JP2001248481A - 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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JP2001248481A JP2000059000A JP2000059000A JP2001248481A JP 2001248481 A JP2001248481 A JP 2001248481A JP 2000059000 A JP2000059000 A JP 2000059000A JP 2000059000 A JP2000059000 A JP 2000059000A JP 2001248481 A JP2001248481 A JP 2001248481A
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雅之 黒木
Junichi Taga
淳一 田賀
Kazuya Yokota
和也 横田
Keiji Araki
啓二 荒木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ＨＣ浄化率が所定値まで上昇する触媒ライトオ
フまでの期間を短縮する際に、燃焼安定性を確保し、Ｈ
Ｃ排出量を低減し、燃費悪化を抑制する。 【解決手段】ステップＳ２５〜Ｓ４２において、未活性
触媒を早期に活性化させるために、触媒未暖機時におけ
るエンジン始動後からＨＣ浄化率が急速に上昇し始めた
直後のＨＣ浄化率約５０％の触媒ライトオフまでの期間
Ｔ１に、燃焼室内の空燃比をλ≒１とし、このライトオ
フに達するまでの期間Ｔ１を少なくとも分割噴射とし、
この期間Ｔ１以降の後期間に対してスワールを弱くす
る。そして、後期間においても分割噴射させつつ、スワ
ールを強くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式エンジ
ンの始動直後に排出されるＨＣを低減する筒内噴射式エ
ンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの冷間始動直後の触媒未活性時
に排出されるＨＣは、全体に占める排出割合が非常に高
い。この時期のＨＣ排出量を低減するために、従来は点
火タイミングを圧縮上死点以降までリタードさせて排気
ガス温度を上昇させ、三元触媒を早期に活性化させる方
法が採られてきた。
【０００３】しかしなら、上記方法には、以下の２つの
問題がある。
【０００４】大幅な点火リタードにより燃費が悪化す
ると共に、冷間時なので燃焼安定性が悪化する。
【０００５】触媒が部分的に活性し始め、ＨＣ浄化率
が急速に上昇し始める状態（以下、部分ライトオフと呼
ぶ）までの期間は短縮されるものの、この間にエンジン
から出るＨＣ（ＲａｗＨＣ）は未浄化のままで外部に排
出されてしまい、この部分ライトオフまでの期間にエン
ジンから出るＲａｗＨＣを低減する手法が必要である。
【０００６】また、触媒未活性時に吸気行程と圧縮行程
の２回に分けて燃料を噴射し、点火プラグ周りを理論空
燃比よりリッチ、その周辺をリーンな混合気になるよう
に成層化して触媒の暖機を促進すると共に、燃焼安定性
を確保するものが提案されている。詳しくは、空燃比を
λ≒１、吸気行程噴射量を圧縮行程噴射量以上、点火タ
イミングのリタード、スワール生成を実施する点が記載
されている（特開平１０−２１２９８７号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように触媒未暖機時にスワールを強めると、スワールは
燃焼速度を上げる作用があり、点火タイミングリタード
時の燃焼安定性確保には効力を発揮するものの、逆に後
燃え作用が低下し、上記部分ライトオフまでの期間にお
けるＲａｗＨＣ低減効果が不足するという問題がある。
【０００８】本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、そ
の目的は、触媒未暖機状態において、少なくともＨＣ浄
化率が上昇し始める所定ＨＣ浄化率のライトオフまでの
到達期間を短縮すると同時に、この所定ＨＣ浄化率のラ
イトオフ以前にエンジンから出るＲａｗＨＣを低減し、
かつ燃費悪化を最小限に抑制できる筒内噴射式エンジン
の制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明の筒内噴射式エンジンの制
御装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
と、排気通路に配設された排気ガス浄化触媒とを備え、
触媒未暖機時において、吸気行程から点火時期にかけて
の期間内に、圧縮行程中期以降に噴射開始の後期噴射
と、該後期噴射より早い早期噴射との少なくとも２つに
分割して燃料を噴射する筒内噴射式エンジンの制御装置
において、前記燃焼室内の吸気流動強さを強制的に変化
させる可変手段を備え、前記触媒未暖機時において、前
記燃焼室内の空燃比をλ≒１とし、触媒未暖機時におい
てエンジン始動後から触媒温度上昇途上の触媒が部分活
性するまでの前期間を少なくとも分割して燃料を噴射さ
せつつ、前記吸気流動強さを前期間以降の該触媒温度上
昇途上の後期間に対して弱くなるように前記可変手段を
動作させる。
【００１０】また、好ましくは、前記可変手段は、前記
後期間においても分割して燃料を噴射させつつ、前記吸
気流動強さを強くする。
【００１１】また、好ましくは、前記前期間は、触媒の
活性状態が、該触媒自身が有する最大ＨＣ浄化率の略半
分のＨＣ浄化率に到達するまでの期間である。
【００１２】また、好ましくは、前記可変手段は、エン
ジンが低回転領域での触媒未暖機時に動作させる。
【００１３】また、好ましくは、前記吸気流動強さが弱
い前期間は、吸気流動強さが強い後期間に対して後期噴
射タイミングを遅らせる。
【００１４】また、好ましくは、前記前期間において２
分割で燃料を噴射する場合、早期噴射での燃料噴射量を
後期噴射での燃料噴射量より少なくする。
【００１５】また、好ましくは、前記早期噴射での燃料
噴射量は、総噴射量の１／４以上に設定される。
【００１６】また、好ましくは、吸気行程と圧縮行程と
の２分割で燃料を噴射する。
【００１７】また、好ましくは、前記前期間での気筒内
の空燃比をλ≒１の範囲で前記後期間に比べてリーンに
設定する。
【００１８】また、好ましくは、前記前期間での気筒内
の空燃比を、酸素フィードバック開始までは空燃比をλ
＝１近傍のλ＝１よりリーンに設定し、酸素フィードバ
ック開始以降は空燃比をλ＝１に設定する。
【００１９】また、好ましくは、前期間での酸素フィー
ドバック時におけるフィードバック基準値を、後期間で
の酸素フィードバック時におけるフィードバック基準値
よりリーン側に設定する。
【００２０】また、好ましくは、触媒未暖機時は、触媒
暖機後の同一負荷及び同一回転数に対して点火タイミン
グをリタードさせる。
【００２１】また、好ましくは、点火プラグ周りの局所
空燃比が後期噴射によって気筒内全体の平均空燃比より
リッチとなるように気筒内にスワールを生成させ、前記
可変手段は、気筒内のスワール流旋回角速度／エンジン
回転角速度で表されるスワール比を変化させる。
【００２２】また、好ましくは、点火プラグが気筒上端
部の中央部に、燃料噴射弁が気筒上端部の周辺部に配置
され、ピストン頂部の燃料噴射弁寄りに成層用キャビテ
ィを設けた。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、触媒未暖機時において、燃焼室内の空燃比をλ≒１
とし、触媒未暖機時においてエンジン始動後から触媒温
