CN101668943A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明在规定的低温起动状态(浓空燃比气氛)下原则上执行使点火时期比MBT提前的过进角点火控制、且执行将喷射燃料的全部的量设为进气同步喷射的对象的进气同步喷射控制。据此，由于气缸内温度的峰值增加、且进气口附着燃料量减少，所以未燃HC的排放量得以降低。但是，在PM排放量要超过PM容许量的情况下，取代进气同步喷射控制而执行将喷射燃料的一部分设为进气非同步喷射的对象并且将剩余的燃料设为进气同步喷射的对象的处理。由此，气缸内附着燃料量减少，作为PM生成原因的气缸内附着燃料的部分氧化反应被抑制。其结果，能够使PM排放量减少，并将PM排放量抑制到PM容许量。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及在规定的低温起动状态下进行降低未燃HC的排放量的HC减少控制的火花点火式内燃机的控制装置，特别是涉及伴随于HC减少控制的执行的PM(微粒，粒状物质)的排放量增大的抑制。
背景技术
以往，对于火花点火式的内燃机，已经有在低温起动时(冷机起动时)进行使点火时期比MBT(Minimum spark advance for Best Torque、获得最大转矩的点火时期)提前的控制(以下称之为“过进角点火控制”)的技术(例如，参照日本特开2000-240547号公报)。与点火时期被设定成MBT的情况(以下称之为“MBT控制”)相比，利用过进角点火控制，能够通过燃烧室内的温度(峰值温度)上升来促进冷却水的温度上升，提高发动机起动时的预热性。
在低温起动时，燃烧室内的温度(以下称之为“气缸内温度”)较低。从而，在进气门上游的进气通路内所喷射的燃料易于附着在燃烧室的壁面。这样附着在燃烧室的壁面的燃料(以下称之为“气缸内附着燃料”)的大部分就可能未供于燃烧而作为未燃HC从燃烧室排出。此时，若设置于内燃机的排气系统的催化剂的温度较低，则催化剂处于未激活状态，上述未燃HC就可能无法在催化剂中被净化，而排放到大气中。
本申请人已经发现，如果在这样的低温起动时(且浓空燃比气氛)执行过进角点火控制，则从燃烧室排出的未燃HC的排放量将明显减少(参照日本特愿2006-322336)。这被推定为基于以下理由。
即、若执行了过进角点火控制，则与MBT控制的情况相比，压缩/膨胀冲程中的燃烧室内压力(以下称之为“气缸内压力”)的峰值增加，其结果，气缸内温度的峰值增加(参照后述的图3)。
在由于所谓的“起动增量”而被调整成稍微浓的空燃比的燃烧室内气氛下，若气缸内温度的峰值如此增加了，则会促进处于不足倾向的氧气和气缸内附着燃料之间的“部分氧化反应”(不完全燃烧)。若进行了这种部分氧化反应，则基于气缸内附着燃料而产生的未燃HC被转换成CO而从燃烧室排出。根据以上说明，如果在低温起动时执行过进角点火控制，则未燃HC的排放量将明显减少。
进而，本申请人还发现，通过在低温起动时除了过进角点火控制外，还进行以使得在进气门上游的进气通路内(进气口)所喷射的全部的燃料的量在进气门开阀期间内被喷射的方式设定燃料喷射期间的控制(以下称之为“进气同步喷射控制”)，未燃HC的排放量就会进一步减少。这被推定为基于以下理由。此外，下面将进气门开阀期间内的燃料喷射称之为“进气同步喷射”，将进气门开阀之前的燃料喷射称之为“进气非同步喷射”。
在低温起动时，除了气缸内温度外进气口的温度也较低。从而，除了燃烧室的壁面外，所喷射的燃料还易于附着在进气口的壁面。这样附着在进气口的壁面的燃料(以下称之为“进气口附着燃料”)也可能未供于燃烧而作为未燃HC从燃烧室被排出。
在这里，若执行了进气同步喷射，则在进气通路内的空气经由进气口流入燃烧室的状态(即、存在空气流动的状态)下喷射燃料。从而，与执行进气非同步喷射的情况相比，就能够使进气口附着燃料的量显著减少。其结果，基于进气口附着燃料而产生的未燃HC的排放量将显著减少。
另一方面，由于执行进气同步喷射，气缸内附着燃料的量有增加的趋势，其结果，基于气缸内附着燃料而产生的未燃HC的排放量就会增加。但是，上述“基于进气口附着燃料而产生的未燃HC的排放量”的减少量显著大于这种“基于气缸内附着燃料而产生的未燃HC的排放量”的增大量。根据以上说明，如果在低温起动时除了过进角点火控制外还执行进气同步喷射控制，则整体上会使未燃HC的排放量进一步减少。
可是，如上述那样，已经清楚，若在空燃比稍微浓而氧气不足的燃烧室内气氛下进行了气缸内附着燃料的上述部分氧化反应(不完全燃烧)，则相反地，就会生成PM(由微粒、粒状物质、碳烟(Soot)和可溶性有机成分(SOF)等构成)。从而，若通过过进角点火控制来促进了气缸内附着燃料的上述部分氧化反应，则如上述那样未燃HC的排放量显著减少，另一方面，PM的排放量会增加。
PM的排放量如此增加的趋势，在除了过进角点火控制外还执行进气同步喷射控制的情况下变得尤其明显。这被推定为基于如下理由，即作为上述部分氧化反应的对象的气缸内附着燃料的量因进气同步喷射而增加，由此促进了部分氧化反应。
