JP4057706B2 - 筒内直噴式火花点火エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、排気通路に設けられる触媒の活性化を早める技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの冷間始動後に触媒温度が低いとき、または触媒の硫黄被毒やスモークカバーリングが進行したときに、触媒の温度を積極的に上昇させることが要求される。
【０００３】
従来、例えば特開平８−２９６４８５号公報に開示された筒内直噴式火花点火エンジンは、触媒の活性化が完了していない触媒暖機時にインジェクタから吸気行程または圧縮行程で主燃料を噴射するとともに続く膨張行程または排気行程で追加燃料を噴射する制御を行い、追加燃料を排気通路にて燃焼させるかまたは触媒を介して燃焼させて、触媒の昇温を早めるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直噴式火花点火エンジンにあっては、エンジン始動直後や厳寒時のような排気ポートや排気管の温度がかなり低い場合等にもインジェクタから追加燃料が噴射されるため、追加燃料を噴射しない場合に比べて、触媒の活性化に要する時間を短縮できるものの、触媒が活性化するまでの間に未燃焼のまま触媒を通過して排出される燃料量が増える可能性があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、触媒の活性化を効率よく行うことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１を参照して説明すると、請求項１に記載の発明は、筒内の混合気に点火する点火プラグ４と、筒内に燃料を噴射するインジェクタ５と、排気通路２１に介装される触媒コンバータ２２と、触媒コンバータ２２の触媒温度Ｔｃａｔを検出する触媒温度センサ２５と、触媒温度Ｔｃａｔが所定値ＴｃａｔＴＨより低い触媒暖機時にインジェクタ５から吸気行程または圧縮行程で主燃料を噴射するとともに続く膨張行程から排気行程の間で触媒の活性化が進むにつれて噴射時期が遅れるように追加燃料を噴射する制御を行う２回噴射モード制御手段と、触媒コンバータ２２より上流側の排気系温度Ｔｐｏｒｔを検出する排気ポート温度センサ１６と、触媒暖機時であっても排気系温度Ｔｐｏｒｔが所定値ＴｐｏｒｔＴＨより低く、燃料が触媒コンバータより上流側の排気通路内で燃焼できない後燃え不能時にはインジェクタ５から吸気行程または圧縮行程で噴射するとともに続く膨張行程または排気行程での追加燃料の噴射を停止する制御を行う１回噴射モード制御手段とを備えるものとした。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気系温度検出手段を排気ポートの温度を検出する排気ポート温度センサとした。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の２回噴射モード制御手段を、触媒温度Ｔｃａｔが上昇するのにしたがって追加燃料を噴射する時期ＩＴ２を遅らせる構成とした。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一つに記載の２回噴射モード制御手段を、触媒温度Ｔｃａｔが上昇するのにしたがって主燃料を噴射する時期ＩＴと主燃料に対する主点火時期ＡＤＶの少なくとも一方を進める構成とした。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一つに記載の２回噴射モード制御手段を、主燃料を噴射する時期ＩＴを圧縮行程に設定する構成とした。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一つに記載の１回噴射モード制御手段を、主燃料を噴射する時期ＩＴを吸気行程に設定する構成とした。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一つに記載の１回噴射モード制御手段を、エンジンの燃焼安定度が確保される範囲で燃料を噴射する時期ＩＴと主点火時期ＡＤＶの少なくとも一方を遅らせる構成とした。
【００１２】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図と符号を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の発明において、例えば冷間始動後のように燃料が触媒コンバータより上流側の排気ポート１０等で燃焼できない後燃え不能な排気系低温状態において、１回噴射モードにより主燃料噴射のみを行い追加燃料噴射を行わないことにより、追加噴射された燃料が未燃焼のまま触媒コンバータ２２に流入し、触媒を介して未燃焼のまま排出されることを防止できる。
【００１４】
排気系温度Ｔｐｏｒｔが所定値ＴｐｏｒｔＴＨ以上に上昇した後燃え可能な状態であり、かつ触媒温度Ｔｃａｔが所定値ＴｃａｔＴＨより低い触媒不活性状態と判定された触媒暖機時に、２回噴射モードにより主燃料噴射を吸気行程または圧縮行程で行い、続く膨張行程または排気行程で追加燃料噴射を行うことにより、追加燃料を排気通路２１または触媒コンバータ２２で燃焼させて、触媒を効率よく活性化させることができる。これにより、例えばエンジンの暖機時の早いうちから触媒を介して排気ガスの浄化を行うことができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明として、排気系温度検出手段は、排気ポートの温度を検出する排気ポート温度センサである。
請求項３に記載の発明として、２回噴射モード制御において、触媒温度Ｔｃａｔが触媒活性温度ＴｃａｔＴＨよりかなり低い状態では、追加燃料噴射時期ＩＴ２を膨張行程から排気行程の間で早い時期に設定し、燃焼室２や排気ポート１０等での酸化反応を促して排気ガス温度を高め、排気ガスからの熱により触媒コンバータ２２を加熱する。触媒温度Ｔｃａｔが上昇して触媒の活性化が進むのに伴い、追加燃料噴射時期ＩＴ２を膨張行程から排気行程の間で遅らせることにより、未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる燃料量を増やす。この未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる燃料は、触媒コンバータ２２において燃焼することにより触媒コンバータ２２を直接的に加熱するため、排気管等に対する放熱が少ない分、触媒コンバータ２２を効率よく加熱できる。こうして、触媒コンバータ２２に触媒の活性化度合いに応じて未燃焼燃料を無駄なく供給し、触媒の活性化を早められる。
【００１６】
請求項４に記載の発明として、２回噴射モード制御において、触媒温度Ｔｃａｔが触媒活性温度よりかなり低い状態では、主燃料の燃焼時期を遅らせて主燃焼自体の排気ガス温度を高め、追加燃料の燃焼室２や排気ポート１０で確実に燃焼できるようにする。触媒温度Ｔｃａｔが上昇して触媒活性化が進むのに伴い、主燃料の燃焼時期を燃焼安定性と発生トルクを両立して高めるように設定した通常の値に戻して燃費の悪化を抑制する。このとき、追加燃料の一部が未燃のまま触媒に達する可能性が大きくなるが、触媒の活性化がある程度進んでいれば、請求項３に記載の発明の場合と同様に、触媒の活性化を早める効果が得られる。
