JP2018003751A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To take measures against increase of a distance between a spray outline face and an electrode portion when activation control of an exhaust emission control catalyst is performed with an engine constitution in which a part of fuel spray from an injector is directed to a direction of an ignition plug positioned at a downstream side in a flowing direction, of tumble flow, and the electrode portion of the ignition plug is disposed in a range at an upper part with respect to the outline face of the fuel spray closest to the ignition plug.SOLUTION: In catalyst warming-up control, intake stroke injection and compression stroke injection are performed (upper stage in Fig. 7). During the catalyst warming-up control, a discharge timing in an electrode portion 34 is determined at a delayed angle side with respect to a compression top dead center, and expansion stroke injection is performed during the discharge timing. However, in a case when a distance between a spray outline face and the electrode portion 34 is increased, additional injection (first injection) is performed before the expansion stroke injection (second injection), and discharge (second discharge) corresponding to the expansion stroke injection, and discharge (first discharge) corresponding to the additional injection are performed (lower stage in Fig. 7).SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、インジェクタと点火プラグを燃焼室に備えると共に、燃焼室からの排気を浄化する触媒(排気浄化触媒)を備える内燃機関を制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly, to a control device that controls an internal combustion engine that includes an injector and a spark plug in a combustion chamber and includes a catalyst that purifies exhaust from the combustion chamber (an exhaust purification catalyst).

特開2011−106377号公報には、燃焼室上部に設けられる点火プラグとインジェクタの位置関係に関する構成に関する技術と、この構成を前提とした当該点火プラグと当該インジェクタの制御方法に関する技術が開示されている。この構成は、具体的に、点火プラグの放電ギャップの中心位置から当該点火プラグに最も近いインジェクタの噴孔の中心位置までの距離と、当該放電ギャップの中心位置から当該噴孔から噴射された燃料噴霧の中心軸までの距離と、を特定の範囲に設定するものである。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-106377 discloses a technique related to a configuration related to the positional relationship between an ignition plug provided at the upper portion of a combustion chamber and an injector, and a technique related to a control method for the ignition plug and the injector based on this configuration. Yes. Specifically, this configuration includes the distance from the center position of the discharge gap of the spark plug to the center position of the injector nozzle hole closest to the spark plug, and the fuel injected from the nozzle hole from the center position of the discharge gap. The distance to the central axis of spraying is set to a specific range.

また、この構成を前提とした制御方法は、インジェクタからの燃料噴射を開始してから所定時間の経過後に、この燃料噴射期間に亘り、点火プラグへの高電圧の印加を行うものである。インジェクタから高圧状態で噴射された燃料は、その周囲の空気を持ち去ることで低圧部を形成する(エントレインメント)。そのため、燃料噴射期間に点火プラグへの高電圧の印加を行う上記制御方法によれば、燃料噴霧の周囲に低圧部を形成して、放電ギャップに生じた放電火花をこの低圧部に誘引することができる。よって、点火プラグの周辺に形成される混合気の着火性を向上させることができる。   In addition, the control method based on this configuration is to apply a high voltage to the spark plug over the fuel injection period after a predetermined time has elapsed since the start of fuel injection from the injector. The fuel injected at a high pressure from the injector forms a low pressure part by taking away the surrounding air (entrainment). Therefore, according to the above control method for applying a high voltage to the spark plug during the fuel injection period, a low pressure part is formed around the fuel spray, and the discharge spark generated in the discharge gap is attracted to the low pressure part. Can do. Therefore, the ignitability of the air-fuel mixture formed around the spark plug can be improved.

これに加え、上記公報では、上述した誘引作用の活用例として、機関始動時における排気浄化触媒の活性化制御が挙げられている。   In addition, in the above publication, activation control of the exhaust purification catalyst at the time of starting the engine is given as an example of utilizing the above-described attraction action.

特開2011−106377号公報JP 2011-106377 A

ところで本発明者は、上記公報とは異なる機関構成において、排気浄化触媒の活性化制御を検討しているところである。検討に係る機関構成は、点火プラグとインジェクタの位置関係に関する構成において上記公報の機関構成と類似している。但し、検討に係る機関構成は、燃焼室に供給される吸気からタンブル流が形成される点において上記公報の機関構成と異なっており、タンブル流の流れ方向で見たときにインジェクタの下流側に点火プラグが配置される機関構成となっている。   By the way, the present inventor is examining the activation control of the exhaust purification catalyst in an engine configuration different from the above publication. The engine configuration related to the examination is similar to the engine configuration described in the above publication in the configuration related to the positional relationship between the spark plug and the injector. However, the engine configuration involved in the study differs from the engine configuration in the above publication in that a tumble flow is formed from the intake air supplied to the combustion chamber, and when viewed in the flow direction of the tumble flow, it is located downstream of the injector. It has an engine configuration in which a spark plug is arranged.

燃焼室に形成されるタンブル流は、排気ポート側では燃焼室上部から下部に向かい、吸気ポート側では燃焼室下部から上方に向かうように旋回しており、検討に係る制御はこのようなタンブル流を前提としている。検討に係る制御は、具体的に、吸気行程において噴射を行って燃料噴霧をタンブル流と共に燃焼室内を旋回させつつ、点火プラグによる点火の開始時期(つまり、点火プラグへの高電圧の印加開始時期)を圧縮上死点よりも遅角側に設定するものである。これに加え、検討に係る制御では、点火プラグへの高電圧の印加中に、その噴射期間が終了するような膨張行程での噴射を行う。   The tumble flow formed in the combustion chamber swirls from the upper part of the combustion chamber to the lower part on the exhaust port side and from the lower part of the combustion chamber to the upper side on the intake port side. Is assumed. Specifically, the control related to the examination is performed by performing injection in the intake stroke and swirling the fuel spray together with the tumble flow in the combustion chamber while starting the ignition by the spark plug (that is, the start timing of applying the high voltage to the spark plug). ) Is set on the retard side from the compression top dead center. In addition to this, in the control according to the examination, during the application of a high voltage to the spark plug, injection is performed in an expansion stroke such that the injection period ends.

上記膨張行程での噴射を行えば、上記公報での誘引作用と同様の作用が得られる。すなわち、インジェクタから噴射されて点火プラグの方向に向かう燃料噴霧の周囲に形成された低圧部に、点火プラグで生じた放電火花を誘引することができる。また、上記公報での誘引作用に加えて、検討に係る制御によれば、放電火花だけでなく、吸気行程での噴射による燃料噴霧を含む混合気とこの放電火花とから生じた初期火炎をも誘引することができる。従って、上記膨張行程での噴射による燃料噴霧に、誘引された初期火炎を接触させて成長させることができるので、当該初期火炎を成長させる燃焼を安定化させて、燃焼変動を抑えることができる。   If injection is performed in the expansion stroke, the same action as the attracting action in the above publication can be obtained. That is, the discharge spark generated by the spark plug can be attracted to the low pressure portion formed around the fuel spray injected from the injector and directed toward the spark plug. Further, in addition to the attracting action in the above publication, according to the control related to the examination, not only the discharge spark but also the air-fuel mixture including fuel spray by the injection in the intake stroke and the initial flame generated from this discharge spark Can be attracted. Therefore, since the attracted initial flame can be brought into contact with the fuel spray by the injection in the expansion stroke and grown, the combustion for growing the initial flame can be stabilized and the combustion fluctuation can be suppressed.

しかし、上記公報でも言及されているように、上述した誘引作用は、点火プラグの放電ギャップの中心位置から、インジェクタの噴孔から噴射された燃料噴霧の中心軸までの距離が重要である。検討に係る制御にもこれは当てはまる。すなわち、上記膨張行程での噴射によって点火プラグの方向に向かう燃料噴霧の外郭面と、当該点火プラグとの間の距離が重要である。このため、外郭面と点火プラグとの間の距離が拡大したような場合には、上記膨張行程での噴射に基づいた、放電火花や初期火炎の誘引作用が不十分となる可能性がある。   However, as mentioned in the above publication, the distance from the center position of the discharge gap of the spark plug to the center axis of the fuel spray injected from the injector injection hole is important for the attraction action described above. This also applies to the control concerned. That is, the distance between the outer surface of the fuel spray directed toward the spark plug by the injection in the expansion stroke and the spark plug is important. For this reason, when the distance between the outer surface and the spark plug is increased, there is a possibility that the action of attracting the discharge spark and the initial flame based on the injection in the expansion stroke is insufficient.

上記膨張行程での噴射による誘引作用が不十分の場合であっても、当該噴射による燃料噴霧に初期火炎を接触させて成長させることは可能である。しかし、この誘引作用が不十分であるということは、上記膨張行程での噴射による燃料噴霧に初期火炎が十分に引き寄せられておらず、初期火炎の周囲の混合気の濃度が高まっていないことを意味する。故に、誘引作用が不十分の場合は、初期火炎の成長が抑制されてしまう。そして、検討に係る制御中の燃焼サイクルにおいて、このような事態が発生するサイクルが多くなれば、サイクル間の燃焼変動が大きくなるので、ドライバビリティに影響が出てしまう。   Even if the attracting action by the injection in the expansion stroke is insufficient, it is possible to grow by bringing the initial flame into contact with the fuel spray by the injection. However, the fact that this attractive action is insufficient means that the initial flame is not sufficiently attracted to the fuel spray by the injection in the expansion stroke, and the concentration of the air-fuel mixture around the initial flame is not increased. means. Therefore, when the attracting action is insufficient, the growth of the initial flame is suppressed. If the number of cycles in which such a situation occurs in the combustion cycle under control related to the study increases, the fluctuation in combustion between cycles increases, which affects drivability.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、インジェクタからの燃料噴霧の一部がタンブル流の流れ方向の下流側に位置する点火プラグの方向に向かい、且つ、点火プラグに最も近づく燃料噴霧の外郭面よりも上方となる範囲に点火プラグの電極部が配置される機関構成によって排気浄化触媒の活性化制御を行う場合に、当該外郭面と当該電極部との距離が拡大したときの対策を講ずることにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to make a part of the fuel spray from the injector face a spark plug located downstream in the flow direction of the tumble flow and When the activation control of the exhaust purification catalyst is performed by the engine configuration in which the electrode portion of the ignition plug is arranged in a range above the outer surface of the fuel spray closest to the plug, the distance between the outer surface and the electrode portion It is to take measures when it expands.

