JP5447350B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室と吸気路とに燃料噴射弁をそれぞれ設けて、それぞれに燃料噴射を行う内燃機関の制御装置、特に、始動時における触媒の早期活性化を図れる内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関に採用される燃料噴射装置として、燃焼室内へ燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを備え、低負荷時には第１の燃料噴射弁から燃料を噴射して成層燃焼を実現し、高負荷時には第２の燃料噴射弁から燃料を噴射して均質燃焼を実現し、中負荷時には両噴射弁から燃料を噴射する装置が知られており、例えば、特許文献１（特開平４−２３７８５４号公報）に開示される。
ところで、このような内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを備えた内燃機関において、始動時から排気ガスを浄化する触媒を早期に活性化する技術が、特許文献２（特開２００６−２５８０２７号公報）に開示される。

ここには、基本的に、吸気通路に設けた吸気ポート噴射用燃料噴射弁による排気行程もしくは排気行程ないし吸気行程での燃料噴射を行い、これにより燃焼室全体にストイキオよりも比較的リーンな均質混合気を形成し、更に、筒内へ直接燃料噴射する燃焼室噴射用燃料噴射弁を用いて、圧縮行程で吸気ポート噴射用燃料噴射弁より多量となる燃料を燃焼室内に噴射供給し、点火栓周りにストイキオよりも比較的リッチな混合気を層状に形成して燃焼させるという、始動時の圧縮昇温運転処理が開示される。
この特許文献２では、圧縮昇温運転処理において、燃焼室噴射用燃料噴射弁の噴射量の割合を吸気通路噴射用燃料噴射弁の噴射量の割合と同等以上とすると共に、点火時期を遅角するように点火装置を制御するので、排気浄化触媒の急速暖機を実施して、始動時におけるエミッションの悪化を生じさせないという点が開示される。

特開平４−２３７８５４号公報 特開２００６−２５８０２７号公報

ところで、上述のように、冷態始動時の排気浄化触媒の早期活性化のために、上述の特許文献２に開示のように、冷態始動時の圧縮昇温運転処理での運転時に、燃焼室噴射用燃料噴射弁の噴射量の割合を吸気通路噴射用燃料噴射弁の噴射量の割合と同等以上に制御して、更に、点火時期を遅角するように点火装置を制御したとする。
しかし、内燃機関の排気系はエンジン本体に対する触媒取付位置や、取り付け状態が各種異なる点や、触媒種も各種異なる点より、内燃機関の冷態始動時における触媒の温度上昇が不十分となりやすく、冷態始動時における触媒の早期活性化をより的確に図ることが望まれている。

本発明は以上のような課題に基づきなされたもので、目的とするところは、冷態始動時における内燃機関の触媒の早期活性化を図れる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本願請求項１の発明は、複数の気筒を有する内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、燃料に点火する点火プラグと、内燃機関の排気路に設けられ排気を浄化する触媒と、前記点火プラグの点火時期を遅角制御して前記触媒を昇温させる触媒昇温制御手段と、を具備した内燃機関の制御装置であって、前記触媒昇温制御手段は、前記第１の燃料噴射弁の噴射時期を圧縮行程と設定し、前記第２の燃料噴射弁の噴射時期を排気行程と設定して燃料噴射を行う第１昇温モードと、前記第１昇温モード後に前記第１の燃料噴射弁の噴射時期を圧縮行程と設定し、前記第２の燃料噴射弁の噴射時期を一部の気筒を吸気行程に設定すると共に他の気筒を排気行程に設定する第２昇温モードを備えたことを特徴とする。

本願請求項２の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、前記運転情報に応じて設定された燃料量の燃料噴射を前記第１の燃料噴射弁と前記第２の燃料噴射弁とで分担して行うよう各燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、前記燃料噴射制御手段は、前記触媒昇温制御手段による前記触媒の昇温制御中に前記第２の燃料噴射弁の燃料量より前記第１の燃料噴射弁の燃料量が多くなるように分担することを特徴とする。

本願請求項３の発明は、請求項２記載の内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、前記第２昇温モード中の前記第２の燃料噴射弁において、前記一部の気筒の第２の燃料噴射弁の噴射量を前記他の気筒の第２の燃料噴射弁の噴射量より少なくすることを特徴とする。

本願請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置において、前記運転情報に基づき前記内燃機関の吸、排気弁の開閉時期を調整する可変動弁装置を制御する動弁制御手段、を有し、前記動弁制御手段は、前記第２昇温モード中に前記吸、排気弁のオーバーラップ量を拡大させることを特徴とする。

請求項１の発明は、点火時期を遅角制御した状態で、第１の燃料噴射弁の噴射時期を圧縮行程と設定し、第２の燃料噴射弁の噴射時期を排気行程と設定して燃料噴射を行う第１昇温モードと、第１の燃料噴射弁の噴射時期を圧縮行程と設定し、第２の燃料噴射弁の噴射時期を一部の気筒を吸気行程に設定するとともに他の気筒を排気行程に設定する第２昇温モードを備える。
これにより、第１昇温モードでは始動時の燃焼を安定させ触媒を早期に温度上昇させることができ、第２昇温モードでは一部の気筒の吸気行程中に吸気通路へ噴射した燃料の一部の燃焼室への飛び込み量を増加させ、燃料の液膜での流入を回避することとなり、これにより排温上昇を図れ、排気ガス浄化用の触媒を早期に温度上昇させることができる。

