(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に配設された排気ガス浄化触媒とを備え、触媒未暖機時において、吸気行程から点火時期にかけての期間内に、圧縮行程中期以降に噴射開始の後期噴射と、該後期噴射より早い早期噴射との少なくとも２つに分割して燃料を噴射する筒内噴射式エンジンの制御装置において、
前記燃焼室内の吸気流動強さを強制的に変化させる可変手段を備え、
前記触媒未暖機時において、前記燃焼室内の空燃比をλ≒１とし、触媒未暖機時においてエンジン始動後から触媒温度上昇途上の触媒が部分活性するまでの前期間を少なくとも分割して燃料を噴射させつつ、前記吸気流動強さを前期間以降の該触媒温度上昇途上の後期間に対して弱くなるように前記可変手段を動作させる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】
前記可変手段は、前記後期間においても分割して燃料を噴射させつつ、前記吸気流動強さを強くすることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項３】
前記前期間は、触媒の活性状態が、該触媒自身が有する最大ＨＣ浄化率の略半分のＨＣ浄化率に到達するまでの期間であることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項４】
前記可変手段は、エンジンが低回転領域での触媒未暖機時に動作させることを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項５】
前記吸気流動強さが弱い前期間は、吸気流動強さが強い後期間に対して後期噴射タイミングを遅らせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項６】
前記前期間において２分割で燃料を噴射する場合、早期噴射での燃料噴射量を後期噴射での燃料噴射量より少なくすることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項７】
前記早期噴射での燃料噴射量は、総噴射量の１／４以上に設定されることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項８】
吸気行程と圧縮行程との２分割で燃料を噴射することを特徴とする請求項６に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項９】
前記前期間での気筒内の空燃比をλ≒１の範囲で前記後期間に比べてリーンに設定することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項１０】
前記前期間での気筒内の空燃比を、酸素フィードバック開始までは空燃比をλ＝１近傍のλ＝１よりリーンに設定し、酸素フィードバック開始以降は空燃比をλ＝１に設定することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項１１】
前期間での酸素フィードバック時におけるフィードバック基準値を、後期間での酸素フィードバック時におけるフィードバック基準値よりリーン側に設定することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項１２】
触媒未暖機時は、触媒暖機後の同一負荷及び同一回転数に対して点火タイミングをリタードさせることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項１３】
点火プラグ周りの局所空燃比が後期噴射によって気筒内全体の平均空燃比よりリッチとなるように気筒内にスワールを生成させ、前記可変手段は、気筒内のスワール流旋回角速度／エンジン回転角速度で表されるスワール比を変化させることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項１４】
点火プラグが気筒上端部の中央部に、燃料噴射弁が気筒上端部の周辺部に配置され、ピストン頂部の燃料噴射弁寄りに成層用キャビティを設けたことを特徴とする請求項１に記載の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、筒内噴射式エンジンの始動直後に排出されるＨＣを低減する筒内噴射式エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの冷間始動直後の触媒未活性時に排出されるＨＣは、全体に占める排出割合が非常に高い。この時期のＨＣ排出量を低減するために、従来は点火タイミングを圧縮上死点以降までリタードさせて排気ガス温度を上昇させ、三元触媒を早期に活性化させる方法が採られてきた。
【０００３】
しかしなら、上記方法には、以下の２つの問題がある。
【０００４】
▲１▼大幅な点火リタードにより燃費が悪化すると共に、冷間時なので燃焼安定性が悪化する。
【０００５】
▲２▼触媒が部分的に活性し始め、ＨＣ浄化率が急速に上昇し始める状態（以下、部分ライトオフと呼ぶ）までの期間は短縮されるものの、この間にエンジンから出るＨＣ（ＲａｗＨＣ）は未浄化のままで外部に排出されてしまい、この部分ライトオフまでの期間にエンジンから出るＲａｗＨＣを低減する手法が必要である。
【０００６】
また、触媒未活性時に吸気行程と圧縮行程の２回に分けて燃料を噴射し、点火プラグ周りを理論空燃比よりリッチ、その周辺をリーンな混合気になるように成層化して触媒の暖機を促進すると共に、燃焼安定性を確保するものが提案されている。詳しくは、空燃比をλ≒１、吸気行程噴射量を圧縮行程噴射量以上、点火タイミングのリタード、スワール生成を実施する点が記載されている（特開平１０−２１２９８７号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように触媒未暖機時にスワールを強めると、スワールは燃焼速度を上げる作用があり、点火タイミングリタード時の燃焼安定性確保には効力を発揮するものの、逆に後燃え作用が低下し、上記部分ライトオフまでの期間におけるＲａｗＨＣ低減効果が不足するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、その目的は、触媒未暖機状態において、少なくともＨＣ浄化率が上昇し始める所定ＨＣ浄化率のライトオフまでの到達期間を短縮すると同時に、この所定ＨＣ浄化率のライトオフ以前にエンジンから出るＲａｗＨＣを低減し、かつ燃費悪化を最小限に抑制できる筒内噴射式エンジンの制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の筒内噴射式エンジンの制御装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に配設された排気ガス浄化触媒とを備え、触媒未暖機時において、吸気行程から点火時期にかけての期間内に、圧縮行程中期以降に噴射開始の後期噴射と、該後期噴射より早い早期噴射との少なくとも２つに分割して燃料を噴射する筒内噴射式エンジンの制御装置において、前記燃焼室内の吸気流動強さを強制的に変化させる可変手段を備え、前記触媒未暖機時において、前記燃焼室内の空燃比をλ≒１とし、触媒未暖機時においてエンジン始動後から触媒温度上昇途上の触媒が部分活性するまでの前期間を少なくとも分割して燃料を噴射させつつ、前記吸気流動強さを前期間以降の該触媒温度上昇途上の後期間に対して弱くなるように前記可変手段を動作させる。