本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室上部に設けられて筒内に燃料を直接噴射するインジェクタと、電極部で発生させた放電火花を用いて筒内の混合気に点火する点火プラグであって、前記燃焼室上部、且つ、前記燃焼室内に形成されるタンブル流の流れ方向において前記インジェクタよりも下流側に設けられると共に、前記インジェクタから前記点火プラグに向けて噴射される燃料噴霧の外郭面よりも前記電極部の位置が上方となるように設けられた点火プラグと、前記燃焼室からの排気を浄化する排気浄化触媒と、を備える内燃機関を制御するものである。
前記制御装置は、前記排気浄化触媒を活性化させる制御として、圧縮上死点よりも遅角側の所定期間で放電火花が発生するように前記点火プラグを制御すると共に、前記圧縮上死点よりも遅角側での膨張行程噴射であって、噴射期間が前記所定期間の少なくとも一部と重複し、尚且つ、終了時期が前記所定期間の終了時期よりも進角側となる膨張行程噴射と、前記膨張行程噴射が行われるサイクルと同じサイクルでの吸気行程噴射と、を行うように前記インジェクタを制御する。
前記制御装置は更に、前記吸気行程噴射による燃料噴霧を含む混合気と放電火花とから生じた初期火炎の成長速度が所定の判定値を下回ると判定された場合、前記吸気行程噴射と前記膨張行程噴射が行われるサイクルと同じサイクルでの追加噴射であって、前記圧縮上死点よりも遅角側、且つ、前記膨張行程噴射の噴射開始時期および前記所定期間の開始時期よりも進角側での追加噴射を行うように前記インジェクタを制御すると共に、前記追加噴射の噴射開始時期よりも進角側から開始され、且つ、前記膨張行程噴射の噴射開始時期よりも遅角側において満了する放電期間において放電火花が発生するように前記点火プラグを制御する。
An internal combustion engine control apparatus according to the present invention includes an injector provided at an upper portion of a combustion chamber for directly injecting fuel into a cylinder, and an ignition plug for igniting an air-fuel mixture in the cylinder using a discharge spark generated at an electrode portion The fuel spray is provided at the upper part of the combustion chamber and downstream of the injector in the flow direction of the tumble flow formed in the combustion chamber, and is injected from the injector toward the spark plug. An internal combustion engine including an ignition plug provided so that the position of the electrode portion is located above the outer surface and an exhaust purification catalyst for purifying exhaust from the combustion chamber is controlled.
The control device controls the spark plug so that a discharge spark is generated in a predetermined period that is retarded from the compression top dead center as control for activating the exhaust purification catalyst, and from the compression top dead center. Expansion stroke injection on the retard side, the injection period overlaps at least a part of the predetermined period, and the end time is an advance side relative to the end time of the predetermined period; The injector is controlled to perform the intake stroke injection in the same cycle as the cycle in which the expansion stroke injection is performed.
The control device further includes the intake stroke injection and the expansion stroke when it is determined that the growth rate of the initial flame generated from the air-fuel mixture including the fuel spray by the intake stroke injection and the discharge spark is lower than a predetermined determination value. It is additional injection in the same cycle as the cycle in which injection is performed, and is retarded from the compression top dead center, and advanced from the start timing of the expansion stroke injection and the start timing of the predetermined period. A discharge period in which the injector is controlled to perform the additional injection, and is started from the advance side with respect to the injection start timing of the additional injection and expires on the retard side with respect to the injection start timing of the expansion stroke injection The spark plug is controlled so as to generate a discharge spark at.

追加噴射による燃料噴霧はタンブル流によって下流方向に運ばれるので、膨張行程噴射が行われる際には電極部の近傍まで移動することになる。この燃料噴霧の移動中には、点火プラグの制御によって放電火花が発生しており、この放電火花と吸気行程噴射による燃料噴霧とが接触することで火炎核が生じている。そのため、タンブル流によって燃料噴霧が電極部の近傍まで移動したときには、この火炎核から生じた初期火炎と接触することになる。つまり、追加噴射を行うようにインジェクタを制御すると共に、この追加噴射の噴射開始時期よりも進角側から開始される放電を行うように点火プラグを制御すると、膨張行程噴射による燃料噴霧を巻き込む前に、初期火炎が追加噴射による燃料噴霧を巻き込んで成長することになる。従って、このようなインジェクタと点火プラグの制御を行わない場合に比べて、初期火炎が膨張行程噴射による燃料噴霧を巻き込むまでの時間が短縮されることになる。   Since the fuel spray by the additional injection is carried in the downstream direction by the tumble flow, it moves to the vicinity of the electrode portion when the expansion stroke injection is performed. During the movement of the fuel spray, a discharge spark is generated by the control of the spark plug, and a flame kernel is generated by contact between the discharge spark and the fuel spray by the intake stroke injection. Therefore, when the fuel spray moves to the vicinity of the electrode portion by the tumble flow, it comes into contact with the initial flame generated from the flame kernel. That is, when the injector is controlled to perform additional injection and the spark plug is controlled to perform discharge that starts from the advance side of the injection start timing of this additional injection, before the fuel spray by the expansion stroke injection is involved In addition, the initial flame grows with the fuel spray from the additional injection. Therefore, compared with the case where the control of the injector and the spark plug is not performed, the time until the initial flame entrains the fuel spray by the expansion stroke injection is shortened.

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、吸気行程噴射による燃料噴霧を含む混合気と放電火花とから生じた初期火炎の成長速度が所定の判定値を下回ると判定された場合に、膨張行程噴射による燃料噴霧を巻き込む前に、当該初期火炎を追加噴射による燃料噴霧と接触させて、これを巻き込んで成長させることができる。つまり、膨張行程噴射による燃料噴霧のうち点火プラグに最も近づく燃料噴霧の外郭面と、当該点火プラグの電極部との間の距離が拡大した場合に、初期火炎が膨張行程噴射による燃料噴霧を巻き込むまでの時間を適度な範囲に収めることが可能となる。よって、サイクル間の燃焼変動を小さくしてドライバビリティに影響が出るのを良好に抑制できる。   According to the control device for an internal combustion engine of the present invention, when it is determined that the growth rate of the initial flame generated from the air-fuel mixture including the fuel spray by the intake stroke injection and the discharge spark is lower than a predetermined determination value, the expansion is performed. Prior to entraining the fuel spray from stroke injection, the initial flame can be brought into contact with the fuel spray from additional injection and entrained to grow. In other words, when the distance between the outer surface of the fuel spray closest to the spark plug and the electrode portion of the spark plug among the fuel spray by the expansion stroke injection increases, the initial flame entrains the fuel spray by the expansion stroke injection. It is possible to keep the time until in an appropriate range. Therefore, it is possible to satisfactorily suppress the influence on drivability by reducing the combustion fluctuation between cycles.

本発明の実施の形態に係るシステム構成を説明する図である。It is a figure explaining the system configuration | structure which concerns on embodiment of this invention. 内燃機関10の始動直後の燃料噴射パターンの一例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of a fuel injection pattern immediately after the internal combustion engine 10 is started. FIG. 触媒暖機制御中の噴射開始時期、噴射期間、および、電極部34での放電期間を示す図である。It is a figure which shows the injection start timing in catalyst warm-up control, the injection period, and the discharge period in the electrode part. 燃焼変動率と、膨張行程噴射での燃料噴射量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a combustion fluctuation rate and the fuel injection quantity in expansion stroke injection. 膨張行程噴射による放電火花の誘引作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the attracting action of the discharge spark by expansion stroke injection. 触媒暖機制御の問題点を説明する図である。It is a figure explaining the problem of catalyst warm-up control. 本発明の実施の形態の触媒暖機制御の概要を説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of the catalyst warm-up control of embodiment of this invention. 膨張行程での2回噴射と2回放電を行う場合の筒内状態を説明する図である。It is a figure explaining the in-cylinder state in the case of performing twice injection and discharge twice in an expansion stroke. インジェクタの開弁期間τと噴射燃料量との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the valve opening period (tau) of an injector, and the amount of injected fuel. 粒子数PNおよび燃焼変動率と、燃料噴射量との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the number PN of particle | grains, a combustion fluctuation rate, and fuel injection amount. 内燃機関10の冷間始動中のエンジン冷却水温と、膨張行程1回目噴射での噴射期間との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the engine cooling water temperature in the cold start of the internal combustion engine 10, and the injection period in the expansion stroke 1st time injection. 着火確率およびSA−CA10と、膨張行程1回目放電での放電期間との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between an ignition probability and SA-CA10, and the discharge period in the expansion stroke 1st discharge. 燃焼変動率とSA−CA10との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a combustion fluctuation rate and SA-CA10. 距離DTに関する判定値を説明する図である。It is a figure explaining the judgment value about distance DT. 本発明の実施の形態においてECU40が実行する処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which ECU40 performs in embodiment of this invention.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態に係るシステム構成を説明する図である。図1に示すように、本実施の形態に係るシステムは、車両に搭載される内燃機関10を備えている。内燃機関10は4ストローク1サイクルエンジンであり、複数の気筒を有している。但し、図1には、そのうちの1つの気筒12のみが描かれている。内燃機関10は、気筒12が形成されたシリンダブロック14と、シリンダブロック14上に配置されるシリンダヘッド16と、を有している。気筒12内にはその軸方向(本実施の形態では鉛直方向)に往復動するピストン18が配置されている。内燃機関10の燃焼室20は、少なくともシリンダブロック14の壁面と、シリンダヘッド16の下面と、ピストン18の上面と、によって画定されている。
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system according to the present embodiment includes an internal combustion engine 10 mounted on a vehicle. The internal combustion engine 10 is a four-stroke one-cycle engine and has a plurality of cylinders. However, only one of the cylinders 12 is shown in FIG. The internal combustion engine 10 includes a cylinder block 14 in which a cylinder 12 is formed, and a cylinder head 16 disposed on the cylinder block 14. A piston 18 that reciprocates in the axial direction (vertical direction in the present embodiment) is disposed in the cylinder 12. The combustion chamber 20 of the internal combustion engine 10 is defined by at least the wall surface of the cylinder block 14, the lower surface of the cylinder head 16, and the upper surface of the piston 18.

