(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するリーンＮＯｘ触媒をエンジンの排気通路に具備するとともに、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えた火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジンの温度状態を検出する温度状態検出手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、リーンＮＯｘ触媒の硫黄吸収状態を検出する硫黄吸収状態検出手段と、これらの検出手段による検出に基づき、エンジンの温間時で、エンジンの運転状態が中回転域内の中負荷運転領域であって点火前の燃焼室内空燃比が理論空燃比に設定される運転領域にあり、かつ、リーンＮＯｘ触媒がＮＯｘ吸収性を阻害する所定の硫黄吸収状態となったとき、リーンＮＯｘ触媒から硫黄を脱離させる再生制御として、点火前の燃焼室内空燃比を略理論空燃比もしくはそれより小さくしつつ吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料を噴射するように上記インジェクタを制御する再生制御手段とを備えたことを特徴とする火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項２】
上記再生制御手段は、再生制御時に、上記インジェクタの制御に加え、点火時期をリタードすることを特徴とする請求項１記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項３】
上記再生制御手段は、再生制御時に、上記インジェクタの制御に加え、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流手段を、排気還流率が低減するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項４】
エンジンの温間時で、エンジンの運転状態が中回転域内の中負荷運転領域であって点火前の燃焼室内空燃比が理論空燃比に設定される運転領域にあり、かつ、リーンＮＯｘ触媒がＮＯｘ吸収性を阻害する所定の硫黄吸収状態となるという条件下でも、リーンＮＯｘ触媒の温度が硫黄脱離性能の高い所定温度域に達しているときは、上記再生制御手段による再生制御を停止することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の火花点火式直噴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触媒を備えた火花点火式直噴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、低負荷運転領域でリーン運転が行われる直噴エンジンにおいて、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出する性質を有するリーンＮＯｘ触媒を排気通路に設け、リーン運転状態のときに排気中のＮＯｘがリーンＮＯｘ触媒に吸収され、空燃比がリッチ側に変化したときにＮＯｘがリーンＮＯｘ触媒から放出されて還元されるようにしたものが知られている。
【０００３】
このようなリーンＮＯｘ触媒は、燃料やエンジンオイルに硫黄成分が含まれている場合に、排気中のＮＯｘを吸収するよりも排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸収し易いという性質を有し、硫黄によって被毒されたリーンＮＯｘ触媒は事後のＮＯｘ吸収性が大きく低下する。そして、触媒温度を高くすることによって触媒から硫黄を脱離することは可能であるが、硫黄脱離性能が高められる触媒温度域はＮＯｘの吸収、放出の機能が良好に発揮される触媒温度域よりも高く、通常の運転では硫黄脱離性能が高められる温度域まで触媒温度が上昇することは極めて少ない。
【０００４】
このため、例えば特開平８−６１０５２号公報に示されるように、リーンＮＯｘ触媒の硫黄吸収量が所定値に達し、かつ、排気ガス温度が規定温度以上となるような所定運転領域にある場合に、硫黄被毒解消のための制御として、触媒に燃料と空気を供給してその燃料を燃焼させることにより、触媒温度を上昇させるようにした装置が知られている。この装置において硫黄被毒解消のための制御としては、複数気筒のうちの一部の気筒で空燃比を理論空燃比より小さい値に制御してリッチ運転を行ない、他の気筒で空燃比を理論空燃比より大きい値に制御してリーン運転を行なうことにより、リーンＮＯｘ触媒に対してリッチ運転の気筒から燃料、リーン運転の気筒から空気をそれぞれ供給するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示された装置によると、硫黄被毒解消のための制御時に、気筒によりリッチ運転とリーン運転とに変更されるため運転状態が不安定となり易く、また、リッチ運転の気筒から余剰の未燃燃料が供給されるので燃費が悪化し易いといった問題がある。
