KR20000058077A - 기통내 분사형 내연 기관 - Google Patents

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Abstract

기통내 분사형 내연 기관에 있어서, 배기 정화 촉매 장치의 승온이 요구되었을 때, ECU(40)내의 승온 제어부에 의해 내연 기관의 공연비가 이론 공연비 근방으로 되도록 분사 밸브로부터 연료를 압축 행정중에 직접 연소실내로 분사하여, 성층 연소를 실시한다. 이로써, 연비의 악화를 동반하지 않고, 배기 정화 촉매 장치의 온도를 유지 또는 승온할 수 있게 된다.

Description

기통내 분사형 내연 기관{In-cylinder injection type internal combustion engine}
본 발명은 기통내 분사형 내연기관에 관한 것으로 상세하게는 기통내 분사형 내연 기관에서의 촉매 승온 기술에 관한 것이다.
최근, 연소실내에 직접 연료를 분사하는 기통내 분사형 내연 기관이 실용화되고 있다. 통상적으로 이러한 종류의 내연 기관은 기관의 운전 상태 등에 의해 성층 연소와 균일 연소를 전환하는 제어가 행해지고 있다.
또한, 이러한 종류의 내연 기관에 있어서도, 대기중에 방출되는 배기 가스 중의 유해 성분을 억제하기 위해, 배기 통로에 배기 정화 촉매 장치가 설치되어 있다. 그러나, 이러한 촉매 장치는 충분한 배기 가스 정화 특성을 얻기 위해, 소정 온도 이상으로 할 필요가 있다. 그러므로, 상술의 내연 기관에 있어서도, 보다 빠르게 촉매 장치를 활성화시키는 방법이나 촉매 장치의 온도가 소정 온도 보다 낮아지지 않는 방법이 개발되어 있다.
그래서, 예를 들면, 특허공개공보 제(평)8-100633호의 기술에서는 출력을 얻기 위한 주 분사 실행 후의 팽창 행정 전반에 부 분사를 행하고, 주 분사의 주 연소의 화염 전파를 이용하여 부 분사의 연료를 재연소시키고 있다. 이로써, 배기 가스 온도를 조기에 상승시켜 냉간 시동 직후의 촉매 장치의 조기 활성화를 도모하고 있다.
특허공개공보 제(평)10-47040호의 기술에서는 난기 후에 배기 가스 온도가 균일 연소 운전보다 낮아지는 성층 연소 운전(예를 들면, 아이들 운전)이 계속되어촉매 장치의 온도가 저하하는 경우, 기통내 분사형 내연 기관의 운전을 성층 연소 운전으로부터 균일 연소 운전으로 전환함으로써, 촉매 온도를 소정의 활성 온도 이상으로 유지하고 있다. 이로써, 촉매 장치의 배기 가스 정화 특성의 악화를 방지하고 있다.
그러나, 전자의 기술에서는 촉매 온도의 승온을 위해 기관의 출력에 기여하지 않은 여분의 연료를 다량으로 분사할 필요가 있으므로, 연비가 악화된다고 하는 불합리함이 생긴다. 또한, 후자의 기술에서는 배기 가스 온도의 정도가 높지 않기 때문에, 촉매 장치의 온도를 유지하거나 또는 회복시키거나 하기 위해 균일 예비 혼합 연소 운전을 행하는 시간이 길어지게 되어, 연비의 악화를 초래하게 된다.
본 발명의 목적은 상술한 과제를 감안하여 창안된 것으로, 연비의 악화를 억제하면서 배기 가스 정화 특성을 향상시킬 수 있는 기통내 분사형 내연 기관을 제공하는 데에 있다.
내연 기관의 연소실내에 직접 연료를 분사하는 연료 분사 밸브를 갖는 기통내 분사형 내연 기관에 있어서, 내연 기관의 배기 통로에 설치되고, 배기 가스 중의 유해 성분을 정화하는 배기 정화 촉매 장치, 상기 배기 정화 촉매 장치의 승온이 필요할 때, 상기 내연 기관의 공연비가 이론 공연비 또는 이론 공연비 근방이 되도록, 성층 연소시키는 승온 제어부를 갖는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 기관의 공연비가 이론 공연비 또는 이론 공연비 근방으로 되도록 성층 연소가 실시되기 때문에, 연비를 악화시키지 않고, 다량의 CO와 O2를 동시에 배기 정화 촉매 장치에 공급하여, 산화 반응을 일으킬 수 있으며, 반응열로 배기 정화 촉매 장치를 효율적으로 승온시킬 수 있다.
이 경우, 제어 장치는 공연비가 약 14 내지 16 정도로 되도록 한 오픈 루프 제어를 행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기통내 분사형 내연 기관에 있어서, 배기 통로에는 배기 가스 중의 산소 농도를 검출하는 산소 농도 검출 장치를 갖고, 제어 장치는 공연비가 이론 공연비로 되도록 산소 농도 검출 장치에 의거하여 피드백 제어를 행하는 것이 바람직하다.
이로써, 제어의 신뢰성을 높일 수 있고, 배기 정화 촉매 장치의 승온 효율을향상시킬 수 있다.
상기 기통내 분사형 내연 기관에 있어서 상기 연소실내를 향하도록 기관 본체에 설치된 점화전을 갖고, 제어 장치는 연료 분사 밸브의 분사 시기를 제어하는 분사 시기 제어부, 점화전의 점화 시기를 제어하는 점화 시기 제어부를 구비하고, 제어 장치는 승온 제어부가 작동할 때, 승온 제어부가 작동하지 않을 때의 성층 연소시에 비해 분사 시기와 점화 시기와의 간격이 넓어지도록 분사 시기 제어부에 의해 설정되는 분사 시기 또는 점화 시기 제어부에 의해 설정되는 점화 시기 중의 어느 하나를 조정하는 것이 바람직하다.
이로써, 스모크의 발생을 억제하면서, 배기 정화 촉매 장치의 승온을 양호하게 행할 수 있다.
상기 기통내 분사형 내연 기관에 있어서, 제어 장치는 주 연소를 위한 주 분사 이외에 연료를 분사하는 추가 연료 분사 제어부를 갖고, 제어 장치는 추가 연료 분사 제어부에 의해 승온 제어부가 작동하기 전에, 주 분사 이후의 팽창 행정중에 추가 연료를 분사시키는 것이 바람직하다.
이로써, 특히 냉간 시동시의 배기 정화 촉매 장치의 승온 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 관계된 기통내 분사형 내연 기관을 도시한 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 관계된 타이머를 이용한 실활(失活) 억제 제어(타이머 제어)의 제어 루틴을 도시한 플로우챠트.
도 3은 도 2의 실활 억제 제어의 제어 내용을 도시한 타임챠트.
도 4는 공연비 A/F를 변화시켜, 압축 행정 분사를 실행한 경우(실선) 및 종래의 예비 혼합 균일 연소 운전을 행한 경우(일점 쇄선)에서의 O2, 농도(b), H2농도(c), CO 농도(d)를 비교하여 도시한 도면.
도 5는 도 2의 실활 억제 제어에 의거하여 압축 S/L 모드로 운전을 행한 경우(실선) 및 종래의 균일 연소 운전을 행한 경우(일점쇄선)에서의 선택형 NOx 촉매의 중심부와 3원 촉매의 중심부에서의 배기 온도(Tex)의 시간 변화를 비교한 타임챠트.
도 6은 CO 농도와 스모크 농도와의 관계를 도시한 도면.
도 7은 공연비를 일정(예를 들면, 값 15)하게 한 경우의 점화 시기, 분사 종료 시기 및 점화 시기와 분사 종료 시기와의 간격(일점쇄선으로 나타냄)과 CO 농도(실선), 스모크 농도(사선 부가 실선)과의 관계를 도시한 맵.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 관계된 배기 온도 센서를 이용한 실활 억제제어(배기 온도 센서 제어)의 제어 루틴을 도시한 플로우챠트.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 관계된, 타이머를 이용한 냉간 시동 승온 제어에 의해, 압축 S/L 모드로 운전을 오픈 루프 제어하는 경우의 제어 루틴을 도시한 플로우챠트.
도 10은 도 9의 냉간 시동 승온 제어의 제어 내용을 도시한 타임챠트이다.
도 11은 도 9의 냉간 시동 승온 제어에 의거하여 압축 S/L 모드로 운전을 행할 때에 2단 분사를 행한 경우(실선) 및 2단 분사를 행하지 않은 경우(일점쇄선)에서의 선택형 NOx 촉매의 입구와 중심부에서의 배기 온도(Tex)의 시간 변화를 도시한 타임챠트.
도 12는 도 9의 냉간 시동 승온 제어에 의거하여, 2단 분사를 행한 후에 압축 S/L 모드로 운전을 행한 경우(실선)와, 종래의 균일 연소 운전을 행한 경우(일점 쇄선)에 있어서의 선택형 NOx 촉매의 입구와 중심부 및 3원 촉매의 중심부에서의 배기 온도(Tex)의 시간 변화(a), 및 배기 정화 촉매 장치의 NOx 정화 효율(b), CO 정화 효율(c), HC 정화 효율(d)의 시간 변화를 도시한 타임챠트.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 관계된 타이머를 이용한 냉간 시동 온도 제어에 의해, 압축 O2-F/B 모드로 운전을 행하는 경우의 제어 루틴을 도시한 플로우챠트.
도 14는 도 13의 냉간 시동 승온 제어의 제어 내용을 도시한 타임챠트.
도 15는 본 발명의 제 5 실시예에 관계된 배기 온도 센서를 이용한 냉간 시동 승온 제어에 의해, 압축 O2-F/B 모드로 운전을 행한 경우의 제어 루틴을 도시한 플로우챠트.
도 16은 도 15의 냉간 시동 승온 제어의 제어 내용을 도시한 타임챠트.
도 17은 O2센서 활성 판정 제어의 제어 루틴을 도시한 플로우챠트.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 엔진 6 : 연료 분사 밸브
22 : O2센서 30 : 배기 정화 촉매 장치
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에는 챠량에 탑재되는 본 발명에 관계된 기통내 분사형 내연 기관의 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 이하 동 도면에 의거하여 기통내 분사형 내연 기관의 구성을 설명한다.