シリンダヘッド16には、燃焼室20に連通する吸気ポート22および排気ポート24が2つずつ形成されている。吸気ポート22の燃焼室20に連通する開口部には吸気バルブ26が設けられ、排気ポート24の燃焼室20に連通する開口部には排気バルブ28が設けられている。また、シリンダヘッド16には、燃焼室20の上部の略中央から先端が燃焼室20を臨むようにインジェクタ30が設けられている。インジェクタ30は燃料タンク、コモンレール、サプライポンプ等から構成される燃料供給系に接続されている。また、インジェクタ30の先端には複数の噴孔が放射状に形成されており、インジェクタ30を開弁するとこれらの噴孔から燃料が高圧状態で噴射される。   Two intake ports 22 and two exhaust ports 24 communicating with the combustion chamber 20 are formed in the cylinder head 16. An intake valve 26 is provided at an opening portion of the intake port 22 that communicates with the combustion chamber 20, and an exhaust valve 28 is provided at an opening portion of the exhaust port 24 that communicates with the combustion chamber 20. In addition, the cylinder head 16 is provided with an injector 30 so that the tip thereof faces the combustion chamber 20 from substantially the center of the upper portion of the combustion chamber 20. The injector 30 is connected to a fuel supply system including a fuel tank, a common rail, a supply pump, and the like. In addition, a plurality of injection holes are formed radially at the tip of the injector 30. When the injector 30 is opened, fuel is injected from these injection holes in a high pressure state.

また、シリンダヘッド16には、インジェクタ30が設けられた箇所よりも排気バルブ28の側の燃焼室20の上部に点火プラグ32が設けられている。点火プラグ32は、中心電極と接地電極とからなる電極部34を先端に備えている。電極部34は、インジェクタ30からの燃料噴霧の外郭面(以下「噴霧外郭面」ともいう。)よりも上方になる範囲(すなわち、噴霧外郭面からシリンダヘッド16の下面までの範囲)に突き出すように配置されている。より詳しく述べると、電極部34は、インジェクタ30の噴孔から放射状に噴射された燃料噴霧のうち、点火プラグ32に最も近づく燃料噴霧の外郭面よりも上方となる範囲に突き出すように配置されている。なお、図1に描かれる外郭線は、インジェクタ30からの燃料噴霧のうちの点火プラグ32に最も近づく燃料噴霧の外郭面を表している。   Further, the cylinder head 16 is provided with an ignition plug 32 above the combustion chamber 20 on the exhaust valve 28 side than the portion where the injector 30 is provided. The spark plug 32 includes an electrode portion 34 including a center electrode and a ground electrode at the tip. The electrode portion 34 protrudes above the outer surface of the fuel spray from the injector 30 (hereinafter also referred to as “spray outer surface”) (that is, the range from the spray outer surface to the lower surface of the cylinder head 16). Is arranged. More specifically, the electrode portion 34 is disposed so as to protrude in a range above the outer surface of the fuel spray closest to the ignition plug 32 among the fuel sprays injected radially from the injection hole of the injector 30. Yes. The outline drawn in FIG. 1 represents the outline of the fuel spray closest to the spark plug 32 in the fuel spray from the injector 30.

吸気ポート22は、吸気通路側の入口から燃焼室20に向けてほぼ真っ直ぐに延び、燃焼室20との接続部分であるスロート36において流路断面積が絞られている。吸気ポート22のこのような形状は、吸気ポート22から燃焼室20に供給された吸気にタンブル流を生じさせる。タンブル流は燃焼室20内で旋回する。より詳しく述べると、タンブル流は、燃焼室20の上部では吸気ポート22側から排気ポート24側に向かい、排気ポート24側では燃焼室20の上部から下部に向かう。また、タンブル流は、燃焼室20の下部では排気ポート24側から吸気ポート22側に向かい、吸気ポート22側では燃焼室20の下部から上方に向かう。燃焼室20の下部を形成するピストン18の上面には、タンブル流を保持するための凹みが形成されている。   The intake port 22 extends almost straight from the inlet on the intake passage side toward the combustion chamber 20, and a flow passage cross-sectional area is reduced at a throat 36 that is a connection portion with the combustion chamber 20. Such a shape of the intake port 22 generates a tumble flow in the intake air supplied from the intake port 22 to the combustion chamber 20. The tumble flow swirls in the combustion chamber 20. More specifically, the tumble flow is directed from the intake port 22 side to the exhaust port 24 side in the upper part of the combustion chamber 20 and from the upper part to the lower part of the combustion chamber 20 on the exhaust port 24 side. Further, the tumble flow is directed from the exhaust port 24 side toward the intake port 22 side at the lower part of the combustion chamber 20 and is directed upward from the lower part of the combustion chamber 20 at the intake port 22 side. A recess for holding the tumble flow is formed on the upper surface of the piston 18 that forms the lower part of the combustion chamber 20.

また、図1に示すように、本実施の形態に係るシステムは、制御手段としてのECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、CPU(Central Processing Unit)等を備えている。ECU40は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、燃焼室20の上部に設けられた筒内圧センサ42と、ピストン18に接続されたクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ44と、内燃機関10の冷却水温を検出する温度センサ46とが少なくとも含まれている。ECU40は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。ECU40によって操作されるアクチュエータには、上述したインジェクタ30と点火プラグ32とが少なくとも含まれている。   Further, as shown in FIG. 1, the system according to the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 40 as a control means. The ECU 40 includes a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a CPU (Central Processing Unit), and the like. The ECU 40 captures and processes signals from various sensors mounted on the vehicle. The various sensors include an in-cylinder pressure sensor 42 provided at the top of the combustion chamber 20, a crank angle sensor 44 that detects the rotation angle of the crankshaft connected to the piston 18, and a temperature that detects the coolant temperature of the internal combustion engine 10. A sensor 46 is included at least. The ECU 40 processes the signals of the acquired sensors and operates various actuators according to a predetermined control program. The actuator operated by the ECU 40 includes at least the injector 30 and the spark plug 32 described above.

[ECU40による始動時制御]
本実施の形態では、図1に示したECU40による内燃機関10の冷間始動直後の制御として、排気浄化触媒の活性化を促進する制御(以下「触媒暖機制御」ともいう。)が行われる。排気浄化触媒は、内燃機関10の排気通路に設けられる触媒であり、一例として、活性化状態にある触媒の雰囲気がストイキ近傍にあるときに排気中の窒素酸化物(NOx)、炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)を浄化する三元触媒が挙げられる。
[Control at start-up by ECU 40]
In the present embodiment, control immediately after the cold start of the internal combustion engine 10 by the ECU 40 shown in FIG. 1 is performed (hereinafter, also referred to as “catalyst warm-up control”) that promotes activation of the exhaust purification catalyst. . The exhaust purification catalyst is a catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine 10, and as an example, when the atmosphere of the activated catalyst is in the vicinity of stoichiometry, nitrogen oxide (NOx), hydrocarbon (HC) in the exhaust ) And carbon monoxide (CO).

触媒暖機制御について、図2乃至図4を参照して説明する。図2には、内燃機関10の冷間始動直後の燃料噴射パターンの一例が示されている。図2に示すように、始動直後は先ず、吸気行程での2回噴射(以下「吸気行程噴射」ともいう。)と、圧縮行程での1回噴射(以下「圧縮行程噴射」ともいう。)と、を組み合わせた燃料噴射パターンが採用される。その後、エンジン回転速度の上昇に合わせ、触媒暖機制御を開始すべく、圧縮行程噴射が膨張行程での1回噴射(以下「膨張行程噴射」ともいう。)に切り替えられる。つまり触媒暖機制御では、吸気行程噴射と膨張行程噴射とを組み合わせた燃料噴射パターンが採用される。   The catalyst warm-up control will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows an example of a fuel injection pattern immediately after the internal combustion engine 10 is cold started. As shown in FIG. 2, immediately after start-up, first, two injections in the intake stroke (hereinafter also referred to as “intake stroke injection”) and one injection in the compression stroke (hereinafter also referred to as “compression stroke injection”). And a fuel injection pattern in combination. Thereafter, the compression stroke injection is switched to the single injection in the expansion stroke (hereinafter also referred to as “expansion stroke injection”) in order to start the catalyst warm-up control as the engine speed increases. That is, in the catalyst warm-up control, a fuel injection pattern that combines intake stroke injection and expansion stroke injection is employed.

図3には、触媒暖機制御中の噴射開始時期、噴射期間、および、電極部34での放電期間が示されている。図3に示すように、吸気行程噴射の1回目はクランク角A(一例としてBTDC300°近傍)において開始され、2回目はクランク角A(一例としてBTDC260°近傍)において開始される。吸気行程噴射の2回目は、燃焼室20内の混合気の均質性を高める目的で行われるものである。但し、クランク角Aで燃料を一度に噴射してしまうと、燃焼室20の壁面に付着する燃料量が多くなり、エミッション規制の対象の1つである粒子数PN(Particulate Number)が増えてしまう。このような事態を避けるために、本実施の形態では吸気行程噴射の2回目の一部を1回目に分担させている。因みに本実施の形態では、吸気行程噴射の2回目の噴射量の半分を1回目の噴射量に分担させているので、図3に示す1回目の噴射期間Qと2回目の噴射期間Qが等しくなっている。なお、吸気行程噴射の2回目の噴射量と1回目の噴射量を変えてもよいし、吸気行程での噴射総数を3回以上としてもよい。 FIG. 3 shows the injection start timing, the injection period, and the discharge period at the electrode portion 34 during the catalyst warm-up control. As shown in FIG. 3, the first intake stroke injection is started at a crank angle A 1 (as an example, near BTDC 300 °), and the second time is started at a crank angle A 2 (as an example, near BTDC 260 °). The second intake stroke injection is performed for the purpose of improving the homogeneity of the air-fuel mixture in the combustion chamber 20. However, results in the injection at a time fuel crank angle A 2, becomes large amount of fuel adhering to the wall surface of the combustion chamber 20, which is one particle number PN (Particulate Number) of the target emission regulations increasingly End up. In order to avoid such a situation, in the present embodiment, the second part of the intake stroke injection is shared for the first time. In this embodiment Incidentally, since the by sharing the first injection quantity half the second injection amount of the intake stroke injection, the injection of the first shown in FIG. 3 period Q 1 and second injection period Q 2 Are equal. The second injection amount and the first injection amount in the intake stroke injection may be changed, or the total number of injections in the intake stroke may be three or more.

