(57)【要約】    【課題】  火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを併用し、両排気を合流させることで、圧縮着火燃焼のみの場合に比べて、排気温度を上昇させ、排気後処理性能を向上させる。    【解決手段】  一部の気筒（＃１、＃２）に火花点火燃焼を行わせ、他の気筒（＃３、＃４）に圧縮着火燃焼を行わせる。排気マニホールド１２は、先ず、火花点火燃焼を行わせる＃１、＃２気筒の排気、及び、圧縮着火燃焼を行わせる＃３、＃４気筒の排気をそれぞれ合流させ（１３、１４）、＃１、＃２気筒の合流部１３下流に三元触媒１５を配置する。次に、＃１、＃２気筒の合流排気と、＃３、＃４気筒の合流排気とを合流させ（１７）、合流部１７下流に酸化触媒１８を配置する。また、火花点火燃焼を行わせる＃１、＃２気筒の吸気量を絞る吸気絞り手段（第２スロットル弁）１１を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも所定の運転条件にて、一部の気筒に火花点火燃焼を行わせ、他の気筒に圧縮着火燃焼を行わせる燃焼制御手段を設ける一方、
火花点火燃焼を行わせる気筒からの排気と圧縮着火燃焼を行わせる気筒からの排気とを排気通路にて合流させ、該合流部下流に排気浄化用の触媒を設けたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記触媒は、酸化触媒であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
火花点火燃焼を行わせる気筒からの排気と圧縮着火燃焼を行わせる気筒からの排気とを合流させる前に、少なくとも、火花点火燃焼を行わせる気筒同士の排気を合流させ、火花点火燃焼を行わせる気筒同士の合流部下流に排気浄化用のプリ触媒を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関。
【請求項４】
火花点火燃焼を行わせる気筒からの排気と圧縮着火燃焼を行わせる気筒からの排気とを合流させる前に、火花点火燃焼を行わせる気筒同士の排気、及び、圧縮着火燃焼を行わせる気筒同士の排気をそれぞれ合流させ、これら同じ燃焼を行わせる気筒同士の合流部下流にそれぞれ排気浄化用のプリ触媒を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関。
【請求項５】
前記プリ触媒は、三元触媒であることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の内燃機関。
【請求項６】
火花点火燃焼を行わせる気筒の吸気量を、火花点火燃焼を行わせる気筒の吸気量よりも、小さくする吸気絞り手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼（圧縮自己着火燃焼）とを併用する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、所定の運転領域にて、リーン燃焼により優れた燃費及び排気組成が得られる圧縮着火燃焼を行わせ、他の運転領域にて、高出力が得られる火花点火燃焼を行わせることが知られている。
また、特許文献１には、一部の気筒に火花点火燃焼を行わせると共に、他の気筒に圧縮着火燃焼を行わせ、火花点火燃焼を行わせた気筒からの排気を、気筒間ガス通路により、圧縮着火燃焼を行わせる気筒に吸入させ、圧縮着火燃焼を行わせた気筒からの排気のみを、三元触媒を備える排気通路に排出することが記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２２７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、圧縮着火燃焼は、エンジン出口にて優れた排気組成が得られることは事実であるが、火花点火燃焼に比べて、排気温度が低いため、排気通路に設けられる触媒が十分に活性化せず、排気通路での後処理が進まないことから、テールパイプ出口での排気組成にはなお改善の余地があった。
また、特許文献１に記載の技術では、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを併用しているものの、排気通路へ排出される排気は、圧縮着火燃焼を行わせた気筒からの排気のみとなるため、排気温度が低く、触媒を十分に活性化させることはできない。
【０００４】
本発明は、このような実状に鑑み、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを併用することで、圧縮着火燃焼による燃費向上効果を生かしつつ、排気温度を上昇させて触媒活性化による排気後処理性能の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明では、少なくとも所定の運転条件にて、一部の気筒に火花点火燃焼を行わせ、他の気筒に圧縮着火燃焼を行わせる一方、火花点火燃焼を行わせる気筒からの排気と圧縮着火燃焼を行わせる気筒からの排気とを排気通路にて合流させ、該合流部下流に排気浄化用の触媒を設ける構成とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを併用し、両排気を合流させることで、圧縮着火燃焼のみの場合に比べて、排気温度を上昇させることができ、触媒の排気浄化性能を高めることできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すエンジン（内燃機関）の概略構成図、図２は同上エンジンの概略断面図である。
