JP2002235646A

JP2002235646A - 筒内噴射型内燃機関

Info

Publication number: JP2002235646A
Application number: JP2001033639A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Okada; 公二郎岡田; Shinichi Murata; 真一村田; Yasuki Tamura; 保樹田村; Yasuyuki Yamaguchi; 康之山口; Shigeo Yamamoto; 茂雄山本; Hideo Nakai; 英夫中井; Fumiaki Hiraishi; 文昭平石
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2002-08-23
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP4062883B2

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒を効率的に昇温させることを可能にした
筒内噴射型内燃機関を提供する。【解決手段】触媒１８Ａ〜１８Ｃの昇温が要求される
ときには、燃料噴射手段９を駆動して空燃比が理論空燃
比近傍若しくは理論空燃比よりも若干希薄空燃比になる
ように燃料を圧縮行程中に燃焼室３内に直接噴射すると
ともに、バルブタイミング調整手段１０を駆動して排気
バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップを
通常運転時よりも減少させ、且つ、点火手段８による点
火時期を上死点後に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射型内燃機
関、特に排気バルブ及び／又は吸気バルブの開閉タイミ
ングを調整しうる筒内噴射型内燃機関における触媒の昇
温技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の内燃機関に備えられる触媒は、排
気ガス中の有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等）を浄化す
る効果を有している。しかしながら、この排ガス浄化効
果を得るためには触媒が所定の活性化温度に達している
ことが必要であり、冷態始動時のように触媒温度が低い
状態では十分な効果を得ることはできない。この点につ
いては近年実用化されている筒内噴射型内燃機関でも同
様であるが、筒内噴射型内燃機関では、燃料噴射時期を
任意に制御できるという特性を生かした種々の触媒昇温
技術が提案されている。

【０００３】例えば、特開２０００−２４０４８５号公
報には、触媒の昇温が要求される時、空燃比が理論空燃
比近傍になるように燃料を圧縮行程中に噴射して成層燃
焼を行わせる技術が開示されている。この技術は、成層
燃焼によって空燃比がリッチな領域とリーンな領域とを
局部的に生じさせ、リッチ空燃比領域では不完全燃焼に
より多量のＣＯ，Ｈ₂を発生させ、リーン空燃比領域で
は多量の余剰Ｏ₂を発生させるようにしたものである。
つまり、この技術によれば、多量のＣＯ，Ｈ₂及びＯ₂を
触媒に同時に供給することができ、触媒上でのＣＯ，Ｈ
₂とＯ₂との酸化反応による反応熱によって触媒を効率的
に昇温させることができる。

【０００４】また、筒内噴射型内燃機関においては、主
燃料の噴射後の膨張行程中に追加燃料を噴射することに
よって触媒を昇温させる技術も知られている。膨張行程
中に噴射された追加燃料は内燃機関の出力には寄与せ
ず、そのエネルギの多くは熱となって排気温度を高める
ことになるので、この技術によれば、高温の排気ガスを
触媒に供給して触媒を効率的に昇温させることができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、何
れも、燃料噴射時期を任意に制御できるという筒内噴射
型内燃機関の特性を生かし、燃料噴射時期によって内燃
機関の燃焼状態を制御して触媒の昇温を図っている。し
かしながら、内燃機関の燃焼状態を制御するためのパラ
メータとしては、上記の燃料噴射時期のほかに、点火時
期や排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミング等があ
る。したがって、燃料噴射時期だけでなくこれらの燃料
噴射時期以外の制御パラメータも用いて内燃機関の燃焼
状態を制御すれば、より効率的な触媒の昇温制御が可能
になると考えられる。

【０００６】本発明はこのような課題に鑑み創案された
もので、触媒を効率的に昇温させることを可能にした筒
内噴射型内燃機関を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の筒内噴射型内燃機関は、排気通路に設けら
れ排気ガスの浄化を行う触媒の昇温が要求されるときに
は、制御手段により以下の昇温制御を実行することを特
徴としている。すなわち、上記触媒の昇温が要求される
ときには、燃料噴射手段を駆動して空燃比が理論空燃比
近傍若しくは理論空燃比よりも若干希薄空燃比になるよ
うに燃料を圧縮行程中に燃焼室内に直接噴射するととも
に、バルブタイミング調整手段を駆動して排気バルブと
吸気バルブとの開弁期間のオーバラップを通常運転時よ
りも減少させ、且つ、点火手段による点火時期を上死点
後に設定している。

【０００８】通常、点火時期を遅角させるほど後燃え燃
焼による排気温度の上昇が期待できるが、点火時期があ
まりにも遅い場合には燃焼が不安定になってトルク変動
等のドライバビリティの悪化を招いてしまう虞がある。
しかしながら、本発明の筒内噴射型内燃機関では、圧縮
行程中に燃料を噴射することによって燃焼速度の速い成
層燃焼を実現し、これにより燃焼安定性を高めている。
また、開弁期間のオーバラップを減少させることによっ
て内燃機関の内部ＥＧＲを低減し、これによっても燃焼
安定性を高めている。したがって、上記のように点火時
期を大きく遅角させて上死点後に設定した場合でも安定
した後燃え燃焼の確保によって排気温度は確実に高めら
れ、圧縮行程噴射により生成されるＣＯ，Ｈ₂と余剰Ｏ₂
の触媒上での反応と相俟って触媒を効率よく昇温させる
ことができる。

【０００９】なお、上記触媒の昇温が要求されるときと
しては、内燃機関の冷態始動時の他、アイドリングやリ
ーン運転がある程度の時間にわたって継続したときのよ
うに上記触媒の温度が活性化温度以下まで低下したり或
いは低下しそうな状況にあるとき等が挙げられる。昇温
要求の有無の判定は、例えば、触媒温度を検出或いは推
定し、触媒温度が所定温度以下のときに昇温要求が有る
と判定してもよい。なお、上記触媒の種類には限定はな
く、三元触媒の他、吸蔵型ＮＯｘ触媒や選択還元型ＮＯ
ｘ触媒等も適用できる。また、上記触媒の配設位置にも
限定はなく、床下触媒でもよいし近接触媒でもよい。

【００１０】上記昇温制御時の空燃比（Ａ／Ｆ）は、リ
ッチ過ぎる場合には不完全燃焼の度合いが高すぎて未燃
ＨＣが多量に発生するとともに、上記点火手段としての
点火プラグのくすぶりの要因となり、スモークを発生さ
せる虞がある。逆にリーン過ぎる場合にはＣＯの生成量
が不足するとともに、燃費の悪化やドライバビリティの
低下を招いてしまう。したがって、上記昇温制御時の空
燃比（Ａ／Ｆ）は、１４〜１８の範囲に設定するのが好
ましく、より好ましくは１４．５〜１６の範囲に設定す
る。同様に上記点火手段の周囲に局所的に生成されるリ
ッチ領域の空燃比については８〜１０の範囲になるのが
好ましい。また、空燃比の制御はオープンループ制御で
もよいが、より好ましくは、上記触媒の上流側に設置さ
れるＯ₂センサが活性化した時点で空燃比のフィードバ
ック制御を行うようにする。

【００１１】また、上記バルブタイミング調整手段は、
吸気バルブの開閉タイミングを調整するものでもよく、
排気バルブの開閉タイミングを調整するものでもよい。
さらに、吸／排気バルブ双方の開閉タイミングを調整す
るものでもよい。バルブタイミングの調整機構として
は、切換式，位相切換式，偏芯式或いは電磁弁式等、少
なくともバルブタイミングを変更可能なものであればよ
い。好ましくは、ベーン式のタイミング可変機構のよう
に連続的にバルブタイミングを変更できる機構とする。
この場合、上記昇温制御時のバルブオーバラップの量
は、内燃機関の水温（或いは油温）や触媒温度（或いは
排気温度）の上昇度に応じて増大させるのがより好まし
い。上記昇温制御時のバルブオーバラップは、少なくと
も通常運転時（温態時）よりも減少していればよいが、
クランク角度で０度以下、すなわちオーバラップが全く
無いか或いは排気バルブも吸気バルブも開いていない期
間を設けるようにしてもよい。このようにオーバラップ
が全く無い状態とすることで、内部ＥＧＲを完全に無く
すことができる。

【００１２】また、上記昇温制御における圧縮行程噴射
においては、好ましくは、同負荷，同回転速度で比較し
たときの通常運転時の圧縮行程噴射における噴射時期よ
りも圧縮行程の範囲内で噴射時期を進角させる。このよ
うに噴射時期を進角させることで、燃焼室空間が比較的
広いときに燃料を噴射することができ、燃料の拡散を促
進して燃焼安定性をより向上させることが可能になる。
また、噴射された燃料の霧化時間が十分に確保されるこ
とにより、スモークの発生を抑制することもできる。

