(57)【要約】【課題】点火時期の大幅な遅角と燃焼安定度とを両立させ、冷機時の排気ガス温度の昇温とＨＣ排出量低減とを実現する。【解決手段】暖機完了状態では、通常の成層燃焼運転および均質燃焼運転を行う。冷機状態では、触媒コンバータの活性化促進とＨＣ排出量低減のために、上死点噴射運転モードとして、噴射開始時期ＩＴＳが圧縮上死点前、噴射終了時期ＩＴＥが上死点後となるように、上死点を跨いで燃料噴射が行われる。点火時期ＡＤＶは、上死点後となる。圧縮上死点では、スワールやタンブルが減衰して微小な乱れが活発化しており、ピストンの位置変化も少ないので、安定した燃焼を実現できる。排気温度が非常に高温となり、触媒の完全活性温度まで継続すると、熱劣化の問題があるので、完全活性前の所定の段階で上死点噴射運転モードを解除する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、排気系に設けられた触媒コンバータの昇温が要求されたときに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うとともに、触媒が完全活性する前に触媒コンバータの温度状態の判定に基づいて上記上死点噴射運転モードを解除することを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項２】
触媒コンバータの入口温度と該入口温度の変化速度とから触媒コンバータの温度状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記入口温度の変化速度が大きいほど入口温度が低い段階で上記上死点噴射運転モードを解除することを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項４】
触媒コンバータの入口温度と内部温度とから触媒コンバータの温度状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記入口温度が高いほど内部温度が低い段階で上記上死点噴射運転モードを解除することを特徴とする請求項４に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項６】
上記入口温度を、内燃機関の吸入空気量に基づいて推定することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記内部温度を、触媒温度に相関する触媒コンバータの酸素ストレージ能力から推定することを特徴とする請求項４または５に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項８】
触媒コンバータの上流側に設けられた上流側空燃比検出手段と下流側に設けられた下流側空燃比検出手段とを備え、上記上流側空燃比検出手段の検出信号の変化と下流側空燃比検出手段の検出信号の変化との関係から上記酸素ストレージ能力を推定することを特徴とする請求項７に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒内に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関し、特に、その噴射時期および点火時期の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気浄化用の触媒コンバータが活性温度よりも低い未暖機状態にあるときに、圧縮行程中に燃料噴射を行い、かつ、点火時期を圧縮上死点よりも遅角させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３３６４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
内燃機関冷機時の触媒の早期活性化を図るべく排気ガス温度を昇温させるとともにＨＣを低減するためには、点火時期をなるべく大きく遅角させることが望ましいが、点火時期を大幅に遅角すると、燃焼安定度が悪化するため、燃焼安定度の観点から定まるある限界よりも遅角することはできない。特許文献１のような従来の技術では、特に冷機時のような条件下において、安定した燃焼の確保が難しく、燃焼安定度から定まる点火時期の遅角限界が比較的進み側にあり、十分な点火時期の遅角を実現することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、排気系に設けられた触媒コンバータの昇温が要求されたときに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うことを特徴としている。そして、特に、上記の上死点噴射運転モードを、触媒が完全活性するまで継続するのではなく、触媒が完全活性する前に、触媒コンバータの温度状態の判定に基づいて解除するようにしている。
