(57)【要約】【課題】内燃機関のフューエルカットからの燃料噴射復帰時に非同期噴射を実行するに際し、アフターファイヤの発生を防止しながらも、触媒のＮＯｘ浄化機能を迅速に回復させることを可能にする内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】エンジンのフューエルカット中、三元触媒における酸素吸蔵量を算出する。フューエルカット状態から燃料噴射が復帰される際、三元触媒の酸素吸蔵量に基づいて必要非同期噴射量を算出する。この必要非同期噴射量が可燃空燃比分噴射量よりも多い場合、燃焼室内での燃焼が可能な空燃比の範囲内での最大噴射量で分割非同期噴射を実行する。その後、上記必要非同期噴射量から分割非同期噴射量を減算した値を新たな必要非同期噴射量とし、この必要非同期噴射量が「０」になるまで上記分割非同期噴射を実行していく。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のフューエルカット条件が成立した際に燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させるフューエルカット制御手段と、そのフューエルカット中に上記フューエルカット条件が非成立となって燃料噴射が復帰した際に燃料噴射弁の非同期噴射を実行する非同期噴射実行手段とを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
排気系に備えられた触媒装置における上記フューエルカット中の酸素吸蔵量を求める酸素吸蔵量取得手段と、
上記酸素吸蔵量取得手段によって求められた酸素吸蔵量に基づいて上記非同期噴射で必要な必要非同期噴射量を求める必要非同期噴射量取得手段とを備え、
上記非同期噴射実行手段は、上記必要非同期噴射量取得手段によって求められた必要非同期噴射量が所定の上限値を超えている場合に、この必要非同期噴射量を複数回に分割して、これら分割された各非同期噴射での燃料それぞれが互いに異なるサイクルでの燃焼行程において燃焼するように各非同期噴射の噴射タイミングを設定する構成とされていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記非同期噴射実行手段は、上記必要非同期噴射量取得手段によって求められた必要非同期噴射量が所定の上限値を超えている場合、複数回に分割して実行する分割非同期噴射のうち第１回目の分割非同期噴射によって噴射される燃料量を上記上限値に一致させるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記上限値は、燃焼行程において失火を生じさせない範囲において最もリッチ寄りの空燃比となる値に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記非同期噴射実行手段は、必要非同期噴射量を複数回に分割して噴射する場合、第１回目の分割非同期噴射の実行後、クランク角度の７２０°回転後に第２回目の分割非同期噴射を実行する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記非同期噴射実行手段は、上記必要非同期噴射量取得手段によって求められた必要非同期噴射量と燃焼室内での燃焼を可能にする空燃比を得るための可燃空燃比分噴射量とを比較し、上記必要非同期噴射量が可燃空燃比分噴射量よりも多い場合には必要非同期噴射量を複数回に分割して、これら分割された各非同期噴射での燃料それぞれが互いに異なるサイクルでの燃焼行程において燃焼するように各非同期噴射の噴射タイミングを設定する構成とされていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記可燃空燃比分噴射量は、下記の式（１）
可燃空燃比分噴射量＝エンジン負荷率×換算係数＋ポート付着分燃料量  …（１）
換算係数：非同期噴射で噴射された燃料と空気とにより生成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ寄りとなるような可燃空燃比分噴射量を得るための係数。
ポート付着分燃料量：燃料噴射弁から噴射された燃料のうち吸気ポートの壁面に付着して気筒内に導入されない量を考慮して可燃空燃比分噴射量を増量側に補正するための燃料量。
により求められることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係る。特に、本発明は、フューエルカットからの燃料噴射復帰時に実行される非同期噴射の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された内燃機関（以下、エンジンと言う）では、車両の減速中にインジェクタからの燃料噴射を停止するフューエルカット制御が行われる。具体的には、ドライバ（運転者）によるアクセルペダルの踏み込み量が「０」（アクセルＯＦＦ）であり、且つエンジン回転数が予め定められた範囲にある（フューエルカット回転数以上にある）場合に、フューエルカット条件が成立したとしてインジェクタからの燃料噴射を停止する。また、このフューエルカットに伴ってエンジン回転数が低下し、所定の復帰回転数（燃料噴射復帰回転数）に達するとインジェクタからの燃料噴射を再開する。
【０００３】
また、エンジンが定常運転状態から加速運転状態に移行したときには、クランクシャフトの回転位置に同期した燃料噴射（以下、同期噴射という）とは別に、燃料増量のためにクランクシャフトの回転位置に同期しない燃料噴射（以下、非同期噴射という）が行われる。例えば、ドライバがアクセルペダルの踏み込み操作を行うなどしてトルク要求がなされた場合には、直ちに全気筒について非同期噴射が行われる。これにより、吸入空気量の増大に対して遅れなく全ての気筒への燃料供給量を増加させ、混合気の希薄化を回避する。その結果、車両の加速レスポンスの悪化が回避でき、ドライバビリティを高めることができる。
【０００４】
