JP2006336476A - Control device for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
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における噴射時期および点火時期の制御に関する。 The present invention relates to an in-cylinder direct-injection spark ignition internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder, and in particular, injection at a cold start in which early temperature rise (early activation) of an exhaust system catalytic converter is required. It relates to the control of timing and ignition timing.
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。
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。 For early activation of the catalyst when the internal combustion engine is cold and HC reduction due to afterburning, retarding the ignition timing is effective. To obtain a greater effect, ignition after compression top dead center (ATDC) Ignition) is desirable. In order to perform stable combustion by ATDC ignition, it is necessary to shorten the combustion period. For this reason, it is necessary to increase the combustion speed (flame propagation speed) by strengthening the turbulence in the cylinder.
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。 In order to strengthen such disturbance, it is conceivable that the disturbance is generated in the cylinder by the energy of the fuel spray injected at a high pressure in the cylinder.
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。
However, in
例えば、図12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。 For example, FIG. 12 shows the magnitude of turbulence in a cylinder when a gas flow control valve (for example, a tumble control valve) provided in an intake port is operated and when such a gas flow control valve is not provided. As shown, the turbulence (part A) generated during the intake stroke by operating the gas flow control valve is attenuated as the compression stroke progresses, and is temporarily accompanied by the collapse of the tumble flow in the latter half of the compression stroke. Although the turbulence increases (the portion indicated by reference symbol B), after the compression top dead center, as shown by the reference symbol C, it rapidly attenuates, and combustion improvement (improving flame propagation) using the turbulence cannot be expected so much. The same applies to turbulence caused by fuel spray, and even if turbulence is generated by fuel injection before compression top dead center, it does not contribute to ignition combustion after compression top dead center.
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。
For this reason, ATDC ignition is more advantageous for increasing exhaust temperature and reducing HC, but combustion stability is not established. Therefore, in
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。 The present invention aims to improve combustion stability in ATDC ignition for early activation of the catalyst and HC reduction based on such a situation.
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、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、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。そして、特に、上記の超リタード燃焼を、触媒が完全活性するまで継続するのではなく、触媒が完全活性する前に、触媒コンバータの温度状態の判定に基づいて解除するようにしている。 The present invention requires an early temperature rise of an exhaust system catalytic converter in a control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine that includes a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder and includes an ignition plug. When the internal combustion engine is cold-started, the ignition timing is set after the compression top dead center, and super retard combustion is performed in which fuel is injected before the ignition timing and after the compression top dead center. In particular, the super retard combustion is not continued until the catalyst is fully activated, but is canceled based on the determination of the temperature state of the catalytic converter before the catalyst is fully activated.
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。 In other words, after the compression top dead center, the turbulence generated in the intake stroke and the compression stroke is attenuated, but the in-cylinder turbulence is generated and strengthened by the fuel injection performed during the expansion stroke after the compression top dead center. Flame propagation with ATDC ignition is facilitated. Therefore, super retard combustion with the ignition timing after the compression top dead center is established stably.
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、例えばアイドル時にBTDC点火とする特許文献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、触媒コンバータが温度上昇する過程で、触媒コンバータ内部の温度勾配が非常に急なものとなり易い。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。また、排気温度が非常に高くなることから、触媒温度が活性温度に達したと判定して超リタード燃焼を停止しても、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、触媒コンバータの内部温度が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。
Here, in the super retard combustion in which the ignition timing is significantly retarded as described above, for example, the exhaust temperature becomes very high as compared with the conventional technology such as
そこで、本発明では、超リタード燃焼を、触媒が完全活性するまで継続せずに、触媒が完全活性する前に、触媒コンバータの温度状態の判定に基づいて解除するようにしている。 Therefore, in the present invention, the super retard combustion is not continued until the catalyst is fully activated, and is canceled based on the determination of the temperature state of the catalytic converter before the catalyst is completely activated.
本発明の一つの態様では、触媒コンバータの入口温度と該入口温度の変化速度とから触媒コンバータの温度状態を判定する。例えば、上記入口温度の変化速度が大きいほど入口温度が低い段階で上記超リタード燃焼を解除する。 In one aspect of the present invention, the temperature state of the catalytic converter is determined from the inlet temperature of the catalytic converter and the rate of change of the inlet temperature. For example, the super retard combustion is canceled when the inlet temperature is lower as the change rate of the inlet temperature is higher.
また、本発明の一つの態様では、触媒コンバータの入口温度と内部温度とから触媒コンバータの温度状態を判定する。例えば、上記入口温度が高いほど内部温度が低い段階で上記超リタード燃焼を解除する。 In one aspect of the present invention, the temperature state of the catalytic converter is determined from the inlet temperature and the internal temperature of the catalytic converter. For example, the super retard combustion is canceled when the internal temperature is lower as the inlet temperature is higher.
