JP3840911B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの制御装置に関し、詳しくは、火花点火による燃焼形態と自己着火による燃焼形態とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、火花点火による燃焼形態と自己着火による燃焼形態とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンとしては、特開２０００−０８７７４９号公報及び特開２０００−２６５８７３号公報に開示されるようなものがあった。
特開２０００−０８７７４９号公報には、安定した自己着火燃焼が得られ難いエンジンの低温時に、自己着火燃焼を禁止する構成が記載されている。
【０００３】
また、特開２０００−２６５８７３号公報には、エンジンの排気を浄化する触媒装置の温度が活性温度に達していないときに、自己着火燃焼を禁止して火花点火燃焼を選択し、この火花点火燃焼による比較的高い温度の排気を触媒装置に流して、触媒装置の早期活性を図る構成が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開２０００−２６５８７３号公報に開示される技術では、火花点火燃焼を行わせることで燃焼温度が高くなり、触媒活性を早めることができるが、触媒装置が活性化するまでの間は、排気中のＨＣ，ＮＯｘが浄化されずに触媒装置を通過することになる。
【０００５】
上記触媒装置を通過することになる排気中のＨＣについては、低温状態でＨＣを吸着するＨＣ吸着材を排気管に配置することで、大気中への排出量を減少させることが可能であるが、ＮＯｘについては、従来、有効な対策がなかった。
従って、特開２０００−２６５８７３号公報に開示されるように、触媒装置の非活性時に単に自己着火燃焼を禁じて火花点火燃焼を行わせるだけでは、最良の排気性能を発揮させることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に実情に鑑みなされたものであり、火花点火による燃焼形態と自己着火による燃焼形態とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンにおいて、触媒の早期活性を図りつつ触媒が活性化するまでの間のＮＯｘ排出量を減少させることができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、火花点火による燃焼形態と自己着火による燃焼形態とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンの制御装置において、前記エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段と、前記エンジンの排気を浄化する触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記エンジンの温度及び前記触媒装置の温度に基づいて、前記エンジンのアイドル運転時の燃焼形態を決定する手段であって、前記エンジンの温度が第１の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が所定温度よりも低い温度領域のときに、自己着火による燃焼形態を選択する燃焼形態決定手段と、を備える構成とした。
【０００９】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも低く、非活性状態であるが、エンジンの温度が第１の所定温度よりも高く、自己着火燃焼が可能であると判断されるアイドル運転時に、自己着火燃焼を行わせる。
請求項２記載の発明では、前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも低いときに、火花点火による燃焼形態を選択する構成とした。
【００１０】
かかる構成によると、エンジンの温度が第１の所定温度よりも低い場合には、自己着火燃焼を行わせることができないと判断し、アイドル運転時の燃焼形態として火花点火燃焼を選択する。
請求項３記載の発明では、前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域のときに、自己着火による燃焼形態を選択する構成とした。
【００１１】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも高く、活性状態であると判断され、かつ、エンジンの温度が第１の所定温度よりも高く、自己着火燃焼が可能であると判断されるアイドル運転時に、自己着火燃焼を行わせる。
請求項４記載の発明では、前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高く、かつ、前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度よりも低く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域のときに、火花点火による燃焼形態を選択する構成とした。
【００１２】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも高く、活性状態であると判断される一方、エンジンの温度が第１の所定温度よりも高いものの第２の所定温度よりも低く、暖機が完了していない状態では、アイドル運転時の燃焼形態として火花点火燃焼を選択する。
請求項５記載の発明では、前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域のときに、自己着火による燃焼形態を選択する構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも高く、活性状態であると判断され、然も、エンジンの温度が第２の所定温度よりも高く、暖機が完了していると判断される状態では、アイドル運転時の燃焼形態として自己着火燃焼を選択する。
請求項６記載の発明では、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域において、車両の停止状態でかつ前記エンジンのアイドル運転時であるときに、エンジンを停止させるアイドルストップ手段を設ける構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも高く、活性状態であると判断され、然も、エンジンの温度が第２の所定温度よりも高く、暖機が完了していると判断される状態では、車両の停止状態でかつエンジンがアイドル運転されると、エンジンを停止させる。
