WO2008136206A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2008136206A1
WO2008136206A1 PCT/JP2008/053005 JP2008053005W WO2008136206A1 WO 2008136206 A1 WO2008136206 A1 WO 2008136206A1 JP 2008053005 W JP2008053005 W JP 2008053005W WO 2008136206 A1 WO2008136206 A1 WO 2008136206A1
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fuel
cylinder
control
intake
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PCT/JP2008/053005
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French (fr)
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Koji Morita
Yusuke Nakayama
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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    • F02P5/1502—Digital data processing using one central computing unit
    • F02P5/1506—Digital data processing using one central computing unit with particular means during starting

Definitions

  • the present invention relates to a control device for a spark ignition type internal combustion engine that performs HC reduction control to reduce the amount of unburned HC emission in a predetermined low temperature start state, and in particular, PM ( (Particulate matter, particulate matter, etc.).
  • PM (Particulate matter, particulate matter, etc.).
  • in-cylinder temperature the temperature in the combustion chamber
  • in-cylinder adhering fuel most of the fuel adhering to the wall of the combustion chamber
  • the present applicant has already found that the amount of HC discharged from the combustion chamber is remarkably reduced if the over-advanced ignition control is performed at such a low temperature start (and rich atmosphere). See application 2 0 0 6—3 2 2 3 3 6). This is presumed to be based on the following reasons. That is, when the over-advanced ignition control is executed, the pressure of the pressure in the combustion chamber during the compression / expansion stroke (hereinafter referred to as “in-cylinder pressure”) is larger than that of the MBT control. As a result, the peak of the in-cylinder temperature increases (see Fig. 3 described later).
  • the applicant applies all the amount of fuel injected in the intake passage (intake port) upstream of the intake valve within the intake valve opening period. It has also been found that the amount of unburned HC emissions is further reduced by performing control that sets the fuel injection period to be injected (hereinafter referred to as “intake-synchronized injection control”). This is presumed to be based on the following reasons.
  • fuel injection within the intake valve opening period is referred to as “intake synchronous injection”
  • fuel injection before the intake valve is opened is referred to as “intake asynchronous injection”.
  • the intake port temperature is low in addition to the in-cylinder temperature. Therefore, the injected fuel tends to adhere to the wall surface of the intake port in addition to the wall surface of the combustion chamber.
  • the fuel adhering to the wall surface of the intake port (hereinafter referred to as “port adhering fuel”) can also be discharged from the combustion chamber as unburned HC without being used for combustion.
  • the fuel is injected in a state where the air in the intake passage flows into the combustion chamber via the intake port (that is, the state where the air flow exists) . Therefore, the amount of fuel adhering to the port can be significantly reduced as compared with the case where asynchronous intake injection is performed. As a result, the amount of incoming HC based on the fuel adhering to the port is significantly reduced. On the other hand, the amount of fuel attached to the cylinder soot tends to increase due to the execution of the intake synchronous injection, and as a result, the amount of combustion of HC based on the fuel attached to the cylinder can increase.
  • the amount of decrease in the “emission amount of unburned HC based on fuel attached to the port” described above is much larger than the increase amount of the “emission amount of unburned HC based on in-cylinder attached fuel”. From the above, if the intake-synchronized injection control is executed in addition to the over-advanced ignition control during low gearing, the overall amount of unburned HC is further reduced.
  • over-advanced ignition control and intake-synchronized injection control
  • HC reduction control intake-synchronized injection control
  • an object of the present invention is to provide a spark ignition type internal combustion engine control device that performs HC reduction control in a predetermined low-temperature starting state, and that can suppress an increase in PM emission accompanying execution of HC reduction control. It is in.
  • the control apparatus for a spark ignition type internal combustion engine is configured to determine whether or not the internal combustion engine is in a predetermined low-temperature start state, and whether the internal relation is in a predetermined low perturbation state.
  • the HC reduction control examples include only the over-advance ignition control, or the over-advance ignition control, the intake synchronous injection control, and the like.
  • the air-fuel ratio is normally adjusted to a slightly richer air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio in order to suppress misfire and stabilize combustion (so-called start increase).
  • the control device for the spark ignition type internal combustion engine is characterized in that an allowable value acquisition means for acquiring an allowable value corresponding to a PM emission amount, and the HC reduction based on the PM emission amount equivalent allowable value And a limiting means for performing limiting control for limiting the execution of the control.
  • the HC reduction control since the execution of the HC reduction control is limited based on the PM emission amount equivalent allowable value, the HC reduction control can be executed within a range where the PM emission amount does not exceed the allowable value. That is, it is possible to suppress an increase in PM emission accompanying the execution of HC reduction control.
  • the restriction As the control, when only the over-advanced ignition control is executed, or when both the over-advanced ignition control and the intake synchronous injection control are executed, the restriction As the control, the advance amount of the ignition timing from the MBT can be set to be smaller than the advance amount by the over-advance ignition control.
  • advance amount The larger the advance amount of the ignition timing from MB ⁇ (hereinafter also referred to simply as “advance amount”), the greater the in-cylinder pressure peak (and hence the in-cylinder temperature peak), and the above partial oxidation reaction. Is more promoted. As a result, the amount of unburned HC decreases, while the amount of PM increases. In other words, PM emissions can be reduced by reducing the advance amount.
  • the partial oxidation reaction due to the increase in the in-cylinder peak can be achieved by setting a smaller advance amount.
  • the promotion of response is suppressed, and the PM emissions can be prevented from exceeding the allowable value.
  • the fuel injection period may be set so that the entire amount is injected before the intake valve is opened.
  • the partial oxidation reaction is promoted by increasing the amount of in-cylinder attached fuel that is the target of the partial oxidation reaction.
  • the PM emission amount increases. .
  • the amount of PM generated can be reduced by reducing the amount of fuel that is the subject of intake synchronous injection.
  • the PM emission amount is likely to exceed the allowable value due to over-advanced ignition control + intake-synchronous injection control, a part or all of the injected fuel will be the target of intake-synchronous injection by subjecting it to the intake asynchronous injection. If the amount of fuel is set to be small, the promotion of the partial oxidation reaction due to the increase in the in-cylinder attached fuel amount is suppressed, and the PM emission amount can be prevented from exceeding the allowable value.
  • the above configuration is based on such knowledge.
  • the permissible value acquisition means based on the advance amount from the MBT by the overadvanced ignition control, as the PM emission amount equivalent permissible value, adheres in-cylinder attached fuel that adheres to the wall surface of the combustion chamber And an amount of the injected fuel that is acquired in advance when the intake synchronous injection control is executed in the predetermined low temperature start state.
  • the in-cylinder attached fuel amount is equal to the in-cylinder attached fuel amount allowable value based on the relationship between the in-cylinder attached fuel amount and the acquired in-cylinder attached fuel amount allowable value.
  • the amount of fuel injected within the intake valve opening period is determined as an intake synchronous injection amount allowable value,
  • the total amount of fuel is larger than the intake synchronous injection amount allowable value, and the amount of fuel obtained by subtracting the intake synchronous injection amount allowable value from the total amount of injected fuel is injected before the intake valve is opened and It is preferable that the fuel injection period is set so that an amount of fuel equal to the intake synchronous injection amount allowable value is injected within the intake valve opening period.
  • the allowable value of the in-cylinder attached fuel amount can be used as the PM emission amount equivalent allowable value.
  • the allowable value of the in-cylinder attached fuel amount is the advance angle. It can be determined based on the amount, and the smaller the advance amount, the smaller the value can be determined.
  • the intake synchronous injection control instead of the intake synchronous injection control, the amount of fuel obtained by subtracting the intake synchronous injection amount allowable value from the total amount of injected fuel as described above As a target of asynchronous intake injection, the amount of fuel that is equal to the intake synchronous injection amount allowable value is set to be the intake synchronous injection ⁇ . It can be suppressed that the amount exceeds the allowable value.
  • the in-cylinder attached fuel amount allowable value as the PM emission amount equivalent allowable value is acquired based on the advance amount, specifically, for example, the in-cylinder attached fuel amount allowable value
  • the basic value of the allowable amount of fuel adhering to the cylinder corresponding to the case where the ignition timing is MB T (advance amount 0) and the advance amount Obtained based on “the first correction value of the allowable fuel amount in the cylinder”.
  • the basic value of the in-cylinder attached fuel amount allowable value is set to a larger value, for example, as the cooling water is higher. This is because the higher the cooling water, the greater the proportion of the in-cylinder attached fuel that is vaporized and used for combustion, and the in-cylinder attached fuel substantially undergoes the partial oxidation reaction. This is based on the fact that the percentage of response targets is small (ie, the amount of PM generated is small). Further, the first correction value is set so that, for example, the advance amount is larger and the allowable fuel amount in the cylinder is smaller. This is based on the fact that the larger the advance amount, the higher the in-cylinder temperature peak and the more the partial oxidation reaction is promoted (that is, the amount of PM generated increases).
  • the basic value of the allowable fuel amount in the cylinder is determined to be a value corresponding to the case where the ignition timing is the MBT and the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio
  • the allowable fuel amount value is obtained based on the air-fuel ratio in addition to the basic value of the allowable fuel amount in the cylinder and the first correction value, and the second correction of the allowable fuel amount in the cylinder. It can also be obtained based on “value”.
  • the second correction value is set so that the allowable amount of fuel adhering to the cylinder becomes smaller as the deviation amount of the air-fuel ratio from the stoichiometric air-fuel ratio in the rich direction increases. This is because as the amount of deviation of the air-fuel ratio from the stoichiometric air-fuel ratio in the rich direction increases, the amount of fuel adhered in the cylinder increases and the partial oxidation reaction is promoted (that is, the amount of PM generated increases) Based on that.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine to which a control device for a spark ignition internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a rough diagram showing an example of the relationship between the ignition timing, the HC emission amount, and the PM emission amount at a low temperature start and when the air-fuel ratio is rich.
  • Fig. 3 is a graph showing changes in in-cylinder pressure and in-cylinder temperature with respect to the crank angle in the compression / expansion stroke.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the / leach for executing the HC reduction control including the PM suppression process executed by the CPU shown in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing a table that defines the relationship between the engine rotation speed and the amount of advance of the ignition timing from the MBT, referred to by the CPU shown in FIG.
  • FIG. 6 is a graph showing a table that defines the relationship between the load rate and the advance amount of the ignition timing from the MBT, which is referred to by the CPU shown in FIG.
  • FIG. 7 is a graph showing a table that defines the relationship between the coolant temperature and the advance amount of the ignition timing from the MBT, which is referred to by the CPU shown in FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing a table that defines the relationship between the coolant temperature and the basic value of the allowable amount of fuel adhering to the cylinder, which is referred to by the CPU shown in FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing a table that defines the relationship between the advance amount and the first correction coefficient, which is referred to by the CPU shown in FIG.
  • FIG. 10 is a draft showing a table that defines the relationship between the air-fuel ratio and the second correction coefficient, which is referred to by the CPU shown in FIG.
  • Fig. 11 is a graph showing a table that defines the relationship between the allowable amount of fuel adhering to the cylinder and the opening time of the injector corresponding to the allowable intake synchronous injection amount, which is referred to by the CPU shown in Fig. 1. It is. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows a control device according to an embodiment of the present invention as a spark ignition type multi-cylinder (4-cylinder) 4-cycle internal combustion engine.
  • the schematic structure of the system applied to is shown.
  • 10 is a cylinder block portion including a cylinder block, a cylinder block lower case, and an oil pan.
  • a cylinder head portion 30 fixed on the cylinder block portion 20 an intake system 40 for supplying gasoline mixture to the cylinder block portion 20, and an exhaust from the cylinder block portion 20 And an exhaust system 50 for releasing the gas to the outside.