このように、触媒コンバータの入口温度とその変化速度、あるいは、入口温度と内部温度、などから超リタード燃焼の解除のタイミングを判断することにより、内部温度の過度のオーバシュートや過大な熱勾配の発生を回避できる。 As described above, by judging the timing of canceling the super retard combustion from the inlet temperature of the catalytic converter and the rate of change thereof, or the inlet temperature and the internal temperature, the excessive overshoot of the internal temperature or the excessive thermal gradient is detected. Occurrence can be avoided.
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、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、触媒コンバータが完全活性する前の適切なタイミングで超リタード燃焼が解除されるので、触媒温度の過度のオーバシュートによる熱的劣化や極端な温度勾配による触媒担体の破損等を回避することができる。 According to the present invention, it is possible to sufficiently ensure the combustion stability of the super retard combustion in which the ignition timing is set after the compression top dead center, and at the time of cold start, early activation of the catalyst and reduction of HC due to afterburning. Can be achieved. And since super retard combustion is canceled at an appropriate timing before the catalytic converter is fully activated, it is possible to avoid thermal deterioration due to excessive overshooting of the catalyst temperature, damage to the catalyst carrier due to extreme temperature gradient, etc. it can.
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a system configuration of a direct injection type spark ignition internal combustion engine to which the present invention is applied.
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の温度状態を判定するために、上流側の空燃比センサ11と並んで触媒コンバータ10の入口部に配置された触媒入口温度センサ13を備えている。
An
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。
A
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。
In addition, the
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。
The fuel injection amount, injection timing, ignition timing, etc. of the
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。
The present invention performs super retard combustion so that the exhaust gas temperature becomes high at the time of cold start of the
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。 FIG. 2 shows three examples of super retard combustion. In Example 1, the ignition timing is set to 15 ° to 30 ° ATDC (for example, 20 ° ATDC), and the fuel injection timing (specifically, the fuel injection start timing) is shown. Is set after the compression top dead center and before the ignition timing. At this time, the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio or slightly lean (about 16 to 17).
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。 That is, in order to promote catalyst warm-up and reduce HC, ignition timing retardation is effective, and ignition after top dead center (ATDC ignition) is desirable, but in order to perform stable combustion with ATDC ignition, It is necessary to shorten the combustion period, and for this purpose, flame propagation due to turbulence must be promoted. As described above, after the compression top dead center, the turbulence generated in the intake stroke and the compression stroke is attenuated, but in the present invention, by the high pressure fuel injection performed during the expansion stroke after the compression top dead center. The gas flow is generated, and thereby the turbulence in the cylinder can be generated and strengthened. Therefore, flame propagation by ATDC ignition is promoted and stable combustion is possible.
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。 The second embodiment in FIG. 2 is an example in which the fuel injection is divided into two, and the first fuel injection is performed during the intake stroke, and the second fuel injection is performed after the compression top dead center. The ignition timing and the air-fuel ratio (the air-fuel ratio obtained by combining the two injections) are the same as those in the first embodiment.
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。 As described above, when fuel injection (intake stroke injection) is performed during the intake stroke prior to fuel injection after the compression top dead center (expansion stroke injection), disturbance due to fuel spray in the intake stroke injection is attenuated in the latter half of the compression stroke. However, since the injected fuel is diffused throughout the combustion chamber and contributes to the promotion of HC afterburning by ATDC ignition, the HC reduction and It is effective for raising the exhaust temperature.
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。 In the third embodiment of FIG. 2, the fuel injection is divided into two, the first fuel injection is performed in the compression stroke, and the second fuel injection is performed after the compression top dead center. As described above, when the fuel injection (compression stroke injection) is performed during the compression stroke prior to the fuel injection after the compression top dead center (expansion stroke injection), the compression stroke injection is compared with the intake stroke injection of the second embodiment. However, since the disturbance of the turbulence due to the fuel spray is delayed, the turbulence due to the first fuel injection remains, and the second fuel injection is performed after the compression top dead center, which is generated by the first fuel injection. The turbulence can be strengthened to promote the turbulence, and the gas flow can be further strengthened near the compression top dead center.
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。 In the case of Example 3, the first compression stroke injection may be in the first half of the compression stroke, but if it is set in the second half of the compression stroke (after 90 ° BTDC), the disturbance near the top dead center can be further increased. In particular, if the first compression stroke injection is 45 ° BTDC or later, more desirably 20 ° BTDC or later, the gas flow after compression top dead center can be further enhanced.
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。 As described above, according to the super retarded combustion of the first to third embodiments, the turbulence in the cylinder can be generated and strengthened by the fuel spray immediately before the ignition, and the flame propagation is promoted to perform stable combustion. be able to. In particular, by retarding the ignition timing from 15 ° to 30 ° ATDC, a sufficient afterburning effect for early activation of the catalyst and reduction of HC can be obtained. In other words, even if the ignition timing is greatly delayed in this way, the fuel injection is delayed until just before that, and the generation time of the turbulence is also delayed, so that the combustion improvement by improving the flame propagation can be achieved.