【００１３】また、点火時期は、上死点から上死点後３
０度の範囲に設定するのが好ましい。より好ましくは、
上死点後５〜２０度の範囲に点火時期を設定する。この
ような範囲内に点火時期を設定することで、燃費の悪化
やドライバビリティの低下を招くことなく排気温度を上
昇させることができる。さらに、点火時期の遅角による
出力の低下を補うために、点火時期の遅角度合いに応じ
て吸入空気量を増加するのも好ましい。

【００１４】上記の筒内噴射型内燃機関において、より
好ましくは、上記昇温制御の開始後の所定時点で点火時
期を上死点後から上死点前に変更（空燃比，燃料噴射時
期及び開弁期間のオーバラップについては、上記昇温制
御の設定を維持）するように上記制御手段を構成する。
上記昇温制御では、点火時期の遅角による高温排気ガス
の供給と圧縮行程噴射によるＣＯ，Ｈ₂及び余剰Ｏ₂の供
給とにより触媒の昇温を図っているが、触媒温度がある
程度まで上がり触媒の一部分でも活性化すれば、その後
は圧縮行程噴射によるＣＯ，Ｈ₂及び余剰Ｏ₂の供給のみ
によっても十分に触媒を活性化温度まで昇温させること
ができる。したがって、このように上記昇温制御の開始
後に点火時期を上死点後から上死点前に変更（進角）す
ることにより、点火時期の遅角に伴う燃費の低下を抑制
することが可能になる。

【００１５】なお、点火時期を上死点後から上死点前に
変更する所定時点としては、触媒温度が所定温度に達し
た時点とするのが好ましい。触媒温度は触媒から直接検
出してもよく、或いは高温センサにより検出できる排気
温度から推定してもよい。また、内燃機関の冷却水温
（或いは油温）が所定温度に達したら点火時期を変更す
るようにしてもよい。さらに、上記昇温制御の開始から
の経過時間と触媒温度との関係を予め実験等で求めてお
き、上記昇温制御の開始から所定時間（触媒温度が所定
温度まで達したと推定される時間）が経過した時点で点
火時期を変更するようにしてもよい。また、この場合、
点火時期を上死点後から上死点前へステップ状に変更し
てもよいが、好ましくは上死点後から上死点前へ徐々に
（より好ましくは連続的に）点火時期を進角させていく
ようにする。そして、さらに好ましくは、検出或いは推
定された触媒温度（或いは上記昇温制御の開始からの経
過時間或いは水温等）に応じて点火時期を進角させてい
くようにする。

【００１６】さらに、上記昇温制御の実行に先立ち、以
下のような昇温開始制御（第１,第２の昇温開始制御）
を実行するように上記制御手段を構成するのも好まし
い。まず、第１の昇温開始制御では、上記触媒の昇温が
要求されるとき、上記昇温制御の実行に先立ち、所定期
間に亘り、上記燃料噴射手段を駆動して吸気行程で燃料
を噴射するとともに、上記点火手段による点火時期を通
常運転時よりも遅角させる。このように始めの所定期間
はＣＯの生成量の少ない吸気行程噴射を行いながら点火
時期を通常運転時よりも遅角させることで、ＣＯ排出量
を低減できるとともに上記触媒の活性化の早期活性化を
図ることが可能になる。なお、この場合、好ましくは、
排気バルブと吸気バルブとの開弁期間のオーバラップは
通常運転時よりも減少させるようにする。

【００１７】また、第２の昇温開始制御では、上記触媒
の昇温が要求されるとき、上記昇温制御の実行に先立
ち、所定期間に亘り、上記燃料噴射手段を駆動して圧縮
行程中に主燃料を噴射した後に追加燃料を膨張行程以降
に噴射する。このように主燃料と追加燃料のいわゆる二
段燃焼により上記触媒をある程度まで昇温させた後で上
記昇温制御の実行することにより、ＣＯ排出量を低減し
ながら触媒を効率良く昇温させることが可能になる。な
お、この場合、好ましくは、排気バルブと吸気バルブと
の開弁期間のオーバラップは通常運転時よりも減少させ
るようにする。また、点火時期は通常運転時よりも遅角
させるのが好ましい。さらに、追加燃料の噴射時期とし
ては、膨張行程中期以降が好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。まず、本発明の第１実施形態
にかかる筒内噴射型内燃機関の概要について説明する
と、本筒内噴射型内燃機関は、吸気，圧縮，膨張及び排
気の各行程を一作動サイクル中に備える４サイクル機関
であって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接
噴射可能に構成されている。より具体的には、本筒内噴
射式内燃機関は図１の概略構成図に示すように構成され
ている。

【００１９】図１に示すように、本筒内噴射式内燃機関
（以下、エンジンという）１のシリンダヘッド２には、
吸気通路４および排気通路５が燃焼室３に連通しうるよ
うに接続されている。吸気通路４と燃焼室３とは吸気バ
ルブ６によって連通制御されるとともに、排気通路５と
燃焼室３とは排気バルブ７によって連通制御されるよう
になっている。このうち吸気バルブ６には、吸気バルブ
６の開閉タイミングを可変調整するバルブタイミング調
整装置１０が備えられている。バルブタイミング調整装
置（バルブタイミング調整手段）１０の機構は公知であ
るのでここでは詳細な説明は省略するが、例えばタイミ
ングベルトを介してクランク軸に連結されるタイミング
プーリのハウジング内にベーンロータを回動可能に設
け、このベーンロータに吸気カム軸を連結することによ
って構成される。そして、ベーンロータに作用させる油
圧を制御することでタイミングプーリに対する吸気カム
軸の位相を調整し、吸気バルブ６の開閉タイミングを連
続的に調整できるようになっている。

【００２０】また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に
燃料噴射弁（燃料噴射手段）９が備えられている。燃料
噴射弁９は、燃焼室３内に燃料を直接噴射できるよう
に、その開口を燃焼室３に臨ませるように配置されてい
る。この燃料噴射弁９には、図示しない低圧燃料ポンプ
及び高圧燃料ポンプにより加圧された燃料が供給される
ようになっている。さらに、シリンダヘッド２の各気筒
の燃焼室３の頂部中央には、点火プラグ（点火手段）８
が備えられている。

【００２１】吸気通路４には、各気筒の燃焼室３内に吸
入空気を導入するための吸気マニホールド１１が備えら
れている。シリンダヘッド２には、吸気ポートが気筒毎
に燃焼室３に対して比較的直立して設けられており、吸
気マニホールド１１は各吸気ポートと連通するようにシ
リンダヘッド２に接続されている。吸気マニホールド１
１の上流には、吸入空気量を調整するためのスロットル
バルブ１２が設けられている。

【００２２】一方、排気通路５には、各気筒の燃焼室３
から排出された排ガスを一つに集合させる排気マニホー
ルド１７が備えられている。シリンダヘッド２には、排
気ポートが気筒毎に比較的水平方向に設けられており、
排気マニホールド１７は各排気ポートと連通するように
シリンダヘッド２に接続されている。排気マニホールド
１７としては、各気筒の燃焼室３から排出される排気ガ
スの干渉を防止してエンジン出力の向上を図るためデュ
アルタイプの排気マニホールドが採用されている。ま
た、排気マニホールド１７の下流側で車両床下には触媒
装置１８および図示しないマフラ (消音器）が設けられ
ている。触媒装置１８は、排気ガス中の有害成分（Ｃ
Ｏ，未燃ＨＣ，ＮＯx）を浄化する装置であり、吸蔵型
ＮＯｘ触媒１８Ａの上下流に三元触媒１８Ｂ，１８Ｃを
配置した構造になっている。

【００２３】さらに、車室内には、エンジン１を制御す
る制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０が
備えられている。ＥＣＵ３０は、入出力装置，ＲＯＭ，
ＲＡＭ，ＣＰＵ及びタイマカウンタ等から構成されてお
り、入力側に接続された種々のセンサからの検出情報に
基づいてエンジン１の総合制御を行っている。ＥＣＵ３
０の入力側に接続されるセンサとして、まず吸気通路４
には、そのスロットルバルブ１２の配設部分に、スロッ
トルバルブ１２の開度θthを検出するためのスロットル
ポジションセンサ（ＴＰＳ）２０が付設されている。ま
た、排気通路５には、触媒装置１８の上流部分にＯ₂セ
ンサ２１と高温センサ２２とが配設されている。Ｏ₂セ
ンサ２１は、排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサで
あり、理論空燃比（ストイキオ）を境としてその出力が
大きく変化するような特性を有している。高温センサ２
２は排気ガスの温度を検出するセンサである。さらに、
その他のセンサとして、エンジン１の冷却水の水温ＷＴ
を検出する水温センサ２３や、クランクシャフトの回転
に同期して信号を出力するクランク角センサ２４や、図
示しないアクセル開度センサやエアフローセンサ等が設
けられている。なお、クランク角センサ２４からの信号
はエンジン回転速度Ｎeの算出に用いられる。