請求項７記載の発明では、前記触媒装置の温度を昇温させる昇温手段を備え、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも低い温度領域のときに、前記昇温手段を作動させる構成とした。
【００１５】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも低く、非活性状態であるが、エンジンの温度が第１の所定温度よりも高く、自己着火燃焼が可能であると判断されるアイドル運転時に、触媒装置を昇温させる昇温手段（例えばヒータ）を作動させる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、触媒装置の非活性状態であっても、自己着火燃焼が可能なエンジン温度条件であれば、自己着火燃焼が行われることになり、特にＮＯｘの排出量を低減することができるという効果がある。
【００１７】
請求項２記載の発明によると、自己着火燃焼が安定して行えないエンジン温度条件であるときに、火花点火燃焼を行わせることで、エンジンの運転安定性を確保できるという効果がある。
【００１８】
請求項３記載の発明によると、触媒装置の活性後であって、自己着火燃焼が可能なエンジン温度条件のときに自己着火燃焼が行わせることで、ＮＯｘの排出量が少なくかつ燃費性能に優れたアイドル運転を実現できるという効果がある。
請求項４記載の発明によると、触媒装置の活性後ではあるが、エンジンの暖機が完了していないときに、火花点火燃焼を行わせることで、エンジンの暖機を早めることができるという効果がある。
【００１９】
請求項５記載の発明によると、触媒装置の活性後であって、かつ、エンジンの暖機が完了しているときに、自己着火燃焼が行わせることで、ＮＯｘの排出量が少なくかつ燃費性能に優れたアイドル運転を実現できるという効果がある。
請求項６記載の発明によると、触媒装置の活性後であって、かつ、エンジンの暖機が完了しているときに、所謂アイドルストップを行わせることで、排気性能に影響を与えることなく、大幅に燃費性能を改善することができるという効果がある。
【００２０】
請求項７記載の発明によると、触媒装置の非活性状態であって、かつ、自己着火燃焼が可能なエンジン温度条件のときに、ヒータなどの昇温手段を作動させるので、自己着火燃焼によるＮＯｘ排出量の少ない運転を行わせつつ、触媒装置の活性化を早めることができるという効果がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は実施形態におけるエンジンのシステム構成図である。
図１に示すエンジン１は、燃焼形態として、点火プラグ（図示省略）による火花点火燃焼と、自己着火燃焼（圧縮自己着火燃焼）とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンである。
【００２２】
このエンジン１の各気筒からの排気は排気マニホールド２を介して集められ、前記排気マニホールド２の直下に接続される第１触媒装置３に流入する。
前記第１触媒装置３は、上流端にヒータ４（昇温手段）を内蔵した三元触媒装置である。
前記第１触媒装置３の出口部に一端が接続される第１排気管５の他端には、第２触媒装置６が接続される。
【００２３】
前記第２触媒装置６は、車両の床下部分に配置される触媒装置であって、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気中のＮＯxをトラップし、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときにトラップしていたＮＯxを脱離して還元浄化するＮＯxトラップ機能を有する三元触媒装置である。
【００２４】
前記第２触媒装置６の出口部に一端が接続される第２排気管７の他端には、マフラ８が接続され、前記第１，第２触媒装置３，６で浄化され、前記マフラ８で消音された排気が大気中に放出されるようになっている。
尚、低温時にＨＣを吸着するＨＣ吸着触媒装置を、前記第１，第２触媒装置３，６とは別に備えるか、又は、前記第２触媒装置６にＨＣ吸着機能を付加することが好ましい。
【００２５】
前記エンジン１には、火花点火燃焼時と自己着火燃焼時とで、吸気バルブ及び排気バルブ（図示省略）の開閉タイミングを変化させるために、可変バルブタイミング機構１１が設けられている。
図２は、火花点火燃焼時と自己着火燃焼時とにおけるバルブタイミングをそれぞれ示すものであり、図２（Ａ）に示す火花点火燃焼時のバルブタイミングでは、吸気バルブと排気バルブとの双方が同時に開状態となるバルブオーバーラップ期間が上死点を含んで設けられる。
【００２６】
これに対し、図２（Ｂ）に示す自己着火燃焼時のバルブタイミングでは、上死点前に排気バルブが閉弁され、上死点後に吸気バルブが開かれる設定として、上死点近傍で吸気バルブ及び排気バルブが共に閉状態となる期間が設けられる。
上記のように、上死点近傍で吸気バルブ及び排気バルブが共に閉状態となる期間を設けることで、燃焼ガスの一部をシリンダ内に閉じ込め、これを吸気に混合することで、次のサイクルの混合気温度を上昇させて、自己着火をしやすくするものである。
【００２７】
マイクロコンピュータを内蔵する制御ユニット２０は、各種センサからの検出信号に基づいて、燃焼形態として火花点火燃焼と自己着火燃焼とのいずれか一方を選択し、該選択に従って、前記ヒータ４及び可変バルブタイミング機構１１の他、燃料噴射弁や点火プラグ（図示省略）を制御する。
前記各種センサとしては、エンジン温度を代表するエンジン１の冷却水温度Ｔｅを検出する水温センサ２１（エンジン温度検出手段）、前記第１触媒装置３の温度Ｔｃを検出する触媒温度センサ２２（触媒温度検出手段）、図示省略したスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ２３などが設けられている。
【００２８】
ここで、エンジン１のアイドル運転時における燃焼形態の選択について、詳細に説明する。
図３は、横軸を触媒温度Ｔｃ、縦軸を冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）とするアイドル運転時の温度領域マップであり、燃焼形態決定手段としての機能を備える前記制御ユニット２０は、アイドル運転時にこの温度領域マップのどの領域に該当するかによって燃焼形態を選択する。
【００２９】
図３の温度領域マップにおいて、触媒温度Ｔｃの閾値Ｔｃ１（所定温度）は、触媒装置の活性・非活性の境界温度（活性温度）であり、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１よりも低いときには、前記第１触媒装置３が非活性状態であり、また、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１よりも高いときには、前記第１触媒装置３が活性状態であると判断される。
