JP2020045814A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒下流の空燃比検出器の過渡応答遅れによってリッチ制御を過剰に実施することを抑止できる、内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る燃料噴射制御装置は、燃料カットから燃料供給を再開させるときに空燃比を一時的にリッチにするリッチ制御を実施し、前記リッチ制御を、前記触媒の下流に設けた空燃比検出器の出力に基づいて終了させ、前記リッチ制御におけるリッチ度合を、前記空燃比検出器の過渡応答遅れの増大に応じて小さく変更する。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、詳しくは、燃料カットから燃料供給を再開させるときに空燃比をリッチに制御する技術に関する。

特許文献１は、燃料カット終了後にリッチ制御を実施する、内燃機関の排気ガス浄化制御装置を開示する。
上記の排気ガス浄化制御装置は、リッチ制御において、上流触媒の下流における空燃比に応じて上流触媒の上流における目標空燃比を変化させて空燃比のリッチ度合を変化させ、その後、下流触媒の下流における空燃比が判定値よりリッチになったときに、リッチ制御を終了して通常の空燃比フィードバック制御に復帰する。

特開２００２−２７６４３３号公報

ところで、燃料カットから燃料供給を再開させるときの空燃比のリッチ制御を、触媒下流の空燃比検出器の出力に基づき終了させる場合、空燃比検出器の過渡応答遅れが劣化によって増大すると、リッチ制御の終了タイミングが遅れてリッチ制御を過剰に実施することになってしまい、排気性状（ＣＯ排出量）が悪化するという問題があった。

本発明は、従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒下流の空燃比検出器の過渡応答遅れによってリッチ制御を過剰に実施することを抑止できる、内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

本発明の一態様によると、燃料噴射制御装置は、燃料カットから燃料供給を再開させるときに空燃比を一時的にリッチにするリッチ制御を実施し、前記リッチ制御を、前記触媒の下流に設けた空燃比検出器の出力に基づいて終了させ、前記リッチ制御におけるリッチ度合を、前記空燃比検出器の過渡応答遅れの増大に応じて小さく変更する。

上記発明によると、空燃比検出器の過渡応答遅れが増大したときに、過剰なリッチ制御によって排気性状が悪化することを抑止できる。

内燃機関のシステム構成図である。 燃料噴射の再開時のリッチ制御を説明するためのタイムチャートである。 リッチ制御における目標リッチ空燃比の設定処理の手順を示すフローチャートである。 燃料カットの開始時及び終了時における酸素センサの無駄時間を示すタイムチャートである。 酸素センサの劣化によるリッチ制御の終了タイミングの変化を示すタイムチャートである。 酸素センサ及び触媒の新品／劣化による無駄時間の変化を説明するための線図である。 吸入空気量と酸素センサの無駄時間との相関を示す線図である。 酸素センサの無駄時間の計測処理を説明するためのタイムチャートである。 無駄時間の計測値と基準時間とに基づくずれ時間Δｔの算出処理を説明するための線図である。 酸素センサ及び触媒の新品／劣化によるずれ時間Δｔの変化と、目標リッチ空燃比のリーン補正との相関を示す線図である。 第１リーン補正量とずれ時間Δｔとの相関を示す線図である。 第２リーン補正量と吸入空気量との相関を示す線図である。 第３リーン補正量と触媒の劣化度合との相関を示す線図である。 触媒が劣化したときの無駄時間の計測特性を説明するための線図である。 第１−第３リーン補正量による目標リッチ空燃比の補正を説明するためのタイムチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る燃料噴射制御装置を適用する、内燃機関の一態様を示す構成図である。
図１に示す内燃機関１は、車両用の火花点火ガソリン機関であり、機関本体１ａは点火装置４、燃料噴射弁５及びクランク回転検出装置（クランク角センサ）６などを備える。

エアークリーナ７を通過した空気は、電制スロットル８のスロットルバルブ８ａで流量を調節された後、燃料噴射弁５（燃料噴射装置）から吸気管２ａ内に噴射される燃料と混合されて燃焼室１０に吸引される。
なお、内燃機関１は、燃料噴射弁５が燃焼室１０内に燃料を直接噴射する筒内直接噴射式内燃機関であってもよい。

電制スロットル８は、スロットルモータ８ｂでスロットルバルブ８ａを開閉駆動する装置であり、スロットルバルブ開度信号ＴＰＳを出力するスロットル開度センサ８ｃを備える。
電制スロットル８の上流には流量検出装置９が配置され、流量検出装置９は、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡＲを計測する。

水温センサ１７は、内燃機関１の冷却水の温度ＴＷ（℃）を計測する。
また、排気管３ａには、三元触媒などの酸素吸蔵能力を備えた触媒１２ａを有する排気浄化装置１２が設置される。

