(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁と、
エンジンが温間状態でかつ低負荷低回転側の成層燃焼領域にあるときに、前記燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程で噴射させるとともに、該成層燃焼領域内の高負荷側の圧縮分割噴射領域では燃料を複数回に分割して噴射させる燃料噴射制御手段とを備えたエンジンの制御装置において、
エンジンが前記圧縮分割噴射領域にあるときに、前記燃料噴射弁による分割噴射の１回目及び２回目の噴射作動の開始時期を、それぞれ、該１回目の噴射作動の終了から２回目の噴射作動の開始までの噴射時間間隔がエンジンの低回転側で高回転側よりも短くなるように設定する噴射時期設定手段が設けられ、
前記圧縮分割噴射領域を規定するエンジン回転数の下限値は、前記噴射時間間隔が、前記燃料噴射弁の１回目の噴射作動による燃料圧力変動の収束する所定時間間隔以上になるような第１設定回転数とされている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】
請求項１において、
所定時間間隔は、略２．９ミリ秒である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３】
請求項１において、
噴射時期設定手段は、エンジンが圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁による１回目の噴射作動の開始時期をエンジンの低回転側で高回転側よりも遅角側に設定するように構成されている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４】
請求項１において、
噴射時期設定手段は、エンジンが圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁による１回目の噴射作動の開始時期をエンジンの負荷状態が高いほど、進角側に設定するように構成されている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５】
請求項１において、
噴射時期設定手段は、エンジンが圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁による複数回の噴射作動の開始時期をいずれも圧縮行程の前期、中期及び後期のうちの前期ないし中期の期間に設定するように構成されている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６】
請求項１において、
燃料噴射制御手段は、エンジンが圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁による燃料噴射量をフィードフォワード制御するように構成されている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７】
請求項１において、
燃料噴射制御手段は、エンジンが圧縮分割噴射領域の高負荷側に隣接する吸気分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁により燃料を気筒の吸気行程で複数回に分割して噴射させるものであり、
前記吸気分割噴射領域を規定するエンジン回転数の下限値は、第１設定回転数よりも低い第２設定回転数とされている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８】
請求項７において、
エンジンの排気通路には、排気浄化用触媒が配設され、
第２設定回転数は、エンジンのアイドル回転数よりも高い値とされている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９】
請求項７において、
燃料噴射制御手段は、エンジンが吸気分割噴射領域にあるときに、燃焼室の平均的な空燃比が略理論空燃比になるように燃料噴射量を制御するものであり、
エンジンの吸気系に排気の一部を還流させる排気還流手段と、
エンジンが前記吸気分割噴射領域にあるときに、前記排気還流手段による排気の還流を行わせる排気還流制御手段とが設けられていることを特徴とする火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項１０】
請求項７において、
噴射時期設定手段は、エンジンが吸気分割噴射領域におけるエンジンの低回転側にあるときに、燃料噴射弁による１回目及び２回目の噴射作動の開始時期を、それぞれ、圧縮分割噴射領域における同じエンジン回転数のときに比べて噴射時間間隔が長くなるように設定するものである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１１】
請求項７において、
噴射時期設定手段は、エンジンが吸気分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁による複数回の噴射作動の開始時期をそれぞれ吸気行程の前期、中期及び後期のうちの前期ないし中期の期間に設定するように構成されている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１２】
請求項１１において、
吸気分割噴射領域を規定するエンジン回転数の上限値は、燃料噴射弁の分割噴射の噴射時間間隔を、１回目の噴射作動による燃料圧力変動の収束する所定時間間隔以上に設定し得るような第３設定回転数とされている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１３】
請求項１２において、
排気の空燃比状態を検出する空燃比検出手段を備え、
燃料噴射制御手段は、エンジンが吸気分割噴射領域にあるときに、燃焼室の平均的な空燃比が略理論空燃比になるように前記空燃比検出手段からの信号に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御するものであり、
エンジンが前記吸気分割噴射領域にあるときに、前記空燃比検出手段からの信号に基づいて実際の燃料噴射量の目標値からの偏差を学習する学習制御手段が設けられている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１４】
請求項７において、
排気の空燃比状態を検出する空燃比検出手段を備え、
燃料噴射制御手段は、エンジンが吸気分割噴射領域にあるときに、燃焼室の平均的な空燃比が略理論空燃比になるように前記空燃比検出手段からの信号に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御するものであり、
エンジンが前記吸気分割噴射領域における低回転側の学習領域にあるときに、前記空燃比検出手段からの信号に基づいて実際の燃料噴射量の目標値からの偏差を学習する学習制御手段が設けられており、
前記学習領域を規定するエンジン回転数の上限値は、燃料噴射弁の分割噴射の噴射時間間隔を、１回目の噴射作動による燃料圧力変動の収束する所定時間間隔以上に設定し得るような第３設定回転数とされていることを特徴とする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、エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁を備え、エンジンが低負荷低回転領域にあるときに成層燃焼状態になるように、前記燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程で噴射させるようにした火花点火式直噴エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の火花点火式直噴エンジンでは、低負荷域で気筒の圧縮行程中期以降に少量の燃料を燃焼室に直接噴射して、点火プラグ付近に混合気が集まる成層燃焼状態とすることにより、エンジンを平均的空燃比が非常にリーンな状態で運転して、燃費の大幅な低減を図るようにしている。一方、エンジンの高負荷域では燃料噴射量が多くなるので、点火プラグ付近の混合気が過濃な状態になることを避けるためには、燃料を吸気と予混合させる通常の均一燃焼状態に切換えなくてはならず、全体としては成層燃焼による燃費低減効果はあまり大きくはなかった。
【０００３】
