JPH1073019A - 筒内噴射型内燃機関の排気昇温装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒内噴射型内燃機関の排気昇温装置に関し、
追加装置を設けることなく、エンジンの各種パラメータ
に応じた主燃焼の火炎残存期間を考慮して、追加燃料を
確実に再燃焼させて排出ガスを昇温させ、排気浄化装置
を効率的に昇温させることを目的とする。 【解決手段】 燃料噴射装置８と、主燃料を火花点火し
て主燃焼を行なわせる点火栓１０８と、排気浄化装置９
と、排気浄化装置９の温度を検出又は推定する浄化装置
温度演算手段２６と、浄化装置温度演算手段２６により
求められた温度から排気浄化装置９の活性化が必要とさ
れたとき主燃料の噴射に基づく主燃焼の火炎の残存する
火炎残存期間内に追加燃料としての燃料の噴射を行なう
ように燃料噴射装置８を制御する追加燃料噴射制御手段
１０２とを備え、追加燃料噴射制御手段１０２を、火炎
残存期間に影響を与えるパラメータに基づき追加燃料の
噴射時期を設定する噴射時期設定手段１１０を含むよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射する筒内噴射型内燃機関における排出ガスの昇
温を燃料噴射の制御により行なう筒内噴射型内燃機関の
排気昇温装置に関し、特に、排気浄化装置（特に、リー
ンＮＯ_X 触媒）の昇温に用いて好適の、筒内噴射型内燃
機関の排気昇温装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】また、特開平８−１００６３８号公報に
は、主燃料噴射（１回目の燃料噴射）及びその点火後の
主燃焼の膨張行程初期から中期において追加燃料噴射
（２回目の燃料噴射）を行ない、この２回目の燃料噴射
により噴射された燃料を主燃焼の火炎伝播により着火さ
せたり、さらに２回目の燃料噴射による燃焼の火炎伝播
により着火可能なタイミングで再度追加燃料噴射（３回
目の燃料噴射）を行ない燃焼させることにより排出ガス
温度を上昇させて触媒を活性化させる技術が提案されて
いる。

【０００４】この技術では、２回目の燃料噴射（追加燃
料噴射）の噴射開始時期を、１回目の燃料噴射（主燃料
噴射）による主燃焼が終了する直前の最適なタイミン
グ、即ち、上死点後１０°〜８０°の範囲（２回目の噴
射の最適タイミングの範囲は、上死点後３０°〜６０
°）とし、この２回目の燃料噴射による追加燃料を主燃
焼の火炎伝播により着火させ排出ガス温度を上昇させて
触媒を活性化させるようにしている。

【０００５】また、この技術では、排気上昇法選定部で
設定した目標排気温度の値により、２回目の燃料噴射に
よる排出ガス昇温と、主燃焼の点火時期リタードによる
排出ガス昇温とを適宜選択することにより、燃料消費率
を抑えるようにしている。具体的には、目標排気温度設
定が３００℃以上のとき２回目、すなわち、追加燃料噴
射を行ない、又は、目標排気温度設定が３００℃未満の
ときは主燃焼に対する点火時期のリタードを行なうよう
制御している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−１８３９２２号公報の技術では、追加燃料を燃焼さ
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、燃焼室内の点火プラグを再作動させる場合、
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、一方、排気通
路内に設けられた点火プラグにより追加燃料を再点火す
る場合、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、この特開平４−１８３９２２号公報
の技術では、排気通路内に設けた点火プラグを用いて追
加燃料を着火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、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追加燃料の点火を行なったとし
ても十分なエネルギが与えられず、上記追加燃料が燃焼
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】また、特開平８−１００６３８号公報の技
術では、２回目の燃料噴射の噴射量や噴射時期は、１回
目の燃料噴射の基本燃料噴射量とエンジン回転数とから
決定している。つまり、２回目の燃料噴射の噴射量につ
いては、１回目の燃料噴射の基本燃料噴射量を基準とし
て決定するようにしており、また、２回目の燃料噴射の
噴射時期については、１回目の燃料噴射における基本燃
料噴射量とエンジン回転数とをパラメータとして予め実
験によりマップに格納しておき、このマップから運転条
件に応じた最適な噴射時期を決定するようにしている。

【０００９】このため、エンジンの各種パラメータ〔例
えば、エンジン温度（機関温度）、主燃焼時の排出ガス
還流量、主燃焼時の空燃比（Ａ／Ｆ）、主燃焼時の点火
時期等〕の変化によって、主燃料噴射（１回目の燃料噴
射）による主燃焼の火炎残存期間が変動してしまうた
め、追加燃料噴射（２回目の燃料噴射）により噴射した
追加燃料を主燃焼の火炎伝播により確実に着火させるこ
とができない場合がある。

【００１０】さらに、この特開平８−１００６３８号公
報の技術では、温度上昇法選定部で設定した目標排気温
度の値により、２回目の燃料噴射による排出ガス昇温
と、主燃焼の点火時期リタードによる排出ガス昇温とを
適宜選択するようにしているが、単に追加燃料噴射を行
なったり、或いは主燃焼の点火時期をリタードしても、
それによって得られた熱エネルギがピストンを押し下げ
るための仕事（気体の膨張仕事）に多く使われてしまう
場合がある。その場合にはそのようにして得られた熱エ
ネルギを排出ガスの昇温に有効に活用することができ
ず、排出ガス温度を効率的に上昇させることはできない
という課題がある。

【００１１】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、追加装置を設けることなく、また、エンジン
の各種パラメータに応じた主燃焼の火炎残存期間を考慮
して、主燃焼による火炎伝播により追加燃料を確実に燃
焼させて得られた熱エネルギを排出ガスの昇温に有効に
活用し、効率的に排気浄化装置を昇温させる、筒内噴射
型内燃機関の排気昇温装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】また、本発明は、排気浄化装置の活性化の
必要度合に応じて、追加燃料の燃焼によって得られる熱
エネルギを排出ガスの昇温に有効に活用できるようにし
て、効率的に排気浄化装置を昇温させる、筒内噴射型内
燃機関の排気昇温装置を提供することも目的とする。

【００１３】

【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の排気昇温装置は、内燃
機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置と、
上記燃料噴射装置より主燃料として噴射された主燃料を
火花点火して燃焼を行なわせる点火栓と、上記内燃機関
の排気通路に設けられた排気浄化装置と、上記排気浄化
装置の温度を検出又は推定して上記排気浄化装置の温度
を求める浄化装置温度演算手段と、上記浄化装置温度演
算手段により求められた温度から上記排気浄化装置の活
性化が必要とされたとき主燃料の噴射に基づく主燃焼の
火炎の残存する火炎残存期間内に追加燃料として燃料の
噴射を行なうように上記燃料噴射装置を制御する追加燃
料噴射制御手段とを備え、上記追加燃料噴射制御手段
は、上記火炎残存期間に影響を与えるパラメータに基づ
き追加燃料の噴射開始時期を設定する噴射時期設定手段
を備えることを特徴としている。

【００１４】請求項２記載の本発明の筒内噴射型内燃機
関の排気昇温装置は、請求項１記載の装置において、上
記追加燃料噴射制御手段は、直接又は間接的に検出した
主燃焼による残存酸素量に基づいて追加燃料の噴射量を
求める噴射量演算手段を含み、上記噴射時期設定手段
は、上記噴射量演算手段により求められた追加燃料の噴
射量に応じた噴射期間を設定する噴射期間設定手段、及
び上記火炎残存期間に影響を与えるパラメータに基づき
追加燃料の噴射開始時期を設定する噴射開始時期設定手
段を含むことを特徴としている。

【００１５】請求項３記載の本発明の筒内噴射型内燃機
関の排気昇温装置は、請求項２記載の装置において、上
記噴射開始時期設定手段は、上記内燃機関の機関回転数
及び機関負荷に基づき基本噴射開始時期を求める基本噴
射開始時期設定手段と、上記火炎残存期間に影響を与え
るパラメータに基づき上記火炎残存期間の終期である火
炎消失時期を考慮した噴射開始時期補正係数を求める火
炎消失時期演算手段とを含み、上記噴射開始時期設定手
段は、上記基本噴射開始時期設定手段により求められた
基本噴射開始時期及び上記火炎消失時期演算手段により
求められた上記噴射開始時期補正係数に基づき上記主燃
焼の火炎により着火可能な時期に上記追加燃料の噴射が
開始されるように追加燃料の噴射開始時期を設定するこ
とを特徴としている。

【００１６】また、請求項３記載の構成において、上記
火炎消失時期演算手段は、上記火炎残存期間に影響を与
えるパラメータとしての上記内燃機関の機関温度，主燃
焼時の排出ガス還流量，主燃焼時の空燃比，主燃焼時の
点火時期のうちの少なくとも１つに基づき上記噴射開始
時期補正係数を求めるのが好ましい。好ましくは、上記
内燃機関は、上記機関温度を検出する機関温度検出手段
を備え、上記火炎消失時期演算手段は、上記機関温度の
低下に従って早まる上記火炎消失時期を考慮した第１噴
射開始時期補正係数を示す第１噴射開始時期補正マップ
を含み、上記噴射開始時期設定手段は、上記機関温度検
出手段により検出された上記機関温度に基づいて上記第
１噴射開始時期補正マップにより求められた上記第１噴
射開始時期補正係数に基づき追加燃料の噴射開始時期を
設定する。

【００１７】また、好ましくは、上記内燃機関は、上記
排気通路と吸気通路とを連通する排気還流通路の開閉弁
を開閉して排出ガス還流量を制御する排出ガス量制御手
段を備え、上記火炎消失時期演算手段は、上記排気ガス
還流量の減少に従って遅れる火炎消失時期を考慮した第
２噴射開始時期補正係数を示す第２噴射開始時期補正マ
ップを含み、上記噴射開始時期設定手段は、上記排出ガ
ス再循環装置の排出ガス還流量に基づいて上記第２噴射
開始時期補正マップにより求められた上記第２噴射開始
時期補正係数に基づき追加燃料の噴射開始時期を設定す
る。

【００１８】また、好ましくは、上記内燃機関は、運転
条件に応じて主燃焼時の燃料噴射を制御する通常燃料噴
射制御手段を備え、上記火炎消失時演算手段は、上記主
燃焼時の空燃比が希薄になるに従って遅れる火炎消失時
期を考慮した第３噴射開始時期補正係数を示す第３噴射
開始時期補正マップを含み、上記噴射開始時期設定手段
は、上記通常燃料噴射制御手段により設定された上記主
燃焼時の空燃比に基づいて上記第３噴射開始時期補正マ
ップにより求められた上記第３噴射開始時期補正係数に
基づき追加燃料の噴射開始時期を設定する。

【００１９】また、好ましくは、上記内燃機関は、上記
通常燃料噴射制御手段により設定され且つ上記燃料噴射
装置から噴射された主燃料を火花点火する上記点火栓の
点火時期を制御する点火時期制御手段を備え、上記火炎
消失時期演算手段は、上記主燃焼時の点火時期が遅角さ
れるに従って遅れる火炎消失時期を考慮した第４噴射開
始時期補正係数を示す第４噴射開始時期補正マップを含
み、上記噴射開始時期設定手段は、上記点火時期制御手
段により設定された点火時期に基づいて上記第４噴射開
始時期補正マップにより求められた上記第４噴射開始時
期補正係数に基づき追加燃料の噴射開始時期を設定す
る。

【００２０】また、請求項３記載の構成において、上記
噴射開始時期設定手段は、上記追加燃料の噴射開始時期
を上記火炎残存期間中の火炎消失時期に近い時期に設定
するのが好ましい。請求項４記載の本発明の筒内噴射型
内燃機関の排気昇温装置は、請求項２記載の構成におい
て、上記噴射開始時期設定手段は、上記火炎残存期間を
調節する火炎残存期間調節手段を備え、上記火炎残存期
間調節手段は、上記パラメータの制御量を調節する制御
手段と、上記パラメータの制御量に応じた火炎残存期間
を記憶する記憶手段とを有し、上記火炎残存期間調節手
段は、上記記憶手段から上記火炎残存期間の終期を上記
排気浄化装置の活性化の必要度合に応じた火炎消失時期
と同じにするのに必要な上記パラメータの制御量を求
め、該制御量となるように上記制御手段を介して上記パ
ラメータを調節して火炎残存期間を調節し、上記噴射開
始時期設定手段が、上記火炎残存期間調節手段により調
節された上記火炎残存期間内に追加燃料の噴射開始時期
を設定することを特徴としている。

【００２１】また、請求項４記載の構成において、上記
内燃機関は、上記排気通路と吸気通路とを連通する排気
還流通路の開閉弁を開閉して排出ガス還流量を制御する
排出ガス還流量制御手段を備え、上記記憶手段は、排出
ガス還流量の制御量に対応した火炎消失時期を示す第１
マップを含み、上記火炎残存期間調節手段は、上記第１
マップから上記浄化装置温度演算手段により求められた
温度が低いほど火炎残存期間が延びる排出ガス還流量の
制御量を求め、上記第１マップから求められた上記排気
ガス還流量の制御量となるように上記制御部材によって
上記排出ガス還流量制御手段を制御するのが好ましい。

