JP6597101B2 - 排気浄化制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、酸素吸蔵材を含む触媒がエンジンの排気系に介装された車両の排気浄化制御装置に関する。
従来、ガソリン車両の排気系に介装される触媒の一つとして、酸素吸蔵材を含む三元触媒が知られている。三元触媒とは、理論空燃比近傍の雰囲気下で窒素酸化物（NOx）の還元反応、炭化水素（HnCm）の酸化反応、一酸化炭素（CO）の酸化反応を同時に促進する触媒である。また、酸素吸蔵材とは、リーン雰囲気下で酸素を吸蔵し、リッチ雰囲気下において、リーン運転中に吸蔵した酸素を脱離させる特性を持った助触媒である。酸素吸蔵材の具体例としては、セリア（CeO2）、セリア・ジルコニア複合材料（CeO2-ZrO2）、アルミナ・セリア・ジルコニア複合材料（Al2O3-CeO2-ZrO2）、これらの材料に第２、第３の元素成分を複合した材料などが挙げられる。これらの酸素吸蔵材を触媒に含ませることで、触媒の活性サイト周囲の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。これにより、触媒活性が良好となる空燃比が確保され、触媒の排気浄化性能が向上する。なお、酸素吸蔵材に吸蔵された酸素は、炭化水素、一酸化炭素、水素の酸化反応に消費されうる（特許文献１参照）。
特開2008-25490号公報
ところで、上記の触媒を排気系に備えたエンジンに対して、燃料カットと呼ばれる制御が実施されることがある。燃料カットとは、所定の燃料カット条件が成立したときに、エンジンへの燃料供給を一時的に停止する制御である。この制御は、例えば車両の惰性走行中や減速中に実施されて、無駄な燃料消費を抑制するように機能する。つまり、燃料カットを実施することで、車両の燃費を改善することができる。
しかしながら、燃料カットの実施中は排気系に外気が流入するため、触媒の酸素吸蔵材に吸蔵される酸素量が過剰となる場合がある。このような過剰な吸蔵酸素は、燃料カットからの復帰時における排気浄化性能を低下させうる。すなわち、エンジンが燃料カットから復帰したときに、酸素吸蔵材から脱離する酸素量が一時的に増加するため、空燃比がややリーン寄りとなり窒素酸化物の浄化率が低下しやすい。また、脱離する酸素量を考慮して触媒周囲の空燃比を理論空燃比にするためには、燃料噴射量を増加させなければならない。これにより、結果的にトータルの燃料噴射量が増加することになり、燃料カットによる燃費改善効果が相殺されうる。
なお、仮に燃料カットを全く実施しなければ、触媒に酸素が過剰に吸蔵されることが防止されるため、高い排気浄化性能を維持することが可能である。しかしこの場合、車両の惰性走行中や減速中に無駄な燃料が消費されることになり、燃費が低下する。したがって、燃料カットを完全に不実施とすることは、現実的な解決策ではない。一方、数秒未満で完了するような瞬間的な燃料カットは、燃費改善効果が比較的小さいにもかかわらず、排気浄化性能を大きく低下させるおそれがある。したがって、燃費改善効果を損なわずに排気浄化性能を向上させるには、上記のような瞬間的な燃料カットが発生しないようにエンジンを制御することが望ましい。
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、触媒の排気浄化性能の低下を抑制しつつ燃費を改善することができる排気浄化制御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。
（１）ここで開示する排気浄化制御装置は、所定の燃料カット条件が成立した場合に、所定のディレイ時間が経過した後にエンジンへの燃料供給を遮断する燃料カット制御部を備える。また、前記エンジンの排気系に介装された酸素吸蔵材を含む触媒の酸素吸蔵能力（例えば、酸素吸蔵能力を表す指標値）を算出する算出部を備える。さらに、前記算出部で算出された前記酸素吸蔵能力に応じて、前記ディレイ時間の長さを設定する設定部を備える。
