JP2002061531A - 火花点火式エンジンの燃料制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＯｘ吸収タイプの触媒３２を備え、低回転
低負荷側で成層燃焼モードに、また、高回転ないし高負
荷側で均一燃焼モードに切替えられるとともに、減速運
転時には所定条件下で燃料カット状態とされる直噴エン
ジン１において、それらの各状態によって異なるＮＯｘ
排出量や触媒３２の温度状態等を総合的に勘案し、触媒
３２のＮＯｘパージをできるだけ効率的に行い、かつ、
エンジン運転中の全体的な燃費低減と運転フィールの向
上とを図る。 【解決手段】 エンジン１が燃料カット状態からアクセ
ルオンで成層燃焼領域内の高回転ないし高負荷側の特定
領域に移行するとき（Ｓ１２）、触媒３２のＮＯｘ吸収
量Ｓnoxが第２設定量Ｓ2以上であれば（Ｓ１３）、排気
の空燃比が略理論空燃比になるように、インジェクタ１
２により燃料を気筒２の膨張行程で追加噴射させて（Ｓ
７）、触媒３２のＮＯｘパージを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素過剰雰囲気の
排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するいわゆるＮＯ
ｘ吸収タイプの排気浄化用触媒を備え、エンジンをその
運転状態に応じて、空燃比のリーンな燃焼状態とリッチ
な燃焼状態とに切替えるようにした火花点火式エンジン
の燃料制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のエンジンの燃料制御
装置として、例えば特開平１１−２２９８５６号公報に
開示されるように、エンジンの気筒内燃焼室に臨むよう
に燃料噴射弁を設け、エンジンが低回転低負荷側の所定
運転領域にあるときに該燃料噴射弁により燃料を主に気
筒の圧縮行程で噴射させて、成層燃焼状態にさせる一
方、高回転ないし高負荷側においては前記燃料噴射弁に
より燃料を主に気筒の吸気行程で噴射させて、燃焼室内
に略均一な混合気を形成した上で燃焼させるようにした
ものが知られている。

【０００３】前記成層燃焼状態では、混合気が点火プラ
グの電極付近に偏在する状態で燃焼するので、エンジン
の気筒内燃焼室における平均的な空燃比を例えばＡ／Ｆ
＝３０〜１３０というように極めてリーンな状態とする
ことができ、このことで、均一燃焼状態に比べてポンプ
損失や熱損失を低減して、燃料消費率を大幅に改善でき
るものである。

【０００４】このとき、前記の如く点火前の燃焼室にお
ける平均的な空燃比が極めてリーンな状態になるので、
燃焼後の排気の空燃比も同じようにリーンな状態にな
る。すなわち、一般的に、混合気の空燃比が略理論空燃
比であれば、排気中に残存する酸素濃度は略０．５％以
下となり、このときに排気の空燃比が略理論空燃比であ
るということができる。一方、混合気の空燃比がリーン
になって、排気中の酸素濃度が高くなれば、ＮＯｘを効
率良く還元することは困難になる。

【０００５】そこで、前記従来例においては酸素過剰雰
囲気の排気中のＮＯｘを吸収し、酸素濃度が低下すると
ＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収型触媒を設けるとともに、
これに隣接するように三元触媒を配設し、排気の空燃比
がリーンな状態では前記ＮＯｘ吸収型触媒によりＮＯｘ
を吸収させる一方、例えばエンジンが高負荷状態で均一
燃焼状態になり、排気の空燃比が略理論空燃比ないしそ
れよりもリッチな状態になったときには、該触媒から放
出されるＮＯｘを三元触媒により還元浄化するようにし
ている。

【０００６】ここで、一般的に、前記のようなＮＯｘ吸
収タイプの触媒には、ＮＯｘ吸収量の増大に伴いＮＯｘ
の吸収能力が低下するという性質がある。そこで、前記
従来例のものでは、エンジンの成層燃焼状態での運転が
長時間継続したときに、そのことによってＮＯｘ吸収能
力が大きく低下する前に強制的に均一燃焼状態に切り替
えて、排気の空燃比をリッチな状態とすることで、触媒
からＮＯｘを放出させて、還元させるようにしている
（以下、ＮＯｘパージともいう）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような強制的なＮＯｘパージは、エンジンを成層燃焼状
態での運転中に、引き続いて安定的に成層燃焼を行える
状況であるにも拘わらず、強制的に均一燃焼状態に切替
えるものであるから、燃費効率の点で好ましいものでは
ない。従って、触媒によるＮＯｘ浄化性能をエンジンの
運転中に全体的に高めようとして、強制的なＮＯｘパー
ジを行う頻度を高めると、そのことによって燃費が悪化
してしまう。

【０００８】また、エンジンが例えばアイドル運転状態
のときにＮＯｘパージが行われると、本来的に振動や騒
音の小さいアイドル運転状態において、エンジンの燃焼
状態が成層燃焼→均一燃焼→成層燃焼と切替わることに
なるので、このときのトルクの変動がたとえ小さなもの
であっても、それが運転者の操作とは無関係に発生する
こともあって、運転者に違和感を感じさせることがあ
り、運転フィールの低下を招く虞れがある。

【０００９】本発明は斯かる諸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、エンジンをその運転
状態に応じてリーン燃焼状態としたり、或いは燃料カッ
ト状態としたりする場合に、それらの各状態によって異
なるＮＯｘの排出量等を勘案して、触媒のＮＯｘパージ
をできるだけ効率的に行うことで、エンジン運転中の全
体的な燃費低減と運転フィールの向上とを図ることにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべ
く、本発明の第１の解決手段では、ＮＯｘ排出量の最も
多いのが、エンジンのリーン運転領域のうちの高回転な
いし高負荷側の領域（特定領域）であることに着目し、
燃料カット状態から該特定領域に移行するときに、ＮＯ
ｘパージを行うようにしたものである。

【００１１】具体的に、請求項１の発明では、図１に例
示するように、エンジン１の気筒２毎に燃料を供給する
燃料供給手段（図例では燃料噴射弁１２）と、エンジン
１の排気通路２８に配設され、排気中の酸素濃度が高い
酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低
下によって前記吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収型
触媒３２と、エンジンが低回転低負荷側に設定したリー
ン運転領域にあるときに、点火前の気筒２内燃焼室６の
平均的な空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態になる
ように、前記燃料供給手段による燃料の供給量を制御す
る燃料供給制御手段４０ａと、少なくともエンジン１の
減速運転時に所定条件下で、前記燃料供給手段による燃
料の供給を停止させる燃料カット制御を行う燃料カット
制御手段４０ｂとを備えた火花点火式エンジンの燃料制
御装置Ａを前提とする。

【００１２】そして、前記燃料カット制御手段４０ｂに
よる燃料カット制御が終了するときに、エンジン１が前
記リーン運転領域のうちの高回転ないし高負荷側の特定
領域に移行するかどうか判定する移行領域判定手段（図
例ではアクセル操作判定部４０ｅ）と、該移行領域判定
手段によりエンジン１の前記特定領域への移行が判定さ
れたとき、排気の空燃比が略理論空燃比ないし理論空燃
比よりもリッチな状態になるように、前記燃料供給手段
による燃料供給量を補正する補正制御手段４０ｄとを設
ける構成とする。

【００１３】前記の構成により、エンジン１の減速時に
は所定条件下で燃料カット制御手段４０ｂにより燃料カ
ット制御が行われて、燃料供給手段による燃料供給が一
旦、停止される。そして、その後、前記燃料カット制御
が終了するときに、エンジン１がリーン運転領域のうち
の高回転ないし高負荷側の特定領域に移行することが移
行領域判定手段により判定されると、燃料供給手段によ
る燃料供給の再開にあたって、排気の空燃比が略理論空
燃比ないし理論空燃比よりもリッチな状態になるよう
に、補正制御手段４０ｄにより燃料供給量の補正が行わ
れる。

【００１４】このことで、本来ならば排気の空燃比がリ
ーンな燃焼状態になるリーン運転領域において、燃料カ
ット状態からの復帰時には排気の空燃比が相対的にリッ
チな状態になり、触媒３２からのＮＯｘの放出及び還元
浄化が促進される（ＮＯｘパージ）。このため、その
後、エンジン１がＮＯｘ排出量の多い特定領域において
排気の空燃比がリーンな運転状態とされたときに、触媒
３２のＮＯｘ吸収能力が十分に高くなり、大気中へのＮ
Ｏｘの排出を低減できる。また、燃料カット状態から前
記特定領域に移行するときには、燃料供給の再開に伴い
エンジンのトルクが変動しても、運転者が違和感を感じ
ることはない。

