JPH11324765A - 直噴火花点火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

直噴火花点火式内燃機関の制御装置

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JPH11324765A
JPH11324765A JP11046612A JP4661299A JPH11324765A JP H11324765 A JPH11324765 A JP H11324765A JP 11046612 A JP11046612 A JP 11046612A JP 4661299 A JP4661299 A JP 4661299A JP H11324765 A JPH11324765 A JP H11324765A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】直噴火花点火式内燃機関において、始動から排
気浄化触媒が活性化するまでの間における大気中へのＨ
Ｃの排出を最大限抑制しながら、排気浄化触媒の早期活
性化を最大限促進すること。 【解決手段】始動を開始してから排気浄化触媒が活性化
するまでの間において、機関吸入混合気の空燃比をスト
イキに制御して燃焼させる際に、吸気行程中の燃料噴射
により燃焼室内全体にストイキよりも比較的リーンな均
質混合気を形成し、かつ、圧縮行程中の燃料噴射により
点火栓周りにストイキよりも比較的リッチな混合気を層
状に形成して燃焼させる成層ストイキ燃焼形態で燃焼さ
せる。かかる構成とすれば、既燃ガス中に含まれる酸化
反応物質のうち酸化反応し易いＣＯ割合を増大でき、Ｈ
Ｃ割合を下げることができる。従って、始動開始から排
気浄化触媒が活性化するまでの間における大気中へのＨ
Ｃの排出を抑制しながら、排気浄化触媒での酸化反応を
促進でき、延いては排気浄化触媒の早期活性化を促進で
きることになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴火花点火式内
燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射
供給する構成とし、例えば、通常は吸気行程中に燃料噴
射して均質混合気（燃焼室内全体に均等に燃料が分散し
ている状態）で燃焼（均質燃焼）を行わせ、所定運転状
態（低回転・低負荷状態等）において、圧縮行程中に燃
料噴射し、点火栓周りに着火可能な可燃混合比の混合気
からなる層状の成層混合気を形成し、極希薄な空燃比
（リーン限界近傍の空燃比）での燃焼（成層燃焼）を行
なわせるようにした内燃機関（直噴火花点火式内燃機
関）が知られている（特開昭６２−１９１６２２号公報
や特開平２−１６９８３４号公報等参照）。
【０００３】また、上記のような直噴火花点火式内燃機
関に関し、冷機始動から暖機過程において、排気浄化触
媒の活性化促進を図るべく、以下のような技術が提案さ
れている。
【０００４】例えば、特開平８−２９６４８５号公報に
開示されるものでは、排気行程中の排気ポートが開放さ
れている期間中に、燃焼室内に追加燃料を噴射し、追加
燃料の多くを未燃のまま触媒に供給するようにしてい
る。これにより、触媒上での未燃燃料の燃焼が増大し、
触媒の温度が急速に上昇する。
【０００５】しかしながらこの技術は、触媒上で未燃燃
料が反応することを前提条件としているため、触媒が全
く活性していない状況下では効果が得られない。また、
活性開始から完全活性までの時間は短縮されるものの、
この制御を行っている間の排気エミッション（特にＨＣ
の大気への排出量）が大幅に悪化することになる。
【０００６】また、特開平８−１００６３８号公報に開
示されるものでは、膨張行程初期から中期において燃焼
室内に追加燃料を噴射するようにしている。追加燃料は
主燃焼の火炎伝播によって着火・燃焼し、排気ガス温度
を上昇させる。
【０００７】この技術によれば、排気温度を上昇させる
ことで触媒を昇温するので、触媒の活性状態に関わりな
く昇温効果を得ることができるが、始動直後のように燃
焼室温度が低い状況下では、追加燃料の燃え残りが発生
して大気への未燃燃料の排出量を増大させる可能性があ
る。すなわち、追加噴射された常温の液体燃料は、燃焼
室内の既燃ガスから熱を受けて気化し燃焼するのである
が、燃焼室温度が低い状況下では既燃ガスの温度も低く
なってしまうため、十分に気化できず未燃のまま触媒に
流入する燃料が増えることになる。また、主燃焼後に追
加燃料を供給することなく排気の昇温を図る技術として
は、特開平１０−１６９４８８号公報に開示される排気
昇温装置がある。この装置では、排気昇温が要求される
ときに、点火プラグ周りの局所的な空燃比をリッチとす
ることで局所的な空気量不足の状態を作り、さらに、圧
縮行程時の燃焼噴射時期を遅延させることで燃料の霧化
時間不足の状態を作っている。この状態で点火を行う
と、不完全燃焼物（ＣＯ）が発生し、また、燃料の一部
が燃え残ることになる。このようにして発生した酸化反
応物は筒内の余剰酸素と主燃焼以降に反応し、排気温度
を上昇させる。この技術によれば、排気の昇温に寄与す
る酸化反応物を主燃焼が行われる領域内で生起または残
存させる。このため、この酸化反応物は主燃焼の終了時
点において既に高温状態となっており、燃焼室温度が低
い状況下であっても、比較的良好に燃焼させることがで
きると考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−１６９４８８号公報に開示されるものでは、燃料
噴霧の空燃比を、リッチ失火するほどのリッチ度合いと
しており、このため、燃料噴霧の先端が点火プラグに達
する時点でのみ着火が可能となっている。すなわち、着
火を行える点火時期が非常に限られており、わずかな点
火時期のずれが失火を招くことになる。
【０００９】また、噴射燃料が十分に霧化しないうちに
点火を行っており、不完全燃焼物（ＣＯ）よりは未燃燃
料（ＨＣ）を多く生起するものと考えられる。さらに、
燃料噴霧の周縁（リッチ混合気層と空気層との境目）で
は、燃料の拡散によって空燃比が希薄になる領域が部分
的に発生すると考えられ、このような領域には火炎が伝
播しないので、ここからも未燃燃料（ＨＣ）が発生す
る。
【００１０】主燃焼後のＨＣの再燃焼は、前述のよう
に、燃焼室内温度に関わらず比較的良好に行われるもの
の、主燃焼自体でのＨＣ発生量が少ない均質燃焼時に比
べると、触媒へのＨＣの流入量を増加させ、大気へのＨ
Ｃの排出量を増加させる可能性がある。
【００１１】また、再燃焼に関与する酸素を比較的低温
な燃焼室の周辺部に残存させる形となるため、この残存
酸素は主燃焼の終了時点において比較的低温であり、Ｈ
Ｃの速やかな再燃焼を阻害する要因となる。
【００１２】本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされ
たもので、直噴火花点火式内燃機関において、始動開始
から排気浄化触媒が活性化するまでの間における大気中
へのＨＣの排出を最大限抑制しながら、排気浄化触媒の
早期活性化を促進することができるようにした直噴火花
点火式内燃機関の制御装置を提供することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明では、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給す
る燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火
栓とを備え、所定の機関運転条件のとき、点火実行時に
点火栓周りに偏在する混合気層の空燃比がほぼストイキ
となるよう前記燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料噴射量と
燃料噴射時期および前記点火栓の点火時期を制御して成
層燃焼を行う直噴火花点火式内燃機関の制御装置であっ
て、機関の排気通路に配設された排気浄化触媒を昇温す
べき条件を判断する昇温条件判断手段を備え、排気浄化
触媒を昇温すべき条件のとき、点火実行時に点火栓周り
に偏在する混合気の空燃比がストイキよりリッチかつ着
火可能な空燃比となり、かつ、この混合気層が着火可能
な霧化状態となるよう前記燃料噴射弁の圧縮行程中の燃
料噴射量と燃料噴射時期および前記点火栓の点火時期を
制御して第２の成層燃焼を行うようにしたかかる構成と
すれば、点火栓周りの混合気層の空燃比をストイキより
リッチな空燃比としているので、主燃焼（火花点火によ
る着火とその後の火炎伝播による燃焼）の際に不完全燃
焼物（ＣＯ）が生成され、主燃焼後もこのＣＯが燃焼室
内に残存する。また、リッチ混合気層の周囲には主燃焼
後も酸素が残存する。この残存ＣＯと残存酸素とが主燃
焼以降の筒内ガス流動によって混合・再燃焼し、排気温
度が上昇する。
【００１４】不完全燃焼物（ＣＯ）は、主燃焼の燃焼過
程で生成されるものであるから、主燃焼の終了時点にお
いて既に高温状態となっており、燃焼室温度が低い状況
下であっても、比較的良好に燃焼させることができる。
すなわち、生成したＣＯを燃焼室内と触媒上流の排気通
路内でほとんど再燃焼させることが可能となる。なお、
主燃焼白体でのＣＯ発生量が少ない均質燃焼時に比べる
と、触媒へのＣＯの流入量が増加する可能性はあるが、
触媒のＣＯ転化開始温度はＨＣ転化開始温度よりも低い
ので、排気エミッションに対する影響は比較的小さい。
【００１５】また、リッチ混合気の空燃比を、ストイキ
より着火性の良好なリッチ空燃比とするとともに、噴射
燃料の霧化時間を十分に確保するので、常に安定した着
火が得られ、ＣＯの生成を安定して行うことができる。
【００１６】さらに、リッチ混合気層内の燃料を十分に
霧化させているので、リッチ混合気層内での未燃ＨＣの
発生を抑制することができる。請求項2に記載の発明で
は、前記第２の成層燃焼時は、排気浄化触媒を昇温すべ
き条件でないときの成層燃焼時に比べて、圧縮行程中の
燃料噴射から点火実行までの燃料霧化時間を長くする。
【００１７】かかる構成とすれば、噴射燃料の十分な霧
化時間を確実に確保することができる。請求項3に記載
の発明では、前記第２の成層燃焼時は、前記点火実行時
に点火栓周りに偏在する混合気の空燃比が９〜１３とな
るよう前記燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料噴射量と燃料
噴射時期および前記点火栓の点火時期を制御する。
【００１８】かかる構成とすれば、請求項１の発明の効
果を、あらゆる機関において（即ち、機種や排気量の相
違があっても）良好に奏することが可能となる。請求項
4に記載の発明では、前記第２の成層燃焼時は、点火栓周
りの空燃比をほぼストイキとして燃焼を行わせるときに
比べて、前記点火栓の点火時期を遅角側に設定する。
【００１９】即ち、点火栓周りの空燃比をストイキより
着火性の良好なリッチ空燃比とする第２の成層燃焼形態
は、従来の燃焼形態（点火栓周りの空燃比をほぼストイ
キとして燃焼を行わせる形態）と比較して、設定可能な
点火時期の範囲が広くなるという特性があるので、これ
を利用し、例えば機関安定限度内で（或いは従来同等の
