JP2006336475A - 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火時期の大幅な遅角によって、触媒の早期活性化と後燃えによるＨＣ低減を実現するとともに、過度の高温による触媒コンバータの熱的損傷を回避する。
【解決手段】触媒コンバータの早期昇温が要求される内燃機関の冷間始動時に、点火時期を圧縮上死点後に設定するとともに、点火時期前でかつ圧縮上死点後に燃料を噴射する超リタード燃焼を行う。点火時期直前の高圧燃料噴射により筒内の乱れが向上し、火炎伝播が促進されるので、安定した燃焼を実現できる。超リタード燃焼では排気温度が非常に高く得られるが、車両の発進や補機ＯＮなどで負荷が増加すると排気温度が過度に高くなり、触媒コンバータの熱的損傷が懸念されるので、所定の負荷上昇を検出したら直ちに超リタード燃焼を解除する。
【選択図】図２

Description

この発明は、筒内に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関し、特に、排気系の触媒コンバータの早期昇温（早期活性化）が要求される冷間始動時などにおける噴射時期および点火時期の制御に関する。

特許文献１には、筒内直接噴射式火花点火内燃機関の触媒暖機方法として、排気浄化用の触媒コンバータが活性温度よりも低い未暖機状態のときに、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、部分的な空燃比の濃淡を有する混合気を燃焼室内に形成する後期噴射と、この後期噴射より前に燃料を噴射して、後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能な、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室内に生成する早期噴射と、の少なくとも２回の分割噴射を行い、かつ点火時期をＭＢＴ点より所定量リタードさせるとともに、機関の無負荷領域では点火時期を圧縮上死点よりも前に設定し、無負荷領域を除く低速低負荷領域では点火時期を圧縮上死点以降までリタードさせる技術が記載されている。上記後期噴射は、圧縮行程の中期以降、例えば１２０°ＢＴＤＣ〜４５°ＢＴＤＣに行われる。
特許第３３２５２３０号公報

内燃機関の冷機時における触媒の早期活性化および後燃えによるＨＣ低減のためには、点火時期の遅角が有効であり、より大きな効果を得るためには、圧縮上死点以降の点火（ＡＴＤＣ点火）が望ましい。ＡＴＤＣ点火で安定した燃焼を行わせるためには、燃焼期間を短縮する必要があり、そのために、筒内の乱れを強化して、燃焼速度（火炎伝播速度）を上昇させることが必要である。

このような乱れの強化のために、筒内に高圧で噴射される燃料噴霧のエネルギにより筒内に乱れを生成することが考えられる。

しかしながら、特許文献１では、主に、１回目の燃料噴射（早期噴射）を吸気行程中に行い、２回目の燃料噴射（後期噴射）を圧縮行程中の１２０°ＢＴＤＣ〜４５°ＢＴＤＣに行っている。このように最後の燃料噴射が圧縮上死点よりも前では、その噴霧により筒内に乱れを生成しても、圧縮上死点以降はその乱れが減衰してしまい、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播速度上昇には寄与しない。

例えば、図１０は、吸気ポート内に設けたガス流動制御弁（例えばタンブル制御弁）を作動させた場合とこのようなガス流動制御弁を具備しない場合とについて、筒内の乱れの大きさを示したものであるが、ガス流動制御弁を作動させることで吸気行程中に生成した乱れ（符号Ａの部分）は、圧縮行程の進行とともに減衰し、圧縮行程後期のタンブル流の崩壊に伴い一時的に乱れが大きくなる（符号Ｂの部分）ものの、圧縮上死点以降は符号Ｃで示すように急速に減衰してしまい、その乱れを用いた燃焼改善（火炎伝播向上）はあまり期待できない。燃料噴霧による乱れについても同様であり、圧縮上死点より前の燃料噴射により乱れが生成されたとしても、圧縮上死点以降の点火燃焼には寄与しない。

