CN107575329B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的控制装置，在将使向火花塞施加高电压的期间与喷射器的燃料喷射的期间重叠的控制应用于排气净化催化剂的活性化的情况下，抑制循环间的燃烧变动。在催化剂预热控制中，在进气冲程进行喷射器(30)的第一次喷射，在比压缩上止点靠后的膨胀冲程进行比第一次喷射少量的第二次喷射。在催化剂预热控制中，由ECU(40)控制从火花塞(32)的点火期间的开始到第二次喷射的结束为止的间隔，使得第二次喷射的燃料喷雾与从包含第一次喷射的燃料喷雾的混合气产生的初始火焰接触。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置，详细的是，涉及应用于具备缸内喷射器的火花点火式内燃机的控制装置。
背景技术
在专利文献1(日本特开2011-106377号公报)中公开了在燃烧室上部具备具有多个喷孔的喷射器和火花塞的内燃机。在该内燃机中，从火花塞的放电间隙的中心位置到喷射器的喷孔中的最接近火花塞的喷孔的中心位置为止的距离设定为特定的范围。另外，在该内燃机中，在开始燃料喷射经过了预定时间之后直到该燃料喷射的结束为止的整个期间，进行对火花塞施加高电压的控制。
若进行上述的控制，则对火花塞施加高电压的期间与喷射器的燃料喷射的期间重叠。在此，向喷射器供给加压状态的燃料，因此，若进行喷射器的燃料喷射，则来自各喷孔的燃料喷雾的周围的空气被带走而形成低压部(夹卷(entrainment))。因此，若进行上述的控制，则产生于放电间隙的放电火花被上述的形成于最接近火花塞的喷孔的周围的低压部诱引(吸引)。由此，根据该内燃机，能够提高形成于火花塞的周边的混合气的着火性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-106377号公报
专利文献2：日本特开2008-190511号公报
专利文献3：日本特开2015-094339号公报
专利文献4：日本特开2007-263065号公报
专利文献5：日本特开2008-069713号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1进一步对排气净化催化剂的活性化进行介绍来作为上述的诱引作用的应用例。虽然在专利文献1中没有提及，但是该排气净化催化剂的活性化一般通过将通常设定在压缩上止点的附近的点火期间(即，向火花塞施加高电压的正时)变更为比该压缩上止点靠延迟侧来进行。
若将上述的专利文献1的控制应用于一般的排气净化催化剂的活性化，则能够使设定于比压缩上止点靠延迟侧的点火期间与燃料喷射期间重叠，提高形成于火花塞的周边的混合气的着火性。然而，在着火环境因某种原因变化而偏离了所期望的范围的情况下，即使在上述的诱引作用下燃烧状态也有可能变得不稳定。而且，若在排气净化催化剂的活性化控制中的燃烧循环中，发生这样的事态的循环变多，则循环间的燃烧变动变大，因此对驾驶性能带来影响。
本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于，在将使向火花塞施加高电压的期间与喷射器的燃料喷射的期间重叠的控制应用于排气净化催化剂的活性化的情况下，抑制循环间的燃烧变动。
用于解决问题的技术方案
本发明的内燃机的控制装置是对具备喷射器、火花塞以及排气净化催化剂的内燃机进行控制的装置。所述喷射器构成为设置于燃烧室上部并从多个喷孔向缸内喷射燃料。所述火花塞构成为使用放电火花来对缸内的混合气进行点火，并且设置于从所述多个喷孔喷射的燃料的下游且比从所述多个喷孔喷射的燃料喷雾中的最接近的所述火花塞的燃料喷雾的外轮廓面靠上方的位置。所述排气净化催化剂构成为对来自所述燃烧室的排气进行净化。
所述控制装置，作为使所述排气净化催化剂活性化的控制，对所述火花塞进行控制使得在比压缩上止点靠延迟侧的点火期间产生放电火花，并且对所述喷射器进行控制使得进行第1喷射和第2喷射，所述第1喷射比所述压缩上止点靠提前侧，所述第2喷射比所述压缩上止点靠延迟侧且喷射期间与所述点火期间的至少一部分重叠。
本发明的内燃机的控制装置在判定为与循环间的燃烧变动相关联的参数超过阈值的情况下进一步对所述火花塞和所述喷射器进行控制，使得与判定为所述参数低于所述阈值的情况相比，从所述点火期间的开始正时到所述第2喷射的喷射期间的结束正时为止的间隔扩大。
包含第1喷射中的燃料喷雾的混合气在点火期间使初始火焰产生。当进行了喷射期间与点火期间的至少一部分重叠的第2喷射时，至少初始火焰被诱引至形成于来自最接近火花塞的喷孔的燃料喷雾的周围的低压部。因此，当进行了第2喷射时，应当是，由第2喷射所喷射的燃料喷雾与被诱引的初始火焰接触，促进使初始火焰生长的燃烧。
