(57)【要約】【課題】フューエルカット処理の実行期間に三元触媒に吸蔵される酸素の量を好適に少なく抑えることを課題とする。【解決手段】吸気通路に配置される窒素富化装置と、排気通路に配置される三元触媒と、を備える内燃機関に適用される制御装置であって、該制御装置は、フューエルカット処理が開始されてから終了されるまでの期間において、１サイクルあたりに前記内燃機関の気筒内に吸入される量の吸気に含まれる酸素量が所定の下限値以上となる窒素比率の範囲において吸気の窒素比率を高めるべく、窒素富化装置を制御するようにした。【選択図】図３
2017203423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配置されて、該吸気通路を流れるガスである吸気に窒素ガスを添加すること、又は前記吸気に含まれる酸素の少なくとも一部を除去することにより、前記吸気に含まれる酸素の量に対して前記吸気に含まれる窒素の量の割合である窒素比率を高める窒素富化装置と、
前記内燃機関の排気通路に配置されて、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の酸素を吸蔵し、且つ排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していた酸素を放出する三元触媒と、
を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
前記制御装置は、前記内燃機関の運転途中で燃料噴射を一時的に停止させる処理であるフューエルカット処理が開始されてから終了されるまでの期間において、１サイクルあたりに前記内燃機関の気筒内へ吸入される量の吸気に含まれる酸素量が所定の下限値以上となる窒素比率の範囲において前記吸気の窒素比率を高めるべく、前記窒素富化装置を制御する処理である窒素富化処理を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素富化装置を備える内燃機関に適用される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素吸蔵能（OSC:Oxygen Storage Capacity）を具備する三元触媒が排気通路に配置さ
れる、火花点火式の内燃機関において、該内燃機関の運転途中でフューエルカット処理が実行されると、三元触媒の酸素吸蔵量が急速に増加する。そのため、フューエルカット処理の終了時における三元触媒の酸素吸蔵量が過剰に多くなる可能性がある。そのような場合において、フューエルカット処理の終了直後に内燃機関がストイキ運転（理論空燃比近傍の混合気を燃焼させる運転）されると、三元触媒がリーン雰囲気となって、ＮＯＸ浄化性能が低下する。このような問題に対し、フューエルカット処理の終了から所定期間は、内燃機関をリッチ運転（リッチ空燃比の混合気を燃焼させる運転）させることにより、三元触媒がリーン雰囲気になることを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０１３７７７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２７９２６号公報
【特許文献３】特開２０１１−０６９３３９号公報
【特許文献４】特開２００５−１０５９９３号公報
【特許文献５】特開２０１５−０１０４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記した従来技術によれば、フューエルカット処理の終了時における三元触媒の酸素吸蔵量が多くなるほど、フューエルカット処理の終了後に内燃機関をリッチ運転させる時間を長くする必要がある。内燃機関をリッチ運転させる期間が長くなると、それに伴って内燃機関の燃料消費率（単位出力あたりの燃料消費量）が増加するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フューエルカット処理の実行期間に三元触媒に吸蔵される酸素の量を好適に少なく抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、内燃機関の吸気通路に配置されて、該吸気通路を流れるガスである吸気に窒素ガスを添加すること、又は吸気に含まれる酸素の少なくとも一部を除去することにより、吸気に含まれる酸素の量に対して吸気に含まれる窒素の量の割合である窒素比率を高める窒素富化装置と、内燃機関の排気通路に配置されて、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の酸素を吸蔵し、且つ排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していた酸素を放出する三元触媒と、を備えた内燃機関に適用される制御装置である。そして、前記制御装置は、内燃機関の運転途中で燃料噴射を一時的に停止させる処理であるフューエルカット処理が開始されてから終了されるまでの期間において、１サイクルあたりに前記内燃機関の気筒内に吸入される量の吸気に含まれる酸素量が所定の下限値以上となる窒素比率の範囲において吸気の窒素比率を高めるべく、窒素富化装置を制御する処理である窒素富化処理を実行するようにした。ここでいう所定の下限値は、フューエルカット処理