【００３０】
また、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）の第１閾値Ｔｅ１（第１の所定温度）は、自己着火燃焼が可能であるか否かの境界温度であり、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が閾値Ｔｅ１よりも高いときには、自己着火燃焼が可能であり、また、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が閾値Ｔｅ１よりも低いときには、自己着火燃焼が不能で、火花点火燃焼を選択せざるを得ない温度条件であると判断される。
【００３１】
更に、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）の第２閾値Ｔｅ２（第２の所定温度）は、エンジン１が完暖状態になっているか否かの境界温度であり、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が閾値Ｔｅ２（＞Ｔｅ１）よりも高いときには、エンジン１が完暖状態であり、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が閾値Ｔｅ２よりも低いときにはエンジン１の暖機中であると判断される。
【００３２】
ここで、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１よりも高く、かつ、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１よりも低い温度領域を領域（１）とし、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が閾値Ｔｅ１よりも低い温度領域を領域（２）とする。
また、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１と第２閾値Ｔｅ２とで挟まれる温度領域内であって、かつ、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１よりも高い温度領域を領域（３）とし、更に、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第２閾値Ｔｅ２よりも高く、かつ、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１よりも高い温度領域を領域（４）とする。
【００３３】
前記制御ユニット２０は、前記水温センサ２１及び触媒温度センサ２２による検出結果に基づいて、各温度領域（１）〜（４）のいずれに該当するかを判定し、該判定結果に基づいて以下のように燃焼形態を選択する。
温度領域（１）に該当する場合には、自己着火燃焼を選択する。
温度領域（１）に該当する場合は、第１触媒装置３（第２触媒装置６）が非活性状態であり、エンジン１から排出されるＨＣ，ＮＯｘは、浄化されることなくそのまま大気中に排出されることになる。
【００３４】
一方、温度領域（１）は、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１よりも高く、エンジン１からのＮＯｘ排出量が非常に少ない自己着火燃焼を行わせることが可能である。
そこで、温度領域（１）では、自己着火燃焼を行わせ、たとえエンジン１から排出されるＮＯｘが浄化されずにそのまま排出される触媒の非活性状態であっても、ＮＯｘの大気中への排出量を少なくできるようにする。
【００３５】
また、温度領域（１）では自己着火燃焼を行わせると共に、第１触媒装置３に内蔵されたヒータ４を作動させる。
温度領域（１）は、第１触媒装置３が非活性状態であり、この状態で排気温度が比較的低い自己着火燃焼を行わせると、触媒が活性化するまでに長い時間を要することになってしまう。
【００３６】
そこで、ヒータ４による加熱によって第１触媒装置３の活性化を図るものであり、これにより、燃焼形態として排気温度が比較的高い火花点火燃焼を行わせた場合と略同等に触媒を昇温させつつ、触媒が活性化するまでの間におけるＮＯｘ排出量を減少させることができる。
尚、ヒータ４の作動（電気負荷）による燃費悪化は、自己着火燃焼におけるポンプ損失の低減による燃費向上効果で軽減される。
【００３７】
温度領域（２）に該当する場合には、火花点火燃焼を選択する。
温度領域（２）は、エンジン温度が低く自己着火燃焼を安定的に行わせることが困難な温度条件であるため、火花点火燃焼を行わせる。
火花点火燃焼における排気温度は比較的高いから、触媒が活性化していない状態であれば、触媒活性を早めることができると共に、エンジンの暖機を促進させることにもなり、触媒活性後の状態であれば、専らエンジンの暖機促進に寄与することになる。
【００３８】
温度領域（３）に該当する場合には、エンジン温度が自己着火燃焼を行わせることができる温度条件であるので、燃費性能とエンジンの暖機促進とのいずれを優先させるかによって、自己着火燃焼と火花点火燃焼とのいずれかを選択する。即ち、温度領域（３）で自己着火燃焼を選択させる設定とすると、自己着火燃焼による高い燃費性能を得ることができるが、排気温度が比較的低いため、エンジンの暖機時間が長くなってしまう。
【００３９】
一方、温度領域（３）で火花点火燃焼を選択させる設定とすると、高い燃費性能は得られないが、高い排気温度によってエンジンの暖機を促進させることができる。
ここで、温度領域（３）は、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１（活性温度）よりも高い活性状態であるから、いずれの燃焼形態を選択したとしても、少なくとも第１触媒装置３で排気を充分に浄化することができるが、自己着火燃焼を選択すれば、特にＮＯｘの排出量をより少なくすることができる。
【００４０】
また、エンジンの暖機完了後において、車両の停止状態でアイドル運転されるときにエンジンを停止させる所謂アイドルストップ機構（アイドルストップ手段）を備えた車両においては、アイドルストップによる燃費向上効果が大きいので、より早くアイドルストップを行えるように、エンジンの暖機を促進させた方が、総合的な燃費性能が高くなる場合があり、この場合には、温度領域（３）で火花点火燃焼を選択させることが好ましい。
【００４１】
従って、温度領域（３）においては、要求される燃費・排気性能や、エンジンの特性に基づいて、火花点火燃焼と自己着火燃焼とのより好ましい方の燃焼形態を予め選択するようにすれば良い。
