JPWO2002031355A1 - 火花点火機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、始動時のエミッションを低減できるとともに、信頼性，耐久性が向上した火花点火機関の制御方法を提供することにある。コントロールユニット（２５）は、機関温度が所定の温度より低い場合に、点火時期を燃費が最も良くなる点火時期より進角させる。

Description

技術分野
本発明は、火花点火機関の制御方法に係り、特に、火花点火機関の始動時の制御として好適な排気エミッション低減に有効な火花点火機関の制御方法に関する。
背景技術
火花点火機関を始動する際に、機関温度が低い場合には、噴射された燃料は低温の吸気弁や吸気ポートに衝突し、壁面上に燃料の液膜が生成される。低温壁面上の液膜は気化が悪いため燃焼が悪化し、排気中に大量の未燃炭化水素（ＨＣ）が排出される。また、始動時の燃焼を改善するために、始動時に理論空燃比より燃料リッチとなるような多くの燃料を噴射する（始動時燃料増量）ことが一般的に行われるが、この場合には、低温壁面に付着して気化できなかった余剰燃料が排気中に混入し、ＨＣが増加する。
そこで、従来の火花点火機関においては、例えば、特開平１１−８２００３号公報に記載されているように、アイドル状態のときに、点火時期を通常の点火時期に対して遅角させることにより、排気ガス温度を上昇させ、排気管に取り付けられた三元触媒を早期に昇温・活性化することで、始動時のエミッションを低減することを知られている。しかしながら、この方法では、吸気弁等に付着する燃料によるＨＣの増加を低減することはできないものである。
そこで、例えば、特開平５−２６０１３号公報や特開平６−２２１１２１号公報に記載されているように、吸気弁を電気ヒータによって加熱することにより、ＨＣを低減することも知られている。
発明の開示
しかしながら、特開平５−２６０１３号公報や特開平６−２２１１２１号公報に記載されている方式では、高速で開閉動作を繰り返す吸気弁に直接ヒータを設けるため、信頼性，耐久性が低いという問題があった。
本発明の目的は、始動時のエミッションを低減できるとともに、信頼性，耐久性が向上した火花点火機関の制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、燃料噴射弁を有する火花点火機関において、機関温度が所定の温度より低い場合に、点火時期を燃費が最も良くなる点火時期より進角させるようにしたものである。
かかる方法により、燃焼室内の燃焼ガス温度をより高温とすることができ、この高温ガスからの伝熱によって吸気弁が早期に昇温されるので、吸気弁に付着衝突した燃料を、吸気弁からの伝熱によって、付着した燃料を速やかに気化することができ、機関始動時の壁流が減少し、ＨＣが低減できる。
また、上記目的を達成するために、本発明は、燃料噴射弁を有する火花点火機関において、吸気弁の開弁時期を変更する手段を備え、機関温度が所定の温度より低い場合に、上記吸気弁の開弁時期を通常の開弁時期より進角させるようにしたものである。
かかる方法により、吸気弁の開弁直後に高温の燃焼ガスが吸気管に導入され、吸気弁が昇温されるので、吸気管に導入された高温ガスによって燃料の気化が進み、ＨＣの低減ができる。
さらに、上記目的を達成するために、本発明は、燃料噴射弁を有する火花点火機関において、吸気管の流路段面積を変えてスワールを発生させるスワール制御弁を備え、機関温度が所定の温度よりも低い場合に、上記スワール制御弁によって生成されるスワール強さを、機関温度が所定の温度よりも高い場合より弱くするようにしたものである。
かかる方法により、吸気管内の空気流速が低くなり、空気流による燃料噴霧の軌道の偏向を防ぐことができるので、吸気行程で噴射された燃料の壁面付着が低減し、ＨＣが低減できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図１〜図１５を用いて、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムのシステム構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムの構成を示すシステム構成図である。
エアクリーナ１１の入口部１２より導入された空気は、エアフィルタ１１’を通過後、その下流のダクト１４，スロットルボディ１５を通って、コレクタ１６に入る。コレクタ１６内の空気は、吸気管１８を通ってエンジン１のシリンダに充填される。エアクリーナ１１からダクト１４に吸入される空気量は、熱線式空気流量計１３によって検出される。
一方、燃料タンク１９から燃料ポンプ２０によって加圧された燃料は、燃料ダンパ２１，燃料フィルタ２２を通って、燃料噴射弁４に導かれる。また、燃料噴射弁４へ導かれる燃料の一部は、燃圧レギュレータ２４に導かれ、燃料タンク１９へ戻される。燃圧レギュレータ２４は、燃料噴射弁４に供給される燃料の圧力は一定に調圧する。燃料噴射弁４は、微粒化された燃料を、吸気管１８内に噴射する。本例では、燃料噴射弁４は、各シリンダの吸気管に取り付けられており、多気筒エンジンの場合には、各気筒毎に供給燃料量を制御する，いわゆる、ＭＰＩ（マルチポート・インジェクション）システムを構成している。
ここで、図２及び図３を用いて、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成を示す透過斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成を示す透過平面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
図２及び図３に示すように、エンジン１は、燃焼室１１が２つの吸気弁５と２つの排気弁６を持つ，いわゆる、４バルブエンジンの構成となっている。燃焼室１１の上部には、点火プラグ４５が設けられている。
吸気弁５の上流の吸気管１８には、燃料噴射弁４が取り付けられている。燃料は、燃料噴射弁４から、吸気弁５の傘部５’に向けて、燃料噴霧Ｓを噴射することで行われる。
燃料の噴射時期は、一般に、吸気弁５が閉じ、シリンダ８内のピストン７が上昇過程にある排気行程か、吸気弁５が開き、ピストン７が下降過程にある吸気行程のいずれかで行われる。
図３に示すように、燃料噴射弁４から噴射される噴霧は、各々の吸気流路２に向けて噴射される、２方向噴霧の形態となっている。噴霧方向や噴霧幅は、吸気管１８の壁面に衝突せず、かつ、吸気弁５が閉弁状態のときに吸気弁５の傘部５’に衝突するよう定められている。また、噴霧Ｓのザウタ平均粒径は約５０μｍ以下になるよう、燃料噴射弁４で微粒化される。
図１に戻り、吸気管１８内に噴射された燃料はｍ気化し、燃焼室１１に充填された空気と混合した後、図示しない点火プラグによって点火され、燃焼する。燃焼室１１の燃焼ガスは、排気管３１を通って、触媒３２によって浄化された後、大気中に放出される。ここで、触媒３２は、いわゆる三元触媒であり、排気ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯの還元を同時に行う。ただし、エンジン始動時には触媒３２の温度が低く活性化していないため、排気ガス中の有害成分は浄化しにくいものである。
空気流量計１３によって検出された吸入空気量を表す電気的な出力信号は、コントロールユニット２５に入力する。また、スロットルボディ１５には、その絞り弁の開度を検出するスロットルセンサ２６が取り付けられている。スロットルセンサ２６の出力信号も、コントロールユニット２５に入力する。
