CN107191284B - 发动机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发动机的控制装置。在车辆行驶时，抑制驾驶性的恶化等，并且适当地执行催化剂提前预热控制而将催化剂装置提前预热。作为发动机的控制装置的PCM(60)为，在车辆行驶时催化剂装置(35)处于非活性状态的情况下，执行如下的催化剂提前预热控制(AWS控制)：进行以在发动机(10)的燃烧室(11)内形成均质的混合气而使其均质燃烧的方式喷射燃料的燃料喷射控制，并且进行使吸入空气量增加的吸入空气量控制、以及与基准点火时间相比使点火时间滞后的点火控制，对催化剂装置进行提前预热。此外，PCM(60)与发动机转速以及/或者发动机负载相应地变更通过该点火控制使点火时间从基准点火时间滞后的点火时间滞后量。

Description

发动机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种发动机的控制装置，尤其涉及进行对设置在排气通路上的催化剂装置进行提前预热的控制的发动机的控制装置。
背景技术
以往，在火花点火式发动机中，为了实现设置在排气通路上的催化剂装置的提前活化，而实施被称作AWS(Accelerated Warm-up System：加速预热系统)的技术。该AWS是如下的技术：例如，在发动机的冷起动紧后等、催化剂装置处于非活性状态时，与在相同的运转状态(例如怠速运转)下处于活性状态时相比，使吸入空气量增量，且使点火时间超过压缩上止点而滞后，由此使混合气在膨胀行程中后燃，由此，使废气温度进而使排气热量增大，而促进催化剂装置的预热(例如参照专利文献1：日本特开2014-136989 号公报)。尤其是，在专利文献1中公开了如下内容：为了抑制与上述那样的AWS的执行中的点火时间的滞后相伴随的燃烧恶化，而将燃料分割成两份进行喷射(分割喷射)，使其在燃烧室内形成弱成层状态而进行燃烧(弱成层燃烧)。此处，弱成层状态是指，燃烧室内的混合气在火花塞周边(详细来说，在火花塞的电极周边)相对较浓，在其周围相对较稀的状态(缸内混合气的弱成层化)。
在上述专利文献1所记载的技术中，仅在怠速运转时(换言之，在车辆停止时)执行用于提前预热催化剂装置的催化剂提前预热控制(在以下适当地称作“AWS控制”。)。因此，在车辆行驶时(换言之，在有车速时)，即便催化剂装置处于非活性状态，也不执行AWS控制。因而，在专利文献1所记载的技术中，处于催化剂装置的预热延迟的倾向。
因此，可以考虑在车辆行驶时也执行AWS控制，但是当在车辆行驶时如专利文献1所记载的技术那样执行弱成层燃烧时，有时在发动机的运转状态变化时无法形成所希望的弱成层状态，而产生不点火等。另一方面，可以考虑在AWS控制中代替弱成层燃烧而进行均质燃烧(在燃烧室内形成均质的混合气而使其燃烧)，但是该均质燃烧与弱成层燃烧相比燃烧状态较差，因此当与应用弱成层燃烧的情况同样地在均质燃烧中使点火时间滞后时，有时会产生不点火等而驾驶性恶化。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术的问题点而进行的，其目的在于提供一种发动机的控制装置，在车辆行驶时，能够在抑制驾驶性的恶化等的同时，适当地执行催化剂提前预热控制，而对催化剂装置进行提前预热。
为了实现上述目的，本发明为一种发动机的控制装置，进行用于对设置在排气通路上的催化剂装置进行提前预热的催化剂提前预热控制，其特征在于，具有催化剂提前预热控制单元，该催化剂提前预热控制单元为，在车辆行驶时催化剂装置处于非活性状态的情况下，进行以在发动机的燃烧室内形成均质的混合气而使其均质燃烧的方式喷射燃料的燃料喷射控制，并且进行与不进行催化剂提前预热控制的情况相比使吸入空气量增加的吸入空气量控制、以及与在不进行催化剂提前预热控制的情况下设定的基准点火时间相比使点火时间滞后的点火控制，而对催化剂装置进行提前预热，该催化剂提前预热控制单元为，与发动机转速以及/或者发动机负载相应地变更通过点火控制使点火时间从基准点火时间滞后的点火时间滞后量。
根据如此构成的本发明，在催化剂装置处于非活性状态的情况下，即使在车辆行驶时也进行催化剂提前预热控制(AWS控制)，即、不仅在车辆停止时而且在车辆行驶时也进行催化剂提前预热控制，因此与仅在车辆停止时进行催化剂提前预热控制的情况相比较，能够将催化剂装置迅速地升温，能够有效地促进催化剂装置的预热。此外，根据本发明，在车辆行驶时在进行均质燃烧的同时进行催化剂提前预热控制，因此能够适当地抑制在车辆行驶时在进行成层燃烧的同时进行催化剂提前预热控制的情况下可能产生的不点火(由于因发动机运转状态的变化而无法形成所希望的成层状态，因此产生的不点火)等。
并且，根据本发明，在车辆行驶时在进行均质燃烧的同时进行催化剂提前预热控制的情况下，考虑发动机的运转状态，而变更使点火时间从基准点火时间滞后的点火时间滞后量，因此能够抑制由于通过催化剂提前预热控制使点火时间过度滞后而引起的驾驶性的恶化(例如，燃烧音、不点火等)，并且能够通过催化剂提前预热控制对催化剂装置适当地进行预热。
在本发明中优选为，催化剂提前预热控制单元为，在相同的发动机转速下，在发动机负载低于规定值的低负载区域中，与发动机负载为规定值以上的高负载区域相比，减小点火时间滞后量。
根据如此构成的本发明，在由于缸内的流动较小、火焰难以传播而燃烧稳定性较低的低负载区域中，能够适当地抑制由于使点火时间较大地滞后而引起的驾驶性的恶化。
在本发明中优选为，催化剂提前预热控制单元为，发动机负载越低，则使点火时间滞后量越小。
根据如此构成的本发明，能够抑制上述那样的低负载区域中的驾驶性的恶化，并且能够尽量确保在该低负载区域中进行催化剂提前预热控制时的点火时间滞后量。