【０００５】
図１は、本発明の上死点噴射運転モードにおける燃料噴射期間および点火時期を筒内圧変化とともに例示したものであり、噴射開始時期ＩＴＳが圧縮上死点（ＴＤＣ）前、噴射終了時期ＩＴＥが圧縮上死点（ＴＤＣ）後となる。その間の噴射期間Ｔの長さは、噴射量に相当する。点火時期ＡＤＶは、圧縮上死点（ＴＤＣ）後であり、噴射開始時期ＩＴＳから所定クランク角（例えば１０°ＣＡ〜２５°ＣＡ）遅れた時期となる。この遅れ期間Ｄは、一般に、燃料噴射弁から点火プラグまでの距離に相関する。
【０００６】
なお、圧縮上死点（ＴＤＣ）を中心として前半の圧縮上死点前の期間と後半の圧縮上死点後の期間とがほぼ等しくなるように、噴射開始時期ＩＴＳおよび噴射終了時期ＩＴＥを制御するようにしてもよい。
【０００７】
図２は、内燃機関の１サイクル中のピストンストロークによるピストン位置変化量と燃焼室の体積変化量とを示したものである。図示するように、単位クランク角当たりの変化量は、ストロークの中間位置付近で最も大きく、下死点（ＢＤＣ）付近ならびに上死点（ＴＤＣ）付近では、非常に小さい。従って、本発明で燃料噴射を行う圧縮上死点付近は、ピストン位置変化や体積変化が非常に小さく、ピストンの動き等に影響されない安定した場が形成され得る。
【０００８】
また、筒内には、吸気行程において、スワール流やタンブル流といった比較的大きな流れのガス流動が発生し、圧縮行程においても残存しているが、このようなスワール流やタンブル流といった大きな流れは、ピストンが圧縮上死点付近に達して燃焼室が狭小なものとなると、急激に崩壊する。図３は、種々の機関回転数の下での燃焼室内の大きな流れの流速変化を示したものであり、図示するように、回転数に応じた強さのスワール流ないしタンブル流が発生するが、圧縮上死点（３６０°ＣＡ）に達する前に、急激に崩壊する。従って、本発明において圧縮上死点付近で噴射された燃料噴霧は、スワール流やタンブル流のような大きな流れにより動かされることがなく、点火プラグに対し、常に安定した形で噴霧を形成することが可能である。
【０００９】
一方、上記のスワール流やタンブル流といった比較的大きな流れのエネルギは、その流れの崩壊に伴って、微小な乱れへと遷移する。従って、燃焼室内の微小な乱れは、圧縮上死点の直前に、急激に増大する。図４は、図３に示した流れの崩壊に伴って生じる微小な乱れの強さを、流速に換算していわゆる乱れ流速として示したものであり、図示するように、圧縮上死点直前に、乱れが大きく増加する。このような微小な乱れは、燃焼場の活性化に寄与し、燃焼改善作用が得られる。
【００１０】
つまり、燃料が噴射される圧縮上死点付近での燃焼室内の場は、噴霧を動かしてしまうような大きな流れが存在せず、かつ燃焼を活発化させる微小な乱れが多く存在し、しかも、ピストンの動きに対し非常に安定した場となる。従って、圧縮上死点よりも遅角した点火時期でもって、安定した燃焼が可能であり、燃焼安定度の上で制限される点火時期の遅角限界が、より遅角側となる。そのため、点火時期の大幅な遅角により、排気ガス温度を大幅に昇温させることができ、かつＨＣ排出量が低減する。
【００１１】
ここで、上記のように点火時期を大幅に遅角させた上死点噴射運転モードにおいては、特許文献１などの従来の技術に比べて、排気温度が非常に高くなるため、触媒コンバータが温度上昇する過程で、触媒コンバータ内部の温度勾配が非常に急なものとなり易い。つまり、モノリス型セラミックス触媒担体などの上流側部分のみが急激に高温となり、熱歪が大きくなる懸念が生じる。また、排気温度が非常に高くなることから、触媒温度が活性温度に達したと判定して上死点噴射運転モードを停止しても、触媒コンバータ上流側の排気系部品の熱容量や触媒自体の反応熱等によって触媒コンバータの内部温度は上昇し続け、触媒コンバータの内部温度が触媒劣化温度にまでオーバシュートしてしまう虞がある。
【００１２】
そこで、本発明では、上死点噴射運転モードを、触媒が完全活性するまで継続せずに、触媒が完全活性する前に、触媒コンバータの温度状態の判定に基づいて解除するようにしている。
【００１３】
本発明の一つの態様では、触媒コンバータの入口温度と該入口温度の変化速度とから触媒コンバータの温度状態を判定する。例えば、上記入口温度の変化速度が大きいほど入口温度が低い段階で上記上死点噴射運転モードを解除する。
【００１４】