また、一般的にエンジンの排気系には、排気ガス中の特定成分を浄化するための触媒コンバータが設けられている。この触媒コンバータとして、三元触媒コンバータ（以下、単に触媒と呼ぶ）が広く使用されている。この種の触媒は、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃焼の炭化水素（ＨＣ）を酸化すると共に酸化窒素（ＮＯｘ）を還元する。これにより、上記各成分を、二酸化炭素（ＣＯ2）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）、窒素（Ｎ2）に変換し、排気の浄化を図っている。
【０００５】
この触媒による浄化機能は、燃焼室内における混合気の空燃比に依存し、その空燃比が理論空燃比近傍であるとき、触媒は最も有効に機能する。ところが、上記空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多い場合には触媒内での酸化作用が活発となるのに対し還元作用が不活発となる（ＮＯｘ浄化機能が低下する）。逆に、上記空燃比がリッチであり排気ガス中の酸素量が少ない場合には触媒内での還元作用が活発となるのに対し酸化作用が不活発となる。このような状況では、上記各成分の全てを良好に浄化させることができなくなる。
【０００６】
そして、上記フューエルカット制御中には、上記空燃比がリーンになり、触媒内部は酸素過多の状態が進むことになる。この状態でフューエルカットから燃料噴射が復帰されると、触媒はＮＯｘ浄化機能が低下しているので、この燃料噴射復帰初期時には十分にＮＯｘを浄化できなくなる。このため、このフューエルカットからの燃料噴射の復帰時にも上述した非同期噴射を実行して触媒のＮＯｘ浄化機能を早期に回復させるようにしている（下記の特許文献１）。
【０００７】
この場合、単に、触媒の酸素吸蔵量に応じて非同期噴射での燃料噴射量を設定すると、その燃料噴射量が多過ぎてしまうことがある。この場合に、空燃比がオーバーリッチになり、燃焼室内で失火が発生して、その混合気が排気系で燃焼するアフターファイヤが生じてしまう可能性がある。
【０００８】
この課題に鑑みられたものとして下記の特許文献２がある。この特許文献２では、上記フューエルカットからの燃料噴射復帰時に行われる非同期噴射での燃料噴射量に上限値を設定している。これにより、非同期噴射時の燃料噴射量が多過ぎる状況を回避してアフターファイヤの発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１４６７８１号公報
【特許文献２】特開２００７−７７９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献２のように、非同期噴射での噴射量を上限値に規定すれば、上記アフターファイヤの発生を防止することは可能である。
【００１１】
しかしながら、この特許文献２のものでは、触媒のＮＯｘ浄化機能を十分に高めるのに必要な燃料噴射量（エミッション要求に基づく非同期噴射量）を得ることができず、フューエルカットからの燃料噴射復帰後にあっては十分にＮＯｘを浄化できない可能性がある。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関のフューエルカットからの燃料噴射復帰時に非同期噴射を実行するに際し、上記アフターファイヤの発生を防止しながらも、触媒のＮＯｘ浄化機能を迅速に回復させることが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、内燃機関のフューエルカットからの燃料噴射復帰時に非同期噴射を実行するに際し、触媒装置のＮＯｘ浄化機能を回復させるのに必要な非同期噴射での燃料噴射量が、アフターファイヤの発生を招くものであった場合には、この非同期噴射を複数回のサイクルに亘って分割して実行し、非同期噴射１回当たりの燃料噴射量を制限してアフターファイヤが発生しないようにしている。また、複数回の非同期噴射によって必要な非同期噴射量を確保することで、触媒装置のＮＯｘ浄化機能を迅速に回復させることを可能にしている。
【００１４】
−解決手段−
具体的に、本発明は、所定のフューエルカット条件が成立した際に燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させるフューエルカット制御手段と、そのフューエルカット中に上記フューエルカット条件が非成立となって燃料噴射が復帰した際に燃料噴射弁の非同期噴射を実行する非同期噴射実行手段とを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この燃料噴射制御装置に対し、排気系に備えられた触媒装置における上記フューエルカット中の酸素吸蔵量を求める酸素吸蔵量取得手段と、この酸素吸蔵量取得手段によって求められた酸素吸蔵量に基づいて上記非同期噴射で必要な必要非同期噴射量を求める必要非同期噴射量取得手段とを備えさせる。そして、上記必要非同期噴射量取得手段によって求められた必要非同期噴射量が所定の上限値を超えている場合に、上記非同期噴射実行手段が、この必要非同期噴射量を複数回に分割して、これら分割された各非同期噴射での燃料それぞれが互いに異なるサイクルでの燃焼行程において燃焼するように各非同期噴射の噴射タイミングを設定する構成としている。
【００１５】
ここで、上記上限値は、非同期噴射を実行した場合に空燃比がオーバリッチになって燃焼室内で失火が発生するといったことのない範囲内で設定されている。
【００１６】
この特定事項により、内燃機関のフューエルカット中には、そのフューエルカット中に触媒装置が吸蔵した酸素量（酸素吸蔵量）を求める。そして、フューエルカット状態から燃料噴射が復帰した際には、上記酸素吸蔵量に基づいて非同期噴射で必要な必要非同期噴射量が求められる。この際、求められた必要非同期噴射量が所定の上限値（例えば、燃焼行程で失火が発生する程度にまで空燃比がオーバリッチとなるような噴射量）を超えている場合には、この必要非同期噴射量を複数回に分割し、複数回の非同期噴射によって必要非同期噴射量を確保する。また、これら分割された非同期噴射それぞれは互いに異なるサイクル（同一気筒において互いに異なるサイクル）での燃焼行程において燃焼するように噴射タイミングが設定されている。このため、燃焼行程１回当たりにおいて気筒内に導入されている非同期噴射量が制限されることによりアフターファイヤの発生が防止される。
【００１７】
