JP2002285886A

JP2002285886A - 筒内噴射型内燃機関

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Publication number: JP2002285886A
Application number: JP2002003596A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Yamamoto; 茂雄山本; Kazuyoshi Nakane; 一芳中根; Hiroaki Miyamoto; 寛明宮本; Masaru Tanaka; 大田中; Jun Takemura; 純竹村; Hiromitsu Ando; 弘光安東
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2002-10-03
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: JP3741209B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃費の悪化を伴うことなく触媒装置の温度を
維持または昇温可能な筒内噴射型内燃機関を提供する。【解決手段】筒内噴射型内燃機関において、触媒装置
の昇温が要求されるときには(S10,S12,S14)、昇温手段
により機関の空燃比が理論空燃比近傍（スライトリーン
空燃比；Ｓ／Ｌ）となるよう燃料を圧縮行程中に直接燃
焼室内へ噴射して成層燃焼を実施するとともに（圧縮Ｓ
／Ｌ運転）(S20)、成層燃焼中に生起された一酸化炭素
及び燃焼に寄与しない余剰の酸素を排気通路に排出し触
媒装置において酸化反応させるよう燃料噴射時期及び点
火時期を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射型内燃機
関に係り、詳しくは、筒内噴射型内燃機関における触媒
昇温技術に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】近年、燃費と出力との両立を図る
ために、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型内燃
機関が実用化されている。そして、この種の内燃機関に
おいても、排気通路には排ガス中の有害成分を浄化させ
るために触媒装置が設けられている。この触媒装置は、
所定の活性温度以上でなければ十分な浄化特性を得るこ
とができないため、例えば、アイドル運転等の排ガス温
度が低くなるような運転が継続し、触媒装置が不活性状
態に陥るような状況では、特開平１０−４７０４０号公
報に開示されるように、運転モードを排ガス温度が高く
なる均一予混合燃焼のモードに切り換えて触媒温度を活
性温度に維持するように図らねばならない。

【０００３】また、冷態始動直後においては、触媒装置
の早期活性化を図るため、特開平８−１００６３８号公
報に開示される如く、筒内噴射型内燃機関の特性を生か
して主噴射以外に膨張行程の前半に副噴射を行い、主噴
射による主燃焼の火炎伝播を利用して副噴射による燃料
を燃焼させ排ガスを昇温させることが考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
公報に開示された技術は、いずれも、全体として排ガス
特性は良好となる一方、特開平１０−４７０４０号公報
に開示の技術では排気温度の上昇度合いがそれほど大き
くないために触媒装置の温度維持または昇温のために時
間がかかり、また特開平８−１００６３８号公報に開示
の技術では触媒装置が十分に昇温するまでの間、触媒昇
温だけのために余分な燃料を供給し続ける必要があり、
必然的に多くの燃料を使用しなければならず、燃料消費
量が嵩み、燃費が悪化するという問題がある。

【０００５】特に、膨張行程において副噴射を行う場
合、当該副噴射による燃料は内燃機関の出力には一切寄
与しないことになるため、副噴射が長期に亘ると燃費の
悪化は避けられず好ましいことではない。本発明はこの
ような問題点を解決するためになされたもので、その目
的とするところは、燃費の悪化を伴うことなく触媒装置
の温度を維持または昇温可能な筒内噴射型内燃機関を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の発明では、筒内噴射型内燃機関にお
いて、触媒装置の昇温が要求されるとき、昇温手段によ
り機関の空燃比が理論空燃比近傍となる燃料量を圧縮行
程中に直接燃焼室内へ噴射して成層燃焼を実施し、当該
成層燃焼中に生起された一酸化炭素及び燃焼に寄与しな
い余剰の酸素を、排気通路に排出し、排気通路を経て触
媒装置において酸化反応させるよう噴射時期制御手段に
より燃料噴射時期を制御し、点火時期制御手段により点
火時期を制御することを特徴としている。

【０００７】つまり、機関の空燃比が理論空燃比近傍と
なるようにして圧縮行程中に燃料が噴射されて成層燃焼
が形成され、燃料噴射時期及び点火時期が制御される
と、燃料は一箇所に集中して空燃比が局部的にリッチ空
燃比となり不完全燃焼が生起されて一酸化炭素（ＣＯ）
が多く発生する一方、局部的にリッチ空燃比となる領域
以外では余剰酸素（Ｏ₂）が多く存在することになり、
これらＣＯとＯ₂とが同時に排気通路に排出されること
になる。そして、このように排出されたＣＯとＯ₂とが
共に排気通路を経て触媒装置に達すると、触媒の作用に
よってＣＯとＯ₂とが酸化反応を起こすことになり、当
該反応熱により触媒装置が良好に昇温する。

【０００８】従って、触媒装置の昇温が要求されるとき
において、機関の空燃比を理論空燃比近傍として圧縮行
程中に燃料を噴射することで、例えば上記特開平８−１
００６３８号公報に開示されるような長期間に亘る副噴
射に依らず、燃費を悪化させることなく触媒装置を効率
よく良好に昇温させることが可能とされる。また、請求
項２の発明では、成層燃焼が実施されるとき、変更手段
により、燃料噴射時期と点火時期との間隔が広くなるよ
う、少なくとも噴射時期制御手段によって設定される燃
料噴射時期及び点火時期制御手段によって設定される点
火時期のいずれか一方が変更される。

【０００９】これにより、上述の如く機関空燃比を理論
空燃比近傍に近づけて成層燃焼を行うと、従来の筒内噴
射型内燃機関で実現されていた成層燃焼（例えば、空燃
比２５以上での燃焼）に比べて主として点火栓近傍の一
箇所が極めてリッチな空燃比となり燃焼が悪化するた
め、従来の成層燃焼より成層度合いを弱めるようにし、
極めてリッチな空燃比となる領域を点火栓近傍から若干
外す必要があるのであるが、このように、例えば、燃焼
室空間が広いときに燃料を噴射させて燃料の拡散をし易
くすべく燃料噴射時期を早めたり、ピストン上死点近傍
での吸気流（例えば、タンブル流やスワール流等）の崩
壊またはスキッシュ流による吸気流の乱れとともに点火
すべく点火時期を遅角することで、ＣＯを適切に生起さ
せながら上述の燃焼悪化が好適に抑制される。

【００１０】また、点火までに気化が進んだ混合気を点
火栓近傍に導くことができることになるので、燃料液滴
が点火栓の電極に付着することによる点火栓の絶縁抵抗
の低下も回避可能とされる。さらに、燃料噴射時期から
点火時期までの間隔が広くなるため、噴射された燃料の
霧化時間が確保され、スモークの抑制も可能となる。ま
た、請求項３の発明では、昇温手段による成層燃焼中
に、排ガス中の酸素濃度を検出するセンサの出力に基づ
き機関の空燃比をフィードバック制御する制御手段を備
えたことを特徴としている。

【００１１】これにより、制御の信頼性を高めることが
でき、触媒装置の昇温効率が向上する。また、請求項４
の発明では、理論空燃比よりも希薄なリーン空燃比とな
る燃料量の燃料を圧縮行程中に直接燃焼室内に噴射する
圧縮リーンモードを選択可能な機関と、当該圧縮リーン
モードが選択されているときに吸気系に排ガスを還流す
るようＥＧＲバルブを開弁する排気再循環装置と、機関
の排気通路に設けられ、排ガス中の有害成分を浄化する
触媒装置と、触媒装置の昇温が要求されるとき、機関の
空燃比が理論空燃比近傍となる燃料量を圧縮行程中に直
接燃焼室内に噴射して成層燃焼を実施する昇温手段とを
備え、排気再循環装置は、昇温手段による成層燃焼中
に、排ガスの還流を行わないようＥＧＲバルブを閉弁状
態とすることを特徴としている。

【００１２】これにより、昇温手段による成層燃焼の実
施中における空燃比の変動が抑えられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき説明する。図１を参照すると、車両に搭載さ
れた本発明に係る筒内噴射型内燃機関の概略構成図が示
されており、以下同図に基づいて本発明に係る筒内噴射
型内燃機関の構成を説明する。

【００１４】機関本体（以下、単にエンジンという）１
は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換える
ことで均一予混合燃焼を行う吸気行程での燃料噴射（吸
気行程噴射モード）または成層燃焼を行う圧縮行程での
燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実施可能な筒内噴射
型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンとされてい
る。そして、この筒内噴射型のエンジン１は、容易にし
て理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比で
の運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比（空燃
比１８〜２３程度）での運転（リーン空燃比運転）が実
現可能とされており、特に圧縮行程噴射モードでは、超
リーン空燃比（空燃比２５〜５０程度）での運転が可能
とされている。

【００１５】さらに、当該筒内噴射型のエンジン１は、
吸気行程や圧縮行程での燃料噴射のみならず、膨張行程
でも燃料を噴射可能とされており、吸気行程或いは圧縮
行程で主燃焼のための主噴射を行った後、膨張行程でさ
らに追加燃料を供給する副噴射を行うような分割噴射
（２段噴射）も実施可能とされている。この分割噴射
（２段噴射）は、主として膨張行程で副噴射された燃料
を正味仕事として寄与させず、膨張行程後半から排気行
程中に余剰酸素と反応（燃焼）させることで排気昇温を
行うようなものである。

【００１６】図１に示すように、エンジン１のシリンダ
ヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式
の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃
焼室８内に燃料を直接噴射可能とされている。燃料噴射
弁６には、燃料パイプを介して燃料タンクを擁した燃料
供給装置（共に図示せず）が接続されている。より詳し
くは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポ
ンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の
燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給
し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の
燃圧で噴射可能とされている。この際、燃料噴射量は高
圧燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁６の開弁時間、
即ち燃料噴射時間とから決定される。

