(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に設けられ、空燃比が理論空燃比よりもリーン側にあるときに排気ガス中の窒素酸化物を吸蔵するＮＯx 吸蔵型触媒とを備え、エンジンの高負荷域又は高回転域では、均一燃焼状態になるように燃料を噴射させる一方、エンジンの定常運転状態の低負荷低回転の領域では、成層燃焼状態になるように燃料を噴射させるようにしたエンジンの制御装置において、
上記エンジンが所定の運転状態にあるときに、燃料噴射弁による燃料噴射を吸気行程において複数回に分割して実行させる噴射分割制御手段を設けた
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
噴射分割制御手段は、エンジンが高負荷低回転の領域にあるとき、燃料噴射弁による燃料噴射を吸気行程において複数回に分割して、少なくとも１回目の燃料噴射が上死点後４０度以降から下死点前４０度以前までのクランク角範囲内になるように実行させるように構成されている
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１において、
噴射分割制御手段は、エンジンが、中負荷でかつ低回転又は中回転の領域にあるとき、燃料噴射弁による燃料噴射を吸気行程において複数回に分割して、少なくとも１回目の燃料噴射が上死点後４０度以降から下死点前４０度以前までのクランク角範囲内になるように実行させるように構成されている
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項２又は３のいずれかにおいて、
触媒は、温度状態が所定以上高くなると、浄化率が所定以上低下するものであり、
上記触媒の温度状態が上記所定以上に高くなったことを判定する触媒温度判定手段を設け、
噴射分割制御手段は、
上記触媒温度判定手段によって、触媒の温度状態が上記所定以上に高いと判定された場合には、吸気行程における上死点後４０度以降から下死点前４０度以前までのクランク角範囲内で、かつ、最初の燃料噴射と最後の燃料噴射との中間時点が上死点後９０度よりも遅くなるように、燃料噴射の分割制御を実行する一方、上記触媒温度判定手段によって、触媒の温度状態が上記所定温度状態よりも低いと判定された場合には、吸気行程における上死点後４０度以降から下死点前４０度以前までのクランク角範囲内で、かつ、最初の燃料噴射と最後の燃料噴射との中間時点が上死点後９０度よりも早くなるように、燃料噴射の分割制御を実行するように構成されている
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１において、
エンジンが、所定負荷以上若しくは所定回転数以上の定常運転状態、又は加速運転状態になっているとき、空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチ側に制御する空燃比制御手段を設け、
噴射分割制御手段は、エンジンが上記のいずれかの運転状態になったとき、少なくとも吸気行程での燃料噴射及び圧縮行程前半での燃料噴射を含むように、燃料噴射を複数回に分割して実行させ、続いて、燃料噴射を吸気行程において複数回に分割して実行させるように構成されている
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１つにおいて、
燃料噴射弁における燃料噴射圧力を変更調整する燃圧調整手段と、
噴射分割制御手段による燃料噴射の分割制御が実行されるとき、上記燃圧調整手段によって燃料噴射圧力を低下させる燃圧制御手段とを設けた
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項６において、
燃圧調整手段は、燃料ポンプ及び燃料噴射弁を接続する高圧噴射経路の液圧を、エンジン始動時に低下させる液圧調整弁である
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項６において、
燃圧調整手段は、燃料噴射弁における燃料噴射圧力を、最低圧の第１圧力設定値、該第１圧力設定値よりも高圧の第２圧力設定値、及び該第２圧力設定値よりも高圧の第３圧力設定値の、少なくとも３段階に変更調整可能に構成され、
燃圧制御手段は、噴射分割制御手段による燃料噴射の分割制御が実行されるとき、燃料噴射弁における燃料噴射圧力を、上記第２圧力設定値以上の高い圧力に制御するように構成されている
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項９】
請求項８において、
燃圧制御手段は、
噴射分割制御手段により分割された最後の燃料噴射が、吸気行程における下死点前４０度以降のクランク角範囲内で実行されるとき、燃料噴射弁における燃料噴射圧力を、第２圧力設定値に制御する一方、
上記最後の燃料噴射が上記クランク角範囲内で実行されないとき、燃料噴射圧力を、第３圧力設定値以上の高い圧力値に制御するように構成されている
ことを特徴とする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、空燃比リーン状態での成層燃焼が可能な筒内直噴式ガソリンエンジンの制御装置に関し、特に、排気通路に設けられたＮＯx 吸蔵型触媒が飽和状態になることを防止するための制御の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のエンジンの制御装置として、例えば国際公開番号Ｗ０９３／０７３６３の公報に開示されるように、エンジンの排気通路に、空燃比が理論空燃比よりもリーン側のときに排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx ）を吸蔵する一方、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になったときに吸蔵したＮＯx を放出して還元浄化するＮＯx 吸蔵型触媒を有する触媒コンバータを設け、エンジンの加速運転状態及び全負荷運転状態において空燃比をリッチ側に制御する一方、それ以外の運転状態のときに空燃比をリーン側に制御するようにしたものが知られている。
【０００３】
また、上記の制御装置においては、例えばエンジンの空燃比リーンでの定常運転状態が長時間継続したときに、ＮＯx 吸蔵量が触媒のＮＯx 吸蔵キャパシティをオーバーした飽和状態になることを防止するために、所定間隔で空燃比をリッチ状態に切替える制御を行って、上記触媒に吸蔵されているＮＯx を放出させて還元浄化させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の制御装置では、本来、空燃比リーンで運転可能なときであっても、触媒の飽和を防止するためだけに空燃比をリッチ側に切替えるようにしており、その分だけ燃料が余分に消費されるので、燃費低減という観点からは好ましくない。
【０００５】
また、空燃比の切替えはドライバーの運転操作に関係なく行われるので、これに伴いエンジンの運転状態が変化して発生するショックに対し、ドライバーが違和感を感じ易いという不具合もある。
【０００６】
さらに、ＮＯx 吸蔵型触媒には、図１８に示すように、触媒温度が所定以上（例えば４００°Ｃ度以上）高くなると、ＮＯx 吸蔵キャパシティーが低下して、空燃比リーン状態でのＮＯx 浄化率がかなり低下するという温度依存性がある。すなわち、触媒温度が所定以上高くなると、ＮＯx 吸蔵型触媒は飽和し易くなるので、これを抑制するために触媒の温度上昇を抑制する必要もある。
