JP2001182586A

JP2001182586A - 排気昇温装置

Info

Publication number: JP2001182586A
Application number: JP2000345619A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Kaneko; 勝典金子; Kazunari Kuwabara; 一成桑原; Toshio Shudo; 登志夫首藤; Hiromitsu Ando; 弘光安東
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2000-11-13
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2001-07-06
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: JP3743499B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料の消費量を極力少なく抑えながら効率よ
く確実に排気を昇温可能な排気昇温装置を提供する。【解決手段】排気昇温が要求されるエンジン運転時
に、点火プラグの周りにリッチ混合気を局所的に生成す
る量の燃料をエンジンの圧縮行程で噴射するよう燃料噴
射弁を制御する燃料噴射制御手段(S32)と、燃料噴射制
御手段の作動時に、圧縮行程で噴射された燃料が火花点
火により着火燃焼するとともに、該着火燃焼した燃料中
の不完全燃焼を起こした一部の燃料が筒内流動に伴い筒
内の余剰酸素と混合し燃焼するようにエンジン制御パラ
メータを制御するエンジン制御手段(S30,S34)とを備
え、上記燃料噴射制御手段(S32)は、燃焼室内の全体空
燃比が略理論空燃比或いは理論空燃比よりも若干リーン
な空燃比（１４〜１８程度）となるように燃料噴射弁を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射し火花点火して層状燃焼させる筒内噴射型内燃
エンジンのリーン燃焼運転継続時等に、排気を昇温させ
ることにより排気浄化装置を早期活性化する排気昇温装
置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】近年、車両に搭載される火花点火
式内燃エンジンにおいて、有害排出ガス成分の低減や燃
費の向上等を図るため、旧来の吸気管噴射型に代えて燃
焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射型のガソリンエンジ
ンが種々提案されている。筒内噴射型のガソリンエンジ
ンでは、例えば、燃料噴射弁からピストン頂部に設けた
キャビティ（窪み）内に燃料を噴射することで、点火時
点において点火プラグの周囲に理論空燃比に近い空燃比
の混合気を生成させている。これにより、全体に希薄な
空燃比でも着火が可能となり、ＣＯやＨＣの排出量が減
少するとともに、アイドル運転時や低負荷走行時の燃費
を大幅に向上させることができる。

【０００３】また、このようなガソリンエンジンでは、
エンジンの運転状態、つまりエンジン負荷に応じて圧縮
行程噴射モードと吸気行程噴射モードとを切り換えるよ
うにしている。このように制御モードを切り換えること
により、低負荷運転時には、圧縮行程噴射モードに設定
して主として圧縮行程中に燃料を噴射し、点火プラグの
周囲やキャビティ内に局所的に理論空燃比に近い混合気
を形成させ、全体として希薄な空燃比でも良好な層状燃
焼が可能なようにしている（この制御モードを圧縮リー
ンモードともいう）。

【０００４】一方、中高負荷運転時には、吸気行程噴射
モードに設定して主として吸気行程中に燃料を噴射し、
燃焼室内に均一な空燃比の混合気を形成させ、吸気管噴
射型のガソリンエンジンと同様に、多量の燃料を燃焼さ
せて加速時や高速走行時に要求される出力を確保するよ
うにしている。このような筒内噴射型内燃エンジンの冷
機始動時や外気温度が低い環境下での低負荷運転時等に
おいて、排気通路に配設した排気浄化装置（単に触媒と
もいう）が始動後なかなか活性化しなかったり、一旦活
性化した触媒が例えば上記圧縮リーンモード運転（燃料
噴射量に対し吸入空気量が多く、リーン燃焼のために排
気温度が低くなる場合がある）により冷やされて不活性
になり易いという問題がある。このような問題に対処す
るために、排気温度を昇温させて触媒を早期活性化を図
る手法が種々提案されている。

【０００５】例えば、膨張行程中に追加噴射した燃料を
付加デバイス（点火プラグ等）無しで確実に筒内で再燃
焼させる手法が、特開平８−１００６３８号公報に提案
されている。この提案は、通常の燃料噴射（主燃焼のた
めの燃焼噴射）の他に、膨張行程の初期から中期の間に
追加の燃料を噴射し、この追加燃料を主燃焼の火炎伝播
により着火燃焼させ、排気温度を昇温させようとするも
のである。この手法によると、再燃焼させる際に点火プ
ラグを再作動させることなく排気温度を通常よりも高く
でき、触媒を早期に活性化させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案の手法では、筒内で確実に再燃焼させるために、膨張
行程中の追加燃料の噴射時期を、主燃焼の火炎の伝播に
よって確実に着火できる膨張行程初期から中期の時期
（上記特開平８ー１００６３８号公報にはクランク角度
で１０°ATDC〜８０°ATDCと記載されている）に設定し
なければならない。このような膨張行程の早い時期に追
加燃料を噴射すると、追加燃料が再燃焼することで発生
した熱エネルギの一部が膨脹仕事に奪われてしまい、本
来の目的である排気昇温が良好に実施されないことにな
る。そして、このような場合、充分な排気温度上昇率を
得るために追加燃料を増加させることになり、余分な燃
料の増加に繋がり好ましいことではない。

【０００７】本発明は、上述した事情に基づきなされた
もので、その目的とするところは、燃料の消費量を極力
少なく抑えながら効率よく確実に排気を昇温可能な排気
昇温装置を提供することにある。

【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、請求項１の発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する
燃料噴射弁を備え、少なくとも圧縮行程時に該燃料噴射
弁より燃料噴射し火花点火して層状燃焼させる筒内噴射
型内燃エンジンの排気昇温装置において、排気昇温が要
求されるエンジン運転時に、点火プラグの周りにリッチ
混合気を局所的に生成する量の燃料を前記エンジンの圧
縮行程で噴射するよう前記燃料噴射弁を制御する燃料噴
射制御手段と、前記燃料噴射制御手段の作動時に、前記
圧縮行程で噴射された燃料が火花点火により着火燃焼す
るとともに、該着火燃焼した燃料中の不完全燃焼を起こ
した一部の燃料が筒内流動に伴い筒内の余剰酸素と混合
し燃焼するようにエンジン制御パラメータを制御するエ
ンジン制御手段とを備え、前記燃料噴射制御手段は、前
記燃焼室内の全体空燃比が略理論空燃比或いは理論空燃
比よりも若干リーンな空燃比となるように前記燃料噴射
弁を制御することを特徴としている。

【０００９】このように、燃料噴射制御手段により点火
プラグ周りの空燃比が局所的にリッチとされた状態で層
状燃焼が成立すると、ピストンの圧縮上死点近傍で点火
が実施されたときにおいて、局所的な空気量不足により
点火プラグ周りでは燃料が完全に燃焼せず、エンジン制
御手段のエンジン制御パラメータの制御により、その一
部が不完全燃焼を起こしてＨＣ、ＣＯ等の不完全燃焼物
が発生する。その後、膨張行程となりピストンが下降を
始めると、これらの不完全燃焼物は燃焼室内で周囲に拡
散することになる。このとき、不完全燃焼物は、燃焼後
の高温雰囲気中に存在して燃焼可能な程度の活性化エネ
ルギを有しているため、燃焼室内に点火プラグから離間
して存在する空気中のＯ₂（酸素）と好適に反応し再燃
焼することになる。しかしながら、この再燃焼は緩やか
なものであるため、膨張仕事に使用されることなく排気
温度を好適に上昇させることになり、故に触媒が速やか
に加熱され早期に活性化される。

【００１０】また、この際、燃焼室内の全体空燃比は略
理論空燃比或いは理論空燃比よりも若干リーンな空燃比
となるように制御されるので、燃費の悪化を防止しなが
ら、触媒が良好に加熱され確実に活性化される。また、
請求項２の発明では、前記燃料噴射制御手段は、前記点
火プラグの周りに局所的に生成するリッチ混合気の空燃
比が８〜１０程度となるように前記エンジンの圧縮行程
で噴射する燃料量を制御することを特徴としている。

