JP5440482B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒内に向けて燃料を噴射する直噴インジェクタを備えたエンジンの制御装置に関する。

従来、エンジン（内燃機関）の排気通路上に酸化触媒，三元触媒といった触媒装置を備えた車両の排気浄化制御の一つとして、触媒の温度を迅速に活性温度まで高めるべく排気温度を上昇させる昇温制御が知られている。昇温制御には、排気中に含まれる未燃成分の酸化熱を利用して排気温度を上昇させるものや、点火時期のリタードによって排気温度を上昇させるもの等が存在する。

前者は、排気中の炭素成分（炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等）を触媒上で酸化させるときに生じる酸化熱を排気の昇温に利用するものである。例えば、筒内から排出される排気中に未燃液体成分（炭化水素ＨＣ）や未燃気体成分（一酸化炭素ＣＯ）が含まれるように、燃料噴射量や燃焼形態を制御する技術が知られている。また、排気通路上に燃料添加弁を追加して、炭化水素を排気中に直接添加する技術もある。
しかし、これらの技術では、エンジンを回転させるのに必要な燃料とは別に、触媒上での酸化反応で消費される燃料，添加剤が必要となる。さらに、触媒上で排気中の炭素成分を酸化させるには、触媒温度が所定の活性温度に達していなければならない。つまり、触媒が十分に温まっていない状態では他の手法を用いて触媒を昇温させる必要がある。

一方、後者は点火時期を圧縮上死点よりも遅角（リタード）側に制御して、排気行程後の排気通路内でも燃焼反応を進行させる（いわゆる後燃え状態とする）ことにより、排気温度を上昇させるものである。点火時期のリタードによって筒内での燃焼速度が低下すると、後燃えの傾向が強まり、排気温度がさらに上昇する。この場合、触媒上での酸化反応に頼ることなく排気温度を上昇させることが可能である。
また、上記のような点火リタード制御に加えて、燃料噴射時期を圧縮行程内に設定することで排気を昇温させる技術も知られている。点火直前の圧縮行程で燃料を噴射すると、燃料の筒内での拡散を抑制しやすく、筒内における燃料濃度の高い部位を点火プラグの近傍に局在化させやすくなる。これにより、点火時期の大幅なリタードが可能となり、排気温度がさらに上昇する。なお、圧縮行程で燃料を噴射する技術としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。

特許３６８０５５１号公報

しかしながら、エンジンの気筒内での燃焼安定性を考慮すると、点火時期のリタード量には限界があり、排気の昇温速度をさらに上昇させることが難しい。一方、近年では、エンジンに要求される環境性能や車両に要求される排ガス浄化性能が高度化しており、触媒をより早期に活性化するための新たな手法が模索されている。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、排気の昇温速度を促進して触媒の早期活性化を図り、排気性能を向上させることである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示するエンジンの制御装置は、エンジンの気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記エンジンの排気通路に介装された触媒の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料噴射手段に導入される燃料の圧力を検出する圧力検出手段と、前記温度検出手段で検出された前記触媒の温度、及び、前記圧力検出手段で検出された前記圧力に基づき、前記燃料噴射手段の作動状態を制御する制御手段とを備える。
前記制御手段は、前記エンジンの始動に際して実施する制御モードとして、少なくとも前記圧力が所定値以上の状態で開始され、前記燃料噴射手段によって各気筒の空燃比がストイキよりもややリーンとなる燃料量を圧縮行程で噴射する圧縮スライトリーンモードを有する。
さらに、前記制御手段は、前記制御モードとして、前記圧縮スライトリーンモードでの運転時において前記温度検出手段で検出された前記触媒の温度が所定温度以上であるときに、前記燃料噴射手段で噴射される前記燃料の噴射圧を前記圧縮スライトリーンモードでの目標値に対し低下させる低噴射圧モードを有する。
（２）また、前記圧縮スライトリーンモードは、前記エンジンの始動後、所定時間が経過した後に開始されることが好ましい。
（３）また、前記エンジンを搭載する車両のアクセルの開度を検出する開度検出手段を備え、前記圧縮スライトリーンモードは、前記開度検出手段で検出された前記開度が全閉の際に行われることが好ましい。

（４）また、前記制御手段が、前記触媒の温度が高いほど、前記噴射圧を低下させることが好ましい。
（５）また、前記制御手段が、前記燃料の噴射圧を低下させると同時に前記燃料の噴射期間を延長することが好ましい。
（６）あるいは、前記制御手段が、前記燃料の圧力を低下させる際に前記燃料の噴射期間を維持することが好ましい。

開示のエンジンの制御装置によれば、低噴射圧モードにおける燃料の噴射圧を圧縮スライトリーンモードにおける目標値に対して低下させることにより、噴霧微粒子の粒径を大きくすることができる。これにより、噴射された燃料での層状燃焼を安定化させつつ、気筒内での燃料成分の拡散や均一化を抑制することができ、燃焼安定性を低下させることなく排気中の未燃成分（例えば、未燃気体成分である一酸化炭素ＣＯや未燃液体成分である炭化水素ＨＣ）の含有量を増大させることができる。

また、燃料の噴射圧を低下させるのは触媒温度が所定温度以上である場合に限られるため、増大した排気中の未燃成分の触媒装置での酸化反応を促進することができ、触媒装置よりも下流側への未燃成分の流出量を減少させることができる。
したがって、エンジンの排気通路に介装された触媒の温度を効率的に昇温させることができ、触媒の早期活性化を図ることができ、排気性能を向上させることができる。

一実施形態に係るエンジンの制御装置のブロック構成及びこの制御装置が適用されたエンジンの構成を例示する図である。 本制御装置に記憶される触媒温度と燃圧の目標値との対応関係を例示するマップであり、（ａ）は燃圧の目標値が二段階に設定されるものであり、（ｂ）は燃圧の目標値が触媒温度に応じて連続的に設定されるものである。 本制御装置で実行されるエンジン始動時のフローチャートの例である。 本制御装置で実行される低噴射圧モード時のフローチャートの例である。 本制御装置による制御内容を説明するためのタイムチャートの例である。

