(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内の混合気に点火する点火プラグと、
筒内に燃料を噴射するインジェクタと、
排気通路に介装される触媒コンバータとを備え、
触媒暖機時に前記インジェクタから膨張行程または排気行程で追加燃料を噴射するとともに前記点火プラグがこの追加燃料に再点火する筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、
前記触媒の活性化度合を検出する触媒活性化度合検出手段と、
前記触媒の活性化度合に応じて前記点火プラグの再点火時期Ｉｇ２を進角又は遅角制御する再点火時期制御手段と、
を備えたことを特徴とする筒内直噴式火花点火エンジン。
【請求項２】
前記再点火時期制御手段は、前記触媒の活性化が進むのにしたがって前記点火プラグの再点火時期Ｉｇ２を遅らせる、
ことを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴式火花点火エンジン。
【請求項３】
前記触媒活性化度合検出手段として触媒温度Ｔｔｅｍｐを検出する触媒温度センサを備え、
前記再点火時期制御手段は触媒温度Ｔｔｅｍｐが上昇するのにしたがって前記点火プラグの再点火時期Ｉｇ２を遅らせる構成とした、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の筒内直噴式火花点火エンジン。
【請求項４】
前記再点火時期制御手段は触媒低温時に前記点火プラグの再点火時期Ｉｇ２を排気弁の開弁時期の付近まで進角する構成とした、
ことを特徴とする請求項３に記載の筒内直噴式火花点火エンジン。
【請求項５】
前記再点火時期制御手段は触媒温度Ｔｔｅｍｐが所定値Ｔｂより高い触媒暖機時の末期に再点火を停止する構成とした、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の筒内直噴式火花点火エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、排気通路に設けられる触媒の昇温を早める技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の筒内直噴式火花点火エンジンとして、例えば特開平４−１８３９２２号公報に開示されたものは、触媒暖機時にインジェクタから膨張行程または排気行程で追加燃料を噴射するとともに、排気行程の後期に点火プラグを介してこの追加燃料に再点火し、触媒の昇温を早めるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直噴式火花点火エンジンにあっては、追加燃料に対する再点火時期が一義的に定められているため、例えば触媒の温度が活性温度よりかなり低い状態では、触媒を未燃焼のまま通過する燃料が増えて、触媒を効率よく加熱できないという問題点があった。
【０００４】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、触媒の昇温を早めることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
図１を参照して説明すると、請求項１に記載の発明は、筒内の混合気に点火する点火プラグ４と、筒内に燃料を噴射するインジェクタ５と、排気通路２１に介装される触媒コンバータ２２とを備え、触媒暖機時にインジェクタ５から膨張行程または排気行程で追加燃料を噴射するとともに点火プラグ４がこの追加燃料に再点火する制御を行う筒内直噴式火花点火エンジンに適用する。
【０００６】
そして、触媒の活性化度合を検出する触媒活性化度合検出手段と、触媒の活性化度合に応じて点火プラグ４の再点火時期Ｉｇ２を進角又は遅角制御する再点火時期制御手段とを備えるものとした。
請求項２に記載の筒内直噴式火花点火エンジンは、請求項１に記載の触媒活性化度合検出手段として、触媒の活性化が進むのにしたがって前記点火プラグの再点火時期Ｉｇ２を遅らせるものとした。
【０００７】
請求項３に記載の筒内直噴式火花点火エンジンは、請求項１または請求項２に記載の触媒活性化度合検出手段として触媒温度Ｔｔｅｍｐを検出する触媒温度センサを備え、再点火時期制御手段を触媒温度Ｔｔｅｍｐが上昇するのにしたがって点火プラグ４の再点火時期Ｉｇ２を遅らせる構成とした。
【０００８】
請求項４に記載の筒内直噴式火花点火エンジンは、請求項３に記載の再点火時期制御手段を触媒低温時に点火プラグ４の再点火時期Ｉｇ２を排気弁の開弁時期の付近まで進角する構成とした。
【０００９】
請求項５に記載の筒内直噴式火花点火エンジンは、請求項３または４に記載の再点火時期制御手段を触媒温度Ｔｔｅｍｐが所定値Ｔｂより高い触媒暖機時の末期に再点火を停止する構成とした。