また、エンジン１の近くにはディストリビュータ２８が設けられている。ディストリビュータ２８の内部には、エンジンのクランク角度を検出する図示しないクランク角センサが内臓されている。クランク角センサの出力信号も、コントロールユニット２５に入力する。また、コントロールユニット２５には、これら以外にも、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ２９、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ２センサ３０からの出力信号も入力する。
コントロールユニット２５は、上記の種々のセンサからの信号を基に、所定の演算処理行い、エンジン運転状態に最適な制御を行うべく、各種アクチュエータを駆動する。例えば、イグニッションコイル２７に印加する電圧制御により、点火時期を制御したり、燃料噴射弁４の開弁制御により燃料噴射時期，噴射量を制御する。
ここで、図４を用いて、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムの中のコントロールユニット２５の構成について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムの中のコントロールユニットの構成を示すブロック図である。
コントロールユニット２５は、演算装置（ＭＰＵ）２５１と、書き換え可能な不揮発メモリ（ＥＰ−ＲＯＭ）２５２と、ランダムアクセスメモリ２５３と、入力ポート２５４と、出力ポート２５５から構成される。
演算装置１５１は、図示しない水晶発振器によって生成される一定周波数のクロックに同期して作動し、このクロックに基づき、任意点からの経過時間を計測できるタイマーを内蔵している。入力ポート２５４には、水温センサ２９，空気量センサ１３，クランク角センサ，スロットルセンサ２６，スタータスイッチ，バッテリ電圧センサ，アイドルスイッチ，Ｏ２センサ３０，機関温度センサ等の各種センサやスイッチによって検出されたエンジン運転状態を表す信号が入力する。出力ポート２５５からは、燃料噴射弁４，点火コイル２８，燃料ポンプ２０等の各種アクチュエータを制御する信号が出力する。
次に、図５を用いて、本実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容を示すフローチャートである。
ステップｓ１００において、コントロールユニット２５は、イグニッションキーのＯＮを検出すると、本実施形態によるエンジンの始動処理をスタートする。
次に、ステップｓ１０５において、コントロールユニット２５は、セルモータを起動する。
次に、ステップｓ１１０において、コントロールユニット２５は、内部のタイマー時刻ｔを０に設定する。
次に、ステップｓ１１５において、コントロールユニット２５は、水温センサ２９によって検出された水温Ｔを読み込み、予め定めた所定温度Ｔｗ１より低いか否かを判断する。ここで、例えば、所定温度Ｔｗ１を、通常５０〜８０℃程度とする。所定温度Ｔｗ１よりも、検出された水温Ｔが高い場合には、通常運転モードに移行する。一方、水温Ｔが所定温度Ｔｗ１よりも低い場合には、ステップｓ１２０以降の処理に進んで、吸気弁昇温モードの運転制御に移る。
次に、ステップｓ１２０〜ｓ１３５を用いて、吸気弁昇温モードの処理内容について説明する。
ステップｓ１２０において、コントロールユニット２５は、水温センサ，空気量センサの信号などを基に、噴射燃料量を演算する。このとき、水温が低い場合に燃料の気化遅れによって燃焼が悪化するのを防ぐため、水温に応じて燃料噴射量が適切に補正される。すなわち、水温が低い場合には、気化遅れを想定し、理論混合比（ガソリンの場合には、空燃比が約１５）よりもリッチとなるように、燃料噴射量が増量される。
ここで、図６を用いて、燃料噴射弁の噴射パルス幅と燃料噴射量の関係について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムにおける燃料噴射弁の噴射パルス幅と燃料噴射量の関係の説明図である。
図６に示すように、燃料噴射弁の噴射パルス幅と噴射量の間には、ほぼ比例関係が成立する。図６に示す関係は、予め求められ、コントロールユニット内に記憶されている。コントロールユニット２５は、要求される燃料量から、燃料噴射弁の開弁時間（噴射パルス幅）を求める。コントロールユニット２５は、求められた開弁時間の間だけ、燃料噴射弁に開弁信号（噴射パルス）を印加することにより、所定量の燃料が噴射される。
次に、図５のステップｓ１２５において、コントロールユニット２５は、クランク角センサの信号によりエンジンのクランク角を検出し、各気筒の吸気行程に燃料噴射弁により吸気管内に、演算によって求めた量の燃料を噴射する。本実施形態による吸気弁昇温モードにおいては、吸気行程で燃料噴射する点に特徴がある。
ここで、図７を用いて、燃料を吸気行程に噴射した場合と、排気行程に噴射した場合の吸気弁への燃料の付着割合（全噴射量に対する付着した燃料の割合）について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における燃料を吸気行程に噴射した場合と、排気行程に噴射した場合の吸気弁への燃料の付着割合の説明図である。
図７において、横軸はクランク角度（°ＡＴＤＣ）を示し、縦軸は燃料付着割合（％）を示している。
点線Ａは、排気行程において燃料噴射した場合の燃料付着割合を示している。排気行程噴射では、吸気弁が閉じている状態で燃料が噴射されるため、噴射した燃料の約半分が吸気弁に付着する。
一方、実線Ｂは、吸気行程において燃料噴射した場合の燃料付着割合を示している。吸気行程噴射では、吸気弁が開いている状態で燃料が噴射されるため、多くの燃料が吸気弁に衝突しないで直接燃焼室内部に供給される。このため、吸気弁への燃料付着は、排気行程噴射に比べて大幅に少なくなる。
次に、図８を用いて、燃料噴射時期に対する未燃炭化水素（ＨＣ）のエンジンからの排出量の変化について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における燃料噴射時期に対する未燃炭化水素（ＨＣ）のエンジンからの排出量の変化の説明図である。図中、横軸は燃料噴射時期（°ＡＴＤＣ）を示し、縦軸は未燃炭化水素（ＨＣ）のエンジンからの排出量を示している。
点線Ｃは、エンジンが暖気されている状態における燃料噴射時期に対する未燃炭化水素（ＨＣ）のエンジンからの排出量の変化について示している。エンジンが暖機されている状態では、排気行程で燃料を噴射した方が吸気行程噴射の場合よりＨＣは少ない。これは、排気行程噴射では上述のように燃料の吸気弁への付着が増えるが、暖機時には吸気弁の温度が高温になっているため、吸気弁の熱によって付着燃料の気化が進み、燃料と空気との混合がよくなるためである。
一方、実線Ｄは、エンジンが冷機状態における燃料噴射時期に対する未燃炭化水素（ＨＣ）のエンジンからの排出量の変化について示している。エンジンが冷機時には、吸気行程噴射の方が排気行程噴射よりＨＣは少なくなる。冷機時には吸気弁の温度も低いため、吸気弁に付着した燃料の気化が悪いためである。このため、燃料と空気との混合が充分になされず、付着した燃料の多くは、燃焼室内で完全燃焼することなく、エンジンから排出される。このため、吸気弁への燃料付着が少ない吸気行程噴射の方がＨＣ排出を抑制できる。
従って、冷機時にはできるだけ吸気弁への燃料付着を減らすこと、及び、吸気弁をできるだけ早く昇温し、吸気弁の熱を燃料気化に使うことで、機関始動時のＨＣを低減できる。
ここで、図９を用いて、エンジン始動直後の吸気弁昇温モードにおいて、燃料噴射時期を吸気行程にしたときの燃焼室での燃料の挙動について説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における燃料噴射時期を吸気行程にしたときの燃焼室での燃料の挙動の説明図である。なお、図３，図４と同一符号は、同一部分を示している。
