JP3257420B2

JP3257420B2 - 筒内噴射型内燃機関

Info

Publication number: JP3257420B2
Application number: JP31094096A
Authority: JP
Inventors: 嘉明児玉; 誠二菊池; 喜朗団野; 一雄古賀; 義明樋口
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2002-02-18
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: JPH10153138A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射する筒内噴射型内燃機関に関し、特に、排出ガ
ス浄化用触媒の早期活性化のための燃料噴射制御に用い
て好適の、筒内噴射型内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用内燃機関をはじめとして、機関
の排出ガスを浄化するために排気通路に排出ガス浄化用
触媒が設けられるが、かかる触媒は、一定の温度まで高
温に上昇して活性化しなければ、排出ガス浄化能力を発
揮できない。一方、機関の冷態時には、一般に過剰の燃
料を噴射させるため、排出ガス中にＣＯ，ＨＣ等の未燃
成分が多く含まれることになる。

【０００３】このため、機関の冷態時に排出ガスの浄化
を促進させるために、排気通路に設けられた触媒の上流
側に２次エアを導入すべく２次エアポンプを設け、排出
ガス中のＣＯ，ＨＣ等の未燃成分と２次エアポンプによ
って導入された２次エア中のＯ₂とを酸化反応させるこ
とによって、排出ガスの温度を上昇させ、これによって
触媒を早期に昇温させるようにする技術がある。

【０００４】しかし、このような技術では、２次エアポ
ンプ，エア配管，制御系部品等の追加デバイスが必要に
なり、コストが高くなる。このため、例えば特開平４−
２９５１５３号公報には、２サイクルエンジンにおい
て、機関始動直後から触媒の暖気完了までの期間内の所
要期間内で、掃気行程時期に燃料噴射Ｉｓを行ない、燃
焼室内へ噴射された燃料の一部を排気通路内へ吹き抜け
させ、この吹き抜けた燃料が排気通路内の触媒の作用に
より燃焼することで、触媒の早期活性化を行なう技術が
開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術では、低温始動時のように触媒が完全に冷えて不
活性の状態にあるときは、未燃燃焼成分を多く排出して
しまい、排ガス特性が悪化するという不具合がある。こ
のように、筒内（燃焼室内）に直接燃料を噴射する筒内
噴射型内燃機関に関し、排気を昇温させる手法として、
例えば、特開平４−１８３９２２号公報には、触媒を早
期活性化させる目的で、機関の膨張行程又は排気行程と
いう吸気弁が閉じている時期に燃料噴射弁を再作動させ
て追加燃料の噴射を行ない、この追加燃料に対して燃焼
室内の点火プラグを再作動させて再点火させたり、ある
いは追加燃料を排気中に混入させ排気通路内に設けられ
た点火プラグにより再点火することで触媒を加熱させ迅
速に活性温度まで上昇させるという技術が提案されてい
る。

【０００６】この技術は、燃料の輸送遅れ等がなく、機
関の冷態時でも空燃比をリーンな状態にして運転を行な
え、排出ガス中に余剰酸素が多く存在する筒内噴射型内
燃機関において、余剰酸素を多く含む排出ガス中に追加
燃料を噴射して、点火プラグにより再点火することによ
り触媒の早期活性化を図るものである。しかし、この従
来技術では、追加燃料を再燃焼させ、排気を昇温させる
ために燃焼室内の点火プラグを再作動させたり、排気通
路内に点火プラグを別に設けたりしているが、前者の場
合、点火制御ロジックが複雑となる上、２度目の点火エ
ネルギが十分に確保できないという課題があり、さらに
点火エネルギを十分に確保しようとするとイグナイタが
大型化し、コスト高となるという課題もあり、後者の場
合、部品点数の増加やコスト増大につながるという課題
がある。

【０００７】また、この従来技術では、排気通路内に設
けた点火プラグを用いて再燃焼させようとしているが、
通常、筒内噴射型内燃機関では、膨張行程や排気行程に
おいて主燃料噴射による燃料はほぼ完全燃焼して筒内に
火種となるＣＯやＨＣが少なくなっており、しかも自己
着火性の低い燃料（例えば、ガソリン）の場合、燃焼を
成立させるには大きなエネルギ（例えば、熱，圧力，温
度等）が必要であるため、単に膨張行程又は排気行程時
に燃料噴射弁を再作動させて追加燃料の噴射を行ない、
点火プラグを用いて再点火を行なったとしても十分なエ
ネルギが与えられず、再燃焼しない可能性があるため、
確実に排気を昇温させることができず、早期に触媒を活
性化できないという課題が生じるおそれがある。

【０００８】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、機関の冷態始動時等の特定運転状態時に、追
加デバイスを設けることなく、確実に排気（排出ガス）
を再燃焼させて、触媒の早期活性化を図ることができる
ようにした、筒内噴射型内燃機関を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の筒内噴射型内燃機関は、燃焼室内に直接燃料
を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁により噴射され
た燃料を点火する点火装置と、該燃料噴射弁による燃料
噴射を制御する燃料噴射制御手段と、該燃焼室での燃焼
後の排出ガスを浄化するための触媒装置と、該点火装置
による点火時期を制御する点火時期制御手段とを備えた
筒内噴射型内燃機関において、該燃料噴射制御手段は、
触媒が不活性状態であり、且つ、機関負荷に基づく燃料
量の噴射による希薄燃焼であるか又は該希薄燃焼が可能
な場合に、上記機関の膨張行程後期以降から排気行程初
期の間に主燃料噴射とは異なる追加燃料噴射を行なうよ
うに該燃料噴射弁を制御すると共に、該点火時期制御手
段が、上記追加燃料噴射時に上記主燃料噴射に対する点
火時期を遅角させることを特徴としている。

【００１０】上記機関は、圧縮行程中に燃料を噴射し、
運転状態に応じて理論空燃比よりも空燃比の大きい空燃
比状態での層状燃焼を行なうものであることが好まし
い。また、特定運転状態とは、例えば冷態始動時又は長
期アイドル運転状態である。請求項２記載の本発明の筒
内噴射型内燃機関は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃
料噴射弁と、該燃料噴射弁により噴射された燃料を点火
する点火装置と、該燃料噴射弁による燃料噴射を制御す
る燃料噴射制御手段と、該燃焼室での燃焼後の排出ガス
を浄化するための触媒装置と、該点火装置による点火時
期を制御する点火時期制御手段とを備えた筒内噴射型内
燃機関において、該燃料噴射制御手段は、触媒が不活性
状態であり、且つ、機関負荷に基づく燃料量の噴射によ
る希薄燃焼であるか又は該希薄燃焼が可能な場合に、上
記機関の膨張行程後期以降に主燃料噴射とは異なる追加
燃料噴射を行なうように該燃料噴射弁を制御すると共
に、該点火時期制御手段が、上記追加燃料噴射時に上記
主燃料噴射に対する点火時期をピストンの圧縮上死点後
に設定することを特徴としている。

