JP3945040B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室に燃料を直接、噴射供給するいわゆる筒内直接噴射式エンジンの制御装置に関し、特に、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するリーンＮＯｘ触媒を備えたものにおいて、そのリーンＮＯｘ触媒の浄化性能を安定確保するための制御に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のエンジンの制御装置として、例えば国際公開番号Ｗ０９３／０７３６３号公報に示されるように、エンジンの排気通路に、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態のときに排ガス中のＮＯｘを吸着する一方、空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態になると、前記吸着したＮＯｘを放出させて還元浄化するＮＯｘ吸着タイプのリーンＮＯｘ触媒を配置して、エンジンの加速運転時や全負荷運転時に空燃比をリッチ状態に制御する一方、それ以外の運転時には空燃比をリーン状態に制御して、燃費の改善を図るようにしたものが知られている。
【０００３】
また、特開平７―１１９５０７号公報に示されるように、エンジンの燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁を設け、エンジンを低負荷域では成層燃焼状態で運転する一方、高負荷域では均一燃焼状態で運転し、エンジンが低回転域で前記高負荷域にあるときに、シリンダの吸気行程で燃料噴射弁から燃料を２回に分割して噴射させることで、その早期噴射された半分の燃料を吸気行程の終了までに燃焼室で拡散させる一方、後期噴射された残り半分の燃料については、増大した容積の燃焼室に拡散させ、全ての燃料を一括噴射する場合のように、次の圧縮行程でピストン頂面近傍に濃厚な混合気が形成されるのを防いで、スモークの発生を防止することが提案されている。
【０００４】
さらに、特開平７−２１７４７８号公報には、前記と同様の燃料噴射弁をピストンの頂面に対向するように燃焼室の上面に設け、ノッキングが発生したときに、少量の燃料を吸気行程の初期に予備的に噴射して、この燃料を積極的にピストン頂面の吸気弁側に付着させるとともに燃焼室の吸気弁側に跳ね返らせ、吸気弁側のピストン頂面や燃焼室を燃料の気化熱により冷却することで、ノッキングを抑制するようにしたものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記最初の従来例（特開平７―１１９５０７号公報）のように、ＮＯｘ吸着タイプのリーンＮＯｘ触媒を備えたものでは、エンジンのリーン状態での運転が継続すると、ＮＯｘ吸着量の増大に伴い浄化性能が低下してしまうので、そうなる前にリッチ状態に切替えて、吸着しているＮＯｘを放出させて還元浄化するいわゆる触媒のリフレッシュを行うことで、触媒の浄化性能を安定確保する必要がある。
【０００６】
また、その触媒のリフレッシュの際、一般に、空燃比のリッチ度合が高い（Ａ/Ｆの値が小さい）ほど、還元性のある未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が排ガス中に多く排出されるので、触媒からのＮＯｘの放出やその放出されたＮＯｘの還元浄化が短時間で進むようになる。つまり、空燃比のリッチ度合が高いほど触媒のリフレッシュを促進できる。
【０００７】
そのため、前記従来例のエンジンの制御装置では、触媒のリフレッシュ時に、空燃比をＡ/Ｆ＝１２〜１３程度に大幅にリッチ化させるようにしており、本来、エンジンをリーン状態で運転可能なときに、触媒のリフレッシュのためだけに余計な燃料を消費することになるので、その分、燃費が悪化するという不具合がある。
【０００８】
さらに、乗員の運転操作に関係なく空燃比が大幅にリッチな状態に切替えられ、その切替えに伴いエンジン出力が大きく変動することから、乗員が不快なショックを感じる虞れがある。
【０００９】
斯かる不具合を解決するために、本発明者はＮＯｘ吸着タイプを含む種々のリーンＮＯｘ触媒について鋭意研究を重ねた結果、触媒のリフレッシュ作用は排ガス中のＨＣ濃度やＣＯ濃度のみならず、むしろＮＯｘそのものの濃度によって大きな影響を受けるものであり、その作用を定量的に表す指標としては、排ガス中のＨＣ濃度のＮＯｘ濃度に対する濃度比（ＨＣ/ＮＯｘ）が適当であることを見出した。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、リーンＮＯｘ触媒を備え、燃焼室に燃料噴射弁から直接燃料を噴射供給するようにした直噴エンジンにおいて、排ガス中のＨＣ濃度のＮＯｘ濃度に対する濃度比（ＨＣ/ＮＯｘ）に着目し、触媒のリフレッシュ時にその濃度比ＨＣ/ＮＯｘが高まるようにエンジンの運転状態を制御することで、触媒のリフレッシュを促進してその浄化性能を安定確保しつつ、空燃比のリッチ度合を従来よりも低くして、燃費の悪化や乗員へのショックを軽減することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明の解決手段では、エンジンがリッチ状態で運転される領域において、シリンダの吸気行程で燃料を複数回に分割して噴射するとともに、多量の排ガスをエンジンの吸気系に還流させることによって、ＮＯｘの生成を大幅に抑制するようにした。
【００１２】
具体的に、請求項１の発明では、エンジンのシリンダ内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に配設され、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で排ガス中のＮＯｘを浄化するリーンＮＯｘ触媒とを備え、エンジンを低負荷域では圧縮行程での燃料噴射によって成層燃焼状態で運転する一方、その他の領域では吸気行程での燃料噴射によって均一燃焼状態で運転するようにしたエンジンの制御装置が前提である。尚、ここで言うＮＯｘの浄化とは、例えばＮＯｘ吸着タイプの触媒によってＮＯｘを吸着することやＮＯｘ還元タイプの触媒によってＮＯｘをＮ2及びＯ2に還元することを含み、排ガス中のＮＯｘを低減させること全てに相当する（以下、本明細書において同様とする）。
【００１３】
そして、前記排気通路から排ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流手段と、前記エンジンが均一燃焼状態で、かつその空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態にある運転領域において、シリンダの吸気行程で前記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期噴射とに、少なくとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間の中央時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期となるように２分割して噴射させる燃料噴射制御手段とを設け、かつ、前記排気還流手段を、燃料噴射制御手段が燃料噴射の分割制御を行うときに排ガスの還流を行うように構成した。
【００１４】
この構成により、エンジンが均一燃焼状態で、かつ空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態にある運転領域において、燃料噴射制御手段により、シリンダの吸気行程で燃料噴射弁から燃料が早期噴射と後期噴射とに２分割して噴射されるとともに、排ガスの一部が排気還流手段により排気通路から吸気系に還流される。前記の早期噴射された一部の燃料は、その後に後期噴射が開始されるまでの間にピストンの下降移動に伴う燃焼室容積の増大によって十分に均一に拡散し、また、後期噴射された残りの燃料も前記容積の増大した燃焼室に拡散するので、燃焼室全体に均一な混合気が生成される。つまり、燃料噴射の分割によって、噴霧の貫徹力をそれほど高めることなく、燃焼室における燃料分布の均一化が図られる。
【００１５】
また、少なくとも前記早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間の中央時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期に設定されているので、1)シリンダの吸気行程全体で燃料噴射を行ってしまわなければならないという条件下で、早期噴射を、ピストンの下降移動速度が比較的高くてそれに伴う吸気流動速度も大きい状態となる時期に対応させて行うことができ、その大きな速度の吸気流動によって燃料分布の均一化がさらに促進され、かつ燃料の気化霧化が促進される。2)しかも、早期及び後期の２回の燃料噴射が全体として吸気行程初め側にずれるので、後期噴射された燃料がピストンの下死点近く（吸気行程の終わり）でシリンダ壁面に付着して燃料分布の均一化が阻害されることを回避できる。特に、上述の如く噴霧貫徹力があまり高くないので、燃料の壁面付着による問題は生じない。3)さらに、点火までの時間つまり燃料の気化霧化時間を長く確保でき、その上、排気還流により吸気温度が高められて燃料液滴が暖めらるので、燃料の気化霧化が一層、促進される。
【００１６】
従って、前記1)〜3)の相乗的な作用によって燃焼室での燃料分布の均一度合を大幅に高めるとともに、燃料の気化霧化を大きく促進でき、そのことによって燃焼速度がさらに速まり、燃焼時間の短縮によってエンジンの燃焼安定性が大幅に向上する。そして、この燃焼安定性の向上によって、多量の排ガスを燃焼室に還流させることが可能になるので、ＮＯｘの生成量を従来よりも大幅に低減できるようになり、また、ポンピングロスの低減により燃費改善が図られる。
【００１７】
そして、例えばＮＯｘ吸着タイプのリーンＮＯｘ触媒を備えている場合、リッチ状態での運転時にＮＯｘの生成量を低減させて、排ガス中のＨＣ濃度のＮＯｘ濃度に対する濃度比（ＨＣ/ＮＯｘ）を大幅に高めることにより、触媒のリフレッシュを大きく促進することができるので、触媒のリフレッシュ時における空燃比のリッチ度合を従来よりもかなり低くすることができる。よって、触媒のリフレッシュ時に、そのリフレッシュ作用を低下させることなく、燃費の悪化や乗員へのショックを軽減することができる。
【００１８】