燃料噴射弁４から噴射された燃料噴霧Ｓは、吸気弁５の傘部５‘に向かって噴射される。ここで、吸気行程では、吸気弁５は燃焼室１１に向かって開いており、燃料噴霧Ｓの一部は傘部５’に衝突することなく、燃焼室１１に入り、気化して混合気を形成する。残りの燃料噴霧は、傘部５‘に衝突するが、吸気に伴って、吸気弁５の表面では吸気流路２から燃焼室１１に向かう高速の空気流れが生じるため、燃料噴霧は速やかに微粒化、気化して燃焼室１１に入り、混合気を形成する。
従って、吸気行程噴射では、傘部５‘の上に形成される燃料液膜は僅かであり、当該サイクルで噴射した燃料のほとんどが、当該サイクルで燃焼室内１１に入り混合気を形成する。
次に、図５のステップｓ１３０において、コントロールユニット２５は、点火時期を通常の点火時期に対して所定量Δθａｄだけ進角した点火時期を設定する。そして、クランク角が設定された角度になったときに、点火コイルに点火信号を出力する。点火コイルで発生した高圧電流は、ディストリビュータにより各気筒の点火プラグに分配され、気筒内のガスが燃焼し、エンジンの出力が得られる。なお、通常の点火時期はエンジンの燃費が最も良くなる点火時期であり、通常はテストベンチでの予備試験によって予め求められ、エンジン負荷、回転数、水温などの関数としてコントロールユニット内に記憶されている。また、点火時期の進角幅Δθａｄは、燃焼ガスの最高到達温度が最も高くなるように設定される。
ここで、図１０を用いて、燃焼室内ガス温度の時間履歴について説明する。
図１０は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における燃焼室内ガス温度の時間履歴の説明図である。
図中、横軸はクランク角度を示し、縦軸は燃焼室内ガス温度を示している。また、星印Ｎは、通常の燃費が最良となる点火時期を示し、星印Ａ１，Ａ２は、点火進角時の点火時期を示し、星印Ｄ１は、点火遅角時の点火時期を示している。
点線Ｅで示すように、燃費が最良となる点火時期（点火時期がＮ）の場合の燃焼室内ガス温度を基準として、点火時期を進角側（点火時期Ａ１左方向）に移動させると、実線Ｆで示すように、燃焼ガスの最高到達温度が高くなる。これは、圧縮行程で燃焼させることによって、ピストンの上昇に伴う圧縮仕事を受けながら燃焼することになり、本来運動エネルギーとしてエンジンのクランク軸から取り出される燃焼エネルギーの一部が、熱エネルギーとなるからである。
しかし、さらに点火時期を進角させる（点火時期Ａ２）と、ガスがピストンによって充分に圧縮されずに点火されるため、燃焼が不完全となり、一点鎖線Ｇで示すように、ガスの最高到達温度は下がってくる。一方、点火時期を遅角させる（点火時期Ｄ１）と、二点鎖線Ｈで示すように、ガスの最高到達温度は下がってくる。
そこで、本実施形態では、点火進角幅Δθａｄをガスの最高到達温度が最も高くなるように設定する。点火進角幅Δθａｄは、テストベンチ等による予備試験によって求められるが、通常５〜２０°クランク角度程度である。
ここで、図１１を用いて、吸気行程噴射で形成された混合気を、点火時期を通常より進角させて燃焼させたときの、爆発行程（膨張行程）の様子について説明する。
図１１は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気行程噴射で形成された混合気を、点火時期を通常より進角させて燃焼させたときの、爆発行程（膨張行程）の様子の説明図である。なお、図３，図４と同一符号は、同一部分を示している。
点火時期を通常より進角させることで、燃焼ガスＣの最高到達温度は、通常燃焼時に比べ高くなっており、この高温燃焼ガスの対流熱伝達、輻射熱伝達によって、吸気弁５が早期に昇温される。これによって、吸気弁５に衝突した噴霧の微粒化や付着した液滴の気化が促進される。すなわち、本運転モードにおいては、吸気行程に燃料を噴射することで、吸気弁への燃料付着を抑えつつ、点火時期の進角で生成された高温の燃焼ガスで吸気弁を早期に昇温し、付着液滴の気化を促進することで、エンジン始動時に排出されるＨＣを低減する。また、吸気行程噴射によって液膜の生成を抑えられるために、機関温度が低いときの始動時燃料増量を少なくでき、余剰燃料によるＨＣ増加を防ぐことができる。
次に、図５のステップｓ１３５において、コントロールユニット２５は、タイマー時刻ｔと予め定められた吸気弁暖機所要時間ｔ１を比較し、ｔ＜ｔ１の場合には、ステップｓ１２０に戻り、次のサイクルでも吸気行程に燃料を噴射し、点火時期を進角させる吸気弁昇温モードの手順を繰り返す。一方、ｔ＞ｔ１の場合には、吸気弁が充分に昇温したと判断し、ステップｓ１４０以降の触媒活性化のための運転モードに移行する。
ここで、図１２を用いて、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気弁暖機所要時間ｔ１の決め方について説明する。
図１２は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気弁暖機所要時間ｔ１の決め方の説明図である。
図１２において、横軸はエンジン始動後の経過時間を示し、縦軸は吸気弁の表面温度を示している。即ち、図中の実線は、エンジン始動後からの経過時間に対する吸気弁表面温度の変化を示している。
吸気弁表面温度は、燃焼ガスからの伝熱を受け時間と共に上昇し、エンジン負荷が定常であれば、やがて一定温度で安定する。吸気弁暖機所要時間ｔ１は、吸気弁が所定の温度ｔｃとなる時間として決められる。温度ｔｃは、吸気弁に付着した燃料が速やかに気化できるための温度であり、例えば、５０〜１００℃程度とすることが望ましいものである。予めテストベンチ等で図示するような吸気弁昇温特性を測ることで、吸気弁暖機所要時間ｔ１を決めることができる。
なお、温度ｔ１を一定値としても効果を得ることができる。しかし、吸気弁の昇温特性は、機関の初期温度や外気温度で変わるため、たとえば、冷却水温センサの検出値によって、冷却水温が低い場合は時間ｔ１を長く、冷却水温が高い場合は時間ｔ１を短く補正することが望ましいものである。
次に、図５のステップｓ１４０〜ｓ１５５を用いて、触媒活性化モードの制御内容について説明する。
図５のステップｓ１３５の判定で、始動開始からの経過時間ｔがｔ１を超えた場合、すなわち、吸気弁の温度が所定温度より高くなった場合には、コントロールユニット２５は、エンジンの運転モードを触媒活性化モードへと移行する。
図５のステップｓ１４０において、コントロールユニット２５は、水温センサ，空気量センサの信号などを基に、噴射燃料量を演算する。このとき、水温が低い場合に燃料の気化遅れによって燃焼が悪化するのを防ぐため、水温に応じて燃料噴射量が適切に補正される。すなわち、水温が低い場合には、気化遅れを想定し、理論混合比（ガソリンの場合には、空燃比が約１５）よりもリッチとなるように、燃料噴射量が増量される。
次に、ステップｓ１４５において、コントロールユニット２５は、クランク角センサの検出値に基づき所定量の燃料を排気行程で噴射する。
ここで、図１３及び図１４を用いて、触媒活性化モードにおける燃焼室での燃料，混合気の挙動について説明する。
図１３は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における燃料噴射時期を排気行程にしたときの燃焼室での燃料の挙動の説明図である。なお、図３，図４と同一符号は、同一部分を示している。
排気行程では、吸気流路２内での空気流動が弱く、燃料噴射弁４によって噴射された燃料噴霧Ｓは、その軌道をほとんど変えることなく、吸気弁５の傘部５’に衝突する。吸気弁の傘部５’は、本触媒活性化モードの前に行われた吸気弁昇温モードによって、その温度は６０〜１００℃程度に昇温されている。このため吸気弁傘部５’に衝突した噴霧Ｓ’は、吸気弁５’から熱を受け速やかに気化し、吸気流路２内に混合気Ｍを形成する。