尚、本実施形態において、前記アイドルストップ機構（アイドルストップ手段）としての機能は、制御ユニット２０による燃料噴射やスタータモータなどの制御機能によって実現される。
【００４２】
温度領域（４）は、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１（活性温度）よりも高い活性状態であり、かつ、エンジンの暖機が完了していると判断される状態であるから、燃費及び排気性能に優れた自己着火燃焼を選択する。
これにより、アイドル運転時の燃費向上が図られると共に、特にＮＯｘの大気中への排出量を微量に抑制できる。
【００４３】
また、前記アイドルストップ機構を備える場合には、温度領域（４）において、アイドルストップを実行させ、更なる燃費改善を図る。
ここで、アイドルストップを実行すると、触媒装置に燃焼排気が流れなくなるが、閾値Ｔｃ１（活性温度）よりも高くなった触媒装置の温度は、触媒ケースからの外部への放熱のみによって低下することになるから、通常のアイドルストップの間は触媒温度の低下は最小限に抑えられ、活性状態を維持させることができる。
【００４４】
図４のフローチャートは、上記温度領域（１）〜（４）の判別に基づくアイドル運転時の燃焼形態の選択制御を示すものであり、ステップＳ１では、エンジンのアイドル運転状態であるか否かを判別する。
ステップＳ１で、アイドル運転時ではないと判別されると、本ルーチンをそのまま終了させる。
【００４５】
尚、非アイドル運転時の燃焼形態は、エンジン負荷，エンジン回転速度，冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）などに応じて、別のルーチンで決定されるものとする。
ステップＳ１でアイドル運転状態であると判別されると、ステップＳ２へ進み、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１よりも低いか否かを判別する。
【００４６】
ステップＳ２で冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１よりも低いと判別されたとき、即ち、温度領域（２）に該当するときには、ステップＳ３へ進んで、アイドル運転時の燃焼形態として火花点火燃焼を選択する。
一方、ステップＳ２で冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１以上であると判別されると、ステップＳ４へ進み、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１（活性温度）よりも低いか否かを判別する。
【００４７】
ステップＳ４で触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１（活性温度）よりも低いと判別されたとき、即ち、温度領域（１）に該当するときには、ステップＳ６へ進んで、アイドル運転時の燃焼形態として自己着火燃焼を選択する。
尚、温度領域（１）に該当するとしてステップＳ６へ進み、燃焼形態として自己着火燃焼を選択したときには、ヒータ４を作動させることで、第１触媒装置３の活性化を図る。
【００４８】
また、ステップＳ４で、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１（活性温度）以上であると判別されると、ステップＳ５へ進み、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第２閾値Ｔｅ２（第２の所定温度）よりも低いか否かを判別する。
ステップＳ５で冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第２閾値Ｔｅ２（第２の所定温度）以上であると判別されたとき、即ち、温度領域（４）に該当するときには、ステップＳ６へ進んで、アイドル運転時の燃焼形態として自己着火燃焼を選択する。
【００４９】
尚、温度領域（４）に該当するとしてステップＳ６へ進み、燃焼形態として自己着火燃焼を選択したときには、アイドルストップ機構の作動を許可し、車両の停止状態でアイドル運転されるときにエンジンを停止させる。
一方、ステップＳ５で冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）の第２閾値Ｔｅ２（第２の所定温度）よりも低いと判別されたとき、即ち、温度領域（３）に該当するときには、ステップＳ７へ進んで、アイドル運転時の燃焼形態として自己着火燃焼又は火花点火燃焼のいずれかを選択する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図２】実施形態のエンジンにおける燃焼形態毎のバルブタイミングを示す特性図。
【図３】実施形態における温度領域の区分を示す図。
【図４】実施形態における温度領域毎の燃焼形態の選択を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン
２…排気マニホールド
３…第１触媒装置
４…ヒータ
６…第２触媒装置
１１…可変バルブタイミング機構
２０…制御ユニット
２１…水温センサ
２２…触媒温度センサ
２３…スロットルセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの制御装置に関し、詳しくは、火花点火による燃焼形態と自己着火による燃焼形態とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、火花点火による燃焼形態と自己着火による燃焼形態とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンとしては、特開２０００−０８７７４９号公報及び特開２０００−２６５８７３号公報に開示されるようなものがあった。
特開２０００−０８７７４９号公報には、安定した自己着火燃焼が得られ難いエンジンの低温時に、自己着火燃焼を禁止する構成が記載されている。
【０００３】
また、特開２０００−２６５８７３号公報には、エンジンの排気を浄化する触媒装置の温度が活性温度に達していないときに、自己着火燃焼を禁止して火花点火燃焼を選択し、この火花点火燃焼による比較的高い温度の排気を触媒装置に流して、触媒装置の早期活性を図る構成が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開２０００−２６５８７３号公報に開示される技術では、火花点火燃焼を行わせることで燃焼温度が高くなり、触媒活性を早めることができるが、触媒装置が活性化するまでの間は、排気中のＨＣ，ＮＯｘが浄化されずに触媒装置を通過することになる。
【０００５】
