(57)【要約】【課題】  過度の熱歪みを招くことなく早期に触媒コンバータを暖機する。【解決手段】  冷機時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火プラグ１４近傍の燃焼室３の一部にリッチな混合気を形成すると共に、局部的にリッチな混合気が点火時期に点火プラグ１４に到達するように点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行い、点火プラグ１４近傍の燃焼室３の一部に２段階の成層混合気を形成した状態で点火する超リタード燃焼を行う。但し、冷機時であっても、触媒コンバータ１０の出口温度ＴCが所定の触媒活性開始温度Ｔ1よりも大きくなるまでは超リタード燃焼が禁止され（Ｓ１１）、触媒コンバータ１０の出口温度ＴCが触媒活性開始温度Ｔ1よりも大きくなると（Ｓ１３）、超リタード燃焼である高排気温運転が実施される（Ｓ１４）。【選択図】図４
2007321696.tif 000002
【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と、点火プラグとを備え、所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、
超リタード燃焼時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に上記点火プラグに到達するように上記点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部に２段階の成層混合気を形成した状態で点火す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と、上記触媒コンバータの出口側における排気温度を検出する触媒出口温度検出手段と、を有し、
上記所定の運転状態であっても上記触媒コンバータの出口側における排気温度が所定の触媒コンバータ出口側基準温度よりも大きくなるまでは上記超リタード燃焼を行う高排気温運転の実施が禁止され、吸気行程中もしくは圧縮行程中のいずれかの行程中に１回のみ燃料噴射を行い、点火時期を圧縮上死点前とする低排気温運転が実施され、
上記所定の運転状態で上記触媒コンバータの出口側における排気温度が上記触媒コンバータ出口側基準温度よりも大きくなると、上記超リタード燃焼を行う高排気温運転が実施され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】
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、
超リタード燃焼時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に上記点火プラグに到達するように上記点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部に２段階の成層混合気を形成した状態で点火す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と、上記触媒コンバータの内部温度を検出する触媒温度検出手段と、を有し、
上記所定の運転状態であっても上記触媒コンバータの内部温度が所定の触媒コンバータ内部基準温度よりも大きくなるまでは上記超リタード燃焼を行う高排気温運転の実施が禁止され、吸気行程中もしくは圧縮行程中のいずれかの行程中に１回のみ燃料噴射を行い、点火時期を圧縮上死点前とする低排気温運転が実施され、
上記所定の運転状態で上記触媒コンバータの内部温度が上記触媒コンバータ内部基準温度よりも大きくなると、上記超リタード燃焼を行う高排気温運転が実施され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３】
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、
超リタード燃焼時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に上記点火プラグに到達するように上記点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部に２段階の成層混合気を形成した状態で点火す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と、上記触媒コンバータの出口側における排気温度を検出する触媒出口温度検出手段と、上記触媒コンバータの内部温度を検出する触媒温度検出手段と、を有し、
上記所定の運転状態であっても上記触媒コンバータの出口側における排気温度が所定の触媒コンバータ出口側基準温度よりも大きくなるまでは上記超リタード燃焼を行う高排気温運転の実施が禁止され、吸気行程中もしくは圧縮行程中のいずれかの行程中に１回のみ燃料噴射を行い、点火時期を圧縮上死点前とする低排気温運転が実施され、