然而，在该接触不充分的情况下，使初始火焰生长的燃烧变得不稳定。若使初始火焰生长的燃烧变得不稳定的循环变多，则循环间的燃烧变动变大。
关于这一点，在判定为与循环间的燃烧变动相关的参数超过阈值的情况下，若与判定为该参数低于该阈值的情况相比，扩大从点火期间的开始正时到第2喷射的喷射期间的结束正时为止的间隔，则从点火期间的开始到第2喷射的结束为止的间隔变长，等待第2喷射的开始直到初始火焰生长至某个程度为止。因此，可避免被诱引的初始火焰和放电火花与由第2喷射所喷射的燃料喷雾的接触不充分的状况。
也可以是，在所述参数超过所述阈值的情况下，所述控制装置根据所述参数与所述阈值的偏离量来变更所述间隔的扩大量。
在判定为与循环间的燃烧变动相关联的参数超过阈值的情况下，若根据该参数与该阈值的偏离量变更间隔的扩大量，则能够使被诱引的初始火焰与由第2喷射所喷射的燃料喷雾切实且充分地接触。
也可以将所述第2喷射的结束正时设为比所述点火期间的结束正时靠提前侧。
在第2喷射的结束正时处于比点火期间的结束正时靠延迟侧的情况下，仅初始火焰被诱引至上述低压部。与此相对，在第2喷射的结束正时处于比点火期间的结束正时靠提前侧的情况下，初始火焰和放电火花这两者都被诱引至上述低压部。这样一来，由第2喷射所喷射的燃料喷雾与被诱引的初始火焰和放电火花这两者接触。因此，在从点火期间的结束正时观察而第2喷射的结束正时处于提前侧的情况下，与第2喷射的结束正时处于延迟侧的情况相比，能够进一步促进使初始火焰生长的燃烧。
所述参数可以是曲轴旋转预定角度为止所需要的时间的偏差，或者是从所述点火期间的开始正时到燃烧质量比例达到预定比例为止的曲轴转角期间的偏差。
在与循环间的燃烧变动相关联的参数是曲轴旋转预定角度为止所需要的时间的偏差，或者是从点火期间的开始正时到燃烧质量比例达到预定比例为止的曲轴转角期间的偏差的情况下，可高精度地检测循环间的燃烧变动。
发明的效果
根据本发明的内燃机的控制装置，在将使向火花塞施加高电压的期间与喷射器的燃料喷射的期间重叠的控制应用于排气净化催化剂的活性化的情况下，能够抑制循环间的燃烧变动。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的系统构成的图。
图2是说明催化剂预热控制的概要的图。
图3是说明膨胀冲程喷射的图。
图4是说明基于膨胀冲程喷射的放电火花和初始火焰的诱引作用的图。
图5是示出了从点火期间开始到膨胀冲程喷射结束的间隔(点火开始-喷射结束间隔)与燃烧变动率的关系的图。
图6是示出了基本适合值映射的一例的图。
图7是示出了内燃机的冷起动时的火花塞32的点火正时(更准确的是，点火期间的开始正时)和发动机冷却水温的变迁的图。
图8是说明初始火焰的生长速度变慢了的情况下的缸内状态的图。
图9是说明喷雾外轮廓面与电极部34之间的距离扩大了的情况下的缸内状态的图。
图10是说明提前点火正时的情况下的问题的图。
图11是说明从点火期间的开始到膨胀冲程喷射的结束为止的间隔的修正方法的图。
图12是向从点火期间的开始到膨胀冲程喷射的结束为止的间隔扩大的方向修正了基本适合值的情况下的缸内状态的图。
图13是向从点火期间的开始到膨胀冲程喷射的结束为止的间隔扩大的方向修正了基本适合值的情况下的效果的图。
图14是表示在本发明的实施方式中ECU40所执行的处理的一例的流程图。
图15是表示内燃机的冷起动时的Gat30和该Gat30的偏差σ的变迁的一例的图。
图16是表示Gat30的偏差σ与标准的差和间隔扩大用的校正值的关系的图。
图17是表示内燃机的冷起动时的燃烧变动率与SA-CA10的偏差σ的关系的图。
图18是表示SA-CA10的偏差σ的变迁的一例的图。
附图标记说明
10 内燃机
12 汽缸
14 汽缸体
16 汽缸盖
18 活塞
20 燃烧室
22 进气通道
24 排气通道
30 喷射器
32 火花塞
34 电极部
36 喉部
40 ECU
42 曲轴转角传感器
44 加速器开度传感器
46 温度传感器
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外，对于在各图中相同的要素标注同一标号并省略重复的说明。另外，本发明不限于以下的实施方式。
系统构成的说明
图1是说明本发明的实施方式的系统构成的图。如图1所示，本实施方式的系统具备搭载于车辆的内燃机10。内燃机10是四冲程1循环发动机，具有多个汽缸。不过，在图1中仅描绘了其中的一个汽缸12。内燃机10具有形成有汽缸12的汽缸体14和配置于汽缸体14上的汽缸盖16。在汽缸12内配置有在其轴向(本实施方式中为铅直方向)上往复移动的活塞18。内燃机10的燃烧室20至少由汽缸体14的壁面、汽缸盖16的下表面以及活塞18的上表面划定。
