(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス浄化用触媒を備えた触媒コンバータが排気通路に介設されている往復動ピストン式エンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジンの暖機度合を検出する暖機度合検出手段と、
点火時期を任意に設定することができる点火時期可変手段と、
混合気の燃焼を促進することができる混合気燃焼促進手段と、
エンジンを始動させる際に暖機度合検出手段によってエンジンが冷機状態にあることが検出された場合には、エンジン始動開始後における所定の排気ガス昇温促進期間中は、点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御し、混合気の燃焼が促進されるように混合気燃焼促進手段を制御するエンジン制御手段と、
気筒内空燃比を任意に設定することができる空燃比可変手段とが設けられ、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中は、気筒内空燃比が理論空燃比以上で１８．０以下の範囲内に設定されるように空燃比可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、上記排気ガス昇温促進期間中は、点火時期が上死点後に設定されかつクランク角に対する気筒内圧力の上昇方向の変化率が０以上となる領域が膨張行程中期以降につくりだされるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった後で点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項３に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった後、所定期間経過後から点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項３に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった直後から点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がる前の完爆状態となるまでは始動進角が通常運転時の点火時期よりも進角側に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がる前の完爆状態となるまでは点火時期が始動進角に設定され、上記完爆状態となった後エンジンが吹き上がるまでは点火時期が始動進角よりも進角側に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がるまでは点火時期が始動進角に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項９】
請求項６に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが上記完爆状態となった後は吸入空気量を増加させるようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１０】
請求項７に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がるまでは吸入空気量を一定に保持するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間の途中で、ヒータ内蔵型のλＯ２センサの検出値に基づいて、理論空燃比を目標値とする空燃比のフィードバック制御を行うようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジン始動開始時のエンジン水温に基づいて、排気ガス昇温促進期間中における点火時期の遅角量を設定するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１３】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジン始動開始時のエンジン水温に基づいて、排気ガス昇温促進期間中における吸入空気量を設定するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中は、エンジン水温に応じて点火時期の遅角量の減少量を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１５】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中は、エンジン水温に応じて吸入空気量の減少量を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１６】
請求項１又は請求項２に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
アクセル操作とは独立して吸入空気量を増減させることができる吸入空気量可変手段が設けられ、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中は、エンジン回転数が所定の回転数に維持されるように吸入空気量可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中は、エンジン回転数が所定の比較的高い回転数に維持されるように吸入空気量可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間の初期には、エンジン回転数が所定の比較的高い回転数に設定されるように吸入空気量可変手段を制御し、この後点火時期がさらに遅角側に設定されるように点火時期可変手段を制御することによってエンジン回転数を低下させるようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間の初期には、エンジン回転数が所定の比較的高い回転数に設定されるように吸入空気量可変手段を制御し、この後吸入空気量が減少するように吸入空気量可変手段を制御することによってエンジン回転数を低下させるようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間の初期にはエンジン回転数が所定の比較的高い回転数に設定されるように吸入空気量可変手段を制御し、この後点火時期がさらに遅角側に設定されるように点火時期可変手段を制御するとともに、吸入空気量が減少するように吸入空気量可変手段を制御することによってエンジン回転数を低下させるようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、上記エンジン回転数を低下させる際に、吸入空気量の減少が早く実施される一方点火時期の遅角が遅く実施されるように、吸入空気量可変手段と点火時期可変手段とを制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２２】
請求項１６に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには点火時期が通常の進角値に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていること特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２３】
請求項１６に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには点火時期が、排気ガス昇温促進期間外の同一運転状態における点火時期よりも遅角しかつ上死点よりも前である時期に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていること特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときにおいて、エンジン出力が所定値未満のときには点火時期が、排気ガス昇温促進期間外の同一運転状態における点火時期よりも遅角しかつ上死点よりも前である時期に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていること特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときにおいて、エンジン出力が上記所定値以上となったときには点火時期が、排気ガス昇温促進期間外の同一運転状態における点火時期に戻されるように点火時期可変手段を制御するようになっていること特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２６】
請求項２３に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときにおいて、エンジン出力が所定値未満のときには点火時期が上死点後に設定される一方、エンジン出力が上記所定値以上となったときには点火時期が上死点前に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていること特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、車両走行開始後において点火時期が上死点後に設定される場合には、エンジン出力が大きくなるほど点火時期の遅角量が減少するように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２８】
請求項２２に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、車両が走行を開始したときには、吸入空気量可変手段による空気供給が時間遅れを伴って停止されるように吸入空気量可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２９】
請求項２２に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、車両が走行を開始したときには、吸入空気量可変手段による空気供給が停止に至るまで徐々に減少させられるように吸入空気量可変手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３０】
請求項２２に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、車両が走行を開始した後再び停止した場合において、触媒コンバータ内の触媒が活性温度に達していないときには再び所定の期間だけ、点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御する一方、混合気の燃焼が促進されるように混合気燃焼促進手段を制御するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３１】
請求項１〜請求項３０のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
混合気燃焼促進手段が、気筒内での乱流の生成を促進することによって混合気の燃焼を促進するようになっている乱流生成促進手段であることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
乱流生成促進手段が、気筒内にスワールを生成するスワール生成手段であることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
スワール生成手段が、開閉弁を備えない第１吸気ポートと、開閉弁を備えた第２吸気ポートとを有し、開閉弁の開度を変化させることによって気筒内にスワールを生成するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３４】
請求項３２に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
スワール生成手段が、スワール比が１.０以上のスワールを気筒内に生成するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３５】
請求項３１に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
乱流生成促進手段が、気筒内にタンブルを生成するタンブル生成手段であることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
タンブル生成手段が、タンブル比が１.５以上のタンブルを気筒内に生成するようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３７】
請求項３１に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
乱流生成促進手段が、吸気通路から気筒内へ流入する空気の流速を高める低リフト型の吸気弁構造であることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３８】
請求項１〜請求項３０のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
混合気燃焼促進手段が、燃料を空気と混合した上で吸気通路に噴射する空気混合式燃料噴射弁であることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３９】
請求項１〜請求項３０のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
混合気燃焼促進手段が、点火エネルギが高い点火装置であることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４０】
請求項１〜請求項３９のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、一定時間経過後に排気ガス昇温促進期間を終了させるようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４１】
請求項１〜請求項３９のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、触媒コンバータより下流側の排気ガス温度が所定値まで上昇したときに、排気ガス昇温促進期間を終了させるようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４２】
請求項１〜請求項３９のいずれか１つに記載されたエンジンの排気ガス浄化装置において、
エンジン制御手段が、エンジン水温が所定値まで上昇したときに、排気ガス昇温促進期間を終了させるようになっていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４３】
排気ガス浄化用触媒を備えた触媒コンバータを用いて排気通路内の排気ガスを浄化するようにした往復動ピストン式エンジンの排気ガス浄化方法において、
エンジンを冷機状態で始動させるときには、エンジン始動開始後における所定の排気ガス昇温促進期間中は、混合気の燃焼性を高めつつ点火時期を上死点後に設定し、エンジンの回転安定性を保持しつつ排気ガス温度の上昇を促進するように制御し、かつ、排気ガス昇温促進期間中は、気筒内空燃比が理論空燃比以上で１８．０以下の範囲内に設定するようにしたことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化方法。
【請求項４４】
請求項４３に記載されたエンジンの排気ガス浄化方法において、
上記排気ガス昇温促進期間中は、クランク角に対する気筒内圧力の上昇方向の変化率が０以上となる領域が膨張行程中期以降につくりだされるようにしたことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動ピストン式エンジンの排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジンの排気通路には排気ガス浄化用触媒を備えた触媒コンバータが介設され、該排気ガス浄化用触媒によって排気ガス中のＨＣ(炭化水素)、ＣＯ(一酸化炭素)、ＮＯx(窒素酸化物)等の大気汚染物質が無害な水、二酸化炭素、窒素等にコンバートされ、排気ガスが浄化されるようになっている。
【０００３】
排気ガス浄化用触媒としては、例えば白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属触媒が酸化珪素等で形成された担体に担持されてなる三元触媒等が広く用いられるているが、かかる排気ガス浄化用触媒はいずれも所定の活性化温度(例えば、３５０℃)以上にならなければ十分な排気ガス浄化力が得られない。そして、エンジンがすでに暖機状態となっている通常の運転時においては、排気ガス浄化用触媒は、常時高温の排気ガス(例えば、７００〜９００℃)にさらされて活性化温度以上に保持されているので、十分な排気ガス浄化力を有している。
【０００４】
しかしながら、エンジンの冷間始動時においては、排気ガス浄化用触媒ないしは触媒コンバータは、エンジン始動後に排気ガスによって常温から徐々に暖められることになり、したがってエンジン始動後におけるある程度の期間(例えば６０秒)は十分な排気ガス浄化力を備えていないことになる。その結果、エンジンの冷間始動時において、排気ガス浄化用触媒が活性化温度に達するまでの間は、排気ガスが十分に浄化されず、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等の大気汚染物質を含んだまま大気中に排出されてしまう。このため、エンジンの冷間始動時において、排気ガス浄化用触媒を迅速に(例えば、２０秒以内に)活性化温度まで高めることができる手段が求められている。
【０００５】
そこで、触媒コンバータ(上流端付近)あるいは触媒コンバータより上流側の排気通路に電気加熱ヒータを設け、エンジンの冷間始動時には電気加熱ヒータに通電して排気ガス温度を高め、これによって排気ガス浄化用触媒の温度上昇を促進して該触媒を迅速に活性化温度に到達させるようにした排気ガス浄化装置(ＥＨＣ)が提案されている(例えば、特開平４−６６７１５号公報参照)。
