JP2003222042A - Direct injection spark ignition type internal combustion engine - Google Patents

Direct injection spark ignition type internal combustion engine

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JP2003222042A
JP2003222042A JP2002020583A JP2002020583A JP2003222042A JP 2003222042 A JP2003222042 A JP 2003222042A JP 2002020583 A JP2002020583 A JP 2002020583A JP 2002020583 A JP2002020583 A JP 2002020583A JP 2003222042 A JP2003222042 A JP 2003222042A
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    • Y02T10/40Engine management systems

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform stratified combustion through compression stroke injection for early activation of catalyst in cooling a machine, to improve stability of the combustion, and also to reduce HC emission. <P>SOLUTION: A direct injection spark ignition type internal combustion engine is provided with a fuel injection valve 9 which is permitted to direct so that the velocity of fuel injection in the direction of traversing the inside of a cylinder becomes larger than the velocity toward a piston. On the other hand, fuel injection is carried out in compression stroke at the time of cooling the machine, while controlling injection quantity so that the air/fuel ratio within the cylinder is rendered to be a stoichiometric or a slightly lean value, thereby performing stratified combustion. <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、直噴火花点火式内
燃機関に関し、特に冷機時の燃焼改善技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct injection spark ignition type internal combustion engine, and more particularly to a technique for improving combustion when cold.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射
供給する構成とした直噴火花点火式内燃機関が注目され
ており、このものでは、機関運転条件に応じて、燃焼方
式を切換制御、即ち、吸気行程にて燃料を噴射すること
により、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気を形成
して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射すること
により、点火プラグ周りに局所的に層状の混合気を形成
して行う成層燃焼とに切換制御するのが一般的である。
2. Description of the Related Art In recent years, a direct injection spark ignition type internal combustion engine having a structure for directly injecting and supplying fuel into a combustion chamber of an engine has been attracting attention. In this type, combustion mode switching control is performed according to engine operating conditions. In other words, by injecting fuel in the intake stroke to diffuse the fuel into the combustion chamber and form a homogeneous mixture, homogeneous combustion is performed, and by injecting fuel in the compression stroke, local combustion is performed around the spark plug. In general, switching control is performed to stratified combustion in which a stratified mixture is formed.

【0003】ところで、機関の冷機時において、筒内に
噴射された燃料は、燃焼室壁面の温度が低いために、通
常完暖状態に対して、同一燃焼状態を行わせるにあたり
燃料の気化が悪いために、余剰な燃料を噴射させて点火
プラグ近傍の混合比濃度を略一定としている。従来で
は、機関の冷機始動から完暖過程において、これらの燃
料増量での未燃HC、有害排気成分の排出低減のため
に、排気通路に設けられる排気浄化触媒の早期活性化を
促進すべく、下記の排気昇温装置が提案されている。
By the way, when the engine is cold, the fuel injected into the cylinder has a low temperature on the wall surface of the combustion chamber, so that the vaporization of the fuel is poor in performing the same combustion state as compared with the normal complete warm state. Therefore, excess fuel is injected to make the mixture ratio concentration near the spark plug substantially constant. Conventionally, in order to accelerate the early activation of the exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage, in order to reduce the emission of unburned HC and harmful exhaust components by increasing the amount of these fuels in the process from the engine cold start to the complete warm-up, The following exhaust gas temperature raising device has been proposed.

【0004】特開平10−169488号公報では、排
気昇温が要求される時に、圧縮行程噴射を行い、点火プ
ラグ周りの局所的な空燃比をリッチとし、また、その噴
射時期を大きくリタードすることで、点火プラグ周りに
オーバーリッチの不完全燃焼を生起している。従って、
未燃成分がその後の筒内流動に伴い筒内の余剰酸素と反
応することで排気温度が上昇する。
In Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-169488, when the exhaust gas temperature rise is required, compression stroke injection is performed to make the local air-fuel ratio around the spark plug rich, and the injection timing is greatly retarded. Therefore, incomplete combustion of overrich is caused around the spark plug. Therefore,
The exhaust temperature rises because the unburned components react with the excess oxygen in the cylinder as the cylinder flows thereafter.

【0005】また、特開2000−240485号公報
では、前記と同様に触媒昇温が要求される時に、機関の
空燃比がストイキ(理論空燃比)近傍となるように圧縮
行程噴射を行うことが提案され、特に、冷間始動の場
合、始動後、先ず所定回転数に達するまでの間は、吸気
行程噴射を行い、次いで、吸気行程噴射(又は圧縮行程
噴射)と膨張行程噴射との2段噴射を行い、この2段噴
射を介して、ストイキ近傍での圧縮行程噴射に移行して
いる。
Further, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-240485, when the catalyst temperature increase is required similarly to the above, the compression stroke injection is performed so that the air-fuel ratio of the engine becomes close to stoichiometric (theoretical air-fuel ratio). In particular, in the case of a cold start, it is proposed that after the start, intake stroke injection is performed until a predetermined number of revolutions is reached, and then two steps of intake stroke injection (or compression stroke injection) and expansion stroke injection are performed. Injection is performed, and the compression stroke injection in the vicinity of stoichiometry is performed through the two-stage injection.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術においては、次のような問題点があった。即
ち、始動後の冷機状態のときに圧縮行程噴射を行うこと
で、成層燃焼を実施し、この際に、点火プラグ周りをオ
ーバーリッチ状態にしているため、不完全燃焼が起こ
り、燃え残りの未燃HCや有害排気成分が排出される恐
れがあるという問題点があった。
However, the above-mentioned conventional techniques have the following problems. That is, stratified charge combustion is performed by performing compression stroke injection in the cold state after starting, and at this time, since the surroundings of the spark plug are in an overrich state, incomplete combustion occurs and unburned residue remains. There is a problem that fuel HC and harmful exhaust components may be discharged.

【0007】また、始動後、触媒の昇温が要求された時
に、ストイキ近傍での圧縮行程噴射を実施するという構
成になっていたため、始動から昇温要求の間の、吸気行
程噴射による燃料増量域で、未燃HCが多く排出される
という問題点があった。また、始動後、ストイキ近傍で
の圧縮行程噴射を実施するにあたり、筒内温度状態によ
る筒内に噴射された燃料の気化及び混合気形成により、
燃焼の安定性を確保しつつ最小限の燃費悪化で触媒昇温
をさせるために、その圧縮行程噴射前に膨張行程噴射
(追加燃料)による昇温制御を実施するという構成にな
っていたため、圧縮行程噴射による未燃HCの低減の前
に、膨張行程噴射により、著しく燃費悪化を招くという
問題点があった。
Further, after the start, when the temperature rise of the catalyst is required, the compression stroke injection in the vicinity of stoichiometry is performed. Therefore, the fuel amount increase by the intake stroke injection between the start and the temperature rise request is made. There was a problem that a large amount of unburned HC was discharged in the region. Further, after the start, when carrying out the compression stroke injection in the vicinity of the stoichiometric state, due to the vaporization and the mixture formation of the fuel injected into the cylinder due to the temperature inside the cylinder,
In order to ensure the stability of combustion and raise the temperature of the catalyst with the minimum deterioration in fuel consumption, the temperature rise control by the expansion stroke injection (additional fuel) was performed before the compression stroke injection Before the reduction of unburned HC by the stroke injection, there is a problem that the expansion stroke injection causes a remarkable deterioration of fuel efficiency.

【0008】本発明は、このような実状に鑑み、機関冷
機時における圧縮行程噴射による成層燃焼の安定性を向
上させ、またHC排出量を低減し、このように燃焼安定
性を向上できる分、早期に圧縮行程噴射による成層燃焼
に移行可能として、燃費の向上を図ることができる直噴
火花点火式内燃機関を提供することを目的とする。
In view of the above situation, the present invention improves the stability of stratified charge combustion by compression stroke injection when the engine is cold, reduces the amount of HC emission, and thus improves the combustion stability. An object of the present invention is to provide a direct injection spark ignition type internal combustion engine that can improve the fuel efficiency by enabling transition to stratified combustion by compression stroke injection at an early stage.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】このため、請求項1の発
明では、シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁
と、シリンダ内の混合気に火花点火する点火プラグとを
備える直噴火花点火式内燃機関において、前記燃料噴射
弁を、その燃料噴霧のシリンダ内を横断する方向の流速
がピストン側へ向かう流速より大きくなるように構成す
る一方、機関の冷機時に、圧縮行程にて燃料噴射を行わ
せると共に、シリンダ内の空燃比がストイキないし若干
リーンとなるように燃料噴射量を制御して、成層燃焼を
行わせる制御手段を設けたことを特徴とする。
For this reason, according to the first aspect of the present invention, the direct injection spark ignition is provided with the fuel injection valve for directly injecting the fuel into the cylinder and the spark plug for spark ignition of the air-fuel mixture in the cylinder. In the internal combustion engine, the fuel injection valve is configured such that the flow velocity of the fuel spray in the direction traversing the inside of the cylinder is higher than the flow velocity toward the piston side, while fuel injection is performed in the compression stroke when the engine is cold. A control means is provided for controlling the fuel injection amount so that the air-fuel ratio in the cylinder becomes stoichiometric or slightly lean while performing the stratified combustion.

【0010】請求項2の発明では、請求項1の発明にお
いて、排気通路に排気浄化触媒を備えることを特徴とす
る。請求項3の発明では、請求項1又は2の発明におい
て、前記燃料噴射弁は、シリンダヘッドの吸気側から排
気側を指向し且つ下方に傾斜して設けられ、その噴口が
噴射弁軸線に対してシリンダヘッド側に偏向しているこ
とを特徴とする。
The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, an exhaust purification catalyst is provided in the exhaust passage. According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the fuel injection valve is provided so as to be directed from the intake side of the cylinder head to the exhaust side and is inclined downward, and its injection port is with respect to the injection valve axis. And is deflected to the cylinder head side.

【0011】請求項4の発明では、請求項1〜3の発明
において、前記制御手段は、機関始動直後は吸気行程噴
射による均質燃焼を行わせ、その後、直接、圧縮行程噴
射による成層燃焼に移行させることを特徴とする。請求
項5の発明では、請求項4の発明において、前記制御手
段は、機関始動直後の吸気行程噴射時の空燃比はストイ
キよりリッチとし、これに続く圧縮行程噴射時の空燃比
はストイキより若干リーンとすることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the invention, in the first to third aspects of the invention, the control means causes the homogeneous combustion by the intake stroke injection to be performed immediately after the engine is started, and then directly shifts to the stratified combustion by the compression stroke injection. It is characterized by In the invention of claim 5, in the invention of claim 4, the control means sets the air-fuel ratio at the time of intake stroke injection immediately after the engine is started to be richer than stoichiometric, and the air-fuel ratio at the time of subsequent compression stroke injection is slightly less than stoichiometric. It is characterized by being lean.

【0012】請求項6の発明では、請求項4又は5の発
明において、前記圧縮行程噴射による成層燃焼への移行
条件は、ピストン冠面温度が高温状態を示す所定温度以
上であると判定されたときに成立することを特徴とす
る。請求項7の発明では、請求項6の発明において、前
記ピストン冠面温度に相関するパラメータとしての疑似
水温が所定温度以上であることをもってピストン冠面温
度が前記所定温度以上であると判定され、該疑似水温
は、始動時冷却水温度に応じた初期値と、所定周期毎の
吸入空気量に応じた遅れ補正係数とに基づいて、冷却水
温度の変化に対して遅れを持たせて算出されることを特
徴とする。
In the invention of claim 6, in the invention of claim 4 or 5, it is determined that the condition for shifting to the stratified charge combustion by the compression stroke injection is equal to or higher than a predetermined temperature at which the piston crown surface temperature indicates a high temperature state. It is characterized in that it sometimes holds. In the invention of claim 7, in the invention of claim 6, it is determined that the piston crown surface temperature is equal to or higher than the predetermined temperature because the pseudo water temperature as a parameter correlating with the piston crown surface temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. The pseudo water temperature is calculated with a delay with respect to the change of the cooling water temperature, based on the initial value according to the starting cooling water temperature and the delay correction coefficient according to the intake air amount in each predetermined cycle. It is characterized by

【0013】請求項8の発明では、請求項1〜7の発明
において、燃料性状を推定する燃料性状推定手段を備
え、前記制御手段は、シリンダ内の空燃比をストイキな
いし若干リーンとするための要求燃料量を、燃料性状に
応じて補正して算出することを特徴とする。請求項9の
発明では、請求項8の発明において、前記制御手段は、
燃料性状に応じて燃料が軽質であるほど要求燃料量を大
きく減量補正することを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the first to seventh aspects of the present invention, a fuel property estimating means for estimating the fuel property is provided, and the control means makes the air-fuel ratio in the cylinder stoichiometric or slightly lean. It is characterized in that the required fuel amount is corrected and calculated according to the fuel property. In the invention of claim 9, in the invention of claim 8, the control means is
It is characterized in that the required fuel amount is greatly reduced and corrected as the fuel is lighter in accordance with the fuel property.

【0014】請求項10の発明では、請求項8又は9の
発明において、燃料性状に応じた補正量が、機関回転数
に基づいて決定されることを特徴とする。更に、請求項
11の発明では、前記補正量に応じて機関回転数が低い
ときほど燃料噴射量が増量されることを特徴とする。請
求項12の発明では、請求項8又は9の発明において、
燃料性状に応じた補正量が、機関温度に基づいて決定さ
れることを特徴とする。更に、請求項13の発明では、
前記補正量に応じて機関温度が低いときほど燃料噴射量
が増量されることを特徴とする。
The invention of claim 10 is characterized in that, in the invention of claim 8 or 9, the correction amount according to the fuel property is determined based on the engine speed. Further, the invention of claim 11 is characterized in that the fuel injection amount is increased according to the correction amount as the engine speed is lower. In the invention of claim 12, in the invention of claim 8 or 9,
The correction amount according to the fuel property is determined based on the engine temperature. Further, in the invention of claim 13,
According to the correction amount, the fuel injection amount is increased as the engine temperature is lower.

