JP3582415B2 - 直噴火花点火式内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火式内燃機関の制御装置に関し、特に機関冷間時の排気浄化性能向上のための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する構成とした直噴火花点火式内燃機関が注目されており、このものでは、機関運転条件に応じて、燃焼方式を切換制御、すなわち、吸気行程にて燃料を噴射することにより、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気を形成して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射することにより、点火栓周りに局所的に層状の混合気を形成して行う成層燃焼とに切換制御するのが一般的である。
【０００３】
また、上記のような直噴火花点火式内燃機関に関し、冷機始動から暖機過程において、排気浄化用の触媒の活性化促進を図るべく、特開平１０−１６９４８８号公報に記載の排気昇温装置が提案されている。
【０００４】
この排気昇温装置では、排気昇温が要求されるときに、点火栓周りの局所的な空燃比をリッチとすることで、局所的な空気量不足の状態を作り、さらに、圧縮行程時の燃料噴射時期を遅延させることで、燃料の霧化時間不足の状態を作っている。この状態で点火を行うと、不完全燃焼物（ＣＯ）が発生し、また、燃料（ＨＣ）の一部が燃え残ることになる。このようにして発生した酸化反応物は筒内の余剰酸素と主燃焼以降に反応し、排気温度を上昇させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載の排気昇温装置では、燃料噴霧の空燃比を、リッチ失火するほどのリッチ度合いとしており、このため、燃料噴霧の先端が点火栓に達する時点でのみ着火が可能となっている。すなわち、着火を行える点火時期が非常に限られており、わずかな点火時期のずれが失火を招くことになる。
【０００６】
また、噴射燃料が十分に霧化しないうちに点火を行っており、不完全燃焼物（ＣＯ）よりは未燃燃料（ＨＣ）を多く生起するものと考えられる。さらに、燃料噴霧の周縁（リッチ混合気層と空気層との境目）では、燃料の拡散によって空燃比が希薄になる領域が部分的に発生すると考えられ、このような領域には火炎が伝播しないので、ここからも未燃燃料（ＨＣ）が発生する。
【０００７】
従って、主燃焼自体でのＨＣ発生量が少ない均質燃焼時に比べると、触媒へのＨＣの流入量を増加させ、大気へのＨＣの放出量を増加させる可能性がある。
また、再燃焼に関与する酸素を比較的低温な燃焼室の周辺部に残存させる形となるため、この残存酸素は主燃焼の終了時点において比較的低温であり、ＨＣの速やかな再燃焼を阻害する要因となる。
【０００８】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされたもので、直噴火花点火式内燃機関において、排気浄化用の触媒が活性化するまでの間における大気へのＨＣの放出を最大限抑制しながら、触媒の早期活性化を促進することができるようにした直噴火花点火式内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、機関運転条件に応じて、吸気行程にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃焼を噴射させて行う成層燃焼とを切換制御可能な直噴火花点火式内燃機関であることを前提とする。
【００１０】
ここにおいて、請求項１に係る発明では、機関冷間時に、一部の燃料を吸気行程にて噴射させ、残りの燃料を圧縮行程にて噴射させる分割噴射（２段噴射）を行わせる一方、図１に示すように、機関の排気通路に備えられる排気浄化用の触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、冷間始動から触媒温度が第１の所定温度以上となるまで、排気中のＨＣを低減するように前記分割噴射の分割比を設定すると共に、排気温度を上昇させるように点火時期を設定して、触媒温度の上昇を図るように制御する触媒温度上昇制御手段と、触媒温度が第１の所定温度以上となってから該第１の所定温度より高温側の第２の所定温度以上となるまで、排気中のＣＯ及びＯ２ 成分を増大させるように前記分割比及び点火時期を設定して、比較的低温度で触媒が活性化するように制御する触媒活性温度低温化制御手段と、を設けて、直噴火花点火式内燃機関の制御装置を構成する。
【００１１】
請求項２に係る発明では、触媒温度が第２の所定温度以上となった後は、前記分割噴射を禁止することを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記触媒温度上昇制御手段による制御時の分割比を、前記触媒活性温度低温化制御手段による制御時の分割比より、吸気行程噴射割合で見て大きくしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明では、前記触媒温度上昇制御手段による制御時の点火時期を、前記触媒活性温度低温化制御手段による制御時の点火時期より、遅角量で見て大きくしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明では、前記分割噴射の総燃料噴射量を燃焼室全体の空燃比が略ストイキ（理論空燃比）となるように設定することを特徴とする。
請求項６に係る発明では、前記触媒温度検出手段は、触媒温度を排気温度より推定することを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明では、前記触媒温度検出手段は、触媒温度を機関運転条件より求めた平衡触媒温度及び時定数より推定することを特徴とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、冷間始動から触媒温度が第１の所定温度以上となるまでの間は、排気中のＨＣを低減するように分割噴射の分割比を設定すると共に、排気温度を上昇させるように点火時期を設定することで、ＨＣ低減により触媒活性前の大気へのＨＣの放出を抑制できると共に、排気温度上昇により触媒温度上昇による活性促進を図ることができる。また、触媒温度が第１の所定温度以上となってから第２の所定温度以上となるまでの間は、排気中のＣＯ及びＯ２ 成分を増大させるように分割噴射の分割比及び点火時期を設定することで、排気成分のコントロールにより、低温域にて触媒の早期活性化を図ることができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、触媒温度が第２の所定温度以上となった後は、分割噴射を禁止して、速やかに通常制御に戻すことができる。
