(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、エンジンの低負荷領域で空燃比を理論空燃比よりも大きくしてリーン運転を行うようにするとともに、エンジンの排気通路に、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸蔵し酸素濃度が減少するに伴ってＮＯｘを放出するリーンＮＯｘ触媒を備えた筒内噴射式エンジンにおいて、理論空燃比より大きい空燃比と略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とにわたって空燃比を変更する空燃比変更手段と、理論空燃比より大きい空燃比から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比へ空燃比変更が行われたとき、触媒リフレッシュ制御として、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程を前記、中期、後期に３等分したうちの中期の期間内に噴射開始する後の噴射との少なくとも２回に分割して行わせる制御手段とを備えたことを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項２】
燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、エンジンの低負荷領域で空燃比を理論空燃比よりも大きくしてリーン運転を行うようにするとともに、エンジンの排気通路に、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸蔵し酸素濃度が減少するに伴ってＮＯｘを放出するリーンＮＯｘ触媒を備えた筒内噴射式エンジンにおいて、理論空燃比より大きい空燃比と略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とにわたって空燃比を変更する空燃比変更手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流手段と、理論空燃比より大きい空燃比から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比への空燃比変更が行われたとき、触媒リフレッシュ制御として、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程を前記、中期、後期に３等分したうちの中期の期間内に噴射開始する後の噴射との少なくとも２回に分割して行わせるとともに、上記排気還流手段による排気還流を行わせる制御手段とを備えたことを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項３】
触媒リフレッシュ制御における先の噴射を吸気行程前半の期間内に噴射開始させることを特徴とする請求項１または２記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項４】
触媒リフレッシュ制御における先の噴射の噴射量を全噴射量の１／４以上としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項５】
触媒リフレッシュ制御における先の噴射の噴射量と後の噴射の噴射量とを略等しくしたことを特徴とする請求項４記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項６】
リーン運転を行う運転領域より高負荷側の運転領域で空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とし、運転状態の変化に応じて空燃比を変更するように空燃比変更手段を構成するとともに、リーン運転を行う運転領域から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とする運転領域へ移行したときに触媒リフレッシュ制御を行うようにしたことを特徴する請求項１乃至５のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項７】
リーン運転を行う運転領域から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とする運転領域へ移行したときに、吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程中期の期間内に噴射開始する後の噴射とからなる吸気・圧縮分割噴射を所定時間行わせた後、吸気行程期間内に燃料噴射を分割して行わせるようにしたことを特徴とする請求項６記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項８】
リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる状態になったとき、略理論空燃比もしくはそれ以下に空燃比を変更し、リフレッシュ制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項９】
リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる状態になったとき、略理論空燃比もしくはそれ以下に空燃比を変更するとともに、吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程中期の期間内に噴射開始する後の噴射とからなる吸気・圧縮分割噴射を第１設定時間だけ行わせた後、吸気行程期間内の一括噴射もしくは分割噴射を第２設定時間だけ行わせてからリーン運転に復帰するようにしたことを特徴とする請求項８記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項１０】
燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、エンジンの低負荷領域で空燃比を理論空燃比よりも大きくしてリーン運転を行うようにするとともに、エンジンの排気通路に、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸蔵し酸素濃度が減少するに伴ってＮＯｘを放出するリーンＮＯｘ触媒を備えた筒内噴射式エンジンにおいて、理論空燃比より大きい空燃比と略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とにわたって空燃比を変更する空燃比変更手段と、理論空燃比より大きい空燃比から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比へ空燃比変更が行われたとき、触媒リフレッシュ制御として、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程を前記、中期、後期に３等分したうちの中期の期間内に噴射開始する後の噴射との少なくとも２回に分割して行わせるとともに、エンジンの点火時期をＭＢＴよりリタードさせる制御手段とを備えたことを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えるとともに、エンジンの排気通路にリーンＮＯｘ触媒を備えた筒内噴射式エンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、低負荷領域では成層燃焼によるリーン運転で燃費を改善するようにした筒内噴射エンジンが知られている。この種のエンジンでは、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸蔵し酸素濃度が減少するに伴ってＮＯｘを放出するリーンＮＯｘ触媒を排気通路に設け、このリーンＮＯｘ触媒でリーン運転時にもＮＯｘを浄化することが行われている。