【００１０】
また、好ましくは、前記可変手段は、前記後期間においても分割して燃料を噴射させつつ、前記吸気流動強さを強くする。
【００１１】
また、好ましくは、前記前期間は、触媒の活性状態が、該触媒自身が有する最大ＨＣ浄化率の略半分のＨＣ浄化率に到達するまでの期間である。
【００１２】
また、好ましくは、前記可変手段は、エンジンが低回転領域での触媒未暖機時に動作させる。
【００１３】
また、好ましくは、前記吸気流動強さが弱い前期間は、吸気流動強さが強い後期間に対して後期噴射タイミングを遅らせる。
【００１４】
また、好ましくは、前記前期間において２分割で燃料を噴射する場合、早期噴射での燃料噴射量を後期噴射での燃料噴射量より少なくする。
【００１５】
また、好ましくは、前記早期噴射での燃料噴射量は、総噴射量の１／４以上に設定される。
【００１６】
また、好ましくは、吸気行程と圧縮行程との２分割で燃料を噴射する。
【００１７】
また、好ましくは、前記前期間での気筒内の空燃比をλ≒１の範囲で前記後期間に比べてリーンに設定する。
【００１８】
また、好ましくは、前記前期間での気筒内の空燃比を、酸素フィードバック開始までは空燃比をλ＝１近傍のλ＝１よりリーンに設定し、酸素フィードバック開始以降は空燃比をλ＝１に設定する。
【００１９】
また、好ましくは、前期間での酸素フィードバック時におけるフィードバック基準値を、後期間での酸素フィードバック時におけるフィードバック基準値よりリーン側に設定する。
【００２０】
また、好ましくは、触媒未暖機時は、触媒暖機後の同一負荷及び同一回転数に対して点火タイミングをリタードさせる。
【００２１】
また、好ましくは、点火プラグ周りの局所空燃比が後期噴射によって気筒内全体の平均空燃比よりリッチとなるように気筒内にスワールを生成させ、前記可変手段は、気筒内のスワール流旋回角速度／エンジン回転角速度で表されるスワール比を変化させる。
【００２２】
また、好ましくは、点火プラグが気筒上端部の中央部に、燃料噴射弁が気筒上端部の周辺部に配置され、ピストン頂部の燃料噴射弁寄りに成層用キャビティを設けた。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、触媒未暖機時において、燃焼室内の空燃比をλ≒１とし、触媒未暖機時においてエンジン始動後から触媒温度上昇途上の触媒が部分活性するまでの前期間を少なくとも分割して燃料を噴射させつつ、吸気流動強さを前期間以降の触媒温度上昇途上の後期間に対して弱くなるように可変手段を動作させることにより、燃焼を緩慢にさせて後燃えを促進し、少なくとも触媒のＨＣ浄化率が急速に上昇し始める所定のライトオフ状態までの期間を短縮し、同時に燃費悪化を抑制しつつ、この所定のライトオフ状態までのエンジンから出るＲａｗＨＣを低減できる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、可変手段は、後期間においても分割して燃料を噴射させつつ、吸気流動強さを強くすることにより、触媒暖機を促進しつつ燃費悪化を抑制できる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、前期間は、触媒の活性状態が、触媒自身が有する最大ＨＣ浄化率の略半分のＨＣ浄化率に到達するまでの期間であることにより、その後において吸気流動強さを強くしても十分なＨＣ浄化が得られ、後期間において燃焼悪化の抑制、ＨＣ浄化の確保を図りつつ、触媒の暖機促進を図ることができる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、可変手段は、エンジンが低回転領域での触媒未暖機時に動作させることにより、触媒未暖機時にエンジンから出るＲａｗＨＣ量を低減できる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、吸気流動強さが弱い前期間は、吸気流動強さが強い後期間に対して後期噴射タイミングを遅らせることにより、噴霧の拡散を抑制して燃焼安定性を確保しつつ緩慢燃焼により排気ガス温度を急速に高めることができる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、前期間において２分割で燃料を噴射する場合、前期間の早期噴射での燃料噴射量を後期噴射での燃料噴射量より少なくすることにより、燃焼安定性を確保しつつ、排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が得られる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、早期噴射での燃料噴射量は、総噴射量の１／４以上に設定されることにより、燃焼安定性を確保しつつ、排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が得られる。
【００３０】
請求項８の発明によれば、吸気行程と圧縮行程との２分割で燃料を噴射することにより、燃焼安定性を確保しつつ、排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が得られる。
【００３１】
請求項９の発明によれば、前期間での気筒内の空燃比をλ≒１の範囲で後期間に比べてリーンに設定することにより、吸気流動強さが弱い前期間での点火プラグ周りへのリッチな混合気の偏在による着火性低下を防止し、かつ気筒内全体の空燃比がλ＝１より若干リーンであることから、ＨＣ浄化率が低い前期間でのエンジンから出るＲａｗＨＣ排出量を低減することができる。
【００３２】
請求項１０の発明によれば、前期間での気筒内の空燃比を、酸素フィードバック開始までは空燃比をλ＝１近傍のλ＝１よりリーンに設定し、酸素フィードバック開始以降は空燃比をλ＝１に設定することにより、エンジンから出るＲａｗＨＣ排出量低減を図りつつ、酸素フィードバック開始以降は空燃比をλ＝１に設定して触媒（三元触媒、ＮＯｘ触媒等）の三元機能による浄化効率を高めることができる。