請求項２の発明では、エンジンのシリンダ内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に配設され、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で排ガス中のＮＯｘを浄化するリーンＮＯｘ触媒とを備え、エンジンを部分負荷域では空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で運転する一方、その他の領域では空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態で運転するようにしたエンジンの制御装置が前提である。
【００１９】
そして、前記排気通路から排ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流手段と、前記エンジンの空燃比が理論空燃比以下となるリッチ状態の運転領域において、シリンダの吸気行程で前記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期噴射とに、少なくとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間の中央時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期となるように２分割して噴射させる燃料噴射制御手段とを設け、かつ、前記排気還流手段を、燃料噴射制御手段が燃料噴射の分割制御を行うときに排ガスの還流を行うように構成した。
【００２０】
この構成によれば、請求項１の発明と同様の作用が得られる。
【００２１】
請求項３の発明では、燃料噴射制御手段による後期噴射を、吸気行程を前期、中期及び後期に３等分したうちの前期ないし中期に開始することで、前記請求項１、２の発明の作用効果を十分に得ることができる。
【００２２】
請求項４の発明では、燃料噴射制御手段による後期噴射の期間の中央時期は、吸気行程の中央時期よりも早い時期であってピストンの下降移動速度が最高になる時期に設定する。こうすれば、後期噴射は、ピストンの下降移動速度が最も高くてそれに伴う吸気流動速度も最も大きい状態で行われるので、後期噴射した燃料を吸気流動によって燃焼室に均一に拡散させることができる。
【００２３】
請求項５の発明では、排気還流手段による排ガス還流量の吸入空気量に対する比率の最大値は２０％以上とする。このことで、排ガスの還流量が具体化される。そして、多量の排ガスの還流によってＮＯｘの生成が抑えられ、排ガス中のＨＣ濃度のＮＯｘ濃度に対する濃度比（ＨＣ/ＮＯｘ）を十分に高めることができる。
【００２４】
請求項６の発明では、燃料噴射制御手段が燃料の分割噴射を行うエンジンの運転領域は、エンジンの加速運転状態に対応する運転領域である。このことで、一般に、エンジンの加速運転領域では空燃比をリッチ状態に制御して、乗員の要求に対応する十分な出力を得られるようにしており、その際、燃料の分割噴射と多量の排気還流とを行うことにより、触媒のリフレッシュを促進することができる。また、空燃比のリッチ状態への切替えに伴いエンジン出力が変動しても、それは車両の加速運転に伴うものなので、乗員に不快感を与えることはない。
【００２５】
請求項７の発明では、エンジンのリーン状態での運転が所定時間以上、継続したときに、エンジンの運転状態をリーン状態からリッチ状態に切替える空燃比切替手段を備え、燃料噴射制御手段は、前記空燃比切替手段によってエンジンの運転状態がリッチ状態に切替えられたとき、燃料噴射の分割制御を開始するように構成した。
【００２６】
このことで、例えばＮＯｘ吸着タイプのリーンＮＯｘ触媒を備えている場合、エンジンのリーン状態での運転が所定時間以上、継続して、触媒のＮＯｘ吸着性能が低下したときには、空燃比切替手段によりエンジンの運転状態がリッチ状態に切替えられて、触媒のリフレッシュが行われ、よって、エンジンのリーン状態での運転が継続することによる触媒の浄化性能の低下を防止できる。
【００２７】
請求項８の発明では、空燃比切替手段は、エンジンの運転状態をリーン状態からリッチ状態に切替えた後、設定時間の経過後に再びリーン状態に切替えるように構成した。このことで、設定時間が経過して触媒がリフレッシュされた後は、再び、エンジンをリーン状態で運転することにより、燃費低減が図られる。
【００２８】
請求項９の発明では、リッチ状態での空燃比は略理論空燃比とする。このことで、触媒のリフレッシュ時には空燃比が略理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７）にされ、従来までのように空燃比を大幅にリッチ化（Ａ/Ｆ＝１２〜１３）する場合に比べて燃費を確実に低減でき、かつエンジン出力の変動に伴うショックを確実に軽減できる。
【００２９】
請求項１０の発明では、燃焼室に吸気流動を生成する吸気流動生成手段が設けられているものとする。この吸気流動生成手段による吸気流動によって燃料分布の均一化を促進して、エンジンの燃焼安定性をさらに向上できる。
【００３０】
請求項１１の発明では、燃料噴射弁は、噴霧の広がり角度が４５度以上になる広角タイプのものとする。このことで、燃料噴霧が大きく広がるので、燃焼室での燃料分布の均一化が容易に促進できる。
【００３１】
請求項１２の発明では、シリンダの吸気行程で燃料噴射弁から早期噴射と後期噴射とに分割して噴射される燃料噴射量を互いに略同じとする。このことで、早期及び後期噴射のそれぞれにおける燃料噴射弁の開弁時間が十分に確保されるので、弁の開閉作動に起因して噴霧の微粒化が阻害されることはない。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図６は本発明の実施形態１に係るエンジンの制御装置の全体構成を示し、１は例えば車両に搭載された多気筒エンジンで、このエンジン１は複数のシリンダ２，２，…（１つのみ図示する）を有するシリンダブロック３と、このシリンダブロック３に組み付けられたシリンダヘッド４と、各シリンダ２内に往復動可能に嵌挿されたピストン５とを備え、シリンダ２、シリンダヘッド４及びピストン５に囲まれて燃焼室６が区画されている。１０は前記燃焼室６上壁であるシリンダヘッド４下面においてシリンダ２の軸心上の位置に燃焼室６に臨むように取り付けられた点火プラグで、この点火プラグ１０は点火回路１１に接続されている。
【００３３】
また、前記燃焼室６の側壁部、従ってシリンダ２の軸心上以外の位置には、移動するピストン５と干渉しない位置に、燃焼室６にその側部から燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁１４が取り付けられており、この燃料噴射弁１４からシリンダ２の圧縮行程後期に噴射した燃料噴霧をピストン５頂面に凹設したキャビティ（図示せず）にトラップさせることにより、前記点火プラグ１０近傍に比較的濃い混合気の層を形成して成層化するようになっている。さらに、前記燃料噴射弁１４は噴霧の広がり角度が４５度以上になる広角タイプのもので、この燃料噴射弁１４からシリンダ２の吸気行程で噴射された燃料噴霧は、燃焼室６で大きく広がって均一に拡散するようになっている。
【００３４】
前記燃料噴射弁１４は燃料通路１５を介して燃料タンク１６に接続されている。燃料通路１５の途中には、燃料タンク１６内に位置する低圧燃料ポンプ１７と、この低圧燃料ポンプ１７よりも下流側に位置する高圧燃料ポンプ１８とが配置されている。これら両燃料ポンプ１７，１８間の燃料通路１５には低圧プレッシャレギュレータ１９と、その下流側に燃料フィルタ２０とが配置されている。また、燃料噴射弁１４及び高圧燃料ポンプ１８間の燃料通路１５と、低圧プレッシャレギュレータ１９及び燃料フィルタ２０間の燃料通路１５とは高圧プレッシャレギュレータ２１を配設したリターン通路２２により接続されており、低圧燃料ポンプ１７から吐出された燃料を低圧プレッシャレギュレータ１９によって調圧した後、高圧燃料ポンプ１８に供給してさらに増圧させ、その高圧燃料を燃料噴射弁１４からエンジン１の燃焼室６に噴射供給する。また、高圧燃料ポンプ１８から吐出される燃料の一部を高圧プレッシャレギュレータ２１によって流量調整しながらリターン通路２２を経て高圧燃料ポンプ１８の上流側にリターンさせることで、燃料噴射弁１４に供給される燃料の圧力を適正に調整するようになっている。
【００３５】
２５はエンジン１の燃焼室６に対しエアクリーナ２６で濾過した吸気（空気）を供給する吸気通路で、この吸気通路２５の下流端部はシリンダヘッド４に独立して形成した２つの吸気ポート１２，１２（１つのみ図示する）で構成され、この各吸気ポート１２はそれぞれ吸気弁８を介して燃焼室６に連通されている。前記一方の吸気ポート１２には、吸気流動生成手段としてのアクチュエータ駆動タイプの吸気流動制御弁３０が接続されており、この吸気流動制御弁３０の閉弁により他方の吸気ポート１２のみから吸気を燃焼室６に供給することで、その燃焼室６に吸気流動として例えばシリンダ軸線方向のタンブル成分に富んだ吸気スワールを生成するようにしている。
【００３６】
前記吸気通路２５には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感熱式エアフローセンサ２７と、吸気通路２５を絞る電気式スロットル弁２８と、サージタンク２９とがそれぞれ配設されている。前記電気式スロットル弁２８は、図外のアクセルペダルに対し機械的に連結されておらず、アクチュエータ（図示せず）の駆動によって開閉するものである。
【００３７】
３１はエンジン１の燃焼室６から排ガスを排出する排気通路で、この排気通路３１の上流端は排気弁９を介して燃焼室６に連通されている。排気通路３１には上流側から下流側に向かって順に、排ガス中の酸素濃度を検出するＯ2 センサ３２と、排ガスを浄化する２つの触媒３３，３４とがそれぞれ配設されている。前記Ｏ2 センサ３２は、排ガス中の酸素濃度に基づき空燃比を検出するために用いられるもので、空燃比が理論空燃比にあるときを境に出力が急変する特性を有する。
【００３８】
また、前記２つの触媒３３，３４はいずれも、軸方向（排ガスの流れ方向）に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔が開口されたハニカム構造のコージェライト製担体（図示せず）の各貫通孔壁面に触媒層を形成したもので、排気通路３１の上流側に三元触媒３３が、またその下流側にＮＯｘ吸着タイプの触媒層を有するリーンＮＯｘ触媒３４がそれぞれ配置されている。前記三元触媒３３はエンジン１の空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態で窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃炭化水素（ＨＣ）を浄化するものであり、特に理論空燃比近傍のいわゆるウインドウ領域において、極めて高い浄化性能を発揮する。