【００１５】つまり、この発明では、燃料カット状態か
らの運転復帰時にＮＯｘパージを行うことで、触媒３２
によるＮＯｘ浄化性能を十分に高く維持することができ
るとともに、強制的なＮＯｘパージの回数は減らして、
エンジン運転中の全体的な燃費改善と運転フィールの向
上とを実現できる。

【００１６】請求項２の発明では、燃料供給手段はエン
ジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁で
あり、補正制御手段は、少なくとも前記燃料噴射弁によ
り燃料を気筒の膨張行程ないし排気行程において追加噴
射させるものとする。このことで、燃料噴射弁により燃
料が気筒の膨張行程ないし排気行程において追加噴射さ
れると、その燃料の一部が後燃えしたり、或いは排気通
路内で排気中の酸素と反応したりして、排気の空燃比が
略理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態になる。

【００１７】請求項３の発明では、請求項２における燃
料供給制御手段を、エンジンがリーン運転領域にあると
きに成層燃焼状態になるように、燃料噴射弁により燃料
を気筒の圧縮行程中期以降で噴射させるものとし、補正
制御手段は、前記燃料噴射弁による気筒の圧縮行程での
燃料噴射量は変更せずに、かつ、該燃料噴射弁により燃
料を気筒の膨張行程において追加噴射させるものとす
る。

【００１８】このことで、点火時点での混合気の空燃比
を変化させずに、補正制御によって排気の空燃比だけを
リッチな状態にさせることができ、補正制御に起因する
エンジンのトルク変動を大幅に抑制することができる。
しかも、追加の燃料噴射を気筒の膨張行程で行うことに
より、燃料の反応性を高めることができ、これにより、
ＮＯｘパージを効果的に行える。

【００１９】請求項４の発明では、触媒のＮＯｘ吸収量
を推定する推定手段と、エンジンがリーン運転領域にあ
って、かつ前記推定手段による推定ＮＯｘ吸収量が第１
設定量以上になったとき、排気の空燃比が略理論空燃比
ないし理論空燃比よりもリッチな状態になるように、燃
料供給手段による燃料供給量を増量させる燃料増量手段
とを設ける。また、補正制御手段は、前記推定ＮＯｘ吸
収量が前記第１設定量よりも少ない第２設定量以上のと
きに、燃料供給量の補正を行う構成とする。

【００２０】この構成では、エンジンがリーン運転領域
にあるときに、触媒におけるＮＯｘ吸収量が多くなっ
て、飽和する手前の第１設定量以上になったとき、燃料
増量手段によって強制的にＮＯｘパージが行われる。一
方、触媒のＮＯｘ吸収量が前記第１設定量よりも少ない
第２設定量に満たないときには、燃料カット状態からの
復帰時であっても。ＮＯｘパージは行われない。すなわ
ち、例えば、燃料カット状態になる直前に強制的なＮＯ
ｘパージが行われていて、触媒にＮＯｘが殆ど吸収され
ていないような状況では、燃料カット状態からの復帰時
に無駄なＮＯｘパージを行わないようにすることで、さ
らなる燃費改善が図られる。

【００２１】次に、本発明の第２の解決手段は、低回転
低負荷側のリーン運転領域において成層燃焼状態とする
ようにした直噴式エンジンを対象とする。そして、こ
の場合も、ＮＯｘの排出量が最も多いのは、リーン運転
領域のうちの高回転ないし高負荷側であることと、成
層燃焼を行うようにしたエンジンでは、燃料カット状態
において通常、スロットル弁が閉じられるので、触媒が
過度に冷却されることはないが、反面、その状態からア
イドル運転状態に復帰するときには、吸気の充填遅れに
よって、失火やエンジンストールを招く虞があることに
着目し、燃料カット状態からの復帰時には、そのときの
アクセル操作状態に応じて、燃料噴射制御を適切に補正
するようにしたものである。

【００２２】具体的に、請求項５の発明では、エンジン
の気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁
と、前記燃焼室に連通する排気通路に配設され、排気中
の酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一
方、酸素濃度の低下によって前記吸収したＮＯｘを放出
するＮＯｘ吸収型触媒と、エンジンが低回転低負荷側に
設定したリーン運転領域にあるときに、点火前の燃焼室
の平均的な空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態にな
るように、前記燃料噴射弁による燃料の噴射供給量を制
御する燃料供給制御手段と、少なくともエンジンの減速
運転時に所定条件下で、前記燃料供給手段による燃料供
給を停止させる燃料カット制御を行う燃料カット制御手
段とを備えた火花点火式エンジンの燃料制御装置を前提
とする。

【００２３】そして、前記燃料供給制御手段は、エンジ
ンが前記リーン運転領域にあるときに、成層燃焼状態に
なるように前記燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程
中期以降で噴射させるものとする。また、前記燃料カッ
ト制御手段による燃料カット制御が終了するときに、ア
クセル操作がなされているかどうか判定するアクセル操
作判定手段を設けるとともに、該アクセル操作判定手段
によりアクセル操作がなされていると判定されたとき、
排気の空燃比が略理論空燃比ないし理論空燃比よりもリ
ッチな状態になるように、前記燃料噴射弁により燃料を
気筒の膨張行程ないし排気行程で追加噴射させる一方、
アクセル操作がなされていないと判定されたときには、
前記燃料供給制御手段による制御を禁止し、かつ前記燃
料噴射弁により燃料を、点火前の燃焼室の平均的な空燃
比が燃料カットからリッチな状態になるように気筒の吸
気行程で噴射させる補正制御手段を設ける構成とする。

【００２４】前記の構成により、エンジンの減速時には
所定条件下で燃料カット制御手段により燃料カット制御
が行われ、燃料供給手段による燃料供給が停止される。
そして、その後、前記燃料カット制御が終了するとき
に、アクセル操作のなされていることがアクセル操作判
定手段により判定されると、補正制御手段による補正制
御が行われて、排気の空燃比が略理論空燃比ないし理論
空燃比よりもリッチな状態になるよう、燃料噴射弁によ
り気筒の膨張行程ないし排気行程で燃料の追加噴射が行
われる。

【００２５】このことで、請求項１の発明と同様に、燃
料カット状態からの復帰時に排気の空燃比が相対的にリ
ッチな状態とされて、触媒のＮＯｘパージが行われるよ
うになるので、該触媒によるＮＯｘ浄化性能を高く維持
しながら、強制的なＮＯｘパージの行われる回数を減ら
して、エンジン運転中の全体的な燃費改善と運転フィー
ルの向上とを実現できる。

【００２６】一方、燃料カット制御の終了時にアクセル
操作がなされていないと判定されたときには、点火前の
燃焼室の平均的な空燃比が相対的にリッチな状態になる
ように、燃料噴射弁により燃料が気筒の吸気行程で噴射
される。すなわち、アイドル復帰時にはエンジンを一時
的に均一燃焼状態にさせることで、燃料噴射の再開時点
における吸気の充填遅れが大きくても、そのことによる
燃焼状態の悪化を抑制し、失火やエンジンストールを防
止することができる。

【００２７】請求項６の発明では、請求項５の発明にお
いて、触媒によるＮＯｘの吸収能力が低下する所定の高
温状態であることを判定する触媒高温状態判定手段と、
該触媒高温状態判定手段により触媒が前記高温状態であ
ると判定された場合には、燃料カット制御の終了時にア
クセル操作判定手段によりアクセル操作がなされている
と判定されたとき、補正制御手段による制御を禁止する
補正制御禁止手段とを設ける構成とする。

【００２８】このことで、触媒が所定の高温状態にある
場合には、補正制御手段による燃料噴射弁の補正制御が
補正制御禁止手段により禁止されて、燃料噴射弁による
気筒の膨張行程での追加噴射が行われないようになる。
よって、高温状態の触媒が過熱することを防止できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は、本発明の
実施形態１に係る火花点火式エンジンの燃料制御装置Ａ
を示し、１は車両に搭載された多気筒エンジンである。
このエンジン１は複数の気筒２，２，…（１つのみ図示
する）が直列に設けられたシリンダブロック３と、この
シリンダブロック３上に配置されたシリンダヘッド４と
を有し、該各気筒２内にピストン５が図の上下方向に往
復動可能に嵌挿されていて、そのピストン５の頂面とシ
リンダヘッド４の底面との間の気筒２内に燃焼室６が区
画されている。一方、前記ピストン５よりも下方のシリ
ンダブロック３内にはクランク軸７が回転自在に支持さ
れていて、このクランク軸７及びピストン５がコネクテ
ィングロッドにより駆動連結されている。また、クラン
ク軸７の一端側にはその回転角度を検出する電磁式のク
ランク角センサ８が配設されており、さらに、シリンダ
ブロック３内のウオータジャケットに臨んで、冷却水温
度（エンジン水温）を検出する水温センサ９が配設され
ている。