また、図3に示すように、触媒暖機制御中は、電極部34での放電期間T(所定期間)が圧縮上死点よりも遅角側に設定されている。圧縮上死点よりも遅角側に放電期間Tを設定しているのは排気温度を上昇させるためであり、この放電期間中に膨張行程噴射が行われる。より詳細に述べると、電極部34での放電の開始時期SA(一例としてATDC25〜35°近傍)よりも遅角側のクランク角aにおいて膨張行程噴射が開始され、電極部34での放電の終了時期よりも進角側で噴射期間qが満了する。 Further, as shown in FIG. 3, during the catalyst warm-up control, the discharge period T 1 (predetermined period) at the electrode part 34 is set to the retard side with respect to the compression top dead center. What sets the discharge period T 1 to the retard side of the compression top dead center is for raising the exhaust gas temperature, the expansion stroke injection is performed during the discharge period. More specifically, the expansion stroke injection is started at the crank angle a 1 that is retarded from the discharge start timing SA 1 (as an example, near ATDC 25 to 35 °) of the electrode 34, and the discharge at the electrode 34 is discharged. injection period q 1 at the advance side than the end timing of the expiration.

因みに図3では、開始時期SAからクランク角aまでの間にインターバルIが存在するが、開始時期SAとクランク角aが一致していてもよい(つまり、インターバルIが無くてもよい)。また、電極部34での放電の終了時期(つまり、クランク角(SA+T))と、噴射期間qの満了時期(つまり、クランク角(a+q))が一致していてもよい。噴射期間qが電極部34での放電期間Tの少なくとも一部と重複し、尚且つ、噴射期間qの満了時期が電極部34での放電の終了時期よりも進角側であれば、クランク角aが電極部34での放電の開始時期SAよりも進角側であってもよい。このような膨張行程噴射を行うのは、誘引作用によって膨張行程噴射による燃料を確実に燃焼させるためである。なお、この誘引作用の詳細については後述する。 Incidentally in FIG. 3, although the interval I 1 is present between the start timing SA 1 to crank angle a 1, may be the start timing SA 1 and the crank angle a 1 is consistent (i.e., without an interval I 1 May be) Further, even when the discharge end time (that is, the crank angle (SA 1 + T 1 )) at the electrode portion 34 coincides with the expiration time of the injection period q 1 (that is, the crank angle (a 1 + q 1 )). Good. If the injection period q 1 overlaps at least a part of the discharge period T 1 in the electrode part 34 and the expiration time of the injection period q 1 is more advanced than the discharge end time in the electrode part 34 The crank angle a 1 may be on the more advanced side than the discharge start timing SA 1 at the electrode portion 34. The reason why such expansion stroke injection is performed is to reliably burn the fuel from the expansion stroke injection by the attraction action. Details of the attracting action will be described later.

図3に示した噴射期間qは、触媒暖機制御中と同等の運転条件において得られる燃焼変動率と、膨張行程噴射での燃料噴射量との関係に基づいて設定されている。図4にはこの関係の一例が示されている。図4に示すように、触媒暖機制御中と同等の運転条件において得られる燃焼変動率は、特定の燃料噴射量の範囲において下に凸となる。噴射期間qは、この燃焼変動率が最も小さくなるときの燃料噴射量(一例として5mm/st程度)に相当する噴射期間として設定されている。 Injection period q 1 shown in FIG. 3, the combustion fluctuation rate obtained in the catalyst warm-up control in the same operating conditions, is set based on a relationship between the fuel injection quantity in the expansion stroke injection. FIG. 4 shows an example of this relationship. As shown in FIG. 4, the combustion fluctuation rate obtained under the operating condition equivalent to that during the catalyst warm-up control is convex downward in a specific fuel injection amount range. The injection period q 1 is set as an injection period corresponding to the fuel injection amount (for example, about 5 mm 3 / st) when the combustion fluctuation rate is the smallest.

[誘引作用を活用した触媒暖機制御とその問題点]
図5は、膨張行程噴射による誘引作用を説明するための図である。図5の上段および中段には、電極部34での放電期間中の筒内状態が描かれている。図5の上段が膨張行程噴射を行わない場合に相当し、図5の中段および下段が膨張行程噴射を行った場合に相当している。なお、説明の便宜上、図5には膨張行程噴射による燃料噴霧のうち、点火プラグ32に最も近づく燃料噴霧のみを示す。膨張行程噴射を行わない場合は、電極部34で生じている放電火花や、吸気行程噴射による燃料噴霧を含む混合気と放電火花とから生じた初期火炎が、タンブル流の流れ方向に延びる(図5上段)。一方、膨張行程噴射を行う場合は、燃料噴霧の周囲に低圧部が形成されるので(エントレインメント)、電極部34で生じている放電火花や、吸気行程噴射による燃料噴霧を含む混合気と放電火花とから生じた初期火炎が、タンブル流の流れ方向とは逆の方向に誘引される(図5中段)。そうすると、この初期火炎が、膨張行程噴射による燃料噴霧を巻き込んで成長する(図5下段)。
[Catalyst warm-up control utilizing attraction and its problems]
FIG. 5 is a diagram for explaining an attracting action by the expansion stroke injection. In the upper and middle stages of FIG. 5, the in-cylinder state during the discharge period at the electrode part 34 is depicted. The upper stage of FIG. 5 corresponds to the case where the expansion stroke injection is not performed, and the middle stage and the lower stage of FIG. 5 correspond to the case where the expansion stroke injection is performed. For convenience of explanation, FIG. 5 shows only the fuel spray closest to the spark plug 32 among the fuel sprays by the expansion stroke injection. When the expansion stroke injection is not performed, the initial flame generated from the discharge spark generated at the electrode portion 34 and the air-fuel mixture including the fuel spray by the intake stroke injection and the discharge spark extends in the flow direction of the tumble flow (see FIG. 5 top). On the other hand, when the expansion stroke injection is performed, a low pressure portion is formed around the fuel spray (entrainment), and therefore, the discharge spark generated in the electrode portion 34 and the mixture and discharge including the fuel spray due to the intake stroke injection. The initial flame generated from the spark is attracted in the direction opposite to the flow direction of the tumble flow (middle stage in FIG. 5). Then, this initial flame grows by entraining the fuel spray by the expansion stroke injection (the lower stage in FIG. 5).

膨張行程での噴射による燃料噴霧は、タンブル流や筒内圧力の影響を受ける。そのため、圧縮上死点よりも遅角側であっても、電極部34での放電の開始時期よりも進角側で噴射期間が満了するような噴射を行った場合は、この噴射による燃料噴霧が電極部34に辿り着く前にその形状が変化してしまい、燃焼変動が大きくなり易い。この点、図3で説明した噴射期間条件において膨張行程噴射を行えば、図5の中段に示した誘引作用を活用することができる。そのため、膨張行程噴射による燃料噴霧の形状が変化したとしても、初期火炎を成長させる燃焼(以下「初期燃焼」ともいう。)を安定化させることができるので、燃焼変動を抑えることができる。更には、初期燃焼に続く燃焼、すなわち、成長した初期火炎が吸気行程噴射による燃料噴霧を含む混合気を更に巻き込む燃焼(以下「主燃焼」ともいう。)をも安定化させることができる。   The fuel spray due to the injection in the expansion stroke is affected by the tumble flow and the in-cylinder pressure. Therefore, even if the injection is such that the injection period expires on the advance side of the discharge start timing at the electrode portion 34 even on the retard side of the compression top dead center, the fuel spray by this injection Before reaching the electrode portion 34, its shape changes, and the combustion fluctuation tends to increase. In this regard, if the expansion stroke injection is performed under the injection period condition described with reference to FIG. 3, the attracting action shown in the middle of FIG. 5 can be utilized. For this reason, even if the shape of the fuel spray by the expansion stroke injection changes, the combustion for growing the initial flame (hereinafter also referred to as “initial combustion”) can be stabilized, and the combustion fluctuation can be suppressed. Furthermore, the combustion following the initial combustion, that is, the combustion in which the grown initial flame further entrains the air-fuel mixture containing the fuel spray by the intake stroke injection (hereinafter also referred to as “main combustion”) can be stabilized.

しかしこの誘引作用は、噴霧外郭面と電極部34との間の距離(以下「距離DT」ともいう。)が重要である。そのため、経年劣化等の理由で距離DTが拡大したような場合には、誘引作用が不十分となる可能性がある。図6は、触媒暖機制御の問題点を説明する図である。図6の上段に示すように、膨張行程噴射による燃料噴霧の中心軸が燃焼室20の下部方向(つまり、ピストン18の上面方向)に移動した場合には、噴霧外郭面と電極部34との間の距離が拡大して誘引作用が不十分となる。そうすると、図6の下段に示すように、膨張行程噴射による燃料噴霧を巻き込んだ初期火炎の成長が抑制され、当該初期火炎の成長速度、すなわち、初期燃焼の速度が低下してしまう。そして、触媒暖機制御中の燃焼サイクルにおいて、このような事態が発生するサイクルが多くなれば、サイクル間の燃焼変動が大きくなるので、ドライバビリティに影響が出てしまう。   However, the distance between the spray outer surface and the electrode part 34 (hereinafter also referred to as “distance DT”) is important for this attracting action. For this reason, when the distance DT increases due to aging or the like, the attracting action may be insufficient. FIG. 6 is a diagram for explaining a problem of catalyst warm-up control. As shown in the upper part of FIG. 6, when the central axis of the fuel spray by the expansion stroke injection moves in the lower direction of the combustion chamber 20 (that is, the upper surface direction of the piston 18), the spray outer surface and the electrode portion 34 The distance between them increases and the attracting action becomes insufficient. Then, as shown in the lower part of FIG. 6, the growth of the initial flame including the fuel spray by the expansion stroke injection is suppressed, and the growth speed of the initial flame, that is, the initial combustion speed is lowered. In the combustion cycle during the catalyst warm-up control, if the number of cycles in which such a situation occurs increases, the fluctuation in combustion between cycles increases, which affects drivability.

