JP2000045843A - 筒内噴射式エンジンの制御装置 - Google Patents

筒内噴射式エンジンの制御装置

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Abstract

(57)【要約】 触媒未暖機時等にエンジンからのＨＣ及びＮＯｘ等の
排出量を低減するとともに、排気温度を上昇させて触媒
の暖機を促進することのできる燃焼状態が得られ、しか
も燃焼安定性を高めることで点火時期のリタードを大き
くすることができ、これらの相乗作用でさらに触媒暖機
促進等の効果を高める。 【解決手段】 筒内噴射式エンジンにおいて、排気ガス
浄化用の触媒２２の温度状態を判別する温度状態判別手
段３１と、インジェクタ１１からの燃料噴射を制御する
燃料噴射制御手段３３と、点火時期制御手段３５とを備
える。そして、触媒が活性温度よりも低い未暖機状態に
あるときに、燃料噴射制御手段３２により、吸気行程か
ら点火時期にかけての期間内で、濃淡を有する混合気を
生成する後期噴射と、均一でリーンな混合気を形成する
早期噴射とからなる分割噴射を行なうとともに、点火時
期制御手段３５により、点火時期をリタードさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を直接燃焼室
内に噴射するインジェクタを備えた筒内噴射式エンジン
の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、燃料を直接燃焼室内に噴射するイ
ンジェクタを備えた筒内噴射式エンジンは知られてい
る。この筒内噴射式エンジンでは、吸気通路に以上を設
ける場合のように通路壁面への燃料付着が問題となるこ
とがなくて、空燃比制御安定性、応答性等にすぐれ、ま
た、インジェクタから圧縮行程後半に燃料を噴射した場
合に混合気が点火プラグまわりに偏在するような燃焼室
形状としておけば所謂成層燃焼により空燃比のリーン化
とそれによる燃費改善を図ることができる。
【０００３】また、自動車等のエンジンでは排気ガス中
にＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが含まれており、エミッション
の改善としてこれらの有害成分の発生、放出をできるだ
け減少させることが要求される。このため、排気通路中
に触媒を設けて排気ガスを浄化することは従来から行な
われており、上記筒内噴射式エンジンでも一般に排気通
路中に触媒を設けられている。触媒としては理論空燃比
付近でＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化し得る三元触媒が一
般に知られており、また上記筒内噴射式エンジン等にお
いてリーンバーンを行なう場合に適合するように、リー
ン運転域でもＮＯｘの浄化が可能な触媒も知られてい
る。
【０００４】また、この種の筒内噴射式エンジンにおい
て、低温時等に触媒の浄化性能の向上を図る装置として
は、例えば特開平４−２３１６４５号公報に示されるよ
うな燃料噴射制御装置が知られている。この装置は、Ｎ
Ｏｘの還元にＨＣを必要とするようなタイプのリーンＮ
Ｏｘ触媒を排気通路中に備えた筒内噴射式エンジンにお
いて、インジェクタからの主噴射を圧縮行程後期に行な
うとともに、触媒の温度が低いときには、上記主噴射に
加えて、リーンＮＯｘ触媒へのＨＣ供給のために微小量
の燃料を噴射する副噴射を吸気行程から圧縮行程初期に
かけての期間内に行ない、触媒の温度が低いときには、
上記主噴射に加えて、上記副噴射を燃焼行程の後半から
排気行程初期にかけての期間内に行なうようにしたもの
である。この装置では、副噴射による噴射量を燃焼室で
の燃焼には殆ど関与しない程度の微小量とすることで副
噴射の燃料により得られるＨＣが排気通路の触媒に供給
されるようにし、かつ、副噴射タイミングを低温時と高
温時とで上記のように変えることにより、低温時は低沸
点成分のＨＣを触媒に供給し、高温時は高沸点成分のＨ
Ｃを触媒に供給するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、排気ガス浄
化用の触媒は活性化温度より低温の未暖機時には充分に
浄化作用を発揮できず、このようなときにＨＣやＮＯｘ
が多く放出され易い。この問題の対策として、点火時期
をリタードさせることでＨＣ、ＮＯｘを低減するととも
に排気温度を上昇させて触媒の暖機促進を図る技術は知
られているが、点火時期のリタードは燃焼安定性の悪化
を招き易く、燃焼安定性を確保するために点火時期のリ
タード量が制限されていた。従って、点火時期のリター
ドだけに頼らずにＨＣ、ＮＯｘの低減および排気温度の
上昇を図ることが要求されるとともに、燃焼安定性を高
めることで点火時期リタードの許容度を高めることが要
求されるが、従来の筒内噴射式エンジンではこれらの要
求が充分に満足されていなかった。
【０００６】また、上記公報に示されている装置では、
触媒温度が低いときに、圧縮行程後期の主噴射に加えて
それより前の副噴射を行なうことにより低温時の触媒性
能の向上を図るようにしているが、この副噴射による燃
料はきわめて微小であって、燃焼室内で殆ど燃焼されず
に排気通路の触媒に送られるものである。従って、ＮＯ
ｘの還元にＨＣを必要とするようなタイプのリーンＮＯ
ｘ触媒が用いられる場合に限って有効である。しかも、
低温とはいえ触媒がある程度は活性化した後に始めてＨ
Ｃの供給によりＮＯｘの浄化を図ることができるもので
あって、それ以前の未暖機状態ではＨＣが排出されてし
まうためエミッションの向上を図る上で好ましくなく、
また、このような状態において排気温度の上昇により触
媒の暖機を促進するといった機能は有しない。
【０００７】なお、この他に筒内噴射式エンジンの冷間
時の対策としては、特開平４−１８７８４１号公報に示
されるように、シリンダ内低温時に圧縮行程噴射におけ
る燃料噴射量を増量することで着火性を確保するように
し、具体的には、温間時に低負荷領域で圧縮行程噴射、
中負荷領域で吸気行程・圧縮行程の分割噴射、高負荷領
域で吸気行程噴射とする一方、エンジン冷機時に上記分
割噴射の領域を高負荷側に広げるようにしたものがあ
る。
【０００８】しかし、この装置は、エンジンの冷機時に
気化、霧化の悪化分だけ圧縮行程噴射量を増量すること
で着火性を確保しているだけであって、触媒の未暖機時
に排気温度の上昇による暖機促進及びエミッションの改
善を図るというようなものではない。
【０００９】本発明は、上記の事情に鑑み、触媒未暖機
時等にエンジンからのＨＣ及びＮＯｘ等の排出量を低減
するとともに、排気温度を上昇させて触媒の暖機を促進
することのできる燃焼状態が得られ、しかも燃焼安定性
を高めることで点火時期のリタードを大きくすることが
でき、これらの相乗作用で大幅に触媒の暖機促進及びエ
ミッション改善の効果を高めることができる筒内噴射式
エンジンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の触
媒暖機方法は、排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備え
るとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェク
タと、燃焼室内の混合気に対して点火を行なう点火装置
とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記触媒が活
性温度より低い未暖機状態のときに、上記インジェクタ
により、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、部
分的な空燃比の濃淡を有する混合気を燃焼室内に生成す
る後期噴射と、この後期噴射より前に燃料を噴射して、
後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能な、理論
空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室内に生成
する早期噴射との少なくとも２回の分割噴射を行なわ
せ、かつ、上記点火装置による点火時期をＭＢＴより所
定量リタードさせるようにしたものである。
【００１１】この方法に使用する装置としての請求項２
１に係る触媒暖機装置は、排気通路に排気ガス浄化用の
触媒を備えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射する
インジェクタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行な
う点火装置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上
記触媒の温度状態を判別する温度状態判別手段と、上記
インジェクタからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手
段と、上記点火装置による点火時期を制御する点火時期
制御手段とを備え、上記燃料噴射制御手段は、上記温度
状態判別手段による判別に基づき、上記触媒が活性温度
より低い未暖機状態にあるときに、吸気行程から点火時
期にかけての期間内で、部分的な空燃比の濃淡を有する
混合気（つまり混合気濃度の濃淡）を燃焼室内に生成す
る後期噴射と、この後期噴射より前に燃料を噴射して、
後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能な、理論
空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室内に生成
する早期噴射との少なくとも２回の分割噴射を行なわせ
るように上記インジェクタを制御し、上記点火時期制御
手段は、上記触媒の未暖機状態において上記分割噴射が
行なわれているときに、点火時期をＭＢＴより所定量リ
タードさせるように上記点火装置を制御するようにした
ものである。
【００１２】この発明の方法、装置によると、触媒未暖
機状態のときに、上記インジェクタから分割噴射が行な
われ、その後期噴射により燃焼室内に部分的に濃淡を有
する混合気が生成されて、少なくとも点火プラグの近く
にも局所的に比較的リッチな混合気が存在する状態とさ
れることにより、着火性及び燃焼期間前半の燃焼性が高
められるとともに、早期噴射による燃料が後期噴射の燃
料の一部と混じり合いつつ均一でリーンな混合気を形成
して、後期噴射の燃焼によって延焼（火炎伝播）が可能
となり、このリーンな混合気で燃焼期間の後半に緩慢燃
焼が行なわれる。
【００１３】これにより、燃焼室から排出されるガス中
のＨＣ及びＮＯｘが低減されるとともに、排気温度が上
昇されて触媒の暖機が促進され、さらに燃焼性が高めら
れることに伴い点火時期リタードを大きくすることが可
能となり、上記分割噴射と点火時期リタードの相乗作用
で、ＨＣ及びＮＯｘの低減及び触媒暖機促進の効果が高
められる。
【００１４】上記の発明において、触媒未暖機状態のと
きの分割噴射における後期噴射を圧縮行程で行なわせ、
早期噴射を吸気行程で行なわせること（請求項２，請求
項２２）が好ましい。このようにすると、後期噴射によ
って濃淡を有する混合気が燃焼室内に生成されるととも
に早期噴射によって緩慢燃焼に適したリーンな混合気が
形成される状態が良好に得られる。
【００１５】とくに触媒未暖機状態のときの分割噴射に
おける後期噴射は、圧縮行程の中期以降に行なわせるよ
うにすれば（請求項３）、濃淡を有する混合気の生成が
効果的に行なわれる。さらにこの後期噴射を圧縮行程の
３／４の期間が経過するまでに開始させるようにすれば
よい（請求項４，請求項２３）。これ以上に後期噴射開
始時期を遅らせると燃焼安定性が損なわれるからであ
る。
【００１６】ところで、上記のように後期噴射を圧縮行
程で行なうことにより、燃焼室内に濃淡を有する混合気
が生成されるが、このような混合気濃度の濃淡は混合気
が点火プラグまわりに成層化される場合に限らず、積極
