(57)【要約】【課題】  触媒の温度が活性化温度よりも低いとき、微粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を増加させることなく排ガスの温度を上昇させて触媒温度を高めることが可能な内燃機関の機関制御装置を提供する。【解決手段】  エンジンＥＣＵ８１は、触媒装置６３の温度が所定の温度閾値よりも低い場合、燃料噴射弁３４による主燃料噴射にて噴射された燃料の燃焼（主燃焼）の開始後であって且つ膨張行程の前期において主燃料噴射よりも少ない量の燃料を噴射する副燃料噴射を２回以上行う。更に、エンジンＥＣＵ８１は、膨張行程の後期であって且つ前記排気弁の開弁前において個々の副燃料噴射よりも多い量の燃料を噴射する追加燃料噴射を行う。【選択図】図５
2015007376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁と排気弁とが配設された気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射を制御する制御部を備えた機関制御装置であって、
前記制御部は、
第１所定量の燃料を噴射する主燃料噴射を行い、
前記主燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼を開始した後であって且つ膨張行程中の第１の期間において前記第１所定量よりも少ない第２所定量の燃料を噴射する副燃料噴射を２回以上行うことにより前記燃焼を継続させ、
前記膨張行程中の前記第１の期間よりも後であり且つ前記排気弁の開弁前の第２の期間において前記第２所定量よりも多い第３所定量の燃料を噴射する追加燃料噴射を行うことにより前記継続されている燃焼を着火源として同追加燃料噴射によって噴射された燃料を燃焼させる、
ように構成された機関制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の機関制御装置において、
前記制御部は、
前記副燃料噴射を３回以上行い、
個々の前記副燃料噴射の間の間隔を時間の経過と共に短くするように構成された機関制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の機関制御装置において、
前記制御部は、
個々の前記副燃料噴射に対する前記第２所定量が時間の経過と共に増加するように構成された機関制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の機関制御装置において、
前記燃料噴射弁は、
前記燃料の噴射を行うために移動させられる弁体を備えるとともに、前記燃料の噴射を行うときに前記弁体のリフト量の最大値を最大リフト量及び同最大リフト量未満のパーシャルリフト量の何れかに設定して同燃料の噴射を行うことが可能となるように構成され、
前記制御部は、
前記副燃料噴射を行うとき前記リフト量の最大値を前記パーシャルリフト量に設定するように構成された機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射式内燃機関に適用される制御装置（機関制御装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される筒内噴射式内燃機関は、ポート噴射式内燃機関と同様、排ガス浄化用の触媒装置（以下、単に「触媒」とも称呼する。）を備える。触媒は、その温度が活性化温度よりも低いとき充分に排ガスを浄化することができない。従って、機関の冷間始動後等の触媒の温度が低い場合、その触媒の温度を速やかに上昇させることが望ましい。
【０００３】
そこで、従来の筒内噴射式内燃機関の制御装置の一つ（以下、「従来装置」とも称呼する。）は、触媒の温度を上昇させるために排ガス温度を上昇させることを目的とし、圧縮行程にて主燃料噴射を行うとともに膨張行程にて追加燃料噴射を行い、且つ、燃焼が緩慢となるようにエンジン制御パラメータを変更している（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２１２９９５号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、追加燃料噴射が膨張行程の前期（例えば、圧縮上死点後４０度近傍）にて行われる場合、追加燃料噴射時における燃料噴射弁とピストン上面との距離が短いため、噴射された燃料がピストン上面に付着し易い。その結果、不完全燃焼が増加して排ガスに含まれる微粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）の量が増大する（即ち、スモークが発生する）という問題がある。
【０００６】
