JPH10122015A - 排気昇温装置 - Google Patents

排気昇温装置

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JPH10122015A
JPH10122015A JP8282640A JP28264096A JPH10122015A JP H10122015 A JPH10122015 A JP H10122015A JP 8282640 A JP8282640 A JP 8282640A JP 28264096 A JP28264096 A JP 28264096A JP H10122015 A JPH10122015 A JP H10122015A
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Hiromitsu Ando
弘光 安東
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室1a内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
8 を備え、少なくとも圧縮行程時に該燃焼噴射弁8 より
燃料を噴射し火花点火して層状燃焼を行わせる筒内噴射
型内燃エンジン1 の排気昇温装置において、点火プラグ
35等の追加デバイスを設けることなく、追加燃料を確実
に燃焼させ、追加燃料の燃焼エネルギーを排気ガスの昇
温に有効に利用する。 【解決手段】 圧縮行程直後の膨張行程中期又はそれ以
降の膨張行程中に燃焼室1a内に残存する前炎反応生成物
濃度が着火限界濃度近傍になるようにエンジン制御パラ
メータ（θRD、空燃比）を制御し、膨張行程中期又はそ
れ以降の膨張行程中に燃料噴射弁35より追加燃料を噴射
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射し火花点火して層状燃焼させる筒内噴射型内燃
機関における冷機運転時等において、排気ガスを昇温さ
せ排気ガス浄化装置の早期活性化等に用いて好適な排気
昇温装置に関する。
【０００２】
【関連する技術分野】近年、車両に搭載される火花点火
式内燃エンジンにおいて、有害排出ガス成分の低減や燃
費の向上等を図るため、旧来の吸気管噴射型に代えて燃
焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射型のガソリンエンジ
ンが種々提案されている。筒内噴射型のガソリンエンジ
ンでは、例えば、燃料噴射弁からピストン頂部に設けた
キャビティ内に燃料を噴射することで、点火時点におい
て点火プラグの周囲に理論空燃比に近い空燃比の混合気
を生成させている。これにより、全体に希薄な空燃比で
も着火が可能となり、ＣＯやＨＣの排出量が減少すると
共に、アイドル運転時や低負荷走行時の燃費を大幅に向
上させることができる。
【０００３】また、このようなガソリンエンジンでは、
エンジンの運転状態、つまりエンジン負荷に応じて圧縮
行程噴射モードと吸気行程噴射モードとを切り換えるよ
うにしている。このように制御モードを切り換えること
により、低負荷運転時には、主として圧縮行程中に燃料
を噴射し、点火プラグの周囲やキャビティ内に局所的に
理論空燃比に近い混合気を形成させ、全体として希薄な
空燃比でも良好な層状燃焼が可能なようにしている（こ
の制御モードを圧縮リーンモードとも云う）。圧縮行程
噴射モードでは、全体空燃比を大きく（例えば、空燃比
４０に）設定しても運転可能であるため、新気吸入空気
量や排気ガス還流量（ＥＧＲ量）を多量に筒内に供給す
ることができ、これによりポンピングロスを低減させて
燃費を著しく改善することができる。このため、圧縮行
程噴射モードで運転する領域を極力拡げて燃費の改善を
図ることが望ましい。
【０００４】一方、中高負荷運転時には、主として吸気
行程中に燃料を噴射し、燃焼室内に均一な空燃比の混合
気を形成させ、吸気管噴射型のガソリンエンジンと同様
に、多量の燃料を燃焼させて加速時や高速走行時に要求
される出力を確保するようにしている。このような筒内
噴射型内燃エンジンの冷機始動時や外気温度が低い環境
下での低負荷運転時等において、排気通路に配設した排
気ガス浄化装置（単に触媒とも云う）が始動後なかなか
活性化しなかったり、一旦活性化した触媒が圧縮リーン
モード運転（排気流量が多く、リーン燃焼のために排気
温度が低くなる場合がある）により冷やされて不活性に
なり易いという問題がある。このような問題に対処する
ために、排気ガス温度を昇温させて触媒を早期活性化を
図る手法が種々提案されている。
【０００５】例えば、特開平４ー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
は排気行程の、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】この従来技術では、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
火種となる活性化学反応種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、従来技術のごとく、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。このため、排気を確実に昇温させるこ
とができず、早期に触媒を活性化できないという問題が
ある。
【０００８】そこで、膨張行程中に追加噴射した燃料を
点火プラグを用いずに燃焼させる手法が、特開平８ー１
００６３８号公報に提案されている。この提案は、通常
の燃料噴射（主燃焼のための燃焼噴射）の他に、膨張行
程中に追加の燃料を噴射し、この追加燃料を主燃焼の火
炎伝播により着火燃焼させ、排気ガス温度を昇温させよ
うとするものである。この手法によると、再燃焼させる
際に点火プラグを再作動させる必要がない利点があり、
また、排気ガス温度が通常よりも高くなるので、触媒が
活性化するまでの時間を短縮することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案の手法では、膨張行程中の追加燃料の噴射時期は、主
燃焼の火炎の伝播（熱炎の伝播）によって確実に着火で
きる時期（上記特開平８ー１００６３８号公報にはクラ
ンク角度で１０°〜８０°ATDCと記載されている）に限
定されてしまうことになる。このような膨張行程の早い
時期に追加燃料を燃焼させると、発生した熱エネルギの
一部が膨張仕事に奪われてしまい、本来の目的である排
気ガス温度を十分に上昇させることができなくなる。そ