機関安定性を得られる範囲内としても良い）点火時期を
遅らせるようにすれば、排気温度をより高めることがで
きる。
【００２０】請求項5に記載の発明では、前記第２の成層
燃焼時は、点火栓周りの空燃比をほぼストイキとして燃
焼を行わせるときに比べて、ＥＧＲ量或いはＥＧＲ率を
大きくする。
【００２１】即ち、前述のように、点火栓周りの空燃比
をリッチ空燃比とする第２の成層燃焼形態は、燃焼安定
性が高いので、これを利用し、ＥＧＲ量或いはＥＧＲ率
を増加させれば、筒内ガス温度を上昇させて未燃ＨＣを
一層低減することができることになる。
【００２２】請求項6に記載の発明では、機関の燃焼室内
に直接燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、燃焼室内全体
に均質な混合気を形成する燃料供給手段と、燃焼室内の
混合気に火花点火する点火栓とを備え、所定の機関運転
条件のとき、点火実行時に点火栓周りに偏在する混合気
層の空燃比がほぼストイキとなるよう前記燃料噴射弁の
圧縮行程中の燃料噴射量と燃料噴射時期および前記点火
栓の点火時期を制御して成層燃焼を行う直噴火花点火式
内燃機関の制御装置であって、機関の排気通路に配設さ
れた排気浄化触媒を昇温すべき条件を判断する昇温条件
判断手段を備え、排気浄化触媒を昇温すべき条件のと
き、燃焼室内全体に形成される混合気の空燃比がストイ
キよりリーンかつ火炎伝播可能な空燃比となるよう前記
燃料供給手段の燃料噴射量を制御すると共に、点火実行
時に点火栓周りに偏在する混合気の空燃比がストイキよ
りリッチとなるよう前記燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料
噴射量と燃料噴射時期および前記点火栓の点火時期を制
御して第２の成層燃焼を行うようにした。
【００２３】かかる構成とすれば、点火栓周りの混合気
層の空燃比をストイキよりリッチな空燃比としているの
で、主燃焼（火花点火による着火とその後の火炎伝播に
よる燃焼）の際に不完全燃焼物（ＣＯ）が生成され、主
燃焼後もこのＣＯが燃焼室内に残存する。また、リッチ
混合気層の周囲にストイキよりリーンな混合気を形成し
ているので、この領域には主燃焼後も酸素が残存する。
この残存ＣＯと残存酸素とが主燃焼以降の筒内ガス流動
によって混合・再燃焼し、排気温度が上昇する。
【００２４】不完全燃焼物（ＣＯ）は、主燃焼の燃焼過
程で生成されるものであるから、主燃焼の終了時点にお
いて既に高温状態となっており、燃焼室温度が低い状況
下であっても、比較的良好に燃焼させることができる。
すなわち、生成したＣＯを燃焼室内と触媒上流の排気通
路内でほとんど再燃焼させることが可能となる。なお、
主燃焼自体でのＣＯ発生量が少ない均質燃焼時に比べる
と、触媒へのＣＯの流入量が増加する可能性はあるが、
触媒のＣＯ転化開始温度はＨＣ転化開始温度よりも低い
ので、排気エミッションに対する影響は比較的小さい。
【００２５】また、リーン混合気層の空燃比を火炎伝播
可能な空燃比としているので、リッチ混合気層とリーン
混合気層との境目で未燃ＨＣが発生することはない。ま
た、燃焼室の隅々まで火炎が良好に伝播されるので、燃
焼室内の低温領域（クエンチングエリア）を均質燃焼時
と変わりのない小さな領域とすることができる。さら
に、リーン混合気が燃焼する領域の過剰な酸素を主燃焼
後も残存させる形とするので、主燃焼の終了時点におけ
る残存酸素の温度も比較的高温となっており、ＣＯの再
燃焼がより速やかに進行する。
【００２６】請求項7に記載の発明によれば、前記第２の
成層燃焼時は、前記燃焼室内全体に形成される混合気の
空燃比が１６〜２８となるよう前記燃料供給手段の燃料
噴射量を制御する。
【００２７】かかる構成とすれば、請求項６の発明の効
果を、あらゆる機関において（即ち、機種や排気量の相
違があっても）良好に奏することが可能となる。請求項
8に記載の発明によれば、前記燃料供給手段は、前記燃料
噴射弁を吸気行程中に駆動することにより燃焼室内全体
に均質な混合気を形成するものである。
【００２８】かかる構成とすれば、機関の燃焼室内に直
接燃料を噴射供給する燃料噴射弁と燃焼室内全体に均質
な混合気を形成する燃料供給手段とを別個に備えること
なく請求項６の発明の効果を得ることができる。
【００２９】請求項9に記載の発明によれば、前記燃料供
給手段は、機関の吸気通路に燃料を噴射供給することに
より燃焼室内全体に均質な混合気を形成するものであ
る。かかる構成とすれば、一つの燃料噴射弁を１サイク
ル当たりに２回駆動する必要がないので、燃料噴射弁に
必要とされる特性を緩和することができる。即ち、各燃
料噴射弁が小容量化されるから、応答性を高めることが
容易となると共に、最小流量をより小流量化することも
容易となる。また、１サイクル当たりに２回駆動する場
合に比べて耐久性も向上させることができることにな
る。
【００３０】さらに、請求項１０に記載の発明のよう
に、前記燃料供給手段は、排気行程若しくは排気行程乃
至吸気行程において機関の吸気通路に燃料を噴射供給す
るようにすれば、供給燃料の霧化時間を長く取ることが
できる。
【００３１】請求項１１に記載の発明では、機関の燃焼
室内に直接燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、燃焼室内
全体に均質な混合気を形成する燃料供給手段と、燃焼室
内の混合気に火花点火する点火栓とを備え、所定の機関
運転条件のとき、点火実行時に点火栓周りに偏在する混
合気層の空燃比がほぼストイキとなるよう前記燃料噴射
弁の圧縮行程巾の燃料噴射最と燃料噴射時期および前記
点火栓の点火時期を制御して成層燃焼を行う直噴火花点
火式内燃機関の制御装置であって、機関の排気通路に配
設された排気浄化触媒を昇温すべき条件を判断する昇温
条件判断手段を備え、排気浄化触媒を昇温すべき条件の
とき、燃焼室内全体に形成される混合気の空燃比がスト
イキよりリーンかつ火炎伝播可能な空燃比となるよう前
記燃料供給手段の燃料噴射量を制御すると共に、点火実
行時に点火栓周りに偏在する混合気の空燃比がストイキ
よりリッチかつ着火可能な空燃比となり、かつ、この混
合気層が着火可能な霧化状態となるよう前記燃料噴射弁
の圧縮行程中の燃料噴射量と燃料噴射時期および前記点
火栓の点火時期を制御して第２の成層燃焼を行うように
した。
【００３２】かかる構成とすれば、点火栓周りの混合気
層の空燃比をストイキよりリッチな空燃比としているの
で、主燃焼（火花点火による着火とその後の火炎伝播に
よる燃焼）の際に不完全燃焼物（ＣＯ）が生成され、主
燃焼後もこのＣＯが燃焼室内に残存する。また、リッチ
混合気層の周囲にストイキよりリーンな混合気を形成し
ているので、この領域には主燃焼後も酸素が残存する。
この残存ＣＯと残存酸素とが主燃焼以降の筒内ガス流動
によって混合・再燃焼し、排気温度が上昇する。
【００３３】不完全燃焼物（ＣＯ）は、主燃焼の燃焼過
程で生成されるものであるから、主燃焼の終了時点にお
いて既に高温状態となっており、燃焼室温度が低い状況
下であっても、比較的良好に燃焼させることができる。
すなわち、生成したＣＯを燃焼室内と触媒上流の排気通
路内でほとんど再燃焼させることが可能となる。なお、
主燃焼自体でのＣＯ発生量が少ない均質燃焼時に比べる
と、触媒へのＣＯの流入量が増加する可能性はあるが、
触媒のＣＯ転化開始温度はＨＣ転化開始温度よりも低い
ので、排気エミッションに対する影響は比較的小さい。
【００３４】また、リッチ混合気の空燃比を、ストイキ
より着火性の良好なリッチ空燃比とするとともに、噴射
燃料の霧化時間を十分に確保するので、常に安定した着
火が得られ、ＣＯの生成を安定して行うことができる。
さらに、リッチ混合気層内の燃料を十分に霧化させてい
るので、リッチ混合気層内での未燃ＨＣの発生を抑制す
ることができる。また、リーン混合気層の空燃比を火炎
伝播可能な空燃比としているので、リッチ混合気層とリ
ーン混合気層との境目で未燃ＨＣが発生することはな
い。特に、リッチ混合気層内の燃料を十分に霧化させよ
うとすると、燃料の霧化と同時に拡散も進行するので、
噴射燃料による混合気層の周縁では部分的に燃料が希薄
になる可能性が高くなるが、圧縮行程の燃料噴射に先立
って燃焼室内全体に火炎伝播可能な混合気を形成するよ
うにしておくと、圧縮行程中の噴射燃料による混合気層
の周縁においても火炎伝播不能な空燃比になることがな
い。さらにまた、燃焼室の隅々まで火炎が良好に伝播さ
れるので、燃焼室内の低温領域（クエンチングエリア）
を均質燃焼時と変わりのない小さな領域とすることがで
きる。以上のことから、主燃焼自体でのＨＣ発生量は均
質燃焼時と同程度に抑えられ、さらに、ＣＯの再燃焼に
伴なって未燃ＨＣの一部も再燃焼することから、触媒へ
のＨＣ流入量を均質燃焼時よりも低減することができ
る。
【００３５】さらに、リーン混合気が燃焼する領域の過
剰な酸素を主燃焼後も残存させる形とするので、主燃焼
の終了時点における残存酸素の温度も比較的高温となっ
ており、ＣＯの再燃焼がより速やかに進行する。
【００３６】請求項１２に記載の発明では、前記第２の
成層燃焼時は、燃焼室内の平均空燃比を１３．８〜１８
とする。また、請求項１３に記載の発明では、前記第２
の成層燃焼時は、燃焼室内の平均空燃比をほぼストイキ
とする。
【００３７】すなわち、触媒を効果的に昇温させるため
には、生成される不完全燃焼物（ＣＯ）の量と主燃焼後
に残存する酸素の量とをバランスさせると良く、その場
合、燃焼室内の平均空燃比を１３．８〜１８の範囲にす
ると良い。特に、平均空燃比をほぼ理論空燃比にする
と、不完全燃焼物（ＣＯ）量と残存酸素量とがほぼ当量
となり、昇温効率が最も良くなる。
【００３８】請求項１４に記載の発明では、前記第２の
成層燃焼時は、機関の排気通路に配設された空燃比セン
サの検出値に応じて、燃焼室内の平均空燃比がストイキ
となるよう空燃比フィードバック制御を行う。
【００３９】かかる構成とすれば、確実に昇温効率を最
良とすることができる。請求項１５に記載の発明では、
前記昇温条件判断手段は、機関の始動を検出したときに
機関の排気通路に配設された排気浄化触媒を昇温すべき
条件が成立したと判断する。
【００４０】かかる構成とすれば、始動後の触媒の早期
活性化を図ることができる。請求項１６に記載の発明で
は、ピストン温度が所定より低い場合には、前記第２の
成層燃焼形態で燃焼させることを禁止する。
【００４１】即ち、ピストン温度が所定より低温である
と、当該ピストン冠面を利用した成層混合気の霧化・気
化促進などが良好に行われなくなり、以って着火性、燃
焼安定性延いては機関安定性（機関運転性）等が悪化す
る惧れがあるが、かかる構成とすれば、機関安定性（機
関運転性）の低下等の惧れを確実に回避することができ
る。
【００４２】請求項１７に記載の発明では、前記排気浄
化触媒が活性した後は、前記第２の成層燃焼形態で燃焼
させることを禁止する。かかる構成とすれば、やや燃費
の悪い第２の成層燃焼形態を、暖機後直ちに他の燃焼形
態（成層リーン燃焼形態、均質ストイキ燃焼形態、均質
リーン燃焼形態など）へ移行させることができるので、
燃費等の悪化を極力抑制することができる。
【００４３】請求項１８に記載の発明では、前記第２の