【００３９】
前記リーンＮＯｘ触媒３４は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で排ガス中のＮＯｘを吸着する一方、リッチ状態では吸着しているＮＯｘを放出して、還元浄化するものであり、例えば、担体の壁表面に、アルミナやセリアがサポート材として担持された触媒層を形成し、このサポート材に、白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ等の貴金属と、カリウムＫ等のアルカリ金属やバリウムＢａ等のアルカリ土類金属とを担持した１層コートタイプのものを用いればよい。
【００４０】
また、前記リーンＮＯｘ触媒３４としては、担体の壁表面に、白金ＰｔとバリウムＢａ等のアルカリ土類金属とを担持したアルミナやセリアが担持された内側触媒層と、白金Ｐｔ等の貴金属を担持したゼオライトが担持された外側触媒層とを形成した２層コートタイプのものを用いてもよい。尚、前記リーンＮＯｘ触媒３４を排気通路３１の上流側に、また、三元触媒３３を下流側にそれぞれ配置するようにしてもよく、或いは、前記２重コートタイプのものを用いるのであれば、三元触媒は設けなくてもよい。
【００４１】
前記排気通路３１における排ガスの一部を吸気系に還流する排気還流装置３７が設けられている。この排気還流装置３７は、前記Ｏ2 センサ３２よりも上流側の排気通路３１に上流端が分岐接続された排気還流通路３８を有し、この排気還流通路３８の下流端は前記スロットル弁２８とサージタンク２９との間の吸気通路２５に接続されている。排気還流通路３８の下流端寄りには開度調整可能な電気式の排気還流制御弁３９が配置されており、排気通路３１の排ガスの一部を排気還流通路３８を介して排気還流制御弁３９により流量調整しながら吸気通路２５に還流させるようにしている。
【００４２】
前記点火プラグ１０に接続される点火回路１１、電気式スロットル弁２８のアクチュエータ、燃料噴射弁１４、高圧プレッシャレギュレータ２１、吸気流動制御弁３０及び排気還流制御弁３９は、コントロールユニット４１によって作動制御されるようになっている。このコントロールユニット４１には、前記エアフローセンサ２７及びＯ2 センサ３２の各出力信号と、アクセルペダルの開度（踏込み量）をエンジン負荷として検出するアクセル開度センサ４２の出力信号と、エンジン１のクランク軸７の回転角度をエンジン回転数として検出するクランク角センサ４３の出力信号と、エンジン１の温間時又は冷間時、さらには冷間時における半暖機時を判別するために冷却水温度（エンジン水温）を検出する水温センサ４４の出力信号と、排気還流制御弁３９のリフトセンサの信号と、エンジン１のスタータ信号とが入力されており、予め設定されている燃料噴射マップに基づいて燃料噴射量を決定し、その燃料噴射量になるように燃料噴射弁１４から燃料を噴射させる。
【００４３】
そして、図４及び図５に示すように、エンジン１を空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態（λ＞１）又は理論空燃比以下のリッチ状態（λ≦１）で運転するかの領域、及び燃料の一括噴射又は２回分割を行うかの領域が予めエンジン回転数及びエンジン負荷に応じて制御マップとして設定されていて、このエンジン回転数及びエンジン負荷により運転領域が切り換えられて運転されるようになっている。
【００４４】
具体的には、エンジン１が温間状態にある場合、図４に示すように、その低負荷・低中回転領域（Ｉ）（成層リーン領域）では、各シリンダ２の圧縮行程における点火時期の直前に燃料噴射弁１４から燃料を１回に一括して噴射することで、空燃比リーン（λ＞１）の成層燃焼状態で、さらに低負荷・中高回転領域（Ｖ）を除く低中負荷・低中回転領域（II）（均一リーン領域）では、燃料噴射弁１４からの燃料噴射を吸気行程で２回に分割して行うことにより、空燃比リーン（λ＞１）の均一燃焼状態で、さらに高負荷・高回転領域（IV）を除く中高負荷領域（III）（均一リッチ領域）では、同様に燃料噴射弁１４からの燃料噴射を吸気行程で２回に分割して行うことにより、空燃比リッチ（λ≦１）の均一燃焼状態で、また前記高負荷・高回転領域（IV）及び低負荷・中高回転領域（Ｖ）では、燃料噴射弁１４からの燃料噴射を吸気行程で１回に一括して行うことにより、空燃比リッチ（λ≦１）の均一燃焼状態でそれぞれエンジン１を運転する。
【００４５】
一方、エンジン１が冷間状態にある場合には、図５に示すように、その高負荷・高回転領域（Ｃ）を除く中高負荷領域（Ａ）（均一リッチ領域）では、前記温間時の領域（III）と同様に、各シリンダ２の吸気行程において燃料噴射弁１４から燃料噴射を２回に分割して行うことにより、空燃比リッチ（λ≦１）の均一燃焼状態で、また低負荷領域（Ｂ）及び前記高負荷・高回転領域（Ｃ）では、前記温間時の領域（IV），（Ｖ）と同様に、燃料噴射弁１４からの燃料噴射を吸気行程で１回に一括して行うことにより、空燃比リッチ（λ≦１）の均一燃焼状態でそれぞれエンジン１を運転する。
【００４６】
また、前記エンジン１の温間時の運転領域（II）及び運転領域（III）、並びに冷間時の運転領域（Ａ）（図４及び図５で斜線を入れた領域）、すなわち各シリンダ２の吸気行程で燃料の２分割噴射を行うエンジン１の運転領域では、前記排気還流装置３７における排気還流制御弁３９の開弁によって排ガスの還流を実行している。その際、排ガスの還流量と吸入空気量との比率（排気還流率）はエンジン１の運転状態に応じて異なり、詳しくは後述するが、前記温間時の運転領域（II）ないし（III）では、最大で２０〜４０％と従来までに比べて極めて高く設定されている。
【００４７】
尚、図２１に示すように、前記エンジン１の温間時の運転領域（I）、運転領域（II）、運転領域（III）の高負荷側を除く領域、及び冷間時（但し、エンジン水温が所定温度以上になっている半暖機状態に限る）の運転領域（Ａ）の高負荷域を除く領域で、前記排気還流装置３７による排ガスの還流を実行するようにしてもよい。
【００４８】
（燃料噴射時期制御）
前記コントロールユニット４１において、燃料噴射弁１４の開弁による燃料噴射時期制御の処理動作について具体的に図２及び図３のフローチャート図に沿って説明する。
【００４９】
まず、図２に示すように、スタート後のステップＳ１において、クランク角から求められたエンジン回転数、アクセル開度、エアフローセンサ２７の計測値、エンジン水温、スタータ信号を読み込む。ステップＳ２において、前記スタータ信号がＯＮ状態でかつエンジン回転数が所定回転数以下の状態であるエンジン１の始動時かどうかを判定する。この判定が始動時のＹＥＳのときには、ステップＳ３に進んでエンジン１の始動時に対応する燃料噴射量の噴射パルス幅ＴａＫを算出し、次のステップＳ４では早期噴射パルス幅ＴａＫ１、後期噴射パルス幅ＴａＫ２、吸気行程一括噴射パルス幅ＴａＫ３、圧縮行程一括噴射パルス幅ＴａＤをそれぞれ設定する。前記早期噴射パルス幅ＴａＫ１及び後期噴射パルス幅ＴａＫ２は、各シリンダ２の吸気行程で燃料の２分割噴射を行うために用いられるもので、早期噴射パルス幅ＴａＫ１は、前記算出された燃料噴射パルス幅ＴａＫに燃料噴射の分割比を設定するための分割係数ｃを乗じて、ＴａＫ１＝ｃ×ＴａＫとして、また残りの燃料を噴射するための後期噴射パルス幅ＴａＫ２は同様にＴａＫ２＝（１−ｃ）×ＴａＫとしてそれぞれ求められる。
【００５０】
また、吸気行程一括噴射パルス幅ＴａＫ３は、吸気行程で燃料を一括噴射するために用いられるもので、前記エンジン１の始動時にはＴａＫ３＝０に設定される。また、圧縮行程一括噴射パルス幅ＴａＤは圧縮行程で燃料を一括噴射するために用いられるもので、エンジン１の始動時にはＴａＤ＝０に設定される。
【００５１】
前記ステップＳ４の後には、ステップＳ５において前記早期噴射パルス幅ＴａＫ１及び後期噴射パルス幅ＴａＫ２による燃料の分割噴射時期を算出する。この各分割噴射時期は予め設定されて記憶されているもので、図１（ｂ）に示すように、各シリンダ２の吸気行程の前期、具体的にはピストン５の上死点後４５〜５０°ＣＡ（クランク角）で早期噴射パルス幅ＴａＫ１の燃料噴射が、また同吸気行程の後期、具体的にはピストン５の上死点後１００〜１２０°ＣＡで後期噴射パルス幅ＴａＫ２の燃料噴射がそれぞれ開始されるように設定されている。
【００５２】
前記ステップＳ５の次は図３に示すステップＳ１７に進み、エンジン１のクランク角の進行によって前記燃料の早期噴射の実行タイミングが来たかどうかを判定する。この判定がＹＥＳになると、ステップＳ１８において燃料噴射弁１４を早期噴射パルス幅ＴａＫ１だけ開弁させて燃料の早期噴射を実行する。その後、ステップＳ１９において、今度は燃料の後期噴射の実行タイミングが来たかどうかを判定し、判定がＹＥＳになると、ステップＳ２０に進んで燃料噴射弁１４を後期噴射パルス幅ＴａＫ２だけ開弁させて燃料の後期噴射を実行する。しかる後にリターンする。
【００５３】
前記図２に示すステップＳ２においてエンジン１の非始動時と判定されたときには、ステップＳ６に進んでエンジン水温が所定水温以上であるか、つまりエンジン１が温間状態にあるかどうかを判定する。この判定がＹＥＳ（エンジン１の温間時）のときにはステップＳ７に進み、エンジン回転数及びエンジン負荷によって決定されるエンジン１の運転状態が前記図４に示す温間時の特性マップにおける低負荷・低中回転領域（Ｉ）（成層リーン領域）にあるか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときにはステップＳ８に進んで、前記成層リーン時に対応する前記圧縮行程一括噴射パルス幅ＴａＤを算出し、次のステップＳ９では、吸気行程で用いる早期噴射パルス幅ＴａＫ１、後期噴射パルス幅ＴａＫ２及び吸気行程一括噴射パルス幅ＴａＫ３を不要としていずれも「０」に設定する。この後、ステップＳ１０において、前記圧縮行程一括噴射パルス幅ＴａＤによる燃料の一括噴射時期を算出する。この一括噴射時期も予め設定されて記憶されており、図１（ａ）に示すように、シリンダ２の圧縮行程の後期で一括噴射が開始されるように設定されている。
【００５４】
前記ステップＳ１０の後はステップＳ１１に進み、シリンダ２の圧縮行程で前記一括噴射の実行タイミングが来たかどうかを判定する。この判定がＹＥＳになると、ステップＳ１２において燃料噴射弁１４を一括噴射パルス幅ＴａＤだけ開弁させて燃料の一括噴射を実行し、その後にリターンする。
【００５５】