在汽缸盖16形成有与燃烧室20连通的进气通道22和排气通道24各两个。在进气通道22的与燃烧室20连通的开口部设置有进气门26，在排气通道24的与燃烧室20连通的开口部设置有排气门28。另外，在汽缸盖16，从燃烧室20的上部的大致中央起以顶端面对燃烧室20的方式设置有喷射器30。喷射器30与由燃料罐、共轨(common-rail)、供给泵等构成的燃料供给系统连接。另外，在喷射器30的顶端呈放射状地形成有多个喷孔，在喷射器30开阀时，燃料以高压状态从这些喷孔喷射。
另外，在汽缸盖16，在比设置有喷射器30的部位靠排气门28侧的燃烧室20的上部设置有火花塞32。火花塞32在顶端具备由中心电极和接地电极构成的电极部34。电极部34在比来自喷射器30的燃料喷雾的外轮廓面(以下也称为“喷雾外轮廓面”)靠上方的范围(即，从喷雾外轮廓面到汽缸盖16的下表面的范围)内突出地配置。更详细而言，电极部34在比从喷射器30的喷孔呈放射状地喷射出的燃料喷雾中的最接近火花塞32的燃料喷雾的外轮廓面靠上方的范围内突出地配置。此外，在图1中描绘的外轮廓线表示来自喷射器30的燃料喷雾中的最接近火花塞32的燃料喷雾的外轮廓面。
进气通道22从进气通路侧的入口朝向燃烧室20大致笔直地延伸，在作为与燃烧室20连接的部分的喉部36处，流路截面积被减小。进气通道22的这样的形状使得从进气通道22供给至燃烧室20的进气产生滚流。滚流在燃烧室20内回旋。更详细地说，滚流在燃烧室20的上部从进气通道22侧朝向排气通道24侧行进，在排气通道24侧从燃烧室20的上部朝向下部行进。另外，滚流在燃烧室20的下部从排气通道24侧朝向进气通道22侧行进，在进气通道22侧从燃烧室20的下部朝向上方行进。在形成燃烧室20的下部的活塞18的上表面形成有用于保持滚流的凹部。
另外，如图1所示，本实施方式的系统具备作为控制单元的ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)40。ECU40具备RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等。ECU40对搭载于车辆的各种传感器信号进行取入处理。各种传感器至少包括：对与活塞18连接的曲轴的旋转角度进行检测的曲轴转角传感器42；对车辆驾驶者对加速器踏板的踩踏量进行检测的加速器开度传感器44；以及对内燃机10的冷却水温(以下也称为“发动机冷却水温”)进行检测的温度传感器46。ECU40对取入的各传感器的信号进行处理并按照预定的控制程序对各种致动器进行操作。由ECU40操作的致动器至少包括上述的喷射器30和火花塞32。
ECU40进行的起动时控制
在本实施方式中，作为图1所示的ECU40进行的内燃机10的冷起动后的控制，进行促进排气净化催化剂的活性化的控制(以下也称为“催化剂预热控制”)。排气净化催化剂是设置于内燃机10的排气通路的催化剂，作为一例，可例举在处于活性化状态下的催化剂的气氛接近化学计量时净化排气中的氮氧化物(NOx)、烃(HC)以及一氧化碳(CO)的三元催化剂。
参照图2～图7对由ECU40执行的催化剂预热控制进行说明。在图2中描绘了催化剂预热控制中的喷射器30的喷射正时和火花塞32的点火期间的开始正时(在电极部34的放电期间的开始正时)。如图2所示，在催化剂预热控制中，在进气冲程进行喷射器30的第一次喷射(第1喷射)，在压缩上止点之后的膨胀冲程进行比第一次喷射少量(作为一例，5mm3/st左右)的第二次喷射(第2喷射)。在以下的说明中，也将第一次喷射(第1喷射)称为“进气冲程喷射”，也将第二次喷射(第2喷射)称为“膨胀冲程喷射”。另外，如图2所示，在催化剂预热控制中，火花塞32的点火期间的开始正时设定在比压缩上止点靠延迟侧。此外，在图2中，在比点火期间的开始正时靠延迟侧进行膨胀冲程喷射，但也可以在比点火期间的开始正时靠提前侧开始膨胀冲程喷射。对此，参照图3进行说明。
图3是说明膨胀冲程喷射的喷射期间与点火期间的正时关系的图。在图3中描绘了开始正时不同的四种喷射A、B、C、D。虽然喷射A、B、C、D的开始正时不同，但它们的喷射期间都设为与膨胀冲程喷射的喷射期间相等。另外，图3所描绘的点火期间设为与催化剂预热控制中的点火期间(设定期间)相等。如图3所示，以跨过点火期间的开始正时的方式进行的喷射B、在点火期间中进行的喷射C以及以跨过点火期间的结束正时的方式进行的喷射D相当于在本实施方式中所提及的膨胀冲程喷射，比点火期间的开始正时靠提前侧进行的喷射A不相当于在本实施方式中所提及的膨胀冲程喷射。其原因是，为了得到后述的诱引作用，膨胀冲程喷射的喷射期间的至少一部分需要与点火期间重叠。
基于膨胀冲程喷射的诱引作用
