(57)【要約】【課題】タンブル流が発生する燃焼室に設けられた筒内噴射弁による膨張行程での燃料噴射期間と、そのタンブル流の流れ方向の下流側に設けられた点火装置による点火期間と、を重複させて排気浄化触媒を活性化させる制御を行う場合において、燃焼の悪化を抑える。【解決手段】触媒暖機制御中の各サイクルでは、総噴射量に占める吸気行程噴射と膨張行程噴射の割合（噴き分け割合）を所定値に設定する。但し、燃焼が悪化していると判定された場合には、その原因が初期燃焼と主燃焼のどちらにあるのかを特定して、噴き分け割合を変更する。初期燃焼の悪化を特定した場合は、吸気行程噴射の割合が増えるように噴き分け割合を変更する。主燃焼の悪化を特定した場合は、膨張行程噴射の割合が増えるように噴き分け割合を変更する。【選択図】図６
2018178891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンブル流が発生する燃焼室の上部に設けられるインジェクタであって、前記燃焼室の上部におけるタンブル流の流れ方向の上流側に配置され、複数の噴孔から筒内に燃料を噴射するインジェクタと、
前記燃焼室の上部に設けられて放電火花を用いて筒内の混合気に点火する点火プラグであって、前記燃焼室の上部におけるタンブル流の流れ方向の下流側に配置され、前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧のうち前記点火プラグに最も近づく燃料噴霧の下流側に位置し、尚且つ、前記最も近づく燃料噴霧の外郭面よりも前記燃焼室の上部側に位置する点火プラグと、
前記燃焼室からの排気を浄化する排気浄化触媒と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、前記排気浄化触媒を活性化させる制御として、圧縮上死点よりも遅角側の点火期間で放電火花が発生するように前記点火プラグを制御すると共に、前記圧縮上死点よりも進角側での第１噴射と、前記圧縮上死点よりも遅角側での第２噴射であって、噴射期間が前記点火期間の少なくとも一部と重複する第２噴射と、を行うように前記インジェクタを制御し、
前記制御装置は更に、各サイクルでの総噴射量と事前に設定した噴き分け割合とに基づいて前記第１噴射と前記第２噴射の噴き分けを行い、サイクル間のトルク変動が所定値以上であることが検出された場合に、サイクル間における初期燃焼期間のばらつきと主燃焼期間のばらつきの比較に基づいて初期燃焼と主燃焼の何れの燃焼が悪化しているかを特定し、初期燃焼の悪化を特定したときには前記第１噴射の割合が増えるように前記噴き分け割合を変更し、主燃焼の悪化を特定したときには前記第２噴射の割合が増えるように前記噴き分け割合を変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記噴き分け割合の変更後のサイクルにおいて、サイクル間のトルク変動が前記所定値以上であることが再検出された場合に、前記噴き分け割合を再検出サイクルの直前のサイクルと同じ値に保持し、各サイクルでの総噴射量を前記直前のサイクルでの噴射量よりも増やすことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−１４４５７３号公報には、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備えるエンジンを制御する内燃機関の制御装置が開示されている。制御装置は、エンジン始動時に両噴射弁を駆動してエンジンを暖機する。制御装置は、また、エンジン暖機中の各サイクルでの総噴射量と、総噴射量に占める各噴射弁の噴射割合と、を冷却水温に応じて変更する。制御装置は、また、エンジン暖機中、筒内圧に基づいて燃焼の悪化を検出する。制御装置は、また、燃焼の悪化を検出したときは、ポート噴射弁からの噴射量を変えることなく、筒内噴射弁からの噴射量を増やす。筒内噴射弁からの噴射量を増やせば、筒内での燃料の気化を促進できるので、燃焼の悪化を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４４５７３号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５８２５号公報