上記所定の運転状態で上記触媒コンバータの出口側における排気温度が上記触媒コンバータ出口側基準温度よりも大きくなると上記超リタード燃焼を行う高排気温運転が実施され、
上記所定の運転状態であって、上記触媒コンバータの内部温度が所定の触媒コンバータ内部基準温度よりも高くなると、上記超リタード燃焼を行うと共に、上記触媒コンバータの内部温度の上昇に伴って上記点火時期のリタード量を増加させていく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４】
上記所定の運転状態は、排気ガス温度の昇温が要求されたときであることを特徴とする請求項１〜３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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、筒内直接噴射式火花点火内燃機関の触媒暖機方法として、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回の分割噴射を行い、かつ点火時期をＭＢＴ点より所定量リタードさせるとともに、機関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、無負荷領域を除く低速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技術が記載されている。上記後期噴射は、圧縮行程の中期以降、例えば１２０°ＢＴＤＣ〜４５°ＢＴＤＣに行われる。
【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】
このような特許文献１においては、触媒コンバータが未暖機状態の場合に、少なくとも２回の分割噴射と点火時期のリタードを行うことで排気温度を上昇をさせ、触媒コンバータの暖機を促進している。
【０００４】
ここで、常温等の冷えた状態の触媒コンバータに排気ガスが流入すると、触媒コンバータの内部温度は、触媒コンバータの入口側（排気上流側）付近から順に高温になっていくことになる。そのため、上述した特許文献１においては、急激な排気温度の上昇が起こると、触媒コンバータ内の温度差が大きくなり、熱歪みが非常に大きくなってしまう虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明は、所定の運転状態のときに、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火プラグ近傍の燃焼室の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に上記点火プラグに到達するように上記点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部に２段階の成層混合気を形成した状態で点火する超リタード燃焼を行う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出口側における排気温度が所定の触媒コンバータ出口側基準温度よりも大きくなるまでは上記超リタード燃焼を行う高排気温運転の実施が禁止され、吸気行程中もしくは圧縮行程中のいずれかの行程中に１回のみ燃料噴射を行い、点火時期を圧縮上死点前とする低排気温運転が実施され、上記所定の運転状態で上記触媒コンバータの出口側における排気温度が上記触媒コンバータ出口側基準温度よりも大きくなると、上記超リタード燃焼を行う高排気温運転が実施されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、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、例えば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、触媒コンバータがある程度暖まった状態から排気ガス温度の急激な昇温が開始されるので、過度の熱歪みを招くことがない。そのため、触媒コンバータの極端な温度勾配による熱的劣化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】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
図１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システム構成を示す構成説明図である。
【０００９】