[実施の形態の触媒暖機制御の特徴]
そこで、本実施の形態では、触媒暖機制御中に距離DTに関する判定を行う。そして、距離DTが拡大したと判定された場合には、吸気行程での2回噴射と、膨張行程での2回噴射と、膨張行程での2回放電と、を行う。吸気行程での2回噴射は、先に説明した吸気行程噴射と基本的に同じである。膨張行程での2回噴射は、先に説明した膨張行程噴射と、膨張行程噴射に先駆ける形で行われる追加噴射と、から構成される。追加噴射は、圧縮上死点よりも遅角側、且つ、電極部34での2回目の放電の開始時期よりも進角側(膨張行程噴射が2回目の放電の開始時期よりも進角側で開始される場合は、圧縮上死点よりも遅角側、且つ、膨張行程噴射の噴射開始時期よりも進角側)で行われる。膨張行程での2回放電は、先に説明した膨張行程噴射に対応する放電と、追加噴射に対応する放電と、から構成される。
[Features of catalyst warm-up control of embodiment]
Therefore, in the present embodiment, determination regarding the distance DT is performed during catalyst warm-up control. Then, when it is determined that the distance DT has increased, two injections in the intake stroke, two injections in the expansion stroke, and two discharges in the expansion stroke are performed. The double injection in the intake stroke is basically the same as the intake stroke injection described above. The double injection in the expansion stroke includes the expansion stroke injection described above and the additional injection performed in a form prior to the expansion stroke injection. The additional injection is delayed from the compression top dead center and advanced from the start time of the second discharge at the electrode 34 (the expansion stroke injection is advanced from the start time of the second discharge). Is started on the retard side with respect to the compression top dead center and on the advance side with respect to the injection start timing of the expansion stroke injection. The twice discharge in the expansion stroke is composed of the discharge corresponding to the expansion stroke injection described above and the discharge corresponding to the additional injection.

なお、説明の便宜上、以下の説明においては、追加噴射を「膨張行程1回目噴射」ともいい、膨張行程噴射を「膨張行程2回目噴射」ともいう。また、追加噴射に対応する放電を「膨張行程1回目放電」ともいい、膨張行程噴射に対応する放電を「膨張行程2回目放電」ともいう。   For convenience of explanation, in the following description, the additional injection is also referred to as “expansion stroke first injection”, and the expansion stroke injection is also referred to as “expansion stroke second injection”. The discharge corresponding to the additional injection is also referred to as “expansion stroke first discharge”, and the discharge corresponding to the expansion stroke injection is also referred to as “expansion stroke second discharge”.

図7は、本発明の実施の形態の触媒暖機制御の概要を説明する図である。図3同様、図7には、触媒暖機制御中の噴射開始時期、噴射期間、および、電極部34での放電期間が示されている。図7の上段は、距離DTが拡大していない場合、または、距離DTが拡大しているものの、その判定がなされていない場合の制御に相当している。このような場合、図3で説明した制御(燃料噴射制御および放電制御)と同一の制御が行われる。   FIG. 7 is a diagram illustrating an overview of catalyst warm-up control according to the embodiment of the present invention. As in FIG. 3, FIG. 7 shows the injection start timing, the injection period, and the discharge period at the electrode unit 34 during the catalyst warm-up control. The upper part of FIG. 7 corresponds to the control when the distance DT is not enlarged or when the distance DT is enlarged but the determination is not made. In such a case, the same control as the control described in FIG. 3 (fuel injection control and discharge control) is performed.

図7の下段は、距離DTが拡大したと判定された場合の制御に相当している。この場合は、放電制御(放電の開始時期および期間)の内容が部分的に変更される。すなわち、膨張行程1回目の放電が開始時期SA’において開始され、放電期間T’に亘って行われる。また、膨張行程2回目放電が、開始時期SA’において開始され、放電期間T’(<放電期間T’)に亘って行われる。ここで、開始時期SA’は開始時期SAと一致しており、膨張行程1回目放電の放電期間と膨張行程2回目放電の放電期間を足し合わせた期間(=T’+T’)は、噴射期間Tと等しい期間に設定されている。また、放電期間T’の満了時期と開始時期SA’との間のインターバル(一例として15°)は、点火コイルのチャージに要する期間(一例として15°)に相当するものである。但し、点火コイルにチャージされる電力を膨張行程1回目放電だけで使い切ってしまわないように膨張行程2回目放電に配分すれば、当該期間を圧縮することもできる。 The lower part of FIG. 7 corresponds to the control when it is determined that the distance DT has increased. In this case, the contents of the discharge control (discharge start timing and period) are partially changed. That is, the first discharge of the expansion stroke is started at the start time SA 1 ′ and is performed over the discharge period T 1 ′. Further, the second discharge of the expansion stroke is started at the start time SA 2 ′ and is performed over the discharge period T 2 ′ (<discharge period T 1 ′). Here, the start time SA 2 ′ coincides with the start time SA 1 and is a period obtained by adding the discharge period of the first discharge of the expansion stroke and the discharge period of the second discharge of the expansion stroke (= T 1 ′ + T 2 ′). It is set to a period equal to the injection period T 1. In addition, the interval (15 ° as an example) between the expiration time of the discharge period T 1 ′ and the start time SA 2 ′ corresponds to the time required for charging the ignition coil (15 ° as an example). However, if the electric power charged in the ignition coil is distributed to the second discharge of the expansion stroke so as not to be used up only by the first discharge of the expansion stroke, the period can be compressed.

また、距離DTが拡大したと判定された場合は、燃料噴射制御(燃料噴射の開始時期および期間)の内容も部分的に変更される。すなわち、膨張行程1回目噴射がクランク角a’において開始され、噴射期間q’に亘って行われる。また、膨張行程2回目噴射がクランク角a’において開始され、噴射期間q’に亘って行われる。ここで、クランク角a’はクランク角aと一致しており、噴射期間q’は噴射期間qと等しい期間に設定されている。噴射期間q’の詳細については後述する。 Further, when it is determined that the distance DT has increased, the content of the fuel injection control (start timing and period of fuel injection) is also partially changed. That is, the first injection in the expansion stroke is started at the crank angle a 1 ′ and is performed over the injection period q 1 ′. The second expansion stroke injection is started at the crank angle a 2 ′ and is performed over the injection period q 2 ′. Here, the crank angle a 2 ′ coincides with the crank angle a 1 , and the injection period q 2 ′ is set to a period equal to the injection period q 1 . Details of the injection period q 1 ′ will be described later.

なお、膨張行程1回目放電の開始から膨張行程1回目噴射の開始までの間のインターバルI’、および、膨張行程2回目放電の開始から膨張行程2回目噴射の開始までの間のインターバルI’は、インターバルIと等しい期間に設定されている。ここで、開始時期SA’とクランク角a’が一致していてもよいし、開始時期SA’とクランク角a’が一致していてもよい(つまり、インターバルI’,I’が無くてもよい)。一方、膨張行程1回目放電の終了時期(つまり、クランク角(SA’+T’)は、膨張行程1回目噴射の噴射期間q’の満了時期(つまり、クランク角(a’+q’))よりも必ず遅角側とされる。この理由は、膨張行程1回目放電によって生じさせた初期火炎を、膨張行程1回目噴射による燃料噴霧に確実に接触させるためである。故に、図7では、放電期間T’が放電期間T’よりも長い期間に設定されており、放電期間T’が短くなった結果、膨張行程2回目放電の終了時期(つまり、クランク角(SA’+T’)が、膨張行程2回目噴射の噴射期間q’の満了時期(つまり、クランク角(a’+q’))よりも進角側に位置している。 Note that the interval I 1 ′ from the start of the first expansion stroke discharge to the start of the first expansion stroke injection and the interval I 2 from the second expansion stroke discharge to the start of the second expansion stroke injection. 'Is set to a period equal to the interval I 1 . Here, to start timing 'a crank angle a 1' SA 1 may coincide, which may start timing SA 2 'and crank angle a 2' do not match (that is, the interval I 1 ', I 2 'may be omitted). On the other hand, the end time of the first expansion stroke discharge (that is, the crank angle (SA 1 ′ + T 1 ′)) is the expiration time of the injection period q 1 ′ of the first expansion stroke injection (that is, the crank angle (a 1 ′ + q 1)). The reason for this is that the initial flame generated by the first discharge of the expansion stroke is surely brought into contact with the fuel spray produced by the first injection of the expansion stroke. in 7, the discharging period T 1 'is discharging period T 2' is set to a period longer than the discharge time period T 2 'is shortened result, the expansion stroke the second discharge end timing (i.e., crank angle (SA 2 ′ + T 2 ′) is located on the more advanced side than the expiration time of the injection period q 2 ′ of the expansion stroke second injection (that is, the crank angle (a 2 ′ + q 2 ′)).

また、図7の下段では、クランク角A’において吸気行程噴射の1回目が開始され、クランク角A’において吸気行程噴射の2回目が開始される。ここで、クランク角A’,A’は、クランク角A,Aと一致している。また、吸気行程噴射の1回目の噴射期間Q’と2回目の噴射期間Q’は等しい期間に設定されている。但し、噴射期間Q’,Q’は、噴射期間Q(=Q)よりも短い期間に設定される。この理由は、図7の上段と下段において1燃焼サイクルでの総噴射量を等しくするためである。故に、噴射期間Q’,Q’は噴射期間q’の半分だけ噴射期間Q(または噴射期間Q)よりも短い(Q’=Q−q’/2)。なお、1燃焼サイクルでの総噴射量は、筒内空燃比がストイキに等しくなるようにECU40において別途算出されている。 In the lower part of FIG. 7, the first intake stroke injection is started at the crank angle A 1 ′, and the second intake stroke injection is started at the crank angle A 2 ′. Here, the crank angles A 1 ′, A 2 ′ coincide with the crank angles A 1 , A 2 . Further, the first injection period Q 1 ′ and the second injection period Q 2 ′ of the intake stroke injection are set to be equal. However, the injection periods Q 1 ′ and Q 2 ′ are set to a period shorter than the injection period Q 1 (= Q 2 ). The reason for this is to make the total injection amount in one combustion cycle equal in the upper and lower stages of FIG. Therefore, the injection periods Q 1 ′ and Q 2 ′ are shorter than the injection period Q 1 (or the injection period Q 2 ) by half of the injection period q 1 ′ (Q 1 ′ = Q 1 −q 1 ′ / 2). Note that the total injection amount in one combustion cycle is separately calculated in the ECU 40 so that the in-cylinder air-fuel ratio becomes equal to the stoichiometry.