を終了させるための燃料噴射が再開されるときに、着火不良や失火が生じない酸素量の最小値である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フューエルカット処理の実行期間に三元触媒に吸蔵される酸素の量を好適に少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】フューエルカット期間に窒素富化処理が実行された場合における、Ｆ／Ｃフラグと、窒素富化装置のオン／オフと、三元触媒へ流入する排気の酸素濃度と、三元触媒の酸素吸蔵量と、リッチ運転のオン／オフと、の経時変化を示すタイミングチャートである。
【図３】窒素富化処理が実行される際に、ＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１０】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、車両に搭載される内燃機関であって、複数の気筒２を備えた４ストローク・サイクルの火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１では、気筒数が４つの例を示しているが、３つ以下であってもよく、又は５つ以上であってもよい。内燃機関１の各気筒２には、気筒２内に火花を発生させるための点火プラグ３と、図示しない吸気ポート内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁４とが取り付けられている。なお、燃料噴射弁４は、気筒２内に燃料を噴射するように構成されてもよい。
【００１１】
内燃機関１は、吸気通路５と接続されている。吸気通路５は、大気中から取り込まれた空気を各気筒２へ導くための通路である。吸気通路５の上流側端部の近傍には、空気中の塵等を捕集するためのエアクリーナボックス５０が取り付けられている。エアクリーナボックス５０より下流の吸気通路５には、該吸気通路５内を流れる空気量を調整するためのスロットル弁５１が取り付けられている。このスロットル弁５１と前記エアクリーナボックス５０との間の吸気通路５には、該吸気通路５内を流れる空気量（吸入空気量）に相関した電気信号を出力するエアフローメータ５２が取り付けられている。
【００１２】
内燃機関１は、排気通路６と接続されている。排気通路６は、気筒２内で燃焼された既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路６の途中には、三元触媒６０が配置される。三元触媒６０は、該三元触媒６０へ流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍にあるときに、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯＸ）を浄化する触媒である。また、三元触媒６０は、該三元触媒６０へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の酸素を吸蔵し、且つ該三元触媒６０へ流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していた酸素を放出する酸素吸蔵能を有する。上記した三元触媒６０より上流の排気通路６には、排気の酸素濃度に相関する電気信号を出力する酸素濃度センサ６１が取り付けられる。
【００１３】
内燃機関１は、窒素富化装置５３を備えている。窒素富化装置５３は、吸気通路５に配置されて、吸気に含まれる酸素量に対して吸気に含まれる窒素量の割合（窒素比率）を高める装置である。具体的には、窒素富化装置５３は、吸気通路５を流れるガス（吸気）に
窒素ガスを添加する装置である。ここでいう窒素ガスとしては、図示しないタンクに貯蔵されている窒素ガスを用いるものとする。
【００１４】
また、内燃機関１は、ＥＧＲ装置７を備えている。ＥＧＲ装置７は、三元触媒６０より上流の排気通路６から窒素富化装置５３より下流の吸気通路５へ排気の一部（ＥＧＲガス）を導くためのＥＧＲ通路７０と、該ＥＧＲ通路７０を流れるＥＧＲガス量を調節するためのＥＧＲ弁７１と、該ＥＧＲ通路７０を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ７２と、を備えている。
【００１５】