엔진 본체(1; 이하, 간단하게 엔진이라 함)는 예를 들면 흡기 행정에서 연료를 분사하여 균일하게 연소시키는 흡기 행정 분사 모드와, 압축 행정에서 연료 분사를 행하여 성층 연소시키는 압축 행정 분사 모드를 갖고, 이들 연료 분사 모드(운전 모드)를 운전 상태 등에 따라 전환하는 직렬 4기통 가솔린 엔진이다.
또한, 이 엔진(1)은 흡기 행정 분사 모드에 있어서, 이론 공연비로 운전(이론 공연비 운전), 리치 공연비로 운전(리치 운전), 린 공연비(예를 들면, 공연비 18 내지 23 정도)로 운전(린 운전)이 가능하고, 압축 행정 분사 모드에 있어서, 초린 공연비(공연비 25 내지 50정도)로 운전(초 린 운전)이 가능하다.
또한, 이 엔진(1)은 흡기 행정이나 압축 행정에서의 연료 분사만이 아니고, 팽창 행정에서도 연료 분사를 행하는 것이다. 구체적으로는 흡기 행정 또는 압축 행정에서 주 연소를 위해 주 분사를 행한 후, 팽창 행정에서 다시 추가의 연료를 분사하는 2단 분사를 행할 수 있다. 이러한 분할 분사는 주로 팽창 행정에서 분사된 부 분사를 실질작업에 기여하지 않고, 팽창 행정 후반에서 배기 행정 중에 잉여 산소와 반응(연소)시킴으로써 배기 승온을 행할 목적인 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(1)의 실린더 헤드(2)에는 각 기통마다 점화 플러그(4)와 전자식 연료 분사 밸브(6)가 설치되어 있다. 연료 분사 밸브(6)는 연소실(8)내에 직접 연료를 분사할 수 있도록 설치되어 있다.
연료 분사 밸브(6)에는 도시하지 않은 연료 공급 장치가 접속되어 있다. 상세하게는 연료 공급 장치에는 연료 탱크 내의 연료를 토출하는 저압 연료 펌프와, 저압 연료 펌프로부터의 연료를 고압으로 하는 고압 연료 펌프가 설치되어 있다. 이것에 의해, 연료 분사 밸브(6)는 원하는 연소압으로 연료 분사가 가능하게 된다. 이 때, 연료 분사량은 고압 연료 펌프의 연료 토출압과 연료 분사 밸브(6)의 개방 시간, 즉 연료 분사 시간에 의해 결정된다.
실린더 헤드(2)에는 각 기통마다 대략 직립으로 형성된 흡기 통로가 설치되어 있다. 그리고, 이 흡기 통로와 연결되도록 흡기 매니폴드(10)의 일단이 접속되어 있다.
도면 중 부호(13)는 크랭크각(CA)을 검출하는 크랭크각 센서이고, 엔진 회전속도(Ne)는 이 크랭크각 센서(13)의 출력 신호(크랭크각(CA))에 의거하여 검출된다. 또한, 도면 부호(14)는 엔진(1)의 냉각 수온(WT)을 검출하는 수온 센서이다. 이 수온 센서(14)의 온도 정보에 의거하여, 엔진(1)이 냉간 상태에 있는지, 온기 상태에 있는지를 판정하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예의 기통내 분사형 엔진(1)은 공지된 것으로, 그 구성에 관해서는 상세한 설명을 생략한다.
배기 매니폴드(12)는 각 기통으로부터 배출되는 미연소 연료 성분(미연소 연료 HC 등의 가연물)을 양호한 효율성으로 통기내에서 연소할 수 있도록, 반응형 배기 매니폴드가 채용되고 있다. 이 반응형 배기 매니폴드(12)는 각 기통으로부터의 배기 가스가 집중되는 배기 합류부(12a)를 구비하고 있고, 이 용적은 도 1중에 도시한 바와 같이, 통상의 배기 매니폴드에 비해 크게 되어 있다. 즉, 배기 합류부(12a)의 용적은 배기 합류부(12a)에 있어서 잠시 체류하는 미연소 연료 성분이 잉여 산소와 혼합하여 반응(연소)하도록 설계되어 있다. 이것에 의해, 특히 분할 분사의 부 분사에 의해 각 기통으로부터 배출된 미연소 연료 성분(주로 HC)이 충분히 연소됨으로써, 양호하게 배기 가스 온도가 상승한다.
또한, 상기 도면에 도시된 바와 같이, 배기 매니폴드(12)에는 배기관(20)이 접속되어 있다. 이 배기관(20)에는 배기 정화 촉매 장치(30)를 거쳐 머플러(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 또한, 배기관(20)에는 배기 가스 중의 산소 농도를 검출하기 위한 O2센서(22)가 설치되어 있다. 이러한 O2센서(22)는 이론 공연비를 기준으로 하여 출력 전압이 크게 변화하는 특성을 갖고 있다. 구체적으로는 리치 공연비측에서 출력 전압이 대로 되는 한편, 린 공연비측에서는 소(O 값 근방)로 되는 특성이다. 따라서, O2센서(22)의 출력에 의거하여 공연비를 린 공연비와 리치 공연비로 진동시킴으로써, 엔진(1)의 공연비를 대부분 이론 공연비로 할 수 있다. 이것을 스토이키어메트릭(stoichiometric) 피드백 제어 또는 O2피드백 제어라고 한다. 이하, O2-F/B 제어라고 칭한다. 또한, O2센서는 공지된 것이므로, 상세한 구성에 관해서는 설명을 생략한다.
배기 정화 촉매 장치(30)는 린 공연비 운전시에서의 배기 가스 중의 NOx를 HC 존재하에 선택적으로 정화할 수 있는 선택 환원형 NOx 촉매(30a)와, 3원 촉매 (30b)를 구비하고 있다. 3원 촉매(30b)는 선택 환원형 NOx 촉매(30a)의 하류에 배치되어 있다. 선택 환원형 NOx 촉매(30a)는 3원 촉매(30b)와 거의 동등한 구조이기는 하지만, 담지되는 성분이 다른 것으로, 산화 분위기에서 많은 배기 가스 중의 NOx를 선택적으로 정화할 수 있는 촉매이다.
또한, 3원 촉매(30b)의 하류에는 배기 정화 촉매 장치(30)를 통과한 배기 가스의 온도(배기 온도; Tex)를 검출할 수 있는 배기 온도 센서(32)가 설치되어 있다. 이 배기 온도 센서(32)에 의해 검출된 배기 온도(Tex)는 거의 배기 정화 촉매 장치 (30)의 온도로 간주할 수 있다. 따라서, 이 배기 온도 센서(32)의 출력 신호에 의해 배기 정화 촉매 장치(30)의 배기 가스 정화 특성을 충분히 얻을 수 있는지, 즉 선택 환원형 NOx 촉매(30a) 및 3원 촉매(30b)가 충분히 기능할 수 있는 온도에 달하고 있는지 판정할 수 있다.
또한, 전자 제어 유닛(ECU)(40)에는 입출력 장치, 기억 장치(ROM, RAM, 비휘발성 RAM 등), 중앙 처리 장치(CPU), 타이머 카운터 등이 설치되어 있다. 이 ECU(40)는 본 발명에 관계된 기통내 분사형 내연 기관의 종합적인 제어를 행하는 제어장치이다. ECU(40)의 입력측에는 상술한 스로틀 센서(11a), 크랭크각 센서(13),수온 센서(14), O2센서(22), 배기 온도 센서(32) 등의 각종 센서류가 접속되어 있고, 이들 센서류의 검출 정보가 입력된다.
한편, ECU(40)의 출력측은 점화 코일을 통해 상술한 점화 플러그(4)나 연료분사 밸브(6)가 접속되어 있다. ECU(40)는 점화 시기 제어부, 연료 제어부를 갖고 있고, 점화 플러그(4)나 연료 분사 밸브(6)에 대하여, 각 센서류로부터의 출력 신호에 의거하여 설정된 점화 시기, 연료 분사량, 연료 분사 시기의 최적치를 출력한다. 이로써, 연료 분사 밸브(6)로부터 적정한 연료량이 적정한 타이밍에 분사되며, 점화 플러그(4)에 의해 적정한 타이밍에 점화된다.
구체적으로는 ECU(40)에서는 스로틀 센서(11a)로부터의 스로틀 밸브 개도 온도 정보(Θth)와, 크랭크각 센서(13)로부터의 엔진 회전 속도 정보(Ne)에 의거하여 엔진 부하에 대한 목표 평균 유효압(Pe)을 구할 수 있도록 되어 있다. 그리고 통상적으로는 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)의 정보에 의해, 미리 설정된 연료 분사 모드 맵(도시하지 않음)에 의해 연료 분사 모드, 즉, 운전 모드가 설정되도록 되어 있다. 예를 들면, 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)가 모두 작을 때에는 운전 모드는 압축 행정 분사 모드(압축 L 모드)로 되며, 목표로 되는 공연비(목표 A/F)가 초 린 공연비(예를 들면, 25 내지 50 정도)로 되도록 압축 행정 중에는 연료 분사 밸브(6)로부터 연료가 분사된다. 한편, 목표 평균 유효압(Pe) 또는 엔진 회전속도(Ne)가 커지면, 운전 모드는 흡기 행정 분사 모드로 되며, 흡기 행정 중에 연료가 분사된다. 이 흡기 행정 분사 모드에는 목표 A/F가 린 공연비(예를 들면, 18 내지 23 정도)로 되도록 제어되는 흡기 린 모드, 실제의 엔진의 공연비(실 A/F)가 이론 공연비로 되도록 피드백 제어되는 흡기 행정 O2피드백 모드(흡기 O2-F/B 모드) 및 목표 A/F가 리치 공연비로 되도록 제어되는 오픈 루프 모드(흡기 O/L 모드)가 있다.