図１４は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気行程における混合気の挙動の説明図である。なお、図３，図４と同一符号は、同一部分を示している。
吸気流路２内で生成された混合気Ｍは、空気と共に燃焼室１１内に吸入され、吸入の際に生じる空気流動によって混合され、燃焼室１１内に燃料と空気がよく混ざった均一な混合気を形成する。混合気が均一化することにより燃焼が安定となり、本触媒活性化モードでの点火時期を大幅に遅角化できる。
次に、図５のステップｓ１５０において、コントロールユニット２５は、燃費が最良となる点火時期に対して、遅角側で点火する。図１０に示したように、点火時期を燃費最良時期より遅角させると排気行程でのガス温度が高くなる。これは点火遅角により熱発生が主に膨張行程で起こるためであり、本来エンジンの出力として取り出されるエネルギーの一部が熱エネルギーとなるためである。これによって、触媒に供給されるガス温度が高くなり、触媒が早期に活性化される。なお、点火遅角幅Δθｒｅは通常１０〜３０°クランク角度程度であるが、燃焼が悪化しない，すなわち、エンジンのトルクサイクル変動が極端に大きくならない範囲で、できるだけ大きな値が採ることが望ましいものである。
ここで、図１５を用いて、触媒活性化モードにおける燃焼室での排気行程における混合気の挙動について説明する。
図１５は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における排気行程にでの混合気の挙動の説明図である。なお、図３，図４と同一符号は、同一部分を示している。
触媒活性化モードでは、点火時期が遅角化され、図１０に示したように、排気行程での燃焼ガス温度は、点火遅角しない場合に比べて高くなっている。したがって、図１５に示すように、この高温の燃焼ガスは、排気流路９に排出され、排気流路９の下流側に設置された三元触媒（図示しない）に導かれる。これによって、触媒が急速に昇温され活性化する。
次に、図５のステップｓ１５５において、コントロールユニット２５は、タイマー時刻ｔと予め定められた触媒活性化所要時間ｔ２を比較し、ｔ＜ｔ２の場合には、ステップｓ１４０に戻り、次のサイクルでも排気行程に燃料を噴射し、点火時期を遅角させる触媒活性化モードの手順を繰り返す。一方、ｔ＞ｔ２の場合には、触媒が充分に活性化したと判断し、通常運転モードに進む。
触媒活性化所用期間ｔ２は、触媒が活性化する（ライトオフ）までの所要時間であり、通常、触媒温度が２００〜３００℃に昇温するまでの所要時間となる。時間ｔ２は、予めテストベンチ等を使った予備実験で決められる。
通常の運転モードでは、エンジン負荷の急激な変化があるとき以外は、燃料は排気行程で噴射され、燃費が最良となる点火時期が選択される。
なお、以上の説明では、吸気弁昇温モードにおいて、点火時期を進角させるとともに、燃料噴射時期は吸気行程としているが、燃料噴射時期は、排気行程をしてもよいものである。すなわち、本実施形態の吸気弁昇温モードでは、点火時期の進角化によって吸気弁を早期に昇温することにより、その後の触媒活性化モード、通常運転モードでの燃料の気化が促進され、始動時のＨＣ低減が図れる。ちなみに、点火時期を進角し、さらに、燃料噴射時期を吸気行程とすることにより、従来より、約５０％程度エミッションを低減することができる。また、点火時期を進角し、さらに、燃料噴射時期を排気行程とした場合でも、従来より、約３０％程度エミッションを低減することができる。
また、以上の説明では、吸気弁昇温モードの後、触媒活性化モードを経て、通常運転モードへと移行するものとしているが、触媒活性化モードを省き、吸気弁昇温モードの後、通常運転モードヘ移行してもよいものである。この場合にも、吸気弁昇温モードによって吸気弁を早期に昇温することにより、その後の通常運転モードでのＨＣ低減を図ることが可能である。
また、以上の説明では、各吸気管毎に燃料噴射弁が設けられたマルチポートインジェクション（ＭＰＩ）機関での例を示したが、燃料噴射弁が燃焼室に取り付けられた直接噴射（ＤＩ）機関にも適用できるものである。すなわち、吸気弁昇温モードでは、高温の燃焼ガスによって吸気弁だけでなく、排気弁，燃焼室壁面，ピストン冠面等も同時に早期昇温されるため、ＤＩ機関において燃焼室内に向けて噴射した燃料が、吸気弁，排気弁，燃焼室壁面及びピストン冠面に衝突した場合に、これらの燃料を早期に気化させることができ、始動時のＨＣ低減が図れるものである。
また、以上の説明では、吸気弁昇温モードから触媒活性化モードへの切り替え時期を始動開始からの経過時間により決定したが、水温センサによって検出された冷却水温度が所定温度に達した時点で切り替えてもよいものである。または、吸気弁もしくは燃焼室壁面，触媒温度を検出するセンサなどによる検出温度を用いて、これらの温度が所定温度に達した時点で切り替えてもよいものである。すなわち、吸気弁の温度が所定の温度以上になったことを、図６に示したように予めテストベンチで測定した上で経過時間によって検出する以外に、吸気弁や燃焼室壁面の温度を直接測定する等の方法によって、機関の温度から検出することができるものである。
以上説明したように、本実施形態によれば、吸気弁昇温モードでは、点火時期を進角化することによって、吸気弁を早期に昇温することによって、ＨＣを低減することができる。
また、この際、噴射時期を吸気行程とすることによって、さらに、ＨＣを低減する。
一方、触媒活性化モードでは、昇温した吸気弁の熱によって燃料の気化を促進することで壁流を低減し、均一な混合気を形成する。これによって触媒活性化モードでのＨＣを減少し、より大きな点火遅角化によって触媒の活性化時間の短縮を図る。
以上のように、本実施形態によって、エンジン始動時のエミッションを低減できる。しかも、吸気弁にヒータ等を設ける必要もないため、信頼性，耐久性を向上できるものとなる。
次に、図１６〜図２０を用いて、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法について説明する。
本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムのシステム構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成は、図２及び図３に示したものと同様である。但し、吸気弁の駆動機構に相違があるため、この点については、図１６及び図１７を用いて後述する。さらに、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムの中のコントロールユニット２５の構成は、図４に示したものと同様である。
ここで、図１６及び図１７を用いて、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの吸気弁の構成及び動作について説明する。
図１６は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成を示す透過斜視図である。図１７は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの吸気弁の動作説明図である。なお、図１６において、図２と同一符号は、同一部分を示している。
図１６に示すように、吸気弁５に可変弁機構５０が設けられている。可変弁機構５０は、いわゆる位相差式の可変弁機構であり、吸気弁５をリフトするカムの回転軸（図示しない）にねじり機構（図示しない）を設けることなどにより実現される。または、電磁弁や油圧弁などによっても同様の可変弁機構は実現できる。コントロールユニット２５から入力される制御信号によって、可変弁機構５０は吸気弁５の開弁時期を変えることができる。
図１７に示すように、開弁時期は、通常モードと、進角モードの２つのパターンがある。進角モードは、通常モードに対して、開弁時期が進角しているものである。