图4是说明基于膨胀冲程喷射的放电火花和初始火焰的诱引作用的图。在图4的上段和中段(或下段)描绘了在火花塞32的点火期间由电极部34产生的放电火花、和因该放电火花而从包含进气冲程喷射的燃料喷雾的混合气产生的初始火焰的两个不同的状态。图4的上段所示的状态相当于不进行膨胀冲程喷射的情况下的状态，图4的中段(或下段)所示的状态相当于进行了膨胀冲程喷射的情况下的状态。此外，为了便于说明，在图4中仅示出膨胀冲程喷射的燃料喷雾中的最接近火花塞32的燃料喷雾。
如图4的上段所示，在没有进行膨胀冲程喷射的情况下，在电极部34产生的放电火花和初始火焰向滚流的流动方向延伸。另一方面，如图4的中段所示，在进行膨胀冲程喷射的情况下，在燃料喷雾的周围形成了低压部(夹卷)，因此，在电极部34产生的放电火花和初始火焰被向与滚流的流动方向相反的方向诱引。这样一来，如图4的下段所示，被诱引的放电火花和初始火焰与膨胀冲程喷射的燃料喷雾接触，并被卷入燃料喷雾而一下子生长。由这样的放电火花和初始火焰这两者的诱引而引起的初始火焰的生长在图3的喷射B、C的情况下发生。后述图3的喷射D的情况。
在膨胀冲程中喷射的燃料喷雾受滚流和缸内压力的影响。因此，在比火花塞32的点火期间的开始正时靠提前侧的膨胀冲程中进行了喷射的情况下(参照图3的喷射A)，该喷射的燃料喷雾在到达电极部34之前其形状变化。因此，火花塞周围的混合气的浓度不稳定、循环间的燃烧变动变大。关于这一点，若进行喷射期间的至少一部分与点火期间重叠的膨胀冲程喷射(参照图3的喷射B、C)，则能够发挥图4的中段所示的诱引作用。因此，即使膨胀冲程喷射的燃料喷雾的形状变化，也能够使得使初始火焰生长的燃烧(以下也称为“初始燃烧”)稳定化，抑制循环间的燃烧变动。而且，也能够使继初始燃烧之后的燃烧即生长了的初始火焰进一步卷入包含进气冲程喷射的燃料喷雾的混合气的燃烧(以下也称为“主燃烧”)稳定化。在图3的喷射D的情况下，随着点火期间的结束而放电火花消失，但初始火焰残留。因此，通过由膨胀冲程喷射的燃料喷雾引起的诱引作用，能够使该燃料喷雾与初始火焰接触。因此，能够与图3的喷射B、C的情况同样地使初始燃烧稳定化，抑制循环间的燃烧变动。
间隔控制
在催化剂预热控制中，由ECU40控制从火花塞32的点火期间的开始到膨胀冲程喷射的结束为止的间隔。图5是表示从点火期间的开始到膨胀冲程喷射的结束为止的间隔(点火开始-喷射结束间隔)与燃烧变动率的关系的图。图5所示的燃烧变动率是通过固定点火期间的开始正时和结束正时并且使固定了喷射期间(即喷射量)的膨胀冲程喷射的开始正时改变而得到的。如图5所示，燃烧变动率相对于“点火开始-喷射结束间隔”向下凸。另外，在图5中，燃烧变动率示出最小的值是在比点火期间的开始正时(点火开始)与膨胀冲程喷射的开始正时(喷射开始)一致的情况(点火开始＝喷射开始)靠延迟侧。
在ECU40的ROM中存储有将图5所示的燃烧变动率示出最小的值时的“点火开始-喷射结束间隔”的值(以下也称为“基本适合值”)与发动机运转状态相关联的映射(以下也称为“基本适合值映射”)，在催化剂预热控制时从其中进行读取。图6是表示基本适合值映射的一例的图。如图6所示，基本适合值映射制作成以发动机旋转速度和发动机负载kl为两轴的二维映射。基本适合值映射按以预定的温度刻度划分出的各发动机冷却水温区域来制作，因此实际上存在多个这样的二维映射。另外，如图6的箭头所示，基本适合值设定为发动机旋转速度越高或发动机负载越低则取越延迟侧的值。其原因是，在发动机旋转速度高的情况下，初始火焰的生长相对地变慢，在发动机负载高的情况下，因缸内环境的改善而初始火焰的生长相对变快。
在催化剂预热控制中，火花塞32的点火期间的开始正时和膨胀冲程喷射的结束正时具体如下决定。首先，基于基本点火正时和延迟校正量来决定火花塞32的点火期间的开始正时。然后，将根据基本适合值映射和发动机运转状态求得的基本适合值与决定了的点火期间的开始正时相加来决定膨胀冲程喷射的结束正时。图7是表示内燃机的冷起动时的火花塞32的点火正时(更准确的是，点火期间的开始正时)和发动机冷却水温的变迁的图。当在图7所示的时刻t0起动了发动机时，从紧接着其后的时刻t1开始执行催化剂预热控制的运转模式(以下也称为“催化剂预热模式”)，并且将点火正时逐渐设定为延迟侧的值。然后，在发动机冷却水温到达了标准(作为一例为50℃)的时刻t2结束催化剂预热模式，此后将点火正时逐渐设定为提前侧的值。
此外，基本点火正时作为与发动机运转条件(主要是吸入空气量和发动机旋转速度)相应的值存储于ECU40的ROM。另外，延迟校正量基于将延迟校正量与发动机冷却水温相关联的映射(以下也称为“延迟校正量映射”)来决定。该延迟校正量映射与基本适合值映射同样地存储于ECU40的ROM，在催化剂预热控制时从其中进行读取。
着火环境偏离所期望的范围时的问题点