【特許文献３】特開２００６−２９１９７１号公報
【特許文献４】特開２００４−２３２５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者は、エンジン始動時の筒内噴射弁の駆動によって排気浄化触媒を活性化する制御の検討を行っている。この活性化制御は、燃焼室の上部に点火プラグと筒内噴射弁を備え、燃焼室内にタンブル流が生成されるエンジンを前提としている。筒内噴射弁は、燃焼室の上部におけるタンブル流の流れ方向の上流側に配置されており、複数の噴孔を備えている。点火プラグは、この流れ方向の下流側に配置されている。点火プラグは、複数の噴孔から噴射された燃料噴霧のうち、点火プラグに最も近づく燃料噴霧の下流側に位置している。点火プラグは、この最寄りの燃料噴霧の外郭面よりも上方に位置している。
【０００５】
活性化制御では、吸気行程および膨張行程において筒内噴射弁が駆動され、膨張行程において点火装置が駆動される。活性化制御では、また、点火装置の駆動期間を、膨張行程における筒内噴射弁の駆動期間と一部重複させている。吸気行程において筒内噴射弁を駆動すると、筒内では混合気がタンブル流の流れ方向に旋回する。膨張行程において点火装置を駆動すると、放電火花と、点火装置の近傍の混合気と、から初期火炎が生じる。初期火炎を生じさせる混合気は、吸気行程での噴射燃料に由来するものである。
【０００６】
膨張行程における点火装置と筒内噴射弁の駆動期間を一部重複させると、膨張行程での噴射燃料によって形成された低圧部に初期火炎が誘引される。故に、活性化制御によれば、初期火炎の成長が促進される。誘引に伴って成長した初期火炎は、筒内の残りの混合気を巻き込んで拡大する。この残りの混合気は、吸気行程での噴射燃料に由来するものであって、初期火炎の生成に寄与しなかったものである。
【０００７】
特開２０１０−１４４５７３号公報で述べられている燃焼の悪化は、上記活性化制御の実行中にも起こり得る。しかし、この公報をはじめとする従来技術は何れも、上記活性化制御が行われるエンジンとは前提となるエンジンの構成が異なる。故に、上記活性化制御が行われるエンジンにおいて、燃焼の悪化を抑えるための技術の開発が望まれている。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、タンブル流が発生する燃焼室に設けられた筒内噴射弁による膨張行程での燃料噴射期間と、そのタンブル流の流れ方向の下流側に設けられた点火装置による点火期間と、を重複させて排気浄化触媒を活性化させる制御を行う場合において、燃焼の悪化を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、インジェクタと、点火プラグと、排気浄化触媒とを備える内燃機関を制御するものである。
前記インジェクタは、タンブル流が発生する燃焼室の上部に設けられる。前記インジェクタは、前記燃焼室の上部におけるタンブル流の上流側に配置される。前記インジェクタは、複数の噴孔から筒内に燃料を噴射する。
前記点火プラグは、前記燃焼室の上部に設けられる。前記点火プラグは、放電火花を用いて筒内の混合気に点火する。前記点火プラグは、前記燃焼室の上部におけるタンブル流の流れ方向の下流側に配置される。前記点火プラグは、前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧のうち前記点火プラグに最も近づく燃料噴霧の下流側に位置する。前記点火プラグは、前記最も近づく燃料噴霧の外郭面よりも前記燃焼室の上部側に位置する。
前記排気浄化触媒は、前記燃焼室からの排気を浄化する。
前記制御装置は、前記排気浄化触媒を活性化させる制御として、
圧縮上死点よりも遅角側の点火期間で放電火花が発生するように前記点火プラグを制御すると共に、
前記圧縮上死点よりも進角側での第１噴射と、前記圧縮上死点よりも遅角側での第２噴射であって、噴射期間が前記点火期間の少なくとも一部と重複する第２噴射と、を行うように前記インジェクタを制御する。
前記制御装置は更に、
各サイクルでの総噴射量と事前に設定した噴き分け割合とに基づいて前記第１噴射と前記第２噴射の噴き分けを行い、