上記非同期噴射実行手段による非同期噴射の制御として具体的には以下のものが挙げられる。つまり、上記必要非同期噴射量取得手段によって求められた必要非同期噴射量が所定の上限値を超えている場合、複数回に分割して実行する分割非同期噴射のうち第１回目の分割非同期噴射によって噴射される燃料量を上記上限値に一致させるようにしている。
【００１８】
より具体的に、上記上限値は、燃焼行程において失火を生じさせない範囲において最もリッチ寄りの空燃比となる値に設定されている。
【００１９】
これによれば、第１回目の分割非同期噴射での非同期噴射量としては上記アフターファイヤを生じさせない範囲での最大量に設定することが可能になる。このため、アフターファイヤを生じさせることなしに、触媒のＮＯｘ浄化機能の回復を最大限に早めることが可能になる。
【００２０】
非同期噴射を分割する場合の各非同期噴射の実行タイミングとして具体的には以下のものが挙げられる。つまり、必要非同期噴射量を複数回に分割して噴射する場合、第１回目の分割非同期噴射の実行後、クランク角度の７２０°回転後に第２回目の分割非同期噴射を実行する構成としている。
【００２１】
このようなタイミングで各分割非同期噴射を実行すれば、各分割非同期噴射で噴射された燃料それぞれが同一気筒において互いに異なるサイクルでの燃焼行程において燃焼することになる。つまり、同一サイクルで２回以上の分割非同期噴射が実行されてしまうといったことが無くなる。このため、非同期噴射を実行したことで空燃比がオーバリッチになって燃焼室内で失火が発生するといったことが阻止され、アフターファイヤの発生を確実に防止できる。
【００２２】
必要非同期噴射量を複数回に分割して噴射する場合のより具体的な動作としては以下のものが挙げられる。つまり、上記必要非同期噴射量取得手段によって求められた必要非同期噴射量と燃焼室内での燃焼を可能にする空燃比を得るための可燃空燃比分噴射量とを比較し、上記必要非同期噴射量が可燃空燃比分噴射量よりも多い場合に、必要非同期噴射量を複数回に分割して、これら分割された各非同期噴射での燃料それぞれが互いに異なるサイクルでの燃焼行程において燃焼するように各非同期噴射の噴射タイミングを設定するようにしている。
【００２３】
この場合に、可燃空燃比分噴射量は、下記の式（１）により求められる。
【００２４】
可燃空燃比分噴射量＝エンジン負荷率×換算係数＋ポート付着分燃料量  …（１）
ここで換算係数は、非同期噴射で噴射された燃料と空気とにより生成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ寄りとなるような可燃空燃比分噴射量を得るための係数である。また、ポート付着分燃料量は、燃料噴射弁から噴射された燃料のうち吸気ポートの壁面に付着して気筒内に導入されない量を考慮して可燃空燃比分噴射量を増量側に補正するための燃料量である。
【００２５】
この構成により、可燃空燃比分噴射量が適切に得られ、上記必要非同期噴射量が可燃空燃比分噴射量よりも多いか否か、つまり、必要非同期噴射量を複数回に分割して噴射すべきか否かを正確に判断することができる。その結果、必要非同期噴射量を複数回に分割して噴射すべきであるにも拘わらず必要非同期噴射量を１回の非同期噴射で噴射してしまって空燃比がオーバリッチになりアフターファイヤを招くといったことが回避できる。また、必要非同期噴射量を１回の噴射で実行してもアフターファイヤは生じないにも拘わらず必要非同期噴射量を複数回に分割してしまうことで触媒のＮＯｘ浄化機能の回復を最大限に早めることができなくなるといったことが回避できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、内燃機関のフューエルカットからの燃料噴射復帰時に非同期噴射を実行するに際し、触媒装置のＮＯｘ浄化機能を回復させるのに必要な非同期噴射での燃料噴射量が、アフターファイヤの発生を招くものであった場合には、この非同期噴射を複数回に分割して実行するようにしている。これにより、非同期噴射１回当たりの燃料噴射量を制限することによってアフターファイヤの発生を防止している、また、非同期噴射で必要な燃料噴射量を確保することで触媒装置のＮＯｘ浄化機能を迅速に回復させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係るエンジン及びその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図３】非同期噴射制御の手順を示すフローチャート図である。
【図４】必要非同期噴射量マップを示す図である。
【図５】ポート付着分燃料マップを示す図である。
【図６】（ａ）は実施形態に係る非同期噴射実行時の燃料噴射タイミングを示すタイミングチャート図であり、（ｂ）は従来例における非同期噴射実行時の燃料噴射タイミングを示すタイミングチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る燃料噴射制御装置を自動車用４気筒ガソリンエンジン（内燃機関）に適用した場合について説明する。
【００２９】
−エンジン−
図１は本実施形態に係るエンジン１、及び、その吸排気系の概略構成を示す図である。尚、この図１ではエンジン１の１気筒の構成のみを示している。
【００３０】
本実施形態におけるエンジン１は、例えば４気筒ガソリンエンジンであって、燃焼室１１を形成するピストン１２及び出力軸であるクランクシャフト１３を備えている。上記ピストン１２はコネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１３に連結されており、ピストン１２の往復運動がコネクティングロッド１４によってクランクシャフト１３の回転へと変換されるようになっている。
【００３１】
上記クランクシャフト１３には、外周面に複数の突起（歯）１６を有するシグナルロータ１５が取り付けられている。このシグナルロータ１５の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）７１が配置されている。このクランクポジションセンサ７１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１３が回転する際にシグナルロータ１５の突起１６に対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。
【００３２】