上記触媒装置を通過することになる排気中のＨＣについては、低温状態でＨＣを吸着するＨＣ吸着材を排気管に配置することで、大気中への排出量を減少させることが可能であるが、ＮＯｘについては、従来、有効な対策がなかった。
従って、特開２０００−２６５８７３号公報に開示されるように、触媒装置の非活性時に単に自己着火燃焼を禁じて火花点火燃焼を行わせるだけでは、最良の排気性能を発揮させることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に実情に鑑みなされたものであり、火花点火による燃焼形態と自己着火による燃焼形態とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンにおいて、触媒の早期活性を図りつつ触媒が活性化するまでの間のＮＯｘ排出量を減少させることができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、火花点火による燃焼形態と自己着火による燃焼形態とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンの制御装置において、前記エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段と、前記エンジンの排気を浄化する触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記エンジンの温度及び前記触媒装置の温度に基づいて、前記エンジンのアイドル運転時の燃焼形態を決定する手段であって、前記エンジンの温度が第１の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が所定温度よりも低い温度領域のときに、自己着火による燃焼形態を選択する燃焼形態決定手段と、を備える構成とした。
【０００９】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも低く、非活性状態であるが、エンジンの温度が第１の所定温度よりも高く、自己着火燃焼が可能であると判断されるアイドル運転時に、自己着火燃焼を行わせる。
請求項２記載の発明では、前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも低いときに、火花点火による燃焼形態を選択する構成とした。
【００１０】
かかる構成によると、エンジンの温度が第１の所定温度よりも低い場合には、自己着火燃焼を行わせることができないと判断し、アイドル運転時の燃焼形態として火花点火燃焼を選択する。
請求項３記載の発明では、前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域のときに、自己着火による燃焼形態を選択する構成とした。
【００１１】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも高く、活性状態であると判断され、かつ、エンジンの温度が第１の所定温度よりも高く、自己着火燃焼が可能であると判断されるアイドル運転時に、自己着火燃焼を行わせる。
請求項４記載の発明では、前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高く、かつ、前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度よりも低く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域のときに、火花点火による燃焼形態を選択する構成とした。
【００１２】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも高く、活性状態であると判断される一方、エンジンの温度が第１の所定温度よりも高いものの第２の所定温度よりも低く、暖機が完了していない状態では、アイドル運転時の燃焼形態として火花点火燃焼を選択する。
請求項５記載の発明では、前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域のときに、自己着火による燃焼形態を選択する構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも高く、活性状態であると判断され、然も、エンジンの温度が第２の所定温度よりも高く、暖機が完了していると判断される状態では、アイドル運転時の燃焼形態として自己着火燃焼を選択する。
請求項６記載の発明では、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域において、車両の停止状態でかつ前記エンジンのアイドル運転時であるときに、エンジンを停止させるアイドルストップ手段を設ける構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも高く、活性状態であると判断され、然も、エンジンの温度が第２の所定温度よりも高く、暖機が完了していると判断される状態では、車両の停止状態でかつエンジンがアイドル運転されると、エンジンを停止させる。
請求項７記載の発明では、前記触媒装置の温度を昇温させる昇温手段を備え、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも低い温度領域のときに、前記昇温手段を作動させる構成とした。
【００１５】
かかる構成によると、触媒装置の温度が所定温度（活性温度）よりも低く、非活性状態であるが、エンジンの温度が第１の所定温度よりも高く、自己着火燃焼が可能であると判断されるアイドル運転時に、触媒装置を昇温させる昇温手段（例えばヒータ）を作動させる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、触媒装置の非活性状態であっても、自己着火燃焼が可能なエンジン温度条件であれば、自己着火燃焼が行われることになり、特にＮＯｘの排出量を低減することができるという効果がある。
【００１７】
請求項２記載の発明によると、自己着火燃焼が安定して行えないエンジン温度条件であるときに、火花点火燃焼を行わせることで、エンジンの運転安定性を確保できるという効果がある。
【００１８】
請求項３記載の発明によると、触媒装置の活性後であって、自己着火燃焼が可能なエンジン温度条件のときに自己着火燃焼が行わせることで、ＮＯｘの排出量が少なくかつ燃費性能に優れたアイドル運転を実現できるという効果がある。
請求項４記載の発明によると、触媒装置の活性後ではあるが、エンジンの暖機が完了していないときに、火花点火燃焼を行わせることで、エンジンの暖機を早めることができるという効果がある。
【００１９】