【０００６】
あるいは、触媒コンバータ(上流端付近)あるいは触媒コンバータより上流側の排気通路に臨んでアフタバーナを設け、エンジンの冷間始動時にはアフタバーナを用いて排気ガス温度を高め、これによって排気ガス浄化用触媒の温度上昇を促進して該触媒を迅速に活性化温度に到達させるようにした排気ガス浄化装置(アフタバーナ式排気ガス浄化装置)が提案されている(例えば、特開平６−１６７２１２号公報参照)。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＨＣあるいはアフタバーナ式排気ガス浄化装置では、排気系に複雑な構造の電気加熱ヒータあるいはアフタバーナを設けなければならないので、排気系が大型化ないしは複雑化し、車両への搭載性が悪くなるといった問題がある。さらに、ＥＨＣにおいては、電気加熱ヒータの電気容量が大きいので、バッテリ、オルタネータ等の容量を大きくしなければならないといった問題がある。また、電気加熱ヒータを制御するコントロールボックスが必要となり、かつ電気配線に太いケーブルを用いなければならないので、これらのレイアウトがむずかしくなり、車両への搭載性が悪くなるといった問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、冷間始動時に排気ガス浄化用触媒を迅速に活性化温度まで高めることができ、これと同時に、混合気の燃焼を促進しかつ未燃焼燃料の排出を抑制することができる、車両への搭載性に優れた簡素な構造のエンジンの排気ガス浄化装置ないしは排気ガス浄化方法提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、排気ガス浄化用触媒を備えた触媒コンバータが排気通路に介設されている往復動ピストン式エンジンの排気ガス浄化装置において、エンジンの暖機度合を検出する暖機度合検出手段と、点火時期を任意に設定することができる点火時期可変手段と、混合気の燃焼を促進することができる混合気燃焼促進手段と、エンジンを始動させる際に暖機度合検出手段によってエンジンが冷機状態にあることが検出された場合には、エンジン始動開始後における所定の排気ガス昇温促進期間中は、点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御し、混合気の燃焼が促進されるように混合気燃焼促進手段を制御するエンジン制御手段と、気筒内空燃比を任意に設定することができる空燃比可変手段とが設けられ、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中は、気筒内空燃比が理論空燃比以上で１８．０以下の範囲内に設定されるように空燃比可変手段を制御するようになっているが設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、上記排気ガス昇温促進期間中は、点火時期が上死点後に設定されかつクランク角に対する気筒内圧力の上昇方向の変化率が０以上となる領域が膨張行程中期以降につくりだされるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第３の態様は、本発明の第１〜第２の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった後で点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第４の態様は、本発明の第３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった後、所定期間経過後から点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第５の態様は、本発明の第３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった直後から点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第６の態様は、本発明の第１〜第４の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がる前の完爆状態となるまでは始動進角が通常運転時の点火時期よりも進角側に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第７の態様は、本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がる前の完爆状態となるまでは点火時期が始動進角に設定され、上記完爆状態となった後エンジンが吹き上がるまでは点火時期が始動進角よりも進角側に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第８の態様は、本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がるまでは点火時期が始動進角に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第９の態様は、本発明の第６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが上記完爆状態となった後は吸入空気量を増加させるようになっていることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第１０の態様は、本発明の第７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がるまでは吸入空気量を一定に保持するようになっていることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第１１の態様は、本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間の途中で、ヒータ内蔵型のλＯ２センサの検出値に基づいて、理論空燃比を目標値とする空燃比のフィードバック制御を行うようになっていることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第１２の態様は、本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジン始動開始時のエンジン水温に基づいて、排気ガス昇温促進期間中における点火時期の遅角量を設定するようになっていることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の第１３の態様は、本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジン始動開始時のエンジン水温に基づいて、排気ガス昇温促進期間中における吸入空気量を設定するようになっていることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の第１４の態様は、本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中は、エンジン水温に応じて点火時期の遅角量の減少量を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の第１５の態様は、本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中は、エンジン水温に応じて吸入空気量の減少量を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の第１６の態様は、本発明の第１〜第２の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、アクセル操作とは独立して吸入空気量を増減させることができる吸入空気量可変手段が設けられ、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中は、エンジン回転数が所定の回転数に維持されるように吸入空気量可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の第１７の態様は、本発明の第１６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中は、エンジン回転数が所定の比較的高い回転数に維持されるように吸入空気量可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の第１８の態様は、本発明の第１７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間の初期には、エンジン回転数が所定の比較的高い回転数に設定されるように吸入空気量可変手段を制御し、この後点火時期がさらに遅角側に設定されるように点火時期可変手段を制御することによってエンジン回転数を低下させるようになっていることを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の第１９の態様は、本発明の第１７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間の初期には、エンジン回転数が所定の比較的高い回転数に設定されるように吸入空気量可変手段を制御し、この後吸入空気量が減少するように吸入空気量可変手段を制御することによってエンジン回転数を低下させるようになっていることを特徴とするものである。
【００３１】
本発明の第２０の態様は、本発明の第１７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間の初期にはエンジン回転数が所定の比較的高い回転数に設定されるように吸入空気量可変手段を制御し、この後点火時期がさらに遅角側に設定されるように点火時期可変手段を制御するとともに、吸入空気量が減少するように吸入空気量可変手段を制御することによってエンジン回転数を低下させるようになっていることを特徴とするものである。
【００３２】
本発明の第２１の態様は、本発明の第２０の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、上記エンジン回転数を低下させる際に、吸入空気量の減少が早く実施される一方点火時期の遅角が遅く実施されるように、吸入空気量可変手段と点火時期可変手段とを制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００３３】
本発明の第２２の態様は、本発明の第１６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには点火時期が通常の進角値に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていること特徴とするものである。
なお、「通常の進角値」とは、排気ガス昇温促進期間外の同一運転状態における点火時期よりも遅角しかつ上死点よりも前である点火時期を意味する。
【００３４】
本発明の第２３の態様は、本発明の第１６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには点火時期が、排気ガス昇温促進期間外の同一運転状態における点火時期よりも遅角しかつ上死点よりも前である時期に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていること特徴とするものである。
【００３５】
本発明の第２４の態様は、本発明の第２３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときにおいて、エンジン出力が所定値未満のときには点火時期が、排気ガス昇温促進期間外の同一運転状態における点火時期よりも遅角しかつ上死点よりも前である時期に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていること特徴とするものである。
【００３６】
本発明の第２５の態様は、本発明の第２４の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときにおいて、エンジン出力が上記所定値以上となったときには点火時期が、排気ガス昇温促進期間外の同一運転状態における点火時期に戻されるように点火時期可変手段を制御するようになっていること特徴とするものである。
【００３７】
本発明の第２６の態様は、本発明の第２３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときにおいて、エンジン出力が所定値未満のときには点火時期が上死点後に設定される一方、エンジン出力が上記所定値以上となったときには点火時期が上死点前に設定されるように点火時期可変手段を制御するようになっていること特徴とするものである。
【００３８】
本発明の第２７の態様は、本発明の第２６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、車両走行開始後において点火時期が上死点後に設定される場合には、エンジン出力が大きくなるほど点火時期の遅角量が減少するように点火時期可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００３９】
本発明の第２８の態様は、本発明の第２２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、車両が走行を開始したときには、吸入空気量可変手段による空気供給が時間遅れを伴って停止されるように吸入空気量可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００４０】
本発明の第２９の態様は、本発明の第２２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、車両が走行を開始したときには、吸入空気量可変手段による空気供給が停止に至るまで徐々に減少させられるように吸入空気量可変手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００４１】
本発明の第３０の態様は、本発明の第２２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、車両が走行を開始した後再び停止した場合において触媒コンバータ内の触媒が活性温度に達していないときには再び所定の期間だけ、点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御する一方、混合気の燃焼が促進されるように混合気燃焼促進手段を制御するようになっていることを特徴とするものである。
【００４２】
本発明の第３１の態様は、本発明の第１〜第３０の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、混合気燃焼促進手段が、気筒内での乱流の生成を促進することによって混合気の燃焼を促進するようになっている乱流生成促進手段であることを特徴とするものである。
【００４３】
本発明の第３２の態様は、本発明の第３１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、乱流生成促進手段が、気筒内にスワールを生成するスワール生成手段であることを特徴とするものである。
【００４４】
本発明の第３３の態様は、本発明の第３２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、スワール生成手段が、開閉弁を備えない第１吸気ポートと、開閉弁を備えた第２吸気ポートとを有し、開閉弁の開度を変化させることによって気筒内にスワールを生成するようになっていることを特徴とするものである。
【００４５】
本発明の第３４の態様は、本発明の第３２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、スワール生成手段が、スワール比が１.０以上のスワールを気筒内に生成するようになっていることを特徴とするものである。
【００４６】
本発明の第３５の態様は、本発明の第３１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、乱流生成促進手段が、気筒内にタンブルを生成するタンブル生成手段であることを特徴とするものである。
【００４７】
本発明の第３６の態様は、本発明の第３５の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、タンブル生成手段が、タンブル比が１.５以上のタンブルを気筒内に生成するようになっていることを特徴とするものである。
【００４８】
本発明の第３７の態様は、本発明の第３１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、乱流生成促進手段が、吸気通路から気筒内へ流入する空気の流速を高める低リフト型の吸気弁構造であることを特徴とするものである。
【００４９】
本発明の第３８の態様は、本発明の第１〜第３０の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、混合気燃焼促進手段が、燃料を空気と混合した上で吸気通路に噴射する空気混合式燃料噴射弁であることを特徴とするものである。
【００５０】
本発明の第３９の態様は、本発明の第１〜第３０の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、混合気燃焼促進手段が、点火エネルギが高い点火装置であることを特徴とするものである。
【００５１】
本発明の第４０の態様は、本発明の第１〜第３９の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、一定時間経過後に排気ガス昇温促進期間を終了させるようになっていることを特徴とするものである。
【００５２】
本発明の第４１の態様は、本発明の第１〜第３９の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、触媒コンバータより下流側の排気ガス温度が所定値まで上昇したときに、排気ガス昇温促進期間を終了させるようになっていることを特徴とするものである。