【００３３】
請求項１１の発明によれば、前期間での酸素フィードバック時におけるフィードバック基準値を、後期間での酸素フィードバック時におけるフィードバック基準値よりリーン側に設定することにより、触媒の三元機能を維持しつつ、ＨＣ排出量低減及び燃費悪化を抑制することができる。
【００３４】
請求項１２の発明によれば、触媒未暖機時は、触媒暖機後の同一負荷及び同一回転数に対して点火タイミングをリタードさせることにより、通常のセッティングよりも緩慢燃焼による後燃えを助長して触媒の暖機を促進してエンジンから出るＲａｗＨＣ排出量を低減できる。
【００３５】
請求項１３の発明によれば、点火プラグ周りの局所空燃比が後期噴射によってリッチとなるように気筒内にスワールを生成させ、可変手段は気筒内のスワール比を変化させることにより、点火プラグ周りに確実に濃厚な混合気を偏在できるため特に成層エンジンにおいて図示平均有効圧力Ｐｉの変動率（Ｐｉの変動率＝Ｐｉの標準偏差σ／Ｐｉのサイクル平均値×１００（％））が小さくなり、燃焼安定性の悪化を抑制できる。
【００３６】
請求項１４の発明によれば、点火プラグが気筒上端部の中央部に、燃料噴射弁が気筒上端部の周辺部に配置され、ピストン頂部の燃料噴射弁寄りに成層用キャビティを設けたことにより、点火プラグ周りに確実に濃厚な混合気を偏在できるため特に成層エンジンにおいてＰｉの変動率が小さくなり、燃焼安定性の悪化を抑制できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
［筒内噴射式エンジンの構造］
図１は、本実施形態の筒内噴射式エンジンの燃焼室部分の構造を示す概略断面図である。
【００３８】
図１に示すように、１はエンジンであって、シリンダブロック２には複数のシリンダが形成され、シリンダブロック２の頂部にシリンダヘッド３がガスケットを介して固定されている。各シリンダにはピストン４が嵌挿され、ピストン４の頂面とシリンダヘッド３の下面との間に燃焼室５が形成されている。そして、燃焼室５に連通するように吸気ポート６及び排気ポート７とこれらポート６、７を開閉する吸気弁８及び排気弁９とが配設され、燃焼室５に臨むように点火プラグ１０とインジェクタ１１が配設されている。インジェクタ１１は燃焼室５内に直接燃料を噴射する。
【００３９】
シリンダヘッド３の下面には断面略台形の凹部が形成され、燃焼室５の上部を画定している。燃焼室５の上面部には吸気ポート６が開口し、傾斜面部には排気ポート７が開口している。吸気ポート６及び排気ポート７は、夫々２個ずつ紙面と直交する方向に並んで設けられ、吸気弁８及び排気弁９が夫々配設されている。吸気弁８及び排気弁９は、図示しないカムシャフト等からなる動弁機構により作動されて所定タイミングで開閉する。
【００４０】
点火プラグ１０は、燃焼室５上部の略中央部に配置され、点火ギャップが燃焼室５内に臨むようにシリンダヘッド３に取り付られる。
【００４１】
インジェクタ１１は燃焼室５の周縁部に配設され、吸気ポート６の側方においてシリンダヘッド３に取り付けられ、吸気ポート６が開口する燃焼室５上面部とシリンダブロック２に対する合わせ面との間の壁面１２にインジェクタ１１のノズル部が臨み、斜め下方に向けて燃料を噴射する。
【００４２】
ビストン４頂部のインジェクタ１１寄りには、凹状の成層用キャビティ１３が形成されている。そして、ピストン４が上死点に近い位置となる圧縮行程後半に燃料がインジェクタ１１からキャビティ１３に向けて噴射されると共に、キャビティ１３で反射されて点火プラグ１０付近に達するように、インジェクタ１１の位置及び方向とキャビティ１の位置と点火プラグ１０の位置関係が予め設定されている。
【００４３】
図２は、筒内噴射式エンジン全体の概略図である。
【００４４】
図２に示すように、エンジン１には吸気通路１５及び排気通路１６が接続されている。吸気通路１５の下流には、吸気マニホールドにおいてシリンダごとに分岐し、且つ気筒別通路１５ａには並列に２つの分岐通路が形成され、その下流端に２つの吸気ポート６が図１の燃焼室５に開口している。一方の分岐通路には吸気流動制御弁１７が設けられ、吸気流動制御弁１７の開度を制御することにより、他方の分岐通路から導入される吸気により燃焼室５に吸気流動（スワール又はタンブル）が生成されると共に、吸気流動の強弱が制御される。尚、吸気流動の強弱は、２つの吸気弁の一方の開度を制御したり、バルブタイミングの可変制御により実行することもできる。
【００４５】
吸気通路１５の途中にはスロットル弁１８が設けられ、吸入空気量を制御可能にステップモータ等の電気的なアクチュエータ１９によってスロットル弁１８が作動される。
【００４６】
排気通路１６には、排気中の空燃比検出のためのＯ2センサ２１が配設されると共に、排気ガス浄化用の触媒を備えた触媒装置２２が設けられている。この触媒装置２２は、排気通路１６の上流側に配設されたＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを浄化する三元触媒２２ａと、三元触媒２２ａの下流側に配設されたＮＯｘを吸着するＮＯｘ触媒２２ｂとから構成される。ＮＯｘ触媒２２ｂは、暖機後に空燃比をλ＞１のリーン領域にして成層燃焼を行う場合に、理論空燃比λ＝１よりもリーンな空燃比λ＞１においてＮＯｘを吸着する。また、ＮＯｘ触媒２２ｂは理論空燃比λ＝１付近において三元機能を発揮し、λ＝１付近よりリッチな空燃比において吸着したＮＯｘを放出してＨＣやＣＯと反応させる。
【００４７】
排気通路１６における触媒装置２２は、排気マニホールド１６ａの直下流（排気マニホールドに直結）に配置すると高速高負荷時に触媒温度が過剰に上昇しやすくなり、触媒保護のためにエンジンから遠ざかるように排気マニホールド１６ａに接続された排気管１６ｂの途中に配置されている。
【００４８】
排気通路１６と吸気通路１５との間には、排気ガスの−部を吸気系に還流するＥＧＲ通路４３が接続され、このＥＧＲ通路４３にはＥＧＲバルブ４４が介設されている。
【００４９】
排気管１６ｂにおける触媒装置２２の上流側には、過給機４０と、過給機４０をバイパスするウエストゲート４１とが設けられている。ウエストゲート４１はウエストゲートバルブ４２により開閉され、過給圧が過剰に上昇するのを抑制する。
【００５０】