これに対し、追加燃料噴射が膨張行程の後期（例えば、圧縮上死点後６０度近傍）にて行われる場合、追加燃料噴射が膨張行程の前期にて行われる場合と比較して、追加燃料噴射時における燃料噴射弁とピストン上面との距離が長くなっている。従って、ピストン上面に付着する燃料の量が減少するため、微粒子状物質の量は低減する。ところが、膨張行程の後期に追加燃料噴射を行うと、追加燃料噴射時点での燃焼室容積が大きくなっているので追加燃料噴射により噴射された燃料が広範囲に拡散する。それ故、追加燃料噴射により噴射された燃料が燃焼を開始することができず、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼（以下、「主燃焼」とも称呼する。）が停止してしまう。その結果、追加燃料噴射により噴射された燃料が排ガス温度の上昇に寄与できないという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上述した課題に対処するために為された発明である。即ち、本発明の目的の一つは、筒内噴射式内燃機関から排出される微粒子状物質の量を増大させないようにしながら同機関の排ガス温度を確実に上昇させることができる機関制御装置を提供することである。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の機関制御装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）は、空気を導入するときに開弁される吸気弁と排ガスを排出するときに開弁される排気弁とが配設された気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射を制御する制御部を備える。
【０００９】
前記制御部は、
第１所定量の燃料を噴射する主燃料噴射を行い、
前記主燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼を開始した後であって且つ膨張行程中の第１の期間において前記第１所定量よりも少ない第２所定量の燃料を噴射する副燃料噴射を２回以上行うことにより前記燃焼を継続させる。
【００１０】
更に、前記制御部は、
前記膨張行程中の前記第１の期間よりも後であり且つ前記排気弁の開弁前の第２の期間において前記第２所定量よりも多い第３所定量の燃料を噴射する追加燃料噴射を行うことにより前記継続されている燃焼を着火源として同追加燃料噴射によって噴射された燃料を燃焼させる。
【００１１】
本発明装置によれば、副燃料噴射が前記第１の期間（例えば、圧縮上死点後４０度近傍（圧縮上死点後３０度〜６０度）である「膨張行程の前期」）において主燃焼を継続させるように複数回行われる。即ち、主燃焼が停止する前に副燃料噴射が連続的（間歇的）に実行され、副燃料噴射により噴射された燃料が次々に燃焼する。一方、この副燃料噴射にて噴射される燃料の量は、主燃料噴射にて噴射される燃料の量（第１所定量）よりも少ない微小な量（第２所定量）であるから、ピストン上面へ付着する燃料の量が大きく増大することはない。その結果、微粒子状物質の発生が抑制される。
【００１２】
更に、本発明装置によれば、追加燃料噴射が前記第２の期間（例えば、圧縮上死点後６０度よりも後の「膨張行程の後期」）に行われる。この追加燃焼噴射が実行される時点では前述した複数回の副燃料噴射によって「主燃焼を契機とする燃焼」が継続している。従って、追加燃料噴射により噴射された燃料は、継続している燃焼を着火源として燃焼を開始することができる。加えて、追加燃料噴射が行われるとき、副燃料噴射が行われるときと比較して、燃料噴射弁とピストン上面との距離が長くなっている。従って、「副燃料噴射の燃料噴射量（第２所定量）よりも多い第３所定量の燃料」が追加燃料噴射により噴射されても、ピストン上面へ付着する燃料の量が大きく増大することはない。よって、微粒子状物質は増加しない。更に、この追加燃料噴射は排気弁開弁前に行われるので、気筒内において追加燃料噴射により供給された多量の燃料が確実に燃焼することにより高温のガス（排ガス）が生成され、その後、その高温の排ガスが排気通路へと排出される。その結果、例えば、係る制御が触媒の温度が低い場合に行われれば、触媒の温度を効果的に上昇させることができる。
【００１３】
このように、本発明装置は、主燃料噴射に続く「副燃料噴射及び追加燃料噴射」に工夫を加えることにより、不完全燃焼を増加させないようにしながら（即ち、微粒子状物質の発生量を増加させないようにしながら）、排ガス温度を確実に上昇させることができる。
【００１４】
ところで、上述の通り副燃料噴射は２回以上行われる。しかし、膨張行程において時間の経過と共にピストンが降下して燃焼室容積が増大するので、より遅いタイミングの燃料噴射によって噴射された燃料ほどより広い範囲に拡散する。そのため、時間の経過とともに燃焼室内の燃料の濃度が低下する（即ち、燃焼室内の混合気の空燃比が増大する）ので、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼できない虞がある。
【００１５】
そこで、本発明装置において、
前記制御部は、
前記副燃料噴射を３回以上行い、
個々の前記副燃料噴射の間の間隔を時間の経過と共に短くするように構成され得る。
【００１６】
この態様によれば、ピストンの降下に伴って個々の副燃料噴射の間の間隔が短くなるので、燃焼室内の燃料濃度低下を防ぐことができる。その結果、燃焼室内の燃焼をより確実に継続させることができる。