【００３０】前記各気筒２毎の燃焼室６上方のシリンダ
ヘッド４内には、点火回路１０に接続された点火プラグ
１１が燃焼室６の上部に臨むように取り付けられる一
方、燃焼室６の周縁部には燃料を直接、噴射供給するよ
うにインジェクタ（燃料噴射弁）１２が取り付けられて
いる。すなわち、詳しくは図示しないが、前記燃焼室６
は、天井部の２つの傾斜面が互いに差し掛けられた屋根
のような形状をなすいわゆるペントルーフ型の燃焼室で
あり、その各傾斜面に吸気及び排気ポート１３，１４が
それぞれ２つずつ開口していて、その各開口端を開閉す
るように吸気及び排気バルブ１５，１５，…が配設され
ている。

【００３１】また、前記インジェクタ１２は、２つの吸
気ポート１３，１３の間に挟まれるようにその下方に配
置されている。このインジェクタ１２の先端側噴孔は２
つの吸気バルブ１５，１５の傘部に近接して燃焼室６の
周縁部に臨み、該燃焼室６に側方から燃料を噴射するよ
うになっている。一方、インジェクタ１２は全気筒に共
通の燃料供給通路１７を介して高圧燃料ポンプ１８に接
続されており、この高圧燃料ポンプ１８と図外の高圧プ
レッシャレギュレータとによって燃料を適正な圧力状態
に調節しながら、インジェクタ１２に供給するようにな
っている。また、前記燃料供給通路１７には、内部の燃
料の圧力状態（燃圧）を検出するための燃圧センサ１９
が設けられている。

【００３２】そして、前記インジェクタ１２により燃料
が気筒２の圧縮行程中期以降に噴射されると、その燃料
噴霧はピストン５の頂面に形成された長円形状のキャビ
ティ５ａにトラップされて、点火プラグ１１の近傍に比
較的濃い混合気の層を形成する。一方、前記インジェク
タ１２により燃料が気筒２の吸気行程で噴射されると、
その燃料噴霧は燃焼室６に拡散して吸気と十分に混合さ
れ、点火時点までに燃焼室６に略均一な混合気を形成す
る。

【００３３】同図に示すように、エンジン１の一側面
（図の左側の側面）には、吸気ポート１３に連通するよ
うに吸気通路２０が接続されている。この吸気通路２０
は、エンジン１の燃焼室６に対し図外のエアクリーナで
濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から下
流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸入空気
量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ２１と、
吸気通路２０を絞るバタフライバルブからなるスロット
ル弁２２と、サージタンク２３とがそれぞれ配設されて
いる。前記スロットル弁２２は、図外のアクセルペダル
に対し機械的には連結されておらず、弁軸が電動モータ
により回動されて開閉する電気式のものである。さら
に、該スロットル弁２２の開度を検出するスロットル開
度センサ２４と、該スロットル弁２２よりも下流の吸気
の圧力状態を検出するための吸気圧センサ２５とがそれ
ぞれ設けられている。

【００３４】また、前記サージタンク２３よりも下流側
の吸気通路２０は、気筒２毎に分岐する独立通路とされ
ていて、その各独立通路の下流端部がさらに２つに分岐
してそれぞれ吸気ポート８，８に連通しており、その分
岐路のうちの一方にスワール制御弁２６が設けられてい
る。そして、このスワール制御弁２６が閉じられると、
吸気は殆どが他方の分岐路のみから燃焼室６に流入する
ようになり、この燃焼室６に強いスワールが生成され
る。一方、スワール制御弁２６が開かれると、両方の分
岐路から吸気が吸い込まれるようになり、吸気のタンブ
ル成分が強まるとともに、スワール成分が弱まるように
なる。

【００３５】一方、エンジン１の他側面（図の右側の側
面）には、燃焼室６から既燃ガスを排出する排気通路２
８が接続されている。この排気通路２８の上流端部は、
各気筒２毎に分岐して排気ポート１４に連通する排気マ
ニホルド２９からなり、該排気マニホルド２９の集合部
には排気中の酸素濃度を検出するＯ2センサ３０が配設
されている。このＯ2センサ３０は排気中の酸素濃度に
基づいて空燃比を検出するためのものであり、その出力
が理論空燃比を境にステップ状に反転するいわゆるラム
ダＯ2センサが用いられている。また、前記排気マニホ
ルド２９の集合部には排気管３１の上流端が接続されて
おり、一方、この排気管３１の下流端には排気を浄化す
るための触媒３２が接続されている。

【００３６】この触媒３２は、排気中の酸素濃度が高い
（例えば４％以上の）酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収す
る一方、酸素濃度の低下によって吸収したＮＯｘを放出
しかつ還元浄化するＮＯｘ吸収還元タイプのもので、特
に理論空燃比近傍では、いわゆる三元触媒と同様の高い
排気浄化性能を発揮するものである。また、この触媒３
２による酸素過剰雰囲気におけるＮＯｘ浄化性能は図２
に一例を示すような温度依存性を示し、触媒３２の温度
状態が約２５０〜４００°Ｃくらいの範囲にあるときに
はＮＯｘ浄化率が十分に高くなるものの、それよりも低
い温度状態では温度が低いほど、ＮＯｘ浄化率が急速に
低下する。また、反対に触媒の温度状態が４００°Ｃ以
上になると、その温度上昇とともにＮＯｘ浄化率が低下
する。

【００３７】さらに、前記排気管３１の上流側には、排
気通路２８を流れる排気の一部を吸気系に還流させるＥ
ＧＲ通路３３の上流端が分岐接続されている。このＥＧ
Ｒ通路３３の下流端は前記スロットル弁２２とサージタ
ンク２３との間の吸気通路２０に接続され、その近傍に
は開度調節可能な電気式のＥＧＲ弁３４が配設されてい
て、ＥＧＲ通路３３による排気の還流量を調節するよう
になっている。

【００３８】前記点火回路１０、インジェクタ１２、ス
ロットル弁２２のモータ、スワール制御弁２６のアクチ
ュエータ、ＥＧＲ弁３４のアクチュエータ等はコントロ
ールユニット４０（以下、ＥＣＵという）によって作動
制御されるようになっている。一方、このＥＣＵ４０に
は、少なくとも、前記クランク角センサ８、水温センサ
９、エアフローセンサ２１、スロットル開度センサ２
４、吸気圧センサ２５及びＯ2センサ３０の各出力信号
が入力されるようになっており、加えて、アクセルペダ
ルの開度を検出するアクセル開度センサ３５の出力信号
と、図示しないが、吸気温度を検出する吸気温センサ、
大気圧を検出する大気圧センサ等の各出力信号とが入力
されるようになっている。

【００３９】（制御の概要）前記ＥＣＵ４０は、エンジ
ン出力に関係する制御パラメータとして、インジェクタ
１２による燃料噴射量及び噴射時期、スロットル弁２２
により調節される吸入空気量、スワール制御弁２６によ
り調節される吸気スワール強さ、ＥＧＲ弁３４により調
節される排気の還流割合等をそれぞれエンジン１の運転
状態に応じて制御するようになっている。そして、エン
ジン１は、その運転状態に応じてインジェクタ１２によ
る燃料噴射形態が切替えられて、異なる燃焼状態（燃焼
モード）で運転されるようになる。

【００４０】具体的には、図３にエンジン１の温間運転
領域における制御マップの一例を示すように、低回転低
負荷側の所定領域（イ）が成層燃焼領域とされており、
この成層燃焼領域では、図４(a)に模式的に示すよう
に、インジェクタ１２により気筒２の圧縮行程中期以
降、即ち例えば図に矢印で示すBTDC１２０°CA〜BTDC３
５°CAのクランク角期間において燃料を一括して噴射さ
せて、点火プラグ１１の近傍に混合気が偏在する成層状
態で燃焼させる成層燃焼モードになる。一方、図３に示
す運転領域（ロ）（ハ）は均一燃焼領域とされており、
図４(c),(d)に示すように、インジェクタ１２により気
筒２の吸気行程で燃料を噴射させて吸気と十分に混合
し、燃焼室６に均一な混合気を形成した上で燃焼させる
均一燃焼モードになる。