在图1所示的系统中因某种原因而着火环境变化并偏离了所期望的范围的情况下，存在如下可能性：尽管有上述的基于膨胀冲程喷射的诱引作用，但燃烧状态仍会变得不稳定。例如，在喷射器30的喷孔堆积有沉积物的情况下，在进气冲程喷射中的喷射量变少。另外，在将算出进气冲程喷射的喷射量时的空气量错读为比原本少的情况下，在进气冲程喷射中的喷射量也变少。而且，若在进气冲程喷射中的喷射量变少，则火花塞32的周边的燃料浓度变稀，初始火焰的生长速度(是指与膨胀冲程喷射的燃料喷雾接触前的初始火焰的生长速度，以下同样)变慢。另外，在与进气门26和/或排气门28的气门正时相关的学习不良的情况下，残留于燃烧室20内的排气的比例增加，因此初始火焰的生长速度变慢。若初始火焰的生长速度变慢，则无法使膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰接触，循环间的燃烧变动变大。
图8是说明初始火焰的生长速度变慢了的情况的缸内状态的图。在图8的上段描绘了着火环境处于所期望的范围内时的缸内状态，与图4的下段所示的缸内状态相同。在该情况下，如上所述，在电极部34所产生的放电火花和初始火焰被膨胀冲程喷射的燃料喷雾诱引而与其接触，初始火焰一下子生长。即，在该情况下，初始火焰的生长速度可以说没有特别的问题。另一方面，在图8的下段描绘了初始火焰的生长速度变慢了的情况下的缸内状态。在该情况下，虽然在电极部34所产生的放电火花被膨胀冲程喷射的燃料喷雾诱引，但生长速度慢的初始火焰的诱引不充分。因此，无法使膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰接触。因此，初始燃烧变得不稳定，继初始燃烧之后的主燃烧也变得不稳定。
另外，例如在因火花塞32的更换而电极部34向燃烧室20的突出量减少的情况和/或因沉积物堆积在喷射器30的喷口而喷雾角变化了的情况下，喷雾外轮廓面与电极部34之间的距离扩大。在喷雾外轮廓面与电极部34之间的距离扩大了的情况下，无法使膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰接触，从而存在循环间的燃烧变动变大的可能性。
图9是说明喷雾外轮廓面与电极部34之间的距离扩大了的情况下的缸内状态的图。在图9的上段描绘了着火环境处于所期望的范围内时的缸内状态，与图4的下段和/或图8的上段所示的缸内状态相同。另一方面，在图9的下段绘制了喷雾外轮廓面与电极部34之间的距离扩大了的情况下的缸内状态。在该情况下，从形成于膨胀冲程喷射的燃料喷雾的周围的低压部到电极部34所产生的放电火花和初始火焰为止的距离扩大，因此它们的诱引变得不充分。因此，无法使膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰接触。此外，图9所描绘的外轮廓线表示来自喷射器30的燃料喷雾中的最接近火花塞32的燃料喷雾的外轮廓面。
假设提前点火期间的开始正时，则缸内环境改善。因此，在初始火焰的生长速度降低了的情况下(参照图8的下段)，能够缓和该降低而使膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰接触。另外，在喷雾外轮廓面与电极部34之间的距离扩大了的情况下(参照图9的下段)，能够促进初始火焰的生长速度而使膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰接触。然而，若提前点火期间的开始正时，则可投入到排气净化催化剂的排气能量减少，因此排气净化催化剂的活性化需要时间。
参照图10对该问题进行详细说明。在着火环境处于所期望的范围内的情况下，能够将从进气冲程喷射的燃料喷雾产生的初始火焰生长至能够与膨胀冲程喷射的燃料喷雾接触的程度的大小为止的期间设为适当的范围内的值。因此，如图10的中段的实线(正常时)所示，即使将点火正时(更准确的是，点火期间的开始正时)设定为延迟侧的曲轴转角CA1，也能够将初始火焰的生长速度设定为适当的范围内的值(v1)。由此，如图10的上段的实线(正常时)所示，能够使燃烧变动率小于标准。然而，在着火环境变化而偏离了所期望的范围的情况下，从进气冲程喷射的燃料喷雾产生的初始火焰生长至能够与膨胀冲程喷射的燃料喷雾接触的程度的大小为止的期间变长。因此，如图10的中段的虚线(燃烧恶化时)所示，在保持设定为曲轴转角CA1的状态下初始火焰的生长速度降低至适当的范围外的值(v2)。由此，如图10的上段的虚线(燃烧恶化时)所示，燃烧变动率超过标准。
