JP2018178780A

JP2018178780A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2018178780A
Application number: JP2017075395A
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Inventors: 賢児星; Kenji Hoshi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2018-11-15
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Abstract

【課題】インジェクタによる燃料噴射の期間に点火プラグへの高電圧の印加期間を重複させる制御を排気浄化触媒の活性化に適用する場合において、サイクル間の燃焼変動を抑える。
【解決手段】着火環境が望ましい範囲から外れたと判定された場合、スワール比が高くなるように可変動弁機構を制御する。スワール比が高くなると、放電火花３２と初期火炎３８がスワール流ＳＷの流れ方向に大きく移動して、最寄りの燃料噴霧（燃料噴霧２６ａ）に近づく。よって、燃料噴霧２６ａに誘引された放電火花３２と初期火炎３８が燃料噴霧２６ａを巻き込んで拡大する（図７中段）。そして、初期火炎３８が周囲の燃料噴霧（燃料噴霧２６ｂ，２６ｆ）を巻き込んで更に拡大する（図７下段）。
【選択図】図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。

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。

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、燃料噴射期間に亘って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。

特開２０１１−１０６３７７号公報特開２００８−１９０５１１号公報特開２０００−２８２９２０号公報特開平１１−２８０５２２号公報特開２００９−１８５６８８号公報

特開２０１１−１０６３７７号公報は更に、上述した誘引作用の適用例として、排気浄化触媒の活性化を紹介している。この公報での言及はないが、排気浄化触媒の活性化は一般に、圧縮上死点よりも遅角側に点火期間（つまり、点火プラグへの高電圧の印加期間）を変更することにより行われる。従って、上述した誘引作用を適用した排気浄化触媒の活性化制御は、圧縮上死点よりも遅角側に設定した点火期間を燃料噴射期間と重複させる制御となる。

この活性化制御は、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可能性が高い。しかし、活性化制御が行われる機関始動時の燃焼状態は一般的に不安定になり易い。そのため、活性化制御中の燃焼サイクルにおいて、燃焼状態が不安定にな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。

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、インジェクタによる燃料噴射の期間に点火プラグへの高電圧の印加期間を重複させる制御を排気浄化触媒の活性化に適用する場合において、サイクル間の燃焼変動を抑えることにある。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、インジェクタと、点火プラグと、第１吸気バルブおよび第２吸気バルブと、可変動弁機構と、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。
前記インジェクタは、燃焼室の上部に設けられて複数の噴孔から筒内に燃料を噴射するように構成されている。
前記点火プラグは、前記燃焼室の上部に設けられて放電火花を用いて筒内の混合気に点火するように構成されている。前記点火プラグは、前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧のうち前記点火プラグに最も近い燃料噴霧の噴射方向における下流側、尚且つ、前記点火プラグに最も近い燃料噴霧の外郭面よりも前記燃焼室の上部側に設けられている。
前記第１吸気バルブと前記第２吸気バルブは、前記燃焼室を開閉するように構成されている。
前記可変動弁機構は、少なくとも前記第１吸気バルブと前記第２吸気バルブの何れか一方のリフト量を変更可能に構成されている。
前記排気浄化触媒は、前記燃焼室からの排気を浄化するように構成されている。
前記制御装置は、前記排気浄化触媒の活性化制御として、圧縮上死点よりも遅角側の点火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し、尚且つ、前記圧縮上死点よりも進角側での第１噴射と、前記圧縮上死点よりも遅角側での第２噴射であって噴射期間が前記点火期間の少なくとも一部と重複する第２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、前記第１吸気バルブと前記第２吸気バルブのリフト量差に起因するスワール流が前記燃焼室に生じるように前記可変動弁機構を制御し、尚且つ、前記活性化制御の実行中においてサイクル間の燃焼変動に関連するパラメータが閾値を上回ると判定された場合は、前記パラメータが前記閾値を下回ると判定された場合に比べて前記リフト量差が拡大するように前記可変動弁機構を制御する。