【００４１】また、例えば車両の減速開始時のように、
エンジン１が無負荷ないしマイナス負荷の状態にあっ
て、かつエンジン回転速度Ｎが燃料カット制御を開始す
る所定回転速度以上のときには、その後にエンジン回転
速度Ｎが降下して所定の復帰回転速度Ｎ1になるまでの
間、即ちエンジン１が図３の運転領域（ニ）にあると
き、各気筒２のインジェクタ１２による燃料の噴射を一
時的に停止させる燃料カット制御を行うようにしてい
る。

【００４２】前記のようなインジェクタ１２の作動制御
は、いずれもＥＣＵ４０のＲＯＭに電子的に格納された
制御プログラムがＣＰＵにより実行されることにより、
実現される。すなわち、前記の如く、エンジン１が低回
転低負荷側の成層燃焼領域（イ）（リーン運転領域）に
あるときに、点火前の気筒２内燃焼室６の平均的な空燃
比が理論空燃比よりもリーンな状態になるように、イン
ジェクタ１２による燃料の噴射供給量を制御するという
制御手順により、ソフトウエア的に燃料供給制御部４０
ａ（燃料供給制御手段）が構成されている。

【００４３】また、エンジン１の減速運転時に所定条件
下で、インジェクタ１２による燃料噴射を停止させると
いう制御手順により、ソフトウエア的に燃料カット制御
部４０ｂ（燃料カット制御手段）が構成されている。

【００４４】さらに、上述の如くエンジン１を成層燃焼
モードで運転するときには、触媒３２の浄化性能を安定
して発揮させるために、該触媒３２におけるＮＯｘの吸
収量が飽和する前に、排気の空燃比が略理論空燃比にな
るように、インジェクタ１２により燃料を気筒２の膨張
行程で追加噴射して、触媒３２に吸収されているＮＯｘ
を放出させかつ還元浄化するようにしている（図４(b)
参照：以下、ＮＯｘパージともいう）。すなわち、前記
ＥＣＵ４０には、触媒３２におけるＮＯｘの吸収量を推
定するＮＯｘ吸収量推定部４０ｃ（推定手段）と、エン
ジン１がリーン運転領域にあって、かつ前記ＮＯｘ吸収
量推定部４０ｃによる推定ＮＯｘ吸収量が所定以上に多
くなったとき、そのＮＯｘを放出させるべく、インジェ
クタ１２により気筒２の膨張行程で燃料の追加噴射を行
わせる補正制御部４０ｄ（燃料増量手段）とが設けられ
ている。

【００４５】次に、スロットル弁２２の制御としては、
基本的にはアクセル開度とエンジン回転速度Ｎとに基づ
いて、所要のトルク特性が得られるようにスロットル開
度を調節するのであるが、具体的に、前記成層燃焼モー
ドでは、エンジン１のポンプ損失を低減するためにスロ
ットル弁２２を相対的に大きく開くようにしており、こ
のときの燃焼室６の平均的な空燃比は例えばＡ/Ｆ＝約
３０〜１４０と極めてリーンな状態になる。また、前記
均一燃焼モードの領域（ロ）では、燃焼室６における混
合気の空燃比が略理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７）にな
るようにスロットル開度を制御している（以下、ストイ
キオモードともいう）。さらに、均一燃焼モードの高負
荷ないし高回転側の領域（ハ）では、空燃比が理論空燃
比よりもリッチな状態（例えばＡ/Ｆ＝１３〜１４）に
なるように、燃料噴射量を増やして、高負荷に対応した
大出力が得られるようにしている（以下、エンリッチモ
ードともいう）。加えて、前記燃料カット制御が行われ
るときにはスロットル弁２２は閉じて、エンジンブレー
キの利きを高めかつ触媒３２の過冷却を防止するように
している。

【００４６】尚、前記図３に斜線を入れて示す領域で
は、ＥＧＲ弁３４を開弁させて、ＥＧＲ通路３３により
排気の一部を吸気通路２０に還流させるようにしてお
り、このことで、排気の還流により燃焼最高温度を適度
に低下させて、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
また、エンジン冷間時には、燃焼安定性を確保するため
にエンジン１を前記運転領域（イ）（ロ）（ハ）の全て
で均一燃焼状態にさせるようにしている。

【００４７】（燃料噴射制御）以下に、前記ＥＣＵ４０
によるエンジン１の燃料噴射制御の処理手順について、
具体的に図５のフローチャート図に沿って説明する。
尚、この制御は各気筒２毎に独立して吸気行程以前の所
定クランク角で実行される。

【００４８】まず、スタート後のステップＳ０におい
て、クランク角センサ８、水温センサ９，エアフローセ
ンサ２１、アクセル開度センサ３５等の各種センサ信号
を入力するとともに、ＥＣＵ４０のメモリから各種デー
タを読み込む。続いて、ステップＳ１において、エンジ
ン１の負荷状態とエンジン回転速度Ｎとに基づいて、エ
ンジンが成層燃焼領域（イ）にあるかどうか判定する。
すなわち、エンジン１の負荷状態として例えばエアフロ
ーセンサ２１の出力値及びエンジン回転速度Ｎ等から求
められる正味平均有効圧を用い、全負荷の半分くらいま
での負荷状態であり、かつエンジン回転速度Ｎが許容最
高回転速度の約１／２の所定回転速度以下であれば、成
層燃焼領域にあるＹＥＳと判定してステップＳ２に進む
一方、判定がＮＯであれば、後述のステップＳ８に進
む。

【００４９】前記ステップＳ１に続くステップＳ２で
は、ＮＯｘパージを行う期間であることを示すパージタ
イマがセットされているかどうか判定し、この判定がＹ
ＥＳならば後述のステップＳ７に進む一方、判定がＮＯ
ならばステップＳ３に進み、触媒３２におけるＮＯｘ吸
収量が飽和する手前の第１設定量になったかどうか判定
する。すなわち、まず、例えば車両の走行距離とその間
の燃料の総噴射量とを積算し、その積算値に基づいて、
触媒３２におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxを推定する。そし
て、この推定ＮＯｘ吸収量Ｓnoxが第１設定量Ｓ1以上か
どうか判定する。尚、ＮＯｘ吸収量の推定としては、エ
ンジン１の運転時間とその間の燃料の総噴射量とを積算
し、さらにエンジン１の運転状態に基づいてその積算値
を修正して、その積算値に基づいてＮＯｘ吸収量を推定
するようにしてもよい。

【００５０】前記ステップＳ３におけるＮＯｘ吸収量の
判定がＹＥＳで、触媒３２がＮＯｘ吸収量の飽和しそう
な状態になったときには、ステップＳ４に進み、強制的
なＮＯｘパージを行う期間の経過をカウントするパージ
タイマをセットする。そして、後述のステップＳ７に進
んで、強制的にＮＯｘパージを実行する。このパージタ
イマは、排気の空燃比が略理論空燃比付近のときに、触
媒３２に吸収されているＮＯｘが略全部放出されるのに
要する時間に対応するように設定されている。一方、触
媒３２のＮＯｘ吸収量に十分な余裕があり、判定がＮＯ
であれば、ステップＳ５に進む。

【００５１】このステップＳ５では、今度は、エンジン
１の燃料カット状態からの復帰時にＮＯｘパージを行う
期間であることを示す復帰タイマがセットされているか
どうか判定し、この判定がＹＥＳならばステップＳ７に
進む一方、判定がＮＯならばステップＳ６に進んで成層
燃焼モードとし、しかる後にリターンする。つまり、エ
ンジン１が成層燃焼領域にあるときには、ＮＯｘパージ
を行う場合を除いて、エンジン１を成層燃焼状態で運転
するようにしている。

【００５２】これに対し、前記の如く強制的なＮＯｘパ
ージを行う期間であるか（ステップＳ２，Ｓ３でＹＥ
Ｓ）、或いは燃料カット状態からの復帰時にＮＯｘパー
ジを行う期間であるかのいずれかであれば（ステップＳ
５でＹＥＳ）、ステップＳ７において前記ステップＳ６
と同様に、成層燃焼状態になるようにインジェクタ１２
により燃料を気筒２の圧縮行程で噴射させるとともに、
排気の空燃比が略理論空燃比になるように気筒２の膨張
行程において追加の燃料噴射を行わせ、しかる後にリタ
ーンする。