【００１１】請求項３記載の本発明の筒内噴射型内燃機
関は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、該
燃料噴射弁により噴射された燃料を点火する点火装置
と、該燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料噴射制
御手段と、該燃焼室での燃焼後の排出ガスを浄化するた
めの触媒装置と、該点火装置による点火時期を制御する
点火時期制御手段とを備えた筒内噴射型内燃機関におい
て、該燃料噴射制御手段は、触媒が不活性状態であり、
且つ、機関負荷に基づく燃料量の噴射による希薄燃焼で
あるか又は該希薄燃焼が可能な場合に、上記機関の膨張
行程後期以降に主燃料噴射とは異なる追加燃料噴射を行
なうように該燃料噴射弁を制御すると共に、該点火時期
制御手段が、上記追加燃料噴射時に上記主燃料噴射に対
する点火時期を遅角させるように構成され、上記燃料噴
射制御手段が、クランク角検出手段からの検出情報に基
づいてピストンの膨張下死点を中心としてクランク角±
９０°の範囲内で上記の追加燃料噴射を行なうように制
御することを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施形態】以下、図面により、本発明の実施の
形態について説明する。まず、図１〜図６を参照して本
発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関につい
て説明する。本筒内噴射型内燃機関は、図３に示すよう
になっており、吸気，圧縮，膨張，排気の各行程を一作
動サイクル中にそなえる内燃機関、即ち４サイクルエン
ジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を
直接噴射する筒内噴射エンジン（筒内噴射型内燃機関）
として構成されている。

【００１３】燃焼室１には、吸気通路２および排気通路
３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃
焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるとともに、
排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御さ
れるようになっている。また、吸気通路２には、上流側
から順にエアクリーナ６およびスロットル弁７が設けら
れており、排気通路３には、その上流側から順に排出ガ
ス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コンバータ９
および図示しないマフラ (消音器）が設けられている。
なお、吸気通路２には、サージタンク２ａが設けられて
いる。

【００１４】また、排出ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ
装置という）１０が配設されている。つまり、吸気通路
２のサージタンク２ａ部分と排気通路３の上流側とを接
続するように排気還流通路１０ｂが設けられており、こ
の排気還流通路１０ｂにはＥＧＲバルブ１０ａが取り付
けられている。そして、このＥＧＲバルブ１０ａによっ
て、排気通路３から吸気通路２への排出ガス（排気又は
排気ガス又は排ガスともいう）の流量を制御できるよう
になっている。なお、ＥＧＲバルブ１０ａの制御はエン
ジンの運転状態に応じて行なわれるようになっている。

【００１５】また、スロットル弁７は図示しないアクセ
ルペダルの踏込み量に応じて開度が変わり、これにより
燃焼室１内に導入される空気量が調整されるようになっ
ている。更に、１６は、アイドルスピードコントロール
バルブ（ＩＳＣバルブ）であり、吸気通路２のスロット
ル弁７設置部分をバイパスするバイパス路１６Ａに設け
られ、図示しないステッパモータによって開閉駆動さ
れ、主にスロットル弁７全閉又は略全閉時におけるアイ
ドル回転数を微調整している。

【００１６】５０はエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）であ
り、吸気通路２のスロットル弁７設置部分をバイパスす
るように、スロットル弁７の上流側の吸気通路２とサー
ジタンク２ａとを連通するバイパス路５０Ａに設けら
れ、スロットル弁７とは別個に吸気量を調整して空燃比
を調整しうるものである。インジェクタ（燃料噴射弁）
８は、気筒内の燃焼室１へ向けて燃料を直接噴射すべ
く、その開口を燃焼室１に臨ませるように、配置されて
いる。また、当然ながら、このインジェクタ８は各気筒
毎に設けられており、例えば本実施形態のエンジンが直
列４気筒エンジンであるとすると、インジェクタ８は４
個設けられていることになる。

【００１７】このような構成により、スロットル弁７の
開度に応じエアクリーナ６を通じて吸入された空気が吸
気弁４の開放により燃焼室１内に吸入され、この燃焼室
１内で、吸入された空気とインジェクタ８から直接噴射
された燃料とが混合され、燃焼室１内で点火プラグ３５
を適宜のタイミングで点火させることにより、燃焼せし
められて、エンジントルクを発生させたのち、燃焼室１
内から排出ガスとして排気通路３へ排出され、触媒コン
バータ（以下、単に触媒ともいう）９で排出ガス中のＣ
Ｏ，ＨＣ，ＮＯ_xの３つの有害成分を浄化されてから、
マフラで消音されて大気側へ放出されるようになってい
る。

【００１８】特に、本エンジンは、空燃比をリーンにし
ながら節約運転を行なえるエンジンであり、リーン運転
時には、通常の三元触媒だけでは排出ガス中のＮＯ_xを
十分に浄化できないため、触媒９は、リーンＮＯ_x触媒
９Ａと三元触媒９Ｂとを組み合わせたものになってい
る。つまり、リーンＮＯ_x触媒９Ａの下流に、理論空燃
比下で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ及びＮＯ_xを浄化可能な
三元機能を有する三元触媒９Ｂを備えるようにしてい
る。

【００１９】これは、三元触媒９ＢをリーンＮＯ_x触媒
９Ａの上流に配置してリーンＮＯ_x触媒９ＡでのＮＯ_x
浄化を妨げることのないようにしながら、リーンＮＯ_x
触媒９Ａで十分に浄化できなかったＣＯやＨＣを確実に
浄化することができるようにするためである。なお、リ
ーンＮＯ_x触媒が三元機能を有する場合にはリーンＮＯ
_x触媒を１つだけ配置してもよい。

【００２０】ところで、本エンジンについてさらに説明
すると、このエンジンは、吸気通路２から燃焼室１内に
流入した吸気流が縦渦（逆タンブル流）を形成するよう
に構成され、燃焼室１内で、吸気流がこのような縦渦流
を形成するので、この縦渦流を利用しながら例えば燃焼
室１の頂部中央に配設された点火プラグ３５の近傍のみ
に少量の燃料を集めて、点火プラグ３５から離隔した部
分では極めてリーンな空燃比状態とすることができ、点
火プラグ３５の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃
比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃
焼）を実現しながら、燃料消費を抑制することができ
る。この場合の最適な燃料噴射のタイミングとしては、
空気流動の弱い圧縮行程後期である。

【００２１】また、このエンジンから高出力を得る場合
には、インジェクタ８からの燃料が燃焼室１全体に均質
化され、全燃焼室１内を理論空燃比やリーン空燃比の混
合気状態にさせて予混合燃焼を行なえばよく、もちろ
ん、理論空燃比による方がリーン空燃比によるよりも高
出力が得られるが、これらの際にも、燃料の霧化及び気
化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴射を行
なうことで、効率よく高出力を得ることができる。この
ような場合の最適な燃料噴射のタイミングとしては、吸
気流を利用して燃料の霧化及び気化を促進できるよう
に、吸気行程の初期又は前期には燃料噴射を終えるよう
に設定する。