【００２４】一方、ＥＣＵ３０の出力側には、点火プラ
グ８，燃料噴射弁９及びバルブタイミング調整装置１０
等が接続されている。ＥＣＵ３０は、上記の各種センサ
２０〜２４からの検出情報に基づいて、点火プラグ８の
点火時期や、燃料噴射弁９からの燃料噴射時期及び燃料
噴射量や、バルブタイミング調整装置１０による吸気バ
ルブ６の開閉タイミング等を制御している。

【００２５】なお、本実施形態にかかるエンジン１の燃
料噴射の態様（燃料噴射モード）としては、吸気行程中
に燃料を噴射して予混合燃焼を行う吸気行程噴射モード
と、圧縮行程中に燃料を噴射して成層燃焼を行う圧縮行
程噴射モードの燃料噴射時期の異なる２つのモードが設
けられている。より詳しくは、吸気行程噴射モードとし
て、Ｏ₂センサ２１からの信号を用いて空燃比がストイ
キオになるようにフィードバック制御する吸気Ｏ₂−Ｆ
／Ｂモード、ストイキオよりも希薄な空燃比（リーン空
燃比）となるようオープンループ制御する吸気リーンモ
ード、及び、ストイキオよりも過濃な空燃比（リッチ空
燃比）となるようオープンループ制御する吸気Ｏ／Ｌモ
ードが設けられている。一方、圧縮行程噴射モードとし
ては、吸気リーンモードよりもさらに希薄な空燃比とな
るようオープンループ制御する圧縮リーンモード、スト
イキオよりも若干リーンなスライトリーン空燃比（Ａ／
Ｆ＝１５〜１６）となるようオープンループ制御する圧
縮スライトリーンモード（圧縮Ｓ／Ｌモード）が設けら
れている。

【００２６】上記の噴射モードのうち、各吸気行程噴射
モードと圧縮リーンモードとは、通常時の燃料噴射制御
に用いられ、ＥＣＵ３０は、アクセル開度とエンジン回
転速度Ｎｅとで決まるエンジン１の運転状態に応じて適
宜の燃料噴射モードを選択するようになっている。一
方、圧縮Ｓ／Ｌモードは、後述する昇温制御時の燃料噴
射制御に用いられる。昇温制御は、触媒装置１８の昇温
が要求される場合、すなわち触媒装置１８の温度が低下
しているような状況で選択されるエンジン１の制御方法
であり、本実施形態にかかるエンジン１では、ＥＣＵ３
０は、上記の燃料噴射モードに加え、点火プラグ８の点
火時期と、バルブタイミング調整装置１０による吸気バ
ルブ６の開閉タイミングとを総合制御することによって
実現している。

【００２７】以下、本発明の第１実施形態にかかる昇温
制御について、図２のフローチャート及び図３のタイム
チャートを用いて説明する。なお、ここでは、エンジン
１を冷態始動させる場合の昇温制御について説明する。
まず、ステップＳ１０では、ＥＣＵ３０は、始動スイッ
チ（例えばイグニションキー）が操作されてオン状態と
された場合、すなわちエンジン１が始動したと判定され
た場合に、本制御ルーチンで用いるタイマの値Ｔを０に
リセットしてカウントを開始する〔すなわちタイマオ
ン、図３（ｄ）参照〕。そして、ステップＳ２０におい
て、エンジン回転速度Ｎeが所定値Ｎe0（Ｎe0＞アイド
ル回転速度）に達したと判定され、始動判定が完了した
ら次のステップＳ３０に進む。なお、図３（ａ）に示す
ように、エンジン１の始動後、エンジン回転速度Ｎeが
所定値Ｎe0に達するまでは、始動に十分な燃料を供給す
べく燃料噴射モードは吸気Ｏ／Ｌモードが選択される。

【００２８】ステップＳ３０では、ＥＣＵ３０は、昇温
制御を実行してもよいか否かを判定する。具体的には、
冷却水温（単に、水温という）ＷＴ，エンジン回転速度
Ｎe，目標平均有効圧Ｐe（アクセル開度とエンジン回転
速度Ｎeとから推定），車速Ｖがそれぞれ対応する所定
値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1以下であるか否かを判定す
る。エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖ
のいずれかが高い条件では、エンジン１の運転状態は圧
縮行程噴射領域を外れており、排気温度が高い通常走行
状態とみなすことができるので、昇温制御を用いなくて
も触媒装置１８を昇温することができ、逆に昇温制御を
実行すると排気浄化触媒装置１８の過昇温を招く虞があ
る。また、水温センサ２３により検出された冷却水温Ｗ
Ｔが、所定値、すなわちエンジン１が暖機したとみなせ
る暖機温度ＷＴ1以下であるか否かを判定するのは、排
気浄化触媒装置１８の過昇温を防止するためである。

【００２９】したがって、水温ＷＴ，エンジン回転速度
Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれかが対応する
所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1よりも大きい場合（Ｎｏ
ルート）には、ＥＣＵ３０は、昇温制御を実行すること
なく、ステップＳ４０において通常時の制御を実行す
る。つまり、エンジン１の運転状態に応じた燃料噴射モ
ード，点火時期，及び吸気バルブ６の開閉タイミングを
選択する。一方、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目
標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれもが対応する所定値
ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1以下の場合（Ｙｅｓルート）に
は〔図３（ｅ）〜図３（ｈ）参照〕、次のステップＳ５
０に進み、昇温制御を実行する。

【００３０】昇温制御は、上述したように燃料噴射モー
ド，点火時期，及び吸気バルブ６の開閉タイミングの総
合制御によって実現される。具体的には、ＥＣＵ３０
は、燃料噴射モードとして圧縮Ｓ／Ｌモードを選択し、
点火時期は圧縮上死点後に遅角させる〔図３（ａ），図
３（ｂ）参照〕。また、吸気バルブ６の開閉タイミング
は図４に示すように排気バルブ７と吸気バルブ６との開
弁期間のオーバラップ（バルブオーバラップ）が通常運
転時よりも減少するように遅角させる〔図３（ｃ）参
照〕。

【００３１】冷態始動時のように触媒温度が低く触媒装
置１８の浄化能力が低いときには、空燃比は燃焼が悪化
しない範囲で極力リーン化したほうが未燃ＨＣの低減に
効果がある。その際、吸気行程噴射よりも圧縮行程噴射
のほうが成層燃焼のため燃焼が早く、燃焼安定性に優れ
ており、ドライバビリティも良好となる。加えて、空燃
比をストイキオ近傍或いはストイキオよりも若干リーン
寄りのスライトリーン空燃比に制御して圧縮行程噴射を
行った場合には、局部的に極めて燃料濃度の濃いリッチ
領域と燃料濃度の薄いリーン領域とが燃焼室３内に形成
される。そして、リッチ領域では局部的に酸素が不足す
るために不完全燃焼が生起されて比較的多量のＣＯ，Ｈ
₂が発生し、リーン領域では燃焼に寄与しないＯ₂が余剰
Ｏ₂として多く存在することになる。

【００３２】したがって、上述のように燃料噴射モード
として圧縮Ｓ／Ｌモードが選択されることにより、反応
性に富むＣＯ，Ｈ₂と余剰Ｏ₂とを排気通路５を経て触媒
装置１８へ同時供給することができ、排気通路５及び触
媒装置１８内での酸化反応によるＣＯ，Ｈ₂とＯ₂との反
応熱によって触媒装置１８の昇温が図られることにな
る。なお、空燃比がリッチ過ぎる場合には不完全燃焼の
度合いが高すぎて未燃ＨＣが多量に発生するとともに、
点火プラグ８のくすぶりの要因となり、スモークを発生
させる虞がある。逆に空燃比がリーン過ぎる場合にはＣ
Ｏ，Ｈ₂の生成量が不足するとともに、燃費の悪化やド
ライバビリティの低下を招いてしまう。したがって、昇
温制御における空燃比は、１４〜１８の範囲に設定され
るのが好ましく、より好ましくは１４．５〜１６の範囲
とする。また、点火プラグ８の周りに局所的に生成され
るリッチ領域の空燃比については８〜１０の範囲が好ま
しい。