  • the cylinder block portion 20 includes a cylinder 2 1, a piston 2 2, a connecting rod 2 3, and a crank shaft 2 4.
  • the piston 2 2 reciprocates in the cylinder 21, and the back and forth movement of the piston 2 2 is transmitted to the crankshaft 24 via the connecting rod 23, whereby the crankshaft 24 rotates.
  • the cylinder 2 1 and piston 2 2 heads are
  • Combustion chamber 25 is formed together with 30.
  • Cylinder head 3 0 includes intake port 3 1 communicating with combustion chamber 2 5, intake valve 3 2 for opening and closing intake port 3 1, intake valve control device 3 3 for driving opening and closing of intake valve 3 2, combustion Exhaust port 3 4 communicating with chamber 2 5 Exhaust valve 3 5 opening and closing exhaust port 3 4 Exhaust valve driving exhaust valve 3 5 First camshaft 3 6, spark plug 3 7, giving to spark plug 3 7
  • An igniter 3 8 including an ignition coil for generating a high voltage, and an injector (fuel injection means) 3 9 for injecting fuel into the intake port 31 are provided.
  • the intake valve control device 33 is composed of one of well-known configurations for adjusting and controlling the relative rotation angle (phase angle) between the intake camshaft and the intake cam (not shown) using hydraulic pressure.
  • the valve opening timing WT (open / close timing) of the intake valve 3 2 can be adjusted.
  • the intake system 40 includes an intake pipe 41 including an intake manifold that communicates with the intake port 3 1 and forms an intake passage together with the intake port 31.
  • An air filter 42 provided at an end of the intake pipe 41.
  • a throttle valve 4 3 is provided in the intake pipe 41 so that the opening cross-sectional area of the intake passage is variable, and a throttle valve actuator 4 3 a comprising a DC motor that constitutes the throttle valve drive means.
  • Exhaust system 50 is installed in exhaust manifold 5 1 communicating with exhaust port 3 4, exhaust pipe (exhaust pipe) 5 2 connected to exhaust manifold 5 1, and exhaust pipe 5 2
  • exhaust pipe (exhaust pipe) 5 2 connected to exhaust manifold 5 1, and exhaust pipe 5 2
  • the upstream three-way catalyst 5 3 and the downstream exhaust pipe 5 2 downstream of the first catalyst 5 3 are provided. ing.
  • the exhaust port 3 4, the exhaust manifold 5 1, and the exhaust pipe 5 2 constitute an air passage.
  • this system is connected to the exhaust passage upstream of the hot-wire air flow meter 61, slot position sensor 6 2, intake cam rotation angle sensor 6 3, crank position sensor 6 4, water temperature sensor 6 5, and first catalyst 53.
  • An air-fuel ratio sensor 6 6 and an accelerator opening sensor 6 7 are provided.
  • the hot-wire air flow meter 61 detects the mass flow rate per unit time of the intake air flowing through the intake pipe 41, and outputs a signal representing the mass flow rate (intake air flow rate) Ga.
  • the throttle position sensor 62 detects the opening degree of the throttle valve 43 and outputs a signal indicating the throttle valve opening TA.
  • the intake cam rotation angle sensor 63 detects the intake cam rotation angle and outputs a signal indicating the valve opening timing VVT of the intake valve 32.
  • the crank position sensor 64 detects the rotation angle of the crankshaft 24 and outputs a signal representing the engine speed NE.
  • the water temperature sensor 65 detects the cooling water temperature and outputs a signal indicating the cooling water temperature THW.
  • the upstream air-fuel ratio sensor 66 detects the air-fuel ratio upstream of the first catalyst 53 and outputs a signal representing the air-fuel ratio.
  • the accelerator opening sensor 67 detects the amount of operation of the accelerator pedal 8 1 operated by the driver, and outputs a signal representing the operation 4Accp of the accelerator pedal 81.
  • the electric control unit 70 includes a CPU 71 connected to each other by a bus, a routine (program) executed by the CPU 71, a table (look-up table, map), and ROM 72, RAM 73, knock-down in which constants are stored in advance. It is a microcomputer composed of RAM 74 and an interface 75 including an AD converter.
  • the interface 75 is connected to the sensors 61 to 67 and supplies signals from the sensors 61 to 67 to the CPU 71, and in accordance with instructions from the CPU 71, the intake valve control device 33, the igniter 38, the injector 39, and A drive signal is sent to the throttle valve actuator 43a.
  • the control for reducing the amount of unburned HC emitted by the control device for the internal combustion engine 10 (hereinafter referred to as “the present device”) configured as described above will be briefly described. explain. This HC reduction control is described in detail in Japanese Patent Application No. 2006-322336.
  • the temperature in the combustion chamber (cylinder temperature) is low. Therefore, the fuel injected from the injector 39 toward the intake port 31 tends to adhere to the wall surface of the combustion chamber 25. In this way, most of the fuel adhering to the wall surface of the combustion chamber 25 (in-cylinder fuel) can be discharged as unburned HC without being used for combustion.
  • the temperature of the three-way catalyst 53, 54 is low and the three-way catalyst 53, 54 is in an inactive state. Accordingly, the 3 ⁇ 4HC discharged from the combustion chamber 25 as described above cannot be purified by the three-way catalysts 53 and 54 and can be discharged into the atmosphere.
  • this device uses over-advanced ignition control, And the intake synchronous injection control is executed. First, the over-advanced ignition control will be described.
  • HC emission amount the amount of HC emission (hereinafter referred to as “HC emission amount”) by executing a control (over-advance ignition control) to advance the ignition timing from ⁇ at the time of low-temperature activation (and rich atmosphere). ”) Is also found to decrease significantly.
  • HC emission amount the amount of HC emission
  • over-advance ignition control over-advance ignition control
  • the upper graph in FIG. 2 shows an example of the relationship between the ignition timing and the HC emission amount at the time of cold start and when the air-fuel ratio is rich.
  • the ignition timing is The more advanced, the smaller the HC emissions. That is, when the ignition timing control is executed compared to when the ignition timing is set to MB T (MB T control), the HC emission amount becomes small. This is presumed to be based on the following reasons.
  • FIG. 3 is a graph showing changes in in-cylinder pressure and in-cylinder M ⁇ with respect to the crank angle in the compression / expansion stroke.
  • the cylinder pressure peak increases as the ignition timing is advanced (c ⁇ b ⁇ a). This is because as the ignition timing is advanced, the amount of fuel that burns before compression top dead center increases, and the boosting action is due to the upward movement of Biston 22 (operation from bottom dead center to top dead center). This is based on an increase in the degree of “pressure-increasing action caused by fuel combustion” superimposed on.
  • the more the ignition timing is advanced c ⁇ b ⁇ a
  • the in-cylinder temperature peak increases as the in-cylinder pressure peak increases.
  • the air-fuel ratio is adjusted to a slightly richer air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio (so-called start increase).
  • start increase a “partial oxidation reaction” between the oxygen and the fuel adhering to the cylinder (incomplete) Complete ⁇ firing
  • the incoming combustion HC based on the in-cylinder attached fuel is converted to CO and discharged from the combustion chamber 25.
  • this device performs over-advance ignition control as one of the HC reduction controls in a predetermined low temperature start state.
  • the setting of the advance amount from the MBT of the ignition timing during over-advance ignition control execution will be explained later when the flow chart is explained later.
  • intake synchronous injection control will be described.
  • the applicant sets the fuel injection period so that the entire amount of fuel injected from the injector 39 is injected within the intake valve opening period in addition to the above-described advance angle ignition control at the time of cold start. It has also been found that HC emissions are further reduced by performing control (intake synchronous injection control). This is presumed to be based on the following reasons.
  • the fuel injection within the intake valve opening period is referred to as “intake synchronous injection”
  • the fuel injection before the intake valve is opened is referred to as “intake asynchronous injection”.
  • the injected fuel easily adheres to the wall surface of the intake port 31 in addition to the wall surface of the combustion chamber 25.
  • the fuel adhering to the wall surface of the intake port 31 can be discharged from the combustion chamber 25 as unburned HC without being used for combustion.
  • the intake asynchronous injection fuel is injected while the intake valve 3 2 is closed (that is, when there is no intake flow), the injected fuel adheres relatively to the wall surface of the intake port 3 1. easy.
  • the intake synchronous injection fuel is injected when the intake valve 3 2 is open (that is, the intake port 3 1 force and the flow of intake air into the combustion chamber 25 is present). Therefore, the injected fuel is relatively difficult to adhere to the wall surface of the intake port 31.
  • the intake synchronous injection when executed, the amount of fuel adhering to the port can be significantly reduced as compared with the case where the intake asynchronous injection is executed. As a result, HC emissions based on fuel attached to the port will be significantly reduced.
  • this apparatus basically executes intake synchronous injection control in addition to over-advanced ignition control as one of the HC reduction controls in a predetermined low temperature start state.
  • the start of the fuel injection period is set to a time equal to the time when the intake valve 32 is opened (the time when the intake valve changes from the closed state to the open state).
  • PM emissions (hereinafter simply referred to as “PM emissions”) will increase.
  • PM emissions tend to be greater when intake-synchronized injection is performed (see the two-dot chain line) than when intake asynchronous injection is performed (see the one-dot chain line). This is based on the fact that the partial oxidation reaction is further promoted (the partial oxidation reaction amount is increased) by increasing the amount of fuel adhering to the cylinder, which is the target of the partial oxidation reaction, by executing the intake synchronous injection. Presumed.
  • One way to suppress the partial oxidation reaction of in-cylinder fuel is to suppress the increase in in-cylinder fuel. This can be achieved by limiting the amount of fuel that is subject to intake synchronous injection.
  • this device is used when the PM emission amount is likely to exceed the PM allowable amount by over-advanced ignition control + intake synchronous injection control (corresponding to the region where the ignition timing is advanced from point A in Fig. 2)
  • intake synchronous injection control that is, the control in which the entire amount of injected fuel is the target of the intake synchronous injection
  • Processing is performed to set the amount of fuel that is the target of intake synchronous injection to a smaller value.
  • PM suppression processing is referred to as “PM suppression processing”.
  • the CPU 71 performs the routine for performing the HC reduction control including the PM suppression process shown in FIG. 4 only when the predetermined timing during the exhaust stroke is established during the predetermined low temperature start state. Every time it arrives, it is executed repeatedly for each cylinder.
  • the start condition for the predetermined low-temperature start state is immediately after the engine start, when the coolant temperature THW is equal to or lower than the predetermined value and the engine speed NE exceeds the first speed (so-called complete explosion).
  • the engine speed NE may exceed the second rotational speed that is higher than the first rotational speed.
  • the condition for ending the predetermined low-pitched state is satisfied when the integrated value ⁇ Ga of the intake air flow * Ga from the engine start exceeds a predetermined value.
  • means for determining whether or not a predetermined low-sliding state is established corresponds to the “determination means”.
  • the ignition timing of the spark plug 37 Immediately after the engine is started and before the start condition for the predetermined low temperature start condition is established, for example, based on only the cooling water temperature THW, the ignition timing of the spark plug 37, the fuel injection start timing
  • valve opening start timing of the injector 39 The valve opening start timing of the injector 39 and the fuel injection amount (the valve opening time of the injector 39) are determined.
  • the CPU 71 proceeds to step 4 0 5, and for the cylinder (fuel injection cylinder) that is the target of fuel injection, the coolant temperature THW from the water temperature sensor 65 is The engine speed NE is obtained from the sensor 64, and the load factor KL is obtained from the intake air flow * Ga obtained from the airflow meter 61 and the engine speed NE.