排気浄化装置１２（触媒１２ａ）上流の排気管３ａには、排気空燃比に対応する検出信号ＲＡＢＦを出力する（換言すれば、排気空燃比をリニアに検出する）空燃比センサ１１、及び、排気浄化装置１２の入口での排気温度ＴＥＸ（℃）を検出する排気温度センサ１６が配置される。
また、排気浄化装置１２下流の排気管３ａには、排気空燃比が理論空燃比（ストイキ、空気過剰率λ＝1.0）よりもリッチであるかリーンであるかを示す検出信号ＶＯ２Ｒを出力する酸素センサ１５（リッチ・リーンセンサ）が配置される。

空燃比センサ１１は、排気浄化装置１２（触媒１２ａ）上流の排気空燃比を検出する上流空燃比検出器（上流空燃比センサ）であり、酸素センサ１５は、排気浄化装置１２（触媒１２ａ）下流の排気空燃比を検出する下流空燃比検出器（下流空燃比センサ）である。
なお、排気浄化装置１２下流の排気管３ａに、酸素センサ１５に代えて、排気空燃比をリニアに検出する空燃比センサを配置することができる。

クランク回転検出装置６は、リングギア１４の突起を検出して、クランクシャフトの回転角信号ＰＯＳを出力する。
燃料噴射弁５には、図示省略した燃料供給装置から所定圧力の燃料が供給され、開弁時間に比例する量の燃料を噴射する。

燃料噴射制御装置の一態様である電子制御装置（以下、ＥＣＵ）１３は、流量検出装置９で測定した吸入空気流量ＱＡＲ、クランク回転検出装置６が出力するクランクシャフトの回転角信号ＰＯＳなどを取り込み、これらに基づき燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）ＴＩを算出し、燃料噴射量ＴＩに基づく噴射パルス信号を燃料噴射弁５に出力して、燃料噴射弁５による燃料噴射を制御する。

ここで、ＥＣＵ１３は、燃料噴射量ＴＩの算出処理において、空燃比センサ１１の検出信号ＲＡＢＦ及び酸素センサ１５の検出信号ＶＯ２Ｒを取り込み、内燃機関１の空燃比が目標空燃比（理論空燃比）に近づくように燃料噴射量ＴＩを補正する、空燃比フィードバック制御を実施する。
更に、ＥＣＵ１３は、点火装置４、電制スロットル８にも操作量を出力し、点火装置４の点火時期やスロットルバルブ８ａの開度を制御して、内燃機関１の運転を制御する。

ＥＣＵ１３は、データ（各種センサの計測結果や各種装置に出力する操作量）の入出力を行うために、アナログ入力回路２０、Ａ／Ｄ変換回路２１、デジタル入力回路２２、出力回路２３及びＩ／Ｏ回路２４を備えている。
また、ＥＣＵ１３は、データの演算処理を行うために、ＭＰＵ（Microprocessor Unit）２６、ＲＯＭ（Read Only Memory）２７、ＲＡＭ（Random Access Memory）２８、を含むマイクロコンピュータを備える。

アナログ入力回路２０には、流量検出装置９で測定した吸入空気流量ＱＡＲの信号、スロットル開度センサ８ｃで検出したスロットルバルブ開度ＴＰＳの信号、空燃比センサ１１で検出した空燃比ＲＡＢＦの信号、酸素センサ１５で検出した空燃比ＶＯ２Ｒの信号、及び水温センサ１７で測定した冷却水温度ＴＷの信号などが入力される。
アナログ入力回路２０に入力された吸入空気流量ＱＡＲ、スロットルバルブ開度信号ＴＰＳ、触媒上流の排気空燃比ＲＡＢＦ、触媒下流の排気空燃比ＶＯ２Ｒ、及び冷却水温度ＴＷの信号は、それぞれＡ／Ｄ変換回路２１に供給されてデジタル信号に変換され、バス２５上に出力される。

また、デジタル入力回路２２に入力されたクランクシャフトの回転角信号ＰＯＳは、Ｉ／Ｏ回路２４を介してバス２５上に出力される。
バス２５には、ＭＰＵ２６、ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２８、タイマ／カウンタ（ＴＭＲ／ＣＮＴ）２９等が接続されており、当該バス２５を介してデータの授受を行うようになっている。

ＭＰＵ２６には、クロックジェネレータ３０からクロック信号が供給され、このクロック信号に同期して様々な演算や処理が実行される。
ＲＯＭ２７は、例えばデータの消去と書き換えが可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）で構成され、ＥＣＵ１３を動作させるためのプログラム、設定データ及び初期値等を記憶する。ＲＯＭ２７上の情報は、エンジンスイッチのオン等により、バス２５を介してＲＡＭ２８及びＭＰＵ２６に読み込まれる。