また、本発明の一つの態様では、触媒コンバータの入口温度と内部温度とから触媒コンバータの温度状態を判定する。例えば、上記入口温度が高いほど内部温度が低い段階で上記上死点噴射運転モードを解除する。
【００１５】
このように、触媒コンバータの入口温度とその変化速度、あるいは、入口温度と内部温度、などから上死点噴射運転モードの解除のタイミングを判断することにより、内部温度の過度のオーバシュートや過大な熱勾配の発生を回避できる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、点火時期を圧縮上死点よりも大幅に遅角させた状態で安定した燃焼を得ることができ、内燃機関の冷機時に、排気ガス温度を昇温させて触媒の早期活性化を図ることができるとともに、ＨＣ排出量の低減が可能となる。そして、触媒コンバータが完全活性する前の適切なタイミングで上死点噴射運転モードが解除されるので、触媒温度の過度のオーバシュートによる熱的劣化や極端な温度勾配による触媒担体の破損等を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図５〜図７は、この発明が適用される筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施例を示しており、特に、図５，図６は、一つの気筒の構成を示し、図７は機関全体のシステム構成を示している。
【００１９】
図５，図６に示すように、シリンダブロック１に形成されたシリンダ２にピストン３が摺動可能に配置されているとともに、シリンダブロック１上面に固定されたシリンダヘッド４と上記ピストン３との間に、燃焼室５が形成されている。上記シリンダヘッド４には、吸気弁６によって開閉される吸気ポート７と、排気弁８によって開閉される排気ポート９と、が形成されている。１つの気筒に対し、一対の吸気弁６と一対の排気弁８とが設けられており、これらの４つの弁に囲まれた燃焼室５天井面中心部に、点火プラグ１０が配置されている。また、この実施例では、運転状態によってタンブル流を強化することができるように、吸気ポート７内に、該吸気ポート７内を上下２つの流路に区画する隔壁１１が設けられているとともに、その下側の流路を上流端で開閉するタンブル制御弁１２が設けられている。当業者には容易に理解できるように、タンブル制御弁１２によって下側の流路を閉塞した状態ではタンブル流が強化され、タンブル制御弁１２を開いた状態ではタンブル流が弱まる。なお、このタンブル制御弁１２は本発明において必ずしも必須のものではなく、省略することも可能であり、また、これに代えて、公知のスワール制御弁を設けるようにしてもよい。
【００２０】
上記シリンダヘッド４の吸気ポート７の下側、より詳しくは一対の吸気ポート７の中間部の位置には、筒内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁１５が配置されている。つまり、この燃料噴射弁１５は、燃焼室５の吸気弁６側の側部に位置し、平面図上において図示せぬピストンピンと直交する方向に沿って燃料を噴射するように配置されているとともに、図５の断面図上において、斜め下方を指向して配置されている。但し、下方への傾斜角は比較的小さく、つまり水平に近い方向へ燃料を噴射する。
【００２１】
一方、ピストン３の頂部は、ペントルーフ型をなす燃焼室５天井面の傾斜に沿った凸部形状をなしているとともに、その中央部に、平面図上において略矩形をなす凹部１６が形成されている。この凹部１６の底面は、タンブル流に沿うように、所定の曲率半径の円弧面ないしは円弧に近似した湾曲面をなしている。
【００２２】
図７に示すように、この実施例の内燃機関は、例えば直列４気筒機関であり、各気筒の排気ポート９が接続された排気通路２１に、モノリス型セラミックス触媒担体を用いた排気浄化用の触媒コンバータ２２が設けられており、その上流側に、酸素センサ等の空燃比センサ２３が配置されている。また、各気筒の吸気ポート７が接続された吸気通路２４は、その入口側に、制御信号により開閉される電子制御スロットル弁２５を備えている。上記排気通路２１と上記吸気通路２４との間には、排気還流通路２６が設けられており、その途中に、排気還流制御弁２７が介装されている。また、各気筒のタンブル制御弁１２は、ソレノイドバルブ２８を介して導入される吸入負圧により動作する負圧式タンブル制御アクチュエータ２９によって、一斉に開閉される構成となっている。
【００２３】
また、上記燃料噴射弁１５には、燃料ポンプ３１およびプレッシャレギュレータ３２によって所定圧力に調圧された燃料が、燃料ギャラリ３３を介して供給されている。従って、各気筒の燃料噴射弁１５が制御パルスにより開弁することで、その開弁期間に応じた量の燃料が噴射される。なお、本実施例では、燃圧は常に一定に維持される。また、各気筒の点火プラグ１０は、イグニッションコイル３４に接続されている。