  • the CPU 7 1 proceeds to step 4 10, and based on the acquired load factor KL and cooling water temperature THW and the table MapTAUins using KL and THW as arguments, the indicated valve opening time TAUins ( (Corresponding to “total amount of injected fuel”). As a result, the indicated valve opening time TAUins is set to a larger value as the load factor KL is larger, and to a larger value as the cooling water temperature THW is lower.
  • the load factor KL is used to calculate the amount of fuel required to make the air-fuel ratio the stoichiometric air-fuel ratio, and the cooling water temperature THW is set to the rich air-fuel ratio. It is used to calculate the amount of fuel to be added (so-called starting increase). The lower the coolant temperature THW, the larger the starting increase is set (that is, the air-fuel ratio is made richer).
  • the CPU 71 proceeds to step 4 15 to determine the MB T based on the acquired engine speed NE and load factor KL and the table MapMBT using NE and KL as arguments, and the subsequent step. Based on the engine speed NE, load factor KL, cooling water temperature THW, and the table MapADV with NE, KL, and THW as arguments, the ignition timing from MB T is Angular amount ADV is determined.
  • the advance amount AD V is determined with the characteristics shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 5, the advance amount AD V is set to a smaller value as the engine speed NE is smaller. This is based on the fact that the lower the engine speed NE, the longer the time during which the partial oxidation reaction of the in-cylinder attached fuel can proceed, so that the ignition timing can be delayed.
  • the advance amount AD V is set to a smaller value as the load factor KL is larger. This is based on the fact that as the load factor KL increases, it becomes easier for a person to notice a reduction in the engine output torque due to over-advanced ignition control.
  • the advance angle AD V is set to a larger value as the cooling water temperature THW is lower. This is based on the fact that, as the cooling water temperature THW becomes lower, the air-fuel ratio becomes more rich as described above and the amount of fuel adhered in the cylinder increases.
  • step 4 25 determines the basic value WETlimbase of the allowable fuel amount WETlim in the cylinder based on the acquired cooling water temperature THW and the table MapWETlim using THW as an argument.
  • the in-cylinder attached fuel amount tolerance iiSWETlim corresponds to the “PM emission amount equivalent tolerance value”. That is, as described above, the PM emission amount increases as the in-cylinder attached fuel amount increases. Therefore, in order to keep the PM emission amount within the PM allowable amount, the in-cylinder attached fuel amount should be kept within a certain allowable value. From the above, the in-cylinder attached fuel amount allowable value WETlim can be used as the “PM emission amount equivalent allowable value J”.
  • the basic value WETlimbase of the allowable fuel amount in the cylinder is determined by the characteristics shown in Fig. 8. That is, the basic ⁇ WETlimbase is set to a larger value as the cooling water temperature THW is higher. This is because the higher the cooling water temperature THW, the greater the proportion of fuel adhering in the cylinder that is evaporated and used for combustion, and the proportion of fuel that adheres to the in-cylinder fuel that is substantially the object of partial oxidation reaction is reduced ( That is, the PM generation amount is reduced). Subsequently, the CPU 71 proceeds to step 4 30 and based on the determined advance angle amount AD V and the table Map ⁇ using AD V as an argument, based on the allowable fuel amount WETlim in the cylinder. A first correction factor ⁇ multiplied by the basic value WETlimbase to correct from the value WETlimbase
  • the first correction coefficient ⁇ is determined with the characteristics shown in FIG. That is, the first correction coefficient ⁇ is “1” when the advance angle AD V is “0”, and is set to a smaller value as the advance angle AD V is larger. This is based on the fact that the greater the advance amount AD V, the higher the in-cylinder peak and the more the partial oxidation reaction of the fuel adhering to the cylinder is promoted (that is, the amount of soot is increased)
  • the CPU 7 1 proceeds to step 4 35 and corrects the in-cylinder attached fuel amount allowable value WETlim from the basic value WETlimbase based on the air-fuel ratio A / F and the table Map 3 with A / F as an argument.
  • the second correction coefficient multiplied by the basic value WETlirabase) 3 (corresponding to the “second correction value”) is determined.
  • the air-fuel ratio AZ F a value shifted in the rich direction from the stoichiometric air-fuel ratio (sticky) force, which is the amount of increase in starting taken into account when determining the determined valve opening time TAUins, is used.
  • This second correction coefficient (3) is determined with the characteristics shown in FIG. That is, the second correction coefficient i3 becomes “1” when the air-fuel ratio A / F is stoichiometric, and is set to a smaller value as the deviation amount of the air-fuel ratio AZ F from the stoichiometric direction in the latching direction increases. . This is because as the amount of deviation of the air-fuel ratio AZ F from the stoichiometric direction increases, the amount of fuel adhering to the cylinder increases and the partial oxidation reaction of the fuel adhering to the cylinder is promoted (that is, PM The amount of generation increases).
  • CPU 7 1 proceeds to step 4 40, and the in-cylinder fuel admissible value WETlim basic value WETlimbase is multiplied by the 1st and 2nd correction factors H Determine igWETlira.
  • the fuel admissible value WETlim in the cylinder increases as the advance amount AD V increases from “0”, and as the amount of deviation of the air-fuel ratio AZ F from the stoichiometry increases, the basic value WET1 It is set to a value that is smaller than imbase and corrected in the direction.
  • C P U 7 1 proceeds to step 4 4 5, and the in-cylinder attached fuel amount allowable value determined above is determined.
  • Allowable valve opening time TAUlim is determined based on WETlim, cooling water temperature THW, and table MapTAUlim with WETlira, THW as arguments.
  • the allowable valve opening time TAUl im corresponds to the case where the in-cylinder attached fuel amount becomes equal to the determined in-cylinder attached fuel amount allowable value WETlim when the intake synchronous injection control is executed in the predetermined low temperature start state.
  • the amount of injected fuel This is the valve opening time of the injector 39 corresponding to the “allowable value”).
  • the allowable valve opening time TAUlim is determined with the characteristics shown in Fig. 11. This characteristic represents the relationship between the injected fuel amount and the cooling water temperature and the in-cylinder attached fuel amount when the intake-synchronized injection control is executed in the predetermined low temperature start state. This relationship can be acquired in advance through experiments, simulations, and the like. Thus, the allowable valve opening time TAUlim is set to a longer time as the allowable fuel amount in the cylinder WETlim is larger and the cooling water temperature THW is higher.
  • C P U 7 1 proceeds to step 45 0, and the valve opening time deviation ⁇ ⁇ 11 is determined to be a time obtained by subtracting the allowable valve opening time TAUlim from the indicated valve opening time TAUins.
  • C P U 7 1 proceeds to step 4 5 5 to determine whether or not the valve opening time deviation ⁇ is positive.
  • ⁇ ⁇ is determined ( ⁇ 11 ⁇ 0) will be described.
  • This case corresponds to the case where the total amount of injected fuel is less than the intake synchronous injection amount allowable value. This means that even if the total amount of injected fuel is subject to intake synchronous injection, the amount of fuel adhering to the cylinder will be less than the allowable amount of fuel adhering to the cylinder iiWETlim, and therefore the PM emission will not exceed the PM allowable amount.
  • the CPU 7 1 proceeds to step 4 60, sets the head period INJs of the valve opening period of the injector 39 to the same period as the valve opening timing IV0 of the intake valve 3 2, and ends the processing of this routine. To do. That is, the entire amount of injected fuel is subject to intake synchronous injection. As a result, HC emissions can be reduced as much as possible within a range where PM emissions do not exceed the PM allowable amount.
  • step 4 5 5 ( ⁇ > 0)
  • This case corresponds to a case where the total amount of injected fuel is larger than the intake synchronous injection amount allowable value. This means that if the entire amount of injected fuel is subject to intake synchronous injection, the amount of fuel adhering to the cylinder exceeds the allowable amount of fuel adhering to the cylinder WETlira, and the PM emission exceeds the allowable amount of PM.
  • the CPU 7 1 proceeds to step 4 65 and sets the start time INJs of the valve opening period of the injector 39 to the time advanced by the valve opening time deviation ⁇ from the valve opening timing IV0 of the intake valve 3 2. End the processing of this routine.
  • the amount of fuel obtained by subtracting the intake synchronous injection amount allowable value from the total amount of injected fuel is subject to intake asynchronous injection, and the amount of fuel equal to the intake synchronous injection amount allowable value is subject to intake synchronous injection. .
  • HC emissions can be reduced as much as possible while ⁇ emissions are maintained at an acceptable level.
  • the CPU 71 determines for the injector 3 9 of the fuel injection cylinder in Step 4 1 0 Instructed to maintain the valve open state for the indicated valve opening time TAUins. After that, when the timing of advance by the advance amount AD V determined in step 4 20 from the MB T determined in step 4 15 is reached, the spark plug 3 7 of the fuel injection cylinder 3 7 Ignition command is given to.
  • step 4 5 5 if it is determined in step 4 5 5 that “N o J” (that is, if the total amount of injected fuel is equal to or smaller than the intake synchronous injection amount allowable value), the intake synchronous injection control is added to the over-advanced ignition control. On the other hand, if it is determined as “Y es” in step 4 5 5 (that is, if the total amount of injected fuel exceeds the intake synchronous injection amount allowable value), the over-advanced ignition control continues.
  • the present apparatus starts and executes normal fuel injection control and normal ignition timing control.
  • the normal fuel injection control for example, the entire amount of injected fuel is subjected to intake asynchronous injection, and the injected fuel amount is adjusted so that the air-fuel ratio matches the stoichiometry.
  • normal ignition timing control for example, MBT control (that is, control with the ignition timing being MBT) is executed.
  • the ignition timing may be retarded from MB T for a predetermined short period of time.
  • a large amount of unburned HC flows into the catalyst and undergoes an oxidation reaction, which is an exothermic reaction, so that the catalyst can be intentionally heated.
  • steps 4 1 5, 4 2 0 and 4 60 in FIG. 4 correspond to the HC reducing means, and steps 4 2 5, 4 3 0, 4 3 5 and 4 4 0 in FIG.
  • steps 4 5 5 and 4 65 in FIG. 4 correspond to the limiting means.
  • the over-advanced ignition control for advancing the ignition timing with respect to MBT, and
  • the intake-synchronized injection control is performed, in which the entire amount of injected fuel is the subject of intake-synchronized injection.
  • the peak of the in-cylinder temperature is increased and the amount of fuel adhering to the port is reduced, so that the amount of unburned HC can be reduced.
  • PM emissions exceed the PM tolerance
  • PM suppression processing part of injected fuel is subject to intake asynchronous injection
  • intake synchronous injection the remaining fuel is subjected to intake synchronous injection.
  • the amount of fuel adhered to the cylinder decreases, and the partial oxidation reaction of the fuel adhered to the cylinder, which is the cause of PM generation, is suppressed.
  • the PM emission amount is reduced, and the PM emission amount can be suppressed to the PM allowable amount.
  • the over-advanced ignition control is continued, but instead of the intake synchronous injection control, a part of the injected fuel is subject to the intake asynchronous injection. The remaining fuel is subject to intake-synchronous injection, but the intake-synchronous injection control is continued, while the advance amount from the MBT of the ignition timing is determined by the over-advance ignition control.
  • a process of setting a smaller advance angle ADV may be executed.
  • the increase in the in-cylinder peak is suppressed, thereby suppressing the partial oxidation reaction of the fuel adhered to the cylinder.
  • the PM emission amount from exceeding the PM allowable amount.
  • the fuel adhering to the cylinder based on the indicated valve opening time TAUins, the cooling water temperature THW, and the table TAUlim (see Fig. 11) so that the allowable valve opening time TAUlim matches the commanded valve opening time TAUins.