前記酸素吸蔵能力は、前記触媒に吸蔵される酸素の重量を表すことが好ましい。例えば、前記触媒が新品であるときの前記酸素吸蔵能力が最も高く、前記触媒を長く使用するほど前記酸素吸蔵能力が低下する特性を持つものであることが好ましい。
（２）前記設定部は、前記酸素吸蔵能力が低いほど前記ディレイ時間を短縮することが好ましい。例えば、前記触媒が新品であるときの前記ディレイ時間が最も長く設定され、前記触媒を長く使用するほど前記ディレイ時間が短く設定されることが好ましい。
（３）前記触媒の上流側の酸素濃度を検出する上流センサと、前記触媒の下流側の酸素濃度を検出する下流センサとを備えることが好ましい。この場合、前記算出部は、空燃比の変化に対する前記上流センサの応答時刻から前記下流センサの応答時刻までの出力反転時間が短いほど、前記酸素吸蔵能力が低いものと判断することが好ましい。
（４）前記触媒は、前記排気系の上流側に位置する前段触媒と下流側に位置する後段触媒とを有することが好ましい。また、前記前段触媒と前記後段触媒との間の酸素濃度を検出する中間センサを備えることが好ましい。この場合、前記算出部は、空燃比の変化に対する前記上流センサの応答時刻から前記中間センサの応答時刻までの第二出力反転時間が短いほど、前記酸素吸蔵能力が低いものと判断することが好ましい。
触媒の酸素吸蔵能力に応じて燃料カットのディレイ時間の長さを任意に設定することで、触媒吸蔵される酸素量を調節することができ、触媒の排気浄化性能の低下を抑制することができる。また、酸素の過剰な吸蔵を抑制することで、燃料カット復帰後に行うエンジンの燃焼空燃比のリッチ化を抑制することができ、燃費を改善することができる。
排気浄化制御装置が搭載された車両を模式的に示す図である。 触媒の酸素吸蔵能力の算出手法を説明するためのグラフであり、（Ａ）は燃料カット復帰時における空燃比変化、（Ｂ）、（Ｃ）は酸素濃度センサの出力特性を表す。 触媒の酸素吸蔵能力と燃料カットのディレイ時間との関係を示すグラフである。 燃料カットの制御手順を例示するフローチャートである。 ディレイ時間の設定手順を例示するフローチャートである。 排気浄化制御装置による制御の作用、効果を説明するためのタイムチャートであり、（Ａ）は空燃比、（Ｂ）はスロットル開度、（Ｃ）はNOx排出濃度、（Ｄ）はエンジン回転速度、（Ｅ）は車速に対応するものである。
図面を参照して、実施形態としての排気浄化制御装置について説明する。排気浄化制御装置の最小構成は、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１５〜１７を含むシステム全体を排気浄化制御装置として実現することも可能である。なお、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。
［１．装置構成］
図１は、車両に搭載されるエンジン１０及びこれを制御するエンジン制御装置１を模式的に示す図である。このエンジン１０は、吸気ポート８内に設けられたインジェクタ９からの燃料噴射を一時的に停止する燃料カット機能を備えている。また、エンジン１０の吸気通路１１にはスロットル弁１２が介装される。一方、排気通路１３には上流側から順に、過給機のタービン１４、前段触媒６、後段触媒７が配置される。
前段触媒６、後段触媒７はともに三元触媒であり、理論空燃比近傍の雰囲気下で窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素を浄化する機能を持つ。また、これらの前段触媒６、後段触媒７には、セリア系材料、セリア・ジルコニア系材料、セリア・ジルコニア・アルミナ系複合材料などの酸素吸蔵材が担持される。酸素吸蔵材はリーン雰囲気下で酸素を吸蔵し、リッチ雰囲気下において、リーン運転中に吸蔵した酸素を脱離させる特性を持つ。なお、前段触媒６は後段触媒７よりも触媒に担持する貴金属量が多い。