上記したように構成される内燃機関１には、本発明に係わる「制御装置」としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）８が併設されている。ＥＣＵ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される。このように構成されるＥＣＵ８は、前述したエアフローメータ５２、及び酸素濃度センサ６１に加え、アクセルポジションセンサ９、及びクランクポジションセンサ１０等の各種センサと電気的に接続され、それら各種センサの出力信号を入力することができるようになっている。なお、アクセルポジションセンサ９は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。
【００１６】
ＥＣＵ８は、前述した点火プラグ３、燃料噴射弁４、スロットル弁５１、窒素富化装置５３、及びＥＧＲ弁７１等の各種機器とも電気的に接続され、それら各種機器の作動状態を制御することができるようになっている。例えば、ＥＣＵ８は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、目標燃料噴射量、目標燃料噴射時期、目標点火時期、及び目標スロットル開度等を演算し、それら各種の目標値に従って、燃料噴射弁４、点火プラグ３、及びスロットル弁５１等を制御する。
【００１７】
また、ＥＣＵ８は、所定のフューエルカット開始条件が成立したときに燃料噴射弁４の作動を停止させ、且つ所定のフューエルカット終了条件が成立したときに燃料噴射弁４の作動を再開させることにより、内燃機関１における混合気の燃焼を一時的に停止させる、フューエルカット処理を実行する。ここでいうフューエルカット開始条件は、（１）クランクポジションセンサ１０の出力信号に基づいて演算される機関回転速度が所定の第一回転速度以上であること、（２）内燃機関１が暖機完了状態にあること、（３）三元触媒６０が活性状態にあること、及び（４）アクセルポジションセンサ９の出力信号（アクセル開度）が０であることの４つの条件が成立することである。また、フューエルカット終了条件は、（５）機関回転速度が所定の第２回転速度（前記第一回転速度より低く、且つアイドル回転速度より高い回転速度）以下であること、又は（６）アクセル開度が０より大きいことの少なくとも一方の条件が成立することである。上記した条件に従ってフューエルカット処理が実行されると、内燃機関１の燃料消費率を小さくすることができる。
【００１８】
ところで、前記したフューエルカット処理の開始から終了までの期間（フューエルカット期間）においては、内燃機関１の気筒２内に吸入された空気がそのまま排気通路６へ排出されることになる。そのため、フューエルカット期間中は、フューエルカット処理が実行されていない期間（内燃機関１において燃料が燃焼されている期間）に比べ、単位時間あたりに三元触媒６０へ流入する酸素の量が多くなり、それに伴って単位時間あたりに三元触媒６０に吸蔵される酸素の量が多くなる。その結果、フューエルカット処理の終了時における三元触媒６０の酸素吸蔵量が過剰に多くなる可能性がある。そのような場合において、フューエルカット処理の終了直後に内燃機関１がストイキ運転されると、三元触媒６０がリーン雰囲気となって、ＮＯＸ浄化性能が低下する。
【００１９】
上記した問題に対し、フューエルカット処理の終了時における三元触媒６０の酸素吸蔵
量が所定の閾値を超えている場合は、フューエルカット処理が終了されてから三元触媒６０の酸素吸蔵量が前記所定の閾値以下となるまでの期間において、内燃機関１をリッチ運転させることにより、三元触媒６０がリーン雰囲気になることを抑制する方法が考えられる。しかしながら、フューエルカット処理の終了時における三元触媒６０の酸素吸蔵量が多くなるほど、前記リッチ運転時間を長くする必要があるため、それに応じて内燃機関１の燃料消費率が増加する虞がある。なお、ここでいう所定の閾値は、三元触媒６０の酸素吸蔵量が該所定の閾値を超えている状態で内燃機関１がストイキ運転されると、三元触媒６０がリーン雰囲気になると想定される値であり、予め実験的に求められている値である。
【００２０】
そこで、本実施形態では、フューエルカット期間において、前記窒素富化装置５３から吸気へ窒素ガスを添加させる処理（窒素富化処理）を実行することにより、フューエルカット期間中に三元触媒６０に吸蔵される酸素の量を少なく抑えるようにした。以下、本実施形態における窒素富化処理の実行手順について説明する。
【００２１】
図２は、フューエルカット期間に窒素富化処理が実行された場合における、フューエルカットフラグ（Ｆ／Ｃフラグ）と、窒素富化装置５３のオン／オフと、三元触媒６０へ流入する排気の酸素濃度と、三元触媒６０の酸素吸蔵量と、リッチ運転のオン／オフと、の経時変化を示すタイミングチャートである。ここでいうＦ／Ｃフラグは、前記フューエルカット開始条件が成立したときにオンにされ、且つ前記フューエルカット終了条件が成立したときにオフにされるフラグである。