  • the over-advance ignition control and the intake-synchronized injection control are executed as the HC reduction control, but only the over-advance ignition control may be executed.
  • the PM emission amount exceeds the PM allowable amount
  • a process of setting the advance amount of the ignition timing MBT force and the like to be smaller than the advance amount AD V by the over-advance ignition control can be executed.
  • the target fuel and the fuel subject to intake synchronous injection are continuously injected before and after the opening timing of the intake valve 32.
  • Target It may be injected separately (divided injection).
  • the end of the valve opening period of the intake asynchronous injection is set before the valve opening timing of the intake valve 32, and the start of the valve opening period of the intake synchronous injection is the same time as the valve opening timing of the intake valve 32. , Or later.
  • the advance angle AD V is determined based on the engine speed NE, the load factor KL, and the cooling water temperature THW (see step 4 20 in FIG. 4).
  • the advance amount AD V may be determined by using the starting amount of fuel calculated based on the cooling water temperature THW in step 4 10.
  • the second correction coefficient (3) is determined based on the air-fuel ratio AZF (see steps 4 35 in FIG. 4), but instead of the air-fuel ratio AZ F, cooling is performed in step 4 10
  • the second correction factor ⁇ may be determined using the fuel start increase calculated based on the water temperature THW.
  • the in-cylinder fuel admissible fuel amount ⁇ WETlim is determined by multiplying the basic value WETlirabase of the in-cylinder fuel admissible value WETlim by the first and second correction factors H,
  • the first and second correction values ⁇ having dimensions of the fuel amount corresponding to the first and second correction factors ⁇ ,) 3 are obtained, respectively, and the basic value WETlimbase of the in-cylinder adhered fuel amount allowable value WETlimbase is first and second.
  • In-cylinder attached fuel amount allowable ifiWETlim may be determined by adding correction values ⁇ and ⁇ .

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Abstract

所定の低温始動状態(リッチ雰囲気)において、点火時期をMBTよりも進角させる過進角点火制御、且つ、噴射燃料の全量を吸気同期噴射の対象とする吸気同期噴射制御が原則的に実行される。これにより、筒内温度のピークが増加し、且つ、ポート付着燃料量が減少することで、未燃HCの排出量が低減され得る。ただし、PM排出量がPM許容量を超える場合、吸気同期噴射制御に代えて、噴射燃料の一部が吸気非同期噴射の対象とされ残りの燃料が吸気同期噴射の対象とされる処理が実行される。これにより、筒内付着燃料量が減少し、PM生成の原因とされる筒内付着燃料の部分酸化反応が抑制される。この結果、PM排出量が減少し、PM排出量をPM許容量に抑えることができる。

Description

明 細 書 内燃機関の制御装置 技 術 分 野
本発明は、 所定の低温始動状態にぉレヽて未燃 H Cの排出量を低減する H C低減制御を行 う火花点火式内燃機関の制御装置に係わり、 特に、 H C低減制御の実行に伴う PM (パテ ィキュレート ·マター、 粒子状物質） の排出量の増大の抑制に関する。
背 景 技 術
従来より、 火花点火式の内燃機関において、 低温始動時 （冷間始動時） において、 点火 時期を MB T (Minimum spark advance for Best Torque, 最大トルクが得られる点火時 期） より進角させる制御 （以下、 「過進角点火制御」 と称呼する。 ） を行う技術が知られ ている （例えば、 特開 2 0 0 0— 2 4 0 5 4 7号公報を参照） 。 過進角点火制御によれば 、 点火時期が MB Tに設定される場合 （以下、 「MB T制御」 と称呼する。 ） に比して、 燃焼室内の温度 （ピーク が上昇することで冷却水の温度上昇が促進され、 機関始動 時の暖機性を向上することができる。
発 明 の 開 示
低温始動時では、 燃焼室内の温度 （以下、 「筒内温度」 と称呼する。 ） が低い。 従って 、 吸気弁よりも上流の吸気通路内にて噴射された燃料は燃焼室の壁面に付着し易い。 この ように燃焼室の壁面に付着した燃料 （以下、 「筒内付着燃料」 と称呼する。 ） の大部分は 、 燃焼に供されることなく未燃 H Cとして燃焼室から排出され得る。 このとき、 内 関 の排気系に配設された触媒の が低いと、 触媒が未活性状態にあり、 上記来燃 H Cが触 媒で浄化され得ずに大気中に放出され得る。
本出願人は、 このような低温始動時 （且つリッチ雰囲気） において過進角点火制御を実 行すれば、 燃焼室から排出される H Cの排出量が著しく減少することを既に見出して いる （特願 2 0 0 6— 3 2 2 3 3 6を参照） 。 これは、 以下の理由に基づくものと推定さ れる。 即ち、 過進角点火制御が実行されると、 MB T制御の ¾ ^に比して、 圧縮 ·膨張行程に おける燃焼室内の圧力 （以下、 「筒内圧力」 と称呼する。 ） のピークが増加し、 この結果 、 筒内温度のピークが増加する （後述する図 3を参照） 。
所謂 「始動増量」 により若干リッチの空燃比に調整されている燃焼室内雰囲気において 、 このように筒内 のピークが増加すると、 不足傾向にある酸素と筒内付着燃料との間 で 「部分酸化反応」 （不完^^焼） が促進される。 係る部分酸化反応が行われると、 筒内 付着燃料に基づく H Cは C Oに変換されて燃焼室から排出される。 以上より、 低温始 動時にぉレ、て過進角点火制御を実行すれば、 未燃 H Cの排出量が著しく減少する。
更に、 本出願人は、 低温始動時において過進角点火制御に加えて、 吸気弁よりも上流の 吸気通路内 （吸気ポート） にて噴射される燃料の全量が吸気弁開弁期間内にて噴射される ように燃料噴射期間を設定する制御 （以下、 「吸気同期噴射制御」 と称呼する。 ） を行う ことで、 未燃 H Cの排出量がより一層減少することをも見出している。 これは以下の理由 に基づくものと推定される。 なお、 以下、 吸気弁開弁期間内の燃料噴射を 「吸気同期噴射 」 と称呼し、 吸気弁開弁時よりも前の燃料噴射を 「吸気非同期噴射」 と称呼する。
低温始動時では、 筒内温度に加えて吸気ポートの温度も低い。 従って、 噴射された燃料 は、 燃焼室の壁面にカ卩えて吸気ポートの壁面にも付着し易い。 このように吸気ポートの壁 面に付着した燃料 （以下、 「ポート付着燃料」 と称呼する。 ） も、 燃焼に供されることな く未燃 H Cとして燃焼室から排出され得る。
ここで、 吸気同期噴射が実行されると、 吸気通路内の空気が吸気ポートを介して燃焼室 へ流入している状態 （即ち、 空気の流れが存在している状態） で燃料が噴射される。 従つ て、 吸気非同期噴射が実行される場合に比して、 ポート付着燃料の量を格段に減少させる ことができる。 この結果、 ポート付着燃料に基づく来燃 H Cの排出量が格段に減少する。 他方、 吸気同期噴射の実行により、 筒內付着燃料の量は増加する傾向にあり、 この結果 、 筒内付着燃料に基づく来燃 H Cの排出量は増加し得る。 しかしながら、 係る 「筒内付着 燃料に基づく未燃 H Cの排出量」 の増大量よりも、 上述した 「ポート付着燃料に基づく未 燃 H Cの排出量」 の減少量の方が格段に大きい。 以上より、 低 合動時において過進角点 火制御に加えて吸気同期噴射制御をも実行すれば、 全体として、 未燃 H Cの排出量がより 一層減少する。
ところで、 上述のように、 空燃比が若干リッチで酸素が不足している燃焼室内雰囲気に おいて筒内付着燃料の上記部分酸化反応 （不完^ 焼） が行われると、 背反として、 PM (パティキュレート 'マター、 粒子状物質、 スートと S O F等から構成される。 ) が生成 されることが判明した。 従って、 過進角点火制御により筒内付着燃料の上記部分酸化反応 が促進されると、 上述したように未燃 H Cの排出量が格段に減少する一方で、 PMの排出 量が増加してしまう。
このように PMの排出量が増加する傾向は、 過進角点火制御に加えて吸気同期噴射制御 をも実行した場合に特に顕著となる。 これは、 吸気同期噴射により上記部分酸化反応の対 象である筒内付着燃料の量が増加したことより部分酸化反応が促進されることに基づくと 推定される。
以上、 過進角点火制御 （及び、 吸気同期噴射制御） （以下、 「H C低減制御」 とも称呼 する。 ） を実行すると、 PMの排出量が增大するという問題が発生する。 C低減制御の 実行に伴う PMの排出量の増大を抑制することが望まれているところである。
従って、 本発明の目的は、 所定の低温始動状態において H C低減制御を行う火花点火式 内燃機関の制御装置において、 H C低減制御の実行に伴う PM排出量の増大を抑制し得る ものを ^することにある。
本発明に係る火花点火式内燃機関の制御装置は、 内燃機関が所定の低温始動状態にある か否かを判定する判定手段と、 前記内■関が所定の低 台動状態にあると判定された場 合、 所定の機関制御パラメータの調整により前記内燃機関の燃焼室内の温度を上昇させて 未燃 H Cの排出量を低減する H C低減制御を行う H C低減手段とを備える。
