JP2003214235A - Control device of spark ignition direct injection engine - Google Patents

Control device of spark ignition direct injection engine

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JP2003214235A
JP2003214235A JP2002018990A JP2002018990A JP2003214235A JP 2003214235 A JP2003214235 A JP 2003214235A JP 2002018990 A JP2002018990 A JP 2002018990A JP 2002018990 A JP2002018990 A JP 2002018990A JP 2003214235 A JP2003214235 A JP 2003214235A
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fuel
injection
cylinder
engine
stage
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JP2002018990A
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Hidetoshi Kudo
秀俊 工藤
Tomohisa Fujikawa
朋久 藤川
Takashi Toshinari
貴志 俊成
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Original Assignee
Mazda Motor Corp
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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the generation of smoke while sufficiently providing the effect of temperature rise of exhaust when the temperature of the exhaust is increased by the combustion of weak stratified mixture by injecting fuel two times at forward and afterward stages in a period ranging from the intake stroke of a cylinder 2 to an ignition timing at least in a low load area when catalysts 40 and 42 are not heated in a direct injection engine 1. <P>SOLUTION: The ECU 50 of a control device A comprises an ignition timing control means 50a for delaying the ignition timings of the engine 1 for each cylinder 2 after a TDC when at least one of the catalysts 40 and 42 is not heated and a fuel injection control means 50b reducing the ratio of the amount of injection on the afterward stage to the overall amount of injection while increasing the amount of injection of fuel on the forward stage more than that on the backward stage and as the overall amount of injection of fuel per cycle injected on both forward and backward stages is larger, and delaying the timing of start of injection on the backward stage according to a reduction in the ratio of the amount of injection. A swirl valve control means 50c for reinforcing a swirl flow by closing a swirl control valve 35 may be installed in this case. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、気筒内の燃焼室に
対し燃料噴射弁により燃料を直接噴射して燃焼させるよ
うにした火花点火式エンジンの制御装置に関し、特に、
排気浄化用の触媒の未暖機時に排気の温度を高めて、該
触媒の温度上昇を促進する制御技術の分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control system for a spark ignition engine, in which fuel is directly injected into a combustion chamber in a cylinder by a fuel injection valve for combustion, and more particularly,
This belongs to the field of control technology that raises the temperature of exhaust gas when the catalyst for purifying exhaust gas is not warmed up and promotes temperature rise of the catalyst.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、この種の直噴エンジンの制御
装置として、例えば特開2000−45844号公報に
開示されるように、触媒が未暖機状態のときに気筒の吸
気行程から圧縮行程にかけて燃料を2回に分けて噴射し
て、燃焼室における混合気の濃度分布の偏りが比較的小
さい(成層化の度合いが弱い)弱成層混合気を形成し、
この混合気の燃焼により排気の温度を高めて触媒の温度
上昇を促すようにしたものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a control device for a direct injection engine of this type, as disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-45844, when the catalyst is not warmed up, the intake stroke to the compression stroke of the cylinder are changed. Over a period of two times, the fuel is injected in two steps to form a weak stratified mixture with a relatively small concentration distribution bias of the mixture in the combustion chamber (weak degree of stratification).
There is one in which the temperature of the exhaust gas is raised by the combustion of this air-fuel mixture to promote the temperature rise of the catalyst.

【0003】このものでは、例えば気筒の吸気行程で前
段の燃料噴射(早期噴射)を行って燃焼室に均一でリー
ンな混合気を形成するとともに、その後の圧縮行程で後
段の燃料噴射(後期噴射)を行って点火プラグ付近の混
合気の濃度を高めて、全体として弱成層状態の混合気を
形成する。この弱成層混合気では、点火プラグ付近の空
燃比が理論空燃比よりもリッチになることで着火安定性
が高まり、且つ初期燃焼速度が高くなる一方、燃焼期間
の後半からはリーンな混合気による比較的緩慢な燃焼
(いわゆる後燃え)が継続して、排気の温度が高くなる
ものである。
In this fuel injection system, for example, fuel injection (early injection) in the former stage is performed in the intake stroke of a cylinder to form a uniform and lean air-fuel mixture in the combustion chamber, and fuel injection in the latter stage (late stage injection) is performed in the subsequent compression stroke. ) Is performed to increase the concentration of the air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug to form a weakly stratified air-fuel mixture as a whole. In this weakly stratified air-fuel mixture, the air-fuel ratio near the spark plug becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio, which improves ignition stability and increases the initial combustion speed, while a lean air-fuel mixture is used from the latter half of the combustion period. The relatively slow combustion (so-called afterburning) continues and the temperature of the exhaust gas rises.

【0004】また、前記の公報には、上述した弱成層混
合気の燃焼において後段の燃料噴射量の割合が多いほ
ど、或いは後段噴射の開始時期が遅角側にあるほど、排
気の温度が高くなり、且つ排気中のHCやNOxの濃度
が減少することが開示されており、さらに、気筒の点火
時期を圧縮上死点近傍まで遅角させて意図的にエンジン
のサイクル効率を低下させることによっても、排気の温
度を高められることが開示されている。
Further, in the above-mentioned publication, the higher the ratio of the fuel injection amount in the latter stage in the combustion of the above-mentioned weakly stratified mixture, or the later the start timing of the latter stage injection is, the higher the exhaust gas temperature becomes. In addition, it is disclosed that the concentration of HC and NOx in the exhaust gas decreases, and further, the ignition timing of the cylinder is retarded to near the compression top dead center to intentionally reduce the cycle efficiency of the engine. Also, it is disclosed that the temperature of exhaust gas can be increased.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の如き
弱成層混合気の燃焼においては、後段の燃料噴射によっ
て点火プラグ周りに形成される混合気が理論空燃比より
もリッチになることから、その燃焼に伴いスモークが生
成するという新たな問題が見出された。これは、後段の
燃料噴射によって点火プラグ周りに形成される過濃な混
合気において局所的に燃焼速度が高くなることと、この
過濃な混合気内での燃料の気化霧化(空気との混合及び
蒸発)が不十分になることとに起因すると考えられる。
However, in the combustion of the weakly stratified air-fuel mixture as described above, the air-fuel mixture formed around the spark plug by the fuel injection in the latter stage becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio. A new problem was found that smoke was generated with combustion. This is because the combustion speed locally increases in the rich mixture formed around the spark plug by the fuel injection in the latter stage, and the vaporization and atomization of the fuel in this rich mixture (with air) It is believed that this is due to insufficient mixing and evaporation).

【0006】また、前記のスモークの生成には、前段及
び後段の噴射を合わせた1サイクル当たりの燃料の総噴
射量が影響を及ぼし、総噴射量の増大に連れてスモーク
も増大する傾向があることが分かった。すなわち、例え
ばエンジンの冷間始動時のようにオイルの粘性が高いと
きや機械的な摩擦による負荷が大きいとき、或いは補機
の駆動負荷が加わっているときには、その負荷に対応す
るように燃料の総噴射量が多くなり、自ずと後段の燃料
噴射量も多くなってその気化霧化が一層、困難になると
ともに、燃料噴霧の貫徹力が強くなってピストン冠面等
への燃料付着が増大し、相乗的にスモークの生成しやす
い状況になると考えられる。
[0006] Further, the total amount of fuel injected per cycle, which is the combination of the injections of the preceding stage and the latter stage, influences the generation of the smoke, and the smoke tends to increase as the total injection amount increases. I found out. That is, for example, when the oil viscosity is high, such as when the engine is cold started, when the load due to mechanical friction is large, or when the drive load of the auxiliary machinery is applied, the fuel load must be adjusted to correspond to that load. The total injection amount increases, the amount of fuel injection in the latter stage naturally increases, and it becomes more difficult to vaporize and atomize it, and the penetrating force of the fuel spray increases and the adhesion of fuel to the piston crown surface increases, It is considered that the situation is such that smoke is likely to be generated synergistically.

【0007】これに対し、単純に後段の燃料噴射量割合
を減らしたり、或いは後段の噴射開始時期を進角させて
点火までの燃料の気化霧化の時間を延長するようにした
場合、そのことによってスモークの生成は抑制できる反
面、排気の温度を高めるという弱成層燃焼の本来の効果
が十分に得られなくなる。また、後段の噴射開始時期を
あまり進角側に設定すると、燃料噴霧が気筒内の空気流
動によって早く拡散してしまい、着火安定性が損なわれ
る虞れがある。
On the other hand, when the ratio of the fuel injection amount of the latter stage is simply reduced or the injection start timing of the latter stage is advanced to extend the time of vaporization and atomization of the fuel until ignition, that Although the generation of smoke can be suppressed by this, the original effect of the weak stratified combustion of increasing the temperature of the exhaust gas cannot be sufficiently obtained. Further, if the injection start timing of the latter stage is set too advanced, the fuel spray may diffuse quickly due to the air flow in the cylinder, which may impair the ignition stability.

【0008】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、火花点火式直噴エン
ジンにおいて排気浄化用の触媒が未暖機のときの燃料及
び点火制御の手順に工夫を凝らし、弱成層混合気の燃焼
による排気の温度上昇効果を十分に得ながら、そのとき
のスモークの生成を抑制することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to control fuel and ignition when a catalyst for exhaust purification in a spark ignition type direct injection engine is not warmed up. The idea is to suppress the generation of smoke at that time while sufficiently obtaining the effect of increasing the temperature of the exhaust gas due to the combustion of the weakly stratified air-fuel mixture.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本願発明では、触媒が未暖機のときに気筒の点火
時期を圧縮上死点以降まで遅角させるとともに、当該気
筒の吸気行程から点火時期までの期間内に前段及び後段
の2回の燃料噴射を行わせるようにし、さらにその前段
及び後段噴射を合わせた総噴射量の変化に対応付けて、
後段噴射の噴射量割合及び噴射開始時期を最適化するよ
うにした。
In order to achieve the above object, in the present invention, when the catalyst is not warmed up, the ignition timing of the cylinder is retarded to or after the compression top dead center, and the intake air of the cylinder is In the period from the stroke to the ignition timing, two fuel injections of the front stage and the rear stage are performed, and further, in association with the change in the total injection amount of the front stage and the rear stage injection,
The injection amount ratio and the injection start timing of the second-stage injection are optimized.

【0010】具体的に、請求項1の発明では、エンジン
の気筒内の燃焼室に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁
と、その燃焼室からの排気を浄化するための触媒とを備
え、該触媒が活性温度よりも低い未暖機状態のときに少
なくともエンジンの低負荷域で気筒の吸気行程から点火
時期までの期間内に、前記燃料噴射弁により圧縮行程中
期以降の後段噴射とこれよりも前の前段噴射との2回の
燃料噴射を行わせるようにした火花点火式直噴エンジン
の制御装置を前提とする。
Specifically, the invention of claim 1 is provided with a fuel injection valve for directly injecting fuel into a combustion chamber in a cylinder of an engine, and a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber. When the catalyst is in an unwarmed state lower than the activation temperature, at least in the low load region of the engine within the period from the intake stroke to the ignition timing of the cylinder, the fuel injection valve causes the latter-stage injection after the middle stage of the compression stroke and It is premised on a control device for a spark ignition type direct injection engine which is designed to perform two fuel injections including the previous front injection.

【0011】そして、前記触媒が未暖機状態のときに気
筒の圧縮上死点以降に点火時期を遅角させる点火時期制
御手段と、前記触媒が未暖機状態のときに前記前段噴射
による燃料の噴射量を後段噴射よりも多くしながら、且
つその前段噴射及び後段噴射を合わせた1サイクルあた
りの燃料の総噴射量が多いほど、該総噴射量に対する後
段噴射量の割合を少なくするとともに、その噴射量割合
の減少に応じて後段噴射の開始時期を遅角させる燃料噴
射制御手段とを備える構成とする。尚、前記後段噴射の
開始時期は、仮にエンジン回転速度が同一であっても後
段の噴射量割合が少ないほど遅角側になるように制御す
ればよい。
Ignition timing control means for delaying the ignition timing after the compression top dead center of the cylinder when the catalyst is not warmed up, and fuel by the pre-injection when the catalyst is not warmed up. While the injection amount of is larger than that of the post-injection and the total injection amount of fuel per cycle including the pre-stage injection and the post-stage injection is larger, the ratio of the post-stage injection amount to the total injection amount is reduced, Fuel injection control means for delaying the start timing of the latter-stage injection according to the decrease in the injection amount ratio is provided. It should be noted that the start timing of the latter-stage injection may be controlled so that the smaller the latter-stage injection amount ratio is, the more retarded the side is, even if the engine speed is the same.

【0012】前記の構成により、触媒が活性温度よりも
低い未暖機状態のときには、燃料噴射制御手段による燃
料噴射弁の制御によって、少なくともエンジンが低負荷
域にあるときに気筒の吸気行程から点火時期までの期間
内に前段及び後段の2回の燃料噴射が行われ、その前段
噴射による燃料噴霧が気筒内の燃焼室に相対的に大きく
拡がって理論空燃比よりもリーンな混合気を形成すると
ともに、後段噴射による燃料噴霧が点火プラグの周囲に
相対的にリッチな混合気塊を形成し、全体として弱成層
状態の混合気となる。そして、その弱成層混合気の燃焼
において、従来例(特開2000−45844号公報)
のものと同様に燃焼後半の後燃えによる排気の温度上昇
効果とHCの低減効果とが得られる。
With the above construction, when the catalyst is in an unwarmed state in which the temperature is lower than the activation temperature, the fuel injection control means controls the fuel injection valve to ignite from the intake stroke of the cylinder at least when the engine is in the low load region. Two fuel injections, the first stage and the second stage, are performed within the period until the timing, and the fuel spray by the first stage injection relatively spreads to the combustion chamber in the cylinder to form a mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. At the same time, the fuel spray produced by the latter-stage injection forms a relatively rich air-fuel mixture around the spark plug, resulting in a weakly stratified air-fuel mixture as a whole. Then, in the combustion of the weakly stratified air-fuel mixture, a conventional example (JP 2000-45844 A)
Similar to the above, the effect of increasing the temperature of exhaust gas and the effect of reducing HC due to afterburning in the latter half of combustion can be obtained.