【００１７】
或いは、本発明装置において、
前記制御部は、
個々の前記副燃料噴射に対する前記第２所定量が時間の経過と共に増加するように構成され得る。
【００１８】
この態様によっても、燃焼室内の燃料濃度の低下を防ぐことができる。更に、ピストンの降下に伴って個々の副燃料噴射にて噴射される燃料の量が増加するので、より遅いタイミングの副燃料噴射によって噴射された燃料ほど燃焼時間が長くなる。その結果、燃焼室内の燃焼が終了する前に次の燃料が噴射されるので、燃焼室内の燃焼をより確実に継続させることができる。
【００１９】
ところで、周知の燃料噴射弁は、その噴孔部に最小リフト量から最大リフト量の範囲で移動可能に構成された弁体を備えている。燃料噴射弁は、弁体のリフト量が最小リフト量（「０」）のとき噴孔が閉じられて燃料噴射を停止し、弁体のリフト量が「０」以外のとき噴孔が開かれて燃料噴射を行う。最小リフト量と最大リフト量との間のリフト量は「パーシャルリフト量」とも称呼されている。弁体のリフト量が最大リフト量であるとき「燃料を噴射する噴孔に到る燃料噴射弁内の燃料経路における流路抵抗」は最小となる。これに対し、弁体のリフト量がパーシャルリフト量であるとき、前記流路抵抗は弁体のリフト量が最大リフト量であるときよりも大きくなる。従って、噴孔から噴射される燃料の初速は、弁体のリフト量がパーシャルリフト量であるとき、弁体のリフト量が最大リフト量であるときよりも小さくなる。よって、燃料噴射弁が弁体のリフト量がパーシャルリフト量の範囲となるようにしながら燃料噴射を行えば、噴射された燃料が拡散する程度を小さくすることができる。
【００２０】
そこで、本発明装置において、
前記燃料噴射弁は、
前記燃料の噴射を行うために移動させられる弁体を備えるとともに、前記燃料の噴射を行うときに前記弁体のリフト量の最大値を最大リフト量及び同最大リフト量未満のパーシャルリフト量の何れかに設定して同燃料の噴射を行うことが可能となるように構成され、
前記制御部は、
前記副燃料噴射を行うとき前記リフト量の最大値を前記パーシャルリフト量に設定するように構成されることが好適である。
【００２１】
これによれば、副燃料噴射を行う場合における燃料の拡散が抑制されるので、着火容易な噴霧が形成されるように燃料を噴射することができる。その結果、主燃焼を確実に継続させることができる。
【００２２】
なお、本発明は、上記制御装置を搭載する車両にも係り、更に、上記制御装置にて使用される方法にも及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る機関制御装置（第１制御装置）が適用される内燃機関の概略構成図である。
【図２】第１制御装置に係る内燃機関が備える燃料噴射弁の先端部の断面図である。
【図３】図２に示した燃料噴射弁が備える弁体のリフト量を表したタイムチャートである。
【図４】図２に示した燃料噴射弁が噴射した燃料の噴霧の形状を示す図である。
【図５】第１制御装置による副燃料噴射及び追加燃料噴射の態様とそれに伴う筒内圧の変化を表したグラフである。
【図６】第１制御装置が実行する排ガス昇温処理を表したフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る機関制御装置による副燃料噴射及び追加燃料噴射の態様を表したグラフである。
【図８】本発明の第３実施形態に係る機関制御装置による副燃料噴射及び追加燃料噴射の態様を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
(第１実施形態)
＜構成＞
以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係る機関制御装置（以下、「第１制御装置」とも称呼する。）について説明する。図１は、第１制御装置が適用される内燃機関１０の概略構成を示す略図である。機関１０は車両に搭載されている。
【００２５】
図１には機関１０が備える気筒の内の１つのみが図示されているが、気筒の数は内燃機関の設計に応じて任意の数とすることができる。本実施形態では、機関１０の気筒の数は「４」である。
【００２６】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及び、クランクシャフト２４を含む。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランクシャフト２４に伝達され、これによりクランクシャフト２４が回転するようになっている。シリンダ２１の内壁面、ピストン２２の上面、及び、シリンダヘッド部３０の下面は、燃焼室２５を形成している。
【００２７】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフト３３、図示しない燃料ポンプによって所定の圧力に加圧された燃料をピストン２２の上面に向けて燃焼室２５内に噴射する燃料噴射弁３４、燃焼室２５に連通した排気ポート３５、排気ポート３５を開閉する排気弁３６、及び、排気弁３６を駆動するエキゾーストカムシャフト３７を含む。