請求項２の発明は、触媒昇温時には高温の燃焼ガスを触媒に到達させるために点火時期を遅角させ、かつ良好な燃焼状態を維持する必要があり、そのために第１の燃料噴射弁の噴射割合を第２の燃料噴射弁より多くすることで、点火プラグまわりの混合気の空燃比のリッチ化を図り火炎の伝播を容易とし、点火リタード限界を拡大でき、これにより良好な燃焼状態を維持しつつ、排ガス量を増加させて触媒の早期活性化を行なうことができる。
排温上昇を図れ、排気ガス浄化用の触媒を早期に温度上昇させることができる。

請求項３の発明は、吸気行程において第２の燃料噴射弁から噴射される噴射量を少なくすることにより、液化のままの未燃燃料がオーバーラップ状態の間に吸気路から排気管へ直接吹き抜ける量を抑制し、液化のままの燃料が触媒に到達することを抑制することで、排気ガス改善を図ることが出来る。

請求項４の発明は、吸、排気弁のオーバーラップ量を拡大させることで、排気行程にある気筒では排気ガスの吹き返しが生じて内部ＥＧＲが増大し、噴射された燃料の霧化を促進して排出する未燃ＨＣを低減することができる。またＥＧＲの増大により燃焼が緩慢になり排気ガス流量が増加するので、触媒の早期活性化を図れる。

本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装置の全体構成図である。 図１の内燃機関の制御装置の制御機能部のブロック図である。 図１の内燃機関の制御装置の定常運転での噴射及び点火処理説明図である。 図１の内燃機関の制御装置の始動運転での噴射及び点火処理説明図で（ａ）はクランキング時、（ｂ）は回転立ち上がり時、（ｃ）回転変動時、（ｄ）回転安定時以降を示す。 図１の内燃機関の制御装置の冷態始動における各制御要素の経時変化特性説明線図である。 本発明の他の実施形態の冷態始動における各制御要素の経時変化特性説明線図である。 図１の内燃機関の制御装置が行う始動制御処理ルーチンのフローチャートである。 本発明の他の実施形態としての内燃機関の制御装置の全体構成図である。 図８の内燃機関の制御装置が行う始動制御処理ルーチンのフローチャートである。

以下、本発明の第１の実施の形態である内燃機関の制御装置について説明する。
図１は、本発明の内燃機関の制御装置を適用した内燃機関（以後エンジンと記す）１の全体構成図である。このエンジン１はエンジン本体２の上部のシリンダヘッド３の左右側壁面に吸気マニホールド４及び排気マニホールド５が一体結合され、吸気マニホールド４には吸気路Ｒｉが、排気マニホールド５には排気路Ｒｅが接続される。
図１に示すように、ここでのエンジン１は４気筒であり、各気筒は主要部をなす燃焼室６を備え、各燃焼室６の吸気路Ｒｉ側はそれぞれ対応する吸気マニホールド４を介して共通のサージタンク７に接続されている。

サージタンク７は、吸気ダクト８を介してエアクリーナ９に接続され、エアクリーナ９には、吸入吸気量Ｑａ情報を得るエアフローメータ１１が取り付けられる。吸気ダクト８の途中には電動モータ１２１によって駆動されるスロットルバルブ１２が配置されている。スロットルバルブ１２は、アクセルペダル１３とは独立してエンジン制御装置（以後単にＥＣＵと記す）１４の出力信号に基づいてその開度が制御される。さらに、スロットルバルブ１２にはスロットル開度センサ２８が配備され、同センサのスロットル開度θｓ情報がＥＣＵ１４に出力される。
ＥＣＵ１４は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス１４１を介して相互に接続されたＲＯＭ１４２、ＲＡＭ１４３、ＣＰＵ１４４、入力ポート１４５および出力ポート１４６を備え、後述する制御機能を発揮する。

なお、アクセルペダル１３の踏込み量に比例した出力を発生するアクセル開度センサ４１、エンジン回転数Ｎｅを表わす出力パルスを発生する回転数センサ４２の各検出信号は入力ポート１４５に入力される。ここで、ＥＣＵ１４のＲＯＭ１４２には、上述のアクセル開度センサ４１および回転数センサ４２により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。なお、図１において、エンジン本体２には同本体内の水温Ｔｗ情報を検出する水温センサ４６が配備され、その検出信号はＥＣＵ１４に出力されている。
図１に示すように、エンジン本体２の上部のシリンダヘッド３には機関駆動に連動する動弁系（一部のみ図示する）３１の吸気カムシャフト３２及び排気カムシャフト３３が配備される。両シャフト３２、３３が駆動されることで不図示の吸排バルブが開閉駆動され、これにより燃焼室６に対して吸気路Ｒｉ側の吸気ポートｉｐ及び排気路Ｒｅ側の排気ポートｅｐをそれぞれ開閉作動させ、吸気及び排気作動を行う。

ここでの吸気カムシャフト３２及び排気カムシャフト３３には吸、排気弁の開閉時期を調整する可変動弁装置３４、３５が取り付けられる。該可変動弁装置３４、３５の切換え用アクチュエーター３４１、３５１はＥＣＵ１４の弁開度制御信号に応じて吸、排気弁の開弁時期を変化調整し、オーバーラップ量Ｌｓ１（図４（ｄ）参照）を増減させるよう構成される。
エンジン１の各燃焼室６から延びる排気ポートｅｐは排気マニホールド５の分岐多岐管に接続され、これらにより排気路Ｒｅの上流部を成す分岐排気路が形成される。
各分岐排気路は排気マニホールド５の合流部５０１で単一の排気路Ｒｅとなり、その排気路Ｒｅの下流は排気管１６を介して三元触媒１５、マフラー１６１へと順次接続される。