상술의 목표 A/F는 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)로부터 설정되고, 연료 분사 밸브(6)로부터 분사되는 연료량은 목표 A/F에 의해 결정된다.
또한, 운전 모드에는 흡기 행정 또는 압축 행정에서의 주 분사 후에 팽창 행정에서 추가의 연료를 분사하는 2단 분사 모드를 갖고 있다. 이 2단 분사 모드는 각종 센서류로부터의 검출 정보로부터 판정되는 엔진(1)의 운전 상태에 따라, ECU(40)에 설치된 추가 연료 제어부에 의해 실행된다.
또한, 본 발명의 기통내 분사형 내연 기관에서는 각종 센서류로부터의 검출 정보에 의거하여 배기 정화 촉매 장치(30)의 온도가 낮은 경우, 연료를 압축 행정 중에 분사하여, 공연비를 이론 공연비보다 약간 희박한 슬라이트 린 공연비(예를 들면, 14.7 내지 16 정도)로 제어하는 압축 행정 슬라이트 린 모드(압축 S/L 모드) 또는 실 A/F가 이론 공연비로 되도록 피드백 제어하는 압축 행정 O2피드백 모드(압축 O2-F/B 모드)를 운전 모드로서 구비하고 있다. 이들 운전 모드는 ECU(40)에 설치된 승온 제어부에 의해 실행되며, 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온에 사용된다.
이하, 본 발명의 기통내 분사형 내연 기관에서의 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온 제어에 관해 설명한다.
배기 정화 촉매 장치(30)의 온도가 낮아지는 상태는 예를 들면, 성층 연소 운전(압축 행정 분사 모드)과 같은 배기 온도(Tex)가 낮아지는 배기 온도 운전 모드가 장시간 계속됨으로써, 배기 정화 촉매 장치(30)의 온도가 저하되는 경우와, 엔진(1)이 장시간에 걸쳐 정지하고 있던 것에 의해, 배기 정화 촉매 장치(30)의 온도가 활성 온도 이하로 되어 있는 경우, 즉, 냉간 시동시의 경우를 생각할 수 있다.
이하, 이들의 경우에 대응하는 승온 제어에 관해 각각 설명한다.
제 1 실시예
우선, 전자의 경우인 승온 제어에 관해서 설명한다.
도 2는 배기 정화 촉매 장치(30)가 소정 온도(예를 들면, 활성 온도)이하의 저온으로 되지 않도록 하는 승온 제어로서의 실활 억제 제어이며, 특히 타이머 제어를 사용한 제어 루틴이 도시되어 있다. 도 3은 실활 억제 제어의 타임챠트가 도시되어 있다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 제 1 실시예를 설명한다.
우선, 스텝(S10)에서는 상술한 연료 분사 모드 맵에 의거하여, 운전 모드가 예를 들면, 압축 모드인 동시에 엔진 회전 속도(Ne)가 낮아지도록 하는 아이들 운전시 등, 즉 배기 저온 운전 모드로 운전이 판정된 경우, 본 루틴에서 사용하는 타이머(T)를 값 0에 리셋하고, 시계를 계시시킨다(도 3a 내지 도 3d 참조). 그리고, 스텝(S12)에서, 배기 저온 운전 모드가 실행된다.
스텝(S14)에서는 타이머(T)가 소정시간(T1)을 계시했는지의 여부, 즉 배기 저온 운전 모드로 운전 시간이 소정 시간(T1)을 초과하였는지의 여부가 판별된다. 소정시간(T1)은 배기 저온 운전 모드로 운전을 계속했을 때에, 배기 정화 촉매 장치(30)의 속도가 소정 온도(예를 들면, 활성 온도) 이하로 되는, 즉 배기 온도(Tex)가 소정값(실활 온도; Texo) 이하로 되는 시간인 것이며, 미리 실험 등에 의해 구할 수 있게 된다. 판별 결과가 NO인 경우에는 스텝(S12)으로 되돌아가고, 배기 저온 운전 모드가 계속된다. 한편, 판별 결과가 YES인 경우, 즉 타이머(T)가 소정 타이머 시간(T1)을 계시하여 배기 저온 운전 모드로 운전이 소정 타이머 시간(T1)을 초과하였다고 판정된 경우(도 3d 참조)에는 스텝(S16)으로 진행한다.
스텝(S16)에서는 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온을 행하기 전에, 압축 S/L 모드로 운전을 실행하여도 되는지의 여부를 판별한다. 구체적으로는 엔진 회전 속도(Ne), 목표 평균 유효압(Pe), 차속(V)이 각각 각 대응하는 소정값 이하인지의 여부를 판별한다.
엔진 회전 속도(Ne), 목표 평균 유효압(Pe), 차속(V) 중의 어느 하나가 높은 조건에서는 배기 온도가 높은 통상 주행 상태로 간주할 수 있으며, 본 제어를 사용하지 않고도 배기 정화 장치(30)의 승온 효과를 충분히 얻을 수 있다. 그러므로, 스텝(S16)의 판별 결과가 NO이고, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 평균 유효압(Pe), 차속(V) 중의 어느 하나가 대응하는 소정값보다 크도록 한 경우에는 다음에 스텝(S18)으로 진행한다.
즉, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 평균 유효압(Pe), 차속(V) 중의 어느 하나가 대응하는 소정값보다 크도록 한 경우에는, 운전자가 엔진(1)에 고출력을 요구하고 있고, 엔진(1)을 적극적으로 운전하고 싶다고 하는 상황으로 판단할 수 있으며, 이러한 경우에는 압축 S/L 모드를 실시하면 배기 정화 장치(30)가 과승온의 우려가 있기 때문에, 압축 S/L 모드로 운전을 행하지 않도록 한다.
따라서, 이러한 경우에는 압축 S/L 모드로 운전을 행하지 않고, 즉 배기 정화 장치(30)의 승온 제어를 행하지 않고, 스텝(S18)에서, 통상 제어를 실시하도록 한다. 즉, 상기 연료 분사 모드 설정 맵에 의거하여 엔진(1)의 운전을 행하도록 한다.
한편, 스텝(S16)의 판별 결과가 YES이고, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 평균 유효압(Pe), 차속(V) 모두가 각각 대응하는 소정값 이하인 경우에는 다음에 스텝(S20)으로 진행하고, 압축 S/L 모드로 운전을 행하도록 한다.
압축 S/L 모드에서는 상술한 바와 같이, 압축 행정에 있어서 스토이키어메트릭(값 14.7)보다 점차 린 근방의 슬라이트 린 공연비(예를 들면, 14.7 내지 값 16)로 제어하여 연료 분사를 행한다(승온 제어부).
이와 같이 하면, 국부적으로 대단히 연료 농도가 진한 리치 공연비 상태가 통내에 형성되어, 국부적으로 산소가 부족하기 때문에 연료가 불완전 연소를 야기하여, 일산화탄소(CO)가 비교적 많이 발생하게 된다. 또한, 이 때, 산소가 부족하기 때문에, 연소에 의해 발생한 수소(H2)가 그대로 존재한다.
한편, 압축 행정 분사 모드에서의 연소는 성층 연소이기 때문에, 국부적으로 진한 리치 공연비 영역으로부터 이간된 연소실(8)내의 부분에서는 연소에 기여하지 않는 산소(O2)가 잉여 산소로서 다량 존재하고 있다.
즉, 운전 모드를 압축 S/L 모드로 하면, 일산화탄소(CO)나 수소(H2)가 비교적 많이 생성되어 배기 매니폴드(12)에 배출되는 동시에, 연소에 기여하지 않는 잉여 산소(O2)가 배기 매니폴드(12)에 배출되어진다.
즉, 도 4를 참조하면, 공연비 A/F를 변화시켜 압축 행정 분사를 행한 경우의 O2센서 출력(a), O2농도(b), H2농도(c), CO 농도(d)를 실선으로 나타내고, 공연비 A/F를 변화시켜 흡기 행정 분사를 행한 경우와 동일하게 결과를 일점쇄선으로 비교하여 나타내고 있다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 공연비를 스토이키어메트릭 근방으로 하여 흡기 행정 분사를 행한 경우(일점 쇄선)에는 균일 예비 혼합 연소로 되기 때문에 H2농도는 약 0vol%, CO 농도는 약 0.5vol%로 되어 있다. 한편, 공연비를 스토이키어메트릭 근방으로 하여 압축 행정 분사를 행한 경우(실선)에는 O2농도와 함께 H2농도나 CO 농도에 관해서도 충분히 높은 값을 나타낸다(예를 들면, O2농도: 2.Ovol%, H2 농도: 0.5 vol%, CO 농도: 1.5 voI%).
그리고, 이와 같이 일산화탄소(CO), 수소(H2)와 산소(O2)가 동시에 배기 슬매니폴드(12)에 배출되면, 상술한 바와 같이, 배기 매니폴드(12)는 반응형 배기 매니폴드이기 때문에, CO, H2, O2가 배기 합류부(12a)에서 어느정도 양호하게 산화 반응(연소)하게 된다. 또한, 배기 가스 중에는 미연소 HC가 포함되어 있기 때문에, 해당 미연소 HC에 관해서도 배기 합류부(12a)에서 역시 양호하게 산화 반응(연소)하게 된다. 이로써, 배기 온도가 어느 정도 승온하게 됨으로써, 해당 반응열(연소열)에 의해 배기 정화 장치(30)의 승온을 꾀할 수 있게 된다.
그렇지만, 해당 압축 S/L 모드가 실시되는 상황은 배기 저온 운전 모드로 운전이 소정 타이머 시간(T1)을 초과하여 실시되어, 배기 온도(Tex)가 대단히 낮은 상황이기 때문에, 이 배기 매니폴드(12)내에서의 반응은 그만큼 촉진되지 않고, 그러므로, 해당 배기 승온에 의한 배기 정화 장치(30)의 승온 효과는 그만큼 높은 것이 아니다.
따라서, CO, H2, O2의 대부분은 배기관(20)을 통해 배기 정화 장치(30)에 이르게 된다.