この内燃機関１のピストン２により形成される燃焼室３には、吸気弁（図示せず）を介して吸気通路４が接続され、かつ排気弁（図示せず）を介して排気通路５が接続されている。上記吸気通路４には、吸入空気量を検出するエアフロメータ６が配設されているとともに、制御信号によりアクチュエータ８を介して開度制御される電子制御スロットル弁７が配設されている。排気通路５には、排気浄化用の触媒コンバータ１０が配設されているとともに、その上流側および下流側にそれぞれ空燃比センサ１１，１２が設けられており、さらに、上流側の空燃比センサ１１と並んで、触媒コンバータ１０入口側での排気温度を検出する触媒入口側温度センサ１３が設けられている。また、下流側の空燃比センサ１２と並んで、触媒コンバータ１０出口側での排気温度を検出する触媒出口温度検出手段としての触媒出口側温度センサ４１が設けられている。
【００１０】
そして、この触媒コンバータ１０には、触媒コンバータ１０の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、触媒コンバータ１０の長手方向の略中央位置における内部の触媒温度を検知する触媒温度検出手段としての触媒内部温度センサ４２が設けられている。
【００１１】
燃焼室３の中央頂上部には、点火プラグ１４が配置されている。また、燃焼室３の吸気通路４側の側部に、該燃焼室３内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１５が配置されている。この燃料噴射弁１５には、高圧燃料ポンプ１６およびプレッシャレギュレータ１７によって所定圧力に調圧された燃料が、高圧燃料通路１８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、１９は、燃圧を検出する燃圧センサ、２０は、上記高圧燃料ポンプ１６へ燃料を送る低圧燃料ポンプである。
【００１２】
また内燃機関１には、機関冷却水温を検出する水温センサ２１が設けられているとともに、クランク角を検出するクランク角センサ２２が設けられている。さらに、運転者による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２３が設けられている。
【００１３】
上記内燃機関１の燃料噴射量や噴射時期、点火時期、等は、コントロールユニット２５によって制御される。このコントロールユニット２５には、上述した各種のセンサ類の検出信号が入力されている。コントロールユニット２５は、これらの入力信号により検出される機関運転条件に応じて、燃焼方式つまり均質燃焼とするか成層燃焼とするかを決定するとともに、これに合わせて、電子制御スロットル弁７の開度、燃料噴射弁１５の燃料噴射時期および燃料噴射量、点火プラグ１４の点火時期、等を制御する。
【００１４】
暖機完了後においては、通常の成層燃焼運転ないしは均質燃焼運転が行われる。例えば、低速低負荷側の所定の領域では、通常の成層燃焼運転として、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。燃料噴霧は点火プラグ１４近傍に層状に集められ、これにより、例えば空燃比をリーンとした成層燃焼が実現される。また、高速高負荷側の所定の領域では、通常の均質燃焼運転として、吸気行程中に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前のＭＢＴ点近傍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る。
【００１５】
本発明は、例えば、触媒コンバータ１０の早期昇温が要求される内燃機関１の冷間始動時において、排気温度を高温とするように、超リタード燃焼運転（超リタード燃焼）を行うものであり、以下、この超リタード燃焼運転時の燃料噴射時期および点火時期を図２に基づいて説明する。
【００１６】
図２は、超リタード燃焼運転時の際の燃料噴射時期および点火時期の一実施例を示しており、点火時期ＡＤＶは、排気温度を十分に高く得るために、１０°〜５０°ＡＴＤＣに設定される。つまり、期間Ｂは、１０°〜５０°ＣＡである。また、圧縮行程中に１回目の燃料噴射Ｉ１を行い、かつ膨張行程中に２回目の燃料噴射Ｉ２を行う。１回目の燃料噴射Ｉ１は、点火プラグ１４近傍の燃焼室３の一部に拡がったリッチな混合気を形成するためのものであり、その燃料噴射時期（詳しくは燃料噴射開始時期）から点火時期ＡＤＶまでの期間Ｃが、例えば５０°〜１４０°ＣＡに設定される。つまり、この１回目の燃料噴射Ｉ１による燃料噴霧が、燃焼室３内にある程度拡散するものの、過度に拡散しないように、その燃料噴射時期が設定される。期間Ｃが過度に長いと、燃料噴霧が拡散し過ぎ、クエンチ領域やクレビス内に燃料成分が入ってしまう。
【００１７】
そして、膨張行程中の２回目の燃料噴射Ｉ２は、局部的にさらにリッチな混合気塊が点火時期ＡＤＶにおいてちょうど点火プラグ１４に到達するように、点火時期ＡＤＶから所定期間Ａだけ先行したタイミングに行われる。この燃料噴射時期（詳しくは燃料噴射開始時期）から点火時期ＡＤＶまでの期間Ａは、基本的に燃料噴射弁１５から点火プラグ１４までの距離に相関するが、例えば、１０°〜２０°ＣＡである。
【００１８】
なお、このとき、空燃比（２回の噴射による燃焼室全体の平均的空燃比）は、理論空燃比ないしはこれよりも若干リーン（１６〜１７程度）に設定される。これにより、ＨＣの後燃えに必要な必要十分な量の酸素が確保される。