【００１０】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図と符号を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１１】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、追加燃料のうち燃焼室２や排気ポートにて燃焼する分に対する未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる分の割合が、触媒の活性化度合に応じて変化し、触媒を効率よく加熱できる。これにより、エンジンの暖機時の早いうちから触媒を介して排気ガスの浄化を行うことができる。
【００１２】
請求項２，３に記載の筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、追加燃料のうち燃焼室２や排気ポートにて燃焼する分に対する未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる分の割合が、触媒の活性化が進むのに伴って増大し、触媒を効率よく加熱できる。
【００１３】
請求項４に記載の筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、触媒コンバータ２２の温度Ｔｔｅｍｐが活性温度よりかなり低い状態では、再点火時期Ｉｇ２を排気弁開時期ＥＶＯの手前まで進角することにより、膨張行程から排気行程にかけて追加燃料の大部分を燃焼室２や排気ポートにて燃焼させて排気ガス温度を高め、排気ガスからの熱により触媒コンバータ２２を加熱する。こうして追加燃料の大部分を燃焼室２または排気ポートにて燃焼させることにより、追加燃料が触媒コンバータ２２，２３を未燃焼のまま通過することを抑え、触媒コンバータ２２，２３を効率よく加熱できる。
【００１４】
請求項５に記載の筒内直噴式火花点火エンジンにおいて、触媒の活性化がかなり進んだ触媒暖機時の末期と判定された場合、追加燃料に対する再点火を停止することにより、追加燃料のほとんどを未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導き、触媒コンバータ２２において燃焼させて、触媒コンバータ２２を効率よく加熱できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体、２は燃焼室、３はピストン、４は点火プラグ、５は筒内に臨むインジェクタである。吸気通路２０には、スワールコントロールバルブ８、スロットルバルブ９、エアフローセンサ１２が介装され、スロットルバルブ９はアクチュエータ９Ａを介して開閉駆動される。
【００１６】
コントロールユニット１１はインジェクタ５の燃料噴射時期、燃料噴射量を制御するとともに、点火プラグ４の点火時期を制御する。コントロールユニット１１にはクランク角センサ１３Ｂ，１３ＡからのＲｅｆ信号とＰｏｓ信号、アクセルペダル開度センサ１４からのアクセル開度、エアフローセンサ１２からの吸入空気量信号、排気通路２１に設置したＯ２センサ１５からの空燃比（酸素濃度）信号、さらには水温センサ（図示しない）からのエンジン冷却水温信号、トランスミッションのギア位置センサ（図示しない）からのギア位置信号、車速センサ（図示しない）からの車速信号等が入力される。コントロールユニット１１は、これらに基づいて運転状態を判断しながら、負荷のそれほど大きくない所定の運転域においてはリーン空燃比により成層燃焼をさせ、それ以外の運転域ではストイキ空燃比により均質燃焼をさせる。
【００１７】
排気通路２１には、２つの触媒コンバータ２２，２３が設置される。触媒コンバータ２２，２３は、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を用い、ストイキ混合気運転時に最大の転換効率をもって、排気中のＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行い、リーン混合気運転域で発生するＮＯｘを吸蔵する。
【００１８】
コントロールユニット１１は、触媒温度センサ２５からの触媒温度Ｔｔｅｍｐを入力し、触媒温度Ｔｔｅｍｐが目標温度Ｔａより低い触媒コンバータ２２の暖機時、膨張行程または排気行程で追加燃料を噴射するとともに、点火プラグ４によりこの追加燃料に再点火して燃焼させる制御を行う。
【００１９】
本実施の形態において、触媒活性化度合を検出する手段として触媒コンバータ２２の担体の温度Ｔｔｅｍｐを検出するセンサ２５を設ける。なお、触媒活性化度合出手段として、水温センサによって検出されるエンジン冷却水温度と運転状態および始動時からの運転時間等に基づいて触媒温度Ｔｔｅｍｐを推定してもよい。