【００２２】また、請求項４記載の構成において、上記
内燃機関は、上記通常燃料噴射制御手段により設定され
且つ上記燃料噴射装置から噴射された主燃料を火花点火
する上記点火栓の点火時期を制御する点火時期制御手段
を備え、上記記憶手段は、主燃焼の点火時期の制御量に
対応した火炎消失時期を示す第２マップを含み、上記火
炎残存期間調節手段は、上記第２マップから上記浄化装
置温度演算手段により求められた温度が低いほど火炎残
存期間が延びる点火時期の制御量を求め、上記第２マッ
プから求められた上記点火時期の制御量となるように上
記制御部材によって上記点火時期制御手段を制御するの
が好ましい。

【００２３】また、請求項４記載の構成において、上記
内燃機関は、運転条件に応じて主燃焼時の燃焼噴射を制
御する通常燃料噴射制御手段を備え、上記記憶手段は、
主燃焼の空燃比の制御量に対応した火炎残存期間を示す
第３マップを含み、上記火炎残存期間調節手段は、上記
第３マップから上記浄化装置温度演算手段により求めら
れた温度が低いほど火炎残存期間が延びる空燃比の制御
量を求め、上記第３マップから求められた上記空燃比の
制御量となるように上記制御部材によって上記通常燃料
噴射制御手段を制御するのが好ましい。

【００２４】また、請求項２記載の構成において、上記
噴射時期設定手段は、上記浄化装置温度演算手段により
求められた上記排気浄化装置の温度に応じて上記噴射期
間設定手段により求められる基本噴射期間を補正する第
１噴射期間補正手段を含むように構成するのが好まし
い。好ましくは、上記第１噴射期間補正手段は、上記排
気浄化装置の温度に応じて予め定められた第１噴射期間
補正係数により上記排気浄化装置の温度が上昇するに従
って追加燃料の噴射量が少なくなるように上記基本噴射
期間を補正する噴射期間補正部を有するように構成す
る。

【００２５】また、好ましくは、上記内燃機関は、複数
の気筒を含み、そして、上記第１噴射期間補正手段は、
上記排気浄化装置の温度に応じて予め設定された気筒数
マップに基づき上記排気浄化装置の温度が上昇するに従
って追加噴射実行気筒数を減少する気筒設定部を有する
ように構成する。また、請求項２記載の構成において、
上記噴射時期設定手段は、主燃焼の膨張行程における追
加燃料の噴射開始時期に応じて予め定められた第２噴射
期間補正係数により、上記噴射量演算手段により求めら
れた上記追加燃料の噴射量と実噴射量とが一致するよう
に上記噴射期間設定手段により求められる上記基本噴射
期間を補正する第２噴射期間補正手段を含むように構成
するのが好ましい。

【００２６】また、請求項１記載の構成において、上記
追加燃料噴射制御手段は、直接又は間接的に検出した主
燃焼による残存酸素量に基づいて追加燃料の噴射量を求
める噴射量演算手段を含み、そして、上記噴射時期設定
手段は、上記噴射量演算手段により求められた追加燃料
の噴射量を複数回に分割して噴射するように、複数回の
分割噴射の噴射開始時期を設定する分割噴射開始時期設
定手段を備えるように構成するのが好ましい。

【００２７】好ましくは、上記分割噴射開始時期設定手
段は、追加燃料の噴射をＮ回に分割して噴射するとき、
Ｎ回目の分割噴射の噴射開始時期を排気弁の開く直前に
設定する。また、好ましくは、上記噴射時期設定手段
は、追加燃料の噴射をＮ回に分割して噴射するとき、Ｎ
−１回目の分割噴射量が、Ｎ回目の分割噴射量よりも少
なくなるように設定する噴射期間設定手段を備えるよう
に構成する。

【００２８】また、好ましくは、上記噴射期間設定手段
は、上記機関温度に応じて予め定められた第３噴射期間
補正係数を含み、追加燃料の噴射をＮ回に分割して噴射
するとき、上記第３噴射期間補正係数により上記機関温
度が上昇するに従ってＮ回目の分割噴射量よりもＮ−１
回目の分割噴射量の割合が少なくなるように設定する。

【００２９】また、請求項２記載の構成において、上記
噴射開始時期設定手段は、上記浄化装置温度演算手段に
より求められる上記排気浄化装置の温度が上記排気浄化
装置内部において未燃燃料成分の燃焼可能な設定温度未
満のときは、主燃料噴射に基づく主燃焼の火炎の残存す
る火炎残存期間内に追加燃料の噴射を行なうよう噴射開
始時期を設定するとともに、上記排気浄化装置の温度が
上記設定温度以上のときは、上記火炎残存期間の後に追
加燃料の噴射を行なうよう噴射開始時期を設定するのが
好ましい。

【００３０】このほか、好ましい実施態様としては、内
燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射装置と、
上記燃料噴射装置より主燃料噴射された主燃料を火花点
火して主燃焼を行なわせる点火栓と、上記内燃機関の排
気通路に設けられた排気浄化装置と、上記排気浄化装置
の触媒活性化が必要とされたとき主燃料に基づき主燃焼
の火炎の残存する火炎残存期間内に追加燃料の噴射を行
なうように上記燃料噴射装置を制御する追加燃料噴射制
御手段とを備え、上記追加燃料噴射制御手段は、主燃焼
による残存酸素量を直接又は間接的に検出して求めた残
存酸素量に基づき追加燃料の噴射量を求める噴射量演算
手段と、そして、上記噴射量演算手段により求められた
追加燃料の噴射量に応じた基本噴射期間を設定する噴射
期間設定手段、及び上記主燃焼の火炎の残存する火炎残
存期間に影響を与えるパラメータに基づき追加燃料の噴
射開始時期を設定する噴射開始時期設定手段を有する噴
射時期設定手段とを含み、さらに、上記噴射開始時期設
定手段は、上記内燃機関の低温始動時には、主燃料の噴
射に基づく主燃焼の火炎の残存する火炎残存期間内に追
加燃料の噴射を行なうよう噴射開始時期を設定するとと
もに、上記排気浄化装置の温度低下が予想される運転状
態では上記火炎残存期間の後に追加燃料の噴射を行なう
よう噴射開始時期を設定する。

【００３１】

【発明の実施形態】以下、図面により、本発明の実施形
態について説明する。まず、図１〜図９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の排気昇
温装置について説明する。本排気昇温装置を備える筒内
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
噴射型内燃機関（筒内噴射エンジン）として構成されて
いる。

【００３２】図３に示すように、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
流側から順に排気浄化装置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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。燃料噴射装置としてのインジェク
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。

【００３６】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（点
火栓）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、排気浄化装置としての触媒コンバータ（以下、単に
触媒ともいう）９で排出ガス中のＣＯ，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。

【００３７】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。

【００３８】これは、三元触媒９ＢをリーンＮＯ_x 触媒
９Ａの下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。

【００３９】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とすることで、安定した
層状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は圧縮行
程後期である。

【００４０】また、このエンジンから高出力を得る場合
には、燃焼室１内全体に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、この際に
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ことが知られている。

【００４１】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。

【００４２】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
若しくはその近傍の温度を検出する浄化装置温度演算手
段としての触媒温度センサ（高温センサ）２６が設けら
れている。

【００４３】さらに、その他のセンサとして、エンジン
冷却水温（機関温度）を検出する機関温度検出手段とし
ての水温センサ（冷却水温度検出手段）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
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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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とが設けられている。

【００４９】また、特に、本内燃機関では、上述のよう
な通常の燃焼のための燃料噴射（主燃料噴射）の他に、
触媒９を活性化するために、膨張行程中に追加燃料を噴
射するようになっている。この追加燃料噴射は、点火プ
ラグを再点火することなく主燃焼時の火炎伝播により追
加燃料を燃焼させ、これによって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の昇温を行ない
活性化しようとするものである。

【００５０】このため、追加燃料噴射は、内燃機関の運
転状態、特に、触媒９の活性状態に基づいて制御を行な
い、触媒９が活性していない始動直後（不活性時）にお
いて、図４に示すように、各気筒の膨張行程内（具体的
には、膨張行程中の火炎が存在する時）に追加燃料噴射
を行ない、触媒９が活性状態になったら終了するように
なっている。

【００５１】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の機能ブロッ
ク図に示すように、噴射モードの選択や燃料噴射量の設
定を行なう燃料噴射制御手段１０１が設けられている。
また、ＥＣＵ２３内には、さらに、排出ガス還流量制御
手段１０４，点火時期制御手段１０７が設けられてい
る。

【００５２】図１に示すように、この燃料噴射制御手段
１０１には、触媒９の不活性時に追加燃料噴射を行なう
機能（追加燃料噴射制御手段）１０２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）１０
３とがそなえられ、追加燃料噴射制御手段１０２が、排
出ガス浄化にかかる本排気昇温装置の特徴的な構成要素
になっている。

【００５３】追加燃料噴射制御手段１０２は、触媒９若
しくはその近傍の温度を検出する浄化装置温度演算手段
としての触媒温度センサ（触媒温度検出手段）２６から
の検出情報に基づいて、触媒９が活性状態にあるか否か
を判定し、触媒９が活性状態にない場合に、主燃料の噴
射に基づく主燃焼の火炎の残存する火炎残存期間内に追
加燃料噴射を行なうものである。つまり、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θ ₀ 以下で
あると検出又は推定される場合に、触媒９が活性状態に
ないと判定し、この判定に基づき、各気筒の膨張行程
（図４参照）内に追加燃料噴射を行なうように制御する
ものである。

【００５４】ここで、所定温度θ₀ とは触媒活性目標温
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
設定される。この触媒活性下限温度は、本実施形態にか
かるリーンＮＯ_X 触媒では４００度程度である。なお、
所定温度としての目標温度θ₀ （以下、所定温度を目標
温度という）は触媒活性温度に一致するように設定して
もよい。

【００５５】この追加燃料噴射制御手段１０２は、主燃
焼による残存酸素量に基づき追加燃料の噴射量を求める
噴射量演算手段１１２と、追加燃料の噴射時期を設定す
る噴射時期設定手段１１０とを備える。ここで、噴射量
演算手段１１２は、主燃焼による残存酸素量を直接又は
間接的に検出し、この検出された残存酸素量に基づいて
追加燃料の噴射量を求めるものである。

【００５６】噴射時期設定手段１１０は、主燃焼の火炎
の残存する火炎残存期間に影響を与える各種のパラメー
タに基づいて追加燃料の噴射期間及び噴射開始時期を設
定するものであり、噴射量演算手段１１２により求めら
れた噴射量に応じて各サイクル内での追加燃料の噴射期
間を設定する機能（噴射期間設定手段）１１４と、追加
燃料の噴射開始時期Ｔ_INJ を設定する機能（噴射開始時
期設定手段）１１６とを備えて構成される。

【００５７】このうち、噴射開始時期設定手段１１６
は、各気筒の膨張行程内であって、通常の燃料噴射によ
る燃焼（以下、主燃焼という）時における燃焼期間、即
ち、火炎が存在する期間（以下、火炎残存期間という）
に追加燃料噴射が行なわれるように噴射開始時期Ｔ_INJ
を設定するものである。このように追加燃料の噴射開始
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、追加デバイスを設けることなく再燃焼
（以下、追加燃焼という）させるためであり、図９に示
すように、通常燃料噴射による燃料の火炎残存期間内に
追加燃料噴射を行なう必要があるからである。

【００５８】これは、燃料として使用されるガソリンは
自己着火性が低く、火種となるものやガソリン自体を燃
焼させるために化学分解させるための外部エネルギとな
るものが存在しないと確実に燃焼させることができない
という性質があるからである。なお、逆に、自己着火性
の高い燃料としては、軽油などのセタン価の高いものが
ある。

【００５９】ここで、図９は圧縮行程から爆発・膨張行
程における筒内圧及び熱発生率を示す図であり、図９
中、細線Ａは通常燃料噴射のみを行なった場合の熱発生
率、太線Ｂは追加燃料噴射を行なった場合の熱発生率、
破線Ｃは通常燃料噴射のみを行なった場合の筒内圧、太
線Ｄは追加燃料噴射を行なった場合の筒内圧をそれぞれ
示している。なお、熱発生率として細線Ａ，太線Ｂで示
す期間は、火炎残存期間に相当する。

【００６０】この図９に示すように、細線Ａで示される
熱発生率に対応する主燃焼による火炎残存期間のうち、
なるべく遅い時期に追加燃料噴射を行なえば、太線Ｂで
示すように、火炎残存期間が延び排気行程に近づくた
め、追加燃焼による排出ガスの昇温によって得られる熱
エネルギを触媒９Ａの昇温のために、より有効に活用す
ることができることになる。