【0015】請求項14の発明では、請求項8〜13の
発明において、前記制御手段は、燃料性状に応じた補正
を要求燃料量のオープン制御中に行うことを特徴とす
る。請求項15の発明では、請求項8〜13の発明にお
いて、前記制御手段は、燃料性状に応じた補正を要求燃
料量のフィードバック制御中に行うことを特徴とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the eighth to thirteenth aspects, the control means performs the correction according to the fuel property during the open control of the required fuel amount. A fifteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the eighth to thirteenth aspects, the control means performs the correction according to the fuel property during the feedback control of the required fuel amount.

【0016】[0016]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、次のような効
果が得られる。始動直後の冷機状態では、燃料の気化が
良くないので、安定に燃焼させるために、不要な燃料増
量をしていたが、燃料噴霧のシリンダ内を横断する方向
の流速がピストン側へ向かう流速より大きくなるように
して、圧縮行程噴射を行い、かつシリンダ内の全体の空
燃比をストイキないし若干リーンに制御することによ
り、点火プラグ近傍にストイキよりリッチな混合気が形
成され、点火プラグ近傍外(対向シリンダ壁近傍)へも
ストイキよりリーンな混合気が形成され、シリンダ内の
全体に可燃混合気を存在させることになり、従来の冷機
時の均質燃焼と同等の安定性を確保しつつ、燃焼効率を
向上させて未燃HCの排出低減が可能となる。
According to the invention of claim 1, the following effects can be obtained. In the cold state immediately after starting, the fuel vaporization was not good, so unnecessary fuel was added to ensure stable combustion.However, the flow velocity of the fuel spray in the direction that traverses the inside of the cylinder is greater than the flow velocity toward the piston side. The compression stroke injection is performed so as to be large, and the air-fuel ratio of the entire cylinder is controlled to be stoichiometric or slightly lean, so that a mixture richer than stoichiometric is formed in the vicinity of the spark plug and outside the vicinity of the spark plug ( A lean air-fuel mixture is also formed in the vicinity of the opposite cylinder wall) than stoichiometry, and a flammable air-fuel mixture is present in the entire cylinder, ensuring the same level of stability as homogeneous combustion during conventional cooling while maintaining combustion. It is possible to improve efficiency and reduce the emission of unburned HC.

【0017】特に、ピストン冠面へ向かい、はねかえっ
て点火プラグに至る燃料噴霧を少なくできるので、点火
プラグのリッチ失火を防止でき、燃焼安定性を向上させ
ることができる。また、点火プラグ周りのリッチ混合気
とシリンダ壁近傍のリーン混合気とを燃焼させること
で、酸化反応の効率化により燃焼温度を上昇させること
ができ、未燃HCの減少と機関の暖機時間の短縮とが可
能となる。
In particular, since the fuel spray toward the piston crown surface and rebounding to the spark plug can be reduced, rich misfire of the spark plug can be prevented and combustion stability can be improved. Further, by burning the rich air-fuel mixture around the spark plug and the lean air-fuel mixture in the vicinity of the cylinder wall, it is possible to raise the combustion temperature by improving the efficiency of the oxidation reaction, thereby reducing unburned HC and warming up the engine. Can be shortened.

【0018】更に、成層燃焼での燃焼安定性を向上でき
る分、始動後、早期に成層燃焼を開始することができ、
その分、燃費が向上する。請求項2の発明によれば、排
気通路に排気浄化触媒を備える内燃機関に適用すること
で、排気浄化触媒の早期活性化が可能となる。請求項3
の発明によれば、燃料噴射弁の噴口を偏向させること
で、所望の噴霧形態を得ることができる。
Further, since the combustion stability in the stratified charge combustion can be improved, the stratified charge combustion can be started early after the start,
The fuel efficiency is improved accordingly. According to the invention of claim 2, the exhaust purification catalyst can be activated early by being applied to the internal combustion engine having the exhaust purification catalyst in the exhaust passage. Claim 3
According to the invention, the desired spray form can be obtained by deflecting the injection port of the fuel injection valve.

【0019】請求項4の発明によれば、始動直後の吸気
行程噴射による均質燃焼から、直接、圧縮行程噴射によ
る成層燃焼に切換えることで、機関(排気浄化触媒を備
える場合はその触媒)を低燃費で暖機でき、また、暖機
完了までに排出されるHCの量をこれまで以上に削減で
きる。請求項5の発明によれば、機関始動直後の吸気行
程噴射時の空燃比はストイキよりリッチとし、これに続
く圧縮行程噴射時の空燃比はストイキより若干リーンと
することで、機関(排気浄化触媒を備える場合はその触
媒)を低燃費で暖機でき、また、暖機完了までに排出さ
れるHCの量をこれまで以上に削減できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the homogeneous combustion by the intake stroke injection immediately after the start is directly switched to the stratified combustion by the compression stroke injection, so that the engine (catalyst when the exhaust purification catalyst is provided) is lowered. It can be warmed up with fuel efficiency, and the amount of HC exhausted by the completion of warming up can be further reduced. According to the invention of claim 5, the air-fuel ratio at the time of intake stroke injection immediately after the engine is started is richer than stoichiometric, and the air-fuel ratio at the time of subsequent compression stroke injection is made slightly leaner than stoichiometric, so that the engine (exhaust gas purification When a catalyst is provided, the catalyst can be warmed up with low fuel consumption, and the amount of HC discharged by the completion of warming up can be reduced more than ever.

【0020】請求項6の発明によれば、冠面温度が高温
状態となった後に圧縮行程噴射による成層燃焼を行うこ
とにより、ピストン冠面を利用して点火プラグ周りに混
合気を良好に形成できる。請求項7の発明によれば、冠
面温度が高温状態となったことを疑似水温により容易か
つ比較的正確に判定できる。
According to the sixth aspect of the present invention, stratification combustion by compression stroke injection is performed after the crown surface temperature becomes high, so that the air-fuel mixture is well formed around the spark plug by utilizing the piston crown surface. it can. According to the invention of claim 7, it can be easily and relatively accurately determined by the pseudo water temperature that the crown surface temperature has become high.

【0021】請求項8の発明によれば、圧縮行程噴射に
よる成層燃焼を行う際に燃料性状に応じて燃料噴射量を
補正することとしたので、点火プラグ周りの混合気を燃
料性状の違いによらず常に適正な空燃比に制御でき、こ
のため、点火プラグ周りに発生する不完全燃焼生成物を
シリンダ内に残っている酸素と後反応させて、燃焼し切
ることが可能である。
According to the eighth aspect of the present invention, when the stratified charge combustion is performed by the compression stroke injection, the fuel injection amount is corrected according to the fuel property, so that the air-fuel mixture around the spark plug is changed to the fuel property. Therefore, the air-fuel ratio can always be controlled to an appropriate value, and thus the incomplete combustion products generated around the spark plug can be post-reacted with oxygen remaining in the cylinder and burned out.

【0022】請求項9の発明によれば、燃料が軽質であ
るほど燃料噴射量を大きく減量補正することにより、揮
発性の高さに起因して点火プラグ周りの空燃比が適正域
から逸脱して低下することによる失火を防止できる。請
求項10に係る発明によれば、補正量を機関回転数に基
づいて決定することにより、ガス流動の速さに対応して
燃料噴射量を補正できる。特に請求項11の発明のよう
に、低回転数であるときほど、即ち、ガス流動が未発達
であるときほど燃料噴射量を増量することで、気化しな
い壁面付着燃料成分を補い、プラグ周り混合気の空燃比
を一層正確に制御できる。
According to the ninth aspect of the present invention, the lighter the fuel is, the larger the fuel injection amount is corrected so that the air-fuel ratio around the spark plug deviates from the proper range due to the high volatility. It is possible to prevent the misfire caused by the decrease. According to the invention of claim 10, by determining the correction amount based on the engine speed, the fuel injection amount can be corrected corresponding to the gas flow speed. In particular, as in the invention of claim 11, the fuel injection amount is increased as the rotational speed is lower, that is, when the gas flow is undeveloped, thereby supplementing the fuel components adhering to the wall surface that are not vaporized and mixing around the plug. The air-fuel ratio of air can be controlled more accurately.

【0023】請求項12の発明によれば、補正量を機関
温度に基づいて決定することにより、暖機状態に対応し
て燃料噴射量を補正できる。特に請求項13の発明のよ
うに、機関温度が低いときほど、即ち、暖機が進んでお
らず、壁面付着燃料成分が気化し難いときほど、燃料噴
射量を増量することにより、プラグ周り混合気の空燃比
を一層正確に制御できる。
According to the twelfth aspect of the present invention, by determining the correction amount based on the engine temperature, the fuel injection amount can be corrected corresponding to the warm-up state. In particular, as in the invention of claim 13, as the engine temperature is lower, that is, when the warm-up is not advanced and the fuel components adhering to the wall surface are less likely to be vaporized, the fuel injection amount is increased to mix around the plugs. The air-fuel ratio of air can be controlled more accurately.

【0024】請求項14に係る発明によれば、燃料性状
に応じた補正を燃料噴射量のオープン制御中に行うこと
により、燃料性状の違いによる記憶値に対する空燃比の
バラツキを補償できる。請求項15に係る発明によれ
ば、燃料性状に応じた補正を燃料噴射量のフィードバッ
ク制御中に行うことにより、目標空燃比を正確に達成で
きるので、排気温度の上昇に必要な量の燃料を正確に供
給し、あるいは不完全燃焼生成物の後反応に必要な酸素
を正確に確保できる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, by performing the correction according to the fuel property during the open control of the fuel injection amount, it is possible to compensate the variation of the air-fuel ratio with respect to the stored value due to the difference of the fuel property. According to the invention of claim 15, the target air-fuel ratio can be accurately achieved by performing the correction according to the fuel property during the feedback control of the fuel injection amount, so that the amount of fuel required to raise the exhaust temperature can be increased. It is possible to accurately supply the oxygen or to ensure the oxygen necessary for the post-reaction of incomplete combustion products.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態のシス
テム構成を示しており、先ずこれについて説明する。機
関1の吸気通路2には、吸入空気量Qaを検出するエア
フローメータ3及び吸入空気量Qaを制御するスロット
ル弁4が設けられ、更に各気筒への分岐部より下流側に
は、スワール制御弁5が設けられている。そして、シリ
ンダヘッド6とピストン7とにより画成される各気筒の
燃焼室8に臨ませて、燃料噴射弁9が設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a system configuration of an embodiment of the present invention, which will be described first. An intake passage 2 of the engine 1 is provided with an air flow meter 3 for detecting an intake air amount Qa and a throttle valve 4 for controlling the intake air amount Qa. Further, a swirl control valve is provided downstream of a branch portion to each cylinder. 5 are provided. A fuel injection valve 9 is provided so as to face the combustion chamber 8 of each cylinder defined by the cylinder head 6 and the piston 7.

【0026】燃料噴射弁9は後述するコントロールユニ
ット50において設定される駆動パルス信号によって開
弁駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送されプレッ
シャレギュレータ(図示せず)により所定圧力に制御さ
れた燃料を燃焼室8内に直接噴射供給することができる
ようになっている。また、各気筒の燃焼室8に臨ませ
て、点火プラグ10が設けられ、点火プラグ10はコン
トロールユニット50からの点火信号に基づいて混合気
に対して火花点火を行う。
The fuel injection valve 9 is driven to open by a drive pulse signal set in a control unit 50, which will be described later. The fuel injection valve 9 is pressure-fed from a fuel pump (not shown) and burns fuel controlled to a predetermined pressure by a pressure regulator (not shown). It can be directly injected and supplied into the chamber 8. An ignition plug 10 is provided so as to face the combustion chamber 8 of each cylinder, and the ignition plug 10 performs spark ignition on the air-fuel mixture based on an ignition signal from the control unit 50.

【0027】一方、排気通路11には、排気中の特定成
分(例えば酸素)濃度を検出することによって排気延い
ては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ12
(リッチ・リーン出力する酸素センサであっても良い
し、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比
センサであっても良い)が設けられていて、その下流側
には、排気を浄化するための排気浄化触媒13が介装さ
れている。尚、排気浄化触媒13としては、ストイキ
〔理論空燃比;A/F(空気重量/燃料重量)=14.
7〕近傍において排気中のCO、HCの酸化とNOxの
還元とを行って排気を浄化することができる三元触媒、
或いは排気中のCO、HCの酸化を行う酸化触媒等を用
いることができる。
On the other hand, in the exhaust passage 11, an air-fuel ratio sensor 12 for detecting the concentration of a specific component (for example, oxygen) in the exhaust to detect the air-fuel ratio of the exhaust gas and thus the intake air-fuel mixture.
(A rich / lean output oxygen sensor may be used, or a wide-range air-fuel ratio sensor that linearly detects the air-fuel ratio over a wide range may be provided.) An exhaust purification catalyst 13 for purification is provided. As the exhaust purification catalyst 13, a stoichiometric [theoretical air-fuel ratio; A / F (air weight / fuel weight) = 14.
7] A three-way catalyst capable of purifying the exhaust gas by oxidizing CO and HC in the exhaust gas and reducing NOx in the vicinity thereof,
Alternatively, an oxidation catalyst or the like that oxidizes CO and HC in the exhaust gas can be used.