エンジン制御ＥＣＵ（電気的コントロールユニット）３０は、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサ２１、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ２３、アクセル開度（アクセルペダル踏み込み量）を検出するアクセル開度センサ２４、吸入空気量を検出するエアフローメータ２５、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ２６、エンジン回転数センサ２７、吸気温センサ２８及び大気圧センサ２９等からの信号が入力される。
【００５１】
図３は、エンジン及び触媒の状態検出及びエンジン制御を実行するためのエンジン制御ＥＣＵに入力される各種パラメータを示す図である。
【００５２】
エンジン制御ＥＣＵ３０は、温度状態判別部３１、運転状態検出部３２、燃料供給制御部３３、噴射量演算部３４、点火時期制御部３５及び回転数制御部３６を含んでいる。
【００５３】
温度状態判別部３１は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６からの水温検出信号、燃料噴射量Ｔａ及び噴射モード等の過去の履歴によって触媒温度を推定して、触媒が活性化温度より低い冷機状態にあるか否かを判定する。尚、水温が第１温度未満であれば触媒冷機状態、第１温度以上であれば触媒暖機状態と判定してもよい。さらに温度状態判別部３１はエンジン温度も推定し、水温が第２温度未満であればエンジン冷機状態、第２温度以上であればエンジン暖機状態と判定する。通常、第２温度は第１温度よりも高い値となる。尚、触媒暖機状態を判定するための温度状態判別は、水温検出とエンジン始動からの経過時間の判定とを併用して行なうようにしてもよく、また、触媒温度を直接検出するようにしてもよい。
【００５４】
噴射モードは、吸気行程噴射（均一燃焼領域）、又は圧縮行程噴射（成層燃焼領域）、更にこれらの領域での分割噴射又は一括噴射という噴射形態を有し、運転領域ごとに予め設定されているため、運転領域の判定により設定される。
【００５５】
運転状態検出部３２は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号及び水温センサ２６からの水温検出信号、吸気温センサ２８からの吸気温検出信号、大気圧センサ２９からの大気圧検出信号によってリーン領域やリッチ領域等のエンジンの運転領域を判定する。また、吸気流量検出信号からエンジンの急加速や高負荷運転等の過渡運転状態を判定する。また、水温検出信号からエンジンの冷間若しくは温間運転状態の判定を行う。更に、Ｏ2センサ２１からのＯ2検出信号はＯ2センサ２１の活性時に出力され、Ｏ2フィードバック制御時に用いられる。
【００５６】
燃料噴射制御部３３は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号及び水温センサ２６からの水温検出信号、Ｏ2センサ２１からのＯ2検出信号によって燃料の噴射時期Ｑａを演算する。
【００５７】
噴射量演算部３４は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６からの水温検出信号、燃圧及び噴射モードによって燃料噴射量Ｔａを演算する。
【００５８】
燃圧は、インジェクタ１１に作用する高圧燃料ポンプの吐出圧力であり、燃圧センサ出力と筒内圧（推測値）との差圧により噴射量Ｔａが補正される。
【００５９】
燃料噴射制御部３３及び噴射量演算部３４は、インジェクタ駆動回路３７を介してインジェクタ１１からの燃料噴射時期Ｑａ及び噴射量（パルス幅）Ｔａを制御するものであり、触媒冷機状態のときは、燃焼室５全体の空燃比は略理論空燃比λ≒１としつつ、吸気行程から点火時期にかけての期間内に、圧縮行程中期以降の後期噴射と、この後期噴射より早い吸気行程前半の早期噴射との少なくとも２つに分割して燃料を噴射する分割噴射により、燃焼室５内の点火プラグ１０付近の領域に理論空燃比（λ＝１）若しくはこれよりリッチな空燃比λ＜１の混合気を形成するとともに、点火プラグ１０付近の領域の周囲に理論空燃比λ＝１よりもリーンな空燃比λ＞１の混合気を形成するように制御する。
【００６０】
点火時期制御部３５は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６からの水温検出信号及び噴射モードによって点火時期θｉｇを演算する。
【００６１】
点火時期制御部３５は、点火装置３８に制御信号を出力して、点火時期θｉｇをエンジンの運転状態に応じて制御するものであり、基本的には点火時期θｉｇをＭＢＴ（ベストトルクを発揮する典かタイミング近傍）に制御するが、後述のように必要に応じて触媒冷機状態でのエンジンの極低負荷時には点火時期をリタードする。
【００６２】
また、エンジン制御ＥＣＵ３０は、スロットル弁１８を駆動するアクチュエータ１９に制御信号を出力することによって吸入空気量の制御も行なうようになっており、エンジン暖機後に圧縮行程のみの燃料噴射により成層燃焼が行われるような場合等に、空燃比をリーンとすべく吸入空気量を調整する。スロットル弁開度θｔｖは、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、吸気温センサ２８からの吸気温検出信号、大気圧センサ２９からの大気圧検出信号及び噴射モードによって演算される。
【００６３】
また、後述するように、触媒冷機状態でのエンジンの極低負荷時において点火時期がリタードされるときには、吸入空気量及び燃料噴射量の増量を行なう。さらにエンジン制御ＥＣＵ３０は、分割噴射時等に燃焼室５内にスワールを生じさせるべく、吸気流動制御弁１７を制御すると共に、空燃比をλ＝１よりリーンとする成層燃焼時等にＥＧＲを行なうべくＥＧＲ弁４４を制御する。
【００６４】
吸気流動制御弁１７の開閉は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号及び噴射モードによって制御され、気筒内のスワール比（スワール流動角速度／エンジン回転角速度）が制御される。
【００６５】
ＥＧＲ弁開度θｅｇｒは、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６からの水温検出信号及び噴射モードによって演算される。
【００６６】
エンジン制御ＥＣＵ３０は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号及びスタータ信号からエンジン始動を判定する。
［触媒の温度制御］
次に、冷機時の触媒２２（触媒２２ａ，２２ｂ）を早期に活性化させ、かつＨＣ排出量を低減するための触媒の温度制御について説明する。
【００６７】
図４乃至図６は、本実施形態の筒内噴射式ガソリンエンジンにおける触媒の温度制御を示すフローチャートである。
【００６８】