点火プラグで放電火花を発生させると、第１噴射での噴射燃料と放電火花から初期火炎が生じる。第２噴射を行うと、初期火炎、または、初期火炎と放電火花の両方が、点火プラグに最も近い燃料噴霧に誘引される。初期火炎や放電火花の誘引が弱まると、サイクル間の燃焼変動に関連するパラメータが上昇する。可変動弁機構を制御して第１吸気バルブと第２吸気バルブのリフト量差を拡大させると、燃焼室に生じるスワール流が強化される。活性化制御の実行中において上記パラメータが閾値を上回ると判定された場合に、スワール流を強化させれば、上記パラメータが閾値を上回る状態が解消される。

本発明に係る内燃機関の制御装置において、前記点火プラグに最も近い燃料噴霧は、前記点火プラグから見て前記燃焼室に生じるスワール流の流れ方向における下流側に噴射されてもよい。

点火プラグは、複数の噴孔から噴射された燃料噴霧のうち、点火プラグに最も近い燃料噴霧の噴射方向における下流側に設けられている。点火プラグに最も近い燃料噴霧が点火プラグから見てスワール流の流れ方向における下流側に噴射されていると、初期火炎や放電火花の誘引が効率的に行われる。

本発明に係る内燃機関の制御装置において、前記点火プラグに最も近い燃料噴霧を噴射する噴孔の径は、他の燃料噴霧を噴射する噴孔の径よりも大きくてもよい。

点火プラグは、複数の噴孔から噴射された燃料噴霧のうち、点火プラグに最も近い燃料噴霧の噴射方向における下流側に設けられている。点火プラグに最も近い燃料噴霧を噴射する噴孔の径が、他の燃料噴霧を噴射する噴孔の径よりも大きいと、初期火炎や放電火花の誘引が効率的に行われる。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、インジェクタによる燃料噴射の期間に点火プラグへの高電圧の印加期間を重複させる制御を排気浄化触媒の活性化に適用する場合において、サイクル間の燃焼変動を抑えることができる。

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に示したエンジン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。触媒暖機制御中の噴射開始時期、噴射期間、および電極部での放電期間を示す図である。膨張行程噴射での燃料噴射量との関係の一例を示す図である。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。燃料噴霧２６ａの外郭面と電極部の間の距離が拡大したときの問題点を説明する図である。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。燃焼変動率とＳＡ−ＣＡ１０との関係を示す図である。本発明の実施の形態において、図１に示したＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。本発明の他の実施の形態において、図１に示したＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図１に示したエンジン１０と燃料噴霧２６ａ用の噴孔の径において異なるエンジン５０の構成を説明する図である。図１に示したエンジン１０と燃料噴霧２６ａ用の噴孔の位置において異なるエンジン６０の構成を説明する図である。図１に示したエンジン１０と噴孔の数において異なるエンジン７０の構成を説明する図である。

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。

［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（以下、「エンジン」ともいう。）１０を備えている。エンジン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。

図１には、気筒１２内を往復動するピストン（不図示）側から、シリンダヘッド１４の底面を見上げた状態が描かれている。シリンダヘッド１４は、シリンダブロック（不図示）に組み付けられている。少なくともピストンの頂面と、シリンダブロックの壁面と、シリンダヘッド１４の底面とによって、エンジン１０の燃焼室が画定される。燃焼室には、シリンダ中心軸まわりのスワール流ＳＷが生じている。

シリンダヘッド１４には、燃焼室に連通する吸気ポートと排気ポートが２つずつ形成されている。吸気ポートの開口部には、吸気バルブ１６，１８がそれぞれ設けられている。燃焼室にスワール流ＳＷが生じているのは、吸気バルブ１６，１８のリフト量に差を設けているためである。吸気バルブ１６，１８のリフト量の差は、可変動弁機構３０によって制御される。可変動弁機構３０によって吸気バルブ１６，１８のリフト量または作用角が制御されてリフト量差が変わると、スワール比が変わる。スワール比は、スワール流ＳＷの回転速度とエンジン回転速度の比であり、スワール流ＳＷの相対的な強さを表す指標である。排気ポートの開口部には、排気バルブ２０，２２がそれぞれ設けられている。