【0028】更に、排気浄化触媒13の下流側には、排
気中の特定成分(例えば酸素)濃度を検出し、リッチ・
リーン出力する下流側酸素センサ14が設けられてい
る。ここでは、下流側酸素センサ14の検出値により、
空燃比センサ12の検出値に基づく空燃比フィードバッ
ク制御を補正することで、空燃比センサ12の劣化等に
伴う制御誤差を抑制する等のために(所謂デュアル空燃
比センサシステム採用のために)、下流側酸素センサ1
4を設けて構成したが、空燃比センサ12の検出値に基
づく空燃比フィードバック制御を行わせるだけで良い場
合には、かかる下流側酸素センサ14は省略することが
できるものである。また、空燃比フィードバック制御を
行わない場合には、空燃比センサ12と下流側酸素セン
サ14を共に省略することができるものである。
Further, on the downstream side of the exhaust purification catalyst 13, the concentration of a specific component (eg oxygen) in the exhaust gas is detected,
A downstream oxygen sensor 14 for lean output is provided. Here, according to the detection value of the downstream oxygen sensor 14,
By correcting the air-fuel ratio feedback control based on the detection value of the air-fuel ratio sensor 12 to suppress a control error due to deterioration of the air-fuel ratio sensor 12 (for adopting a so-called dual air-fuel ratio sensor system), Downstream oxygen sensor 1
4 is provided, the downstream oxygen sensor 14 can be omitted if only the air-fuel ratio feedback control based on the detection value of the air-fuel ratio sensor 12 needs to be performed. When the air-fuel ratio feedback control is not performed, both the air-fuel ratio sensor 12 and the downstream oxygen sensor 14 can be omitted.

【0029】尚、本実施形態においては、クランク角セ
ンサ15が備えられており、コントロールユニット50
では、クランク角センサ15から機関回転と同期して出
力されるクランク単位角信号を一定時間カウントして、
又はクランク基準角信号の周期を計測して、機関回転数
Neを検出できるようになっている。また、機関1の冷
却ジャケットに臨んで、冷却ジャケット内の冷却水温度
(水温)Twを検出する水温センサ16が設けられてい
る。更に、スロットル弁4の開度を検出するスロットル
センサ17(アイドルスイッチとしても機能させること
ができる)が設けられている。
In this embodiment, the crank angle sensor 15 is provided and the control unit 50 is provided.
Then, the crank unit angle signal output from the crank angle sensor 15 in synchronization with the engine rotation is counted for a certain time,
Alternatively, the engine speed Ne can be detected by measuring the cycle of the crank reference angle signal. Further, a water temperature sensor 16 for detecting the cooling water temperature (water temperature) Tw in the cooling jacket is provided facing the cooling jacket of the engine 1. Further, a throttle sensor 17 (which can also function as an idle switch) for detecting the opening of the throttle valve 4 is provided.

【0030】ところで、本実施形態においては、前記ス
ロットル弁4の開度を、DCモータ等のアクチュエータ
により制御することができるスロットル弁制御装置18
が備えられている。当該スロットル弁制御装置18は、
アクセルペダルセンサ19により検出される運転者のア
クセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを
達成できるように、コントロールユニット50からの駆
動信号に基づき、スロットル弁4の開度を電子制御する
ものとして構成することができる。
By the way, in the present embodiment, the throttle valve control device 18 capable of controlling the opening degree of the throttle valve 4 by an actuator such as a DC motor.
Is provided. The throttle valve control device 18 is
Electronically controlling the opening of the throttle valve 4 based on a drive signal from the control unit 50 so that a required torque calculated based on the accelerator pedal operation amount of the driver detected by the accelerator pedal sensor 19 can be achieved. Can be configured as.

【0031】前記各種センサ類からの検出信号は、CP
U、ROM、RAM、A/D変換器及び入出カインタフ
エース等を含んで構成されるマイクロコンピュータから
なるコントロールユニット50へ入力され、当該コント
ロールユニット50は、前記センサ類からの信号に基づ
いて検出される運転状態に応じて、前記スロットル弁制
御装置18を介してスロットル弁4の開度を制御し、前
記燃料噴射弁9を駆動して燃料噴射量(燃料供給量)を
制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火プラ
グ10を点火させる制御を行う。
The detection signals from the various sensors are CP
U, ROM, RAM, A / D converter, input / output interface, and the like are input to a control unit 50 composed of a microcomputer, and the control unit 50 detects based on signals from the sensors. Depending on the operating state, the opening of the throttle valve 4 is controlled via the throttle valve control device 18, the fuel injection valve 9 is driven to control the fuel injection amount (fuel supply amount), and the ignition timing is adjusted. Is set to control ignition of the spark plug 10 at the ignition timing.

【0032】尚、例えば、所定運転状態(低・中負荷領
域など)で燃焼室8内に圧縮行程で燃料噴射して、燃焼
室8内の点火プラグ10周辺に可燃混合気を層状に形成
して成層燃焼を行うことができる一方、他の運転状態
(高負荷領域など)では燃焼室8内に吸気行程で燃料噴
射して、燃焼室8全体に略均質な混合比の混合気を形成
して均質燃焼を行うことができるように、燃料噴射時期
(噴射タイミング)についても、運転状態などに応じて
変更可能に構成されている。
Note that, for example, fuel is injected into the combustion chamber 8 in a compression stroke in a predetermined operating state (low / medium load region, etc.) to form a layered combustible mixture around the spark plug 10 in the combustion chamber 8. While the stratified charge combustion can be performed by the fuel injection, the fuel is injected into the combustion chamber 8 in the intake stroke in other operating states (such as the high load region) to form the air-fuel mixture having a substantially homogeneous mixture ratio in the entire combustion chamber 8. The fuel injection timing (injection timing) is also configured to be changeable according to the operating state so that homogeneous combustion can be performed.

【0033】ところで、本実施形態に係るコントロール
ユニット50では、始動開始から排気浄化触媒13が活
性化するまでの間における大気中へのHCの排出を抑制
しながら、排気浄化触媒13の早期活性化を図るように
するために、キースイッチ20からなど各種センサから
の入力信号を受け、例えば、以下のような制御を行うよ
うになっている。
By the way, in the control unit 50 according to this embodiment, the exhaust purification catalyst 13 is activated early while suppressing the emission of HC into the atmosphere from the start of the engine until the exhaust purification catalyst 13 is activated. In order to achieve this, input signals from various sensors such as the key switch 20 are received and, for example, the following control is performed.

【0034】具体的には、例えば、図2に示すようなフ
ローチャートを実行するようになっている。ステップ1
(図にはS1と記す。以下同様)では、キースイッチ2
0のイグニッション信号がONとなったか(キー位置が
イグニッションON位置とされたか)否かを判断する。
YESであればステップ2へ進み、NOであれば本フロ
ーを終了する。
Specifically, for example, the flowchart shown in FIG. 2 is executed. Step 1
(Indicated as S1 in the figure. The same applies hereinafter), the key switch 2
It is determined whether or not the ignition signal of 0 is turned on (whether the key position is set to the ignition ON position).
If YES, the process proceeds to step 2, and if NO, this flow ends.

【0035】ステップ2では、キースイッチ20のスタ
ート信号がONとなったか(キー位置がスタート位置と
されたか)否かを判断する。即ち、スタータモータ(図
示せず)によるクランキング要求があるか否かを判断す
る。YESであれば、始動のためのクランキング要求が
あるとしてステップ3へ進み、NOであれば、未だクラ
ンキング要求はないと判断してステップ1ヘリターンす
る。
In step 2, it is determined whether or not the start signal of the key switch 20 is turned on (whether the key position is the start position). That is, it is determined whether or not there is a cranking request by a starter motor (not shown). If YES, it is determined that there is a cranking request for starting, and the process proceeds to step 3. If NO, it is determined that there is no cranking request and the process returns to step 1.

【0036】ステップ3では、従来同様に、スタータモ
ータの駆動を開始して、機関1をクランキングする。次
のステップ4では、従来同様に、始動のための燃料噴射
として、吸気行程噴射を行わせることで、吸気行程噴射
による均質燃焼を行わせる。次のステップ5では、排気
浄化触媒13が活性化していないか否かを判断する。当
該判断は、例えば、後述する図3のフローチャートに一
例として示したように、排気通路11に臨んで設けられ
る下流側酸素センサ14が活性化していないか否かを判
断(ステップ12で判断)することで代替することがで
きる。即ち、排気浄化触媒13が活性化しているか否か
は、図4に示すような下流側酸素センサ14の検出信号
の変化の様子に基づいて判断することができるものであ
る。
In step 3, the drive of the starter motor is started and the engine 1 is cranked as in the conventional case. In the next step 4, as in the conventional case, the intake stroke injection is performed as the fuel injection for starting, so that the homogeneous combustion by the intake stroke injection is performed. In the next step 5, it is determined whether or not the exhaust purification catalyst 13 has been activated. The determination is, for example, whether or not the downstream oxygen sensor 14 provided facing the exhaust passage 11 is activated (determined in step 12), as shown as an example in the flowchart of FIG. 3 described later. It can be replaced by That is, whether or not the exhaust purification catalyst 13 is activated can be determined based on the state of change in the detection signal of the downstream oxygen sensor 14 as shown in FIG.

【0037】また、機関水温Tw若しくは油温を検出し
て排気浄化触媒13の温度(或いは出口温度)を推定
し、その結果に基づいて排気浄化触媒13の活性化を判
断することができ、或いは直接的に排気浄化触媒13の
温度(或いは出口温度)を検出することによっても判断
することができる。触媒が活性化していなければ(YE
Sであれば)、ステップ6へ進む。一方、触媒が活性化
していれば(NOであれば)、触媒活性化促進のための
制御の必要はないとしてステップ10へ進み、燃費改善
等のために、従来同様の通常の燃焼制御により、運転状
態に応じた燃焼形態(均質ストイキ燃焼、均質リーン燃
焼、成層リーン燃焼)で燃焼を行わせて、本フローを終
了する。
Further, it is possible to detect the engine water temperature Tw or the oil temperature, estimate the temperature of the exhaust purification catalyst 13 (or the outlet temperature), and judge the activation of the exhaust purification catalyst 13 based on the result, or The determination can also be made by directly detecting the temperature (or the outlet temperature) of the exhaust purification catalyst 13. If the catalyst is not activated (YE
If S), go to step 6. On the other hand, if the catalyst is activated (if NO), it is determined that the control for accelerating the catalyst activation is not necessary, and the process proceeds to step 10, and in order to improve the fuel consumption, the normal combustion control similar to the conventional one is performed. The combustion is performed in a combustion mode (homogeneous stoichiometric combustion, homogeneous lean combustion, stratified lean combustion) according to the operating state, and the present flow ends.

【0038】ステップ6では、ピストン7の冠面温度、
特にピストン冠面に凹設したボウル部7aの表面温度
が、所定温度(圧縮行程噴射への移行許可温度)以上と
なっているか否かを判断する。かかる判定は、ピストン
7(特にその冠面)に埋め込んだサーモカップル等によ
り直接検出することで行うことができ、或いは機関水温
Tw又は油温を検出することでピストン7の冠面温度を
推定し、その結果に基づいて行わせることもできる。
In step 6, the crown surface temperature of the piston 7,
In particular, it is determined whether or not the surface temperature of the bowl portion 7a recessed in the crown surface of the piston is equal to or higher than a predetermined temperature (permission temperature for transition to compression stroke injection). Such a determination can be made by directly detecting it with a thermocouple or the like embedded in the piston 7 (particularly its crown surface), or by estimating the engine water temperature Tw or the oil temperature, the crown surface temperature of the piston 7 can be estimated. , It can also be performed based on the result.

【0039】尚、具体的には、例えば、後述する図5の
フローチャートに一例として示したように、ピストン冠
面温度と相関のある疑似水温TWFに基づいて行わせる
ことができる、即ち、例えば図6に示すように、ピスト
ン冠面温度と相関のある疑似水温TWFを推定演算し、
その結果が所定値TWF1(圧縮行程噴射への移行許可
温度)に達したか否かで行うことが可能である。
Specifically, for example, as shown in the flow chart of FIG. 5 described later as an example, it can be performed based on the pseudo water temperature TWF that correlates with the piston crown surface temperature. 6, the pseudo water temperature TWF correlated with the piston crown surface temperature is estimated and calculated,
It is possible to determine whether or not the result has reached a predetermined value TWF1 (temperature for permitting transition to compression stroke injection).

【0040】YESの場合には、ステップ7へ進む。一
方、NOの場合には、後述する触媒活性化促進のための
圧縮行程噴射による成層燃焼を行わせると、ピストン冠
面温度が所定より低温であるために、当該ピストン冠面
を利用した成層混合気の霧化・気化促進などが良好に行
われなくなり、以って着火性、燃焼安定性延いては機関
安定性(機関運転性)等が低下する恐れがあるとして、
圧縮行程噴射による成層燃焼への移行を禁止して、吸気
行程噴射による均質燃焼を継続すべく、ステップ4ヘリ
ターンする。
If YES, go to step 7. On the other hand, in the case of NO, when stratified charge combustion is performed by compression stroke injection for accelerating catalyst activation, which will be described later, since the piston crown surface temperature is lower than a predetermined value, stratification mixing using the piston crown surface is performed. It is said that atomization and promotion of vaporization will not be performed well, which may reduce ignitability, combustion stability, and engine stability (engine drivability).
In order to prohibit the transition to the stratified charge combustion by the compression stroke injection and continue the homogeneous combustion by the intake stroke injection, the process returns to step 4.

【0041】ステップ7では、圧縮行程噴射による成層
燃焼を行わせるための条件を満たしているか否かを判断
する。当該判断は、例えば、後述する図7のフローチャ
ートに一例として示したように、圧縮行程噴射を実行す
るにあたり、圧縮行程噴射による成層燃焼を、アイドル
中、走行中にかかわらず、機関運転性を損なうことな
く、安定的に行うことが可能か否かを判断するものであ
る。
In step 7, it is judged whether or not the conditions for performing the stratified charge combustion by the compression stroke injection are satisfied. For example, as shown in the flowchart of FIG. 7, which will be described later, the determination impairs the engine drivability when performing the compression stroke injection, regardless of whether the stratified charge combustion by the compression stroke injection is idle or running. It is to judge whether or not stable operation can be performed.

【0042】具体的には、ステップ31では、機関に付
随する各種センサ類からの信号(例えばTw、Ne、Q
a等)がコントロールユニット50へ入力され、読込み
が行われる。ステップ32では、その読込み値に対し、
予めコントロールユニット50に内蔵されているRAM
値と比較して、圧縮行程噴射で燃料噴射させた時に、燃
焼安定性が損なわれずに実施できるか否かを判定する。
Specifically, in step 31, signals (eg, Tw, Ne, Q) from various sensors associated with the engine are set.
(a, etc.) is input to the control unit 50 and read. In step 32, for the read value,
RAM built in the control unit 50 in advance
By comparing the value with the value, it is determined whether or not the combustion stability can be implemented when the fuel is injected in the compression stroke injection.