以上，若执行了过进角点火控制(以及进气同步喷射控制)(以下亦称之为“HC减少控制”)，就会产生PM的排放量增大之类的问题。希望对伴随于HC减少控制的执行的PM排放量的增大进行抑制。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在规定的低温起动状态下进行HC减少控制的火花点火式内燃机的控制装置，可以抑制伴随于HC减少控制的执行的PM排放量的增大。
本发明所涉及的火花点火式内燃机的控制装置，具备：判定单元，判定内燃机是否处于规定的低温起动状态；HC减少单元，在判定为上述内燃机处于上述规定的低温起动状态的情况下，进行通过调整规定的内燃机控制参数使上述内燃机的燃烧室内的温度上升来降低未燃HC的排放量的HC减少控制。
作为上述HC减少控制，例如可例举，仅仅是上述过进角点火控制，或者是上述过进角点火控制和上述进气同步喷射控制等。此外，在上述规定的低温起动状态下，通常，为了抑制不产生火花的现象使燃烧稳定，而将空燃比调整成比理论空燃比稍微浓的空燃比(所谓起动增量)。
本发明所涉及的火花点火式内燃机的控制装置的特征在于，具备：容许值取得单元，取得与PM的排放量相当的值的容许值；和限制单元，基于上述PM排放量相当容许值来进行限制上述HC减少控制的执行的限制控制。
根据这一方案，由于基于PM排放量相当容许值来限制HC减少控制的执行，所以可以在PM的排放量不超过容许值的范围内执行HC减少控制。即、能够抑制伴随于HC减少控制的执行的PM排放量的增大。
具体而言，例如，在作为上述HC减少控制而仅仅执行上述过进角点火控制的情况下或同时执行上述过进角点火控制和上述进气同步喷射控制等的情况下，作为上述限制控制，可以将上述点火时期距上述MBT的提前量设定得小于基于上述过进角点火控制的提前量。
点火时期距MBT的提前量(以下也简单地称之为“提前量”)越大，则气缸内压力的峰值(进而，气缸内温度的峰值)越增加而越促进上述部分氧化反应。其结果，未燃HC的排放量减少，另一方面，PM的排放量增加。换言之，如果减少提前量则能够减少PM的排放量。
从而，在PM的排放量因基于过进角点火控制的提前量的增大而要超过容许值的情况下，如果将提前量设定得较小，则可以抑制起因于气缸内温度的峰值的增加的上述部分氧化反应的促进来抑制PM的排放量超过容许值的情况。上述构成就基于这种见解。
另外，例如在作为上述限制控制同时执行上述过进角点火控制和上述进气同步喷射控制的情况下，作为上述限制控制，可以取代上述进气同步喷射控制而以使得在上述进气门开阀之前喷射上述喷射燃料的一部分(或者全部的量)的方式设定上述燃料喷射期间。
若如上述那样执行了进气同步喷射，则部分氧化反应因作为上述部分氧化反应的对象的气缸内附着燃料量的增加而被促进，其结果，PM的排放量增加。换言之，如果减少作为进气同步喷射的对象的燃料的量，则能够减少PM的产生量。
从而，在PM的排放量因过进角点火控制+进气同步喷射控制而要超过容许值的情况下，如果通过将喷射燃料的一部分或者全部的量设为进气非同步喷射的对象而将作为进气同步喷射的对象的燃料的量设定得较小，就可抑制起因于气缸内附着燃料量的增加的上述部分氧化反应的促进来抑制PM的排放量超过容许值的情况。上述构成基于这种见解。
在这种情况下，优选，上述容许值取得单元构成为，根据基于上述过进角点火控制的距上述MBT的提前量，取得附着在上述燃烧室的壁面的气缸内附着燃料的量的容许值，作为上述PM排放量相当容许值；上述限制单元构成为，基于在上述规定的低温起动状态下执行了上述进气同步喷射控制时预先取得的上述喷射燃料的量与上述气缸内附着燃料量的关系、和上述所取得的气缸内附着燃料量容许值，来决定与上述气缸内附着燃料量等于上述气缸内附着燃料量容许值时相对应的上述进气门开阀期间内所喷射的燃料的量，作为进气同步喷射量容许值，并在上述喷射燃料的全部的量大于上述进气同步喷射量容许值的情况下，以使得从上述喷射燃料的全部的量中扣除上述进气同步喷射量容许值后的量的燃料在上述进气门开阀之前被喷射且与上述进气同步喷射量容许值相等的量的燃料在上述进气门开阀期间内被喷射的方式设定上述燃料喷射期间。
如上述那样，由于PM的生成起因于气缸内附着燃料的部分氧化反应，所以气缸内附着燃料量越大则PM的排放量越大。从而，为了将PM的排放量抑制于容许值以内，将气缸内附着燃料的量抑制于某容许值以内即可。即，能够使用气缸内附着燃料量的容许值作为上述PM排放量相当容许值。在这里，当考虑到气缸内温度越高(进而，提前量越大)则气缸内附着燃料的部分氧化反应越被促进，则可基于提前量来决定此气缸内附着燃料量的容许值，并且提前量越大则可以将此气缸内附着燃料量的容许值决定成越小的值。
另一方面，能够通过实验、仿真等预先取得在低温起动时执行进气同步喷射控制(喷射燃料的全部的量成为进气同步喷射的对象)情况下的喷射燃料的量与气缸内附着燃料量的关系。从而，能够基于这一关系和上述气缸内附着燃料量的容许值，来决定与气缸内附着燃料量等于该容许值时相对应的作为进气同步喷射的对象的燃料的量(＝进气同步喷射量容许值)。
因而，在喷射燃料的全部的量超过上述进气同步喷射量容许值的情况下，通过取代上述进气同步喷射控制，而如上述构成那样将从喷射燃料的全部的量中扣除进气同步喷射量容许值后的量的燃料设为进气非同步喷射的对象，并将与进气同步喷射量容许值相等的量的燃料设为进气同步喷射的对象，可以抑制气缸内附着燃料从其容许值增加的情况，并抑制PM的排放量超过容许值的情况。
