JP2003301736A

JP2003301736A - 筒内噴射式火花点火内燃機関

Info

Publication number: JP2003301736A
Application number: JP2002106573A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Gono; 武郷野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】特に、二つの気筒群のそれぞれに吸気系と排
気系とが設けられ、各排気系には、三元触媒装置と、所
定温度範囲内でだけ良好な浄化性能を有するＮＯ _Ｘ吸蔵
還元触媒装置とが配置された筒内噴射式火花点火内燃機
関において、十分に燃費効率を改善することである。【解決手段】成層燃焼時の排気ガス温度が高く、ＮＯ
_Ｘ吸蔵還元触媒装置８ａ，８ｂの温度が所定温度範囲外
となることを抑制するために成層燃焼から均質燃焼へ切
り換えられる時に、二つの気筒群１ａ，１ｂのいずれか
一方の気筒群では、燃料噴射量を増加させることなく依
然として成層燃焼を実施し、他方の気筒群では均質燃焼
へ切り換えられ、他方の気筒群での均質燃焼は、要求さ
れた機関出力を得るために、一方の気筒群において不足
する機関出力を補うように燃料噴射量が増加させられ
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、筒内噴射式火花点
火内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮行程後半において気筒内へ直接的に
燃料を噴射することによって着火性の良好な可燃混合気
を点火プラグ近傍だけに形成し、気筒内全体としてリー
ンな混合気を燃焼可能な成層燃焼を実現する筒内噴射式
火花点火内燃機関が公知である。一般的な筒内噴射式火
花点火内燃機関では、このような成層燃焼に加えて、吸
気行程で気筒内へ燃料を噴射することにより気筒内に主
に理論空燃比の均質混合気を形成する均質燃焼も実現可
能となっている。

【０００３】成層燃焼は希薄燃焼であるために、排気ガ
ス中に含まれるＨＣ及びＣＯの量は少ないが、排気ガス
中には比較的多量のＮＯ_Xが含まれ、機関排気系には、
ＮＯ_Xを吸蔵して還元浄化するためのＮＯ_X吸蔵還元触媒
装置が必要とされる。また、理論空燃比の均質燃焼で
は、排気ガス中に、互いを酸化還元浄化するのに過不足
無くＨＣ、ＣＯ、及びＮＯ_Xが含まれるために、機関排
気系には、これらを浄化するための三元触媒装置も必要
とされる。こうして、一般的な筒内噴射式火花点火内燃
機関では、排気系に均質燃焼のための三元触媒装置と成
層燃焼のためのＮＯ_X吸蔵還元触媒装置とを配置しなけ
ればならない。

【０００４】特開平１０−３３１７０８号公報に開示さ
れているように、成層燃焼と均質燃焼とは、機関運転状
態によって切り換えられ、例えば、高出力が得られる均
質燃焼は高負荷側で実施され、成層燃焼は低負荷側で実
施される。成層燃焼は、希薄燃焼であることに加えて、
気筒内へは常に比較的多量の吸気を供給することとなる
ために、スロットル弁により吸気系を絞る必要はなく、
それにより発生するポンピング損失を低減することがで
きる。こうして、成層燃焼は、均質燃焼に比較して燃費
効率が高い燃焼方式であり、可能な限り広い運転領域で
成層燃焼を実施することが好ましく、成層燃焼を実施す
る負荷領域は高負荷側へ拡大される傾向にある。

【０００５】三元触媒装置は、温度が高いほど理論空燃
比燃焼の排気ガスを良好に浄化することができるのに対
して、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置は、温度が所定温度範囲
内である時にだけＮＯ_Xを良好に吸蔵することができ
る。成層燃焼を高負荷領域で実施するためには、それに
応じて燃料噴射量を増大しなければならず、それに伴っ
て排気温度が上昇する。こうして排気温度が上昇する
と、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の温度が所定温度範囲を越
えて高まり、ＮＯ_Xを十分に吸蔵することができなくな
る。

【０００６】それにより、成層燃焼が実施可能な負荷領
域は、成層燃焼時の排気ガス温度によって制限され、こ
の負荷領域における最大負荷の時、すなわち、最大燃料
噴射量の時の排気ガス温度によってＮＯ_X吸蔵還元触媒
装置の温度が所定温度範囲を越えないように設定しなけ
ればならない。機関負荷が、こうして設定された成層燃
焼の負荷領域を越える時には、均質燃焼が実施されるこ
ととなる。