在本发明中优选为，催化剂提前预热控制单元为，在相同的发动机负载下，在发动机转速为规定值以上的高旋转区域中，与发动机转速低于规定值的低旋转区域相比，增大点火时间滞后量。
根据如此构成的本发明，在燃烧稳定性变高的高旋转区域中增大点火时间滞后量，因此能够将催化剂装置更迅速地升温。
在本发明中优选为，基于应当从发动机输出的目标扭矩来设定基准点火时间，催化剂提前预热控制单元为，在通过点火控制使点火时间从基准点火时间滞后点火时间滞后量的情况下，与该点火时间滞后量相应地使吸入空气量增加，而从发动机输出目标扭矩。
根据如此构成的本发明，在通过催化剂提前预热控制使点火时间滞后的情况下，与点火时间滞后量相应地使吸入空气量增加，因此即使在催化剂提前预热控制时也能够适当地实现目标扭矩。
在本发明中优选为，催化剂提前预热控制单元为，当在车辆停止时催化剂装置处于非活性状态的情况下，进行以在发动机的燃烧室内在火花塞附近形成比火花塞周围更浓的混合气的层而使其成层燃烧的方式喷射燃料的燃料喷射控制，并且进行吸入空气量控制以及点火控制，而对催化剂装置进行提前预热。
根据如此构成的本发明，在车辆行驶时在进行均质燃烧的同时进行催化剂提前预热控制，在车辆停止时在进行成层燃烧的同时进行催化剂提前预热控制，即、与车辆运转状态相应地切换均质燃烧与成层燃烧而进行催化剂提前预热控制，因此能够执行适合于运转状态的催化剂提前预热控制，而适当地抑制不点火等驾驶性的恶化，并且能够将催化剂装置迅速地升温。
发明的效果
根据本发明的发动机的控制装置，在车辆行驶时，能够在抑制驾驶性的恶化等的同时，适当地执行催化剂提前预热控制，而对催化剂装置进行提前预热。
附图说明
图1是应用了本发明的实施方式的发动机的控制装置的发动机系统的概要构成图。
图2是表示本发明的实施方式的发动机的控制装置的电气构成的框图。
图3是表示本发明的实施方式的发动机控制处理的流程图。
图4是表示本发明的实施方式的AWS控制处理的流程图。
图5(a) 、 5( b ) 是示意性地表示在弱成层燃烧以及均质燃烧产生之前在燃烧室内形成的混合气的分布状态(浓度分布)的图。
图6(a) 、 6(b) 是关于在本发明的实施方式中在进行弱成层AWS控制以及均质燃烧AWS控制的情况下应用的燃料喷射时间的说明图。
图7(a) 、 7(b) 是关于在发动机的燃烧室内形成弱成层状态的情况的说明图。
图8是对于本发明的实施方式的点火时间滞后量映射，表示在相同的发动机转速下观察时的发动机负载与点火时间滞后量之间的关系的曲线图。
图9是对于本发明的实施方式的点火时间滞后量映射，表示在相同的发动机负载下观察时的发动机转速与点火时间滞后量之间的关系的曲线图。
图10是执行了本发明的实施方式的AWS控制处理的情况下的时间图的一例。
符号的说明
1：进气通路；4：涡轮增压器；4a：压缩机；4b：涡轮；6：节气门； 10：发动机；11：燃烧室；12：进气门；13：燃料喷射阀；14：火花塞； 15：活塞；17：排气门；25：排气通路；26：EGR装置；35a、35b：催化剂装置；60：PCM；100：发动机系统。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的发动机的控制装置进行说明。
＜系统构成＞
首先，参照图1以及图2对应用了本发明的实施方式的发动机的控制装置的发动机系统进行说明。图1是应用了本发明的实施方式的发动机的控制装置的发动机系统的概要构成图，图2是表示本发明的实施方式的发动机的控制装置的电气构成的框图。
如图1以及图2所示，发动机系统100主要具有：进气通路1，供从外部导入的进气(空气)通过；发动机10(具体而言为汽油发动机)，使从该进气通路1供给的进气与从后述的燃料喷射阀13供给的燃料的混合气燃烧而产生车辆的动力；排气通路25，排出通过该发动机10内的燃烧而产生的废气；传感器40～53，对与发动机系统100相关的各种状态进行检测；以及 PCM60(发动机的控制装置)，对发动机系统100整体进行控制。
在进气通路1上从上游侧起依次设置有：空气滤清器3，对从外部导入的进气进行净化；涡轮增压器4的压缩机4a，使通过的进气升压；中间冷却器5，通过外部空气、冷却水对进气进行冷却；节气门6，对通过的进气的量(吸入空气量)进行调整；以及稳压箱7，暂时贮存朝发动机10供给的进气。
此外，在进气通路1上设置有空气旁通通路8，该空气旁通通路8用于将由压缩机4a增压后的进气的一部分朝压缩机4a的上游侧回流。具体而言，空气旁通通路8的一端与压缩机4a的下游侧且为节气门6的上游侧的进气通路1连接，空气旁通通路8的另一端与空气滤清器3的下游侧且为压缩机4a的上游侧的进气通路1连接。
在该空气旁通通路8上设置有通过开闭动作对在空气旁通通路8中流动的进气的流量进行调节的空气旁通阀9。空气旁通阀9是能够将空气旁通通路8切换成完全关闭的关闭状态和完全打开的打开状态的所谓的双位阀。
发动机10主要具有：进气门12，将从进气通路1供给的进气导入燃烧室 11内；燃料喷射阀13，朝向燃烧室11喷射燃料；火花塞14，对供给至燃烧室11内的进气与燃料的混合气进行点火；活塞15，通过燃烧室11内的混合气的燃烧而进行往复运动；曲轴16，通过活塞15的往复运动而旋转；以及排气门17，将通过燃烧室11内的混合气的燃烧而产生的废气向排气通路25 排出。另外，燃料喷射阀13可以为，在喷射面上具备多个喷口(即、构成为多孔型)，从这些喷口朝向多个方向喷射燃料。
此外，发动机10构成为，通过作为可变气门正时机构(Variable Valve TimingMechanism)的可变进气门机构18以及可变排气门机构19，使进气门 12以及排气门17各自的动作正时(即、开闭时间)可变。作为可变进气门机构 18以及可变排气门机构19，能够应用公知的各种形式，例如能够使用构成为电磁式或者油压式的机构，使进气门12以及排气门17的动作正时变化。
