JPH11218051A - エンジンの制御装置 - Google Patents

エンジンの制御装置

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JPH11218051A
JPH11218051A JP10274628A JP27462898A JPH11218051A JP H11218051 A JPH11218051 A JP H11218051A JP 10274628 A JP10274628 A JP 10274628A JP 27462898 A JP27462898 A JP 27462898A JP H11218051 A JPH11218051 A JP H11218051A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダ2内の燃焼室6に燃料を直接噴射供
給する直噴エンジン1の排気通路31にリーンNOx触
媒34を配置し、エンジン1を低負荷域で成層燃焼状態
で、またその他の領域で均一燃焼状態でそれぞれ運転す
る場合、燃焼室6での燃料均一性を高め、燃焼速度を速
くして燃焼効率の効率を高め、排ガス温度を下げて触媒
浄化性能を上げる。 【解決手段】 エンジン1が均一燃焼状態の運転領域に
あるときにシリンダ2の吸気行程で燃料噴射弁14から
燃料を、早期噴射開始時期s1と後期噴射開始時期s2
との中央時期mが吸気行程中央時期Mよりも早くなるよ
うに2分割噴射する。ピストン5の下降移動に伴う吸気
流動により、早期噴射燃料の気化霧化を促進させる。さ
らに、後期噴射燃料がシリンダ2壁面に付着して燃料の
均一化が阻害されるのを回避するとともに、点火までの
時間を長く確保して燃料の気化霧化を促進させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの制御装
置に関し、特に、燃焼室に燃料を直接噴射供給する直噴
エンジンを空燃比リーン状態又はリッチ状態に切り換え
て運転するようにしたものにおける燃料噴射時期の設定
に関する技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種のエンジンの制御装置
として、例えば国際公開番号W093/07363号公
報に示されるように、エンジンの排気通路に、空燃比が
理論空燃比よりも大きいリーン状態のときに排ガス中の
NOx(窒素酸化物)を吸着する一方、空燃比が理論空
燃比以下のリッチ状態になると、前記吸着したNOxを
放出させて還元浄化するNOx吸着タイプのリーンNO
x触媒を配置し、エンジンの加速運転時や全負荷運転時
に空燃比をリッチ側に、またそれ以外の運転時には空燃
比をリーン側にそれぞれ制御するようにしたものが知ら
れている。
【0003】また、特開平7―119507号公報に示
されるように、エンジンの燃焼室に燃料を直接噴射供給
する燃料噴射弁を設け、エンジンを低負荷域では成層燃
焼状態で運転する一方、高負荷域では均一燃焼状態で運
転し、エンジンが低回転域で前記高負荷域にあるとき
に、シリンダの吸気行程で燃料噴射弁から燃料を2回に
分割して噴射させることで、その早期噴射された半分の
燃料を吸気行程の終了までに燃焼室で拡散させる一方、
後期噴射された残り半分の燃料については、増大した容
積の燃焼室に拡散させ、全ての燃料を一括噴射する場合
のように、次の圧縮行程でピストン頂面近傍に濃厚な混
合気が形成されるのを防いで、スモークの発生を防止す
ることが提案されている。
【0004】さらに、特開平7−217478号公報に
は、前記と同様の燃料噴射弁をピストンの頂面に対向す
るように燃焼室の上面に設け、ノッキングが発生したと
きに、少量の燃料を吸気行程の初期に予備的に噴射し
て、この燃料を積極的にピストン頂面の吸気弁側に付着
させるとともに燃焼室の吸気弁側に跳ね返らせ、吸気弁
側のピストン頂面や燃焼室を燃料の気化熱により冷却す
ることで、ノッキングを抑制するようにしたものが開示
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記最初の
従来例(国際公開番号W093/07363号公報)の
もののように、エンジンの排気通路にリーンNOx触媒
を配置する場合、そのリーンNOx触媒は、排ガス温度
が高くなればNOx浄化性能が低下する特性があり、特
にNOx吸着タイプでは、図13に示すようにその特性
が顕著であることから、このリーンNOx触媒の浄化性
能を上げるには、燃焼室での燃料の均一性を高めて燃焼
速度を速くし、燃焼効率の高効率化によって排ガス温度
を可及的に下げることが望まれる。しかし、実際にはそ
の要求を満たしていないのが現状である。
【0006】本発明の目的は、前記のように、燃焼室に
燃料噴射弁から直接燃料を噴射供給するようにした直噴
エンジンにおいて、その燃料噴射を所定の状態で行うよ
うにすることにより、燃焼室での燃料分布の均一性を高
めて燃焼速度を速くし、燃焼効率の効率を高めて排ガス
温度を可及的に下げるようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべ
く、この発明では、前記のように、エンジンのシリンダ
の吸気行程で燃料を2分割噴射するようにし、その上で
さらに、その早期噴射の噴射開始時期と後期噴射の噴射
開始時期との中央時期を吸気行程の中央時期よりも早い
時期に設定するようにした。
【0008】具体的には、請求項1の発明では、エンジ
ンのシリンダ内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴
射弁と、エンジンの排気通路に配設され、空燃比が理論
空燃比よりも大きいリーン状態で排ガス中のNOxを浄
化するリーンNOx触媒とを備え、エンジンを低負荷域
では成層燃焼状態で運転する一方、その他の領域では均
一燃焼状態で運転するようにしたエンジンの制御装置が
前提である。尚、ここで言うNOxの浄化とは、例えば
NOx吸着タイプの触媒によってNOxを吸着すること
やNOx還元タイプの触媒によってNOxをN2及びO2
に還元することを含み、排ガス中のNOxを低減させる
こと全てに相当する(以下、本明細書において同様とす
る)。
【0009】そして、前記エンジンが均一燃焼状態の運
転領域にあるときに、シリンダの吸気行程で前記燃料噴
射弁から燃料を早期噴射と後期噴射とに、少なくとも該
早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間の中央時期が
吸気行程の中央時期よりも早い時期となるように2分割
して噴射させる燃料噴射制御手段を設ける。
【0010】前記の構成により、エンジンが均一燃焼状
態の運転領域にあるときに、燃料噴射制御手段により、
シリンダの吸気行程で燃料噴射弁から燃料が早期噴射と
後期噴射とに2分割して噴射される。このため、早期噴
射された一部の燃料は、その後に後期噴射が開始される
までの燃料噴射休止状態でピストンの下降移動に伴う燃
焼室容積の増大によって十分に均一に拡散する一方、後
期噴射された残りの燃料についても、前記容積の増大し
た燃焼室に拡散して均一になる。このことによって燃焼
室に均一な混合気が生成され、圧縮行程後の燃焼行程で
燃焼速度が速まることで燃焼効率が高くなり、排ガス温
度を下げることができる。
【0011】そのとき、少なくとも前記早期噴射及び後
期噴射の両噴射開始時期間の中央時期が吸気行程の中央
時期よりも早い時期に設定されているので、シリンダ
の吸気行程全体で燃料噴射を行ってしまわなければなら
ないという条件下で、早期噴射を、ピストンの下降移動
速度が比較的高くてそれに伴う吸気流動速度も大きい状
態となる時期に対応させて行うことができ、その大きな
速度の吸気流動によって燃料分布の均一化や燃料の気化
霧化の促進効果を期待することができる。しかも、早
期及び後期の2回の燃料噴射が全体として吸気行程初め
側にずれるので、後期噴射された燃料がピストンの下死
点近く(吸気行程の終わり)でシリンダ壁面に付着して
燃料の均一化が阻害されるのを回避することができると
ともに、点火までの時間つまり燃料の気化霧化時間を
長く確保して、その気化霧化を促進させることができ
る。これら〜の相乗的な作用によって燃焼室での燃
料の気化霧化を大きく促進して均一度を大幅に高めるこ
とができ、エンジンの燃焼効率をさらに高くして排ガス
温度を下げることができる。
【0012】請求項2の発明では、前記燃料噴射制御手
段が燃料の分割噴射を行うエンジンの運転領域は、エン
ジンの温間時でかつ空燃比が理論空燃比以下のリッチ状
態にある運転領域とする。
【0013】請求項3の発明では、同様に、燃料噴射制
御手段が燃料の分割噴射を行うエンジンの運転領域は、
エンジンの冷間時でかつ空燃比が理論空燃比以下のリッ
チ状態にある運転領域とする。このことで、燃料の気化
霧化や燃焼性が悪いエンジンの冷間時であっても、吸気
行程で燃料を2分割噴射することで、空燃比リッチ状態
での燃料の気化霧化を促進して燃焼性を向上させること
ができる。
【0014】請求項4の発明では、前記燃料噴射制御手