エンジン１のシリンダブロック１７には、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ７２が配置されている。
【００３３】
エンジン１の燃焼室１１には点火プラグ２が配置されている。この点火プラグ２の点火タイミングはイグナイタ２１によって調整される。このイグナイタ２１はエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）６によって制御される。
【００３４】
エンジン１の燃焼室１１には吸気通路３と排気通路４とが接続されている。吸気通路３と燃焼室１１との間には吸気バルブ３１が設けられている。この吸気バルブ３１を開閉駆動することにより、吸気通路３と燃焼室１１とが連通または遮断される。また、排気通路４と燃焼室１１との間には排気バルブ４１が設けられている。この排気バルブ４１を開閉駆動することにより、排気通路４と燃焼室１１とが連通または遮断される。これら吸気バルブ３１及び排気バルブ４１の開閉駆動は、クランクシャフト１３の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフト（共に図示省略）の各回転によって行われる。
【００３５】
上記吸気通路３には、エアクリーナ３２、熱線式のエアフローメータ７３、吸気温センサ７４（エアフローメータ７３に内蔵）、及び、エンジン１の吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ３３が配置されている。このスロットルバルブ３３はスロットルモータ３４によって駆動される。スロットルバルブ３３の開度はスロットル開度センサ７５によって検出される。
【００３６】
また、上記吸気通路３には燃料噴射用のインジェクタ３５が配置されている。このインジェクタ３５には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路３に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１１に導入される。燃焼室１１に導入された混合気（燃料＋空気）は、エンジン１の圧縮行程を経た後、点火プラグ２にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１１内での燃焼・爆発によりピストン１２が往復運動してクランクシャフト１３が回転する。
【００３７】
エンジン１の排気通路４には２つの三元触媒４２，４３が配設されている。これら三元触媒４２，４３は、酸素を貯蔵（吸蔵）するＯ2ストレージ機能（酸素貯蔵機能）を有しており、この酸素貯蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを浄化することが可能となっている。即ち、エンジン１の空燃比がリーンとなって、三元触媒４２，４３に流入する排気ガス中の酸素及びＮＯｘが増加すると、酸素の一部を三元触媒４２，４３が吸蔵することでＮＯｘの還元・浄化を促進する。一方、エンジン１の空燃比がリッチになって、三元触媒４２，４３に流入する排気ガスにＨＣ，ＣＯが多量に含まれると、三元触媒４２，４３は内部に吸蔵している酸素分子を放出し、これらのＨＣ，ＣＯに酸素分子を与え、酸化・浄化を促進する。
【００３８】
排気系において上流側に位置している三元触媒はスタート触媒（上流側触媒）４２である。このスタート触媒４２は、排気通路４の上流側（燃焼室１１に近い側）に設けられているため、エンジン１の始動後、短時間のうちに活性温度まで上昇するといった特徴がある。また、排気系において下流側に位置している三元触媒はアンダーフロア触媒（下流側触媒）４３である。このアンダーフロア触媒４３は、上記スタート触媒４２で浄化することのできなかったＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを浄化するためのものであり、車体を構成するフロアパネルの下側に配設されている。
【００３９】
尚、これら三元触媒４２，４３は、空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多い場合には酸化作用が活発となるのに対し還元作用が不活発となる。逆に、空燃比がリッチであり排気ガス中の酸素量が少ない場合には還元作用が活発となるのに対し酸化作用が不活発となる。このような状況では、上記三成分全てを良好に浄化させることができなくなる可能性がある。特に、空燃比がリーンである場合には酸化窒素（ＮＯｘ）を還元する作用が低下してＮＯｘ浄化機能が低下することになる。
【００４０】
上記排気通路４におけるスタート触媒４２の上流側には、Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）７６が配置されている。この空燃比センサ７６は、例えば限界電流式の酸素濃度センサが適用されており、広い空燃比領域に亘って空燃比に対応した出力電圧を発生する構成となっている。
【００４１】
また、排気通路４におけるスタート触媒４２の下流側であって且つアンダーフロア触媒４３の上流側には、Ｏ2センサ（酸素センサ）７７が配置されている。この酸素センサ７７は、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサが適用されており、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化する構成となっている。
【００４２】
これら空燃比センサ７６及び酸素センサ７７の発生する信号は、それぞれＡ／Ｄ変換された後に、エンジンＥＣＵ６に入力される。
【００４３】
−制御ブロックの説明−
以上のエンジン１の運転状態は上記エンジンＥＣＵ６によって制御される。このエンジンＥＣＵ６は、図２に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）６１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）６２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）６３及びバックアップＲＡＭ６４などを備えている。
【００４４】
