JPH1047042A

JPH1047042A - 排ガス浄化システム

Info

Publication number: JPH1047042A
Application number: JP8205129A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Kaneko; 勝典金子; Kazuo Koga; 一雄古賀; Yoshiaki Kodama; 嘉明児玉; Daisuke Mitsuhayashi; 大介三林; Naohito Yamada; 尚人山田; Hironobu Sato; 広信佐藤
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1998-02-17

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型内
燃機関において排ガス浄化を行なう排ガス浄化システム
に関し、筒内噴射型内燃機関における広範な運転領域
（特に、超希薄燃焼による運転領域）において十分にＮ
Ｏ_Xを浄化できるようにする。【解決手段】燃焼室１内に直接燃料を噴射し、予混合
リーン燃焼と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型
内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路３内に配設さ
れて主にＮＯ_xを浄化するリーンＮＯ_x触媒９を備え、
上記リーンＮＯ_x触媒９を、触媒活性温度域が高い高温
型リーンＮＯ_x触媒９Ａと、触媒活性温度域が該高温型
リーンＮＯ_x触媒９Ａよりも低い低温型リーンＮＯ_x触
媒９Ｂとから構成する。

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いて排ガス浄化を
行なう排ガス浄化システムに関し、特に、リーン燃焼時
におけるＮＯ_X浄化に用いて好適の、排ガス浄化システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、理論空燃比近傍でのストイキオ領
域での運転と理論空燃比よりもリーンな希薄領域での運
転とを切り替える従来の希薄燃焼内燃機関よりも、更に
広い空燃比領域、即ち、超希薄領域での運転も行なえる
ようにして、より一層の燃費向上を図る機関として、燃
焼室内に燃料を直接噴射する火花点火筒内噴射型内燃機
関が開発されている。

【０００３】この筒内噴射型内燃機関におけるストイキ
オ領域での運転時の排ガス温度は、従来の希薄燃焼内燃
機関におけるストイキオ領域での運転時の排ガス温度と
同様に高くなるが、筒内噴射型内燃機関における超希薄
領域での運転時（超リーン燃焼運転時）の排ガス温度
は、従来の希薄燃焼内燃機関（リーンバーンエンジン）
における希薄領域での運転時の排ガス温度よりもさらに
低下するため、筒内噴射型内燃機関の排ガス温度の温度
領域は、従来の希薄燃焼内燃機関に対して広範な温度領
域になる。

【０００４】ところで、上述のように筒内噴射型内燃機
関は、より一層の燃費向上を図るべく希薄領域での運転
域を広く設定する場合がある。一般に筒内噴射型内燃機
関はストイキオ運転を行なう場合は、予混合燃焼を実行
させるため、吸気行程中に燃料噴射を行ない、超リーン
運転を行なう場合は、層状燃焼を行なわせるため、圧縮
行程後期に燃料噴射を行なう。そして、圧縮後期噴射に
よる層状燃焼を行なう場合には、点火プラグ周辺への燃
料集中化によるスモーク発生の観点から、あまり高負荷
まで、層状燃焼領域を拡大することができない。そこで
上述の如くより一層の燃費向上を図るためには吸気行程
噴射を行なう予混合燃焼において空燃比をストイキオよ
りリーン側に設定することが要求される。即ち、筒内噴
射型内燃機関においては燃費向上を推進するためには予
混合燃焼領域の少なくとも一部における空燃比をストイ
キオよりリーンとし、予混合リーン燃焼運転と層状リー
ンとを運転状態に応じて切替え、リーン運転領域を拡大
することになる。ところで、予混合リーン燃焼時は一般
に層状リーン燃焼より高負荷側で空燃比が小さく設定さ
れるため、層状リーン燃焼時に比べ排気温度が高くなる
特性がある。そして、リーン燃焼を行なう場合には発生
するＮＯ_Xをいかにして除去するかが従来からの課題と
なっている。リーン燃焼時のＮＯ_X低減を図る技術とし
ては、特開平０３−１１１６３６号でリーンＮＯ_X触媒
を使用することが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このリ
ーンＮＯ_X触媒は、触媒自体の触媒活性温度域（排ガス
浄化可能な温度域）が触媒として担持される各貴金属
（活性貴金属Ｐｔ，Ｉｒ等）の持つ活性温度の影響を受
け触媒としてはいずれも狭い触媒活性温度域となってし
まい、筒内噴射型内燃機関における広範な排ガス温度域
を十分にカバーすることができないという課題がある。

【０００６】つまり、燃費をより向上させた筒内噴射型
内燃機関は、燃焼エネルギが少なく排ガス温度の低い超
希薄燃焼運転（即ち層状リーン運転）から、燃焼エネル
ギが多く排ガス温度が高くなる予混合リーン燃焼運転ま
で、広範なリーン空燃比領域が存在し、上述のようなリ
ーンＮＯ_X触媒を、このように広範な排ガス温度雰囲気
で運転が行なわれる機関に適用した場合、この広範な空
燃比領域の全域（特に、超希薄領域）で十分にＮＯ_Xを
浄化できないという課題がある。

【０００７】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、筒内噴射型内燃機関における広範な運転領域
（特に、超希薄燃焼による運転領域）において十分にＮ
Ｏ_Xを浄化できるようにした、排ガス浄化システムを提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の排ガス浄化システムは、燃焼室内に直接燃料
を噴射し、予混合リーン燃焼と層状リーン燃焼とを切り
換える筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気
通路内に配設され、主にＮＯ_xを浄化するリーンＮＯ_x
触媒を備え、上記リーンＮＯ_x触媒が、触媒活性温度域
が高い高温型リーンＮＯ_x触媒と、触媒活性温度域が該
高温型リーンＮＯ_x触媒よりも低い低温型リーンＮＯ_x
触媒とから構成されていることを特徴としている。

【０００９】筒内噴射型内燃機関の排気温度特性を考慮
し、広範な運転領域でＮＯ_X浄化を行なうには、高温型
リーンＮＯ_X触媒の触媒活性温度域は約３００〜５５０
℃程度、低温型リーンＮＯ_X触媒の触媒活性温度域は１
５０〜３００℃程度とするのが好ましい。また、リーン
ＮＯ_X触媒には、酸素過剰域で触媒中の塩基製の吸着剤
にＮＯ_Xを酸化して触媒上に吸着し、ストイキオ又はリ
ッチ空燃比で吸着したＮＯ_Xを除去するＮＯ_X吸蔵還元
型と、酸素過剰域のＨＣ共存化触媒上においてＮＯ_Xを
選択的に還元するＮＯ_X接触還元型とがあり、耐久性や
耐熱性の面から考えると、リーンＮＯ_X触媒としてはＮ
Ｏ_X接触還元型が好ましい。この場合、高温型リーンＮ
Ｏ_X触媒は、活性金属としてイリジウム、銅、コバル
ト、銀の何れか一つを有する触媒で、低温型リーンＮＯ
_X接触は、貴金属が白金、ロジウム、パラジウムから選
ばれた一つ又は複数から成る触媒であることが好まし
い。