【０００７】均質燃焼では、同じ機関負荷に対応する成
層燃焼に比較して排気ガス温度が高くなり、こうして、
成層燃焼から均質燃焼へ切り換えられた時には、排気ガ
ス温度がステップ的に上昇する。しかしながら、均質燃
焼時の排気ガスは、三元触媒装置を使用して浄化される
ために、この時にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の温度が所定
温度範囲を超えていても特に問題とはならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】こうして、成層燃焼を
実施して燃費効率を改善することができる負荷領域にお
いて、高負荷側の特定領域では、排気ガス温度が高く、
ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の温度が所定温度範囲外となる
ために、成層燃焼を断念して均質燃焼を実施しなければ
ならず、すなわち、この特定領域は、成層燃焼が実施可
能であるにも係わらず、均質燃焼の運転領域としなけれ
ばならない。このように成層燃焼と均質燃焼とを切り換
えていたのでは、十分に燃費効率を改善することができ
ない。

【０００９】従って、本発明の目的は、特に、二つの気
筒群のそれぞれに吸気系と排気系とが設けられ、各排気
系には、三元触媒装置と、所定温度範囲内でだけ良好な
浄化性能を有するＮＯ_X吸蔵還元触媒装置とが配置され
た筒内噴射式火花点火内燃機関において、十分に燃費効
率を改善することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、二つの気筒群の
それぞれに吸気系と排気系とが設けられ、各前記排気系
には、三元触媒装置と、所定温度範囲内でだけ良好な浄
化性能を有するＮＯ_X吸蔵還元触媒装置とが配置され、
成層燃焼時の排気ガス温度が高く、前記ＮＯ_X吸蔵還元
触媒装置の温度が前記所定温度範囲外となることを抑制
するために成層燃焼から均質燃焼へ切り換えられる時
に、前記二つの気筒群のいずれか一方の気筒群では、燃
料噴射量を増加させることなく依然として成層燃焼を実
施し、他方の気筒群では均質燃焼へ切り換えられ、前記
他方の気筒群での均質燃焼は、要求された機関出力を得
るために、前記一方の気筒群において不足する機関出力
を補うように燃料噴射量が増加させられることを特徴と
する。

【００１１】また、本発明による請求項２に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記一方の気筒群で成層
燃焼を実施し、前記他方の気筒群で均質燃焼を実施して
いる時に、前記一方の気筒群の前記排気系に配置された
前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置からＮＯ_Xを放出させること
が必要となれば、前記他方の気筒群で実施していた均質
燃焼を前記一方の気筒群で実施し、前記一方の気筒群で
実施していた成層燃焼を前記他方の気筒群で実施するこ
とを特徴とする。

【００１２】また、本発明による請求項３に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記二つの気筒群のいず
れでも成層燃焼を実施している時に、前記二つの気筒群
のいずれか一方の気筒群の前記排気系に配置された前記
ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置のＳ被毒を回復することが必要
となれば、前記一方の気筒群では燃料噴射量を増加して
均質燃焼へ切り換えられ、他方の気筒群での成層燃焼
は、要求された機関出力を得るために、前記一方の気筒
群において過剰となる機関出力を相殺するように燃料噴
射量が減少させられることを特徴とする。

【００１３】また、本発明による請求項４に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記二つの気筒群のいず
れでも成層燃焼を実施している時に、吸気管負圧が必要
となれば、前記二つの気筒群のいずれか一方の気筒群で
だけ均質燃焼へ切り換えられることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による筒内噴射式
火花点火内燃機関の概略全体構成図である。本筒内噴射
式火花点火内燃機関はＶ型エンジンであり、各気筒は、
二つのバンクに振り分けられ、二つの気筒群が構成され
ている。図１において、１ａは第１気筒群から成る第１
バンクであり、１ｂは第２気筒群から成る第２バンクで
ある。２ａは第１バンク１ａの第１吸気系であり、２ｂ
は第２バンク１ｂの第２吸気系である。３ａは第１バン
ク１ａの第１排気系であり、３ｂは第２バンク１ｂの第
２排気系である。

【００１５】第１吸気系２ａには、上流側から第１エア
クリーナ４ａと第１スロットル弁５ａとが配置され、第
２吸気系２ｂには、上流側から第２エアクリーナ４ｂと
第２スロットル弁５ｂとが配置されている。第１排気系
３ａには、上流側から第１空燃比センサ６ａと第１三元
触媒装置７ａと第１ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ａとが配
置され、第２排気系３ｂには、第２空燃比センサ６ｂと
第２三元触媒装置７ｂと第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８
ｂとが配置されている。

【００１６】図２は、本筒内噴射式火花点火内燃機関の
気筒内概略縦断面図である。１０は気筒上部略中心に配
置された点火プラグであり、２０は気筒上部周囲から気
筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁であ
る。また、３０はピストンであり、その頂面には凹状の
キャビティ４０が形成されている。燃料噴射弁２０は、
燃料のベーパを防止するために、気筒内において吸気流
により比較的低温度となる吸気ポート側に配置されてい
る。

