(57)【要約】【課題】圧縮スライトリーン運転時におけるＮＯｘの排出量を低減させる。【解決手段】筒内噴射型のエンジンにおいて、圧縮スライトリーン運転時に、筒内圧センサにより検出した筒内圧が所定以上である場合に（Ｓ６０）、エンジンの回転速度を低下させる（Ｓ７０）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置において、
排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化触媒と、
機関始動直後の所定期間において、圧縮行程で燃焼空燃比が理論空燃比近傍のリーンとなるように前記燃料噴射手段を制御して圧縮スライトリーン運転を実行させる圧縮スライトリーン運転制御手段と、
前記燃焼室からのＮＯｘ排出量を検出するＮＯｘ排出量検出手段と、
前記圧縮スライトリーン運転制御手段による圧縮スライトリーン運転時に、前記ＮＯｘ検出手段により検出されたＮＯｘ排出量が所定値以上である場合に、機関回転速度を低下させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記燃焼室へ流入する吸気量を検出する吸気量検出手段と、
吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、を備え、
前記ＮＯｘ排出量検出手段は、前記吸気量検出手段により検出された吸気量と前記吸気圧検出手段により検出された吸気圧とに基づいて前記ＮＯｘ排出量を演算することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段を備え、
前記ＮＯｘ排出量検出手段は、前記筒内圧検出手段により検出された燃焼室内の圧力に基づいて前記ＮＯｘ排出量を演算することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射型内燃機関に関し、特に始動時における排気浄化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射型内燃機関において、冷態始動時における排気浄化触媒の活性化を図るために、機関始動直後に圧縮スライトリーン運転を実施するものが知られている。
圧縮スライトリーン運転は、圧縮行程において燃焼空燃比が理論空燃比よりややリーンとなるように燃料を噴射することで、筒内で成層燃焼が形成される。そして、燃料噴射時期を適宜制御することで、噴射した燃料を点火プラグの電極付近に集中させて局部的に空燃比をリッチとする。これにより不完全燃焼が生起されて一酸化炭素（ＣＯ）が多く発生する一方、局部的にリッチとなる領域以外では余剰酸素（Ｏ2）が多く存在することになり、このＣＯとＯ2とが同時に排気通路に排出される。そして、このＣＯとＯ2とが共に排気通路を経て排気浄化触媒に達すると、触媒の作用によって酸化反応を起こし、当該反応熱により排気浄化触媒が昇温する。
【０００３】
更に、上記圧縮スライトリーン運転時に点火時期をリタード（遅角）させることも知られている。このように、点火時期を遅角させることによって、膨張行程での十分な燃焼が可能となり、排気温度が上昇して、排気浄化触媒をより迅速に昇温させることができる（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−２３５６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように圧縮スライトリーン運転及び点火時期のリタードを行うと触媒温度が速やかに上昇し、排気性能を迅速に向上させることができるものの、触媒温度が上昇するまで、即ち圧縮スライトリーン運転時には、筒内温度が上昇してＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が増大してしまう。したがって、始動からのＮＯｘの総排出量としては、依然として十分に低下させることは困難である。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、圧縮スライトリーン運転時におけるＮＯｘの排出量を抑制し、始動からのＮＯｘの総排出量を大幅に低減させる筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置において、排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化触媒と、機関始動直後の所定期間において、圧縮行程で燃焼空燃比が理論空燃比近傍のリーンとなるように燃料噴射手段を制御して圧縮スライトリーン運転を実行させる圧縮スライトリーン運転制御手段と、燃焼室からのＮＯｘ排出量を検出するＮＯｘ排出量検出手段と、圧縮スライトリーン運転制御手段による圧縮スライトリーン運転時に、ＮＯｘ検出手段により検出されたＮＯｘ排出量が所定値以上である場合に、機関回転速度を低下させる制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また請求項２の発明では、請求項１において、燃焼室へ流入する吸気量を検出する吸気量検出手段と、吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、を備え、ＮＯｘ排出量検出手段は、吸気量検出手段により検出された吸気量と吸気圧検出手段により検出された吸気圧とに基づいてＮＯｘ排出量を演算することを特徴とする。
また、請求項３の発明では、請求項１において、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段を備え、ＮＯｘ排出量検出手段は、筒内圧検出手段により検出された燃焼室内の圧力に基づいてＮＯｘ排出量を演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置によれば、圧縮スライトリーン運転時にＮＯｘの排出量が所定量以上になったときに、機関回転速度が低下するので、燃焼速度が低下し、ＮＯｘの排出量が抑制される。したがって、圧縮スライトリーン運転と相まって始動直後からのＮＯｘの総排出量を大幅に低減させることができる。
