JP2003214238A - 筒内噴射型火花点火式内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

筒内噴射型火花点火式内燃機関の排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷態時であっても燃費の悪化を最小限に抑え
且つ加速性能を確保しながら排気浄化効率の向上を図り
有害物質の排出量を抑制可能な筒内噴射型火花点火式内
燃機関の排気浄化装置を提供する。 【解決手段】 内燃機関が冷態状態のときには(S12)、
燃焼空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもややリ
ーン空燃比となるようにして燃料を圧縮行程で噴射し
（圧縮S/L運転）(S14)、併せて排気流動を抑制する(S1
6)。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射型火花点
火式内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、排気浄
化効率の向上を図り排気中の有害物質の排出量低減効果
を高める技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】排気中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、
Ｈ2等の未燃物の他、スモーク、ＮＯx等を含む）を低減
させることを目的とした技術として、触媒上での反応を
利用した排気浄化技術が知られている。しかしながら、
当該排気浄化技術では、触媒が活性化されるまでの間に
ＨＣ等の未燃物が大気放出されるという問題があり、こ
のように触媒活性化までに放出される有害物質量は、コ
ールドモードでの全放出量の９割にも達する場合があり
重要な問題となっている。
【０００３】そこで、筒内噴射型火花点火式内燃機関に
おいて、燃料噴射を２段階に分け、主噴射（超リーン空
燃比設定）とは別に膨張行程以降に副噴射を行い、主噴
射による主燃焼（層状燃焼）で残存した酸素と副噴射に
よる未燃燃料を排気系（燃焼室から触媒コンバータを含
む）内で反応させることにより有害物質を低減させ、触
媒を早期活性化させる二段燃焼技術（或いは二段噴射技
術）が知られている。
【０００４】一方、例えば特開平３−１１７６１１号、
特開平４−１８３９２１号公報に開示されるように、排
気圧上昇（排気流動の抑制）により反応を促進させるこ
とで冷態時の触媒を早期活性化させる技術が開発されて
いる。さらに、これらを組み合わせ、二段燃焼を実施す
るとともに排気圧を上昇させることにより、冷態時にお
ける触媒の早期活性化を図る技術が開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに二段燃焼を実施すると、排気系内での反応が飛躍的
に促進され触媒の早期活性化が図られる一方、副噴射さ
れる燃料は機関トルクの発生に直接寄与しないことにな
るため、副噴射する分だけ燃費が悪化するという問題が
ある。
【０００６】また、二段燃焼では主噴射による主燃焼の
空燃比を超リーン空燃比とする必要があることから、発
生する機関トルクには自ずと限界があり、この限界は、
排気圧を上昇させると、排気抵抗が増大してさらに厳し
くなる傾向にある。このように機関トルクに限界がある
と、加速要求に十分対応できず好ましいことではない。
【０００７】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、冷態時で
あっても燃費の悪化を最小限に抑え且つ加速性能を確保
しながら排気浄化効率の向上を図り有害物質の排出量を
抑制可能な筒内噴射型火花点火式内燃機関の排気浄化装
置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の発明では、燃焼室内に直接燃料を噴
射する噴射弁と、該噴射弁による燃料噴射を制御する燃
料噴射制御手段と、燃焼空燃比を制御する空燃比制御手
段とを備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の排気浄化
装置において、排気通路に設けられ、排気中の有害物質
を浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータの活
性状態を判定する触媒活性判定手段と、前記空燃比制御
手段により燃焼空燃比を理論空燃比または理論空燃比よ
りもややリーン空燃比とするとともに前記燃料噴射制御
手段により圧縮行程で燃料を噴射して圧縮スライトリー
ン運転を実施する圧縮スライトリーン運転手段と、排気
通路内の排気流動を抑制する排気流動制御手段とを備
え、前記触媒活性判定手段により前記触媒コンバータが
活性状態にないと判定されたときには、前記圧縮スライ
トリーン運転手段により圧縮スライトリーン運転を行う
とともに前記排気流動制御手段により排気通路内の排気
流動の抑制を行うことを特徴としている。
【０００９】即ち、筒内噴射型火花点火式内燃機関で
は、従来、圧縮行程噴射を行うと点火プラグ近傍に燃料
を噴射するためにプラグくすぶりが発生し易いと考えら
れていたのであるが、出願人が実験したところ、内燃機
関が特に冷態状態にあるときに圧縮行程噴射を行うと、
実際には噴霧形態が良好で点火プラグのくすぶりが少な
く、機関トルクを確保しながらもＣＯ（一酸化炭素）が
多く生成されることが分かり、この事実に基づき、内燃
機関が冷態状態のときには、燃焼空燃比が理論空燃比ま
たは理論空燃比よりもややリーン空燃比となるようにし
て燃料を圧縮行程で噴射する圧縮スライトリーン運転を
実施し、これにより残留酸素（Ｏ2）とともに未燃物と
してＣＯを排気通路に排出し、併せて排気流動を抑制す
るようにしている。
【００１０】従って、内燃機関が冷態状態にあって触媒
コンバータが未だ活性していない状況において、二段燃
焼による副噴射を実施せずとも排ガス中にＯ2とともに
未燃物としてＣＯを多く含むようにでき、このＣＯはＨ
ＣよりもＯ2と反応し易いため、排気流動の抑制効果と
併せて排気系内での反応がより一層促進される。これに
より、全体空燃比をややリーン空燃比として燃費の悪化
を抑え且つ機関トルクを確保しながらも排気浄化効率の
向上が図られ、触媒コンバータの早期活性化が図られ
る。
【００１１】また、請求項２の発明では、さらに、前記
燃焼室から排気通路に向けて延びる排気ポートまたは該
排気ポート周辺の温度を検出する排気ポート周辺温度検
出手段を有し、前記触媒活性判定手段により前記触媒コ
ンバータが活性状態にないと判定され、且つ前記排気ポ
ート周辺温度検出手段により排気ポートまたは該排気ポ
ート周辺の温度が所定温度以上であることが検出された
とき、前記圧縮スライトリーン運転を行うとともに前記
排気流動の抑制を行うことを特徴としている。
【００１２】即ち、出願人の実験によれば、排気系内で
のＣＯの反応は、排ガスが燃焼室から排出された直後の
排気ポート内で促進されることが確認されており、この
反応は排気ポートの温度が高いほど促進されることか
ら、内燃機関が冷態状態のときには、排気ポート周辺の
温度が所定温度以上と高い状態のときに、圧縮スライト
リーン運転を実施し、残留Ｏ2とともに未燃物としてＣ
Ｏを排気通路に排出し、併せて排気流動を抑制するよう
にしている。
【００１３】従って、内燃機関が冷態状態にあって触媒
コンバータが未だ活性していない状況において、排気系
内でのＯ2とＣＯの反応がさらに好適に促進されること
になり、燃費の悪化を抑え且つ機関トルクを確保しなが
らも排気浄化効率のさらなる向上が図られ、触媒コンバ
ータがさらに早期に活性化される。また、請求項３の発
明では、さらに、燃焼室内に主燃焼用の燃料を供給した
後、該主燃焼の火炎消滅時期以降且つ排気弁の開弁開始
時期以前に燃焼室内に燃料を再供給し二段燃焼運転を行
う二段燃焼運転手段を備え、前記触媒活性判定手段によ
り前記触媒コンバータが活性状態にないと判定されたと
きには、前記二段燃焼運転手段による二段燃焼運転及び
前記圧縮スライトリーン運転手段による前記圧縮スライ
トリーン運転のいずれか一方を選択的に実施するととも
に前記排気流動の抑制を行うことを特徴としている。
【００１４】従って、内燃機関の運転状況に応じて二段
燃焼運転と圧縮スライトリーン運転とを適宜選択可能で
あり、二段燃焼運転を選択するとともに排気流動の抑制
を行うことで触媒の早期活性化を優先しながら排気浄化
効率の向上を実現可能であり、圧縮スライトリーン運転
を選択するとともに排気流動の抑制を行うことで燃費の