度上昇途上の触媒が部分活性するまでの前期間を少なく
とも分割して燃料を噴射させつつ、吸気流動強さを前期
間以降の触媒温度上昇途上の後期間に対して弱くなるよ
うに可変手段を動作させることにより、燃焼を緩慢にさ
せて後燃えを促進し、少なくとも触媒のＨＣ浄化率が急
速に上昇し始める所定のライトオフ状態までの期間を短
縮し、同時に燃費悪化を抑制しつつ、この所定のライト
オフ状態までのエンジンから出るＲａｗＨＣを低減でき
る。
【００２４】請求項２の発明によれば、可変手段は、後
期間においても分割して燃料を噴射させつつ、吸気流動
強さを強くすることにより、触媒暖機を促進しつつ燃費
悪化を抑制できる。
【００２５】請求項３の発明によれば、前期間は、触媒
の活性状態が、触媒自身が有する最大ＨＣ浄化率の略半
分のＨＣ浄化率に到達するまでの期間であることによ
り、その後において吸気流動強さを強くしても十分なＨ
Ｃ浄化が得られ、後期間において燃焼悪化の抑制、ＨＣ
浄化の確保を図りつつ、触媒の暖機促進を図ることがで
きる。
【００２６】請求項４の発明によれば、可変手段は、エ
ンジンが低回転領域での触媒未暖機時に動作させること
により、触媒未暖機時にエンジンから出るＲａｗＨＣ量
を低減できる。
【００２７】請求項５の発明によれば、吸気流動強さが
弱い前期間は、吸気流動強さが強い後期間に対して後期
噴射タイミングを遅らせることにより、噴霧の拡散を抑
制して燃焼安定性を確保しつつ緩慢燃焼により排気ガス
温度を急速に高めることができる。
【００２８】請求項６の発明によれば、前期間において
２分割で燃料を噴射する場合、前期間の早期噴射での燃
料噴射量を後期噴射での燃料噴射量より少なくすること
により、燃焼安定性を確保しつつ、排気ガス温度上昇効
果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が得られる。
【００２９】請求項７の発明によれば、早期噴射での燃
料噴射量は、総噴射量の１／４以上に設定されることに
より、燃焼安定性を確保しつつ、排気ガス温度上昇効果
及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が得られる。
【００３０】請求項８の発明によれば、吸気行程と圧縮
行程との２分割で燃料を噴射することにより、燃焼安定
性を確保しつつ、排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯ
ｘ低減効果が得られる。
【００３１】請求項９の発明によれば、前期間での気筒
内の空燃比をλ≒１の範囲で後期間に比べてリーンに設
定することにより、吸気流動強さが弱い前期間での点火
プラグ周りへのリッチな混合気の偏在による着火性低下
を防止し、かつ気筒内全体の空燃比がλ＝１より若干リ
ーンであることから、ＨＣ浄化率が低い前期間でのエン
ジンから出るＲａｗＨＣ排出量を低減することができ
る。
【００３２】請求項１０の発明によれば、前期間での気
筒内の空燃比を、酸素フィードバック開始までは空燃比
をλ＝１近傍のλ＝１よりリーンに設定し、酸素フィー
ドバック開始以降は空燃比をλ＝１に設定することによ
り、エンジンから出るＲａｗＨＣ排出量低減を図りつ
つ、酸素フィードバック開始以降は空燃比をλ＝１に設
定して触媒（三元触媒、ＮＯｘ触媒等）の三元機能によ
る浄化効率を高めることができる。
【００３３】請求項１１の発明によれば、前期間での酸
素フィードバック時におけるフィードバック基準値を、
後期間での酸素フィードバック時におけるフィードバッ
ク基準値よりリーン側に設定することにより、触媒の三
元機能を維持しつつ、ＨＣ排出量低減及び燃費悪化を抑
制することができる。
【００３４】請求項１２の発明によれば、触媒未暖機時
は、触媒暖機後の同一負荷及び同一回転数に対して点火
タイミングをリタードさせることにより、通常のセッテ
ィングよりも緩慢燃焼による後燃えを助長して触媒の暖
機を促進してエンジンから出るＲａｗＨＣ排出量を低減
できる。
【００３５】請求項１３の発明によれば、点火プラグ周
りの局所空燃比が後期噴射によってリッチとなるように
気筒内にスワールを生成させ、可変手段は気筒内のスワ
ール比を変化させることにより、点火プラグ周りに確実
に濃厚な混合気を偏在できるため特に成層エンジンにお
いて図示平均有効圧力Ｐｉの変動率（Ｐｉの変動率＝Ｐ
ｉの標準偏差σ／Ｐｉのサイクル平均値×１００
（％））が小さくなり、燃焼安定性の悪化を抑制でき
る。
【００３６】請求項１４の発明によれば、点火プラグが
気筒上端部の中央部に、燃料噴射弁が気筒上端部の周辺
部に配置され、ピストン頂部の燃料噴射弁寄りに成層用
キャビティを設けたことにより、点火プラグ周りに確実
に濃厚な混合気を偏在できるため特に成層エンジンにお
いてＰｉの変動率が小さくなり、燃焼安定性の悪化を抑
制できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて添付図面を参照して詳細に説明する。 ［筒内噴射式エンジンの構造］図１は、本実施形態の筒
内噴射式エンジンの燃焼室部分の構造を示す概略断面図
である。
【００３８】図１に示すように、１はエンジンであっ
て、シリンダブロック２には複数のシリンダが形成さ
れ、シリンダブロック２の頂部にシリンダヘッド３がガ
スケットを介して固定されている。各シリンダにはピス
トン４が嵌挿され、ピストン４の頂面とシリンダヘッド
３の下面との間に燃焼室５が形成されている。そして、
燃焼室５に連通するように吸気ポート６及び排気ポート
７とこれらポート６、７を開閉する吸気弁８及び排気弁
９とが配設され、燃焼室５に臨むように点火プラグ１０
とインジェクタ１１が配設されている。インジェクタ１
１は燃焼室５内に直接燃料を噴射する。
【００３９】シリンダヘッド３の下面には断面略台形の
凹部が形成され、燃焼室５の上部を画定している。燃焼
室５の上面部には吸気ポート６が開口し、傾斜面部には
排気ポート７が開口している。吸気ポート６及び排気ポ
ート７は、夫々２個ずつ紙面と直交する方向に並んで設
けられ、吸気弁８及び排気弁９が夫々配設されている。
吸気弁８及び排気弁９は、図示しないカムシャフト等か
らなる動弁機構により作動されて所定タイミングで開閉
する。
【００４０】点火プラグ１０は、燃焼室５上部の略中央
部に配置され、点火ギャップが燃焼室５内に臨むように
シリンダヘッド３に取り付られる。
【００４１】インジェクタ１１は燃焼室５の周縁部に配
設され、吸気ポート６の側方においてシリンダヘッド３
に取り付けられ、吸気ポート６が開口する燃焼室５上面
部とシリンダブロック２に対する合わせ面との間の壁面
１２にインジェクタ１１のノズル部が臨み、斜め下方に
向けて燃料を噴射する。
【００４２】ビストン４頂部のインジェクタ１１寄りに
は、凹状の成層用キャビティ１３が形成されている。そ
して、ピストン４が上死点に近い位置となる圧縮行程後
半に燃料がインジェクタ１１からキャビティ１３に向け
て噴射されると共に、キャビティ１３で反射されて点火
プラグ１０付近に達するように、インジェクタ１１の位
置及び方向とキャビティ１の位置と点火プラグ１０の位
置関係が予め設定されている。
【００４３】図２は、筒内噴射式エンジン全体の概略図
である。
【００４４】図２に示すように、エンジン１には吸気通
路１５及び排気通路１６が接続されている。吸気通路１
５の下流には、吸気マニホールドにおいてシリンダごと
に分岐し、且つ気筒別通路１５ａには並列に２つの分岐
通路が形成され、その下流端に２つの吸気ポート６が図
１の燃焼室５に開口している。一方の分岐通路には吸気
流動制御弁１７が設けられ、吸気流動制御弁１７の開度