【００２０】
そして本発明の要旨とするところであるが、検出される触媒温度Ｔｔｅｍｐが上昇するのにしたがって点火プラグ４の再点火時期Ｉｇ２を遅らせる制御を行う。これにより、追加燃料のうち燃焼室２や排気ポートにて燃焼する分に対する未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる分の割合が、触媒の活性化が進むのに伴って増大し、触媒を効率よく加熱できる。
【００２１】
コントロールユニット１１は、図２に示すフローチャートを一定時間毎（たとえば１０ｍｓｅｃ毎）に実行し、吸気行程または圧縮行程に設定される主燃料噴射時期ＴＩ１と、膨張行程に設定される追加燃料噴射時期ＴＩ２と、圧縮行程に設定される主点火時期Ｉｇ１と、膨張行程に設定される再点火時期Ｉｇ２をそれぞれ算出する。
【００２２】
ステップ１では、吸入空気量Ｑａ、回転数Ｎ等のエンジン運転条件を読込む。続くステップ２では、触媒温度センサ２５によって検出される触媒温度Ｔｔｅｍｐを読込み、ステップ３では、触媒温度Ｔｔｅｍｐが所定温度Ｔａより高い触媒の活性化が完了している状態かどうかを判定する。
【００２３】
Ｔｔｅｍｐ＞Ｔａである触媒の活性化が完了している状態と判定された場合、主燃料噴射と主点火のみを行い、追加燃料噴射と再点火を停止するため、ステップ７，８，９に進む。
【００２４】
ステップ７にて吸入空気量Ｑａ、回転数Ｎ等に基づいて基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）が算出され、ステップ８にて主燃料噴射時期ＴＩ１が算出され、ステップ９にて主点火時期Ｉｇ１が算出される。
【００２５】
一方、Ｔｔｅｍｐ≦Ｔａである触媒の活性化が完了していない状態と判定された場合、追加燃料を噴射するとともに再点火を行うため、ステップ４，５，６に進む。
【００２６】
ステップ４では、吸入空気量Ｑａ、回転数Ｎ等に基づいて基本燃料噴射量Ｔｐ１（＝Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）が算出されるとともに、追加燃料噴射量Ｔｐ２が算出される。追加燃料噴射量Ｔｐ２は、Ｔｐ１＋Ｔｐ２が所定の空燃比になるように算出される。なお、この制御を簡易的に行うために、追加燃料噴射量Ｔｐ２を固定値としてもよい。
【００２７】
ステップ５では、吸気行程または圧縮行程に設定される主燃料噴射時期ＴＩ１と、膨張行程に設定される追加燃料噴射時期ＴＩ２がそれぞれ算出される。
【００２８】
ステップ６では、圧縮行程に設定される主点火時期Ｉｇ１と、膨張行程に設定される再点火時期Ｉｇ２がそれぞれ算出される。このステップ６で行われるルーチンが本発明の再点火時期制御手段に相当する。
【００２９】
再点火時期Ｉｇ２は、図３に示すマップに基づき触媒温度Ｔｔｅｍｐに応じて検索される。図３に示すマップにおいて、再点火時期Ｉｇ２は触媒温度Ｔｔｅｍｐに一次比例して遅角される。再点火時期Ｉｇ２の最進角値は排気弁開時期ＥＶＯの手前（膨張行程の後期）に設定され、再点火時期Ｉｇ２の最遅角値は排気弁閉時期ＥＶＣの手前（排気行程の後期）に設定される。
【００３０】
以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。
【００３１】
触媒温度Ｔｔｅｍｐが目標温度Ｔａより低く、触媒が十分に活性化していない触媒コンバータ２２の暖機時、インジェクタ５から膨張行程または排気行程で追加燃料を噴射するとともに、点火プラグ４によりこの追加燃料に再点火して燃焼させる。
【００３２】
触媒コンバータ２２の温度Ｔｔｅｍｐが活性温度よりかなり低い状態では、再点火時期Ｉｇ２を排気弁開時期ＥＶＯの手前まで進角する。これにより、膨張行程から排気行程にかけて追加燃料の大部分を燃焼室２や排気ポートにて燃焼させて排気ガス温度を高め、排気ガスからの熱により触媒コンバータ２２を加熱する。こうして追加燃料の大部分を燃焼室２または排気ポートにて燃焼させることにより、追加燃料が触媒コンバータ２２，２３を未燃焼のまま通過することを抑え、触媒コンバータ２２，２３を効率よく加熱できる。
【００３３】