このため、ＡＴＤＣ点火の方が排温上昇やＨＣ低減に有利であるが、燃焼安定性が成立しないため、特許文献１では、無負荷領域では点火時期を圧縮上死点前（ＢＴＤＣ点火）としている。

本発明は、このような実状を踏まえて、触媒の早期活性化およびＨＣ低減などのためのＡＴＤＣ点火での燃焼安定性を改善することを目的としている。

本発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、所定の運転状態のとき、例えば触媒コンバータの冷機時のような排気ガス温度の昇温が必要な場合などに、点火時期を圧縮上死点後に設定するとともに、この点火時期前でかつ圧縮上死点後に燃料を噴射する超リタード燃焼を行うことを特徴としている。なお、ＮＯｘを吸着するＮＯｘトラップ触媒においては、硫黄成分（ＳＯｘ）が触媒に付着することによりＮＯｘ吸着性能が低下するので、触媒を強制的に高温化してＳＯｘを放出するＳＯｘ放出処理（硫黄被毒解除）を行う必要があるが、このＳＯｘ放出処理の際の排気ガス温度の昇温を、上記の超リタード燃焼を利用して行うことも可能である。そして、本発明では、この超リタード燃焼での運転中に負荷が上昇したときに該超リタード燃焼を解除するようにしている。

すなわち、圧縮上死点以降では、吸気行程や圧縮行程で生成された乱れは減衰してしまうが、圧縮上死点以降の膨張行程中になされる燃料噴射によって、筒内の乱れを生成・強化することができ、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播が促進される。従って、点火時期を圧縮上死点後とした超リタード燃焼が安定的に成立する。

ここで、上記のように点火時期を大幅に遅角させた超リタード燃焼においては、特許文献１などの従来の技術に比べて、排気温度が非常に高くなるため、車両の発進あるいは補機負荷の変動などによって負荷が多少増加したときに、触媒コンバータの温度が過度に高くなり、熱的損傷ないし劣化を生じる懸念がある。特に、触媒温度が活性温度に達して超リタード燃焼を解除したとしても、触媒コンバータ上流側の排気系部品の熱容量や触媒自体の反応熱等によって触媒コンバータの内部温度は上昇し続け、触媒劣化温度にまでオーバシュートしてしまう虞がある。

そこで、本発明では、超リタード燃焼での運転中に負荷が上昇したときに、該超リタード燃焼を解除するようにしている。

上記の負荷変化は、例えば、アクセル開度変化に基づいて検出することができる。あるいは、補機作動状態に基づいて検出することができる。あるいは、アイドル状態から非アイドル状態へ移行したときに超リタード燃焼を解除するようにしてもよい。

超リタード燃焼の解除後、負荷が低下したときには、超リタード燃焼を再開するようにしてもよい。

また本発明では、望ましくは、上記触媒コンバータが所定の低温状態にある間は、上記超リタード燃焼を禁止する。すなわち、超リタード燃焼においては、排気温度が非常に高くなるため、仮に、触媒コンバータが完全な冷機状態（外気温に近い状態）にあるときに、機関の始動後直ちに超リタード燃焼に移行したとすると、触媒コンバータ内部の温度勾配が非常に急なものとなる。つまり、モノリス型セラミックス触媒担体などの上流側部分のみが急激に高温となり、熱歪が大きくなる懸念が生じる。従って、内燃機関の始動後、触媒コンバータがある程度暖まった状態から超リタード燃焼を開始することで、触媒コンバータの熱的損傷をより確実に回避できる。

この発明によれば、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼の燃焼安定性を十分に確保することができ、例えば冷間始動の際に、触媒の早期活性化および後燃えによるＨＣ低減を達成することができる。そして、超リタード燃焼での運転中に車両の発進などにより負荷が上昇したときには、超リタード燃焼が解除されるので、触媒温度が過度に高くなって触媒の劣化を招いたり触媒担体が破損したりすることを回避することができる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明が適用される筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシステム構成を示す構成説明図である。