【0013】その際、前記後段の燃料噴射量割合は、1
サイクル当たりの燃料の総噴射量が多いほど少なくさ
れ、さらにその後段噴射量割合の減少に応じて後段噴射
の開始時期が遅角される。すなわち、燃料の総噴射量が
相対的に多いときには後段の噴射量割合が相対的に少な
くなるので、その噴射量自体はあまり多くはならず、従
ってこの燃料を点火時点までに良好に気化霧化させて、
燃焼に伴うスモークの生成を十分に抑制することができ
る。しかも、燃料の総噴射量が相対的に多いときには自
ずと燃焼に伴う熱発生量も多くなり、排気の熱量が相対
的に多くなる。
At this time, the fuel injection amount ratio of the latter stage is 1
The larger the total injection amount of fuel per cycle is, the smaller the amount is, and the start timing of the second-stage injection is retarded in accordance with the decrease in the second-stage injection amount ratio. That is, when the total injection amount of fuel is relatively large, the injection amount ratio in the latter stage becomes relatively small, so the injection amount itself does not become so large, and therefore this fuel is well atomized and atomized by the time of ignition. Let me
It is possible to sufficiently suppress the generation of smoke accompanying combustion. Moreover, when the total injection amount of fuel is relatively large, the amount of heat generated due to combustion naturally increases, and the amount of heat of exhaust gas also relatively increases.

【0014】また、後段噴射の開始時期が遅角されるこ
とで、その燃料噴霧が相対的に遅角側まで拡散せずに点
火プラグ周りに混合気塊を形成するようになり、これに
より、着火安定性を維持したままで点火時期を十分に遅
角できるようになる。そして、その後段噴射時期の遅角
制御に対応して、点火時期制御手段により点火時期を最
大限に遅角させることで、エンジンのサイクル効率を大
幅に低下させて、排気温度を高めることができる。これ
により、前記した弱成層混合気の燃焼による効果と合わ
せて、排気の温度を十分に上昇させて触媒の昇温を促進
することができる。
Further, by delaying the start timing of the latter-stage injection, the fuel spray is not relatively diffused to the retard side, but a fuel-air mixture is formed around the spark plug. The ignition timing can be sufficiently retarded while maintaining the ignition stability. Then, the ignition timing control means delays the ignition timing to the maximum in response to the retard control of the subsequent injection timing, whereby the cycle efficiency of the engine can be significantly reduced and the exhaust temperature can be increased. . This makes it possible to sufficiently raise the temperature of the exhaust gas and accelerate the temperature rise of the catalyst together with the effect of the combustion of the weakly stratified mixture.

【0015】つまり、弱成層混合気の燃焼により排気温
度を高めて触媒の早期昇温を促す場合に、1サイクル当
たりの燃料の総噴射量が相対的に多いときには、そのこ
とによって比較的、排気の熱量が多くなる一方、スモー
クが生成し易いことに着目して、後段噴射量割合を少な
くしつつその開始時期を遅角させることにより、スモー
クの抑制を優先しながら、排気温度も十分に高めること
ができる。
That is, when the exhaust temperature is raised by the combustion of the weakly stratified air-fuel mixture to accelerate the early temperature rise of the catalyst, when the total injection amount of fuel per cycle is relatively large, the exhaust gas is relatively exhausted. While the amount of heat of the smoke increases, smoke is likely to be generated, and by delaying the start timing while reducing the ratio of the latter-stage injection amount, the smoke temperature is sufficiently raised while giving priority to the suppression of smoke. be able to.

【0016】また、反対に燃料の総噴射量が相対的に少
ないときには自ずと排気の熱量が少なくなる一方、スモ
ークは生成し難い状態であるから、このときには後段の
燃料噴射量を相対的に多くすることによって、排気の温
度上昇を図ればよい。
On the contrary, when the total fuel injection amount is relatively small, the heat quantity of the exhaust gas naturally decreases, but it is difficult to generate smoke. At this time, the fuel injection amount in the latter stage is relatively increased. Therefore, the temperature of exhaust gas should be increased.

【0017】請求項2の発明では、点火時期制御手段
は、点火時期を気筒の圧縮上死点後5°CAよりも遅角
側に制御するものとし、また、燃料噴射制御手段は、触
媒が未暖機状態のときに少なくともエンジンの低速低負
荷域で気筒内の平均的な空燃比が略理論空燃比になるよ
うに燃料の総噴射量を制御するとともに、その総噴射量
に対する後段噴射量の割合を略3分の1以下とし且つ後
段噴射の開始時期を当該気筒の圧縮上死点前20°CA
以前とするものとする。尚「°CA」というのはクラン
ク角度の単位を表す。
According to the second aspect of the present invention, the ignition timing control means controls the ignition timing to the retard side of 5 ° CA after the compression top dead center of the cylinder, and the fuel injection control means uses the catalyst. In the unwarmed state, the total fuel injection amount is controlled so that the average air-fuel ratio in the cylinder becomes approximately the stoichiometric air-fuel ratio at least in the low-speed low-load range of the engine, and the latter-stage injection amount relative to the total injection amount is controlled. Is about 1/3 or less and the start timing of the latter-stage injection is 20 ° CA before the compression top dead center of the cylinder.
It shall be as before. Note that “° CA” represents the unit of crank angle.

【0018】すなわち、気筒の点火時期を圧縮上死点後
5°CAよりも遅角側に制御することで、エンジンのサ
イクル効率が大幅に低下し且つ混合気の燃焼が全体とし
て緩慢なものとなるから、排気温度を大幅に高めること
ができる。また、1サイクル当たりの燃料の総噴射量を
気筒内の平均的な空燃比が略理論空燃比になるように制
御するとともに、その総噴射量に対する後段噴射量の割
合を略3分の1以下とすることで、弱成層混合気の燃焼
による排気の温度上昇効果を確保しながら、スモークの
生成を比較的少なくすることができ、これに加えて、該
後段噴射の開始時期を当該気筒の圧縮上死点前20°C
A以前とすることで、後段噴射による燃料の気化霧化時
間を確保し、もってスモークの生成を十分に抑制するこ
とができる。
That is, by controlling the ignition timing of the cylinder to the retard side of 5 ° CA after the compression top dead center, the cycle efficiency of the engine is significantly lowered and the combustion of the air-fuel mixture becomes slow as a whole. Therefore, the exhaust temperature can be significantly increased. Further, the total injection amount of fuel per cycle is controlled so that the average air-fuel ratio in the cylinder becomes approximately the theoretical air-fuel ratio, and the ratio of the latter-stage injection amount to the total injection amount is approximately one third or less. By doing so, it is possible to relatively reduce the generation of smoke while securing the effect of increasing the temperature of the exhaust gas due to the combustion of the weakly stratified air-fuel mixture. In addition to this, the start timing of the latter-stage injection is set to the compression timing of the cylinder. 20 ° C before top dead center
By setting A before, it is possible to secure the vaporization and atomization time of the fuel by the latter-stage injection, and to sufficiently suppress the generation of smoke.

【0019】請求項3の発明では、少なくとも触媒が未
暖機状態のときに気筒内燃焼室のスワール流を強化する
スワール流強化手段を備えるものとする。このことで、
触媒の未暖機状態ではスワール流強化手段によって気筒
内のスワール流が強化され、このスワール流が気筒の圧
縮行程の後期に崩壊することにより、後段噴射や点火時
期の遅角制御に対応する最適な時期に燃焼室に強い乱れ
が発生して、混合気の着火安定性が向上する。
According to the third aspect of the invention, at least the catalyst is provided with a swirl flow enhancing means for enhancing the swirl flow in the combustion chamber in the cylinder when the catalyst is not warmed up. With this,
When the catalyst is not warmed up, the swirl flow strengthening means strengthens the swirl flow in the cylinder, and this swirl flow collapses in the latter part of the compression stroke of the cylinder, which is suitable for the post injection and retard control of the ignition timing. During this period, strong turbulence occurs in the combustion chamber, improving the ignition stability of the air-fuel mixture.

【0020】請求項4の発明では、燃料噴射弁を気筒内
の燃焼室にその周縁部から燃料を直接、噴射するように
配置するとともに、当該燃焼室の天井部の略中央に点火
プラグを配置する一方、該燃焼室の底部となるピストン
の冠面には凹部を設け、さらに、前記燃料噴弁からの燃
料噴霧の拡がり角を略40°以上且つ略70°以下と
し、燃圧を略4MPa以上且つ略6MPa以下とする構
成とする。
In the invention of claim 4, the fuel injection valve is arranged so as to directly inject the fuel into the combustion chamber in the cylinder from the peripheral portion thereof, and the ignition plug is arranged substantially in the center of the ceiling portion of the combustion chamber. On the other hand, a recess is provided on the crown surface of the piston that is the bottom of the combustion chamber, and the spread angle of the fuel spray from the fuel injection valve is set to approximately 40 ° or more and approximately 70 ° or less, and the fuel pressure is approximately 4 MPa or more. In addition, the structure is set to approximately 6 MPa or less.

【0021】この構成では、気筒の圧縮行程で燃料噴射
弁により燃焼室に噴射された燃料噴霧は、ピストン冠面
に形成された凹部に捕集(トラップ)されてその壁面に
沿って点火プラグ側に案内されるようになるので、該点
火プラグ周りに混合気を確実に成層化させることがで
き、このことによって高い着火安定性が得られる。一方
で、前記燃料噴霧の一部は凹部の底壁面等に衝突するこ
とになるから、そこへの燃料の付着に起因して排気中の
HCの濃度が高くなり、さらにはスモークの生成の原因
となる虞れもある。
In this structure, the fuel spray injected into the combustion chamber by the fuel injection valve in the compression stroke of the cylinder is trapped in the recess formed in the crown surface of the piston and along the wall surface thereof, the spark plug side. As a result, the air-fuel mixture can be reliably stratified around the spark plug, and high ignition stability can be obtained. On the other hand, since a part of the fuel spray collides with the bottom wall surface of the recess, etc., the concentration of HC in the exhaust increases due to the adhesion of the fuel to the recess, and further causes the generation of smoke. There is also a risk of becoming.

【0022】これに対し、本願発明(請求項1)では、
上述の如く1サイクル当たりの燃料の総噴射量が多いほ
ど後段の噴射量割合を減らすことで、その後段噴射によ
る燃料噴霧の貫徹力を相対的に小さくすることができ、
加えて、そのときの燃圧を略4MPa以上且つ略6MP
a以下とし、さらに燃料噴霧の拡がり角を略40°以上
且つ略70°以下とすることで、燃料噴霧の貫徹力を最
適化してピストン冠面への付着を抑制できる。
On the other hand, in the present invention (claim 1),
As described above, as the total injection amount of fuel per cycle is larger, the injection amount ratio of the latter stage is reduced, so that the penetrating force of the fuel spray by the latter stage injection can be made relatively small.
In addition, the fuel pressure at that time is about 4 MPa or more and about 6 MPa.
By setting the angle to a or less and further setting the spread angle of the fuel spray to approximately 40 ° or more and approximately 70 ° or less, the penetration force of the fuel spray can be optimized and adhesion to the piston crown surface can be suppressed.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図1は本発明に係る火花点火式直噴エンジ
ンの制御装置Aの全体構成を示し、1は車両に搭載され
たガソリンエンジンである。このエンジン1は、例え
ば、直列に配置された複数の気筒2,2,…(1つのみ
図示する)を有する多気筒エンジンであり、それらの各
気筒2が形成されたシリンダブロック3の上部にシリン
ダヘッド4が配置されるとともに、各気筒2内にはピス
トン5が上下方向に往復動可能に嵌挿されていて、その
ピストン5の冠面とシリンダヘッド4の下面との間の気
筒2内に燃焼室6が区画形成されている。また、前記気
筒2,2,…を囲むシリンダブロック3の側壁部には、
図示しないがウオータジャケットが形成されており、さ
らに、該シリンダブロック3の下側部分には、気筒2,
2,…に連通するようにクランク室7が形成され、ここ
にクランク軸8が収容されている。このクランク軸8の
一端側にはその回転角度を検出するための電磁式のクラ
ンク角センサ9が配設されている。
FIG. 1 shows the overall construction of a control device A for a spark ignition type direct injection engine according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a gasoline engine mounted on a vehicle. The engine 1 is, for example, a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders 2, 2, ... (Only one is shown) arranged in series, and an upper portion of a cylinder block 3 in which the respective cylinders 2 are formed. A cylinder head 4 is arranged, and a piston 5 is inserted in each cylinder 2 so as to be capable of reciprocating in the vertical direction, and the inside of the cylinder 2 between the crown surface of the piston 5 and the lower surface of the cylinder head 4 is arranged. A combustion chamber 6 is formed in the partition. Further, the side wall of the cylinder block 3 surrounding the cylinders 2, 2, ...
Although not shown, a water jacket is formed, and in the lower part of the cylinder block 3, the cylinders 2,
A crank chamber 7 is formed so as to communicate with the crankshafts 2, and a crankshaft 8 is housed therein. An electromagnetic crank angle sensor 9 for detecting the rotation angle of the crank shaft 8 is provided on one end side thereof.