図8は、膨張行程での2回噴射と2回放電を行う場合の筒内状態を説明する図である。図8に描かれる4つの筒内状態は、図7の下段に示した膨張行程中のクランク角期間における筒内状態を表している。図8の上から1段目〜3段目に描かれる「燃料噴霧(i)」は、膨張行程1回目噴射による燃料噴霧のうちの、点火プラグ32に最も近づく燃料噴霧に相当している。図8の上から4段目に描かれる「燃料噴霧(ii)」は、膨張行程2回目噴射による燃料噴霧のうちの、点火プラグ32に最も近づく燃料噴霧に相当している。   FIG. 8 is a diagram for explaining an in-cylinder state in a case where two injections and two discharges are performed in the expansion stroke. The four in-cylinder states depicted in FIG. 8 represent the in-cylinder states in the crank angle period during the expansion stroke shown in the lower part of FIG. “Fuel spray (i)” drawn in the first to third stages from the top of FIG. 8 corresponds to the fuel spray closest to the spark plug 32 in the fuel spray by the first injection in the expansion stroke. “Fuel spray (ii)” drawn in the fourth stage from the top in FIG. 8 corresponds to the fuel spray closest to the spark plug 32 in the fuel spray by the second injection in the expansion stroke.

図8の上から1段目および2段目に示すように、クランク角a’からクランク角(a’+q’)までの間(つまり、膨張行程1回目噴射の間)に噴射された燃料噴霧(i)は、燃焼室20に形成されているタンブル流の流れ方向の下流側に運ばれる。また、この2段目に示すように、燃料噴霧(i)がタンブル流の流れ方向の下流側に運ばれている間、電極部34では放電火花と火炎核が生じている。この理由は、クランク角(a’+q’)からクランク角(SA’+T’)までの間(つまり、膨張行程1回目噴射の終了から膨張行程1回目放電の終了までの間)には膨張行程1回目放電が行われており、この膨張行程1回目放電によって電極部34に生じた放電火花と、吸気行程噴射による燃料噴霧を含む混合気とから火炎核が生じているためである。この火炎核は、その周囲の混合気を更に取り込んで初期火炎となる。 As shown in the first and second stages from the top of FIG. 8, the fuel is injected from the crank angle a 1 ′ to the crank angle (a 1 ′ + q 1 ′) (that is, during the first injection of the expansion stroke). The fuel spray (i) is conveyed downstream in the flow direction of the tumble flow formed in the combustion chamber 20. Further, as shown in the second stage, while the fuel spray (i) is being carried to the downstream side in the tumble flow direction, discharge sparks and flame nuclei are generated in the electrode section 34. This is because the crank angle (a 1 '+ q 1 ') to the crank angle (SA 1 '+ T 1 ') (that is, from the end of the first expansion stroke injection to the end of the first expansion stroke discharge). In this case, the first discharge of the expansion stroke is performed, and flame nuclei are generated from the discharge spark generated in the electrode part 34 by the first discharge of the expansion stroke and the air-fuel mixture including the fuel spray by the intake stroke injection. is there. This flame kernel further takes in the surrounding air-fuel mixture and becomes an initial flame.

タンブル流の流れ方向の下流側に更に運ばれた燃料噴霧(i)が電極部34の近傍に到達することで、火炎核から生じた初期火炎と接触することになる。図8の上から3段目に示すように、クランク角SA’からクランク角a’までの間(つまり、膨張行程2回目放電の開始から膨張行程2回目噴射の開始までの間)に初期火炎が燃料噴霧(i)と接触すると、この初期火炎が燃料噴霧(i)を巻き込んで成長する。なお、この3段目に示す火炎核は、膨張行程2回目放電に由来するものであり、初期火炎が燃料噴霧(i)を巻き込んで成長するのを補助する役割を果たす。そうすると、図8の上から4段目に示すように、クランク角a’からクランク角(SA’+T’)までの間(つまり、膨張行程2回目噴射の開始から膨張行程2回目放電の終了までの間)に噴射された燃料噴霧(ii)に、成長した初期火炎が接触できることになる。 The fuel spray (i) further transported downstream in the flow direction of the tumble flow reaches the vicinity of the electrode portion 34, thereby coming into contact with the initial flame generated from the flame kernel. As shown in the third stage from the top in FIG. 8, between the crank angle SA 2 ′ and the crank angle a 2 ′ (that is, from the start of the second discharge of the expansion stroke to the start of the second injection of the expansion stroke). When the initial flame comes into contact with the fuel spray (i), the initial flame grows with the fuel spray (i) involved. The flame kernel shown in the third stage is derived from the second discharge of the expansion stroke, and plays a role in assisting the initial flame to grow with the fuel spray (i). Then, as shown in the fourth stage from the top in FIG. 8, the discharge from the crank angle a 2 ′ to the crank angle (SA 2 ′ + T 2 ′) (that is, from the start of the second expansion stroke injection to the second discharge of the expansion stroke). The grown initial flame can come into contact with the fuel spray (ii) injected until the end of (1).

このように、膨張行程1回目噴射と膨張行程1回目放電を行えば、膨張行程1回目放電による放電火花と吸気行程噴射による燃料噴霧を含む混合気とから生じた初期火炎を、燃料噴霧(i)に接触させて成長させることができる。よって、初期火炎が燃料噴霧(ii)を巻き込むまでの時間を短縮して適度な範囲に収めることができる。すなわち、初期燃焼の速度低下を抑制して、距離DTが拡大していないと判定された場合と同等の初期燃焼速度を実現できる。   As described above, if the first expansion stroke injection and the first discharge of the expansion stroke are performed, the initial flame generated from the discharge spark by the first discharge of the expansion stroke and the air-fuel mixture including the fuel spray by the intake stroke injection is reduced to the fuel spray (i ) To grow. Therefore, it is possible to shorten the time until the initial flame entrains the fuel spray (ii) and keep it within an appropriate range. That is, it is possible to suppress an initial combustion speed reduction and realize an initial combustion speed equivalent to the case where it is determined that the distance DT has not increased.

[膨張行程1回目噴射の詳細]
図7に示した噴射期間q’の詳細について、図9乃至図11を参照して説明する。図9は、インジェクタの開弁期間τと噴射燃料量との関係の一例を示す図である。図8で説明した燃料噴霧(i)の移動を実現するために、本実施の形態では膨張行程1回目噴射の噴射期間q’を、膨張行程2回目噴射の噴射期間q’よりも短く設定する。但し、図9に示すように、開弁期間τが極めて短い領域では開弁期間τと噴射燃料量が線形関係を示さない。この非線形性は、インジェクタの構造に因るものである。故に、噴射期間q’の設定に際しては、図9に示す上限と下限で囲まれるパーシャルリフト安定域(一例として1〜5mm/st(30MPa))の燃料噴射量を採用している。
[Details of first injection of expansion stroke]
Details of the injection period q 1 ′ shown in FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 9 to 11. FIG. 9 is a diagram showing an example of the relationship between the valve opening period τ of the injector and the amount of injected fuel. In order to realize the movement of the fuel spray (i) described in FIG. 8, in this embodiment, the injection period q 1 ′ of the first expansion stroke injection is shorter than the injection period q 2 ′ of the second expansion stroke injection. Set. However, as shown in FIG. 9, in the region where the valve opening period τ is extremely short, the valve opening period τ and the injected fuel amount do not show a linear relationship. This non-linearity is due to the structure of the injector. Therefore, when setting the injection period q 1 ′, the fuel injection amount in the partial lift stable region (1 to 5 mm 3 / st (30 MPa) as an example) surrounded by the upper limit and the lower limit shown in FIG. 9 is adopted.

図10は、粒子数PNおよび燃焼変動率と、膨張行程1回目噴射での燃料噴射量との関係の一例を示す図である。図10の横軸は図9の縦軸に対応している。図10の上段に示すように、粒子数PNは、燃料噴射量が多くなるほど増加する。また、燃焼状態が正常な場合(正常時)と燃焼状態が悪化した場合(燃焼悪化時)とを比較すると、正常な場合よりも悪化した場合に粒子数PNがより多くなる。一方、図10の上段に示すように、燃焼変動率は、上限と下限で囲まれる噴射量範囲において下に凸となる。また、燃焼状態が正常な場合(正常時)と燃焼状態が悪化した場合(燃焼悪化時)とを比較すると、正常な場合よりも悪化した場合に燃焼変動率がより高くなる。本実施の形態では、粒子数PNの方が燃焼変動率よりも優先順位が高いとして、噴射期間q’の設定に際してパーシャルリフト安定域の下限に相当する燃料噴射量を採用している(図10上段参照)。なお、粒子数PNではなく燃焼変動率を優先してもよいし、粒子数PNと燃焼変動率のバランスを優先してもよい。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the relationship between the number of particles PN, the combustion fluctuation rate, and the fuel injection amount in the first expansion stroke injection. The horizontal axis in FIG. 10 corresponds to the vertical axis in FIG. As shown in the upper part of FIG. 10, the particle number PN increases as the fuel injection amount increases. Further, when the combustion state is normal (normal) and the combustion state is deteriorated (combustion deterioration), the number of particles PN increases when the combustion state is worse than the normal case. On the other hand, as shown in the upper part of FIG. 10, the combustion fluctuation rate is convex downward in the injection amount range surrounded by the upper limit and the lower limit. Further, when the combustion state is normal (when normal) and the combustion state deteriorates (when combustion deteriorates), the combustion fluctuation rate becomes higher when the combustion state deteriorates than when it is normal. In the present embodiment, assuming that the particle number PN has a higher priority than the combustion fluctuation rate, the fuel injection amount corresponding to the lower limit of the partial lift stable region is adopted when setting the injection period q 1 ′ (FIG. 10 top). Note that priority may be given to the combustion fluctuation rate instead of the particle number PN, or priority may be given to the balance between the particle number PN and the combustion fluctuation rate.

図11は、内燃機関10の冷間始動中のエンジン冷却水温と、膨張行程1回目噴射での噴射期間との関係の一例を示す図である。図11の下段に示すように、膨張行程1回目噴射の噴射期間q’は、冷間始動中のエンジン冷却水温に関係なく一定に設定される。なお、図11の上段および下段に示すように、膨張行程2回目噴射の噴射期間q’や、膨張行程噴射の噴射期間qも、冷間始動中のエンジン冷却水温に関係なく一定に設定される。なお、噴射期間q’が噴射期間qと等しい期間に設定されていることは既に説明した通りである。 FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the relationship between the engine coolant temperature during the cold start of the internal combustion engine 10 and the injection period in the first expansion stroke injection. As shown in the lower part of FIG. 11, the injection period q 1 ′ of the first injection in the expansion stroke is set to be constant regardless of the engine coolant temperature during the cold start. As shown in the upper and lower stages of FIG. 11, the injection period q 2 ′ for the second expansion stroke injection and the injection period q 1 for the expansion stroke injection are also set to be constant regardless of the engine coolant temperature during the cold start. Is done. As described above, the injection period q 2 ′ is set to a period equal to the injection period q 1 .