この内燃機関１のピストン２により形成される燃焼室３には、吸気弁（図示せず）を介して吸気通路４が接続され、かつ排気弁（図示せず）を介して排気通路５が接続されている。上記吸気通路４には、吸入空気量を検出するエアフロメータ６が配設されているとともに、制御信号によりアクチュエータ８を介して開度制御される電子制御スロットル弁７が配設されている。排気通路５には、排気浄化用の触媒コンバータ１０が配設されているとともに、その上流側および下流側にそれぞれ空燃比センサ１１，１２が設けられており、さらに、上流側の空燃比センサ１１と並んで、触媒コンバータ１０入口側での排気温度を検出する排気温度センサ１３が設けられている。さらに、本実施例では、触媒コンバータ１０の温度状態を検出するために、該触媒コンバータ１０のモノリス型セラミックス触媒担体の長手方向中央部に配置された触媒温度センサ３１と、触媒コンバータ１０の出口部に配置された触媒出口温度センサ３２と、を備えている。

燃焼室３の中央頂上部には、点火プラグ１４が配置されている。また、燃焼室３の吸気通路４側の側部に、該燃焼室３内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１５が配置されている。この燃料噴射弁１５には、高圧燃料ポンプ１６およびプレッシャレギュレータ１７によって所定圧力に調圧された燃料が、高圧燃料通路１８を介して供給されている。従って、各気筒の燃料噴射弁１５が制御パルスにより開弁することで、その開弁期間に応じた量の燃料が噴射される。なお、１９は、燃圧を検出する燃圧センサ、２０は、上記高圧燃料ポンプ１６へ燃料を送る低圧燃料ポンプである。

また内燃機関１には、機関冷却水温を検出する水温センサ２１が設けられているとともに、クランク角を検出するクランク角センサ２２が設けられている。さらに、運転者によるアクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ２３が設けられている。

上記内燃機関１の燃料噴射量や噴射時期、点火時期、等は、コントロールユニット２５によって制御される。このコントロールユニット２５には、上述した各種のセンサ類の検出信号が入力されている。コントロールユニット２５は、これらの入力信号により検出される機関運転条件に応じて、燃焼方式つまり均質燃焼とするか成層燃焼とするかを決定するとともに、これに合わせて、電子制御スロットル弁７の開度、燃料噴射弁１５の燃料噴射時期および燃料噴射量、点火プラグ１４の点火時期、等を制御する。なお、暖機完了後においては、低速低負荷側の所定の領域では、通常の成層燃焼運転として、圧縮行程の適宜な時期に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前の時期に点火が行われる。燃料噴霧は点火プラグ１４近傍に層状に集められ、これにより、空燃比を３０〜４０程度とした極リーンの成層燃焼が実現される。また、高速高負荷側の所定の領域では、通常の均質燃焼運転として、吸気行程中に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前のＭＢＴ点近傍において点火が行われる。この場合は、燃料は筒内で均質な混合気となる。この均質燃焼運転としては、運転条件に応じて、空燃比を理論空燃比とした均質ストイキ燃焼と、空燃比を２０〜３０程度のリーンとした均質リーン燃焼と、がある。

本発明は、触媒コンバータ１０の早期昇温が要求される内燃機関１の冷間始動時において、排気温度を高温とするように、超リタード燃焼を行うものであり、以下、この超リタード燃焼の燃料噴射時期および点火時期を図２に基づいて説明する。

図２は、超リタード燃焼の３つの実施例を示しており、実施例１では、点火時期を１５°〜３０°ＡＴＤＣ（例えば２０°ＡＴＤＣ）とし、燃料噴射時期（詳しくは燃料噴射開始時期）を、圧縮上死点以降でかつ点火時期前に設定する。なお、このとき、空燃比は、理論空燃比ないしはこれよりも若干リーン（１６〜１７程度）に設定される。