シリンダヘッド１４の略中央部には、インジェクタ２４が設けられている。インジェクタ２４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。インジェクタ２４の先端には、複数の噴孔（図１においては６つの噴孔）が放射状に形成されている。インジェクタ２４を開弁すると、各噴孔から燃料が高圧状態で噴射される。図１に描かれる燃料噴霧２６ａ〜２６ｆは、インジェクタ２４の各噴孔から噴射された燃料を模式的に表したものである。

シリンダヘッド１４の略中央部には、点火プラグ２８も設けられている。点火プラグ２８は、中心電極と接地電極とからなる電極部（不図示）を先端に備えている。図１において、点火プラグ２８は、燃料噴霧２６ａ，２６ｆの噴射方向の下流側に位置する。点火プラグ２８は、燃料噴霧２６ａ用の噴孔の延長線Ｌａと、燃料噴霧２６ｆ用の噴孔の延長線Ｌｆとの概ね中間に位置する。燃料噴霧２６ａ，２６ｆは、電極部の近傍を通過する。但し、点火プラグ２８のシリンダヘッド１４からの突き出し量は、燃料噴霧２６ａ，２６ｆが電極部に直接触れることがないように調整されている。具体的に、突き出し量は、点火プラグ２８が燃料噴霧２６ａ，２６ｆの外郭面よりも燃焼室の上方（つまり、シリンダヘッド１４側に）に位置するように調整されている。

また、図１に示すように、本実施の形態に係るシステムは、制御装置としての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。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。

各種センサには、圧力センサ４２、クランク角センサ４４および温度センサ４６が少なくとも含まれる。圧力センサ４２は、シリンダヘッド１４またはシリンダブロックに設けられており、筒内圧力を検出する。クランク角センサ４４は、クランク軸の近傍に設けられており、クランク軸の回転角度を検出する。温度センサ４６は、エンジン１０の冷却水路に設けられており、冷却水温を検出する。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２４、点火プラグ２８および可変動弁機構３０が少なくとも含まれている。

［ＥＣＵ４０による始動時制御］
本実施の形態では、図１に示したＥＣＵ４０によるエンジン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、エンジン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。

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、エンジン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、吸気行程での噴射（以下、「吸気行程噴射」ともいう。）と、圧縮行程での噴射（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燃料噴射パターンが変更される。具体的には、圧縮行程噴射が、膨張行程での噴射（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。なお、上述した２つの燃料噴射パターンにおいて共通する吸気行程噴射を、２回以上行ってもよい。

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、吸気行程噴射はクランク角ＣＡ_１（一例としてＢＴＤＣ２８０°近傍）において開始される。電極部での放電期間ＣＰは、圧縮上死点よりも遅角側に設定される。圧縮上死点よりも遅角側に放電期間ＣＰを設定しているのは、排気温度を上昇させるためである。この放電期間ＣＰにおいて、膨張行程噴射が行われる。より詳細に述べると、放電期間ＣＰは、クランク角ＣＡ_２（一例としてＡＴＤＣ２５〜３５°近傍）からクランク角ＣＡ_３までである。膨張行程噴射は、クランク角ＣＡ_２よりも遅角側のクランク角ＣＡ_４において開始され、クランク角ＣＡ_３よりも進角側のクランク角ＣＡ_５において終了する。