成層燃焼形態と他の燃焼形態との間の燃焼形態の切換え
を、経時と共に徐々に行わせる。かかる構成とすれば、
燃焼形態の切り換えに伴なう出力段差を抑制できるの
で、良好な運転性を維持することが可能となる。
【００４４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
添付の図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施形
態のシステム構成を示す図２において、機関１の吸気通
路２には吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ
３及び吸入空気流量Ｑａを制御するスロットル弁４が設
けられると共に、各気筒の燃焼室に臨ませて、燃料噴射
弁５が設けられている。
【００４５】かかる燃料噴射弁５は、後述するコントロ
ールユニット５０において設定される駆動パルス信号に
よって開弁駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送さ
れてプレッシャレギュレータ（図示せず）により所定圧
力に制御された燃料を燃焼室内に直接噴射供給すること
ができるようになっている。
【００４６】なお、燃焼室に臨んで装着されて、コント
ロールユニット５０からの点火信号に基づいて吸入混合
気に対して点火を行う点火栓（点火プラグ）６が、各気
筒に設けられている。
【００４７】一方、排気通路７には、排気中の特定成分
（例えば、酸素）濃度を検出することによって排気延い
ては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ８（リ
ッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空
燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサ
であってもよい）が設けられ、その下流側には、排気を
浄化するための排気浄化触媒９が介装されている。な
お、排気浄化触媒９としては、理論空燃比｛λ＝１、Ａ
／Ｆ（空気重量／燃料重量）・１４．７｝近傍において
排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯX の還元を行って排気
を浄化することができる三元触媒、或いは排気中のＣ
Ｏ，ＨＣの酸化を行う酸化触媒等を用いることができ
る。
【００４８】更に、前記排気浄化触媒９の排気下流側に
は、排気中の特定成分（例えば、酸素）濃度を検出し、
リッチ・リーン出力する下流側酸素センサ１０が設けら
れるようになっている。
【００４９】ここでは、下流側酸素センサ１０の検出値
により、空燃比センサ８の検出値に基づく空燃比フィー
ドバック制御を補正することで、空燃比センサ８の劣化
等に伴う制御誤差を抑制する等のために（所謂ダブル空
燃比センサシステム採用のために）、前記下流側酸素セ
ンサ１０を設けて構成したが、空燃比センサ８の検出値
に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけで
良い場合には、かかる下流側酸素センサ１０は省略する
ことができるものである。また、空燃比フィードバック
制御を行なわない場合には、空燃比センサ８と下流側酸
素センサ１０を共に省略することができるものである。
【００５０】なお、本実施形態においては、クランク角
センサ１１が備えられており、コントロールユニット５
０では、該クランク角センサ１１から機関回転と同期し
て出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントし
て、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回
転速度Ｎｅを検出できるようになっている。
【００５１】そして、機関１の冷却ジャケットに臨んで
設けられ、冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出す
る水温センサ１２が設けられている。更に、前記スロッ
トル弁４の開度を検出するスロットルセンサ１３（アイ
ドルスイッチとしても機能させることができる）が設け
られている。
【００５２】ところで、本実施形態においては、前記ス
ロットル弁４の開度を、ＤＣモータ等のアクチュエータ
により制御することができるスロットル弁制御装置１４
が備えられている。
【００５３】当該スロットル弁制御装置１４は、運転者
のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トル
クを達成できるように、コントロールユニット５０から
の駆動信号に基づき、スロットル弁４の開度を電子制御
するものとして構成することができる。
【００５４】前記各種センサ類からの検出信号は、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフ
ェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータから
なるコントロールユニット５０へ入力され、当該コント
ロールユニット５０は、前記センサ類からの信号に基づ
いて検出される運転状態に応じて、前記スロットル弁制
御装置１４を介してスロットル弁４の開度を制御し、前
記燃料噴射弁５を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を
制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓６
を点火させる制御を行う。
【００５５】なお、例えば、所定運転状態（低・中負荷
領域など）で燃焼室内に圧縮行程で燃料噴射して、燃焼
室内の点火栓６周辺に可燃混合気を層状に形成して成層
燃焼を行なうことができる一方、他の運転状態（高負荷
領域など）では燃焼室内に吸気行程で燃料噴射して、シ
リンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃
焼を行なうことができるように、燃料噴射時期（噴射タ
イミング）についても、運転状態などに応じて変更可能
に構成されている。
【００５６】ところで、本実施形態に係るコントロール
ユニット５０では、始動開始から排気浄化触媒９が活性
化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制し
ながら、排気浄化触媒９の早期活性化を図るようにする
ために、キースイッチ１６など各種センサからの入力信
号を受け、例えば、以下のような制御を行なうようにな
っている。なお、本明細書に例示する実施形態では、本
発明にかかる第２の成層燃焼を行う際に燃焼室内の平均
空燃比をほぼストイキとするので、この燃焼形態を成層
ストイキ燃焼形態と表現する。
【００５７】具体的には、例えば、図３に示すようなフ
ローチャートを実行するようになっている。即ち、ステ
ップ（図では、Ｓと記してある。以下、同様）１では、
従来同様の手法により、キースイッチ１６のイグニッシ
ョン信号がＯＮとなったか（キー位置がイグニションＯ
Ｎ位置とされたか）否かを判断する。ＹＥＳであればス
テップ２へ進み、ＮＯであれば本フローを終了する。
【００５８】ステップ２では、従来同様の手法により、
キースイッチ１６のスタート信号がＯＮとなったか（キ
ー位置がスタート位置とされたか）否かを判断する。即
ち、スターターモータ（図示せず）によるクランキング
要求があるか否かを判断する。
【００５９】ＹＥＳであれば、始動クランキング要求が
あるとしてステップ３へ進み、ＮＯであれば未だクラン
キング要求はないと判断して、ステップ１へリターンす
る。ステップ３では、従来同様に、スターターモータの
駆動を開始して、機関１をクランキングする。
【００６０】ステップ４では、従来同様に、始動のため
の燃料噴射｛吸気行程での直接燃料噴射、図８（Ｂ）参
照｝を行なわせて、機関１の運転（直噴均質燃焼）を行
なわせる。
【００６１】次のステップ５では、排気浄化触媒９が活
性化していないか否かを判断する。当該判断は、例え
ば、後述する図４のフローチャートに一例として示した
ように、排気通路７に臨んで設けられる下流側酸素セン
サ１０が活性化していないか否かを判断（ステップ１２
で判断）することで代替することができる。即ち、排気
浄化触媒９が活性化しているか否かは、図５に示すよう
な下流側酸素センサ１０の検出値号の変化の様子に基づ
いて判断することができるものである。
【００６２】また、機関水温Ｔｗ若しくは油温等を検出
して排気浄化触媒９の温度（或いは出口温度）を推定
し、その結果に基づいて排気浄化触媒９の活性化を判断
することができ、或いは直接的に排気浄化触媒９の温度
（或いは出口温度）を検出することによっても判断する
ことができる。
【００６３】触媒が活性化していなければ（ＹＥＳであ
れば）、ステップ６へ進む。一方、触媒が活性化してい
れば（ＮＯであれば）触媒活性化促進のための制御の必
要はないとしてステップ９へ進み、燃費改善等のため
に、運転状態に応じて、従来と同様の燃焼形態で燃焼を
行なわせて、本フローを終了する。
【００６４】ステップ６では、ピストン１５の温度｛特
に、冠面に凹設したボウル部１５Ａ（図８参照）の表面
温度｝が所定温度（成層ストイキ燃焼移行許可温度）以
上となっているか否かを判断する。かかる判定は、ピス
トン１５（特に、冠面）に埋め込んだサーモカップル等
により直接検出することで行なうことができ、或いは機
関水温Ｔｗ又は油温を検出することでピストン（特に、
冠面）温度を推定し、その結果に基づいて行なわせるこ
ともできる。
【００６５】なお、具体的には、例えば、後述する図６
のフローチャートに一例として示したように、ピストン
冠面温度と相関のある疑似水温ＴＷＦに基づいて行なわ
せることができる。即ち、例えば、図７に示すように、
ピストン冠面温度と相関のある疑似水温ＴＷＦを推定演
算し、その結果が所定値ＴＷＦ１（成層ストイキ燃焼移
行許可温度）に達したか否かで行なうことが可能であ
る。
【００６６】ＹＥＳの場合には、後述する触媒活性化促
進等のための成層ストイキ燃焼を行なわせても良好な着
火性・燃焼性延いては機関安定性（機関運転性）等が得
られるとして、ステップ７へ進む。
【００６７】一方、ＮＯの場合には、後述する触媒活性
化促進のための成層ストイキ燃焼を行なわせると、ピス
トン冠面温度が所定より低温であるために、当該ピスト
ン冠面を利用した成層混合気の霧化・気化促進などが良
好に行なわれなくなり、以って着火性、燃焼安定性延い
ては機関安定性（機関運転性）等が低下する惧れがある
として、成層ストイキ燃焼への移行を禁止して、吸気行
程での直接燃料噴射（直噴均質燃焼）を継続すべく、ス
テップ４へリターンする。
【００６８】ステップ７では、触媒が活性化していない
場合で触媒活性化促進が必要であると共に、ピストン冠
面温度が所定温度以上であり成層混合気の生成が良好に
行なえる場合であるので、触媒活性化促進のための成層
ストイキ燃焼への移行を許可して、成層ストイキ燃焼を
行なわせる。
【００６９】具体的には、例えば、１燃焼サイクル当た
