JP3257430B2 - 排気昇温装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射し火花点火して層状燃焼させる筒内噴射型内燃
機関において、排気を昇温させることにより排気浄化装
置の早期活性化を行う排気昇温装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】近年、車両に搭載される火花点火
式内燃エンジンにおいて、有害排出ガス成分の低減や燃
費の向上等を図るため、旧来の吸気管噴射型に代えて燃
焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射型のガソリンエンジ
ンが種々提案されている。筒内噴射型のガソリンエンジ
ンでは、例えば、燃料噴射弁からピストン頂部に設けた
窪み、即ちキャビティ内に燃料を噴射することで、点火
時点において点火プラグの周囲に理論空燃比に近い空燃
比の混合気を生成させている。これにより、全体に希薄
な空燃比でも着火が可能となり、ＣＯやＨＣの排出量が
減少すると共に、アイドル運転時や低負荷走行時の燃費
を大幅に向上させることができる。

【０００３】また、このようなガソリンエンジンでは、
エンジンの運転状態、つまりエンジン負荷に応じて圧縮
行程噴射モードと吸気行程噴射モードとを切り換えるよ
うにしている。このように制御モードを切り換えること
により、低負荷運転時には、圧縮行程噴射モードに設定
され、主として圧縮行程中に燃料を噴射し、点火プラグ
の周囲やキャビティ内に局所的に理論空燃比に近い混合
気を形成させ、全体として希薄な空燃比でも良好な層状
燃焼が可能なようにしている（この制御モードを圧縮リ
ーンモードともいう）。

【０００４】一方、中高負荷運転時には、吸気行程噴射
モードに設定され、主として吸気行程中に燃料を噴射
し、燃焼室内に均一な空燃比の混合気を形成させ、吸気
管噴射型のガソリンエンジンと同様に、多量の燃料を燃
焼させて加速時や高速走行時に要求される出力を確保す
るようにしている。ところで、このような筒内噴射型内
燃エンジンの冷機始動時や外気温度が低い環境下での低
負荷運転時等において、排気通路に配設した排気浄化装
置、即ち触媒が始動後なかなか活性化しなかったり、一
旦活性化した触媒が圧縮リーンモード運転（噴射燃料に
対し吸入空気量が多く、リーン燃焼のために排気温度が
低くなる場合がある）により冷やされて不活性になり易
いという問題がある。このような問題に対処するため
に、排気温度を昇温させて触媒を早期活性化を図る手法
が種々提案されている（例えば、特開平４ー１８３９２
２号、特開平８ー１００６３８号）。

【０００５】特に、特開平８ー１００６３８号公報に提
案の膨張行程中に追加噴射した燃料を点火プラグを用い
ずに燃焼させる手法は、通常の燃料噴射（主燃焼のため
の燃料噴射）の他に、膨張行程中に追加燃料を噴射し、
この追加燃料を主燃焼の火炎伝播により着火燃焼させ、
排気温度を昇温させようとするものである。この手法に
よると、再燃焼させる際に点火プラグを再作動させる必
要がない利点があり、また、排気温度が通常よりも高く
なるので、触媒が活性化するまでの時間を短縮すること
ができる。

【０００６】また、本出願人は、膨脹行程中期以降に燃
料を噴射し自己着火させる手法を出願している（特願平
８−２８２６４０号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平８ー１００６３８号公報に提案の手法では、膨張行
程中の追加燃料の噴射時期は、主燃焼の火炎伝播（熱炎
の伝播）によって着火可能な時期（膨脹行程初期）に限
定される。実際の燃焼では、サイクル毎に火炎伝播の状
態が異なるため、上記着火可能な噴射時期はさらに狭い
範囲に限定される。

【０００８】また、当社（本出願人）出願中の手法で
は、膨脹行程中期に追加燃料を噴射し自己着火させるも
のの、噴射時期が早すぎると主燃焼後に残存している所
謂前炎反応生成物の濃度が不充分で温度上昇の効率が悪
く、遅すぎると筒内圧力の低下に伴い筒内温度が低下
し、たとえ充分な前炎反応生成物が存在しても自己着火
しにくく、その結果、やはり温度上昇の効率が悪いとい
う問題がある。従って、この場合にも、充分な効果を得
ることのできる噴射時期は限定される。

【０００９】本発明は、上述した事情に基づきなされた
もので、その目的とするところは、排気昇温の効果を上
げること、及び排気昇温の効果が充分に得られる追加燃
料の噴射時期を広くとれるようにし（例えば、図９、図
１０において７５０℃となる範囲）、燃焼のサイクル変
動に左右されにくい排気昇温装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の排気昇温装置は、燃焼室内に直接燃料を
噴射する燃料噴射弁を備え、少なくとも圧縮行程時に該
燃料噴射弁より燃料を噴射し火花点火して層状燃焼を行
わせる筒内噴射型内燃エンジンの排気昇温装置におい
て、排気昇温が要求されるエンジン運転時に、前記層状
燃焼のための主噴射を前記圧縮行程で行うとともに追加
燃料の噴射を膨張行程で行うよう前記燃料噴射弁の駆動
を制御する燃料噴射制御手段と、前記燃料噴射制御手段
により追加燃料の噴射を行う際、前記層状燃焼が緩慢に
なるようエンジン制御パラメータを制御するエンジン制
御手段とを備え、該エンジン制御手段は、前記エンジン
制御パラメータとしての点火時期を制御する点火時期設
定手段を含み、該エンジン制御手段は、該点火時期設定
手段によって、前記層状燃焼を緩慢にするように、点火
時期を前記排気昇温が要求されるエンジン運転前の点火
時期と比較して遅角側に制御し、前記燃料噴射制御手段
は、前記追加燃料が筒内の高温雰囲気によって自己着火
により燃焼するように、該追加燃料の噴射を膨張行程の
中期以降で行うよう前記燃料噴射弁の駆動を制御するこ
とを特徴としている。

【００１１】点火時期を排気昇温が要求されるエンジン
運転前の点火時期と比較して遅角側に制御すると、燃焼
が緩慢になるが、ここで、主燃焼を緩慢にしたときの作
用効果について述べる。