図１に示すように、各気筒の燃焼室６には、燃焼室６に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁である筒内噴射弁１７が設けられ、吸気マニホールド４に連通する吸気ポートｉｐ（吸気路Ｒｉ側）には同部に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁である吸気路噴射弁１８が設けられ、全気筒が同様に形成されている。各噴射弁１７、１８はＥＣＵ１４の燃料制御信号を高圧、低圧駆動回路（インジェクタドライバ）３７、３８を介して受けて、燃料供給源から供給された燃料の噴射量を制御して燃焼室６、吸気ポートｉｐにそれぞれ噴射する。 燃焼室６に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁である筒内噴射弁１７は、共通の第１燃料分配管（コモンレール）１９に接続されており、この第１燃料分配管１９は、機関駆動式の高圧燃料ポンプ２１に接続されている。

燃料供給源側の高圧燃料ポンプ２１の吐出側は燃圧調整手段である電磁スピル弁２２を介して吸入側に戻されており、電磁スピル弁２２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ２１から第１燃料分配管１９に供給される燃料量が増量され、全開にされると燃料供給が停止され、同弁はＥＣＵ１４からの燃圧信号を受けて所定燃圧の燃料を筒内噴射弁１７に供給する。

一方、吸気ポートｉｐに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁である吸気路噴射弁１８は、共通する低圧側の第２燃料分配管（コモンレール）２３に接続されており、第２燃料分配管２３および高圧燃料ポンプ２１は共通の燃料圧レギュレータ２４を介して、低圧燃料ポンプ２５に接続されている。更に、燃料供給源側である低圧燃料ポンプ２５は燃料フィルタ２６を介して燃料タンク２７に接続されている。燃料圧レギュレータ２４は低圧燃料ポンプ２５から吐出された加圧燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、燃料の一部を燃料タンク２７に戻すように構成されている。したがって、吸気路噴射弁１８に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ２１に供給されている燃料圧が設定燃料圧を保持するよう調圧すると共に過度な燃圧上昇を阻止している。

図１に示すように、エンジン本体２内に配備される４つの燃焼室６には筒内噴射弁１７のほかに点火プラグ２９が取り付けられる。
点火プラグ２９には高電圧を出力する点火ユニット３６が接続されている。この点火ユニット３６は不図示のタイミング制御回路と高圧電源回路と点火コイルとで構成され、ＥＣＵ１４の点火信号に応じて点火コイルに高電圧を発生し、所定点火時期に点火処理を行う。
図１に示すように、第１燃料分配管（コモンレール）１９には管内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４３が取り付けられ、この燃料圧センサ４３の出力電圧は、入力ポート１４５に入力される。

なお、図１に示す三元触媒１５の上流の排気マニホールド５には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ（以下、Ａ／Ｆセンサとも記す）４４が取り付けられ、このＡ／Ｆセンサ４４の検出信号は入力ポート１４５に入力される。なお、このＡ／Ｆセンサ４４は、空燃比に比例した出力電圧を発生するリニア空燃比センサであるが、場合により、空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ_２センサ４５を用いてもよい。
図１に示すように、三元触媒１５は理論空燃比（ストイキオ）近傍において排気中のＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元を行なって排気を浄化することができる。この三元触媒（以後単に触媒と記す）１５の不図示の担持体に担持された触媒（プラチナ、ロジウム、パラジウム等）は、ある程度の温度（高温）にならないと、活性化せず、浄化機能が作用しない。

そこで、第１実施形態の内燃機関の制御装置では、エンジン１の始動後において、触媒１５の早期活性化を図るように、第１の燃料噴射弁である筒内噴射弁１７と第２の燃料噴射弁である吸気路噴射弁１８の駆動を制御する。
なお、触媒１５が活性化したか否かは、触媒１５の下流側に設けられる図示しない温度センサの出力値に基づいて触媒１５の活性化を判断する。また、エンジン冷却水の水温もしくはエンジンオイルの油温等を検知して触媒１５の温度を推定し、その結果に基づいて触媒１５の活性化を判断することもできる。

次に、ＥＣＵ１４の制御機能を説明する。図２に示すように、ＥＣＵ１４は、各気筒の点火プラグ２９の点火時期Ｔｉｎを制御する点火時期制御手段Ａ１と、運転情報に応じて設定された燃料量の燃料噴射を筒内噴射弁（第１の燃料噴射弁）１７と吸気路噴射弁（第２の燃料噴射弁）１８とで分担して行うよう制御する燃料噴射制御手段Ａ２と、点火時期制御手段Ａ１を介して点火プラグ２９の点火時期Ｔｎｊを遅角制御し（図４（ｃ）の符号δｒ）、燃料噴射制御手段Ａ２を介して筒内噴射弁（第１の燃料噴射弁）１７と吸気路噴射弁（第２の燃料噴射弁）１８とで運転情報に応じて設定され噴射量の燃料の噴射を行って触媒１５を第１、第２昇温モードＭ２により順次昇温させる触媒昇温制御手段Ａ３と、エンジン回転数Ｎｅを制御するエンジン回転数制御手段Ａ４と、吸排弁開閉制御手段Ａ５との各機能を備える。

図２に示す点火時期制御手段Ａ１はエンジン運転モードに応じて点火時期Ｔｎｊを修正する。定常運転モードにある場合は、図３に示すように、各気筒の基本点火時期Ｔｎｊ０を運転情報である水温Ｔｗあるいは吸気温Ｔａ等で補正し、補正した点火時期Ｔｎｊｎで点火処理を順次行う。
一方、エンジン１の始動モードにおいては、図４に示す始動処理を順次行なう。図４（ａ）に示すクランキング時には、まず、クランキングが時点ｔｓ０に開始されて、各気筒の基本クランク角が検出されると、図４（ａ）に示すように、１８０度毎の点火時期（Ｔｎｊｃ）に全筒同時点火を順次行う。更に、各気筒の基本点火時期が検出されると、予め設定された始動時点火時期Ｔｎｊ１（図４（ｂ）に示す）で点火処理を行う。

