(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部がガソリンからなる燃料を筒内に噴射するインジェクタを備えるとともに、インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気をピストンにより圧縮して自着火させる圧縮自己着火燃焼の実行領域であるＨＣＣＩ領域が少なくとも部分負荷域に設定され、かつこのＨＣＣＩ領域の低負荷寄りの一部で内部ＥＧＲが行われるように構成されたガソリンエンジンを制御する装置であって、
上記インジェクタからの燃料の噴射量および噴射時期を制御するインジェクタ制御手段を備え、
上記インジェクタ制御手段は、上記ＨＣＣＩ領域での運転中に排ガス温度の上昇を要求する特定条件が成立すると、上記インジェクタから噴射すべき燃料を、圧縮上死点よりも所定期間以上前に開始される主噴射と、主噴射により噴射された燃料と空気との混合気が自着火による燃焼を開始した後で、かつその燃焼に基づく熱発生率の予定ピーク時期よりも前に開始される副噴射と、予定ピーク時期よりも後で、かつ上記主噴射および副噴射に基づく燃焼が終了する前に開始される後噴射とに分割して噴射することを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のガソリンエンジンの制御装置において、
上記ガソリンエンジンの排気通路に、排気ガスを浄化するための触媒が設けられ、
上記特定条件として、上記触媒の活性化維持のために排ガス温度の上昇が必要と判断されたときに、上記主噴射、副噴射、後噴射に分割して燃料を噴射する制御が実行されることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項２記載のガソリンエンジンの制御装置において、
上記特定条件として、上記ＨＣＣＩ領域のうち内部ＥＧＲが実行される領域での運転時に、上記主噴射、副噴射、後噴射に分割して燃料を噴射する制御が実行されることを特徴するガソリンエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項３記載のガソリンエンジンの制御装置において、
上記ＨＣＣＩ領域のうち内部ＥＧＲが実行される領域では、新気の重量の半分以上のＥＧＲガスが確保させるとともに、筒内の全ガス重量を燃料噴射量で割った値であるガス燃料比が、６０〜１３０に設定されることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項２記載のガソリンエンジンの制御装置において、
上記特定条件として、排ガス温度が所定値未満であるときに、上記主噴射、副噴射、後噴射に分割して燃料を噴射する制御が実行されることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項２記載のガソリンエンジンの制御装置において、
上記特定条件として、減速時の燃料カットが所定時間以上継続した後で燃料噴射が復帰されるときに、上記主噴射、副噴射、後噴射に分割して燃料を噴射する制御が実行されることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項１記載のガソリンエンジンの制御装置において、
上記特定条件として、エンジン水温が所定値未満であるときに、上記主噴射、副噴射、後噴射に分割して燃料を噴射する制御が実行されることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一部がガソリンからなる燃料を筒内に噴射するインジェクタを備えるとともに、インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気をピストンにより圧縮して自着火させる圧縮自己着火燃焼の実行領域であるＨＣＣＩ領域が少なくとも部分負荷域に設定され、かつこのＨＣＣＩ領域の低負荷寄りの一部で内部ＥＧＲが行われるように構成されたガソリンエンジンを制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンエンジンの分野では、点火プラグからの火花放電により強制的に混合気を着火させる燃焼形態が一般的であったが、近年、このような火花点火による燃焼に代えて、いわゆる圧縮自己着火燃焼をガソリンエンジンに適用する研究が進められている（例えば下記特許文献１参照）。圧縮自己着火燃焼とは、筒内（燃焼室）に生成された混合気をピストンで圧縮し、高温・高圧化した環境下で、火花点火によらず混合気を自着火させるというものである。圧縮自己着火燃焼は、筒内の各所で同時多発的に自着火する燃焼であり、火花点火による燃焼に比べて燃焼期間が短く、より高い熱効率が得られると言われている。
【０００３】
ところで、上記のような圧縮自己着火燃焼は、燃焼期間が短く熱効率が高いため、外部に熱として排出されるエネルギー（排気損失）が少なく、火花点火による燃焼と比べて排気ガスの温度が低くなる傾向にある。このため、排気通路に設けられた排気ガス浄化用の触媒が十分に機能しなくなることが懸念される。
【０００４】
すなわち、ガソリンエンジンの排気通路には、例えば三元触媒等からなる触媒が設けられるが、この触媒の浄化性能を十分に発揮させるためには、触媒の温度をある程度高い値に維持する必要がある。しかしながら、排気ガスの温度が低下し易い圧縮自己着火燃焼が行われる場合には、排気ガスの温度が低下し易いため、触媒の温度が活性化温度よりも低下して、触媒が十分に機能しなくなるおそれがある。
【０００５】
一方、火花点火式ガソリンエンジンの分野では、膨張行程中に追加の燃料を噴射することにより、触媒の昇温を図る技術が知られている。例えば下記特許文献２には、圧縮行程後半に筒内に燃料（ガソリン）を噴射して、点火プラグの近傍に局所的に濃い混合気を形成することにより、筒内全体として大幅にリーンな空燃比を実現しつつ、混合気を強制的に着火させるいわゆる成層リーン燃焼を行う火花点火式のガソリンエンジンが開示されている。そして、同文献では、上記圧縮行程中の燃料噴射の後、膨張行程中に追加の燃料噴射を行うことにより、追加噴射された燃料を排気通路の途中等で酸化させ、排気ガスの温度を上昇させるとともに、排気通路上の触媒（特許文献２ではＮＯｘ触媒）の温度を上昇させ、触媒の性能回復を図るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３２３１９号公報