在排气通路25上从上游侧起依次设置有：涡轮增压器4的涡轮4b，利用通过的废气来旋转，并通过该旋转来驱动压缩机4a；以及，例如NOx催化剂、三元催化剂、氧化催化剂等具有废气的净化功能的催化剂装置35a、35b。以下，在不区分地使用这些催化剂装置35a、35b的情况下仅记载为“催化剂装置35”。
此外，在排气通路25上设置有使废气的一部分作为EGR气体向进气通路1回流的EGR装置26。EGR装置26具有：EGR通路27，一端与涡轮4b的上游侧的排气通路25连接，另一端与压缩机4a的下游侧且为节气门11的下游侧的进气通路1连接；EGR冷却器28，对EGR气体进行冷却；以及EGR阀29，对在EGR通路27中流动的EGR气体量(流量)进行控制。该EGR装置26相当于所谓的高压EGR装置(HPL(High Pressure Loop：高压回路)EGR装置)。
此外，在排气通路25上设置有使废气不通过涡轮增压器4的涡轮4b而迂回的涡轮旁通通路30。在该涡轮旁通通路30上设置有对在涡轮旁通通路30 中流动的废气的流量进行控制的废气减压阀(以下称作“WG阀”)31。
此外，在排气通路25上，EGR通路27的上游侧的连接部分与涡轮旁通通路30的上游侧的连接部分之间的通路，分支为第1通路25a与第2通路25b。第1通路25a的直径大于第2通路25b的直径，换言之，第2通路25b的直径小于第1通路25a的直径，在第1通路25a上设置有开闭阀25c。在开闭阀25c打开的情况下，废气基本上在第1通路25a中流动，在开闭阀25c关闭的情况下，废气仅在第2通路25b中流动。因此，在开闭阀25c关闭的情况下，与开闭阀 25c打开的情况相比，废气的流速变大。开闭阀25c在低转速区域中关闭，将流速上升后的废气朝涡轮增压器4的涡轮4b供给，即便在低旋转区域中也能够基于涡轮增压器4进行增压。
在发动机系统100中设置有对与该发动机系统100相关的各种状态进行检测的传感器40～53。这些传感器40～53具体而言如下所述。油门开度传感器40对油门踏板的开度(与驾驶员踩下油门踏板的量相当)即油门开度进行检测。空气流量传感器41对与在空气滤清器3与压缩机4a之间的进气通路1 中通过的进气的流量相当的吸入空气量进行检测。温度传感器42对在空气滤清器3与压缩机4a之间的进气通路1中通过的进气的温度进行检测。压力传感器43对增压压力进行检测。节气门开度传感器44对节气门6的开度即节气门开度进行检测。压力传感器45对朝发动机10供给的进气的压力即进气歧管压力进行检测。曲轴转角传感器46对曲轴16的曲轴转角进行检测。进气侧凸轮转角传感器47对进气凸轮轴的凸轮转角进行检测。排气侧凸轮转角传感器48对排气凸轮轴的凸轮转角进行检测。温度传感器49对发动机10 的冷却水的温度(水温)进行检测。WG开度传感器50对WG阀31的开度进行检测。O2传感器51对催化剂装置35a的上游侧的废气中的氧浓度进行检测， O2传感器52对催化剂装置35a与催化剂装置35b之间的废气中的氧浓度进行检测。车速传感器53对车辆的速度(车速)进行检测。这些各种传感器40～53 分别将与检测到的参数对应的检测信号S140～S153输出至PCM60。
PCM60基于从上述各种传感器40～53输入的检测信号S140～S153，对发动机系统100内的构成要素进行控制。具体而言，如图2所示，PCM60为，朝节气门6供给控制信号S106，对节气门6的开闭时间、节气门开度进行控制，朝空气旁通阀9供给控制信号S109，对空气旁通阀9的开闭进行控制，朝WG阀31供给控制信号S131，对WG阀31的开度进行控制，朝燃料喷射阀 13供给控制信号S113，对燃料喷射量、燃料喷射正时进行控制，朝火花塞 14供给控制信号S114，对点火时间进行控制，朝可变进气门机构18以及可变排气门机构19分别供给控制信号S118、S119，对进气门12以及排气门17 的动作正时进行控制，朝EGR阀29供给控制信号S129，对EGR阀29的开度进行控制。
尤其是，在本实施方式中，PCM60为，例如在发动机10的冷起动时等，在催化剂装置35处于非活性状态的情况下，进行用于对催化剂装置35进行提前预热的催化剂提前预热控制(AWS控制)。基本上，PCM60通过进行与不进行AWS控制的情况相比使吸入空气量增加的吸入空气量控制、以及与在不进行AWS控制的情况下设定的基准点火时间相比使点火时间滞后的点火控制，由此使混合气在膨胀行程中后燃，由此使废气温度(排气热量)上升，促进催化剂装置35的预热。PCM60相当于本发明中的“发动机的控制装置”，作为本发明中的“催化剂提前预热控制单元”起作用。
PCM60的这些构成要素的各个由具备CPU、在该CPU上解释执行的各种程序(包括OS等基本控制程序、在OS上启动而实现特定功能的应用程序)、以及用于存储程序、各种数据的如ROM、RAM那样的内部存储器的计算机构成。
＜发动机控制处理＞
接着，参照图3对在本发明的实施方式中进行的发动机10的基本控制进行说明。图3是表示本发明的实施方式的发动机控制处理的流程图。在车辆的点火开关开启而对PCM60接通电源的情况下，该流程被启动，并以规定的周期被反复执行。
当发动机控制处理开始时，在步骤S101中，PCM60取得车辆的各种信息。具体而言，PCM60取得由油门开度传感器40检测到的油门开度、由车速传感器53检测到的车速、与由曲轴转角传感器46检测到的曲轴转角对应的发动机转速、当前设定于车辆的变速器的档位等。
接着，在步骤S102中，PCM60基于在步骤S101中取得的车辆的运转状态来设定目标加速度。具体而言，PCM60从对于各种车速以及各种档位规定的加速度特性映射(预先制作并存储于存储器等)中，选择与当前的车速以及档位对应的加速度特性映射，并参照所选择的加速度特性映射，决定与由油门开度传感器40检测到的油门开度对应的目标加速度。