【００１１】このように、点火プラグの周りに局所的に
生成するリッチ混合気の空燃比が８〜１０程度の適当な
ものとされると、必要十分な量の不完全燃焼が生成され
て再燃焼が良好なものとされ、排気温度が好適に上昇
し、触媒が良好に加熱され活性化される。また、請求項
３の発明では、前記燃料噴射制御手段は、前記燃焼室内
の全体空燃比が１４〜１８程度となるように前記エンジ
ンの圧縮行程で噴射する燃料量を制御することを特徴と
している。

【００１２】このように、燃焼室内の全体空燃比が１４
〜１８程度となるように制御されると、全体空燃比は略
理論空燃比或いは理論空燃比よりも若干リーンな空燃比
となり、燃費の悪化を防止しながら、排気温度が好適に
上昇し、触媒が良好に加熱され活性化される。また、請
求項４の発明では、前記燃料噴射制御手段と前記エンジ
ン制御手段は、排気昇温が要求されるエンジン運転を検
出した後、所定期間が経過するまで或いは前記エンジン
の排気通路に設けられた触媒が活性化温度に達するま
で、それぞれ前記点火プラグの周りにリッチ混合気を局
所的に生成する量の燃料を前記エンジンの圧縮行程で噴
射するよう前記燃料噴射弁を制御し続けるとともに前記
不完全燃焼を起こした一部の燃料が筒内流動に伴い筒内
の余剰酸素と混合し燃焼するようにエンジン制御パラメ
ータを制御し続けることを特徴としている。

【００１３】これにより、排気昇温が過不足なく十分な
期間に亘り実施され、不要な排気昇温による燃費の悪化
を防止しながら、触媒が良好に加熱され確実に活性化さ
れる。また、請求項５の発明では、前記燃料噴射制御手
段は、燃料の一部を吸気行程の初期から前記圧縮行程の
初期までの間に、前記圧縮行程の前記点火プラグの周り
にリッチ混合気を局所的に生成するための燃料噴射に先
行して噴射するよう前記燃料噴射弁を制御することを特
徴としている。

【００１４】このように圧縮行程時に燃料が噴射される
前の段階で予め燃料の一部が燃焼室内に供給されると、
予め供給された燃料によって形成される混合気は希薄で
あるため、主燃焼の火炎が伝播できずに未燃状態のまま
残留する。しかしながら、この希薄な混合気は圧縮や主
燃焼の熱を受け、所謂前炎反応を起こして活性な化学反
応種へと変化する。従って、燃焼室内にはＯ₂等と共に
燃焼直前状態の活性な化学反応種（例えば、ＣＨＯ、Ｈ
₂Ｏ₂、ＯＨ等）、即ち前炎反応生成物が多く存在するこ
とになる。そして、膨脹行程において不完全燃焼物が燃
焼室内で周囲に拡散したとき、当該不完全燃焼物が点火
プラグから離間して存在するＯ₂と反応し再燃焼が進む
のであるが、このとき上記前炎反応生成物が着火誘導剤
の役割を果たし、再燃焼がより一層良好に進むことにな
る。これにより、排気温度はさらに高いものとされ、故
に触媒がより早期に活性化される。

【００１５】また、請求項６の発明では、前記先行して
噴射すべき燃料の量は、前記エンジンの一気筒１サイク
ルあたりに噴射すべき燃料の総量の１０％〜４０％に設
定されることを特徴としている。これにより、先行して
噴射すべき燃料量は内燃エンジンの一気筒１サイクルあ
たりに噴射される燃料総量の１０％〜４０％の範囲内と
され、燃焼室内には、膨張仕事に寄与させない程度であ
って且つ好適に着火誘導剤としての役割を果たし排気を
昇温させることの可能な適正量の前炎反応生成物を存在
させることが可能とされる。

【００１６】また、請求項７の発明では、前記エンジン
制御手段は、前記燃料噴射制御手段による前記燃料噴射
弁の制御が行われているとき、エンジン制御パラメータ
としての燃料噴射時期を、排気昇温が要求されていない
エンジン運転時の圧縮行程の燃料噴射時期よりも遅延さ
せることを特徴としている。このように、エンジン制御
手段により圧縮行程時の燃料噴射時期が遅延され、且つ
燃料噴射制御手段により点火プラグ周りの空燃比が局所
的にリッチとされた状態で層状燃焼が成立すると、ピス
トンの圧縮上死点近傍で点火が実施されたときにおい
て、局所的な空気量不足と燃料噴射時期の遅延による霧
化時間不足により点火プラグ周りでは燃料の燃焼がより
不完全となり、ＨＣ、ＣＯ等の不完全燃焼物が多く発生
する。その後、膨張行程となりピストンが下降を始める
と、上記同様に、不完全燃焼物は再燃焼することにな
り、排気温度が好適に上昇して触媒が速やかに加熱され
早期に活性化される。

【００１７】また、請求項８の発明では、前記エンジン
制御手段は、前記燃料噴射制御手段による前記燃料噴射
弁の制御が行われているとき、エンジン制御パラメータ
としての点火時期を、排気昇温が要求されていないエン
ジン運転時の点火時期よりも遅延させることを特徴とし
ている。これにより、燃焼が緩慢となり、より効果的な
排気昇温が可能とされる。

【００１８】また、請求項９の発明では、燃焼室内に直
接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、少なくとも圧縮行
程時に該燃料噴射弁より燃料噴射し火花点火して層状燃
焼させる筒内噴射型内燃エンジンの排気昇温装置におい
て、排気昇温が要求されるエンジン運転時に、点火プラ
グの周りにリッチ混合気を局所的に生成する量の燃料を
前記エンジンの圧縮行程で噴射するよう前記燃料噴射弁
を制御する燃料噴射制御手段と、前記燃料噴射制御手段
の作動時に、前記圧縮行程で噴射された燃料が火花点火
により着火燃焼するとともに、該着火燃焼した燃料中の
不完全燃焼を起こした一部の燃料が筒内流動に伴い筒内
の余剰酸素と混合し燃焼するようにエンジン制御パラメ
ータを制御するエンジン制御手段とを備え、前記燃料噴
射制御手段と前記エンジン制御手段は、排気昇温が要求
されるエンジン運転を検出した後、前記点火プラグの周
りにリッチ混合気を局所的に生成するよう前記燃料噴射
弁を制御し且つ前記不完全燃焼を起こした一部の燃料が
筒内の余剰酸素と混合し燃焼するようエンジン制御パラ
メータを制御する排気昇温制御の実施期間が所定期間経
過したとき或いは前記エンジンの排気通路に設けられた
触媒が活性化温度に達したとき、該排気昇温制御を終了
するよう前記燃料噴射弁と前記エンジン制御パラメータ
をそれぞれ制御することを特徴としている。

【００１９】このように、燃料噴射制御手段により点火
プラグ周りの空燃比が局所的にリッチとされた状態で層
状燃焼が成立すると、ピストンの圧縮上死点近傍で点火
が実施されたときにおいて、局所的な空気量不足により
点火プラグ周りでは燃料が完全に燃焼せず、エンジン制
御手段のエンジン制御パラメータの制御により、その一
部が不完全燃焼を起こしてＨＣ、ＣＯ等の不完全燃焼物
が発生する。その後、膨張行程となりピストンが下降を
始めると、これらの不完全燃焼物は燃焼室内で周囲に拡
散することになる。このとき、不完全燃焼物は、燃焼後
の高温雰囲気中に存在して燃焼可能な程度の活性化エネ
ルギを有しているため、燃焼室内に点火プラグから離間
して存在する空気中のＯ₂（酸素）と好適に反応し再燃
焼することになる。しかしながら、この再燃焼は緩やか
なものであるため、膨張仕事に使用されることなく排気
温度を好適に上昇させることになり、故に触媒が速やか
に加熱され早期に活性化される。