本発明の請求項２の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯｘの排出量を吸気量と吸気圧とにより求めるので、排気系にＮＯｘセンサを用いることなくＮＯｘの排出量を抑制することができる。
【０００９】
本発明の請求項３の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置によれば、筒内圧により求めるので、排気系にＮＯｘセンサを用いることなくＮＯｘの排出量を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るエンジン（筒内噴射型内燃機関）１の概略構成図である。
図１に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃焼室８内に燃料を直接噴射可能とされている。
【００１１】
燃料噴射弁６には、燃料パイプを介して燃料タンクを備えた燃料供給装置（図示せず）が接続されている。詳しくは、燃料供給装置は、燃料ポンプを備えており、この燃料ポンプにより、燃料タンク内の燃料を加圧して燃料噴射弁６に供給する。
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１０の他端には吸気流量を調節するスロットル弁１１が備えられている。
【００１２】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。排気マニホールド１２の他端には、排気管２０が接続されており、この排気管２０には排気浄化触媒３０を介してマフラー（図示せず）が接続されている。
排気浄化触媒３０は、排気中のＮＯxをＨＣ存在下で選択的に浄化する選択還元型ＮＯx触媒３０ａと、理論空燃比下で排気中のＮＯx、ＨＣ及びＣＯを酸化還元反応させて無害物質に浄化する三元触媒３０ｂとの２つの触媒を備えて構成されている。
【００１３】
エンジン１には、吸入空気量(吸気量)を検出するエアフローセンサ (吸気量検出手段) ３５、吸気圧として吸気マニホールド１０内の圧力を検出するマニ圧センサ(吸気圧検出手段)３６、燃焼室８内の圧力（筒内圧）を検出する筒内圧センサ(筒内圧検出手段)３７及びクランク角を検出するクランク角センサ１３が備えられている。
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。ＥＣＵ４０の入力側には、上述したエアフローセンサ３５、マニ圧センサ３６、クランク角センサ１３及び筒内圧センサ３７の等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００１４】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、燃料噴射弁６や点火コイル９を介して点火プラグ４等の各種出力デバイスが接続されている。ＥＣＵ４０は、エアフローセンサ３５等の各種センサ類からの検出情報に基づき、目標燃焼空燃比を実現する燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等を例えばマップから読み出すことで演算して、各種出力デバイスを制御する。
また、ＥＣＵ４０は、上記のようにエアフローセンサ３５等の各種センサ類からの検出情報に基づいて設定された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期によって運転する通常運転の他に、エンジン始動から所定期間は圧縮スライトリーン運転を実行させる(圧縮スライトリーン運転制御手段)。圧縮スライトリーン運転は、燃焼空燃比が理論空燃比よりややリーンとなるように燃料噴射量を設定した上で、圧縮行程で燃料を噴射させて成層燃焼させ、燃料が点火プラグ４の電極付近に集中して局部的に空燃比がリッチとなるように燃料噴射時期を制御する。これにより不完全燃焼が生起されて一酸化炭素（ＣＯ）が多く発生する一方、局部的にリッチとなる領域以外では余剰酸素（Ｏ2）が多く存在することになり、このＣＯとＯ2とが同時に排出される。そして、このＣＯとＯ2とが共に排気管２０を経て排気浄化触媒３０に達すると、触媒の作用によって酸化反応を起こし、当該反応熱により排気浄化触媒３０が昇温する。
【００１５】
図２は、本発明の第１実施形態に係るエンジン１の始動時での運転制御要領を示すフローチャートである。本ルーチンはエンジン運転時に繰り返し行われる。
まず、ステップＳ１０では、クランク角センサ１３から検出したクランク角の推移から、エンジン回転速度を計測する。そして、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、エアフローセンサ３５から吸入空気量を入力するとともに、マニ圧センサ３６からマニホールド圧を入力する。そして、ステップＳ３０に進む。
【００１６】
ステップＳ３０では、圧縮スライトリーン運転期間中であるか否かを判別する。圧縮スライトリーン運転中である場合は、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、最大筒内圧Ｐmaxを入力する。最大筒内圧Ｐmaxは、筒内圧センサから入力した筒内圧のうちエンジン１の１サイクル運転中での最大値である。そして、ステップＳ５０に進む。
【００１７】
ステップＳ５０では、ステップＳ１０で取得したエンジン回転速度、ステップＳ２０で取得した吸入空気量及び吸気圧に基づいて、最大筒内圧Ｐmaxの基準値を演算する。最大筒内圧Ｐmaxの基準値は、あらかじめ実験等により確認しておいたマップからエンジン回転速度、吸入空気量及び吸気圧から読み出すことで求めればよい。そして、ステップＳ６０に進む。
【００１８】
ステップＳ６０では、ステップＳ４０で入力した最大筒内圧Ｐmaxが、ステップＳ５０で演算した基準値より高いか否かを判別する。最大筒内圧Ｐmaxが基準値より高い場合は、ステップＳ７０に進む。