【００１７】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立
方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連
通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞ
れ接続されている。そして、吸気マニホールド１０の他
端にはスロットル弁１１が接続されており、該スロット
ル弁１１にはスロットル開度θthを検出するスロットル
センサ１１ａが設けられている。

【００１８】また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に
略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポー
トと連通するようにして排気マニホールド１２の一端が
それぞれ接続されている。図中符号１３は、クランク角
ＣＡを検出するクランク角センサであり、該クランク角
センサ１３はクランク角ＣＡとともにエンジン回転速度
Ｎeを検出可能とされている。また、図中符号１４は、
エンジン１の冷却水温ＷＴを検出する水温センサであ
り、該水温センサ１４からの温度情報に基づいて、エン
ジン１が冷態状態にあるか暖機状態にあるかを判定する
ことが可能とされている。

【００１９】なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に
公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは
説明を省略する。排気マニホールド１２としては、排出
された未燃燃料成分（未燃ＨＣ等の可燃物）を効率よく
排気通路内で燃焼させることが可能なよう、反応型排気
マニホールドが採用されている。反応型排気マニホール
ド１２は、図１中に示すように、通常の排気マニホール
ドに比べて各気筒からの排ガスが集中する排気合流部１
２ａの容積が大きく、該排気合流部１２ａにおいて暫時
滞留する未燃燃料成分が余剰酸素と混合し十分に反応
（燃焼）するように設計されている。これにより、特に
上記分割噴射（２段噴射）による副噴射によって排出さ
れた未燃燃料成分（主としてＨＣ）が十分に反応（燃
焼）することとなり、排気昇温が良好に実現される。

【００２０】また、同図に示すように、排気マニホール
ド１２には排気管（排気通路）２０が接続されており、
この排気管２０には排気浄化触媒装置３０を介してマフ
ラー（図示せず）が接続されている。そして、排気管２
０にはＯ₂センサ２２が設けられている。Ｏ₂センサ２２
は、排ガス中のＯ₂の濃度を検出するものであって、こ
れによりエンジン１の実際の空燃比（実Ａ／Ｆ）を検出
可能となっている。詳しくは、Ｏ₂センサ２２は、スト
イキオにおいてその出力が大きく変化するような特性を
有しており、具体的には、リッチ空燃比側では出力電圧
が大である一方、リーン空燃比側では小（０値近傍）と
なる特性を有している。故に、Ｏ₂センサ２２を用い、
空燃比を故意にリーン−リッチ振動させることで、空燃
比をストイキオ近傍にフィードバック制御（Ｏ₂フィー
ドバック制御ともいい、以下Ｏ₂−Ｆ／Ｂ制御という）
することが可能とされている。なお、当該Ｏ₂センサ２
２は公知のものであり、ここではその構成等の詳細につ
いては説明を省略する。

【００２１】排気浄化触媒装置３０は、リーン空燃比運
転時における排ガス中のＮＯxをＨＣ存在下で選択的に
浄化する選択還元型ＮＯx触媒（以下、単に還元型ＮＯx
触媒という）３０ａと三元触媒３０ｂとの２つの触媒を
備えて構成されており、三元触媒３０ｂの方が選択型Ｎ
Ｏx触媒３０ａよりも下流側に配設されている。選択型
ＮＯx触媒３０ａは、公知の如く、三元触媒３０ｂと構
造は略同一であるものの、還元雰囲気中においてより多
くのＮＯxを選択的に還元させることが可能に構成され
た触媒である。

【００２２】そして、三元触媒３０ｂの下流側には排気
浄化触媒装置３０を通った排ガスの温度、即ち排気温度
Ｔexを検出する排気温センサ３２が設けられている。な
お、排気浄化触媒装置３０を通った排ガスの温度は略排
気浄化触媒装置３０の温度とみなすことができ、故に排
気温度Ｔexを検出することによって排気浄化触媒装置３
０の温度状態を知ることができる。これにより、排気浄
化触媒装置３０が触媒機能を十分に果たすことができる
か否か、即ち選択型ＮＯx触媒３０ａ及び三元触媒３０
ｂが活性状態に達しているか否かを検出可能である。

【００２３】さらに、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、
ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロ
ールユニット）４０が設置されており、このＥＣＵ４０
により、エンジン１を含めた本発明に係る筒内噴射型内
燃機関の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ４０の入力側
には、上述したスロットルセンサ１１ａ、クランク角セ
ンサ１３、水温センサ１４、Ｏ₂センサ２２、排気温セ
ンサ３２等の各種センサ類が接続されており、これらセ
ンサ類からの検出情報が入力する。

【００２４】一方、ＥＣＵ４０の出力側には、点火コイ
ルを介して上述した点火プラグ４や燃料噴射弁６等が接
続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁６等に
は、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃
料噴射量、燃料噴射時期や点火時期等の最適値がそれぞ
れ出力される（噴射時期制御手段及び点火時期制御手
段）。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適
正なタイミングで噴射され、点火プラグ４によって適正
なタイミングで点火が実施される。

【００２５】実際には、ＥＣＵ４０では、スロットルセ
ンサ１１ａからのスロットル開度情報θthとクランク角
センサ１３からのエンジン回転速度情報Ｎeとに基づい
てエンジン負荷に対応する目標平均有効圧Ｐeを求める
ようにされており、通常は、当該目標平均有効圧Ｐeと
エンジン回転速度情報Ｎeとに応じて燃料噴射モード設
定マップ（図示せず）より燃料噴射モード、即ち運転モ
ードを設定するようにされている。例えば、目標平均有
効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとが共に小さいときに
は、運転モードは圧縮行程噴射モード（圧縮リーンモー
ド、即ち圧縮Ｌモード）とされ、燃料は圧縮行程で噴射
され、一方、目標平均有効圧Ｐeが大きくなり或いはエ
ンジン回転速度Ｎeが大きくなると運転モードは吸気行
程噴射モードとされ、燃料は吸気行程で噴射される。吸
気行程噴射モードには、リーン空燃比とされる吸気リー
ンモード（吸気Ｌモード）、実Ａ／Ｆをストイキオとな
るようフィードバック制御する吸気行程Ｏ₂フィードバ
ックモード（吸気Ｏ₂−Ｆ／Ｂモード）、及び、リッチ
空燃比とされるオープンループモード（吸気Ｏ／Ｌモー
ド）がある。

【００２６】そして、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回
転速度Ｎeとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／
Ｆ）が設定され、上記適正量の燃料噴射量は、当該目標
Ａ／Ｆに基づいて決定される。また、各種センサ類から
の検出情報に基づき、エンジン１の運転状態に応じて、
運転モードは吸気行程或いは圧縮行程において主噴射を
行い且つ膨張行程で追加燃料の副噴射を行う分割噴射モ
ード（２段噴射モード）に切り換えられる。

【００２７】さらに、本発明の筒内噴射型内燃機関で
は、各種センサ類からの検出情報に基づき、排気浄化触
媒装置３０の温度が低いような状況では、運転モード
は、圧縮行程において空燃比をストイキオよりもややリ
ーン寄りのスライトリーン空燃比（例えば、値１４．７
〜値１６）に制御する圧縮行程スライトリーンモード
（圧縮Ｓ／Ｌモード）、或いは実Ａ／Ｆをストイキオ
（値１４．７）となるようフィードバック制御する圧縮
行程Ｏ₂フィードバックモード（圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモー
ド）に切り換えられる。これにより、排気浄化触媒装置
３０の昇温が行われるようにされている。

【００２８】以下、本発明に係る排気浄化触媒装置３０
の昇温制御、即ち上記のように構成された本発明の筒内
噴射型内燃機関の作用について説明する。排気浄化触媒
装置３０の温度が低いような状況には、エンジン１が作
動中に排気温度Ｔexが低下することによって排気浄化触
媒装置３０が所定の活性温度以下の低温となる場合と、
エンジン１が長時間に亘って停止していたために排気浄
化触媒装置３０が低温となっている場合、即ち冷態始動
時の場合の２通りがあり、以下、これらの場合について
それぞれ説明する。

【００２９】「第１実施形態」先ず、エンジン１が作動
中に排気温度Ｔexが低下して排気浄化触媒装置３０が冷
却される場合の昇温制御について説明する。図２を参照
すると、エンジン１の作動中に排気浄化触媒装置３０が
冷却される場合の昇温制御、即ち排気浄化触媒装置３０
が所定の活性温度以下の低温とならないように抑制する
失活抑制制御のうちタイマ制御による場合の制御ルーチ
ンがフローチャートで示されており、図３を参照する
と、当該失活抑制制御の制御内容がタイムチャートで示
されており、以下、当該図２のフローチャート及び図３
のタイムチャートに沿って第１実施形態を説明する。

【００３０】エンジン１が作動中に排気温度Ｔexが低下
してしまう場合とは、運転モードが、例えば燃料噴射量
が少なく吸入空気量が多く燃焼温度があまり上昇しない
ような圧縮Ｌモード等であって、エンジン回転速度Ｎe
が低いアイドル運転時のような場合（総称して排気低温
運転モードという）が該当する。先ず、ステップＳ１０
では、上記燃料噴射モード設定マップに基づき運転モー
ドが圧縮Ｌモードであり且つエンジン回転速度Ｎeが低
く例えばアイドル運転時と判定され、即ち排気低温運転
モードでの運転が開始されたと判定された場合におい
て、当該ルーチンで使用するタイマＴを値０にリセット
し、計時を開始するようにする（図３（ａ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）参照）。そして、ステップＳ１
２において、排気低温運転モードでの運転を実行する。