請求項３に係る発明によれば、触媒温度上昇制御時の分割比を、触媒活性温度低温化制御時の分割比より、吸気行程噴射割合で見て大きくすることで、燃焼をより安定させて、ＨＣ低減を図ることができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、触媒温度上昇制御時の点火時期を、触媒活性温度低温化制御時の点火時期より、遅角させることで、排気温度上昇を図ることができる。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、分割噴射の総燃料噴射量を燃焼室全体の空燃比が略ストイキとなるように設定することで、分割噴射時の燃焼をより安定させることができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、触媒温度を排気温度より推定することで、触媒温度センサを設けることなく、排気温度センサを用いて実施できる。
請求項７に係る発明によれば、触媒温度を機関運転条件より求めた平衡触媒温度及び時定数より推定することで、触媒温度センサや排気温度センサを設けることなく、実施できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す直噴火花点火式内燃機関のシステム図である。
【００２１】
図中１は内燃機関（本体）、２はピストン、３は燃焼室である。
燃焼室３には、吸気通路４により、電制スロットル弁５の制御を受けて、空気が吸入される。
【００２２】
電制スロットル弁５は、コントロールユニット１０により主に運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）に基づいて算出される目標スロットル開度にステッピングモータ等のアクチュエータにて制御される。従って、コントロールユニット１０にてアクセルペダルの踏込み量等に基づいて要求トルクを演算し、これに基づいて目標スロットル開度を算出することで、電制スロットル弁５により要求トルクを的確に実現することができる。
【００２３】
そして、燃焼室３内に臨ませて、燃焼室３内に直接燃料を噴射供給するように電磁式の燃料噴射弁６が設けられると共に、燃焼室３内の混合気に火花点火するように点火栓７が設けられている。
【００２４】
燃料噴射弁６は、コントロールユニット１０から機関回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。
【００２５】
そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室３内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓７周りに集中的に層状の混合気を形成し、コントロールユニット１０からの点火信号に基づき、点火栓７により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。
【００２６】
内燃機関１からの排気は排気通路８より排出され、排気通路８には排気浄化用の触媒９が介装されている。
排気浄化用の触媒９としては、ストイキ（理論空燃比）近傍において排気中のＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元とを行って排気を浄化することのできる三元触媒であって、流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘの吸収と放出とを行う作用を有するもの、すなわち、三元触媒に、リーン雰囲気下でＮＯｘを吸収し得るＮＯｘ吸収剤を組み合わせたものなどが用いられる。
【００２７】
コントロールユニット１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理を行う。
【００２８】
前記各種センサとしては、内燃機関１のクランク軸回転を検出しこれにより機関回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１１、吸気通路４のスロットル弁５上流で吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１２、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１３、内燃機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１４、触媒９の温度ＣＴＥＭＰを検出する触媒温度センサ１５、触媒９の上流又は下流にて排気温度ＧＴＥＭＰを検出する排気温度センサ１６などが設けられている。
【００２９】
ここにおいて、前記コントロールユニット１０は、前記各種センサからの信号に基づいて検出される運転状態に応じて、前記電制スロットル弁５の開度を制御し、前記燃料噴射弁６の燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御し、前記点火栓７の点火時期を制御する。
【００３０】
特に、燃料噴射時期の制御により、所定運転状態（低・中負荷領域など）で燃焼室３内に圧縮行程で燃料噴射して、燃焼室３内の点火栓７周辺に可燃混合気を集中的に層状に形成して成層燃焼を行う一方、他の運転状態（高負荷領域など）では燃焼室３内に吸気行程で燃料噴射して、燃焼室３全体に均質な空燃比の混合気を形成して均質燃焼を行う。
【００３１】
また、燃料噴射量の制御による空燃比制御との組合わせでは、一般的には、成層燃焼時には空燃比をリーンに制御し、均質燃焼時には空燃比をストイキ又はリーンに制御するので、燃焼形態としては、成層リーン燃焼、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼などがあるが、本発明では、機関冷間時の特有の燃焼形態として、分割噴射（２段噴射）によるいわゆる成層ストイキ燃焼をも行う。
【００３２】
成層ストイキ燃焼とは、本発明特有の燃焼形態であり、燃焼室全体の空燃比を略ストイキ（理論空燃比）あるいは若干ストイキからリッチシフトさせた空燃比となるように、１燃焼サイクル中における燃料供給量を設定するが、その燃料の供給を、吸気行程噴射と圧縮行程噴射とで行わせて、燃焼させるようにした燃焼形態である。
【００３３】
具体的には、例えば、１燃焼サイクル当たりの総燃料噴射量のうち、一部を、例えば図３（Ａ）に示すように、吸気行程で燃焼室内に噴射供給し、燃焼室全体にストイキよりも比較的リーンな均質混合気を形成すると共に、残りを、図３（Ｂ）に示すように、圧縮行程で燃焼室内に噴射供給し、点火栓周りにストイキよりも比較的リッチな混合気を層状に形成して、図４に示す状態で、燃焼させるという燃焼形態である。
【００３４】
上記のような成層ストイキ燃焼によれば、分割噴射の分割比（吸気行程噴射割合）にもよるが、圧縮行程噴射により、点火栓周りに比較的リッチな混合気を形成して燃焼を行わせるから、ＣＯを多く生成することができる。