【００３３】また、ＥＣＵ３０は、燃料噴射モードとし
て圧縮Ｓ／Ｌモードを選択すると同時に、点火時期を圧
縮上死点後まで遅角させている。このように点火時期が
圧縮上死点後まで遅角されることによって、膨張行程で
の十分な後燃えが可能になり、後燃えによる排気温度の
上昇によってより速やかに触媒装置１８の昇温が図られ
ることになる。特に、ＣＯ，Ｈ₂とＯ₂との反応熱のみで
は、触媒１８Ａ〜１８Ｃが全く活性していない場合や活
性化度合いが低い場合、触媒１８Ａ〜１８Ｃが活性化す
るまでに時間がかかるが、上記のように点火時期が圧縮
上死点後まで遅角されることによって排気温度を高める
ことができ、触媒１８Ａ〜１８Ｃ（特に１８Ｂ）を十分
に加熱して活性化させることができる。その結果、圧縮
Ｓ／Ｌモードでの燃料噴射により供給されるＣＯ，Ｈ₂
及びＯ₂を触媒１８Ａ〜１８Ｃ（特に１８Ｂ）上で有効
に反応させることができ、その反応熱によって触媒１８
Ａ〜１８Ｃ（特に１８Ｂ）のさらなる早期活性化が図ら
れることになる。

【００３４】ここで、図５は、冷態始動後の触媒装置１
８内の三元触媒１８Ｂの入口部と中心部における温度Ｔ
exの時間変化（ａ）を、ＮＯx浄化効率（ｂ），ＣＯ浄
化効率（ｃ），及びＨＣ浄化効率（ｄ）の時間変化と併
せて、上述の昇温制御を実行した場合（実線）と昇温制
御を実行することなく通常の制御を実行した場合（一点
鎖線）とで比較して示したものである。本実施形態にか
かる触媒装置１８はエンジン１本体から遠いため排気ガ
スが触媒装置１８に到達する前に排気温度が下がりやす
く、また、デュアルタイプ排気マニホールド１７は排気
干渉が少ない分、排気マニホールド１７内での反応が少
なく、且つ熱容量が大きいと同時に表面積（放熱面積）
が大きいために排気温度が下がりやすい。しかしなが
ら、このように排気温度の維持に不利な構造であって
も、これらの図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、冷
態始動時、上述の昇温制御を実行した場合には、触媒装
置１８を早期に活性化温度まで上昇させ、有害物質（Ｈ
Ｃ，ＣＯ及びＮＯx）の浄化効率を速やかに上昇させる
ことができる。

【００３５】また、上述のように点火時期が圧縮上死点
後まで遅角される場合、通常であれば燃焼が不安定にな
ってトルク変動等のドライバビリティの悪化を招いてし
まうことになるが、ＥＣＵ３０は、点火時期を遅角させ
るとともに、燃焼安定性の高い圧縮行程噴射を行ってい
る。そして、さらに、上述のように排気バルブ７と吸気
バルブ６との開弁期間のオーバラップを通常運転時より
も減少させことによってエンジン１の内部ＥＧＲを低減
し、これによっても燃焼安定性を高めている。したがっ
て、点火時期を圧縮上死点後まで大きく遅角させた場合
でも、燃焼安定性の低下によってドライバビリティが悪
化することがない。また、開弁期間のオーバラップを小
さくすることによる燃焼安定性の向上は、リーン化に伴
う燃焼安定性の悪化を補うので、より容易にリーン化を
図ることも可能になる。

【００３６】つまり本実施形態にかかる昇温制御によれ
ば、空燃比がストイキオ近傍若しくはスライトリーン空
燃比になるように燃料を圧縮行程中に噴射することと、
点火時期を圧縮上死点後に設定することと、排気バルブ
７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップを通常運
転時よりも減少させることの相乗効果によって、燃焼安
定性の悪化を招くことなく触媒装置１８を効率的に昇温
することができるという効果が得られる。

【００３７】なお、点火時期の設定は、具体的には圧縮
上死点後０〜３０度の範囲とする。圧縮上死点後３０度
を超えないのは、圧縮上死点後３０度を超えるとさすが
に燃焼安定性が低下してしまうからである。好ましくは
圧縮上死点後５〜２０度の範囲とする。この範囲の設定
により十分な排気昇温効果を得ることができる。また、
排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラッ
プは、少なくとも温態時（通常運転時）の同負荷，同回
転速度における設定量よりも小さければよいが、バルブ
タイミング調整装置１０の機構上可能であれば、好まし
くは０度以下の設定にする。オーバラップがある限りは
燃焼安定性の低下の要因である内部ＥＧＲは多少とも存
在しており、特に吸気通路４に負圧が発生している場合
には、わずかでもオーバラップがあると負圧に引かれて
本来排気通路５に排出されるべき排気ガスが内部ＥＧＲ
として燃焼室３内に残存してしまう。したがって、上記
のようにオーバラップを０度以下に設定することで内部
ＥＧＲを完全に無くし、さらなる燃焼安定性の向上を図
ることが可能になる。

【００３８】以上のように昇温制御を実行して触媒装置
１８の昇温を実施したら、ＥＣＵ３０は、次にステップ
Ｓ６０の処理を行う。ステップＳ６０では、ＥＣＵ３０
は、タイマが所定タイマ時間Ｔ１をカウントしたか否
か、即ち上記の昇温制御を所定タイマ時間Ｔ１を超えて
継続したか否かを判定する。所定タイマ時間Ｔ１は、予
め実験等により、例えば、冷態始動後、昇温制御の実行
により触媒装置１８が活性化温度に近い所定温度にまで
昇温したと推定されるまでの時間に設定されている。そ
して、タイマが所定タイマ時間Ｔ１に達していない場合
（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３０は、ステップＳ３０の
処理を経て再びステップＳ５０において昇温制御を継続
する。一方、タイマが所定タイマ時間Ｔ１をカウントし
た場合（Ｙｅｓルート）には、次のステップＳ７０の処
理を行う。すなわち、ステップＳ７０では、ＥＣＵ３０
は、昇温制御を終了し〔図３（ａ）〜図３（ｃ）参
照〕、エンジン１の運転状態に応じた燃料噴射モード，
点火時期，及び吸気バルブ６の開閉タイミングを選択し
て再び通常の制御を行う。

【００３９】次に、本発明の第２実施形態について図６
及び図７を用いて説明する。本実施形態は第１実施形態
よりも昇温制御における制御精度の向上を図ったもので
ある。このため、本実施形態では、エンジン１の燃料噴
射の態様（燃料噴射モード）として、第１実施形態と同
様の各燃料噴射モードに加え、圧縮行程噴射モードの一
つとしてＯ₂センサ２１からの信号を用いて空燃比がス
トイキオになるようにフィードバック制御する圧縮Ｏ₂
−Ｆ／Ｂモードが設けられている。ＥＣＵ３０は、この
圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードを圧縮Ｓ／Ｌモードと共に昇温
制御時の燃料噴射制御に用いている。すなわち、本実施
形態は昇温制御の方法に第１実施形態との相違があり、
以下、この相違点である昇温制御の方法について重点的
に説明する。なお、エンジン（筒内噴射型内燃機関）１
の構成については第１実施形態と同構成であるのでここ
では説明を省略し、以下、第１実施形態と同符合を用い
るものとする。

【００４０】図６のフローチャートに示すように、本実
施形態は、第１実施形態にかかる昇温制御の実行ステッ
プ（ステップＳ５０）の代わりに、ステップＳ５１〜Ｓ
５３の処理を行うことを特徴としている。つまり、本実
施形態では、ステップＳ５１〜Ｓ５３で昇温制御の実行
ステップが構成されている。なお、他のステップについ
ては第１実施形態と同様の処理内容なのでここでは説明
を省略する。

【００４１】まず、ステップＳ３０において、水温Ｗ
Ｔ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖ
のいずれもが対応する所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1以
下と判定された場合（Ｙｅｓルート）〔図７（ｆ）〜図
７（ｉ）参照〕、ＥＣＵ３０は、次のステップＳ５１に
進んで、Ｏ₂センサ２１が活性化状態にあるか否かを判
定する。Ｏ₂センサ２１は、ある程度の高温下でその性
能を発揮するように構成されているため、低温状態では
適正なフィードバック制御を行うことができない。そこ
で、例えばＯ₂センサ２１のリッチ空燃比における出力
電圧を所定の活性判定電圧と比較することによってＯ₂
センサ２１が活性化状態を判別する。そして、Ｏ₂セン
サ２１が未だ活性化状態にない（オフ）と判定された場
合（Ｎｏルート）には〔図７（ａ）参照〕、ステップＳ
５２に進む。