先ず、触媒の温度制御の概要について説明する。
【００６９】
本実施形態では、未活性触媒を早期に活性化させるために、触媒未暖機時におけるエンジン始動後から触媒２２ａのＨＣ浄化率が急速に上昇し始めた直後の所定ＨＣ浄化率（約５０％浄化率）の触媒２２ａのライトオフまでの期間Ｔ１（前期間）、及び触媒２２ａの約５０％浄化率状態から約１００％ＨＣ浄化率のライトオフに達するまでの期間Ｔ２（後期間）において、エンジンが低回転領域運転中ならば、以下の制御を実行する。
【００７０】
▲１▼吸気行程から点火時期にかけての期間内に、圧縮行程中期以降に開始される後期噴射と、後期噴射より早い早期噴射との少なくとも２つに分割して燃料を噴射する。
【００７１】
▲２▼燃焼室内の空燃比をλ≒１とし、触媒２２ａが約１００％浄化率のライトオフまでの期間（Ｔ１＋Ｔ２）を少なくとも分割噴射とし、この約１００％浄化率のライトオフまでの期間のうち前期間Ｔ１を後期間Ｔ２に対してスワールを弱くする。
【００７２】
▲３▼後期間Ｔ２においても分割噴射させつつ、スワールを強くする。
【００７３】
▲４▼スワールを弱める前期間Ｔ１は、スワールを強める後期間Ｔ２に対して後期噴射タイミングを遅らせる。
【００７４】
▲５▼触媒２２ａが約１００％浄化率のライトオフ状態に到達するまでの期間（Ｔ１＋Ｔ２）は早期噴射での燃料噴射量を後期噴射での燃料噴射量より少ない噴射総量の１／４以上に設定する。
【００７５】
▲６▼前期間Ｔ１での気筒内の空燃比をλ≒１の範囲で後期間Ｔ２に比べてリーンに設定することを基本とする。
【００７６】
▲７▼前期間Ｔ１での気筒内の空燃比を、Ｏ2フィードバック開始までは空燃比をλ＝１近傍でリーンに設定し、Ｏ2フィードバック開始以降は空燃比をλ＝１に設定する。具体的には、前期間Ｔ１でのＯ2フィードバック時におけるフィードバック基準値を、後期間Ｔ２でのＯ2フィードバック時におけるフィードバック基準値よりリーン側に設定する。
【００７７】
▲８▼触媒暖機後の同一負荷及び同一回転数に対して点火タイミングをリタードさせる。
【００７８】
▲９▼点火プラグ周りの局所空燃比が後期噴射によりリッチとなるように気筒内のスワール比（スワール流動角速度／エンジン角速度）を設定する。
【００７９】
次に、図４乃至図６を参照して上記▲１▼〜▲９▼の制御を実行するためのエンジン制御ＥＣＵ３０による具体的フローについて説明する。
【００８０】
図４に示すように、ステップＳ１では、エンジン制御ＥＣＵ３０は、Ｏ2センサ２１、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ２３、アクセル開度センサ２４、エアフローメータ２５、水温センサ２６、エンジン回転数センサ２７、吸気温センサ２８、大気圧センサ２９、燃圧センサ及びスタータ等からの各検出信号を読み込む。
【００８１】
ステップＳ２では、フラグＦ３がセットされているか否かを判定する。フラグＦ３はエンジンが冷間状態でゼロリセット、温間状態で１にセットされる。
【００８２】
ステップＳ２でフラグＦ３がセットならば（ステップＳ２でＹＥＳ）、図６で後述するステップＳ１４に進む。
【００８３】
フラグＦ３がリセットならば（ステップＳ２でＮＯ）、触媒２２が未暖機状態なのでステップＳ３に進む。
【００８４】
ステップＳ３では、スタータ信号からスタータによりエンジンがＯＮされたか否かを判定する。ステップＳ３でスタータがＯＮならば（ステップＳ３でＹＥＳ）、エンジン始動時なのでステップＳ４に進み、スタータがＯＦＦならば（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ２３に進む。
【００８５】
ステップＳ４では、エンジン始動時の噴射パルス幅Ｔａを算出する。
【００８６】
ステップＳ５では、エンジン始動時の噴射時期θａｋを算出する。
【００８７】
ステップＳ６では、クランク角センサ２３から検出されたエンジンのクランク角からステップＳ５で算出された噴射時期θａｋになるのを待ち、噴射時期θａｋになったならば（ステップＳ６でＹＥＳ）、ステップＳ７に進む。
【００８８】
ステップＳ７では、ステップＳ４で算出された噴射パルス幅Ｔａにてインジェクタ１１から燃料を噴射する。
【００８９】
ステップＳ８では、エンジン回転数が、エンジンが始動したと判定できる所定回転数（例えば、５００ｒｐｍ）を超えたか否かを判定し、所定回転数を超えるまでステップＳ４〜Ｓ７までの処理を繰り返し実行する。
【００９０】
ステップＳ９では、エンジン回転数、アクセル開度、吸気流量、エンジン水温等の過去の履歴から触媒温度を推定する。
【００９１】
ステップＳ１０では、触媒２２が活性化温度より低い未暖機状態にあるか否かを判定する。ステップＳ１０で触媒２２が未暖機状態ならば（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ステップＳ１１でフラグＦ１をセットし、暖機状態ならば（ステップＳ１０でＮＯ）、ステップＳ１２でフラグＦ３をセットしてリターンする。フラグＦ１は、触媒２２が未暖機状態でセットされ、暖機状態でゼロリセットされる。
【００９２】
ステップＳ１３では、エンジン水温及び吸気温等に基づいてタイマを触媒の約５０％浄化率のライトオフに達するまでの期間Ｔ１に設定する。
【００９３】
ステップＳ１４では、タイマによるこのライトオフに達するまでの期間Ｔ１のカウントダウンを開始する。
【００９４】
ステップＳ１５では、Ｏ2センサが活性化したか否かを判定する。ステップＳ１５でＯ2センサが未活性ならば（ステップＳ１５でＮＯ）ステップＳ１６に進み、活性ならば（ステップＳ１５でＹＥＳ）ステップＳ１９に進む。
【００９５】
ステップＳ１６では、エンジン回転数、アクセル開度、吸気流量、エンジン水温等に基づいて噴射パルス幅Ｔａ、点火時期θｉｇを算出する。
【００９６】
ステップＳ１７では、噴射パルス幅Ｔａをα：１−αに配分して、分割噴射における早期噴射パルスＴａｋ（＝α×Ｔａ）と、後期噴射パルスＴａｄ（＝（１−α）×Ｔａ）とを算出する。
【００９７】
ステップＳ１８では、早期基本噴射時期θａｋｂと後期基本噴射時期θａｄｂとを設定して、図６のステップＳ２５に進む。
【００９８】
また、ステップＳ１５でＯ2センサが活性ならば（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１９でエンジン回転数、アクセル開度、吸気流量、エンジン水温、酸素濃度等に基づいて噴射パルス幅Ｔａ、点火時期θｉｇを算出する。
【００９９】
ステップＳ２０では、噴射パルス幅Ｔａをα：１−αに配分して、分割噴射における早期噴射パルスＴａｋ（＝α×Ｔａ）と、後期噴射パルスＴａｄ（＝（１−α）×Ｔａ）とを算出する。