【０００６】
また、上記公報に示されたエンジンは吸気ポートにインジェクタ（燃料噴射弁）を備えたものであるが、燃焼室内に直接燃料を噴射するようにインジェクタを配置して、低負荷運転領域で空燃比をリーンとしつつ圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行なうようにした火花点火式直噴エンジンにおいて、排気通路にリーンＮＯｘ触媒を設けて成層燃焼時のＮＯｘの浄化を図るようにしたものでも、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の解消を効果的に行なうことが要求されている。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑み、火花点火式直噴エンジンにおいて、運転状態を良好に保ち、かつ、燃費の悪化を極力抑制しつつ、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒を効果的に解消することができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するリーンＮＯｘ触媒をエンジンの排気通路に具備するとともに、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えた火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジンの温度状態を検出する温度状態検出手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、リーンＮＯｘ触媒の硫黄吸収状態を検出する硫黄吸収状態検出手段と、これらの検出手段による検出に基づき、エンジンの温間時で、エンジンの運転状態が中回転域内の中負荷運転領域であって点火前の燃焼室内空燃比が理論空燃比に設定される運転領域にあり、かつ、リーンＮＯｘ触媒がＮＯｘ吸収性を阻害する所定の硫黄吸収状態となったとき、リーンＮＯｘ触媒から硫黄を脱離させる再生制御として、点火前の燃焼室内空燃比を略理論空燃比もしくはそれより小さくしつつ吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料を噴射するように上記インジェクタを制御する再生制御手段とを備えたものである。
【０００９】
この装置によると、上記再生制御時に、空燃比が略理論空燃比もしくはそれより小さくされつつ噴射開始が吸気行程後期以降の燃料噴射が行われることにより、燃焼室内の混合気分布が不均一になってリッチな部分とリーンな部分とが存在する状態で燃焼が行われ、リッチな部分では燃焼速度が速くなるものの酸素が少ないことからＣＯが生成され、リーンな部分では燃焼が緩慢になることで排気温度が高められ易くなる。このため、排気中のＣＯが増加するとともに排気温度が上昇し、これらの作用で触媒からの硫黄の脱離が促進され、硫黄被毒が解消される。とくにこの再生制御時に吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料を噴射するようにインジェクタを制御することにより、点火プラグ付近等に局部的にリッチな混合気が形成されるとともにそれ以外の燃焼室全体にリーンな混合気が形成されて、排気中のＣＯを増加するとともに排気温度を高める作用が、良好に得られる。
【００１０】
そして、このような再生制御時にも前記公報に示される従来技術のように運転状態が不安定になるようなことはなく、かつ、ＣＯは生成されるが未燃ガスの排出は少なくて燃費の悪化は比較的小さく抑えられる。
【００１１】
また、このような再生制御は、リーンＮＯｘ触媒が所定の硫黄吸収状態になるとともに、エンジンの温間時で、エンジンの運転状態が中回転域内の中負荷運転領域であって点火前の筒内空燃比が理論空燃比に設定される運転領域にあるときに行われ、つまり走行中の使用頻度が高く、かつ排気温度が比較的高くなるような運転状態のときに行われるため、所定の硫黄吸収状態となってから短い期間内に硫黄被毒の解消が効率良く行われる。