りの吸入空気量で略完全燃焼させることができるトータ
ル燃料量｛略ストイキ（理論空燃比）を達成するのに必
要な燃料重量｝のうち、例えば略５０％乃至略９０％の
燃料重量を、吸気行程で燃焼室内に噴射供給し、燃焼室
内全体にストイキよりも比較的リーン（希薄）な均質混
合気を形成すると共に｛図８（Ｂ）に示す燃料噴射によ
り形成する｝、残りの略５０％乃至略１０％の燃料重量
を、圧縮行程で燃焼室内に噴射供給し、点火栓６周りに
ストイキよりも比較的リッチな（燃料濃度の高い）混合
気を層状に形成して｛図８（Ａ）参照｝、燃焼させる
（図９参照）。
【００７０】なお、当該成層ストイキ燃焼形態は、吸気
行程中に燃焼室内に（本実施形態では吸気行程噴射によ
り）形成されるストイキよりもリーンな混合気の空燃比
を１６〜２８とし、圧縮行程中の燃料噴射により点火栓
周りに形成されるストイキよりもリッチな混合気の空燃
比が９〜１３となるように、吸気行程中の燃料噴射量
と、圧縮行程中の燃料噴射量と、の分担率を設定するよ
うにしても良い。
【００７１】また、各混合気層の空燃比を上記のような
範囲としておけば、燃焼室内の平均空燃比を理論空燃比
から多少ずれた空燃比（例えば、１３．８〜１８の範
囲）に設定しても良い。
【００７２】上記のような成層ストイキ燃焼によれば、
従来の均質ストイキ燃焼と比較して排気ガス温度を上昇
させることができるだけでなく、燃焼室から排気通路に
排出される未燃ＨＣ量を減少させることができる（図２
６、図２７参照）。
【００７３】即ち、成層ストイキ燃焼によれば、従来の
燃焼形態｛均質燃焼だけ、成層燃焼だけ、或いは、これ
らに対し更に追加燃料を燃焼後期以降（膨張行程以降や
排気行程中）に噴射する燃焼形態など｝で暖機を行なわ
せる場合に比べて、始動開始から排気浄化触媒９が活性
化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制し
ながら、排気浄化触媒９の早期活性化を格段に促進でき
ることになる。
【００７４】次に、ステップ８では、ステップ５と同様
の手法（図４のフローチャート）により、排気浄化触媒
９が活性化したか（暖機完了か）否かを判断する。ＹＥ
Ｓであれば、ステップ９へ進む。ＮＯであれば、ステッ
プ７へリターンして、排気浄化触媒９が活性化するま
で、成層ストイキ燃焼を継続する。
【００７５】ステップ９では、運転状態に応じ、所望の
排気性能、或いは燃費性能、或いは運転性能（出力性
能、安定性など）等を達成し得る燃焼形態（均質ストイ
キ燃焼、均質リーン燃焼或いは成層リーン燃焼など）へ
移行させた後、本フローを終了する。
【００７６】なお、本実施形態では、成層ストイキ燃焼
の燃焼性に悪影響を与える惧れのある運転状態において
（例えば、ピストン冠面温度が所定温度より低温のとき
は）、該成層ストイキ燃焼への移行を禁止するように構
成したが、排気浄化触媒９の早期活性化を最優先したい
場合等には、このような構成を採用しなくても良いもの
である（即ち、図３のフローチャートにおけるステップ
６は省略することも可能である）。
【００７７】ここで、排気浄化触媒９の活性化判断につ
いて、図５のタイミングチャートを参照しつつ、図４の
フローチャートに従って説明する。ステップ１１では、
下流側酸素センサ１０にヒータによる加熱が行なわれて
いないか否かを判断する。ＮＯであれば（行なっていれ
ば）、ヒータによる加熱の影響が大きく、下流側酸素セ
ンサ１０延いては排気浄化触媒９の活性化判定に誤差が
生じるとして、本フローを終了する。一方、ＹＥＳであ
れば（行なっていなければ）、下流側酸素センサ１０延
いては排気浄化触媒９の活性化判定を精度良く行なうこ
とができるとして、ステップ１２へ進む。
【００７８】ステップ１２では、下流側酸素センサ１０
が活性化しているか否かを判断する。例えば、図５に示
すように、下流側酸素センサ１０の出力電圧が、初期電
圧Ｖ０に維持された状態から、所定レベル（Ｖ０＋ｄＶ
Ｒ）となったか否か等に基づいて判断することができ
る。なお、逆に、初期電圧Ｖ０に維持された状態から、
所定レベル（Ｖ０＋ｄＶＬ）となったか否か等に基づい
て判断することもできるものである。なお、下流側酸素
センサ１０の出力が所定回数リッチ・リーン反転したこ
と等に基づいて、下流側酸素センサ１０が活性化したか
否かを判断するように構成することもできる。
【００７９】ＹＥＳであれば、ステップ１３へ進み、Ｎ
Ｏであれば、活性化判断されるまでステップ１２を繰り
返す。ステップ１３では、排気浄化触媒９が活性化した
と判断する。即ち、排気浄化触媒９の下流側に設けられ
る下流側酸素センサ１０が活性化したのは、排気浄化触
媒９の出口側排気温度の上昇（酸化反応）によるもので
あるとして、上流側の排気浄化触媒９が活性化したと判
断（推定）するものである。
【００８０】ステップ１４では、下流側酸素センサ１０
のヒータに対する通電制御（下流側酸素センサの温度を
所定温度に維持するための制御など）を開始し、その後
本フローを終了する。
【００８１】次に、ピストン冠面温度判断について、図
７のタイミングチャートを参照しつつ、図６のフローチ
ャートに従って説明する。ステップ２１では、図７に示
すような方法により、ピストン冠面温度と相関のある疑
似水温ＴＷＦ［ｔ］（ｔは、イグニッション信号ＯＮ後
の経過時間）を推定演算し、該推定演算された疑似水温
ＴＷＦ［ｔ］が、所定温度ＴＷＦ１以上であるか否かを
判断する。
【００８２】なお、疑似水温ＴＷＦは、始動時水温ＴＷ
ｅ０に応じて、疑似水温初期値ＴＷＦ０から始まり、単
位時間毎に吸入空気量Ｑａによって決まる遅れ補正係数
Ｋｔｗｆずつ一次遅れでエンジン水温Ｔｗｅに向かって
収束する。
【００８３】ＴＷＦ[t] ＝ＴＷｅ[t] −( ＴＷｅ[t] −
ＴＷＦ[t-1])×(1−Ｋｔｗｆ) ここで、ＴＷＦ[0] ＝ＴＷｅ０、t はIGN/SW-ON 後の経
過時間。なお、疑似水温初期値ＴＷＦ０は、始動時水温
ＴＷｅ０に基づき図７に示すテーブル等を参照すること
で求めることができ、遅れ補正係数Ｋｔｗｆは吸入空気
量Ｑａに基づき図７に示すテーブル等を参照して求める
ことができるものである。
【００８４】ステップ２１で、ＹＥＳ（ＴＷＦ［ｔ］≧
ＴＷＦ１）であればステップ２２へ進み、ＮＯであれば
ステップ２１へリターンする。ステップ２２では、ピス
トン冠面温度が所定値以上と判断して、本フローを終了
する。
【００８５】ところで、前記成層ストイキ燃焼は、燃料
の供給を、吸気行程噴射と、圧縮行程噴射と、で行なわ
せるが、具体的には、例えば、以下に説明するようにし
て各行程での燃料噴射量と噴射時期（噴射タイミング）
が設定されるようになっている。
【００８６】即ち、成層ストイキ燃焼を行なわない場合
には、燃料噴射量は、従来同様、概略以下のようにして
設定される。
【００８７】エアフローメータ３からの電圧信号から求
められる吸入空気流量Ｑａと、クランク角センサ１１か
らの信号から求められる機関回転速度Ｎｅとから基本燃
料噴射パルス幅（基本燃料噴射量に相当）Ｔｐｔ＝ｃ×
Ｑａ／Ｎｅ（ｃは定数）を演算すると共に、低水温時に
機関安定性等のためにリッチ側に補正する水温補正係数
Ｋｗや、始動及び始動後増量補正係数Ｋasや、空燃比フ
ィードバック補正係数ＬＡＭＤ、目標空燃比補正係数Ｚ
等により、有効燃料噴射パルス幅ＣＴＩ＝Ｔｐｔ×（１
＋Ｋｗ＋Ｋas＋・・・）×ＬＡＭＤ×Ｚ＋Ｔｓを演算す
る。Ｔｓは、電圧補正分である。上記空燃比フィードバ
ック補正係数ＬＡＭＤは、排気浄化触媒９の上流側に設
けられた空燃比センサ８の空燃比検出結果に基づいて比
例積分（ＰＩ）制御等により増減されるもので、これに
基づきコントロールユニット５０では燃料噴射量Ｔｐｔ
を補正し、燃焼用混合気の空燃比を目標空燃比にフィー
ドバック制御することができるようになっている。な
お、当該空燃比フィードバック制御を行なわない場合に
は（例えば、本実施形態における成層ストイキ燃焼時な
ど）、該ＬＡＭＤは所定値（例えば１．０）にクランプ
（固定）されるようになっている。
【００８８】そして、成層ストイキ燃焼を行なう場合に
は、前記燃料噴射パルス幅ＣＴＩのうち、所定の割合分
｛ＣＴＩＨ＝ＣＴＩ×Ｋｓｐ；Ｋｓｐは分担率（比）或
いは分割比｝を吸気行程で噴射し、残り分｛ＣＴＩＳ＝
ＣＴＩ×（１−Ｋｓｐ）｝を圧縮行程で噴射する。
【００８９】なお、この分割比Ｋｓｐは固定値であって
も良いが、運転状態に応じて可変設定できるようにする
のが好ましい。なお、具体的には、既述したように、吸
入空気量で略完全燃焼させることができるトータル燃料
量｛略ストイキ（理論空燃比）を達成するのに必要な燃
料重量｝のうち、例えば略５０％乃至略９０％の燃料重
量を、吸気行程中の燃料噴射量とし、残りの略５０％乃
至略１０％の燃料重量が圧縮行程中の燃料噴射量となる
ように、分割（分担）比（或いは率）Ｋｓｐを設定する
ことが好ましい。
【００９０】また、吸気行程中の燃料噴射量と、圧縮行
程中の燃料噴射量と、の分割（分担）比（或いは率）Ｋ
ｓｐは、吸気行程中に燃焼室内に形成されるストイキよ
りもリーンな混合気の空燃比を１６〜２８とし、圧縮行
程中の燃料噴射により点火栓周りに形成されるストイキ
よりもリッチな混合気の空燃比が９〜１３となるように
設定することもできる。
【００９１】ところで、従来の燃焼形態（例えば均質ス
トイキ燃焼、均質リーン燃焼、成層リーン燃焼等）から
成層ストイキ燃焼へ切り換えるときには、徐々にその切
り換えが行なわれるように、分割比Ｋｓｐは、図１０に
示すように、成層ストイキ燃焼移行許可後に、”１”か
ら単位時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に、ｄＫｓｐず
つＫｓｐ０まで変化させることが好ましい。
【００９２】そして、成層ストイキ燃焼から従来の燃焼
形態（例えば均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼、成層
リーン燃焼等）へ切り換えるときには、徐々にその切り
換えが行なわれるように、分割比Ｋｓｐを、図１０に示
すように、成層ストイキ燃焼終了判定から単位時間毎
（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に、ｄＫｓｐずつＫｓｐ０か
ら１まで変化させることが好ましい。
【００９３】このように、徐々に切り換えるようにする
と、燃焼形態の相違に伴う出力段差を抑制でき、良好な
運転性を維持することができる。ところで、吸気行程噴
射の燃料噴射時期は、図１１のタイミングチャートに示
すように、機関回転速度Ｎｅと燃料噴射パルス幅ＣＴＩ
Ｈとから定まる噴射時期ＴＩＴＭＨ（図１１中のマップ
Ａ参照）に制御されるようになっている。
【００９４】そして、圧縮行程噴射の燃料噴射時期は、
図１１のタイミングチャートに示すように、機関回転速
度Ｎｅと燃料噴射パルス幅ＣＴＩＳとから定まる噴射時
期ＴＩＴＭＳ（図１１中のマップＢ参照）に制御される
ようになっている。この噴射時期ＴＩＴＭＳは、成層リ
ーン燃焼を行う際の噴射時期よりも進角側に設定されて
いる。
【００９５】ここで、本実施形態に係る燃料噴射量と燃
料噴射時期の制御の一例を示した図１２のフローチャー
トについて説明する。ステップ３１では、例えば、上述