【００６１】一方、太線Ｄは追加燃料噴射を行なうと筒
内圧が上昇することを示している。このように筒内圧が
上昇すると、追加燃焼によって得られた熱エネルギがピ
ストンを押し下げるための仕事（気体の膨張仕事）に多
く使われることになると考えられるため、排出ガスの昇
温のためには好ましくない。このため、追加燃料の噴射
開始時期Ｔ_INJ は、追加燃焼によって得られた熱エネル
ギを有効に活用するために膨張行程のなるべく遅い時期
に設定するのが好ましいが、上述のように、追加燃料の
噴射開始時期Ｔ_INJ は火炎残存期間でなければならない
ため、火炎残存期間のなるべく遅い時期（火炎消失時期
に近い時期）に設定するのが好ましいのである。

【００６２】また、火炎残存期間の終期である火炎消失
時期は、冷却水温度（機関温度）θ _W ，主燃焼時の排出
ガス還流量（ＥＧＲ量），主燃焼時の空燃比（Ａ／
Ｆ），主燃焼時の点火時期Ｔ_IG等の種々のパラメータに
よる影響を受けて変動するものであるため、追加燃料の
噴射開始時期Ｔ_INJ の設定においては、これらのパラメ
ータによる影響も考慮する必要がある。

【００６３】例えば、水温θ_W のみを考慮した場合、水
温θ_W が低いと燃焼が悪化し、火炎消失時期が早くなる
ので、確実に追加燃焼させるために水温θ_W が低いほど
噴射開始時期Ｔ_INJ を早める（膨張行程初期）のが好ま
しい。これは、エンジンの冷態時には、シリンダブロッ
ク周辺は冷えており、熱がシリンダブロック等から逃げ
やすく、火炎はシリンダブロックの内壁と広い領域に亘
って接触するのでクエンチングゾーンが大きく、主燃焼
による火炎が伝播を開始したとしても、火炎が燃焼室全
体に拡がる前に消炎してしまうからである。

【００６４】また、ＥＧＲ量のみを考慮した場合、ＥＧ
Ｒ量が多いと主燃焼での着火遅れが大きくなり、燃焼室
内の最高圧力及び最高圧力に相当するクランク角度はサ
イクル毎に変動する。この変動は、ＥＧＲ量が多くなる
程大きく、この変動に伴い火炎残存期間も変動するた
め、追加燃料を確実に燃焼させるためには、膨張行程時
の追加燃料の噴射開始時期Ｔ_INJ を早めるのが好まし
い。

【００６５】また、Ａ／Ｆのみを考慮した場合も、ＥＧ
Ｒ量のみを考慮した場合と同様に、空燃比がリーンにな
る程、主燃焼での着火遅れが大きくなり、燃焼室内の最
高圧力及び最高圧力に相当するクランク角度はサイクル
毎に変動する。この変動は、リーンになる程大きく、こ
の変動に伴い火炎残存期間も変動するため、追加燃料を
確実に燃焼させるためには、膨張行程時の追加燃料の噴
射開始時Ｔ_INJ を早めるのが好ましい。

【００６６】また、主燃焼時の点火時期Ｔ_IGのみを考慮
した場合、点火時期Ｔ_IGの進角，遅角により火炎残存期
間、即ち、火炎消失時期が変動するため、これに合わせ
て追加燃料の噴射開始時期Ｔ_INJ を設定するのが好まし
い。これは、点火時期Ｔ_IGが進角されると、燃焼期間が
短くなり火炎消失時期が早くなるためであり、逆に、点
火時期Ｔ_IGが遅角されると、燃焼が緩慢になり（燃焼速
度が遅くなり）、火炎消失時期が遅くなるためである。

【００６７】このように、追加燃料の噴射開始時期Ｔ
_INJ の設定は主燃焼の火炎残存期間を考慮して行なう必
要があるため、噴射開始時期設定手段１１６による膨張
行程における噴射開始時期Ｔ_INJ の設定は、膨張行程に
おける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、主燃焼の火炎の残存する火炎残存
期間に影響を与えるパラメータとしての冷却水温度
θ_W ，主燃焼時のＥＧＲ量，主燃焼時の空燃比，主燃焼
における点火時期Ｔ_IGに応じた火炎消失時期を考慮した
各々の補正係数によって補正することにより行なわれ
る。

【００６８】このため、噴射開始時期設定手段１１６に
は、基本燃料噴射開始時期を設定する機能（基本噴射開
始時期設定手段）１１６Ａと、各種のパラメータによる
影響を受けて変動する火炎消失時期を考慮した噴射開始
時期補正係数を設定する機能（火炎消失時期演算手段）
１１６Ｂとが備えられており、噴射開始時期設定手段１
１６は、基本噴射開始時期設定手段１１６Ａにより設定
された基本噴射開始時期を火炎消失時期演算手段１１６
Ｂにより設定された噴射開始時期補正係数により補正す
ることにより、主燃焼の火炎により着火可能な時期に追
加燃料が噴射されるように追加燃料の噴射開始時期Ｔ
_INJ を設定するようになっている。

【００６９】ここで、基本噴射開始時期設定手段１１６
Ａは、エンジン回転数センサ２１によって検出されるエ
ンジン回転数（機関回転数）Ｎｅ及び目標負荷値（機関
負荷）Ｐｅに基づき、予め記憶されているマップ〔Ｔｂ
_INJ ＝ｆ（Ｐｅ，Ｎｅ）〕により基本燃料噴射開始時期
Ｔｂ_INJ を求めるものである。なお、目標負荷値Ｐｅ
は、次式により算出される。

【００７０】Ｐｅ＝Ｔ／（Ｋ＊Ｖｓ） ここで、Ｔはトルク、Ｋは定数、Ｖｓは排気量である。
また、火炎消失時期演算手段１１６Ｂは、火炎残存期間
に影響を与えるパラメータに基づき火炎残存期間の終期
である火炎消失時期を考慮した噴射開始時期補正係数を
求めるものであり、水温θ_W ，ＥＧＲ量，空燃比（Ａ／
Ｆ），主燃焼時の点火時期Ｔ_IG等の各種のパラメータに
応じた火炎消失時期を考慮して、予め設定された噴射開
始時期補正係数を示す複数のマップにより、各種のパラ
メータに応じた噴射開始時期補正係数を求めるものであ
る。

【００７１】ここで、図６（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞ
れ、各種のパラメータに応じた噴射開始時期補正係数を
示すマップである。このうち、図６（Ａ）は、冷却水温
度θ_W が低下するに従って早まる火炎消失時期を考慮し
た水温補正係数（第１噴射開始時期補正係数）Ｋθを示
す第１噴射開始時期補正マップ（６Ａ）である。この第
１噴射開始時期補正係数Ｋθは、水温センサ１９により
検出される冷却水温度θ_W が低下するに従って火炎消失
時期が早まるため、これに応じて噴射開始時期Ｔ_INJ を
早くすべく、冷却水温度θ_Wが低下するに従って小さい
値になるように設定されている。

【００７２】また、図６（Ｂ）は、主燃焼時の排出ガス
還流量の減少に従って遅れる火炎消失時期を考慮した排
出ガス還流量補正係数（第２噴射開始時期補正係数）Ｋ
_E を示す第２噴射開始時期補正マップ（６Ｂ）である。
この第２噴射開始時期補正係数Ｋ_E は、排出ガス還流量
制御手段１０４により設定される主燃焼時の排出ガス還
流量に応じて燃焼状態が変化し、火炎消失時期が変化す
るため、これに応じた噴射開始時期Ｔ_INJ になるように
設定されている。

【００７３】図６（Ｃ）は、主燃焼時の空燃比（Ａ／
Ｆ）が希薄になるに従って遅れる火炎消失時期を考慮し
た空燃比補正係数（第３噴射開始時期補正係数）Ｋ_F を
示す第３噴射開始時期補正マップ（６Ｃ）である。この
第３噴射開始時期補正係数Ｋ_Fは、通常燃料噴射制御手
段１０３により設定される主燃焼時の空燃比が希薄にな
るに従って火炎消失時期が遅れるため、これに応じて噴
射開始時期Ｔ_INJ を遅らせるべく、主燃焼時の空燃比が
希薄になるに従って大きい値になるように設定されてい
る。

【００７４】図６（Ｄ）は、主燃焼時の点火時期Ｔ_IGに
対応する火炎消失時期を考慮した点火時期補正係数（第
４噴射開始時期補正係数）Ｋ_I を示す第４噴射開始時期
補正マップ（６Ｄ）である。この第４噴射開始時期補正
係数Ｋ_I は、点火時期制御手段１０７により設定される
主燃焼時の点火時期が遅角されるに従って火炎消失時期
が遅れるため、これに応じて噴射開始時期Ｔ_INJ を遅ら
せるべく、主燃焼時の点火時期が遅角されるに従って大
きい値になるように設定されている。

【００７５】そして、噴射開始時期設定手段１１６は、
冷却水温度θ_W による補正を行なう場合は、水温センサ
１９により検出された冷却水温度θ_W に基づいて火炎消
失時期演算手段１１６Ｂに記憶されている図６（Ａ）に
示すマップ（６Ａ）により求められた水温補正係数Ｋθ
を、基本噴射開始時期設定手段１１６Ａにより求められ
た基本燃料噴射開始時期Ｔｂ_INJ に加算する（Ｔｂ_INJ
＋Ｋθ）ことによって追加燃料の噴射開始時期Ｔ_INJ を
求める。

【００７６】また、排出ガス還流量による補正を行なう
場合は、排出ガス還流量制御手段１０４により設定され
た主燃焼時の排出ガス還流量に基づいて火炎消失時期演
算手段１１６Ｂに記憶されている図６（Ｂ）に示すマッ
プ（６Ｂ）により排出ガス還流量補正係数Ｋ_E を求め、
この補正量を基本噴射開始時期設定手段１１６Ａにより
求められた基本燃料噴射開始時期Ｔｂ_INJ に加算する
（Ｔｂ_INJ ＋Ｋ_E ）ことによって追加燃料の噴射開始時
期Ｔ_INJ を求める。

【００７７】また、空燃比による補正を行なう場合は、
通常燃料噴射制御手段１０３により設定された主燃焼時
の空燃比に基づいて火炎消失時期演算手段１１６Ｂに記
憶されている図６（Ｃ）に示すマップ（６Ｃ）により空
燃比補正係数Ｋ_F を求め、この補正量を基本噴射開始時
期設定手段１１６Ａにより求められた基本燃料噴射開始
時期Ｔｂ_INJ に加算する（Ｔｂ_INJ ＋Ｋ_F ）ことによっ
て追加燃料の噴射開始時期Ｔ_INJ を求める。

【００７８】また、点火時期による補正を行なう場合
は、点火時期制御手段１０７により設定された主燃焼時
の点火時期に基づいて火炎消失時期演算手段１１６Ｂに
記憶されている図６（Ｄ）に示すマップ（６Ｄ）により
点火時期補正係数Ｋ_I を求め、この補正量を基本噴射開
始時期設定手段１１６Ａにより求められた基本燃料噴射
開始時期Ｔｂ_INJ に加算する（Ｔｂ_INJ ＋Ｋ_I ）ことに
よって追加燃料の噴射開始時期Ｔ_INJ を求める。

【００７９】なお、これらの火炎残存期間に影響を与え
る各種パラメータとしての機関温度，排出ガス還流量，
空燃比，主燃焼時の点火時期による補正を全て行なう必
要はなく、必要に応じて一種又はそれ以上のパラメータ
による補正を行なうようにすればよい。例えば、これら
のパラメータのうち、少なくとも１つに基づき噴射開始
時期補正係数を求めるようにしてもよい。

【００８０】このときの追加燃料の噴射時間（一作動サ
イクル内での全噴射時間）ｔ_exは、噴射期間設定手段１
１４で設定される。この噴射期間設定手段１１４は、主
燃焼後に筒内に残存する余剰酸素に応じた燃料量Ｍ_fuel
が追加燃料として噴射されるようにインジェクタ駆動時
間ｔ_PLUS（噴射期間に相当する）を設定するものであ
る。

【００８１】これは、追加燃料の燃焼の際に、筒内に残
存する余剰酸素を追加燃料により十分に利用して、排出
ガスを効率的に昇温させることができるようにするため
である。噴射期間設定手段１１４による膨張行程におけ
るインジェクタ駆動時間ｔ_PLUSの設定は、具体的には、
以下のようにして行なわれる。

【００８２】つまり、噴射期間設定手段１１４による膨
張行程におけるインジェクタ駆動時間ｔ_PLUSの設定は、
膨張行程における追加の燃料噴射において基本となる基
本駆動時間ｔ_B （基本噴射期間に相当する）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
より行なわれる。このため、噴射期間設定手段１１４
は、膨張行程における追加の燃料噴射において基本とな
る基本駆動時間ｔ_B を求め、この基本駆動時間ｔ_B を触
媒温度θ_{C. C} により補正する機能（第１噴射期間補正手
段）１１８と、基本駆動時間ｔ_B を膨張行程における噴
射開始時期Ｔ_INJ により補正する機能（第２噴射期間補
正手段）１２０とを備えて構成される。

【００８３】ここで、噴射期間設定手段１１４は、基本
駆動時間ｔ_B を、主燃焼後の筒内の余剰酸素に対して噴
射可能な燃料量Ｍ_fuelに基づいて算出する。つまり、噴
射期間設定手段１１４は、後述する通常燃料噴射制御手
段１０３によって求められる１気筒１サイクル当たりの
吸入空気量Ｑと目標とする空燃比（目標Ａ／Ｆ）とから
主燃焼後の筒内に残存する酸素量を求め、この酸素量に
基づいて燃料量Ｍ_fuelを算出する。

