(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁からの燃料噴霧の噴射経路近傍に電極部が配置された点火プラグと、
上記点火プラグの電極部近傍を通過後の燃料噴霧を反転させ再び該電極部近傍に案内可能に形成されたピストンと、
排気通路に設けられた排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
上記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が上記点火プラグの電極部近傍を通過したときに点火して成層燃焼させる第１の運転モード、および上記電極部近傍を通過後の燃料噴霧が上記ピストンによる反転後に再び上記電極部近傍に移送されたときに点火して成層燃焼させる第２の運転モードを選択的に実行可能であり、上記触媒温度検出手段により検出された触媒温度が所定の閾値以上のときには上記第１の運転モードを実行し、上記触媒温度が上記閾値未満のときには上記第２の運転モードを実行する運転制御手段と、
機関の排気流量と相関する値または外気温が上記排気浄化触媒を温度低下させ易いときほど、上記閾値を高温側に設定する閾値設定手段と
を備えたことを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成層燃焼時に運転モードを切換える筒内噴射型火花点火式内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型火花点火式内燃機関では、例えば圧縮行程で燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を点火プラグ近傍に移送して、点火プラグの周囲に理論空燃比近傍の混合気を形成した上で、全体として極めてリーンな空燃比で点火する成層燃焼を可能としている。燃料噴霧を点火プラグ近傍に移送する形態としては種々のものがあり、所謂スプレーガイド式の燃料噴霧の移送方法により成層燃焼を成立させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
当該特許文献１に開示された技術では、燃焼室の頂部に燃料噴射弁を略直立配置すると共に、燃料噴射弁の噴孔部の近傍に電極部を臨ませるように点火プラグを配設し、燃料噴射弁からの燃料噴霧が自己の運動エネルギにより点火プラグ近傍に到達したときに点火して成層燃焼を成立させている。
【特許文献１】特開平１１−２１０４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記したスプレーガイド方式では、点火プラグにより点火された火炎が点火プラグから遠ざかる燃料噴霧を追いかけるように伝播して筒内に拡散していくため、比較的緩慢な燃焼状態となる。このような要因によりスプレーガイド方式による成層燃焼は本質的に排温が低い傾向があり、特にアイドル運転を継続した場合などには、排気通路に設けられた排気浄化触媒が活性化温度を下回って浄化効率の低下を引き起こすという問題があった。
【０００５】
なお、リーン空燃比での成層燃焼では筒内が空気過剰であるため、目標空燃比をリッチ化することにより排温を上昇可能ではあるが、燃費悪化という別の問題が生じるため、抜本的な対策とはなり得なかった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃費悪化することなく成層燃焼時における排気浄化触媒の温度低下を未然に防止し、もって良好な浄化効率を実現することができる筒内噴射型火花点火式内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁からの燃料噴霧の噴射経路近傍に電極部が配置された点火プラグと、点火プラグの電極部近傍を通過後の燃料噴霧を反転させ再び電極部近傍に案内可能に形成されたピストンと、排気通路に設けられた排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が点火プラグの電極部近傍を通過したときに点火して成層燃焼させる第１の運転モード、および電極部近傍を通過後の燃料噴霧がピストンによる反転後に再び上記電極部近傍に移送されたときに点火して成層燃焼させる第２の運転モードを選択的に実行可能であり、触媒温度検出手段により検出された触媒温度が所定の閾値以上のときには第１の運転モードを実行し、触媒温度が閾値未満のときには第２の運転モードを実行する運転制御手段と、機関の排気流量と相関する値または外気温が排気浄化触媒を温度低下させ易いときほど、閾値を高温側に設定する閾値設定手段とを備えたものである。