【００５３】
本発明の第４２の態様は、本発明の第１〜第３９の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジン制御手段が、エンジン水温が所定値まで上昇したときに、排気ガス昇温促進期間を終了させるようになっていることを特徴とするものである。
【００５４】
本発明の第４３の態様は、排気ガス浄化用触媒を備えた触媒コンバータを用いて排気通路内の排気ガスを浄化するようにした往復動ピストン式エンジンの排気ガス浄化方法において、エンジンを冷機状態で始動させるときには、エンジン始動開始後における所定の排気ガス昇温促進期間中は、混合気の燃焼性を高めつつ点火時期を上死点後に設定し、エンジンの回転安定性を保持しつつ排気ガス温度の上昇を促進するように制御し、かつ、排気ガス昇温促進期間中は、気筒内空燃比が理論空燃比以上で１８．０以下の範囲内に設定するようにしたことを特徴とするものである。
【００５５】
本発明の第４４の態様は、本発明の第４６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化方法において、上記排気ガス昇温促進期間中は、クランク角に対する気筒内圧力の上昇方向の変化率が０以上となる領域が膨張行程中期以降につくりだされるようにしたことを特徴とするものである。
【００５９】
本発明の第１の態様によれば、エンジンの冷間始動時においては、エンジン始動開始後における所定の排気ガス昇温促進期間中は点火時期が上死点後に設定されるので、膨張行程に入ってはじめて混合気に着火し、その後燃焼が開始されることになる。したがって、混合気の燃焼によって生じる熱エネルギ中のエンジン軸動力(正味出力)に変換される割合が低くなり、その結果上記熱エネルギ中の排気損失となる割合が高くなり、その分だけ排気ガス温度が高められる。
また、一般的には点火時期を上死点後に設定すると、混合気の燃焼性の低下及び正味出力の低下によりエンジンの回転安定性が低下してトルク変動が大きくなるはずであるが、本件によれば混合気燃焼促進手段によって混合気の燃焼が促進されて着火性・燃焼性が高められるので、エンジンの必要最小限の回転安定性が確保され、トルク変動がさほど大きくはならない。
さらに、排気ガス昇温促進期間中は、気筒内空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（１４．７）〜１８.０の範囲内に設定されるので、気筒内空燃比Ａ／Ｆが１２〜１３に設定される従来のエンジンに比べて、燃料の気化に要する潜熱あるいは燃料の昇温に要する顕熱が少なくなり、その分排気ガス温度が高められる。
また、冷間始動時においては空燃比が従来のエンジンよりはリーン側に設定されることになるので、ＨＣの発生率が低くなる。
【００６０】
本発明の第２の態様によれば、基本的には本発明の第１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中は、点火時期が上死点後に設定され、かつクランク角に対する気筒内圧力の上昇方向の変化率が０以上となる領域が膨張行程中期以降につくりだされるので、混合気の燃焼が膨張行程の中期以降で生じることになる。したがって、混合気の燃焼によって生じる熱エネルギ中の正味出力に変換される割合が低くなり、かつ燃焼室を構成する壁面、とくにその大半の面積を占める天井壁面(シリンダヘッド下面)との排気ガス排出までの熱交換時間が短くなってエンジン本体との熱交換(冷却損失)割合が低くなり、その結果上記熱エネルギ中の排気損失となる割合が高くなり、その分だけ排気ガス温度が高められる。  
【００６４】
本発明の第３の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第２の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった後で点火時期が上死点後に設定されるので、点火時期が上死点後に設定される時点ではエンジンの回転が十分に安定する。
【００６５】
本発明の第４の態様によれば、基本的には本発明の第３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった後、所定期間だけ時間遅れを伴って点火時期が上死点後に設定されるので、エンジンの回転安定性が一層高められる。
【００６６】
本発明の第５の態様によれば、基本的には本発明の第３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった直後に点火時期が上死点後に設定されるので、排気ガス温度の上昇が促進される。
【００６７】
本発明の第６の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第４の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がる前の完爆状態となるまでは始動進角が通常運転時の点火時期よりも進角側に設定され、混合気の着火性・燃焼性が高められるので、エンジンが迅速に自力回転できるようになる。
【００６８】
本発明の第７の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジンのクランキング後において完爆状態となった後エンジンが吹き上がるまでは点火時期が始動進角よりも進角側に設定され、混合気の着火性・燃焼性が高められるので、エンジンを迅速に吹き上げることができるようになる。
【００６９】
本発明の第８の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジンが吹き上がるまでは点火時期が通常運転時と同様となるので、エンジンの回転が安定する。
【００７０】
本発明の第９の態様によれば、基本的には本発明の第６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、完爆後に吸入空気量が増やされるので、エンジンの吹き上がりが迅速化される。
【００７１】
本発明の第１０の態様によれば、基本的には本発明の第７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジンが吹き上がるまでは吸入空気量が一定となるので、エンジンの吹き上がりが円滑化される。
【００７２】
本発明の第１１の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間の途中で空燃比のフィードバック制御が開始されるので、空燃比のリッチ化が防止され、排気ガスの昇温が迅速化されるとともにＨＣ排出量が低減される。
【００７３】
本発明の第１２の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジン始動開始時のエンジン水温に基づいて排気ガス昇温促進期間中における点火時期の遅角量が設定されるので、エンジンの冷機状態に応じた適切な遅角量とすることができる。
【００７４】
本発明の第１３の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジン始動開始時のエンジン水温に基づいて排気ガス昇温促進期間中における吸入空気量が設定されるので、エンジンの冷機状態に応じた適切な吸入空気量とすることができる。
【００７５】
本発明の第１４の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、時々刻々のエンジン水温に応じて排気ガス昇温促進期間中における点火時期の遅角量の減少量が制御されるので、点火時期の遅角量がエンジンの時々刻々の運転状態（冷機状態）に応じた適切なものとなる。
【００７６】
本発明の第１５の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、時々刻々のエンジン水温に応じて排気ガス昇温促進期間中における吸入空気量の減少量が制御されるので、該吸入空気量がエンジンの時々刻々の運転状態（冷機状態）に応じた適切なものとなる。
【００７７】
本発明の第１６の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第２の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中は、吸入空気量の増減によりエンジン回転数が所定の回転数に維持されるので、排気ガス昇温促進期間中のトルク変動が小さくなる。
【００７８】
本発明の第１７の態様によれば、基本的には本発明の第１６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中は、エンジン回転数が所定の比較的高い回転数に維持されるので、気筒内での発熱量が大きくなり、排気ガス温度がなお一層高められる。
【００７９】
本発明の第１８の態様によれば、基本的には本発明の第１７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中においてある程度時間が経過した後は、点火時期がさらに遅角側に設定され、これによってエンジン回転数が低下させられるので、エンジン騒音が小さくなり、また発進時の飛び出し感がなくなる。
【００８０】
本発明の第１９の態様によれば、基本的には本発明の第１７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中においてある程度時間が経過した後は、吸入空気量が減少させられ、これによってエンジン回転数が低下させられるので、エンジン騒音が小さくなり、また発進時の飛び出し感がなくなる。
【００８１】
本発明の第２０の態様によれば、基本的には本発明の第１７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中においてある程度時間が経過した後は、点火時期がさらに遅角側に設定され、かつ吸入空気量が減少させられ、これらによってエンジン回転数が低下させられるので、エンジン騒音が小さくなり、また発進時の飛び出し感がなくなる。
【００８２】
本発明の第２１の態様によれば、基本的には本発明の第２０の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、回転低下幅が大きい吸入空気量の減少が早く実施される一方、点火時期の遅角期間が比較的長くなるので、エンジン回転数が迅速に低下させられてエンジン騒音が低減されるとともに、排気ガス温度の上昇が迅速化される。
【００８３】
本発明の第２２の態様によれば、基本的には本発明の第１６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには点火時期が通常の進角値に戻されるので、該エンジンを搭載した車両の発進性ないしは走行性が高められる。
【００８４】
本発明の第２３の態様によれば、基本的には本発明の第１６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには点火時期が、排気ガス昇温促進期間外の同一運転状態における点火時期（以下、これを「通常進角値」という）よりも遅角し、かつ上死点前のタイミングに設定されるので、該エンジンを搭載した車両の発進性ないしは走行性が高められる。つまり、車両走行開始後に、エンジン負荷が上昇し、燃料供給量が増加し、ＨＣの絶対排出量が増加することになるが、点火時期を通常進角値よりも多少遅角させることによりＨＣ排出量を低減することができる。さらに、エンジン負荷の増加による発熱増加と点火時期の上記遅角による効果とにより、排気ガスの昇温を一層促進することができる。
【００８５】
本発明の第２４の態様によれば、基本的には本発明の第２３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジン出力が所定値未満のときには点火時期が通常進角値よりもやや遅角されるだけであるので、排気ガス昇温を促進しつつ車両の発進性を高めることができる。
【００８６】
本発明の第２５の態様によれば、基本的には本発明の第２４の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジン出力が所定値以上のときには点火時期が通常進角値に戻されるので、エンジン出力が十分に高められ、車両の走行性が一層高められる。なお、エンジン出力が高いときには、その分発熱量が多いので、排気ガスの昇温が促進され、エミッション性能が高められる。
【００８７】
本発明の第２６の態様によれば、基本的には本発明の第２３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始した場合において、エンジン出力が高いときには点火時期が上死点前に設定されるので、車両の走行性が良くなる。他方、エンジン出力が低いときには点火時期が上死点後まで遅角され、排気ガス温度の上昇が迅速化される。
【００８８】
本発明の第２７の態様によれば、基本的には本発明の第２６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、エンジン出力が高いときほど点火時期の遅角量が少なくなるので、エンジン出力を確保しつつ排気ガス温度の上昇を迅速化することができる。
【００８９】
本発明の第２８の態様によれば、基本的には本発明の第２２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには、吸入空気量可変手段による空気供給が時間遅れを伴って停止されるので、車両発進時における吸入空気量の急減が起こらない。
【００９０】
本発明の第２９の態様によれば、基本的には本発明の第２２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには、吸入空気量可変手段による空気供給が停止に至るまで徐々に減少させられるので、車両発進時における吸入空気量の急減が起こらない。
【００９１】
本発明の第３０の態様によれば、基本的には本発明の第２２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始した後再び停止した場合において、触媒コンバータ内の触媒が活性温度に達していないときには再び所定の期間だけ、点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御する一方、混合気の燃焼が促進される。
【００９２】
本発明の第３１の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３０の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、乱流生成促進手段によって気筒内での乱流の生成が促進されるので、これによって混合気の着火性・燃焼性が高められる。
【００９３】
本発明の第３２の態様によれば、基本的には本発明の第３１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、スワール生成手段によって気筒内での乱流の生成が促進されるので、これによって混合気の着火性・燃焼性が高められる。
【００９４】
本発明の第３３の態様によれば、基本的には本発明の第３２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、スワール生成手段が、開閉弁を備えない第１吸気ポートと、開閉弁を備えた第２吸気ポートとを備えていて、開閉弁の開度を変化させることによって気筒内にスワールを生成するようになっているので、簡素な構造でもって気筒内に強いスワールが生成され、これによって混合気の着火性・燃焼性がさらに高められる。
【００９５】
本発明の第３４の態様によれば、基本的には本発明の第３２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、スワール生成手段が、スワール比が１.０以上の強いスワールを気筒内に生成するようになっているので、混合気の着火性・燃焼性が大幅に高められる。
【００９６】
本発明の第３５の態様によれば、基本的には本発明の第３１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、タンブル生成手段によって気筒内での乱流の生成が促進されるので、これによって混合気の着火性・燃焼性が高められる。
【００９７】
本発明の第３６の態様によれば、基本的には本発明の第３５の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、タンブル生成手段が、タンブル比が１.５以上の強いタンブルを気筒内に生成するようになっているので、混合気の着火性・燃焼性が大幅に高められる。
【００９８】
本発明の第３７の態様によれば、基本的には本発明の第３１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、低リフト型の吸気弁構造によって吸気通路から気筒内へ流入する空気の流速が高められ、これによって気筒内での混合気の着火性・燃焼性が高められる。
【００９９】
本発明の第３８の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３０の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、空気混合式燃料噴射弁によって燃料が空気と混合された上で吸気通路に噴射されるので、混合気の形成が促進され、これによって気筒内での混合気の着火性・燃焼性が高められる。
【０１００】
本発明の第３９の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３０の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、混合気の点火エネルギが高くなるので、これによって気筒内での混合気の着火性・燃焼性が高められる。
【０１０１】
本発明の第４０の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３９の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、一定時間経過後に排気ガス昇温促進期間が単純に終了させられるので、エンジン制御装置ないしはその制御ロジックが簡素化される。
【０１０２】