【特許文献２】特開２０００−１３０２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、燃料を多段噴射することで排気ガスを昇温させるようにした上記特許文献２の技術は、火花点火式のリーンバーンガソリンエンジンを前提としており、圧縮自己着火燃焼で運転するガソリンエンジンを想定したものではない。また、圧縮自己着火燃焼と火花点火による強制燃焼とは、燃焼形態が根本的に異なるため、上記特許文献２と同様の多段噴射をそのまま圧縮自己着火燃焼に適用しても、混合気の着火性が損なわれて失火等の不具合が起きたり、筒内で燃焼されずに（未燃のまま）排出される燃料が増加して燃費が大幅に悪化したりするおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、少なくとも部分負荷域で圧縮自己着火燃焼を行うようにしたガソリンエンジンにおいて、着火性や燃費性能を十分に確保しながら、排ガス温度を効果的に上昇させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、少なくとも一部がガソリンからなる燃料を筒内に噴射するインジェクタを備えるとともに、インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気をピストンにより圧縮して自着火させる圧縮自己着火燃焼の実行領域であるＨＣＣＩ領域が少なくとも部分負荷域に設定され、かつこのＨＣＣＩ領域の低負荷寄りの一部で内部ＥＧＲが行われるように構成されたガソリンエンジンを制御する装置であって、上記インジェクタからの燃料の噴射量および噴射時期を制御するインジェクタ制御手段を備え、上記インジェクタ制御手段は、上記ＨＣＣＩ領域での運転中に排ガス温度の上昇を要求する特定条件が成立すると、上記インジェクタから噴射すべき燃料を、圧縮上死点よりも所定期間以上前に開始される主噴射と、主噴射により噴射された燃料と空気との混合気が自着火による燃焼を開始した後で、かつその燃焼に基づく熱発生率の予定ピーク時期よりも前に開始される副噴射と、予定ピーク時期よりも後で、かつ上記主噴射および副噴射に基づく燃焼が終了する前に開始される後噴射とに分割して噴射することを特徴とするものである（請求項１）。
【００１０】
本発明にかかるガソリンエンジンのように、ＨＣＣＩ領域の一部で内部ＥＧＲにより圧縮自己着火燃焼を促進するようにした場合には、熱効率が高い圧縮自己着火燃焼が、燃料噴射量の少ないエンジンの低負荷域を含む比較的広い範囲で実行可能となるため、排気ガスの温度が低くなり過ぎる懸念がある。このような問題に対し、本発明では、排気ガスの温度を上昇させるための措置として、主噴射、副噴射、後噴射による分割噴射を実行するようにしたため、着火性や燃費性能を十分に確保しながら、排ガス温度を効果的に上昇させることができるという利点がある。
【００１１】
具体的には、圧縮上死点よりも所定期間以上前に主噴射を開始することで、圧縮上死点までに燃料を十分に撹拌して均質な混合気をつくり出し、確実に圧縮自己着火燃焼を生起させることができるとともに、この主噴射に基づく燃焼により生じる熱発生率の予定ピーク時期よりも前に副噴射を開始することで、燃焼の比較的初期の段階で、副噴射による燃料の期間潜熱を利用して燃焼の進行を抑制し、燃焼期間を延長することができる。そして、上記主噴射および副噴射に基づく燃焼が終了する前に、後噴射を開始することで、この後噴射により噴射された燃料に基づく燃焼を、上記主噴射および副噴射に基づく燃焼に継続して生じさせて、燃焼期間をさらに延長させることができるとともに、後噴射による燃料が未燃のまま多量に排出されるのを効果的に防止することができる。
【００１２】
そして、このように主噴射、副噴射、後噴射という特有のタイミングで燃料を分割噴射することで、噴射された燃料のほとんどを確実に筒内で燃焼させつつ、燃焼を緩慢化させて燃焼期間の延長を図ることができる。これにより、着火性および燃費性能の確保と、排ガス温度の上昇とを両立させることができる。
【００１３】
上記ガソリンエンジンの排気通路に、排気ガスを浄化するための触媒が設けられている場合には、上記触媒の活性化維持のために排ガス温度の上昇が必要と判断されたときに、上記主噴射、副噴射、後噴射に分割して燃料を噴射する制御が実行されることが好ましい（請求項２）。
【００１４】
この構成によれば、触媒の活性化維持の観点から排ガス温度を制御することにより、触媒の浄化性能が十分に発揮される状態を確実に維持することができる。
【００１５】
例えば、上記ＨＣＣＩ領域のうち内部ＥＧＲが実行される運転領域では、内部ＥＧＲにより着火性を確保しながら、かなり少量の燃料を圧縮自己着火により燃焼させるため、排気ガスの温度が低くなり易く、触媒の活性化が損なわれるおそれがある。そこで、上記のような運転領域のときに、上記主噴射、副噴射、後噴射に分割して燃料を噴射する制御を実行するとよい（請求項３）。
【００１６】
上記ＨＣＣＩ領域のうち内部ＥＧＲが実行される運転領域では、新気の重量の半分以上のＥＧＲガスを確保するとともに、筒内の全ガス重量を燃料噴射量で割った値であるガス燃料比を、６０〜１３０に設定するようにしてもよい（請求項４）。
【００１７】
この構成によれば、新気の重量の半分以上という比較的多量のＥＧＲガスを内部ＥＧＲで確保することにより、筒内をより高温化し、圧縮自己着火燃焼を効果的に促進することができる。しかも、このような多量の内部ＥＧＲを行った結果、ガス燃料比が６０〜１３０というかなりリーンな筒内環境となっても、上記のような燃料の分割噴射により排ガス温度を上昇させることができるため、触媒の温度を効果的に上昇させて、その性能維持を図ることができる。
【００１８】
触媒の活性化維持を目的とした他の例として、排ガス温度が所定値未満であるときに、上記主噴射、副噴射、後噴射に分割して燃料を噴射する制御を実行してもよい（請求項５）。
【００１９】
この構成によれば、触媒温度に直結する排ガス温度の高低に基づいて、上記分割噴射による排ガス温度の上昇を図ることにより、触媒の浄化性能を確実に維持できるという利点がある。
【００２０】
さらに別の例として、減速時の燃料カットが所定時間以上継続した後で燃料噴射が復帰されるときに、上記主噴射、副噴射、後噴射に分割して燃料を噴射する制御を実行してもよい（請求項６）。
【００２１】
この構成によれば、長時間の燃料カットにより低温化した触媒の温度を迅速に上昇させることができる。
【００２２】
本発明において、上記特定条件は、エンジン水温が所定値未満であるときという条件であってもよい（請求項７）。
【００２３】
この構成によれば、エンジン水温が低いときに、燃料の分割噴射を行って燃焼を長期化させることにより、エンジン本体に吸収される熱量を増大させ、エンジン水温の上昇を図ることができる。これにより、圧縮自己着火燃焼を安定化させることができるとともに、暖房用のヒータの性能が低下するのを効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも部分負荷域で圧縮自己着火燃焼を行うようにしたガソリンエンジンにおいて、着火性や燃費性能を十分に確保しながら、排ガス温度を効果的に上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】上記エンジンの吸排気弁に適用されている可変機構の種類を示す模式図である。
【図３】上記エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図４】上記エンジンの運転領域マップの一例を示す図である。
【図５】図４の低負荷域Ｒａで実行される吸排気弁の開閉パターン（その１）を例示する図である。
【図６】上記低負荷域Ｒａで実行される吸排気弁の開閉パターン（その２）を例示する図である。
【図７】上記低負荷域Ｒａで実行される吸排気弁の開閉パターン（その３）を例示する図である。
【図８】図４の高負荷域Ｒｂで実行される吸排気弁の開閉パターンを例示する図である。
【図９】上記エンジンにおいて実行される制御動作の手順を示すフローチャートである。