悪化を抑え且つ機関トルクを確保することを優先しなが
ら排気浄化効率の向上を実現可能である。
【００１５】また、請求項４の発明では、前記触媒活性
判定手段により前記触媒コンバータが活性状態にないと
判定されたときには、前記二段燃焼運転を実施した後、
前記圧縮スライトリーン運転を実施することを特徴とし
ている。従って、触媒コンバータが活性状態にないとき
には、先ず二段燃焼運転とともに排気流動の抑制を行う
ことで触媒の早期活性化を実現可能であり、触媒がある
程度活性化された時点では圧縮スライトリーン運転に切
り換えることで燃費の悪化を抑え且つ機関トルクを確保
することが可能であり、効果的に排気浄化効率の向上を
実現可能である。
【００１６】また、請求項５の発明では、前記排気流動
制御手段は、前記圧縮スライトリーン運転を行うとき、
前記二段燃焼運転を行うときよりも前記排気流動の抑制
制御量を大きくすることを特徴としている。つまり、二
段燃焼運転では主燃焼の空燃比を超リーン空燃比とする
ために吸入空気量が多く、故に排気流量が多く、排気流
動の抑制制御量が比較的小さくても容易に排気流動を抑
制して排気系内での反応を促進することが可能である
が、圧縮スライトリーン運転では排気流量が少ないた
め、排気流動の抑制制御量を大きくすることで排気流動
の抑制を確保するようにしている。
【００１７】これにより、燃費の悪化を抑え且つ機関ト
ルクを確保しながらより一層効果的に排気浄化効率の向
上を実現可能である。また、請求項６の発明では、さら
に、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段を備え、前
記負荷検出手段により検出される内燃機関の負荷が所定
値以上のときには、前記二段燃焼運転に優先して前記圧
縮スライトリーン運転を実施することを特徴としてい
る。
【００１８】従って、触媒コンバータが活性状態にない
ときであっても加速要求があるときには、二段燃焼運転
に優先して圧縮スライトリーン運転が実施され、燃費の
悪化を抑え且つ機関トルクを十分に確保しながら排気浄
化効率の向上を実現可能である。また、請求項７の発明
では、さらに、前記空燃比制御手段により燃焼空燃比を
理論空燃比または理論空燃比よりもややリーン空燃比と
するとともに前記燃料噴射制御手段により吸気行程で燃
料を噴射して吸気スライトリーン運転を実施する吸気ス
ライトリーン運転手段を備え、前記触媒活性判定手段に
より前記触媒コンバータが活性状態にないと判定された
ときには、前記圧縮スライトリーン運転手段による前記
圧縮スライトリーン運転及び前記吸気スライトリーン運
転手段による前記吸気スライトリーン運転のいずれか一
方を選択的に実施するとともに前記排気流動の抑制を行
うことを特徴としている。
【００１９】従って、内燃機関の運転状況に応じて圧縮
スライトリーン運転と吸気スライトリーン運転とを適宜
選択可能であり、圧縮スライトリーン運転を選択すると
ともに排気流動の抑制を行うことで燃費の悪化を抑え且
つ機関トルクを確保することを優先しながら排気浄化効
率の向上を実現可能であり、吸気スライトリーン運転を
選択するとともに排気流動の抑制を行うことでより一層
機関トルクを確保することを優先しながら排気浄化効率
の向上を実現可能である。
【００２０】また、請求項８の発明では、前記触媒活性
判定手段により前記触媒コンバータが活性状態にないと
判定されたときには、前記圧縮スライトリーン運転を実
施した後、前記吸気スライトリーン運転を実施すること
を特徴としている。従って、触媒コンバータが活性状態
にないときには、先ず圧縮スライトリーン運転とともに
排気流動の抑制を行うことで燃費の悪化を抑え且つ機関
トルクを確保することが可能であり、触媒がある程度活
性化された時点では吸気スライトリーン運転に切り換え
ることでさらに機関トルクを確保することが可能であ
り、効果的に排気浄化効率の向上を実現可能である。
【００２１】また、請求項９の発明では、前記排気流動
制御手段は、前記吸気スライトリーン運転を行うとき、
前記圧縮スライトリーン運転を行うときよりも前記排気
流動の抑制制御量を大きくすることを特徴としている。
つまり、圧縮スライトリーン運転では層状燃焼するため
に吸入空気量が比較的多く、故に排気流量が比較的多
く、排気流動の抑制制御量がある程度小さくても排気流
動を抑制して排気系内での反応を促進することが可能で
あるが、吸気スライトリーン運転では排気流量がさらに
少ないため、排気流動の抑制制御量を大きくすることで
排気流動の抑制を確保するようにしている。
【００２２】これにより、燃費の悪化を抑え且つ機関ト
ルクを十分に確保しながらより一層効果的に排気浄化効
率の向上を実現可能である。また、請求項１０の発明で
は、さらに、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段を
備え、前記負荷検出手段により検出される内燃機関の負
荷が所定値以上のときには、前記圧縮スライトリーン運
転に優先して前記吸気スライトリーン運転を実施するこ
とを特徴としている。
【００２３】従って、触媒コンバータが活性状態にない
ときであっても加速要求があるときには、圧縮スライト
リーン運転に優先して吸気スライトリーン運転が実施さ
れ、燃費の悪化を抑え且つ機関トルクをより一層十分に
確保しながら排気浄化効率の向上を実現可能である。ま
た、請求項１１の発明では、前記触媒活性判定手段は、
内燃機関の始動後経過時間、内燃機関の冷却水温、内燃
機関の潤滑油温、前記触媒コンバータの温度、排気流量
及び前記触媒コンバータに作用する熱量の総量の少なく
ともいずれか一つをパラメータとして前記触媒コンバー
タの活性状態を判定することを特徴としている。
【００２４】従って、触媒コンバータの活性状態が、内
燃機関の始動後経過時間、内燃機関の冷却水温、内燃機
関の潤滑油温、触媒コンバータの温度、排気流量及び触
媒コンバータに作用する熱量の総量等に基づいて容易に
判定される。また、請求項１２の発明では、前記排気流
動制御手段は、排気通路断面積或いは排気通路に介装し
た排気絞り弁の開度を縮小することにより前記排気通路
内の排気流動を抑制することを特徴としている。
【００２５】従って、排気通路内の排気流動が、排気通
路断面積の縮小或いは排気通路に介装した排気絞り弁の
開度の縮小によって容易に抑制される。また、請求項１
３の発明では、前記負荷検出手段は、スロットル開度、
吸気マニホールド圧及び吸入空気量の少なくともいずれ
か一つに基づき内燃機関の負荷を検出することを特徴と
している。
【００２６】従って、内燃機関の負荷が、スロットル開
度、吸気マニホールド圧及び吸入空気量等に基づいて容
易に検出される。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。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火花点火式内燃機関の排
気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、当該排
気浄化装置の構成を説明する。
【００２８】同図に示すように、内燃機関であるエンジ
ン本体（以下、単にエンジンという）１としては、燃料
噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸
気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程
噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式ガソリンエン
ジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、上
記燃料噴射モードの切換えと空燃比制御とにより、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、リーン空燃比で
の運転（リーン空燃比運転）を実現可能である。また、
当該筒内噴射型のエンジン１では、さらに、圧縮行程で
の燃料の主噴射による主燃焼に加えて膨張行程以降で副
噴射を実施し二段燃焼運転を行う二段燃焼モードも選択
可能である。
【００２９】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、燃料を燃焼室内に直接
噴射可能である。点火プラグ４には高電圧を出力する点
火コイル８が接続されている。また、燃料噴射弁６に
は、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給