【００２２】
ここで、図２中のｔ１は、前記したフューエルカット開始条件が成立したタイミングを示す。図２中のｔ２は、前記したフューエルカット終了条件が成立したタイミングであって、リッチ運転が開始されるタイミングを示す。図２中のｔ３は、前記窒素富化処理が実行された場合（本実施形態）におけるリッチ運転の終了タイミングを示す。図２中のｔ４は、前記窒素富化処理が実行されない場合（従来）におけるリッチ運転の終了タイミングを示す。また、図２中の３段目から５段目のタイミングチャートにおける一点鎖線は、前記窒素富化処理が実行されない場合における、排気の酸素濃度と、酸素吸蔵量と、リッチ運転のオン／オフとを各々示している。
【００２３】
図２に示すように、ＥＣＵ８は、前記フューエルカット開始条件が成立してＦ／Ｃフラグがオンにされると（図２中のｔ１）、窒素富化装置５３を作動（オン）させて、該窒素富化装置５４から吸気への窒素ガスの添加を開始させる。その後、前記フューエルカット終了条件が成立してＦ／Ｃフラグがオフにされると（図２中のｔ２）、ＥＣＵ８は、窒素富化装置５３の作動を停止（オフ）させて、該窒素富化装置５４から吸気への窒素ガスの添加を終了する。
【００２４】
上記した方法によって窒素富化処理が実行されると、フューエルカット期間（図２中ｔ１−ｔ２）において、気筒２内へ吸入されるガスは、空気と窒素ガスとの混合ガスとなる。そのため、１サイクルあたりに内燃機関１に吸入される空気量は、１サイクルあたりに内燃機関１に吸入される窒素ガス量の分だけ減少する。それに伴って、１サイクルあたりに内燃機関１から排出される空気量も、１サイクルあたりに内燃機関１から排出される窒素ガス量の分だけ減少することになる。このように１サイクルあたりに内燃機関１から排出される空気量が減少すると、１サイクルあたりに内燃機関１から排出される酸素量が減少する。そのため、フューエルカット期間中に三元触媒６０へ流入する排気の酸素濃度は、窒素富化処理が実行されない場合より実行された場合の方が小さくなる。その結果、窒素富化処理が実行された場合は実行されない場合に比べ、１サイクルあたりに三元触媒６０へ流入する酸素の量が減少する。そして、フューエルカット期間における酸素吸蔵量の増加分は、窒素富化処理が実行されない場合より実行された場合の方が小さくなる。よっ
て、フューエルカット処理の終了後におけるリッチ運転が実行されたときに、酸素吸蔵量が前記所定の閾値以下となるタイミングは、窒素富化処理が実行されない場合（図２中のｔ４）より実行された場合（図２中のｔ３）の方が早くなる。すなわち、前記窒素富化処理が実行された場合は実行されない場合に比べ、フューエルカット処理終了後のリッチ運転時間が短くなる。これにより、リッチ運転に起因する燃料消費率の増加を少なく抑えることができる。
【００２５】
なお、図２では、フューエルカット処理の終了時における酸素吸蔵量が所定の閾値を超える例を示したが、窒素富化処理が実行されることによってフューエルカット期間に三元触媒６０に吸蔵される酸素の量が少なくなると、フューエルカット処理の終了時における酸素吸蔵量が所定の閾値以下に収まる場合もあり得る。そのような場合は、フューエルカット処理の終了後に内燃機関１をリッチ運転させる必要がないため、リッチ運転に起因する燃料消費率の増加を回避することができる。
【００２６】
ところで、フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開されたときに、気筒２内で燃焼に供されるガス（燃焼ガス）は、フューエルカット処理の終了直前に窒素富化装置５３から添加された窒素ガスを含むガスとなる。そのため、フューエルカット処理の実行時に窒素富化装置５３から吸気へ添加される窒素ガスの量が不用意に多くされると、前記燃焼ガスに含まれる酸素量が過剰に少なくなるため、酸素不足による着火不良や失火が発生する可能性がある。
【００２７】
そこで、本実施形態における窒素富化処理では、１サイクルあたりに気筒２内に吸入される量の吸気に含まれる酸素量が所定の下限値以上となる窒素比率の範囲において、窒素富化装置５３から吸気への窒素ガスの添加を行うようにした。ここでいう「所定の下限値」は、フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開されるときに、着火不良や失火が生じない酸素量の最小値である。なお、本実施形態における所定の下限値は、燃料噴射弁４の最小噴射量と目標空燃比とに応じて定められるものとする。燃料噴射弁４の最小噴射量は、該燃料噴射弁４の構造上の制約によって定まる最小開弁時間内に噴射することができる燃料量である。また、目標空燃比は、フューエルカット期間中のその時々においてフューエルカット処理が終了されたと仮定した場合の目標空燃比であり、その時々の三元触媒６０の酸素吸蔵量に応じて決定される。例えば、三元触媒６０の酸素吸蔵量が前記所定の閾値より多いときは、目標空燃比がリッチ空燃比に設定される。また、三元触媒６０の酸素吸蔵量が前記所定の閾値以下であるときは、目標空燃比が理論空燃比に設定される。
