(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、
前記燃焼室に連通する排気通路に配設され、排気中の酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下によって前記吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収触媒とを備え、
前記ＮＯｘ吸収触媒の暖機後にエンジンが低負荷域にあるときに、前記燃焼室の空燃比を空気過剰率λでλ≧１．３のリーン状態になるように制御するようにしたエンジンの制御装置において、
前記排気通路からエンジンの吸気系へ排気の一部を還流させる排気還流手段と、
前記ＮＯｘ吸収触媒からＮＯｘを放出させる時期であることを判定する判定手段と、
前記判定手段によりＮＯｘを放出させる時期であると判定されたとき、前記燃焼室の空燃比を空気過剰率λで１≦λ≦１．１の範囲になるように制御する空燃比制御手段と、
前記判定手段によりＮＯｘを放出させる時期であると判定されたとき、前記燃料噴射弁により燃料を、気筒の吸気行程から圧縮行程前期にかけての早期噴射と、圧縮行程中期以降でかつ点火時期よりも前の後期噴射とに２分割して噴射させる噴射時期制御手段と、を備えるとともに、
前記排気還流手段には排気の還流量を調整するための流量調整弁が設けられ、
前記流量調整弁の開度をエンジンの運転状態に応じて制御するとともに、前記判定手段によりＮＯｘを放出させる時期であると判定されたときには、エンジンの運転状態に対応する流量調整弁の開度を増大補正して、前記排気還流手段により所定量の排気を還流させる排気還流制御手段を備え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、
判定手段は、エンジンの燃焼室の空燃比がリーン状態とされている時間に基づいて、ＮＯｘを放出させる時期になったことを判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３】
請求項１又は２のいずれかにおいて、
後期噴射の燃料噴射量は、早期及び後期噴射を合わせた総噴射量の略２０％以上であってかつ略８０％以下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４】
請求項３において、
噴射時期制御手段は、早期噴射を気筒の吸気行程前期に行う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３において、
噴射時期制御手段は、早期噴射を気筒の圧縮行程前期に行う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３において、
噴射時期制御手段は、エンジンが低負荷域にあってかつＮＯｘを放出させる時期でないときには、成層燃焼状態になるように燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程中期以降に一括して噴射させ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７】
請求項６において、
噴射時期制御手段は、判定手段によりＮＯｘを放出させる時期になったと判定されたとき、気筒の圧縮行程中期以降で行う燃料噴射に付け加えて、吸気行程でも燃料を噴射させ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８】
請求項６において、
排気還流制御手段は、エンジンが成層燃焼状態で運転されているときに、排気還流手段により排気の還流を行わせるとともに、この状態で判定手段によりＮＯｘを放出させる時期になったと判定されたときには、前記排気の還流を継続させ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９】
請求項１において、
空燃比制御手段は、燃焼室の空燃比を基準値よりもリッチ側とリーン側とに周期的に変化させるものであり、
前記空燃比の基準値はＡ/Ｆ＝１５〜１６の範囲に設定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１０】
請求項１において、
排気還流制御手段は、排気還流手段により、排気をその還流率が３０％以上になるように吸気系へ還流させ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気通路に酸素過剰雰囲気の排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するＮＯｘ吸収触媒を配設して、空燃比がリーンな状態でも排気中のＮＯｘを除去でき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】
従来より、この種のエンジンの制御装置に関して、燃焼室の空燃比を所定のリーン状態（例えばＡ/Ｆ≧２０）になるように制御して燃費低減を図るとともに、このときに酸素過剰雰囲気になる排気中のＮＯｘをＮＯｘ吸収触媒により吸収除去する一方、そのＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ吸収量が過剰になって吸収性能が低下する前に、エンジンの燃焼室の空燃比を略理論空燃比かそれよりもリッチな状態に切替えて、前記ＮＯｘ吸収触媒からＮＯｘを放出させる（以下、触媒のリフレッシュともいう）という制御の技術が知られている。
【０００３】
また、特開平１０−２７４０８５号公報に開示されるものでは、前記のようなＮＯｘ吸収触媒が酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを酸化させて硝酸塩として吸収する一方、酸素濃度が低下すると、吸収した硝酸塩を排気中の一酸化炭素（ＣＯ）と置換反応させてＮＯｘを放出するという特性を有することに着目し、ＮＯｘ吸収触媒からＮＯｘを放出させるときには、排気中の酸素濃度を低下させるとともに、気筒の膨張行程や排気行程で追加の燃料を噴射して再燃焼させることにより、排気中のＣＯ濃度を高めて、ＮＯｘの放出及び還元浄化を促進するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようにＮＯｘ吸収触媒からＮＯｘを放出させるときには、通常、燃焼室の空燃比をＡ/Ｆ＝１２〜１３程度のリッチ状態になるように制御して、酸素濃度を低下させるとともに、還元性のある未燃炭化水素（ＨＣ）やＣＯの濃度を高めるようにしている。こうすると、ＮＯｘ吸収触媒からのＮＯｘの放出を促しかつそのＮＯｘの還元浄化を進行させることができるが、一方で、触媒のリフレッシュのためだけに余計な燃料を消費することから、燃費が悪化するという不具合がある。
【０００５】