这样，在基于提前量取得作为PM排放量相当容许值的气缸内附着燃料量容许值的情况下，具体而言，例如，可以根据基于上述内燃机的冷却水的温度所获得的“与点火时期为MBT的情况(提前量＝0)相对应的上述气缸内附着燃料量容许值的基本值”，和基于提前量所获得的“上述气缸内附着燃料量容许值的第1修正值”取得上述气缸内附着燃料量容许值。
在这里，例如上述冷却水的温度越高则越将上述气缸内附着燃料量容许值的基本值设定为大的值。这是基于如下理由：冷却水的温度越高，则在气缸内附着燃料之中，因蒸发而供于燃烧的比例越大，在气缸内附着燃料中，实际上成为上述部分氧化反应的对象的比例越小(即，PM的产生量越小)。
另外，例如以提前量越大则气缸内附着燃料量容许值越小的方式设定上述第1修正值。这是基于如下理由：提前量越大则气缸内温度的峰值越高而上述部分氧化反应越被促进(即，PM的产生量越大)。
进而，在将上述气缸内附着燃料量容许值的基本值决定成与上述点火时期为上述MBT时且空燃比为理论空燃比时相对应的值的情况下，可以除了基于上述气缸内附着燃料量容许值的基本值以及上述第1修正值外，还根据基于上述空燃比所获得的“上述气缸内附着燃料量容许值的第2修正值”来取得上述气缸内附着燃料量容许值。
在这里，例如以空燃比从理论空燃比向浓空燃比方向的偏移量越大则气缸内附着燃料量容许值越小的方式设定上述第2修正值。这是基于如下理由：空燃比从理论空燃比向浓空燃比方向的偏移量越大，则气缸内附着燃料量越增加而上述部分氧化反应越被促进(即，PM的产生量越大)。
附图说明
图1是应用了本发明的实施方式所涉及的火花点火式内燃机的控制装置的内燃机的概略图。
图2是表示低温起动时且空燃比为浓空燃比情况下的点火时期和HC排放量以及PM排放量的关系的一例的曲线图。
图3是表示压缩/膨胀冲程中的气缸内压力以及气缸内温度相对于曲轴角度的变化的曲线图。
图4是表示图1所示的CPU执行的用于执行包含PM抑制处理的HC减少控制的程序的流程图。
图5是表示图1所示的CPU参照的规定发动机转速和点火时期距MBT的提前量的关系的表的曲线图。
图6是表示图1所示的CPU参照的规定负载率和点火时期距MBT的提前量的关系的表的曲线图。
图7是表示图1所示的CPU参照的规定冷却水温和点火时期距MBT的提前量的关系的表的曲线图。
图8是表示图1所示的CPU参照的规定冷却水温和气缸内附着燃料量容许值的基本值的关系的表的曲线图。
图9是表示图1所示的CPU参照的规定提前量和第1修正系数的关系的表的曲线图。
图10是表示图1所示的CPU参照的规定空燃比和第2修正系数的关系的表的曲线图。
图11是表示图1所示的CPU参照的规定气缸内附着燃料量容许值和与进气同步喷射量容许值相当的喷射器的开阀时间的关系的表的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的内燃机的控制装置的实施方式进行说明。
图1表示将本发明的实施方式的控制装置应用于火花点火式多气缸(4气缸)4循环内燃机10中的系统的概略构成。此内燃机10包括：气缸体部20，包含气缸体、气缸体下壳体以及油底壳等；气缸盖部30，被固定在气缸体部20之上；进气系统40，用于对气缸体部20供给汽油混合气；以及排气系统50，用于将来自气缸体部20的废气排放到外部。
气缸体部20包括气缸21、活塞22、连杆23以及曲轴24。活塞22在气缸21内进行往复运动，活塞22的往复运动经由连杆23被传递到曲轴24，由此使曲轴24旋转。气缸21和活塞22的顶部与气缸盖部30一起形成燃烧室25。
气缸盖部30具备：连通到燃烧室25的进气口31；使进气口31开闭的进气门32；对进气门32进行开闭驱动的进气门控制装置33；连通到燃烧室25的排气口34；使排气口34开闭的排气门35；对排气门35进行驱动的排气凸轮轴36；火花塞37；包含产生提供给火花塞37的高电压的点火线圈的点火器38；以及对进气口31内喷射燃料的喷射器(燃料喷射单元)39。
进气门控制装置33由使用油压来调整/控制进气凸轮轴与进气凸轮(未图示)的相对旋转角度(相位角度)的众所周知的构成之一而构成，可以调整进气门32的开阀时刻VVT(开闭时刻)。
进气系统40具备：进气管41，包含连通到进气口31并与进气口31一起形成进气通路的进气歧管；空气过滤器42，被设置于进气管41的端部；节气门43，处于进气管41内并使进气通路的开口截面积可变；以及节气门致动器43a，由构成节气门驱动单元的DC电机组成。
排气系统50具备：连通到排气口34的排气歧管51；被连接到排气歧管51的排气管(exhaust pipe)52；被配设(安装)于排气管52的上游侧三元催化剂53；以及配设(安装)于此第1催化剂53下游的排气管52的下流侧三元催化剂54。排气口34、排气歧管51以及排气管52构成排气通路。
另一方面，此系统具备：热线式气流计61、节气门位置传感器62、进气凸轮旋转角度传感器63、曲轴位置传感器64、水温传感器65、配设于第1催化剂53上游的排气通路的空燃比传感器66以及油门开度传感器67。
热线式气流计61对在进气管41内流动的进气的每单位时间的质量流量进行检测，并输出表示质量流量(进气流量)Ga的信号。节气门位置传感器62对节气门43的开度进行检测，并输出表示节气门开度TA的信号。进气凸轮旋转角度传感器63对进气凸轮的旋转角度进行检测，并输出表示进气门32的开阀时刻VVT的信号。曲轴位置传感器64对曲轴24的旋转角度进行检测，并输出表示发动机转速NE的信号。水温传感器65对冷却水温进行检测，并输出表示冷却水温THW的信号。