【００１８】
さらに上記再生制御手段は、再生制御時に、上記インジェクタの制御に加え、点火時期をリタードするようになっていれば、点火時期のリタードによっても排気温度が上昇するため、硫黄の脱離が促進される。とくに、再生制御が行われるのは燃焼安定性の高い中回転域内であるので、点火時期のリタードが有効に行われる。
【００１９】
また、再生制御手段は、再生制御時に、上記インジェクタの制御に加え、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流手段を、排気還流率が低減するように制御するようになっていれば、この排気還流率の低減によっても排気温度が上昇するため、硫黄の脱離が促進される。とくに、中回転域で例えば吸気行程の分割噴射（請求項３）等で燃焼性が向上されつつ比較的多量のＥＧＲが行われているような場合には、排気温度上昇の手段として排気還流率の低減が有効なものとなる。
【００２０】
また、エンジンの温間時でエンジンの運転状態が中回転域内の所定運転領域にあって、かつ、リーンＮＯｘ触媒がＮＯｘ吸収性を阻害する所定の硫黄吸収状態となるという条件下でも、リーンＮＯｘ触媒の温度が硫黄脱離性能の高い所定温度域に達しているときは、上記再生制御手段による再生制御を停止するようにしておけばよい。つまり、中回転域でも、例えば高負荷高回転から移行した直後や、再生制御の途中等に、リーンＮＯｘ触媒の温度が硫黄脱離性能の高い所定温度域に達することがあり、このような場合は上記再生制御手段による再生制御を停止しても硫黄の脱離は可能であり、かつ、再生制御によって排気温度が上昇しすぎることが避けられる。
【００２１】
【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直噴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。
【００２２】
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内に臨んでおり、この点火プラグ２０に、点火コイル等からなる点火回路２１が接続されている。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を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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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を吸収し、空燃比がリッチ側に変化して酸素濃度が低下したとき、吸収していた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。
【００２８】
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吸収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吸収材層は、比表面積の大きな活性アルミナにＰｔ成分とＮＯｘ吸収材としての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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ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。
【００３１】
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、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。
【００３２】
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おり、例えば温間時には図２に示すようなマップに基づいて運転領域に応じた運転モードの選択が行われる。
【００３３】
すなわち、温間時には、低負荷低回転側の特定運転領域が成層燃焼領域Ａ、それ以外の領域が均一燃焼領域Ｂとされる。そして、成層燃焼領域Ａ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Ｂでは、上記インジェクタ２２から吸気行程の前期に燃料が噴射されることにより、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。この均一燃焼モードでは空気過剰率λがλ＝１、つまり理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とされる。なお、均一燃焼領域Ｂ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）に設定しておいてもよい。