【０００３】
このリーンＮＯｘ触媒を備える場合に、そのＮＯｘ吸蔵量が増加したときにリーンＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてリフレッシュする必要があるので、例えばリーン運転状態が長時間持続するような場合に定期的に所定時間だけ空燃比を理論空燃比以下に変更することで触媒のリフレッシュを図っている。触媒リフレッシュ時には、ＮＯｘの離脱反応を起こり易くするとともに、離脱したＮＯｘをそのまま排出させないように還元する必要があり、そのために雰囲気中にＣＯ等の還元材を充分に存在させることが要求される。
【０００４】
このようなリーンＮＯｘ触媒のリフレッシュのための技術としては、例えば特開平１０−２７４０８５号に示されるように、触媒リフレッシュ時に、成層燃焼のための主噴射以外に膨張行程中に追加噴射を行うようにしたものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されるような従来装置では、触媒リフレッシュ時に、膨張行程中に追加噴射が行われることにより排気中のＣＯが増加し、リーンＮＯｘ触媒からのＮＯｘの離脱及びそのＮＯｘの還元が促進されるが、エンジンの要求トルクに見合う噴射量の主噴射に加えて膨張行程中に追加噴射が行われ、この追加噴射による燃料は専らリーンＮＯｘ触媒からのＮＯｘの離脱、還元のためのＣＯ生成に用いられるだけなので、燃費が悪化し易いといった問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑み、ＮＯｘを吸蔵したリーンＮＯｘ触媒のリフレッシュを効果的に行うことができ、とくに燃費悪化を抑制しつつリフレッシュ効果を高めることができる筒内噴射式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、エンジンの低負荷領域で空燃比を理論空燃比よりも大きくしてリーン運転を行うようにするとともに、エンジンの排気通路に、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸蔵し酸素濃度が減少するに伴ってＮＯｘを放出するリーンＮＯｘ触媒を備えた筒内噴射式エンジンにおいて、理論空燃比より大きい空燃比と略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とにわたって空燃比を変更する空燃比変更手段と、理論空燃比より大きい空燃比から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比へ空燃比変更が行われたとき、触媒リフレッシュ制御として、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程を前記、中期、後期に３等分したうちの中期の期間内に噴射開始する後の噴射との少なくとも２回に分割して行わせる制御手段とを備えたものである。
【０００８】
この発明の装置によると、リーン空燃比からリッチ側への空燃比変更が行われたときに触媒リフレッシュ制御が行われ、この触媒リフレッシュ制御時に、略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とされるとともに吸気行程と圧縮行程中期との分割噴射が行われることにより、燃焼安定性が確保されつつ、排気中のＣＯの量が増加して、リーンＮＯｘ触媒からのＮＯｘの離脱及び還元が促進される。この場合、大幅な空燃比のリッチ化を行わずに理論空燃比に比較的近い空燃比にしても、ＣＯが充分に生成されてＮＯｘの離脱及び還元が促進される。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、エンジンの低負荷領域で空燃比を理論空燃比よりも大きくしてリーン運転を行うようにするとともに、エンジンの排気通路に、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸蔵し酸素濃度が減少するに伴ってＮＯｘを放出するリーンＮＯｘ触媒を備えた筒内噴射式エンジンにおいて、理論空燃比より大きい空燃比と略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とにわたって空燃比を変更する空燃比変更手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流手段と、理論空燃比より大きい空燃比から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比への空燃比変更が行われたとき、触媒リフレッシュ制御として、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程を前記、中期、後期に３等分したうちの中期の期間内に噴射開始する後の噴射との少なくとも２回に分割して行わせるとともに、上記排気還流手段による排気還流を行わせる制御手段とを備えたものである。
【００１１】
この発明の装置によると、リーン空燃比からリッチ側への空燃比変更が行われたときに触媒リフレッシュ制御が行われ、この触媒リフレッシュ制御時に、略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とされるとともに吸気行程と圧縮行程中期との分割噴射が行われることにより、燃焼安定性が確保されつつ、排気中のＣＯの量が増加するとともに、排気還流によりエンジンからのＮＯｘ排出量が減少する。従って、触媒リフレッシュ時にリーンＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘと排気ガス中のＮＯｘとを加えたＮＯｘの量に対してＣＯの量が相対的に多くなり、これによってＮＯｘの離脱及び還元が促進される。
【００１２】
請求項１または２記載の装置において、上記触媒リフレッシュ制御における先の噴射は吸気行程前半の期間内に噴射開始させること（請求項３）が好ましい。このようにすると、先の噴射による噴射燃料が充分に拡散するとともにその気化、霧化が促進されることにより、燃焼安定性が高められる。
【００１３】
また、触媒リフレッシュ制御における先の噴射の噴射量を全噴射量の１／４以上としておけばよい（請求項４）。このようにすると、先の噴射による燃料が有効に燃焼に寄与する。
