(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも排気の空燃比状態が理論空燃比に対応する状態のときに三元浄化機能を発揮する触媒と、
少なくともエンジンが低回転低負荷側の所定領域にあるときに、気筒内燃焼室における点火前の平均的な空燃比である筒内空燃比を、理論空燃比よりもリーンになるように制御する筒内空燃比制御手段と、
エンジンの減速運転時に所定条件下で、前記燃焼室への燃料供給を強制的に停止させる燃料カット制御を行う燃料カット制御手段とを備えたエンジンの燃料制御装置において、
前記燃料カット制御手段は、エンジン回転速度が所定の復帰回転速度以下になったときに燃料カット制御を終了するものであり、
前記触媒による排気浄化性能が低下する所定の低温状態であることを判定する触媒低温状態判定手段と、
前記燃料カット制御手段により燃料カット制御が行われるときに、吸気通路のスロットル弁を閉じるとともに、前記触媒低温状態判定手段により触媒が低温状態であると判定された場合には、エンジン回転速度が前記復帰回転速度よりも高い設定回転速度まで低下したときに、前記燃料カット制御の実行中であってもスロットル弁を開作動させるスロットル開度制御手段と、
前記触媒低温状態判定手段により触媒が前記低温状態であると判定され、かつ、前記燃料カット制御手段による燃料カット制御が終了して、エンジンが前記所定領域に移行したとき、前記スロットル弁の開作動によって流量の増大した排気の空燃比状態を理論空燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチになるように制御する排気空燃比制御手段とを備えていることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【請求項２】
酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下によって前記吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材と、
少なくとも排気の空燃比状態が理論空燃比に対応する状態のときに三元浄化機能を発揮する触媒と、
少なくともエンジンが低回転低負荷側の所定領域にあるときに、気筒内燃焼室における点火前の平均的な空燃比である筒内空燃比を、理論空燃比よりもリーンになるように制御する筒内空燃比制御手段と、
エンジンの減速運転時に所定条件下で、前記燃焼室への燃料供給を強制的に停止させる燃料カット制御を行う燃料カット制御手段とを備えたエンジンの燃料制御装置において、
前記燃料カット制御手段は、エンジン回転速度が所定の復帰回転速度以下になったときに燃料カット制御を終了するものであり、
前記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が設定量以上であることを判定するＮＯｘ吸収状態判定手段と、
前記ＮＯｘ吸収状態判定手段によりＮＯｘ吸収量が設定量以上であると判定され、かつ、前記燃料カット制御手段による燃料カット制御が終了して、エンジンが前記所定領域に移行したとき、排気の空燃比状態を理論空燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチになるように制御する排気空燃比制御手段と、
前記触媒による排気浄化性能が低下する所定の低温状態であることを判定する触媒低温状態判定手段と、
前記燃料カット制御手段により燃料カット制御が行われるときに、吸気通路のスロットル弁を閉じるとともに、前記触媒低温状態判定手段により触媒が低温状態であると判定された場合には、エンジン回転速度が前記復帰回転速度よりも高い設定回転速度まで低下したときに、前記燃料カット制御の実行中であってもスロットル弁を開作動させるスロットル開度制御手段と、を備えていることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【請求項３】
少なくとも排気の空燃比状態が理論空燃比に対応する状態のときに三元浄化機能を発揮する触媒と、
少なくともエンジンが低回転低負荷側の所定領域にあるときに、気筒内燃焼室における点火前の平均的な空燃比である筒内空燃比を、理論空燃比よりもリーンになるように制御する筒内空燃比制御手段と、
エンジンの減速運転時に所定条件下で、前記燃焼室への燃料供給を強制的に停止させる燃料カット制御を行う燃料カット制御手段とを備えたエンジンの燃料制御装置において、
前記燃料カット制御手段は、エンジン回転速度が所定の復帰回転速度以下になったときに燃料カット制御を終了するものであり、
前記燃料カット制御手段による燃料カット制御の継続時間が設定時間以上になったことを判定する継続時間判定手段と、
前記継続時間判定手段により燃料カット制御の継続時間が設定時間以上と判定された場合に、その燃料カット制御が終了して、エンジンが前記所定領域に移行したとき、排気の空燃比状態を理論空燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチになるように制御する排気空燃比制御手段と、
前記触媒による排気浄化性能が低下する所定の低温状態であることを判定する触媒低温状態判定手段と、
前記燃料カット制御手段により燃料カット制御が行われるときに、吸気通路のスロットル弁を閉じるとともに、前記触媒低温状態判定手段により触媒が低温状態であると判定された場合には、エンジン回転速度が前記復帰回転速度よりも高い設定回転速度まで低下したときに、前記燃料カット制御の実行中であっても、スロットル弁を開作動させるスロットル開度制御手段とを備えていることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁が設けられ、
排気空燃比補正手段は、排気の空燃比状態が理論空燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチになるように、前記燃料噴射弁により燃料を気筒の膨張行程ないし排気行程で追加噴射させるものであることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化用触媒を備え、低回転低負荷側の所定領域において気筒内燃焼室における点火前の平均的な空燃比（以下、筒内空燃比という）を理論空燃比よりもリーンになるように制御するとともに、所定条件下で燃料カット制御を行うようにしたエンジンの燃料制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のエンジンの燃料制御装置として、例えば特開平１１−２２９８５６号公報に開示されるように、エンジンの気筒内燃焼室に臨むように燃料噴射弁を設け、エンジンが低回転低負荷側の所定領域にあるときに該燃料噴射弁により燃料を主に気筒の圧縮行程で噴射させて、成層燃焼状態にさせる一方、高回転ないし高負荷側においては前記燃料噴射弁により燃料を主に気筒の吸気行程で噴射させて、燃焼室内に略均一な混合気を形成した上で燃焼させるようにしたものが知られている。
【０００３】
前記成層燃焼状態では、混合気が点火プラグの電極付近に偏在する状態で燃焼するので、筒内空燃比を例えばＡ／Ｆ＝３０〜１４０というように極めてリーンな状態とすることができ、このことで、均一燃焼状態に比べてポンプ損失や熱損失を低減して、燃料消費率を大幅に改善することができる。
【０００４】
そして、前記の如く筒内空燃比が極めてリーンな状態になると、排気の空燃比状態も同じようにリーンな状態になる。すなわち、一般的に、筒内空燃比が略理論空燃比であれば、排気中に残存する酸素濃度は略０．５％以下となり、このときの排気の空燃比状態が略理論空燃比に対応する状態ということになる。一方、筒内空燃比がリーンになれば、排気の空燃比状態もリーン、即ち酸素濃度の高い状態になるが、この酸素濃度の高い状態においてＮＯｘを効率良く還元することは、極めて困難である。
【０００５】
そこで、前記従来例においては酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収し、酸素濃度が低下するとＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を含有するＮＯｘ触媒を設けるとともに、これに隣接するように三元触媒を配設し、排気の空燃比状態がリーンのときには前記ＮＯｘ触媒によりＮＯｘを吸収させる一方、排気の空燃比状態が略理論空燃比ないしそれよりもリッチになったときには、該ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘを三元触媒により還元浄化するようにしている。