した方法で、燃料噴射パルス幅ＣＴＩを演算する。
【００９６】ステップ３２では、噴射分割比Ｋｓｐ
（ｔ）を、次式に従って演算する。 例えば、Ｋｓｐ（ｔ）＝Ｋｓｐ（ｔ−１）−ｄＫｓｐ 但し、Ｋｓｐ（０）＝１、Ｋｓｐ（ｔ）≧Ｋｓｐ０、Ｋ
ｓｐ（ｔ）は今回値、Ｋｓｐ（ｔ−１）は前回値。ｔ
は、所定時間毎に行なわれる本ルーチンの実行回数（１
以上）である。
【００９７】これにより、噴射分割比Ｋｓｐ（ｔ）は、
成層ストイキ燃焼移行許可後に、”１”から単位時間毎
（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に、ｄＫｓｐずつＫｓｐ０ま
で変化されることになる。
【００９８】ステップ３３では、吸気行程噴射の燃料噴
射パルス幅ＣＴＩＨを、次式に従い演算する。 ＣＴＩＨ＝ＣＴＩ×Ｋｓｐ（ｔ） ステップ３４では、圧縮行程噴射の燃料噴射パルス幅Ｃ
ＴＩＳを、次式に従い演算する。
【００９９】ＣＴＩＳ＝ＣＴＩ×｛１−Ｋｓｐ（ｔ）｝ ステップ３５では、ステップ３３、３４で設定されたパ
ルス幅で噴射可能か否かを判断する。即ち、低流量域で
は、燃料噴射弁５の噴射特性がリニアにならない領域
（パルス幅と実噴射量とが一義的に定まらない領域）が
存在するため、燃料噴射量制御に誤差が生じ、燃焼安定
性（運転性）、排気性能、燃費性能等を悪化させる惧れ
があるので、このような事態を回避するための処理ステ
ップである。
【０１００】具体的には、リニアな特性が良好に得られ
る最小噴射パルス幅ＴＩＭＩＮと、各噴射パルス幅ＣＴ
ＩＨ、ＣＴＩＳと、を比較することでなされる。即ち、 ＣＴＩＨ≧ＴＩＭＩＮ、且つ、ＣＴＩＳ≧ＴＩＭＩＮ であるか否かを判断する。
【０１０１】ＹＥＳであれば、ステップ３６へ進む。Ｎ
Ｏであれば、ステップ３９へ進む。ステップ３６では、
ステップ３３、３４で設定されたパルス幅ＣＴＩＨ、Ｃ
ＴＩＳを、最終的なパルス幅ＣＴＩＨ、ＣＴＩＳとして
決定する。
【０１０２】ステップ３７では、吸気行程噴射、圧縮行
程噴射での各燃料噴射時期ＴＩＴＭＨ、ＴＩＴＭＳを決
定する。即ち、吸気行程噴射の燃料噴射時期ＴＩＴＭＨ
を、次式に従い演算する。
【０１０３】 ＴＩＴＭＨ＝ｆ（ＣＴＩＨ，Ｎｅ） 圧縮行程噴射の燃料噴射時期ＴＩＴＭＳを、次式に従い
演算する。 ＴＩＴＭＳ＝ｆ（ＣＴＩＳ，Ｎｅ） なお、具体的には、図１１中に示したマップＡ，Ｂ等を
検索することで決定することができる。
【０１０４】つづくステップ３８では、上記で決定され
た各パルス幅、各燃料噴射時期に対応した駆動パルス信
号を燃料噴射弁５に送信し、吸気行程中と圧縮行程中の
それぞれにおいて、所定量に調量された燃料を、所定時
期に、燃焼室内に直接噴射供給し、本フローを終了す
る。
【０１０５】なお、上記ステップ３５で、ＮＯ（ステッ
プ３３、３４で設定されたパルス幅では噴射できない）
と判断された場合は、ステップ３９へ進むことになる
が、当該ステップ３９では、以下の条件を満たすか否か
を判断する。
【０１０６】即ち、 ＣＴＩＨ≧ＴＩＭＩＮ、且つ、ＣＴＩＳ＜ＴＩＭＩＮ であるか否かを判断する。
【０１０７】ＹＥＳであれば、ステップ４０へ進み、Ｎ
Ｏであればステップ４１へ進む。ステップ４０では、Ｃ
ＴＩＳ＜ＴＩＭＩＮであるので、良好な噴射特性を達成
できないとして、ＣＴＩＳを最小噴射パルス幅（噴射
量）ＴＩＭＩＮにセットして最小流量を確保する一方
で、トータル燃料噴射量合わせを行なう。
【０１０８】即ち、 ＣＴＩＨ＝ＣＴＩ−ＣＴＩＳ ＣＴＩＳ＝ＴＩＭＩＮ なる処理を行い、各噴射パルス幅ＣＴＩＨ、ＣＴＩＳを
決定する。
【０１０９】そして、ステップ３７、３８へ進み、各噴
射時期を決定し、燃料噴射を行なわせる。一方、ステッ
プ４１では、以下の条件を満たすか否かを判断する。
【０１１０】即ち、 ＣＴＩＨ＜ＴＩＭＩＮ、且つ、ＣＴＩＳ≧ＴＩＭＩＮ であるか否かを判断する。
【０１１１】ＹＥＳであれば、ステップ４２へ進み、Ｎ
Ｏであればステップ４３へ進む。ステップ４２では、Ｃ
ＴＩＨ＜ＴＩＭＩＮであるので、良好な噴射特性を達成
できないとして、ＣＴＩＨを最小噴射パルス幅（噴射
量）ＴＩＭＩＮにセットして最小流量を確保する一方
で、トータル燃料噴射量合わせを行なう。
【０１１２】即ち、 ＣＴＩＨ＝ＴＩＭＩＮ ＣＴＩＳ＝ＣＴＩ−ＣＴＩＨ なる処理を行い、各噴射パルス幅ＣＴＩＨ、ＣＴＩＳを
決定する。
【０１１３】そして、ステップ３７、３８へ進み、各噴
射時期を決定し、燃料噴射を行なわせる。なお、ステッ
プ４３では、ＣＴＩＨ＜ＴＩＭＩＮ、且つ、ＣＴＩＳ＜
ＴＩＭＩＮであると判断し、吸気行程と圧縮行程の双方
で燃料噴射を行なうと、良好な噴射特性を達成できない
と判断し、ステップ４４へ進み、圧縮行程噴射を禁止
し、吸気行程噴射のみを行なわせる。
【０１１４】即ち、ステップ４４では、 ＣＴＩＨ＝ＣＴＩ ＣＴＩＳ＝０ なる処理を行なう。
【０１１５】そして、ステップ３７、３８へ進み、吸気
行程噴射に対応した噴射時期を決定し、吸気行程噴射の
みで燃料噴射を行なわせる。なお、点火時期について
は、例えば、所謂ＭＢＴ（Minimum Spark Advance ofBe
st Torque）に制御することができるものである。
【０１１６】本実施形態では、吸気行程噴射での燃料噴
射量、圧縮行程噴射での燃料噴射量が、最小燃料噴射量
ＴＩＭＩＮを下回らないように、各行程での燃料噴射量
を設定するようにしたので、また所定の分割比Ｋｓｐで
は最小燃料噴射量ＴＩＭＩＮを確保できない場合には強
制的に吸気行程噴射のみを行なわせるようにして燃料噴
射弁５の一開閉当たりの噴射量が最小燃料噴射量ＴＩＭ
ＩＮを下回らないようにしたので、安定した燃料供給を
行なうことができ（不整噴射等を抑制でき）、排気性
能、燃費性能、運転性を一層良好なものとすることがで
きる。
【０１１７】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。第２の実施形態では、第１の実施形態において
説明した成層ストイキ燃焼を行なって暖機特性を改善す
ることに加え、更に、暖機過程における排気温度の一層
の上昇を図り、排気浄化触媒９が活性化するまでの間に
おける大気中へのＨＣの排出の抑制と、排気浄化触媒９
の早期活性化を一層促進させることができるようにする
ものである。
【０１１８】具体的には、コントロールユニット５０
が、第１の実施形態で説明した各種の制御（成層ストイ
キ燃焼など）を行なうことに加えて、成層ストイキ燃焼
中に点火時期の遅角制御を行なうようになっている。な
お、第２の実施形態のシステム構成は、図２で示した第
１の実施形態におけるシステム構成と同様で良いので説
明を省略する。また、図３、図４、図６、図１２のフロ
ーチャート等についても同様で良いので説明を省略す
る。
【０１１９】以下に、本実施形態におけるコントロール
ユニット５０が、成層ストイキ燃焼中に行なう点火時期
制御を、図１３のフローチャートに従って説明する。即
ち、ステップ５１では、成層ストイキ燃焼中であるか否
かを判断する。当該判断は、図３のフローチャートにお
けるステップ６で成層ストイキ燃焼への移行が許可され
たことなど（例えば成層ストイキ燃焼移行許可フラグの
セット状態など）に基づいて判断することができる。
【０１２０】ＹＥＳであればステップ５２へ進み、ＮＯ
であればステップ５３へ進む。ステップ５２では、ステ
ップ５２中に示すような点火時期リタード設定用マップ
を参照して、点火時期を設定する。なお、点火時期リタ
ード設定用マップ中の↓印の位置が、成層ストイキ燃焼
中における点火時期の設定時期を示している。即ち、本
実施形態においては、成層ストイキ燃焼中は、点火時期
をＭＢＴ（燃費最良点）に制御せず、機関安定限界（運
転性）内で最大限遅角（リタード）させるようになって
いる。
【０１２１】一方、ステップ５３では、ステップ５３中
に示すような従来点火時期設定用マップを参照して、点
火時期を設定する。即ち、成層ストイキ燃焼中でなく、
従来の燃焼形態であるので、所定の燃費（或いは機関安
定性）を達成できるように、点火時期を従来の燃焼形態
に応じたＭＢＴに制御する。
【０１２２】ところで、成層ストイキ燃焼によれば、点
火時期をＭＢＴとしても、従来の燃焼形態のＭＢＴに対
して点火時期を遅角でき、かつ、機関安定性をも向上さ
せることができるので（点火時期リータド設定用マップ
参照）、機関安定性と排気温度上昇とを高レベルで両立
させることができるものであるが、本実施形態のよう
に、成層ストイキ燃焼中に、点火時期を機関安定限界
（運転性）内で最大限遅角（リタード）させるようにす
れば、最大限排気温度を上昇させることができることに
なる。
【０１２３】なお、従来の燃焼形態と同等の機関安定性
を達成する程度に点火時期を遅角させても良く、この場
合でも、成層ストイキ燃焼によれば、従来に対して点火
時期を大幅に遅角できるから、従来に対して排気温度の
上昇効果は大きなものとできる。
【０１２４】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。第３の実施形態では、第１の実施形態において
説明した成層ストイキ燃焼を行なって暖機特性を改善す
ることに加え、更に、暖機過程における成層ストイキ燃
焼中に、空燃比センサ８の空燃比検出結果に基づいた空
燃比フィードバック制御を行なわせ、機関全体（トータ
ル）空燃比を高精度にストイキに制御することで、成層
ストイキ燃焼を一層高精度なものとし、延いては排気浄
化触媒９が活性化するまでの間における大気中へのＨＣ
の排出の抑制と、排気浄化触媒９の早期活性化と、を一
層促進させることができるようにするものである。
【０１２５】具体的には、コントロールユニット５０
が、第１の実施形態で説明した各種の制御（成層ストイ
キ燃焼など）を行なうことに加えて、成層ストイキ燃焼
中に、排気浄化触媒９の排気上流側に設けた空燃比セン
サ８の空燃比検出結果に基づいた空燃比フィードバック
制御を行なうようになっている。
【０１２６】なお、第３の実施形態のシステム構成は、
図２で示した第１の実施形態におけるシステム構成と同
様で良いので説明を省略する。また、図３、図４、図
６、図１２のフローチャート等についても同様で良いの
で説明を省略する。
【０１２７】ところで、空燃比センサ８は、排気浄化触
媒９の排気上流側に設けられ、かつ熱容量も小さいの
で、排気浄化触媒９に比べれば、活性化速度は極めて速
い。また、空燃比センサ８を電熱ヒータ等により強制的
に昇温（活性化）させることもできるから、成層ストイ
キ燃焼中（排気浄化触媒９の暖機過程中）に、当該空燃
比センサ８の検出結果に基づく空燃比フィードバック制
御を行なうことは可能である。
【０１２８】以下に、本実施形態におけるコントロール
ユニット５０が、成層ストイキ燃焼中に行なう空燃比フ
ィードバック制御（λコントロール）について、図１４
のフローチャートに従って説明する。
【０１２９】即ち、ステップ６１では、成層ストイキ燃
焼において、λコントロール（空燃比フィードバック制
御）を許可するか否かを判断する。当該判断は、従来同
様の手法を用いることができ、例えば、空燃比センサ８
が活性化したか否かに基づいて判断することができる。
具体的には、例えば、空燃比センサ８の出力変化の様子