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燃焼モードの切換が行われる。
Here, in the above-described super retard combustion, the exhaust gas temperature can be obtained extremely high, so the
先ず、ステップ1では、触媒入口温度センサ13により検出される触媒コンバータ10の入口温度Tを読み込むとともに、その変化速度つまり単位時間当たりの変化量dTを求める。次に、ステップ2で触媒が活性しているか否かを、例えば、機関始動時の冷却水温や始動時の触媒入口温度Tなどから判定する。暖機再始動のように既に触媒が活性状態にあれば、ステップ5へ進み、前述した通常の成層燃焼運転あるいは均質燃焼運転となる。
First, in
冷間始動のように触媒が未活性状態であれば、ステップ3へ進み、前述した超リタード燃焼を実行する。これにより、排気温度は急激に上昇する。 If the catalyst is in an inactive state as in the cold start, the process proceeds to step 3 to execute the super retard combustion described above. As a result, the exhaust temperature rises rapidly.
その後、ステップ4において、触媒入口温度Tとその変化速度dTとに基づいて、触媒コンバータ10の温度状態が触媒完全活性前の所定の段階に達したか否か判定する。具体的には、触媒入口温度Tと変化速度dTとから、図4に示すような特性の許可条件および禁止条件のいずれの領域にあるかを繰り返し判定し、許可条件にある間は、超リタード燃焼を継続する。そして、禁止条件の領域に入ったときに、ステップ4からステップ5へ進み、超リタード燃焼を解除して通常制御へ移行する。上記の禁止条件の領域は、超リタード燃焼の解除後も遅れて上昇する触媒温度が完全活性温度を越えて過度にオーバシュートすることがないように設定されており、特に、変化速度dTが大であるほど、触媒入口温度Tがより低い段階で超リタード燃焼が解除される。従って、触媒温度の過度のオーバシュートや極端な温度勾配による熱歪みが防止される。
Thereafter, in
以下、触媒コンバータ10の温度変化について説明する。図5は、一例として、冷間始動後の触媒コンバータの入口温度(排気温度にほぼ等しい)および内部温度の変化を示し、破線は、始動後に通常の燃焼運転を継続した場合の特性を、実線は、始動後に超リタード燃焼を継続した場合の特性を示す。図示するように、超リタード燃焼では、排気温度(入口温度)が始動後に急激に上昇し、内部温度が触媒活性温度(完全活性温度)T1に達するまでの所要時間は大幅に短縮される。しかし、入口温度と内部温度との温度差(換言すれば触媒担体の温度勾配)に着目すると、内部温度が触媒活性温度T1に達したときの温度差ΔTとしては、実線で示す超リタード燃焼による急激な加熱の方が、破線で示す緩やかな加熱の場合よりも、大きくなる。つまり、超リタード燃焼により急激に昇温すると、一般に熱歪みが大となる傾向にある。
Hereinafter, the temperature change of the
また、図6は、内部温度が触媒活性温度T1に達した時点で超リタード燃焼を解除した場合の比較例を示している。この場合、超リタード燃焼を解除した後も、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、条件によっては、触媒コンバータの内部温度が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。 FIG. 6 shows a comparative example when the super retard combustion is canceled when the internal temperature reaches the catalyst activation temperature T1. In this case, even after canceling the super retard combustion, the internal temperature of the catalytic converter continues to increase due to the heat capacity of the exhaust system components upstream of the catalytic converter, the reaction heat of the catalyst itself, etc. There is a risk of overshooting to the catalyst deterioration temperature.
これに対し、図7は、本発明の場合の触媒コンバータの温度変化を示しており、内部温度が触媒活性温度T1に達する前に、超リタード燃焼が解除される。このとき、内部温度は触媒活性温度T1よりも低い例えば温度T2であり、超リタード燃焼の解除後、この温度T2からさらに温度上昇するものの、触媒劣化温度に達することはない。また、超リタード燃焼の解除に伴って入口温度は速やかに低下するため、内部温度が触媒活性温度T1に達した段階での内部温度と入口温度との温度差ΔTは、図5や図6の場合よりも小さくなる。 On the other hand, FIG. 7 shows the temperature change of the catalytic converter in the case of the present invention, and the super retard combustion is canceled before the internal temperature reaches the catalyst activation temperature T1. At this time, the internal temperature is, for example, the temperature T2 lower than the catalyst activation temperature T1, and after the super retard combustion is released, the temperature further rises from the temperature T2, but does not reach the catalyst deterioration temperature. Further, since the inlet temperature rapidly decreases with the release of the super retard combustion, the temperature difference ΔT between the internal temperature and the inlet temperature when the internal temperature reaches the catalyst activation temperature T1 is shown in FIG. 5 and FIG. Smaller than the case.