【００１７】
請求項５に記載の発明として、２回噴射モード制御において、主燃料噴射時期ＩＴを圧縮行程に設定して成層燃焼させることにより、均質燃焼させる場合に比べて主燃焼の空燃比をよりリーン空燃比にすることができ、その分だけ追加噴射する燃料を増やすことが可能となり、追加燃料が排気ポート１０等で燃焼する熱により触媒の活性化を早められる。
【００１８】
請求項６に記載の発明として、１回噴射モード制御において、主燃料噴射時期ＩＴを吸気行程に設定して均質燃焼させることにより、成層燃焼させる場合に比べて同一トルクを発生させる吸入空気量が少なくなり、排気温度を高めやすいため、触媒の活性化を早められる。
【００１９】
請求項７に記載の発明として、１回噴射モード制御において、エンジンの燃焼安定度が確保される範囲で、主燃焼時期を遅らせて排気温度を上昇させ、触媒の活性化を早められる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体、２は燃焼室、３はピストン、４は点火プラグ、５は筒内に臨むインジェクタである。４サイクルエンジン１はピストン３が筒内を２往復する間に吸入、圧縮、膨張、排気行程が連続して行われる。吸気通路２０には、スワールコントロールバルブ８、スロットルバルブ９、エアフローセンサ１２がそれぞれ介装される。スロットルバルブ９はアクチュエータ９Ａを介して開閉駆動される。
【００２１】
コントロールユニット１１はインジェクタ５の燃料噴射時期、燃料噴射量を制御するとともに、点火プラグ４の点火時期を制御する。コントロールユニット１１にはクランク角センサ１３Ｂ，１３ＡからのＲｅｆ信号とＰｏｓ信号、アクセルペダル開度センサ１４からのアクセル開度、エアフローセンサ１２からの吸入空気量信号、排気通路２１に設置したＯ2センサ１５からの空燃比（酸素濃度）信号、さらには水温センサ（図示しない）からのエンジン冷却水温信号、トランスミッションのギア位置センサ（図示しない）からのギア位置信号、車速センサ（図示しない）からの車速信号等が入力される。コントロールユニット１１は、これらに基づいて運転状態を判断しながら、触媒の暖機後において負荷のそれほど大きくない所定の運転域においてはリーン空燃比により成層燃焼をさせ、それ以外の運転域ではストイキ空燃比により均質燃焼をさせる。
【００２２】
排気通路２１には、２つの触媒コンバータ２２，２３が設置される。
【００２３】
触媒温度Ｔｃａｔを検出する手段として触媒コンバータ２２の担体の温度を検出するセンサ２５を設ける。なお、触媒温度検出手段として、水温センサによって検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗと運転状態および始動時からの運転時間等に基づいて触媒温度Ｔｃａｔを推定してもよい。
【００２４】
触媒コンバータ２２より上流側の排気系温度Ｔｐｏｒｔを検出する手段として排気ポート１０の温度を検出する排気ポート温度センサ１６を設ける。なお、排気系温度検出手段として、水温センサによって検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗと運転状態および始動時からの運転時間等に基づいて排気系温度Ｔｐｏｒｔを推定してもよい。
【００２５】
コントロールユニット１１は、排気ポート温度センサ１６によって検出される排気系温度Ｔｐｏｒｔと、触媒温度センサ２５によって検出される触媒温度Ｔｃａｔとをそれぞれ入力し、Ｔｃａｔ＜ＴｃａｔＴＨとなる触媒暖機時を判定し、この触媒暖機時にインジェクタ５から吸気行程または圧縮行程で主燃料を噴射するとともに続く膨張行程または排気行程で追加燃料を噴射する２回噴射モード制御を行う。
【００２６】
そして本発明の要旨とするところであるが、触媒暖機時にてＴｐｏｒｔ＜ＴｐｏｒｔＴＨとなる後燃え不能時を判定し、この後燃え不能時にインジェクタ５から吸気行程または圧縮行程で噴射するとともに続く膨張行程または排気行程で追加燃料の噴射を停止する１回噴射モード制御に切換える。これにより、追加燃料が燃焼室２や排気ポート１０にて未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれることを抑制し、触媒を効率よく活性化させる。
【００２７】
１回噴射モード制御において、点火プラグ４は圧縮行程で主燃料に点火する。２回噴射モード制御において、点火プラグ４は圧縮行程で主燃料に点火するとともに膨張行程または排気行程で追加燃料に再点火して燃焼させる。なお、主燃焼の燃焼ガスにより追加燃料が確実に着火される場合は、点火プラグ４による再点火を行わなくてもよい。
【００２８】
コントロールユニット１１は、図２に示すフローチャートを一定時間毎（たとえば１０msec毎）に実行し、吸気行程または圧縮行程に行われる主燃料噴射の噴射量Ｔｉおよび噴射時期ＩＴと、点火プラグ４の主点火時期ＡＤＶと、膨張行程に行われる追加燃料噴射の噴射量Ｔｉ２および噴射時期ＩＴ２とをそれぞれ算出する。
【００２９】
ステップＳ１では、吸入空気量Ｑ、エンジン回転数Ｎ等のエンジン運転条件を読込むとともに、エンジン回転数Ｎの変動等に基づいて算出される燃焼安定度を読込む。
【００３０】
続くステップＳ２では、吸入空気量Ｑ、回転数Ｎ等に基づいて基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）が理論空燃比が得られる燃料量として算出される。
【００３１】
続くステップＳ３では、排気ポート温度センサ１６によって検出される排気系温度Ｔｐｏｒｔと触媒温度センサ２５によって検出される触媒温度Ｔｃａｔをそれぞれ読込む。
【００３２】
続くステップＳ４では、排気系温度Ｔｐｏｒｔが所定温度ＴｐｏｒｔＴＨより低いかどうかを判定する。すなわち、所定温度ＴｐｏｒｔＴＨは、燃料が触媒コンバータ２２より上流側の排気通路２１内で燃焼できない、いわゆる後燃え不能となる排気系低温状態かどうかを判定するための判定値である。
【００３３】
Ｔｐｏｒｔ＜ＴｐｏｒｔＴＨとなる後燃え不能な排気系低温状態と判定された場合、追加燃料を噴射しないため、ステップＳ５〜Ｓ１０に進んで１回噴射モードの制御を行う。
【００３４】
ステップＳ５では主燃料噴射を吸気行程で行い追加燃料噴射を行わない１回噴射モードに切換えられ、均質燃焼をさせる。
【００３５】
なお、後燃え不能な排気系低温状態において燃焼安定度を確保できるのであれば、主燃料噴射を吸気行程と圧縮行程で１回づつ分割して行い、均質燃焼と成層燃焼の両方をさせてもよい。これにより、燃費の低減がはかれる。
【００３６】
続くステップＳ６では、主燃料噴射量Ｔｉを次式で算出する。
【００３７】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×ＴＦＢＹＡ …（１）
ただし、ＣＯＥＦは始動時増量補正係数、水温増量補正係数等の各種補正係数の和であり、ＴＦＢＹＡは目標空燃比を与えるための補正係数（始動時は１とする）である。算出された主燃料噴射量Ｔｉはメモリにストアされ、図示しない別の燃料噴射制御フローで使われる。なお、インジェクタ５を駆動するときには、算出したＴｉにインジェクタ５の無効噴射量Ｔｓを加えた駆動信号をインジェクタ５に印加する。
【００３８】
続くステップＳ７にて、予めマップに設定された主燃料噴射時期ＩＴｍと主点火時期ＡＤＶｍをそれぞれ算出する。
【００３９】