排気通路１３上には、排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１５〜１７が介装される。以下、前段触媒６の上流側に配置されたものを、上流センサ１５とも呼ぶ。同様に、前段触媒６と後段触媒７との間に配置されたものを中間センサ１６とも呼び、後段触媒７の下流側に配置されたものを下流センサ１７とも呼ぶ。上流センサ１５、中間センサ１６、下流センサ１７のそれぞれは、理論空燃比相当の酸素濃度を閾値として、センサ出力V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。ここでは、空燃比がリッチであるときのセンサ出力Vが所定値V0であり、空燃比がリーンであるときのセンサ出力Vがゼロであるものとする。なお、ジルコニアO2センサのセンサ出力Vは温度によって変化するため、センサ出力Vを排気温度に応じて補正する制御構成としてもよい。各酸素濃度センサ１５〜１７からのセンサ出力Vは、エンジン制御装置１に伝達される。
図１に示すように、エンジン１０には、エンジン回転速度N（エンジン回転数）を検出するエンジン回転数センサ１８と、エンジン１０の冷却水温Wを検出する水温センサ１９とが設けられる。また、車両の任意の位置には、車速Sを検出する車速センサ２０が設けられる。これらのセンサ１８〜２０で検出されたエンジン回転速度N、冷却水温W、車速Sの情報は、エンジン制御装置１に伝達される。また、スロットル弁１２の開度（スロットル開度）の情報も、エンジン制御装置１に伝達される。
エンジン制御装置１（排気浄化制御装置）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。このエンジン制御装置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。
［２．制御構成］
エンジン制御装置１は、触媒６、７の酸素吸蔵能力Aに応じて、エンジン１０の燃料カットを制御する機能を持つ。ここでは、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９からの燃料供給が遮断されるのではなく、酸素吸蔵能力Aに応じて設定されるディレイ時間Bが経過した後に燃料供給が遮断される。つまり、燃料カットの開始条件が成立した時点を基準として、ディレイ時間Bが経過する前にその開始条件が不成立となった場合には、その燃料カットは不実施とされる。これにより、ディレイ時間Bよりも短時間の瞬間的な燃料カットが抑制される。
上記のような制御を実施するための要素として、エンジン制御装置１には燃料カット制御部２、算出部３、設定部４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。
［２−１．燃料カット制御部］
燃料カット制御部２は、エンジン１０の燃料カットを司るものであり、所定の燃料カット条件の成否に応じて燃料カットを実施するものである。ここでは、燃料カット条件が成立した場合に、所定のディレイ時間Bが経過した後にエンジン１０への燃料供給を遮断する制御が実施される。燃料カット条件は、例えば以下の全ての条件１〜４が成立することである。これらの条件が成立したままディレイ時間Bが経過した場合に、燃料カットが開始される。また、燃料カットの実施中にいずれかの条件が不成立になると、燃料カットが終了する。なお、ディレイ時間Bの間にいずれかの条件が不成立になった場合には、燃料カットが不実施とされる。
＝燃料カット条件＝
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、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（W1≦W）
［２−２．算出部］