【００１９】
また、燃料噴霧のエネルギによる乱れに依存せずに燃焼を行うので、燃圧としては、後述するように燃焼が成立する範囲内で、比較的低い燃圧が用いられる。
【００２０】
上記のように燃料噴射を行うことにより、点火時期ＡＤＶにおいては、図３に示すように、点火プラグ１４を囲む２段階の濃度を有するコンパクトな成層混合気が形成される。つまり、１回目の燃料噴射Ｉ１によって、理論空燃比よりもリッチな第１の混合気塊が符号３１で示すように点火プラグ１４近傍の燃焼室３の一部に形成され、その内側に、２回目の燃料噴射Ｉ２による、さらにリッチな第２の混合気塊が符号３２に示すように点火プラグ１４近傍に局部的に形成される。２回の燃料噴射は、いずれも上死点近傍の筒内圧が高い場に向かって行われ、かつ燃圧も比較的低いので、いずれの噴霧もコンパクトなものとなり、第１の混合気塊３１の外側は、基本的に燃料が拡散していない新気の層となる。そして、このように成層化した状態で点火プラグ１４により第２の混合気塊３２に点火が行われ、比較的に緩慢に燃焼が行われる。
【００２１】
このような燃焼方式によれば、サイクル毎の微小な回転数の変化や微小な負荷の変化などに対し安定した燃焼が可能である。そして、２回の燃料噴射をいずれも筒内圧の高い場に比較的低い燃圧で噴射するので、噴霧がコンパクトとなって、クエンチ領域やクレビスに入りにくく、従って、ＨＣの発生が抑制される。また、比較的低い燃圧の利用が可能となることから、燃焼速度を抑制でき、排気温度の上昇やＨＣの低減の上で有利となる。
【００２２】
ここで、上記の超リタード燃焼運転を行った場合、非常に高い排気ガス温度が得られることから、触媒コンバータ１０が完全な冷機状態にある始動直後から超リタード燃焼運転を実行すると、触媒コンバータ１０の熱歪みの懸念がある。そのため、本実施形態（第１実施形態）では、図４のような処理により、触媒コンバータ１０の温度状態を監視しつつ運転の切換えが行われる。すなわち、触媒コンバータ１０の温度状態に応じた排気温度となるように運転の切換えを行い、触媒コンバータ１０の熱歪みの影響を最小限にしつつ、可及的速やかに触媒コンバータ１０の暖機を促進する。
【００２３】
ステップ（以下、単にＳと表記する）１１では、触媒出口側温度センサ４１により検出される触媒コンバータ１０の出口温度ＴCを、所定の触媒コンバータ出口側基準温度に相当する触媒活性開始温度Ｔ1と比較し、触媒活性開始温度Ｔ1よりも低ければＳ１２へ進み低排気温運転を行い、触媒活性開始温度Ｔ1よりも高ければＳ１３へ進む。上記触媒活性開始温度Ｔ1は、触媒コンバータ１０における触媒の活性開始温度にほぼ相当し、例えば、１５０℃〜２００℃程度に設定される。低排気温運転は、上述の超リタード燃焼運転のような極端な排気温度上昇ではなくある程度の排気温度上昇を行うためのものであり、例えば、吸気行程中もしくは圧縮行程中に燃料噴射を行うとともに、圧縮上死点前のＭＢＴ点よりも遅れた時期に点火を行う。機関始動時に触媒コンバータ１０が完全な冷機状態にあった場合、この低排気温度運転によって、触媒コンバータ１０の温度が徐々に上昇することになる。
【００２４】
Ｓ１３では、触媒内部温度センサ４２により検出される触媒コンバータ１０内部の触媒温度ＴBを、所定の触媒完全活性基準温度に相当する触媒完全活性温度Ｔ2と比較し、触媒完全活性温度Ｔ2よりも低ければＳ１４へ進み高排気温運転である超リタード燃焼運転を行い、触媒完全活性温度Ｔ2よりも高ければ触媒コンバータ１０の暖機が完了したとしてＳ１５へ進む。触媒完全活性温度Ｔ2は、触媒の完全活性にほぼ相当する温度であり、例えば２５０℃〜３００℃程度に設定される。冷機状態からの始動であれば、出口温度ＴCが触媒活性開始温度Ｔ1に達したときに、通常、触媒温度ＴBは触媒完全活性温度Ｔ2未満であり、従って、Ｓ１４へ進んで、前述した超リタード燃焼運転を実行する。これにより、排気ガス温度は急激に上昇し、触媒コンバータ１０が速やかに昇温する。この超リタード燃焼運転は、Ｓ１３で、触媒温度ＴBが触媒完全活性温度Ｔ2よりも高くなるまで継続される。
【００２５】
Ｓ１５では、暖機後の通常制御、つまり前述した暖機後の均質燃焼運転もしくは成層燃焼運転が実行される。
【００２６】
常温等の冷えた状態の触媒コンバータ１０に排気ガスが流入すると、触媒コンバータ１０の内部温度は、触媒コンバータ１０の入口側（排気上流側）付近から順に高温になっていくことになる。そのため、急激な排気温度の上昇が起こると、触媒コンバータ１０内の温度差が大きくなる。
【００２７】
しかしながら、本実施形態では、出口温度ＴCが触媒活性開始温度Ｔ1に達するまでは超リタード燃焼運転が禁止されることになり、超リタード燃焼運転により触媒完全活性までの所要時間を短縮しつつ触媒コンバータ１０内の温度差を抑えて熱歪みによる触媒コンバータ１０の熱的劣化を回避している。
【００２８】