그런데, 일반적으로 배기 정화 장치(30)의 선택형 NOx 촉매(30a)와 3원 촉매 (30b)는 모두 산소 과잉 분위에서 촉매내에 O2를 저류하는 기능을 갖고 있고, 해당 저류한 O2에 의해 CO 등의 유해 물질을 산화하여 무해화하도록 구성되어 있다.
따라서, 상기와 같이, CO나 H2와 O2가 동시에 존재하게 되면, 촉매의 작용에 의해 이들 CO나 H2가 양호하게 산화 반응하게 됨으로써, 이 때 발생하는 반응열에 의해, 배기 정화 장치(30)가 승온하게 된다.
즉, 배기 저온 운전 모드로 운전이 소정 타이머 시간(T1)을 초과하여 실시되어 배기 온도(Tex)가 대단히 낮은 상황이 되었을 때, 운전 모드를 압축 S/L 모드로 함으로써, 배기 정화 장치(30)에 CO, H2, O2를 동시에 공급할 수 있고, CO나 H2의 산화 반응에 의한 반응열로 배기 정화 장치(30), 즉 선택형 NOx 촉매(30a)와 3원 촉매(30b)를 양호하게 또한 조기에 승온시킬 수 있다.
도 5에는 선택형 NOx 촉매(30a)와 3원 촉매(30b)에 각각 배기 온도 센서를 설치하여, 배기 온도(Tex)가 소정값(실활 온도; TexO) 이하로 된 후, 본 발명에 관계된 압축 S/L 모드로 운전을 행한 경우의 선택형 NOx 촉매(30a)의 중심부와 3원 촉매(30b)의 중심부에서의 배기 온도(Tex)의 시간 변화가 실선으로, 종래 기술과 같이 균일 예비 혼합 연소에서의 운전을 행한 경우의 시간 변화가 일점 쇄선으로 나타내어져 있다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 압축 S/L 모드(실선)로 운전하는 방법이, 균일 예비 혼합 연소에서의 운전을 행한 경우(일점 쇄선)보다도 배기 온도 (Tex)가 급속히 고온 영역까지 승온하게 되어, 선택형 NOx 촉매(30a)와 함께 3원 촉매(30b)가 조기에 승온하게 된다.
또한, 상기 도면에서는 3원 촉매(30b)의 중심부의 배기 온도(Tex)가 선택형 NOx 촉매(30a)의 중심부의 배기 온도(Tex)보다 느리게 승온하지만, 이것은 3원 촉매(30b) 쪽이 선택형 NOx 촉매(30a)보다 하류에 있기 때문에, CO, H2, O2의 대부분이 선택형 NOx는 촉매(30a) 내에서 반응하고 먼저 선택형 NOx 촉매(30a)를 승온시킨 후, 선택형 NOx 촉매(30a)가 충분히 승온하여 잉여 반응열로 3원 촉매 (30b)가 느리게 승온되기 때문이다.
그리고, 이 경우, 압축 S/L모드에서는 전체로서 공연비는 스토이키어메트릭(값 14.7) 근방값(값 14.7 내지 16)이므로, 종래 기술과 같이, 촉매 장치가 활성화 상태로 되기까지에, 균일 예비 혼합 연소(예를 들면, 흡기 O/L 모드 운전)를 장시간에 걸쳐 실시하거나, 부 분사를 계속 실시하거나 하여 지나치게 연료 소비량을 증대시키지 않고, 즉 연비를 악화시키지 않고, 배기 정화 장치(30)를 승온시킬 수 있다.
그런데, 운전 모드를 압축 S/L 모드로 하고, 성층 연소에 의해 국부적으로 리치 공연비 상태로 하여 CO를 많이 발생시키는 경우, 소위 스모크와의 관계가 문제가 되지만, 통상적으로는 도 6에 도시된 바와 같이, CO 농도와 스모크 농도와는 대략 비례 관계에 있으며, CO량의 증대와 함께 스모크도 증대한다고 하는 관계를 갖고 있다. 즉, 압축 S/L 모드에서의 공연비를 린 공연비측으로 하여 연료 분사량을 적게 할 수록 CO의 발생량이 감소하게 됨으로써, 스모크의 발생량을 억제할 수 있다.
이러한 것으로 인해, 해당 압축 S/L 모드에서는 공연비를 리치 공연비측이 아니고 스모크의 발생량을 적극적으로 억제하면서도 CO를 충분히 얻을 수 있도록 하는 슬라이트 린 공연비(예를 들면, 14.7 내지 값 16)로 하도록 하고 있다.
또한, CO 발생량 및 스모크 발생량은 점화 시기와 연료 분사 시기(실제로는 분사 종료 시기)와의 상관성이 크며, 특히 점화 시기와 분사 종료 시기와의 간격에 크게 기인하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 여기서는 점화 시기와 분사 종료 시기를, 스모크 발생량을 적게 할 수 있으며, 동시에 CO를 충분히 얻게 되도록 가장 적합한 점화 시기와 분사 종료 시기에 설정하도록 하고 있다.
도 7을 참조하면, 공연비를 일정(예를 들면, 값 15)하게 한 경우의 점화 시기, 분사 종료 시기 및 점화 시기와 분사 종료 시기와의 간격(일점 쇄선으로 나타냄)과 CO 농도(실선), 스모크 농도(사선 부가 실선)와의 관계가 맵으로 나타내어져 있다. 실제로는 해당 맵에 의거하여 가장 적합한 점화 시기와 분사 종료 시기가 설정된다. 구체적으로는, 예를 들면, 스모크를 가시적으로 확인할 수 없는 레벨로 간주하는 스모크 농도의 기준값(예를 들면, 스모크 농도: 5.0% 정도)을 설정해 두고, 스모크의 발생량을 해당 기준값으로 억제하도록 한 경우에,가장 CO의 발생량이 많아지고 CO 농도가 높은 값(예를 들면, CO 농도 1.5% 근방)이 되도록 하는 점화 시기와 분사 종료 시기(설정점)를 해당 관계 맵으로부터 판독하도록 한다(변경수단). 이 설정점에서 가장 적합한 점화 시기는 예를 들면, 5°BTDC로 되는 한편, 가장 적합한 분사 종료 시기는 예를 들면, 55°BTDC로 되며, 점화 시기와 분사 종료 시기와의 간격은 상기 도면에서 예를 들면 50°CA(크랭크각)로 된다.
또한, 여기에서는 스모크 농도가 기준값(예를 들면, 스모크 농도 5.0% 정도)으로 되도록 하여, 가장 적합한 점화 시기와 분사 종료 시기를 설정하도록 하고 있지만, 실제로는 CO의 발생량과 스모크의 발생량을 감안하여, CO를 가능한 한 많이 발생시키도록, 점화 시기와 분사 종료 시기를 설정하도록 할 수 있으며, 또한 스모크를 가능한 한 발생시키지 않도록 점화 시기와 분사 종료 시기를 설정할 수 있다.
이 경우, 구체적으로는 상기 도면에 도시된 바와 같이, CO의 발생량을 많게 하고 싶은 경우에는 점화 시기와 분사 종료 시기와의 간격을 작게 하면 되고, 역으로 스모크 발생량을 적게 하고 싶은 경우에는 점화 시기와 분사 종료 시기와의 간격을 크게 하면 된다. 실제상으로는 점화 시기와 분사 종료 시기와의 간격이 상기 50℃ CA 전후의 10°정도내, 즉 40°CA 내지 60°CA의 범위내이면 스모크의 발생량을 충분히 적게 할 수 있는 동시에 CO를 충분히 얻는 것이 가능하다. 즉, 압축 S/L 모드에서는 점화 시기와 분사 종료 시기와의 간격은 40°CA 내지 60°CA의 범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 배기 저온 운전 모드로 운전이 예를 들면 아이들 운전인 경우, 운전 모드가 압축 S/L 모드로 되어도, 해당 아이들 상태를 유지할 필요가 있기 때문에, 상기 스로틀 밸브(11)를 우회하도록 설치된 바이패스 통로(도시하지 않음)의 바이패스 공기량을 설정하는 동시에, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정의 아이들 회전 속도로 되도록 설정할 필요가 있다.
또한, 운전 모드가 압축 L 모드인 경우에는 통상적으로는 NOx 저감을 목적으로하여 배기 재순환(EGR)을 행하하기 위한 EGR 밸브(도시하지 않음)를 개방하고 있지만, 해당 압축 S/L 모드가 실시될 때에는 공연비의 변동 등을 억제하기 위해서, EGR 밸브는 닫힌 상태로 하여, EGR은 행하지 않도록 한다.
이상과 같이, 도 2의 스텝(S20)에서 압축 S/L 모드로 운전을 행하고, 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온을 실시하면, 다음에 스텝(S22)으로 진행한다.
스텝(S22)에서는 타이머(T)가 소정 타이머 시간(T2)을 계시했는지의 여부, 즉 압축 S/L 모드로 운전이 소정 타이머 시간(T2)를 초과하여 유지되고 있는지의 여부를 판별한다. 소정 타이머 시간(T2)은 상기 소정 타이머 시간(T1)과 동일하게, 미리 실험 등에 의해, 예를 들면, 배기 저온 운전 모드로 운전 후, 압축 S/L 모드로 운전 실행에 의해 배기 정화 촉매 장치(30)가 소정의 온도, 즉 배기 온도(Tex)가 소정값(Tex1)에까지 승온되었다고 추정되기까지의 시간으로 설정되어 있다. 그리고, 판별 결과가 NO인 경우, 스텝(S16)을 거쳐 스텝(S20)에서 압축 S/L 모드로 운전을 계속한다. 한편, 판별 결과가 YES인 경우, 즉 타이머(T)가 소정 타이머 시간(T2)을 계시하고, 압축 S/L 모드로 운전이 소정 타이머 시간(T2)을 초과하였다고 판정된 경우(도 3c 참조)에는 압축 S/L 모드로 운전을 종료하고, 다음에 스텝(S24)으로 진행한다.
스텝(S24)에서는 운전 모드를 다시 본래의 운전 모드로 되돌리도록 한다. 즉, 여기서는 배기 저온 운전 모드로 운전을 계속한다.