【００３１】次のステップＳ１４では、タイマＴが所定
タイマ時間Ｔ1を計時したか否か、即ち排気低温運転モ
ードでの運転が所定タイマ時間Ｔ1を超えて継続したか
否かを判別する。所定タイマ時間Ｔ1は、予め実験等に
より、例えば、排気低温運転モードでの運転を継続した
場合に、排気浄化触媒装置３０が所定の活性温度以下、
即ち排気温度Ｔexが所定値（失活温度）Ｔex0以下にな
ったと推定されるまでの時間に設定されている。判別結
果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１２に戻り排気
低温運転モードでの運転を継続する。一方、判別結果が
真（Ｙｅｓ）の場合、即ちタイマＴが所定タイマ時間Ｔ
1を計時し排気低温運転モードでの運転が所定タイマ時
間Ｔ1を超えたと判定された場合（図３（ｄ）参照）に
は、次にステップＳ１６に進む。

【００３２】ステップＳ１６では、排気浄化触媒装置３
０の昇温を行う前に圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行って
もよいか否かを判別する。具体的には、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別する。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、排気温度が高い通常走行状態とみなすことがで
き、本制御を用いなくても排気浄化触媒装置３０の昇温
効果は十分に得られる。故に、ステップＳ１６の判別結
果が偽（Ｎｏ）であって、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
りも大きいような場合には、次にステップＳ１８に進
む。

【００３３】つまり、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大
きいような場合には、運転者がエンジン１に高出力を要
求しており、エンジン１を積極的に運転したいような状
況と判断でき、このような場合には、圧縮Ｓ／Ｌモード
を実施すると排気浄化触媒装置３０の過昇温のおそれが
あるため、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行わないように
する。

【００３４】従って、この場合には、圧縮Ｓ／Ｌモード
での運転を行わず、つまり排気浄化触媒装置３０の昇温
制御を行うことなく、ステップＳ１８において、通常制
御を実施するようにする。つまり、上記燃料噴射モード
設定マップに基づいてエンジン１の運転を行うようにす
る。一方、ステップＳ１６の判別結果が真（Ｙｅｓ）
で、エンジン回転速度Ｎe、目標平均有効圧Ｐe、車速Ｖ
のいずれもがそれぞれ対応する所定値以下であると判定
された場合には、次にステップＳ２０に進み、圧縮Ｓ／
Ｌモードでの運転を行うようにする。

【００３５】圧縮Ｓ／Ｌモードでは、上述したように、
圧縮行程において空燃比をストイキオ（値１４．７）よ
りもややリーン寄りのスライトリーン空燃比（例えば、
値１４．７〜値１６）に制御して燃料噴射を行う（昇温
手段）。このようにすると、局部的に極めて燃料濃度の
濃いリッチ空燃比状態が筒内に形成され、局部的に酸素
が不足するために燃料が不完全燃焼を引き起こし、一酸
化炭素（ＣＯ）が比較的多く発生することになる。ま
た、このとき、酸素が不足するために、燃焼により発生
した水素（Ｈ₂）がそのまま存在する。

【００３６】一方、圧縮行程噴射モードでの燃焼は成層
燃焼であるために、局部的に濃いリッチ空燃比領域から
離間した燃焼室８内の部分では、燃焼に寄与しない酸素
（Ｏ ₂）が余剰酸素として多く存在している。即ち、運
転モードを圧縮Ｓ／Ｌモードとすると、一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）や水素（Ｈ₂）が比較的多く生成されて排気マニホ
ールド１２に排出されると同時に、燃焼に寄与しない余
剰の酸素（Ｏ₂）が排気マニホールド１２に排出される
ことになるのである。

【００３７】つまり、図４を参照すると、空燃比Ａ／Ｆ
を変えて圧縮行程噴射を行った場合のＯ₂センサ出力
（ａ）、Ｏ₂濃度（ｂ）、Ｈ₂濃度（ｃ）、ＣＯ濃度
（ｄ）が実線で示され、空燃比Ａ／Ｆを変えて吸気行程
噴射を行った場合の同様の結果が一点鎖線で比較して示
されているが、同図に示すように、空燃比をストイキオ
近傍として吸気行程噴射を行った場合（一点鎖線）に
は、均一予混合燃焼となるためにＨ₂濃度は略０vol％、
ＣＯ濃度は略０．５vol％となっている一方、空燃比を
ストイキオ近傍として圧縮行程噴射を行った場合（実
線）には、Ｏ₂濃度とともにＨ₂濃度やＣＯ濃度について
も十分に高い値を示すのである（例えば、Ｏ₂濃度：
２．０vol％、Ｈ₂濃度：０．５vol％、ＣＯ濃度１．５v
ol％）。

【００３８】そして、このように一酸化炭素（ＣＯ）、
水素（Ｈ₂）と酸素（Ｏ₂）とが同時に排気マニホールド
１２に排出されると、上述したように、排気マニホール
ド１２は反応型排気マニホールドであるために、ＣＯ、
Ｈ₂、Ｏ₂が排気合流部１２ａにおいてある程度良好に酸
化反応（燃焼）することになる。また、排ガス中には未
燃ＨＣも含まれているため、当該未燃ＨＣについても排
気合流部１２ａにおいてやはり良好に酸化反応（燃焼）
することになる。これにより、排気温度がある程度昇温
することになり、当該反応熱（燃焼熱）によって排気浄
化触媒装置３０の昇温が図られることになる。

【００３９】しかしながら、当該圧縮Ｓ／Ｌモードが実
施される状況は、排気低温運転モードでの運転が所定タ
イマ時間Ｔ1を超えて実施され、排気温度Ｔexが極めて
低い状況であることから、この排気マニホールド１２内
における反応はそれほど促進されず、故に当該排気昇温
による排気浄化触媒装置３０の昇温の効果はそれほど高
いものではない。

【００４０】従って、ＣＯ、Ｈ₂、Ｏ₂の殆どは、排気管
２０を通って排気浄化触媒装置３０に達することにな
る。ところで、一般に排気浄化触媒装置３０の選択型Ｎ
Ｏx触媒３０ａと三元触媒３０ｂは、ともに酸素過剰雰
囲気において触媒内にＯ₂を貯留する機能を有してお
り、該貯留したＯ₂によってＣＯ等の有害成分を酸化し
て無害化するよう構成されている。

【００４１】従って、上記のようにＣＯやＨ₂とＯ₂とが
同時に存在することになると、触媒の作用によってこれ
らＣＯやＨ₂が良好に酸化反応することになり、このと
き発生する反応熱によって排気浄化触媒装置３０が昇温
することになる。即ち、排気低温運転モードでの運転が
所定タイマ時間Ｔ1を超えて実施されて排気温度Ｔexが
極めて低い状況となったときには、運転モードを圧縮Ｓ
／Ｌモードとすることで、排気浄化触媒装置３０にＣ
Ｏ、Ｈ₂、Ｏ₂を同時に供給でき、ＣＯやＨ₂の酸化反応
による反応熱で排気浄化触媒装置３０、即ち選択型ＮＯ
x触媒３０ａと三元触媒３０ｂとを良好且つ早期に昇温
させることができるのである。

【００４２】即ち、図５を参照すると、選択型ＮＯx触
媒３０ａと三元触媒３０ｂとにそれぞれ排気温センサを
設け、排気温度Ｔexが所定値（失活温度）Ｔex0以下と
なった後、本発明に係る圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を実
施した場合の選択型ＮＯx触媒３０ａの中心部と三元触
媒３０ｂの中心部における排気温度Ｔexの時間変化が実
線で、また従来の技術のように、均一予混合燃焼での運
転を行った場合の時間変化が一点鎖線で示されている
が、同図に示すように、圧縮Ｓ／Ｌモード（実線）で運
転すると、均一予混合燃焼を実施した場合（一点鎖線）
よりも排気温度Ｔexが急速に高温域まで昇温することに
なり、選択型ＮＯx触媒３０ａとともに三元触媒３０ｂ
が早期に昇温することになるのである。

【００４３】なお、同図では三元触媒３０ｂの中心部の
排気温度Ｔexが選択型ＮＯx触媒３０ａの中心部の排気
温度Ｔexよりも遅れて昇温しているが、これは、三元触
媒３０ｂの方が選択型ＮＯx触媒３０ａよりも下流にあ
るために、ＣＯ、Ｈ₂、Ｏ₂は、その殆どが選択型ＮＯx
触媒３０ａ内で反応して先ず選択型ＮＯx触媒３０ａを
昇温させ、その後、選択型ＮＯx触媒３０ａが十分に昇
温し余剰となった反応熱で三元触媒３０ｂが遅れて昇温
されることになるためである。

【００４４】そして、この場合、圧縮Ｓ／Ｌモードにお
いては、全体としての空燃比はストイキオ（値１４．
７）近傍の値（例えば、値１４．７〜値１６）であるの
で、上記従来の技術のように、触媒装置が活性状態とな
るまでの間、均一予混合燃焼（例えば、吸気Ｏ／Ｌモー
ド運転）を長時間に亘って実施したり、副噴射を継続実
施したりして無闇に燃料消費量を増大させることなく、
つまり燃費の悪化なく排気浄化触媒装置３０を昇温させ
ることができることになる。

