(57)【要約】【課題】冷機始動時に排出される未燃ＨＣを減少するエンジンの排気成分低減装置を提供する。【解決手段】エンジンの燃焼室１１に臨んで設けられる点火プラグ４１と、エンジンが冷機状態であるか否かを判定する冷機判定手段（ステップＳ２０）と、エンジンが冷機状態であるときに、エンジン負荷は基準負荷よりも大きいがエンジン回転速度は基準回転速度よりも小さい所定運転領域で運転しているか否かを判定する運転状態判定手段（ステップＳ７０）と、エンジン冷機始動直後は点火プラグの点火時期を、暖機後の点火時期よりも遅角し、エンジン冷機状態であって所定運転領域で運転しているときは、点火プラグの点火時期を、暖機後の点火時期よりも進角してエンジンから排出される排気成分を低減させる点火時期調整手段（ステップＳ８０）とを備える。【選択図】図６
2007040259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室に臨んで設けられる点火プラグと、
エンジンが冷機状態であるか否かを判定する冷機判定手段と、
エンジンが冷機状態であるときに、エンジン負荷は基準負荷よりも大きいがエンジン回転速度は基準回転速度よりも小さい所定運転領域で運転しているか否かを判定する運転状態判定手段と、
エンジン冷機始動直後は前記点火プラグの点火時期を、暖機後の点火時期よりも遅角し、エンジン冷機状態であって前記所定運転領域で運転しているときは、前記点火プラグの点火時期を、暖機後の点火時期よりも進角してエンジンから排出される排気成分を低減させる点火時期調整手段と、
を備えるエンジンの排気成分低減装置。
【請求項２】
エンジンの排気通路に設けられ、排ガスを浄化する排気浄化触媒を備え、
前記点火時期調整手段は、前記排気浄化触媒の一部は活性化しているが全体は活性化していない場合であって、エンジンが前記所定運転領域で運転しているときは、前記点火プラグの点火時期を、暖機後の点火時期よりも進角する、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気成分低減装置。
【請求項３】
前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度に基づいて、排気浄化触媒の一部は活性化しているが全体は活性化していない状態であるか否かを判定する触媒活性判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気成分低減装置。
【請求項４】
前記点火時期調整手段は、点火時期を進角するときはエンジンの燃焼安定限界まで進角する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジンの排気成分低減装置。
【請求項５】
前記点火時期調整手段は、エンジン冷機状態であって、エンジンが前記所定運転領域以外の運転領域で運転しているときは、前記点火プラグの点火時期の遅角状態を維持する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエンジンの排気成分低減装置。
【請求項６】
前記点火時期調整手段は、点火時期を遅角するときはエンジンの燃焼安定限界まで遅角する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエンジンの排気成分低減装置。
【請求項７】
エンジンが前記所定運転領域で運転しているときは、燃料を吸気行程で噴射する、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のエンジンの排気成分低減装置。
【請求項８】
エンジンの負荷が前記基準負荷よりも大きいときは、燃料を吸気行程で噴射する、
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のエンジンの排気成分低減装置。
【請求項９】
エンジンの負荷が前記基準負荷よりも小さいときは、燃料を圧縮行程で噴射する、
ことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のエンジンの排気成分低減装置。
【請求項１０】
点火時期を遅角するときは燃料の一部を点火直前に噴射する、
ことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のエンジンの排気成分低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンから排出される未燃炭化水素などの排気成分を低減する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気通路には、排ガスを浄化する触媒が設けられている。この触媒は活性温度以上の高温にならなければ排気浄化性能を発揮できない。そこで従来は触媒を早期に活性状態にするために、触媒の暖機中は点火時期を、通常の点火時期（ＭＢＴ（Minimmum Spark Advance for Best Torque；最大トルク最小進角点火時期））よりも遅角していた。