【００１０】
従って、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が点火プラグの電極部近傍を通過したときに点火して成層燃焼させる第１の運転モードに比較して、電極部近傍を通過後の燃料噴霧がピストンによる反転後に再び電極部近傍に移送されたときに点火して成層燃焼させる第２の運転モードではＨＣ排出量が増加し、それに伴って排気浄化触媒上でＨＣが酸化反応したときの昇温作用も増加する。触媒温度が閾値以上のときには第１の運転モードが実行され、当該第１の運転モードの継続により触媒温度が低下して閾値未満になると第２の運転モードに切換えられ、ＨＣの酸化反応により排気浄化触媒は活性化温度以上に昇温されて良好な浄化効率が維持される。
【００１１】
そして、第１の運転モードによる機関の運転中において排気浄化触媒は排ガスによる冷却作用を受けるが、この冷却作用は機関の排気流量と相関する値や外気温の影響を受け、それに応じて冷却作用に起因する排気浄化触媒の温度低下の発生状況が異なる。機関の排気流量と相関する値や外気温に応じて設定された閾値が触媒温度の判定に適用されるため、結果として機関の排気流量や外気温に関わらず、排気浄化触媒が温度低下したときの運転モードの切換を的確に実行可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように請求項１の発明の筒内噴射型火花点火式内燃機関によれば、機関の排気流量と相関する値または外気温が排気浄化触媒を温度低下させ易いときほど閾値を高温側に設定し、この閾値と触媒温度との比較結果に基づいて昇温作用が相違する第１および第２の運転モードを切換えるため、機関の排気流量や外気温に関わらず触媒温度が変動したときの運転モードの切換を的確に実行し、もって排気浄化触媒を常に適切な温度に保持して良好な浄化効率を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した筒内噴射型火花点火式内燃機関の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の筒内噴射型火花点火式内燃機関を示す概略構成図である。本実施形態の内燃機関は直列４気筒機関として構成されており、各図では１気筒分を示しているが、他の気筒についても全く同一構成である。
内燃機関Ｅのシリンダブロック１に形成されたシリンダ１ａ内には上下方向に摺動可能にピストン２が配設され、シリンダブロック１上にはシリンダヘッド３が固定されている。シリンダヘッド３の下面には内燃機関Ｅの吸気側（図の左方）及び排気側（図の右方）に向けてそれぞれ傾斜する一対の斜面３ａ，３ｂが形成され、これらの傾斜面３ａ，３ｂ、シリンダ１ａの内壁、ピストン２の頂面に囲まれて所謂ペントルーフ型燃焼室４が形作られている。ピストン頂面にはキャビティ２ａが形成され、当該キャビティ２ａの形状は、燃焼室４内に流入した吸気をキャビティ２ａ内で上方に反転させてタンブル流を生起させるための最適形状に設定されている。
【００１８】
シリンダヘッド３の両斜面３ａ，３ｂが交わる稜線より若干吸気側の位置には燃料噴射弁５が配設され、当該燃料噴射弁５は上端を僅かに吸気側に傾斜させた直立姿勢に保持され、下端に設けられた噴孔部５ａを燃焼室４内に臨ませて当該燃焼室４内に燃料を噴射し得る。また、シリンダヘッド３の両斜面３ａ，３ｂの稜線より若干排気側の位置には点火プラグ６が配設され、当該点火プラグ６は上端を僅かに排気側に傾斜させた直立姿勢に保持されて、下端の電極部６ａを燃焼室４内に臨ませている。