上游侧空燃比传感器66对第1催化剂53上游的空燃比进行检测，并分别输出表示该空燃比的信号。油门开度传感器67对由驾驶者所操作的油门踏板81的操作量进行检测，并输出表示油门踏板81的操作量Accp的信号。
电气控制装置70是由彼此用总线连接起来的CPU71、预先存储了CPU71执行的例程(程序)、表(查找表、映射)以及常数等的ROM72、RAM73、备份RAM74、以及包含AD转换器的接口75等组成的微型计算机。接口75与上述传感器61～67连接，对CPU71供给来自传感器61～67的信号，并且根据CPU71的指示将驱动信号发送给进气门控制装置33、点火器38、喷射器39以及节气门致动器43a。
(HC减少控制)
接着，对上述那样构成的内燃机10的控制装置(以下称之为“本装置”)所进行的降低未燃HC的排放量的控制(HC减少控制)简单地进行说明。此外，关于此HC减少控制，在日本特愿2006-322336中有详细记载。
在低温起动时，燃烧室内的温度(气缸内温度)较低。从而，从喷射器39向进气口31喷射的燃料易于附着在燃烧室25的壁面。这样附着在燃烧室25的壁面的燃料(气缸内附着燃料)的大部分可能未供于燃烧而作为未燃HC从燃烧室25被排出。而且，在低温起动时，三元催化剂53、54的温度较低，三元催化剂53、54处于未激活状态。从而，如上述那样从燃烧室25排出的未燃HC就会无法在三元催化剂53、54中被净化而被排放到大气中。
本装置为了在规定的低温起动状态(后述)下降低未燃HC的排放量(以下亦称之为“HC排放量”)，作为HC减少控制执行过进角点火控制以及进气同步喷射控制。首先，对过进角点火控制进行说明。
<过进角点火控制>
本申请人已经发现，通过在低温起动时(且浓空燃比气氛)，执行使点火时期比MBT提前的控制(过进角点火控制)，末燃HC的排放量(以下亦称之为“HC排放量”)将明显减少。下面，参照图2以及图3对这一情况进行说明。
图2的上方的曲线图表示低温起动时且空燃比为浓空燃比情况下的点火时期与HC排放量的关系的一例。如根据图2的上方的曲线图可明白那样，越是使点火时期提前则HC排放量越小。即，若与将点火时期设为MBT的情况(MBT控制)相比执行了过进角点火控制，则HC排放量变小。这被推定为是基于以下理由。
图3是表示压缩/膨胀冲程中的气缸内压力以及气缸内温度相对于曲轴角度的变化的曲线图。如根据图3的上方的曲线图可明白那样，越是使点火时期提前(c→b→a)则气缸内压力的峰值越是增加。这基于如下理由：越是使点火时期提前，则在压缩上止点前燃烧的燃料量越是增加，并增加与“由活塞22的上升动作(从下止点向上止点的动作)引起的升压作用”重叠的“由燃料燃烧引起的升压作用”的程度。其结果，如根据图3的下方的曲线图可明白那样，越是使点火时期提前(c→b→a)则气缸内温度的峰值也伴随于气缸内压力的峰值的增加而增加。
另一方面，在低温起动时，为了抑制不产生火花的现象使燃烧稳定，将空燃比调整成比理论空燃比稍微浓的空燃比(所谓起动增量)。这样，若在被调整成稍微浓的空燃比的燃烧室内气氛下气缸内温度的峰值增加了，则会促进处于不足倾向的氧气和气缸内附着燃料之间的“部分氧化反应”(不完全燃烧)。
若进行了这种部分氧化反应，则基于气缸内附着燃料而产生的未燃HC就被转换成CO从燃烧室25排出。根据以上说明，越是使点火时期提前(进而，气缸内温度的峰值越是增加)，则上述部分氧化反应越是被促进，HC排放量越小。
因此，本装置在规定的低温起动状态下，作为HC减少控制之一执行过进角点火控制。关于过进角点火控制执行过程中的点火时期距MBT的提前量的设定，在后面进行流程图的说明之际一并说明。
<进气同步喷射控制>
接着，对进气同步喷射控制进行说明。本申请人还发现，在低温起动时，除上述过进角点火控制外，还进行以使得从喷射器39喷射的燃料的全部的量在进气门开阀期间内被喷射的方式设定燃料喷射期间的控制(进气同步喷射控制)，由此，HC排放量进一步减少。这被推定为是基于以下理由。此外，在下面，为了说明上方便，将进气门开阀期间内的燃料喷射称为“进气同步喷射”，将进气门开阀之前的燃料喷射称为“进气非同步喷射”
在低温起动时，除气缸内温度外，进气口31的温度也较低。因此，除燃烧室25的壁面外，喷射燃料也易于附着在进气口31的壁面。这样附着在进气口31的壁面的燃料(进气口附着燃料)也可能未供于燃烧而作为未燃HC从燃烧室25被排出
在这里，在进气非同步喷射中，在进气门32已关闭的状态(即、不存在进气气流的状态)下喷射燃料，所以喷射燃料比较易于附着在进气口31的壁面。相对于此，在进气同步喷射中，在进气门32已打开的状态(即、存在从进气口31向燃烧室25内流动的进气气流的状态)下喷射燃料，所以喷射燃料比较难以附着在进气口31的壁面。
从而，若执行了进气同步喷射，则与执行进气非同步喷射的情况相比，能够使进气口附着燃料的量显著减少。其结果，基于进气口附着燃料引起的HC排放量显著减少。
另一方面，由于执行进气同步喷射，气缸内附着燃料量存在增加的趋势。其结果，基于气缸内附着燃料引起的HC排放量存在增加的趋势。但是，上述“基于进气口附着燃料引起的HC排放量”的减少量明显比这种“基于气缸内附着燃料引起的HC排放量”的增大量大。