【００１４】
とくに、上記触媒リフレッシュ制御における先の噴射の噴射量と後の噴射の噴射量とを略等しくしておくこと（請求項５）が好ましい。このようにすると、先の噴射による燃焼安定性、後の噴射によるＣＯの増加等の作用が良好に得られる。また、燃料供給量の少ない極低負荷領域では、分割された噴射量が制御可能な最小噴射量（最小パルス幅）に近づくため、先の噴射と後の噴射の量が異なると少ない方の噴射量が最小噴射量を下回る懸念があるが、噴射量を等しくしておけばこのような事態が避けられる。
【００１５】
請求項１乃至５のいずれかに記載の装置において、リーン運転を行う運転領域より高負荷側の運転領域で空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とし、運転状態の変化に応じて空燃比を変更するように空燃比変更手段を構成する場合に、リーン運転を行う運転領域から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とする運転領域へ移行したときに触媒リフレッシュ制御を行うようにすればよい（請求項６）。
【００１６】
このようにすると、アクセル開度の変化などによりリーン運転を行う運転領域から略理論空燃比もしくはそれ以下の運転領域に移行するときに、効果的に触媒のリフレッシュが行われる。
【００１７】
この場合、リーン運転を行う運転領域から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とする運転領域へ移行したとき、吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程中期の期間内に噴射開始する後の噴射とからなる吸気・圧縮分割噴射を所定時間行わせた後、吸気行程期間内に燃料噴射を分割して行わせるようにしてもよい（請求項７）。
【００１８】
このようにすると、吸気・圧縮分割噴射により触媒のリフレッシュがかなり進行して、ＮＯｘの離脱及び還元に必要なＣＯの量をある程度少なくし得る状態になったとき、吸気行程期間内での分割噴射に変えられることにより、燃費等に有利な状態となる。
【００１９】
また、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置において、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる状態になったとき、略理論空燃比もしくはそれ以下に空燃比を変更し、リフレッシュ制御を行うようにしてもよい（請求項８）。
【００２０】
このようにすると、リーン運転が長時間続くような場合でも、触媒のリフレッシュが効果的に行われる。
【００２１】
この場合に、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる状態になったとき、略理論空燃比もしくはそれ以下に空燃比を変更するとともに、吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程中期の期間内に噴射開始する後の噴射とからなる吸気・圧縮分割噴射を第１設定時間だけ行わせた後、吸気行程期間内の一括噴射もしくは分割噴射を第２設定時間だけ行わせてからリーン運転に復帰するようにしてもよい（請求項９）。
【００２２】
このようにすると、吸気・圧縮分割噴射により触媒のリフレッシュがかなり進行して、ＮＯｘの離脱及び還元に必要なＣＯの量をある程度少なくし得る状態になったとき、吸気行程期間内の一括噴射もしくは分割噴射に変えられることにより、燃費等に有利な状態となる。
【００２３】
請求項１０に係る発明は、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、エンジンの低負荷領域で空燃比を理論空燃比よりも大きくしてリーン運転を行うようにするとともに、エンジンの排気通路に、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸蔵し酸素濃度が減少するに伴ってＮＯｘを放出するリーンＮＯｘ触媒を備えた筒内噴射式エンジンにおいて、理論空燃比より大きい空燃比と略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とにわたって空燃比を変更する空燃比変更手段と、理論空燃比より大きい空燃比から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比へ空燃比変更が行われたとき、触媒リフレッシュ制御として、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程を前記、中期、後期に３等分したうちの中期の期間内に噴射開始する後の噴射との少なくとも２回に分割して行わせるとともに、エンジンの点火時期をＭＢＴよりリタードさせる制御手段とを備えたものである。
【００２５】
この発明の装置によると、リーン空燃比からリッチ側への空燃比変更が行われたときに触媒リフレッシュ制御が行われ、この触媒リフレッシュ制御時に、略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とされるとともに吸気行程と圧縮行程中期との分割噴射が行われることにより、燃焼安定性が確保されつつ、排気中のＣＯの量が増加するとともに、点火時期のリタードによりエンジンからのＮＯｘ排出量が減少する。このため、触媒リフレッシュ時にリーンＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘと排気ガス中のＮＯｘとを加えたＮＯｘの量に対してＣＯの量が相対的に多くなり、これによってＮＯｘの離脱及び還元が促進される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明が適用される筒内噴射式エンジンの全体構造を概略的に示したものである。この図において、エンジン本体１０は複数の気筒１２を有し、各気筒１２には、そのシリンダボアに挿入されたピストン１４の上方に燃焼室１５が形成されており、この燃焼室１５には吸気ポート及び排気ポートが開口し、これらのポートは吸気弁１７及び排気弁１８によってそれぞれ開閉されるようになっている。
【００２７】
上記燃焼室１５の中央部には点火プラグ２０が配設され、そのプラグ先端が燃焼室１５内に臨んでいる。また、燃焼室１５内には側方からインジェクタ２２の先端部が臨み、このインジェクタ２２から燃焼室１５内に直接燃料が噴射されるようになっている。上記インジェクタ２２には図外の高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を具備する燃料回路が接続され、各気筒のインジェクタ２２に燃料が供給されるとともにその燃圧が圧縮行程における筒内圧力よりも高い所定圧力となるように燃料回路が構成されている。
【００２８】