【０１００】
ステップＳ２１では、早期基本噴射時期θａｋｂと後期基本噴射時期θａｄｂとを設定する。
【０１０１】
ステップＳ２２では、フラグＦ２がセットされているか否かを判定する。フラグＦ２は触媒の約５０％ＨＣ浄化率のライトオフに達するまでの期間Ｔ１が経過し、吸気流動制御弁１７を閉作動させてスワール弱からスワール強の状態に切り替えた時に１にセットされる。
【０１０２】
ステップＳ２２でフラグＦ２がセットならば（ステップＳ２２でＹＥＳ）、図５で後述するステップＳ３６に進む。
【０１０３】
フラグＦ２がリセットならば（ステップＳ２２でＮＯ）、図５のステップＳ２５に進む。
【０１０４】
ステップＳ３でスタータがＯＦＦならば（ステップＳ３でＮＯ）、エンジン停止又は作動中で始動時ではないので、ステップＳ２３でフラグＦ１がセットされているか否かを判定する。
【０１０５】
ステップＳ２３でフラグＦ１がセットならば（ステップＳ２３でＹＥＳ）、触媒２２は未暖機状態なので前述したステップＳ１４に進み、フラグＦ１がリセットならば（ステップＳ２３でＮＯ）、触媒２２は暖機状態なのでステップＳ２４に進む。
【０１０６】
ステップＳ２４では、フラグＦ２がセットされているか否かを判定する。
【０１０７】
ステップＳ２４でフラグＦ２がセットならば（ステップＳ２４でＹＥＳ）、触媒の約５０％ＨＣ浄化率のライトオフに達するまでの期間Ｔ１が経過しているので前述のステップＳ１９に進む。
【０１０８】
ステップＳ２４でフラグＦ２がリセットならば（ステップＳ２４でＮＯ）、リターンする。
【０１０９】
図５に示すように、ステップＳ２５では、タイマによる上記期間Ｔ１のカウントダウンが終了したか否かを判定する。
【０１１０】
ステップＳ２５で上記期間Ｔ１が未経過ならば（ステップＳ２５でＮＯ）ステップＳ２６に進み、上記期間Ｔ１が経過したならば（ステップＳ２５でＹＥＳ）ステップＳ３４に進む。
［触媒の約５０％ＨＣ浄化率のライトオフに達するまでの前期間Ｔ１の処理］
ステップＳ２６では、上記期間Ｔ１中なので吸気流動制御弁を開状態に保持してスワール弱とする。
【０１１１】
ステップＳ２７では、早期噴射時期θａｋを早期基本噴射時期θａｋｂに設定すると共に（θａｋ＝θａｋｂ）、後期噴射時期θａｄを後期基本噴射時期θａｄｂからθｋだけリタードさせる（θａｄ＝θａｄｂ−θｋ）。
【０１１２】
ステップＳ２８では、クランク角センサ２３から検出されたエンジンのクランク角からステップＳ２７で算出された早期噴射時期θａｋになるのを待ち、早期噴射時期θａｋになったならば（ステップＳ２８でＹＥＳ）、ステップＳ２９に進む。
【０１１３】
ステップＳ２９では、ステップＳ１７若しくはＳ２０で算出された早期噴射パルス幅Ｔａｋにてインジェクタ１１から燃料を噴射する。
【０１１４】
ステップＳ３０では、クランク角センサ２３から検出されたエンジンのクランク角からステップＳ２７で算出された後期噴射時期θａｄ（リタード）になるのを待ち、後期噴射時期θａｄになったならば（ステップＳ３０でＹＥＳ）、ステップＳ３１に進む。
【０１１５】
ステップＳ３１では、ステップＳ１７若しくはＳ２０で算出された後期噴射パルス幅Ｔａｄにてインジェクタ１１から燃料を噴射する。
【０１１６】
ステップＳ３２では、ステップＳ１６若しくはＳ１９で算出された点火時期θｉｇになるのを待ち、点火時期θｉｇになったならば（ステップＳ３２でＹＥＳ）、ステップＳ３３に進む。
【０１１７】
ステップＳ３３では、ステップＳ１６若しくはＳ１９で算出された点火時期θｉｇにて点火プラグ１０を点火させる。
［前期間Ｔ１経過後の後期間Ｔ２の処理］
ステップＳ３４では、上記期間Ｔ１が経過したので吸気流動制御弁１７を閉作動させてスワール強とする。
【０１１８】
ステップＳ３５では、フラグＦ２を１にセットする。
【０１１９】
ステップＳ３６では、早期噴射時期θａｋを早期基本噴射時期θａｋｂに設定すると共に（θａｋ＝θａｋｂ）、後期噴射時期θａｄを後期基本噴射時期θａｄｂに設定して後期噴射リタードから復帰させる（θａｄ＝θａｄｂ）。
【０１２０】
ステップＳ３７では、クランク角センサ２３から検出されたエンジンのクランク角からステップＳ３６で算出された早期噴射時期θａｋになるのを待ち、早期噴射時期θａｋになったならば（ステップＳ３７でＹＥＳ）、ステップＳ３８に進む。
【０１２１】
ステップＳ３８では、ステップＳ１７若しくはＳ２０で算出された早期噴射パルス幅Ｔａｋにてインジェクタ１１から燃料を噴射する。
【０１２２】
ステップＳ３９では、クランク角センサ２３から検出されたエンジンのクランク角からステップＳ３６で算出された後期噴射時期θａｄになるのを待ち、後期噴射時期θａｄになったならば（ステップＳ３９でＹＥＳ）、ステップＳ４０に進む。
【０１２３】
ステップＳ４０では、ステップＳ１７若しくはＳ２０で算出された後期噴射パルス幅Ｔａｄにてインジェクタ１１から燃料を噴射する。
【０１２４】
ステップＳ４１では、ステップＳ１６若しくはＳ１９で算出された点火時期θｉｇになるのを待ち、点火時期θｉｇになったならば（ステップＳ４１でＹＥＳ）、ステップＳ４２に進む。
【０１２５】
ステップＳ４２では、ステップＳ１６若しくはＳ１９で算出された点火時期θｉｇにて点火プラグ１０を点火させる。
【０１２６】
ステップＳ４３では、触媒２２が活性化温度より低い未暖機状態にあるか否かを判定する。ステップＳ４３で触媒２２が未暖機状態ならば（ステップＳ４３でＹＥＳ）リターンし、暖機状態ならば（ステップＳ４３でＮＯ）、ステップＳ４４でフラグＦ３をセットしてリターンする。
［エンジンが温間状態での制御］
図６に示すように、ステップＳ２でフラグＦ３がセットされているならば（ステップＳ２でＹＥＳ）、エンジンは温間状態であり、触媒２２（触媒２２ａ，２２ｂ）は暖機完了している状態なので通常制御を行うステップＳ４５に進む。
【０１２７】
ステップＳ４５では、エンジン回転数、アクセル開度、吸気流量、エンジン水温、吸気温、大気圧等に基づいて運転領域（成層燃焼若しくは均一燃焼）を判定する。
【０１２８】
ステップＳ４６では、ステップＳ４５で判定された運転領域に対応した噴射パルス幅Ｔａ、噴射時期θａ、スロットル弁１８の開度θｔｖ、ＥＧＲ弁４４の開度θｅｇｒ、点火時期θｉｇを算出する。
【０１２９】
ステップＳ４７では、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１（例えば、２０００〜２５００ｒｐｍ）以上か否かを判定する。
【０１３０】
ステップＳ４７で所定回転数Ｎ１以上ならば（ステップＳ４７でＹＥＳ）、ステップＳ４８で吸気流動制御弁１７を開作動してステップＳ５１に進む。
【０１３１】