図面を参照してエンジンの制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。

［１．装置構成］
本実施形態の制御装置は、図１に示す水冷式の多気筒エンジン１０（以下、単にエンジン１０と呼ぶ）に適用される。ここでは、エンジン１０に設けられた各気筒（シリンダ）のうちの一つを示し、気筒２０と呼ぶ。

気筒２０内には、コンロッドを介してクランクシャフト１７に接続されたピストン１６が往復摺動自在にはめ込まれている。コンロッドはピストン１６の往復運動をクランクシャフト１７の回転運動に変換するリンク部材である。また、気筒２０の周囲には、冷却水の流路となるウォータージャケット１８が設けられる。冷却水は、エンジン１０を冷却するための冷媒である。ウォータージャケット１８には冷却水通路２４が接続されており、冷却水はこれらのウォータージャケット１８及び冷却水通路２４の内部を循環している。

冷却水通路２４上には、電動式のウォーターポンプ２５及びラジエータ２６が介装される。ウォーターポンプ２５は、印加電圧に応じた回転数で駆動され、その回転数に応じた流量（単位時間あたりの流量）の冷却水を吐出する流量可変型のポンプである。ウォーターポンプ２５は図示しないバッテリに接続され、このバッテリからの電力供給を受けて作動する。なお、ウォーターポンプ２５に印加される電圧（ウォーターポンプ２５の回転数）は、後述するＥＣＵ３で制御される。

ラジエータ２６は冷却水と空気（例えば車両外部から導入される外気）との間で熱交換を行うことで冷却水を冷却する熱交換器である。エンジン１０で発生した熱はウォータージャケット１８内の冷却水に伝達され、ラジエータ２６で放熱される。

燃焼室のシリンダヘッド側の頂面には、吸気ポート１１及び排気ポート１２が接続される。吸気ポート１１の入口には吸気弁１４が設けられ、排気ポート１２の入口には排気弁１５が設けられる。吸気弁１４の開閉駆動により吸気ポート１１と燃焼室とが連通又は閉鎖され、排気弁１５の開閉駆動により排気ポート１２と燃焼室とが連通又は遮断される。これらの吸気弁１４及び排気弁１５の上端部は、それぞれ図示しないロッカシャフトに接続され、ロッカシャフトの揺動によって個別に上下方向に往復駆動される。

燃焼室の頂面における吸気ポート１１と排気ポート１２との間には点火プラグ１３が設けられる。点火プラグ１３での着火のタイミングは、ＥＣＵ３で制御される。また、排気ポート１２に接続された排気通路２１上には、触媒装置２２が介装される。この触媒装置２２は、排気中に含まれる炭素成分に対する酸化能を持つ触媒であり、例えば三元触媒や酸化触媒等を含むものである。

触媒装置２２の近傍には、排気温度C_HAIを検出する排気温度センサ９が設けられる。図１では、触媒装置２２の上流側に設けられたものが図示されている。排気温度センサ９は、触媒装置２２内の触媒温度C_CATを把握するための温度センサであり、ここで検出された排気温度C_HAIの情報はＥＣＵ３に伝達される。なお、触媒温度C_CATを直接検出する構成としてもよいし、排気温度C_HAIに関係する他のパラメータを用いて触媒温度C_CATを推定する構成としてもよい。本実施形態では、触媒装置２２に流入する排気温度C_HAIに基づいてＥＣＵ３で触媒温度C_CATを推定する場合の構成を説明する。

気筒２０への燃料供給用のインジェクタとして、吸気ポート１１内に燃料を噴射するポート噴射インジェクタ１と、気筒２０内に直接的に燃料を噴射する直噴インジェクタ２（燃料噴射手段）とが設けられる。ポート噴射インジェクタ１から噴射された燃料は、例えば吸気ポート１１内で霧化し、吸入空気とよく混ざった状態で気筒２０内に導入される。一方、直噴インジェクタ２から噴射された燃料は、例えば筒内に形成される層状の空気流に乗って点火プラグ１３の近傍に誘導され、吸入空気中に不均一に分布する。

なお、これらの二種類のインジェクタは、エンジン１０に設けられる図示しない他の気筒にも設けられる。これらのポート噴射インジェクタ１及び直噴インジェクタ２から噴射される燃料量及びその噴射タイミングは、ＥＣＵ３で制御される。例えば、ＥＣＵ３から各インジェクタ１，２に制御パルス信号が伝達され、その制御パルス信号の大きさに対応する期間だけ、各インジェクタ１，２の噴射口が開放される。この場合、燃料噴射量は制御パルス信号の大きさ（駆動パルス幅）に応じた量となる。

ポート噴射インジェクタ１は、低圧デリバリパイプ１９Ａを介して燃料供給路１９に接続される。低圧デリバリパイプ１９Ａは、各気筒のポート噴射インジェクタ１に対して燃料を分配するために設けられた管状通路である。また、各気筒の直噴インジェクタ２は、高圧デリバリパイプ１９Ｂ及び高圧ポンプ８を介して燃料供給路１９に接続される。高圧デリバリパイプ１９Ｂは、低圧デリバリパイプ１９Ａ内よりも高圧の燃料を各気筒の直噴インジェクタ２に対して分配するための管状通路である。直噴インジェクタ２に導入される燃料の圧力（燃圧P_HI）は、ポート噴射インジェクタ１に導入される燃料の圧力よりも高圧である。