して十分な排気温度上昇率を得るには追加燃料を増加さ
せる必要があり、余分な燃料が必要になる。
【００１０】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、追加燃料の燃焼エネルギーを有効に
排気ガスの昇温に利用するためには、膨張行程の中期又
はそれ以降に噴射してこれを燃焼させるのがよく、この
ような追加燃料を、追加デバイスを設けることなく、確
実に燃焼させて排気(排出ガス)を昇温させることができ
るようにした、排気昇温装置を提供することを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明の排気昇温装置は、燃焼室内
に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、少なくとも圧
縮行程時に該燃焼噴射弁より燃料を噴射し火花点火して
層状燃焼を行わせる筒内噴射型内燃エンジンの排気昇温
装置において、排気昇温が要求されるエンジン運転時に
作動して、前記圧縮行程直後の膨張行程中期又はそれ以
降の膨張行程中に前記燃焼室内に残存する前炎反応生成
物濃度が着火限界濃度近傍となるようにエンジン制御パ
ラメータを制御するエンジン制御手段と、該エンジン制
御手段の作動時に前記膨張行程中期又はそれ以降の膨張
行程中に前記燃料噴射弁より追加燃料を噴射させる追加
燃料制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】本発明は、従来技術のように主燃焼の火炎
が到達して追加燃料を燃焼させる、或いは主燃焼の火炎
に追加燃料を噴射してこれを燃焼させる、と云った技術
的思想に基づくものではなく、以下のような知見の基づ
いてなされたものである。図１は、圧縮行程に噴射され
た主燃料の燃焼と、膨張行程中期又はそれ以降の膨張行
程中に噴射された追加燃料の燃焼（以下、これらの燃焼
を「２段燃焼」という）のプロセスを概念的に説明する
もので、図２は、クランク角度の変化に対する筒内圧の
関係を示すものある。圧縮行程中に主燃料噴射が行われ
ると（図２のクランク角度位置CA1 ）、図１（ａ）に示
される通り、燃焼室に燃料の濃い部分とその周りの薄い
部分を有する混合気が形成される。この種の筒内噴射型
内燃エンジンでは、全体空燃比が理論空燃比より希薄側
にあるリーン混合気でも安定して燃焼が可能なように、
上述した、燃料濃度の濃い部分（理論空燃比近傍の混合
気）を点火プラグまわりに形成させ、その混合気の略中
央部を点火プラグで点火するようにしている（図１
（ｂ）、図２のクランク角度位置CA2 ）。
【００１３】混合気が着火しなければ筒内圧Ｐe は、ピ
ストンの往復動に伴う圧力上昇が生じるだけで、クラン
ク角度の変化と共に図２の細線で示す変化をするが、化
学反応と発熱を伴って混合気が着火すると図２の太線で
示すように変化する。この点火から着火に至る現象につ
いて、図３も参照してより詳細に説明すると、ガソリン
を空気と混合して火花点火すると、発熱を伴う通常の燃
焼、すなわち熱炎反応の前段階に、発熱を伴わない前炎
反応（冷炎と云うこともあるが、炎が観測されない場合
もあるので、このように云う）が先行する。前炎反応
は、過酸化物やホルムアルデヒドといった、連鎖分枝反
応を推し進めるに有効な活性な化学反応種（例えば、Ｃ
ＨＯ、Ｈ2Ｏ2、ＯＨ等。これらを「前炎反応生成物」と
いう）を生成する過程であり、混合気を圧縮したり高温
に曝すことにより進行するが、通常は火花点火により放
電周りに火炎核を形成させると、この火炎核の形成をき
っかけにその周囲で前炎反応が急速に進行する（図１の
（ｄ））。
【００１４】前炎反応が急速に進行するようすは図３に
より説明することができる。図３は、点火から着火に至
ることができる、燃料濃度が濃い混合気の特定の位置で
観測した前炎反応生成物濃度の変化を示している（図３
の点火から着火が生じるクランク角度位置は図２に示す
「ＤＺ領域」に対応する）。クランク角度位置CA1 の時
点で燃料噴射されて形成された混合気は、断熱圧縮によ
って加熱され、その間僅かではあるが前炎反応生成物濃
度が増加する（図３のCA1 時点からCA2 時点）。そし
て、点火をきっかけに前炎反応生成物濃度が急速に増殖
し、その濃度がある平衡濃度INTDを超えると（図３のCA
3 時点）前炎反応速度が指数関数的に爆発的に進行し、
この時点をもって「着火」と定義され、この時点で火炎
（熱炎）が発生し（図１の（ｄ））、「前炎反応」過程
から「熱炎反応」過程に移行する。熱炎反応が進行する
と、その位置での前炎反応生成物濃度は急激に減少し、
代わってＣＯ2やＨ2Ｏ、未燃炭化水素ＴＨＣ（Total Hy
dorcarbons）と云った最終生成物濃度（図３中破線で示
す）が急激に増加することになる。
【００１５】熱炎反応が生じた位置に隣接する位置で
は、熱炎から反応熱の供給を受け前炎反応が始まり、こ
こでも急速に前炎反応生成物濃度を増し、やがて熱炎反
応が開始される。このようにして熱炎反応が開始された
領域（熱炎）が外方に順次伝播して行き（図１の
（ｅ）、このように火炎面が伝播していく現象を「火炎
伝播」という）、火炎は燃料濃度の薄い領域と濃い領域
の境界まで達する。境界まで達すると、火炎は、燃料濃
度の薄い領域に伝播することはできず、火炎伝播は止ま
るが、薄い混合気部分に存在する燃料は濃い混合気部分
からの反応熱の供給を受けるため、緩やかであるが前炎
反応が持続される（図１の（ｆ））。
【００１６】図４は、燃料濃度が薄い混合気部分の特定
の位置で観測した前炎反応生成物濃度変化を示してお
り、濃い混合気部分の燃焼が終わる膨張行程の中期から
後期のクランク角度位置近傍（図２の「ＷＺ領域」）に
おいて前炎反応生成物が高濃度で持続していることを示
している。この状態において追加燃料を噴射すると、追
加燃料が筒内の高温雰囲気に曝されるため、追加燃料の
前炎反応が通常（常温）より早く進む。このため、この
反応により新たに発生した前炎生成物と主燃焼後に筒内
に残存していた前炎生成物との総和量が着火限界濃度を
超えると自己着火を開始し、特に火花点火なしで追加燃
料を燃焼させることができる。
【００１７】請求項１の本発明は、このような知見に着
目してなされたもので、濃い混合気部分の燃焼が終わる
膨張行程の中期又はそれ以降の膨張行程中に、追加燃料
を噴射し、筒内全体で前炎反応生成物濃度を着火限界濃
度を超える値に制御すれば（図１の（ｇ）、図２及び図
４のCA4 時点）、点火プラグを再点火することなく、ま
た膨張行程前期の濃い混合気からの熱炎の伝播（火炎伝