【００２８】
窒素ガス添加後の吸気に含まれる酸素量が前記所定の下限値以上となる窒素比率の範囲において、窒素富化装置５３から吸気へ添加される窒素ガスの量が調整されると、フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開されたときに、燃焼ガスに含まれる酸素の量が前記所定の下限値以上となるため、着火不良や失火を抑制することができる。
【００２９】
以下、本実施形態における窒素富化処理の実行手順について図３に沿って説明する。図３は、窒素富化処理が実行される際に、ＥＣＵ８が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ８のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１の運転中にＥＣＵ８によって周期的に実行される。
【００３０】
図３の処理ルーチンでは、ＥＣＵ８は、先ずＳ１０１の処理において、前述したフューエルカット開始条件が成立しているか否かを判別する。Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０２の処理へ進む。
【００３１】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ８は、Ｆ／Ｃフラグをオンにする。次いで、ＥＣＵ８は、Ｓ１０３の処理へ進み、燃料噴射弁４の作動及び点火プラグ３の作動を停止させることにより、フューエルカット処理を実行する。
【００３２】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ８は、窒素富化装置５３から吸気へ添加する窒素ガスの量（目標添加量）を演算する。詳細には、ＥＣＵ８は、先ず、燃料噴射弁４の最小噴射量と目標空燃比とをパラメータとして、所定の下限値を演算する。その際の目標空燃比は、前述したように、三元触媒６０の酸素吸蔵量ΣＯ２が前記所定の閾値ΣＯ２ｔｈｒより多ければリッチ空燃比に設定され、三元触媒６０の酸素吸蔵量ΣＯ２が前記所定の閾値ΣＯ２ｔｈｒ以下であれば理論空燃比に設定される。ここで、フューエルカット処理の開始後に初めてＳ１０４の処理が実行される場合は、ＥＣＵ８は、フューエルカット処理の開始時における三元触媒６０の酸素吸蔵量ΣＯ２が前記所定の閾値ΣＯ２ｔｈｒより多いか否かに基づいて目標空燃比を設定するものとする。一方、フューエルカット処理の開始後におけるＳ１０４の処理の実行回数が２回目以降である場合は、後述するＳ１０６の処理で算出される酸素吸蔵量ΣＯ２が前記所定の閾値ΣＯ２ｔｈｒより多いか否かに基づいて目標空燃比を設定するものとする。次に、ＥＣＵ８は、機関回転速度をパラメータとして、１サイクルあたりに気筒２内に吸入される吸気の量を演算する。そして、ＥＣＵ８は、１サイクルあたりに気筒２内に吸入される吸気の量から、前記所定の下限値に対応する空気量（すなわち、前記所定の下限値に相当する量の酸素を含む空気量）を減算することにより、１サイクルあたりの窒素ガスの目標添加量を算出する。
【００３３】
Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０４の処理で算出された目標添加量に従って窒素富化装置５３を制御することにより、窒素富化処理を実行する。その場合、１サイクルあたりに気筒２内に吸入される吸気は、前記所定の下限値に相当する量の酸素を含むガスとなる。
【００３４】
Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ８は、三元触媒６０の酸素吸蔵量ΣＯ２を演算する。具体的には、ＥＣＵ８は、先ず、酸素濃度センサ６１の出力信号と排気流量（エアフローメータ５２により検出される吸入空気量と窒素ガスの添加量との総和）とをパラメータとして、単位時間あたりに三元触媒６０に吸蔵される酸素量ΔＯ２を演算する。続いて、ＥＣＵ８は、酸素吸蔵量ΣＯ２の前回値ΣＯ２ｏｌｄに前記酸素量ΔＯ２を加算することにより、三元触媒６０の酸素吸蔵量ΣＯ２を算出する。なお、酸素吸蔵量ΣＯ２が三元触媒６０の飽和吸蔵量より多くなった場合は、飽和吸蔵量が酸素吸蔵量ΣＯ２に設定されるものとする。
【００３５】
Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ８は、前記フューエルカット終了条件が成立しているか否かを判別する。Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０４の処理へ戻る。その場合、Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ８は、前述したように、前記Ｓ１０６の処理で算出された酸素吸蔵量ΣＯ２に基づいて、窒素ガスの目標添加量を演算するもものとする。一方、Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０８の処理へ進む。
【００３６】
Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ８は、窒素富化装置５３から吸気への窒素ガスの添加を終了させることにより、窒素富化処理を終了させる。続いて、ＥＣＵ８は、Ｓ１０９の処理へ進み、Ｆ／Ｃフラグをオンからオフへ切り替える。
【００３７】
Ｓ１１０の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０６の処理で算出された酸素吸蔵量ΣＯ２が前述した所定の閾値ΣＯ２ｔｈｒより多いか否かを判別する。ここでいう所定の閾値ΣＯ２ｔｈｒは、前述したように、三元触媒６０の酸素吸蔵量ΣＯ２が該所定の閾値ΣＯ２ｔｈｒを超えている状態で内燃機関１がストイキ運転されると、三元触媒６０がリーン雰
囲気になると想定される値である。
【００３８】
前記Ｓ１１０の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１１１の処理へ進み、燃料噴射弁４の作動、及び点火プラグ３の作動を再開させることにより、フューエルカット処理を終了させる。その際、ＥＣＵ８は、混合気の目標空燃比をリッチ空燃比に設定することにより、内燃機関１をリッチ運転させる。ところで、フューエルカット処理の終了直後に気筒２内で燃焼に供されるガス（燃焼ガス）は、窒素富化装置５３から添加された窒素ガスを含むガスとなる。しかしながら、フューエルカット処理の終了直後の燃焼ガスに含まれる酸素量は、エアフローメータ５２によって測定される空気量と相関する。すなわち、エアフローメータ５２の出力信号から演算される吸入空気量（１サイクルあたりに気筒２内に吸入される空気量）は、前記所定の下限値に相当する量の酸素を含む量となる。よって、ＥＣＵ８は、１サイクルあたりに気筒２内に吸入される空気量と目標空燃比とに基づいて、目標燃料噴射量を決定すればよい。その場合の目標燃料噴射量は、燃料噴射弁４の最小噴射量以上となる。そのため、目標燃料噴射量より多い量の燃料が燃料噴射弁４から噴射されることがなくなり、それに伴って燃料過濃（酸素不足）に起因する着火不良や失火を抑制することができる。
【００３９】
Ｓ１１２の処理では、ＥＣＵ８は、三元触媒６０の酸素吸蔵量ΣＯ２を演算する。詳細には、ＥＣＵ８は、先ず、混合気の空燃比と排気流量とをパラメータとして、単位時間あたりに三元触媒６０から放出される酸素量ΔＯ２’を演算する。その際、混合気の空燃比と排気流量と単位時間あたりに三元触媒６０から放出される酸素量ΔＯ２’との相関を予め実験的に求めておき、その相関をマップ化しておくものとする。そして、ＥＣＵ８は、混合気の空燃比と排気流量と引数として前記マップへアクセスすることで、単位時間あたりに三元触媒６０から放出される酸素量ΔＯ２’を導出する。次に、ＥＣＵ８は、酸素吸蔵量ΣＯ２の前回値ΣＯ２ｏｌｄから前記酸素量ΔＯ２’を減算することにより、三元触媒６０の酸素吸蔵量ΣＯ２を算出する。
【００４０】
Ｓ１１３の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１１２の処理で算出された酸素吸蔵量ΣＯ２が前記所定の閾値ΣＯ２ｔｈｒ以下に減少したか否かを判別する。Ｓ１１３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１１２の処理へ戻る。一方、Ｓ１１３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１１４の処理へ進む。
【００４１】
Ｓ１１４の処理では、ＥＣＵ８は、混合気の目標空燃比をリッチ空燃比から理論空燃比へ切り替えることにより、内燃機関１の運転状態をリッチ運転からストイキ運転へ切り替える。なお、前記Ｓ１１０の処理において否定判定された場合は、フューエルカット処理の終了後に内燃機関１をリッチ運転させる必要がないため、ＥＣＵ８は、Ｓ１１１−Ｓ１１３の処理をスキップして、Ｓ１１４の処理を実行するものとする。
【００４２】