【００３５】
すなわち、点火栓周りの混合気層の空燃比をストイキよりリッチな空燃比としているので、主燃焼（火花点火による着火とその後の火炎伝播による燃焼）の際に不完全燃焼物としてのＣＯが多く生成され、主燃焼後もこのＣＯが燃焼室内に残存する。図１４に均質ストイキ燃焼と成層ストイキ燃焼とでの点火時期によるＣＯ濃度を示している。
【００３６】
また、リッチ混合気層の周囲にストイキよりリーンな混合気を形成しているので、この領域には主燃焼後もＯ２ が残存する。図１５に均質ストイキ燃焼と成層ストイキ燃焼とでの点火時期によるＯ２ 濃度を示している。
【００３７】
この残存ＣＯと残存Ｏ２ とが主燃焼以降の筒内ガス流動によって混合・再燃焼することで、排気温度を上昇させることができる。
また、リッチ混合気層の空燃比を、ストイキより着火性の良好なリッチ空燃比とすると共に、噴射燃料の霧化時間を十分に確保することで、常に安定した着火が得られ、ＣＯの生成を安定して行うことができる。
【００３８】
更に、リーン混合気層の空燃比を、火炎伝播可能なリーン空燃比とすることで、燃焼室の隅々まで火炎が良好に伝播され、未燃ＨＣの発生要因となる燃焼室内の低温領域を小さな領域とすることができる。
【００３９】
次に、このような分割噴射による成層ストイキ燃焼を用いた機関冷間時の燃焼制御について、フローチャートにより、詳細に説明する。
図５はメインルーチンのフローチャートであり、始動時より所定時間毎に実行される。
【００４０】
Ｓ１では、触媒温度センサ１５により、触媒温度ＣＴＥＭＰを検出する。この部分が触媒温度検出手段に相当する。
触媒温度センサ１５がなく、排気温度センサ１６を有する場合は、間接的な検出のため、図６の触媒温度推定ルーチンによる。すなわち、排気温度センサ１６により、排気温度ＧＴＥＭＰを検出し（Ｓ１１）、排気温度ＧＴＥＭＰより触媒温度ＣＴＥＭＰを推定する（Ｓ１２）。
【００４１】
また、排気温度センサ１６もない場合は、更に間接的な検出のため、図７の触媒温度推定ルーチンによる。すなわち、吸入空気量Ｑａ及び機関回転数Ｎｅを読込み（Ｓ２１）、負荷相当の単位回転当たりの空気量相当燃料噴射パルス幅Ｔｐ＝（Ｑａ／Ｎｅ）×βを演算し（Ｓ２２）、機関運転条件に相当する機関回転数Ｎｅ及び負荷Ｔｐからマップを参照して触媒平衡温度Ｔ１を求め（Ｓ２３）、下記の加重平均式により、触媒温度ＣＴＥＭＰを求める（Ｓ２４）。
【００４２】
ＣＴＥＭＰ＝ＣＴＥＭＰ×（１−α）＋Ｔ１×α
ここで、αは時定数（加重平均割合）で、０＜α＜１であり、排気通路及び触媒の熱容量等を考慮して定める。
【００４３】
Ｓ２では、触媒温度ＣＴＥＭＰが第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１未満か否かを判定する。
この結果、ＣＴＥＭＰ＜ＣＴＥＭＰ１の場合は、Ｓ４へ進んで、触媒温度上昇制御を行う。この部分が触媒温度上昇制御手段に相当する。但し、触媒温度上昇制御の詳細については後述する。
【００４４】
ＣＴＥＭＰ≧ＣＴＥＭＰ１の場合は、Ｓ３へ進む。
Ｓ３では、触媒温度ＣＴＥＭＰが第２の所定温度ＣＴＥＭＰ２（＞ＣＴＥＭＰ１）未満か否かを判定する。
【００４５】
この結果、ＣＴＥＭＰ１≦ＣＴＥＭＰ＜ＣＴＥＭＰ２の場合は、Ｓ５へ進んで、触媒活性温度低温化制御を行う。この部分が触媒活性温度低温化制御に相当する。但し、触媒活性温度低温化制御の詳細については後述する。
【００４６】
ＣＴＥＭＰ≧ＣＴＥＭＰ２の場合は、Ｓ６へ進み、通常制御を行う。すなわち、機関運転条件に応じて、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼、成層リーン燃焼を行う。
【００４７】
ここで、第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１は、触媒の完全活性（１００％）に対し、５０％程度活性する温度（いわゆるＴ５０温度）とする。また、第２の所定温度ＣＴＥＭＰ２は、９０％程度活性する温度（いわゆるＴ９０温度）とする。
【００４８】
次に、触媒温度上昇制御（Ｓ４）及び触媒活性低温化制御（Ｓ５）について詳細に説明する。
〔触媒温度上昇制御；Ｓ４〕
触媒温度上昇制御は、冷間始動から触媒温度が第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１以上となるまで行い、総燃料噴射量を燃焼室全体の空燃比（トータルＡ／Ｆ）が略ストイキとなるように設定し、一部の燃料を吸気行程にて噴射し、残りの燃料を圧縮行程にて噴射するが、吸気行程噴射量と圧縮行程噴射量との分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯを、図９に示すように、排気中のＨＣ濃度が最小となる比率とする（ＨＳＲＡＴＩＯ＝ＨＳＲＡＴＩＯ１）。具体的には、吸気行程噴射割合を６０％程度に設定する。
【００４９】
また、点火時期ＡＤＶは、図１３に示すように、排気温度を上昇させるべく、燃焼安定限界において、遅角量を最も大きくした設定とする（ＡＤＶ＝ＡＤＶＣＡＴ１）。
【００５０】
このような分割噴射の分割比及び点火時期の設定により、機関からのＨＣ排出量を低減し、かつ、排気温度を上昇させることで触媒温度の上昇による活性促進を図る。
【００５１】
〔触媒活性温度低温化制御；Ｓ５〕
触媒活性温度低温化制御は、排気中のＣＯ，Ｏ２ 濃度割合のコントロールによって触媒が低温活性可能となる第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１以上になってから第２の所定温度ＣＴＥＭＰ２以上となるまで行い、総燃料噴射量を燃焼室全体の空燃比（トータルＡ／Ｆ）が略ストイキとなるように設定し、一部の燃料を吸気行程にて噴射し、残りの燃料を圧縮行程にて噴射するが、吸気行程噴射量と圧縮行程噴射量との分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯを、排気中のＣＯ，Ｏ２ 濃度が触媒が低温活性可能な濃度となる比率とする（ＨＳＲＡＴＩＯ＝ＨＳＲＡＴＩＯ２）。具体的には、吸気行程噴射割合を５５％程度に設定する。
【００５２】
すなわち、図１２はＣＯ濃度及びＯ２ 濃度の設定による触媒活性温度低温化の度合いを示したもので、図中の−５０℃〜−９０℃は、Ｔ５０温度を低下させることができる温度を示している。従って、安定限界を考慮し、図中のＣＯ濃度＝Ｂ、Ｏ２ 濃度＝Ｄのときに、Ｔ５０温度を最大の−７５℃程度低下させることができる。一方、図１０及び図１１は分割比（吸気行程噴射割合）とＣＯ濃度及びＯ２ 濃度との関係を示したものである。従って、これに基づいて、ＣＯ濃度＝Ｂ、Ｏ２ 濃度＝Ｄを得るために、分割比ＨＳＲＡＴＩＯ（＝ＨＳＲＡＴＩＯ２）を定める。これにより、触媒活性温度低温化制御時の分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯ２は、触媒温度上昇制御時の分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯ１より、小さくなる。