的に成層化されないようなエンジンでも生じる。すなわ
ち、エンジンのシリンダボアに嵌挿されて燃焼室の下面
側を構成するピストンを、成層化のための混合気トラッ
プ用のキャビティを有しないフラットピストンとし、噴
射された燃料が分散し易い燃焼室構造としてもよく、こ
の場合、触媒未暖機状態のときの分割噴射における後期
噴射により、局所的に他の部分よりリッチな混合気が燃
焼室内に散在する状態となり（請求項２４）、これによ
って着火性、燃焼性が良好に保たれる。
【００１７】また、触媒未暖機状態のときに燃焼室内全
体の空燃比を１３〜１７の範囲内に設定し、かつ、分割
噴射における早期噴射量を全噴射量の１／５以上で、か
つ、理論空燃比よりもリーンな混合気を生成するように
設定すること（請求項５，請求項２５）が効果的であ
る。このようにすると、早期噴射された燃料が均一でリ
ーンな混合気を形成し、かつ、後期噴射燃料及び後期噴
射による燃焼によって延焼可能となり、燃焼行程後半の
緩慢燃焼が効果的に行なわれる。空燃比を１３〜１７の
範囲としているのは、これが熱発生率の高い空燃比の範
囲であり、従って、排気ガス温度を高くすることができ
る空燃比を利用するためである。
【００１８】触媒未暖機状態のときの分割噴射における
早期噴射量を、早期噴射のみでの燃焼室内空燃比が７０
以下となるように設定すれば（請求項６）、少なくとも
この早期噴射による燃料と後期噴射の燃料の一部とが混
ざった状態で後期噴射の燃焼に伴う延焼（火炎伝播）、
が効果的に行なわれる。
【００１９】また、触媒未暖機状態において分割噴射が
行なわれているときに、低回転低負荷領域では、点火時
期を圧縮上死点以降までリタードさせるようにすればよ
い（請求項７，請求項２６）。つまり、トルク要求が比
較的低い低回転低負荷領域では、点火時期を大きくリタ
ードすることにより、ＨＣ、ＮＯｘの低減及び暖機促進
の効果が高められる。
【００２０】また、請求項１に記載の方法において、触
媒未暖機状態のときに、低回転低負荷領域で、吸気行程
から点火時期にかけての期間内で分割噴射を行なわせ
て、その後期噴射の開始時期を、圧縮行程の中期以降で
あって圧縮行程の３／４の期間が経過するまでの期間に
設定するとともに、この低回転低負荷領域のうちの少な
くとも一部の領域で点火時期を圧縮上死点以降までリタ
ードさせ、かつ、燃焼室全体の空燃比を１３〜１７の範
囲内に設定すれば（請求項８）、上述のように、分割噴
射が効果的に行なわれるとともに、この分割噴射で燃焼
安定性が高められることに応じ、比較的トルク要求の低
い低回転低負荷領域では点火時期が圧縮上死点以降まで
大きくリタードされ、これによりＨＣ、ＮＯｘの低減及
び排気温度上昇の効果が高められる。
【００２１】上記請求項７，８のように触媒未暖機状態
において低回転低負荷領域内で分割噴射を行なうととも
に点火時期を圧縮上死点以降までリタードさせる場合
に、無負荷領域では、燃焼が不安定になり易いことか
ら、点火時期を圧縮上死点より前に設定すること（請求
項９）により、燃焼安定性を確保すればよい。
【００２２】また、触媒未暖機状態にあるときに低回転
低負荷領域において、点火時期のＭＢＴからのリタード
量をエンジン負荷が高くなるにつれて大きくするように
してもよい（請求項１０）。つまり、比較的トルク要求
の低い低回転低負荷領域で高負荷側ほど燃焼安定性が高
められることから、それに見合うように点火時期リター
ド量を大きくすればよい。
【００２３】なお、触媒未暖機状態にあるときにも所定
負荷以上の高負荷領域では、エンジン負荷が高くなるに
つれて点火時期のＭＢＴからのリタード量を小さくする
こと（請求項１１）により、要求トルクを確保すること
が好ましい。
【００２４】また本発明において、触媒未暖機状態のと
きの分割噴射における早期噴射を吸気行程、後期噴射を
圧縮行程として、その後期噴射の開始時期を圧縮行程の
３／４の期間が経過するまでの期間に設定するととも
に、早期噴射量を後期噴射量以上とし、かつ、低回転低
負荷領域で点火時期を圧縮上死点以降までリタードさせ
る構成（請求項１２，請求項２７）とすると、分割噴射
と点火時期リタードとの相乗作用によるＨＣ、ＮＯｘの
低減及び触媒暖機促進の効果が高められる。
【００２５】請求項１３に係る発明の触媒暖機方法は、
排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備えるとともに、燃
焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室内
の混合気に対して点火を行なう点火装置とを備えた筒内
噴射式エンジンにおいて、上記触媒が活性温度より低い
未暖機状態にあるときに、上記インジェクタにより、吸
気行程の期間内の早期噴射と、圧縮行程の中期以降であ
って圧縮行程の３／４の期間が経過するまでの期間内の
後期噴射とからなる分割噴射を行なわせ、燃焼室全体の
空燃比を１３〜１７の範囲に設定するとともに、早期噴
射量を全噴射量の約１／５〜約４／５の範囲に設定し、
かつ、アイドル回転数領域及び無負荷領域を除く低回転
低負荷領域で上記点火装置による点火時期を圧縮上死点
以降までリタードさせるようにしたものである。
【００２６】この方法に使用する装置としての請求項２
８に係る触媒暖機装置は、排気通路に排気ガス浄化用の
触媒を備えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射する
インジェクタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行な
う点火装置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上
記触媒の温度状態を判別する温度状態判別手段と、エン
ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記イ
ンジェクタからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段
と、上記点火装置による点火時期を制御する点火時期制
御手段とを備え、上記燃料噴射制御手段は、上記温度状
態判別手段による判別に基づき、上記触媒が活性温度よ
り低い未暖機状態のときに、吸気行程の期間内の早期噴
射と、圧縮行程の中期以降であって圧縮行程の３／４の
期間が経過するまでの期間内の後期噴射とからなる分割
噴射を行なわせるように上記インジェクタを制御し、か
つ、燃焼室全体の空燃比を１３〜１７の範囲に設定する
とともに、早期噴射量を全噴射量の約１／５〜約４／５
の範囲に設定し、上記点火時期制御手段は、上記温度状
態判別手段による判別及び上記運転状態検出手段による
検出に基づき、上記触媒の未暖機状態において上記分割
噴射が行なわれているときに、低回転低負荷領域で点火
時期を圧縮上死点以降までリタードさせるようになって
いるものである。
【００２７】この発明によると、触媒未暖機時に、吸気
行程の早期噴射と、圧縮行程の後期噴射とからなる分割
噴射が行なわれるとともに、その後期噴射を圧縮行程の
中期以降であって圧縮行程の３／４の期間が経過するま
でとしたことと、燃焼室全体の空燃比を１３〜１７の範
囲に設定しつつ早期噴射量を全噴射量の約１／５〜約４
／５の範囲に設定したこととにより、ＨＣ、ＮＯｘの低
減及び触媒暖機促進の効果が得られるとともに燃焼安定
性が高められ、それに対応して低回転低負荷領域で点火
時期が大きくリタードされて、上記効果が相乗的に高め
られる。
【００２８】この発明において、触媒未暖機状態のとき
に、分割噴射における早期噴射量を後期噴射量以上と
し、かつ後期噴射量を全噴射量の１／５以上としておけ
ば（請求項１４）、燃焼安定性向上等に有利となる。
【００２９】請求項１５に係る発明の触媒暖機方法は、
排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備えるとともに、燃
焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室内
の混合気に対して点火を行なう点火装置とを備えた筒内
噴射式エンジンにおいて、上記触媒が活性温度以上の暖
機時には低回転低負荷領域で上記インジェクタから吸気
行程で燃料を噴射させて均一燃焼を行なわせ、一方、上
記触媒が活性温度より低い未暖機状態にあるときに、低
回転低負荷領域で、燃焼室内全体の空燃比を１３〜１７
の範囲内に設定するとともに、上記インジェクタによ
り、吸気行程の期間内に全噴射量の約１／５〜約４／５
の範囲内の燃料を噴射する早期噴射と圧縮行程の中期以
降に残りの燃料を噴射する後期噴射とからなる分割噴射
を行なわせて、上記早期噴射により燃焼室内に均一でリ
ーンな混合気を拡散させ、上記後期噴射により燃焼室内
の混合気に濃淡を生じさせて局所的に他の部分よりリッ
チな混合気を燃焼室内に散在させるようにし、かつ、上
記点火装置による点火時期を同一回転数、同一負荷にお
ける触媒暖機時と比べてリタードさせるようにしたもの
である。
【００３０】この方法に使用する装置としての請求項２
９に係る触媒暖機装置は、排気通路に排気ガス浄化用の
触媒を備えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射する
インジェクタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行な
う点火装置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上
記触媒の温度状態を判別する温度状態判別手段と、エン
ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記イ
ンジェクタからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段
と、上記点火装置による点火時期を制御する点火時期制
御手段とを備え、上記燃料噴射制御手段は、上記温度状
態判別手段による判別及び上記運転状態検出手段による
検出に基づき、上記触媒が活性温度以上の暖機状態のと
きに、低回転低負荷領域で上記インジェクタから吸気行
程で燃料を噴射させて均一燃焼を行なわせ、一方、上記
触媒が活性温度より低い未暖機状態のときに、低回転低
負荷領域で、燃焼室内全体の空燃比を１３〜１７の範囲
内に設定するとともに、上記インジェクタにより、吸気
行程の期間内に全噴射量の約１／５〜約４／５の範囲内
の燃料を噴射する早期噴射と圧縮行程の中期以降に残り
の燃料を噴射する後期噴射とからなる分割噴射を行なわ
せて、上記早期噴射により燃焼室内に均一でリーンな混
合気を拡散させ、上記後期噴射により燃焼室内の混合気
に濃淡を生じさせて局所的に他の部分よりリッチな混合
気を燃焼室内に散在させるようにし、上記点火時期制御
手段は、上記触媒の未暖機状態において上記分割噴射が
行なわれているときに、エンジンの点火時期を同一回転
数、同一負荷における触媒暖機時と比べてリタードさせ
るように点火装置を制御するようにしたものである。
【００３１】この発明によると、触媒未暖機のときに低
回転低負荷領域で、分割噴射が行なわれて、その早期噴
射により燃焼室内に均一でリーンな混合気が拡散し、後
期噴射により燃焼室内の混合気に濃淡が生じて局所的に
他の部分よりリッチな混合気が燃焼室内に散在する状態
が得られて、このような状態で燃焼が行なわれることに
よりＨＣ、ＮＯｘの低減及び触媒暖機促進の効果が得ら
れるとともに、燃焼安定性が高められることに対応して
点火時期がリタードされることで上記効果が相乗的に高
められる。そして、触媒暖機後は、低回転低負荷領域で
吸気行程噴射による均一燃焼が行なわれる。
【００３２】請求項１６に係る発明の触媒暖機方法は、
排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備えるとともに、燃
焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室内