次に、図１８を用いて、本実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容について説明する。
図１８は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容を示すフローチャートである。なお、図５と同一のステップ番号は、同一の処理内容を示している。
本実施形態においては、図５に示した処理と同様に、吸気弁昇温モードと、触媒活性化モードを備えている。しかし、吸気弁昇温モードにおけるステップｓ１２２の処理が、図５に示した処理とは異なる点である。
ステップｓ１００のイグニッションキーのＯＮによって、本実施形態によるエンジン起動処理がスタートする。コントロールユニット２５は、ステップｓ１１０の処理で、内部のタイマー時刻を０に設定する。次に、ステップｓ１１５において、コントロールユニット２５は、水温センサによって検出された水温を読み込み、水温が予め定めた所定温度Ｔｗ１（通常５０〜８０℃程度）よりも高い場合には、通常運転モードに移行する。一方、水温がＴｗ１よりも低い場合には、コントロールユニット２５は、吸気弁昇温モードの運転制御に移る。
吸気弁昇温モードでは、ステップｓ１２０において、コントロールユニット２５は、噴射燃料量を演算する。
次に、ステップｓ１２２において、コントロールユニット２５は、図１７に示したように、吸気弁リフトを進角モードにし、図１６に示したように、可変弁機構５０を進角モードにするための制御信号を出力する。
ここで、図１９を用いて、吸気弁昇温モードにおける排気行程終了直前でのガス挙動について説明する。
図１９は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気弁昇温モードにおける排気行程終了直前でのガス挙動の説明図である。なお、図１６と同一符号は、同一部分を示している。
本モードでは、吸気弁５の開弁時期が通常運転時に対して進角しているため、燃焼室１１内の圧力が吸気流路２より高い状態で吸気弁５が開弁する。このため、燃焼室１１内の燃焼ガスＣが吸気流路２内に流れ込む。吸気流路２内に流れ込んだ高温の燃焼ガスＣから吸気弁５への対流伝熱，輻射伝熱によって、吸気弁５の傘部５’が早期に昇温される。
次に、図１８のステップｓ１２５において、コントロールユニット２５は、燃料の噴射時期を吸気行程に設定し、各気筒の吸気行程に燃料噴射弁により吸気管内に所定量の燃料を噴射する。
ここで、図２０を用いて、吸気弁昇温モードにおける吸気行程初期段階でのガス，燃料噴霧の挙動について説明する。
図２０は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気弁昇温モードにおける吸気行程初期段階でのガス，燃料噴霧の挙動の説明図である。なお、図１６と同一符号は、同一部分を示している。
吸気行程に噴射された燃料噴霧Ｓは、吸気流路２から燃焼室７に吸入される燃焼ガスＣからの伝熱によって気化する。また、吸気弁５の傘部５’に衝突した噴霧は、高温となった吸気弁５からの伝熱を受けて気化する。このため、吸気行程に噴射された燃料の大部分は気化した状態で燃焼室７に入り、燃焼室７内で混合気を形成する。これによって、吸気弁や燃焼室内での燃料液膜の生成が少なくＨＣの少ない燃焼が実現される。また、気化の促進によって均一な混合気が形成されることで、安定な燃焼が実現され、点火時期を大幅に遅角化できる。これによって排気温度がより高くなり、触媒を短時間で活性化できる。
次に、図１８のステップｓ１３５において、コントロールユニット２５は、始動開始からの経過時間ｔが所定時間ｔ１を超えた場合には、触媒活性化モードに移行する。触媒活性化モードにおける処理内容は、図５において説明したものと同様であり、排気行程噴射と、点火遅角化の制御を行い、触媒が早期に活性化される。なお、このときの吸気弁リフトは進角しない通常のリフトモードに戻される。
以上説明したように、本実施形態によれば、吸気弁昇温モードでは、吸気弁のリフト時期を進角化することによって、吸気弁を早期に昇温することによって、ＨＣを低減することができる。特に、最近の火花点火機関では、可変弁機構を備えているものも多くなってきており、かかる機関ではハード面の付加を行うことなく、採用できるものである。吸気弁のリフト時期を進角化することによって、吸気弁の表面は燃焼ガスによって直接加熱されるため、吸気弁の表面温度は速やかに燃料を蒸発可能な温度まで昇温することができる。
また、この際、噴射時期を吸気行程とすることによって、さらに、ＨＣを低減する。
一方、触媒活性化モードでは、昇温した吸気弁の熱によって燃料の気化を促進することで壁流を低減し、均一な混合気を形成する。これによって触媒活性化モードでのＨＣを減少し、より大きな点火遅角化によって触媒の活性化時間の短縮を図る。
以上のように、本実施形態によって、エンジン始動時のエミッションを低減できる。しかも、吸気弁にヒータ等を設ける必要もないため、信頼性，耐久性を向上できるものとなる。
次に、図２１〜図２３を用いて、本発明の第３の実施形態による火花点火機関の制御方法について説明する。
本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムのシステム構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成は、図２及び図３に示したものと同様である。但し、吸気弁及び排気弁の駆動機構に相違があるため、この点については、図２１及び図２２を用いて後述する。さらに、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムの中のコントロールユニット２５の構成は、図４に示したものと同様である。
ここで、図２１及び図２２を用いて、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの吸気弁及び排気弁の構成及び動作について説明する。
図２１は、本発明の第３の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成を示す透過斜視図である。図２２は、本発明の第３の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの排気弁の動作説明図である。なお、図１６において、図２と同一符号は、同一部分を示している。
図２１に示すように、吸気弁５に可変弁機構５０が設けられ、排気弁６には、可変弁機構６０が設けられている。可変弁機構５０は、図１６において説明したものと同様である。また、可変弁機構６０は、可変弁機構６０と同様なものである。コントロールユニット２５から入力される制御信号によって、可変弁機構５０は吸気弁５の開弁時期を変えることができる。また、コントロールユニット２５から入力される制御信号によって、可変弁機構６０は排気弁６の開弁時期を変えることができる。
吸気弁５の開弁時期は、図１７に示したように、通常モードと、進角モードの２つのパターンがある。進角モードは、通常モードに対して、開弁時期が進角しているものである。
また、排気弁６の開弁時期は、図２２に示すように、通常モードと、進角モードの２つのパターンがある。進角モードは、通常モードに対して、開弁時期が進角しているものである。
次に、図２３を用いて、本実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容について説明する。
図２３は、本発明の第３の実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容を示すフローチャートである。なお、図５及び図１８と同一のステップ番号は、同一の処理内容を示している。