高圧ポンプ８は、エンジン１０のクランクシャフト１７と連動する図示しないギヤを介して駆動力を受け、燃料供給路１９内の燃料をさらに加圧して高圧デリバリパイプ１９Ｂ内へと圧送する機械式の流量可変型ポンプである。高圧ポンプ８から吐出される燃料の圧送量F_HIは、ＥＣＵ３で可変制御される。
高圧デリバリパイプ１９Ｂには、燃圧レギュレータ２８が併設されている。この燃圧レギュレータ２８は、高圧デリバリパイプ１９Ｂ内の燃料の圧力が適正範囲内に維持されるように、その圧力を調節するものである。例えば、インテークマニホールド内の圧力変動や高圧ポンプ８側から流入する燃料の圧力（圧送圧）等に応じて、高圧デリバリパイプ１９Ｂ内の燃料の一部を燃料タンク２３側へと環流させる機能を持つ。本実施形態の燃圧レギュレータ２８で調節される燃圧P_HIの目標値は、ＥＣＵ３によって可変制御される。

燃料供給路１９の上流側にはフィードポンプ２７が設けられる。このフィードポンプ２７は、燃料タンク２３に蓄えられた燃料を燃料供給路１９側へと圧送する電動式又は機械式のポンプである。フィードポンプ２７によって圧送される燃料の圧力P_LOは、ポート噴射インジェクタ１に導入される燃料の圧力P_LOとなる。フィードポンプ２７から吐出される燃料の圧力P_LO及び圧送量F_LOは、エンジン１０の作動時にはほぼ一定としてもよいし、ＥＣＵ３によって可変制御されるものとしてもよい。

本実施形態のフィードポンプ２７は、高圧ポンプ８と同様に、エンジン１０から駆動力を受けて作動するポンプである。高圧デリバリパイプ１９Ｂには、直噴インジェクタ２に導入される燃圧P_HIを検出する燃圧センサ６が設けられる。ここで検出された燃圧P_HIの情報はＥＣＵ３に伝達される。

また、このエンジン１０には、クランクシャフト１７の回転角θ_CRを検出するクランク角度センサ５が設けられる。クランク角度センサ５で検出されたクランクシャフト１７の回転角θ_CRに関する情報はＥＣＵ３に伝達される。なお、単位時間あたりの回転角θ_CRの変化量からエンジン回転数Neを把握することができる。したがって、クランク角度センサ５はエンジン１０のエンジン回転数Neを検出する手段としての機能を持つ。エンジン回転数Neは、クランク角度センサ５で検出されたクランクシャフトの回転角θ_CRに基づいてＥＣＵ３が演算する構成としてもよいし、エンジン回転数Neをクランク角度センサ５の内部で演算する構成としてもよい。

冷却水通路２４上の任意の位置には、冷却水温Wを検出する水温センサ４が設けられる。また、エンジン１０を搭載した車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量に対応する操作量θ_ACを検出するアクセルペダルセンサ７が設けられる。水温センサ４で検出された冷却水温W及びアクセルペダルセンサ７で検出された操作量θ_ACの情報はＥＣＵ３に伝達される。

［２．制御構成］
［２−１．制御モード］
ＥＣＵ３（Electronic Control Unit，電子制御装置）は、エンジン１０の各気筒に対して供給される燃料噴射量，燃料供給手法及び点火タイミング等を総合的に制御する電子制御装置であり、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。
ＥＣＵ３には、エンジン１０の始動時に実施される運転モード（制御状態）として、「ＭＰＩモード」，「ＤＩモード」，「圧縮Ｓ／Ｌモード」及び「低噴射圧モード」の四種類のモードが設定されている。

ＭＰＩモードは、各気筒のポート噴射インジェクタ１から燃料を供給する制御モードである。ポート噴射インジェクタ１から吸気ポート１１内に噴射される燃料に要求される燃料の圧力P_LOは比較的低圧であり、すなわちポート噴射インジェクタ１に導入される燃圧が比較的低圧であっても、噴射された燃料を吸気ポート１１内で霧化させることが可能である。したがって、ＭＰＩモードは、例えばエンジン１０を始動させる時やクランキング中から実施可能なモードであるといえる。

ＤＩモードは、各気筒の直噴インジェクタ２から燃料を供給する制御モードである。直噴インジェクタ２から気筒２０内に噴射される燃料に要求される燃圧P_HIは比較的高圧であり、すなわち直噴インジェクタ２に導入される燃圧P_HIが比較的高圧でなければ、噴射された燃料での層状燃焼を安定化させることが難しい。したがって、ＤＩモードはＭＰＩモードよりもやや遅れて実施されるモードであり、例えばエンジン１０の始動後に実施される。本実施形態では、直噴インジェクタ２に導入される燃圧P_HIがある程度上昇した時点でＤＩモードが設定される。

圧縮Ｓ／Ｌモードは、排気の早期昇温を図るために圧縮スライトリーン運転を実施するモードであり、空燃比がスライトリーン（ストイキよりも僅かにリーンの空燃比であり、例えば14.7〜16の範囲内の空燃比）になるように、各気筒の直噴インジェクタ２から圧縮行程で燃料を供給しつつ、点火時期を大幅にリタードさせるものである。このモードは、ＤＩモードが設定されている状態でのみ、ＤＩモードと重複して設定される。つまり、圧縮Ｓ／Ｌモードは、ＤＩモードと同様に、直噴インジェクタ２への燃圧P_HIが比較的高圧であることを条件としたモードであるといえる。本実施形態では、エンジン１０の始動後、所定の時間が経過した時点ですでにＤＩモードが設定されている場合に、圧縮Ｓ／Ｌモードが設定される。

圧縮Ｓ／Ｌモードでは点火直前の圧縮行程で燃料が噴射されるため、筒内における燃料濃度の高い部位を点火プラグ１３の近傍に局在化させやすい（燃料の筒内での拡散を抑制しやすい）という利点があり、適切なタイミングで燃料を供給することで点火時期の大幅なリタードが可能となる。また、点火時期を遅らせて排気行程後の排気通路内でも燃焼反応を進行させる（いわゆる後燃え状態とする）ことにより、排気温度を上昇させることが可能である。なお、点火リタードによって気筒２０内での燃焼速度が低下すると、後燃えの傾向が強まり、排気温度はさらに上昇する。