装置（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
可能である。
【００３０】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立
方向に延びて吸気ポート９が形成されており、各吸気ポ
ート９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。なお、吸気マニホールド
１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１
４及び吸入空気量を検出する吸気量センサ１６が設けら
れている。吸気量センサ１６は、例えばカルマン渦式エ
アフローセンサが採用される。
【００３１】また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に
略水平方向に延びて排気ポート１１が形成されており、
各排気ポート１１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。排気マニホー
ルド１２としては、ここでは、デュアル型エキゾースト
マニホールドシステムが採用される。その他、排気マニ
ホールド１２は、シングル型エキゾーストマニホールド
システムであっても、またクラムシェル型エキゾースト
マニホールドシステムであってもよい。
【００３２】なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に
公知のものであるため、その構成の詳細については説明
を省略する。排気マニホールド１２の他端には排気管
（排気通路）２０が接続されており、当該排気管２０に
は、排気浄化触媒装置として三元触媒（触媒コンバー
タ）３０が介装されている。この三元触媒３０は、担体
に活性貴金属として銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、銀
（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウ
ム（Ｐｄ）のいずれかを有している。
【００３３】また、同図に示すように、排気管２０に
は、排気圧を検出する排気圧センサ２２が配設されてい
る。さらに、排気管２０の三元触媒３０よりも下流の部
分には、排気流動制御装置として排気圧制御弁（排気流
動制御手段、排気絞り弁）４０が介装されている。排気
圧制御弁４０は、排気流動を抑制することにより排ガス
中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ等の未燃物の他、ＮＯx、ス
モーク、Ｈ2等を含む）の低減を促進させることを目的
とする装置であり、排気圧、排気密度及び排気流速の少
なくともいずれか一つを変更することが可能に構成され
ている。
【００３４】図２を参照すると、排気圧制御弁４０の詳
細図が示されている。同図に示すように、排気圧制御弁
４０は、排気管２０の流路面積を調節可能なバタフライ
弁４２とリリーフ弁４６によって構成されている。バタ
フライ弁４２には弁体４４を回転させるためのアクチュ
エータ４３が設けられており、弁体４４が当該アクチュ
エータ４３により回転させられることでバタフライ弁４
２が開閉作動し、これにより排気通路の通路断面積が変
更され排気流動の抑制が実現される。
【００３５】また、バタフライ弁４２を迂回するように
してリリーフ通路２２が設けられており、リリーフ弁４
６は当該リリーフ通路２２の通路断面積を微調節可能に
配設されている。詳しくは、リリーフ弁４６には弁体４
８を往復動させるアクチュエータ４７が設けられてお
り、弁体４８がアクチュエータ４７により被弁体２４と
当接させられることでリリーフ通路２２が閉鎖され、弁
体４８と被弁体２４との離間距離に応じてリリーフ通路
２２を流れる排気流量が微調節される。即ち、リリーフ
弁４６の弁開度を調節することにより排気流動の抑制制
御量が変更される。なお、アクチュエータ４７の代わり
にスプリング等を設け、リリーフ弁４６が当該スプリン
グ等により自動制御されるようにしてもよい。
【００３６】ＥＣＵ６０は、入出力装置、記憶装置（Ｒ
ＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ６
０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な
制御が行われる。ＥＣＵ６０の入力側には、上述した吸
気量センサ１６、排気圧センサ２２やクランク角を検出
するクランク角センサ６２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される。
なお、クランク角センサ６２のクランク角情報に基づき
エンジン回転速度Ｎeが求められる。
【００３７】一方、ＥＣＵ６０の出力側には、上述の燃
料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４、アクチ
ュエータ４３、４７等の各種出力デバイスが接続されて
おり、ＥＣＵ６０により燃料噴射モードが設定され、燃
焼空燃比、即ち目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定される
と、各種出力デバイスには当該目標Ａ／Ｆや各種センサ
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、点火時期、スロットル開度の各信号がそれぞ
れ出力される（燃料噴射制御手段、空燃比制御手段）。
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により適正なタイミ
ングで火花点火が実施され、スロットル弁１４が適正な
開度とされる。また、燃料噴射モードや各種センサ類か
らの検出情報に基づき、排気流動抑制度合いが所望の排
気流動抑制度合い（例えば、目標排気圧）となるよう
に、バタフライ弁４２が適正なタイミングで開閉操作さ
れ、リリーフ弁４６の開度が微調整される。
【００３８】以下、このように構成された本発明に係る
排気浄化装置の作用について説明する。先ず、第１実施
例を説明する。図３を参照すると、本発明に係る始動時
制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、
以下同図に沿って説明する。
【００３９】ステップＳ１０では、エンジン１の始動
後、所定時間ｔ1（例えば、３sec）経過したか否かを判
別する。詳しくは、エンジン１の始動時には、点火時期
を遅角側に設定する点火時期リタード等の排気ポート昇
温制御を実施するようにしており、この判別は、即ち、
エンジン１の始動後、排気系、特に排気ポート１１或い
は排気ポート１１周辺の温度がある程度暖機され所定温
度以上になったか否かを判別するものである（排気ポー
ト周辺温度検出手段）。
【００４０】なお、排気ポート１１或いは排気ポート１
１周辺の温度を検出するセンサを設け、上記時間判別に
代えて排気ポート１１の温度が所定温度以上か否かを直
接判別するようにしてもよく、また、排気ポート昇温制
御実施後としてもよい。ステップＳ１０の判別結果が偽
（Ｎｏ）の場合には、そのまま当該ルーチンを抜ける。
一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、所定時間ｔ1経過し
たと判定された場合には、ステップＳ１２に進む。
【００４１】ステップＳ１２では、エンジン１の始動
後、所定時間ｔ2（例えば、４５sec〜２min）経過した
か否かを判別する（触媒活性判定手段）。判別結果が偽
（Ｎｏ）で、所定時間ｔ2経過しておらず、三元触媒３
０が未だ活性状態にないような場合には、ステップＳ１
４に進む。ステップＳ１４では、目標Ａ／Ｆを理論空燃
比よりもややリーン空燃比（エンジンや排気系にて最適
化された値であり、例えば値１５）であるスライトリー
ン空燃比設定とし且つ圧縮行程で燃料噴射を行う圧縮ス
ライトリーン運転（図３では圧縮Ｓ／Ｌ運転と略す）を
実施する（圧縮スライトリーン運転手段）。実際には、
目標Ａ／Ｆを理論空燃比としておき、空燃比フィードバ
ック制御の制御ゲインをリーン空燃比側にシフトする。
なお、目標Ａ／Ｆは制御ゲインを変えず理論空燃比のま
まとしてもよい。また、点火時期や圧縮行程での燃料噴
射時期は、排気ポート１１内での反応が最も促進される
ように予め最適化されており、ここでは運転条件（エン
ジン回転速度Ｎe、体積効率、正味平均有効圧、図示平
均有効圧、マニホールド圧、スロットル開度、排気ポー
ト１１周辺温度、冷却水温、吸入空気量、排気流量のい