【００１７】また、燃料噴射弁２０は、スリット状の噴
孔を有し、燃料を厚さの薄い扇状に噴射するものであ
る。成層燃焼を実施するためには、図２に示すように、
圧縮行程後半において燃料をピストン３０の頂面に形成
されたキャビティ４０内へ噴射する。点火プラグ１０と
燃料噴射弁２０とを通る縦断面図である図２では、角度
的に燃料の厚さ方向が図示され、扇形状の幅方向は図示
することができない。噴射直後の燃料は液状であるが、
キャビティ４０の底壁４０ａに沿って進行して幅方向に
拡がる際に底壁４０ａの広範囲部分から熱吸収するため
に気化し易い。こうして気化しつつある燃料は、対向側
壁４０ｂによって上方向に偏向させられる。

【００１８】対向側壁４０ｂは、平面視において円弧形
状を有している。それにより、キャビティ４０の底壁４
０ａ上を進行して気化しつつある燃料は、対向側壁４０
ｂの円弧形状によって中央部へ集合し、点火プラグ１０
近傍において一塊の可燃混合気となる。こうして、この
可燃混合気を着火燃焼させることにより成層燃焼が実現
可能である。

【００１９】本筒内噴射式火花点火内燃機関は、このよ
うな成層燃焼だけでなく、吸気行程で燃料を噴射するこ
とにより、点火時点において気筒内に均質混合気を形成
し、この均質混合気を着火燃焼させる均質燃焼も実現可
能である。このような均質燃焼は、高出力が容易に得ら
れるために主には高負荷時に実施される。

【００２０】成層燃焼は希薄燃焼であるために、排気ガ
ス中に含まれるＨＣ及びＣＯの量は少ないが、排気ガス
中には比較的多量のＮＯ_Xが含まれる。第１気筒群にお
いて成層燃焼を実施している時の排気ガス中のＮＯ
_Xは、第１排気系３ａに配置された第１ＮＯ_X吸蔵還元触
媒装置８ａによって処理される。また、第２気筒群にお
いて成層燃焼を実施している時の排気ガス中のＮＯ
_Xは、第２排気系３ｂに配置された第２ＮＯ_X吸蔵還元触
媒装置８ｂによって処理される。

【００２１】成層燃焼を実施する際には、吸気系に設け
られたスロットル弁を全開近傍としてスロットル弁によ
り吸気通路を絞ることなく吸気を気筒内へ供給し、機関
負荷の変化に対しては主に燃料噴射量を制御するだけで
ある。それにより、成層燃焼は、ポンピング損失が殆ど
無く、非常に燃費効率が高い燃焼方式である。

【００２２】均質燃焼は主に理論空燃比燃焼であるため
に、排気ガス中には、互いを酸化還元浄化するのに過不
足無くＨＣ、ＣＯ、及びＮＯ_Xが含まれる。第１気筒群
において均質燃焼を実施している時の排気ガス中のＨ
Ｃ、ＣＯ、及びＮＯ_Xは、第１排気系３ａに配置された
第１三元触媒装置７ａによって処理される。また、第２
気筒群において均質燃焼を実施している時の排気ガス中
のＨＣ、ＣＯ、及びＮＯ _Xは、第２排気系３ｂに配置さ
れた第２三元触媒装置７ｂによって処理される。

【００２３】均質燃焼を実施する際には、機関負荷に応
じて変化する燃料噴射量に対して、理論空燃比となるよ
うに、スロットル弁によって吸気量が制御される。ま
た、逆に機関負荷に応じて吸気量を変化させ、この吸気
量に対して理論空燃比となるように燃料噴射量を制御す
る。こうして、第１気筒群において均質燃焼を実施する
ために第１吸気系２ａには第１スロットル弁５ａが配置
され、第２気筒群において均質燃焼を実施するために第
２吸気系２ｂには第２スロットル弁５ｂが配置されてい
る。排気系に設けられた空燃比センサは、排気ガスの空
燃比を監視し、それにより、理論空燃比燃焼が実現され
たか否かを判断して、燃料噴射量又は吸気量をフィード
バック制御する。

【００２４】こうして、第１気筒群において均質燃焼を
実施するために第１排気系３ａには第１空燃比センサ６
ａが配置され、第２気筒群において均質燃焼を実施する
ために第２排気系３ｂには第２空燃比センサ６ｂが配置
されている。均質燃焼は、スロットル弁による吸気量の
制御によってポンピング損失が発生するために、成層燃
焼に比較して燃費効率は低いが、成層燃焼に比較して燃
焼が良好であるために高出力を容易に得ることができ
る。