本発明の第４１の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３９の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、触媒コンバータより下流側の排気ガス温度が所定値まで上昇したときに排気ガス昇温促進期間が終了させられるので、排気ガス浄化用触媒が確実に活性化されるまで排気ガス温度が高められ、また該触媒が活性化された後は迅速にエンジンの正味出力が高められる。
【０１０３】
本発明の第４２の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３９の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス温度と相関性をもつエンジン水温が所定値まで上昇したときに排気ガス昇温促進期間が終了させられるので、排気ガス浄化用触媒が確実に活性化されるまで排気ガス温度が高められ、また該触媒が活性化された後は迅速にエンジンの正味出力が高められる。また、排気ガス温度検出センサを設ける必要がなくなり、部品点数が低減される。
【０１０４】
本発明の第４３の態様によれば、エンジンの冷間始動時においては、エンジン始動開始後における所定の排気ガス昇温促進期間中は点火時期が上死点後に設定されるので、膨張行程に入ってはじめて混合気に着火し、その後燃焼が開始されることになる。したがって、混合気の燃焼によって生じる熱エネルギ中のエンジン軸動力(正味出力)に変換される割合が低くなり、その結果上記熱エネルギ中の排気損失となる割合が高くなり、その分だけ排気ガス温度が高められる。
また、一般的には点火時期を上死点後に設定すると、混合気の燃焼性の低下及び正味出力の低下によりエンジンの回転安定性が低下してトルク変動が大きくなるはずであるが、本件によれば混合気の燃焼が促進されて着火性・燃焼性が高められるので、エンジンの必要最小限の回転安定性が確保され、トルク変動がさほど大きくはならない。
さらに、排気ガス昇温促進期間中は、気筒内空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（１４．７）〜１８.０の範囲内に設定されるので、気筒内空燃比Ａ／Ｆが１２〜１３に設定される従来のエンジンに比べて、燃料の気化に要する潜熱あるいは燃料の昇温に要する顕熱が少なくなり、その分排気ガス温度が高められる。
また、冷間始動時においては空燃比が従来のエンジンよりはリーン側に設定されることになるので、ＨＣの発生率が低くなる。
【０１０５】
本発明の第４４の態様によれば、基本的には本発明の第４６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化方法の場合と同様の作用が生じる。さらに、排気ガス昇温促進期間中は、点火時期が上死点後に設定され、かつクランク角に対する気筒内圧力の上昇方向の変化率が０以上となる領域が膨張行程中期以降につくりだされるので、混合気の燃焼が膨張行程の中期以降で生じることになる。したがって、混合気の燃焼によって生じる熱エネルギ中の正味出力に変換される割合が低くなり、かつ燃焼室を構成する壁面、とくにその大半の面積を占める天井壁面(シリンダヘッド下面)との排気ガス排出までの熱交換時間が短くなってエンジン本体との熱交換(冷却損失)割合が低くなり、その結果上記熱エネルギ中の排気損失となる割合が高くなり、その分だけ排気ガス温度が高められる。
【０１０９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
まず、図１を参照しつつ本発明にかかる排気ガス浄化装置を備えた往復動ピストン式エンジンの全体的な構成、機能等について説明する。
図１に示すエンジンＣＥにおいて、１はエンジン本体であり、その各気筒(１つのみ図示)には夫々燃焼室２が設けられている。これらの各燃焼室２には夫々第１,第２吸気ポート３,４から混合気が供給され、この混合気の燃焼によって生じる排気ガスは燃焼室２内から第１,第２排気ポート５,６を介して排気通路６０に排出されるようになっている。ここで、第１,第２吸気ポート３,４は夫々第１,第２吸気弁７,８によって所定のタイミングで開閉され、他方第１,第２排気ポート５,６は夫々第１,第２排気弁９,１０によって所定のタイミングで開閉されるようになっている。
【０１１０】
燃焼室２に供給された混合気は、ピストン１１によって圧縮された後、点火プラグ１２(図３参照)によって所定のタイミング(クランク角)で点火されるようにようになっている。ここで、点火プラグ１２の点火時期(クランク角)は点火機構Ｆにより自在に変えられるようになっている。この点火機構Ｆは、少なくともＴＤＣ(上死点)より所定量進角したタイミングであるＭＢＴ(最大トルク生成タイミングないし正味出力が大きいタイミング)から、ＴＤＣ以降の大幅に遅角されたタイミング(例えば、上死点後３０°ＣＡ)までの広い範囲にわたって点火時期を任意に設定することができるようになっている。
なお、点火機構Ｆは、特許請求の範囲に記載された「点火時期可変手段」に相当する。
【０１１１】
エンジンＣＥの各気筒に燃料燃焼用のエアを供給する吸気系１３には、吸気マニホールド１４と、該吸気マニホールド１４の上流端に接続される共通吸気通路１５とが設けられ、共通吸気通路１５には上流側から順にエアクリーナ１６と、熱線式エアフローセンサ１７と、スロットル弁１８とが配設されている。さらに、この吸気系１３には、スロットル弁１８をバイパスする吸気バイパス通路１９が設けられている。この吸気バイパス通路１９には、アイドル時等において吸入空気量を調節するためのやや小径のＩＳＣ通路２０と、排気昇温用のやや大径のエア通路２１とが含まれている。そして、ＩＳＣ通路２０には、後で説明するコントロールユニットＣ(ＥＣＵ)によってデューティ制御されＩＳＣ通路２０内の空気流量(バイパスエア量)をコントロールするＩＳＣバルブ２２が設けられている。また、エア通路２１には、冷間始動時等の所定の運転状態ではコントロールユニットＣによってデューティ制御されエア通路２１内の空気流量(バイパスエア量)をコントロールするエアバルブ２３が設けられている。
なお、バイパスエア供給系統を、アイドル制御用のＩＳＣ通路２０と、排気昇温用のエア通路２１と、エンジン水温が低いときすなわち冷機時に吸入空気量を増量するための冷機時用エア通路(図示せず)の３系統としてもよい。この場合、エア通路２１の通路断面積が最も大きい値とされ、ＩＳＣ通路２０の通路断面積がこれに次いで大きい値とされ、冷機時用エア通路の通路断面積が最も小さい値とされる。
【０１１２】
ＩＳＣバルブ２２あるいはエアバルブ２３を開閉してＩＳＣ通路２０あるいはエア通路２１内を流れるエア量(バイパスエア量)を調節することにより、アイドル時等におけるエンジン回転数を所望の値に保持することができるようになっている。そして、ＩＳＣバルブ２２及びエアバルブ２３は、コントロールユニットＣによって制御されるようになっているので、アイドル時等におけるエンジン回転数はコントロールユニットＣにより任意の値に設定することができることになる。
なお、これらの吸気バイパス通路１９、ＩＳＣ通路２０、エア通路２１、ＩＳＣバルブ２２、エアバルブ２３等からなるバイパスエア供給系統は、特許請求の範囲に記載された「吸入空気量可変手段」に相当する。
【０１１３】
第１吸気ポート３には該ポート３内のエア中に燃料を噴射するインジェクタ２４(燃料噴射弁)が設けられている。他方、第２吸気ポート４にはこれを開閉する開閉弁２５が設けられている。この開閉弁２５は負圧応動式のアクチュエータ２６により作動させられるようになっている。アクチュエータ２６に対しては、吸気マニホールド１４内に形成されたサージタンク２７から導入される負圧を蓄えるバキュームタンク２８と、このバキュームタンク２８とアクチュエータ２６との間の負圧供給通路に介設されアクチュエータ２６に対する負圧の給排を行う電磁弁２９とが設けられている。
【０１１４】
インジェクタ２４の燃料噴射量及び燃料噴射タイミング(クランク角)は、コントロールユニットＣによってエンジンＣＥの運転状態に応じて制御されるようになっている。ここで、コントロールユニットＣは、エアフローセンサ１７によって検出される吸入空気量に基づいてインジェクタ２４の燃料噴射量を制御し、燃焼室２に供給される混合気の空燃比Ａ／Ｆを任意の値に設定することができるようになっている。なお、以下においては、この空燃比を、後記の２次エア供給後空燃比又は排気空燃比と区別する必要があるときには「気筒内空燃比」ということがある。
なお、インジェクタ２４は特許請求の範囲に記載された「空燃比可変手段」に相当する。
【０１１５】
インジェクタ２４は、その噴射口近傍にミキシングエアを供給することにより燃料を微粒化するようにしたいわゆるＡＭＩ (エアミクスチャータイプインジェクタ）である。このインジェクタ２４に対して、燃料タンク３０から燃料ポンプ３１とフィルタ３２とを介して燃料を供給する燃料供給通路３３、プレッシャレギュレータバルブ３４が介設された燃料リターン通路３５等からなる燃料供給系が設けられるとともに、ミキシングエア供給系及び蒸発燃料供給系が設けられている。
【０１１６】
詳しくは図示していないが、このＡＭＩないしは燃料供給系においては、各気筒の第１吸気ポート３に対してそれぞれインジェクタ２４が設けられ、これらのインジェクタ２４に対するミキシングエア供給系にはエア制御バルブ３６を備えたＡＭＩ用エア供給通路３７が設けられている。このＡＭＩ用エア供給通路３７においては、その上流端が吸気バイパス通路１９に接続され、その下流側が分岐して各気筒のインジェクタ２４に接続されている。エア制御バルブ３６はコントロールユニットＣによって運転状態に応じて開閉され、例えばエンジンＣＥの暖機完了後においては、アイドル時及び高負荷時には閉じられ、それ以外のときには開かれてミキシングエアがインジェクタ２４供給されるようになっている。
なお、このインジェクタ２４(ＡＭＩ)は、特許請求の範囲に記載された「空気混合式燃料噴射弁」に相当する。
【０１１７】
また、蒸発燃料供給系には、燃料タンク３０から蒸発した燃料ベーパを捕集するキャニスタ４１と、該キャニスタ４１から延びるパージ通路４２とが設けられ、このパージ通路４２にパージソレノイドバルブ４３が介設されている。上記パージ通路４２はＡＭＩ用エア供給通路３７の分岐点上流に形成されたミキシングチャンバー４０に接続されている。ここで、キャニスタ４１に捕集(トラップ)された蒸発燃料は、パージソレノイドバルブ４３が開かれたときにパージ通路４２を介して各インジェクタ２４の噴射口近傍に供給され、吸気行程中に燃料噴霧とともに各気筒の燃焼室２に供給される。
【０１１８】
パージソレノイドバルブ４３は、所定のパージ実行条件成立時に駆動されるものであって、所定のパージ量が得られるようにエンジンＣＥの運転状態に応じてコントロールユニットＣによって制御される。パージ量は、エンジンＣＥの空燃比が理論空燃比に設定される運転領域では、エンジン回転数や負荷に関係なく一律(例えばデューティ比２０％)に設定される。他方、空燃比がリーン側に設定されるリーンバーン運転時には、理論空燃比設定の燃料領域における場合よりもパージ量が少なく、かつその減量度合いが低吸入空気量側ほど大きくなるように、エアフローセンサ１７の出力及びエンジン回転数に応じてパージソレノイドバルブ４３が制御される。
【０１１９】
このようにインジェクタ２４に対してＡＭＩを設けると、燃料が微粒化され、これによって混合気が均質化され、混合気の着火性・燃焼性が高められるとともに、リーンバーン運転時にはＮＯｘ発生率が低減される。
【０１２０】
また、詳しくは図示していないが、点火プラグ１２に混合気点火用の電力を供給する点火機構Ｆは、点火エネルギーを高く設定することができる点火システムとされている。具体的には、普通のエンジンと比較して、イグニッションコイルの特性変更により点火エネルギーを増大させるとともに、低抵抗タイプのハイテンションコードを用いて伝達ロスを低減し、放電時間を１.５倍程度に延長させたものを用いている。また、点火プラグ１２には高いエネルギーに耐える白金プラグを用いている。かかる構成により、混合気の着火性・燃焼性が大幅に高められる。
【０１２１】
ところで、エンジンＣＥの排気系には、排気ガス中のＯ2濃度を検出するリニアＯ2センサ４４と、排気ガス浄化用触媒を備えた触媒コンバータ４５と、該触媒コンバータ４５よりも上流側の排気通路６０に２次エアを供給する２次エア供給通路６１と、２次エア供給量を増減させることができるリードバルブ６２とが設けられている。ここで、リニアＯ2センサ４４の出力信号はコントロールユニットＣに入力され、コントロールユニットＣではこのＯ2濃度に基づいて混合気の空燃比が演算されるようになっている。リードバルブ６２はコントロールユニットＣによって制御されるようになっており、したがって２次エア供給量はコントロールユニットＣによって制御されることになる。
なお、２次エア供給通路６１及びリードバルブ６２からなる組立体は、特許請求の範囲に記載された「２次エア供給手段」に相当する。
【０１２２】
２次エアは、排気ガス中の未燃焼成分(未燃焼燃料等)を燃焼させるために供給されるが、このように排気通路６０に２次エアが供給され、排気ガス中の未燃焼成分が燃焼させられるとその燃焼熱により排気ガス温度が高められることになる。なお、以下では便宜上、この２次エアを燃焼室２への吸入空気に含めて算出される仮想的な空燃比、すなわち燃焼室２への吸入空気量と２次エア供給量の合計を燃料供給量で割った値を、「２次エア供給後空燃比」又は「排気空燃比」ということにする。
【０１２３】
触媒コンバータ４５内に充填されている排気ガス浄化用触媒には、例えば白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属触媒が酸化珪素等からなる担体に担持されてなる三元触媒が用いられている。なお、かかる排気ガス浄化用触媒は、所定の活性化温度(例えば、３５０℃)以上にならないと十分な排気ガス浄化率が得られないといった特性をもつ。
【０１２４】
なお、排気ガス浄化用触媒として、以下で説明するような触媒(以下、これを新三元触媒という)を用いてもよい。
すなわち、新三元触媒は、理論空燃比よりもリーンな空燃比でもＮＯｘを還元する機能を有するものである。具体的には、この新三元触媒は、活性種担持母材に、貴金属が活性種として担持されたものであり、好ましくはゼオライトを活性種担持母材とし、これによってイリジウム及び白金が活性種として担持され、あるいはイリジウム、白金及びロジウムが活性種として担持されたものである。
【０１２５】
かかる新三元触媒によれば、リーン空燃比においても良好なＮＯｘ浄化作用が得られるが、その排気ガス浄化メカニズムはおよそ次のとおりである。
すなわち、普通の三元触媒による場合は、理論空燃比においては排気ガス中のＨＣ,ＣＯを酸化させるのに排気ガス中の酸素だけでは足りないので、ＮＯｘ中の酸素が奪われこれによってＮＯｘが分解される。しかしながら、リーンな空燃比では、排気ガス中に多量の酸素が存在しているため、ＨＣ,ＣＯがこの酸素と反応し、ＮＯｘは酸素が奪われないまま外部に排出されてしまう。
【０１２６】
これに対して、新三元触媒の場合は、母材として用いられるゼオライトが多孔質であるためにその細孔内にＨＣが多く捕獲されるとともに、このゼオライトに担持された活性貴金属にＮＯｘが多く吸着される。そして、排気ガス中に酸素が多量に存在している状態でも、このゼオライトに捕獲されたＨＣは、これに隣合って吸着されているＮＯｘと反応するため、ＮＯｘから酸素が奪われる。このため、リーンな空燃比でも高いＮＯｘ浄化作用が得られる。この場合、イリジウムは活性貴金属を微細化させる作用を有し、該触媒の浄化率及び耐久性を向上させる。
【０１２７】
上記排気系統においては、排気通路６０に１つのアンダーフットタイプの触媒コンバータ４５が設けられ、該触媒コンバータ４５に２次エアが供給されるようになっており、またＯ2センサ４４がリニアＯ2センサとされている。しかしながら、排気系統をこのような構造ではなく、例えば図２８に示すような構造としてもよい。
すなわち、図２８に示す排気系統においては、排気通路６０の上流部すなわちエンジン本体１に近い位置にプリ触媒コンバータ８０が配設されている。つまり、プリ触媒コンバータ８０は排気マニホールドに直付けされている。そして、このプリ触媒コンバータ８０のすぐ上流側の排気通路６０にλＯ2センサ８１が臨設されている。このλＯ2センサ８１は、ヒータ内蔵タイプのヒーティッドλＯ2センサとされている。この排気系統においては２次エア供給機構は設けられていない。プリ触媒コンバータ８０に用いられている排気ガス浄化触媒は、触媒コンバータ４５と同様の三元触媒である。なお、λＯ2センサとは、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるかリーンであるかを判定することはできるが、空燃比の値をリニアには検出することができないタイプのＯ2センサである。
【０１２８】
図２８に示す排気系統においては、プリ触媒コンバータ８０が排気通路６０の上流部に設けられているので、排気ガスがプリ触媒コンバータ８０に入るまでの間にほとんどその温度が低下しない。したがって、この排気系統においては、かかるプリ触媒コンバータ８０が設けられていない場合（図１参照）に比べて、排気ガス冷却が少ない分活性化に要する時間が短縮されて排気ガス浄化率が高められるので、後で説明する排気ガス温度昇温促進期間中における点火時期のリタード量（遅角量）をより小さくすることができ、エンジンの回転性ないしは安定性を高めることができる。
【０１２９】
さらに、図２８に示す排気系統においては、λＯ2センサ８１がヒーティッドλＯ2センサとされているので、センサ素子を早期に、ないしは迅速に活性化させることができる。したがって、このλＯ2センサ８１は後で説明する排気ガス昇温促進期間の途中で活性化する。なお、エンジン始動後において、λＯ2センサ８１の出力が最初にリーンからリッチに反転したときに、該λＯ2センサ８１が活性化したものと判定することができる。
かくして、後で説明する排気ガス昇温促進期間の初期は空燃比のオープンループ制御を行い、その途中でλＯ2センサ８１が活性化した時点から空燃比のフィードバック制御を開始するようにすれば、排気ガス昇温促進期間中における空燃比の無用なリッチ化を防止することができ、これにより排気ガス昇温促進期間中における排気ガス昇温機能を一層高めることができるとともに、ＨＣ排出量を一層低減することができる。