【００３４】
また、冷間時には、全運転領域で、空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチ（λ≦１）の均一燃焼とされる。
【００３５】
上記ＥＣＵ５０は、インジェクタ２２からの燃料噴射を制御する噴射制御手段５１、ＥＧＲ弁３８を制御することによってＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段５２、点火回路２１を介して点火時期を制御する点火時期制御手段５３を有するとともに、運転状態検出手段５４、硫黄吸収状態検出手段５５及び再生制御手段５６を有している。
【００３６】
上記運転状態検出手段５４は、クランク角信号の周期の計測等から求められるエンジン回転数とアクセル開度等から求められるエンジン負荷とに基づき、エンジンの運転状態を検出するようになっている。また、上記硫黄吸収状態検出手段５５は、リーンＮＯｘ触媒３６の硫黄吸収状態を検出し、例えば、後述のフローチャート中に示すような手法で硫黄吸収量を推定するようになっている。
【００３７】
上記再生制御手段５６は、温度状態検出手段としての水温センサ４６によるエンジンの温度状態の検出と、運転状態検出手段５４による運転状態の検出と、硫黄吸収状態検出手段５５による硫黄吸収状態の検出とに基づき、エンジンの温間時で運転状態が図２中に示すような中回転域内の所定運転領域Ｃにあって、かつ、リーンＮＯｘ触媒３６がＮＯｘ吸収性を阻害する所定の硫黄吸収状態となったとき、リーンＮＯｘ触媒３６から硫黄を脱離させる再生制御を行う。
【００３８】
上記所定運転領域Ｃは、エンジン回転数Ｎｅが第１設定回転数Ｎ１と第２設定回転数Ｎ２との間にあり、かつ、エンジン負荷（平均有効圧力Ｐｅ）が第１の関数ｆ（Ｐｅ１）で表される曲線と第２の関数ｆ（Ｐｅ２）で表される曲線との間にある中回転中負荷領域であり、均一燃焼領域Ｂと成層燃焼領域Ａの各一部を含んでいる。この領域Ｃは、温間時にリーンＮＯｘ触媒３６の温度（排気ガス温度）が、硫黄脱離性能の高い温度までは達しなくても比較的高温となって、上記再生制御により硫黄脱離性能の高い温度に比較的容易に到達するような温度状態が得られるとともに、車両の走行中に使用頻度が高い領域である。
【００３９】
上記所定運転領域Ｃの負荷の下限側を定める上記第１の関数ｆ（Ｐｅ１）は、ロードロードライン（Ｒ／Ｌ）よりも多少低負荷側に設定されており、従って、中回転域におけるロードロードライン付近の運転域は上記所定運転領域Ｃに含まれる。なお、図２において、第３の関数ｆ（Ｐｅ３）及び第４の関数ｆ（Ｐｅ４）で定められた境界よりも高負荷側の領域は、排気ガス温度が高くて上記再生制御を行わなくてもリーンＮＯｘ触媒３６の温度が硫黄脱離性能の高い温度域に達する領域である。
【００４０】
上記再生制御手段５６による再生制御としては、排気温度の上昇及び排気ガス中のＣＯの増加を図るべく、空燃比を略理論空燃比もしくはそれより多少リッチとしつつ、噴射開始が吸気行程後期以降の燃料噴射を行わせ、特に好ましくは、燃料噴射を複数回に分割して、そのうちの後の噴射を吸気行程後期以降（例えば圧縮行程）に行わせるように、噴射制御手段５１を介してインジェクタ２２の作動を制御する。すなわち、図３に示すように、成層燃焼領域Ａでは、空燃比がリーンとされつつ、噴射タイミングＩＮＪＤが圧縮行程後期に設定された燃料噴射により成層燃焼が行われ、均一燃焼領域Ｂでは、空燃比が理論空燃比とされつつ、噴射タイミングＩＮＪＰが吸気行程前期に設定された燃料噴射により均一燃焼が行われるが、上記所定運転領域Ｃでの再生制御時には、空燃比が略理論空燃比もしくはこれより多少リッチとされつつ分割噴射が行われ、例えば噴射タイミングＩＮＪＰＳ，ＩＮＪＤＳが吸気行程前期と圧縮行程中期とに設定された２回の分割噴射が行われる。
【００４１】
上記噴射タイミングとは、噴射開始のタイミングを意味する。
【００４２】
また、再生制御手段５６はこのような燃料噴射の制御に加え、ＥＧＲ弁開度を小さくすることによりＥＧＲ率を低減すように、ＥＧＲ制御手段５２を介してＥＧＲ弁３８を制御し、さらに、点火時期をリタードように点火時期制御手段５３を介して点火回路２１を制御するようになっている。