【０００６】
ここで、一般的に、前記のようなＮＯｘ吸収材には、ＮＯｘ吸収量の増大に伴いＮＯｘの吸収能力が低下するという性質がある。そこで、前記従来例のものでは、エンジンの成層燃焼状態での運転が長時間継続したときに、そのことによってＮＯｘ触媒によるＮＯｘ吸収性能が大きく低下することになる前に、均一燃焼状態に切り替えるとともに、筒内空燃比を強制的にリッチ側に変化させることにより、排気の空燃比状態をリッチ化させて、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させ、三元触媒により還元浄化するようにしている（以下、強制的なＮＯｘパージともいう）。
【０００７】
また、前記従来例のものでは、エンジンが減速運転状態にあってかつ例えばアクセルペダルの操作がなされていないというような所定の条件が成立したときに、燃料噴射弁による燃料の噴射供給を停止させる燃料カット制御を行うようにしており、このことで、エンジンブレーキの利きを高めることができるとともに、燃料消費率を低減できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的に、筒内空燃比がリーンになれば、略理論空燃比のときに比べて排気の温度状態は低くなるので、前記従来例のように低回転低負荷領域で成層燃焼状態とされる火花点火式直噴エンジンや、殆ど全ての運転領域において筒内空燃比がリーンになるディーゼルエンジンにおいては、触媒の温度状態が低くなりやすい。その上さらに、前記従来例のように燃料カット制御が行われると、そのことによって、前記触媒の温度状態が過度に低くなってしまい、この触媒による排気の浄化性能が損なわれる虞れがある。
【０００９】
また、前記従来例の如くエンジンの運転状態に拘わらず、強制的なＮＯｘパージを行うようにすると、エンジンが例えばアイドル運転状態のように本来的に振動や騒音の小さい運転状態にあるときに、その燃焼状態が強制的に成層燃焼→均一燃焼→成層燃焼と切替えられて、出力トルクが変動することがあり、このときのトルクの変動がたとえ小さなものであっても、それが運転者の操作とは無関係に発生することから、運転者が違和感を覚えやすく、その発生頻度が高くなれば運転フィーリングの低下を招くことになる。
【００１０】
本発明は斯かる諸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、エンジンを低回転低負荷領域では筒内空燃比のリーンな状態で運転するとともに、所定条件下で燃料カット制御を行うようにした燃料制御装置において、この燃料カット制御を終了して燃料供給を再開するときの排気の空燃比状態の制御手順に工夫を凝らして、触媒等の排気浄化性能を確保しながら、エンジン運転領域全体としての運転フィーリングの向上を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明の解決手段では、エンジンが燃料カット状態から筒内空燃比のリーンな運転領域に移行した復帰のタイミングを捉えて、そのときに触媒が過冷却やＮＯｘ吸収量の増大によって浄化性能の低い状態になっていれば、排気の空燃比状態を理論空燃比に対応する状態かそれよりもリッチになるように制御するようにした。
【００１２】
具体的に、請求項１の発明では、図１に一例を示すように、少なくとも排気の空燃比状態が理論空燃比に対応する状態のときに三元浄化機能を発揮する触媒３２，３４と、少なくともエンジン１が低回転低負荷側の所定領域にあるときに、気筒内燃焼室６における点火前の平均的な空燃比である筒内空燃比を、理論空燃比よりもリーンになるように制御する筒内空燃比制御手段４０ａと、エンジン１の減速運転時に所定条件下で、前記燃焼室６への燃料供給を強制的に停止させる燃料カット制御を行う燃料カット制御手段４０ｂとを備えたエンジンの燃料制御装置Ａを前提として、前記燃料カット制御手段４０ｂは、エンジン回転速度が所定の復帰回転速度以下になったときに燃料カット制御を終了するものとする。
【００１３】
そして、前記触媒３２，３４による排気浄化性能が低下する所定の低温状態であることを判定する触媒低温状態判定手段４０ｃと、前記燃料カット制御手段４０ｂにより燃料カット制御が行われるときに、吸気通路のスロットル弁を閉じるとともに、前記触媒低温状態判定手段４０ｃにより触媒３２，３４が低温状態であると判定された場合は、エンジン回転速度が前記復帰回転速度よりも高い設定回転速度まで低下したときに、前記燃料カット制御の実行中であってもスロットル弁を開作動させるスロットル開度制御手段と、前記触媒低温状態判定手段４０ｃにより触媒３２，３４が前記低温状態であると判定され、かつ、前記燃料カット制御手段４０ｂによる燃料カット制御が終了して、エンジン１が前記所定領域に移行したとき、前記スロットル弁の開作動によって流量の増大した排気の空燃比状態を理論空燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチになるように制御する排気空燃比制御手段４０ｄとを備える構成とする。
【００１４】
前記の構成により、エンジン１が低回転低負荷側の所定領域にあるときには筒内空燃比制御手段４０ａによりエンジン１の筒内空燃比が理論空燃比よりもリーンになるように制御されて、燃料消費率の低減が図られる。また、エンジン１の減速運転時に所定の条件が成立すると、燃料カット制御手段４０ｂにより燃料カット制御が行われて、無駄な燃料の消費が阻止される。この燃料カット制御の間、エンジン１の燃焼室６に吸入された空気はそのまま排気通路に排出されることになり、このことで、触媒３２，３４の温度状態は急速に低下する。
【００１５】
そのように触媒３２，３４の温度状態が低くなって、排気浄化性能の低下する所定の低温状態になれば、このことが触媒低温状態判定手段４０ｃにより判定される。そして、前記燃料カット制御が終了して、エンジン１が前記所定領域に移行したときに、前記判定結果に基づいて、排気空燃比制御手段４０ｄにより、排気の空燃比状態が理論空燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチになるように制御される（以下、リッチ化ともいう）。
【００１６】
すなわち、本来ならば排気の空燃比状態がリーンになる運転領域において、燃料カット制御からの復帰時に一時的に排気の空燃比状態がリッチ化されて、排気温度が上昇することになり、これにより、触媒３２，３４の温度状態を高めて、排気浄化性能の低下を防止することができる。しかも、元々、燃料噴射形態の変化する復帰のタイミングであるから、前記空燃比のリッチ化に伴いエンジン１の出力トルクが変化しても、運転者が違和感を覚えることは少ない。
【００１７】
さらに、前記の構成では、前記燃料カット制御の実行中に、スロットル開度制御手段によりスロットル弁が閉じられることで、燃焼室６からの空気の排出量が可及的に減少し、触媒３２，３４の冷却が抑制される。そして、この燃料カット制御の実行中にエンジン回転速度が設定回転速度まで低下したときスロットル弁が開作動され、続いてエンジン回転速度が復帰回転速度まで低下したとき、即ち燃料カット制御が終了して、燃料噴射弁による燃焼室６への燃料の噴射供給が再開されるときには、該燃焼室６への吸入空気量が十分に増大するようになる。
【００１８】
そして、それにより流量が増大した排気の空燃比状態がリッチ化される。すなわち、燃料カット状態からの復帰のタイミングに合わせて、排気流量を十分に増大させ、かつその排気の空燃比状態をリッチ化することにより、触媒３２，３４に高温の排気を多量に供給して、その温度状態を速やかに高めることができる。
【００１９】
次に、請求項２の発明は、酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下によって前記吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材と、少なくとも排気の空燃比状態が理論空燃比に対応する状態のときに三元浄化機能を発揮する触媒と、少なくともエンジンが低回転低負荷側の所定領域にあるときに、気筒内燃焼室における点火前の平均的な空燃比である筒内空燃比を、理論空燃比よりもリーンになるように制御する筒内空燃比制御手段と、エンジンの減速運転時に所定条件下で、前記燃焼室への燃料供給を強制的に停止させる燃料カット制御を行う燃料カット制御手段とを備えたエンジンの燃料制御装置を前提とし、前記燃料カット制御手段は、エンジン回転速度が所定の復帰回転速度以下になったときに燃料カット制御を終了するものとする。
【００２０】