【００４５】ところで、運転モードを圧縮Ｓ／Ｌモード
とし、成層燃焼により局部的にリッチ空燃比状態として
ＣＯを多く発生させるような場合、いわゆるスモークと
の関係が問題となるが、通常は、図６に示すように、Ｃ
Ｏ濃度とスモーク濃度とは略比例関係にあり、ＣＯの量
の増大につれてスモークも増大するという関係を有して
いる。つまり、圧縮Ｓ／Ｌモードでの空燃比をリーン空
燃比側にして燃料噴射量を少なくするほどＣＯの発生量
が減ることになり、スモークの発生量を抑えることがで
きる。

【００４６】このようなことから、当該圧縮Ｓ／Ｌモー
ドでは、空燃比をリッチ空燃比側ではなくスモークの発
生量を極力抑えながらもＣＯを十分に得られるようなス
ライトリーン空燃比（例えば、値１４．７〜値１６）と
するようにしている。また、ＣＯの発生量及びスモーク
の発生量は点火時期と燃料噴射時期（実際には噴射終了
時期）との相関性が大きく、特に点火時期と噴射終了時
期との間隔に大きく起因していることが分かっている。
従って、ここでは、点火時期と噴射終了時期とを、スモ
ークの発生量を少なくでき且つＣＯを十分に得られるよ
うな最適な点火時期と噴射終了時期とに設定するように
している。

【００４７】図７を参照すると、空燃比を一定（例え
ば、値１５）とした場合の点火時期、噴射終了時期及び
点火時期と噴射終了時期との間隔（一点鎖線で示す）と
ＣＯ濃度（実線）、スモーク濃度（斜線付き実線）との
関係がマップが示されているが、実際には、当該マップ
に基づいて最適な点火時期と噴射終了時期とが設定され
る。具体的には、例えば、スモークを目視で認識できな
いレベルとみなせるスモーク濃度の基準値（例えば、ス
モーク濃度５．０％程度）を設定しておき、スモークの
発生量を該基準値に抑えようとした場合に最もＣＯの発
生量が多くなりＣＯ濃度が高い値（例えば、ＣＯ濃度
１．５％近傍）となるような点火時期と噴射終了時期
（設定点）を当該関係マップより読み出すようにする
（変更手段）。この設定点とすると、最適な点火時期は
例えば５°BTDCとなる一方、最適な噴射終了時期は例え
ば５５°BTDCとなり、点火時期と噴射終了時期との間隔
は、同図より例えば５０°ＣＡ（クランクアングル）と
なる。

【００４８】また、ここではスモーク濃度が基準値（例
えば、スモーク濃度５．０％程度）となるようにして最
適な点火時期と噴射終了時期とを設定するようにしてい
るが、実際には、ＣＯの発生量とスモークの発生量とを
勘案し、ＣＯをできるだけ多く発生させるように点火時
期と噴射終了時期とを設定してもよいし、またスモーク
をできるだけ発生させないようにして点火時期と噴射終
了時期とを設定してもよい。

【００４９】この場合、具体的には、同図に示すよう
に、ＣＯの発生量を多くしたい場合には点火時期と噴射
終了時期との間隔を小さくすればよく、逆にスモークの
発生量を少なくしたい場合には点火時期と噴射終了時期
との間隔を大きくすればよい。実際上は、点火時期と噴
射終了時期との間隔が上記５０°ＣＡの前後１０°程度
の範囲内、即ち４０°ＣＡ〜６０°ＣＡの範囲内であれ
ばスモークの発生量を十分に少なくでき且つＣＯを十分
に得ることが可能である。つまり、圧縮Ｓ／Ｌモードで
は、点火時期と噴射終了時期との間隔は、４０°ＣＡ〜
６０°ＣＡの範囲内であるのがよい。

【００５０】なお、排気低温運転モードでの運転が例え
ばアイドル運転である場合には、運転モードが圧縮Ｓ／
Ｌモードとされても、当該アイドル状態を維持する必要
があることから、上記スロットル弁１１を迂回するよう
設けられたバイパス通路（図示せず）のバイパス空気量
を設定するとともに、エンジン回転速度Ｎeが所定のア
イドル回転速度となるように設定する必要がある。

【００５１】また、運転モードが圧縮Ｌモードである場
合には、通常はＮＯx低減を目的として排気再循環（Ｅ
ＧＲ）を行うべくＥＧＲバルブ（図示せず）を開弁して
いるのであるが、当該圧縮Ｓ／Ｌモードが実施されると
きには、空燃比の変動等を抑えるため、ＥＧＲバルブは
閉弁状態とし、ＥＧＲは行わないようにする。以上のよ
うに、図２のステップＳ２０において圧縮Ｓ／Ｌモード
での運転を行い、排気浄化触媒装置３０の昇温を実施し
たら、次にステップＳ２２に進む。

【００５２】ステップＳ２２では、タイマＴが所定タイ
マ時間Ｔ2を計時したか否か、即ち圧縮Ｓ／Ｌモードで
の運転が所定タイマ時間Ｔ2を超えて継続したか否かを
判別する。所定タイマ時間Ｔ2は、上記所定タイマ時間
Ｔ1と同様、予め実験等により、例えば、排気低温運転
モードでの運転後、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転の実行に
より排気浄化触媒装置３０が所定の高温、即ち排気温度
Ｔexが所定値Ｔex1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、判別結果が偽（Ｎｏ）
の場合には、ステップＳ１６を経てステップＳ２０にお
いて圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を継続する。一方、判別
結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ちタイマＴが所定タイマ
時間Ｔ2を計時し、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転が所定タ
イマ時間Ｔ2を超えたと判定された場合（図３（ｃ）参
照）には、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を終了し、次にス
テップＳ２４に進む。

【００５３】ステップＳ２４では、運転モードを再びも
との運転モードに戻すようにする。つまり、ここでは、
排気低温運転モードでの運転を継続するようにする。「第２実施形態」第２実施形態では、上記第１実施形態
の失活抑制制御をタイマ制御に代えて排気温センサ制御
で行った場合の実施形態について説明する。

【００５４】図８を参照すると、エンジン１の作動中に
排気浄化触媒装置３０が冷却される場合の失活抑制制御
のうち排気温センサ制御による場合の制御ルーチンがフ
ローチャートで示されており、以下、当該図８のフロー
チャートに沿い上記図３のタイムチャートをも参照しな
がら説明する。先ず、ステップＳ３０では、排気低温運
転モードでの運転の実施により、排気温センサ３２によ
って検出される排気温度Ｔexが上記所定値（失活温度）
Ｔex0以下となったか否かを判別する（図３（ｂ）参
照）。つまり、上記第１実施形態ではタイマＴの計時に
よる排気温度Ｔexの推定によって基本的に圧縮Ｓ／Ｌモ
ードを行うか否かの判別を行っていたが、ここでは、推
定によらずに直接的に排気温度Ｔexを検出して判別を行
うようにする。

【００５５】そして、ステップＳ３０の判別結果が偽
（Ｎｏ）であれば、ステップＳ３９に進み、圧縮Ｓ／Ｌ
モードでの運転を行わず、つまり失活抑制制御を行う前
の運転モードでの運転を継続する。一方、ステップＳ３
０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、排気温度Ｔexが上記所
定値（失活温度）Ｔex0以下と判定された場合には、ス
テップＳ３２に進み、上記同様に圧縮Ｓ／Ｌモードでの
運転を行ってもよいか否かの判別を行う。なお、この場
合の判別条件については上述した通りであり、ここでは
説明を省略する。

【００５６】そして、ステップＳ３２の判別結果が偽
（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ３４に進み、上記同様
に通常制御を行う。一方、ステップＳ３２の判別結果が
真（Ｙｅｓ）の場合には、次にステップＳ３６に進み、
圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を開始する。なお、圧縮Ｓ／
Ｌモードの内容についても上述した通りであるため、こ
こでは説明を省略する。

【００５７】このようにステップＳ３６において圧縮Ｓ
／Ｌモードでの運転を行い、排気浄化触媒装置３０の昇
温を実施したら、次にステップＳ３８に進む。ステップ
Ｓ３８では、排気温センサ３２によって検出される排気
温度Ｔexが上記所定値Ｔex1以上となったか否かを判別
する（図３（ｂ）参照）。つまり、上記第１実施形態で
はタイマＴの計時による排気温度Ｔexの推定によって圧
縮Ｓ／Ｌモードを終了するか否かの判別を行っていた
が、ここでは、推定によらずに直接的に排気温度Ｔexを
検出して圧縮Ｓ／Ｌモードの終了判定を行うようにす
る。

【００５８】そして、ステップＳ３８の判別結果が偽
（Ｎｏ）であれば、ステップＳ３２を経てステップＳ３
６において圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を継続する。一
方、ステップＳ３８の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、
即ち圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転の継続により排気温度Ｔ
exが上記所定値Ｔex1以上と判定された場合（図３
（ｂ）参照）には、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を終了
し、次にステップＳ３９に進む。

【００５９】ステップＳ３９では、上述したように、運
転モードを失活抑制制御を行う前の運転モードに戻して
運転を継続する。この場合、実際には排気低温運転モー
ドでの運転を継続することになる。これにより、圧縮Ｓ
／Ｌモードでの運転を必要に応じてより適正に実施でき
ることになり、上記第１実施形態の場合と同様に、燃費
の悪化なく且つスモークの発生少なく排気浄化触媒装置
３０を良好に昇温させることができることになる。