【００８４】なお、燃料量Ｍ_fuelは、次式により求めら
れる。 Ｍ_fuel＝Ｑ×（１／理論空燃比−１／目標空燃比） また、第１噴射期間補正手段１１８は、触媒温度演算手
段としての触媒温度センサ２６により求められた触媒温
度θ_C.C に応じて、基本噴射時間ｔ_B を補正するもので
ある。このため、第１噴射期間補正手段１１８は、触媒
温度θ_C.C に応じて予め定められた補正係数（第１噴射
期間補正係数）Ｋ₂ により、触媒温度θ _C.C が上昇する
に従って追加燃料の噴射量が少なくなるように基本噴射
時間ｔ_Bを補正する補正係数設定部１１８Ａを備える。

【００８５】この補正係数設定部１１８Ａは、触媒温度
θ_C.C に応じて予め定められた第１噴射期間補正係数Ｋ
₂ を示すマップ（１７Ｂ）を備える。このマップ（１７
Ｂ）に示される第１噴射期間補正係数Ｋ₂ は、図１７
（Ｂ）に示すように、触媒温度θ_C.C が上昇するに従っ
て追加燃料の噴射量が少なくなるように設定されてい
る。つまり、マップ（１７Ｂ）において、第１噴射期間
補正係数Ｋ₂ は、触媒温度θ_C.C が低いときは、基本駆
動時間ｔ_B を補正しないように１とされており、触媒温
度θ_C.C が高くなり、目標温度θ₀ に近づくにつれて、
徐々に減少し、０になるように設定されている。

【００８６】これは、触媒温度θ_C.C が低いほど触媒９
の活性化が必要であるため追加燃料を多く噴射して触媒
９の活性化を促進し、逆に、触媒温度θ_C.C が高いほど
触媒９の活性化が不要になってくるため、追加燃料の噴
射量を減少させ、余計な燃料噴射が行なわれないように
するためである。この補正係数設定部１１８Ａにおける
触媒温度θ_C.C による補正は、触媒温度θ_C.C に基づき
マップ（１７Ｂ）から補正係数Ｋ₂ を求め、この補正係
数Ｋ₂ を基本駆動時間ｔ_B に掛ける（ｔ_B ×Ｋ₂ ）こと
によって行なわれる。

【００８７】また、第２噴射期間補正手段１２０は、噴
射量演算手段１１２により求められた噴射量と実噴射量
とを一致させるべく、膨張行程における噴射開始時期Ｔ
_INJに応じて、基本噴射時間ｔ_B を補正するものであ
り、この第２噴射期間補正手段１２０には、噴射開始時
期Ｔ_INJ に応じて予め定められた補正係数（第２噴射期
間補正係数）Ｋ₁ を示すマップ（１７Ａ）が備えられて
いる。

【００８８】この第２噴射期間補正係数Ｋ₁ は、図１７
（Ａ）に示すように、噴射量演算手段１１２により求め
られた噴射量と実噴射量とを一致させるべく、噴射開始
時期Ｔ_INJ が早くなるほどインジェクタ駆動時間ｔ_PLUS
が長くなるように設定されている。つまり、膨張行程に
おいては噴射開始時期Ｔ_INJ が早くなると筒内圧が高く
なりインジェクタからの噴射燃料量（単位時間当たりの
量）が減少傾向となるため、筒内圧が高くなるにしたが
って、インジェクタ駆動時間ｔ_PLUSが長くなるように設
定されている。

【００８９】これは、筒内圧が低ければ噴射圧との差圧
が十分にあるため、基本駆動時間ｔ _B に基づいて適正な
燃料量Ｍ_fuelを確保することができるが、筒内圧が高く
なると筒内圧と噴射圧との差圧が小さくなり噴射量が減
るため、単に基本駆動時間ｔ _B に基づいて燃料を噴射す
るのでは適正な燃料量Ｍ_fuelを確保することができない
ためである。このように、膨張行程における追加の燃料
噴射においては、噴射量が筒内圧の影響を受けることに
なるため、インジェクタ駆動時間ｔ_PLUSの設定が重要に
なる。

【００９０】この第２噴射期間補正手段１２０における
噴射開始時期Ｔ_INJ による補正は、噴射開始時期Ｔ_INJ
に基づきマップ（１７Ａ）から補正係数Ｋ₁ を求め、こ
の補正係数Ｋ₁ を基本駆動時間ｔ_B に掛ける（ｔ_B ×Ｋ
₁ ）ことによって行なわれる。従って、膨張行程におけ
るインジェクタ駆動時間ｔ_PLUSは、次式により求められ
る。

【００９１】ｔ_PLUS＝ｔ_B ×Ｋ₁ ×Ｋ₂ このようにして設定された噴射開始時期Ｔ_INJ 及びイン
ジェクタ駆動時間ｔ_{PL US}に応じて、追加燃料噴射は、図
４に示すように、通常の燃料噴射とは別個に膨張行程に
おいて行なわれる。ところで、通常燃料噴射制御手段１
０３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１０３では、エンジン回転数センサ２１，
各種センサ類１０６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、噴射モー
ドとして前期噴射モードと後期噴射モードとのいずれか
のモードを選択的に設定する。例えばエンジン回転数Ｎ
ｅが低くて目標トルクＴも低い領域では後期噴射モード
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噴射モード又はストイキオモードと
するようになっている。

【００９２】燃料噴射量については、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，前期噴射モード及び後期噴射モ
ードのいずれの場合も、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Ａ／Ｆとする）等に基づいて、まず、次式によって
基本駆動時間ｔ_B が算出される。

【００９３】ｔ_B ＝（Ｑ／Ｎｅ）×（１／ＡＦ）×（α
_AIR ／α_FUEL）×（１／Ｇ_INJ ） なお、機関負荷Ｑ／Ｎｅは１ストローク当たりの吸入空
気量であり、エアフローセンサ１１で検出された吸入空
気量Ｑをエンジン回転数センサ（クランク角センサ）２
１で検出されたエンジン回転数Ｎｅで除算することで求
められる。また、α_AIR は空気密度、α_FUELは燃料密
度、Ｇ_INJ はインジェクタゲインである。

【００９４】そして、燃料噴射時間ｔ_AUは、次式で算出
される。 ｔ_AU＝ｔ_B ×ｆ＋ｔ_D なお、ｆは各種の燃料補正係数であり、この燃料補正係
数ｆは、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。ま
た、ｔ_D はインジェクタ無駄時間（デッドタイム）であ
る。

【００９５】次に、排出ガス還流量制御手段１０４につ
いて説明すると、排出ガス還流量制御手段１０４は、各
種センサ類１０６からの検出情報に基づいて、排出ガス
還流手段としてのＥＧＲバルブ（開閉弁）１０ａを制御
するものである。このため、この排出ガス還流量制御手
段１０４からの信号は燃料噴射制御手段１０１の追加燃
料噴射制御手段１０２に送られるようになっている。

【００９６】ここでは、通常の機能のほかに、本実施形
態における排出ガス還流量制御手段１０４は、触媒９を
活性化させるために排出ガスを昇温させるべく膨張行程
の火炎残存期間内において追加燃料噴射を行なう場合
に、排出ガス還流量を減少、或いはゼロになるようにＥ
ＧＲバルブ１０ａを制御する機能も有するものである。
このため、追加燃料噴射制御手段１０２の噴射時期設定
手段１１０からの信号は排出ガス還流量制御手段１０４
に送られるようになっている。

【００９７】また、点火時期制御手段１０７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
０８としての点火プラグ（点火栓）３５による点火時期
Ｔ_IGを制御するものである。このため、この点火時期制
御手段１０７からの信号は燃料噴射制御手段１０１の追
加燃料噴射制御手段１０２に送られるようになってい
る。

【００９８】ここでは、通常の機能のほかに、本実施形
態における点火時期制御手段１０７は、触媒９を活性化
させるために排出ガスを昇温させるべく膨張行程の火炎
残存期間内において追加燃料噴射を行なう場合に、主燃
焼の点火時期Ｔ_IGを遅角させる機能も有するものであ
る。このため、追加燃料噴射制御手段１０２の噴射時期
設定手段１１０からの信号が点火時期制御手段１０７に
送られるようになっている。

【００９９】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型
内燃機関の排気昇温装置は、上述のように構成されてい
るので、例えば図５（ａ）に示すように通常燃料噴射制
御が行なわれるとともに、図５（ｂ）に示すように追加
燃料噴射制御（膨張行程燃料噴射制御）が行なわれる。
まず、通常燃料噴射制御について説明する。

【０１００】この制御は一定のクランク角毎に実行さ
れ、まず、ステップＡ１０〜Ａ３０の処理を行なう。つ
まり、ステップＡ１０で、エアフローセンサ１１，回転
数センサ２１で検出された吸入空気量Ｑ，エンジン回転
数Ｎｅから、機関負荷Ｑ／Ｎｅ（即ち、１ストローク当
たりの吸入空気量）を計算する。次に、ステップＡ２０
で、上式に示すように、この機関負荷Ｑ／Ｎｅに基づい
て、基本駆動時間ｔ_B を計算する。さらに、ステップＡ
３０で、基本駆動時間ｔ_B に各種の燃料補正係数Ｋの乗
算等を行なって燃料噴射時間ｔ_AUを算出する。

【０１０１】そして、これに基づいて、通常燃料噴射
（ステップＡ４０）が行なわれる。次に、膨張行程燃料
噴射制御（追加燃料噴射制御）について説明すると、こ
の膨張行程燃料噴射制御は、前期噴射モード又は後期噴
射モード下でリーン運転モードが選択された時において
行なわれる。図５（Ｂ）には、前期噴射モード時に膨張
行程燃料噴射を行なう場合の制御について示してある。

【０１０２】まず、ステップＢ１０，Ｂ２０の処理を行
なう。つまり、ステップＢ１０で触媒温度θ_C.C を読み
込み、ステップＢ２０で触媒温度θ_C.C が目標温度θ₀
以下か否かを判定する。この結果、触媒温度θ_C.C が目
標温度θ₀ 以下である場合は、膨張行程噴射制御を行な
うべく、ステップＢ３０〜Ｂ９０までの処理を行ない、
触媒温度θ_C.Cが目標温度θ₀ 以下でない場合は、膨張
行程噴射制御を行なわず、リターンする。

【０１０３】膨張行程噴射制御では、まず、ステップＢ
３０〜Ｂ６０までの処理を行ない、膨張行程における噴
射開始時期Ｔ_INJ を設定する。つまり、ステップＢ３０
で目標負荷値（目標Ｐｅ），エンジン回転数Ｎｅ，冷却
水温度θ_W ，主燃焼における点火時期Ｔ_IG，ＥＧＲ量を
読み込む。次に、ステップＢ４０でエンジン回転数Ｎｅ
及び目標負荷値Ｐｅに基づき予め記憶されているマップ
より、膨張行程における基本噴射開始時期Ｔｂ_INJ を読
み込む。そして、ステップＢ５０で基本噴射開始時期Ｔ
ｂ_INJ をＥＧＲ量，冷却水温度θ_W ，主燃焼における点
火時期Ｔ_IGによって補正し、ステップＢ６０で膨張行程
における噴射開始時期Ｔ_INJ を設定する。

【０１０４】次に、ステップＢ７０〜Ｂ９０までの処理
を行ない、膨張行程におけるインジェクタ駆動時間ｔ
_PLUSを設定する。つまり、ステップＢ７０で１気筒１サ
イクルあたりの吸入空気量Ｑ、目標Ａ／Ｆを読み込む。
次に、ステップＢ８０で１気筒１サイクル当たりの吸入
空気量Ｑと目標Ａ／Ｆとから主燃焼後の筒内に残存する
酸素量を求め、この酸素量に基づいて燃料量Ｍ_fuelを算
出する。そして、ステップＢ９０で膨張行程における追
加燃料噴射の基本駆動時間ｔ_B を噴射開始時期Ｔ_INJ ，
触媒温度θ_C.C によって補正して、膨張行程におけるイ
ンジェクタ駆動時間ｔ_PLUSを設定する。そして、この設
定に基づいて膨張行程での追加の燃料噴射が行なわれ
る。

【０１０５】このように、本実施形態の筒内噴射型内燃
機関の排気昇温装置では、主燃焼の火炎の存在する期間
中（火炎残存期間中）に追加燃料を噴射させるため、特
に、追加デバイスを設けることなく、確実に追加燃料を
追加燃焼させることができ、これによって確実に排気を
昇温させることができるため、触媒温度θ_C.C を早期に
目標温度θ₀ とすることができるという利点がある。

【０１０６】つまり、追加デバイスを設ける必要がない
ため、コストを増大させることなく、触媒９が活性化す
るまでの時間を短縮することができ、排出ガス中の有害
成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_X ）の含有量を低下することが
できるという利点がある。また、各種パラメータに応じ
て変化する火炎残存期間内に追加燃料の噴射開始時期Ｔ
_INJ を設定するため、追加燃料を確実に追加燃焼をさせ
ることができ、これによって確実に排気を昇温させるこ
とができるため、触媒温度θ_C.C を早期に目標温度θ₀
とすることができるという利点がある。