なお、上記実施例では、触媒コンバータ10の入口温度Tを触媒入口温度センサ13により直接に検出するようにしているが、入口温度Tは内燃機関の吸入空気量に相関するので、この吸入空気量に基づいて入口温度Tを推定することも可能である。
In the above embodiment, the inlet temperature T of the
次に、図8〜図10は、この発明の第2の実施例を示しており、この実施例では、触媒コンバータ10の温度状態を判定するために、図8に示すように、該触媒コンバータ10の入口部に配置された触媒入口温度センサ13に加えて、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30を備えている。従って、触媒入口温度Tとともに、触媒コンバータ10の内部温度TCが検出される。
Next, FIGS. 8 to 10 show a second embodiment of the present invention. In this embodiment, in order to determine the temperature state of the
本実施例では、図9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燃焼モードの切換が行われる。
In this embodiment, the combustion mode is switched while monitoring the temperature state of the
先ず、ステップ1では、触媒入口温度センサ13により検出される触媒コンバータ10の入口温度Tと、触媒温度センサ30により検出される触媒コンバータ10の内部温度TCを読み込む。次に、ステップ2で触媒が活性しているか否かを、例えば、機関始動時の内部温度TCや冷却水温などから判定する。暖機再始動のように既に触媒が活性状態にあれば、ステップ5へ進み、前述した通常の成層燃焼運転あるいは均質燃焼運転となる。
First, in
冷間始動のように触媒が未活性状態であれば、ステップ3へ進み、前述した超リタード燃焼を実行する。これにより、排気温度は急激に上昇する。 If the catalyst is in an inactive state as in the cold start, the process proceeds to step 3 to execute the super retard combustion described above. As a result, the exhaust temperature rises rapidly.
その後、ステップ4において、触媒入口温度Tと内部温度TCとに基づいて、触媒コンバータ10の温度状態が触媒完全活性前の所定の段階に達したか否か判定する。具体的には、触媒入口温度Tと内部温度TCとから、図10に示すような特性の許可条件および禁止条件のいずれの領域にあるかを繰り返し判定し、許可条件にある間は、超リタード燃焼を継続する。そして、禁止条件の領域に入ったときに、ステップ4からステップ5へ進み、超リタード燃焼を解除して通常制御へ移行する。上記の禁止条件の領域は、超リタード燃焼の解除後も遅れて上昇する触媒温度が完全活性温度を越えて過度にオーバシュートすることがないように設定されており、特に、排気温度を示す入口温度Tが高いほど、内部温度TCがより低い段階で超リタード燃焼が解除される。従って、触媒温度の過度のオーバシュートや極端な温度勾配による熱歪みが防止される。
Thereafter, in
なお、上記実施例では、触媒コンバータ10の入口温度Tを触媒入口温度センサ13により直接に検出するようにしているが、入口温度Tは内燃機関の吸入空気量に相関するので、この吸入空気量に基づいて入口温度Tを推定することも可能である。
In the above embodiment, the inlet temperature T of the
また、上記実施例では、触媒コンバータ10の内部温度TCを触媒温度センサ30により直接に検出するようにしているが、他のパラメータ、例えば触媒温度に相関する触媒コンバータ10の酸素ストレージ能力から内部温度TCを推定することも可能である。
In the above embodiment, the internal temperature TC of the
具体的には、図1や図8に示したように、触媒コンバータ10の上流側および下流側にそれぞれ空燃比センサ11,12が設けられている場合において、図11の上段に示すように、内燃機関の空燃比(排気空燃比)が適当な周期・振幅で振動するように空燃比制御が行われる。これは、一般的な空燃比フィードバック制御の技術を利用することができる。この空燃比変化に対し、上流側空燃比センサ11の検出空燃比は、機関の空燃比変化をそのまま反映したものとなる。一方、下流側空燃比センサ12の検出空燃比は、図11の下段に示すように、触媒コンバータ10が未活性の段階では、酸素ストレージ能力が低いため、上流側空燃比センサ11の信号と同様に変化するが、触媒コンバータ10の温度が上昇すると、酸素ストレージ能力が高くなり、図示するように、周期が長くかつ振幅が小さなものとなる。従って、両者の関係から、触媒が完全活性前の活性開始温度に達したことを検知することができる。
Specifically, as shown in FIGS. 1 and 8, when air-
3…燃焼室
10…触媒コンバータ
13…触媒入口温度センサ
14…点火プラグ
15…燃料噴射弁
25…コントロールユニット
30…触媒温度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
11. The control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein the air-fuel ratio in the super retard combustion is a stoichiometric air-fuel ratio or slightly lean.
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