即使着火环境偏离了所期望的范围，若将点火正时向提前侧变更，则也能够改变初始燃烧的生长速度的倾向。具体而言，若将点火正时从曲轴转角CA1改为设定成曲轴转角CA2，则如图10的中段的虚线(燃烧恶化时)所示，能够使初始火焰的生长速度从适当的范围外的值(v2)回到适当的范围内的值(v1)。这样一来，能够使从进气冲程喷射的燃料喷雾产生的初始火焰在适当的正时与膨胀冲程喷射的燃料喷雾接触，因此能够使燃烧变动率小于标准。然而，如图10的下段所示，在将点火正时改为设定为曲轴转角CA2的情况下，排气能量变得比将点火正时设定为曲轴转角CA1的情况少，因此，与排气能量的减少量相应地排气净化催化剂的活性化需要时间。
为了避免这样的事态，在本实施方式中，在预测到因着火环境的变化、膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰无法接触的情况下，对根据基本适合值映射求得的基本适合值进行修正。图11是说明从点火期间的开始到膨胀冲程喷射的结束为止的间隔的修正方法的图。与图5同样，在图11中描绘了“点火开始-喷射结束间隔”与燃烧变动率的关系。比较图5与图11可知，在图5中用实线描绘的关系在图11中用虚线描绘。
如图8～图10所说明，若膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰无法接触，则燃烧变动率变大。即，如图11所示，“点火开始-喷射结束间隔”与燃烧变动率的关系从用虚线描绘的关系向用实线描绘的关系变化。若尽管如此还保持设定为基本适合值不变地来执行膨胀冲程喷射，则燃烧变动率会超过标准。关于这一点，若根据变化后的实线所示的关系向“点火开始-喷射结束间隔”扩大的方向修正基本适合值，则能够使燃烧变动率小于标准。
此外，如上所述，基本适合值是在着火环境处于所期望的范围内的情况下燃烧变动率示出最小的值时的“点火开始-喷射结束间隔”的值。因此，即使在基于修正后的“点火开始-喷射结束间隔”来执行膨胀冲程喷射的情况下，燃烧变动率本身不会变得比着火环境处于所期望的范围内的情况下小。然而，若向“点火开始-喷射结束间隔”扩大的方向修正基本适合值，则能够使燃烧变动率小于标准，使其接近着火环境处于所期望的范围内的情况下的燃烧变动率。
图12是说明向从点火期间的开始到膨胀冲程喷射的结束为止的间隔扩大的方向修正了基本适合值的情况下的缸内状态的图。在图12的上段和下段均描绘了着火环境偏离了所期望的范围的情况下的缸内状态。但是，图12的上段与下段的不同在于，上段示出了在将“点火开始-喷射结束间隔”固定为基本适合值的状态下使点火正时提前了的情况，下段示出了向“点火开始-喷射结束间隔”扩大的方向修正了基本适合值的情况。
比较图12的上段与下段可知，在将“点火开始-喷射结束间隔”固定为基本适合值的状态下(参照上段)，无法使膨胀冲程喷射的燃料喷雾与生长速度慢的初始火焰接触。与此相对，若向“点火开始-喷射结束间隔”扩大的方向修正基本适合值(参照下段)，则能够使初始火焰在生长至某程度的阶段下与膨胀冲程喷射的燃料喷雾接触。因此，能够使初始火焰与膨胀冲程喷射的燃料喷雾接触的状态接近着火环境处于所期望的范围内的情况下的两者的接触状态。由此，能够使初始燃烧稳定化、抑制燃烧变动，能够使主燃烧也稳定化。
另外，若向“点火开始-喷射结束间隔”扩大的方向修正基本适合值，则不需要大幅提前点火正时，因此也能够抑制投入到排气净化催化剂的排气能量降低。图13是说明向从点火期间的开始到膨胀冲程喷射的结束为止的间隔扩大的方向修正了基本适合值的情况下的效果的图。图13所示的“基本适合值(正常时)”表示在着火环境处于所期望的范围内的情况下，在基于基本适合值来执行了催化剂预热控制时投入到排气净化催化剂的排气能量与该催化剂预热控制下的燃烧变动率。另外，“基本适合值(燃烧恶化时)”相当于在着火环境偏离了所期望的范围的情况下，基于基本适合值来执行了催化剂预热控制时的上述排气能量和上述燃烧变动率。比较两者可知，在“基本适合值(燃烧恶化时)”中虽然能够得到与“基本适合值(正常时)”同等的排气能量，但燃烧变动率大于标准。
另外，在图13所示的“点火提前(间隔固定)”相当于在着火环境偏离了所期望的范围的情况下，提前点火正时(更准确的是，点火期间的开始正时)，并且基于基本适合值来执行了催化剂预热控制时的上述排气能量和上述燃烧变动率。比较“点火提前(间隔固定)”与“基本适合值(燃烧恶化时)”可知，在“点火提前(间隔固定)”中虽然能够使燃烧变动率小于标准，但排气能量减少。
图13所示的“本发明”相当于在着火环境偏离了所期望的范围的情况下，基于修正后的基本适合值来执行了催化剂预热控制时的上述排气能量和上述燃烧变动率。比较“本发明”和其他情况可知，“本发明”能够使燃烧变动率小于标准，另外，能够得到比在“基本适合值(正常时)”中的排气能量低但是比在“点火提前(间隔固定)”中的排气能量高的排气能量。因此，即使在着火环境偏离了所期望的范围的情况下，也能够抑制燃烧变动率变大，并且确保排气净化催化剂的尽早活性化所需要的排气能量。