前記ステップＳ７で、エンジン１の運転状態が低負荷・低中回転領域（Ｉ）にないＮＯと判定されたときには、図３に示すステップＳ１３に移行し、今度はエンジン１の運転状態が図４に示す特性マップにおける、低負荷・中高回転領域（Ｖ）を除く低中負荷・低中回転領域（II）（均一リーン領域）にあるか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときにはステップＳ１４に進み、前記均一リーン時に対応する燃料噴射パルス幅ＴａＫを算出し、次のステップＳ１５では、前記ステップＳ４と同様にして、前記早期噴射パルス幅ＴａＫ１、後期噴射パルス幅ＴａＫ２、吸気行程一括噴射パルス幅ＴａＫ３、圧縮行程一括噴射パルス幅ＴａＤをそれぞれ設定する。すなわち、前記早期噴射パルス幅ＴａＫ１は、前記ステップＳ１４で算出されたパルス幅ＴａＫに前記ステップＳ４とは別の分割係数ａを乗じて、ＴａＫ１＝ａ×ＴａＫとして、また残りの燃料を噴射するための後期噴射パルス幅ＴａＫ２は同様にしてＴａＫ２＝（１−ａ）×ＴａＫとしてそれぞれ求める。また、吸気行程一括噴射パルス幅ＴａＫ３及び圧縮行程一括噴射パルス幅ＴａＤは用いないので、いずれも「０」に設定する。
【００５６】
ステップＳ１５の後は、ステップＳ１６において前記早期噴射パルス幅ＴａＫ１及び後期噴射パルス幅ＴａＫ２による燃料の分割噴射時期を図１（ｂ）に示すように算出する。そして、このステップＳ１６の経由後は前記ステップＳ１７〜Ｓ２０に進んでリターンする。
【００５７】
前記ステップＳ１３でＮＯと判定されると、ステップＳ２１に進んで、さらにエンジン１の運転状態が図４に示す特性マップにおける、高負荷・高回転領域（IV）を除く中高負荷領域（III）（均一リッチ領域）にあるかどうかを判定する。この判定がＹＥＳのときにはステップＳ２２に進み、前記均一リッチ時に対応する燃料噴射パルス幅ＴａＫを算出し、次のステップＳ２３では、前記ステップＳ４，Ｓ１５と同様にして、前記早期噴射パルス幅ＴａＫ１、後期噴射パルス幅ＴａＫ２、吸気行程一括噴射パルス幅ＴａＫ３、圧縮行程一括噴射パルス幅ＴａＤをそれぞれ設定する。すなわち、前記早期噴射パルス幅ＴａＫ１は、前記ステップＳ２２で算出された燃料噴射パルス幅ＴａＫにさらに他の分割係数ｂを乗じて、ＴａＫ１＝ｂ×ＴａＫとして、また後期噴射パルス幅ＴａＫ２は同様にしてＴａＫ２＝（１−ｂ）×ＴａＫとしてそれぞれ求める。また、吸気行程一括噴射パルス幅ＴａＫ３及び圧縮行程一括噴射パルス幅ＴａＤは用いないので、いずれも「０」に設定する。このステップＳ２３の後は、ステップＳ２４において前記早期噴射パルス幅ＴａＫ１及び後期噴射パルス幅ＴａＫ２による燃料の分割噴射時期を図１（ｂ）に示すように算出する。さらに、このステップＳ２４の後は前記ステップＳ１７〜Ｓ２０に進んでリターンする。
【００５８】
前記ステップＳ２１の判定がＮＯのとき（高負荷・高回転領域（IV）又は低負荷・中高回転領域（Ｖ）にあるとき）には、ステップＳ２６に進んで、前記均一リッチ時に対応する燃料噴射量の噴射パルス幅ＴａＫを算出する。次のステップＳ２７では、吸気行程で用いる一括噴射パルス幅ＴａＫ３のみを前記ステップＳ２６で算出されたパルス幅ＴａＫに設定し（ＴａＫ３＝ＴａＫ）、その他の早期噴射パルス幅ＴａＫ１及び後期噴射パルス幅ＴａＫ２、並びに圧縮行程で用いる圧縮行程一括噴射パルス幅ＴａＤをいずれも不要として「０」に設定する。この後、ステップＳ２８において、前記吸気行程一括噴射パルス幅ＴａＫ３による燃料の一括噴射時期を算出する。この一括噴射時期も予め設定されて記憶されており、図１（ｃ）に示すように、シリンダ２の吸気行程の略中央で一括噴射パルス幅ＴａＫ３が開始されるように設定されている。
【００５９】
前記ステップＳ２８の後はステップＳ２９に進み、シリンダ２の吸気行程で前記一括噴射の実行タイミングが来たかどうかを判定し、この判定がＹＥＳになると、ステップＳ３０において燃料噴射弁１４を一括噴射パルス幅ＴａＫ３だけ開弁させて燃料の一括噴射を実行し、その後にリターンする。
【００６０】
前記図２に示すステップＳ６で、エンジン水温が所定水温よりも低くてエンジン１の冷間状態と判定されたときには、図３に示すステップＳ２５に進み、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて決定されるエンジン１の運転状態が前記図５に示す冷間時の特性マップにおける中高負荷領域（Ａ）（均一リッチ領域）にあるか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときには、前記ステップＳ２２〜Ｓ２４，Ｓ１７〜Ｓ２０に進んでリターンする。
【００６１】
前記ステップＳ２５の判定が中高負荷領域（Ａ）にないＮＯのとき（低負荷領域（Ｂ）又は高負荷・高回転領域（Ｃ）にあるとき）には、前記ステップＳ２６〜Ｓ３０に進んだ後にリターンする。
【００６２】
この実施形態では、前記ステップＳ２〜Ｓ７，Ｓ１３〜Ｓ２４により、エンジン１が均一燃焼状態の運転領域にあるときに、具体的にはエンジン１の温間時に空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態にある中高負荷領域（III）、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態にある低中負荷・低中回転領域（II）、エンジン１の冷間時に空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態にある中高負荷領域（Ａ）、又はエンジン始動時において、各シリンダ２の吸気行程で前記燃料噴射弁１４から燃料を、早期噴射パルス幅ＴａＫ１で燃料噴射弁１４を開弁させる早期噴射と、後期噴射パルス幅ＴａＫ２で燃料噴射弁１４を開弁させる後期噴射とに２分割して噴射させる燃料噴射制御手段４６が構成されている。
【００６３】
そして、前記燃料噴射制御手段４６による燃料の早期噴射及び後期噴射のタイミングは、上述したように、図１（ｂ）に示す如く、少なくとも早期噴射の噴射開始時期ｓ１及び後期噴射の噴射開始時期ｓ２間の中央時期ｍが吸気行程の中央時期Ｍ（＝ピストン上死点後９０°ＣＡ）よりも早い時期となるように設定されている。
【００６４】
また、前記燃料の噴射パルス幅ＴａＫを早期噴射及び後期噴射の各パルス幅ＴａＫ１，ＴａＫ２に分割する分割比を設定するための分割係数ａ〜ｃはいずれも０．５近くの値に設定されており、このことで、シリンダ２の吸気行程で燃料噴射弁１４から早期噴射と後期噴射とに分割して噴射される燃料噴射量が互いに略同じに設定されている。
【００６５】
（排気還流制御）
次に、前記コントロールユニット４１において、排気還流制御弁３９の開弁による排気還流制御の処理動作について具体的に図７のフローチャート図に沿って説明する。
【００６６】
まず、スタート後のステップＴ１において、クランク角から求められたエンジン回転数、アクセル開度、エアフローセンサ２７の計測値、エンジン水温、スタータ信号、及び排気還流制御弁３９の開度を読み込む。このステップＴ２において、前記スタータ信号がＯＮ状態でかつエンジン回転数が所定回転数以下の状態であるエンジン１の始動時かどうかを判定する。この判定が始動時のＹＥＳのときには、排ガスの還流を行わないのでリターンする一方、エンジン１の非始動時ＮＯと判定されれば、ステップＴ３に進んでエンジン水温が所定水温以上であるか、つまりエンジン１が温間状態にあるかどうかを判定する。
【００６７】
そして、前記ステップＴ３での判定がＹＥＳ（エンジン１の温間時）のときにはステップＴ４に進み、エンジン回転数及びエンジン負荷によって決定されるエンジン１の運転状態が前記図４に示す温間時の特性マップにおける低中負荷・低中回転領域（II）（均一リーン領域）にあるか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときにはステップＴ５に進んで、前記均一リーン時に対応する排気還流制御弁３９の目標弁開度を算出し、次のステップＴ６では、その目標弁開度になるように排気還流制御弁３９を作動させて、その後にリターンする。一方、前記ステップＴ４で、エンジン１の運転状態が低中負荷・低中回転領域（II）にないＮＯと判定されたときには、ステップＴ７に移行し、今度はエンジン１の運転状態が図４に示す特性マップにおける中高負荷領域（III）（均一リッチ領域）にあるかどうかを判定する。この判定がＮＯのときにはリターンする一方、判定がＹＥＳのときにはステップＴ８に進み、前記均一リッチ時に対応する排気還流制御弁３９の目標弁開度を算出し、次に前記ステップＴ６に進んで、排気還流制御弁３９を作動させ、その後にリターンする。
【００６８】
一方、前記ステップＴ３で、エンジン水温が所定水温よりも低くてエンジン１の冷間状態と判定されたときには、ステップＴ９に進み、エンジン１の運転状態が前記図５に示す冷間時の特性マップにおける中高負荷領域（Ａ）（均一リッチ領域）にあるか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときには、ステップＴ１０に進み、冷間時に対応する排気還流制御弁３９の目標弁開度を算出し、次に前記ステップＴ６に進んで、排気還流制御弁３９を作動させ、その後にリターンする。また、判定がＮＯのときには、排ガスを還流させずにリターンする。
【００６９】
（作用効果）
次に、前記実施形態の作用を説明する。
【００７０】
まず、エンジン１の始動時には、図１（ｂ）に示すように、各シリンダ２の吸気行程で燃料噴射弁１４から燃料が早期噴射と後期噴射とに２分割して噴射される。
【００７１】
また、このエンジン１の始動後の運転中、その冷却水温度によりエンジン１の冷間状態又は温間状態が、またエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいてエンジン１の運転領域がそれぞれ判定され、冷却水温度が所定水温よりも低い冷間時には、エンジン１が低負荷領域（Ｂ）及び高負荷・高回転領域（Ｃ）にあるとき、図１（ｃ）に示す如く、各シリンダ２の吸気行程で燃料噴射弁１４から燃料が一括して１回噴射される。また、エンジン１が中高負荷領域（Ａ）にあるときには、前記始動時と同様に各シリンダ２の吸気行程で燃料噴射弁１４から燃料が早期噴射と後期噴射とに２分割して噴射される（図１（ｂ）参照）。
【００７２】
一方、エンジン冷却水温度が所定水温以上である温間時には、エンジン１が低中負荷・低中回転の領域（II）及び中高負荷の領域（III）にあると、それぞれ前記と同様に各シリンダ２の吸気行程で燃料噴射弁１４から燃料が早期噴射と後期噴射とに２分割して噴射される（図１（ｂ）参照）。また、エンジン１が低負荷・低中回転領域（Ｉ）にあれば、図１（ａ）に示すように、各シリンダ２の圧縮行程の後期で燃料噴射弁１４から燃料が一括して１回噴射され、それ以外の運転領域（IV），（Ｖ）にあるときには、各シリンダ２の吸気行程で燃料噴射弁１４から燃料が一括して１回噴射される（図１（ｃ）参照）。