【００５３】
また、点火時期ＡＤＶも、排気中のＣＯ，Ｏ２ 濃度が触媒が低温活性可能な濃度となる設定とする（ＡＤＶ＝ＡＤＶＣＡＴ２）。
すなわち、図１４及び図１５は点火時期とＣＯ濃度及びＯ２ 濃度との関係を示したものである。従って、これに基づいて、ＣＯ濃度＝Ｂ、Ｏ２ 濃度＝Ｄを得るために、点火時期ＡＤＶ（＝ＡＤＶＣＡＴ２）を定める。これにより、触媒活性温度低温化制御時の点火時期ＡＤＶＣＡＴ２は、触媒温度上昇制御時の点火時期ＡＤＶＣＡＴ１より、進角側の設定となる（遅角量が小さくなる）。
【００５４】
このような分割噴射の分割比及び点火時期の設定により、排気中のＣＯ，Ｏ２ 濃度を増大させるようにコントルールすることで、従来の触媒活性温度より低温域にて触媒を機能させることができる。
【００５５】
触媒温度が前記第２の所定温度ＣＴＥＭＰ２に到達した後は、分割噴射による成層ストイキ燃焼を禁止し、速やかに通常制御（均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼又は成層リーン燃焼）に移行する。
【００５６】
図８は触媒温度上昇制御及び触媒活性温度低温化制御のための分割噴射による成層ストイキ燃焼を行う場合の燃料噴射制御のフローチャートである。
Ｓ３１では、トータルＡ／Ｆをストイキにするための総燃料噴射量ＣＴＩを演算する。簡易には、ＣＴＩ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）として演算する。
【００５７】
Ｓ３２では、分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯに基づき、吸気行程噴射量ＣＴＩＨを次式により算出する。
ＣＴＩＨ＝ＣＴＩ×ＨＳＲＡＴＩＯ
Ｓ３３では、分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯに基づき、圧縮行程噴射量ＣＴＩＳを次式により算出する。
【００５８】
ＣＴＩＳ＝ＣＴＩ×（１−ＨＳＲＡＴＩＯ）
Ｓ３４では、吸気行程噴射時期か否かを判定し、吸気行程噴射時期の場合に、Ｓ３５で、燃料噴射弁６に対しＣＴＩＨに対応するパルス幅の噴射パルス信号を出力することにより、吸気行程噴射を行わせる。
【００５９】
Ｓ３６では、圧縮行程噴射時期か否かを判定し、圧縮行程噴射時期の場合に、Ｓ３７で、燃料噴射弁６に対しＣＴＩＳに対応するパルス幅の噴射パルス信号を出力することにより、圧縮行程噴射を行わせる。
【００６０】
以上のような制御により、図１６を参照し、冷間始動から触媒温度が第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１以上となるまでの間（時刻０〜ｔ１）、分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯ＝ＨＳＲＡＴＩＯ１、点火時期ＡＤＶ＝ＡＤＶＣＡＴ１（機関回転数及び負荷により決まる基本点火時期ＡＤＶ０に対し、遅角量ＲＴＤ１）の触媒温度上昇制御により、触媒温度を比較的速やかに上昇させ、触媒の活性化を促進することができる。このとき、触媒のＨＣ転化率は若干悪化するが、ＨＣの排出量自体を少なくしているので、問題はない。
【００６１】
触媒温度が第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１から第２の所定温度ＣＴＥＭＰ２に達するまでの間（時刻ｔ１〜ｔ２）は、分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯ＝ＨＳＲＡＴＩＯ２、点火時期ＡＤＶ＝ＡＤＶＣＡＴ２（機関回転数及び負荷により決まる基本点火時期ＡＤＶ０に対し、遅角量ＲＴＤ２）の触媒活性温度低温化制御により、触媒温度の上昇率は鈍るものの、ＣＯ，Ｏ２ 濃度を増大させて（図１７参照）、低温でも活性可能となるＣＯ，Ｏ２ 濃度にしているので、触媒のＨＣ転化率は向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム図
【図３】成層ストイキ燃焼での燃料噴射の説明図
【図４】成層ストイキ燃焼での混合気状態の説明図
【図５】メインルーチンののフローチャート
【図６】触媒温度推定ルーチン（１）のフローチャート
【図７】触媒温度推定ルーチン（２）のフローチャート
【図８】燃料噴射制御ルーチンのフローチャート
【図９】分割比（吸気行程噴射割合）とＨＣ濃度との関係を示す図
【図１０】分割比（吸気行程噴射割合）とＣＯ濃度との関係を示す図
【図１１】分割比（吸気行程噴射割合）とＯ２ 濃度との関係を示す図
【図１２】ＣＯ濃度及びＯ２ 濃度と触媒活性温度低温化との関係を示す図
【図１３】点火時期と排気温度との関係を示す図
【図１４】点火時期とＣＯ濃度との関係を示す図
【図１５】点火時期とＯ２ 濃度との関係を示す図
【図１６】冷間始動後の制御のタイムチャート（１）
【図１７】冷間始動後の制御のタイムチャート（２）
【符号の説明】
１ 内燃機関
３ 燃焼室
４ 吸気通路
５ 電制スロットル弁
６ 燃料噴射弁
７ 点火栓
８ 排気通路
９ 触媒
１０ コントロールユニット
１１ クランク角センサ
１２ エアフローメータ
１３ アクセルペダルセンサ
１５ 触媒温度センサ
１６ 排気温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火式内燃機関の制御装置に関し、特に機関冷間時の排気浄化性能向上のための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する構成とした直噴火花点火式内燃機関が注目されており、このものでは、機関運転条件に応じて、燃焼方式を切換制御、すなわち、吸気行程にて燃料を噴射することにより、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気を形成して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射することにより、点火栓周りに局所的に層状の混合気を形成して行う成層燃焼とに切換制御するのが一般的である。
【０００３】
また、上記のような直噴火花点火式内燃機関に関し、冷機始動から暖機過程において、排気浄化用の触媒の活性化促進を図るべく、特開平１０−１６９４８８号公報に記載の排気昇温装置が提案されている。
【０００４】