【０００７】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主たる目的とするところは、還元作用のある一酸化炭素（ＣＯ）雰囲気中で、ＮＯx 吸蔵型触媒からＮＯx が放出され易くなることに着目し、このことを利用して触媒のリフレッシュを促進することで、触媒が飽和状態になることを防止しつつ、燃費の低減を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の解決手段では、エンジンの所定の運転状態において、燃料噴射を吸気行程で複数回に分割して実行することで、燃費増大を抑制しつつ、排気ガス中のＣＯ排出量を増大させて、触媒のリフレッシュを促進するようにした。
【０００９】
具体的には、請求項１に記載の発明は、気筒の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に設けられ、空燃比が理論空燃比よりもリーン側にあるときに排気ガス中の窒素酸化物を吸蔵するＮＯx 吸蔵型触媒とを備え、エンジンの高負荷域又は高回転域では、均一燃焼状態になるように燃料を噴射させる一方、エンジンの定常運転状態の低負荷低回転の領域では、成層燃焼状態になるように燃料を噴射させるようにしたエンジンの制御装置を対象とする。そして、上記エンジンが所定の運転状態にあるときに、燃料噴射弁による燃料噴射を吸気行程において複数回に分割して実行させる噴射分割制御手段を設けた。
【００１０】
この構成によれば、エンジンが所定の運転状態にあるときに、噴射分割制御手段による燃料噴射弁の作動制御によって、燃料噴射が吸気行程において複数回に分割して実行される。そして、１サイクル当たりの燃料噴射弁の開弁回数が増え、その分、燃料噴射弁の開弁初期に噴射される粒の荒い燃料の割合が増加して、燃料の気化霧化状態が悪化する。このため、燃焼室全体の混合気分布は略均一化されているものの、微細部における局所的な不完全燃焼により、ＣＯ排出量が増大する。そして、排気通路に設けられた触媒は、排気ガス中のＣＯに包み込まれた状態になって、吸蔵しているＮＯx を放出し易くなるので、触媒のリフレッシュが促進される。従って、触媒のリフレッシュのための空燃比の切替えの頻度を下げたり、切替時の空燃比のリッチ度合いを低くすることができるので、燃料の気化霧化状態の悪化に伴う燃費増大はあるものの、従来までと比べて燃費の低減が図られ、また、エンジンの運転状態の変化に伴うショックを軽減することができる。
【００１１】
また、気筒の吸気行程において、最初に噴射された燃料が燃焼室内で拡散する間に２回目以降の燃料噴射が行われ、燃焼室内における混合気の均一化が促進されるので、燃焼時間の短縮によりエンジンの運転効率を向上させて、分割噴射に伴う局所的な不完全燃焼に起因する燃費増大を抑制することができる。
【００１２】
この結果、触媒のリフレッシュのための空燃比の切替えの頻度を下げたり、その切換時の空燃比のリッチ度合いを低くすることができるので、燃料の気化霧化状態の悪化に伴う燃費増大はあるものの、従来までと比べて燃費の低減が図られ、また、エンジンの運転状態の変化に伴うショックを軽減することができる。さらには、燃焼時間の短縮により排気ガス温度が低下するので、触媒の温度上昇に伴うＮＯx 浄化率の低下が抑制される。
【００１３】
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の発明における噴射分割制御手段は、エンジンが高負荷低回転の領域にあるとき、燃料噴射弁による燃料噴射を吸気行程において複数回に分割して、少なくとも１回目の燃料噴射が上死点後４０度以降から下死点前４０度以前までのクランク角範囲内になるように実行させる構成とした。
【００１４】
すなわち、一般に、高負荷域ではエンジンの発生する熱量が大きいので触媒温度が高くなり易い。そこで、本発明では、この高負荷域で気筒の吸気行程における燃料噴射の分割制御を実行することで、請求項２記載の発明の如く触媒の温度上昇を抑制するようにしている。その際、少なくとも１回目の燃料噴射を、ピストンスピードの速い上死点後４０度以降から下死点前４０度以前までのクランク角範囲内で実行することで、燃料及び空気の混合を促進することができる。
【００１５】
加えて、低回転域であるため、高回転域に比べてエンジンのサイクルタイムが長くなるので、燃料及び空気の混合状態を均一化させる上で、燃料噴射を複数回に分割することは極めて有効である。
【００１６】
請求項３記載の発明では、請求項１に記載の発明における噴射分割制御手段は、エンジンが、中負荷で、かつ低回転又は中回転の領域にあるとき、燃料噴射弁による燃料噴射を吸気行程において複数回に分割して、少なくとも１回目の燃料噴射が上死点後４０度以降から下死点前４０度以前までのクランク角範囲内になるように実行させる構成とした。
【００１７】
すなわち、エンジンは、低負荷低回転の領域では圧縮行程における点火直前の燃料噴射により成層燃焼状態とされる一方、高負荷又は高回転の領域では、少なくとも吸気行程前半での燃料噴射により均一燃焼状態とされるようになっている。そこで、それらが切替わって燃焼状態が変化する、中負荷でかつ低回転又は中回転の領域において、吸気行程における燃料噴射の分割制御を実行することで、エンジンの燃焼状態を、上記均一燃焼状態と成層燃焼状態との中間的な燃焼状態とすることができ、エンジン出力の繋りが良くなる。その上、請求項５に記載の発明と同様、触媒の温度上昇を抑制することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明では、請求項２又は３に記載の発明における触媒は、温度状態が所定以上高くなると、浄化率が所定以上低下するものである。そして、該触媒の温度状態が上記所定以上に高くなったことを判定する触媒温度判定手段を設けるとともに、噴射分割制御手段は、上記触媒温度判定手段によって、触媒の温度状態が上記所定以上に高いと判定された場合には、吸気行程における上死点後４０度以降から下死点前４０度以前までのクランク角範囲内で、かつ、最初の燃料噴射と最後の燃料噴射との中間時点が上死点後９０度よりも遅くなるように、燃料噴射の分割制御を実行する一方、上記触媒温度判定手段によって、触媒の温度状態が上記所定温度状態よりも低いと判定された場合には、吸気行程における上死点後４０度以降から下死点前４０度以前までのクランク角範囲内で、かつ、最初の燃料噴射と最後の燃料噴射との中間時点が上死点後９０度よりも早くなるように、燃料噴射の分割制御を実行する構成とする。
【００１９】
この構成によれば、触媒の温度状態が所定温度（例えば４００°Ｃ）以上であることが触媒温度判定手段によって判定された場合に、燃料噴射の噴射タイミングを遅角させて吸気行程の後半寄りにさせることで、図１０に示すように、噴射タイミングを吸気行程の前半寄りとした場合と比べて、ＣＯ排出量を顕著に増大させることができる。つまり、触媒の温度状態が所定以上になってＮＯx 浄化率が低下しているときに、ＣＯ排出量の増大により触媒のリフレッシュ効果を高めることができる。
【００２０】
一方、触媒の温度状態が所定以上でないと触媒温度判定手段によって判定された場合には、燃料噴射の噴射タイミングを進角させて吸気行程の前半寄りにさせることで、同図に示すように、噴射タイミングを吸気行程の後半寄りとした場合と比べて、ＣＯ排出量がやや減少するるものの、燃費が大幅に低減される。なお、この場合でも、燃料噴射を一括して行う場合と比べれば、ＣＯ排出量は十分に増大しており、触媒のリフレッシュが図られる。
【００２１】