【００１０】請求項２記載の本発明の排ガス浄化システ
ムは、燃焼室内に直接燃料を噴射し、予混合リーン燃焼
と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型内燃機関に
設けられ、上記機関の排気通路内に配設され、少なくと
も上記予混合リーン燃焼時に主にＮＯ_xを浄化するリー
ンＮＯ_x触媒と、上記層状リーン燃焼時に排ガスを上記
機関の吸気通路内に還流する排ガス還流手段とを備えた
ことを特徴としている。

【００１１】請求項３記載の本発明の排ガス浄化システ
ムは、燃焼室内に直接燃料を噴射し、予混合リーン燃焼
と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型内燃機関に
設けられ、上記機関の排気通路内に配設され、少なくと
も上記予混合リーン燃焼時に主にＮＯ_xを浄化するリー
ンＮＯ_x触媒と、上記層状リーン燃焼時に排ガスを上記
機関の吸気通路内に還流する排ガス還流手段とを備え、
上記リーンＮＯ_x触媒が、触媒活性温度域が高い高温型
リーンＮＯ_x触媒と、該高温型リーンＮＯ_x触媒の下流
に設けられ触媒活性温度域が該高温型リーンＮＯ_x触媒
よりも低い低温型リーンＮＯ_x触媒とから構成されてい
ることを特徴としている。

【００１２】請求項４記載の本発明の排ガス浄化システ
ムは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、
上記リーンＮＯ_x触媒の温度を検出又は推定する検出手
段と、該検出手段により触媒温度低下が検出又は推定さ
れた場合に上記リーンＮＯ_x触媒を昇温させる昇温手段
とを備えたことを特徴としている。請求項５記載の本発
明の排ガス浄化システムは、請求項１〜４のいずれかに
記載の構成において、上記リーンＮＯ_x触媒の上流の上
記排気通路外周に保温手段を設けたことを特徴としてい
る。

【００１３】この保温手段としては、保温部材を取り付
ける構造や排気通路を２重管構造とするのが好ましい。
請求項６記載の本発明の排ガス浄化システムは、請求項
５記載の構成において、上記保温手段が、上記燃焼室近
傍の排気マニホールド周辺を除いて設けられていること
を特徴としている。

【００１４】請求項７記載の本発明の排ガス浄化システ
ムは、請求項１，３〜６のいずれかに記載の構成におい
て、上記高温型リーンＮＯ_x触媒がイリジウム系触媒で
あり、上記低温型リーンＮＯ_x触媒が白金系触媒である
ことを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施形態】以下、図面により、本発明の一実施
形態としての排ガス浄化システムについて、図１〜図６
を参照しながら説明する。本排ガス浄化システムは、希
薄燃焼（リーンバーン）による全運転領域において十分
にＮＯ_Xを浄化できるように触媒を構成した点、排ガス
中のＮＯ_X浄化を効率的に行なうべくこのような構成を
有する触媒と排ガス還流手段を組み合わせた点、排ガス
中のＮＯ_X浄化を確実に行なうべく触媒を活性温度まで
昇温させる昇温手段を設けた点、さらに排ガス温度の低
下を抑え触媒の浄化効率を向上させるべく保温手段を設
けた点に特徴がある。

【００１６】このような排ガス浄化システムを備えた筒
内噴射型内燃機関の構成は、図１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
る筒内噴射エンジン（筒内噴射型内燃機関）として構成
されている。

【００１７】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出ガ
ス浄化用触媒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。

【００１８】また、排ガス還流手段としての排出ガス再
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１０
ｂが設けられており、この排気還流通路１０ｂにはＥＧ
Ｒバルブ１０ａが取り付けられている。そして、このＥ
ＧＲ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，排気ガス又は排ガスともいう）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。

【００１９】このＥＧＲ装置は、特に、後述する後期噴
射モード時（層状燃焼によるリーン運転時）に排ガスを
吸気通路２内に還流するように制御される。なお、予混
合燃焼時には還流量が低減され、特に予混合リーン燃焼
時には排ガス還流量は０又は極めて少ない量とされる。
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（Ｉ
ＳＣ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。

【００２０】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。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。

【００２１】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、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Ｃ
Ｏ，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。

【００２２】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（例えば空燃比３０以上）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、安定した層状リーン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
射のタイミングとしては、空気流動の弱い圧縮行程後期
である。

【００２３】また、このエンジンから高出力を得る場合
には、燃焼室１内全体を層状燃焼時よりも空燃比の小さ
い理論空燃比やリーン空燃比（例えば空燃比１８〜２４
程度）となる均一な混合気状態にさせて予混合燃焼を行
なえばよく、もちろん、燃焼室１内の空燃比を理論空燃
比にする方がリーン空燃比にするよりも高出力が得られ
るため、運転状態（例えば負荷や回転数）に応じて切り
換えている。これら予混合燃焼の場合にも、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。このような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
るように設定している。なお、燃焼室１内全体にリーン
空燃比の混合気状態にさせて予混合燃焼を行なう場合を
予混合リーン燃焼という。

【００２４】そして、本エンジンでは、図５に示すよう
にエンジンの運転モードとして、後期噴射モード，前記
噴射モード，ストイキオモード，オープンループモード
が運転状態（負荷と回転数）に応じて設定されており、
更に詳細は後述するが各モードにおいて、ＥＧＲを作動
させる場合とＥＧＲを停止させる場合とが設定され、エ
ンジンの運転状態や車両の走行状態に応じてこれらのモ
ードの何れかが選択されてエンジン制御されるようにな
っている。

【００２５】このうち、後期噴射モードは、本実施形態
では総合空燃比が約２４以上の領域に設定されてあり、
最も希薄燃焼を実現できるが、このモードでは、燃料噴
射を圧縮工程後期のように極めて点火時期に近い段階で
行ない、しかも燃料を点火プラグのく近傍に集めて部分
的にリッチにし全体的にはリーンとしながら着火性，燃
焼安定性を確保しつつ節約運転を行なうようにしてい
る。