【００５３】つまり、ＮＯｘパージを行うときには、エ
ンジン１の出力トルクに対する影響の少ない気筒２の膨
張行程で追加の燃料噴射を行うことで、トルクショック
を極小化しながら、排気の空燃比を略理論空燃比になる
ように制御する。この際、気筒２の膨張行程で高温の燃
焼室６に燃料を噴射して、その反応性を高めるようにし
ているので、触媒３２からのＮＯｘの放出及び還元浄化
をさらに促進できる。しかも、膨張行程で噴射された燃
料の一部が後燃えしたり、或いは排気通路２８内で排気
中の酸素と反応したりするので、触媒３２の温度状態を
高めることが可能になる。

【００５４】また、前記ステップＳ１においてエンジン
１が成層燃焼領域にないＮＯと判定して進んだステップ
Ｓ８では、今度はエンジン１が燃料カット領域（Ｆ/Ｃ
領域）にあるかどうか判定する。すなわち、エンジン回
転速度Ｎが燃料カット制御の開始回転速度以上であり、
かつアクセルペダルが全閉になっていれば、燃料カット
制御を行う領域（ニ）にあるＹＥＳと判定して、ステッ
プＳ９に進み、インジェクタ１２による燃料の噴射を停
止させる。

【００５５】さらに、前記ステップＳ８において判定が
ＮＯであれば、ステップＳ１０に進み、今度は、ちょう
ど燃料カット制御を終了して、インジェクタ１２による
燃料の噴射供給を再開させるときかどうか判定する。具
体的には、燃料カット制御が行われていてかつアクセル
ペダルが踏み込まれたか、或いはエンジン回転速度Ｎが
所定の復帰回転速度Ｎ1（図６参照）になったときに、
ＹＥＳと判定して、ステップＳ１２に進む一方、判定が
ＮＯであれば、エンジン１は均一燃焼領域（ロ）（ハ）
のいずれかにあるから、ステップＳ１１に進んで、エン
ジン１を均一燃焼モードとして、リターンする。

【００５６】一方、前記ステップＳ１０において、燃料
カット制御の終了時点であるＹＥＳと判定されて進んだ
ステップＳ１２では、アクセルペダルが踏み操作されて
いるかどうか判定する（アクセルオン？）。そして、ア
クセルオフで判定がＮＯであれば前記ステップＳ６に進
んで、成層燃焼モードとする一方、アクセルオンで判定
がＹＥＳであれば、ステップＳ１３に進み、今度は触媒
３２における推定ＮＯｘ吸収量Ｓnoxが前記第１設定量
Ｓ1よりも少ない第２設定量Ｓ2以上かどうか判定する。

【００５７】前記ステップＳ１３における判定がＮＯで
あれば、前記ステップＳ６に進んで、成層燃焼モードと
する一方、判定がＹＥＳであれば、即ち、燃料カット状
態からの復帰時点でアクセルペダルが踏み込まれてお
り、かつ触媒３２にある程度の量のＮＯｘが吸収されて
いる状態であれば、ステップＳ１４に進んで復帰タイマ
をセットし、その後、前記ステップＳ７に進んで燃料の
追加噴射を行い、触媒３２からのＮＯｘの放出及びその
還元浄化を促進する。

【００５８】すなわち、エンジン１が減速運転時に燃料
カット状態とされ、エンジン回転速度Ｎが徐々に低下し
ている途中で、アクセルペダルの操作がなされて（アク
セルオン）、インジェクタ１２による燃料噴射が再開さ
れるときには、図６において模式的に実線の矢印で示す
ように、エンジン１は成層燃焼領域（イ）のうちの高回
転ないし高負荷側の領域（図に斜線を入れて示す特定領
域）に移行すると考えられる。そして、この特定領域で
は燃焼に伴うＮＯｘの生成量が特に多いことから、当該
特定領域への移行が判定されたときに、なおかつ触媒３
２のＮＯｘ吸収量があまり少ない状態でなければ（Ｓno
x＞Ｓ2）、ＮＯｘパージを行って、触媒３２のＮＯｘ吸
収能力を高めるようにするのである。

【００５９】一方、アクセルペダルの操作がなされなけ
れば（アクセルオフ）、前記図６に破線の矢印で示すよ
うに、エンジン１は燃料カット状態からアイドル運転状
態に移行することになる。そして、このアイドル復帰の
場合にはその後のアイドル運転状態におけるエンジン１
からのＮＯｘ排出量があまり多くはないことから、敢え
て復帰時のＮＯｘパージは行わないのである。

【００６０】要するに、前記した燃料噴射制御によれ
ば、燃料カット制御中に触媒３２が冷却されることがあ
り、しかも、その後にエンジン１がＮＯｘ排出量の多い
運転状態になって、触媒３２のＮＯｘ吸収量が急速に増
大すると予想されるような状況では、燃料カット状態か
らの復帰のタイミングを利用して燃料の追加噴射を行
い、触媒３２の昇温を促進しかつＮＯｘパージを行っ
て、該触媒３２のＮＯｘ吸収能力を高めるようにしてい
るのである。尚、前記ステップＳ１２では、アクセルペ
ダルが踏み込まれたときに、エンジン１が特定領域に移
行すると判定するようにしているが、これに限らず、そ
のときのエンジン回転速度Ｎやアクセル開度、或いはア
クセル開度の変化量等を加味して、判定を行うようにし
てもよい。

【００６１】前記図５に示すフローのステップＳ６が、
低回転低負荷側に設定された成層燃焼領域（イ）におい
てエンジン１が成層燃焼モードとなるように、インジェ
クタ１２による燃料の噴射供給量を制御する燃料供給制
御部４０ａに対応しており、また、ステップＳ９が、エ
ンジン減速時の所定条件下で燃料カット制御を実行する
燃料カット制御部４０ｂに対応している。

【００６２】また、前記フローにおいてステップＳ２，
Ｓ３からステップＳ７へと進む制御手順が、エンジン１
が成層燃焼領域（イ）にあって、かつ触媒３２の推定Ｎ
Ｏｘ吸収量Ｓnoxが第１設定量Ｓ1以上になったとき、該
触媒３２のＮＯｘ吸収量が飽和する前に強制的にＮＯｘ
パージを行うべく、排気の空燃比が略理論空燃比になる
ようにインジェクタ１２により気筒２の膨張行程で追加
噴射を行わせるという補正制御部４０ｄの制御に対応し
ている。

【００６３】さらに、前記フローのステップＳ１２によ
り、燃料カット制御が終了するときにアクセルペダルの
操作状態に基づいて、エンジン１が成層燃焼領域（イ）
のうちの高回転ないし高負荷側の特定領域に移行するこ
とを判定するアクセル操作判定部４０ｅ（移行領域判定
手段）が構成され、このアクセル操作判定部４０ｅは、
アクセルペダルが踏み込まれているアクセルオン状態の
ときに、エンジン１が前記特定領域へ移行すると判定す
るものである。

【００６４】さらにまた、前記フローにおいてステップ
Ｓ４，Ｓ５からステップＳ７に進む制御手順が、エンジ
ン１の燃料カット状態からの復帰時に特定領域への移行
が判定されたとき、排気の空燃比が略理論空燃比になる
ように気筒２の膨張行程で追加噴射を行わせるという前
記補正制御部４０ｄの制御に対応している。そして、こ
の補正制御部４０ｄは、触媒３２の推定ＮＯｘ吸収量Ｓ
noxが第２設定量Ｓ2以上のときにのみ、前記した追加噴
射を行わせるように構成されている。

【００６５】（実施形態１の作用効果）次に、前記実施
形態１の作用効果を説明する。

【００６６】前記の如き燃料噴射制御により、まず、エ
ンジン１が低回転低負荷側の成層燃焼領域（イ）にある
とき、通常は、インジェクタ１２により燃料が主に気筒
２の圧縮行程中期以降で噴射されて、成層燃焼状態とな
り、ポンプ損失等の少ない燃費効率に優れた運転状態と
なる。この際、排気の空燃比は、点火前の混合気の空燃
比と同様の極めてリーンな状態になるが、排気中のＮＯ
ｘは触媒３２に吸収されるので、大気中へのＮＯｘの排
出は十分に低減される。

【００６７】そして、エンジン１の前記成層燃焼領域
（イ）での燃焼が継続して、触媒３２におけるＮＯｘの
吸収量が徐々に増大すると、そのことによって触媒３２
のＮＯｘ吸収容量が減少し、該触媒３２のＮＯｘ吸収能
力が徐々に低下することになる。これに対し、図７に一
例を示すように、推定ＮＯｘ吸収量Ｓnoxが第１設定量
Ｓ1になれば、強制的なＮＯｘパージが行われて、触媒
３２のＮＯｘ吸収量が飽和する前にＮＯｘが放出され、
還元浄化される。