【０１３０】
また、エンジンＣＥの各種運転状態等を検出するために、前記のエアフローセンサ１７及びリニアＯ2センサ４４のほかに、スロットル弁１８の開度を検出するスロットル開度センサ４６、スロットル弁１８が全閉であるか否かを検出するアイドルスイッチ４７、吸気温を検出する吸気温センサ４８、エンジン水温を検出する水温センサ４９、エンジンＣＥのノッキングを検出するノックセンサ５０、排気温度を検出する排気温度センサ６３等が設けられている。さらに、点火システムの一部をなすディストリビュータ５１には、クランク角信号を出力するクランク角センサ５２と、気筒判別信号を出力する気筒判別センサ５３とが設けられている。
なお、水温センサ４９は、特許請求の範囲に記載された「暖機度合検出手段」に相当する。
【０１３１】
これらの各種センサから出力される信号は、マイクロコンピュータを備えたエンジン制御用のコントロールユニットＣ(ＥＣＵ)に入力されるようになっている。そして、コントロールユニットＣは、上記の各種信号を制御情報として用い、点火機構Ｆ、ＩＳＣバルブ２２、エアバルブ２３、インジェクタ２４、開閉弁２５、電磁弁２９、エア制御バルブ３６、パージソレノイドバルブ４３等を制御するようになっている。具体的には、コントロールユニットＣは、点火機構Ｆを介して点火時期を制御し、アイドル時等にはＩＳＣバルブ２２及びエアバルブ２３を介してバイパスエア量(吸入空気量)を増減させこれによってエンジン回転数を制御し、インジェクタ２４を介して空燃比(燃料噴射量)及び燃料噴射タイミングを制御し、開閉弁２５を開閉して燃焼室２内でのスワール強度及びタンブル強度(混合気の着火性・燃焼性)を制御し、エア制御バルブ３６を介してインジェクタ２４へのミキシングエアの給排を制御し、リードバルブ６２を介して２次エア供給量を制御するようになっている。
【０１３２】
次に、図２〜図５を参照しつつ、燃焼室２内での乱流の生成を促進することにより混合気の着火性・燃焼性を高める具体的な機構、すなわち燃焼室２内にスワール(横渦)ないしはタンブル(縦渦)を生成させることにより、あるいは燃焼室２内に流入する混合気の流速を高めることにより混合気の着火性・燃焼性を高める機構の構成及び機能について説明する。なお、このように混合気の着火性・燃焼性が高められるので、後で説明するように冷間始動時において点火時期を上死点後まで大幅に遅角させた場合でも、エンジンＣＥの回転安定性が確保されトルク変動が抑制されることになる。
【０１３３】
図２〜図５に示すように、エンジンＣＥの各気筒(１つの気筒のみ図示)においては、前記したとおり、第１吸気ポート３に臨んで、コントロールユニットＣによって燃料噴射量及び噴射タイミングが制御されるインジェクタ２４が設けられ、他方第２吸気ポート４にはエンジンＣＥの運転状態に応じてコントロールユニットＣによってその開度が制御される開閉弁２５が設けられている。なお、第１,第２吸気ポート３,４の燃焼室２への開口部３a,４aには夫々バルブシート５５,５６が配設され、他方第１,第２排気ポート５,６の燃焼室２への開口部５a,６aには夫々バルブシート５７,５８が配設されている。
【０１３４】
燃焼室２の天井面(シリンダヘッド下面部)には、夫々第１,第２吸気弁７,８によって開閉される第１,第２吸気ポート３,４と、夫々第１,第２排気弁９,１０によって開閉される第１,第２排気ポート５,６とが開口している。ここで、第１,第２吸気ポート３,４の開口部３a,４aは夫々、平面視で燃焼室２(シリンダ)の吸気側半部(図２〜図４では左半部)に配置され、第１,第２排気ポート５,６の開口部５a,６aは夫々、平面視で燃焼室２の排気側半部(図２〜図４では右半部)に配置されている。また、平面視で燃焼室２の中心部より若干排気側となる位置に点火プラグ１２が配置されている。なお、後で説明するように第１吸気ポート３は燃焼室２内にスワール比が１.０以上のスワールを生成させることができるスワールポートであり、第２吸気ポート４は燃焼室２内にタンブル比が１.５以上のタンブルを生成させることができるタンブルポートである。
【０１３５】
また、第１吸気弁７は、そのリフト量が比較的小さい低リフト型の吸気弁とされ、したがって第１吸気弁７と第１吸気ポート３との間の空隙部を通して燃焼室２内に流入する混合気の流速が高められ、これによって燃焼室２内での乱流の生成が促進されるようになっている。このため、混合気の着火性・燃焼性が高められる。
なお、第２吸気弁８をも低リフト型の吸気弁としてもよい。
【０１３６】
図２から明らかなとおり、第１吸気ポート３には、吸気流れ方向上流部において略直線状に伸長するストレート部３bと、下流端近傍において下方に湾曲する湾曲部３cとが設けられている。同様に、第２吸気ポート４にも、ストレート部４bと湾曲部４cとが設けられている。ここで、第１吸気ポート３のストレート部３bは、その軸線Ｌ1と、シリンダ軸線Ｌ2に直交する平面Ａ1(シリンダ横断面Ａ1)とが所定の角度α(以下、これを第１吸気ポート傾斜角αという)をはさむような位置関係で配設されている。また、第２吸気ポート４のストレート部４bは、その軸線Ｌ3とシリンダ横断面Ａ1とが所定の角度α'(以下、これを第２吸気ポート傾斜角α'という)をはさむような位置関係で配設されている。
【０１３７】
第１吸気弁７は、弁軸部７aと傘部７bとからなり、その弁軸部７aの軸線Ｌ4とシリンダ軸線Ｌ2とが所定の角度θ(以下、これを吸気弁傾斜角θという)をはさむような位置関係で、かつ傘部７bの下面が燃焼室２の天井面(ペントルーフ)と平行となるような位置関係で配置されている。また傘部７bは、その上面と下面とがはさむ角度(バルブ傘角)が所定値βとなるように形成されている。
第１排気弁９は、弁軸部９aと傘部９bとからなり、弁軸部９aの軸線Ｌ5とシリンダ軸線Ｌ2とが所定の角度θ'(以下、これを排気弁傾斜角θ'という)をはさむような位置関係で、かつ傘部９bの下面が燃焼室２の天井面と平行になるような位置関係で配置されている。なお、一般にＬ1とＬ4とがはさむ角度γはポート入射角とよばれ、ω(α'−α)はポート角度差とよばれている。
【０１３８】
図４及び図５から明らかなとおり、燃焼室２はペントルーフ型に形成され、燃焼室２の天井面５９は、排気側ではシリンダ横断面Ａ1と角度θ"をなすように形成されている。なお、図４及び図５において天井面５９は等高線で示されている。ここで、第１排気弁９の傘部９bの下面もシリンダ横断面Ａ1と角度θ"をなす。したがって、θ'とθ"とは等しくなる。なお、かかるペントルーフ型の燃焼室２では、θ"が比較的小さくなる。また吸気側でも天井面とシリンダ横断面Ａ1とがなす角度が比較的小さくなる。このため、第１,第２吸気弁７,８と第１,第２排気弁９,１０とは、夫々弁軸部が立つような位置関係で配置されている。
【０１３９】
ここで、上記のα,θ,θ'(θ"),βは次の３つの不等式をすべて満たす範囲内において、所定の好ましい値に設定されている。
【数１】
β＞θ………………………………………………………………………式１
【数２】
α＜θ'(＝θ")…………………………………………………………式２
【数３】
α≦θ……………………………………………………………………式３
ここで、β＞θとするのは、βがθ以下になると、第１吸気ポート３から燃焼室２に流入する混合気が傘部７bの上面に衝突して流れ方向を変え、さらに燃焼室２の天井面に衝突するなどして、燃焼室２内への混合気の流入速度が低下し、スワールの生成が妨げられるからである。しかしながら、βをあまり大きくするのもまた好ましくない。βをあまり大きくすると第１吸気ポート３と傘部７bとの間の空隙部すなわち混合気の通路断面積が極端に小さくなって通気抵抗が増加するからである。
【０１４０】
また、α＜θ'(＝θ")かつα≦θとするのは、αをできるだけ小さくして、第１吸気ポート３から燃焼室２内に流入する混合気の水平方向の速度成分(シリンダ横断面Ａ1と平行な方向の成分)を増やし、スワールの生成を促進させるためである。
つまり、式１〜３を満たすことによって第１吸気ポート３から燃焼室２に流入する混合気がピストン下降時に天井面と干渉し合わず、かつ水平方向の速度成分が十分に確保され、燃焼室２内でのスワールの生成が促進されることになる。
【０１４１】
かかる構成により、開閉弁２５が閉じられ又は絞られている(部分的に開かれている)ときには、第１吸気ポート３から燃焼室２内に流入する混合気によって、燃焼室２内にスワール比が１.０以上の強いスワールが生成され、混合気の着火性・燃焼性が大幅に高められる。
【０１４２】
スワール比とは、一般的には気筒内の混合気(吸入空気)の横渦の旋回数をエンジン回転数で割った値で定義される。
そして、混合気の横渦の旋回数は、例えば図６に示すようなボア径がＤであるエンジンにおいては、シリンダヘッド下面Ｆ1から距離１.７５Ｄだけ下方の位置Ｆ2にインパルススワールメータ６５を配置し、このインパルススワールメータ６５に作用するトルク(インパルススワールメータトルク)を検出し、このインパルススワールメータトルクに基づいてよく知られた手法で算出する。なお、図６においてＦ3は下死点位置にあるピストン１１の頂面を示している。
【０１４３】
インパルススワールメータトルクは、次のような手順で測定される。すなわち、上記Ｆ2位置にインパルススワールメータ６５を配置し、ピストン頂面に作用するスワールのエネルギをインパルススワールメータ６５で再現させることによって、通常時においてピストン頂面付近にどの程度の旋回エネルギが存在するかを測定する。インパルススワールメータ６５は多数のハニカムを備えていて、インパルススワールメータ６５にスワールが作用すると、各ハニカムに夫々スワール流れ方向の力が作用し、各ハニカムにかかる力を積算することによって全体に作用するインパルススワールメータトルクＧを算出する。
【０１４４】
より詳しくは、吸気弁が開いてから下死点までの期間は燃焼室２内に混合気が吸入されていると仮定すると、この期間中は混合気が燃焼室２の内周面に沿って旋回し、下死点位置で該旋回速度が最大となる。したがって、吸気弁が開き始めてから下死点までの各クランク角毎の角運動量を積算すれば、スワール比が求まることになる。かかる知見に基づいて、本実施例においては、スワール比ＳＲを次の式４及び式５のよって算出するようにしている。
【数４】
ＳＲ＝ηv・[Ｄ・Ｓ・∫(cf・Ｎr・dα)]／[n・d2・(∫cf・dα)2]………式４
【数５】
Ｎr＝８・Ｇ／(Ｍ・Ｄ・Ｖ0)………………………………………………式５
但し、
ＳＲ:スワール比
ηv:体積効率(ηv＝１)
Ｄ:ボア径
Ｓ:ストローク
n:吸気弁数
d:スロート径
cf:各バルブリフトに対する流量係数
Ｎr:各バルブリフトに対する無次元リグスワール値
α:クランク角
Ｇ:インパルススワールメータトルク
Ｖ0:速度ヘッド
【０１４５】
なお、上記の式５は、次のような手順で誘導される。
Ｇ＝Ｉ・ωr…………………………(１)
Ｉ＝Ｍ・Ｄ2／８……………………(２)
(２)を(１)に代入  Ｇ＝Ｍ・Ｄ2・ωr／８………………(３)
(３)より          Ｄ・ωr＝８・Ｇ／(Ｍ・Ｄ)…………(４)
ところで          Ｎr＝Ｄ・ωr／Ｖ0…………………(５)
(４)を(５)に代入  Ｎr＝８・Ｇ／(Ｍ・Ｄ・Ｖ0)
ここで、ωrはリグスワール値である。
【０１４６】
他方、第２吸気ポート４においては、第２吸気ポート傾斜角α'が比較的大きい値に設定され、開閉弁２５の開弁時においては、第２吸気ポート４から燃焼室２内に流入する混合気は、比較的大きな下向きの速度成分をもつ。このため、第２吸気ポート４から燃焼室２内に流入する混合気によって、燃焼室２内にはタンブル比が１.５以上の強いタンブル(縦渦)が生成されることになる。かかるタンブルは、燃焼室２内での混合気の乱れを促進して該混合気の着火性・燃焼性を高めるとともに、ノッキングの発生を抑制する。例えば、中・高負荷領域では開閉弁２５が開かれるが、かかる中・高負荷領域では一般的にはノッキングが発生しやすくなる。しかしながら、本実施例ではタンブルによってノッキングの発生が防止される。
【０１４７】
タンブル比ＲＴは、一般的には気筒内の混合気の縦渦の旋回数をエンジン回転数で割った値で定義されるが、その具体的な算出手法は前記のスワール比の算出手法と実質的には同様である。
【０１４８】
図３から明らかなとおり、平面視では、第１吸気ポート３の開口部３aが燃焼室２の外周に向かって開口する一方、第２吸気ポート４の開口部４aが燃焼室２の概ね中心部に向かって開口している。このため、第１吸気ポート３によってスワールの生成がさらに促進される一方、第２吸気ポート４によってタンブルの生成がさらに促進される。なお、かかる構成により第２吸気ポート４側での逆スワールの生成が抑制される。
かくして、燃焼室２内には、基本的には図５中の矢印Ｘ1で示すようなスワール比が１.０以上のスワールと、矢印Ｘ2で示すようなタンブル比が１.５以上のタンブルとが生成され、混合気の着火性・燃焼性が大幅に高められる。
【０１４９】
ところで、エンジンＣＥにおいては、冷間始動時には触媒コンバータ４５内に充填された排気ガス浄化用触媒をその活性化温度まで迅速に昇温させて排気ガス浄化率(エミッション性能)を高めるといった制御(以下、これを触媒活性化促進制御という)が、コントロールユニットＣによって行われるようになっているが、以下かかる触媒活性化促進制御の制御方法ひいては排気ガス浄化方法について説明する。
この触媒活性化促進制御においては、コントロールユニットＣは、個々には、前記の各種センサの出力信号を制御情報として用いて、点火機構Ｆ(点火プラグ１２)、ＩＳＣバルブ２２、エアバルブ２３、インジェクタ２４(ＡＭＩ)、開閉弁２５、電磁弁２９、エア制御バルブ３６等を制御するようになっている。具体的には、コントロールユニットＣは、点火機構Ｆを介して点火プラグ１２の点火時期を制御し、ＩＳＣバルブ２２及びエアバルブ２３を介してバイパスエア量を増減させこれによってエンジン回転数を制御し、インジェクタ２４を介して空燃比(燃料噴射量)を制御し、開閉弁２５を開閉して燃焼室２内でのスワール強度及びタンブル強度を制御し、エア制御バルブ３６を介してインジェクタ２４(ＡＭＩ)へのミキシングエアの給排を制御し、リードバルブ６２を介して排気通路６０内の排気ガスへの２次エア供給量を制御するようになっている。
【０１５０】
まず、この触媒活性化促進制御の基本概念について説明する。
すなわち、この触媒活性化促進制御においては、エンジンＣＥの冷間始動時には、コントロールユニットＣで、点火時期、空燃比、エンジン回転数(バイパスエア量)、２次エア供給量、燃焼室内での乱流強度(スワール強度、タンブル強度等)、ミキシングエアの給排、点火エネルギ等を好ましく制御することによって、ＥＨＣあるいはアフターバーナなどといった触媒昇温用の加熱装置を排気系に設けずに、エンジンＣＥの回転安定性を確保しつつすなわちトルク変動を抑制しつつ、排気ガス浄化用触媒を迅速に(例えば、エンジン始動開始後２０秒以内に)活性化温度(例えば、３５０℃)以上の温度に昇温させるようにしている。
なお、エンジンＣＥが冷機状態にあるか否か(冷間始動時であるか否か)は、水温センサ４９によって検出されるエンジン水温が設定値以下であるか否かにより判定される。
【０１５１】
ここで、エンジンＣＥの冷間始動時における排気ガス温度を左右する因子は、基本的には点火時期、空燃比、エンジン回転数(バイパスエア量)及び２次エア供給量である。すなわち、点火時期を遅角させれば排気ガス温度を高めることができ(図７、図８、図１３参照)、空燃比を理論空燃比付近に設定すれば排気ガス温度を高めることができ(図１３参照)、エンジン回転数(バイパスエア量)を高めれば排気ガス温度を高めることができ(図８参照)、触媒コンバータ４５より上流の排気通路６０に２次エアを供給すれば排気ガス温度を高めることができる(図１４参照)。
【０１５２】
しかしながら、点火時期を上死点後まで大幅に遅角させると、混合気の着火性・燃焼性が低下し、エンジンの回転安定性が低下してトルク変動が生じやすくなる。そこで、この実施の形態では、スワールの生成を促進したり(スワール比が１.０以上)、タンブルの生成を促進したり(タンブル比が１.５以上)、燃焼室２への吸気流速を高めたり、インジェクタ２４(ＡＭＩ)にアシストエアを供給したり、あるいは点火プラグ１２の点火エネルギを高めたりすることによって混合気の着火性・燃焼性を大幅に高め、エンジンＣＥの回転安定性を確保してトルク変動を効果的に抑制するようにしている。
【０１５３】
このように、エンジンＣＥの冷間始動時において排気ガス浄化用触媒を迅速に活性化させようとする動機の１つは、米国におけるエミッション規制の強化である。すなわち、この米国におけるエミッション規制では、近い将来において、ＨＣ排出量を現行規制値の約１／６に規制するとともに、ＮＯx排出量を現行規制値の１／２に規制するといった内容となっている。このような規制に対処するには、冷間始動時において車両が走行を開始する前に排気ガス浄化用触媒を活性化しておくことが必要である。すなわち、排気ガス浄化用触媒が活性化されていない状態で車両を走行させると大量のＨＣ等が排出されることになる。他方、米国エミッションモードによれば、冷機時において車両の運転を開始する場合、運転者は通常は走行を開始するまでに少なくとも２０秒間程度は暖機するものとしている。したがって、走行を開始する前に排気ガス浄化用触媒を活性化させるには、すなわち上記エミッション規制に対処するには、エンジン始動後およそ２０秒以内に該触媒を活性化温度以上の温度に昇温させる必要があるわけである。
【０１５４】
以下、触媒活性化促進制御の具体的な制御方法について説明する。
この触媒活性化促進制御においては、エンジンＣＥの冷間始動時には、所定の期間(排気ガス昇温促進期間)だけ点火時期を上死点後の所定値(クランク角)まで大幅に遅角させることによって(例えば、上死点後３０°ＣＡ)、混合気の燃焼によって生じる熱エネルギの正味出力への変換率を意図的に低下させ、これによって排気損失の割合を高めて排気ガス温度を高め、高温となった排気ガスによって排気ガス浄化用触媒の昇温を促進させ、該触媒を迅速に活性化温度以上の温度に昇温させるようにしている。つまり、エンジンＣＥ自体をアフターバーナとして機能させ、これによって排気ガス温度を高めるわけである。
【０１５５】