ステップＳ４７で所定回転数Ｎ１未満ならば（ステップＳ４７でＮＯ）、ステップＳ４９でアクセル開度が大か否かを判定する。
【０１３２】
ステップＳ４９でアクセル開度大ならば（ステップＳ４９でＹＥＳ）、加速若しくは高負荷時なのでステップＳ４８に進んで吸気流動制御弁１７を開作動してスワールを弱める。
【０１３３】
また、ステップＳ４９でアクセル開度大でないならば（ステップＳ４９でＮＯ）、ステップＳ５０で吸気流動制御弁１７を閉作動してスワールを強める。
【０１３４】
ステップＳ５１では、エンジンキーがＯＦＦされたか否かを判定する。
【０１３５】
ステップＳ５１でエンジンキーがＯＦＦされたならば（ステップＳ５１でＹＥＳ）、ステップＳ５２でフラグＦ１〜Ｆ３をゼロリセットしてリターンする。
【０１３６】
また、ステップＳ５１でエンジンキーがＯＦＦされていないならば（ステップＳ５１でＮＯ）、リターンする。
【０１３７】
図７及び図８は、クランク角と質量燃焼割合との関係を表し、同一クランク角で質量燃焼割合が大きい程燃焼速度が高いことを意味する。そして、図７は、分割噴射と一括噴射での燃焼速度の比較を示す図である。図８は、スワール弱とスワール強での燃焼速度の比較を示す図である。図９は触媒２２の約１００％浄化率のライトオフに達する期間前後におけるスワール強弱とＲａｗＨＣ排出量とＨＣ浄化率と触媒温度との関係を示す図である。図１０は、２分割噴射における燃料噴射量と噴射時期とを示すタイミングチャートである。図１１は、後期噴射時期とＲａｗＨＣ排出量との関係を示す図である。図１２は、後期噴射時期とＰｉ変動率との関係を示す図である。図１３は、後期噴射割合とＰｉ変動率、排気ガス温度、燃費率、ＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量との関係を示す図である。
【０１３８】
上記フローにおいて、触媒２２ａの約５０％ＨＣ浄化率のライトオフに達するまでの期間Ｔ１において吸気行程から点火時期にかけての期間内に、圧縮行程中期以降の後期噴射と、後期噴射より早い早期噴射との少なくとも２つに分割して燃料を噴射することにより（ステップＳ２６〜Ｓ３３）、図７に示すように、一括噴射時に比べて燃焼速度が緩慢燃焼になり、後燃えを助長して触媒２２の暖機を促進してＨＣ浄化率が高まるので、ＲａｗＨＣ排出量が低減できる。
【０１３９】
ここで、圧縮行程中期とは、図１０に示すように圧縮行程を前期、中期、後期に３等分したときの中期、つまり、クランク角でＢＴＤＣ（上死点前）１２０°からＢＴＤＣ６０°の期間を意味する。従って、後期噴射はＢＴＤＣ１２０°以降となる。但し、後述のように後期噴射の時期が遅すぎると燃焼安定性が損なわれることから、圧縮行程の３／４の期間が経過するまで（ＢＴＤＣ４５°まで）に後期噴射を開始することが望ましい。
【０１４０】
つまり、図１０に示すように後期噴射は圧縮行程における上死点前１２０°から上死点前４０°までの期間内に開始されるように設定され、早期噴射は後期噴射より前の適当な時期、例えば吸気行程の期間内に開始されるように設定される。
【０１４１】
また、上述のように期間Ｔ１を少なくとも分割噴射とする一方で、この期間Ｔ１中はスワール弱とする（ステップＳ２６）。
【０１４２】
このように、触媒２２ａの約５０％ＨＣ浄化率のライトオフに達するまでの期間Ｔ１でのスワールを弱めることにより、図８及び図９に示すようにスワール強の場合に比べて燃焼速度が緩慢になり、後燃えを助長して排気ガス温度が高められ、その結果、触媒の暖機を促進してＨＣ浄化率が高まるので未浄化のＨＣ排出量が低減できる。
【０１４３】
但し、スワールを弱めた状態を継続すると、ＲａｗＨＣの低減、及び触媒暖機効果は多少大きいものの燃費が悪化するため、後期間Ｔ２においても分割噴射させつつスワール強に変化させる（ステップＳ３４）ことで燃費悪化を抑制している。尚、後期間Ｔ２では吸気行程内のみで燃料を一括噴射させつつスワールを強くしてもよい。
【０１４４】
図１に示すエンジン１は、ピストン４の頂部に、インジェクタ１１から噴出された燃料をトラップして点火プラグ１０方向に導く成層化用のキャビティ１２を設けることにより、圧縮行程中期以降にインジェクタ１１から燃料が噴射されたときに点火プラグ１０付近の局所空燃比が後期噴射によりリッチとなるように気筒内のスワール比（スワール流動角速度／エンジン角速度）が設定される。
【０１４５】
さらに、図１０に示すように、スワールを弱める期間Ｔ１での後期噴射時期θａｄ（点線）を、スワールを強める後期間Ｔ２での後期噴射時期θａｄ（実線）より遅らせている（ステップＳ２７）。これにより噴霧の拡散を抑制して燃焼安定性を確保しつつ緩慢燃焼により排気ガス温度を急速に高められるため、図１１に示すように触媒２２が早期に活性化してＲａｗＨＣ排出量を低減すると共に、図１２に示すように点火プラグ１０周りに確実に濃厚な混合気を偏在できるためＰｉ変動率を減少して燃焼安定性の低下を抑制できる。
【０１４６】
触媒未暖機時における分割噴射では、早期噴射及び後期噴射とも主燃焼期間内にある主燃焼に寄与する燃料を噴射させるように制御される。つまり、一般に燃焼室内での燃焼の進行過程で質量燃料割合が１０％程度までが初期燃焼期間、１０％程度から９０％程度までが主燃焼期間と呼ばれるが、後期噴射燃料が着火、燃焼する初期燃焼は初期燃焼期間及び主燃焼期間の前期にわたる燃焼であり、早期噴射燃料が後期噴射燃料の燃焼により延焼可能（火炎伝播可能）な空燃比の混合気を燃焼室内に形成して、早期噴射燃料も後期噴射燃料ともに主燃焼に関与し、かつ、早期噴射燃料によるリーンな混合気が緩慢燃焼するように各噴射量が設定される。
【０１４７】
具体的には、後期噴射燃料の燃焼による火炎で延焼可能な空燃比として、期間Ｔ１は後期間Ｔ２に比べて早期噴射量を後期噴射量より少なくしつつ、早期噴射量を噴射総量の１／４（２５％）以上に設定している（逆に言えば、後期噴射量を噴射総量の３／４（７５％）以下に抑える）。
【０１４８】
図１３に示すように、後期噴射割合が２０％より小さいと排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が十分に得られず、後期噴射割合が２０％以上になれば、後期噴射割合が大きくなるにつれ、排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が増大するが、Ｐｉ変動率及び燃費率が次第に高くなり、後期噴射割合が８０％を超えるとＰｉ変動率が許容度を超えて燃焼安定性が損なわれる。
【０１４９】