【0025】前記各気筒2の詳しい構造は、図2に拡大
して示すように、燃焼室6の天井部には互いに差し掛け
られた屋根のような形状をなす2つの傾斜面が形成され
ており、その2つの傾斜面にそれぞれ吸気ポート10及
び排気ポート11が2つずつ開口していて、その各開口
端に吸気及び排気弁12,12,13,13が配置され
ている。前記2つの吸気ポート10,10はそれぞれ燃
焼室6から斜め上方に向かって延びていて、シリンダヘ
ッド4の一側面に互いに独立して開口しており、一方、
前記2つの排気ポート11,11は途中で1つに合流し
て略水平に延び、シリンダヘッド4の他側面に開口して
いる。
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the detailed structure of each of the cylinders 2 is such that the ceiling of the combustion chamber 6 is formed with two inclined surfaces having a roof-like shape that is fitted to each other. Two intake ports 10 and two exhaust ports 11 are opened on each of the two inclined surfaces, and intake and exhaust valves 12, 12, 13, 13 are arranged at the respective open ends. The two intake ports 10, 10 respectively extend obliquely upward from the combustion chamber 6 and open on one side surface of the cylinder head 4 independently of each other.
The two exhaust ports 11, 11 merge into one on the way, extend substantially horizontally, and open to the other side surface of the cylinder head 4.

【0026】前記吸気弁12,12,…及び排気弁1
3,13,…は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設さ
れた2本のカム軸14,14がタイミングベルトを介し
て前記クランク軸8により回転駆動されることで、各気
筒2毎に所定のタイミングで開閉作動されるようになっ
ている。尚、図1にのみ示すが、吸気側のカム軸14に
は、クランク軸8に対する回転位相を所定の角度範囲に
おいて連続的に変化させる公知の可変動弁機構15(Va
liable Valve Timing:以下、VVTと略称する)が付
設されていて、このVVT15の作動により前記吸気弁
12の開閉作動時期を変更可能とされている。
The intake valves 12, 12, ... And the exhaust valve 1
The two cam shafts 14, 13 disposed on the cylinder head 4 are rotationally driven by the crank shaft 8 via a timing belt, so that the cylinders 3, 13, ... It is designed to be opened and closed at the timing. As shown only in FIG. 1, the intake side camshaft 14 has a known variable valve mechanism 15 (Va) for continuously changing the rotation phase with respect to the crankshaft 8 within a predetermined angle range.
A liable valve timing (hereinafter abbreviated as VVT) is additionally provided, and the operation timing of the intake valve 12 can be changed by the operation of the VVT 15.

【0027】前記各気筒2毎の燃焼室6の天井部におけ
る中央位置には、4つの吸排気弁12,13に取り囲ま
れるようにして点火プラグ16が配設されており、該点
火プラグ16の基端部には点火回路17(図1にのみ示
す)が接続されていて、各気筒2毎に所定の点火タイミ
ングで点火プラグ16に通電するようになっている。ま
た、燃焼室6天井部の吸気側の周縁部には、2つの吸気
ポート10,10の下方においてそれらに挟まれるよう
にインジェクタ(燃料噴射弁)18が配設されており、
このインジェクタ18は、その先端側の噴孔から気筒中
心線Zに向かいかつ気筒2の斜め下方に向かうように燃
料を噴射する。このインジェクタ18は、例えば、噴孔
から燃料を旋回流として噴出させてホローコーン状に噴
射する公知のスワールインジェクタとすればよく、その
燃料噴霧の拡がり角は略40°以上且つ略70°以下と
するのが好ましい。
An ignition plug 16 is provided at a central position in the ceiling portion of the combustion chamber 6 of each cylinder 2 so as to be surrounded by the four intake / exhaust valves 12 and 13. An ignition circuit 17 (only shown in FIG. 1) is connected to the base end portion, and the ignition plug 16 is energized at a predetermined ignition timing for each cylinder 2. Further, an injector (fuel injection valve) 18 is disposed below the two intake ports 10, 10 at the peripheral portion of the ceiling of the combustion chamber 6 on the intake side, so as to be sandwiched between them.
The injector 18 injects fuel from an injection hole on the tip side thereof toward the cylinder center line Z and obliquely below the cylinder 2. The injector 18 may be, for example, a known swirl injector that ejects fuel as a swirling flow from an injection hole to inject in a hollow cone shape, and the spread angle of the fuel spray is approximately 40 ° or more and approximately 70 ° or less. Is preferred.

【0028】一方、燃焼室6の底部に相当するピストン
5の冠面には、気筒中心線Zに対して吸気側(図2の手
前側)に偏心してキャビティ5a(凹部)が形成されて
おり、前記インジェクタ18の作動により気筒2の圧縮
行程中期以降に燃料が噴射されると、この燃料噴霧がキ
ャビティ5aにより捕集(トラップ)され、該キャビテ
ィ5aの壁面に沿って点火プラグ16側に移動して、該
点火プラグ16の電極の周りに混合気塊を形成するよう
になっている。つまり、このエンジン1は、成層燃焼状
態のときに燃料噴霧をピストン5のキャビティ5aの壁
面により案内して成層化させるようにしたいわゆるウォ
ールガイド方式の直噴エンジンである。
On the other hand, on the crown surface of the piston 5 corresponding to the bottom of the combustion chamber 6, a cavity 5a (recess) is formed eccentrically to the intake side (front side in FIG. 2) with respect to the cylinder center line Z. When fuel is injected after the middle stage of the compression stroke of the cylinder 2 by the operation of the injector 18, this fuel spray is trapped by the cavity 5a and moved to the spark plug 16 side along the wall surface of the cavity 5a. Then, an air-fuel mixture is formed around the electrodes of the ignition plug 16. That is, the engine 1 is a so-called wall guide type direct injection engine in which the fuel spray is guided by the wall surface of the cavity 5a of the piston 5 to be stratified in the stratified combustion state.

【0029】また、前記インジェクタ18の作動により
燃料が気筒2の吸気行程で噴射されたときには、その燃
料噴霧はピストン5の下降に伴う燃焼室6容積の拡大に
応じて拡散し、吸気と十分に混合されかつ蒸発して、燃
焼室6全体に略均一な混合気を形成する。
When the fuel is injected in the intake stroke of the cylinder 2 by the operation of the injector 18, the fuel spray diffuses in accordance with the expansion of the volume of the combustion chamber 6 as the piston 5 descends, so that the intake air is sufficiently absorbed. When mixed and evaporated, a substantially uniform air-fuel mixture is formed throughout the combustion chamber 6.

【0030】前記の如く各気筒2毎に配設されたインジ
ェクタ18,18,…は、全ての気筒2,2,…に共通
の燃料分配管19に接続されていて、燃料供給系20か
ら供給される高圧の燃料が燃料分配管19により各気筒
2に分配されるようになっている。詳しくは、燃料供給
系20は、図3に一例を示すような構成とされ、燃料分
配管19と燃料タンク21とを連通する燃料通路22の
上流側から下流側に向かって、低圧燃料ポンプ23、低
圧レギュレータ24、燃料フィルタ25、高圧燃料ポン
プ26及び高圧レギュレータ27が順に配設されてお
り、前記低圧燃料ポンプ23により燃料タンク21から
吸い上げられた燃料が低圧レギュレータ24により調圧
され、燃料フィルタ25により濾過されて、高圧燃料ポ
ンプ26に圧送される。
The injectors 18, 18 arranged in each cylinder 2 as described above are connected to the fuel distribution pipe 19 common to all the cylinders 2, 2, ... And supplied from the fuel supply system 20. The high-pressure fuel thus generated is distributed to the cylinders 2 by the fuel distribution pipe 19. Specifically, the fuel supply system 20 is configured as shown in FIG. 3, and the low-pressure fuel pump 23 extends from the upstream side to the downstream side of the fuel passage 22 that connects the fuel distribution pipe 19 and the fuel tank 21. , A low-pressure regulator 24, a fuel filter 25, a high-pressure fuel pump 26, and a high-pressure regulator 27 are arranged in order, and the fuel sucked from the fuel tank 21 by the low-pressure fuel pump 23 is regulated by the low-pressure regulator 24, and the fuel filter It is filtered by 25 and sent under pressure to the high-pressure fuel pump 26.

【0031】そして、前記高圧燃料ポンプ26によって
さらに昇圧された燃料の一部が高圧レギュレータ27に
より流量調整されて燃料分配管19へ供給され、残りの
燃料が低圧レギュレータ28によって圧力調整されつ
つ、リターン通路29によって燃料タンク21に戻され
る。前記の高圧レギュレータ27による燃圧の調整は燃
料分配管19に配設された燃圧センサ30の出力に基づ
いて後述のECU50により行われ、これにより、燃料
分配管19へ供給される燃料の圧力、即ち燃圧が略4〜
10MPaの範囲で主にエンジン回転速度に応じて制御
される。尚、燃料供給系20の構成は前記のものに限定
されず、例えば、リターンレスシステムのものとしても
よい。
Then, a part of the fuel whose pressure is further increased by the high pressure fuel pump 26 is adjusted in flow rate by the high pressure regulator 27 and supplied to the fuel distribution pipe 19, and the remaining fuel is adjusted in pressure by the low pressure regulator 28 while returning. It is returned to the fuel tank 21 by the passage 29. The adjustment of the fuel pressure by the high pressure regulator 27 is performed by the ECU 50 described later based on the output of the fuel pressure sensor 30 arranged in the fuel distribution pipe 19, whereby the pressure of the fuel supplied to the fuel distribution pipe 19, that is, Fuel pressure is about 4 ~
It is controlled mainly in the range of 10 MPa according to the engine rotation speed. The configuration of the fuel supply system 20 is not limited to that described above, and may be, for example, a returnless system.

【0032】前記図1においてエンジン1の右側に位置
するシリンダヘッド4の一側面には、各気筒2の吸気ポ
ート10,10にそれぞれ連通する吸気通路32が接続
されている。この吸気通路32は、エンジン1の各気筒
2の燃焼室6に対して図外のエアクリーナにより濾過し
た空気を供給するためのものであり、図示の如くその上
流側から下流側に向かって、バタフライバルブからなる
電気式スロットル弁33とサージタンク34とが順に配
設されている。その電気式スロットル弁33は、図外の
アクセルペダルに対し機械的には連結されておらず、図
示しない電動モータにより駆動されて、アクセルペダル
の操作量(アクセル開度)に対応する適切な開度となる
ように開閉される。
An intake passage 32 communicating with the intake ports 10, 10 of each cylinder 2 is connected to one side surface of the cylinder head 4 located on the right side of the engine 1 in FIG. The intake passage 32 is for supplying the air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 6 of each cylinder 2 of the engine 1. An electric throttle valve 33 composed of a valve and a surge tank 34 are sequentially arranged. The electric throttle valve 33 is not mechanically connected to an accelerator pedal (not shown), and is driven by an electric motor (not shown) so as to be appropriately opened corresponding to the operation amount (accelerator opening) of the accelerator pedal. It will be opened and closed at regular intervals.

【0033】また、前記サージタンク34よりも下流側
の吸気通路32は、各気筒2毎に分岐する独立通路とさ
れていて、これら各独立通路の下流端部がさらに2つに
分岐して個別に吸気ポート8,8に連通しており、その
分岐路のうちの一方にスワール制御弁35が設けられて
いる。このスワール制御弁35は、図2にも示すような
バタフライバルブからなるものであり、図示しないアク
チュエータにより開閉される。そして、スワール制御弁
35が閉じられれば、吸気の殆どがスワール制御弁35
の無い他方の分岐路のみから気筒2内6に吸い込まれる
ようになり、これにより該気筒2内に強いスワール流が
生成される。
Further, the intake passage 32 on the downstream side of the surge tank 34 is an independent passage branched for each cylinder 2, and the downstream end portion of each independent passage is further branched into two and individually. To the intake ports 8 and 8, and a swirl control valve 35 is provided in one of the branch passages. The swirl control valve 35 is a butterfly valve as shown in FIG. 2, and is opened and closed by an actuator (not shown). When the swirl control valve 35 is closed, most of the intake air is swirl control valve 35.
It comes to be sucked into the inside of the cylinder 2 only from the other branch passage without the above, and thereby a strong swirl flow is generated in the inside of the cylinder 2.

【0034】前記図1においてエンジン1の左側に位置
するシリンダヘッド4の他側面には、各気筒2の燃焼室
6から燃焼ガス(排気)を排出する排気通路36が接続
されている。この排気通路36の上流端は、各気筒2毎
に分岐して排気ポート11に連通する排気マニホルド3
7により構成され、該排気マニホルド37の集合部には
排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサ38が配
設されている。このリニアO2センサ38は排気中の酸
素濃度に基づいて空燃比を検出するために用いられるも
のであり、理論空燃比を含む所定の空燃比範囲において
酸素濃度に対しリニアな出力が得られるものである。
An exhaust passage 36 for discharging combustion gas (exhaust gas) from the combustion chamber 6 of each cylinder 2 is connected to the other side surface of the cylinder head 4 located on the left side of the engine 1 in FIG. The upstream end of the exhaust passage 36 branches for each cylinder 2 and communicates with the exhaust port 11 through the exhaust manifold 3.
7, a linear O2 sensor 38 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is arranged at the collecting portion of the exhaust manifold 37. The linear O2 sensor 38 is used to detect the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust gas, and is a sensor that can obtain a linear output with respect to the oxygen concentration in a predetermined air-fuel ratio range including the theoretical air-fuel ratio. is there.