図３では、クランク角ＣＡ_２からクランク角ＣＡ_４までの間にインターバルＩＴが存在する。但し、インターバルＩＴがゼロでもよい。つまり、クランク角ＣＡ_２とクランク角ＣＡ_４が一致していてもよい。また、インターバルＩＴは、負の値でもよい。つまり、クランク角ＣＡ_２よりも進角側にクランク角ＣＡ_４が位置していてもよい。クランク角ＣＡ_２とクランク角ＣＡ_４との間の関係は、クランク角ＣＡ_３とクランク角ＣＡ_５との間にも当てはまる。すなわち、クランク角ＣＡ_３とクランク角ＣＡ_５が一致していてもよい。クランク角ＣＡ_３よりも進角側にクランク角ＣＡ_５が位置していてもよい。膨張行程噴射の噴射期間の少なくとも一部が放電期間ＣＰと重複する限りにおいて、クランク角ＣＡ_２，ＣＡ_３，ＣＡ_４，ＣＡ_５は変更可能である。この理由は、膨張行程噴射の噴射期間の少なくとも一部が放電期間ＣＰと重複していれば、後述する誘引作用を得ることができるためである。

膨張行程噴射の噴射期間は、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。膨張行程噴射の噴射期間は、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^３／ｓｔ程度）に相当する噴射期間として設定されている。

［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図である。図５の上段には、電極部での放電期間中であって、膨張行程噴射の直前の筒内状態が描かれている。この上段に示すように、電極部での放電期間においては、電極部で生じた放電火花３２と、均質混合気とから、火炎核３６が生じる。均質混合気は、吸気行程噴射による燃料噴霧に由来する混合気である。図５に示すように、放電火花３２は、スワール流ＳＷの流れ方向に延びる。また、火炎核３６は、スワール流ＳＷの流れ方向に流される。

図５の中段には、膨張行程噴射の直後の筒内状態が描かれている。この中段に示すように、膨張行程噴射を行うと、インジェクタ２６からの燃料噴霧２６ａ〜２６ｆが電極部の周囲に成層混合気３４を形成する。成層混合気３４は、成層混合気３４の周囲に存在する均質混合気に比べて高い燃料濃度を有する混合気である。燃料噴霧２６ａ〜２６ｆの周囲には、低圧部が形成される（エントレインメント）。そうすると、放電火花３２と、火炎核３６から生じた初期火炎３８と、が最寄りの燃料噴霧（図５では、燃料噴霧２６ａ）に誘引される。これにより、初期火炎３８が燃料噴霧２６ａを巻き込んで拡大する。図５の下段には、図５の中段よりも僅かに後の筒内状態が描かれている。この下段に示すように、初期火炎３８は、燃料噴霧２６ａの近傍の成層混合気３４を巻き込んで更に拡大する。このように、膨張行程噴射による誘引作用によれば、均質混合気から生じた初期火炎３８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。

ところで、図１に示したシステムにおいて何らかの要因で着火環境が変化して望ましい範囲から外れた場合には、上述した膨張行程噴射による誘引作用にも関わらず、初期燃焼が不安定になる可能性がある。例えば、点火プラグの交換によってシリンダヘッドからの突き出し量が減少すると、放電火花と初期火炎を誘引する最寄りの燃料噴霧（すなわち、図５に示した燃料噴霧２６ａ）の外郭面と、電極部との間の距離が拡大する。インジェクタの噴孔へのデポジットの堆積によって噴霧角が変化したときも同様に、最寄りの燃料噴霧の外郭面と電極部との間の距離の問題が起こる。

図６は、燃料噴霧２６ａの外郭面と電極部の間の距離が拡大したときの問題点を説明する図である。図６の上段、中段および下段に描かれる筒内状態は、図５の上段、中段および下段に描かれる筒内状態にそれぞれ対応するものである。各段の筒内状態は、クランク角において略同じである。

図６の上段に描かれる筒内状態は、図５の上段で説明した筒内状態と全く同じである。一方、図５と図６の中段同士、または、図５と図６の下段同士を比較すると分かるように、図６に示す初期火炎３８の範囲が図５に示すそれよりも狭くなる。これは、上述した距離が拡大することで、膨張行程噴射による誘引作用が弱くなっているためである。膨張行程噴射による誘引作用が弱くなると、初期燃焼の速度が低下する。そして、触媒暖機制御中の燃焼サイクルにおいて、このような速度低下が起こ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。