【０１０７】また、リーンＮＯ_X 触媒９Ａであっても、
触媒温度を確実に昇温させることができ、早期に目標温
度θ₀ とすることができるという利点がある。つまり、
リーンＮＯ_X 触媒９Ａは、三元触媒９Ｂに比べ耐熱性が
低いので、触媒９の昇温を促進する見地からはエンジン
の近傍（排気通路３の極く上流側）に設置することがで
きないが、このようにエンジンから離隔した位置に触媒
９が設置される場合であっても、触媒９を活性化するの
に十分な高温の排出ガスを得ることができるという利点
がある。

【０１０８】上述したように第１実施形態では、火炎残
存期間内の火炎消失時期を考慮した最適時期（例えば、
火炎消失時期に近い時期）に、各種パラメータに応じて
噴射開始時期Ｔ_INJ を設定するようにしているが、逆
に、噴射開始時期Ｔ_INJ を一定時期に設定し、火炎消失
時期を各種パラメータを変動させることによって調節
し、噴射開始時期Ｔ_INJ に対して火炎消失時期を最適時
期に設定してもよい。

【０１０９】これに関し、以下、第１実施形態の第１変
形例として説明する。本第１変形例の噴射開始時期設定
手段１１６は、上述の第１実施形態の場合と同様に、基
本噴射開始時期設定手段１１６Ａ及び火炎消失時期演算
手段１１６Ｂを備えるとともに、さらに、主燃焼の火炎
残存期間の調節、即ち、火炎残存期間の終期である火炎
消失時期の調節を行なう機能（火炎残存期間調節手段１
１６Ｃ）を備えて構成される。そして、この火炎残存期
間調節手段１１６Ｃにより、主燃焼の火炎残存期間に影
響を与えるパラメータとしての排出ガス還流量，空燃
比，主燃焼の点火時期を積極的に調節することができる
ようになっている。

【０１１０】このため、火炎残存期間調節手段１１６Ｃ
には、主燃焼の火炎残存期間に影響を与えるパラメータ
としての排出ガス還流量，空燃比，点火時期に関するそ
れぞれの制御量を調節する制御手段１１６Ｃ１と、各パ
ラメータの制御量に応じた火炎残存期間を記憶する記憶
手段１１６Ｃ２とが備えられており、記憶手段１１６Ｃ
２から触媒９の活性化の必要度合に応じた火炎消失時期
を設定するために必要な各パラメータに関連する制御量
を読み出し、制御手段１１６Ｃ１によって、この制御量
となるように各パラメータを調節して火炎残存期間を調
節するようになっている。

【０１１１】この記憶手段１１６Ｃ２には、主燃焼の火
炎残存期間に影響を与えるパラメータとしての排出ガス
還流量，空燃比，点火時期に関連する各制御量に応じた
火炎残存期間を示す複数のマップが備えられている。こ
こで、図７（Ａ）は、主燃焼時の排出ガス還流量（ＥＧ
Ｒ量）に関連する制御量に応じた熱発生率の変化（ここ
では、クランク角に対して示す）に対応するように、予
め設定された火炎残存期間及びその終期である火炎消失
時期を示す第１マップ（７Ａ）であり、排出ガス還流量
が多くなるに従って火炎残存期間が延びるように設定さ
れている。

【０１１２】また、図７（Ｂ）は、主燃焼時の空燃比
（Ａ／Ｆ）に関連する制御量に応じた熱発生率の変化
（ここでは、クランク角に対して示す）に対応するよう
に、予め設定された火炎残存期間及びその終期である火
炎消失時期を示す第２マップ（７Ｂ）であり、空燃比が
希薄になるに従って、火炎残存期間が延びるように設定
されている。

【０１１３】また、図７（Ｃ）は、主燃焼時の点火時期
Ｔ_IGに関連する制御量に応じた熱発生率の変化（ここで
は、クランク角に対して示す）に対応するように、予め
設定された火炎残存期間及びその終期である火炎消失時
期を示す第３マップ（７Ｃ）であり、点火時期のリター
ド量が大きくなるに従って、火炎残存期間が延びるよう
に設定されている。

【０１１４】これらの図７（Ａ）〜（Ｃ）の各々におい
て、斜線で示す領域は火炎残存期間であり、その境界線
Ｘと対応するパラメータの制御量に応じた熱発生率との
交点がそのパラメータの制御量に応じた火炎消失時期で
ある。そして、火炎残存期間調節手段１１６Ｃは、排出
ガス還流量を調節する場合は、図７（Ａ）に示す第１マ
ップ（７Ａ）から、触媒温度センサ２６により求められ
た温度が低いほど火炎残存期間が延びるようにする排出
ガス還流量の制御量を読み出し、この制御量となるよう
に制御手段１１６Ｃ１によって排出ガス還流量制御手段
１０４を制御するようになっている。

【０１１５】また、点火時期を調節する場合は、火炎残
存期間調節手段１１６Ｃは、図７（Ｂ）に示す第２マッ
プ（７Ｂ）から、触媒温度センサ２６により求められた
温度が低いほど火炎残存期間が延びるようにする点火時
期の制御量を読み出し、この制御量となるように制御手
段１１６Ｃ１によって点火時期制御手段１０７を制御す
るようになっている。

【０１１６】さらに、空燃比を調節する場合は、火炎残
存期間調節手段１１６Ｃは、図７（Ｃ）に示す第３マッ
プ（７Ｃ）から、触媒温度センサ２６により求められた
温度が低いほど、火炎残存期間が延びるようにする空燃
比の制御量を読み出し、この制御量となるように制御手
段１１６Ｃ１によって通常燃料噴射制御手段１０３を制
御するようになっている。

【０１１７】そして、火炎残存期間調節手段１１６Ｃに
より調節された火炎残存期間内に追加燃料噴射を行なう
べく、噴射開始時期設定手段１１６によって追加燃料の
噴射開始時期Ｔ_INJ を設定するようになっている。例え
ば、機関の空燃比がリーンの状態で継続運転された場合
のように、触媒９の活性化が不十分で、排出ガス温度を
上昇する必要がある場合には、本変形例の排気昇温装置
は、上述のように構成されているため、排出ガスが若干
量（最大で約２０％程度）だけ還流するように、火炎残
存期間調節手段１１６Ｃによって排出ガス還流量制御手
段１０４を制御し、主燃焼の火炎残存期間が延びるよう
に調節し、火炎残存期間調節手段１１６Ｃにより調節さ
れた火炎残存期間内に追加燃料噴射を行なうべく、噴射
開始時期設定手段１１６によって追加燃料の噴射開始時
期Ｔ_INJ を設定する。なお、このような排ガス還流量の
制御は、触媒温度θ_{C. C} が活性化温度よりも若干低いよ
うな場合に行なう。

【０１１８】これにより、火炎残存期間調節手段１１６
Ｃによる排気ガス還流量の調節をしない場合（排出ガス
還流量ゼロ）に比べて、追加燃料が同一の噴射量であり
ながら、追加燃焼によって得られた熱エネルギの膨張行
程への熱変換率を低くして排出ガスをより高温とするこ
とができ、排出ガスをより効率的に高温化でき、これに
よって触媒温度θ_C.C をより早期に目標温度θ₀ とする
ことができるという利点がある。また、排出ガスを還流
させることによって、排出ガスの浄化効率を高めること
ができる。

【０１１９】これは、追加燃料の噴射量を同一の噴射量
に設定して制御の簡素化を図りながら、触媒９の活性化
の必要度合に応じて追加燃焼によって得られた熱エネル
ギを排出ガスの昇温に有効に活用しながら触媒９をより
効率的に活性化させることができることを意味する。な
お、機関の冷態始動時のように触媒９の活性化のために
排出ガス温度を大幅に上昇する必要がある場合には、火
炎残存期間調節手段１１６Ｃの制御手段１１６Ｃ１によ
る制御を行なうことなく、排出ガス還流量制御手段１０
４により排出ガス還流量をゼロとして追加燃料の燃焼に
必要な残存酸素量を確保する。

【０１２０】また、排気を昇温させる際に、このように
排出ガス還流量を減少、或いはゼロとすることで、その
分、新気（空気）を追加で流入できるので、吸気空気量
が増大し、主燃焼後の筒内に残存する余剰酸素量が増え
るため、これに応じて追加の燃料噴射量を増加すること
もでき、これによって追加燃焼における発熱量を高める
ことができ、排気昇温率を向上させることもできる。

【０１２１】例えば、機関の空燃比がリーンの状態で継
続運転された場合のように触媒９の活性化が不十分で排
出ガス温度を上昇する必要がある場合には、本変形例の
排気昇温装置は、上述のように構成されているため、点
火時期Ｔ_IGを遅角するように火炎残存期間調節手段１１
６Ｃによって点火時期制御手段１０７を制御し、主燃焼
の火炎消失時期が遅れるように調節し、火炎残存期間調
節手段１１６Ｃにより調節された火炎残存期間内に追加
燃料噴射を行なうべく、噴射開始時期設定手段１１６に
よって追加燃料の噴射開始時期Ｔ_INJ を設定する。

【０１２２】これにより、火炎残存期間調節手段１１６
Ｃによる点火時期Ｔ_IGの調節をしない場合に比べて、追
加燃焼によって得られた熱エネルギの膨張行程でのガス
膨張のために費やされる割合を低くして、追加燃料が同
一の噴射量でありながら排出ガスをより効率的に高温と
することができ、これによって触媒温度θ_C.C をより早
期に目標温度θ₀ とすることができとともに、燃料消費
率の悪化を大幅に低減できる利点がある。

【０１２３】これは、追加燃料の噴射量を同一の噴射量
に設定して制御の簡素化を図りながら、触媒９の活性化
の必要度合に応じて追加燃焼によって得られた熱エネル
ギを排出ガスの昇温に有効に活用しながら触媒９をより
効率的に活性化させることができることを意味する。ま
た、主燃焼の空燃比を燃焼室内の最高圧力、及び最高圧
力に相当するクランク角度が変動しない範囲で、上述の
図７（ｂ）のマップ（ｂ）に基づき、希薄側に調節する
ことで、上記の排出ガス還流量及び点火時期の制御と同
様に追加燃焼によって得られた熱エネルギを有効活用し
て高温の排気を得ることができる。

【０１２４】さらに、図８（ａ），（ｂ）及び（ｃ）
は、それぞれ、火炎残存期間調節手段１１６Ｃにより排
出ガス還流量，主燃料の空燃比，及び主燃焼の点火時期
を変化させて火炎消失時期を遅らせるように（火炎残存
期間が延びるように）調節して、追加燃料を噴射した場
合の各制御量に応じた熱発生率の変化を示す図である。
なお、各図中、実線は排気を昇温させるためにパラメー
タとしての排出ガス還流量，主燃料の空燃比，及び主燃
焼の点火時期を変化させない通常の場合を示している。

【０１２５】これらの図から、追加燃料が同一の噴射量
であっても、各パラメータの制御量を調節することで、
追加燃焼によって得られた熱エネルギの膨張行程でのガ
ス膨張のために費やされる割合を低くして排出ガスをよ
り高温とすることができることがわかる。つまり、追加
燃料の噴射量を同一の噴射量に設定して制御の簡素化を
図りながら、触媒９の活性化の必要度合に応じて追加燃
焼によって得られた熱エネルギを排出ガスの昇温に有効
に活用しながら触媒９をより効率的に活性化させること
ができることになる。

【０１２６】次に、第１実施形態の第２変形例について
説明する。この第２変形例では、特に、触媒９の活性化
が必要とされる機関の低温始動時において、上述のよう
に膨張行程中の主燃料の噴射に基づく主燃焼の火炎の残
存する火炎残存期間内において追加燃料噴射を行なうよ
うに噴射開始時期設定手段１１６により噴射開始時期を
設定するとともに、触媒９が目標温度θ₀ 又は目標温度
θ₀ 近傍に達した後に、触媒温度θ_C.C が目標温度θ₀
以下に低下することが予想される運転状態（例えば、ア
イドル運転状態や減速運転状態等）になった場合には、
低温始動時における追加燃料噴射時期よりも遅い時期、
即ち火炎残存期間の後（例えば、膨張行程末期や排気行
程）で追加の燃料噴射を行なうように噴射開始時期設定
手段１１６により噴射開始時期を設定し、未燃の燃料成
分を含んだ混合気を触媒９に供給することにより、排出
ガス中に未燃状態で残存している燃料を触媒９により燃
焼させて、触媒９の昇温を行ない活性化するようにして
いる。