また、前記従来例（特開平１０−２７４０８５号公報）の制御装置のように、気筒の膨張行程や排気行程で追加の燃料を噴射するようにしたものでは、エンジン出力の変動を招くことなく、排気中の酸素濃度を低下させかつＨＣやＣＯの濃度を高めることができるという利点があるが、追加の燃料はエンジンの出力に殆ど寄与しないので、燃費が大幅に悪化する虞れがある。
【０００６】
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、ＮＯｘ吸収触媒のリフレッシュを促すためには、排気中のＨＣ，ＣＯ濃度を高めるだけでなく、特にＣＯのＮＯｘに対する濃度比ＣＯ/ＮＯｘを高めることが有効であることに着目して、火花点火式直噴エンジンにおける触媒リフレッシュ時の制御手順に工夫を凝らし、燃費の悪化を最小限に抑えながら、触媒のリフレッシュ効果を十分に高めることにある。
【０００７】
【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、エンジンの排気通路に配設したＮＯｘ吸収触媒をリフレッシュするときに、燃焼室の空燃比を理論空燃比よりもややリーンな状態になるように制御するとともに、燃料を早期及び後期噴射に２分割して噴射させ、併せて、所定量の排気を吸気系に還流させるようにした。
【０００８】
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の気筒内燃焼室４に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁７と、前記燃焼室４に連通する排気通路２２に配設され、排気中の酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下によって前記吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収触媒２５とを備え、該ＮＯｘ吸収触媒２５の暖機後にエンジン１が低負荷域にあるときには、前記燃焼室の空燃比を空気過剰率λでλ≧１．３のリーン状態に制御するようにしたエンジンの制御装置を前提とする。
【０００９】
そして、前記排気通路２２からエンジン１の吸気系１０へ排気の一部を還流させる排気還流手段２６，２７と、前記ＮＯｘ吸収触媒２５からＮＯｘを放出させる時期であることを判定する判定手段４０ａと、該判定手段４０ａによりＮＯｘを放出させる時期であると判定されたとき、前記燃焼室４の空燃比を空気過剰率λで１≦λ≦１．１の範囲になるように制御する空燃比制御手段４０ｂと、前記判定時に前記燃料噴射弁７により燃料を、気筒２の吸気行程から圧縮行程前期にかけての早期噴射、及び圧縮行程中期以降でかつ点火時期よりも前の後期噴射に２分割して噴射させる噴射時期制御手段４０ｃと、を備えて、前記排気還流手段には排気の還流量を調整するための流量調整弁２７を設け、さらに、該流量調整弁２７の開度をエンジン１の運転状態に応じて制御するとともに、前記判定時には、エンジン１の運転状態に対応する流量調整弁２７の開度を増大補正して、前記排気還流手段２６，２７により所定量の排気を還流させる排気還流制御手段４０ｄを備える構成とする。尚、前記圧縮行程中期とは、気筒の圧縮行程を前期、中期及び後期に３等分したうちの中期のことを言うものとする。
【００１０】
前記の構成により、エンジン１の運転中に、例えばＮＯｘ吸収触媒２５のＮＯｘ吸収量が過剰になって、判定手段４０ａによりＮＯｘを放出させる時期であると判定されたとき、エンジン１の燃焼室４の空燃比が空燃比制御手段４０ｂにより、空気過剰率λで１≦λ≦１．１の範囲になるように制御され、これにより、排気中の酸素濃度が低くなって、ＮＯｘ吸収触媒２５からＮＯｘが放出される。このとき、噴射時期制御手段４０ｃの制御により、燃料が気筒２の吸気行程から圧縮行程前期にかけての早期噴射と、圧縮行程中期以降でかつ点火時期よりも前の後期噴射とに２分割して噴射され、早期噴射された燃料が燃焼室に均一に拡散して、理論空燃比よりもリーンな混合気を形成する一方、後期噴射された燃料は点火プラグ６の近傍に理論空燃比よりもややリッチな過濃混合気部分を形成する（以下この状態を弱成層状態という）。
【００１１】
この弱成層状態での燃焼は、過濃混合気部分が極めて着火性に優れかつその後の初期燃焼速度も速いことから、燃焼安定性が大幅に高くなり、同時にＣＯの生成しやすい状態になる。一方、周辺のリーンな混合気の燃焼は緩慢になり、その一部は燃焼しきらないうちに排出されるため、この排気中のＣＯ濃度はかなり高くなる。さらに、１回の燃焼サイクルあたりの燃料噴射弁の開弁回数が増えることで、開弁初期に噴射される粒の粗い燃料液滴の割合が大きくなり、このことによってもＣＯが生成しやすくなる。つまり、排気中のＣＯ濃度は、燃料を一括して噴射する場合に比べて大幅に高くなる。
【００１２】
同時に、排気還流制御手段４０ｄの制御により、排気還流手段２６，２７によって所定量の排気が吸気系に還流されるが、このとき、前記のように弱成層状態での燃焼の安定性が大幅に高いことから、多量の排気を還流させることが可能になり、これにより、燃焼室４の熱容量の増大によって燃焼の最高温度を適切に抑えて、ＮＯｘの生成を十分に抑制することができる。
【００１３】
従って、前記の弱成層状態での燃焼と多量の排気還流との相乗的な作用により、排気中のＣＯ濃度が大幅に高まりかつＮＯｘ濃度が十分に低くなるので、排気中のＣＯ/ＮＯｘ濃度比が大幅に高めることができる。このことで、燃焼室４の空燃比を従来までと比べてリーンな状態に制御していても、ＮＯｘ吸収触媒２５のリフレッシュを十分に促進でき、よって、余分な燃料消費を抑えて燃費の悪化を最小限に抑制しながら、ＮＯｘ吸収触媒のリフレッシュ効果を十分に高めることができる。
【００１４】
請求項２の発明では、請求項１の発明における判定手段は、エンジンの燃焼室の空燃比がリーン状態とされている時間に基づいて、ＮＯｘを放出させる時期になったことを判定するものとする。このことで、例えば、エンジンの燃焼室の空燃比が設定時間以上、継続してリーン状態とされたときには、触媒のＮＯｘ吸収量が過剰になって吸収性能が低下すると推定され、このことに対応するようにＮＯｘを放出させる時期になったと判定される。尚、その他、例えばエンジンの加速運転状態をＮＯｘを放出させる時期と判定するようにしてもよい。
【００１５】
請求項３の発明では、請求項１又は２のいずれかの発明において、後期噴射の燃料噴射量は、早期及び後期噴射を合わせた総噴射量の略２０％以上かつ略８０％以下とする。
【００１６】
すなわち、後期噴射の燃料噴射量が総噴射量の２０％に満たなければ、エンジンの点火プラグの近傍に着火性に優れた過濃混合気部分を形成することが難しくなる。反対に、後期噴射の燃料噴射量が総噴射量の８０％を越えた場合には、点火プラグ近傍の混合気が濃くなりすぎるとともに、周辺のリーンな混合気が薄くなりすぎて、火炎伝播が良好に行われなくなる。つまり、後期噴射の燃料噴射量割合を前記の範囲とすることで、請求項１の発明の作用を十分に得ることができる。
【００１７】
