(57)【要約】    【課題】  触媒の早期活性化及びＨＣ低減のためのＡＴＤＣ点火において、燃料噴霧による筒内の乱れを強化して、燃焼安定性向上（火炎伝播促進）を図る。    【解決手段】  触媒の暖機が要求される時に、点火時期を圧縮上死点（ＴＤＣ）以降に設定する。燃料噴射は、ＴＤＣ以降で、点火時期前とする（実施例１）。又は、ＴＤＣ以降の燃料噴射に先立って、吸気行程中又は圧縮行程中に燃料噴射を行う（実施例２、３）。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置される排気浄化用の触媒の暖機が要求される時に、点火時期を圧縮上死点以降に設定する一方、圧縮上死点以降で点火時期前に燃料を噴射することを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
点火時期は、圧縮上死点後１５〜３０°に設定することを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
圧縮上死点以降の燃料噴射に先立ち、吸気行程中に燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
圧縮上死点以降の燃料噴射に先立ち、圧縮行程中に燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
燃料噴射による燃焼室内の空燃比は、ストイキ〜若干リーンとすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直噴火花点火式内燃機関の制御装置に関し、特に冷間始動直後など、排気通路に備えられる排気浄化用の触媒の暖機（活性化）が要求されている時の好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気浄化用の触媒が活性温度より低い未暖機状態のときに、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、部分的な空燃比の濃淡を有する混合気を燃焼室内に形成する後期噴射と、この後期噴射より前に燃料を噴射して、後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能な、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室内に生成する早期噴射との少なくとも２回の分割噴射を行わせ、かつ、点火時期をＭＢＴより所定量リタードさせると共に、エンジンの無負荷領域では点火時期を圧縮上死点よりも前に設定し、無負荷領域を除くエンジンの低回転低負荷領域では点火時期を圧縮上死点以降までリタードさせることが記載されている。
【特許文献１】特許第３３２５２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
エンジン冷機時の触媒の早期活性化及びＨＣ低減のため、後燃えを促進するには、点火時期の遅角が有効であり、より大きな効果を得るために圧縮上死点以降の点火（ＡＴＤＣ点火）が望ましいが、ＡＴＤＣ点火で安定した燃焼を行わせるためには、燃焼期間を短縮する必要があり、そのために、筒内の乱れを強化して、燃焼速度（火炎伝播速度）を上昇させることが必要である。そこで、高圧で噴射される燃料噴霧により、筒内に乱れを生成することが考えられる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、主に、１回目の燃料噴射（早期噴射）を吸気行程中に行い、２回目の燃料噴射（後期噴射）を圧縮行程の１２０〜４５°ＢＴＤＣにて行っており、最後の燃料噴射がＴＤＣより前では、その噴霧により筒内に乱れを生成しても、ＴＤＣ以降にはその乱れが減衰してしまい、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播速度上昇には寄与しない。
【０００５】
このため、ＡＴＤＣ点火の方が排温上昇やＨＣ低減に有利であるが、燃焼安定性が成立しないため、特許文献１では、無負荷領域ではＢＴＤＣ点火としている。
本発明は、このような実状を踏まえて、触媒の早期活性化及びＨＣ低減のためのＡＴＤＣ点火での燃焼安定性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明は、触媒の暖機が要求される時に、点火時期を圧縮上死点以降に設定する一方、圧縮上死点以降で点火時期前に燃料を噴射する構成とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＡＴＤＣ側では吸気行程や圧縮行程で生成する乱れは減衰してしまうが、ＴＤＣ以降の膨張行程での燃料噴射によって筒内の乱れを生成・強化することで、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播促進を図ることができる。従って、触媒の早期活性化及びＨＣ低減を得るためのＡＴＤＣ点火を実現するに際し、筒内の乱れを強化して、燃焼安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すエンジン（直噴火花点火式内燃機関）のシステム図である。
エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量を制御する電制スロットル弁３が設置されている。電制スロットル弁３は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０からの信号により作動するステップモータ等により開度制御される。
【０００９】
エンジン１の燃焼室４には、点火プラグ５と共に、燃料噴射弁６が設置されている。
燃料噴射弁６は、ＥＣＵ２０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室４全体に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火プラグ５周りに集中的に層状の混合気を形成し、ＥＣＵ２０からの点火信号に基づき、点火プラグ５により点火されて燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。
【００１０】
エンジン１の排気通路７には、排気浄化用の触媒８が設けられている。
ＥＣＵ２０には、アクセルペダルセンサ２１により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ２２により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、熱線式エアフローメータ２３により検出される吸入空気量Ｑａ、スロットルセンサ２４により検出されるスロットル開度ＴＶＯ、水温センサ２５により検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗが入力されている。
【００１１】
ＥＣＵ２０は、これらの入力信号より検出されるエンジン運転条件に基づいて、燃焼方式（均質燃焼、成層燃焼）を設定し、これに合わせて、電制スロットル弁３の開度、燃料噴射弁６の燃料噴射時期及び燃料噴射量、点火プラグ５の点火時期を制御する。尚、通常運転条件（暖機完了後）において、成層燃焼は、Ａ／Ｆ＝３０〜４０程度の極リーンで行われる（成層リーン燃焼）。均質燃焼には、均質リーン燃焼（Ａ／Ｆ＝２０〜３０）と、均質ストイキ燃焼とがある。
【００１２】
本発明は、冷間始動直後など、触媒８の暖機が要求されている時に、このための最適な燃焼制御を実現するものであり、これは、ＥＣＵ２０により、図２のフローチャートに従ってなされる。
図２の触媒暖機要求時制御のフローチャートについて説明する。
Ｓ１では、触媒８が活性化しているか否かを判定する。具体的には、触媒温度センサを有する場合は、これにより触媒温度を検出する。触媒温度センサを有しない場合は、冷却水温度Ｔｗより触媒温度を推定する。又は、始動時の冷却水温度と、始動後の吸入空気量の積算値とに基づいて、触媒温度を推定する。そして、検出又は推定された触媒温度が所定の活性温度以上か否かを判定する。
【００１３】
触媒が活性化していない場合は、Ｓ２へ進む。
Ｓ２では、触媒暖機要求時制御として、点火時期を圧縮上死点（ＴＤＣ）以降まで遅角する。具体的には、点火時期を、１５〜３０°ＡＴＤＣ（例えば２０°ＡＴＤＣ）に設定し、ＡＴＤＣ点火を行う。また、燃料噴射時期を、圧縮上死点（ＴＤＣ）以降で、点火時期前に設定し、ＴＤＣ以降の膨張行程噴射（ＡＴＤＣ噴射）とする。尚、燃料噴射は、２回に分割して、２回目の燃料噴射をＡＴＤＣ噴射とし、これに先立つ１回目の燃料噴射として、吸気行程噴射又は圧縮行程噴射を行うようにしてもよい。燃料噴射の詳細については後述する。また、燃料噴射による燃焼室内の空燃比（燃料噴射を２回に分割する場合は、２回の燃料噴射による燃焼室内の空燃比）は、ストイキ〜若干リーン（Ａ／Ｆ＝１６〜１７）とする。
【００１４】
Ｓ２の後は、Ｓ１へ戻る。触媒暖機要求時制御により、触媒８が活性化すると、Ｓ１からＳ３へ進んで、通常制御へ移行する。通常制御では、運転条件に応じ、前述した成層リーン燃焼、均質リーン燃焼、均質ストイキ燃焼などがなされる。
次に、触媒暖機要求時制御について詳細に説明する。
エンジン冷機時の触媒暖機促進及びＨＣ低減のためには、点火時期遅角が有効であり、ＴＤＣ以降の点火（ＡＴＤＣ点火）が望ましい。
【００１５】
ＡＴＤＣ点火で安定した燃焼を行わせるためには、燃焼期間を短縮する必要があり、そのためには、乱れによる火炎伝播を促進しなければならない。