【0035】また、前記排気マニホルド37の集合部よ
りも下流側の排気通路36は排気管39により構成され
ていて、この排気管39の上流側から下流側に向かって
順に、略理論空燃比近傍の排気中のHC、CO、NOx
を浄化する三元触媒40と、この三元触媒40の劣化状
態を判定するためのラムダO2センサ41と、理論空燃
比よりもリーンな排気中のNOxを浄化可能ないわゆる
リーンNOx触媒42とが配設されている。さらに、前
記排気マニホルド37の下流側には、そこから分岐する
ようにして排気通路36を流れる排気の一部を吸気系に
還流させる排気還流通路43(以下、EGR通路とい
う)の上流端が接続されている。このEGR通路43の
下流端は前記スロットル弁33とサージタンク34との
間の吸気通路32に接続され、その近傍には開度調整可
能な電気式の流量制御弁からなるEGR弁44が配設さ
れていて、このEGR弁44によりEGR通路43を流
れる排気の還流量が調整されるようになっている。
The exhaust passage 36 on the downstream side of the collecting portion of the exhaust manifold 37 is constituted by an exhaust pipe 39. The exhaust pipe 39 is arranged in the order from the upstream side to the downstream side of the exhaust pipe 39 in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio. HC, CO, NOx in exhaust gas of
A three-way catalyst 40 that purifies the three-way catalyst, a lambda O2 sensor 41 for determining the deterioration state of the three-way catalyst 40, and a so-called lean NOx catalyst 42 that can purify NOx in the exhaust that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. It is arranged. Further, the downstream end of the exhaust manifold 37 is connected to an upstream end of an exhaust gas recirculation passage 43 (hereinafter referred to as an EGR passage) that branches off a portion of the exhaust gas flowing in the exhaust passage 36 to the intake system. Has been done. The downstream end of the EGR passage 43 is connected to the intake passage 32 between the throttle valve 33 and the surge tank 34, and an EGR valve 44, which is an electric flow control valve with adjustable opening, is arranged in the vicinity of the intake passage 32. The EGR valve 44 controls the recirculation amount of the exhaust gas flowing through the EGR passage 43.

【0036】前記VVT15、点火回路17、インジェ
クタ18、燃料供給系20、電気式スロットル弁33、
スワール制御弁35、EGR弁44等は、いずれもエン
ジンコントロールユニット50(以下、ECUという)
によって作動制御される。一方、このECU50には、
少なくとも、前記クランク角センサ9、燃圧センサ3
0、O2センサ38,41等からの各出力信号が入力さ
れるとともに、エアクリーナケースの付近に配設されて
吸気通路32へ吸入される空気の流量を計測するエアフ
ローセンサ46からの出力信号と、シリンダブロック3
のウオータジャケットに臨んで冷却水温度(エンジン水
温)を検出する水温センサ47からの出力信号とが入力
され、さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度セ
ンサ48からの出力信号と、エンジン回転速度(クラン
ク軸8の回転速度)を検出する回転速度センサ49から
の出力信号とが入力されるようになっている。
The VVT 15, the ignition circuit 17, the injector 18, the fuel supply system 20, the electric throttle valve 33,
The swirl control valve 35, the EGR valve 44, etc. are all engine control units 50 (hereinafter referred to as ECUs).
Operation is controlled by. On the other hand, the ECU 50 has
At least the crank angle sensor 9 and the fuel pressure sensor 3
Output signals from the 0, O2 sensors 38, 41, etc., and an output signal from an air flow sensor 46 which is arranged near the air cleaner case and measures the flow rate of the air sucked into the intake passage 32. Cylinder block 3
The output signal from the water temperature sensor 47 that detects the cooling water temperature (engine water temperature) is input to the water jacket, and the output signal from the accelerator opening sensor 48 that detects the accelerator opening and the engine rotation speed. The output signal from the rotation speed sensor 49 for detecting (the rotation speed of the crankshaft 8) is input.

【0037】具体的には、ECU50は、例えばエアフ
ローセンサ46、アクセル開度センサ48及び回転速度
センサ49からそれぞれ入力される信号に基づいてエン
ジンの運転状態(負荷及び回転速度)を検出し、この検
出結果に応じて主に点火回路17、インジェクタ18、
スロットル弁33等を制御することにより、エンジン1
を異なる燃焼状態で運転する。すなわち、図示しない
が、エンジン1が温間の低速低負荷側の運転状態のと
き、基本的にはインジェクタ18により燃料を気筒2の
圧縮行程中期以降に一括して噴射させて、点火プラグ1
6の電極周りに可燃混合気が層状に偏在する状態で燃焼
させる(成層燃焼)。また、この際、スロットル弁33
の開度を相対的に大きくすることで、エンジン1のポン
プ損失を低減するようにしている。
Specifically, the ECU 50 detects the operating state (load and rotational speed) of the engine based on the signals respectively input from the air flow sensor 46, the accelerator opening sensor 48 and the rotational speed sensor 49. Ignition circuit 17, injector 18, mainly depending on the detection result,
The engine 1 is controlled by controlling the throttle valve 33 and the like.
Operating in different combustion states. That is, although not shown, when the engine 1 is in a warm low-speed low-load operating state, basically, the fuel is collectively injected by the injector 18 after the middle stage of the compression stroke of the cylinder 2, and the spark plug 1
Combustible air-fuel mixture is burned in a state of being unevenly distributed around the electrode of No. 6 (stratified combustion). At this time, the throttle valve 33
The pump loss of the engine 1 is reduced by relatively increasing the opening degree of.

【0038】一方、エンジン1の冷間や或いは温間の高
速ないし高負荷側の運転状態では、基本的にはインジェ
クタ18により主に気筒2の吸気行程で燃料を噴射させ
て、燃焼室6全体に略均一な混合気を形成した上で燃焼
させる(均一燃焼)。この際、その燃料の1サイクル当
たりの総噴射量は、混合気の空燃比が略理論空燃比又は
それよりもリッチになるようにエアフローセンサ46か
らの信号に基づいて制御し、また、スロットル弁33の
開度は、アクセルペダルの操作量に見合う出力が得られ
るようにアクセル開度センサ48からの信号に基づいて
制御する。
On the other hand, when the engine 1 is in a cold or warm operating state on the high speed or high load side, basically, the fuel is injected by the injector 18 mainly in the intake stroke of the cylinder 2, and the combustion chamber 6 as a whole. A substantially uniform air-fuel mixture is formed and then burned (uniform combustion). At this time, the total injection amount of the fuel per cycle is controlled based on the signal from the air flow sensor 46 so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes substantially stoichiometric air-fuel ratio or richer than that, and the throttle valve The opening degree of 33 is controlled based on the signal from the accelerator opening sensor 48 so that an output corresponding to the operation amount of the accelerator pedal can be obtained.

【0039】尚、前記のようにエンジン1の燃焼状態を
成層燃焼状態又は均一燃焼状態のいずれかに切換えるた
めのインジェクタ18やスロットル弁33等の制御は、
ECU50において所定の制御プログラムが実行される
ことによって実現する。
Incidentally, the control of the injector 18, the throttle valve 33, etc. for switching the combustion state of the engine 1 to either the stratified combustion state or the uniform combustion state as described above,
It is realized by executing a predetermined control program in the ECU 50.

【0040】(触媒未暖機時の制御)この実施形態で
は、エンジン1の排気通路36に配設した三元触媒40
及びリーンNOx触媒42の少なくとも一方(三元触媒
40だけでもよい)がその活性温度よりも低い未暖機状
態のときに、エンジン1からの排気の温度状態を高めて
触媒40,42の昇温を促進するようにしている。すな
わち、従来例(特開2000−45844号公報)のも
のと同様に、触媒40,42の少なくとも一方が未暖機
で且つエンジン1が低負荷域にあるときには、図4に模
式的に示すように、各気筒2の点火時期を相対的に遅角
側に制御するとともに、当該気筒2の吸気及び圧縮行程
でそれぞれインジェクタ18により燃料を噴射させ、各
気筒2内の燃焼室6に濃度分布の偏りが比較的小さい弱
成層状態の混合気を形成して、燃焼させる(弱成層燃
焼)。
(Control when the catalyst is not warmed up) In this embodiment, the three-way catalyst 40 disposed in the exhaust passage 36 of the engine 1 is used.
And at least one of the lean NOx catalysts 42 (which may be only the three-way catalyst 40) is in a non-warming state lower than its activation temperature, the temperature state of the exhaust gas from the engine 1 is raised to raise the temperature of the catalysts 40, 42. Trying to promote. That is, as in the case of the conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-45844), when at least one of the catalysts 40 and 42 is not warmed up and the engine 1 is in the low load region, as schematically shown in FIG. In addition, the ignition timing of each cylinder 2 is controlled to be relatively retarded, and fuel is injected by the injector 18 in each of the intake and compression strokes of the cylinder 2 to reduce the concentration distribution in the combustion chamber 6 in each cylinder 2. A weakly stratified mixture with a relatively small bias is formed and burned (weakly stratified combustion).

【0041】そのような弱成層混合気の燃焼では、前記
従来例の公報に記載されているように、点火プラグ16
の電極付近で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ
になっているので、着火安定性を確保し易い。また、混
合気の初期燃焼速度が高くなる一方で、燃焼期間の後半
からは理論空燃比よりもリーンな混合気の比較的緩慢な
燃焼、即ち後燃えが比較的遅くまで継続するようにな
り、このことによって、排気の温度が相対的に高くなる
とともに、HCが低減される。
In the combustion of such a weakly stratified air-fuel mixture, the spark plug 16 is used as described in the prior art publication.
Since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is richer than the stoichiometric air-fuel ratio in the vicinity of the electrode, it is easy to secure ignition stability. Further, while the initial combustion speed of the air-fuel mixture becomes high, from the latter half of the combustion period, relatively slow combustion of the air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, afterburning will continue until relatively late, As a result, the temperature of the exhaust gas becomes relatively high and HC is reduced.

【0042】しかしながら、前記弱成層混合気の燃焼に
おいては、点火プラグ16周りに形成されるリッチな混
合気部分でスモークが生成するという問題がある。すな
わち、図5に実線又は破線のグラフで示すように、弱成
層混合気の燃焼では特に点火時期が圧縮上死点(TD
C)よりも進角側のときに顕著なスモークの生成が見ら
れ、その際、図に実線で示す後段の噴射量割合が多いと
き(50%)の方が少ないとき(破線で示す:25%)
よりも排気中のスモーク濃度が高くなる。また、後段噴
射の開始時期(Start of Injection:以下、単にSOI
とも記す)は圧縮上死点前(BTDC)10°〜30°
CAの範囲において進角側にあるほど、スモーク濃度が
低くなる傾向がある。尚、均一混合気の燃焼(図に仮想
線のグラフで示す)では点火時期の変化に拠らずスモー
クは生成しない。
However, in the combustion of the weakly stratified air-fuel mixture, there is a problem that smoke is generated in the rich air-fuel mixture portion formed around the spark plug 16. That is, as shown by the solid line or broken line graph in FIG. 5, particularly in the combustion of a weakly stratified mixture, the ignition timing is set at the compression top dead center (TD).
Smoke generation is more remarkable on the advance side than C), and when the latter injection amount ratio shown by the solid line in the figure is large (50%), it is smaller (shown by the broken line: 25). %)
The smoke concentration in the exhaust becomes higher than that. In addition, the start timing of the latter-stage injection (Start of Injection: hereinafter, simply referred to as SOI)
10 ° to 30 ° before compression top dead center (BTDC)
In the range of CA, the smoke concentration tends to decrease as the angle of advance increases. It should be noted that, in the combustion of the homogeneous mixture (shown by the phantom line graph in the figure), smoke is not generated regardless of the change in the ignition timing.

【0043】この点について、本願の発明者は、2種類
の異なる仕様のエンジンを用いて、前段の燃料噴射を気
筒の吸気行程における所定のタイミングで行う一方、そ
の後の後段の燃料噴射における噴射量の割合と噴射開始
時期とをそれぞれ変更して、そのときの排気中のスモー
ク濃度の変化を調べた。この結果は図6(a)(b)のグラフ
にそれぞれ示すようになり、いずれのエンジンについて
も後段の噴射量割合が多いほど、また、後段の噴射開始
時期が遅いほど、排気中のスモーク濃度が高くなること
が分かった。
With respect to this point, the inventor of the present application uses two types of engines having different specifications to perform the fuel injection in the front stage at a predetermined timing in the intake stroke of the cylinder, while the injection amount in the fuel injection in the rear stage thereafter. Was changed and the injection start timing was changed, and the change in the smoke concentration in the exhaust gas at that time was examined. The results are shown in the graphs of FIGS. 6 (a) and 6 (b), and the smoke concentration in the exhaust gas increases as the ratio of the injection amount in the latter stage increases and the injection start timing in the latter stage becomes late for any engine. Was found to be high.

【0044】より詳しくは、例えば同図(a)のグラフに
よれば、後段の噴射量割合を略25%以下にすれば、後
段の噴射開始時期SOI=BTDC20〜50°CAの
範囲でスモークの濃度が実質的に問題にならない許容範
囲内になる。また、SOI=BTDC30〜50°CA
の範囲とすれば、後段の噴射量割合をさらに多くしても
スモーク濃度を許容範囲内とすることができる。尚、こ
れらの実験においては後段の噴射開始時期が遅角側にな
っても、点火時期は変更していない。
More specifically, for example, according to the graph of FIG. 6A, if the injection amount ratio of the latter stage is set to approximately 25% or less, the latter stage injection start timing SOI = BTDC 20 to 50 ° CA The concentration falls within an allowable range where it does not matter practically. Also, SOI = BTDC 30 to 50 ° CA
If the range is set, the smoke concentration can be kept within the allowable range even if the injection amount ratio in the subsequent stage is further increased. In these experiments, the ignition timing was not changed even if the injection start timing in the latter stage was retarded.