【図１０】燃料噴射の時期と、それに基づく燃焼により生じる熱発生率ＲＨとをクランク角との関係で示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される往復ピストン型の多気筒ガソリンエンジンである。このエンジンのエンジン本体１は、紙面に直交する方向に並ぶ複数の気筒２（図中ではそのうちの１つのみを示す）を有するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、各気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。なお、エンジン本体１に供給される燃料は、ガソリンを主成分とするものであればよく、その中身は、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール（エチルアルコール）等を含有させたものでもよい。
【００２７】
上記ピストン５はコネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されており、上記ピストン５の往復運動に応じて上記クランク軸７が中心軸回りに回転するようになっている。
【００２８】
上記シリンダブロック３には、上記クランク軸７の回転速度をエンジン回転速度として検出するエンジン回転速度センサ３０が設けられている。
【００２９】
上記ピストン５の上方には燃焼室６が形成され、燃焼室６に吸気ポート９および排気ポート１０が開口し、各ポート９，１０を開閉する吸気弁１１および排気弁１２が、上記シリンダヘッド４にそれぞれ設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンであり、各気筒につき上記吸気弁１１および排気弁１２がそれぞれ２つずつ設けられている（図２参照）。
【００３０】
上記吸気弁１１および排気弁１２は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された一対のカムシャフト（図示省略）等を含む動弁機構１３，１４によりクランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。
【００３１】
上記吸気弁１１用の動弁機構１３には、ＣＶＶＬ１５が組み込まれている。ＣＶＶＬ１５は、連続可変バルブリフト機構（Continuous Variable Valve Lift Mechanism）と呼ばれるものであり、吸気弁１１のリフト量を連続的に（無段階で）変更し得るように構成されている。また、ＣＶＶＬ１５は、エンジンの全ての吸気弁１１のリフト量を変更できるように設けられており、このＣＶＶＬ１５が駆動されると、各気筒２において一対の吸気弁１１のリフト量が同時に変更されるようになっている。
【００３２】
このような構成のＣＶＶＬ１５は既に公知であり、その具体例は、例えば特開２００７−８５２４１号公報に開示されている（なお、同文献ではＶＶＥと称されている）。
【００３３】
上記排気弁１２用の動弁機構１４には、吸気行程中に排気弁１２を押し下げる機能を有効または無効にするＯＮ／ＯＦＦタイプの可変バルブリフト機構であるＶＶＬ１６（本発明にかかる開閉切替機構）が組み込まれている。すなわち、ＶＶＬ１６は、排気弁１２を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁１２の開弁動作を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。
【００３４】
上記ＯＮ／ＯＦＦタイプのＶＶＬ１６は、エンジンの全ての排気弁１２に対応して設けられており、かつ、各気筒２の一対の排気弁１２に対し、それぞれ個別に、吸気行程中の開弁動作を実行または停止できるように構成されている。
【００３５】
このような機能を有するＶＶＬ１６は、例えば、排気弁１２駆動用の通常のカム（つまり排気行程中に排気弁１２を押し下げるカム）とは別に吸気行程中に排気弁１２を押し下げるサブカムと、このサブカムの駆動力が排気弁１２に伝達されるのをキャンセルするいわゆるロストモーション機構とを、各排気弁１２に対し個別に設けることで実現することができる。同様の構造のＶＶＬ１６は既に公知であり、その具体例は、例えば特開２００７−８５２４１号公報に開示されている（なお、同文献では弁動作切替機構と称されている）。
【００３６】
図２に、吸排気弁１１，１２に適用されている可変機構の種類をまとめて示している。上述した通り、当実施形態では、各気筒２において、一対の吸気弁１１の両方に、弁リフト量を連続的に変更可能なＣＶＶＬ１５が適用され、一対の排気弁１２の両方に、吸気行程中の開弁を実行または停止するＯＮ／ＯＦＦタイプのＶＶＬ１６が適用されている。
【００３７】
図１に戻って、上記エンジン本体１のシリンダヘッド４には、点火プラグ２０およびインジェクタ２１が、各気筒２につき１組ずつ設けられている。
【００３８】
上記インジェクタ２１は、燃焼室６を吸気側の側方から臨むように設けられており、図外の燃料供給管から供給される燃料（ガソリンを主成分とする燃料）を先端から噴射する。
【００３９】
上記点火プラグ２０は、燃焼室６を上方から臨むように設けられており、図外の点火回路からの給電に応じて先端から火花を放電する。
【００４０】
上記点火プラグ２０の近傍に位置するシリンダヘッド４の所定部位には、各気筒２の内部圧力（筒内圧）を検出する筒内圧センサ３１が設けられている。
【００４１】
上記エンジン本体１の吸気ポート９および排気ポート１０には、吸気通路２３および排気通路２４がそれぞれ接続されている。すなわち、外部からの吸入空気（新気）が上記吸気通路２３を通じて燃焼室６に供給されるとともに、燃焼室６で生成された排気ガス（燃焼ガス）が上記排気通路２４を通じて外部に排出されるようになっている。
【００４２】
上記吸気通路２３には、流量調整弁としてのスロットル弁２５と、吸気通路２３を通過する吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ３２とが設けられている。なお、スロットル弁２５は、電子制御式のスロットル弁であり、運転者により踏み込み操作される図外のアクセルペダルの開度とは関係なく開閉可能とされている。
【００４３】
上記排気通路２４には、排気ガス浄化用の触媒コンバータ２６と、その上流側を通過する排気ガスの温度を検出する排ガス温度センサ３３とが設けられている。触媒コンバータ２６には三元触媒からなる触媒２６ａが内蔵されており、排気通路２４を通過する排気ガス中の有害成分（ＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ）が上記触媒２６ａの作用により浄化されるようになっている。
【００４４】
（２）制御系
図３は、エンジンの制御系を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ４０は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置であり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００４５】
上記ＥＣＵ４０には、各種センサ類による検出情報が入力される。すなわち、ＥＣＵ４０は、エンジンの各部に設けられた上記エンジン回転速度センサ３０、筒内圧センサ３１、エアフローセンサ３２、および排ガス温度センサ３３や、図外のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ３４と電気的に接続されており、これら各センサ３０〜３４から、エンジン回転速度Ｎｅ、筒内圧Ｐｃ、吸入空気量Ｑａ、排ガス温度Ｔｅｘ、およびアクセル開度ＡＣといった情報が、電気信号として上記ＥＣＵ４０に逐次入力されるようになっている。
【００４６】