【００２５】第１及び第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８
ａ，８ｂは、白金Ｐｔのような貴金属触媒と、ＮＯ_X吸
収剤とを担持するものである。ＮＯ_X吸収剤として、カ
リウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣ
ｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣ
ａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウム
Ｙのような希土類から選ばれた少なくとも一つが使用可
能である。このようなＮＯ _X吸収剤は、近傍雰囲気中の
空燃比（空気と燃料との比であり、ここで、どれだけの
燃料が空気中の酸素を使用して燃焼しているかは関係な
い）がリーンのときにはＮＯ_Xを吸収し、空燃比が理論
空燃比又はリッチになると吸収したＮＯ_Xを放出するＮ
Ｏ_Xの吸放出作用を行う。

【００２６】こうして、希薄燃焼である成層燃焼時に
は、ＮＯ_X吸収剤の近傍雰囲気中の酸素濃度は高くなっ
て空燃比がリーンとなっているために、ＮＯ_X吸収剤は
良好にＮＯ_Xを吸収する。しかしながら、ＮＯ_X吸収剤
は、その温度が所定温度範囲（３００から５００°Ｃ）
内である時にしかＮＯ_Xを良好に吸収することができな
い。これに対して、三元触媒装置は、温度が高いほど理
論空燃比燃焼の排気ガスを良好に浄化することができ
る。

【００２７】燃料消費を低減するために、燃費効率の高
い成層燃焼を可能な限り高負荷側まで実施することが望
まれている。しかしながら、負荷の増加に伴って成層燃
焼時の燃料噴射量を増加させると、排気ガス温度が高ま
ってＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の温度が所定温度範囲を越
えてしまう。それにより、一般的には、成層燃焼が実施
可能な負荷領域は、成層燃焼時の排気ガス温度によって
制限され、この負荷領域における最大負荷の時、すなわ
ち、最大燃料噴射量の時の排気ガス温度によってＮＯ_X
吸蔵還元触媒装置の温度が所定温度範囲を越えないよう
に設定される。機関負荷が、こうして設定された成層燃
焼の負荷領域を越える時には、均質燃焼が実施されるこ
ととなる。

【００２８】均質燃焼では、同じ機関負荷に対応する成
層燃焼に比較して排気ガス温度がさらに高くなり、こう
して、成層燃焼から均質燃焼へ切り換えられた時には、
排気ガス温度がステップ的に上昇するが、均質燃焼時の
排気ガスは、三元触媒装置を使用して浄化されるため
に、この時にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の温度が所定温度
範囲を超えていても問題はない。

【００２９】図３は、本筒内噴射式火花点火内燃機関に
おける成層燃焼と均質燃焼とを切り換えるためのマップ
であり、機関負荷と燃料噴射量との関係を示している。
一般的な筒内噴射式火花点火内燃機関では、前述したよ
うに、機関負荷がＬ１となるまでは、成層燃焼時の排気
ガス温度が高くなり過ぎてＮＯ_X吸蔵還元触媒の温度を
所定温度範囲外とすることがないために、この時まで成
層燃焼を実施し、機関負荷がＬ１を越えると、均質燃焼
に切り換えられている。

【００３０】これに対して、本筒内噴射式火花点火内燃
機関では、機関負荷がＬ１を越えた時に、第１気筒群と
第２気筒群のいずれか一方の気筒群では、図３（Ａ）に
実線で示すように、燃料噴射量を増加させることなく依
然として成層燃焼を実施し、他方の気筒群でだけ、図３
（Ｂ）に実線で示すように、成層燃焼から均質燃焼へ切
り換えられるようになっている。

【００３１】一方の気筒群において依然として実施され
る成層燃焼は、言わば、機関負荷がＬ１の時の成層燃焼
であり、排気ガスの温度が高くなってＮＯ_X吸蔵還元触
媒装置の温度を所定温度範囲外とすることはなく、一方
の気筒群から排出されるＮＯ _Xは、対応する排気系に配
置された第１又は第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ａ又は
８ｂによって良好に処理される。

【００３２】しかしながら、機関負荷がＬ１より高まっ
ているのに、一方の気筒群では、機関負荷がＬ１の時の
成層燃焼を実施しているために、他方の気筒群で機関負
荷に対応する均質燃焼を実施しても、二つの気筒群では
要求された機関出力を得ることはできない。それによ
り、他方の気筒群で実施する均質燃焼は、図３（Ｂ）に
実線で示すように、一方の気筒群での成層燃焼で不足す
る機関出力を補う高い機関出力が得られるように燃料噴
射量が増加させられる。他方の気筒群から排出されるＨ
Ｃ、ＣＯ、及びＮＯ_Xは、対応する排気系に配置された
第１又は第２三元触媒装置７ａ又は７ｂによって良好に
処理される。