【0045】そのような実験結果に基づいて考察する
と、弱成層混合気の燃焼においては後段の噴射量割合を
増加させたとき、そのことによって点火プラグ16周り
の混合気の局所的な空燃比がリッチ化するので、局所的
に熱発生率のより高い燃焼状態になってスモークが生成
し易くなると考えられる。また、後段の噴射開始時期を
遅角させると、そのことによって点火までの時間が短く
なることで、燃料の気化霧化が不十分なものとなってス
モークの生成し易い状態になると考えられる。
Considering on the basis of such experimental results, when increasing the injection amount ratio of the latter stage in the combustion of the weakly stratified air-fuel mixture, the local air-fuel ratio of the air-fuel mixture around the spark plug 16 is thereby increased. Since the fuel is rich, it is considered that the combustion is locally generated with a higher heat release rate and smoke is easily generated. Further, if the injection start timing of the latter stage is retarded, the time until ignition is shortened by that, and it is considered that the vaporization and atomization of the fuel becomes insufficient and smoke is easily generated.

【0046】従って、単純にスモークの生成を抑えよう
とすれば、後段の噴射量割合を少なくしたり、その噴射
開始時期を進角側に設定するのが好ましいということに
なるが、単にそのようにしただけでは排気の温度を高め
るという弱成層燃焼の本来の効果が十分に得られなくな
り、また、排気中のHC濃度が増大することになる。特
に、後段の噴射開始時期を進角側に設定した場合、点火
時点までに燃料の気化霧化のための時間を確保すること
は容易になる反面、燃料噴霧が気筒2内の空気流動によ
って拡散し易くなり、着火安定性が損なわれる虞れがあ
る。
Therefore, if it is desired to simply suppress the generation of smoke, it is preferable to reduce the injection amount ratio in the latter stage or set the injection start timing to the advance side. Only by doing so, the original effect of the weak stratified charge combustion, which raises the temperature of the exhaust gas, cannot be sufficiently obtained, and the HC concentration in the exhaust gas increases. In particular, when the injection start timing of the latter stage is set to the advance side, it becomes easy to secure the time for the vaporization and atomization of the fuel by the ignition time, but the fuel spray is diffused by the air flow in the cylinder 2. May easily occur, and ignition stability may be impaired.

【0047】ここで、1サイクル当たりの燃料の総噴射
量が変化することを考慮して、前記の弱成層混合気の燃
焼における排気温度とスモークの生成量との関係につい
て考察し直すと、まず、燃料の総噴射量が多いときには
その分、排気の熱量が増大し、このことで触媒40,4
2の昇温を促し易いと言うことができる。また、燃料噴
射量が多いときにはその分、吸入空気量も多いから、仮
に前段及び後段の噴射量割合を一定とすれば、点火プラ
グ16周りの局所空燃比は概ね一定になると考えてよい
が、空燃比は同じであっても燃料噴射量自体は多いか
ら、燃料を点火時点までに気化霧化させることはより困
難になり、スモークが生成し易くなる。
Here, considering the change in the total injection amount of fuel per cycle, the relationship between the exhaust temperature and the amount of smoke produced in the combustion of the weakly stratified mixture is reconsidered. When the total fuel injection amount is large, the amount of heat of the exhaust gas is increased by that amount.
It can be said that it is easy to promote the temperature rise of 2. Further, when the fuel injection amount is large, the intake air amount is large accordingly. Therefore, if the injection amount ratio of the front stage and the rear stage is made constant, it can be considered that the local air-fuel ratio around the spark plug 16 becomes substantially constant. Since the fuel injection amount itself is large even if the air-fuel ratio is the same, it becomes more difficult to vaporize and atomize the fuel by the time of ignition, and smoke is likely to be generated.

【0048】つまり、燃料の総噴射量が相対的に多いと
きには排気の熱量が多くなることによって触媒40,4
2の昇温を促しやすいが、その一方でスモークの問題が
大きくなり易い。従って、このときにはスモークの抑制
を優先しながら、できるだけ排気温度の上昇を図ること
が好ましいと言うことができる。反対に、燃料の総噴射
量が相対的に少ないときには、排気の熱量が少なくなる
一方でスモークは生成し難い状態になるから、このとき
には排気の温度上昇を優先すればよい。
That is, when the total injection amount of fuel is relatively large, the heat amount of the exhaust gas increases, so that the catalysts 40, 4
Although it is easy to promote the temperature rise of 2, the problem of smoke tends to increase. Therefore, at this time, it can be said that it is preferable to increase the exhaust gas temperature as much as possible while giving priority to suppression of smoke. On the contrary, when the total injection amount of fuel is relatively small, the amount of heat of exhaust gas is small, but it becomes difficult to generate smoke. Therefore, at this time, the temperature rise of exhaust gas may be prioritized.

【0049】斯かる技術的思想に基づいて、この実施形
態のエンジン制御装置Aでは本願発明の特徴として、未
暖機の触媒40,42の昇温を促すべく各気筒2の吸気
及び圧縮行程でそれぞれ燃料を噴射して弱成層状態で燃
焼させるときに、後段の噴射量割合及び噴射開始時期を
総噴射量の変化に対応付けて以下のように変更するよう
にした。
Based on such a technical idea, the engine control device A of this embodiment is characterized by the present invention in the intake and compression strokes of each cylinder 2 in order to promote the temperature rise of the unheated catalysts 40 and 42. When each fuel is injected and burned in a weakly stratified state, the injection amount ratio and the injection start timing in the latter stage are changed as follows in association with the change in the total injection amount.

【0050】すなわち、まず、エアフローセンサ46及
び回転速度センサ49からの出力信号に基づいてECU
50によりインジェクタ18の前段噴射及び後段噴射の
各開弁時間を制御して、各気筒2内の平均的な空燃比が
略理論空燃比になるように、前段及び後段噴射を合わせ
た1サイクル当たりの燃料の総噴射量を制御する。そし
て、図4に示すように、燃料の総噴射量が相対的に多い
とき(相対的に高負荷のとき)には後段の噴射量割合を
相対的に少なくして、後段の燃料噴射量自体はむしろ少
なくなるようにする。こうすることで、後段噴射による
燃料を点火時点までに十分に気化霧化させてスモークの
生成を抑制することができるとともに、気筒2の圧縮行
程後期に行われる後段噴射の貫徹力を抑えて燃料のピス
トン5冠面への付着を低減し、このことによってもスモ
ークの生成を抑制することができる。
That is, first, based on the output signals from the air flow sensor 46 and the rotation speed sensor 49, the ECU
By controlling the valve opening time of the front-stage injection and the rear-stage injection of the injector 18 by 50, per cycle including the front-stage injection and the rear-stage injection so that the average air-fuel ratio in each cylinder 2 becomes approximately the theoretical air-fuel ratio. Control the total injection amount of fuel. Then, as shown in FIG. 4, when the total fuel injection amount is relatively large (when the load is relatively high), the injection amount ratio of the latter stage is relatively decreased so that the latter stage fuel injection amount itself. Try to be less. By doing so, it is possible to sufficiently vaporize and atomize the fuel by the latter-stage injection by the time of ignition to suppress the generation of smoke, and suppress the penetration force of the latter-stage injection performed in the latter stage of the compression stroke of the cylinder 2 to suppress the fuel. Of the smoke on the crown surface of the piston 5 is reduced, and this also suppresses the generation of smoke.

【0051】尚、燃料の総噴射量に対する後段噴射量の
割合は略20%〜略40%の範囲に制御するのが好まし
く、総噴射量の略3分の1以下とするのがさらに好まし
い。また、燃料のピストン5冠面への付着を抑制するた
めには燃圧を略4〜略6MPaの範囲に制御することに
よって、燃料噴霧の貫徹力を適度のものに抑えることが
好ましい。
The ratio of the post injection amount to the total injection amount of fuel is preferably controlled in the range of approximately 20% to approximately 40%, and more preferably approximately one third or less of the total injection amount. Further, in order to prevent the fuel from adhering to the crown surface of the piston 5, it is preferable to control the fuel pressure within a range of approximately 4 to approximately 6 MPa to suppress the penetration force of the fuel spray to an appropriate level.

【0052】また、前記図4に示すように、相対的に高
負荷側では後段の燃料噴射量の減少に応じて噴射開始時
期は遅角側となるように制御する。こうすることで、各
気筒2の圧縮行程後期に燃焼室6に噴射された燃料噴霧
は気筒2内のスワール流等によって拡散され難くなり、
相対的に少量の燃料噴霧であっても点火プラグ16の電
極付近にTDC以降まで混合気塊を保持することができ
るようになる。このことで、着火安定性を維持したまま
で各気筒2の点火時期をTDC以降まで大幅に遅角する
ことができる。但し、燃料噴霧の良好な気化霧化のため
には後段の燃料噴射から点火時点までにある程度の時間
が必要となるので、結局、図4の如く、後段噴射の開始
時期はBTDC20〜40°CAの範囲とするのが好ま
しい。
Further, as shown in FIG. 4, on the relatively high load side, the injection start timing is controlled to be on the retard side in accordance with the decrease in the fuel injection amount in the latter stage. By doing so, the fuel spray injected into the combustion chamber 6 in the latter half of the compression stroke of each cylinder 2 becomes difficult to be diffused by the swirl flow in the cylinder 2,
Even with a relatively small amount of fuel spray, the air-fuel mixture can be retained near the electrode of the spark plug 16 until TDC and thereafter. As a result, the ignition timing of each cylinder 2 can be significantly retarded after TDC while maintaining the ignition stability. However, since a certain amount of time is required from the fuel injection in the latter stage to the ignition point for good vaporization and atomization of the fuel spray, after all, as shown in FIG. 4, the start timing of the latter stage injection is BTDC 20-40 ° CA. The range is preferably

【0053】そして、前記の後段噴射時期の遅角制御に
対応して、ECU50により各気筒2毎の点火回路17
を制御して、該各気筒2毎の点火時期を例えばTDC後
(ATDC)15°CAまで大幅に遅角させる。これに
より、エンジン1のサイクル効率を大幅に低下させ且つ
混合気の緩慢な燃焼を相対的に遅角側まで継続させるこ
とができるから、排気温度は十分に上昇する。尚、点火
時期はATDC5°CAよりも遅角側になるように制御
するのが好ましく、また、燃焼安定性とのバランスを考
慮すれば、前記図4の如くATDC5〜15°CAの範
囲に設定するのが好ましい。
The ECU 50 controls the ignition circuit 17 for each cylinder 2 in response to the retard control of the latter-stage injection timing.
Is controlled to significantly retard the ignition timing of each cylinder 2 to, for example, 15 ° CA after TDC (ATDC). As a result, the cycle efficiency of the engine 1 can be significantly reduced and the slow combustion of the air-fuel mixture can be continued relatively to the retard side, so that the exhaust temperature is sufficiently increased. It is preferable to control the ignition timing so that it is retarded from ATDC 5 ° CA, and in consideration of the balance with combustion stability, it is set in the range of ATDC 5 to 15 ° CA as shown in FIG. Preferably.

【0054】前記の燃料噴射制御や点火時期制御ととも
に、スロットル弁33の開度は、ECU50により車両
のアクセル開度以外にエンジン水温やエンジン1の始動
からの時間、補機の作動状態等に応じて制御する。ま
た、スワール制御弁35は全閉状態として、各気筒2内
に強いスワール流を生成させる。このスワール流は気筒
2の圧縮行程後期まで維持されてその後に崩壊し、前記
点火時期の遅角制御に対応するようにTDC以降まで燃
焼室6全体に強い乱れを発生させる。このことで、混合
気の着火安定性が向上する。
In addition to the above fuel injection control and ignition timing control, the opening degree of the throttle valve 33 is determined by the ECU 50 depending on the engine water temperature, the time from the start of the engine 1, the operating state of the auxiliary machinery, etc. Control. The swirl control valve 35 is fully closed to generate a strong swirl flow in each cylinder 2. This swirl flow is maintained until the latter stage of the compression stroke of the cylinder 2 and then collapses, causing strong turbulence in the entire combustion chamber 6 until after TDC so as to correspond to the retard control of the ignition timing. This improves the ignition stability of the air-fuel mixture.

【0055】上述した点火回路17、インジェクタ1
8、スロットル弁33、スワール制御弁35等の制御
は、ECU50において所定の制御プログラムが実行さ
れることにより、実現する。すなわち、ECU50のメ
モリには、図7(a)(b)に例示するように、触媒未暖機時
のインジェクタ18の制御マップとして、エンジン1の
負荷状態に対応する最適な後段噴射量割合や噴射開始時
期をそれぞれ実験的に設定したマップが記憶されてい
る。これらのマップによれば、例えばエンジン1が正味
の無負荷運転状態のとき、即ち機械損失等も含めて車両
の停止中に最も負荷の小さい運転状態のときには後段噴
射量割合が最大となり(図例では略35%)、且つ噴射
開始時期が最も進角する(図例ではBTDC略35°C
A)一方、そこから負荷の増大に応じて後段噴射量割合
が徐々に少なくなり、これに伴い、後段噴射の開始時期
が徐々に遅角するようになっている。
Ignition circuit 17 and injector 1 described above
The control of the throttle valve 33, the swirl control valve 35, etc. is realized by executing a predetermined control program in the ECU 50. That is, in the memory of the ECU 50, as illustrated in FIGS. 7 (a) and 7 (b), as a control map of the injector 18 when the catalyst is not warmed up, the optimum post-injection amount ratio corresponding to the load state of the engine 1 and A map in which the injection start timing is experimentally set is stored. According to these maps, for example, when the engine 1 is in a net no-load operating state, that is, in the operating state where the load is the smallest while the vehicle is stopped including mechanical loss and the like, the post-stage injection amount ratio becomes maximum (see the example in FIG. Is about 35%), and the injection start timing is most advanced (BTDC is about 35 ° C in the illustrated example).
A) On the other hand, the latter-stage injection amount ratio gradually decreases from there, and the start timing of the latter-stage injection is gradually retarded accordingly.

