートである。
【図７】酸素吸蔵容量の推定手順を示すフローチャートである。
【図８】空燃比振動制御の実施状態を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して、実施形態としての排気浄化装置について説明する。排気浄化装置の最小構成は、以下に説明するエンジン制御装置１のみで実現可能であるが、エンジン制御装置１及び酸素濃度センサ６を含む排気浄化システムの全体を、排気浄化装置としてもよい。あるいは、エンジン制御装置１，酸素濃度センサ６，スロットルバルブ７及びインジェクタ８を含む空燃比制御システムの全体を、排気浄化装置としてもよい。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１５】
［１．装置構成］
本実施形態の排気浄化装置は、図１に示すエンジン１０に適用される。このエンジン１０には、エンジン１０の運転中に燃料噴射を一時的に停止させる燃料カット機能と、所定空燃比を挟んで目標空燃比を振動させる空燃比振動機能とが搭載される。エンジン１０の吸気通路１１には、吸気量を制御するためのスロットルバルブ７が設けられる。また、スロットルバルブ７よりも下流側に位置する吸気ポート１２の内部には、燃料を噴射するためのインジェクタ８が設けられる。また、排気通路１３には触媒装置５が設けられ、その下流側に酸素濃度センサ６（以下、単にセンサ６と呼ぶ）が設けられる。
【００１６】
センサ６は、理論空燃比相当の酸素濃度を閾値として、センサ出力の信号電圧を二値的に変化させるスイッチング出力型のジルコニアO2センサである。センサ６から出力される信号電圧は、空燃比がリーンのときにほぼゼロとなり、空燃比がリッチのときにゼロよりも大きな所定値VRとなる特性を持つ。なお、ジルコニアO2センサのセンサ出力は温度によって変化するため、排気温度やセンサ６の温度に応じて信号電圧を補正する制御構成としてもよい。センサ６の出力信号はエンジン制御装置１に伝達され、燃料カットや空燃比振動の制御で使用される。
【００１７】
触媒装置５は、酸素吸蔵能力を持った排気浄化触媒であり、例えば酸素吸蔵材が担持された三元触媒である。酸素吸蔵材の種類は、例えばセリア系材料、セリア・ジルコニア系複合材料、セリア・ジルコニア・アルミナ系複合材料などである。酸素吸蔵材は、リーン雰囲気下で酸素を吸蔵し、その酸素をリッチ雰囲気下で脱離させる特性を持つ。このような酸素の吸蔵・脱離作用により、触媒装置５の近傍における酸素濃度が理論空燃比近傍の濃度に維持されやすくなる。したがって、触媒活性が良好となる空燃比の雰囲気が確保され、排気浄化性能（酸化還元反応性）が向上する。以下、触媒装置５の酸素吸蔵容量のことをOSC（Oxygen Storage Capacity）とも呼ぶ。
【００１８】
エンジン制御装置１（排気浄化装置）は、エンジン１０を総合的に制御するコンピュータであり、車載ネットワーク網の通信ラインに接続される。エンジン制御装置１は、例えばCPU（Central Processing Unit）、MPU（Micro Processing Unit）などのマイクロプロセッサやROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）、不揮発メモリなどを集積した電子デバイス（ECU、電子制御装置）として形成される。ここでいうプロセッサとは、例えば制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路）、キャッシュメモリ（レジスタ）等を内蔵する処理装置（プロセッサ）である。また、ROM、RAM及び不揮発メモリは、プログラムや作業中のデータが格納されるメモリ装置である。エンジン制御装置１で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてROM、RAM、不揮発メモリ、リムーバブルメディア内に記録される。また、プログラムの実行時には、プログラムの内容がRAM内のメモリ空間内に展開され、プロセッサによって実行される。