そして、前記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が設定量以上であることを判定するＮＯｘ吸収状態判定手段と、該ＮＯｘ吸収状態判定手段によりＮＯｘ吸収量が設定量以上であると判定され、かつ、前記燃料カット制御手段による燃料カット制御が終了して、エンジンが前記所定領域に移行したとき、排気の空燃比状態を理論空燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチになるように制御する排気空燃比制御手段と、前記触媒による排気浄化性能が低下する所定の低温状態であることを判定する触媒低温状態判定手段と、前記燃料カット制御手段により燃料カット制御が行われるときに、吸気通路のスロットル弁を閉じるとともに、前記触媒低温状態判定手段により触媒が低温状態であると判定された場合には、エンジン回転速度が前記復帰回転速度よりも高い設定回転速度まで低下すれば、前記燃料カット制御の実行中であってもスロットル弁を開作動させるスロットル開度制御手段と、を備える構成とする。
【００２１】
前記の構成により、請求項１の発明と同様に、エンジンは、低回転低負荷側の所定領域にあるときには筒内空燃比がリーンな状態で運転され、また、所定条件下では燃料カット制御が行われる。前記空燃比のリーンな運転状態では、酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸収材に吸収され、このＮＯｘ吸収材におけるＮＯｘ吸収量が設定量以上になれば、このことがＮＯｘ吸収状態判定手段により判定される。そして、この判定がなされた場合、燃料カット制御を終了して、エンジンが前記所定領域に移行したときに、排気空燃比制御手段により排気の空燃比状態がリッチになるように制御される。
【００２２】
このことで、本来ならば排気の空燃比状態がリーンになる運転領域において燃料カット制御からの復帰時に一時的に排気の空燃比状態がリッチ化されて、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘが放出され、触媒により還元浄化されるようになる。しかも、燃料復帰のタイミングであるから、運転者が違和感を覚えることは少ない。つまり、燃料復帰のタイミングでＮＯｘパージを行うようにすることで、ＮＯｘ吸収材や触媒による排気浄化性能を確保しながら、空燃比のリーンな運転中に強制的なＮＯｘパージが行われる頻度を下げて、運転フィーリングを向上させることができる。
【００２３】
それに加えて、前記した請求項１の発明と同様に、燃料カット制御を終了して燃焼室への燃料の噴射供給を再開する時点で、該燃焼室への吸入空気量を十分に増大させた上で、排気の空燃比状態をリッチ化させることができ、これにより、燃料復帰タイミングを利用してのＮＯｘパージを十分に促進し、触媒活性をより高めることができる。
【００２４】
次に、請求項３の発明では、少なくとも排気の空燃比状態が理論空燃比に対応する状態のときに三元浄化機能を発揮する触媒と、少なくともエンジンが低回転低負荷側の所定領域にあるときに、気筒内燃焼室における点火前の平均的な空燃比である筒内空燃比を、理論空燃比よりもリーンになるように制御する筒内空燃比制御手段と、エンジンの減速運転時に所定条件下で、前記燃焼室への燃料供給を強制的に停止させる燃料カット制御を行う燃料カット制御手段とを備えたエンジンの燃料制御装置を前提とし、その燃料カット制御手段は、エンジン回転速度が所定の復帰回転速度以下になったときに燃料カット制御を終了するものとする。
【００２５】
そして、前記燃料カット制御手段による燃料カット制御の継続時間が設定時間以上になったことを判定する継続時間判定手段と、該継続時間判定手段により燃料カット制御の継続時間が設定時間以上と判定された場合に、その燃料カット制御が終了して、エンジンが前記所定領域に移行したとき、排気の空燃比状態を理論空燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチになるように制御する排気空燃比制御手段と、前記触媒による排気浄化性能が低下する所定の低温状態であることを判定する触媒低温状態判定手段と、前記燃料カット制御手段により燃料カット制御が行われるときに、吸気通路のスロットル弁を閉じるとともに、前記触媒低温状態判定手段により触媒が低温状態であると判定された場合には、エンジン回転速度が前記復帰回転速度よりも高い設定回転速度まで低下したときに、前記燃料カット制御の実行中であっても、スロットル弁を開作動させるスロットル開度制御手段とを備える構成とする。
【００２６】
前記の構成により、請求項１、２の発明と同様に、エンジンが低回転低負荷側の所定領域にあるときには、筒内空燃比が理論空燃比よりもリーンになるように制御され、また、所定条件下で燃料カット制御が行われることで、触媒の温度状態が急速に低下するようになる。そして、その燃料カット制御の継続時間が設定時間以上になって、このことが継続時間判定手段により判定されると、排気空燃比制御手段による制御が行われて、排気の空燃比状態がリッチ化される。
【００２７】
すなわち、前記燃料カット制御の継続時間が長いということは、そのことによって触媒が冷却されるということであり、また、燃料カット制御が開始されたときのエンジン回転速度が相対的に高く、触媒の空気流通量が多いということでもあり、従って、燃料カット制御の終了時点では触媒の温度状態がかなり低くなっていると考えられる。
【００２８】
そこで、この場合に燃料カット制御からの復帰のタイミングを利用して、排気の空燃比状態をリッチ化させることにより、前記請求項１の発明と同様に、運転者の違和感を軽減しながら、触媒の温度状態を高めて、排気浄化性能の低下を防止することができる。
【００２９】
しかも、そうして燃料カット制御からの復帰のタイミングで、前記した請求項１、２の発明と同様に、該燃焼室への吸入空気量を十分に増大させた上で、排気の空燃比状態をリッチ化させることができ、これにより、燃料復帰タイミングを利用してのＮＯｘパージを十分に促進し、触媒活性をより高めることができる。
【００３０】
請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれか１つにおいて、気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁を設けるとともに、排気空燃比補正手段を、排気の空燃比状態が理論空燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチになるように、前記燃料噴射弁により燃料を気筒の膨張行程ないし排気行程で追加噴射させるものとする。
【００３１】
この構成によれば、前記したように燃料カット状態からの復帰のタイミングに合わせて、排気流量を十分に増大させ、かつその排気の空燃比状態をリッチ化するために、気筒の膨張行程ないし排気行程で燃料を追加噴射するものであり、この追加噴射による回転上昇（トルク上昇）は小さく、また、追加噴射の終了時点における回転変動（トルク変動）も小さくすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（参考形態）
以下に、本発明の実施形態に係るエンジンの燃料制御装置について説明するが、説明の都合上、まず実施形態と概ね同じ構成の参考形態について説明し、その後、実施形態について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態及び参考形態に共通のエンジンの燃料制御装置Ａであり、１は車両に搭載された多気筒エンジンである。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、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。
【００３４】
前記各気筒２毎のシリンダヘッド４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、該燃焼室６の周縁部には燃料を気筒中心に向かって直接、噴射供給するように、インジェクタ１２（燃料噴射弁）が取り付けられている。すなわち、詳しくは図示しないが、前記燃焼室６は、天井部の２つの傾斜面が互いに差し掛けられた屋根のような形状をなすペントルーフ型のものであり、そ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、この各開口端を開閉するように吸気及び排気弁１５，１５，…が配設されている。
【００３５】