【０１２７】これにより、膨張行程内ではなく、それ以
後に追加燃料を噴射することで、追加燃焼によって得ら
れる熱がガス膨張仕事として使われる機会を少なくし、
効率よく排気を昇温させることができるという利点があ
る。つまり、特に、触媒９の活性化が必要とされる低温
始動時においては、膨張行程において排出ガスを追加燃
焼させることにより、排出ガスの温度を大幅に上昇さ
せ、触媒９を効率的に活性化させる。また、一旦、触媒
温度θ_C.C が目標温度θ₀ 又は目標温度θ₀ 近傍に達し
た後で、触媒温度低下が懸念されるアイドル運転状態や
減速運転状態になる場合がある。その際には、排出ガス
中に未燃焼状態で残存している燃料を触媒９により燃焼
させることにより、効率的に触媒９を活性化させること
ができるという利点がある。

【０１２８】また、上述した第２の変形例では、追加燃
料の噴射が始動時なのかそれ以外の運転状態のときなの
かに応じて追加燃料噴射の噴射時期を膨張行程中の特定
時期（火炎残存時期）又はこの特定時期よりも遅い時期
とで変更するものを示したが、噴射時期を変更させる基
準はそのような運転状態の変化に限られるものではな
い。

【０１２９】すなわち、触媒温度センサ２６により求め
られた触媒温度θ_C.C が、追加燃料、即ち、排出ガス中
に未燃焼状態で残存している燃料が触媒（排気浄化装
置）内部で燃焼可能な下限温度（設定温度）以上か否か
を検出又は推定できる検出手段を設け、この検出手段か
らの出力に基づいて、噴射開始時期設定手段１１６によ
り噴射開始時期を設定する。

【０１３０】まず、触媒温度センサ２６により求められ
た触媒温度θ_C.C が、設定温度以上であることが検出あ
るいは推定される場合、火炎残存期間の後（例えば、膨
張行程末期又は排気行程中）に追加燃料の噴射を行なう
ように噴射開始時期設定手段１１６により噴射開始時期
を設定する。これにより、排出ガス中に未燃焼状態で残
存している燃料（追加燃料）を触媒内部で燃焼させるこ
とができ、膨張仕事に使われることなく触媒内で未燃炭
化水素が燃焼を開始して触媒昇温を効率よく行なうこと
ができる。

【０１３１】一方、触媒温度センサ２６により求められ
た触媒温度θ_C.C が、設定温度未満であることが検出あ
るいは推定される場合、排出ガス中に未燃焼状態で残存
している燃料が触媒内部で燃焼しないため、火炎が残存
する火炎残存期間内（例えば、膨張行程中）に追加燃料
の噴射を行なうように噴射開始時期設定手段１１６によ
り噴射開始時期を設定する。

【０１３２】これにより、筒内で追加燃料を確実に燃焼
させることで、追加燃料が燃焼せずに排出されることな
く触媒を昇温できる。なお、上述した下限温度は触媒を
活性状態にするのに必要な温度に対応する目標温度θ₀
よりも低い値である。なお、上記の各パラメータに応じ
て、噴射時間設定部１０２により、燃料噴射量、即ち、
燃料噴射時間（したがって、インジェクタ駆動時間）を
設定すれば、更に効率的に排気を昇温できることにな
る。

【０１３３】次に、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の排気昇温装置は、図１０に示
すように、第１実施形態のものと、追加燃料噴射制御手
段１０２が備える噴射期間設定手段１１４が異なる。つ
まり、この実施形態では、図１０に示すように、噴射期
間設定手段１１４が気筒設定部１１８Ｂを備え、この気
筒設定部１１８Ｂが追加の燃料噴射における燃料量を調
整すべく追加燃料噴射を行なう特定気筒を設定するよう
に構成されている。

【０１３４】なお、本実施形態における筒内噴射型内燃
機関の排気昇温装置におけるその他の構成については、
上述の第１実施形態のものと同様であるため、ここでは
その説明を省略する。気筒設定部１１８Ｂは、追加燃料
噴射を行なう気筒を設定するものである。つまり、触媒
温度θ_C.C が目標温度θ₀ よりも大幅に低ければ全気筒
で追加燃料噴射を行なうことが考えられ、気筒設定部１
１８Ｂは、この場合には、全気筒を追加燃料噴射を行な
う気筒に設定する。

【０１３５】一方、触媒温度θ_C.C が目標温度θ₀ より
も若干低い場合には、全気筒が１回ずつ燃焼する１燃焼
サイクルにおいて、一部の気筒のみで追加燃料噴射を行
なえば十分であり、気筒設定部１１８Ｂは、この場合に
は、一部の気筒を追加燃料噴射を行なう気筒に設定す
る。この場合、追加燃料噴射を行なう気筒として、特定
の気筒のみを選択してもよいが、特定の気筒に限定せず
に、各燃焼サイクル毎に１気筒又はいくつかの気筒を順
に追加燃料噴射を行なう気筒に選択して燃焼サイクルを
実施してもよい。

【０１３６】例えば、１燃焼サイクルにおいて１気筒の
みで追加燃料噴射を行なう場合を説明すると、図４に示
すような４気筒エンジンの場合、第１気筒（＃１），第
３気筒（＃３），第４気筒（＃４），第２気筒（＃２）
の順に燃焼するが、このように第１，３，４，２気筒が
１回ずつ燃焼する各燃焼サイクルにおいて、常に特定の
気筒（例えば第１気筒）のみで追加燃料噴射を行なって
もよい。

【０１３７】あるいは、例えばある燃焼サイクルで第１
気筒のみで追加燃料噴射を行なったら、次の燃焼サイク
ルでは第３気筒のみで追加燃料噴射を行ない、さらに次
の燃焼サイクルでは第４気筒のみで追加燃料噴射を行な
い、さらに次の燃焼サイクルでは第２気筒のみで追加燃
料噴射を行なうというように、全気筒を１つずつ各燃焼
サイクルで選択しながら追加燃料噴射を行なうようにし
てもよい。

【０１３８】あるいは、例えばある燃焼サイクルで第１
気筒のみで追加燃料噴射を行なったら、次の燃焼サイク
ルでは第４気筒のみで追加燃料噴射を行ない、さらに次
の燃焼サイクルでは第１気筒のみで追加燃料噴射を行な
い、さらに次の燃焼サイクルでは第４気筒のみで追加燃
料噴射を行なうというように、一部の気筒（ここでは第
１気筒及び第４気筒）を適宜選択して追加燃料噴射を行
なうようにしてもよい。

【０１３９】また、１燃焼サイクルにおいて第２気筒の
みで追加燃料噴射を行なう場合や、第３気筒のみで追加
燃料噴射を行なう場合にも、上述と同様に、追加燃料噴
射は、特定の気筒のみを用いたり、全気筒あるいは一部
の気筒を適宜、順に使用しながら行なうようにすること
ができる。このような一部の気筒による追加燃料噴射の
手法は、もちろん、４気筒エンジンに限らず、他の形式
のエンジンにも適用しうる。

【０１４０】また、気筒設定部１１８Ｂは、触媒温度θ
_C.C が目標温度θ₀ よりも低くなるにつれて追加燃料を
噴射する気筒数を増やし、触媒温度θ_C.C が目標温度θ
₀ に対し所定の値以上低くなった場合には、ほぼ全気筒
で追加燃料を噴射するように追加燃料噴射を行なう特定
の気筒を設定するものである。以下、気筒設定部１１８
Ｂによる気筒の設定を含めて、本実施形態の噴射時間設
定部１０２Ｂによる膨張行程におけるインジェクタ駆動
時間ｔ_PLUSの設定について説明する。

【０１４１】なお、気筒設定部１１８Ｂによる気筒の設
定は、上述の第１実施形態における触媒温度θ_C.C に応
じた燃料量（ｔ_PLUSに相当）の補正に相当するものであ
るため、まず、この前提となる噴射時間設定部１０２Ｂ
による膨張行程におけるインジェクタ駆動時間ｔ_PLUSの
設定について説明し、その後に気筒設定部１１８Ｂによ
る気筒の設定について説明する。

【０１４２】まず、噴射期間設定手段１１４による膨張
行程におけるインジェクタ駆動時間ｔ_PLUSの設定につい
て説明すると、この膨張行程におけるインジェクタ駆動
時間ｔ_PLUSの設定は、膨張行程における追加の燃料噴射
に対して基本となる基本駆動時間ｔ_B を、噴射開始時期
Ｔ_INJ により補正することにより行なわれる。ここで、
基本駆動時間ｔ_B は、上述の第１実施形態と同様に算出
され、膨張行程の噴射開始時期Ｔ_INJ による補正も、上
述の第１実施形態と同様に行なわれる。

【０１４３】したがって、本装置の膨張行程におけるイ
ンジェクタ駆動時間ｔ_PLUSは、次式により求められる。 ｔ_PLUS＝ｔ_B ×Ｋ₁ 次に、気筒設定部１１８Ｂによる気筒の設定について説
明する。気筒設定部１１８Ｂにおいて、膨張行程におけ
る追加燃料噴射を行なう噴射実行気筒数Ｎ_INJ を触媒温
度θ_C.C に応じて設定する。従って、この噴射実行気筒
数Ｎ_INJ の調整は触媒温度θ_C.C に応じた燃料量の補正
を可能にする。

【０１４４】つまり、気筒設定部１１８Ｂによる触媒温
度θ_C.C に応じた燃料量の補正は、図１７（Ｃ）に示す
ように、触媒温度センサ２６により求められる触媒温度
θ_{C. C} に応じて、さまざまな触媒温度θ_C.C に対応して
予め設定されている気筒数マップ（１７Ｃ）を参照して
噴射実行気筒数Ｎ_INJ を求め、この噴射実行気筒数Ｎ
_INJ を増減させることによって行なわれる。

【０１４５】この気筒数マップ（１７Ｃ）は、図１７
（Ｃ）に示すように、触媒温度θ_C.Cが低いときは、全
ての気筒において追加の燃料噴射が行なわれるようにし
ており、触媒温度θ_C.C が上昇し、目標温度θ₀ に近づ
くにつれて、噴射実行気筒数Ｎ _INJ を減少し、燃料量が
調整されるように設定されている。このようにして設定
された噴射開始時期Ｔ_INJ 及びインジェクタ駆動時間ｔ
_{PL US}に応じて、追加燃料噴射は、図１１に示すように、
通常の燃料噴射とは別個に膨張行程で行なわれる。な
お、図１１では、特定気筒としての設定された第１気筒
（＃１）のみで膨張行程の追加燃料噴射を行なう場合を
示している。

【０１４６】本発明の第２実施形態としての筒内噴射型
内燃機関の排気昇温装置は、上述のように構成されてい
るので、例えば、第１実施形態と同様に通常燃料噴射制
御〔図５（ａ）参照〕が行なわれるとともに、図１２に
示すように追加燃料噴射制御（膨張行程燃料噴射制御）
が行なわれる。なお、通常燃料噴射制御については、第
１実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略
する。

【０１４７】本装置における追加燃料噴射制御は、第１
実施形態の装置における追加燃料噴射制御とステップＣ
９０のみが異なる。つまり、ステップＣ１０〜Ｃ８０
は、それぞれステップＢ１０〜Ｂ８０に対応しており、
同様の処理を行なうため、ここではその説明を省略す
る。ステップＣ９０では、膨張行程におけるインジェク
タ駆動時間ｔ_PLUSが、膨張行程における追加の燃料噴射
に対して基本となる基本駆動時間ｔ_B を、噴射開始時期
Ｔ_INJ により補正することにより設定される。

【０１４８】また、触媒温度θ_C.C に応じた燃料量とす
るため、図１７（Ｃ）に示すように、予め設定されてい
る気筒数マップ（１７Ｃ）を参照して触媒温度θ_C.C に
基づき噴射実行気筒数Ｎ_INJ が求められる。そして、噴
射実行気筒数Ｎ_INJ とは、クランク軸が７２０°回転す
る間に追加燃料噴射を行なう気筒の数であり、図１７
（Ｃ）に示すように、触媒温度θ_C.Cが低温の時には、
多気筒（ここでは、全気筒）で追加燃料噴射を実行し、
触媒温度θ_C.C が上昇するに従い、噴射実行気筒数をさ
らに減らしている。

【０１４９】このように、追加燃料噴射を実行する気筒
数を減じる場合、前述の通り、特定の気筒のみを使って
燃料噴射を行なうようにしてもよく、噴射気筒を限定せ
ずに各気筒で順に〔但し、１燃焼サイクル当たり１気筒
又はそれ以上（全気筒ではない）〕を使用して燃料噴射
を行なうようにしてもよい。本実施形態の筒内噴射型内
燃機関の排気昇温装置は、上述のように構成されるた
め、第１実施形態と同様の効果を奏する。

【０１５０】また、触媒温度θ_C.C に基づいて噴射実行
気筒数を調整することで追加の燃料噴射量を設定するこ
とができるため、燃費を実質的に悪化させることなく、
触媒９を昇温させることができるという利点がある。つ
まり、触媒温度θ_C.C が目標温度θ₀ よりも若干低い場
合に、特定の所定気筒のみで、又は、１燃焼サイクルよ
りも長い燃焼サイクルの間に全気筒を循環するようにし
て設定される所定気筒で追加燃料を噴射することが可能
である。これにより、燃費悪化を抑制するとともに、触
媒９が過昇温となることを防止しながら、触媒温度θ
_C.C を目標温度θ₀ まで昇温させることができる。