【００４２】ステップＳ５２では、ＥＣＵ３０は、第１
実施形態と同様に、燃料噴射モードとして圧縮Ｓ／Ｌモ
ードを選択し、点火時期は圧縮上死点後に遅角させ、吸
気バルブ６の開閉タイミングは排気バルブ７と吸気バル
ブ６との開弁期間のオーバラップが通常運転時よりも小
さくなるように遅角させる〔図７（ｂ）〜図７（ｄ）参
照〕。一方、Ｏ₂センサ２１が活性化状態にある（オ
ン）と判定された場合（Ｙｅｓルート）には〔図７
（ａ）参照〕、ステップＳ５３に進む。

【００４３】ステップＳ５３では、ＥＣＵ３０は、点火
時期は圧縮上死点後に遅角させて、吸気バルブ６の開閉
タイミングは排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間
のオーバラップが通常運転時よりも小さくなるように遅
角させたまま、燃料噴射モードとして圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂ
モードを選択する〔図７（ｂ）〜図７（ｄ）参照〕。こ
のように、空燃比がストイキオになるようにフィードバ
ック制御しながら圧縮行程噴射を実行することにより、
圧縮Ｓ／Ｌモードを選択した場合と同様に成層燃焼によ
って比較的多量のＣＯ，Ｈ₂及び余剰Ｏ₂を生成すること
ができる。さらに、フィードバック制御であることか
ら、圧縮Ｓ／Ｌモードにおけるオープンループ制御に比
較して空燃比の正確な設定が可能になる。したがって、
本実施形態によれば、第１実施形態よりも制御精度を高
めることができ、触媒装置１８をより効率よく昇温させ
ることが可能になるという効果がある。なお、フローチ
ャート中には示していないが、ステップＳ４０で通常時
の制御を行う場合も、Ｏ₂センサ２１が活性化状態にあ
ると判定された以降は、吸気Ｏ／Ｌモードから吸気Ｏ ₂
−Ｆ／Ｂモードへ燃料噴射モードを切り替える。

【００４４】圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードにおいては、通
常、空燃比がストイキオとなるようにフィードバック制
御を行うが、フィードバックゲイン（例えばＰＩ制御の
場合には、積分ゲイン或いは比例ゲイン）の設定を変え
ることによって、スライトリーン空燃比を目標空燃比と
してフィードバック制御を行ってもよい。また、圧縮行
程噴射では、成層燃焼に伴う局部的な不完全燃焼により
排気ガス中に比較的多量のＨ₂が発生するが、このＨ₂は
Ｏ₂よりもＯ₂センサ２１のＰt電極を覆うコート層を拡
散する速度が速いため、Ｏ₂濃度が実際よりも小さく検
出されてＯ₂センサ２１の出力はややリッチ寄りとな
る。したがって、ストイキオを目標空燃比としてフィー
ドバック制御を行った場合でも、実際の空燃比は自然に
ストイキオよりも若干リーン寄りのスライトリーン空燃
比に制御されることになる。

【００４５】また、図１ではＯ₂センサ２１は触媒装置
１８の上流側に配置しているが、触媒装置１８の下流側
に配置してもよく、さらに上下流両側に配置してもよ
い。さらに、Ｏ₂センサ２１として、リニア空燃比セン
サを用いることもできる。この場合には、任意の空燃比
を目標空燃比としてフィードバック制御を実行すること
ができる。

【００４６】次に、本発明の第３実施形態について図８
及び図９を用いて説明する。本実施形態は第１実施形態
よりも昇温制御における燃費の向上を図ったものであ
り、昇温制御の方法に第１実施形態との相違がある。以
下、この相違点である昇温制御の方法について重点的に
説明する。なお、エンジン（筒内噴射型内燃機関）１の
構成については第１実施形態と同構成であるので説明を
省略し、以下、第１実施形態と同符合を用いるものとす
る。

【００４７】図８のフローチャートに示すように、本実
施形態では、昇温制御を二段階（ステップＳ５０，ステ
ップＳ５７）に分けて実行することを特徴としている。
まず、第１段階の昇温制御（第１昇温制御）の実行処理
（ステップＳ５０）は第１実施形態と同様であり、ＥＣ
Ｕ３０は、燃料噴射モードとして圧縮Ｓ／Ｌモードを選
択し、点火時期は圧縮上死点後に遅角させ、吸気バルブ
６の開閉タイミングは排気バルブ７と吸気バルブ６との
開弁期間のオーバラップが通常運転時よりも小さくなる
ように遅角させる〔図９（ａ）〜図９（ｃ）参照〕。

【００４８】次にステップＳ５４では、ＥＣＵ３０は、
タイマが所定タイマ時間Ｔ２をカウントしたか否か、即
ち上記の第１昇温制御を所定タイマ時間Ｔ２を超えて継
続したか否かを判定する〔図９（ｄ）参照〕。所定タイ
マ時間Ｔ２は、予め実験等により、例えば、冷態始動
後、第１昇温制御の実行により触媒装置１８が所定温度
にまで昇温したと推定されるまでの時間に設定されてい
る。そして、タイマが所定タイマ時間Ｔ２に達していな
い場合（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３０は、ステップＳ
３０の処理を経て再びステップＳ５０において第１昇温
制御を継続する。一方、タイマが所定タイマ時間Ｔ２を
カウントした場合（Ｙｅｓルート）には、次のステップ
Ｓ５５の処理を行う。

【００４９】ステップＳ５５では、ＥＣＵ３０は、第２
段階の昇温制御（第２昇温制御）を実行してもよいか否
かを判定する。具体的には、ステップＳ３０と同様に、
水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，
車速Ｖがそれぞれ各対応する所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe
1，Ｖ1以下であるか否かを判定する〔図９（ｅ）〜図９
（ｈ）参照〕。そして、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎ
e，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれかが対応する所
定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1よりも大きい場合（Ｎｏル
ート）には、ＥＣＵ３０は、第２昇温制御を実行するこ
となく、ステップＳ５６において通常時の制御を実行す
る。一方、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均
有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれもが対応する所定値ＷＴ1，
Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1以下の場合（Ｙｅｓルート）には、次
のステップＳ５７に進み、第２昇温制御を実行する。な
お、ここでは第１昇温制御の開始判定で用いた所定値Ｗ
Ｔ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1を第２昇温制御の開始判定でも用
いているが、第１昇温制御とは異なる所定値ＷＴ2，Ｎe
2，Ｐe2，Ｖ2を用いてもよい。

【００５０】第２昇温制御は、燃料噴射モードと吸気バ
ルブ６の開閉タイミングの総合制御によって実現され
る。具体的には、ＥＣＵ３０は、第１昇温制御に実行時
と同様に、燃料噴射モードとして圧縮Ｓ／Ｌモードを選
択し、吸気バルブ６の開閉タイミングは排気バルブ７と
吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップが通常運転時
よりも小さくなるように遅角させたままで〔図９
（ａ），図９（ｃ）参照〕、点火時期を通常制御時と同
様に上死点前に進角させる〔図９（ｂ）参照〕。また、
ここでは点火時期は上死点前の通常制御時と同じ時期に
しているが、上死点前としながら通常制御時よりも若干
遅角させてもよい。これは、圧縮Ｓ／Ｌモードでの圧縮
行程噴射を行っているため燃焼安定性が良く、多少点火
時期を遅角させてもドライバビリティの悪化を招くこと
がないからである。

【００５１】第１昇温制御では、点火時期の遅角による
高温排気ガスの供給と圧縮行程噴射によるＣＯ，Ｈ₂及
びＯ₂の同時供給とにより触媒装置１８の昇温を図って
いるが、触媒温度がある程度まで上がり触媒装置１８の
一部分でも活性化すれば、その後は圧縮行程噴射による
ＣＯ，Ｈ₂及びＯ₂の供給のみによっても十分に触媒装置
１８を活性化温度まで昇温させることができる。したが
って、このように第１昇温制御の開始後、所定時間Ｔ２
が経過した時点で点火時期を上死点後から上死点前に変
更（進角）することにより、点火時期の遅角に伴う燃費
の低下を抑制することが可能になる。したがって、本実
施形態によれば、第１実施形態よりも燃費の悪化を抑制
しながら触媒装置１８を昇温させることが可能になると
いう効果がある。なお、ここでは所定タイマ時間Ｔ２の
経過により点火時期をステップ状に変化（進角）してい
るが、徐々に遅角量を少なくしていくようにしてもよ
い。