根据以上说明，如图2的上方的曲线图所示那样，执行进气同步喷射的情况(参照双点划线)，与执行进气非同步喷射的情况(参照单点划线)相比，在整体上，HC排放量进一步减少。
因此，本装置在规定的低温起动状态下，作为HC减少控制之一，除过进角点火控制外原则上还执行进气同步喷射控制。在本例中，在进气同步喷射控制时，将燃料喷射期间的开始时期设定成与进气门32的开阀时(从关闭状态变化成打开状态的时间点)相等的时期。
(PM排出的抑制)
已经说明了，在低温起动时，若在稍微浓的空燃比的气氛下通过过进角点火控制使点火时期提前，则由于气缸内温度的峰值的增加，而使气缸内附着燃料的上述部分氧化反应被促进，其结果，HC排放量减少。但是，已经清楚了，相反地，由于此气缸内附着燃料的部分氧化反应而生成了PM。
即，如图2的下方的曲线图所示那样，若使点火时期提前，则由于气缸内温度的峰值的增加，而使气缸内附着燃料的部分氧化反应被促进(部分氧化反应量增加)，其结果，PM的排放量(以下亦简单地称之为“PM排放量”)增加。
而且，对于PM排放量，有如下的倾向：与执行进气非同步喷射的情况(参照单点划线)相比，执行进气同步喷射的情况(参照双点划线)下的PM排放量变大。这被推定为基于如下理由：由于执行进气同步喷射，作为上述部分氧化反应的对象的气缸内附着燃料的量增加，由此，部分氧化反应更加被促进(部分氧化反应量增加)。
若这样进行了HC减少控制(过进角点火控制+进气同步喷射控制)，则相反地，PM排放量增大。这就需要抑制PM排放量的增大以使此PM排放量不超过规定的容许值(PM容许量，参照图2的下方的曲线图)。为了抑制PM排放量的增大，对气缸内附着燃料的部分氧化反应进行抑制即可(使部分氧化反应量减少即可)。
作为用于抑制气缸内附着燃料的部分氧化反应的一方法，可以考虑对气缸内附着燃料量的增大进行抑制。为此，对作为进气同步喷射的对象的燃料的量进行限制即可。
因此，本装置在PM排放量因过进角点火控制+进气同步喷射控制而要超过PM容许量的情况下(在图2中对应于点火时期比点A提前的区域)，取代进气同步喷射控制(即，将喷射燃料的全部的量设为进气同步喷射的对象的控制)，而进行如下处理：将喷射燃料的一部分从是进气同步喷射的对象变更为是进气非同步喷射的对象，将作为进气同步喷射的对象的燃料的量设定得较小。以下，将这样的处理称之为“PM抑制处理”。
通过执行这种PM抑制处理，如图2中实线所示那样，即便在点火时期比点A提前的情况下，也能够将PM排放量抑制到PM容许量(参照图2的下方的曲线图)。此外，通过执行PM抑制处理，与进气同步喷射控制执行时相比，HC排放量稍微增大(参照图2的上方的曲线图)。这是基于如下理由：虽然通过PM抑制处理而使气缸内附着燃料量减少并且进气口附着燃料量增加，但是，“基于进气口附着燃料引起的HC排放量”的增大量比“基于气缸内附着燃料引起的HC排放量”的减少量明显大。
以下，参照图4所示的流程图说明与包含PM抑制处理的HC减少控制有关的CPU71的实际动作。
(实际动作)
CPU71仅仅在规定的低温起动状态已成立的期间，每当排气冲程中的规定时刻到来时，对每个气缸反复执行图4所示的用于执行包含PM抑制处理的HC减少控制的程序。
对于规定的低温起动状态的开始条件，在本例中，是在内燃机刚刚起动以后，冷却水温THW小于等于规定值且发动机转速NE已超过第1旋转速度的时间点(与所谓完爆相对应)成立。此外，还可以将发动机转速NE超过比第1旋转速度大的第2旋转速度的情况设为条件。据此，就能够可靠地抑制伴随于过进角点火控制内燃机反向旋转的事态的发生。
另外，对于规定的低温起动状态的结束条件，在本例中，在从内燃机起动起的进气流量Ga的累计值∑Ga超过规定值的时间点成立。这样，判定规定的低温起动状态是否成立的单元与上述“判定单元”相对应。
在内燃机刚刚起动以后且规定的低温起动状态的开始条件成立前的阶段，例如，仅仅基于冷却水温THW来决定火花塞37的点火时期、燃料喷射开始时刻(喷射器39的开阀开始时期)、以及燃料喷射量(喷射器39的开阀时间)。
若规定的低温起动状态的开始条件成立了，则CPU71进入步骤405，对于作为燃料喷射的对象的气缸(燃料喷射气缸)，分别地从水温传感器65取得冷却水温THW，从曲轴位置传感器64取得发动机转速NE，根据从空气流量计61所获得的进气流量Ga和发动机转速NE取得负载率KL。
接下来，CPU71进入步骤410，基于上述所取得的负载率KL以及冷却水温THW和以KL、THW为参数的表MapTAUins，来决定喷射器39的指示开阀时间TAUins(相当于上述“喷射燃料的全部的量”)。据此，负载率KL越大则将指示开阀时间TAUins设定成越大的值，冷却水温THW越低则将指示开阀时间TAUins设定成越大的值。
这里，在决定指示开阀时间TAUins之际，负载率KL用来计算将空燃比设为理论空燃比所需要的燃料量，冷却水温THW用来计算为了将空燃比设为浓空燃比而应当追加的燃料量(所谓起动增量部分)。冷却水温THW越低则起动增量部分被设定成越大的值(即、空燃比被设为更浓的空燃比)。