この排気昇温装置では、排気昇温が要求されるときに、点火栓周りの局所的な空燃比をリッチとすることで、局所的な空気量不足の状態を作り、さらに、圧縮行程時の燃料噴射時期を遅延させることで、燃料の霧化時間不足の状態を作っている。この状態で点火を行うと、不完全燃焼物（ＣＯ）が発生し、また、燃料（ＨＣ）の一部が燃え残ることになる。このようにして発生した酸化反応物は筒内の余剰酸素と主燃焼以降に反応し、排気温度を上昇させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載の排気昇温装置では、燃料噴霧の空燃比を、リッチ失火するほどのリッチ度合いとしており、このため、燃料噴霧の先端が点火栓に達する時点でのみ着火が可能となっている。すなわち、着火を行える点火時期が非常に限られており、わずかな点火時期のずれが失火を招くことになる。
【０００６】
また、噴射燃料が十分に霧化しないうちに点火を行っており、不完全燃焼物（ＣＯ）よりは未燃燃料（ＨＣ）を多く生起するものと考えられる。さらに、燃料噴霧の周縁（リッチ混合気層と空気層との境目）では、燃料の拡散によって空燃比が希薄になる領域が部分的に発生すると考えられ、このような領域には火炎が伝播しないので、ここからも未燃燃料（ＨＣ）が発生する。
【０００７】
従って、主燃焼自体でのＨＣ発生量が少ない均質燃焼時に比べると、触媒へのＨＣの流入量を増加させ、大気へのＨＣの放出量を増加させる可能性がある。
また、再燃焼に関与する酸素を比較的低温な燃焼室の周辺部に残存させる形となるため、この残存酸素は主燃焼の終了時点において比較的低温であり、ＨＣの速やかな再燃焼を阻害する要因となる。
【０００８】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされたもので、直噴火花点火式内燃機関において、排気浄化用の触媒が活性化するまでの間における大気へのＨＣの放出を最大限抑制しながら、触媒の早期活性化を促進することができるようにした直噴火花点火式内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、機関運転条件に応じて、吸気行程にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃焼を噴射させて行う成層燃焼とを切換制御可能な直噴火花点火式内燃機関であることを前提とする。
【００１０】
ここにおいて、請求項１に係る発明では、機関冷間時に、一部の燃料を吸気行程にて噴射させ、残りの燃料を圧縮行程にて噴射させる分割噴射（２段噴射）を行わせる一方、図１に示すように、機関の排気通路に備えられる排気浄化用の触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、冷間始動から触媒温度が第１の所定温度以上となるまで、排気中のＨＣを低減するように前記分割噴射の分割比を設定すると共に、排気温度を上昇させるように点火時期を設定して、触媒温度の上昇を図るように制御する触媒温度上昇制御手段と、触媒温度が第１の所定温度以上となってから該第１の所定温度より高温側の第２の所定温度以上となるまで、排気中のＣＯ及びＯ２ 成分を増大させるように前記分割比及び点火時期を設定して、比較的低温度で触媒が活性化するように制御する触媒活性温度低温化制御手段と、を設けて、直噴火花点火式内燃機関の制御装置を構成する。
【００１１】
請求項２に係る発明では、触媒温度が第２の所定温度以上となった後は、前記分割噴射を禁止することを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記触媒温度上昇制御手段による制御時の分割比を、前記触媒活性温度低温化制御手段による制御時の分割比より、吸気行程噴射割合で見て大きくしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明では、前記触媒温度上昇制御手段による制御時の点火時期を、前記触媒活性温度低温化制御手段による制御時の点火時期より、遅角量で見て大きくしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明では、前記分割噴射の総燃料噴射量を燃焼室全体の空燃比が略ストイキ（理論空燃比）となるように設定することを特徴とする。
請求項６に係る発明では、前記触媒温度検出手段は、触媒温度を排気温度より推定することを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明では、前記触媒温度検出手段は、触媒温度を機関運転条件より求めた平衡触媒温度及び時定数より推定することを特徴とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、冷間始動から触媒温度が第１の所定温度以上となるまでの間は、排気中のＨＣを低減するように分割噴射の分割比を設定すると共に、排気温度を上昇させるように点火時期を設定することで、ＨＣ低減により触媒活性前の大気へのＨＣの放出を抑制できると共に、排気温度上昇により触媒温度上昇による活性促進を図ることができる。また、触媒温度が第１の所定温度以上となってから第２の所定温度以上となるまでの間は、排気中のＣＯ及びＯ２ 成分を増大させるように分割噴射の分割比及び点火時期を設定することで、排気成分のコントロールにより、低温域にて触媒の早期活性化を図ることができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、触媒温度が第２の所定温度以上となった後は、分割噴射を禁止して、速やかに通常制御に戻すことができる。
請求項３に係る発明によれば、触媒温度上昇制御時の分割比を、触媒活性温度低温化制御時の分割比より、吸気行程噴射割合で見て大きくすることで、燃焼をより安定させて、ＨＣ低減を図ることができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、触媒温度上昇制御時の点火時期を、触媒活性温度低温化制御時の点火時期より、遅角させることで、排気温度上昇を図ることができる。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、分割噴射の総燃料噴射量を燃焼室全体の空燃比が略ストイキとなるように設定することで、分割噴射時の燃焼をより安定させることができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、触媒温度を排気温度より推定することで、触媒温度センサを設けることなく、排気温度センサを用いて実施できる。
請求項７に係る発明によれば、触媒温度を機関運転条件より求めた平衡触媒温度及び時定数より推定することで、触媒温度センサや排気温度センサを設けることなく、実施できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す直噴火花点火式内燃機関のシステム図である。
【００２１】
図中１は内燃機関（本体）、２はピストン、３は燃焼室である。