实施方式中的具体的处理
图14是表示在本发明的实施方式中ECU40所执行的处理的一例的流程图。此外，该图所示的例程在内燃机10起动后，在各汽缸中按每循环反复地执行。
在图14所示的例程中，首先，对发动机冷却水温是否达到了标准或者与催化剂预热模式的结束相关的标志是否出现进行判定(步骤S100)。在本步骤S100中，具体而言，基于温度传感器46的检测值来判定发动机冷却水温是否达到了标准(参照图7)，或者判定是否设立了结束标志(参照步骤S110)。然后，在判定为发动机冷却水温达到标准的情况下或者在判定为设立了结束标志的情况(“是”的情况)下，跳出本例程。
在步骤S100中，判定为发动机冷却水温没有达到标准且判定为没有设立结束标志的情况(“否”的情况)下，基于发动机运转状态来决定火花塞32的点火期间的开始正时和膨胀冲程喷射的结束正时(步骤S102)。在本步骤S102中，首先基于延迟校正量映射和基于温度传感器46的检测值的发动机冷却水温求得延迟校正量。另外，基于延迟校正量和基本点火正时来决定火花塞32的点火期间的开始正时。另外，根据基于曲轴转角传感器42的检测值算出的发动机旋转速度、基于加速器开度传感器44的检测值算出的发动机负载、基于温度传感器46的检测值的发动机冷却水温、和基本适合值映射来求得基本适合值。然后，将求得的基本适合值与决定了的火花塞32的点火期间的开始正时相加，从而决定膨胀冲程喷射的结束正时。
接着步骤S102，进行与着火环境的变化相关的判定(步骤S104)。在本步骤S104中，例如，对催化剂预热控制的开始后的Gat30的偏差(标准偏差)σ是否超过标准进行判定。在曲轴转角传感器42的转子以30°的间隔设置有齿，曲轴转角传感器42构成为曲轴每旋转30°就发送信号。Gat30作为该信号与信号之间的时间即曲轴旋转30°所需要的时间来算出。图15是表示内燃机的冷起动时的Gat30和该Gat30的偏差σ的变迁的一例的图。图15的横轴表示发动机起动后的经过时间，时刻t1表示催化剂预热控制的开始正时。如图15所示，在从时刻t1到时刻t3为止的期间，Gat30的变动小。因此，判定为Gat30的偏差σ比标准小。在判定为Gat30的偏差σ比标准小的情况(“否”的情况)下，进入步骤S108。
另一方面，如图15所示，在从时刻t3到时刻t4为止的期间Gat30的变动变大。因此，判定为Gat30的偏差σ比标准大。在判定为Gat30的偏差σ超过标准的情况(“是”的情况)下，能够判断为着火环境因某种原因而变化并偏离了所期望的范围，存在膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰无法接触的可能性。因此，对火花塞32的点火期间的开始正时和膨胀冲程喷射的结束正时进行修正(步骤S106)。在本步骤S106中，首先，基于发动机冷却水温和延迟校正量映射来求得延迟校正量。另外，基于延迟校正量和基本点火正时来决定火花塞32的点火期间的开始正时。另外，基于发动机旋转速度、发动机负载、发动机冷却水温、以及基本适合值映射来求得基本适合值。到此为止的处理与步骤S102的处理相同。在本步骤S106中，将求得的基本适合值与决定了的火花塞32的点火期间的开始正时机相加，而且，进一步加上间隔扩大用的校正值(恒定值)。由此决定膨胀冲程喷射的结束正时。
接着步骤S106，在步骤S108中，对排气温度是否超过标准T1进行判定。在本步骤中。例如基于设置于排气净化催化剂的下游的温度传感器的检测值来判定排气温度是否超过标准T1。然后，在判定为发动机冷却水温达到标准的情况(“是”的情况)下，设立结束标志(步骤S110)。
以上，根据图14所示的例程，能够基于催化剂预热控制开始后Gat30的偏差σ来进行与着火环境的变化相关的判定。另外，在判定的结果是判断为存在着火环境因某种原因而变化并偏离了所期望的范围的可能性的情况下，能够使从点火期间的开始到膨胀冲程喷射的结束为止的间隔扩大。由此，即使着火环境偏离了所期望的范围，也能够抑制循环间的燃烧变动。
实施方式的变形例
在上述实施方式中，形成于燃烧室20的滚流以在排气通道24侧从燃烧室20的上部朝向下部行进、并且在进气通道22侧从燃烧室20的下部朝向上方行进的方式回旋。然而，该滚流也可以反向回旋，即，以在进气通道22侧从燃烧室20的上部朝向下方行进、并且在排气通道24侧从燃烧室20的下部朝向上部行进的方式回旋。但是，在该情况下，需要将火花塞32的配置部位从排气门28侧变更为进气门26侧。若这样变更火花塞32的配置部位，则在滚流的流动方向上，火花塞32位于喷射器30的下游侧，因此，能够得到膨胀冲程喷射的诱引作用。
也可以在燃烧室20不形成滚流。这是由于上述的循环间的燃烧变动与滚流的形成的有无没有关系地发生。