本実施形態においては、図１８に示した処理と同様に、吸気弁昇温モードと、触媒活性化モードを備えている。しかし、触媒活性化モードにおけるステップｓ１４２の処理が、図１８に示した処理とは異なる点である。
ステップｓ１００のイグニッションキーのＯＮによって、本実施形態によるエンジン起動処理がスタートする。コントロールユニット２５は、ステップｓ１１０の処理で、内部のタイマー時刻を０に設定する。次に、ステップｓ１１５において、コントロールユニット２５は、水温センサによって検出された水温を読み込み、水温が予め定めた所定温度Ｔｗ１（通常５０〜８０℃程度）よりも高い場合には、通常運転モードに移行する。一方、水温がＴｗ１よりも低い場合には、コントロールユニット２５は、吸気弁昇温モードの運転制御に移る。
吸気弁昇温モードでは、ステップｓ１２０において、コントロールユニット２５は、噴射燃料量を演算する。次に、ステップｓ１２０において、コントロールユニット２５は、図１７に示したように、吸気弁リフトを進角モードにし、図１６に示したように、可変弁機構５０を進角モードにするための制御信号を出力する。
次に、ステップｓ１２５において、コントロールユニット２５は、燃料の噴射時期を吸気行程に設定し、各気筒の吸気行程に燃料噴射弁により吸気管内に所定量の燃料を噴射する。次に、ステップｓ１３５において、コントロールユニット２５は、始動開始からの経過時間ｔが所定時間ｔ１を超えた場合には、触媒活性化モードに移行する。
触媒活性化モードでは、ステップｓ１４０において、コントロールユニット２５は、クランク角センサの検出値に基づき所定量の燃料を排気行程で噴射する。
次に、ステップｓ１４２において、コントロールユニット２５は、図２２に示したように、排気弁リフトを進角モードにし、図２１に示したように、可変弁機構６０を進角モードにするための制御信号を出力する。触媒活性化モードでは、排気弁の開弁時期を進角させることによって、触媒活性化モードでは燃焼室内で完全燃焼する前の燃焼ガスが排気管に導かれる。これによって排気管内で燃焼が継続し、触媒に供給される燃焼ガス温度が上昇する。また、未燃燃料が触媒内で燃焼反応を起こし、触媒の早期活性化が可能となる。
次に、ステップｓ１４５において、コントロールユニット２５は、クランク角センサの検出値に基づき所定量の燃料を排気行程で噴射する。
次に、ステップｓ１５５において、コントロールユニット２５は、タイマー時刻ｔと予め定められた触媒活性化所要時間ｔ２を比較し、ｔ＜ｔ２の場合には、ステップｓ１４０に戻り、次のサイクルでも排気行程に燃料を噴射し、点火時期を遅角させる触媒活性化モードの手順を繰り返す。一方、ｔ＞ｔ２の場合には、触媒が充分に活性化したと判断し、通常運転モードに進む。
通常の運転モードでは、エンジン負荷の急激な変化があるとき以外は、燃料は排気行程で噴射され、燃費が最良となる点火時期が選択される。
以上説明したように、本実施形態によれば、吸気弁昇温モードでは、吸気弁のリフト時期を進角化することによって、吸気弁を早期に昇温することによって、ＨＣを低減することができる。
また、この際、噴射時期を吸気行程とすることによって、さらに、ＨＣを低減する。
一方、触媒活性化モードでは、排気弁の開弁時期を進角化することにより、触媒の活性化時間の短縮を図ることができる。
以上のように、本実施形態によって、エンジン始動時のエミッションを低減できる。しかも、吸気弁にヒータ等を設ける必要もないため、信頼性，耐久性を向上できるものとなる。
次に、図２４〜図３２を用いて、本発明の第４の実施形態による火花点火機関の制御方法について説明する。
本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムのシステム構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成は、図２及び図３に示したものと同様である。但し、吸気管にスワール制御弁を備えているものであるため、この点については、図２４〜図２６を用いて後述する。さらに、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムの中のコントロールユニット２５の構成は、図４に示したものと同様である。
ここで、図２４〜図２６を用いて、本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンのスワール制御弁の構成及び動作について説明する。
図２４は、本発明の第４の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成を示す透過斜視図である。図２５は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンに取り付けられたスワール制御弁の構成を示す正面図である。図２６は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンに取り付けられたスワール制御弁の動作説明図である。なお、図２４において、図２と同一符号は、同一部分を示している。
図２４に示すように、吸気流路２の上流部には、スワール制御弁３０が設けられている。スワール制御弁３０は、図２５に示すように、モータ３２によって回転するスワール制御弁軸３１に、平板状の弁体３３が取付けらた構造となっている。弁体３３は、その右上部分に開口部３３’を有する構成である。コントロールユニット２５からの制御信号によって、モータ３２に回転指示が与えられ、図２１に示すように、スワール制御弁３０は、全閉または全開に切り替えることができる。
機関の負荷が大きく、大量の空気を燃焼室内に導入する必要があるときは、スワール制御弁３０は全開となる。一方、低中負荷で、安定に燃焼させたい場合にはスワール制御弁３０は全閉となる。このときには、弁体３３の開口部３３’から空気が流れるが、開口部３３’の断面積は吸気流路の断面積よりも小さいため、絞り効果により指向性の高い高速の空気流Ｆが生成される。この空気流Ｆによって燃焼室内に強い渦が生成される。図２５及び図２６に示したスワール制御弁３０は、燃焼室内に横渦を生成する。
ここで、図２７及び図２８を用いて、他の構成のスワール制御弁について説明する。
図２７は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンに取り付けられたスワール制御弁の他の構成を示す正面図である。図２８は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンに取り付けられたスワール制御弁のその他の構成を示す正面図である。なお、図２５と同一符号は、同一部分を示している。
図２７に示すように、スワール制御弁３０Ａを構成する平板状の弁体３３Ａは、通路の左半分を遮断できる形状であり、その右側部分に開口部３３Ａ’を有している。スワール制御弁３０Ａは全閉の状態では、弁体３３Ａの開口部３３Ａ’から、絞り効果により指向性の高い高速の空気流Ｆが生成される。この空気流Ｆによって燃焼室内に強い渦が生成される。スワール制御弁３０Ａは、燃焼室内に横渦を生成する。
また、図２８に示すように、スワール制御弁３０Ｂを構成する平板状の弁体３３Ｂは、通路の下半分を遮断できる形状であり、その上側部分に開口部３３Ｂ’を有している。スワール制御弁３０Ｂは全閉の状態では、弁体３３Ｂの開口部３３Ｂ’から、絞り効果により指向性の高い高速の空気流Ｆが生成される。この空気流Ｆによって燃焼室内に強い渦が生成される。スワール制御弁３０Ｂは、燃焼室内に縦渦を生成する。
次に、図２９を用いて、本実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容について説明する。