また、前記インジェクタ１２は、２つの吸気ポート１３，１３の間に挟まれるようにその下方に配置されていて、その先端側噴孔が２つの吸気弁１５，１５の傘部に近接して燃焼室６の周縁部に臨んでいる。一方、インジェクタ１２は全気筒２，２，…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、この燃料供給通路１７には、内部の燃料の圧力状態（燃圧）を検出するための燃圧センサ１９が設けられている。
【００３６】
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形状のキャビティ５ａにトラップされて、点火プラグ１１の近傍に比較的濃い混合気の層を形成する。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に拡散して吸気と十分に混合され、点火時点までに燃焼室６に略均一な混合気を形成する。
【００３７】
同図に示すように、エンジン１の一側面（図の左側の側面）には、各気筒２毎の吸気ポート１３にそれぞれ連通するように、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を絞る蝶弁からなるスロットル弁２２と、サージタンク２３とが配設されている。前記スロットル弁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、弁軸が電動モータにより回動されて開閉する電気式のものである。さらに、該スロットル弁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とが設けられている。
【００３８】
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に連通している。この分岐路のうちの一方にはスワール制御弁２６が設けられており、該スワール制御弁２６が閉じられると、吸気は殆どが他方の分岐路から燃焼室６に流入するようになり、このことで、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が開かれると、両方の分岐路から吸気が吸い込まれるようになり、これにより、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る。
【００３９】
一方、エンジン１の他側面（図の右側の側面）には、燃焼室６から既燃ガス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の下流端は１つに集合して、この集合部に排気中の酸素濃度を検出する第１酸素濃度センサ３０が配設されている。この第１酸素濃度センサ３０は、その出力が理論空燃比を境にステップ状に反転するいわゆるλＯ2センサからなる。また、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、三元触媒３２とリーンＮＯｘ触媒３４とが接続され、さらに、該両触媒３２，３４の間の排気通路２８に、前記第１酸素濃度センサ３０と同じくλＯ2センサからなる第２酸素濃度センサ３３が配設されている。
【００４０】
そして、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３５の上流端が分岐接続されており、このＥＧＲ通路３５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、電動モータにより開度が調節される電気式のＥＧＲ弁３６が配設されている。
【００４１】
前記上流側の三元触媒３２は、詳しくは図示しないが、コージェライト製のハニカム状担体の壁面上に内側触媒層と外側触媒層との２層の触媒層を形成したもので、その内側触媒層には、例えばアルミナ及びセリアをサポート材としてパラジウムＰｄ等の貴金属が担持されている一方、外側触媒層には、白金やロジウムがセリアをサポート材として担持されている。
【００４２】
また、前記下流側のリーンＮＯｘ触媒３４は、排気中の酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気（例えば酸素濃度が４％以上の状態）で排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度が例えば１〜２％未満になると、吸収したＮＯｘを放出しかつ還元浄化するＮＯｘ吸収還元型のものである。この触媒３４も前記三元触媒３２と同様の２層構造のものであり、内側触媒層には、白金とＮＯｘ吸収材であるバリウムとがアルミナ及びセリアをサポート材として担持されている一方、外側触媒層には、白金及びロジウムとバリウムとがゼオライトをサポート材として担持されている。
【００４３】
前記リーンＮＯｘ触媒３４によるＮＯｘの浄化性能は、例えば図２に示すような温度依存性を有する。即ち、リーンＮＯｘ触媒３４はその温度状態が２００°Ｃ以下のときには未活性であり、温度上昇とともにＮＯｘ浄化性能が高くなって、約２５０〜４００°Ｃくらいの範囲において高い浄化性能が得られるようになる。また、酸素過剰雰囲気であれば、図に実線で示すように、温度状態が４００°Ｃ以上になると、ＮＯｘ浄化性能は再び低下する。一方、排気が略理論空燃比に対応する状態であれば、リーンＮＯｘ触媒３４は三元触媒３２と同様の作用を有し、図に破線で示すように、約２５０°Ｃ以上の温度状態において極めて高いＮＯｘ浄化性能を発揮する。
【００４４】
前記の如き２つの触媒３２，３４の配置構成により、エンジン１が理論空燃比近傍で運転されるときには、該両触媒３２，３４が三元浄化機能を発揮し、排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが反応して、略完全に浄化される。一方、エンジン１が空燃比のリーンな状態で運転されるときには、前記両触媒３２，３４により排気中のＨＣ及びＣＯが浄化されるとともに、排気中のＮＯｘはリーンＮＯｘ触媒３４により吸収されて、除去される。
【００４５】
前記点火回路１０、インジェクタ１２、スロットル弁２２のモータ、スワール制御弁２６のアクチュエータ、ＥＧＲ弁３６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。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及び酸素濃度センサ３０，３３の各出力信号が入力され、加えて、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ３７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る。
【００４６】
（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３６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る。そして、エンジン１は、暖機後であれば、その運転状態に応じてインジェクタ１２による燃料噴射形態が切替えられて、成層燃焼状態か均一燃焼状態かのいずれかで運転されるようになっている。
【００４７】
具体的には、図３にエンジン暖機後の制御マップの一例を示すように、エンジン負荷とエンジン回転速度Ｎとにより規定されるエンジン１の全運転領域のうち、低回転低負荷側の所定領域が成層燃焼領域（イ）とされている。すなわち、エンジン負荷として例えばエアフローセンサ２１の出力値及びエンジン回転速度Ｎ等から求められる正味平均有効圧を用い、全負荷の半分くらいまでの負荷状態であり、かつエンジン回転速度Ｎが許容最高回転速度の約１／２以下であれば、エンジン１が成層燃焼領域（イ）にあると判定する。
【００４８】
そして、その成層燃焼領域（イ）では、図４(a)に模式的に示すように、インジェクタ１２により気筒２の圧縮行程中期以降、即ち例えば図に矢印で示すBTDC１２０°CA〜BTDC３５°CAのクランク角期間において燃料を一括して噴射させて、点火プラグ１１の近傍に混合気が偏在する成層状態で燃焼させる成層燃焼状態とする。一方、前記成層燃焼領域（イ）よりも高回転ないし高負荷側の領域（ロ）（ハ）は、いずれも均一燃焼領域とされており、図４(b),(c)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、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状態になる。
【００４９】