接着，在步骤S103中，PCM60决定用于实现在步骤S102中决定的目标加速度的发动机10的目标扭矩。在该情况下，PCM60基于当前的车速、档位、路面坡度、路面μ等，在发动机10能够输出的扭矩的范围内决定目标扭矩。
接着，在步骤S104中，PCM60根据包括在步骤S101中取得的当前的发动机转速以及在步骤S103中决定的目标扭矩在内的发动机10的运转状态，设定火花塞14的目标点火时间。具体而言，PCM60计算对目标扭矩附加了由摩擦损失、泵送损失导致的损失扭矩而得到的目标指示扭矩，从对于各种填充效率以及各种发动机转速规定了点火时间与指示扭矩之间的关系的点火时间映射(点火提前映射)中，选择与当前的发动机转速对应且在MBT 附近得到目标指示扭矩的点火时间映射，并参照所选择的点火时间映射，设定与目标指示扭矩对应的目标点火时间。另外，在产生爆震的情况下， PCM60可以将如此设定的目标点火时间朝滞后侧进行修正。
尤其是，在本实施方式中，PCM60为，在进行用于对催化剂装置35进行提前预热的AWS控制的情况下，将使上述那样的根据点火时间映射而决定的目标点火时间(与在不进行AWS控制的情况下应用的基准点火时间相当)滞后规定的点火时间滞后量的点火时间，设定为目标点火时间。具体而言，在进行AWS控制的情况下应当根据发动机10的运转状态而设定的点火时间滞后量被事先规定为映射(以下称作“点火时间滞后映射”。)，PCM60 在进行AWS控制的情况下，参照这样的映射来决定与当前的发动机10的运转状态对应的点火时间滞后量，并根据该点火时间滞后量来决定目标点火时间。另外，点火时间滞后映射的详细情况将后述。
接着，在步骤S105中，PCM60设定用于使发动机10输出在步骤S103中决定的目标扭矩的目标填充效率。具体而言，PCM60为，求出为了输出上述目标指示扭矩而需要的要求平均有效压力，并且求出与该要求平均有效压力相当的热量(要求热量)，根据设定为上述目标点火时间的条件下的热效率(基准热效率)与发动机10的实际的运转条件下的热效率(实际热效率)之间的大小关系，基于基准热效率以及实际热效率中的任一个和要求热量来求出目标填充效率。另外，PCM60也可以根据要求平均有效压力等来适当限制如此求出的目标填充效率。此外，PCM60为，在如上述那样为了进行 AWS控制而使点火时间滞后点火时间滞后量的情况下，对目标填充效率进行修正以使填充量(吸入空气量)增加与该点火时间滞后量相应的量，而从发动机10适当地输出在步骤S103中决定的目标扭矩。
接着，在步骤S106中，PCM60为，考虑空气流量传感器41检测到的空气量，而决定节气门6的开度以及经由可变进气门机构18的进气门12的开闭时间，以便将与在步骤S105中设定的目标填充效率相当的空气导入发动机 10。
接着，在步骤S107中，PCM60为，基于在步骤S106中决定的节气门开度以及进气门12的开闭时间，对节气门6以及可变进气门机构18进行控制，并且基于根据发动机10的运转状态等而决定的目标当量比、以及根据由空气流量传感器41检测到的空气量等推定的实际空气量，对燃料喷射阀13进行控制。
此外，与步骤S106～S107的处理并行，在步骤S108中，PCM60取得涡轮增压器4的目标增压压力。例如，与应当相对于发动机转速、发动机负载、目标扭矩等进行设定的目标增压压力建立对应的映射被预先存储于存储器等，PCM60参照该映射而取得与当前时刻的发动机转速、发动机负载、目标扭矩等对应的目标增压压力。在这样的目标增压压力的映射中规定有目标增压压力，以便至少在发动机10的高负载区域中，实施基于涡轮增压器4 的增压。
接着，在步骤S109中，PCM60决定用于实现在步骤S108中取得的目标增压压力的WG阀31的开度。
接着，在步骤S110中，PCM60基于在步骤S109中设定的开度对WG阀 31的致动器进行控制。在该情况下，PCM60根据在步骤S109中设定的开度对WG阀31的致动器进行控制，并且对致动器进行反馈控制以使由压力传感器43检测到的增压压力接近在步骤S108中取得的目标增压压力。
此外，与步骤S106～S107以及步骤S108～S110的处理并行，在步骤S111 中，PCM60对火花塞14进行控制，以便在步骤S104中设定的目标点火时间进行点火。
＜AWS控制处理＞
接着，参照图4对在本发明的实施方式中进行的AWS控制的基本处理进行说明。图4是表示本发明的实施方式的AWS控制处理的流程图。该AWS 控制处理由PCM60以规定的周期反复执行，而且，与图3所示的发动机控制处理并行地执行。
首先，在步骤S201中，PCM60取得车辆的各种信息。具体而言，PCM60 取得由油门开度传感器40检测到的油门开度、由车速传感器53检测到的车速、与由曲轴转角传感器46检测到的曲轴转角对应的发动机转速、与由空气流量传感器41检测到的吸入空气量对应的发动机负载、由温度传感器49 检测到的水温等。而且，PCM60还取得催化剂装置35的温度(催化剂温度)。基本上，在车辆运转时基于废气温度等来推定催化剂温度，在车辆起动紧后，基于在车辆运转结束时推定的催化剂温度与休止时间(从发动机停止到起动为止的时间)来推定催化剂温度。
接着，在步骤S202中，PCM60判定是否是冷起动时。具体而言，PCM60 判定是否在步骤S201中取得的水温为规定温度(例如40度)以下、且在步骤 S201中取得的催化剂温度为规定温度(例如350度)以下。在该情况下，在水温为规定温度以下且催化剂温度为规定温度以下的情况下，PCM60判定为是冷起动时。通过进行这样的步骤S202的判定，由此PCM60判定催化剂装置35是否为非活性状态。