の混合気に対して点火を行なう点火装置とを備えた筒内
噴射式エンジンにおいて、上記触媒が活性温度以上の暖
機時には低回転低負荷領域で上記インジェクタから圧縮
行程で燃料を噴射させて成層燃焼を行なわせ、一方、上
記触媒が活性温度より低い未暖機状態にあるときに、低
回転低負荷領域で、燃焼室内全体の空燃比を１３〜１７
の範囲内に設定するとともに、上記インジェクタによ
り、吸気行程の期間内に全噴射量の約１／５〜約４／５
の範囲内の燃料を噴射する早期噴射と圧縮行程の中期以
降に残りの燃料を噴射する後期噴射とからなる分割噴射
を行なわせて、上記早期噴射により燃焼室内に均一でリ
ーンな混合気を拡散させ、上記後期噴射により燃焼室内
に濃淡を有する混合気を生成するようにし、かつ、上記
点火装置による点火時期を同一回転数、同一負荷におけ
る触媒暖機時と比べてリタードさせるようにしたもので
ある。
【００３３】この方法に使用する装置としての請求項３
０に係る触媒暖機装置は、排気通路に排気ガス浄化用の
触媒を備えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射する
インジェクタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行な
う点火装置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上
記触媒の温度状態を判別する温度状態判別手段と、エン
ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記イ
ンジェクタからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段
と、上記点火装置による点火時期を制御する点火時期制
御手段とを備え、上記燃料噴射制御手段は、上記温度状
態判別手段による判別及び上記運転状態検出手段による
検出に基づき、上記触媒が活性温度以上の暖機状態のと
きに、低回転低負荷領域で上記インジェクタから圧縮行
程で燃料を噴射させて成層燃焼を行なわせ、一方、上記
触媒が活性温度より低い未暖機状態のときに、低回転低
負荷領域で、燃焼室内全体の空燃比を１３〜１７の範囲
内に設定するとともに、上記インジェクタにより、吸気
行程の期間内に全噴射量の約１／５〜約４／５の範囲内
の燃料を噴射する早期噴射と圧縮行程の中期以降に残り
の燃料を噴射する後期噴射とからなる分割噴射を行なわ
せて、上記早期噴射により燃焼室内に均一でリーンな混
合気を拡散させ、上記後期噴射により燃焼室内に濃淡を
有する混合気を生成するようにし、上記点火時期制御手
段は、上記触媒の未暖機状態において上記分割噴射が行
なわれているときに、エンジンの点火時期を同一回転
数、同一負荷における触媒暖機時と比べてリタードさせ
るように点火装置を制御するようにしたものである。
【００３４】この発明によると、触媒未暖機のときに低
回転低負荷領域で、分割噴射が行なわれて、その早期噴
射により燃焼室内に均一でリーンな混合気が拡散し、後
期噴射により燃焼室内の混合気濃度に濃淡が生じる状態
が得られて、このような状態で燃焼が行なわれることに
よりＨＣ、ＮＯｘの低減及び触媒暖機促進の効果が得ら
れるとともに、燃焼安定性が高められることに対応して
点火時期がリタードされることで上記効果が相乗的に高
められる。そして、触媒暖機後は、低回転低負荷領域で
圧縮行程噴射による成層燃焼が行なわれる。
【００３５】上記請求項１５または１６に係る発明にお
いて、触媒未暖機状態のときの分割噴射における後期噴
射は圧縮行程の上死点前１２０°から上死点前４５°ま
での期間内に開始させるようにし（請求項１７）、ま
た、触媒未暖機状態のときに低回転低負荷領域で点火時
期は圧縮上死点以降までリタードさせるようにすればよ
い（請求項１８）。このようにすることにより、ＨＣ、
ＮＯｘの低減及び触媒暖機促進の効果が高められる。
【００３６】上記各発明において、触媒未暖機状態のと
きに触媒暖機後よりもエンジンアイドル回転数を高くす
るように制御することが好ましい（請求項１９，請求項
３１）。このようにすれば、触媒未暖機状態のときに、
分割噴射が行なわれることに加えてエンジン回転数が高
められることで燃焼性が高められ、点火時期リタードの
許容度が高められることにより、ＨＣ、ＮＯｘの低減及
び触媒暖機促進の効果がさらに高められる。
【００３７】また、触媒未暖機状態のときに燃焼室内の
ガス流動を強化する手段を設けることが好ましい（請求
項２０，請求項３２）。このようにすれば、触媒未暖機
状態において分割噴射が行なわれているときに、ガス流
動強化により燃焼安定性が高められ、点火時期リタード
の許容度が高められることにより、ＨＣ、ＮＯｘの低減
及び触媒暖機促進の効果がさらに高められる。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
【００３９】図１は筒内噴射式エンジンの一例を示して
いる。この図において、１はエンジン本体であって、シ
リンダブロック２及びシリンダヘッド３等からなり、複
数のシリンダを備えており、その各シリンダにはピスト
ン４が嵌挿され、このピストン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。
【００４０】これらの構造を具体的に説明する。上記シ
リンダヘッド３の下面には燃焼室５の上面部を形成する
所定形状の凹部が設けられ、例えば図示のようなペント
ルーフ形状に燃焼室５の上面部が形成されており、この
燃焼室５の上面部に吸気ポート６及び排気ポート７が開
口している。この吸気ポート６及び排気ポート７は、図
面上は１個ずつ表れているが、好ましくは、２個ずつ、
紙面と直交する方向に並んで設けられる。そして、各吸
気ポート６及び各排気ポート７に吸気弁８及び排気弁９
がそれぞれ設けられており、これら吸気弁８及び排気弁
９は図外の動弁装置により駆動されて所定タイミングで
開閉するようになっている。
【００４１】燃焼室５のほほ中央部には点火プラグ１０
が配置され、点火ギャップが燃焼室５内に臨む状態で、
シリンダヘッド３に取付けられている。
【００４２】また、燃焼室５に直接燃料を噴射するイン
ジェクタ１１が、燃焼室５の周縁部に設けられている。
図１に示す実施例形態では、燃焼室５の吸気ポート６側
の側方部においてシリンダヘッド３にインジェクタ１１
が取り付けられ、インジェクタ１１の先端が燃焼室５内
に臨み、かつ、斜め下方に向けて燃料を噴射するように
なっている。
【００４３】なお、図示の実施形態において、燃焼室５
の下面側を構成するピストン４の頂面は、略平坦に形成
されている。従って、ピストン４が上死点に近い位置に
あるときに、上記インジェクタ１１からピストン４の頂
面に向けて燃料が噴射されても、後述の混合気トラップ
用キャビティを有するピストン（図６参照）のように混
合気をトラップして点火プラグまわりに集めるといった
機能は有しない。
【００４４】また、上記インジェクタ１１には高圧燃料
ポンプ１３が燃料供給通路１４を介して接続され、この
高圧燃料ポンプ１３と図外のリターン通路に配置された
高圧レギュレータとにより、インジェクタ１１に作用す
る燃圧が圧縮行程中期以降の噴射が可能な程度の高圧に
調整されるようになっている。
【００４５】上記エンジン本体１には吸気通路１５及び
排気通路１６が接続されている。上記吸気通路１５はサ
ージタンク１５ｂの下流側で気筒別に分岐し、かつ、そ
の気筒別通路１５ａには並列に２つの通路（図面では１
つの通路のみ示す）が形成されて、その下流端の２つの
吸気ポート７が燃焼室５に開口するとともに、一方の通
路に、ガス流動強化手段としてのスワール制御弁１７が
設けられている。そして、スワール制御弁１７が閉じら
れたときに、他方の通路から燃焼室５に導入される吸気
によって燃焼室５内にスワールが生成され、燃焼室５内
のガス流動が強化されるようになっている。
【００４６】なお、ガス流動強化手段としては、上記ス
ワール制御弁１７の替わりにタンブルを生成する弁を気
筒別通路に設けてもよく、また、圧縮上死点付近でピス
トン頂面とこれに対向する燃焼室上面部（シリンダヘッ
ド下面）との間にスキッシュが生成されるようにしてお
いてもよい。
【００４７】また、吸気通路１５の途中にはスロットル
弁１８が設けられ、吸入空気量の制御が可能なようにス
テップモータ等の電気的なアクチュエータ１９によって
上記スロットル弁１８が作動されるようになっている。
【００４８】なお、サージタンク１５ｂには、ＥＧＲバ
ルブ（図示せず）を介してＥＧＲ通路（図示せず）が接
続されており、少なくともエンジン暖機後にＥＧＲを導
入するようになっている。
【００４９】一方、排気通路１６には、Ｏ2 センサ２１
が設けられるとともに、排気浄化用の触媒を備えた触媒
装置２２が設けられている。上記Ｏ2 センサ２１は、排
気中の酸素濃度を検出することにより燃焼室内の混合気
の空燃比を検出するものであり、例えば理論空燃比で出
力が変化するセンサ（λＯ2 センサ）からなっている。
【００５０】上記触媒装置２２は、三元触媒により構成
してもよいが、後述のように暖機後に空燃比をリーンに
した状態で運転を行なう場合もあり得るので、理論空燃
比よりもリーンな空燃比でもＮＯｘを浄化する機能を有
するような触媒を用いることが望ましい。つまり、一般
に知られているように三元触媒によるとＨＣ、ＣＯ、Ｎ
Ｏｘの全てに対して高い浄化性能を有するのが理論空燃
比付近に限られるが、三元触媒の機能に加えて理論空燃
比よりもリーンな空燃比でもＮＯｘを浄化する機能を有
する触媒（リーンＮＯｘ触媒）があるので、これを用い
てリーン運転時のＮＯｘを低減することが好ましい。尤
も、このようなリーンＮＯｘ触媒であっても、浄化性能
が最も高められるのは理論空燃比付近である。
【００５１】上記排気通路１６における触媒装置２２の
位置としては、この触媒装置２２にリーンＮＯｘ触媒を
備えているため、排気マニホールド１６ａの直下流（排
気マニホールドに直結）とすると高速高負荷時に触媒温
度が過度に上昇し易くなることから、この位置よりもエ
ンジンから遠ざかるように、排気マニホールド１６ａに
接続されている排気管１６ｂの下流に触媒装置２２が連
結されている。なお、三元触媒であれば耐熱性能が高い
ため、排気マニホールドに直結しても良い。
【００５２】３０はエンジンの制御を行なうＥＣＵ（コ
ントロールユニット）であり、このＥＣＵ３０には、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及び上記Ｏ2 センサ２１等からの信号が入力され
ている。
【００５３】上記ＥＣＵ３０は、温度状態判別手段３
１、運転状態検出手段３２、燃料噴射制御手段３３、燃
料噴射量演算手段３４、点火時期制御手段３５及び回転
数制御手段３６を含んでいる。
【００５４】上記温度状態判別手段３１は、上記水温セ
ンサ２６からの水温検出信号によって触媒の温度状態を
推定して、触媒が活性温度より低い未暖機状態にあるか
否かを判定するもので、水温が第１設定温度未満であれ
ば触媒未暖機状態、第１設定温度以上であれば触媒暖機
状態と判定する。なお、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。
【００５５】上記運転状態検出手段３２は、クランク角
センサ２３からのクランク角信号等に基づいて求められ
るエンジン回転数と、アクセル開度あるいは吸入空気量
とエンジン回転数とから求められるエンジン負荷とを調
べることにより、運転状態を検出するようになってい
る。
【００５６】上記燃料噴射制御手段３３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
射の時期及び噴射量を制御するものであり、触媒未暖機
状態のときは、少なくともエンジンの低負荷域におい
て、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、圧縮程