や、機関水温、機関始動後経過時間等に基づいて判断す
ることが可能である。
【０１３０】ＹＥＳであればステップ６２へ進み、ＮＯ
であればステップ６４へ進む。ステップ６２では、従来
同様の方法で、空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を
開始する。具体的には、例えば、排気浄化触媒９の上流
側に設けられた空燃比センサ８の空燃比検出結果に基づ
いて、実際の空燃比とストイキ（理論空燃比）との偏差
を求め、該偏差を縮小するように、比例積分（ＰＩ）制
御等により空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤを設
定する。
【０１３１】つづくステップ６３では、ステップ６２の
空燃比フィードバック制御で得られたＬＡＭＤを、燃料
噴射パルス幅ＣＴＩの演算に反映させる。その後は、図
１２のフローチャートによって、各行程での燃料噴射パ
ルス幅ＣＴＩＨ，ＣＴＩＳ、噴射時期ＴＩＴＭＨ，ＴＩ
ＴＭＳを設定し、燃料噴射を行なわせる。
【０１３２】一方、ステップ６４では、λコントロール
が許可されない場合であるので、第１の実施形態と同
様、空燃比オープン（フィードフォワード）制御を実行
するべく、空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤを所
定値（例えば１．０）にクランプして、燃料噴射パルス
幅ＣＴＩを演算する。
【０１３３】その後は、図１２のフローチャートによっ
て、各行程での燃料噴射パルス幅ＣＴＩＨ，ＣＴＩＳ、
噴射時期ＴＩＴＭＨ，ＴＩＴＭＳを設定し、燃料噴射を
行なわせる。
【０１３４】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。第４の実施形態は、第１の実施形態等と同様に
成層ストイキ燃焼を行なって暖機特性を改善するもので
あるが、第４の実施形態における成層ストイキ燃焼は、
第１の実施形態のように燃焼室内全体にストイキよりも
比較的リーン（希薄）な均質混合気を形成すべく燃料噴
射弁５を用いて吸気行程で燃焼室内に燃料を噴射供給す
るのでなく、吸気通路２に設けた燃料噴射弁１７による
排気行程若しくは排気行程乃至吸気行程での燃料噴射
（供給）により（図１５〜図１７参照）、燃焼室内全体
にストイキよりも比較的リーン（希薄）な均質混合気を
形成し、燃料噴射弁５を用いて、圧縮行程で燃焼室内に
燃料を噴射供給し、点火栓６周りにストイキよりも比較
的リッチな（燃料濃度の高い）混合気を層状に形成して
（図８参照）、燃焼させるようにしたものである。
【０１３５】前記燃料噴射弁１７は、従来より一般的に
用いられている吸気ポート噴射用燃料噴射弁を用いるこ
とができ、或いは燃料噴射弁５を備えた場合における始
動補助のための補助燃料噴射弁若しくは全負荷時の燃料
量確保のための補助燃料噴射弁等とすることができる。
なお、当該燃料噴射弁１７などが、本発明に係る燃料供
給手段に相当する。
【０１３６】前記燃料噴射弁１７｛以下、補助燃料噴射
弁（ＣＶＳ）と言う場合もある｝は、例えば、図１７
（Ａ），（Ｂ）に示すような取付配置とすることができ
る。なお、第４の実施形態におけるシステム構成は、図
１５或いは図１６に示すように、燃料噴射弁１７を追加
設定する以外は、第１の実施形態におけるシステム構成
と同様となっている。
【０１３７】以下に、本実施形態におけるコントロール
ユニット５０が、成層ストイキ燃焼中に行なう制御につ
いて、図１８のフローチャートに従って説明する。即
ち、ステップ７１〜ステップ７５では、図３のフローチ
ャートにおけるステップ１〜ステップ５と同様の処理を
行なう。なお、本実施形態では補助燃料噴射弁１７を備
えているが、ステップ７４では、第１の実施形態と同
様、燃料噴射弁５を用いて始動のための燃料噴射（吸気
行程での直接燃料噴射）を行なわせ、機関１の運転（直
噴均質燃焼）を行なわせるようにする。
【０１３８】このように、始動時に燃料噴射弁５を用い
て直噴均質燃焼を行なわせるのは、筒内に直接燃料を供
給するほうが、補助燃料噴射弁１７を用いて吸気通路２
内に燃料を供給する場合に比べて、始動性を高めること
ができるからである（クランキング開始から初爆或いは
完爆までの時間を大幅に短縮できるからである）。
【０１３９】そして、ステップ７６では、アイドルスイ
ッチがＯＮとなったか否かを判断する。ＹＥＳであれ
ば、完爆（始動完了）判定を行うべくステップ７７へ進
み、ＮＯであれば、アクセルが踏まれた状態であるので
補助燃料噴射弁（ＣＳＶ）１７を用いて均質混合気を形
成することで、より安定した燃焼を行なわせるべく、ス
テップ７８へ進む。
【０１４０】ステップ７７では、完爆（始動完了）判定
を行う。ＹＥＳであれば、完爆判定されたので、補助燃
料噴射弁（ＣＳＶ）１７を用いて均質混合気を形成する
ことで、より安定した燃焼を行なわせるべく、ステップ
７８へ進む。
【０１４１】ＮＯであれば、完爆判定されていないの
で、応答性の良い直接燃料噴射（直噴均質燃焼）を継続
すべく、ステップ７４へリターンする。なお、該完爆判
定は、例えば、後述する図１９のフローチャートを実行
すること等により行うことができる。
【０１４２】ステップ７８では、直接燃料噴射（直噴均
質燃焼）に比べて機関安定性を高めることができる補助
燃料噴射弁１７を用いた均質燃焼へ移行させる。即ち、
始動に有利な直噴均質燃焼形態から、機関安定性に優れ
る吸気通路内噴射による均質混合気を形成して燃焼させ
る形態へ、燃焼形態を切り換える。
【０１４３】ステップ７９では、排気浄化触媒９が活性
化していないか否かを判断する。即ち、既述した図３の
フローチャートのステップ５と同様の処理を行う。そし
て、触媒が活性化していなければ（ＹＥＳであれば）、
ステップ８０へ進む。
【０１４４】一方、触媒が活性化していれば（ＮＯであ
れば）、触媒活性化促進のための制御の必要はないとし
てステップ８３へ進み、運転状態に応じ、従来と同様の
燃焼形態で燃焼を行なわせて、本フローを終了する。
【０１４５】ステップ８０では、ピストン１５の冠面温
度｛特に、冠面に凹設したボウル部１５Ａ（図８参照）
の表面温度｝が所定温度（成層ストイキ燃焼移行許可温
度）以上となっているか否かを判断する。即ち、既述し
た図３のフローチャートのステップ６と同様の処理を行
う。
【０１４６】ＹＥＳの場合には、触媒活性化促進等のた
めの成層ストイキ燃焼を行なわせても良好な着火性・燃
焼性延いては機関安定性（機関運転性）等が得られると
して、ステップ８１へ進む。
【０１４７】一方、ＮＯの場合には、触媒活性化促進の
ための成層ストイキ燃焼を行なわせると、ピストン冠面
温度が所定より低温であるために、当該ピストン冠面を
利用した成層混合気の霧化・気化促進などが良好に行な
われなくなり、以って着火性、燃焼安定性延いては機関
安定性（機関運転性）等が低下する惧れがあるとして、
成層ストイキ燃焼への移行を禁止して、補助燃料噴射弁
１７を用いた吸気通路内噴射による均質燃焼を継続すべ
く、ステップ７８へリターンする。
【０１４８】ステップ８１では、触媒が活性化していな
い場合で触媒活性化促進が必要であると共に、ピストン
冠面温度が所定温度以上であり成層混合気の生成が良好
に行なえる場合であるので、触媒活性化促進のための成
層ストイキ燃焼への移行を許可して、成層ストイキ燃焼
を行なわせる。
【０１４９】具体的には、１燃焼サイクル当たりの吸入
空気量で略完全燃焼させることができるトータル燃料量
｛略ストイキ（理論空燃比）を達成するのに必要な燃料
重量｝のうち、例えば略５０％乃至略９０％の燃料重量
を、補助燃料噴射弁１７で吸気通路２内に（排気行程若
しくは排気行程乃至吸気行程で）噴射供給し、これによ
り吸気行程中に燃焼室内全体にストイキよりも比較的リ
ーン（希薄）な均質混合気を形成すると共に、残りの略
５０％乃至略１０％の燃料重量を、燃料噴射弁５で燃焼
室内に圧縮行程中に噴射供給し、点火栓６周りにストイ
キよりも比較的リッチな（燃料濃度の高い）混合気を層
状に形成して燃焼させる（図９参照）。
【０１５０】なお、当該成層ストイキ燃焼形態は、吸気
行程中に燃焼室内に（本実施形態では吸気通路２内への
排気行程若しくは排気行程乃至吸気行程での燃料噴射に
より）形成されるストイキよりもリーンな混合気の空燃
比を１６〜２８とし、圧縮行程中の燃料噴射により点火
栓周りに形成されるストイキよりもリッチな混合気の空
燃比が９〜１３となるように、吸気行程中に燃焼室内に
形成されるストイキよりもリーンな混合気を形成するた
めの燃料噴射量と、圧縮行程中の燃料噴射量と、の分担
率を設定するようにしても良い。
【０１５１】また、各混合気層の空燃比を上記のような
範囲としておけば、燃焼室内の平均空燃比を理論空燃比
から多少ずれた空燃比（例えば、１３．８〜１８の範
囲）に設定しても良い。
【０１５２】上記のような成層ストイキ燃焼によれば、
従来の均質ストイキ燃焼と比較して排気温度を上昇させ
ることができるだけでなく、燃焼室から排気通路に排出
される未燃ＨＣ量を減少させることができる（図２６、
図２７参照）。
【０１５３】即ち、本実施形態に係る成層ストイキ燃焼
によれば、第１の実施形態で説明した成層ストイキ燃焼
と同様、始動開始から排気浄化触媒９が活性化するまで
の間における大気中へのＨＣの排出を抑制しながら、排
気浄化触媒９の早期活性化を格段に促進できることにな
る。
【０１５４】ところで、本実施形態のように、補助燃料
噴射弁１７による吸気通路内噴射により均質混合気を形
成する構成とすると、第１の実施形態のように燃料噴射
弁５による吸気行程噴射で均質混合気を形成するものに
比べ、完爆から触媒が活性化するまでの間における機関
安定性を高めることができる、と言う利点がある（図２
０のタイミングチャート参照）。
【０１５５】なお、かかる利点は、機関安定性を直噴に
よる均質燃焼を行わせた場合と同レベルとしたなら、完
爆から触媒が活性化するまでの間において点火時期を遅
角することを可能にするから、これによって完爆から触
媒が活性化するまでの間で排気温度を高めることがで
き、延いては、第１の実施形態のように燃料噴射弁５に
よる吸気行程噴射で均質混合気を形成するものに比べ、
一層、始動開始から排気浄化触媒９が活性化するまでの
間における大気中へのＨＣの排出量の抑制と、排気浄化
触媒９の早期活性化と、を促進できることになる。
【０１５６】ここで、図１８のフローチャートの説明に
戻って、次のステップ８２では、図３のフローチャート
のステップ８と同様に、排気浄化触媒９が活性化したか
（暖機完了か）否かを判断する。
【０１５７】ＹＥＳであれば、ステップ８３へ進む。Ｎ
Ｏであれば、ステップ８１へリターンして、排気浄化触
媒９が活性化するまで、本実施形態に係る成層ストイキ
燃焼を継続する。
【０１５８】ステップ８３では、運転状態に応じ、所望
の排気性能、或いは燃費性能、或いは運転性能（出力性
能、安定性など）等を達成し得る燃焼形態（均質ストイ
キ燃焼、均質リーン燃焼或いは成層リーン燃焼など）へ
移行させた後、本フローを終了する。
【０１５９】このように、本実施形態によれば、暖機過
程において、成層ストイキ燃焼を行なわせるようにした
ので、排気浄化触媒９が活性化するまでの間における大