上記エンジン本体１０には吸気通路２４及び排気通路３４が接続されている。上記吸気通路２４には、その上流側から順に、エアクリーナ２５、吸入空気量検出手段としてのエアフローセンサ２６、モータ２７により駆動されるスロットル弁２８及びサージタンク３０が設けられており、上記スロットル弁２８及びこれを駆動するモータ２７により吸入空気量調節手段が構成されている。
【００２９】
サージタンク３０の下流には気筒別の独立吸気通路が設けられ、各独立吸気通路が吸気ポートに連通している。当実施形態では、各独立吸気通路の下流側部分が第１，第２の通路３１ａ，３１ｂに分岐し、その下流の２つの吸気ポートが燃焼室に開口するとともに、第２の通路３１ｂにスワール生成用のコントロール弁３２（以下、Ｓ弁３２と呼ぶ）が設けられている。
【００３０】
上記Ｓ弁３２はアクチュエータ３３により駆動されて開閉作動するもので、このＳ弁３２により第２の通路３１ｂが閉じられたときは第１の通路３１ａを通る吸気によって燃焼室１５内にスワールが生成され、Ｓ弁３２が開かれるにつれてスワールが弱められるようになっている。
【００３１】
また、上記排気通路３４には、排気ガス浄化のため三元触媒３５とリーンＮＯｘ触媒３６とが配設されている。上記三元触媒３５は、一般に知られているように、理論空燃比及びその付近の空燃比でＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して高い浄化性能を有するものである。
【００３２】
また、上記リーンＮＯｘ触媒３６は、空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン運転状態でもＮＯｘ浄化性能を有するものであって、酸素過剰雰囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ側に変化して酸素濃度が低下したとき、吸蔵していたＮＯｘを放出するとともに、雰囲気中に存在するＣＯ等の還元材によりＮＯｘを還元させるようになっている。
【００３３】
より詳しく説明すると、上記リーンＮＯｘ触媒３６は、コージェライト製ハニカム構造体等からなる担体の上にＮＯｘ吸蔵材層と触媒材層とが前者を下（内側）、後者を上（外側）にして層状に形成されたものである。上記ＮＯｘ吸蔵材層は、比表面積の大きな活性アルミナにＰｔ成分とＮＯｘ吸蔵材としてのＢａ成分とを担持させたものを主成分として構成されている。また、触媒材層は、ゼオライトを担持母材としてこれにＰｔ成分及びＲｈ成分を担持させてなる触媒材を主成分として構成されている。なお、上記触媒材層の上にセリア層を形成してもよい。
【００３４】
さら排気通路３４と吸気通路２４との間には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置（排気還流手段）が設けられ、このＥＧＲ装置は、排気通路３４と吸気通路２４とを接続するＥＧＲ通路３７と、このＥＧＲ通路３７に介設されたＥＧＲ弁３８とを備えている。上記ＥＧＲ弁３８はアクチュエータ３９（図５参照）により駆動されて開閉作動するようになっている。
【００３５】
このエンジンには、上記エアフローセンサ２６の他、サージタンク３０内の吸気負圧を検出するブーストセンサ４０、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４１、エンジン回転数を検出する回転数センサ４２、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ４３、吸気温を検出する吸気温センサ４４、大気圧を検出する大気圧センサ４５、エンジン冷却水温を検出する水温センサ４６、排気ガス中の酸素濃度の検出によって空燃比を検出するＯ２ センサ４７、ＥＧＲ弁のリフト量を検出するＥＧＲ弁リフトセンサ４８、インジェクタ２２に与えられる燃料の燃圧を検出する燃圧センサ４９等のセンサ類が装備され、これらセンサの出力信号（検出信号）がＥＣＵ（コントロールユニット）５０に入力されている。
【００３６】
上記ＥＣＵ５０は、インジェクタ２２からの燃料噴射量及び噴射タイミングを制御するとともに、スロットル弁２８を駆動するモータ２７に制御信号を出力することによりスロットル弁２８の制御を行ない、また、点火回路２１に制御信号を出力することにより点火時期を制御し、さらに、アクチュエータ３９に制御信号を出力することによりＥＧＲ弁３８の制御も行なうようになっている。なお、この他にＳ弁３２の制御等も上記ＥＣＵ５０により行なわれる。
【００３７】
当実施形態の筒内噴射式エンジンの基本的な制御としては、上記インジェクタ２２からの燃料噴射時期及び空燃比等が異なる各種運転モードが選択可能とされ、運転領域によって運転モードが変更されるようになっている。
【００３８】
具体的には、後にも説明するように、低負荷低回転側の所定領域が成層燃焼領域、それ以外の領域が均一燃焼領域とされる（図３参照）。そして、成層燃焼領域では、上記インジェクタ２２から圧縮行程の後期に燃料が噴射されることにより、点火プラグ２０付近に混合気が偏在する成層状態で燃焼が行なわれるような成層燃焼モードとされ、この場合、スロットル弁２８の開度が大きくされて吸入空気量が多くされることにより燃焼室全体の空燃比としては大幅なリーン状態（例えば３０以上）とされる。一方、均一燃焼領域では、上記インジェクタ２２から吸気行程の前期に燃料噴射が開始されることにより、燃焼室１５全体に均一に混合気が拡散する状態で燃焼が行なわれる均一燃焼モードとされる。この均一燃焼では空気過剰率λがλ＝１、つまり理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とされる。
【００３９】
図２は上記ＥＣＵ５０に機能的に含まれる手段の構成を示している。上記ＥＣＵ５０は、吸気温センサ４４及び大気圧センサ４５からの信号に基づいて吸気密度状態を検出する吸気密度状態検出手段５１を有するとともに、アクセル開度センサ４３及びエンジン回転数センサ４２からの信号に基づき、上記吸気密度状態を加味して、目標負荷に相当する値を設定する目標負荷設定手段５２を有している。
【００４０】
上記目標負荷設定手段５２は、アクセル開度accel及びエンジン回転数neに応じてマップから求めた仮想体積効率と上記吸気密度状態とから、空燃比を理論空燃比に保つ標準運転条件を想定した場合の要求エンジントルクに見合う充填効率を仮想充填効率として求め、この仮想充填効率からこれに対応した値である目標図示平均有効圧力を求めて、これを目標負荷とする。
【００４１】
なお、上記仮想体積効率は、標準大気状態下で、かつ空燃比を理論空燃比に保った標準運転条件下において要求される出力性能が得られるような体積効率であって、予めベンチテスト等によりアクセル開度及びエンジン回転数と仮想体積効率との対応関係が定めら、マップとしてＥＣＵ５０内のメモリに記憶されている。
【００４２】
また、上記目標負荷設定手段５２において仮想充填効率から目標図示平均有効圧力を求める際、所定の計算で第１の目標図示平均有効圧力Piobjを求める一方、仮想充填効率になまし処理を施し、このなまし処理後の仮想充填効率から第２の目標図示平均有効圧力Piobjdを求めるようになつている。
【００４３】