【００１９】
［２．制御］
［２−１．概要］
エンジン制御装置１は、触媒装置５の酸素吸蔵容量OSCに応じて燃料カット制御及び空燃比振動制御を実施する機能を持つ。空燃比振動制御では、酸素吸蔵容量OSCに応じて目標空燃比のリッチボリューム及びリーンボリュームが増減制御される。すなわち、酸素吸蔵容量OSCが高いほどリッチボリューム及びリーンボリュームのそれぞれが大きくなるように、あるいは酸素吸蔵容量OSCが低いほどリッチボリューム及びリーンボリュームのそれぞれが小さくなるように、目標空燃比が制御される。また、リッチボリュームの増減量は、リーンボリュームの増減量と一致するように調節される。目標空燃比の振動の形状は、図２（Ａ）中に実線で示すように、矩形波を基本形状とする。
【００２０】
リッチボリュームとは、所定空燃比を挟んで目標空燃比を振動させている状態で、目標空燃比が所定空燃比未満となる期間における、所定空燃比と目標空燃比との偏差の積算値に相当するパラメータである。また、リーンボリュームとは、目標空燃比が所定空燃比以上となる期間における、所定空燃比と目標空燃比との偏差の積算値に相当するパラメータである。つまり、リッチボリューム，リーンボリュームは、目標空燃比の所定空燃比からのずれの度合いを表すパラメータである。例えば、図２（Ａ）〜（Ｃ）中にハッチングで示すように、リッチボリューム，リーンボリュームは、所定空燃比を表す振動中心線と振幅の経時変動を表す振動曲線とで囲まれた部分の面積に相当する。
【００２１】
リッチボリューム及びリーンボリュームの制御手法として三種類の手法を説明する。
第一の手法は、目標空燃比の振動周波数を維持しつつ振幅を増減させるものである。例えば、図２（Ａ）中に実線で示す目標空燃比の振動を基準として、酸素吸蔵容量OSCが低下した場合に、目標空燃比の振動幅を小さくする〔図２（Ａ）中の破線参照〕。酸素吸蔵容量OSCの低下に合わせて目標空燃比の振幅を減少させることで、触媒装置５の近傍における実際の排気空燃比が触媒ウィンドウ（所望の排気浄化性能が得られる空燃比域）内に入りやすくなり、排気浄化性能が向上する。なお、本実施形態のエンジン制御装置１は、第一の手法を用いてリッチボリューム及びリーンボリュームを制御するものとする。
【００２２】
第二の手法は、目標空燃比の振幅を維持しつつ振動周波数を増減させるものである。例えば、図２（Ａ）中に実線で示す目標空燃比の振動を基準として、酸素吸蔵容量OSCが低下した場合に、目標空燃比の波長を小さくする〔図２（Ｂ）中の実線参照〕。なお、第一の手法と第二の手法とを併用し、振動周波数及び振幅を増減させることも可能である〔図２（Ｂ）中の破線参照〕。酸素吸蔵容量OSCの低下に合わせて目標空燃比の振動周波数を高めることで、酸素の吸蔵・脱離反応が促進され、排気浄化性能が向上する。
【００２３】
第三の手法は、目標空燃比の波形を変化させるものである。例えば、振幅がゼロとなる区間（目標空燃比が所定空燃比に一致する区間）を設けて階段波形にすることで、リッチボリューム及びリーンボリュームを変更する。この場合、目標空燃比の急変を抑制するために、目標空燃比の変化勾配をやや緩やかにしてもよいし〔図２（Ｃ）中の実線参照〕、第一の手法を併用して振幅を小さくしてもよく〔図２（Ｃ）中の破線参照〕、あるいは第二の手法を併用して振動周波数を小さくしてもよい。波形を変化させることで、酸素吸蔵容量OSCの低下に合わせて単位時間あたりのリッチボリューム及びリーンボリューム（すなわち、リッチ濃度，リーン濃度）を低下させることができる。したがって、触媒装置５での触媒反応速度に見合った酸素を供給することができ、排気浄化性能が向上する。
【００２４】