中期以降の後期噴射と、これより前の早期噴射の少なく
とも２回の分割噴射を行なわせるようにインジェクタ１
１を制御する。
【００５７】なお、上記分割噴射は触媒未暖機時に全運
転領域で行なうようにしてもよく、また高負荷領域では
出力上の要求を満足すべく吸気行程のみで燃料噴射を行
なうようにしてもよい。
【００５８】好ましい噴射時期として、図２に示すよう
に、上記早期噴射は吸気行程で行なわれ、上記後期噴射
は圧縮行程で行なわれる。特に後期噴射は圧縮行程の中
期以降で、圧縮行程の３／４の期間が経過するまでに開
始することが好ましい。
【００５９】ここで、圧縮行程中期とは、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ＢＴＤＣ６
０°の期間を意味する。従って、圧縮行程の中期以降
で、圧縮行程の３／４の期間とは、ＢＴＤＣ（上死点
前）１２０°〜ＢＴＤＣ４５°の期間となる。後に詳述
するように、この期間よりも後期噴射の時期が遅すぎる
と燃焼安定性が損なわれ、早すぎるとＮＯｘ低減効果や
排気温度上昇効果が得られなくなるからである。
【００６０】このような触媒未暖機状態における分割噴
射時に、噴射量演算手段３４により空燃比が１３〜１７
の範囲内の設定空燃比となるように燃料噴射量が演算さ
れるとともに、上記燃料噴射制御手段３３により上記燃
料噴射量が所定の分割割合で分割されて早期噴射量及び
後期噴射量が制御される。
【００６１】この場合に、上記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焼割合が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、後にも説明するように後期噴射燃料が着火、
燃焼され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の燃料
と後期噴射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生成して、早期噴射燃料も後
期噴射燃料も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、それぞ
れの噴射量が設定される。
【００６２】要するに、早期噴射燃料だけでは燃焼しな
くとも、早期噴射燃料と後期噴射燃料の一部とが混じり
合った混合気が、後期噴射の燃焼による火炎の伝播によ
り燃焼する程度とされる。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、早期噴射の
みでの燃焼室内空燃比が７０以下となるように設定され
ている。そして、全噴射量に対する早期噴射量の割合が
１／５以上（後期噴射量の割合が４／５以下）とされ
る。
【００６３】また、全噴射量に対する後期噴射量の割合
が１／５以上（早期噴射量の割合が４／５以下）とされ
る。従って、早期噴射量の割合１／５〜４／５となる。
この範囲内でさらに望ましくは、早期噴射のみでの燃焼
室内空燃比が可燃限界空燃比（混合気がそれ自体で燃焼
し得る空燃比の限界；３０程度）以上となるように早期
噴射量が設定される。
【００６４】燃焼室全体の空燃比は上記範囲（１３〜１
７）の中でも理論空燃比もしくはこれより多少リーンに
設定することが望ましく、上記噴射量演算手段は、後に
詳述するようにオープン制御もしくはＯ2 センサの出力
に基づくフィードバック制御により燃焼室全体の空燃比
が設定空燃比となるように燃料噴射量を演算する。
【００６５】また、上記点火時期制御手段３４は、点火
装置３７に制御信号を出力して、点火時期をエンジンの
運転状態に応じて制御するものであり、基本的には点火
時期をＭＢＴに制御するが、触媒未暖機状態において上
記分割噴射が行なわれているときに、少なくとも低回転
低負荷領域で、点火時期をＭＢＴよりも所定量リタード
するようになっている。
【００６６】また、エンジン回転数制御手段３５は、触
媒未暖機時に触媒暖機後よりもエンジンのアイドル回転
数を高くするように、吸入空気量あるいは点火時期等を
制御する。
【００６７】なお、上記ＥＣＵ３０は、スロットル弁１
８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、触媒未暖機時や暖機後に高負荷領域等において理論
空燃比で運転するような場合はアクセル開度に応じてス
ロットル弁１８の開度を制御し、暖機後に低負荷領域等
において圧縮行程のみの燃料噴射により成層燃焼が行わ
れるような場合には、空燃比をリーンとすべくスロット
ル弁１８を開いて吸入空気量を増大させるように調整す
る。さらにＥＣＵ３０は、触媒未暖機時で上記分割噴射
が行なわれているとき等に燃焼室５内にスワールを生じ
させるべく、上記スワール制御弁１７を制御する。
【００６８】この筒内噴射式エンジンの制御の一例を、
図３のタイムチャートを参照しつつ説明する。
【００６９】図３において、ｔ1 はエンジンの始動完了
時点であり、この時点ｔ1までのエンジン始動中は、始
動トルクの確保等のため、空燃比が理論空燃比よりもリ
ッチとされるとともに、インジェクタ１１からの燃料噴
射が吸気行程噴射のみとされる。このようにしているの
は、エンジン始動時に圧縮行程噴射を行なうと気化、霧
化が悪くて点火プラグへの燃料のかぶりによる失火を招
き易いことから、気化、霧化の時間を稼ぐべく吸気行程
噴射を行なうことが好ましいためである。また、点火時
期はＭＢＴとされる。
【００７０】エンジンの始動完了時点ｔ1 以後で、か
つ、触媒が未暖機状態にあるときは、分割噴射が行わ
れ、つまり、インジェクタ１１からの燃料噴射が吸気行
程の早期噴射と圧縮行程中期以降の後期噴射とに分割さ
れて行われる。図３に示す例では早期噴射と後期噴射と
が同じ割合となっている。
【００７１】この分割噴射時に、燃焼室全体としての空
燃比は１３〜１７の範囲内に設定され、図３に示す例で
は、触媒未暖機時のうちでも特に触媒温度が低い始動直
後の所定時間（ｔ1〜ｔ3）は空燃比が理論空燃比よりも
リーンに設定され、かつ、Ｏ2 センサ２１が活性化する
まではオープン制御で吸入空気量に応じて燃料噴射量が
演算されるが、Ｏ2 センサ２１が活性化した時点ｔ2 か
らはリーン空燃比を目標としつつＯ2 センサ２１の出力
に基づくフィードバック制御で燃料噴射量が演算され
る。所定時間が経過した時点ｔ3からは理論空燃比（λ
＝１）を目標としてＯ2 センサ２１の出力に基づくフィ
ードバック制御が行われる。
【００７２】さらに、触媒未暖機状態のときに点火時期
がリタードされる。この場合、好ましくは、図４に示す
ような運転領域によって点火時期のリタード量が変えら
れる。具体的に説明すると、低回転低負荷領域Ａのうち
で、無負荷領域ＮＬを除く領域では、点火時期が上死点
以降にまでリタードされ、かつ、この領域内で負荷が高
くなるにつれてリタード量が大きくされる。そして、上
記領域Ａより高負荷の領域Ｂ（所定負荷以上の高負荷領
域）では、負荷の増大に伴って点火時期リタード量が小
さくされ、ＭＢＴに近づけられる。また、無負荷領域で
も、点火時期が上死点より前となるように点火時期リタ
ード量が小さくされる。なお、ＩＤはアイドル回転数領
域である。
【００７３】そして、触媒温度が上昇すると点火時期の
ＭＢＴ側への進角（リタード解除）、及び上記分割噴射
の解除が行われるが、トルクショック軽減のためにこれ
らの時期はずらされ、とくに点火時期リタードの方が上
記分割噴射よりも燃費的の不利である（後記図１０参
照）ので、触媒温度がある程度上昇した時点ｔ4で先ず
点火時期が進角され、その後、触媒が暖機した時点ｔ5
で分割噴射が解除される。あるいは、点火時期のＭＢＴ
側への進角と上記分割噴射の解除とが、触媒暖機時点ｔ
5で同時に行われるようにしてもよい。
【００７４】また、エンジン回転数はエンジン始動後に
エンジン水温等に応じて設定されたアイドル回転数に制
御され、この場合、従来では破線で示すようにエンジン
始動直後に速やかにエンジン水温に応じた通常のアイド
ル回転数まで低下されるが、当実施形態では、エンジン
始動直後の未暖機時に目標回転数の補正等によりエンジ
ン回転数がエンジン水温に応じた通常のアイドル回転数
より高くなるように制御され、徐々に通常のアイドル回
転数にまで低下される。このように始動直後にエンジン
回転数が高くされることで、燃焼安定性が高められて点
火時期のリタードの許容度が高められる。
【００７５】なお、図１に示すエンジンはピストン４を
フラットピストンとし、必ずしも混合気を成層させない
ようにしており（以下、このエンジンを非成層エンジン
と呼ぶ）、この非成層エンジンでは、触媒暖機後は吸気
行程で燃料が噴射されて均一燃焼が行なわれる。この場
合、全運転領域でλ＝１の均一燃焼を行なうようにして
も良いが、低回転低負荷領域ではリーン空燃比の均一燃
焼を行なうようにしても良い。
【００７６】ここで、当明細書においていうフラットピ
ストンとは、上記のような成層化のための混合気トラッ
プ用のキャビティ１２を有しないピストンを意味するも
のであって、図１，図５（ａ）にように頂部が完全に平
坦なピストンに限らず、図５（ｂ）（ｃ）に示すように
要求に応じた燃焼室形状を得るために頂面が凹状や凸状
に形成されているピストン４１，４３でも、その凹凸が
成層化のためのものでなければフラットピストンに含ま
れることとする。
【００７７】また、上記フラットピストンに換え、図６
に示すように、インジェクタ１１から噴射された燃料を
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４６を頂部に設けたピストン４５を用いることに
より、圧縮行程中期以降にインジェクタ１１から燃料噴
射を行なったときに点火プラグ１０付近に比較的リッチ
な混合気が偏在するような成層状態が得られるようにし
てもよい。このように成層状態が得られるようにしたエ
ンジン（以下、成層エンジンと呼ぶ）の場合には、触媒
暖機後は運転状態に応じて成層燃焼、均一燃焼等が行な
われるように噴射形態が制御される。例えば低回転低負
荷領域であれば成層燃焼を行うべく圧縮行程噴射とされ
るとともに空燃比がリーンとされ、高回転領域や高負荷
領域であれば均一燃焼を行うべく吸気行程噴射とされ
る。さらにまた、中負荷領域において成層燃焼領域と均
一燃焼領域との間では、必要に応じ、トルク急変の防止
のために吸気行程、圧縮行程の分割噴射が行なわれる場
合もある。
【００７８】上記タイムチャートに示す制御の中の燃料
制御において、ｔ2〜ｔ3の時間に行なわれるリーン状態
のフィードバック制御及びｔ3以降に行なわれるフィー
ドバック制御を図７及び図８によって説明する。
【００７９】上記Ｏ2 センサ２１の出力は、図７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２１の出力に基づくフィードバック
制御としては一般に、図８のように、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
２１の出力がリッチのときは比例係数がＰ値もしくはＩ
値だけ燃料噴射量減少方向に変えられ、また、Ｏ2 セン
サ２１の出力がリーンのときは比例係数がＰ値もしくは
Ｉ値だけ燃料噴射量増加方向に変えられるようになって
いる。また、Ｏ2 センサ２１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それぞれ、
フィードバック補正係数の反転にディレー時間ＴRL、Ｔ
LRが設定されている。
【００８０】このようなフィードバック制御において、
上記ｔ2〜ｔ3の時間に理論空燃比よりもリーン側の所定
空燃比に制御するときは、例えば上記ディレー時間ＴRL
を同ＴLRよりも大きくするように調整することにより、
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こととなる。上記Ｐ値やＩ
値をＯ2 センサ２１の出力がリッチのときとリーンのと