算出部３は、触媒６、７の酸素吸蔵能力Aを算出するものである。ここでいう酸素吸蔵能力Aとは、触媒６、７に吸蔵される酸素の重量を表す。酸素吸蔵能力Aは、触媒６、７が劣化するに連れて低下する特性を有する。例えば、触媒６、７が新品であるときの酸素吸蔵能力Aは最も高く、触媒６、７の使用時間が長くなるほど酸素吸蔵能力Aは低下する特性を持つ。
本実施形態の算出部３は、空燃比を変化させたときに各酸素濃度センサ１５〜１７が出力するセンサ出力Vに基づいて、触媒６、７の酸素吸蔵能力Aを算出する。すなわち、上流センサ１５の応答時刻を基準として、下流センサ１７の応答時刻までの時間（出力反転時間）に応じた酸素吸蔵能力Aを算出する。ここで、上流センサ１５の応答時刻から下流センサ１７の応答時刻までの時間が短いほど、触媒６と触媒７の総合的な酸素吸蔵能力Aが低いものと判断され、低い値の酸素吸蔵能力Aが算出される。
また、前段触媒６のみの酸素吸蔵能力AUに関して、上流センサ１５の応答時刻を基準として、中間センサ１６の応答時刻までの時間（第二出力反転時間）が短いほど低く算出される。一方、後段触媒７のみの酸素吸蔵能力ADは、総合的な酸素吸蔵能力Aから前段触媒６のみの酸素吸蔵能力AUを減じた値として算出される。触媒６、７各々の上下流に酸素濃度センサ１５〜１７を配置することで、触媒６、７各々の酸素吸蔵能力AU、ADが精度よく算出される。
ここで、図２（Ａ）〜（Ｃ）を用いて酸素吸蔵能力Aの算出手法を詳述する。
図２（Ａ）に示すように、燃料カットの実施中には空燃比がリーンである。時刻t0に燃料カットが終了してエンジン１０の燃焼が再開すると、空燃比がストイキ近傍（例えば弱リッチ程度に相当するフィードバック目標空燃比）に制御される。空燃比の変動は、各酸素濃度センサ１５〜１７における酸素濃度の変化として検出される。上流センサ１５は、他のセンサ１６、１７と比較してエンジン１０に近い位置に設けられていることから、時刻t0の直後である時刻t1に所定値V0を出力する。これに対し、中間センサ１６は、前段触媒６から脱離した酸素の影響を受けて、時刻t1よりもやや遅れた時刻t2に所定値V0を出力する。さらに、下流センサ１７は、後段触媒７から脱離した酸素の影響も受けて、時刻t2よりもさらに遅れた時刻t3に所定値V0を出力する。各センサ１５〜１７のセンサ出力Vの変化を図２（Ｂ）に示す。
一方、触媒６、７が経時劣化して酸素吸蔵能力Aが低下すると、各触媒６、７に吸蔵される酸素量が減少することから、各触媒６、７からの脱離酸素量も減少する。これにより、図２（Ｃ）に示すように、中間センサ１６の応答時刻t4は、劣化前の時刻t2よりも早い時刻となる。同様に、下流センサ１７の応答時刻t5も、劣化前の時刻t3より早い時刻となる。したがって、時刻t1を基準として、中間センサ１６、下流センサ１７のセンサ出力Vが変化するまでの時間が短いほど、酸素吸蔵能力Aが低いものと判断することができる。なお、時刻t1が時刻t0とほぼ同時刻であるとみなせる場合には、時刻t0を基準とした出力反転時間に基づいて、酸素吸蔵能力Aの高低を判断してもよい。ここで算出された酸素吸蔵能力Aの情報は、設定部４に伝達される。
上記の説明では、時刻t0に空燃比をリーンからストイキ近傍まで変化させているが、センサ出力Vの変化は、空燃比をストイキ近傍からリーン側へと変化させた場合にも検出可能である。したがって、例えば燃料カットの開始直後におけるセンサ出力Vの変化を観察することで、酸素吸蔵能力Aを把握することも可能である。また、ストイキ近傍の空燃比における各センサ１５〜１７のセンサ出力Vは、温度に応じて変化しうる。そこで、図２（Ｂ）、（Ｃ）中に示すように、所定値V0よりも小さい閾値V1を予め設定しておき、センサ出力Vが閾値V1以上になった時刻を応答時刻とみなしてもよい。
［２−３．設定部］