【0043】全ての信号入力値のA/D変換後の値がR
AM値の設定範囲内であれば、YESとして、ステップ
33へ進み、圧縮行程噴射許可フラグFLGを1とし
て、本フローを終了する。一方、信号入力値のA/D変
換後の値のいずれかが、RAM値の設定範囲外にあれ
ば、圧縮行程噴射への移行不可と判断して、ステップ3
4へ進み、圧縮行程噴射許可フラグFLGを0として、
本フローを終了する。
The values after A / D conversion of all signal input values are R
If it is within the set range of the AM value, YES is determined and the process proceeds to step 33, the compression stroke injection permission flag FLG is set to 1, and this flow is ended. On the other hand, if any of the A / D converted values of the signal input value is outside the setting range of the RAM value, it is determined that the transition to the compression stroke injection is impossible, and step 3
4, the compression stroke injection permission flag FLG is set to 0,
This flow ends.

【0044】従って、ステップ7では、圧縮行程噴射許
可フラグFLGが1となった場合のみにステップ8へ進
み、圧縮行程噴射許可フラグFLGが0の場合は、圧縮
行程噴射不許可として、直ちに、ステップ10に進み、
運転状態に応じた通常の燃焼制御に移行して、本フロー
を終了する。ステップ8では、触媒が活性化しておらず
触媒活性化促進が必要であると共に、ピストン冠面温度
が所定値以上で成層混合気の生成が良好に行える場合で
あるので、触媒活性化促進のための圧縮行程噴射による
成層燃焼への移行を許可して、コールド成層燃焼(スト
イキ成層燃焼)を行わせる。
Therefore, in step 7, the process proceeds to step 8 only when the compression stroke injection permission flag FLG becomes 1, and when the compression stroke injection permission flag FLG is 0, the compression stroke injection is not permitted and the step immediately follows. Go to 10,
The process shifts to normal combustion control according to the operating state, and the present flow ends. In step 8, since the catalyst is not activated and it is necessary to promote the catalyst activation, and when the piston crown surface temperature is equal to or higher than the predetermined value, the stratified mixture can be satisfactorily generated. The transition to the stratified charge combustion by the compression stroke injection is permitted to perform the cold stratified charge combustion (stoichiometric stratified charge combustion).

【0045】具体的には、例えば、1燃焼サイクル当り
の吸入空気量で略完全燃焼させることができるトータル
燃料量(略ストイキからややリーンを達成するのに必要
な燃料重量)を圧縮行程で燃焼室8内に噴射供給し、点
火プラグ10周りにストイキよりも比較的リッチな(燃
料濃度の高い)混合気を略層状に形成して、燃焼させ
る。
Specifically, for example, a total fuel amount (fuel weight necessary to achieve a slight lean from stoichiometric) capable of being substantially completely burned with an intake air amount per combustion cycle is burned in a compression stroke. The mixture is injected and supplied into the chamber 8, and an air-fuel mixture which is relatively richer (higher in fuel concentration) than stoichiometric is formed around the ignition plug 10 in a substantially layered form and burned.

【0046】上記のようなコールド成層燃焼によれば、
従来の均質燃焼或いは主燃焼以降の膨張行程噴射による
燃焼と比較して、燃費性能を極端に悪化させることな
く、排気ガス温度を上昇させることができるだけでな
く、燃焼室から排気通路に排出される未燃HCを減少さ
せることができる。即ち、コールド成層燃焼によれば、
従来の燃焼形態〔均質燃焼だけ、均質リーン、成層リー
ンに対し、更に追加燃料を燃焼後期以降(膨張行程以降
や排気行程中)に噴射する燃焼〕で暖機を行わせる場合
に比べて、始動開始から排気浄化触媒13が活性化する
までの間に燃料消費量を抑えながら、大気中へのHCの
排出を抑制しながら、排気浄化触媒13の早期活性化を
促進できることになる。
According to the cold stratified combustion as described above,
Compared with conventional homogeneous combustion or combustion by expansion stroke injection after main combustion, the exhaust gas temperature can be raised without significantly deteriorating fuel efficiency, and it is discharged from the combustion chamber to the exhaust passage. Unburned HC can be reduced. That is, according to cold stratified combustion,
Compared to the case of warming up in the conventional combustion mode (combustion in which additional fuel is injected after the latter stage of combustion (after the expansion stroke or during the exhaust stroke) in addition to homogeneous combustion, homogeneous lean, stratified lean) From the start to the activation of the exhaust purification catalyst 13, it is possible to accelerate the early activation of the exhaust purification catalyst 13 while suppressing the fuel consumption and suppressing the emission of HC into the atmosphere.

【0047】次にステップ9では、ステップ5と同様の
手法(図3のフローチャート)により排気浄化触媒13
が活性化したか(暖機完了か)否かを判断する。YES
であれば、ステップ10へ進む。NOであれば、ステッ
プ8ヘリターンして、排気浄化触媒13が活性化するま
で、コールド成層燃焼を継続する。ステップ10では、
運転状態に応じ、所望の排気性能、或いは燃費性能、或
いは運転性能(出力性能、安定性など)等を達成し得る
燃焼形態(均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼、或いは
成層リーン燃焼など)へ移行させた後、本フローを終了
する。
Next, at step 9, the exhaust purification catalyst 13 is prepared by the same method as at step 5 (flowchart in FIG. 3).
Is activated (warm-up completed). Yes
If so, go to step 10. If NO, the process returns to step 8 to continue the cold stratified combustion until the exhaust purification catalyst 13 is activated. In step 10,
Depending on the operating condition, shift to a combustion mode (homogeneous stoichiometric combustion, homogeneous lean combustion, stratified lean combustion, etc.) that can achieve desired exhaust performance, fuel efficiency performance, driving performance (output performance, stability, etc.). After this, this flow ends.

【0048】尚、本実施形態では、圧縮行程噴射の燃焼
性に悪影響を与える恐れのある運転状態において(例え
ば、ピストン冠面温度が所定温度より低温のときは)、
該コールド成層燃焼への移行を禁止するように構成した
が、排気浄化触媒13の早期活性化を最優先したい場合
等には、このような構成を採用しなくても良いものであ
る(即ち、図2のフローチャートにおけるステップ6は
省略することも可能である)。
In the present embodiment, in an operating state where the combustibility of the compression stroke injection may be adversely affected (for example, when the piston crown surface temperature is lower than a predetermined temperature),
Although it is configured such that the transition to the cold stratified charge combustion is prohibited, such a configuration may not be adopted when the early activation of the exhaust purification catalyst 13 is to be given the highest priority (that is, Step 6 in the flowchart of FIG. 2 can be omitted).

【0049】ここで、排気浄化触媒の活性判断につい
て、図3のフローチャートにより、図4のタイムチャー
トを参照しつつ、説明する。ステップ11では、下流側
酸素センサ14にヒーターによる加熱を行っていないか
否を判断する。NOであれば(行っていれば)、ヒータ
ーによる加熱の影響が大きく、下流側酸素センサ14延
いては排気浄化触媒13の活性化判断には誤差が生じる
として、本フローを終了する。一方、YESであれば
(行っていなければ)、下流側酸素センサ14延いては
排気浄化触媒13の活性化判定を精度良く行うことがで
きるとして、ステップ12へ進む。
Here, the determination of the activity of the exhaust purification catalyst will be described with reference to the time chart of FIG. 4 according to the flowchart of FIG. In step 11, it is determined whether the downstream oxygen sensor 14 is not heated by the heater. If NO (if done), the influence of heating by the heater is great, and an error occurs in the activation determination of the downstream oxygen sensor 14 and thus the exhaust purification catalyst 13, and this flow is ended. On the other hand, if YES (if not performed), it is determined that the activation of the downstream oxygen sensor 14 and thus the exhaust purification catalyst 13 can be accurately performed, and the process proceeds to step 12.

【0050】ステップ12では、下流側酸素センサ14
が活性化しているか否かを判断する。例えば図4に示す
ように、下流側酸素センサ14の出力電圧が、初期電圧
V0に維持された状態から、所定レベル(V0+dV
R)となったか否か等に基づいて判断することができ
る。尚、逆に、初期電圧V0に維持された状態から、所
定レベル(V0+dVL)となったか否か等に基づいて
判断することもできる。また、下流側酸素センサ14の
出力が所定回数リッチ・リーン反転したこと等に基づい
て、下流側酸素センサ14が活性化したか否かを判断す
るように構成することもできる。NOであれば、活性化
判断されるまで、ステップ12を繰り返し、YESであ
れば、ステップ13へ進む。
In step 12, the downstream oxygen sensor 14
Is activated. For example, as shown in FIG. 4, when the output voltage of the downstream oxygen sensor 14 is maintained at the initial voltage V0, a predetermined level (V0 + dV) is reached.
It is possible to make a judgment based on whether or not R) has occurred. On the contrary, it is also possible to make a determination based on whether or not a predetermined level (V0 + dVL) is reached from the state where the initial voltage V0 is maintained. Further, it may be configured to determine whether or not the downstream oxygen sensor 14 is activated based on the output of the downstream oxygen sensor 14 being rich / lean inverted a predetermined number of times. If NO, repeat step 12 until activation is determined, and if YES, proceed to step 13.

【0051】ステップ13では、排気浄化触媒13が活
性化したと判断する。即ち、排気浄化触媒13の下流側
に設けられる下流側酸素センサ14が活性化したのは、
排気浄化触媒13の出口側排気温度の上昇(酸化反応)
によるものであるとして、上流側の排気浄化触媒13が
活性化したと判断(推定)するものである。ステップ1
4では、下流側酸素センサ14のヒーターに対する通電
制御(下流側酸素センサ14の温度を所定温度に維持す
るための制御など)を開始し、その後本フローを終了す
る。
In step 13, it is judged that the exhaust purification catalyst 13 has been activated. That is, the downstream oxygen sensor 14 provided on the downstream side of the exhaust purification catalyst 13 is activated as follows.
Exhaust gas temperature rise on the outlet side of the exhaust purification catalyst 13 (oxidation reaction)
Therefore, it is determined (estimated) that the upstream side exhaust purification catalyst 13 has been activated. Step 1
In 4, the energization control of the heater of the downstream oxygen sensor 14 (control for maintaining the temperature of the downstream oxygen sensor 14 at a predetermined temperature, etc.) is started, and then this flow is ended.

【0052】次に、ピストン冠面温度判断について、図
5のフローチャートにより、図6のタイムチャートを参
照しつつ、説明する。ステップ21では、図6に示すよ
うな方法により、ピストン冠面温度と相関のある疑似水
温TWF[t] (tはイグニッション信号ON後の経過時
間)を推定演算し、該推定演算された疑似水温TWF
[t] が、所定温度TWF1以上であるか否かを判断す
る。
Next, the piston crown surface temperature determination will be described with reference to the time chart of FIG. 6 according to the flowchart of FIG. In step 21, the pseudo water temperature TWF [t] (t is the elapsed time after the ignition signal is turned on) correlated with the piston crown surface temperature is estimated and calculated by the method as shown in FIG. 6, and the estimated and calculated pseudo water temperature is calculated. TWF
It is determined whether [t] is equal to or higher than the predetermined temperature TWF1.

【0053】尚、疑似水温TWFは、始動時水温TWe
0に応じて、疑似水温初期値TWF0から始まり、単位
時間毎に吸入空気量Qaによって決まる遅れ補正係数K
twfずつ一次遅れで機関水温Tweに向かって収束す
る。 TWF[t] =TWe[t] −(TWe[t] −TWF[t-1]
)×(1−Ktwf) ここで、、TWF[0] =TWe[0] 、tはIGN/SW
−ON後の経過時間である。尚、疑似水温初期値TWF
0は、始動時水温TWe0に基づき図6に示すテーブル
等を参照することで求めることができ、遅れ補正係数K
twfは吸入空気量Qaに基づき図6に示すテーブル等
を参照して求めることができるものである。
The pseudo water temperature TWF is the starting water temperature TWe.
Depending on 0, the delay correction coefficient K starts from the pseudo water temperature initial value TWF0 and is determined by the intake air amount Qa per unit time.
It converges toward the engine water temperature Twe with a first-order delay by twf. TWF [t] = TWe [t]-(TWe [t] -TWF [t-1]
) × (1−Ktwf) where TWF [0] = TWe [0], t is IGN / SW
-Elapsed time after ON. In addition, pseudo water temperature initial value TWF
0 can be obtained by referring to the table or the like shown in FIG. 6 based on the starting water temperature TWe0, and the delay correction coefficient K
twf can be obtained based on the intake air amount Qa by referring to the table shown in FIG.

【0054】ステップ21での判断で、YES(TWF
[t] ≧TWF1)であれば、ステップ22へ進み、NO
であれば、ステップ21ヘリターンする。ステップ22
では、ピストン冠面温度が所定値以上と判断して、本フ
ローを終了する。次に、前記コールド成層燃焼につい
て、更に詳しく説明する。従来の圧縮行程噴射では、機
関冷機状態においては、ピストン冠面やシリンダ壁等の
温度が低く、筒内に直接噴射された燃料の気化が悪く、
点火プラグ周りに良好な可燃混合気を形成することが難
しかった。
When the judgment in step 21 is YES (TWF
If [t] ≥ TWF1), the process proceeds to step 22 and NO.
If so, the process returns to step 21. Step 22
Then, it is determined that the piston crown surface temperature is equal to or higher than the predetermined value, and the present flow ends. Next, the cold stratified combustion will be described in more detail. In the conventional compression stroke injection, the temperature of the piston crown surface and the cylinder wall is low in the engine cold state, and the vaporization of the fuel directly injected into the cylinder is poor,
It was difficult to form a good combustible mixture around the spark plug.