触媒装置５の酸素吸蔵容量OSCは、燃料カット制御が実施される毎に、目標空燃比の変動に対してセンサ６の出力信号がどの程度遅れて応答するかが測定され、その応答時間に応じて推定される。しかし、センサ６の出力信号の遅れは、触媒装置５に吸蔵されている酸素量に応じて変化しうる。また、触媒装置５に吸蔵されている酸素量は、燃料カット制御の直前におけるエンジン１０の運転状態によって異なる。そこで本実施形態では、燃料カット制御の開始条件が成立したときに、触媒装置５に吸蔵されている酸素を脱離させるためのリッチ化制御を実施し、その後に燃料カット制御を開始して触媒装置５の酸素吸蔵容量OSCを推定することとする。
【００２５】
また、上記のリッチ化制御に際し、前回の燃料カット制御時に推定された酸素吸蔵容量OSCを用いて、リッチ化の度合いとリッチ化時間Tとを制御する。これは、触媒装置５に吸蔵されている酸素の脱離時間や脱離特性が酸素吸蔵容量OSCに応じて変化しうるからである。酸素吸蔵容量OSCに見合ったリッチ化の度合い，リッチ化時間Tでリッチ化制御を実施することで、触媒装置５の近傍における実際の排気空燃比が極端に過濃状態となることが防止され、排気浄化性能が向上する。
【００２６】
［２−２．制御構成］
上記の空燃比振動制御，燃料カット制御，リッチ化制御を実施するための要素として、エンジン制御装置１には、燃料カット部２，推定部３，空燃比制御部４（制御部）が設けられる。これらは、エンジン制御装置１で実行されるプログラムの一部の機能を示すものであり、ソフトウェアで実現されるものとする。ただし、各機能の一部又は全部をハードウェア（電子制御回路）で実現してもよく、あるいはソフトウェアとハードウェアとを併用して実現してもよい。
【００２７】
燃料カット部２は、燃料カット制御及びリッチ化制御を実施するものである。燃料カット制御の開始条件には、少なくとも車両が減速状態（あるいは惰性走行状態）であることが含まれる。具体的な燃料カットの開始条件は任意に設定可能であり、例えば以下に示すような公知の開始条件を適用することができる。この場合、以下の条件１〜４のすべてが満たされる場合に、燃料カットの開始条件が成立したものと判断される。また、燃料カット制御の実施中に条件１〜４のいずれかが不成立になると、燃料カットの終了条件が成立したものと判断される。
【００２８】
＝燃料カットの開始条件＝
１．エンジン回転速度Nが第一速度N1以上、第二速度N2以下である（N1≦N≦N2）
２．スロットル開度が全閉状態（所定開度以下）である
３．車速Sが所定車速S1以上、第二所定車速S2以下である（S1≦S≦S2）
４．冷却水温Wが所定水温W1以上である（W≧W1）
【００２９】
燃料カット部２は、燃料カットの開始条件が成立したときに、直ちにインジェクタ８からの燃料供給を遮断するのではなく、一時的に目標空燃比をややリッチにするリッチ化制御を開始する。本実施形態のリッチ化制御の開始条件は「燃料カットの開始条件が成立すること」であり、燃料カット部２は、燃料カットの開始条件が成立するたびにリッチ化制御を実施する。ただし、燃料カットの開始条件が成立する直前までの間に、触媒装置５の近傍が十分にリッチ化されていることが予想される場合には、リッチ化制御の実施を省略してもよい。また、燃料カット制御は、リッチ化制御が終了した時点で開始される。
【００３０】
リッチ化制御におけるリッチ化の度合いは、前回の燃料カット時に推定された触媒装置５の酸素吸蔵容量OSCに応じて設定される。ここでは、リッチ化制御が開始される前の空燃比（当量比）を基準とした、リッチ化制御中の目標空燃比の倍率を表すリッチ化係数Rが酸素吸蔵容量OSCに応じて設定される。リッチ化係数Rは、酸素吸蔵容量OSCが高いほど大きな値とされる。また、リッチ化係数Rの値は、図３（Ａ）に示すように、少なくとも1.0よりも大きな値に設定される。これにより、リッチ化制御中の当量比は、リッチ化制御前と比較して増大する。
【００３１】