【００２８】
点火制御系統４０は、燃焼室２５内の混合気中に火花を生じさせることによって混合気を点火する点火プラグ４１、及び、点火プラグ４１に放電のためのエネルギーを供給するとともに同放電を制御する放電制御装置４２を含む。
【００２９】
吸気系統５０は、吸気ポート３１を介してそれぞれの気筒に連通されたインテークマニホールド５１、インテークマニホールド５１の上流側の集合部に接続された吸気管５２、吸気管５２の端部に設けられたエアクリーナ５３、吸気管５２の開口面積（開口断面積）を変更することができるスロットル弁（吸気絞り弁）５４、及び、指示信号に応じてスロットル弁５４を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ５５を含む。吸気ポート３１、インテークマニホールド５１、及び、吸気管５２は、吸気通路を構成している。
【００３０】
排気系統６０は、排気ポート３５を介してそれぞれの気筒に連通されたエキゾーストマニホールド６１、エキゾーストマニホールド６１の下流側の集合部に接続された排気管６２、及び、排気管６２に設けられた排ガス浄化用の触媒装置（三元触媒）６３を含む。排気ポート３５、エキゾーストマニホールド６１、及び、排気管６２は、排気通路を構成している。
【００３１】
機関１０は更に、吸入空気量センサ７１、スロットル弁開度センサ７２、カムポジションセンサ７３、クランク角度センサ７４、酸素濃度センサ７５、及び、触媒温度センサ７６を含む。
【００３２】
吸入空気量センサ７１は、吸気通路（吸気管５２）に設けられている。吸入空気量センサ７１は、吸気管５２内を流れる空気の質量流量である吸入空気量（すなわち、機関１０に吸入される空気の質量）Ｇａに応じた信号を出力するようになっている。
【００３３】
スロットル弁開度センサ７２は、スロットル弁５４の近傍に設けられている。スロットル弁開度センサ７２は、スロットル弁５４の開度（スロットル弁開度）ＴＡに応じた信号を出力するようになっている。
【００３４】
カムポジションセンサ７３は、インテークカムシャフト３３の近傍に設けられている。カムポジションセンサ７３は、インテークカムシャフトが９０度回転する毎に（すなわち、クランクシャフト２４が１８０度回転する毎に）１つのパルスを有する信号を出力するようになっている。後述するエンジンＥＣＵ８１は、この信号に基づいてインテークカムシャフト３３の回転位置（カムポジション）を取得する。
【００３５】
クランク角度センサ７４は、クランクシャフト２４の近傍に設けられている。クランク角度センサ７４は、クランクシャフト２４が１０度回転する毎に幅の狭いパルスを有する信号を出力するとともに、クランクシャフト２４が３６０度回転する毎に幅の広いパルスを有する信号を出力するようになっている。エンジンＥＣＵ８１は、クランク角度センサ７４の信号に基づいてクランクシャフト２４の回転速度ＮＥを取得する。
【００３６】
更に、エンジンＥＣＵ８１は、カムポジションセンサ７３及びクランク角度センサ７４の出力信号を組み合わせることによって、各気筒の行程及びクランク角度ＣＡを取得する。
【００３７】
酸素濃度センサ７５は、触媒装置６３の上流側の排気通路に設けられている。酸素濃度センサ７５は、触媒装置６３に導入される排ガスの酸素濃度Ａｄに応じた信号を出力するようになっている。
【００３８】
触媒温度センサ７６は、触媒装置６３に設けられている。触媒温度センサ７６は、触媒装置６３が備える触媒の温度（触媒温度ＴＨＣ）に応じた信号を出力するようになっている。なお、エンジンＥＣＵ８１は、機関運転状態（例えば、吸入空気量Ｇａ、酸素濃度Ａｄ及び回転速度ＮＥ）に基づいて周知の手法により触媒温度ＴＨＣを推定しても良い。
【００３９】
エンジンＥＣＵ８１は、機関１０を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）である。エンジンＥＣＵ８１は、ＣＰＵ９１、ＣＰＵ９１が実行するプログラム及びマップ等を保持するＲＯＭ９２、及び、データを一時的に記憶するＲＡＭ９３を含む。上記の各種センサの出力信号は、エンジンＥＣＵ８１へ送信される。ＣＰＵ９１は各センサから送信された信号、及び、ＲＯＭ９２に記憶されたマップ等に基づいて演算処理を行ない、機関１０が所望の運転状態となるように、各種機器類を制御する。
【００４０】
ここで、燃料噴射弁３４について詳述する。図２は、燃料噴射弁３４の噴孔部周辺の部分拡大図面である。燃料噴射弁３４は、周知のニードル弁（以下、「弁体」とも称呼する。）３８を備えている。弁体３８は、基部３８ａ、縮径部３８ｂ、及び、最先端部３８ｃを含む。基部３８ａは円柱形である。縮径部３８ｂは、基部３８ａに連接しており、弁体３８の先端に向うに従って径が縮小する部分である。最先端部３８ｃは、縮径部３８ｂに連接しており、円錐形である。
【００４１】
弁体３８は弁体３８の中心軸ＣＦ方向において全閉位置から全開位置までの間で往復動可能となっている。図２［Ａ］は弁体３８が全閉位置にある場合を示す。図２［Ｂ］は弁体３８が全開位置にある場合を示す。
【００４２】