これに対し、例えば特開平１１−３６９５９号公報に開示されるものでは、成層燃焼領域内の高負荷側の領域において、燃料を気筒の圧縮行程で２回に分割して噴射させることにより、燃料の噴射量が多くなっても混合気の点火プラグ付近への集中を緩和することができるので、燃焼状態の悪化を回避しながら、成層燃焼領域を高負荷側に拡大することが可能になる。
【０００４】
また、前記従来公報には、燃焼室の吸気流動を積極的に利用して、燃料噴霧の拡散状態を調節することにより、点火プラグの周囲に燃料を適切に成層化させることが提案されている。すなわち、前記のように気筒の圧縮行程で行う２回の噴射作動のうちの２回目の噴射時期を、点火タイミングまでの間に燃料の気化霧化のための時間を確保できるように設定する一方、１回目の燃料噴射時期は、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が気筒内の吸気流動によって輸送され、適度に拡散されて点火プラグの周囲に分布するようなタイミングに設定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来公報に提案されるように、燃焼室の吸気流動を利用して燃料噴霧の拡散状態を調節するようにした場合、エンジンの低回転側で吸気流動が極く弱い状態になったときには、燃料噴霧の拡散を抑えるために１回目の噴射作動をかなり遅らせる必要がある。このため、エンジンの低回転側では、同じクランク角期間に対する時間間隔が相対的に長くなるにもかかわらず、気筒の圧縮行程で行う１回目及び２回目の噴射作動の開始時期は、それぞれ、該１回目の噴射作動の終了から２回目の噴射作動の開始までの噴射時間間隔、及びクランク角間隔がいずれも低回転側ほど短くなるように設定されることになる。
【０００６】
しかし、そのように噴射時間間隔を短くしていくと、燃料噴射弁の１回目の噴射作動によって発生する燃料圧力の変動（脈動）が収束しないうちに、２回目の噴射作動が開始されるようになり、そうなると、該２回目の噴射作動の開始時点で燃料噴射弁に供給される燃料圧力が大きく変動することによって、燃料噴射量が過度にばらつくことになる。つまり、燃料脈動によって燃料噴射量の制御精度が大幅に低下する結果、燃費やエミッションの増大や運転フィーリングの著しい悪化を招くことになる。
【０００７】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、成層燃焼領域の高負荷側において燃料を気筒の圧縮行程で複数回に分割して噴射するようにした直噴エンジンの制御装置において、燃料噴射弁の噴射作動による燃料圧力変動が収束するのに所定の時間間隔が必要であることに着目し、燃料噴射弁の噴射作動の開始時期の設定に工夫を凝らすことで、燃料圧力変動に起因する制御精度の低下を抑制して、燃費やエミッションの増大や運転フィーリングの悪化を防止することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、この発明では、エンジンが圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁により気筒の圧縮行程で燃料を複数回に分割して噴射させる場合に、そのうちの１回目及び２回目の噴射作動の間の噴射時間間隔を、燃料脈動の収束する所定の時間間隔以上に設定し得るように、前記圧縮分割噴射領域を規定した。
【０００９】
具体的に、請求項１の発明では、図１に示すように、エンジン１の気筒２内燃焼室６に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁１２と、エンジン１が温間状態でかつ低負荷低回転側の成層燃焼領域（Ｉ）にあるときに、前記燃料噴射弁１２により燃料を気筒２の圧縮行程で噴射させるとともに、該成層燃焼領域（Ｉ）内の高負荷側の圧縮分割噴射領域（図に斜線を入れて示す領域）では燃料を複数回に分割して噴射させる燃料噴射制御手段４０ａとを備えたエンジンの制御装置Ａを前提とする。そして、エンジン１が前記圧縮分割噴射領域にあるときに、前記燃料噴射弁１２による分割噴射の１回目及び２回目の噴射作動の開始時期thtinj1,thtinj2を、それぞれ、該１回目の噴射作動の終了から２回目の噴射作動の開始までの噴射時間間隔Δｔがエンジン１の低回転側で高回転側よりも短くなるように設定する噴射時期設定手段４０ｂを設けるとともに、前記圧縮分割噴射領域を規定するエンジン回転数の下限値は、前記噴射時間間隔Δｔが、前記燃料噴射弁１２の１回目の噴射作動による燃料圧力変動の収束する所定時間間隔Δｔ0以上になるような第１設定回転数ne1とする構成とする。
【００１０】
前記の構成により、エンジン１が圧縮分割噴射領域（Ｉ）にあるときには、燃料噴射弁１２により燃料が気筒２の圧縮行程で複数回に分割して噴射されて、点火プラグの周囲に適度に成層化した混合気が形成され、良好に燃焼される。このとき、前記燃料噴射弁１２の１回目及び２回目の噴射作動の開始時期thtinj1,thtinj2は、それぞれ、噴射時期設定手段４０ｂにより該１回目の噴射作動の終了から２回目の噴射作動の開始までの噴射時間間隔Δｔがエンジン１の低回転側で高回転側よりも短くなるように設定されるが、この発明では、前記圧縮分割噴射領域を規定するエンジン回転数の下限値が第１設定回転数ne1とされているので、この領域において噴射時間間隔Δｔが所定時間間隔Δｔ0よりも短くなることはなく、それ故に、燃料噴射弁１２による２回目の噴射作動は、１回目の噴射作動による燃料圧力変動が収束した後に開始されるようになる。これにより、燃料圧力変動による燃料噴射制御の精度低下を抑制し、燃費やエミッションの増大や運転フィーリングの悪化を防止することができる。
【００１１】
請求項２の発明では、所定時間間隔を略２．９ミリ秒とする。こうすることで、燃料噴射弁の１回目の噴射作動による燃料圧力変動が収束するまでの時間は燃料供給系統の仕様によっても異なるが、一般的に、噴射作動の終了した後に２．９ミリ秒くらい経過すれば、燃料圧力の変動幅は十分に小さくなるので、その後に２回目の噴射作動を行うようにすれば、噴射量のばらつきは小さくなるので、請求項１の発明による作用効果を十分に得ることができる。
【００１２】
請求項３の発明では、噴射時期設定手段を、エンジンが圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁による１回目の噴射作動の開始時期をエンジンの低回転側で高回転側よりも遅角側に設定するものとする。このことで、エンジンの低回転側では、同じクランク角期間に対応する時間間隔が相対的に長くなるので、２回目の噴射作動までの時間間隔を高回転側と同じくらいにしようとすれば、１回目の噴射作動の開始時期は自ずと遅角側に設定されることになる。また、そのようにして１回目の噴射作動を遅らせることで、エンジンの低回転側で吸気流動が極く弱い状態になっても、燃料噴霧の拡散を抑制して適切に成層化させることが可能になる。
【００１３】
請求項４の発明では、噴射時期設定手段を、エンジンが圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁による１回目の噴射作動の開始時期をエンジンの負荷状態が高いほど、進角側に設定するものとする。すなわち、エンジンの負荷状態が高くなれば、燃料噴射量の増量のために燃料噴射弁の開弁時間が長くなるので、前記１回目の噴射作動の開始時期を進角させることで、その噴射作動の終了から２回目の噴射作動の開始までの噴射時間間隔を適切な時間間隔とすることができる。
【００１４】
請求項５の発明では、噴射時期設定手段を、エンジンが圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁による複数回の噴射作動の開始時期をいずれも圧縮行程の前期、中期及び後期のうちの前期ないし中期の期間に設定するものとする。こうすることで、圧縮行程の前期ないし中期の期間に燃料を噴射させて、点火タイミングまでに十分に気化霧化させることができる。
【００１５】
請求項６の発明では、燃料噴射制御手段を、エンジンが圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁による燃料噴射量をフィードフォワード制御する構成とする。このことで、燃料噴射量がフィードフォワード制御される場合、実際の燃料噴射量が大きくばらついていてもこれを有効に修正することは難しいので、このような場合に請求項１の発明の如く燃料脈動による噴射量のばらつきを防止できることは特に有効な作用効果を奏する。