リッチ化時間Tは、前回の燃料カット時に推定された触媒装置５の酸素吸蔵容量OSCに応じて設定される。ここでは、図３（Ｂ）に示すように、酸素吸蔵容量OSCが新品時よりもやや低下した状態では、酸素吸蔵容量OSCが低下するに連れてリッチ化時間Tが短縮される。この設定は、酸素吸蔵容量OSCが低下するほど、触媒装置５に吸蔵されている酸素量が減少して酸素の脱離時間が短くなることに由来する。一方、酸素吸蔵容量OSCがさらに低下した状態では、酸素吸蔵容量OSCが低下するに連れてリッチ化時間Tが延長される。この設定は、酸素吸蔵容量OSCがさらに低下したときには触媒装置５の酸化還元反応性が低下している可能性があり、酸素の脱離時間が長くなるおそれがあることに由来する。
【００３２】
推定部３は、目標空燃比の変動に対するセンサ６の出力信号の応答時間Xを計測し、この応答時間Xに応じて、触媒装置５の酸素吸蔵容量OSCを推定するものである。ここでは、リッチ化制御が終了した後の燃料カット制御中に、センサ６の出力信号がリッチ相当の値からリーン相当の値へと変化するまでの応答時間Xが計測され、応答時間Xに基づいて酸素吸蔵容量OSCが推定される。推定部３は、燃料カット制御の開始時（すなわち、リッチ化制御の終了時）から所定のディレイ時間が経過した時点を基準として、出力信号の応答時間Xを計測する。
【００３３】
ディレイ時間とは、目標空燃比が変更されてからその変更の影響がセンサ６に反映されるまでにかかる時間である。例えば、スロットルバルブ７のスロットル開度やインジェクタ８の燃料噴射量を変更することで目標空燃比を変化させると、その混合気がシリンダ内で燃焼し、排気通路１３へと排出され、触媒装置５を通過してセンサ６の近傍に到達するまでに、ある程度の時間がかかる。この時間をディレイ時間と呼ぶ。
【００３４】
本実施形態では、センサ６よりも上流側における排気通路１３の体積を遅れ空気量Qedとして予め設定しておく。また、エンジン回転速度Nに応じて、排気通路１３における排ガスの流量に相当する排気流量Qを算出するとともに、その積算値を算出する。ここで、排気流量Qの積算値が遅れ空気量Qedに達するまでの時間を、ディレイ時間とする。なお、ディレイ時間の長さは、点火周期を基準として（例えば、点火周期で数周期分に相当する時間として）設定してもよい。
【００３５】
センサ６の出力信号の応答時間Xは、ディレイ時間の終了時刻からセンサ出力の信号電圧が基準電圧V1以下になるまでの時間として計測される。基準電圧V1は、センサ６の出力信号の誤差を考慮して、ゼロに近い値に設定される。このように、センサ６の基準電圧V1をリーン空燃比に相当するゼロの近傍に設定することで、出力信号に対するドリフトの影響が減少し、酸素濃度の検出精度が向上する。なぜならば、センサ６が故障していない限り、燃料カット中の酸素濃度（すなわち、外気の標準的な酸素濃度）に対してセンサ６が何らかの電圧信号を出力することはないからである。
【００３６】
触媒装置５の酸素吸蔵容量OSCは、応答時間Xが長いほど高いものと推定され、応答時間Xが短いほど低いものと推定される。応答時間Xと酸素吸蔵容量OSCとの関係は、触媒装置５及びセンサ６の特性に応じて適宜設定することができる。例えば、図４中に実線で示すように、応答時間Xと酸素吸蔵容量OSCとをリニアに対応させてもよい。あるいは、破線で示すように、応答時間Xが短縮されるに連れて、酸素吸蔵容量OSCが所定値に漸近するような対応関係を設定してもよい。なお、本実施形態の推定部３は、単位時間に触媒装置５に吸蔵される酸素量dOSを、センサ６の出力信号が基準電圧V1以下になるまで積算することで、酸素吸蔵容量OSCを推定する。酸素量dOSの値は、排気流量Qやこれに対応する吸気流量に基づいて算出される。
【００３７】
空燃比制御部４（制御部）は、空燃比振動制御を実施するものである。ここでは、目標空燃比が、所定空燃比を挟んで振動するように制御される。ここでいう所定空燃比とは、典型的には理論空燃比（Air/Fuel=14.7）であるが、エンジン１０の出力特性や触媒装置５の排気浄化特性に応じて、理論空燃比から若干ずれた空燃比（例えば、14.6や14.8など）にも設定されうる。また、目標空燃比の振動状態は、推定部３で推定された酸素吸蔵容量OSCに応じて制御される。ここでは、酸素吸蔵容量OSCが減少するに連れて、目標空燃比のリッチボリューム，リーンボリュームのそれぞれが小さくなるように、振動の振幅，振動周波数，波形が制御される。このとき、リッチボリュームの増減量は、リーンボリュームの増減量と一致するように調節される。