【００１２】

【００１３】緩慢な層状燃焼（主燃焼）が実施される
と、キャビティ内の混合気の燃焼が遅くなる。一方、キ
ャビティ内の混合気は、ピストンの下降に伴って周囲に
拡散される。そのため、燃焼が遅くなると、キャビティ
内の混合気の一部は、火炎が伝播する前に周囲に拡散す
ることになり、火炎伝播により燃焼不可能な濃度に薄め
られ、その結果、燃焼直前連鎖反応を推し進めるに必要
な活性化反応種（例えば、ＣＨＯ、Ｈ₂Ｏ₂、ＯＨ等）、
つまり前炎反応生成物という形で存在することになる。
即ち、主燃焼の緩慢化により、追加燃料噴射直前の前炎
反応生成物濃度を高くすることができ、追加燃料がより
一層自己着火しやすい雰囲気を作り出せることになる。
従って、このとき（膨張行程中期以降）、追加燃料を燃
焼後の高温雰囲気下にある筒内に噴射することで、この
追加燃料自体も前炎反応生成物へと変化する。そしてこ
れに伴い、主燃焼の火炎伝播未達により既に残存する前
炎反応生成物との総和が自己着火の限界濃度に達した時
点で自己着火が起こり始める。図９、図１０に示す実験
結果を参照すれば、自己着火性の向上により排ガス温度
が上昇していることがわかる（図９、図１０中の右側凸
部、追加燃料噴射時期８０°ATDC〜１００°ATDC付
近）。これにより、追加燃料の燃焼エネルギが膨張仕事
に使用されることもなく、排気昇温の効果が向上し、排
気昇温の効果が充分に得られる追加燃料の噴射時期を広
くとることが可能とされる（例えば、図９、図１０にお
いて７５０℃となる範囲）。

【００１４】また、請求項２の発明では、前記エンジン
制御手段は、前記エンジン制御パラメータとして、前記
点火時期設定手段に加えて前記層状燃焼のための空燃比
を制御する空燃比制御手段を備え、該エンジン制御手段
は、該空燃比制御手段によって、前記層状燃焼を緩慢に
するように、前記層状燃焼のための空燃比を前記排気昇
温が要求されるエンジン運転前に比べて希薄側に制御す
ることを特徴としている。従って、層状燃焼のための空
燃比を排気昇温が要求されるエンジン運転前に比べて希
薄側に制御すると、点火時期設定手段による場合に加え
てより一層燃焼が緩慢になり、この場合、さらに追加燃
料が自己着火しやすい雰囲気を作り出すことが可能とな
り、排気昇温の効果が向上する。また、請求項３の発明
では、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備
え、少なくとも圧縮行程時に該燃料噴射弁より燃料を噴
射し火花点火して層状燃焼を行わせる筒内噴射型内燃エ
ンジンの排気昇温装置において、排気昇温が要求される
エンジン運転時に、前記層状燃焼のための主噴射を前記
圧縮行程で行うとともに追加燃料の噴射を膨張行程で行
うよう前記燃料噴射弁の駆動を制御する燃料噴射制御手
段と、前記燃料噴射制御手段により追加燃料の噴射を行
う際、前記層状燃焼が緩慢になるようエンジン制御パラ
メータを制御するエンジン制御手段とを備え、該エンジ
ン制御手段は、前記エンジン制御パラメータとしての前
記層状燃焼のための空燃比を制御する空燃比制御手段を
含み、該エンジン制御手段は、該空燃比制御手段によっ
て、前記層状燃焼を緩慢にするように、前記層状燃焼の
ための空燃比を前記排気昇温が要求されるエンジン運転
前に比べて希薄側に制御し、前記燃料噴射制御手段は、
前記追加燃料が筒内の高温雰囲気によって自己着火によ
り燃焼するように、該追加燃料の噴射を膨張行程の中期
以降で行うよう前記燃料噴射弁の駆動を制御することを
特徴としている。 従って、層状燃焼のための空燃比を排
気昇温が要求されるエンジン運転前に比べて希薄側に制
御すると、燃焼が緩慢になるが、これにより、点火時期
を遅角させる場合と同様に追加燃料が自己着火しやすい
雰囲気を作り出すことが可能となる。そして、このとき
（膨張行程中期以降）、追加燃料を燃焼後の高温雰囲気
下 にある筒内に噴射すると、この追加燃料自体も前炎反
応生成物へと変化して自己着火が起こり、追加燃料の燃
焼エネルギが膨張仕事に使用されることもなく、排気昇
温の効果が向上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態としての実施例を詳細に説明する。図１は、
車両に搭載された筒内噴射ガソリンエンジンの制御装置
を示す概略構成図であって、本発明に係る排気昇温装置
を示す図である。図１において、符号１は、火花点火式
で且つ燃焼室内に燃料を直接噴射する自動車用筒内噴射
型直列４気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと
いう）であり、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程を１サ
イクル中に備える内燃エンジン、即ち４サイクルエンジ
ンである。そして、このエンジン１は、燃焼室１ａを始
め吸気装置やＥＧＲ装置１０等が筒内噴射専用に設計さ
れている。

【００１６】エンジン１のシリンダヘッドには、各気筒
毎に点火プラグ３５と共に電磁式の燃料噴射弁８も取り
付けられており、燃焼室１ａ内に直接燃料が噴射される
ようになっている。また、シリンダ内を摺動して往復動
するピストン１ｂの頂面には、上死点（ＴＤＣ）近傍で
燃料噴射弁８からの燃料噴霧が到達する位置に、半球状
の窪み、即ちキャビティ１ｃが形成されている。また、
このエンジン１の理論圧縮比は、吸気管噴射型のものに
比べ、高く（本実施例では、１２程度）設定されてい
る。動弁機構としてはＤＯＨＣ４弁式が採用されてお
り、シリンダヘッドの上部には、吸排気弁４，５をそれ
ぞれ駆動するべく、吸気側カムシャフトと排気側カムシ
ャフトとが回転自在に保持されている。

【００１７】シリンダヘッドには、両カムシャフトの間
を抜けるようにして、略直立方向に吸気ポート２ａが形
成されており、この吸気ポート２ａを通過した吸気流が
燃焼室１ａ内で所謂逆タンブル流を発生可能になってい
る。一方、排気ポート３ａについては、通常のエンジン
と同様に略水平方向に形成されているが、斜めに大径の
ＥＧＲポート（図示せず）が分岐している。

【００１８】図中、符号１９は冷却水温Ｔw を検出する
水温センサであり、符号２１は各気筒の所定のクランク
位置（本実施例では、５°BTDCおよび７５°BTDC）でク
ランク角信号ＳＧＴを出力するクランク角センサであ
り、このクランク角センサはエンジン回転速度センサと
しても機能し、エンジン回転速度Ｎeを検出可能とされ
ている。また、符号３４は点火プラグ３５に高電圧を出
力する点火コイルである。なお、クランクシャフトの半
分の回転数で回転するカムシャフトには、気筒判別信号
ＳＧＣを出力する気筒判別センサ（図示せず）が配設さ
れており、このセンサからの信号によってクランク角信
号ＳＧＴがどの気筒のものかを判別する。

【００１９】図１に示したように、吸気ポート２ａに
は、サージタンク２ｂを有する吸気マニホールド２を介
して、エアクリーナ６ａ，スロットルボディ６ｂ，ステ
ッパモータ式のアイドルスピードコントロールバルブ
（以下、アイドル調整弁という）１６を備えた吸気管６
が接続している。さらに、吸気管６には、スロットルボ
ディ６ｂを迂回して吸気マニホールド２に吸入空気を導
入する大径のエアバイパスパイプ５０ａが併設されてお
り、その管路にはリニアソレノイド式で大型のエアバイ
パスバルブ（ＡＢＶ）５０が設けられている。なお、エ
アバイパスパイプ５０ａは、吸気管６に準ずる流路面積
を有しており、ＡＢＶ５０の全開時にはエンジン１の低
中速域で要求される量の吸入気が流通可能となってい
る。一方、アイドル調整弁１６は、ＡＢＶ５０より小さ
い流路面積を有しており、吸入空気量を精度よく調整す
る場合にはアイドル調整弁１６を使用する。