を制御することにより、他方の分岐通路から導入される
吸気により燃焼室５に吸気流動（スワール又はタンブ
ル）が生成されると共に、吸気流動の強弱が制御され
る。尚、吸気流動の強弱は、２つの吸気弁の一方の開度
を制御したり、バルブタイミングの可変制御により実行
することもできる。
【００４５】吸気通路１５の途中にはスロットル弁１８
が設けられ、吸入空気量を制御可能にステップモータ等
の電気的なアクチュエータ１９によってスロットル弁１
８が作動される。
【００４６】排気通路１６には、排気中の空燃比検出の
ためのＯ2センサ２１が配設されると共に、排気ガス浄
化用の触媒を備えた触媒装置２２が設けられている。こ
の触媒装置２２は、排気通路１６の上流側に配設された
ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを浄化する三元触媒２２ａと、三元
触媒２２ａの下流側に配設されたＮＯｘを吸着するＮＯ
ｘ触媒２２ｂとから構成される。ＮＯｘ触媒２２ｂは、
暖機後に空燃比をλ＞１のリーン領域にして成層燃焼を
行う場合に、理論空燃比λ＝１よりもリーンな空燃比λ
＞１においてＮＯｘを吸着する。また、ＮＯｘ触媒２２
ｂは理論空燃比λ＝１付近において三元機能を発揮し、
λ＝１付近よりリッチな空燃比において吸着したＮＯｘ
を放出してＨＣやＣＯと反応させる。
【００４７】排気通路１６における触媒装置２２は、排
気マニホールド１６ａの直下流（排気マニホールドに直
結）に配置すると高速高負荷時に触媒温度が過剰に上昇
しやすくなり、触媒保護のためにエンジンから遠ざかる
ように排気マニホールド１６ａに接続された排気管１６
ｂの途中に配置されている。
【００４８】排気通路１６と吸気通路１５との間には、
排気ガスの−部を吸気系に還流するＥＧＲ通路４３が接
続され、このＥＧＲ通路４３にはＥＧＲバルブ４４が介
設されている。
【００４９】排気管１６ｂにおける触媒装置２２の上流
側には、過給機４０と、過給機４０をバイパスするウエ
ストゲート４１とが設けられている。ウエストゲート４
１はウエストゲートバルブ４２により開閉され、過給圧
が過剰に上昇するのを抑制する。
【００５０】エンジン制御ＥＣＵ（電気的コントロール
ユニット）３０は、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ
2センサ２１、エンジンのクランク角を検出するクラン
ク角センサ２３、アクセル開度（アクセルペダル踏み込
み量）を検出するアクセル開度センサ２４、吸入空気量
を検出するエアフローメータ２５、エンジン冷却水の水
温を検出する水温センサ２６、エンジン回転数センサ２
７、吸気温センサ２８及び大気圧センサ２９等からの信
号が入力される。
【００５１】図３は、エンジン及び触媒の状態検出及び
エンジン制御を実行するためのエンジン制御ＥＣＵに入
力される各種パラメータを示す図である。
【００５２】エンジン制御ＥＣＵ３０は、温度状態判別
部３１、運転状態検出部３２、燃料供給制御部３３、噴
射量演算部３４、点火時期制御部３５及び回転数制御部
３６を含んでいる。
【００５３】温度状態判別部３１は、エンジン回転数セ
ンサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度
センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメ
ータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６から
の水温検出信号、燃料噴射量Ｔａ及び噴射モード等の過
去の履歴によって触媒温度を推定して、触媒が活性化温
度より低い冷機状態にあるか否かを判定する。尚、水温
が第１温度未満であれば触媒冷機状態、第１温度以上で
あれば触媒暖機状態と判定してもよい。さらに温度状態
判別部３１はエンジン温度も推定し、水温が第２温度未
満であればエンジン冷機状態、第２温度以上であればエ
ンジン暖機状態と判定する。通常、第２温度は第１温度
よりも高い値となる。尚、触媒暖機状態を判定するため
の温度状態判別は、水温検出とエンジン始動からの経過
時間の判定とを併用して行なうようにしてもよく、ま
た、触媒温度を直接検出するようにしてもよい。
【００５４】噴射モードは、吸気行程噴射（均一燃焼領
域）、又は圧縮行程噴射（成層燃焼領域）、更にこれら
の領域での分割噴射又は一括噴射という噴射形態を有
し、運転領域ごとに予め設定されているため、運転領域
の判定により設定される。
【００５５】運転状態検出部３２は、エンジン回転数セ
ンサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度
センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメ
ータ２５からの吸気流量検出信号及び水温センサ２６か
らの水温検出信号、吸気温センサ２８からの吸気温検出
信号、大気圧センサ２９からの大気圧検出信号によって
リーン領域やリッチ領域等のエンジンの運転領域を判定
する。また、吸気流量検出信号からエンジンの急加速や
高負荷運転等の過渡運転状態を判定する。また、水温検
出信号からエンジンの冷間若しくは温間運転状態の判定
を行う。更に、Ｏ2センサ２１からのＯ2検出信号はＯ2
センサ２１の活性時に出力され、Ｏ2フィードバック制
御時に用いられる。
【００５６】燃料噴射制御部３３は、エンジン回転数セ
ンサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度
センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメ
ータ２５からの吸気流量検出信号及び水温センサ２６か
らの水温検出信号、Ｏ2センサ２１からのＯ2検出信号に
よって燃料の噴射時期Ｑａを演算する。
【００５７】噴射量演算部３４は、エンジン回転数セン
サ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度セ
ンサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメー
タ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６からの
水温検出信号、燃圧及び噴射モードによって燃料噴射量
Ｔａを演算する。
【００５８】燃圧は、インジェクタ１１に作用する高圧
燃料ポンプの吐出圧力であり、燃圧センサ出力と筒内圧
（推測値）との差圧により噴射量Ｔａが補正される。
【００５９】燃料噴射制御部３３及び噴射量演算部３４
は、インジェクタ駆動回路３７を介してインジェクタ１
１からの燃料噴射時期Ｑａ及び噴射量（パルス幅）Ｔａ
を制御するものであり、触媒冷機状態のときは、燃焼室
５全体の空燃比は略理論空燃比λ≒１としつつ、吸気行
程から点火時期にかけての期間内に、圧縮行程中期以降
の後期噴射と、この後期噴射より早い吸気行程前半の早
期噴射との少なくとも２つに分割して燃料を噴射する分
割噴射により、燃焼室５内の点火プラグ１０付近の領域
に理論空燃比（λ＝１）若しくはこれよりリッチな空燃
比λ＜１の混合気を形成するとともに、点火プラグ１０
付近の領域の周囲に理論空燃比λ＝１よりもリーンな空
燃比λ＞１の混合気を形成するように制御する。
【００６０】点火時期制御部３５は、エンジン回転数セ
ンサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度
センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメ
ータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６から
の水温検出信号及び噴射モードによって点火時期θｉｇ
を演算する。
【００６１】点火時期制御部３５は、点火装置３８に制
御信号を出力して、点火時期θｉｇをエンジンの運転状
態に応じて制御するものであり、基本的には点火時期θ
ｉｇをＭＢＴ（ベストトルクを発揮する典かタイミング
近傍）に制御するが、後述のように必要に応じて触媒冷
機状態でのエンジンの極低負荷時には点火時期をリター
ドする。
【００６２】また、エンジン制御ＥＣＵ３０は、スロッ
トル弁１８を駆動するアクチュエータ１９に制御信号を
出力することによって吸入空気量の制御も行なうように
なっており、エンジン暖機後に圧縮行程のみの燃料噴射
により成層燃焼が行われるような場合等に、空燃比をリ
ーンとすべく吸入空気量を調整する。スロットル弁開度
θｔｖは、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回
転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル
開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検
出信号、吸気温センサ２８からの吸気温検出信号、大気
圧センサ２９からの大気圧検出信号及び噴射モードによ
って演算される。
【００６３】また、後述するように、触媒冷機状態での
エンジンの極低負荷時において点火時期がリタードされ
るときには、吸入空気量及び燃料噴射量の増量を行な
う。さらにエンジン制御ＥＣＵ３０は、分割噴射時等に
燃焼室５内にスワールを生じさせるべく、吸気流動制御
弁１７を制御すると共に、空燃比をλ＝１よりリーンと
する成層燃焼時等にＥＧＲを行なうべくＥＧＲ弁４４を
制御する。
【００６４】吸気流動制御弁１７の開閉は、エンジン回
転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセ
ル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフ
ローメータ２５からの吸気流量検出信号及び噴射モード
によって制御され、気筒内のスワール比（スワール流動
角速度／エンジン回転角速度）が制御される。
【００６５】ＥＧＲ弁開度θｅｇｒは、エンジン回転数
センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開
度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフロー
メータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６か
らの水温検出信号及び噴射モードによって演算される。
【００６６】エンジン制御ＥＣＵ３０は、エンジン回転
数センサ２７からのエンジン回転数検出信号及びスター
タ信号からエンジン始動を判定する。 ［触媒の温度制御］次に、冷機時の触媒２２（触媒２２
ａ，２２ｂ）を早期に活性化させ、かつＨＣ排出量を低
減するための触媒の温度制御について説明する。
【００６７】図４乃至図６は、本実施形態の筒内噴射式
ガソリンエンジンにおける触媒の温度制御を示すフロー
チャートである。
【００６８】先ず、触媒の温度制御の概要について説明
する。
【００６９】本実施形態では、未活性触媒を早期に活性
化させるために、触媒未暖機時におけるエンジン始動後
から触媒２２ａのＨＣ浄化率が急速に上昇し始めた直後
の所定ＨＣ浄化率（約５０％浄化率）の触媒２２ａのラ
イトオフまでの期間Ｔ１（前期間）、及び触媒２２ａの
約５０％浄化率状態から約１００％ＨＣ浄化率のライト
オフに達するまでの期間Ｔ２（後期間）において、エン
ジンが低回転領域運転中ならば、以下の制御を実行す
る。
【００７０】吸気行程から点火時期にかけての期間内
に、圧縮行程中期以降に開始される後期噴射と、後期噴
射より早い早期噴射との少なくとも２つに分割して燃料
を噴射する。
【００７１】燃焼室内の空燃比をλ≒１とし、触媒２
２ａが約１００％浄化率のライトオフまでの期間（Ｔ１
＋Ｔ２）を少なくとも分割噴射とし、この約１００％浄
化率のライトオフまでの期間のうち前期間Ｔ１を後期間
Ｔ２に対してスワールを弱くする。
【００７２】後期間Ｔ２においても分割噴射させつ
つ、スワールを強くする。
【００７３】スワールを弱める前期間Ｔ１は、スワー
ルを強める後期間Ｔ２に対して後期噴射タイミングを遅
らせる。
【００７４】触媒２２ａが約１００％浄化率のライト
オフ状態に到達するまでの期間（Ｔ１＋Ｔ２）は早期噴
射での燃料噴射量を後期噴射での燃料噴射量より少ない
噴射総量の１／４以上に設定する。
【００７５】前期間Ｔ１での気筒内の空燃比をλ≒１
の範囲で後期間Ｔ２に比べてリーンに設定することを基
本とする。
【００７６】前期間Ｔ１での気筒内の空燃比を、Ｏ2
フィードバック開始までは空燃比をλ＝１近傍でリーン
に設定し、Ｏ2フィードバック開始以降は空燃比をλ＝
１に設定する。具体的には、前期間Ｔ１でのＯ2フィー
ドバック時におけるフィードバック基準値を、後期間Ｔ
２でのＯ2フィードバック時におけるフィードバック基
準値よりリーン側に設定する。
【００７７】触媒暖機後の同一負荷及び同一回転数に
対して点火タイミングをリタードさせる。
【００７８】点火プラグ周りの局所空燃比が後期噴射
によりリッチとなるように気筒内のスワール比（スワー
ル流動角速度／エンジン角速度）を設定する。
【００７９】次に、図４乃至図６を参照して上記〜
の制御を実行するためのエンジン制御ＥＣＵ３０による
具体的フローについて説明する。
【００８０】図４に示すように、ステップＳ１では、エ
ンジン制御ＥＣＵ３０は、Ｏ2センサ２１、エンジンの
クランク角を検出するクランク角センサ２３、アクセル
開度センサ２４、エアフローメータ２５、水温センサ２
６、エンジン回転数センサ２７、吸気温センサ２８、大
気圧センサ２９、燃圧センサ及びスタータ等からの各検
出信号を読み込む。
【００８１】ステップＳ２では、フラグＦ３がセットさ
れているか否かを判定する。フラグＦ３はエンジンが冷
間状態でゼロリセット、温間状態で１にセットされる。
【００８２】ステップＳ２でフラグＦ３がセットならば
（ステップＳ２でＹＥＳ）、図６で後述するステップＳ
１４に進む。
【００８３】フラグＦ３がリセットならば（ステップＳ
２でＮＯ）、触媒２２が未暖機状態なのでステップＳ３
に進む。
【００８４】ステップＳ３では、スタータ信号からスタ
ータによりエンジンがＯＮされたか否かを判定する。ス
テップＳ３でスタータがＯＮならば（ステップＳ３でＹ
ＥＳ）、エンジン始動時なのでステップＳ４に進み、ス
タータがＯＦＦならば（ステップＳ３でＮＯ）、ステッ
プＳ２３に進む。
【００８５】ステップＳ４では、エンジン始動時の噴射
パルス幅Ｔａを算出する。
【００８６】ステップＳ５では、エンジン始動時の噴射
時期θａｋを算出する。
【００８７】ステップＳ６では、クランク角センサ２３
から検出されたエンジンのクランク角からステップＳ５
で算出された噴射時期θａｋになるのを待ち、噴射時期
θａｋになったならば（ステップＳ６でＹＥＳ）、ステ
ップＳ７に進む。
【００８８】ステップＳ７では、ステップＳ４で算出さ
れた噴射パルス幅Ｔａにてインジェクタ１１から燃料を
噴射する。
【００８９】ステップＳ８では、エンジン回転数が、エ
ンジンが始動したと判定できる所定回転数（例えば、５
００ｒｐｍ）を超えたか否かを判定し、所定回転数を超
えるまでステップＳ４〜Ｓ７までの処理を繰り返し実行