【００２２】ところで、このエンジンを制御するため
に、種々のセンサが設けられている。まず吸気通路２側
には、そのエアクリーナ配設部分に、吸入空気量をカル
マン渦情報から検出するエアフローセンサ１１，吸入空
気温度を検出する吸気温センサ１２および大気圧を検出
する大気圧センサ１３が設けられており、そのスロット
ル弁配設部分に、スロットル弁７の開度を検出するポテ
ンショメータ式のスロットルセンサ１４，アイドリング
状態を検出するアイドルスイッチ１５等が設けられてい
る。

【００２３】また、排気通路３側には、触媒９の上流側
部分に、排ガス中の酸素濃度（Ｏ₂濃度）を検出する酸
素濃度センサ１７（以下、単にＯ₂ センサ１７という）
が設けられるとともに、触媒９の下流側部分には、触媒
９若しくはその近傍の温度θ _C.C（以下、触媒温度θ
_C.Cという）を検出する触媒温度センサ（高温センサ）
２６が設けられている。

【００２４】さらに、その他のセンサとして、エンジン
冷却水温を検出する水温センサ１９や、図２に示すごと
く、クランク角度を検出するクランク角センサ（クラン
ク角検出手段）２１（このクランク角センサ２１はエン
ジン回転数を検出する回転数センサも兼ねている）およ
び第１気筒（基準気筒）の上死点を検出するＴＤＣセン
サ（気筒判別センサ）２２がそれぞれカム近傍に設けら
れている。

【００２５】そして、これらのセンサからの検出信号
は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３へ入力されるよう
になっている。なお、ＥＣＵ２３へは、アクセルペダル
の踏込量を検出するアクセルポジションセンサ２４やバ
ッテリの電圧を検出するバッテリセンサ２５からの電圧
信号や始動時を検出するクランキングスイッチ〔あるい
はイグニッションスイッチ（キースイッチ）〕２０から
の信号も入力されるようになっている。

【００２６】ところで、ＥＣＵ２３のハードウエア構成
は図２のようになるが、このＥＣＵ２３はその主要部と
してＣＰＵ２７をそなえており、このＣＰＵ２７へは、
吸気温センサ１２，大気圧センサ１３，スロットルセン
サ１４，Ｏ₂ センサ１７，水温センサ１９，アクセルポ
ジションセンサ２４，触媒温度センサ２６およびバッテ
リセンサ２５からの検出信号が入力インタフェイス２８
およびアナログ／デジタルコンバータ３０を介して入力
されるとともに、エアフローセンサ１１，クランク角セ
ンサ２１，ＴＤＣセンサ２２，アイドルスイッチ１５，
クランキングスイッチ２０，イグニッションスイッチ等
からの検出信号が入力インタフェイス２９を介して入力
されようになっている。

【００２７】さらに、ＣＰＵ２７は、バスラインを介し
て、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ
３１，更新して順次書き替えられるＲＡＭ３２，フリー
ランニングカウンタ４８およびバッテリが接続されてい
る間はその記憶内容が保持されることによってバックア
ップされたバッテリバックアップＲＡＭ（図示せず）と
の間でデータの授受を行なうようになっている。

【００２８】なお、ＲＡＭ３２内データはイグニッショ
ンスイッチをオフすると消えてリセットされるようにな
っている。また、ＣＰＵ２７で演算結果に基づく燃料噴
射制御信号は、各気筒毎の（ここでは、４つの）噴射ド
ライバ（燃料噴射弁駆動手段）３４を介して、インジェ
クタ８のソレノイド（インジェクタソレノイド）８ａへ
出力されるようになっている。

【００２９】今、燃料噴射制御（空燃比制御）に着目す
ると、ＣＰＵ２７で演算された燃料噴射用制御信号がド
ライバ３４を介して出力され、例えば４つのインジェク
タ８を順次駆動させるようになっている。そして、上述
のような筒内噴射エンジンの特徴から、このエンジンで
は、燃料噴射の態様として、層状超リーン燃焼によるリ
ーン運転を実現し燃費を向上させるために圧縮行程中
（特に、圧縮行程後半）で燃料噴射を行なう後期噴射モ
ード（後期リーン運転モード）と、予混合燃焼によるリ
ーン運転を実現し、緩加速による出力を得るために吸気
行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行なう前期噴
射モード（前期リーン運転モード）と、予混合燃焼によ
るストイキオ運転（理論空燃比運転）を実現し、前期噴
射モードより出力を向上させるために吸気行程中に燃料
噴射を行なうストイキオモード（ストイキオ運転モー
ド）とが設けられており、エンジンの運転状態に応じて
切り換えられるようになっている。なお、上述の運転モ
ードの切換は、機関の燃焼状態の切換を意味する。

【００３０】また、特に、本内燃機関では、上述のよう
な通常の燃焼室内での燃焼のための燃料噴射の他に、触
媒９の早期活性化のために、追加燃料を噴射するように
なっている。これによって、排出ガスを再燃焼させ、高
温になった排出ガスを触媒９に供給することにより、触
媒９の早期活性化を図ろうとするものである。このた
め、追加燃料噴射は、触媒９が活性していない場合（不
活性時）において、図４に示すように、各気筒の膨張行
程後期以降（具体的には、膨張行程後期から排気行程末
期の間）に行なわれ、触媒９が活性化したら行なわない
ようになっている。なお、図４では、通常燃料噴射を主
噴射とし、追加燃料噴射は再噴射としている。また、図
４では、主噴射が圧縮行程で行なわれ、再噴射が排気行
程の初期に行なわれる場合を示している。

【００３１】さらに、本内燃機関では、この追加燃料噴
射により排出ガスを確実に再燃焼させ触媒９の早期活性
化を図るために、通常燃料噴射の点火時期Ｔ_Gを遅角さ
せるようになっている。なお、この触媒９の活性化のた
めの点火時期Ｔ_Gの遅角制御は、機関の低負荷運転領域
（主として、アイドル運転状態）にのみ行なうようにし
ている。このような制御条件の限定は、機関の負荷が大
きくなると、燃料噴射弁８から燃焼室１内へ供給される
燃料が増加し、点火時期Ｔ_Gの変更は主燃焼に大きく影
響し易くなるため、これを回避するためである。

【００３２】このような燃料噴射制御（インジェクタ駆
動制御）のために、ＥＣＵ２３には、図１のブロック図
に示すように、噴射モード（運転モード）の選択、追加
燃料噴射が必要か否かの判定、燃料噴射量の設定等を行
なう燃料噴射制御手段１０１が設けられるとともに、点
火時期Ｔ_Gを設定する点火時期制御手段１０６が設けら
れている。

【００３３】図１に示すように、燃料噴射制御手段１０
１には、触媒９の早期活性化のために追加燃料噴射を行
なう必要があるか否かを判定する機能（追加燃料噴射判
定手段）１０２と、運転モードの選択を行なう機能（運
転モード設定手段）１０３と、触媒９の早期活性化のた
めの追加燃料噴射制御を行なう機能（追加燃料噴射制御
手段）１０４と、通常運転時の燃料噴射制御を行なう機
能（通常燃料噴射制御手段）１０５とが備えられる。