关于步骤S202的判定的结果，在判定为是冷起动时的情况下(步骤 S202：是)，处理前进至步骤S203。在该步骤S203以后，由于催化剂装置35 处于非活性状态，所以PCM60执行用于对催化剂装置35进行提前预热的 AWS控制。另一方面，在未判定为是冷起动时的情况下(步骤S202：否)，处理结束。在该情况下，由于催化剂装置35处于活性状态，所以PCM60不执行AWS控制。
在步骤S203中，PCM60判定是否是怠速运转时。换言之，判定是否是车辆停止时。具体而言，PCM60判定是否在步骤S201中取得的油门开度为0 且在步骤S201中取得的车速为0。在该情况下，在油门开度为0且车速为0 的情况下，PCM60判定为是怠速运转时。
关于步骤S203的判定的结果，在判定为是怠速运转时的情况下(步骤 S203：是)，即、在车辆停止时的情况下，前进至步骤S204。在步骤S204中， PCM60作为AWS控制，以在燃烧室11内形成混合气在火花塞14附近比在火花塞14周围更浓的层而使其弱成层燃烧的方式进行燃料喷射控制，并且进行使吸入空气量增加的吸入空气量控制、以及使点火时间比基准点火时间滞后的点火控制。在以下，将这样的在车辆停止时进行的AWS控制称作“弱成层AWS控制”。该弱成层AWS控制相当于第1预热控制。
具体而言，PCM60在进行弱成层AWS控制的情况下，以实现弱成层燃烧的方式进行燃料喷射控制(尤其是燃料喷射时间的控制)，并且进行使点火时间从基准点火时间滞后与发动机10的运转状态(例如，空调、交流发电机、油泵的驱动的程度、接通、断开等的发动机10的外部负载)相应的点火时间滞后量的点火控制，并且进行基于该点火时间滞后量使吸入空气量增加的吸入空气量控制。
另一方面，在未判定为是怠速运转时的情况下(步骤S203：否)，即、在车辆行驶时的情况下，前进至步骤S205。在步骤S205中，PCM60作为AWS 控制，进行以在燃烧室11内形成均质的混合气而使其均质燃烧的方式喷射燃料的燃料喷射控制，并且进行使吸入空气量增加的吸入空气量控制、以及使点火时间比基准点火时间滞后的点火控制。在以下，将这样的在车辆行驶时进行的AWS控制称作“均质燃烧AWS控制”。该均质燃烧AWS控制相当于第2预热控制。
具体而言，PCM60在进行均质燃烧AWS控制的情况下，以实现均质燃烧的方式进行燃料喷射控制(尤其是燃料喷射时间的控制)，并且进行使点火时间从基准点火时间滞后与发动机10的运转状态(发动机转速以及发动机负载)相应的点火时间滞后量的点火控制，并且进行基于该点火时间滞后量使吸入空气量增加的吸入空气量控制。在进行该均质燃烧AWS控制的情况下，PCM60基于后述的点火时间滞后映射(参照图8以及图9)来设定点火时间滞后量。基本上，当在相同的发动机10的运转状态下观察时，在均质燃烧AWS控制中应用的点火时间滞后量小于在弱成层AWS控制中应用的点火时间滞后量。
接着，在进行了步骤S204的弱成层AWS控制或者步骤S205的均质燃烧 AWS控制之后，处理前进至步骤S206。在步骤S206中，PCM60判定弱成层AWS控制的执行时间是否为第1规定时间(例如30秒)以上。此处所使用的弱成层AWS控制的执行时间，应用将执行了弱成层AWS控制的时间进行累计而得到的时间。例如，在弱成层AWS控制后进行均质燃烧AWS控制、之后再次进行弱成层AWS控制的情况下，作为执行时间使用将第1次的弱成层 AWS控制的执行时间与第2次的弱成层AWS控制的执行时间进行累计而得到的时间，进行步骤S206的判定。此外，基于为了对催化剂装置35充分地进行预热而需要的弱成层AWS控制的执行时间，来决定在步骤S206中使用的第1规定时间。在决定该第1规定时间时，还可以考虑由于弱成层AWS控制的执行而导致的燃料消耗率、驾驶性的恶化。
关于步骤S206的判定的结果，在判定为弱成层AWS控制的执行时间为第1规定时间以上的情况下(步骤S206：是)，前进至步骤S208，PCM60结束 AWS控制的执行。具体而言，PCM60在执行弱成层AWS控制的情况下结束该弱成层AWS控制，在执行均质燃烧AWS控制的情况下结束该均质燃烧 AWS控制。
另一方面，在未判定为弱成层AWS控制的执行时间为第1规定时间以上的情况下(步骤S206：否)，即、在弱成层AWS控制的执行时间低于第1规定时间的情况下，前进至步骤S207。在步骤S207中，PCM60判定发动机起动后的经过时间是否为第2规定时间(例如80秒)以上。该第2规定时间应用比上述第1规定时间长的时间，除了为了对催化剂装置35进行充分预热而需要的 AWS控制的执行时间(例如，仅执行均质燃烧AWS控制时的时间)以外，还基于由于长时间执行AWS控制而引起的燃料消耗率、驾驶性的恶化，来决定该第2规定时间。
另外，在冷起动时(催化剂装置35的非活性状态时)，运转状态在车辆停止(怠速运转)与车辆行驶之间变化，由此弱成层AWS控制与均质燃烧AWS 控制被切换地执行。因此，在步骤S207中使用的发动机起动后的经过时间，基本上与将弱成层AWS控制的执行时间与均质燃烧AWS控制的执行时间相加而得到的时间一致。
关于步骤S207的判定的结果，在判定为发动机起动后的经过时间为第2 规定时间以上的情况下(步骤S207：是)，前进至步骤S208，PCM60结束弱成层AWS控制以及均质燃烧AWS控制的双方的执行。另一方面，在未判定为发动机起动后的经过时间为第2规定时间以上的情况下(步骤S207：否)，即、在发动机起动后的经过时间不足第2规定时间的情况下，返回到步骤 S203。在该情况下，PCM60为了继续进行AWS控制而再次进行上述步骤 S203以后的处理。