ＲＯＭ６２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭ６３は、ＣＰＵ６１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ６４は、エンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００４５】
これらＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６３及びバックアップＲＡＭ６４は、バス６７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路６５及び外部出力回路６６と接続されている。外部入力回路６５には、上記クランクポジションセンサ７１、水温センサ７２、エアフローメータ７３、吸気温センサ７４、スロットル開度センサ７５、空燃比センサ７６、酸素センサ７７の他に、アクセル開度センサ７８、カム角センサ７９、ノックセンサ７Ａ等が接続されている。一方、外部出力回路６６には、上記スロットルバルブ３３を駆動するスロットルモータ３４、上記インジェクタ３５、イグナイタ２１等が接続されている。各センサの機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。
【００４６】
上記エンジンＥＣＵ６は、上記各種センサの検出信号に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。例えば、周知の点火プラグ２の点火タイミング制御、インジェクタ３５の燃料噴射制御（空燃比センサ７６及び酸素センサ７７の各出力に基づいた空燃比フィードバック制御）、スロットルモータ３４の駆動制御等が実行される。
【００４７】
また、エンジンＥＣＵ６は、以下のフューエルカット制御も行うようになっている。
【００４８】
−フューエルカット制御の概要−
フューエルカット制御としては、上記クランクポジションセンサ７１によって検出されるエンジン回転数が予め定められた所定値（フューエルカット回転数：例えば１０００ｒｐｍ）以上で且つ上記アクセル開度センサ７８によって検出されるアクセルペダルの開度が「０」（アクセルＯＦＦ）とされた場合にフューエルカット条件が成立したと判断し、上記インジェクタ３５からの燃料噴射を停止するようにしている（フューエルカット制御手段による燃料噴射停止動作）。これにより、燃料消費量の削減や排気エミッションの改善が図れる。
【００４９】
尚、上記フューエルカット中に車両の速度が低下し、エンジン回転数が上記フューエルカット回転数よりも低くなったときには、エンジンストールを防止するためにフューエルカットを中止してインジェクタ３５からの燃料噴射を再開する。また、フューエルカット中にアクセルペダルが踏まれた場合（加速時）にも、フューエルカットを中止してインジェクタ３５からの燃料噴射を行う。
【００５０】
また、本実施形態では、上記フューエルカット状態からの燃料噴射復帰時において、非同期噴射（全気筒のインジェクタ３５，３５，…に噴射指令信号を出力）を実行し、各三元触媒４２，４３における雰囲気をリッチ雰囲気にするようにしている。これにより、各三元触媒４２，４３における雰囲気は、フューエルカット時にはリーンであったが、燃料噴射復帰直後にリッチにすることができ、迅速にＮＯｘ浄化機能を回復させることができる。
【００５１】
一方、この非同期噴射における燃料噴射量が多過ぎると、排気系においてアフターファイヤが発生して、三元触媒４２を溶損させる可能性がある。これは、非同期噴射での噴射量が多過ぎることで空燃比がオーバリッチになり、燃焼室１１内で失火が発生し、その混合気が排気系で燃焼するためである。このため、本実施形態では以下に述べるような非同期噴射制御を実行するようにしている。
【００５２】
尚、このフューエルカット状態からの燃料噴射復帰時に非同期噴射を行う目的は、上述した各三元触媒４２，４３のＮＯｘ浄化機能を回復させることだけでない。例えば、上記フューエルカット中には吸気ポートの壁面に付着していた燃料が蒸発していくため、燃料噴射復帰時には吸気ポートの壁面の燃料付着量は殆ど無くなっている。この状態から同期噴射を行った場合（非同期噴射を実行することなしに同期噴射を行った場合）には、その噴射量のうち吸気ポートの壁面に付着する燃料量が多くなってしまう。このため、この同期噴射開始前に非同期噴射を実行しておき、これにより、気筒内への燃料導入量を適正に確保することも非同期噴射の目的の一つである。
【００５３】
−非同期噴射制御−
次に、本実施形態の特徴とする動作であるフューエルカット状態から燃料噴射が復帰される際に行われる非同期噴射の制御について説明する。
【００５４】
先ず、本実施形態係る非同期噴射の制御の概略について説明すると、フューエルカット中における三元触媒４２の吸蔵酸素量に基づいて、非同期噴射で必要な燃料噴射量（以下、必要非同期噴射量と呼ぶ）を算出する。そして、この必要非同期噴射量を１回の非同期噴射で噴射した場合に空燃比がオーバリッチになって失火が発生すると判断される状況では、この必要非同期噴射量を互いに異なるサイクルに亘る複数回の非同期噴射により噴射する。これにより、非同期噴射１回当たりの噴射量を制限することで失火を防止し、これによって排気系でのアフターファイヤを回避するようにしている（非同期噴射制御実行手段による非同期噴射の実行動作）。
【００５５】
次に、図３のフローチャートに沿って上記エンジンＥＣＵ６で実行される非同期噴射制御の手順について説明する。図３に示すルーチンは、車両の走行中において所定のサイクルタイム（例えば８ｍｓｅｃ）で繰り返し実行される。尚、以下の非同期噴射制御では、理解を容易にするために、上流側の三元触媒４２のＮＯｘ浄化機能を回復させることに着目した場合を例に挙げて説明する。つまり、上流側の三元触媒４２のＮＯｘ浄化機能を回復させるものとして上記必要非同期噴射量を算出する場合を例に挙げて説明する。これに限らず、上流側の三元触媒４２のＮＯｘ浄化機能及び下流側の三元触媒４３のＮＯｘ浄化機能を共に回復させるものとして上記必要非同期噴射量を算出するようにしてもよい。
【００５６】
先ず、ステップＳＴ１では、現在のエンジン１の運転状態がフューエルカット中であるか否かを判定する。つまり、上記フューエルカット条件（エンジン回転数が上記フューエルカット回転数以上で且つアクセルＯＦＦ状態）が成立しており、インジェクタ３５からの燃料噴射が停止している状態にあるか否かを判定する。