き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。
【００８１】そして、上記ｔ3以降のフィードバック制
御では、ディレー時間ＴRL，ＴLR等をリッチ側とリーン
側とで同等の状態とすることにより、空燃比を理論空燃
比とするような通常の制御が行なわれる。
【００８２】以上のような当実施形態の筒内噴射式エン
ジンによる作用を、次に説明する。
【００８３】エンジン始動後において触媒が未暖機状態
にあるときは、少なくとも低負荷領域で、燃焼室全体と
しては略理論空燃比もしくはこれより多少リーンな空燃
比となるように燃料噴射量が制御されつつ、吸気行程の
早期噴射と圧縮行程中期以降の後期噴射とに分割してイ
ンジェクタから燃料が噴射される。
【００８４】そして、早期噴射の燃料は、点火までに気
化、霧化及び拡散に充分な時間があるため燃焼室全体に
拡散して、延焼可能な程度のリーンな混合気層を形成す
る。また、後期噴射の燃料は、少なくとも点火プラグ１
０付近に比較的リッチな空燃比の混合気を存在させるよ
うにし、とくに図１に示すような成層エンジンでは後期
噴射の燃料が点火プラグまわりに多く集められて、理論
空燃比もしくはこれよりリッチな空燃比の混合気層を形
成するような成層状態が得られる。
【００８５】このような燃料供給状態とされることによ
り、混合気の着火、燃焼が良好に行なわれつつ、エンジ
ンから排出される排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘが低減さ
れて触媒未暖機時のエミッションが改善されるととも
に、排気温度が上昇し、触媒の暖機が促進される。この
ような効果を、図９〜図１７を参照しつつ具体的に説明
する。なお、図９〜図１７の中でいう分割噴射は、上記
実施形態のように早期噴射を吸気行程、後期噴射を圧縮
行程とした分割噴射をいう。
【００８６】図９は、分割噴射を行なった場合と、吸気
行程一括噴射とした場合（比較例）とにつき、点火後の
質量燃焼割合の変化を調べたデータであり、運転条件と
してはエンジン回転数を１５００ｒｐｍ、正味平均有効
圧力Ｐｅを２９４ｋＰａとし、点火時期をＴＤＣ（圧縮
上死点）までリタード（ＭＢＴはＢＴＤＣ１０°程度）
させている。
【００８７】この図に示すように、上記比較例の一括噴
射と比べて分割噴射の方が、質量燃焼割合の立上りが速
くなる一方、燃焼期間後期の燃焼が遅くなる。このよう
な現象が生じる理由としては、次のようなことが推測さ
れる。
【００８８】図１（あるいは図５）に示すようなフラッ
トピストンを用いた非成層エンジンについて説明する
と、上記分割噴射が行われた場合に、圧縮行程中期以降
の後期噴射は点火までの期間が短いため、成層化はしな
くても燃料が完全に均一には拡散せず、部分的に濃淡を
有する混合気を燃焼室内に生成し、つまり、図１０に示
すように、局所的に他の部分よりリッチな混合気ＭR が
燃焼室内に散在する状態となる。従って、点火プラグ近
くにも部分的にリッチな混合気が存在するため着火及び
燃焼は良好に行なわれる。そして、比較的リッチな混合
気とリーンな混合気とが散在するような状態となるの
で、火炎が広がる過程で火炎伝播速度が不均一になっ
て、火炎表面が凹凸状となり、これにより火炎面積が大
きくなって燃焼促進に寄与するため、燃焼前期における
燃焼が促進されるものと推測される。
【００８９】また、早期噴射の燃料は、後期噴射の燃料
の一部と混じり合いつつ均一でリーンな混合気を形成し
て、このリーンな混合気が延焼し、つまり、先に燃焼す
る比較的リッチな混合気からリーンな混合気へと火炎が
伝播し、リーンな混合気が緩慢燃焼する。従って、燃焼
後半に緩慢燃焼するものと推測される。
【００９０】なお、図６に示すようなキャビティ４６を
有するピストン４５を用いた成層エンジンでも、分割噴
射により燃焼後半に燃焼が緩慢になる傾向は同様であ
り、また成層度が比較的弱い場合は質量燃焼割合の立上
りが速くなる傾向も見られる。すなわち、成層エンジン
において上記分割噴射が行われると、後期噴射から点火
までの期間が短いので、後期噴射の燃料による混合気が
点火プラグまわりに偏在するとともに、その偏在した範
囲内でも濃淡が生じ、成層度が比較的弱い場合は点火プ
ラグまわりでも比較的リッチな混合気とリーンな混合気
とが存在するため、火炎が広がる過程で火炎伝播速度が
不均一になることにより火炎面積が大きくなり、燃焼前
期における燃焼が促進される。また、燃焼室周辺には早
期噴射によってリーンな混合気が形成されているので、
燃焼室後半に緩慢燃焼される。このようなことが成層エ
ンジンの場合には推測される。
【００９１】上記の図９に示すような分割噴射による燃
焼は、触媒未暖機中のＨＣ、ＮＯｘの低減、排気ガス温
度の上昇、及び点火時期リタード許容度の増大等の効果
をもたらす。
【００９２】すなわち、上記分割噴射の燃焼において燃
焼期間後半に燃焼が遅くまで持続することは、排気温度
を上昇させるとともに、ＨＣを燃焼し、低減する効果を
もたらす。さらに燃焼期間後半に燃焼が緩慢になること
は、ＮＯｘの低減につながる。
【００９３】また、質量燃焼割合の立上りが速くなるこ
とは、燃焼期間前半の燃焼が促進されて燃焼安定性が高
められることを意味し、このように燃焼安定性が高めら
れると、点火時期のリタード量を大きくすることが可能
となる。従って、分割噴射の場合は一括噴射と比べ、同
じリタード量であってもＨＣ、ＮＯｘが低減されるとと
もに排気温度が上昇されるが、これに加えて点火時期の
リタードが大きくされることにより、暖機促進及びＨ
Ｃ、ＮＯｘ低減の効果がより一層高められる。
【００９４】図１１は、分割噴射が火炎面積に及ぼす影
響として、吸気行程一括噴射と、分割噴射とにつき、点
火からのクランク角に応じた火炎面積の変化を調べたデ
ータを示しており、この図のように、分割噴射によると
一括噴射と比べ、火炎面積の増大が速い。つまり、燃焼
安定性が高められ、点火時期リタードの許容度が高めら
れることがわかる。
【００９５】図１２は吸気行程一括噴射で点火時期をＭ
ＢＴからリタード側に変化させた場合と、分割噴射で点
火時期はＭＢＴとしつつ、後期噴射時期を変化させた場
合とにつき、燃費率及び排ガス温度の変化を示してい
る。運転状態としてはエンジン回転数を１５００ｒｐ
ｍ、正味平均有効圧力Ｐｅを２９４ｋＰａとしている。
この図のように、吸気行程一括噴射の場合は点火時期を
リタードさせていくと排ガス温度が上昇するとともに燃
費が悪化し、また、分割噴射の場合は、後期噴射時期を
圧縮行程のＢＴＤＣ（上死点前）９０°程度から遅らせ
ていくにつれ、排ガス温度が上昇するとともに燃費が悪
化する。
【００９６】ただし、これらの場合を比較すると、同じ
排ガス温度（例えば一括噴射で点火時期がＭＢＴのとき
と比べて６０°Ｃ上昇）でも、分割噴射によると燃費率
が低くなる。換言すると、燃費の悪化を同程度にするな
らば、一括噴射で点火時期をリタードするよりも分割噴
射の方が排気温度が高められる。また。分割噴射を行な
った上でさらに点火時期をリタードさせれば、より大き
く排気温度を高めることができる。
【００９７】図１３はエンジン回転数が１５００ｒｐｍ
で無負荷状態という運転条件において、吸気行程一括噴
射で点火時期をリタードさせた比較例と、分割噴射で点
火時期のリタードも行なうようにした本発明の実施例と
につき、燃料消費量を同じにするように点火時期リター
ド量を調整した状態（比較例、実施例とも点火時期はＴ
ＤＣまでリタード）で、排ガス温度、燃焼室から排出さ
れる排気ガス中のＨＣ濃度、同ＮＯｘ濃度及び回転数変
動率ΔＲＰＭ（標準偏差）を調べたものである。この図
のように、同じ運転条件及び同じ燃料消費量でも、本発
明の実施例の方が比較例よりも排ガス温度が大幅に高め
られ、しかもＨＣ濃度及びＮＯｘ濃度が低減され、か
つ、回転数変動率ΔＲＰＭが小さくなる。
【００９８】これは、分割噴射によると、前述のよう
に、分割噴射により燃焼後期の燃焼が遅くなることで排
気温度が高められるとともにＨＣが低減されるととも
に、早期噴射によるリーンな混合気の燃焼が緩慢燃焼と
なること等でＮＯｘが低減され、また燃焼期間の前期に
おける燃焼が促進されて燃焼安定性が高められる等の理
由によるものと推測される。
【００９９】そして、このように分割噴射によると、一
括噴射に比べ、点火時期リタード量が同程度であっても
ＨＣ、ＮＯｘが低減されるとともに、排気温度が上昇し
て触媒暖機促進効果が得られるが、さらに、燃焼安定性
が高められる（回転数変動率ΔＲＰＭが小さくなる）分
だけ点火時期リタード量を大きくすることができ、これ
によってＨＣ、ＮＯｘの低減及び触媒暖機促進の効果が
より一層高められることとなる。
【０１００】図１４は吸気行程一括噴射とした場合と分
割噴射とした場合とにつき、筒内噴射式エンジンを搭載
した車両を運転しつつＨＣ浄化率、ＮＯｘ浄化率及び排
気温度を調べたものであり、この図のように、分割噴射
とした場合は、吸気行程一括噴射とした場合と比べて排
気ガス温度の上昇が早められることにより、ＨＣ浄化
率、ＮＯｘ浄化率がそれぞれ５０％に達する時期が大幅
に短縮（図中のｔａ，ｔｂだけ短縮）される。
【０１０１】図１５は、点火時期と図示平均有効圧力と
の関係について調べたデータを、吸気行程一括噴射とし
た場合と分割噴射とした場合とについて示すものであ
る。この図のように、点火時期がリタードされると図示
平均有効圧力（トルク）が低下するが、その低下度合
は、分割噴射の場合の方が吸気行程一括噴射の場合より
も小さくなる。
【０１０２】これらのデータから、本発明のように触媒
未暖機時に分割噴射を行なうとともに点火時期をリター
ドすることにより、一括噴射で点火時期をリタードする
場合と比べるとトルク低下や燃費の悪化を軽減し得るこ
とがわかる。
【０１０３】次に、後期噴射と早期噴射との比率及び後
期噴射のタイミングについての好ましい範囲を、図１６
及び図１７によって説明する。
【０１０４】図１６は後期噴射割合（全噴射量に対する
後期噴射量の割合）とＰｉ（図示平均有効圧力）変動
率、排ガス温度、燃費率、ＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量
との関係について調べたデータである。運転条件として
はエンジン回転数を１５００ｒｐｍ、正味平均有効圧力
Ｐｅを２９４ｋＰａ、エンジン冷却水温を４０°Ｃと
し、点火時期はＴＤＣ（圧縮上死点）までリタードさせ
ている。この図のように、後期噴射割合が２０％（１／
５）より小さいと排ガス温度上昇効果及びＨＣ，ＮＯｘ
低減効果が充分に得られず、後期噴射割合が２０％（１
／５）以上になれば、後期噴射割合が大きくなるにつ
れ、排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％を越えるとＰｉ変動率が許容度を越
えて燃焼安定性が損なわれる。
【０１０５】従って、排ガス温度上昇効果及びＨＣ，Ｎ
Ｏｘ低減効果が得られるようにしつつ燃焼安定性及びト
ルクを確保するには、後期噴射割合を２０％〜８０％
（１／５〜４／５）の範囲内とすることが好ましく、こ
のようにすると早期噴射の割合も４／５〜１／５の範囲
内となる。また、このような範囲内では、後期噴射割合
を多くするほど、つまり早期噴射の割合を少なくするほ
ど排ガス温度上昇効果及びＨＣ，ＮＯｘ低減効果が大き
くなるが、燃費率が高くなるとともに、Ｐｉ変動率が大
きくなることから点火時期リタードの許容度が小さくな
る。一方、早期噴射の割合を多くするほど、燃費率が低
くなるとともに、Ｐｉ変動率が小さくなって燃焼安定性
が高められることにより、点火時期リタードの許容度が
大きくなる。
【０１０６】そこで、上記範囲内で早期噴射量を後期噴
射量以上（後期噴射率を５０％以下）としておくことで
燃焼安定性を高めるようにしつつ、点火時期リタード量
を大きくし、例えば圧縮上死点以降まで点火時期をリタ
ードさせるようにすれば、分割噴射と点火時期リタード
の相乗作用で排ガス温度上昇効果及びＨＣ，ＮＯｘの低
減効果が高められることとなる。
【０１０７】なお、燃焼室への燃料供給量が少ないアイ