請求項５記載の発明によると、触媒装置の活性後であって、かつ、エンジンの暖機が完了しているときに、自己着火燃焼が行わせることで、ＮＯｘの排出量が少なくかつ燃費性能に優れたアイドル運転を実現できるという効果がある。
請求項６記載の発明によると、触媒装置の活性後であって、かつ、エンジンの暖機が完了しているときに、所謂アイドルストップを行わせることで、排気性能に影響を与えることなく、大幅に燃費性能を改善することができるという効果がある。
【００２０】
請求項７記載の発明によると、触媒装置の非活性状態であって、かつ、自己着火燃焼が可能なエンジン温度条件のときに、ヒータなどの昇温手段を作動させるので、自己着火燃焼によるＮＯｘ排出量の少ない運転を行わせつつ、触媒装置の活性化を早めることができるという効果がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は実施形態におけるエンジンのシステム構成図である。
図１に示すエンジン１は、燃焼形態として、点火プラグ（図示省略）による火花点火燃焼と、自己着火燃焼（圧縮自己着火燃焼）とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンである。
【００２２】
このエンジン１の各気筒からの排気は排気マニホールド２を介して集められ、前記排気マニホールド２の直下に接続される第１触媒装置３に流入する。
前記第１触媒装置３は、上流端にヒータ４（昇温手段）を内蔵した三元触媒装置である。
前記第１触媒装置３の出口部に一端が接続される第１排気管５の他端には、第２触媒装置６が接続される。
【００２３】
前記第２触媒装置６は、車両の床下部分に配置される触媒装置であって、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気中のＮＯxをトラップし、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときにトラップしていたＮＯxを脱離して還元浄化するＮＯxトラップ機能を有する三元触媒装置である。
【００２４】
前記第２触媒装置６の出口部に一端が接続される第２排気管７の他端には、マフラ８が接続され、前記第１，第２触媒装置３，６で浄化され、前記マフラ８で消音された排気が大気中に放出されるようになっている。
尚、低温時にＨＣを吸着するＨＣ吸着触媒装置を、前記第１，第２触媒装置３，６とは別に備えるか、又は、前記第２触媒装置６にＨＣ吸着機能を付加することが好ましい。
【００２５】
前記エンジン１には、火花点火燃焼時と自己着火燃焼時とで、吸気バルブ及び排気バルブ（図示省略）の開閉タイミングを変化させるために、可変バルブタイミング機構１１が設けられている。
図２は、火花点火燃焼時と自己着火燃焼時とにおけるバルブタイミングをそれぞれ示すものであり、図２（Ａ）に示す火花点火燃焼時のバルブタイミングでは、吸気バルブと排気バルブとの双方が同時に開状態となるバルブオーバーラップ期間が上死点を含んで設けられる。
【００２６】
これに対し、図２（Ｂ）に示す自己着火燃焼時のバルブタイミングでは、上死点前に排気バルブが閉弁され、上死点後に吸気バルブが開かれる設定として、上死点近傍で吸気バルブ及び排気バルブが共に閉状態となる期間が設けられる。
上記のように、上死点近傍で吸気バルブ及び排気バルブが共に閉状態となる期間を設けることで、燃焼ガスの一部をシリンダ内に閉じ込め、これを吸気に混合することで、次のサイクルの混合気温度を上昇させて、自己着火をしやすくするものである。
【００２７】
マイクロコンピュータを内蔵する制御ユニット２０は、各種センサからの検出信号に基づいて、燃焼形態として火花点火燃焼と自己着火燃焼とのいずれか一方を選択し、該選択に従って、前記ヒータ４及び可変バルブタイミング機構１１の他、燃料噴射弁や点火プラグ（図示省略）を制御する。
前記各種センサとしては、エンジン温度を代表するエンジン１の冷却水温度Ｔｅを検出する水温センサ２１（エンジン温度検出手段）、前記第１触媒装置３の温度Ｔｃを検出する触媒温度センサ２２（触媒温度検出手段）、図示省略したスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ２３などが設けられている。
【００２８】
ここで、エンジン１のアイドル運転時における燃焼形態の選択について、詳細に説明する。
図３は、横軸を触媒温度Ｔｃ、縦軸を冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）とするアイドル運転時の温度領域マップであり、燃焼形態決定手段としての機能を備える前記制御ユニット２０は、アイドル運転時にこの温度領域マップのどの領域に該当するかによって燃焼形態を選択する。
【００２９】
図３の温度領域マップにおいて、触媒温度Ｔｃの閾値Ｔｃ１（所定温度）は、触媒装置の活性・非活性の境界温度（活性温度）であり、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１よりも低いときには、前記第１触媒装置３が非活性状態であり、また、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１よりも高いときには、前記第１触媒装置３が活性状態であると判断される。
【００３０】
また、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）の第１閾値Ｔｅ１（第１の所定温度）は、自己着火燃焼が可能であるか否かの境界温度であり、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が閾値Ｔｅ１よりも高いときには、自己着火燃焼が可能であり、また、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が閾値Ｔｅ１よりも低いときには、自己着火燃焼が不能で、火花点火燃焼を選択せざるを得ない温度条件であると判断される。
【００３１】
更に、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）の第２閾値Ｔｅ２（第２の所定温度）は、エンジン１が完暖状態になっているか否かの境界温度であり、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が閾値Ｔｅ２（＞Ｔｅ１）よりも高いときには、エンジン１が完暖状態であり、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が閾値Ｔｅ２よりも低いときにはエンジン１の暖機中であると判断される。
【００３２】