【００４３】
上記ＥＣＵ５０による制御の具体例を、図４〜図６のフローチャートによって説明する。
【００４４】
このフローチャートに示す処理がスタートすると、先ず図４のステップＳ１でアクセル開度、クランク角信号の周期計測値、エアフローセンサ２６の計測値及び水温等の信号が入力され、続いてステップＳ２で水温が所定値以上の温間時か否かが判定される。そして、冷間時であれば、冷間時のマップに基づく燃料噴射量等の制御が行われる（ステップＳ３）。
【００４５】
温間時であれば、続いてステップＳ４で再生制御許可フラッグＦＳＲＥが「１」か否かが判定される。
【００４６】
上記フラッグＦＳＲＥが「１」でなければ、温間時の通常の燃料制御等が行われる。すなわち、ステップＳ５で、上記周期計測値から求められるエンジン回転数と上記アクセル開度等から求められるエンジン負荷とによるエンジン運転状態が図２中の成層燃焼領域Ａにあるか否かが判定される。成層燃焼領域Ａにあることが判定されれば、圧縮行程噴射の噴射量ＱDが算出され（ステップＳ６）、それに応じた噴射パルス幅ＴDと噴射タイミングＩＮＪＤとが算出される（ステップＳ７）とともに、ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶがエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められ（ステップＳ８）、さらに点火タイミング（Ｉｇタイミング）ＩＧＴがエンジン回転数及Ｎｅび負荷Ｐｅに応じて求められる（ステップＳ９）。
【００４７】
そして、ＥＧＲ制御タイミングとなれば上記ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶとなるようにＥＧＲ弁３８が制御され（ステップＳ１０，Ｓ１１）、噴射タイミングＩＮＪＤとなれば上記パルスＴDでインジェクタ２２からの燃料噴射が実行され（ステップＳ１２，Ｓ１３）、点火タイミングＩＧＴなれば点火が実行される（ステップS１４，Ｓ１５）。
【００４８】
さらに、成層燃焼時にリーンＮＯｘ触媒に硫黄が吸収されるので、硫黄吸収量ＧＳＡの推定が行われる（ステップＳ１６）。この硫黄吸収量ＧＳＡの推定の仕方としては、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じてマップから単位期間当りの量ｆSA（Ｎｅ，Ｐｅ）が求められ、これが累計される。そして、上記硫黄吸収量ＧＳＡが設定値ＫSA以上となったか否かが判定され（ステップＳ１７）、設定値ＫSAに達していなけばそのままリターンされるが、設定値以上になれば再生制御許可フラッグＦＳＲＥが「１」にセットとされてから（ステップＳ１８）、リターンされる。
【００４９】
上記ステップＳ５で成層燃焼領域にないことが判定されたときは、吸気行程噴射の噴射量ＱPが算出され（ステップＳ１９）、それに応じた噴射パルス幅ＴPと噴射タイミングＩＮＪＰとが算出される（ステップＳ２０）とともに、ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶがエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められ（ステップＳ２１）、さらに点火タイミング（Ｉｇタイミング）ＩＧＴがエンジン回転数及Ｎｅび負荷Ｐｅに応じて求められる（ステップＳ２２）。
【００５０】
そして、ＥＧＲ制御タイミングとなれば上記ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶとなるようにＥＧＲ弁３８が制御され（ステップＳ２３，Ｓ２４）、噴射タイミングＩＮＪＰとなれば上記パルスＴPでインジェクタ２２からの燃料噴射が実行され（ステップＳ２５，Ｓ２６）、点火タイミングＩＧＴなれば点火が実行される（ステップS２７，Ｓ２８）。
【００５１】
さらに、負荷ＰｅがＰｅ≧ｆ（Ｐｅ３）かつＰｅ≧ｆ（Ｐｅ４）となる高負荷領域か否かが判定され（ステップＳ２９）、この判定がＮＯであればそのままリターンし、ＹＥＳであれば後記の硫黄脱離度推定（ステップＳ４３）等の処理に移る。このような高負荷領域にあれば再生制御を行わなくても触媒温度が充分に高くなって、硫黄の脱離が行われるためである。
【００５２】
また、上記ステップＳ４で再生制御許可フラッグＦＳＲＥが「１」であると判定されたときは、それに続くステップＳ３０で、Ｎ１≦Ｎｅ≦Ｎ２かつｆ（Ｐｅ４）≦Ｐｅ≦ｆ（Ｐｅ３）の所定運転領域Ｃにあるか否かが判定され、所定運転領域になければステップＳ１９以降の処理に移る。
【００５３】