請求項５記載の発明では、請求項１に記載の発明において、エンジンが、所定負荷以上若しくは所定回転数以上の定常運転状態、又は加速運転状態になっているとき、空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチ側に制御する空燃比制御手段を設け、噴射分割制御手段は、エンジンが上記のいずれかの運転状態になったとき、少なくとも吸気行程での燃料噴射及び圧縮行程前半での燃料噴射を含むように、燃料噴射を複数回に分割して実行させ、続いて、燃料噴射を吸気行程において複数回に分割して実行させる構成とした。
【００２２】
このことで、エンジンが、所定負荷以上若しくは所定回転数以上の定常運転状態、又は加速運転状態になっているときには、エンジンへの要求出力の増大に対応して空燃比がリッチ側に制御され、これに伴い触媒に吸蔵されているＮＯx が放出されて還元浄化されるので、その際に排気ガス中のＣＯ排出量を増大させることで、触媒のリフレッシュを有効に促進することができるとともに、エンジンが、所定負荷以上若しくは所定回転数以上の定常運転状態、又は加速運転状態になってすぐには、触媒温度はそれほど高くなっていないと予想されるので、圧縮行程前半での燃料噴射を含む複数回の燃料噴射を実行することで、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュを優先することができる。一方、エンジンが上記のいずれかの運転状態になって暫くすれば、触媒温度の上昇が予想されるので、この触媒温度の上昇を抑制するために、吸気行程での燃料噴射の分割を実行して、排気ガス温度を低下させることができる。
【００２３】
請求項６記載の発明では、請求項１〜５のうちのいずれかに記載の発明において、燃料噴射弁における燃料噴射圧力を変更調整する燃圧調整手段と、噴射分割制御手段による燃料噴射の分割制御が実行されるとき、上記燃圧調整手段によって燃料噴射圧力を低下させる燃圧低下制御手段とを設けた。このことで、燃料噴射圧力を低下させることで、燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径が大きくなって燃料の気化霧化状態が悪化するので、このことによってＣＯ排出量が増大し、触媒のリフレッシュが一層促進される。
【００２４】
請求項７記載の発明では、請求項６に記載の発明における燃圧調整手段は、燃料ポンプ及び燃料噴射弁を接続する高圧噴射経路の液圧を、エンジン始動時に低下させる液圧調整弁とした。このことで、本来、エンジン始動時の燃料ポンプの負担軽減のために設けられている液圧調整弁を用いることで、システムのコスト低減が図られる。
【００２５】
請求項８記載の発明では、請求項６に記載の発明における燃圧調整手段は、燃料噴射弁における燃料噴射圧力を、最低圧の第１圧力設定値、該第１圧力設定値よりも高圧の第２圧力設定値、及び該第２圧力設定値よりも高圧の第３圧力設定値の、少なくとも３段階に変更調整可能に構成され、燃圧制御手段は、噴射分割制御手段による燃料噴射の分割制御が実行されるとき、燃料噴射弁における燃料噴射圧力を、上記第２圧力設定値以上の高い圧力に制御する構成とした。
【００２６】
このことで、燃料噴射の分割制御を実行する際の燃料噴射弁における燃料噴射圧力は、エンジン始動時の燃料ポンプの負担を軽減するために設定される第１圧力設定値とは異なる第２圧力設定値に制御することができるので、ＣＯ排出量の増大や燃費低減のための最適値に調整することが可能になる。
【００２７】
請求項９記載の発明では、請求項８に記載の発明における燃圧制御手段は、噴射分割制御手段により分割された最後の燃料噴射が、吸気行程における下死点前４０度以降のクランク角範囲内で実行されるとき、燃料噴射弁における燃料噴射圧力を、第２圧力設定値に制御する一方、上記最後の燃料噴射が上記クランク角範囲内で実行されないとき、燃料噴射圧力を、第３圧力設定値以上の高い圧力値に制御する構成とした。
【００２８】
すなわち、分割した最後の燃料噴射を、吸気行程における下死点前４０度以降のクランク角範囲で実行するときには、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュを優先するために、噴射タイミングを全体として遅角させて燃料の気化霧化状態を悪化させようとしているのであるから、併せて、燃料噴射圧力を第２設定圧力値まで低下させることで、燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を荒くさせて気化霧化状態を一層悪化させることができる。
【００２９】
一方、上記最後の燃料噴射を上記クランク角範囲内で実行しないときには、燃費低減のために、噴射タイミングを全体として進角させて燃料の気化霧化状態の悪化を抑制しようとしているのであるから、燃料噴射圧力を第３設定圧力値以上に高めることで、燃料噴射弁から噴射される燃料の微粒化を損なわないようにすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るエンジンの制御装置Ｅを示し、１は直列４気筒４サイクルガソリンエンジンである。このエンジン１は４つのシリンダ２，２，…（１つのみ図示する）を有するシリンダブロック３と、該シリンダブロック３の上面に組付けられたシリンダヘッド４と、各シリンダ２内に往復動可能に嵌装されたピストン５とを備え、上記各シリンダ２内にはピストン５及びシリンダヘッド３により囲まれる燃焼室６が区画形成されている。この燃焼室６の上部には点火プラグ７が臨設され、該点火プラグ７はイグナイタ等を含む点火回路８に接続されている。また、上記燃焼室６の側壁には燃料噴射弁９が設けられていて、この燃料噴射弁９から噴射された燃料は、ピストン５の頂部に設けられた図示しないキャビティにトラップされて、点火プラグ７の近傍に比較的濃い混合気場を形成するようになっている。
【００３２】
さらに、１０は上記各シリンダ２の燃焼室６に吸気を供給する吸気通路で、この吸気通路１０の上流端はエアクリーナ１１に接続される一方、下流端は、吸気弁１２を介して燃焼室６に連通されている。上記吸気通路１０には、エンジン１に吸入される吸入空気量を検出する感熱式エアフローセンサ１３と、吸気通路１０を絞るスロットル弁１４と、サージタンク１５とが上流側から順に配設されている。上記スロットル弁１４は、アクセルペダルとの機械的な連結が切り離されていて、後述のＥＣＵ３５（Electronic Control Unit ）からの信号を受けて動作するアクチュエータ１４ａにより、スロットル開度が制御されるようになっている。
【００３３】
一方、２０は上記燃焼室６から排気ガスを排出する排気通路で、その上流端は排気弁２１を介して燃焼室６に連通されている。排気通路２０の途中には空燃比を検出するためのＯ2 センサ２２と、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ２３とが上流側から順に配設されている。上記Ｏ2 センサ２２は、排気ガス中の酸素濃度を基に空燃比を検出するもので、理論空燃比で出力が急変するようになっている。
【００３４】
また、上記触媒コンバータ２３は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で排気ガス中のＮＯx を吸蔵する一方、空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態になったときに吸蔵したＮＯx を放出して還元浄化するものである。
【００３５】