【００７３】
さらに、前記シリンダ２の吸気行程で燃料の分割噴射を行うエンジン１の運転領域（Ａ），（II），（III）では、排気還流装置３７の排気還流制御弁３９が開弁して、排ガスの一部がエンジン１の吸気通路２５に還流され、燃焼室６に供給される。尚、前記運転領域（Ａ）及び運転領域（III）のうちの高負荷側の領域においては、排ガスの還流量は実際には極めて僅かである。また、図２１に示すように、それらの高負荷側の領域では排ガスを還流させないようにしてもよい。
【００７４】
したがって、前記のように、エンジン１の各シリンダ２の吸気行程で燃料が早期噴射と後期噴射とに２分割して噴射されると、まず、その早期噴射された一部の燃料が、その後に後期噴射が開始されるまでの間にピストン５の下降移動に伴う燃焼室６の容積の増大によって十分に均一に拡散し、その後、後期噴射された残りの燃料も前記容積の増大した燃焼室６に拡散するので、燃焼室６の全体に均一な混合気が生成される。つまり、燃料噴射の分割によって、噴霧の貫徹力をそれほど高めずに、燃焼室６における燃料分布の均一化が図られる。
【００７５】
しかも、少なくとも前記シリンダ２の吸気行程における早期噴射の噴射開始時期ｓ１と後期噴射の噴射開始時期ｓ２との中央時期ｍが吸気行程の中央時期Ｍよりも早い時期に設定されているので、吸気行程が終わるまでに２回の燃料噴射を完了させる条件下であっても、早期噴射を、ピストン５の下降移動速度が比較的高くてそれに伴う吸気流動速度も大きい状態となる時期に対応させて行うことができ、その大きな速度の吸気流動により燃料分布の均一化及び燃料の気化霧化を促進できる。
【００７６】
また、早期及び後期の２回の燃料噴射が全体として吸気行程初め側にずれているので、後期噴射された燃料がピストン５の下死点近く（吸気行程の終わり）でシリンダ２壁面に付着して燃料の均一化が阻害されるのを回避できる。特に、上述の如く噴霧貫徹力があまり高くないことから、燃料の壁面付着による問題は生じない。また、点火までの時間つまり燃料の気化霧化時間が長く確保される上、排気還流により吸気温度が高められて燃料液滴が暖められるので、燃料の気化霧化を一層、促進できる。
【００７７】
さらに、吸気流動制御弁３０の閉弁によりエンジン１のシリンダヘッド４における一方の吸気ポート１２から吸気を燃焼室６に供給することで、その燃焼室６に吸気流動としての吸気スワールが生成され、この吸気流動によっても燃料分布の均一化及び燃料の気化霧化が一層、促進される。
【００７８】
このように、燃焼室６での燃料分布の均一度合が大幅に高まり、かつ燃料の気化霧化が促進されることで、それらの相乗的な作用によって燃焼速度が大幅に高まり、燃焼時間の短縮により燃費の改善が図られるとともに、エンジン１の燃焼安定性が大幅に向上する。
【００７９】
その燃焼安定性の向上度合を確かめるために、本願の発明者は、早期及び後期噴射の噴射量をそれぞれ略同じとし、早期噴射の開始時期をシリンダ２の吸気行程初期に固定する一方、後期噴射の開始時期をシリンダ２の吸気行程から圧縮行程にかけて変更しながら、エンジン１の燃焼安定性及び燃料消費率の変化を計測した。その結果、図８に示すように、後期噴射の開始時期を早めるほど、エンジン１のＰｉ変動率が小さくなり、また、燃料消費率が低くなることが分かった。
【００８０】
詳しくは、ピストン５の排気上死点（ＴＤＣ）を基準として、上死点後のクランク角が１２０°になる時期（ＡＴＤＣ１２０°ＣＡ）よりも以前、即ち吸気行程の前期から中期にかけての期間に後期噴射を開始するようにすれば、Ｐｉ変動率及び燃料消費率は一括噴射の場合よりも低減させることができる。つまり、燃焼安定性の向上と燃費の改善とを併せて実現できる。
【００８１】
また、後期噴射の開始時期を早めるほど、Ｐｉ変動率及び燃料消費率が低下するので、例えばエンジン１の低負荷・低回転領域等、燃料噴射量が比較的少なく噴射パルス幅が短い領域において、後期噴射がＡＴＤＣ１２０°ＣＡよりも早く終了するように該後期噴射の開始時期を早めれば、前記の燃焼安定性の向上と燃費の改善効果をさらに高めることができる。
【００８２】
さらに、図２２に示すように、後期噴射の開始ｓ２から終了までの期間の中央時期を、吸気行程の中央時期Ｍよりも早い時期であってピストン５の下降移動速度が最高になる時期（例えば、ＡＴＤＣ８６°ＣＡ）に設定すれば、後期噴射は、ピストン５の下降移動速度が最も高くてそれに伴う吸気流動速度も最も大きい状態で行われるので、後期噴射した燃料を吸気流動によって燃焼室に均一に分布させることができ、そのことによって、燃焼安定性の向上と燃費の改善効果がより一層、高まることが期待できる。尚、同図において、早期噴射の開始時期ｓ１はＡＴＤＣ２０°ＣＡに、また後期噴射の開始時期ｓ２はＡＴＤＣ７０°ＣＡにそれぞれ設定されている。
【００８３】
そして、この実施形態では、上述の如くエンジン１の燃焼安定性が大幅に向上したことで、排ガスの還流量を従来よりも大幅に増やすことができるようになった。すなわち、例えば、エンジン１の運転空燃比を理論空燃比状態（λ＝１）とした場合について、図９に示すように、排気還流率を０〜６０％の範囲で変更しながらエンジン１のＰｉ変動率の変化を調べると、燃料噴射を分割した場合には、しなかった場合に比べて、エンジン１のＰｉ変動率が急増するときの排気還流率、即ち排気還流限界が拡大されていることが分かる。
【００８４】
詳しくは、まず、エンジン１の吸気ポート１２へ一括して燃料噴射を行う場合には（ポート噴射）、排気還流率が２０％を越えたあたりに排気還流限界があり、それ以上に排気還流率を増大させると、エンジン１の燃焼変動が過大になってドライバビリティーが急激に低下するようになる。そのため、排気還流制御弁３９の作動遅れ等によって排ガスの実際の還流量がばらつくことを考慮すれば、排気還流率は１０〜１５％程度に設定せざるを得ない。
【００８５】
また、エンジン１の燃焼室６へ直接、燃料を噴射するようにした直噴エンジンでは、その燃料噴射を一括して行う場合（一括噴射）、同図に点線で示すように、排気還流率が４０％を越える程度まで排気還流限界が拡大されるので、排気還流率は２５％程度に設定することができる。そして、この実施形態のようにエンジン１の燃焼室６へ２回に分割して燃料噴射を行う場合には（分割噴射）、排気還流限界は排気還流率にして６０％以上にまで大幅に拡大され、実際の排ガス還流量のばらつきを考慮しても、排気還流率を４０％以上に設定することが可能になる。
【００８６】
前記図９には、排気還流率の変化に対する燃費率、ＮＯｘ生成量、及び、ＨＣ濃度のＮＯｘ濃度に対する濃度比（ＨＣ/ＮＯｘ）の変化がそれぞれ示されている。すなわち、排気還流率が０〜４０％までの範囲では、還流される排ガス量の増大に伴いエンジン１のポンピングロスが低減して、燃料消費が低減される一方、それ以上に排ガスの還流量が増えると、燃焼状態が悪化してしまい燃費が悪化する。
【００８７】
また、ＮＯｘの排出量は、還流される排ガス量の増大に伴い徐々に低下しているが、特に排気還流率が０〜４０％の範囲では、排ガスの還流量の増大に伴い急速に低下している。一方、ＨＣ/ＮＯｘは排気還流率が０〜４０％の範囲で、排ガスの還流量の増大とともに徐々に増大し、さらに排気還流率が４０％以上になると、急激に増大する。これは、排気還流率が０〜４０％の範囲ではＮＯｘ濃度がＨＣ濃度よりも濃いので、ＮＯｘ濃度の変化に対するＨＣ/ＮＯｘの値の変化が相対的に小さくなる一方、排気還流率が４０％以上になると、ＮＯｘ濃度がＨＣ濃度よりも薄くなり、ＮＯｘ濃度の変化に対するＨＣ/ＮＯｘの値の変化が相対的に大きくなるものと考えられる。
【００８８】
このように、この実施形態では、空燃比がリーン状態になっているエンジン１の低中負荷・低中回転領域（II）において、燃料噴射の分割制御によってエンジン１の燃焼安定性を大幅に向上させるとともに、排気還流率が２０％以上（例えば最大で４０％程度）になるように排気還流制御弁３９の開度を制御して従来よりも多量の排ガスを還流させることにより、この運転領域における燃費改善とＮＯｘ生成量の一層の低減とを実現している。また、同様に、空燃比がリッチ状態になっているエンジン１の中高負荷領域（III）においても、燃料噴射の分割制御と２０％以上（例えば最大で４０％程度）の、従来よりも極めて多量の排気還流によって燃費改善及びＮＯｘ低減が図られている。
【００８９】
さらに、この実施形態では、上述の如くエンジン１の燃焼に伴い生成されるＨＣ及びＮＯｘの濃度比ＨＣ/ＮＯｘが高くなることで、空燃比のリッチ度合をそれほど高めることなく、リーンＮＯｘ触媒３４のリフレッシュを促進できるという格別の作用効果が得られる。
【００９０】
詳しくは、前記リーンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘの吸着及び還元浄化のメカニズムは未だ解明されてはいないが、おおよそ以下のような作用によるものと考えられている。すなわち、まず、空燃比がリーンな状態、即ち酸素過剰雰囲気中では、図１０（ａ）に示すように、排ガス中の一酸化窒素ＮＯと酸素Ｏ2とが活性種である白金Ｐｔ上で反応して二酸化窒素ＮＯ2になり、このＮＯ2の一部が白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ吸着剤であるバリウムＢａ内に吸収され、硝酸イオンの形で拡散して、吸着される。
【００９１】
ＢａＣＯ3 ＋ＮＯ2 −＞Ｂａ（ＮＯ3)2 ＋ＣＯ2 …（１）
一方、空燃比がリッチな状態では、前記のリーン状態と逆方向に反応が進行し、図１０（ｂ）に示すように、白金Ｐｔ上で二酸化窒素ＮＯ2がＨＣやＣＯと反応して還元されるとともに、バリウムＢａ内に吸着されているＮＯ2が速やかに放出される。
【００９２】
Ｂａ（ＮＯ3)2 ＋ＣＯ−＞ＢａＣＯ3 ＋ＮＯ2 …（２）
ＮＯ2 ＋ＨＣ＋ＣＯ−＞Ｎ2 ＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2 …（３）
このようなＮＯｘの吸着及び還元浄化のメカニズムにおいて、前記のリッチ状態における空燃比のリッチ度合が高くなると、その燃焼に伴うＨＣやＣＯの生成量が多くなって、触媒からの二酸化窒素ＮＯ2の放出やその還元浄化が促されることは知られている。一方、排ガス中のＨＣやＣＯは同じく排ガス中に含まれているＮＯｘとも反応するので、燃焼に伴うＮＯｘ生成量が多いと、そのＮＯｘとの反応によってＨＣやＣＯが消費されてしまい、触媒層における白金Ｐｔ上の二酸化窒素ＮＯ2を十分に還元できなくなる。つまり、排ガス中のＮＯｘ濃度が高いと、前記の（２）式及び（３）式の反応が十分に進まなくなり、リーンＮＯｘ触媒３４のリフレッシュ作用が阻害されることになる。