サイクル間のトルク変動が所定値以上であることが検出された場合に、サイクル間における初期燃焼期間のばらつきと主燃焼期間のばらつきの比較に基づいて初期燃焼と主燃焼の何れの燃焼が悪化しているかを特定し、
初期燃焼の悪化を特定したときには前記第１噴射の割合が増えるように前記噴き分け割合を変更し、
主燃焼の悪化を特定したときには前記第２噴射の割合が増えるように前記噴き分け割合を変更する。
【００１０】
初期燃焼の悪化を特定したときに第１噴射の割合を増やせば、初期火炎を発生させる混合気の濃度が高まる。主燃焼の悪化を特定したときに第２噴射の割合を増やせば、第２噴射によって形成された低圧部に、発生させた初期火炎がより強く誘引される。
【００１１】
前記制御装置は、
前記噴き分け割合の変更後のサイクルにおいて、サイクル間のトルク変動が前記所定値以上であることが再検出された場合に、前記噴き分け割合を再検出サイクルの直前のサイクルと同じ値に保持し、各サイクルでの総噴射量を前記直前のサイクルでの噴射量よりも増やしてもよい。
【００１２】
前記噴き分け割合を再検出サイクルの直前のサイクルと同じ値に保持し、各サイクルでの噴射量を当該直前のサイクルでの噴射量よりも増やせば、当該直前のサイクルでの噴き分け割合の変更による燃焼改善効果が高まる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、活性化制御が行われるエンジンにおいて燃焼の悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るシステム構成を説明する図である。
【図２】図１に示したエンジン１０の始動直後の燃料噴射パターンの一例を示す図である。
【図３】触媒暖機制御中の噴射開始時期、噴射期間、および電極部での放電期間（点火期間）を示す図である。
【図４】膨張行程噴射による誘引作用を説明する図である。
【図５】代表的な特定割合燃焼点ＣＡαを説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態の触媒暖機制御の特徴を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態において、図１に示したＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態に係るシステム構成を説明する図である。図１に示すように、本実施の形態に係るシステムは、車両に搭載される内燃機関（以下、「エンジン」ともいう。）１０を備えている。エンジン１０は４ストローク１サイクルエンジンであり、複数の気筒を有している。但し、図１には、そのうちの１つの気筒１２のみが描かれている。エンジン１０は、気筒１２が形成されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４上に配置されるシリンダヘッド１６と、を有している。気筒１２内にはその軸方向（本実施の形態では鉛直方向）に往復動するピストン１８が配置されている。エンジン１０の燃焼室２０は、少なくともシリンダブロック１４の壁面と、シリンダヘッド１６の下面と、ピストン１８の上面と、によって画定されている。
【００１７】
シリンダヘッド１６には、燃焼室２０に連通する吸気ポート２２および排気ポート２４が２つずつ形成されている。吸気ポート２２の燃焼室２０に連通する開口部には吸気バルブ２６が設けられ、排気ポート２４の燃焼室２０に連通する開口部には排気バルブ２８が設けられている。また、シリンダヘッド１６には、燃焼室２０の上部の略中央から先端が燃焼室２０を臨むようにインジェクタ３０が設けられている。インジェクタ３０は燃料タンク、コモンレール、サプライポンプ等から構成される燃料供給系統に接続されている。また、インジェクタ３０の先端には複数の噴孔が放射状に形成されており、インジェクタ３０を開弁するとこれらの噴孔から燃料が高圧状態で噴射される。
【００１８】