ずれか一つ以上）に応じたマップ値とされている。
【００４２】ステップＳ１６では、アクチュエータ４
３、４７をそれぞれ駆動制御し、排気圧制御弁４０、即
ちバタフライ弁４２及びリリーフ弁４６を閉弁側に操作
する（排気流動制御手段）。詳しくは、バタフライ弁４
２を閉弁操作するとともに、排気流動抑制度合いが所望
の排気流動抑制度合いとなるようにリリーフ弁４６の開
度を微調整する。これにより、排気圧制御弁４０よりも
上流の排気系内の排気流動が所望の抑制度合いとされ、
排気圧が上昇する。
【００４３】このように圧縮スライトリーン運転を行う
とともに排気流動の抑制を行うようにすると、上述した
ように圧縮スライトリーン運転では噴霧形態が良好であ
るために点火プラグ４のくすぶりも少なくＣＯが多く生
成され、燃焼に寄与せずに残った残留Ｏ2とともに当該
ＣＯが排気系に良好に排出され、これらＣＯと残留Ｏ2
との反応が排気系内、特に排気ポート１１内において良
好に促進される。また、このとき、上記ステップＳ１０
の判別により排気ポート１１はある程度暖機された状態
にあるので、ＣＯと残留Ｏ2との反応は排気ポート１１
内において十分に促進される。
【００４４】これにより、二段燃焼による副噴射を行わ
なくても、排気系内にＣＯとＯ2とを十分に存在させ、
排気系内においてＣＯと残留Ｏ2の反応を良好に促進さ
せることができることになり、エンジントルクに寄与し
ないような燃料供給を行うことなく、燃費の悪化を抑え
ながら、図４に実線で示すように、ＨＣ排出量を抑えて
排気浄化効率の向上を図り、排気温度を十分に上昇させ
て三元触媒３０の早期活性化を図ることができる。
【００４５】即ち、図４を参照すると、併せて、排気流
動の抑制を行わずに圧縮スライトリーン運転のみを実施
した場合のＨＣ排出量及び排気温度が破線で、排気流動
の抑制を行い目標Ａ／Ｆをスライトリーン空燃比とする
とともに吸気行程で燃料噴射を行った場合（吸気スライ
トリーン運転）のＨＣ排出量及び排気温度が二点差線で
示されているが、実線の如く圧縮スライトリーン運転を
行うとともに排気流動の抑制を行うことにより、圧縮ス
ライトリーン運転のみの場合や吸気スライトリーン運転
の場合に比べてＨＣ排出量を低く抑え且つ排気温度を高
めることができる。また、圧縮スライトリーン運転を行
うことで、吸気スライトリーン運転におけるエンジン始
動直後のＨＣ排出量の急増現象をも抑えることができ
る。
【００４６】さらに、圧縮スライトリーン運転を行うと
ともに排気流動の抑制を行うようにすると、二段燃焼の
場合には主噴射による主燃焼の空燃比を超リーン空燃比
とする必要があるために発生する機関トルクに限界があ
り、この限界は排気流動の抑制による排気抵抗の増大に
伴ってさらに厳しくなる傾向にあるが、スライトリーン
空燃比の下では十分な機関トルクを発生させることが可
能であり、始動直後に加速要求があった場合であっても
十分な加速性能を確保することができる。
【００４７】一方、上記ステップＳ１２の判別結果が真
（Ｙｅｓ）で、所定時間ｔ2（例えば、４５sec〜２mi
n）経過したと判定された場合には、ステップＳ１８に
進む。つまり、ステップＳ１２では上記排気流動の抑制
及び圧縮スライトリーン運転の終了判定を行っており、
所定時間ｔ2経過したと判定された場合には、排気昇温
により三元触媒３０が十分に活性した状態にあり、もは
や上記排気流動の抑制及び圧縮スライトリーン運転は必
要ない状況と判定でき、次にステップＳ１８に進む。
【００４８】ステップＳ１８では、排気圧制御弁４０、
即ちバタフライ弁４２を開弁側に操作し、上記排気流動
の抑制を解除する。そして、ステップＳ２０において、
圧縮スライトリーン運転を終了し、エンジン１の燃焼制
御を通常の制御状態に戻すようにする。次に、第２実施
例を説明する。
【００４９】図５を参照すると、本発明の第２実施例に
係る始動時制御の制御ルーチンがフローチャートで示さ
れており、以下同図に沿って第２実施例について説明す
る。なお、当該第２実施例では、上記第１実施例に対し
主として二段燃焼運転を実施した後に圧縮スライトリー
ン運転を行う点が異なっている。ステップＳ３０では、
上記図３のステップＳ１０の場合と同様に、エンジン１
の始動後、所定時間ｔ1（例えば、３sec）経過したか否
かを判別する。即ち、エンジン１の始動後、排気系、特
に排気ポート１１或いは排気ポート１１周辺の温度があ
る程度暖機され所定温度以上になったか否かを判別す
る。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、そのまま当該ル
ーチンを抜け、一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、所定
時間ｔ1経過したと判定された場合には、ステップＳ３
２に進む。
【００５０】ステップＳ３２では、上記図３のステップ
Ｓ１２の場合と同様に、エンジン１の始動後、所定時間
ｔ2（例えば、４５sec〜２min）経過したか否かを判別
する（触媒活性判定手段）。判別結果が偽（Ｎｏ）で、
所定時間ｔ2経過しておらず、三元触媒３０が未だ活性
状態にないような場合には、ステップＳ３４に進む。ス
テップＳ３４では、エンジン１の始動後、所定時間ｔ3
（例えば、１５sec）経過したか否かを判別する。この
判別は、即ち三元触媒３０が半活性状態（十分に活性す
る直前の状態）に達したか否かの判別を意味する。判別
結果が偽（Ｎｏ）で、所定時間ｔ3経過しておらず、三
元触媒３０が未だ半活性状態にないような場合には、次
にステップＳ３６に進む。
【００５１】ステップＳ３６では、エンジン負荷Ｌが所
定値Ｌ1以下であるか否かを判別する。即ち、エンジン
１に加速要求があるか否かを判別する。エンジン負荷Ｌ
は、ここでは例えばスロットル弁１４の開度、即ちスロ
ットル開度によって検出されるが、吸気マニホールド１
２に圧力センサを設け、吸気マニホールド１２内の圧
力、即ち吸気マニホールド圧から検出してもよいし、吸
気量センサ１６からの吸入空気量情報から検出すること
も可能である。
【００５２】ステップＳ３６の判別結果が真（Ｙｅｓ）
で、エンジン負荷Ｌが所定値Ｌ1以下、即ちエンジン１
に加速要求が無いと判定された場合には、次にステップ
Ｓ３８に進む。ステップＳ３８では、二段燃焼運転を行
う。即ち、圧縮行程で主噴射による主燃焼を行うととも
に膨張行程以降で副噴射を実施する（二段燃焼運転手
段）。この場合、主噴射量は主燃焼の空燃比が超リーン
空燃比となるように設定され、副噴射量は全体空燃比が
所定のリーン空燃比（例えば、値１６）となるように設
定される。また、副噴射の燃料供給時期は、火炎消滅時
期以降で排気弁開時期以前とすることが最も好ましい。
【００５３】このように二段燃焼運転を行うと、副噴射
される燃料は機関トルクの発生に直接寄与しないことに
なるために副噴射する分だけ燃費には不利であるもの
の、主燃焼（層状燃焼）における残留Ｏ2と副噴射によ
る未燃燃料成分（ＨＣ等）との反応が排気系内で飛躍的
に促進される。これにより排気温度が急速に上昇して触
媒の早期活性化が図られる。
【００５４】そして、ステップＳ４０では、上記図３の
ステップＳ１６の場合と同様、アクチュエータ４３、４
７をそれぞれ駆動制御し、排気圧制御弁４０、即ちバタ
フライ弁４２及びリリーフ弁４６を閉弁側に操作する。
ここでは、バタフライ弁４２を閉弁操作するとともに、
排気流動抑制度合いが所望の排気流動抑制度合い（例え
ば、目標排気圧）となるように、リリーフ弁４６の開度
が例えば第１抑制制御量に向けて自動調整される。これ
により、排気圧制御弁４０よりも上流の排気系内の排気
流動が所望の抑制度合いとされ、排気圧が上昇する。
【００５５】一方、ステップＳ３４の判別結果が真（Ｙ
ｅｓ）で、所定時間ｔ3経過しており、三元触媒３０が
半活性状態に達したと判定された場合には、次にステッ
プＳ４２に進む。三元触媒３０が半活性状態に達したよ
うな場合には、もはや排気温度をそれほど高くしなくて
も三元触媒３０は活性状態に到達すると考えられる。従
って、ステップＳ４２では、上記二段燃焼運転を中止す
る。
【００５６】ステップＳ４６では、上記図３のステップ
Ｓ１４の場合と同様に圧縮スライトリーン運転（図５で
は圧縮Ｓ／Ｌ運転と略す）を行う。このように、二段燃
焼運転を実施して三元触媒３０が半活性状態に達した
後、圧縮スライトリーン運転を行うようにすると、三元
触媒３０の早期活性化を図り且つ燃費の悪化を抑えなが
ら、十分な機関トルクを確保できる機会を極力多くして
加速性能をも確保することができ、全体として効果的に
排気浄化効率の向上を図ることができる。