クランキング完了した時点ｔｓｓ以後は、エンジン回転数Ｎｅが上昇して（図５参照）所定回転数Ｎｅｓを上回る時点ｔｓ１を過ぎると、点火時期Ｔｉｎ１を、触媒早期活性化のため、遅角量δｓだけ遅角して点火時期Ｉｎｊ２（図４（ｃ）、（ｄ）参照）に遅角する。
この遅角処理によりエンジン回転が不安定化する傾向にあるが、ここではこれを改善するため、スロットルバルブ１２の開度が増量補正され、吸入空気量Ｑａが増量ｄｑａされており、排ガス量が増加され、触媒１５の早期活性化を図る処理が同時に行われることとなる。

次に、図２に示す燃料噴射制御手段Ａ２は運転情報に応じて設定された燃料量の燃料噴射を第１の燃料噴射弁１７と第２の燃料噴射弁１８とで分担して行うよう制御する機能を備え、その際、定常運転域での噴射制御機能を備える定常噴射制御部Ａ２−１と、始動時に触媒早期活性化を図る噴射制御機能を備える始動噴射制御部Ａ２−２とで構成される。 定常噴射制御部Ａ２−１は、暖気後の定常運転域において、エンジン回転数Ｎｅとアクセルペダル踏込量θａに応じた燃料噴射量Ｑｆを所定の定常燃料量演算マップ（不図示）より求める。更に、この燃料噴射量Ｑｆを筒内噴射弁（第１の燃料噴射弁）１７と吸気路噴射弁（第２の燃料噴射弁）１８とに予め設定した分配比率で分割し、例えば、図３に示すように、定常運転域では、筒内噴射弁１７の噴射量Ｑｄが吸気路噴射弁１８の噴射量Ｑｍｐに対し多くなるよう、例えば、６：４の比率となるように設定して、定常運転でのエンジン１の回転安定化を図る。

図３に示すように、この定常運転域では、１〜４の各気筒の筒内噴射弁１７の噴射を圧縮行程（ＴＤＣの前）での噴射時期Ｉｄｎに、各気筒の吸気路噴射弁１８の噴射を排気行程（ＴＤＣの前）での噴射時期Ｉｍｐ１に行うことで、着火性確保のため点火栓回りをリッチ化し、その回りはリーン化して、適正出力確保と排気ガス浄化特性を改善するようにする。
一方、始動噴射制御部Ａ２−２は、エンジン１の始動時に機能する。この始動噴射制御部Ａ２−２は、１〜４の各気筒の吸気路噴射弁１８を用い、所定のクランキング時燃料量Ｑｆｃを不図示の演算マップで求め、図４（ａ）に示すように、クランキング時燃料量Ｑｆｃの噴射を１燃焼サイクルあたり２度（３６０度毎）に分けて全筒同時噴射を行い、適宜の気筒より点火膨張を開始させて、エンジンを起動する。

次に、始動噴射制御部Ａ２−２は、クランキング完了時点ｔｓｓ以後、エンジン回転数Ｎｅが上昇し所定回転数Ｎｅｓ（図５参照）を上回る時点ｔｓ１に達するまでの間は、運転情報に応じて設定された始動時燃料量Ｑｆｓを筒内噴射弁１７と吸気路噴射弁１８とで分担して噴射する。例えば、筒内噴射弁１７の噴射量Ｑｄが吸気路噴射弁１８の噴射量Ｑｍｐに対し多くなるよう、ここでは、例えば、６：４の比率となるように設定する。この際、筒内噴射弁１７の噴射時期Ｉｄ１は定常運転域の場合と同様の圧縮行程で行い、吸気路噴射弁１８の噴射時期Ｉｍｐ１は排気行程で行う。
次に、エンジン回転数Ｎｅが上昇し所定回転数Ｎｅｓ（図５参照）を上回る時点ｔｓ１に達すると、図４（ｃ）に示す第１昇温モードＭ１での燃料噴射処理に入る。ここでは始動時の燃焼を安定させ触媒を早期に温度上昇させるよう処理する。

第１昇温モードＭ１では、運転情報に応じて設定された始動時燃料量Ｑｆｓを筒内噴射弁１７と吸気路噴射弁１８とに予め設定した分配比率で分割する。例えば、筒内噴射弁１７の噴射量Ｑｄが吸気路噴射弁１８の噴射量Ｑｍｐに対し多くなるよう、ここでは、例えば、７：３の比率となるように設定する。更に、筒内噴射弁１７の噴射時期は定常運転域の噴射時期Ｉｄ１より更にリタード量δｒだけ遅角した噴射時期Ｉｄ２に行う。
このように筒内噴射弁１７の噴射量Ｑｄが増量されることで、着火性を改善し、これにより、点火リタード量の増加を図り、容易化する。これに伴う吸入空気量の増処理を成すことにより、排ガス量の増加を図れ、これにより触媒の早期活性化を促進できる。