また、シリンダヘッド１６には、インジェクタ３０が設けられた箇所よりも排気バルブ２８の側に点火プラグ３２が設けられている。点火プラグ３２は、中心電極と接地電極とからなる電極部３４を先端に備えている。電極部３４は、インジェクタ３０からの燃料噴霧の外郭面（以下、「噴霧外郭面」ともいう。）よりも上方になる範囲（すなわち、噴霧外郭面からシリンダヘッド１６の下面までの範囲）に突き出すように配置されている。より詳しく述べると、電極部３４は、インジェクタ３０の噴孔から放射状に噴射された燃料噴霧のうち、点火プラグ３２に最も近づく燃料噴霧（以下、「最寄りの燃料噴霧」ともいう。）の外郭面よりも上方となる範囲に突き出すように配置されている。なお、図１に描かれる外郭線は、最寄りの燃料噴霧の外郭面を表している。
【００１９】
吸気ポート２２は、吸気通路側の入口から燃焼室２０に向けてほぼ真っ直ぐに延び、燃焼室２０との接続部分であるスロート３６において流路断面積が絞られている。吸気ポート２２のこのような形状は、吸気ポート２２から燃焼室２０に供給された吸気にタンブル流を生じさせる。タンブル流は燃焼室２０内で旋回する。より詳しく述べると、タンブル流は、燃焼室２０の上部では吸気ポート２２側から排気ポート２４側に向かい、排気ポート２４側では燃焼室２０の上部から下部に向かう。また、タンブル流は、燃焼室２０の下部では排気ポート２４側から吸気ポート２２側に向かい、吸気ポート２２側では燃焼室２０の下部から上方に向かう。燃焼室２０の下部を形成するピストン１８の上面には、タンブル流を保持するための凹みが形成されている。
【００２０】
タンブル流のタンブル比（タンブル流の角速度／エンジン回転速度）ＴＲは、３．５以上の高い値に設定されている。この理由は、エンジン１０が、高い圧縮比と、使用頻度の高い運転領域でのＥＧＲガスの大量導入と、を狙ったエンジンであるからである。圧縮比が高くなれば筒内の乱れが低下しており、この状態の筒内にＥＧＲガスが大量に導入されれば、上記運転領域での燃焼耐性が下がってしまう。このような理由から、タンブル比ＴＲが高い値に設定されている。なお、タンブル流の生成は、スロート３６によるものに限られない。例えば、タンブル比ＴＲを可変とするタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）を吸気ポート２２等の吸気経路に設け、その開度を制御することによってタンブル流を生成させてもよい。
【００２１】
また、図１に示すように、本実施の形態に係るシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えている。ＥＣＵ４０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、燃焼室２０内のガスの圧力（筒内圧）を検出する筒内圧センサ４２と、ピストン１８に接続されたクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ４４と、エンジン１０の冷却水温を検出する温度センサ４６とが少なくとも含まれている。ＥＣＵ４０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。ＥＣＵ４０によって操作されるアクチュエータには、上述したインジェクタ３０と点火プラグ３２とが少なくとも含まれている。
【００２２】
［ＥＣＵ４０による始動時制御］
本実施の形態では、図１に示したＥＣＵ４０によるエンジン１０の冷間始動直後の制御として、エンジン１０の始動後の設定時間に亘って、排気浄化触媒の活性化を促進する制御（以下、「触媒暖機制御」ともいう。）が行われる。排気浄化触媒は、エンジンの排気通路に設けられる触媒であり、一例として、活性化状態にある触媒の雰囲気がストイキ近傍にあるときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を浄化する三元触媒が挙げられる。上述した設定時間は、エンジンの始動時における温度センサ４６の検出値に基づきＥＣＵ４０によって算出される。
【００２３】