【００３４】このうち、追加燃料噴射判定手段１０２
は、触媒９の早期活性化のために追加燃料噴射制御及び
点火時期制御が必要か否かを判定するものであり、これ
らの制御を開始するための条件（制御開始条件）及びこ
れらの制御を解除するための条件（制御解除条件）を満
たしているか否かを判定するようになっている。ここ
で、制御開始条件は、触媒９が不活性状態であること、
エンジンの運転状態が低負荷運転領域であること、希薄
燃焼であること（希薄燃焼運転モードであること）であ
る。

【００３５】このように、触媒９が不活性状態であるこ
とを条件としているのは、触媒９が活性状態にある場合
は追加燃料噴射を行なことにより触媒９を活性化させる
必要がないからである。ここでは、触媒９が不活性状態
であるかは、触媒９若しくはその近傍の温度を検出する
触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて判定する
ようにしており、具体的には、触媒温度センサ２６によ
り検出された触媒９若しくはその近傍の温度（以下、触
媒温度という）θ_C.Cが所定温度θ₁よりも小さいと検
出又は推定される場合に、触媒９が不活性状態であると
判定するようにしている。このため、追加燃料噴射判定
手段１０２には、触媒温度センサ２６からの検出情報が
送られるようになっている。

【００３６】また、低負荷運転領域であることを条件と
しているのは、前述のように触媒９の活性化を目的とし
た点火時期制御が主燃焼（主燃料噴射による燃焼）に悪
影響を及ぼさないように考慮したものである。ここで
は、この低負荷運転領域としては、主としてアイドル運
転領域を設定している。このようなエンジンの運転状態
が低負荷運転領域であるかは、例えばアイドルスイッチ
１５からの検出情報に基づいて判定するようにしてい
る。このため、追加燃料噴射判定手段１０２には、アイ
ドルスイッチ１５からの検出情報が送られるようになっ
ている。

【００３７】さらに、希薄燃焼であること（希薄燃焼運
転モードであること）を条件としたのは、ストイキオ運
転モードの場合は、排出ガス中に余剰酸素が少なく、追
加燃料噴射による燃料を排出ガス中の酸素で完全燃焼さ
せ、排出ガスを十分に昇温させることは難しいが、希薄
燃焼運転モードの場合は、排出ガス中に余剰酸素が多
く、追加燃料噴射による燃料を排出ガス中の酸素で完全
燃焼させ、排出ガスを十分に昇温させることができ、こ
れによって、効果的に触媒９の早期活性化を図ることが
できるからである。

【００３８】なお、希薄燃焼運転モードとは、前期リー
ン運転モード及び後期リーン運転モードをいう。この後
期リーン運転モードの場合には、特に、排出ガスの温度
が低下するため、触媒９の早期活性化を図る必要がある
が、後期リーン運転モードよりも排出ガスの温度が高い
前期リーン運転モードの場合にも、触媒９の早期活性化
を図るのに有効である。

【００３９】このように、希薄燃焼運転モードにおいて
追加燃料噴射による燃料を排出ガス中の余剰酸素によっ
て燃焼させることにより、特に排出ガスの温度が低い希
薄燃焼運転モードにおける排出ガスの温度を、ストイキ
オ運転モードにおける排出ガスの温度よりも高くするこ
とも可能となり、触媒９の早期活性化を図ることができ
るのである。

【００４０】このような希薄燃焼であるか（希薄燃焼運
転モードであるか）は、運転モード設定手段１０３から
の情報に基づいて判定するようになっている。このた
め、追加燃料噴射判定手段１０２には、運転モード設定
手段１０３からの情報が送られるようになっている。こ
のようにして、追加燃料噴射判定手段１０２は制御開始
条件を満たしているか否かの判定を行なうが、この追加
燃料噴射判定手段１０２は、これらの制御開始条件を全
て満たしている場合に、追加燃料噴射を行なわせるべく
追加燃料噴射制御手段１０４に信号を送るとともに、主
燃焼の点火時期Ｔ_Gを遅角させるべく点火時期制御手段
１０６に信号を送るようになっている。

【００４１】なお、このように制御開始条件を満たして
いる場合を特定運転状態といい、具体的に言えば、エン
ジンの冷態始動時や長期間停車している場合等の長期ア
イドル運転時の運転状態が相当する。なお、低負荷運転
領域には、アイドル運転時にエアコンを作動させた状態
や、アクセルペダルが踏み込まれてはいるが、踏込量が
僅かでアクセル開度が十分に小さいような状態も含まれ
る。

【００４２】一方、制御解除条件は、触媒９が十分に昇
温したこと、エンジンの運転状態が低負荷運転領域でな
くなったこと、希薄燃焼でなくなったこと（希薄燃焼運
転モードでなくなったこと）、のいずれかが成立するこ
とである。ここで、触媒９が十分に昇温したことを条件
としているのは、触媒９は既に十分に活性化しており、
むしろ触媒９の過昇温による溶損の危険があり、これを
回避するためである。

【００４３】また、エンジンの運転状態が低負荷運転領
域でなくなったことを条件としているのは、触媒９の活
性化のための制御、特に、点火時期制御（点火時期の大
幅な遅角）が主燃焼に悪影響を及ぼすおそれがあるため
である。さらに、希薄燃焼でなくなったこと（希薄燃焼
運転モードでなくなったこと）を条件としているのは、
例えばストイキオ運転モードになっている場合は、主燃
焼による排出ガス中の余剰酸素は僅かであり、追加燃料
噴射しても、これを燃焼させることができないためであ
り、この一方、このような運転状態（例えば、ストイキ
オ運転）では、主燃焼による排出ガス温度が十分に高く
なり、主燃焼により、触媒９を活性化させることができ
るためでもある。

【００４４】これらの制御解除条件を満たしているか否
かの判定は、以下に示すようにして行なわれる。つま
り、触媒９が十分に昇温しているかは、触媒９若しくは
その近傍の温度を検出する触媒温度センサ２６からの検
出情報に基づいて判定するようにしており、具体的に
は、触媒温度センサ２６により検出された触媒９若しく
はその近傍の温度（以下、触媒温度という）θ_C.Cが所
定温度θ₂（θ₂＞θ₁）よりも大きいと検出又は推定
される場合に、触媒９が十分に昇温したと判定するよう
にしている。このため、追加燃料噴射判定手段１０２に
は、触媒温度センサ２６からの検出情報が送られるよう
になっている。

【００４５】また、エンジンの運転状態が低負荷運転領
域でなくなったかは、エンジン回転数センサ２１及びア
クセルポジションセンサ２４からの検出情報に基づいて
判定するようにしている。このため、追加燃料噴射判定
手段１０２には、エンジン回転数センサ２１及びアクセ
ルポジションセンサ２４からの検出情報が送られるよう
になっている。