【００２４】
上記内燃機関の燃料噴射時期や噴射量、噴射率、点火時期等は、コントロールユニット３５によって制御される。このコントロールユニット３５には、アクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３０の検出信号や、クランク角センサ３６の検出信号、空燃比センサ２３の検出信号、冷却水温を検出する水温センサ３７の検出信号、等が入力されている。さらに、本実施例では、触媒コンバータ２２の温度状態を判定するために、該触媒コンバータ２２の入口部に配置された触媒入口温度センサ３８を備えている。
【００２５】
上記のように構成された内燃機関においては、暖機が完了した後の状態においては、通常の成層燃焼運転および均質燃焼運転が行われる。
【００２６】
すなわち、低速低負荷側の所定の領域では、通常の成層燃焼運転モードとして、基本的にタンブル制御弁１２を閉じた状態の下で、圧縮行程の適宜な時期に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前の時期に点火が行われる。なお、この運転モードでは、圧縮上死点前に必ず燃料噴射が終了する。圧縮行程中にピストン３へ向けて噴射された燃料は、凹部１６に沿って旋回するタンブル流を利用して点火プラグ１０近傍へ集められ、ここで点火される。そのため、平均的な空燃比がリーンとなった成層燃焼が実現される。
【００２７】
また、暖機完了後の高速高負荷側の所定の領域では、通常の均質燃焼運転モードとして、基本的にタンブル制御弁１２を開いた状態の下で、吸気行程中に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前のＭＢＴ点において点火が行われる。この場合は、燃料は筒内で均質な混合気となり、基本的に理論空燃比近傍で運転が行われる。
【００２８】
これに対し、内燃機関の暖機が完了していない状態においては、触媒コンバータ２２の活性化つまり温度上昇の促進とＨＣ排出量低減のために、基本的に、上死点噴射運転モードとなる。この上死点噴射運転モードでは、前述した図１に示したように、噴射開始時期ＩＴＳが圧縮上死点（ＴＤＣ）前、噴射終了時期ＩＴＥが圧縮上死点（ＴＤＣ）後となり、圧縮上死点を跨いで燃料噴射が行われる。点火時期ＡＤＶは、圧縮上死点（ＴＤＣ）後となり、噴射開始時期ＩＴＳから１０°ＣＡ〜２５°ＣＡ遅れた時期に点火される。この遅れ期間の間に、燃料噴霧がちょうど点火プラグ１０付近に到達し、点火プラグ１０付近に可燃混合気を形成するので、確実に着火燃焼に至り、成層燃焼が行われる。このとき、燃料噴射量は、平均的な空燃比が理論空燃比となるように制御される。
【００２９】
本実施例では、上記の燃料噴射時期は、噴射開始時期ＩＴＳが所定のクランク角となるように制御され、噴射終了時期ＩＴＥは、この噴射開始時期ＩＴＳと燃料噴射量（噴射時間）とによって定まる。なお、燃料噴射期間における圧縮上死点前の期間と圧縮上死点後の期間とが等しくなるように、燃料噴射量に基づき、噴射開始時期ＩＴＳと噴射終了時期ＩＴＥとを求めるようにすることも可能である。
【００３０】
前述したように、この上死点噴射運転モードにおいて燃料が噴射される圧縮上死点付近での燃焼室内の場は、大きな流れの崩壊により噴霧を動かしてしまうような大きな流れが存在せず、かつ大きな流れの崩壊に伴い、燃焼を活発化させる微小な乱れが多く存在し、しかも、ピストンの動きに対し非常に安定した場となる。従って、圧縮上死点よりも遅角した点火時期でもって、安定した燃焼が可能であり、燃焼安定度の上で制限される点火時期の遅角限界が、より遅角側となる。そのため、点火時期の大幅な遅角により、排気ガス温度を大幅に昇温させることができ、かつＨＣ排出量が低減する。
【００３１】
ここで、上記の上死点噴射運転モードにおいては、排気ガス温度が非常に高く得られることから、触媒コンバータ２２が上流側から急速に加熱され、触媒コンバータ２２の熱歪や過度の温度上昇の懸念がある。そのため、本実施例では、図８のような処理により、触媒コンバータ２２の温度状態を監視しつつモードの切換が行われる。
【００３２】
先ず、ステップ１では、触媒入口温度センサ３８により検出される触媒コンバータ２２の入口温度Ｔを読み込むとともに、その変化速度つまり単位時間当たりの変化量ｄＴを求める。次に、ステップ２で触媒が活性しているか否かを、例えば、機関始動時の冷却水温や始動時の触媒入口温度Ｔなどから判定する。暖機再始動のように既に触媒が活性状態にあれば、ステップ５へ進み、前述した通常の成層燃焼運転あるいは均質燃焼運転となる。