また、圧縮Ｓ／Ｌモードでは気筒２０内での混合気の層状化により、空燃比をリーンにしつつ未燃気体成分である一酸化炭素（ＣＯ）を排気中に残留させることが可能である。この場合、排気中には燃焼に寄与しなかった空気成分（酸素）も残留するため、触媒装置２２での酸化反応が促進され、排気の温度が上昇する。言い換えると、圧縮Ｓ／Ｌモードでは、各気筒から排出される排気中に一酸化炭素及び酸素の両方を残留させる制御が実施される。

低噴射圧モードは、触媒温度C_CATに応じて直噴インジェクタ２に導入される燃圧P_HIを増減させる制御モードである。このモードは、圧縮Ｓ／Ｌモードが設定されている状態でのみ、圧縮Ｓ／Ｌモードと重複して設定される。本実施形態では、圧縮Ｓ／Ｌモードが設定されてから所定の時間が経過した時点以後に、低噴射圧モードが設定される。つまり、圧縮Ｓ／Ｌモードが設定されていない場合には、低噴射圧モードも設定されない。また、本実施形態では、触媒温度C_CATが所定温度C₀以上である場合に燃圧P_HIを低下させる制御が実施される。

低噴射圧モードでは、直噴インジェクタ２の噴射圧を減少させることにより、気筒２０内に供給される燃料の噴霧微粒子の粒径を大きくし、燃焼後に気筒２０から排出される排気中の未燃成分（例えば、未燃液体成分である炭化水素ＨＣや未燃気体成分である一酸化炭素ＣＯ）の含有量を増大させる制御が実施される。つまり、低噴射圧モード時の制御は、圧縮Ｓ／Ｌモード時における未燃成分の酸化反応をさらに促進するように作用する。

なお、エンジン１０の始動時ではない場合等に実施される制御モードとして、上記の四種類のモードとは別個に「通常モード」が設定される。この通常モードは、エンジン１０の始動後ある程度の時間が経過して排気温度が十分に昇温したときや、運転者によるアクセル操作がなされて車両が走行し始めたときに設定される。また、通常モードは、冷却水温Wが低く、圧縮Ｓ／Ｌモードやリッチリーンモードといった制御モードでの燃焼安定性が確保しにくい場合にも設定される。なお、具体的な通常モード時の制御内容は任意であり、例えばエンジン１０の運転状態や車両の走行状態に応じて適宜設定される。

［２−２．制御部］
ＥＣＵ３には、上記の各モードでの制御を実施するためのソフトウェア又はハードウェアとして、モード判定部３ａ，ＭＰＩ制御部３ｂ，ＤＩ制御部３ｃ，圧縮Ｓ／Ｌ制御部３ｄ及び噴射圧制御部３ｅが設けられる。ＥＣＵ３の入力側には水温センサ４，クランク角度センサ５，燃圧センサ６，アクセルペダルセンサ７及び排気温度センサ９が接続され、冷却水温W，回転角θ_CR（又は回転角θ_CRに基づいて演算されたエンジン回転数Ne），燃圧P_HI，アクセルペダルの操作量θ_AC，排気温度C_HAIがそれぞれ入力される。また、ＥＣＵ３の出力側には、ポート噴射インジェクタ１，直噴インジェクタ２のほか、点火プラグ１３，フィードポンプ２７，高圧ポンプ８，ウォーターポンプ２５，燃圧レギュレータ２８等が接続される。

モード判定部３ａは、エンジン１０の始動と上記の各モードの設定条件及び設定解除条件を判定するものである。モード判定部３ａで判定される条件を以下に例示する。通常モードは他のモードと重複して設定されないモードである。一方、通常モード以外の各モードについては、他のモードと重複して設定されうる。ここで設定されたエンジンの始動及び制御モードに関する情報は、ＭＰＩ制御部３ｂ，ＤＩ制御部３ｃ，圧縮Ｓ／Ｌ制御部３ｄ及び噴射圧制御部３ｅに伝達される。
（１）エンジン１０の始動
・エンジン回転数Neが所定回転数Ne₀以上になった
（２）通常モード
・エンジン始動後、所定の始動時間T_ENDが経過した
・アクセル操作がなされた
・冷却水温Wが所定温度W₀よりも低い
（３）ＭＰＩモード
・通常モードが設定されていない
（４）ＤＩモード
・エンジン始動後、所定時間T_A以内に燃圧P_HIが所定圧P_HI0以上となった
（ただし、所定時間T_A＜所定の始動時間T_END）
（５）圧縮Ｓ／Ｌモード
・ＤＩモードが設定された状態でエンジン始動後、所定時間T_Aが経過し、
かつアクセル全閉
（６）低噴射圧モード
・圧縮Ｓ／Ｌモードの開始後、第二所定時間T_Bが経過し、
かつ触媒温度C_CATが所定温度C₀以上

ＭＰＩ制御部３ｂは、ＭＰＩモード時の制御を司るものであり、ポート噴射インジェクタ１に制御パルス信号を出力して、燃料を吸気ポート１１内に噴射させる機能を持つ。ここで出力される制御パルス信号の大きさ（パルス幅）は、ポート噴射インジェクタ１から実際に噴射される燃料量に対応する。

ＤＩ制御部３ｃは、ＤＩモードに係る制御を司るものであり、直噴インジェクタ２に制御パルス信号を出力して、燃料を気筒２０内に噴射させる機能を持つ。ここで出力される制御パルス信号の大きさ（パルス幅）は、直噴インジェクタ２から実際に噴射される燃料量に対応する。また、ＤＩ制御部３ｃは、エンジン１０が始動すると高圧ポンプ８を制御して、高圧デリバリパイプ１９Ｂ内の燃圧P_HIを上昇させる機能を持つ。ここでいうエンジン１０の始動とは、モード判定部３ａで判定されるエンジン１０の始動を意味し、エンジン回転数Neが所定回転数Ne₀以上になった時点でエンジン１０が始動したものとする。

圧縮Ｓ／Ｌ制御部３ｄは、圧縮Ｓ／Ｌモード時の制御を司るものであり、圧縮行程内で燃料が噴射されるように、各気筒の直噴インジェクタ２に制御信号を出力する機能を持つ。また、各気筒の点火プラグ１３に制御信号を出力して点火時期を遅角させる機能を持つ。