【００５７】ステップＳ４８では、上記ステップＳ４０
の場合と同様、排気流動の抑制を行う。しかしながら、
ここでは、バタフライ弁４２を閉弁操作するとともに、
排気流動抑制度合いが所望の排気流動抑制度合い（例え
ば、目標排気圧）となるように、リリーフ弁４６の開度
が上記所定の第１抑制制御量よりも抑制制御量の大きな
所定の第２抑制制御量（第２抑制制御量＞第１抑制制御
量）で縮小側に自動調整される。つまり、二段燃焼運転
では主燃焼の空燃比を超リーン空燃比とするために吸入
空気量ひいては排気流量が多く、排気流動の抑制制御量
が比較的小さくても容易に排気流動を抑制して排気系内
での反応を促進することが可能であるが、圧縮スライト
リーン運転では排気流量が少ないため、このように排気
流動の抑制制御量を第２抑制制御量と大きくすることで
排気流動の抑制を確保するようにする。
【００５８】これにより、圧縮スライトリーン運転時に
おいても二段燃焼運転時と同様の排気流動抑制度合いを
維持できることになり、燃費の悪化を抑え且つ機関トル
クを確保しながら、より一層効果的に排気浄化効率の向
上を図ることができる。ステップＳ３６の判別結果が偽
（Ｎｏ）で、エンジン負荷Ｌが所定値Ｌ1より大と判定
された場合にも、ステップＳ４２以降に進む。つまり、
エンジン１に加速要求があるような場合には、二段燃焼
運転時であっても、より大きな機関トルクを確保可能な
圧縮スライトリーン運転に切り換えるようにする。これ
により、加速要求に応じてレスポンスよく十分な加速性
能を得ることができる。
【００５９】一方、上記ステップＳ３２の判別結果が真
（Ｙｅｓ）で所定時間ｔ2（例えば、４５sec〜２min）
経過したと判定された場合には、排気昇温が十分に行わ
れて三元触媒３０が完全に活性した状態にあると判断で
きる。従って、この場合には、ステップＳ５０に進み、
上記図３のステップＳ１８と同様、排気圧制御弁４０、
即ちバタフライ弁４２及びリリーフ弁４６を開弁側に操
作して排気流動の抑制を解除するとともに、ステップＳ
５２において、圧縮スライトリーン運転を終了し、エン
ジン１の燃焼制御を通常の制御状態に戻すようにする。
【００６０】次に、第３実施例を説明する。図６を参照
すると、本発明の第３実施例に係る始動時制御の制御ル
ーチンがフローチャートで示されており、以下同図に沿
って第３実施例について説明する。なお、当該第３実施
例では、上記第２実施例に対し圧縮スライトリーン運転
を実施した後に吸気スライトリーン運転を行う点が異な
っている。従って、ここでは、上記第２実施例と同一部
分についてはステップ符号を同一として説明を省略し、
異なる点についてのみ説明する。
【００６１】ステップＳ３０において所定時間ｔ1’が
経過したか否かを判別し、ステップＳ３２において所定
時間ｔ2’が経過したか否かを判別し、ステップＳ３４
において所定時間ｔ3’が経過したか否かを判別した
後、ステップＳ３６の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、エン
ジン負荷Ｌが所定値Ｌ1以下、即ちエンジン１に加速要
求が無いと判定された場合には、次にステップＳ３８’
に進む。なお、所定時間ｔ1’、所定時間ｔ2’、所定時
間ｔ3’はそれぞれ最適値に設定されるが、上述の所定
時間ｔ1、所定時間ｔ2、所定時間ｔ3と同一の値であっ
てもよい。
【００６２】ステップＳ３８’では、圧縮スライトリー
ン運転を行う（図６では圧縮Ｓ／Ｌ運転と略す）。そし
て、ステップＳ４０’では、上記図５のステップＳ４８
の場合と同様、バタフライ弁４２を閉弁操作するととも
に、排気流動抑制度合いが所望の排気流動抑制度合い
（例えば、目標排気圧）となるように、リリーフ弁４６
の開度が所定の第２抑制制御量で自動調整される。これ
により、排気圧制御弁４０よりも上流の排気系内の排気
流動が所望の抑制度合いとされ、排気圧が上昇する。
【００６３】一方、ステップＳ３４の判別結果が真（Ｙ
ｅｓ）で、所定時間ｔ3’経過しており、三元触媒３０
が半活性状態に達したと判定された場合、或いはステッ
プＳ３６の判別結果が偽（Ｎｏ）でエンジン負荷Ｌが所
定値Ｌ1より大と判定された場合には、ステップＳ４
２’に進み、上記圧縮スライトリーン運転を中止する。
そして、ステップＳ４６’では、目標Ａ／Ｆを理論空燃
比よりもややリーン空燃比（例えば、値１５であるが、
圧縮スライトリーン運転の場合と同一でなくてもよい）
であるスライトリーン空燃比設定とし且つ吸気行程で燃
料噴射を行う吸気スライトリーン運転（図６では吸気Ｓ
／Ｌ運転と略す）を実施する。
【００６４】このように、圧縮スライトリーン運転を実
施して三元触媒３０が半活性状態に達した後、吸気スラ
イトリーン運転を行うようにすると、吸気スライトリー
ン運転の方が圧縮スライトリーン運転の場合よりも大き
な機関トルクを得られることから、燃費の悪化を抑えな
がら、十分な機関トルクを確保できる機会をさらに多く
して加速性能を確保することができ、加速性能を優先し
ながら全体として効果的に排気浄化効率の向上を図るこ
とができる。
【００６５】そして、ステップＳ４８’では、上記ステ
ップＳ４０の場合と同様、排気流動の抑制を行い、ここ
では、バタフライ弁４２を閉弁操作するとともに、排気
流動抑制度合いが所望の排気流動抑制度合い（例えば、
目標排気圧）となるように、リリーフ弁４６の開度が上
記所定の第２抑制制御量よりもさらに抑制制御量の大き
な所定の第３抑制制御量（第３抑制制御量＞第２抑制制
御量）で縮小側に自動調整される。つまり、圧縮スライ
トリーン運転では層状燃焼が行われるために排気流量が
比較的多い一方、吸気スライトリーン運転では均一燃焼
が行われるために排気流量が減少することから、このよ
うに排気流動の抑制制御量を第３抑制制御量と大きくす
ることで排気流動の抑制を確保するようにする。
【００６６】これにより、吸気スライトリーン運転時に
おいても圧縮スライトリーン運転時と同様の排気流動抑
制度合いを維持できることになり、燃費の悪化を抑え且
つ十分な機関トルクを確保しながら、より一層効果的に
排気浄化効率の向上を図ることができる。一方、上記ス
テップＳ３２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で所定時間ｔ
2’経過したと判定された場合には、上記同様ステップ
Ｓ５０に進み、排気圧制御弁４０、即ちバタフライ弁４
２及びリリーフ弁４６を開弁側に操作して排気流動の抑
制を解除するとともに、ステップＳ５２において、吸気
スライトリーン運転を終了し、エンジン１の燃焼制御を
通常の制御状態に戻すようにする。
【００６７】次に、第４実施例を説明する。図７を参照
すると、本発明の第４実施例に係る始動時制御の制御ル
ーチンがフローチャートで示されており、以下同図に沿
って第４実施例について説明する。なお、当該第４実施
例では、始動時制御の終了判定及び半活性状態の判定の
部分（ステップＳ６０乃至ステップＳ７０）が上記第２
実施例や第３実施例（図５、６のステップＳ３０乃至ス
テップＳ３４）と異なっている。従って、ここでは、上
記第２、３実施例と同一部分（図５中の又は図６中の
で示す範囲）については説明を省略し、異なる部分に
ついてのみ説明する。
【００６８】ステップＳ６０では、上記ステップＳ３０
と同様に、エンジン１の始動後、所定時間ｔ1（例え
ば、３sec）経過したか否かを判別し、判別結果が真
（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ６２に進む。ステッ
プＳ６２では、エンジン回転速度Ｎeが所定値Ｎe1（例
えば、２２００rpm）よりも小さいか否かを判別する。
エンジン回転速度Ｎeが所定値Ｎe1以上と大きいような
場合には、排気流量及び排気流速が大きく、三元触媒３
０は十分に昇温させられて活性状態にあると判断でき
る。従って、ステップＳ６２の判別結果が真（Ｙｅｓ）
で、エンジン回転速度Ｎeが所定値Ｎe1よりも小さいと
きにはステップＳ６４に進む一方、判別結果が偽（Ｎ
ｏ）の場合には上記ステップＳ５０に進み、排気流動の
抑制を解除するとともに、上記ステップＳ５２において
圧縮スライトリーン運転または吸気スライトリーン運転
を終了し、エンジン１の燃焼制御を通常の制御状態に戻
すようにする。
【００６９】ステップＳ６４では、エンジン１に変速機
（図示せず）が接続されている場合において、変速機の
ギヤ比の変化があったか否かを判別する。始動時にあっ
ては、通常、車両は停車状態にあってギヤ比は最低速ギ
ヤ比（ローギヤ）にあると判断できる。故に、この状態
からのギヤ比の変化は、車速が増大してギヤ比が高速側