【００２０】スロットルボディ６ｂには、流路を開閉す
るバタフライ式のスロットル弁７と共に、スロットル開
度θthを検出することでアクセル開度情報を検出するス
ロットルセンサ１４と、全閉状態を検出するアイドルス
イッチ１５とが備えられている。また、エアクリーナ６
ａの内部には、吸気密度を求めるための吸気温センサ１
２、大気圧センサ１３が配設されており、大気圧Ｐa 、
吸気温度Ｔa に対応する信号をそれぞれ出力する。さら
に、吸気管６の入口近傍には、カルマン渦式のエアフロ
ーセンサ１１が配設されており、一吸気行程当たりの体
積空気流量（吸入空気量）Ｑa に比例した渦発生信号を
出力する。

【００２１】また、前述したＥＧＲポートは、大径のＥ
ＧＲパイプ１０ｂを介して、スロットル弁７の下流、且
つ、吸気マニホールド２の上流に接続されており、その
管路にはステッパモータ式のＥＧＲ弁１０ａが配設され
ている。一方、排気ポート３ａには、Ｏ₂ センサ１７が
取付けられた排気マニホールド３が接続されており、さ
らに、排気浄化装置としての排気浄化用触媒コンバータ
９や図示しないマフラー等を備えた排気パイプ３ｂが接
続されている。Ｏ₂ センサ１７は排ガス中の酸素濃度を
検出して検出信号を出力するものである。また、触媒コ
ンバータ９の下流側部分には、触媒コンバータ９若しく
はその近傍の温度、つまり触媒温度Ｔccを検出する触媒
温度センサ２６が取り付けられている。

【００２２】即ち、燃焼室１ａから排気マニホールド３
に排出された排ガスは、触媒コンバータ９で排ガス中の
ＣＯ，ＨＣ，ＮＯx の３つの有害成分が浄化された後、
マフラで消音されて大気側へ放出されるようになってい
る。特に、本エンジン１は、空燃比を燃料希薄側（リー
ン側）にしながら節約運転を行なえるエンジンであり、
このリーン燃焼運転時には、通常の三元触媒だけでは排
ガス中のＮＯx を充分に浄化できない。従って、触媒コ
ンバータ９は、リーンＮＯx 触媒９ａと三元触媒９ｂと
を組み合わせたものになっている。詳しくは、リーンＮ
Ｏx 触媒９ａの下流に、理論空燃比下で排出ガス中のＣ
Ｏ，ＨＣ及びＮＯx を浄化可能な三元機能を有する三元
触媒９ｂを備えるようにしている。つまり、三元触媒９
ｂをりーンＮＯx 触媒９ａの上流に配置してリーンＮＯ
x 触媒９ａでのＮＯx 浄化を妨げることのないようにし
ながら、リーンＮＯx 触媒で充分に浄化できなかったＣ
ＯやＨＣを確実に三元触媒９ｂで浄化するようにしてい
る。なお、リーンＮＯx 触媒が三元機能をも併せて有す
る場合にはリーンＮＯx 触媒を１つだけ配置するように
してもよい。

【００２３】車体後部には、図示しない燃料タンクが設
置されている。そして、燃料タンクに貯留された燃料
は、電動式の低圧燃料ポンプで吸い上げられ、低圧フィ
ードパイプを介して、エンジン１側に送給される。エン
ジン１側に送給された燃料は、シリンダヘッドに取り付
けられた高圧燃料ポンプ（これらは図示されない）によ
り、高圧フィードパイプとデリバリパイプとを介して、
各燃料噴射弁８に送給される。

【００２４】車室内には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２３が設置されており、このＥＣＵ２３は、図示しない
入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供
される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性ＲＡＭ
等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備
え、エンジン１の総合的な制御を行っている。ＥＣＵ２
３の入力側には、作動時にエンジン１の負荷となるエア
コン装置、パワーステアリング装置、自動変速装置等の
作動状況を検出するスイッチ類等がそれぞれ接続され、
各検出信号が供給される。なお、ＥＣＵ２３の入力側に
は、上述した各種のセンサ類やスイッチ類の他に、図示
しない多数のスイッチやセンサ類が入力側に接続されて
おり、出力側にも各種警告灯や多数の機器類等が接続さ
れている。

【００２５】ＥＣＵ２３は、上述した各種センサ類及び
スイッチ類からの入力信号に基づき、燃料噴射モードや
燃料噴射量を始めとして、燃料噴射終了時期、点火時期
やＥＧＲガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁８、点火
コイル３４、ＥＧＲ弁１０ａ等を駆動制御する。以下、
上記のように構成された筒内噴射ガソリンエンジン１の
通常制御、即ち、後述の排気昇温制御を行わない場合の
制御について簡単に説明する。

【００２６】冷機時のエンジン始動にあっては、ＥＣＵ
２３は、吸気行程噴射モードを選択し、比較的リッチな
空燃比となるよう目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）を設定して
燃料を噴射する。このとき、ＥＣＵ２３はＡＢＶ５０を
閉鎖するため、燃焼室１ａへの吸入空気はスロットル弁
７の隙間やアイドル調整弁１６から供給される。そし
て、冷却水温Ｔw が所定値に上昇するまでは、ＥＣＵ２
３は、始動時と同様に吸気行程噴射モードを選択して燃
料を噴射するとともに、ＡＢＶ５０も継続して閉鎖す
る。また、エアコン等の補機類の負荷の増減に応じたア
イドル回転数の制御は、吸気管噴射型と同様にアイドル
調整弁１６（必要に応じてＡＢＶ５０も開弁される）に
よって行われる。さらに、所定サイクルが経過してＯ₂
センサ１７が活性温度に達すると、ＥＣＵ２３は、Ｏ₂
センサ１７の出力電圧に応じて空燃比フィードバック制
御を開始し、有害排出ガス成分を触媒コンバータ９によ
り浄化させる。このように、冷機時においては、吸気管
噴射型と略同様の燃料噴射制御が行われる。

【００２７】エンジン１の暖機が終了すると、ＥＣＵ２
３は、スロットル開度θth等から得た筒内圧、即ち目標
平均有効圧Ｐe とエンジン回転速度Ｎe とに基づき、図
２の燃料噴射制御マップからエンジン１の現在の燃料噴
射制御領域を検索し、燃料噴射モードと燃料噴射量とを
決定して燃料噴射弁８を駆動するとともにＡＢＶ５０や
ＥＧＲ弁４５の開弁制御等も行う。