以上述べた手順によって窒素富化処理が実行されると、フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開されるときの着火不良や失火を抑制しつつ、フューエルカット期間に三元触媒６０に吸蔵される酸素の量を少なく抑えることができる。そのため、フューエルカット処理の終了後に内燃機関１がリッチ運転される時間が短くなり、又はリッチ運転させる必要がなくなる。よって、フューエルカット処理の終了後に内燃機関１をリッチ運転させることに起因する、燃料消費率の増加を少なく抑えることができ、又は燃料消費率の増加を回避することができる。
【００４３】
＜他の実施形態＞
前述した実施例では、本発明に係わる素富化装置として、窒素ガスを吸気に添加する装置を例に挙げたが、吸気に含まれる酸素の少なくとも一部を除去する装置を用いることもできる。具体的には、吸気通路５の途中に設けられて、該吸気通路５へ取り込まれた空気
から酸素を分離させる窒素富化膜と、該窒素富化膜の前後差圧を調整する調整機構と、前記窒素富化膜をバイパスするバイパス通路と、前記窒素富化膜と前記バイパス通路の何れか一方を導通させる流路切換弁と、備える窒素富化装置を用いることができる。その場合、ＥＣＵ８は、前記窒素富化処理の非実行時は前記バイパス通路が導通し、且つ前記窒素富化処理の実行時は前記窒素富化膜が導通するように、前記流路切換弁を制御すればよい。
【００４４】
膜分離式の窒素富化装置を備える内燃機関においては、１サイクルあたりに気筒内へ吸入される量の吸気に含まれる酸素量が前記所定の下限値となるように、差圧調整機構が制御されればよい。詳細には、先ず１サイクルあたりに気筒内へ吸入される量のガスに、前記所定の下限値に相当する量の酸素が含まれていると仮定した場合の酸素濃度（以下、「目標酸素濃度」と称する）を演算する。次に、大気の酸素濃度と目標酸素濃度との差又は比に基づいて、前記窒素富化膜の目標前後差圧を決定する。そして、前記窒素富化膜の前後差圧が前記目標前後差圧となるように、前記差圧調整機構を制御すればよい。
【００４５】
なお、膜分離式の窒素富化装置を備える内燃機関においては、フューエルカット処理の終了直後のリッチ運転時又はストイキ運転時に気筒内で燃焼に供されるガス（燃焼ガス）は、窒素富化装置によって酸素の含有量を減らされたガスとなる。そのため、前記燃焼ガスに含まれる酸素量は、エアフローメータによって測定される空気量と相関しなくなる。よって、膜分離式の窒素富化装置を備える内燃機関においては、該窒素富化装置によって分離された酸素量を考慮して、フューエルカット処理の終了直後における目標燃料噴射量を決定する必要がある。
【００４６】
ここで、膜分離式の窒素富化装置によって分離される酸素の量は、前記窒素富化膜の前後差圧が大きいほど、多くなる。そこで、窒素富化処理の実行時に差圧調整機構によって調整される前後差圧が大きいほど、目標燃料噴射量が少ない量となるようにすればよい。このような方法による目標燃料噴射量の決定は、フューエルカット処理の終了に伴う燃料噴射が再開されてから所定のサイクル数が経過するまでの期間において行われるものとする。その際の所定のサイクル数は、１サイクルあたりに内燃機関に吸入されるガス量と、窒素富化装置より下流における吸気通路の容積とに応じて定められればよい。
【００４７】
なお、前記窒素富化処理の実行時は、１サイクルあたりに気筒内へ吸入される酸素量が前記所定の下限値となるように調整されるため、前記所定の下限値に相当する量の酸素を含む空気が気筒２内に吸入されたと想定して、目標燃料噴射量を決定してもよい。
【００４８】
以上述べたように目標燃料噴射量が決定されると、フューエルカット処理の終了後のリッチ運転時又はストイキ運転時における燃料噴射量を、燃焼ガスに含まれる酸素量に適した量とすることができる。
【００４９】
なお、前述した実施形態では、燃料噴射弁の最小噴射量と目標空燃比とに応じて、所定の下限値を定める例について述べたが、機関回転速度と目標空燃比とに応じて、所定の下限値を定めてもよい。その場合の機関回転速度は、フューエルカット期間中のその時々においてフューエルカット処理が終了されたと仮定した場合の機関回転速度である。そして、所定の下限値は、前記最小噴射量に対応する酸素量より多い量であって、機関回転速度が大きいときは小さいときより大きな値となるように設定されてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１      内燃機関
２      気筒
３      点火プラグ
４      燃料噴射弁
５      吸気通路
６      排気通路
８      ＥＣＵ
１０    クランクポジションセンサ
５１    スロットル弁
５３    エアフローメータ
５４    窒素富化装置
６０    排気浄化触媒
５４０  窒素噴射弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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