【００５２】以上のように第２昇温制御を実行して触媒
装置１８の昇温を実施したら、ＥＣＵ３０は、次にステ
ップＳ６１の処理を行う。ステップＳ６１では、ＥＣＵ
３０は、タイマが所定タイマ時間Ｔ３をカウントしたか
否か、即ち上記の第１，第２昇温制御を所定タイマ時間
Ｔ３を超えて継続したか否かを判定する。所定タイマ時
間Ｔ３は、予め実験等により、例えば、冷態始動後、第
１，第２昇温制御の実行により触媒装置１８が活性化温
度に近い所定温度にまで昇温したと推定されるまでの時
間に設定されている。そして、タイマが所定タイマ時間
Ｔ３に達していない場合（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３
０は、ステップＳ５４の処理を経て再びステップＳ５７
において第２昇温制御を継続する。一方、タイマが所定
タイマ時間Ｔ３をカウントした場合（Ｙｅｓルート）に
はステップＳ７０に進み、ＥＣＵ３０は、第２昇温制御
を終了して通常時の制御を行う〔図９（ａ），図９
（ｃ），図９（ｄ）参照〕。

【００５３】次に、本発明の第４実施形態について図１
０及び図１１を用いて説明する。本実施形態は始動直後
におけるエンジン制御をより適性に行うことで、第１実
施形態よりも触媒をより効率よく昇温させることを図っ
たものである。つまり、第１実施形態の昇温制御のよう
に、空燃比をストイキオ近傍若しくはスライトリーン空
燃比にして圧縮行程噴射を行うことにより、排気ガス中
に比較的多量のＣＯを生成することができるが、これを
触媒が十分に活性化していない状態で実施しても、生成
されたＣＯは触媒上で反応せずにそのまま大気中に排出
されてしまう虞がある。そこで、本実施形態では、図１
０のフローチャートに示すように、エンジン始動後の所
定時間は次のような昇温開始制御（第１の昇温開始制
御）を行うことによって触媒を予熱し、触媒の早期活性
化を図っている。以下、第１実施形態との相違点である
昇温開始制御について重点的に説明する。なお、エンジ
ン（筒内噴射型内燃機関）の構成については第１実施形
態と同構成であるのでここでも第１実施形態と同符合を
用いるものとする。

【００５４】図１０のフローチャートに示すように、Ｅ
ＣＵ３０は、ステップＳ２０で始動判定が完了したら、
次にステップＳ２１の処理を行う。なお、ステップＳ１
０，Ｓ２０の処理内容は第１実施形態と同様である。ス
テップＳ２１では、ＥＣＵ３０は、昇温開始制御を実行
してもよいか否か、具体的には、水温ＷＴ，エンジン回
転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖがそれぞれ各対
応する所定値以下であるか否かを判定する〔図１１
（ｅ）〜図１１（ｈ）参照〕。水温ＷＴ，エンジン回転
速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれかが対応
する所定値よりも大きい場合（Ｎｏルート）には、ＥＣ
Ｕ３０は、排気浄化触媒装置１８を過昇温させる虞があ
るので昇温開始制御を実施せず、ステップＳ２２に進ん
で通常時の制御を実行する。一方、水温ＷＴ，エンジン
回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれもが
対応する所定値以下の場合（Ｙｅｓルート）には、ステ
ップＳ２３に進んで以下の昇温開始制御を実行する。

【００５５】昇温開始制御では、燃料噴射モードとして
吸気Ｏ／Ｌモードを選択した状態で、点火時期を通常運
転時よりも遅角させる。このとき、吸気バルブ６の開閉
タイミングは通常運転時のままでもよいが、好ましくは
排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラッ
プが通常運転時よりも小さくなるように遅角させる〔図
１１（ａ）〜図１１（ｃ）参照〕。また、空燃比の設定
は好ましくはストイキオ近傍或いはスライトリーン空燃
比とする。吸気Ｏ／Ｌモードは吸気行程噴射であるので
ＣＯの生成量が少なく、また、点火時期を通常運転時よ
りも遅角させることで後燃えにより排気温度を高めるこ
とができる。したがって、触媒装置１８が活性化してい
ないエンジン始動直後、このように吸気行程噴射を行い
ながら点火時期を通常運転時よりも遅角させることで、
ＣＯ排出量を低減しながら触媒装置１８をある程度まで
昇温することが可能となる。そして、触媒装置１８があ
る程度活性化した時点で昇温制御を開始し、圧縮行程噴
射により多量のＣＯ，Ｈ₂及び余剰Ｏ₂を供給することに
より、触媒１８Ａ〜１８Ｃ上での酸化反応に伴う反応熱
により触媒装置１８をより効率よく昇温することが可能
になる。なお、吸気行程噴射時の点火時期は、少なくと
も通常運転時よりも遅角させていればよく、昇温制御時
のように大きく上死点後まで遅角させる必要は無い。ま
た、この制御では、圧縮行程噴射による燃焼安定性は得
られないが、開弁期間のオーバラップが通常運転時より
も小さくなるように吸気バルブ６の開閉タイミングを調
整することで、内部ＥＧＲの減少によりある程度の燃焼
安定性は確保することができる。

【００５６】以上のように昇温開始制御を実行したら、
ＥＣＵ３０は、次にステップＳ２４の処理を行う。ステ
ップＳ２４では、ＥＣＵ３０は、タイマが所定タイマ時
間Ｔ４をカウントしたか否か、即ち上記の昇温開始制御
を所定タイマ時間Ｔ４を超えて継続したか否かを判定す
る〔図１１（ｄ）参照〕。所定タイマ時間Ｔ４は、予め
実験等により、例えば触媒装置１８の触媒１８Ａ〜１８
Ｃ上で酸化反応が開始される程度までに触媒温度が上昇
したと推定される時間に設定されている。タイマが所定
タイマ時間Ｔ４に達していない場合（Ｎｏルート）に
は、ＥＣＵ３０は、再びステップＳ２３において昇温開
始制御を継続し、タイマが所定タイマ時間Ｔ４をカウン
トした場合（Ｙｅｓルート）には、昇温開始制御を終了
してステップＳ３０に進む。

【００５７】ステップＳ３０以降の処理内容は第１実施
形態と同様なのでここでは説明を省略する。なお、ステ
ップＳ６２のタイマ時間Ｔ５は、ここでは昇温開始制御
と昇温制御の実行により触媒装置１８が活性化温度に近
い所定温度にまで昇温したと推定されるまでの時間に設
定されている〔図１１（ｄ）参照〕。本実施形態によれ
ば、昇温制御に先立ち昇温開始制御を実行することで触
媒装置１８をより効率よく昇温させることができるた
め、タイマ時間Ｔ５は第１実施形態のタイマ時間Ｔ１よ
りも短い時間に設定することができる。また、点火時期
の変更の際には、いずれもステップ状に変化させている
が、好ましくは徐々に（より好ましくは連続的に）変更
する。そして、さらに好ましくは、検出或いは推定され
た触媒温度（或いは制御開始からの経過時間或いは水温
等）に応じて、点火時期を変更してもよい。

【００５８】次に、本発明の第５実施形態について図１
２及び図１３を用いて説明する。本実施形態も第４実施
形態と同様に始動直後におけるエンジン制御をより適性
に行うことで、触媒をより効率よく昇温させることを図
ったものである。本実施形態では、エンジン始動後の所
定時間、昇温制御に先立ちいわゆる二段燃焼制御（第２
の昇温開始制御）を実行することによって触媒を予熱
し、触媒の早期活性化を図っている。以下、第１実施形
態との相違点である二段燃焼制御について重点的に説明
する。なお、エンジン（筒内噴射型内燃機関）の構成に
ついては第１実施形態と同構成であるのでここでも第１
実施形態と同符合を用いるものとする。

【００５９】具体的には、図１２のフローチャートに示
すように、ステップＳ２０で始動判定が完了したら、Ｅ
ＣＵ３０は、次にステップＳ２５の処理を行う。なお、
ステップＳ１０，Ｓ２０の処理内容は第１実施形態と同
様である。ステップＳ２５では、ＥＣＵ３０は、二段燃
焼制御を実行してもよいか否か、具体的には、水温Ｗ
Ｔ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖ
がそれぞれ各対応する所定値以下であるか否かを判定す
る〔図１２（ｅ）〜図１２（ｈ）参照〕。エンジン回転
速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖ，水温ＷＴのいず
れかが対応する所定値よりも大きい場合（Ｎｏルート）
には、ＥＣＵ３０は、排気浄化触媒装置１８を過昇温さ
せる虞があるので二段燃焼制御を実施せず、ステップＳ
２６に進んで通常時の制御を実行する。一方、水温Ｗ
Ｔ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖ
のいずれもが対応する所定値以下の場合（Ｙｅｓルー
ト）には、ステップＳ２７に進んで以下の二段燃焼制御
を実行する。