ステップＳ３０で所定運転領域Ｃにあることが判定されたときは、図６のステップＳ３１以降の再生制御に移行する。
【００５４】
すなわち、ステップＳ３１で理論空燃比もしくはこれより多少リッチな空燃比となるように噴射量ＱPが算出され、続いてステップＳ３２で吸気行程と圧縮行程の分割噴射を行うようにその各噴射パルス幅ＴPS，ＴDS及び噴射タイミングＩＮＪＰＳ，ＩＮＪＤＳが算出される。この場合、噴射パルス幅は噴射量ＱPをパルス幅に換算した値ｆ（ＱP）と分割比ａとから、ＴPS＝ｆ（ＱP）×ａ，ＴDS＝ｆ（ＱP）×（１−ａ）と演算される。
【００５５】
続いてステップＳ３３，Ｓ３４でＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶの算出及び点火タイミングＩＧＴの算出が行われる。この場合、ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶは、エンジン回転数及び負荷に応じた値ｆEGRP（Ｎｅ，Ｐｅ）に１より小さい補正係数ＫＥＧＲが掛けられることにより、通常運転時よりも小さい値とされる。また、点火タイミングＩＧＴは、エンジン回転数及び負荷に応じた進角値ｆIGTP（Ｎｅ，Ｐｅ）からリタード補正量ＫＩＧが減じられることにより、通常運転時よりリタードされる。
【００５６】
そして、ＥＧＲ制御タイミングとなれば上記ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶとなるようにＥＧＲ弁３８が制御され（ステップＳ３５，Ｓ３６）、分割噴射のうちの先の噴射タイミングＩＮＪＰＳとなればパルス幅ＴPSでインジェクタ２２からの燃料噴射が実行され（ステップＳ３７，Ｓ３８）、後の噴射タイミングＩＮＪＤＳとなればパルス幅ＴDSでインジェクタ２２からの燃料噴射が実行され（ステップＳ３９，Ｓ４０）、点火タイミングＩＧＴなれば点火が実行される（ステップS４１，Ｓ４２）。
【００５７】
さらに、上記ステップＳ３１〜Ｓ４２の再生制御によりリーンＮＯｘ触媒から硫黄が脱離されるので、硫黄脱離度ＳＲＥの推定が行われる（ステップＳ４３）。この硫黄脱離度ＳＲＥの推定の仕方としては、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じてマップから単位期間当りの量ｆSRE（Ｎｅ，Ｐｅ）が求められ、これが累計される。そして、上記硫黄脱離度ＳＲＥが設定値ＫSRE以上となったか否かが判定され（ステップＳ４４）、設定値ＫSREに達していなけばそのままリターンされるが、設定値ＫSRE以上になれば、再生制御許可フラッグＦＳＲＥが「０」にリセットとされる（ステップＳ４５）とともに、硫黄吸収量ＧＳＡ及び硫黄脱離度ＳＲＥの各推定値が「０」にリセットされてから（ステップＳ４６）、リターンする。
【００５８】
以上のような当実施形態の装置を備えた直噴エンジンにおいては、成層燃焼領域で空燃比がリーンとされつつ成層燃焼が行われているとき、リーンＮＯｘ触媒によって排気ガス中のＮＯｘが吸収されるが、燃料やエンジンオイルに硫黄成分が含まれている場合に排気ガスに混在するＳＯｘも上記リーンＮＯｘ触媒に吸収される。そして、成層燃焼領域から均一燃焼領域への移行等により空燃比がリッチ側に変更されると、それに伴いＮＯｘはリーンＮＯｘ触媒から放出されてＣＯ，ＨＣ等の還元材で還元されるが、ＳＯｘは容易には脱離されない。
【００５９】
つまり、ＮＯｘの吸収と放出、還元の機能は触媒温度が２５０°Ｃ程度から５００°Ｃ程度までの範囲で良好に発揮されるが、硫黄脱離機能は触媒温度が５００°Ｃ乃至５５０°Ｃ程度以上にまで上昇しないと充分に発揮されない。そして、高負荷側の一部の領域を除く大部分の運転領域では、触媒温度（排気ガス温度）がＮＯｘの吸収及び放出、還元の機能を満足する程度までは上昇しても、硫黄脱離機能を満足する温度までは上昇し難い。このため、通常の運転状態では次第にリーンＮＯｘ触媒の硫黄吸収量が増大し、ＮＯｘ吸収機能を阻害するようになる。
【００６０】
そこで、リーンＮＯｘ触媒の硫黄吸収量ＧＳＡが設定値ＫSA以上に大きくなった場合において、温間時で所定運転領域Ｃにあるとき、強制的に触媒温度を上昇させて硫黄を脱離させる再生制御が行われる。
【００６１】
すなわち、上記再生制御として、先ず第１に、空燃比が略理論空燃比もしくはそれよりリッチとされつつ、インジェクタからの燃料噴射が吸気行程と圧縮行程とに分割して行われる。この分割噴射によると、後の噴射により点火プラグ付近に局部的にリッチな混合気が形成されて、着火直後の燃焼速度は速くなるが、酸素が少ないことからその燃焼によりＣＯが発生し易くなり、また、先の噴射により燃焼室周辺部に均一でリーンな混合気が形成されて、燃焼期間の後半において燃焼が緩慢になり、点火時期をリタードとさせたのと同様の効果が得られて、排気温度が高められる。