【００４６】さらに、希薄燃焼でなくなったか（希薄燃
焼運転モードでなくなったか）は、運転モード設定手段
１０３からの情報に基づいて判定するようにしている。
このため、追加燃料噴射判定手段１０２には、運転モー
ド設定手段１０３からの情報が送られるようになってい
る。このようにして、追加燃料噴射判定手段１０２は、
制御解除条件を満たしているか否かを判定するようにな
っているが、この追加燃料噴射判定手段１０２はこれら
の各制御解除条件のひとつでも満たした場合は、触媒９
の活性化のための制御を解除し、点火時期制御手段１０
６による主燃料噴射の点火時期Ｔ_Gの遅角制御や追加燃
料噴射制御手段１０４による追加燃料噴射制御を行なわ
ないようになっている。

【００４７】なお、追加燃料噴射判定手段１０２は、当
然ながら、スタータモータを作動させるスタート動作
（始動動作）が完了したことを前提に、追加燃料噴射の
制御を判定するようになっており、始動動作が完了した
か否かの判定は、エンジン回転数センサ２１からの検出
情報に基づき、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ₀
よりも大きくなったか否かにより行なうようになってい
る。

【００４８】ところで、運転モード設定手段１０３は、
噴射モードを、エンジン回転数センサ２１，アクセルポ
ジションセンサ２４，各種センサ類１０８等から検出さ
れたエンジン回転数（回転速度）Ｎｅやアクセルペダル
踏込量θ_ACCに基づいてエンジンの目標出力トルクＴを
設定して、エンジン回転数Ｎｅやこの目標出力トルクＴ
に応じて、ストイキオ運転モード，前期リーン運転モー
ド，後期リーン運転モード，燃料カットモード，パワー
エンリッチモードのいずれかのモードを選択的に設定す
る。例えばエンジン回転数Ｎｅが低くて目標トルクＴも
低い領域では後期リーン運転モードとし、エンジン回転
数Ｎｅ及び目標トルクＴのいずれかが低くなければ前期
リーン運転モード又はストイキオ運転モードとするよう
になっている。

【００４９】また、追加燃料噴射制御手段１０４は、追
加燃料噴射判定手段１０２により追加燃料噴射が必要で
あると判定された場合の追加燃料噴射の噴射開始時期Ｔ
_INJを設定するとともに、各サイクル内での追加燃料の
噴射時間を設定するものである。この追加燃料噴射制御
手段１０４は、各気筒の膨張行程後期から排気行程末期
までの間であって、通常燃料噴射による燃焼（主燃焼）
時の熱が存在する期間（以下、熱残存期間という）に追
加燃料噴射が行なわれるように噴射開始時期Ｔ_IN _Jを設
定する。

【００５０】このように追加燃料噴射による噴射開始時
期Ｔ_INJを設定するのは、追加燃料噴射によって噴射さ
れた燃料を、追加燃料に着火するための追加デバイス等
を設けることなく確実に燃焼（以下、再燃焼ともいう）
させるためである。このため、追加燃料の噴射開始時期
Ｔ_INJは、クランク角検出手段としてのクランク角セン
サ２１からの検出情報に基づいて、膨張行程から排気行
程にかかるピストン下死点（膨張下死点）を中心として
クランク角±９０°の範囲内で追加燃料噴射を行なうよ
うに噴射開始時期Ｔ_INJを設定する。このような範囲内
でも、特に、排気行程の初期に追加燃料噴射するように
噴射開始時期Ｔ_INJを設定するのが望ましい。

【００５１】具体的には、追加燃料噴射制御手段１０４
は、この膨張行程後期以降の追加の燃料噴射において基
本となる基本燃料噴射開始時期Ｔｂ_INJを、冷却水温度
θ_W，ＥＧＲ量，主燃焼における点火時期Ｔ_IGによって
補正することにより噴射開始時期Ｔ_INJを設定する。ま
た、追加燃料噴射制御手段１０４は、膨張行程以降の追
加の燃料噴射において基本となる基本駆動時間ｔ_Bを、
噴射開始時期Ｔ_INJ，触媒温度θ_C.Cによって補正する
ことによりインジェクタ駆動時間ｔ_PLUSを設定する。

【００５２】このように、追加燃料噴射制御手段１０４
は主燃焼の熱残存期間内に追加燃料を噴射するように制
御するが、本内燃機関では、追加燃料噴射による燃料を
確実に燃焼させるために主燃焼の熱残存期間をなるべく
遅らせるようにして、主燃焼によって得られた熱エネル
ギを有効に活用することができるようにしている。この
ように主燃焼の熱残存期間を遅らせるため、点火時期制
御手段１０６による点火時期制御が行なわれるようにな
っている。つまり、点火時期制御手段１０６は、クラン
ク角センサ２１からの検出情報に基づいて、点火装置１
０７の点火プラグ３５の作動を制御し、通常の点火時期
制御、即ち、主燃焼を的確に行なわせるための点火時期
Ｔ_Gを制御するものであるが、ここでは、このような通
常の機能のほかに、主燃焼の熱残存期間の遅延のため点
火時期Ｔ_Gの遅角（リタード）制御も行なうように構成
される。

【００５３】このようにして点火時期Ｔ_Gを遅角させる
と、燃焼を緩慢にする（燃焼速度を遅くする）ことがで
きるため、これによって熱残存期間を遅らせることがで
き、追加燃料噴射を例えば排気行程初期まで遅延させ、
触媒の早期昇温のために必要な排出ガス温度の上昇を実
現することができるのである。つまり、点火時期制御手
段１０６を通じた点火時期Ｔ_Gの遅角制御により、主燃
焼による熱残存期間を遅らせ、追加燃料噴射を排気行程
初期まで遅延させることができ、追加燃料噴射の噴射開
始時期Ｔ_INJを排気行程初期に設定して、追加燃料の確
実な燃焼を行なわせながら、十分に高温となった排出ガ
スを触媒９へ供給して、触媒９の活性化を促進すること
ができるようになっているのである。

【００５４】この場合、特に点火時期Ｔ_Gはピストン圧
縮上死点後に設定することが望ましい。ところで、通常
燃料噴射制御手段１０５における燃料噴射制御を説明す
ると、この通常燃料噴射制御手段１０５は、エンジン回
転数センサ２１，アクセルポジションセンサ２４，運転
モード設定手段１０３，各種センサ類１０８からの情報
に基づいて、通常燃料噴射における燃料噴射量を設定す
る機能を有する。

【００５５】つまり、燃料噴射量は、燃料噴射時間（イ
ンジェクタの駆動時間であって、実際の制御の上ではイ
ンジェクタ駆動パルス幅という）ｔ_AUとして設定される
が、ストイキオモード，前期噴射モードの場合も後期噴
射モードの場合も、機関負荷（１ストローク当たりの吸
入空気量）Ｑ／Ｎｅと目標とする空燃比（Ａ／Ｆ、以下
ＡＦとする）等に基づいて、基本駆動時間ｔ_pが算出さ
れ、水温センサ１９で検出されたエンジン冷却水温，吸
気温センサ１２で検出された吸気温，大気圧センサ１３
で検出された大気圧等に応じて設定される燃料補正係数
ｆ、インジェクタ無駄時間（デッドタイム）ｔ_D等を考
慮して、燃料噴射時間ｔ_AU が設定される。