【００１９】
このような燃料噴射弁５と点火プラグ６との位置関係の結果、燃焼室４内において燃料噴射弁５の噴孔部５ａと点火プラグ６の電極部６ａとは互いに近接しており、噴孔部５ａから噴射された燃料噴霧が電極部６ａの近傍（直下）を通過するようになっている。なお、燃料噴霧の移送経路と電極部６ａとの位置関係はこれに限ることはなく、後述するスプレーガイド式により混合気を点火可能であれば任意に変更可能であり、例えば燃料噴霧の移送経路を電極部６ａと一致させてもよい。
【００２０】
シリンダヘッド３の吸気側の斜面３ａには燃料噴射弁５を間に挟んで内燃機関Ｅの前後方向（紙面と直交する方向）に一対の吸気ポート７が併設され、同様にシリンダヘッド３の排気側の斜面３ｂには点火プラグ７を挟んで前後方向に一対の排気ポート８が併設されている。両吸気ポート７にはそれぞれ吸気弁７ａが設けられ、両排気ポート８にはそれぞれ排気弁８ａが設けられ、これらの吸気弁７ａ及び排気弁８ａは、シリンダヘッド３上の図示しない動弁機構によりクランク軸の回転に同期した所定のタイミングで開閉駆動される。
【００２１】
両吸気ポート７は他の気筒の吸気ポートと共に図示しない共通の吸気通路と連通し、機関運転時には、吸気通路に導入された吸気がスロットル弁の開度に応じて流量調整された後に各気筒に分配され、吸気弁７ａの開弁に伴って燃焼室４内に流入する。また、両排気ポート８は他の気筒の排気ポートと共に図示しない共通の排気通路と連通し、機関運転時には、燃焼室４内で燃焼後の排ガスが排気弁８ａの開弁に伴って排気通路へと排出されて他の気筒の排ガスと合流し、排気通路に設けられた排気浄化触媒や消音器を経て外部に排出される。
【００２２】
燃料噴射弁５は燃料路９ａを介して他の気筒の燃料噴射弁と共に共通のデリバリパイプ９と接続され、デリバリパイプ９は燃料路１０ａを介して可変燃圧式ポンプ１０と接続されている。可変燃圧ポンプ１０は内燃機関Ｅにより回転駆動されて低圧ポンプから供給される燃料を所定の制御圧まで昇圧し、昇圧後の燃料がデリバリパイプ９により各気筒の燃料噴射弁５に分配されて、各気筒の燃料噴射弁５の開弁に応じて燃焼室４内に噴射される。
【００２３】
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップなどの記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタなどを備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）１１が設置されている。ＥＣＵ１１の入力側には、内燃機関Ｅの回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ１２、内燃機関Ｅのスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１３、アクセル操作量θaccを検出するアクセルセンサ１４、触媒の入口温度Ｔinを検出する温度センサ１６などの各種センサ類が接続され、出力側には上記燃料噴射弁５、点火プラグ６を駆動するイグナイタ１５、スロットル弁の開度を調整する電動モータなどの各種デバイス類が接続されている。
【００２４】
ＥＣＵ１１は予め設定された各種制御マップに基づいて機関回転速度Ｎeやアクセル操作量θaccなどから目標空燃比Ａ/Ｆ、目標噴射時期ＩＴ、目標点火時期ＳＡ、目標スロットル開度θthなどを設定し、これらの目標値に基づいて燃料噴射弁５、イグナイタ１５、スロットル弁の電動モータを駆動制御する。ここで、各制御マップは以下に述べる内燃機関Ｅの運転モード毎に設定されており、各運転モードでは対応する制御マップを適用して運転モードに対して最適な制御量を決定している。
【００２５】
本実施形態では上記運転モードとして、吸気行程で噴射した燃料により均一な混合気を形成して燃焼させて均一燃焼を成立するストイキモードと、圧縮行程で噴射した燃料により点火プラグ６の電極部６ａの周囲に理論空燃比近傍の混合気を形成した上で、全体として極めてリーンな空燃比Ａ/Ｆで燃焼させて成層燃焼を成立するスプレーガイドモード（第１の運転モード）およびウォールガイドモード（第２の運転モード）を実行する。スプレーガイドモードとウォールガイドモードとは異なる燃料噴霧の移送形態により成層燃焼を成立させる運転モードであり、以下、これらのスプレーガイドモードとウォールガイドモードについて説明する。