【００３８】
本実施形態の空燃比制御部４は、酸素吸蔵容量OSCに基づいてボリューム補正係数Kを算出し、これを目標空燃比に乗じた値に基づいてスロットルバルブ７とインジェクタ８とに制御信号を出力し、スロットル開度と燃料噴射量とを制御する。すなわち、スロットルバルブ７，インジェクタ８に出力される制御信号は、目標空燃比とボリューム補正係数Kとの乗算値に基づいて生成される。このとき、好ましくは触媒装置５の触媒温度やエンジン冷却水温に基づく補正が加えられる。
【００３９】
ボリューム補正係数Kの値は、図５（Ａ）に示すように、酸素吸蔵容量OSCが低下するほど小さな値に設定される。ボリューム補正係数Kの値は、1.0以下の値に設定される。これにより、酸素吸蔵容量OSCが低下するに連れてリッチボリューム，リーンボリュームのそれぞれが小さくなる。また、触媒装置５の触媒温度，エンジン冷却水温を考慮する場合には、図５（Ｂ）に示すように、触媒温度，エンジン冷却水温が低いほど小さな値となる補正係数K1，K2を設定し、これらの補正係数K1，K2をボリューム補正係数Kとともに目標空燃比に乗じればよい。
【００４０】
［３．フローチャート］
図６は、燃料カット制御，空燃比振動制御の制御手順を例示するフローチャートであり、図７は、酸素吸蔵容量OSCの推定手順を例示するフローチャートである。図６のフローは、例えば車両のイグニッションキースイッチ（メインスイッチ）がオンの状態において、所定周期で繰り返し実施される。また、図７のフローは燃料カット制御中に、燃料カット制御が開始される度に一回だけ実施される。これらのフロー中で使用される制御フラグFは、燃料カットの実施状態を表すものであり、燃料カットの実施中にF=1に設定される。また、制御フラグGは、センサ６の応答時間Xの計測状態を表すものであり、計測が終了したときにG=1に設定される。記号Cは、ディレイ時間を計測するためのカウンタである。
【００４１】
［３−１．燃料制御フロー］
燃料制御フローでは、燃料カット条件の判定に用いられる各種情報が取得され（ステップＡ１）、制御フラグFがF=0であることを条件として（ステップＡ２）、燃料カットの開始条件が成立するか否かが判定される（ステップＡ３）。ここで、開始条件が成立しなければ、カウンタCがC=0に設定され（ステップＡ９）、酸素吸蔵容量OSCに基づいて目標空燃比の振幅や波形が設定されて、空燃比振動制御が実施される（ステップＡ１０，Ａ１１）。
【００４２】
一方、燃料カットの開始条件が成立すると、カウンタCにC+1を代入することで時間の計測が開始され（ステップＡ４）、リッチ化時間Tが経過したか否かが判定される（ステップＡ５）。ここで、リッチ化時間Tがまだ経過していなければリッチ化制御が実行されて（ステップＡ６）、本フローは終了する。また、次回以降の演算周期でリッチ化時間Tが経過すると、リッチ化制御が終了して燃料カット制御が開始され（ステップＡ７）、制御フラグFがF=1に設定される（ステップＡ８）。
【００４３】
燃料カット制御の実施中は、フローがステップＡ２からステップＡ１２へと進み、燃料カット制御の終了条件が判定される。ここで、終了条件が成立しない場合には燃料カット制御が継続され（ステップＡ１３）、酸素吸蔵容量OSCの推定フローが実行される。一方、終了条件が成立した場合には燃料カット制御が終了し、制御フラグF，GがF=0，G=0に設定されて（ステップＡ１４，Ａ１５）、本フローは終了する。
【００４４】
［３−２．酸素吸蔵容量の推定フロー］