触媒暖機制御について、図２乃至図３を参照して説明する。図２には、エンジン１０の冷間始動直後の燃料噴射パターンの一例が示されている。図２に示すように、始動直後は先ず、吸気行程での噴射（以下、「吸気行程噴射」ともいう。）と、圧縮行程での噴射（以下、「圧縮行程噴射」ともいう。）と、を組み合わせた燃料噴射パターンが採用される。その後、エンジン回転速度の一時的な上昇が収まると、触媒暖機制御を開始すべく燃料噴射パターンが変更される。具体的には、圧縮行程噴射が、膨張行程での噴射（以下、「膨張行程噴射」ともいう。）に切り替えられる。つまり触媒暖機制御では、吸気行程噴射と膨張行程噴射とを組み合わせた燃料噴射パターンが採用される。
【００２４】
図３には、触媒暖機制御中の噴射開始時期、噴射期間、および電極部での放電期間（点火期間）が示されている。図３に示すように、吸気行程噴射はクランク角ＣＡ１（一例としてＢＴＤＣ３００〜２８０°）において開始される。電極部での放電期間ＣＰは、圧縮上死点ＴＤＣよりも遅角側に設定される。圧縮上死点ＴＤＣよりも遅角側に放電期間ＣＰを設定しているのは、排気温度を上昇させるためである。この放電期間ＣＰにおいて、膨張行程噴射が行われる。より詳細に述べると、放電期間ＣＰは、クランク角ＣＡ２（一例としてＡＴＤＣ２０〜３５°）からクランク角ＣＡ３までである。膨張行程噴射は、クランク角ＣＡ２よりも遅角側のクランク角ＣＡ４において開始され、クランク角ＣＡ３よりも進角側のクランク角ＣＡ５において終了する。
【００２５】
図３では、クランク角ＣＡ２からクランク角ＣＡ４までの間にインターバルＩＴが存在する。但し、インターバルＩＴがゼロでもよい。つまり、クランク角ＣＡ２とクランク角ＣＡ４が一致していてもよい。また、インターバルＩＴは、負の値でもよい。つまり、クランク角ＣＡ２よりも進角側にクランク角ＣＡ４が位置していてもよい。クランク角ＣＡ２とクランク角ＣＡ４との間の関係は、クランク角ＣＡ３とクランク角ＣＡ５との間にも当てはまる。すなわち、クランク角ＣＡ３とクランク角ＣＡ５が一致していてもよい。クランク角ＣＡ３よりも進角側にクランク角ＣＡ５が位置していてもよい。膨張行程噴射の噴射期間の少なくとも一部が放電期間ＣＰと重複する限りにおいて、クランク角ＣＡ２，ＣＡ３，ＣＡ４，ＣＡ５は変更可能である。この理由は、膨張行程噴射の噴射期間の少なくとも一部が放電期間ＣＰと重複していれば、後述する誘引作用が得られるからである。
【００２６】
［触媒暖機制御中の燃料噴射量］
触媒暖機制御中の各サイクルでは、ＥＣＵ４０によって、筒内空燃比Ａ／Ｆが一定（一例としてＡ／Ｆ＝１４．３）に保持されるようにインジェクタ３０からの総噴射量（つまり、吸気行程噴射での噴射量と膨張行程噴射での噴射量の合計）が算出される。筒内空燃比Ａ／Ｆが一定に保持されることで、筒内空燃比Ａ／Ｆの変動に起因したサイクル間の燃焼変動の増大が抑えられる。また、触媒暖機制御中の各サイクルでは、インジェクタ３０からの総噴射量に占める吸気行程噴射と膨張行程噴射の割合（以下単に、「噴き分け割合」ともいう。）が所定値に設定されている。
【００２７】
［誘引作用を活用した触媒暖機制御とその問題点］
図４は、膨張行程噴射による誘引作用を説明する図である。なお、説明の便宜上、図４には、最寄りの燃料噴霧のみを示す。
【００２８】
図４の上段には、吸気行程噴射中の筒内状態が描かれている。この上段に示すように、燃焼室２０内にはタンブル流が生じている。吸気行程噴射による燃料噴霧は、このタンブル流の流れ方向に燃焼室２０内を旋回する。燃焼室２０内を旋回する燃料噴霧は、燃焼室２０内の吸気と混ざり合い、混合気を形成する。
【００２９】
図４の中段には、電極部３４での放電期間中であって、膨張行程噴射の直前の筒内状態が描かれている。この中段に示すように、電極部３４での放電期間においては、電極部３４で生じた放電火花５０によって初期火炎５２が生じる。初期火炎５２の発生には、放電火花５０と、電極部３４の周囲に存在する混合気と、が寄与する。この混合気は、吸気行程噴射による燃料噴霧に由来するものである。
【００３０】
図４の下段には、膨張行程噴射の直後の筒内状態が描かれている。膨張行程噴射を行うと、燃料噴霧の周囲に低圧部が形成される。そのため、放電火花５０と初期火炎５２が、タンブル流の流れ方向とは逆の方向に誘引される。そうすると、図４の下段に示すように、放電火花５０と初期火炎５２が膨張行程噴射による燃料噴霧と接触し、この燃料噴霧を巻き込んで成長する。誘引に伴う初期火炎５２の成長は、膨張行程噴射の終了まで続く。膨張行程噴射の開始から放電期間の終了までは、放電火花５０と初期火炎５２の両方が誘引される。一方、放電期間の終了から膨張行程噴射の終了までは、初期火炎５２のみが誘引される。放電期間の終了後は放電火花５０が消失しているからである。