播）に依存することなく、追加燃料を自己着火させて燃
焼させることができ、従来技術のように、火炎伝播時に
追加燃料を噴射する場合に比較し、追加燃料による発生
熱エネルギーの一部が膨張仕事に奪われることなく、確
実に排気を昇温させることができる。
【００１８】そこで、点火時期や空燃比等のエンジン制
御パラメータを種々変化させて、濃い混合気部分の燃焼
が終わる膨張行程中期又はそれ以降の膨張行程に、燃焼
室内の前炎反応生成物濃度を残存させ、着火限界濃度を
超える値に制御するための実験データを求めた。図５
は、点火時期Ｔigと追加燃料の噴射タイミングを種々変
化させた場合の、排気温度と追加燃料の噴射タイミング
の関係を示している。実験条件としては、吸入空気量を
一定に保持し、主燃料噴射量を全体空燃比が３０になる
ように設定し、追加燃料量を主燃料噴射量を加えて総量
で全体空燃比が理論空燃比（１４．７）になるように設
定した。
【００１９】また図６は、図５と同様に、点火時期Ｔig
と追加燃料の噴射タイミングを種々変化させた場合の、
排気温度と追加燃料の噴射タイミングの関係を示してお
り、この場合、主燃料噴射量を全体空燃比が４０になる
ように設定し、追加燃料量を主燃料噴射量を加えて総量
で全体空燃比が理論空燃比（１４．７）になるように設
定し、その他の実験条件は図５と同じに設定した。すな
わち、図６に示す実験では、主燃料噴射量が図５のそれ
に比べて少なく、図１の（ａ）に示す濃い混合気部分が
小さくなっている。
【００２０】図７は、図５と同じ実験結果から、点火時
期Ｔigと追加燃料の噴射タイミングをパラメータにして
排気温度及び排気ガス中の未燃炭化水素量マップを示し
たものである。これらの実験結果から、追加燃料の噴射
タイミングを膨張行程の初期（クランク角度で４５°AT
DC位）から中期（クランク角度で６５°ATDC位）に向け
て変化させると、追加燃料が燃えずにＴＨＣ（Total Hy
drocarbons) として排出される量が増え、排気温度の上
昇も悪化する。一方、膨張行程中期以降に追加燃料を噴
射すると、クランク角度で９０°〜１００°付近で排気
温度のピークが得られる。即ち、膨張行程初期と膨張行
程中期以降とでは、排気温度の上昇自体はほぼ同程度で
あるが、膨張行程中期以降に追加燃料を噴射する方が膨
張仕事に奪われるエネルギが少なく、しかも、効率良く
熱エネルギに変換でき、燃費の悪化が少ないため、望ま
しい。
【００２１】そして、これらの実験結果から、主燃料の
点火時期は、遅角すればするほど排気温度が上昇するこ
とが明らかになった。点火時期を遅角させると、燃焼が
緩慢になり、火炎伝播が遅れることになり、火炎が十分
に伝播する前に筒内圧が低下するために消炎し、結果と
して前炎反応生成物濃度が増加することになる。このた
め、追加燃料の燃焼速度が増加し、大きな昇温効果が得
られたものと考えられる。
【００２２】又、図５と図６の実験結果の比較から明ら
かなように、主燃料噴射量を全体空燃比が４０になるよ
うに設定すると、点火時期のリタード量の如何に関わら
ず大きな昇温効果を得ることができる。空燃比をリーン
化すると緩慢な燃焼が生じ、、点火時期を遅角した場合
と同様の結果が得られるものと考えられる。これらの実
験結果は、膨張行程中期又はそれ以降の膨張行程に、燃
焼室内の前炎反応生成物濃度を残存させ、追加燃料を噴
射した後に前炎反応生成物濃度が着火限界濃度を超える
値に制御するためには、点火時期の遅角、空燃比のリー
ン化、その他の方法によって、主燃料の燃焼を緩慢にす
ればよいことを示唆している。
【００２３】そこで上記実験結果から、追加燃料の噴射
タイミングは、前炎反応生成物が多くなるクランク角度
で７０〜１１０°ATDCに設定するのが良く、このように
設定したクランク角度を膨張行程中期又はそれ以降の膨
張行程と定義することが出来る。そして、特に排気の昇
温効果を得るにはクランク角度で８０〜１００°ATDCに
設定するのが好ましい。
【００２４】また、上記のクランク角度で７０〜１１０
°ATDCの膨張行程中期又はそれ以降の膨張行程中に前炎
反応生成物濃度を着火限界濃度を超えるようにするに
は、エンジン制御手段として点火時期設定手段を備えて
構成し、点火時期をクランク角度で１０°BTDC〜５°AT
DCに設定するのがよく（請求項２の発明）、更に層状燃
焼（主燃焼）の安定性を考慮すると、５°BTDC〜TDC に
設定するのが好ましい。この場合、エンジン制御手段と
して空燃比制御手段を備えて構成し、層状燃焼時の空燃
比を２５以上に設定すればよいが（請求項２の発明）、
層状燃焼（主燃焼）の安定性を考慮すれば、更に層状燃
焼時の空燃比を３０〜４０程度に設定するのがより好ま
しい。
【００２５】しかしながら、層状燃焼時の空燃比を３５
以上に設定すれば（請求項４の発明）、層状燃焼時の点
火時期を遅角させる必要がなく、空燃比の調整だけで膨
張行程中期又はそれ以降の膨張行程中の追加燃料噴射後
に前炎反応生成物濃度を着火限界濃度を超える値に制御
することができる。何れにしても、エンジン制御手段と
して、点火時期設定手段及び空燃比制御手段の少なくと
も一方を備えて構成し、排気昇温が要求されるエンジン
運転時に、当該エンジン制御手段の作動前の制御に比較
して、層状燃焼の点火時期を遅角側に、又は層状燃焼の
空燃比を希薄側に制御すれば、膨張行程中期又はそれ以
降の膨張行程中（追加燃料噴射前）に前炎反応生成物濃
度を着火限界濃度近傍になるように制御することが出来
る（請求項５の発明）。
【００２６】尚、本発明の排気昇温装置は、少なくとも
圧縮行程時に該燃焼噴射弁より燃料を噴射し火花点火し
て層状燃焼を行わせる、圧縮行程噴射モードで制御する
エンジンであればよく、このモードに加え吸気行程噴射
モードでも制御でき、これらのモードを切り換えて制御
するエンジンでもよいことは勿論のことである。本発明
の排気昇温装置は、排気ガス浄化装置を備える内燃エン
ジンに適用され、排気ガス中のＣＯ，ＨＣ及びＮＯx を
浄化する三元機能を有する三元触媒や、希薄燃焼時に主
にＮＯx を浄化するリーンＮＯx 触媒を備える内燃エン
ジンに好適に適用される。またこのリーンＮＯx 触媒の
下流に、三元触媒を備えるエンジンでも良く、この場
合、リーンＮＯx 触媒でのＮＯx 浄化を妨げることな
く、リーンＮＯx 触媒で十分に浄化できなかったＣ０や
ＨＣを確実に浄化することができる点で好ましいが、リ
ーンＮＯx 触媒が三元機能を有する場合にはリーンＮＯ
x 触媒のみ配置してもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。図８は、車両に搭載され