火炎伝播促進のためには点火時期以降の乱れを強くする必要があるが、図３を参照し、例えば吸気ポート内に配置するガス流動制御弁（例えばタンブル制御弁）を作動させて、吸気行程にて生成した乱れ（図３Ａ）は、圧縮行程の進行と共に減衰し、圧縮行程後期のピストンによるタンブル流の崩壊（図３Ｂ）により一時的に乱れが大きくなるのものの、ＴＤＣ以降では減衰してしまい（図３Ｃ）、その乱れを用いた燃焼改善（火炎伝播向上）はあまり期待できない。
【００１６】
そこで、本発明では、ＡＴＤＣ点火の場合に、ＴＤＣ以降で点火時期前に燃料噴射（ＡＴＤＣ噴射）を行い、高圧燃料噴射による乱れを用いて、ＴＤＣ以降のガス流動強化を図り、ＡＴＤＣ点火での燃焼改善（火炎伝播向上）を図る。
具体的には、図４の実施例１に示すように、ＴＤＣ以降で、点火時期前の膨張行程にて燃料を噴射する。
【００１７】
また、図４の実施例２では、燃料噴射を２回に分割し、１回目の燃料噴射を吸気行程にて行い、２回目の燃料噴射をＡＴＤＣ噴射としている。このように、ＡＴＤＣ噴射（膨張行程噴射）に先立ち、吸気行程中に燃料噴射を行うと、吸気行程噴射では、その燃料噴霧による乱れが圧縮行程後半で減衰してしまい、ＡＴＤＣにおけるガス流動強化にはほとんど影響を与えないが、噴射燃料が燃焼室全体に拡散していて、ＡＴＤＣ点火による後燃えの促進に寄与するので、ＨＣ低減・排温上昇には有効である。
【００１８】
また、図４の実施例３では、燃料噴射を２回に分割し、１回目の燃料噴射を圧縮行程にて行い、２回目の燃料噴射をＡＴＤＣ噴射としている。このように、ＡＴＤＣ噴射（膨張行程噴射）に先立ち、圧縮行程中に燃料噴射を行うと、吸気行程噴射に比べれば、圧縮行程噴射の方が、その燃料噴霧による乱れの減衰が遅くなる分、１回目の燃料噴射よる乱れが残り、ＴＤＣ以降に２回目の燃料噴射を行うことで、１回目の燃料噴射で生成した乱れを助長するように乱れを強化でき、ＡＴＤＣにおける更なるガス流動強化が図れる。
【００１９】
この場合に、１回目の圧縮行程噴射は、圧縮行程前半でもよいが、圧縮行程後半（９０°ＢＴＤＣ以降）に実施すると、より乱れを高めることができる。特に、ここでの１回目の圧縮行程噴射を４５°ＢＴＤＣ以降、より望ましくは２０°ＢＴＤＣ以降に実施すると、ＴＤＣ以降のガス流動をより強化することができる。
本実施形態によれば、触媒の暖機が要求される時に、点火時期をＡＴＤＣに設定する一方、ＴＤＣ以降で点火時期前に燃料を噴射することにより、点火の直前に筒内の乱れを生成・強化することができ、触媒の早期活性化及びＨＣ低減を得るためのＡＴＤＣ点火を実現するに際し、燃焼安定性向上（火炎伝播促進）を図ることができる。
【００２０】
また、本実施形態によれば、点火時期は、１５〜３０°ＡＴＤＣに設定することにより、触媒の早期活性化及びＨＣ低減のための十分な後燃え効果を得ることができる。言い換えれば、この位、点火時期を遅らせても、その直前まで燃料噴射を遅らせて、乱れの生成ポイントも遅らせることで、火炎伝播向上による燃焼改善を達成できるのである。
また、本実施形態によれば、ＴＤＣ以降の燃料噴射に先立ち、吸気行程中に燃料噴射を行うことにより、点火までに噴射燃料が燃焼室全体に拡散していて、ＡＴＤＣ点火による後燃えの促進に寄与するので、ＨＣ低減・排温上昇に効果的となる。
【００２１】
また、本実施形態によれば、ＴＤＣ以降の燃料噴射に先立ち、圧縮行程中に燃料噴射を行うことにより、１回目の燃料噴射による乱れ促進により、ＡＴＤＣにおける更なるガス流動の強化が得られる。
また、本実施形態によれば、燃料噴射による燃焼室内の空燃比は、ストイキ〜若干リーン（Ａ／Ｆ＝１６〜１７）とすることにより、後燃えに必要な酸素を必要十分なものとして、後燃えを促進することができる。
【００２２】
尚、ＡＴＤＣにおける燃料噴射は点火時期前とするが、火炎伝播は時間と共に進行するので、火炎伝播に間に合えば、燃料噴射の終了が点火時期より遅くなってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】制御のフローチャート
【図３】吸気ポート内ガス流動制御弁を用いた場合の筒内乱れの説明図
【図４】燃料噴射時期の説明図
【符号の説明】
【００２４】
１  エンジン
２  吸気通路
３  電制スロットル弁
４  燃焼室
５  点火プラグ
６  燃料噴射弁
７  排気通路
８  触媒
２０  ＥＣＵ
２１  アクセルペダルセンサ
２２  クランク角センサ
２３  エアフローメータ
２４  スロットルセンサ
２５  水温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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