に変化したものとみなすことができ、車速が増大すると
エンジン回転速度Ｎeも上昇することから、上記同様、
排気流量及び排気流速が大きく、三元触媒３０は十分に
昇温させられて活性状態にあると判断できる。従って、
ステップＳ６４の判別結果が偽（Ｎｏ）で変速機のギヤ
比の変化がないと判定された場合にはステップＳ６６に
進む一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、変速機のギヤ比
の変化があったと判定された場合には、上記同様にステ
ップＳ５０及びステップＳ５２を実行する。
【００７０】ステップＳ６６では、熱量相当の指標を算
出する。この指標は、排気流動の抑制及び圧縮スライト
リーン運転が開始されてから三元触媒３０に付与された
総熱量（熱量の総量）に相当する値であり、具体的には
以下の演算式から算出される。指標＝積算値｛排気（体
積）流量×排気圧力×排気温度×排圧係数｝ここに、排
気（体積）流量、排気圧力のパラメータは、それぞれ上
述した吸気量センサ１６、排気圧センサ２２から検出す
ることができ、排気温度については、運転条件に応じて
予め設定したマップ値から求めることができる。なお、
排気温度センサを設けて直接排気温度を求めてもよい。
【００７１】排圧係数は、三元触媒３０に付与される総
熱量相当値の適正化を図るための排気圧力の補正係数で
あり、例えば図８に示すマップから求めることができ
る。同マップによれば、排気圧力の増加に応じて補正係
数が増大しているが、これは、排気圧力が高いほど三元
触媒３０内で転化されるべき物質（Ｈ2、ＨＣ、ＣＯ
等）が三元触媒３０内に拡散して反応速度が増大し、三
元触媒３０内における物質の反応熱が増大する傾向にあ
るためと考えられる。
【００７２】熱量相当の指標が算出されたら、ステップ
Ｓ６８において当該指標が所定値Ｘ1より小さいか否か
を判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で指標が所定値Ｘ
1より小さい場合にはステップＳ７０に進む一方、判別
結果が偽（Ｎｏ）で指標が所定値Ｘ1以上である場合に
は、三元触媒３０は十分に昇温させられて活性状態にあ
ると判断でき、上記同様にステップＳ５０及びステップ
Ｓ５２を実行する。
【００７３】ステップＳ７０では、指標が所定値Ｘ2
（Ｘ2＜Ｘ1）より小さいか否かを判別する。即ち、総熱
量が所定値Ｘ1に相当するほど大きくはないが、三元触
媒３０に所定値Ｘ2に相当する程度の熱量が付与され、
三元触媒３０が半活性状態にあるか否かを判別する。判
別結果が真（Ｙｅｓ）で、指標が所定値Ｘ2より小さい
と判別された場合には、上記ステップＳ３６に進む。
【００７４】一方、ステップＳ７０の判別結果が偽（Ｎ
ｏ）で、指標が所定値Ｘ2以上、即ち三元触媒３０が半
活性状態にあると判定された場合には、上記ステップＳ
４２またはステップＳ４２’に進む。これにより、始動
時制御の終了判定及び半活性状態の判定をエンジン回転
速度Ｎe、変速機のギヤ比の変化、熱量相当の指標に基
づいて容易に行うことができ、この場合においても、燃
費の悪化を抑え且つ機関トルクを確保しながら、効果的
に排気浄化効率の向上を図ることができる。
【００７５】なお、始動時制御の終了判定の方法は、上
記以外にも種々考えられ、例えば、三元触媒３０に高温
センサを設け、当該高温センサにより検出される触媒温
度が所定温度（例えば、４５０℃）以上（触媒温度≧所
定温度）か否かを判別するようにしてもよく、エンジン
１の冷却水温が所定温度（例えば、４０℃）以上（冷却
水温≧所定温度）か否か、エンジン１の潤滑油温が所定
温度（例えば、３５℃）以上（潤滑油温≧所定温度）か
否かを判別するようにしてもよい。
【００７６】また、同様に、半活性状態の判定について
も上記以外にも種々考えられ、例えば、三元触媒３０に
高温センサを設け、当該高温センサにより検出される触
媒温度が所定温度（例えば、３００℃）以上（触媒温度
≧所定温度）か否かを判別するようにしてもよく、エン
ジン１の冷却水温が所定温度（例えば、２９℃）以上
（冷却水温≧所定温度）か否か、エンジン１の潤滑油温
が所定温度（例えば、２７℃）以上（潤滑油温≧所定温
度）か否かを判別するようにしてもよい。
【００７７】以上で説明を終えるが、本発明は上記実施
形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態で
は、排気流動の抑制度合いを排気圧制御弁４０を用いて
制御するようにしたが、排気通路面積の縮小量や排気通
路断面積を制御するようなものであれば如何なる手段を
用いてもよい。この場合、第２実施例乃至第４実施例に
おいて、排気通路面積の縮小量や排気通路断面積がそれ
ぞれ第１抑制制御量、第２抑制制御量及び第３抑制制御
量に応じた値に制御される（第３抑制制御量＞第２抑制
制御量＞第１抑制制御量）。
【００７８】また、上記実施形態では、排気流動の抑制
を行うにあたり第１抑制制御量、第２抑制制御量及び第
３抑制制御量等の抑制制御量を例えば固定値としている
が、排気流量や排気温度の変動に応じて適宜微調整する
ようにしてもよい。また、上記実施形態では、第２実施
例乃至第４実施例において、ステップＳ３６の判別結果
が偽（Ｎｏ）でエンジン負荷Ｌが所定値Ｌ1より大、即
ち加速要求があると判定された場合には、圧縮スライト
リーン運転或いは吸気スライトリーン運転に切り換える
ようにしたが、当該切り換えによっても要求機関トルク
を満足できない場合にはステップＳ５２において通常制
御を実施するようにしてもよい。この場合、必要に応じ
て排気流動の抑制を併せて実施するようにしてもよい。
【００７９】また、上記実施形態では、第２実施例乃至
第４実施例において、二段燃焼運転と圧縮スライトリー
ン運転との切り換え、或いは圧縮スライトリーン運転と
吸気スライトリーン運転との切り換えを実施するように
したが、触媒の早期活性化を優先する場合には、圧縮ス
ライトリーン運転に対し二段燃焼運転を、吸気スライト
リーン運転に対し圧縮スライトリーン運転を選択的に単
独で実施するようにしてもよく、また、加速性能を優先
する場合には、二段燃焼運転に対し圧縮スライトリーン
運転を、圧縮スライトリーン運転に対し吸気スライトリ
ーン運転を選択的に単独で実施してもよい。
【００８０】また、上記実施形態では、ステップＳ１
０、ステップＳ３０及びステップＳ６０において、エン
ジン１の始動後、所定時間ｔ1（例えば、３sec）経過し
たか否か、即ちエンジン１の始動後、排気系の温度があ
る程度暖機され所定温度以上になったか否かを判別する
ようにしたが、排気流動抑制による排気系内反応が良好
なシステムであれば、所定時間ｔ1を０秒とし、エンジ
ン１が完爆後、直ちに圧縮スライトリーン運転或いは二
段燃焼運転を開始するようにしてもよい。
【００８１】また、排気流動の抑制、即ち排気圧制御弁
４０の閉弁をイグニションキーをオンとした時点から実
施するようにしてもよい。このようにすれば、排気流動
抑制の応答遅れの問題をも改善することができる。ま
た、上記実施形態では、圧縮スライトリーン運転時には
圧縮行程噴射のみ行うようにしているが、例えば、圧縮
スライトリーン運転時において圧縮行程噴射を行いなが
ら圧縮行程以外に吸気行程にも燃料を一部分割して噴射
するようにしてもよい。これにより、圧縮行程噴射の利
益と吸気行程噴射の利益の両方を得ることができ、加速
性能をさらに高めることができる。
【００８２】また、上記実施形態では、排気圧制御弁４
０を三元触媒３０の直下流に設けた場合について説明し
たが、排気圧制御弁４０の耐熱性が高い場合は、排気圧
制御弁４０を触媒上流に設けるようにしてもよい。この
ようにすれば、排気圧制御弁４０よりも上流側の排気系
容積が減少することになり、やはり排気流動抑制の応答
性を改善することができる。
【００８３】また、上記実施形態では、排気圧制御弁４
０としてバタフライ弁４２とリリーフ弁４６を用いるよ
うにしたが、吸排気系にターボチャージャを備える場合
には、当該ターボチャージャのウエストゲートバルブを
排気圧制御弁４０の代わりに使用することもできる。つ
まり、ウエストゲートバルブは排気圧制御弁４０と同様
の弁機能を有しているため、排気流動抑制度合いに応じ
て当該ウエストゲートバルブを制御するようにしても上
記同様の効果が得られる。
【００８４】また、上記実施形態では、触媒コンバータ
として三元触媒３０を用いたが、触媒はリーンＮＯx触
媒、ＨＣ吸着触媒等いかなるものでもよい。
【００８５】
【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の筒内噴射型火花点火式内燃機関の排気浄化装置