【００５７】
エンジン１の運転状態がフューエルカット中ではなく、ステップＳＴ１でＮＯ判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。
【００５８】
一方、エンジン１の運転状態がフューエルカット中であり、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２に移って、上記三元触媒４２における酸素吸蔵量の算出を行う。この酸素吸蔵量の算出は、上記エンジンＥＣＵ６に予め備えられたタイマを作動させ、これによりフューエルカット継続時間を計測する。このタイマは、フューエルカット条件が非成立となってインジェクタ３５からの燃料噴射が復帰された場合にはリセットされる。また、このステップＳＴ２では、上記エアフローメータ７３によって検出された吸入空気量を上記タイマが作動している期間中（フューエルカットの継続中）、積算していく。つまり、エアフローメータ７３によって検出される単位時間当たりの吸入空気量を、上記タイマが作動している期間中、積算していく。これにより、フューエルカット中に三元触媒４２に吸蔵された酸素量が積算されることになる（酸素吸蔵量取得手段による酸素吸蔵量の取得動作）。この酸素吸蔵量は、フューエルカット継続時間が長いほど、また、単位時間当たりにエアフローメータ７３によって検出される吸入空気量が多いほど、大きな値として求められることになる。この単位時間当たりの吸入空気量は、エンジン回転数及びスロットルバルブ開度に相関がある。つまり、エンジン回転数が高いほど、また、スロットルバルブ開度が大きいほど、単位時間当たりの吸入空気量は多くなっている。
【００５９】
このようにして三元触媒４２における酸素吸蔵量の算出が行われている状態で、ステップＳＴ３において、燃料噴射が復帰されたか否かを判定する。つまり、ドライバがアクセルペダルの踏み込み操作を行うなどして上記フューエルカット条件が非成立となり、インジェクタ３５からの燃料噴射が復帰されたか否かを判定する。この燃料噴射が復帰されるまでの間は、このステップＳＴ３でＮＯ判定され、上記ステップＳＴ２において三元触媒４２における酸素吸蔵量の算出動作が継続して行われる。
【００６０】
尚、上記クランクポジションセンサ７１によって検出されるエンジン回転数が上記フューエルカット回転数よりも低くなったときにもフューエルカット条件が非成立となるため、このステップＳＴ３ではＹＥＳ判定されることになる。
【００６１】
燃料噴射が復帰され、ステップＳＴ３でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ４に移り、必要非同期噴射量（三元触媒４２のＮＯｘ浄化機能を回復させる（例えば三元触媒４２の内部環境をストイキに戻す）のに必要となる非同期噴射での燃料噴射量）の算出を行う。つまり、上記三元触媒４２における酸素吸蔵量の算出動作（上記ステップＳＴ２での動作）によって得られた酸素吸蔵量に基づき、非同期噴射において必要となる噴射量（必要非同期噴射量）を算出する（必要非同期噴射量取得手段による必要非同期噴射量の取得動作）。
【００６２】
この必要非同期噴射量の算出動作は、上記ＣＰＵ６１において所定の演算式を用いて行うようにしてもよいし、上記ＲＯＭに予め記憶させておいた必要非同期噴射量マップから読み出すようにしてもよい。図４は、この必要非同期噴射量マップを示している。この図４からも判るように、フューエルカット中の積算空気量（吸入空気量）が多いほど、必要非同期噴射量も多く必要になる。また、フューエルカット中の積算空気量が所定量を超えた場合、三元触媒４２の酸素吸蔵量は略上限に達しており、それ以上に三元触媒４２に酸素が吸蔵されることはないので、それ以降は、フューエルカット状態が継続しても必要非同期噴射量は一定値に維持される。尚、この必要非同期噴射量マップは、予め実験やシミュレーション等により得られたものである。
【００６３】
このようにして必要非同期噴射量が算出された後、ステップＳＴ５に移り、可燃空燃比分噴射量の算出を行う。この可燃空燃比分噴射量とは、燃焼行程において失火を生じさせない範囲で且つ理論空燃比よりもリッチ寄りの空燃比を得るための噴射量である。つまり、この可燃空燃比分噴射量以下の噴射量で非同期噴射を実行すれば、燃焼行程において燃焼室１１内での失火（空燃比がオーバリッチになることに起因する失火）が生じることなく、この非同期噴射で噴射された燃料が燃焼できることになる。
【００６４】
この可燃空燃比分噴射量の算出動作として具体的には、下記の式（１）により算出される。
【００６５】
可燃空燃比分噴射量＝エンジン負荷率×換算係数＋ポート付着分燃料量  …（１）
ここで、エンジン負荷率は、エンジン１の最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値であって、例えば、上記エアフローメータ７３により検出される吸入空気量と上記クランクポジションセンサ７１からの出力により算出されるエンジン回転数とに基づいた負荷率マップを参照して算出される。
【００６６】
また、上記換算係数は、非同期噴射で噴射された燃料と空気とにより生成される混合気の空燃比が例えば「１０．０」程度のリッチ寄り（理論空燃比よりもリッチ寄り）となるような上記可燃空燃比分噴射量を得るための係数である。尚、ここで設定される空燃比としては「１０．０」に限定されるものではないが、三元触媒４２のＮＯｘ浄化機能を迅速に回復させるためには、燃焼室１１内での失火が発生しない範囲でできるだけリッチ寄りに設定することが好ましい。尚、この換算係数は、予め実験やシミュレーション等により得られたものである。
【００６７】