また、上記ＥＣＵ４０は、上記ＣＶＶＬ１５、ＶＶＬ１６、点火プラグ２０、インジェクタ２１、およびスロットル弁２５とも電気的に接続されており、これらの装置にそれぞれ駆動用の制御信号を出力するように構成されている。
【００４７】
上記ＥＣＵ４０が有するより具体的な機能について説明すると、上記ＥＣＵ４０は、その主な機能的要素として、記憶手段４１、インジェクタ制御手段４２、点火制御手段４３、およびバルブ制御手段４４を有している。
【００４８】
上記記憶手段４１は、エンジンを制御する際に必要な各種データやプログラムを記憶するものである。その一例として、上記記憶手段４１には、図４に示される運転領域マップが記憶されている。この運転領域マップは、エンジンの回転速度Ｎｅおよび負荷Ｔ（要求トルク）に応じて、エンジンをどのような態様で運転すべきかを規定したものである。
【００４９】
図４の運転領域マップにおいて、エンジンの部分負荷域にはＨＣＣＩ領域Ｒが設定されており、このＨＣＣＩ領域Ｒでは、混合気を自着火により燃焼させる圧縮自己着火燃焼が実行される。ＨＣＣＩ領域Ｒは、高温の排気ガスを気筒２の内部（筒内）に留める操作である内部ＥＧＲ（Internal Exhaust Gas Recirculation）を行うか否かにより、さらに２つの領域Ｒａ，Ｒｂに分けられる。このうち、負荷の低い方を低負荷域Ｒａ、負荷の高い方を高負荷域Ｒｂとすると、内部ＥＧＲは、低負荷域Ｒａでのみ実行され、高負荷域Ｒｂでは実行されない。なお、当実施形態における内部ＥＧＲは、後述するように、吸気行程中に排気弁１２を開弁させて、排気ポート１０から筒内に排気ガスを逆流させることで行われる。
【００５０】
上記インジェクタ制御手段４２は、インジェクタ２１から筒内に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を制御するものである。より具体的に、上記インジェクタ制御手段４２は、エンジン回転速度センサ３０から入力されるエンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度センサ３４から入力されるアクセル開度ＡＣ、およびエアフローセンサ３２から入力される吸入空気量Ｑａ等の情報に基づいて、目標とする燃料の噴射量および噴射時期を演算し、その演算結果に基づいてインジェクタ２１の開弁時期および開弁期間を制御する。
【００５１】
特に、インジェクタ制御手段４２は、エンジンがＨＣＣＩ領域Ｒで運転されているとき（つまり圧縮自己着火燃焼が行われているとき）、それが低負荷域Ｒａでの運転であるか否か等の特定の条件に応じて、インジェクタ２１から噴射すべき燃料を一括して噴射するか、複数回に分割して噴射するかを切り替える機能を有している。
【００５２】
燃料を複数回に分割して噴射すると、混合気の燃焼期間が長期化し、排気損失が増えるため、燃料を全て吸気行程中に噴射した場合と比べて、排気ガスの温度を上昇させることができる。インジェクタ制御手段４２は、排気ガスの温度が低くなり易い上記低負荷域Ｒａでの運転時等において、必要に応じ燃料の分割噴射を実行することにより、排気ガスの温度を意図的に上昇させる。このような排気ガスの高温化は、触媒２６ａの活性化を維持するために行われる。すなわち、触媒２６ａは、その温度をある程度高い値に維持しないと、浄化性能が十分に発揮されないため、このような浄化性能の低下を防止すべく、必要に応じ燃料の分割噴射を実施して、排気ガスの高温化を図るようにしている。
【００５３】
上記点火制御手段４３は、エンジン回転速度Ｎｅや負荷Ｔに基づき予め定められた所定のタイミングで点火プラグ２０の点火回路に給電信号を出力することにより、上記点火プラグ２０が火花放電を行うタイミング（点火時期）等を制御するものである。ただし、当実施形態において、少なくとも図４に示したＨＣＣＩ領域Ｒでは、火花点火によらず混合気を自着火させる圧縮自己着火燃焼が実行されるため、この圧縮自己着火燃焼の実行時には、基本的に点火プラグ２０からの火花点火は停止される。
【００５４】
上記バルブ制御手段４４は、上記ＣＶＶＬ１５を駆動して吸気弁１１のリフト量を可変的に設定するとともに、上記ＶＶＬ１６を駆動して排気弁１２の吸気行程中の開弁を実行または停止するものである。特に、上記ＨＣＣＩ領域Ｒにおいて、バルブ制御手段４４は、上記のような吸排気弁１１，１２の制御に基づき、筒内に導入される新気量を調節するとともに、内部ＥＧＲの有無を切り替えて筒内温度を調節する機能を有している。
【００５５】
すなわち、バルブ制御手段４４は、上記ＨＣＣＩ領域Ｒにおいて、上記ＣＶＶＬ１５を駆動して吸気弁１１のリフト量を変更することにより、吸気ポート９を通じて筒内に導入される新気量を調節する。また、上記ＶＶＬ１６を駆動して吸気行程中の排気弁１２の開弁を実行または停止することにより、内部ＥＧＲの有無を切り替え、筒内温度を調節する。具体的には、ＨＣＣＩ領域Ｒ内の低負荷域Ｒａで、吸気行程中に排気弁１２を開弁させることにより、高温の排気ガスを排気ポート１０から筒内に逆流させる操作を内部ＥＧＲとして実行する。一方、ＨＣＣＩ領域Ｒ内の高負荷域Ｒｂでは、吸気行程中の排気弁１２の開弁を禁止し、上記排気ガスの逆流が起きないようにすることで、内部ＥＧＲを停止する。
【００５６】
なお、上記のように、ＨＣＣＩ領域Ｒでは、バルブ制御手段４４による吸排気弁１１，１２の制御に基づいて新気量が調節されるため、スロットル弁２５による吸気通路２３の絞り制御は基本的に不要であり、スロットル弁２５の開度は、例えばエンジンの緊急停止時等を除いて、全開（１００％）もしくはその近傍に維持される。
【００５７】
ここで、上記ＨＣＣＩ領域Ｒ（第１、第２負荷域Ｒａ，Ｒｂ）以外の運転領域における燃焼制御について簡単に説明する。上記ＨＣＣＩ領域Ｒ以外の運転領域、つまり、ＨＣＣＩ領域Ｒよりも高回転側の回転域と、ＨＣＣＩ領域Ｒよりも高負荷側の負荷域とを合わせた領域をＳＲとすると、同領域ＳＲでは、火花点火による燃焼、または、上記ＨＣＣＩ領域Ｒとは異なる態様の圧縮自己着火燃焼が実行される。
【００５８】
例えば、上記ＨＣＣＩ領域Ｒよりも高回転側では、燃料の受熱期間が短く、混合気の自着火が困難であるため、圧縮自己着火燃焼は実行されず、点火プラグ２０を用いた火花点火による強制燃焼（ＳＩ燃焼）が実行される。
【００５９】
また、上記ＨＣＣＩ領域Ｒより高負荷側では、上述の高回転側での制御と同じくＳＩ燃焼に切り替えてもよいが、例えば、エンジンが過給機付エンジンである場合には、吸気弁１１の閉時期を吸気下死点に対し大幅にシフトさせてエンジンの有効圧縮比を低下させながら、不足する新気を過給により補うことで、圧縮自己着火燃焼を継続させることも可能である。つまり、ＨＣＣＩ領域Ｒよりも高負荷側において、単に燃料の噴射量を増大させただけでは、過早着火等の異常燃焼を引き起こすおそれがあるが、エンジンの有効圧縮比を低下させつつ過給を行うようにすれば、新気を十分に確保しながら、圧縮上死点付近の燃焼室６の温度を低下させることができるため、ＨＣＣＩ領域Ｒよりさらに高負荷側であっても、過早着火等を引き起こすことなく圧縮自己着火燃焼を継続させることが可能である。
【００６０】
ただし、本発明において、ＨＣＣＩ領域Ｒ以外でどのような燃焼制御を行うかについては特に問題ではない。このため、以下では、ＨＣＣＩ領域Ｒでの制御動作についてのみ説明する。
【００６１】
（３）ＨＣＣＩ領域Ｒでの制御動作
（３−１）吸排気弁の制御