【００３１】
このように、誘引に伴う初期火炎５２の成長は、初期火炎５２が少なくとも膨張行程噴射の終了までに生じていれば起こる。つまり、膨張行程噴射の噴射期間の少なくとも一部が放電期間と重複していれば、膨張行程噴射による燃料噴霧に初期火炎５２を誘引して成長させることができる。誘引に伴って成長した初期火炎５２は、燃焼室２０内の残りの混合気を巻き込んで拡大する。この残りの混合気は、吸気行程噴射による燃料噴霧に由来するものであって、初期火炎の生成に寄与しなかったものである。
【００３２】
本実施の形態では、電極部３４で初期火炎５０が生じる燃焼を「初期燃焼」と定義する。また、誘引に伴って成長した初期火炎５０が燃焼室２０内の残りの混合気を巻き込んで拡大する燃焼を「主燃焼」と定義する。また、初期燃焼と主燃焼は、燃焼質量割合（以下、「ＭＦＢ」ともいう。）に基づいて区別する。
【００３３】
ＭＦＢは、筒内圧センサとクランク角センサの出力を用い、例えば次のように算出される。先ず、エンジンの各サイクルにおいて、クランク角度同期での筒内圧のデータを取得する。次に、得られた筒内圧のデータと、熱力学第１法則とを用いて、任意のクランク角度θでの熱発生量Ｑを次の（１）、（２）式に従って算出する。次に、算出した熱発生量Ｑのデータを用いて、任意のクランク角度θにおけるＭＦＢを次の（３）式に従って算出する。
【００３４】
【数１】
2018178891.tif 000003
ただし、上記（１）式において、Ｖは筒内容積、κは筒内ガスの比熱比である。また、上記（３）式において、θｍｉｎは燃焼開始点であり、θｍａｘは燃焼終了点である。
【００３５】
（１）式によって算出されたＭＦＢのデータによれば、ＭＦＢが特定割合α（％）となるときのクランク角度（以下、「特定割合燃焼点ＣＡα」ともいう。）を取得することができる。なお、特定割合燃焼点ＣＡαを取得する際、ＭＦＢのデータの中に特定割合αの値が首尾よく含まれていることもあり得るが、この値が含まれていない場合には、特定割合αの両隣に位置するＭＦＢのデータを基に内挿することで、特定割合燃焼点ＣＡαを算出することができる。
【００３６】
図５は、代表的な特定割合燃焼点ＣＡαを説明する図である。燃焼は、点火時期ＳＡ（つまり、電極部での放電開始時期）にて混合気に点火を行った後に着火遅れを伴って開始する。この燃焼の開始点（上記（３）式のθｍｉｎ）、すなわち、ＭＦＢが立ち上がる時のクランク角度をＣＡ０と称す。本実施の形態では、ＣＡ０からＭＦＢが１０％となる時のクランク角度ＣＡ１０までのクランク角期間（ＣＡ０−ＣＡ１０）を「初期燃焼期間」と定義する。また、ＣＡ１０からＭＦＢが９０％となる時のクランク角度ＣＡ９０までのクランク角期間（ＣＡ１０−ＣＡ９０）を「主燃焼期間」と定義する。
【００３７】
ところで、図１に示したシステムにおいて何らかの要因で筒内環境が望ましい範囲から外れた場合には、触媒暖機制御中の燃焼が悪化する可能性がある。例えば、点火プラグの交換によってシリンダヘッドからの突き出し量が減少すると、初期火炎等を誘引する最寄りの燃料噴霧の外郭面と、電極部との間の距離が拡大してしまう。インジェクタの噴孔にデポジットが堆積することで噴霧角が変化したときも同様である。従って、これらの場合は、初期燃焼が不安定になり易い。また、タンブル流が強い場合（即ち、タンブル比ＴＲが高い場合）には、主燃焼が不安定になり易い。更に、低揮発性の重質燃料が使用される場合は、初期燃焼と主燃焼の両方が不安定になり易い。
【００３８】
［本実施の形態における触媒暖機制御の特徴］
そこで、本実施の形態では、触媒暖機制御中に燃焼の悪化に関する判定を行う。そして、燃焼が悪化していると判定した場合には、その原因が初期燃焼と主燃焼のどちらにあるのかを特定して、噴き分け割合を変更する。
【００３９】