ここで、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１よりも高く、かつ、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１よりも低い温度領域を領域（１）とし、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が閾値Ｔｅ１よりも低い温度領域を領域（２）とする。
また、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１と第２閾値Ｔｅ２とで挟まれる温度領域内であって、かつ、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１よりも高い温度領域を領域（３）とし、更に、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第２閾値Ｔｅ２よりも高く、かつ、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１よりも高い温度領域を領域（４）とする。
【００３３】
前記制御ユニット２０は、前記水温センサ２１及び触媒温度センサ２２による検出結果に基づいて、各温度領域（１）〜（４）のいずれに該当するかを判定し、該判定結果に基づいて以下のように燃焼形態を選択する。
温度領域（１）に該当する場合には、自己着火燃焼を選択する。
温度領域（１）に該当する場合は、第１触媒装置３（第２触媒装置６）が非活性状態であり、エンジン１から排出されるＨＣ，ＮＯｘは、浄化されることなくそのまま大気中に排出されることになる。
【００３４】
一方、温度領域（１）は、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１よりも高く、エンジン１からのＮＯｘ排出量が非常に少ない自己着火燃焼を行わせることが可能である。
そこで、温度領域（１）では、自己着火燃焼を行わせ、たとえエンジン１から排出されるＮＯｘが浄化されずにそのまま排出される触媒の非活性状態であっても、ＮＯｘの大気中への排出量を少なくできるようにする。
【００３５】
また、温度領域（１）では自己着火燃焼を行わせると共に、第１触媒装置３に内蔵されたヒータ４を作動させる。
温度領域（１）は、第１触媒装置３が非活性状態であり、この状態で排気温度が比較的低い自己着火燃焼を行わせると、触媒が活性化するまでに長い時間を要することになってしまう。
【００３６】
そこで、ヒータ４による加熱によって第１触媒装置３の活性化を図るものであり、これにより、燃焼形態として排気温度が比較的高い火花点火燃焼を行わせた場合と略同等に触媒を昇温させつつ、触媒が活性化するまでの間におけるＮＯｘ排出量を減少させることができる。
尚、ヒータ４の作動（電気負荷）による燃費悪化は、自己着火燃焼におけるポンプ損失の低減による燃費向上効果で軽減される。
【００３７】
温度領域（２）に該当する場合には、火花点火燃焼を選択する。
温度領域（２）は、エンジン温度が低く自己着火燃焼を安定的に行わせることが困難な温度条件であるため、火花点火燃焼を行わせる。
火花点火燃焼における排気温度は比較的高いから、触媒が活性化していない状態であれば、触媒活性を早めることができると共に、エンジンの暖機を促進させることにもなり、触媒活性後の状態であれば、専らエンジンの暖機促進に寄与することになる。
【００３８】
温度領域（３）に該当する場合には、エンジン温度が自己着火燃焼を行わせることができる温度条件であるので、燃費性能とエンジンの暖機促進とのいずれを優先させるかによって、自己着火燃焼と火花点火燃焼とのいずれかを選択する。即ち、温度領域（３）で自己着火燃焼を選択させる設定とすると、自己着火燃焼による高い燃費性能を得ることができるが、排気温度が比較的低いため、エンジンの暖機時間が長くなってしまう。
【００３９】
一方、温度領域（３）で火花点火燃焼を選択させる設定とすると、高い燃費性能は得られないが、高い排気温度によってエンジンの暖機を促進させることができる。
ここで、温度領域（３）は、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１（活性温度）よりも高い活性状態であるから、いずれの燃焼形態を選択したとしても、少なくとも第１触媒装置３で排気を充分に浄化することができるが、自己着火燃焼を選択すれば、特にＮＯｘの排出量をより少なくすることができる。
【００４０】
また、エンジンの暖機完了後において、車両の停止状態でアイドル運転されるときにエンジンを停止させる所謂アイドルストップ機構（アイドルストップ手段）を備えた車両においては、アイドルストップによる燃費向上効果が大きいので、より早くアイドルストップを行えるように、エンジンの暖機を促進させた方が、総合的な燃費性能が高くなる場合があり、この場合には、温度領域（３）で火花点火燃焼を選択させることが好ましい。
【００４１】
従って、温度領域（３）においては、要求される燃費・排気性能や、エンジンの特性に基づいて、火花点火燃焼と自己着火燃焼とのより好ましい方の燃焼形態を予め選択するようにすれば良い。
尚、本実施形態において、前記アイドルストップ機構（アイドルストップ手段）としての機能は、制御ユニット２０による燃料噴射やスタータモータなどの制御機能によって実現される。
【００４２】
温度領域（４）は、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１（活性温度）よりも高い活性状態であり、かつ、エンジンの暖機が完了していると判断される状態であるから、燃費及び排気性能に優れた自己着火燃焼を選択する。
これにより、アイドル運転時の燃費向上が図られると共に、特にＮＯｘの大気中への排出量を微量に抑制できる。
【００４３】
また、前記アイドルストップ機構を備える場合には、温度領域（４）において、アイドルストップを実行させ、更なる燃費改善を図る。
ここで、アイドルストップを実行すると、触媒装置に燃焼排気が流れなくなるが、閾値Ｔｃ１（活性温度）よりも高くなった触媒装置の温度は、触媒ケースからの外部への放熱のみによって低下することになるから、通常のアイドルストップの間は触媒温度の低下は最小限に抑えられ、活性状態を維持させることができる。
【００４４】
図４のフローチャートは、上記温度領域（１）〜（４）の判別に基づくアイドル運転時の燃焼形態の選択制御を示すものであり、ステップＳ１では、エンジンのアイドル運転状態であるか否かを判別する。
ステップＳ１で、アイドル運転時ではないと判別されると、本ルーチンをそのまま終了させる。
【００４５】
尚、非アイドル運転時の燃焼形態は、エンジン負荷，エンジン回転速度，冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）などに応じて、別のルーチンで決定されるものとする。