触媒コンバータ２２の温度Ｔｔｅｍｐが上昇して触媒活性化が進むのに伴い、再点火時期Ｉｇ２を次第に遅角する。これにより、追加燃料のうち燃焼室２や排気ポートにて燃焼しないまま触媒コンバータ２２に導かれる未燃焼燃料量を増やし、触媒コンバータ２２にて燃焼する燃料量を増やす。触媒がある程度活性化した状態では、追加燃料を未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導き、触媒コンバータ２２において燃焼させて触媒コンバータ２２を直接的に加熱する。この未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導かれる燃料は、触媒コンバータ２２において燃焼することにより触媒コンバータ２２を直接的に加熱するため、排気管等に対する放熱が少ない分、触媒コンバータ２２を効率よく加熱できる。
【００３４】
再点火時期Ｉｇ２を触媒温度Ｔｔｅｍｐが上昇するのにしたがって遅らせる。これにより、触媒コンバータ２２に触媒の活性化度合いに応じて未燃焼燃料を無駄なく供給することが可能となり、触媒の活性化を早められる。
【００３５】
他の実施の形態として、触媒温度Ｔｔｅｍｐが所定値Ｔａ以下かつ所定値Ｔｂより高い触媒暖機時の末期に再点火を停止する構成としてもよい。
【００３６】
この場合、コントロールユニット１１は、図４に示すフローチャートを一定時間毎（たとえば１０ｍｓｅｃ毎）に実行し、吸気行程または圧縮行程に設定される主燃料噴射時期ＴＩ１と、膨張行程に設定される追加燃料噴射時期ＴＩ２と、圧縮行程に設定される主点火時期Ｉｇ１と、膨張行程に設定される再点火時期Ｉｇ２がそれぞれ算出する。
【００３７】
ステップ１１では、吸入空気量Ｑａ、回転数Ｎ等のエンジン運転条件を読込む。続くステップ１２では、触媒温度センサ２５によって検出される触媒温度Ｔｔｅｍｐを読込み、ステップ１３では、触媒温度Ｔｔｅｍｐが所定温度Ｔａより高い触媒の活性化が完了している状態かどうかを判定する。
【００３８】
Ｔｔｅｍｐ＞Ｔａである触媒の活性化が完了している状態と判定された場合、主燃料噴射と主点火のみを行い、追加燃料噴射と再点火を停止するため、ステップ１９〜２１に進む。
【００３９】
ステップ１９にて吸入空気量Ｑａ、回転数Ｎ等に基づいて基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）が算出され、ステップ２０にて主燃料噴射時期ＴＩ１が算出され、ステップ２１にて主点火時期Ｉｇ１が算出される。
【００４０】
一方、Ｔｔｅｍｐ≦Ｔａである触媒の活性化が完了していない状態と判定された場合、追加燃料を噴射するとともに再点火を行うため、ステップ１４〜１８に進む。
【００４１】
ステップ１４では、吸入空気量Ｑａ、回転数Ｎ等に基づいて基本燃料噴射量Ｔｐ１（＝Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）が算出されるとともに、追加燃料噴射量Ｔｐ２が算出される。追加燃料噴射量Ｔｐ２は、Ｔｐ１＋Ｔｐ２が所定の空燃比になるように算出される。
【００４２】
ステップ１５では、吸気行程または圧縮行程に設定される主燃料噴射時期ＴＩ１と、膨張行程に設定される追加燃料噴射時期ＴＩ２がそれぞれ算出される。
【００４３】
ステップ１６では、触媒温度Ｔｔｅｍｐが所定温度Ｔｂより高い触媒暖機時の末期かどうかを判定する。
【００４４】
Ｔｔｅｍｐ≦Ｔｂである触媒暖機時の初期または中期と判定された場合、ステップ１７に進んで、圧縮行程に設定される主点火時期Ｉｇ１と、膨張行程に設定される再点火時期Ｉｇ２がそれぞれ算出される。再点火時期Ｉｇ２は、図３に示すマップに基づき触媒温度Ｔｔｅｍｐに応じて検索される。
【００４５】
Ｔｔｅｍｐ＞Ｔｂである触媒暖機時の末期と判定された場合、ステップ１８に進んで点火時期Ｉｇ１のみを算出し、追加燃料に対する再点火を停止する。
【００４６】
この場合、触媒の活性化がかなり進んだ触媒暖機時の末期と判定された場合、追加燃料に対する再点火を停止することにより、追加燃料のほとんどを未燃焼のまま触媒コンバータ２２に導き、触媒コンバータ２２において燃焼させて、触媒コンバータ２２を効率よく加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すエンジンの制御システム図。
【図２】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図３】同じく触媒温度Ｔｔｅｍｐと再点火時期Ｉｇ２の関係を示す特性図。
【図４】他の実施の形態において制御内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  エンジン
４  点火プラグ
５  インジェクタ
１１  コントロールユニット
２２  触媒コンバータ
２３  触媒コンバータ
２５  触媒温度センサ
【図１】
0003624696.tif 000002
【図２】
0003624696.tif 000003
【図３】
0003624696.tif 000004
【図４】
0003624696.tif 000005