【００１６】
請求項７の発明では、燃料噴射制御手段を、エンジンが圧縮分割噴射領域の高負荷側に隣接する吸気分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁により燃料を気筒の吸気行程で複数回に分割して噴射させるものとし、前記吸気分割噴射領域を規定するエンジン回転数の下限値を、第１設定回転数よりも低い第２設定回転数とする。
【００１７】
このことで、圧縮分割噴射領域に隣接するエンジンの運転頻度の高い領域において、燃料噴射弁により燃料を気筒の吸気行程で複数回に分割して噴射させることにより、燃料の気化霧化や吸気との混合を促進して、均一度の高い良好な燃焼状態とすることができ、これにより、燃費やエミッションを有効に低減することができる。この際、燃料噴射弁の噴射作動の間隔は圧縮行程と比べて自由に設定することが可能なので、吸気分割噴射領域を規定するエンジン回転数の下限値は、圧縮分割噴射領域の第１設定回転数よりも低い第２設定回転数とすることができ、これにより、広い運転領域に亘って前記のような燃費やエミッションの低減効果を得ることができる。
【００１８】
請求項８の発明では、請求項７の発明において、エンジンの排気通路に排気浄化用触媒を配設し、第２設定回転数をエンジンのアイドル回転数よりも高い値とする。このことで、エンジンのアイドル運転状態やそれよりもややエンジン回転数が高いくらいの極低速運転状態では、燃料の吸気行程での分割噴射は行われない。すなわち、気筒の吸気行程で燃料を分割噴射すると、燃焼状態が極めて良くなり熱効率が向上する結果、排気温度が低下して触媒が過度に冷却される虞れがあるので、この発明ではエンジンの極低速運転状態では分割噴射は行わないことで、触媒の温度状態を維持することができる。
【００１９】
請求項９の発明では、請求項７の発明における燃料噴射制御手段を、エンジンが吸気分割噴射領域にあるときに、燃焼室の平均的な空燃比が略理論空燃比になるように燃料噴射量を制御するものとする。また、エンジンの吸気系に排気の一部を還流させる排気還流手段と、エンジンが前記吸気分割噴射領域にあるときに、前記排気還流手段による排気の還流を行わせる排気還流制御手段とを設ける構成とする。
【００２０】
この構成によれば、エンジンが吸気分割噴射領域にあるときには、燃焼室の平均的な空燃比が略理論空燃比とされるとともに、燃料の分割噴射が行われるので、燃焼安定性の極めて高い状態になる。このため、排気還流手段によって多量の排気を還流させることが可能になり、これにより、エンジンのポンプ損失を低減してさらなる燃費低減が図られる。しかも、高温の排気を還流させることで、燃焼最高温度を適度に低下させながら、燃料の気化霧化は促進することができるので、エミッションの低減という観点からも好ましい。
【００２１】
請求項１０の発明では、請求項７の発明における噴射時期設定手段は、エンジンが吸気分割噴射領域におけるエンジンの低回転側にあるときに、燃料噴射弁による１回目及び２回目の噴射作動の開始時期を、それぞれ、圧縮分割噴射領域における同じエンジン回転数のときに比べて噴射時間間隔が長くなるように設定するものとする。すなわち、燃料を気筒の吸気行程で分割噴射させる場合には、圧縮行程で分割噴射させる場合のような噴射時期の制約はないので、噴射作動の間の噴射時間間隔は相対的に長い時間とすることができ、これにより、各噴射作動により噴射した燃料を十分に拡散させ、かつ吸気との混合を促進して、良好な均一燃焼状態とさせることができる。
【００２２】
請求項１１の発明では、請求項７の発明における噴射時期設定手段は、エンジンが吸気分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁による複数回の噴射作動の開始時期をそれぞれ吸気行程の前期、中期及び後期のうちの前期ないし中期の期間に設定するものとする。こうすることで、燃料噴射弁により燃料を気筒の吸気行程の前期ないし中期の期間に噴射させることで、その噴射された燃料を燃焼室への吸気流速の速い期間に十分に拡散させ、かつ吸気との混合を促進して、良好な均一燃焼状態とさせることができる。
【００２３】
請求項１２の発明では、請求項１１の発明において、吸気分割噴射領域を規定するエンジン回転数の上限値を、燃料噴射弁の分割噴射の噴射時間間隔が、１回目の噴射作動による燃料圧力変動の収束する所定時間間隔以上になるような第３設定回転数とする。
【００２４】
すなわち、エンジンの高回転側では同じクランク角期間に対応する時間間隔が相対的に短くなるので、燃料を複数回に分割して噴射させようとすると、結果的に各噴射作動の間の噴射時間間隔が相対的に短くなって、２回目の噴射作動の開始時点で１回目の噴射作動による燃料圧力変動の悪影響が残る虞れがある。そこで、この発明では、吸気分割噴射領域を規定するエンジン回転数の上限値を、前記噴射時間間隔を所定時間間隔以上に設定し得るような第３設定回転数とすることで、前記の燃料圧力変動による燃料噴射量の制御精度の低下を未然に防止することができる。
【００２５】
請求項１３の発明では、請求項１２の発明において、排気の空燃比状態を検出する空燃比検出手段を備え、燃料噴射制御手段は、エンジンが吸気分割噴射領域にあるときに、燃焼室の平均的な空燃比が略理論空燃比になるように前記空燃比検出手段からの信号に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御するものとする。そして、エンジンが前記吸気分割噴射領域にあるときに、前記空燃比検出手段からの信号に基づいて実際の燃料噴射量の目標値からの偏差を学習する学習制御手段を設ける構成とする。
【００２６】
この構成では、燃料圧力変動による燃料噴射量のばらつきが実質的に無くなるように規定された吸気分割噴射領域において、空燃比検出手段からの信号に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御することにより、燃料噴射弁の個体差等に起因する噴射量ばらつきも低減することができ、これにより燃料噴射量の制御精度をさらに向上させることができる。しかも、前記空燃比検出手段からの信号に基づいて、学習制御手段により燃料噴射量の偏差を正確に学習することができるので、この学習結果に基づいて燃料噴射量を補正するようにすれば、燃料噴射量のばらつきを解消して、特にエンジンの過渡運転時の燃料噴射制御の精度を向上できる。
【００２７】
請求項１４の発明では、請求項７の発明において、排気の空燃比状態を検出する空燃比検出手段を備え、燃料噴射制御手段は、エンジンが吸気分割噴射領域にあるときに、燃焼室の平均的な空燃比が略理論空燃比になるように前記空燃比検出手段からの信号に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御するものとする。そして、エンジンが前記吸気分割噴射領域における低回転側の学習領域にあるときに、前記空燃比検出手段からの信号に基づいて実際の燃料噴射量の目標値からの偏差を学習する学習制御手段を設け、前記学習領域を規定するエンジン回転数の上限値は、燃料噴射弁の分割噴射の噴射時間間隔を、１回目の噴射作動による燃料圧力変動の収束する所定時間間隔以上に設定し得るような第３設定回転数とする。
【００２８】
この構成では、吸気分割噴射領域において空燃比検出手段からの信号に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御することにより、燃料噴射量のばらつきを低減して、燃料噴射制御の精度を向上させることができる。また、前記空燃比検出手段からの信号に基づいて、請求項１３の発明と同様に前記燃料噴射量の偏差を学習制御手段により学習することができる。この際、その学習領域を規定するエンジン回転数の上限値を、燃料噴射弁の分割噴射時の噴射時間間隔を所定時間間隔以上に設定しうるような第３設定回転数とすることで、請求項１２の発明と同様に学習領域において噴射圧力変動による噴射量ばらつきを未然に防止できるので、正確な学習を行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（全体構成）