更に、始動噴射制御部Ａ２−２は始動時において、図５に示すように時点ｔｓ１より経過時間ｔαが経過してエンジン回転数Ｎｅが安定化すると見做される時点ｔｓ２に達すると、第２昇温モードＭ２での燃料噴射処理に入る。図４（ｄ）に示すように、ここでは排温上昇を図り、排気ガス浄化用の触媒を早期に温度上昇させるよう処理する。
この第２昇温モードＭ２において筒内噴射弁１７は第１昇温モードＭ１と同様に、リタード量δｒだけ遅角した噴射時期Ｉｄ２をそのまま保持する。
一方、吸気路噴射弁１８に関しては、一部の気筒（ここでは点火順序が連続しない＃１，＃４気筒）の吸気行程中に吸気通路へ噴射した燃料の一部の燃焼室への飛び込み量を増加させる。即ち、噴射した燃料を吸入気流に乗せて搬送し、噴射した燃料の吸気ポートの内壁面への付着を低減するようにして、燃焼室での混合気のリッチ化を図るようにする。

更に、吸気路噴射弁（第２の燃料噴射弁）１８のうちの他の気筒（ここでは＃２，＃３）は排気行程噴射にそのまま保持する。ここで吸気行程噴射に切換えた気筒の燃焼室では、吸気行程で噴射された燃料が燃焼室内に飛び込み、霧化されたとしても、未燃の状態で排気される場合があり、そのような状況下では、回転が不安定化する場合がある。このような回転変動を抑制する上で、点火順序が連続しない一部の気筒（ここでは＃１、＃４）のみを吸気行程噴射に設定し、他の気筒（ここでは＃２，＃３）は排気行程噴射にそのまま保持することで、過度に回転変動することを抑制出来る。
次に、図２に示す触媒昇温制御手段Ａ３は、点火時期制御手段Ａ１を介して点火プラグの点火時期を遅角制御し、燃料噴射制御手段Ａ２を介して筒内噴射弁１７と吸気路噴射弁１８とで分担して運転情報に応じて設定された燃料噴射を行って触媒１５を第１、第２昇温モードＭ１、Ｍ２により昇温させる触媒昇温制御を行うよう機能する。

即ち、触媒昇温制御手段Ａ３は、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅｓ（図５参照）を上回る時点ｔｓ１に達すると、第１昇温モードＭ１での制御を行う。この第１昇温モードＭ１で点火時期制御手段Ａ１を制御して、点火時期Ｔｉｎ１を遅角量δｓだけ遅角した点火時期Ｔｉｎ２に保持し、触媒早期活性化を図る。同時に、第１昇温モードＭ１では、燃料噴射制御手段Ａ２を作動させ、所定の始動時燃料量Ｑｆｓを筒内噴射弁１７と吸気路噴射弁１８とに予め設定した分配比率、例えば、７：３の比率となるように設定する。更に、筒内噴射弁１７の噴射時期は定常運転域の圧縮行程Ｉｄ１より更にリタード量δｒだけ遅角した噴射時期Ｉｄ２に行う。即ち、この第１昇温モードＭ１は、筒内噴射弁１７の噴射時期のリタード及び点火時期のリタードによる触媒早期活性化モード（Ｓ／Ｌモードと称呼することもある）である。

次に、時点ｔｓ１より経過時間ｔαが経過して時点ｔｓ２に達すると、第２昇温モードＭ２での制御を行う。ここでも点火時期制御手段Ａ１を制御して、経過時間ｔαが経過してエンジン回転数が安定化すると見做される時点ｔｓ２に達した後も点火時期Ｔｉｎ２を保持する。
同時に、第２昇温モードＭ２では、筒内噴射弁１７は圧縮行程Ｉｄ２を保持している。ここでは、基本的に圧縮行程噴射による燃焼安定化により点火リタード限界を拡大でき、これに応じて排ガス量を増加させて早期活性化を図ることが出来る。

しかも、一部の気筒（＃１，＃４気筒）の吸気路噴射弁１８は吸気行程中に噴射する。このため、燃料の一部の燃焼室６への飛び込み量を増加させる。この場合、燃料が吸入気流に乗って搬送されるので、吸気ポートの内壁面への付着を低減して、燃焼室６の混合気のリッチ化を図ることとなる。このリッチ化により、筒内での火炎の伝播が容易となり、これにより排温上昇を図れ、排気ガス浄化用の触媒を早期に温度上昇させることができる。
更に、他の気筒（ここでは＃２，＃３）の吸気路噴射弁１８は、排気行程噴射を保持し、これにより、エンジンの回転変動を抑制するよう機能することができる。

次に、エンジン回転数制御手段Ａ４はエンジン回転数Ｎｅを検出し、各運転域での目標エンジン回転数を演算して設定し、実エンジン回転数が目標エンジン回転数に収束するようにスロットル開度θｓを保持する。更に、クランキング時において、エンジン回転数Ｎｅが上昇して所定回転数Ｎｅｓを上回る時点ｔｓ１（図５参照）に達すると、冷態始動用のエンジン回転数Ｎｅｓ（暖気促進用回転数）を保持するようにスロットル開度θｓを修正保持するよう機能する。
次に、吸排弁開閉制御手段Ａ５はエンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅｓを上回る時点ｔｓ１通過後に時点ｔｓ２（図６参照）までの経過時間ｔαの間は、図４（ｃ）に示すように、吸、排気弁の開弁時期Ｂｅ，Ｂｉのオーバーラップ量（図４（ｃ）、（ｄ）参照）を比較的小さい値Ｌｓ１に保持し、回転安定特性を高めている。