【００２８】例えば、アイドル運転時等の低負荷・低回
転運転時には、運転領域は図２中斜線で示す圧縮行程噴
射リーン域となり、ＥＣＵ２３は、圧縮行程噴射モード
を選択するとともにＡＢＶ５０及びＥＧＲ弁１０ａを運
転状態に応じて開弁し、リーンな空燃比（ここでは、２
０〜４０程度）となるよう目標Ａ／Ｆを設定し燃料を噴
射する。なお、圧縮行程噴射モードでは、目標Ａ／Ｆ
は、予め目標平均有効圧Ｐe とエンジン回転速度Ｎeと
に基づいて設定された圧縮行程噴射モード用の目標Ａ／
Ｆマップ（図示せず）から読み出される。

【００２９】この場合、吸気ポート２ａから流入した吸
気流は燃焼室１ａ内で逆タンブル流を形成するため、噴
射された燃料噴霧は拡散することなくピストン１ｂのキ
ャビティ１ｃ内に略保存される。その結果、点火時点に
おいて点火プラグ３５の周囲には理論空燃比（値１４．
７）近傍の混合気が形成されることになり、全体として
極めてリーンな空燃比（例えば、全体空燃比で５０程
度）でも着火が可能となる。これにより、ＣＯやＨＣの
排出が極く少量になるとともに、排ガスの還流によって
ＮＯx の排出量も低く抑えられる。さらに、ＡＢＶ５０
及びＥＧＲ弁１０ａを開弁することによるポンピングロ
スの低減も相俟って燃費が大幅に向上する。また、ここ
では、負荷の増減に応じたアイドル回転数の制御は燃料
噴射量の増減によって行われるため、制御応答性も非常
に良くなる。

【００３０】また、低中速走行時には、その負荷状態や
エンジン回転速度Ｎe に応じて、運転領域は図２中の吸
気行程リーン域あるいはストイキオフィードバック域
（理論空燃比フィードバック制御域、以下Ｓ−Ｆ／Ｂ域
という）となるため、ＥＣＵ２３は、吸気行程噴射モー
ドを選択するとともに、所定の目標Ａ／Ｆとなるように
燃料を噴射する。

【００３１】即ち、吸気行程リーン域では、比較的リー
ンな空燃比（例えば、２０〜２３程度）となるよう目標
Ａ／Ｆを設定してＡＢＶ５０の開弁量と燃料噴射量とを
制御し、Ｓ−Ｆ／Ｂ域では、ＡＢＶ５０とＥＧＲ弁１０
ａとを開閉制御するとともに、Ｏ₂ センサ１７の出力電
圧に応じて目標Ａ／Ｆが理論空燃比となるよう空燃比フ
ィードバック制御を行う。なお、吸気行程噴射モードで
は、目標Ａ／Ｆは、予め吸入空気量Ｑaとエンジン回転
速度Ｎeとに基づいて設定された吸気行程噴射モード用
の目標Ａ／Ｆマップ（図示せず）から読み出される。

【００３２】また、急加速時や高速走行時には、運転領
域は図２中のオープンループ域となり、ＥＣＵ２３は、
吸気行程噴射モードを選択するとともにＡＢＶ５０を閉
鎖し、スロットル開度θthやエンジン回転速度Ｎe 等に
応じて、比較的リッチな空燃比となるよう目標Ａ／Ｆを
設定して燃料を噴射する。さらに、中高速走行中の惰行
運転時等には、運転領域は図２中の燃料カット域となる
ため、ＥＣＵ２３は、燃料噴射を完全に停止する。な
お、燃料カットは、エンジン回転速度Ｎe が復帰回転速
度より低下した場合や、運転者がアクセルペダル（図示
せず）を踏み込んだ場合には即座に中止される。

【００３３】次に、本発明に係る排気昇温装置の制御手
順について説明する。図３を参照すると、ＥＣＵ２３の
実行する排気昇温制御メインルーチンを示すフローチャ
ートが示されており、以下このフローチャートに基づき
説明する。なお、この排気昇温制御メインルーチンは、
上述した通常制御が実行されている間、クランク角セン
サ２１からクランク角信号ＳＧＴが出力される毎に繰り
返し実行される。

【００３４】先ず、ステップＳ１０では、エンジン１が
停止した状態からクランキングオンされ、つまりエンジ
ン１が始動されたか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎ
ｏ）でクランキングオンとされておらずエンジン１の始
動が行われていない場合には、何もせず当該ルーチンを
抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でクランキング
オンとされエンジン１が始動されたと判定された場合に
は、次にステップＳ１２に進む。

【００３５】ステップＳ１２では、クランキングオンと
されてから所定時間ｔs（例えば、４sec）が経過したか
否かを判別する。この所定時間ｔs（例えば、４sec）
は、エンジン１の作動が安定するまでに必要な期間を意
味している。判別結果が偽で、クランキングオンとされ
てから未だ所定時間ｔs（例えば、４sec）が経過してお
らずエンジン１が安定状態にないと判定される場合に
は、次にステップＳ１４に進む。

【００３６】ステップＳ１４では、上述の通常制御、即
ち各運転領域での通常の燃料噴射制御及び通常の点火時
期制御を実施する。ここでは、エンジン始動時であるこ
とから、吸気行程噴射モードが選択され、比較的リッチ
な空燃比となるよう目標Ａ／Ｆが設定されて燃料が噴射
される。一方、ステップＳ１２の判別結果が真で、クラ
ンキングオンとされてから所定時間ｔs（例えば、４se
c）が経過しエンジン１が安定状態に達したと判定され
る場合には、次にステップＳ１６に進む。

【００３７】ステップＳ１６では、触媒温度Ｔcc、冷却
水温Ｔw 、吸入空気量Ｑa 、スロットル開度θth、エン
ジン回転速度Ｎe 、大気圧Ｐa 、吸気温Ｔa 等の各種エ
ンジン運転状態量を読み込む。ステップＳ１８乃至ステ
ップＳ２２は、排気昇温制御を実施すべきか否かの判定
を行うステップである。

【００３８】ステップＳ１８では、アクセルペダルが踏
み込まれてスロットル弁７に開度変化があったか否か、
即ちスロットル開度θthが変化しており車両が定常走行
していない状態であるか否かを判別する。判別結果が偽
でスロットル開度θthが変化しているような場合、つま
りスロットル変化有の場合には、上記ステップＳ１４に
進んで通常制御、即ち各運転領域での通常の燃料噴射制
御及び通常の点火時期制御を実施する。一方、判別結果
が真でスロットル開度θthが変化していないような場合
には、排気昇温制御が必要な状況とみなせ、次にステッ
プＳ２０に進む。

【００３９】例えば、空燃比がリーン空燃比（例えば、
２０〜４０程度）であるようなときには、上述したよう
に燃焼による熱の発生が元来少なく、故にスロットル開
度θthが変化していないようなときには排気温度Ｔexは
低いままに保持される可能性が高い。従って、このよう
な場合にあっては、触媒コンバータ９の触媒温度Ｔccが
触媒機能を維持する活性下限温度Ｔ1（例えば、４００
℃）未満となる虞があると判定し、排気昇温制御を実施
すべく次にステップＳ２０に進むのである。