請求項４の発明では、請求項３の発明における噴射時期制御手段は、早期噴射を気筒の吸気行程前期に行うものとする。尚、吸気行程前期とは、気筒の吸気行程を前期、中期及び後期に３等分したうちの前期のことを言うものとする。
【００１８】
このことで、早期噴射を気筒の吸気行程前期に行えば、この噴射量がある程度以上、多くても、噴射された燃料はピストンの下降移動に伴う燃焼室容積の増大によって十分に均一に拡散して、燃焼室全体に均一な混合気が生成される。つまり、総燃料噴射量が多い場合に燃焼室の混合気を適切に分布させて、狙い通りに弱成層状態で燃焼させることができる。
【００１９】
請求項５の発明では、請求項３における噴射時期制御手段は、早期噴射を気筒の圧縮行程前期に行うものとする。このことで、圧縮行程前期に噴射された燃料は、吸気行程に噴射する場合に比べて狭い範囲に拡散して混合気を形成するので、総燃料噴射量が少ない場合でも、点火プラグの周囲に混合気を適切に分布させて、狙い通りに弱成層状態で燃焼させることができる。
【００２０】
請求項６の発明では、請求項３の発明における噴射時期制御手段は、エンジンが低負荷域にあってかつＮＯｘを放出させる時期でないときには、成層燃焼状態になるように燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程中期以降に一括して噴射させるものとする。このことで、エンジンが低負荷域にあってかつＮＯｘを放出させる時期でないときにはいわゆる成層燃焼が行われて、燃費低減が図られる。
【００２１】
請求項７の発明では、請求項６の発明における噴射時期制御手段は、判定手段によりＮＯｘを放出させる時期になったと判定されたとき、気筒の圧縮行程中期以降で行う燃料噴射に付け加えて、吸気行程でも燃料を噴射させるものとする。このことで、燃料の噴射形態を一括噴射から分割噴射に切替えるときの制御手順の容易化が図られる。
【００２２】
請求項８の発明では、請求項６の発明における排気還流制御手段は、エンジンが成層燃焼状態とされているときに、排気還流手段により排気の還流を行わせるとともに、この状態で判定手段によりＮＯｘを放出させる時期になったと判定されたときには、前記排気の還流を継続させる構成とする。
【００２３】
このことで、エンジンが成層燃焼状態とされていてかつＮＯｘを放出させる時期になったときには、排気が継続して還流されるので、排気還流手段が作動応答遅れの大きいものであっても、その悪影響を回避することができる。
【００２４】
請求項９の発明では、請求項１における空燃比制御手段は、燃焼室の空燃比を基準値よりもリッチ側とリーン側とに周期的に変化させるものとし、かつ前記空燃比の基準値はＡ/Ｆ＝１５〜１６の範囲に設定するものとする。こうすれば、排気中のＣＯ、ＨＣ濃度や酸素濃度が周期的に変動して、ＮＯｘ吸収触媒の周囲の還元剤成分の分圧や酸素分圧が変動するので、それらのＮＯｘ吸収触媒への働きかけを強めて、触媒のリフレッシュをさらに促進することができる。
【００２５】
請求項１０の発明では、請求項１における排気還流制御手段は、排気還流手段により、排気をその還流率が３０％以上になるように吸気系へ還流させるものとする。こうすれば、エンジンの燃焼室の熱容量を十分に大きくすることができ、燃焼に伴うＮＯｘの生成を適切に抑制できる。尚、前記排気の還流率は、二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度を基準として、以下の式で表すものとする。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
【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エンジンの制御装置Ａの全体構成を示し、１は例えば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）を有し、各気筒２内にピストン３が往復動可能に嵌挿されていて、そのピストン３により気筒２内に燃焼室４が区画されている。この燃焼室４の上壁における気筒軸心上の位置には、点火回路５に接続された点火プラグ６が燃焼室４に臨むように取り付けられている。また、前記燃焼室４の周縁部には、この燃焼室４に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）７が取り付けられている。
【００２８】
前記インジェクタ７には、図示しないが、高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を有する燃料供給回路が接続されており、この燃料供給回路によって燃料タンクからの燃料を適正な圧力に調整しながら、インジェクタ７に供給するようになっている。また、その燃料圧力を検出する燃圧センサ８が設けられている。そして、前記インジェクタ７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３の頂面に凹設したキャビティ（図示せず）にトラップされて、前記点火プラグ６近傍に比較的濃い混合気の層が形成される。一方、前記インジェクタ７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４に拡散して吸気（空気）と混合されて、燃焼室４に均一な混合気が形成される。
【００２９】
前記燃焼室４は、図示しない吸気ポートにより吸気弁９を介して吸気通路１０に連通されている。この吸気通路１０は、エンジン１の燃焼室４に対しエアクリーナ１１で濾過した吸気を供給するものであり、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１２と、吸気通路１０を絞る電気式スロットル弁１３と、サージタンク１４とがそれぞれ配設されている。前記電気式スロットル弁１３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、モータ１５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１３の開度を検出するスロットル開度センサ１６と、サージタンク１４内の吸気圧を検出する吸気圧センサ１７とがそれぞれ設けられている。
【００３０】
前記サージタンク１４よりも下流側の吸気通路１０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１８が設けられている。このスワール制御弁１８はアクチュエータ１９により駆動されて開閉するものであり、スワール制御弁１８が閉弁すると、吸気は他方の分岐路のみから燃焼室４に供給されて、その燃焼室４に強い吸気スワールが生成される一方、スワール制御弁１８が開くに連れて、吸気スワールは弱められるようになっている。また、そのスワール制御弁１８の開度を検出するスワール制御弁開度センサ２０が設けられている。
【００３１】