另外，上述AWS控制处理基于时间(具体而言，为弱成层AWS控制的执行时间以及发动机起动后的经过时间)使AWS控制结束，但是除了该时间以外，也可以基于燃料的累计喷射量(与向催化剂装置35投入的热量相当)、如上述那样推定的催化剂温度，使AWS控制结束。具体而言，只要在弱成层 AWS控制的执行时间为第1规定时间以上这样的条件、发动机起动后的经过时间为第2规定时间以上这样的条件、燃料的累计喷射量为规定量以上这样的条件、以及所推定的催化剂温度为规定温度以上这样的条件中的任一个条件成立的情况下，使AWS控制结束即可。
＜弱成层燃烧以及均质燃烧＞
接着，参照图5(a) 至图7(b) 对弱成层燃烧以及均质燃烧进行具体说明。
图5(a) 、 5(b) 是示意性地表示在弱成层燃烧以及均质燃烧产生之前(紧前)在发动机10的燃烧室11内形成的混合气的分布状态(浓度分布)的图。在弱成层燃烧产生紧前，如图5(a)所示，形成燃烧室11内的混合气在火花塞14周边(详细来说在火花塞14的电极周边)相对地变浓、在其周围相对地变稀的弱成层状态。另一方面，在均质燃烧产生紧前，如图5(b)所示，在燃烧室11内形成均质的混合气，即、形成燃料遍及燃烧室11整体的状态。
与均质燃烧相比弱成层燃烧的燃烧状态良好，因此在本实施方式中，在车辆停车时进行弱成层燃烧并且执行AWS控制(即、弱成层AWS控制)。另一方面，当在车辆行驶时执行AWS控制的情况下应用弱成层燃烧时，在发动机10的运转状态变化了时，有时无法形成所希望的弱成层状态而产生不点火等，因此在本实施方式中，在车辆行驶时，代替弱成层燃烧而进行均质燃烧并且执行AWS控制(即、均质燃烧AWS控制)。但是，与弱成层燃烧相比均质燃烧的燃烧状态较差，因此如上所述，在执行均质燃烧AWS控制的情况下，与执行弱成层AWS控制的情况相比，减小在相同的发动机10 的运转状态下观察时的点火时间滞后量。
此处，发动机10的燃烧室11内的混合气的成层化的程度用“成层程度”表示。例如，该成层程度相当于火花塞14附近的气体中所含有的燃料的浓度相对于燃烧室11整体的气体所含有的燃料的浓度的比例，该比例越大，则成层程度越高(也可以使用火花塞14附近的气体所含有的燃料的浓度的比例与该区域周围的区域的气体所含有的燃料的浓度之差)。进行上述弱成层燃烧的情况下的燃烧室11的状态(弱成层状态)与进行均质燃烧的情况下的燃烧室11的状态相比，成层程度更高。PCM60通过对燃料喷射阀13进行控制，具体而言对燃料喷射阀13的燃料喷射时间进行控制，由此使燃烧室 11内的成层程度变化。尤其是，PCM60通过对燃料喷射阀13的燃料喷射时间进行控制，由此在AWS控制时实现弱成层燃烧以及均质燃烧的任一个。
接着，参照图6(a) 、 6(b) 对在本发明的实施方式中进行弱成层AWS控制以及均质燃烧AWS控制的情况下应用的燃料喷射时间进行具体说明。图6(a)表示在进行弱成层AWS控制的情况下应用的燃料喷射时间以及点火时间，图6(b)表示在进行均质燃烧AWS控制的情况下应用的燃料喷射时间以及点火时间。在图6(a)以及图6(b)中，横轴表示曲轴转角度。
如图6(a)所示，PCM60为，在进行弱成层AWS控制的情况下，将燃料喷射阀13控制为，在每一个循环中，将燃料分割成两份而在进气行程中喷射1次以及在压缩行程中喷射1次、合计喷射两次。具体而言，PCM60将燃料喷射阀13控制为，在进气行程后期的规定时间T11开始第1次的燃料喷射，在压缩行程中期的规定时间T12开始第2次的燃料喷射。如此，通过将燃料在适当的时间分割成两份而进行喷射，由此在燃烧室11内形成弱成层状态。具体而言，通过进气行程中的第1次的燃料喷射使燃料提前在燃烧室11内气化雾化，之后，通过压缩行程中的第2次的燃料喷射在火花塞14周边形成燃料浓度较浓的浓混合气的层。此外，如图6(a)所示，PCM60为，在进行弱成层AWS控制的情况下，将火花塞14控制为，在对基准点火时间应用了比较大的点火时间滞后量的点火时间T13进行点火。在图6(a)所示的例子中，该点火时间T13成为大幅度超过压缩上止点(TDC)的正时。
另一方面，如图6(b)所示，PCM60为，在进行均质AWS控制的情况下，将燃料喷射阀13控制为，仅在进气行程中喷射1次燃料。具体而言，PCM60 将燃料喷射阀13控制为，在进气行程初期的规定时间T21开始燃料喷射。此外，如图6(b)所示，PCM60为，在进行均质AWS控制的情况下，将火花塞 14控制为，在对基准点火时间应用了比较小的点火时间滞后量(具体而言，与进行弱成层AWS控制的情况相比更小的点火时间滞后量)的点火时间T22 进行点火。在图6(b)所示的例子中，该点火时间T22成为不超过压缩上止点 (TDC)的正时。另外，在进行均质AWS控制的情况下，并不限定于仅进行1 次燃料喷射，也可以进行分割喷射。
接着，参照图7(a) 、7(b) 对在发动机10的燃烧室11内形成弱成层状态的情况进行说明。如图7(a)所示，来自构成为多孔型的燃料喷射阀13的一个喷口的燃料喷雾Ga，朝向形成于活塞15的冠面的凹状空腔15a的大致半球面状的内周面 15b。因此，如图7(b)所示，燃料喷雾Ga被该内周面15b的圆弧状倾斜面15d 引导而非常顺畅地向上方进行方向转换，并朝向火花塞14。
另一方面，如图7(a)所示，来自燃料喷射阀13的其他喷口(与上述燃料喷雾Ga的喷口不同的喷口)的燃料喷雾Gb，朝向承接面15c。因此，燃料喷雾Gb与承接面15c碰撞而势头变弱，并在承接面15c的上方浮游。此处，在燃料喷雾Ga通过之后，产生向凹状空腔15a内拉入的负压，因此如图7(b)所示，燃料喷雾Gb通过该负压而被拉入凹状空腔15a内。
如此，在燃料喷雾Ga的基础上燃料喷雾Gb被拉入凹状空腔15a内，由此更多的燃料位于火花塞14周边，结果，在火花塞14周边存在较多燃料浓度较浓的浓混合气。即，在燃烧室11内形成弱成层状态。
＜点火时间滞后映射＞