【００２６】また、前期噴射モードも希薄燃焼を実現で
きるが、このモードでは、燃料噴射を後期噴射モードよ
りも前に行ない、燃料を予混合して全体的には理論空燃
比よりもリーンとしながら着火性，燃焼安定性を確保し
つつある程度の出力を得るようにしながら、節約運転を
行なうようにしている。ここでは、前期噴射モードの領
域を、総合空燃比が約２４以下で理論空燃比以上の領域
に設定されている。

【００２７】ストイキオモードは、Ｏ₂センサの出力に
基づいて、空燃比をストイキオ状態に維持しながら十分
なエンジン出力を効率よく得られるようにしている。ま
た、オープンループモードでは、加速時や発進時等に十
分な出力が得られるように、オープンループモード制御
によりストイキオ又はリーチな空燃比での燃焼を行な
う。これらのモードでは、吸気工程での燃料噴射に基づ
く予混合燃焼が行なわれる。

【００２８】このように、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るため、
全運転領域において、リーン運転域（前期噴射モード，
後期噴射モード）が広範に設定されている。このためリ
ーン運転の全運転領域において、排ガス温度は広範な温
度領域で変動するため（例えば、層状リーン燃焼による
リーン運転では排ガス温度が１５０度程度であるのに対
し、予混合リーン燃焼によるリーン運転では排ガス温度
が３００度以上となる。）本排ガス浄化システムでは、
このような広範な排ガス温度特性を考慮して、リーン運
転の全運転領域においてＮＯ_x浄化を行なうことができ
るように触媒９は触媒活性温度域が異なり、少なくとも
予混合リーン燃焼によるリーン運転時に、主にＮＯ_xを
浄化する高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａと低温型リーンＮ
Ｏ_x触媒９Ｂとを組み合わせた構成となっている。な
お、触媒活性温度域とは触媒が活性し排ガス浄化可能な
温度領域をいう。

【００２９】また、これらの高温型リーンＮＯ_x触媒９
Ａ及び低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂは、理論空燃比下で
排ガス中のＣＯ，ＨＣ及びＮＯ_Xを浄化可能な三元機能
を有するものであるが、このうち低温型リーンＮＯ_x触
媒９Ｂは、特に優れた三元機能を有するため、理論空燃
比下での排ガス中のＣＯ，ＨＣ及びＮＯ_Xの浄化は、主
に、低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂによって行なわれると
ともに、空燃比がリーンな運転時の排ガス中のＮＯ_X浄
化は高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａ及び低温型リーンＮＯ
_x触媒９Ｂによって行なわれ、これによってリーン運転
の全運転領域において確実に排ガス浄化ができるように
なっている。

【００３０】ここで、触媒９について詳細に説明する
と、高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａは、ＮＯ_x接触還元型
の触媒であって、活性金属としてイリジウム（Ｉｒ）を
有するイリジウム系触媒として構成される。なお、高温
型リーンＮＯ_x触媒９Ａは、活性金属がイリジウム（Ｉ
ｒ）以外に銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ）
のいずれか一つを有する触媒として構成されていても良
い。また、この高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａは触媒活性
温度域が高く、約３００〜５５０度程度である。

【００３１】一方、低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂは、接
触還元型の触媒であって、白金系触媒として構成され
る。つまり、低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂは、貴金属が
白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ）
系の触媒として構成される。また、低温型リーンＮＯ_x
触媒９Ｂは高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａに比べ触媒活性
温度域が低く、約１５０〜３００度程度である。

【００３２】次に、本排ガス浄化システムにおける高温
型リーンＮＯ_x触媒９Ａ及び低温型リーンＮＯ_x触媒９
Ｂの配置について説明すると、本排ガス浄化システムで
は、触媒活性温度域が高い高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａ
の下流に、触媒活性温度域が高温型リーンＮＯ_x触媒９
Ａよりも低い低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂを配置するよ
うにしている。

【００３３】これは、排ガス温度が高い場合には、主
に、高温型リーンＮＯ_x触媒９ＡによってＮＯ_xの浄化
が行なわれるが、低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂを高温型
リーンＮＯ_x触媒９Ａの上流に配置すると、低温型リー
ンＮＯ_x触媒９Ｂは上述のように三元機能が優れている
ため、排ガス温度が高い場合低温型リーンＮＯ_x触媒９
Ｂによって高温型リーンＮＯ_x触媒９ＡでＮＯ_xを浄化
するのに必要なＨＣやＣＯが還元されてしまい、高温型
リーンＮＯ_x触媒９ＡによるＮＯ_x浄化ができなくなる
からである。

【００３４】なお、高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａと低温
型リーンＮＯ_x触媒９Ｂとの間隔はＮＯ_xの浄化効率を
考慮し、約３０ｍｍ程度としている。さらに、本排ガス
浄化システムには、図１，図２に示すように、触媒９の
上流の排気通路３外周には保温手段としての保温部材４
０が取り付けられている。これは、排ガスが排気通路３
を通って触媒９に到達するまでの間に、排ガスからの熱
が排気通路３等から外部に放熱し、排ガス温度が急激に
低下するのを抑えることによって、触媒９の浄化効率の
悪化を抑制するためである。

【００３５】この保温部材４０は、排気通路３を構成す
る排気管３ｂの外周を覆うように取り付けられており、
内側がグラスウール４０ａ、外側がステンレス鋼からな
る外板４０ｂの２層構造になっており、断熱材として機
能するものである。また、保温部材４０は、排気マニホ
ールドの熱劣化を防止すべく、燃焼室１の直下流部分の
排気マニホールド３ａ周辺を除く部分に取り付けられて
いる。

【００３６】なお、図１中、Ａ部は厚さ３ｍｍ程度のス
テンレス鋼によって、蛇腹状に形成されている。これに
よって、エンジンからの振動が吸収され、Ａ部よりも下
流側の排気通路３からその取付ブラケット（図示略）を
介して車体側にこのエンジン振動が伝わらないようにな
っている。このような本排ガス浄化システムにおける保
温手段は、以下のように構成してもよい。つまり、保温
手段を、図３に示すように、排気通路３を構成する排気
管を２重管構造４１とすることにより構成してもよい。