噴射圧制御部３ｅは、低噴射圧モード時に実施される低噴射圧制御を司るものである。低噴射圧制御では、触媒温度C_CATに応じて高圧デリバリパイプ１９Ｂ内の燃圧P_HIが燃圧レギュレータ２８で調整され、すなわち直噴インジェクタ２の噴射圧が制御される。噴射圧制御部３ｅには、触媒温度算出部３１（検出手段）及び高圧ポンプ制御部３２（制御手段）が設けられる。

触媒温度算出部３１（検出手段）は、排気温度センサ９で検出された排気温度C_HAIに基づき、触媒装置２２内の触媒温度C_CATを算出するものである。ここでは、例えば触媒の熱容量に基づく時間応答差を考慮し、排気温度C_HAIの変動に対して所定の遅れを持って追従するように変動するものして触媒温度C_CATを算出する。この場合、排気温度C_HAIと触媒温度C_CATとの温度差や排気流量，触媒の熱容量等を用いて触媒温度C_CATの値やその変化速度を補正してもよい。

なお、具体的な触媒温度C_CATの検出，算出手法は任意であり、例えば触媒装置２２に内蔵された温度センサの検出情報から直接的に触媒温度C_CATを検出してもよいし、公知の演算手法を利用して、触媒装置２２の上流側，内部，下流側のうちの少なくとも一箇所の排気温度に基づいて触媒温度C_CATを演算してもよい。触媒温度算出部３１で得られた触媒温度C_CATの情報は、高圧ポンプ制御部３２に伝達される。

高圧ポンプ制御部３２（制御手段）は、燃圧P_HIの目標値を触媒温度C_CATに応じて設定するとともに、燃圧センサ６で検出される燃圧P_HIがその目標値に一致する、あるいは近づくように、燃圧レギュレータ２８を制御するものである。高圧ポンプ制御部３２には、触媒温度C_CATと燃圧P_HIの目標値との関係を規定したマップ，演算式等が予め記憶されている。例えば、図２（ａ）のマップに示すように、触媒温度C_CATが所定温度C₀未満であるときに燃圧P_HIの目標値が第一圧力P₁に設定され、触媒温度C_CATが所定温度C₀以上であるときに燃圧P_HIの目標値が第二圧力P₂（P₁>P₂）に設定される。このように高圧ポンプ制御部３２は、触媒温度算出部３１から入力された触媒温度C_CATに基づいて目標値を設定し、燃圧P_HIを制御する。

ここで設定される第一圧力P₁は、ＤＩモード時に要求される燃圧P_HIと略同一の値に設定される。したがって、触媒温度C_CATが所定温度C₀未満であって触媒活性が十分に高まっていない状態では、直噴インジェクタ２の噴射圧が低噴射圧モードの設定の前後で変化しない。
一方、第二圧力P₂は第一圧力P₁よりも小さい値に設定されるため、触媒温度C_CATが所定温度C₀以上であって触媒活性が十分に高められた状態では、直噴インジェクタ２の噴射圧が低下する。これにより、噴霧微粒子の粒径が大きくなり（言い換えると噴霧が粗大化し）、気筒２０内での燃焼反応性が僅かに低下するため、気筒２０から排出される排気に含まれる未燃成分が増加する。

［３．フローチャート］
［３−１．メインフロー］
本制御装置のＥＣＵ３でエンジン１０の始動時に実行される制御のメインフローチャートを図３に例示する。このメインフローは、ＥＣＵ３の内部で繰り返し実施されている。このメインフローのうち、ステップＡ１〜Ａ３０はおもにエンジン１０が始動してからの経過時間が所定時間T_A以内であるときの制御内容に対応する。一方、ステップＡ４１以降は所定時間T_Aを超えたときの制御内容に対応する。

ステップＡ１では、モード判定部３ａにおいて、エンジン１０の始動開始からの経過時間が所定の始動時間T_END以内であるか否かが判定される。ここでいう始動時間T_ENDは、エンジン１０が通常モードで制御され始めるまでの時間である。本制御装置ではエンジン１０が始動してから始動時間T_ENDが経過するまでの間に、上記のＭＰＩモードやＤＩモード，圧縮Ｓ／Ｌモード，低噴射圧モードが適宜設定され、各モードに対応する制御が実施される。なお、始動時間T_ENDの判定基準となるエンジン１０の始動開始時刻は、エンジン回転数Neに基づいて判定される。このステップの条件成立時にはステップＡ２へ進み、非成立時にはステップＡ１０へ進む。

ステップＡ２では、冷却水温Wが所定温度W₀以上である否かが判定される。冷却水温Wが低すぎる状態では筒内での燃焼安定性が低下するため、ここでは冷却水温Wが所定温度W₀以上である場合にのみ、通常モード以外の各モードが設定される。このステップの条件成立時にはステップＡ３へ進み、非成立時にはステップＡ１０へ進む。なお、ステップＡ１０では通常モードが設定される。

ステップＡ３では、エンジン１０のクランキングが完了したか否かが判定される。ここでまだエンジン１０が始動していないクランキング中であれば、ステップＡ２０へ進む。一方、すでにエンジン１０が始動してクランキングが完了していれば、ステップＡ４へ進む。なお、ステップＡ２０ではＭＰＩモードが設定され、ＭＰＩ制御部３ｂで各気筒のポート噴射インジェクタ１が制御される。

ステップＡ４では、モード判定部３ａにおいて、エンジン１０の始動からの経過時間が所定時間T_A以内であるか否かが判定される。この条件は、ＤＩモードの設定条件の一つである。このステップの条件成立時にはステップＡ５へ進み、非成立時にはステップＡ４１へ進む。
ステップＡ５では、モード判定部３ａにおいて、エンジン回転数Neが所定回転数Ne₀以上であるか否かが判定される。つまりここでは、クランキング中のエンジン１０が始動できたか否かが判定される。このステップの条件成立時にはステップＡ６へ進み、非成立時にはステップＡ７へ進む。