によれば、内燃機関が冷態状態にあって触媒コンバータ
が未だ活性していない状況下では、圧縮スライトリーン
運転を実施して残留Ｏ2とともに未燃物としてＣＯを排
気通路に排出し、併せて排気流動を抑制するので、二段
燃焼による副噴射を実施せずとも排ガス中にＯ2ととも
に未燃物としてＣＯを多く含むようにでき、このＣＯは
ＨＣよりもＯ2と反応し易いことから、排気流動の抑制
効果と併せて排気系内での反応をより一層促進させるこ
とができ、全体空燃比をややリーン空燃比として燃費の
悪化を抑え且つ機関トルクを確保しながらも排気浄化効
率の向上を図り、触媒コンバータの早期活性化を図るこ
とができる。
【００８６】また、請求項２の筒内噴射型火花点火式内
燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が冷態状態に
あって触媒コンバータが未だ活性していない状況下で
は、排気ポート周辺の温度が所定温度以上と高い状態の
ときに、圧縮スライトリーン運転を実施して残留Ｏ2と
ともに未燃物としてＣＯを排気通路に排出し、併せて排
気流動を抑制するので、排気系内でのＯ2とＣＯの反応
をさらに好適に促進させることができ、燃費の悪化を抑
え且つ機関トルクを確保しながらも排気浄化効率のさら
なる向上を図り、触媒コンバータをさらに早期に活性化
させることができる。
【００８７】また、請求項３の筒内噴射型火花点火式内
燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が冷態状態に
あって触媒コンバータが未だ活性していない状況下で
は、二段燃焼運転及び圧縮スライトリーン運転のいずれ
か一方を選択的に実施するとともに排気流動の抑制を行
うので、内燃機関の運転状況に応じて二段燃焼運転と圧
縮スライトリーン運転とを適宜選択可能であり、二段燃
焼運転を選択するとともに排気流動の抑制を行うことで
触媒の早期活性化を優先しながら排気浄化効率の向上を
図ることができ、圧縮スライトリーン運転を選択すると
ともに排気流動の抑制を行うことで燃費の悪化を抑え且
つ機関トルクを確保することを優先しながら排気浄化効
率の向上を図ることができる。
【００８８】また、請求項４の筒内噴射型火花点火式内
燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が冷態状態に
あって触媒コンバータが未だ活性していない状況下で
は、二段燃焼運転を実施した後、圧縮スライトリーン運
転を実施するので、触媒コンバータが活性状態にないと
きには、先ず二段燃焼運転とともに排気流動の抑制を行
うことで触媒の早期活性化を図ることができ、触媒があ
る程度活性化された時点では圧縮スライトリーン運転に
切り換えることで燃費の悪化を抑え且つ機関トルクを確
保することができる。これにより効果的に排気浄化効率
の向上を図ることができる。
【００８９】また、請求項５の筒内噴射型火花点火式内
燃機関の排気浄化装置によれば、圧縮スライトリーン運
転を行うときには二段燃焼運転を行うときよりも排気流
動の抑制制御量を大きくするので、排気流量の少ない圧
縮スライトリーン運転においても排気流動の抑制を確保
するようにでき、燃費の悪化を抑え且つ機関トルクを確
保しながらより一層効果的に排気浄化効率の向上を図る
ことができる。
【００９０】また、請求項６の筒内噴射型火花点火式内
燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の負荷が所定
値以上のときには二段燃焼運転に優先して圧縮スライト
リーン運転を実施するので、触媒コンバータが活性状態
にないときであっても加速要求があるときには二段燃焼
運転に優先して圧縮スライトリーン運転を実施でき、燃
費の悪化を抑え且つ機関トルクを十分に確保しながら排
気浄化効率の向上を図ることができる。
【００９１】また、請求項７の筒内噴射型火花点火式内
燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が冷態状態に
あって触媒コンバータが未だ活性していない状況下で
は、圧縮スライトリーン運転及び吸気スライトリーン運
転のいずれか一方を選択的に実施するとともに排気流動
の抑制を行うので、内燃機関の運転状況に応じて圧縮ス
ライトリーン運転と吸気スライトリーン運転とを適宜選
択可能であり、圧縮スライトリーン運転を選択するとと
もに排気流動の抑制を行うことで燃費の悪化を抑え且つ
機関トルクを確保することを優先しながら排気浄化効率
の向上を図ることができ、吸気スライトリーン運転を選
択するとともに排気流動の抑制を行うことでより一層機
関トルクを確保することを優先しながら排気浄化効率の
向上を図ることができる。
【００９２】また、請求項８の筒内噴射型火花点火式内
燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が冷態状態に
あって触媒コンバータが未だ活性していない状況下で
は、圧縮スライトリーン運転を実施した後、吸気スライ
トリーン運転を実施するので、触媒コンバータが活性状
態にないときには、先ず圧縮スライトリーン運転ととも
に排気流動の抑制を行うことで燃費の悪化を抑え且つ機
関トルクを確保することができ、触媒がある程度活性化
された時点では吸気スライトリーン運転に切り換えるこ
とでさらに機関トルクを確保することができる。これに
より効果的に排気浄化効率の向上を図ることができる。
【００９３】また、請求項９の筒内噴射型火花点火式内
燃機関の排気浄化装置によれば、吸気スライトリーン運
転を行うときには圧縮スライトリーン運転を行うときよ
りも排気流動の抑制制御量を大きくするので、排気流量
のさらに少ない吸気スライトリーン運転においても排気
流動の抑制を確保するようにでき、燃費の悪化を抑え且
つ機関トルクを十分に確保しながらより一層効果的に排
気浄化効率の向上を図ることができる。
【００９４】また、請求項１０の筒内噴射型火花点火式
内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の負荷が所
定値以上のときには圧縮スライトリーン運転に優先して
吸気スライトリーン運転を実施するので、触媒コンバー
タが活性状態にないときであっても加速要求があるとき
には圧縮スライトリーン運転に優先して吸気スライトリ
ーン運転を実施でき、燃費の悪化を抑え且つ機関トルク
をより一層十分に確保しながら排気浄化効率の向上を図
ることができる。
【００９５】また、請求項１１の筒内噴射型火花点火式
内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒コンバータの活
性状態を内燃機関の始動後経過時間、内燃機関の冷却水
温、内燃機関の潤滑油温、触媒コンバータの温度、排気
流量及び触媒コンバータに作用する熱量の総量等に基づ
いて容易に判定することができる。また、請求項１２の
筒内噴射型火花点火式内燃機関の排気浄化装置によれ
ば、排気通路内の排気流動を排気通路断面積の縮小或い
は排気通路に介装した排気絞り弁の開度の縮小によって
容易に抑制することができる。
【００９６】また、請求項１３の筒内噴射型火花点火式
内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の負荷をス
ロットル開度、吸気マニホールド圧及び吸入空気量等に
基づいて容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の
排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】排気流動制御装置としての排気圧制御弁を示す
図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る始動時制御の制御ル
ーチンを示すフローチャートである。
【図４】第１実施例に係る始動時制御を実施した場合の
ＨＣ排出量と排気温度の時間変化を示すタイムチャート
である。
【図５】本発明の第２実施例に係る始動時制御の制御ル
ーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の第３実施例に係る始動時制御の制御ル
ーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の第４実施例に係る始動時制御の制御ル
ーチンを示すフローチャートである。
【図８】熱量相当の指標を算出する際の排圧係数と排気
圧力との関係を示すマップである。
【符号の説明】