【００６８】一方、エンジン１が均一燃焼領域（ロ）
（ハ）にあるときには、インジェクタ１２により燃料が
主に気筒２の吸気行程で噴射されて、均一燃焼状態とな
り、高負荷に対応する高出力が得られるとともに、排気
の空燃比が略理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態
になることで、自ずと触媒３２に吸収されていたＮＯｘ
が放出されて、還元されるようになる。

【００６９】ここで、車両の走行に伴い、例えば図８に
示すようにエンジン回転速度Ｎが変化するときの、触媒
３２におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxの変化について、具体
的に説明する。まず、エンジン１がアイドル運転状態に
あるときには（〜ｔ1）、ＮＯｘの生成量が比較的少な
く、また、排気流量も少ないことから、触媒３２におけ
るＮＯｘ吸収量Ｓnoxは緩やかに増大する。続いて、エ
ンジン１が急加速運転状態になり、均一燃焼モードで運
転されるようになると（ｔ1〜ｔ2）、排気の空燃比が略
理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態になるので、
触媒３２に吸収されたＮＯｘが放出されて、還元浄化さ
れる。

【００７０】続いて、エンジン１が成層燃焼領域（イ）
の高回転側で一定速度で運転される間（ｔ2〜ｔ3）、触
媒３２のＮＯｘ吸収量は急速に増大するが、その後、エ
ンジン減速運転中の燃料カット状態では（ｔ3〜ｔ4）、
ＮＯｘ吸収量は変化しない（ｔ3〜ｔ4）。また、この燃
料カット状態では、触媒３２の過冷却を防止するため
に、スロットル弁２２が略全閉状態にされる。

【００７１】そして、燃料カット制御が終了して、前記
図６に実線の矢印で示すように、アクセルオンでエンジ
ン１が成層燃焼状態に復帰するときには（ｔ＝ｔ4）、
インジェクタ１２により気筒の膨張行程で追加噴射が行
われ、これにより、排気温度が高められるとともに、排
気の空燃比が略理論空燃比とされて、触媒３２のＮＯｘ
パージが行われる。このことで、その後、エンジン１が
ＮＯｘ排出量の多い領域で一定速度で運転されるときに
（ｔ4〜ｔ5）、触媒３２のＮＯｘ吸収能力が十分に高い
状態になり、大気中へのＮＯｘの排出を十分に低減でき
る。

【００７２】続いて、エンジン１が再び燃料カット状態
になった後に（ｔ5〜ｔ6）、再度、一定速度でのリーン
運転状態に復帰するときにも（ｔ＝ｔ6）、前記と同様
に、復帰時のＮＯｘパージが行われ、触媒３２は再びＮ
Ｏｘを放出して、ＮＯｘ吸収能力の高い状態になる。

【００７３】ここで、仮に、前記したような復帰時のＮ
Ｏｘパージを行わないようにした場合、触媒３２におけ
るＮＯｘ吸収量の変化は、前記図８に仮想線で示すよう
になり、復帰時のＮＯｘパージを行うようににした場合
（実線のグラフ）と比べて、特にｔ4〜ｔ7 の期間にお
いて平均的にＮＯｘ吸収量Ｓnoxの多い状態、即ちＮＯ
ｘ吸収能力の低い状態になってしまう。

【００７４】また、復帰時のＮＯｘパージを行わないよ
うにした場合、前記図８に示すように、エンジン１が低
速の定常運転状態にあるときに触媒３２におけるＮＯｘ
吸収量Ｓnoxが第１設定量Ｓ1に達して（ｔ＝ｔ7）、強
制的なＮＯｘパージが行われることになり、本来、エン
ジン１の出力が変化しない状況で運転者の操作とは無関
係に、強制的にエンジン１の燃焼状態が切換えられるこ
とになるので、このときのトルクの変動がたとえ小さな
ものであっても、運転者に違和感を感じさせる虞れがあ
る。

【００７５】これに対し、この実施形態の燃料制御装置
Ａのように、エンジン１が燃料カット状態から成層燃焼
状態に復帰して、インジェクタ１２により燃料の供給を
再開するというタイミングでＮＯｘパージを行うように
し、しかも、エンジン１出力に対する影響の少ない気筒
２の膨張行程で追加の燃料噴射を行うようにすれば、運
転者が違和感を感じることは希である。また、前記のよ
うな復帰時のＮＯｘパージを行うことにより、強制的な
ＮＯｘパージが行われる頻度を大幅に低下させることが
できる。

【００７６】したがって、この実施形態に係る燃料制御
装置Ａによれば、エンジン１が燃料カット状態から成層
燃焼領域（イ）内の特定領域に復帰するときに、インジ
ェクタ１２により燃料噴射を再開するタイミングを利用
して、気筒２の膨張行程での追加噴射によりＮＯｘパー
ジを行うようにしたので、触媒３２によるＮＯｘ浄化性
能を全体として高くなるように維持することができると
ともに、強制的なＮＯｘパージの回数を減らして、全体
的な燃費の改善と違和感の低減による運転フィールの向
上とを実現できる。

【００７７】また、そのような燃料の追加噴射を、触媒
３２におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxがあまり少ないとき
（Ｓnox≦Ｓ2）には行わないようにしているので、例え
ば、エンジン１が燃料カット状態になる直前に強制的な
ＮＯｘパージが行われていて、触媒３２にＮＯｘが殆ど
吸収されていないような状況では、無駄な追加噴射は行
わずに、エンジン１を通常の成層燃焼モードで復帰させ
ることで、燃費のさらなる改善が図られる。

【００７８】（実施形態２）図９は、本発明の実施形態
２に係る燃料制御装置Ａによる燃料噴射制御の処理手順
を示し、この実施形態２では、エンジン１が燃料カット
状態からアクセルオンで復帰するときには、前記実施形
態１と同じく気筒２の膨張行程で追加噴射を行うように
する一方、アクセルオフのときには、エンジン１を一時
的に略理論空燃比の均一燃焼状態とするようにしたもの
である。尚、この実施形態２に係る燃料制御装置の全体
構成は前記実施形態１のもの（図１参照）と同じなの
で、実施形態１と同じ構成要素については同一符号を付
して、その説明は省略する。

【００７９】具体的に、前記図９のフローに示すよう
に、この実施形態２の燃料噴射制御の手順は、ステップ
Ｓ０〜Ｓ１２までが前記実施形態１と同じである。すな
わち、同図のステップＳ１０において燃料カット制御か
らの復帰時点であると判定されたとき（ＹＥＳ）、ステ
ップＳ１２においてアクセルオンかどうか判定し、判定
がＹＥＳであれば、ステップＳ１３’に進む一方、判定
がＮＯであれば、ステップＳ１５に進む。

【００８０】そして、前記ステップＳ１３’では、触媒
３２の推定温度Ｔcatが、予め触媒３２の浄化性能の低
下する温度状態に対応するように設定した温度Ｔcat1
（例えば４００°Ｃ）以下であるかどうか判定する。こ
の触媒３２の温度状態の推定は、例えばエンジン水温と
エンジン１の運転履歴とに基づいて行うようにすればよ
く、推定温度Ｔcatが前記設定温度Ｔcat1以上であれ
ば、ステップＳ６に進んで、エンジン１を成層燃焼モー
ドとする一方、触媒３２の温度状態がそれほど高くなけ
れば、ステップＳ１４に進んで復帰タイマをセットし、
続いて、ステップＳ７において、エンジン１を成層燃焼
モードとした上で、各気筒２の膨張行程において燃料の
追加噴射を行わせるようにする。

【００８１】つまり、触媒３２の温度状態が低ければ、
前記実施形態１と同じく、エンジン１が燃料カット状態
からアクセルオンで成層燃焼領域（イ）に復帰するとき
に、膨張行程噴射によってＮＯｘパージを行うようにす
る一方、触媒３２の温度状態が所定以上に高いときに
は、前記膨張行程噴射は行わない。これは、膨張行程噴
射による排気温度の上昇によって、既に高温状態になっ
ている触媒３２が過熱することを防止するためである。

【００８２】また、前記ステップＳ１２において、アク
セルオフでＮＯと判定されて進んだステップＳ１５で
は、インジェクタ１２により燃料を各気筒２の吸気行程
で噴射させて、エンジン１を略理論空燃比の均一燃焼状
態ででアイドル復帰させるようにしている。