【００３７】この保温手段としての２重管構造４１は、
内板４２と外板４３とから構成され、この内板４２と外
板４３との間に空気層４４が形成され、この空気層４４
によって保温効果を持たせることができるようになって
いる。なお、図３中、矢印は排ガスの流れを示してい
る。また、排気通路３を２重管構造４１として構成した
場合、内板４２と外板４３との熱膨張率が異なるため、
内板４２によって熱変形を吸収すべく内板４２は複数部
分に分割されている。なお、複数部分に分割された内板
４２ａと内板４２ｂとは、排ガスが漏れないようにガス
漏れ防止用のスチールメッシュ４５を介して接続されて
いる。なお、図３に示す継目の部分では、下流側の内板
４２ｂが上流側の内板４２ａよりも拡径して接続されて
おり、スチールメッシュ４５が排ガス流と対向しないよ
うに設けられているが、これは、スチールメッシュ４５
によるガス漏れ防止効果が損なわれないように考慮した
ものである。

【００３８】ところで、このような筒内噴射型内燃機関
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１
４，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。

【００３９】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触媒温度検出手段と
しての触媒温度センサ（高温センサ）２６が設けられて
いる。なお、この触媒温度検出手段としての触媒温度セ
ンサ２６を、触媒９の温度を検出又は推定する検出手段
とする。

【００４０】さらに、その他のセンサとして、エンジン
冷却水温を検出する水温センサ（冷却水温度検出手段）
１９や、図４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。

【００４１】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。

【００４２】ところで、ＥＣＵ２３のハードウエア構成
は図４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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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
したように、このエンジンでは、燃料噴射の態様とし
て、層状リーン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、予混合リーン燃焼に
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
イキオモードと加速時や発進時等に十分な出力が得られ
るよう，オープンループ制御によりストイキオ又はリッ
チが空燃比での予混合燃焼を行なうオープンループモー
ドとが設定されている。

【００４６】また、本排ガス浄化システムでは、ＥＧＲ
装置１０を備え、特に層状リーン燃焼時のＮＯ_X排出を
抑制するよう上述の運転モードに対しＥＧＲ装置の作動
状態がそれぞれ設定されている。ここでＥＧＲ装置１０
の作動、及びＥＧＲ導入率の設定について説明する。Ｅ
ＧＲ装置１０は、エンジンの運転状態が、ストイキオモ
ード及び後期噴射モードの場合、ＥＧＲ導入を行ない、
前記噴射モードやオープンループモードでは、ＥＧＲ導
入を行なわないようになっている。これは、前期噴射モ
ードの場合、ＥＧＲを投入すると、燃焼が悪化して、Ｎ
Ｏｘ低減や燃費向上の効果が非常に小さいためであり、
特に、ＥＧＲ流量を増大すると失火に至ることがあるた
め、このモードではＥＧＲの大量導入は不可能であるた
めである。

【００４７】なお、ストイキオモード時に行なわれるＥ
ＧＲの導入量は、原則として後期噴射モードに比べ少な
く設定されている。これは、ストイキオモード時には、
主として燃費向上を目的としてＥＧＲの導入を行なって
いるためであり、大量にＥＧＲを導入すると燃焼が悪化
するからである。そして、このストイキオ運転時のＥＧ
Ｒの導入率は最大で２０〜２５％程度であり、これは最
小の場合は０であってもかまわない。

【００４８】また、層状リーン燃焼時（後期噴射モード
時）には、空燃比が大きくなるほど点火プラグ３５近傍
の空燃比が小さくなりＮＯｘの発生量が増大するため、
吸気通路２内に還流させる該排出ガスを大きくするよう
に設定されている。この際のＥＧＲの導入率は３０〜６
０％程度である。なお、エンジンによっては、燃焼悪化
を抑える観点から、層状燃焼時のＥＧＲ導入率が特定運
転時に例外的にストイキオ運転時よりも少なく設定され
る場合もある。

【００４９】次に、層状リーン燃焼運転時のＥＧＲ導入
率及び空燃比の設定について、図１１を参照して説明す
る。図１１は、層状リーン燃焼運転としての一般的な運
転状態における例であり、例えばエンジン回転状態が１
５００rpm ，正味平均有効圧が０．３ＭＰａといった条
件下のものである。

【００５０】図１１において、横軸は空燃比（Ａ／Ｆ）
であり、縦軸はＮＯｘ排出率であり、このＮＯｘ排出率
はストイキオ運転時のＮＯｘ排出量に対する層状リーン
燃焼運転時のＮＯｘ排出量の割合である。また、図中、
曲線Ｌ１は安定燃焼限界を示し、この曲線の外側（つま
り、左方や下方）では層状リーン燃焼運転による安定燃
焼は行なえない。曲線Ｌ２は吸気（＝新気エア＋ＥＧ
Ｒ）が０．１ＭＰａ（即ち、約１気圧）の状態でのＷＯ
Ｔ（スロットル全開）のものであり、この曲線の外側
（つまり、右方や下方）による運転は行なえない。

【００５１】そして、曲線ａ１〜ａ３は燃費向上率、即
ち、ストイキオ運転時の燃費に対する層状リーン燃焼運
転時の燃費の向上率を示すもので、曲線ａ１は燃費向上
率１０％，曲線ａ２は燃費向上率２０％，曲線ａ３は燃
費向上率３０％を示す。また、曲線ｂ１〜ｂ３はＥＧＲ
導入率、即ち、吸気量中のＥＧＲ導入量の割合を示すも
ので、曲線ｂ１はＥＧＲ導入率０％，曲線ｂ２はＥＧＲ
導入率２０％，曲線ｂ３はＥＧＲ導入率４０％を示す。

【００５２】層状リーン燃焼運転は、図１１中の曲線Ｌ
１，Ｌ２よりも上方の領域で運転が可能であり、この領
域内で、燃費向上率が高く且つＮＯｘ低減率が高く（即
ち、ＮＯｘ排出率が低く）なるように空燃比（Ａ／Ｆ）
及びＥＧＲ導入率を設定すれば、燃費向上とＮＯｘ低減
とが両立する。例えば図１１中にハッチングを付す領域
のように、燃費向上率が３０％以上で且つＮＯｘ低減率
が９０％以上（即ち、ＮＯｘ排出率が１０％以上）の領
域で、層状リーン燃焼運転を行なうように、空燃比及び
ＥＧＲ導入率を設定することが考えられる。なお、図１
１中、Ｌ３はＮＯｘ低減率９０％を示す。