段が燃料の分割噴射を行うエンジンの運転領域は、エン
ジンの温間時でかつ空燃比が理論空燃比よりも大きいリ
ーン状態にある運転領域とする。こうすれば、このエン
ジンのリーン運転状態では、燃料の均一性の向上によっ
て空燃比のリーン限界を上げることができるようにな
り、エンジンの燃費を低減しかつNOxの発生を抑制す
ることができる。
【0015】請求項5の発明では、同様に、燃料噴射制
御手段が燃料の分割噴射を行うエンジンの運転領域は、
エンジンの始動時とする。このことで、エンジンの始動
時に燃料の気化霧化の促進によって空燃比をオーバーリ
ッチにせずとも始動できることとなり、空燃比のリーン
化とエンジンの始動性の向上とを両立させることができ
る。
【0016】請求項6の発明では、排ガスの一部を吸気
系に還流する排気還流手段を設け、この排気還流手段
は、前記燃料噴射制御手段が燃料の分割噴射を行うエン
ジンの運転領域で排ガスの吸気系への還流を行うように
構成する。このことで、前記の如きシリンダの吸気行程
での燃料分割噴射による燃焼性の向上によって多量の排
ガスを燃焼室に還流でき、エンジンのポンピングロスを
低減して燃費を低減できるとともに、エンジンから排出
される排ガスの温度自体をも下げることができる。
【0017】請求項7の発明では、前記排気還流手段に
よる排ガス還流量の吸入空気量に対する比率を10〜4
0%とする。こうすると、前記請求項6の発明の効果を
十分に得ることができる。
【0018】請求項8の発明では、前記燃料噴射弁は、
燃焼室においてシリンダ軸線上以外の部分に配置されて
いて、燃料を燃焼室側部から噴射するように構成する。
このことで、燃料噴射弁からの噴射燃料によって燃焼室
での混合気の成層化を容易に行うことができ、エンジン
の成層燃焼状態での燃焼性をさらに向上させることがで
きる。
【0019】請求項9の発明では、前記燃焼室に吸気流
動を生成する吸気流動生成手段を設ける。この吸気流動
生成手段による吸気流動によって燃料の均一化が促進さ
れるので、エンジンの燃焼性をさらに向上できる。
【0020】請求項10の発明では、燃料噴射制御手段
によってシリンダの吸気行程で燃料噴射弁から早期噴射
と後期噴射とに分割して噴射される燃料噴射量を互いに
略同じとする。このことで、早期及び後期噴射のそれぞ
れにおける燃料噴射弁の開弁時間が十分に確保されるの
で、弁の開閉作動に起因して噴霧の微粒化が阻害される
ことはない。
【0021】請求項11の発明では、エンジンのシリン
ダ内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、エ
ンジンの排気通路に配設され、空燃比が理論空燃比より
も大きいリーン状態で排ガス中のNOxを浄化するリー
ンNOx触媒とを備え、エンジンの部分負荷域に空燃比
を理論空燃比よりも大きいリーン状態に制御するリーン
運転領域が設定されているエンジンの制御装置が前提で
ある。そして、前記エンジンの部分負荷域で、シリンダ
の吸気行程で前記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期
噴射とに、少なくとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射
開始時期間の中央時期が吸気行程の中央時期よりも早い
時期となるように2分割して噴射させる燃料噴射制御手
段を設ける。
【0022】前記の構成により、エンジンの部分負荷域
で、請求項1記載の発明と同様の作用によって排ガス温
度を下げることができる。
【0023】請求項12の発明では、エンジンのシリン
ダ内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、エ
ンジンの排気通路に配設され、空燃比が理論空燃比より
も大きいリーン状態で排ガス中のNOxを浄化するリー
ンNOx触媒とを備え、エンジンの部分負荷域に空燃比
を理論空燃比よりも大きいリーン状態に制御するリーン
運転領域が設定されている一方、該リーン運転領域以外
の領域では空燃比を理論空燃比以下のリッチ状態に制御
するようにしたエンジンの制御装置が前提である。そし
て、前記エンジンのリーン状態の運転領域で、シリンダ
の吸気行程で前記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期
噴射とに、少なくとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射
開始時期間の中央時期が吸気行程の中央時期よりも早い
時期となるように2分割して噴射させる燃料噴射制御手
段を設ける。
【0024】前記の構成により、エンジンのリーン状態
の運転領域で、請求項1記載の発明と同様の作用によっ
て排ガス温度を下げることができる。ここで、エンジン
のリーン状態の運転領域では、余剰の空気が多いので排
ガス温度はあまり高くならないが、このリーン状態の運
転領域においても燃料噴射の分割制御によって排ガス温
度を下げることによって、車両の走行時の排ガス温度を
全体として下げることができる。
【0025】請求項13の発明では、燃料噴射制御手段
は、エンジンが定常運転状態になっているときに、燃料
の分割噴射を行うように構成する。このことで、排ガス
温度が高くなりやすい加速運転時等に限らず、排ガス温
度が相対的に低い定常運転時にも、燃料噴射の分割制御
によって排ガス温度を下げることができ、車両の走行時
の排ガス温度を全体として可及的に下げることができ
る。
【0026】請求項14の発明によれば、エンジンのシ
リンダ内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁
と、エンジンの排気通路に配設され、空燃比が理論空燃
比よりも大きいリーン状態で排ガス中のNOxを浄化す
るリーンNOx触媒とを備え、エンジンの部分負荷域に
空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン状態に制御する
リーン運転領域が設定されている一方、該リーン運転領
域以外の領域では空燃比を理論空燃比以下のリッチ状態
に制御するようにしたエンジンの制御装置が前提であ
る。そして、前記エンジンの排ガスの一部を吸気系に還
流する排気還流手段と、前記エンジンの温間時の部分負
荷域で、シリンダの吸気行程で前記燃料噴射弁から燃料
を早期噴射と後期噴射とに、少なくとも該早期噴射及び
後期噴射の両噴射開始時期間の中央時期が吸気行程の中
央時期よりも早い時期となるように2分割して噴射させ
る燃料噴射制御手段とが設けられ、前記排気還流手段
は、前記燃料噴射制御手段が燃料の分割噴射を行うとき
に、排ガスの還流を行うように構成する。
【0027】前記の構成により、請求項1記載の発明と
同様の作用効果が得られる。また、請求項6の発明と同
様に、排ガスの還流によってエンジンのポンピングロス
を低減して燃費を低減できるとともに、排ガス温度をさ
らに下げることができる。
【0028】請求項15の発明によれば、エンジンのシ
リンダ内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁
と、エンジンの排気通路に配設され、空燃比が理論空燃
比よりも大きいリーン状態で排ガス中のNOxを浄化す
るリーンNOx触媒とを備え、エエンジンの部分負荷域
に空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン状態に制御す
るリーン運転領域が設定されている一方、該リーン運転
領域以外の領域では空燃比を理論空燃比以下のリッチ状
態に制御するようにしたエンジンの制御装置が前提であ
る。そして、前記リーンNOx触媒の温度状態を判定す
る温度状態検出手段と、該温度状態検出手段によりリー
ンNOx触媒の所定の高温状態が判定されたとき、シリ
ンダの吸気行程で前記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と
後期噴射とに、少なくとも該早期噴射及び後期噴射の両
噴射開始時期間の中央時期が吸気行程の中央時期よりも
早い時期となるように2分割して噴射させる燃料噴射制
御手段とを設ける。
【0029】前記の構成により、温度状態検出手段によ
りリーンNOx触媒の所定の高温状態が判定されたとき
に、燃料噴射の分割制御が行われて、請求項1の発明と
同様の作用によって排ガス温度が下げられる。よって、
リーンN0x触媒の温度状態に対応してその過熱を確実
に防止できる。
【0030】請求項16の発明では、燃料噴射制御手段
による後期噴射を、吸気行程を前期、中期及び後期に3
等分したうちの前期ないし中期に開始することで、前記
請求項1、11、12、14又は15のいずれかの発明
の作用効果を十分に得ることができる。また、請求項1
7の発明では、前記後期噴射は、エンジンの低回転域で
は吸気行程の前期ないし中期に終了し、このことで、前
記の発明の作用効果がさらに高められる。尚、エンジン
の低回転域以外の領域では、エンジンの出力軸が1回転
する時間が相対的に短くなるので、後期噴射を吸気行程
の前期から中期にかけての期間で終了することは事実