【００３３】このように一方の気筒群では成層燃焼を実
施し、他方の気筒群では均質燃焼を実施すると、機関負
荷が高くなるほど、一方の気筒群での成層燃焼により発
生する機関出力と他方の気筒群での均質燃焼により発生
する機関出力との差が大きくなる。機関負荷がＬ２まで
高まると、二つの気筒群で発生する機関出力の差は許容
限度となり、それ以降は、一方の気筒群での成層燃焼を
断念して均質燃焼へ切り換えられる。この時、一方の気
筒群では、図３（Ａ）に示すように、機関負荷Ｌ２に対
応する均質燃焼の燃料噴射量とするために燃料噴射量が
ステップ的に増加させられ、他方の気筒群では、図３
（Ｂ）に示すように、機関負荷Ｌ２に対応する均質燃焼
の燃料噴射量とするために燃料噴射量がステップ的に減
少させられる。

【００３４】他方の気筒群での均質燃焼において、燃料
噴射量が最大となれば、当然のことながら、それ以上の
燃料を噴射することができなくなる。それにより、も
し、前述の二つの気筒群で発生する機関出力の差が許容
限度となる以前に、他方の気筒群での燃料噴射量が最大
となれば、それ以降は必然的に二つの気筒群で均質燃焼
を実施することとなる。

【００３５】このように、機関負荷がＬ１からＬ２の間
において、一般的な筒内噴射式火花点火内燃機関では二
つの気筒群において均質燃焼を実施するのに対して、本
筒内噴射式火花点火内燃機関では、一方の気筒群では成
層燃焼を実施するために、ポンピング損失低減により一
方の気筒群における燃費効率を改善することができる。
また、他方の気筒群では均質燃焼を実施することとなる
が、この均質燃焼においては燃料噴射量が増加させら
れ、それにより、吸気量を増加するためにスロットル弁
の開度が大きくされる。こうして、一般的な機関負荷Ｌ
１からＬ２に対する均質燃焼に比較してポンピング損失
は少なくなり、他方の気筒群においてもポンピング損失
低減分の燃費効率を改善することができる。

【００３６】ところで、ＮＯ_X吸収剤のＮＯ_X吸収能力に
は限度があり、ＮＯ_X吸収剤のＮＯ_X吸収能力が飽和する
前にＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを放出させる必要がある。放
出させたＮＯ_Xは、ＨＣ又はＣＯ等の還元物質によって
還元浄化することが好ましい。こうして、第１及び第２
ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ａ，８ｂに吸収されているＮ
Ｏ_X量がそれぞれＮＯ_X貯蔵可能量に達する以前に、ＮＯ
_Xを放出させる必要があり、そのためには、第１及び第
２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ａ，８ｂそれぞれのＮＯ_X量
を推定する必要がある。この推定には、例えば、成層燃
焼が実施されている時の単位時間当たりのＮＯ_X吸収量
を機関負荷及び機関回転数の関数としてマップの形で予
め求めておき、このマップから定まる単位時間当たりの
ＮＯ_X吸収量を第１及び第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置のそ
れぞれにおいて積算していれば良い。

【００３７】前述したように、ＮＯ_X吸収剤は、近傍雰
囲気の空燃比が理論空燃比又はリッチとなればＮＯ_Xを
放出するために、第１気筒群又は第２気筒群において均
質燃焼を実施すれば、対応する第１ＮＯ_X吸蔵還元触媒
装置８ａ又は第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ｂからＮＯ_X
が放出される。ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置は、温度が高い
ほどＮＯ_Xを放出し易くなるために、均質燃焼が実施さ
れている時の単位時間当たりのＮＯ_X放出量を、例え
ば、排気温度を支配する機関負荷（又は燃料噴射量）の
関数としてマップの形で予め求めておき、第１気筒群又
は第２気筒群で均質燃焼が実施される毎に、マップから
定まる単位時間当たりＮＯ_X放出量を、マイナス値とし
て、第１及び第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置のそれぞれの
ＮＯ_X量に積算する必要がある。