【００６０】「第３実施形態」次に、エンジン１を冷態
始動させる場合の排気浄化触媒装置３０の昇温制御につ
いて説明する。図９を参照すると、エンジン１を冷態始
動させる際の昇温制御、即ち排気浄化触媒装置３０を低
温状態から所定の活性温度まで昇温させる冷態始動昇温
制御のうちタイマ制御により圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転
をオープンループ制御（Ｏ／Ｌ制御）する場合の制御ル
ーチンがフローチャートで示されており、図１０を参照
すると、当該冷態始動昇温制御の制御内容がタイムチャ
ートで示されており、以下、当該図９のフローチャート
及び図１０のタイムチャートに沿って第３実施形態を説
明する。

【００６１】先ず、ステップＳ４０では、始動スイッチ
（始動ＳＷ）、即ちイグニションキー（図示せず）が操
作されてオン状態とされ、エンジン１が始動したと判定
された場合において、上記第１実施形態の場合と同様に
当該ルーチンで使用するタイマＴを値０にリセットし、
計時を開始するようにする（図１０（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ）参照）。そして、ステップＳ４２において、例え
ばエンジン回転速度Ｎeがアイドル回転速度より大きい
所定値Ｎe1に達したと判定され、始動判定が完了した
ら、次にステップＳ４４に進む。なお、図１０（ａ）に
示すように、エンジン１の始動後、エンジン回転速度Ｎ
eが所定値Ｎe1に達するまでは、始動に十分な燃料を供
給すべく運転モードは吸気Ｏ／Ｌモードとされる。

【００６２】ステップＳ４４では、上述の２段噴射を行
ってもよいか否かを判別する。当該第３実施形態では、
冷態始動時のように、排気浄化触媒装置３０が極めて低
温状態にあり十分に活性していないような場合には、上
記圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行っても触媒による酸化
反応が促進され難い。故に、この場合には、圧縮Ｓ／Ｌ
モードでの運転に先だって２段噴射を行い、排気昇温に
よって予め排気浄化触媒装置３０をある程度昇温（予
熱）させるようにしており、ここでは、先ず当該２段噴
射の実施可否判別を行うようにする。

【００６３】ここでは、上述した圧縮Ｓ／Ｌモードの実
施可否判別の場合と同様に、例えば、図示しないアイド
ルスイッチがオフで、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
あるか否かを判別する。また、水温センサ１４からの冷
却水温情報ＷＴが、エンジン１が暖機したとみなせる温
度、即ち暖機温度ＷＴ0以下であるか否かを判別する。
冷却水温情報ＷＴが暖機温度ＷＴ0以下であるか否かを
も判別するのは、特に排気浄化触媒装置３０の過昇温を
防止することを考慮したためである。

【００６４】ステップＳ４４の判別結果が偽（Ｎｏ）
で、トルク不足、過昇温のおそれがあり、２段噴射を実
施しない方がよいと判定された場合には、ステップＳ４
６において、通常制御を実施するようにする。つまり、
上記燃料噴射モード設定マップに基づいてエンジン１の
運転を行うようにする。一方、ステップＳ４４の判別結
果が真（Ｙｅｓ）、即ちトルク不足、過昇温のおそれは
なく、２段噴射を実施してもよいと判定された場合に
は、ステップＳ４８において２段噴射を実施する（図１
０（ａ）参照）。つまり、吸気行程或いは圧縮行程で主
燃焼のための主噴射を行った後、膨張行程でさらに追加
燃料を供給する副噴射を行うようにする。これにより、
副噴射による未燃燃料成分（主としてＨＣ）が上記反応
型排気マニホールドの作用によって良好に反応（燃焼）
して排気温度が上昇することになり、排気浄化触媒装置
３０の昇温が行われる。

【００６５】次のステップＳ５０では、２段噴射の実施
後、タイマＴが所定タイマ時間Ｔ3を計時したか否かを
判別する。所定タイマ時間Ｔ3は、予め実験等により、
例えば、圧縮Ｓ／Ｌモードに切り換えたときに、排気浄
化触媒装置３０の温度が排気浄化触媒装置３０内で酸化
反応を開始することができる程度の温度となるまでの時
間に設定されている。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合に
は、ステップＳ４４を経てステップＳ４８において２段
噴射を継続する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場
合、即ちタイマＴが所定タイマ時間Ｔ3を計時したと判
定された場合（図１０（ｄ）参照）には、次にステップ
Ｓ５２に進む。

【００６６】ステップＳ５２では、上記第１及び第２実
施形態の場合と同様に圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行っ
てもよいか否かの判別を行う。当該第３実施形態では、
判別条件として上述したエンジン回転速度Ｎe、目標平
均有効圧Ｐe、車速Ｖに関するものに加え、上記２段噴
射の実施可否判別の場合と同様に、冷却水温情報ＷＴが
暖機温度ＷＴ0以下であるか否かをも判別条件とし、さ
らに、２段噴射の合計実施時間が所定時間ｔ3以上であ
るか否かをも判別条件として圧縮Ｓ／Ｌモードの実施可
否判別を行う。詳しくは、エンジン回転速度Ｎeが上記
アイドル回転速度より大きい所定値Ｎe1以下であるか否
か、目標平均有効圧Ｐeが所定値Ｐe1以下であるか否
か、車速Ｖが所定値Ｖ1以下であるか否かの判別を行う
とともに（図１０（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）参照）、冷却
水温情報ＷＴが暖機温度ＷＴ0以下であるか否かの判別
を行い（図１０（ｂ）参照）、さらに、２段噴射の合計
実施時間が所定時間ｔ3（ｔ3＜Ｔ3）以上であるか否か
の判別を行う。

【００６７】ここで、２段噴射の合計実施時間が所定時
間ｔ3以上であるか否かをも判別条件とするのは、タイ
マＴが所定タイマ時間Ｔ3を計時している途中で運転状
態の変化によって上記ステップＳ４４の判別結果が一時
的に偽（Ｎｏ）となり２段噴射が中断されるような場合
には、排気浄化触媒装置３０が２段噴射によって十分に
昇温しないおそれがあり、このような状態のままでは圧
縮Ｓ／Ｌモードでの運転の効果が十分に得られないこと
を考慮したためである。つまり、２段噴射の合計実施時
間が排気浄化触媒装置３０を十分に昇温可能な時間、即
ち所定時間ｔ3に満たないような場合には、圧縮Ｓ／Ｌ
モードでの運転の効果が十分に得られないとみなせ、こ
の場合には圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行わないように
するのである。

【００６８】そして、ステップＳ５２の判別結果が偽
（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ５４に進み、上記同様
に通常制御（例えば、吸気Ｏ／Ｌモード運転）を行う。
一方、ステップＳ５２の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合
には、次にステップＳ５６に進み、上記第１及び第２実
施形態の場合と同様に圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を実施
する（図１０（ａ）参照）。

【００６９】このように、先ず２段噴射を実施し、その
後に圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を実施するようにする
と、冷態始動時でありながら、上記第１及び第２実施形
態における失活抑制制御の場合と同様に、排気浄化触媒
装置３０でＣＯやＨ₂の酸化反応を良好に促進させ、そ
の反応熱で排気浄化触媒装置３０、即ち選択型ＮＯx触
媒３０ａと三元触媒３０ｂとを良好且つ早期に昇温させ
ることができることとなる。

【００７０】ここで、図１１を参照すると、本発明に係
る圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行う際に、２段噴射を行
った場合（実線）と行わなかった場合（一点鎖線）の選
択型ＮＯx触媒３０ａの入口と中心部における排気温度
Ｔexの時間変化がタイムチャートで比較して示されてい
るが、同図に示すように、冷態始動時に先ず２段噴射を
行うようにすると、２段噴射による排気昇温によって触
媒入口における排気温度Ｔexが急速に上昇して選択型Ｎ
Ｏx触媒３０ａが十分に予熱されるため、その後に圧縮
Ｓ／Ｌモードでの運転を行ったときには、上記図５で示
したと同様に、選択型ＮＯx触媒３０ａは極めて良好に
昇温することになるのである。なお、同図には三元触媒
３０ｂについては省略してあるが、三元触媒３０ｂにつ
いても上記図５で示したと同様に良好に昇温することと
なる。

【００７１】また、図１２を参照すると、例えば所定タ
イマ時間Ｔ3に亘り２段噴射を行った後、圧縮Ｓ／Ｌモ
ードでの運転を行った場合（実線）と圧縮Ｓ／Ｌモード
での運転を行うことなく上記均一予混合燃焼での運転を
行った場合（一点鎖線）の選択型ＮＯx触媒３０ａの入
口部と中心部及び三元触媒３０ｂの中心部における排気
温度Ｔexの時間変化（ａ）が示され、併せて、排気浄化
触媒装置３０のＮＯx浄化効率（ｂ）、ＣＯ浄化効率
（ｃ）、ＨＣ浄化効率（ｄ）の時間変化がそれぞれ圧縮
Ｓ／Ｌモードでの運転を行った場合（実線）と上記均一
予混合燃焼での運転を行った場合（一点鎖線）とで比較
してタイムチャートで示されているが、同図に示すよう
に、冷態始動時にあっては、２段噴射の実施後に圧縮Ｓ
／Ｌモード（実線）で運転すると、２段噴射からの切り
換え直後、極めて短時間にＨＣ、ＣＯ、ＮＯxが共に高
い浄化効率を示し、触媒上で活発な反応が起こるので、
上記図５で示したと同様に、選択型ＮＯx触媒３０ａと
ともに三元触媒３０ｂが、均一予混合燃焼を実施した場
合（一点鎖線）よりも早期に昇温することになるのであ
る。