燃焼室３には、吸気通路４により、電制スロットル弁５の制御を受けて、空気が吸入される。
【００２２】
電制スロットル弁５は、コントロールユニット１０により主に運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）に基づいて算出される目標スロットル開度にステッピングモータ等のアクチュエータにて制御される。従って、コントロールユニット１０にてアクセルペダルの踏込み量等に基づいて要求トルクを演算し、これに基づいて目標スロットル開度を算出することで、電制スロットル弁５により要求トルクを的確に実現することができる。
【００２３】
そして、燃焼室３内に臨ませて、燃焼室３内に直接燃料を噴射供給するように電磁式の燃料噴射弁６が設けられると共に、燃焼室３内の混合気に火花点火するように点火栓７が設けられている。
【００２４】
燃料噴射弁６は、コントロールユニット１０から機関回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。
【００２５】
そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室３内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓７周りに集中的に層状の混合気を形成し、コントロールユニット１０からの点火信号に基づき、点火栓７により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。
【００２６】
内燃機関１からの排気は排気通路８より排出され、排気通路８には排気浄化用の触媒９が介装されている。
排気浄化用の触媒９としては、ストイキ（理論空燃比）近傍において排気中のＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元とを行って排気を浄化することのできる三元触媒であって、流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘの吸収と放出とを行う作用を有するもの、すなわち、三元触媒に、リーン雰囲気下でＮＯｘを吸収し得るＮＯｘ吸収剤を組み合わせたものなどが用いられる。
【００２７】
コントロールユニット１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理を行う。
【００２８】
前記各種センサとしては、内燃機関１のクランク軸回転を検出しこれにより機関回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１１、吸気通路４のスロットル弁５上流で吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１２、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１３、内燃機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１４、触媒９の温度ＣＴＥＭＰを検出する触媒温度センサ１５、触媒９の上流又は下流にて排気温度ＧＴＥＭＰを検出する排気温度センサ１６などが設けられている。
【００２９】
ここにおいて、前記コントロールユニット１０は、前記各種センサからの信号に基づいて検出される運転状態に応じて、前記電制スロットル弁５の開度を制御し、前記燃料噴射弁６の燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御し、前記点火栓７の点火時期を制御する。
【００３０】
特に、燃料噴射時期の制御により、所定運転状態（低・中負荷領域など）で燃焼室３内に圧縮行程で燃料噴射して、燃焼室３内の点火栓７周辺に可燃混合気を集中的に層状に形成して成層燃焼を行う一方、他の運転状態（高負荷領域など）では燃焼室３内に吸気行程で燃料噴射して、燃焼室３全体に均質な空燃比の混合気を形成して均質燃焼を行う。
【００３１】
また、燃料噴射量の制御による空燃比制御との組合わせでは、一般的には、成層燃焼時には空燃比をリーンに制御し、均質燃焼時には空燃比をストイキ又はリーンに制御するので、燃焼形態としては、成層リーン燃焼、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼などがあるが、本発明では、機関冷間時の特有の燃焼形態として、分割噴射（２段噴射）によるいわゆる成層ストイキ燃焼をも行う。
【００３２】
成層ストイキ燃焼とは、本発明特有の燃焼形態であり、燃焼室全体の空燃比を略ストイキ（理論空燃比）あるいは若干ストイキからリッチシフトさせた空燃比となるように、１燃焼サイクル中における燃料供給量を設定するが、その燃料の供給を、吸気行程噴射と圧縮行程噴射とで行わせて、燃焼させるようにした燃焼形態である。
【００３３】
具体的には、例えば、１燃焼サイクル当たりの総燃料噴射量のうち、一部を、例えば図３（Ａ）に示すように、吸気行程で燃焼室内に噴射供給し、燃焼室全体にストイキよりも比較的リーンな均質混合気を形成すると共に、残りを、図３（Ｂ）に示すように、圧縮行程で燃焼室内に噴射供給し、点火栓周りにストイキよりも比較的リッチな混合気を層状に形成して、図４に示す状態で、燃焼させるという燃焼形態である。
【００３４】
上記のような成層ストイキ燃焼によれば、分割噴射の分割比（吸気行程噴射割合）にもよるが、圧縮行程噴射により、点火栓周りに比較的リッチな混合気を形成して燃焼を行わせるから、ＣＯを多く生成することができる。
【００３５】
すなわち、点火栓周りの混合気層の空燃比をストイキよりリッチな空燃比としているので、主燃焼（火花点火による着火とその後の火炎伝播による燃焼）の際に不完全燃焼物としてのＣＯが多く生成され、主燃焼後もこのＣＯが燃焼室内に残存する。図１４に均質ストイキ燃焼と成層ストイキ燃焼とでの点火時期によるＣＯ濃度を示している。
【００３６】
また、リッチ混合気層の周囲にストイキよりリーンな混合気を形成しているので、この領域には主燃焼後もＯ２ が残存する。図１５に均質ストイキ燃焼と成層ストイキ燃焼とでの点火時期によるＯ２ 濃度を示している。
【００３７】
この残存ＣＯと残存Ｏ２ とが主燃焼以降の筒内ガス流動によって混合・再燃焼することで、排気温度を上昇させることができる。
また、リッチ混合気層の空燃比を、ストイキより着火性の良好なリッチ空燃比とすると共に、噴射燃料の霧化時間を十分に確保することで、常に安定した着火が得られ、ＣＯの生成を安定して行うことができる。
【００３８】
更に、リーン混合気層の空燃比を、火炎伝播可能なリーン空燃比とすることで、燃焼室の隅々まで火炎が良好に伝播され、未燃ＨＣの発生要因となる燃焼室内の低温領域を小さな領域とすることができる。
【００３９】
次に、このような分割噴射による成層ストイキ燃焼を用いた機関冷間時の燃焼制御について、フローチャートにより、詳細に説明する。