ステップＳ１でアイドル運転状態であると判別されると、ステップＳ２へ進み、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１よりも低いか否かを判別する。
【００４６】
ステップＳ２で冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１よりも低いと判別されたとき、即ち、温度領域（２）に該当するときには、ステップＳ３へ進んで、アイドル運転時の燃焼形態として火花点火燃焼を選択する。
一方、ステップＳ２で冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第１閾値Ｔｅ１以上であると判別されると、ステップＳ４へ進み、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１（活性温度）よりも低いか否かを判別する。
【００４７】
ステップＳ４で触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１（活性温度）よりも低いと判別されたとき、即ち、温度領域（１）に該当するときには、ステップＳ６へ進んで、アイドル運転時の燃焼形態として自己着火燃焼を選択する。
尚、温度領域（１）に該当するとしてステップＳ６へ進み、燃焼形態として自己着火燃焼を選択したときには、ヒータ４を作動させることで、第１触媒装置３の活性化を図る。
【００４８】
また、ステップＳ４で、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃ１（活性温度）以上であると判別されると、ステップＳ５へ進み、冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第２閾値Ｔｅ２（第２の所定温度）よりも低いか否かを判別する。
ステップＳ５で冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）が第２閾値Ｔｅ２（第２の所定温度）以上であると判別されたとき、即ち、温度領域（４）に該当するときには、ステップＳ６へ進んで、アイドル運転時の燃焼形態として自己着火燃焼を選択する。
【００４９】
尚、温度領域（４）に該当するとしてステップＳ６へ進み、燃焼形態として自己着火燃焼を選択したときには、アイドルストップ機構の作動を許可し、車両の停止状態でアイドル運転されるときにエンジンを停止させる。
一方、ステップＳ５で冷却水温度Ｔｅ（エンジン温度）の第２閾値Ｔｅ２（第２の所定温度）よりも低いと判別されたとき、即ち、温度領域（３）に該当するときには、ステップＳ７へ進んで、アイドル運転時の燃焼形態として自己着火燃焼又は火花点火燃焼のいずれかを選択する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図２】実施形態のエンジンにおける燃焼形態毎のバルブタイミングを示す特性図。
【図３】実施形態における温度領域の区分を示す図。
【図４】実施形態における温度領域毎の燃焼形態の選択を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン
２…排気マニホールド
３…第１触媒装置
４…ヒータ
６…第２触媒装置
１１…可変バルブタイミング機構
２０…制御ユニット
２１…水温センサ
２２…触媒温度センサ
２３…スロットルセンサ
Claims (7)
- 火花点火による燃焼形態と自己着火による燃焼形態とを選択的に切り替えて運転することが可能なエンジンの制御装置において、
前記エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段と、
前記エンジンの排気を浄化する触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記エンジンの温度及び前記触媒装置の温度に基づいて、前記エンジンのアイドル運転時の燃焼形態を決定する手段であって、前記エンジンの温度が第１の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が所定温度よりも低い温度領域のときに、自己着火による燃焼形態を選択する燃焼形態決定手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。 - 前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも低いときに、火花点火による燃焼形態を選択することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
- 前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域のときに、自己着火による燃焼形態を選択することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
- 前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高く、かつ、前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度よりも低く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域のときに、火花点火による燃焼形態を選択することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
- 前記燃焼形態決定手段が、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域のときに、自己着火による燃焼形態を選択することを特徴とする請求項１，２又は４記載のエンジンの制御装置。
- 前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも高い温度領域において、車両の停止状態でかつ前記エンジンのアイドル運転時であるときに、エンジンを停止させるアイドルストップ手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
- 前記触媒装置の温度を昇温させる昇温手段を備え、前記エンジンの温度が前記第１の所定温度よりも高く、かつ、前記触媒装置の温度が前記所定温度よりも低い温度領域のときに、前記昇温手段を作動させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
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