【００２６】
吸気行程で吸気ポート７から燃焼室４内に流入した吸気はピストン２のキャビティ２ａにより上方に反転されてタンブル流を生起し、生起されたタンブル流は内燃機関Ｅのサイクルが圧縮行程に移行した後にも持続している。一方、成層燃焼による内燃機関Ｅの運転時には、圧縮行程で燃料噴射弁５から噴射された燃料噴霧が自己の運動エネルギにより点火プラグ６の電極部６ａの直下を通過した後、吸気のタンブル流と共に上昇中のピストン２のキャビティ２ａ内で上方に反転され、再び点火プラグ６の電極部６ａ近傍に到達する。
【００２７】
結果として燃料噴霧は、噴射中または噴射直後に点火プラグ２の電極部２ａの直下を通過するタイミングと、その後にタンブル流と共にピストンキャビティ２ａにより反転されて再び電極部２ａに到達したタイミングとの２回に亘り、電極部２ａの周囲に点火可能な混合気を形成して点火の機会を与えられ、前者のタイミングで点火が行われるとスプレーガイドモードにより成層燃焼が成立し、後者のタイミングで点火が行われるとウォールガイドモードにより成層燃焼が成立する。
【００２８】
実際の制御では、スプレーガイドモード用あるいはウォールガイドモード用の点火時期マップ及び噴射時期マップに基づき、目標平均有効圧Ｐeおよび機関回転速度Ｎeから燃費に対して最良トルクが得られるＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）相当値の点火時期ＳＡ及び噴射時期ＩＴが燃焼安定領域内において設定され、当該設定ポイントに基づいて点火および燃料噴射が実行されてスプレーガイドモードやウォールガイドモードによる成層燃焼が行われる。なお、この点火時期ＳＡ及び噴射時期ＩＴの設定は一例であり、設定ポイントをＭＢＴ相当値以外の位置に設定してもよいことは言うまでもない。
【００２９】
一方、ＥＣＵ１１は触媒入口温度Ｔinから推定した触媒のベッド温度（以下、単に触媒温度Ｔcatと称する）に応じて上記各運転モードを切換えており、以下、当該運転モードの切換制御について詳述する。
図２，３はＥＣＵ１１が実行する運転モード切換ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ１１は内燃機関Ｅの運転中に当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。まず、ステップＳ２で機関回転速度Ｎe、目標平均有効圧Ｐe、触媒入口温度Ｔinなどの各種情報を入力し、続くステップＳ４で触媒入口温度Ｔinから触媒温度Ｔcatを推定する（触媒温度検出手段）。例えば、内燃機関Ｅの台上試験を実施して触媒入口温度Ｔinに対する触媒温度Ｔcatの関係を各運転領域毎に求めてマップ設定しておき、当該マップから触媒入口温度Ｔinに対応する触媒温度Ｔcatを決定する。無論、触媒温度Ｔcatはセンサにより直接的に測定してもよい。
【００３０】
その後、ステップＳ６でアクセル操作量θaccに基づいてアクセルが全閉操作されたか否かを判定し、Ｙｅｓ（肯定）のときにはステップＳ８で機関回転速度Ｎeが燃料カット回転速度Ｎf/c以上であるか否かを判定する。ステップＳ８の判定がＹｅｓのときにはステップＳ１０で触媒温度Ｔcatが予め設定されたＦ／Ｃ許可温度Ｔf/c以上であるか否かを判定する。燃料カットにより内燃機関Ｅの燃焼が中断されると、排温と共に触媒温度Ｔcatが急激に低下するが、このような状況下でも触媒が活性化温度以上に保持される下限付近の温度として上記Ｆ／Ｃ許可温度Ｔf/cが設定されている。
【００３１】