主燃料噴射時期ＩＴｍは、均質燃焼のために吸気行程に燃料噴射時期を設定した均質燃焼用マップからエンジン運転状態に応じて補完計算済みで読み出される。
【００４０】
主点火時期ＡＤＶｍは、均質燃焼用マップからエンジン運転状態に応じて読み出される。この均質燃焼用マップは、燃焼安定性と排気温度を両立して高めるように主点火時期ＡＤＶｍを設定している。
【００４１】
続くステップＳ８にて、点火時期遅角補正値ΔＡＤＶを燃焼安定度に基づき算出する。燃焼安定度が許容の範囲内であればΔＡＤＶ（＝ΔＡＤＶ（前回値）＋ｄＡＤＶ）として算出し、遅角補正量を増加させる。逆に、燃焼安定度が許容の範囲外であればΔＡＤＶ（＝ΔＡＤＶ（前回値）−ｄＡＤＶ）として算出し、遅角補正量を減少させる。
【００４２】
続くステップＳ９にて、最終的な主点火時期ＡＤＶ（＝ＡＤＶｍ−ΔＡＤＶ）を算出する。算出された主点火時期ＡＤＶはメモリにストアされ、図示しない別の点火時期制御フローで使われる。
【００４３】
続くステップＳ１０にて、最終的な主燃料噴射時期ＩＴ（＝ＩＴｍ）を算出する。算出された主燃料噴射時期はメモリにストアされ、図示しない別の燃料噴射制御フローで使われる。本実施の形態において、均質燃焼を行うのでマップ値をそのまま使っているが、点火時期の遅角に伴い最適な主燃料噴射時期が変動する場合は、主燃料噴射時期を点火時期に応じて補正してもよい。なお、１回噴射モードで成層燃焼させる場合は点火時期の遅角に応じた燃料噴射時期の補正を行う。
【００４４】
一方、Ｔｐｏｒｔ≧ＴｐｏｒｔＴＨとなる後燃え可能な状態と判定された場合、ステップＳ１１に進んで触媒温度Ｔｃａｔが所定温度ＴｃａｔＴＨより低いかどうかを判定する。所定温度ＴｃａｔＴＨは、未燃焼ＨＣの９０％未満が触媒を介して酸化する触媒不活性状態か未燃焼ＨＣの９０％以上が触媒を介して酸化する触媒活性状態かどうかを判定するための判定値である。
【００４５】
Ｔｐｏｒｔ≧ＴｐｏｒｔＴＨとなる後燃え可能な状態であり、かつＴｃａｔ＜ＴｃａｔＴＨとなる触媒不活性状態と判定された触媒暖機時に、ステップＳ１２〜Ｓ１９に進み、成層燃焼による２回噴射モードの制御を行う。
【００４６】
ステップＳ１２にて、主燃料噴射を圧縮行程の後期で行い成層燃焼をさせるとともに、追加燃料噴射を膨張行程または排気行程で行う２回噴射モード制御に切換える。
【００４７】
なお、２回噴射モード制御として、主燃料噴射を吸気行程で１回行って、均質燃焼をさせてもよい。また、主燃料噴射を吸気行程と圧縮行程で１回づつ分割して行ってもよい。さらに、追加燃料噴射を２回以上に分割して行って、燃焼室２から排気通路２１に導かれる未燃焼燃料量を調節してもよい。
【００４８】
続くステップＳ１３では、主燃料噴射量Ｔｉを前記（１）式で算出する。
【００４９】
続くステップＳ１４にて、予めマップに設定された主燃料噴射時期ＩＴｍと主点火時期ＡＤＶｍをそれぞれ算出する。
【００５０】
主燃料噴射時期ＩＴｍは、成層燃焼のために圧縮行程に燃料噴射時期を設定した成層燃焼用マップからエンジン運転状態に応じて補完計算済みで読み出される。
【００５１】
主点火時期ＡＤＶｍは、主燃料噴射から点火までのタイミングが適正となるように設定した成層燃焼用マップから読み出される。
【００５２】
続くステップＳ１５にて、主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴと点火時期遅角補正値ΔＡＤＶをそれぞれマップから算出する。
【００５３】
主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴは主燃焼遅角マップに基づき触媒温度Ｔｃａｔに応じて検索される。図３に示すように、主燃焼遅角マップには触媒温度Ｔｃａｔが低いほど主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴが大きくなるように設定されている。
【００５４】
なお、図３に示す主燃焼遅角マップを用いるかわりに、第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２（＜ＴｃａｔＴＨ）を設定し、触媒温度Ｔｃａｔが第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２より低いときに主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴを固定の大遅角値とし、触媒温度Ｔｃａｔが第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２以上に高いときに主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴを固定の小遅角値として、演算処理の簡素化をはかるようにしてもよい。この場合、第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２として未燃焼ＨＣの５０％が触媒を介して酸化する活性化状態となる触媒温度に設定してもよい。また、主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴを固定する小遅角値を０と設定してもよい。
【００５５】
点火時期遅角補正値ΔＡＤＶは主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴに対応して触媒温度Ｔｃａｔが低いほど主点火時期ＡＤＶを遅角させるように設定されている。
【００５６】
続くステップＳ１６にて、最終的な主点火時期ＡＤＶ（＝ＡＤＶｍ−ΔＡＤＶ）を算出する。算出された主点火時期ＡＤＶはメモリにストアされ、図示しない別の点火時期制御フローで使われる。
【００５７】
続くステップＳ１７にて、最終的な主燃料噴射時期ＩＴ（＝ＩＴｍ−ΔＩＴ）を算出する。算出された主燃料噴射時期ＩＴはメモリにストアされ、図示しない別の燃料噴射制御フローで使われる。
【００５８】
続くステップＳ１８にて、追加燃料噴射量Ｔｉ２を次式で算出する。
【００５９】
Ｔｉ２＝Ａ×Ｔｐ−Ｔｉ …（３）
ただし、Ａは主燃料噴射と追加燃料噴射による燃料の和による空燃比を所定のリーン空燃比とするための係数であり、１以下の値に設定される。リーン空燃比雰囲気とすることにより、触媒の活性化が早められる。ただし、全体の空燃比を厳密に制御する必要がない場合はＴｉ２を固定値としてもよい。また、膨張行程での追加燃料噴射では発生トルクがごくわずかであるため、主燃料噴射量Ｔｉを補正していないが、厳密に制御する場合には、発生トルクに応じて主燃料噴射量を減量補正してもよい。
【００６０】
続くステップＳ１９にて、追加燃料噴射時期ＩＴ２をマップから算出する。算出された追加燃料噴射時期ＩＴ２はメモリにストアされ、図示しない別の燃料噴射制御フローで使われる。この場合も、Ｔｉ２に無効噴射量Ｔｓを加えた駆動信号でインジェクタ５を駆動する。
【００６１】
追加燃料噴射時期ＩＴ２は図４に示す追加燃料噴射時期マップに基づき触媒温度Ｔｃａｔに応じて検索される。追加燃料噴射時期マップには触媒温度Ｔｃａｔが高いほど追加燃料噴射時期ＩＴ２が遅角されるように設定されている。
【００６２】