図５はメインルーチンのフローチャートであり、始動時より所定時間毎に実行される。
【００４０】
Ｓ１では、触媒温度センサ１５により、触媒温度ＣＴＥＭＰを検出する。この部分が触媒温度検出手段に相当する。
触媒温度センサ１５がなく、排気温度センサ１６を有する場合は、間接的な検出のため、図６の触媒温度推定ルーチンによる。すなわち、排気温度センサ１６により、排気温度ＧＴＥＭＰを検出し（Ｓ１１）、排気温度ＧＴＥＭＰより触媒温度ＣＴＥＭＰを推定する（Ｓ１２）。
【００４１】
また、排気温度センサ１６もない場合は、更に間接的な検出のため、図７の触媒温度推定ルーチンによる。すなわち、吸入空気量Ｑａ及び機関回転数Ｎｅを読込み（Ｓ２１）、負荷相当の単位回転当たりの空気量相当燃料噴射パルス幅Ｔｐ＝（Ｑａ／Ｎｅ）×βを演算し（Ｓ２２）、機関運転条件に相当する機関回転数Ｎｅ及び負荷Ｔｐからマップを参照して触媒平衡温度Ｔ１を求め（Ｓ２３）、下記の加重平均式により、触媒温度ＣＴＥＭＰを求める（Ｓ２４）。
【００４２】
ＣＴＥＭＰ＝ＣＴＥＭＰ×（１−α）＋Ｔ１×α
ここで、αは時定数（加重平均割合）で、０＜α＜１であり、排気通路及び触媒の熱容量等を考慮して定める。
【００４３】
Ｓ２では、触媒温度ＣＴＥＭＰが第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１未満か否かを判定する。
この結果、ＣＴＥＭＰ＜ＣＴＥＭＰ１の場合は、Ｓ４へ進んで、触媒温度上昇制御を行う。この部分が触媒温度上昇制御手段に相当する。但し、触媒温度上昇制御の詳細については後述する。
【００４４】
ＣＴＥＭＰ≧ＣＴＥＭＰ１の場合は、Ｓ３へ進む。
Ｓ３では、触媒温度ＣＴＥＭＰが第２の所定温度ＣＴＥＭＰ２（＞ＣＴＥＭＰ１）未満か否かを判定する。
【００４５】
この結果、ＣＴＥＭＰ１≦ＣＴＥＭＰ＜ＣＴＥＭＰ２の場合は、Ｓ５へ進んで、触媒活性温度低温化制御を行う。この部分が触媒活性温度低温化制御に相当する。但し、触媒活性温度低温化制御の詳細については後述する。
【００４６】
ＣＴＥＭＰ≧ＣＴＥＭＰ２の場合は、Ｓ６へ進み、通常制御を行う。すなわち、機関運転条件に応じて、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼、成層リーン燃焼を行う。
【００４７】
ここで、第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１は、触媒の完全活性（１００％）に対し、５０％程度活性する温度（いわゆるＴ５０温度）とする。また、第２の所定温度ＣＴＥＭＰ２は、９０％程度活性する温度（いわゆるＴ９０温度）とする。
【００４８】
次に、触媒温度上昇制御（Ｓ４）及び触媒活性低温化制御（Ｓ５）について詳細に説明する。
〔触媒温度上昇制御；Ｓ４〕
触媒温度上昇制御は、冷間始動から触媒温度が第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１以上となるまで行い、総燃料噴射量を燃焼室全体の空燃比（トータルＡ／Ｆ）が略ストイキとなるように設定し、一部の燃料を吸気行程にて噴射し、残りの燃料を圧縮行程にて噴射するが、吸気行程噴射量と圧縮行程噴射量との分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯを、図９に示すように、排気中のＨＣ濃度が最小となる比率とする（ＨＳＲＡＴＩＯ＝ＨＳＲＡＴＩＯ１）。具体的には、吸気行程噴射割合を６０％程度に設定する。
【００４９】
また、点火時期ＡＤＶは、図１３に示すように、排気温度を上昇させるべく、燃焼安定限界において、遅角量を最も大きくした設定とする（ＡＤＶ＝ＡＤＶＣＡＴ１）。
【００５０】
このような分割噴射の分割比及び点火時期の設定により、機関からのＨＣ排出量を低減し、かつ、排気温度を上昇させることで触媒温度の上昇による活性促進を図る。
【００５１】
〔触媒活性温度低温化制御；Ｓ５〕
触媒活性温度低温化制御は、排気中のＣＯ，Ｏ２ 濃度割合のコントロールによって触媒が低温活性可能となる第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１以上になってから第２の所定温度ＣＴＥＭＰ２以上となるまで行い、総燃料噴射量を燃焼室全体の空燃比（トータルＡ／Ｆ）が略ストイキとなるように設定し、一部の燃料を吸気行程にて噴射し、残りの燃料を圧縮行程にて噴射するが、吸気行程噴射量と圧縮行程噴射量との分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯを、排気中のＣＯ，Ｏ２ 濃度が触媒が低温活性可能な濃度となる比率とする（ＨＳＲＡＴＩＯ＝ＨＳＲＡＴＩＯ２）。具体的には、吸気行程噴射割合を５５％程度に設定する。
【００５２】
すなわち、図１２はＣＯ濃度及びＯ２ 濃度の設定による触媒活性温度低温化の度合いを示したもので、図中の−５０℃〜−９０℃は、Ｔ５０温度を低下させることができる温度を示している。従って、安定限界を考慮し、図中のＣＯ濃度＝Ｂ、Ｏ２ 濃度＝Ｄのときに、Ｔ５０温度を最大の−７５℃程度低下させることができる。一方、図１０及び図１１は分割比（吸気行程噴射割合）とＣＯ濃度及びＯ２ 濃度との関係を示したものである。従って、これに基づいて、ＣＯ濃度＝Ｂ、Ｏ２ 濃度＝Ｄを得るために、分割比ＨＳＲＡＴＩＯ（＝ＨＳＲＡＴＩＯ２）を定める。これにより、触媒活性温度低温化制御時の分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯ２は、触媒温度上昇制御時の分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯ１より、小さくなる。
【００５３】
また、点火時期ＡＤＶも、排気中のＣＯ，Ｏ２ 濃度が触媒が低温活性可能な濃度となる設定とする（ＡＤＶ＝ＡＤＶＣＡＴ２）。
すなわち、図１４及び図１５は点火時期とＣＯ濃度及びＯ２ 濃度との関係を示したものである。従って、これに基づいて、ＣＯ濃度＝Ｂ、Ｏ２ 濃度＝Ｄを得るために、点火時期ＡＤＶ（＝ＡＤＶＣＡＴ２）を定める。これにより、触媒活性温度低温化制御時の点火時期ＡＤＶＣＡＴ２は、触媒温度上昇制御時の点火時期ＡＤＶＣＡＴ１より、進角側の設定となる（遅角量が小さくなる）。
【００５４】
このような分割噴射の分割比及び点火時期の設定により、排気中のＣＯ，Ｏ２ 濃度を増大させるようにコントルールすることで、従来の触媒活性温度より低温域にて触媒を機能させることができる。
【００５５】
触媒温度が前記第２の所定温度ＣＴＥＭＰ２に到達した後は、分割噴射による成層ストイキ燃焼を禁止し、速やかに通常制御（均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼又は成層リーン燃焼）に移行する。
【００５６】