【0055】特開平10−169488号公報には、完
暖過程での圧縮行程噴射において燃料制御と共に燃料の
噴射時期を遅角させて、点火プラグ周りの混合気をオー
バーリッチにさせる一方、点火プラグ周り近傍以外の所
には、残留酸素が存在する領域があり、主燃焼の後半に
筒内酸化反応を行う制御手段が提示されている。また、
特開2000−240485号公報には、冷機始動直後
の機関状態では、圧縮行程噴射による昇温手段では排気
浄化触媒でのCOやHCの酸化反応が鈍く昇温性が促進
しないという観点から、前記圧縮行程噴射制御の前に、
圧縮行程噴射+膨張行程噴射などの2段噴射を行ってい
る事例がある。
In Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-169488, in the compression stroke injection in the complete warming process, the fuel is controlled and the fuel injection timing is retarded so that the air-fuel mixture around the spark plug is overriched while the spark plug is sparked. There is a region where residual oxygen exists in places other than the vicinity, and a control means for performing the in-cylinder oxidation reaction in the latter half of the main combustion is presented. Also,
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-240485 discloses that, in an engine state immediately after the start of a cold machine, the temperature raising means by compression stroke injection has a slow oxidation reaction of CO and HC in the exhaust purification catalyst and does not promote the temperature raising property. Before the compression stroke injection control,
There are cases where two-stage injection such as compression stroke injection + expansion stroke injection is performed.

【0056】以上のことから、機関冷機状態の圧縮行程
噴射による燃焼安定性向上及び残酸素による筒内酸化反
応の促進による排気浄化触媒の昇温には、必ずしも良好
な燃焼、燃費を極力悪化させない手法については確立し
ていないと考えられる。本発明は、このような背景か
ら、完暖時に実現されている、成層燃焼、所謂層状燃焼
による混合気形成について着目し、機関冷機状態におい
ても、筒内に噴射された燃料の気化が十分になされない
場合でも、燃焼安定性を実現できる、噴射弁特性と燃焼
制御について提案するものである。また、従来の冷機始
動直後の吸気行程噴射に対して、圧縮行程噴射に移行し
ても、同等以上の燃焼安定性を確保しつつ、かつ機関の
空燃比をストイキないし若干リーン側に設定することで
排気昇温性も向上させた。
From the above, in order to improve the combustion stability by the compression stroke injection in the engine cold state and to raise the temperature of the exhaust purification catalyst by promoting the in-cylinder oxidation reaction due to residual oxygen, good combustion and fuel consumption are not necessarily deteriorated as much as possible. It seems that the method has not been established. Against this background, the present invention focuses on stratified combustion, which is so-called stratified combustion, which is realized at the time of complete warming, and vaporizes the fuel injected into the cylinder sufficiently even in the engine cold state. It proposes injection valve characteristics and combustion control that can achieve combustion stability even if not done. Also, even if the intake stroke injection immediately after the start of the conventional cold machine is shifted to the compression stroke injection, the combustion stability equal to or higher than that is ensured, and the air-fuel ratio of the engine is set to the stoichiometric or slightly lean side. The exhaust gas temperature raising property was also improved.

【0057】本発明で用いる燃料噴射弁9について、図
8(又は図9)及び図10により、燃焼室構造と共に説
明する。ピストン7の冠面にその中心から吸気弁側にオ
フセットされた位置に中心を有するボウル部(凹部、キ
ャビティ)7aを形成し、ボウル部7aのピストン中心
側の周縁部の上方に位置させて、シリンダヘッド6の略
中央部に点火プラグ10を配置してある。
The fuel injection valve 9 used in the present invention will be described with reference to FIG. 8 (or FIG. 9) and FIG. 10 together with the combustion chamber structure. A bowl portion (recess, cavity) 7a having a center at a position offset from the center to the intake valve side is formed on the crown surface of the piston 7, and is located above the peripheral edge portion of the bowl portion 7a on the piston center side. An ignition plug 10 is arranged at a substantially central portion of the cylinder head 6.

【0058】一方、燃料噴射弁9は、シリンダヘッド6
の吸気弁側に、吸気弁側から排気弁側へ斜め下向きの取
付角で配置する一方、燃料噴射弁9の噴口(オリフィ
ス)9a(その噴射中心線OC)を噴射弁軸線BCに対
して偏向するように加工することで(偏向角β)、噴口
9aからの噴霧(噴射中心線OC)が噴射弁軸線BCに
対してシリンダヘッド6側に偏向して、偏向した方向の
噴霧流速(L1)が反偏向側の噴霧流速(L2)より大
きくなるように構成してある。
On the other hand, the fuel injection valve 9 is connected to the cylinder head 6
On the intake valve side of the fuel injection valve 9 from the intake valve side to the exhaust valve side at an obliquely downward attachment angle, while deflecting the injection port (orifice) 9a (the injection center line OC) of the fuel injection valve 9 with respect to the injection valve axis BC. By performing such processing (deflection angle β), the spray (the injection center line OC) from the injection port 9a is deflected toward the cylinder head 6 side with respect to the injection valve axis BC, and the spray flow velocity (L1) in the deflected direction is obtained. Is higher than the spray flow velocity (L2) on the anti-deflection side.

【0059】ここで、燃料噴射弁9の噴霧特性は、噴射
弁先端部のオリフィス偏向角βが最も影響しており、オ
リフィス偏向角βによって、燃料の接触長さを変更でき
る。このことによって、燃料噴射時に、オリフィス内部
の接触部の長い所を通った燃料噴霧の速度は減衰し、接
触部の短い所を通った燃料噴霧は減衰が抑えられ、噴霧
の到達距離、貫徹力が強くなるのと同時に噴射量も増加
することになる。
Here, the spray characteristic of the fuel injection valve 9 is most influenced by the orifice deflection angle β at the tip of the injection valve, and the contact length of fuel can be changed by the orifice deflection angle β. As a result, at the time of fuel injection, the velocity of the fuel spray passing through the long contact point inside the orifice is attenuated, and the fuel spray passing through the short contact point is suppressed from being attenuated. Becomes stronger, the injection amount also increases at the same time.

【0060】尚、最終的に、燃焼室内に形成される混合
気分布は、機関本体温度、全燃料噴射量、運転状態によ
る吸入空気量との組み合わせ、及び噴射、点火時期制御
により異なるが、噴霧特性は、ほぼ噴射弁の構造に一任
されるものである。次に、本発明での機関冷機状態での
混合気形成を説明する前に、先ず、完暖時の圧縮行程噴
射による混合気形成について、図8を用いて説明する。
Finally, the air-fuel mixture distribution formed in the combustion chamber differs depending on the combination of the engine body temperature, the total fuel injection amount, the intake air amount depending on the operating conditions, and the injection and ignition timing control. The characteristics are largely left to the structure of the injection valve. Next, before describing the mixture formation in the engine cold state in the present invention, first, the mixture formation by the compression stroke injection at the time of complete warming will be described with reference to FIG.

【0061】図8は機関完暖時の所謂成層燃焼時の燃料
噴射弁から噴射された燃料噴霧と気化した混合気の様子
を示す。燃料の噴射時期は、圧縮過程において、点火プ
ラグ9周りに可燃混合気が形成できる時期(圧縮時の筒
内ガス温度で噴射された燃料が充分に気化できる時
間)、ガス流動(スワール流)に乗ってピストン7の冠
面のボウル部7a内にこぼれなく収められる時期等によ
って決められる。実際には、機関の運転状態、運転者の
要求トルクによって異なるため、点火時期と合わせて、
予め決められた定数をコントロールユニット50に内蔵
された記憶装置から参照されて設定されるものである。
FIG. 8 shows a state of the fuel spray injected from the fuel injection valve and the vaporized mixture during so-called stratified combustion when the engine is completely warmed. The fuel injection timing is set to a timing at which a combustible air-fuel mixture can be formed around the ignition plug 9 in the compression process (a time at which the fuel injected at the cylinder gas temperature during compression can be sufficiently vaporized) and a gas flow (swirl flow). It is determined by the time, etc., at which the vehicle is ridden and stored in the bowl portion 7a of the crown surface of the piston 7 without spilling. Actually, since it depends on the operating state of the engine and the torque required by the driver, the ignition timing and
A predetermined constant is set by referring to a storage device built in the control unit 50.

【0062】図8は次の状態を示している。 (1)噴霧の先端部は成層燃焼要件により吸入空気量が
多く、筒内で圧縮端での圧力が高くなるので、噴霧の到
達距離は吸気行程噴射に対して短くなる。 (2)噴霧の先端部では、圧縮端の温度が高いことによ
り気化が増進されることにより、噴霧の貫徹力が低下す
る。 (3)また、スワール制御弁による吸入時のガス流動の
発生と圧縮行程でのスワール流の保持により噴霧貫徹力
が弱められ、ピストンボウル部外に広がる噴霧を抑制し
ている。 (4)ピストン上面及び近傍で気化した混合気は、スワ
ール流によりボウル部内に保持されて、点火プラグ近傍
に可燃混合気が形成される。
FIG. 8 shows the next state. (1) Since the amount of intake air is large at the tip of the spray due to the requirement of stratified combustion and the pressure at the compression end in the cylinder is high, the reach distance of the spray is shorter than that of the intake stroke injection. (2) At the tip of the spray, the penetration temperature of the spray is reduced due to the increased vaporization due to the high temperature at the compression end. (3) Further, the spray penetration force is weakened by the generation of gas flow at the time of suction by the swirl control valve and the retention of the swirl flow in the compression stroke, and the spray spreading outside the piston bowl portion is suppressed. (4) The gas mixture vaporized on and near the top surface of the piston is held in the bowl by the swirl flow, and a combustible gas mixture is formed near the spark plug.

【0063】また、完暖時の混合気形成は、噴射弁先端
構造の改良により、噴射弁の燃料噴射方向をピストン側
ではなくシリンダヘッド側に偏向させており、かかる噴
霧形状により、ピストンが上昇中の圧縮行程において、
噴射されたピストン方向の燃料噴霧がピストン冠面に直
接当たることを避けることで、ピストンボウル部上で点
火プラグ周りに均等な可燃混合気の形成を実現してい
る。
Further, in the formation of the air-fuel mixture at the time of complete warming, the fuel injection direction of the injection valve is deflected not to the piston side but to the cylinder head side by the improvement of the injection valve tip structure, and the piston rises due to the spray shape. In the middle compression stroke,
By preventing the injected fuel spray in the piston direction from directly hitting the crown surface of the piston, an even combustible mixture is formed around the spark plug on the piston bowl.

【0064】噴射量については、筒内平均理論空燃比が
25〜40になるように設定されており全噴射量が気化
しても筒内全域には広がらない。また、噴射直後に、筒
内の高温ガスから熱をもらい噴霧先端部から気化が起き
るため、噴霧の貫徹力は抑えられる。また、前記ガス流
動により点火時点での混合気の広がりは、点火プラグ周
りに集中していることになる。
The injection amount is set so that the in-cylinder average theoretical air-fuel ratio is 25 to 40, and even if the entire injection amount is vaporized, it does not spread to the entire region in the cylinder. Further, immediately after the injection, heat is received from the high temperature gas in the cylinder and vaporization occurs from the spray tip portion, so the penetration force of the spray is suppressed. Further, the spread of the air-fuel mixture at the time of ignition is concentrated around the spark plug due to the gas flow.

【0065】一方、本発明での機関冷機時の圧縮行程噴
射による混合気形成について、図9を用いて説明する。
図9は次の状態を示している。 (1)冷機時の燃焼要件によりトータル燃料噴射量は完
暖成層燃焼に対して、20〜30%増量されるため、噴
射期間が長くなり、噴霧の到達距離が長くなる。 (2)また、完暖時の成層燃焼要件との違いから、吸入
空気量の減少による筒内の圧縮端圧力の低下、同時に圧
縮端温度も低くなるために、噴射された燃料の貫徹力の
妨げも小さく、噴霧先端部の気化の促進が悪いために、
噴霧はボウル部外に広く分散される。 (3)更に、吸入空気量の低下からガス流動も完暖成層
に対して弱められて噴霧の分散が起きている。
On the other hand, the formation of the air-fuel mixture by the compression stroke injection when the engine is cold according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 9 shows the next state. (1) Since the total fuel injection amount is increased by 20 to 30% with respect to the complete warm stratified charge combustion due to the combustion requirement during cold engine, the injection period becomes longer and the spray reach distance becomes longer. (2) Also, due to the difference from the stratified charge combustion requirement at the time of complete warming, the compression end pressure in the cylinder decreases due to the decrease in the intake air amount, and at the same time the compression end temperature also decreases, so the penetration force of the injected fuel The hindrance is small, and the vaporization of the spray tip is poorly promoted.
The spray is widely dispersed outside the bowl. (3) Furthermore, due to the decrease in the intake air amount, the gas flow is weakened against the completely warmed layer, and the spray is dispersed.

【0066】噴射時期は、前述の完暖時の噴射時期をベ
ースとして検討しているが、以下の要件で決められるも
のである。完暖時の噴射時期より、早い噴射時期におい
ては、そもそもトータル燃料噴射量が多いことと、圧縮
過程での圧縮端のガス温度が完暖時より低く、かつ、圧
縮TDCより離れる程、吸入された空気の圧縮が遅れる
分筒内温度も低いため、燃料が充分に気化されず、噴射
弁の対向方向のシリンダ壁側に燃料が集中し、点火プラ
グ近傍に可燃混合気を形成しづらくなる恐れがある。
The injection timing is examined based on the injection timing at the time of complete warming, but it is determined by the following requirements. At an injection timing earlier than that at the time of complete warming, the total fuel injection amount is large in the first place, and the gas temperature at the compression end in the compression process is lower than that at the time of complete warming Since the temperature inside the cylinder is low because the air compression is delayed, the fuel is not sufficiently vaporized, and the fuel is concentrated on the cylinder wall side in the direction opposite to the injection valve, making it difficult to form a combustible mixture near the spark plug. There is.