すなわち、上記触媒コンバータ２３は、図２に示すように、担体２３ａの上にＮＯｘ吸蔵層２３ｂと触媒材層２３ｃとが、前者を内側（図の下側）に、後者を外側（図の上側）にして層状に構成されている。上記担体２３ａはコージェライト製ハニカム構造体である。ＮＯｘ吸蔵層２３ｂは、比表面積の大きな活性アルミナに、触媒成分であるＰｔ成分とＮＯx 吸蔵材であるＢａ成分とを担持させたＮＯｘ吸蔵型触媒材を主成分として構成されている。また、触媒材層２３ｃは、ゼオライトを担持母体として、これにＰｔ成分及びＲｈ成分を担持させてなるＮＯx 還元型触媒材を主成分として構成されている。
【００３６】
なお、上記吸気通路１０及び排気通路２０は、排気ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ通路２４によって連通されていて、このＥＧＲ通路２４には、排気還流量を調節するＥＧＲ弁２５が設けられている。
【００３７】
また、上記エンジン１には、ウォータジャケットに臨設して冷却水温を検出する水温センサ２６が設けられており、この他、図示しないが、電磁ピックアップ等からなるクランク角センサが設けられていて、このクランク角センサから出力されるパルス信号に基づいてエンジン回転数が検出されるようになっている。
【００３８】
さらに、２７は、燃料タンク２８から送られてくる燃料を増圧してインジェクタ９に供給する高圧燃料ポンプであり、２９は、該高圧燃料ポンプの吐出圧を変更調整する燃圧調整手段としてのプレッシャコントローラである。このプレッシャコントローラ２９は、後述のＥＣＵ３５からの制御信号によりデューティー制御される圧力調整弁からなり、図示しない燃料分配器から上記高圧燃料ポンプ２７の上流側に燃料をリターンさせて、インジェクタ９に供給する燃圧を変更調整する。なお、３０は、上記燃料タンク２８内の燃料を高圧燃料ポンプ２７に圧送する低圧燃料ポンプであり、この低圧燃料ポンプ３０から吐出された燃料は、低圧プレッシャレギュレータ３１で調圧され、燃料フィルタ３２を介して高圧燃料ポンプ２７に送られる。
【００３９】
図１において、３５はマイクロコンピュータ等により構成されたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）である。このＥＣＵ３５には、エアフローセンサ１３、Ｏ2 センサ２２、クランク角センサ、水温センサ２６、アクセル開度センサ３４等からの各出力信号が入力される。一方、上記ＥＣＵ３５からは、燃料噴射弁９に対し燃料噴射を制御する信号（パルス信号）が出力されるとともに、点火回路８、スロットル弁１４のアクチュエータ１４ａ、プレッシャコントローラ２９等に制御信号が出力される。
【００４０】
すなわち、上記ＥＣＵ３５は、主として、エンジン１の暖機判定、エンジン１の運転状態の判定、エンジン１の運転領域の判定を行い、これらの判定結果に基づき、電子的に格納されたマップを参照して、燃料噴射弁９の噴射タイミング・噴射パルス幅の制御、燃圧の制御、スロットル弁１４の開度制御等を行うものであり、燃料噴射を複数回に分割して実行させる噴射分割制御手段３５ａと、その際、燃料噴射圧力を、通常の一括燃料噴射時よりも低下させる燃圧制御手段３５ｂと、エンジン１が、所定負荷以上若しくは所定回転数以上の定常運転状態、又は加速運転状態になっているとき、空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチ側に制御する空燃比制御手段３５ｃ（公知）とを有している。
【００４１】
具体的には、エンジン１の運転領域は、図３に示す定常運転状態及び図４に示す加速運転状態のそれぞれについて、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて４つの運転領域に分けられている。上記図３に示すエンジン１の定常運転状態において、運転領域Ｉは、圧縮行程における点火直前の燃料噴射によりエンジン１を成層燃焼状態にさせて、空燃比リーン（例えばＡ／Ｆ≧２２）で運転させる領域であり、それ以外の各運転領域II，III ， IV は、いずれも、少なくとも１回目の燃料噴射を吸気行程で実行して、上記エンジン１を均一燃焼状態にさせて、空燃比リッチ（例えばＡ／Ｆ＝１２〜１４）で運転させる領域である。同様に、上記図４に示す加速運転状態の各運転領域XI，XII ，XIII，XIV は、上記エンジン１を均一燃焼状態にさせて、空燃比リッチ（例えばＡ／Ｆ＝１２〜１４）で運転させる領域である。
【００４２】
そして、本発明の特徴は、上記噴射分割制御手段３５ａにより、エンジン１が所定の運転状態にあるとき、燃料噴射を複数回に分割して実行させることで、排気ガス中のＣＯ排出量を増大させて、触媒のリフレッシュを促進するようにしたことである。
（燃料噴射の分割制御）
上記噴射分割制御手段３５ａによる燃料噴射の分割制御について、具体的に、図５〜図７に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４３】
図５におけるステップＳ１では、エンジン回転数、アクセル開度、エアフローセンサの計測値、エンジン水温、スタータ出力等を読込み、続くステップＳ２ではエンジン１が始動中か否かを判定する。すなわち、スタ−タモータがオフ状態であるか又はエンジン回転数が所定回転数よりも大きければ、始動中でないと判定して後述のステップＳ５に進む一方、スタータモータがオン状態でかつエンジン回転数が所定回転数以下であれば、始動中であると判定してステップＳ３に進む。
【００４４】
そして、ステップＳ３で、エンジン始動時に対応する噴射パルス幅ＴａK 及びその噴射タイミングを、電子的に格納されたマップから読み出す。上記噴射パルス幅ＴａK は、空燃比をリッチにして良好な始動性を確保するよう大値に設定されている。続くステップＳ４では、上記始動時の噴射パルス幅ＴａK を吸気行程での１回目の噴射パルス幅ＴａK1とし、吸気行程での２回目の燃料噴射パルス幅ＴａK2、及び、圧縮行程での燃料噴射パルス幅ＴａK3，ＴａD は０にする。ここで、上記各噴射パルス幅ＴａK1，ＴａK2，ＴａK3，ＴａD は、それぞれ略図８に示すような噴射タイミングに設定されている。
【００４５】
つまり、エンジン始動時には、図８（ｄ）に示すように、燃料噴射を吸気行程前半での一括噴射とし、図５のステップＳ２９に進んで、後述の如くステップＳ２９〜ステップＳ３９において燃料噴射を実行する。これにより、エンジン１は均一燃焼状態で吹け上がる。
【００４６】
一方、上記ステップＳ２でエンジン始動中でないと判定された場合、ステップＳ５に進んで、運転状態のエンジン水温がエンジン１の暖機状態に対応する所定温度（例えば７０°Ｃ〜８０°Ｃ）以上であるか否かを判定する。そして、上記所定温度よりも低ければ、エンジン冷機状態であるから後述のステップＳ８に進む一方、上記所定温度以上であればエンジン暖機状態であるから、ステップＳ６に進んで、エンジン１が加速運転状態になっているか否かを判定する。すなわち、エンジン回転数、エンジン負荷又はアクセル開度が所定以上増大したときに、エンジン１が加速運転状態にあると判定する。そして、加速運転状態でないと判定されれば後述のステップＳ２３（図６参照）に進む一方、加速運転状態であると判定されればステップＳ７に進み、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、エンジン１の運転状態が運転領域XI又は運転領域XIV （図４参照）にあるか否かを判定する。
【００４７】
すなわち、エンジン１の加速運転状態において、エンジン回転数が例えば３０００ｒｐｍ以下であって、かつ、エンジン負荷が例えば全負荷の１／２以下であるとき（図４の運転領域XI）、ステップＳ８に進む。また、エンジン回転数が例えば４０００ｒｐｍ以上であるか、又は、エンジン負荷が例えば全負荷の３／４以上であって、かつ、エンジン回転数が例えば３０００ｒｐｍ以上であるとき（図４の運転領域XIV ）、ステップＳ８に進む。なお、エンジン負荷は、例えば吸気充填効率から求めればよく、この吸気充填効率は、エアフローセンサ出力とエンジン回転数とから演算される。