更に、ポート付着分燃料量とは、インジェクタ３５から噴射された燃料のうち吸気ポートの壁面に付着することで気筒内に導入されない量（非同期噴射の実行と略同時には気筒内に導入されない燃料量）を考慮して可燃空燃比分噴射量を増量側に補正するためのものである。このポート付着分燃料量を推定するための動作としては、上記ＲＯＭに予め記憶させておいたポート付着分燃料マップから読み出すようにしている。図５は、このポート付着分燃料マップを示している。この図５からも判るように、水温（上記水温センサ７２によって検出されたエンジン冷却水温度）が低いほどポート付着分燃料量は多くなる。これは、水温が低いほど、吸気ポートの壁面温度は低く、この壁面に付着した燃料は蒸発し難い環境にあるためである。また、エンジン負荷が高いほどポート付着分燃料量は多くなる。これは、エンジン負荷が高いほどスロットルバルブ３３の開度は大きくなっており、吸入負圧が小さい（スロットルバルブ３３の開度が小さい場合に比べて吸気ポート内圧力は高い）ため、吸気ポートの壁面に付着した燃料は蒸発し難い環境にあるためである。尚、このポート付着分燃料量を推定するための動作としては、上述したポート付着分燃料マップを利用するものに限らず、所定の演算式によってポート付着分燃料量を算出するようにしてもよい。
【００６８】
上記可燃空燃比分噴射量の算出を行った後、ステップＳＴ６において、非同期噴射の実行タイミングであるか否かを判定する。フューエルカット条件が非成立となった時点であって未だ非同期噴射が実行されていない場合には、上記フューエルカット条件が非成立となった時点またはその直後が非同期噴射の実行タイミングとして設定される。つまり、フューエルカット条件が非成立となるのと略同時に非同期噴射が実行されることになる。
【００６９】
そして、このステップＳＴ６でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ７に移り、上記ステップＳＴ４で算出された必要非同期噴射量と、上記ステップＳＴ５で算出された可燃空燃比分噴射量とを比較する。具体的には、必要非同期噴射量が可燃空燃比分噴射量以下であるか否かを判定する。つまり、上記必要非同期噴射量の全量を、燃焼室１１内での失火を生じさせることなしにインジェクタ３５から噴射できる状況にあるか否かを判定する。
【００７０】
必要非同期噴射量が可燃空燃比分噴射量以下であり、ステップＳＴ７でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ８に移り、上記必要非同期噴射量での非同期噴射が実行される。この場合、必要非同期噴射量の全量がインジェクタ３５から噴射されることになるため、このステップＳＴ８での非同期噴射が実行された後、本ルーチンを終了する。
【００７１】
一方、必要非同期噴射量が可燃空燃比分噴射量を超えており、ステップＳＴ７でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ９に移り、上記可燃空燃比分噴射量（上記必要非同期噴射量未満の噴射量）での非同期噴射が実行される。この場合、未だ必要非同期噴射量のうちの一部についてはインジェクタ３５から噴射されていないことになる。また、この非同期噴射では、噴射量が上記可燃空燃比分噴射量に制限されているため、この非同期噴射で噴射された燃料は燃焼行程において燃焼室１１内で良好に燃焼することになる。
【００７２】
その後、ステップＳＴ１０に移り、前回の必要非同期噴射量（上記ステップＳＴ４で算出されていた必要非同期噴射量）から今回の非同期噴射で噴射された燃料量（ステップＳＴ９で噴射された可燃空燃比分噴射量）が減算され、それを新たな必要非同期噴射量（更新された必要非同期噴射量）として設定した後、ステップＳＴ５に戻る。
【００７３】
このようにして第１回目の非同期噴射が実行され、ステップＳＴ５に戻ると、可燃空燃比分噴射量の算出を行う。この第２回目の可燃空燃比分噴射量の算出動作における算出手法は、上述した第１回目の可燃空燃比分噴射量の算出動作（第１回目の非同期噴射を実行するに当たっての可燃空燃比分噴射量の算出動作）における算出手法とは異なったものとされる。
【００７４】
具体的には、この第２回目の可燃空燃比分噴射量の算出動作の実行時には、既に第１回目の非同期噴射は実行されており（ステップＳＴ９）、その一部の燃料は吸気ポートの壁面に付着している。このため、第２回目の非同期噴射の実行時には、この第１回目の非同期噴射で吸気ポートの壁面に付着した燃料の蒸発分を考慮する必要がある。つまり、第２回目の可燃空燃比分噴射量の算出動作を、第１回目の可燃空燃比分噴射量の算出動作（吸気ポートの壁面に燃料が殆ど付着していないと仮定した算出動作）と同様に行ったのでは、燃焼室１１内に導入される燃料量が多くなりすぎて空燃比がオーバリッチになって失火を招いてしまう可能性がある。
【００７５】
この点を考慮し、第２回目の可燃空燃比分噴射量の算出動作にあっては、上記式（１）における換算係数を、上記第１回目の可燃空燃比分噴射量の算出動作で使用した換算係数よりもリーン寄りの値に変更する。例えば、混合気の空燃比が例えば「１２．０」程度の値になるように換算係数を変更する。また、上記第１回目の非同期噴射で吸気ポートの壁面に付着した燃料量を考慮して、上記式（１）におけるポート付着分燃料量の値が小さくなるように変更してもよい。
【００７６】
以上のようにして可燃空燃比分噴射量の算出を行った後、ステップＳＴ６において、非同期噴射の実行タイミングであるか否かを判定する。第２回目のステップＳＴ６での判定では、例えば、上記第１回目の非同期噴射が実行されてからクランクシャフト１３が２回転（７２０°回転）した時点が非同期噴射の実行タイミングとなる。これは、第１回目の非同期噴射が実行され、全ての気筒でそれぞれ１回の燃焼行程が行われ、非同期噴射で噴射された燃料の燃焼が完了した後に、第２回目の非同期噴射を実行するためである。
【００７７】
本実施形態にあっては、第１回目の非同期噴射が実行され、全ての気筒で燃焼行程が行われ、非同期噴射で噴射された燃料の燃焼が完了した後に、第２回目の非同期噴射を実行すればよく、必ずしも、上記第１回目の非同期噴射の実行タイミングと第２回目の非同期噴射の実行タイミングとの間隔はクランクシャフト１３の２回転（７２０°回転）分に限定されることはない。
【００７８】
そして、このステップＳＴ６でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ７に移る。このステップＳＴ７では、上記ステップＳＴ１０で新たに設定された必要非同期噴射量と、上記ステップＳＴ５で算出された可燃空燃比分噴射量とを比較する。具体的には、必要非同期噴射量が可燃空燃比分噴射量以下であるか否かを判定する。つまり、今回（第２回目）の非同期噴射によって燃料が噴射された場合、上記必要非同期噴射量（ステップＳＴ１０で更新された必要非同期噴射量）の全量がインジェクタ３５から噴射される状況にあるか否かを判定する。