【００３８】こうして、成層燃焼時を実施している時に
はＮＯ_X吸蔵還元触媒装置に吸蔵されているＮＯ_X量は増
加し、均質燃焼時を実施している時にはＮＯ_X吸蔵還元
触媒装置に吸蔵されているＮＯ_X量は減少する。機関負
荷がＬ１からＬ２の間において、均質燃焼を実施してい
る他方の気筒群に対応する第１又は第２ＮＯ_X吸蔵還元
触媒装置８ａ又は８ｂではＮＯ_X量は減少するために、
ＮＯ_X量がＮＯ_X貯蔵可能量に達することはない。しかし
ながら、成層燃焼を実施している一方の気筒群に対応す
る第１又は第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ａ又は８ｂで
はＮＯ_X量は増加してＮＯ_X貯蔵可能量に達することがあ
る。この時には、他方の気筒群で実施していた均質燃焼
を一方の気筒群で実施し、一方の気筒群で実施していた
成層燃焼を他方の気筒群で実施すれば良い。このように
すれば、全体的な燃費効率は依然として高く維持するこ
とができると共に、一方の気筒群に対応する第１又は第
２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ａ又は８ｂのＮＯ_X量をＮＯ
_X貯蔵可能量から減少させることができる。

【００３９】また、機関負荷がＬ１を越えて、一方の気
筒群で成層燃焼を継続し、他方の気筒群で均質燃焼へ切
り換える際に、第１及び第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の
ＮＯ_X量を比較し、ＮＯ_X量の少ないＮＯ_X吸蔵還元触媒
装置に対応する気筒群では成層燃焼を継続し、ＮＯ_X量
の多いＮＯ_X吸蔵還元触媒装置に対応する気筒群を均質
燃焼へ切り換えるようにしても良い。これによって、一
方のＮＯ_X吸蔵還元触媒装置のＮＯ_X量だけがＮＯ_X吸蔵
可能量に達する機会は減少する。また、第１及び第２Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒装置のＮＯ_X量を比較することなく、機
関負荷がＬ１を越えて均質燃焼へ切り換える気筒群を、
第１気筒群と第２気筒群とで交互に設定するようにして
も良い。

【００４０】機関負荷がＬ１以下の時には、第１気筒群
及び第２気筒群のいずれにおいても成層燃焼が実施さ
れ、第１及び第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ａ及び８ｂ
のＮＯ_X量はいずれも増加する。この時に、一方又は両
方のＮＯ_X吸蔵還元触媒装置のＮＯ_X量が、吸蔵可能ＮＯ
_X量に達すれば、対応する一方又は両方の気筒群におい
て、成層燃焼から燃料噴射量を変化させないで均質燃焼
へ切り換えれば良く、それにより、ＮＯ_X吸蔵可能量に
達したＮＯ_X量を減少させることができる。

【００４１】ところで、内燃機関の燃料には硫黄が含ま
れており、燃焼に際してＳＯ_Xが生成される。ＳＯ_Xは、
ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へＮＯ_Xと同様なメカニズムによ
り硫酸塩の形で吸収される。硫酸塩は、安定な物質であ
るために、近傍雰囲気を理論空燃比又はリッチ空燃比と
してもＮＯ_X吸蔵還元触媒装置から放出され難く、吸蔵
量が徐々に増加する。ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置への硝酸
塩又は硫酸塩の吸蔵可能量は有限であり、ＮＯ_X吸蔵還
元触媒装置における硫酸塩の吸蔵量が増加すれば（以
下、ＳＯ_X被毒と称する）、その分、硝酸塩の吸蔵可能
量が減少し、遂には、全くＮＯ_Xを吸収することができ
なくなる。

【００４２】それにより、第１及び第２ＮＯ_X吸蔵還元
触媒装置８ａ，８ｂに吸蔵されているＳＯ_X量をそれぞ
れに把握し、ＳＯ_X量が所定量に達した時点でＳＯ_Xを放
出させるＳＯ_X被毒回復を実施しなければならない。第
１及び第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ａ，８ｂに吸蔵さ
れているＳＯ_X量は、対応する第１気筒群及び第２気筒
群のそれぞれにおいてこれまでに消費した燃料量を積算
し、この積算燃料量が設定量に達したことを利用するこ
とができる。

【００４３】硫酸塩は安定な物質であるが、ＮＯ_X吸蔵
還元触媒装置の温度をＳＯ_X放出温度（例えば６００°
Ｃ）として近傍雰囲気を理論空燃比又はリッチ空燃比と
することにより放出させることができる。それにより、
機関負荷がＬ１を越えて、他方の気筒群において燃料を
増量して均質燃焼が実施されれば、また、機関負荷がＬ
２を越えた時の均質燃焼が実施されれば、排気ガス温度
が高まってＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の温度がＳＯ_X放出温
度へ高まるために、対応する第１又は第２ＮＯ_X吸蔵還
元触媒装置８ａ又は８ｂではＳＯ_Xは放出される。すな
わち、ＳＯ_X量が所定量に達していなくてもＳＯ_X被毒は
回復され、対応する第１又は第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装
置８ａ又は８ｂのＳＯ_X量をゼロにリセットして良い。
但し、余り短時間では、ＳＯ_Xを十分に放出させること
ができないために、機関負荷がＬ１を越えて均質燃焼が
実施される時間に応じて、対応する第１又は第２ＮＯ_X
吸蔵還元触媒装置８ａ又は８ｂのＳＯ_X量を減少させる
ことが好ましい。