まず、上記ＨＣＣＩ領域Ｒにおいてバルブ制御手段４４が吸排気弁１１，１２をどのように制御するかについて、図５〜図８を用いて説明する。このうち、図５〜図７に示される開閉パターンＡ１〜Ａ３は、上記ＨＣＣＩ領域Ｒ内の低負荷域Ｒａで選択される吸排気弁１１，１２の開閉パターンであり、図８に示される開閉パターンＢは、上記ＨＣＣＩ領域Ｒ内の高負荷域Ｒｂで選択される吸排気弁１１，１２の開閉パターンである。
【００６２】
なお、図５〜図８の各図において、ＩＮ１とは、各気筒２に設けられた一対の吸気弁１１のうちの一方が開弁した場合のリフトカーブであり、ＩＮ２とは、他方の吸気弁１１が開弁した場合のリフトカーブである。また、ＥＸ１とは、各気筒２に設けられた一対の排気弁１２のうちの一方が排気行程中に開弁した場合のリフトカーブであり、ＥＸ２とは、他方の排気弁１２が排気行程中に開弁した場合のリフトカーブである。さらに、ＥＸ１ａとは、上記一方の排気弁１２が吸気行程中に開弁した場合のリフトカーブであり、ＥＸ２ａとは、上記他方の排気弁１２が吸気行程中に開弁した場合のリフトカーブである。また、各図における横軸ＣＡはクランク角を表し、ＴＤＣは上死点、ＢＤＣは下死点を表す。
【００６３】
まず、低負荷域Ｒａで選択される開閉パターンＡ１〜Ａ３について具体的に説明する。開閉パターンＡ１〜Ａ３では、図５〜図７に示すように、各気筒２における一対の排気弁１２の少なくとも一方が吸気行程中に開弁することにより（ＥＸ１ａ，ＥＸ２ａ）、筒内に排気ガスを逆流させる操作（内部ＥＧＲ）が実行される。また、これと合わせて、吸気弁１１のリフト量（ＩＮ１，ＩＮ２）が所定範囲内で可変的に設定されることにより、筒内に導入される新気およびＥＧＲガスの量が調節される。
【００６４】
具体的に、上記低負荷域Ｒａ内の最も低負荷側では、開閉パターンＡ１（図５）が選択される。このパターンＡ１では、各気筒２における一対の排気弁１２が、両方とも排気行程中に開弁し（ＥＸ１，ＥＸ２）、かつ吸気行程中にも開弁する（ＥＸ１ａ，ＥＸ２ａ）。また、各気筒２における一対の吸気弁１１は、ともに比較的小さいリフト量で、吸気行程中に開弁する（ＩＮ１，ＩＮ２）。上記バルブ制御手段４４は、このようなバルブの開閉パターンの設定に従って、ＣＶＶＬ１５およびＶＶＬ１６の駆動を制御する。
【００６５】
上記開閉パターンＡ１のように、吸気行程中に排気弁１２が再度開弁すると、一旦は排気ポート１０から排出された高温の排気ガスが、再び筒内に導入されるようになる（内部ＥＧＲ）。そして、この内部ＥＧＲと、吸気弁１１の小リフト化との相互作用により、新気量が大幅に減少し、筒内に逆流する排気ガス（ＥＧＲガス）の割合が増大する結果、筒内温度が大幅に上昇する。これにより、混合気の自着火が促進されるため、負荷が低く燃料噴射量が少ない状況であっても、圧縮自己着火燃焼を確実に引き起こすことが可能になる。また、多量のＥＧＲガスが導入されることで、筒内の負圧が小さくなり、ポンピングロスが低減されるという利点もある。
【００６６】
ただし、上記のような多量のＥＧＲガスの導入を高負荷側まで継続して行った場合には、新気量が不足するだけでなく、混合気の自着火が促進され過ぎて、例えば混合気が異常に早いタイミングで自着火する過早着火と呼ばれる異常燃焼が起きるおそれがある。そこで、このような事態を回避すべく、吸排気弁１１，１２の開閉パターンは、負荷の増大に応じて、パターンＡ１からＡ２，Ａ３へと順次切り替えられる。
【００６７】
上記開閉パターンＡ１のときよりも負荷が高まり、開閉パターンＡ２（図６）へと切り替わった場合には、各気筒２における一対の吸気弁１１のリフト量（ＩＮ１，ＩＮ２）が、上記開閉パターンＡ（図５）のときよりも大きく設定される。すなわち、上記バルブ制御手段４４が、リフト量を増大させる方向にＣＶＶＬ１５を駆動することにより、一対の吸気弁１１のリフト量が、図中の矢印のように徐々に大きい値へと変更される。これにより、吸気ポート９から筒内に流入する新気の量が増大するとともに、筒内に逆流する排気ガス（ＥＧＲガス）の量が減少し、筒内温度の低下が図られる。
【００６８】
さらに、上記開閉パターンＡ２のときよりも負荷が高まり、開閉パターンＡ３（図７）へと切り替わった場合には、吸気行程中において、各気筒２に設けられた一対の排気弁１２のうちの一方の弁のみが開弁し、他方の排気弁１２は開弁しなくなる。すなわち、上記バルブ制御手段４４によりＶＶＬ１６が駆動されて、吸気行程中に上記他方の排気弁１２を押し下げる動作が無効にされることで、他方の排気弁１２は、排気行程中にのみ開弁し（ＥＸ２）、吸気行程中には開弁しなくなる。これに対し、一方の排気弁１２については、排気行程中および吸気行程中の両方で開弁する（ＥＸ１，ＥＸ１ａ）。このように、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数が２つから１つに減らされることで、新気量のさらなる増大と、ＥＧＲガス量の減少とが図られる。
【００６９】
以上のように、ＨＣＣＩ領域Ｒ内の低負荷域Ｒａでは、開閉パターンＡ１〜Ａ３に基づく制御として、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数や吸気弁１１のリフト量が負荷に応じて増減され、新気とＥＧＲガスとの割合が適宜調節されるようになっている。これにより、本来は混合気の自着火が起き難い低負荷域Ｒａにおいて、その負荷の範囲に応じた適正なレベルで筒内の高温化が図られ、圧縮自己着火燃焼を行い得る適正な筒内環境がつくり出されるようになっている。
【００７０】
ここで、本願発明者によるモデル実験によると、筒内の全ガス量（新気とＥＧＲガスの合計のガス量）に占めるＥＧＲガスの重量割合、つまりＥＧＲ率は、開閉パターンＡ１のときで約８０％、開閉パターンＡ２のとき（しかも吸気弁１１のリフト量を最大にしたとき）で約６０〜７０％、開閉パターンＡ３のときで約４０〜５０％になることが分かっている。仮に、ＥＧＲガスの重量が新気の半分であるとき（つまり新気量：ＥＧＲガス量＝２：１であるとき）のＥＧＲ率は３３％であるから、上記低負荷域Ｒａでは、新気の重量に対し少なくとも半分以上のＥＧＲガスが確保されるようになっている。
【００７１】
また、上記低負荷域Ｒａでは、新気およびＥＧＲガスが上記のような割合で導入された筒内に対し、所定量の燃料がインジェクタ２１から噴射されることで、筒内の全ガス重量を、燃料噴射量（１燃焼サイクル中に筒内に噴射される燃料の重量）で割った値であるガス燃料比（Ｇ／Ｆ）が、Ｇ／Ｆ＝６０〜１３０というかなりリーンな値に設定されるようになっている。
【００７２】
次に、ＨＣＣＩ領域Ｒ内の高負荷域Ｒｂで選択される開閉パターンＢについて説明する。この開閉パターンＢでは、図８に示すように、各気筒２に設けられた一対の排気弁１２の両方について、吸気行程中の開弁が禁止される。すなわち、上記バルブ制御手段４４によりＶＶＬ１６が駆動されて、吸気行程中に一対の排気弁１２を押し下げる動作がともに無効にされる。これにより、各気筒２の一対の排気弁１２は、ともに排気行程中にのみ開弁し（ＥＸ１，ＥＸ２）、吸気行程中には開弁しなくなる。
【００７３】
このように、高負荷域Ｒｂでは、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数がゼロにされるため、筒内にＥＧＲガスがほとんど導入されなくなる。これにより、相対的に高い負荷に応じた十分な量の新気が確保されるとともに、筒内温度が低く抑えられ、過早着火のような異常燃焼が防止される。
【００７４】