ステップＡ７では、エンジン１０がまだ始動できていないため、ＤＩ制御部３ｃにおいて高圧ポンプ８の圧送量F_HIがF_HI＝０に設定され、すなわち高圧ポンプ８が停止した状態とされる。一方、ステップＡ６に進んだ場合には、すでにエンジン１０が始動しており、高圧ポンプ８が安定して作動するため、ＤＩ制御部３ｃにおいて高圧ポンプ８の圧送量F_HIが以下の式に従って設定される。
なお、この時点でエンジン１０のクランキングが完了する。また、ここで設定された圧送量F_HIが吐出されるように高圧ポンプ８に制御信号が出力される。これにより、直噴インジェクタ２Ａ，２Ｂに導入される燃圧P_HIが上昇する。
(高圧ポンプ８の圧送量F_HI)＝(フィードポンプ２７の圧送量F_LO)−(燃料噴射量)−α

この式中の「燃料噴射量」とは、ポート噴射インジェクタ１及び直噴インジェクタ２から噴射される燃料量の合計である。なお、ＭＰＩモードでは、ポート噴射インジェクタ１から噴射される燃料量と同義である。
ステップＡ８では、モード判定部３ａにおいて、燃圧P_HIが所定圧P_HI0以上であるか否かが判定される。このステップの条件成立時にはステップＡ３０へ進み、ＤＩモードが設定される。この場合、ＭＰＩ制御部３ｂによるポート噴射インジェクタ１の制御と並行して、ＤＩ制御部３ｃによる直噴インジェクタ２の制御が実施される。また、ステップＡ８の条件の非成立時にはステップＡ２０へ進み、ＭＰＩモードが継続される。

エンジン１０の始動からの経過時間が所定時間T_Aを超えると、ステップＡ４からステップＡ４１へと制御が進行する。ステップＡ４１では、モード判定部３ａにおいて、その時点でＤＩモードが設定されているか否かが判定される。つまりここでは、エンジン１０の始動からの経過時間が所定時間T_A以内のときに燃圧P_HIが所定圧P_HI0以上まで上昇したか否かが判定される。このステップの条件成立時にはステップＡ４２へ進み、非成立時にはステップＡ７０へ進む。なお、ステップＡ７０ではＭＰＩモードが継続され、ＤＩモードやこれに続く圧縮Ｓ／Ｌ制御等は実施されない。

ステップＡ４２では、モード判定部３ａにおいて、アクセル開度が全閉（例えば、アクセルペダルの操作量θ_ACがθ_AC≒０）であるか否かが判定される。ここでアクセル操作がなされている場合にはステップＡ８０へ進み、通常モードが設定される。一方、アクセル操作がない場合にはステップＡ５０へ進み、圧縮Ｓ／Ｌモードが設定される。圧縮Ｓ／Ｌモードでは、ＭＰＩ制御部３ｂによるポート噴射インジェクタ１の制御と並行して、圧縮Ｓ／Ｌ制御部３ｄによる直噴インジェクタ２及び点火プラグ１３の制御が実施される。すなわち、各気筒の圧縮行程内で燃料が噴射されるように直噴インジェクタ２に制御信号が出力されるとともに、点火時期を遅角させるように各気筒の点火プラグ１３に制御信号が出力される。

これに続くステップＡ５１では、モード判定部３ａにおいて、圧縮Ｓ／Ｌモードの開始後、第二所定時間T_Bが経過したか否かが判定される。このステップの条件成立時にはステップＡ６０へ進み、低噴射圧モードを設定するか否かを判定するためのサブフローが実施される。このサブフローを図４に例示する。なお、このサブフローは、ＭＰＩ制御部３ｂによる制御及び圧縮Ｓ／Ｌ制御部３ｄによる制御に重複して実施される。
一方、ステップＡ５１の条件が非成立の場合には本メインフローを終了する。これにより、第二所定時間T_Bは圧縮Ｓ／Ｌ制御が実施される時間として確保される。つまり、低噴射圧制御は、圧縮Ｓ／Ｌ制御の継続時間が第二所定時間T_Bを超えた時点で開始される。

［３−２．サブフロー］
図４のサブフローは、例えば図３のメインフローのステップＡ６０が実行される毎に、噴射圧制御部３ｅの内部で繰り返し実施される。
ステップＢ１では、排気温度センサ９で検出された排気温度C_HAIが噴射圧制御部３ｅに読み込まれる。続くステップＢ２では、触媒温度算出部３１において、排気温度C_HAIに基づき触媒温度C_CATが算出される。

ステップＢ３では、高圧ポンプ制御部３２において、触媒温度C_CATが所定温度C₀以上であるか否かが判定される。ここで、触媒温度C_CATが所定温度C₀未満である場合にはステップＢ４に進み、燃圧P_HIの目標値が第一圧力P₁に設定される。したがって、続くステップＢ７では、高圧デリバリパイプ１９Ｂ内の燃圧P_HIが第一圧力P₁になるように燃圧レギュレータ２８が制御される。

一方、ステップＢ３で触媒温度C_CATが所定温度C₀未満であった場合には、ステップＢ５へ進んで低噴射圧モードが設定され、さらにステップＢ６で燃圧P_HIの目標値が第二圧力P₂に設定される。続くステップＢ７では、燃圧P_HIが第二圧力P₂まで減少するように燃圧レギュレータ２８が制御され、直噴インジェクタ２の噴射圧が低下する。これにより、気筒２０内の噴霧が粗大化し、気筒２０から排出される排気に含まれる未燃成分が増加する。

［４．作用］
上記のエンジン１０を搭載した車両において、エンジン１０の始動時に上記のフローチャートに従って制御が実施された場合の運転モードの設定状態と、エンジン１０に関する各種パラメータの経時変動とを図５に示す。
車両のイグニッションスイッチが時刻t₀に操作されると、図示しないスタータによるエンジン１０のクランキングが開始される。フィードポンプ２７から吐出される燃料の圧力P_LOがエンジン回転数Neに応じて脈動しつつ上昇し、ポート噴射インジェクタ１に導入される低圧デリバリパイプ１９Ａ内の燃圧P_LOが確保される。