【0067】また、反対に噴射時期が完暖時の噴射時期
より遅過ぎると、そもそも、圧縮行程期間で噴射して、
燃料を気化させる時間が短くなり、可燃混合気を生成す
ることが不可能となる。また、噴射時期が遅れること
で、ピストン位置が上死点に近づくことで、噴射された
噴霧が直接ピストン冠面に当り、スモークの発生等の不
具合が発生し、点火プラグの絶縁抵抗低下による失火等
を伴なう可能性が大きくなる。
On the contrary, if the injection timing is too late from the injection timing at the time of complete warming, the injection is performed in the compression stroke period in the first place,
The time for vaporizing the fuel is shortened and it becomes impossible to generate a combustible mixture. In addition, because the injection timing is delayed and the piston position approaches top dead center, the injected spray directly hits the crown surface of the piston, causing problems such as smoke and misfire due to a decrease in insulation resistance of the spark plug. And the like are more likely to occur.

【0068】以上のことから冷機時の圧縮行程噴射の噴
射時期は、一義的に決まってくる。実際には、筒内の平
均空燃比の設定機関条件により決められるものである。
尚、図11は吸気行程噴射による混合気形成の様子を示
しており、噴射時期は、吸気TDCに対して、40〜9
0°ATDCとした。また、図12は、完暖成層燃焼時
の混合気形成の様子を示しており、噴射時期は、吸気T
DCに対して、280〜300°ATDCとした。ま
た、図13は、冷機時圧縮行程噴射による混合気形成の
様子を示しており、噴射時期は、吸気TDCに対して、
280〜300°ATDCとした。
From the above, the injection timing of the compression stroke injection during cold engine is uniquely determined. Actually, it is determined by the engine condition for setting the average air-fuel ratio in the cylinder.
Note that FIG. 11 shows the state of mixture formation by the intake stroke injection, and the injection timing is 40 to 9 with respect to the intake TDC.
It was set to 0 ° ATDC. Further, FIG. 12 shows a state of mixture formation at the time of completely warmed stratified charge combustion.
280 to 300 ° ATDC with respect to DC. Further, FIG. 13 shows a state of mixture formation by the compression stroke injection at the time of cold engine, and the injection timing is relative to the intake air TDC.
It was set to 280 to 300 ° ATDC.

【0069】ところで、冷機時、圧縮行程噴射による混
合気形成であるが、上述した完暖時の圧縮行程噴射制御
に対して、以下の相違点が存在する。冷機時の筒内平均
空燃比の設定範囲は、完暖時の成層燃焼要件とは異な
り、図14に示す機関の各種性能(空燃比A/Fと燃焼
安定性及びHC濃度との関係)から、略ストイキからリ
ーン側となる。これは、ストイキよりリッチ側では、点
火プラグ周りの空燃比が失火限界に達するためと予測さ
れる。逆にリーン側が排温が下がると共に、HCの排出
が増加する。これは、点火プラグ近傍の外の混合気がリ
ーンになり過ぎて、火炎伝播が届かず未燃燃料が残るた
めと、燃焼温度低下に筒内温度の低下に伴う、酸化反応
が減衰しているものと考えられる。
By the way, although the air-fuel mixture is formed by the compression stroke injection when the engine is cold, there are the following differences from the above-described compression stroke injection control during the complete warming. The setting range of the in-cylinder average air-fuel ratio at the time of cooling is different from the stratified charge combustion requirement at the time of complete warming, and from various performances of the engine (relationship between air-fuel ratio A / F and combustion stability and HC concentration) shown in FIG. , From the stoichiometric to the lean side. This is presumably because the air-fuel ratio around the spark plug reaches the misfire limit on the rich side of stoichiometry. On the contrary, the exhaust temperature of the lean side decreases and the exhaust of HC increases. This is because the air-fuel mixture outside the vicinity of the spark plug becomes too lean, flame propagation does not reach and unburned fuel remains, and the oxidation reaction is attenuated due to the decrease in combustion temperature and the in-cylinder temperature. It is considered to be a thing.

【0070】次に、始動直後のファーストアイドル等の
運転条件等により、機関回転及び必要な発生要求トルク
が低く、完暖時と比較して、吸入吸気量が減少する。こ
のことにより、冷機時圧縮行程での圧縮端ガス温度は、
完暖成層要求時とは異なり低下する。更に、吸入空気量
が減少することで、吸気行程及び圧縮行程末期でのスワ
ール流も完暖成層より弱くなることになり、筒内に噴射
された噴霧混合気がピストンボウル部内に収まりにくく
なる。
Next, due to operating conditions such as fast idle immediately after starting, the engine rotation and the required required torque are low, and the intake air intake amount is reduced as compared with the case of complete warming. As a result, the compression end gas temperature during the compression stroke during cooling is
It decreases unlike the case of a completely warm stratification request. Further, since the intake air amount decreases, the swirl flow at the end of the intake stroke and the compression stroke becomes weaker than the completely warm stratified layer, and the sprayed mixture injected into the cylinder is less likely to be contained in the piston bowl portion.

【0071】更に、圧縮端温度の低下と共に、全体の噴
射量が増加することで、冷機時に圧縮行程時期に噴射さ
れた燃料は、図9に示したように、完暖成層時とは違い
ピストンボウル部外の噴射弁の取付け対向方向へも混合
気が広がることになる。上記の如く、冷機時圧縮行程噴
射により生じた混合気形成は点火プラグ近傍だけでなく
ピストン冠面上及びシリンダ壁近傍迄に存在することと
なる。即ち、完暖成層時の燃焼のために形成された混合
気とは形態が大きくことなる。
Further, as the temperature at the compression end decreases and the total injection amount increases, the fuel injected during the compression stroke during cooling is different from that during complete warm stratification, as shown in FIG. The air-fuel mixture also spreads in the opposite direction to the mounting of the injection valve outside the bowl. As described above, the air-fuel mixture formed by the cold compression stroke injection exists not only near the spark plug but also on the crown surface of the piston and near the cylinder wall. That is, the morphology of the air-fuel mixture is different from that of the air-fuel mixture formed due to the combustion during the complete warm stratification.

【0072】具体的には、燃焼室全体に掛けて噴霧が分
散することになるので、点火プラグ周りの空燃比を失火
限界リッチ空燃比から遠ざけることができる。シリンダ
壁面にも略ストイキよりリーンな空燃比を形成できてい
ることから(図13に混合気の形成模式を示す)、完暖
成層時の空気層と異なり、燃焼火炎が末端まで到達し燃
焼クエンチ分による未燃HCが減少する。また、点火プ
ラグ周り及びシリンダ壁近傍に形成された空燃比段差が
小さいために、火炎伝播速度が速く(図17参照)、燃
焼効率が良く、かつ筒内残留酸素が有効に酸化されるた
め排気温度の上昇が得られている。
Specifically, since the spray is dispersed over the entire combustion chamber, the air-fuel ratio around the spark plug can be kept away from the misfire limit rich air-fuel ratio. Since an air-fuel ratio that is leaner than approximately stoichiometric can be formed on the cylinder wall surface (Fig. 13 shows the formation of air-fuel mixture), unlike the air layer at the time of complete warm stratification, the combustion flame reaches the end and the combustion quench occurs. The unburned HC due to the amount is reduced. Further, since the air-fuel ratio difference formed around the spark plug and near the cylinder wall is small, the flame propagation speed is fast (see FIG. 17), the combustion efficiency is good, and the residual oxygen in the cylinder is effectively oxidized, so that the exhaust gas is exhausted. A rise in temperature has been obtained.

【0073】本発明による冷機時圧縮行程噴射の利点
は、機関冷機時の燃料気化の悪い条件においても、噴射
弁の噴霧特性の改良から、点火プラグ近傍に失火限界リ
ッチ混合気を形成させず、始動直後からの燃焼切換えが
可能となったことである。かつ、燃焼室全体に混合気を
分散させ得たことによる燃焼効率の向上から、排気昇温
を可能とし、機関冷機時に排出される有害成分の減少と
始動直後から触媒浄化装置の昇温時期を極めて早くする
ことができ、他の混合気形成より燃費の悪化を抑制でき
るのである。
The advantage of the compression stroke injection in the cold state according to the present invention is that the misfire limit rich air-fuel mixture is not formed in the vicinity of the spark plug due to the improvement of the spray characteristics of the injection valve even under the condition that the fuel vaporization in the engine cold is bad. It is possible to switch combustion immediately after starting. In addition, since the combustion efficiency is improved by allowing the air-fuel mixture to be dispersed throughout the combustion chamber, it is possible to raise the temperature of the exhaust gas, reduce the harmful components emitted during engine cooling, and increase the temperature of the catalyst purification device immediately after startup. It can be made extremely fast, and the deterioration of fuel consumption can be suppressed more than the case of forming other air-fuel mixture.

【0074】図15には、完暖成層燃焼、冷機時圧縮行
程噴射による燃焼による熱発生率を示す。完暖成層燃焼
は着火遅れ期間が短く、急速な燃焼が点火プラグ周りで
生じていることがわかる。また、熱発生の終了時期から
推定すると、完暖成層燃焼はシリンダ壁面側に空気層が
存在するために、燃焼終了時期が冷機時圧縮行程噴射に
よる燃焼より早くなっていることがわかる。反対に冷機
時圧縮行程噴射による燃焼では、空気層ではなく、リー
ンな混合気層を形成していると推察できる。
FIG. 15 shows the heat generation rate due to completely warm stratified combustion and combustion by compression stroke injection during cold engine. It can be seen that the complete warm stratified combustion has a short ignition delay period and rapid combustion occurs around the spark plug. Further, when estimated from the end time of heat generation, it can be seen that the complete warm stratified charge combustion is earlier than the combustion by the cold compression stroke injection because the air layer exists on the cylinder wall surface side. On the contrary, it can be inferred that in the combustion by the compression stroke injection during cold engine, a lean air-fuel mixture layer is formed instead of the air layer.

【0075】着火遅れ期間については、図16に示すよ
うに、従来の吸気行程噴射での燃焼が着火遅れ期間が長
いことがわかる。冷機時圧縮行程噴射による燃焼の着火
遅れ期間が短いのは、点火プラグ近傍にストイキよりリ
ッチな混合気が形成されていることを裏付けている。
尚、図17は噴射された燃料の90%が燃焼する燃焼期
間を検証したもので、冷機時圧縮行程噴射の場合、火炎
伝播速度が速いことから、燃焼期間が短くなっている。
Regarding the ignition delay period, as shown in FIG. 16, it is understood that the combustion in the conventional intake stroke injection has a long ignition delay period. The short ignition delay period of the combustion due to the cold compression stroke injection confirms that the air-fuel mixture richer than stoichiometry is formed in the vicinity of the spark plug.
It should be noted that FIG. 17 verifies the combustion period in which 90% of the injected fuel burns, and in the case of the cold compression stroke injection, the combustion period is short because the flame propagation speed is high.

【0076】次に燃料噴射量が燃焼形態に応じていかに
演算されるかについて説明する。コールド成層燃焼以外
の燃焼形態による場合は、燃料噴射量は、概略次のよう
に演算される。コントロールユニット50は、吸入空気
量Qa及び機関回転数Neに基づいて目標空燃比に対応
する基本燃料噴射パルス幅(基本噴射量)Tptを算出
する。尚、Cは定数である。
Next, how the fuel injection amount is calculated according to the combustion mode will be described. In the case of a combustion mode other than the cold stratified charge combustion, the fuel injection amount is roughly calculated as follows. The control unit 50 calculates the basic fuel injection pulse width (basic injection amount) Tpt corresponding to the target air-fuel ratio based on the intake air amount Qa and the engine speed Ne. C is a constant.

【0077】Tpt=C×Qa/Ne そして、算出されたTptを水温補正係数Kw、始動後
増量補正係数Kas、空燃比フィードバック補正係数L
AMD及び目標空燃比補正係数Z等により補正し、有効
燃料噴射パルス幅CTIを算出する。尚、Tsは無効噴
射時間である。 CTI=Tpt×(1+Kw+Kas+・・・)×LA
MD×Z+Ts 式中、LAMDは、空燃比センサ12からの入力信号に
基づく空燃比検出結果に応じて比例積分制御等により増
減されるものであり、これによってTptを補正するこ
とにより、混合気の空燃比が目標空燃比にフィードバッ
ク制御される。尚、コールド成層燃焼時などの空燃比フ
ィードバック補正を行わない場合は、LAMDは所定値
(例えば1)に固定される。
Tpt = C × Qa / Ne Then, the calculated Tpt is used as the water temperature correction coefficient Kw, the post-starting amount increase correction coefficient Kas, and the air-fuel ratio feedback correction coefficient L.
The effective fuel injection pulse width CTI is calculated by making a correction using AMD and the target air-fuel ratio correction coefficient Z. In addition, Ts is an invalid injection time. CTI = Tpt × (1 + Kw + Kas + ...) × LA
MD × Z + Ts In the formula, LAMD is increased / decreased by proportional-plus-integral control or the like according to the air-fuel ratio detection result based on the input signal from the air-fuel ratio sensor 12, and by correcting Tpt by this, The air-fuel ratio is feedback-controlled to the target air-fuel ratio. When the air-fuel ratio feedback correction is not performed at the time of cold stratified combustion, LAMD is fixed to a predetermined value (for example, 1).

【0078】そして、コールド成層燃焼による場合は、
燃料噴射量は、次のように演算される。この場合の有効
燃料噴射パルス幅CTIは、上記噴射量演算式において
Tptに係る補正項(例えば始動後増量補正係数Ka
s)を変更することにより算出される。そこで、図18
に示すフローチャートを参照して、コールド成層燃焼時
における補正係数Kasの算出手順について説明する。
尚、本ルーチンは、所定時間(例えば10ms)毎に実
行される。
In the case of cold stratified combustion,
The fuel injection amount is calculated as follows. The effective fuel injection pulse width CTI in this case is the correction term related to Tpt in the above injection amount calculation formula (for example, the post-starting amount increase correction coefficient Ka).
It is calculated by changing s). Therefore, FIG.
The procedure for calculating the correction coefficient Kas during cold stratified charge combustion will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
It should be noted that this routine is executed every predetermined time (for example, 10 ms).