ここで、クランク角に対する気筒内圧力の上昇方向の変化率が０以上となる領域が膨張行程中期以降につくりだされるように点火時期を上死点後の所定値(クランク角)まで大幅に遅角させれば、排気ガス温度をさらに高めることができ、排気ガス浄化用触媒をさらに迅速に活性化温度以上の温度に昇温させることができる。
図１５と図１６とに、夫々、空燃比Ａ／Ｆが１４.７である場合と１３.０である場合の、気筒内圧力のクランク角に対する変化特性を、点火時期をパラメータとして示す。なお、図１５及び図１６中において、パラメータとして示された数字(１０,０,−５,−１０,−１５,−２０,−２３)は、夫々点火時期の進角量(クランク角)であり、仮想線は混合気の燃焼がない場合の気筒内圧力を示している。図１５及び図１６から明らかなとおり、点火時期を上死点後に設定すれば、クランク角に対する気筒内圧力の上昇方向の変化率が０以上となる領域、ないしは気筒内圧力が２度目のピークをもつ領域が膨張行程中期以降につくりだされる。
【０１５６】
このように、点火時期が上死点後に設定された場合、とくに点火時期が進角量で−１０°ＣＡよりも遅角側に設定された場合は、気筒内圧力がかなり低下した後で混合気の燃焼がピークに達しており、かかる状況では熱エネルギの正味出力への変換率は非常に小さくなる。このため、排気損失が大幅に増え、排気ガス温度が大幅に高められる。
【０１５７】
このように、点火時期を上死点後まで遅角させることによって、排気ガス温度を大幅に高めることができるのは、およそ次のような理由による。
すなわち、一般に燃焼室２内で混合気の燃焼によって生じた熱エネルギのかなりの部分(概ね７０％)は、熱サイクルを成り立たせるための低熱源への熱放出である排気損失、構造材料を熱害から保護するための冷却損失、あるいは機械的な摩擦損失等として失われ、その残部が正味出力として取り出されることになる。ここで、排気損失が大きいときほど排気ガス温度が高くなるのは当然である。
そして、かかる熱収支において、冷却損失及び機械的な摩擦損失は、エンジンＣＥの運転状態によってさほど変化しない。したがって、正味出力と排気損失との間には、概ね一方が増加すればその分だけ他方が減少するといった相関関係がある。
【０１５８】
ところで、例えば図７に示すように、一般にエンジンにおいては、点火時期によってエンジンの出力トルクすなわち正味出力が変化し、正味出力が最大となるのは点火時期を上死点よりは所定のクランク角(例えば、２０°ＣＡ)だけ進角した時期(ＭＢＴ)に設定したときである。なお、従来のエンジンでは冷間始動時における点火時期はＭＢＴよりはやや遅角側の値(例えば、上死点前１０°ＣＡ)に設定される。ここで、点火時期をＭＢＴより進角又遅角させると、とくに遅角させると正味出力が減少することになり、その分だけ排気損失が増加して排気ガス温度が高められることになる。なお、図７中には、エンジンＣＥにおける排気温度の点火時期に対する変化特性の一例も示されている。
【０１５９】
図８は、エンジンＣＥにおける排気温度の点火時期に対する変化特性の一例を、エンジン回転数をパラメータとしてあらわした図である。
図９は、エンジンＣＥが始動されてから２０秒経過後における排気ガス浄化用触媒の温度予測値の点火時期に対する変化特性を、エンジン回転数をパラメータとしてあらわした図である。図８及び図９においては、排気温度ないしは触媒温度の点火時期に対する強い依存性が明らかにされている。図８から明らかなとおり、点火時期を上死点後に設定すると、排気温度が急上昇する。
【０１６０】
また、エンジンＣＥの冷間始動時においては、混合気の燃焼によって生じた熱が、冷たい燃焼室壁部とくにシリンダヘッド下面によって奪われることになる。他方、このように点火時期を上死点後まで大幅に遅角させると、燃焼室２を構成する壁面、とくにその大半の面積を占める天井壁面(シリンダヘッド下面)との排気ガス排出までの熱交換時間が短くなって、エンジン本体１との熱交換(冷却損失)割合が低くなり、その結果上記熱エネルギ中の排気損失となる割合が高くなり、排気ガス温度が高められる。
【０１６１】
この実施の形態では、このような事実に着目して、エンジンＣＥの冷間始動時において軽負荷状態では、所定の排気ガス昇温促進期間だけ、エンジンＣＥを自力で回転させることができる必要最小限の正味出力のみを確保しつつ点火時期を上死点後まで可及的に遅角させ、排気損失を大幅に増加させて排気ガス温度を高め、排気ガス浄化用触媒を迅速に活性化温度以上の温度に昇温させるようにしている。
【０１６２】
しかしながら、このように点火時期を大幅に遅角させると、混合気の着火性・燃焼性が低下して正味出力が不足気味となり、その結果エンジンＣＥの回転安定性が低下してトルク変動が発生しやすくなる。そこで、本実施例では、排気ガス昇温促進期間において点火時期を上死点後まで大幅に遅角させているときには、混合気の形成ないしは燃焼を促進し、エンジンＣＥの回転安定性を確保してトルク変動を抑制するようにしている。
【０１６３】
具体的には、燃焼室２内にスワール比が１.０以上のスワールを生成させて、混合気の着火性・燃焼性を高めるようにしている。このように、スワール比が１.０以上の強いスワールを得るには、第２吸気ポート４に介設された開閉弁２５を全閉するか又は部分的に閉じて(絞って)、スワールポートである第１吸気ポート３のみから又は主として第１吸気ポート３から燃焼室２内に混合気を供給するのが好ましい。なお、スワールが強過ぎると却って排気温度が低下するので、スワール比には上限がある。
【０１６４】
あるいは、燃焼室２内にタンブル比が１.５以上のタンブルを生成させて混合気の着火性・燃焼性を高めるようにしてもよい。このように、タンブル比が１.５以上の強いタンブルを得るには、開閉弁２５を大きく開いて主としてタンブルポートである第２吸気ポート４から燃焼室２内に混合気を供給するのが好ましい。また、タンブル比にもスワール比と同様に上限がある。
【０１６５】
前記したとおり、第１吸気弁７が低リフト型とされているので、第１吸気ポート３から燃焼室２内に流入する混合気の流速が高められ、これによって燃焼室２内の乱れエネルギが高められ、混合気の着火性・燃焼性がさらに高められる。なお、第２吸気弁８をも低リフト型とした場合も、同様に混合気の流速が高められて混合気の着火性・燃焼性が高められるのはもちろんである。
【０１６６】
また、この触媒活性化促進制御では、冷間始動時の排気ガス昇温促進期間中は、インジェクタ２４(ＡＭＩ)にミキシングエアを供給して燃料の気化・霧化(混合気の形成)を促進し、混合気の着火性・燃焼性を高めるようにしている。この場合、ＨＣの発生率が低減されるといった効果も得られる。なお、ＡＭＩを備えた従来のエンジンでは、アイドル時にはミキシングエアの供給は停止されるようになっている。この実施の形態においても、通常のアイドル時にはミキシングエアの供給を停止するようにしている。
【０１６７】
さらに、冷間始動時の排気ガス昇温促進期間中は、点火機構Ｆを制御して点火プラグ１２の点火エネルギを高くし、これによっても混合気の着火性・燃焼性を高めるようにしている。このため、点火時期を上死点後まで大幅に遅角させた場合でも、エンジンＣＥの回転安定性を確保してトルク変動を抑制することができる。
【０１６８】
以下、混合気の着火性・燃焼性を高める手段としてスワールを用いた場合を例にとって、その具体的な効果を説明する。
図１０に、スワールがある場合とない場合とにおける、平均有効圧力Ｐiの変動率すなわちトルク変動率の点火時期に対する変化特性を示す。図１０から明らかなとおり、スワールがある場合は、スワールがない場合に比べて、平均有効圧Ｐiの変動率(トルク変動率)が大幅に低減されている。すなわち、点火時期を上死点後まで大幅に遅角させた場合でも、スワールの生成を促進することにより、回転安定性を確保してトルク変動を抑制することができる。
【０１６９】
また、図１１にスワールがある場合とない場合とにおける、燃焼室内(気筒内)での混合気の乱れエネルギのクランク角に対する変化特性の一例を示す。図１１から明らかなとおり、スワールがある場合は、ＴＤＣ(３６０°ＣＡ)後においても乱れエネルギが十分に保持されており(上死点後９０°ＣＡにおいても十分な乱れエネルギが存在する)、この乱れエネルギによって混合気の着火性・燃焼性が高められるわけである。
【０１７０】
さらに、図１２(a)と図１２(b)とに、夫々スワールがない場合とある場合とにおける下死点時(ＢＤＣ)の燃焼室２内の混合気の分布状況の一例を示す。図１２(a),(b)から明らかなとおり、スワールがある場合は混合気分布は完全に均一化されているが、スワールがない場合は混合気が濃い領域Ｒ1と中程度の領域Ｒ2と薄い領域Ｒ3とが生じている。このように、スワールがある場合は混合気分布が均一化されるので、混合気の着火性・燃焼性が大幅に高められる。
【０１７１】
また、エンジンＣＥの冷間始動時の排気ガス昇温促進期間中は、気筒内空燃比を１３.５〜１８.０の範囲内に設定するようにしている。なお、この場合において、さらに空気過剰率λを１以上とする(すなわち、空燃比Ａ／Ｆを１４.７以上とする)のが一層好ましい。このように、空燃比を理論空燃比(Ａ／Ｆ＝１４.７)付近ないしはややリーン側に設定するのは、排気温度を高めるためである。
【０１７２】
すなわち、このように気筒内空燃比が１３.５〜１８.０の範囲内に設定された場合は、冷間始動時における気筒内空燃比が１２〜１３に設定される従来のエンジンに比べて、燃料の気化に要する潜熱あるいは燃料の昇温に要する顕熱が少なくなり、その分だけ排気ガス温度が高められる。また、燃焼室２内に十分に酸素が存在するので、燃料がより完全に燃焼させられて発熱量が増え、これによっても排気ガス温度が高められる。かくして、排気ガス浄化用触媒の昇温が促進され、該触媒をより早期に活性化温度に到達させることができるわけである。
また、このように冷間始動時の空燃比が従来のエンジンに比べてリーン側に設定されるので、ＨＣの発生率が低くなりエミッション性能が良くなる。
【０１７３】
なお、ここで空気過剰率を１以上した場合、すなわち気筒内空燃比を理論空燃比以上(リーン)とした場合は、燃料の気化あるいは昇温に要する熱がさらに少なくなり、また燃料がより完全に燃焼させられて排気ガス温度がより高められ、排気ガス浄化触媒の昇温が促進され、該触媒がさらに早期に活性化される。また、冷間始動時におけるＨＣの発生率がさらに低くなり、エミッション性能が良くなる。
【０１７４】
図１３は、エンジンＣＥの冷間始動時における排気ガス温度の、点火時期及び空燃比に対する変化特性を示すグラフである。図１３から明らかなとおり、空燃比を１４.７に設定したときには(本件)、従来のエンジンのように空燃比を１３に設定した場合に比べて排気ガス温度が大幅に高められている。
また、図１３からわかるように、空燃比を１４.７に設定したときには(本件)、空燃比を１３.０に設定したとき(従来)に比べて、点火時期を遅角方向へ変化させたときの排気ガス温度上昇率が大きくなっている。すなわち、本件では従来のものに比べて、点火時期を遅角させたときの排気ガス温度上昇率が大幅に高くなる。つまり、本件では空燃比のリーン化(従来と比べて)と点火時期の遅角との相乗効果により、排気ガス浄化用触媒をより迅速に活性化温度以上の温度に昇温させることができるわけである。
【０１７５】
この理由は、およそ次のとおりであると考えられる。
すなわち、一般にガス温度が高いときほど、膨張行程や排気行程での混合気の燃焼が促進される。したがって、点火時期の遅角により排気ガス温度が上昇すれば混合気の後燃えが促進されることになる。しかしながら、酸素が存在しなければ後燃えは進行しないので、空燃比がリッチな場合は排気ガス温度上昇による後燃え促進効果は薄れてしまうことになる。他方、空燃比を１４.７以上とすれば、十分な酸素が確保されるので、排気ガス温度上昇による後燃え効果が十分に発揮されることになる。そして、後燃えが促進されれば、排気ガス温度が上昇する。このため、空燃比のリーン化と点火時期の遅角とを組み合わせれば、両者の相乗効果により排気ガス温度が大幅に上昇する。なお、かかる相乗効果がとくに顕著になるのは、λ≧１以上の空燃比領域である。
【０１７６】
なお、従来のエンジンでは、冷間始動時には燃料の気化・霧化が悪くなり、混合気の着火性・燃焼性が低下するので、空燃比を理論空燃比よりもかなりリッチにしている(例えば、Ａ／Ｆ＝１１〜１３)。これに対して、本件では前記したとおりスワール、タンブル、アシストエア等により混合気の形成ないしは燃焼が促進されているので、冷間始動時に空燃比を１３.５〜１８.０にし、さらにはλ≧１としても混合気の着火性・燃焼性が十分に確保される。
【０１７７】
また、冷間始動時の排気ガス昇温促進期間中は、排気空燃比が１４.５以上となるようにして、触媒コンバータ４５より上流側の排気通路６０に２次エアを供給するのが好ましい。この場合、２次エアと、点火時期の上死点後の遅角設定による昇温された排気ガス(熱)とによって排気ガス中の未燃焼燃料が燃焼させられ、さらにその燃焼熱によって排気ガス温度が一層高められる。このため、排気ガス浄化触媒の昇温が促進され、該触媒が一層早期に活性化される。なお、排気空燃比が１４.５以上とされるので、排気ガス中の未燃焼燃料が確実に燃焼させられ、排気ガス温度が確実に高められ、排気ガス浄化用触媒の昇温がさらに促進される。
【０１７８】
図１４に、排気通路６０内の排気ガスに２次エアを供給したときの、排気ガス温度の排気空燃比(２次エア供給後空燃比)に対する変化特性を示す。図１４から明らかなとおり、気筒内空燃比が理論空燃比よりもリッチな場合は、２次エアの供給により排気ガス温度が上昇している。しかしながら、排気空燃比が同一の場合は、気筒空燃比がリーンなものほど排気ガス温度が高くなっている。すなわち、供給されるエアの全量が同一の場合は、エア全量を直接燃焼室２に供給する方が、一部のエアを２次エアとして供給するよりも排気ガス温度が高くなる。
【０１７９】
この触媒活性化促進制御においては、エンジンＣＥの冷間始動時の排気ガス昇温促進期間中は、ＩＳＣバルブ２２又はエアバルブ２３を制御してバイパスエア量を調節することにより、エンジン回転数を所定の比較的高い回転数、例えば２０００r.p.m.に維持するのが好ましい。このようにすれば、単位時間あたりの燃焼室２内での発熱量が大きくなり、排気ガス温度が一層高められ、排気ガス浄化用触媒が極めて迅速に昇温され、該触媒が非常に早期に活性化される。
【０１８０】
排気ガス温度のエンジン回転数に対する変化特性と、エンジン始動開始時から２０秒経過後の触媒温度予測値のエンジン回転数に対する変化特性とは、前記したとおり、図８と図９とに示されている。
なお、この場合、点火時期を遅角させてゆくと排気ガス温度は上昇するが、エンジン回転数が高いときほど、排気ガス温度が急上昇しはじめる時期が早くなる。これは、点火プラグ１２の発火後の着火遅れは時間の遅れであり、他方点火時期はクランク角で設定されるので、同一の着火遅れであってもエンジン回転数が高いときには、該遅れ時間内でのクランク角変化が大きくなるからである。このため、エンジン回転数が高いときには、点火時期を比較的早くしても排気ガス温度上昇効果が十分に得られる。
【０１８１】
なお、上記構成においては、排気ガス昇温促進期間中においてある程度時間が経過した後は、点火時期をさらに遅角側に設定し、これによってエンジン回転数を低下させるようにしてもよい。このようにすれば、エンジン騒音が小さくなり、また発進時の飛び出し感がなくなり、エンジンＣＥないしはこれを搭載した車両の商品性が良くなる。
また、このようにはせず、排気ガス昇温促進期間中においてある程度時間が経過した後は、バイパスエア量を減少させることによりエンジン回転数を低下させるようにしてもよい。この場合も、同様の効果が得られる。なお、両者を併用してもよい。
【０１８２】
この触媒活性化促進制御においては、エンジンＣＥの冷間始動時の排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときに、点火時期を通常の進角した値に戻すのが好ましい。このようにすれば、エンジントルクが高められ、該エンジンを搭載した車両の発進性ないしは走行性が高められ、該車両の商品性が良くなる。
また、この場合、車両が走行を開始したときには、バイパスエアの供給を時間遅れを伴って停止させるのが好ましい。このようにすれば、車両発進時における吸入空気量の急減が起こらず、車両の発進性ないしは走行性が良くなる。
あるいは、車両が走行を開始したときには、バイパスエアの供給が停止に至るまで徐々に減少させてもよい。このようにしても、車両発進時における吸入空気量の急減が起こらず、車両の発進性ないしは走行性が良くなる。
【０１８３】
なお、エンジンＣＥの冷間始動時の排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときに、点火時期を上死点前において通常の進角した値よりも遅角した値に設定するようにしてもよい。このようにすれば、エンジントルクが高められ、該エンジンを搭載した車両の発進性ないしは走行性が高められ、該車両の商品性が良くなる。
また、車両走行開始後において、エンジン出力ないしはエンジン負荷が所定値未満のとき、すなわちアイドル領域よりも高出力ではあるがさほどトルクを必要としない運転領域では、点火時期を遅角させたままにして、排気ガス温度の上昇を促進するようにしてもよい。
さらに、車両走行開始後において、エンジン出力ないしはエンジン負荷が大きいときほど点火時期の遅角量を減らすようにしてもよい。このようにすれば、エンジンの回転安定性が高められる。
【０１８４】
この触媒活性化促進制御において、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始した後再び停止した場合、触媒コンバータ４５内の排気ガス浄化用触媒が活性化温度に達していないときには、再び所定の期間だけ点火時期を上死点後に設定するとともに、混合気の形成ないしは燃焼を促進させるのが好ましい。このようにすれば、車両再停止時においても、混合気の燃焼性ないしはエンジンの必要最小限の回転安定性を確保しつつ、排気ガス浄化用触媒を迅速に活性化させることができる。
【０１８５】
この触媒活性化促進制御において、エンジンＣＥの冷間始動時の排気ガス昇温促進期間中には、クランキング後にエンジンＣＥが完爆し(例えばアイドル回転数よりやや低い５００〜６００r.p.m.)、さらに吹き上がった後(例えば、２０００r.p.m.)で点火時期を上死点後に設定するのが好ましい。このようにすれば、点火時期が上死点後に設定される時点ではエンジンＣＥの回転が十分に安定しているので、排気ガス昇温促進期間中のトルク変動が小さくなり、エンジンの商品性が良くなる。