気中へのＨＣの排出を抑制しながら、排気浄化触媒９の
早期活性化を促進させることができる。
【０１６０】しかも、本実施形態では、補助燃料噴射弁
１７による吸気通路内噴射により均質混合気を形成する
構成としたので、第１の実施形態のように燃料噴射弁５
による吸気行程噴射で均質混合気を形成するものに比
べ、完爆から触媒が活性化する（特に、成層ストイキ燃
焼への移行が許可される）までの間における機関安定性
を高めることができる（図２０参照）。
【０１６１】なお、機関安定性を直噴均質燃焼を行わせ
た場合と同レベルとしたなら、完爆から触媒が活性化す
るまでの間において点火時期を遅角することが可能とな
るので、これによって完爆から触媒が活性化するまでの
間で排気温度を高めることができ、延いては、第１の実
施形態のように燃料噴射弁５による吸気行程噴射で均質
混合気を形成するものに比べ、一層、始動開始から排気
浄化触媒９が活性化するまでの間における大気中へのＨ
Ｃの排出量の抑制と、排気浄化触媒９の早期活性化と、
を促進することができる。
【０１６２】ここで、前記ステップ７７での完爆（始動
完了）判定の一例を、図１９のフローチャーに従って説
明する。なお、当該フローチャートは、始動後に実行さ
れる。
【０１６３】即ち、ステップ９１では、機関回転速度Ｎ
ｅが所定値（或いは所定範囲内）であるか否かを判断す
る。
【０１６４】ＹＥＳであれば、完爆判定を行うべく、ス
テップ９２へ進む。ＮＯであれば、ステップ９５でカウ
ンターをリセットして、リターンする。ステップ９２で
は、カウンターをカウントアップする。
【０１６５】ステップ９３では、カウンターが所定値以
上となったか否かを判断する。ＹＥＳであれば、ステッ
プ９４へ進み、完爆したと判断し、ステップ９５でカウ
ンターをリセットした後、本フローを終了する。
【０１６６】一方、ＮＯであれば、そのままリターンし
て、上記フローを繰り返す。このようにすると、機関は
始動が完了し（完爆し）、少なくとも安定した回転を得
られており、燃焼形態を切り換える操作をしてもストー
ル等の惧れが少ない状態であると、簡単かつ高精度に判
断できるので、図１８のフローチャートにおけるステッ
プ７７での判断を良好なものとすることができる。
【０１６７】そして、当該判断結果に基づいて、始動時
に始動応答性を考慮して燃料噴射弁５による吸気行程噴
射で均質混合気を形成していた状態から、補助燃料噴射
弁１７による吸気通路内噴射により均質混合気を形成す
る状態へ切り換えることで、完爆から触媒が活性化する
までの間における機関安定性を高めること等が可能とな
るのである。
【０１６８】次に、本発明の第５の実施形態について説
明する。第５の実施形態は、第１〜第４の何れかの実施
形態に、可変動弁装置（少なくとも吸気弁か排気弁の開
閉特性を可変に制御できる装置。特に、図示せず）を追
加し、成層ストイキ燃焼時にバルブ開特性（バルブオー
バーラップ量やバルブ開閉タイミング等）を変更するよ
うにしたものである。なお、可変動弁装置としては、従
来公知のもの（例えば、カム軸を用いて吸気弁と排気弁
の位相角或いは作動角を可変に制御するもの、又は電磁
弁を用いて任意に開閉特性を可変制御するものなど）を
用いることができるものである。
【０１６９】即ち、第５の実施形態では、例えば、図２
０のタイミングチャートに示すように、成層ストイキ燃
焼時にバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）量を変更するこ
とで、排気の吹き返し（逆流）により、内部ＥＧＲ量
（率）を増やすようにしている。
【０１７０】具体的には、本実施形態においては、図２
１に示すフローチャートを実行して、成層ストイキ燃焼
時に、バルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）量を変更するよ
うになっている。
【０１７１】即ち、ステップ１０１では、成層ストイキ
燃焼中であるか否かを判断する。ＹＥＳであればステッ
プ１０２へ進み、ＮＯであればステップ１０３へ進む。
【０１７２】ステップ１０２では、Ｏ／Ｌ量（幅）を増
大（拡大）するために、ステップ１０２中に示すような
Ｏ／Ｌ幅拡大マップを参照して、成層ストイキ燃焼中に
見合った目標Ｏ／Ｌ幅を設定する（図２２のバルブ開特
性図参照）。
【０１７３】そして、可変動弁装置を介して、例えば、
図２２に示すように、吸気弁の開弁タイミングを早めて
（或いは排気弁の閉弁タイミングを遅めて）、目標Ｏ／
Ｌ幅を達成する。
【０１７４】一方、ステップ１０３では、ステップ１０
３中に示すような従来Ｏ／Ｌ幅設定マップを参照して、
従来同様の目標Ｏ／Ｌ幅を設定する（図２２のバルブ開
特性図参照）。
【０１７５】そして、可変動弁装置を介して、例えば、
図２２に示すように、吸気弁の開弁タイミングを制御し
て、従来同様の目標Ｏ／Ｌ幅を達成する。なお、図２３
に示すように、成層ストイキ燃焼中に、例えば作動角可
変の可変動弁装置を用いて作動角を狭めて排気弁の閉弁
時期を早め、排気（掃気）効率を低下させることによっ
て、内部ＥＧＲ量（率）を増やすように構成することも
できる（或いは吸気弁の作動角を狭めてＯ／Ｌ量を縮小
して、排気逆流により内部ＥＧＲ量（率）を増やすよう
にしても良い）。
【０１７６】即ち、本実施形態においては、内部ＥＧＲ
量（率）を増やすことができれば良いのであって、可変
動弁装置を用いて内部ＥＧＲ量（率）を増やす手法とし
ては、上記で例示したものに限定されるものではない。
つまり、吸気弁と排気弁の少なくとも一方の開閉特性を
可変制御して、成層ストイキ燃焼時に内部ＥＧＲ量
（率）を増やすことができるものであれば、あらゆる可
変動弁装置を適用することができるものである。
【０１７７】また、ここでは、成層ストイキ燃焼時に内
部ＥＧＲ量（率）を増やすこととして説明したが、成層
ストイキ燃焼時に外部ＥＧＲ量（率）を増やすようにし
ても、同様の作用効果を奏することができるものであ
る。
【０１７８】例えば、図２４に示すように、排気通路７
から排気の一部を吸気通路２に還流させるための排気還
流通路１８と、該排気還流通路１８に該通路内の流れる
排気流量を制御するＥＧＲ制御弁１９と、を含んで構成
されるＥＧＲシステムを備えるようにしても良い。
【０１７９】ところで、上記各実施形態では、成層スト
イキ燃焼を、スワール（燃焼室内の空気流動であり、こ
こでは縦流れも含んで定義する）を強化した状態で行わ
せ、これにより燃焼改善を図り、一層ＨＣ生成量を減ら
しつつ燃焼安定性を高めながら、始動開始から排気浄化
触媒９が活性化するまでの間における大気中へのＨＣの
排出量の抑制と、排気浄化触媒９の早期活性化と、を促
進するようにすることもできる。
【０１８０】例えば、図２５に示すように、吸気通路２
内にスワールコントロールバルブ２０を付設し、このス
ワールコントロールバルブ２０を、運転状態に応じて設
定されるコントロールユニット５０からの駆動信号に基
づき開閉制御するように構成することができる。
【０１８１】そして、成層ストイキ燃焼中は、スワール
コントロールバルブ２０を閉弁してスワールを強化し
（成層リーン燃焼の場合も同様）、均質ストイキ燃焼、
均質リーン燃焼中には、スワールコントロールバルブ２
１を開弁して、スワールを弱めるようにしても良いもの
である。なお、スワールコントロールバルブ２０は、従
来公知のものを用いることができるものである。
【０１８２】ところで、上記第１〜第３の実施形態で
は、成層ストイキ燃焼を行わせる場合に、吸気行程噴射
と、圧縮行程噴射と、を、その都度燃料噴射弁を開閉弁
させて行わせるようにして説明したが、例えば、吸気行
程で燃料噴射弁を開弁させて圧縮行程で閉弁させる構
成、即ち、吸気行程と圧縮行程とに跨がって燃料を噴射
供給するように構成することも可能である。
【０１８３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るシステム構成
図。
【図３】同上実施形態における制御を説明するためのフ
ローチャート。
【図４】同上実施形態における触媒活性判断を説明する
ためのフローチャートの一例。
【図５】図４の触媒活性判断を説明するためのタイミン
グチャート。
【図６】同上実施形態におけるピストン冠面温度判断を
説明するためのフローチャートの一例。
【図７】図６のピストン冠面温度判断を説明するための
タイミングチャート。
【図８】（Ａ）は、直噴圧縮行程噴射を説明するための
模式図。（Ｂ）は、直噴吸気行程噴射を説明するための
模式図。
【図９】本発明にかかる成層ストイキ燃焼形態の燃焼室
内における混合気の形成状態を説明するための図。
【図10】同上実施形態における吸気行程噴射と圧縮行程
噴射との分割比Ｋｓｐを説明するためのタイミングチャ
ート。
【図11】同上実施形態における吸気行程噴射と圧縮行程
噴射の噴射時期及び点火時期を説明するためのタイミン
グチャート。
【図12】同上実施形態における吸気行程噴射と圧縮行程
噴射の噴射パルス幅及び噴射時期を設定するためのフロ
ーチャートの一例。
【図13】本発明の第２の実施形態において行われる点火
時期の遅角制御を説明するためのフローチャートの一
例。
【図14】本発明の第３の実施形態において行われる空燃
比フィードバック制御（λコントロール）を行う場合の
制御を説明するためのフローチャートの一例。
【図15】本発明の第４の実施形態に係るシステム構成図
の一例。
【図16】本発明の第４の実施形態に係るシステム構成図
の他の一例。
【図17】（Ａ）は図５の構成例に係る吸気行程噴射を説
明するための模式図。（Ｂ）は図６の構成例に係る吸気
行程噴射を説明するための模式図。
【図18】同上実施形態における制御を説明するためのフ
ローチャートの一例。
【図19】同上実施形態における完爆判定を説明するため
のフローチャートの一例。
【図20】本発明の第４の実施形態における成層ストイキ
燃焼形態と他の燃焼形態間の燃焼形態切り換えの様子、
及び本発明の第５の実施形態におけるバルブオーバーラ
ップ量（Ｏ／Ｌ幅）の切り換えの様子を説明するための
タイミングチャート。
【図21】本発明の第５の実施形態におけるバルブオーバ
ーラップ量（Ｏ／Ｌ幅）の設定制御を説明するためのフ
ローチャートの一例。
【図22】同上実施形態におけるバルブオーバーラップ量
（Ｏ／Ｌ幅）制御を説明するためのタイミングチャート
（位相角可変の可変動弁装置を用いた場合の例）。
【図23】同上実施形態におけるバルブオーバーラップ量
（Ｏ／Ｌ幅）制御を説明するためのタイミングチャート
（作動角可変の可変動弁装置を用いた場合の例）。
【図24】本発明にＥＧＲシステムを適用した場合のシス
テム構成図の一例。
【図25】本発明にスワールコントロールバルブを適用し
た場合のシステム構成図の一例。
【図26】本発明にかかる成層ストイキ燃焼による暖機特
性改善効果（排気温度の変化の様子）を説明するための
タイミングチャート（その１）。
【図27】本発明にかかる成層ストイキ燃焼による暖機特
性改善効果（排気成分の変化の様子）を説明するための