上、困難である。
【0031】請求項18の発明では、燃料噴射制御手段
による後期噴射の期間の中央時期は、吸気行程の中央時
期よりも早い時期であってピストンの下降移動速度が最
高になる時期に設定する。こうすれば、後期噴射は、ピ
ストンの下降移動速度が最も高くてそれに伴う吸気流動
速度も最も大きい状態で行われるので、後期噴射した燃
料を吸気流動によって燃焼室に均一に拡散させることが
できる。
【0032】請求項19の発明では、エンジンのシリン
ダ内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、エ
ンジンの排気通路に配設された排ガス浄化用触媒とを備
え、少なくとも前記燃料噴射弁による燃料噴射量を制御
するようにしたエンジンの制御装置が前提である。そし
て、前記エンジンの部分負荷域で、シリンダの吸気行程
で前記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期噴射とに、
少なくとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間
の中央時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期となる
ように2分割して噴射させる燃料噴射制御手段を設け
る。
【0033】前記の構成により、エンジンの部分負荷域
で燃料噴射の分割制御が行われて、請求項1の発明と同
様の作用によって排ガス温度が下げられる。このこと
で、排ガス浄化用触媒の温度が過度に高くなることを防
止して、その浄化性能を安定確保することができ、ま
た、触媒の過熱に起因する耐久性や信頼性の低下を確実
に防止できる。
【0034】
【発明の実施の形態】図6は本発明の実施形態に係るエ
ンジンの制御装置の全体構成を示し、1は例えば車両に
搭載された多気筒エンジンで、このエンジン1は複数の
シリンダ2,2,…(1つのみ図示する)を有するシリ
ンダブロック3と、このシリンダブロック3に組み付け
られたシリンダヘッド4と、各シリンダ2内に往復動可
能に嵌挿されたピストン5とを備え、シリンダ2、シリ
ンダヘッド4及びピストン5に囲まれて燃焼室6が区画
されている。10は前記燃焼室6上壁であるシリンダヘ
ッド4下面においてシリンダ2の軸心上の位置に燃焼室
6に臨むように取り付けられた点火プラグで、この点火
プラグ10は点火回路11に接続されている。
【0035】また、前記燃焼室6の側壁部、従ってシリ
ンダ2の軸心上以外に位置には、移動するピストン5と
干渉しない位置に、燃焼室6にその側部から燃料を直接
噴射供給する燃料噴射弁14が取り付けられており、こ
の燃料噴射弁14からの噴射燃料をピストン5頂面に凹
設したキャビティ(図示せず)にトラップさせることに
より、前記点火プラグ10近傍に比較的濃い混合気の層
を形成して成層化するようになっている。すなわち、エ
ンジン1は、シリンダ2内の燃焼室6に燃料を直接噴射
供給する直噴エンジンとされている。
【0036】前記燃料噴射弁14は燃料通路15を介し
て燃料タンク16に接続されている。燃料通路15の途
中には、燃料タンク16内に位置する低圧燃料ポンプ1
7と、この低圧燃料ポンプ17よりも下流側に位置する
高圧燃料ポンプ18とが配置されている。これら両燃料
ポンプ17,18間の燃料通路15には低圧プレッシャ
レギュレータ19と、その下流側に燃料フィルタ20と
が配置されている。また、燃料噴射弁14及び高圧燃料
ポンプ18間の燃料通路15と、低圧プレッシャレギュ
レータ19及び燃料フィルタ20間の燃料通路15とは
高圧プレッシャレギュレータ21を配設したリターン通
路22により接続されており、低圧燃料ポンプ17から
吐出された燃料を低圧プレッシャレギュレータ19によ
って調圧した後、高圧燃料ポンプ18に供給してさらに
増圧させ、その高圧燃料を燃料噴射弁14からエンジン
1の燃焼室6に噴射供給する。また、高圧燃料ポンプ1
8から吐出される燃料の一部を高圧プレッシャレギュレ
ータ21によって流量調整しながらリターン通路22を
経て高圧燃料ポンプ18の上流側にリターンさせること
で、燃料噴射弁14に供給される燃料の圧力を適正に調
整するようになっている。
【0037】25はエンジン1の燃焼室6に対しエアク
リーナ26で濾過した吸気(空気)を供給する吸気通路
で、この吸気通路25の下流端部はシリンダヘッド4に
独立して形成した2つの吸気ポート12,12(1つの
み図示する)で構成され、この各吸気ポート12はそれ
ぞれ吸気弁8を介して燃焼室6に連通されている。前記
一方の吸気ポート12には、吸気流動生成手段としての
アクチュエータ駆動タイプの吸気流動制御弁30が接続
されており、この吸気流動制御弁30の閉弁により他方
の吸気ポート12のみから吸気を燃焼室6に供給するこ
とで、その燃焼室6に吸気流動として例えばシリンダ軸
線方向のタンブル成分に富んだ吸気スワールを生成する
ようにしている。
【0038】前記吸気通路25には上流側から下流側に
向かって順に、エンジン1に吸入される吸入空気量を検
出する感熱式エアフローセンサ27と、吸気通路25を
絞る電気式スロットル弁28と、サージタンク29とが
それぞれ配設されている。前記電気式スロットル弁28
は、図外のアクセルペダルに対し機械的に連結されてお
らず、アクチュエータ(図示せず)の駆動によって開閉
するものである。
【0039】31はエンジン1の燃焼室6の排ガスを排
出する排気通路で、この排気通路31の上流端は排気弁
9を介して燃焼室6に連通されている。排気通路31に
は上流側から下流側に向かって順に、排ガス中の酸素濃
度を検出するO2 センサ32と、排ガスを浄化する2つ
の触媒33,34とがそれぞれ配設されている。前記O
2 センサ32は、排ガス中の酸素濃度に基づき空燃比を
検出するために用いられるもので、空燃比が理論空燃比
にあるときを境に出力が急変する特性を有する。
【0040】また、前記2つの触媒33,34はいずれ
も、軸方向(排ガスの流れ方向)に沿って互いに平行に
延びる多数の貫通孔が開口されたハニカム構造のコージ
ェライト製担体(図示せず)の各貫通孔壁面に触媒層を
形成したもので、排気通路31の上流側に三元触媒33
が、またその下流側にNOx吸着タイプ(NOx還元タ
イプでもよい)のリーンNOx触媒34がそれぞれ配置
されている。前記三元触媒33はエンジン1の空燃比が
理論空燃比以下のリッチ状態でNOx、CO(一酸化炭
素)及びHC(炭化水素)を浄化し、またリーンNOx
触媒34は加えて、空燃比が理論空燃比よりも大きいリ
ーン状態であってもNOxを吸着・浄化する。
【0041】尚、前記リーンNOx触媒34を排気通路
31の上流側に、また、三元触媒33を下流側にそれぞ
れ配置するようにしてもよく、或いは、NOx吸着タイ
プ及びNOx還元タイプの両方の触媒層を有する2重構
造のリーンNOx触媒を用いるのであれば、三元触媒は
設けなくてもよい。
【0042】前記排気通路31における排ガスの一部を
吸気系に還流する排気還流装置37が設けられている。
この排気還流装置37は、前記O2 センサ32よりも上
流側の排気通路31に上流端が分岐接続された排気還流
通路38を有し、この排気還流通路38の下流端は前記
スロットル弁28とサージタンク29との間の吸気通路
25に接続されている。排気還流通路38の下流端寄り
には開度調整可能な電気式の排気還流制御弁39が配置
されており、排気通路31の排ガスの一部を排気還流通
路38を介して排気還流制御弁39により流量調整しな
がら吸気通路25に還流させるようにしている。
【0043】前記点火プラグ10に接続される点火回路
11、電気式スロットル弁28のアクチュエータ、燃料
噴射弁14、高圧プレッシャレギュレータ21、吸気流
動制御弁30及び排気還流制御弁39は、コントロール
ユニット41によって作動制御されるようになってい
る。このコントロールユニット41には、前記エアフロ
ーセンサ27及びO2 センサ32の各出力信号と、アク
セルペダルの開度(踏込み量)をエンジン負荷として検
出するアクセル開度センサ42の出力信号と、エンジン
1のクランク軸7の回転角度をエンジン回転数として検
出するクランク角センサ43の出力信号と、エンジン1
の温間時又は冷間時、さらには冷間時における半暖機時
を判別するために冷却水温度(エンジン水温)を検出す
る水温センサ44の出力信号と、エンジン1のスタータ
信号とが入力されており、予め設定されている燃料噴射
マップに基づいて燃料噴射量を決定し、その燃料噴射量
になるように燃料噴射弁14から燃料を噴射させる。
【0044】そして、図4及び図5に示すように、エン
ジン1を空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態
(λ>1)又は理論空燃比以下のリッチ状態(λ≦1)
で運転するかの領域、及び燃料の一括噴射又は2回分割
を行うかの領域が予めエンジン回転数及びエンジン負荷
に応じて制御マップとして設定されていて、このエンジ
ン回転数及びエンジン負荷により運転領域が切り換えら
れて運転されるようになっている。