【００７２】ところで、通常、このように２段噴射を行
うことは、上述したようにエンジン１の出力には一切寄
与しない燃料を余分に供給するために燃費の悪化に繋が
るのであるが、図１２からも明らかなように、本発明に
おいては排気浄化触媒装置３０の昇温のために実施する
２段噴射の時間、即ち所定タイマ時間Ｔ3は極めて短時
間でよく、故に、従来のように２段噴射を長時間に亘り
継続的に実施する場合に比べて燃費の悪化を極めて小さ
く抑えることができることになる。

【００７３】つまり、圧縮Ｓ／Ｌモード（実線）で運転
する前に２段噴射を必要最小限の時間だけ実施するよう
にすることで、冷態始動時において、燃費の悪化を極め
て少なく抑えながら効率よく早期に排気浄化触媒装置３
０を昇温させることができることになるのである。そし
て、このように図９のステップＳ５６において圧縮Ｓ／
Ｌモードでの運転を行い、排気浄化触媒装置３０の昇温
を実施したら、次にステップＳ５８に進む。

【００７４】ステップＳ５８では、タイマＴが所定タイ
マ時間Ｔ4を計時したか否か、即ち圧縮Ｓ／Ｌモードで
の運転が所定タイマ時間Ｔ4を超えて継続したか否かを
判別する。所定タイマ時間Ｔ4は、上記所定タイマ時間
Ｔ2と同様、予め実験等により、例えば、冷態始動後、
２段噴射及び圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転の実行により排
気浄化触媒装置３０が所定の高温、即ち排気温度Ｔexが
所定値Ｔex1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、判別結果が偽（Ｎｏ）の場合
には、ステップＳ５２を経てステップＳ５６において圧
縮Ｓ／Ｌモードでの運転を継続する。一方、判別結果が
真（Ｙｅｓ）の場合、即ちタイマＴが所定タイマ時間Ｔ
4を計時し、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転が所定タイマ時
間Ｔ4を超えたと判定された場合（図１０（ｃ）参照）
には、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を終了し、ステップＳ
５９に進む。

【００７５】ステップＳ５９では、上記燃料噴射モード
設定マップに基づく通常制御によりエンジン１の運転を
行うようにする（例えば、吸気Ｏ／Ｌモード運転）。「第４実施形態」第４実施形態では、上記第３実施形態
の冷態始動昇温制御においてタイマ制御により圧縮Ｓ／
Ｌモードでの運転をオープンループ制御（Ｏ／Ｌ制御）
していたものを圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転に代えて圧縮
行程Ｏ₂フィードバック制御（圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂ制御）す
る場合、即ち圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードで運転する場合の
実施形態について説明する。

【００７６】図１３を参照すると、冷態始動昇温制御の
うちタイマ制御により圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードでの運転
を行う場合の制御ルーチンがフローチャートで示されて
おり、図１４を参照すると、当該冷態始動昇温制御の制
御内容がタイムチャートで示されており、以下、当該図
１３のフローチャート及び図１４のタイムチャートに沿
って第４実施形態を説明する。

【００７７】なお、図１３中、で示した部分は上記図
９中のステップＳ４０乃至ステップＳ５０までので示
した範囲、即ち２段噴射の制御部分と同一の制御である
ため説明を省略し、ここでは、上記第３実施形態と異な
る部分についてのみ説明する。ステップＳ６０では、圧
縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードまたは圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転
を行ってもよいか否かの判別を行う。ここでは、上記第
３実施形態における圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行って
もよいか否かの判別条件と同一の判別条件で判別を行う
（図１４（ｃ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）参照）。そし
て、判別結果が偽（Ｎｏ）の場合にはステップＳ６２に
おいて通常制御（例えば、吸気Ｏ₂−Ｆ／Ｂモード運
転）を行い（図１４（ｂ）参照）、一方、判別結果が真
（Ｙｅｓ）の場合には、次にステップＳ６４に進む。

【００７８】ステップＳ６４では、Ｏ₂センサ２２が活
性状態にあるか否かを判別する。通常、Ｏ₂センサ２２
は、ある程度の高温下でその性能を発揮するように構成
されており、故に低温のままでは圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂ制御
を適正に実施することができない。そこで、当該ステッ
プＳ６４では、Ｏ₂センサ２２が活性状態にあるか否か
を判別する。詳しくは、Ｏ₂センサ２２が活性状態にあ
るか否かは、例えばＯ₂センサ２２の出力電圧がリッチ
空燃比のもとで所定の出力値、即ち活性判定電圧よりも
大きいか否かで判別可能である。判別結果が偽（Ｎｏ）
で、Ｏ₂センサ２２が低温であってＯ₂センサ２２が活性
状態にない（オフ）と判定された場合には、ステップＳ
６６に進む（図１４（ａ）参照）。

【００７９】Ｏ₂センサ２２が活性状態にない場合に
は、上述の如く圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂ制御を適正に実施する
ことができない。故に、この場合には、ステップＳ６０
の判別結果を受けて、ステップＳ６６において、上記第
３実施形態の場合と同様に圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を
実施する（図１４（ｂ）参照）。一方、ステップＳ６４
の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、Ｏ₂センサ２２の出力電
圧が活性判定電圧よりも大きく、Ｏ₂センサ２２が活性
状態（オン）と判定された場合には、次にステップＳ６
８に進む（図１４（ａ）参照）。

【００８０】ステップＳ６８では、圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモ
ードで運転を行う（図１４（ｂ）参照）。つまり、Ｏ₂
センサ２２からの出力情報に基づいて空燃比がストイキ
オになるように制御する。このように、圧縮Ｏ₂−Ｆ／
Ｂモードで空燃比がストイキオ（値１４．７）となるよ
うにフィードバック制御すると、上記図４に示したよう
に、圧縮Ｓ／Ｌモードで空燃比をスライトリーン空燃比
（例えば、値１４．７〜値１６）とした場合と略同様に
ＣＯ、Ｈ₂、Ｏ₂が十分に生成される。つまり、圧縮Ｓ／
Ｌモードに代えて圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードで運転した場
合であっても排気浄化触媒装置３０を十分に昇温可能で
ある。

【００８１】その上、さらに、このように圧縮Ｏ₂−Ｆ
／Ｂ制御を行うと、フィードバック制御であることか
ら、上記圧縮Ｓ／ＬモードにおけるＯ／Ｌ制御に比べて
極めて制御精度を高めることができることになる。つま
り、圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードでの運転を行うようにする
ことで、制御の信頼性を高めることができ、排気浄化触
媒装置３０の昇温効率を向上させることができることに
なるのである。

【００８２】そして、このように図１３のステップＳ６
６において圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行い、或いは、
ステップＳ６８において圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードでの運
転を行い、排気浄化触媒装置３０の昇温を実施したら、
次にステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、上記
第３実施形態の場合と同様に、タイマＴが所定タイマ時
間Ｔ4を計時したか否か、即ち圧縮Ｓ／Ｌモード或いは
圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードでの運転が所定タイマ時間Ｔ4を
超えて継続したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎ
ｏ）の場合には、ステップＳ６０、６４を経てステップ
Ｓ６６或いはステップＳ６８において圧縮Ｓ／Ｌモード
での運転、圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードでの運転を継続す
る。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ちタイマ
Ｔが所定タイマ時間Ｔ4を計時したと判定された場合
（図１４（ｄ）参照）には、圧縮Ｓ／Ｌモード或いは圧
縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードでの運転を終了し、ステップＳ７
２に進み、上記燃料噴射モード設定マップに基づく通常
制御によりエンジン１の運転を行う（例えば、吸気Ｏ₂
−Ｆ／Ｂモード運転）。

【００８３】「第５実施形態」第５実施形態では、上記
第４実施形態の冷態始動昇温制御においてタイマ制御に
より圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転をオープンループ制御
（Ｏ／Ｌ制御）していたものをタイマ制御に代えて排気
温センサ制御で行った場合の実施形態について説明す
る。

【００８４】図１５を参照すると、冷態始動昇温制御の
うち排気温センサ制御により圧縮Ｏ ₂−Ｆ／Ｂモードで
の運転を行う場合の制御ルーチンがフローチャートで示
されており、図１６を参照すると、当該冷態始動昇温制
御の制御内容がタイムチャートで示されており、以下、
当該図１５のフローチャート及び図１６のタイムチャー
トに沿って第５実施形態を説明する。

【００８５】なお、上記第４実施形態の場合と同様、図
１５中、で示した部分は上記第３実施形態における図
９中のステップＳ４０乃至ステップＳ５０までので示
した範囲、即ち２段噴射の制御部分と同一の制御である
ため説明を省略し、ここでは、上記第３実施形態と異な
る部分についてのみ説明する。ステップＳ８０では、圧
縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードまたは圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転
を行ってもよいか否かの判別を行う。この場合において
も、上記第３実施形態における圧縮Ｓ／Ｌモードでの運
転を行ってもよいか否かの判別条件と同一の判別条件で
判別を行う（図１６（ｃ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）参
照）。そして、判別結果が偽（Ｎｏ）の場合にはステッ
プＳ８２において通常制御（例えば、吸気Ｏ₂−Ｆ／Ｂ
モード運転）を行い（図１６（ｂ）参照）、一方、判別
結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、次にステップＳ８４に
進む。

【００８６】ステップＳ８４では、上記第４実施形態の
場合と同様に、Ｏ₂センサ２２が活性状態にあるか否か
を判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で、Ｏ₂センサ２２
が低温であってＯ₂センサ２２が活性状態にないと判定
された場合には、ステップＳ８６に進み（図１６（ａ）
参照）、上記第４実施形態の場合と同様に、圧縮Ｓ／Ｌ
モードでの運転を実施する（図１６（ｂ）参照）。