【００５６】なお、本実施形態の筒内噴射型内燃機関で
は、追加燃料噴射判定手段１０２は触媒温度センサ２６
からの検出情報に基づいて、触媒９が不活性状態である
か否かを判定するようにしているが、触媒温度センサ２
６が設けられていない場合には、冷却水温センサ１９，
タイマ１０９を用いることによって、制御開始条件とし
ての触媒９が不活性であるか否か及び制御解除条件とし
ての触媒９が十分に昇温しているか否かを判定するよう
にしてもよい。

【００５７】この場合、まず、制御開始条件としての触
媒９が不活性であるか否かの判定には、冷却水温センサ
１９を用いる。この場合、冷却水温センサ１９により前
回の冷却水温度と今回の冷却水温度とを比較し、冷却水
温度の変化に応じて触媒９の温度が低下しているか否か
を推定し、触媒９が不活性状態になっているか否かを判
定する。この場合、冷却水温の変化が緩慢であるのに対
して、触媒９の温度変化は比較的速やかであるという特
性を考慮する必要がある。

【００５８】例えば、前回エンジン停止時の冷却水温度
が十分に高く、且つ、今回始動時の冷却水温度が十分に
低い場合は、冷却水温が低下するまで十分の期間エンジ
ンが停止していたものであり、この間には、当然、触媒
９の温度も低下して、不活性状態になっていると考えら
れるため、触媒９が不活性状態であると判定する。ま
た、前回エンジン停止時の冷却水温度が低く、且つ、今
回始動時の冷却水温度も低い場合は、前回、短時間だけ
エンジンを作動させたため、冷却水温が上昇しなかった
ものと考えられるが、この場合、触媒９の温度は上昇し
ている場合もあると考えられるため、触媒９は不活性状
態でないと判定する。

【００５９】また、制御解除条件としての触媒９が十分
に昇温しているか否かの判定には、タイマ１０９を用い
る。この場合、触媒９を活性化させるべく追加燃料噴射
制御が開始されると同時にタイマ１０９が起動されるよ
うにしておき、追加燃料噴射制御の継続時間によって、
触媒９の温度を推定し、触媒９が十分に昇温しているか
否かを判定する。

【００６０】本実施形態の筒内噴射型内燃機関は、上述
のように構成されているので、例えば図５のフローチャ
ートに示すように触媒９の活性化のための制御が行なわ
れる。まず、ステップＳ１０では始動動作が完了したか
否か（Ｎｅ＞Ｎｅ₀か否か）を判定し、この判定の結
果、始動動作が完了している場合はステップＳ２０に進
み、始動動作が完了していない場合は触媒９を活性化さ
せる必要がないためリターンする。なお、ステップＳ９
０では、フラグＦを０にリセットするが、フラグＦは初
期設定時に０になっているため、ここでは、そのままリ
ターンされる。ここで、フラグＦは触媒９の活性化のた
めの追加燃料噴射制御中である場合に１となり、追加燃
料噴射制御中でない場合に０となる。

【００６１】ステップＳ２０では、フラグＦが１か否か
を判定し、フラグＦが１でない場合は、追加燃料噴射判
定手段１０２により制御開始条件を判定すべく、ステッ
プＳ３０〜ステップＳ５０の処理が行なわれ、フラグＦ
が１である場合は、追加燃料噴射制御中であるため、追
加燃料噴射判定手段１０２により制御解除条件を判定す
べく、ステップＳ１００〜ステップＳ１２０の処理が行
なわれる。

【００６２】まず、制御開始条件の判定のために、ステ
ップＳ３０〜ステップＳ５０の処理を行なうが、ステッ
プＳ３０では触媒９が不活性状態であるか否か（θ＜θ
₁）を判定し、この判定の結果、触媒９が不活性状態で
あると判定された場合はステップＳ４０に進み、触媒９
が不活性状態でないと判定された場合はステップＳ９０
に進み、フラグＦを０にしてリターンする。

【００６３】また、ステップＳ４０では、エンジンの運
転状態が低負荷運転領域か否かを判定し、この判定の結
果、低負荷運転領域であると判定された場合はステップ
Ｓ５０に進み、低負荷運転領域でないと判定された場合
はステップＳ９０に進み、フラグＦを０にしてリターン
する。さらに、ステップＳ５０では、運転モード設定手
段１０３により設定される運転モードが希薄燃焼か否
か、即ち、希薄燃焼運転モード（リーン運転モード）で
あるか否かを判定し、この判定の結果、リーン運転モー
ドである場合は触媒９の活性化を図るための制御開始条
件を全て満たすことになるため、追加燃料噴射制御を行
なうべく、ステップＳ６０に進み、リーン運転モードで
ない場合は、特に、触媒９の活性化を図る必要がないた
め、追加燃料噴射制御を行なわず、ステップＳ９０に進
み、フラグＦを０にしてリターンする。

【００６４】そして、ステップＳ６０では、点火時期制
御手段１０６により通常燃料噴射（主噴射）の点火時期
Ｔ_Gを遅角させるように制御する。また、ステップＳ７
０では、追加燃料噴射制御手段１０４により追加燃料噴
射制御する。さらに、ステップＳ８０では、追加燃料噴
射制御中であるため、フラグＦを１にセットしてリター
ンする。

【００６５】ところで、ステップＳ２０で、追加燃料噴
射制御中、即ち、フラグＦが１であると判定された場
合、制御解除条件を判定すべく、ステップＳ１００〜ス
テップＳ１２０の処理が行なわれる。まず、ステップＳ
１００では、触媒９が十分に昇温しているか否か（θ＞
θ₂）を判定し、この判定の結果、触媒９が十分に昇温
していると判定された場合はステップＳ１３０に進み、
フラグＦを０にしてリターンし、触媒９が十分に昇温し
ていないと判定された場合はステップＳ１１０に進む。

【００６６】また、ステップＳ１１０では、エンジンの
運転状態が低負荷運転領域か否かを判定し、この判定の
結果、低負荷運転領域であると判定された場合はステッ
プＳ１２０に進み、低負荷運転領域でないと判定された
場合はステップＳ１３０に進み、フラグＦを０にしてリ
ターンする。さらに、ステップＳ１２０では、運転モー
ド設定手段１０３により設定される運転モードが希薄燃
焼か否か、即ち、希薄燃焼運転モード（リーン運転モー
ド）であるか否かを判定し、この判定の結果、リーン運
転モードである場合は制御解除条件を満たさないため、
追加燃料噴射制御を継続すべく、ステップＳ６０〜ステ
ップＳ８０の処理を行なう。