【0045】具体的には、エンジン1が温間状態にある
場合、図4に示すように、その低負荷・低中回転領域
(I)(成層リーン領域)では、各シリンダ2の圧縮行
程における点火時期の直前に燃料噴射弁14から燃料を
1回に一括して噴射することで、空燃比リーン(λ>
1)の成層燃焼状態で、さらに低負荷・中高回転領域
(V)を除く低中負荷・低中回転領域(II)(均一リー
ン領域)では、燃料噴射弁14からの燃料噴射を吸気行
程で2回に分割して行うことにより、空燃比リーン(λ
>1)の均一燃焼状態で、さらに高負荷・高回転領域
(IV)を除く中高負荷領域(III )(均一リッチ領域)
では、同様に燃料噴射弁14からの燃料噴射を吸気行程
で2回に分割して行うことにより、空燃比リッチ(λ≦
1)の均一燃焼状態で、また前記高負荷・高回転領域
(IV)及び低負荷・中高回転領域(V)では、燃料噴射
弁14からの燃料噴射を吸気行程で1回に一括して行う
ことにより、空燃比リッチ(λ≦1)の均一燃焼状態で
それぞれエンジン1を運転する。
【0046】一方、エンジン1が冷間状態にある場合に
は、図5に示すように、その高負荷・高回転領域(C)
を除く中高負荷領域(A)(均一リッチ領域)では、前
記温間時の領域(III )と同様に、各シリンダ2の吸気
行程において燃料噴射弁14から燃料噴射を2回に分割
して行うことにより、空燃比リッチ(λ≦1)の均一燃
焼状態で、また低負荷領域(B)及び前記高負荷・高回
転領域(C)では、前記温間時の領域(IV),(V)と
同様に、燃料噴射弁14からの燃料噴射を吸気行程で1
回に一括して行うことにより、空燃比リッチ(λ≦1)
の均一燃焼状態でそれぞれエンジン1を運転する。
【0047】そして、前記エンジン1の前記温間時の運
転領域(II)及び運転領域(III )、並びに冷間時の運
転領域(A)(図4及び図5で斜線を入れた領域)、す
なわち各シリンダ2の吸気行程で燃料の2分割噴射を行
うエンジン1の運転領域では、前記排気還流装置37に
おける排気還流制御弁39の開弁によって排気還流(E
GR)を実行している。その排ガス還流量と吸入空気量
との比率(排気還流率)はエンジン1の運転領域毎にそ
れぞれ異なるが、最大で10〜40%とされている。
【0048】尚、図14に示すように、前記エンジン1
の温間時の運転領域(I)、運転領域(II)、運転領域
(III)の高負荷側を除く領域、及び冷間時(但し、エ
ンジン水温が所定温度以上になっている半暖機状態に限
る)の運転領域(A)の高負荷域を除く領域で、前記排
気還流装置37による排ガスの還流を実行するようにし
てもよい。
【0049】前記コントロールユニット41において、
燃料噴射弁14の開弁による燃料噴射時期制御の処理動
作について具体的に図2及び図3のフローチャート図に
沿って説明する。まず、図2に示すように、スタート後
のステップS1において、クランク角から求められたエ
ンジン回転数、アクセル開度、エアフローセンサ27の
計測値、エンジン水温、スタータ信号を読み込む。ステ
ップS2において、前記スタータ信号がON状態でかつ
エンジン回転数が所定回転数以下の状態であるエンジン
1の始動時かどうかを判定する。この判定が始動時のY
ESのときには、ステップS3に進んでエンジン1の始
動時に対応する燃料噴射量の噴射パルス幅TaKを算出
し、次のステップS4では早期噴射パルス幅TaK1、
後期噴射パルス幅TaK2、吸気行程一括噴射パルス幅
TaK3、圧縮行程一括噴射パルス幅TaDをそれぞれ
設定する。前記早期噴射パルス幅TaK1及び後期噴射
パルス幅TaK2は、各シリンダ2の吸気行程で燃料の
2分割噴射を行うために用いられるもので、早期噴射パ
ルス幅TaK1は、前記算出された燃料噴射パルス幅T
aKに燃料噴射の分割比を設定するための分割係数cを
乗じて、TaK1=c×TaKとして、また残りの燃料
を噴射するための後期噴射パルス幅TaK2は同様にT
aK2=(1−c)×TaKとしてそれぞれ求められ
る。
【0050】また、吸気行程一括噴射パルス幅TaK3
は、吸気行程で燃料を一括噴射するために用いられるも
ので、前記エンジン1の始動時にはTaK3=0に設定
される。また、圧縮行程一括噴射パルス幅TaDは圧縮
行程で燃料を一括噴射するために用いられるもので、エ
ンジン1の始動時にはTaD=0に設定される。
【0051】前記ステップS4の後には、ステップS5
において前記早期噴射パルス幅TaK1及び後期噴射パ
ルス幅TaK2による燃料の分割噴射時期を算出する。
この各分割噴射時期は予め設定されて記憶されているも
ので、図1(b)に示すように、各シリンダ2の吸気行
程の前半、具体的にはピストン5の上死点後45〜50
°CA(クランク角)で早期噴射パルス幅TaK1の燃
料噴射が、また同吸気行程の後半、具体的にはピストン
5の上死点後100〜120°CAで後期噴射パルス幅
TaK2の燃料噴射がそれぞれ開始されるように設定さ
れている。
【0052】前記ステップS5の次は図3に示すステッ
プS17に進み、エンジン1のクランク角の進行によっ
て前記燃料の早期噴射の実行タイミングが来たかどうか
を判定する。この判定がYESになると、ステップS1
8において燃料噴射弁14を早期噴射パルス幅TaK1
だけ開弁させて燃料の早期噴射を実行する。その後、ス
テップS19において、今度は燃料の後期噴射の実行タ
イミングが来たかどうかを判定し、判定がYESになる
と、ステップS20に進んで燃料噴射弁14を後期噴射
パルス幅TaK2だけ開弁させて燃料の後期噴射を実行
する。しかる後にリターンする。
【0053】前記図2に示すステップS2においてエン
ジン1の非始動時と判定されたときには、ステップS6
に進んでエンジン水温が所定水温以上であるか、つまり
エンジン1が温間状態にあるかどうかを判定する。この
判定がYES(エンジン1の温間時)のときにはステッ
プS7に進み、エンジン回転数及びエンジン負荷によっ
て決定されるエンジン1の運転状態が前記図4に示す温
間時の特性マップにおける低負荷・低中回転領域(I)
(成層リーン領域)にあるか否かを判定する。この判定
がYESのときにはステップS8に進んで、前記成層リ
ーン時に対応する前記圧縮行程一括噴射パルス幅TaD
を算出し、次のステップS9では、吸気行程で用いる早
期噴射パルス幅TaK1、後期噴射パルス幅TaK2及
び吸気行程一括噴射パルス幅TaK3を不要としていず
れも「0」に設定する。この後、ステップS10におい
て、前記圧縮行程一括噴射パルス幅TaDによる燃料の
一括噴射時期を算出する。この一括噴射時期も予め設定
されて記憶されており、図1(a)に示すように、シリ
ンダ2の圧縮行程の後半で一括噴射が開始されるように
設定されている。
【0054】前記ステップS10の後はステップS11
に進み、シリンダ2の圧縮行程で前記一括噴射の実行タ
イミングが来たかどうかを判定する。この判定がYES
になると、ステップS12において燃料噴射弁14を一
括噴射パルス幅TaDだけ開弁させて燃料の一括噴射を
実行し、その後にリターンする。
【0055】前記ステップS7で、エンジン1の運転状
態が低負荷・低中回転領域(I)にないNOと判定され
たときには、図3に示すステップS13に移行し、今度
はエンジン1の運転状態が図4に示す特性マップにおけ
る、低負荷・中高回転領域(V)を除く低中負荷・低中
回転領域(II)(均一リーン領域)にあるか否かを判定
する。この判定がYESのときにはステップS14に進
み、前記均一リーン時に対応する燃料噴射パルス幅Ta
Kを算出し、次のステップS15では、前記ステップS
4と同様にして、前記早期噴射パルス幅TaK1、後期
噴射パルス幅TaK2、吸気行程一括噴射パルス幅Ta
K3、圧縮行程一括噴射パルス幅TaDをそれぞれ設定
する。すなわち、前記早期噴射パルス幅TaK1は、前
記ステップS14で算出されたパルス幅TaKに前記ス
テップS4とは別の分割係数aを乗じて、TaK1=a
×TaKとして、また残りの燃料を噴射するための後期
噴射パルス幅TaK2は同様にしてTaK2=(1−
a)×TaKとしてそれぞれ求める。また、吸気行程一
括噴射パルス幅TaK3及び圧縮行程一括噴射パルス幅
TaDは用いないので、いずれも「0」に設定する。
【0056】ステップS15の後は、ステップS16に
おいて前記早期噴射パルス幅TaK1及び後期噴射パル
ス幅TaK2による燃料の分割噴射時期を図1(b)に
示すように算出する。そして、このステップS16の経
由後は前記ステップS17〜S20に進んでリターンす
る。
【0057】前記ステップS13でNOと判定される
と、ステップS21に進んで、さらにエンジン1の運転
状態が図4に示す特性マップにおける、高負荷・高回転
領域(IV)を除く中高負荷領域(III )(均一リッチ領
域)にあるかどうかを判定する。この判定がYESのと
きにはステップS22に進み、前記均一リッチ時に対応
する燃料噴射パルス幅TaKを算出し、次のステップS
23では、前記ステップS4,S15と同様にして、前
記早期噴射パルス幅TaK1、後期噴射パルス幅TaK
2、吸気行程一括噴射パルス幅TaK3、圧縮行程一括