ＥＣＵ５０はさらに基本的な運転モードmodsの設定を行う運転モード設定手段５３を有し、この運転モード設定手段５３は、第１の目標図示平均有効圧力Piobjとエンジン回転数neとに応じて基本的な運転モードmodsを設定する。すなわち、図３に示すように、第１の目標図示平均有効圧力Piobjが所定の低負荷側閾値より低く、かつ、エンジン回転数が低い領域（成層燃焼領域）では成層燃焼モードとし、この領域より負荷側及び高回転側の領域（均一燃焼領域）ではλ＝１の均一燃焼モード（以下、ストイキオモードと呼ぶ）とする。なお、均一燃焼領域のうち、アクセル全開域やその付近の高負荷域及び高回転域では、空燃比を理論空燃比よりもリッチ（λ＜１）に設定してもよい。
【００４４】
さらにＥＣＵ５０は、エンジン出力に関係する各種制御パラメータの値を目標負荷等に応じて決定する。当実施形態では、スロットル弁２８で調節される吸入空気量、ＥＧＲ弁３８で調節されるＥＧＲ量、Ｓ弁３２で調節されるスワール、インジェクタ２２からの燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火プラグ２０の点火時期が制御パラメータとされ、これら制御パラメータの値が目標負荷及びエンジン回転数ne等に応じて決定される。この場合、制御パラメータのうちの低速応答系の制御値を決定するための目標負荷としては第１の目標図示平均有効圧力Piobjが用いられ、高速応答系の制御値を決定するための目標負荷としては第２の目標図示平均有効圧力Piobjdが用いられる。
【００４５】
すなわち、上記各制御パラメータのうちで吸入空気量、ＥＧＲ量及びスワールはそれぞれスロットル弁２８、ＥＧＲ弁３８及びＳ弁３２の作動に対する応答性が比較的低い低速応答系であって、これらの制御量であるスロットル開度tvoobj、ＥＧＲ弁３８の制御量egrobj及びＳ弁３２の開度は第１の目標図示平均有効圧力Piobjとエンジン回転数ne等に応じて決定される。一方、燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期は制御信号に速やかに応答する高速応答系であって、これら燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期は第２の目標図示平均有効圧力Piobjdとエンジン回転数ne等に応じて決定されるようになっている。
【００４６】
具体的に説明すると、吸入空気量制御のための手段としては目標空燃比設定手段５４、目標充填効率演算手段５５及びスロットル開度演算手段５６を有している。上記目標空燃比設定手段５４は、吸入空気量制御用の目標空燃比afwbを、上記運転モード設定手段５３で設定される運転モード別に設定するものであり、成層燃焼モードでは第１の目標図示平均有効圧力Piobjとエンジン回転数neとに応じ、予め作成されているマップから目標空燃比afwbを求め、また、ストイキオモードでは目標空燃比afwbを理論空燃比とするようになっている。
【００４７】
上記目標充填効率演算手段５５は、仮想充填効率ceimgと上記目標空燃比afwbとから目標充填効率ceobjを求める。この場合、リーン運転時には目標空燃比の空気過剰率分（afwb／１４．７）と燃費改善効果分とを加味して目標充填効率を求める。つまり、上記仮想充填効率ceimgは理論空燃比で運転される状態を想定した目標負荷に相当する値であり、これに対し、リーン運転時に同等の燃料噴射量を確保するには上記空気過剰分を加味する必要があるが、このようにするとリーン運転時は熱効率が高められて燃費が改善されるので、その分だけトルクが理論空燃比の場合と比べて高くなってしまう。そこで、目標負荷に対応するトルクを得るために、上記空気過剰率分に見合う程度に目標充填効率を減少方向に補正する。
【００４８】
スロットル開度演算手段５６は、上記目標充填効率から吸気密度補正を加味して目標体積効率を求め、この目標体積効率及びエンジン回転数neに応じてスロットル開度を決定する。この際、体積効率及びエンジン回転数とスロットル開度との対応関係はＥＧＲが有る場合と無い場合とで異なるため、その各場合についてそれぞれ上記対応関係を示すマップを予め作成し、ＥＧＲ判別手段５６ｃによるＥＧＲの有無の判別に応じていずれかのマップから目標体積効率に応じてスロットル開度を求めるようにすればよい。
【００４９】
ＥＧＲ量制御のための手段としてはＥＧＲ弁基本制御量設定手段５９及びＥＧＲ弁制御量演算手段６０を有するＥＧＲ弁制御手段５８が設けられている。上記ＥＧＲ弁基本制御量設定手段５９は、ＥＧＲ弁３８の基本制御量pbaseを上記運転モード設定手段５３で設定される運転モードmods別に設定するものであり、成層燃焼モードでは第１の目標図示平均有効圧力Piobjとエンジン回転数neとに応じ、予め作成されているマップから基本制御量pbaseを求め、ストイキオモードではエアフローセンサ２６の出力に基づいて求められる実充填効率ceとエンジン回転数neとに応じ、予め作成されているマップから基本制御量を求めるようになっている。
【００５０】
また、ＥＧＲ弁制御量演算手段６０は、上記基本制御量に対し、各種補正を加味して最終的なＥＧＲ弁制御量を求める。
【００５１】
Ｓ弁開度制御のための手段としてはＳ弁開度設定手段６１を有している。このＳ弁開度設定手段６１は、Ｓ弁開度を上記運転モード設定手段５３で設定される運転モードmods別に、各モードで要求されるスワールが得られるように設定するものであり、成層燃焼モードでは第１の目標図示平均有効圧力Piobjとエンジン回転数neとに応じ、予め作成されているマップからＳ弁開度scvobjを求め、ストイキオモードでは実充填効率ceとエンジン回転数neに応じ、予め作成されているマップからＳ弁開度scvobjを求めるようになっている。
【００５２】
インジェクタ２２からの燃料噴射を制御する手段としては、目標空燃比作成手段６２、運転モード設定手段６３、分割比設定手段６４、噴射量演算手段６５、噴射時期設定手段６６及び噴射制御手段６７を有する。
【００５３】
上記目標空燃比作成手段６２は、燃料噴射量等の制御に用いる目標空燃比を求めるものであり、主として過渡時に利用される目標空燃比afw0と、主として定常時に利用される目標空燃比afwbdとを求めるとともに、これら目標空燃比afw0，afwbdのいずれかを選択して最終的な目標空燃比afwを決定する。
【００５４】
主として過渡時に利用される目標空燃比afw0は、実充填効率の下で目標負荷に対応するトルクが得られるように、第２の目標図示平均有効圧力Piobjdもしくはこれに対応する仮想充填効率と実充填効率ceとに基づき、燃費改善効果分を加味して求められる。一方、主として定常時に利用される目標空燃比afwbdは、成層燃焼モードでは第２の目標図示平均有効圧力Piobjdとエンジン回転数neとに応じ、予め作成されているマップから求められ、ストイキオモードでは理論空燃比（λ＝１）とされる。
【００５５】