また、例えば車両の減速開始時のように、エンジン１が無負荷ないしマイナス負荷の状態にあって、かつエンジン回転速度Ｎが燃料カット制御を開始する所定回転速度以上のときには、その後にエンジン回転速度Ｎが降下して、予め設定した復帰回転速度Ｎ1になるまでの間、即ちエンジン１が図３の運転領域（ニ）にあるとき、各気筒２のインジェクタ１２による燃料の噴射を一時的に停止させる燃料カット制御を行うようにしている。
【００５０】
さらに、スロットル弁２２の制御としては、基本的にはアクセル開度とエンジン回転速度Ｎとに基づいて、所要のトルク特性が得られるようにスロットル開度を調節するのであるが、エンジン１を成層燃焼状態とするときには、ポンプ損失を低減するためにスロットル弁２２を相対的に大きく開くようにしており、このときの筒内空燃比は例えばＡ/Ｆ＝約３０〜１４０と極めてリーンな状態になる。
【００５１】
特に、エンジン１が均一燃焼状態の領域（ロ）にあるときには、筒内空燃比が略理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７）になるようにスロットル開度を制御する（以下、この領域をλ＝１領域という）。また、このλ＝１領域（ロ）の高負荷ないし高回転側に隣接する領域（ハ）では、筒内空燃比が理論空燃比よりもややリッチ（例えばＡ/Ｆ＝１３〜１４）になるよう、燃料噴射量を増量補正して、高負荷に対応した大出力が得られるようにする（以下、この領域をエンリッチ領域という）。加えて、前記燃料カット制御が行われるときにはスロットル弁２２は閉じて、エンジンブレーキの利きを高め、かつ空気の流通による触媒３２、３４の冷却を抑制するようにしている。
【００５２】
尚、前記図３に斜線を入れて示す領域では、ＥＧＲ弁３６を開弁させて、ＥＧＲ通路３５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おり、このことで、燃焼最高温度を適度に低下させて、ＮＯｘの生成を抑制することができる。また、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を前記運転領域（イ）（ロ）（ハ）の全てで均一燃焼状態にさせるようにしている。
【００５３】
前記のようなインジェクタ１２及びスロットル弁２２の作動制御は、いずれもＥＣＵ４０のＲＯＭに電子的に格納された制御プログラムがＣＰＵにより実行されることで、実現される。すなわち、前記したインジェクタ１２及びスロットル弁２２の作動制御の手順により、エンジン１が低回転低負荷側の成層燃焼領域（イ）にあるときに、筒内空燃比を理論空燃比よりもリーンになるように制御する一方、λ＝１領域（ロ）やエンリッチ領域（ハ）では、筒内空燃比を略理論空燃比ないしそれよりもリッチになるように切替えて制御する筒内空燃比制御部４０ａがソフトウエア的に構成されている。
【００５４】
また、前記の如く、エンジン１の減速運転時に所定条件下でインジェクタ１２による燃料噴射を停止させるという制御手順により、ソフトウエア的に燃料カット制御部４０ｂが構成されている。
【００５５】
さらに、この参考形態では、前記したような基本的な制御に加えて、前記リーンＮＯｘ触媒３４の浄化性能を安定して発揮させるために、この触媒３４におけるＮＯｘ吸収量を推定し、ＮＯｘの吸収により触媒３４のＮＯｘ吸収量が飽和する前に、排気の空燃比状態を略理論空燃比になるように制御して、該触媒３２に吸収されているＮＯｘを放出させかつ還元浄化するようにしている（以下、強制的なＮＯｘパージともいう）。
【００５６】
また、前記リーンＮＯｘ触媒３４における推定ＮＯｘ吸収量が前記触媒３４の飽和の判定基準（後述の第１設定量Ｓ1）よりも少ない設定量（後述の第２設定量Ｓ2）以上になったとき、或いは、該リーンＮＯｘ触媒３４やその上流側の三元触媒３２の温度状態が低下して、排気浄化性能の低下する低温状態になったときには、前記燃料カット制御が終了して、エンジンが成層燃焼領域（イ）に移行したときに、その燃料復帰のタイミングを利用して、前記強制的なＮＯｘパージと同様に排気の空燃比状態をリッチ化させることで、触媒３２，３４による排気浄化性能を確保するようにしている。
【００５７】
言い換えると、前記ＥＣＵ４０には、前記触媒３２，３４による排気浄化性能が低下する所定の低温状態であることを判定するとともに、リーンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が設定量以上であることを判定する触媒浄化状態判定部４０ｃ（触媒低温状態判定手段、ＮＯｘ吸収状態判定手段）と、その触媒浄化状態判定部４０ｃにより触媒３２，３４の排気浄化性能が低下していると判定されたときに、前記燃料カット制御からの復帰のタイミングを利用して、排気の空燃比状態をリッチ化させる排気空燃比制御部４０ｄとが設けられている。
【００５８】
（空燃比制御の手順）
以下に、前記ＥＣＵ４０によるエンジン１の空燃比制御の処理手順について、具体的に図５のフローチャート図に基づいて説明する。
【００５９】
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，エアフローセンサ２１、アクセル開度センサ３５等の各種センサ信号を入力するとともに、ＥＣＵ４０のメモリから各種データを読み込む。続いて、ステップＳＡ２では、排気の空燃比状態をリッチ化補正する期間であることを示すリッチタイマがセットされているかどうか判定し、この判定がＮＯならば、ステップＳＡ７に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＡ３に進んで、エンジン１の筒内空燃比が略理論空燃比になるように、気筒２の吸気行程で燃料を噴射させる（λ≦１吸気行程噴射）。
【００６０】
続いて、ステップＳＡ４において、エンジン１の運転状態に応じて、エンジン１の筒内空燃比が略理論空燃比になるように、スロットル弁２２の開度を制御する（λ≦１スロットル制御）。つまり、リッチタイマがセットされている間、負荷状態や回転速度Ｎに拘わらず、エンジン１を筒内空燃比の相対的にリッチな均一燃焼状態で運転する。尚、この際、エンジン１の出力トルクが大きく変化しないように、例えば筒内空燃比をリッチ側に変化させるときに、点火時期を一時的に遅角側に補正するようにする（点火リタード）。
【００６１】
続いて、ステップＳＡ５において、触媒３２，３４の温度状態を推定する。詳しくは、２つの触媒３２，３４のうち、相対的に温度状態の低くなるリーンＮＯｘ触媒３４の温度状態Ｔcatを推定するが、この触媒温度Ｔcatの推定は、例えばエンジン水温とエンジン１の運転履歴とに基づいて行うようにすればよい。続いて、ステップＳＡ６において、今度はリーンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxを推定し、しかる後にリターンする。前記ＮＯｘ吸収量の推定方法としては、例えば、車両の走行距離やエンジン１の運転時間とその間の燃料の総噴射量とを積算し、その積算値に基づいて、ＮＯｘ吸収量を推定するようにすればよい。
【００６２】
また、前記ステップＳＡ２において、リッチタイマがセットされていないＮＯと判定して進んだステップＳＡ７では、燃料カット制御を行う条件が成立しているかどうか判定する（領域（ニ）？）。すなわち、例えば、エンジン回転速度Ｎが予め設定した燃料カット制御の開始回転速度以上であり、かつアクセルペダルの操作量が零であれば、燃料カット制御を行う領域（ニ）にあるＹＥＳと判定して、ステップＳＡ８に進み、インジェクタ１２による燃料の噴射を停止させる。続いて、ステップＳＡ９においてスロットル弁２２を略全閉状態とさせ、その後、前記したステップＳＡ５に進む。
【００６３】
このように、燃料カット制御中にスロットル弁２２を閉じることで、エンジンブレーキの利きが高まるとともに、触媒３２，３４への空気の流通量が可及的に少なくなり、よって、該触媒３２，３４の温度状態が低くなることを抑制できる。
【００６４】
これに対し、前記ステップＳＡ７における判定がＮＯで、エンジン１が領域（ニ）になければ、ステップＳＡ１０に進み、今度は、ちょうど燃料カット制御を終了して、インジェクタ１２による燃料の噴射供給を再開させるとき、即ち燃料復帰のタイミングかどうか判定する。具体的には、燃料カット制御が行われていてかつアクセルペダルが踏み込まれたか、或いはエンジン回転速度Ｎが所定の復帰回転速度Ｎ1（図３参照）になったときに、ＹＥＳと判定して、ステップＳＡ１６に進む一方、判定がＮＯであれば、ステップＳＡ１１に進む。
【００６５】