この場合、エンジンのクランキング後において完爆を経てエンジンが吹き上がった後、所定期間だけ時間遅れを伴わせて点火時期を上死点後に設定するのが一層好ましい。このようにすれば、エンジンの回転安定性が一層高められ、したがって排気ガス昇温促進期間中のトルク変動が一層小さくなり、エンジンの商品性がさらに良くなる。
さらには、エンジンＣＥのクランキング後において、エンジンＣＥが完爆状態となるまでは、点火時期を通常運転時の点火時期よりも進角側に設定するのが好ましい。このようにすれば、混合気の着火性・燃焼性が高められるので、エンジンが迅速に自力回転できるようになり、エンジンの始動性が良くなる。
【０１８６】
また、この触媒活性化促進制御において、冷間始動時の排気ガス昇温促進期間は、タイマにより、所定時間経過後に単純に終了させるのが好ましい。このようにすれば、エンジン制御装置ないしはその制御ロジックが簡素化され、製造コストが低減される。
この場合、触媒コンバータより下流側の排気ガス温度が所定値まで上昇したときに排気ガス昇温促進期間を終了させるようにしてもよい。このようにすれば、排気ガス浄化用触媒が確実に活性化されるまで排気ガス温度が高められ、触媒の活性化が促進される。また、該触媒が活性化された後は迅速にエンジンの正味出力が高められ、エンジンの回転安定性が高められる。
【０１８７】
図１７(a)〜(d)に、エンジンＣＥの冷間始動時に、本発明にかかる触媒活性化促進制御が行われた場合の、エンジン回転数、吸気量、点火時期及び空燃比の経時変化の一例を示す。この例では、エンジンＣＥが吹き上がるまでは点火時期が上死点よりも約７°ＣＡだけ進角させられ、吹き上がった後は点火時期が上死点より約１５°ＣＡだけ遅角させられている。また、排気ガス昇温促進期間中は、吸気量及び点火時期が一定値に保持され、エンジン回転数が２０００r.p.m.に保持されている。
【０１８８】
また、図１８(a)〜(c)に、エンジンＣＥの冷間始動時に、本発明にかかる触媒活性化促進制御が行われた場合の、エンジン回転数、点火時期及び空燃比の経時変化のもう１つの例を示す。この例では、エンジンＣＥが吹き上がるまでは点火時期が上死点よりも約７°ＣＡだけ進角させられ、吹き上がったときに点火時期が上死点より約１５°ＣＡだけ遅角させられている。そして、この後まもなく点火時期がさらに遅角させられ、これによってエンジン回転数が２０００r.p.m.から１５００r.p.m.に低下させられている。
【０１８９】
さらに、図１９（ａ）に、エンジンＣＥの冷間始動時に、本発明にかかる触媒活性化促進制御が行われた場合の、エンジン回転数及び点火時期の経時変化のさらにもう１つの例を示す。この例では、点火時期は、時刻t1でエンジン回転数がアイドル回転数n2よりはやや低い完爆回転数n1に達するまでは進角量が大きい始動進角i3とされ、完爆後時刻t2で吹き上がるまで(期間d1)は進角量がやや小さい通常進角i2とされ、吹き上がった後は上死点後の所定値i1まで遅角させられている。なお、時刻t2から所定時間d2(t3まで)は点火時期の上死点後までの遅角を遅らせて回転安定性を高めるようにしてもよい。また、吹き上がりをエンジン回転数により検出する際に、図１９（ａ）に示すように吹き上げによるほぼ最高位の回転数n3で検出し、その回転数n3に到達した時刻t2'から所定値i1に遅角させてもよい。
【０１９０】
この場合、期間ｄ1ではＩＳＣ開度を大きくするなどして吸入空気量を増加させ、期間ｄ1の後ではさらに吸入空気量を増加させるのが好ましい。このようにすれば、エンジンＣＥの吹き上がりが円滑化ないしは迅速化される。
また、空燃比を固定している場合は、点火時期の遅角量が大きいときほどＩＳＣ開度を大きくして吸入空気量を増加させるのが好ましい。このようにすれば、吸入空気量の増加に伴って燃料供給量が増えるので、発熱量が増加して排気ガスの上昇が促進される。
【０１９１】
また、図１９（ｂ）に示すように点火時期を変化させてもよい。この例では、エンジン回転数が完爆回転数n1に達するまで（時刻ｔ1まで）は進角量が始動進角i3とされ、完爆後に吹き上がるまで(時刻ｔ2まで)は始動進角より進角した進角i2とされ、吹き上がった後は上死点後の所定値i1まで遅角させられている。なお、時刻t2から所定時間d2(t3まで)は点火時期の上死点後までの上記遅角を遅らせて回転安定性を高めるようにしてもよい。この場合も、エンジンＣＥの回転安定性が高められる。
この場合、吹き上がりまでは吸入空気量を一定に保持するのが好ましい。このようにすれば、エンジンＣＥの回転安定性が一層高められる。
【０１９２】
図２０に、エンジンＣＥの冷間始動時に本発明にかかる触媒活性化促進制御が行われた場合の排気温度の経時変化(Ｇ1)の一例を、従来のエンジンにおける排気温度の経時変化(Ｇ2)と比較して示す。
また、図２１に、エンジンＣＥの冷間始動時に本発明にかかる触媒活性化促進制御が行われた場合のＨＣ浄化率の経時変化(Ｈ1)の一例を、従来のエンジンにおけるＨＣ浄化率の経時変化(Ｈ2)と比較して示す。
【０１９３】
図２０及び図２１から明らかなとおり、本発明にかかる触媒活性化促進制御が行われるエンジンＣＥでは、従来の普通のエンジンに比べて、排気ガス温度が極めて迅速に高められ、このためＨＣ浄化率が極めて迅速に上昇し、エンジン始動開始から２０秒経過後(走行開始時)には、ＨＣ浄化率が８８％に達している。
以上、本実施例によれば、ＥＨＣあるいはアフターバーナといった触媒加熱装置を設けずに、エンジンの冷間始動時に、回転安定性を確保してトルク変動を抑制しつつ、排気ガス温度を迅速に高めることができ、もって排気ガス浄化触媒を早期に活性化温度の到達させることができる。
【０１９４】
なお、特開平２−６４２５３号公報には、エンジンの冷機時には吸入空気量を増加させるとともに、点火時期を遅角させアイドル回転数の安定化と、エンジンの迅速な暖機とを図るようにしたものが提案されている。しかしながら、この従来のものは点火時期を遅角させる点において、本発明と共通点を有するものの、触媒コンバータが設けられておらず、また上死点後まで点火時期を遅角させるものでもなく、本発明とは解決しようとする課題、構成、作用及び効果が全く異なるものである。
【０１９５】
図２２は、本願発明者による実験の結果に基づいて作成された、排気ガス温度の点火時期及びスワール比（スワール強度）に対する依存性と、混合気燃焼時間（混合気燃焼終了時期）のクランク角及びスワール比に対する依存性とを示すグラフである。図２２から明らかなとおり、点火時期が遅角するほど排気ガス温度は累進的に大きく上昇している。このことから、点火時期の遅角により排気ガス温度の上昇を促進しようとする本件が極めて有効であることがわかる。また、スワールが強いとき（スワール比３.０）には燃焼時間が短くなり、したがって燃焼安定性が高められることがわかる。したがって、スワールを強化している本件においては、点火時期が遅角したことによって生じる燃焼安定性の低下がスワールによって補償され、実質的には燃焼安定性の低下は生じない。
【０１９６】
図２３は、本願発明者による実験の結果に基づいて作成された、図示平均有効圧力変動率の、排気ガス温度及びスワール比に対する依存性を示すグラフである。図２３から明らかなとおり、図示平均有効圧力変動率は排気ガス温度が高いときほど大きくなるが、スワールが強いときには大幅に小さくなる。したがって、スワールを強化している本件においては、点火時期の遅角に伴う排気ガス温度上昇により図示平均有効圧力変動率が上昇傾向にあるものの、該上昇はスワールによって抑制ないしは補償されので、点火時期を遅角させた場合でもエンジンＣＥの燃焼安定性及び回転安定性が高められる。
【０１９７】
図２４は、本願発明者による実験の結果に基づいて作成された、リーンリミット空燃比の、点火時期及びスワール比に対する依存性を示すグラフである。図２４から明らかなとおり、スワールが強いときにはリーンリミット空燃比がリーンとなっている。一般的に、リーンリミット空燃比は点火時期の進角によって低下する。しかし、スワールを強化している本件においては、リーンリミット空燃比がリーン側にあるので、点火時期を遅角させた場合でもエンジンＣＥの燃焼安定性及び回転安定性が高められる。
【０１９８】
図２５は、本願発明者による実験の結果に基づいて作成された、排気ガス中のＨＣ濃度指数の、排気ガス温度及びスワール比に対する依存性を示すグラフである。図２５から明らかなとおり、排気ガス温度が高いときほどＨＣ濃度指数が小さくなる。なお、ＨＣ濃度指数はスワール比によってはあまり左右されない。したがって、点火時期の遅角により排気ガス温度の上昇を促進している本件においては、ＨＣ排出量が大幅に低減される。
【０１９９】
図２６は、本願発明者による実験の結果に基づいて作成された、排気ガス中のＨＣ濃度指数の、９０％燃焼終了クランク角及びスワール比に対する依存性を示すグラフである。図２６から明らかなとおり、９０％燃焼終了クランク角が遅いときほど、すなわち概ね点火時期が遅いとき（遅角量が大きいとき）ほどＨＣ濃度指数が小さくなる。なお、ＨＣ濃度指数はスワール比によってはほとんど左右されない。したがって、点火時期の遅角により排気ガス温度の上昇を促進している本件においては、ＨＣ排出量が大幅に低減される。
【０２００】
図２７は、本願発明者による実験の結果に基づいて作成された、排気ガス中のＣＯ濃度指数の、排気ガス温度及びスワール比に対する依存性を示すグラフである。図２７から明らかなとおり、ＣＯ濃度指数は排気ガス温度によってはあまり左右されないが、スワールが強いときには大幅に小さくなる。したがって、スワールを強化している本件においては、ＣＯ排出量が大幅に低減される。
【０２０１】
【発明の効果】
本発明の第１の態様によれば、エンジンの冷間始動時においては、エンジン始動開始後における所定の排気ガス昇温促進期間中は点火時期が上死点後に設定されるので、膨張行程に入ってはじめて混合気に着火し、その後燃焼が開始されることになる。したがって、混合気の燃焼によって生じる熱エネルギ中のエンジン軸動力(正味出力)に変換される割合が低くなり、その結果上記熱エネルギ中の排気損失となる割合が高くなり、その分だけ排気ガス温度が高められる。このため、高温の排気ガスによって排気ガス浄化用触媒が迅速に昇温され、該触媒が早期に活性化温度に到達し、冷間始動時における排気ガス浄化率が大幅に高められる。
また、一般的には点火時期を上死点後に設定すると、混合気の燃焼性の低下及び正味出力の低下によりエンジンの回転安定性が低下してトルク変動が大きくなるはずであるが、本件によれば混合気燃焼促進手段によって混合気の燃焼が促進されて着火性・燃焼性が高められるので、エンジンの必要最小限の回転安定性が確保され、トルク変動がさほど大きくはならない。つまり、電気加熱ヒータあるいはアフタバーナ等を設けることなく、すなわち簡素な構造の排気ガス浄化装置でもって、混合気の着火性・燃焼性ないしはエンジンの必要最小限の回転安定性を確保しつつ、排気ガス浄化用触媒を迅速に活性化させることができる。
さらに、排気ガス昇温促進期間中は、気筒内空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（１４．７）〜１８.０の範囲内に設定されるので、気筒内空燃比Ａ／Ｆが１２〜１３に設定される従来のエンジンに比べて、燃料の気化に要する潜熱あるいは燃料の昇温に要する顕熱が少なくなり、その分排気ガス温度が高められる。したがって、排気ガス浄化用触媒の昇温が促進され、該触媒をより早期に活性化温度に到達させることができる。
また、冷間始動時においては空燃比が従来のエンジンよりはリーン側に設定されることになるので、ＨＣの発生率が低くなりエミッション性能が良くなる。
【０２０２】
本発明の第２の態様によれば、基本的には本発明の第１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、上記排気ガス昇温促進期間中は、点火時期が上死点後に設定され、かつクランク角に対する気筒内圧力の上昇方向の変化率が０以上となる領域が膨張行程中期以降につくりだされるので、混合気の燃焼が膨張行程の中期以降で生じることになる。したがって、混合気の燃焼によって生じる熱エネルギ中の正味出力に変換される割合が低くなり、かつ燃焼室を構成する壁面、とくにその大半の面積を占める天井壁面(シリンダヘッド下面)との排気ガス排出までの熱交換時間が短くなってエンジン本体との熱交換(冷却損失)割合が低くなり、その結果上記熱エネルギ中の排気損失となる割合が高くなり、その分だけ排気ガス温度が高められる。このため、高温の排気ガスによって排気ガス浄化用触媒が迅速に昇温され、該触媒が早期に活性化温度に到達し、冷間始動時における排気ガス浄化率が大幅に高められる。  
【０２０６】
本発明の第３の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第２の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった後で点火時期が上死点後に設定されるので、点火時期が上死点後に設定される時点ではエンジンの回転が十分に安定している。このため、排気ガス昇温促進期間中のトルク変動が小さくなり、エンジンの商品性が良くなる。
【０２０７】
本発明の第４の態様によれば、基本的には本発明の第３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった後、所定期間だけ時間遅れを伴って点火時期が上死点後に設定されるので、エンジンの回転安定性が一層高められ、したがって排気ガス昇温促進期間中のトルク変動が一層小さくなり、エンジンの商品性がさらに良くなる。
【０２０８】
本発明の第５の態様によれば、基本的には本発明の第３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がった直後に点火時期が上死点後に設定され、これによって排気ガス温度の上昇が迅速化されるので、エンジンのエミッション性能が一層高められる。
【０２０９】
本発明の第６の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第４の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、エンジンのクランキング後においてエンジンが吹き上がる前の完爆状態となるまでは始動進角が通常運転時の点火時期よりも進角側に設定され、混合気の着火性・燃焼性が高められるので、エンジンが迅速に自力回転できるようになり、エンジンの始動性が良くなる。
【０２１０】
本発明の第７の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、完爆状態となった後エンジンが吹き上がるまでは点火時期が始動進角よりも進角側に設定されて混合気の着火性・燃焼性が高められ、エンジンが迅速に自力回転できるようになるので、エンジンの始動性が良くなる。
【０２１１】
本発明の第８の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、エンジンが吹き上がるまでは点火時期が通常運転時と同様となり、エンジンの回転が安定するので、エンジンの商品性が良くなる。
【０２１２】
本発明の第９の態様によれば、基本的には本発明の第６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、完爆後に吸入空気量が増やされるので、エンジンの吹き上がりが迅速化され、排気ガス温度の上昇が迅速化される。
【０２１３】
本発明の第１０の態様によれば、基本的には本発明の第７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、エンジンが吹き上がるまでは吸入空気量が一定となるので、エンジンの吹き上がりが円滑化され、エンジンの商品性が良くなる。
【０２１４】
本発明の第１１の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中における空燃比のリッチ化が防止されて、排気ガスの昇温が迅速化されるとともにＨＣ排出量が低減されるので、エンジンのエミッション性能が高められる。
【０２１５】
本発明の第１２の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、エンジンの冷機状態に応じた適切な遅角量とすることができるので、エンジンの回転が安定し、エンジンの始動性が良くなる。
【０２１６】
本発明の第１３の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、エンジンの冷機状態に応じた適切な吸入空気量とすることができるので、エンジンの回転が安定し、エンジンの始動性が良くなる。
【０２１７】
本発明の第１４の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、点火時期の遅角量がエンジンの時々刻々の運転状態（冷機状態）に応じた適切なものとなるので、エンジンの回転が安定し、エンジンの始動性が良くなる。
【０２１８】
本発明の第１５の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、該吸入空気量がエンジンの時々刻々の運転状態（冷機状態）に応じた適切なものとなるので、エンジンの回転が安定し、エンジンの始動性が良くなる。
【０２１９】
本発明の第１６の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第２の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中は、吸入空気量の増減によりエンジン回転数が所定の回転数に維持されるので、排気ガス昇温促進期間中のトルク変動が小さくなり、エンジンの商品性が大幅に良くなる。
【０２２０】
本発明の第１７の態様によれば、基本的には本発明の第１６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中は、エンジン回転数が所定の比較的高い回転数に維持されるので、気筒内での発熱量が大きくなり、排気ガス温度がなお一層高められ、排気ガス浄化用触媒が極めて迅速に昇温され、該触媒が非常に早期に活性化される。
【０２２１】