図５及び図６は、触媒コンバータ１０を含め内燃機関が完全に冷機状態にある状態から始動した場合の触媒コンバータ１０の温度変化を、排気温度が非常に高い場合（図５）と比較的排気温度が低い場合（図６）とについて示したものである。具体的には、図７に測温点を示すように、触媒コンバータ１０の入口部（Ａ点）の温度ＴAと、モノリス触媒担体の上流端付近（Ｂ１点）の温度ＴB1と、モノリス触媒担体の下流端付近（Ｂ２点）の温度ＴB2と、触媒コンバータ１０の出口部（Ｃ点）の温度ＴCと、の４箇所の温度変化を示している。
【００２９】
始動直後から超リタード燃焼運転を行い高い排気温度を与えた場合には、図５に示すように、触媒担体上流端温度ＴB1が入口部温度ＴAとともに急激に上昇するため、触媒担体の前後の温度差ΔＴが非常に大きくなる。つまり、熱歪みが大きく発生する。
【００３０】
これに対し、排気温度が比較的低い場合には、図６に示すように、触媒担体の前後の温度差ΔＴは、十分に小さくなる。そして、出口温度ＴCが所定の触媒活性開始温度Ｔ1に達した時点で超リタード燃焼運転に切り換えれば、図６に破線で示すように、各部の温度が急激に上昇するため、最終的な目標である触媒完全活性に至るまでの所要時間は、図５の場合と大差がないものとなる。尚、超リタード燃焼運転に切り換えた段階では、触媒担体の内部で反応熱が生じ始めているので、それ以後も、大きな温度差ΔＴが生じることはない。また、この第１実施形態によれば、触媒入口側温度センサ１３の省略が可能である。
【００３１】
次に、図８を用いて本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、上述した第１実施形態とは始動時における内燃機関の運転の切換え方が異なるものである。
【００３２】
Ｓ２１では、触媒内部温度センサ４２により検出される触媒コンバータ１０内部の触媒温度ＴBを、所定の触媒コンバータ内部基準温度に相当する触媒活性開始温度Ｔ3と比較し、触媒活性開始温度Ｔ3よりも低ければＳ２２へ進み上述した低排気温運転を行い、触媒活性開始温度Ｔ3よりも高ければＳ２３へ進む。触媒活性開始温度Ｔ3は、やはり触媒の活性開始温度にほぼ相当し、例えば、１５０℃〜２００℃程度に設定される。
【００３３】
Ｓ２３では、触媒内部温度センサ４２により検出される触媒コンバータ１０内部の触媒温度ＴBを、所定の触媒完全活性基準温度に相当する触媒完全活性温度Ｔ2と比較し、触媒完全活性温度Ｔ2よりも低ければＳ２４へ進み高排気温運転である超リタード燃焼運転を行い、触媒完全活性温度Ｔ2よりも高ければ触媒コンバータ１０の暖機が完了したとしてＳ２５へ進む。触媒完全活性温度Ｔ2は、上述したように、触媒の完全活性にほぼ相当する温度であり、例えば２５０℃〜３００℃程度に設定される。
【００３４】
そしてＳ２５では、暖機後の通常制御、つまり前述した暖機後の均質燃焼運転もしくは成層燃焼運転が実行される。
【００３５】
触媒の活性が僅かでも開始すると、その発熱反応により触媒コンバータ１０が内部から温度上昇しようとするため、上流から触媒コンバータ１０へ流入する排気の温度が非常に高くなったとしても、触媒コンバータ１０の温度勾配は、緩やかなものとなる。
【００３６】
つまり、この第２実施形態のように、触媒温度ＴBが触媒活性開始温度Ｔ3に達するまでは超リタード燃焼運転が禁止されることにより、前述した第１実施形態と同じく、超リタード燃焼運転により触媒完全活性までの所要時間を短縮しつつ触媒コンバータ１０の熱的劣化を回避することができる。
【００３７】
尚、この第２実施形態によれば、触媒入口側温度センサ１３及び触媒出口側温度センサ４１の省略が可能である。
【００３８】
次に、図９を用いて本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、上述した第１実施形態とは始動時における内燃機関の運転の切換え方が異なるものである。
【００３９】
Ｓ３１では、触媒出口側温度センサ４１により検出される触媒コンバータ１０の出口温度ＴCを、所定の触媒コンバータ出口側基準温度に相当する触媒活性開始温度Ｔ1と比較し、触媒活性開始温度Ｔ1よりも低ければＳ３２へ進み上述した低排気温運転を行い、触媒活性開始温度Ｔ1よりも高ければＳ３３へ進む。この触媒活性開始温度Ｔ1は、上述したように、触媒コンバータ１０内の触媒の活性開始温度にほぼ相当し、例えば、１５０℃〜２００℃程度に設定される。
【００４０】
Ｓ３３では、触媒内部温度センサ４２により検出される触媒コンバータ１０内部の触媒温度ＴBを、所定の触媒コンバータ内部基準温度に相当する触媒活性開始温度Ｔ3と比較し、触媒活性開始温度Ｔ3よりも低ければＳ３４へ進み高排気温運転である超リタード燃焼運転を行い、触媒活性開始温度Ｔ3よりも高ければＳ３５へ進む。触媒活性開始温度Ｔ3は、やはり触媒の活性開始温度にほぼ相当し、例えば、１５０℃〜２００℃程度に設定される。尚、触媒活性開始温度Ｔ1と触媒活性開始温度Ｔ3とは同一の値であっても、互いに異なる値であってもよい。