제 2 실시예
제 2 실시예에서는 상기 제 1 실시예의 실활 억제 제어를 타이머 제어를 대신하여 배기 온도 센서 제어로 행한 경우의 실시예에 관해서 설명한다.
도 8을 참조하면, 엔진(1)의 작동 중에 배기 정화 촉매 장치(30)가 냉각되는 경우의 실활 억제 제어 중, 배기 온도 센서 제어에 의한 경우의 제어 루틴이 플로우챠트로 도시되어 있다. 이하, 해당 도 8의 플로우챠트를 따라 상기 도 3의 타임챠트를 참조하면서 설명한다.
우선, 스텝(S30)에서는 배기 저온 운전 모드로 운전의 실시에 의해, 배기 온도 센서(32)에 의해서 검출되는 배기 온도(Tex)가 상기 소정 온도(실활 온도(TexO) 이하로 되었는지의 여부를 판별한다(도 3b 참조). 즉, 상개 제 1 실시예에서는 타이머(T)의 계시에 의한 배기 온도(Tex)의 추정에 의해 기본적으로 압축 S/L 모드를 행할 것인지의 여부의 판별을 행하고 있었지만, 여기서는 추정에 의하지 않고 직접적으로 배기 온도(Tex)를 검출하여 판별을 행하도록 한다.
그리고, 스텝(S30)의 판별 결과가 NO이면, 스텝(S39)으로 진행하고, 압축 S/L 모드로 운전을 행하지 않고, 즉 실활 억제 제어를 행하기 전의 운전 모드로 운전을 계속한다.
한편, 스텝(S30)의 판별 결과가 YES이고, 배기 온도(Tex)가 상기 소정값(실활 온도; TexO) 이하로 판별된 경우, 스텝(S32)으로 진행하여, 상기 동일하게 압축 S/L 모드로 운전을 행하여도 되는지의 여부의 판별을 행한다. 또한, 이 경우 판별 조건에 관해서는 상술한 바와 같으며, 여기서는 설명을 생략한다.
그리고, 스텝(S32)의 판별 결과가 NO인 경우, 스텝(S34)으로 진행하고, 상기와 동일하게 통상의 제어를 행한다. 한편, 스텝(S32)의 판별 결과가 YES인 경우에는 다음에 스텝(S36)으로 진행하여, 압축 S/L 모드로 운전을 계시한다. 또한, 압축 S/L 모드에서의 내용에 관해서도 상술한 바와 같기 때문에, 여기서는 설명은 생략한다.
이와 같이, 스텝(S36)에서, 압축 S/L 모드로 운전을 행하여, 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온을 실시하면, 다음에 스텝(S38)으로 진행한다.
스텝(S38)에서는 배기 온도 센서(32)에 의해 검출되는 배기 온도(Tex)가 상기 소정값(Tex1) 이상으로 되었는지의 여부를 판별한다(도 3b 참조). 즉, 상기 제 1 실시예에서는 타이머(T)의 계시에 의한 배기 온도(Tex)의 추정에 의해 압축 S/L 모드를 종료하는지의 여부의 판별을 행하였지만, 여기서는 추정에 의하지 않고 직접적으로 배기 온도(Tex)를 검출하여 압축 S/L 모드에서의 종료 판정을 행하도록 한다.
그리고, 스텝(S38)의 판별 결과가 NO이면, 스텝(S32)을 거쳐 스텝(S36)에서 압축 S/L 모드로 운전을 계속한다. 한편, 스텝(S38)의 판별 결과가 YES인 경우, 즉 압축 S/L 모드로 운전 계속에 의해 배기 온도(Tex)가 상기 소정값(Tex) 이상으로 판정된 경우(도 3b 참조)에는 압축 S/L 모드로 운전을 종료하고, 다음에 스텝(S39)으로 진행한다.
스텝(S39)에서는 상술한 바와 같이, 운전 모드를 실활 억제 제어를 행하기 전의 운전 모드로 되돌아가서 운전을 계속한다. 이 경우, 실제로는 배기 저온 운전 모드로 운전을 계속하게 된다.
이로써, 압축 S/L 모드로 운전을 필요에 따라 보다 정확하게 실시할 수 있게 되며, 상기 제 1 실시예와 동일하게 연비의 악화없이 또한 스모크의 발생이 적은 배기 정화 촉매 장치(30)를 양호하게 승온시킬 수 있다.
제 3 실시예
다음에, 엔진(1)을 냉간 시동시키는 경우의 배기 정화 촉매 장치(30)의 온도 제어에 관해서 설명한다.
도 9를 참조하면, 엔진(1)을 냉간 시동시켰을 때의 승온 제어, 즉 배기 정화 촉매 장치(30)를 저온 상태에서 소정의 활성 온도까지 승온시키는 냉간 시동 승온 제어 중, 타이머 제어에 의해 압축 S/L 모드로 운전을 오픈 루프 제어(S/L 제어)하는 경우의 제어 루틴의 플로우챠트로 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 해당 냉간 시동 승온 제어의 제어 내용이 타임챠트로 도시되어 있고, 이하, 해당 도 9의 플로우챠트 및 도 10의 타임챠트에 따라 제 3 실시예를 설명한다.
우선, 스텝(S40)에서는 시동 스위치(시동 SW), 이그니션 키(도시하지 않음)가 조작되어 온상태로 되며, 엔진(1)이 시동되었다고 판정된 경우에 있어서, 상기 제 1 실시예의 경우과 마찬가지로, 해당 루틴에서 사용하는 타이머(T)를 값 0에 리셋하고, 시계를 계시하도록 한다(도 10c, 10d, 10e 참조). 그리고, 스텝(S42)에서, 예를 들면, 엔진 회전 속도(Ne)가 아이들 회전 속도보다 큰 소정값(Ne1)에 이르렀다고 판정되어, 시동 계시가 완료하면, 다음에 스텝(S44)으로 진행한다. 또한, 도 10a에 도시된 바와 같이, 엔진(1)의 시동 후, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정값(Ne1)에 이를 때까지는 시동에 충분한 연료를 공급하기 위해 운전 모드는 흡기 O/L 모드로 된다.
스텝(S44)에서는 상술의 2단 분사를 행하여도 되는지의 여부를 판별한다.
해당 제 3 실시예에서는 냉간 시동시와 같이, 배기 정화 촉매 장치(30)가 대단히 저온 상태이고 충분히 활성되지 않는 경우에는 상기 압축 S/L 모드로 운전을 행하여도 촉매에 의한 산화 반응이 촉진되기 어렵다. 그러므로, 이 경우에는 압축 S/L 모드에 앞서서 2단 분사를 행하고, 배기 승온에 의해 미리 배기 정화 촉매 장치(30)를 어느정도 승온(예열)시키도록 하고 있고, 여기서는 우선 해당 2단 분사의 실시 가부 판별을 행하도록 한다.
여기서는 상술한 압축 S/L 모드에서의 실시 가부 판별인 경우과 동일하게, 예를 들면, 도시하지 않은 아이들 스위치가 오프이고, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 평균 유효압(Pe), 차속(V)이 각각 대응하는 소정값 이하인가를 판별한다. 또한, 수온 센서(14)로부터의 냉각 수온 정보(WT)가 엔진(1)이 난기된 것으로 간주되는 온도, 즉 난기 온도(WTO) 이하인지의 여부를 판별한다. 냉각 수온 정보(WTO)가 난기 온도(WTO) 이하인지의 여부를 판별하는 것은 특히 배기 정화 촉매 장치(30)의 과승온을 방지하는 것을 고려하기 위해서이다.
스텝(S44)의 판별 결과가 NO이고, 토크 부족, 과승온의 우려가 있고, 2단 분사하지 않는 편이 좋다고 판정된 경우에는 스텝(S46)에서 통상 제어를 실시한다. 즉, 상기 연료 분사 모드 설정 맵에 의거하여 엔진(1)의 운전을 행하도록 한다.
한편, 스텝(S44)의 판별 결과가 YES, 즉 토크 부족, 과승온의 우려가 없고, 2단 분사를 실시하여도 좋다고 판정된 경우에는 스텝(S48)에어서 2단 분사를 실시한다(도 10a 참조). 즉, 흡기 행정 또는 압축 행정에서 주 연소를 위한 주 분사를 행한 후, 팽창 행정에서 다시 추가 연료를 공급하는 부 분사를 행하도록 한다(추가연료 제어부). 이로써, 부 분사에 의한 미연소 연료 성분(주로 HC)이 상기 반응형 배기 매니폴드의 작용에 의해서 양호하게 반응(연소)하여 배기 온도가 상승하게 됨으로써, 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온이 이루어진다.
다음 스텝(S50)에서는 2단 분사의 실시 후, 타이머(T)가 소정 타이머 시간(소정 기간; T3)을 계시했는지의 여부를 판별한다. 소정 타이머 시간(T3)은 미리 실험 등에 의해, 예를 들면, 압축 S/L 모드로 전환되었을 때에, 배기 정화 촉매 장치(30)의 온도가 배기 정화 촉매 장치(30)내에서 산화 반응을 계시할 수 있는 정도의 온도로 되기까지의 시간으로 설정되어 있다. 판별 결과가 NO인 경우에는 스텝(S44)을 거쳐 스텝(S48)에서 2단 분사를 계속한다. 한편, 판별 결과가 YES인 경우, 즉 타이머(T)가 소정 타이머 시간(T3)를 계시하였다고 판정된 경우(도 10d 참조)에는 다음에 스텝(S52)으로 진행한다.