［本実施の形態における触媒暖機制御の特徴］
そこで、本実施の形態では、触媒暖機制御中に着火環境の変化に関する判定を行う。そして、着火環境が望ましい範囲から外れたと判定された場合、スワール比が高くなるように可変動弁機構を制御する。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７の上段、中段および下段に描かれる筒内状態は、図６の上段、中段および下段に描かれる筒内状態にそれぞれ対応するものである。各段の筒内状態は、クランク角において略同じである。

図６と図７を比較すると分かるように、図７のスワール流ＳＷは図６のスワール流ＳＷよりも太く描かれている。これは、図７のスワール流ＳＷのスワール比が、図６の各段に描かれるスワール流ＳＷのスワール比よりも高いことを意味している。スワール比が高くなると、放電火花３２と初期火炎３８がスワール流ＳＷの流れ方向に大きく移動する。スワール比が高くなれば、燃料噴霧２６ａ〜２６ｆもスワール流ＳＷの流れ方向に大きく移動する。

但し、燃料噴霧２６ａ〜２６ｆは高圧で噴射されている。そのため、放電火花３２や初期火炎３８に比べると、スワール流ＳＷによって流され難い。従って、スワール比が高くなると、放電火花３２および初期火炎３８が、最寄りの燃料噴霧（図７では、燃料噴霧２６ａ）に近づく。つまり、放電火花３２および初期火炎３８と、最寄りの燃料噴霧との距離が縮まる。

よって、図７の中段に示すように、燃料噴霧２６ａに誘引された放電火花３２と初期火炎３８が燃料噴霧２６ａを巻き込んで拡大する。また、図７の下段に示すように、初期火炎３８が周囲の燃料噴霧（図７では、燃料噴霧２６ｂ，２６ｆ）を巻き込んで更に拡大する。このように、可変動弁機構を制御してスワール比を高めれば、着火環境を改善して初期燃焼が不安定になるのを抑えることができる。

着火環境が望ましい範囲から外れたか否かは、ＳＡ−ＣＡ１０に基づいて判定される。ＳＡ−ＣＡ１０は、点火時期（つまり、電極部での放電開始時期）に対して着火遅れを伴って開始する初期燃焼の開始点（クランク角ＣＡ０）から、燃焼質量割合ＭＦＢが１０％となる燃焼点（クランク角ＣＡ１０）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、圧力センサ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。

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する。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する。図８は、燃焼変動率とＳＡ−ＣＡ１０との関係を示す図である。図８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り、その許容範囲を超えることになる。

本実施の形態の触媒暖機制御では、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に比べて所定クランク角（一例として５ｄｅｇ）以上長くなった場合に、着火環境が望ましい範囲から外れたと判定する。なお、正常時のＳＡ−ＣＡ１０については、事前の適合により設定する。

［具体的処理］
図９は、本発明の実施の形態において、図１に示した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。

図９に示すルーチンでは、先ず、実ＳＡ−ＣＡ１０が正常時のＳＡ−ＣＡ１０よりも所定クランク角（５ｄｅｇ）以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０）。本ステップＳ１０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。ステップＳ１０の判定結果が否定的である場合は、着火環境に特段の問題がないと判断できるので、本ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０の判定結果が肯定的である場合は、着火環境が変わり、望ましい範囲から外れていると判断できる。そのため、可変動弁機構が制御される（ステップＳ１２）。例えば、吸気バルブのリフト量の差が大きくなるように、２つの吸気バルブ（すなわち、図１に示した吸気バルブ１６，１８）の一方を閉じる。または、吸気バルブのリフト量の差が大きくなるように、一方のバルブのリフト量を減らす。または、吸気バルブのリフト量の差が大きくなるように、一方のバルブの作用角を変更する。

以上、図９に示したルーチンによれば、触媒暖機モードの選択中、実ＳＡ−ＣＡ１０に基づいて着火環境の変化に関する判定を行うことができる。また、着火環境が望ましい範囲から外れたと判定された場合には、２つの吸気バルブのリフト量の差を大きくして、スワール比を高めることができる。従って、触媒暖機モードの選択中の着火環境を改善して、初期燃焼が不安定になるのを抑えることができる。