図２において２２は燃焼室４から燃焼ガスを排出する排気通路で、この排気通路２２の上流端は気筒２毎に分岐して、図示しない排気ポートにより排気弁２３を介して燃焼室４に連通されている。この排気通路２２には上流側から下流側に向かって順に、排気中の酸素濃度を検出するＯ2センサ２４と、排気を浄化する触媒２５とがそれぞれ配設されている。前記Ｏ2センサ２４は、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するために用いられるものであり、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ラムダＯ2センサが用いられている。また、触媒２５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。
【００３２】
前記触媒２５は、図３に示すように、コージェライト製のハニカム構造の担体２５ａを有し、その担体２５ａに形成された各貫通孔の壁面に内側触媒層２５ｂと、その上の外側触媒層２５ｃとを形成した２層コートのものである。前記内側触媒層２５ｂには、白金Ｐｔ等の貴金属とＮＯｘ吸収材としてのバリウムＢａとが、多孔質材料であるアルミナや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２５ｃには、触媒金属としてのＰｔ及びロジウムＲｈとＢａとが多孔質材料であるゼオライトをサポート材として担持されている。
【００３３】
尚、前記バリウムに代えてそれ以外のアルカリ土類金属やナトリウムＮａ等のアルカリ金属、又は希土類金属のうちの少なくとも一種を用いるようにしてもよい。また、前記内側触媒層２５ｂのサポート材としてゼオライトを用いてもよく、その場合には前記外側触媒層２５ｃのサポート材として、アルミナ又はセリアを用いてもよい。さらに、前記触媒２５として、図示しないが、担体の壁表面にアルミナやセリアがサポート材として担持された触媒層を形成し、このサポート材に、白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ等の貴金属と、カリウムＫ等のアルカリ金属やバリウムＢａ等のアルカリ土類金属とを担持した１層コートタイプのものを用いてもよい。
【００３４】
前記Ｏ2センサ２４よりも上流側の排気通路２２には、排気の一部を吸気系に還流させるためのＥＧＲ通路２６の上流端が分岐接続されている。このＥＧＲ通路２６の下流端は前記スロットル弁１３とサージタンク１４との間の吸気通路１０に接続され、その近傍には開度調整可能な電気式のＥＧＲ弁２７が配設されていて、ＥＧＲ通路２６による排気の還流量を調整するようになっており、そのＥＧＲ通路２６及びＥＧＲ弁２７によって、排気還流手段が構成されている。また、ＥＧＲ弁２７のリフト量を検出するリフトセンサ２８が設けられている。
【００３５】
前記点火プラグ６の点火回路５、インジェクタ７、電気式スロットル弁１３の駆動モータ１５、スワール制御弁１８のアクチュエータ１９、電気式ＥＧＲ弁２７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、前記エアフローセンサ１２、スロットル開度センサ１６、吸気圧センサ１７、スワール制御弁開度センサ２０、Ｏ2センサ２４及びＥＧＲ弁２７のリフトセンサ２８の各出力信号が入力されており、加えて、エンジン１の冷却水温度（エンジン水温）を検出する水温センサ３０、吸気温度を検出する吸気温センサ３１、大気圧を検出する大気圧センサ３２、エンジン回転数を検出する回転数センサ３３、及び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３４の各出力信号が入力されている。
【００３６】
（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７による燃料噴射量及び噴射時期、スロットル弁１３により調整される吸入空気量、スワール制御弁１８により調整される吸気スワール強さ、ＥＧＲ弁２７により調整される排気の還流量等をエンジン１の運転状態に応じて決定する。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７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側の所定領域（イ）が成層燃焼領域とされ、インジェクタ７により圧縮行程中期以降に燃料を一括して噴射させて、点火プラグ６の近傍に混合気が偏在する成層状態で燃焼させる燃焼モードになる（図５（ａ）参照）。この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１３の開度を大きくしており、このことで、燃焼室４の平均空燃比は大幅にリーンな状態（例えばＡ/Ｆ＝３０くらい）になる。
【００３７】
一方、図４に示す運転領域（ロ）（ハ）は均一燃焼領域とされており、インジェクタ７により吸気行程前期に燃料を噴射させて、吸気と十分に混合して燃焼室４に均一な混合気を形成した上で燃焼させる燃焼モードになる（図５（ｂ）参照）。この均一燃焼モードにおける低負荷側の領域（ロ）では、燃焼室４における混合気の空燃比が略理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７）になるように、燃料噴射量やスロットル開度等を制御する（以下、ストイキオモードという）。また、高負荷ないし高回転側の運転領域（ハ）では、空燃比を理論空燃比よりもややリッチな状態（例えばＡ/Ｆ＝１３〜１４）になるように制御して、高出力を得るようにしている（以下、エンリッチモードという）。
【００３８】
また、前記図４の制御マップに斜線を入れて示す領域では、ＥＧＲ弁２７を開弁させて、ＥＧＲ通路２６により排気の一部を吸気通路１０に還流させるようにしており、このことで、燃焼室４の熱容量を増大させて、燃焼に伴うＮＯｘの発生を抑制することができる。尚、エンジン冷間時には、図示しないが、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。
【００３９】
（触媒リフレッシュのための燃料噴射制御）
上述の如く、この実施形態ではエンジン１を低負荷域で成層燃焼状態として、燃費の大幅な改善を図るとともに、その成層燃焼状態のように空燃比が極めてリーンな状態にされるときに、酸素過剰雰囲気になる排気中でＮＯｘを除去できるように、いわゆる吸収還元タイプの触媒２５を採用している。そして、この触媒２５の浄化性能を安定して発揮させるために、触媒２５におけるＮＯｘの吸収量がある程度多くなれば、そのＮＯｘを放出させて還元浄化するようにしている（触媒のリフレッシュ）。
【００４０】
この触媒２５のリフレッシュのためには、従来までと同様に燃焼室４の空燃比を理論空燃比付近に制御して、排気中の酸素濃度を低下させるのであるが、このときに、本発明の特徴として、インジェクタ７による燃料の噴射を２回に分割して弱成層状態での燃焼とさせることにより、排気中のＣＯ濃度を大幅に高めるとともに、ＥＧＲ率（排気の還流率）を従来までと比べて格段に高くして（以下、ヘビーＥＧＲ状態という）、燃焼に伴うＮＯｘの生成を十分に抑制し、これらの相乗的な作用によって触媒２５のリフレッシュを促進するようにしている。