図２は本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジンの制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載された多気筒ガソリンエンジンである。このエンジン１は複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が直列に設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配置されたシリンダヘッド４とを有し、該各気筒２内にピストン５が図の上下方向に往復動可能に嵌挿されていて、そのピストン５の頂面とシリンダヘッド４の底面との間の気筒２内に燃焼室６が区画されている。一方、前記ピストン５よりも下方のシリンダブロック３内にはクランク軸７が回転自在に支持されていて、このクランク軸７及びピストン５がコネクティングロッドにより駆動連結されている。また、クランク軸７の一端側にはその回転角度を検出する電磁式のクランク角センサ８が配設されており、さらに、シリンダブロック３内のウオータジャケットに臨んで、冷却水温度（エンジン水温）を検出する水温センサ９が配設されている。
【００３０】
前記各気筒２毎の燃焼室６上方のシリンダヘッド４内には、点火回路１０に接続された点火プラグ１１が燃焼室６の上部に臨むように取り付けられる一方、燃焼室６の周縁部には燃料を直接噴射供給するようにインジェクタ（燃料噴射弁）１２が取り付けられている。すなわち、図３にも示すように、シリンダヘッド３の底面には各気筒２毎に２つの傾斜面からなる凹陥部が形成され、この各傾斜面に吸気及び排気ポート１３，１４がそれぞれ２つずつ開口していて、その各開口端を開閉するように吸気及び排気バルブ１５，１５，…が配設されている。前記吸気ポート１３，１３はそれぞれ燃焼室６から斜め上方に向かって直線的に延びて、エンジン１の一側面（図２の左側面）に開口しており、一方、前記排気ポート１４，１４はそれぞれ略水平に延びて、エンジン１の他側面（図２の右側面）に開口している。
【００３１】
また、前記インジェクタ１２は、２つの吸気ポート１３，１３に挟まれるようにその下方に配置されている。このインジェクタ１２の先端側噴孔は２つの吸気バルブ１５，１５の傘部に近接して燃焼室６の周縁部に臨み、該燃焼室６に側方から燃料を噴射するようになっている。一方、インジェクタ１２は全気筒に共通の燃料供給通路１７を介して高圧燃料ポンプ１８に接続されており、この高圧燃料ポンプ１８と図外の高圧プレッシャレギュレータとによって燃料を適正な圧力状態に調節しながら、インジェクタ１２に供給するようになっている。また、前記燃料供給通路１７には、燃料圧力（燃圧）を検出するための燃圧センサ１９が設けられている。そして、前記インジェクタ１２により燃料が気筒２の圧縮行程中期以降に噴射されると、その燃料噴霧はピストン５の頂面に形成された長円状のキャビティ５ａにトラップされて、点火プラグ１１付近に相対的に濃い混合気の層が形成される。一方、前記インジェクタ１２により燃料が気筒２の吸気行程で噴射されると、その燃料噴霧は燃焼室６に拡散して吸気と混合されて、略均一な混合気が形成される。
【００３２】
前記図２に示すように、エンジン１の一側面には、吸気ポート１３に連通するように吸気通路２０が接続されている。この吸気通路２０は、エンジン１の燃焼室６に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸入空気量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ２１と、吸気通路２０を絞る電気式スロットル弁２２と、サージタンク２３とがそれぞれ配設されている。前記電気式スロットル弁２２は、図外のアクセルペダルに対し機械的には連結されておらず、電動モータにより駆動されて開閉するようになっている。さらに、前記スロットル弁２２の開度を検出するスロットル開度センサ２４と、該スロットル弁２２よりも下流の吸気の圧力状態を検出するための吸気圧センサ２５とがそれぞれ設けられている。
【００３３】
また、前記サージタンク２３よりも下流側の吸気通路２０は、気筒２毎に分岐する独立通路とされていて、その各独立通路の下流端部がさらに２つに分岐してそれぞれ吸気ポート８，８に連通しており、その分岐路のうちの一方にスワール制御弁２６が設けられている。このスワール制御弁２６は図３にも示すようにバタフライバルブからなるもので、アクチュエータにより駆動されて開閉される。そして、このスワール制御弁２６が閉じられると、吸気は殆どが他方の分岐路のみから燃焼室６に流入して、この燃焼室６に強いスワールが生成される一方、スワール制御弁２６が開くに連れて、両方の分岐路から吸気が吸い込まれるようになり、吸気のタンブル成分が強まるとともに、スワール成分が弱まるようになっている、
前記エンジン１の他側面には、燃焼室６から燃焼ガス（排気）を排出する排気通路２８が接続されている。この排気通路２８の上流端部は、各気筒２毎に分岐して排気ポート１４に連通する排気マニホルド２９からなり、該排気マニホルド２９の集合部には排気中の酸素濃度を検出するＯ2センサ３０が配設されている。このＯ2センサ３０は排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するための空燃比検出手段に対応し、この実施形態では、理論空燃比を境に出力がステップ状に反転するいわゆるラムダＯ2センサが用いられているが、これに限らず、理論空燃比を含む広い範囲で酸素濃度に応じたリニアな出力の得られるいわゆるリニアＯ2センサを用いることも可能である。また、前記排気マニホルド２９の集合部には排気管３１の上流端が接続されており、一方、この排気管３１の下流端には排気を浄化するための触媒３２が接続されている。この触媒３２は、排気中の酸素濃度が高い（例えば４％以上の）酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下によって吸収したＮＯｘを放出しかつ還元浄化するＮＯｘ吸収還元タイプのもので、特に理論空燃比近傍では、いわゆる三元触媒と同様の高い排気浄化性能を発揮するものである。
【００３４】
さらに、前記排気管３１の上流側には、排気通路２８を流れる排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ通路３３の上流端が分岐接続されている。このＥＧＲ通路３３の下流端は前記スロットル弁２２とサージタンク２３との間の吸気通路２０に接続され、その近傍には開度調節可能な電気式のＥＧＲ弁３４が配設されていて、ＥＧＲ通路３３による排気の還流量を調節するようになっている。尚、前記ＥＧＲ通路３３及びＥＧＲ弁３４により、エンジン１の吸気通路２０に排気の一部を還流させる排気還流手段が構成されている。
【００３５】
前記点火プラグ１１の点火回路１０、インジェクタ１２、電気式スロットル弁２２の駆動モータ、スワール制御弁２６のアクチュエータ、電気式ＥＧＲ弁３４のアクチュエータ等はコントロールユニット４０（以下、ＥＣＵという）によって作動制御されるようになっている。一方、このＥＣＵ４０には、少なくとも、前記クランク角センサ８、水温センサ９、エアフローセンサ２１、スロットル開度センサ２４、吸気圧センサ２５及びＯ2センサ３０の各出力信号が入力されており、加えて、アクセルペダルの開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ３５の出力信号と、図示しないが、吸気温度を検出する吸気温センサ、大気圧を検出する大気圧センサ等の各出力信号とが入力されている。
【００３６】
（エンジン制御の概要）
前記ＥＣＵ４０は、エンジン出力に関係する制御パラメータとして、インジェクタ１２による燃料噴射量及び噴射時期、スロットル弁２２により調節される吸入空気量、スワール制御弁２６により調節される吸気スワール強さ、ＥＧＲ弁３４により調節される排気の還流割合等をそれぞれエンジン１の運転状態に応じて制御するものであり、これにより、エンジン１はその運転状態に応じてインジェクタ１２による燃料噴射の形態が切替えられて、異なる燃焼状態（運転モード）で運転されるようになっている。すなわち、例えば図４に示すように、エンジン１の温間時には低負荷低回転側の所定領域（イ）（ロ）が成層燃焼領域とされ、図５（ａ）（ｂ）にそれぞれ示すように、インジェクタ１２により燃料を気筒２の圧縮行程で噴射させることで、点火プラグ１１の付近に混合気を集めた状態で燃焼させる成層燃焼モードになる。
【００３７】