ステップＳ７０では、例えば燃料噴射弁６からの燃料噴射量を制御して、エンジン回転速度を低下させる(制御手段)。そして、本ルーチンを終了する。
【００１９】
一方、ステップＳ３０において、圧縮スライトリーン運転中でないと判定された場合、またはステップＳ６０において最大筒内圧Ｐmaxが基準値以下であると判定された場合も、本ルーチンを終了する。
以上のように、本実施形態では、圧縮スライトリーン運転時に、最大筒内圧Ｐmaxが基準値より高い場合には、エンジン回転速度を低下させる。
【００２０】
図３は、各行程での筒内圧（燃焼室内の圧力）の推移を示すグラフである。
図３に示すように、筒内圧は爆発行程時に最大値となるが、その最大値はエンジンの運転条件に応じて変化する。一般的に筒内圧が高いと筒内温度が高くなり、ＮＯxの排出量が多くなる。したがって、１サイクル中における最大筒内圧から、ＮＯxの排出量を容易に推定することができる。
【００２１】
図４は、本実施形態に係るエンジン１の始動からのＮＯｘの排出量の推移を示すグラフである。
図４に示すように、圧縮スライトリーン運転時において、図中破線で示されるエンジン回転速度が１６５０ｒｐｍである場合に対し、図中実線で示されるようにエンジン回転速度を例えば１５００ｒｐｍに低下させると、圧縮スライトリーン運転時におけるＮＯxの排出量が低下する。始動後時間が経過して排気浄化触媒３０が活性化すると、ＮＯｘの排出量も低下するので、始動からのＮＯxの総排出量は、圧縮スライトリーン運転時におけるＮＯxの排出量の差がそのまま大きく表われる。
【００２２】
したがって、本実施形態では、上記のように、圧縮スライトリーン運転時に最大筒内圧Ｐmaxが基準値より高い場合、即ちＮＯx排出量が基準値より高い場合には、エンジン回転速度が低下することでＮＯxの排出量が低下するので、圧縮スライトリーン運転と相まってエンジン１始動からのＮＯxの総排出量を大幅に低減させることができる。
【００２３】
次に、図５を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は本発明の第２の実施形態に係るエンジンの運転制御要領を示すフローチャートである。本実施形態は、第１の実施形態とエンジンの運転制御要領が異なる。以下、図２に示す第１の実施形態のフローチャートに対して異なる部分のみ説明する。
ステップ３０において圧縮スライトリーン運転中であると判定された場合にはステップＳ１００に進む。
【００２４】
ステップＳ１００では、ステップＳ１０で取得したエンジン回転速度、ステップＳ２０で取得した吸入空気量に基づいて、マニホールド圧の基準値を演算する。そして、マニ圧センサ３７によりマニホールド圧を検出し、該マニホールド圧が上記基準値より低いか否かを判別する。マニホールド圧が基準値より低い場合には、ステップＳ１２０に進む。マニホールド圧の基準値は、例えば図６に示すような吸入空気量とマニホールド圧との関係を示すマップから求めればよい。図６に示されるように吸入空気量とマニホールド圧とは比例関係にあり、吸入空気量が増加するとマニホールド圧も増加する。そしてステップＳ１１０に進む。
【００２５】
ステップＳ１２０では、例えば燃料噴射弁６からの燃料噴射量を制御して、エンジン回転速度を低下させる(制御手段)。そして、ステップＳ１３０に進む。
ステップＳ１３０では、燃焼変動が大きいか否かを判別する。詳しくは、エンジン回転速度の所定時間内における変動幅を計測する。変動幅が所定値より大きい場合はステップＳ１４０に進む。
【００２６】
ステップＳ１４０では、ステップＳ１２０において低下させたエンジン回転速度をステップＳ１２０で低下した前の状態に戻す。そして、本ルーチンを終了する。
なお、ステップＳ１３０及びＳ１４０の一連の制御は、ステップＳ１２０においてエンジン回転速度を低下させたことによって、エンジンの燃焼が不安定になることを防止するために行われるものである。
【００２７】
一方、ステップＳ１００においてマニホールド圧が基準マニホールド圧以上であると判定された場合、またはステップＳ１３０においてエンジン回転速度の変動幅が所定値以下であると判定した場合には本ルーチンを終了する。
以上のように制御することで、本実施形態では、マニホールド圧が基準値より低いか否かを判別し、低い場合には内部ＥＧＲが少なく、ＮＯｘ発生量が大きいと推定される。そして、ＮＯｘ発生量が大きい場合には、第１実施形態と同様にエンジン回転速度を低下させるので、ＮＯｘの発生量を低下させることができる。
【００２８】
なお、以上の実施形態では、ＮＯｘ発生量が増加しているか否かを判別する際に、筒内圧やマニホールド圧から推定しているが、他に例えば排気系にＮＯｘセンサを用いて直接ＮＯｘ発生量を検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る筒内噴射型エンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るエンジンの始動時での運転制御要領を示すフローチャートである。
【図３】各行程での筒内圧の推移を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係るエンジンの始動からのＮＯｘの排出量の推移示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るエンジンの始動時での運転制御要領を示すフローチャートである。
【図６】吸入空気量とマニホールド圧との関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００３０】
１  エンジン
６  燃料噴射弁
３０  排気浄化触媒
３５  エアフローセンサ
３６  マニ圧センサ
３７  筒内圧センサ
４０  ＥＣＵ
【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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