【０１５１】また、触媒温度θ_C.C が目標温度θ₀ より
も低くなるにつれて噴射実行気筒数を増やし、触媒温度
θ_C.C が目標温度θ₀ に対し所定値よりも低くなった場
合には、ほぼ全気筒で追加燃料を噴射を行なうようにし
た場合には、触媒温度θ_C.Cを早期に目標温度θ₀ まで
昇温させることができる。次に、第３実施形態について
説明すると、この筒内噴射型内燃機関の排気昇温装置
は、図１３に示すように、第２実施形態と同様に構成さ
れるが、第２実施形態のものと追加燃料噴射制御手段１
０２が備える噴射時期設定手段１１０及び噴射期間設定
手段１１４の機能が異なる。つまり、本実施形態の筒内
噴射型内燃機関の排気昇温装置では、膨張行程における
追加の燃料噴射を２回行なうようにしている点が異な
る。

【０１５２】つまり、この実施形態では、噴射時期設定
手段１１０は、噴射量演算手段１１２により求められた
追加燃料の噴射量を複数回（Ｎ回）に分割して噴射する
ように、複数回の分割噴射の噴射開始時期を設定する機
能（分割噴射開始時期設定手段）１２２を有しており、
また、噴射期間設定手段１１４は、複数回の分割噴射の
噴射期間を設定する機能を有している。なお、ここで
は、追加燃料の噴射量を２回に分割して噴射するように
なっており、このため、１回目の分割噴射をＮ−１回目
の分割噴射となり、２回目の分割噴射をＮ回目の分割噴
射となる。

【０１５３】まず、分割噴射開始時期設定手段１２２
は、少なくとも膨張行程における１回目（Ｎ−１回目）
の噴射開始時期Ｔ１_INJ 及び２回目（Ｎ回目）の噴射開
始時期Ｔ２_INJ を設定するようになっている。これらの
分割噴射開始時期のうち、膨張行程における１回目の噴
射開始時期Ｔ１_INJ は、第１実施形態における膨張行程
における噴射開始時期Ｔ_INJ と同様に算出するようにな
っている。

【０１５４】また、膨張行程における１回目の噴射開始
時期Ｔ１_INJ 、冷却水温度θ_W 、筒内の余剰酸素に対し
て噴射可能な燃料量Ｍ_fuelに基づいて膨張行程における
２回目の噴射開始時期Ｔ２_INJ を求めるようになってい
る。この膨張行程における２回目の噴射開始時期Ｔ２
_INJ は、排気弁が開く直前に設定するのが好ましい。こ
れは、上述の第１実施形態において、図９を参照しなが
ら説明したように、追加燃焼の熱エネルギを効率よく活
用できるためである。

【０１５５】これに関し、図１６を参照しながら、さら
に詳細に説明する。図１６に示すように、線Ａで示され
る熱発生率に対応する主燃焼による火炎残存期間のう
ち、なるべく遅い時期に１回目の追加燃料噴射を行なえ
ば、線Ｂで示すように、火炎残存期間が延び、さらに、
線Ｂで示される１回目の追加燃料噴射による火炎残存期
間のうち、なるべく遅い時期に２回目の追加燃料噴射を
行なえば、図中、仮想線（２点鎖線）で示すように、火
炎残存期間が延び膨張仕事に費やされる熱エネルギの割
合が低下するため、排出ガスの昇温のために追加燃焼に
よって得られる熱エネルギをさらに有効に活用すること
ができることになる。

【０１５６】また、噴射期間設定手段１１４は、少なく
とも膨張行程における１回目（Ｎ−１回目）のインジェ
クタ駆動時間ｔ１_PLUS及び膨張行程における２回目（Ｎ
回目）のインジェクタ駆動時間ｔ２_PLUSを設定するよう
になっている。また、噴射期間設定手段１１４が備える
気筒設定部１１８Ｂは噴射実行気筒数を設定するように
なっている。

【０１５７】さらに、この噴射期間設定手段１１４は、
追加燃料が主燃焼後に筒内に残存する余剰酸素に応じた
燃料量Ｍ_fuelで噴射されるように膨張行程における１回
目のインジェクタ駆動時間ｔ１_PLUS及び膨張行程におけ
る２回目のインジェクタ駆動時間ｔ２_PLUSが設定される
ように構成されている。具体的には、噴射期間設定手段
１１４による膨張行程における１回目のインジェクタ駆
動時間ｔ１_PLUSの設定は、膨張行程における追加の燃料
噴射に対して基本となる基本駆動時間ｔ_B を膨張行程に
おける１回目の噴射開始時期Ｔ１_INJ 、冷却水温度θ_W
により補正することにより行なわれるようになってい
る。

【０１５８】つまり、膨張行程における１回目のインジ
ェクタ駆動時間ｔ１_PLUSは、火炎消失時期を遅らせて、
排気弁の開放タイミングにできるだけ近づけうる燃料量
が噴射されるように、基本駆動時間ｔ_B を補正すること
により設定される。好ましくは、排気弁の開放タイミン
グまで火炎消失時期を遅らせることができるだけの燃料
量が噴射されるように設定される。また、この膨張行程
における１回目のインジェクタ駆動時間ｔ１_PLUSは、そ
の噴射量が、膨張行程における２回目の燃料噴射の噴射
量より少なくなるように設定される。これにより、追加
燃焼によって得られる熱エネルギが膨張行程でのガスを
膨張させるために費やされる割合を低くすることができ
るとともに、燃費を向上させることができる。

【０１５９】ここで、基本駆動時間ｔ_B は、上述の第１
実施形態及び第２実施形態の場合と同様に算出されるた
め、ここではその説明を省略する。なお、基本駆動時間
ｔ_Bは、膨張行程における１回目のインジェクタ駆動時
間ｔ１_PLUS及び膨張行程における２回目のインジェクタ
駆動時間ｔ２_PLUSの合計として算出される。また、膨張
行程における１回目の噴射開始時期Ｔ１_INJ による補正
は、上述の第１実施形態及び第２実施形態における膨張
行程における噴射開始時期Ｔ_INJ による補正と同様に行
なわれるため、ここではその説明を省略する。

【０１６０】さらに、機関温度としての冷却水温度θ_W
による補正は、図１７（Ｄ）に示すように、冷却水温度
θ_W に対して噴射割合係数（第３噴射期間補正係数）Ｋ
₃ が予め設定されているマップ（１７Ｄ）を参照して、
冷却水温度θ_W に基づき噴射割合係数Ｋ₃ が求められ、
この噴射割合係数Ｋ₃ を基本駆動時間ｔ_B に掛ける（ｔ
_B ×Ｋ₃ ）ことによって行なわれる。

【０１６１】このマップ（１７Ｄ）は、図１７（Ｄ）に
示すように、冷却水温度θ_W が上昇するに従って膨張行
程における１回目のインジェクタ駆動時間ｔ１_PLUSが短
くなるように設定されている。つまり、冷却水温度θ_W
が低い場合は、２回目のインジェクタ駆動時間ｔ２_PLUS
（即ち、Ｎ回目の分割噴射量）よりも１回目のインジェ
クタ駆動時間ｔ１_PLUS（即ち、Ｎ−１回目の分割噴射
量）の割合が多くなるように設定されており、冷却水温
度θ_W が上昇するに従って、２回目のインジェクタ駆動
時間ｔ２_PLUS（即ち、Ｎ回目の分割噴射量）よりも１回
目のインジェクタ駆動時間ｔ１_PLUS（即ち、Ｎ−１回目
の分割噴射量）の割合が少なくなるようになっている。

【０１６２】このようにして、膨張行程における１回目
のインジェクタ駆動時間ｔ１_PLUSは、次式により求めら
れる。 ｔ１_PLUS＝ｔ_B ×Ｋ₁ ×Ｋ₃ 次に、噴射期間設定手段１１４による膨張行程における
２回目のインジェクタ駆動時間ｔ２_PLUSの設定は、膨張
行程における追加の燃料噴射において基本となる基本駆
動時間ｔ_B を膨張行程における２回目の噴射開始時期Ｔ
２_INJ 、冷却水温度θ_W により補正することにより行な
われるようになっている。

【０１６３】ここで、基本駆動時間ｔ_B は、上述の膨張
行程における１回目のインジェクタ駆動時間ｔ１_PLUSの
設定の場合と同様にして算出される。また、膨張行程に
おける２回目の噴射開始時期Ｔ２_INJ による補正は、上
述の膨張行程における１回目のインジェクタ駆動時間ｔ
１_PLUSの設定の場合と同様に行なわれる。

【０１６４】さらに、冷却水温度θ_W による補正は、上
述の膨張行程における１回目のインジェクタ駆動時間ｔ
１_PLUSの設定の場合と同様に、冷却水温度θ_W に対して
噴射割合係数Ｋ₃ が予め設定されているマップ（１７
Ｄ）を参照して冷却水温度θ_Wに基づき噴射割合係数Ｋ
₃ が求められ、この噴射割合係数Ｋ₃ から求められる
（１−Ｋ₃ ）を基本駆動時間ｔ_B に掛ける〔ｔ_B ×（１
−Ｋ₃ ）〕ことによって行なわれる。

【０１６５】このようにして、膨張行程における２回目
のインジェクタ駆動時間ｔ２_PLUSは、次式により求めら
れる。 ｔ２_PLUS＝ｔ_B ×Ｋ₁ ×（１−Ｋ₃ ） そして、触媒温度θ_C.C に応じた燃料量の補正は、上述
の第２実施形態の場合と同様に、気筒設定部１１８Ｂに
よって追加燃料噴射を行なう気筒数の調整することによ
り行なわれる。つまり、図１７（Ｄ）に示すように、予
め設定されているマップ（１７Ｄ）を参照して触媒温度
θ_C.C に基づき噴射実行気筒数Ｎ_INJ を求め、この噴射
実行気筒数Ｎ_INJ を増減させることによって行なわれ
る。

【０１６６】このようにして設定された噴射開始時期Ｔ
１_INJ ，Ｔ２_INJ 及び噴射時間ｔ１ _PLUS，ｔ２_PLUSに応
じて、追加燃料噴射は、図１４に示すように、通常の燃
料噴射とは別個に膨張行程において行なわれる。なお、
図１４では全気筒で膨張行程の追加燃料噴射を行なう場
合を示している。本発明の第３実施形態としての筒内噴
射型内燃機関の排気昇温装置は、上述のように構成され
ているので、例えば、第１実施形態及び第２実施形態と
同様に通常燃料噴射制御〔図５（ａ）参照〕が行なわれ
るとともに、図１５に示すように追加燃料噴射制御（膨
張行程燃料噴射制御）が行なわれる。

【０１６７】なお、通常燃料噴射制御については、第１
実施形態及び第２実施形態と同様であるため、ここでは
その説明を省略する。本装置における追加燃料噴射制御
は、第１実施形態の装置における追加燃料噴射制御とス
テップＤ６０，ステップＤ９０のみ異なる。つまり、ス
テップＤ１０〜Ｄ５０は、それぞれステップＢ１０〜Ｂ
５０に対応しており、また、ステップＤ７０，ステップ
Ｄ８０は、それぞれステップＢ７０，ステップＢ８０に
対応しており、同様の処理を行なうため、ここではその
説明を省略する。

【０１６８】ステップＤ６０では、分割噴射開始時期設
定手段１２２によって膨張行程における１回目の噴射開
始時期Ｔ１_INJ が設定される。また、ステップＤ９０で
は、噴射開始時期設定部１０２Ａによって、膨張行程に
おける１回目の噴射開始時期Ｔ１_INJ 、冷却水温度
θ_W 、筒内の余剰酸素に対して噴射可能な燃料量Ｍ_fuel
に基づいて膨張行程における２回目の噴射開始時期Ｔ２
_INJ が求められる。

【０１６９】また、噴射期間設定手段１１４によって、
膨張行程における１回目のインジェクタ駆動時間ｔ１
_PLUS及び膨張行程における２回目のインジェクタ駆動時
間ｔ２ _PLUSが求められる。つまり、膨張行程における１
回目のインジェクタ駆動時間ｔ１_PLUSは基本駆動時間ｔ
_B を膨張行程における１回目の噴射開始時期Ｔ１_INJ 、
冷却水温度θ_W によって補正されることにより求めら
れ、膨張行程における２回目のインジェクタ駆動時間ｔ
２_PLUSは、基本駆動時間ｔ_B を膨張行程における２回目
の噴射開始時期Ｔ２_INJ 、冷却水温度θ_W によって補正
されることにより求められる。

【０１７０】さらに、噴射期間設定手段１１４が備える
気筒設定部１１８Ｂによって噴射実行気筒数Ｎ_INJ が求
められる。本実施形態の筒内噴射型内燃機関の排気昇温
装置は、上述のように構成されるため、第１実施形態及
び第２実施形態と同様の効果を奏する。また、第１噴射
を主燃焼の火炎が残っている時に行なうことにより火炎
残存期間を延ばすことができ、２回目の噴射開始時期Ｔ
２_INJ を遅らせることができる（好ましくは膨張行程末
期）ため、追加燃焼時の熱エネルギを効率的に活用する
ことができ、これによって排気を昇温させ触媒温度θ
_C.C を早期に目標温度θ₀とすることができるという利
点がある。