すなわち、触媒暖機促進ならびにＨＣ低減のためには、点火時期遅角が有効であり、上死点以降の点火（ＡＴＤＣ点火）が望ましいが、ＡＴＤＣ点火で安定した燃焼を行わせるためには、燃焼期間を短縮する必要があり、そのためには、乱れによる火炎伝播を促進しなければならない。前述したように、圧縮上死点以降では、吸気行程や圧縮行程で生成された乱れは減衰してしまうが、本発明では、圧縮上死点以降の膨張行程中になされる高圧の燃料噴射によって、ガス流動が生じ、これにより筒内の乱れを生成・強化することができる。従って、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播が促進され、安定した燃焼が可能となる。

図２の実施例２は、燃料噴射を２回に分割した例であり、１回目の燃料噴射を吸気行程中に行い、２回目の燃料噴射を圧縮上死点以降に行う。なお、点火時期および空燃比（２回の噴射を合わせた空燃比）は実施例１と同様である。

このように、圧縮上死点後の燃料噴射（膨張行程噴射）に先立ち、吸気行程中に燃料噴射（吸気行程噴射）を行うと、吸気行程噴射の燃料噴霧による乱れは圧縮行程後半で減衰してしまい、圧縮上死点後におけるガス流動強化には殆ど影響を与えないが、噴射燃料が燃焼室全体に拡散していて、ＡＴＤＣ点火によるＨＣの後燃えの促進に寄与するので、ＨＣ低減および排温上昇には有効である。

また、図２の実施例３は、燃料噴射を２回に分割し、１回目の燃料噴射を圧縮行程にて行い、２回目の燃料噴射を圧縮上死点以降に行う。このように、圧縮上死点後の燃料噴射（膨張行程噴射）に先立ち、圧縮行程中に燃料噴射（圧縮行程噴射）を行うと、実施例２の吸気行程噴射に比べれば、圧縮行程噴射の方が、その燃料噴霧による乱れの減衰が遅くなるため、この１回目の燃料噴射による乱れが残り、圧縮上死点以降に２回目の燃料噴射を行うことで、１回目の燃料噴射で生成した乱れを助長するように乱れを強化でき、圧縮上死点付近における更なるガス流動強化が図れる。

この実施例３の場合に、１回目の圧縮行程噴射は、圧縮行程前半でもよいが、圧縮行程後半（９０°ＢＴＤＣ以降）に設定すると、上死点付近での乱れをより高めることができる。特に、この１回目の圧縮行程噴射を、４５°ＢＴＤＣ以降、より望ましくは２０°ＢＴＤＣ以降とすると、圧縮上死点以降のガス流動をより強化することができる。

このように、実施例１〜３の超リタード燃焼によれば、点火の直前に燃料噴霧により筒内の乱れを生成・強化することができ、火炎伝播を促進して、安定した燃焼を行わせることができる。特に、点火時期を１５°〜３０°ＡＴＤＣまで遅角させることにより、触媒の早期活性化およびＨＣ低減のための十分な後燃え効果を得ることができる。換言すれば、このように点火時期を大きく遅らせても、その直前まで燃料噴射を遅らせて、乱れの生成時期も遅らせることで、火炎伝播向上による燃焼改善を達成できるのである。

ここで、上記の超リタード燃焼においては、排気ガス温度が非常に高く得られることから、触媒コンバータ１０が上流側から急速に加熱され、触媒コンバータ１０の熱歪や過度の温度上昇の懸念がある。そのため、本実施例では、図３のような処理により、触媒コンバータ１０の温度状態を監視しつつ運転モードの切換が行われる。