する。
【００９０】ステップＳ９では、エンジン回転数、アク
セル開度、吸気流量、エンジン水温等の過去の履歴から
触媒温度を推定する。
【００９１】ステップＳ１０では、触媒２２が活性化温
度より低い未暖機状態にあるか否かを判定する。ステッ
プＳ１０で触媒２２が未暖機状態ならば（ステップＳ１
０でＹＥＳ）、ステップＳ１１でフラグＦ１をセット
し、暖機状態ならば（ステップＳ１０でＮＯ）、ステッ
プＳ１２でフラグＦ３をセットしてリターンする。フラ
グＦ１は、触媒２２が未暖機状態でセットされ、暖機状
態でゼロリセットされる。
【００９２】ステップＳ１３では、エンジン水温及び吸
気温等に基づいてタイマを触媒の約５０％浄化率のライ
トオフに達するまでの期間Ｔ１に設定する。
【００９３】ステップＳ１４では、タイマによるこのラ
イトオフに達するまでの期間Ｔ１のカウントダウンを開
始する。
【００９４】ステップＳ１５では、Ｏ2センサが活性化
したか否かを判定する。ステップＳ１５でＯ2センサが
未活性ならば（ステップＳ１５でＮＯ）ステップＳ１６
に進み、活性ならば（ステップＳ１５でＹＥＳ）ステッ
プＳ１９に進む。
【００９５】ステップＳ１６では、エンジン回転数、ア
クセル開度、吸気流量、エンジン水温等に基づいて噴射
パルス幅Ｔａ、点火時期θｉｇを算出する。
【００９６】ステップＳ１７では、噴射パルス幅Ｔａを
α：１−αに配分して、分割噴射における早期噴射パル
スＴａｋ（＝α×Ｔａ）と、後期噴射パルスＴａｄ（＝
（１−α）×Ｔａ）とを算出する。
【００９７】ステップＳ１８では、早期基本噴射時期θ
ａｋｂと後期基本噴射時期θａｄｂとを設定して、図６
のステップＳ２５に進む。
【００９８】また、ステップＳ１５でＯ2センサが活性
ならば（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１９で
エンジン回転数、アクセル開度、吸気流量、エンジン水
温、酸素濃度等に基づいて噴射パルス幅Ｔａ、点火時期
θｉｇを算出する。
【００９９】ステップＳ２０では、噴射パルス幅Ｔａを
α：１−αに配分して、分割噴射における早期噴射パル
スＴａｋ（＝α×Ｔａ）と、後期噴射パルスＴａｄ（＝
（１−α）×Ｔａ）とを算出する。
【０１００】ステップＳ２１では、早期基本噴射時期θ
ａｋｂと後期基本噴射時期θａｄｂとを設定する。
【０１０１】ステップＳ２２では、フラグＦ２がセット
されているか否かを判定する。フラグＦ２は触媒の約５
０％ＨＣ浄化率のライトオフに達するまでの期間Ｔ１が
経過し、吸気流動制御弁１７を閉作動させてスワール弱
からスワール強の状態に切り替えた時に１にセットされ
る。
【０１０２】ステップＳ２２でフラグＦ２がセットなら
ば（ステップＳ２２でＹＥＳ）、図５で後述するステッ
プＳ３６に進む。
【０１０３】フラグＦ２がリセットならば（ステップＳ
２２でＮＯ）、図５のステップＳ２５に進む。
【０１０４】ステップＳ３でスタータがＯＦＦならば
（ステップＳ３でＮＯ）、エンジン停止又は作動中で始
動時ではないので、ステップＳ２３でフラグＦ１がセッ
トされているか否かを判定する。
【０１０５】ステップＳ２３でフラグＦ１がセットなら
ば（ステップＳ２３でＹＥＳ）、触媒２２は未暖機状態
なので前述したステップＳ１４に進み、フラグＦ１がリ
セットならば（ステップＳ２３でＮＯ）、触媒２２は暖
機状態なのでステップＳ２４に進む。
【０１０６】ステップＳ２４では、フラグＦ２がセット
されているか否かを判定する。
【０１０７】ステップＳ２４でフラグＦ２がセットなら
ば（ステップＳ２４でＹＥＳ）、触媒の約５０％ＨＣ浄
化率のライトオフに達するまでの期間Ｔ１が経過してい
るので前述のステップＳ１９に進む。
【０１０８】ステップＳ２４でフラグＦ２がリセットな
らば（ステップＳ２４でＮＯ）、リターンする。
【０１０９】図５に示すように、ステップＳ２５では、
タイマによる上記期間Ｔ１のカウントダウンが終了した
か否かを判定する。
【０１１０】ステップＳ２５で上記期間Ｔ１が未経過な
らば（ステップＳ２５でＮＯ）ステップＳ２６に進み、
上記期間Ｔ１が経過したならば（ステップＳ２５でＹＥ
Ｓ）ステップＳ３４に進む。 ［触媒の約５０％ＨＣ浄化率のライトオフに達するまで
の前期間Ｔ１の処理］ステップＳ２６では、上記期間Ｔ
１中なので吸気流動制御弁を開状態に保持してスワール
弱とする。
【０１１１】ステップＳ２７では、早期噴射時期θａｋ
を早期基本噴射時期θａｋｂに設定すると共に（θａｋ
＝θａｋｂ）、後期噴射時期θａｄを後期基本噴射時期
θａｄｂからθｋだけリタードさせる（θａｄ＝θａｄ
ｂ−θｋ）。
【０１１２】ステップＳ２８では、クランク角センサ２
３から検出されたエンジンのクランク角からステップＳ
２７で算出された早期噴射時期θａｋになるのを待ち、
早期噴射時期θａｋになったならば（ステップＳ２８で
ＹＥＳ）、ステップＳ２９に進む。
【０１１３】ステップＳ２９では、ステップＳ１７若し
くはＳ２０で算出された早期噴射パルス幅Ｔａｋにてイ
ンジェクタ１１から燃料を噴射する。
【０１１４】ステップＳ３０では、クランク角センサ２
３から検出されたエンジンのクランク角からステップＳ
２７で算出された後期噴射時期θａｄ（リタード）にな
るのを待ち、後期噴射時期θａｄになったならば（ステ
ップＳ３０でＹＥＳ）、ステップＳ３１に進む。
【０１１５】ステップＳ３１では、ステップＳ１７若し
くはＳ２０で算出された後期噴射パルス幅Ｔａｄにてイ
ンジェクタ１１から燃料を噴射する。
【０１１６】ステップＳ３２では、ステップＳ１６若し
くはＳ１９で算出された点火時期θｉｇになるのを待
ち、点火時期θｉｇになったならば（ステップＳ３２で
ＹＥＳ）、ステップＳ３３に進む。
【０１１７】ステップＳ３３では、ステップＳ１６若し
くはＳ１９で算出された点火時期θｉｇにて点火プラグ
１０を点火させる。 ［前期間Ｔ１経過後の後期間Ｔ２の処理］ステップＳ３
４では、上記期間Ｔ１が経過したので吸気流動制御弁１
７を閉作動させてスワール強とする。
【０１１８】ステップＳ３５では、フラグＦ２を１にセ
ットする。
【０１１９】ステップＳ３６では、早期噴射時期θａｋ
を早期基本噴射時期θａｋｂに設定すると共に（θａｋ
＝θａｋｂ）、後期噴射時期θａｄを後期基本噴射時期
θａｄｂに設定して後期噴射リタードから復帰させる
（θａｄ＝θａｄｂ）。
【０１２０】ステップＳ３７では、クランク角センサ２
３から検出されたエンジンのクランク角からステップＳ
３６で算出された早期噴射時期θａｋになるのを待ち、
早期噴射時期θａｋになったならば（ステップＳ３７で
ＹＥＳ）、ステップＳ３８に進む。
【０１２１】ステップＳ３８では、ステップＳ１７若し
くはＳ２０で算出された早期噴射パルス幅Ｔａｋにてイ
ンジェクタ１１から燃料を噴射する。
【０１２２】ステップＳ３９では、クランク角センサ２
３から検出されたエンジンのクランク角からステップＳ
３６で算出された後期噴射時期θａｄになるのを待ち、
後期噴射時期θａｄになったならば（ステップＳ３９で
ＹＥＳ）、ステップＳ４０に進む。
【０１２３】ステップＳ４０では、ステップＳ１７若し
くはＳ２０で算出された後期噴射パルス幅Ｔａｄにてイ
ンジェクタ１１から燃料を噴射する。
【０１２４】ステップＳ４１では、ステップＳ１６若し
くはＳ１９で算出された点火時期θｉｇになるのを待
ち、点火時期θｉｇになったならば（ステップＳ４１で
ＹＥＳ）、ステップＳ４２に進む。
【０１２５】ステップＳ４２では、ステップＳ１６若し
くはＳ１９で算出された点火時期θｉｇにて点火プラグ
１０を点火させる。
【０１２６】ステップＳ４３では、触媒２２が活性化温