【００２０】また、この際、点火プラグの周りにリッチ
混合気を局所的に生成するよう燃料噴射弁を制御し且つ
不完全燃焼を起こした一部の燃料が筒内の余剰酸素と混
合し燃焼するようエンジン制御パラメータを制御する排
気昇温制御は、排気昇温が要求されるエンジン運転を検
出した後、所定期間経過したとき或いはエンジンの排気
通路に設けられた触媒が活性化温度に達したときに終了
することになるので、排気昇温が過不足なく十分な期間
に亘り実施されることになり、不要な排気昇温による燃
費の悪化を防止しながら、触媒が良好に加熱され確実に
活性化される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態としての実施例を詳細に説明する。図１は、
車両に搭載された筒内噴射ガソリンエンジンの制御装置
を示す概略構成図であって、本発明に係る排気昇温装置
を示す図である。図１において、符号１は、火花点火式
で、且つ燃焼室内に燃料を直接噴射する自動車用筒内噴
射型直列４気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジン
という）であり、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程を１
サイクル中に備える内燃エンジン、即ち４サイクルエン
ジンである。そして、このエンジン１は、燃焼室１ａを
始め吸気装置やＥＧＲ装置１０等が筒内噴射専用に設計
されている。

【００２２】エンジン１のシリンダヘッドには、各気筒
毎に点火プラグ３５と共に電磁式の燃料噴射弁８も取り
付けられており、燃焼室１ａ内に直接燃料が噴射される
ようになっている。また、シリンダ内を摺動して往復動
するピストン１ｂの頂面には、上死点（ＴＤＣ）近傍で
燃料噴射弁８からの燃料噴霧が到達する位置に、半球状
の窪み、即ちキャビティ１ｃが形成されている。また、
このエンジン１の理論圧縮比は、吸気管噴射型のものに
比べ、高く（本実施例では、１２程度）設定されてい
る。動弁機構としてはＤＯＨＣ４弁式が採用されてお
り、シリンダヘッドの上部には、吸排気弁４，５をそれ
ぞれ駆動するべく、吸気側カムシャフトと排気側カムシ
ャフトとが回転自在に保持されている。

【００２３】シリンダヘッドには、両カムシャフトの間
を抜けるようにして、略直立方向に吸気ポート２ａが形
成されており、この吸気ポート２ａを通過した吸気流が
燃焼室１ａ内で所謂逆タンブル流を発生可能になってい
る。一方、排気ポート３ａについては、通常のエンジン
と同様に略水平方向に形成されているが、斜めに大径の
ＥＧＲポート（図示せず）が分岐している。

【００２４】図中、符号１９は冷却水温Ｔwを検出する
水温センサであり、符号２１は各気筒の所定のクランク
位置（本実施例では、５°BTDCおよび７５°BTDC）でク
ランク角信号ＳＧＴを出力するクランク角センサであ
り、符号３４は点火プラグ３５に高電圧を出力する点火
コイルである。なお、クランクシャフトの半分の回転数
で回転するカムシャフトには、気筒判別信号ＳＧＣを出
力する気筒判別センサ（図示せず）が配設されており、
このセンサからの信号によってクランク角信号ＳＧＴが
どの気筒のものかを判別する。

【００２５】図１に示したように、吸気ポート２ａに
は、サージタンク２ｂを有する吸気マニホールド２を介
して、エアクリーナ６ａ，スロットルボディ６ｂ，ステ
ッパモータ式のアイドルスピードコントロールバルブ
（アイドル調整弁）１６を備えた吸気管６が接続してい
る。さらに、吸気管６には、スロットルボディ６ｂを迂
回して吸気マニホールド２に吸入空気を導入する大径の
エアバイパスパイプ５０ａが併設されており、その管路
にはリニアソレノイド式で大型のエアバイパスバルブ
（ＡＢＶ、即ち空気量調整手段）５０が設けられてい
る。なお、エアバイパスパイプ５０ａは、吸気管６に準
ずる流路面積を有しており、ＡＢＶ５０の全開時にはエ
ンジン１の低中速域で要求される量の吸入気が流通可能
となっている。一方、アイドル調整弁１６は、ＡＢＶ５
０より小さい流路面積を有しており、吸入空気量を精度
よく調整する場合にはアイドル調整弁１６を使用する。

【００２６】スロットルボディ６ｂには、流路を開閉す
るバタフライ式のスロットル弁７と共に、スロットル開
度θthを検出することでアクセル開度情報を検出するス
ロットルセンサ１４と、全閉状態を検出するアイドルス
イッチ１５とが備えられている。また、エアクリーナ６
ａの内部には、吸気密度を求めるための吸気温センサ１
２、大気圧センサ１３が配設されており、大気圧Ｐa、
吸気温度Ｔaに対応する信号をそれぞれ出力する。さら
に、吸気管６の入口近傍には、カルマン渦式のエアフロ
ーセンサ１１が配設されており、一吸気行程当たりの体
積空気流量Ｑaに比例した渦発生信号を出力する。

【００２７】また、前述したＥＧＲポートは、大径のＥ
ＧＲパイプ１０ｂを介して、スロットル弁７の下流、且
つ、吸気マニホールド２の上流に接続されており、その
管路にはステッパモータ式のＥＧＲ弁１０ａが配設され
ている。一方、排気ポート３ａには、Ｏ₂センサ１７が
取付けられた排気マニホールド３が接続されており、さ
らに、排気浄化用触媒としての触媒コンバータ９や図示
しないマフラー等を備えた排気パイプ３ｂが接続されて
いる。Ｏ₂センサ１７は排ガス中の酸素濃度を検出して
検出信号を出力するものである。また、触媒コンバータ
９の下流側部分には、触媒若しくはその近傍の温度、つ
まり触媒温度Ｔccを検出する触媒温度センサ２６が取り
付けられている。

【００２８】即ち、燃焼室１ａから排気マニホールド３
に排出された排ガスは、触媒コンバータ９で排ガス中の
ＣＯ，ＨＣ，ＮＯxの３つの有害成分が浄化された後、
マフラで消音されて大気側へ放出されるようになってい
る。特に、本エンジン１は、空燃比を燃料希薄側（リー
ン側）にしながら節約運転を行なえるエンジンであり、
このリーン燃焼運転時には、通常の三元触媒だけでは排
ガス中のＮＯxを充分に浄化できないため、触媒コンバ
ータ９は、リーンＮＯx触媒９ａと三元触媒９ｂとを組
み合わせたものになっている。詳しくは、リーンＮＯx
触媒９ａの下流に、理論空燃比下で排出ガス中のＣＯ，
ＨＣ及びＮＯxを浄化可能な三元機能を有する三元触媒
９ｂを備えるようにしている。つまり、三元触媒９ｂを
リーンＮＯx触媒９ａの上流に配置してリーンＮＯx触媒
９ａでのＮＯx浄化を妨げることがないようにしなが
ら、リーンＮＯx触媒では充分に浄化できなかったＣＯ
やＨＣを確実に浄化するようにしている。なお、リーン
ＮＯx触媒が三元機能をも併せて有する場合にはリーン
ＮＯx触媒を１つだけ配置するようにしてもよい。

【００２９】車体後部には、図示しない燃料タンクが設
置されている。そして、燃料タンクに貯留された燃料
は、電動式の低圧燃料ポンプで吸い上げられ、低圧フィ
ードパイプを介して、エンジン１側に送給される。エン
ジン１側に送給された燃料は、シリンダヘッドに取り付
けられた高圧燃料ポンプ（これらは図示されない）によ
り、高圧フィードパイプとデリバリパイプとを介して、
各燃料噴射弁８に送給される。