ドル時等のごく低負荷領域では、分割された噴射量に応
じた噴射パルス幅（インジェクタの開弁時間を決める噴
射パルスのパルス幅）が制御可能な最小パルス幅に近づ
くため、早期噴射量と後期噴射量とが異なると、少ない
方の噴射量に応じた噴射パルス幅が最小噴射パルス幅を
下回って燃料噴射量の制御が困難になる可能性がある。
そこでこのような場合には、後期噴射量を早期噴射量と
同等（後期噴射率が５０％）としておけばよい。
【０１０８】図１７は、後期噴射の開始時期とＰｉ変動
率及び排気ガス温度との関係を示しており、運転条件と
してはエンジン回転数を１５００ｒｐｍ、正味平均有効
圧力Ｐｅを２９４ｋＰａ、エンジン冷却水温を４０°Ｃ
とし、点火時期はＴＤＣ（圧縮上死点）までリタードさ
せている。この図のように、後期噴射の開始時期がＢＴ
ＤＣ１２０°より早ければ排ガス温度上昇効果は殆ど得
られず、ＢＴＤＣ１２０°以降になると、後期噴射の開
始時期が遅くなるにつれて排気ガス温度上昇効果が高め
られるが、Ｐｉ変動率が大きくなり、後期噴射の開始時
期がＢＴＤＣ６０°よりもさらに遅くなるとＰｉ変動率
が許容度を越えて燃焼安定性が損なわれる。
【０１０９】従って、点火時期をＴＤＣまでリタードさ
せた場合に、後期噴射の開始時期はＢＴＤＣ１２０°〜
ＢＴＤＣ６０°の範囲内とすれば、燃料の気化、霧化時
間も確保できることから、燃焼安定性を確保しつつ排気
ガス温度を上昇させる効果が得られる。なお、点火時期
をＴＤＣまでリタードさせなければ、燃焼安定性が高め
られることから、後期噴射の開始時期はＢＴＤＣ１２０
°〜ＢＴＤＣ４５°の範囲内とすることができる。
【０１１０】なお、燃料噴射量が少ないごく低負荷領域
では、燃料の気化、霧化の観点から、後期噴射の開始時
期をＢＴＤＣ４５°までの範囲としつつ、点火時期を充
分にリタードすることができる。
【０１１１】また、後期噴射の燃料噴射量を比較的少な
くすることによっても、燃焼安定性が高められることか
ら（図１６参照）、点火時期をＴＤＣ以降としつつ、後
期噴射の開始時期をＢＴＤＣ１２０°〜ＢＴＤＣ４５°
の範囲とすることができる。
【０１１２】以上のように、当実施形態の装置とこれを
用いた触媒暖機方法よると、触媒未暖機状態のときに、
吸気行程期間内の早期噴射と圧縮行程の中期以降（ＢＴ
ＤＣ１２０°以降）の後期噴射とからなる分割噴射が行
なわれ、その後期噴射より、例えば局所的に他の部分よ
りリッチな混合気が燃焼室内に分散されるというよう
に、部分的な空燃比の濃淡を有する混合気を燃焼室内に
生成される一方、早期噴射により、後期噴射の燃料の一
部と混じり合って後期噴射の燃焼により延焼可能（火炎
伝播可能）な程度のリーンな空燃比の混合気が燃焼室内
に生成される。これにより、着火及び燃焼期間前半の燃
焼が促進されて、燃焼安定性が高められる一方、燃焼期
間後半における上記のリーンな空燃比の混合気が緩慢燃
焼することにより、ＨＣ、ＮＯｘが低減されるととも
に、排気温度の上昇による触媒の暖機が促進され、か
つ、燃焼安定性が高められることで点火時期リタードの
許容度が高められ、その点火時期リタードによる相乗作
用でＨＣ、ＮＯｘの低減及び触媒暖機促進の効果がより
一層高められる。
【０１１３】この場合、図４中に示す低回転低負荷の領
域Ａ（ただしアイドル回転領域及び無負荷領域を除く）
は、比較的トルク要求が低い領域であるので、触媒未暖
機時にこの領域Ａでは上記点火時期が圧縮上死点以降ま
で大きくリタードされ、かつ、この領域内で高負荷側ほ
ど燃焼安定性が高くなるのに見合うように点火時期リタ
ード量が大きくされる。これによりＨＣ、ＮＯｘの低減
及び触媒暖機促進の効果が充分に高められる。
【０１１４】燃焼が不安定になり易い無負荷領域では、
上記点火時期が圧縮上死点より前となるようにリタード
量が小さくされ、点火時期リタードによって燃焼安定性
が損なわれることが避けられる。
【０１１５】また、高負荷側の領域Ｂでは、点火時期の
リタード量が小さくされて点火時期がＭＢＴに近づけら
れ、またはＭＢＴまで進角されることにより、高負荷側
の領域Ｂで要求されるトルクが確保される。なお、この
高負荷側の領域Ｂでは、インジェクタ１１からの燃料噴
射の制御は分割噴射を持続してもよいが、この領域Ｂの
うちでもとくに高負荷の領域では吸気行程一括噴射に変
更してもよい。
【０１１６】ところで、図１に示すような構造及び図３
のタイムチャートに示すような制御によると、さらに次
のような作用、効果が得られる。
【０１１７】図１中に示すスワール制御弁１７は、触媒
未暖機時に、少なくとも低負荷領域で閉じられることに
より燃焼室４内にスワールを生成し、燃焼室４内のガス
流動を強化する。このようなスワール制御弁１７等のガ
ス流動強化手段が設けられていると、触媒未暖機時にお
いて少なくとも低負荷領域で上記のような分割噴射が行
なわれるときに、燃焼室内のガス流動の強化により燃焼
安定性が高められる。従って、分割噴射時に暖機促進効
果を高めるべく後期噴射の開始時期を比較的遅くした場
合にもＰｉ変動率の増大を抑えて燃焼安定性を確保する
ことができ、また点火時期リタード量の許容度も高めら
れることにより、触媒の暖機がより一層促進される。
【０１１８】また、図３のタイムチャートに示す制御に
おいては、触媒未暖機状態の内でもとくに触媒温度が低
い所定期間（ｔ1〜ｔ3）は空燃比がリーンとされること
により、排気ガス中のＨＣ等が低減される。また、この
ように空燃比がリーンにされると余剰酸素が存在するこ
とから、分割噴射された燃料の燃焼を充分に行なわせる
ことができ、暖機促進にも有利となる。触媒未暖機状態
のうちでも触媒温度がある程度上昇して多少は活性化し
始めるような所定時点ｔ3以降は、空燃比が理論空燃比
（λ＝１）とされることにより、触媒の浄化作用でＨＣ
及びＮＯｘが低減されつつ、その触媒での反応によって
も触媒の暖機が促進される。
【０１１９】なお、空燃比の制御は上記の例に限らず、
触媒未暖機状態にある期間中、空燃比を理論空燃比より
リーン（ただし１７以下）としてもよく、また、始動直
後から空燃比を理論空燃比に制御するようにしてもよ
い。
【０１２０】触媒未暖機状態のときの分割噴射における
早期噴射の時期は吸気行程に限らず、吸気行程もしくは
それ以後であって後期噴射よりも前であればよく、例え
ば燃料噴射量が少ない低負荷時等には圧縮行程前期に噴
射するようにしてもよい。
【０１２１】
【発明の効果】以上のように本発明は、筒内噴射式エン
ジンにおいて、触媒が活性温度よりも低い未暖機状態に
あるときに、インジェクタにより、吸気行程から点火時
期にかけての期間内で、少なくとも２回の分割噴射を行
なわせて、その後期噴射により部分的な空燃比の濃淡を
有する混合気を燃焼室内に生成するとともに、早期噴射
により、後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能
な程度の均一でリーンな混合気を燃焼室内に生成するよ
うにし、かつ、点火時期をリタードさせるようにしてい
るため、上記分割噴射によりＨＣ、ＮＯｘが低減される
とともに排気温度が上昇し、さらに、燃焼安定性が高め
られ、それに見合うように点火時期をリタードさせるこ
とができる。従って、上記分割噴射と点火時期のリター
ドの相乗作用により、触媒未暖機中のＨＣ、ＮＯｘ低減
及び触媒暖機促進の効果を大幅に高めることができる。
【０１２２】とくに後期噴射を圧縮行程の中期以降で３
／４の期間が経過するまでに行なわせ、燃焼室全体の空
燃比を１３〜１７の範囲に設定し、早期噴射量を全噴射
量の１／５〜４／５の範囲内とすること等で燃焼安定性
を高めるようにしつつ、特定の低回転低負荷領域で点火
時期を圧縮上死点以降にまでリタードさせるようにすれ
ば、触媒未暖機中のＨＣ、ＮＯｘ低減及び触媒暖機促進
の効果をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジン
の全体概略図である。
【図２】分割噴射における早期噴射及び後期噴射の噴射
時期を示す図である。
【図３】制御の一例を示すタイムチャートである。
【図４】点火時期制御等のための運転領域の設定を示す
説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は筒内噴射式エンジンにおける
ピストンの変形例を示す図である。
【図６】成層エンジンのピストンを示す図である。
【図７】Ｏ2 センサの出力を示す図である。
【図８】空燃比のフィードバック制御を行なっていると
きの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を示す図である。
【図９】分割噴射を行なった場合と吸気行程で一括噴射
を行なった場合とにつき、質量燃料割合の変化を示す図
である。
【図１０】分割噴射による燃焼室内の混合気分散状態を
示す説明図である。
【図１１】分割噴射を行なった場合と一括噴射を行なっ
た場合とにつき、火炎面積の変化を示す図である。
【図１２】分割噴射を行なってその後期噴射の噴射時期
を種々変えた場合と、一括噴射を行ないつつ点火時期の
リタード量を種々変えた場合とにつき、排ガス温度及び
燃費率を示す図である。
【図１３】分割噴射を行なった場合と一括噴射を行なっ
た場合とにつき、排ガス温度（ａ）ＨＣ濃度（ｂ）、Ｎ
Ｏｘ濃度（ｃ）及びエンジン回転数変動度（ｄ）を示す
グラフである。
【図１４】車載のエンジンにおいてＨＣ浄化率、ＮＯｘ
浄化率、排ガス温度及び車速の時間的変化を示す図であ
る。
【図１５】分割噴射を行なった場合と一括噴射を行なっ
た場合とにつき、点火時期と図示平均有効圧力との関係
を示す図である。
【図１６】後期噴射割合を種々変えた場合につき、Ｐｉ
変動率等の変化を示す図である。
【図１７】後期噴射開始時期を種々変えた場合につき、
Ｐｉ変動率等の変化を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体 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 ３１ 温度状態判別手段 ３２ 運転状態検出手段 ３３ 燃料噴射制御手段 ３４ 噴射量演算手段 ３５ 点火時期制御手段 ３６ 回転数制御手段
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ａ 41/06 ３２５ 41/06 ３２５ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｇ ３０１Ｊ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｒ ３１４ ３１４Ｒ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｃ Ｂ Ｅ (72)発明者 河野 誠公 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 山下 洋幸 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 荒木 啓二 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G022 AA07 AA08 BA01 CA03 CA06 CA09 DA01 DA02 EA07 FA04 GA00 GA01 GA05 GA08 GA09 GA10 3G023 AA02 AA04 AA05 AA18 AB01 AC04 AC05 AD06 AF01 AG01 AG02 3G084 AA03 AA04 BA03 BA05 BA09 BA15 BA17 CA01 CA02 CA03 CA04 CA05 DA00 DA02 DA10 DA11 EA04 EA11 EB16 EC02 EC03 FA10 FA18 FA20 FA27 FA29 FA33 FA38 3G091 AA11 AA12 AA17 AA24 AB03 AB05 BA03 BA14 BA15 BA19 CA18 CB03 CB05 CB07 DA05 DA07 DB04 DB06 DB10 DC03 EA03 EA05 EA07 EA16 EA18 EA33 FA01 FA04 FA12 FA13 FA14 FB02 FB10 FB11 FB12 FC07 HA08 HA36 HB05 3G301 HA00 HA04 HA13 HA16 HA17 JA00 JA02 JA04 JA25 JA26 KA01 KA05 KA07 KA08 KA09 KA24 LA00 LA03 LA05 LB04 LC04 MA01 MA11 MA19 MA23 MA26 NA03 NA04 NA08 ND02 ND13 NE08 NE11 NE12 NE13 NE14 NE15 NE22 PA01Z PA17Z PC02Z PD03A PD12Z PE01A PE03Z PE08Z PE09A PF03Z