度より低い未暖機状態にあるか否かを判定する。ステッ
プＳ４３で触媒２２が未暖機状態ならば（ステップＳ４
３でＹＥＳ）リターンし、暖機状態ならば（ステップＳ
４３でＮＯ）、ステップＳ４４でフラグＦ３をセットし
てリターンする。 ［エンジンが温間状態での制御］図６に示すように、ス
テップＳ２でフラグＦ３がセットされているならば（ス
テップＳ２でＹＥＳ）、エンジンは温間状態であり、触
媒２２（触媒２２ａ，２２ｂ）は暖機完了している状態
なので通常制御を行うステップＳ４５に進む。
【０１２７】ステップＳ４５では、エンジン回転数、ア
クセル開度、吸気流量、エンジン水温、吸気温、大気圧
等に基づいて運転領域（成層燃焼若しくは均一燃焼）を
判定する。
【０１２８】ステップＳ４６では、ステップＳ４５で判
定された運転領域に対応した噴射パルス幅Ｔａ、噴射時
期θａ、スロットル弁１８の開度θｔｖ、ＥＧＲ弁４４
の開度θｅｇｒ、点火時期θｉｇを算出する。
【０１２９】ステップＳ４７では、エンジン回転数が所
定回転数Ｎ１（例えば、２０００〜２５００ｒｐｍ）以
上か否かを判定する。
【０１３０】ステップＳ４７で所定回転数Ｎ１以上なら
ば（ステップＳ４７でＹＥＳ）、ステップＳ４８で吸気
流動制御弁１７を開作動してステップＳ５１に進む。
【０１３１】ステップＳ４７で所定回転数Ｎ１未満なら
ば（ステップＳ４７でＮＯ）、ステップＳ４９でアクセ
ル開度が大か否かを判定する。
【０１３２】ステップＳ４９でアクセル開度大ならば
（ステップＳ４９でＹＥＳ）、加速若しくは高負荷時な
のでステップＳ４８に進んで吸気流動制御弁１７を開作
動してスワールを弱める。
【０１３３】また、ステップＳ４９でアクセル開度大で
ないならば（ステップＳ４９でＮＯ）、ステップＳ５０
で吸気流動制御弁１７を閉作動してスワールを強める。
【０１３４】ステップＳ５１では、エンジンキーがＯＦ
Ｆされたか否かを判定する。
【０１３５】ステップＳ５１でエンジンキーがＯＦＦさ
れたならば（ステップＳ５１でＹＥＳ）、ステップＳ５
２でフラグＦ１〜Ｆ３をゼロリセットしてリターンす
る。
【０１３６】また、ステップＳ５１でエンジンキーがＯ
ＦＦされていないならば（ステップＳ５１でＮＯ）、リ
ターンする。
【０１３７】図７及び図８は、クランク角と質量燃焼割
合との関係を表し、同一クランク角で質量燃焼割合が大
きい程燃焼速度が高いことを意味する。そして、図７
は、分割噴射と一括噴射での燃焼速度の比較を示す図で
ある。図８は、スワール弱とスワール強での燃焼速度の
比較を示す図である。図９は触媒２２の約１００％浄化
率のライトオフに達する期間前後におけるスワール強弱
とＲａｗＨＣ排出量とＨＣ浄化率と触媒温度との関係を
示す図である。図１０は、２分割噴射における燃料噴射
量と噴射時期とを示すタイミングチャートである。図１
１は、後期噴射時期とＲａｗＨＣ排出量との関係を示す
図である。図１２は、後期噴射時期とＰｉ変動率との関
係を示す図である。図１３は、後期噴射割合とＰｉ変動
率、排気ガス温度、燃費率、ＨＣ排出量及びＮＯｘ排出
量との関係を示す図である。
【０１３８】上記フローにおいて、触媒２２ａの約５０
％ＨＣ浄化率のライトオフに達するまでの期間Ｔ１にお
いて吸気行程から点火時期にかけての期間内に、圧縮行
程中期以降の後期噴射と、後期噴射より早い早期噴射と
の少なくとも２つに分割して燃料を噴射することにより
（ステップＳ２６〜Ｓ３３）、図７に示すように、一括
噴射時に比べて燃焼速度が緩慢燃焼になり、後燃えを助
長して触媒２２の暖機を促進してＨＣ浄化率が高まるの
で、ＲａｗＨＣ排出量が低減できる。
【０１３９】ここで、圧縮行程中期とは、図１０に示す
ように圧縮行程を前期、中期、後期に３等分したときの
中期、つまり、クランク角でＢＴＤＣ（上死点前）１２
０°からＢＴＤＣ６０°の期間を意味する。従って、後
期噴射はＢＴＤＣ１２０°以降となる。但し、後述のよ
うに後期噴射の時期が遅すぎると燃焼安定性が損なわれ
ることから、圧縮行程の３／４の期間が経過するまで
（ＢＴＤＣ４５°まで）に後期噴射を開始することが望
ましい。
【０１４０】つまり、図１０に示すように後期噴射は圧
縮行程における上死点前１２０°から上死点前４０°ま
での期間内に開始されるように設定され、早期噴射は後
期噴射より前の適当な時期、例えば吸気行程の期間内に
開始されるように設定される。
【０１４１】また、上述のように期間Ｔ１を少なくとも
分割噴射とする一方で、この期間Ｔ１中はスワール弱と
する（ステップＳ２６）。
【０１４２】このように、触媒２２ａの約５０％ＨＣ浄
化率のライトオフに達するまでの期間Ｔ１でのスワール
を弱めることにより、図８及び図９に示すようにスワー
ル強の場合に比べて燃焼速度が緩慢になり、後燃えを助
長して排気ガス温度が高められ、その結果、触媒の暖機
を促進してＨＣ浄化率が高まるので未浄化のＨＣ排出量
が低減できる。
【０１４３】但し、スワールを弱めた状態を継続する
と、ＲａｗＨＣの低減、及び触媒暖機効果は多少大きい
ものの燃費が悪化するため、後期間Ｔ２においても分割
噴射させつつスワール強に変化させる（ステップＳ３
４）ことで燃費悪化を抑制している。尚、後期間Ｔ２で
は吸気行程内のみで燃料を一括噴射させつつスワールを
強くしてもよい。
【０１４４】図１に示すエンジン１は、ピストン４の頂
部に、インジェクタ１１から噴出された燃料をトラップ
して点火プラグ１０方向に導く成層化用のキャビティ１
２を設けることにより、圧縮行程中期以降にインジェク
タ１１から燃料が噴射されたときに点火プラグ１０付近
の局所空燃比が後期噴射によりリッチとなるように気筒
内のスワール比（スワール流動角速度／エンジン角速
度）が設定される。
【０１４５】さらに、図１０に示すように、スワールを
弱める期間Ｔ１での後期噴射時期θａｄ（点線）を、ス
ワールを強める後期間Ｔ２での後期噴射時期θａｄ（実
線）より遅らせている（ステップＳ２７）。これにより
噴霧の拡散を抑制して燃焼安定性を確保しつつ緩慢燃焼
により排気ガス温度を急速に高められるため、図１１に
示すように触媒２２が早期に活性化してＲａｗＨＣ排出
量を低減すると共に、図１２に示すように点火プラグ１
０周りに確実に濃厚な混合気を偏在できるためＰｉ変動
率を減少して燃焼安定性の低下を抑制できる。
【０１４６】触媒未暖機時における分割噴射では、早期
噴射及び後期噴射とも主燃焼期間内にある主燃焼に寄与
する燃料を噴射させるように制御される。つまり、一般
に燃焼室内での燃焼の進行過程で質量燃料割合が１０％
程度までが初期燃焼期間、１０％程度から９０％程度ま
でが主燃焼期間と呼ばれるが、後期噴射燃料が着火、燃
焼する初期燃焼は初期燃焼期間及び主燃焼期間の前期に
わたる燃焼であり、早期噴射燃料が後期噴射燃料の燃焼
により延焼可能（火炎伝播可能）な空燃比の混合気を燃
焼室内に形成して、早期噴射燃料も後期噴射燃料ともに
主燃焼に関与し、かつ、早期噴射燃料によるリーンな混
合気が緩慢燃焼するように各噴射量が設定される。
【０１４７】具体的には、後期噴射燃料の燃焼による火
炎で延焼可能な空燃比として、期間Ｔ１は後期間Ｔ２に
比べて早期噴射量を後期噴射量より少なくしつつ、早期
噴射量を噴射総量の１／４（２５％）以上に設定してい
る（逆に言えば、後期噴射量を噴射総量の３／４（７５
％）以下に抑える）。
【０１４８】図１３に示すように、後期噴射割合が２０
％より小さいと排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ
低減効果が十分に得られず、後期噴射割合が２０％以上
になれば、後期噴射割合が大きくなるにつれ、排気ガス