このステップＳＡ１１では、エンジン１がλ＝１領域（ロ）ないしエンリッチ領域（ハ）のいずれかにあるかどうか判定し、判定がＹＥＳでエンジン１が領域（ロ）（ハ）のいずれかにあるときには、前記したステップＳＡ３に進み、λ＝１領域（ロ）であれば、筒内空燃比が略理論空燃比になるように、また、エンリッチ領域（ハ）であれば、理論空燃比よりもリッチになるように、それぞれ気筒２の吸気行程で燃料を噴射させる。続いて、前記したステップＳＡ４〜ＳＡ６の制御手順を実行して、しかる後にリターンする。
【００６６】
つまり、エンジン１がλ＝１領域（ロ）やエンリッチ領域（ハ）にあるときには、エンジン１の運転状態に応じて、インジェクタ１２による燃料噴射量と吸入空気量とを制御して、筒内空燃比を出力と排気の清浄化とのバランスにおいて適切な状態に維持するようにしている。このとき、排気の空燃比状態は略理論空燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチな状態になるので、自ずと、リーンＮＯｘ触媒３４に吸収されていたＮＯｘが放出されて、還元される。
【００６７】
一方、前記ステップＳＡ１１の判定がＮＯであれば、エンジン１は成層燃焼領域（イ）にあるということになるが、このときには、続くステップＳＡ１２において前記ステップＳＡ６にて推定したリーンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxを予め設定した第１設定量Ｓ1と比較する。この第１設定量Ｓ1は、リーンＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ吸収量が飽和する少し手前の状態に対応するように設定されており、従って、Ｓnox≧Ｓ1であれば強制的なＮＯｘパージを行う必要があるので、ステップＳＡ１５に進む一方、Ｓnox＜Ｓ1であれば、即ち、触媒３４のＮＯｘ吸収量に余裕があれば、ステップＳＡ１３に進んで、インジェクタ１２により燃料を、成層燃焼状態になるように気筒２の圧縮行程で噴射させる（成層圧縮行程噴射）。続いて、ステップＳＡ１４において、成層燃焼状態に対応して、筒内空燃比がリーンになるように、スロットル弁２２の開度を制御し（λ＞１スロットル制御）、その後、前記ステップＳＡ５に進む。
【００６８】
また、前記ステップＳＡ１２においてＹＥＳと判定して進んだステップＳＡ１５では、強制的なＮＯｘパージのために排気の空燃比状態をリッチ化させる時間Ｔ1をリッチタイマにセットし、前記ステップＳＡ３に進んで、エンジン１の筒内空燃比が略理論空燃比になるように、気筒２の吸気行程で燃料を噴射させる。続いて、前記の時間Ｔ1が経過するまで、ステップＳＡ４〜ＳＡ６の制御手順を実行して、しかる後にリターンする。尚、前記時間Ｔ1は、排気の空燃比が略理論空燃比に対応する状態のときに、リーンＮＯｘ触媒３４に吸収されているＮＯｘが略全部放出されるのに要する時間に対応するものである。
【００６９】
つまり、エンジン１が成層燃焼領域（イ）にあるときに通常は成層燃焼状態となるように制御する一方、リーンＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ吸収量が飽和しそうなときには、強制的なＮＯｘパージを行うようにしており、このことで、低回転低負荷域における燃費率の改善とＮＯｘ浄化性能の確保とを両立することができる。
【００７０】
さらにまた、前記ステップＳＡ１０において、燃料カット制御からの復帰のタイミングであるＹＥＳと判定して進んだステップＳＡ１６では、前記ステップＳＡ５にて推定した推定触媒温度Ｔcatを予め設定した設定温度Ｔcat1と比較する。この設定温度Ｔcat1は、リーンＮＯｘ触媒３４による排気浄化性能が低下する所定の低温状態として、約２００°〜約２５０°Ｃの間に設定されており、従って、Ｔcat≦Ｔcat1であれば、排気温度を高めて、触媒３２，３４の昇温を促進すべく、ステップＳＡ１８に進む一方、Ｔcat＞Ｔcat1であれば、ステップＳＡ１７に進む。
【００７１】
このステップＳＡ１７では、今度はリーンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxが前記第１設定量Ｓ1よりも少ない第２設定量Ｓ2以上かどうか判定する。この第２設定量Ｓ2は、燃費率の低減とＮＯｘ浄化性能の確保との均衡上、復帰時のＮＯｘパージを行う方が好ましいという境界的な意味を持つように設定されており、Ｓnox≧Ｓ2で判定がＹＥＳであれば、ＮＯｘパージを行うべく、ステップＳＡ１８に進む一方、Ｓnox＜Ｓ2であれば、前記したステップＳＡ１１に進む。
【００７２】
そして、ステップＳＡ１８において、前記ステップＳＡ１６から進んだときには推定触媒温度Ｔcatに見合うように、また、ステップＳＡ１７から進んだときには触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxに見合うように、それぞれ、筒内空燃比をリッチ化補正する時間Ｔ2をリッチタイマにセットする。続いて、前記したステップＳＡ３に進み、エンジン１の筒内空燃比が略理論空燃比になるように、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、続いて、前記したステップＳＡ４〜ＳＡ６の制御手順を実行して、しかる後にリターンする。
【００７３】
つまり、リーンＮＯｘ触媒３４の温度状態が低下して、排気浄化性能の低下する低温状態になっているか、或いは該リーンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸収量がある程度多くなっていれば、エンジン１の燃料カット制御からの復帰のタイミングを利用して、排気の空燃比状態をリッチ化させることにより、触媒３２，３４による排気浄化性能を確保するようにしている。
【００７４】
前記図５に示すフローのステップＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ１３，ＳＡ１４が筒内空燃比制御部４０ａに対応し、また、ステップＳＡ８が燃料カット制御部４０ｂに対応し、さらに、ステップＳＡ１６，ＳＡ１７が触媒浄化状態判定部４０ｃに対応している。
【００７５】
また、前記ステップＳＡ１６，ＳＡ１７のいずれかにおいてＹＥＳと判定されて、ステップＳＡ３に進むという制御手順が、触媒３２，３４が所定の低温状態であるか、或いはリーンＮＯｘ触媒３４の推定ＮＯｘ吸収量が第２設定量Ｓ2以上の場合に、エンジン１が燃料カット状態から成層燃焼領域（イ）に復帰したとき、排気の空燃比状態を略理論空燃比になるように制御する排気空燃比制御部４０ｄに対応している。
【００７６】
さらに、ステップＳＡ４，ＳＡ９，ＳＡ１４により、アクセル操作量とエンジン１の運転状態とに応じて、スロットル弁２２の開度を制御するとともに、前記燃料カット制御部４０ｂによる燃料カット制御の実行中は、スロットル弁２２を閉じるスロットル開度制御部４０ｅが構成されている。
【００７７】
さらにまた、前記の如くステップＳＡ１６，ＳＡ１７のいずれかにおいてＹＥＳと判定されて、ステップＳＡ３，ＳＡ４に進んだときには、仮にアクセル操作量が零であれば、エンジン１はアイドル運転状態に復帰することになり、また、均一燃焼状態であるから、スロットル弁２２は燃料カット制御の実行中と同様に略全閉状態に維持されることになる。すなわち、このときのスロットル弁２２の開度は、通常の成層燃焼状態でのアイドル運転時と比較して、相対的に小さくなり、従って、前記ステップＳＡ１６，ＳＡ１７からステップＳＡ３，ＳＡ４に進むという制御手順により、前記排気空燃比制御部４０ｄによる筒内空燃比のリッチ化補正制御が行われるときに、アクセル操作量が零であれば、前記スロットル開度制御部４０ｅによるスロットル弁２２の開作動制御を規制するスロットル弁開作動規制部４０ｆが構成されている。
【００７８】
（参考形態の作用効果）
次に、前記参考形態の作用効果を説明する。
【００７９】
前記の如きＥＣＵ４０によるエンジン１の筒内空燃比の制御により、まず、エンジン１が低回転低負荷側の成層燃焼領域（イ）にあるとき、通常は、インジェクタ１２により燃料が主に気筒２の圧縮行程中期以降で噴射されて、成層燃焼状態となり、ポンプ損失等の少ない燃費効率に優れた運転状態となる。この際、排気の空燃比状態が筒内空燃比と同じく極めてリーンな状態になるが、排気中のＮＯｘはリーンＮＯｘ触媒３４に吸収され、大気中へのＮＯｘの排出は十分に低減される。
【００８０】
そして、エンジン１の前記成層燃焼領域（イ）での燃焼が継続して、触媒３４におけるＮＯｘの吸収量が徐々に増大すると、そのことによって触媒３４のＮＯｘ吸収容量が減少し、該触媒３４のＮＯｘ吸収能力が徐々に低下することになる。これに対し、図６に一例を示すように、触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxが第１設定量Ｓ1になれば、強制的なＮＯｘパージが行われて、触媒３４のＮＯｘ吸収量が飽和する前にＮＯｘが放出されて、還元浄化される。