すなわち、高負荷域Ｒｂまで負荷が高まると、インジェクタ２１から比較的多量の燃料が噴射されるようになるため、内部ＥＧＲにより筒内を高温化させなくても、混合気は確実に自着火する。そこで、高負荷域Ｒｂでは、吸気行程中の排気弁１２の開弁を禁止することにより、内部ＥＧＲによる排気ガスの導入を禁止し、筒内温度が無用に上昇するのを防止するようにしている。これにより、負荷に応じた比較的多くの燃料を噴射しつつ、混合気を適正なタイミングで自着火させることが可能になる。
【００７５】
（３−２）燃料噴射制御
次に、上記ＨＣＣＩ領域Ｒにおいてインジェクタ２１からの燃料噴射がどのような態様で制御されるかについて説明する。図９は、燃料噴射に関してＥＣＵ４０が実行する制御の内容を示すフローチャートである。このフローチャートがスタートすると、まず、各種センサ値を読み込む制御が実行される（ステップＳ１）。具体的には、上記エンジン回転速度センサ３０、筒内圧センサ３１、エアフローセンサ３２、排ガス温度センサ３３、およびアクセル開度センサ３４から、それぞれ、エンジン回転速度Ｎｅ、筒内圧Ｐｃ、吸入空気量Ｑａ、排ガス温度Ｔｅｘ、およびアクセル開度ＡＣが読み出され、ＥＣＵ４０に入力される。
【００７６】
次いで、上記ステップＳ１で読み込まれた情報に基づき定まるエンジンの運転点（回転速度および負荷）が、図４に示したＨＣＣＩ領域Ｒにあるか否かを判定する制御が実行される（ステップＳ２）。具体的には、上記ステップＳ１で読み込まれたエンジン回転速度Ｎｅと、アクセル開度ＡＣ等から演算されるエンジン負荷（要求トルク）Ｔとが、ともに図４のＨＣＣＩ領域Ｒの範囲に含まれるか否かが判定される。
【００７７】
上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されてエンジンの運転点がＨＣＣＩ領域Ｒにあることが確認された場合には、さらに、その中の低負荷域Ｒａにあるか否かが判定される（ステップＳ３）。
【００７８】
上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されてＨＣＣＩ領域Ｒ内の低負荷域Ｒａにあることが確認された場合には、次のステップＳ４に移行して、インジェクタ２１から噴射すべき燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射モードが選択される。
【００７９】
図１０は、燃料噴射の時期と、それに基づく燃焼により生じる熱発生率ＲＨとを、圧縮上死点（ＴＤＣ）を基準にしたクランク角ＣＡ（ＡＴＤＣ°）との関係で示した図である。なお、このときのエンジンの運転点は、回転速度Ｎｅが１０００ｒｐｍ、負荷の指標である図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）が１００ｋＰａであるものとする。本図に示すように、上記ステップＳ４で選択される分割噴射モードでは、圧縮上死点よりも所定期間以上前に開始される主噴射Ｘ１と、圧縮上死点付近で開始される副噴射Ｘ２と、膨張行程中に開始される後噴射Ｘ３とに分割して燃料が噴射される。各噴射Ｘ１〜Ｘ３での燃料の噴射量は、例えば、主噴射Ｘ１：副噴射Ｘ２：後噴射Ｘ３＝２：１：１となるように振り分けられる。また、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の合計の噴射量は、ガス燃料比Ｇ／Ｆが６０〜１３０になるような値に設定される。上記ＥＣＵ４０のインジェクタ制御手段４２は、このような噴射モードの設定に従って、インジェクタ２１の開弁時期および開弁期間を制御する。
【００８０】
より具体的に、主噴射Ｘ１の時期は、吸気行程中か、遅くとも圧縮行程の前半までには噴射が開始されるように設定され、図例では、吸気下死点よりも７０〜８０°ＣＡ手前の吸気行程中盤に噴射時期が設定されている。このような時期に主噴射Ｘ１が実行されると、そこで噴射された燃料が、吸気行程から圧縮行程にかけて筒内で十分に撹拌・混合されることにより、圧縮行程の後半までにほぼ均質な混合気が形成される。そして、形成された均質な混合気が、ピストン５による圧縮作用と、内部ＥＧＲにより導入された高温の排気ガスの作用により十分に高温化することで、圧縮上死点付近で混合気が自着火し、圧縮自己着火燃焼が開始される。図１０の波形Ｊ１において、圧縮上死点の手前から徐々に立ち上がる形状は、圧縮自己着火燃焼の開始を表している。なお、燃焼開始前の熱発生率ＲＨがゼロより小さいのは、冷却による損失分が差し引かれているためである。
【００８１】
上記主噴射Ｘ１に基づく圧縮自己着火燃焼が開始され、熱発生率ＲＨが上昇し始めると、これに合わせて、副噴射Ｘ２が開始される。すると、副噴射Ｘ２により噴射された燃料の気化潜熱によって筒内温度が低下し、燃焼の進行が抑制されるため、熱発生率ＲＨは、副噴射Ｘ２の後、一旦下降に転じる。これにより、熱発生率ＲＨのピーク値が抑えられ、燃焼が緩慢化される。
【００８２】
ここで、図１０において、副噴射Ｘ２がなかったと仮定したときに、主噴射Ｘ１に基づく燃焼により生じる熱発生率ＲＨの変化を波形Ｊ２とすると、この波形Ｊ２は、副噴射Ｘ２を行った場合に得られる波形Ｊ１と比べて、より高い値まで立ち上がっていることが分かる。また、波形Ｊ２がピーク値を迎える時期をＰｋ’とすると、このＰｋ’は、副噴射Ｘ２がなければ得られたであろう熱発生率のピーク値の発生時期であり、以下では、これを予定ピーク時期Ｐｋ’と称する。
【００８３】
上記副噴射Ｘ２の開始時期は、予定ピーク時期Ｐｋ’よりも前に設定され、このような時期に副噴射Ｘ２が開始されることにより、主噴射Ｘ１に基づく燃焼により生じる熱発生率ＲＨがピーク値を迎える前に、副噴射Ｘ２の気化潜熱によって燃焼の進行が抑制され、副噴射Ｘ２がなかったと仮定したときの波形Ｊ２に比べて、熱発生率ＲＨのピーク値が低減される。これにより、比較的緩やかな燃焼が継続的に起きるようになり（燃焼の緩慢化）、燃焼期間が延長される。
【００８４】
上記のように予定ピーク時期Ｐｋ’よりも前に設定される副噴射Ｘ２の開始時期は、筒内圧センサ３１により検出される筒内圧Ｐｃの値に基づき特定される。すなわち、熱発生率ＲＨが上昇すると、これに合わせて筒内圧Ｐｃも上昇するため、筒内圧Ｐｃがどの程度上昇したかに基づいて、上記副噴射Ｘ２の開始時期が決定されるようになっている。
【００８５】
例えば、ある基準値（燃焼期間外の筒内圧の平均値など）からの筒内圧Ｐｃの上昇幅が、予め定められた所定の閾値を超えた時点で、副噴射Ｘ２を開始するようにする。このとき、筒内圧Ｐｃの上昇幅の閾値を、副噴射Ｘ２がなかったと仮定したときの熱発生率ＲＨのピーク（波形Ｊ２の山部）に相当する上昇幅よりも所定量以上低くすることで、上記予定ピーク時期Ｐｋ’よりもある程度前に副噴射Ｘ２を開始させることができる。具体的には、主噴射Ｘ１により噴射された燃料の１０〜３０％質量が燃焼した時点で副噴射Ｘ２が開始されるように、上記筒内圧の閾値を決定するのがよい。なお、図例では、圧縮上死点（ＴＤＣ）の直前というタイミングで、副噴射Ｘ２が開始されている。
【００８６】
上記のようなタイミングで副噴射Ｘ２が実行された後は、引き続き起きる燃焼の継続期間中に、後噴射Ｘ３が実行される。この後噴射Ｘ３の開始時期は、上記予定ピーク時期Ｐｋ’よりも後で、しかも主噴射Ｘ１および副噴射Ｘ２により噴射された燃料が全て燃焼し切る前に設定される。このような時期に後噴射Ｘ３が開始されることで、主噴射Ｘ１および副噴射Ｘ２に基づく燃焼に引き続いて、後噴射Ｘ３に基づく燃焼が起こり、燃焼期間がさらに延長されることになる。