【００４１】
次に、前記触媒２５のリフレッシュの具体的な処理手順を、図６〜８に示すフローチャート図に沿って説明する。
【００４２】
まず、前記図６のフローに示すように、スタート後のステップＳＡ１において、エアフローセンサ１２、Ｏ2センサ２４，水温センサ３０、回転数センサ３３、アクセル開度センサ３４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、エンジン１が成層燃焼モードで運転されている時間を積算するリーン運転カウンタの値Ｔleanを読み込み、その積算値が第１設定値Ｔ1よりも小さいかどうか判別する。この第１設定値Ｔ1は、エンジン１のリーン運転により触媒２５のＮＯｘ吸収量が過剰になって、その吸収性能が低下するまでの時間に対応するように設定されているので、前記判別結果がＮＯならば、触媒２５からＮＯｘを放出させる時期（ＮＯｘ放出期間）になったと判定して、ステップＳＡ１３に進む一方、判別結果がＹＥＳならば、ステップＳＡ３に進む。
【００４３】
このステップＳＡ３では、今度は、前記ＮＯｘ放出期間中の運転時間並びに、エンジン１がストイキオモード又はエンリッチモードで運転されている時間を積算するリッチ運転カウンタの値Ｔrichを読み込み、その値が第２設定値Ｔ2よりも小さいかどうか判別する。この判別結果がＹＥＳということは、触媒２５からのＮＯｘの放出が不十分であるということなので、この場合にはステップＳＡ６に進む。一方、前記判別結果がＮＯであれば、触媒２５は十分にＮＯｘを放出したと判定してステップＳＡ４に進み、強制リッチフラグＦをオフ状態にする（Ｆ＝０）。この強制リッチフラグＦは、ＮＯｘ放出期間において触媒２５のリフレッシュのために、エンジン１の燃焼室４の空燃比を強制的に理論空燃比付近に変化させることを示すものである。続いて、ステップＳＡ５ではリッチ運転カウンタをリセットして（Ｔrich＝０）、ステップＳＡ６に進む。
【００４４】
前記ステップＳＡ３又はステップＳＡ５に続くステップＳＡ６では、前記強制リッチフラグＦがオフ状態かどうか判別し、オン状態でＮＯであれば（Ｆ＝１）、ＮＯｘ放出期間であると判定して後述のステップＳＡ１５に進む一方、オフ状態でＹＥＳであれば（Ｆ＝０）、ＮＯｘ放出期間ではないと判定して、ステップＳＡ７に進む。このステップＳＡ７では、エンジン１の負荷状態や回転数状態等に基づいて、該エンジン１の現在の運転状態を判定し、続くステップＳＡ８において、エンジン１の現在の運転状態が領域（イ）にあるか否か判別する。
【００４５】
この判別結果がＹＥＳならば、ステップＳＡ９に進んで、エンジン１を成層燃焼モードで運転し、続くステップＳＡ１０でリーン運転カウンタの値Ｔleanをカウントアップして、しかる後にリターンする。一方、判別結果がＮＯならば、ステップＳＡ１１に進み、エンジン１をその負荷状態や回転数状態に応じてストイキオモード又はエンリッチモード（λ≦１）で運転し、続くステップＳＡ１２ではリッチ運転カウンタの値Ｔrichをカウントアップして、しかる後にリターンする。
【００４６】
つまり、触媒２５をリフレッシュするＮＯｘ放出期間でなければ、エンジン１はその運転状態に対応するいずれかの燃焼モードで運転され、成層燃焼モードで運転するときにはリーン運転カウンタによりその時間を積算する一方、ストイキオモード又はエンリッチモードで運転するときには、リッチ運転カウンタによりその時間を積算する。
【００４７】
一方、前記ステップＳＡ２において、ＮＯｘ放出期間になったと判定して進んだステップＳＡ１３では、強制リッチフラグＦをオン状態にし（Ｆ＝１）、続く、ステップＳＡ１４でリーン運転カウンタの値Ｔleanをリセットする（Ｔlean＝０）。そして、続くステップＳＡ１５〜ＳＡ１７の各ステップにおいて、触媒２５をリフレッシュするための制御を行う。すなわち、まずステップＳＡ１５において、エンジン１の燃焼室４の空燃比を理論空燃比よりもややリーンな状態（１≦λ≦１．１）に制御するために、通常よりも増量補正した燃料の早期及び後期噴射量qinjp,qinjdを設定し、かつそれぞれ噴射時期thtinjp,thtinjdを設定する。
【００４８】
より具体的に、まず、エアフローセンサ１２等の出力値から演算される吸気充填量と空燃比の目標値（基準値：Ａ/Ｆ＝１５〜１６）とに基づいて、早期及び後期噴射を合わせた総噴射量を求め、この総噴射量を所定の分割比に応じて早期及び後期噴射に分けて、その各噴射量qinjp,qinjdに対応する噴射パルス幅をインジェクタ７の流量特性に基づいて設定する。ここで、前記燃料噴射量の分割比は、エンジン１の運転状態に対応する最適な値が予め実験的に設定されて、マップとしてＥＣＵ４０のメモリに電子的に格納されており、このマップから読み出されるようになっている。
【００４９】
前記燃料噴射量の分割比は、具体的に後期噴射量qinjdが総噴射量の略２０〜８０％の範囲になるように設定されている。これは、例えば図９に示すように、後期噴射量qinjdが総噴射量の２０％に満たなければ、この後期噴射によって点火プラグ６の近傍に着火性に優れた過濃混合気部分を形成することが難しくなり、燃焼性の悪化（同図に示すＰｉ変動率及び燃費率の増大）を招くからである。また、反対に、後期噴射量qinjdが総噴射量の８０％を越えた場合には、点火プラグ６の近傍の混合気が濃くなりすぎて着火性が悪くなる上に、周辺のリーンな混合気は薄くなりすぎて火炎伝播が良好に行われなくなり、この場合もやはり燃焼性が悪化するからである。
【００５０】
また、前記早期及び後期噴射の時期も、同様にエンジン１の運転状態に対応するように予めマップとして設定されており、具体的には、図５（ｃ）に示すように、後期噴射の時期が気筒の圧縮行程中期以降でかつ点火時期よりも前の狭い範囲に設定されるのに対し、早期噴射の時期は、気筒の吸気行程前期から圧縮行程前記までの広い範囲において、エンジン１の負荷状態が高いほど進角側に設定される一方、負荷状態が低くて燃料噴射量が少ないほど、遅角側に設定されるようになっている。
【００５１】
続いて、ステップＳＡ１６では、前記ステップＳＡ１５で設定した早期及び後期噴射量qinjp,qinjdを基にして、エンジン１の燃焼室４の空燃比がλ＝１〜１．１の範囲でリッチ側とリーン側とに周期的に変化するように目標噴射量を変更し（ディザ制御）、続くステップＳＡ１７で燃料の分割噴射を実行する。これにより、前記燃焼室４では平均的には理論空燃比よりもややリーンな状態の混合気が弱成層状態で燃焼するようになる。尚、このときにスロットル弁１３をやや閉じて、エンジン出力の変動を軽減するようにしてもよい。
【００５２】