【００８１】
一方、エンジン１が均一燃焼領域（ロ）（ハ）にあるときには、インジェクタ１２により燃料が主に気筒２の吸気行程で噴射されて、均一燃焼状態となり、高負荷に対応する高出力が得られるとともに、排気の空燃比が略理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態になることで、自ずと触媒３４に吸収されていたＮＯｘが放出されて、還元浄化される。
【００８２】
ここで、車両の走行に伴い、例えば図７に示すようにエンジン回転速度Ｎが変化するときの、触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxの変化について、具体的に説明する。まず、エンジン１がアイドル運転状態にあるときには（〜ｔ1）、ＮＯｘの生成量が比較的少なく、また、排気の流通量も少ないことから、触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxは緩やかに増大する。続いて、エンジン１が例えば加速運転状態になり、均一燃焼モードで運転されるようになると（ｔ1〜ｔ2）、排気の空燃比が略理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態になるので、触媒３４に吸収されたＮＯｘが放出されて、還元浄化される。
【００８３】
続いて、エンジン１が成層燃焼領域（イ）の高回転側で一定速度で運転される間（ｔ2〜ｔ3）、触媒３４のＮＯｘ吸収量は急速に増大するが、その後、エンジン減速運転中の燃料カット状態では（ｔ3〜ｔ4）、ＮＯｘ吸収量は変化しない（ｔ3〜ｔ4）。また、この燃料カット状態では、触媒３２，３４を流通する空気によって該触媒３２，３４が冷やされることを抑制するために、スロットル弁２２が略全閉状態にされるが、それでも、触媒３２，３４の温度状態は徐々に低下することになる。
【００８４】
そして、例えば、アクセルペダルが踏み込まれたとき、或いはエンジン回転速度Ｎが復帰回転速度Ｎ1になったとき、即ち、図８に模式的に示すように、燃料カット制御を終了して、エンジン１が成層燃焼状態に移行したときに（ｔ＝ｔ4）、触媒３２，３４が低温状態にあるか（Ｔcat≦Ｔcat1）或いはリーンＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ吸収量がある程度多い状態であれば（Ｓnox≧Ｓ2）、エンジン１は一時的に均一燃焼状態とされかつ筒内空燃比がリッチ化補正される。このことで、排気温度が高められて、触媒３２，３４の昇温が促進されるとともに、排気の空燃比状態がリッチ化とされて、リーンＮＯｘ触媒３４のＮＯｘパージが行われる。
【００８５】
この結果、その後、エンジン１が通常の成層燃焼状態に切替えられて、筒内空燃比の極めてリーンな運転状態になっても（ｔ4〜ｔ5）、このときには触媒３４のＮＯｘ吸収能力が十分に回復しているので、排気中のＮＯｘを十分に吸収して、大気中へのＮＯｘ排出量を低減することができる。しかも、元々、燃料噴射形態の変化する燃料復帰のタイミングで、前記の筒内空燃比のリッチ化補正を行うようにしており、さらに、点火時期の遅角補正等も行われるので、エンジン１の出力トルクが若干、変化しても、運転者が違和感を覚えることは少ない。
【００８６】
続いて、エンジン１が再び燃料カット状態になった後に（ｔ5〜ｔ6）、再度、一定速度でのリーン運転状態に復帰したときにも（ｔ＝ｔ6）、触媒３４が低温状態ないしＮＯｘ吸収量のある程度多い状態であれば、前記と同様に筒内空燃比のリッチ化補正が行われて、触媒３２，３４の排気浄化性能が高められる。
【００８７】
ここで、仮に、前記したような復帰時のＮＯｘパージを行わないようにした場合、触媒３４におけるＮＯｘ吸収量の変化は、前記図７に仮想線で示すようになり、復帰時のＮＯｘパージを行うようににした場合（実線のグラフ）と比べて、特にｔ4〜ｔ7 の期間において平均的にＮＯｘ吸収量Ｓnoxの多い状態、即ちＮＯｘ吸収能力の低い状態になってしまう。
【００８８】
また、復帰時のＮＯｘパージを行わないようにした場合、前記図７に示すように、エンジン１が低速の定常運転状態にあるときに触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxが第１設定量Ｓ1に達して（ｔ＝ｔ7）、強制的なＮＯｘパージが行われることになり、本来、エンジン１の出力が変化しない状況で運転者の操作とは無関係に、強制的にエンジン１の燃焼状態や筒内空燃比が切換えられることになるので、このときのトルクの変動がたとえ小さなものであっても、運転者が違和感を感じることは避けられない。
【００８９】
これに対し、この参考形態の燃料制御装置Ａによれば、上述の如く、エンジン１が燃料カット状態から成層燃焼状態に復帰する燃料復帰のタイミングを利用して、本来ならば排気の空燃比状態がリーンになる成層燃焼領域（イ）において、一時的に排気の空燃比状態をリッチ化させ、触媒３２，３４の昇温促進やＮＯｘパージを行うようにしているので、該触媒３２，３４による排気浄化性能を確保しながら、成層燃焼領域（イ）における強制的なＮＯｘパージの頻度を下げることができ、よって、全体的な燃費の改善と違和感の軽減による運転フィーリングの向上とを実現できる。
【００９０】
加えて、そのような筒内空燃比のリッチ化補正を、触媒３２，３４が排気浄化性能の低い低温状態にあるときや、リーンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxがある程度多いときにのみ行うようにしているので、この燃料復帰時の筒内空燃比のリッチ化補正は必要以上に頻繁に行われることはなく、このことによっても燃費率の改善が図られる。
【００９１】
（変形例）
図９は、前記参考形態の変形例を示し、この変形例では、エンジン１の燃料カット制御が行われているときに、その継続時間を計測し、この燃料カット制御の継続時間が長いときに、原則として、燃料復帰タイミングを利用して、排気空燃比状態のリッチ化を行うようにしたものである。
【００９２】
具体的に、図９のフローのステップＳＢ１〜ＳＢ９では、前記図５に示すフローのステップＳＡ１〜ＳＡ９と同じ制御手順を実行する。そして、続くステプＳＢ１０において、ＥＣＵ４０のタイマにより燃料カット制御の継続時間Δｔを計測する。また、ステップＳＢ１１において燃料カット制御からの復帰でないＮＯと判定された場合、ステップＳＢ１２〜ＳＢ１６において前記フローのステップＳＡ１１〜ＳＡ１５と同じ制御手順を実行する。
【００９３】
さらに、前記ステップＳＢ１１において、燃料カット制御からの復帰であるＹＥＳと判定されたときには、ステップＳＢ１７に進んで、燃料カット制御の継続時間Δｔが予め設定した時間Δｔ*以上になったかどうか判定する。この判定がＮＯならばステップＳＢ１２に進む一方、判定がＹＥＳであればステップＳＢ１８に進んで、今度は、推定触媒温度Ｔcatが予め設定した高温状態の判定基準温度Ｔcat2（例えば４００°Ｃ）以下かどうか判別する。
【００９４】
そして、Ｔcat＞Ｔcat2でＮＯあれば、リーンＮＯｘ触媒３４の温度状態がかなり高く、排気の空燃比状態をリッチ化すると、そのことによってＮＯｘ吸収性能が低下する虞れがあるので、このときにはステップＳＢ１２に進む一方、Ｔcat≦Ｔcat2であれば、ステップＳＢ１９〜ＳＢ３，ＳＢ４に進んで、前記ステップＳＡ３，ＳＡ４と同じく、筒内空燃比のリッチ化補正を行う。
【００９５】
すなわち、燃料カット制御の継続時間が長いということは、そのことによって触媒３２，３４が冷却されるということであり、また、燃料カット制御が開始されたときのエンジン回転速度Ｎが相対的に高く、触媒３２，３４の空気流通量が多いということでもあるから、このときにはその燃料カット制御により触媒３２，３４が冷却されて、該触媒３２，３４の温度状態がかなり低くなると考えられる。
【００９６】
そこで、この変形例では、燃料カット制御の継続時間を計測し、この時間Δｔが設定時間Δｔ*以上のときには、燃料の復帰のタイミングを利用して、排気の空燃比状態をリッチ化させることにより、運転者の違和感を軽減しながら、触媒３２，３４の温度状態を高めて、排気浄化性能の低下を防止するようにしている。
【００９７】
但し、燃料カット制御の継続時間Δｔが長くても、例えば燃料カット制御の開始時点で触媒３２，３４が過熱気味であるような場合、燃料カット制御の終了時点で触媒３２，３４が浄化性能の低下する低温状態になることはないので、このときには前記の空燃比のリッチ化は行わないようにしている。