そして目標空燃比作成手段６２は、吸入空気量制御用の目標空燃比afwbと上記のように演算された目標空燃比afw0との偏差dafwbを演算し、この偏差dafwbが大きくなる過渡時には目標空燃比afw0を最終的な目標空燃比afwとし、偏差dafwbが小さい定常時には目標空燃比afwbdを最終的な目標空燃比afwとするようになっている。
【００５６】
この目標空燃比作成手段６２及び上記目標空燃比設定手段５４により、理論空燃比より大きい空燃比と略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とにわたって空燃比を変更する空燃比変更手段が構成されている。
【００５７】
運転モード設定手段６３は、高速系の制御パラメータを決定するために用いる運転モードmodfを、燃料噴射量等制御用の目標空燃比afw0に応じて例えば図４のように設定する。すなわち、上記目標空燃比afw0が成層燃焼下限側基準値（例えば１９程度）よりも大きい値となるときは成層燃焼モードとし、それ以下の値となるときはストイキオモードとする。
【００５８】
分割比設定手段６４は、運転モード設定手段６３により設定される運転モードmodfに応じて吸気行程噴射と圧縮行程噴射の分割比を設定するものであって、成層燃焼モードでは吸気行程噴射割合を０％（圧縮行程噴射割合を１００％）とし、ストイキオモードでは吸気行程噴射割合を１００％（圧縮行程噴射割合を０％）とする。また、後述の分割噴射が行われるときは、それに応じて噴射割合を設定する。
【００５９】
噴射量演算手段６５は、エアフローセンサ２６の出力から求められた実充填効率ceと、目標空燃比作成手段６２により求められた目標空燃比afwと、分割比設定手段６４により設定された噴射割合とに応じ、燃料噴射量を演算する。この場合、先ず実充填効率ce及び目標空燃比afwに応じた基本噴射量（分割噴射を行う場合はその各噴射の基本噴射量）を演算し、さらに、燃圧に応じた補正値及びその他の各種補正値を加味して最終噴射量を演算し、この最終噴射量に比例した噴射パルス幅を求める。
【００６０】
噴射時期設定手段６６は、燃料噴射時期thtinjを上記運転モード設定手段６３で設定される運転モード別に設定するものであり、成層燃焼モードでは第２の目標図示平均有効圧力Piobjdとエンジン回転数neとに応じて予め作成されているマップから圧縮行程噴射用の噴射時期を求め、ストイキオモードではエンジン回転数neに応じて予め作成されているテーブルから吸気行程噴射用の噴射時期を求める。
【００６１】
上記噴射制御手段６７は、上記噴射時期設定手段６６により設定された噴射時期に、上記噴射量演算手段により演算された噴射パルス幅Tiに相当する時間だけインジェクタ２２を作動させるように、噴射パルスを出力する。
【００６２】
また、点火時期を制御する手段としては、基本点火時期及び補正量を設定する設定手段６８と、点火時期演算手段６９とを有する点火時期制御手段７０が設けられている。
【００６３】
上記設定手段６８は、上記運転モード設定手段６３で設定される運転モードmodf別に基本点火時期や、各種の点火時期補正値を設定し、上記点火時期演算手段６９は、上記設定手段６８で設定された基本噴射量及び各種補正値から点火時期を求めるようになっている。
【００６４】
また、ＥＣＵ５０には上記各手段に加え、触媒リフレッシュ制御のための制御手段７１が設けられている。
【００６５】
この制御手段７１は、図５にも示すように、運転モード設定手段６３による設定に基づいて成層燃焼モードからストイキオモードに切り替わったとき、次のように分割比設定手段６４、噴射量演算手段６５、噴射時期設定手段６６等を介して触媒リフレッシュのための燃料噴射の制御を行うとともに、ＥＧＲ制御手段５８の制御を行うようになっている。
【００６６】
すなわち、触媒リフレッシュ制御として、ストイキオモードへ切り替わってから所定時間だけ、上記インジェクタ２２からの燃料噴射を吸気行程期間内の先の噴射と圧縮行程期間内の後の噴射の少なくとも２回に分割して行わせる。このとき、図６に示すように、先の噴射を吸気行程の前半、後半のうちの前半（吸気上死点から吸気上死点後９０°まで）の期間内に開始させるとともに、後の噴射を圧縮行程の前記、中期、後期のうちの中期（圧縮上死点前１２０°から圧縮上死点前６０°まで）の期間内に開始させるように、上記各噴射の噴射時期を設定する。また、先の噴射の噴射量を全噴射量の１／４以上とし、好ましくは先の噴射の噴射量と後の噴射の噴射量とを略等しくするように各噴射の噴射割合を設定する。また、空燃比を略理論空燃比かこれより多少リッチとするように噴射量を調整する。
【００６７】
さらに制御手段７１は、触媒リフレッシュ制御時に、ＥＧＲを行わせるようにＥＧＲ弁制御手段５８を制御する。すなわち、成層燃焼モードでは比較的多量のＥＧＲが行われるようになっているが、触媒リフレッシュ制御時にもＥＧＲが継続して行われる。ただし、燃焼安定性を損なわない程度にＥＧＲ量は調整される。
【００６８】
なお、制御手段７１は、触媒リフレッシュ制御時に、さらに、点火時期をＭＢＴよりリタードさせるように点火時期制御手段７０を制御してもよい。
【００６９】
図７は、上記制御手段７１による触媒リフレッシュ制御の具体例をタイムチャートで示している。
【００７０】
この図のように、アクセル開度変化に応じた目標負荷の変化等により成層燃焼モードから均一燃焼のストイキオモードに移行するとき、先ず運転モード設定手段５３により設定される運転モードmodsが移行した時点t1から、吸入空気量の調整により空燃比を変更すべくスロットル開度が小さくなる方向に制御され、それに対しある程度の応答遅れをもって吸入空気量が減少方向に変化する。そして、目標空燃比作成手段６２による吸入空気量等に応じた噴射量等制御用の目標空燃比の演算及びそれに応じた燃料噴射量の制御により、実際の空燃比が次第にリッチ方向に変化し、その空燃比が所定値α（例えば１９程度）まで減少した時点t2で、運転モード設定手段５３により設定される運転モードmodfがストイキオモードに切り替わる。
【００７１】
この時点t2から所定時間だけ、触媒リフレッシュ制御として、空燃比が理論空燃比より若干小さい値（例えば１４程度）に設定されるとともに、インジェクタ２２からの燃料噴射が吸気行程前半の期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程中期の期間内に噴射開始する後の噴射とに分割して行われる。
【００７２】
また、成層燃焼時は耐ＥＧＲ性（ＥＧＲ導入状態での燃焼安定性）が高いため比較的多量のＥＧＲが導入され、ストイキオモードではＥＧＲ量が少なくされるが、触媒リフレッシュ制御時には、ある程度のＥＧＲ量（成層燃焼時と比べると少ないがストイキオモードと比べて多い量）が確保される。さらに、触媒リフレッシュ制御が行われる時点t2で、点火時期がＭＢＴ（上記分割噴射が行われている状態でのＭＢＴ）よりリタードされる。この点火時期のリタードは、上記時点t2で空燃比が理論空燃比以下まで一気に変化するように燃料噴射量が急増することによるトルクの急変を抑制するとともに、後に上述するようにＮＯｘ発生量を減少させることで触媒リフレッシュを促進する作用をなすものである。
【００７３】