タイミングチャート（その２）。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ 吸気通路 ３ エアフローメータ ４ スロットル弁 ５ 燃料噴射弁 ６ 点火栓 ７ 排気通路 ８ 空燃比センサ ９ 排気浄化触媒 10 下流側酸素センサ 11 クランク角センサ 13 スロットルセンサ 14 スロットル弁制御装置 15 ピストン 15Ａ ピストン冠面 16 キースイッチ 17 補助燃料噴射弁（ＣＶＳ） 18 排気還流通路（ＥＧＲ通路） 19 ＥＧＲ制御弁 20 スワールコントロールバルブ（スワール制御弁） 50 コントロールユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｃ 41/02 ３２５ 41/02 ３２５Ａ ３２５Ｅ 41/04 ３３５ 41/04 ３３５Ｂ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｊ ３０１Ｎ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ ５５０Ｒ ５７０ ５７０Ａ 63/00 63/00 Ｐ Ｕ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｅ

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する
    燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓
    とを備え、所定の機関運転条件のとき、点火実行時に点
    火栓周りに偏在する混合気層の空燃比がほぼストイキと
    なるよう前記燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料噴射量と燃
    料噴射時期および前記点火栓の点火時期を制御して成層
    燃焼を行う直噴火花点火式内燃機関の制御装置であっ
    て、 機関の排気通路に配設された排気浄化触媒を昇温すべき
    条件を判断する昇温条件判断手段を備え、 排気浄化触媒を昇温すべき条件のとき、点火実行時に点
    火栓周りに偏在する混合気の空燃比がストイキよりリッ
    チかつ着火可能な空燃比となり、かつ、この混合気層が
    着火可能な霧化状態となるよう前記燃料噴射弁の圧縮行
    程中の燃料噴射量と燃料噴射時期および前記点火栓の点
    火時期を制御して第２の成層燃焼を行うようにしたこと
    を特徴とする直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
  2. 【請求項２】前記第２の成層燃焼時は、排気浄化触媒を
    昇温すべき条件でないときの成層燃焼時に比べて、圧縮
    行程中の燃料噴射から点火実行までの燃料霧化時間を長
    くすることを特徴とする請求項１に記載の直噴火花点火
    式内燃機関の制御装置。
  3. 【請求項３】前記第２の成層燃焼時は、前記点火実行時
    に点火栓周りに偏在する混合気の空燃比が９〜１３とな
    るよう前記燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料噴射量と燃料
    噴射時期および前記点火栓の点火時期を制御することを
    特徴とする請求項１に記載の直噴火花点火式内燃機関の
    制御装置。
  4. 【請求項４】前記第２の成層燃焼時は、点火栓周りの空
    燃比をほぼストイキとして燃焼を行わせるときに比べ
    て、前記点火栓の点火時期を遅角側に設定することを特
    徴とする請求項１に記載の直噴火花点火式内燃機関の制
    御装置。
  5. 【請求項５】前記第２の成層燃焼時は、点火栓周りの空
    燃比をほぼストイキとして燃焼を行わせるときに比べ
    て、ＥＧＲ量或いはＥＧＲ率を大きくすることを特徴と
    する請求項１に記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装
    置。
  6. 【請求項６】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する
    燃料噴射弁と、燃焼室内全体に均質な混合気を形成する
    燃料供給手段と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火
    栓とを備え、所定の機関運転条件のとき、点火実行時に
    点火栓周りに偏在する混合気層の空燃比がほぼストイキ
    となるよう前記燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料噴射量と
    燃料噴射時期および前記点火栓の点火時期を制御して成
    層燃焼を行う直噴火花点火式内燃機関の制御装置であっ
    て、 機関の排気通路に配設された排気浄化触媒を昇温すべき
    条件を判断する昇温条件判断手段を備え、 排気浄化触媒を昇温すべき条件のとき、燃焼室内全体に
    形成される混合気の空燃比がストイキよりリーンかつ火
    炎伝播可能な空燃比となるよう前記燃料供給手段の燃料
    噴射量を制御すると共に、点火実行時に点火栓周りに偏
    在する混合気の空燃比がストイキよりリッチとなるよう
    前記燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料噴射量と燃料噴射時
    期および前記点火栓の点火時期を制御して第２の成層燃
    焼を行うようにしたことを特徴とする直噴火花点火式内
    燃機関の制御装置。
  7. 【請求項７】前記第２の成層燃焼時は、前記燃焼室内全
    体に形成される混合気の空燃比が１６〜２８となるよう
    前記燃料供給手段の燃料噴射量を制御することを特徴と
    する請求項６に記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装
    置。
  8. 【請求項８】前記燃料供給手段は、前記燃料噴射弁を吸
    気行程中に駆動することにより燃焼室内全体に均質な混
    合気を形成するものであることを特徴とする請求項６に
    記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
  9. 【請求項９】前記燃料供給手段は、機関の吸気通路に燃
    料を噴射供給することにより燃焼室内全体に均質な混合
    気を形成するものであることを特徴とする請求項６に記
    載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
  10. 【請求項１０】前記燃料供給手段は、排気行程若しくは
    排気行程乃至吸気行程において機関の吸気通路に燃料を
    噴射供給することを特徴とする請求項９に記載の直噴火
    花点火式内燃機関の制御装置。
  11. 【請求項１１】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給す
    る燃料噴射弁と、燃焼室内全体に均質な混合気を形成す
    る燃料供給手段と、燃焼室内の混合気に火花点火する点
    火栓とを備え、所定の機関運転条件のとき、点火実行時
    に点火栓周りに偏在する混合気層の空燃比がほぼストイ
    キとなるよう前記燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料噴射量
    と燃料噴射時期および前記点火栓の点火時期を制御して
    成層燃焼を行う直噴火花点火式内燃機関の制御装置であ
    って、 機関の排気通路に配設された排気浄化触媒を昇温すべき
    条件を判断する昇温条件判断手段を備え、 排気浄化触媒を昇温すべき条件のとき、燃焼室内全体に
    形成される混合気の空燃比がストイキよりリーンかつ火
    炎伝播可能な空燃比となるよう前記燃料供給手段の燃料
    噴射量を制御すると共に、点火実行時に点火栓周りに偏
    在する混合気の空燃比がストイキよりリッチかつ着火可
    能な空燃比となり、かつ、この混合気層が着火可能な霧
    化状態となるよう前記燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料噴
    射量と燃料噴射時期および前記点火栓の点火時期を制御
    して第２の成層燃焼を行うようにしたことを特徴とする
    直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
  12. 【請求項１２】前記第２の成層燃焼時は、燃焼室内の平
    均空燃比を１３．８〜１８とすることを特徴とする請求
    項１〜請求項１１のいずれか1つに記載の直噴火花点火
    式内燃機関の制御装置。
  13. 【請求項１３】前記第２の成層燃焼時は、燃焼室内の平
    均空燃比をほぼストイキとすることを特徴とする請求項
    １〜請求項１１のいずれか1つに記載の直噴火花点火式
    内燃機関の制御装置。
  14. 【請求項１４】前記第２の成層燃焼時は、機関の排気通
    路に配設された空燃比センサの検出値に応じて、燃焼室
    内の平均空燃比がストイキとなるよう空燃比フィードバ
    ック制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項１１
    のいずれか1つに記載の直噴火花点火式内燃機関の制御
    装置。
  15. 【請求項１５】前記昇温条件判断手段は、機関の始動を
    検出したときに機関の排気通路に配設された排気浄化触
    媒を昇温すべき条件が成立したと判断することを特徴と
    する請求項１〜請求項１４のいずれか1つに記載の直噴
    火花点火式内燃機関の制御装置。
  16. 【請求項１６】ピストン温度が所定より低い場合には、
    前記第２の成層燃焼形態で燃焼させることを禁止するこ
    とを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか1つに
    記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
  17. 【請求項１７】前記排気浄化触媒が活性した後は、前記
    第２の成層燃焼形態で燃焼させることを禁止することを
    特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか1つに記載
    の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
  18. 【請求項１８】前記第２の成層燃焼形態と他の燃焼形態
    との間の燃焼形態の切換えを、経時と共に徐々に行わせ
    ることを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれか1
    つに記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
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