設定部４は、算出部３で算出された酸素吸蔵能力Aに応じて、ディレイ時間Bの長さを設定するものである。ここでは、ディレイ時間Bが、触媒６と触媒７が有する総合的な酸素吸蔵能力Aに応じて設定される。本実施形態では、触媒６と触媒７が有する総合的な酸素吸蔵能力Aが高いほどディレイ時間Bが長く、酸素吸蔵能力Aが低いほどディレイ時間Bが短く設定される。酸素吸蔵能力Aとディレイ時間Bとの対応関係を図３に例示する。
酸素吸蔵能力Aが高いほど、エンジン１０が燃料カットから復帰したときに、触媒６、７から脱離する酸素量が増大し、排気浄化性能に与える悪影響が大きくなる。一方、酸素吸蔵能力Aが低ければ、燃料カットからの復帰直後に触媒６、７から脱離する酸素量が減少するため、排気浄化性能はそれほど低下しない。そこで、酸素吸蔵能力Aが高いほどディレイ時間Bを長く設定することで、脱離酸素による排気浄化性能の低下を効率的に抑制できる。
なお、算出部３で算出された各々の触媒６、７の酸素吸蔵能力AU、ADを用いてディレイ時間Bを設定してもよい。なお、後段触媒７の酸素吸蔵能力ADは、トータルの酸素吸蔵能力Aから前段触媒６の酸素吸蔵能力AUを減算して求めることができる。そして、この場合、前段触媒６の酸素吸蔵能力AUに対応する第一ディレイ時間BUを設定するとともに、後段触媒７の酸素吸蔵能力ADに対応する第二ディレイ時間BDを設定し、これらの加算値をディレイ時間Bとして算出することも可能である。各々の触媒６、７の酸素吸蔵能力AU、ADを考慮することで、各触媒６、７の劣化度合いに応じたより適切なディレイ時間Bが与えられることになり、総合的な排気浄化性能の低下が抑制される。
［３．フローチャート］
［３−１．燃料カット制御］
図４は、燃料カットの制御手順を例示するフローチャートである。このフローは、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）がオンの状態であるときに、所定周期で繰り返し実施される。こ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、フロー中の記号Cは、燃料カット条件が成立し続けている時間に相当するカウンタ値である。
最初に、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、例えば上記の条件１〜４の全てが成立する場合には、カウンタ値Cに値C+1が代入されて、経過時間が計測される（ステップＡ４）。一方、条件１〜４のいずれかが成立しない場合には、カウンタ値CがC=0にリセットされ（ステップＡ８）、この演算周期での制御が終了する。
燃料カットの開始条件が成立し続けた場合、その経過時間がディレイ時間B以上であるか否かが判定される（ステップＡ５）。この判定は、カウンタ値Cが、ディレイ時間Bに相当する所定値C0以上であるか否かを判定することに代えることができる。この条件が成立すると、燃料カット制御部２にて燃料カットが開始され、エンジン１０への燃料供給が遮断される（ステップＡ６）。また、制御フラグFがF=1に設定され（ステップＡ７）、その演算周期での制御が終了する。
制御フラグFがF=1となる燃料カットの実施中には、燃料カットの終了条件が成立するか否かが判定される（ステップＡ９）。ここで、例えば上記の条件１〜４の全てが成立したままであれば、燃料カットが継続される（ステップＡ１３）。一方、条件１〜４のいずれかが不成立になると、燃料カットが終了する（ステップＡ１０）。また、制御フラグFがF=0に設定されるとともに（ステップＡ１１）、ディレイ時間Bの設定フローが開始され（ステップＡ１２）、その演算周期での制御が終了する。
［３−２．ディレイ時間の設定］
図５は、ディレイ時間Bの設定手順を例示するフローチャートである。このフローは、燃料カットが終了した直後に開始され、燃料カットが再び開始されるまでの間に、図４に示すフローと並行して実施される。フロー中の記号Tは、下流センサ１７の出力反転時間に相当するカウンタ値である。