酸素吸蔵容量OSCの推定フローでは、制御フラグGがG=0であることを条件として（ステップＢ１）、排気流量Qが算出されるとともにその積算値が算出され（ステップＢ２）、排気流量Qの積算値が遅れ空気量Qed以上になったか否かが判定される（ステップＢ３）。この条件が不成立のときには燃料制御フローに進み、燃料カット制御が継続される。一方、この条件が成立すると、ディレイ時間が経過したものと判断されて、センサ６の出力信号が基準電圧V1以下であるか否かが判定される（ステップＢ４）。
【００４５】
センサ６の出力信号が基準電圧V1を越える場合、単位時間に触媒装置５に吸蔵される酸素量dOSが積算される（ステップＢ５）。一方、センサ６の出力信号が基準電圧V1以下になると、制御フラグGがG=1に設定されるとともに（ステップＢ６）、その時点での酸素量dOSの積算値ΣdOSが酸素吸蔵容量OSCであるものと推定される（ステップＢ７）。その後、燃料制御フローに進み、燃料カット制御が継続される。ここで推定された酸素吸蔵容量OSCの値は、その時点で実施されている燃料カット制御が終了した後に、空燃比振動制御やリッチ化制御で利用される。
【００４６】
［４．作用，効果］
図８に示すように、時刻t1に燃料カット制御の開始条件が成立すると、時刻t1からリッチ化時間Tが経過する時刻t2までの間は、リッチ化制御が実施される。また、時刻t2に燃料カット制御が開始されると、排ガスの流通遅れに相当するディレイ時間が計測される。続いて、時刻t2からディレイ時間が経過した時刻t3を基準として、センサ６の出力信号の応答時間Xが計測される。触媒装置５が新品のときには、出力信号が図８中に実線で示すように変動し、応答時間Xが比較的長い時間（時刻t3〜t5）となる。これに対し、触媒装置５が劣化しているときには、出力信号が図８中に破線で示すように変動し、応答時間Xが短縮される（時刻t3〜t4）。
【００４７】
このように測定された応答時間Xに基づいて、酸素吸蔵容量OSCが推定される。時刻t6に燃料カット制御の終了条件が成立すると、再び空燃比振動制御が実施される。このとき、空燃比のリッチボリューム及びリーンボリュームは、直前の燃料カット制御中に推定された酸素吸蔵容量OSCに基づいて制御される。また、その後に燃料カット制御の開始条件が成立したときには、ここで推定された酸素吸蔵容量OSCに基づいてリッチ化の度合いとリッチ化時間Tとが制御される。
【００４８】
（１）上記のエンジン制御装置１（排気浄化装置）では、センサ６の応答時間に基づいて触媒装置５の酸素吸蔵容量OSCを推定している。これにより、酸素吸蔵容量OSCの推定精度を向上させることができる。また、その酸素吸蔵容量OSCに基づいて空燃比振動制御のリッチボリューム及びリーンボリュームを制御することで、排ガスの浄化性能が維持されうる空燃比の触媒ウィンドウ変化に応じて、触媒装置５に導入される空燃比を制御できる。したがって、触媒装置５の浄化反応性を制御することができ、排ガス浄化性能を向上させることができる。
【００４９】
（２）上記のエンジン制御装置１では、燃料カット制御に先立って、目標空燃比を一時的にリッチ化するリッチ化制御が実施され、触媒装置５に吸蔵されている酸素の脱離が促進される。また、燃料カット制御はリッチ化制御が終了した後に開始される。つまり、酸素吸蔵容量OSCの推定は、リッチ化制御の終了後に実施されることになる。これにより、触媒装置５にほとんど酸素が吸蔵されていない状態から酸素吸蔵量が飽和するまでの時間を高精度に計測することができ、酸素吸蔵容量OSCを精度よく把握することができる。したがって、高精度に把握された酸素吸蔵容量OSCに基づく空燃比振動制御を実施することができ、排ガス浄化性能を向上させることができる。また、触媒装置５の下流側に設けられたセンサ６のみを用いた酸素吸蔵容量OSCの推定が可能となり、制御構成や装置構成を簡素化することができる。
【００５０】
（３）上記のエンジン制御装置１では、燃料カット制御の開始時から所定のディレイ時間が経過した時点を基準として、出力信号の応答時間Xが計測される。このように、ディレイ時間を考慮して応答時間Xを計測することで、吸気，排気の流通遅れ時間の影響が取り除かれた応答時間Xを精度よく計測することができる。したがって、触媒装置５の酸素吸蔵容量OSCを精度よく把握することができ、排ガス浄化性能を向上させることができる。