[膨張行程1回目放電の詳細]
図12は、着火確率およびSA−CA10と、膨張行程1回目放電での放電期間との関係の一例を示す図である。この図12で言うところの着火確率とは、電極部34に生じた放電火花から、膨張行程2回目噴射での燃料噴霧を成長させるのに十分な初期火炎が生じている度合いを意味しており、SA−CA10によって評価したものである。因みにこのSA−CA10は、点火時期(つまり、電極部34での放電開始時期)から、燃焼質量割合(MFB)が10%に到達するまでのクランク角期間として定義されるものである。なお、MFBは、筒内圧センサ42とクランク角センサ44を利用して得られる筒内圧データの解析結果に基づいて算出され、算出したMFBに基づいてSA−CA10が算出される。なお、筒内圧データの解析結果からMFBを算出する手法や、SA−CA10を算出する手法については、例えば特開2015−094339号公報や特開2015−098799号公報に詳述されていることから、本明細書での説明は省略する。
[Details of first discharge of expansion stroke]
FIG. 12 is a diagram showing an example of the relationship between the ignition probability and SA-CA10 and the discharge period in the first discharge of the expansion stroke. The ignition probability referred to in FIG. 12 means the degree to which an initial flame sufficient to grow the fuel spray in the second injection of the expansion stroke is generated from the discharge spark generated in the electrode portion 34. , Evaluated by SA-CA10. Incidentally, SA-CA10 is defined as a crank angle period from the ignition timing (that is, the discharge start timing at the electrode portion 34) until the combustion mass ratio (MFB) reaches 10%. The MFB is calculated based on the analysis result of the in-cylinder pressure data obtained by using the in-cylinder pressure sensor 42 and the crank angle sensor 44, and SA-CA10 is calculated based on the calculated MFB. Note that the method for calculating MFB from the analysis result of the in-cylinder pressure data and the method for calculating SA-CA10 are described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2015-094339 and 2015-098799. The description in this specification is omitted.

上述したSA−CA10の定義から分かるように、SA−CA10の値が小さいということは、MFBが0%から10%となるまでの期間が長いということを意味し、つまりは、電極部34に生じた放電火花から、膨張行程2回目噴射での燃料噴霧を成長させるのに十分な初期火炎が生じていないことを意味している。反対に、SA−CA10の値が大きいということは、MFBが0%から10%となるまでの期間が短いということを意味し、電極部34に生じた放電火花から、膨張行程2回目噴射での燃料噴霧を成長させるのに十分な初期火炎が生じていることを意味している。そして、図12から分かるように、膨張行程1回目放電での放電期間が長くなる程、SA−CA10の値が小さくなり、着火確率が高くなる。このような観点に基づき、膨張行程1回目放電での放電期間T’は極力長い期間に設定される。故に、膨張行程1回目放電での放電期間T’は、膨張行程2回目放電での放電期間T’よりも期間に設定される。 As can be seen from the definition of SA-CA10 described above, a small value of SA-CA10 means that the period until MFB becomes 0% to 10% is long. It means that there is not enough initial flame from the generated discharge spark to grow the fuel spray in the second expansion stroke injection. On the other hand, a large value of SA-CA10 means that the period until the MFB becomes 0% to 10% is short. From the discharge spark generated in the electrode part 34, the expansion stroke is injected for the second time. This means that there is enough initial flame to grow the fuel spray. As can be seen from FIG. 12, the longer the discharge period in the first discharge of the expansion stroke, the smaller the value of SA-CA10 and the higher the ignition probability. Based on such a viewpoint, the discharge period T 1 ′ in the first discharge of the expansion stroke is set to a period as long as possible. Therefore, the discharge period T 1 ′ in the first discharge of the expansion stroke is set to be longer than the discharge period T 2 ′ in the second discharge of the expansion stroke.

[距離DTに関する判定]
膨張行程1回目噴射および膨張行程1回目放電を行うか否かは、距離DTに関する判定に基づいて判断される。本実施の形態では、SA−CA10を活用してこの判定を行う。図13は、燃焼変動率とSA−CA10との関係を示す図である。図13に示すように、SA−CA10が長くなるほど、燃焼変動率が大きくなる。ここで、燃焼変動率が大きくなる原因の1つとして、距離DTが拡大して初期燃焼の速度が低下することは既に述べたとおりである(図6下段の説明参照)。故に、これに基づけば、算出されたSA−CA10が距離DTの拡大前のSA−CA10、すなわち、正常時のSA−CA10よりも長くなった場合は、その原因の1つが距離DTの拡大に伴う初期燃焼の速度の低下にあると推測できることになる。
[Determination on distance DT]
Whether or not the expansion stroke first injection and the expansion stroke first discharge are performed is determined based on the determination regarding the distance DT. In the present embodiment, this determination is performed using SA-CA10. FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the combustion fluctuation rate and the SA-CA10. As shown in FIG. 13, the combustion fluctuation rate increases as the SA-CA 10 becomes longer. Here, as one of the causes of the increase in the combustion fluctuation rate, the distance DT is increased and the initial combustion speed is decreased as described above (see the description in the lower part of FIG. 6). Therefore, based on this, when the calculated SA-CA10 becomes longer than the SA-CA10 before the distance DT is expanded, that is, when the SA-CA10 is normal, one of the causes is an increase in the distance DT. It can be estimated that the initial combustion speed is reduced.

図14は、距離DTに関する判定値を説明する図である。図14に示すように、本実施の形態では、実際に算出されたSA−CA10(以下「実SA−CA10」ともいう。)が、正常時のSA−CA10よりも所定クランク角期間(一例として5°)以上長くなった場合に、距離DTが拡大していると判定する。なお、正常時のSA−CA10よりも所定クランク角期間だけ長いSA−CA10については、「正常時のSA−CA10」を事前の適合により求めた上で、設定されているものとする。   FIG. 14 is a diagram illustrating determination values related to the distance DT. As shown in FIG. 14, in the present embodiment, the actually calculated SA-CA10 (hereinafter also referred to as “real SA-CA10”) is a predetermined crank angle period (as an example) than the normal SA-CA10. When it becomes longer than 5 °), it is determined that the distance DT is increased. It is assumed that the SA-CA10 longer than the normal SA-CA10 by a predetermined crank angle period is set after obtaining “normal SA-CA10” by prior adaptation.

[実施の形態での具体的処理]
図15は、本発明の実施の形態においてECU40が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、触媒暖機制御を実行する運転モード(以下「触媒暖機モード」ともいう。)が選択されている間、繰り返し実行されるものとする。
[Specific processing in the embodiment]
FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the ECU 40 in the embodiment of the present invention. Note that the routine shown in this figure is repeatedly executed while an operation mode for executing catalyst warm-up control (hereinafter also referred to as “catalyst warm-up mode”) is selected.

図15に示すルーチンでは、先ず、膨張行程で1回噴射する燃料噴射制御と、同膨張行程で1回放電する放電制御と、が実行される(ステップS100)。本ステップS100では具体的に、吸気行程噴射の噴射量(噴射期間Q,Q)と、噴射開始時期(クランク角A,A)と、が設定される。また、膨張行程噴射の噴射量(噴射期間q)と、噴射開始期間(クランク角a)と、が設定される。また、膨張行程での放電の開始時期SAと、放電期間Tとが設定される。なお、設定後の膨張行程での放電の開始時期と、設定後の膨張行程噴射での噴射開始時期との差分期間は、図3で説明したインターバルIとなる。 In the routine shown in FIG. 15, first, fuel injection control for injecting once in the expansion stroke and discharge control for discharging once in the expansion stroke are executed (step S100). Specifically, in step S100, the injection amount of the intake stroke injection (injection periods Q 1 and Q 2 ) and the injection start timing (crank angles A 1 and A 2 ) are set. Also, an injection amount (injection period q 1 ) of the expansion stroke injection and an injection start period (crank angle a 1 ) are set. Further, the start timing SA 1 of the discharge of the expansion stroke, the discharge period T 1 is set. The difference period between the discharge start timing in the expansion stroke after setting and the injection start timing in the expansion stroke injection after setting is the interval I 1 described in FIG.

ステップS100に続いて、実SA−CA10が正常時のSA−CA10よりも所定クランク角期間以上長いか否かが判定される(ステップS102)。本ステップS102では、ECU40において別途算出された実SA−CA10が取得され、正常時のSA−CA10(設定値)と比較される。比較の結果、実SA−CA10が正常時のSA−CA10よりも所定クランク角期間以上長いと判定された場合(“Yes”の場合)は、ステップS104に進む。一方、そうでないと判定された場合(“No”の場合)は、本ルーチンを抜ける。   Subsequent to step S100, it is determined whether the actual SA-CA10 is longer than the normal SA-CA10 by a predetermined crank angle period or more (step S102). In step S102, the actual SA-CA10 calculated separately in the ECU 40 is acquired and compared with the normal SA-CA10 (set value). As a result of the comparison, when it is determined that the actual SA-CA10 is longer than the normal SA-CA10 by a predetermined crank angle period or more (in the case of “Yes”), the process proceeds to step S104. On the other hand, if it is determined that this is not the case (“No”), the routine is exited.