【００３３】
冷間始動のように触媒が未活性状態であれば、ステップ３へ進み、前述した上死点噴射運転モードを実行する。これにより、排気温度は急激に上昇する。
【００３４】
その後、ステップ４において、触媒入口温度Ｔとその変化速度ｄＴとに基づいて、触媒コンバータ２２の温度状態が触媒完全活性前の所定の段階に達したか否か判定する。具体的には、触媒入口温度Ｔと変化速度ｄＴとから、図９に示すような特性の許可条件および禁止条件のいずれの領域にあるかを繰り返し判定し、許可条件にある間は、上死点噴射運転モードを継続する。そして、禁止条件の領域に入ったときに、ステップ４からステップ５へ進み、上死点噴射運転モードを解除して通常制御へ移行する。上記の禁止条件の領域は、上死点噴射運転モードの解除後も遅れて上昇する触媒温度が完全活性温度を越えて過度にオーバシュートすることがないように設定されており、特に、変化速度ｄＴが大であるほど、触媒入口温度Ｔがより低い段階で上死点噴射運転モードが解除される。従って、触媒温度の過度のオーバシュートや極端な温度勾配による熱歪みが防止される。
【００３５】
以下、触媒コンバータ２２の温度変化について説明する。図１０は、一例として、冷間始動後の触媒コンバータの入口温度（排気温度にほぼ等しい）および内部温度の変化を示し、破線は、始動後に通常の燃焼運転を継続した場合の特性を、実線は、始動後に上死点噴射運転モードを継続した場合の特性を示す。図示するように、上死点噴射運転モードでは、排気温度（入口温度）が始動後に急激に上昇し、内部温度が触媒活性温度（完全活性温度）Ｔ１に達するまでの所要時間は大幅に短縮される。しかし、入口温度と内部温度との温度差（換言すれば触媒担体の温度勾配）に着目すると、内部温度が触媒活性温度Ｔ１に達したときの温度差ΔＴとしては、実線で示す上死点噴射運転モードによる急激な加熱の方が、破線で示す緩やかな加熱の場合よりも、大きくなる。つまり、上死点噴射運転モードにより急激に昇温すると、一般に熱歪みが大となる傾向にある。
【００３６】
また、図１１は、内部温度が触媒活性温度Ｔ１に達した時点で上死点噴射運転モードを解除した場合の比較例を示している。この場合、上死点噴射運転モードを解除した後も、触媒コンバータ上流側の排気系部品の熱容量や触媒自体の反応熱等によって触媒コンバータの内部温度は上昇し続け、条件によっては、触媒コンバータの内部温度が触媒劣化温度にまでオーバシュートしてしまう虞がある。
【００３７】
これに対し、図１２は、本発明の場合の触媒コンバータの温度変化を示しており、内部温度が触媒活性温度Ｔ１に達する前に、上死点噴射運転モードが解除される。このとき、内部温度は触媒活性温度Ｔ１よりも低い例えば温度Ｔ２であり、上死点噴射運転モードの解除後、この温度Ｔ２からさらに温度上昇するものの、触媒劣化温度に達することはない。また、上死点噴射運転モードの解除に伴って入口温度は速やかに低下するため、内部温度が触媒活性温度Ｔ１に達した段階での内部温度と入口温度との温度差ΔＴは、図１０や図１１の場合よりも小さくなる。
【００３８】
なお、上記実施例では、触媒コンバータ２２の入口温度Ｔを触媒入口温度センサ３８により直接に検出するようにしているが、入口温度Ｔは内燃機関の吸入空気量に相関するので、この吸入空気量に基づいて入口温度Ｔを推定することも可能である。
【００３９】
次に、図１３〜図１５は、この発明の第２の実施例を示しており、この実施例では、触媒コンバータ２２の温度状態を判定するために、図１３に示すように、該触媒コンバータ２２の入口部に配置された触媒入口温度センサ３８に加えて、モノリス型セラミックス触媒担体の長手方向中央部に配置された触媒温度センサ３９を備えている。従って、触媒入口温度Ｔとともに、触媒コンバータ２２の内部温度ＴＣが検出される。
【００４０】
本実施例では、図１４のような処理により、触媒コンバータ２２の温度状態を監視しつつモードの切換が行われる。
【００４１】
先ず、ステップ１では、触媒入口温度センサ３８により検出される触媒コンバータ２２の入口温度Ｔと、触媒温度センサ３９により検出される触媒コンバータ２２の内部温度ＴＣを読み込む。次に、ステップ２で触媒が活性しているか否かを、例えば、機関始動時の内部温度ＴＣや冷却水温などから判定する。暖機再始動のように既に触媒が活性状態にあれば、ステップ５へ進み、前述した通常の成層燃焼運転あるいは均質燃焼運転となる。
【００４２】
冷間始動のように触媒が未活性状態であれば、ステップ３へ進み、前述した上死点噴射運転モードを実行する。これにより、排気温度は急激に上昇する。