なお、図４に示す追加燃料噴射時期マップを用いるかわりに、第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２（＜ＴｃａｔＴＨ）を設定し、触媒温度Ｔｃａｔが第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２より低いときに追加燃料噴射時期ＩＴ２を固定の進角側時期とし、触媒温度Ｔｃａｔが第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２以上に高いときに固定の遅角側時期として、演算処理の簡素化をはかるようにしてもよい。この場合、第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２として未燃焼ＨＣの５０％が触媒を介して酸化する触媒活性状態となる触媒温度に設定してもよい。
【００６３】
一方、Ｔｃａｔ≧ＴｃａｔＴＨとなる触媒活性化完了状態と判定された場合、ステップＳ２０に進み、エンジンの運転状態に応じた通常の燃料噴射と点火の制御を行う。
【００６４】
以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。
【００６５】
例えば冷間始動後のように燃料が排気ポート１０等で燃焼できない後燃え不能な排気系低温状態において、１回噴射モード制御により主燃料噴射のみを行い、追加燃料噴射を行わないことにより、追加噴射された燃料が未燃焼のまま触媒コンバータ２２に流入し、触媒を介して未燃焼のまま排出されることを防止できる。
【００６６】
この１回噴射モード制御において、主燃料噴射時期ＩＴを吸気行程に設定して均質燃焼させることにより、成層燃焼させる場合に比べて同一トルクを発生させる吸入空気量が少なくなり、排気温度を高めやすいため、触媒の活性化を早められる。
【００６７】
さらに、１回噴射モード制御では、燃焼安定性が確保される限界まで主点火時期ＡＤＶを遅らせて排気温度を上昇させることにより、触媒の活性化を早められる。
【００６８】
Ｔｐｏｒｔ≧ＴｐｏｒｔＴＨとなる後燃え可能な状態であり、かつＴｃａｔ＜ＴｃａｔＴＨとなる触媒不活性状態と判定された触媒暖機時に、２回噴射モードにより主燃料噴射を圧縮行程の後期で行い、続く膨張行程または排気行程で追加燃料噴射を行うことにより、追加燃料を排気通路２１または触媒コンバータ２２で燃焼させて、触媒を効率よく活性化させることができる。
【００６９】
この２回噴射モード制御において、主燃料噴射時期ＩＴを圧縮行程に設定して成層燃焼をさせることにより、均質燃焼をさせる場合に比べて主燃焼の空燃比をよりリーン空燃比にすることができ、その分だけ追加噴射する燃料を増やすことにより、追加燃料が排気ポート１０等で燃焼する熱により触媒の活性化を早められる。
【００７０】
同じく２回噴射モード制御において、触媒温度Ｔｃａｔが触媒活性温度よりかなり低い状態では、主燃料噴射時期ＩＴと主点火時期ＡＤＶを遅らせ、主燃料が燃焼する時期を遅らせることにより排気ガス温度を高め、排気ガスからの熱により触媒コンバータ２２を加熱する。触媒温度Ｔｃａｔが上昇して触媒活性化が進んで例えば未燃焼ＨＣの５０％以上が触媒を介して酸化するようになるのに伴い、主燃料噴射時期ＩＴと主点火時期ＡＤＶを燃焼安定性と発生トルクを両立して高めるように設定した通常の値に戻して、触媒コンバータ２２にて燃焼する燃料量を増やす。こうして、触媒コンバータ２２に触媒の活性化度合いに応じて未燃焼燃料を無駄なく供給し、触媒の活性化を早められる。
【００７１】
同じく２回噴射モード制御において、触媒温度Ｔｃａｔが触媒活性温度ＴｃａｔＴＨよりかなり低い状態では、追加燃料噴射時期ＩＴ２を膨張行程から排気行程の間で早い時期に設定し、燃焼室２や排気ポート１０等での酸化反応を促して排気ガス温度を高め、排気ガスからの熱により触媒コンバータ２２を加熱する。触媒温度Ｔｃａｔが上昇して触媒の活性化が進むのに伴い、追加燃料噴射時期ＩＴ２を膨張行程から排気行程の間で遅らせることにより、未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる燃料量を増やす。この未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる燃料は、触媒コンバータ２２において燃焼することにより触媒コンバータ２２を直接的に加熱するため、排気管等に対する放熱が少ない分、触媒コンバータ２２を効率よく加熱できる。こうして、触媒コンバータ２２に触媒の活性化度合いに応じて未燃焼燃料を無駄なく供給し、触媒の活性化を早められる。
【００７２】
他の実施の形態として、水温センサによって検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗと運転状態および始動時からの運転時間等に基づいて触媒温度Ｔｃａｔ、排気系温度Ｔｐｏｒｔをそれぞれ推定してもよい。この場合、例えばエンジン冷却水温度Ｔｗが３０°Ｃより低いときに、１回噴射モード制御を行い、エンジン冷却水温度Ｔｗが３０°Ｃ以上に上昇した触媒暖機時に、２回噴射モード制御を行うように構成してもよい。さらに、この２回噴射モード制御において、エンジン冷却水温度Ｔｗが３０°Ｃのときに、追加燃料噴射時期ＩＴ２を膨張行程における６０°ＡＴＤＣとし、エンジン冷却水温度Ｔｗが３０°Ｃが上昇するのに伴って膨張行程における１００°ＡＴＤＣまで次第に遅角させる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すエンジンの制御システム図。
【図２】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図３】同じく触媒温度Ｔｃａｔと主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴの関係を示す特性図。
【図４】同じく触媒温度Ｔｃａｔと追加燃料噴射時期ＩＴ２の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ エンジン
４ 点火プラグ
５ インジェクタ
１０ 排気ポート
１１ コントロールユニット
１６ 排気ポート温度センサ
２２ 触媒コンバータ
２３ 触媒コンバータ
２５ 触媒温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、排気通路に設けられる触媒の活性化を早める技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの冷間始動後に触媒温度が低いとき、または触媒の硫黄被毒やスモークカバーリングが進行したときに、触媒の温度を積極的に上昇させることが要求される。
【０００３】