まず、ディレイ時間Bの設定に用いられる各種情報が取得され（ステップＢ１）、制御フラグFがF=0であることを条件として（ステップＢ２）、車両の走行条件やエンジン１０の運転条件が、触媒６、７の有する酸素吸蔵能力Aを精度よく計測できる条件となっているか否かが判定される（ステップＢ３）。例えば、車両の走行状態やエンジン１０の運転状態が安定して連続しているか否かが判定される。また、酸素吸蔵能力Aの算出精度は触媒温度の影響を強く受けて変化するため、触媒温度が指定温度範囲内（例えば、４００℃〜６００℃）であるか否かが判定される。これらの条件が成立する場合には、酸素吸蔵能力Aを精度よく計測できる状態であると判断されて、ステップＢ４に進む。一方、本フローと並行して実施される図４のフローで制御フラグFがF=1に設定された場合や、ステップＢ３の条件が不成立の場合には、本フローは終了する。
ステップＢ４では、上流センサ１５のセンサ出力Vが閾値V1以上であるか否かが判定される。ここで、V＜V1である場合にはこの演算周期での制御が終了し、V≧V1である場合にはステップＢ５に進む。ステップＢ５では、下流センサ１７のセンサ出力Vが閾値V1以上であるか否かが判定される。ここで、V＜V1である場合にはカウンタ値Tに値T+1が代入されて、経過時間が計測される（ステップＢ６）。一方、V≧V1になると、その時点におけるカウンタ値Tに基づき、算出部３で触媒６、７の酸素吸蔵能力Aが算出される（ステップＢ７）。また、設定部４では、酸素吸蔵能力Aに基づいてディレイ時間Bが設定される（ステップＢ８）。ここで設定されたディレイ時間Bは、図４中のステップＡ５での判定内容（例えば、所定値C0の値）に反映される。
［４．作用］
上記のエンジン制御装置１を搭載した車両の走行状態について、図６（Ａ）〜（Ｅ）を用いて説明する。時刻t10にアクセルペダルが踏み戻され、スロットル開度が全閉になると〔図６（Ｂ）〕、エンジン回転速度Nが徐々に低下するとともに〔図６（Ｄ）〕、車速Sが減少する〔図６（Ｅ）〕。その後、時刻t11にエンジン回転速度Nが第二速度N2以下になると、燃料カット条件が成立する。ここで仮に、燃料カットのディレイ時間Bが設定されなかった場合には、図６（Ａ）中に破線で示すように、排気通路１３に外気が導入されて空燃比が増大し、触媒６、７の酸素吸蔵材に多量の酸素が吸蔵されることになる。したがって、図６（Ｃ）に破線で示すように、燃料カットが終了した時刻t13の直後から触媒６、７の排気浄化性能が低下し、NOx排出濃度が一時的に上昇してしまう。
これに対し、本実施形態では燃料カットのディレイ時間Bが設定され、少なくとも時刻t11からディレイ時間Bが経過した時刻t12までの間は、燃料カットが開始されずに保留される。これにより、図６（Ａ）に示すように、ディレイ時間Bの分だけ燃料カットの実施期間が短縮されることになり、触媒６、７に吸蔵される酸素量が減少する。したがって、図６（Ｃ）に実線で示すように、ディレイ時間Bが設定されなかった場合と比較して、触媒６、７の排気浄化性能が向上する。
その後、時刻t16に再び燃料カット条件が成立した場合も同様であり、ディレイ時間Bが経過するまでの間は、燃料カットが開始されずに保留される。また、ディレイ時間Bの間にアクセルペダルが踏み込まれてスロットル開度が大きくなると、燃料カット条件が不成立となり、燃料カットが開始されない。ここで仮に、燃料カットのディレイ時間Bが設定されなかった場合には、図６（Ａ）中に破線で示すように、数秒未満で完了するような瞬間的な燃料カットが発生することになる。これにより、図６（Ｃ）中に破線で示すように、スロットル開度が増大し始める時刻t17以降の排気浄化性能が低下し、NOx排出濃度が一時的に上昇してしまう。一方、本実施形態では、このような瞬間的な燃料カットが抑制、禁止される。したがって、車両の燃費悪化を抑制しつつ、時刻t17以降の排気浄化性能を低下させることなく維持することができる。
［５．効果］