先ず、ステップ１では、触媒出口温度センサ３２により検出される触媒コンバータ１０の出口温度ＴＣを、所定の第１基準温度Ｔ１と比較し、第１基準温度Ｔ１よりも低ければ、ステップ２へ進んで、冷機時の通常制御を行う。上記第１基準温度Ｔ１は、触媒の活性開始温度にほぼ相当し、例えば、１５０℃〜２００℃程度に設定される。また冷機時の通常制御は、超リタード燃焼のような極端な排気温度上昇ではなくある程度の排気温度上昇を行うためのものであり、例えば、吸気行程中に燃料噴射を行うとともに、圧縮上死点前のＭＢＴ点よりも遅れた時期に点火を行う。あるいは、吸気行程噴射に加えて、あるいはこれに代えて、圧縮行程噴射を行うようにしてもよい。機関始動時に触媒コンバータ１０が完全な冷機状態にあった場合、この冷機時の通常制御によって、触媒コンバータ１０の温度が徐々に上昇することになる。

出口温度ＴＣが第１基準温度Ｔ１以上であれば、ステップ３で触媒温度センサ３１により検出される触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２未満であるか判定する。第２基準温度Ｔ２は、触媒の完全活性にほぼ相当する温度（より詳しくは完全活性温度よりもやや低い温度）であり、例えば２５０℃〜３００℃程度に設定される。冷機状態からの始動であれば、出口温度ＴＣが第１基準温度Ｔ１に達したときに、通常、触媒温度ＴＢは第２基準温度Ｔ２未満であり、従って、ステップ４へ進んで、前述した超リタード燃焼を実行する。これにより、排気ガス温度は急激に上昇し、触媒コンバータ１０が速やかに昇温する。この超リタード燃焼は、基本的にステップ６で、触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２以上となるまで継続される。触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２以上となれば、ステップ７へ進み、暖機後の通常制御、つまり前述した暖機後の均質燃焼運転もしくは成層燃焼運転が実行される。

また、超リタード燃焼の実行中は、ステップ５において、電子制御スロットル弁７のスロットル開度Ｔｈが所定の上限値Ｔｈ１を越えていないか繰り返し判定し、上限値Ｔｈ１を越えた場合には、触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２に達するのを待たずに、ステップ７へ進んで直ちに超リタード燃焼を解除する。なお、このように超リタード燃焼を解除したときに、暖機後の通常制御（ステップ７）へ移行するのではなく、上述した冷機時の通常制御を、例えば触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２以上となるまで行うようにしてもよい。

このように、本実施例では、出口温度ＴＣが第１基準温度Ｔ１に達するまでは超リタード燃焼が禁止されることになり、超リタード燃焼により触媒完全活性までの所要時間を短縮しつつ触媒コンバータ１０の熱的劣化を回避している。

図４および図５は、触媒コンバータ１０を含め内燃機関が完全に冷機状態にある状態から始動した場合の触媒コンバータ１０の温度変化を、排気温度が非常に高い場合（図４）と比較的排気温度が低い場合（図５）とについて示したものである。具体的には、図６に測温点を示すように、触媒コンバータ１０の入口部（Ａ点）の温度ＴＡと、モノリス触媒担体の上流端付近（Ｂ１点）の温度ＴＢ１と、モノリス触媒担体の下流端付近（Ｂ２点）の温度ＴＢ２と、触媒コンバータ１０の出口部（Ｃ点）の温度ＴＣと、の４箇所の温度変化を示している。

始動直後から超リタード燃焼として高い排気温度を与えた場合には、図４に示すように、触媒担体上流端温度ＴＢ１が入口部温度ＴＡとともに急激に上昇するため、触媒担体の前後の温度差ΔＴが非常に大きくなる。つまり、熱歪が大きく発生する。

これに対し、排気温度が比較的低い場合には、図５に示すように、触媒担体の前後の温度差ΔＴは、十分に小さくなる。そして、出口温度ＴＣが所定の第１基準温度Ｔ１に達した時点で超リタード燃焼に切り換えれば、図５に破線で示すように、各部の温度が急激に上昇するため、最終的な目標である触媒完全活性に至るまでの所要時間は、図４の場合と大差がないものとなる。なお、超リタード燃焼に切り換えた段階では、触媒担体の内部で反応熱が生じ始めているので、それ以後も、大きな温度差ΔＴが生じることはない。