なお、上記実施の形態においては、吸気バルブ１６，１８が本発明の「第１吸気バルブおよび第２吸気バルブ」に相当している。触媒暖機制御中に行う吸気行程噴射が本発明の「第１噴射」に相当している。触媒暖機制御中に行う膨張行程噴射が本発明の「第２噴射」に相当している。ＳＡ−ＣＡ１０が本発明の「サイクル間の燃焼変動に関連するパラメータ」に相当している。

その他の実施の形態．
ところで、上記実施の形態ではＳＡ−ＣＡ１０を利用して着火環境の変化に関する判定を行った。しかし、ＳＡ−ＣＡ１０の代わりに、Ｇａｔ３０のばらつき（標準偏差）を利用して上述した判定を行ってもよい。クランク軸に設けられたロータには３０°ＣＡ間隔で歯が設けられており、クランク角センサ４４はロータが３０°ＣＡ回転する毎に信号を発するように構成されている。Ｇａｔ３０は、その信号と信号の間の時間、つまりクランク軸が３０°回転するのに要する時間として算出される。

図１０は、本発明の他の実施の形態において、図１に示したＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図１０に示すルーチンでは、先ず、Ｇａｔ３０が閾値（設定値）以上であるか否かが判定される（ステップＳ２０）。ステップＳ２０の判定結果が否定的である場合は、着火環境に特段の問題がないと判断できるので、本ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ２０の判定結果が肯定的である場合は、着火環境が変わり、望ましい範囲から外れていると判断できる。そのため、可変動弁機構が制御される（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の処理は、図９のステップＳ１２の処理と同一である。

更に言うと、Ｇａｔ３０やＳＡ−ＣＡ１０に限られず、ロータが６０°ＣＡ回転するのに要する時間（Ｇａｔ６０）、点火期間の開始時期からＭＦＢが５％に到達するまでのクランク角期間（ＳＡ−ＣＡ５）、または、点火期間の開始時期からＭＦＢが１５％に到達するまでのクランク角期間（ＳＡ−ＣＡ１５）を用いてもよい。このように、着火環境の変化に関する判定には、初期燃焼の速度と相関を有する任意のパラメータを用いることができる。

また、上記実施の形態では、図１に示した燃料噴霧２６ａ〜２６ｆを噴射する噴孔をインジェクタ２４が有する例を説明した。しかし、インジェクタ２４の噴孔については各種の変形が可能である。

図１１は、図１に示したエンジン１０と燃料噴霧２６ａ用の噴孔の径において異なるエンジン５０の構成を説明する図である。図１同様、図１１には、気筒１２内を往復動するピストン（不図示）側から、シリンダヘッド１４の底面を見上げた状態が描かれている。エンジン５０の特徴は、燃料噴霧２６ａ用の噴孔の径を、他の燃料噴霧２６ｂ〜２６ｆ用の噴孔の経よりも大きくしたことにある。既に説明したように、放電火花と初期火炎の誘引作用には、最寄りの燃料噴霧２６ａが大きく影響している。そのため、燃料噴霧２６ａ用の噴孔の径を大きくすることで、誘引作用を強くすることができる。故に、エンジン５０によれば、図１に示したエンジン１０に比べて、着火環境の変化への耐性を高めることが可能となる。

図１２は、図１に示したエンジン１０と燃料噴霧２６ａ用の噴孔の位置において異なるエンジン６０の構成を説明する図である。図１同様、図１２には、気筒１２内を往復動するピストン（不図示）側から、シリンダヘッド１４の底面を見上げた状態が描かれている。エンジン６０の特徴は、図１に示した延長線Ｌａよりもスワール流ＳＷの流れ方向の上流側に、延長線Ｌａが移動していることにある。延長線Ｌａがこのように移動していることで、放電火花および初期火炎と、インジェクタ２４との間の距離が縮まっている。従って、エンジン６０によれば、誘引作用を強くすることができ、着火環境の変化への耐性を高めることが可能となる。