噴孔３４ａは、燃料噴射弁３４の先端部である噴孔部３４ｂに形成されている。噴孔３４ａはスリット型形状の開口部である。図２［Ａ］に示したように、弁体３８が全閉位置にあるとき、弁体３８の縮径部３８ｂが噴孔部３４ｂの内壁面に当接し、それにより噴孔３４ａが閉じられる。この場合、燃料の流路が遮断されているため、燃料は噴射されない。
【００４３】
これに対し、弁体３８が全閉位置から全開位置へ向けて移動したとき、弁体３８の縮径部３８ｂは噴孔部３４ｂの内壁面から離隔し、それにより噴孔３４ａが開かれる。この場合、燃料の流路が形成されるため、噴孔部３４ｂ内の燃料が噴孔３４ａを介して噴射される。
【００４４】
図２の［Ｂ］に示したように、弁体３８が全開位置にあるとき、燃料噴射弁３４内の燃料の流路の断面積ＡＲが最大となる。一方、燃料噴射弁３４の図示しない燃料流入口には、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料が供給されている。従って、断面積ＡＲが最大となるとき、即ち、弁体３８が全開位置にあるとき、噴孔３４ａに供給される燃料の圧力が最大となる。換言すれば、弁体３８が全開位置にあるとき、噴孔３４ａから噴射される燃料（液滴）の初速度が最大となり、且つ、単位時間当たりに噴射される燃料の量が最大となる。
【００４５】
燃料噴射弁３４は周知の電磁機構及びバネ機構（何れも図示省略）を備える。その電磁機構に通電されていない場合（電磁機構が非通電状態である場合）、弁体３８はバネ機構により全閉位置へと移動させられる。その結果、燃料は噴射されない。その電磁機構に通電された場合（電磁機構が通電状態である場合）、弁体３８はバネ機構の力に抗して全閉位置から全開位置へ向って移動する。弁体３８が全閉位置以外の位置にあるとき、燃料が噴孔３４ａを通して噴射される。換言すると、エンジンＥＣＵ８１は電磁機構を通電状態とするか非通電状態とするかを選択することによって燃焼室２５内への燃料噴射を制御する。
【００４６】
図３は、燃料噴射弁３４の電磁機構への通電開始からの時間に対する弁体３８のリフト量を示す。図３［Ａ］の場合、燃料噴射弁３４が備える電磁機構が通電状態になることによって、時刻ｔ１にて弁体３８が全閉位置から全開位置に向けて移動を開始し、時刻ｔ２にて弁体３８が全開位置に達している。その後、電磁機構が非通電状態になることによって、時刻ｔ３にて弁体３８が全開位置から全閉位置に向けて移動を開始し、時刻ｔ４にて弁体３８が全閉位置に達している。この場合、時刻ｔ１にて燃料噴射が始まり、時刻ｔ４にて燃料噴射が終了する。このような、弁体３８が全開位置に達する燃料噴射は「フルリフト噴射」とも称呼される。
【００４７】
一方、図３［Ｂ］の場合、時刻ｔ１にて弁体３８が全閉位置から全開位置に向けて移動を開始し、弁体３８が全開位置に達する前の時刻ｔ３’（ｔ１＜ｔ３’＜ｔ２）にて弁体３８は全閉位置に向けて移動を開始している。その後、時刻ｔ４’（ｔ４’＜ｔ４）にて弁体３８が全閉位置に達している。このような、弁体３８が全開位置に達しない燃料噴射は「パーシャルリフト噴射」とも称呼される。弁体３８が全開位置にあるときのリフト量は「フルリフト量」又は「最大リフト量」とも称呼され、弁体３８が全閉位置と全開位置の間にあるときのリフト量は「パーシャルリフト量」とも称呼される。即ち、パーシャルリフト量は、弁体３８の最小リフト量（「０」）と最大リフト量との間のリフト量である。
【００４８】
図４は、燃料噴射弁３４から噴射された燃料が燃焼室２５内で拡散することによって形成される噴霧の形状を示す。図４［Ａ］は噴霧の側面図であり、図４［Ｂ］は噴霧の上面図である。図４［Ａ］及び［Ｂ］の領域Ｆ１はフルリフト噴射によって噴射される燃料によって形成される噴霧であり、領域Ｆ２はパーシャルリフト噴射によって噴射される燃料によって形成される噴霧である。図２［Ａ］で示したとおり噴孔３４ａはスリット型形状の開口部であるので、噴霧の形状はいずれも扁平な扇形形状となる。
【００４９】
図４［Ａ］及び［Ｂ］から理解されるように、領域Ｆ２はＦ１よりも噴霧の到達距離が短く、拡散の度合いが小さい。換言すれば、パーシャルリフト噴射によって噴射される燃料は、フルリフト噴射によって噴射される燃料と比較して、噴孔３４ａの近傍に残留して燃料濃度の高い噴霧を形成する。そのため、噴射される燃料の量が微少であっても、燃料がパーシャルリフト噴射によって噴射さることによって、噴射される燃料は燃焼室２５内の燃焼を着火源として確実に燃焼を開始する。
【００５０】
＜作動の概要＞
次に、第１制御装置の作動について説明する。触媒装置６３の触媒温度ＴＨＣが触媒活性化温度よりも低いとき、エンジンＥＣＵ８１は排ガス温度を上昇させて触媒温度ＴＨＣを上昇させる。以下、この処理は「排ガス昇温処理」とも称呼される。
【００５１】
エンジンＥＣＵ８１は、排ガス昇温処理を行うとき、主燃料噴射（メイン噴射）の後に副燃料噴射及び追加燃料噴射を行う。より具体的に述べると、エンジンＥＣＵ８１は、膨張行程の前期（本実施形態では、圧縮上死点後４０度近傍）にて副燃料噴射を複数回行う。その後、エンジンＥＣＵ８１は、膨張行程の後期（本実施形態では、圧縮上死点後６５度近傍）にて追加燃料噴射を１回だけ行う。