【００５１】
（４）図２（Ａ）〜（Ｃ）中に破線で示すように、空燃比振動制御において、酸素吸蔵容量OSCが低下するほど目標空燃比の振幅を小さくすることで、触媒装置５の近傍における実際の排気空燃比が触媒ウィンドウを越えないようにすることができ、排ガス悪化を抑制することができる。したがって、排ガス浄化性能を向上させることができる。
（５）図２（Ｂ）中に実線で示すように、酸素吸蔵容量OSCが低下するほどリッチボリューム及びリーンボリュームの時間幅（すなわち、振動波長）を小さくすることで、触媒装置５における酸素の吸蔵・脱離反応を促進することができる。したがって、排ガス浄化性能を向上させることができる。
【００５２】
（６）なお、図２（Ｃ）中に実線で示すように、酸素吸蔵容量OSCの低下に対し、目標空燃比の振動周期を維持しつつ、リッチボリューム及びリーンボリュームにおける時間軸方向の幅を小さくする（例えば、一つの波形中に振幅がゼロとなる区間を設ける）ことも可能である。この場合、単位時間あたりのリッチボリューム及びリーンボリューム（すなわち、リッチ濃度，リーン濃度）を低下させることができ、触媒装置５での触媒反応速度に見合った酸素を供給することができる。したがって、排ガス浄化性能を向上させることができる。
【００５３】
（７）触媒温度に応じて設定される補正係数K1を用いてリッチボリューム及びリーンボリュームを増減制御することで、触媒装置５での触媒反応性に適合するように排気空燃比の振動状態を制御することができ、排気浄化性能を向上させることができる。
（８）同様に、エンジン冷却水温に応じて設定される補正係数K2を用いてリッチボリューム及びリーンボリュームを増減制御することで、触媒装置５での触媒反応性に適合するように排気空燃比の振動状態を制御することができ、排気浄化性能を向上させることができる。
【００５４】
［５．変形例］
上述の実施形態では、排気通路１３に一つの触媒装置５が介装された排気系を例示したが、具体的な触媒装置５の個数やレイアウトはこれに限定されない。また、触媒装置５の種類に関しても同様であり、三元触媒だけでなく三元機能を有するNOx吸蔵還元触媒やNOx選択還元触媒などを対象とすることができる。なお、触媒装置５に含有される酸素吸蔵材の種類についても同様である。
【００５５】
上述の実施形態では、燃料カット制御中に推定された酸素吸蔵容量OSCに基づいて空燃比振動制御を制御するものを例示したが、酸素吸蔵容量OSCの推定手法はこれに限定されない。すなわち、酸素吸蔵容量OSCの推定手法には公知の手法を適用可能である。少なくとも、センサ６から出力される信号の応答時間に応じて酸素吸蔵容量OSCを推定することで、推定精度を向上させることができ、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
【００５６】
また、上述の実施形態では４つの燃料カット条件を例示したが、具体的な燃料カット条件は任意に設定可能であり、各条件の組み合わせについても任意に設定可能である。また、車両走行中の燃料カットだけでなく、車両停止中の燃料カット（アイドリングストップ制御）に対して、上記の制御を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１  エンジン制御装置
２  燃料カット部
３  推定部
４  空燃比制御部
５  触媒装置
６  センサ
７  スロットルバルブ
８  インジェクタ
１０  エンジン
１１  吸気通路
１２  吸気ポート
１３  排気通路
OSC 酸素吸蔵容量
X 応答時間
【図１】
2017115621.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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