【００６０】二段燃焼制御は、圧縮行程で主燃料を噴射
した後、膨張行程以降でさらに追加燃料を噴射する燃料
の二段噴射を行う制御である。追加燃焼の噴射時期とし
ては、膨張行程中期以降、特に、膨張行程中期とするの
が好ましい。これにより、膨張行程の高温雰囲気に噴射
された燃料が自己着火し、スモークや未燃ＨＣの発生を
低く抑えることができる。主燃料量と追加燃料量は全体
での空燃比がストイキオ近傍或いはスライトリーン空燃
比になるように調整されている。二段燃焼制御では、膨
張行程中に噴射された追加燃料はエンジン１の出力には
寄与せずに排気温度を高めることに用いられる。したが
って、触媒装置１８が活性化していないエンジン始動直
後、このような二段燃焼制御を実行することで、触媒装
置１８を極めて速やかにある程度まで昇温することが可
能となる。

【００６１】そして、触媒装置１８がある程度活性化し
た時点で昇温制御を開始し、圧縮行程噴射により多量の
ＣＯ，Ｈ₂及び余剰Ｏ₂を供給することにより、触媒１８
Ａ〜１８Ｃ上での酸化反応に伴う反応熱により触媒装置
１８をより効率よく昇温することが可能になる。なお、
本実施形態でも、二段燃焼制御時の点火時期を通常運転
時よりも遅角させてもよく、これによれば触媒装置１８
をさらに効率よく昇温することが可能になる。さらに、
開弁期間のオーバラップが通常運転時よりも小さくなる
ように吸気バルブ６の開閉タイミングを調整すること
で、エンジン始動直後であっても燃焼安定性を確保する
ことが可能になる。

【００６２】以上のように二段燃焼制御を実行したら、
ＥＣＵ３０は、次のステップＳ２８でタイマが所定タイ
マ時間Ｔ６をカウントしたか否かを判別する〔図１３
（ｄ）参照〕。所定タイマ時間Ｔ６は、予め実験等によ
り、例えば、触媒装置１８の触媒１８Ａ〜１８Ｃ上で酸
化反応が開始される程度までに触媒温度が上昇したと推
定される時間に設定されている。タイマが所定タイマ時
間Ｔ６に達していない場合（Ｎｏルート）には、ステッ
プＳ２５を経てステップＳ２７において二段燃焼制御を
継続し、タイマが所定タイマ時間Ｔ６に達した場合（Ｙ
ｅｓルート）には、次のステップＳ３０に進む。ステッ
プＳ３０以降の処理内容は第１実施形態と同様であるの
でここでは説明を省略する。なお、ステップＳ６３のタ
イマ時間Ｔ７は、ここでは二段燃焼制御と昇温制御の実
行により触媒装置１８が活性化温度に近い所定温度にま
で昇温したと推定されるまでの時間に設定されている。
本実施形態によれば、昇温制御に先立ち二段燃焼制御を
実行することで触媒装置１８をより効率よく昇温させる
ことができるため、タイマ時間Ｔ７は第１実施形態のタ
イマ時間Ｔ１よりも短い時間に設定することができる。

【００６３】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではな
く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施
しうるものである。例えば、上述の第２〜第５実施形態
のそれぞれの特徴点を適宜組み合わせて新たな実施形態
を作ることも勿論可能である。また、上述の実施形態で
は、吸気バルブ６にバルブタイミング調整装置１０を備
えているが、排気バルブ７の開閉タイミングを調整して
もよく、或いは吸気バルブ６，排気バルブ７両方の開閉
タイミングを調整してもよい。さらに、上述の実施形態
では、昇温制御時のバルブオーバラップの量を固定して
いるが、エンジン１が暖まってくるにつれ燃焼安定性も
高くなるので、水温（或いは油温）の上昇に応じてオー
バラップの量を通常時の量に戻していってもよい。

【００６４】また、昇温制御における圧縮行程噴射（圧
縮Ｓ／Ｌモード及び圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモード）の噴射時
期は、通常運転時における圧縮行程噴射の噴射時期より
進角させてもよい。このように噴射時期を進角させるこ
とで、燃焼室３の空間が比較的広い時に燃料を噴射する
ことができ、燃料の拡散を促進して燃焼安定性をより向
上させることができる利点がある。また、噴射された燃
料の霧化時間が十分に確保されることにより、スモーク
の発生を抑制することができる利点もある。

【００６５】また、スロットルバルブ１２が電子制御式
の場合には、昇温制御時、点火時期の遅角度合いに応じ
てスロットルバルブ１２を開き、吸入空気量を増加して
もよい。点火時期を遅角させると出力が低下するので、
このようにスロットルバルブ１２を制御することで点火
時期の遅角による出力の低下を補うことができる利点が
ある。

【００６６】また、エンジン１に排気再循環（ＥＧＲ）
装置が備えられている場合には、昇温制御時にはＥＧＲ
バルブを絞るか閉弁状態とするのが好ましい。ＥＧＲは
燃焼安定性の低下の原因であるので、このようにＥＧＲ
装置を制御することで燃焼安定性の低下を防止すること
ができる利点がある。また、上述の実施形態のエンジン
１は、出力の向上を図るために排気干渉の少ないデュア
ルタイプの排気マニホールド１７を備えているが、放熱
面積及び熱容量が少なく排気温度の低下防止に有利で且
つ低コストのシングルタイプの排気マニホールド１７を
備えてもよい。さらに、積極的に排気干渉をさせるため
の容積部を有するクラムシェルタイプの排気マニホール
ド（反応型排気マニホールド）を備えてもよい。このタ
イプの排気マニホールドによれば、排気マニホールド内
部での排気干渉に伴う未燃成分の反応によって排気温度
をさらに高めることができる。

【００６７】また、上述の実施形態では、タイマを用い
て昇温制御の終了時期を計測しているが、例えば図１４
のフローチャートに示すように、高温センサ２２で検出
された触媒装置１８の直上流の排気温度から触媒温度Ｔ
exを推定し、推定した触媒温度Ｔexが所定温度（触媒の
活性度が十分になったと判断できる温度）Ｔex1に達し
たら昇温制御を終了するようにしてもよい（ステップＳ
６４）。なお、触媒温度Ｔexは、例えば、排気温度と触
媒温度Ｔexとの関係を記憶したマップを参照したり、排
気温度をパラメータとする所定の計算式を用いたりする
ことによって推定したり、エンジン負荷，エンジン回転
速度，車速，空燃比等に基づいて推定してもよい。ま
た、排気温度から触媒温度Ｔexを推定する代わりに、水
温センサ２３で検出された冷却水の水温ＷＴ（或いは油
温）が所定温度に達したら昇温制御を終了するようにし
てもよい。

【００６８】さらに、本発明は、エンジン１の冷態始動
時のみならず、アイドリングやリーン運転（特にリーン
化の度合いが大きい圧縮リーン運転）が比較的長時間継
続したときのように、活性化していた触媒装置１８（触
媒１８Ａ〜１８Ｃ）の温度が活性化温度以下に低下した
とき或いは低下しそうなとき等の昇温制御にも適用する
ことができる。この場合、図１５のフローチャートに示
すように、高温センサ２２で検出された排気温度から推
定される触媒温度Ｔexが所定温度（触媒の活性度が不十
分になったと判断できる温度）Ｔex0以下か否かを判定
する（ステップＳ１１）。そして、触媒温度Ｔexが所定
温度Ｔex0以下まで低下したときには（Ｙｅｓルー
ト）、ステップＳ３０に進んで昇温制御が実行可能か否
か判定し、判定結果に応じてステップＳ４０の通常制
御，或いはステップＳ５０の昇温制御を行う。そして、
ステップＳ６５で触媒温度Ｔexが所定温度Ｔex1に達し
たか否か判定し、触媒温度Ｔexが所定温度Ｔex1以上ま
で上昇したら（Ｙｅｓルート）、ステップＳ７１に進ん
で昇温制御を行う前の制御状態での運転を継続する。