【００５３】図１１に示す例では、空燃比をおよそ２８
〜３３程度の範囲内のいずれかに設定し、ＥＧＲ導入率
を３０〜６０％程度の範囲内のいずれかに設定して、燃
費向上率が３０％以上で且つＮＯｘ低減率が９０％以上
を達成しながら、安定燃焼による層状リーン燃焼運転を
行なうことができる。もちろん、図１１は後期リーン燃
焼運転における一つの代表例を示すもので、このような
特性は、エンジンの負荷状態やエンジン回転数によって
変化し、各運転状態に応じて、燃費向上率が高く且つＮ
Ｏｘ低減率が高くなるような空燃比及びＥＧＲ導入率を
設定し、この設定に基づいて制御を行なうようにしてい
る。このように本排ガス浄化システムは、リーンＮＯ_X
触媒９とＥＧＲ装置１０とを備えるため、予混合リーン
燃焼によるリーン運転時には、主にリーンＮＯ_X触媒９
でＮＯ_Xを浄化し、層状リーン燃焼によるリーン運転時
には主にＥＧＲ装置１０によりＮＯ_Xの排出を抑制する
ことで広範な運転領域で確実に排ガスを浄化できるとい
う利点がある。特に、排ガス温度の低い層状リーン燃焼
によるリーン運転時にＥＧＲ装置１０により十分にＮＯ
_Xが低減できなかった分を低温型リーンＮＯ_X触媒９Ｂ
で浄化するので、さらに排ガス浄化効率を向上させるこ
とができるという利点もある。

【００５４】また、本排ガス浄化システムは、保温手段
（保温部材４０）を備えるため、排気通路３等からの放
熱を防止し、排気温度の急激な低下を抑え、触媒９の浄
化効率の悪化を抑制することができるという利点があ
る。さらに、保温部材４０を排気マニホールド３ａ周辺
を除いて取り付けるため、排気マニホールド３ａの熱劣
化を防止できるという利点もある。

【００５５】なお、本実施形態の排ガス浄化システムで
は、低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂの方が高温型リーンＮ
Ｏ_x触媒９Ａよりも優れた三元機能を有するものとして
構成されているため、高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａの下
流に低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂを配置するようにして
いるが、高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａの方が優れた三元
機能を有するものとして構成されるならば、高温型リー
ンＮＯ_x触媒９Ａの上流に低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂ
を配置するようにしてもよい。

【００５６】また、本実施形態の排ガス浄化システムで
は、高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａも三元機能を有するも
のとして構成されているが、高温型リーンＮＯ_x触媒９
Ａは三元機能を有しないものでもよい。また、本実施形
態の排ガス浄化システムでは、高温型リーンＮＯ_x触媒
９Ａ及び低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂは、双方とも三元
機能を有するものとして構成されているが、双方とも三
元機能を有しないものとして構成し、高温型リーンＮＯ
_x触媒９Ａ及び低温型リーンＮＯ_x触媒９Ｂの下流側に
三元触媒を配置するようにしてもよい。

【００５７】さらに、本実施形態の排ガス浄化システム
では、高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａと低温型リーンＮＯ
_x触媒９Ｂとを直列に配置するようにしているが、これ
に限られるものではなく、例えば、高温型リーンＮＯ_x
触媒９Ａと低温型リーンＮＯ _x触媒９Ｂとを並列に配置
し、切換弁等によって排ガス温度に応じて切り換えるよ
うにしてもよい。この場合、高温型及び低温型リーンＮ
Ｏ_x触媒の何れか一方が三元機能を有していない場合、
これらリーンＮＯ_x触媒の下流に三元触媒を配設するこ
とが好ましい。

【００５８】更には、本実施形態の排ガス浄化システム
では、高温型リーンＮＯ_x触媒９Ａと低温型リーンＮＯ
_x触媒９Ｂとの２つの温度特性の異なる触媒を用いたシ
ステムについて説明したが、本発明は本実施形態に限定
されるものではなく、ＥＧＲ装置を備えた場合、ＥＧＲ
装置により層状リーン燃焼時のＮＯ_x排出を抑制できる
ので、リーンＮＯ_x触媒は主として予混合リーン燃焼時
のＮＯ_xを浄化できるよう１種類のリーンＮＯ_x触媒を
配設するようにしても良い。逆に、本実施形態の如く温
度領域の異なる触媒を複数設けた場合には、触媒の担持
量の設定でＥＧＲ装置を特に設けなくても良い。

【００５９】次に、第２実施形態として、第１実施形態
において層状リーン燃焼時における排ガス温度の低下に
対し保温手段（保温部材４０）では十分に排ガス温度の
低下を防止できず触媒９のＮＯ_x浄化効率の悪化を招く
場合、触媒温度センサ２６からの出力に基づいて触媒９
を昇温させるための昇温手段を備えた構成について説明
する。

【００６０】この昇温手段は、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、排気弁５が開
く膨張工程末期移行に追加燃料を噴射する機能を有する
追加燃料噴射制御手段１０２を備えている。この追加燃
料噴射制御手段１０２は、触媒９が活性温度を超えた
後、本エンジンの運転モードが後期リーンモード（層状
リーン燃焼）となり排気ガスの温度が低下し、触媒９の
温度が活性温度より低くなりＮＯ_x浄化効率が悪化する
ことを触媒温度検出手段２６により検出又は推定し、膨
張工程末期以降に追加燃料を噴射するよう構成されてい
る。

【００６１】このような昇温手段としての追加燃料噴射
制御手段を備えるＥＣＵ２３について説明すると、ＥＣ
Ｕ２３には、燃料噴射制御（インジェクタ駆動制御）の
ために、図７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。

【００６２】図７に示すように、この燃料噴射制御手段
１０１には、触媒９の温度低下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）１
０３とがそなえられる。昇温手段としての追加燃料噴射
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の温度が所定温度以下に低
下した場合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θ₁以下であると検出又は推定される場合に、触
媒９の温度が低下し浄化効率が悪化すると判定し、この
判定に基づき、各気筒の膨張行程以降（排気工程も含
む）に追加燃料噴射を行なうように制御するものであ
る。

【００６３】これにより、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混合気中の未燃燃料成
分を触媒９により燃焼させて、触媒９を昇温させること
ができる。なお、所定温度θ₁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。

【００６４】従って、本排ガス浄化システムでは触媒温
度検出手段２６と昇温手段としての追加燃料噴射制御手
段１０２とを備えるため、運転状態層状リーン燃焼によ
ってリーンＮＯ_x触媒の温度が低下した場合にも確実に
触媒温度を昇温させることができ、これによって触媒の
浄化効率の悪化を抑制することができるという利点があ
る。