前記 H C低減制御としては、 例えば、 前記過進角点火制御のみ、 或いは、 前記過進角点 火制御及び前記吸気同期噴射制御等、 が挙げられる。 なお、 前記所定の低温始動状態では 、 通常、 失火を抑制して燃焼を安定化するため、 空燃比が理論空燃比よりも若干リッチの 空燃比に調整される （所謂、 始動増量） 。
本発明に係る火花点火式内燃機関の制御装置の特徴は、 PMの排出量に相当する値の許 容値を取得する許容値取得手段と、 前記 PM排出量相当許容値に基づいて前記 H C低減制 御の実行を制限する制限制御を行う制限手段とを備えたことにある。
これによれば、 PM排出量相当許容値に基づいて H C低減制御の実行が制限されるから 、 PMの排出量が許容値を超えない範囲内で H C低減制御が実行され得る。 即ち、 H C低 減制御の実行に伴う PM排出量の増大を抑制することができる。
具体的には、 例えば、 前記 H C低減制御として、 前記過進角点火制御のみが実行される 場合や前記過進角点火制御及び前記吸気同期噴射制御等が共に実行される場合、 前記制限 制御として、 前記点火時期の前記 MB Tからの進角量が、 前記過進角点火制御による進角 量よりも小さめに設定され得る。
点火時期の MB Τからの進角量 （以下、 単に 「進角量」 とも称呼する。 ) が大きいほど 、 筒内圧力のピーク （従って、 筒内温度のピーク） が増加して上記部分酸化反応がより促 進される。 この結果、 未燃 H Cの排出量が減少する一方で、 PMの排出量が增加する。 換 言すれば、 進角量を減少すれば、 PMの排出量を減少できる。
従って、 過進角点火制御による進角量の増大により PMの排出量が許容値を超えそうな 場合、 進角量を小さめに設定すれば、 筒内 のピークの増加に起因する上記部分酸化反 応の促進が抑制されて PMの排出量が許容値を超えることを抑制することができる。 上記 構成は、 係る知見 基づく。
また、 例えば、 前記制限制御として、 前記過進角点火制御及び前記吸気同期噴射制御が 共に実行される場合、 前記制限制御として、 前記吸気同期噴射制御に代えて、 前記噴射燃 料の一部 （又は全量） が前記吸気弁の開弁時よりも前に噴射されるように前記燃料噴射期 間が設定され得る。
上述したように、 吸気同期噴射が実行されると、 上記部分酸化反応の対象である筒内付 着燃料量が增加することで部分酸化反応が促進され、 この結果、 PMの排出量が増加する 。 換言すれば、 吸気同期噴射の対象となる燃料の量を減少すれば、 PMの発生量を減少で きる。
従って、 過進角点火制御 +吸気同期噴射制御により PMの排出量が許容値を超えそうな 場合、 噴射燃料の一部又は全量を吸気非同期噴射の対象とすることで吸気同期噴射の対象 となる燃料の量を小さめに設定すれば、 筒内付着燃料量の増加に起因する上記部分酸化反 応の促進が抑制されて PMの排出量が許容値を超えることを抑制することができる。 上記 構成は、 係る知見に基づく。
この場合、 前記許容値取得手段は、 前記過進角点火制御による前記 MB Tからの進角量 に基づいて、 前記 PM排出量相当許容値として、 前記燃焼室の壁面に付着する筒内付着燃 料の量の許容値を取得するように構成され、 前記制限手段は、 前記所定の低温始動状態に おいて前記吸気同期噴射制御が実行された場合における予め取得されている前記噴射燃料 の量と前記筒内付着燃料量との関係と、 前記取得された筒内付着燃料量許容値とに基づレヽ て、 前記筒内付着燃料量が前記筒内付着燃料量許容値と等しくなる場合に対応する前記吸 気弁開弁期間内に噴射される燃料の量を吸気同期噴射量許容値として決定し、 前記噴射燃 料の全量が前記吸気同期噴射量許容値よりも大きい 、 前記噴射燃料の全量から前記吸 気同期噴射量許容値を除いた量の燃料が前記吸気弁の開弁時よりも前に噴射され且つ前記 吸気同期噴射量許容値と等しい量の燃料が前記吸気弁開弁期間内に噴射されるように前記 燃料噴射期間を設定するよう構成されることが好適である。
上述したように、 PMの生成は筒内付着燃料の部分酸化反応に起因するから、 PMの排 出量は、 筒内付着燃料量が大きいほど大きくなる。 従って、 PMの排出量を許容値以内に 抑えるためには、 筒内付着燃料の量を或る許容値以内に抑えればよレ、。 即ち、 前記 PM排 出量相当許容値として、 筒内付着燃料量の許容値を使用することができる。 ここで、 筒内 付着燃料の部分酸化反応が、 筒内温度が高いほど （従って、 進角量が大きいほど） 促進さ れることを考慮すると、 この筒内付着燃料量の許容値は、 進角量に基づいて決定され得、 進角量が大きいほどより小さ 、値に決定され得る。
他方、 低温始動時において吸気同期噴射制御 （噴射燃料の全量が吸気同期噴射の対象と なる） が実行された場合における、 噴射燃料の量と筒内付着燃料量との関係は、 実験、 シ ミュレーシヨン等を通して予め取得することができる。 従って、 この関係と、 上記筒内付 着燃料量の許容値とに基づいて、 筒内付着燃料量がその許容値と等しくなる場合に対応す る、 吸気同期噴射の対象となる燃料の量 （=吸気同期噴射量許容値） を決定することがで さる。
よって、 噴射燃料の全量が前記吸気同期噴射量許容値を超える場合、 上記吸気同期噴射 制御に代えて、 上記構成のように、 噴射燃料の全量から吸気同期噴射量許容値を除いた量 の燃料を吸気非同期噴射の対象とし、 吸気同期噴射量許容値と等しい量の燃料を吸気同期 噴射の^とすることで、 筒内付着燃料がその許容値から増加することが抑制されて、 P Mの排出量が許容値を超えることが抑制され得る。
このように、 進角量に基づいて PM排出量相当許容値としての筒内付着燃料量許容値が 取得される場合、 具体的には、 例えば、 前記筒内付着燃料量許容値は、 前記内燃機関の冷 却水の温度に基づいて得られる 「点火時期が MB Tの場合 （進角量 = 0 ) に対応する前記 筒内付着燃料量許容値の基本値」 と、 進角量に基づいて得られる 「前記筒内付着燃料量許 容値の第 1補正値」 とに基づいて取得され得る。
ここで、 前記筒内付着燃料量許容値の基本値は、 例えば、 前記冷却水の赚が高いほど より大きい値に設定される。 これは、 冷却水の が高いほど、 筒内付着燃料のうちで蒸 発して燃焼に供される割合が大きくなって筒内付着燃料において実質的に前記部分酸化反 応の対象となる割合が小さくなる （即ち、 PMの発生量が小さくなる） ことに基づく。 また、 前記第 1補正値は、 例えば、 進角量が大きレ、ほど筒内付着燃料量許容値がより小 さくなるように設定される。 これは、 進角量が大きいほど、 筒内温度のピークが高くなつ て前記部分酸化反応が促進される （即ち、 PMの発生量が大きくなる） ことに基づく。 更に、 前記筒内付着燃料量許容値の基本値が、 前記点火時期が前記 MB Tの場合であつ て且つ空燃比が理論空燃比の場合に対応する値に決定される場合、 前記筒内付着燃料量許 容値は、 前記筒内付着燃料量許容値の基本値、 及び前記第 1補正値に加えて、 前記空燃比 に基づいて得られる 「前記筒内付着燃料量許容値の第 2補正値」 にも基づいて取得され得 る。
ここで、 前記第 2補正値は、 例えば、 空燃比の理論空燃比からのリッチ方向への偏移量 が大きいほど筒内付着燃料量許容値がより小さくなるように設定される。 これは、 空燃比 の理論空燃比からのリッチ方向への偏移量が大きいほど、 筒内付着燃料量が增加して前記 部分酸化反応が促進される （即ち、 PMの発生量が大きくなる） ことに基づく。
図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1は、 本発明の実施形態に係る火花点火式内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の概 略図である。
図 2は、 低温始動時且つ空燃比がリッチの場合における、 点火時期と、 H C排出量及び P M排出量との関係の一例を示したダラフである。
図 3は、 圧縮 ·膨張行程におけるクランク角度に対する、 筒内圧力及び筒内温度の変化を 示したグラフである。
図 4は、 図 1に示した C P Uが実行する、 PM抑制処理を含む H C低減制御を実行するた めの/レーチンを示したフローチヤ一トである。
図 5は、 図 1に示した C P Uが参照する、 エンジン回転速度と点火時期の MB Tからの進 角量との関係を規定するテーブルを示したグラフである。
図 6は、 図 1に示した C P Uが参照する、 負荷率と点火時期の MB Tからの進角量との関 係を規定するテーブルを示したグラフである。
図 7は、 図 1に示した C P Uが参照する、 冷却水温と点火時期の MB Tからの進角量との 関係を規定するテーブルを示したグラフである。 図 8は、 図 1に示した C P Uが参照する、 冷却水温と筒内付着燃料量許容値の基本値との 関係を規定するテーブルを示したグラフである。
図 9は、 図 1に示した C P Uが参照する、 進角量と第 1補正係数との関係を規定するテ 一ブルを示したグラフである。
図 1 0は、 図 1に示した C P Uが参照する、 空燃比と第 2補正係数との関係を規定するテ 一ブルを示したダラフである。
図 1 1は、 図 1に示した C P Uが参照する、 筒内付着燃料量許容値と、 吸気同期噴射量許 容値に相当するィンジヱクタの開弁時間との関係を規定するテーブルを示したグラフであ る。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明による内燃機関の制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する 図 1は、 本発明の実施形態による制御装置を火花点火式多気筒 （4気筒） 4サイクル内 燃機関 1 0に適用したシステムの概略構成を示している。 この内 «関 1 0は、 シリンダ ブロック、 シリンダブロックロワ一ケース、 及びオイルパン等を含むシリンダブロック部
2 0と、 シリンダブロック部 2 0の上に固定されるシリンダヘッド部 3 0と、 シリンダブ ロック部 2 0にガソリン混合気を供給するための吸気系統 4 0と、 シリンダブロック部 2 0からの排気ガスを外部に放出するための排気系統 5 0とを含んでいる。
シリンダブロック部 2 0は、 シリンダ 2 1、 ピストン 2 2、 コンロッド 2 3、 及びクラ ンク軸 2 4を含んでいる。 ピストン 2 2はシリンダ 2 1内を往復動し、 ピストン 2 2の往 復動がコンロッド 2 3を介してクランク軸 2 4に伝達され、 これによりクランク軸 2 4が 回転するようになっている。 シリンダ 2 1とピストン 2 2のヘッドは、 シリンダヘッド部
3 0とともに燃焼室 2 5を形成している。
シリンダへッド部 3 0は、 燃焼室 2 5に連通した吸気ポート 3 1、 吸気ポート 3 1を開 閉する吸気弁 3 2、 吸気弁 3 2を開閉駆動する吸気弁制御装置 3 3、 燃焼室 2 5に連通し た排気ポート 3 4、 排気ポート 3 4を開閉する排気弁 3 5、 排気弁 3 5を駆動するェキゾ 一ストカムシャフト 3 6、 点火プラグ 3 7、 点火プラグ 3 7に与える高電圧を発生するィ ダニッションコイルを含むィグナイタ 3 8、 及び燃料を吸気ポート 3 1内に噴射するィン ジェクタ （燃料噴射手段） 3 9を備えている。 吸気弁制御装置 3 3は、 インテークカムシャフトとインテークカム （図示せず） との相 対回転角度 （位相角度） を油圧を用いて調整 '制御する周知の構成の 1つから構成されて いて、 吸気弁 3 2の開弁タイミング WT (開閉タイミング） を調整可能となっている。 吸気系統 4 0は、 吸気ポート 3 1に連通し吸気ポート 3 1とともに吸気通路を形成する インテークマニホ一ルドを含む吸気管 4 1、 吸気管 4 1の端部に設けられたエアフィルタ 4 2、 吸気管 4 1内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁 4 3、 及ぴ スロットル弁駆動手段を構成する D Cモータからなるスロットル弁ァクチユエータ 4 3 a を備えている。