更に、経過時間ｔαの経過後の時点ｔｓ２に達すると、吸、排気弁の開弁時期Ｂｅ，Ｂｉのオーバーラップ量（図４（ｄ）参照）をＬｓ２に増加させる。これにより、吸、排気量の増加を図ることができる。
この際、図４（ｄ）に示すように、すでに、筒内噴射弁１７の噴射をリタード量δｒだけ遅角した噴射時期Ｉｄ２に行っており、燃焼室６で霧化された未燃ガスの発生が増え、その未燃ガスの排気路Ｒｅへの流出が増え、この点でも排気路での未燃ガスの燃焼を促進させることとなり、触媒１５の早期活性化を確実に図ることを可能としている。
更に、図４（ｄ）に示すように時点ｔｓ２以降では、吸気路噴射弁１８の内の＃１，＃４の２つの気筒において噴射が吸気行程の噴射時期Ｉｍｐ２にリタードされ、オーバーラップ量を拡大させることで、排気行程にある気筒では排気ガスの吹き返しが生じて内部ＥＧＲが増大し、噴射された燃料の霧化を促進して排出する未燃ＨＣを低減することができる。またＥＧＲの増大により燃焼が緩慢になり排気ガス流量が増加するので、触媒の早期活性化を図れる。

次に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の作動を、ＥＣＵ１４が行う図７に示す始動制御処理に沿って説明する。ここで、始動制御ルーチンに先立ち不図示のメインルーチンではメインキースイッチのオンと同時に各種の運転情報データを取り込み、所定の格納エリアにストアしている。
しかも、エンジン１が冷態始動時におけるクランキングに入ったことを検出した所定のタイミングで始動制御ルーチンのステップｓ１に達する。
ステップｓ１では、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度θａ、スロットル開度θｓ、水温Ｔｗ、空燃比Ａ／Ｆ、酸素濃度Ｏ_２等のエンジン運転情報のデータを取り込み、最新データとしてストアし、ステップｓ２に進む。

ここでエンジンが冷態始動直後をエンジン回転数Ｎｅ、水温Ｔｗ等より求め、冷態始動時にはステップｓ３に、そうでないとステップｓ９に進む。そこでは通常の暖気完了後に一旦エンジン停止が成され、その後に再度のクランキング処理に入ったような場合に達すると見做される。
ステップｓ９に達した場合、すでに図４（ａ）のクランキング処理の後に図４（ｂ）の回転上昇が成され、ここでは、定常制御部Ａ１−１として機能する。ここでは、図３の定常時の燃料噴射処理と定常時の点火時期制御が成され、メインルーチンにリターンする。

次に、冷態始動時にステップｓ３に達するとする。ここでは不図示のアイドルスイッチＩＤＳＷのオン時を判断し、オフでは加速運転に入ることより、ステップｓ９を経てメインルーチンにリターンする。

オンでステップｓ４に達すると、冷態始動直後と触媒昇温モードであるかを、エンジン回転数Ｎｅがアイドル回転Ｎｅｉ以下で、アクセル開度θａが閉開度で、スロットル開度θｓがアイドル判定開度θｓ１以下で、水温Ｔｗが冷態判定温度Ｔｗ１以下、等の条件を判定し、そうであるとステップｓ５に、そうでないと、ステップｓ９を経てメインルーチンにリターンする。
冷態始動直後と触媒昇温モードでありステップｓ５に達すると、始動制御部Ａ１−２としての制御に入る。
ステップｓ５では、図４（ａ）のモードで冷態始動に入る。即ち、１〜４の気筒の全吸気路噴射弁１８に、始動時燃料量Ｑｆの１／２の噴射量で１燃焼サイクルあたり２度の分割噴射時期Ｉ_１、Ｉ_２に同時噴射し、同時に１８０度毎の点火時期（Ｔｎｊｃ）に全筒同時点火を同時に行い、クランキングを行う。このクランキングによりエンジン回転が上昇し、所定回転数Ｎｅｓを上回る時点ｔｓ１（図５参照）に達すると、所定の始動時燃料量Ｑｆを求め、例えば、筒内噴射弁１７の噴射量Ｑｄが吸気路噴射弁１８の噴射量Ｑｍｐに対し多くなる、６：４の比率で噴射し、回転上昇及び安定化を図る。

時点ｔｓ１の後、１〜４の気筒の筒内噴射弁１７の噴射時期を所定リタード量δｒだけ遅角した噴射時期Ｉｄ２に、吸気路噴射弁１８の噴射時期を定常時と同じ噴射時期Ｉｍｐ１（＝ｍｐｎ）に保持し、燃料噴射を継続する。更に点火時期（Ｔｎｊ１）の遅角修正量δｓ（図４参照）を行い、霧化された未燃排ガス量の増大に伴う排温の上昇を図り、触媒の早期活性化を促進し、第１昇温モードＭ１の制御を行なう。このようなステップｓ５での処理で、回転安定特性を保持した上で、三元触媒１５の活性化を促進している。
次いで、ステップｓ６に進むと、第１昇温モードＭ１の制御の後、経過時間ｔαの経過を待ち、時点ｔｓ２に達するとステップｓ７に達する。

ここでは、すでに筒内噴射弁１７の噴射をリタード量δｒだけリタードした噴射時期Ｉｄ２に行っており、燃焼室６での未燃ガスの発生が増えている。更に、この時点ｔｓ２では、＃１，＃４の２つの気筒において、吸気路噴射弁１８の噴射が吸気行程の噴射時期Ｉｍｐ２にリタードされている。この吸気行程中に噴射するため、燃料が吸入気流に乗って搬送されるので、吸気ポートの内壁面への付着を低減して、燃料の一部が燃焼室６へ飛び込む量を増加させることとなる。この場合、燃焼室６の混合気のリッチ化を図ることとなりこれにより、筒内での火炎の伝播が容易となり、排温上昇を図れ、排気ガス浄化用の触媒を早期に温度上昇させることができる。