【００４０】ステップＳ２０では、スロットル開度θth
が変化しておらず、スロットル変化無の状態が所定時間
ｔa継続したか否かを判別する。判別結果が偽で、スロ
ットル開度θthの変化は無いがスロットル変化無の状態
が所定時間ｔaは継続していないような場合には、上記
ステップＳ１４に進んで通常制御を行う。一方、ステッ
プＳ２０の判別結果が真で、スロットル変化無の状態が
所定時間ｔa継続していると判定される場合、例えば、
運転領域が圧縮行程噴射リーン域にあってアイドル運転
が所定時間ｔa継続されているような場合には、触媒コ
ンバータ９の触媒温度Ｔccが触媒機能を維持する活性下
限温度Ｔ1（例えば、４００℃）未満となる可能性が非
常に高いと判定し、排気昇温制御を実施すべく次にステ
ップＳ２２に進む。

【００４１】ステップＳ２２では、触媒コンバータ９が
活性状態にあるか否かを判別する。即ち、触媒コンバー
タ９の触媒温度Ｔccが上記活性下限温度Ｔ1（例えば、
４００℃）以上であるか否かを判別する。判別結果が真
で触媒温度Ｔccが活性下限温度Ｔ1（例えば、４００
℃）以上である場合には、排気昇温制御を実施する必要
はないと判定でき、この場合には、上記ステップＳ１４
に進んで上述の通常制御を実施する。

【００４２】一方、ステップＳ２２の判別結果が偽であ
り、スロットル開度θthが所定時間ｔaに亘り一定とさ
れ、且つ触媒温度Ｔccが活性下限温度Ｔ1（例えば、４
００℃）未満に低下したと判定された場合には、排気昇
温制御が必要な状況であり、この場合には、次にステッ
プＳ２４に進み、排気昇温制御を実施する。ステップＳ
２４の排気昇温制御では、図４の排気昇温制御サブルー
チンが実行される。以下、図４に沿って排気昇温制御に
ついて説明する。なお、排気昇温制御では、燃料噴射は
上記通常制御の圧縮行程噴射モードの場合と同様に圧縮
行程において実施される。

【００４３】ステップＳ３０では、エンジン制御パラメ
ータ、即ち、点火時期、目標Ａ／Ｆ及びＥＧＲ量を設定
する。ここでは、燃焼が緩慢となるように各パラメータ
を設定する。つまり、点火時期を通常制御のときよりも
リタード側に設定し、及び／または目標Ａ／Ｆをリーン
化し、ＥＧＲ量を最大でも全吸気量の１０％程度とす
る。

【００４４】詳しくは、点火時期に関していえば、通常
制御時の圧縮行程噴射モードにおいて例えば２０°BTDC
付近とされた点火時期を１５°BTDC〜ＴＤＣと大きくリ
タードさせる。望ましくは、点火時期は１０°BTDC〜５
°BTDCとされるのがよい。これにより、燃料噴射時期
（例えば、５７°BTDC）に対して点火時期が大きく遅れ
ることになり、圧縮行程での燃料噴射、即ち主噴射によ
る燃焼が主として膨張行程で実施されることになり、故
に燃焼が緩慢なものとなる。

【００４５】また、目標Ａ／Ｆに関していえば、値３０
以上に設定することが望ましい。ここでは、目標Ａ／Ｆ
は、やはり予め目標平均有効圧Ｐe とエンジン回転速度
Ｎeとに基づいて設定され、上記圧縮行程噴射モード用
の目標Ａ／Ｆマップ（図示せず）とは異なり目標Ａ／Ｆ
が３０以上となるよう設定されたマップから読み出され
る。このように目標Ａ／Ｆを比較的大きく希薄なものに
すると、燃料の濃度が薄いことから火炎伝搬が緩やかな
ものとなり、やはり上記点火時期のリタードの場合と同
様に燃焼が緩慢なものとなる。なお、目標Ａ／Ｆを値３
０以上の希薄領域としたのは、追加燃料の燃焼のために
充分な余剰酸素を残すためである。

【００４６】ＥＧＲ量に関していえば、上記のように全
吸気量の１０％程度以下の範囲で増加させてもよい。こ
れにより、吸入空気内の排ガスの存在によって燃焼が妨
げられ、燃焼の進行が遅くなって燃焼温度がそれほど高
くならず、やはり燃焼が緩慢なものとなる。なお、ＥＧ
Ｒ量を全吸気量の１０％程度としたのは、ＥＧＲ量をあ
まり多くし過ぎると、燃焼は緩慢なものとなる一方吸入
空気中のＯ₂の量が低下し、故に膨脹行程において追加
噴射を行った際にＯ₂不足で良好な燃焼が得られない虞
があるためである。

【００４７】また、ＥＧＲの導入は、これ自体ではあま
り効果がなく、上記点火時期のリタード設定、目標Ａ／
Ｆのリーン化と併せて実施するようにする。これによ
り、より一層良好に燃焼を緩慢化することができる。ス
テップＳ３２では、上記のように設定した目標Ａ／Ｆ
（値３０以上）に基づいて主噴射の燃料噴射量、即ち主
燃料噴射量を設定する。具体的には、ここでは、主噴射
時間（燃料噴射弁８の開弁時間）Ｔinjmが次式(1)より
演算され、主燃料噴射量はこの主噴射時間Ｔinjmに応じ
たものとされる。

【００４８】 Ｔinjm＝Ｋ・（Ｑa ・γ／ＡＦ）・（Ｋwt・Ｋaf...）・Ｋg ＋ＴDEC …(1) ここに、目標ＡＦは上記目標Ａ／Ｆであってγは定数で
あり、Ｋwt、Ｋaf...等は冷却水温Ｔw 等に応じて設定
される各種補正係数であってエンジン運転状態に応じて
設定される。Ｋg は燃料噴射弁８のゲイン補正係数であ
り、ＴDEC は無効時間補正値であって目標平均有効圧Ｐ
e とエンジン回転速度Ｎｅとに応じて設定される。Ｋ
は、燃料量を開弁時間に変換する変換係数であり、定数
である。

【００４９】なお、主噴射時期は、通常制御時の圧縮行
程噴射モードの場合と同様に、例えば５７°BTDCに保持
される。主噴射時間Ｔinjmの演算が終わると、次にステ
ップＳ３４において膨脹行程で実施する追加噴射の燃料
噴射量、即ち追加燃料噴射量を設定する。ここでは、追
加噴射時間Ｔinjaが次式(2)より演算され、追加燃料噴
射量はこの追加噴射時間Ｔinjaに応じたものとされる。

【００５０】 Ｔinja＝Ｋ・Ｑa ・γ・（（１／理論ＡＦ）−（１／目標ＡＦ）） ・（Ｋwt・Ｋaf...）・Ｋg ＋ＴDEC …(2) ここに、理論ＡＦは理論空燃比（値１４．７）であり、
その他のパラメータは上述したとおりである。つまり、
追加燃料噴射量は、主噴射による燃焼後に気筒内に残存
するＯ₂量に応じて設定される。