另外，在上述实施方式中，在进气冲程进行了喷射器30的第一次喷射(第1喷射)，在比压缩上止点靠后的膨胀冲程进行了第二次喷射(第2喷射)。但是，也可以在压缩冲程进行该第一次喷射(第1喷射)。另外，也可以将第一次喷射(第1喷射)分割为多次来进行，也可以在进气冲程进行分割后的喷射的一部分，在压缩冲程进行剩余部分。这样，关于第一次喷射(第1喷射)的喷射正时和喷射次数，能够进行各种变形。
另外，在上述实施方式中，在图14的步骤S106的处理中，将间隔扩大用的校正值设成了恒定值。但是，间隔扩大用的校正值也可以不是恒定值。例如，也可以设定为图15所示的Gat30的偏差σ与标准的差越大则间隔扩大用的校正值越大。在进行这样的设定的情况下，在ECU40的ROM中存储有表示Gat30的偏差σ与标准的差和间隔扩大用的校正值的关系(参照图16)的映射，在步骤S106的处理时只要从其中进行读取即可。
另外，在上述实施方式中，在图14的步骤S104的处理中，使用催化剂预热控制开始后的Gat30的偏差进行了与着火环境的变化相关的判定。但是，也可以代替该偏差σ而使用从点火期间的开始正时直到燃烧质量比例(MFB)达到10％为止的曲轴转角期间(以下也称为“SA-CA10”)的偏差σ来进行。MFB基于利用在燃烧室20另外设置的缸内压力传感器(未图示)和曲轴转角传感器42而得到的缸内压力数据的解析结果算出，基于算出了的MFB算出SA-CA10。此外，例如在日本特开2015-094339号公报、日本特开2015-098799号公报中详细叙述了根据缸内压力数据的解析结果算出MFB的方法、和算出SA-CA10的方法，因此省略在本说明书中的说明。
图17是表示燃烧变动率与SA-CA10的偏差σ的关系的图。另外，图18是表示内燃机的冷起动时的SA-CA10的偏差σ的变迁的一例的图。如图17所示，SA-CA10的偏差σ变得越大则燃烧变动率变得越大。即，SA-CA10的偏差σ与燃烧变动率相关。因此，也可以是，在判定为例如像图18的从时刻t5到时刻t6为止的期间那样，催化剂预热控制开始后的SA-CA10的偏差σ超过标准的情况下，判断为着火环境因某种原因而变化并偏离了所期望的范围，存在膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰无法接触的可能性，进行图14的步骤S106之后的处理。
进一步说，不限于Gat30和/或SA-CA10，也可以使用在点火期间曲轴旋转60°所需要的时间(Gat60)、从点火期间的开始正时到MFB达到5％为止的曲轴转角期间(SA-CA5)和/或从点火期间的开始正时到MFB达到15％为止的曲轴转角期间(SA-CA15)。这样，只要是能够判定膨胀冲程喷射的燃料喷雾与初始火焰的接触状态的参数(与循环间的燃烧变动相关联的参数)，则能够作为在上述实施方式中的与着火环境的变化相关的判定的指标来使用。

Claims (4)

1.一种内燃机的控制装置，控制内燃机，该内燃机具备：
喷射器，其设置于燃烧室上部，从多个喷孔向缸内喷射燃料；
火花塞，其使用放电火花来对缸内的混合气进行点火，设置于从所述多个喷孔喷射的燃料的下游且比从所述多个喷孔喷射出的燃料喷雾中的最接近所述火花塞的燃料喷雾的外轮廓面靠上方的位置；以及
排气净化催化剂，其净化来自所述燃烧室的排气，
所述控制装置的特征在于，
所述控制装置，作为使所述排气净化催化剂活性化的控制，对所述火花塞进行控制使得在比压缩上止点靠延迟侧的点火期间产生放电火花，并且对所述喷射器进行控制使得进行第1喷射和第2喷射，所述第1喷射比所述压缩上止点靠提前侧，所述第2喷射比所述压缩上止点靠延迟侧且喷射期间与所述点火期间的至少一部分重叠，
所述控制装置，在判定为与循环间的燃烧变动相关联的参数超过阈值的情况下进一步对所述火花塞和所述喷射器进行控制，使得与判定为所述参数低于所述阈值的情况相比，从所述点火期间的开始正时到所述第2喷射的喷射期间的结束正时为止的间隔扩大。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在所述参数超过所述阈值的情况下，所述控制装置根据所述参数与所述阈值的偏离量来变更所述间隔的扩大量。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述第2喷射的结束正时比所述点火期间的结束正时靠提前侧。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述参数是曲轴旋转预定角度为止所需要的时间的偏差、或者从所述点火期间的开始正时到燃烧质量比例达到预定比例为止的曲轴转角期间的偏差。
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