従来、例えば特開平８−２９６４８５号公報に開示された筒内直噴式火花点火エンジンは、触媒の活性化が完了していない触媒暖機時にインジェクタから吸気行程または圧縮行程で主燃料を噴射するとともに続く膨張行程または排気行程で追加燃料を噴射する制御を行い、追加燃料を排気通路にて燃焼させるかまたは触媒を介して燃焼させて、触媒の昇温を早めるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直噴式火花点火エンジンにあっては、エンジン始動直後や厳寒時のような排気ポートや排気管の温度がかなり低い場合等にもインジェクタから追加燃料が噴射されるため、追加燃料を噴射しない場合に比べて、触媒の活性化に要する時間を短縮できるものの、触媒が活性化するまでの間に未燃焼のまま触媒を通過して排出される燃料量が増える可能性があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、触媒の活性化を効率よく行うことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１を参照して説明すると、請求項１に記載の発明は、筒内の混合気に点火する点火プラグ４と、筒内に燃料を噴射するインジェクタ５と、排気通路２１に介装される触媒コンバータ２２と、触媒コンバータ２２の触媒温度Ｔｃａｔを検出する触媒温度センサ２５と、触媒温度Ｔｃａｔが所定値ＴｃａｔＴＨより低い触媒暖機時にインジェクタ５から吸気行程または圧縮行程で主燃料を噴射するとともに続く膨張行程から排気行程の間で触媒の活性化が進むにつれて噴射時期が遅れるように追加燃料を噴射する制御を行う２回噴射モード制御手段と、触媒コンバータ２２より上流側の排気系温度Ｔｐｏｒｔを検出する排気ポート温度センサ１６と、触媒暖機時であっても排気系温度Ｔｐｏｒｔが所定値ＴｐｏｒｔＴＨより低く、燃料が触媒コンバータより上流側の排気通路内で燃焼できない後燃え不能時にはインジェクタ５から吸気行程または圧縮行程で噴射するとともに続く膨張行程または排気行程での追加燃料の噴射を停止する制御を行う１回噴射モード制御手段とを備えるものとした。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気系温度検出手段を排気ポートの温度を検出する排気ポート温度センサとした。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の２回噴射モード制御手段を、触媒温度Ｔｃａｔが上昇するのにしたがって追加燃料を噴射する時期ＩＴ２を遅らせる構成とした。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一つに記載の２回噴射モード制御手段を、触媒温度Ｔｃａｔが上昇するのにしたがって主燃料を噴射する時期ＩＴと主燃料に対する主点火時期ＡＤＶの少なくとも一方を進める構成とした。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一つに記載の２回噴射モード制御手段を、主燃料を噴射する時期ＩＴを圧縮行程に設定する構成とした。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一つに記載の１回噴射モード制御手段を、主燃料を噴射する時期ＩＴを吸気行程に設定する構成とした。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一つに記載の１回噴射モード制御手段を、エンジンの燃焼安定度が確保される範囲で燃料を噴射する時期ＩＴと主点火時期ＡＤＶの少なくとも一方を遅らせる構成とした。
【００１２】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図と符号を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の発明において、例えば冷間始動後のように燃料が触媒コンバータより上流側の排気ポート１０等で燃焼できない後燃え不能な排気系低温状態において、１回噴射モードにより主燃料噴射のみを行い追加燃料噴射を行わないことにより、追加噴射された燃料が未燃焼のまま触媒コンバータ２２に流入し、触媒を介して未燃焼のまま排出されることを防止できる。
【００１４】
排気系温度Ｔｐｏｒｔが所定値ＴｐｏｒｔＴＨ以上に上昇した後燃え可能な状態であり、かつ触媒温度Ｔｃａｔが所定値ＴｃａｔＴＨより低い触媒不活性状態と判定された触媒暖機時に、２回噴射モードにより主燃料噴射を吸気行程または圧縮行程で行い、続く膨張行程または排気行程で追加燃料噴射を行うことにより、追加燃料を排気通路２１または触媒コンバータ２２で燃焼させて、触媒を効率よく活性化させることができる。これにより、例えばエンジンの暖機時の早いうちから触媒を介して排気ガスの浄化を行うことができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明として、排気系温度検出手段は、排気ポートの温度を検出する排気ポート温度センサである。
請求項３に記載の発明として、２回噴射モード制御において、触媒温度Ｔｃａｔが触媒活性温度ＴｃａｔＴＨよりかなり低い状態では、追加燃料噴射時期ＩＴ２を膨張行程から排気行程の間で早い時期に設定し、燃焼室２や排気ポート１０等での酸化反応を促して排気ガス温度を高め、排気ガスからの熱により触媒コンバータ２２を加熱する。触媒温度Ｔｃａｔが上昇して触媒の活性化が進むのに伴い、追加燃料噴射時期ＩＴ２を膨張行程から排気行程の間で遅らせることにより、未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる燃料量を増やす。この未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる燃料は、触媒コンバータ２２において燃焼することにより触媒コンバータ２２を直接的に加熱するため、排気管等に対する放熱が少ない分、触媒コンバータ２２を効率よく加熱できる。こうして、触媒コンバータ２２に触媒の活性化度合いに応じて未燃焼燃料を無駄なく供給し、触媒の活性化を早められる。
【００１６】
請求項４に記載の発明として、２回噴射モード制御において、触媒温度Ｔｃａｔが触媒活性温度よりかなり低い状態では、主燃料の燃焼時期を遅らせて主燃焼自体の排気ガス温度を高め、追加燃料の燃焼室２や排気ポート１０で確実に燃焼できるようにする。触媒温度Ｔｃａｔが上昇して触媒活性化が進むのに伴い、主燃料の燃焼時期を燃焼安定性と発生トルクを両立して高めるように設定した通常の値に戻して燃費の悪化を抑制する。このとき、追加燃料の一部が未燃のまま触媒に達する可能性が大きくなるが、触媒の活性化がある程度進んでいれば、請求項３に記載の発明の場合と同様に、触媒の活性化を早める効果が得られる。
【００１７】
請求項５に記載の発明として、２回噴射モード制御において、主燃料噴射時期ＩＴを圧縮行程に設定して成層燃焼させることにより、均質燃焼させる場合に比べて主燃焼の空燃比をよりリーン空燃比にすることができ、その分だけ追加噴射する燃料を増やすことが可能となり、追加燃料が排気ポート１０等で燃焼する熱により触媒の活性化を早められる。
【００１８】
請求項６に記載の発明として、１回噴射モード制御において、主燃料噴射時期ＩＴを吸気行程に設定して均質燃焼させることにより、成層燃焼させる場合に比べて同一トルクを発生させる吸入空気量が少なくなり、排気温度を高めやすいため、触媒の活性化を早められる。
【００１９】
請求項７に記載の発明として、１回噴射モード制御において、エンジンの燃焼安定度が確保される範囲で、主燃焼時期を遅らせて排気温度を上昇させ、触媒の活性化を早められる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体、２は燃焼室、３はピストン、４は点火プラグ、５は筒内に臨むインジェクタである。４サイクルエンジン１はピストン３が筒内を２往復する間に吸入、圧縮、膨張、排気行程が連続して行われる。吸気通路２０には、スワールコントロールバルブ８、スロットルバルブ９、エアフローセンサ１２がそれぞれ介装される。スロットルバルブ９はアクチュエータ９Ａを介して開閉駆動される。
【００２１】