排気系統 5 0は、 排気ポート 3 4に連通したェキゾーストマ二ホールド 5 1、 ェキゾ一 ストマ二ホールド 5 1に接続されたェキゾーストパイプ （排気管） 5 2、 ェキゾーストパ イブ 5 2に配設 （介装） された上流側の三元触媒 5 3、 及ぴこの第 1触媒 5 3の下流のェ キゾ一ストパイプ 5 2に配設 （介装） された下流側の三元触媒 5 4を備えている。 排気ポ ート 3 4、 ェキゾ一ストマ二ホールド 5 1、 及びェキゾーストパイプ 5 2は、 気通路を 構成している。
一方、 このシステムは、 熱線式エアフローメータ 6 1、 スロットノレポジションセンサ 6 2、 インテークカム回転角度センサ 6 3、 クランクポジションセンサ 6 4、 水温センサ 6 5、 第 1触媒 5 3の上流の排気通路に配設された空燃比センサ 6 6、 及びアクセル開度セ ンサ 6 7を備えている。
熱線式エアフローメータ 6 1は、 吸気管 4 1内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質 量流量を検出し、 質量流量 （吸入空気流量） Gaを表す信号を出力するようになっている。 スロットルポジションセンサ 6 2は、 スロットル弁 4 3の開度を検出し、 スロットル弁開 度 TAを表す信号を出力するようになっている。 インテークカム回転角度センサ 6 3は、 ィ ンテークカムの回転角度を検出し、 吸気弁 3 2の開弁タイミング VVTを表す信号を出力す るようになっている。 クランクポジションセンサ 6 4は、 クランク軸 2 4の回転角度を検 出し、 エンジン回転速度 NEを表す信号を出力するようになっている。 水温センサ 6 5は、 冷却水温を検出し、 冷却水温 THWを表す信号を出力するようになっている。
上流側空燃比センサ 6 6は、 第 1触媒 5 3の上流の空燃比を検出し、 その空燃比を表す 信号をそれぞれ出力するようになっている。 アクセル開度センサ 6 7は、 運転者によって 操作されるァクセノレペダル 8 1の操作量を検出し、 アクセルペダル 8 1の操作 4Accpを表 す信号を出力するようになっている。 電気制御装置 70は、 互いにバスで接続された C PU 71、 CPU71が実行するルー チン （プログラム） 、 テープル （ルックアップテーブル、 マップ） 、 及び定数等を予め記 憶した ROM72、 RAM73、 ノくックアップ RAM74、 並びに ADコンバータを含む インターフェース 75等からなるマイクロコンピュータである。 インターフェース 75は 、 前記センサ 61〜67と接続され、 CPU 71にセンサ 61〜67からの信号を供給す るとともに、 CPU 71の指示に応じて吸気弁制御装置 33、 ィグナイタ 38、 インジェ クタ 39、 及びスロットル弁ァクチユエータ 43 aに駆動信号を送出するようになってい る。
(HC低減制御）
次に、 上記のように構成された内燃機関 10の制御装置 （以下、 「本装置」 と称呼する 。 ） により行われる、 未燃 HCの排出量を低減する制御 （HC低減制御） について簡単に 説明する。 なお、 この HC低減制御については、 特願 2006— 322336に詳細に記 載されている。
低温始動時では、 燃焼室内の温度 （筒内温度） が低い。 従って、 インジェクタ 39から 吸気ポート 31に向けて噴射された燃料は燃焼室 25の壁面に付着し易い。 このように燃 焼室 25の壁面に付着した燃料 （筒内付着燃料） の大部分は、 燃焼に供されることなく未 燃 HCとして燃焼室 25力 ^排出され得る。 加えて、 低温始動時では、 三元触媒 53, 5 4の温度が低くて三元触媒 53， 54が未活性状態にある。 従って、 上記のように燃焼室 25力、ら排出された ¾HCは、 三元触媒 53， 54で浄ィ匕され得ずに大気中に放出され 得る。
本装置は、 所定の低温始動状態 （後述） において、 未燃 HCの排出量 （以下、 「HC排 出量」 とも称呼する。 ） を低減するため、 HC低減制御として、 過進角点火制御、 及び吸 気同期噴射制御を実行する。 先ず、 過進角点火制御について説明する。
〈過進角点火制御〉
本出願人は、 低温合動時 （且つ、 リッチ雰囲気） において、 点火時期を ΜΒΤより進角 させる制御 （過進角点火制御） を実行することで、 HCの排出量 （以下、 「HC排出 量」 とも称呼する。 ） が著しく減少することを既に見出している。 以下、 このことについ て、 図 2、 及び図 3を参照しながら説明する。
図 2の上のグラフは、 低温始動時且つ空燃比がリッチの場合における、 点火時期と HC 排出量との関係の一例を示している。 図 2の上のグラフから明らかなように、 点火時期を 進角させるほど、 H C排出量は小さくなる。 即ち、 点火時期を MB Tとする場合 (MB T 制御） に比して過進角点火制御を実行すると、 H C排出量が小ざくなる。 これは、 以下の 理由に基づくものと推定される。
図 3は、 圧縮'膨張行程におけるクランク角度に対する、 筒内圧力及び筒内 M ^の変化 を示したグラフである。 図 3の上のグラフから明らかなように、 点火時期を進角させるほ ど （c→b→a ) 、 筒内圧力のピークは増加する。 これは、 点火時期を進角させるほど、 圧縮上死点前に燃焼する燃料の量が増加し、 「ビストン 2 2の上昇動作 （下死点から上死 点へと向かう動作） による昇圧作用」 に重畳される 「燃料の燃焼による昇圧作用」 の程度 が増加することに基づく。 この結果、 図 3の下のグラフから明らかなように、 点火時期を 進角させるほど （c→b→a ) 、 筒内圧力のピークの増加に伴って筒内温度のピークも増 加する。
他方、 低温始動時では、 失火を抑制して燃焼を安定ィ匕するため、 空燃比が理論空燃比よ りも若干リッチの空燃比に調整される （所謂、 始動増量）。 このように、 若干リッチの空 燃比に調整されている燃焼室内雰囲気において、 筒内温度のピークが増加すると、 不足傾 向にある酸素と筒内付着燃料との間で 「部分酸化反応」 （不完^^焼） が促進される。 係る部分酸ィヒ反応が行われると、 筒内付着燃料に基づく来燃 H Cは、 C Oに変換されて 燃焼室 2 5から排出される。 以上のことから、 点火時期を進角させるほど （従って、 筒内 温度のピークが増加するほど） 、 上記部分酸化反応がより促進されて、 H C排出量が小さ くなる。
そこで、 本装置は、 所定の低温始動状態において、 H C低減制御の 1つとして、 過進角 点火制御を実行する。 過進角点火制御実行中における点火時期の MB Tからの進角量の設 定については、 後にフローチヤ一トの説明を行う際に併せて説明する。
〈吸気同期噴射制御〉
次に、 吸気同期噴射制御について説明する。 本出願人は、 低温始動時において、 上記過 進角点火制御に加えて、 インジェクタ 3 9から噴射される燃料の全量が吸気弁開弁期間内 にて噴射されるように燃料噴射期間を設定する制御 （吸気同期噴射制御） を行うことで、 H C排出量がより一層減少することをも見出している。 これは以下の理由に基づくものと 推定される。 なお、 以下において、 説明の便宜上、 吸気弁開弁期間内の燃料噴射を 「吸気 同期噴射」 と称呼し、 吸気弁開弁時よりも前の燃料噴射を 「吸気非同期噴射」 と称呼する 低温始動時では、 筒内温度にカ卩えて吸気ポート 3 1の温度も低レ、。 従って、 噴射燃料は 、 燃焼室 2 5の壁面に加えて吸気ポート 3 1の壁面にも付着し易い。 このように吸気ポー ト 3 1の壁面に付着した燃料 （ポート付着燃料） も、 燃焼に供されることなく未燃 H Cと して燃焼室 2 5から排出され得る。
ここで、 吸気非同期噴射では、 吸気弁 3 2が閉じている状態 （即ち、 吸気の流れが存在 しない状態） で燃料が噴射されるから、 噴射燃料が吸気ポート 3 1の壁面に比較的付着し 易い。 これに対し、 吸気同期噴射では、 吸気弁 3 2が開いている状態 （即ち、 吸気ポート 3 1力ら燃焼室 2 5内への吸気の流れが存在している状態） で燃料が噴射されるから、 噴 射燃料が吸気ポート 3 1の壁面に比較的付着し難い。
従って、 吸気同期噴射を実行すると、 吸気非同期噴射が実行される場合に比して、 ポー ト付着燃料の量を格段に減少させることができる。 この結果、 ポート付着燃料に基づく H C排出量が格段に減少する。
他方、 吸気同期噴射の実行により、 筒内付着燃料量が増加する傾向にある。 この結果、 筒内付着燃料に基づく H C排出量が増加する傾向にある。 し力、しながら、 係る 「筒内付着 燃料に基づく H C排出量」 の増大量よりも、 上述した 「ポート付着燃料に基づく H C排出 量」 の減少量の方が格段に大きい。
以上より、 図 2の上のグラフに示すように、 吸気同期噴射が実行された場合 （2点鎖線 を参照） 、 吸気非同期噴射が実行された場合 （1点鎖線を参照） に比して、 全体として、 H C排出量がより一層減少する。
そこで、 本装置は、 所定の低温始動状態において、 H C低減制御の 1つとして、 過進角 点火制御に加えて吸気同期噴射制御を原則的に実行する。 本例では、 吸気同期噴射制御時 において、 燃料噴射期間の始期が、 吸気弁 3 2の開弁時 （閉状態から開状態へと変化する 時点） と等しい時期に設定される。
( PM排出の抑制）
低温始動時において、 若干のリッチ雰囲気にて過進角点火制御により点火時期を進角さ せていくと、 筒内 のピークの増カ卩に起因して筒内付着燃料の上記部分酸化反応が促進 され、 この結果、 H C排出量が減少していくことは説明した。 しかしながら、 この筒内付 着燃料の部分酸化反応により、 背反として、 PMが生成されることが判明した。
即ち、 図 2の下のグラフに示すように、 点火時期を進角させていくと、 筒内温度のピー クの増加に起因して筒內付着燃料の部分酸化反応が促進されていき （部分酸化反応量が増 加していき） 、 この結果、 PMの排出量 （以下、 単に 「PM排出量」 とも称呼する。 ） が 増加していく。
加えて、 PM排出量は、 吸気非同期噴射が実行された場合 （1点鎖線を参照） よりも吸 気同期噴射が実行された場合 （2点鎖線を参照） の方が大きくなる傾向がある。 これは、 吸気同期噴射の実行により上記部分酸化反応の対象である筒内付着燃料の量が増加するこ とで部分酸化反応がより促進される （部分酸化反応量が増加する） ことに基づくと推定さ れる。
このように H C低減制御 （過進角点火制御 +吸気同期噴射制御） を行うと、 背反として 、 PM排出量が増大する。 この PM排出量が所定の許容値 （PM許容量、 図 2の下のダラ フを参照） を超えないように PM排出量の増大を抑制する必要がある。 PM排出量の増大 を抑制するためには、 筒内付着燃料の部分酸化反応を抑制すればよい （部分酸化反応量を 減少させればよい） 。
筒内付着燃料の部分酸化反応を抑制するための 1手法としては、 筒内付着燃料量の増大 を抑制することが考えられる。 このためには、 吸気同期噴射の対象となる燃料の量を制限 すればよい。
そこで、 本装置は、 過進角点火制御 +吸気同期噴射制御により PM排出量が PM許容量 を超えそうな場合 （図 2において、 点火時期が点 Aよりも進角している領域に対応） 、 吸 気同期噴射制御 （即ち、 噴射燃料の全量を吸気同期噴射の対象とする制御） に代えて、 噴 射燃料の一部を吸気同期噴射の対象から吸気非同期噴射の対象へと変更し、 吸気同期噴射 の対象となる燃料の量を小さめに設定する処理を行う。 以下、 このような処理を 「PM抑 制処理」 と称呼する。