【００９３】
要するに、ＮＯｘ吸着タイプのリーンＮＯｘ触媒のリフレッシュは、排ガス中のＨＣ濃度やＣＯ濃度のみならず、むしろＮＯｘ濃度によって大きな影響を受けるものであるから、触媒のリフレッシュ作用を定量的に表す指標としては、排ガス中のＨＣ濃度のＮＯｘ濃度に対する濃度比ＨＣ/ＮＯｘが適当であり、触媒のリフレッシュ促進のためには、前記の濃度比ＨＣ/ＮＯｘを高める必要があると考えられる。尚、排ガス中のＮＯｘ濃度が低くなれば、濃度比ＨＣ/ＮＯｘが高まると共にＣＯ濃度のＮＯｘ濃度に対する濃度比ＣＯ/ＮＯｘも高くなるので、その意味からは、触媒のリフレッシュ作用を定量的に表す指標として、ＣＯ/ＮＯｘを用いることもできる。
【００９４】
図１１（ａ）は、空燃比を略理論空燃比に固定した上で、排気還流率の変化に対する濃度比ＨＣ/ＮＯｘ及び燃費の変化の様子をそれぞれ示したものである。また、同図（ｂ）は、比較のために排ガスの還流を行わない場合について、空燃比の変化に対する濃度比ＨＣ/ＮＯｘ及び燃費の変化の様子をそれぞれ示したものであり、この場合には、空燃比をＡ/Ｆ＝１２程度までリッチな状態にすることによって、触媒のリフレッシュを十分に促進できることが知られている。そして、同図（ａ）（ｂ）によれば、（ａ）に示すようにリッチ状態における空燃比を略理論空燃比とした場合、排気還流率を２２％程度にすることにより、排ガス中のＨＣ/ＮＯｘ濃度比を、前記（ｂ）に示すＡ/Ｆ＝１２程度とした場合と同等にまで高めることができる。このことで、前記理論空燃比状態は触媒のリフレッシュのためにはややリッチ度合が低い状態であるにも拘わらず、Ａ/Ｆ＝１２程度とした場合と同等の十分な触媒リフレッシュを期待できる。
【００９５】
従って、この実施形態では、空燃比がリッチ状態になっているエンジン１の中高負荷領域（III）において、燃料噴射の分割制御によってエンジン１の燃焼安定性を大幅に向上させ、かつ排気還流率が最大で略４０％にもなるように排気還流制御弁３９の開度を制御することができるので、その多量の還流排ガスによってＮＯｘ生成量を極めて少なくさせて、濃度比ＨＣ/ＮＯｘを十分に高くさせることができ、そのことによって、触媒のリフレッシュを十分に促進することができる。そのため、前記中高負荷領域（III）において、空燃比のリッチ度合が従来よりも大幅に低くなるように燃料噴射量を制御することができ、よって、触媒のリフレッシュ作用を低下させることなく、燃費の改善が図られる。
（実施形態２）
図１２及び図１３は本発明の実施形態２に係るエンジンの制御装置を示す。この実施形態２のエンジンの制御装置は実施形態１のもの（図６参照）と同様に構成されており、主に燃料噴射時期制御及び排気還流制御の手順が一部異なるだけなので、以下、同一の部分には同一の符号を付し異なる部分だけを説明する。すなわち、この実施形態２においては、前記実施形態１のものと同様に、エンジン１の温間時の低中負荷・低中回転領域（II）、中高負荷領域（III）、及び冷間時の中高負荷領域（Ａ）において、燃料噴射の分割制御と排ガスの還流とを行うとともに、エンジン１が加速運転状態になっているときにもそれらの制御を行って、リーンＮＯｘ触媒３４のリフレッシュを図るようにしている。
【００９６】
具体的に、この実施形態２の燃料噴射時期制御においては、図１２に示すステップＳ１〜Ｓ６までの各ステップが実施形態１と同様に行われ、そのステップＳ６でエンジン１の温間時が判定されたとき（ステップＳ６でＹＥＳ）、続くステップＳ６１で、エンジン１が加速運転状態になっているか否かを判定する。すなわち、例えばアクセルペダルの開度もしくはその開度の変化の度合、又はエンジン回転数の変化の度合に基づいて、エンジン１が加速運転状態にあるＹＥＳと判定されれば、図３のステップＳ２５に進んで、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて決定されるエンジン１の運転状態が冷間時又は加速運転時の特性マップ（図５参照）における中高負荷領域（Ａ）にあるか否かを判定する。そして、前記の判定がＹＥＳのときには、前記図３のステップＳ２２〜Ｓ２４，Ｓ１７〜Ｓ２０に進んで、均一リッチ状態に対応するように燃料噴射の分割を行い、しかる後にリターンする。また、ステップＳ２５の判定が中高負荷領域（Ａ）にないＮＯのときには、ステップＳ２６〜Ｓ３０に進んだ後にリターンする。
【００９７】
一方、前記ステップＳ６１でエンジン１が加速運転状態にないＮＯと判定されれば、ステップＳ７に進んで、以下、実施形態１と同様の燃料噴射時期制御を実行する。
【００９８】
また、図１３に示すように、この実施形態の排気還流制御も実施形態１と同様に行われ、エンジン１が始動時でなく、かつ温間状態にあると判定されれば（ステップＵ１〜Ｕ３）、ステップＵ４に進み、前記の燃料噴射時期制御の場合と同じくアクセルペダルの開度等に基づいて、エンジン１が加速運転状態になっているか否かを判定する。
【００９９】
そして、エンジン１が加速運転状態にあるＹＥＳと判定されれば、ステップＵ１２に進む一方、加速運転状態にないＮＯと判定されれば、即ち定常運転状態であればステップＵ５に進み、エンジン１の運転状態が特性マップ（図４参照）における低負荷・低中回転領域（Ｉ）（成層リーン領域）にあるか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときにはステップＵ６に進んで、前記成層リーン時に対応する排気還流制御弁３９の目標弁開度を算出し、続くステップＵ７で、その目標弁開度になるように排気還流制御弁３９を作動させて、その後にリターンする。
【０１００】
一方、前記ステップＵ５で、エンジン１の運転状態が低負荷・低中回転領域（Ｉ）にないＮＯと判定されたときには、ステップＵ８〜Ｕ１１に進んで、実施形態１におけるステップＴ４〜８（図７参照）と同様の制御を行う。
【０１０１】
また、前記ステップＵ４でエンジン１が加速運転状態にあるＹＥＳと判定されて進んだステップＵ１２では、今度は、エンジン１の運転状態が冷間時又は加速運転時の特性マップ（図５参照）における中高負荷領域（Ａ）にあるか否かを判定し、この判定がＮＯのときにはリターンする一方、中高負荷領域（Ａ）にあるＹＥＳであれば、ステップＵ１３に進む。このステップＵ１３では、冷間時又は加速運転時における排気還流制御弁の目標弁開度を算出し、その後、ステップＵ７に進んで、その目標弁開度になるように排気還流制御弁３９を作動させた後にリターンする。
【０１０２】
したがって、この実施形態２によれば、前記実施形態１と同様の作用効果が得られ、さらに、エンジン１がリッチ状態で運転される加速運転時に、燃料の分割噴射と多量の排気還流とを行うことにより、リーンＮＯｘ触媒３４のリフレッシュを積極的に促進することができる。
【０１０３】
図１４は、この実施形態２のエンジン１を車両に搭載して実際に走行させ、燃料噴射を１度に一括して実行する場合（実線で示す）、及び２度に分割して実行する場合（破線で示す）のそれぞれについて、ＮＯｘ排出量を計測した結果を示したものである。尚、この実験においてはエンジン１の排気通路３１に、ＮＯｘ吸着タイプ及びＮＯｘ還元タイプの両方の触媒層を有する２重構造のリーンＮＯｘ触媒を配設している。
【０１０４】
同図によれば、太線で示す車両の加速運転時において、分割噴射及び多量の排気還流を行った場合は、ＮＯｘの排出量が一括噴射の場合よりもかなり少なくなっていることが見てとれる。これは、分割噴射及び多量の排気還流によって排ガス中のＮＯｘ濃度が大幅に低下し、ＨＣ/ＮＯｘ濃度比の低下によってＮＯｘの還元浄化が促進されるからである。
【０１０５】
また、特に同図の右側に示す２回目の加速運転の後には、車両の高速走行に伴う排ガス温度の上昇によって触媒の温度が上昇する結果、リーンＮＯｘ触媒３４の浄化率が徐々に低下してＮＯｘ排出量が増大しているが、この場合でも、その高速走行に先立つ車両の加速運転時に前記のようにリーンＮＯｘ触媒を十分にリフレッシュさせているので、一括噴射の場合に比べてＮＯｘの排出量がかなり少なくなっている。
【０１０６】
このように、エンジン１がリッチ状態で運転されるときに、排ガス中のＨＣ/ＮＯｘ濃度比を大幅に高めて、リーンＮＯｘ触媒３４のリフレッシュを促進することができるので、その分、触媒のリフレッシュ時における空燃比のリッチ度合をかなり低くすることができる。すなわち、前記図１４に示す車両の加速運転時においても、乗員の加速要求を満たすだけの出力要求が得られるならば、空燃比を略理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７）に制御することができ、そのことによって、リーンＮＯｘ触媒３４のリフレッシュ作用を低下させることなく、燃費の悪化や乗員へのショックを大幅に軽減することができる。また、空燃比の切替えによってエンジン出力が変動しても、それは車両の加速運転に伴うものなので、乗員に不快なショックを与えることはない。
（実施形態３）
図１５〜図１８は本発明の実施形態３に係るエンジンの制御装置を示し、このエンジンの制御装置も実施形態１又は２のもの（図６参照）と同様に構成されているので、以下、同一の部分には同一の符号を付し異なる部分だけを説明する。
【０１０７】
この実施形態３のエンジンの制御装置では、実施形態１のものと同様に、エンジン１の温間時の低中負荷・低中回転領域（II）、中高負荷領域（III）、及び冷間時の中高負荷領域（Ａ）において、燃料噴射の分割と排ガスの還流とを行う外、エンジン１の成層リーン状態での運転が所定時間以上、継続して、リーンＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ吸着量が増大したときに、その浄化性能の低下を防止するためにエンジン１の運転状態を強制的にリッチ状態に切替えて、触媒のリフレッシュを図るようにしたものである。
【０１０８】
具体的に、この実施形態３における燃料噴射時期制御は図２及び図３に示す実施形態１の制御と同様に行われるが、エンジン１の運転状態が低負荷・低中回転の成層リーン領域（Ｉ）にあるとき（ステップＳ７でＹＥＳ）、図１５のステップＳ７１において、エンジン１の運転状態を強制的にリッチ状態に切替えるか否かを表すリッチ化フラグFlagSpikeの値を判別し、FlagSpike＝１でＮＯであれば、図３のステップＳ２５に進む一方、FlagSpike＝０でＮＯであれば、ステップＳ７２に進んで、リーンＮＯｘ触媒３４における推定ＮＯｘ吸着量ｆNOxを算出する。このＮＯｘ吸着量の推定は、エンジン１の各運転領域における運転時間や運転状態等に基づいて行われるものである。