【００９８】
前記図９に示すフローのステップＳＢ１７により、エンジン１の燃料カット制御の継続時間Δｔが設定時間Δｔ*以上になったことを判定する継続時間判定部４０ｇが構成されている。そして、この変形例においては、排気空燃比制御部４０ｄは、前記継続時間判定部４０ｇにより燃料カット制御の継続時間Δｔが設定時間Δｔ*以上と判定された場合に、その燃料カット制御が終了して、エンジン１が成層燃焼領域（イ）に移行したとき、筒内空燃比をリッチ化補正するように構成されている。
【００９９】
（実施形態）
次に実施形態について説明する。この実施形態に係る制御装置Ａの構成は概ね上述した参考形態及びその変形例と同じなので、異なる部分についてのみ説明する。この実施形態では、上述した参考形態等と同じく燃料カット制御からの復帰のタイミングに合わせて、筒内空燃比をリッチ化補正するのであるが、これに先立って燃料カット制御の実行中に、エンジン回転速度Ｎが復帰回転速度Ｎ1よりも高い設定回転速度まで低下したとき、燃料カット制御は継続しながら、一方で、スロットル弁２２を開作動させるようにしたものである。
【０１００】
このようにすれば、続いてエンジン回転速度Ｎが復帰回転速度Ｎ1まで低下したとき、即ち燃料カット制御を終了して、エンジン１がアイドル運転状態になるときに、燃焼室６への吸入空気量を十分に増大させることができ、この状態で前記のように燃料の追加噴射等を行って空燃比をリッチ化することで、触媒３２，３４に高温の排気を多量に供給して、その温度状態を速やかに高めることができる。また、同時に、リーンＮＯｘ触媒３４に対するＨＣ、ＣＯの供給量を十分に増大させることができ、このことで、ＮＯｘパージも極めて効果的に行える。
【０１０１】
（他の実施形態）
尚、本発明の構成は、前記実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の構成をも包含するものである。すなわち、前記実施形態では、排気の空燃比状態をリッチ化させるために、エンジン１の筒内空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）になるように制御するようにしているが、これに限らず、筒内空燃比を理論空燃比よりもリッチ（例えば、Ａ／Ｆ＝１２〜１４）になるように制御するようにしてもよい。
【０１０２】
また、排気の空燃比状態をリッチ化させる際に、インジェクタ１２により燃料を気筒２の膨張行程ないし排気行程で追加噴射させるようにしてもよい。このようにすれば、エンジン１の出力トルクの変動を最小限に抑えながら、排気の空燃比状態を確実にリッチ化することができる上に、気筒２の膨張行程等に追加噴射された燃料は、その一部が後燃えしたり、或いは排気通路２８内で排気中の酸素と反応したりするので、触媒３４の温度状態を極めて効果的に高めることができる。
【０１０３】
また、前記実施形態では、エンジン１の排気通路２８において上流側に三元触媒３２を、その下流側にリーンＮＯｘ触媒３４を配置しているが、これに限るものではなく、上流側にリーンＮＯｘ触媒を配置し、その下流側に三元触媒を配置するようにしてもよい。或いは、リーンＮＯｘ触媒３４のみを配置するようにしてもよい。また、リーンＮＯｘ触媒３４としては、前記実施形態のようなＮＯｘ吸収還元型のものに限らず、ＮＯｘ吸収材を有するＮＯｘ吸収タイプのものであればよい。
【０１０４】
また、前記実施形態では、本発明に係る燃料制御装置を火花点火式直噴エンジン１に適用しているが、これに限るものではない。すなわち、本発明は、エンジンの吸気ポートに燃料を噴射するようにインジェクタを配設したいわゆるポート噴射式の火花点火式エンジンにも適用可能であり、また、ディーゼルエンジンに適用することもできる。さらに、これらのエンジンを、走行用の電気モータと組み合わせて、いわゆるハイブリッド方式のパワートレインとすることも可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明に係るエンジンの燃料制御装置によると、排気の温度状態が相対的に低くなるリーン運転領域を有し、かつ所定条件下で燃料カット制御の行われるエンジンにおいて、特に前記燃料カット制御の実行中に触媒が冷却されることに着目し、この燃料カット制御を終了して、エンジンが前記リーン運転領域に移行したときに、触媒が浄化性能の低い低温状態になっていれば、燃料供給を再開する復帰のタイミングを利用して、排気の空燃比状態をリッチ化させることにより、運転者の違和感を軽減しながら、触媒の温度状態を高めて排気浄化性能の低下を防止することができる。
【０１０６】
また、請求項２の発明に係るエンジンの燃料制御装置によると、排気が酸素過剰雰囲気となるリーン運転領域を有し、かつ所定条件下で燃料カット制御の行われるエンジンにおいて、排気通路に設けたＮＯｘ吸収材が、ＮＯｘ吸収量の増大に応じてＮＯｘ吸収能力の低下するものであることに着目し、燃料カット制御を終了して、エンジンが前記リーン運転領域に移行したときに、触媒に設定量以上のＮＯｘが吸収されていれば、燃料供給を再開する復帰のタイミングを利用して、排気の空燃比状態をリッチ化させることにより、運転者の違和感を軽減しながら、前記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させ、かつ還元浄化して、排気浄化性能の低下を防止することができる。
【０１０７】
また、請求項３の発明に係るエンジンの燃料制御装置によると、燃料カット制御の継続時間が設定時間以上になったときに、この燃料カット制御を終了して燃料復帰するタイミングを利用して、排気の空燃比状態をリッチ化させることで、触媒の温度状態が燃料カット制御中に低下しても、燃料の復帰タイミングを利用して、直ちに触媒の温度状態を回復させる、即ち活性温度状態へ高めることができる。
【０１０８】
しかも、前記請求項１〜３のいずれかの発明によると、燃料カット制御の実行中はスロットル弁が閉じられることで、触媒の温度状態の低下が抑制されるとともに、その燃料カット制御を終了して、燃料の噴射供給を再開するときには十分な吸入空気量を確保して、触媒に高温の排気を多量に供給して、その温度状態を速やかに高めることができる。さらに請求項４の発明によると、気筒の膨張行程等で燃料の追加噴射を行うことにより、リッチ化に伴うトルク変動を十分に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考形態、実施形態に係るエンジンの燃料制御装置の全体構成図である。
【図２】  触媒の温度状態の変化に対するＮＯｘ浄化率の変化特性を、酸素過剰雰囲気（実線）と略理論空燃比に対応する状態（破線）とで対比して示す図である。
【図３】  エンジンの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４】  インジェクタによる燃料噴射の形態を模式的に示す図である。
【図５】  ＥＣＵによる空燃比制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図６】  成層燃焼モードが継続して、強制的なＮＯｘパージが行われるときの触媒のＮＯｘ吸収量の変化を示すタイムチャート図である。
【図７】  エンジンの運転状態が種々、変化するときのエンジン回転速度Ｎ、排気の空燃比状態及び触媒のＮＯｘ吸収量の変化を互いに対比して示すタイムチャート図である。
【図８】  燃料カット制御からの復帰を模式的に示す説明図である。
【図９】  変形例に係る図５相当図である。
【符号の説明】
Ａ        エンジンの燃料制御装置
１        エンジン
２        気筒
６        燃焼室
３２      三元触媒
３４      リーンＮＯｘ触媒
４０      コントロールユニット（ＥＣＵ）
４０ａ    筒内空燃比制御部（筒内空燃比制御手段）
４０ｂ    燃料カット制御部（燃料カット制御手段）
４０ｃ    触媒浄化状態判定部（触媒低温状態判定手段、ＮＯｘ吸収状態判定手段）
４０ｄ    排気空燃比制御部（排気空燃比制御手段）
４０ｅ    スロットル開度制御部（スロットル開度制御手段）
４０ｆ    スロットル弁開作動規制部（スロットル弁開作動規制手段）
４０ｇ    継続時間判定部（継続時間判定手段）
【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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