係る PM抑制処理の実行により、 図 2に実線で示したように、 点火時期が点 Aより進角 される場合であっても、 PM排出量を PM許容量に抑制することができる （図 2の下のグ ラフを参照） 。 なお、 PM抑制処理の実行により、 吸気同期噴射制御実行時に比して H C 排出量が若干増大する （図 2の上のグラフを参照） 。 これは、 PM抑制処理により筒内付 着燃料量が減少しポート付着燃料量が増加するが、 「筒内付着燃料に基づく H C排出量」 の減少量よりも、 「ポート付着燃料に基づく H C排出量」 の增大量の方が格段に大きいこ とに基づく。
以下、 PM抑制処理を含む H C低減制御についての C P U 7 1の実際の作動について、 図 4に示したフロ一チヤ一トを参照しながら説明する。 (実際の作動）
C P U 7 1は、 図 4に示した PM抑制処理を含む H C低減制御を実行するためのルーチ ンを、 所定の低温始動状態が成立している期間においてのみ、 排気行程中の所定のタイミ ングが到来する毎に、 気筒毎に、 繰り返し実行するようになっている。
所定の低温始動状態の開始条件は、 本例では、 機関始動直後において、 冷却水温 THWが 所定値以下であって、 且つエンジン回転速度 NEが第 1回転速度を超えた時点 （所謂、 完爆 に対応） で成立する。 なお、 エンジン回転速度 NEが第 1回転速度よりも大きい第 2回転速 度を超えたことを条件としてもよい。 これにより、 過進角点火制御に伴って機関が逆回転 する事態の発生を確実に抑制できる。
また、 所定の低^台動状態の終了条件は、 本例では、 機関始動からの吸入空気流 *Gaの 積算値∑Gaが所定値を超えた時点で成立する。 このように、 所定の低^!台動状態が成立し ている力否かを判定する手段が前記 「判定手段」 に対応する。
機関始動直後であって、 且つ、 所定の低温始動状態の開始条件成立前の段階では、 例え ば、 冷却水温 THWのみに基づいて、 点火プラグ 3 7の点火時期、 燃料噴射開始タイミング
(ィンジェクタ 3 9の開弁開始時期） 、 及び燃料噴射量 （ィンジヱクタ 3 9の開弁時間） が決定される。
所定の低温始動状態の開始条件が成立すると、 C P U 7 1はステップ 4 0 5に進み、 燃 料噴射の対象となる気筒 (燃料噴射気筒）について、 水温センサ 6 5から冷却水温 THWを、 クランクポジションセンサ 6 4からエンジン回転速度 NEを、 エアフローメータ 6 1から得 られる吸入空気流 *Gaとェンジン回転速度 NEとから負荷率 KLを、 それぞれ取得する。
次いで、 C P U 7 1はステップ 4 1 0に進み、 上記取得した負荷率 KL及ぴ冷却水温 THW と、 KL，THWを引数とするテーブル MapTAUinsとに基づいて、 インジェクタ 3 9の指示開弁 時間 TAUins (前記 「噴射燃料の全量」 に相当） を決定する。 これにより、 指示開弁時間 TAUinsは、 負荷率 KLが大きいほどより大きい値に、 冷却水温 THWが低いほどより大きい値 に設定される。
ここで、 指示開弁時間 TAUinsの決定に際し、 負荷率 KLは、 空燃比を理論空燃比とするた めに必要な燃料量を算出するために使用され、 冷却水温 THWは、 空燃比をリッチとするた めに追加すべき燃料量 （所謂、 始動増量分） を算出するために使用される。 冷却水温 THW が低いほど始動増量分がより大きい値に設定される （即ち、 空燃比がよりリッチとされる ) 。 続いて、 C P U 7 1はステップ 4 1 5に進んで、 上記取得したエンジン回転速度 NE及び 負荷率 KLと、 NE，KLを引数とするテーブル MapMBTとに基づいて、 MB Tを決定し、 続くス テツプ 4 2 0にて、 上記取得したエンジン回転速度 NE、 負荷率 KL、 及ぴ冷却水温 THWと、 NE，KL，THWを引数とするテーブル MapADVとに基づいて、 点火時期の MB Tからの進角量 A D Vを決定する。
これにより、 進角量 AD Vは、 図 5〜図 7に示した特性をもって決定される。 即ち、 図 5に示すように、 進角量 AD Vは、 エンジン回転速度 NEが小さいほどより小さい値に設定 される。 これは、 エンジン回転速度 NEが小さいほど、 筒内付着燃料の部分酸化反応が進行 し得る時間がより長くなるから、 点火時期を遅らせることができることに基づく。
また、 図 6に示すように、 進角量 AD Vは、 負荷率 KLが大きいほどより小さい値に設定 される。 これは、 負荷率 KLが大きくなるほど、 者が過進角点火制御による機関の出力 トルクの低減を気づき易くなることに基づく。
また、 図 7に示すように、 進角量 AD Vは、 冷却水温 THWが低いほどより大きい値に設 定される。 これは、 冷却水温 THWが低くなるほど、 上述したように空燃比がよりリツチと されて筒内付着燃料量が増大することに基づく。
次に、 C P U 7 1はステップ 4 2 5に進み、 上記取得した冷却水温 THWと、 THWを引数と するテーブル MapWETlimとに基づいて、 筒内付着燃料量許容値 WETlimの基本値 WETlimbase を決定する。 この基本値 WETlimbaseは、 点火時期が MB Tの場合 (AD V = 0 ) であって 且つ空燃比が理論空燃比 （ストィキ） の場合に対応する筒内付着燃料量許容値 WETlimであ る。
ここで、 筒内付着燃料量許容 iiSWETlimは、 前記 「PM排出量相当許容値」 に対応する。 即ち、 上述のごとく、 筒内付着燃料量が大きいほど PM排出量が大きくなる。 従って、 P M排出量を PM許容量以内に抑えるためには、 筒内付着燃料量を或る許容値以内に抑えれ ばよい。 以上のことから、 前記 「PM排出量相当許容値 J として、 筒内付着燃料量許容値 WETlimを使用することができる。
筒内付着燃料量許容値の基本値 WETlimbaseは、 図 8に示した特性をもって決定される。 即ち、 基本 ^WETlimbaseは、 冷却水温 THWが高いほどより大きい値に設定される。 これは 、 冷却水温 THWが高いほど、 筒内付着燃料のうちで蒸発して燃焼に供される割合が大きく なって筒内付着燃料において実質的に部分酸化反応の对象となる割合が小さくなる （即ち 、 PM発生量が小さくなる） ことに基づく。 続いて、 C P U 7 1はステップ 4 3 0に進んで、 上記決定された進角量 AD Vと、 AD Vを引数とするテーブル Map αとに基づいて、 筒内付着燃料量許容値 WETlimを基本値 WETlimbaseから補正するために基本値 WETlimbaseに乗算される第 1補正係数 α (前記 「第
1補正値」 に対応） を決定する。
この第 1補正係数 αは、 図 9に示した特性をもって決定される。 即ち、 第 1補正係数 α は、 進角量 AD Vが 「0」 のときに 「1」 となり、 進角量 AD Vが大きいほどより小さい 値に設定される。 これは、 進角量 AD Vが大きいほど、 筒内? ½のピークが高くなつて筒 内付着燃料の部分酸化反応が促進される （即ち、 Ρ Μ発生量が大きくなる） ことに基づく 次いで、 C P U 7 1はステップ 4 3 5に進んで、 空燃比 A/ Fと、 A/ Fを引数とする テーブル Map ]3とに基づいて、 筒内付着燃料量許容値 WETlimを基本値 WETlimbaseから補正 するために基本値 WETlirabaseに乗算される第 2補正係数) 3 (前記 「第 2補正値」 に対応） を決定する。 空燃比 AZ Fとしては、 上記決定された指示開弁時間 TAUinsの決定に際して 考慮された始動増量分だけ理論空燃比 （ストィキ） 力、らリッチ方向へ偏移した値が使用さ れる。
この第 2補正係数) 3は、 図 1 0に示した特性をもって決定される。 即ち、 第 2補正係数 i3は、 空燃比 A/ Fがストィキのときに 「1」 となり、 空燃比 AZ Fのストィキからのリ ツチ方向への偏移量が大きいほどより小さい値に設定される。 これは、 空燃比 AZ Fのス トイキからのリツチ方向への偏移量が大きいほど、 筒内付着燃料量が增加して筒内付着燃 料の部分酸化反応が促進される （即ち、 PMの発生量が大きくなる） ことに基づく。 次に、 C P U 7 1はステップ 4 4 0に進み、 筒内付着燃料量許容値 WETlimの基本値 WETlimbaseに第 1、 第 2補正係数ひ， ）3を乗じることで筒内付^^料量許容 igWETliraを決 定する。 これにより、 筒内付着燃料量許容値 WETlimは、 進角量 AD Vが 「0」 から増大す るほど、 空燃比 AZ Fのストィキからのリッチ方向への偏移量が大きいほど、 基本値 WET1 imbaseに対してより小さレ、方向へ補正された値に設定される。
次いで、 C P U 7 1はステップ 4 4 5に進んで、 上記決定された筒内付着燃料量許容値
WETlim, 及び冷却水温 THWと、 WETlira, THWを引数とするテーブル MapTAUlimとに基づいて、 許容開弁時間 TAUlimを決定する。 許容開弁時間 TAUl imは、 上記所定の低温始動状態におい て吸気同期噴射制御が実行された場合において筒内付着燃料量が上記決定された筒内付着 燃料量許容値 WETlimと等しくなる場合に対応する噴射燃料の量 （=前記 「吸気同期噴射量 許容値」 ） に相当するインジェクタ 3 9の開弁時間である。
許容開弁時間 TAUlimは、 図 1 1に示した特性をもって決定される。 この特性は、 上記所 定の低温始動状態において吸気同期噴射制御が実行された場合における、 噴射燃料量及び 冷却水温と、.筒内付着燃料量との関係を表す。 この関係は、 実験、 シミュレーション等を 通して予め取得することができる。 これにより、 許容開弁時間 TAUlimは、 筒内付着燃料量 許容値 WETlimが大きいほど、 冷却水温 THWが高いほど、 より長い時間に設定される。
次に、 C P U 7 1はステップ 4 5 0に進み、 開弁時間偏差 Δ ΤΑ11を、 指示開弁時間 TAUinsから許容開弁時間 TAUlimを減じて得られる時間に決定する。 次いで、 C P U 7 1は ステップ 4 5 5に進んで、 開弁時間偏差 ΔΤΑΙΙが正であるか否かを判定する。 先ず、 「Ν ο」 と判定される場合 （ΔΤΑ11≤0 ) について説明する。
この場合は、 噴射燃料の全量が上記吸気同期噴射量許容値以下の場合に対応する。 この ことは、 噴射燃料の全量を吸気同期噴射の対象としても、 筒内付着燃料量が筒内付着燃料 量許容 iiWETlim以下となり、 従って、 PM排出量が PM許容量を超えないことを意味する この場合、 C P U 7 1はステップ 4 6 0に進んで、 インジェクタ 3 9の開弁期間の女台期 INJsを、 吸気弁 3 2の開弁時期 IV0と同時期に設定し、 本ルーチンの処理を終了する。 即 ち、 噴射燃料の全量が吸気同期噴射の対象とされる。 これにより、 PM排出量が PM許容 量を超えない範囲内で H C排出量を極力低減することができる。
次に、 ステップ 4 5 5にて 「Y e s」 と判定される場合 （ΔΤΑυ〉0 ) について説明す る。 この場合は、 噴射燃料の全量が上記吸気同期噴射量許容値よりも大きい場合に対応す る。 このことは、 噴射燃料の全量を吸気同期噴射の対象とすると、 筒内付着燃料量が筒内 付着燃料量許容値 WETliraを^えて、 PM排出量が PM許容量を超えることを意味する。 この場合、 C P U 7 1はステップ 4 6 5に進んで、 インジェクタ 3 9の開弁期間の始期 INJsを、 吸気弁 3 2の開弁時期 IV0より開弁時間偏差 ΔΤΑΙΙだけ進角した時期に設定し、 本 ルーチンの処理を終了する。 即ち、 噴射燃料の全量から上記吸気同期噴射量許容値を除い た量の燃料が吸気非同期噴射の対象とされ、 吸気同期噴射量許容値と等しい量の燃料が吸 気同期噴射の対象とされる。 これにより、 ΡΜ排出量が ΡΜ許容量に維持されつつ、 H C 排出量を極力低減することができる。