図１３は、図１に示したエンジン１０と噴孔の数において異なるエンジン７０の構成を説明する図である。図１同様、図１２には、気筒１２内を往復動するピストン（不図示）側から、シリンダヘッド１４の底面を見上げた状態が描かれている。エンジン７０の特徴は、５つの噴孔がインジェクタ２４の先端に形成されていることにある。図１と図１３を比較すると分かるように、図１３には燃料噴霧２６ｆ用の噴孔が存在しない。但し、燃料噴霧２６ａ用の噴孔は存在している。そのため、図５で説明した燃料噴霧２６ａによる放電火花や初期火炎の誘引は、図１３においても同様に起こる。このように、燃料噴霧２６ａのような最寄りの燃料噴霧の噴射方向の下流側に点火プラグ２８が設けられる配置である限りにおいて、インジェクタ２４の噴孔の数は変更可能である。

１０，５０，６０，７０内燃機関（エンジン）
１２気筒
１４シリンダヘッド
１６，１８吸気バルブ
２０，２２排気バルブ
２４インジェクタ
２６ａ〜２６ｆ燃料噴霧
２８点火プラグ
３０可変動弁機構
３２放電火花
３４成層混合気
３６火炎核
３８初期火炎
４０ＥＣＵ
４２圧力センサ
４４クランク角センサ
４６温度センサ

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に示したエンジン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。触媒暖機制御中の噴射開始時期、噴射期間、および電極部での放電期間を示す図である。膨張行程噴射での燃料噴射量と、燃焼変動率との関係の一例を示す図である。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。燃料噴霧２６ａの外郭面と電極部の間の距離が拡大したときの問題点を説明する図である。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。燃焼変動率とＳＡ−ＣＡ１０との関係を示す図である。本発明の実施の形態において、図１に示したＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。本発明の他の実施の形態において、図１に示したＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図１に示したエンジン１０と燃料噴霧２６ａ用の噴孔の径において異なるエンジン５０の構成を説明する図である。図１に示したエンジン１０と燃料噴霧２６ａ用の噴孔の位置において異なるエンジン６０の構成を説明する図である。図１に示したエンジン１０と噴孔の数において異なるエンジン７０の構成を説明する図である。

Claims

燃焼室の上部に設けられて複数の噴孔から筒内に燃料を噴射するインジェクタと、
前記燃焼室の上部に設けられて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、前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧のうち前記点火プラグに最も近い燃料噴霧の噴射方向における下流側、尚且つ、前記点火プラグに最も近い燃料噴霧の外郭面よりも前記燃焼室の上部側に設けられる点火プラグと、
前記燃焼室を開閉する第１吸気バルブと第２吸気バルブと、
少なくとも前記第１吸気バルブと前記第２吸気バルブの何れか一方のリフト量を変更可能な可変動弁機構と、
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、前記排気浄化触媒の活性化制御として、圧縮上死点よりも遅角側の点火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し、尚且つ、前記圧縮上死点よりも進角側での第１噴射と、前記圧縮上死点よりも遅角側での第２噴射であって噴射期間が前記点火期間の少なくとも一部と重複する第２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、前記第１吸気バルブと前記第２吸気バルブのリフト量差に起因するスワール流が前記燃焼室に生じるように前記可変動弁機構を制御し、尚且つ、前記活性化制御の実行中においてサイクル間の燃焼変動に関連するパラメータが閾値を上回ると判定された場合は、前記パラメータが前記閾値を下回ると判定された場合に比べて前記リフト量差が拡大するように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記点火プラグに最も近い燃料噴霧が、前記点火プラグから見て前記燃焼室に生じるスワール流の流れ方向における下流側に噴射されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記点火プラグに最も近い燃料噴霧を噴射する噴孔の径が、他の燃料噴霧を噴射する噴孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。