ＲＡＭ２８は、作業領域として用いられ、ＭＰＵ２６による演算結果や処理結果を一時的に記憶する。なお、タイマ／カウンタ２９は、時間の測定や様々な回数の測定などに用いられる。
ＭＰＵ２６による演算結果や処理結果はバス２５上に出力され、Ｉ／Ｏ回路２４を介して出力回路２３から点火装置４、燃料噴射弁５及び電制スロットル８（スロットルモータ８ｂ）などに供給される。

ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁５による燃料噴射（燃料供給）の制御において、内燃機関１の運転状態が所定の燃料カット条件を満たすと、燃料噴射弁５による燃料噴射を一時的に停止させる燃料カットを実施する。
所定の燃料カット条件とは、例えば内燃機関１の減速運転状態であり、ＥＣＵ１３は、アクセル開度が全閉（アクセルオフ）になったときの機関回転速度ＮＥ（rpm）が燃料カット開始速度ＮＥＳよりも高いと、燃料噴射弁５による燃料噴射を停止させる。

そして、ＥＣＵ１３は、燃料カット状態で、アクセルペダルが踏み込まれるか（アクセルオンになるか）、又は、機関回転速度ＮＥが燃料噴射を再開させる復帰回転速度ＮＥＲ（ＮＥＲ＜ＮＥＳ）にまで低下すると、燃料噴射弁５による燃料噴射を再開させる。
但し、燃料カットを実施すると、触媒１２ａに流入する酸素（リーン成分）が増加して、触媒１２ａにおける酸素吸蔵量が増加し、触媒１２ａにおける還元効率（ＮＯｘの浄化率）が低下する。

そのため、ＥＣＵ１３は、燃料カット状態から燃料噴射弁５による燃料噴射を再開させるときに、空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチにするリッチ制御を実施する。係るリッチ制御によって、触媒１２ａが吸蔵する酸素と排気中のリッチ成分（ＨＣ，ＣＯなど）とが反応し、触媒１２ａにおける酸素吸蔵量を速やかに減少することで、触媒１２ａにおける還元効率が速やかに復活する。

以下では、燃料カット状態から燃料噴射を再開させるときのリッチ制御を詳細に説明する。
図２は、リッチ制御の一態様を示すタイムチャートである。

ＥＣＵ１３は、燃料カット状態から燃料噴射を再開させるときに（図２の時刻ｔ２）、まず、所定期間（図２の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間）だけ燃料噴射量をフィードフォワード制御によって増量し、その後（図２の時刻ｔ３以降）、空燃比センサ１１の出力と、理論空燃比（空気過剰率λ＝1.0）よりもリッチである目標リッチ空燃比とに基づく空燃比フィードバック制御を実施する。
このように、ＥＣＵ１３によるリッチ制御は、フィードフォワード制御による増量補正と、目標リッチ空燃比に基づく空燃比フィードバック制御とで構成される。

そして、ＥＣＵ１３は、目標リッチ空燃比に基づく空燃比フィードバック制御中に酸素センサ１５の出力を監視し、酸素センサ１５の出力がリッチ制御の解除判定値に達すると（図２の時刻ｔ４）リッチ制御を解除し、通常の目標空燃比に基づく空燃比フィードバック制御に移行する。
ここで、リッチ制御の判定値とは、触媒１２ａ下流の排気空燃比がリーンからリッチに反転したことを検出するための閾値である。

また、ＥＣＵ１３は、リッチ制御における空燃比フィードバック制御の目標リッチ空燃比を、リッチ制御の解除制御に用いる酸素センサ１５（下流空燃比検出器）の過渡応答遅れ（応答劣化）に応じて変更する。
図３のフローチャートは、リッチ制御における空燃比フィードバック制御の目標リッチ空燃比の設定手順を示す。

ＥＣＵ１３は、ステップＳ１０１で、酸素センサ１５が活性化しているか否かを判断する。例えば、ＥＣＵ１３は、酸素センサ１５が所定のリッチ出力を発生するようになったか否かに基づき酸素センサ１５が活性化を判断できる。また、ＥＣＵ１３は、排気温度の条件から酸素センサ１５の活性化を判断できる。
そして、酸素センサ１５が活性化すると、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１０２に進み、燃料カットを開始したか否かを判別する。

ＥＣＵ１３は、燃料カットの開始を待ってステップＳ１０３に進み、燃料カット開始時における吸入空気量の計測データを更新記憶する。
次いで、ステップＳ１０４で、ＥＣＵ１３は、酸素センサ１５の過渡応答を示す無駄時間の計測を開始する。
ＥＣＵ１３が、ステップＳ１０４で計測を開始する無駄時間とは、燃料カットに伴って排気空燃比が理論空燃比付近（ストイキ付近）からリーンにシフトするときに、係るリーンシフトに応答して酸素センサ１５の出力が所定のリーン出力（リーン閾値）になるまでの遅れ時間である。