【００５２】
この点につき図５の［Ａ］及び［Ｂ］を参照して説明する。図５は、副燃料噴射及び追加燃料噴射が行われる場合の燃料噴射の態様と、そのときの筒内圧（燃焼室２５内の圧力）の変化とを示す。図５［Ａ］は、クランク角度ＣＡに対する燃料噴射弁３４による燃料噴射の時期及び弁体３８のリフト量、並びに、点火プラグ４１による点火の時期を示す。図５［Ｂ］は、クランク角度ＣＡに対する筒内圧Ｃｐの変化を示す。曲線Ｃｐ１は排ガス昇温処理が行われた場合の筒内圧Ｃｐの変化を表し、曲線Ｃｐ２は排ガス昇温処理が行われなかった場合の筒内圧Ｃｐの変化を表している。
【００５３】
主燃料噴射時期は特に限定されないが、本実施形態では圧縮行程後期に燃料噴射弁３４によって主燃料噴射が行われる。主燃料噴射はフルリフト噴射である。主燃料噴射にて要求トルクに応じた主燃料噴射量Ｑｍに等しい量の燃料が噴射された後、クランク角度ＣＡが点火時期ＣＡｉｇに等しい角度となったとき、点火プラグ４１によって燃焼室２５内の混合気の燃焼が開始される。この主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼は「主燃焼」とも称呼される。その後、更に燃料噴射弁３４によって副燃料噴射及び追加燃料噴射が行われる。
【００５４】
点火時期ＣＡｉｇにて燃焼室２５内で燃焼が開始すると、それに伴い筒内圧Ｃｐが急速に上昇して最大値Ｌｍに達する。曲線Ｃｐ２から理解されるように、排ガス昇温処理が行われない場合、筒内圧Ｃｐは最大値Ｌｍに達した後、急速に減少する。
【００５５】
一方、排ガス昇温処理が行われる場合、クランク角度ＣＡが圧縮上死点後４０度近傍（膨張行程前期）の所定のクランク角度に達したとき、燃料噴射弁３４による副燃料噴射が開始される。本実施形態では、副燃料噴射は８回行われる。個々の副燃料噴射はパーシャル噴射である。個々の副燃料噴射によって噴射される燃料の量（副燃料噴射量Ｑｓｆ）は主燃料噴射量Ｑｍよりも少なく、ピストン２２の上面に殆ど付着しない微小な量である。更に、連続する副燃料噴射の間の時間間隔は一定である。
【００５６】
副燃料噴射によって噴射された燃料は主燃焼を着火源として燃焼し、その結果、燃焼室２５内の燃焼が継続し、燃焼室２５内の温度が高く維持される。そのため、曲線Ｃｐ１の領域Ａ１内にある部分から理解されるように、筒内圧Ｃｐは、曲線Ｃｐ２のように急速に低下せず、曲線Ｃｐ２と比較して高い値を維持している。
【００５７】
その後、クランク角度ＣＡが圧縮上死点後６５度近傍（膨張行程後期）の所定のクランク角度に達したとき、燃料噴射弁３４による追加燃料噴射が開始される。追加燃料噴射はフルリフト噴射である。追加燃料噴射によって噴射された燃料は「副燃料噴射によって継続されている主燃焼を契機とする燃焼」を着火源として燃焼する。追加燃料噴射によって噴射される燃料の量（追加燃料噴射量Ｑａ）は、副燃料噴射量Ｑｓｆよりも多く、且つ、主燃料噴射量Ｑｍよりも少ない（Ｑｓｆ＜Ｑａ＜Ｑｍ）。曲線Ｃｐ１の領域Ａ２内にある部分から理解されるように、追加燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼によって燃焼室２５内の温度が上昇し、筒内圧Ｃｐは極大値Ｌｐに達する。その後（本実施形態ではクランク角度ＣＡが圧縮上死点後１３５度近傍に達したとき）、排気弁３６が開弁される。この結果、追加燃料噴射によって噴射される燃料の燃焼により、排ガス温度が大きく上昇して触媒装置６３の温度が上昇する。
【００５８】
なお、本例においては、圧縮上死点（又は点火時期）から排気弁開弁時期まで膨張行程と称呼する。更に、膨張行程の開始から膨張行程が要するクランク角度の半分のクランク角度が経過するまでの期間を膨張行程前期と称呼し、残りの期間を膨張行程後期と称呼する。
【００５９】
＜実際の作動＞
次に、第１制御装置の実際の作動について説明する。エンジンＥＣＵ８１は、触媒温度ＴＨＣに応じて排ガスの昇温処理を実行する。より具体的に述べると、エンジンＥＣＵ８１のＣＰＵ９１（以下、単に「ＣＰＵ」とも称呼する。）は、図６にフローチャートにより示したルーチンの処理を所定時間が経過する毎に実行し、排ガス昇温処理の要否及び追加燃料噴射の噴射量を決定する。
【００６０】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図６のステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進む。ステップ６０５にてＣＰＵは、触媒温度センサ７６の出力に基づいて触媒温度ＴＨＣを取得する。
【００６１】
次にＣＰＵは、ステップ６１０に進み、触媒温度ＴＨＣが所定の温度閾値ＴＨｔｈよりも低いか否かを判定する。温度閾値ＴＨｔｈは、触媒装置６３の触媒活性化温度に基づいて予め求められ、ＲＯＭ９２上に保持されている。触媒温度ＴＨＣが温度閾値ＴＨｔｈ以上であれば、ＣＰＵは排ガス昇温処理を行う必要はない。即ち、この場合、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６２】