【００６７】したがって、本実施形態の筒内噴射型内燃
機関によれば、追加デバイスを設けることなく、追加燃
料噴射を例えば排気行程初期等に遅延させながらも、こ
の追加燃料を燃焼室１内又は排気ポート内で確実に燃焼
させることができ、これにより排出ガスを十分に昇温さ
せることができるため、触媒９の温度が低温で不活性状
態になっている場合でも、確実にしかも速やかに触媒９
を昇温させることができ、触媒９の早期活性化を図るこ
とができるという利点がある。特に、排気行程で追加燃
料を燃焼させると燃焼エネルギの多くが排出ガスの昇温
のために用いられることになり、極めて効率よく触媒９
を昇温させることができ、触媒９の早期活性化に大きく
寄与することになる。

【００６８】つまり、点火時期制御手段１０６によって
点火時期Ｔ_Gを遅角させ、主燃焼を緩慢にすることによ
って主燃焼の熱残存期間を延ばし、膨張行程以降の例え
ば排気行程初期まで熱残存期間を確保して、燃焼室内を
高温に保ち、この期間内に追加燃料噴射を行なうように
することで、追加燃料噴射による燃料が確実に燃焼し
て、触媒９の早期活性化を図ることができるのである。
特に、機関の冷態始動時や長期アイドル状態等の特定運
転状態において、排出ガス温度を約２００度以上に上昇
させることができるという利点がある。

【００６９】なお、図６（Ａ）は、主燃焼の点火時期Ｔ
_Gに対する燃焼可能な追加燃料噴射の噴射開始時期Ｔ
_INJの関係を模式的に示す特性図であり、図示するよう
に、点火時期Ｔ_Gを遅らせることで、追加燃料噴射の噴
射開始時期Ｔ_INJを遅らせることができ、例えば、点火
時期Ｔ_Gを圧縮上死点以降にすれば、追加燃料の噴射時
期Ｔ_INJを膨張下死点付近まで遅らせることもできる。
このような特性から、図６（Ｂ）に示すように、追加燃
料噴射開始時期Ｔ_INJに対する点火時期Ｔ_Gのリタード
量（制御量）の設定マップを作り、これに基づいて点火
時期制御を行なうことができる。

【００７０】つぎに、第２実施形態について説明する
と、この筒内噴射型内燃機関は、第１実施形態のもの
と、追加燃料噴射判定手段１０２が異なる。つまり、こ
の実施形態では、追加燃料噴射判定手段１０２によって
希薄燃焼運転が可能な状態か否かが判定されるようにな
っており、希薄燃焼運転が可能であると判定した場合は
運転モード設定手段１０３によって運転モードを希薄燃
焼運転モード（リーンモード）に切り替えるようになっ
ている。すなわち、通常の運転モードの選択ではストイ
キオモードが最適であるが、リーンモードでも特に支障
のない状況があり、このような場合、追加燃料噴射判定
手段１０２がリーンモードでの運転が可能であると判定
し、運転モード設定手段１０３が運転モードをリーンモ
ードに切り替えるのである。

【００７１】本実施形態の筒内噴射型内燃機関は、上述
のように構成されているので、例えば図７のフローチャ
ートに示すように触媒９の活性化のための制御が行なわ
れる。まず、ステップＡ１０〜ステップＡ４０の処理
は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここ
では、その説明を省略する。

【００７２】ステップＡ５０では、制御開始条件の一つ
である希薄燃焼か否かが判定され、この判定の結果、希
薄燃焼でないと判定された場合はステップＡ９０に進
み、希薄燃焼であると判定された場合はステップＡ６０
に進む。そして、ステップＡ９０では、追加燃料噴射判
定手段１０２によって希薄燃焼を行なうことができるか
否か（即ち、希薄燃焼運転モードに設定することができ
るか否か）を判定し、この判定の結果、希薄燃焼運転モ
ードに設定することができると判定された場合はステッ
プＡ１００に進み、運転モード設定手段１０３によって
運転モードを希薄燃焼運転モードに切り替え、触媒９の
活性化を図るべくステップＡ６０〜ステップＡ８０の処
理を行なう。

【００７３】なお、ステップＡ６０〜ステップＡ８０の
処理は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、
ここでは、その説明を省略する。一方、ステップＡ９０
で、希薄燃焼運転モードに設定することができないと判
定された場合はステップＡ１１０に進み、フラグＦを０
にリセットし、リターンする。

【００７４】ところで、ステップＡ２０で、フラグＦが
１であると判定された場合は、追加燃料噴射制御中であ
るため、制御解除条件を満たしているか否かを判定すべ
く、ステップＡ１２０〜ステップＡ１５０の処理が行な
われる。なお、ステップＡ１２０〜ステップＡ１５０の
処理は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、
ここでは、その説明を省略する。

【００７５】したがって、本実施形態の筒内噴射型内燃
機関は、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、
運転モード設定手段１０３により設定される運転モード
が希薄燃焼運転モードでない場合であっても、希薄燃焼
運転が可能な状況であれば、運転モードが希薄燃焼運転
モードに切り替えられるため、追加燃料噴射による燃料
を確実に燃焼させることができ、触媒９の早期活性化を
積極的に行なうことができるという利点がある。

【００７６】なお、本実施形態の筒内噴射型内燃機関で
は、機関の冷態始動時や長期アイドル状態等に触媒９の
早期活性化を図るために主燃焼の点火時期を遅角させる
とともに、追加燃料噴射を行なうように制御している
が、排出ガス温度の低下しやすい希薄燃焼運転を行なう
筒内噴射型内燃機関において、走行中にも、触媒９を昇
温させるためにこのような制御を行なうこともできる。
ただし、この場合、主燃焼に影響を与える点火時期制御
は行なわないようにして、追加燃料噴射のみにより、触
媒９の昇温を行なうようにすることが望ましい。また、
この場合点火時期の遅角を行なわないため、この分だけ
排出ガス温度の低下が早まることになるので、追加燃料
噴射のタイミングもやや早めることが必要になる。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の筒内噴射型内燃機関によれば、追加デバイスを設
けることなく、触媒が不活性状態であり、且つ、機関負
荷に基づく燃料量の噴射による希薄燃焼であるか又は希
薄燃焼が可能な場合に、点火時期を遅角させ、且つ、追
加燃料の噴射を膨張行程後期以降から排気行程初期の間
とすることで、主燃焼を緩慢にして、比較的遅延させて
行なった追加燃料噴射による燃料を燃焼室内又は排気ポ
ート内で確実に燃焼させることができると共に、燃焼エ
ネルギの多くが排出ガスの昇温のために用いられて効率
良く触媒を昇温させることができ、速やかに排出ガスの
温度を高めることができるため、触媒装置内の温度が低
温で不活性状態になっている場合でも、確実に、且つ速
やかに触媒を昇温させることができ、触媒の早期活性化
を図ることがという利点がある。