【００４８】
ステップＳ８では、噴射パルス幅ＴａK が算出される。ここで、エンジン１が半暖機状態（例えばエンジン水温が４０°Ｃ〜７０°Ｃの状態）であれば、燃焼安定性の確保及び排気ガス浄化の観点から、空燃比が略理論空燃比になるように上記噴射パルス幅ＴａK が算出される。また、エンジン１が暖機状態になっていれば、上記噴射パルス幅ＴａK は、アクセル操作量及びエンジン負荷に基づいて空燃比リッチになるように算出され、このことで、エンジン１の加速運転状態に対応する高出力が得られるようになる。
【００４９】
続くステップＳ９では、算出された噴射パルス幅ＴａK を、上記ステップＳ４と同様に吸気行程での１回目の噴射パルス幅ＴａK1とするとともに、それ以外の各噴射パルス幅ＴａK2，ＴａK3，ＴａD の値を０にして、図８（ｄ）に示すように燃料噴射を吸気行程前半での一括噴射とする。そして、ステップＳ１０に進んで、上記一括噴射の噴射タイミングを算出した後、図７のステップＳ２９〜ステップＳ３９において燃料噴射を実行する。
【００５０】
一方、上記ステップＳ７において、運転領域XI及び運転領域XIV のいずれでもないと判定されれば、図６のステップＳ１１に進み、ステップＳ７と同様にエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、エンジン１の運転状態が運転領域XIIIであるか否かを判定する。すなわち、エンジン１の加速運転状態において、高負荷かつ低回転の運転領域（図４の運転領域XIII）にあると判定されれば、後述のステップＳ２０に進む一方、その運転領域にない（即ち同図の運転領域XII にある）と判定されれば、ステップＳ１２に進む。
【００５１】
このステップＳ１２ではフラグFlagAck の値が１であるか否かを判定する。そして、１でなければステップＳ１３に進んでフラグFlagAck の値を１とし、続くステップＳ１４でタイマをセットした後に、ステップＳ１６に進む。一方、上記ステップＳ１２においてフラグFlagAck ＝１であればステップＳ１５でタイマセット中であるか否かを判定し、タイマセット中でなければステップＳ１９に進む一方、セット中であればステップＳ１６に進む。
【００５２】
このステップＳ１６では、ステップＳ８と同様、噴射パルス幅ＴａK が、アクセル操作量及びエンジン負荷に基づいて空燃比リッチになるように算出され、エンジン１の加速運転状態に対応する高出力が得られるようになる。続くステップＳ１７では、上記ステップＳ１６で算出された噴射パルス幅ＴａK に基づいて、噴射パルス幅ＴａK1〜ＴａK3を求める。すなわち、
ＴａK1  ＝  （１−ａ）×ＴａK
ＴａK2  ＝  ０
ＴａK3  ＝  ａ×ＴａK
ここで、ａは燃料噴射量の分割比を変更するための分割係数で、種々試験結果に基づいて設定されるものであるが、燃費低減のためには、  ａ≦０．５  とすることが好ましい。また、噴射パルス幅ＴａD ＝０とされる。
【００５３】
つまり、運転領域XII においては、エンジン１が加速運転状態になってから所定時間が経過するまでの間、図８（ｃ）に示すように、燃料噴射を前後２回に分割して、吸気行程及び圧縮行程で１回づつ実行する。このことで、１サイクル当たりのインジェクタ９の噴射回数が増え、その分、開弁初期に噴射される粒の荒い燃料の割合が増加して、燃料の気化霧化状態が悪化する。このため、混合気の微細部における局所的な不完全燃焼によりＣＯ排出量が増大し、排気通路２０に設けられた触媒コンバータ２３は、排気ガス中のＣＯに包み込まれた状態になって、吸蔵しているＮＯx を放出し易くなるので、触媒のリフレッシュが促進される。特に、２回目の燃料噴射が圧縮行程で実行されるため、この燃料噴射から点火までの時間は極めて短くなり、噴射された燃料は気化霧化が極めて悪い状態で点火されることになるので、ＣＯ排出量は極めて多くなる。
【００５４】
一方、上記ステップＳ１５でタイマセット中でないと判定された場合、ステップＳ１９に進んでフラグFlagAck をクリアした後、ステップＳ２０に進む。また、上記ステップＳ１１で、エンジン１が運転領域運転領域XIIIにあると判定された場合もステップＳ２０に進む。このステップＳ２０では、ステップＳ８，Ｓ１６と同様、アクセル操作量及びエンジン負荷に基づいて噴射パルス幅ＴａK が算出され、空燃比がリッチになって、エンジン１の加速運転状態に対応する高出力が得られるようになる。続くステップＳ２１では、上記ステップＳ２０で算出された噴射パルス幅ＴａK に基づいて、各噴射パルス幅ＴａK1〜ＴａK3を求める。すなわち、
ＴａK1  ＝  ｂ×ＴａK
ＴａK2  ＝  （１−ｂ）×ＴａK
ＴａK3  ＝  ０
ここで、ｂは燃料噴射量の分割比を変更するための分割係数で、種々試験結果に基づいて設定されるものであるが、燃費低減のためには、  ｂ＞０．５  とすることが好ましい。また、噴射パルス幅ＴａD ＝０とされる。
【００５５】
つまり、運転領域XII において、エンジン１が加速運転状態になってから所定時間が経過した場合、及び、運転領域XIIIにおいては、図８（ｂ）に示すように、燃料噴射を前後２回に分割して、それぞれ吸気行程において実行する。このことで、１サイクル当たりのインンジェクタ９の噴射回数が増えるので、上述の如くＣＯ排出量が増大し、触媒のリフレッシュが促進される上、最初に噴射された燃料が燃焼室６内で拡散する間に２回目の燃料噴射が行われて、燃焼室６内における混合気の均一化が促進されるので、燃焼時間の短縮により、排気ガス温度を低下させて触媒の温度上昇を抑制することができる。また、燃焼時間の短縮によりエンジン１の運転効率を向上させて、分割噴射に伴う局所的な不完全燃焼に起因する燃費増大を抑制することができる。
【００５６】
これに対し、上記ステップＳ６においてエンジン１が加速運転状態にない、即ち定常運転状態になっていると判定された場合は、ステップＳ２３に進んで、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、エンジン１の運転状態が高負荷かつ低回転の運転領域（図３の運転領域II）にあるか否かを判定する。
【００５７】
すなわち、エンジン１の定常運転状態において、エンジン回転数が所定回転数（例えば３０００ｒｐｍ）以下の低回転域にあって、かつ、エンジン負荷が所定以上（例えば全負荷の２／３以上）の高負荷域にあるときには、エンジン１の運転状態が、高負荷かつ低回転の運転領域IIにあると判定し、上記ステップＳ２０〜Ｓ２２に進んで、上述の如く燃料噴射を吸気行程おいて前後２回に分割して実行する。
【００５８】
つまり、運転領域IIでは、エンジン１に高負荷がかかるので、発生する熱量が大きくなって触媒温度が高くなり易いが、吸気行程における燃料噴射の分割制御により触媒の温度上昇を抑制することができる。また、運転領域IIは、エンジン回転数が低く、高回転運転領域に比べてエンジン１のサイクルタイムが長くなるので、燃料及び空気の混合状態を均一化させる上で、燃料噴射を複数回に分割することは極めて有効である。
【００５９】
その際、前後２回の燃料噴射の噴射タイミングを、吸気行程における上死点後４０度以降から下死点前４０度以前のクランク角範囲内に設定する。このクランク角範囲内では、図９に示すようにピストンスピードが極めて速くなっているので、噴射された燃料と吸気の混合を促進することができる。