一方、触媒温度ＴＨＣが温度閾値ＴＨｔｈよりも低ければ、ＣＰＵは昇温処理を実行する必要がある。即ち、この場合、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１５に進む。
【００６３】
ステップ６１５にて、ＣＰＵは副燃料噴射の実行処理を行う。具体的には、クランク角度ＣＡが圧縮上死点後４０度近傍の所定のクランク角度に達したとき、燃料噴射弁３４が上述した副燃料噴射を開始するように所定の設定を行う。
【００６４】
次に、ＣＰＵはステップ６２０に進み、温度閾値ＴＨｔｈと触媒温度ＴＨＣとの差分（ＴＨｔｈ−ＴＨＣ）に基づいて、触媒温度ＴＨＣを温度閾値ＴＨｔｈよりも高い温度へ上昇させるために必要な追加燃料噴射量Ｑａを決定する。追加燃料噴射量Ｑａは、副燃料噴射量Ｑｓｆより多い量であって、且つ、触媒温度ＴＨＣが低いほど多くなるように設定される。
【００６５】
次に、ＣＰＵはステップ６２５に進み、ＣＰＵは追加燃料噴射の実行処理を行う。具体的には、クランク角度ＣＡが圧縮上死点後６５度近傍の所定のクランク角度に達したとき、燃料噴射弁３４が追加燃料噴射量Ｑａに等しい量の燃料を噴射するように所定の設定を行う。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６６】
以上説明したように、本制御装置は、
吸気弁（吸気弁３２）と排気弁（排気弁３６）とが配設された気筒内（燃焼室２５）に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（燃料噴射弁３４）を備えた内燃機関（機関１０）に適用され、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射を制御する制御部（エンジンＥＣＵ８１）を備えた機関制御装置であって、
前記制御部は、
第１所定量の燃料（主燃料噴射量Ｑｍ）を噴射する主燃料噴射を行い、
前記主燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼を開始（図５［Ａ］の点火時期ＣＡｉｇ）した後であって且つ膨張行程中の第１の期間（圧縮上死点後４０度近傍）において前記第１所定量よりも少ない第２所定量（副燃料噴射量Ｑｓｆ）の燃料を噴射する副燃料噴射を２回以上行う（図５［Ａ］の副燃料噴射、及び、図６のステップ６１５）ことにより前記燃焼を継続させ、
前記膨張行程中の前記第１の期間よりも後であり且つ前記排気弁の開弁（圧縮上死点後１３５度近傍）前の第２の期間（圧縮上死点後６５度近傍）において前記第２所定量よりも多い第３所定量（追加燃料噴射量Ｑａ）の燃料を噴射する追加燃料噴射を行う（図５［Ａ］の追加燃料噴射、及び、図６のステップ６２５）ことにより前記継続されている燃焼を着火源として同追加燃料噴射によって噴射された燃料を燃焼させる、
ように構成されている。
【００６７】
更に、本制御装置は、
前記燃料噴射弁（燃料噴射弁３４）が、
前記燃料の噴射を行うために移動させられる弁体（弁体３８）を備えるとともに、前記燃料の噴射を行うときに前記弁体のリフト量の最大値を最大リフト量及び同最大リフト量未満のパーシャルリフト量の何れかに設定して同燃料の噴射を行うことが可能となるように構成され（図３）、
前記制御部が、
前記副燃料噴射を行うとき前記リフト量の最大値を前記パーシャルリフト量に設定するように構成されている（図５［Ａ］）。
【００６８】
本制御装置によれば、触媒温度ＴＨＣが活性化温度よりも低いとき、不完全燃焼の発生を抑えながら、排ガス昇温処理を行うことによって触媒温度ＴＨＣを上昇させることが可能である。
【００６９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る機関制御装置（以下、「第２制御装置」とも称呼する。）について説明する。第１実施形態に係る第１制御装置は副燃料噴射を行うとき、個々の副燃料噴射の間の時間間隔は一定であった。これに対し、第２制御装置は副燃料噴射を行うとき、個々の副燃料噴射の間の時間間隔を時間の経過と共に短くする点のみについて第１制御装置と相違している。以下、第２制御装置に係るエンジンＥＣＵ８２の作動について図７を参照しながら説明する。
【００７０】
図７は、クランク角度ＣＡに対する燃料噴射弁３４による燃料噴射の時期及び点火プラグ４１による点火の時期を示す。排ガス昇温処理が行われる場合、クランク角度ＣＡが圧縮上死点後４０度近傍（膨張行程前期）の所定のクランク角度に達したとき、燃料噴射弁３４による副燃料噴射が開始される。本実施形態では、エンジンＥＣＵ８２は副燃料噴射量Ｑｓｆに等しい量の燃料噴射を１０回行う。エンジンＥＣＵ８２は個々の副燃料噴射の間の時間間隔（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・、Ｔ９）を時間の経過と共に短くしている（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３・・・）。個々の副燃料噴射はパーシャル噴射である。