温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が増大するが、
Ｐｉ変動率及び燃費率が次第に高くなり、後期噴射割合
が８０％を超えるとＰｉ変動率が許容度を超えて燃焼安
定性が損なわれる。
【０１４９】従って、排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、
ＮＯｘ低減効果が得られるようにしつつ、燃焼安定性を
確保するには、後期噴射割合を２５％〜７５％の範囲と
することが好ましく、このような範囲では後期噴射割合
を多くするほど、つまり早期噴射割合を少なくするほど
排気ガス温度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が大き
くなる。そして、早期噴射量を、早期噴射のみでの燃焼
室内空燃比が可燃空燃比（３０程度）以上となるように
少なくしておけば、早期噴射燃料による混合気がリーン
になり、燃焼期間後期の燃焼が遅くなることにより、燃
焼安定性を確保して燃費悪化を抑制しつつ、排気ガス温
度上昇効果及びＨＣ、ＮＯｘ低減効果が十分に得られ
る。
【０１５０】図１４は、Ｏ2フィードバック制御時のＯ2
センサの出力を示す図である。図１５は、Ｏ2フィード
バック制御時のＯ2センサの出力の変化とそれに応じた
フィードバック補正係数の変化との関係を示す図であ
る。図１６は、空燃比に対するＨＣ浄化率と触媒温度と
ＲａｗＨＣ排出量との関係を示す図である。
【０１５１】本実施形態では、触媒２２ａのＨＣ浄化率
約５０％のライトオフ状態に達するまでの期間Ｔ１にお
ける分割噴射、スワール弱、後期噴射時期リタード及び
早期噴射量＜後期噴射量とする制御に加えて、この期間
Ｔ１での燃焼室内の空燃比を、Ｏ2フィードバック開始
（Ｏ2センサが活性化する）まではλ≒１でリーンに設
定して（ステップＳ１９〜Ｓ２２）リーンＮＯｘ触媒に
よるＮＯｘ排出量低減を図りつつ、Ｏ2フィードバック
開始以降は空燃比をλ＝１に設定して（ステップＳ１６
からＳ１８）触媒２２の三元機能による浄化効率を高め
ている。
【０１５２】具体的には、期間Ｔ１でのＯ2フィードバ
ック時におけるフィードバック基準値を、後期間Ｔ２で
のＯ2フィードバック時におけるフィードバック基準値
よりリーン側に設定し（例えば、Ａ／Ｆ１４．７→１
５．５）、Ｏ2センサが活性化した後は、Ｏ2センサの検
出信号を基準値（例えば、０．５５Ｖ）の理論空燃比と
してフィードバック制御が開始される。
【０１５３】Ｏ2センサの出力は、図１４に示すように
理論空燃比（λ＝１）で急変するようになっている。こ
のＯ2センサの出力に基づくフィードバック制御は、図
１５に示すように燃料噴射量のフィードバック補正係数
が比例係数であるＰ値と積分係数であるＩ値とで変えら
れるようになっており、Ｏ2センサの出力がリッチのと
きは比例係数がＰ値若しくはＩ値だけ燃料噴射量が減少
方向に変えられ、また、Ｏ2センサの出力がリーンのと
きは比例係数がＰ値若しくはＩ値だけ燃料噴射量が増加
方向に変えられるようになっている。また、Ｏ2センサ
のリッチからリーンへの反転と、リーンからリッチへの
反転とに対して夫々フィードバック補正係数の反転にデ
ィレー時間ＴRL、ＴLRが設定されている。
【０１５４】そして、理論空燃比よりもリーン側に制御
するときは、例えばディレー時間Ｔ RLをＴLRよりも大き
くするように調整することで、フィードバック補正係数
の平均値が燃料噴射量減少方向にずれることにより、空
燃比が理論空燃比よりもリーン側にずれるように調整さ
れる。上記Ｐ値やＩ値をＯ2センサの出力がリッチな時
とリーン時とで異ならせることによっても、同様の調整
が可能である。
【０１５５】そして、Ｏ2フィードバック制御では、デ
ィレー時間ＴRL，ＴLR等をリッチ側とリーン側とで同等
の状態にすることで空燃比を理論空燃比とするような通
常の制御が行われる。
【０１５６】図１６に示すように、期間Ｔ１において、
空燃比をＯ2フィードバック開始まではλ≒１でリーン
に設定することによって、触媒の暖機を促進させてＨＣ
浄化率が高まるので、未浄化のＨＣ排出量が低減でき
る。
【０１５７】尚、触媒未暖機時は、触媒暖機後の同一負
荷及び同一回転数に対して点火時期θｉｇをリタードさ
せて、緩慢燃焼による後燃えを助長して触媒の暖機を促
進して未浄化のＨＣ排出量を低減している。
【０１５８】尚、本実施形態において、三元触媒２２ａ
の約１００％ＨＣ浄化率のライトオフ状態をもってＮＯ
ｘ触媒２２ｂの暖機完了と見なしているが、ＮＯｘ触媒
２２ｂの状態をもって期間Ｔ２を設定してもよい。
【０１５９】尚、本発明は、触媒としてＮＯｘ触媒のみ
を配置したものにも適用でき、また、その趣旨を逸脱し
ない範囲で上記実施形態を修正又は変形したものに適用
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の筒内噴射式エンジンの燃焼室部分
の構造を示す概略断面図である。
【図２】筒内噴射式エンジン全体の概略図である。
【図３】エンジン及び触媒の状態検出及びエンジン制御
を実行するためのエンジン制御ＥＣＵに入力される各種
パラメータを示す図である。
【図４】本実施形態の筒内噴射式ガソリンエンジンにお
ける触媒の温度制御を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態の筒内噴射式ガソリンエンジンにお
ける触媒の温度制御を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態の筒内噴射式ガソリンエンジンにお
ける触媒の温度制御を示すフローチャートである。
【図７】クランク角と質量燃焼割合との関係を示し、分
割噴射と一括噴射での燃焼速度を示す図である。
【図８】クランク角と質量燃焼割合との関係を示し、ス
ワール弱とスワール強での燃焼速度を示す図である。
【図９】触媒のライトオフに達する期間前後におけるス
ワール強弱とＲａｗＨＣ排出量とＨＣ浄化率と触媒温度
との関係を示す図である。
【図１０】２分割噴射における燃料噴射量と噴射時期と
を示すタイミングチャートである。
【図１１】後期噴射時期とＲａｗＨＣ排出量との関係を
示す図である。
【図１２】後期噴射時期とＰｉ変動率との関係を示す図
である。
【図１３】後期噴射割合とＰｉ変動率、排気ガス温度、
燃費率、ＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量との関係を示す図
である。
【図１４】Ｏ2フィードバック制御時のＯ2センサの出力
を示す図である。
【図１５】Ｏ2フィードバック制御時のＯ2センサの出力
の変化とそれに応じたフィードバック補正係数の変化と
の関係を示す図である。
【図１６】空燃比に対するＨＣ浄化率と触媒温度とＲａ
ｗＨＣ排出量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン １０…点火プラグ １１…インジェクタ １５…吸気通路 １６…排気通路 ２１…Ｏ2センサ ２２…触媒装置 ３０…ＥＣＵ