【００７８】請求項２記載の本発明の筒内噴射型内燃機
関によれば、触媒が不活性状態であり、且つ、機関負荷
に基づく燃料量の噴射による希薄燃焼であるか又は該希
薄燃焼が可能な場合に、点火時期を圧縮上死点後とし、
且つ、追加燃料の噴射を膨張行程後期以降とすること
で、主燃焼を緩慢にして主燃焼の熱残存期間延長を確実
に行なうことができるため、追加燃料の噴射時期を膨張
下死点付近に遅らせることができ、その結果、追加燃料
を燃焼室内又は排気ポート内で確実に燃焼させ、排気ガ
スを十分に昇温させることができると共に、燃焼エネル
ギの多くが排出ガスの昇温のために用いられて効率良く
触媒を昇温させることができ、速やかに触媒の活性化を
図ることができるという利点がある。

【００７９】請求項３記載の本発明の筒内噴射型内燃機
関によれば、触媒が不活性状態であり、且つ、機関負荷
に基づく燃料量の噴射による希薄燃焼であるか又は該希
薄燃焼が可能な場合に、点火時期を遅角させ、且つ追加
燃料の噴射を膨張下死点を中心としてクランク角±９０
°の範囲内とすることで、主燃焼を緩慢にして、主燃焼
の熱残存期間延長を確実に行ない、主燃焼による熱残存
期間内に追加燃料噴射を行なうようにして、追加燃料を
燃焼室内又は排気ポート内で確実に燃焼させ、排気ガス
を十分に昇温させることができると共に、燃焼エネルギ
の多くが排出ガスの昇温のために用いられて効率良く触
媒を昇温させることができ、速やかに触媒の活性化を図
ることができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃
機関の制御系の要部構成を模式的に示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃
機関における制御ブロック図である。

【図３】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃
機関の全体構成図である。

【図４】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃
機関の追加燃料の噴射タイミングを示す図である。

【図５】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃
機関の燃料噴射制御を説明するためのフローチャートで
ある。

【図６】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃
機関における点火時期と追加燃料噴射開始時期との関係
を示す図である。

【図７】本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内燃
機関の燃料噴射制御を説明するためのフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１燃焼室２吸気通路２ａサージタンク３排気通路４吸気弁５排気弁６エアクリーナ７スロットル弁８インジェクタ（燃料噴射弁）８ａインジェクタソレノイド８ｂインジェクタソレノイド用スイッチングトランジ
スタ９排出ガス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コ
ンバータ（触媒装置）９ＡリーンＮＯ_x触媒９Ｂ三元触媒１０排出ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）１０ｂ排気還流通路１０ａＥＧＲバルブ１１エアフローセンサ１２吸気温センサ１３大気圧センサ１４スロットルセンサ１５アイドルスイッチ１６アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバ
ルブ）１６Ａバイパス路１７酸素濃度センサ（Ｏ₂ センサ）１９冷却水温度センサ２０クランキングスイッチ又はイグニッションスイッ
チ２１クランク角検出手段としてのクランク角センサ
（エンジン回転数センサ）２２ＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２３電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４アクセルポジションセンサ２５バッテリセンサ２６触媒温度センサ２７ＣＰＵ２８，２９入力インタフェイス３０アナログ／デジタルコンバータ３１ＲＯＭ３２ＲＡＭ３４噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）３５点火プラグ５０エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）５０Ａバイパス路１０１燃料噴射制御手段１０２追加燃料噴射判定手段１０３運転モード設定手段１０４追加燃料噴射制御手段１０５通常燃料噴射制御手段１０６点火時期制御手段１０７点火装置１０８各種センサ類１０９タイマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/06 ３２５Ｆ０２Ｄ 41/06 ３２５ＺＡＢＺＡＢ 41/34 41/34 ＥＺＡＢＺＡＢＨ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ３０１Ｈ３０１ＪＺＡＢＺＡＢＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 ＺＡＢＥ (72)発明者古賀一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)発明者樋口義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 (56)参考文献特開平８−291729（ＪＰ，Ａ) 特開平６−93902（ＪＰ，Ａ) 特開平８−296485（ＪＰ，Ａ) 特開平６−101554（ＪＰ，Ａ) 特開平６−207542（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/02 325 F01N 3/24 F02D 41/06 325 F02D 41/34 F02D 43/00 301 F02P 5/15

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射
弁と、該燃料噴射弁により噴射された燃料を点火する点
火装置と、該燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料
噴射制御手段と、該燃焼室での燃焼後の排出ガスを浄化
するための触媒装置と、該点火装置による点火時期を制
御する点火時期制御手段とを備えた筒内噴射型内燃機関
において、該燃料噴射制御手段は、触媒が不活性状態であり、且
つ、機関負荷に基づく燃料量の噴射による希薄燃焼であ
るか又は該希薄燃焼が可能な場合に、上記機関の膨張行
程後期以降から排気行程初期の間に主燃料噴射とは異な
る追加燃料噴射を行なうように該燃料噴射弁を制御する
と共に、該点火時期制御手段が、上記追加燃料噴射時に上記主燃
料噴射に対する点火時期を遅角させることを特徴とす
る、筒内噴射型内燃機関。
【請求項２】燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射
弁と、該燃料噴射弁により噴射された燃料を点火する点
火装置と、該燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料
噴射制御手段と、該燃焼室での燃焼後の排出ガスを浄化
するための触媒装置と、該点火装置による点火時期を制
御する点火時期制御手段とを備えた筒内噴射型内燃機関
において、該燃料噴射制御手段は、触媒が不活性状態であり、且
つ、機関負荷に基づく燃料量の噴射による希薄燃焼であ
るか又は該希薄燃焼が可能な場合に、上記機関の膨張行
程後期以降に主燃料噴射とは異なる追加燃料噴射を行な
うように該燃料噴射弁を制御すると共に、該点火時期制御手段が、上記追加燃料噴射時に上記主燃
料噴射に対する点火時期をピストンの圧縮上死点後に設
定することを特徴とする、筒内噴射型内燃機関。
【請求項３】燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射
弁と、該燃料噴射弁により噴射された燃料を点火する点
火装置と、該燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料
噴射制御手段と、該燃焼室での燃焼後の排出ガスを浄化
するための触媒装置と、該点火装置による点火時期を制
御する点火時期制御手段とを備えた筒内噴射型内燃機関
において、該燃料噴射制御手段は、触媒が不活性状態であり、且
つ、機関負荷に基づく燃料量の噴射による希薄燃焼であ
るか又は該希薄燃焼が可能な場合に、上記機関の膨張行
程後期以降に主燃料噴射とは異なる追加燃料噴射を行な
うように該燃料噴射弁を制御すると共に、該点火時期制御手段が、上記追加燃料噴射時に上記主燃
料噴射に対する点火時期を遅角させるように構成され、上記燃料噴射制御手段が、クランク角検出手段からの検
出情報に基づいてピストンの膨張下死点を中心としてク
ランク角±９０°の範囲内で上記の追加燃料噴射を行な
うように制御することを特徴とする、筒内噴射型内燃機
関。