た本発明に係る筒内噴射ガソリンエンジンの制御装置の
一実施形態を示す概略構成図である。図８において、符
号１は、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴
射する、自動車用筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジ
ン（以下、単にエンジンと記す）であり、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
エンジン、即ち４サイクルエンジンである。そして、こ
のエンジン１は、燃焼室１ａを始め吸気装置やＥＧＲ装
置１０等が筒内噴射専用に設計されている。
【００２８】エンジン１のシリンダヘッドには、各気筒
毎に点火プラグ３５と共に電磁式の燃料噴射弁８も取り
付けられており、燃焼室１ａ内に直接燃料が噴射される
ようになっている。また、シリンダ内を摺動して往復動
するピストンの頂面には、上死点近傍で燃料噴射弁８か
らの燃料噴霧が到達する位置に、半球状のキャビティが
形成されている（図示せず）。また、このエンジン１の
理論圧縮比は、吸気管噴射型のものに比べ、高く（本実
施例では、１２程度）設定されている。動弁機構として
はＤＯＨＣ４弁式が採用されており、シリンダヘッドの
上部には、吸排気弁４，５をそれぞれ駆動するべく、吸
気側カムシャフトと排気側カムシャフトとが回転自在に
保持されている。
【００２９】シリンダヘッドには、両カムシャフトの間
を抜けるようにして、略直立方向に吸気ポート２ａが形
成されており、この吸気ポート２ａを通過した吸気流が
燃焼室１ａ内で後述する逆タンブル流を発生させるよう
になっている。一方、排気ポート３ａについては、通常
のエンジンと同様に略水平方向に形成されているが、斜
めに大径のＥＧＲポート（図示せず）が分岐している。
図中、１９は冷却水温Ｔw を検出する水温センサであ
り、２１は各気筒の所定のクランク位置（本実施例で
は、５°BTDCおよび７５°BTDC）でクランク角信号ＳＧ
Ｔを出力するクランク角センサであり、３４は点火プラ
グ３５に高電圧を出力する点火コイルである。尚、クラ
ンクシャフトの半分の回転数で回転するカムシャフトに
は、気筒判別信号ＳＧＣを出力する気筒判別センサ（図
示せず）が配設されており、このセンサからの信号によ
ってクランク角信号ＳＧＴがどの気筒のものかを判別す
る。
【００３０】図８に示したように、吸気ポート２ａに
は、サージタンク２ｂを有する吸気マニホールド２を介
して、エアクリーナ６ａ，スロットルボディ６ｂ，ステ
ッパモータ式のアイドルスピードコントロールバルブ
（以下、アイドル調整弁という）１６を具えた吸気管６
が接続している。更に、吸気管６には、スロットルボデ
ィ６ｂを迂回して吸気マニホールド２に吸入空気を導入
する、大径のエアバイパスパイプ５０ａが併設されてお
り、その管路にはリニアソレノイド式で大型のエアバイ
パスバルブ（ＡＢＶ弁という）５０が設けられている。
尚、エアバイパスパイプ５０ａは、吸気管６に準ずる流
路面積を有しており、ＡＢＶ弁５０の全開時にはエンジ
ン１の低中速域で要求される量の吸入気が流通可能とな
っている。一方、アイドル調整弁１６は、ＡＢＶ弁５０
より小さい流路面積を有しており、吸入空気量を精度よ
く調整する場合にはアイドル調整弁１６を使用する。
【００３１】スロットルボディ６ｂには、流路を開閉す
るバタフライ式のスロットル弁７と共に、スロットル開
度θthを検出することでアクセル開度情報を検出するス
ロットルセンサ１４と、全閉状態を検出するアイドルス
イッチ１５とが備えられている。また、エアクリーナ６
ａの内部には、吸気密度を求めるための吸気温センサ１
２、大気圧センサ１３が配設されており、大気圧Ｐa 、
吸気温度Ｔa に対応する信号を出力する。更に、吸気管
６の入口近傍には、カルマン渦式のエアフローセンサ１
１が配設されており、一吸気行程当たりの体積空気流量
Ｑa に比例した渦発生信号を出力する。
【００３２】また、前述したＥＧＲポートは、大径のＥ
ＧＲパイプ１０ｂを介して、スロットル弁７の下流、且
つ、吸気マニホールド２の上流に接続されており、その
管路にはステッパモータ式のＥＧＲ弁１０ａが配設され
ている。一方、排気ポート３ａには、Ｏ2センサ１７が
取付けられた排気マニホールド３が接続されており、更
に、排気ガス浄化用触媒としての排気ガス浄化用触媒コ
ンバータ（触媒）９や図示しないマフラー等を具えた排
気パイプ（排気通路）３ｂが接続されている。Ｏ2セン
サ１７は、排ガス中の酸素濃度を検出して、検出信号を
出力する。また、触媒９の下流側部分には、触媒若しく
はその近傍の温度（以下これを触媒温度と云う）Ｔccを
検出する触媒温度センサ(高温センサ)２６が取り付けら
れている。そして、燃焼室１ａから排気マニホールド３
に排出された排気ガスは、触媒コンバータ９で排気ガス
中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯx の３つの有害成分が浄化された
後、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。特に、本エンジンは、空燃比を燃料希薄側（リ
ーン側）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気ガ
ス中のＮＯx を十分に浄化できないため、触媒９は、リ
ーンＮＯx 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ＮＯx 触媒９ａの下流
に、理論空燃比下で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ及びＮＯx
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。これは、三元触媒９ｂをりーンＮＯx 触
媒９ａの上流に配置してリーンＮＯx 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ＮＯx 触媒が三元機能を有する場合にはリーンＮＯx
触媒を１つだけ配置してもよい。
【００３３】車体後部には、図示しない燃料タンクが設
置されている。そして、燃料タンクに貯留された燃料
は、電動式の低圧燃料ポンプで吸い上げられ、低圧フィ
ードパイプを介して、エンジン１側に送給される。エン
ジン１側に送給された燃料は、シリンダヘッドに取り付
けられた高圧燃料ポンプ（これらは図示されない）によ
り、高圧フィードパイプとデリバリパイプとを介して、
各燃料噴射弁８に送給される。