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｃ Ｆ０２Ｂ 17/00 Ｆ０２Ｂ 17/00 Ｂ 23/10 23/10 Ｄ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５Ａ ３２５Ｆ 41/06 ３３０ 41/06 ３３０Ｚ ３３５ ３３５Ｚ ３７０ ３７０ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｄ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｊ ３０１Ｕ ３０１Ｂ ３０１Ｅ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｒ Ｆ０２Ｆ 3/28 Ｆ０２Ｆ 3/28 Ｂ Ｆ０２Ｐ 5/145 Ｆ０２Ｐ 5/145 Ｅ (72)発明者 田賀 淳一 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 横田 和也 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 CA02 CA06 DA02 GA01 GA05 GA06 GA08 GA09 3G023 AA02 AA04 AB03 AC04 AC05 AD05 AD06 AD12 AD29 AG01 3G084 BA09 BA13 BA15 BA17 BA21 CA02 CA09 EA11 EB09 EB12 EC01 FA01 FA02 FA07 FA10 FA20 FA21 FA28 FA29 FA33 FA35 FA36 FA38 FA39 3G091 AA02 AA10 AA11 AA12 AA17 AA24 AA28 AB03 AB04 AB06 AB09 BA03 BA14 BA15 BA19 BA32 CB02 CB03 CB05 CB07 DB04 DB06 DB07 DB08 DB10 DC01 EA01 EA05 EA07 EA14 EA15 EA26 EA30 EA31 EA34 FA02 FA04 FA12 FB02 FB10 FB11 FB12 FC04 FC07 HA03 HA08 HA18 HA36 HB05 HB06 3G301 HA04 HA16 JA02 JA26 KA01 KA24 LA01 LA05 LA07 LB04 MA01 MA03 MA11 MA18 MA19 MA26 MA29 ND03 ND04 ND12 ND15 NE12 NE21 NE23 PA01A PA09A PA10A PA11A PB08A PD02A PD12A PE01A PE03A PE08A PE09A PF16A

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁と、排気通路に配設された排気ガス浄化触媒とを備
    え、触媒未暖機時において、吸気行程から点火時期にか
    けての期間内に、圧縮行程中期以降に噴射開始の後期噴
    射と、該後期噴射より早い早期噴射との少なくとも２つ
    に分割して燃料を噴射する筒内噴射式エンジンの制御装
    置において、 前記燃焼室内の吸気流動強さを強制的に変化させる可変
    手段を備え、 前記触媒未暖機時において、前記燃焼室内の空燃比をλ
    ≒１とし、触媒未暖機時においてエンジン始動後から触
    媒温度上昇途上の触媒が部分活性するまでの前期間を少
    なくとも分割して燃料を噴射させつつ、前記吸気流動強
    さを前期間以降の該触媒温度上昇途上の後期間に対して
    弱くなるように前記可変手段を動作させることを特徴と
    する筒内噴射式エンジンの制御装置。
  2. 【請求項２】 前記可変手段は、前記後期間においても
    分割して燃料を噴射させつつ、前記吸気流動強さを強く
    することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エン
    ジンの制御装置。
  3. 【請求項３】 前記前期間は、触媒の活性状態が、該触
    媒自身が有する最大ＨＣ浄化率の略半分のＨＣ浄化率に
    到達するまでの期間であることを特徴とする請求項１に
    記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
  4. 【請求項４】 前記可変手段は、エンジンが低回転領域
    での触媒未暖機時に動作させることを特徴とする請求項
    １又は２に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
  5. 【請求項５】 前記吸気流動強さが弱い前期間は、吸気
    流動強さが強い後期間に対して後期噴射タイミングを遅
    らせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項
    に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
  6. 【請求項６】 前記前期間において２分割で燃料を噴射
    する場合、早期噴射での燃料噴射量を後期噴射での燃料
    噴射量より少なくすることを特徴とする請求項１に記載
    の筒内噴射式エンジンの制御装置。
  7. 【請求項７】 前記早期噴射での燃料噴射量は、総噴射
    量の１／４以上に設定されることを特徴とする請求項１
    に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
  8. 【請求項８】 吸気行程と圧縮行程との２分割で燃料を
    噴射することを特徴とする請求項６に記載の筒内噴射式
    エンジンの制御装置。
  9. 【請求項９】 前記前期間での気筒内の空燃比をλ≒１
    の範囲で前記後期間に比べてリーンに設定することを特
    徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制御装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記前期間での気筒内の空燃比を、酸
    素フィードバック開始までは空燃比をλ＝１近傍のλ＝
    １よりリーンに設定し、酸素フィードバック開始以降は
    空燃比をλ＝１に設定することを特徴とする請求項１に
    記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
  11. 【請求項１１】 前期間での酸素フィードバック時にお
    けるフィードバック基準値を、後期間での酸素フィード
    バック時におけるフィードバック基準値よりリーン側に
    設定することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式
    エンジンの制御装置。
  12. 【請求項１２】 触媒未暖機時は、触媒暖機後の同一負
    荷及び同一回転数に対して点火タイミングをリタードさ
    せることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エン
    ジンの制御装置。
  13. 【請求項１３】 点火プラグ周りの局所空燃比が後期噴
    射によって気筒内全体の平均空燃比よりリッチとなるよ
    うに気筒内にスワールを生成させ、前記可変手段は、気
    筒内のスワール流旋回角速度／エンジン回転角速度で表
    されるスワール比を変化させることを特徴とする請求項
    １に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
  14. 【請求項１４】 点火プラグが気筒上端部の中央部に、
    燃料噴射弁が気筒上端部の周辺部に配置され、ピストン
    頂部の燃料噴射弁寄りに成層用キャビティを設けたこと
    を特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの制
    御装置。
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