図２９は、本発明の第４の実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容を示すフローチャートである。なお、図５と同一のステップ番号は、同一の処理内容を示している。
本実施形態においては、図５に示した処理と同様に、吸気弁昇温モードと、触媒活性化モードを備えている。しかし、吸気弁昇温モードにおけるステップｓ１２４の処理及び触媒活性化モードにおけるステップｓ１４４の処理が、図５に示した処理とは異なる点である。
ステップｓ１００のイグニッションキーのＯＮによって、本実施形態によるエンジン起動処理がスタートする。コントロールユニット２５は、ステップｓ１１０の処理で、内部のタイマー時刻を０に設定する。次に、ステップｓ１１５において、コントロールユニット２５は、水温センサによって検出された水温を読み込み、水温が予め定めた所定温度Ｔｗ１（通常５０〜８０℃程度）よりも高い場合には、通常運転モードに移行する。一方、水温がＴｗ１よりも低い場合には、コントロールユニット２５は、吸気弁昇温モードの運転制御に移る。
吸気弁昇温モードでは、ステップｓ１２０において、コントロールユニット２５は、噴射燃料量を演算する。
次に、ステップｓ１２４において、コントロールユニット２５は、スワール制御弁３０を開くための制御信号を、スワール制御弁３０に送り、スワール制御弁３０を開いた状態とする。なお、ここで、制御対象のスワール制御弁は、スワール制御弁３０の代わりに、図２７や図２８に示したスワール制御弁３０Ａ，３０Ｂを用いてもよいものである。
ここで、図３０を用いて、吸気弁昇温モードにおける吸気行程での燃料，ガス挙動について説明する。
図３０は、本発明の第４の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気弁昇温モードにおける吸気行程での燃料，ガス挙動の説明図である。なお、図２４と同一符号は、同一部分を示している。
吸気弁昇温モードでは、スワール制御弁３０が開いているため、吸気流路２の断面全体を空気が流れる。このため、吸気流路２での空気の速度は比較的遅くなっている。従って、吸気行程に吸気流路２内に噴射された燃料噴霧Ｓは、空気の流れＦによって影響を受けることが少ないものである。具体的には、吸気流路２内の空気流動Ｆによって、燃料噴霧Ｓが偏向したり、分散することがなく、燃料噴霧Ｓは吸気弁５の開口部を通って、燃焼室１１内に導入される。
ここで、図３１を用いて、参考までに、吸気行程でスワール制御弁を閉じた時の燃料，ガス挙動について説明する。
図３１は、参考例としての吸気行程での燃料，ガス挙動の説明図である。なお、図２４と同一符号は、同一部分を示している。
吸気行程噴射時にスワール制御弁３０を閉じると、スワール制御弁３０によって加速された空気Ｆが、燃料噴霧Ｓを偏向させ、吸気管１８の壁面に液膜Ｌを形成する。この液膜Ｌの形成によってエンジンから排出されるＨＣが増大する。
それに対して、図３０に示したように、本実施形態では、吸気弁昇温モード時には、吸気行程噴射時にスワール制御弁３０を開くことによって、噴霧の偏向，分散を抑制し、ＨＣの低減が可能となる。
次に、図２９のステップｓ１２５において、コントロールユニット２５は、燃料の噴射時期を吸気行程に設定し、各気筒の吸気行程に燃料噴射弁により吸気管内に所定量の燃料を噴射する。
次に、ステップｓ１３５において、コントロールユニット２５は、始動開始からの経過時間ｔが所定時間ｔ１を超えた場合には、触媒活性化モードに移行する。
触媒活性化モードでは、ステップｓ１４０において、コントロールユニット２５は、クランク角センサの検出値に基づき所定量の燃料を排気行程で噴射する。
次に、ステップｓ１４４において、コントロールユニット２５は、スワール制御弁３０を閉じるための制御信号を、スワール制御弁３０に送り、スワール制御弁が閉じる。
次に、ステップｓ１４５において、コントロールユニット２５は、クランク角センサの検出値に基づき所定量の燃料を排気行程で噴射する。
ここで、図３２を用いて、触媒活性化モードにおける吸気行程での燃料，ガス挙動について説明する。
図３２は、本発明の第４の実施形態による火花点火機関の制御方法における触媒活性化モードにおける吸気行程での燃料，ガス挙動の説明図である。なお、図２４と同一符号は、同一部分を示している。
触媒活性化モードでは、スワール制御弁３０が閉じられ、燃焼室１１に縦渦ＴＦが形成される。排気行程に噴射された燃料は、触媒活性化モードの前に行われた吸気弁昇温モードでの運転によって暖められた吸気弁５の傘部５‘から熱を受け、気化して燃焼室１１に導かれる。燃焼室１１は、縦渦ＴＦによって、気化燃料と空気との混合が促進され、また、また縦渦ＴＦによってガスに強い乱れが生成される。この混合促進と乱れ強化によって、触媒活性化モードでの燃焼が安定化される。これにより、燃焼が不安定となり易い、大幅な点火遅角での運転が可能となり、より短期間での触媒活性化が可能となる。また、燃焼の安定化効果により、より希薄な混合気での運転が可能となるため、始動時の燃料増量を減らし、ＨＣの低減を図ることも可能である。
次に、図２９のステップｓ１５０において、コントロールユニット２５は、燃費が最良となる点火時期に対して、遅角側で点火する。図１０に示したように、点火時期を燃費最良時期より遅角させると排気行程でのガス温度が高くなる。
次に、ステップｓ１５５において、コントロールユニット２５は、タイマー時刻ｔと予め定められた触媒活性化所要時間ｔ２を比較し、ｔ＜ｔ２の場合には、ステップｓ１４０に戻り、次のサイクルでも排気行程に燃料を噴射し、点火時期を遅角させる触媒活性化モードの手順を繰り返す。一方、ｔ＞ｔ２の場合には、触媒が充分に活性化したと判断し、通常運転モードに進む。
通常の運転モードでは、エンジン負荷の急激な変化があるとき以外は、燃料は排気行程で噴射され、燃費が最良となる点火時期が選択される。
なお、以上の説明では、スワール制御弁の動作は、吸気弁昇温モードで全開、触媒活性化モードで全閉としたが、吸気弁昇温モードでのスワール制御弁の開度が、触媒活性化モードでのスワール制御弁の開度よりも大きくなる範囲で、全開と全閉の間の中間開度に設定してもよいものである。
以上説明したように、本実施形態によれば、吸気弁昇温モードでは、スワール制御弁を閉じることによって、ＨＣを低減することができる。
また、この際、噴射時期を吸気行程とすることによって、さらに、ＨＣを低減する。
一方、触媒活性化モードでは、昇温した吸気弁の熱によって燃料の気化を促進することで壁流を低減し、均一な混合気を形成する。これによって触媒活性化モードでのＨＣを減少し、より大きな点火遅角化によって触媒の活性化時間の短縮を図る。
以上のように、本実施形態によって、エンジン始動時のエミッションを低減できる。しかも、吸気弁にヒータ等を設ける必要もないため、信頼性，耐久性を向上できるものとなる。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、始動時のエミッションを低減できるとともに、信頼性，耐久性が向上することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態本実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムの構成を示すシステム構成図である。
図２は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成を示す透過斜視図である。
図３は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成を示す透過平面図である。
図４は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムの中のコントロールユニットの構成を示すブロック図である。