【００６０】
また、噴射タイミングは、触媒の温度状態に対応させて変更する。すなわち、触媒の温度状態が所定温度（例えば４００°Ｃ）以上になって、ＮＯx 浄化率が低下しているときには、前後２回の燃料噴射の噴射タイミングを、全体として吸気行程の後半寄りに遅角させることで、図１０に示すように、ＣＯ排出量を顕著に増大させることができるので、触媒のリフレッシュ効果を高めることができる。一方、触媒の温度状態が上記所定温度以上でなければ、噴射タイミングを全体として吸気行程の前半寄りにさせて、同図に示すように、噴射タイミングを吸気行程の後半寄りとした場合と比べて燃費の低減を図ることができる。この場合でも、燃料噴射を一括して行う場合と比べれば、ＣＯ排出量は十分に増大しており、触媒のリフレッシュ効果はある。
【００６１】
なお、触媒の温度状態を判定するためには、例えば触媒コンバータ２３の内部又はその直前の排気通路２０内にガス温度センサを設け、このガス温度センサの検出温度から触媒温度を推定して判定を行うようにすればよい。
【００６２】
また、図６のステップＳ２３において、エンジン１の運転状態が運転領域IIにないと判定されたときには、ステップＳ２４に進んで、上記ステップＳ２３と同様にエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、エンジン１の運転状態が低負荷（例えば全負荷の１／２以下）かつ低回転（例えば３０００回転以下）の運転領域（図３の運転領域Ｉ）であるか否かの判定を行い、この運転領域でなければ後述のステップＳ２８に進む一方、この運転領域であればステップＳ２５に進む。
【００６３】
このステップＳ２５では、噴射パルス幅ＴａD を、アクセル操作量及びエンジン負荷に基づいて算出する。ここで、上記運転領域Ｉは、エンジン１を成層燃焼状態で運転させる領域であり、噴射パルス幅ＴａD は、空燃比がリーンになるよう小値とされる。続くステップＳ２６では、噴射パルス幅ＴａD 以外の各噴射パルス幅ＴａK1，ＴａK2及びＴａ3 の値を０にして、燃料噴射を圧縮行程における一括噴射とする。そして、ステップＳ２７に進んで噴射タイミングを算出した後、図７のステップＳ２９〜ステップＳ３９において、図８（ａ）に示すように圧縮行程の点火時期直前での燃料噴射を実行する。これにより、エンジン１は、空燃比リーンで成層燃焼状態とされる。
【００６４】
一方、上記ステップＳ２４で、エンジン１の運転状態が運転領域Ｉにないと判定された場合にはステップＳ２８に進み、上記ステップＳ２４と同様にエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、エンジン１の運転状態が、成層燃焼状と均一燃焼状との間の過渡的運転領域（図３の運転領域IV）にあるか否かを判定する。この運転領域IVは、第１の運転領域と第２の運転領域とを合わせたもので、第１の運転領域は、中負荷（例えば全負荷の１／２以上で２／３以下）で、かつ、低回転（例えば３０００回転以下）又は中回転（例えば３０００〜４０００回転）の運転領域である。また、上記第２の運転領域は、上記中回転で、かつ、低負荷（例えば全負荷の１／２よりも低負荷）又は上記中負荷の運転領域である。
【００６５】
そして、エンジン１の運転状態が上記運転領域IVにあると判定すれば、上述のステップＳ１６〜Ｓ１８に進んで、図８（ｃ）に示すように、燃料噴射を前後２回に分割して、吸気行程及び圧縮行程で１回づつ実行する。このことで、成層燃焼状態（運転領域I ）と均一燃焼状態（運転領域II，III ）との間で燃焼状態が変化する過渡的運転領域（運転領域IV）において、エンジン１の燃焼状態を、成層燃焼と均一燃焼の中間的な燃焼状態にすることができ、エンジン出力の繋りが良くなる。なお、上記運転領域IVにおいて、燃料噴射を吸気行程において前後２回に分割して実行するようにしてもよい。
【００６６】
一方、上記ステップＳ２８で、エンジン１の運転状態が運転領域IVにないと判定されれば、即ち、運転領域III にあると判定し、上述のステップＳ８〜Ｓ１０に進んで、図８（ｄ）に示すように、燃料噴射を吸気行程前半での一括噴射とする。このことで、エンジン１への要求出力が極めて高く、燃料噴射量の増大に対応して噴射時間も長くなる高負荷（例えば全負荷の２／３以上）かつ中高回転（例えば３０００回転以上）の運転領域では、燃料噴射を一括して実行することで、エンジン出力の向上が図られる。その際、噴射タイミングを、排気行程から吸気行程にかけての上死点近傍とすれば、燃料噴射量が多くても十分に気化霧化状態を良くすることができ、エンジン出力は一層向上する。
【００６７】
なお、上記運転領域III 内の低負荷（例えば全負荷の１／２よりも低負荷）の運転領域では、図８（ｃ）に示すように、燃料噴射を吸気行程及び圧縮行程で１回づつ実行するようにして、ＣＯ排出量の増大により触媒のリフレッシュを促進するようにしてもよい。
【００６８】
上述のステップＳ４、Ｓ１０、Ｓ１８、Ｓ２２及びＳ２７に続く、図７のステップＳ２９では、燃料噴射の噴射パルス幅ＴａK1＝０か否か半別し、ＴａK1＝０でなければステップ３０に進んで、上記噴射パルスＴａK1の噴射タイミングになったことの判定を行い、ステップＳ３、Ｓ１０、Ｓ１８又はＳ２２でそれぞれ算出された噴射パルス幅ＴａK1の噴射タイミングになれば、ステップＳ３１に進んで燃料噴射を実行する。
【００６９】
また、上記ステップＳ２９においてＴａK1＝０であれば、ステップＳ３２に進み、以下、ステップＳ３２〜Ｓ３４では、噴射パルス幅ＴａK2について上記ステップＳ２９〜Ｓ３１と同様の処理を行い、さらに、続くステップＳ３５〜Ｓ３９で、上噴射パルス幅ＴａK3，ＴａD についても同様の処理を行って、リターンする。
【００７０】
なお、スロットル弁１４の開度は、図１１に示すスロットル開度特性に従い、運転者によるアクセル操作量に対応して制御される。すなわち、加速運転状態では同図のＴＶＡのスロットル開度特性が選択される一方、定常運転状態では同図のＴＶＢのスロットル開度特性が選択される。
（燃圧の制御）
次に、燃圧制御手段３５ｂによる燃料噴射圧力の制御について、具体的に、図１２及び図１３に基づいて説明する。
【００７１】
図１２のフローチャートにおけるステップＴ１では、スタータ信号に基づいてエンジン１が始動中か否かを判定する。すなわち、スタータモータがオン状態でかつエンジン回転数が所定回転数以下であれば、始動中であると判定してステップＴ２に進み、プレッシャコントローラ２９の設定圧を最も低圧の第１の圧力設定値（図１３参照）とする。このことで、燃料噴射弁９における燃料噴射圧力は極めて低くなり、エンジン始動時に燃料ポンプ２７，３０にかかる負担を軽減することができる。
【００７２】
一方、上記ステップＴ１において、スタ−タモータがオフ状態であるか又はエンジン回転数が所定回転数よりも大きければ、始動中でないと判定してステップＴ３に進み、エンジン１の運転状態が、上述の如き燃料噴射の分割制御を実行する運転領域（分割制御領域）であるか否かを判定する。すなわち、例えば、運転領域I ，III ，XI，XIV （図３及び図４参照）であれば、分割制御領域ではないので後述のステップＴ６に進む一方、例えば、運転領域II，IV，XII ，XIIIであれば、分割制御領域であると判定して、ステップＴ４に進む。
【００７３】
このステップＴ４では、分割した最後の燃料噴射が、気筒の吸気行程における下死点前４０度以降のクランク角範囲で実行されているか否かを判別する。そして、そのクランク角範囲で実行されていれば、ステップＴ５に進んで、プレッシャコントローラ２９の設定圧を、中間圧の第２の圧力設定値に制御する。この第２の圧力設定値は、通常の燃料噴射圧力である第３の圧力設定値よりも低いため、インジェクタ９から噴射される燃料の粒径が荒くなって燃料の気化霧化状態が悪化するので、このことによってＣＯ排出量が増大し、触媒のリフレッシュが一層促進される。