ステップＳ１０の判定がＹｅｓのときにはステップＳ１２で燃料カットの許可を指令した後にルーチンを終了し、図示しない燃料噴射ルーチンでは通常通りの燃料カットが実行される。一方、ステップＳ１０の判定がＮｏ（否定）のときにはステップＳ１４で燃料カットの禁止を指令した後にステップＳ１６に移行し、これに呼応して燃料噴射制御ルーチンでは燃料カットの実行が禁止され、触媒温度Ｔcatの低下に伴って触媒の浄化効率が悪化する事態が未然に防止される。なお、ステップＳ６またはステップＳ８の判定がＮｏで燃料カットを実行しないときには、そのままステップＳ１６に移行する。
【００３２】
ステップＳ１６では成層燃焼を実行可能であるか否かを判定する。当該判定処理は、機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeに基づいて図示しない運転領域マップによる行われ、例えば目標平均有効圧Ｐeが高くて成層燃焼では要求トルクを達成不能な領域ではステップＳ１６でＮｏの判定を下して、ステップＳ１８で運転モードとしてストイキモードを設定する。
【００３３】
また、ステップＳ１６の判定がＹｅｓのときにはステップＳ２０に移行して排気流量Ｑex（機関の運転状態）が所定値Ｑ0以上であるか否かを判定する。排気流量Ｑexは内燃機関Ｅの運転状態に基づいて推定され、例えば内燃機関Ｅの台上試験を実施して機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeに対する排気流量Ｑexの関係をマップ設定しておき、当該マップから現在の機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeに対応する排気流量Ｑexを決定する。なお、排気流量Ｑexを推定する手法としてはこれに限ることはなく、例えば吸気量から排気流量Ｑexを推定したり、排気流量Ｑexを直接的に測定したりしてもよい。
【００３４】
燃焼時の発熱量が少ないリーン空燃比での成層燃焼では、内燃機関Ｅの排温が低下して触媒が排ガスにより冷却される現象が生じるが、この現象は排気流量Ｑexの影響を受け、排気流量Ｑexが多いほど排ガスによる触媒の冷却作用は顕著なものとなる。よって、排気流量Ｑexは成層燃焼時の排ガスによる触媒の冷却作用を表す指標と見なすことができる。ステップＳ２０の判定がＹｅｓのとき、即ち、排気流量Ｑexが多くて排ガスによる冷却作用が顕著であると推測されるときには、ステップＳ２０でＹｅｓの判定を下してステップＳ２２に移行する。
【００３５】
ステップＳ２２で触媒温度ＴcatがＳＧ許可温度ＴsgHi以上であるか否かを判定し、判定がＹｅｓのときにはステップＳ２４に移行して運転モードとしてスプレーガイドモードを設定する。ＳＧ許可温度ＴsgHiとしては、触媒の活性化温度より十分に高い温度（例えば、活性化温度２５０℃に対して３００℃）が設定されている。
また、ステップＳ２２の判定がＮｏのときにはステップＳ２６で触媒温度ＴcatがＷＧ許可温度ＴwgHi以上であるか否かを判定し、判定がＹｅｓのときにはステップＳ２８に移行して運転モードとしてウォールガイドモードを設定する。ＷＧ許可温度ＴwgHiとしては、ＳＧ許可温度ＴsgHiより低い温度（例えば、活性化温度と同じ２５０℃）が設定されている。また、ステップＳ２６の判定がＮｏのときには上記ステップＳ１８に移行して運転モードとしてストイキモードを設定する。
【００３６】
一方、ステップＳ２０の判定がＮｏのとき、即ち、排気流量Ｑexが少なくて排ガスによる冷却作用がそれほど顕著でないと推測されるときには、ステップＳ３０に移行する。ステップＳ３０では触媒温度ＴcatがＷＧ許可温度ＴwgLo以上であるか否かを判定し、判定がＹｅｓのときにはステップＳ３２で運転モードとしてウォールガイドモードを設定する。また、ステップＳ３０の判定がＮｏのときにはステップＳ３４で触媒温度ＴcatがＷＧ許可温度ＴwgLo以上であるか否かを判定し、判定がＹｅｓのときにはステップＳ３６で運転モードとしてウォールガイドモードを設定し、判定がＮｏのときには上記ステップＳ１８で運転モードとしてストイキモードを設定する。
【００３７】
ＳＧ許可温度ＴsgLoはＳＧ許可温度ＴsgHiより若干低い温度が設定され、ＷＧ許可温度ＴwgLoはＳＧ許可温度ＴsgHiより若干低い温度が設定されている（例えば、ＴsgLo＝ＴsgHi−２５℃，ＴwgLo＝ＴwgHi−２５℃）。