接着，对本发明的实施方式的点火时间滞后映射进行说明。如上所述，为了在图4的AWS控制处理的步骤S203中决定在进行均质燃烧AWS控制的情况下应用的点火时间滞后量，而使用该点火时间滞后映射。在点火时间滞后映射中，事先将在进行均质燃烧AWS控制的情况下应当设定的点火时间滞后量相对于发动机负载以及发动机转速分别建立对应。具体而言，点火时间滞后映射中所规定的点火时间滞后量被设定为如下的滞后量：能够确保驾驶性，并且不使燃料消耗率过于恶化，通过均质燃烧AWS控制能够将催化剂装置35适当地进行预热。此处所述的驾驶性的确保，不仅包括抑制不点火，而且包括抑制由于与点火时间的滞后相应地使吸入空气量增量而引起的燃烧音。
首先，参照图8对本发明的实施方式的点火时间滞后映射中所规定的、发动机负载与点火时间滞后量之间的关系进行说明。图8是对于点火时间滞后量映射，表示在相同的发动机转速下观察时的发动机负载(横轴)与点火时间滞后量(纵轴)之间的关系的曲线图。
如图8所示，在本实施方式中，点火时间滞后映射被规定为，在用符号 R11表示的发动机负载区域中，在相同的发动机转速下观察时，在低负载侧的发动机负载区域中，与高负载侧的发动机负载区域相比，点火时间滞后量更小。基本上，在发动机负载区域R11中，发动机负载变得越低，则点火时间滞后量逐渐变得越小。在低负载区域中，燃烧室11内的气体的流动较小，因此火焰难以传播，与高负载区域相比燃烧稳定性较低，因此当在低负载区域中使点火时间较大地滞后时，处于驾驶性恶化的倾向。因而，在本实施方式中，发动机负载变得越低则越减小点火时间滞后量，以抑制这样的驾驶性的恶化。
此外，如图8所示，在本实施方式中，点火时间滞后映射被规定为，在用符号R12表示的高负载侧的发动机负载区域中，与上述发动机负载区域 R11相比，点火时间滞后量更小。具体而言，发动机负载区域R12相当于基于涡轮增压器4进行增压的增压区域，发动机负载区域R11相当于不基于涡轮增压器4进行增压的非增压区域，在这样的增压区域即发动机负载区域 R12中，点火时间滞后量几乎成为0，即、禁止点火时间从基准点火时间滞后。在增压区域中，与非增压区域相比，相对于点火时间滞后量的变化的扭矩变化量更大，此外，在增压区域中，由于基于目标增压压力的增压压力控制的追随性，而难以进行AWS控制时的扭矩调整。另一方面，在增压区域中，投入热量较大，因此即便不使点火时间滞后，也能够使催化剂装置35充分地升温。因而，在本实施方式中，为了抑制由于在增压区域中使点火时间滞后而引起的扭矩变动，在增压区域中禁止点火时间从基准点火时间滞后。在该情况下，也可以在增压区域中禁止AWS控制的执行本身。
另外，对增压区域与非增压区域进行规定的发动机负载L1，是与填充效率几乎为1对应的发动机负载。即，在填充效率为1以上的负载区域中，实施基于涡轮增压器4的增压。
接着，参照图9对本发明的实施方式的点火时间滞后映射中所规定的发动机转速与点火时间滞后量之间的关系进行说明。图9是对于点火时间滞后量映射，表示在相同的发动机负载下观察时的发动机转速(横轴)与点火时间滞后量(纵轴)之间的关系的曲线图。
如图9所示，在本实施方式中，点火时间滞后映射被规定为，在相同的发动机负载下观察时，在高旋转区域中，与低旋转区域相比，点火时间滞后量更大。基本上，发动机转速变得越大，则点火时间滞后量变得越大。由于发动机转速变得越大，则燃烧室11内的气体的流动变得越大、燃烧稳定性变得越高，因此即便使点火时间比较大地滞后，燃烧也难以变得不稳定。因此，在本实施方式中，使点火时间滞后量增大为，发动机转速变得越大，则使催化剂装置35越快速地升温。
＜时间图＞
接着，参照图10对执行了上述本发明的实施方式的AWS控制处理(参照图4)的情况下的结果进行说明。图10表示执行了本发明的实施方式的AWS 控制处理的情况下的时间图的一例。具体而言，在图10中，从上方起依次表示车速、发动机转速、填充效率、点火时间、点火时间滞后量、催化剂上游侧温度(催化剂装置35的紧上游侧的温度)、以及催化剂下游侧温度(催化剂装置35的紧下游侧的温度)。此外，在图10中，实线的曲线图表示执行了本实施方式的AWS控制处理的情况下的结果，虚线的曲线图表示执行了比较例的AWS控制的情况下的结果。在该比较例中，仅在车辆停止时执行 AWS控制(具体而言，为弱成层AWS控制)，在车辆行驶时不执行AWS控制。
首先，在发动机起动紧后的时刻t11，为冷起动时且为怠速运转时，具体而言，水温为规定温度以下、催化剂温度为规定温度以下、油门开度为0 且车速为0，因此本实施方式以及比较例的双方都执行在进行弱成层燃烧的同时使点火时间滞后的弱成层AWS控制。之后，在时刻t12，车速超过0而成为车辆行驶状态，因此在本实施方式中，结束弱成层AWS控制，而开始在进行均质燃烧的同时使点火时间滞后的均质燃烧AWS控制。即，从弱成层AWS控制切换至均质燃烧AWS控制。另一方面，在比较例中，在时刻t12 结束弱成层AWS控制。在该情况下，结束点火时间的滞后，将点火时间设定为基准点火时间。
接着，在时刻t13，车速成为0而成为怠速运转状态(车辆停止状态)，因此在本实施方式中，结束均质燃烧AWS控制，开始弱成层AWS控制。即，从均质燃烧AWS控制切换至弱成层AWS控制。另一方面，在比较例中，在时刻t13再次开始弱成层AWS控制。之后，在时刻t14，车速超过0而成为车辆行驶状态，因此在本实施方式中，结束弱成层AWS控制而开始均质燃烧AWS控制，在比较例中，结束弱成层AWS控制。然后，在时刻t15，发动机起动后的经过时间成为第2规定时间，因此在本实施方式中，结束弱成层 AWS控制以及均质燃烧AWS控制的双方。
当对这样的本实施方式与比较例进行比较时，如图10的催化剂上游侧温度以及催化剂下游侧温度所示，可知：根据本实施方式，与比较例相比，催化剂温度迅速地升温。
＜作用效果＞
接着，对本发明的实施方式的发动机的控制装置的作用效果进行说明。