【００６５】次に，第３実施形態として、第２実施形態
の追加燃料噴射制御手段１０２に触媒温度センサ２６か
らの出力に基づいて膨張行程中（膨張行程末期前）に追
加燃料を噴射する機能を更に加えた構成について説明す
る。本実施形態として更に加わった追加燃料噴射制御手
段１０２による追加燃料噴射は、排出ガスを再燃焼さ
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。

【００６６】この追加燃料噴射は第２実施形態の追加燃
料噴射に対して確実に筒内で再燃焼させて触媒９を昇温
させることができるため、触媒９が活性温度に達してい
ない始動直後や層状リーン燃焼運転が長く継続し、触媒
９の温度がかなり低下した場合（不活性又は不活性状態
に近い場合）等に有効である。このため、本実施形態に
おける追加燃料噴射制御手段１０２による追加燃料噴射
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）又は長時間のアイドル運転状態（不活性に
近い状態）において、図８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。

【００６７】このような昇温手段としての追加燃料噴射
制御手段を備えるＥＣＵ２３について説明すると、ＥＣ
Ｕ２３には、燃料噴射制御（インジェクタ駆動制御）の
ために、図７の機能ブロック図に示すように、第２実施
形態と同様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１
０４，点火時期制御手段１０７が設けられている。

【００６８】また、この燃料噴射制御手段１０１には、
更に触媒９の不活性時にも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）１０３と
がそなえられる。昇温手段としての追加燃料噴射制御手
段１０２は、第２実施形態に加え触媒９若しくはその近
傍の温度を検出する触媒温度センサ（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
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θ₀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８参照）内に追加燃料噴射を行なうように制御する
ものである。

【００６９】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）は第２実施形態の所定温度θ₂より低く設
定されており触媒活性温度に一致するように設定しても
よい。

【００７０】この昇温手段としての追加燃料噴射制御手
段１０２には、図７中に鎖線で示すように、追加燃料噴
射の噴射開始時期Ｔ_INJを設定する機能（噴射開始時期
設定部）１０２Ａと、各サイクル内での追加燃料の噴射
時間を設定する機能（噴射時間設定部）１０２Ｂとがそ
なえられる。このうち噴射開始時期設定部１０２Ａ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。

【００７１】このように追加燃料噴射による噴射開始時
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燃焼（以
下、再燃焼という）させるためであり、図１１に示すよ
うに、通常燃料噴射による熱発生期間内に追加燃料噴射
を行なう必要があるからである。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焼としては、軽油などの
セタン価の高いものがある。

【００７２】ここで、図１１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１
１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、熱発生期間に相当する。

【００７３】この図１１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熱発生期間のうち、な
るべく遅い時期に追加燃料噴射を行なえば、線Ｂで示す
ように、熱発生期間が延び排気行程に近づくため、再燃
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。

【００７４】一方、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、再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、再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に設定するのが好まし
いのである。

【００７５】ここで、追加燃料の噴射開始時期Ｔ_INJの
設定について、さらに詳述すべく、火炎残存期間の終期
である火炎消失時期について説明すると、この火炎消失
時期は、水温θ_W，排出ガス還流量（ＥＧＲ量），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。したが
って、これらのパラメータによる影響を考慮して、噴射
開始時期Ｔ_INJを設定する必要がある。

【００７６】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、確実に再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、火炎とシリンダブロックとのスペース（クエンチ
ングゾーン）が大きいため、主燃焼による火炎が伝播し
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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】なお、上記の各パラメータに応じて、後述
する噴射時間設定部１０２Ｂ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。ここでは、各種パラメータに応じて火炎残存期
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、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整し、噴射開始時期Ｔ_INJを火炎消
失時期を考慮した最適時期になるようにしてもよい。

【００８１】例えば、触媒９が活性状態にないエンジン
始動時等のエンジンの冷態時において、膨張行程のなる
べく遅い時期に噴射開始時期Ｔ_INJを設定しておき、排
出ガス還流量制御手段１０４によって、排出ガス還流量
が減少又はカットされるようにＥＧＲバルブ１０ａを制
御し、火炎消失時期を噴射開始時期Ｔ_INJ以降まで遅ら
せることによって、噴射開始時期Ｔ_INJが火炎消失時期
を考慮して最適時期になるようにしてもよい。

【００８２】また、同様に、点火時期制御手段１０７に
よって、点火時期Ｔ_IGを遅角させるように点火装置１０
８を制御し、火炎消失時期を噴射開始時期Ｔ_INJ以降ま
で遅らせることによって、噴射開始時期Ｔ_INJが火炎消
失時期に近い時期になるようにしてもよい。噴射開始時
期設定部１０２Ａによる膨張行程における噴射開始時期
Ｔ_INJの設定は、具体的には、以下のようにして行なわ
れる。

【００８３】つまり、噴射開始時期設定部１０２Ａ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、冷却水温度θ_W，ＥＧＲ
量，主燃焼における点火時期Ｔ _IGによって補正すること
により行なわれる。ここで、基本燃料噴射開始時期Ｔｂ
_INJ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〔Ｔｂ_INJ＝ｆ（Ｐｅ，Ｎｅ）〕
により求められる。

【００８４】なお、目標負荷値Ｐｅは、次式により算出
される。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、冷却水温度θ_Wによる補正は、図１２（ａ）に示
すように、冷却水温度θ_Wと水温補正係数Ｋ₁とから予
め設定されているマップ（ａ）から水温補正量Ｋ₁が求
められ、この水温補正量Ｋ₁を基本燃料噴射開始時期Ｔ
ｂ_INJに加算する（Ｔｂ_INJ＋Ｋ₁）ことによって行な
われる。なお、マップ（ａ）は、図１２（ａ）に示すよ
うに、冷却水温度θ_Wが低いほど、噴射開始時期Ｔ_INJ
が早く（即ち、小さく）なるように設定されている。

【００８５】同様に、ＥＧＲ量，主燃焼における点火時
期Ｔ_IGによる補正も、予め設定されているマップから補
正係数又は補正量が求められ、この補正係数を掛けるこ
と、又は補正量を加えることによって行なわれる。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、噴射時間設定部１０２Ｂで設定される
が、この噴射時間設定部１０２Ｂ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が噴射されるよ
うにインジェクタ駆動時間ｔ_PLUSを設定するものであ
る。

【００８６】これは、追加燃料による再燃焼の際に、筒
内に残存する余剰酸素を追加燃料により完全燃焼させ、
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の設定は、具体的に
は、以下のようにして行なわれる。