図４は、燃料カットの開始時及び燃料噴射の再開時における酸素センサ１５の出力変化を例示する。
燃料カットの開始に伴って排気空燃比がリーン方向にシフトするときに、酸素センサ１５の出力は実際の排気空燃比のシフトに遅れて変化し、このときの応答遅れ時間である無駄時間は、酸素センサ１５が劣化することでより長くなる。

つまり、酸素センサ１５が新品（正常状態）であっても、燃料カット開始（図４の時刻ｔ１）から酸素センサ１５の出力がリーン閾値に達するまで（図４の時刻ｔ２）には遅れが発生する。そして、酸素センサ１５の出力がリーン閾値に達するタイミングは、酸素センサ１５の劣化によってより遅くなり（図４の時刻ｔ３）、排気空燃比がリッチからリーンに反転するときの無駄時間は、酸素センサ１５の劣化で拡大する。

また、燃料カット状態から燃料噴射を再開するときは（図４の時刻ｔ４）、排気空燃比がリッチ方向にシフトすることになり、このときも酸素センサ１５の出力は実際の排気空燃比のシフトに遅れて変化する。
そして、酸素センサ１５が新品（正常状態）であるときに酸素センサ１５の出力がリッチ閾値に達するタイミング（図４の時刻ｔ５）よりも、酸素センサ１５が劣化したときに酸素センサ１５の出力がリッチ閾値に達するタイミング（図４の時刻ｔ６）はより遅くなり、排気空燃比がリーンからリッチに反転するときの無駄時間は、酸素センサ１５の劣化で拡大する。

更に、酸素センサ１５の劣化による無駄時間の延びは、燃料カットの開始時のリーン方向シフト時と燃料噴射を再開するときのリッチ方向シフト時とで略同等に表れる。
したがって、燃料カットの開始時のリーン方向シフトにおける無駄時間を計測することで、ＥＣＵ１３は、燃料噴射を再開するときのリッチ方向シフトにおける無駄時間が、酸素センサ１５の劣化によってどの程度延びているかを推定できる。

図５は、リッチ方向シフトにおける無駄時間が酸素センサ１５の劣化によって延びたときに、係る無駄時間の延びが、燃料カットから燃料噴射を再開させるときのリッチ制御に与える影響を説明するためのタイムチャートである。
酸素センサ１５の過渡応答における無駄時間が、酸素センサ１５の劣化によって延びると、酸素センサ１５の出力がリッチ制御の解除判定値に達するのが、酸素センサ１５の正常時（新品状態）よりも遅れる。

つまり、酸素センサ１５が新品状態であったときには図５の時刻ｔ４でリッチ制御を解除していたのに、酸素センサ１５が劣化して無駄時間が延びると図５の時刻ｔ５でリッチ制御を解除するようになり、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間で過剰にリッチ制御を実施することになる。
そして、リッチ制御が過剰に実施されると、触媒１２ａにおける酸素吸蔵量が減り過ぎて、リッチ制御の解除後にＣＯの排出量が増えることになる。
そこで、ＥＣＵ１３は、酸素センサ１５の劣化による無駄時間の延び（過渡応答遅れの増大）に基づき、リッチ制御におけるリッチ度合（目標リッチ空燃比）を小さく変更して、排気性状（ＣＯの排出量）の悪化を抑制する。

前述のように、酸素センサ１５の劣化による無駄時間の延びは、燃料カットの開始時のリーン方向シフト時と燃料噴射を再開するときのリッチ方向シフト時とで略同等に表れる。
そこで、ＥＣＵ１３は、燃料カットを開始したときのリーン方向シフトにおける無駄時間を計測することで、燃料噴射を再開するときのリッチ方向シフトにおける無駄時間が、酸素センサ１５の劣化によってどの程度になっているかを推定し、係る推定結果に基づきリッチ制御におけるリッチ度合を変更する。

ここで、無駄時間は触媒１２ａの反応時間にも影響され、触媒１２ａの劣化によって無駄時間は減る傾向を示す。
図６は、吸入空気量が一定である条件下での、触媒１２ａの劣化の有無及び酸素センサ１５の劣化の有無と無駄時間との相関を示す。
図６は、触媒１２ａの劣化の有無による無駄時間の変化に比べて、酸素センサ１５の劣化の有無による無駄時間の変化が大きいことを示し、更に、酸素センサ１５が劣化すると無駄時間は延びるのに対し、触媒１２ａが劣化すると無駄時間は減ることを示す。
触媒１２ａの劣化によって無駄時間が減るのは、触媒１２ａが劣化すると最大酸素吸蔵量が減って、酸素吸蔵量がリッチ制御によって減るのが早まり、酸素センサ１５の過渡応答遅れが同等でも酸素センサ１５の出力が反転するのが早まるためである。