噴射パルス幅TaDをそれぞれ設定する。すなわち、前
記早期噴射パルス幅TaK1は、前記ステップS22で
算出された燃料噴射パルス幅TaKにさらに他の分割係
数bを乗じて、TaK1=b×TaKとして、また後期
噴射パルス幅TaK2は同様にしてTaK2=(1−
b)×TaKとしてそれぞれ求める。また、吸気行程一
括噴射パルス幅TaK3及び圧縮行程一括噴射パルス幅
TaDは用いないので、いずれも「0」に設定する。こ
のステップS23の後は、ステップS24において前記
早期噴射パルス幅TaK1及び後期噴射パルス幅TaK
2による燃料の分割噴射時期を図1(b)に示すように
算出する。さらに、このステップS24の後は前記ステ
ップS17〜S20に進んでリターンする。
【0058】前記ステップS21の判定がNOのとき
(高負荷・高回転領域(IV)又は低負荷・中高回転領域
(V)にあるとき)には、ステップS26に進んで、前
記均一リッチ時に対応する燃料噴射量の噴射パルス幅T
aKを算出する。次のステップS27では、吸気行程で
用いる一括噴射パルス幅TaK3のみを前記ステップS
26で算出されたパルス幅TaKに設定し(TaK3=
TaK)、その他の早期噴射パルス幅TaK1及び後期
噴射パルス幅TaK2、並びに圧縮行程で用いる圧縮行
程一括噴射パルス幅TaDをいずれも不要として「0」
に設定する。この後、ステップS28において、前記吸
気行程一括噴射パルス幅TaK3による燃料の一括噴射
時期を算出する。この一括噴射時期も予め設定されて記
憶されており、図1(c)に示すように、シリンダ2の
吸気行程の略中央で一括噴射パルス幅TaK3が開始さ
れるように設定されている。
【0059】前記ステップS28の後はステップS29
に進み、シリンダ2の吸気行程で前記一括噴射の実行タ
イミングが来たかどうかを判定し、この判定がYESに
なると、ステップS30において燃料噴射弁14を一括
噴射パルス幅TaK3だけ開弁させて燃料の一括噴射を
実行し、その後にリターンする。
【0060】前記図2に示すステップS6で、エンジン
水温が所定水温よりも低くてエンジン1の冷間状態と判
定されたときには、図3に示すステップS25に進み、
エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて決定されるエ
ンジン1の運転状態が前記図5に示す冷間時の特性マッ
プにおける中高負荷領域(A)(均一リッチ領域)にあ
るか否かを判定する。この判定がYESのときには、前
記ステップS22〜S24,S17〜S20に進んでリ
ターンする。
【0061】前記ステップS25の判定が中高負荷領域
(A)にないNOのとき(低負荷領域(B)又は高負荷
・高回転領域(C)にあるとき)には、前記ステップS
26〜S30に進んだ後にリターンする。
【0062】この実施形態では、前記ステップS2〜S
7,S13〜S24により、エンジン1が均一燃焼状態
の運転領域、具体的にはエンジン1の温間時に空燃比が
理論空燃比以下のリッチ状態にある中高負荷領域(III
)、もしくは空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン
状態にある低中負荷・低中回転領域(II)、エンジン1
の冷間時に空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態にある
中高負荷領域(A)、又はエンジン1の始動時にあると
きに、各シリンダ2の吸気行程で前記燃料噴射弁14か
ら燃料を、早期噴射パルス幅TaK1で燃料噴射弁14
を開弁させる早期噴射と、後期噴射パルス幅TaK2で
燃料噴射弁14を開弁させる後期噴射とに2分割して噴
射させる燃料噴射制御手段46が構成されている。そし
て、この燃料噴射制御手段46による燃料の早期噴射及
び後期噴射のタイミングは、上述したように、図1
(b)に示す如く、少なくとも早期噴射の噴射開始時期
s1及び後期噴射の噴射開始時期s2間の中央時期mが
吸気行程の中央時期M(=ピストン上死点後90°C
A)よりも早い時期となるように設定されている。
【0063】また、前記燃料の噴射パルス幅TaKを早
期噴射及び後期噴射の各パルス幅TaK1,TaK2に
分割する分割比を設定するための分割係数a〜cはいず
れも0.5近くの値に設定されており、このことで、シ
リンダ2の吸気行程で燃料噴射弁14から早期噴射と後
期噴射とに分割して噴射される燃料噴射量が互いに略同
じに設定されている。
【0064】次に、前記実施形態の作用を説明する。エ
ンジン1の始動時、図1(b)に示すように、各シリン
ダ2の吸気行程で燃料噴射弁14から燃料が早期噴射と
後期噴射とに2分割して噴射される。
【0065】また、このエンジン1の始動後の運転中、
その冷却水温度によりエンジン1の冷間状態又は温間状
態が、またエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて
エンジン1の運転領域がそれぞれ判定され、冷却水温度
が所定水温よりも低い冷間時には、エンジン1が低負荷
領域(B)及び高負荷・高回転領域(C)にあるとき、
図1(c)に示す如く、各シリンダ2の吸気行程で燃料
噴射弁14から燃料が一括して1回噴射される。また、
エンジン1が中高負荷領域(A)にあるときには、前記
始動時と同様に各シリンダ2の吸気行程で燃料噴射弁1
4から燃料が早期噴射と後期噴射とに2分割して噴射さ
れる(図1(b)参照)。
【0066】一方、エンジン冷却水温度が所定水温以上
である温間時には、エンジン1が低中負荷・低中回転の
領域(II)及び中高負荷の領域(III )にあると、それ
ぞれ前記と同様に各シリンダ2の吸気行程で燃料噴射弁
14から燃料が早期噴射と後期噴射とに2分割して噴射
される(図1(b)参照)。また、エンジン1が低負荷
・低中回転領域(I)にあれば、図1(a)に示すよう
に、各シリンダ2の圧縮行程の後半で燃料噴射弁14か
ら燃料が一括して1回噴射され、それ以外の運転領域
(IV),(V)にあるときには、各シリンダ2の吸気行
程で燃料噴射弁14から燃料が一括して1回噴射される
(図1(c)参照)。
【0067】また、前記シリンダ2の吸気行程で燃料の
分割噴射を行うエンジン1の運転領域(A),(II),
(III )では、排気還流装置37の排気還流制御弁39
が開弁して排ガスの一部がエンジン1の燃焼室6に供給
される。尚、前記運転領域(A)及び運転領域(III)
のうちの高負荷側の領域においては、排ガスの還流量は
実際には極めて僅かである。また、図14に示すよう
に、それらの高負荷側の領域では排ガスを還流させない
ようにしてもよい。
【0068】したがって、この実施形態では、前記のよ
うに、エンジン1の各シリンダ2の吸気行程で燃料が早
期噴射と後期噴射とに2分割して噴射されるのに伴い、
まず、その早期噴射された一部の燃料が、その後に後期
噴射が開始されるまでの燃料噴射休止状態でピストン5
の下降移動に伴う燃焼室6の容積の増大によって十分に
均一に拡散することとなる。しかもその後、後期噴射さ
れた残りの燃料についても、前記容積の増大した燃焼室
6に拡散して均一になるので、燃焼室6に均一な混合気
が生成され、圧縮行程後の燃焼行程で燃焼速度が速まる
ことで燃焼効率が高くなり、排ガス温度を下げることが
できる。
【0069】しかも、少なくとも前記シリンダ2の吸気
行程における早期噴射の噴射開始時期s1と後期噴射の
噴射開始時期s2との中央時期mが吸気行程の中央時期
Mよりも早い時期に設定されているので、吸気行程が終
わるまでに2回の燃料噴射を完了させる条件下であって
も、早期噴射を、ピストン5の下降移動速度が比較的高
くてそれに伴う吸気流動速度も大きい状態となる時期に
対応させて行うことができ、その大きな速度の吸気流動
により燃料分布の均一化及び燃料の気化霧化を促進させ
ることができる。また、早期及び後期の2回の燃料噴射
が全体として吸気行程初め側にずれるので、後期噴射さ
れた燃料がピストン5の下死点近く(吸気行程の終わ
り)でシリンダ2壁面に付着して燃料の均一化が阻害さ
れるのを回避することができ、加えて、点火までの時間
つまり燃料の気化霧化時間を長く確保して、その気化霧
化が促進される。そして、これらの相乗的な作用効果に
よって燃焼室6での燃料の気化霧化を大きく促進して均
一度を大幅に高めることができ、エンジン1の燃焼効率
をさらに高くして排ガス温度を下げることができる。
【0070】ここで、前記の燃焼性の向上を確かめるた
めに、本願の発明者は、早期及び後期噴射の噴射量をそ
れぞれ略同じとし、早期噴射の開始時期をシリンダ2の
吸気行程初期に固定する一方、後期噴射の開始時期をシ
リンダ2の吸気行程から圧縮行程にかけて変更しなが
ら、エンジン1の燃焼安定性及び燃費率の変化を計測し
た。その結果は図7に示すようになり、後期噴射の開始
時期を早めるほど、エンジン1のPi変動率が小さくな
り、また、燃費が低減することが分かる。
【0071】詳しくは、ピストン5の排気上死点(TD
C)を基準として、上死点後120°CA(ATDC1
20°CA)よりも以前、即ち吸気行程の前期から中期