【００６９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の筒内噴射
型内燃機関によれば、圧縮行程中に燃料を燃焼室内に直
接噴射することによる燃焼速度の速い成層燃焼の実現
と、開弁期間のオーバラップを減少させることによる内
部ＥＧＲの低減とにより燃焼安定性を高め、点火時期を
上死点後に設定した場合でも安定した後燃え燃焼を確保
することができるので、圧縮行程噴射により生成される
ＣＯ，Ｈ₂及び余剰Ｏ₂の触媒上での反応との相乗効果に
よって触媒を効率よく昇温させることができるという効
果がある。

【００７０】また、昇温制御開始後の所定時点で点火時
期を上死点後から上死点前に変更する場合には、触媒を
効率的に昇温させながら点火時期の遅角に伴う燃費の低
下を抑制することができるという効果がある。さらに、
上記昇温制御の実行に先立ち、吸気行程で燃料を噴射す
るとともに点火時期を通常運転時よりも遅角させる第１
の昇温開始制御を所定期間に亘って実行したり、或い
は、圧縮行程中に主燃料を噴射した後に追加燃料を膨張
行程以降に噴射する第２の昇温開始制御を所定期間に亘
って実行したりする場合には、ＣＯ排出量を低減しなが
ら触媒をより効率良く昇温させることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射型内燃
機関の概略構成図である。

【図２】本発明の第１実施形態にかかる冷態始動時の昇
温制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図３】図２に示す昇温制御の制御内容を示すタイムチ
ャートであり、タイマ値（ｄ）、水温（ｅ）、エンジン
回転速度（ｆ）、目標有効圧力（ｇ）、車速（ｈ）の各
時間変化と、対応する燃料噴射モード（ａ）、点火時期
（ｂ）、オーバラップ量（ｃ）の各設定を示したもので
ある。

【図４】本発明の第１実施形態にかかる開弁期間のオー
バラップ量の設定を示す図である。

【図５】冷態始動後の触媒温度の時間変化（ａ）を、Ｎ
Ｏx浄化効率（ｂ），ＣＯ浄化効率（ｃ），及びＨＣ浄
化効率（ｄ）の時間変化と併せて、昇温制御を実行した
場合（実線）と通常制御を実行した場合（一点鎖線）と
で比較して示したものである。

【図６】本発明の第２実施形態にかかる昇温制御の制御
ルーチンを示すフローチャートである。

【図７】図６に示す昇温制御の制御内容を示すタイムチ
ャートであり、Ｏ₂センサの活性化状態の判定（ａ）
と、タイマ値（ｅ）、水温（ｆ）、エンジン回転速度
（ｇ）、目標有効圧力（ｈ）、車速（ｉ）の各時間変化
と、対応する燃料噴射モード（ｂ）、点火時期（ｃ）、
オーバラップ量（ｄ）の各設定を示したものである。

【図８】本発明の第３実施形態にかかる昇温制御の制御
ルーチンを示すフローチャートである。

【図９】図８に示す昇温制御の制御内容を示すタイムチ
ャートであり、タイマ値（ｄ）、水温（ｅ）、エンジン
回転速度（ｆ）、目標有効圧力（ｇ）、車速（ｈ）の各
時間変化と、対応する燃料噴射モード（ａ）、点火時期
（ｂ）、オーバラップ量（ｃ）の各設定を示したもので
ある。

【図１０】本発明の第４実施形態にかかる昇温制御の制
御ルーチンを示すフローチャートである。

【図１１】図１０に示す昇温制御の制御内容を示すタイ
ムチャートであり、タイマ値（ｄ）、水温（ｅ）、エン
ジン回転速度（ｆ）、目標有効圧力（ｇ）、車速（ｈ）
の各時間変化と、対応する燃料噴射モード（ａ）、点火
時期（ｂ）、オーバラップ量（ｃ）の各設定を示したも
のである。

【図１２】本発明の第５実施形態にかかる昇温制御の制
御ルーチンを示すフローチャートである。

【図１３】図１２に示す昇温制御の制御内容を示すタイ
ムチャートであり、タイマ値（ｄ）、水温（ｅ）、エン
ジン回転速度（ｆ）、目標有効圧力（ｇ）、車速（ｈ）
の各時間変化と、対応する燃料噴射モード（ａ）、点火
時期（ｂ）、オーバラップ量（ｃ）の各設定を示したも
のである。

【図１４】本発明のその他の実施形態にかかる昇温制御
の制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図１５】本発明のその他の実施形態にかかる昇温制御
の制御ルーチンを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１エンジン（筒内噴射型内燃機関）２シリンダヘッド４吸気通路５排気通路６吸気バルブ７排気バルブ８点火プラグ（点火手段）９燃料噴射弁（燃料噴射手段）１０バルブタイミング調整装置（バルブタイミング調
整手段）１２スロットルバルブ１８触媒装置１８Ａ吸蔵型ＮＯｘ触媒１８Ｂ，１８Ｃ三元触媒２０スロットルポジションセンサ２１Ｏ₂センサ２２高温センサ２３水温センサ２４クランク角センサ３０ＥＣＵ（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 13/02 Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５Ａ 41/02 ３２５ 41/06 ３０５ 41/06 ３０５３２０３２０３３５Ｚ３３５ 41/34 Ｈ 41/34 43/00 ３０１Ｂ 43/00 ３０１３０１Ｚ３０１Ｊ 45/00 ３１２Ｂ 45/00 ３１２３６２Ｄ３６２３６２ＳＦ０２Ｐ 5/15 Ｅ (72)発明者田村保樹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)発明者山口康之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)発明者山本茂雄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)発明者中井英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)発明者平石文昭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Ｆターム(参考） 3G022 CA01 CA02 DA02 DA07 FA02 GA01 GA02 GA05 GA08 GA09 GA10 GA12 GA19 3G084 BA09 BA11 BA15 BA17 BA23 CA02 DA00 EA05 EA07 FA05 FA10 FA20 FA27 FA29 FA33 FA36 FA38 FA39 3G091 AA02 AA11 AA12 AA17 AA24 AA28 AB01 AB03 AB06 BA03 BA14 BA15 BA19 BA32 CA13 CB02 CB03 CB05 CB08 DA01 DA02 DA03 DA04 DA07 DB10 DC01 EA01 EA03 EA05 EA07 EA16 EA17 EA26 EA30 EA31 EA34 EA39 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB10 FB11 FB12 FC07 HA09 HA10 HA12 HA36 HA38 HA47 HB03 HB05 3G092 AA01 AA11 BA05 BA07 BA09 BB06 BB13 DA01 DA08 EA04 EA08 EA11 EB05 FA00 GA02 HA06Z HD02Z HD05Z HE01Z HE03Z HE04Z HE08Z HF19Z HF21Z 3G301 HA01 HA19 JA00 KA05 LA00 LA07 MA01 MA19 MA23 MA27 NA08 NB03 NE12 NE14 NE15 NE19 PA11Z PD02Z PD12Z PE01Z PE03Z PE04Z PE08Z PF01Z PF16Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に設けられ排気ガスの浄化を行
う触媒と、燃料を燃焼室内に直接噴射しうる燃料噴射手段と、排気バルブ及び／又は吸気バルブの開閉タイミングを調
整するバルブタイミング調整手段と、上記燃焼室内の混合気に点火しうる点火手段と、上記触媒の昇温が要求されるとき、上記燃料噴射手段を
駆動して空燃比が理論空燃比近傍若しくは理論空燃比よ
りも若干希薄空燃比になるように燃料を圧縮行程中に噴
射するとともに、上記バルブタイミング調整手段を駆動
して上記排気バルブと上記吸気バルブとの開弁期間のオ
ーバラップを通常運転時よりも減少させ、且つ、上記点
火手段による点火時期を上死点後に設定する、昇温制御
を実行する制御手段とを備えたことを特徴とする、筒内
噴射型内燃機関。
【請求項２】上記制御手段は、上記昇温制御の開始後
の所定時点で上記点火手段による点火時期を上死点後か
ら上死点前に変更することを特徴とする、請求項１記載
の筒内噴射型内燃機関。
【請求項３】上記制御手段は、上記触媒の昇温が要求
されるとき、上記昇温制御の実行に先立ち、上記燃料噴
射手段を駆動して吸気行程で燃料を噴射するとともに上
記点火手段による点火時期を通常運転時よりも遅角させ
る昇温開始制御を所定期間に亘って実行することを特徴
とする、請求項１又は２記載の筒内噴射型内燃機関。
【請求項４】上記制御手段は、上記触媒の昇温が要求
されるとき、上記昇温制御の実行に先立ち、上記燃料噴
射手段を駆動して圧縮行程中に主燃料を噴射した後に追
加燃料を膨張行程以降に噴射する昇温開始制御を所定期
間に亘って実行することを特徴とする、請求項１又は２
記載の筒内噴射型内燃機関。