接下来，CPU71进入步骤415，基于上述所取得的发动机转速NE以及负载率KL和以NE、KL为参数的表MapMBT来决定MBT，接下来在步骤420中，基于上述所取得的发动机转速NE、负载率KL以及冷却水温THW和以NE、KL、THW为参数的表MapADV来决定点火时期距MBT的提前量ADV。
据此，利用图5～图7所示的特性来决定提前量ADV。即，如图5所示那样，发动机转速NE越小则将提前量ADV设定成越小的值。这是基于如下理由：发动机转速NE越小则气缸内附着燃料的部分氧化反应可以进行下去的时间越长，所以能够使点火时期推迟。
另外，如图6所示那样，负载率KL越大则将提前量ADV设定成越小的值。这是基于如下理由：负载率KL越大则驾驶者越易于察觉到过进角点火控制所引起的内燃机输出转矩的降低。
另外，如图7所示那样，冷却水温THW越低则将提前量ADV设定成越大的值。这是基于如下理由：冷却水温THW越低，如上述那样空燃比越被设成更浓的空燃比而使气缸内附着燃料量增大。
接着，CPU71进入步骤425，基于上述所取得的冷却水温THW和以THW为参数的表MapWETlim，来决定气缸内附着燃料量容许值WETlim的基本值WETlimbase。此基本值WETlimbase是与点火时期为MBT的情况(ADV＝0)且空燃比为理论空燃比(理论配比)的情况相对应的气缸内附着燃料量容许值WETIim。
在这里，气缸内附着燃料量容许值WETIim与上述“PM排放量相当容许值”相对应。即，如上述那样，气缸内附着燃料量越大则PM排放量越大。从而，为了将PM排放量抑制到PM容许量以内，将气缸内附着燃料量抑制到某容许值以内即可。根据以上说明，能够使用气缸内附着燃料量容许值WETlim作为上述“PM排放量相当容许值”。
利用图8所示的特性来决定气缸内附着燃料量容许值的基本值WETlimbase。即，冷却水温THW越高则将基本值WETlimbase设定成越大的值。这是基于如下理由：冷却水温THW越高，则在气缸内附着燃料之中，进行蒸发以供于燃烧的比例越大，在气缸内附着燃料中，实际成为部分氧化反应的对象的比例则越小(即、PM产生量越小)。
接下来，CPU71进入步骤430，基于上述所决定的提前量ADV和以ADV为参数的表Mapα，来决定第1修正系数α(与上述“第1修正值”相对应)，第1修正系数α是为了根据基本值WETlimbase来修正气缸内附着燃料量容许值WETlim而与基本值WETlimbase相乘的系数。
利用图9所示的特性来决定此第1修正系数α。即，第1修正系数α在提前量ADV为“0”时被设定为“1”，并且提前量ADV越大则被设定成越小的值。这是基于如下理由：提前量ADV越大，则气缸内温度的峰值越大，而气缸内附着燃料的部分氧化反应越被促进(即，PM产生量越大)。
接下来，CPU71进入步骤435，基于空燃比A/F和以A/F为参数的表Mapβ来决定第2修正系数β(与上述“第2修正值”相对应)，该第2修正系数β是为了根据基本值WETIimbase来修正气缸内附着燃料量容许值WETlim而与基本值WETlimbase相乘的系数。作为空燃比A/F，使用与在上述所决定的指示开阀时间TAUins的决定之际被考虑的起动增量部分相应从理论空燃比(理论配比)向浓空燃比方向进行了偏移后的值。
利用图10所示的特性来决定此第2修正系数β。即，第2修正系数β在空燃比A/F为理论配比时为“1”，空燃比A/F从理论配比向浓空燃比方向的偏移量越大则被设定成越小的值。这是基于如下理由：空燃比A/F从理论配比向浓空燃比方向的偏移量越大，则气缸内附着燃料量越增加而气缸内附着燃料的部分氧化反应越被促进(即，PM的产生量越大)。
接着，CPU71进入步骤440，通过在气缸内附着燃料量容许值WETlim的基本值WETlimbase上乘以第1、第2修正系数α、β来决定气缸内附着燃料量容许值WETlim。据此，提前量ADV越是从“0”增大、空燃比A/F从理论配比向浓空燃比方向的偏移量越大，则将气缸内附着燃料量容许值WETlim设定成相对于基本值WETlimbase越向小的方向修正后的值。
接下来，CPU71进入步骤445，基于上述所决定的气缸内附着燃料量容许值WETlim以及冷却水温THW和以WETlim、THW为参数的表MapTAUlim来决定容许开阀时间TAUlim。容许开阀时间TAUlim是在上述规定的低温起动状态下执行进气同步喷射控制时与对应于气缸内附着燃料量与上述所决定的气缸内附着燃料量容许值WETlim相等的情况的喷射燃料的量(＝上述“进气同步喷射量容许值”)相当的喷射器39的开阀时间。
利用图11所示的特性来决定容许开阀时间TAUlim。此特性表示在上述规定的低温起动状态下执行进气同步喷射控制时的喷射燃料量以及冷却水温和气缸内附着燃料量之间的关系。能够通过实验、仿真等预先取得此关系。据此，气缸内附着燃料量容许值WETlim越大，冷却水温THW越高则将容许开阀时间TAUIim设定成越长的时间。
接着，CPU71进入步骤450，将开阀时间偏差ΔTAU决定为从指示开阀时间TAUins中减去容许开阀时间TAUlim所获得的时间。接下来，CPU71进入步骤455，判定开阀时间偏差ΔTAU是否为正。首先，对判定为“否”的情况(ΔTAU≤0)进行说明。
在此情况下，喷射燃料的全部的量对应于上述进气同步喷射量容许值以下的情况。这就意味着，即便将喷射燃料的全部的量设为进气同步喷射的对象，气缸内附着燃料量也小于等于气缸内附着燃料量容许值WETlim，从而，PM排放量不超过PM容许量。