図６は、本発明の実施の形態の触媒暖機制御の特徴を説明する図である。図６の左側に示すように、本実施の形態の触媒暖機制御では、先ず、噴き分け割合を初期値（一例として、吸気行程噴射：膨張行程噴射＝０．７：０．３）に設定する。そして、燃焼が悪化していると判定した場合には、初期燃焼と主燃焼のどちらが悪化しているのかを特定する。燃焼の悪化の特定は、初期燃焼期間の所定サイクルにおけるばらつきと、主燃焼期間の当該所定サイクルにおけるばらつきと、を比較することによって行う。なお、以下においては、所定サイクルにおけるばらつきを、「サイクル間ばらつき」ともいう。
【００４０】
図６の右側に示すように、初期燃焼期間のサイクル間ばらつきが大きいと評価した場合（場合(i)）には、初期燃焼が悪化していると特定する。そして、吸気行程噴射の割合が増えるように噴き分け割合を変更する（一例として、吸気行程噴射：膨張行程噴射＝０．８：０．２）。一方、主燃焼期間のサイクル間ばらつきが大きいと評価した場合（場合(ii)）には、主燃焼が悪化していると特定する。そして、膨張行程噴射の割合が増えるように噴き分け割合を変更する（一例として、吸気行程噴射：膨張行程噴射＝０．６：０．４）。
【００４１】
吸気行程噴射の割合が増えるように噴き分け割合を変更すれば、初期火炎を発生させる混合気の濃度を高めることができる。一方、膨張行程噴射の割合が増えるように噴き分け割合を変更すれば、膨張行程噴射による燃料噴霧に、発生させた初期火炎をより強く誘引することができる。このように、本実施の形態の触媒暖機制御によれば、初期燃焼と主燃焼の何れかが悪化した場合であっても、悪化している方の燃焼を改善することができる。
【００４２】
また、本実施の形態の触媒暖機制御では、噴き分け割合の変更後、燃焼の悪化に関する判定を再度行う。そして、図６の右側に示すように、燃焼の悪化が続いていると判定した場合（場合(iii),(iv)）には、燃焼の悪化に関する判定を行ったサイクルの直前のサイクル（以下、単に「直前サイクル」ともいう。）における噴き分け割合を保持したまま、インジェクタからの総噴射量を増やす（一例として、総噴射量＝直前の総噴射量の１．３倍）。
【００４３】
直前サイクルの噴き分け割合を保持したまま総噴射量を増やせば、直前サイクルの噴き分け割合の変更による燃焼改善効果を高めることができる。よって、燃焼の悪化を許容範囲に収めることが可能となる。
【００４４】
［具体的処理］
図７は、本発明の実施の形態において、図１に示したＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、エンジンの始動後、各気筒においてサイクルごとに繰り返し実行されるものとする。
【００４５】
図７に示すルーチンにおいて、ＥＣＵは、触媒暖機制御を実行する運転モード（以下、「触媒暖機モード」ともいう。）が選択されているか否かを判定する（ステップＳ１０）。触媒暖機モードは、例えば、図１に示した温度センサ４６によって検出される冷却水温が所定値以上である場合に選択される。ステップＳ１０の判定結果が否定的である場合、ＥＣＵは本ルーチンを抜ける。
【００４６】
ステップＳ１２の判定結果が肯定的である場合、ＥＣＵは、エンジン回転速度が所定値以下、且つ、サイクル間のトルク変動が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。エンジン回転速度が所定値よりも大きい場合は、図２で説明した始動直後の制御中であると判断でき、または、触媒暖機制御が完了したと判断できる。サイクル間のトルク変動が所定値未満の場合は、燃焼が悪化していないと判断できる。そのため、ステップＳ１２の判定結果が否定的である場合、ＥＣＵは本ルーチンを抜ける。
【００４７】
ステップＳ１０の判定結果が肯定的である場合、ＥＣＵは、初期燃焼期間のサイクル間ばらつきと、主燃焼期間のサイクル間ばらつきとが一致するか否かを判定する（ステップＳ１４）。両者のサイクル間ばらつきの差が所定値未満の場合は、初期燃焼と主燃焼の両方が悪化していると判断できる。そのため、ステップＳ１４の判定結果が否定的である場合、ＥＣＵは、ステップＳ２４に進む。
【００４８】