【００４４】こうして、第１及び第２ＮＯ_X吸蔵還元触
媒装置８ａ及び８ｂのＳＯ_X量は、対応する気筒群で成
層燃焼を実施されている時にだけ増加して所定量に達す
ることがある。機関負荷がＬ１からＬ２の間において、
一方の気筒群での成層燃焼時において、対応するＮＯ_X
吸蔵還元触媒装置のＳＯ_X量が所定量に達すれば、ＮＯ_X
放出と同様に、一方の気筒群においては成層燃焼から均
質燃焼へ切り換え、他方の気筒群においては均質燃焼か
ら成層燃焼へ切り換えるようにすれば良い。ＮＯ _X放出
で説明したと同様に、機関負荷がＬ１を越えた時に、Ｓ
Ｏ_X量の多いＮＯ_X吸蔵還元触媒装置に対応する気筒群で
均質燃焼を実施することが好ましい。また、ＳＯ_X量に
とっても、均質燃焼を実施させる気筒群を第１気筒群と
第２気筒群とで交互に設定することが好ましい。

【００４５】機関負荷がＬ１以下の時には、第１気筒群
及び第２気筒群のいずれにおいても成層燃焼が実施され
るために、第１及び第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ａ及
び８ｂのＳＯ_X量はいずれも増加する。この時に、一方
のＮＯ_X吸蔵還元触媒装置のＳＯ_X量が所定量に達する場
合において、対応する一方の気筒群において、単に成層
燃焼から均質燃焼へ切り換えても、排気ガス温度が低
く、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の温度をＳＯ_X放出温度まで
高めることができない。

【００４６】それにより、本筒内噴射式火花点火内燃機
関では、この一方の気筒群において、図３（Ａ）に点線
で示すように、燃料噴射量を増加させて成層燃焼から均
質燃焼へ切り換えている。こうして、一方のＮＯ_X吸蔵
還元触媒装置をＳＯ_X放出温度まで高めると共に近傍雰
囲気を理論空燃比としてＮＯ_X吸蔵還元触媒装置からＳ
Ｏ_Xを放出させている。

【００４７】他方の気筒群では、依然として成層燃焼が
実施されるが、要求された機関出力を得るために、図３
（Ｂ）に点線で示すように、一方の気筒群において過剰
となる機関出力を相殺するように燃料噴射量が減少させ
られる。

【００４８】ところで、燃料タンクから蒸発する燃料
は、エバポレータに吸収し、吸収燃料がエバポレータの
吸収可能量に達する以前に、吸気管負圧を利用して機関
吸気系から気筒内へ供給するのが一般的である。また、
吸気管負圧を蓄えて、これをブレーキペダルの踏込力を
高めるのに利用するブレーキアシスト装置が公知であ
る。このように、車両走行中においては吸気管負圧が必
要となる時がある。

【００４９】特に機関負荷がＬ１以下の時において、二
つの気筒群のいずれでも成層燃焼が実施されるために、
この時にエバポレータ又はブレーキアシスト装置等で吸
気管負圧が必要となっても、全開近傍のスロットル弁で
は吸気管負圧を生成することはできない。それにより、
吸気管負圧が必要となれば、二つの気筒群のいずれか一
方の気筒群でだけ燃料噴射量を変化させることなく成層
燃焼から均質燃焼へ切り換えるようにしても良い。それ
により、一方の気筒群では、対応するスロットル弁が燃
料噴射量に応じて閉弁されるために、吸気管負圧を生成
することができる。

【００５０】前述したように、本筒内噴射式火花点火内
燃機関では、均質燃焼時において燃焼空燃比は主に理論
空燃比とされる。このような理論空燃比燃焼でもＮＯ_X
吸蔵還元触媒装置からＮＯ_Xを放出させることはでき
る。しかしながら、放出させたＮＯ_Xを還元浄化するた
めには還元剤が必要である。理論空燃比燃焼では排出さ
れるＨＣ及びＣＯ等の還元成分は少なく、均質燃焼時の
燃焼空燃比を必要に応じて多少リッチとすれば、排出さ
れる比較的多量の未燃ＨＣ等を還元剤として利用するこ
とができる。もちろん、還元剤として、排気系に燃料を
供給しても良く、膨張行程又は排気行程において燃料噴
射弁によって気筒内へ燃料を噴射しても良い。