従って、排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が得られるようにしつつ、燃焼安定性を確保するには、後期噴射割合を２５％〜７５％の範囲とすることが好ましく、このような範囲では後期噴射割合を多くするほど、つまり早期噴射割合を少なくするほど排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が大きくなる。そして、早期噴射量を、早期噴射のみでの燃焼室内空燃比が可燃空燃比（３０程度）以上となるように少なくしておけば、早期噴射燃料による混合気がリーンになり、燃焼期間後期の燃焼が遅くなることにより、燃焼安定性を確保して燃費悪化を抑制しつつ、排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が十分に得られる。
【０１５０】
図１４は、Ｏ2フィードバック制御時のＯ2センサの出力を示す図である。図１５は、Ｏ2フィードバック制御時のＯ2センサの出力の変化とそれに応じたフィードバック補正係数の変化との関係を示す図である。図１６は、空燃比に対するＨＣ浄化率と触媒温度とＲａｗＨＣ排出量との関係を示す図である。
【０１５１】
本実施形態では、触媒２２ａのＨＣ浄化率約５０％のライトオフ状態に達するまでの期間Ｔ１における分割噴射、スワール弱、後期噴射時期リタード及び早期噴射量＜後期噴射量とする制御に加えて、この期間Ｔ１での燃焼室内の空燃比を、Ｏ2フィードバック開始（Ｏ2センサが活性化する）まではλ≒１でリーンに設定して（ステップＳ１９〜Ｓ２２）リーンＮＯｘ触媒によるＮＯｘ排出量低減を図りつつ、Ｏ2フィードバック開始以降は空燃比をλ＝１に設定して（ステップＳ１６からＳ１８）触媒２２の三元機能による浄化効率を高めている。
【０１５２】
具体的には、期間Ｔ１でのＯ2フィードバック時におけるフィードバック基準値を、後期間Ｔ２でのＯ2フィードバック時におけるフィードバック基準値よりリーン側に設定し（例えば、Ａ／Ｆ１４．７→１５．５）、Ｏ2センサが活性化した後は、Ｏ2センサの検出信号を基準値（例えば、０．５５Ｖ）の理論空燃比としてフィードバック制御が開始される。
【０１５３】
Ｏ2センサの出力は、図１４に示すように理論空燃比（λ＝１）で急変するようになっている。このＯ2センサの出力に基づくフィードバック制御は、図１５に示すように燃料噴射量のフィードバック補正係数が比例係数であるＰ値と積分係数であるＩ値とで変えられるようになっており、Ｏ2センサの出力がリッチのときは比例係数がＰ値若しくはＩ値だけ燃料噴射量が減少方向に変えられ、また、Ｏ2センサの出力がリーンのときは比例係数がＰ値若しくはＩ値だけ燃料噴射量が増加方向に変えられるようになっている。また、Ｏ2センサのリッチからリーンへの反転と、リーンからリッチへの反転とに対して夫々フィードバック補正係数の反転にディレー時間ＴRL、ＴLRが設定されている。
【０１５４】
そして、理論空燃比よりもリーン側に制御するときは、例えばディレー時間ＴRLをＴLRよりも大きくするように調整することで、フィードバック補正係数の平均値が燃料噴射量減少方向にずれることにより、空燃比が理論空燃比よりもリーン側にずれるように調整される。上記Ｐ値やＩ値をＯ2センサの出力がリッチな時とリーン時とで異ならせることによっても、同様の調整が可能である。
【０１５５】
そして、Ｏ2フィードバック制御では、ディレー時間ＴRL，ＴLR等をリッチ側とリーン側とで同等の状態にすることで空燃比を理論空燃比とするような通常の制御が行われる。
【０１５６】
図１６に示すように、期間Ｔ１において、空燃比をＯ2フィードバック開始まではλ≒１でリーンに設定することによって、触媒の暖機を促進させてＨＣ浄化率が高まるので、未浄化のＨＣ排出量が低減できる。
【０１５７】
尚、触媒未暖機時は、触媒暖機後の同一負荷及び同一回転数に対して点火時期θｉｇをリタードさせて、緩慢燃焼による後燃えを助長して触媒の暖機を促進して未浄化のＨＣ排出量を低減している。
【０１５８】
尚、本実施形態において、三元触媒２２ａの約１００％ＨＣ浄化率のライトオフ状態をもってＮＯｘ触媒２２ｂの暖機完了と見なしているが、ＮＯｘ触媒２２ｂの状態をもって期間Ｔ２を設定してもよい。
【０１５９】
尚、本発明は、触媒としてＮＯｘ触媒のみを配置したものにも適用でき、また、その趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の筒内噴射式エンジンの燃焼室部分の構造を示す概略断面図である。
【図２】筒内噴射式エンジン全体の概略図である。
【図３】エンジン及び触媒の状態検出及びエンジン制御を実行するためのエンジン制御ＥＣＵに入力される各種パラメータを示す図である。
【図４】本実施形態の筒内噴射式ガソリンエンジンにおける触媒の温度制御を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態の筒内噴射式ガソリンエンジンにおける触媒の温度制御を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態の筒内噴射式ガソリンエンジンにおける触媒の温度制御を示すフローチャートである。
【図７】クランク角と質量燃焼割合との関係を示し、分割噴射と一括噴射での燃焼速度を示す図である。
【図８】クランク角と質量燃焼割合との関係を示し、スワール弱とスワール強での燃焼速度を示す図である。
【図９】触媒のライトオフに達する期間前後におけるスワール強弱とＲａｗＨＣ排出量とＨＣ浄化率と触媒温度との関係を示す図である。
【図１０】２分割噴射における燃料噴射量と噴射時期とを示すタイミングチャートである。
【図１１】後期噴射時期とＲａｗＨＣ排出量との関係を示す図である。
【図１２】後期噴射時期とＰｉ変動率との関係を示す図である。
【図１３】後期噴射割合とＰｉ変動率、排気ガス温度、燃費率、ＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量との関係を示す図である。
【図１４】Ｏ2フィードバック制御時のＯ2センサの出力を示す図である。
【図１５】Ｏ2フィードバック制御時のＯ2センサの出力の変化とそれに応じたフィードバック補正係数の変化との関係を示す図である。
【図１６】空燃比に対するＨＣ浄化率と触媒温度とＲａｗＨＣ排出量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン
１０…点火プラグ
１１…インジェクタ
１５…吸気通路
１６…排気通路
２１…Ｏ2センサ
２２…触媒装置
３０…ＥＣＵ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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