特に、前記成層燃焼領域のうちの高負荷高回転側に規定した圧縮分割噴射領域（ロ）では、図５（ｂ）に示すように、インジェクタ１２により燃料を圧縮行程前期ないし中期の期間で２分割して噴射させることで、燃料噴射量がある程度多くなっても、点火プラグ１１付近の混合気が過度に濃くなることを避けて、適切に成層化させるようにしている。また、成層燃焼モードでは、エンジン１のポンプ損失を低減するためにスロットル弁２２の開度を大きくするとともに、後述の如く多量の排気を還流させるようにしており、このときの燃焼室６の平均的な空燃比は非常にリーンな状態（例えばＡ/Ｆ＝３０くらい）になる。
【００３８】
一方、それ以外の運転領域（ハ）（ニ）（ホ）（ヘ）は全て均一燃焼領域とされており、図５（ｃ）（ｄ）に示すように、インジェクタ１２により気筒２の吸気行程で燃料を噴射させて吸気と十分に混合して、燃焼室６に均一な混合気を形成した上で燃焼させる均一燃焼モードになる。このうちの領域（ハ）（ニ）（ホ）では、燃焼室６における混合気の平均的な空燃比状態が略理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７、λ＝１）になるように、燃料噴射量やスロットル開度等を制御しており（以下、ストイキオモードという）、そのうちの相対的に中負荷中回転の領域（ニ）では、同図（ｃ）に示すように、インジェクタ１２により燃料を吸気行程前期ないし中期の期間で２分割して噴射させるようにしている。このことで、燃料噴霧は燃焼室６への吸気流速の速い期間に十分に拡散しかつ吸気と混合されて、良好な均一燃焼状態になる。また、均一燃焼領域における高負荷ないし高回転側の運転領域（ヘ）では、空燃比を理論空燃比よりもリッチな状態（例えばＡ/Ｆ＝１３〜１４）になるように制御することで、高負荷に対応した大出力が得られるようにしている（以下、エンリッチモードという）。
【００３９】
そして、前記各運転モードにおいて、インジェクタ１２による燃料の噴射時期（開弁時期）をエンジン１の運転状態に応じて変更設定するようにしており、例えば成層燃焼モードでは、気筒２の圧縮行程で噴射した燃料の気化霧化のための時間を確保しながら、この燃料噴霧が点火プラグ１１付近を中心に適切に成層化されるように、燃料噴射時期を主に燃料噴射量やエンジン回転数に応じて進角又は遅角させる一方、ストイキオモードやエンリッチモードでは、燃料の気化霧化や拡散、及び吸気との混合を効率良く促進できるよう、燃料噴射時期を主として燃料噴射量に応じて進角又は遅角させる。また、前記のいずれの場合にも燃料を２分割して噴射させるときには、詳しくは後述するが、前記のような条件の他にインジェクタ１２の１回目の噴射作動を終了してから２回目の噴射作動を開始するまでの噴射時間間隔を適切に設定する必要があり、このことも考慮して、インジェクタ１２の１回目及び２回目の開弁時期がそれぞれ設定されるようになっている。
【００４０】
さらに、同図に斜線を入れて示す領域では、ＥＧＲ弁３４を開弁させて、ＥＧＲ通路３３により排気の一部を吸気通路２０に還流させるようにしている。すなわち、ＥＣＵ４０には、後述の如くインジェクタ１２の作動制御を行う燃料噴射制御手段４０ａやその噴射時期の設定を行う噴射時期設定手段４０ｂの他に、ＥＧＲ弁３４の作動制御を行う排気還流制御手段４０ｃが設けられていて、このＥＧＲ弁の開度の調節により排気の還流率をエンジン１の運転状態に応じて最大で２０〜４０％と極めて大きくなるように制御することで、燃焼に伴うＮＯｘの発生を十分に抑えるようにしている。特に、前記領域（ニ）では、燃料の分割噴射によって燃料と吸気との混合が促進されて燃焼安定性が向上しているので、運転領域（イ）（ロ）に比べてエンジン負荷の高い状態であっても、多量の排気を還流させることができる。尚、エンジン冷間時には、燃焼安定性を確保するためにエンジン１の全ての運転領域を均一燃焼領域としている。
【００４１】
（燃料噴射制御）
上述の如く、この実施形態ではエンジン１の運転状態に応じて運転モードを切換えるとともに、インジェクタ１２により噴射した燃料の燃焼状態が燃費性能や排気清浄化の両立という観点から最適なものになるように、燃料噴射時期を変更するようにしている。詳しくは、例えば、エンジン１が前記の圧縮分割噴射領域（ロ）にあって、燃料を気筒２の圧縮行程で２回に分割して噴射する場合について図６に基づいて説明すると、まず同図（ａ）に示すように、気筒２の圧縮行程前期にインジェクタ１２により１回目の噴射作動が行われ、燃料の微細な液滴が比較的大きな容積となっている燃焼室６に拡散しながら気化霧化して、吸気と混合される。このとき、図に矢印で示すように、燃焼室６には吸気行程で形成されたスワール流（吸気流動）が残っており、このスワール流によって燃料噴霧の拡散が抑えられ、混合気は気筒２の中心寄りに集められる。
【００４２】
次に、同図（ｂ）に示すように、気筒２の圧縮行程中期にインジェクタ１２により２回目の噴射作動が行われる。この２回目の噴射時期は、噴射した燃料の気化霧化のための時間を点火タイミングまでの間に確保するように設定されており、この時点では、前記の１回目に噴射された燃料による混合気は同図に斜線を入れて示すように点火プラグ１１の周囲に分布している。そして、２回目に噴射された燃料がピストン５のキャビティ５ａにトラップされて、点火プラグ１１の付近に集中的に分布し、同図（ｃ）に示すように、気筒２の圧縮行程後期において、２回に分けて噴射された燃料の混合気が点火プラグ１１付近に適切に成層化された状態になったとき、点火プラグ１１により点火が行われる。
【００４３】
ここで、前記のように１回目の噴射作動による燃料噴霧を燃焼室６のスワール流により気筒中心に集めて、その拡散を適度に抑制するようにした場合、エンジン１の低回転側で吸気流速が低下し、スワール流が極く弱い状態になったときには、燃料噴霧の拡散を抑えるために、インジェクタ１２の１回目の噴射作動をかなり遅らせる必要がある。このため、圧縮分割噴射領域（ロ）の低回転側では、インジェクタ１２の１回目及び２回目の噴射作動の開始時期thtinj1,thtinj2は、それぞれ、該１回目の噴射作動の終了から２回目の噴射作動の開始までの噴射時間間隔Δｔが低回転側ほど短くなるように設定されている。尚、一般的に、エンジン回転数が低くなれば、同じクランク角期間に対応する時間間隔は相対的に長くなる。言い換えると、前記１回目及び２回目の噴射作動の間の噴射時間間隔Δｔが同じであれば、その間のクランク角間隔はエンジン１の低回転側で相対的に短くなるので、この実施形態では、エンジン１の低回転側ほど、１回目の噴射作動の終了から２回目の噴射作動の開始までのクランク角間隔も短くなる。
【００４４】
ところで、前記のようにインジェクタ１２の分割噴射の噴射時間間隔Δｔを短くしていくと、２回目の噴射作動の開始時点でインジェクタ１２に供給される燃料圧力が大きく変動する不安定状態になり、燃料噴射量のばらつきが過度に大きくなるという問題が生じることが判明した。このことは、インジェクタ１２の内部では１回目の噴射作動に伴い燃料圧力が瞬間的に大きく低下し、このときに発生した圧力波が燃料供給通路１７内を伝播して燃料供給系統を加振することによって、インジェクタ１２に供給される燃料圧力が大きく変動するものと考えられる。
【００４５】
具体的に、図７に本実施形態のエンジン１と同様の燃焼室構造を有するガソリンエンジンを用いて行った実験データを示す。この実験ではエンジン回転数を１５００ｒｐｍ又は３０００ｒｐｍのいずれかに維持する一方で、１回目の燃料噴射量、エンジン水温、点火タイミング等を種々変更しながら実際の燃料噴射量の目標値からの偏差を計測している。この計測値には実験に使用したインジェクタの固体ばらつきや計測の誤差が含まれることを考慮すれば、同図から、インジェクタ１２の２回目の噴射作動による燃料噴射量のばらつきは、噴射時間間隔Δｔが所定の時間間隔Δｔ0（図例では２．９ミリ秒）になるまではかなり大きく、この間は燃料圧力が不安定状態になっていると推察される。一方、噴射時間間隔Δｔが前記所定時間間隔Δｔ0以上になれば、燃料噴射量のばらつきは速やかに小さくなっており、このことから、インジェクタの１回目の噴射作動から前記所定時間間隔Δｔ0が経過すれば、燃料圧力の変動は殆ど収束していると推察される。
【００４６】
そこで、本発明の特徴部分であるが、この実施形態の制御装置Ａでは、上述の如き試験結果に基づいて、インジェクタ１２により燃料を２回に分割して噴射させるときに、その噴射作動の間の噴射時間間隔Δｔが前記の所定時間間隔Δｔ0以上になるように、エンジン１の圧縮分割噴射領域（ロ）及び吸気分割噴射領域（ニ）をそれぞれ規定することとした。
【００４７】