【0056】そして、例えば水温センサ47により検出
されるエンジン水温やエンジン始動からの時間経過(タ
イマにより計測)等に基づいてECU50において触媒
40,42の少なくとも一方が活性温度よりも低い未暖
機状態であるとの判定がなされ、且つエンジン1の正味
の負荷状態が所定以下の低負荷運転状態であるとの判定
がなされたとき、上述の如く点火回路17、インジェク
タ18、スロットル弁33、スワール制御弁35等の制
御が行われて、エンジン1の各気筒2の平均的な空燃比
が略理論空燃比とされ、各気筒2の吸気行程及び圧縮行
程でそれぞれ燃料が噴射されて弱成層燃焼状態になると
ともに、該各気筒2の点火時期が例えばATDC5〜1
5°CAくらいまで遅角されて排気の温度の温度が上昇
し、これにより、触媒40,42の早期昇温が促進され
るものである。
Then, for example, based on the engine water temperature detected by the water temperature sensor 47, the time elapsed from engine start (measured by a timer), and the like, at least one of the catalysts 40 and 42 in the ECU 50 is in an unwarmed state in which it is lower than the activation temperature. Is determined, and it is determined that the net load state of the engine 1 is a low load operation state below a predetermined value, the ignition circuit 17, the injector 18, the throttle valve 33, and the swirl control are performed as described above. By controlling the valve 35 and the like, the average air-fuel ratio of each cylinder 2 of the engine 1 is set to a substantially stoichiometric air-fuel ratio, and fuel is injected in the intake stroke and compression stroke of each cylinder 2 to cause a weak stratified combustion state. And the ignition timing of each cylinder 2 becomes, for example, ATDC5-1.
The temperature of the exhaust gas temperature rises by being retarded to about 5 ° CA, which accelerates the early temperature rise of the catalysts 40, 42.

【0057】換言すれば、前記ECU50は、排気浄化
用の触媒40,42の少なくとも一方が未暖機のときに
エンジン1の各気筒2の点火時期をATDC5°CA以
降まで遅角させる点火時期制御部50aと、そのときに
各気筒2のインジェクタ18により吸気行程及び圧縮行
程でそれぞれ燃料を噴射させて、各気筒2内の平均的な
空燃比が略理論空燃比になるように1サイクル当たりの
燃料の総噴射量を制御する燃料噴射制御部50bと、そ
のときにスワール制御弁35を閉じて燃焼室6のスワー
ル流を強化するスワール弁制御部50cとを備えてい
る。
In other words, the ECU 50 controls the ignition timing to retard the ignition timing of each cylinder 2 of the engine 1 to ATDC 5 ° CA or later when at least one of the exhaust purification catalysts 40 and 42 is not warmed up. Fuel is injected in the intake stroke and the compression stroke by the portion 50a and the injector 18 of each cylinder 2 at that time so that the average air-fuel ratio in each cylinder 2 becomes approximately the theoretical air-fuel ratio. A fuel injection control unit 50b that controls the total injection amount of fuel and a swirl valve control unit 50c that closes the swirl control valve 35 at that time to strengthen the swirl flow in the combustion chamber 6 are provided.

【0058】そして、前記燃料噴射制御部50bは、吸
気行程での前段の燃料噴射量を圧縮行程での後段の燃料
噴射量よりも多くしながら、且つその後段噴射量の総噴
射量に対する割合を総噴射量が多いほど少なくするとと
もに、その噴射量割合の減少に応じて後段噴射の開始時
期を遅角させるように構成されている。
Then, the fuel injection control unit 50b makes the ratio of the post injection amount in the intake stroke to the total injection amount while making the pre injection fuel injection amount larger than the post injection fuel injection amount in the compression stroke. It is configured such that the larger the total injection amount is, the smaller the total injection amount is, and that the start timing of the second-stage injection is retarded according to the decrease in the injection amount ratio.

【0059】したがって、この実施形態に係る火花点火
式直噴エンジンの制御装置Aによると、例えばエンジン
1の冷間始動後のアイドル運転時には、図8のタイムチ
ャートに示すように、未暖機の触媒40,42の早期昇
温を促すための制御が行われる。
Therefore, according to the control device A of the spark ignition type direct injection engine according to this embodiment, for example, during the idle operation after the cold start of the engine 1, as shown in the time chart of FIG. Control is performed to promote early temperature rise of the catalysts 40 and 42.

【0060】まず、スタータモータによるエンジン1の
始動が完了したときに(t=t1)、ECU50の点火
時期制御部50aにより各気筒2の点火時期がATDC
15°CAまで遅角されるとともに、燃料噴射制御部5
0bによるインジェクタ18の作動制御によって1サイ
クル毎に前段及び後段の2回の燃料噴射が行われるよう
になる。また、スロットル弁33の開度とインジェクタ
18による燃料噴射量(総噴射量)とがそれぞれ制御さ
れることで、エンジン回転速度はエンジン水温等に応じ
て設定されたアイドル回転速度に維持される。すなわ
ち、エンジン1の始動直後には通常よりも高いファスト
アイドル(例えば1200rpm)となり、その後、徐
々に通常のアイドル回転速度(例えば650rpm)に
戻される。
First, when the start-up of the engine 1 by the starter motor is completed (t = t1), the ignition timing control unit 50a of the ECU 50 sets the ignition timing of each cylinder 2 to ATDC.
The fuel injection control unit 5 is retarded to 15 ° CA.
By controlling the operation of the injector 18 by 0b, the fuel injection is performed twice in each of the first and second stages. Further, by controlling the opening degree of the throttle valve 33 and the fuel injection amount (total injection amount) by the injector 18, the engine rotation speed is maintained at the idle rotation speed set according to the engine water temperature and the like. That is, immediately after the engine 1 is started, the idle speed is higher than normal (for example, 1200 rpm), and then gradually returned to the normal idle rotation speed (for example, 650 rpm).

【0061】ここで、始動直後にはエンジンオイルの粘
性が高く、機械的な摩擦も大きい上に、前記の如くファ
ストアイドルとなってエンジン回転速度が高いので、負
荷が相対的に大きい運転状態となり、この負荷に対応す
るように燃料の総噴射量が多くなるとともに、後段の噴
射量割合が相対的に少なくされ(例えば20%)、ま
た、後段の噴射開始時期が相対的に遅角側に設定される
(例えばBTDC25°CA)。
Immediately after starting, the engine oil has a high viscosity, a large mechanical friction, and a fast idle as described above, and the engine speed is high. The total injection amount of fuel is increased to correspond to this load, the injection amount ratio of the latter stage is relatively reduced (for example, 20%), and the injection start timing of the latter stage is relatively retarded. It is set (for example, BTDC 25 ° CA).

【0062】このとき、各気筒2の吸気行程前半(例え
ばBTDC300°CA)に前段の燃料噴射によってイ
ンジェクタ18の噴孔から燃焼室6に噴出した燃料噴霧
がピストン5の下降移動に伴い燃焼室5全体に拡散して
理論空燃比よりもリーンな均一混合気を形成する。ま
た、後段の燃料噴射による燃料噴霧は上昇するピストン
5の冠面のキャビティ5aにトラップされて、燃焼室6
略中央部、即ち点火プラグ16の電極の付近に混合気塊
を形成する。この結果、燃焼室6全体には点火プラグ1
6周りの混合気の濃度分布が高い弱成層状態の混合気が
形成されることになる。
At this time, in the first half of the intake stroke of each cylinder 2 (for example, BTDC 300 ° CA), the fuel spray ejected from the injection hole of the injector 18 into the combustion chamber 6 by the fuel injection in the first stage is accompanied by the downward movement of the piston 5 and the combustion chamber 5 Diffuse all over to form a homogeneous mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Further, the fuel spray produced by the fuel injection in the latter stage is trapped in the cavity 5a on the crown surface of the piston 5 which is rising, and the combustion chamber 6
An air-fuel mixture is formed at a substantially central portion, that is, near the electrode of the spark plug 16. As a result, the spark plug 1 is provided in the entire combustion chamber 6.
A weakly stratified air-fuel mixture having a high concentration distribution around the air-fuel mixture 6 is formed.

【0063】その際、燃料の総噴射量は相対的に多いも
のの、後段の噴射量割合が少なくなっていてその噴射量
自体はむしろ少なめになっているので、後段噴射による
燃料噴霧の貫徹力はあまり大きくはならず、そのピスト
ン5冠面への付着は少ない。また、相対的に少ない後段
の噴射燃料が点火時点までに十分に気化霧化して、良好
な可燃混合気となる。しかも、前記後段の燃料噴射が相
対的に遅角側で行われているので、燃料噴霧は気筒2内
のスワール流等によって拡散され難っくなり、リッチな
混合気塊がTDC以降の点火時点まで燃焼室6の略中央
部に保持されて、点火プラグ16により確実に点火され
る。
At this time, although the total injection amount of fuel is relatively large, the injection amount ratio of the latter stage is small and the injection amount itself is rather small. Therefore, the penetration force of the fuel spray by the latter stage injection is It does not become so large, and its adhesion to the crown surface of the piston 5 is small. Further, a relatively small amount of the injected fuel in the latter stage is sufficiently atomized and atomized by the time of ignition, and becomes a good combustible mixture. Moreover, since the latter-stage fuel injection is performed relatively on the retard side, the fuel spray becomes difficult to be diffused by the swirl flow in the cylinder 2, etc., and the rich air-fuel mixture ignites after TDC. Up to the center of the combustion chamber 6, the ignition plug 16 ensures ignition.

【0064】そして、燃焼初期には前記のリッチな混合
気塊が急速且つスモークの少ない良好な燃焼状態とな
り、その後、火炎面が理論空燃比よりもリーンな混合気
に伝播して、比較的緩慢な燃焼(後燃え)が気筒2の膨
張行程後半まで長く継続するようになる。つまり、エン
ジン1の冷間時でも良好な着火安定性を確保しながら、
スモークの生成を抑制するとともに、排気の温度を高め
且つHCを低減することができる。しかも、このときに
は1サイクル当たりの燃料の総噴射量が相対的に多いこ
とから、排気の熱量自体も多くなり、相対的に高温且つ
多量の排気によって触媒40,42の昇温を効果的に促
進することができる。
At the beginning of combustion, the rich air-fuel mixture rapidly becomes a good combustion state with a small amount of smoke, and thereafter, the flame surface propagates to the air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and is relatively slow. Combustion (afterburning) continues for a long time until the latter half of the expansion stroke of the cylinder 2. In other words, while ensuring good ignition stability even when the engine 1 is cold,
It is possible to suppress the generation of smoke, raise the temperature of exhaust gas, and reduce HC. Moreover, at this time, since the total amount of fuel injected per cycle is relatively large, the heat amount of the exhaust gas itself also increases, and the temperature rise of the catalysts 40, 42 is effectively promoted by the relatively high temperature and large amount of exhaust gas. can do.

【0065】続いて、エンジン1の暖機が進むに従いエ
ンジンオイルの粘性が低下し、また、エンジン回転速度
が徐々に低下する(t=t1〜t2)。これにより、エ
ンジン1の運転負荷が徐々に低下するので、この負荷の
低下に対応して燃料の総噴射量が徐々に少なくなり、こ
のことで、排気の熱量が徐々に減少するとともに、弱成
層燃焼であってもスモークは生成し難い状態になる。こ
のときには、燃料の総噴射量が徐々に減少することに対
応して後段の噴射量割合が徐々に増加し、弱成層混合気
の燃焼による排気温度の上昇の効果が高くなるととも
に、HCも低減される。また、後段の燃料噴射量の増加
に伴いその噴射開始時期が徐々に進角側に変更され、燃
料噴霧の気化霧化時間が確保される。
Then, as the engine 1 warms up, the viscosity of the engine oil decreases and the engine speed gradually decreases (t = t1 to t2). As a result, the operating load of the engine 1 gradually decreases, so that the total injection amount of fuel gradually decreases corresponding to the decrease in the load, which gradually reduces the heat amount of exhaust gas and weak stratification. Even if it burns, it becomes difficult to generate smoke. At this time, the ratio of the injection amount in the latter stage gradually increases corresponding to the gradual decrease of the total injection amount of fuel, the effect of increasing the exhaust temperature due to the combustion of the weakly stratified air-fuel mixture becomes high, and the HC also decreases. To be done. Further, the injection start timing is gradually changed to the advance side with the increase of the fuel injection amount in the latter stage, and the vaporization atomization time of the fuel spray is secured.