【００３４】車室内には、ＥＣＵ（電子制御ユニット）
２３が設置されており、このＥＣＵ２３には図示しない
入出力装置，制御プログラムや制御マップ等の記憶に供
される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性ＲＡＭ
等），中央処理装置（ＣＰＵ），タイマカウンタ等が具
えられ、エンジン１の総合的な制御を行っている。ＥＣ
Ｕ２３の入力側には、作動時にエンジン１の負荷となる
エアコン装置、パワーステアリング装置、自動変速装置
等の作動状況を検出するスイッチ類、等が夫々接続さ
れ、各検出信号をＥＣＵ２３に供給している。尚、ＥＣ
Ｕ２３には、上述した各種のセンサ類やスイッチ類の他
に、図示しない多数のスイッチやセンサ類が入力側に接
続されており、出力側にも各種警告灯や機器類等が接続
されている。
【００３５】ＥＣＵ２３は、上述した各種センサ類及び
スイッチ類からの入力信号に基づき、燃料噴射モードや
燃料噴射量を始めとして、燃料噴射終了時期、点火時期
やＥＧＲガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁８、点火
コイル３４，ＥＧＲ弁１０ａ等を駆動制御する。次に、
エンジン１の通常制御、即ち、後述する排気昇温制御を
行わない場合の制御について簡単に説明する。
【００３６】冷機時のエンジン始動において、ＥＣＵ２
３は、吸気行程噴射モードを選択し、比較的リッチな空
燃比となるように燃料を噴射する。これは、冷機時には
燃料の気化率が低いため、圧縮行程噴射モードで噴射を
行った場合、失火や未燃燃料の排出が避けられないため
である。また、ＥＣＵ２３は、始動時にはＡＢＶ弁５０
を閉鎖するため、燃焼室１ａへの吸入空気はスロットル
弁７の隙間やアイドル調整弁１６から供給される。尚、
アイドル調整弁１６とＡＢＶ弁５０とはＥＣＵ２３によ
り一元管理されており、スロットル弁７を迂回する吸入
空気（バイパスエア）の必要導入量に応じてそれぞれの
開弁量が決定される。
【００３７】始動後冷却水温ＴW が所定値に上昇するま
では、ＥＣＵ２３は、始動時と同様に吸気行程噴射モー
ドを選択して燃料を噴射すると共に、ＡＢＶ弁５０も継
続して閉鎖する。また、エアコン等の補機類の負荷の増
減に応じたアイドル回転数の制御は、吸気管噴射型と同
様にアイドル調整弁１６（必要に応じてＡＢＶ弁５０も
開弁される）によって行われる。更に、所定サイクルが
経過してＯ2センサ１７が活性温度に達すると、ＥＣＵ
２３は、Ｏ2センサ１７の出力電圧に応じて空燃比フィ
ードバック制御を開始し、有害排出ガス成分を触媒９に
より浄化させる。このように、冷機時においては、吸気
管噴射型と略同様の燃料噴射制御が行われるが、吸気ポ
ート壁面への燃料滴の付着等がないため、制御の応答性
や精度は高くなる。
【００３８】エンジン１の暖機が終了すると、ＥＣＵ２
３は、スロットル開度θth等から得た目標筒内有効圧
（目標負荷）Ｐe とエンジン回転数（回転速度）Ｎe と
に基づき、図９の燃料噴射制御マップから現在の燃料噴
射制御領域を検索し、燃料噴射モードと燃料噴射量とを
決定して燃料噴射弁８を駆動する他、ＡＢＶ弁５０やＥ
ＧＲ弁４５の開弁制御等も行う。
【００３９】例えば、アイドル運転時等の低負荷・低回
転運転時には図９中斜線で示す圧縮行程噴射リーン域と
なるため、ＥＣＵ２３は、圧縮行程噴射モードを選択す
ると共にＡＢＶ弁５０及びＥＧＲ弁１０ａを運転状態に
応じて開弁し、リーンな空燃比（本実施例では、20〜40
程度）となるように燃料を噴射する。この時点では燃料
の気化率が上昇すると共に、図１０に示したように吸気
ポート２ａから流入した吸気流が矢印で示す逆タンブル
流８０を形成するため、燃料噴霧８１がピストンのキャ
ビティ内に保存される。その結果、点火時点において点
火プラグ３５の周囲には理論空燃比近傍の混合気が形成
されることになり、全体として極めてリーンな空燃比
（例えば、全体空燃比で50程度）でも着火が可能とな
る。これにより、ＣＯやＨＣの排出が極く少量になると
共に、排気ガスの還流によってＮＯxの排出量も低く抑
えられる。そして、ＡＢＶ弁５０及びＥＧＲ弁１０ａを
開弁することによるポンピングロスの低減も相俟って燃
費が大幅に向上する。そして、負荷の増減に応じたアイ
ドル回転数の制御は、燃料噴射量を増減させることによ
り行うため、制御応答性も非常に高くなる。
【００４０】尚、圧縮行程噴射モードにおいては、噴射
弁８から噴射された燃料噴霧が前述した逆タンブル流に
乗って、点火プラグ３５に到達しなければならないし、
到達して点火時点までに燃料が蒸発して点火容易な混合
気が形成されていなければならない。平均空燃比が２０
以下になると点火プラグ３５近傍において局所的にオー
バリッチな混合気が生成されて所謂リッチ失火が生じる
一方、４０以上になると希薄限界を超えてやはり失火
（所謂リーン失火）が生じ易くなる。このため、後述す
るように燃料噴射開始及び終了のタイミングや点火のタ
イミングが正確に制御されると共に、平均空燃比が２０
〜４０の範囲になるように設定され、この範囲を超える
場合には、後述する吸気行程噴射モードに切り換えられ
る。
【００４１】また、低中速走行時は、その負荷状態やエ
ンジン回転速度Ｎe に応じて、図９中の吸気行程噴射モ
ードによるリーン域あるいはストイキオフィードバック
域（理論空燃比フィードバック制御域）となるため、Ｅ
ＣＵ２３は、吸気行程噴射モードを選択すると共に、所
定の空燃比となるように燃料を噴射する。すなわち、吸
気行程噴射モードのリーン域では、比較的リーンな空燃
比（例えば、２０〜２３程度）となるようにＡＢＶ弁５
０の開弁量と燃料噴射量とを制御し、ストイキオフィー
ドバック域（Ｓ−ＦＢ域）では、ＡＢＶ弁５０とＥＧＲ
弁１０ａとを開閉制御すると共に（但し、ＥＧＲ弁１０
ａを開閉制御するのは、ストイキオフィードバック域の
特定の領域のみで行われる）、Ｏ2センサ１７の出力電
圧に応じて空燃比フィードバック制御を行う。図１１に
示したように吸気ポート２ａから流入した吸気流が逆タ
ンブル流８０を形成するため、燃料噴射開始時期又は終
了時期を調整することにより吸気行程噴射モードのリー
ン域（吸気リーン域）においても、逆タンブルによる乱
れの効果でリーンな空燃比でも着火が可能となる。尚、
ストイキオフィードバック域では、比較的高い圧縮比に
より大きな出力が得られると共に、有害排出ガス成分が
触媒９により浄化される。
【００４２】そして、急加速時や高速走行時は図９中の
オープンループ制御域となるため、ＥＣＵ２３は、吸気
行程噴射モードを選択すると共にＡＢＶ弁５０を閉鎖