具体的には、前記図４に示す領域マップにおいて、圧縮分割噴射領域（ロ）を規定するエンジン回転数neの下限値は第１設定回転数ne1とされている。この第１設定回転数ne1は、上述の如く、圧縮分割噴射領域（ロ）におけるエンジン１の低回転側では、エンジン回転数neが低いほど噴射時間間隔Δｔが短くなるように、１回目及び２回目の燃料噴射時期thtinj1,thtinj2が設定されることに鑑み、該噴射時間間隔Δｔが前記の所定時間間隔Δｔ0以上になるように、エンジン回転数neの下限を設定したものである。従って、前記圧縮分割噴射領域（ロ）の低回転側では、エンジン回転数neが低くなるほど噴射時間間隔Δｔが短くされ、インジェクタ１２の２回の噴射作動により点火プラグ１１の周囲に混合気を適切に成層化させることができるとともに、該２回目の噴射作動は、１回目の噴射作動による燃料圧力変動が収束した後に開始させるようにすることができ、よって、燃料噴射制御の精度低下を未然に防止することができる。
【００４８】
また、前記領域マップにおいて、吸気分割噴射領域（ニ）を規定するエンジン回転数neの下限値は、前記第１設定回転数ne1よりも低い第２設定回転数ne1とされている。すなわち、インジェクタ１２により燃料を気筒２の吸気行程で２分割噴射させる場合には、前記の圧縮行程における２分割噴射の場合のように、燃料噴霧の適切な成層化を考慮して噴射時期を決定する必要はないので、１回目及び２回目の噴射時期は、いずれも、気筒２内の吸気流動によって燃料噴霧を十分に拡散させ、かつ吸気との混合を促進できるように適度な間隔を空けて設定される。この結果、インジェクタ１２の１回目及び２回目の噴射作動の開始時期は、それぞれ、圧縮分割噴射領域（ロ）における同じエンジン回転数のときに比べて噴射時間間隔Δｔが長くなるように設定される。
【００４９】
このように吸気行程で燃料を２分割して噴射することで、燃料の気化霧化や吸気との混合を促進して、均一度の高い良好な燃焼状態とすることができるので、燃費やエミッションが有効に低減される。そして、このような燃費やエミッションの低減効果をより広い運転領域に亘って得るために、前記第２設定回転数ne2をできるだけ低く設定した結果、この第２設定回転数ne2は第１設定回転数ne1よりも低い値になっている。但し、この第２設定回転数ne2はエンジン１のアイドル回転数よりも高い値とされている。これは、エンジン１がアイドル運転状態やそれよりもややエンジン回転数が高い程度の極低速運転状態にあるときには、前記の吸気行程での２分割噴射を行うと、燃焼状態が良くなって熱効率が向上する結果、排気温度が低下して触媒３２が過度に冷却される虞れがあるからであり、前記第２設定回転数ne2をアイドル回転数よりも高い値とすることで、吸気行程分割噴射に伴う触媒３２の過冷却を防止して、該触媒３２の排気浄化性能を維持することができる。
【００５０】
一方、前記吸気分割噴射領域（ニ）を規定するエンジン回転数neの上限値は、前記第１設定回転数と同じく、インジェクタ１２による１回目及び２回目の燃料噴射作動の間の噴射時間間隔Δｔが所定時間間隔Δｔ0以上になるように設定されている。すなわち、一般的にエンジン１の高回転側では同じクランク角期間に対応する時間間隔が相対的に短くなるので、インジェクタ１２による１回目及び２回目の燃料噴射時期をクランク角度に対応づけて設定すると、噴射時間間隔Δｔはエンジン回転数neの上昇とともに短くなり、２回目の噴射作動の開始時点で１回目の噴射作動による燃料圧力変動の悪影響が残る虞れがある。そこで、この実施形態では、エンジン回転数neが高いほど噴射時間間隔Δｔが短くなることを考慮して、その噴射時間間隔Δｔが所定時間間隔Δｔ0以上になるようにエンジン回転数neの上限値を第３設定回転数ne3に設定し、これにより、燃料噴射制御の精度低下を未然に防止するようにしている。
【００５１】
尚、前記図４の領域マップに示すように、圧縮分割噴射領域（ロ）を規定するエンジン回転数neの上限値は、上述の如くエンジン１の高回転側で同じクランク角期間に対応する時間間隔が短くなることを考慮し、必要な分量の燃料を気筒２の圧縮行程で噴射して、その燃料を点火タイミングまでに十分に気化霧化させることができるように、必要な時間間隔を確保できる第４設定回転数ne4とされている。
【００５２】
以下に、エンジン１の燃料噴射制御の具体的な処理手順を図８に示すフローチャート図に沿って説明すると、まず、スタート後のステップＳＡ１において、クランク角センサ８、水温センサ９、燃圧センサ１９、エアフローセンサ２１、吸気圧センサ２５、アクセル開度センサ３５等の各種センサ信号を受け入れるとともに、ＥＣＵ４０のメモリから各種データを入力する。続いて、ステップＳＡ２において、クランク角センサ８からの出力に基づいて演算されるエンジン回転数neとエアフローセンサ２１からの出力とに基づいて、吸気充填効率ceを演算する。続いて、ステップＳＡ３において、エンジン１の目標負荷Piobjを演算する。この目標負荷Piobjは、図９（ａ）に示すように、アクセル開度accとエンジン回転数neとに対応する値が予め実験的に決定されて、ＥＣＵ４０のメモリにマップとして記憶されており、このマップから読み出されるようになっている。
【００５３】
続いて、ステップＳＡ４では、前記ステップＳＡ３で求めた目標負荷Piobjとエンジン回転数neとに基づいて、図９（ｂ）に示すようにエンジン１の運転モードを目標負荷Piobjとエンジン回転数neとに対応づけて設定したマップから成層燃焼領域であるかどうか判定する。この判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳＡ５に進んでエンジン１の目標空燃比afwを演算し、続いて、ステップＳＡ６において燃料噴射時期thtinj1，thtinj2、即ちインジェクタ１２の開弁開始時期を演算して、ステップＳＡ１１に進む。ここで、前記目標空燃比及び燃料噴射時期の値は、それぞれ、図９（ｃ），（ｄ）に示すように、目標負荷Piobjとエンジン回転数neとに対応する最適な値が予め実験的に決定され、ＥＣＵ４０のメモリにマップとして記憶されていて、このマップから読み出されるようになっている。つまり、成層燃焼状態ではエンジン１の目標負荷Piobjに応じて燃料噴射量が決定される。特に、前記燃料噴射時期thtinj1，thtinj2は、領域（イ）に対応する運転状態では１回目の燃料噴射時期thtinj1だけが設定され、また、領域（ロ）に対応する運転状態では１回目及び２回目の両方の燃料噴射時期thtinj1,thtinj2が設定される。
【００５４】
一方、前記ステップＳＡ４において、成層燃焼領域でないＮＯと判定されれば、続くステップＳＡ７，ＳＡ８において、それぞれ目標空燃比afwと燃料噴射時期thtinj1,thtinj2とを演算する。この目標空燃比及び燃料噴射時期の値も、図９（ｅ），（ｆ）にそれぞれ示すように、吸気充填効率ceとエンジン回転数neとに対応する最適な値が予め実験的に決定され、ＥＣＵ４０のメモリにマップとして記憶されていて、このマップから読み出されるようになっている。つまり、均一燃焼状態では気筒２の実際の吸気充填効率ceに応じて燃料噴射量が決定される。また、前記燃料噴射時期thtinj1，thtinj2は、前記の成層燃焼領域域の場合と同じように、領域（ハ）（ホ）（ヘ）に対応する運転状態では１回目の燃料噴射時期thtinj1だけが設定され、また、領域（ニ）に対応する運転状態では１回目及び２回目の両方の燃料噴射時期thtinj1,thtinj2が設定される。
【００５５】
前記ステップＳＡ８に続くステップＳＡ９では、Ｏ2センサ３０からの出力信号に基づく空燃比のフィードバック制御を行えるか（Ｆ/Ｂ条件成立か）どうか判定する。例えば、エンジン水温が所定温度以上でＯ2センサ３０が正確に作動する状態になっていて、かつエンジン１の運転モードがストイキオモード（領域（ハ）（ニ）（ホ））になっていれば、フィードバック条件が成立しているＹＥＳと判定してステップＳＡ１０に進み、Ｏ2センサ３０からの出力信号に基づいて燃料噴射量のフィードバック補正値cfbを演算し、ステップＳＡ１１に進む。一方、エンジン水温が低いか或いはエンリッチモードであれば、フィードバック条件は成立していないＮＯと判定し、そのままで（cfb＝０）でステップＳＡ１１に進む。
【００５６】
前記ステップＳＡ６、ステップＳＡ９又はステップＳＡ１０に続いて、ステップＳＡ１１では、前記のように求めた目標空燃比afwになるように、主としてその目標空燃比afwと吸気充填効率ceとに基づいて、目標燃料噴射量qiを演算する。