【００８７】一方、ステップＳ８４の判別結果が真（Ｙ
ｅｓ）で、Ｏ₂センサ２２の出力電圧が活性判定電圧よ
りも大きく、Ｏ₂センサ２２が活性状態と判定された場
合には、次にステップＳ８８に進み（図１６（ａ）参
照）、やはり上記第４実施形態の場合と同様に、圧縮Ｏ
₂−Ｆ／Ｂモードで運転を行う（図１６（ｂ）参照）。
そして、ステップＳ８６において圧縮Ｓ／Ｌモードでの
運転を行い、或いは、ステップＳ８８において圧縮Ｏ₂
−Ｆ／Ｂモードでの運転を行い、排気浄化触媒装置３０
の昇温を実施したら、次にステップＳ９０に進む。

【００８８】ステップＳ９０では、上記第２実施形態の
場合と同様に、排気温センサ３２によって検出される排
気温度Ｔexが上記所定値Ｔex1以上となったか否かを判
別する（図１６（ｄ）参照）。つまり、上記第４実施形
態ではタイマＴの計時による排気温度Ｔexの推定によっ
て圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモード或いは圧縮Ｓ／Ｌモードを終
了するか否かの判別を行っていたが、ここでは、推定に
よらずに直接的に排気温度Ｔexを検出して圧縮Ｏ₂−Ｆ
／Ｂモード、圧縮Ｓ／Ｌモードの終了判定を行うように
する。

【００８９】そして、ステップＳ９０の判別結果が偽
（Ｎｏ）であれば、ステップＳ８０、８４を経てステッ
プＳ８６或いはステップＳ８８において圧縮Ｓ／Ｌモー
ドでの運転、圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードでの運転を継続す
る。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ち排気温
度Ｔexが上記所定値Ｔex1以上と判定された場合（図１
６（ｄ）参照）には、圧縮Ｓ／Ｌモード或いは圧縮Ｏ₂
−Ｆ／Ｂモードでの運転を終了し、ステップＳ９２に進
み、上記燃料噴射モード設定マップに基づく通常制御に
よりエンジン１の運転を行う（例えば、吸気Ｏ₂−Ｆ／
Ｂモード運転）。

【００９０】これにより、圧縮Ｓ／Ｌモード或いは圧縮
Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードでの運転を必要に応じてより適正に
実施できることになり、上記第４実施形態の場合と同様
に、制御の信頼性を高めながら、燃費の悪化なく且つス
モークの発生少なく排気浄化触媒装置３０をより一層効
率よく良好に昇温させることができることになる。とこ
ろで、上記第４及び第５実施形態では、上述したよう
に、Ｏ₂センサ２２が活性状態にあるか否かは、例えば
Ｏ₂センサ２２の出力電圧がリッチ空燃比のもとで所定
の出力値、即ち活性判定電圧よりも大きいか否かで判別
するようにしている。

【００９１】しかしながら、２段噴射が実施される際に
全体空燃比がリーン空燃比とされ、さらに、圧縮Ｓ／Ｌ
モードがスライトリーン空燃比（値１４．７〜値１６）
で行われると、空燃比がリッチ空燃比とされる機会がな
く、Ｏ₂センサ２２の活性判定ができないことになる。
そこで、ここでは、さらに、上記第４及び第５実施形態
において、Ｏ₂センサ２２を強制的にリッチ空燃比とす
るＯ₂センサ活性判定制御を併せて実施するようにし、
確実にＯ₂センサ２２の活性判定がされるようにしてい
る。以下、Ｏ₂センサ活性判定制御内容について説明す
る。

【００９２】図１７を参照すると、Ｏ₂センサ活性判定
制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、
以下、当該フローチャートに沿い説明する。図１７のス
テップＳ１００では、上記第３実施形態における図９の
ステップＳ４０と同様に、始動スイッチ（始動ＳＷ）が
オン状態とされ、エンジン１が始動したと判定された場
合において、当該ルーチンで使用するタイマＴを値０に
リセットして計時を開始する。そして、ステップＳ１０
２において、例えばエンジン回転速度Ｎeがアイドル回
転速度より大きい所定値Ｎe1に達したと判定され、始動
判定が完了したら、次にステップＳ１０４に進む。

【００９３】ステップＳ１０４では、Ｏ₂センサ２２の
出力電圧が上述した活性判定電圧以下であるか否かを判
別する。つまり、当該ステップＳ１０４において、上述
したようにして、Ｏ₂センサ２２が活性状態にない状態
であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）、即ち
Ｏ₂センサ２２が既に十分に活性状態にあると判定され
た場合には、ステップＳ１１４に進み、Ｏ₂センサ２２
の活性は完了と判定する。一方、判別結果が真（Ｙｅ
ｓ）で、Ｏ₂センサ２２が活性状態にないと判定された
場合には、次にステップＳ１０６に進む。

【００９４】ステップＳ１０６では、タイマＴが所定タ
イマ時間Ｔ5（例えば、１５sec）を計時したか否かを判
別する。つまり、エンジン１が始動したと判定された
後、所定タイマ時間Ｔ5（例えば、１５sec）が経過して
も未だにＯ₂センサ２２が活性状態となっていないかど
うかを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ス
テップＳ１０４に戻り、Ｏ₂センサ２２が活性状態にあ
るか否かを継続して判別する。一方判別結果が真（Ｙｅ
ｓ）の場合、即ちエンジン１の始動後、所定タイマ時間
Ｔ5（例えば、１５sec）経過しても未だにＯ₂センサ２
２が活性状態となっていないと判定された場合には、次
にステップＳ１０８に進む。空燃比がリッチ空燃比とさ
れずリーン空燃比のままの場合には、当然にしてＯ₂セ
ンサ２２は未だ活性状態となっておらず、故にこの場合
にはステップＳ１０８に進む。

【００９５】ステップＳ１０８では、空燃比をＮ行程
（Ｎは任意の整数）に亘って強制的にリッチ空燃比（エ
ンリッチ）とする。つまり、強制的にＯ₂センサ２２の
活性判定が可能なようにする。そして、ステップＳ１１
０において、今度はＯ₂センサ２２の出力電圧が上述し
た活性判定電圧以上であるか否かを判別する。判別結果
が偽（Ｎｏ）で、依然としてＯ₂センサ２２が活性状態
となっていないと判定された場合には、ステップＳ１１
２において、所定タイマ時間Ｔ5を所定時間αだけ延長
し（Ｔ5＝Ｔ5＋α）、再びステップＳ１０４、１０６を
経てステップＳ１０８において強制的に空燃比をリッチ
空燃比（エンリッチ）とする。

【００９６】ステップＳ１０４の判別結果が真（Ｙｅ
ｓ）とされ、Ｏ₂センサ２２が十分に活性状態になった
と判定されたら、ステップＳ１１４に進み、Ｏ₂センサ
２２の活性は完了と判定する。これにより、２段噴射が
実施される際に全体空燃比がリーン空燃比とされ、さら
に、圧縮Ｓ／Ｌモードで空燃比がスライトリーン空燃比
とされて運転が行われた場合であっても、確実にリッチ
空燃比とされる機会が得られることになり、Ｏ ₂センサ
２２の活性判定を確実に行うことが可能となる。故に、
上記第４及び第５実施形態において、Ｏ₂センサ２２が
活性状態にあるときには、常に有効に圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂ
モードでの運転を実施するようにでき、上述した如く、
制御の信頼性をより一層高めながら、燃費の悪化なく且
つスモークの発生少なく排気浄化触媒装置３０を良好に
昇温させることができることとなる。

【００９７】なお、本発明は、上述した各実施形態に何
ら限定されるものではなく、例えば、上記各実施形態の
排気浄化触媒装置３０では選択還元型ＮＯx触媒３０ａ
と三元触媒３０ｂとを組み合わせているが、排気空燃比
がリーン空燃比のときに排ガス中のＮＯxを吸蔵しスト
イキオまたはリッチ空燃比のときに吸蔵されたＮＯxを
放出し還元する吸蔵型ＮＯx触媒等を用いるようにして
もよい。つまり、本発明は排気浄化触媒装置の昇温を図
るものであって、触媒の種類や個数等には何ら限定され
るものではない。

【００９８】また、上記各実施形態では、圧縮Ｓ／Ｌモ
ードにおいて空燃比をスライトリーン空燃比（例えば、
値１４．７〜値１６）に設定しているが、エンジン１よ
り排出されるＯ₂やＣＯの関係（図４参照）から、空燃
比をストイキオに対して若干リッチ空燃比（例えば、値
１４程度）側に設定するようにしてもよい。さらに、上
記第３乃至第５実施形態では、図９中で示した２段噴
射の制御部分についてはタイマにて２段噴射の実行期間
を計時するようにしているが、例えば、排気温センサを
排気通路に設け、排気浄化触媒装置が触媒上で酸化反応
可能な状態が当該排気温センサの出力値により検出或い
は推定されるまでを実行期間とし２段噴射を実行するよ
うにしてもよい。

【００９９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１の筒内噴射型内燃機関によれば、機関の空燃比が
理論空燃比近傍となる燃料量を圧縮行程中に直接燃焼室
内へ噴射して成層燃焼を実施し、当該成層燃焼中に生起
された一酸化炭素及び燃焼に寄与しない余剰の酸素を、
排気通路に排出し、排気通路を経て触媒装置において酸
化反応させるよう燃料噴射時期及び点火時期を制御する
ようにしたので、燃費を悪化させることなくＣＯとＯ₂
とを同時に触媒装置に供給して酸化反応を起こさせるよ
うにでき、当該反応熱で触媒装置を効率よく良好に昇温
させることが可能である。