【００７１】
以上説明したように、第２制御装置の制御部（エンジンＥＣＵ８２）は、
前記副燃料噴射を３回以上行い、
個々の前記副燃料噴射の間の間隔を時間の経過と共に短くする（図７）ように構成されている。
【００７２】
第２制御装置によれば、副燃料噴射を行うとき、ピストンの降下に伴って個々の副燃料噴射の間の時間間隔が短くなるので、燃焼室内の燃料濃度低下を防ぐことができる。その結果、第２制御装置は副燃料噴射によって噴射された燃料をより確実に燃焼させることができるため、副燃料噴射の後に行われる追加燃料噴射によって噴射された燃料を確実に燃焼させることできる。即ち、第２制御装置は排ガス温度を上昇させることによって触媒温度ＴＨＣを上昇させることが可能である。
【００７３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る機関制御装置（以下、「第３制御装置」とも称呼する。）について説明する。第１実施形態に係る第１制御装置は副燃料噴射を行うとき、個々の副燃料噴射の噴射量は一定であった。これに対し、第３制御装置は副燃料噴射を行うとき、個々の副燃料噴射の噴射量を時間の経過と共に増加させる点のみについて第１制御装置と相違している。以下、第３制御装置に係るエンジンＥＣＵ８３の作動について図８を参照しながら説明する。
【００７４】
図８は、クランク角度ＣＡに対する燃料噴射弁３４による燃料噴射の時期及び点火プラグ４１による点火の時期を示す。排ガス昇温処理が行われる場合、クランク角度ＣＡが圧縮上死点後４０度近傍（膨張行程前期）の所定のクランク角度に達したとき、燃料噴射弁３４による副燃料噴射が開始される。本実施形態では、エンジンＥＣＵ８３は副燃料噴射を６回行う。加えて、エンジンＥＣＵ８３は個々の副燃料噴射の噴射量を時間の経過と共に増加させる。具体的には、個々の副燃料噴射の噴射量は噴射される順にそれぞれＱｓ１乃至Ｑｓ６であり、Ｑｓ１＜Ｑｓ２＜Ｑｓ３＜Ｑｓ４＜Ｑｓ５＜Ｑｓ６の関係にある。更に、副燃料噴射量Ｑｓ６は追加燃料噴射量Ｑａよりも少ない（Ｑｓ６＜Ｑａ）。副燃料噴射量Ｑｓ１乃至Ｑｓ６は、それぞれ噴射されたときピストン２２の上面に殆ど付着しない量である。副燃料噴射量Ｑｓ１及びＱｓ２に等しい量の燃料が噴射されるとき、パーシャル噴射が行われる。一方、副燃料噴射量Ｑｓ３乃至Ｑｓ６に等しい量の燃料が噴射されるとき、フルリフト噴射が行われる。
【００７５】
以上説明したように、第３制御装置の制御部（エンジンＥＣＵ８３）は、
個々の前記副燃料噴射に対する前記第２所定量が時間の経過と共に増加する（図８［Ａ］の副燃料噴射量Ｑｓ１乃至Ｑｓ６）ように構成されている。
【００７６】
第３制御装置によれば、副燃料噴射を行うとき、ピストンの降下に伴って個々の副燃料噴射量が増加するので、燃焼室内の燃料濃度低下を防ぐことができる。その結果、第３制御装置は副燃料噴射によって噴射された燃料をより確実に燃焼させることができるため、副燃料噴射の後に行われる追加燃料噴射によって噴射された燃料を確実に燃焼させることできる。即ち、第３制御装置は排ガス温度を上昇させることによって触媒温度ＴＨＣを上昇させることが可能である。
【００７７】
以上、本発明に係る制御装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、本実施形態では、車両は駆動のために機関１０を搭載していた。しかし、この車両は駆動のために更に電動機を搭載しても良い。即ち、この車両はハイブリッドカーであっても良い。
【００７８】
加えて、本実施形態では、副燃料噴射にてパーシャルリフト噴射が行われていた。しかし、パーシャルリフト噴射は行われなくても良い。
【００７９】
更に、本実施形態では、追加燃料噴射にてフルリフト噴射が行われていた。しかし、追加燃料噴射にてパーシャルリフト噴射が行われても良い。
【００８０】
加えて、本実施形態では、ＣＰＵは追加燃料噴射を１回行っていた。しかし、ＣＰＵは追加燃料噴射を２回以上行っても良い。
【００８１】
更に、副燃料噴射の回数は２回以上であれば良く、その回数は限定されない。
【００８２】
加えて、第２実施形態では、ＣＰＵは、副燃料噴射を行うとき、個々の副燃料噴射の間の時間間隔を時間の経過と共に短くしていた。一方、第３実施形態では、ＣＰＵは、副燃料噴射を行うとき、個々の副燃料噴射の噴射量を時間の経過と共に増加させていた。しかし、ＣＰＵは、副燃料噴射を行うとき、個々の副燃料噴射の間の時間間隔を時間の経過と共に短くし、且つ、個々の副燃料噴射の噴射量を時間の経過と共に増加させても良い。
【符号の説明】
【００８３】
１０…内燃機関、６３…触媒装置、３４…燃料噴射弁、８１…エンジンＥＣＵ。
【図１】
2015007376.tif 000003
【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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【図８】
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