【００８７】
なお、上記のような時期（Ｘ１，Ｘ２に基づく燃焼が終了する直前）を後噴射Ｘ３の開始時期として設定するには、副噴射Ｘ２からどの程度のクランク角が経過した時点が適当かを実験的に求めておけばよい。図１０の条件（Ｎｅ＝１０００ｒｐｍ、ＩＭＥＰ＝１００ｋＰａ）では、副噴射Ｘ２から約３０°弱のクランク角が経過した時点で後噴射Ｘ３が開始されているが、ＨＣＣＩ領域Ｒ内の低負荷域Ｒａであれば、これと大きく変わることはなく、概ね、副噴射Ｘ２から２５〜３０°ＣＡ経過した時点で後噴射Ｘ３が実行されることになる。
【００８８】
以上のように、燃料を主噴射Ｘ１、副噴射Ｘ２、後噴射Ｘ３の３回に分割して噴射することで、上記波形Ｊ１に示すように、燃焼を緩慢化し、燃焼期間を延長することができる。例えば、上記波形Ｊ１と合わせて図示されている波形Ｊ３は、Ｘ１〜Ｘ３の３回の噴射による噴射量を、主噴射Ｘ１と同じ時期に全て噴射した場合の波形を示しているが、この波形Ｊ３のように、噴射すべき燃料を全て吸気行程中に噴射した場合には、混合気が自着火し始めた後、熱発生率ＲＨが急上昇して一気にピーク値まで達するため、燃焼期間はかなり短いものとなる。
【００８９】
これに対し、燃料をＸ１〜Ｘ３の３回に分割噴射した波形Ｊ１の場合には、熱発生率ＲＨのピーク値が大幅に低下しており、その分だけ燃焼期間が長くなっている。このような燃焼の長期化は、排気損失の増大を招き、排気ガスの温度上昇につながる。
【００９０】
例えば、図１０においては、燃料を一括噴射したときの熱発生率ＲＨ（波形Ｊ３）が、圧縮上死点経過後３０°ＣＡ（ＡＴＤＣ３０°）の少し手前でほぼ底をついており、このことから、燃料を一括噴射した場合に起きる圧縮自己着火燃焼は、ＡＴＤＣ３０°の少し手前で終了することが分かる。
【００９１】
これに対し、燃料を分割噴射した場合には（波形Ｊ１）、図中のハッチングの領域Ｙに示すように、一括噴射した場合の燃焼終了時期（約ＡＴＤＣ３０°）の後でも、ある程度の期間にわたって熱発生が見られる。このように、膨張行程中のより遅い時期まで熱発生が継続することで、排気ガス中に含まれる損失熱量（排気損失）の割合が増え、その結果、排気ガスの温度が上昇することになる。なお、分割噴射により意図的に排気損失を増大させた場合でも、火花点火による燃焼に比べれば、燃焼期間は十分に短く、熱効率の面で有利である。
【００９２】
以上のように、エンジンがＨＣＣＩ領域Ｒ内の低負荷域Ｒａで運転されているときには、主噴射Ｘ１、副噴射Ｘ２、後噴射Ｘ３の３回に分けて燃料が噴射されることにより、排気ガスの温度が上昇操作される。これにより、負荷が低く燃料噴射量が少ない低負荷域Ｒａであっても、排気ガスの温度を比較的高い値に維持することができ、排気通路２４に設けられた触媒２６ａの温度が過度に低下するのを防止することができる。
【００９３】
再び図９に戻って、ステップＳ３でＮＯと判定された場合、つまり、エンジンがＨＣＣＩ領域Ｒ内の高負荷域Ｒｂで運転されている場合の制御動作について説明する。この場合は、上記ステップＳ１で読み込まれた排ガス温度センサ３３の検出値Ｔｅｘが、予め定められた閾値Ｔｅｘ０より低いか否かを判定する制御が実行される（ステップＳ５）。
【００９４】
上記ステップＳ５でＹＥＳと判定されて排ガス検出温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ０より小さいことが確認された場合には、上述したステップＳ４に移行して、図１０と同様に、主噴射Ｘ１、副噴射Ｘ２、後噴射Ｘ３に分割して燃料を噴射する分割噴射モードが選択される。
【００９５】
一方、上記ステップＳ５でＮＯと判定されて排ガス検出温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ０以上であることが確認された場合には、ステップＳ６に移行して、インジェクタ２１から噴射すべき燃料の全てを一括して噴射する通常噴射モードが選択される。つまり、吸気行程中に設定される主噴射Ｘ１（図１０）の時期に、噴射すべき燃料の全てが噴射される。これにより生じる燃焼は、波形Ｊ３に示すように、熱発生率ＲＨのピーク値が高く、燃焼期間の短いものとなる。つまり、圧縮上死点の近傍で大半の燃料が燃焼するため、排気損失が少なく、より高い熱効率が得られることになる。
【００９６】
（４）作用効果等
以上説明したように、当実施形態では、排気ガス浄化用の触媒を備えたガソリンエンジンにおいて、圧縮自己着火燃焼の実行領域であるＨＣＣＩ領域Ｒをエンジンの部分負荷域に設定し、その低負荷寄りの一部にあたる低負荷域Ｒａで、内部ＥＧＲにより混合気の着火性を高めながら圧縮自己着火燃焼を行うようにした。そして、エンジンが上記低負荷域Ｒａで運転されているとき（図９のステップＳ３でＹＥＳの場合）には、図１０に示したように、インジェクタ２１から噴射すべき燃料を、圧縮上死点よりも所定期間以上前に開始される主噴射Ｘ１と、主噴射Ｘ１により噴射された燃料と空気との混合気が自着火による燃焼を開始した後で、かつその燃焼に基づく熱発生率ＲＨの予定ピーク時期Ｐｋ’よりも前に開始される副噴射Ｘ２と、予定ピーク時期Ｐｋ’よりも後で、かつ上記主噴射Ｘ１および副噴射Ｘ２に基づく燃焼が終了する前に開始される後噴射Ｘ３とに分割して噴射するようにした。このような構成によれば、着火性や燃費性能を十分に確保しながら、排ガス温度が過度に低下することによる触媒２６ａの性能低下を効果的に防止できるという利点がある。
【００９７】
すなわち、負荷が低く燃料噴射量が少ない上記低負荷域Ｒａでは、かなりリーンな環境下（上記実施形態ではガス燃料比Ｇ／Ｆ＝６０〜１３０）で、内部ＥＧＲにより着火性を確保しながら圧縮自己着火燃焼を行うため、そもそも燃焼温度がそれほど高くならない。このため、仮に燃料を一括で噴射してしまうと、排気損失の少ないごく短期間の燃焼が起きることで、排気ガスの温度がかなり低下し、触媒２６ａの活性化が損なわれるおそれがある。
【００９８】
例えば、本願発明者が行った実験によると、エンジン回転速度Ｎｅ＝１０００ｒｐｍ、ＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）＝１００ｋＰａという低負荷域Ｒａに相当する条件で、燃料を一括噴射した場合には、触媒２６ａ上流の排ガス温度（排ガス温度センサ３３による検出値Ｔｅｘ）が１００℃程度までしか上がらないことが確認されている。
【００９９】
これに対し、上記実施形態では、エンジンが低負荷域Ｒａで運転されているときに、主噴射Ｘ１、副噴射Ｘ２、後噴射Ｘ３に分けて燃料を噴射することで、意図的に排気ガスの温度を上昇させるようにしたため、触媒２６ａの温度低下を効果的に防止でき、その浄化性能を良好に維持することができる。
【０１００】
より具体的には、圧縮上死点よりも所定期間以上前（当実施形態では吸気行程の中盤）に主噴射Ｘ１を開始することで、圧縮上死点までに燃料を十分に撹拌して均質な混合気をつくり出し、内部ＥＧＲにより高温化した筒内において確実に圧縮自己着火燃焼を生起させることができるとともに、この主噴射Ｘ１に基づく燃焼により生じる熱発生率ＲＨの予定ピーク時期Ｐｋ’よりも前に副噴射Ｘ２を開始することで、燃焼の比較的初期の段階で、副噴射Ｘ２による燃料の期間潜熱を利用して燃焼の進行を抑制し、燃焼期間を延長することができる。そして、上記主噴射Ｘ１および副噴射Ｘ２に基づく燃焼が終了する前に、後噴射Ｘ３を開始することで、この後噴射Ｘ３により噴射された燃料に基づく燃焼を、上記主噴射Ｘ１および副噴射Ｘ２に基づく燃焼に継続して生じさせて、燃焼期間をさらに延長させることができるとともに、後噴射Ｘ３による燃料が未燃のまま排出されるのを効果的に防止することができる。