【００４３】
その後、ステップ４において、触媒入口温度Ｔと内部温度ＴＣとに基づいて、触媒コンバータ２２の温度状態が触媒完全活性前の所定の段階に達したか否か判定する。具体的には、触媒入口温度Ｔと内部温度ＴＣとから、図１５に示すような特性の許可条件および禁止条件のいずれの領域にあるかを繰り返し判定し、許可条件にある間は、上死点噴射運転モードを継続する。そして、禁止条件の領域に入ったときに、ステップ４からステップ５へ進み、上死点噴射運転モードを解除して通常制御へ移行する。上記の禁止条件の領域は、上死点噴射運転モードの解除後も遅れて上昇する触媒温度が完全活性温度を越えて過度にオーバシュートすることがないように設定されており、特に、排気温度を示す入口温度Ｔが高いほど、内部温度ＴＣがより低い段階で上死点噴射運転モードが解除される。従って、触媒温度の過度のオーバシュートや極端な温度勾配による熱歪みが防止される。
【００４４】
なお、上記実施例では、触媒コンバータ２２の入口温度Ｔを触媒入口温度センサ３８により直接に検出するようにしているが、入口温度Ｔは内燃機関の吸入空気量に相関するので、この吸入空気量に基づいて入口温度Ｔを推定することも可能である。
【００４５】
また、上記実施例では、触媒コンバータ２２の内部温度ＴＣを触媒温度センサ３９により直接に検出するようにしているが、他のパラメータ、例えば触媒温度に相関する触媒コンバータ２２の酸素ストレージ能力から内部温度ＴＣを推定することも可能である。具体的には、図１６に示すように、触媒コンバータ２２の上流側の上流側空燃比センサ２３に加えて、触媒コンバータ２２下流側に下流側空燃比センサ４０が設けられている。そして、図１７の上段に示すように、内燃機関の空燃比（排気空燃比）が適当な周期・振幅で振動するように空燃比制御が行われる。これは、一般的な空燃比フィードバック制御の技術を利用することができる。この空燃比変化に対し、上流側空燃比センサ２３の検出空燃比は、機関の空燃比変化をそのまま反映したものとなる。一方、下流側空燃比センサ４０の検出空燃比は、図１７の下段に示すように、触媒コンバータ２２が未活性の段階では、酸素ストレージ能力が低いため、上流側空燃比センサ２３の信号と同様に変化するが、触媒コンバータ２２の温度が上昇すると、酸素ストレージ能力が高くなり、図示するように、周期が長くかつ振幅が小さなものとなる。従って、両者の関係から、触媒が完全活性前の活性開始温度に達したことを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の燃料噴射期間および点火時期の一例を示した特性図。
【図２】サイクル中のピストン位置変化量と体積変化量の特性図。
【図３】大きな流れのサイクル中の変化を示す特性図。
【図４】微小な乱れのサイクル中の変化を示す特性図。
【図５】筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施例を示す断面図。
【図６】同じく平面図。
【図７】この内燃機関全体のシステム構成を示す構成説明図。
【図８】始動時のモード切換の処理を示すフローチャート。
【図９】上死点噴射運転モードの許可・禁止領域を示す特性図。
【図１０】上死点噴射運転モードを継続した場合の触媒入口温度と内部温度の変化を、通常の燃焼運転を継続した場合と対比して示す特性図。
【図１１】内部温度が触媒活性温度に達したときに上死点噴射運転モードを解除した場合の温度変化を示す特性図。
【図１２】本発明による触媒入口温度と内部温度の変化を示す特性図。
【図１３】第２実施例を示す構成説明図。
【図１４】この第２実施例の処理を示すフローチャート。
【図１５】この第２実施例の場合の許可・禁止領域を示す特性図。
【図１６】第３実施例を示す構成説明図。
【図１７】この第３実施例における上流側空燃比センサの検出空燃比と下流側空燃比センサの検出空燃比とを示す特性図。
【符号の説明】
【００４７】
３…ピストン
５…燃焼室
１０…点火プラグ
１５…燃料噴射弁
２３…（上流側）空燃比センサ
３８…触媒入口温度センサ
３９…触媒温度センサ
４０…下流側空燃比センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006177180.tif 000006
【図５】
2006177180.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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