【００５１】このように追加燃料噴射量が設定された
ら、追加噴射時期を設定する。ここでは、前述したよう
に、燃焼を緩慢化することで追加噴射時期を前炎反応生
成物の残存濃度に合わせて遅らすことができるため、追
加噴射時期は、膨張行程中期（例えば、９０°ATDC近
傍）に設定される。また、燃焼を緩慢化することで火炎
の存在期間を長くできるので、追加噴射時期は、主燃焼
の火炎が残留している期間の比較的遅い時期とすること
もできる（例えば、４５°ATDC近傍）。なお、本実施例
では、追加燃料の再燃焼を主燃焼の火炎伝播で生じさせ
るのではなく、前炎反応生成物の残存濃度をコントロー
ルして再燃焼させることを前提として以下説明する。

【００５２】そして、ステップＳ３６において上記主燃
料噴射量に基づき圧縮行程での主噴射が実施され、ステ
ップＳ３８において上記追加燃料噴射量に基づき膨脹行
程での追加噴射が実施される。さらに、ステップＳ４０
において上記点火時期に基づき点火が行われる。また、
図示しないが、この時点で上記ＥＧＲ量に応じてＥＧＲ
弁１０ａが開弁され、ＥＧＲガスが導入される。

【００５３】以上のように排気昇温制御が実施された
ら、次に図３中のステップＳ２６に進み、エンジン１が
停止されたか否かを判別する。判別結果が偽で、エンジ
ン１が停止状態になく運転状態にある場合には、上記ス
テップＳ１６に戻り、ステップＳ１６乃至ステップＳ２
２を経てステップＳ２４の排気昇温制御を繰り返す。一
方、ステップＳ２６の判別結果が真で、エンジン１が停
止されたと判定された場合には、ステップＳ１０に戻
る。

【００５４】以下、上記のように実施された排気昇温制
御の作用及び効果についてより詳しく説明する。図５を
参照すると、圧縮行程に噴射（主噴射）された主燃料の
燃焼と、膨張行程中期（例えば、９０°ATDC近傍）に噴
射された追加燃料の燃焼（以下、これらの燃焼を２段燃
焼という）のプロセスが概念的に示されており、図６を
参照すると、クランク角の変化に対する筒内圧Ｐeの関
係が示されている。先ずこれらの図に基づき主燃料の燃
焼プロセスを説明する。

【００５５】圧縮行程中に主噴射が行われると（図６の
クランク角位置CA1 ）、図５（ａ）に示される通り、燃
焼室の点火プラグ３５近傍に燃料の濃い混合気部分が形
成され、その周りに燃料の薄い混合気部分が形成され
る。そして、燃料の濃い混合気部分の略中央部で点火が
行われる（図５（ｂ）、図６のクランク角位置CA2 ）。
このとき、化学反応と発熱を伴って混合気が着火する
と、筒内圧Ｐeは図６に示すように変化する。

【００５６】一般にガソリンを空気と混合して火花点火
すると、発熱を伴う通常の燃焼、即ち熱炎反応の前段階
に、発熱を伴わない前炎反応が先行する。この前炎反応
では、前述したように、過酸化物やホルムアルデヒドと
いった、連鎖分枝反応を推し進めるに有効な活性な化学
反応種（例えば、ＣＨＯ、Ｈ₂Ｏ₂、 ＯＨ等）、即ち前炎
反応生成物が生成される。この前炎反応生成物は、混合
気を圧縮したり火花点火によって放電周りに火炎核を形
成させることにより進行する（図５の（ｃ））。

【００５７】ここで、図７を参照すると、点火から着火
に至り、前炎反応が急速に進行する際の前炎反応生成物
濃度の時間変化が示されており、以下図７をも参照して
説明する。なお、この図７の点火から着火が生じるまで
のクランク角位置は図６中の「ＤＺ領域」に対応してい
る。クランク角位置CA1 の時点で燃料噴射されて形成さ
れた混合気は、断熱圧縮によって加熱され、その間僅か
に前炎反応生成物濃度が増加する（図７のCA1 時点から
CA2 時点）。そして、点火をきっかけに前炎反応生成物
濃度が急速に増殖し、その濃度がある平衡濃度、つまり
着火限界濃度INTDを超えると着火に至り（図７のCA3 時
点）、火炎（熱炎）が発生して前炎反応速度が指数関数
的に急速に進行する（図５の（ｄ））。そして、前炎反
応状態から熱炎反応状態に移行する。熱炎反応が進む
と、前炎反応生成物濃度は急激に減少し、代わってＣＯ
₂ やＨ₂Ｏ、種々の未燃炭化水素（以下、ＴＨＣ(Total
Hydrocarbons)と示す）と云った最終生成物濃度（図７
中破線で示す）が急激に増加する。

【００５８】熱炎反応が生じた位置に隣接する位置で
は、熱炎から反応熱の供給を受けて前炎反応が連鎖的に
始まり、ここでも急速に前炎反応生成物濃度が増加し、
やがて熱炎反応が開始される。このようにして熱炎反応
が開始された領域（熱炎）が外方に火炎伝播すると（図
５の（ｅ））、火炎は燃料濃度の希薄な空燃比領域と濃
密な空燃比領域の境界まで達する。そして、火炎がこの
境界まで達すると、火炎は希薄な空燃比領域に伝播する
ことはできず消滅する。しかしながら、このとき、希薄
な空燃比領域に存在する燃料は濃密な空燃比領域からの
反応熱の供給を受けるため、前炎反応が継続されること
になる（図５の（ｆ））。

【００５９】図８を参照すると、希薄な空燃比領域の特
定位置で観測した前炎反応生成物の濃度変化が示されて
おり、以下図８を参照して説明する。なお、この図８で
示すクランク角位置は、濃密な空燃比領域での燃焼が終
わる膨張行程の中期から後期にかけてのクランク角位置
近傍、即ち図６中の「ＷＺ領域」に対応している。同図
に示すように、濃密な空燃比領域の燃焼が終わる膨張行
程の中期から後期にかけての「ＷＺ領域」では、前炎反
応生成物が高濃度で持続されることになる。そして、前
炎反応生成物が着火限界濃度INTDを超えると、前炎反応
生成物は自己着火に至ることになる。

【００６０】従って、この前炎反応生成物が着火限界濃
度INTD近傍の時点で追加燃料を噴射するようにすると、
追加燃料が筒内の高温雰囲気に曝されることになり、追
加燃料の前炎反応が通常よりも早く進むことになる。こ
れにより、前炎反応生成物の総濃度が着火限界濃度INTD
を超え、特に火花点火なく、また、主燃料の燃焼火炎が
残留していなくても、膨張行程中期或いはこれ以降にお
いて追加燃料を良好に燃焼させることができるのであ
る。