【００８３】この点について、図１０を参照しながら詳
細に説明すると、まず、エンジン１が燃料カット状態に
あるときには、触媒３２の過冷却を防止するために、ス
ロットル弁２２が略全閉状態にされる。そして、その
後、エンジン回転速度Ｎが低下して、予め設定した復帰
回転速度Ｎ1になると、スロットル弁２２が開かれると
ともに、インジェクタ１２により気筒２の圧縮行程で燃
料噴射が再開される。この際、同図に実線示すように、
エンジン回転速度Ｎが復帰回転速度Ｎ1よりも高い設定
回転速度Ｎ2になったときに（ｔ＝ｔ1）、先にスロット
ル弁２２を開き、続いて、エンジン回転速度Ｎが復帰回
転速度Ｎ1になったときに（ｔ＝ｔ2）、燃料噴射を再開
させるようにしている。

【００８４】しかし、そのように先にスロットル弁２２
を開くようにしていても、該スロットル弁２２の作動遅
れや吸気の輸送遅れ等があるので、エンジン回転速度Ｎ
の降下速度が大きいときには、燃料噴射の再開時点（ｔ
2）までに吸気流量を成層燃焼状態のときの適正値αま
で増大させることができない場合がある。そして、この
場合には、エンジン１の各気筒２への吸気充填量が一時
的に不足して、点火プラグ１０の周囲に混合気を適切に
成層化することができなくなり、オーバーリッチにより
失火やエンジンストールを招く虞れがある。

【００８５】これに対し、前記した燃料噴射制御のフロ
ーによれば、アクセルオフのままでエンジン１がアイド
ル運転状態に復帰するときには、エンジン回転速度Ｎが
復帰回転速度Ｎ1になったときに、インジェクタ１２に
より気筒２の吸気行程で燃料噴射が再開されて、エンジ
ン１は均一燃焼状態でアイドル復帰するようになる。こ
のことで、均一燃焼状態であれば、前記図１０において
点線で示すように、アイドル運転のために必要な適正な
吸気流量βが成層燃焼状態のときに比べて相対的に少な
くなるので、点火時点までにこの適正な吸気流量を得る
ことができる。また、仮に吸気の充填遅れがあったとし
ても、均一な混合気の濃度が全体としてややリッチ側に
ずれるだけであり、失火やエンジンストールが起きるこ
とはないのである。

【００８６】前記図９に示すフローにおいて、ステップ
Ｓ１３’により、触媒３２のＮＯｘの吸収能力が低下す
る所定の高温状態であることを判定する触媒高温状態判
定部４０ｆが構成されている。そして、このテップＳ１
３’においてＮＯと判定されてステップＳ６に進む制御
手順により、触媒３２が前記高温状態であると判定され
た場合に、燃料カット状態からの復帰時に気筒２の膨張
行程で追加噴射を行うことを禁止する補正制御禁止部４
０ｇが構成されている。

【００８７】また、前記フローのステップＳ１２→Ｓ１
３’→Ｓ１４→Ｓ７と進む制御手順が、アクセルペダル
の踏み操作が判定されたときに、排気の空燃比が略理論
空燃比ないし理論空燃比よりもリッチな状態になるよう
に、インジェクタ１２により燃料を気筒２の膨張行程で
追加噴射させるという補正制御部４０ｄによる制御に対
応している。

【００８８】さらに、前記フローにおいて、ステップＳ
１２→Ｓ１５と進む制御手順が、アクセルペダルの踏み
操作がなされていないと判定されたときにインジェクタ
１２により燃料を、点火前の燃焼室の平均的な空燃比が
略理論空燃比になるように気筒２の吸気行程で噴射させ
るという前記補正制御部４０ｄによる制御に対応してい
る。

【００８９】したがって、この実施形態２に係る火花点
火式エンジンの燃料制御装置Ａによれば、エンジン１が
減速運転時の燃料カット状態から成層燃焼領域（イ）へ
復帰して、インジェクタ１２により燃料噴射が再開され
るときに、アクセルオンで復帰する場合には、前記実施
形態１と同じく、エンジン１が成層燃焼モードとされた
上で、インジェクタ１２により各気筒の膨張行程で燃料
の追加噴射が行われ、これにより、効果的にＮＯｘパー
ジが行われる。

【００９０】一方、アクセルオフでエンジン１がアイド
ル復帰するときには、エンジン１は強制的に均一燃焼状
態とされるので、例えば車両の急制動時のように、エン
ジン回転速度Ｎが急低下するときであっても、吸気の遅
れに起因して失火やエンジンストールに至ることを確実
に防止できる。

【００９１】（他の実施形態）尚、本発明の構成は、前
記実施形態１又は実施形態２の構成に限定されるもので
はなく、その他の種々の構成を包含するものである。す
なわち、前記実施形態では、触媒３２のＮＯｘパージを
行うときに、インジェクタ１２により燃料を気筒の膨張
行程で追加噴射させるようにしているが、これに限ら
ず、例えば気筒の排気行程で追加噴射を行うようにして
もよく、或いは、気筒２の吸気行程で追加噴射を行うよ
うにすることも可能である。

【００９２】また、前記各実施形態では、ＮＯｘパージ
のときに排気の空燃比を略理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．
７）になるように制御するようにしているが、これに限
らず、排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ（例えば
Ａ／Ｆ＝１２くらい）になるように制御するようにして
もよい。

【００９３】さらに、前記各実施形態では、本発明を直
噴式エンジン１の燃料制御装置Ａに適用しているが、こ
れに限るものではない。すなわち、エンジンの吸気ポー
トに燃料を噴射するようにインジェクタを配設したいわ
ゆるポート噴射式エンジンにおいて、該エンジンの低回
転低負荷側にリーン運転領域を設定し、この領域内で空
燃比Ａ／Ｆ＝１８〜２４くらいで均一燃焼状態でのリー
ンバーン運転を行うようにしたものにも、本発明を適用
することができる。

【００９４】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１の発明
に係る火花点火式エンジンの燃料制御装置によると、酸
素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収型
触媒を備え、エンジンをその運転状態に応じてリーン燃
焼状態としたり、或いは燃料カット状態としたりするよ
うにしたものにおいて、エンジンが燃料カット状態から
復帰して、ＮＯｘ生成量の多い特定領域に移行するとき
に、排気の空燃比を略理論空燃比ないしそれよりもリッ
チな状態になるように制御して、触媒のＮＯｘパージを
行うようにしたので、この触媒によるＮＯｘ浄化性能を
十分に高く維持することができるとともに、強制的なＮ
Ｏｘパージの回数を減らして、エンジン運転中の全体的
な燃費改善と運転フィールの向上とを実現できる。

【００９５】請求項２の発明によると、ＮＯｘパージの
ときに燃料噴射弁により燃料を気筒の膨張行程ないし排
気行程において追加噴射させることで、排気の空燃比を
略理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態にすること
ができる。

【００９６】請求項３の発明によると、補正制御に起因
するエンジンのトルク変動を抑えつつ、膨張行程での追
加噴射により燃料の反応性を高めて、ＮＯｘパージの効
果を高めることができる。

【００９７】請求項４の発明によると、エンジンが燃料
カット状態から復帰するときであっても、無駄なＮＯｘ
パージは行わないようにすることで、燃費をさらに改善
できる。

【００９８】また、請求項５の発明に係る火花点火式エ
ンジンの燃料制御装置によると、特に、低回転低負荷側
で成層燃焼状態となる直噴式エンジンにおいて、燃料カ
ット状態からの復帰時にアクセル操作がなされていれ
ば、エンジンを成層燃焼状態で復帰させるとともに、気
筒の膨張行程ないし排気行程で追加噴射を行わせて、触
媒のＮＯｘパージを行うことで、請求項１の発明と同様
の効果を得ることができる。一方、燃料カット状態から
の復帰時にアクセル操作がなされていなければ、エンジ
ンを均一燃焼状態とすることで、失火やエンジンストー
ルを防止することができる。

【００９９】請求項６の発明によると、ＮＯｘ吸収型触
媒がＮＯｘ吸収能力の低下する所定の高温状態にあると
きに、燃料噴射弁による気筒の膨張行程での追加噴射を
禁止することで、該触媒の過熱を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る火花点火式エンジン
の燃料制御装置の全体構成図である。

【図２】触媒の温度状態の変化に対するＮＯｘ浄化率の
変化特性を示す図である。

【図３】エンジンの成層燃焼領域、均一燃焼領域及び燃
料カット制御を行う領域を設定した制御マップの一例を
示す図である。

【図４】エンジンの燃料噴射形態を模式的に示す図であ
る。

【図５】ＥＣＵによる燃料噴射制御の手順を示すフロー
チャート図である。

【図６】燃料カット状態からアクセルオンで成層燃焼領
域内の特定領域に復帰するときと、アクセルオフでアイ
ドル復帰するときとを互いに対比して示す模式図であ
る。

【図７】成層燃焼モードが継続して、強制的なＮＯｘパ
ージが行われるときの触媒のＮＯｘ吸収量の変化を示す
タイムチャート図である。

【図８】エンジンの運転状態が種々、変化するときのエ
ンジン回転速度Ｎ、排気の空燃比状態及び触媒のＮＯｘ
吸収量の変化を互いに対比して示すタイムチャート図で
ある。