コントロールユニット１１はインジェクタ５の燃料噴射時期、燃料噴射量を制御するとともに、点火プラグ４の点火時期を制御する。コントロールユニット１１にはクランク角センサ１３Ｂ，１３ＡからのＲｅｆ信号とＰｏｓ信号、アクセルペダル開度センサ１４からのアクセル開度、エアフローセンサ１２からの吸入空気量信号、排気通路２１に設置したＯ2センサ１５からの空燃比（酸素濃度）信号、さらには水温センサ（図示しない）からのエンジン冷却水温信号、トランスミッションのギア位置センサ（図示しない）からのギア位置信号、車速センサ（図示しない）からの車速信号等が入力される。コントロールユニット１１は、これらに基づいて運転状態を判断しながら、触媒の暖機後において負荷のそれほど大きくない所定の運転域においてはリーン空燃比により成層燃焼をさせ、それ以外の運転域ではストイキ空燃比により均質燃焼をさせる。
【００２２】
排気通路２１には、２つの触媒コンバータ２２，２３が設置される。
【００２３】
触媒温度Ｔｃａｔを検出する手段として触媒コンバータ２２の担体の温度を検出するセンサ２５を設ける。なお、触媒温度検出手段として、水温センサによって検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗと運転状態および始動時からの運転時間等に基づいて触媒温度Ｔｃａｔを推定してもよい。
【００２４】
触媒コンバータ２２より上流側の排気系温度Ｔｐｏｒｔを検出する手段として排気ポート１０の温度を検出する排気ポート温度センサ１６を設ける。なお、排気系温度検出手段として、水温センサによって検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗと運転状態および始動時からの運転時間等に基づいて排気系温度Ｔｐｏｒｔを推定してもよい。
【００２５】
コントロールユニット１１は、排気ポート温度センサ１６によって検出される排気系温度Ｔｐｏｒｔと、触媒温度センサ２５によって検出される触媒温度Ｔｃａｔとをそれぞれ入力し、Ｔｃａｔ＜ＴｃａｔＴＨとなる触媒暖機時を判定し、この触媒暖機時にインジェクタ５から吸気行程または圧縮行程で主燃料を噴射するとともに続く膨張行程または排気行程で追加燃料を噴射する２回噴射モード制御を行う。
【００２６】
そして本発明の要旨とするところであるが、触媒暖機時にてＴｐｏｒｔ＜ＴｐｏｒｔＴＨとなる後燃え不能時を判定し、この後燃え不能時にインジェクタ５から吸気行程または圧縮行程で噴射するとともに続く膨張行程または排気行程で追加燃料の噴射を停止する１回噴射モード制御に切換える。これにより、追加燃料が燃焼室２や排気ポート１０にて未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれることを抑制し、触媒を効率よく活性化させる。
【００２７】
１回噴射モード制御において、点火プラグ４は圧縮行程で主燃料に点火する。２回噴射モード制御において、点火プラグ４は圧縮行程で主燃料に点火するとともに膨張行程または排気行程で追加燃料に再点火して燃焼させる。なお、主燃焼の燃焼ガスにより追加燃料が確実に着火される場合は、点火プラグ４による再点火を行わなくてもよい。
【００２８】
コントロールユニット１１は、図２に示すフローチャートを一定時間毎（たとえば１０msec毎）に実行し、吸気行程または圧縮行程に行われる主燃料噴射の噴射量Ｔｉおよび噴射時期ＩＴと、点火プラグ４の主点火時期ＡＤＶと、膨張行程に行われる追加燃料噴射の噴射量Ｔｉ２および噴射時期ＩＴ２とをそれぞれ算出する。
【００２９】
ステップＳ１では、吸入空気量Ｑ、エンジン回転数Ｎ等のエンジン運転条件を読込むとともに、エンジン回転数Ｎの変動等に基づいて算出される燃焼安定度を読込む。
【００３０】
続くステップＳ２では、吸入空気量Ｑ、回転数Ｎ等に基づいて基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）が理論空燃比が得られる燃料量として算出される。
【００３１】
続くステップＳ３では、排気ポート温度センサ１６によって検出される排気系温度Ｔｐｏｒｔと触媒温度センサ２５によって検出される触媒温度Ｔｃａｔをそれぞれ読込む。
【００３２】
続くステップＳ４では、排気系温度Ｔｐｏｒｔが所定温度ＴｐｏｒｔＴＨより低いかどうかを判定する。すなわち、所定温度ＴｐｏｒｔＴＨは、燃料が触媒コンバータ２２より上流側の排気通路２１内で燃焼できない、いわゆる後燃え不能となる排気系低温状態かどうかを判定するための判定値である。
【００３３】
Ｔｐｏｒｔ＜ＴｐｏｒｔＴＨとなる後燃え不能な排気系低温状態と判定された場合、追加燃料を噴射しないため、ステップＳ５〜Ｓ１０に進んで１回噴射モードの制御を行う。
【００３４】
ステップＳ５では主燃料噴射を吸気行程で行い追加燃料噴射を行わない１回噴射モードに切換えられ、均質燃焼をさせる。
【００３５】
なお、後燃え不能な排気系低温状態において燃焼安定度を確保できるのであれば、主燃料噴射を吸気行程と圧縮行程で１回づつ分割して行い、均質燃焼と成層燃焼の両方をさせてもよい。これにより、燃費の低減がはかれる。
【００３６】
続くステップＳ６では、主燃料噴射量Ｔｉを次式で算出する。
【００３７】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×ＴＦＢＹＡ …（１）
ただし、ＣＯＥＦは始動時増量補正係数、水温増量補正係数等の各種補正係数の和であり、ＴＦＢＹＡは目標空燃比を与えるための補正係数（始動時は１とする）である。算出された主燃料噴射量Ｔｉはメモリにストアされ、図示しない別の燃料噴射制御フローで使われる。なお、インジェクタ５を駆動するときには、算出したＴｉにインジェクタ５の無効噴射量Ｔｓを加えた駆動信号をインジェクタ５に印加する。
【００３８】
続くステップＳ７にて、予めマップに設定された主燃料噴射時期ＩＴｍと主点火時期ＡＤＶｍをそれぞれ算出する。
【００３９】
主燃料噴射時期ＩＴｍは、均質燃焼のために吸気行程に燃料噴射時期を設定した均質燃焼用マップからエンジン運転状態に応じて補完計算済みで読み出される。
【００４０】
主点火時期ＡＤＶｍは、均質燃焼用マップからエンジン運転状態に応じて読み出される。この均質燃焼用マップは、燃焼安定性と排気温度を両立して高めるように主点火時期ＡＤＶｍを設定している。
【００４１】
続くステップＳ８にて、点火時期遅角補正値ΔＡＤＶを燃焼安定度に基づき算出する。燃焼安定度が許容の範囲内であればΔＡＤＶ（＝ΔＡＤＶ（前回値）＋ｄＡＤＶ）として算出し、遅角補正量を増加させる。逆に、燃焼安定度が許容の範囲外であればΔＡＤＶ（＝ΔＡＤＶ（前回値）−ｄＡＤＶ）として算出し、遅角補正量を減少させる。
【００４２】
続くステップＳ９にて、最終的な主点火時期ＡＤＶ（＝ＡＤＶｍ−ΔＡＤＶ）を算出する。算出された主点火時期ＡＤＶはメモリにストアされ、図示しない別の点火時期制御フローで使われる。
【００４３】
続くステップＳ１０にて、最終的な主燃料噴射時期ＩＴ（＝ＩＴｍ）を算出する。算出された主燃料噴射時期はメモリにストアされ、図示しない別の燃料噴射制御フローで使われる。本実施の形態において、均質燃焼を行うのでマップ値をそのまま使っているが、点火時期の遅角に伴い最適な主燃料噴射時期が変動する場合は、主燃料噴射時期を点火時期に応じて補正してもよい。なお、１回噴射モードで成層燃焼させる場合は点火時期の遅角に応じた燃料噴射時期の補正を行う。