【００６２】
そして、排気温度が高められることでリーンＮＯｘ触媒が硫黄脱離性能の高い温度域になるように加熱され、また排気中のＣＯはＳＯｘよりもリーンＮＯｘ触媒に吸収され易くて、ＳＯｘの代わりにリーンＮＯｘ触媒に吸収されることでＮＯｘの脱離を促す作用を有する。このように、上記分割噴射による排気中のＣＯの増加と排気温度の上昇とにより、リーンＮＯｘ触媒からのＳＯｘの脱離が促進される。
【００６３】
さらに再生制御としては、通常時よりもＥＧＲが減量されて、ＥＧＲによる温度低下が抑制されることによっても排気温度が上昇され、また、点火時期のリタードによっても排気温度が上昇する。従って、上記分割噴射に加えてＥＧＲ量の減量や点火時期のリタードが行われることで速やかに触媒温度が硫黄脱離機能を満足する範囲まで上昇し、触媒の硫黄被毒の解消に要する時間を短くすることができる。
【００６４】
また、このような再生制御が温間時で、かつ中回転中負荷の所定運転領域Ｃにおいて行われることにより、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の解消が効果的に達成される。すなわち、温間時で、かつ中回転中負荷の所定運転領域Ｃにあれば、低回転低負荷時と比べると触媒温度が高くて、硫黄脱離性能を満足する温度に近い温度になっているため、上記のような再生制御で触媒温度が速やかに硫黄脱離機能を満足する触媒温度まで上昇し、硫黄被毒の解消を短時間で達成し、再生制御による燃費の悪化を極力少なく抑えることができる。
【００６５】
しかも、上記中回転中負荷の所定運転領域Ｃは、使用頻度が比較的高い運転領域であるため、リーンＮＯｘ触媒の硫黄吸収量ＧＳＡが設定値ＫSA以上に大きくなった後、比較的短い期間内に運転状態が上記所定運転領域Ｃに入る可能性が高く、硫黄被毒の解消が適正に行われる。
【００６６】
なお、本発明の具体的構成は上記実施形態に限定されず、種々変更可能であり、以下に他の実施形態を列挙する。
【００６７】
▲１▼上記実施形態では、所定運転領域Ｃでの再生制御時に、吸気行程と圧縮行程の分割噴射を行っているが、その代わりに、図３中に二点鎖線で示すように吸気行程後期乃至圧縮行程の期間内に一括に燃料を噴射するようにしてもよい。要するに、空燃比を略理論空燃比もしくはこれより多少リッチとしつつ、少なくとも吸気行程後期以降の噴射を含む分割噴射もしくは一括噴射を行うことにより、燃焼室内に局部的に混合気がリッチな部分とリーンな部分とが存在する状態で燃焼が行われ、これによって排気中のＣＯが増加するとともに排気温度が上昇し、リーンＮＯｘ触媒からの硫黄の脱離を促進する作用が得られる。
【００６８】
▲２▼温間時における通常運転時の制御は、図７のような領域設定に基づいて行うようにしてもよい。
【００６９】
同図に示す例でも、低負荷低回転側の特定運転領域が成層燃焼領域Ａ、これより高負荷側及び高回転側の領域が均一燃焼領域とされ、均一燃焼領域のうちでアクセル全開域やその付近の高負荷域及び高回転域Ｂ３では空燃比がエンリッチ（λ＜１）に設定され、それ以外の領域では理論空燃比（λ＝１）とされるが、そのλ＝１の均一燃焼領域のうち、低回転域Ｂ１で吸気行程一括噴射が行われる一方、中，高回転域Ｂ２で吸気行程分割噴射が行われる。
【００７０】
上記吸気行程分割噴射は、図８に示すようにインジェクタからの燃料噴射を吸気行程の期間内に複数回（例えば２回）に分割して行うものであり、このように吸気行程分割噴射を行うと燃料の分散及びミキシングが促進されることにより燃焼効率が高められ、燃費が改善される。
【００７１】
また、図７中の破線はＥＧＲを行う運転領域の限界を示すもので、これより低負荷側、低回転側の領域でＥＧＲが行われる。
【００７２】
温間時の通常運転時の制御がこのような設定に基づいて行われる場合でも、温間時で中回転、中負荷の所定運転領域Ｃにあって、かつ、リーンＮＯｘ触媒３６がＮＯｘ吸収性を阻害する所定の硫黄吸収状態となったとき、再生制御として吸気行程後期以降の燃料噴射（例えば図３中に示すような吸気行程と圧縮行程の分割噴射）が行われ、さらに必要に応じてＥＧＲ量の減量や、点火時期のリタードが行われる。
【００７３】