【００７４】
つまり、最後の燃料噴射が、吸気行程における下死点前４０度以降のクランク角範囲で実行されている場合には、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュのために噴射タイミングを全体として遅角させているのであるから、併せて燃圧を低下させることで、ＣＯ排出量をより一層増大させるようにする。
【００７５】
一方、上記ステップＴ４で、分割した最後の燃料噴射が、気筒の吸気行程における下死点前４０度以降のクランク角範囲で実行されていなければ、即ち、燃費の低減のために噴射タイミングを全体として進角させているのであるから、ステップＴ６に進んで、プレッシャコントローラ２９の設定圧を、通常の燃料噴射圧力である第３の圧力設定値に制御する。このことで、インジェクタ９から噴射される燃料の微粒化を損なわないようにして、燃費低減を図るようにする。
【００７６】
次に、上記実施形態１の作用効果を説明する。
【００７７】
この実施形態１では、エンジン負荷及びエンジン回転数に基づいてエンジン１の運転領域（運転状態）を判定し、各運転領域においてそれぞれ異なる燃料噴射の分割制御を行うことによって、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュ、燃費低減及び触媒の温度上昇の抑制を、併せて実現することができる。
【００７８】
すなわち、エンジン１の定常運転状態における高負荷かつ低回転の運転領域（運転領域II）において、燃料噴射を吸気行程で前後２回に分割して実行するようにしたので、エンジン１からのＣＯ排出量の増大により、触媒のリフレッシュを促進することができ、これにより、触媒のリフレッシュのための空燃比の切替えの頻度を下げたり、そのときの空燃比のリッチ度合いを低くすることができるようになるので、燃料の気化霧化状態の悪化に伴う燃費増大はあるものの、従来までと比べて燃費の低減が図られ、また、エンジン１の運転状態の変化に伴うショックを軽減することができる。
【００７９】
さらに、上記運転領域IIでは、高負荷のためエンジン１の発熱量が大きくなって触媒温度が高くなり易いが、吸気行程における前後２回の燃料噴射により、燃焼時間を短縮させて、排気ガス温度を低下させることができるので、触媒の温度上昇を抑制することができる。また、運転領域IIは、エンジン回転数が低く、高回転運転領域に比べてエンジンのサイクルタイムが長くなるので、燃料及び空気の混合状態を均一化させる上で、燃料噴射を複数回に分割することは極めて有効である。
【００８０】
また、エンジン１の定常運転状態における、成層燃焼状態の運転領域（運転領域I ）と均一燃焼状態の運転領域（運転領域II，III ）との間の過渡的運転領域（運転領域IV）において、燃料噴射を前後２回に分割して実行するようにしたので、成層燃焼状態と均一燃焼状態との間で切換わるときのエンジン１の燃焼状態を、それらの中間的な燃焼状態にすることができ、エンジン出力の繋りを良くすることができる。
【００８１】
しかも、その際、燃料噴射を、吸気行程及び圧縮行程で１回づつ実行するようにしたため、２回目の燃料噴射から点火までの時間は極めて短くなり、このときに噴射された燃料は気化霧化が極めて悪い状態で点火されることになるので、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュ効果も極めて高い。
【００８２】
さらに、エンジン１の加速運転状態における運転領域XII では、加速運転状態になってから所定時間が経過するまでの間、燃料噴射を吸気行程及び圧縮行程で１回づつ実行することで、上述の如くＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュ効果を極めて高くさせることができる一方、上記所定期間が経過して、触媒温度の上昇が予測されるようになれば、燃料噴射を吸気行程で分割して実行することで、上述の如く排気ガス温度を低下させて、触媒の温度上昇を抑制することができる。
【００８３】
加えて、燃料噴射の分割によりＣＯ排出量を増大させるときに（運転領域II，IV，XII ，XIII）、燃料噴射圧力を、通常の燃料噴射圧力である第３の圧力設定値よりも低い第２の圧力設定値に制御するようにしたので、燃圧の低下によりインジェクタ９から噴射される燃料の粒径を荒くさせて燃料の気化霧化状態を悪化させることによって、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュ効果を高めることができる。
（実施形態２）
図１４及び図１５は、本発明の実施形態２に係るエンジンの制御装置Ｅを示す（尚、図１、図５、図６及び図７と同様の部分については、同一符号を付してその説明は省略する）。この実施形態は、実施形態１と同様の構成であるが、さらに、触媒の浄化率状態を判定する浄化率判定手段３６を設け、この浄化率判定手段３６によって触媒の浄化率の所定以上の低下が判定されたとき、燃料噴射を前後２回に分割して実行させるようにしたものである。
【００８４】
すなわち、図１４において、ステップＳ１〜Ｓ５は、それぞれ実施形態１のステップＳ１〜Ｓ５と同じであるが、ステップＳ５に続くステップＳ５１において、触媒温度が設定温度以上であるか否かを判別する。そして、該設定温度以上でなければ、ステップＳ６以降に進んで上記実施形態１と同様の制御を実行する一方、触媒温度が上記設定温度以上であれば、浄化率が所定以上低下していると判定して図１５のステップＳ２０に進み、ステップＳ２０〜Ｓ２２において、吸気行程における前後２回の分割噴射制御を実行する。
【００８５】
なお、触媒の温度状態を判定するためには、例えば触媒コンバータ２３の内部又はその直前の排気通路２０内にガス温度センサを設け、このガス温度センサの検出温度から触媒温度を推定して判定を行うようにすればよい。
【００８６】
また、図１５において、ステップＳ１２〜Ｓ２４は、それぞれ実施形態１のステップＳ１２〜Ｓ２４と同じであるが、ステップＳ２４に続くステップＳ２４１において、エンジン１の運転状態が設定時間以上継続して運転領域Ｉにあるか否かを判別する。そして、該設定時間以上でなければ、ステップＳ２５以降に進んで上記実施形態１と同様の制御を実行する一方、上記設定時間以上継続して運転領域Ｉになっていれば、空燃比リーン運転の継続により触媒のＮＯx 吸蔵量が増えていて、ＮＯx 吸蔵キャパシティーの低下に伴い浄化率が所定以上低下していると判定して、ステップＳ１６に進み、ステップＳ１６〜Ｓ１８において、吸気行程と圧縮行程における前後２回の分割噴射制御を実行する。
【００８７】
上記図１４及び図１５において、ステップ５１及びステップ２４１が、浄化率判定手段３６を構成している。
【００８８】
したがって、この実施形態２では、上記実施形態１と同様の作用効果が得られる上、触媒の温度状態や成層燃焼状態の継続時間に基づいて触媒の浄化率状態を判定することができるため、触媒の浄化率の所定以上の低下が判定されたときに燃料噴射の分割制御を実行して、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュを実行することができるので、触媒が飽和状態になることを防止しつつ、分割噴射に起因する燃費増大を抑制することができる。
【００８９】