스텝(S52)에서는 상기 제 1 및 제 2 실시예의 경우와 동일하게 압축 S/L 모드로 운전을 행하여도 되는지의 여부를 판별한다. 상기 제 3 실시예에서는 판별 조건으로서 상술한 엔진 회전 속도(Ne), 목표 평균 유효압(Pe), 차속(V)에 관한 것에 부가하여, 상기 2단 분사의 실시 가부 판별의 경우와 동일하게, 냉각 수온 정보(WT)가 난기 온도(WTO) 이하인지의 여부도 판별 조건으로 하며, 또한, 2단 분사의 합계 실시 시간이 소정시간(t3) 이상인지의 여부도 판별 조건으로 하여 압축 S/L 모드의 실시 가부 판별을 행한다. 상세하게는 엔진 회전 속도(Ne)가 상기 아이들 회전 속도(Ne)가 상기 아이들 회전 속도보다 큰 소정값(Ne1) 이하인지의 여부, 목표 평균 유효압(Pe)이 소정값(Pe1) 이하인지의 여부, 차속(V)이 소정값(V1) 이하인지의 여부의 판별을 행하는 동시에(도 10e, 10f, 10g 참조), 냉각 수온 정보(WT)가 난기 온도(WTO) 이하인지의 여부의 판별을 행하고(도 10b 참조), 또한 2단 분사의 합계 실시 시간이 소정 시간(t3)(t3＜T3) 이상인지의 여부의 판별을 행한다.
여기서, 2단 분사의 합계 실시 시간이 소정시간(t3) 이상인지의 여부도 판별 조건으로 하는 것은 타이머(T)가 소정 타이머 시간(T3)을 계시하고 있는 도중에 운전 상태의 변화에 의해 상기 스텝(S44)의 판별 결과가 일시적으로 NO로 되어, 2단 분사가 중단되도록 하는 경우에는 배기 정화 촉매 장치(30)가 2단 분사에 의해 충분히 승온되지 않을 우려가 있으며, 이러한 상태에서는 압축 S/L 모드로 운전의 효과를 충분히 얻을 수 없는 것을 고려하였기 때문이다. 즉, 2단 분사의 합계 실시 시간이 배기 정화 촉매 장치(30)를 충분히 승온 가능한 시간, 즉 소정 시간(t3)에 충족되지 않는 경우에는 압축 S/L 모드로 운전의 효과를 충분히 얻을 수 없는 것으로 간주하여, 이 경우에는 압축 S/L에서의 운전을 행하지 않도록 한다.
그리고, 스텝(S52)의 판별 결과가 NO인 경우, 스텝(S54)으로 진행하여, 상기 동일하게 통상적인 제어(예를 들면, 흡기 O/L 모드 운전)를 행한다. 한편, 스텝(S52)의 판별 결과가 YES인 경우에는 다음에 스텝(S56)으로 진행하여, 상기 제 1 및 제 2 실시예의 경우와 동일하게 압축 S/L 모드로 운전을 행한다(도 10a 참조).
이와 같이, 우선 2단 분사를 실시하고, 그 후에 압축 S/L 모드로 운전을 실시하도록 하면, 냉간 시동이면서, 상기 제 1 및 제 2 실시예에서의 실활 억제 제어의 경우와 동일하게 배기 정화 촉매 장치(30)에서 CO나 H2의 산화 반응을 양호하게 촉진시키고, 이의 반응열에서 배기 정화 촉매 장치(30), 즉 선택형 NOx 촉매(30a)와 3원 촉매(30b)를 양호하게 또한 조기에 승온시킬 수 있다.
여기서, 도 11을 참조하면, 본 발명에 관계된 압축 S/L 모드로 운전을 행할 때에, 2단 분사를 행한 경우(실선)와 행하지 않은 경우(일점 쇄선)의 선택형 NOx 촉매(30a)의 입구와 중심부에서의 배기 온도(Tex)의 시간 변화가 타임챠트로 비교하여 도시되어 있다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 냉간 시동시에 우선 2단 분사를 행하도록 하면, 2단 분사에 의한 배기 승온에 의해 촉매 입구에서의 배기 온도(Tex)가 급속히 상승하여 선택형 NOx 촉매(30a)가 충분히 예열되기 때문에, 그 후에 압축 S/L 모드로 운전을 행하였을 때에는 상기 도 5와 동일하게, 선택형 NOx 촉매(30a)는 대단히 양호하게 승온하게 된다. 또한, 상기 도면에는 3원 촉매 (30b)에 대해서 생략하고 있지만, 3원 촉매(30b)에 대해서도 도 5와 마찬가지로, 양호하게 승온하게 된다.
또한, 도 12를 참조하면, 예를 들면, 소정 타이머 시간(T3)에 걸쳐 2단 분사를 실행한 후, 압축 S/L 모드로 운전을 행한 경우(실선)와 압축 S/L 모드로 운전을 행하지 않고 상기 균일 예비 혼합 연소에서의 운전을 행한 경우(일점 쇄선)의 선택형 NOx 촉매의 입구부와 중심부 및 3원 촉매(30b)의 중심부에서의 배기 온도(Tex)의 시간 변화(a)가 도시되어 있고, 더불어 배기 정화 촉매 장치(30)의 NOx 정화 효율(b), CO 정화 효율(c), HC 정화 효율(d)의 시간 변화가 각각 압축 S/L 모드로 운전을 행한 경우(실선)와 상기 균일 예비 혼합 연소에서의 운전을 행한 경우(일점 쇄선)와 비교하여 타임챠트로 도시되어 있다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 냉간 시동시에 있어서는 2단 분사의 실시 후에 압축 S/L 모드로 운전하면(실선), 2단 분사의 전환 직후에 대단히 짧은 시간에 HC, CO, NOx가 모두 높은 정화 효율을 나타내며, 촉매상에서 활발한 반응이 일어나므로, 상기 도 5와 동일하게, 선택형 NOx 촉매(30a)와 동시에 3원 촉매(30b)가 균일하게 예비 혼합 연소에서의 운전을 행한 경우(일점 쇄선)보다 빠르게 승온하게 된다.
그런데, 통상적으로 이와 같이 2단 분사를 행하는 것은 상술한 바와 같이 엔진(1)의 출력에는 일체 기여하지 않는 연료를 여분으로 공급하기 때문에 연비의 악화로 이어지는 것이지만, 도 12에서도 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 있어서는 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온을 위해 실시하는 2단 분사 시간, 즉 소정 타이머 시간(T3)은 극히 짧은 시간으로 가능하므로, 종래와 같이 2단 분사를 장시간에 결쳐 계속적으로 실시하는 경우에 비해 연비의 악화를 극히 작게 억제할 수 있다.
즉, 압축 S/L 모드(실선)로 운전하기 전에, 2단 분사를 필요 최소한의 시간만 실시하도록 함으로써, 냉간 시동시에 있어서 연비의 악화를 극히 작게 억제하면서 효율적으로 조기에 배기 정화 촉매 장치(30)를 승온시킬 수 있다.
그리고, 이와 같이, 도 9의 스텝(S56)에서, 압축 S/L 모드로 운전을 행하고, 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온을 실시하면, 다음에 스텝(S58)으로 진행한다.
스텝(S58)에서는 타이머(T)가 소정 타이머 시간(T4)을 계시했는지의 여부, 즉 압축 S/L 모드로 운전이 소정 타이머 시간(T4)을 초과하여 계속되고 있는지의 여부를 판별한다. 소정 타이머 시간(T4)은 상기 소정 타이머 시간(T2)과 동일하게, 미리 실험 등에 의해, 예를 들면 냉간 시동 후, 2단 분사 및 압축 S/L 모드로 운전의 실행에 의해 배기 정화 촉매 장치(30)가 소정의 고온, 즉 배기 온도(Tex)가 소정값(Tex1)에까지, 승온했다고 추정되기까지의 시간으로 설정되어 있다. 그리고, 판별 결과가 NO인 경우에는 스텝(S52)을 거쳐 스텝(S56)에서 압축 S/L 모드로 운전을 계속한다. 한편, 판별 결과가 YES인 경우, 즉 타이머(T)가 소정 타이머 시간(T4)을 계시하고, 압축 S/L 모드로 운전이 소정 타이머 시간(T4)을 초과하였다고 판정된 경우(도 10c 참조)에는 압축 S/L 모드로 운전을 종료하고, 스텝(S59)으로 진행한다.
스텝(S59)에서는 상기 연료 분사 모드 설정 맵에 의거한 통상적인 제어에 의해 엔진(1)의 운전을 행하도록 한다(예를 들면, 흡기 O/L 모드 운전)
제 4 실시예
제 4 실시예에서는 상기 제 3 실시예의 냉간 시동 승온 제어에 있어서 타이머제어에 의해 압축 S/L 모드로 운전을 오픈 루프 제어(O/L 제어)하고 있던 것을, 압축 S/L 모드로의 운전을 대신하여 압축 행정 O2피드백 제어(압축 O2-F/B 제어)하는 경우, 즉 압축 O2-F/B 모드로 운전하는 경우의 실시예에 관해서 설명한다.
도 13을 참조하면, 냉간 시동 승온 제어 중, 타이머 제어에 의해 압축 O2-F/B 모드로 운전을 행하는 경우의 제어 루틴이 플로우챠트로 도시되어 있다. 도 14를 참조하면, 해당 냉간 시동 승온 제어 내용이 타임챠트로 도시되어 있다. 이하, 해당 도 13의 플로우챠트 및 도 14의 타임챠트에 따라 제 4 실시예를 설명한다.
또한, 도 13 중, ①로 나타낸 부분은 상기 도 9중의 스텝(S40) 내지 스텝(S50)까지의 ①로 나타낸 범위, 즉 2단 분사의 제어부분과 동일한 제어이기 때문에, 설명을 생략하고, 여기서는 상기 제 3 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명한다.
스텝(S60)에서는 압축 O2-F/B 모드 또는 압축 S/L 모드로 운전을 행하여도 되는지의 여부를 판별한다. 여기서는 상기 제 3 실시예에서의 압축 S/L 모드로 운전을 행하여도 되는지의 여부의 판별 조건과 동일한 판별 조건으로 판별을 행한다(도 14c, 도 14f, 도 14g, 도 14h 참조). 그리고, 판별 결과가 NO인 경우에는 스텝(S62)에서 통상 제어(예를 들면, 흡기 O2-F/B 모드 운전)을 행하며(도 14b 참조), 한편, 판별 결과가 YES인 경우에는 다음에 스텝(S64)으로 진행한다.