【００４４】
一方、Ｔｐｏｒｔ≧ＴｐｏｒｔＴＨとなる後燃え可能な状態と判定された場合、ステップＳ１１に進んで触媒温度Ｔｃａｔが所定温度ＴｃａｔＴＨより低いかどうかを判定する。所定温度ＴｃａｔＴＨは、未燃焼ＨＣの９０％未満が触媒を介して酸化する触媒不活性状態か未燃焼ＨＣの９０％以上が触媒を介して酸化する触媒活性状態かどうかを判定するための判定値である。
【００４５】
Ｔｐｏｒｔ≧ＴｐｏｒｔＴＨとなる後燃え可能な状態であり、かつＴｃａｔ＜ＴｃａｔＴＨとなる触媒不活性状態と判定された触媒暖機時に、ステップＳ１２〜Ｓ１９に進み、成層燃焼による２回噴射モードの制御を行う。
【００４６】
ステップＳ１２にて、主燃料噴射を圧縮行程の後期で行い成層燃焼をさせるとともに、追加燃料噴射を膨張行程または排気行程で行う２回噴射モード制御に切換える。
【００４７】
なお、２回噴射モード制御として、主燃料噴射を吸気行程で１回行って、均質燃焼をさせてもよい。また、主燃料噴射を吸気行程と圧縮行程で１回づつ分割して行ってもよい。さらに、追加燃料噴射を２回以上に分割して行って、燃焼室２から排気通路２１に導かれる未燃焼燃料量を調節してもよい。
【００４８】
続くステップＳ１３では、主燃料噴射量Ｔｉを前記（１）式で算出する。
【００４９】
続くステップＳ１４にて、予めマップに設定された主燃料噴射時期ＩＴｍと主点火時期ＡＤＶｍをそれぞれ算出する。
【００５０】
主燃料噴射時期ＩＴｍは、成層燃焼のために圧縮行程に燃料噴射時期を設定した成層燃焼用マップからエンジン運転状態に応じて補完計算済みで読み出される。
【００５１】
主点火時期ＡＤＶｍは、主燃料噴射から点火までのタイミングが適正となるように設定した成層燃焼用マップから読み出される。
【００５２】
続くステップＳ１５にて、主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴと点火時期遅角補正値ΔＡＤＶをそれぞれマップから算出する。
【００５３】
主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴは主燃焼遅角マップに基づき触媒温度Ｔｃａｔに応じて検索される。図３に示すように、主燃焼遅角マップには触媒温度Ｔｃａｔが低いほど主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴが大きくなるように設定されている。
【００５４】
なお、図３に示す主燃焼遅角マップを用いるかわりに、第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２（＜ＴｃａｔＴＨ）を設定し、触媒温度Ｔｃａｔが第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２より低いときに主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴを固定の大遅角値とし、触媒温度Ｔｃａｔが第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２以上に高いときに主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴを固定の小遅角値として、演算処理の簡素化をはかるようにしてもよい。この場合、第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２として未燃焼ＨＣの５０％が触媒を介して酸化する活性化状態となる触媒温度に設定してもよい。また、主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴを固定する小遅角値を０と設定してもよい。
【００５５】
点火時期遅角補正値ΔＡＤＶは主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴに対応して触媒温度Ｔｃａｔが低いほど主点火時期ＡＤＶを遅角させるように設定されている。
【００５６】
続くステップＳ１６にて、最終的な主点火時期ＡＤＶ（＝ＡＤＶｍ−ΔＡＤＶ）を算出する。算出された主点火時期ＡＤＶはメモリにストアされ、図示しない別の点火時期制御フローで使われる。
【００５７】
続くステップＳ１７にて、最終的な主燃料噴射時期ＩＴ（＝ＩＴｍ−ΔＩＴ）を算出する。算出された主燃料噴射時期ＩＴはメモリにストアされ、図示しない別の燃料噴射制御フローで使われる。
【００５８】
続くステップＳ１８にて、追加燃料噴射量Ｔｉ２を次式で算出する。
【００５９】
Ｔｉ２＝Ａ×Ｔｐ−Ｔｉ …（３）
ただし、Ａは主燃料噴射と追加燃料噴射による燃料の和による空燃比を所定のリーン空燃比とするための係数であり、１以下の値に設定される。リーン空燃比雰囲気とすることにより、触媒の活性化が早められる。ただし、全体の空燃比を厳密に制御する必要がない場合はＴｉ２を固定値としてもよい。また、膨張行程での追加燃料噴射では発生トルクがごくわずかであるため、主燃料噴射量Ｔｉを補正していないが、厳密に制御する場合には、発生トルクに応じて主燃料噴射量を減量補正してもよい。
【００６０】
続くステップＳ１９にて、追加燃料噴射時期ＩＴ２をマップから算出する。算出された追加燃料噴射時期ＩＴ２はメモリにストアされ、図示しない別の燃料噴射制御フローで使われる。この場合も、Ｔｉ２に無効噴射量Ｔｓを加えた駆動信号でインジェクタ５を駆動する。
【００６１】
追加燃料噴射時期ＩＴ２は図４に示す追加燃料噴射時期マップに基づき触媒温度Ｔｃａｔに応じて検索される。追加燃料噴射時期マップには触媒温度Ｔｃａｔが高いほど追加燃料噴射時期ＩＴ２が遅角されるように設定されている。
【００６２】
なお、図４に示す追加燃料噴射時期マップを用いるかわりに、第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２（＜ＴｃａｔＴＨ）を設定し、触媒温度Ｔｃａｔが第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２より低いときに追加燃料噴射時期ＩＴ２を固定の進角側時期とし、触媒温度Ｔｃａｔが第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２以上に高いときに固定の遅角側時期として、演算処理の簡素化をはかるようにしてもよい。この場合、第二の判定値ＴｃａｔＴＨ２として未燃焼ＨＣの５０％が触媒を介して酸化する触媒活性状態となる触媒温度に設定してもよい。
【００６３】
一方、Ｔｃａｔ≧ＴｃａｔＴＨとなる触媒活性化完了状態と判定された場合、ステップＳ２０に進み、エンジンの運転状態に応じた通常の燃料噴射と点火の制御を行う。
【００６４】
以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。
【００６５】
例えば冷間始動後のように燃料が排気ポート１０等で燃焼できない後燃え不能な排気系低温状態において、１回噴射モード制御により主燃料噴射のみを行い、追加燃料噴射を行わないことにより、追加噴射された燃料が未燃焼のまま触媒コンバータ２２に流入し、触媒を介して未燃焼のまま排出されることを防止できる。
【００６６】
この１回噴射モード制御において、主燃料噴射時期ＩＴを吸気行程に設定して均質燃焼させることにより、成層燃焼させる場合に比べて同一トルクを発生させる吸入空気量が少なくなり、排気温度を高めやすいため、触媒の活性化を早められる。