【0079】S41では、コールド成層燃焼制御の実施
が許可されているか否かを判定する。許可されていると
判定した場合は、始動後増量補正係数KasをNAKA
Sに置き換え、これをコールド成層燃焼での補正係数と
するため、S42へ進む。一方、許可されていないと判
定した場合は、冷却水温度Twに応じた通常の始動後増
量補正係数Kasを求める。このとき、Kasは、Tw
が高くなるほど小さな値とされ、目標当量比は、後述す
る図21のt2〜5に示すように推移する。
In S41, it is determined whether or not the cold stratified charge combustion control is permitted. If it is determined that it is permitted, the increase correction coefficient Kas after startup is set to NAKA.
The processing proceeds to S42 in order to replace it with S and use this as a correction coefficient in cold stratified combustion. On the other hand, when it is determined that the permission has not been granted, the normal post-starting amount increase correction coefficient Kas corresponding to the cooling water temperature Tw is obtained. At this time, Kas is Tw
Becomes smaller, the target equivalent ratio changes as shown in t2 to 5 of FIG.

【0080】S42では、水温センサ及びクランク角セ
ンサからの入力信号に基づいて冷却水温度Tw及び機関
回転数Neを検出する。S43では、冷却水温度Twに
基づいて、図19に示すような傾向を有するマップを参
照して始動後増量補正係数の水温補正分NTKASを読
込む。NTKASは、概してTwが低いときほど大きな
値に設定される。低水温時には燃焼室壁面が冷たくなっ
ており、壁面付着燃料成分が気化し難くなっていると判
断できるので、点火プラグ周りに同じ空燃比の混合気を
形成するために噴射すべき燃料量が多くなるからであ
る。
In S42, the cooling water temperature Tw and the engine speed Ne are detected based on the input signals from the water temperature sensor and the crank angle sensor. In S43, based on the cooling water temperature Tw, the water temperature correction amount NTKAS of the post-starting increase correction coefficient is read with reference to the map having the tendency shown in FIG. NTKAS is generally set to a larger value as Tw is lower. When the water temperature is low, it can be judged that the wall surface of the combustion chamber is cold and it is difficult to vaporize the fuel components adhering to the wall surface.Therefore, there is a large amount of fuel to be injected to form a mixture with the same air-fuel ratio around the spark plug. Because it will be.

【0081】また、水温補正分NTKASは、一定水温
に対しても燃料性状に応じて異なる値に設定され、燃料
が軽質であるほど小さな値とされる。軽質燃料は重質燃
料と比較して揮発性が高く、同じ量を噴射したとしても
壁面付着燃料成分が少なくなるので、その分噴射量自体
を減らしておき、燃料性状によらず点火プラグ周りの混
合気を同じ空燃比とするためである。
Further, the water temperature correction amount NTKAS is set to a different value depending on the fuel property even with a constant water temperature, and the lighter the fuel, the smaller the value. Light fuel has higher volatility than heavy fuel, and even if the same amount is injected, the amount of fuel components adhering to the wall surface will decrease.Therefore, the injection amount itself should be reduced by that amount, regardless of the fuel properties. This is because the air-fuel mixture has the same air-fuel ratio.

【0082】尚、燃料性状は、本出願人に係る先願の公
開公報(特開2000−297689号)に開示された
方法により推定するのが好適である。この方法は、所謂
学習制御によるものであり、概略次の通りである。始動
時に所定の燃料性状推定・実施許可条件を満足したこと
をもって学習行為を実施する。そして、この条件成立下
で燃料噴射量の変化に対する排気空燃比の応答波形をサ
ンプリングし、入出力データを解析することにより燃料
性状を推定する。具体的には、プラントモデルのパラメ
ータを、入出力データに基づいて基準燃料(一般的に
は、重質燃料)に対するプラントモデルである規範モデ
ルとの予測誤差が最小となるように調整して、使用燃料
に対するプラントモデルを同定する。そして、同定した
プラントモデルのカットオフ周波数fcRealを算出し、
算出したfcRealを規範モデルのカットオフ周波数fc
Ref と比較する。その結果、fcRe al>fcRef であれ
ば、使用燃料が基準燃料よりも軽質であると推定する。
もちろん、燃料性状推定に関しては、上記方法以外にも
センサによる直接検出等、種々の方法を採用できる。
The fuel property is preferably estimated by the method disclosed in the prior publication of the present applicant (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-297689). This method is based on so-called learning control, and is roughly as follows. The learning act is carried out when the specified fuel property estimation and execution permission conditions are satisfied at the time of starting. Then, under these conditions, the response waveform of the exhaust air-fuel ratio with respect to the change in the fuel injection amount is sampled, and the input / output data is analyzed to estimate the fuel property. Specifically, the parameters of the plant model are adjusted based on the input / output data so that the prediction error with the reference model that is the plant model for the reference fuel (generally, heavy fuel) is minimized, Identify the plant model for the fuel used. Then, the cutoff frequency fc Real of the identified plant model is calculated,
The calculated fc Real is the cutoff frequency fc of the reference model
Compare with Ref . As a result, if fc Re al> fc Ref, estimates that use fuel is lighter than the reference fuel.
Of course, for the fuel property estimation, various methods such as direct detection by a sensor can be adopted other than the above method.

【0083】S44では、機関回転数Neに基づいて、
図20に示すような傾向を有するマップを参照して始動
後増量補正係数の回転速度補正分NTNKASを読込
む。NTNKASは、概してNeが低いときほど大きな
値に設定される。低回転時には筒内のガス流動が弱くな
っており、壁面付着燃料成分が気化し難くなっているた
め、点火プラグ周りに同じ空燃比の混合気を形成するた
めに噴射すべき燃料量が多くなるからである。
At S44, based on the engine speed Ne,
The rotational speed correction amount NTNKAS of the post-starting increase correction coefficient is read with reference to the map having the tendency as shown in FIG. NTNKAS is generally set to a larger value when Ne is lower. At low rotation speed, the gas flow in the cylinder is weak and the fuel components adhering to the wall surface are difficult to vaporize, so the amount of fuel to be injected to form a mixture with the same air-fuel ratio around the spark plug increases. Because.

【0084】また、回転速度補正分NTNKASは、一
定回転数においても燃料性状に応じて異なる値に設定さ
れ、燃料が軽質であるほど小さな値とされる。軽質燃料
の揮発性の高さを考慮して噴射量自体を減らしておき、
点火プラグ周りの混合気を同じ空燃比とするためであ
る。尚、図19及び図20に示したマップを走行中(例
えば、アイドル域以外の低負荷域)にのみ使用し、アイ
ドル時には固定値として設定されたNTKAS及びNT
NKASを使用してもよい。
Further, the rotational speed correction amount NTNKAS is set to a different value depending on the fuel property even at a constant rotational speed, and is set to a smaller value as the fuel is lighter. Considering the high volatility of the light fuel, reduce the injection amount itself,
This is because the air-fuel mixture around the spark plug has the same air-fuel ratio. It should be noted that the maps shown in FIGS. 19 and 20 are used only during traveling (for example, in a low load region other than the idle region), and NTKAS and NT are set as fixed values during idle.
NKAS may be used.

【0085】S45では、水温補正分NTKAS及び回
転数補正速度NTNKASの積NAKAS=NTKAS
×NTNKASを算出する。S46では、最新のNAK
ASを保存する。保存されているNAKASは、コール
ド成層燃焼時における補正係数Kasとして有効燃料噴
射パルス幅CTIの演算に反映される(Kas=NAK
AS=NTKAS×NTNKAS)。
At S45, the product NAKAS = NTKAS of the water temperature correction amount NTKAS and the rotation speed correction speed NTNKAS.
* Calculate NTNKAS. In S46, the latest NAK
Save AS. The stored NAKAS is reflected in the calculation of the effective fuel injection pulse width CTI as the correction coefficient Kas during cold stratified combustion (Kas = NAK).
AS = NTKAS × NTNKAS).

【0086】次に、本実施形態に係る燃焼制御の動作に
ついて、図21に示すタイムチャートを参照して説明す
る。同チャートは、始動から暖機までの燃焼形態の遷移
に対照して点火時期、スワール制御弁の開度、目標当量
比及び機関回転数の経時変化を示している。本実施形態
によれば、時刻t0においてスタート信号がオンされる
と、機関のクランキングが行われ、そのときの回転に合
わせて点火時期が徐々に進角される。そして、時刻t1
において完爆が済んでスタート信号がオフされると、点
火時期は、冷却水温度Tw及び機関回転数Neに対応し
て設定された所定時期に固定される。
Next, the operation of the combustion control according to this embodiment will be described with reference to the time chart shown in FIG. The chart shows changes with time of the ignition timing, the opening degree of the swirl control valve, the target equivalence ratio, and the engine speed, in contrast to the transition of the combustion form from the start to the warm-up. According to this embodiment, when the start signal is turned on at time t0, the engine is cranked, and the ignition timing is gradually advanced according to the rotation at that time. Then, time t1
When the complete explosion is completed and the start signal is turned off, the ignition timing is fixed at a predetermined timing set in correspondence with the cooling water temperature Tw and the engine speed Ne.

【0087】目標当量比は、始動時から、安定性のため
に冷却水温度Twに応じてストイキ相当よりもリッチ側
に補正設定される。そして、暖機運転に移ると、この燃
料増量分は、Twの上昇に従って徐々に減少される。時
刻t2において燃料性状推定が終了したことが判定さ
れ、さらに時刻t3においてピストンの冠面温度が所定
温度以上にまで上昇したことが判定されると、排気昇温
のためのコールド成層燃焼への切換えが許可される。こ
れを受けてスワール制御弁が全閉位置に駆動され(これ
に対応して点火時期が遅角される)、時刻t4において
スワール制御弁が全閉したことが判定されると、時刻t
5において燃焼形態が吸気行程噴射による均質燃焼から
圧縮行程噴射による成層燃焼に切換えられる。このと
き、燃料噴射時期が圧縮行程(圧縮上死点前50〜80
°)に変更されることに対応して点火時期が遅角され
る。
From the start, the target equivalence ratio is corrected and set to a rich side from the stoichiometric equivalent in accordance with the cooling water temperature Tw for stability. Then, when the warm-up operation is started, the increased fuel amount is gradually reduced as Tw increases. When it is determined that the fuel property estimation is completed at time t2, and further that the crown surface temperature of the piston has risen to a predetermined temperature or more at time t3, switching to cold stratified combustion for exhaust gas temperature rise is performed. Is allowed. In response to this, the swirl control valve is driven to the fully closed position (the ignition timing is retarded correspondingly), and when it is determined that the swirl control valve is fully closed at time t4, the time t
In 5, the combustion mode is switched from homogeneous combustion by intake stroke injection to stratified combustion by compression stroke injection. At this time, the fuel injection timing is the compression stroke (50 to 80
The ignition timing is retarded corresponding to the change to ().

【0088】時刻t5からの排気昇温のためのコールド
成層燃焼では、目標当量比は、燃焼室全体でストイキな
いし若干リーン側に設定される。但し、始動後増量補正
係数Kas(=NAKAS)が上記のように設定される
結果、目標当量比は、燃料性状に応じて異なる値とさ
れ、これが軽質であるときほど低く、即ち、燃料噴射量
が減量される。ここで、本実施形態によれば、冷却水温
度Twも目標当量比の設定に寄与するが、簡潔さのた
め、ここではTwの変化により生じる動きは表していな
い。
In cold stratified combustion for increasing the temperature of exhaust gas from time t5, the target equivalence ratio is set to stoichiometric or slightly lean side in the entire combustion chamber. However, as a result of the post-starting amount increase correction coefficient Kas (= NAKAS) being set as described above, the target equivalence ratio is set to a different value according to the fuel property, and the lighter the value, the lower the fuel injection amount. Is reduced. Here, according to the present embodiment, the cooling water temperature Tw also contributes to the setting of the target equivalence ratio, but for simplicity, the movement caused by the change of Tw is not shown here.

【0089】このような当量比設定により、点火時期に
おいて点火プラグ近傍には、空燃比がストイキないし若
干リーンの混合気が形成される。従って、点火プラグ近
傍では燃料が燃焼し切らず、未燃HC及びCO等の不完
全燃焼生成物が生成されるが、これらの生成物の発生量
は適量であり、筒内に残っている酸素と後反応して燃焼
し切る。そして、このときに発生する熱により燃焼ガス
が加熱され、排気温度が上昇される。
By setting the equivalence ratio as described above, an air-fuel mixture having a stoichiometric or slightly lean air-fuel ratio is formed near the spark plug at the ignition timing. Therefore, in the vicinity of the spark plug, the fuel is not completely burned and incomplete combustion products such as unburned HC and CO are produced. However, the production amount of these products is an appropriate amount, and the oxygen remaining in the cylinder is small. It reacts with and burns off. Then, the combustion gas is heated by the heat generated at this time, and the exhaust gas temperature is raised.

【0090】コールド成層燃焼により排気温度が高温に
維持される間に、触媒が速やかに昇温され、時刻t6に
おいて活性化したことが判定されると、時刻t7におい
て通常の燃焼制御(ここでは、均質ストイキ燃焼)に移
行する。そして、これに対応して点火時期が進角され
る。但し、触媒活性前であっても、アクセルが大きく踏
み込まれた場合は、運転性能を確保するため、その時点
で通常の燃焼制御に移行する。
When it is determined that the catalyst is rapidly heated and activated at time t6 while the exhaust temperature is maintained at a high temperature by cold stratified combustion, normal combustion control (here, at t7) is performed. Homogeneous stoichiometric combustion). Then, the ignition timing is advanced correspondingly. However, even before the catalyst is activated, when the accelerator is depressed greatly, in order to secure the operation performance, the normal combustion control is performed at that time.