【００６１】ところで、ここでは、主燃料による燃焼が
緩慢になるようにエンジン制御パラメータ、即ち、点火
時期、目標Ａ／Ｆ及びＥＧＲ量が設定されている。故
に、希薄な空燃比領域に存在する燃料からなる前炎反応
生成物の濃度は、前述したように、非常に高く維持され
ており、つまり、前炎反応生成物は自己着火し易く、ま
た前炎反応生成物が燃焼したときにあっては大きな燃焼
熱が発生するようにされている。従って、主燃料の燃焼
火炎が一切残留していなくても、膨張行程中期或いはこ
れ以降において追加燃料を噴射するようにすれば、この
追加燃料を極めて良好に燃焼させることができることに
なる。

【００６２】ここで、改めて図９を参照すると、点火時
期（以下、点火時期ＴRDという）と追加燃料の噴射時期
とを種々変化させた場合の実験結果、即ち排気温度Ｔex
と追加燃料の噴射時期との関係が示されている。なお、
ここでは、吸入空気量Ｑaを一定に保持し、主噴射量を
目標Ａ／Ｆが値３０になるよう設定し、さらに追加燃料
量と主燃料量との総量に対する全体空燃比が理論空燃比
（値１４．７）となるよう実験条件を設定した。

【００６３】また、図１０を参照すると、図９と同様
に、点火時期ＴRDと追加燃料の噴射時期を種々変化させ
た場合の、排気温度Ｔexと追加燃料の噴射時期との関係
が示されている。この場合には、上記図９の場合と異な
り、主噴射量を目標Ａ／Ｆが値４０と大きくなるよう設
定し、その他の実験条件については図９の場合と同じも
のとした。

【００６４】これら図９、図１０によれば、主燃焼の火
炎が残留している４５°ATDC近傍のみならず前炎反応生
成物が自己着火する膨脹行程中期の９０°ATDC近傍で追
加燃料を噴射することにより排気温度Ｔexが良好に高温
化されていることがわかる。そして、点火時期ＴRDが遅
いほど、つまり点火時期ＴRDがリタードされてＴＤＣに
近くされ、燃焼がより緩慢とされるほど追加燃料の燃焼
による排気温度Ｔexが高くなることがわかる。

【００６５】さらに、これら図９、図１０より、主燃料
についての目標Ａ／Ｆが値３０である場合よりも値４０
である場合、つまり燃焼がより緩慢とされた場合の方
が、追加燃料の燃焼による排気温度Ｔexが全体的に高く
されていることがわかる。つまり、点火時期を１５°BT
DC〜ＴＤＣとし、或いは目標Ａ／Ｆを例えば値３０以上
と希薄なものにする等して主噴射の燃焼を緩慢なものに
することにより、主燃焼の火炎伝播で再燃焼させる場合
には、追加燃料の噴射時期を従来技術より遅らせて設定
できるとともに、排気温度Ｔexを効率よく高温化でき
る。また、前炎反応生成物濃度をコントロールして再燃
焼させる場合には、前炎反応生成物濃度をより大きくし
て前炎反応生成物の燃焼による熱発生率を高めることが
でき、この際、追加燃料を前炎反応生成物が自己着火す
る時期に合わせて噴射するようにすれば、膨脹行程中期
（例えば、９０°ATDC近傍）という比較的遅い時期に追
加燃料を噴射させることで追加燃料の燃焼エネルギが膨
脹仕事に使用されてしまうことを防止しながら、追加燃
料を良好に燃焼させ、排気温度Ｔexを極めて効率良く高
温化することができることになる。これにより、触媒コ
ンバータ９を速やかに加熱して早期に活性化することが
可能となるのである。

【００６６】また、図１１を参照すると、図９と同じ実
験結果から、点火時期ＴRDと追加燃料の噴射時期をパラ
メータにした場合の排気温度Ｔexの等温線図及び排気中
の未燃炭化水素ＴＨＣの等量線図が示されている。この
図１１によれば、排気温度と未燃炭化水素ＴＨＣの相関
がよくわかる。即ち、排気温度の高い領域は効率よく追
加燃料が燃焼し、未燃炭化水素ＴＨＣが少ないことがわ
かる。これにより、排気昇温に適した噴射時期、点火時
期が選べるようになる（噴射時期では膨脹行程初期４５
°ATDC付近もしくは膨脹行程中期９０°ATDC付近が望ま
しいが、膨脹行程の６０°ATDC〜７０°ATDCの範囲でも
点火時期をＴＤＣ付近までリタードすることにより充分
な昇温効果が得られる）。

【００６７】従って、追加燃料の噴射時期を前炎反応生
成物が自己着火する時膨張行程の中期（例えば、９０°
ATDC近傍）とし、且つ点火時期ＴRDを遅らせる等して主
燃焼を緩慢にするようにすれば、有害物質である未燃炭
化水素ＴＨＣの大気中への排出をも良好に抑えることが
できることになる。以上説明したように、本発明の排気
昇温装置では、点火時期をリタードさせたり、目標Ａ／
Ｆを希薄なものとし、さらに適度のＥＧＲを導入するよ
うにして主噴射による燃焼を緩慢なものにするようにし
ている。

【００６８】従って、主噴射の緩慢化により、追加燃料
噴射直前の前炎反応生成物濃度を高くすることができ、
追加燃料が自己着火しやすい雰囲気を作り出せる。これ
により、主燃焼の火炎伝播或いは前炎反応生成物の濃度
コントロールにより追加燃料を再燃焼させる場合、追加
燃料の噴射時期を遅らせても追加燃料を良好且つ確実に
燃焼させることができることになり、追加燃料の燃焼を
極力膨脹仕事に寄与させないようにして排気温度Ｔexを
効率よく昇温させることが可能となる。特に、前炎反応
生成物の濃度コントロールにより追加燃料を再燃焼させ
る場合には、前炎反応生成物が自己着火する時期、即ち
膨脹行程中期に合わせて追加燃料を噴射することによ
り、追加燃料の燃焼を殆ど膨脹仕事に寄与させないよう
にしながら排気温度Ｔexをより一層効率よく昇温させる
ことが可能となる。

【００６９】なお、上記実施の形態では、エンジン１と
して筒内噴射ガソリンエンジンを用いるようにしたが、
エンジン１は、少なくとも圧縮行程時に燃料噴射弁より
燃料を噴射し火花点火して層状燃焼を行わせることの可
能なエンジンであればよい。また、上記追加燃料の噴射
は必ずしも１回で行う必要はなく、複数回に分割して行
ってもよく、さらには、この追加燃料の噴射は、全気筒
に対して行うようにしてもよいが、特定の気筒にだけ行
うようにしてもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の排気昇
温装置によれば、冷機始動時や、燃料が圧縮行程時に噴
射される圧縮行程噴射モードでリーン燃焼運転が継続さ
れた場合のように、排気昇温が要求されるエンジン運転
時にあっては、圧縮行程において点火時期を遅角させる
ことで先ず主噴射による緩慢な層状燃焼を実施でき、故
に主噴射の燃焼を長く継続して膨張行程中の前炎反応生
成物の濃度を高くでき前炎反応生成物の自己着火性を向
上させることができる。