【００５１】

【発明の効果】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機
関は、成層燃焼時の排気ガス温度がＮＯ_X吸蔵還元触媒
装置の温度を所定温度範囲外とするために成層燃焼から
均質燃焼へ切り換えられる時に、二つの気筒群のいずれ
か一方の気筒群では、燃料噴射量を増加させることなく
依然として成層燃焼を実施し、他方の気筒群では均質燃
焼へ切り換えられ、他方の気筒群での均質燃焼は、要求
された機関出力を得るために、一方の気筒群において不
足する機関出力を補うように燃料噴射量が増加させられ
るようになっている。

【００５２】それにより、一方の気筒群において実施さ
れる成層燃焼は、燃料噴射量が増加させられないため
に、対応するＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の温度を所定温度
範囲外にすることはなく、排気ガスの浄化が保証され
る。こうして、従来、均質燃焼とされていた領域におい
て一方の気筒群だけではあるが成層燃焼が実施されるた
めに、十分に燃費効率を高めることができる。この一方
の気筒群における成層燃焼によって不足する機関出力
は、他方の気筒群において燃料噴射量を増加させた均質
燃焼によって補うようになっているために、要求機関出
力が犠牲となることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の概
略全体構成図である。

【図２】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の気
筒内概略縦断面図である。

【図３】成層燃焼と均質燃焼とを切り換えるためのマッ
プであり、（Ａ）は一方の気筒群に関するものであり、
（Ｂ）は他方の気筒群に関するものである。

【符号の説明】

１ａ…第１バンク１ｂ…第２バンク５ａ…第１スロットル弁５ｂ…第２スロットル弁６ａ…第１三元触媒装置６ｂ…第２三元触媒装置８ａ…第１ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置８ｂ…第２ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置

───────────────────────────────────────────────────── 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 ３０１Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ＡＦ０２Ｂ 23/10 Ｆ０２Ｂ 23/10 ＤＦ０２Ｄ 41/14 ３３０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３３０ＡＦターム(参考） 3G023 AA02 AB03 AC05 AD02 AD29 AE05 AG01 3G091 AA12 AA17 AA24 AA29 AB03 AB06 BA11 BA14 CB02 CB03 DC01 GB02Y GB03Y GB04Y GB06W 3G301 HA01 HA04 HA08 HA16 JA02 JA25 KA09 LA01 LB04 MA11 MA19 NC02 ND01 NE14 NE15 PA18Z PD02Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二つの気筒群のそれぞれに吸気系と排気
系とが設けられ、各前記排気系には、三元触媒装置と、
所定温度範囲内でだけ良好な浄化性能を有するＮＯ_X吸
蔵還元触媒装置とが配置され、成層燃焼時の排気ガス温
度が高く、前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の温度が前記所
定温度範囲外となるのを抑制するために成層燃焼から均
質燃焼へ切り換えられる時に、前記二つの気筒群のいず
れか一方の気筒群では、燃料噴射量を増加させることな
く依然として成層燃焼を実施し、他方の気筒群では均質
燃焼へ切り換えられ、前記他方の気筒群での均質燃焼
は、要求された機関出力を得るために、前記一方の気筒
群において不足する機関出力を補うように燃料噴射量が
増加させられることを特徴とする筒内噴射式火花点火内
燃機関。
【請求項２】前記一方の気筒群で成層燃焼を実施し、
前記他方の気筒群で均質燃焼を実施している時に、前記
一方の気筒群の前記排気系に配置された前記ＮＯ_X吸蔵
還元触媒装置からＮＯ_Xを放出させることが必要となれ
ば、前記他方の気筒群で実施していた均質燃焼を前記一
方の気筒群で実施し、前記一方の気筒群で実施していた
成層燃焼を前記他方の気筒群で実施することを特徴とす
る請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項３】前記二つの気筒群のいずれでも成層燃焼
を実施している時に、前記二つの気筒群のいずれか一方
の気筒群の前記排気系に配置された前記ＮＯ _X吸蔵還元
触媒装置のＳ被毒を回復することが必要となれば、前記
一方の気筒群では燃料噴射量を増加して均質燃焼へ切り
換えられ、他方の気筒群での成層燃焼は、要求された機
関出力を得るために、前記一方の気筒群において過剰と
なる機関出力を相殺するように燃料噴射量が減少させら
れることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花
点火内燃機関。
【請求項４】前記二つの気筒群のいずれでも成層燃焼
を実施している時に、吸気管負圧が必要となれば、前記
二つの気筒群のいずれか一方の気筒群でだけ均質燃焼へ
切り換えられることを特徴とする請求項１に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関。