エンジン１は、＃１〜＃４気筒を有する４気筒エンジンである。
各気筒は、図２に示されるように構成されており、各気筒の燃焼室２は、吸気弁３を介して吸気ポート４と接続され、また排気弁５を介して排気ポート６と接続されている。
【０００８】
燃焼室２内には、燃料噴射弁７と、点火プラグ８とが臨んでいる。燃料噴射弁７は吸気ポート４に配置してもよい。点火プラグ８は火花点火燃焼用である。
本実施形態のエンジン１では、比較的低負荷側の所定の運転領域（図３のＡ領域）にて、＃１、＃２気筒に火花点火燃焼を行わせると共に、＃３、＃４気筒に圧縮着火燃焼を行わせる。このため、これに合わせて、エンジン１の吸気系及び排気系が構成される。
【０００９】
吸気系について図１により説明すると、吸気マニホールド９は、上流側の集合部から各気筒へ分岐して、エンジン１の吸気ポートに接続される。ここで、吸気マニホールド９の集合部上流に第１スロットル弁１０が設けられる。また、火花点火燃焼を行わせる＃１、＃２気筒の吸気量を、圧縮着火燃焼を行わせる＃３、＃４気筒の吸気量よりも、小さくする吸気絞り手段として、＃１、＃２気筒の吸気マニホールド・ブランチ部（又は吸気ポート）に、第２スロットル弁１１が設けられる。第１及び第２スロットル弁１０、１１は共に電制スロットル弁とする。
【００１０】
排気系について図１により説明すると、排気マニホールド１２は、エンジン１の排気ポートに接続され、先に、火花点火燃焼を行わせる＃１、＃２気筒同士の排気通路、及び、圧縮着火燃焼を行わせる＃３、＃４気筒同士の排気通路をそれぞれ合流させ（合流部１３、１４）、火花点火燃焼を行わせる＃１、＃２気筒同士の合流排気通路１３に、排気浄化用のプリ触媒として、三元触媒１５を配置する。
【００１１】
そして、火花点火燃焼を行わせる＃１、＃２気筒の合流排気通路１３（三元触媒１５下流）と、圧縮着火燃焼を行わせる＃３、＃４気筒の合流排気通路１４とを合流させて、マニホールド出口１７とし、このマニホールド出口１７に連ねて、排気浄化用の触媒として、酸化触媒１８を配置する。
燃料噴射弁７、点火プラグ８、第１及び第２スロットル弁１０、１１の作動は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０により制御される。
【００１２】
ＥＣＵ２０には、クランク角センサ（図示せず）により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度センサ（図示せず）により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、エアフローメータ（図示せず）により検出される吸入空気量Ｑａ等の情報が入力されている。
ＥＣＵ２０は、燃焼制御手段としての機能を有し、図３のマップに従って、エンジン回転数Ｎｅと負荷（例えばアクセル開度ＡＰＯ）とから運転領域を判別し、比較的低負荷側の所定の運転領域（図３のＡ領域）にて、＃１、＃２気筒に火花点火燃焼を行わせ、＃３、＃４気筒に圧縮着火燃焼を行わせる。このとき圧縮着火燃焼を行わせる＃３、＃４気筒の空燃比をリーン化（燃料噴射量を減少）することで、燃費を節減する。
【００１３】
その一方、高負荷側やアイドル運転域など、他の運転領域（図３のＢ領域）では、全気筒に火花点火燃焼を行わせ、高出力やアイドル安定性を確保する。
図４はＥＣＵ２０によりなされる全気筒火花点火燃焼（火花点火燃焼）と一部気筒圧縮着火燃焼（火花点火燃焼＋圧縮着火燃焼）との切換時のスロットル弁制御のタイムチャートである。全気筒火花点火燃焼のときは、第２スロットル弁１１は全開に固定し、第１スロットル弁１０により要求負荷に応じて吸気量を制御する。このとき、空燃比はストイキに制御する。
【００１４】
一部気筒圧縮着火燃焼のときは、圧縮着火燃焼を行わせる＃３、＃４気筒の空燃比をリーン化するため、第１スロットル弁１０をほぼ全開に制御する。そして、火花点火燃焼を行わせる＃１、＃２気筒の制御のため、第２スロットル弁１１を絞り制御する。すなわち、火花点火燃焼を行わせる＃１、＃２気筒については、圧縮着火燃焼を行わせる＃３、＃４気筒との出力バランスをとるため、及び、空燃比をストイキ設定にして吸気量で負荷制御を行うため、第２スロットル弁１１により吸気量を絞り制御する。
【００１５】
図５は一部気筒圧縮着火燃焼（火花点火燃焼＋圧縮着火燃焼）の場合の排気系の各部での排気温度の特性図である。
エンジン出口にて、火花点火燃焼を行わせた＃１、＃２気筒の排気温度は、圧縮着火燃焼を行わせた＃３、＃４気筒の排気温度より、十分高い。そして、火花点火燃焼を行わせた＃１、＃２気筒の排気温度は、三元触媒１５での反応熱により、三元触媒１５にて更に上昇する。
【００１６】