図８は触媒温度上昇制御及び触媒活性温度低温化制御のための分割噴射による成層ストイキ燃焼を行う場合の燃料噴射制御のフローチャートである。
Ｓ３１では、トータルＡ／Ｆをストイキにするための総燃料噴射量ＣＴＩを演算する。簡易には、ＣＴＩ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）として演算する。
【００５７】
Ｓ３２では、分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯに基づき、吸気行程噴射量ＣＴＩＨを次式により算出する。
ＣＴＩＨ＝ＣＴＩ×ＨＳＲＡＴＩＯ
Ｓ３３では、分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯに基づき、圧縮行程噴射量ＣＴＩＳを次式により算出する。
【００５８】
ＣＴＩＳ＝ＣＴＩ×（１−ＨＳＲＡＴＩＯ）
Ｓ３４では、吸気行程噴射時期か否かを判定し、吸気行程噴射時期の場合に、Ｓ３５で、燃料噴射弁６に対しＣＴＩＨに対応するパルス幅の噴射パルス信号を出力することにより、吸気行程噴射を行わせる。
【００５９】
Ｓ３６では、圧縮行程噴射時期か否かを判定し、圧縮行程噴射時期の場合に、Ｓ３７で、燃料噴射弁６に対しＣＴＩＳに対応するパルス幅の噴射パルス信号を出力することにより、圧縮行程噴射を行わせる。
【００６０】
以上のような制御により、図１６を参照し、冷間始動から触媒温度が第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１以上となるまでの間（時刻０〜ｔ１）、分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯ＝ＨＳＲＡＴＩＯ１、点火時期ＡＤＶ＝ＡＤＶＣＡＴ１（機関回転数及び負荷により決まる基本点火時期ＡＤＶ０に対し、遅角量ＲＴＤ１）の触媒温度上昇制御により、触媒温度を比較的速やかに上昇させ、触媒の活性化を促進することができる。このとき、触媒のＨＣ転化率は若干悪化するが、ＨＣの排出量自体を少なくしているので、問題はない。
【００６１】
触媒温度が第１の所定温度ＣＴＥＭＰ１から第２の所定温度ＣＴＥＭＰ２に達するまでの間（時刻ｔ１〜ｔ２）は、分割比（吸気行程噴射割合）ＨＳＲＡＴＩＯ＝ＨＳＲＡＴＩＯ２、点火時期ＡＤＶ＝ＡＤＶＣＡＴ２（機関回転数及び負荷により決まる基本点火時期ＡＤＶ０に対し、遅角量ＲＴＤ２）の触媒活性温度低温化制御により、触媒温度の上昇率は鈍るものの、ＣＯ，Ｏ２ 濃度を増大させて（図１７参照）、低温でも活性可能となるＣＯ，Ｏ２ 濃度にしているので、触媒のＨＣ転化率は向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム図
【図３】成層ストイキ燃焼での燃料噴射の説明図
【図４】成層ストイキ燃焼での混合気状態の説明図
【図５】メインルーチンののフローチャート
【図６】触媒温度推定ルーチン（１）のフローチャート
【図７】触媒温度推定ルーチン（２）のフローチャート
【図８】燃料噴射制御ルーチンのフローチャート
【図９】分割比（吸気行程噴射割合）とＨＣ濃度との関係を示す図
【図１０】分割比（吸気行程噴射割合）とＣＯ濃度との関係を示す図
【図１１】分割比（吸気行程噴射割合）とＯ２ 濃度との関係を示す図
【図１２】ＣＯ濃度及びＯ２ 濃度と触媒活性温度低温化との関係を示す図
【図１３】点火時期と排気温度との関係を示す図
【図１４】点火時期とＣＯ濃度との関係を示す図
【図１５】点火時期とＯ２ 濃度との関係を示す図
【図１６】冷間始動後の制御のタイムチャート（１）
【図１７】冷間始動後の制御のタイムチャート（２）
【符号の説明】
１ 内燃機関
３ 燃焼室
４ 吸気通路
５ 電制スロットル弁
６ 燃料噴射弁
７ 点火栓
８ 排気通路
９ 触媒
１０ コントロールユニット
１１ クランク角センサ
１２ エアフローメータ
１３ アクセルペダルセンサ
１５ 触媒温度センサ
１６ 排気温度センサ
Claims (7)
- 機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、機関運転条件に応じて、吸気行程にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃焼を噴射させて行う成層燃焼とを切換制御可能な直噴火花点火式内燃機関において、
機関冷間時に、一部の燃料を吸気行程にて噴射させ、残りの燃料を圧縮行程にて噴射させる分割噴射を行わせる一方、
機関の排気通路に備えられる排気浄化用の触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
冷間始動から触媒温度が第１の所定温度以上となるまで、排気中のＨＣを低減するように前記分割噴射の分割比を設定すると共に、排気温度を上昇させるように点火時期を設定して、触媒温度の上昇を図るように制御する触媒温度上昇制御手段と、
触媒温度が第１の所定温度以上となってから該第１の所定温度より高温側の第２の所定温度以上となるまで、排気中のＣＯ及びＯ２ 成分を増大させるように前記分割比及び点火時期を設定して、比較的低温度で触媒が活性化するように制御する触媒活性温度低温化制御手段と、
を設けたことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の制御装置。 - 触媒温度が第２の所定温度以上となった後は、前記分割噴射を禁止することを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
- 前記触媒温度上昇制御手段による制御時の分割比を、前記触媒活性温度低温化制御手段による制御時の分割比より、吸気行程噴射割合で見て大きくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
- 前記触媒温度上昇制御手段による制御時の点火時期を、前記触媒活性温度低温化制御手段による制御時の点火時期より、遅角量で見て大きくしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
- 前記分割噴射の総燃料噴射量を燃焼室全体の空燃比が略ストイキとなるように設定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
- 前記触媒温度検出手段は、触媒温度を排気温度より推定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
- 前記触媒温度検出手段は、触媒温度を機関運転条件より求めた平衡触媒温度及び時定数より推定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
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