ステップＳ１４の判定結果が肯定的である場合は、初期燃焼と主燃焼の何れか一方が悪化していると判断できる。そのため、ステップＳ１４の判定結果が肯定的である場合、ＥＣＵは、初期燃焼期間と主燃焼期間のサイクル間ばらつきの大小関係を判定する（ステップＳ１６）。そして、初期燃焼期間のサイクル間ばらつきが大きいと判定した場合、ＥＣＵは、吸気行程噴射の噴き分け割合を増やす（ステップＳ１８）。一方、主燃焼期間のサイクル間ばらつきが大きいと判定した場合、ＥＣＵは、膨張行程噴射の噴き分け割合を増やす（ステップＳ２０）。
【００４９】
ステップＳ１８またはステップＳ２０の処理に続き、ＥＣＵは、エンジン回転速度が所定値以下、且つ、サイクル間のトルク変動が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の処理内容は、ステップＳ１２の処理内容と基本的に同じである。エンジン回転速度が所定値よりも大きい場合は、触媒暖機制御が完了したと判断できる。サイクル間のトルク変動が所定値未満の場合は、噴き分け割合の変更によって燃焼が改善したと判断できる。そのため、ステップＳ２２の判定結果が否定的である場合、ＥＣＵは本ルーチンを抜ける。
【００５０】
ステップＳ２２の判定結果が肯定的である場合は、燃焼の悪化が続いていると判断できる。そのため、ステップＳ２２の判定結果が肯定的である場合、ＥＣＵは、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４において、ＥＣＵは、直前サイクルの噴き分け割合を保持したまま、インジェクタからの総噴射量を増やす。
【００５１】
以上、図７に示したルーチンによれば、触媒暖機制御中に燃焼が悪化した場合、その原因が初期燃焼と主燃焼の何れにあるかを特定し、特定した原因に応じて噴き分け割合を変更することができる。また、噴き分け割合の変更にも関わらず、燃焼の悪化が続く場合、直前サイクルの噴き分け割合を保持したまま、インジェクタからの総噴射量を増やすことができる。また、触媒暖機制御中に燃焼が悪化した場合であって、その原因が初期燃焼と主燃焼の何れにあるかを特定できないときでも、インジェクタからの総噴射量を増やすこができる。よって、燃焼の悪化を許容範囲に収めることが可能となる。
【００５２】
その他の実施の形態．
ところで、上記実施の形態では、図１に示したタンブル流が、排気ポート２４側では燃焼室２０の上部から下部に向かい、且つ、吸気ポート２２側では燃焼室２０の下部から上方に向かうように旋回するとした。しかし、このタンブル流が逆方向、つまり、吸気ポート２２側では燃焼室２０の上部から下方に向かい、且つ、排気ポート２４側では燃焼室２０の下部から上部に向かうように旋回するものであってもよい。但しこの場合は、点火プラグ３２の配置箇所を、排気バルブ２８側から吸気バルブ２６側に変更する必要がある。点火プラグ３２の配置箇所をこのように変更すれば、タンブル流の流れ方向において、インジェクタ３０の下流側に点火プラグ３２が位置することになるので、膨張行程噴射による初期火炎等の誘引が可能となる。
【００５３】
また、上記実施の形態では、図２で説明したように、触媒暖機制御中の燃料噴射パターンとして吸気行程噴射と膨張行程噴射を組み合わせたパターンを採用している。しかし、始動直後の燃料噴射パターンと同様に、圧縮行程噴射と膨張行程噴射を組み合わせたパターンを、触媒暖機制御中の燃料噴射パターンとして採用してもよい。また、吸気行程噴射の回数は１回でなくてもよく、吸気行程噴射を２回以上に分割して行ってもよい。分割した噴射の一部を吸気行程において行い、残りの噴射を圧縮行程において行ってもよい。このように、膨張行程噴射と組み合わせる燃料噴射の噴射時期および噴射回数は、各種の変形が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  気筒
１４  シリンダブロック
１６  シリンダヘッド
１８  ピストン
２０  燃焼室
２２  吸気ポート
２４  排気ポート
３０  インジェクタ
３２  点火プラグ
３４  電極部
３６  スロート
４０  ＥＣＵ
４２  筒内圧センサ
４４  クランク角センサ
４６  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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