また、図７は、吸入空気量（排気量）と酸素センサ１５の無駄時間との相関を示す。
図７は、吸入空気量が少ないほど酸素センサ１５の無駄時間が延びることを示す。
一方、触媒１２ａの劣化が無駄時間に与える影響と吸入空気量との関係性は薄く、吸入空気量が少ない場合、無駄時間は主に酸素センサ１５の劣化に左右されることになる。
したがって、吸入空気量が少ないアクセルオフ時に計測する無駄時間は、触媒１２ａの劣化に殆ど影響されず、主に酸素センサ１５の劣化に左右されることになり、ＥＣＵ１３は、計測した無駄時間からリッチ制御におけるリッチ度合を適切に変更することが可能である。

ＥＣＵ１３は、ステップＳ１０４で無駄時間の計測を開始した後、ステップＳ１０５に進み、燃料カットを継続しているか否かを判断する。
そして、ＥＣＵ１３は、燃料カットが終了していればステップＳ１０２に戻って次回の燃料カットの開始を待ち、燃料カットの継続中であればステップＳ１０６に進む。

ＥＣＵ１３は、ステップＳ１０６で、燃料カットの開始後に酸素センサ１５の出力が所定値（リーン閾値）以下になったか否かを判断する。
そして、ＥＣＵ１３は、酸素センサ１５の出力が所定値よりも高い場合、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１０５に戻って燃料カットを継続しているか否かを判断し、酸素センサ１５の出力が所定値以下になると、ステップＳ１０７に進む。
ＥＣＵ１３は、ステップＳ１０７で、燃料カットの開始から酸素センサ１５の出力が所定値以下になるまでの時間を無駄時間として算出する。

図８は、無駄時間の計測処理を説明するためのタイムチャートである。
ＥＣＵ１３は、燃料カットを開始した時刻ｔ１から経過時間の計測をスタートさせ、その後、酸素センサ１５の出力とリーン閾値とを逐次比較し、酸素センサ１５の出力がリーン閾値に到達した時刻ｔ２での経過時間の計測結果、つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの経過時間を無駄時間として求める。

次いで、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１０８で、ステップＳ１０７で算出した無駄時間と基準時間との偏差であるずれ時間Δｔ（Δｔ＝無駄時間−基準時間）を算出する。
図９は、ずれ時間Δｔの算出処理を説明するための線図である。
基準時間は、触媒１２ａ及び酸素センサ１５が新品で劣化のない状態での無駄時間である。また、酸素センサ１５の無駄時間は吸入空気量が少ないときほど長くなることから、基準時間は、吸入空気量が少ないときほど長い時間に設定される。

そして、ＥＣＵ１３は、無駄時間の計測値と、燃料カット開始時点での吸入空気量に応じて求めた基準時間（基準無駄時間）との偏差を、ずれ時間Δｔとして求める。
ここで、酸素センサ１５の劣化によってステップＳ１０７で計測する無駄時間が基準時間よりも長くなり、ずれ時間Δｔは拡大する。つまり、ずれ時間Δｔは、酸素センサ１５の劣化度合若しくは無駄時間の延長度合を示し、ＥＣＵ１３は、ずれ時間Δｔに基づき酸素センサ１５の過渡応答遅れの増大を検知できる。

ＥＣＵ１３は、ずれ時間Δｔを算出すると、ステップＳ１０９に進み、ずれ時間Δｔに基づいて第１リーン補正量を算出する。
第１リーン補正量は、燃料カットから燃料噴射を再開させるときのリッチ制御における空燃比フィードバック制御の目標リッチ空燃比（リッチ度合）をリーン方向（理論空燃比に近づく方向）に補正するための値である。
なお、第１リーン補正量は、後述するように、基準の目標リッチ空燃比に乗算される補正項（補正係数）であり、第１リーン補正量が1.0であるときは目標リッチ空燃比を変更せず、第１リーン補正量が1.0よりも大きいと、目標リッチ空燃比をより大きな値、つまり、リーン方向に補正する。

図１０は、触媒１２ａ及び酸素センサ１５の新品／劣化とずれ時間Δｔ（無駄時間）との相関を示す。基準時間は、触媒１２ａ及び酸素センサ１５が共に新品であるときの無駄時間である。
ここで、酸素センサ１５が新品での特性を維持している状態で触媒１２ａが劣化すると、無駄時間は基準時間よりも短くなり（Δｔ＜０）、この場合、酸素センサ１５の出力に基づくリッチ制御の終了判断に遅れは生じないので、ＥＣＵ１３は、目標リッチ空燃比を補正しない。
また、無駄時間が基準時間に一致する場合（Δｔ＝０）も、酸素センサ１５の出力に基づくリッチ制御の終了判断に遅れは生じないので、ＥＣＵ１３は、目標リッチ空燃比を補正しない。