【００７１】従って、前炎反応生成物が自己着火により
燃焼する時期（膨張行程中期以降）に合わせて比較的大
きく遅らせて追加燃料を噴射すると、追加燃料を前炎反
応生成物の濃度を高めることにより自己着火を誘発して
良好に燃焼させることができる。これにより、追加燃料
の燃焼エネルギが膨張仕事に使用されることもなく排気
昇温の効果を高めることが可能となり、触媒を速やかに
加熱して早期に活性化することができる。

【００７２】また、請求項２の排気昇温装置によれば、
層状燃焼のための空燃比を排気昇温が要求されるエンジ
ン運転前に比べて希薄側に制御すると、点火時期設定手
段による場合に加えてより一層燃焼が緩慢にでき、この
場合、さらに追加燃料が自己着火しやすい雰囲気を作り
出すことが可能となり、排気昇温の効果をより一層高め
ることが可能となり、触媒を速やかに加熱して早期に活
性化することができる。また、請求項３の排気昇温装置
によれば、排気昇温が要求されるエンジン運転時にあっ
ては、圧縮行程において空燃比を希薄側に制御すること
で先ず主噴射による緩慢な層状燃焼を実施でき、故に主
噴射の燃焼を長く継続して膨張行程中の前炎反応生成物
の濃度を高くでき前炎反応生成物の自己着火性を向上さ
せることができる。 これにより、上記同様に追加燃料の
燃焼エネルギが膨張仕事に使用されることもなく排気昇
温の効果を高めることが可能となり、触媒を速やかに加
熱して早期に活性化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気昇温装置を含むエンジン制御装置
の概略構成図である。

【図２】通常運転時の燃料噴射制御マップを示す図であ
る。

【図３】本発明に係る排気昇温制御メインルーチンを示
すフローチャートである。

【図４】図３中の排気昇温制御で実行される排気昇温制
御サブルーチンを示すフローチャートである。

【図５】圧縮行程で噴射された主燃料の燃焼と、膨張行
程中に噴射された追加燃料の燃焼のプロセスを概念的に
説明する行程図である。

【図６】排気昇温制御時のクランク角の変化に対する筒
内圧の関係を示すグラフである。

【図７】図６のＤＺ領域における前炎反応生成物濃度変
化を示すグラフである。

【図８】図６のＷＺ領域における前炎反応生成物濃度変
化を示すグラフである。

【図９】点火時期ＴRDを種々変化させた場合の、排気温
度Ｔexと追加燃料の噴射時期の関係を示すグラフであ
り、主燃料の空燃比を値３０に設定した場合の実験結果
データを示す図である。

【図１０】点火時期ＴRDを種々変化させた場合の、排気
温度Ｔexと追加燃料の噴射時期の関係を示すグラフであ
り、主燃料の空燃比を値４０に設定した場合の実験結果
データを示す図である。

【図１１】図９と同じ実験結果から、点火時期ＴRDと追
加燃料の噴射時期をパラメータにして排気温度Ｔexと排
気中の未燃炭化水素量ＴＨＣとを示した図である。

【符号の説明】

１ 筒内噴射型火花点火式内燃エンジン １ａ 燃焼室 １ｃ キャビティ ８ 燃料噴射弁 ９ 触媒コンバータ ９ａ リーンＮＯx触媒 ９ｂ 三元触媒 １０ ＥＧＲ装置 １４ スロットルセンサ ２３ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） ２６ 触媒温度センサ ３５ 点火プラグ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０Ａ ３３０Ｆ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｅ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/34 ZAB F01N 3/20 ZAB F01N 3/24 ZAB F02B 17/00 ZAB F02D 41/02 330 F02D 43/00 301 F02P 5/15

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射
   弁を備え、少なくとも圧縮行程時に該燃料噴射弁より燃
   料を噴射し火花点火して層状燃焼を行わせる筒内噴射型
   内燃エンジンの排気昇温装置において、 排気昇温が要求されるエンジン運転時に、前記層状燃焼
   のための主噴射を前記圧縮行程で行うとともに追加燃料
   の噴射を膨張行程で行うよう前記燃料噴射弁の駆動を制
   御する燃料噴射制御手段と、 前記燃料噴射制御手段により追加燃料の噴射を行う際、
   前記層状燃焼が緩慢になるようエンジン制御パラメータ
   を制御するエンジン制御手段とを備え、 該エンジン制御手段は、前記エンジン制御パラメータと
   しての点火時期を制御する点火時期設定手段を含み、 該エンジン制御手段は、該点火時期設定手段によって、
   前記層状燃焼を緩慢にするように、点火時期を前記排気
   昇温が要求されるエンジン運転前の点火時期と比較して
   遅角側に制御し、 前記燃料噴射制御手段は、前記追加燃料が筒内の高温雰
   囲気によって自己着火により燃焼するように、該追加燃
   料の噴射を膨張行程の中期以降で行うよう前記燃料噴射
   弁の駆動を制御する ことを特徴とする排気昇温装置。
2. 【請求項２】 前記エンジン制御手段は、前記エンジン
   制御パラメータとして、前記点火時期設定手段に加えて
   前記層状燃焼のための空燃比を制御する空燃比制御手段
   を備え、 該エンジン制御手段は、該空燃比制御手段によって、前
   記層状燃焼を緩慢にするように、前記層状燃焼のための
   空燃比を前記排気昇温が要求されるエンジン運転前に比
   べて希薄側に制御することを特徴とする、請求項１記載
   の排気昇温装置。
3. 【請求項３】 燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射
   弁を備え、少なくとも圧縮行程時に該燃料噴射弁より燃
   料を噴射し火花点火して層状燃焼を行わせる筒内噴射型
   内燃エンジンの排気昇温装置において、 排気昇温が要求されるエンジン運転時に、前記層状燃焼
   のための主噴射を前記圧縮行程で行うとともに追加燃料
   の噴射を膨張行程で行うよう前記燃料噴射弁の 駆動を制
   御する燃料噴射制御手段と、 前記燃料噴射制御手段により追加燃料の噴射を行う際、
   前記層状燃焼が緩慢になるようエンジン制御パラメータ
   を制御するエンジン制御手段とを備え、 該エンジン制御手段は、前記エンジン制御パラメータと
   しての前記層状燃焼のための空燃比を制御する空燃比制
   御手段を含み、 該エンジン制御手段は、該空燃比制御手段によって、前
   記層状燃焼を緩慢にするように、前記層状燃焼のための
   空燃比を前記排気昇温が要求されるエンジン運転前に比
   べて希薄側に制御し、 前記燃料噴射制御手段は、前記追加燃料が筒内の高温雰
   囲気によって自己着火により燃焼するように、該追加燃
   料の噴射を膨張行程の中期以降で行うよう前記燃料噴射
   弁の駆動を制御することを特徴とする排気昇温装置。