【００３０】車室内には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２３が設置されており、このＥＣＵ２３は、図示しない
入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供
される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性ＲＡＭ
等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備
え、エンジン１の総合的な制御を行っている。ＥＣＵ２
３の入力側には、作動時にエンジン１の負荷となるエア
コン装置、パワーステアリング装置、自動変速装置等の
作動状況を検出するスイッチ類等がそれぞれ接続され、
各検出信号が供給される。なお、ＥＣＵ２３の入力側に
は、上述した各種のセンサ類やスイッチ類の他に、図示
しない多数のスイッチやセンサ類が入力側に接続されて
おり、出力側にも各種警告灯や多数の機器類等が接続さ
れている。

【００３１】ＥＣＵ２３は、上述した各種センサ類及び
スイッチ類からの入力信号に基づき、燃料噴射モードや
燃料噴射量を始めとして、燃料噴射終了時期、点火時期
やＥＧＲガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁８、点火
コイル３４、ＥＧＲ弁１０ａ等を駆動制御する。以下、
上記のように構成された筒内噴射ガソリンエンジンの制
御装置におけるエンジン１の通常制御、即ち、排気昇温
が要求されておらず、後述の排気昇温制御を行わない場
合の制御について簡単に説明する。

【００３２】冷機時のエンジン始動にあっては、ＥＣＵ
２３は、吸気行程噴射モードを選択し、比較的リッチな
空燃比となるように燃料を噴射する。このとき、ＥＣＵ
２３は、始動時にはＡＢＶ５０を閉鎖するため、燃焼室
１ａへの吸入空気はスロットル弁７の隙間やアイドル調
整弁１６から供給される。そして、始動後冷却水温ＴW
が所定値に上昇するまでは、ＥＣＵ２３は、始動時と同
様に吸気行程噴射モードを選択して燃料を噴射するとと
もに、ＡＢＶ５０も継続して閉鎖する。また、エアコン
等の補機類の負荷の増減に応じたアイドル回転数の制御
は、吸気管噴射型と同様にアイドル調整弁１６（必要に
応じてＡＢＶ５０も開弁される）によって行われる。さ
らに、所定サイクルが経過してＯ₂センサ１７が活性温
度に達すると、ＥＣＵ２３は、Ｏ₂センサ１７の出力電
圧に応じて空燃比フィードバック制御を開始し、有害排
出ガス成分を触媒コンバータ９により浄化させる。この
ように、冷機時においては、吸気管噴射型と略同様の燃
料噴射制御が行われる。

【００３３】エンジン１の暖機が終了すると、ＥＣＵ２
３は、スロットル開度θth等から得た目標平均有効圧
（目標負荷）Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとに基づき、図
２の燃料噴射制御マップからエンジン１の現在の燃料噴
射制御領域を検索し、燃料噴射モードと燃料噴射量とを
決定して燃料噴射弁８を駆動するとともにＡＢＶ５０や
ＥＧＲ弁４５の開弁制御等も行う。

【００３４】例えば、アイドル運転時等の低負荷・低回
転運転時には、運転領域は図２中斜線で示す圧縮行程噴
射リーン域となり、ＥＣＵ２３は、圧縮行程噴射モード
を選択するとともにＡＢＶ５０及びＥＧＲ弁１０ａを運
転状態に応じて開弁し、リーンな空燃比（ここでは、２
０〜４０程度）となるように燃料を噴射する。この場
合、吸気ポート２ａから流入した吸気流は燃焼室１ａ内
で逆タンブル流を形成するため、噴射された燃料噴霧は
拡散することなくピストン１ｂのキャビティ１ｃ内に略
保存される。その結果、点火時点において点火プラグ３
５の周囲には理論空燃比近傍の混合気が形成されること
になり、全体として極めてリーンな空燃比（例えば、全
体空燃比で５０程度）でも着火が可能となる。これによ
り、ＣＯやＨＣの排出が極く少量になるとともに、排ガ
スの還流によってＮＯxの排出量も低く抑えられる。さ
らに、ＡＢＶ５０及びＥＧＲ弁１０ａを開弁することに
よるポンピングロスの低減も相俟って燃費が大幅に向上
する。また、ここでは、負荷の増減に応じたアイドル回
転数の制御は燃料噴射量の増減によって行われるため、
制御応答性も非常に高くなる。

【００３５】また、低中速走行時には、その負荷状態や
エンジン回転速度Ｎeに応じて、運転領域は図２中の吸
気行程リーン域あるいはストイキオフィードバック域
（理論空燃比フィードバック制御域、以下Ｓ−Ｆ／Ｂ域
という）となるため、ＥＣＵ２３は、吸気行程噴射モー
ドを選択するとともに、所定の空燃比となるように燃料
を噴射する。

【００３６】即ち、吸気行程リーン域では、比較的リー
ンな空燃比（例えば、２０〜２３程度）となるようにＡ
ＢＶ５０の開弁量と燃料噴射量とを制御し、Ｓ−Ｆ／Ｂ
域では、ＡＢＶ５０とＥＧＲ弁１０ａとを開閉制御する
とともに（但し、ＥＧＲ弁１０ａの開閉制御はＳ−Ｆ／
Ｂ域の特定の領域のみで行われる）、Ｏ₂センサ１７の
出力電圧に応じて空燃比フィードバック制御を行う。

【００３７】また、急加速時や高速走行時には、運転領
域は図２中のオープンループ域となり、ＥＣＵ２３は、
吸気行程噴射モードを選択するとともにＡＢＶ５０を閉
鎖し、スロットル開度θthやエンジン回転速度Ｎe等に
応じて、比較的リッチな空燃比となるように燃料を噴射
する。さらに、中高速走行中の惰行運転時等には、運転
領域は図２中の燃料カット域となるため、ＥＣＵ２３
は、燃料噴射を完全に停止する。なお、燃料カットは、
エンジン回転速度Ｎeが復帰回転速度より低下した場合
や、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場合には即座
に中止される。

【００３８】次に、本発明に係る排気昇温装置の制御手
順について説明する。ここでは、実施例１及び実施例２
について説明する。なお、この排気昇温制御は、上述し
た通常制御の実施に拘わらず排気昇温の要求に応じて適
宜実施されるものである。先ず、実施例１について説明
する。図３を参照すると、ＥＣＵ２３が実行する排気昇
温制御のメインルーチンのフローチャートが示されてお
り、以下同図を参照して説明する。なお、当該ルーチン
は、上述した通常制御が実行されている間、クランク角
センサ２１からクランク角信号ＳＧＴが出力される毎に
繰り返し実行される。

【００３９】先ず、ステップＳ１０では、触媒温度Ｔc
c、冷却水温Ｔw、吸入空気流量Ｑa、スロットル開度θt
h、エンジン回転速度Ｎe、大気圧Ｐa、吸気温Ｔa等の各
種エンジン運転状態量を読み込む。次のステップＳ１２
及びステップＳ１８乃至ステップＳ２２は、排気昇温制
御の実施判別を行うステップであり、これらの各ステッ
プの全ての条件が成立することで排気昇温制御が開始さ
れる。

【００４０】ステップＳ１２では、運転領域が圧縮行程
噴射リーン域或いは吸気行程リーン域のようなリーン燃
焼運転域にあって且つスロットル開度θthの変化が小さ
く車両が定常走行状態にあり、層状燃焼または予混合リ
ーン燃焼が行われているか否かを判別する。つまり、運
転状態がリーン燃焼運転状態であるか否かを判別する。
判別結果が偽（Ｎｏ）で、運転領域がリーン燃焼運転域
ではなく、またスロットル開度θthの変化が大きく層状
燃焼或いは予混合リーン燃焼が行われていないと判定さ
れる場合、即ち予混合燃焼（理論空燃比近傍での運転）
である場合には、次にステップＳ１４に進み、上述の通
常制御、即ち各運転領域での通常の燃料噴射制御及び通
常の点火時期制御を実施する。