この例によると、通常運転時に、成層燃焼領域Ａで成層燃焼が行われるとともに、λ＝１の均一燃焼領域のうちの中，高回転域Ｂ２で吸気行程分割噴射が行われることにより、燃費改善効果が高められる。そして、このように燃費改善に有利な設定とされつつ、リーンＮＯｘ触媒３６が所定の硫黄吸収状態となったとき、吸気行程後期以降の燃料噴射（例えば吸気行程と圧縮行程の分割噴射）により、排気中のＣＯが増量されるとともに排気温度が高められ、さらにＥＧＲ量の減量や点火時期のリタードによっても排気温度が高められ、これらの作用でリーンＮＯｘ触媒３６の硫黄被毒が速やかに解消される。
【００７４】
▲３▼上記の図４〜図６に示す例では、温間時で中回転、中負荷の所定運転領域Ｃにあって、かつ、リーンＮＯｘ触媒３６が所定の硫黄吸収状態となるという再生制御条件の成立時に、再生制御として、吸気行程，圧縮行程の分割噴射とする燃料噴射形態の制御と、ＥＧＲを減量する制御と、点火時期をリタードする制御とを全て行っているが、上記再生制御条件の成立時に、触媒温度もしくは排気温度を検出し、その温度が所定温度（硫黄脱離性能の高い温度域よりも低い温度）以下のときは上記各制御を全て行い、触媒温度が硫黄脱離性能の高い温度域に近づくにつれて燃料噴射形態、ＥＧＲ、点火時期のうちの１つもしくは２つを通常時の状態に戻すようにして、排気温度上昇を調整するようにしてもよい。
【００７５】
また、上記再生制御条件の成立時に触媒温度が硫黄脱離性能の高い温度域内にある時、あるいは再生制御中に触媒温度が硫黄脱離性能の高い温度域内まで上昇したとき、再生制御を停止して、インジェクタからの燃料噴射を吸気行程の前期乃至中期の期間内に行わせ、例えば図２中の通常運転時における領域Ｂでの噴射形態である吸気行程一括噴射、あるいは図７中の通常運転時における領域Ｂ２での噴射形態である吸気行程分割噴射とするように制御してもよい。このようにすれば、必要以上に排気温度や触媒温度が上昇することが避けられる。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、リーンＮＯｘ触媒を備えた火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジンの温間時でエンジンの運転状態が中回転域内の所定運転領域にあって、かつ、リーンＮＯｘ触媒が所定の硫黄吸収状態となったとき、再生制御として、空燃比を略理論空燃比もしくはそれより小さくしつつ、インジェクタから吸気行程後期以降の燃料噴射を行わせるようにしているため、運転状態及び燃費等を良好に保ちつつ、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の解消を効果的に行うことができる。
【００７７】
つまり、直噴エンジンのインジェクタから吸気行程後期以降の燃料噴射を行わせるようにすると、燃焼室内にリッチな部分とリーンな部分とが存在する状態で燃焼が行われて、排気中のＣＯが増加するとともに排気温度が上昇することから、リーンＮＯｘ触媒が所定の硫黄吸収状態となった場合にこのような制御を行うことにより、効果的に触媒からの硫黄の脱離を促進することができる。しかも、燃焼安定性を良好に保つとともに、燃費の悪化を小さく抑えることができる。
【００７８】
そして、走行中の使用頻度が高く、かつ排気温度が比較的高い状態のときにこのような再生制御を行うことにより、所定の硫黄吸収状態となってから短い期間内に、硫黄被毒の解消を速やかに行うことができる。
【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】燃料噴射の制御などのための運転領域の設定を示す説明図である。
【図３】成層燃焼領域、均一燃焼領域及び所定運転領域での再生制御時における燃料噴射のタイミング等を示す説明図である。
【図４】制御の具体例を示すフローチャートを３分割したうちの第１の部分である。
【図５】上記フローチャートの第２の部分である。
【図６】上記フローチャートの第３の部分である。
【図７】本発明の別の実施形態による運転領域の設定を示す説明図である。
【図８】図７中の均一燃焼領域における中，高回転領域で行われる吸気行程分割噴射の噴射タイミングなどを示す説明図である。
【符号の説明】
１０  エンジン本体
１５  燃焼室
２０  点火プラグ
２１  点火装置
２２  インジェクタ
３６  リーンＮＯｘ触媒
３８  ＥＧＲ弁
５０  ＥＣＵ
５４  運転状態検出手段
５５  硫黄吸収状態検出手段
５６  再生制御手段
【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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