本発明の第１８の態様によれば、基本的には本発明の第１７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中においてある程度時間が経過した後は、点火時期がさらに遅角側に設定され、これによってエンジン回転数が低下させられるので、エンジン騒音が小さくなり、また発進時の飛び出し感がなくなり、エンジンないしはこれを搭載した車両の商品性が良くなる。
【０２２２】
本発明の第１９の態様によれば、基本的には本発明の第１７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中においてある程度時間が経過した後は、吸入空気量が減少させられ、これによってエンジン回転数が低下させられるので、エンジン騒音が小さくなり、また発進時の飛び出し感がなくなり、エンジンないしはこれを搭載した車両の商品性が良くなる。
【０２２３】
本発明の第２０の態様によれば、基本的には本発明の第１７の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中においてある程度時間が経過した後は、点火時期がさらに遅角側に設定され、かつ吸入空気量が減少させられ、これらによってエンジン回転数が低下させられるので、エンジン騒音が小さくなり、また発進時の飛び出し感がなくなり、エンジンないしはこれを搭載した車両の商品性が良くなる。
【０２２４】
本発明の第２１の態様によれば、基本的には本発明の第２０の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に、エンジン回転数が迅速に低下させられてエンジン騒音が低減されるとともに、排気ガス温度の上昇が迅速化されるので、エンジンの商品性が大幅に高められる。
【０２２５】
本発明の第２２の態様によれば、基本的には本発明の第１６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには点火時期が通常の進角値に戻されるので、該エンジンを搭載した車両の発進性ないしは走行性が高められ、該車両の商品性が良くなる。
【０２２６】
本発明の第２３の態様によれば、基本的には本発明の第１６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、車両走行開始後において、排気ガス昇温が促進されるとともに車両走行性が高められる。
【０２２７】
本発明の第２４の態様によれば、基本的には本発明の第２３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、車両発進性が高められる。
【０２２８】
本発明の第２５の態様によれば、基本的には本発明の第２４の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、車両走行性が大幅に高められるとともに、排気ガスの昇温が一層促進される。
【０２２９】
本発明の第２６の態様によれば、基本的には本発明の第２３の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始した場合において、高いエンジン出力が必要なときには該エンジンを搭載した車両の発進性ないしは走行性が高められ、他方さほどエンジン出力が要求されないときには排気ガス温度の上昇が迅速化されるので、エンジン出力の向上とエミッション性能の向上とが両立する。
【０２３０】
本発明の第２７の態様によれば、基本的には本発明の第２６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、エンジン出力を確保しつつ排気ガス温度の上昇を迅速化することができるので、エンジンの商品性が高められる。
【０２３１】
本発明の第２８の態様によれば、基本的には本発明の第２２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには、吸入空気量可変手段による空気供給が時間遅れを伴って停止されるので、車両発進時における吸入空気量の急減が起こらず、車両の発進性ないしは走行性が良くなる。
【０２３２】
本発明の第２９の態様によれば、基本的には本発明の第２２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始したときには、吸入空気量可変手段による空気供給が停止に至るまで徐々に減少させられるので、車両発進時における吸入空気量の急減が起こらず、車両の発進性ないしは走行性が良くなる。
【０２３３】
本発明の第３０の態様によれば、基本的には本発明の第２２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス昇温促進期間中に車両が走行を開始した後再び停止した場合において、触媒コンバータ内の触媒が活性温度に達していないときには再び所定の期間だけ、点火時期が上死点後に設定されるように点火時期可変手段を制御する一方、混合気の燃焼が促進される。このため、車両再停止時においても、混合気の燃焼性ないしはエンジンの必要最小限の回転安定性を確保しつつ、排気ガス浄化用触媒を迅速に活性化させることができる。
【０２３４】
本発明の第３１の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３０の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、乱流生成促進手段によって気筒内での乱流の生成が促進されるので、これによって混合気の着火性・燃焼性が高められ、排気ガス昇温促進期間中のエンジンの回転安定性が高められ、トルク変動が小さくなる。
【０２３５】
本発明の第３２の態様によれば、基本的には本発明の第３１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、スワール生成手段によって気筒内での乱流の生成が促進されるので、これによって混合気の着火性・燃焼性が高められ、排気ガス昇温促進期間中のエンジンの回転安定性が高められ、トルク変動が小さくなる。
【０２３６】
本発明の第３３の態様によれば、基本的には本発明の第３２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、スワール生成手段が、開閉弁を備えない第１吸気ポートと、開閉弁を備えた第２吸気ポートとを備えていて、開閉弁の開度を変化させることによって気筒内にスワールを生成するようになっているので、簡素な構造でもって気筒内に強いスワールが生成され、これによって混合気の着火性・燃焼性がさらに高められ、排気ガス昇温促進期間中のエンジンの回転安定性が高められ、トルク変動がさらに小さくなる。
【０２３７】
本発明の第３４の態様によれば、基本的には本発明の第３２の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、スワール生成手段が、スワール比が１.０以上の強いスワールを気筒内に生成するようになっているので、混合気の着火性・燃焼性が大幅に高められ、排気ガス昇温促進期間中のエンジンの回転安定性が高められ、トルク変動が非常に小さくなる。
【０２３８】
本発明の第３５の態様によれば、基本的には本発明の第３１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、タンブル生成手段によって気筒内での乱流の生成が促進されるので、これによって混合気の着火性・燃焼性が高められ、排気ガス昇温促進期間中のエンジンの回転安定性が高められ、トルク変動が小さくなる。
【０２３９】
本発明の第３６の態様によれば、基本的には本発明の第３５の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、タンブル生成手段が、タンブル比が１.５以上の強いタンブルを気筒内に生成するようになっているので、混合気の着火性・燃焼性が大幅に高められ、排気ガス昇温促進期間中のエンジンの回転安定性が高められ、トルク変動が非常に小さくなる。
【０２４０】
本発明の第３７の態様によれば、基本的には本発明の第３１の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、低リフト型の吸気弁構造によって吸気通路から気筒内へ流入する空気の流速が高められ、これによって気筒内での混合気の着火性・燃焼性が高められるので、排気ガス昇温促進期間中のエンジンの回転安定性が高められ、トルク変動が小さくなる。
【０２４１】
本発明の第３８の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３０の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、空気混合式燃料噴射弁によって燃料が空気と混合された上で吸気通路に噴射されるので、混合気の形成が促進され、これによって気筒内での混合気の着火性・燃焼性が高められるので、排気ガス昇温促進期間中のエンジンの回転安定性が高められ、トルク変動が小さくなる。
【０２４２】
本発明の第３９の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３０の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、混合気の点火エネルギが高くなるので、これによって気筒内での混合気の着火性・燃焼性が高められ、排気ガス昇温促進期間中のエンジンの回転安定性が高められ、トルク変動が小さくなる。
【０２４３】
本発明の第４０の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３９の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、一定時間経過後に排気ガス昇温促進期間が単純に終了させられるので、エンジン制御装置ないしはその制御ロジックが簡素化され、製造コストが低減される。
【０２４４】
本発明の第４１の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３９の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、触媒コンバータより下流側の排気ガス温度が所定値まで上昇したときに排気ガス昇温促進期間が終了させられるので、排気ガス浄化用触媒が確実に活性化されるまで排気ガス温度が高められ、触媒の活性化が促進される。また、該触媒が活性化された後は迅速にエンジンの正味出力が高められ、エンジンの回転安定性が高められる。
【０２４５】
本発明の第４２の態様によれば、基本的には本発明の第１〜第３９の態様のいずれか１つにかかるエンジンの排気ガス浄化装置の場合と同様の効果が得られる。さらに、排気ガス温度検出センサを設けずに、排気ガス昇温促進期間の終了点を知ることができるので、部品点数が低減され、エンジンの製造コストが低減される。
【０２４６】
本発明の第４３の態様によれば、エンジンの冷間始動時においては、エンジン始動開始後における所定の排気ガス昇温促進期間中は点火時期が上死点後に設定されるので、膨張行程に入ってはじめて混合気に着火し、その後燃焼が開始されることになる。したがって、混合気の燃焼によって生じる熱エネルギ中のエンジン軸動力(正味出力)に変換される割合が低くなり、その結果上記熱エネルギ中の排気損失となる割合が高くなり、その分だけ排気ガス温度が高められる。このため、高温の排気ガスによって排気ガス浄化用触媒が迅速に昇温され、該触媒が早期に活性化温度に到達し、冷間始動時における排気ガス浄化率が大幅に高められる。
また、一般的には点火時期を上死点後に設定すると、混合気の燃焼性の低下及び正味出力の低下によりエンジンの回転安定性が低下してトルク変動が大きくなるはずであるが、本件によれば混合気の燃焼が促進されて着火性・燃焼性が高められるので、エンジンの必要最小限の回転安定性が確保され、トルク変動がさほど大きくはならない。つまり、簡単な方法でもって、混合気の着火性・燃焼性ないしはエンジンの必要最小限の回転安定性を確保しつつ、排気ガス浄化用触媒を迅速に活性化させることができる。
さらに、排気ガス昇温促進期間中は、気筒内空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（１４．７）〜１８.０の範囲内に設定されるので、気筒内空燃比Ａ／Ｆが１２〜１３に設定される従来のエンジンに比べて、燃料の気化に要する潜熱あるいは燃料の昇温に要する顕熱が少なくなり、その分排気ガス温度が高められる。したがって、排気ガス浄化用触媒の昇温が促進され、該触媒をより早期に活性化温度に到達させることができる。
また、冷間始動時においては空燃比が従来のエンジンよりはリーン側に設定されることになるので、ＨＣの発生率が低くなりエミッション性能が良くなる。
【０２４７】
本発明の第４４の態様によれば、基本的には本発明の第４６の態様にかかるエンジンの排気ガス浄化方法の場合と同様の効果が得られる。さらに、上記排気ガス昇温促進期間中は、点火時期が上死点後に設定され、かつクランク角に対する気筒内圧力の上昇方向の変化率が０以上となる領域が膨張行程中期以降につくりだされるので、混合気の燃焼が膨張行程の中期以降で生じることになる。したがって、混合気の燃焼によって生じる熱エネルギ中の正味出力に変換される割合が低くなり、かつ燃焼室を構成する壁面、とくにその大半の面積を占める天井壁面(シリンダヘッド下面)との排気ガス排出までの熱交換時間が短くなってエンジン本体との熱交換(冷却損失)割合が低くなり、その結果上記熱エネルギ中の排気損失となる割合が高くなり、その分だけ排気ガス温度が高められる。このため、高温の排気ガスによって排気ガス浄化用触媒が迅速に昇温され、該触媒が早期に活性化温度に到達し、冷間始動時における排気ガス浄化率が大幅に高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる排気ガス浄化装置を備えた往復動ピストン式エンジンのシステム構成図である。
【図２】  図１に示すエンジンの１つの気筒の吸・排気ポート付近における一部断面立面説明図である。
【図３】  図１に示すエンジンの１つの気筒の吸・排気ポート付近における平面説明図である。
【図４】  図１に示すエンジンの１つの気筒の燃焼室付近における平面説明図である。
【図５】  図１に示すエンジンの１つの気筒の燃焼室付近における透視図である。
【図６】  図１に示すエンジンの１つの気筒の吸・排気ポート付近の縦断面構造を示す模式図である。
【図７】  排気温度及びエンジン出力トルクの、点火時期に対する変化特性を示すグラフである。
【図８】  排気温度の点火時期に対する変化特性を、エンジン回転数をパラメータとしてあらわしたグラフである。
【図９】  エンジン始動開始時から２０秒経過後の予測触媒温度の点火時期に対する特性を、エンジン回転数をパラメータとしてあらわしたグラフである。
【図１０】  平均有効圧変動率の点火時期に対する変化特性を示すグラフである。
【図１１】  混合気の乱れエネルギのクランク角に対する変化特性を示すグラフである。
【図１２】  (a)はスワールがない場合における下死点下の気筒内での混合気の濃度分布を示す図であり、(b)はスワールがある場合における下死点下の気筒内での混合気の濃度分布を示す図である。
【図１３】  排気ガス温度の点火時期に対する変化特性を、空燃比をパラメータとしてあらわしたグラフである。
【図１４】  触媒コンバータ上流の排気ガス温度の２次エア供給後空燃比に対する変化特性を示すグラフである。
【図１５】  気筒内圧力のクランク角に対する変化特性を、点火時期をパラメータとしてあらわしたグラフである。
【図１６】  気筒内圧力のクランク角に対する変化特性を、点火時期をパラメータとしてあらわしたグラフである。
【図１７】  (a)〜(d)は、夫々、図１に示すエンジンの冷間始動時におけるエンジン回転数、吸気量、点火時期及び空燃比の時間に対する変化特性を示すグラフである。
【図１８】  (a)〜(c)は、夫々、図１に示すエンジンの冷間始動時におけるエンジン回転数、点火時期及び空燃比の時間に対する変化特性を示すグラフである。
【図１９】  （ａ）、（ｂ）は、それぞれエンジンの冷間始動時におけるエンジン回転数及び／又は点火時期の時間に対する変化特性を示すグラフである。
【図２０】  排気温度のエンジン始動後経過時間に対する変化特性を示すグラフである。
【図２１】  エンジンの冷間始動時におけるＨＣ浄化率の時間に対する変化特性を示すグラフである。
【図２２】  排気ガス温度及び混合気燃焼時間の、点火時期に対する依存性を示すグラフである。
【図２３】  図示平均有効圧力と排気ガス温度との関係をスワール比をパラメータとして示したグラフである。
【図２４】  リーンリミット空燃比の点火時期に対する依存性を示すグラフである。
【図２５】  排気ガス中のＨＣ濃度指数の排気ガス温度に対する依存性を示すグラフである。
【図２６】  排気ガス中のＨＣ濃度指数と９０％燃焼終了クランク角との関係を示すグラフである。
【図２７】  排気ガス中のＣＯ濃度指数の排気ガス温度に対する依存性を示すグラフである。
【図２８】  図１に示すエンジンにおける排気ガス浄化装置のもう１つの好ましい実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
ＣＥ…エンジン
Ｃ…コントロールユニット
Ｆ…点火機構
１…エンジン本体
２…燃焼室
３,４…第１,第２吸気ポート
５,６…第１,第２排気ポート
７,８…第１,第２吸気弁
９,１０…第１,第２排気弁
１１…ピストン
１２…点火プラグ
１３…吸気系
１７…エアフローセンサ
１８…スロットル弁
１９…吸気バイパス通路
２０…ＩＳＣ通路
２１…エア通路
２２…ＩＳＣバルブ
２３…エアバルブ
２４…インジェクタ
２５…開閉弁
３６…エア制御バルブ
３７…ＡＭＩ用エア供給通路
４４…リニアＯ2センサ
４５…触媒コンバータ
４６…スロットル開度センサ
４７…アイドルスイッチ
４９…水温センサ
５１…ディストリビュータ
５２…クランク角センサ
５３…気筒判別センサ
６０…排気通路
６１…２次エア供給通路
６２…リードバルブ
６３…排気温センサ
８０…プリ触媒コンバータ
８１…λＯ2センサ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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