一方、酸素センサ１５の劣化が発生すると、無駄時間は基準時間よりも長くなり（Δｔ＞０）、この場合、ＥＣＵ１３は、目標リッチ空燃比をリーン方向に変更する。
ここで、ずれ時間Δｔが長いほど、換言すれば、無駄時間が基準時間よりも長くなるほど、酸素センサ１５の出力に基づくリッチ制御の終了判断が遅れてリッチ制御が過剰になる。
そこで、ＥＣＵ１３は、ずれ時間Δｔが長くなるほど、リッチ制御における目標リッチ空燃比がよりリーン方向に大きく変更されるように、第１リーン補正量を設定する。

図１１は、基準の吸入空気量（例えば、最小吸入空気量）であるときのずれ時間Δｔと第１リーン補正量との相関の一態様である。
ずれ時間Δｔが零の状態は、触媒１２ａ及び酸素センサ１５が共に新品であって無駄時間が基準時間に一致する状態であり、このときは、酸素センサ１５の出力に基づくリッチ制御の終了判断に遅れは生じないので、ＥＣＵ１３は、第１リーン補正量を、目標リッチ空燃比を変更しない値（第１リーン補正量＝1.0）に設定する。
一方、ずれ時間Δｔが零より大きくなるにしたがって、酸素センサ１５の出力に基づくリッチ制御の終了判断の遅れが拡大することになるので、ＥＣＵ１３は、ずれ時間Δｔが長くなるほど、第１リーン補正量を1.0よりも大きな値に設定して、目標リッチ空燃比のリーン方向への補正を大きくする。

次いで、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１１０に進み、今回の燃料カット開始時における吸入空気量の条件に応じて、リッチ制御における目標リッチ空燃比をリーン方向に補正するための第２リーン補正量を設定する。
なお、第２リーン補正量は、第１リーン補正量と同様に、基準の目標リッチ空燃比に乗算される補正項（補正係数）であり、第２リーン補正量が1.0であるときは基準の目標リッチ空燃比が変更されず、第２リーン補正量が1.0よりも大きいと、目標リッチ空燃比をより大きな値、つまり、リーン方向に変更する。

燃料カット開始時の吸入空気量が多いほど、リッチ制御が過剰になったときのＣＯ排出量の増加が多くなる。
そこで、ＥＣＵ１３は、燃料カット開始時の吸入空気量が基準吸入空気量（例えば、最小吸入空気量）よりも多くなるほど、リッチ制御における目標リッチ空燃比をよりリーン方向に補正するように第２リーン補正量を設定する。

図１２は、燃料カット開始時の吸入空気量と第２リーン補正量との相関の一態様である。
図１２において、基準吸入空気量は最小吸入空気量であり、燃料カット開始時の吸入空気量が基準吸入空気量に一致していれば、ＥＣＵ１３は、第２リーン補正量を、目標リッチ空燃比を変更しない値（第２リーン補正量＝1.0）に設定する。
そして、燃料カット開始時の吸入空気量が基準吸入空気量よりも多くなるほど、ＥＣＵ１３は、第２リーン補正量を1.0よりも大きな値に設定して、目標リッチ空燃比をよりリーン方向に変更する。

ＥＣＵ１３は、第１リーン補正量及び第２リーン補正量を設定すると、ステップＳ１１１で、燃料カットから燃料噴射を再開させるときのリッチ制御における目標リッチ空燃比の基準値（固定値）に第１リーン補正量及び第２リーン補正量を乗算して、補正後の目標リッチ空燃比を求める（補正後の目標リッチ空燃比＝基準の目標リッチ空燃比＊第１リーン補正量＊第２リーン補正量）。

次いで、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１１２で、触媒１２ａの劣化診断が終了しているか否かを判断する。
ＥＣＵ１３は、例えば、特開２０１７−０３１８３３号公報に開示されるように、触媒１２ａに流入する排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で変動させ、空燃比センサ１１と酸素センサ１５におけるリーン空燃比とリッチ空燃比の変動回数に基づいて触媒１２ａの劣化を診断することができる。
但し、触媒１２ａの劣化診断方法を上記の方法に限定するものではなく、ＥＣＵ１３は、公知の診断方法を適宜実施することができる。