にかけての期間に後期噴射を開始するようにすれば、エ
ンジン1の燃焼性を一括噴射の場合よりも向上させて、
Pi変動率及び燃費率を低減できる。また、後期噴射の
開始時期を早めるほど、Pi変動率及び燃費率が低下し
ており、例えばエンジン1の低負荷・低回転領域等、燃
料噴射量が比較的少なく噴射パルス幅が短い領域におい
ては、後期噴射がATDC120°CAよりも早く終了
するよう該後期噴射の開始時期を早めれば、前記の燃焼
性向上の効果がさらに高まる。
【0072】加えて、例えば図15に示すように、後期
噴射の開始s2から終了までの期間の中央時期を、吸気
行程の中央時期Mよりも早い時期であってピストン5の
下降移動速度が最高になる時期(例えば、ATDC86
°CA)に設定すれば、後期噴射は、ピストン5の下降
移動速度が最も高くてそれに伴う吸気流動速度も最も大
きい状態で行われるので、後期噴射した燃料を吸気流動
によって燃焼室に均一に分布させることができ、そのこ
とによって、燃焼性向上の効果がより一層、高まること
が期待できる。尚、同図において、早期噴射の開始時期
s1はATDC20°CAに、また後期噴射の開始時期
s2はATDC70°CAにそれぞれ設定されている。
【0073】さらにまた、この実施形態では、エンジン
1が始動時にあるときに燃料の分割噴射を行うことで、
空燃比をオーバーリッチにせずとも燃料の気化霧化の促
進によってエンジン1を始動でき、空燃比のリーン化と
エンジン1の始動性の向上とを両立させることができ
る。
【0074】また、エンジン1が冷間時で中高負荷領域
(A)(均一リッチ領域)にあるときに燃料の分割噴射
が行われるので、本来は燃料の気化霧化及び燃焼性が悪
いエンジン1の冷間時であっても、燃料の分割噴射によ
り空燃比リッチ状態での燃料の気化霧化を促進して燃焼
性を向上させることができる。
【0075】さらに、エンジン1が温間時で低中負荷・
低中回転の領域(II)(均一リーン領域)に燃料の分割
噴射が行われることで、このエンジン1のリーン運転状
態で、燃料の均一性の向上によって空燃比のリーン限界
を上げることができる。その結果、図8に示すように、
その空燃比のリーン限界の上昇によってエンジン1の燃
費を低減できるとともに、NOxの発生を大幅に低減す
ることができる。
【0076】また、吸気流動制御弁30の閉弁によりエ
ンジン1のシリンダヘッド4における一方の吸気ポート
12から吸気を燃焼室6に供給することで、その燃焼室
6に吸気流動としての吸気スワールが生成され、この吸
気流動によって燃料の均一化がより一層促進されて、エ
ンジン1の燃焼性をさらに向上できる。
【0077】加えて、前記シリンダ2の吸気行程で燃料
の分割噴射を行うエンジン1の運転領域(A),(I
I),(III )で排気還流装置37による排ガス還流が
行われる。そのとき、前記のように各シリンダ2の吸気
行程で燃料の分割噴射によってエンジン1の燃焼性が向
上しているので、その分、最大でEGR率10〜40%
という多量の排ガスを燃焼室6に還流させて排ガス還流
限界を上昇させることができる。このため、図9に示す
如く、シリンダ2の吸気行程で燃料を一括噴射する場合
に比べ、エンジン1のポンピングロスを低減して燃費を
下げることができ、しかもエンジン1の排ガス温度自体
をもさらに下げることができる。
【0078】また、前記エンジン1が温間時に低負荷・
低中回転領域(I)にあるとき、各シリンダ2の圧縮行
程の後半で燃料噴射弁14から燃料が一括噴射されて、
燃焼室6の点火プラグ10周りに濃い混合気が生成され
る成層化が行われるが、その際、前記燃料噴射弁14
は、燃焼室6においてシリンダ軸線上以外の部分に配置
されていて、燃料を燃焼室6の側部から噴射するので、
燃料噴射弁14からの噴射燃料によって燃焼室6での混
合気の成層化を容易に行うことができ、エンジン1の燃
焼性をさらに向上させることができる。
【0079】そして、上述の如き排ガス温度の低下によ
ってリーンNOx触媒34のNOx浄化性能を高めるこ
とができる。すなわち、図10は車速の変化に伴う排ガ
ス温度やリーンNOx触媒34のNOx浄化率の変化を
例示しており、例えば車速が一定でエンジン1が定常運
転状態にあるとき、そのエンジン1の運転領域は図4に
示す温間状態の低負荷・低中回転領域(I)にあって空
燃比が理論空燃比よりも大きい成層リーン状態にあり、
圧縮行程の後半で燃料噴射弁14から燃料が一括噴射さ
れる。この状態では、排気通路31の上流側にある三元
触媒33の入口側の排ガス温度が下流側のリーンNOx
触媒34の入口側の排ガス温度よりも低くなる。
【0080】この状態から、例えばアクセルペダルの踏
込みによりエンジン1が加速運転状態に移行し、その運
転領域が例えば中高負荷領域(III )に移ると、それに
伴い、エンジン1は空燃比が理論空燃比以下のリッチ状
態で運転されるとともに、車速が上昇する。この状態で
は、エンジン1側に近い三元触媒33の入口側の排ガス
温度が急速に上昇して下流側のリーンNOx触媒34の
入口側の排ガス温度よりも高くなるが、そのリーンNO
x触媒34の入口側の排ガス温度は、そのリーンNOx
触媒34が三元触媒33から下流側に離れている分だけ
緩やかに上昇する。そして、エンジン1の加速運転状態
に伴ってNOxの量が増加しても、これら増加したNO
xは前記三元触媒33によって浄化され、全体として高
いNOx浄化率が得られる。
【0081】この後、アクセルペダルの踏込み停止によ
るエンジン1の加速運転の終了によってエンジン1が定
常運転状態になり、その運転領域が元の低負荷・低中回
転領域(I)における成層リーン運転状態に戻ると、車
速が一定値になる。この状態では、前記のようにリーン
NOx触媒34の入口側の排ガス温度が上昇しているの
で、従来例の場合は図10の一点鎖線にて示すように、
空燃比のリーン側への切換えに伴ってリーンNOx触媒
34のNOx浄化率が大きく低下しようとする。しか
し、この実施形態の場合は、上述の如くエンジン1の温
間時の運転領域(II)、(III)において、前記各シリ
ンダ2の吸気行程で燃料の2分割噴射が行われており、
そのことで全体的に排ガス温度が従来よりも低くなって
いるので、図10の実線にて示すように、前記リーンN
Ox触媒34の温度上昇に伴うNOx浄化率の低下を抑
えることができ(図13参照)、そのNOx浄化性能を
全体として向上維持することができる。
【0082】(他の実施形態)尚、図11は前記エンジ
ン1の温間時の燃料噴射制御のための運転領域の他の実
施形態を示しており、前記実施形態において空燃比リッ
チで燃料の一括噴射を行う領域(IV)を中高負荷の領域
(III)よりも高負荷側の領域にも設定したものであ
る。このものでは、エンジン1の温間時の成層燃焼状態
の運転領域(I)、均一燃焼状態の運転領域(II)、及
び同じく運転領域(III)の高負荷側を除く領域におい
て、図14に示すように、排気還流装置37によって排
ガスの還流を行うようにすればよい。また、この実施形
態でも図2及び図3に示す燃料噴射制御を実行すればよ
く、そうすることで、前記実施形態と同様の作用効果が
得られる。
【0083】また、図12は、前記エンジン1とは異な
り成層燃焼を行わないようにした直噴エンジンについ
て、同様に運転領域の他の実施形態を例示したものであ
る。このものでは、前記実施形態において成層燃焼運転
を行うエンジン1の低負荷・低中回転領域(I)におい
ても、燃料噴射を吸気行程で2回に分割して行い、エン
ジンを空燃比リーン(λ>1)の均一燃焼状態で運転す
るようにしている。この実施形態でも、図2及び図3に
示す燃料噴射制御を実行することで、前記実施形態と同
様の作用効果が得られる。また、成層燃焼運転を行わな
いエンジンでは、ピストンにキャビティを設けなくても
よいので、そのことにより、エンジンの熱損失の低減が
図られる。
【0084】さらに、エンジン1の運転領域に対応づけ
て燃料噴射の分割制御を行う代わりに、リーンNOx触
媒34の温度状態を判定する温度状態検出手段を設け、
リーンNOx触媒34が高温状態(例えば、触媒温度が
400°C以上の状態)になっていることが判定された
ときに、上述の如き燃料の分割噴射を行うようにしても
よい。そのようにすれば、リーンNOx触媒34の温度
状態に応じて排ガス温度を変更できるので、触媒の過熱
を確実に防止できる。尚、前記温度状態検出手段として
は、例えば、リーンNOx触媒34の近くの排気通路3
1にガス温度センサを設けて、流通する排気ガス温度を
検出し、この検出結果に基づいて触媒温度を推定するよ
うにすればよい。
【0085】また、この発明は、空燃比リーンでの運転
を行わないようにしたエンジン、すなわち、例えば、部
分負荷域で理論空燃比状態(λ=1)で運転する一方、
それよりも高負荷域ではよりリッチな状態(λ<1)で
運転するようにしたエンジンや、全域で理論空燃比状態
(λ=1)で運転するようにしたエンジンにも適用可能
であり、その場合にも前記実施形態と同様に燃料の分割
噴射によって触媒の過度の温度上昇を防止することがで
きる。また、その場合の触媒は、リーンNOx触媒34
である必要はなく、例えば三元触媒33を用いればよ