【０１０９】
前記ステップＳ７２に続くステップＳ７３では、前記の推定ＮＯｘ吸着量ｆNOxが予め設定した所定値以下か否かを判定する。この判定がＹＥＳであれば、触媒のＮＯｘ吸着量はそれほど多くないので、図２のステップＳ８へ進み、以下、実施形態１と同様の燃料噴射時期制御を行う。一方、前記ステップＳ７３で推定ＮＯｘ吸着量ｆNOxが所定値よりも大きいＮＯと判定されれば、ステップＳ７４に進んで、リッチ化フラグFlagSpikeの値を１とし、続いて、ステップＳ７４において、リッチ状態に切替わってから設定時間（例えば数秒間）が経過した後にオフになるスパイクタイマをセットする。
【０１１０】
そして、図３のステップＳ２５に進んで、エンジン１の運転状態が冷間時又は加速運転時の特性マップ（図５参照）における中高負荷領域（Ａ）にあるか否かを判定し、中高負荷領域（Ａ）にあるＹＥＳであれば、前記図３のステップＳ２２〜Ｓ２４，Ｓ１７〜Ｓ２０に進んで、均一リッチ状態に対応するように燃料の分割噴射を行う。また、ステップＳ２５の判定が中高負荷領域（Ａ）にないＮＯのときには、ステップＳ２６〜Ｓ３０に進み、均一リッチ状態に対応するように燃料の一括噴射を行う。
【０１１１】
そして、前記ステップＳ２０又はＳ３０に続いて、図１６に示すステップＳ３１では、スパイクタイマがセット中であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳであれば、エンジン１の運転状態がリッチ状態に切替わってから未だ設定時間が経過していないので、そのままでリターンする。そして、スパイクタイマがセット中でないＮＯと判定されれば、ステップＳ３２に進んで、リッチ化フラグをクリアし（FlagSpike＝０）、しかる後にリターンする。
【０１１２】
つまり、推定ＮＯｘ吸着量ｆNOxに基づいてリーンＮＯｘ触媒３４へのＮＯｘ吸着量が所定以上に多くなったと判定されれば、そのリーンNOｘ触媒３４のリフレッシュのためにエンジン１の運転状態がリッチ状態に切替えられ、その後、設定時間が経過するまでは継続して燃料噴射の分割制御が行われる。そして、スパイクタイマがオフになって、設定時間の経過が判定された後は、再び、実施形態１と同様の燃料噴射時期制御が行われる。
【０１１３】
前記の図１５及び図１６に示すフローのステップＳ７１〜Ｓ７５、及びステップＳ３１，Ｓ３２が、エンジン１のリーン状態での運転が所定時間以上、継続したときに、エンジン１の運転状態をリーン状態からリッチ状態に切替え、その後、設定時間の経過後に再びリーン状態に切替える空燃比切替手段４７に対応している。
【０１１４】
また、この実施形態３における排気還流制御は、実施形態２の制御（図１３参照）と殆ど同じであるが、図１７に示すように、エンジン１の温間時に（ステップＵ３でＹＥＳ）、エンジン１が加速運転状態になっているか否かを判定する代わりに、ステップＵ４′においてリッチ化フラグFlagSpikeの値が０であるか否かを判定する。そして、FlagSpike＝０でＹＥＳであれば、以下、図１３のステップＵ５〜Ｕ１１に進む一方、FlagSpike＝１でＮＯであればステップＵ１２〜Ｕ７に進んで、それぞれ実施形態２と同様の排気還流制御を実行する。
【０１１５】
つまり、リッチ化フラグFlagSpike＝１であれば、燃料噴射制御手段４６によってエンジン１の運転状態がリッチ状態に切替えられ、かつ燃料噴射の分割が行われるので、これに併せて、排ガスを還流させることによって、排ガス中のＨＣ/ＮＯｘ濃度比を高めて、リーンＮＯｘ触媒３４のリフレッシュを促進するようにしている。
【０１１６】
したがって、この実施形態３では、図１８に示すように、エンジン１の成層リーン状態での運転が所定時間以上、継続して、リーンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸着量が予め設定した基準値以上に大きくなっったとき、そのことによるＮＯｘ浄化性能の低下を防止するために、エンジン１の運転状態を強制的にリッチ状態に切替えて触媒に吸着されているＮＯｘを放出・還元浄化させて、リーンＮＯｘ触媒３４をリフレッシュさせるようにしている。このことで、エンジンのリーン状態での運転が継続することによる触媒の浄化性能の低下を防止できる。
【０１１７】
そして、そのリフレッシュの際、燃料の分割噴射と多量の排ガスの還流によって排気中のＨＣ/ＮＯｘ濃度比を高めることにより、触媒のリフレッシュを大幅に促進することができるので、空燃比のリッチ化の度合を従来よりも低く抑え、例えば略理論空燃比に制御することができる。このことで、触媒のリフレッシュ時の燃費を改善できる。また、エンジン１の運転状態をリッチ状態に切替えた後、設定時間が経過して触媒がリフレッシュされた後は、エンジン１を再びリーン状態で運転するようにしているので、車両走行中、全体として燃費が改善される。
【０１１８】
さらに、この実施形態では、リーンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸着量が多くなったとき、乗員の運転操作とは無関係にエンジン１の運転状態をリッチ状態に切替えるようにしているので、そのことによって乗員が不快なショックを感じる虞れがあるが、前記のようにリッチ状態における空燃比が略理論空燃比とされているので、空燃比の変更に伴う運転変動を従来よりもかなり小さく抑えることができ、よって、触媒のリフレッシュ時に乗員に与えるショックを大幅に軽減できる。
【０１１９】
（他の実施形態）
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、図１９は前記エンジン１の温間時の燃料噴射制御のための運転領域の他の実施形態を示しており、前記実施形態において空燃比リッチで燃料の一括噴射を行う領域（IV）を中高負荷の領域（III）よりも高負荷側の領域にも設定したものである。このものでは、エンジン１の温間時の成層燃焼状態の運転領域（I）、均一燃焼状態の運転領域（II）、及び同じく運転領域（III）の高負荷側を除く領域において、図２１に示すように、排気還流装置３７によって排ガスの還流を行うようにすればよい。また、この実施形態でも図２及び図３に示す燃料噴射制御を実行すればよく、そうすることで、前記各実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０１２０】
また、図２０は、前記エンジン１とは異なり成層燃焼を行わないようにした直噴エンジンについて、同様に運転領域の他の実施形態を例示したものである。このものでは、前記実施形態において成層燃焼運転を行うエンジン１の低負荷・低中回転領域（I）においても、燃料噴射を吸気行程で２回に分割して行い、エンジンを空燃比リーン（λ＞１）の均一燃焼状態で運転するようにしている。このように、成層燃焼運転を行わないエンジンでは、燃焼室における燃料の成層化が不要になるので、ピストンにキャビティを設けなくてもよくなり、そのことによって、エンジンの熱損失の低減が図られる。
【０１２１】
さらに、前記各実施形態では、燃料噴射をエンジン１のシリンダ吸気行程で２回に分割するようにしているが、これに限らず、燃料噴射を３回以上に分割するようにしてもよい。その場合、各シリンダ毎の最後の燃料噴射は、シリンダの吸気行程を前期、中期及び後期に３等分したうちの前期ないし中期に開始することが好ましく、そのようにすれば、前記各実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０１２２】
さらにまた、前記各実施形態では、排気中のＨＣ/ＮＯｘ濃度比を高めることによって、主としてＮＯｘ吸着タイプの触媒のリフレッシュを促進するようにしているが、これに限らず、排気中のＨＣ/ＮＯｘ濃度比を高めることによってＮＯｘの還元浄化が促進されるので、ＮＯｘ還元タイプの触媒についてもその浄化性能の安定確保を図ることができる。
【０１２３】
また、前記各実施形態において、排気中のＮＯｘ濃度が低くなることによってＨＣ/ＮＯｘ濃度比が高まれば、同時に排気中のＣＯ/ＮＯｘ濃度比も高くなり、これに伴い触媒のリフレッシュ効果が高まると言うこともできる。
【０１２４】
加えて、前記実施形態３では、エンジン１の各運転領域における運転時間や運転状態等に基づいて、リーンＮＯｘ触媒３４へのＮＯｘ吸着量ｆNOxを推定し、この推定ＮＯｘ吸着量ｆNOxが予め設定した所定値以上になったときに、エンジンの運転を強制的にリッチ状態に切り替えるようにしているが、より簡単に、例えば、エンジン１が継続してリーン状態、具体的には成層リーン領域（I）又は均一リーン領域（II）で所定時間以上運転されたときに、空燃比をリッチ状態に切替えるようにしてもよい。
【０１２５】
【発明の効果】
以上説明した如く、請求項１の発明によると、シリンダ内燃焼室に燃料を燃料噴射弁によって直接噴射供給する直噴エンジンの排気通路に空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態でもＮＯｘを浄化するリーンＮＯｘ触媒を配置し、エンジンを低負荷域では成層燃焼状態で、またその他の領域では均一燃焼状態でそれぞれ運転する場合において、前記排気通路から排ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流手段を備え、エンジンが均一燃焼状態でかつ空燃比がリッチ状態の運転領域にあるときに、シリンダの吸気行程で燃料噴射弁から燃料を２分割噴射し、その早期噴射及び後期噴射の噴射開始時期間の中央時期を吸気行程の中央時期よりも早くするとともに、前記排気還流手段により排ガスの還流を行うようにした。そのことにより、燃焼速度が速まり、燃焼時間の短縮により燃費の改善が図られるとともに、エンジンの燃焼安定性が大幅に向上して、排ガスの還流量を従来までに比べて大幅に増やすことができる。よって、ＮＯｘの生成量を従来よりも大幅に低減でき、ＮＯｘ吸着タイプのリーンＮＯｘ触媒を備えている場合、リッチ状態での運転時に排ガス中のＨＣ濃度のＮＯｘ濃度に対する濃度比ＨＣ/ＮＯｘを大幅に高めて、触媒のリフレッシュを大きく促進することができる。これにより、触媒のリフレッシュ時に空燃比のリッチ度合を従来よりもかなり低くすることができ、そのリフレッシュ作用を低下させることなく、燃費の悪化や乗員へのショックを軽減することができる。
【０１２６】
請求項２の発明によると、請求項１の発明と同様の効果が得られる。
【０１２７】
請求項３の発明によると、前記請求項１、２の発明の効果を十分に得ることができる。
【０１２８】
請求項４の発明によると、後期噴射した燃料をピストンの下降移動に伴う吸気流動によって、燃焼室に均一に拡散させることができる。
【０１２９】