【００４１】
Ｓ３５では、触媒内部温度センサ４２により検出される触媒コンバータ１０内部の触媒温度ＴBを、所定の触媒完全活性基準温度に相当する触媒完全活性温度Ｔ2と比較し、触媒完全活性温度Ｔ2よりも低ければＳ３６へ進み、触媒完全活性温度Ｔ2よりも高ければ触媒コンバータ１０の暖機が完了したとしてＳ３７へ進む。
【００４２】
図１０に示すように、点火時期が圧縮上死点から遅角側に移動するほど、すなわち点火時期の圧縮上死点からリタード量が多くなるほど、排気温度は上昇する。そこで、Ｓ３６では、上述した超リタード燃焼運転よりもさらに高い温度の排気が得られるように超高排気温運転を行う。すなわち、Ｓ３６では、上述した超リタード燃焼を行うに当たって、触媒温度ＴBの上昇に合わせて点火時期のリタード量を徐々に増加させる。
【００４３】
詳述すると、触媒温度ＴBが触媒活性開始温度Ｔ3よりも高くなると、触媒温度ＴBが触媒完全活性温度Ｔ2よりも高くなるまでは上述の超リタード燃焼運転を行うと共に、触媒温度ＴBの上昇に伴って点火時期の圧縮上死点からのリタード量を徐々に増加させる。具体的には、Ｓ３４で行なわれる超リタード燃焼運転に対して、Ｓ３６で行われる超リタード燃焼運転は、点火時期の圧縮上死点からのリタード量が相対的に大きくなっている。
【００４４】
Ｓ３７では、暖機後の通常制御、つまり前述した暖機後の均質燃焼運転もしくは成層燃焼運転が実行される。
【００４５】
このように、この第３実施形態では、低排気温運転から高排気温運転（超リタード燃焼運転）へ切り替わるときの出口温度ＴCが比較的低い温度に設定されることになるため、低排気温運転から高排気温運転への移行が相対的に速くなり、触媒コンバータ１０の熱的劣化を回避しつつ、触媒完全活性までの所要時間をさらに短縮することができる。特に、低排気温運転から高排気温運転への移行後、触媒温度ＴBが触媒活性開始温度Ｔ3よりも高くなると、触媒温度ＴBが触媒完全活性温度Ｔ2よりも高くなるまでは、点火時期の圧縮上死点からのリタード量が触媒温度ＴBの上昇に伴って増加するので、排気温度がさらに高くなる。そのため、触媒完全活性までの所要時間を一層短縮することができ、更なる触媒完全活性の早期化を実現することができる。尚、この第３実施形態によれば、触媒入口側温度センサ１３の省略が可能である。
【００４６】
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００４７】
（１）  筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、超リタード燃焼時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に上記点火プラグに到達するように上記点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部に２段階の成層混合気を形成した状態で点火す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と、上記触媒コンバータの出口側における排気温度を検出する触媒出口温度検出手段と、を有し、上記所定の運転状態であっても上記触媒コンバータの出口側における排気温度が所定の触媒コンバータ出口側基準温度よりも大きくなるまでは上記超リタード燃焼を行う高排気温運転の実施が禁止され、吸気行程中もしくは圧縮行程中のいずれかの行程中に１回のみ燃料噴射を行い、点火時期を圧縮上死点前とする低排気温運転が実施され、上記所定の運転状態で上記触媒コンバータの出口側における排気温度が上記触媒コンバータ出口側基準温度よりも大きくなると、上記超リタード燃焼を行う高排気温運転が実施される。これによって、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、例えば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、触媒コンバータがある程度暖まった状態から排気ガス温度の急激な昇温が開始されるので、触媒コンバータの極端な温度勾配による熱的劣化を回避することができる。
【００４８】
（２）  筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、超リタード燃焼時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に上記点火プラグに到達するように上記点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部に２段階の成層混合気を形成した状態で点火す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と、上記触媒コンバータの内部温度を検出する触媒温度検出手段と、を有し、上記所定の運転状態であっても上記触媒コンバータの内部温度が所定の触媒コンバータ内部基準温度よりも大きくなるまでは上記超リタード燃焼を行う高排気温運転の実施が禁止され、吸気行程中もしくは圧縮行程中のいずれかの行程中に１回のみ燃料噴射を行い、点火時期を圧縮上死点前とする低排気温運転が実施され、上記所定の運転状態で上記触媒コンバータの内部温度が上記触媒コンバータ内部基準温度よりも大きくなると、上記超リタード燃焼を行う高排気温運転が実施される。