【００８７】つまり、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、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。ここで、
基本駆動時間ｔ_Bは、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に基づいて算出される。つま
り、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
する酸素量が求められ、この酸素量に基づいて燃料量Ｍ
_fuelが算出される。

【００８８】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、膨張行程のおける噴射開始時期Ｔ_INJによる補正
は、図１２（ｂ）に示すように、噴射開始時期Ｔ_INJと
補正係数Ｋ₂とから予め設定されているマップ（ｂ）か
ら補正係数Ｋ₂が求められ、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。

【００８９】なお、マップ（ｂ）は、図１２（ｂ）に示
すように、実噴射量を一定にするため、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。

【００９０】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、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。

【００９１】また、触媒温度θ_C.Cによる補正は、図１
２（ｃ）に示すように、触媒温度θ _C.Cと補正係数Ｋ₃
とから予め設定されているマップ（ｃ）から補正係数Ｋ
₃が求められ、この補正係数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。なお、
マップ（ｃ）は、図１２（ｃ）に示すように、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。

【００９２】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。このようにして、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。

【００９３】ｔ_PLUS＝ｔ_B×Ｋ₂×Ｋ₃ 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
８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、この通常運転
時制御手段１０３では、噴射モードは、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、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Ｎｅ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。

【００９４】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，前期噴射モードの場合も後期噴
射モードの場合も、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
ＡＦとする）等に基づいて、まず、次式によって基本駆
動時間ｔ_pが算出される。

【００９５】ｔ_p＝（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。

【００９６】そして、燃料噴射時間ｔ_AUは、次式で算出
される。ｔ_AU＝ｔ_p×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。

【００９７】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装置１０に備えられるＥＧＲバ
ルブ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、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
において追加燃料噴射を行なう場合に、排出ガス還流量
を減少又はカットするようにＥＧＲバルブ１０ａを制御
する機能も有するものである。このため、燃料噴射制御
手段１０１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。

【００９９】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１０
７からの信号は燃料噴射制御手段１０１に送られるよう
になっている。ここでは、通常の機能のほかに、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
程において追加燃料噴射を行なう場合に、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、燃料
噴射制御手段１０１からの信号が点火時期制御手段１０
７に送られるようになっている。

【０１００】本排ガス浄化システムにおける昇温手段を
備えるＥＣＵ２３は、上述のように構成されているの
で、例えば図９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１０に示すように昇温手段としての追
加燃料噴射制御手段１０２によって追加燃料噴射制御
（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。

【０１０１】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_pを計算する。さらに、ステップＡ
３０で、基本駆動時間ｔ_p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。

【０１０２】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、昇温手段とし
ての追加燃料噴射制御手段１０２による膨張行程燃料噴
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
モードでのリーン運転モード時において行なわれる。図
８には、前期噴射モード時に膨張行程燃料噴射を行なっ
た場合について示してある。

【０１０３】まず、ステップＢ１０，Ｂ２０の処理を行
なう。つまり、ステップＢ１０で媒温度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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】本実施形態の排ガス浄化システムは上述の
ように構成されるため触媒９が運転状態によって不活性
又は不活性に使い状態となる場合でも確実に触媒９を昇
温させることができ、浄化効率を悪化させることがな
い。また、本実施形態では、膨張行程中の追加噴射と、
膨張行程以降の追加噴射とを触媒の温度に応じて使い分
けているため触媒９の活性化が必要とされる低温始動時
等の如く触媒が不活性又は不活性に近い状態の場合にお
いては、膨張行程において排出ガスを再燃焼させること
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とともに、一旦、目標温度θ₀又は
目標温度θ₀近傍に達し、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は、混合気中の未燃燃
料成分を触媒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。なお、昇温手段を
作用させる際には直接の触媒温度検出によらず、触媒温
度低下が懸念される運転状態（例えばアイドル運転状態
や減速運転状態）を検出してもよい。

【０１０７】なお、本実施形態の排ガス浄化システムで
は、昇温手段としての追加燃料噴射制御手段１０２は、
上述のような機能を有するものとして構成しているが、
このような構成に限られるものではない。つまり、昇温
手段としての追加燃料噴射制御手段１０２を膨張行程中
に複数回に分けた分割噴射により追加燃料の噴射を行な
うように構成してもよい。また、昇温手段としての追加
燃料噴射制御手段１０２に触媒温度に基づいて膨張行程
中での追加燃料の噴射を行なう気筒数を設定する気筒設
定手段を備えさせ、この気筒設定手段によって設定され
た特定気筒で追加燃料の噴射を行なうように構成しても
よい。さらに、昇温手段としての追加燃料噴射制御手段
１０２を、触媒温度検出手段２６からの検出情報に基づ
いて、触媒９の温度低下状態が検出又は推定された場合
に、膨張行程で追加の燃料噴射を行なうように構成して
もよい。

【０１０８】また、本実施形態では、膨張行程中追加噴
射と、膨張行程以降の追加噴射とを触媒温度に応じて使
い分けているが追加燃料噴射制御手段１０２では膨張行
程での追加噴射のみを行なうよう設定しても良い。更
に、本実施形態の昇温手段は他のデバイスとしての安価
なシステムで排ガスを昇温できる点で有効ではあるが、
電気加熱触媒や２次エアを装置等の他のデバイスによっ
て、排ガスを昇温させても同様の効果を得ることができ
る。

【０１０９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の排ガス浄化システムによれば、広範な運転領域で
の排ガス浄化（主に、ＮＯ_X浄化）が可能となるという
利点がある。この場合層状燃焼時にはＥＧＲを大量に実
施しても燃焼悪化することが少ないので、ドライバビリ
ティを損なうことなくＮＯ_X低減を図ることができる。

【０１１０】請求項２記載の本発明の排ガス浄化システ
ムによれば、予混合燃焼によるリーン運転時には、主に
リーンＮＯ_X触媒でＮＯ_Xを浄化し、層状燃焼によるリ
ーン運転時には排ガス還流手段によりＮＯ_Xを浄化する
ことで広範な運転領域で確実に排ガスを浄化できるとい
う利点がある。請求項３記載の本発明の排ガス浄化シス
テムによれば、広範な運転領域での排ガス浄化（主に、
ＮＯ_X浄化）が可能となり、特に、層状燃焼によるリー
ン運転時に、排ガス還流手段により十分にＮＯ_Xの発生
が抑制されなかった分を低温型リーンＮＯ_X触媒で浄化
できるので、さらに排ガス浄化効率を向上させることが
できるという利点がある。