【００４１】そして、ステップＳ１６では、後述のタイ
マＴＭを値０にリセットする。上記ステップＳ１２の判
別結果が真（Ｙｅｓ）で、運転領域が圧縮行程噴射リー
ン域或いは吸気行程リーン域のようなリーン燃焼運転域
にあり、且つスロットル開度θthの変化が小さく車両が
定常走行状態にあって層状燃焼または予混合リーン燃焼
が行われていると判定される場合には、排気昇温制御が
必要な状況とみなし、次にステップＳ１８に進む。

【００４２】即ち、空燃比がリーン空燃比（例えば、２
０〜４０程度）であるようなときには、上述したように
燃焼による熱の発生が元来少なく、故にこのようなリー
ン燃焼運転状態であって、特に層状燃焼状態であるとき
には排気温度Ｔexは低いままに保持されることになり、
従って、このような場合にあっては、触媒コンバータ９
の触媒温度Ｔccが触媒機能を維持する活性下限温度Ｔ1
（例えば、４００℃）未満となる虞があると判定し、排
気昇温制御を実施すべく次にステップＳ１８に進むので
ある。

【００４３】ステップＳ１８では、スロットル開度θth
が一定で所定時間経過したか否を判別する。即ち、ここ
では、リーン燃焼運転状態であり且つスロットル開度θ
thが変化なく一定であって、触媒コンバータ９の触媒温
度Ｔccがより低下し易い状況であるか否かを判別する。
判別結果が偽の場合には、上記ステップＳ１４に進んで
上述の通常制御を実施する。

【００４４】一方、ステップＳ１８の判別結果が真で、
スロットル開度θthが一定のままに所定時間経過したと
判定された場合、例えば、運転領域が圧縮行程噴射リー
ン域にあってアイドル運転が所定時間継続されているよ
うな場合には、排気昇温制御が必要な状況とみなし、次
にステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、排気昇
温制御の開始と同時に経時を開始する後述のタイマＴＭ
の計時時間が所定時間ＴＭ1未満であるか否かを判別す
る。排気昇温制御が一旦実施され、当該ステップＳ２０
の判別結果が偽でタイマＴＭの計時時間が所定時間ＴＭ
1に達していると判定された場合には、上記ステップＳ
１４に進んでやはり上述の通常制御を実施する。

【００４５】一方、ステップＳ２０の判別結果が真で、
排気昇温制御が一旦実施された後それほど時間が経過し
ておらずタイマＴＭの計時時間が所定時間ＴＭ1未満で
ある場合、或いは上記ステップＳ１６の実行によりタイ
マＴＭが値０にリセットされている場合には、次にステ
ップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、触媒コンバー
タ９が活性状態にあるか否かを判別する。即ち、触媒コ
ンバータ９の触媒温度Ｔccが上記活性下限温度Ｔ1（例
えば、４００℃）以上であるか否かを判別する。判別結
果が真で触媒温度Ｔccが活性下限温度Ｔ1（例えば、４
００℃）以上である場合には、排気昇温制御を実施する
必要はなく、この場合には、上記ステップＳ１４に進ん
で上述の通常制御を実施する。

【００４６】一方、ステップＳ２２の判別結果が偽であ
る場合には、排気昇温制御が必要な条件が成立するの
で、次にステップＳ２４に進み、排気昇温制御を実施す
る。このとき、排気昇温制御が実施される前の運転状態
が圧縮行程噴射モード（層状燃焼）であれば、トルク段
差が生じないようにしながら燃料噴射量、燃料噴射時期
及び点火時期等を排気昇温制御用の設定に切換え、吸気
行程噴射モード（予混合リーン燃焼）の場合は、トルク
段差が生じないようにしながら燃料噴射量、燃料噴射時
期及び点火時期等を圧縮行程噴射モードに切換える。ま
た、通常は、ＡＢＶ５０等の開度は、排気昇温制御前の
通常制御時と排気昇温制御時とで略一定とし、特に開閉
制御は行わないものとする。

【００４７】ステップＳ２４の排気昇温制御では、図４
の排気昇温制御ルーチンが実行される。以下、図４に沿
って排気昇温制御について説明する。なお、排気昇温制
御では、燃料噴射は上記通常制御の圧縮行程噴射モード
の場合と同様に圧縮行程において実施される。ステップ
Ｓ３０では、燃料噴射時期（エンジン制御パラメータ）
が通常制御の場合に対してリタード（遅延）設定される
（エンジン制御手段）。つまり、ここでは、通常制御時
の圧縮行程噴射モードにおいて例えば５７°BTDCとされ
た燃料噴射時期を２０°BTDC〜ＴＤＣと大きくリタード
する。ここに、燃料噴射時期は、望ましくは１５°BTDC
〜５°BTDCとされるのがよい。

【００４８】また、ステップＳ３２において、燃料噴射
量がピストン１ｂのキャビティ１ｃ内において局所的に
リッチとなるように設定される（燃料噴射制御手段）。
即ち、上記圧縮行程噴射モードの場合にあってはキャビ
ティ１ｃ内の空燃比が局所的に理論空燃比近傍となるよ
うにされるのであるが、ここでは、キャビティ１ｃ内の
空燃比がリッチ（例えば、８〜１０程度）となるよう燃
料噴射量を設定する。また、このとき、全体空燃比は理
論空燃比或いは若干リーンな空燃比（例えば、１４〜１
８程度）とされる。

【００４９】さらに、次のステップＳ３４では、点火時
期（エンジン制御パラメータ）が上記燃料噴射時期と同
様に通常制御の場合に対してリタード（遅延）設定され
る（エンジン制御手段）。つまり、ここでは、通常制御
時の圧縮行程噴射モードにおいて例えば２０°BTDC〜２
５°BTDCとされた点火時期を上記燃料噴射時期に応じて
１５°BTDC〜５°ATDCと大きくリタードする。ここに、
点火時期は、望ましくは燃料噴射時期に応じて１０°BT
DC〜ＴＤＣとされるのがよい。

【００５０】そして、次のステップＳ３６において、上
記設定された燃料噴射時期、燃料噴射量に基づいて燃料
噴射を行い、ステップＳ３８において、上記設定された
点火時期の設定に基づいて点火を行う。ここで、図５を
参照すると、上記排気昇温制御を行った場合の燃焼室１
ａ内の様子が時系列的に（ａ）乃至（ｄ）に示されてお
り、以下、同図に基づき排気昇温制御の作用を説明す
る。

【００５１】先ず、図（ａ）に示されるように、圧縮行
程において、燃料が燃料噴射弁８によって通常よりも多
く、即ち局所空燃比がリッチ（例えば、８〜１０程度）
となるよう噴射される。このとき、燃料噴射時期は上述
したように２０°BTDC〜ＴＤＣとリタードされるため、
ピストン１ｂは通常のピストン位置（破線）よりも上昇
した位置とされている。

【００５２】そして、図（ｂ）に示されるように、１５
°BTDC〜５°ATDCにおいて点火が実施される。ところ
で、通常であれば、燃料噴射時期（５７°BTDC）と点火
時期（２０°BTDC〜２５°BTDC）とのクランク角差は３
２°〜３７°であり、点火が実施されるときには燃料噴
霧は点火プラグ３５に達しているのであるが、当該排気
昇温制御を行った場合には、燃料噴射時期（２０°BTDC
〜ＴＤＣ）と燃料噴射時期に応じた点火時期（１５°BT
DC〜５°ATDC）とのクランク角差は５°とされ、同図に
示すように、点火が実施される時点で燃料噴霧の先端が
ようやく点火プラグ３５に到達する程度にされている。
これは、即ち、点火プラグ３５周りの空燃比が完全にリ
ッチ状態とされたときに点火が行われても、空気量が少
ないことから燃料に良好に着火しない一方、このように
燃料噴霧の先端が点火プラグ３５に到達した時点で点火
を行うようにすると点火プラグ３５周りには充分に空気
があることから良好に着火し燃焼が開始されるためであ
る。