【００６７】
さらに、１回噴射モード制御では、燃焼安定性が確保される限界まで主点火時期ＡＤＶを遅らせて排気温度を上昇させることにより、触媒の活性化を早められる。
【００６８】
Ｔｐｏｒｔ≧ＴｐｏｒｔＴＨとなる後燃え可能な状態であり、かつＴｃａｔ＜ＴｃａｔＴＨとなる触媒不活性状態と判定された触媒暖機時に、２回噴射モードにより主燃料噴射を圧縮行程の後期で行い、続く膨張行程または排気行程で追加燃料噴射を行うことにより、追加燃料を排気通路２１または触媒コンバータ２２で燃焼させて、触媒を効率よく活性化させることができる。
【００６９】
この２回噴射モード制御において、主燃料噴射時期ＩＴを圧縮行程に設定して成層燃焼をさせることにより、均質燃焼をさせる場合に比べて主燃焼の空燃比をよりリーン空燃比にすることができ、その分だけ追加噴射する燃料を増やすことにより、追加燃料が排気ポート１０等で燃焼する熱により触媒の活性化を早められる。
【００７０】
同じく２回噴射モード制御において、触媒温度Ｔｃａｔが触媒活性温度よりかなり低い状態では、主燃料噴射時期ＩＴと主点火時期ＡＤＶを遅らせ、主燃料が燃焼する時期を遅らせることにより排気ガス温度を高め、排気ガスからの熱により触媒コンバータ２２を加熱する。触媒温度Ｔｃａｔが上昇して触媒活性化が進んで例えば未燃焼ＨＣの５０％以上が触媒を介して酸化するようになるのに伴い、主燃料噴射時期ＩＴと主点火時期ＡＤＶを燃焼安定性と発生トルクを両立して高めるように設定した通常の値に戻して、触媒コンバータ２２にて燃焼する燃料量を増やす。こうして、触媒コンバータ２２に触媒の活性化度合いに応じて未燃焼燃料を無駄なく供給し、触媒の活性化を早められる。
【００７１】
同じく２回噴射モード制御において、触媒温度Ｔｃａｔが触媒活性温度ＴｃａｔＴＨよりかなり低い状態では、追加燃料噴射時期ＩＴ２を膨張行程から排気行程の間で早い時期に設定し、燃焼室２や排気ポート１０等での酸化反応を促して排気ガス温度を高め、排気ガスからの熱により触媒コンバータ２２を加熱する。触媒温度Ｔｃａｔが上昇して触媒の活性化が進むのに伴い、追加燃料噴射時期ＩＴ２を膨張行程から排気行程の間で遅らせることにより、未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる燃料量を増やす。この未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる燃料は、触媒コンバータ２２において燃焼することにより触媒コンバータ２２を直接的に加熱するため、排気管等に対する放熱が少ない分、触媒コンバータ２２を効率よく加熱できる。こうして、触媒コンバータ２２に触媒の活性化度合いに応じて未燃焼燃料を無駄なく供給し、触媒の活性化を早められる。
【００７２】
他の実施の形態として、水温センサによって検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗと運転状態および始動時からの運転時間等に基づいて触媒温度Ｔｃａｔ、排気系温度Ｔｐｏｒｔをそれぞれ推定してもよい。この場合、例えばエンジン冷却水温度Ｔｗが３０°Ｃより低いときに、１回噴射モード制御を行い、エンジン冷却水温度Ｔｗが３０°Ｃ以上に上昇した触媒暖機時に、２回噴射モード制御を行うように構成してもよい。さらに、この２回噴射モード制御において、エンジン冷却水温度Ｔｗが３０°Ｃのときに、追加燃料噴射時期ＩＴ２を膨張行程における６０°ＡＴＤＣとし、エンジン冷却水温度Ｔｗが３０°Ｃが上昇するのに伴って膨張行程における１００°ＡＴＤＣまで次第に遅角させる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すエンジンの制御システム図。
【図２】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図３】同じく触媒温度Ｔｃａｔと主燃料噴射時期遅角補正値ΔＩＴの関係を示す特性図。
【図４】同じく触媒温度Ｔｃａｔと追加燃料噴射時期ＩＴ２の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ エンジン
４ 点火プラグ
５ インジェクタ
１０ 排気ポート
１１ コントロールユニット
１６ 排気ポート温度センサ
２２ 触媒コンバータ
２３ 触媒コンバータ
２５ 触媒温度センサ
Claims (7)
- 筒内の混合気に点火する点火プラグと、
筒内に燃料を噴射するインジェクタと、
排気通路に介装される触媒コンバータと、
前記触媒コンバータの触媒温度Ｔｃａｔを検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度Ｔｃａｔが所定値より低い触媒暖機時に前記インジェクタから吸気行程または圧縮行程で主燃料を噴射するとともに続く膨張行程から排気行程の間で触媒の活性化が進むにつれて噴射時期が遅れるように追加燃料を噴射する制御を行う２回噴射モード制御手段と、
前記触媒コンバータより上流側の排気系温度Ｔｐｏｒｔを検出する排気系温度検出手段と、
前記触媒暖機時であっても前記排気系温度Ｔｐｏｒｔが所定値より低く、燃料が前記触媒コンバータより上流側の排気通路内で燃焼できない後燃え不能時には前記インジェクタから吸気行程または圧縮行程で噴射するとともに続く膨張行程または排気行程での前記追加燃料の噴射を停止する制御を行う１回噴射モード制御手段と、
を備えたことを特徴とする筒内直噴式火花点火エンジン。 - 前記排気系温度検出手段は、排気ポートの温度を検出する排気ポート温度センサであることを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴式火花点火エンジン。
- 前記２回噴射モード制御手段は前記触媒温度Ｔｃａｔが上昇するのにしたがって前記追加燃料を噴射する時期ＩＴ２を遅らせる構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の筒内直噴式火花点火エンジン。
- 前記２回噴射モード制御手段は前記触媒温度Ｔｃａｔが上昇するのにしたがって前記主燃料を噴射する時期ＩＴと前記主燃料に対する主点火時期ＡＤＶの少なくとも一方を進める構成としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の筒内直噴式火花点火エンジン。
- 前記２回噴射モード制御手段は主燃料を噴射する時期ＩＴを圧縮行程に設定したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の筒内直噴式火花点火エンジン。
- 前記１回噴射モード制御手段は燃料を噴射する時期ＩＴを吸気行程に設定したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の筒内直噴式火花点火エンジン。
- 前記１回噴射モード制御手段はエンジンの燃焼安定度が確保される範囲で燃料を噴射する時期ＩＴと主点火時期ＡＤＶの少なくとも一方を遅らせる構成としたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の筒内直噴式火花点火エンジン。
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