前記ステップＳＡ１６におけるディザ制御の具体的な手順は、図７のフローに示すように、まず、ステップＳＢ１において燃料噴射量の変動周期をカウントするための初期値０のディザタイマ値Ｔmをインクリメントし（Ｔm＝Ｔm＋１）、続くステップＳＢ２では、そのディザタイマ値Ｔmを変動周期の半分に対応するように設定したしきい値Ｔm1と比較して、Ｔm＜Ｔm1の間（ステップＳＢ２でＮＯ）はステップＳＢ３に進み、早期及び後期噴射量qinjp,qinjdにそれぞれ定数α、βを加算して、しかる後にリターンする。
【００５３】
また、Ｔm≧Ｔm1になれば（ステップＳＢ２でＹＥＳ）ステップＳＢ４に進み、今度は、ディザタイマ値Ｔmを変動周期に対応するように設定したしきい値Ｔm2と比較する。そして、Ｔm＜Ｔm2の間（ステップＳＢ４でＮＯ）はステップＳＢ５に進んで、早期及び後期噴射量qinjp,qinjdからそれぞれ定数α、βを減算する一方、Ｔm≧Ｔm2になればステップＳＢ６に進んで、ディザタイマ値Ｔmをリセットし（Ｔm＝０）、しかる後にリターンする。このような制御により、ディザタイマ値ＴmがＴm1だけ変化する毎に、インジェクタ７による吸気行程噴射量はqinjp＋αとqinjp−αとに交互に変化し、また、圧縮行程噴射量もqinjd＋βとqinjd−βとに交互に変化するので、燃焼室４の空燃比はＡ/Ｆ＝１５〜１６の範囲の目標値に対してリッチ側又はリーン側に周期的に変化し、これに伴い排気中のＣＯ、ＨＣ、Ｏ2等の濃度も変動するようになる。
【００５４】
そして、前記ステップＳＡ１７に続くステップＳＡ１８では、ヘビーＥＧＲ状態になるようにＥＧＲ弁２７の開度を制御し、前記のステップＳＡ１２に進んで、リッチ運転カウンタの値Ｔrichをカウントアップして、しかる後にリターンする。
【００５５】
ここで、前記ＥＧＲ制御の処理手順を図８のフローに沿って具体的に説明すると、まず、スタート後のステップＳＣ１において、エアフローセンサ１２、回転数センサ３３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し、続くステップＳＣ２においてエンジン１の運転状態に対応する目標ＥＧＲ率を演算して、この目標ＥＧＲ率になるようなＥＧＲ弁２７の開度を基本制御量EGRbとして設定する。尚、前記目標ＥＧＲ率は、予めベンチテスト等により吸気充填量やエンジン回転数に対応するように設定され、マップとしてＥＣＵ４０のメモリに記憶されている。
【００５６】
続いて、ステップＳＣ３ではヘビーＥＧＲ状態とするかどうか判定し（図６のステップＳＡ１７参照）、この判定がＹＥＳであればステップＳＣ４に進んで、ＥＧＲ弁２７の開度を補正するための補正量EGRcを演算する。すなわち、エアフローセンサ出力やエンジン回転数等に基づいて、ＥＧＲ率が略４０％になるようなＥＧＲ弁２７の目標開度を求め、リフトセンサ２８の信号から求められる現在のＥＧＲ弁２７の開度を前記目標開度に増大させるような補正量EGRcを演算する。一方、判定がＮＯであればステップＳＣ５に進んで、該補正量EGRcは零にする（EGRc＝０）。
【００５７】
そして、前記ステップＳＣ４，ＳＣ５に続いて、ステップＳＣ６では、前記基本制御量EGRbと補正量EGRcとを加算して最終的な制御量EGRtを演算し、続くステップＳＣ７でＥＧＲ弁２７に制御信号を出力して、該ＥＧＲ弁２７を駆動し、しかる後にリターンする。つまり、触媒２５のリフレッシュのときには、ＥＧＲ率が略４０％と従来よりも格段に高いヘビーＥＧＲ状態になるように、ＥＧＲ弁２７の開度を補正するようにしている。
【００５８】
前記図６のフローに示すステップＳＡ２〜ＳＡ６の各ステップにより、触媒２５からＮＯｘを放出させる所定のＮＯｘ放出期間であること判定する判定手段４０ａが構成されている。
【００５９】
また、ステップＳＡ１５〜ＳＡ１７の各ステップによって、前記判定手段４０ａによりＮＯｘ放出期間であると判定されたときに、エンジン１の燃焼室４の空燃比を空気過剰率λで１≦λ≦１．１の範囲になるように制御する空燃比制御手段４０ｂが構成されている。そして、この空燃比制御手段４０ｂは、前記図７のフローに示すように、インジェクタ７による燃料噴射量をディザ制御により強制的に増減させて、前記燃焼室４の空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に変化させるようになっている。
【００６０】
さらに、前記ステップＳＡ１５によって、判定手段４０ａによりＮＯｘ放出期間であると判定されたときに、インジェクタ７により燃料を、気筒の吸気行程から圧縮行程前期にかけての早期噴射と、圧縮行程中期以降でかつ点火時期よりも前の後期噴射とに２分割して噴射させる噴射時期制御手段４０ｃが構成されている。そして、この噴射時期制御手段４０ｃは、前記早期噴射の時期を、エンジン１の負荷状態が高いときには吸気行程前期に設定する一方、負荷状態が低いときには圧縮行程前期に設定するようになっている。
【００６１】
また、前記図８のフローの各ステップによって、エンジン１が成層燃焼モードで運転されているときに排気を還流させるとともに、この状態で判定手段４０ａによりＮＯｘ放出期間であると判定されたときには、前記排気の還流を継続させて、かつヘビーＥＧＲ状態になるようにＥＧＲ弁２７の開度を制御する排気還流制御手段４０ｄが構成されている
（作用効果）
次に、前記実施形態の作用効果を説明する。
【００６２】
この実施形態のエンジン１は低負荷域の定常運転状態では成層燃焼モードで運転され、このときに酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘは触媒２５により吸収除去される。そして、このリーン状態での運転時間の積算値Ｔleanが第１設定値Ｔ1を越えると、強制リッチフラグＦがオン状態になり（Ｆ＝１）、図６のフローのステップＳＡ１５〜１７に示すように、ＮＯｘを放出させる制御が行われる。
【００６３】
具体的には、まず、総燃料噴射量が増量補正されるとともに、スロットル弁１３の制御やＥＧＲ制御によって吸入空気量が減らされて、エンジン１の燃焼室４の空燃比がλ＝１〜１．１の範囲になるように制御される。
【００６４】
それと同時に、燃料の分割噴射によって、エンジン１の燃焼室４の混合気は弱成層状態とされる。すなわち、インジェクタ７により早期噴射された燃料が均一に拡散してリーンな混合気を形成する一方、後期噴射された燃料は点火プラグ６の近傍に過濃混合気部分を形成し、この過濃混合気部分で点火された火炎が周囲のリーンな混合気に伝播するようになる。
【００６５】
この弱成層状態での燃焼によれば、前記過濃混合気部分が極めて着火性に優れ、しかもその後の初期燃焼速度も速いので、燃焼安定性が大幅に向上する。とのことを例えば図１０に示す点火後の混合気の質量燃焼割合で見ると、同図に実線で示す分割噴射の場合には、破線で示す吸気行程一括噴射の場合に比べて燃焼初期の立ち上がりがかなり速くなっており、このことから、燃焼安定性がかなり高くなっていることが分かる。また、同図によれば、燃焼行程中期以降では分割噴射の方が吸気行程一括噴射よりも質量燃焼割合が小さくなっており、このことから、周辺のリーンな混合気の燃焼は緩慢になることが分かる。