また、超リタード燃焼の途中でスロットル開度Ｔｈが増加して燃料噴射量が増えると、図示はしないが、入口部温度ＴＡ（換言すれば排気温度）が過度に高くなり、これに伴い触媒担体上流端温度ＴＢ１がさらに上昇するので、触媒担体の前後温度差ΔＴつまり熱歪が大となる。しかも、触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２に達して超リタード燃焼を停止した後も触媒コンバータ１０上流側の排気系部品の熱容量や触媒自体の反応熱等によって触媒コンバータ１０の内部温度は上昇し続け、触媒劣化温度にまでオーバシュートしてしまう虞がある。これに対し、上記実施例では、スロットル開度Ｔｈが所定の上限値Ｔｈ１を越えた時点で直ちに超リタード燃焼を中止するので、上記のような過度の温度上昇や熱歪を回避することができる。

なお、スロットル開度Ｔｈが大となって超リタード燃焼を中止した後、触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２に達する前に、スロットル開度Ｔｈが所定開度Ｔｈ１以下となれば、超リタード燃焼が再開される。

図７および図８は、上記の図３のフローチャートの変形例を示している。図７の例では、超リタード燃焼の実行中に、ステップ５Ａにおいて、空調装置用コンプレッサ等の所定の補機負荷がＯＮとなったか否かを繰り返し判定し、補機負荷がＯＮとなった場合には、触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２に達するのを待たずに、直ちに超リタード燃焼を解除するようにしている。なお、複数の補機の負荷の総和が所定レベルに達したときに超リタード燃焼を解除するようにしてもよい。

また、図８の例では、超リタード燃焼の実行中に、ステップ５Ｂにおいて、アクセルペダル踏み込み量ないしは電子制御スロットル弁７の開度が０であることを示すアイドルスイッチ信号がＯＮであるか否かを繰り返し判定し、アイドルスイッチ信号がＯＦＦとなった場合には、触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２に達するのを待たずに、直ちに超リタード燃焼を解除するようにしている。なお、このアイドルスイッチ信号は、必ずしも物理的なスイッチでなくともよく、例えばアクセル開度センサ２３の検出信号から生成される。従って、車両の発進などでアイドル状態から非アイドル状態へ移行すると、超リタード燃焼は中止される。

次に、図９のフローチャートは、始動時のモード切換の異なる実施例を示しており、以下、これを説明する。

先ず、ステップ１１では、触媒温度センサ３１により検出される触媒温度ＴＢを、所定の第３基準温度Ｔ３と比較し、第３基準温度Ｔ３よりも低ければ、ステップ１２へ進んで、前述した冷機時の通常制御を行う。上記第３基準温度Ｔ３は、やはり触媒の活性開始温度にほぼ相当し、例えば、１５０℃〜２００℃程度に設定される。

触媒温度ＴＢが第３基準温度Ｔ３以上であれば、ステップ１３へ進んで、前述した超リタード燃焼を実行する。これにより、排気ガス温度は急激に上昇し、触媒コンバータ１０が速やかに昇温する。この超リタード燃焼は、基本的に、ステップ１５で、触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２（例えば２５０℃〜３００℃）以上となるまで継続される。触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２以上となれば、ステップ１６へ進み、暖機後の通常制御、つまり前述した暖機後の均質燃焼運転もしくは成層燃焼運転が実行される。また、超リタード燃焼の実行中は、ステップ１４において、電子制御スロットル弁７のスロットル開度Ｔｈが所定の上限値Ｔｈ１を越えていないか繰り返し判定し、上限値Ｔｈ１を越えた場合には、触媒温度ＴＢが第２基準温度Ｔ２に達するのを待たずに、ステップ１６へ進んで直ちに超リタード燃焼を解除する。