【００７９】
必要非同期噴射量が可燃空燃比分噴射量以下であり、ステップＳＴ７でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ８に移り、上記必要非同期噴射量での非同期噴射が実行される。この場合、必要非同期噴射量の全量がインジェクタ３５から噴射されることになるため、このステップＳＴ８での非同期噴射が実行された後、本ルーチンを終了する。
【００８０】
一方、必要非同期噴射量が可燃空燃比分噴射量を超えており、ステップＳＴ７でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ９に移り、上記可燃空燃比分噴射量での非同期噴射が実行される。この場合、未だ必要非同期噴射量のうちの一部についてはインジェクタ３５から噴射されていないことになる。即ち、第３回目の非同期噴射を実行するべく、ステップＳＴ１０で必要非同期噴射量を更新し、ステップＳＴ５に戻ることになる。
【００８１】
以上の動作が、必要非同期噴射量の全量がインジェクタ３５から噴射されるまで、つまり、ステップＳＴ７でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ８で必要非同期噴射量での非同期噴射が実行されるまで繰り返されることになる。
【００８２】
このようにして、各非同期噴射にあっては、１回当たりの噴射量を上記可燃空燃比分噴射量以下に制限しているため、燃焼室１１内での失火を防止することができ、これによって排気系でのアフターファイヤを回避することができる。また、非同期噴射で必要な燃料噴射量を複数回の非同期噴射によってインジェクタ３５から噴射できるため、迅速に三元触媒４２のＮＯｘ浄化機能を回復させることもできる。
【００８３】
図６（ａ）は本実施形態に係る非同期噴射（２回の非同期噴射：第１回目の非同期噴射を「非同期噴射Ｎｏ．１」とし、第２回目の非同期噴射を「非同期噴射Ｎｏ．２」として示している）が行われた場合における各気筒の燃料噴射形態の一例を示すタイミングチャートである。また、図６（ｂ）は従来の非同期噴射が行われた場合（必要非同期噴射量を１回の非同期噴射で実行した場合）における各気筒の燃料噴射形態の一例を示すタイミングチャートである。
【００８４】
図６（ｂ）に示すように、従来の非同期噴射では、非同期噴射１回当たりの噴射量が多く、空燃比がオーバリッチになって失火が発生する可能性があった。そして、その失火した混合気（未燃ガス）が、後続して排気系に排出される燃焼ガスの熱を受けて排気系内で燃焼するアフターファイヤが発生する可能性があった。図６（ｂ）では、１番気筒で噴射された非同期噴射により燃焼室内の空燃比がオーバリッチになり、失火して排気系に流れ出た混合気によってアフターファイヤが発生する場合を示している。
【００８５】
これに対し、本実施形態に係る非同期噴射にあっては、図６（ａ）に示すように、非同期噴射が分割されていることにより、非同期噴射１回当たりの噴射量を削減することで失火を防止し、これによって排気系でのアフターファイヤを回避することができる。また、必要非同期噴射量も確保され、迅速に三元触媒４２のＮＯｘ浄化機能を回復させることもできる。
【００８６】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、本発明を自動車用４気筒ガソリンエンジン１に適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンに対しても適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型やＶ型や水平対向型等の別）についても特に限定されるものではない。
【００８７】
また、上記実施形態では、三元触媒４２の上流側の排気ガスセンサを空燃比センサ７６とし、三元触媒４２の下流側の排気ガスセンサを酸素センサ７７としていた。本発明はこれに限らず、上流側の排気ガスセンサとして酸素センサを適用したり、下流側の排気ガスセンサとして空燃比センサを適用するようにしてもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、各非同期噴射の噴射タイミングとしては、全ての気筒で同時に非同期噴射が実行されるものとしていた。本発明はこれに限らず、１サイクル中にインジェクタ３５から噴射される非同期噴射量が上記可燃空燃比分噴射量以下に制限されたものであれば、必ずしも、全ての気筒で同時に非同期噴射を実行する必要はない。例えば、各気筒の排気行程において、未だ吸気バルブ３１が開弁していないタイミングで各非同期噴射をそれぞれ実行するようにしてもよい。
【００８９】
更に、上記実施形態では、インジェクタ３５の配設箇所としては吸気通路３としていた。つまり、ポート噴射式のエンジン１に対して本発明を適用したものであった。本発明は、これに限らず、筒内直噴式のエンジンに対しても適用可能である。また、ポート噴射式及び筒内直噴式の両インジェクタを備えたエンジンに対しても本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、自動車用エンジンのフューエルカットからの燃料噴射復帰時に実行される非同期噴射によるアフターファイヤの発生を防止する燃料噴射制御に適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１          エンジン（内燃機関）
１１        燃焼室
３          吸気通路
３５        インジェクタ（燃料噴射弁）
４          排気通路
４２，４３  三元触媒（触媒装置）
６          エンジンＥＣＵ
７１        クランクポジションセンサ
７３        エアフローメータ
【図１】
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【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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