스텝(S64)에서는 O2센서(22)가 활성 상태에 있는지의 여부를 판별한다. 통상적으로 O2센서(22)는 어느 정도의 고온하에서 그 성능을 발휘하도록 구성되어 있어 있다. 그러므로, 저온에서 압축 O2-F/B 제어를 적정하게 실시할 수 없다. 그래서, 해당 스텝(S64)에서는 O2센서(22)가 활성 상태에 있는지의 여부를 판별한다. 상세하게는 O2센서(22)가 활성 상태에 있는지의 여부는 예를 들면 O2센서(22)의 출력 전압이 리치 공연비를 기초로 소정의 출력값, 즉 활성 판정 전압 보다도 큰지의 여부로 판별 가능하다. 판별 결과가 NO이고, O2센서(22)가 저온이고 O2센서(22)가 활성 상태가 아니라고(오프) 판정된 경우에는 스텝(S66)으로 진행한다(도 14a 참조).
O2센서(22)가 활성 상태가 아닌 경우에는 상술과 같이 압축 O2-F/B 제어를 적정하게 실시할 수 없다. 그러므로 이 경우에는 스텝(S60)의 판별 결과를 받아서, 스텝(S66)에서, 상기 제 3 실시예의 경우와 동일하게, 압축 S/L 모드로 운전을 행한다(도 14b 참조).
한편, 스텝(S64)의 판별 결과가 YES이고, O2센서(22)의 출력 전압이 활성 판정 전압보다 크고, O2센서(22)가 활성 상태(온)로 판정된 경우에는 다음 스텝(S68)으로 진행한다(도 14a 참조).
스텝(S68)에서는 압축 O2-F/B 모드로 운전을 행한다(도 14b 참조). 즉, O2센서(22)로부터의 출력 정보에 의거하여 공연비가 스토이키어메트릭이 되도록 제어한다.
이와 같이, 압축 O2-F/B 모드에서 공연비가 스토이키어메트릭(값 14.7)로 되도록 피드백 제어하면, 상기 도 4에 도시된 바와 같이, 압축 S/L 모드로 공연비를 슬라이트 린 공연비(예를 들면, 14.7 내지 값16)로 한 경우와 대략 동일하게, CO, H2, O2가 충분히 생성된다. 즉, 압축 S/L 모드를 대신하여 압축 O2-F/B 모드로 운전한 경우라도 배기 정화 촉매 장치(30)를 충분하게 승온시킬 수 있다.
게다가 또한, 이와 같이 압축 O2-F/B 제어를 행하면, 피드백 제어이기 때문에, 상기 압축 S/L 모드에서의 O/L 제어에 비해 극히 제어 정밀도를 높일 수 있다. 즉, 압축 O2-F/B 모드로 운전을 행하도록 함으로써, 제어의 신뢰성을 높일 수 있으며, 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 이와 같이 도 13의 스텝(S66)에서, 압축 S/L 모드로 운전을 행하거나 또는 스텝(S68)에서 압축 O2-F/B 모드로 운전을 행하여, 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온을 실시하면, 다음에 스텝(S70)으로 진행한다.
스텝(S70)에서는 상기 제 3 실시예와 동일하게, 타이머(T)가 소정 타이머 시간(T4)을 계시했는지의 여부, 즉 압축 S/L 모드 또는 압축 O2-F/B 모드로 운전이 소정 타이머 시간(T4)을 초과하여 계속되고 있는지의 여부를 판별한다. 판별 결과가 NO인 경우에는 스텝(S60, 64)를 거쳐 스텝(S66) 또는 스텝(S68)에서 압축 S/L 모드로 운전, 압축 O2-F/B 모드로 운전을 계속한다. 한편, 판별 결과가 YES인 경우, 즉 타이머(T)가 소정 타이머 시간(T4)을 계시했다고 판정된 경우(도 14d 참조)에는 압축 S/L 모드 또는 압축 O2-F/B 모드로 운전을 종료하고, 스텝(S72)으로 진행하고, 상기 연료 분사 모드 설정 맵에 의거한 통상 제어에 의해 엔진(1)의 운전을 행한다(예를 들면, 흡기 O2-F/B 모드운전).
제 5 실시예
제 5 실시예에서는 상기 제 4 실시예의 냉간 시동 승온 제어에 있어서 타이머제어에 의해 압축 S/L 모드로 운전을 오픈 루프 제어(O/L 제어)하고 있던 것을 타이머 제어를 대신하여 배기 온도 센서 제어로 행한 경우의 실시예에 관해서 설명한다.
도 15를 참조하면, 냉간 시동 온도 제어 중, 배기 온도 센서 제어에 의해 압축 O2-F/B 모드로 운전을 행한 경우의 제어 루틴이 플로우챠트로 도시되어 있다. 도 16을 참조하면, 냉간 시동 온도 제어의 제어 내용이 타임챠트로 도시되어 있다. 이하, 해당 도 15의 플로우챠트 및 도 16의 타임챠트에 따라 제 5 실시예를 설명한다.
또한, 상기 제 4 실시예의 경우과 동일하게 도 15 중, ①로 나타낸 부분은 상기 제 3 실시예에 있어서의 도 9 중의 스텝(S40) 내지 스텝(S50)까지의 ①로 나타낸 범위, 즉 2단 분사의 제어부분과 동일하기 때문에 설명을 생략하고, 여기서는 제 3 실시예와 다른 부분에 관해서 설명한다.
스텝(S80)에서는 압축 O2-F/B 모드 또는 압축 S/L 모드로 운전을 행하여도 되는 지의 여부의 판별을 행한다. 이 경우에 있어서도, 상기 제 3 실시예에서의 압축 S/L 모드로 운전을 행하여도 되는지의 여부의 판별 조건과 동일의 판별 조건으로 판별을 행한다(도 16c, 16f 내지 16h 참조). 그리고, 판별 결과가 NO인 경우에는 스텝(S82)에서 통상 제어(예를 들면, 흡기 O2-F/B 모드 운전)를 행하고(도 16b 참조), 한편, 판별 결과가 YES인 경우에는 다음에 스텝(S84)으로 진행한다.
스텝(S84)에서는 상기 제 4 실시예의 경우와 동일하게, O2센서(22)가 활성 상태에 있는지의 여부를 판별한다. 판별 결과가 NO이고, O2센서(22)가 저온이고 O2센서(22)가 활성 상태가 아니라고 판정된 경우에는 스텝(S86)으로 진행하고(도 16a 참조), 상기 제 4 실시예와 동일하게, 압축 S/L 모드로 운전을 행한다(도 16b 참조).
한편, 스텝(S84)의 판별 결과가 YES이고, O2센서(22)의 출력 전압이 활성 판정 전압보다도 크고, O2센서(22)가 활성 상태라고 판정된 경우에는 다음에 스텝(S88)으로 진행하고(도 16a 참조), 역시 제 4 실시예와 동일하게, 압축 O2-F/B 모드로 운전을 행한다(도 16b 참조).
그리고, 스텝(S86)에서 압축 S/L 모드로 운전을 행하거나 또는 스텝(S88)에서 압축 O2-F/B 모드로 운전을 행하여, 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온이 실시되면, 다음에 스텝(S90)으로 진행한다.
스텝(S90)에서는 상기 제 2 실시예의 경우와 동일하게, 배기 온도 센서(32)에 의해 검출되는 배기 온도(Tex)가 상기 소정값(Tex1) 이상이 되었는지의 여부를 판별한다(도 16d 참조). 즉, 상기 제 4 실시예에서는 타이머(T)의 계시에 의한 배기 온도(Tex)의 추정에 의해 압축 O2-F/B 모드 또는 압축 S/L 모드를 종료하는지의 여부의 판별을 행하고 있었지만, 여기서는 추정에 의하지 않고 직접적으로 배기온도(Tex)를 검출하여 압축 O2-F/B 모드, 압축 S/L 모드의 종료 판정을 행한다.
그리고, 스텝(S90)의 판별 결과가 NO이면, 스텝(S80, 84)을 거쳐 스텝(S86) 또는 스텝(S88)에서 압축 S/L 모드로 운전, 압축 O2-F/B로 운전을 계속한다. 한편, 판별 결과가 YES인 경우, 즉 배기 온도(Tex)가 상기 소정값(Tex1) 이상으로 판정된 경우(도 16d 참조)에는 압축 S/L 모드 또는 압축 O2-F/B 모드로 운전을 종료하고, 스텝(S92)으로 진행하여, 상기 연료 분사 모드 설정 맵에 의거한 통상 제어에 의해 엔진(1)의 운전을 행한다(예를 들면, 흡기 O2-F/B 모드 운전).
이로써, 압축 S/L 모드 또는 압축 O2-F/B 모드로 운전을 필요에 따라 적정하게 실시할 수 있게 되어, 상기 제 4 실시예의 경우와 동일하게, 제어의 신뢰성을 높이면서, 연료의 악화없이 또한 스모크의 발생을 적게 배기 정화 촉매 장치(30)를 보다 효율적으로 양호하게 승온시킬 수 있다.
그런데, 상기 제 4 및 제 5 실시예에서는 상술한 바와 같이, O2센서(22)가 활성 상태에 있는지의 여부는 예를 들면, O2센서(22)의 출력 전압이 리치 공연비를 기초로 소정의 출력값, 즉 활성 판정 전압보다도 큰지의 여부로 판별하도록 하고 있다.
그렇지만, 2단 분사가 실시될 시에 전체의 공연비가 린 공연비로 되고, 또한 압축 S/L 모드가 슬라이트 린 공연비(값 14.7 내지 16)로 행하여지면, 공연비가 리치 공연비로 될 기회가 없어 O2센서(22)의 활성 판정을 할 수 없다.
그래서, 여기서는 또한, 상기 제 4 및 제 5 실시예에 있어서, O2센서(22)의 활성 판정을 행하기 위해서, 공연비를 강제적으로 리치 공연비로 하는 O2센서 활성 판정 제어를 겸하여 실시하도록 하고, 확실하게 O2센서(22)의 활성 판정이 이루어지록 하고 있다. 이하, O2센서 활성 판정 제어 내용에 관해서 설명한다.