次に、以上のＥＣＵ１１の処理による運転モードの切換状況とそれに伴う触媒温度の制御状況とを図４のタイムチャートに従って説明する。
【００３８】
内燃機関Ｅがスプレーガイドモード（ＳＧで表示）により運転されている状態で、アクセル全閉に伴って車速が低下して車両停車に至ると、アイドル運転の継続により内燃機関Ｅの排温は低下し、それと共に触媒温度Ｔcatも次第に低下する。排気流量Ｑexが少ないアイドル運転時（Ｑex＜Ｑ0）にはＥＣＵ１１はステップＳ２０からステップＳ３０に移行してＳＧ許可温度ＴsgLoに基づく触媒温度Ｔcatの判定を実行しており、触媒温度ＴcatがＳＧ許可温度ＴsgLoを下回ると、ステップＳ３４を経てステップＳ３６で運転モードをウォールガイドモード（ＷＧで表示）に切換える。
【００３９】
図５はスプレーガイドモードとウォールガイドモードとの燃料消費量およびＨＣ排出量の比較結果を示す図であり、スプレーガイドモードに比較してウォールガイドモードでは、燃料消費量に関しては若干増加し、ＨＣ排出量に関してはかなり増加する特性を有する。従って、図４に示すようにスプレーガイドモードからウォールガイドモードへの切換に伴って触媒入口のＨＣ量が若干増加し、触媒上でのＨＣの酸化反応により触媒温度Ｔcatも上昇し、これにより触媒は活性化温度以上に保持されて、温度低下による浄化効率の低下が未然に防止される。
【００４０】
なお、排気流量Ｑexが多い運転状態（Ｑex≧Ｑ0）でも、触媒温度Ｔcatの閾値としてＳＧ許可温度ＴsgLoが適用されるだけで運転モードの切換状況に関しては上記と同様である。
また、図示はしないが、ウォールガイドでの運転中に触媒温度ＴcatがＷＧ許可温度ＴwgHi若しくはＷＧ許可温度ＴwgLoを下回った場合には、ストイキモードへの切換が行われる。均一燃焼のストイキモードではウォールガイドモードに比較して内燃機関Ｅの排温が十分に高いため、触媒温度Ｔcatは迅速に上昇して活性化温度以上に保持される。
【００４１】
このように触媒温度Ｔcatの低下に応じて運転モードの切換により触媒昇温が実行されるのであるが、加えて本実施形態では、触媒温度Ｔcatを判定するための閾値であるＳＧ許可温度ＴsgHi,ＴsgLo，ＷＧ許可温度ＴwgHiＴwgLoを排気流量Ｑexに応じて切換えている。排気流量Ｑexが少なく排ガスによる冷却作用が顕著でないとき、換言すればそれほど迅速な触媒昇温を要しないときには、比較的低いＳＧ許可温度ＴsgLoやＷＧ許可温度ＴwgLoが触媒温度Ｔcatの判定に適用される。従って、スプレーガイドモードからウォールガイドモードへの切換やウォールガイドオードからストイキモードへの切換タイミングが遅延されるため、燃費などの面で有利な運転モード（ウォールガイドモードに対するスプレーガイドモード、ストイキモードに対するウォールガイドモード）の実行時間が延長化されて燃費向上に貢献する。
【００４２】
また、排気流量Ｑexが多く排ガスによる冷却作用が顕著なとき、換言すれば迅速な触媒昇温を要するときには、比較的高いＳＧ許可温度ＴsgHiやＷＧ許可温度ＴwgHiが触媒温度Ｔcatの判定に適用される。従って、より早期にスプレーガイドモードからウォールガイドモードへの切換やウォールガイドオードからストイキモードへの切換が行われるため、触媒が活性化温度を下回って浄化効率が低下する事態を確実に防止することができる。
【００４３】
結果として排気流量Ｑexに関わらず触媒温度Ｔcatが低下したときに常に適切なタイミングで運転モードを切換えることができ、もって、スプレーガイドモードやウォールガイドモードによる燃費向上の効果を最大限に得た上で、成層燃焼時における触媒の温度低下を未然に防止して良好な浄化効率を実現することができる。