【００４９】
触媒の活性が僅かでも開始すると、その発熱反応により触媒コンバータが内部から温度上昇しようとするため、上流から触媒コンバータへ流入する排気の温度が非常に高くなったとしても、触媒コンバータの温度勾配は、緩やかなものとなる。つまり、触媒コンバータの内部温度が所定の触媒コンバータ内部基準温度に達するまでは超リタード燃焼運転が禁止されることにより、前述した第１実施形態と同じく、超リタード燃焼運転により触媒完全活性までの所要時間を短縮しつつ触媒コンバータの熱的劣化を回避することができる。
【００５０】
（３）  筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、超リタード燃焼時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に上記点火プラグに到達するように上記点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行い、上記点火プラグ近傍の燃焼室の一部に２段階の成層混合気を形成した状態で点火す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と、上記触媒コンバータの出口側における排気温度を検出する触媒出口温度検出手段と、上記触媒コンバータの内部温度を検出する触媒温度検出手段と、を有し、上記所定の運転状態であっても上記触媒コンバータの出口側における排気温度が所定の触媒コンバータ出口側基準温度よりも大きくなるまでは上記超リタード燃焼を行う高排気温運転の実施が禁止され、吸気行程中もしくは圧縮行程中のいずれかの行程中に１回のみ燃料噴射を行い、点火時期を圧縮上死点前とする低排気温運転が実施され、上記所定の運転状態で上記触媒コンバータの出口側における排気温度が上記触媒コンバータ出口側基準温度よりも大きくなると上記超リタード燃焼を行う高排気温運転が実施され、上記所定の運転状態であって、上記触媒コンバータの内部温度が所定の触媒コンバータ内部基準温度よりも高くなると、上記超リタード燃焼を行うと共に、上記触媒コンバータの内部温度の上昇に伴って上記点火時期のリタード量を増加させる。
【００５１】
これによって、低排気温運転から高排気温運転（超リタード燃焼運転）へ切り替えが比較的低い温度に設定されることになるため、低排気温運転から高排気温運転への移行が相対的に速くなり、触媒コンバータの熱的劣化を回避しつつ、触媒完全活性までの所要時間をさらに短縮することができる。特に、低排気温運転から高排気温運転への移行後、触媒コンバータの内部温度が触媒コンバータ内部基準温度よりも高くなると、点火時期の圧縮上死点からのリタード量が触媒コンバータの内部温度の上昇に伴って増加するので、排気温度がさらに高くなる。そのため、触媒完全活性までの所要時間を一層短縮することができ、更なる触媒完全活性の早期化を実現することができる。
【００５２】
（４）  上記（１）〜（３）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において、上記所定の運転状態は、排気ガス温度の昇温が要求されたときである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る内燃機関全体のシステム構成を示す構成説明図。
【図２】本発明の超リタード燃焼の燃料噴射時期および点火時期を示す特性図。
【図３】燃焼室内に形成される成層混合気の状態を示す説明図。
【図４】本発明の第１実施形態における始動時のモード切換の処理を示すフローチャート。
【図５】排気温度が高い場合の触媒コンバータ各部の温度変化を示すタイムチャート。
【図６】排気温度が低い場合の触媒コンバータ各部の温度変化を示すタイムチャート。
【図７】図９および図１０の測温点を示す説明図。
【図８】本発明の第２実施形態における始動時のモード切換の処理を示すフローチャート。
【図９】本発明の第３実施形態における始動時のモード切換の処理を示すフローチャート。
【図１０】点火時期と排気温度の相関関係を示す特性線図。
【符号の説明】
【００５４】
３…燃焼室
１０…触媒コンバータ
１４…点火プラグ
１５…燃料噴射弁
２５…コントロールユニット
４１…触媒出口側センサ（触媒出口温度検出手段）
４２…触媒内部温度センサ（触媒温度検出手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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