このとき、冷却水温Wが所定温度W₀以上であれば、ＥＣＵ３のモード判定部３ａにおいてＭＰＩモードが設定され、各気筒のポート噴射インジェクタ１がＭＰＩ制御部３ｂに制御される。これにより、ポート噴射インジェクタ１に入力される制御パルス信号（駆動パルス幅）が時刻t₁に増大し、各気筒の吸気ポート１１への燃料噴射が開始される。なお、この時点ではまだ高圧ポンプ８が作動していないため、高圧デリバリパイプ１９Ｂ内の燃圧P_HIは低圧デリバリパイプ１９Ａ内の燃圧P_LOとほぼ同一値である。

エンジン回転数Neが徐々に上昇し、時刻t₂に所定回転数Ne₀以上になると、モード判定部３ａでエンジン１０が始動したと判定される。この時刻t₂は、通常モードや圧縮Ｓ／Ｌモードの設定条件に係る経過時間の計測開始時刻に相当する。このとき、ＤＩ制御部３ｃから高圧ポンプ８に制御信号が出力され、高圧ポンプ８が駆動される。これにより、高圧ポンプ８から吐出される燃料の圧送量F_HIは、時刻t₂以降に増大し、高圧デリバリパイプ１９Ｂ内の燃圧P_HIが上昇する。また、エンジン１０の始動により排気熱が排気通路２１及び触媒装置２２に移動し、触媒温度は徐々に上昇する。

時刻t₃に燃圧P_HIが所定圧P_HI0以上になると、モード判定部３ａにおいてＤＩモードが設定され、各気筒の直噴インジェクタ２がＤＩ制御部３ｃに制御される。これにより、直噴インジェクタ２に入力される制御パルス信号（駆動パルス幅）が時刻t₃に増大し、各気筒内への燃料噴射が開始される。
時刻t₂から所定時間T_Aが経過した時刻t₄には、モード判定部３ａにおいて圧縮Ｓ／Ｌモードが設定され、各気筒の直噴インジェクタ２及び点火プラグ１３が圧縮Ｓ／Ｌ制御部３ｄに制御される。すなわち、直噴インジェクタ２からの燃料噴射のタイミングが各気筒の圧縮行程内で完了するように変更されるとともに、点火時期が遅角方向に変更される。

圧縮Ｓ／Ｌモードでは、点火リタードに伴って排気温度が上昇する。また、排気中に一酸化炭素及び酸素が存在するため、触媒装置２２での酸化反応が促進される。これにより、圧縮Ｓ／Ｌモードが設定された時刻t₄以降の触媒温度はさらに上昇し、触媒が早期に活性化する。なお、時刻t₄は、低噴射圧モードの設定条件に係る経過時間の計測開始時刻に相当する。

時刻t₄から第二所定時間T_Bが経過した時刻t₅になると、噴射圧制御部３ｅでサブフローが実行され、低噴射圧モードを設定するか否かの判定が開始される。このとき、触媒温度C_CATが所定温度C₀以上であれば低噴射圧モードが設定され、燃圧レギュレータ２８が噴射圧制御部３ｅに制御される。これにより、直噴インジェクタ２に導入される燃圧P_HI、延いては直噴インジェクタ２の噴射圧が低下する。また、気筒２０内に噴射される噴霧微粒子の粒径が大きくなり、気筒２０から排出される排気に含まれる未燃成分が増加する。

一方、触媒温度C_CATは所定温度C₀以上であり十分に活性化された状態であるため、排気中の未燃成分は触媒装置２２内の触媒上で酸化反応に消費される。したがって、低噴射圧制御が実施される時刻t₅以降の触媒温度の上昇勾配はさらに増大し、触媒の更なる活性化が促進される。
なお、エンジン１０が始動した時刻t₂からの所定の始動時間T_ENDが経過した時刻t₆になると、モード判定部３ａにおいて通常モードが設定される。これにより、ＭＰＩモードやＤＩモード，圧縮Ｓ／Ｌモード，低噴射圧モードが終了し、通常のエンジン１０の制御が実施される。

［５．効果］
このように本制御装置によれば、直噴インジェクタ２から気筒２０内に供給される燃料の噴射圧を低下させることにより、噴霧微粒子の粒径を大きくすることができる。これにより、気筒２０内での燃焼反応性を僅かに低下させると同時に、気筒２０内での燃料成分の拡散や均一化を抑制することができる。つまり、燃焼安定性を低下させることなく排気中の未燃成分（例えば、未燃気体成分である一酸化炭素ＣＯや未燃液体成分である炭化水素ＨＣ）の含有量を増大させることができる。

また、燃料の噴射圧を低下させるのは、触媒温度C_CATが所定温度C₀以上である場合に限られるため、増大した排気中の未燃成分を触媒装置２２で効率的に酸化させることができる。これにより、触媒装置２２よりも下流側への未燃成分の流出を確実に防止することができ、エンジン１０の排気性能を向上させることができる。
したがって、触媒装置２２での未燃成分の酸化反応を促進することができ、触媒温度C_CATを効率的に昇温させることができ、触媒の早期活性化及び活性の更なる向上を促進することができる。

また、上記の制御装置の低噴射圧モードは、圧縮Ｓ／Ｌモードが設定されている状態でのみ設定される。つまり、本実施形態では圧縮スライトリーン運転と重複して低噴射圧制御が実施される。低噴射圧制御は、圧縮スライトリーン運転で排気中に生成される一酸化炭素や酸素といった触媒装置２２での酸化反応を促進する成分をさらに増量させるように作用する。したがって、圧縮スライトリーン運転に対して低噴射圧制御を適用することにより、圧縮スライトリーン運転で達成される昇温作用をさらに増幅することができ、排気温度を極めて効率的かつ迅速に上昇させることが可能となる。