ところで、以上のように触媒温度Ｔcatに応じて運転モードを切換えた場合には、触媒温度Ｔcatの低下時のみならず、排ガスの昇温作用に起因する触媒の過昇温に対しても対応できる。即ち、ウォールガイドモードでの運転中に触媒温度Ｔcatが上昇してＳＧ許可温度ＴsgHiまたはＳＧ許可温度ＴsgLo以上になると、よりＨＣ排出量が少ないスプレーガイドモードに切換えられ、ストイキモードでの運転中に触媒温度Ｔcatが上昇してＷＧ許可温度ＴwgHiまたはＷＧ許可温度ＴwgLo以上になると、より排温が低いウォールガイドモードに切換えられるため、何れも触媒温度Ｔcatが低下して過昇温による触媒の破損などの不具合を未然に防止できる。そして、この場合にも排気流量Ｑexに応じたＳＧ許可温度ＴsgHi,ＴsgLoやＷＧ許可温度ＴwgHiＴwgLoを触媒温度Ｔcatの判定に適用しているため、排気流量Ｑexに関わらず触媒温度Ｔcatが上昇したときに常に適切なタイミングで運転モードを切換えることができ、触媒の過昇温を確実に防止することができる。
【００４４】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、内燃機関Ｅの運転状態の一つである排気流量Ｑexに着目し、排気流量Ｑexに応じてＳＧ許可温度ＴsgHi,ＴsgLoやＷＧ許可温度ＴwgHiＴwgLoを切換えたが、これに限ることはなく、例えば排気流量Ｑexと相関する吸気流量に応じてＳＧ許可温度ＴsgHi,ＴsgLoやＷＧ許可温度ＴwgHiＴwgLoを切換えてもよい。
【００４５】
また、触媒の排ガスによる冷却作用は内燃機関Ｅの運転状態以外にも種々の要因の影響を受け、例えば触媒の環境、具体的には外気温Ｔaの影響も受ける。例えば一般的な外気温領域に比較して極低温では外気による触媒の冷却が甚だしく、特に触媒担体の外周側では外気により熱が奪われるため、排ガスによる冷却作用や昇温作用が相違することになる。そこで、外気温Ｔaに応じてＳＧ許可温度ＴsgHi,ＴsgLoやＷＧ許可温度ＴwgHiＴwgLoを切換えるようにしてもよく、これにより外気温に関わらず触媒温度Ｔcatが変動したときの運転モードの切換を的確に実行することができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、排気流量Ｑexが所定値Ｑ0以上であるか否かに応じてＳＧ許可温度ＴsgHi,ＴsgLoおよびＷＧ許可温度ＴwgHiＴwgLoを高低の２段階に設定したが、例えば排気流量Ｑexの増減に応じて無段階にＳＧ許可温度ＴsgHi,ＴsgLoやＷＧ許可温度ＴwgHiＴwgLoを設定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態の筒内噴射型火花点火式内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する運転モード切換ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】ＥＣＵが実行する運転モード切換ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】運転モードの切換状況とそれに伴う触媒温度の制御状況とを示すタイムチャートである。
【図５】スプレーガイドモードとウォールガイドモードとの燃料消費量およびＨＣ排出量の比較結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
２              ピストン
４              燃焼室
５              燃料噴射弁
６              点火プラグ
６ａ            電極部
１１            ＥＣＵ（触媒温度検出手段、運転制御手段、閾値設定手段）
１６            温度センサ（触媒温度検出手段）
Ｅ              内燃機関
Ｔcat           触媒温度
Ｑex            排気流量（機関運転状態）
Ｔaut           外気温（触媒環境）
ＴsgHi,ＴsgLo   ＳＧ許可温度（閾値）
【図１】
0004435085.tif 000002
【図２】
0004435085.tif 000003
【図３】
0004435085.tif 000004
【図４】
0004435085.tif 000005
【図５】
0004435085.tif 000006