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備え
    るとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェク
    タと、燃焼室内の混合気に対して点火を行なう点火装置
    とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記触媒が活
    性温度より低い未暖機状態のときに、上記インジェクタ
    により、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、部
    分的な空燃比の濃淡を有する混合気を燃焼室内に生成す
    る後期噴射と、この後期噴射より前に燃料を噴射して、
    後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能な、理論
    空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室内に生成
    する早期噴射との少なくとも２回の分割噴射を行なわ
    せ、かつ、上記点火装置による点火時期をＭＢＴより所
    定量リタードさせることを特徴とする筒内噴射式エンジ
    ンの触媒暖機方法。
  2. 【請求項２】 触媒未暖機状態のときの分割噴射におけ
    る後期噴射を圧縮行程で行なわせ、早期噴射を吸気行程
    で行なわせることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射
    式エンジンの触媒暖機方法。
  3. 【請求項３】 触媒未暖機状態のときの分割噴射におけ
    る後期噴射を、圧縮行程の中期以降に行なわせるように
    したことを特徴とする請求項２記載の筒内噴射式エンジ
    ンの触媒暖機方法。
  4. 【請求項４】 触媒未暖機状態のときの分割噴射におけ
    る後期噴射を、圧縮行程の３／４の期間が経過するまで
    に開始させることを特徴とする請求項３記載の筒内噴射
    式エンジンの触媒暖機方法。
  5. 【請求項５】 触媒未暖機状態のときに燃焼室内全体の
    空燃比を１３〜１７の範囲内に設定し、かつ、分割噴射
    における早期噴射量を全噴射量の１／５以上で、かつ、
    理論空燃比よりもリーンな混合気を生成するように設定
    することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載
    の筒内噴射式エンジンの触媒暖機方法。
  6. 【請求項６】 触媒未暖機状態のときの分割噴射におけ
    る早期噴射量を、早期噴射のみでの燃焼室内空燃比が７
    ０以下となるように設定することを特徴とする請求項１
    乃至５のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの触媒暖
    機方法。
  7. 【請求項７】 触媒未暖機状態において分割噴射が行な
    われているときに、低回転低負荷領域で、点火時期を圧
    縮上死点以降までリタードさせることを特徴とする請求
    項１乃至６のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの触
    媒暖機方法。
  8. 【請求項８】 触媒未暖機状態のときに、低回転低負荷
    領域で、吸気行程から点火時期にかけての期間内で分割
    噴射を行なわせて、その後期噴射の開始時期を、圧縮行
    程の中期以降であって圧縮行程の３／４の期間が経過す
    るまでの期間に設定するとともに、この低回転低負荷領
    域のうちの少なくとも一部の領域で点火時期を圧縮上死
    点以降までリタードさせ、かつ、燃焼室全体の空燃比を
    １３〜１７の範囲内に設定することを特徴とする請求項
    １記載の筒内噴射式エンジンの触媒暖機方法。
  9. 【請求項９】 触媒未暖機状態のときに、無負荷領域で
    は点火時期を圧縮上死点より前に設定することを特徴と
    する請求項７または８記載の筒内噴射式エンジンの触媒
    暖機方法。
  10. 【請求項１０】 触媒未暖機状態にあるときに、低回転
    低負荷領域において、点火時期のＭＢＴからのリタード
    量をエンジン負荷が高くなるにつれて大きくすることを
    特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の筒内噴射
    式エンジンの触媒暖機方法。
  11. 【請求項１１】 触媒未暖機状態にあるときに、所定負
    荷以上の高負荷領域では、エンジン負荷が高くなるにつ
    れて点火時期のＭＢＴからのリタード量を小さくするこ
    とを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の筒
    内噴射式エンジンの触媒暖機方法。
  12. 【請求項１２】 触媒未暖機状態のときの分割噴射にお
    ける後期噴射の開始時期を、圧縮行程の３／４の期間が
    経過するまでの期間に設定するとともに、早期噴射量を
    後期噴射量以上とし、かつ、低回転低負荷領域で点火時
    期を圧縮上死点以降までリタードさせることを特徴とす
    る請求項２記載の筒内噴射式エンジンの触媒暖機方法。
  13. 【請求項１３】 排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備
    えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
    クタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行なう点火装
    置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記触媒が
    活性温度より低い未暖機状態にあるときに、上記インジ
    ェクタにより、吸気行程の期間内の早期噴射と、圧縮行
    程の中期以降であって圧縮行程の３／４の期間が経過す
    るまでの期間内の後期噴射とからなる分割噴射を行なわ
    せ、燃焼室全体の空燃比を１３〜１７の範囲に設定する
    とともに、早期噴射量を全噴射量の約１／５〜約４／５
    の範囲に設定し、かつ、アイドル回転数領域及び無負荷
    領域を除く低回転低負荷領域で上記点火装置による点火
    時期を圧縮上死点以降までリタードさせることを特徴と
    する筒内噴射式エンジンの触媒暖機方法。
  14. 【請求項１４】 触媒未暖機状態のときに、分割噴射に
    おける早期噴射量を後期噴射量以上とし、かつ後期噴射
    量を全噴射量の１／５以上としたことを特徴とする請求
    項１３記載の筒内噴射式エンジンの触媒暖機方法。
  15. 【請求項１５】 排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備
    えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
    クタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行なう点火装
    置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記触媒が
    活性温度以上の暖機時には低回転低負荷領域で上記イン
    ジェクタから吸気行程で燃料を噴射させて均一燃焼を行
    なわせ、一方、上記触媒が活性温度より低い未暖機状態
    にあるときに、低回転低負荷領域で、燃焼室内全体の空
    燃比を１３〜１７の範囲内に設定するとともに、上記イ
    ンジェクタにより、吸気行程の期間内に全噴射量の約１
    ／５〜約４／５の範囲内の燃料を噴射する早期噴射と圧
    縮行程の中期以降に残りの燃料を噴射する後期噴射とか
    らなる分割噴射を行なわせて、上記早期噴射により燃焼
    室内に均一でリーンな混合気を拡散させ、上記後期噴射
    により燃焼室内の混合気に濃淡を生じさせて局所的に他
    の部分よりリッチな混合気を燃焼室内に散在させるよう
    にし、かつ、上記点火装置による点火時期を同一回転
    数、同一負荷における触媒暖機時と比べてリタードさせ
    ることを特徴とする筒内噴射式エンジンの触媒暖機方
    法。
  16. 【請求項１６】 排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備
    えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
    クタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行なう点火装
    置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記触媒が
    活性温度以上の暖機時には低回転低負荷領域で上記イン
    ジェクタから圧縮行程で燃料を噴射させて成層燃焼を行
    なわせ、一方、上記触媒が活性温度より低い未暖機状態
    にあるときに、低回転低負荷領域で、燃焼室内全体の空
    燃比を１３〜１７の範囲内に設定するとともに、上記イ
    ンジェクタにより、吸気行程の期間内に全噴射量の約１
    ／５〜約４／５の範囲内の燃料を噴射する早期噴射と圧
    縮行程の中期以降に残りの燃料を噴射する後期噴射とか
    らなる分割噴射を行なわせて、上記早期噴射により燃焼
    室内に均一でリーンな混合気を拡散させ、上記後期噴射
    により燃焼室内に濃淡を有する混合気を生成するように
    し、かつ、上記点火装置による点火時期を同一回転数、
    同一負荷における触媒暖機時と比べてリタードさせるこ
    とを特徴とする筒内噴射式エンジンの触媒暖機方法。
  17. 【請求項１７】 触媒未暖機状態のときの分割噴射にお
    ける後期噴射を、圧縮行程の上死点前１２０°から上死
    点前４５°までの期間内に開始させることを特徴とする
    請求項１５または１６記載の筒内噴射式エンジンの触媒
    暖機方法。
  18. 【請求項１８】 触媒未暖機状態のときに低回転低負荷
    領域で、点火時期を圧縮上死点以降までリタードさせる
    ことを特徴とする請求項１７記載の筒内噴射式エンジン
    の触媒暖機方法。
  19. 【請求項１９】 触媒未暖機状態のときに触媒暖機後よ
    りもエンジンアイドル回転数を高くするように制御する
    ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の
    筒内噴射式エンジンの触媒暖機方法。
  20. 【請求項２０】 触媒未暖機状態のときに燃焼室内のガ
    ス流動を強化することを特徴とする請求項１乃至１９の