【特許文献１】特開平６−１４６９５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような暖機途中では、触媒の排ガス浄化性能が不十分であるので、触媒が完全に活性するまでに時間がかかっても、エンジンから排出される未燃炭化水素（以下適宜「排出未燃ＨＣ」と略す）の排出量を減少させたほうが、車両全体として大気に排出される未燃ＨＣを減少できる可能性がある。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、冷機始動時に排出される未燃ＨＣを減少するエンジンの排気成分低減装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、エンジン（１）の燃焼室（１１）に臨んで設けられる点火プラグ（４１）と、エンジン（１）が冷機状態であるか否かを判定する冷機判定手段（ステップＳ２０）と、エンジン（１）が冷機状態であるときに、エンジン負荷は基準負荷よりも大きいがエンジン回転速度は基準回転速度よりも小さい所定運転領域で運転しているか否かを判定する運転状態判定手段（ステップＳ７０）と、エンジン冷機始動直後は前記点火プラグの点火時期を、暖機後の点火時期よりも遅角し、エンジン冷機状態であって前記所定運転領域で運転しているときは、前記点火プラグの点火時期を、暖機後の点火時期よりも進角してエンジン（１）から排出される排気成分を低減させる点火時期調整手段（ステップＳ８０）とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、エンジン冷機状態であって所定運転領域で運転しているときは、点火プラグの点火時期を、暖機後の点火時期よりも進角するようにした。このようにすることで、エンジンから排出される未燃炭化水素などの排気成分を低減することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明によるエンジンの排気成分低減装置の第１実施形態を示す図である。
【０００９】
エンジン１は、筒内直噴タイプの火花点火式エンジンである。エンジン１は、燃焼室１１に吸気弁２２及び排気弁３２を介して吸気通路２１及び排気通路３１を接続する。吸気カム２３は吸気弁２２を開閉する。排気カム３３は排気弁３２を開閉する。
【００１０】
排気浄化触媒３６は触媒雰囲気が理論空燃比のときに窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を同時に浄化する三元触媒である。
【００１１】
空燃比センサ３４は、排気浄化触媒３６の上流に設けられ、排気浄化触媒３６に流入する排ガスの空燃比を検出する。
【００１２】
燃料噴射弁４２は、燃焼室１１の略中心付近であってエンジン前方側にオフセットかつ傾斜して配置される。燃料噴射弁４２はマルチホール噴射弁である。燃料噴射弁４２は、燃料配管４３から供給された燃料を噴射する。燃圧センサ４４は燃料配管の圧力を検出する。点火プラグ４１は、燃料噴射弁４２の反対側のエンジン後方側に傾斜して配置される
ピストン１２は、冠面に上方から見て円形の２つのキャビティが形成されている。このキャビティは外側キャビティの中に内側キャビティが形成された二重構造のキャビティである。外側キャビティは噴霧を受け止め、成層混合気を生成する従来の内燃機関と同等の深さに形成されている。内側キャビティは外側キャビティよりも浅く形成二重キャビティの中心は燃料噴射弁４２の噴射点のシリンダ軸方向真下に形成されている。
【００１３】
コントローラ５０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。なおコントローラ５０を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。コントローラ５０は、エアフロメータ信号、アクセル開度信号、クランク角センサ信号、冷却水温センサ信号、空燃比センサ３４の信号、触媒温度センサ３５、燃圧センサ４４の信号に基づいて燃料噴射弁４２の燃料噴射時期や点火プラグ４１の点火時期などを制御する。以下ではそのコントローラ５０の具体的な制御について説明する。
【００１４】
まず初めに本発明のポイントについて説明する。
【００１５】
触媒が一部分だけ活性温度に達し他の部分は未だ活性温度に達していない暖機途中の状態では、従来は点火時期を遅角することで、触媒を早期に活性化しようとしていた。
【００１６】
しかし、このような暖機途中では、触媒の排ガス浄化性能が不十分であるので、排出未燃ＨＣの排出量を減少させることで、車両から大気に排出される未燃ＨＣを減少できる可能性がある。