更に、吸、排気弁の開弁時期Ｂｅ，Ｂｉのオーバーラップ量（図４（ｄ）参照）をＬｓ２に増加させ、排気行程にある気筒では排気ガスの吹き返しが生じて内部ＥＧＲが増大し、噴射された燃料の霧化を促進して排出する未燃ＨＣを低減することができる。またＥＧＲの増大により燃焼が緩慢になり排気ガス流量が増加するので、触媒の早期活性化を図れる。
この後、ステップｓ８に達すると、触媒１５が活性化したか否かを触媒１５の下流側に設けられる図示しない温度センサの出力値に基づいて触媒１５の活性化を判断する。ここでは、三元触媒１５の活性化で出力値が出口側排気温度の上昇（酸化反応）が生じたと見做せる所定のしきい値に達したか否か判断し、達するまではステップｓ６に戻り、しきい値に達すると、触媒温度の昇温が完了し、活性化が進んだと判断すると、メインルーチンにリターンする。

このように、エンジン回転数Ｎｅが上昇し、所定回転数Ｎｅｓを上回ると、筒内噴射弁１７の圧縮行程噴射の時期を遅角修正するにあたり、点火時期の遅角修正量（リタード量δｓ：図５参照））を比較的大きく採ることが容易となる。これに伴いエンジン回転数の安定化のための吸入空気量増加修正（修正量ｄｑａ：図５参照）制御を行うことで排気ガス量の増大と排温の上昇とを図ることが容易化され、触媒の早期活性化を促進できる。
更に、経過時間ｔαが経過してエンジン回転数が安定化すると見做される時点ｔｓ２（図５参照）に達すると、点火順序が連続しない気筒、例えば＃１，＃４気筒の吸気路噴射弁１８の燃料噴射時期を図４（ｄ）に示すように、排気行程から吸気行程に遅角修正するので、エンジン回転数の変動を抑制した上で、吸気通路Ｒｉへ噴射された燃料の燃焼室６への飛び込み量を増加でき、この場合、燃焼室６の混合気のリッチ化を図ることとなりこれにより、筒内での火炎の伝播が容易となり、排温上昇を図れ、排気ガス浄化用の触媒を早期に温度上昇させることができる。更に、一部燃料の気化が遅れて燃焼しなくても、それが排気路Ｒｅに直接流入し、これが三元触媒１５の早期活性化を促進できる。

上述のところで、エンジン回転数が経過時間が経過して安定化して時点ｔｓ２に達すると、例えば＃１，＃４気筒の吸気路噴射弁１８の燃料噴射を遅角修正したが、場合により全気筒の吸気路噴射弁１８の吸気通路への燃料噴射を排気行程から吸気行程に遅角修正するようにした第２の実施形態を構成しても良い。
この第２実施形態は、第１実施形態とはこの全気筒の吸気路噴射弁１８の遅角処理を行う以外は同一の構成を採るため、ここでは、重複図面の説明を略し、重複説明を略す。
第２実施形態の場合、吸気路噴射弁１８により吸気行程中に吸気通路へ噴射された燃料の一部が直接燃焼室６へ飛び込むという吸気流の作動が全気筒において行われるので、全気筒の吸入行程直後の圧縮、燃焼が促進されて排ガスの昇温を確実に図れ、エンジン暖気が早期に進む。更に、この際、全燃焼室６で直接燃焼室６へ飛び込んだ燃料の一部が霧化されたままで燃焼しなくても、それが排気路Ｒｅに達した際に三元触媒１５の早期活性化をより確実に促進することができる。

次に、本発明の第３の実施形態を説明する。この第３の実施形態の内燃機関の制御装置は図８に示すように、吸気カムシャフト３２及び排気カムシャフト３３には機関回転に同期して回転する動弁装置３４ａ、３５ａが採用され、開閉時期を調整する可変動弁装置は排除され、構成の簡素化が図られており、その他の構成は第１実施形態と同一箇所が多く、同一部材には同一符号を付し、重複説明を略した。
ここでは第１実施形態の内燃機関の制御装置と同様に、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期が制御されるが、吸、排気弁のオーバーラップ量の増減制御は排除され、図９の始動制御ルーチンによる制御が行われる。
この図９の始動制御ルーチンの制御は、図７の始動制御ルーチンと対比して、ステップｓ７に代えてステップｓ７ａが行われる点でのみ相違するため、重複部分の説明は簡略化する。

図９の始動制御ルーチンでは、ステップｓ１〜ｓ６において、エンジン運転情報の取り込み、定常運転時には定常時の燃料噴射処理と定常時の点火時期制御がステップｓ９で成され、メインルーチンにリターンする。冷態始動時にはアイドルスイッチオンを確認して冷態始動直後と触媒昇温モードであると判断すると、ステップｓ５でクランキング処理を行う。更に、その後の回転の上昇時ｔｓ１には、筒内噴射弁１７の噴射量Ｑｄが吸気路噴射弁１８の噴射量Ｑｍｐに対し多くなる比率で噴射し、その際、１〜４の気筒の筒内噴射弁１７の噴射時期をリタード量δｒだけ遅角した噴射時期Ｉｄ２に、吸気路噴射弁１８の噴射時期を定常時と同じ噴射時期Ｉｍｐ２に保持し、燃料噴射を継続し、回転安定化と排温上昇を容易化し、第１昇温モードＭ１で機能する。経過時間ｔαの経過後の時点ｔｓ２にはステップｓ７ａに達する。