１ エンジン本体 ４ 点火プラグ ６ 燃料噴射弁 １１ 排気ポート １２ 排気マニホールド ２０ 排気管 ３０ 三元触媒（触媒コンバータ） ４０ 排気圧制御弁 ４２ バタフライ弁 ４６ リリーフ弁 ６０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ａ ３３５ ３３５ 41/04 ３０５ 41/04 ３０５Ｚ 41/34 41/34 Ｆ Ｈ 45/00 ３６０ 45/00 ３６０Ｃ ３６４ ３６４Ｄ ３６４Ｇ Ｆターム(参考） 3G065 AA09 CA12 DA04 EA02 FA12 GA09 3G084 BA09 BA13 BA15 BA19 CA02 DA10 EB12 FA20 FA27 3G091 AA02 AA17 AA24 AB03 BA02 CB02 CB03 DA01 DC01 EA03 EA07 EA16 EA18 FA04 FB02 3G301 HA01 HA04 HA06 JA21 KA05 LB04 MA01 MA19 ND02 NE06 PA11Z PA17Z PD12Z

Claims (13)

    【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噴射弁
    と、該噴射弁による燃料噴射を制御する燃料噴射制御手
    段と、燃焼空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えた
    筒内噴射型火花点火式内燃機関の排気浄化装置におい
    て、 排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する触媒
    コンバータと、 前記触媒コンバータの活性状態を判定する触媒活性判定
    手段と、 前記空燃比制御手段により燃焼空燃比を理論空燃比また
    は理論空燃比よりもややリーン空燃比とするとともに前
    記燃料噴射制御手段により圧縮行程で燃料を噴射して圧
    縮スライトリーン運転を実施する圧縮スライトリーン運
    転手段と、 排気通路内の排気流動を抑制する排気流動制御手段とを
    備え、 前記触媒活性判定手段により前記触媒コンバータが活性
    状態にないと判定されたときには、前記圧縮スライトリ
    ーン運転手段により圧縮スライトリーン運転を行うとと
    もに前記排気流動制御手段により排気通路内の排気流動
    の抑制を行うことを特徴とする筒内噴射型火花点火式内
    燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 さらに、前記燃焼室から排気通路に向け
    て延びる排気ポートまたは該排気ポート周辺の温度を検
    出する排気ポート周辺温度検出手段を有し、 前記触媒活性判定手段により前記触媒コンバータが活性
    状態にないと判定され、且つ前記排気ポート周辺温度検
    出手段により排気ポートまたは該排気ポート周辺の温度
    が所定温度以上であることが検出されたとき、前記圧縮
    スライトリーン運転を行うとともに前記排気流動の抑制
    を行うことを特徴とする、請求項１記載の筒内噴射型火
    花点火式内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項３】 さらに、燃焼室内に主燃焼用の燃料を供
    給した後、該主燃焼の火炎消滅時期以降且つ排気弁の開
    弁開始時期以前に燃焼室内に燃料を再供給し二段燃焼運
    転を行う二段燃焼運転手段を備え、 前記触媒活性判定手段により前記触媒コンバータが活性
    状態にないと判定されたときには、前記二段燃焼運転手
    段による二段燃焼運転及び前記圧縮スライトリーン運転
    手段による前記圧縮スライトリーン運転のいずれか一方
    を選択的に実施するとともに前記排気流動の抑制を行う
    ことを特徴とする、請求項１記載の筒内噴射型火花点火
    式内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項４】 前記触媒活性判定手段により前記触媒コ
    ンバータが活性状態にないと判定されたときには、前記
    二段燃焼運転を実施した後、前記圧縮スライトリーン運
    転を実施することを特徴とする、請求項３記載の筒内噴
    射型火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】 前記排気流動制御手段は、前記圧縮スラ
    イトリーン運転を行うとき、前記二段燃焼運転を行うと
    きよりも前記排気流動の抑制制御量を大きくすることを
    特徴とする、請求項３記載の筒内噴射型火花点火式内燃
    機関の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】 さらに、内燃機関の負荷を検出する負荷
    検出手段を備え、 前記負荷検出手段により検出される内燃機関の負荷が所
    定値以上のときには、前記二段燃焼運転に優先して前記
    圧縮スライトリーン運転を実施することを特徴とする、
    請求項３記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の排気浄
    化装置。
  7. 【請求項７】 さらに、前記空燃比制御手段により燃焼
    空燃比を理論空燃比または理論空燃比よりもややリーン
    空燃比とするとともに前記燃料噴射制御手段により吸気
    行程で燃料を噴射して吸気スライトリーン運転を実施す
    る吸気スライトリーン運転手段を備え、 前記触媒活性判定手段により前記触媒コンバータが活性
    状態にないと判定されたときには、前記圧縮スライトリ
    ーン運転手段による前記圧縮スライトリーン運転及び前
    記吸気スライトリーン運転手段による前記吸気スライト
    リーン運転のいずれか一方を選択的に実施するとともに
    前記排気流動の抑制を行うことを特徴とする、請求項１
    記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
  8. 【請求項８】 前記触媒活性判定手段により前記触媒コ
    ンバータが活性状態にないと判定されたときには、前記
    圧縮スライトリーン運転を実施した後、前記吸気スライ
    トリーン運転を実施することを特徴とする、請求項７記
    載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
  9. 【請求項９】 前記排気流動制御手段は、前記吸気スラ
    イトリーン運転を行うとき、前記圧縮スライトリーン運
    転を行うときよりも前記排気流動の抑制制御量を大きく
    することを特徴とする、請求項７記載の筒内噴射型火花
    点火式内燃機関の排気浄化装置。
  10. 【請求項１０】 さらに、内燃機関の負荷を検出する負
    荷検出手段を備え、 前記負荷検出手段により検出される内燃機関の負荷が所
    定値以上のときには、前記圧縮スライトリーン運転に優
    先して前記吸気スライトリーン運転を実施することを特
    徴とする、請求項７記載の筒内噴射型火花点火式内燃機
    関の排気浄化装置。
  11. 【請求項１１】 前記触媒活性判定手段は、内燃機関の
    始動後経過時間、内燃機関の冷却水温、内燃機関の潤滑
    油温、前記触媒コンバータの温度、排気流量及び前記触
    媒コンバータに作用する熱量の総量の少なくともいずれ
    か一つをパラメータとして前記触媒コンバータの活性状
    態を判定することを特徴とする、請求項１記載の筒内噴
    射型火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
  12. 【請求項１２】 前記排気流動制御手段は、排気通路断
    面積或いは排気通路に介装した排気絞り弁の開度を縮小
    することにより前記排気通路内の排気流動を抑制するこ
    とを特徴とする、請求項１記載の筒内噴射型火花点火式
    内燃機関の排気浄化装置。
  13. 【請求項１３】 前記負荷検出手段は、スロットル開
    度、吸気マニホールド圧及び吸入空気量の少なくともい
    ずれか一つに基づき内燃機関の負荷を検出することを特
    徴とする、請求項６または１０記載の筒内噴射型火花点
    火式内燃機関の排気浄化装置。
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