なお、浄化率判定手段としては、例えば図１６に示すように、排気通路２０における触媒コンバータ２３の下流側に、上流側に設けられている空燃比フィードバック制御のためのＯ2 センサ２２と同一のＯ2 センサ３３を設けて、それらの出力に基づいて、浄化率判定手段３７により直接的に触媒の浄化率状態を判定するようにしてもよい。
【００９０】
すなわち、例えばエンジン１が半暖機状態（エンジン水温が４０°Ｃ〜７０°Ｃの状態）になっているとき、ＥＣＵ３５により、空燃比が理論空燃比になるようにＯ2 センサ２２の出力に基づくフィードバック制御が行われるが、このとき、該Ｏ2 センサ２２の出力は、図１７（ａ）に示すようになり、一方，触媒コンバータ２３の下流側のＯ2 センサ３３からの出力は、触媒の浄化率の変化に対応して、同図の（ｂ）又は（ｃ）に示すようになる。
【００９１】
具体的には、空燃比が略理論空燃比になっているとき、触媒の浄化率が高ければ、排気ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が窒素酸化物（ＮＯx ）や酸素（Ｏ2 ）と反応することで、触媒コンバータ２３の下流の排気ガス中では、酸素濃度が低下するので、下流側のＯ2 センサ３３の出力は、同図（ｂ）に示すように、上流側のＯ2 センサ２２の出力に比べて、反転回数が極めて少ないものになる。一方、触媒の浄化率の低下に伴い下流側のＯ2 センサ３３の出力は、同図（ｃ）に示すように反転回数が増えて、上流側のＯ2 センサ２２の出力に近付く。このことから、浄化率判定手段３７により、上流側のＯ2 センサ２２と下流側のＯ2 センサ３３とに基づいて触媒の浄化率の所定以上の低下を判定することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明におけるエンジンの制御装置によれば、噴射分割制御手段により、燃料噴射を吸気行程において複数回に分割して実行することで、ＣＯ排出量を増大させて触媒のリフレッシュを促進することができ、また、燃焼室内における混合気の均一化を促進して、分割噴射に伴う燃費増大を抑制することができる。
【００９３】
このため、触媒のリフレッシュのための空燃比の切替えの頻度を下げたり、そのときの空燃比のリッチ度合いを低くすることができるので、燃料の気化霧化状態の悪化に伴う燃費増大はあるものの、従来までと比べて燃費の低減が図られ、また、エンジンの運転状態の変化に伴うショックを軽減することができるとともに、燃焼時間の短縮により排気ガス温度が低下するので、触媒の温度上昇に伴うＮＯx 浄化率の低下が抑制される。
【００９４】
請求項２記載の発明では、エンジンの高負荷低回転の領域で、吸気行程における燃料噴射の分割制御を実行することで、高負荷であっても触媒の温度上昇を抑制することができる。また、少なくとも１回目の燃料噴射をピストンスピードの速いクランク角範囲内で実行することで、燃料及び空気の混合を促進することができる。
【００９５】
請求項３記載の発明によれば、成層燃焼状態と均一燃焼状態とが切替わるときのエンジンの燃焼状態を、それらの中間的な燃焼状態とすることができ、エンジン出力の繋りが良くなる。また、請求項５に記載の発明と同様、触媒の温度上昇を抑制することができる。
【００９６】
請求項４記載の発明によれば、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュと燃費低減とを、触媒の温度状態に応じて高次元で両立することができる。
【００９７】
請求項５記載の発明によれば、エンジンへの要求出力の増大に対応するとともに、触媒のリフレッシュを有効に促進することができる。また、触媒温度がそれほど高くない間は、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュを優先する一方、触媒温度の上昇が予想されるときには、排気ガス温度を低下させて触媒の温度上昇の抑制を優先することができる。
【００９８】
請求項６記載の発明では、燃料噴射の分割制御に併せて、燃料噴射圧力の低下により噴射される燃料の粒径を荒くさせることで、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュを一層促進することができる。
【００９９】
請求項７記載の発明によれば、従来からの液圧調整弁を用いることで、システムのコスト低減が図られる。
【０１００】
請求項８記載の発明によれば、燃料噴射の分割制御を実行する際の燃料噴射圧力を、ＣＯ排出量の増大や燃費低減のための最適値に調整することができる。
【０１０１】
請求項９記載の発明によれば、ＣＯ排出量の増大による触媒のリフレッシュを優先するときには、燃料噴射圧力を第２圧力設定値まで低下させて、気化霧化状態を一層悪化させることができる一方、燃費低減を優先するときには、燃料噴射圧力を第３圧力設定値以上に高めることで、燃料噴射弁から噴射される燃料の微粒化を損なわないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１を示す全体構成図である。
【図２】  触媒コンバータの構成を示す断面図である。
【図３】  エンジンの定常運転状態における、エンジン回転数及びエンジン負荷に対応して設定されるエンジンの運転領域を示す説明図である。
【図４】  エンジンの加速運転状態における図３相当図である。
【図５】  エンジン始動時、エンジン冷気時、及び運転領域III ，XI，XIV における燃料噴射の分割制御の具体的な手順を示すフローチャート図である。
【図６】  運転領域I ，II，IV，XII ，XIIIにおける燃料噴射の分割制御の具体的な手順を示すフローチャート図である。
【図７】  燃料噴射制御の具体的な手順を示すフローチャート図である。
【図８】  運転領域毎の燃料噴射タイミングの概略を示す説明図である。
【図９】  気筒の吸気行程及び圧縮行程におけるピストンスピードを示すグラフ図である。
【図１０】  吸気行程における燃料噴射タイミングと、ＣＯ排出量、燃費及び排気ガス温度との相関関係データを示すグラフ図である。
【図１１】  アクセル開度に応じたストットル開度特性を示す特性図である。
【図１２】  燃料噴射圧力の制御手順を示すフローチャート図である。
【図１３】  設定された第１、第２及び第３の圧力設定値を示す説明図である。
【図１４】  実施形態２に係る図５相当図である。
【図１５】  実施形態２に係る図６相当図である。
【図１６】  実施形態２の変形例に係る図１相当図である。
【図１７】  触媒の上流側及び下流側のそれぞれに設けたＯ2 センサの出力例を示す説明図である。
【図１８】  触媒のＮＯx 浄化率の、触媒温度への依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
１                エンジン
２                シリンダ（気筒）
６                燃焼室
９                インジェクタ（燃料噴射弁）
２０              排気通路
２３              触媒コンバータ（ＮＯX 吸蔵型触媒）
３５ａ            噴射分割制御手段
３５ｂ            燃圧制御手段
３５ｃ            空燃比制御手段
３６，３７        浄化率判定手段
２７，３０        燃料ポンプ
２９              プレッシャコントローラ（燃圧調整手段）
【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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