【０１００】また、請求項２の筒内噴射型内燃機関によ
れば、成層燃焼が実施されるときには燃料噴射時期と点
火時期との間隔が広くなるようにしたので、特に、噴射
された燃料の霧化時間を十分に確保でき、ＣＯを適切に
生起させながらもスモークの発生を好適に抑制すること
ができる。また、請求項３の筒内噴射型内燃機関によれ
ば、昇温手段による成層燃焼中に、排ガス中の酸素濃度
を検出するセンサの出力に基づき機関の空燃比をフィー
ドバック制御するようにしたので、制御の信頼性を高め
ることができ、触媒装置の昇温効率を向上させることが
できる。

【０１０１】また、請求項４の筒内噴射型内燃機関によ
れば、圧縮リーンモードが選択されているときに吸気系
に排ガスを還流するようＥＧＲバルブを開弁する排気再
循環装置を備えている場合において、排気再循環装置
は、昇温手段による成層燃焼中には、排ガスの還流を行
わないようＥＧＲバルブを閉弁状態とするようにしたの
で、昇温手段による成層燃焼の実施中にあっては、空燃
比の変動を抑えることができ、安定した成層燃焼を実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る筒内噴射型内燃機関を示す概略構
成図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る、失活抑制制御の
うちタイマ制御による場合の制御ルーチンを示すフロー
チャートである。

【図３】図２のタイマ制御による場合の失活抑制制御の
制御内容を示すタイムチャートである。

【図４】空燃比Ａ／Ｆを変えて圧縮行程噴射を行った場
合（実線）及び吸気行程噴射を行った場合（一点鎖線）
におけるＯ₂濃度（ｂ）、Ｈ₂濃度（ｃ）、ＣＯ濃度
（ｄ）を比較して示した図である。

【図５】図２の失活抑制制御に基づき圧縮Ｓ／Ｌモード
での運転を実施した場合（実線）及び従来の均一予混合
燃焼での運転を行った場合（一点鎖線）における選択型
ＮＯx触媒の中心部と三元触媒の中心部における排気温
度Ｔexの時間変化を比較して示したタイムチャートであ
る。

【図６】ＣＯ濃度とスモーク濃度との関係を示す図であ
る。

【図７】空燃比を一定（例えば、値１５）とした場合の
点火時期、噴射終了時期及び点火時期と噴射終了時期と
の間隔（一点鎖線で示す）とＣＯ濃度（実線）、スモー
ク濃度（斜線付き実線）との関係を示すマップである。

【図８】本発明の第２実施形態に係る、失活抑制制御の
うち排気温センサ制御による場合の制御ルーチンを示す
フローチャートである。

【図９】本発明の第３実施形態に係る、冷態始動昇温制
御のうちタイマ制御により圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を
オープンループ制御する場合の制御ルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【図１０】図９のタイマ制御により圧縮Ｓ／Ｌモードで
の運転をオープンループ制御する場合の冷態始動昇温制
御の制御内容を示すタイムチャートである。

【図１１】図９の冷態始動昇温制御に基づき圧縮Ｓ／Ｌ
モードでの運転を行う際に２段噴射を行った場合（実
線）及び行わなかった場合（一点鎖線）における選択型
ＮＯx触媒の入口と中心部における排気温度Ｔexの時間
変化を比較して示したタイムチャートである。

【図１２】図９の冷態始動昇温制御に基づき２段噴射を
行った後に圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行った場合（実
線）と圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行うことなく従来の
均一予混合燃焼での運転を行った場合（一点鎖線）にお
ける選択型ＮＯx触媒の入口部と中心部及び三元触媒の
中心部における排気温度Ｔexの時間変化（ａ）、及び、
排気浄化触媒装置のＮＯx浄化効率（ｂ）、ＣＯ浄化効
率（ｃ）、ＨＣ浄化効率（ｄ）の時間変化を比較して示
したタイムチャートである。

【図１３】本発明の第４実施形態に係る、冷態始動昇温
制御のうちタイマ制御により圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモードで
の運転を行う場合の制御ルーチンを示すフローチャート
である。

【図１４】図１３のタイマ制御により圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂ
モードでの運転を行う場合の冷態始動昇温制御の制御内
容を示すタイムチャートである。

【図１５】本発明の第５実施形態に係る、冷態始動昇温
制御のうち排気温センサ制御により圧縮Ｏ₂−Ｆ／Ｂモ
ードでの運転を行う場合の制御ルーチンを示すフローチ
ャートである。

【図１６】図１５の排気温センサ制御により圧縮Ｏ₂−
Ｆ／Ｂモードでの運転を行う場合の冷態始動昇温制御の
制御内容を示すタイムチャートである。

【図１７】Ｏ₂センサ活性判定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（機関本体）４点火プラグ６燃料噴射弁１１スロットル弁１１ａスロットルセンサ１２排気マニホールド１３クランク角センサ１４水温センサ２２Ｏ₂センサ３０排気浄化触媒装置３０ａ選択還元型ＮＯx触媒３０ｂ三元触媒３２排気温センサ４０電子コントロールユニット（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）Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０Ａ３Ｇ３０１３３０Ｅ３３０Ｆ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ａ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ３０１Ｇ３０１ＪＦ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ａ５７０Ｄ５７０ＪＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｅ (72)発明者宮本寛明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)発明者田中大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)発明者竹村純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Ｆターム(参考） 3G022 AA07 AA10 CA02 3G062 AA03 AA07 BA04 BA08 CA01 CA02 CA06 DA02 EA10 ED01 ED04 ED10 FA02 FA05 FA23 GA04 GA06 GA08 GA09 GA17 GA18 GA25 3G084 BA09 BA13 CA02 DA02 DA10 FA10 FA20 FA27 FA29 FA33 FA38 3G091 AA02 AA11 AA12 AA17 AA24 AA28 AB02 AB03 AB05 AB12 BA03 BA14 BA15 BA19 BA32 CB02 CB03 CB05 DA01 DA02 DB10 DC01 EA01 EA07 EA16 EA17 EA30 EA31 EA34 EA39 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB10 FB11 FC07 GA06 HA03 HA07 HA08 HA47 HB05 3G092 AA06 AA09 AA17 AB02 BA04 BA09 BB01 BB06 DC10 DC15 DE03S EA06 FA15 GA02 HA06Z HD01Z HD05Z HE01Z HE03Z HE08Z 3G301 HA01 HA04 HA13 HA16 JA02 JA21 KA05 LB04 MA01 MA11 MA18 NE11 NE12 NE14 PA11Z PD02Z PD11Z PE01Z PE03Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に設けられ、排ガス中の有害成
分を浄化する触媒装置と、前記触媒装置の昇温が要求さ
れるとき、機関の空燃比が理論空燃比近傍となる燃料量
を圧縮行程中に直接燃焼室内に噴射して成層燃焼を実施
する昇温手段と、燃料噴射時期を制御する噴射時期制御手段と、点火時期を制御する点火時期制御手段とを備え、前記昇温手段による成層燃焼中に生起された一酸化炭素
及び燃焼に寄与しない余剰の酸素を、排気通路に排出
し、排気通路を経て前記触媒装置において酸化反応させ
るよう燃料噴射時期及び点火時期を制御することを特徴
とする筒内噴射型内燃機関。
【請求項２】排気通路に設けられ、排ガス中の有害成
分を浄化する触媒装置と、前記触媒装置の昇温が要求さ
れるとき、機関の空燃比が理論空燃比近傍となる燃料量
を圧縮行程中に直接燃焼室内に噴射して成層燃焼を実施
する昇温手段と、燃料噴射時期を制御する噴射時期制御手段と、点火時期を制御する点火時期制御手段と、前記昇温手段により成層燃焼が実施されるとき、燃料噴
射時期と点火時期との間隔が広くなるよう、少なくとも
前記噴射時期制御手段により設定される燃料噴射時期及
び前記点火時期制御手段により設定される点火時期のい
ずれか一方を変更する変更手段と、を備えたことを特徴
とする筒内噴射型内燃機関。
【請求項３】排気通路に設けられ、排ガス中の有害成
分を浄化する触媒装置と、前記触媒装置の昇温が要求さ
れるとき、機関の空燃比が理論空燃比近傍となる燃料量
を圧縮行程中に直接燃焼室内に噴射して成層燃焼を実施
する昇温手段と、前記昇温手段による成層燃焼中に、排ガス中の酸素濃度
を検出するセンサの出力に基づき前記機関の空燃比をフ
ィードバック制御する制御手段と、を備えたことを特徴
とする筒内噴射型内燃機関。
【請求項４】理論空燃比よりも希薄なリーン空燃比と
なる燃料量の燃料を圧縮行程中に直接燃焼室内に噴射す
る圧縮リーンモードを選択可能な機関と、前記圧縮リーンモードが選択されているときに吸気系に
排ガスを還流するようＥＧＲバルブを開弁する排気再循
環装置と、前記機関の排気通路に設けられ、排ガス中の有害成分を
浄化する触媒装置と、前記触媒装置の昇温が要求される
とき、前記機関の空燃比が理論空燃比近傍となる燃料量
を圧縮行程中に直接燃焼室内に噴射して成層燃焼を実施
する昇温手段とを備え、前記排気再循環装置は、前記昇温手段による成層燃焼中
に、排ガスの還流を行わないよう前記ＥＧＲバルブを閉
弁状態とすることを特徴とする筒内噴射型内燃機関。