い。
【0086】
【発明の効果】以上説明した如く、請求項1の発明によ
ると、シリンダ内燃焼室に燃料を燃料噴射弁によって直
接噴射供給する直噴エンジンの排気通路に、理論空燃比
よりも大きいリーン運転状態でNOxを浄化するリーン
NOx触媒を配置し、エンジンを低負荷域では成層燃焼
状態で、またその他の領域では均一燃焼状態でそれぞれ
運転する場合において、エンジンが均一燃焼状態の運転
領域にあるときにシリンダの吸気行程で燃料噴射弁から
燃料を2分割噴射し、その早期噴射及び後期噴射の噴射
開始時期間の中央時期を吸気行程の中央時期よりも早く
したことにより、ピストンの下降移動に伴う大きな速度
の吸気流動により、早期噴射された燃料の気化霧化を促
進できるとともに、後期噴射された燃料がピストンの下
死点近くでシリンダ壁面に付着して燃料の均一化が阻害
されるのを回避でき、さらには点火までの時間を長く確
保して燃料の気化霧化を促進させることができる。よっ
て燃焼室での燃料の均一度が大幅に高まり、エンジンの
燃焼速度が速くなることで燃焼効率が向上して排ガス温
度を下げることができ、延いてはリーンNOx触媒の排
ガス浄化性能の向上を図ることができる。
【0087】請求項3の発明によると、前記燃料の2分
割噴射を行うエンジンの運転領域を、エンジンの冷間時
でかつ空燃比が理論空燃比以下のリッチ状態にある運転
領域としたことにより、エンジンの冷間時であっても、
空燃比リッチ状態での燃料の気化霧化を促進して燃焼性
の向上を図ることができる。
【0088】請求項4の発明によると、燃料の2分割噴
射を行うエンジンの運転領域を、エンジンの温間時でか
つ空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態にある運
転領域としたことにより、このリーン状態での空燃比の
リーン限界を上げることができ、エンジンの燃費の低減
及びNOxの抑制を図ることができる。
【0089】請求項5の発明によると、燃料の2分割噴
射を行うエンジンの運転領域を、エンジンの始動時とし
たことにより、空燃比をオーバーリッチにせずともエン
ジンを始動でき、空燃比のリーン化とエンジンの始動性
の向上との両立を図ることができる。
【0090】請求項6の発明によると、前記燃料の2分
割噴射を行うエンジンの運転領域で排ガスの一部を吸気
系に還流するようにしたことにより、多量の排ガスを燃
焼室に還流して、エンジンのポンピングロスの低減によ
る燃費の低減及び排ガス温度の低下を図ることができ
る。
【0091】請求項8の発明によると、燃料噴射弁をシ
リンダ軸線上以外の位置に配置して燃料を燃焼室側部か
ら噴射するようにしたことにより、燃焼室での混合気の
成層化を容易に行って、エンジンの成層燃焼状態での燃
焼性をさらに向上させることができる。
【0092】請求項9の発明によると、燃焼室に吸気流
動を生成するようにしたことにより、吸気流動によって
燃料の均一化を促進して、エンジンの燃焼性をさらに向
上できる。
【0093】請求項10の発明によると、燃料噴射弁の
開弁作動に起因する噴霧の微粒化の阻害が回避できる。
【0094】請求項11、12又は13の発明による
と、請求項1の発明と同様にエンジンの燃焼効率の向上
によって排ガス温度を下げることができるので、リーン
NOx触媒の排ガス浄化性能の向上を図ることができ、
特に、請求項12又は13の発明では、車両の走行時の
排ガス温度を全体として下げることができる。
【0095】請求項14の発明によると、請求項1記載
の発明と同様にエンジンの燃焼効率の向上によって排ガ
ス温度を下げることができ、また、請求項6の発明と同
様に排ガスの還流によって排ガス温度をさらに下げるこ
とができる。
【0096】請求項15の発明によると、リーンN0x
触媒の温度状態に対応してその過熱を確実に防止でき
る。
【0097】請求項16の発明によると、前記請求項
1、11〜15のいずれかの発明によるの効果を十分に
得ることができ、また、請求項17の発明によると、そ
の効果をさらに高めることができる。
【0098】請求項18の発明によると、後期噴射した
燃料をピストンの下降移動に伴う吸気流動によって、燃
焼室に均一に拡散させることができる。
【0099】請求項19の発明によると、請求項1記載
の発明と同様にエンジンの燃焼効率の向上によって排ガ
ス温度を下げることができるので、触媒の過熱を防止し
て、その浄化性能を安定確保するとともに、耐久性や信
頼性の低下を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エンジンの各運転領域における燃料噴射時期を
示すタイムチャート図である。
【図2】コントロールユニットで行われる燃料噴射時期
制御の処理動作の前半部を示すフローチャート図であ
る。
【図3】コントロールユニットで行われる燃料噴射時期
制御の処理動作の後半部を示すフローチャート図であ
る。
【図4】エンジンの温間時の燃料噴射制御のための運転
領域を示す図である。
【図5】エンジンの冷間時の燃料噴射制御のための運転
領域を示す図である。
【図6】本発明の実施形態に係るエンジンの制御装置の
全体構成を示す図である。
【図7】後期噴射時期の変化に伴って変化する燃費及び
Pi変動率の特性を示す図である。
【図8】空燃比の変化に伴って変化する燃費及びNOx
発生量の特性を示す図である。
【図9】排気還流率の変化に伴って変化する燃費及び排
ガス温度の特性を示す図である。
【図10】エンジンの運転状態に応じて変化する排ガス
温度やリーンNOx触媒のNOx浄化率等を示すタイム
チャート図である。
【図11】エンジンの温間時の燃料噴射制御のための運
転領域の他の実施形態を示す図4相当図である。
【図12】成層燃焼状態での運転を行わないようにした
エンジンについての図11相当図である。
【図13】リーンNOx触媒の温度状態の変化に伴って
変化するNOx浄化率の特性を例示する図である。
【図14】エンジンの温間時及び冷間時(但し、半暖機
状態)の排気還流制御のための運転領域の変形例を示す
図である。
【図15】後期噴射を吸気行程の中央時期よりも早い時
期に開始するようにした変形例に係る図1相当図であ
る。
【符号の説明】
1 エンジン 2 シリンダ 6 燃焼室 14 燃料噴射弁 26 吸気通路 30 吸気流動制御弁(吸気流動生成手段) 31 排気通路 33 三元触媒 34 リーンNOx触媒 37 排気還流装置(排気還流手段) 41 コントロールユニット 46 燃料噴射制御手段

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンのシリンダ内燃焼室に燃料を直
    接噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に配
    設され、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で
    排ガス中のNOxを浄化するリーンNOx触媒とを備
    え、エンジンを低負荷域では成層燃焼状態で運転する一
    方、その他の領域では均一燃焼状態で運転するようにし
    たエンジンの制御装置において、 前記エンジンが均一燃焼状態の運転領域にあるときに、
    シリンダの吸気行程で前記燃料噴射弁から燃料を早期噴
    射と後期噴射とに、少なくとも該早期噴射及び後期噴射
    の両噴射開始時期間の中央時期が吸気行程の中央時期よ
    りも早い時期となるように2分割して噴射させる燃料噴
    射制御手段を設けたことを特徴とするエンジンの制御装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1のエンジンの制御装置におい
    て、 燃料噴射制御手段が燃料の分割噴射を行うエンジンの運
    転領域は、エンジンの温間時でかつ空燃比が理論空燃比
    以下のリッチ状態にある運転領域であることを特徴とす
    るエンジンの制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1のエンジンの制御装置におい
    て、 燃料噴射制御手段が燃料の分割噴射を行うエンジンの運
    転領域は、エンジンの冷間時でかつ空燃比が理論空燃比
    以下のリッチ状態にある運転領域であることを特徴とす
    るエンジンの制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項1のエンジンの制御装置におい
    て、 燃料噴射制御手段が燃料の分割噴射を行うエンジンの運
    転領域は、エンジンの温間時でかつ空燃比が理論空燃比
    よりも大きいリーン状態にある運転領域であることを特
    徴とするエンジンの制御装置。
  5. 【請求項5】 請求項1のエンジンの制御装置におい
    て、 燃料噴射制御手段が燃料の分割噴射を行うエンジンの運
    転領域は、エンジンの始動時であることを特徴とするエ
    ンジンの制御装置。
  6. 【請求項6】 請求項1のエンジンの制御装置におい