在此情况下，CPU71进入步骤460，将喷射器39的开阀期间的开始期间INJs设定成与进气门32的开阀时期IVO相同的时期，并结束本程序的处理。即，将喷射燃料的全部的量设为进气同步喷射的对象。据此，就能够在PM排放量不超过PM容许量的范围内尽量降低HC排放量。
接着，对在步骤455中判定为“是”的情况(ΔTAU＞0)进行说明。在此情况下，喷射燃料的全部的量对应于比上述进气同步喷射量容许值大的情况。这就意味着，若将喷射燃料的全部的量设为进气同步喷射的对象，则气缸内附着燃料量超过气缸内附着燃料量容许值WETlim，PM排放量超过PM容许量。
在此情况下，CPU71进入步骤465，将喷射器39的开阀期间的开始时期INJs设定成比进气门32的开阀时期IVO提前了开阀时间偏差ΔTAU的时期，并结束本程序的处理。即，从喷射燃料的全部的量扣除上述进气同步喷射量容许值后的量的燃料被设为进气非同步喷射的对象，与进气同步喷射量容许值相等的量的燃料被设为进气同步喷射的对象。据此，可以将PM排放量维持于PM容许量的同时尽量降低HC排放量。
而且，当在步骤460或者465中设定的开阀期间的开始时期INJs到来时，CPU71对上述燃料喷射气缸的喷射器39进行以在步骤410中决定的指示开阀时间TAUins维持开阀状态的指示。另外，之后，当从在步骤415中决定的MBT提前了在步骤420中决定的提前量ADV后得到的时期到来时，对上述燃料喷射气缸的火花塞37进行点火指示。
据此，当在步骤455中判定为“否”的情况下(即，喷射燃料的全部的量小于等于上述进气同步喷射量容许值的情况下)，除过进角点火控制外还执行进气同步喷射控制。另一方面，当在步骤455中判定为“是”的情况下(即，喷射燃料的全部的量超过上述进气同步喷射量容许值的情况下)，继续进行过进角点火控制，同时，取代进气同步喷射控制而执行上述“PM抑制处理”(即，将喷射燃料的一部分设为进气非同步喷射的对象，将剩余的燃料设为进气同步喷射的对象的处理)。
仅仅限于上述规定的低温起动状态成立时执行以上所说明的处理。从而，若上述“规定的低温起动状态的结束条件”成立了，本装置则开始/执行通常的燃料喷射控制以及通常的点火时期控制。在通常的燃料喷射控制中，例如将喷射燃料的全部的量设为进气非同步喷射的对象，且调整喷射燃料量以使空燃比与理论配比一致。另外，在通常的点火时期控制中，例如执行MBT控制(即，将点火时期设为MBT的控制)。
进而，也可以在“规定的低温起动状态的结束条件”成立的时间点且三元催化剂53、54的温度(特别是三元催化剂53的温度)尚未达到与催化剂的激活状态相对应的温度的情况下，使点火时期比MBT滞后规定的短期间。据此，大量未燃HC流入催化剂接受作为发热反应的氧化反应，由此可以对催化剂有意识地进行加热。
在上述实施方式中，图4的步骤415、420、460对应于上述HC减少单元，图4的步骤425、430、435、440对应于上述容许值取得单元，图4的步骤455、465对应于上述限制单元。
如以上所说明的那样，根据本发明的内燃机的控制装置的实施方式，原则上，在规定的低温起动状态(浓空燃比气氛)下执行使点火时期比MBT提前的过进角点火控制，且执行将喷射燃料的全部的量设为进气同步喷射的对象的进气同步喷射控制。据此，气缸内温度的峰值增加，且进气口附着燃料量减少，由此，未燃HC的排放量可以被降低。另一方面，在PM排放量超过PM容许量的情况下，取代进气同步喷射控制而执行PM抑制处理(将喷射燃料的一部分设为进气非同步喷射的对象，将剩余的燃料设为进气同步喷射的对象的处理)。据此，气缸内附着燃料量减少，作为PM生成原因的气缸内附着燃料的部分氧化反应被抑制。其结果，PM排放量减少，可以将PM排放量抑制到PM容许量。
本发明并不限定于上述实施方式，能够在本发明的范围内采用各种各样的变形例。例如，虽然在上述实施方式中，在PM排放量超过PM容许量的情况下，继续进行过进角点火控制，同时，取代进气同步喷射控制而执行将喷射燃料的一部分设为进气非同步喷射的对象并将剩余的燃料设为进气同步喷射的对象的处理，但是，也可以是继续进行进气同步喷射控制，同时，执行将点火时期距MBT的提前量设定得小于基于过进角点火控制的提前量ADV(参照图4的步骤420)的处理。
据此，通过抑制气缸内温度的峰值的增加使气缸内附着燃料的部分氧化反应被抑制。其结果，能够抑制PM的排放量超过PM容许量的情况。在此情况下，例如以容许开阀时间TAUlim与指示开阀时间TAUins相一致的方式，基于指示开阀时间TAUins、冷却水温THW以及表TAUlim(参照图11)来求解气缸内附着燃料量容许值WETIim′，并基于“WETIim′＝WETIimbase·α′·β”之关系、基本值WETIimbase以及第2修正系数β来求解第1修正系数α′。而且，可以将点火时期距MBT的提前量决定成根据此第1修正系数α′和表Mapα(参照图9)所获得的提前量ADV′。
另外，还可以在PM排放量超过PM容许量的情况下，进行将喷射燃料的一部分设为进气非同步喷射的对象而将剩余的燃料设为进气同步喷射的对象的处理，并且也执行将点火时期距MBT的提前量设定得小于基于过进角点火控制的提前量ADV的处理。