【００５３】このように燃焼が開始されると、燃料噴霧
の先端の燃焼火炎は、図（ｃ）に示すように、キャビテ
ィ１ｃ内の燃料噴霧とＯ₂との熱炎反応により火炎伝搬
し、燃焼ガスが膨張を開始する。しかしながら、この時
点では、キャビティ１ｃ内の空燃比は局所的にリッチ
（例えば、８〜１０程度）とされているため、燃焼に充
分なだけのＯ₂がなく、故に燃料噴霧の一部は、オーバ
リッチ状態となって不完全燃焼し、ＨＣ、ＣＯ等の不完
全燃焼物とされる。

【００５４】そして、燃焼ガスの膨張によりピストン１
ｂが押し下げられることになるが、このとき、上記不完
全燃焼により発生したＨＣ、ＣＯ等の不完全燃焼物は、
図（ｄ）に示すように、燃焼室１ａ内でキャビティ１ｃ
内から周囲に拡散することになる。ところで、この時点
では、キャビティ１ｃ内以外の燃焼室１ａ内には、吸気
行程で吸気した空気が存在しており、故に、上記不完全
燃焼物は、この空気中のＯ ₂と良好に反応して再燃焼が
実施される。この不完全燃焼物の再燃焼は、膨脹行程に
より燃焼室１ａ内の圧力が低下していくため、急激には
進展せず比較的緩慢なものとなり、故に膨張仕事には殆
ど寄与することはない。しかしながら、一方でその燃焼
は排気行程に移行するまで緩やかに継続されることにな
る。

【００５５】ここで、図６を参照すると、膨脹行程にお
けるＴＤＣ近傍からのクランク角変化と熱発生率との関
係がグラフで示されており、図中実線が上記排気昇温制
御を行った場合の熱発生率を、一点鎖線が圧縮行程噴射
モードで通常制御を行った場合の熱発生率を示してい
る。同図から明らかなように、排気昇温制御を行った場
合（実線）には、通常制御を行った場合（一点鎖線）に
比べて点火時の燃焼が緩慢である一方、膨張行程中は熱
発生率が高い状態に保持される。

【００５６】従って、排気温度Ｔexを温度Ｔ2（例え
ば、８００℃程度）まで良好に上昇させることができ、
触媒コンバータ９を速やかに加熱して早期に活性化させ
ることが可能となる。このようにして排気昇温制御が開
始されたら、図３のステップＳ２６において上記タイマ
ＴＭをセットし、排気昇温制御が実施されてからの経過
時間を計時する。

【００５７】そして、上記ステップＳ２０での判別結果
が偽、即ちタイマＴＭの計時時間が所定時間（所定期
間）ＴＭ1に達したと判定され、或いは、ステップＳ２
２の判別結果が真とされ触媒コンバータ９が活性状態
（活性化温度）になったと判定されると、排気昇温制御
は終了することになり、ステップＳ１６においてタイマ
ＴＭは値０にリセットされる。

【００５８】次に、実施例２について説明する。実施例
２では、排気昇温制御の部分だけが上記実施例１と異な
るため、ここでは排気昇温制御についてのみ説明する。
この実施例２では、排気昇温制御時において、圧縮行程
での燃料噴射（以下、主噴射という）の他に吸気行程で
も燃料の一部を先行して噴射（以下、吸気行程先行噴射
という）するようにしており、つまり、ここでは、上記
実施例１の１段噴射に対し吸気行程先行噴射と主噴射と
の２段噴射を実施するようにしている（燃料噴射制御手
段）。

【００５９】図７を参照すると、実施例２における排気
昇温制御ルーチンが示されており、以下、図７に沿って
説明する。ステップＳ４０及びステップＳ４２では、上
記実施例１の場合と同様にして、主噴射の燃料噴射時期
が通常制御の場合に対してリタード設定され、また主噴
射の燃料噴射量が、やはりピストン１ｂのキャビティ１
ｃ内において局所的にリッチ（例えば、８〜１０程度）
となるように設定される。

【００６０】次のステップＳ４４では、吸気行程先行噴
射の燃料噴射時期と燃料噴射量とが設定される。吸気行
程先行噴射の燃料噴射時期は、燃料噴射量が少なく燃料
が短時間で霧化するため圧縮行程の初期であってもよ
い。望ましくは、当該燃料噴射時期は、吸気行程の初期
に設定されるのがよく、ここでは、例えば３２０°BTDC
とされる。

【００６１】また、吸気行程先行噴射の燃料噴射量は、
１サイクル中における全燃料噴射量（噴射すべき燃料の
総量）の１０％〜４０％に設定される。ここで、図８を
参照すると、吸気行程先行噴射時の全燃料噴射量に対す
る燃料比率と排気温度Ｔexとの関係がグラフで示されて
おり、また、図９を参照すると、上記吸気行程先行噴射
時の燃料比率と排気ポート３ａからの未燃炭化水素ＴＨ
Ｃ（Total Hydrocarbon）の排出量との関係がグラフで
示されている。これらのグラフより、吸気行程先行噴射
の燃料噴射量が上記１０％〜４０％の範囲に設定される
と、排気温度Ｔexを上記実施例１の場合に達成される温
度Ｔ2（例えば、８００℃程度）よりも大きくしなが
ら、有害物質である未燃炭化水素ＴＨＣの大気中への排
出量を比較的小さく抑えることが可能であることがわか
る。従って、ここでは、吸気行程先行噴射の燃料噴射量
を全燃料噴射量の１０％〜４０％に設定するようにする
のである。

【００６２】また、同図を参照すると、燃料比率が２０
％近傍であるときにおいて、排気温度Ｔexが最大とさ
れ、未燃炭化水素ＴＨＣの排出量が最小に抑えられてい
る。従って、吸気行程先行噴射の燃料比率は、望ましく
は全燃料噴射量の２０％程度であるのがよい。次のステ
ップＳ４６では、上記実施例１の場合と同様にして、点
火時期が通常制御の場合に対してリタード設定される。

【００６３】そして、ステップＳ４８において、先ず吸
気行程先行噴射が実施される。ここで、図１０を参照す
ると、吸気行程において上記吸気行程先行噴射が実施さ
れた場合の吸気行程から圧縮行程初期にかけての燃焼室
１ａ内の様子が時系列的に（ｅ）乃至（ｇ）に示されて
おり、以下、同図に基づき吸気行程先行噴射による作用
を説明する。

【００６４】先ず、図（ｅ）に示されるように、吸気行
程の３２０°BTDCにおいて、上述したように全燃料噴射
量の１０％〜４０％の燃料が噴射される。そして、この
ように吸気行程先行噴射された燃料は、図（ｆ）に示す
ように、ピストン１ｂの下降に応じて吸気による慣性気
流（タンブル流）とともに燃焼室１ａ内で拡散される。
このとき、この吸気行程先行噴射された燃料は、ピスト
ン１ｂの上昇による圧縮や主燃焼からの熱を受け、燃焼
直前状態の連鎖反応を推し進めるのに有効な活性な化学
反応種（例えば、ＣＨＯ、Ｈ₂Ｏ₂、ＯＨ等）、即ち前炎
反応生成物を形成する。

【００６５】そして、この前炎反応生成物が燃焼室１ａ
内に充満した状態で、図（ｇ）に示すように、圧縮行程
に移行してピストン１ｂが上昇することになる。このよ
うにピストン１ｂが上昇すると、図７のステップＳ５０
において主燃料が噴射され、ステップＳ５２において点
火が行われることになるが、このときの燃焼室１ａ内の
様子は上記実施例１において図５（ｃ）に基づき説明し
た通りである。そして、図５（ｄ）に示すように、ピス
トン１ｂの下降に伴い、不完全燃焼物が燃焼室１ａ内で
キャビティ１ｃ内から周囲に拡散する。このとき、燃焼
室１ａ内には、上述したとおり、前炎反応生成物が浮遊
しているため、この前炎反応生成物が着火誘導剤の役割
を果たすことになり、実施例１の場合よりも不完全燃焼
物の燃焼が助けられて再燃焼が継続する。