【００５７】
qi ＝ KGKF ×（ce/afw）× cdpf × (1+cfb+ctotal)
前記演算式における右辺第１項のKGKFは従来周知の流量変換係数であり、第３項のcdpfは燃料圧力や気筒内圧に応じた補正係数であり、第４項のctotalはエンジン水温等の各種運転条件に応じた補正値である。このフローでは、前記のようにエンジン１が吸気分割噴射領域（ニ）にあるときに、Ｏ2センサ３０からの出力に基づいてフィードバック補正値cfbが演算されるので、前記の演算式により、燃料噴射量の制御はフィードバック制御とされることになる。一方、エンジン１が圧縮分割噴射領域（ロ）にあるときには、cfb＝０となるので、燃料噴射量の制御はフィードフォワード制御とされることになる。
【００５８】
そして、このステップＳＡ１１では、気筒２の吸気行程又は圧縮行程で燃料を２分割して噴射させる場合（領域（ロ）又は（ニ））には、前記のように演算した目標燃料噴射量qiを略等分して、それぞれ１回目及び２回目の目標燃料噴射量qi1,qi2とする。尚、エンジン１の運転状態に応じて前記１回目及び２回目の目標燃料噴射量の分割比率を変更し、例えば、所定の運転状態において噴射時間間隔Δｔを十分に長く確保できるように、１回目の目標燃料噴射量qi1を２回目よりも少なく設定するようにしてもよい。
【００５９】
前記ステップＳＡ１１に続いて、ステップＳＡ１２では、前記の演算した目標噴射量qi1,qi2に基づき、インジェクタ１２の流量特性マップに従って噴射パルス幅Tiを演算し、続くステップＳＡ１３でインジェクタ１２の作動制御を実行する。すなわち、クランク角センサ８からの信号に基づいて、１回目及び２回目の噴射時期thtinj1,thtinj2をそれぞれ判定し、噴射時期になれば、インジェクタ１２に噴射パルスTiを出力して燃料噴射を実行させる。
【００６０】
続いて、ステップＳＡ１４では、噴射量ばらつきの学習条件が成立しているかどうか判定する。すなわち、エンジン１が暖機状態になっていて、かつエンジン１の運転モードがストイキオモード（領域（ハ）（ニ）（ホ））になっていれば、学習条件成立でＹＥＳと判定してステップＳＡ１３に進み、前記ステップＳＡ１０で演算したフィードバック補正値cfbに基づいて、インジェクタ１２による実際の燃料噴射量の目標燃料噴射量qiに対する偏差を学習し、しかる後にリターンする。一方、エンジン１が未暖機状態であるか、成層燃焼モード（領域（イ）（ロ））或いはエンリッチモード（領域（ヘ））であれば、学習条件は成立していないＮＯと判定して、リターンする。
【００６１】
尚、前記ステップＳＡ１５における学習の具体的な手順としては、例えば、フィードバック制御の実行中に各サイクル毎のフィードバック補正値cfbを記憶しておき、その所定サイクル分の平均値を求めて、インジェクタ１２の流量特性マップを書き換えるようにすればよい。このフィードバック補正値cfbの平均値はインジェクタ７による噴射量の偏差の特性を反映した値であり、平均値が正値ならば実際の燃料噴射量は目標燃料噴射量qiよりも少なくなる傾向がある一方、平均値が負値ならば実際の燃料噴射量は目標燃料噴射量qiよりも多くなる傾向がある。
【００６２】
前記図８に示すフローは、全体として、エンジン１が温間状態でかつ低負荷低回転側の成層燃焼領域（イ）（ロ）にあるときに、インジェクタ１２により燃料を気筒２の圧縮行程で噴射させるとともに、該成層燃焼領域内の高負荷高回転側の圧縮分割噴射領域（ロ）では燃料を２回に分割して噴射させる燃料噴射制御手段４０ａに対応している。そして、この燃料噴射制御手段４０ａは、エンジン１が前記圧縮分割噴射領域（ロ）の高負荷側に隣接する吸気分割噴射領域（ニ）にあるときには、インジェクタ１２により燃料を気筒２の吸気行程で２回に分割して噴射させるように構成されている。
【００６３】
また、前記燃料噴射制御手段４０ａは、エンジン１が前記圧縮分割噴射領域（ロ）にあるときに、インジェクタ１２による燃料噴射量をフィードフォワード制御する一方、エンジン１が吸気分割噴射領域（ニ）にあるときには、燃焼室６の平均的な空燃比が略理論空燃比になるよう、Ｏ2センサ３０からの信号に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御するものである。
【００６４】
また、前記フローのステップＳＡ８の制御手順は、エンジン１が圧縮分割噴射領域（ロ）にあるときに、インジェクタ１２による分割噴射の１回目及び２回目の噴射時期thtinj1,thtinj2を、それぞれ、該１回目の噴射作動の終了から２回目の噴射作動の開始までの噴射時間間隔Δｔがエンジン１の低回転側で高回転側よりも短くなるように設定する噴射時期設定手段４０ｂに対応している。
【００６５】
そして、前記噴射時期設定手段４０ｂは、エンジン１が前記圧縮分割噴射領域（ロ）にあるときに、インジェクタ１２による１回目の噴射時期thtinj1をエンジン１の低回転側で高回転側よりも遅角側に設定するとともに、エンジン１の負荷状態が高いほど、進角側に設定するように構成されている。
【００６６】
さらに、前記フローのステップＳＡ１４，ＳＡ１５の制御手順により、エンジン１が吸気分割噴射領域（ニ）にあるときに、Ｏ2センサ３０からの信号に基づいて、インジェクタ１２による実際の燃料噴射量の目標燃料噴射量qiからの偏差を学習する学習制御手段４０ｄが構成されている。
【００６７】
したがって、この実施形態に係る火花点火式直噴エンジンの制御装置Ａによれば、エンジン１が圧縮分割噴射領域（ロ）にあるときに、インジェクタ１２により燃料を気筒２の圧縮行程で２回に分割して噴射させることにより、燃料噴射量がある程度多くても、燃焼状態の悪化を招くことなく、良好な成層燃焼状態を実現することができる。これにより、成層燃焼領域をエンジン１の高負荷側に拡大して、エンジン１の運転中に全体として燃費低減を図ることができる。
【００６８】
しかも、前記圧縮分割噴射領域（ロ）を規定するエンジン回転数neの下限値を第１設定回転数ne1としているので、エンジン１の低回転側で前記インジェクタ１２の２回の噴射時期thtinj1,thtinj2をそれぞれ燃料の適切な成層化を実現できるように設定しても、その間の噴射時間間隔Δｔは所定時間間隔Δｔ0よりも短くなることはない。これにより、インジェクタ１２による２回目の噴射作動時に燃料圧力の変動によって制御精度が低下することを未然に防止することができ、よって、燃費やエミッションの増大や運転フィーリングの悪化を防止することができる。特に、前記圧縮分割噴射領域（ロ）においては、燃料噴射量をフィードフォワード制御するようにしているので、前記の如く燃料圧力の変動による噴射量のばらつきを防止できることは、極めて有効である。
【００６９】
また、エンジン１が吸気分割噴射領域（ニ）にあるときには、インジェクタ１２により燃料を気筒２の吸気行程で２回に分割して噴射させることにより、燃料の気化霧化や吸気との混合を促進して、均一度の高い良好な燃焼状態とすることができ、このことによっても燃費やエミッションを有効に低減することができる。しかも、この吸気分割噴射領域（ニ）を規定するエンジン回転数neの上限値を第３設定回転数ne3としているので、エンジン１の高回転側でも、インジェクタ１２の２回の噴射作動の間の噴射時間間隔Δｔが所定時間間隔Δｔ0よりも短くなることはなく、よって、前記と同様に燃料噴射圧力の変動による制御精度の低下を未然に防止して、燃費やエミッションの増大や運転フィーリングの悪化を防止することができる。
【００７０】
さらに、前記吸気分割噴射領域（ニ）では、インジェクタ１２による燃料噴量が、燃焼室６の平均的な空燃比を略理論空燃比とするように、Ｏ2センサ３０からの信号に基づいてフィードバック制御されるので、燃料噴射量の制御精度がさらに向上し、このことによっても燃費やエミッションの低減が図られる。しかも、このときに燃料を２回に分割して噴射させるようにしているので、燃焼安定性の極めて高い状態になり、多量の排気を還流させて、エンジン１のポンプ損失の低減により燃費をさらに低減することができる、また、排気の還流によって燃焼最高温度が低下するので、ＮＯｘの生成を抑制することができ、さらに、高温の排気によって燃料の気化霧化は促進されるので、すすの発生も抑えることができる。
【００７１】