（１）上記のエンジン制御装置１（排気浄化制御装置）では、燃料カット条件が成立した場合に、エンジン１０への燃料供給を停止させるためのディレイ時間Bが設定されるため、瞬間的な燃料カットの発生を防止することができる。また、触媒６、７に酸素が吸蔵される機会を減少させることができるとともに、燃料カットの実施時間を短縮することができる。これにより、触媒６、７に吸蔵される酸素量を減少させることができ、燃料カットからの復帰後における排気浄化性能の低下を抑制することができる。また、ディレイ時間Bが経過した後には燃料カットが実施されるため、無駄な燃料消費を抑制することができ、燃費を改善することができる。したがって、触媒６、７の排気浄化性能の低下を抑制しつつ燃費を改善することができる。
また、上記のエンジン制御装置１では、触媒６と触媒７のトータルの酸素吸蔵能力Aに基づいて燃料カットのディレイ時間Bが設定される。これにより、燃料カットの終了後に触媒６、７から脱離しうる酸素量を考慮して、燃料カットを実施する時間の短縮量を決定することができる。したがって、燃料カットからの復帰後における排気浄化性能の低下を精度よく抑制することができる。
（２）上記のエンジン制御装置１では、例えば図３に示すように、酸素吸蔵能力Aが高いほどディレイ時間Bが延長され、酸素吸蔵能力Aが低いほどディレイ時間Bが短縮される。この設定は、酸素吸蔵能力Aが高いほど、燃料カットから復帰したときに触媒６、７から脱離する酸素量が増大し、排気浄化性能に与える悪影響が大きくなることに由来する。つまり、酸素吸蔵能力Aが高いほどディレイ時間Bを延長することで、燃料カットを開始されにくくすることができ、かつ、燃料カットの実施時間を短縮することができる。したがって、燃料カットからの復帰後に触媒６、７から脱離する酸素量を減少させることができ、排気浄化性能を向上させることができる。
（３）上記のエンジン制御装置１では、触媒６、７の上流側に配置された上流センサ１５と下流側に配置された下流センサ１７とを用いて、空燃比の変化に対する応答時刻差に基づいて酸素吸蔵能力Aを算出している。ここでいう応答時刻差とは、図２（Ｂ）中の時刻t1から時刻t3までの時間（出力反転時間）に相当する。この応答時刻差が短いほど酸素吸蔵能力Aが低いものと判断することで、触媒６と触媒７のトータルの酸素吸蔵能力Aを精度よく把握することができ、適切にディレイ時間Bを設定することができる。したがって、排気浄化性能を向上させることができる。
（４）本実施形態の前段触媒６は、後段触媒７よりも触媒貴金属の担持量が多いため、トータルの排気浄化性能に与える影響についても、後段触媒７よりも前段触媒６の方が大きい。これを踏まえて、触媒６と触媒７のトータルの酸素吸蔵能力Aを参照する代わりに、前段触媒６のみの酸素吸蔵能力AUを参照したい場合も考えられる。このような要望に対し、上記のエンジン制御装置１では、触媒６、７の間に配置された中間センサ１６を用いて、前段触媒６の酸素吸蔵能力AUを算出することが可能である。すなわち、図２（Ｂ）中の時刻t1から時刻t2までの時間（第二出力反転時間）を参照し、この時間が短いほど前段触媒６の酸素吸蔵能力AUが低いものと判断して、前段触媒６の酸素吸蔵能力AUを算出すればよい。また、後段触媒７の酸素吸蔵能力ADは、トータルの酸素吸蔵能力Aから前段触媒６の酸素吸蔵能力AUを減算して求めればよい。このように、個々の酸素吸蔵能力AU、ADを用いることで、燃料カットのディレイ時間Bを適正化することができ、排気浄化性能を向上させることができる。
［６．変形例］
上述の実施形態では、排気通路１３に二つの触媒６、７が介装された排気系を例示したが、具体的な触媒６、７の個数やレイアウトはこれに限定されない。また、触媒６、７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選択還元触媒などの触媒を対象とすることができる。なお、触媒６、７に含有される酸素吸蔵材の種類についても同様である。