請求項５の発明によると、排ガス還流量を従来よりも大幅に増やして、排ガス中のＨＣ濃度のＮＯｘ濃度に対する濃度比を十分に高めることができる。
【０１３０】
請求項６の発明によると、車両の加速時に乗員の要求に対応する十分な出力が得られ、かつ触媒のリフレッシュを促進できる。また、空燃比の切替えに伴いエンジン出力が変動しても、乗員に不快感を与えることはない。
【０１３１】
請求項７の発明によると、エンジンのリーン状態での運転が所定時間以上、継続したときでも、ＮＯｘ吸着量の増大に起因するリーンＮＯｘ触媒の浄化性能の低下を防止できる。
【０１３２】
請求項８の発明によると、車両の走行時、全体としての燃費改善が図られる。
【０１３３】
請求項９の発明によると、リッチ状態での空燃比を略理論空燃比にすることで、燃費を確実に低減でき、かつ乗員へのショックを確実に軽減できる。
【０１３４】
請求項１０の発明によると、燃焼室に吸気流動を生成するようにしたことにより、吸気流動によって燃料分布の均一化及び燃料の気化霧化を促進して、エンジンの燃焼性をさらに向上できる。
【０１３５】
請求項１１の発明によると、燃料噴霧が大きく広がるので、燃焼室での燃料分布の均一化が容易に促進できる。
【０１３６】
請求項１２の発明によると、燃料噴射弁の開弁作動に起因する噴霧の微粒化の阻害が回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジンの各運転領域における燃料噴射時期を示すタイムチャート図である。
【図２】 コントロールユニットで行われる燃料噴射時期制御の処理動作の前半部を示すフローチャート図である。
【図３】 コントロールユニットで行われる燃料噴射時期制御の処理動作の後半部を示すフローチャート図である。
【図４】 エンジンの温間時の燃料噴射制御のための運転領域を示す図である。
【図５】 エンジンの冷間時の燃料噴射制御のための運転領域を示す図である。
【図６】 本発明の各実施形態に係るエンジンの制御装置の全体構成を示す図である。
【図７】 コントロールユニットで行われる排気還流制御の処理動作を示すフローチャート図である。
【図８】 後期噴射時期の変化に伴って変化する燃費及びＰｉ変動率の特性を示す図である。
【図９】 排気還流率の変化に伴って変化する燃費及びＮＯｘ生成量の特性を示す図である。
【図１０】 ＮＯｘ吸着タイプのリーンＮＯｘ触媒におけるリーン状態でのＮＯｘの吸着（ａ）と、リッチ状態でのＮＯｘの放出及び還元浄化（ｂ）のメカニズムを示す説明図である。
【図１１】 理論空燃比状態で排気還流率の変化に伴って変化する濃度比ＨＣ/ＮＯｘ及び燃費率の特性（ａ）と、排気還流を行わない場合について空燃比の変化に伴って変化する濃度比ＨＣ/ＮＯｘ及び燃費率の特性（ｂ）とをそれぞれ示す図である。
【図１２】 実施形態２に係る図２相当図である。
【図１３】 実施形態２に係る図７相当図である。
【図１４】 車両の運転状態に応じて変化するＮＯｘ排出量を示すタイムチャート図である。
【図１５】 実施形態３の燃料噴射時期制御における前半の特徴部分のステップを抜き出して示すフロー図である。
【図１６】 実施形態３の燃料噴射時期制御における後半の特徴部分のステップを抜き出して示すフロー図である。
【図１７】 実施形態３の排気還流制御における特徴部分のステップを抜き出して示すフロー図である。
【図１８】 エンジンの運転状態がリッチ又はリーン状態に切替えられるときの、リーンＮＯｘ触媒へのＮＯｘ吸着状態を示すタイムチャート図である。
【図１９】 エンジンの温間時の燃料噴射制御のための運転領域の他の実施形態を示す図４相当図である。
【図２０】 成層燃焼状態での運転を行わないようにしたエンジンについての図１９相当図である。
【図２１】 エンジンの温間時及び冷間時（但し、半暖機状態）の排気還流制御のための運転領域の変形例を示す図である。
【図２２】 後期噴射を吸気行程の中央時期よりも早い時期に開始するようにした変形例に係る図１相当図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ シリンダ
６ 燃焼室
１４ 燃料噴射弁
２５ 吸気通路
３０ 吸気流動制御弁（吸気流動生成手段）
３１ 排気通路
３４ リーンＮＯｘ触媒
３７ 排気還流装置（排気還流手段）
４１ コントロールユニット
４６ 燃料噴射制御手段
４７ 空燃比切替え手段

Claims (12)

1. エンジンのシリンダ内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に配設され、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で排ガス中のＮＯｘを浄化するリーンＮＯｘ触媒とを備え、エンジンを低負荷域では圧縮行程での燃料噴射によって成層燃焼状態で運転する一方、その他の領域では吸気行程での燃料噴射によって均一燃焼状態で運転するようにしたエンジンの制御装置において、
   前記排気通路から排ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流手段と、
   前記エンジンが均一燃焼状態で、かつ該エンジンの空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態にある運転領域において、シリンダの吸気行程で前記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期噴射とに、少なくとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間の中央時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期となるように２分割して噴射させる燃料噴射制御手段とが設けられ、
   前記排気還流手段は、燃料噴射制御手段が燃料噴射の分割制御を行うときに、排ガスの還流を行うように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. エンジンのシリンダ内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に配設され、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で排ガス中のＮＯｘを浄化するリーンＮＯｘ触媒とを備え、エンジンを部分負荷域では空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で運転する一方、その他の領域では空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態で運転するようにしたエンジンの制御装置において、
   前記排気通路から排ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流手段と、
   前記エンジンの空燃比が理論空燃比以下となるリッチ状態の運転領域において、シリンダの吸気行程で前記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期噴射とに、少なくとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間の中央時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期となるように２分割して噴射させる燃料噴射制御手段とが設けられ、
   前記排気還流手段は、燃料噴射制御手段が燃料噴射の分割制御を行うときに、排ガスの還流を行うように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２のいずれかのエンジンの制御装置において、
   燃料噴射制御手段による後期噴射は、吸気行程を前期、中期及び後期に３等分したうちの前期ないし中期に開始されることを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項３のエンジンの制御装置において、
   燃料噴射制御手段による後期噴射の期間の中央時期は、吸気行程の中央時期よりも早い時期であってピストンの下降移動速度が最高になる時期に設定されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項１又は２のいずれかのエンジンの制御装置において、
   排気還流手段による排ガス還流量の吸入空気量に対する比率の最大値は、２０％以上であることを特徴とするエンジンの制御装置。
6. 請求項１又は２のいずれかのエンジンの制御装置において、
   燃料噴射制御手段は、エンジンが加速運転状態にあるときに、燃料の分割噴射を行うように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
7. 請求項１又は２のいずれかのエンジンの制御装置において、
   エンジンのリーン状態での運転が所定時間以上、継続したときに、エンジンの運転状態をリーン状態からリッチ状態に切替える空燃比切替手段を備え、
   燃料噴射制御手段は、前記空燃比切替手段によってエンジンの運転状態がリッチ状態に切替えられたとき、燃料噴射の分割制御を開始するように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
8. 請求項７のエンジンの制御装置において、
   空燃比切替手段は、エンジンの運転状態をリーン状態からリッチ状態に切替えた後、設定時間の経過後に再びリーン状態に切替えるように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
9. 請求項１又は２のいずれかのエンジンの制御装置において、
   リッチ状態での空燃比は略理論空燃比であることを特徴とするエンジンの制御装置。
10. 請求項１又は２のいずれかのエンジンの制御装置において、
    燃焼室に吸気流動を生成する吸気流動生成手段が設けられていることを特徴とするエンジンの制御装置。
11. 請求項１又は２のいずれかのエンジンの制御装置において、
    燃料噴射弁は、噴霧の広がり角度が４５度以上になる広角タイプのものであることを特徴とするエンジンの制御装置。
12. 請求項１又は２のいずれかのエンジンの制御装置において、
    燃料噴射制御手段によってシリンダの吸気行程で燃料噴射弁から早期噴射と後期噴射とに分割して噴射される燃料噴射量が互いに略同じであることを特徴とするエンジンの制御装置。

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