ＥＣＵ１３は、触媒１２ａの劣化診断が終了していない場合、ステップＳ１１３及びステップＳ１１４を迂回してステップＳ１１５に進み、燃料噴射の再開時に実施するリッチ制御における空燃比フィードバック制御を、ステップＳ１１１で求めた補正後の目標リッチ空燃比に基づいて実施する設定を行う。
一方、触媒１２ａの劣化診断が終了している場合、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１１３に進み、別途実施した触媒１２ａの劣化診断で得た触媒１２ａの劣化状態に相関するデータに基づき、触媒１２ａの劣化度合を求める。

次いで、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１１４に進み、ステップＳ１１１で求めた補正後の目標リッチ空燃比を、更に触媒１２ａの劣化度合に基づいて補正するための第３リーン補正量を設定し、ステップＳ１１１で求めた補正後の目標リッチ空燃比を更に第３リーン補正量で補正する。
そして、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１１４からステップＳ１１５に進み、燃料噴射の再開時に実施するリッチ制御における空燃比フィードバック制御を、ステップＳ１１４で求めた補正後の目標リッチ空燃比に基づいて実施する設定を行う。

図１３は、触媒１２ａの劣化度合と第３リーン補正量との相関の一態様である。
なお、第３リーン補正量は、ステップＳ１１１で求めた補正後の目標リッチ空燃比に乗算される補正項（補正係数）であり、第３リーン補正量が1.0であるときはステップＳ１１１で求めた補正後の目標リッチ空燃比が変更されず、第３リーン補正量が1.0よりも大きいと、ステップＳ１１１で求めた補正後の目標リッチ空燃比をより大きな値、つまり、リーン方向に変更する。

ＥＣＵ１３は、触媒１２ａが新品状態で劣化がない場合、第３リーン補正量を、目標リッチ空燃比を変更しない値（第３リーン補正量＝1.0）に設定する。
そして、触媒１２ａの劣化度合が大きくなるほど、ＥＣＵ１３は、第３リーン補正量を1.0よりも大きな値に設定して、目標リッチ空燃比をよりリーン方向に変更する。

図１４は、酸素センサ１５及び触媒１２ａの新品／劣化状態と無駄時間との相関を例示する。
酸素センサ１５及び触媒１２ａが共に新品状態であるときの無駄時間は、ずれ時間Δｔの演算に用いる基準時間に相当する。

そして、酸素センサ１５及び触媒１２ａが共に劣化すると、触媒１２ａの劣化によって無駄時間は減るのに対し、酸素センサ１５の劣化によって無駄時間は大きく増え、結果的に、無駄時間の計測値は基準時間よりも長くなる。
ここで、ずれ時間Δｔは、計測した無駄時間から基準時間を減算した結果であり、ＥＣＵ１３は、基準時間よりも長くなった無駄時間に応じて第１リーン補正量を設定する。

しかし、触媒１２ａに劣化が無ければ、ずれ時間Δｔは、酸素センサ１５の劣化による無駄時間の延びを示すが、触媒１２ａが劣化して反応時間が短くなった場合、ずれ時間Δｔは無駄時間の延びを正しく表さず、触媒１２ａの反応時間が短くなった分だけ無駄時間の延びを過小に表すことになる。
このため、ずれ時間Δｔに基づく第１リーン補正量による目標リッチ空燃比の補正では、触媒１２ａが劣化した場合に、目標リッチ空燃比のリーン方向への補正が不足することになる。

そこで、ＥＣＵ１３は、触媒１２ａの劣化によって減った反応時間の分だけ、目標リッチ空燃比を更にリーン方向に補正するように、触媒１２ａの劣化度合が大きくなるほど第３リーン補正量を1.0よりも大きな値に設定して、目標リッチ空燃比をよりリーン方向に変更する（図１３参照）。
上記のように、ＥＣＵ１３は、燃料カット状態から燃料噴射を再開させるときのリッチ制御における空燃比フィードバック制御の目標リッチ空燃比を、無駄時間の延長度合（ずれ時間Δｔ）に応じた第１リーン補正量、燃料カット開始時の吸入空気量に応じた第２リーン補正量、更に、触媒１２ａの劣化度合に応じた第３リーン補正量に応じて補正する。

図１５のタイムチャートは、第１−第３リーン補正量による補正で目標リッチ空燃比が変化する様子を示す。
まず、酸素センサ１５の劣化によって無駄時間の計測値が延び、ずれ時間Δｔが長くなると、基準の目標リッチ空燃比は第１リーン補正量によってリーン方向（ストイキに近づく方向）に補正される。

また、燃料カット開始時の吸入空気量が多いほど、目標リッチ空燃比は第２リーン補正量によってリーン方向（ストイキに近づく方向）に補正される。
更に、触媒１２ａの劣化度合が大きくなるほど、目標リッチ空燃比は第３リーン補正量によってリーン方向（ストイキに近づく方向）に補正される。