上述の実施形態では、触媒６、７の酸素吸蔵能力Aに基づいてディレイ時間Bを算出する算出部３を例示したが、他のパラメータを考慮してディレイ時間Bを算出することも考えられる。酸素吸蔵材への酸素の吸着しやすさは、触媒温度や排気温度、雰囲気温度（外気温）に依存して変化しうる。そこで、これらの各種温度を考慮してディレイ時間Bを補正してもよい。
また、酸素吸蔵能力Aとディレイ時間Bとの関係は、図３に示すような関係に限定されない。例えば、酸素吸蔵能力Aが低いほど触媒６、７の排気浄化性能が低下しているものと推定されることから、できるだけ燃料カットの実施時間を短縮することで、燃料カットからの復帰後における脱離酸素量を減少させたいことも考えられる。この場合、酸素吸蔵能力Aが低いほどディレイ時間Bを長く設定することで、脱離酸素による排気浄化性能の低下を抑制することができる。
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。少なくとも、瞬間的な燃料カットの発生を抑制することで、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
また、上述の実施形態では、空燃比をリーンから弱リッチへと変化させたとき（燃料カットから復帰したとき）の出力反転時間に基づいて酸素吸蔵能力Aを算出しているが、酸素吸蔵能力Aの算出手法はこれに限定されない。例えば、空燃比をストイキ近傍で振動させたときに、触媒６、７の下流側にて検出される酸素濃度の振動周期（周波数）に基づき、酸素吸蔵能力Aを算出してもよい。この振動周期は、触媒６、７の酸素吸蔵能力Aが低下するに連れて短くなる。また、触媒６、７の下流側における振動周波数は、酸素吸蔵能力Aが低下するに連れて、上流側における振動周波数に近づくように変化する。したがって、酸素濃度の振動周期（周波数）や上下流における振動周波数比などを酸素吸蔵能力Aの指標として用いることができる。
１ エンジン制御装置
２ 燃料カット制御部
３ 算出部
４ 設定部
６ 前段触媒
７ 後段触媒
１０ エンジン
１５ 上流センサ（上流O2センサ）
１６ 中間センサ（中間O2センサ）
１７ 下流センサ（下流O2センサ）
１８ エンジン回転数センサ
１９ 水温センサ
２０ 車速センサ
A 酸素吸蔵能力
B ディレイ時間

Claims (4)

  1. 所定の燃料カット条件が成立した場合に、所定のディレイ時間が経過した後にエンジンへの燃料供給を遮断する燃料カット制御部と、
    前記エンジンの排気系に介装された酸素吸蔵材を含む触媒の酸素吸蔵能力を算出する算出部と、
    前記算出部で算出された前記酸素吸蔵能力に応じて、前記ディレイ時間の長さを設定する設定部と、
    を備えたことを特徴とする、排気浄化制御装置。
  2. 前記設定部は、前記酸素吸蔵能力が低いほど前記ディレイ時間を短縮する
    ことを特徴とする、請求項１記載の排気浄化制御装置。
  3. 前記触媒の上流側の酸素濃度を検出する上流センサと、
    前記触媒の下流側の酸素濃度を検出する下流センサとを備え、
    前記算出部は、空燃比の変化に対する前記上流センサの応答時刻から前記下流センサの応答時刻までの出力反転時間が短いほど、前記酸素吸蔵能力が低いものと判断する
    ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気浄化制御装置。
  4. 前記触媒が、前記排気系の上流側に位置する前段触媒と下流側に位置する後段触媒とを有するとともに、
    前記前段触媒と前記後段触媒との間の酸素濃度を検出する中間センサを備え、
    前記算出部は、空燃比の変化に対する前記上流センサの応答時刻から前記中間センサの応答時刻までの第二出力反転時間が短いほど、前記酸素吸蔵能力が低いものと判断する
    ことを特徴とする、請求項３記載の排気浄化制御装置。
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