【００６６】以上のようにして、当該実施例２では、吸
気行程先行噴射と主噴射の２段噴射がそれぞれ吸気行
程、圧縮行程で実施されるのであるが、以下、吸気行程
先行噴射を行ったことによる効果をより詳しく説明す
る。図１１を参照すると、先の図６と同様のグラフが示
されており、同図中には、実施例２の２段噴射での排気
昇温制御を行った場合の熱発生率が点線で示されてい
る。さらに同図には、併せて上記実施例１の排気昇温制
御を行った場合の熱発生率が実線で、圧縮行程噴射モー
ドで通常制御を行った場合の熱発生率が一点鎖線で示さ
れている。

【００６７】同図から明らかなように、２段噴射による
排気昇温制御を行った実施例２の場合（点線）には、実
施例１の場合（実線）に比べて熱発生率が膨張行程で全
体的に高くなっている。これは、即ち、不完全燃焼によ
り発生したＨＣ、ＣＯ等の不完全燃焼物が、燃焼室１ａ
内でキャビティ１ｃ内から周囲に拡散してＯ₂と反応し
再燃焼が実施されるのであるが（図５（ｄ）参照）、当
該実施例２の場合にあっては、燃焼室１ａ内に吸気行程
先行噴射による前炎反応生成物が存在しており、故にこ
の前炎反応生成物が上述したように着火誘導剤の役割を
果たすことになり、不完全燃焼物の再燃焼がＯ₂の存在
のみの場合よりも良好に促進されるためである。

【００６８】これにより、実施例１では温度Ｔ2（例え
ば、８００℃程度）まで上昇可能とされた排気温度Ｔex
をさらに上昇させることができる。つまり、図１２を参
照すると、通常制御、１段噴射（実施例１の場合）、２
段噴射（実施例２の場合）のそれぞれにおける排気温度
Ｔexを比較して示してあるが、同図から明らかなよう
に、通常制御時にあっては、排気温度Ｔexをせいぜい活
性下限温度Ｔ1（例えば、４００℃）程度にしかできな
いのに対し、実施例１の場合には温度Ｔ2（例えば、８
００℃程度）にでき、実施例２の場合にはさらに温度を
上げて温度Ｔ3（例えば、９００℃程度）と大きなもの
とすることができるのである。これにより、触媒コンバ
ータ９をより一層速やかに加熱してより早期に活性化さ
せることが可能となる。

【００６９】また、図１３を参照すると、通常制御、１
段噴射（実施例１の場合）、２段噴射（実施例２の場
合）のそれぞれにおける上記未燃炭化水素ＴＨＣの排出
量が参考までに示してあるが、同図に示すように、通常
制御の場合よりも実施例１における１段噴射の方が未燃
炭化水素ＴＨＣの排出量は抑えられており、実施例２の
ように２段噴射を行った場合には、さらに小さく抑えら
れている。これにより、上記排気昇温制御中、即ち触媒
コンバータ９が活性化されていない状態のときにおける
有害物質の大気中への放散が好適に防止されることにな
る。特に実施例２のように２段噴射を行った場合には、
有害物質の発散防止効果は大きいものとされる。

【００７０】以上、説明したように、本発明の排気昇温
装置では、筒内噴射ガソリンエンジンの制御装置におい
て、触媒コンバータ９の温度Ｔccが下がり触媒機能が低
下したときには、圧縮行程で燃料を多く噴射してピスト
ン１ｂのキャビティ１ｃ内にリッチ（例えば、８〜１０
程度）な空燃比の燃料噴霧を形成させ、このリッチ燃焼
により発生した不完全燃焼物（ＨＣ、ＣＯ等）を膨脹行
程でキャビティ１ｃ内以外の燃焼室１ａ内の空気中のＯ
₂と緩慢に反応させて排気温度Ｔexを通常制御時よりも
上昇させるようにしている。

【００７１】従って、従来のように膨張行程の早い時期
に追加燃料を噴射して燃焼させたときに発生したような
熱エネルギの膨張仕事への寄与を好適に防止しながら、
且つ燃費の悪化を防止しながら、触媒コンバータ９を良
好に加熱して確実に活性化させることができる。なお、
本実施例では、通常制御から排気昇温制御への変更の
際、ＡＢＶ５０、即ち空気量調節手段を特に変化させ
ず、吸入空気量を略一定の状態に保持して切換えること
を前提としているが、排気昇温制御開始時にＡＢＶ５０
の開度を開制御し、吸入空気量を積極的に増大させると
ともに燃料噴射量も増量して排気昇温効果をさらに得る
ようにしてもよい。この際、排気昇温制御移行時にトル
ク段差が生じないように燃料噴射時期や点火時期等のエ
ンジン制御パラメータを制御することはいうまでもな
い。また、本実施例では、ＡＢＶ５０を空気量調節手段
としているが、電気的にスロットル弁を制御する電子ス
ロットル弁を用いた場合には、この電子スロットル弁を
空気量調節手段とし、当該電子スロットル弁の開度を排
気昇温制御時に変化させるようにしてもよい。

【００７２】また、上記実施例では、タンブル流を利用
した筒内噴射ガソリンエンジンについて説明したが、ス
ワール流を利用した筒内噴射ガソリンエンジンにも適用
できる。即ち、エンジンは、少なくとも圧縮行程時に燃
料噴射弁より燃料を噴射した後火花点火して層状燃焼を
行わせることの可能なエンジンであればいかなるエンジ
ンであってもよい。

【００７３】

【発明の効果】以上、詳述したように、請求項１の排気
昇温装置によれば、排気昇温のための燃焼（再燃焼）を
膨張仕事で使用してしまうことなく排気温度を上昇させ
ることが可能となり、全体空燃比を略理論空燃比或いは
理論空燃比よりも若干リーンな空燃比として燃費の悪化
を防止しながら、触媒を速やかに加熱し早期に活性化さ
せることができる。

【００７４】また、請求項２の排気昇温装置によれば、
点火プラグの周りに局所的に生成するリッチ混合気の空
燃比を８〜１０程度の適当なものとすることで、必要十
分な量の不完全燃焼が生成されて再燃焼が良好なものと
され、排気温度を好適に上昇させて触媒を良好に加熱し
活性化させることができる。また、請求項３の排気昇温
装置によれば、燃焼室内の全体空燃比を１４〜１８程度
となるように制御することで、全体空燃比を略理論空燃
比或いは理論空燃比よりも若干リーンな空燃比として燃
費の悪化を防止しながら、排気温度を好適に上昇させて
触媒を良好に加熱し活性化させることができる。

【００７５】また、請求項４の排気昇温装置によれば、
排気昇温が過不足なく十分な期間に亘って実施されるこ
とになり、不要な排気昇温による燃費の悪化を防止しな
がら、触媒を良好に加熱し確実に活性化させることがで
きる。また、請求項５の排気昇温装置によれば、主燃焼
後、膨脹行程において不完全燃焼物がピストンの下降に
伴い燃焼室内で周囲に拡散したとき、先行して噴射され
た燃料が前炎反応生成物に変化し、この前炎反応生成物
が着火誘導剤として機能することで、不完全燃焼物をＯ
₂と極めて良好に反応させ再燃焼させることができ、排
気温度をさらに高いものにして触媒をより早期に活性化
させることができる。

【００７６】また、請求項６の排気昇温装置によれば、
先行噴射による燃料量を、膨張仕事に寄与しない程度で
あって且つ前炎反応生成物が着火誘導剤としての役割を
好適に果たし排気を昇温させることの可能な程度（内燃
エンジンの一気筒１サイクルあたりに噴射すべき燃料の
総量の１０％〜４０％の範囲）とすることで、排気昇温
をより効果的に実施し触媒をさらに早期に活性化させる
ことができる。

【００７７】また、請求項７の排気昇温装置によれば、
圧縮行程時の燃料噴射時期を遅延させることにより、良
好に排気温度を上昇させることが可能となり、触媒を速
やかに加熱させ早期に活性化させることができる。ま
た、請求項８排気昇温装置によれば、燃焼を緩慢にで
き、効果的に排気昇温を実施することができる。