係る目標リッチ空燃比の補正によって、酸素センサ１５が劣化して応答遅れが拡大し、リッチ制御の終了タイミングが遅れても、過剰なリッチ補正によって排気性状が悪化することを抑制できる。
更に、触媒１２ａの劣化によって反応時間が変化しても、酸素センサ１５の過渡応答の遅れに応じて目標リッチ空燃比を補正でき、排気性状の悪化を高い精度で抑制することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定するものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定しない。
また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

上記実施形態において、燃料カットから燃料噴射を再開させるときのリッチ制御は、フィードフォワード制御とフィードバック制御との組み合わせに限定されず、フィードフォワード制御とフィードバック制御とのいずれか一方を実施する構成とすることができる。
また、リッチ制御としてのフィードフォワード制御における燃料増量補正値を、下流空燃比検出器（酸素センサ１５）の過渡応答遅れの増大に応じて小さく変更することができる。

また、リッチ制御におけるリッチ度合を下流空燃比検出器の過渡応答遅れの増大に応じて小さく変更する処理は、触媒が排気の流れ方向に沿って複数配置される内燃機関にも適用可能である。
また、下流空燃比検出器（酸素センサ１５）の過渡応答遅れの増大を、例えば下流空燃比検出器（酸素センサ１５）の最大出力の低下などに基づいて推定し、リッチ制御におけるリッチ度合を小さく変更することができる。

また、下流空燃比検出器（酸素センサ１５）の過渡応答遅れの増大（劣化）が許容レベルを超えたときに、燃料噴射制御装置（ＥＣＵ１３）は、下流空燃比検出器（酸素センサ１５）の出力に基づくリッチ制御の終了処理を禁止し、例えば、燃料噴射再開から一定時間でリッチ制御を終了させる制御モードに切り替えることができる。
また、燃料噴射制御装置（ＥＣＵ１３）は、リッチ制御におけるリッチ化度合の変更処理として、空燃比センサ１１による空燃比検出値を補正して空燃比フィードバック制御に用いるようにして、下流空燃比検出器（酸素センサ１５）の過渡応答遅れの増大に応じて空燃比検出値をリッチ方向に補正することができる。
つまり、リッチ制御におけるリッチ化度合の変更処理を目標リッチ空燃比の補正に限定するものではなく、結果的にリッチ制御によって制御される空燃比を変更できる種々の処理を適宜採用できる。

また、リッチ制御の期間において一定のリッチ空燃比に制御する構成に限定されず、燃料噴射制御装置（ＥＣＵ１３）は、例えば、リッチ制御の経過時間が長くなるにしたがって空燃比を理論空燃比に徐々に近づけることができる。
そして、燃料噴射制御装置（ＥＣＵ１３）は、リッチ制御のリッチ度合を変更する処理として、リッチ空燃比を理論空燃比に近づける速度を変更することができる。

１…内燃機関、５…燃料噴射弁、１１…空燃比センサ、１２ａ…触媒、１５…酸素センサ（空燃比検出器）、１３…ＥＣＵ（燃料噴射制御装置）

Claims (6)

1. 排気通路に触媒を有した内燃機関に適用される燃料噴射制御装置であって、
   燃料カットから燃料供給を再開させるときに空燃比を一時的にリッチにするリッチ制御を実施し、
   前記リッチ制御を、前記触媒の下流に設けた空燃比検出器の出力に基づいて終了させ、
   前記リッチ制御におけるリッチ度合を、前記空燃比検出器の過渡応答遅れの増大に応じて小さく変更する、
   内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料カットの開始から前記空燃比検出器の出力が所定のリーン出力値になるまでの時間が長くなるほど、前記空燃比検出器の過渡応答遅れが増大しているとみなして、前記リッチ制御におけるリッチ度合を小さく変更する、
   請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃料カットの開始から前記空燃比検出器の出力が所定のリーン出力値になるまでの時間と、前記内燃機関の吸入空気量に応じた基準時間との差が大きいほど、前記リッチ制御におけるリッチ度合を小さく変更する、
   請求項２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記燃料カットの開始から前記空燃比検出器の出力が所定のリーン出力値になるまでの時間が前記基準時間よりも短いときに、前記リッチ制御におけるリッチ度合の変更を停止する、
   請求項３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記触媒の劣化度合が大きくなるほど、前記リッチ制御におけるリッチ度合を小さく変更する、
   請求項３又は請求項４記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 前記リッチ制御は、前記触媒の上流に設けた空燃比検出器が検出する空燃比と目標リッチ空燃比とに基づく燃料噴射量の補正制御であり、
   前記目標リッチ空燃比をリーン方向に変更することで前記リッチ制御におけるリッチ度合を小さくする、
   請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。