【0066】つまり、この実施形態では、各気筒2の1
サイクル当たりの燃料の総噴射量が変化しても、これに
対応して後段の燃料噴射割合及び噴射開始時期が最適化
されることで、弱成層混合気の燃焼と点火時期の遅角制
御とによる排気の温度上昇効果が十分に得られるととも
に、そのときの排気中のHCを低減し且つスモークの増
大を防止することができる。
That is, in this embodiment, 1 of each cylinder 2
Even if the total injection amount of fuel per cycle changes, the fuel injection ratio and the injection start timing of the latter stage are optimized correspondingly, so that the combustion of the weakly stratified mixture and the retard control of the ignition timing are performed. The effect of increasing the temperature of the exhaust gas can be sufficiently obtained, and HC in the exhaust gas at that time can be reduced and the increase of smoke can be prevented.

【0067】尚、前記図8のタイムチャート図に示すよ
うに、触媒40,42の早期昇温を促進するときには、
各気筒2の燃焼室6における平均的な空燃比が略理論空
燃比となるように制御され、このことによっても燃焼に
伴うHC,CO,NOxの生成が極小化される。また、
スワール制御弁35が全閉状態とされて燃焼室6のスワ
ール流が強化されることによって、弱成層混合気への着
火安定性がさらに向上する。
As shown in the time chart of FIG. 8, when promoting the early temperature rise of the catalysts 40 and 42,
The average air-fuel ratio in the combustion chamber 6 of each cylinder 2 is controlled to be substantially the stoichiometric air-fuel ratio, and this also minimizes the production of HC, CO, and NOx accompanying combustion. Also,
By fully closing the swirl control valve 35 and strengthening the swirl flow in the combustion chamber 6, the ignition stability to the weakly stratified mixture is further improved.

【0068】そうして、触媒40,42が両方共に活性
化すると(t=t3)、各気筒2の点火時期が進角側に
戻されるとともに、燃料噴射は気筒2の吸気行程でのみ
行われるようになり、その後、エンジン水温が所定温度
(例えば40°c)に達するまではエンジン1は均一燃
焼状態で運転され、エンジン水温が前記所定温度以上に
なれば、エンジン1は低負荷側では成層燃焼状態で、ま
た高負荷側では均一燃焼状態で運転されるようになる。
When both the catalysts 40 and 42 are activated (t = t3), the ignition timing of each cylinder 2 is returned to the advance side, and the fuel injection is performed only in the intake stroke of the cylinder 2. After that, the engine 1 is operated in a uniform combustion state until the engine water temperature reaches a predetermined temperature (for example, 40 ° C.), and if the engine water temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the engine 1 is stratified on the low load side. It operates in the combustion state, and in the high load side, in the uniform combustion state.

【0069】図9は、この実施形態に係る直噴エンジン
1の弱成層燃焼によって排気の温度が上昇し、且つHC
が減少することを示した実験結果であり、エンジンの負
荷は略100kPa、回転速度は略1200rpmであ
る。同図に示すグラフの横軸には排気の熱流量(ヒート
フラックス:排気の温度及び流量を乗算した上でエンジ
ンの排気量で除算したもの)を示し、また、縦軸には単
位時間当たりの排気中のHCの量を示す。そして、実線
のグラフのように後段の噴射量割合を略25%とし、且
つその噴射開始時期SOIをSOI=BTDC20〜3
0°CAとしたときには、均一燃焼状態のときに比べて
排気中のHCが大幅に減少し、しかも排気の熱流量が大
幅に高まることが分かる。
FIG. 9 shows that the exhaust temperature rises due to the weak stratified combustion of the direct injection engine 1 according to this embodiment, and the HC
Is an experimental result showing that the engine load is about 100 kPa and the rotation speed is about 1200 rpm. The horizontal axis of the graph shown in the figure shows the exhaust heat flow rate (heat flux: product of exhaust temperature and flow rate, divided by engine exhaust volume), and the vertical axis shows unit time per unit time. The amount of HC in the exhaust gas is shown. Then, as shown by the solid line graph, the injection amount ratio in the latter stage is set to approximately 25%, and the injection start timing SOI is SOI = BTDC20 to 3
It can be seen that when the temperature is 0 ° CA, HC in the exhaust gas is significantly reduced and the heat flow rate of the exhaust gas is significantly increased as compared with the case of the uniform combustion state.

【0070】尚、図示の如く、後段の噴射量割合を略2
5%としていてもその噴射開始時期をBTDC10°C
Aと遅くし過ぎたときには、その燃料噴霧の気化霧化が
不十分になって燃焼状態が悪化し、排気中のHCが増大
してしまう。また、図に点線のグラフで示すように後段
の噴射量割合が略50%になると(比較例)、噴射割合
が多すぎるために点火プラグ周りの局所空燃比がリッチ
になり過ぎて、やはり燃焼状態が悪化することによっ
て、排気中のHCが増大している。
As shown in the figure, the injection amount ratio in the latter stage is set to about 2
Even if it is 5%, the injection start timing is BTDC 10 ° C.
When it is too late to A, the vaporization and atomization of the fuel spray becomes insufficient, the combustion state deteriorates, and HC in the exhaust gas increases. Further, as shown by the dotted line graph in the figure, when the injection amount ratio in the latter stage becomes about 50% (comparative example), the local air-fuel ratio around the spark plug becomes too rich because the injection ratio is too large, and combustion also occurs. As the condition deteriorates, the amount of HC in the exhaust increases.

【0071】(他の実施形態)本発明の構成は前記の実
施形態に限定されるものではなく、その他の種々の構成
を包含するものである。すなわち、前記実施形態の直噴
エンジン1では、触媒40,42の昇温を促進する際
に、各気筒2毎の平均的な空燃比を略理論空燃比(A/
F=14.7)になるように制御しているが、これに限
るものではなく、空燃比は例えばA/F=略13〜16
の範囲に設定するようにしてもよい。
(Other Embodiments) The structure of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various other structures. That is, in the direct injection engine 1 of the above-described embodiment, when accelerating the temperature rise of the catalysts 40 and 42, the average air-fuel ratio of each cylinder 2 is set to the approximate theoretical air-fuel ratio (A /
However, the air-fuel ratio is, for example, A / F = approximately 13 to 16
You may make it set to the range of.

【0072】また、前記の実施形態では、触媒40,4
2の昇温を促進する際に各気筒2のインジェクタ18に
より前段の燃料噴射を吸気行程で、また後段の燃料噴射
を圧縮行程でそれぞれ行って、燃焼室6に弱成層混合気
を形成するようにしているが、これに限らず、例えば前
段の燃料噴射を気筒2の圧縮行程前期に行うようにして
もよい。
Further, in the above embodiment, the catalysts 40, 4
When accelerating the temperature rise of 2, the injector 18 of each cylinder 2 injects the fuel in the front stage in the intake stroke and the fuel in the rear stage in the compression stroke to form a weak stratified mixture in the combustion chamber 6. However, the present invention is not limited to this, and for example, the fuel injection in the previous stage may be performed in the first half of the compression stroke of the cylinder 2.

【0073】また、前記の実施形態では、触媒40,4
2の昇温を促進する際にスワール制御弁35を閉じるよ
うにしているが、これに限るものではない。
In the above embodiment, the catalysts 40, 4
Although the swirl control valve 35 is closed when the temperature increase of 2 is promoted, the invention is not limited to this.

【0074】また、前記の実施形態では、触媒40,4
2が未暖機状態であることの判定をエンジン水温やエン
ジン始動からの時間経過等に基づいて判定するようにし
ているが、これに限らず、例えば排気通路36に温度セ
ンサを設けて、その出力に基づいて判定をを小なうよう
にしてもよい。
Further, in the above embodiment, the catalysts 40 and 4
The determination that 2 is in the unwarmed state is made based on the engine water temperature, the time elapsed from the engine start, etc., but is not limited to this. For example, a temperature sensor is provided in the exhaust passage 36, and The determination may be reduced based on the output.

【0075】さらに、前記実施形態では、本発明をいわ
ゆるウォールガイド方式の直噴エンジン1に適用してい
るが、これに限るものではない。すなわち、例えば、イ
ンジェクタ18により気筒2内に噴射した燃料噴霧の挙
動を当該気筒2内の空気流動によって制御して、点火プ
ラグ16の電極周りに成層化させるようにしたいわゆる
エアガイド方式の直噴エンジンにおいて、或いは、常に
均一燃焼状態で運転するようにした直噴エンジンにおい
ても、未暖機の触媒の昇温を促進するために本発明の制
御を適用することができる。
Further, although the present invention is applied to the so-called wall guide type direct injection engine 1 in the above embodiment, the present invention is not limited to this. That is, for example, the behavior of the fuel spray injected into the cylinder 2 by the injector 18 is controlled by the air flow in the cylinder 2 so as to stratify around the electrode of the spark plug 16 so-called air guide type direct injection. The control of the present invention can be applied to accelerate the temperature rise of the unwarmed catalyst even in the engine or in the direct injection engine which is always operated in the uniform combustion state.

【0076】さらにまた、前記実施形態に記載したエン
ジン1の構成は一つの例に過ぎず、本願発明を適用する
直噴エンジンの構成を限定するものではない。すなわ
ち、例えば排気通路36に配設する触媒は1つだけでも
よいし、各気筒2毎のインジェクタ18はスワールイン
ジェクタでなくてもよい。また、1気筒2当たり合計4
つの吸排気弁12,13を備えたものやEGR通路43
を備えたものに限定されないことは言うまでもない。
Furthermore, the structure of the engine 1 described in the above embodiment is only one example, and does not limit the structure of the direct injection engine to which the present invention is applied. That is, for example, only one catalyst may be provided in the exhaust passage 36, or the injector 18 for each cylinder 2 may not be a swirl injector. Also, a total of 4 per cylinder 2
Equipped with two intake and exhaust valves 12, 13 and EGR passage 43
Needless to say, the present invention is not limited to those equipped with.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上、説明したように、請求項1の発明
に係る火花点火式直噴エンジンの制御装置によると、排
気浄化用の触媒が未暖機状態のときに気筒の点火時期を
圧縮上死点以降まで遅角させるとともに、当該気筒の吸
気行程から点火時期までの期間内に前段及び後段の2回
の燃料噴射を行わせるようにし、さらに、その前段及び
後段噴射を合わせた1サイクル当たりの総噴射量が多い
ほど、後段噴射の噴射量割合を少なくし且つ噴射開始時
期を遅角させることで、高温の排気により触媒の昇温を
促進しながら、排気中のHCを低減し且つスモークの増
大を防止できる。
As described above, according to the control apparatus for a spark ignition type direct injection engine according to the invention of claim 1, the ignition timing of the cylinder is compressed when the catalyst for purifying the exhaust gas is not warmed up. The engine is retarded until after top dead center, and the fuel injection is performed twice in the front stage and the rear stage within the period from the intake stroke to the ignition timing of the cylinder. As the total injection amount per hit is larger, the injection amount ratio of the latter-stage injection is reduced and the injection start timing is retarded, whereby the temperature of the exhaust gas is reduced while promoting the temperature rise of the catalyst by the high temperature exhaust gas. It is possible to prevent smoke from increasing.

【0078】請求項2の発明によると、エンジンの各気
筒の点火時期、空燃比、後段の燃料噴射量割合及び噴射
開始時期の組み合わせを最適化することで、請求項1の
発明の効果を十分に得ることができる。
According to the invention of claim 2, by optimizing the combination of the ignition timing of each cylinder of the engine, the air-fuel ratio, the fuel injection amount ratio of the latter stage and the injection start timing, the effect of the invention of claim 1 is sufficiently obtained. Can be obtained.

【0079】請求項3の発明によると、スワール流強化
手段によって気筒内燃焼室のスワール流を強化すること
で、後段噴射や点火時期の遅角制御に対応する最適な時
期に燃焼室に強い乱れを発生させて、混合気の着火安定
性を向上できる。
According to the third aspect of the present invention, by strengthening the swirl flow in the combustion chamber in the cylinder by the swirl flow strengthening means, a strong turbulence is generated in the combustion chamber at the optimum timing corresponding to the post-injection and the ignition timing retard control. And the ignition stability of the air-fuel mixture can be improved.

【0080】請求項4の発明によると、いわゆるウォー
ルガイド方式の直噴エンジンにおいて後段噴射による燃
料噴霧の貫徹力を最適化して、ピストン冠面への付着を
抑制できる。
According to the fourth aspect of the present invention, in the so-called wall guide type direct injection engine, the penetration force of the fuel spray due to the latter stage injection can be optimized and the adhesion to the piston crown surface can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態に係るエンジン制御装置の全
体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an engine control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】エンジンの気筒内燃焼室の概略構造を示す斜視
図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic structure of a combustion chamber in a cylinder of an engine.

【図3】燃料供給系の構成を模式的に示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a fuel supply system.

【図4】インジェクタによる燃料の噴射タイミングを示
す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a fuel injection timing by an injector.

【図5】後段の燃料噴射量割合及び噴射開始時期を変更
しながら、点火時期の変化に対するスモーク濃度の変化
特性を示したグラフ図である。
FIG. 5 is a graph showing a change characteristic of smoke concentration with respect to a change in ignition timing while changing a fuel injection amount ratio and an injection start timing in a latter stage.

【図6】後段の燃料噴射開始時期を変更しながら、後段
の燃料噴射量割合の変化に対するスモーク濃度の変化特
性を示したグラフ図である。
FIG. 6 is a graph showing a change characteristic of a smoke concentration with respect to a change of a fuel injection amount ratio of a latter stage while changing a fuel injection start timing of the latter stage.

【図7】触媒未暖機時の後段の噴射量割合又は噴射開始
時期をそれぞれエンジンの負荷状態に対応付けて設定し
た制御マップの一例を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a control map in which the injection amount ratio or the injection start timing in the latter stage when the catalyst is not warmed up is set in association with the load state of the engine.