［６．変形例等］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述の実施形態では、図２（ａ）に示すように、触媒温度C_CATに関するしきい値である所定温度C₀を境界として、燃圧P_HIの目標値を二段階に設定するものを例示したが、具体的な燃圧P_HIの目標値の設定手法はこれに限定されない。例えば、複数のしきい値を設定して燃圧P_HIの目標値を多段階に設定してもよい。

あるいは、図２（ｂ）に示すように、触媒温度C_CATが高温であるほど燃圧P_HIの目標値を減少させることも考えられる。この場合、触媒活性が高い状態であるほど排気中の未燃成分の含有量を増大させることができ、触媒装置２２での酸化反応をさらに加速することができる。したがって、触媒の早期活性化に拍車をかけることができる。

また、上述の実施形態では、燃圧レギュレータ２８を制御することで直噴インジェクタ２に導入される燃圧P_HIを変更しているが、高圧ポンプ８での燃料の吐出量や吐出圧を制御することで燃圧P_HIを変更してもよい。あるいは、上述の実施形態の直噴インジェクタ２の代わりに、噴射圧を自ら調整可能なインジェクタを用いることも考えられる。少なくともインジェクタからの噴射圧が低下すれば、噴霧微粒子の粒径を増大させることが可能である。

また、上述の実施形態の低噴射圧制御の制御対象は燃圧P_HIのみとされているが、このような制御に加えて、直噴インジェクタ２から噴射される燃料噴射量に関する制御を実施してもよい。燃圧P_HIの低下によって単位時間あたりに気筒２０内に供給される燃料量が減少する場合には、その減少量に応じて燃料の噴射期間を延長（例えば、直噴インジェクタ２の駆動パルス幅を増大）してもよい。このような制御を付加することにより、気筒２０内に供給される燃料噴射量を変化させることなく燃料の粒径を粗大化することができる。
また、ここでいう噴射期間の具体的な設定手法は多様に考えられ、例えば時間を基準とした期間としてもよいし、またはエンジン回転数Neやクランクシャフト１７の角速度等を基準とした期間としてもよい。

あるいは、低噴射圧制御を開始する前後で燃料の噴射期間を変更することなく維持してもよい。例えば、直噴インジェクタ２の低噴射圧制御時の駆動パルス幅を、圧縮Ｓ／Ｌモード時の駆動パルス幅と同一にすることが考えられる。この場合、気筒２０内に供給される燃料量が減少するほど、排気中の粒子状物質〔ＰＭ，炭素微粒子（すす）に炭化水素やサルフェート等が付着した〕の含有量も減少する。したがって、触媒装置２２での酸化反応に係る排気中の炭素成分を確保しつつ不要な成分を取り除くことができ、排気性能をさらに向上させることができる。

また、上述の制御装置では、エンジン１０の始動時の制御モードとして、通常モード，ＭＰＩモード，ＤＩモード，圧縮Ｓ／Ｌモード等の各種モードを備えたＥＣＵ３を例示したが、これらの制御モードは上述の制御装置に必須の要素ではない。また、各モードの設定条件は上述の実施形態に記載されたものに限定されず、他の複数のパラメータを用いて設定条件を定めてもよい。具体的な他のパラメータとしては、吸気流量やインテークマニホールド圧（吸気圧），過給圧（ターボ圧），吸気温度（給気温度），外気温，車速等を用いることが考えられる。

また、上述の実施形態では、低噴射圧モードの開始条件として、圧縮Ｓ／Ｌモードが設定されてから第二所定時間T_Bが経過したことが定められているが、具体的な低噴射圧モードの開始条件はこれに限定されない。少なくとも触媒温度C_CATが所定温度C₀以上であれば、低噴射モードを設定してもよいし、他の制御モードの設定に依存することなく独立して実施させてもよい。

２ 直噴インジェクタ（燃料噴射手段）
３ ＥＣＵ
３ａ モード判定部
３ｂ ＭＰＩ制御部
３ｃ ＤＩ制御部
３ｄ 圧縮Ｓ／Ｌ制御部
３ｅ 噴射圧制御部
３１ 触媒温度算出部（検出手段）
３２ 高圧ポンプ制御部（制御手段）
６ 燃圧センサ
８ 高圧ポンプ
９ 排気温度センサ
１０ エンジン
２２ 触媒装置
２８ 燃圧レギュレータ

Claims (6)

1. エンジンの気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   前記エンジンの排気通路に介装された触媒の温度を検出する温度検出手段と、
   前記燃料噴射手段に導入される燃料の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記温度検出手段で検出された前記触媒の温度、及び、前記圧力検出手段で検出された前記圧力に基づき、前記燃料噴射手段の作動状態を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段が、前記エンジンの始動に際して実施する制御モードとして、
   少なくとも前記圧力が所定値以上の状態で開始され、前記燃料噴射手段によって各気筒の空燃比がストイキよりもややリーンとなる燃料量を圧縮行程で噴射する圧縮スライトリーンモードと、
   前記圧縮スライトリーンモードでの運転時において前記温度検出手段で検出された前記触媒の温度が所定温度以上であるときに、前記燃料噴射手段で噴射される前記燃料の噴射圧を前記圧縮スライトリーンモードでの目標値に対し低下させる低噴射圧モードとを有する
   ことを特徴とする、エンジンの制御装置。
2. 前記圧縮スライトリーンモードは、前記エンジンの始動後、所定時間が経過した後に開始される
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記エンジンを搭載する車両のアクセルの開度を検出する開度検出手段を備え、
   前記圧縮スライトリーンモードは、前記開度検出手段で検出された前記開度が全閉の際に行われる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記制御手段が、前記触媒の温度が高いほど、前記噴射圧を低下させる
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記制御手段が、前記噴射圧を低下させると同時に前記燃料の噴射期間を延長する
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記制御手段が、前記噴射圧を低下させる際に前記燃料の噴射期間を維持する
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。

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