そして、 C P U 7 1は、 ステップ 4 6 0又は 4 6 5にて設定された開弁期間の始期 INJs が到来すると、 前記燃料噴射気筒のインジェクタ 3 9に対して、 ステップ 4 1 0にて決定 された指示開弁時間 TAUinsだけ開弁状態を維持する指示を行う。 また、 その後において、 ステップ 4 1 5にて決定された MB Tよりステップ 4 2 0にて決定された進角量 AD Vだ け進角した時期が到来すると、 前記燃料噴射気筒の点火プラグ 3 7に対して点火指示を行 う。
これにより、 ステップ 4 5 5にて 「N o J と判定される場合 （即ち、 噴射燃料の全量が 上記吸気同期噴射量許容値以下の場合） 、 過進角点火制御に加えて吸気同期噴射制御が実 行される。 一方、 ステップ 4 5 5にて 「Y e s」 と判定される (即ち、 噴射燃料の全 量が上記吸気同期噴射量許容値を超える場合） 、 過進角点火制御が継続される一方で、 吸 気同期噴射制御に代えて、 上記 「PM抑制処理」 （即ち、 噴射燃料の一部が吸気非同期噴 射の対象とされ、 残りの燃料が吸気同期噴射の とされる処理） が実行される。
以上に説明した処理は、 上記所定の低温始動状態が成立している限りにおいてのみ実行 される。 従って、 上記 「所定の低温始動状態の終了条件」 が成立すると、 本装置は、 通常 の燃料噴射制御、 及び通常の点火時期制御を開始 ·実行する。 通常の燃料噴射制御では、 例えば、 噴射燃料の全量が吸気非同期噴射の対象とされ、 且つ、 空燃比がストィキと一致 するように噴射燃料量が調整される。 また、 通常の点火時期制御では、 例えば、 MB T制 御 （即ち、 点火時期を MB Tとする制御） が実行される。
更には、 「所定の低温始動状態の終了条件」 の成立時点にて三元触媒 5 3， 5 4の温度
(特に、 三元触媒 5 3の が触媒の活性状態に対応する温度に未だ達していない場合 、 所定の短期間だけ、 点火時期を MB Tよりも遅角させてもよレ、。 これにより、 多量の未 燃 H Cが触媒に流入して発熱反応である酸化反応を受けることで、 触媒を意図的に加熱す ることができる。
上記実施形態において、 図 4のステップ 4 1 5、 4 2 0、 4 6 0が前記 H C低減手段に 対応し、 図 4のステップ 4 2 5、 4 3 0、 4 3 5、 4 4 0が前記許容値取得手段に対応し 、 図 4のステップ 4 5 5、 4 6 5が前記制限手段に対応する。
以上、 説明したように、 本発明による内燃機関の制御装置の実施形態によれば、 所定の 低温始動状態 （リッチ雰囲気） において、 点火時期を MB Tよりも進角させる過進角点火 制御、 且つ、 噴射燃料の全量を吸気同期噴射の対象とする吸気同期噴射制御が原則的に実 行される。 これにより、 筒内温度のピークが增カ卩し、 且つ、 ポート付着燃料量が減少する ことで、 未燃 H Cの排出量が低減され得る。 一方、 PM排出量が PM許容量を超える場合
、 吸気同期噴射制御に代えて、 PM抑制処理 （噴射燃料の一部が吸気非同期噴射の対象と され、 残りの燃料が吸気同期噴射の対象とされる処理） が実行される。 これにより、 筒内 付着燃料量が減少し、 PM生成の原因とされる筒内付着燃料の部分酸化反応が抑制される 。 この結果、 PM排出量が減少し、 PM排出量を PM許容量に抑えることができる。 本発明は上記実施形態に限定されることはなく、 本発明の範囲内において種々の変形例 を採用することができる。 例えば、 上記実施形態においては、 PM排出量が PM許容量を 超える場合、 過進角点火制御が継続される一方で、 吸気同期噴射制御に代えて、 噴射燃料 の一部が吸気非同期噴射の対象とされ残りの燃料が吸気同期噴射の対象とされる処理が実 行されているが、 吸気同期噴射制御を継続する一方で、 点火時期の MB Tからの進角量を 過進角点火制御による進角量 A D V (図 4のステップ 4 2 0を参照） よりも小さめに設定 する処理が実行されてもよい。
これにより、 筒内 のピークの増加が抑制されることで筒内付着燃料の部分酸化反応 が抑制される。 この結果、 PMの排出量が PM許容量を超えることを抑制することができ る。 この場合、 例えば、 許容開弁時間 TAUlimが指示開弁時間 TAUinsと一致するように、 指 示開弁時間 TAUins、 冷却水温 THW、 及びテーブル TAUlim (図 1 1を参照） に基づいて筒内 付着燃料量許容 ifiWETlira' が求められ、 「WETlim' =WETlimbase - α ' · )3」 の関係、 基 本 ittWETlimbaSe、 及び第 2補正係数 ]3に基づいて第 1補正係数 α， が求められる。 そして 、 点火時期の MB Τからの進角量は、 この第 1補正係数 α， とテーブル Map a (図 9を参 照） から得られる進角量 AD V ' に決定され得る。
また、 PM排出量が PM許容量を超える場合、 噴射燃料の一部が吸気非同期噴射の対象 とされ残りの燃料が吸気同期噴射の対象とされる処理を行い、 且つ、 点火時期の MB Tか らの進角量を過進角点火制御による進角量 AD Vよりも小さめに設定する処理をも実行し てもよい。
また、 上記実施形態においては、 H C低減制御として、 過進角点火制御と吸気同期噴射 制御とが実行されているが、 過進角点火制御のみを実行してもよい。 この場合、 PM排出 量が P M許容量を超える場合に、 点火時期の M B T力らの進角量を過進角点火制御による 進角量 AD Vよりも小さめに設定する処理が実行され得る。
また、 上記実施形態においては、 PM抑制処理 （噴射燃料の一部が吸気非同期噴射の対 象とさ l¾りの燃料が吸気同期噴射の対象とされる処理） を実行する際、 吸気非同期噴射 の対象となる燃料と吸気同期噴射の対象となる燃料とが吸気弁 3 2の開弁時期の前後に亘 つて連続して噴射されているが、 吸気非同期噴射の対象となる燃料と吸気同期噴射の対象 となる燃料とを分けて噴射 （分割噴射） してもよい。 この場合、 例えば、 吸気非同期噴射 の開弁期間の終期が吸気弁 3 2の開弁時期より前に設定され、 吸気同期噴射の開弁期間の 始期が吸気弁 3 2の開弁時期と同時期、 又はそれよりも後に設定される。
また、 上記実施形態においては、 進角量 AD Vが、 エンジン回転速度 NE、 負荷率 KL、 及 び冷却水温 THWに基づいて決定されているが （図 4のステップ 4 2 0を参照） 、 冷却水温 THWに代えて、 ステップ 4 1 0にて冷却水温 THWに基づいて算出される燃料の始動増量分を 使用して進角量 AD Vを決定してもよい。
同様に、 第 2補正係数) 3が、 空燃比 AZFに基づいて決定されているが （図 4のステツ プ 4 3 5を参照） 、 空燃比 AZ Fに代えて、 ステップ 4 1 0にて冷却水温 THWに基づいて 算出される燃料の始動増量分を使用して第 2補正係数 βを決定してもよレ、。
加えて、 上記実施形態においては、 筒内付着燃料量許容値 WETlimの基本値 WETlirabaseに 第 1、 第 2補正係数ひ， を乗じることで筒内付着燃料量許容 ^WETlimが決定されている が、 第 1、 第 2補正係数 α， ）3に相当する燃料量の次元を有する第 1、 第 2補正値 η をそれぞれ求め、 筒内付着燃料量許容値 WETliraの基本値 WETlimbaseに第 1、 第 2補正値 γ , ηを加えることで筒内付着燃料量許容 ifiWETlimが決定されてもよい。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 内燃機関が所定の低温始動状態にあるカ^カゝを判定する判定手段と、
前記内燃機関が前記所定の低温始動状態にあると判定された場合、 所定の機関制御パラ メータの調整により前記内燃機関の燃焼室内の を上昇させて来燃 H Cの排出量を低減 する H C低減制御を行う H C低減手段と、
PMの排出量に相当する値の許容値を取得する許容値取得手段と、
前記 PM排出量相当許容値に基づいて前記 H C低減制御の実行を制限する制限制御を行 う制限手段と、
を備えた火花点火式内賺関の制御装置。
2. 請求の範囲 1に記載の火花点火式内燃機関の制御装置にお!/、て、
前記 H C低減手段は、 前記 H C低減制御として、
点火時期を最大トルクが得られる点火時期である MB丁よりも進角した時期に設定する 過進角点火制御を行うように構成された火花点火式内燃機関の制御装置。
3 . 請求の範囲 2に記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、
前記 H C低減手段は、 前記 H C低減制御として、 前記過進角点火制御に加えて、 吸気弁よりも上流の吸気通路内にて噴射される燃料の全量が前記吸気弁が開弁している 期間内にて噴射されるように燃料噴射期間を設定する吸気同期噴射制御をも行うように構 成された火花点火式内燃機関の制御装置。
4. 請求の範囲 3に記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、
前記制限手段は、 前記制限制御として、
前記吸気同期噴射制御に代えて、 前記噴射燃料の一部が前記吸気弁の開弁時よりも前に 噴射されるように前記燃料噴射期間を設定するよう構成された火花点火式内燃機関の制御 装置。
5 . 請求の範囲 4に記載の火花点火式内燃機関の制御装置におレ、て、
前記許容値取得手段は、 前記過進角点火制御による前記 MB Tからの進角量に基づいて、 前記 PM排出量相当許 容値として、 前記燃焼室の壁面に付着する筒内付着燃料の量の許容値を取得するように構 成され、
前記制限手段は、
前記所定の低温始動状態において前記吸気同期噴射制御が実行された場合における予め 取得されている前記噴射燃料の量と前記筒内付着燃料量との関係と、 前記取得された筒内 付着燃料量許容値とに基づレヽて、 前記筒内付着燃料量が前記筒内付着燃料量許容値と等し くなる場合に対応する前記吸気弁開弁期間内に噴射される燃料の量を吸気同期噴射量許容 値として決定し、 前記噴射燃料の全量が前記吸気同期噴射量許容値よりも大きい場合、 前 記噴射燃料の全量から前記吸気同期噴射量許容値を除いた量の燃料が前記吸気弁の開弁時 よりも前に噴射され且つ前記吸気同期噴射量許容値と等しい量の燃料が前記吸気弁開弁期 間内に噴射されるように前記燃料噴射期間を設定するよう構成された火花点火式内燃機関 の制御装置。
6. 請求の範囲 5に記載の火花点火式内燃機関の制御装置におレ、て、
前記許容値取得手段は、
前記内燃機関の冷却水の温度に基づいて、 前記点火時期が前記 MB Tの場合に対応する 前記筒内付着燃料量許容値の基本値を決定するとともに、 前記過進角点火制御による前記 MB Tからの進角量に基づいて前記筒内付着燃料量許容値の第 1補正値を決定し、 前記筒 内付着燃料量許容値の基本値と前記第 1補正値とに基づレ、て前記筒内付着燃料量許容値を 取得するように構成された火花点火式内燃機関の制御装置。
7. 請求の範囲 6に記載の火花点火式内燃機関の制御装置におレ、て、
前記許容値取得手段は、
前記筒内付着燃料量許容値の基本値を、 前記点火時期が前記 MB Tの場合であって且つ 空燃比が理論空燃比の場合に対応する値に決定するとともに、 前記空燃比に基づいて前記 筒内付着燃料量許容値の第 2補正値を決定し、 前記筒内付着燃料量許容値の基本値と前記 第 1補正値と前記第 2補正値とに基づいて前記筒内付着燃料量許容値を取得するように構 成された火花点火式内賺関の制御装置。
8 . 請求の範囲 2に記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、
前記制限手段は、 前記制限制御として、
前記点火時期の前記 MB Tからの進角量を、 前記過進角点火制御による進角量よりも小 さめに設定するように構成された火花点火式内燃機関の制御装置。
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