この後、火花点火燃焼を行わせた＃１、＃２気筒の高温の排気と、圧縮着火燃焼を行わせた＃３、＃４気筒の低温の排気とが合流し、合流後の排気温度は、火花点火燃焼を行わせた＃１、＃２気筒の排気温度よりは低下するものの、圧縮着火燃焼を行わせた＃３、＃４気筒の排気温度よりは高くなり、酸化触媒１８の活性温度（触媒の転換効率が所定値以上となる温度）Ｔ５０を超える。従って、酸化触媒１８にて、圧縮着火燃焼を行わせた＃３、＃４気筒から微量ながらも排出されるＨＣを効率良く酸化処理することができる。
【００１７】
本実施形態によれば、少なくとも所定の運転条件にて、一部の気筒（＃１、＃２）に火花点火燃焼を行わせ、他の気筒（＃３、＃４）に圧縮着火燃焼を行わせる燃焼制御手段を設ける一方、火花点火燃焼を行わせる気筒からの排気と圧縮着火燃焼を行わせる気筒からの排気とを排気通路にて合流させ、該合流部（１７）下流に排気浄化用の触媒（１８）を設けることにより、圧縮着火燃焼の燃費節減効果を残すころができると共に、圧縮着火燃焼のみの場合に比べて、排気温度を上昇させることができ、触媒の活性化を可能にして、排気後処理性能を高めることができる。
【００１８】
また、本実施形態によれば、前記触媒として、酸化触媒１８を用いることにより、圧縮着火燃焼を行わせる気筒から微量ながら排出されるＨＣを効率良く酸化処理できる。
また、本実施形態によれば、火花点火燃焼を行わせる気筒からの排気と圧縮着火燃焼を行わせる気筒からの排気とを合流させる前に、少なくとも、火花点火燃焼を行わせる気筒同士の排気を合流させ、火花点火燃焼を行わせる気筒同士の合流部（１３）下流に排気浄化用のプリ触媒（１５）を設けることにより、この触媒での反応熱により、火花点火燃焼を行わせる気筒からの排気を温度上昇させて、圧縮着火燃焼を行わせる気筒からの排気との合流後の排気温度をより高めることができる。
【００１９】
また、本実施形態によれば、前記プリ触媒として、三元触媒１５を用いることにより、火花点火燃焼を行わせる気筒（通常ストイキ設定）からの排気を効率良く浄化すると共にその反応熱で排気温度を高めることができる。
また、本実施形態によれば、火花点火燃焼を行わせる気筒の吸気量を、火花点火燃焼を行わせる気筒の吸気量よりも、小さくする吸気絞り手段（第２スロットル弁１１）を備えることにより、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを出力バランスを考慮しつつ混在させることが可能となる。
【００２０】
次に本発明の他の実施形態について図６により説明する。
図６の実施形態では、火花点火燃焼を行わせる＃１、＃２気筒同士の合流排気通路１３に、排気浄化用のプリ触媒として、三元触媒１５を配置すると共に、圧縮着火燃焼を行わせる＃３、＃４気筒同士の合流排気通路１４に、同じく、排気浄化用のプリ触媒として、三元触媒１６を配置する。
【００２１】
そして、火花点火燃焼を行わせる＃１、＃２気筒の合流排気通路１３（三元触媒１５下流）と、圧縮着火燃焼を行わせる＃３、＃４気筒の合流排気通路１４（三元触媒１６下流）とを合流させて、マニホールド出口１７とし、このマニホールド出口１７に連ねて、排気浄化用の触媒として、酸化触媒１８を配置する。
特に本実施形態によれば、火花点火燃焼を行わせる気筒（＃１、＃２）からの排気と圧縮着火燃焼を行わせる気筒（＃３、＃４）からの排気とを合流させる前に、火花点火燃焼を行わせる気筒同士の排気、及び、圧縮着火燃焼を行わせる気筒同士の排気をそれぞれ合流させ、これら同じ燃焼を行わせる気筒同士の合流部（１３、１４）下流にそれぞれ排気浄化用のプリ触媒（１５、１６）を設けることにより、圧縮着火燃焼を行わせる気筒からの排気をある程度温度上昇させることが可能となり、また、全気筒に火花点火燃焼を行わせる場合の排気浄化性能を向上させることができる。
【００２２】
尚、以上の実施形態では、運転領域に応じて、全気筒火花点火燃焼と、一部気筒圧縮着火燃焼とを切換えるようにしたが、運転領域によっては、全気筒圧縮着火燃焼でも十分な排気温度が望める場合があるので、そのような場合は、運転領域に応じて、全気筒火花点火燃焼と、一部気筒圧縮着火燃焼と、全気筒圧縮着火燃焼とを切換えるようにすることもできる。
【００２３】
また、以上の実施形態では、４気筒の場合に、＃１、＃２気筒と、＃３、＃４気筒とに分けたが、これに限るものではなく、例えば、＃１、＃４気筒と、＃２、＃３気筒とに分けるようにしたり、６気筒、８気筒エンジンに適用してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンの概略平面図
【図２】同上エンジンの概略断面図
【図３】圧縮着火燃焼を行わせる領域を示す図
【図４】燃焼切換時のスロットル弁制御のタイムチャート
【図５】排気系の各部での排気温度の特性図
【図６】他の実施形態を示すエンジンの概略平面図
【符号の説明】
【００２５】
１  エンジン
２  燃焼室
３  吸気弁
４  吸気ポート
５  排気弁
６  排気ポート
７  燃料噴射弁
８  点火プラグ
９  吸気マニホールド
１０  第１スロットル弁
１１  第２スロットル弁
１２  排気マニホールド
１３、１４  合流部（合流排気通路）
１５、１６  三元触媒
１７  合流部（マニホールド出口）
１８  酸化触媒
２０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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