도 17을 참조하면, O2센서 활성 판정 제어 루틴이 플로우챠트로 도시되어 있고, 이하, 해당 플로우챠트에 관해서 설명한다.
도 17의 스텝(S1OO)에서는 상기 제 3 실시예에서의 도 9의 스텝(S40)과 동일하게, 시동 스위치(시동 SW)가 온 상태로 되고, 엔진(1)이 시동하였다고 판정된 경우에 있어서, 해당 루틴에서 사용하는 타이머(T)를 값 0에 리셋하고 계시를 개시한다. 그리고, 스텝(S102)에서, 예를 들면 엔진 회전 속도(Ne)가 아이들 회전속보다 큰 소정값(Ne1)에 이르렀다고 판정되어, 시동 판정이 완료하면, 다음에 스텝(S104)으로 진행한다.
스텝(S104)에서는 O2센서(22)의 출력 전압이 상술한 활성 판정 전압 이하인지의 여부를 판별한다. 즉, 해당 스텝(S104)에서, 상술한 바와 같이 O2센서(22)가 활성 상태가 아닌 상태인지의 여부를 판별한다. 판별 결과가 NO, 즉 O2센서(22)가 이미 활성 상태에 있다고 판정된 경우에는 스텝(S114)으로 진행하고, O2센서(22)의 활성 완료라고 판정한다. 한편, 판별 결과가 YES이고, O2센서(22)가 활성 상태가 아니라고 판정된 경우에는 다음 스텝(S106)으로 진행한다.
스텝(S106)에서는 타이머(T)가 소정 타이머 시간(T5; 예를 들면, 15sec)을 계시했는지의 여부를 판별한다. 즉, 엔진(1)이 시동했다고 판정된 후, 소정 타이머 시간(T5; 예를 들면, 15sec)이 경과하여도 아직 O2센서(22)가 활성 상태로 되지 않았는 가를 판별한다. 판별 결과가 NO인 경우에는 스텝(S104)으로 되돌아가고, O2센서(22)가 활성 상태에 있는지의 여부를 계속해서 판별한다. 한편, 판별 결과가 YES인 경우, 즉 엔진(1)의 시동 후, 소정 타이머 시간(T5)을 경과하여도 아직 O2센서(22)가 활성 상태로 되어 있지 않다고 판정된 경우에는 다음에 스텝(S108)으로 진행한다. 공연비가 리치 공연비로 되지 않고, 린 공연비 그대로인 경우에는 당연하게 O2센서(22)는 활성 상태로 되어 있지 않으므로 이 경우에는 스텝(S108)으로 진행한다.
스텝(S108)에서는 공연비를 N행정(N은 임의의 정수)에 걸쳐 강제적으로 리치 공연비(농후화)로 한다. 즉, 강제적으로 O2센서(22)의 활성 판정이 가능하도록 한다.
그리고, 스텝(S110)에서, 현재는 O2센서(22)의 출력 전압이 상술한 활성 판정 전압 이상인 가를 판별한다. 판별 결과가 NO이고 여전히 O2센서(22)가 활성 상태로 되어 있지 않다고 판정된 경우, 스텝(S112)에서, 소정 타이머 시간(T5)을 소정 시간만큼 연장하고(T5= T5+α), 다시 스텝(S104, 106)을 거쳐 스텝(S108)에 서 강제적으로 공연비를 리치 공연비(농후화)로 한다. 스텝(S104)의 판별 결과가 YES로 되어, O2센서(22)가 충분히 활성 상태가 되었다고 판정되면, 스텝(S114)으로 진행하고, O2센서(22)의 활성은 완료라고 판정한다.
이로써, 2단 분사가 실시될 때에 전체 공연비가 린 공연비로 되고, 또한 압축 S/L 모드에서의 공연비가 슬라이트 린 공연비로 되어 운전이 행해진 경우일지라도 확실하게 리치 공연비로 될 기회를 얻게 됨으로써, O2센서(22)의 활성판정을 확실하게 행하는 것이 가능해진다. 그러므로 상기 제 4 및 제 5 실시예에 있어서, O2센서(22)가 활성 상태에 있을 때에는 항상 효과적으로 압축 O2-F/B 모드로 운전을 실시하도록 할 수 있으며, 상술한 바와 같이 제어의 신뢰성을 보다 한층 높이면서, 연비의 악화없이 또한, 스모크의 발생이 적은 배기 정화 촉매 장치(30)를 양호하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 상기 각 실시예의 배기 정화 촉매 장치(30)에서는 선택 환원형 NOx 촉매(30a)와 3원 촉매(30b)를 조합시키고 있지만, 배기 공연비가 린 공연비일 때에 배기 가스 중의 NOx를 흡장하여 스토이키어메트릭 또는 리치 공연비일 때에 흡장된 NOx를 방출하여 환원하는 흡장형 NOx 촉매 등을 사용하도록 하여도 된다. 즉, 본 발명은 배기 정화 촉매 장치의 승온를 꾀하는 것으로서, 촉매의 종류나 개수 등에 한정되는 것이 아니다.
또한, 상기 각 실시예에서는 압축 S/L 모드에 있어서 공연비를 슬라이트 린 공연비(예를 들면, 값 14.7 내지 16)로 설정되어 있지만, 엔진(1)에 의해 배출되는 O2나 CO의 관계(도 4 참조)로부터, 공연비를 스토이키어메트릭에 대하여 약간 리치 공연비(예를 들면, 값 14 정도)측으로 설정하도록 하여도 된다.
또한, 상기 제 3 내지 제 5 실시예에서는 도 9 중 ①로 나타낸 2단 분사의 제어 부분에 대해서는 타이머로써 2단 분사의 실행기간(소정 기간)을 계시하도록 하고 있지만, 예를 들면 배기 온도 센서를 배기 통로에 설치하고, 배기 정화 촉매 장치가 촉매상에서 산화 반응 가능한 상태가 해당 배기 온도 센서의 출력값에 의해 검출 또는 추정되기 까지를 소정기간으로서 2단 분사를 실행하도록 하여도 된다.
본 발명에 따라서, 연비의 악화를 억제하면서 배기 가스 정화 특성을 향상시킬 수 있는 기통내 분사형 내연 기관이 제공된다.

Claims (10)

  1. 내연 기관(1)의 연료실(8)내에 직접 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(6)와 내연 기관(1)의 배기 통로(20)에 설치되어 배기 가스 중의 유해 성분을 정화하는 배기 정화 촉매 장치(30)를 갖는 기통내 분사형 내연 기관에 있어서,
    상기 배기 정화 촉매 장치(30)의 승온이 필요한 때, 상기 내연 기관(1)의 공연비가 이론 공연비 또는 이론 공연비 근방으로 되도록, 성층 연소시키는 승온 제어부(S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88)를 갖는 제어 장치(40)를 갖는 것을 특징으로 하는 기통내 분사형 내연 기관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치(40)는 상기 공연비가 약 14 내지 16 정도로 되도록 오픈 루프 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 기통내 분사형 내연 기관.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배기 통로(20)에는 배기 가스 중의 산소 농도를 검출하는 산소 농도 검출 장치(22)를 구비하고,
    상기 제어 장치(40)는 상기 공연비가 이론 공연비로 되도록 상기 산소 농도 검출 장치(22)에 의거하여 피드백 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 기통내 분사형 내연 기관.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 내연 기관(1)은 상기 연소실(8)내를 향하도록 기관 본체에 설치된 점화전(4)을 갖고,
    상기 제어 장치(40)는 상기 연료 분사 밸브(6)의 분사 시기를 제어하는 분사 시기 제어부, 상기 점화전(4)의 점화 시기를 제어하는 점화 시기 제어부를 구비하며,
    상기 제어 장치(40)는 상기 승온 제어부(S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88)가 작동할 시에, 상기 승온 제어부가 작동하지 않을 때의 성층 연소시에 비해 분사 시기와 점화 시기의 간격이 넓어지도록 상기 분사 시기 제어부에 의해 설정되는 분사 시기, 또는, 상기 점화 시기 제어부에 의해 설정되는 점화 시기 중의 어느 하나를 조정하는 것을 특징으로 하는 기통내 분사형 내연 기관.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어 장치(40)는 상기 승온 제어부(S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88)가 작동할 시에, 분사 시기를 진각시키거나 또는 점화 시기를 지각시키어 분사 시기와 점화 시기의 간격을 넓게 하는 것을 특징으로 하는 기통내 분사형 내연 기관.
  6. 제 4 항에 있어서, 분사 시기와 점화 시기의 간격은 약 40 내지 60 크랭크 각으로 설정하는 것을 특징으로 하는 기통내 분사형 내연 기관.
  7. 제 1 항에 있어서, 제어 장치(40)는 주 연소를 위한 주 분사 이외에 연료를 분사하는 추가 연료 분사 제어부(S48)를 갖고,
    상기 제어 장치(40)는 상기 추가 연료 분사 제어부(S48)에 의해 상기 승온 제어부(S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88)가 작동하기 전에 상기 주 분사 이후의 팽창 행정 중에 추가 연료를 분사키시는 것을 특징으로 하는 기통내 분사형 내연 기관.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 추가 연료 제어부(S48)는 소정 기간에 걸쳐 추가 연료를 분사시키는 것을 특징으로 하는 기통내 분사형 내연 기관.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제어 장치(40)는 상기 기관(1)의 냉간 시동 후에 상기 추가 연료 제어부(S48)를 작동시키고,
    그후, 상기 승온 제어부(S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88)를 작동시키는 것을 특징으로 하는 기통내 분사형 내연 기관.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 배기 통로(20)에 배기 온도를 검출하는 배기 온도 센서(32)를 구비하고,
    상기 제어 장치(40)는 상기 승온 제어부(S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88)의 작동을 해당 배기 온도 센서(32)의 출력에 의거하여 정지시키는 것을 특징으로 하는 기통내 분사형 내연 기관.
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