【００１７】
そこで、本件発明者らは、この点に着目し鋭意研究をすすめ、或るエンジン回転速度エンジン負荷域においては点火時期を進角させることで、エンジンからの未燃炭化水素の排出量が減少させることで、車両から大気に排出される未燃ＨＣを従来よりも低減できることを見いだしたのである。具体的には以下である。
【００１８】
図２は、或る一定負荷における点火時期と、排出未燃ＨＣの濃度との関係を示す図である。
【００１９】
この図２に示されているように、排出未燃ＨＣの濃度は、ＭＢＴにおいて最大になり、点火時期が進角しても遅角しても下がるのである。
【００２０】
そして、エンジンを安定した状態で燃焼できる点火時期には範囲があり、進角側にも遅角側にも限界がある。この範囲は図２に示すウィンドウと呼ばれる範囲である。したがって点火は、この進角限界点火時期から遅角限界点火時期までの範囲で行わなければならない。
【００２１】
ところで、エンジンの回転速度が変わると、このウィンドウは略同一幅のまま移動することがわかった。具体的には、エンジンの回転速度が上がると左（遅角側）に移動し（ウィンドウＡ→Ｂ）、エンジンの回転速度が下がると右（進角側）に移動する（ウィンドウＡ→Ｃ）。
【００２２】
すなわち或るエンジン負荷において、エンジン回転速度が上がればウィンドウが遅角側に移動する。例えばウィンドウＢでは、進角よりも遅角させた方が排出未燃ＨＣが減少する。一方エンジン回転速度が下がればウィンドウが進角側に移動する。例えばウィンドウＣでは、遅角よりも進角させた方が排出未燃ＨＣが減少する。
【００２３】
図２においては、排出未燃ＨＣを濃度（単位 ppm）で示したが、これを単位時間当たりの排出量（単位 g/min）で示すと、図３になる。すなわち点火時期をリタードするほど燃焼しない空気が増えるので排出未燃ＨＣの濃度としては小さくなるが、実際に排出されるの未燃ＨＣの排出量は増加するのである。
【００２４】
また図４（Ａ）に示すように、或る一定のエンジン回転速度において、エンジン負荷が上昇する場合には、吸気行程で燃料を噴射しているときは、空燃比をストイキに維持したまま燃料量を増量すればよい。しかし、圧縮行程で燃料を噴射するときには、スモークが発生しないようにするために、エンジン負荷の上昇にあわせて空燃比をリーン化する必要がある。
【００２５】
この結果、図４（Ｂ）に示すように、排出未燃ＨＣは、吸気行程噴射時においては、エンジン負荷に比例することとなるが、圧縮行程噴射時には、排出未燃ＨＣが急増することとなる。
【００２６】
したがってエンジンの負荷が低いときは、圧縮行程噴射の方が吸気行程噴射よりもエンジンから排出される未燃ＨＣが少ないが、或る負荷（基準負荷α）以上では、圧縮行程噴射の方がエンジンから排出される未燃ＨＣが多くなる。
【００２７】
以上の結果をまとめたのが、図５に示すマップである。コントローラ５０は、このマップに基づいて点火時期及び燃料噴射時期を制御する。
【００２８】
図中のラインαは、図４の結果から、或る一定エンジン回転速度ごとに、圧縮行程噴射の方が吸気行程噴射よりもエンジンから排出される未燃ＨＣが少ない境界負荷αを求め、それをプロットしたラインである。
【００２９】
また図中のラインβは、図２、図３の結果から、或る一定負荷ごとに、点火時期を進角させたときと、遅角させたときとで、排出未燃ＨＣが減少する境界となるエンジン回転速度を求め、それをプロットしたラインである。
【００３０】
次にコントローラ５０の具体的な制御ロジックについて図６のフローチャートに沿って説明する。なおこのフローチャートはエンジン始動後に短時間周期で（例えば１０ミリ秒ごとに）繰り返し実行される。
【００３１】
ステップＳ１０においてコントローラ５０は、エンジンの冷却水温Ｔｗを検出する。
【００３２】
ステップＳ２０においてコントローラ５０は、冷却水温Ｔｗが暖機基準水温Ｔｗ０よりも低いか否かを判断する。すなわちこのステップＳ２０でエンジンが冷機状態であるか否かを判断している。冷却水温Ｔｗが暖機基準水温Ｔｗ０よりも低いときにはエンジンは未だ冷機状態であり、ステップＳ３０へ移行するが、冷却水温Ｔｗが暖機基準水温Ｔｗ０よりも高く冷機状態から脱し暖機が終了しているときには処理を抜け、以降の処理を行わない。
【００３３】
ステップＳ３０においてコントローラ５０は、触媒が一部活性の状態であるか否かを判定する。具体的には温度センサ３５で検出した触媒温度Ｔcatが規定範囲内であるか否かを判定する。触媒温度Ｔcatが未活性判定温度Ｔaであるときは触媒は一部分も活性状態にない。触媒温度Ｔcatが活性判定温度Ｔb以上であるときは触媒全体が活性状態にある。したがって触媒温度Ｔcatが未活性判定温度Ｔaよりも高温で、活性判定温度Ｔbよりも低温のときに触媒が一部活性状態であると判定する。触媒が一部活性状態であるときはステップＳ４０に移行するが、触媒が全く活性していないときや、既に全体が活性しているときは処理を抜け、以降の処理を行わない。