【００７８】また、請求項９排気昇温装置によれば、排
気昇温のための燃焼（再燃焼）を膨張仕事で使用してし
まうことなく排気温度を上昇させることが可能となり、
また排気昇温が過不足なく十分な期間に亘って実施され
ることになり、不要な排気昇温による燃費の悪化を防止
しながら、触媒を速やかに加熱し早期且つ確実に活性化
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気昇温装置を含むエンジン制御装置
の概略構成図である。

【図２】通常運転時の燃料噴射制御マップを示す図であ
る。

【図３】実施例１の排気昇温装置の昇温制御のメインル
ーチンを示すフローチャートである。

【図４】実施例１の排気昇温制御ルーチンを示すフロー
チャートである。

【図５】実施例１の排気昇温制御を行った場合の燃焼室
内の様子を時系列的に示した図であって、実施例１の排
気昇温制御の作用を説明する図である。

【図６】実施例１の実施結果を示し、膨脹行程における
ＴＤＣ近傍からのクランク角変化と熱発生率との関係を
示すグラフである。

【図７】実施例２の排気昇温制御ルーチンを示すフロー
チャートである。

【図８】実施例２における吸気行程先行噴射時の全燃料
噴射量に対する燃料比率と排気温度Ｔexとの関係を示す
グラフである。

【図９】実施例２における吸気行程先行噴射時の燃料比
率と排気ポートからの未燃炭化水素ＴＨＣの排出量との
関係を示すグラフである。

【図１０】実施例２の吸気行程先行噴射を行った場合の
燃焼室内の様子を時系列的に示した図である。

【図１１】実施例２の実施結果を示し、膨脹行程におけ
るＴＤＣ近傍からのクランク角変化と熱発生率との関係
を示すグラフである。

【図１２】通常制御、実施例１の１段噴射、実施例２の
２段噴射のそれぞれにおける排気温度Ｔexを比較して示
した図である。

【図１３】通常制御、実施例１の１段噴射、実施例２の
２段噴射のそれぞれにおける未燃炭化水素ＴＨＣの排出
量を示した図である。

【符号の説明】

１筒内噴射型火花点火式内燃エンジン１ａ燃焼室１ｂピストン１ｃキャビティ８燃料噴射弁９触媒コンバータ９ａリーンＮＯx触媒９ｂ三元触媒２１クランク角センサ２３電子制御ユニット（ＥＣＵ）２６触媒温度センサ３５点火プラグ５０エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０２Ｂ 23/10 Ｆ０２Ｄ 41/34 ＨＦ０２Ｄ 41/34 43/00 ３０１Ｊ 43/00 ３０１３０１Ｂ３０１ＥＢ０１Ｄ 53/36 ＢＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (72)発明者首藤登志夫東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者安東弘光東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内

Claims

【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
弁を備え、少なくとも圧縮行程時に該燃料噴射弁より燃
料噴射し火花点火して層状燃焼させる筒内噴射型内燃エ
ンジンの排気昇温装置において、排気昇温が要求されるエンジン運転時に、点火プラグの
周りにリッチ混合気を局所的に生成する量の燃料を前記
エンジンの圧縮行程で噴射するよう前記燃料噴射弁を制
御する燃料噴射制御手段と、前記燃料噴射制御手段の作動時に、前記圧縮行程で噴射
された燃料が火花点火により着火燃焼するとともに、該
着火燃焼した燃料中の不完全燃焼を起こした一部の燃料
が筒内流動に伴い筒内の余剰酸素と混合し燃焼するよう
にエンジン制御パラメータを制御するエンジン制御手段
とを備え、前記燃料噴射制御手段は、前記燃焼室内の全体空燃比が
略理論空燃比或いは理論空燃比よりも若干リーンな空燃
比となるように前記燃料噴射弁を制御することを特徴と
する排気昇温装置。
【請求項２】前記燃料噴射制御手段は、前記点火プラ
グの周りに局所的に生成するリッチ混合気の空燃比が８
〜１０程度となるように前記エンジンの圧縮行程で噴射
する燃料量を制御することを特徴とする、請求項１記載
の排気昇温装置。
【請求項３】前記燃料噴射制御手段は、前記燃焼室内
の全体空燃比が１４〜１８程度となるように前記エンジ
ンの圧縮行程で噴射する燃料量を制御することを特徴と
する、請求項１記載の排気昇温装置。
【請求項４】前記燃料噴射制御手段と前記エンジン制
御手段は、排気昇温が要求されるエンジン運転を検出し
た後、所定期間が経過するまで或いは前記エンジンの排
気通路に設けられた触媒が活性化温度に達するまで、そ
れぞれ前記点火プラグの周りにリッチ混合気を局所的に
生成する量の燃料を前記エンジンの圧縮行程で噴射する
よう前記燃料噴射弁を制御し続けるとともに前記不完全
燃焼を起こした一部の燃料が筒内流動に伴い筒内の余剰
酸素と混合し燃焼するようにエンジン制御パラメータを
制御し続けることを特徴とする、請求項１記載の排気昇
温装置。
【請求項５】前記燃料噴射制御手段は、燃料の一部を
吸気行程の初期から前記圧縮行程の初期までの間に、前
記圧縮行程の前記点火プラグの周りにリッチ混合気を局
所的に生成するための燃料噴射に先行して噴射するよう
前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする、請求項１
記載の排気昇温装置。
【請求項６】前記先行して噴射すべき燃料の量は、前
記エンジンの一気筒１サイクルあたりに噴射すべき燃料
の総量の１０％〜４０％に設定されることを特徴とす
る、請求項５記載の排気昇温装置。
【請求項７】前記エンジン制御手段は、前記燃料噴射
制御手段による前記燃料噴射弁の制御が行われていると
き、エンジン制御パラメータとしての燃料噴射時期を、
排気昇温が要求されていないエンジン運転時の圧縮行程
の燃料噴射時期よりも遅延させることを特徴とする、請
求項１記載の排気昇温装置。
【請求項８】前記エンジン制御手段は、前記燃料噴射
制御手段による前記燃料噴射弁の制御が行われていると
き、エンジン制御パラメータとしての点火時期を、排気
昇温が要求されていないエンジン運転時の点火時期より
も遅延させることを特徴とする、請求項１記載の排気昇
温装置。
【請求項９】燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射
弁を備え、少なくとも圧縮行程時に該燃料噴射弁より燃
料噴射し火花点火して層状燃焼させる筒内噴射型内燃エ
ンジンの排気昇温装置において、排気昇温が要求されるエンジン運転時に、点火プラグの
周りにリッチ混合気を局所的に生成する量の燃料を前記
エンジンの圧縮行程で噴射するよう前記燃料噴射弁を制
御する燃料噴射制御手段と、前記燃料噴射制御手段の作動時に、前記圧縮行程で噴射
された燃料が火花点火により着火燃焼するとともに、該
着火燃焼した燃料中の不完全燃焼を起こした一部の燃料
が筒内流動に伴い筒内の余剰酸素と混合し燃焼するよう
にエンジン制御パラメータを制御するエンジン制御手段
とを備え、前記燃料噴射制御手段と前記エンジン制御手段は、排気
昇温が要求されるエンジン運転を検出した後、前記点火
プラグの周りにリッチ混合気を局所的に生成するよう前
記燃料噴射弁を制御し且つ前記不完全燃焼を起こした一
部の燃料が筒内の余剰酸素と混合し燃焼するようエンジ
ン制御パラメータを制御する排気昇温制御の実施期間が
所定期間経過したとき或いは前記エンジンの排気通路に
設けられた触媒が活性化温度に達したとき、該排気昇温
制御を終了するよう前記燃料噴射弁と前記エンジン制御
パラメータをそれぞれ制御することを特徴とする排気昇
温装置。