【図8】エンジン冷間始動時の制御の一例を示すタイム
チャート図である。
FIG. 8 is a time chart showing an example of control at the time of engine cold start.

【図9】弱成層混合気の燃焼により排気中のHCが減少
し、ヒートフラックスが増大することを示す実験結果の
グラフ図である。
FIG. 9 is a graph of experimental results showing that HC in exhaust gas is reduced and heat flux is increased by combustion of a weakly stratified mixture.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A エンジンの制御装置 1 エンジン 2 気筒 5 ピストン 5a キャビティ(凹部) 6 燃焼室 16 点火プラグ 18 インジェクタ(燃料噴射弁) 35 スワール制御弁(スワール流強化手段) 40 三元触媒 42 リーンNOx触媒 50 コントロールユニット(ECU) 50a 点火時期制御部(点火時期制御手段) 50b 燃料噴射制御部(燃料噴射制御手段) 50c スワール弁制御部(スワール流強化手段) A engine control device 1 engine Two cylinder 5 pistons 5a Cavity (recess) 6 Combustion chamber 16 spark plugs 18 Injector (fuel injection valve) 35 Swirl control valve (Swirl flow enhancement means) 40 three way catalyst 42 lean NOx catalyst 50 Control Unit (ECU) 50a Ignition timing control unit (ignition timing control means) 50b Fuel injection control unit (fuel injection control means) 50c Swirl valve control unit (Swirl flow strengthening means)

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 41/02 F02D 41/02 330G 41/04 335 41/04 335Z 41/06 330 41/06 330Z 43/00 301 43/00 301B 301H 301J 301U 45/00 312 45/00 312B 364 364N F02P 5/15 F02P 5/15 E (72)発明者 俊成 貴志 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 Fターム(参考) 3G022 AA07 AA08 CA02 DA02 EA01 GA01 GA02 GA05 GA06 GA08 GA09 GA10 GA17 3G084 AA04 BA05 BA09 BA13 BA15 BA17 CA02 CA03 CA09 DA10 EA07 EA11 EC01 EC03 FA07 FA10 FA20 FA27 FA30 FA33 FA38 3G091 AA02 AA11 AA12 AA17 AA24 AA28 AB03 AB05 BA00 BA03 BA14 BA15 BA19 BA32 CA13 CB02 CB03 CB05 CB07 CB08 DA01 DA02 DB10 EA00 EA01 EA05 EA07 EA16 EA17 EA26 EA30 EA31 EA34 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB11 FC07 HA08 HA10 HA36 HA37 HA42 HB03 HB05 3G301 HA04 HA13 HA16 HA17 JA24 JA26 KA05 KA08 KB04 LA00 LA03 LA05 LB04 MA01 MA11 MA19 MA27 NA08 NE06 NE08 NE11 NE12 NE13 NE14 NE23 PA01Z PB08Z PD03Z PD04Z PD09Z PD12Z PE01Z PE03Z PE04Z PE08Z PF03Z PF11ZFront page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F02D 41/02 F02D 41/02 330G 41/04 335 41/04 335Z 41/06 330 41/06 330Z 43/00 301 43 / 00 301B 301H 301J 301U 45/00 312 312 45/00 312B 364 364N F02P 5/15 F02P 5/15 E (72) Inventor Toshinari Takashi Shinchi Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture F-term in Mazda Co., Ltd. (Reference) 3G022 AA07 AA08 CA02 DA02 EA01 GA01 GA02 GA05 GA06 GA08 GA09 GA10 GA17 3G084 AA04 BA05 BA09 BA13 BA15 BA17 CA02 CA03 CA09 DA10 EA07 EA11 EC01 EC03 FA07 FA10 FA20 FA27 FA30 FA33 A33 A38 AG17 GA30 GA33 BA15 BA19 BA32 CA13 CB02 CB03 CB05 CB07 CB08 DA01 DA02 DB10 EA00 EA01 EA05 EA07 EA16 EA17 EA26 EA30 EA31 EA34 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB11 FC07 HA08 HA10 HA05 HA08 HA10 HA05 HA13 HA16 HA05 HA13 HA16 HA17 HA04 HA16 HA16 HA17 HA04 HA16 HA16 HA17 HA04 HA16 HA17 HA04 HA05 HA16 HA17 HA04 HA16 HA16 HA17 HA04 HA05 HA16 HA17 HA04 HA16 HA17 HA04 HA16 HA17 HA04 HA05 HA16 HA17 HA04 HA10 LB04 MA01 MA11 MA19 MA27 NA08 NE06 NE08 NE11 NE12 NE13 NE14 NE23 PA01Z PB08Z PD03Z PD04Z PD09Z PD12Z PE01Z PE03Z PE04Z PE08Z PF03Z PF11Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エンジンの気筒内の燃焼室に燃料を直
接、噴射する燃料噴射弁と、その燃焼室からの排気を浄
化するための触媒とを備え、該触媒が活性温度よりも低
い未暖機状態のときに少なくともエンジンの低負荷域で
気筒の吸気行程から点火時期までの期間内に、前記燃料
噴射弁により圧縮行程中期以降の後段噴射とこれよりも
前の前段噴射との2回の燃料噴射を行わせるようにした
火花点火式直噴エンジンの制御装置において、 前記触媒が未暖機状態のときに気筒の圧縮上死点以降に
点火時期を遅角させる点火時期制御手段と、 前記触媒が未暖機状態のときに、前記前段噴射による燃
料の噴射量を後段噴射よりも多くしながら、且つその前
段噴射及び後段噴射を合わせた1サイクルあたりの燃料
の総噴射量が多いほど、該総噴射量に対する後段噴射量
の割合を少なくするとともに、その噴射量割合の減少に
応じて後段噴射の開始時期を遅角させる燃料噴射制御手
段とを備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン
の制御装置。
1. A fuel injection valve for directly injecting fuel into a combustion chamber in a cylinder of an engine, and a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber, the catalyst being unheated below an activation temperature. During the engine state, at least in the low load region of the engine, during the period from the intake stroke of the cylinder to the ignition timing, the fuel injection valve causes two injections of the latter stage injection after the middle stage of the compression stroke and the former stage injection before this. In a control device for a spark ignition direct injection engine configured to perform fuel injection, ignition timing control means for delaying ignition timing after compression top dead center of a cylinder when the catalyst is not warmed up, and When the catalyst is in a non-warm state, while the amount of fuel injected by the preceding-stage injection is larger than that of the latter-stage injection, and the total amount of fuel injected per cycle including the preceding-stage injection and the latter-stage injection is larger, To the total injection amount And a fuel injection control means for delaying the start timing of the second-stage injection according to the decrease in the ratio of the second-stage injection amount. .
【請求項2】 請求項1において、 点火時期制御手段は、点火時期を気筒の圧縮上死点後5
°CAよりも遅角側に制御するものであり、 燃料噴射制御手段は、触媒が未暖機状態のときに少なく
ともエンジンの低速低負荷域で気筒内の平均的な空燃比
が略理論空燃比になるように燃料の総噴射量を制御する
とともに、その総噴射量に対する後段噴射量の割合を略
3分の1以下とし且つ後段噴射の開始時期を当該気筒の
圧縮上死点前20°CA以前とするものであることを特
徴とする火花点火式直噴エンジンの制御装置。
2. The ignition timing control means according to claim 1, wherein the ignition timing is set to 5 after the compression top dead center of the cylinder.
The fuel injection control means controls the average air-fuel ratio in the cylinder to be approximately the theoretical air-fuel ratio at least in the low-speed low-load range of the engine when the catalyst is not warmed up. The total injection amount of the fuel is controlled so that the ratio of the post-injection amount to the total injection amount is approximately one third or less, and the start timing of the post-injection is 20 ° CA before the compression top dead center of the cylinder. A control device for a spark ignition type direct injection engine, which is characterized by what it was before.
【請求項3】 請求項1又は2のいずれかにおいて、 少なくとも触媒が未暖機状態のときに気筒内燃焼室のス
ワール流を強化するスワール流強化手段を備えることを
特徴とする火花点火式直噴エンジンの制御装置。
3. The spark ignition type direct ignition system according to claim 1, further comprising swirl flow enhancing means for enhancing the swirl flow of the combustion chamber in the cylinder at least when the catalyst is in an unwarmed state. Control device for injection engine.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1つにおいて、 燃料噴射弁は、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を
直接、噴射するように配置され、 前記燃焼室の天井部の略中央に点火プラグが配置されて
いる一方、該燃焼室の底部となるピストンの冠面には凹
部が設けられ、 前記燃料噴弁からの燃料噴霧の拡がり角が略40°以上
且つ略70°以下であり、燃圧が略4MPa以上且つ略
6MPa以下であることを特徴とする火花点火式直噴エ
ンジンの制御装置。
4. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the fuel injection valve is arranged so as to directly inject fuel into a combustion chamber in a cylinder from a peripheral portion thereof, and An ignition plug is arranged substantially in the center, while a recess is provided in the crown surface of the piston, which is the bottom of the combustion chamber, and the spread angle of the fuel spray from the fuel injection valve is about 40 ° or more and about 70 °. A control device for a spark ignition type direct injection engine, which has a fuel pressure of approximately 4 MPa or more and approximately 6 MPa or less.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005017348A1 (en) * 2003-08-15 2005-02-24 Hitachi, Ltd. Spark ignition engine and method of controlling combustion of the engine
JP2005133709A (en) * 2003-10-29 2005-05-26 Hyundai Motor Co Ltd Variable air intake module of engine
JP2006083834A (en) * 2004-09-17 2006-03-30 Mazda Motor Corp Control device for cylinder injection gasoline engine
JP2007270656A (en) * 2006-03-30 2007-10-18 Mitsubishi Motors Corp Control device of cylinder injection internal combustion engine
JP2008025399A (en) * 2006-07-19 2008-02-07 Toyota Motor Corp Controller of cylinder direct injection spark-ignition internal combustion engine
JP2014092123A (en) * 2012-11-06 2014-05-19 Fuji Heavy Ind Ltd Engine control device
WO2015063874A1 (en) * 2013-10-30 2015-05-07 株式会社日立製作所 Device for controlling spark-ignition engine
FR3044045A1 (en) * 2015-11-24 2017-05-26 Continental Automotive France METHOD FOR ACCELERATING THE HEATING OF A MOTORPOWER GROUP OF A MOTOR VEHICLE TO PLACE IT IN OPERATING CONDITIONS OF A TEST AND / OR A MAINTENANCE OPERATION
JP2019105200A (en) * 2017-12-12 2019-06-27 マツダ株式会社 Control device of engine
JP2019105202A (en) * 2017-12-12 2019-06-27 マツダ株式会社 Control device of engine
US11834983B2 (en) 2019-07-15 2023-12-05 The Research Foundation For The State University Of New York Method for control of advanced combustion through split direct injection of high heat of vaporization fuel or water fuel mixtures

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005017348A1 (en) * 2003-08-15 2005-02-24 Hitachi, Ltd. Spark ignition engine and method of controlling combustion of the engine
US7377261B2 (en) 2003-08-15 2008-05-27 Hitachi, Ltd. Spark ignition engine and method of controlling combustion of the engine
JP2005133709A (en) * 2003-10-29 2005-05-26 Hyundai Motor Co Ltd Variable air intake module of engine
JP2006083834A (en) * 2004-09-17 2006-03-30 Mazda Motor Corp Control device for cylinder injection gasoline engine
JP2007270656A (en) * 2006-03-30 2007-10-18 Mitsubishi Motors Corp Control device of cylinder injection internal combustion engine
JP4492812B2 (en) * 2006-03-30 2010-06-30 三菱自動車工業株式会社 In-cylinder injection internal combustion engine control device
JP2008025399A (en) * 2006-07-19 2008-02-07 Toyota Motor Corp Controller of cylinder direct injection spark-ignition internal combustion engine
JP4600361B2 (en) * 2006-07-19 2010-12-15 トヨタ自動車株式会社 In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine control device
JP2014092123A (en) * 2012-11-06 2014-05-19 Fuji Heavy Ind Ltd Engine control device
WO2015063874A1 (en) * 2013-10-30 2015-05-07 株式会社日立製作所 Device for controlling spark-ignition engine
JPWO2015063874A1 (en) * 2013-10-30 2017-03-09 株式会社日立製作所 Control device for spark ignition engine
FR3044045A1 (en) * 2015-11-24 2017-05-26 Continental Automotive France METHOD FOR ACCELERATING THE HEATING OF A MOTORPOWER GROUP OF A MOTOR VEHICLE TO PLACE IT IN OPERATING CONDITIONS OF A TEST AND / OR A MAINTENANCE OPERATION
WO2017088970A1 (en) * 2015-11-24 2017-06-01 Continental Automotive France Method for accelerating the warming-up of a motor vehicle power unit in order to place it under operating conditions for testing and/or for a maintenance operation
US10323591B2 (en) 2015-11-24 2019-06-18 Continental Automotive France Method for accelerating the warming-up of a motor vehicle power unit in order to place it under operating conditions for testing and/or for a maintenance operation
JP2019105200A (en) * 2017-12-12 2019-06-27 マツダ株式会社 Control device of engine
JP2019105202A (en) * 2017-12-12 2019-06-27 マツダ株式会社 Control device of engine
US11834983B2 (en) 2019-07-15 2023-12-05 The Research Foundation For The State University Of New York Method for control of advanced combustion through split direct injection of high heat of vaporization fuel or water fuel mixtures

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