し、スロットル開度θthやエンジン回転速度Ｎe 等に応
じて、比較的リッチな空燃比となるように燃料を噴射す
る。この際には、圧縮比が高いことや吸気流が逆タンブ
ル流８０を形成することの他、吸気ポート２ａが燃焼室
１ａに対して略直立しているため、慣性効果によっても
高い出力が得られる。
【００４３】更に、中高速走行中の惰行運転時は図９中
の燃料カット域となるため、ＥＣＵ２３は、燃料噴射を
完全に停止する。これにより、燃費が向上すると同時
に、有害排出ガス成分の排出量も低減される。尚、燃料
カットは、エンジン回転速度Ｎe が復帰回転速度より低
下した場合や、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場
合には即座に中止される。
【００４４】次に、本発明に係る排気昇温制御手順につ
いて、図１２に示すフローチャートを参照して説明す
る。図１２に示す排気昇温制御ルーチンは、上述した通
常の制御が実行されている間、クランク角センサ２１か
らクランク角信号ＳＧＴが出力される毎に繰り返し実行
される。
【００４５】ＥＣＵ２３は、先ずステップＳ１０におい
て、触媒温度Ｔcc、冷却水温Ｔw 、吸入空気流量Ｑa 、
スロットル開度θth、エンジン回転数Ｎe 、大気圧Ｐa
、吸気温Ｔa 等の各種エンジン運転状態量を読み込
む。そして、ステップＳ１２に進み、触媒温度Ｔccと触
媒判別温度Ｔcwを比較することによって触媒９が活性状
態にあるか否かを判別する。この触媒判別温度Ｔcwは、
触媒活性目標温度であって、触媒活性下限温度に応じて
定められ、例えば、触媒活性下限温度にある所定温度を
加えた値として設定することができる。この触媒活性下
限温度は、本実施形態にかかるリーンＮＯx 触媒では４
００度程度である。尚、この判別には、触媒温度だけで
はなく、後述の排気昇温制御を禁止する条件が成立して
いるか否かの判別を加えるようにしてもよいことは勿論
のことである。例えば、始動直後にエンジン回転数Ｎe
が所定回転数を超えるまでの期間又はエンジン回転数が
安定する一定時間（例えば４秒程度）は排気昇温制御を
禁止させたり、また、排気昇温制御中に空気量調整手段
（例えば、スロットル弁）の開度に変化があった場合に
は制御を禁止させても良い。特に後者の場合、空気量調
整手段が開方向に変化したとき、加速の要求に伴い燃料
噴射量が増加され排ガス温度が本発明の制御なしで上昇
し得るためであり、また空気量調整手段が閉方向に変化
したときには、燃料カット制御となるため、基本的に排
気昇温制御は行えないので禁止する。
【００４６】触媒温度Ｔccが触媒判別温度Ｔcwより高い
場合、或いは排気昇温制御禁止条件が成立している場合
には、触媒９は活性状態にあると判別して（ステップＳ
１２の判別結果が「Ｙ」の場合）、ステップＳ１４に進
む。このステップでは上述した通常の制御が実行され、
主燃料噴射だけが行われ、追加噴射は行わない。従っ
て、エンジン運転状態に応じて前述した圧縮行程噴射モ
ード制御又は吸気行程噴射モード制御が実行される。
【００４７】触媒温度Ｔccが触媒判別温度Ｔcwより低い
場合、或いは排気昇温制御禁止条件が不成立の場合に
は、触媒９は不活性状態にあると判別して（ステップＳ
１２の判別結果が「Ｎ」の場合）、以下の排気昇温制御
が実行される。この排気昇温制御は、主燃料噴射を圧縮
リーンモードで行い、その点火時期も遅角制御される。
より詳細には、先ずステップＳ１６において、点火時期
θRDをリタードマップから読み出す。排気昇温制御の主
燃料噴射の点火時期は、前述した図５乃至図７の実験結
果と類似の実験データから、触媒温度Ｔcc、目標排気温
度、冷却水温度Ｔw 等に応じて読み出され、更に大気圧
Ｐa や吸気温度Ｔa に応じて吸気密度補正が行われる。
何れにしても、点火時期θRDは、クランク角度で１０°
BTDC〜５°ATDCの範囲内の適宜値に設定される。
【００４８】次に、ステップＳ１８において冷却水温度
Ｔw が所定の判別温度Ｔwoより小であるか否かを判別す
る。図５と図６の比較から、２段燃焼を行う場合には、
主燃料噴射時の空燃比は４０程度に大きい値に設定する
のが昇温効果上有利であるが、冷却水温度Ｔw が判別温
度Ｔwo（例えば、５０℃）より低いエンジン冷機時には
（ステップＳ１８の判別結果が肯定「Ｙ」の場合）、主
燃料噴射時の安定燃焼が優先され、ステップＳ２０にお
いて、目標空燃比ＡＦをリーン化第１マップから読み出
す。一方、冷却水温度Ｔw が判別温度Ｔwo以上の場合に
は（ステップＳ１８の判別結果が否定「Ｎ」の場合）、
不安定燃焼の虞はなくステップＳ２２において、目標空
燃比ＡＦをリーン化第２マップから読み出す。
【００４９】従って、リーン化第１マップから読み出さ
れる目標空燃比は、リーン化第２マップから読み出され
るものより、同一のエンジン運転状態量で比べて小さい
値に設定され、前述したとおり、点火プラグ３５近傍に
形成される混合気の局所的な空燃比が安定燃焼に最適な
値（理論空燃比）になるように設定されている。このた
め、水温に応じた（主燃料噴射時の燃焼状態に応じた）
目標空燃比の設定がし易くなるというメリットがある。
【００５０】第１及び第２マップから目標空燃比を読み
出すエンジン運転状態量としては、例えば、エンジン回
転数Ｎe と目標平均有効圧Ｐe が用いられ、これらのパ
ラメータ値Ｎe とＰe により、予め実験的に求められ、
エンジン１の暖機状態に応じたマップ値（ＡＦ＝ｆ（Ｐ
e ，Ｎe ））が設定され、前述したＥＣＵ２３の記憶装
置に記憶されている。目標平均有効圧Ｐe は、運転者が
望むエンジン出力と相関しており、スロットル開度θth
とエンジン回転数Ｎe に応じて目標平均有効圧マップか
ら読み出すことができる。
【００５１】次いで、ステップＳ２４において、読み出
した目標空燃比ＡＦを用いて主燃料噴射時間（燃料噴射
弁８の開弁時間）Ｔinjmを次式(M1)により演算する。 Ｔinjm＝Ｋ×（Ｑa ×γ／ＡＦ）×（Ｋwt×...）×Ｋg ＋ＴDEC...(M1) ここに、Ｋwt、Ｋaf... 等はエンジン水温Ｔw 等に応じ
て設定される各種補正係数であり、エンジン運転状態に
応じて設定される。Ｋg は、噴射弁８のゲイン補正係
数、ＴDEC は、無効時間補正値であり、目標平均有効圧
Ｐe とエンジン回転数Ｎｅとに応じて設定される。Ｋ
は、燃料量を開弁時間に変換する変換係数であり、定数
である。
【００５２】主燃料噴射時間Ｔinjmの演算が終わると次
ステップＳ２６において追加燃料の噴射時間Ｔinjaを次
式(M2)により演算する。追加燃料噴射量は、主燃焼後の