另外，虽然在上述实施方式中，作为HC减少控制执行过进角点火控制和进气同步喷射控制，但也可以仅仅执行过进角点火控制。在此情况下，在PM排放量超过PM容许量的情况下，可以执行将点火时期距MBT的提前量设定得小于基于过进角点火控制的提前量ADV的处理。
另外，虽然在上述实施方式中，在执行PM抑制处理(将喷射燃料的一部分设为进气非同步喷射的对象而将剩余的燃料设为进气同步喷射的对象的处理)之际，涉及进气门32的开阀时期的前后连续地喷射作为进气非同步喷射的对象的燃料和作为进气同步喷射的对象的燃料，但是，也可以将作为进气非同步喷射的对象的燃料和作为进气同步喷射的对象的燃料分开进行喷射(分割喷射)。在此情况下，例如将进气非同步喷射的开阀期间的结束时期设定成在进气门32的开阀时期之前，将进气同步喷射的开阀期间的开始时期设定成与进气门32的开阀时期相同的时期或者在其之后。
另外，虽然在上述实施方式中，基于发动机转速NE、负载率KL以及冷却水温THW来决定提前量ADV(参照图4的步骤420)，但是，也可以取代冷却水温THW而使用在步骤410中基于冷却水温THW计算出的燃料的起动增量部分来决定提前量ADV。
同样，虽然基于空燃比A/F来决定第2修正系数β(参照图4的步骤435)，但是，也可以取代空燃比A/F而使用在步骤410中基于冷却水温THW计算出的燃料的起动增量部分来决定第2修正系数β。
而且，虽然在上述实施方式中，通过在气缸内附着燃料量容许值WETlim的基本值WETlimbase上乘以第1、第2修正系数α、β来决定气缸内附着燃料量容许值WETlim，但是，也可以分别求解具有与第1、第2修正系数α、β相当的燃料量的水平的第1、第2修正值γ、η，并通过在气缸内附着燃料量容许值WETlim的基本值WETlimbase上加上第1、第2修正值γ、η来决定气缸内附着燃料量容许值WETlim。

Claims (8)

1.一种火花点火式内燃机的控制装置，其中，具备：
判定单元，判定内燃机是否处于规定的低温起动状态；
HC减少单元，在判定为上述内燃机处于上述规定的低温起动状态的情况下，进行通过调整规定的内燃机控制参数使上述内燃机的燃烧室内的温度上升来减少未燃HC的排放量的HC减少控制；
容许值取得单元，取得与PM的排放量相当的值的容许值；和
限制单元，基于上述PM排放量相当容许值来进行限制上述HC减少控制的执行的限制控制。
2.按照权利要求1所记载的火花点火式内燃机的控制装置，其中，
上述HC减少单元构成为，进行过进角点火控制来作为上述HC减少控制，该过进角点火控制是将点火时期设定成比获得最大转矩的点火时期亦即MBT提前的时期的控制。
3.按照权利要求2所记载的火花点火式内燃机的控制装置，其中，
上述HC减少单元构成为，除了上述过进角点火控制外还进行进气同步喷射控制来作为上述HC减少控制，该进气同步喷射控制是以使得在进气门上游的进气通路内喷射的燃料的全部的量在上述进气门开阀的期间内被喷射的方式设定燃料喷射期间的控制。
4.按照权利要求3所记载的火花点火式内燃机的控制装置，其中，
上述限制单元构成为，取代上述进气同步喷射控制而以使得在上述进气门开阀之前喷射上述喷射燃料的一部分的方式设定上述燃料喷射期间，来作为上述限制控制。
5.按照权利要求4所记载的火花点火式内燃机的控制装置，其中，
上述容许值取得单元构成为，根据基于上述过进角点火控制的距上述MBT的提前量，取得附着在上述燃烧室的壁面的气缸内附着燃料的量的容许值，作为上述PM排放量相当容许值；
上述限制单元构成为，基于在上述规定的低温起动状态下执行了上述进气同步喷射控制时预先取得的上述喷射燃料的量与上述气缸内附着燃料量的关系、和上述所取得的气缸内附着燃料量容许值，来决定与上述气缸内附着燃料量等于上述气缸内附着燃料量容许值时相对应的上述进气门开阀期间内所喷射的燃料的量，作为进气同步喷射量容许值，并在上述喷射燃料的全部的量大于上述进气同步喷射量容许值的情况下，以使得从上述喷射燃料的全部的量中扣除上述进气同步喷射量容许值后的量的燃料在上述进气门开阀之前被喷射且与上述进气同步喷射量容许值相等的量的燃料在上述进气门开阀期间内被喷射的方式设定上述燃料喷射期间。
6.按照权利要求5所记载的火花点火式内燃机的控制装置，其中，
上述容许值取得单元构成为，基于上述内燃机的冷却水的温度来决定与上述点火时期为上述MBT的情况相对应的上述气缸内附着燃料量容许值的基本值，并且，根据基于上述过进角点火控制的距上述MBT的提前量来决定上述气缸内附着燃料量容许值的第1修正值，基于上述气缸内附着燃料量容许值的基本值和上述第1修正值来取得上述气缸内附着燃料量容许值。
7.按照权利要求6所记载的火花点火式内燃机的控制装置，其中，
上述容许值取得单元构成为，将上述气缸内附着燃料量容许值的基本值决定成与上述点火时期为上述MBT的情况且空燃比为理论空燃比的情况相对应的值，并且，基于上述空燃比来决定上述气缸内附着燃料，量容许值的第2修正值，基于上述气缸内附着燃料量容许值的基本值、上述第1修正值和上述第2修正值来取得上述气缸内附着燃料量容许值。
8.按照权利要求2所记载的火花点火式内燃机的控制装置，其中，
上述限制单元构成为，将上述点火时期距上述MBT的提前量设定得小于基于上述过进角点火控制的提前量，来作为上述限制控制。
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