【０１１１】請求項４記載の本発明の排ガス浄化システ
ムによれば、リーンＮＯ_X触媒の温度が低下した場合に
も確実に触媒温度を昇温させることができ、これによっ
て触媒の浄化効率の悪化を抑制することができるという
利点がある。請求項５記載の本発明の排ガス浄化システ
ムによれば、排気通路等からの放熱を防止し、排気温度
の急激な低下を抑え、触媒の浄化効率の悪化を抑制する
ことができるという利点がある。また、昇温手段を備え
る場合、触媒の昇温効率を良好にでき、触媒の浄化効率
を向上させることができるという利点がある。

【０１１２】請求項６記載の本発明の排ガス浄化システ
ムによれば、排気マニホールドの熱劣化を防止できると
いう利点がある。請求項７記載の本発明の排ガス浄化シ
ステムによれば、広範な運転領域（広範な排ガス温度特
性）での排ガス浄化（主に、ＮＯ_X浄化）が可能となる
という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化シス
テムの全体構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態の排ガス浄化システムに
おける保温手段を模式的に示す図である。

【図３】本発明の第１実施形態の排ガス浄化システムに
おける保温手段の変形例を模式的に示す図である。

【図４】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化シス
テムにおける制御ブロック図である。

【図５】本発明の第１実施形態としての本エンジンの運
転モードについて説明する図である。

【図６】本発明の第１実施形態としてのＥＧＲ装置にお
ける層状リーン燃焼運転時のＥＧＲ導入率及び空燃比の
設定について説明する図である。

【図７】本発明の第２実施形態及び第３実施形態として
の排ガス浄化システム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８】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化シス
テムの追加燃料の噴射タイミングを示す図である。

【図９】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化シス
テムの通常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１０】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化シ
ステム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１１】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化シ
ステム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１２】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化シ
ステム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）は冷却水温θ_W、（ｂ）は噴射開
始時期Ｔ_INJ、（ｃ）は触媒温度θ_C.Cに関する。

【符号の説明】

１燃焼室２吸気通路２ａサージタンク３排気通路３ａ排気マニホールド３ｂ排気管４吸気弁５排気弁６エアクリーナ７スロットル弁８インジェクタ（燃料噴射弁）８ａインジェクタソレノイド８ｂインジェクタソレノイド用スイッチングトランジ
スタ９排出ガス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コ
ンバータ９Ａ高温型リーンＮＯ_x触媒（リーンＮＯ_x触媒）９Ｂ低温型リーンＮＯ_x触媒（リーンＮＯ_x触媒）１０排出ガス再循環装置（排ガス還流手段）１０ｂ排気還流通路１０ａＥＧＲバルブ１１エアフローセンサ１２吸気温センサ１３大気圧センサ１４スロットルセンサ１５アイドルスイッチ１６アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバ
ルブ）１６Ａバイパス路１７酸素濃度センサ（Ｏ₂ センサ）１９冷却水温度センサ２０クランキングスイッチ又はイグニッションスイッ
チ２１クランク角センサ（エンジン回転数センサ）２２ＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２３電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４アクセルポジションセンサ２５バッテリセンサ２６触媒温度検出手段としての触媒温度センサ（検出
手段）２７ＣＰＵ２８，２９入力インタフェイス３０アナログ／デジタルコンバータ３１ＲＯＭ３２ＲＡＭ３４噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）３５点火プラグ４０保温部材（保温手段）４０ａグラスウール４０ｂ鉄板４１２重管構造（保温手段）４２内板４２ａ，４２ｂ内板４３外板４４空気層４５スチールメッシュ５０エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）５０Ａバイパス路１０１燃料噴射制御手段１０２追加燃料噴射制御手段（昇温手段）１０２Ａ噴射開始時期設定部１０２Ｂ噴射時間設定部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

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/02 ３０１Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ＡＢ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＦ０２Ｍ 25/07 ５７０１０１Ｂ (72)発明者三林大介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 (72)発明者山田尚人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 (72)発明者佐藤広信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

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に直接燃料を噴射し、予混合リ
ーン燃焼と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型内
燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され、主にＮＯ_xを浄化す
るリーンＮＯ_x触媒を備え、上記リーンＮＯ_x触媒が、触媒活性温度域が高い高温型
リーンＮＯ_x触媒と、触媒活性温度域が該高温型リーン
ＮＯ_x触媒よりも低い低温型リーンＮＯ_x触媒とから構
成されていることを特徴とする、排ガス浄化システム。
【請求項２】燃焼室内に直接燃料を噴射し、予混合リ
ーン燃焼と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型内
燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され、少なくとも上記予混
合リーン燃焼時に主にＮＯ_xを浄化するリーンＮＯ_x触
媒と、上記層状リーン燃焼時に排ガスを上記機関の吸気通路内
に還流する排ガス還流手段とを備えたことを特徴とす
る、排ガス浄化システム。
【請求項３】燃焼室内に直接燃料を噴射し、予混合リ
ーン燃焼と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型内
燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され、少なくとも上記予混
合リーン燃焼時に主にＮＯ_xを浄化するリーンＮＯ_x触
媒と、上記層状リーン燃焼時に排ガスを上記機関の吸気通路内
に還流する排ガス還流手段とを備え、上記リーンＮＯ_x触媒が、触媒活性温度域が高い高温型
リーンＮＯ_x触媒と、該高温型リーンＮＯ_x触媒の下流
に設けられ触媒活性温度域が該高温型リーンＮＯ_x触媒
よりも低い低温型リーンＮＯ_x触媒とから構成されてい
ることを特徴とする、排ガス浄化システム。
【請求項４】上記リーンＮＯ_x触媒の温度を検出又は
推定する検出手段と、該検出手段により触媒温度低下が
検出又は推定された場合に上記リーンＮＯ_x触媒を昇温
させる昇温手段とを備えたことを特徴とする、請求項１
〜３のいずれかに記載の排ガス浄化システム。
【請求項５】上記リーンＮＯ_x触媒の上流の上記排気
通路外周に保温手段を設けたことを特徴とする、請求項
１〜４のいずれかに記載の排ガス浄化システム。
【請求項６】上記保温手段が、上記燃焼室近傍の排気
マニホールド周辺を除いて設けられていることを特徴と
する、請求項５記載の排ガス浄化システム。
【請求項７】上記高温型リーンＮＯ_x触媒がイリジウ
ム系触媒であり、上記低温型リーンＮＯ_x触媒が白金系
触媒であることを特徴とする、請求項１，３〜６のいず
れかに記載の排ガス浄化システム。