気筒内に残存する酸素量に応じて設定される。すなわ
ち、主燃焼噴射量及び追加燃料噴射量を加えた１サイク
ル当たり全燃料噴射量と、１気筒１サイクル当たりの吸
入空気量Ｑa とで求められる空燃比が運転状態に合わせ
た目標空燃比（例えば、エンジン回転数１５００rpm で
主燃焼の安定化を図った場合には若干、理論空燃比より
希薄側（例えば１５程度）が好ましい）になるように設
定して、排気昇温が最大になるように設定される。
【００５３】 Ｔinja＝Ｋ×Ｑa ×γ（（１／理論ＡＦ）ー（１／ＡＦ））×（Ｋwt×...） ×Ｋg ＋ＴDEC ...(M2) このように、主燃焼噴射量と追加燃料噴射量の演算が終
わると、ステップＳ２８において主燃料噴射と点火を行
う。主燃料噴射は圧縮行程に行われるが、ステップＳ１
６において設定した点火時期θRDに応じ、最も安定して
点火ができる時期に混合気が点火プラグ３５近傍の好適
位置に到達できるように、主燃料噴射の開始時期を決定
するのが好ましい。従って、本実施形態では、主燃料噴
射開始時期が点火時期θRDの関数として設定されてお
り、圧縮行程の設定した主燃料噴射開始時期に燃料噴射
弁８を開弁駆動して主燃料の噴射を開始している。
【００５４】次いで、ステップＳ３０に進み、膨張行程
中期の所定の時期に追加燃料の噴射が行われる。追加燃
料の噴射開始時期は、図５乃至図７に示されるような実
験結果から、膨張行程中期である、例えばクランク角度
９０°ATDCに固定してもよいが、大気圧Ｐa や吸気温度
Ｔa 等の環境条件に応じ、昇温効率が最大となる時期を
考慮して設定されている。このような追加燃料噴射開始
時期は、予め実験的に設定されＣＰＵ２３の前述の記憶
装置に記憶させておけばよい。
【００５５】ＥＣＵ２３が、このように設定した追加燃
料噴射開始時期の到来を待って、燃料噴射弁８を開弁駆
動し、追加燃料の噴射を行うと、その噴射時点では、主
燃料噴射によって燃焼室１ａ内に形成された希薄混合気
部分に前炎反応生成物が、着火限界近傍の濃度で存在し
ており、筒内の高温雰囲気に噴射された追加燃料から発
生する前炎反応生成物との総量が着火限界を超えて自己
着火し、追加燃料の燃焼が開始される。追加燃料による
発生熱エネルギは、その一部が膨張仕事に奪われること
なく、確実に排気を昇温させる。
【００５６】尚、上述の実施形態の排気昇温制御では、
追加燃料の噴射量は、主燃料噴射量を加えた全体噴射量
が１気筒１サイクル当たりの全体空燃比が運転状態に合
わせた目標空燃比になるように設定したが、追加燃料の
噴射量は、このような設定方法には限定されず、場合に
よっては、１気筒１サイクル当たりの全体空燃比が理論
空燃比より小さくなっても大きくなってもよく、また、
再燃焼可能なー定の噴射量として設定するようにしても
よい。
【００５７】また、上述の実施形態の排気昇温制御で
は、主燃料の点火時期を遅角して緩慢燃焼をさせ、膨張
行程中期或いはそれ以降に、前炎反応生成物濃度が着火
限界濃度近傍の濃度に制御したが、別の実施形態では、
主燃料の点火時期を通常運転時に比較して遅角すること
をせず、主燃焼の空燃比を３５以上に希薄化（リーン
化）するだけで緩慢燃焼をさせ、膨張行程中期或いはそ
れ以降に、前炎反応生成物濃度が着火限界濃度近傍の濃
度に制御することもできる。
【００５８】更に、追加の燃料噴射を行なう場合、噴射
は必ずしも１回で行う必要はなく、複数回に分割して行
ってもよい。更にまた、追加燃料噴射は、全気筒に対し
て行うようにしてもよいが、特定の気筒にだけ行うよう
にしてもよい。また、上述の実施形態では、触媒温度セ
ンサ2 6を設け、このセンサ２６によって触媒温度Ｔcc
を検出し、その検出結果に基づいて触媒９の昇温が必要
であるか否かを判定して排気昇温制御を行うか否かを判
断しているが、運転状態を検出する各種センサからの信
号に基づいて触媒温度を推定し、その推定結果により排
気昇温制御を行うか否かを判断しても良い。また、制御
の簡素化を図るために、始動時のエンジン温度（冷却水
温）が設定温度以下であるかを検出する始動時のエンジ
ン温度検出手段、又は、始動からの経過時間（始動時の
水温等に応じて設定される可変又は固定の所定時間）に
達するまでの時間を検出する経過時間検出手段からの出
力に基づいて排気昇温制御を行なうようにしてもよい。
【００５９】更に、排気昇温制御を行う運転状態を特定
しておき、例えば、始動直後（始動後のエンジン回転数
が所定回転数を超えたとき、又は始動後のエンジン回転
数が安定する一定時間を経過したとき）、定常走行時
（層状燃焼時でスロットル開度の変化が小さいとき）、
又は燃料カット後の復帰アイドル時のように触媒は不活
性状態になり得る特定運転状態のときに、所定時間、排
気昇温制御を行うように設定しても良い。
【００６０】また、本実施形態では、触媒が不活性状態
の場合、その後、水温に応じて第１マップ又は第２マッ
プより目標空燃比を読み出して燃料噴射量等を設定する
ようにしているが、特にマップを用いずに水温情報に基
づいて主噴射と副噴射の噴射量比を可変設定するように
しても良い。即ち、水温が低ければ主噴射の噴射量を増
大させ、燃焼の安定化を図り、水温が高ければ副噴射の
噴射量を増大させて触媒活性に至るまでの総時間の短縮
化を図るようにしても良い。
【００６１】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の排気昇温装置によれば、排気昇温が要求されるエ
ンジン運転時に、膨張行程中期又はそれ以降の膨張行程
中に燃焼室内に残存する前炎反応生成物濃度が着火限界
濃度近傍になるようにエンジン制御パラメータを制御
し、膨張行程中期又はそれ以降の膨張行程中に燃料噴射
弁より追加燃料を噴射し、筒内で自己着火させるように
したので、従来技術のように、膨張行程初期の火炎伝播
時に追加燃料を噴射する場合と比べて、追加燃料のよる
発生熱エネルギの一部が膨張仕事に奪われることなく、
確実に排気ガスを昇温させることができる。
【００６２】請求項２記載の本発明の排気昇温装置のエ
ンジン制御手段は、点火時期をクランク角度で１０°BT
DC〜５°ATDCに設定する点火時期設定手段を備えて構成
されるので、主燃料の点火時期を遅角させ、これを緩慢
燃焼させることができ、膨張行程中期又はそれ以降の膨
張行程中に燃焼室内に残存する前炎反応生成物濃度を火
濃度限界値近傍に制御することができる。このため、追
加燃料の噴射により筒内で自己着火が可能となり、排気
を昇温することができる。
【００６３】その際、請求項３記載の本発明の排気昇温
装置のエンジン制御手段のように、層状燃焼時の空燃比
を２５以上に設定する空燃比制御手段を備えて構成し