【図９】本発明の実施形態２に係る図５相当図である。

【図１０】アクセルオフでアイドル復帰するときの、エ
ンジン回転速度、スロットル弁開度及び吸気流量の変化
を互いに対比して示すタイムチャート図である。

【符号の説明】

Ａ 火花点火式エンジンの燃料制御装置 １ エンジン ２ 気筒 ６ 燃焼室 １２ インジェクタ（燃料噴射弁） ３２ 触媒 ４０ コントロールユニット（ＥＣＵ） ４０ａ 燃料供給制御部（燃料供給制御手段） ４０ｂ 燃料カット制御部（燃料カット制御手段） ４０ｃ ＮＯｘ吸収量推定部（推定手段） ４０ｄ 補正制御部（補正制御手段、燃料増量手段） ４０ｅ アクセル操作判定部（移行領域判定手段、ア
クセル操作判定手段） ４０ｆ 触媒高温状態判定部（触媒高温状態判定手
段） ４０ｇ 補正制御禁止部（補正制御禁止手段）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/08 Ｆ０２Ｂ 17/00 １０１ ４Ｄ０４８ 3/20 Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０Ａ 3/24 41/04 ３０５Ｄ 3/28 ３０１ ３０５Ａ Ｆ０２Ｂ 17/00 １０１ 45/00 ３１４Ｆ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０ ３１４Ｋ 41/04 ３０５ ３１４Ｚ Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢ 45/00 ３１４ １２９Ａ 53/36 １０２Ｚ Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA05 AA18 AB01 AC04 AF01 AG01 AG02 AG03 3G084 AA03 AA04 BA05 BA09 BA15 BA20 BA21 BA27 CA03 CA04 CA06 CA09 DA02 DA25 DA28 DA34 DA37 EA11 EB08 EC01 FA08 FA10 FA11 FA20 FA27 FA33 FA38 3G091 AA02 AA11 AA12 AA17 AA24 AA28 AB06 BA04 BA08 BA10 BA14 BA33 CA13 CA27 CB02 CB03 CB05 CB07 CB08 DA01 DA02 DA03 DA05 DA08 DB06 DB10 EA00 EA01 EA05 EA06 EA07 EA14 EA15 EA16 EA31 EA34 FA05 FA08 FA09 FA12 FA13 FA14 FA19 FB03 FB10 FB11 FB12 FC02 FC04 FC08 HA36 HB05 3G301 HA01 HA04 HA06 HA13 HA14 HA16 HA17 JA02 JA03 JA23 JA31 JA32 KA07 KA08 KA09 KA16 KA24 KA25 KA26 KA27 LA03 LA05 LB04 LC03 MA01 MA19 MA24 MA25 MA26 MA27 NA01 NA04 NA08 NB02 NB11 NC02 NE01 NE13 NE14 NE15 NE23 PA04Z PA07Z PA09Z PA10Z PA11Z PA17Z PB08Z PB09Z PC02Z PD03A PD12Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z 4D002 AA12 AC10 BA04 BA05 GA02 GB02 GB03 4D048 AA06 AB02 EA04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの気筒毎に燃料を供給する燃料
   供給手段と、エンジンの排気通路に配設され、排気中の
   酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一
   方、酸素濃度の低下によって前記吸収したＮＯｘを放出
   するＮＯｘ吸収型触媒と、 エンジンが低回転低負荷側に設定したリーン運転領域に
   あるときに、点火前の気筒内燃焼室の平均的な空燃比が
   理論空燃比よりもリーンな状態になるように、前記燃料
   供給手段による燃料の供給量を制御する燃料供給制御手
   段と、 少なくともエンジンの減速運転時に所定条件下で、前記
   燃料供給手段による燃料の供給を停止させる燃料カット
   制御を行う燃料カット制御手段とを備えた火花点火式エ
   ンジンの燃料制御装置において、 前記燃料カット制御手段による燃料カット制御が終了す
   るときに、エンジンが前記リーン運転領域のうちの高回
   転ないし高負荷側の特定領域に移行するかどうか判定す
   る移行領域判定手段と、 前記移行領域判定手段によりエンジンの前記特定領域へ
   の移行が判定されたとき、排気の空燃比が略理論空燃比
   ないし理論空燃比よりもリッチな状態になるように、前
   記燃料供給手段による燃料供給量を補正する補正制御手
   段とが設けられていることを特徴とする火花点火式エン
   ジンの燃料制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 燃料供給手段は、エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直
   接、噴射する燃料噴射弁であり、 補正制御手段は、少なくとも、前記燃料噴射弁により燃
   料を気筒の膨張行程ないし排気行程において追加噴射さ
   せるものであることを特徴とする火花点火式エンジンの
   燃料制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 燃料供給制御手段は、エンジンがリーン運転領域にある
   ときに成層燃焼状態になるように、燃料噴射弁により燃
   料を気筒の圧縮行程中期以降で噴射させるものであり、 補正制御手段は、前記燃料噴射弁による気筒の圧縮行程
   での燃料噴射量は変更せずに、かつ、該燃料噴射弁によ
   り燃料を気筒の膨張行程において追加噴射させるもので
   あることを特徴とする火花点火式エンジンの燃料制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 触媒のＮＯｘ吸収量を推定する推定手段と、 エンジンがリーン運転領域にあって、かつ前記推定手段
   による推定ＮＯｘ吸収量が第１設定量以上になったと
   き、排気の空燃比が略理論空燃比ないし理論空燃比より
   もリッチな状態になるように、燃料供給手段による燃料
   供給量を増量させる燃料増量手段とが設けられ、 補正制御手段は、前記推定ＮＯｘ吸収量が前記第１設定
   量よりも少ない第２設定量以上のときに、燃料供給量の
   補正を行うように構成されていることを特徴とする火花
   点火式エンジンの燃料制御装置。
5. 【請求項５】 エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、
   噴射供給する燃料噴射弁と、 前記燃焼室に連通する排気通路に配設され、排気中の酸
   素濃度が高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、
   酸素濃度の低下によって前記吸収したＮＯｘを放出する
   ＮＯｘ吸収型触媒と、 エンジンが低回転低負荷側に設定したリーン運転領域に
   あるときに、点火前の燃焼室の平均的な空燃比が理論空
   燃比よりもリーンな状態になるように、前記燃料噴射弁
   による燃料の噴射供給量を制御する燃料供給制御手段
   と、 少なくともエンジンの減速運転時に所定条件下で、前記
   燃料供給手段による燃料供給を停止させる燃料カット制
   御を行う燃料カット制御手段とを備えた火花点火式エン
   ジンの燃料制御装置において、 前記燃料供給制御手段は、エンジンが前記リーン運転領
   域にあるときに成層燃焼状態になるように、前記燃料噴
   射弁により燃料を気筒の圧縮行程中期以降で噴射させる
   ものであり、 前記燃料カット制御手段による燃料カット制御が終了す
   るときに、アクセル操作がなされているかどうか判定す
   るアクセル操作判定手段と、 前記アクセル操作判定手段によりアクセル操作がなされ
   ていると判定されたとき、排気の空燃比が略理論空燃比
   ないし理論空燃比よりもリッチな状態になるように、前
   記燃料噴射弁により燃料を気筒の膨張行程ないし排気行
   程で追加噴射させる一方、アクセル操作がなされていな
   いと判定されたときには、前記燃料供給制御手段による
   制御を禁止し、かつ前記燃料噴射弁により燃料を、点火
   前の燃焼室の平均的な空燃比が略理論空燃比ないし理論
   空燃比よりもリッチな状態になるように気筒の吸気行程
   で噴射させる補正制御手段とが設けられていることを特
   徴とする火花点火式エンジンの燃料制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、触媒によるＮＯｘの
   吸収能力が低下する所定の高温状態であることを判定す
   る触媒高温状態判定手段と、 前記触媒高温状態判定手段により触媒が前記高温状態で
   あると判定された場合には、燃料カット制御の終了時に
   アクセル操作判定手段によりアクセル操作がなされてい
   ると判定されたとき、補正制御手段による制御を禁止す
   る補正制御禁止手段とが設けられていることを特徴とす
   る火花点火式エンジンの燃料制御装置。