触媒リフレッシュ開始時から所定時間が経過した時点t3以後は、ストイキオモードでの制御としてインジェクタ２２からの燃料噴射が吸気行程内で一括噴射もしくは分割噴射とされるとともに、空燃比が理論空燃比に移行し、点火時期がＭＢＴに戻される。
【００７４】
以上のような当実施形態の装置による触媒リフレッシュ促進等の作用、効果を、図８及び図９を参照しつつ説明する。
【００７５】
リーンＮＯｘ触媒３６は、リーン空燃比で排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチになったときＮＯｘを放出するが、このＮＯｘ放出時に、雰囲気中の還元材がＮＯｘに対して不足しているとＮＯｘが充分に還元されずに触媒下流に排出されてしまうため、触媒リフレッシュ時のＮＯｘ排出量を低減するには、触媒雰囲気中に充分に還元材を供給してＮＯｘの還元を促進することが要求される。ＮＯｘに対する還元材としてはＣＯが効果的であり、リーンＮＯｘ触媒３６に導かれる排気ガス中のＣＯの量を多くしてＮＯｘの量に対するＣＯの量の比率、つまり〔（ＣＯ量）／（ＮＯｘ量）〕を大きくするほど、触媒下流へのＮＯｘ排出量が低減される。
【００７６】
ところで、リーン運転状態からリッチ運転状態へ移行した直後のＮＯｘ排出量（テールパイプ部分での排気ガス中のＮＯｘ濃度）を、リッチ運転状態となったとき一括噴射を行った場合と当実施形態のように分割噴射を行った場合とについて実験的に調べると、図８のようになった。この図において、線Ａ１〜Ａ３はいずれもリッチ移行直後に燃料噴射を吸気行程の一括噴射としたものであり、線Ａ１は空燃比を１４．４に設定した場合、線Ａ２は空燃比を１３．８に設定した場合、線Ａ３は空燃比を１２．８に設定した場合を示している。線Ｂ１は、空燃比移行直後に空燃比を１４．４に設定して吸気行程、圧縮行程の分割噴射を行った場合を示し、また、線Ｂ２は、空燃比移行直後に空燃比を１４．４に設定して上記分割噴射を行うことに加え、ＥＧＲ率３０％でＥＧＲを行なった場合を示している。
【００７７】
この図のように、触媒リフレッシュ時に吸気行程の一括噴射とした場合、空燃比が１４．４程度では還元材としてのＣＯが充分に得られないために触媒下流へのＮＯｘ排出量が増加し、ＮＯｘ排出量を充分減少させるには空燃比を大幅にリッチにさせなければならない。これに対し、上記分割噴射を行った場合は空燃比が１４．４程度でも上記ＮＯｘ排出量が減少する。これは、上記分割噴射を行うと、吸気行程噴射の燃料は燃焼室全体に分散する一方、圧縮行程噴射により燃焼室内の混合気分布がある程度不均一になること等により、燃焼性は良好に保たれつつ排気中のＣＯの量が増加し、〔（ＣＯ量）／（ＮＯｘ量）〕が大きくなるためである。また、上記のような分割噴射を行うことに加えてＥＧＲを行うと、排気中のＮＯｘが減少（ひいては触媒から放出されるＮＯｘと排気ガス中のＮＯｘとを加えた量が減少）することで〔（ＣＯ量）／（ＮＯｘ量）〕がより大きくなるため、ＮＯｘ排出量がさらに減少する。
【００７８】
図９（ａ）〜（ｄ）は、分割噴射における後期側噴射タイミング（後の噴射の噴射開始タイミング）を種々変えつつ、燃焼不安定性を示すPi変動率（Picov）、燃費（Be）、エンジン本体から排出されるＣＯの量、及びエンジン本体から排出されるＮＯｘの量を調べたデータを示し、分割噴射における先の噴射の噴射開始タイミングは吸気上死点後２０°で固定としている。図９（ａ）〜（ｄ）の各グラフ中、実線で示す各データは先の噴射と後の噴射の分割割合が５０％：５０％、７０％：３０％、３０％：７０％の各場合を示している。また、破線で示すデータは分割割合を５０％：５０％とするとともに点火時期をリタードした場合を示している。
【００７９】
なお、これらのグラフにおいて横軸は圧縮上死点を基準とした上死点前のクランク角（ＣＡ  ＢＴＤＣ）を表し、ＢＴＤＣ３６０°が吸気上死点、ＢＴＤＣ１８０°が下死点（ＢＤＣ）であり、時間的には横軸の右側ほど早く、左側ほど遅い時期となる。
【００８０】
この図に示すように、後期側噴射タイミングが吸気行程の比較的早い時期（先の噴射に近い時期）であると、燃焼安定性及び燃費は良いが、上記触媒リフレッシュ時に還元材となるＣＯの量が少ない。吸気行程後半から圧縮行程にかけては、後期側噴射タイミングが遅くなるにつれ、Pi変動率及び燃費が高くなるとともに、ＣＯの量が増加する。これは、後期側噴射タイミングが遅くなると点火までの時間が短くなって、燃料の分散及び気化、霧化が悪くなること等によると推測される。
【００８１】
後期側噴射タイミングが遅くなるにつれてＣＯの量が増加する傾向は圧縮行程後期まで続くが、Pi変動率及び燃費は圧縮行程の中期に低くなる。その理由は必ずしも明らかでないが、圧縮行程中期にはピストンの移動速度が速いため噴射燃料のミキシングが行われ易くなり、また、圧縮行程前期のようにピストンが下降位置にあるときは噴射燃料がシリンダ壁に多く付着して未燃ガスが生じ易くなるのに対し、圧縮行程中期には噴射燃料が高温のピストン頂部に当たることから未燃ガスが減少する等によると推測される。また、圧縮行程中期にＣＯの量が増加するのは、ミキシング等が促進されるものの点火までの時間が短くなることにより、ある程度は混合気の不均一及び気化不足が生じること等によると推測される。
【００８２】
後期側噴射タイミングを圧縮行程後期まで遅らせると、燃料の分散及び気化、霧化が悪くなることで再び燃焼安定性及び燃費が悪化する傾向が生じる。
【００８３】
上記のように、後期側噴射タイミングを圧縮行程中期の期間内に噴射開始するよう設定すれば、燃焼安定性を確保し、かつ燃費を良くしつつ、触媒リフレッシュ時に還元材となるＣＯの量を多くすることができる。また、燃焼安定性が高められることでＥＧＲを比較的多く導入することができ、さらに点火時期をリタードせることもでき、このようにＥＧＲの導入や点火時期のリタードを行うと排気中のＮＯｘが低減される。
【００８４】
従って、触媒リフレッシュ時に、〔（ＣＯ量）／（ＮＯｘ量）〕を大きくし、ＮＯｘ還元作用を高めることができることとなる。
【００８５】
分割噴射における分割割合は、図９に示すデータによると５０％：５０％、７０％：３０％、３０％：７０％のいずれでも上記のような効果が得られるが、とくに先の噴射と後の噴射とを略同じ割合（５０％：５０％）としておけば、上記のような効果が良好に得られる。
【００８６】
なお、上記の図７に示した例では、モード移行時に吸気・圧縮分割噴射を行うようにしているが、吸気行程内の分割噴射を行うようにしてもよい。すなわち、図9に示すように吸気行程の前半と後半との分割噴射を行なった場合、ＣＯは吸気・圧縮分割噴射と比べると少ないがある程度生じ、燃費は良くなることから、燃費を低減しつつ触媒のリフレッシュを図るのに有利となる。
【００８７】
図１０は、別の実施形態として、リーン運転の持続中にリーンＮＯｘ触媒３６のＮＯｘ吸蔵量が増加する状態となったときに、所定時間だけ触媒リフレッシュ制御を行う場合の例をタイムチャートで示している。
【００８８】