て、主燃料を緩慢燃焼させることができる。請求項４記
載の本発明の排気昇温装置のエンジン制御手段は、層状
燃焼時の空燃比を３５以上に設定する空燃比制御手段を
備えて構成されるので、主燃料の点火時期を遅角させな
くても、空燃比の制御だけで主燃料を緩慢燃焼させるこ
とができ、膨張行程中期又はそれ以降の膨張行程中に燃
焼室内に残存する前炎反応生成物濃度を火濃度限界値近
傍に制御することができる。
【００６４】請求項５記載の本発明の排気昇温装置のエ
ンジン制御手段は、点火時期設定手段及び空燃比制御手
段の少なくとも一方を備えて構成されるので、点火時期
を遅角側に、又は層状燃焼時の空燃比を希薄側に制御し
て主燃料を緩慢燃焼させることができ、膨張行程中期又
はそれ以降の膨張行程中に燃焼室内に残存する前炎反応
生成物濃度を火濃度限界値近傍に制御することができ
る。これにより、追加燃料噴射後に自己着火が可能にな
り、排気を昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮行程に噴射された主燃料の燃焼と、膨張行
程中期又はそれ以降の膨張行程中に噴射された追加燃料
の燃焼のプロセスを概念的に説明する行程図である。
【図２】本発明の排気昇温制御時の、クランク角度の変
化に対する筒内圧の関係を示すグラフである。
【図３】図２の破線円ＤＺで示す、燃焼室内の主燃料燃
焼領域で生じる前炎反応生成物濃度変化を示すグラフで
ある。
【図４】図２の破線円ＷＺで示す、燃焼室内の追加燃料
燃焼領域で生じる前炎反応生成物濃度変化を示すグラフ
である。
【図５】点火時期ＴRDを種々変化させた場合の、排気温
度と追加燃料の噴射タイミングの関係を示すグラフであ
り、主燃料噴射量を、空燃比で３０に設定した場合の実
験結果データを示す。
【図６】点火時期ＴRDを種々変化させた場合の、排気温
度と追加燃料の噴射タイミングの関係を示す、図５と同
種のグラフであり、主燃料噴射量を、空燃比で４０に設
定した場合の実験結果データを示す。
【図７】図５と同じ実験結果から、点火時期ＴRDと追加
燃料の噴射タイミングをパラメータにして排気温度及び
排気ガス中の未燃炭化水素量を示したマップ図である。
【図８】本発明の排気昇温装置に係るエンジン制御装置
の概略構成図である。
【図９】エンジン筒内平均有効圧Ｐｅとエンジン回転数
Ｎｅとに応じて規定され、圧縮行程噴射リーン運転域、
吸気行程噴射リーン運転域、同ストイキオフィードバッ
ク運転域等を示すエンジン制御モードマップである。
【図１０】本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃エン
ジンの圧縮行程噴射モードにおける燃料噴射形態を示す
説明図である。
【図１１】本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃エン
ジンの吸気行程噴射モードにおける燃料噴射形態を示す
説明図である。
【図１２】本発明に係る排気昇温制御手順を説明するた
めのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 筒内噴射型火花点火式内燃エンジン 1 １ａ 燃焼室 ７ スロットル弁 ８ 燃料噴射弁 ９ 排気ガス浄化装置（触媒） 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 １９ 冷却水温度センサ ２１ クランク角センサ(エンジン回転数センサ) ２３ 電子制御装置（ＥＣＵ）（エンジン制御手段、追
加燃料制御手段） ３５ 点火プラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/36 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/36 ＺＡＢＲ Ｆ０２Ｂ 17/00 ＺＡＢ Ｆ０２Ｂ 17/00 ＺＡＢＦ 23/10 ＺＡＢ 23/10 ＺＡＢＬ Ｆ０２Ｄ 41/02 ＺＡＢ Ｆ０２Ｄ 41/02 ＺＡＢ ３０１ ３０１Ａ 41/34 ＺＡＢ 41/34 ＺＡＢＨ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｊ ３０１Ｂ 45/00 ３０１ 45/00 ３０１Ｇ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (72)発明者 首藤 登志夫 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内

Claims (5)

    【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燃料噴射
    弁を備え、少なくとも圧縮行程時に該燃焼噴射弁より燃
    料を噴射し火花点火して層状燃焼を行わせる筒内噴射型
    内燃エンジンの排気昇温装置において、 排気昇温が要求されるエンジン運転時に作動して、前記
    圧縮行程直後の膨張行程中期又はそれ以降の膨張行程中
    に前記燃焼室内に残存する前炎反応生成物濃度が着火限
    界濃度近傍となるようにエンジン制御パラメータを制御
    するエンジン制御手段と、 該エンジン制御手段の作動時に前記膨張行程中期又はそ
    れ以降の膨張行程中に前記燃料噴射弁より追加燃料を噴
    射させる追加燃料制御手段とを備えてなることを特徴と
    する排気昇温装置。
  2. 【請求項２】 前記エンジン制御手段は、点火時期をク
    ランク角度で１０°BTDC〜５°ATDCに設定する点火時期
    設定手段を備えてなることを特徴とする、請求項１記載
    の排気昇温装置。
  3. 【請求項３】 前記エンジン制御手段は、層状燃焼時の
    空燃比を２５以上に設定する空燃比制御手段を備えてな
    ることを特徴とする、請求項２記載の排気昇温装置。
  4. 【請求項４】 前記エンジン制御手段は、層状燃焼時の
    空燃比を３５以上に設定する空燃比制御手段を備えてな
    ることを特徴とする、請求項１記載の排気昇温装置。
  5. 【請求項５】 前記エンジン制御手段は、点火時期設定
    手段及び空燃比制御手段の少なくとも一方を備え、該エ
    ンジン制御手段は、当該エンジン制御手段の作動前の制
    御と比較して、点火時期を遅角側に、又は層状燃焼時の
    空燃比を希薄側に制御することを特徴とする、請求項１
    記載の排気昇温装置。
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