    て、 排ガスの一部を吸気系に還流する排気還流手段が設けら
    れ、 前記排気還流手段は、燃料噴射制御手段が燃料の分割噴
    射を行うエンジンの運転領域で排ガスの吸気系への還流
    を行うように構成されていることを特徴とするエンジン
    の制御装置。
  7. 【請求項7】 請求項6のエンジンの制御装置におい
    て、 排気還流手段による排ガス還流量の吸入空気量に対する
    比率が10〜40%であることを特徴とするエンジンの
    制御装置。
  8. 【請求項8】 請求項1のエンジンの制御装置におい
    て、 燃料噴射弁は、燃焼室においてシリンダ軸線上以外の部
    分に配置されていて、 燃料を燃焼室側部から噴射するように構成されているこ
    とを特徴とするエンジンの制御装置。
  9. 【請求項9】 請求項1のエンジンの制御装置におい
    て、 燃焼室に吸気流動を生成する吸気流動生成手段が設けら
    れていることを特徴とするエンジンの制御装置。
  10. 【請求項10】 請求項1のエンジンの制御装置におい
    て、 燃料噴射制御手段によってシリンダの吸気行程で燃料噴
    射弁から早期噴射と後期噴射とに分割して噴射される燃
    料噴射量が互いに略同じであることを特徴とするエンジ
    ンの制御装置。
  11. 【請求項11】 エンジンのシリンダ内燃焼室に燃料を
    直接噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に
    配設され、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態
    で排ガス中のNOxを浄化するリーンNOx触媒とを備
    え、エンジンの部分負荷域に空燃比を理論空燃比よりも
    大きいリーン状態に制御するリーン運転領域が設定され
    ているエンジンの制御装置において、 前記エンジンの部分負荷域で、シリンダの吸気行程で前
    記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期噴射とに、少な
    くとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間の中
    央時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期となるよう
    に2分割して噴射させる燃料噴射制御手段を設けたこと
    を特徴とするエンジンの制御装置。
  12. 【請求項12】 エンジンのシリンダ内燃焼室に燃料を
    直接噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に
    配設され、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態
    で排ガス中のNOxを浄化するリーンNOx触媒とを備
    え、エンジンの部分負荷域に空燃比を理論空燃比よりも
    大きいリーン状態に制御するリーン運転領域が設定され
    ている一方、該リーン運転領域以外の領域では空燃比を
    理論空燃比以下のリッチ状態に制御するようにしたエン
    ジンの制御装置において、 前記リーン運転領域において、シリンダの吸気行程で前
    記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期噴射とに、少な
    くとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間の中
    央時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期となるよう
    に2分割して噴射させる燃料噴射制御手段を設けたこと
    を特徴とするエンジンの制御装置。
  13. 【請求項13】 請求項12のエンジンの制御装置にお
    いて、 燃料噴射制御手段は、エンジンが定常運転状態になって
    いるときに、燃料の分割噴射を行うように構成されてい
    ることを特徴とするエンジンの制御装置。
  14. 【請求項14】 エンジンのシリンダ内燃焼室に燃料を
    直接噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に
    配設され、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態
    で排ガス中のNOxを浄化するリーンNOx触媒とを備
    え、エンジンの部分負荷域に空燃比を理論空燃比よりも
    大きいリーン状態に制御するリーン運転領域が設定され
    ている一方、該リーン運転領域以外の領域では空燃比を
    理論空燃比以下のリッチ状態に制御するようにしたエン
    ジンの制御装置において、 前記エンジンの排ガスの一部を吸気系に還流する排気還
    流手段と、 前記エンジンの温間時の部分負荷域で、シリンダの吸気
    行程で前記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期噴射と
    に、少なくとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時
    期間の中央時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期と
    なるように2分割して噴射させる燃料噴射制御手段とが
    設けられ、 前記排気還流手段は、前記燃料噴射制御手段が燃料の分
    割噴射を行うとき、排ガスの還流を行うように構成され
    ていることを特徴とするエンジンの制御装置。
  15. 【請求項15】 エンジンのシリンダ内燃焼室に燃料を
    直接噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に
    配設され、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態
    で排ガス中のNOxを浄化するリーンNOx触媒とを備
    え、エンジンの部分負荷域に空燃比を理論空燃比よりも
    大きいリーン状態に制御するリーン運転領域が設定され
    ている一方、該リーン運転領域以外の領域では空燃比を
    理論空燃比以下のリッチ状態に制御するようにしたエン
    ジンの制御装置において、 前記リーンNOx触媒の温度状態を判定する温度状態検
    出手段と、 前記温度状態検出手段によりリーンNOx触媒の所定の
    高温状態が判定されたとき、シリンダの吸気行程で前記
    燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期噴射とに、少なく
    とも該早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間の中央
    時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期となるように
    2分割して噴射させる燃料噴射制御手段とを設けたこと
    を特徴とするエンジンの制御装置。
  16. 【請求項16】 請求項1、11〜15のいずれか1つ
    のエンジンの制御装置において、 燃料噴射制御手段による後期噴射は、吸気行程を前期、
    中期及び後期に3等分したうちの前期ないし中期に開始
    されることを特徴とするエンジンの制御装置。
  17. 【請求項17】 請求項16のエンジンの制御装置にお
    いて、 燃料噴射制御手段による後期噴射は、エンジンの低回転
    域では吸気行程の前期ないし中期に終了することを特徴
    とするエンジンの制御装置。
  18. 【請求項18】 請求項16又は17のいずれかのエン
    ジンの制御装置において、 燃料噴射制御手段による後期噴射の期間の中央時期は、
    吸気行程の中央時期よりも早い時期であってピストンの
    下降移動速度が最高になる時期に設定されていることを
    特徴とするエンジンの制御装置。
  19. 【請求項19】 エンジンのシリンダ内燃焼室に燃料を
    直接噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気通路に
    配設された排ガス浄化用触媒とを備え、少なくとも前記
    燃料噴射弁による燃料噴射量を制御するようにしたエン
    ジンの制御装置において、 前記エンジンの部分負荷域で、シリンダの吸気行程で前
    記燃料噴射弁から燃料を早期噴射と後期噴射とに、少な
    くとも該早期噴射及び後期噴射の両噴射開始時期間の中
    央時期が吸気行程の中央時期よりも早い時期となるよう
    に2分割して噴射させる燃料噴射制御手段を設けたこと
    を特徴とするエンジンの制御装置。
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