図５は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容を示すフローチャートである。
図６は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジン制御システムにおける燃料噴射弁の噴射パルス幅と燃料噴射量の関係の説明図である。
図７は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における燃料を吸気行程に噴射した場合と、排気行程に噴射した場合の吸気弁への燃料の付着割合の説明図である。
図８は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における燃料噴射時期に対する未燃炭化水素（ＨＣ）のエンジンからの排出量の変化の説明図である。
図９は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における燃料噴射時期を吸気行程にしたときの燃焼室での燃料の挙動の説明図である。
図１０は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における燃焼室内ガス温度の時間履歴の説明図である。
図１１は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気行程噴射で形成された混合気を、点火時期を通常より進角させて燃焼させたときの、爆発行程（膨張行程）の様子の説明図である。
図１２は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気弁暖機所要時間ｔ１の決め方の説明図である。
図１３は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における燃料噴射時期を排気行程にしたときの燃焼室での燃料の挙動の説明図である。
図１４は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気行程における混合気の挙動の説明図である。
図１５は、本発明の第１の実施形態による火花点火機関の制御方法における排気行程にでの混合気の挙動の説明図である。
図１６は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成を示す透過斜視図である。
図１７は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの吸気弁の動作説明図である。
図１８は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容を示すフローチャートである。
図１９は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気弁昇温モードにおける排気行程終了直前でのガス挙動の説明図である。
図２０は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気弁昇温モードにおける吸気行程初期段階でのガス，燃料噴霧の挙動の説明図である。
図２１は、本発明の第３の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成を示す透過斜視図である。
図２２は、本発明の第３の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの排気弁の動作説明図である。
図２３は、本発明の第３の実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容を示すフローチャートである。
図２４は、本発明の第４の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンの構成を示す透過斜視図である。
図２５は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンに取り付けられたスワール制御弁の構成を示す正面図である。
図２６は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンに取り付けられたスワール制御弁の動作説明図である。
図２７は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンに取り付けられたスワール制御弁の他の構成を示す正面図である。
図２８は、本発明の第２の実施形態による火花点火機関の制御方法を用いるエンジンに取り付けられたスワール制御弁のその他の構成を示す正面図である。
図２９は、本発明の第４の実施形態による火花点火機関の制御方法によるエンジン起動処理の処理内容を示すフローチャートである。
図３０は、本発明の第４の実施形態による火花点火機関の制御方法における吸気弁昇温モードにおける吸気行程での燃料，ガス挙動の説明図である。
図３１は、参考例としての吸気行程での燃料，ガス挙動の説明図である。
図３２は、本発明の第４の実施形態による火花点火機関の制御方法における触媒活性化モードにおける吸気行程での燃料，ガス挙動の説明図である。

Claims (10)

1. 燃料噴射弁（４）を有する火花点火機関において、
   機関温度が所定の温度より低い場合に、点火時期を燃費が最も良くなる点火時期より進角させることを特徴とした火花点火機関の制御方法。
2. 請求項１記載の火花点火機関の制御方法において、
   機関温度が所定の温度より低い場合に燃料を吸気行程で噴射することを特徴とする火花点火機関の制御方法。
3. 請求項１記載の火花点火機関の制御方法において、
   機関温度が所定の温度よりも高く、かつ触媒が未活性時に、燃料噴射時期を排気行程とするとともに、点火時期を燃費が最も良くなる点火時期より遅角させることを特徴とする火花点火機関の制御方法。
4. 燃料噴射弁を有する火花点火機関において、
   吸気弁の開弁時期を変更する手段（５０）を備え、
   機関温度が所定の温度より低い場合に、上記吸気弁の開弁時期を通常の開弁時期より進角させることを特徴とする火花点火機関の制御方法。
5. 請求項４記載の火花点火機関の制御方法において、
   機関温度が所定の温度より低い場合に燃料を吸気行程で噴射することを特徴とする火花点火機関の制御方法。
6. 請求項４記載の火花点火機関の制御方法において、
   機関温度が所定の温度よりも高く、かつ触媒が未活性時に、燃料噴射時期を排気行程とするとともに、点火時期を燃費が最も良くなる点火時期より遅角させることを特徴とする火花点火機関の制御方法。
7. 請求項４記載の火花点火機関の制御方法において、
   排気弁の開弁時期を変更する手段（６０）を備え、
   機関温度が所定の温度よりも高く、かつ触媒が未活性時に、排気弁の開弁時期を通常よりも遅角させることを特徴とする火花点火機関の制御方法。
8. 燃料噴射弁を有する火花点火機関において、
   吸気管の流路段面積を変えてスワールを発生させるスワール制御弁（３０）を備え、
   機関温度が所定の温度よりも低い場合に、上記スワール制御弁（３０）によって生成されるスワール強さを、機関温度が所定の温度よりも高い場合より弱くすることを特徴とする火花点火機関の制御方法。
9. 請求項８記載の火花点火機関の制御方法において、
   機関温度が所定の温度より低い場合に燃料を吸気行程で噴射することを特徴とする火花点火機関の制御方法。
10. 請求項８記載の火花点火機関の制御方法において、
    機関温度が所定の温度よりも高く、かつ触媒が未活性時に、燃料噴射時期を排気行程とするとともに、点火時期を燃費が最も良くなる点火時期より遅角させることを特徴とする火花点火機関の制御方法。

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