ステップｓ７ａでは、すでに点火時期の遅角δｓが成され、更に、筒内噴射弁１７がリタード量δｒだけリタードした噴射時期Ｉｄ２に燃料噴射し、＃１，＃４の２つの気筒が吸気路噴射弁１８の噴射時期Ｉｍｐ２にリタード（リタード量δｑ）される。これによって、排気路Ｒｅへの未燃ガスの直接流出量が増え、しかも、排気路Ｒｅで＃１，＃４の未燃ガスが＃２，＃３気筒からの排ガスと混合されて未燃ガスの燃焼が促進され、触媒の早期活性化を確実に図ることができ、第２昇温モードＭ２で機能することができる。
更に、ここでは、運転情報から算出の燃料噴射量Ｑｆが分割され、筒内噴射弁１７の噴射量Ｑｄが吸気路噴射弁１８の噴射量Ｑｍｐに対し多くなるよう、例えば、７：３の比率となるようにして噴射している。これに加え、吸気路噴射弁１８のうち、噴射時期Ｉｄ３をリタード（リタード量δｑ）した＃１，＃４の２つの気筒の燃料噴射量Ｑｍｐ’を減量調整し、図６に示すように＃１，＃４の２つの気筒の空燃比Ａ／Ｆが所定量βだけリーン化するよう修正する。

この＃１，＃４の２つの気筒の空燃比Ａ／Ｆをリーン化することで、＃１，＃４の２つの気筒の吸気路噴射弁１８の噴射時期Ｉｍｐ２をリタード（リタード量δｑ）したことに伴うリッチ化を吸収し、排気ガスをストイキオに保持することができ、浄化効率の向上を図ることができ、この点で、始動時の未処理排気ガスの総排出量を低減できる。
この後、ステップｓ８に達すると、触媒１５が活性化したか否かを触媒１５の下流側に設けられる図示しない温度センサの出力値に基づいて触媒１５の活性化を判断し、メインルーチンにリターンする。

このように、第３の実施形態の場合、可変動弁装置は排除された動弁装置３４ａ、３５ａが採用され、構成の簡素化を図ることができる。更に、噴射時期Ｉｄ２をリタードした＃１，＃４（＃２，＃３でも良い）の２つの気筒の燃料噴射量Ｑｍｐ’をリーン化するので、同２つの気筒が噴射時期Ｉｄ２のリタードによるリッチ化を吸収でき、排気ガスをストイキオ化することで、浄化効率を向上し、始動時の未処理排気ガスの総排出量を低減できる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ エンジン（内燃機関）
６ 燃焼室
１１ エアフローメータ
１２ スロットルバルブ
１２１ 電動モータ
１４ ＥＣＵ
１５ 触媒（三元触媒）
１７ 筒内噴射弁（第１の燃料噴射弁）
１８ 吸気路噴射弁（第２の燃料噴射弁）
２８ スロットル開度センサ
２９ 点火プラグ
３１ 点火装置
３４、３５ 動弁装置
３６ 点火ユニット
３７ 高圧駆動回路（インジェクタドライバ）
３８ 低圧駆動回路（インジェクタドライバ）
４１ アクセル開度センサ（運転情報検出手段）
４２ 回転数センサ
４５ Ｏ_２センサ
４６ 水温センサ
ｔα 経過時間（所定時間）
ｔｓ１ 所定回転数Ｎｅｓを上回る時点
ｔｓ２ エンジン回転数が安定化すると見做される経過後の時点
Ａ１ 点火時期制御手段
Ａ２ 燃料噴射制御手段
Ａ２−１ 定常噴射制御部
Ａ２−２ 始動噴射制御部
Ａ３ 触媒昇温制御手段
Ｌｓ１，Ｌｓ２ オーバーラップ量
Ｎｅｓ 所定回転数
Ｉｄ 第１の燃料噴射弁の噴射時期
Ｉｍｐ 第２の燃料噴射弁の噴射時期
Ｒｅ 排気路
Ｒｉ 吸気通路
Ｑｆ 燃料量
Ｍ１ 第１昇温モード
Ｍ２ 第２昇温モード

Claims (4)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の各燃焼室に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、内燃機関の各吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、燃料に点火する点火プラグと、内燃機関の排気路に設けられ排気を浄化する触媒と、前記点火プラグの点火時期を遅角制御して前記触媒を昇温させる触媒昇温制御手段と、を具備した内燃機関の制御装置であって、
   前記触媒昇温制御手段は、
   前記第１の燃料噴射弁の噴射時期を圧縮行程と設定し、前記第２の燃料噴射弁の噴射時期を排気行程と設定して燃料噴射を行う第１昇温モードと、
   前記第１昇温モード後に前記第１の燃料噴射弁の噴射時期を圧縮行程と設定し、前記第２の燃料噴射弁の噴射時期を一部の気筒を吸気行程に設定すると共に他の気筒を排気行程に設定する第２昇温モードを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、
   前記運転情報に応じて設定された燃料量の燃料噴射を前記第１の燃料噴射弁と前記第２の燃料噴射弁とで分担して行うよう各燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、
   前記燃料噴射制御手段は、前記触媒昇温制御手段による前記触媒の昇温制御中に前記第２の燃料噴射弁の燃料量より前記第１の燃料噴射弁の燃料量が多くなるように分担す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。
3. 前記燃料噴射制御手段は、前記第２昇温モード中の前記第２の燃料噴射弁において、前記一部の気筒の第２の燃料噴射弁の噴射量を前記他の気筒の第２の燃料噴射弁の噴射量より少なくすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記運転情報に基づき前記内燃機関の吸、排気弁の開閉時期を調整する可変動弁装置を制御する動弁制御手段、を有し、
   前記動弁制御手段は、前記第２昇温モード中に前記吸、排気弁のオーバーラップ量を拡大させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

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