【００３４】
ステップＳ４０においてコントローラ５０は、エンジンの回転速度及び負荷に基づいて運転領域を分類する。具体的には前述のマップ（図５）に基づき分類する。
【００３５】
ステップＳ５０においてコントローラ５０は、運転領域がIのときはステップＳ６０へ移行し、それ以外のときはステップＳ７０へ移行する。
【００３６】
ステップＳ６０においてコントローラ５０は、点火時期を遅角するとともに圧縮行程で燃料を噴射する。
【００３７】
ステップＳ７０においてコントローラ５０は、運転領域がIIのときはステップＳ８０へ移行し、それ以外のときは、すなわち運転領域がIIIのときはステップＳ９０へ移行する。
【００３８】
ステップＳ８０においてコントローラ５０は、点火時期を暖機後の通常の運転での点火時期（本実施形態ではＭＢＴ）よりも進角するとともに吸気行程で燃料を噴射する。なお具体的な進角量はあらかじめ実験に基づき決定しておけばよいが、例えば点火時期と排出ＨＣ量との関係が図３に示されるときには進角限界まで進角すればよい。このようにすることで排出ＨＣ量が最小となるからである。
【００３９】
ステップＳ９０においてコントローラ５０は、点火時期を遅角するとともに吸気行程で燃料を噴射する。
【００４０】
本実施形態によれば、触媒が一部活性化した状態のときに、点火時期をＭＢＴよりも進角させることで、エンジンから排出される未燃炭化水素を減少させるようにした。このようにすることで、車両全体として大気に排出される未燃ＨＣを減少できるようになったのである。
【００４１】
（第２実施形態）
図７は本発明によるエンジンの排気成分低減装置の第２実施形態を示す図である。
【００４２】
なお以下では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００４３】
本実施形態では、燃料噴射を２度に分けて行うようにした。
【００４４】
例えば点火直前の５〜１５deg手前で燃料の一部を噴射するようにすれば、着火性の良好な弱濃混合気が点火プラグ周りに形成され、着火性が向上し点火時期を遅角することができる。
【００４５】
また１度目を吸気行程噴射とした場合には２度目の噴射量を全体噴射量の０．２〜０．３程度（すなわちＢ／（Ａ＋Ｂ）＝０．２〜０．３）と少なくすることで、スモークの発生を回避しつつ燃焼安定度を向上することができる。
【００４６】
また１度目を圧縮行程噴射とした場合には２度目の噴射量を全体噴射量の半分程度（すなわちＢ／（Ａ＋Ｂ）＝０．５）とすることで、１度目の噴射と２度目の噴射とのバラツキを低減でき燃焼安定度を向上することができる。
【００４７】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００４８】
上記実施形態では、触媒の温度を触媒温度センサ３５で直接検出しているが、排ガス温度やエンジン運転時間に基づいて、間接的に検出するようにしてもよい。
【００４９】
また上記実施形態では、触媒の一部活性を触媒温度に基づいて判定しているが、例えばエンジン始動後の運転時間に基づいて判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明によるエンジンの排気成分低減装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】或る一定負荷における点火時期と、排出未燃ＨＣの濃度との関係を示す図である。
【図３】或る一定負荷における点火時期と、未燃ＨＣの排出量との関係を示す図である。
【図４】或る一定のエンジン回転速度におけるエンジン負荷と、空燃比、排出ＨＣとの関係を示す図である。
【図５】点火時期及び燃料噴射時期の制御マップである。
【図６】コントローラの制御フローチャートである。
【図７】本発明によるエンジンの排気成分低減装置の第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  エンジン
１１  燃焼室
３６  排気浄化触媒
４１  点火プラグ
４２  燃料噴射弁
ステップＳ２０  冷機判定手段
ステップＳ３０  触媒活性判定手段
ステップＳ７０  運転状態判定手段
ステップＳ６０、ステップＳ８０、ステップＳ９０  点火時期調整手段
【図１】
2007040259.tif 000003
【図２】
2007040259.tif 000004
【図３】
2007040259.tif 000005
【図４】
2007040259.tif 000006
【図５】
2007040259.tif 000007
【図６】
2007040259.tif 000008
【図７】
2007040259.tif 000009