【０１０１】
そして、このように主噴射Ｘ１、副噴射Ｘ２、後噴射Ｘ３という特有のタイミングで燃料を分割噴射することで、噴射された燃料のほとんどを確実に筒内で燃焼させつつ、燃焼を緩慢化させて燃焼期間を延長し、排ガス温度の上昇を図ることができる。これにより、着火性および燃費性能の確保と、触媒２６ａの性能維持とを両立させることができる。
【０１０２】
なお、本願発明者の実験によると、エンジン回転速度Ｎｅ＝１０００ｒｐｍ、ＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）＝１００ｋＰａという条件下で、上記のような主噴射Ｘ１、副噴射Ｘ２、後噴射Ｘ３による分割噴射を行ったところ、触媒２６ａ上流の排気ガスの温度（排ガス温度センサ３３による検出値Ｔｅｘ）が、２００℃程度まで上昇することが確認されている。この２００℃という温度は、比較的低い温度でも活性化される低温活性タイプの三元触媒であれば、十分な浄化性能を発揮できる温度である。したがって、このような低温活性タイプの三元触媒を触媒２６ａとして用いながら、低負荷域Ｒａにおいて燃料の分割噴射による排ガス温度の上昇を図ることで、触媒２６ａを恒常的に活性化状態に維持できるものと考えられる。
【０１０３】
ただし、排ガス温度が２００℃程度になるのは、あくまで、回転速度Ｎｅ＝１０００ｒｐｍ、ＩＭＥＰ＝１００ｋＰａという、回転速度および負荷が極めて低い条件であり、これよりも高回転側または高負荷側の運転領域では、排ガス温度が２００℃よりも上昇する。また、触媒２６ａは、ある程度の温度保持機能をもっているので、実際に触媒２６ａの温度が２００℃程度まで低下するのはかなり稀であると考えられる。したがって、触媒２６ａとしては、必ずしも低温活性タイプの触媒を用いる必要はなく、従来からある通常の三元触媒を用いてもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態では、エンジンがＨＣＣＩ領域Ｒ内の低負荷域Ｒａで運転されていない場合（図９のステップＳ３でＮＯの場合）であっても、触媒２６ａ上流の排ガス温度の検出値Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ０未満である場合（ステップＳ５でＹＥＳの場合）には、上記のような主噴射Ｘ１、副噴射Ｘ２、後噴射Ｘ３による分割噴射を実行するようにした。このような構成によれば、排ガス温度が低く触媒２６ａの浄化性能が低下しているおそれがある場合に、分割噴射を行って排ガス温度を上昇させることにより、触媒２６ａの性能維持を確実に図ることができる。
【０１０５】
例えば、エンジンがＨＣＣＩ領域Ｒ内の高負荷域Ｒｂで運転されている場合であっても、負荷の大きさが低負荷域Ｒａ内の値に近く、しかも回転速度Ｎｅもかなり低いといった場合には、排ガス温度の検出値Ｔｅｘがあまり高くならず、閾値Ｔｅｘ０を下回ることが考えられる。このような場合に分割噴射を実行することで、排ガス温度の上昇を図り、触媒２６ａの浄化性能を十分に確保することができる。
【０１０６】
なお、上記実施形態では、図１０に示したように、分割噴射モードが選択されているとき、主噴射Ｘ１を、吸気行程の中盤に１回だけ実行するようにしたが、主噴射Ｘ１は、必ずしも１回にする必要はなく、吸気行程から圧縮行程の前半等にかけて、主噴射Ｘ１に相当する燃料を複数回に分割して噴射してもよい。
【０１０７】
また、上記実施形態では、ＨＣＣＩ領域Ｒ内の低負荷域Ｒａで、吸気行程中に排気弁１２を開弁させ、高温の排気ガスを排気ポート１０から筒内に逆流させることで、内部ＥＧＲを実現したが、排気行程の途中から吸気行程にかけて吸気弁１１と排気弁１２の両方を閉じる、いわゆるネガティブオーバーラップ期間を設けることによっても、内部ＥＧＲを行うことが可能である。
【０１０８】
具体的には、吸気弁１１および排気弁１２に、その動作タイミングを変更するためのタイミング可変機構を適用し、当該可変機構を駆動して、排気弁１２の閉時期と、吸気弁１１の開時期とを、排気上死点を挟んで所定期間離れた時期に設定すれば、上記ネガティブオーバーラップ期間をつくり出すことができる。ネガティブオーバーラップ期間が存在すると、排気行程の途中から筒内が密閉状態になるため、筒内で生成された排気ガスの一部が筒内に残留し、内部ＥＧＲが実現される。
【０１０９】
また、上記実施形態では、エンジンがＨＣＣＩ領域Ｒ内の低負荷域Ｒａで運転されている場合に、一律に燃料の分割噴射（図１０のように主噴射Ｘ１、副噴射Ｘ２、後噴射Ｘ３に燃料を分割して噴射する制御）を実行するとともに、低負荷域Ｒａでの運転でない場合（つまり高負荷域Ｒｂでの運転である場合）でも、排ガス温度の検出値Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ０よりも低ければ、やはり分割噴射を実行するようにしたが、低負荷域Ｒａでの運転か否かの判定（ステップＳ３）と、排ガス温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ０より低いか否かの判定（ステップＳ５）との、いずれか一方のみを実行し、その結果によって分割噴射の実行の有無を決定するようにしてもよい。
【０１１０】
さらに、分割噴射を実行するか否かどのような基準で判断するかについては、上記実施形態で説明した判断手法以外にも種々考えられる。以下に、その具体例を他の実施形態として説明する。
【０１１１】
（５）他の実施形態
・減速時（アクセル開度がゼロで車速が一定値以上のとき）に燃料の供給をストップする燃料カットが長時間にわたって実行された場合には、空気のみが排気通路２４を通過する状態が長時間続くことになるので、触媒２６ａの温度低下が懸念される。そこで、減速時の燃料カットが所定時間以上継続した後で燃料噴射が復帰されるときには、必ず分割噴射を実行するようにして、排ガス温度を上昇させることが考えられる。これにより、長時間の燃料カットにより低温化した触媒２６ａを迅速に昇温させることができる。
【０１１２】
・また、エンジンの冷却水の温度（エンジン水温）が所定値未満である場合に、分割噴射を実行するようにしてもよい。すなわち、エンジン水温が低いと、混合気を自着火させるのに十分な温度まで筒内温度が上昇せず、失火等が起きるおそれがあるとともに、冷却水との熱交換により車内を暖房するヒータが十分に機能しないことが懸念される。そこで、エンジン水温が所定値未満であるときに、燃料の分割噴射を実行して、燃焼を長期化させることにより、エンジン本体１に吸収される熱量を増大させ、エンジン水温の上昇を図るとよい。これにより、圧縮自己着火燃焼を安定化させることができるとともに、暖房用のヒータの性能が低下するのを効果的に防止することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
５  ピストン
２１  インジェクタ
２４  排気通路
２６ａ  触媒
４２  インジェクタ制御手段
Ｒ  ＨＣＣＩ領域
Ｘ１  主噴射
Ｘ２  副噴射
Ｘ３  後噴射
Ｐｋ’  予定ピーク時期
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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