このように、本実施例では、触媒温度ＴＢが第３基準温度Ｔ３に達するまでは超リタード燃焼が禁止されることになり、前述した実施例と同じく、超リタード燃焼により触媒完全活性までの所要時間を短縮しつつ触媒コンバータ１０の熱的劣化を回避することができる。本実施例によれば、触媒出口温度センサ３２の省略が可能である。

なお、図９のフローチャートでは負荷変化をスロットル開度Ｔｈから検出しているが、前述した図７あるいは図８のように、補機負荷あるいはアイドルスイッチ信号に基づいて、負荷変化を検出するようにしてもよい。

また、本発明の超リタード燃焼は、排気系の触媒コンバータ１０としてＮＯｘトラップ触媒を用いた場合の硫黄被毒解除のためにも利用することができる。ＮＯｘトラップ触媒は、流入する排気の排気空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸着し、流入する排気の排気空燃比がリッチであると、吸着していたＮＯｘを放出して触媒作用により浄化処理するものであるが、燃料中の硫黄成分（ＳＯｘ）が触媒に結合するとＮＯｘ吸着性能が低下する。そのため、適当な時期に、触媒を強制的に高温化してＳＯｘを放出除去する処理（いわゆる硫黄被毒解除）が必要である。本発明の超リタード燃焼は、非常に高い排気温度を得られるので、このＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒解除処理に適したものとなる。

本発明に係る内燃機関全体のシステム構成を示す構成説明図。 本発明の超リタード燃焼の燃料噴射時期および点火時期を示す特性図。 始動時のモード切換の処理を示すフローチャート。 排気温度が高い場合の触媒コンバータ各部の温度変化を示すタイムチャート。 排気温度が低い場合の触媒コンバータ各部の温度変化を示すタイムチャート。 図４および図５の測温点を示す説明図。 負荷変化の検出の変形例を示すフローチャート。 負荷変化の検出の変形例を示すフローチャート。 始動時のモード切換の処理の異なる実施例を示すフローチャート。 従来技術における筒内の乱れの変化を示す説明図。

符号の説明

３…燃焼室
１０…触媒コンバータ
１３…排気温度センサ
１４…点火プラグ
１５…燃料噴射弁
２５…コントロールユニット
３１…触媒温度センサ
３２…触媒出口温度センサ

Claims (12)

1. 筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点後に設定するとともに、この点火時期前でかつ圧縮上死点後に燃料を噴射する超リタード燃焼を行う一方、この超リタード燃焼での運転中に負荷が上昇したときに該超リタード燃焼を解除することを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
2. 所定の運転状態として、排気ガス温度の昇温が要求されたときに、上記超リタード燃焼を実行することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
3. 排気系の触媒コンバータの早期昇温が要求される内燃機関の冷間始動時に、上記の排気ガス温度の昇温が要求されることを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
4. 排気系の触媒コンバータのＳＯｘ放出処理を行うときに、上記の排気ガス温度の昇温が要求されることを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
5. 排気系の触媒コンバータが所定の低温状態にある間は、上記超リタード燃焼を禁止することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
6. 超リタード燃焼の解除後、負荷が低下したときに超リタード燃焼を再開することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
7. 上記の負荷変化をアクセル開度変化に基づいて検出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
8. 上記の負荷変化を補機作動状態に基づいて検出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
9. アイドル状態から非アイドル状態へ移行したときに超リタード燃焼を解除することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
10. 超リタード燃焼における点火時期は、圧縮上死点後１５°〜３０°ＣＡであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
11. 超リタード燃焼においては、圧縮上死点後の燃料噴射に先だって、吸気行程中もしくは圧縮行程中に、さらに燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
12. 超リタード燃焼における空燃比は、理論空燃比もしくは若干リーンであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
    

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