    いずれかに記載の筒内噴射式エンジンの触媒暖機方法。
  21. 【請求項２１】 排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備
    えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
    クタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行なう点火装
    置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記触媒の
    温度状態を判別する温度状態判別手段と、上記インジェ
    クタからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、上
    記点火装置による点火時期を制御する点火時期制御手段
    とを備え、上記燃料噴射制御手段は、上記温度状態判別
    手段による判別に基づき、上記触媒が活性温度より低い
    未暖機状態にあるときに、吸気行程から点火時期にかけ
    ての期間内で、部分的な空燃比の濃淡を有する混合気を
    燃焼室内に生成する後期噴射と、この後期噴射より前に
    燃料を噴射して、後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで
    延焼可能な、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気
    を燃焼室内に生成する早期噴射との少なくとも２回の分
    割噴射を行なわせるように上記インジェクタを制御し、
    上記点火時期制御手段は、上記触媒の未暖機状態におい
    て上記分割噴射が行なわれているときに、点火時期をＭ
    ＢＴより所定量リタードさせるように上記点火装置を制
    御することを特徴とする筒内噴射式エンジンの触媒暖機
    装置。
  22. 【請求項２２】 上記燃料噴射制御手段は、触媒未暖機
    状態のときの分割噴射における後期噴射を圧縮行程で行
    なわせ、早期噴射を吸気行程で行なわせるようになって
    いることを特徴とする請求項２１に記載の筒内噴射式エ
    ンジンの触媒暖機装置。
  23. 【請求項２３】 上記燃料噴射制御手段は、触媒未暖機
    状態のときの分割噴射における後期噴射を、圧縮行程の
    中期以降で、かつ、圧縮行程の３／４の期間が経過する
    までに開始させるようになっていることを特徴とする請
    求項２２に記載の筒内噴射式エンジンの触媒暖機装置。
  24. 【請求項２４】 エンジンのシリンダボアに嵌挿されて
    燃焼室の下面側を構成するピストンを、成層化のための
    混合気トラップ用のキャビティを有しないフラットピス
    トンとし、触媒未暖機状態のときの分割噴射における後
    期噴射により局所的に他の部分よりリッチな混合気が燃
    焼室内に散在する状態となるようにしたことを特徴とす
    る請求項２１乃至２３のいずれかに記載の筒内噴射式エ
    ンジンの触媒暖機方法。
  25. 【請求項２５】 触媒未暖機状態のときに燃焼室内全体
    の空燃比を１３〜１７の範囲内に設定し、かつ、分割噴
    射における早期噴射量を全噴射量の１／５以上で、か
    つ、理論空燃比よりもリーンな混合気を生成するように
    設定したことを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれ
    かに記載の筒内噴射式エンジンの触媒暖機方法。
  26. 【請求項２６】 上記点火時期制御手段は、触媒未暖機
    状態において上記分割噴射が行なわれているときに、低
    負荷低回転領域で、点火時期を圧縮上死点以降までリタ
    ードさせるようになっていることを特徴とする請求項２
    １〜２５に記載の筒内噴射式エンジンの触媒暖機装置。
  27. 【請求項２７】 上記燃料噴射制御手段は、触媒未暖機
    状態のときの分割噴射における後期噴射の開始時期を、
    圧縮行程の３／４の期間が経過するまでの期間に設定す
    るとともに、早期噴射量を後期噴射量以上とし、上記点
    火時期制御手段は、触媒未暖機状態において上記分割噴
    射が行なわれているときに、低回転低負荷領域で、点火
    時期を圧縮上死点以降までリタードさせるようになって
    いることを特徴とする請求項２２に記載の筒内噴射式エ
    ンジンの触媒暖機装置。
  28. 【請求項２８】 排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備
    えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
    クタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行なう点火装
    置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記触媒の
    温度状態を判別する温度状態判別手段と、エンジンの運
    転状態を検出する運転状態検出手段と、上記インジェク
    タからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、上記
    点火装置による点火時期を制御する点火時期制御手段と
    を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記温度状態判別手
    段による判別に基づき、上記触媒が活性温度より低い未
    暖機状態のときに、吸気行程の期間内の早期噴射と、圧
    縮行程の中期以降であって圧縮行程の３／４の期間が経
    過するまでの期間内の後期噴射とからなる分割噴射を行
    なわせるように上記インジェクタを制御し、かつ、燃焼
    室全体の空燃比を１３〜１７の範囲に設定するととも
    に、早期噴射量を全噴射量の約１／５〜約４／５の範囲
    に設定し、上記点火時期制御手段は、上記温度状態判別
    手段による判別及び上記運転状態検出手段による検出に
    基づき、上記触媒の未暖機状態において上記分割噴射が
    行なわれているときに、低回転低負荷領域で点火時期を
    圧縮上死点以降までリタードさせるようになっているこ
    とを特徴とする筒内噴射式エンジンの触媒暖機装置。
  29. 【請求項２９】 排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備
    えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
    クタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行なう点火装
    置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記触媒の
    温度状態を判別する温度状態判別手段と、エンジンの運
    転状態を検出する運転状態検出手段と、上記インジェク
    タからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、上記
    点火装置による点火時期を制御する点火時期制御手段と
    を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記温度状態判別手
    段による判別及び上記運転状態検出手段による検出に基
    づき、上記触媒が活性温度以上の暖機状態のときに、低
    回転低負荷領域で上記インジェクタから吸気行程で燃料
    を噴射させて均一燃焼を行なわせ、一方、上記触媒が活
    性温度より低い未暖機状態のときに、低回転低負荷領域
    で、燃焼室内全体の空燃比を１３〜１７の範囲内に設定
    するとともに、上記インジェクタにより、吸気行程の期
    間内に全噴射量の約１／５〜約４／５の範囲内の燃料を
    噴射する早期噴射と圧縮行程の中期以降に残りの燃料を
    噴射する後期噴射とからなる分割噴射を行なわせて、上
    記早期噴射により燃焼室内に均一でリーンな混合気を拡
    散させ、上記後期噴射により燃焼室内の混合気に濃淡を
    生じさせて局所的に他の部分よりリッチな混合気を燃焼
    室内に散在させるようにし、上記点火時期制御手段は、
    上記触媒の未暖機状態において上記分割噴射が行なわれ
    ているときに、エンジンの点火時期を同一回転数、同一
    負荷における触媒暖機時と比べてリタードさせるように
    点火装置を制御することを特徴とする筒内噴射式エンジ
    ンの触媒暖機装置。
  30. 【請求項３０】 排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備
    えるとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
    クタと、燃焼室内の混合気に対して点火を行なう点火装
    置とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記触媒の
    温度状態を判別する温度状態判別手段と、エンジンの運
    転状態を検出する運転状態検出手段と、上記インジェク
    タからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、上記
    点火装置による点火時期を制御する点火時期制御手段と
    を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記温度状態判別手
    段による判別及び上記運転状態検出手段による検出に基
    づき、上記触媒が活性温度以上の暖機状態のときに、低
    回転低負荷領域で上記インジェクタから圧縮行程で燃料
    を噴射させて成層燃焼を行なわせ、一方、上記触媒が活
    性温度より低い未暖機状態のときに、低回転低負荷領域
    で、燃焼室内全体の空燃比を１３〜１７の範囲内に設定
    するとともに、上記インジェクタにより、吸気行程の期
    間内に全噴射量の約１／５〜約４／５の範囲内の燃料を
    噴射する早期噴射と圧縮行程の中期以降に残りの燃料を
    噴射する後期噴射とからなる分割噴射を行なわせて、上
    記早期噴射により燃焼室内に均一でリーンな混合気を拡
    散させ、上記後期噴射により燃焼室内に濃淡を有する混
    合気を生成するようにし、上記点火時期制御手段は、上
    記触媒の未暖機状態において上記分割噴射が行なわれて
    いるときに、エンジンの点火時期を同一回転数、同一負
    荷における触媒暖機時と比べてリタードさせるように点
    火装置を制御することを特徴とする筒内噴射式エンジン
    の触媒暖機装置。
  31. 【請求項３１】 触媒未暖機状態のときに触媒暖機後よ
    りもエンジンアイドル回転数を高くするように制御する
    回転数制御手段を設けたことを特徴とする請求項２１乃
    至３０のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの触媒暖
    機装置。
  32. 【請求項３２】 触媒未暖機状態のときに、少なくとも
    低回転低負荷領域で燃焼室内のガス流動を強化するガス
    流動強化手段を設けたことを特徴とする請求項２１乃至
    ３１のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの触媒暖機
    装置。
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