加えて、前記吸気分割噴射領域（ニ）では、上述の如く、燃料の分割噴射に伴う燃料圧力の変動によって燃料噴射量がばらつくことを防止しながら、さらに、フィードバック制御によって燃料噴射量の制御精度を極めて高い状態としておいて、例えばインジェクタ１２の個体差等に起因する燃料噴射量の偏差を学習制御手段４０ｄにより正確に学習することができる。そして、この学習結果に基づいてインジェクタ１２の流量特性マップを書き換えて、燃料噴射量を補正するようにしてるので、燃料噴射量のばらつきを殆ど解消することができ、これにより、エンジン１の過渡運転時にも燃料噴射制御の精度を向上させることができる。
【００７２】
尚、本発明は前記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、前記実施形態では、図４の領域マップに示すように、吸気分割噴射領域（ニ）をエンジン回転数neが第３設定回転数ne3以下になる領域に規定しているが、これに限らず、例えば図１０に示すように、吸気分割噴射領域（ニ）を規定するエンジン回転数neの上限値を前記第３設定回転数ne3よりも大きな値としてもよい。但し、この場合には、そのように規定した吸気分割噴射領域（ニ）の低回転側のみを学習領域とし、この学習領域でのみ前記の学習制御を行うようにする。具体的には、同図に仮想線で示すように、前記学習領域を規定するエンジン回転数neの上限値を、第３設定回転数ne3とすればよい。
【００７３】
そして、このようにすれば、吸気分割噴射領域（ニ）をエンジン１の高回転側に拡大して、燃費の一層の低減を図ることができる一方、燃料噴射量の偏差の学習は前記実施形態と同様に正確に行うことができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明に係る火花点火式直噴エンジンの制御装置によると、エンジンが成層燃焼領域の高負荷側の圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程で複数回に分割して噴射させるようにしたので、成層燃焼領域が高負荷側に拡大されて、燃費の低減が図られる。また、そのうちの１回目及び２回目の噴射作動の間の噴射時間間隔を、エンジン低回転側で高回転側よりも短くなるように設定することで、燃料を点火プラグ付近に適切に成層化させて、良好に燃焼させることができる。しかも、この圧縮分割噴射領域を規定するエンジン回転数の下限値を、前記噴射時間間隔が所定時間間隔以上になるような第１設定回転数とすることで、該圧縮分割噴射領域においては、燃料噴射弁による２回目の噴射作動時までに１回目の噴射作動による燃料圧力変動を略収束させることができ、これにより、燃料噴射制御の精度低下を抑制して、燃費やエミッションの増大や運転フィーリングの悪化を防止することができる。
【００７５】
請求項２の発明によると、所定時間間隔を略２．９ミリ秒とすることで、２回目の噴射作動時に燃料圧力変動を小さく抑えて、請求項１の発明による効果を十分に得ることができる。
【００７６】
請求項３の発明によると、燃料噴射弁による１回目の噴射作動の開始時期を、エンジンの低回転側で高回転側よりも遅角側に設定することで、燃料噴霧の拡散を抑制して、適切に成層化させることができる。
【００７７】
請求項４の発明によると、燃料噴射弁による１回目の噴射作動の開始時期を、エンジンの負荷状態が高いほど進角側に設定することで、噴射時間間隔を適切に設定できる。
【００７８】
請求項５の発明によると、燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程の前期ないし中期の期間に噴射させることで、燃料噴霧を点火タイミングまでに十分に気化霧化させて、良好に燃焼させることができる。
【００７９】
請求項６の発明によると、エンジンが圧縮分割噴射領域にあるときに、燃料噴射量をフィードフォワード制御するようにしたものにおいて、請求項１の発明の如く燃料脈動による噴射量のばらつきを防止できることが特に有効になる。
【００８０】
請求項７の発明によると、エンジンの運転頻度の高い領域で、燃料を気筒の吸気行程で２分割して噴射させることにより、均一度の高い良好な燃焼状態として、燃費やエミッションを有効に低減することができる。また、前記領域を規定するエンジン回転数の下限値を第１設定回転数よりも低い第２設定回転数とすることで、前記の効果をできるだけ広い運転領域に亘って得ることができる。
【００８１】
請求項８の発明によると、第２設定回転数をエンジンのアイドル回転数よりも高くすることで、エンジンが極低速運転状態になっているときの排気浄化用触媒の過冷却を回避して、該触媒の排気浄化性能を維持することができる。
【００８２】
請求項９の発明によると、燃焼安定性の高い理論空燃比状態になるように燃料噴射量を制御するとともに、排気の還流によって燃費やエミッションを有効に低減することができる。
【００８３】
請求項１０の発明によると、噴射時間間隔を吸気分割噴射領域の低回転側で圧縮分割噴射領域よりも長くさせることで、燃料を十分に拡散させかつ吸気との混合を促進して、良好な均一燃焼状態とさせることができる。
【００８４】
請求項１１の発明によると、吸気分割噴射領域において、燃料噴射弁により燃料を気筒の吸気行程の前期ないし中期の期間に噴射させることで、燃料を十分に拡散させかつ吸気との混合を促進して、良好な均一燃焼状態とさせることができる。
【００８５】
請求項１２の発明によると、吸気分割噴射領域を規定するエンジン回転数の上限値を第３設定回転数とすることにより、エンジンの高回転側でも燃料圧力変動による燃料噴射量の制御精度の低下を未然に防止できる。
【００８６】
請求項１３の発明によると、燃料圧力変動による燃料噴射量ばらつきを抑えた吸気分割噴射領域において、空燃比検出手段からの信号に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御することにより、燃料噴射量の制御精度をさらに向上できる。また、このときに学習制御手段により燃料噴射量の偏差を正確に学習することができ、これにより、エンジンが過渡運転状態にあるときの燃料噴射制御の精度も向上できる。
【００８７】
請求項１４の発明によると、吸気分割噴射領域において、空燃比検出手段からの信号に基づくフィードバック制御により、燃料噴射制御の精度を向上させることができる。また、請求項１３の発明と同様に、噴射圧力変動による噴射量ばらつきを抑えた状態で、燃料噴射量の偏差を正確に学習することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジンの制御装置の全体構成図である。
【図３】エンジンの気筒内燃焼室の概略構造を示す斜視図である。
【図４】エンジンの成層燃焼モード、ストイキオモード及びエンリチモードの各運転領域を設定した制御マップの一例を示す図である。
【図５】エンジンの燃料噴射時期を示すタイムチャート図である。
【図６】気筒の吸気行程で燃料を２回に分割して噴射するときの混合気形成の様子を示した説明図である。
【図７】燃料噴射弁の１回目の噴射作動による燃料圧力の変動によって、２回目の噴射作動による燃料噴射量がばらつく様子を、噴射時間間隔に対応づけて示した実験データのグラフ図である。
【図８】燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図９】燃料噴射制御に用いる各種の制御マップを示した説明図である。
【図１０】吸気分割噴射領域をエンジンの高回転側に拡大した他の実施形態に係る図４相当図である。
【符号の説明】
Ａ        火花点火式直噴エンジンの制御装置
１        エンジン
２        気筒
５        ピストン
６        燃焼室
１２      インジェクタ（燃料噴射弁）
３０      Ｏ2センサ（空燃比検出手段）
３２      排気浄化用触媒
３３      排気還流通路（排気還流手段）
３４      排気還流量調節弁（排気還流手段）
４０      コントロールユニット（ＥＣＵ）
４０ａ    燃料噴射制御手段
４０ｂ    噴射時期設定手段
４０ｃ    排気還流制御手段
４０ｄ    学習制御手段
【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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【図９】
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【図１０】
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