(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２回に分割して、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射は４５°ＢＴＤＣ以降に行う（実施例１）。又は、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射はＴＤＣを跨ぐか点火時期前の膨張行程にて行う（実施例２、３）。又は、２回の燃料噴射とも、圧縮行程後半から点火時期までの間に行う（実施例４、５）。【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、燃料噴射を２回に分割して、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射は圧縮上死点前４５°以降に行う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】
２回目の燃料噴射は、圧縮上死点前２０°以降に行う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】
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、燃料噴射を２回に分割して、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射は圧縮上死点を跨ぐか、点火時期前の膨張行程にて行う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４】
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、燃料噴射を２回に分割して、２回の燃料噴射とも、圧縮行程後半から点火時期までの間に行う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５】
２回の燃料噴射とも、圧縮上死点前４５°以降に行うことを特徴とする請求項４記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
１回目の燃料噴射を圧縮上死点前４５°以降に行い、２回目の燃料噴射を圧縮上死点前２０°以降に行うことを特徴とする請求項４記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項７】
２回の燃料噴射による燃焼室内の空燃比は、ストイキ〜若干リーンとすることを特徴とする請求項１〜請求項６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、１回目の燃料噴射が吸気行程では、その噴霧により筒内に乱れを生成しても、圧縮行程にてその乱れが減衰し、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播速度上昇には寄与しない。
また、２回目の燃料噴射についても、４５°ＢＴＤＣより前では、その噴霧により筒内に乱れを生成しても、ＡＴＤＣ点火までに乱れが小さくなってしまい、燃焼改善への寄与が少ない。
【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、燃料噴射を２回に分割して、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射は圧縮上死点前４５°以降に行う構成とする。
又は、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、燃料噴射を２回に分割して、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射は圧縮上死点を跨ぐか、点火時期前の膨張行程にて行う構成とする。
【０００７】
又は、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、燃料噴射を２回に分割して、２回とも圧縮行程後半から点火時期までの間に行う構成とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＡＴＤＣ側では吸気行程で生成する乱れは減衰してしまうが、圧縮行程での１回目の燃料噴射で生成する筒内の乱れに加えて、圧縮上死点に近い２回目の燃料噴射で筒内の乱れが強化されることで、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】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、ＴＤＣ〜１５°ＡＴＤＣに設定し、ＡＴＤＣ点火を行う。また、燃料噴射は、２回に分割して、圧縮行程〜点火前に２回噴射する。分割噴射の詳細については後述する。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
このため、高圧燃料噴射による乱れを用いることが考えられた。
しかし、図４の参考例に示すように、燃料噴射を２回に分割し、吸気行程中に１回目の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射を圧縮行程後半（例えば９０〜４５°ＢＴＤＣ）にて行う場合、１回目の燃料噴射が吸気行程では、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、圧縮行程後半に２回目の燃料噴射を行ってもＡＴＤＣ点火にはさほど有効ではない。
【００１８】
そこで、図４の実施例１では、燃料噴射を２回に分割して、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射は４５°ＢＴＤＣ以降（望ましくは２０°ＢＴＤＣ以降）に行う。
１回目の燃料噴射は吸気行程とするよりも、点火までの時間が短い（乱れ生成から減衰までの時間が短い）圧縮行程とした方が、安定したＡＴＤＣ点火にはよいからである。
【００１９】
また、１回目の燃料噴射の後、４５°ＢＴＤＣ以降（望ましくは２０°ＢＴＤＣ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点火時の火炎伝播を促進することが可能となる。
また、図４の実施例２では、２回目の燃料噴射を更に遅らせて、噴射開始〜噴射終了がＴＤＣを跨ぐようにしており、ＡＴＤＣ点火時の筒内乱れをより強めることができる。
【００２０】
また、図４の実施例３では、２回目の燃料噴射を更に遅らせて、点火前の膨張行程にて燃料噴射を行うようにしており、ＡＴＤＣ点火時の筒内乱れをより一層強めることができる。
また、１回目の燃料噴射は圧縮行程前半でもよいが、乱れが減衰し始める圧縮行程後半に実施すると、より乱れを高めることができる。
【００２１】
このため、図４の実施例４、５では、燃料噴射を２回に分割し、２回の燃料噴射とも、圧縮行程後半（９０°ＢＴＤＣ以降）に行う。
すなわち、図４の実施例４では、１回目の燃料噴射を９０〜４５°ＢＴＤＣに行い、２回目の燃料噴射を４５°ＢＴＤＣ以降（より望ましい時期として、２０°ＢＴＤＣ以降）に行う。
【００２２】
また、図４の実施例５では、より乱れを強めることができるように、２回の燃料噴射とも、４５°ＢＴＤＣ以降に行うこととして、１回目の燃料噴射を４５°ＢＴＤＣ以降に行い、２回目の燃料噴射を２０°ＢＴＤＣ以降に行う。
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、燃料噴射を２回に分割して、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射は４５°ＢＴＤＣ以降に行うことにより、圧縮行程での１回目の燃料噴射で生成する乱れに加えて、２回目の燃料噴射で乱れが強化されることから、触媒の早期活性化及びＨＣ低減のための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。
【００２３】
特に、ここでの２回目の燃料噴射を、圧縮上死点前２０°以降に行うことにより、筒内の乱れをより強化して、燃焼安定性をより向上させることができる。
また、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、燃料噴射を２回に分割して、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射はＴＤＣを跨ぐか、点火時期前の膨張行程にて行うことにより、圧縮行程での１回目の燃料噴射で生成する乱れに加えて、点火時期に極めて近い２回目の燃料噴射で乱れが強化され、点火時期以降まで確実に残ることから、触媒の早期活性化及びＨＣ低減のための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。
【００２４】
また、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、燃料噴射を２回に分割して、２回の燃料噴射とも、圧縮行程後半から点火時期までの間に行うことにより、圧縮行程での１回目の燃料噴射で生成する乱れに加えて、２回目の燃料噴射で乱れが強化され、特に１回目の燃料噴射も圧縮行程後半とすることで、火炎伝播時期までにより強い乱れを形成できることから、触媒の早期活性化及びＨＣ低減のための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。
【００２５】
特に、ここでの２回の燃料噴射とも、４５°ＢＴＤＣ以降に行うことにより、更には、１回目の燃料噴射を４５°ＢＴＤＣ以降に行い、２回目の燃料噴射を２０°ＢＴＤＣ以降に行うことにより、筒内の乱れをより強化して、燃焼安定性をより向上させることができる。
また、本実施形態によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】
【００２７】
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】
2005214041.tif 000004
【図３】
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【図４】
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