【０１７１】なお、本実施形態の筒内噴射型内燃機関の
排気昇温装置では、追加の燃料噴射を２回行なうように
しているが、これは２回に限られるものではなく、複数
回（Ｎ回）行なうようにしてもよい。また、複数回に分
割して追加の燃料噴射を行なう場合、１回目の噴射は必
ずしも排気弁が開く直前まで火炎が残るように噴射量を
設定しなくてもよく、２回目以降の噴射により火炎消失
時期を排気弁が開く直前まで延ばすように、その２回目
移行の噴射の噴射量を設定してもよい。特に、最後（Ｎ
回目）の追加燃料噴射については、第３実施形態の２回
目の追加燃料噴射に相当するように排気弁の開く直前に
設定するのが好ましく、また、この最後の追加燃料噴射
の噴射量はできるだけ多くなるように設定するのが好ま
しい。

【０１７２】また、この実施形態では、触媒温度θ_C.C
に応じた燃料量の補正は、膨張行程の追加の燃料噴射を
行なう気筒数を調整することにより行なうようにしてい
るが、第１実施形態のように、全気筒における追加燃料
の噴射量を調整することにより行なうようにしてもよ
い。なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるもの
ではなく、例えば、各実施形態では、１気筒当たりの吸
入空気量Ｑと目標Ａ／Ｆとから主燃焼時に残存する酸素
量を求め、この酸素量に基づいて膨張行程噴射を行なう
場合の燃料噴射弁８からの噴射量を決めているが、この
噴射量は追加燃焼可能な一定の噴射量として設定しても
よい。

【０１７３】また、上述の各実施形態では、浄化装置温
度演算手段としての触媒温度センサ２６を設け、この触
媒温度センサ２６によって直接触媒温度θ_C.C 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（この機能を有するものとして触媒昇温
判定手段が備えられる）、昇温が必要であると判定され
たときに膨張行程噴射を行なっているが、制御の簡素化
を図るべく、始動時の機関温度（冷却水温）が設定温度
以下であるかを検出する始動時の機関温度検出手段、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）の満了を検出する経過
時間検出手段からの出力に基づいて膨張行程噴射を行な
うようにしてもよい。また、始動検出手段からの出力に
基づいて始動直後に必ず膨張行程噴射を行なうようにし
てもよい。なお、機関温度検出手段，経過時間検出手段
及び始動検出手段は上述の各実施形態の浄化装置温度演
算手段としての触媒温度センサ２６に対応するものであ
る。

【０１７４】さらに、上述の第２実施形態では、気筒設
定部１１８Ｂを設け、この気筒設定部１１８Ｂによっ
て、触媒温度θ_C.C に応じて膨張行程噴射を行なう気筒
数を可変（全気筒の使用を含む）とし、膨張行程噴射を
行なう特定気筒（所定気筒）を設定するようにしている
が、例えば、膨張行程噴射を行なう気筒を可変とせず、
予め膨張行程噴射を行なう特定気筒（所定気筒）を設定
するようにしてもよい。

【０１７５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１，２記載
の本発明の筒内噴射型内燃機関の排気昇温装置によれ
ば、火炎残存期間に影響を与えるパラメータに基づき追
加燃料の噴射開始時期を設定し、主燃焼の火炎の存在す
る期間中（火炎残存期間中）に追加燃料を噴射させるた
め、特に、追加デバイスを設けることなく、確実に追加
燃料を燃焼させることができ、効率的に排気浄化装置を
昇温させることができるという利点がある。

【０１７６】請求項３記載の本発明の筒内噴射型内燃機
関の排気昇温装置によれば、追加燃料の噴射開始時期を
パラメータによる影響を受けて変動する火炎残存期間の
終期である火炎消失時期を考慮して設定された噴射開始
時期補正係数に基づいて設定するため、確実に追加燃料
を燃焼させることができるとともに、追加燃焼によって
得られた熱エネルギを排出ガスの昇温に有効に活用する
ことができ、効率的に排気浄化装置を昇温させることが
できるという利点がある。

【０１７７】請求項４記載の本発明の筒内噴射型内燃機
関の排気昇温装置によれば、火炎残存期間調節手段によ
って排気浄化装置の活性化の必要度合に応じてパラメー
タの制御量を調節して積極的に主燃焼の火炎残存期間を
調節し、この調節された火炎残存期間内に追加燃料の噴
射開始時期を設定するため、確実に追加燃料を燃焼させ
ることができるとともに、排気浄化装置の活性化の必要
度合に応じて追加燃焼によって得られた熱エネルギを排
出ガスの昇温に有効に活用しながら排気浄化装置をより
効率的に昇温させ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
機関の排気昇温装置の制御系の要部構成を模式的に示す
制御ブロック図である。

【図２】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃
機関の排気昇温装置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
機関の排気昇温装置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
機関の排気昇温装置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
機関の排気昇温装置の燃料噴射制御を説明するためのフ
ローチャートであって、（Ａ）は通常燃料噴射制御のフ
ローチャートであり、（Ｂ）は追加燃料噴射制御のフロ
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
機関の排気昇温装置の追加燃料噴射制御において用いら
れるマップを示す図であり、（Ａ）は水温補正係数（第
１噴射開始時期補正係数）Ｋθを示す第１噴射開始時期
補正マップ（６Ａ）、（Ｂ）は排出ガス還流量補正係数
（第２噴射開始時期補正係数）Ｋ_E を示す第２噴射開始
時期補正マップ（６Ｂ）、（Ｃ）は空燃比補正係数（第
３噴射開始時期補正係数）Ｋ_F を示す第３噴射開始時期
補正マップ（６Ｃ）、（Ｄ）は点火時期補正係数（第４
噴射開始時期補正係数）Ｋ_I を示す第４噴射開始時期補
正マップ（６Ｄ）である。

【図７】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃
機関の排気昇温装置の追加燃料噴射制御において用いら
れるマップを示す図であり、（Ａ）は主燃焼時の排出ガ
ス還流量（ＥＧＲ量）の制御量に応じた火炎残存期間を
示すマップ（７Ａ）、（Ｂ）は主燃焼時の空燃比（Ａ／
Ｆ）の制御量に応じた火炎残存期間を示すマップ（７
Ｂ）、（Ｃ）は主燃焼時の点火時期Ｔ_IGの制御量に応じ
た火炎残存期間を示すマップ（７Ｃ）である。

【図８】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃
機関の排気昇温装置の追加燃料噴射制御において、各パ
ラメータの制御量を調節して追加燃料噴射をした場合の
熱発生率の変化を示す図であり、（Ａ）は排出ガス還流
量を調節した場合、（Ｂ）は主燃焼の空燃比を調節した
場合、（Ｃ）は主燃焼の点火時期を調節した場合をそれ
ぞれ示している。

【図９】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃
機関の排気昇温装置によって膨張行程において追加燃料
噴射を行なった場合の筒内圧及び熱発生率を説明するた
めの図である。

【図１０】本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内
燃機関の排気昇温装置の制御系の要部構成を模式的に示
す制御ブロック図である。

【図１１】本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内
燃機関の排気昇温装置の追加燃料の噴射タイミングを示
す図である。

【図１２】本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内
燃機関の排気昇温装置の追加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１３】本発明の第３実施形態としての筒内噴射型内
燃機関の排気昇温装置の制御系の要部構成を模式的に示
す制御ブロック図である。

【図１４】本発明の第３実施形態としての筒内噴射型内
燃機関の排気昇温装置の追加燃料の噴射タイミングを示
す図である。

【図１５】本発明の第３実施形態としての筒内噴射型内
燃機関の排気昇温装置の追加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１６】本発明の第３実施形態としての筒内噴射型内
燃機関の排気昇温装置によって膨張行程において追加燃
料噴射を行なった場合の筒内圧及び熱発生率を説明する
ための図である。

【図１７】本発明の実施形態としての筒内噴射型内燃機
関の排気昇温装置の追加燃料噴射制御において用いられ
るマップを示す図であり、（Ａ）は噴射開始時期Ｔ_INJ
に応じて予め定められた第２噴射期間補正係数Ｋ₁ を示
すマップ（１７Ａ）、（Ｂ）は触媒温度θ_C.C に応じて
予め定められた第１噴射期間補正係数Ｋ₂ を示すマップ
（１７Ｂ）、（Ｃ）は触媒温度θ_C.C に応じて予め設定
されている気筒数マップ（１７Ｃ）、（Ｄ）は噴射実行
気筒数Ｎ_INJ 冷却水温度θ_W と第３噴射期間補正係数Ｋ
₃ とから予め設定されているマップ（１７Ｄ）である。

【符号の説明】

８ インジェクタ（燃料噴射装置） ９ 排出ガス浄化用触媒コンバータ（排気浄化装置） ２１ クランク角センサ（エンジン回転数センサ） ２３ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） ２６ 触媒温度センサ（浄化装置温度演算手段） １０１ 燃料噴射制御手段 １０２ 追加燃料噴射制御手段 １０３ 通常燃料噴射制御手段 １０４ 排出ガス還流量制御手段 １０６ 各種センサ １０７ 点火時期制御手段 １０８ 点火装置（点火栓） １１０ 噴射時期設定手段 １１２ 噴射量演算手段 １１４ 噴射期間設定手段 １１６ 噴射開始時期設定手段 １１６Ａ 基本噴射開始時期設定手段 １１６Ｂ 火炎消失時期演算手段 １１６Ｃ 火炎残存期間調節手段 １１６Ｃ１ 制御手段 １１６Ｃ２ 記憶手段 １１８ 第１噴射期間補正手段 １１８Ａ 補正係数設定部 １１８Ｂ 気筒設定部 １２２ 分割噴射開始時期設定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｈ 45/00 ３０１ 45/00 ３０１Ｇ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射す
   る燃料噴射装置と、 上記燃料噴射装置より主燃料として噴射された燃料を火
   花点火して主燃焼を行なわせる点火栓と、 上記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、 上記排気浄化装置の温度を検出又は推定して上記排気浄
   化装置の温度を求める浄化装置温度演算手段と、 上記浄化装置温度演算手段により求められた温度から上
   記排気浄化装置の活性化が必要とされたとき主燃料の噴
   射に基づく主燃焼の火炎の残存する火炎残存期間内に追
   加燃料として燃料の噴射を行なうように上記燃料噴射装
   置を制御する追加燃料噴射制御手段とを備え、 上記追加燃料噴射制御手段は、上記火炎残存期間に影響
   を与えるパラメータに基づき追加燃料の噴射開始時期を
   設定する噴射時期設定手段を備えることを特徴とする、
   筒内噴射型内燃機関の排気昇温装置。
2. 【請求項２】 上記追加燃料噴射制御手段は、直接又は
   間接的に検出した主燃焼による残存酸素量に基づいて追
   加燃料の噴射量を求める噴射量演算手段を備え、 上記噴射時期設定手段は、上記噴射量演算手段により求
   められた追加燃料の噴射量に応じた噴射期間を設定する
   噴射期間設定手段と、上記火炎残存期間に影響を与える
   パラメータに基づき追加燃料の噴射開始時期を設定する
   噴射開始時期設定手段とを備えることを特徴とする、請
   求項１記載の筒内噴射型内燃機関の排気昇温装置。
3. 【請求項３】 上記噴射開始時期設定手段は、上記内燃
   機関の機関回転数及び機関負荷に基づき基本噴射開始時
   期を求める基本噴射開始時期設定手段と、 上記火炎残存期間に影響を与えるパラメータに基づき上
   記火炎残存期間の終期である火炎消失時期を考慮した噴
   射開始時期補正係数を求める火炎消失時期演算手段とを
   備え、 上記噴射開始時期設定手段は、上記基本噴射開始時期設
   定手段により求められた基本噴射開始時期及び上記火炎
   消失時期演算手段により求められた上記噴射開始時期補
   正係数に基づき上記主燃焼の火炎により着火可能な時期
   に上記追加燃料の噴射が開始されるように追加燃料の噴
   射開始時期を設定することを特徴とする、請求項２記載
   の筒内噴射型内燃機関の排気昇温装置。
4. 【請求項４】 上記噴射開始時期設定手段は、上記火炎
   残存期間を調節する火炎残存期間調節手段を備え、 上記火炎残存期間調節手段は、上記パラメータの制御量
   を調節する制御手段と、上記パラメータの制御量に応じ
   た火炎残存期間を記憶する記憶手段とを有し、 上記火炎残存期間調節手段は、上記記憶手段から上記火
   炎残存期間の終期を上記排気浄化装置の活性化の必要度
   合に応じた火炎消失時期とするのに必要な上記パラメー
   タの制御量を求め、該制御量となるように上記制御手段
   を介して上記パラメータを調節して火炎残存期間を調節
   し、 上記噴射開始時期設定手段が、上記火炎残存期間調節手
   段により調節された上記火炎残存期間内に追加燃料の噴
   射開始時期を設定することを特徴とする、請求項２記載
   の筒内噴射型内燃機関の排気昇温装置。