この実施形態でも前述の図１、図２のようにエンジン及びＥＣＵが構成されるが、触媒リフレッシュ用の制御手段７１は、成層燃焼モードによるリーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる状態を判定して触媒リフレッシュを行い、例えば、リーン運転持続時間あるいはリーン運転中の燃料噴射量の累計値を調べて、その値が所定値以上になったとき、図１０に示すような触媒リフレッシュを行う。
【００８９】
すなわち、成層燃焼モードによるリーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる状態が判定されたとき、略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比とすべくスロットル開度が小さくなる方向に制御され、それに対しある程度の応答遅れをもって吸入空気量が減少方向に変化する。そして、吸入空気量の変化に応じて空燃比が次第に減少方向（リッチ方向）に変化し、その空燃比が所定値まで減少した時点で、それまでの圧縮行程一括噴射から吸気・圧縮分割噴射に噴射形態が変更されるとともに、空燃比が理論空燃比より若干小さい値にまで変化するように燃料噴射量が制御される。
【００９０】
この場合も、前述の図７に示したモード移行時のリフレッシュ制御と同様に、吸気・圧縮分割噴射は、噴射開始が吸気行程前半の期間内と圧縮行程中期の期間内とに行われるように各噴射の時期が制御されるとともに、先の噴射と後の噴射との噴射量の割合が適度に調整される。特に極低負荷領域でのリフレッシュ制御時には、先の噴射と後の噴射とを略同じ量とすることが制御上も好ましい。つまり、燃料供給量の少ない極低負荷領域で分割噴射を行なうときは、分割された噴射量が制御可能な最小噴射量（最小パルス幅）に近づくため、先の噴射と後の噴射の量が異なると少ない方の噴射量が最小噴射量を下回る懸念があるが、噴射量を等しくしておけばこのような事態が避けられる。
【００９１】
さらに上記触媒リフレッシュ時に、ある程度のＥＧＲ量が確保され、かつ、点火時期のリタードが行われる。
【００９２】
このような制御によっても、空燃比がリッチ側に変更されることにより、リーンＮＯｘ触媒３６に吸蔵されていたＮＯｘが放出されるとともに、上記吸気・圧縮分割噴射により燃焼性が確保されつつ排気中のＣＯが多くされ、ＮＯｘの還元が促進される。
【００９３】
さらに、ＥＧＲや点火時期のリタードによって排気ガス中のＮＯｘが低減されることにより、〔（ＣＯ量）／（ＮＯｘ量）〕が大きくなり、ＮＯｘ還元作用がさらに高められる。
【００９４】
そして、所定時間経過後は、圧縮行程一括噴射による成層燃焼モードのリーン運転に戻される。
【００９５】
なお、この例では、略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比での吸気・圧縮分割噴射による触媒リフレッシュを所定時間だけ行った後、圧縮行程一括噴射による成層燃焼モードのリーン運転に戻しているが、略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比で、吸気・圧縮分割噴射を第１設定時間だけ行わせた後、吸気行程内の一括噴射もしくは分割噴射を第２設定時間だけ行わせてから、圧縮行程一括噴射による成層燃焼モードのリーン運転に戻すようにしてもよい。
【００９６】
このようにすると、上記第１設定時間における吸気・圧縮分割噴射によりリーンＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘの多くが還元されてＮＯｘの量がかなり減少したときに、吸気行程噴射とされてＣＯの量がある程度少なくされつつさらに第２設定時間だけリフレッシュが引き続き行われ、ＮＯｘ及びＣＯの排出が効果的に防止される。
【００９７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、リーンＮＯｘ触媒を備えた筒内噴射式エンジンにおいて、理論空燃比より大きい空燃比から略理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比へ空燃比変更が行われたとき、触媒リフレッシュ制御として、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程期間内に噴射開始する先の噴射と圧縮行程中期の期間内に噴射開始する後の噴射との少なくとも２回に分割して行わせるようにしているため、この触媒リフレッシュ制御時に、上記のような分割噴射によりＣＯが充分に生成されて、触媒のリフレッシュが効果的に行われる。とくに、吸気行程の期間内に先の噴射が行われるとともに、圧縮行程中期の期間内に後の噴射が行われることにより、前述のような実験データから明らかなように、燃焼安定性及び燃費を比較的良好に保ちつつ、排気中のＣＯの量を増加させて、ＮＯｘの離脱及び還元を促進することができる。
【００９８】
また、上記触媒リフレッシュ制御時に、上記のような分割噴射に加え、排気ガスの還流を行い、あるいは点火時期のリタードを行うようにすれば、エンジンからのＮＯｘ排出量を少なくし、相対的にＮＯｘの量に対するＣＯの量を多くし、触媒リフレッシュ効果をより一層高めることかできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の一実施形態を示す全体概略図である。
【図２】ＥＣＵの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】運転モードの領域設定を示す説明図である。
【図４】燃料噴射量等の演算の際に用いる運転モードの設定を示す説明図である。
【図５】図２中の触媒リフレッシュ用の制御に関わる部分を抽出して示すブロック図である。
【図６】燃料噴射のタイミングを示す説明図である。
【図７】触媒リフレッシュ制御の具体例を示すタイムチャートである。
【図８】触媒リフレッシュ制御時のＮＯｘ排出量を示すグラフである。
【図９】分割噴射における後期側噴射タイミングを種々変えつつ、Pi変動率、燃費、エンジン本体から排出されるＣＯの量及びＮＯｘの量を調べたデータを示すグラフである。
【図１０】別の実施形態による触媒リフレッシュ制御の例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０  エンジン本体
１５  燃焼室
２２  インジェクタ
２６  エアフローセンサ
３６  リーンＮＯｘ触媒
３８  ＥＧＲ弁
５０  ＥＣＵ
５８  ＥＧＲ弁制御手段
６７  噴射制御手段
７０  点火時期制御手段
７１  制御手段
【図１】
0003680612.tif 000002
【図２】
0003680612.tif 000003
【図３】
0003680612.tif 000004
【図４】
0003680612.tif 000005
【図５】
0003680612.tif 000006
【図６】
0003680612.tif 000007
【図７】
0003680612.tif 000008
【図８】
0003680612.tif 000009
【図９】
0003680612.tif 000010
【図１０】
0003680612.tif 000011