【００６６】
このように、弱成層状態での燃焼によれば、燃焼初期には過濃混合気部分での燃焼速度が高くなり、局所的な酸素不足によってＣＯが生成しやすい状態になる。また、リーンな混合気の燃焼が緩慢になることで、燃料の一部は燃焼しきらないうちに排出されるようになり、この排気中のＣＯ濃度はさらに高くなる。さらに、分割噴射では１回の燃焼サイクルあたりのインジェクタ７の開弁回数が増えるので、開弁初期に噴射される粒の粗い燃料液滴の割合が大きくなり、そのことによってもＣＯが生成しやすくなる。つまり、弱成層状態での燃焼によれば、燃料を一括して噴射する均一燃焼状態に比べて排気中のＣＯ濃度を大幅に高めることができる。
【００６７】
また、前記の空燃比制御と燃料噴射の分割制御と同時に、ヘビーＥＧＲ状態になるようにＥＧＲ弁２７の開度が制御される。すなわち、前記のように弱成層状態での燃焼によって燃焼安定性が向上することを利用して、ＥＧＲ率が例えば略４０％と従来よりも格段に高くなるように多量の排気を還流させる。このヘビーＥＧＲ状態では燃焼室４の熱容量が増大して、燃焼の最高温度が適切に抑えられることにより、ＮＯｘの生成を十分に抑制することができる。しかも、この実施形態では、エンジン１を成層燃焼モードで運転するときに、ＥＧＲ弁２７を開弁させて排気を還流させるようにしているので、この状態でＮＯｘ放出期間になったときには、排気の還流を継続しつつＥＧＲ弁２７の開度を増大させてその還流量を増やすだけでよく、該ＥＧＲ弁２７が作動応答遅れの大きいものであってもその悪影響を回避することができる。
【００６８】
ここで、燃料の分割噴射とヘビーＥＧＲとの組合わせについて、図１１を参照しながら詳しく説明する。この図は、インジェクタ７により吸気行程で燃料を一括して噴射して、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比になるように制御する場合に、燃焼に伴う熱発生率の変化を点火後のクランク角の変化に対して示したものであり、同図に仮想線で示すように多量の排気を還流させるヘビーＥＧＲ状態では、図に破線で示すように排気を還流させない（ＥＧＲなし）状態に比べて、燃焼の立ち上がりが極めて遅く、かつ膨張行程の中期以降まで緩慢な燃焼が続いている。このような緩慢な燃焼状態では機械効率の低下によって燃費が著しく悪化する上に、失火の可能性も高いので、現実に用いることはできない。
【００６９】
これに対し、分割噴射によって燃料を弱成層状態で燃焼させながら、ヘビーＥＧＲを組み合わせた場合には、熱発生率の変化特性は同図に実線で示すように実用上も好ましいものになる。つまり、分割噴射による弱成層状態での燃焼と組み合わせることで、燃焼悪化の弊害を招くことなく、多量の排気を還流するヘビーＥＧＲ状態を実現することができるのである。
【００７０】
上述の如く、弱成層燃焼とヘビーＥＧＲとを組み合わせて、それらの相乗的な作用により排気中のＣＯ濃度を大幅に高め、かつＮＯｘ濃度を十分に低減させることにより、該排気中のＣＯ/ＮＯｘ濃度比が大幅に高くなり、このことによって、触媒２５のリフレッシュを十分に促進することができる。
【００７１】
ここで、前記触媒２５におけるＮＯｘの吸収及び還元浄化のメカニズムについては諸説があるが、おおよそ以下のようなものと考えられている。すなわち、まず、酸素過剰雰囲気の排気中では、図１２（ａ）に示すように、ＮＯとＯ2とが触媒２５の活性種である白金Ｐｔ上で反応してＮＯ2になり、このＮＯ2の一部が白金Ｐｔ上でさらに酸化されて、吸着材であるバリウムＢａに対し硝酸塩である硝酸バリウムＢａ（ＮＯ3）2の形態で吸着される。
すなわち、  ＢａＣＯ3＋ＮＯ2 → Ｂａ（ＮＯ3)2＋ＣＯ2↑  …（１）
一方、排気中の酸素濃度が低下すると、前記と逆方向に反応が進行するようになり、同図（ｂ）に示すように、硝酸バリウムＢａ（ＮＯ3）2がＣＯの供給により置換されて、炭酸バリウムＢａＣＯ3と二酸化窒素とが生成する。
すなわち  Ｂａ（ＮＯ3）2＋ＣＯ → ＢａＣＯ3＋ＮＯ2  …（２）↑
そして、白金Ｐｔ上でＮＯ2がＨＣやＣＯ等と反応して還元浄化される。
すなわち  ＮＯ2＋ＨＣ＋ＣＯ → Ｎ2＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2↑  …（３）
そして、触媒２５からＮＯｘが放出されて還元浄化されることで、触媒２５は再び排気中のＮＯｘを十分に吸収できる状態になる（触媒のリフレッシュ）。
【００７２】
このようなＮＯｘの吸収及び還元浄化のメカニズムにおいて、排気中の酸素濃度が低下したときにＨＣやＣＯの還元剤成分の濃度が高ければ、触媒２５からのＮＯ2の放出やその還元浄化が促されることは知られている。一方、排気中のＨＣやＣＯは同じく排気中に含まれているＮＯｘとも反応するので、燃焼に伴うＮＯｘ生成量が多いと、そのＮＯｘとの反応によってＨＣやＣＯが消費されてしまい、触媒層における白金Ｐｔ上のＮＯ2を十分に還元できなくなる。つまり、排気中のＮＯｘ濃度が高いと、前記の（２）式及び（３）式の反応が十分に進行しなくなり、触媒２５のリフレッシュが阻害されることになる。
【００７３】
つまり、前記触媒２５のリフレッシュのためには、排気中のＨＣ、ＣＯ濃度を高めるだけでなく、ＮＯｘ濃度を低下させることが極めて重要であり、言い換えると、排気中のＣＯ濃度のＮＯｘ濃度に対する濃度比ＣＯ/ＮＯｘを高めれば、触媒２５のリフレッシュを十分に促進できるのである。
【００７４】
図１３には、エンジン１をしばらくの間、成層燃焼モードで運転した後にストイキオモードに切り替えたときに、触媒下流側でのＮＯｘ排出濃度がどのように変化するかが示されている。同図によれば、まず、エンジン１を成層燃焼モードからストイキオモードに切替えると、触媒２５に吸収されていたＮＯｘが放出されるために、ＮＯｘ濃度が一時的に急増する。そして、その後、排気中の酸素濃度が低い状態で、放出されたＮＯｘは触媒２５の三元作用によって還元分解されるので、ＮＯｘ濃度は徐々に低下する。このとき、排気を還流させない状態では排気中のＣＯ/ＮＯｘ比が低くなっているため、同図に仮想線で示すように、ＮＯｘ濃度はなかなか低下しないのに対して、同図に実線で示すヘビーＥＧＲ状態では、排気中のＣＯ/ＮＯｘ比が高いために、ＮＯｘの還元分解が促進され、同図に実線で示すようにＮＯｘ濃度は速やかに低下する。これに伴い、触媒２５からのＮＯｘの放出も促進される。
【００７５】
したがって、この実施形態のエンジンの制御装置Ａによれば、排気通路２２に配設したＮＯｘ吸収触媒２５から吸収したＮＯｘを放出させてリフレッシュさせるときに、燃料噴射の分割によって弱成層燃焼状態とするとともに、多量の排気を還流させるヘビーＥＧＲ状態とし、これらの相乗的な作用によって排気中のＣＯ/ＮＯｘ濃度比を大幅に高めることにより、触媒２５からのＮＯｘの放出及び還元浄化を十分に促進することができる。
【００７６】