ステップS104では、膨張行程で2回噴射する燃料噴射制御が実行される。本ステップS104では具体的に、吸気行程噴射の噴射量(噴射期間Q’,Q’)と、噴射時期(クランク角A’,A’)と、が設定される。また、膨張行程1回目噴射の噴射量(噴射期間q’)と、噴射時期(クランク角a’)と、が設定される。また、膨張行程2回目噴射の噴射量(噴射期間q’)と、噴射時期(クランク角a’)とが設定される。また、膨張行程1回目放電の放電期間T’と、放電の開始時期SA’とが設定される。また、膨張行程2回目放電の放電期間T’と、放電の開始時期SA’とが設定される。なお、設定後の膨張行程1回目放電の開始時期と、設定後の膨張行程1回目噴射での噴射開始時期との差分期間は、図7で説明したインターバルI’となり、設定後の膨張行程2回目放電の開始時期と、膨張行程2回目噴射での噴射開始時期との差分期間は、図7で説明したインターバルI’となる。 In step S104, fuel injection control for injecting twice in the expansion stroke is executed. In step S104, the intake stroke injection amount (injection period Q 1 ′, Q 2 ′) and the injection timing (crank angle A 1 ′, A 2 ′) are specifically set. In addition, the injection amount (injection period q 1 ′) of the first injection in the expansion stroke and the injection timing (crank angle a 1 ′) are set. Further, the injection amount (injection period q 2 ′) of the second injection in the expansion stroke and the injection timing (crank angle a 2 ′) are set. In addition, a discharge period T 1 ′ of the first discharge of the expansion stroke and a discharge start time SA 1 ′ are set. In addition, a discharge period T 2 ′ for the second discharge of the expansion stroke and a discharge start time SA 2 ′ are set. The difference period between the start timing of the first discharge in the expansion stroke after the setting and the injection start timing in the first injection in the expansion stroke after the setting is the interval I 1 ′ described in FIG. 7, and the expansion stroke after the setting The difference period between the start time of the second discharge and the injection start time in the second injection in the expansion stroke is the interval I 2 ′ described in FIG.

以上説明した本実施の形態によれば、次のような効果を得ることができる。すなわち、距離DTが拡大していないと判定された場合には、図3で説明した膨張行程噴射によって初期燃焼を安定化させて、燃焼変動を抑えることができる。また、距離DTが拡大したと判定された場合であっても、図7の下段で説明した膨張行程1回目噴射と膨張行程1回目放電によって初期燃焼を安定化させて、距離DTが拡大していないと判定された場合と同様に燃焼変動を抑えることができる。   According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained. That is, if it is determined that the distance DT has not increased, the initial combustion can be stabilized by the expansion stroke injection described with reference to FIG. 3, and the combustion fluctuation can be suppressed. Even when it is determined that the distance DT has increased, the initial combustion is stabilized by the first expansion stroke injection and the first discharge of the expansion stroke described in the lower part of FIG. The combustion fluctuation can be suppressed similarly to the case where it is determined that there is no.

[実施の形態の変形例]
ところで、上記実施の形態では、燃焼室20に形成されるタンブル流が、排気ポート24側では燃焼室20の上部から下部に向かい、且つ、吸気ポート22側では燃焼室20の下部から上方に向かうように旋回するとした。しかし、このタンブル流が逆方向、つまり、吸気ポート22側では燃焼室20の上部から下方に向かい、且つ、排気ポート24側では燃焼室20の下部から上部に向かうように旋回するものであってもよい。但しこの場合は、点火プラグ32の配置箇所を、排気バルブ28側から吸気バルブ26側に変更する必要がある。点火プラグ32の配置箇所をこのように変更すれば、タンブル流の流れ方向において、インジェクタ30の下流側に点火プラグ32が位置することになる。そのため、図8で説明した膨張行程1回目噴射による燃料噴霧(つまり、燃料噴霧(i))の電極部34方向への移動を実現できる。
[Modification of Embodiment]
By the way, in the above embodiment, the tumble flow formed in the combustion chamber 20 is directed from the upper part to the lower part of the combustion chamber 20 on the exhaust port 24 side, and directed upward from the lower part of the combustion chamber 20 on the intake port 22 side. I tried to turn like this. However, the tumble flow swirls in the opposite direction, that is, from the upper side of the combustion chamber 20 toward the lower side on the intake port 22 side and from the lower side to the upper side of the combustion chamber 20 on the exhaust port 24 side. Also good. However, in this case, it is necessary to change the arrangement location of the spark plug 32 from the exhaust valve 28 side to the intake valve 26 side. If the location of the spark plug 32 is changed in this way, the spark plug 32 is positioned downstream of the injector 30 in the tumble flow direction. Therefore, it is possible to realize movement of the fuel spray (that is, fuel spray (i)) in the direction of the electrode portion 34 by the first injection of the expansion stroke described in FIG.

また、上記実施の形態では、SA−CA10を利用して距離DTの拡大に関する判定を行った。しかし、SA−CA10の代わりに、初期燃焼の速度と相関を有する公知のパラメータを用いて、距離DTの拡大に関する判定を行ってもよい。つまり、初期燃焼の速度をその判定値と比較することのできる公知のパラメータであれば、SA−CA10の代わりに用いることができる。   Moreover, in the said embodiment, the determination regarding expansion of the distance DT was performed using SA-CA10. However, instead of SA-CA10, the determination regarding the expansion of the distance DT may be performed using a known parameter having a correlation with the initial combustion speed. That is, any known parameter that can compare the initial combustion speed with the determination value can be used instead of SA-CA10.

また、上記実施の形態では、距離DTが拡大したと判定された場合に、膨張行程での2回放電として、膨張行程1回目噴射に対応する膨張行程1回目放電と、膨張行程2回目噴射に対応する膨張行程2回目放電と、を行った。しかし、膨張行程での放電は2回でなくてもよく、膨張行程1回目噴射と膨張行程2回目噴射の両方に対応する1回の放電を、膨張行程において行うことにしてもよい。何故なら、図8で説明した筒内状態は、膨張行程1回目放電と膨張行程2回目放電を連続的に行った場合においても実現できるからである。膨張行程での1回放電とする場合は、例えば、図7で説明したクランク角SA’において開始し、クランク角(SA’+T’)において終了する放電とすればよい。 In the above-described embodiment, when it is determined that the distance DT has increased, the first discharge in the expansion stroke corresponding to the first injection in the expansion stroke and the second injection in the expansion stroke are performed as the second discharge in the expansion stroke. A corresponding second expansion stroke discharge was performed. However, the discharge in the expansion stroke may not be performed twice, and one discharge corresponding to both the first expansion stroke injection and the second expansion stroke injection may be performed in the expansion stroke. This is because the in-cylinder state described with reference to FIG. 8 can be realized even when the first discharge in the expansion stroke and the second discharge in the expansion stroke are continuously performed. When the discharge is performed once in the expansion stroke, for example, the discharge may start at the crank angle SA 1 ′ described in FIG. 7 and end at the crank angle (SA 2 ′ + T 2 ′).

10 内燃機関
12 気筒
14 シリンダブロック
16 シリンダヘッド
18 ピストン
20 燃焼室
22 吸気ポート
24 排気ポート
30 インジェクタ
32 点火プラグ
34 電極部
36 スロート
40 ECU
42 筒内圧センサ
44 クランク角センサ
46 温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 12 Cylinder 14 Cylinder block 16 Cylinder head 18 Piston 20 Combustion chamber 22 Intake port 24 Exhaust port 30 Injector 32 Spark plug 34 Electrode part 36 Throat 40 ECU
42 In-cylinder pressure sensor 44 Crank angle sensor 46 Temperature sensor

Claims (1)

燃焼室上部に設けられて筒内に燃料を直接噴射するインジェクタと、
電極部で発生させた放電火花を用いて筒内の混合気に点火する点火プラグであって、前記燃焼室上部、且つ、前記燃焼室内に形成されるタンブル流の流れ方向において前記インジェクタよりも下流側に設けられると共に、前記インジェクタから前記点火プラグに向けて噴射される燃料噴霧の外郭面よりも前記電極部の位置が上方となるように設けられた点火プラグと、
前記燃焼室からの排気を浄化する排気浄化触媒と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、前記排気浄化触媒を活性化させる制御として、圧縮上死点よりも遅角側の所定期間で放電火花が発生するように前記点火プラグを制御すると共に、前記圧縮上死点よりも遅角側での膨張行程噴射であって、噴射期間が前記所定期間の少なくとも一部と重複し、尚且つ、終了時期が前記所定期間の終了時期よりも進角側となる膨張行程噴射と、前記膨張行程噴射が行われるサイクルと同じサイクルでの吸気行程噴射と、を行うように前記インジェクタを制御し、
前記制御装置は更に、前記吸気行程噴射による燃料噴霧を含む混合気と放電火花とから生じた初期火炎の成長速度が所定の判定値を下回ると判定された場合、前記吸気行程噴射と前記膨張行程噴射が行われるサイクルと同じサイクルでの追加噴射であって、前記圧縮上死点よりも遅角側、且つ、前記膨張行程噴射の噴射開始時期および前記所定期間の開始時期よりも進角側での追加噴射を行うように前記インジェクタを制御すると共に、前記追加噴射の噴射開始時期よりも進角側から開始され、且つ、前記膨張行程噴射の噴射開始時期よりも遅角側において満了する放電期間において放電火花が発生するように前記点火プラグを制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
An injector provided at the top of the combustion chamber and directly injecting fuel into the cylinder;
An ignition plug for igniting an air-fuel mixture in a cylinder using a discharge spark generated in an electrode unit, the upper part of the combustion chamber, and downstream of the injector in the flow direction of a tumble flow formed in the combustion chamber An ignition plug provided on the side and provided such that the position of the electrode portion is above the outer surface of the fuel spray injected from the injector toward the ignition plug;
An internal combustion engine control device for controlling an internal combustion engine comprising an exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber,
The control device controls the spark plug so that a discharge spark is generated in a predetermined period that is retarded from the compression top dead center as control for activating the exhaust purification catalyst, and from the compression top dead center. Expansion stroke injection on the retard side, the injection period overlaps at least a part of the predetermined period, and the end time is an advance side relative to the end time of the predetermined period; And controlling the injector to perform intake stroke injection in the same cycle as the cycle in which the expansion stroke injection is performed,
The control device further includes the intake stroke injection and the expansion stroke when it is determined that the growth rate of the initial flame generated from the air-fuel mixture including the fuel spray by the intake stroke injection and the discharge spark is lower than a predetermined determination value. It is additional injection in the same cycle as the cycle in which injection is performed, and is retarded from the compression top dead center, and advanced from the start timing of the expansion stroke injection and the start timing of the predetermined period. A discharge period in which the injector is controlled to perform the additional injection, and is started from the advance side with respect to the injection start timing of the additional injection and expires on the retard side with respect to the injection start timing of the expansion stroke injection A control device for an internal combustion engine, wherein the spark plug is controlled so that a discharge spark is generated in the engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018112107A (en) * 2017-01-11 2018-07-19 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine

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