根据本实施方式，在催化剂装置35处于非活性状态的情况下，即使在车辆行驶时也进行AWS控制，即、不仅在车辆停止时、在车辆行驶时也进行AWS控制，因此与仅在车辆停止时进行AWS控制的情况相比较，能够使催化剂装置35迅速地升温，能够有效地促进催化剂装置35的预热。而且，根据本实施方式，在车辆行驶时在进行均质燃烧的同时进行AWS控制，因此能够适当地抑制在车辆行驶时在进行弱成层燃烧的同时进行AWS控制的情况下可能产生的不点火(由于因发动机运转状态的变化而无法形成所希望的成层状态，因此产生的不点火)等。
此外，根据本实施方式，在车辆行驶时在进行均质燃烧的同时进行AWS 控制的情况下，考虑发动机10的运转状态，来变更使点火时间从基准点火时间滞后的点火时间滞后量，因此能够抑制由于通过AWS控制使点火时间过度滞后而引起的驾驶性的恶化(例如，燃烧音、不点火等)，并且能够通过 AWS控制对催化剂装置35适当地进行预热。
此外，根据本实施方式，在相同的发动机转速下观察时，在低负载侧的发动机负载区域中，与高负载侧的发动机负载区域相比，减小点火时间滞后量，尤其是，发动机负载变得越低、则越减小点火时间滞后量，因此在低负载区域中能够适当地抑制由于使点火时间较大地滞后而引起的驾驶性的恶化。
此外，根据本实施方式，在相同的发动机负载下观察时，在高旋转区域中，与低旋转区域相比，增大点火时间滞后量，即、在燃烧稳定性变高的高旋转区域中增大点火时间滞后量，因此不会使燃料稳定性恶化，能够将催化剂装置35更加迅速地升温。
此外，根据本实施方式，在车辆行驶时在进行均质燃烧的同时进行AWS 控制，在车辆停止时在进行弱成层燃烧的同时进行AWS控制，即、与车辆运转状态相应地切换均质燃烧AWS控制与弱成层AWS控制，因此能够执行适合于运转状态的AWS控制，能够适当地抑制不点火等的驾驶性的恶化，并且将催化剂装置35迅速地升温。
此外，根据本实施方式，在通过AWS控制使点火时间滞后的情况下，与点火时间滞后量相应地使吸入空气量增加，因此在AWS控制时也能够适当地实现目标扭矩。
＜变形例＞
在上述实施方式中，在进行均质燃烧AWS控制的情况下，在增压区域中禁止点火时间的滞后(参照图8)，但是并不限定于在增压区域中禁止点火时间的滞后，即、在增压区域中也可以使点火时间滞后。在该情况下，只要与涡轮增压器4的增压程度相应地设定点火时间滞后量即可。具体而言，在增压程度较大的情况下，与增压程度较小的情况相比减小点火时间滞后量即可。由此，也能够抑制由于使点火时间滞后而引起的扭矩变动，并且能够将催化剂装置35适当地进行预热。

Claims (3)

1.一种发动机的控制装置，进行用于对设置在排气通路上的催化剂装置进行提前预热的催化剂提前预热控制，其特征在于，
具有催化剂提前预热控制单元，该催化剂提前预热控制单元为，根据规定的条件对催化剂装置进行提前预热，
上述催化剂提前预热控制单元为，在车辆行驶时催化剂装置处于非活性状态的情况下，执行如下的均质燃烧催化剂活性控制：进行以在发动机的燃烧室内形成均质的混合气而使其均质燃烧的方式喷射燃料的燃料喷射控制，并且进行与不进行上述催化剂提前预热控制的情况相比使吸入空气量增加的吸入空气量控制、以及与在不进行上述催化剂提前预热控制的情况下设定的基准点火时间相比使点火时间滞后的点火控制，而对催化剂装置进行提前预热，
上述催化剂提前预热控制单元为，在车辆停止时催化剂装置处于非活性状态的情况下，执行如下的成层燃烧催化剂活性控制：进行以在发动机的燃烧室内在火花塞附近形成比火花塞周边更浓的混合气的层而使其成层燃烧的方式喷射燃料的燃料喷射控制，并且进行与不进行上述催化剂提前预热控制的情况相比使吸入空气量增加的吸入空气量控制、以及与在不进行上述催化剂提前预热控制的情况下设定的基准点火时间相比使点火时间滞后的点火控制，而对催化剂装置进行提前预热，
上述催化剂提前预热控制单元为，为了与车辆停止时、车辆行驶时、发动机转速以及发动机负载相应地变更通过上述点火控制使点火时间从上述基准点火时间滞后的点火时间滞后量，第一，在相同的发动机转速以及相同的发动机负载下，在上述车辆行驶时的均质燃烧催化剂活性控制中，与上述车辆停止时的成层燃烧催化剂活性控制相比，减小上述点火时间滞后量，第二，在相同的发动机转速下，在发动机负载低于规定值的低负载区域中，与发动机负载为上述规定值以上的高负载区域相比，减小上述点火时间滞后量，第三，在相同的发动机负载下，在发动机转速为规定值以上的高旋转区域中，与发动机转速低于上述规定值的低旋转区域相比，增大上述点火时间滞后量，
上述催化剂提前预热控制单元为，在上述车辆停止时的成层燃烧催化剂活性控制的执行时间成为为了对催化剂装置进行预热而需要的预先设定的第1规定时间以上时，或者，在将上述车辆行驶时的均质燃烧催化剂活性控制的执行时间与上述车辆停止时的成层燃烧催化剂活性控制的执行时间相加而得到的执行时间成为比上述第1规定时间长的第2规定时间以上时，结束上述车辆行驶时的均质燃烧催化剂活性控制以及上述车辆停止时的成层燃烧催化剂活性控制的执行，为了抑制由于上述均质燃烧催化剂活性控制以及上述成层燃烧催化剂活性控制而引起的燃料消耗率的恶化而预先设定上述第2规定时间。
2.如权利要求1所述的发动机的控制装置，其中，
上述催化剂提前预热控制单元为，发动机负载越低，则使上述点火时间滞后量越小。
3.如权利要求1或2所述的发动机的控制装置，其中，
基于应当从发动机输出的目标扭矩来设定上述基准点火时间，
上述催化剂提前预热控制单元为，在通过上述点火控制使点火时间从上述基准点火时间滞后上述点火时间滞后量的情况下，与该点火时间滞后量相应地使吸入空气量增加，而从发动机输出上述目标扭矩。
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