しかも、この実施形態では、燃料噴射量のディザ制御によって燃焼室４の空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に変化させて、排気中のＣＯ、ＨＣ、Ｏ2等の濃度を変動させることにより、それらの前記触媒２５への働きかけを強めて、該触媒２５のリフレッシュをさらに促進することができる。
【００７７】
そして、このようにに触媒２５のリフレッシュを十分に促進できることから、エンジン１の燃焼室４の空燃比は従来よりもリーンな状態になるように制御することができ、このことにより、余分な燃料消費を抑えて燃費の悪化を最小限に抑制することができる。
【００７８】
（他の実施形態）
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、エンジン１のリーン状態での運転時間の積算値Ｔleanが第１設定値Ｔ1を越えたときに、ＮＯｘ放出期間になったと判定するようにしているが、これに限らず、例えば、最後にＮＯｘを放出させた後の走行距離とその間に消費した燃料の総量とに基づいて、触媒２５のＮＯｘ吸収量を推定し、その推定結果に基づいてＮＯｘ放出期間の判定を行うようにしてもよい。
【００７９】
また、前記実施形態では、触媒２５からＮＯｘを放出させるときに、エンジン１の燃焼室４の空燃比をディザ制御（フィードフォワード制御）によって周期的に変動させるようにしているが、これに限らず、Ｏ2センサ２４からの信号に基づいて、リッチ側及びリーン側に周期的に変化するようにフィードバック制御するようにしてもよい。
【００８０】
また、前記実施形態では、エンジン１を低負荷域において成層燃焼モードで運転するようにしているが、エンジン１は成層燃焼モードでの運転を行わないリーンバーンエンジンであってもよく、要するに低負荷域で燃焼室４の空燃比が空気過剰率λでλ≧１．３とされるようなものであればよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明した如く、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、エンジンの運転中に、判定手段によりＮＯｘを放出させる時期であると判定されたとき、燃焼室の空燃比を空燃比制御手段により、空気過剰率λで１≦λ≦１．１の範囲になるように制御するとともに、噴射時期制御手段の制御により、燃料を気筒の吸気行程から圧縮行程にかけて早期噴射と後期噴射とに２分割して噴射させて、弱成層状態で燃焼させるようにし、同時に排気還流制御手段の制御により、多量の排気を吸気系に還流させるようにしたので、前記の弱成層状態での燃焼と多量の排気還流との相乗的な作用により、排気中のＣＯ/ＮＯｘ濃度比を大幅に高めて、ＮＯｘ吸収触媒のリフレッシュを促すことができる。よって、余分な燃料消費を抑えて燃費の悪化を最小限に抑制しながら、ＮＯｘ吸収触媒のリフレッシュ効果を十分に高めることができる。
【００８２】
請求項２の発明によると、ＮＯｘを放出させる時期を触媒のＮＯｘ吸収性能の低下に対応するように判定することができる。
【００８３】
請求項３の発明によると、後期噴射の燃料噴射量を総噴射量の略２０％以上かつ略８０％以下とすることで、請求項１の発明の効果を十分に得ることができる。
【００８４】
請求項４の発明によると、早期噴射を気筒の吸気行程前期に行うことにより、総燃料噴射量が多い場合に、混合気を燃焼室に適切に分布させて、狙い通りに弱成層状態で燃焼させることができる。
【００８５】
請求項５の発明によると、早期噴射を気筒の圧縮行程前期に行うことにより、総燃料噴射量が少ない場合に、混合気を点火プラグの周囲に適切に分布させて、狙い通りに弱成層状態で燃焼させることができる。
【００８６】
請求項６の発明によると、エンジンを低負荷域で通常は成層燃焼状態で運転して、燃費低減を図ることができる。
【００８７】
請求項７の発明によると、燃料の噴射形態を一括噴射から分割噴射に切替えるときの制御手順の容易化が図られる。
【００８８】
請求項８の発明によると、排気還流手段が作動応答遅れの大きいものであっても、その悪影響を回避することができる。
【００８９】
請求項９の発明によると、燃焼室の空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に変化させることにより、排気中のＣＯ、ＨＣ濃度や酸素濃度を変動させて、触媒のリフレッシュをさらに促進することができる。
【００９０】
請求項１０の発明によると、エンジンの吸気系へ排気をその還流率が３０％以上になるように還流させることで、燃焼室の熱容量を十分に大きくさせて、燃焼に伴うＮＯｘの生成を適切に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す説明図である。
【図２】  本発明の実施形態に係るエンジンの制御装置の全体構成図である。
【図３】  触媒の概略構成を示す断面図である。
【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】  触媒のリフレッシュのための制御手順を示すフローチャート図である。
【図７】  ディザ制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図８】  排気還流制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図９】  分割噴射における後期噴射割合を変更したときの、Ｐｉ変動率及び燃費率の変化をそれぞれ示すグラフ図である。
【図１０】  弱成層状態での燃焼における点火後の質量燃焼割合の変化を、均一燃焼状態と対比して示すグラフ図である。
【図１１】  弱成層状態での燃焼にヘビーＥＧＲを組合わせたときの熱発生率の変化特性を、均一燃焼でヘビーＥＧＲとしたものと対比して示すグラフ図である。
【図１２】  ＮＯｘ吸着触媒による酸素過剰雰囲気でのＮＯｘ吸収のメカニズム（ａ）と、ＮＯｘの放出及び還元浄化のメカニズム（ｂ）とをそれぞれ示す説明図である。
【図１３】  触媒下流側のＮＯｘ排出濃度を、ヘビーＥＧＲ状態とＥＧＲなしとで対比して示すグラフ図である。
【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
４        燃焼室
７        インジェクタ（燃料噴射弁）
１０      吸気通路（吸気系）
２２      排気通路
２５      触媒（ＮＯｘ吸収触媒）
２６      ＥＧＲ通路（排気還流手段）
２７      ＥＧＲ弁（排気還流手段）
４０      コントロールユニット（ＥＣＵ）
４０ａ    判定手段
４０ｂ    空燃比制御手段
４０ｃ    噴射時期制御手段
４０ｄ    排気還流制御手段
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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