【0091】燃焼形態の移行を受けてスワール制御弁が
全開位置に向けて駆動されると、それに対応して点火時
期が進角される。尚、以上の説明では、コールド成層燃
焼時において噴射量演算式の空燃比フィードバック補正
係数LAMDを1に固定し、燃焼噴射量をオープン制御
したが、LAMDを機能させて、目標空燃比へのフィー
ドバック制御を行うと共に、このときの噴射量演算式に
燃料性状を反映させてもよい。
When the swirl control valve is driven toward the fully open position in response to the transition of the combustion mode, the ignition timing is advanced correspondingly. In the above description, the air-fuel ratio feedback correction coefficient LAMD of the injection amount calculation formula is fixed to 1 and the combustion injection amount is open-controlled during cold stratified combustion, but LAMD is made to function and feedback to the target air-fuel ratio is performed. While controlling, the fuel property may be reflected in the injection amount calculation formula at this time.

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

【図1】 本発明の一実施形態を示すシステム構成図FIG. 1 is a system configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】 燃焼制御のフローチャート[Fig. 2] Flow chart of combustion control

【図3】 触媒活性判断のフローチャートFIG. 3 is a flowchart for determining catalyst activity.

【図4】 触媒活性判断の説明用のタイムチャートFIG. 4 is a time chart for explaining catalyst activity determination.

【図5】 ピストン冠面温度判断のフローチャートFIG. 5 is a flowchart for determining the piston crown surface temperature.

【図6】 ピストン冠面温度判断の説明用のタイムチャ
ート
FIG. 6 is a time chart for explaining the determination of the piston crown surface temperature.

【図7】 圧縮行程噴射条件判断のフローチャートFIG. 7 is a flowchart for determining a compression stroke injection condition.

【図8】 完暖成層燃焼時の噴霧形態を説明するための
模式図
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a spray form at the time of completely warmed stratified charge combustion.

【図9】 冷機時圧縮行程噴射時の噴霧形態を説明する
ための模式図
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a spray form at the time of cold-stage compression stroke injection.

【図10】 燃料噴射弁の構造図FIG. 10 is a structural diagram of a fuel injection valve

【図11】 吸気行程噴射時の混合気形成を説明するた
めの模式図
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining air-fuel mixture formation during intake stroke injection.

【図12】 完暖成層燃焼時の混合気形成を説明するた
めの模式図
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining mixture formation during completely warmed stratified charge combustion.

【図13】 冷機時圧縮行程噴射時の混合気形成を説明
するための模式図
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining air-fuel mixture formation during cold-stroke compression stroke injection.

【図14】 圧縮行程噴射による燃焼性能を説明するた
めの図
FIG. 14 is a diagram for explaining combustion performance by compression stroke injection.

【図15】 熱発生率を示す図FIG. 15 is a diagram showing a heat release rate.

【図16】 着火遅れ期間を示す図FIG. 16 is a diagram showing an ignition delay period.

【図17】 燃焼期間を示す図FIG. 17 is a diagram showing a combustion period

【図18】 始動後増量補正係数算出のフローチャートFIG. 18 is a flowchart for calculating the increase correction coefficient after starting.

【図19】 水温補正分の設定マップを示す図FIG. 19 is a diagram showing a setting map for water temperature correction.

【図20】 回転速度補正分の設定マップを示す図FIG. 20 is a diagram showing a setting map for rotation speed correction.

【図21】 燃焼制御の動作を示すタイムチャートFIG. 21 is a time chart showing the operation of combustion control.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 内燃機関 2 吸気通路 3 エアフローメータ 4 スロットル弁 5 スワール制御弁 6 シリンダヘッド 7 ピストン 7a ボウル部 8 燃焼室 9 燃料噴射弁 9a 噴口 10 点火プラグ 11 排気通路 12 空燃比センサ 13 排気浄化触媒 14 下流側酸素センサ 15 クランク角センサ 16 水温センサ 17 スロットルセンサ 18 スロットル制御装置 19 アクセルペダルセンサ 20 キースイッチ 50 コントロールユニット 1 Internal combustion engine 2 Intake passage 3 Air flow meter 4 Throttle valve 5 swirl control valve 6 cylinder head 7 pistons 7a Bowl part 8 Combustion chamber 9 Fuel injection valve 9a nozzle 10 Spark plug 11 exhaust passage 12 Air-fuel ratio sensor 13 Exhaust purification catalyst 14 Downstream oxygen sensor 15 Crank angle sensor 16 Water temperature sensor 17 Throttle sensor 18 Throttle control device 19 Accelerator pedal sensor 20 key switch 50 control unit

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) F02B 23/10 F02B 23/10 M F02D 41/14 310 F02D 41/14 310L 41/34 41/34 E 45/00 312 45/00 312B 312N 312Q 360 360B 364 364K F02M 61/14 310 F02M 61/14 310A Fターム(参考) 3G023 AA02 AA04 AB03 AC05 AD02 AD06 AD09 AD29 AE05 AG01 3G066 AA02 AB02 AD12 BA17 BA26 CC06U CC43 CC48 CE22 DC09 DC14 3G084 AA04 BA05 BA09 BA13 BA15 BA17 BA21 CA02 CA03 DA02 DA10 DA25 EA11 EB08 EB11 EB17 EC01 EC03 EC04 FA07 FA10 FA14 FA20 FA27 FA30 FA33 FA36 3G301 HA04 HA16 HA17 JA02 JA23 JA26 JA28 KA02 KA07 LA03 LA05 LB04 MA01 MA11 MA18 MA19 MA29 NA08 NA09 NB02 NC02 ND01 ND13 ND21 ND45 NE01 NE06 NE13 NE15 NE16 NE22 PA01Z PA11Z PB02Z PD03Z PD04Z PD05Z PD09Z PD12 PE01Z PE08 PF03Z PF16Z Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F02B 23/10 F02B 23/10 M F02D 41/14 310 F02D 41/14 310L 41/34 41/34 E 45/00 312 45/00 312B 312N 312Q Q360 360B 364 364K F02M 61/14 310 F02M 61/14 310A F term (reference) 3G023 AA02 AA04 AB03 AC05 AD02 AD06 AD09 AD29 DC08 DC04 CC22G4U06CC22U4C09 AD22 BA43 BA06 AD12 BA43 BA14 BA05 BA09 BA13 BA15 BA17 BA21 CA02 CA03 DA02 DA10 DA25 EA11 EB08 EB11 EB17 EC01 EC03 EC04 FA07 FA10 FA14 FA20 FA27 FA30 FA33 FA36 3G301 HA04 HA16 HA17 JA02 JA23 JA26 JA28 KA02 KA07 LA03 LA05 LB04 MA01 MA11 MA13 MA01 MA02 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA29 MA02 MA02 MA02 MA02 MA02 MA02 MA02 ND21 ND45 NE01 NE06 NE13 NE15 NE16 NE22 PA01Z PA11Z PB02Z PD03Z PD04Z PD05Z PD09Z PD12 PE01Z PE08 PF03Z PF16Z

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射
弁と、シリンダ内の混合気に火花点火する点火プラグと
を備える直噴火花点火式内燃機関において、 前記燃料噴射弁を、その燃料噴霧のシリンダ内を横断す
る方向の流速がピストン側へ向かう流速より大きくなる
ように構成する一方、 機関の冷機時に、圧縮行程にて燃料噴射を行わせると共
に、シリンダ内の空燃比がストイキないし若干リーンと
なるように燃料噴射量を制御して、成層燃焼を行わせる
制御手段を設けたことを特徴とする直噴火花点火式内燃
機関。
1. A direct injection spark ignition internal combustion engine comprising a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder and a spark plug for spark ignition of a mixture gas in the cylinder, wherein the fuel injection valve is a fuel spray for the same. Is configured so that the flow velocity in the direction traversing the inside of the cylinder is higher than the flow velocity toward the piston side, while fuel is injected in the compression stroke when the engine is cold, and the air-fuel ratio in the cylinder is stoichiometric or slightly lean. A direct injection spark ignition type internal combustion engine, characterized in that a control means for controlling the fuel injection amount to perform stratified charge combustion is provided.
【請求項2】排気通路に排気浄化触媒を備えることを特
徴とする請求項1記載の直噴火花点火式内燃機関。
2. A direct injection spark ignition type internal combustion engine according to claim 1, wherein an exhaust purification catalyst is provided in the exhaust passage.
【請求項3】前記燃料噴射弁は、シリンダヘッドの吸気
側から排気側を指向し且つ下方に傾斜して設けられ、そ
の噴口が噴射弁軸線に対してシリンダヘッド側に偏向し
ていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の直
噴火花点火式内燃機関。
3. The fuel injection valve is provided so as to be directed from the intake side to the exhaust side of the cylinder head and inclined downward, and its injection port is deflected toward the cylinder head side with respect to the injection valve axis. The direct injection spark ignition type internal combustion engine according to claim 1 or 2.
【請求項4】前記制御手段は、機関始動直後は吸気行程
噴射による均質燃焼を行わせ、その後、直接、圧縮行程
噴射による成層燃焼に移行させることを特徴とする請求
項1〜請求項3のいずれか1つに記載の直噴火花点火式
内燃機関。
4. The control means causes the homogeneous combustion by the intake stroke injection to be performed immediately after the engine is started, and then directly shifts to the stratified combustion by the compression stroke injection. A direct injection spark ignition type internal combustion engine according to any one of the claims.
【請求項5】前記制御手段は、機関始動直後の吸気行程
噴射時の空燃比はストイキよりリッチとし、これに続く
圧縮行程噴射時の空燃比はストイキより若干リーンとす
ることを特徴とする請求項4記載の直噴火花点火式内燃
機関。
5. The control means sets the air-fuel ratio at the time of intake stroke injection immediately after the engine is started to be richer than stoichiometric, and makes the air-fuel ratio at the subsequent compression stroke injection slightly leaner than stoichiometric. Item 4. A direct injection spark ignition type internal combustion engine according to item 4.
【請求項6】前記圧縮行程噴射による成層燃焼への移行
条件は、ピストン冠面温度が高温状態を示す所定温度以
上であると判定されたときに成立することを特徴とする
請求項4又は請求項5記載の直噴火花点火式内燃機関。
6. The condition for transitioning to the stratified charge combustion by the compression stroke injection is satisfied when it is determined that the piston crown surface temperature is equal to or higher than a predetermined temperature indicating a high temperature state. Item 5. A direct injection spark ignition internal combustion engine according to Item 5.
【請求項7】前記ピストン冠面温度に相関するパラメー
タとしての疑似水温が所定温度以上であることをもって
ピストン冠面温度が前記所定温度以上であると判定さ
れ、該疑似水温は、始動時冷却水温度に応じた初期値
と、所定周期毎の吸入空気量に応じた遅れ補正係数とに
基づいて、冷却水温度の変化に対して遅れを持たせて算
出されることを特徴とする請求項6記載の直噴火花点火
式内燃機関。
7. The piston crown surface temperature is determined to be equal to or higher than the predetermined temperature when the pseudo water temperature as a parameter correlating with the piston crown surface temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, and the pseudo water temperature is the cooling water at startup. 7. The calculation is performed with a delay with respect to the change of the cooling water temperature, based on an initial value according to the temperature and a delay correction coefficient according to the intake air amount for each predetermined cycle. A direct injection spark ignition type internal combustion engine as described.
【請求項8】燃料性状を推定する燃料性状推定手段を備
え、 前記制御手段は、シリンダ内の空燃比をストイキないし
若干リーンとするための要求燃料量を、燃料性状に応じ
て補正して算出することを特徴とする請求項1〜請求項
7のいずれか1つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
8. A fuel property estimating means for estimating a fuel property, wherein the control means calculates and corrects a required fuel amount for making the air-fuel ratio in the cylinder stoichiometric or slightly lean according to the fuel property. The direct injection spark ignition type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, characterized in that.
【請求項9】前記制御手段は、燃料性状に応じて燃料が
軽質であるほど要求燃料量を大きく減量補正することを
特徴とする請求項8記載の直噴火花点火式内燃機関。
9. The direct injection spark ignition type internal combustion engine according to claim 8, wherein said control means performs a large amount reduction correction of the required fuel amount as the fuel is lighter, depending on the fuel property.
【請求項10】燃料性状に応じた補正量が、機関回転数
に基づいて決定されることを特徴とする請求項8又は請
求項9記載の直噴火花点火式内燃機関。
10. The direct injection spark ignition type internal combustion engine according to claim 8 or 9, wherein the correction amount according to the fuel property is determined based on the engine speed.
【請求項11】前記補正量に応じて機関回転数が低いと
きほど燃料噴射量が増量されることを特徴とする請求項
10記載の直噴火花点火式内燃機関。
11. The direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 10, wherein the fuel injection amount is increased according to the correction amount as the engine speed is lower.
【請求項12】燃料性状に応じた補正量が、機関温度に
基づいて決定されることを特徴とする請求項8又は請求
項9記載の直噴火花点火式内燃機関。
12. The direct injection spark ignition type internal combustion engine according to claim 8 or 9, wherein the correction amount according to the fuel property is determined based on the engine temperature.
【請求項13】前記補正量に応じて機関温度が低いとき
ほど燃料噴射量が増量されることを特徴とする請求項1
2記載の直噴火花点火式内燃機関。
13. The fuel injection amount is increased according to the correction amount as the engine temperature is lower.
2. A direct injection spark ignition type internal combustion engine according to 2.
【請求項14】前記制御手段は、燃料性状に応じた補正
を要求燃料量のオープン制御中に行うことを特徴とする
請求項8〜請求項13のいずれか1つに記載の直噴火花
点火式内燃機関。
14. The direct injection spark ignition according to any one of claims 8 to 13, wherein the control means performs the correction according to the fuel property during the open control of the required fuel amount. Internal combustion engine.
【請求項15】前記制御手段は、燃料性状に応じた補正
を要求燃料量のフィードバック制御中に行うことを特徴
とする請求項8〜請求項13のいずれか1つに記載の直
噴火花点火式内燃機関。
15. The direct injection spark ignition according to any one of claims 8 to 13, wherein the control means performs the correction according to the fuel property during the feedback control of the required fuel amount. Internal combustion engine.
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