JP2000097076A - Cylinder injection type internal-combustion engine - Google Patents
Cylinder injection type internal-combustion engineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射型内燃機
関に係り、詳しくは、排気昇温を行う技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-cylinder injection type internal combustion engine, and more particularly, to a technique for increasing exhaust gas temperature.
【０００２】[0002]
【関連する背景技術】筒内噴射型内燃機関は、吸気行程
のみならず圧縮行程において燃料を直接筒内に噴射可能
に構成されており、これにより、空燃比を理論空燃比
（値１４．７）よりも超希薄側、つまりリーン側の目標
値（例えば、値２４）以上の超リーン空燃比に制御し、
エンジンの燃費特性等を改善することが可能とされてい
る。2. Related Art An in-cylinder injection type internal combustion engine is configured such that fuel can be directly injected into a cylinder not only in an intake stroke but also in a compression stroke, and thereby an air-fuel ratio is set to a stoichiometric air-fuel ratio (value of 14.7). ), The air-fuel ratio is controlled to a super lean air-fuel ratio not less than a target value (for example, value 24) on the super lean side, that is, the lean side.
It is possible to improve the fuel efficiency characteristics of the engine.
【０００３】そして、この種の筒内噴射型内燃機関にお
いても、例えば冷態始動直後等には触媒を早期活性化さ
せ、排ガス特性を向上させたいという要求がある。そこ
で、筒内に燃料を供給するタイミングを制御できるとい
う筒内噴射型内燃機関の特性を生かし、例えば、燃料噴
射を主燃焼の主噴射（吸気行程噴射または圧縮行程噴
射）と膨張行程における副噴射との２回の噴射に分割
（２段噴射）し、当該副噴射により供給される燃料を筒
内または排気通路内で燃焼させ、排気昇温させる技術が
特開平１０−１２２０１５号公報に開示されている。[0003] Also in this type of in-cylinder injection type internal combustion engine, there is a demand for activating the catalyst at an early stage immediately after a cold start or the like to improve exhaust gas characteristics. Therefore, taking advantage of the characteristic of the direct injection type internal combustion engine that the timing of supplying fuel into the cylinder can be controlled, for example, fuel injection is performed by main injection of main combustion (intake stroke injection or compression stroke injection) and sub-injection in expansion stroke. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-122015 discloses a technique of dividing the fuel into two injections (two-stage injection) and burning the fuel supplied by the sub-injection in a cylinder or an exhaust passage to raise the temperature of the exhaust gas. ing.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
２段噴射は、主燃焼後の余剰酸素と副噴射による未燃燃
料成分とを反応させているため、排気昇温効果は非常に
高いが、例えば筒内噴射型内燃機関にＡ／Ｔ（オートマ
チック・トランスミッション）を連結してなる車両にお
いて、レンジ位置がＰ（パーキング）レンジ或いはＮ
（ニュートラル）レンジからＤ（ドライブ）レンジへ切
り換えられ、内燃機関にＡ／Ｔの負荷が加わり機関負荷
が増大するような場合には、主噴射量が増大し、そこで
消費される酸素が増えることになり、故に、副噴射で使
用可能な酸素が不足し、排出される未燃燃料成分が増大
するという問題を含んでいる。However, in the above-described two-stage injection, since the excess oxygen after the main combustion reacts with the unburned fuel component by the sub-injection, the exhaust gas temperature increasing effect is very high. For example, in a vehicle in which an A / T (automatic transmission) is connected to a direct injection internal combustion engine, the range position is set to a P (parking) range or N range.
When the engine is switched from the (neutral) range to the D (drive) range and an A / T load is applied to the internal combustion engine to increase the engine load, the main injection amount increases and the oxygen consumed there increases. Therefore, there is a problem that the amount of oxygen that can be used in the sub-injection is insufficient, and the unburned fuel component to be discharged increases.
【０００５】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、排ガス特
性の悪化を抑えながら排気昇温を迅速に行い、触媒の早
期昇温を実現可能な筒内噴射型内燃機関を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to quickly raise the temperature of exhaust gas while suppressing deterioration of exhaust gas characteristics, thereby realizing an early temperature rise of the catalyst. It is an object of the present invention to provide a possible direct injection internal combustion engine.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の発明では、筒内噴射型内燃機関にお
いて、排気昇温が必要とされたときには、先ず噴射弁に
より吸気行程または圧縮行程のいずれか一方で主燃焼の
ための主噴射が行われるとともに膨張行程において副噴
射が行われていわゆる２段噴射が実施され、その後例え
ばＡ／Ｔのレンジ位置がＰレンジ或いはＮレンジからＤ
レンジへ切り換えられる等して機関負荷が所定値を越え
るような場合には、空燃比がリッチ空燃比となるよう噴
射弁により吸気行程において主噴射のみが行われるとと
もに排気通路内に空気（２次エア）が供給されるよう構
成されている。In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, when the temperature of exhaust gas is required to be raised in an in-cylinder injection type internal combustion engine, the intake valve or the intake stroke is first controlled by an injection valve. In one of the compression strokes, the main injection for the main combustion is performed, and in the expansion stroke, the sub-injection is performed, so-called two-stage injection is performed. Then, for example, the A / T range position is shifted from the P range or the N range. D
When the engine load exceeds a predetermined value due to switching to a range or the like, only the main injection is performed in the intake stroke by the injection valve so that the air-fuel ratio becomes a rich air-fuel ratio, and air (secondary) is introduced into the exhaust passage. (Air) is supplied.
【０００７】従って、２段噴射による排気昇温中に機関
負荷が増大した場合において、空燃比をリッチ空燃比と
しながら吸気行程で主噴射のみを実施し且つ排気通路内
に２次エアを導入するようにすると、いわゆる不完全燃
焼物質、即ち一酸化炭素（ＣＯ）が多く生成されて排気
通路に排出されることになるが、このとき当該ＣＯはあ
る程度反応が進んで燃焼し易い状態であるために２次エ
ア中の酸素と容易に完全燃焼に至り、排気昇温が継続さ
れ、排ガス特性の悪化もなく触媒の昇温が良好に促進さ
れる。Therefore, when the engine load increases during the exhaust gas temperature rise by the two-stage injection, only the main injection is performed in the intake stroke while the air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio, and the secondary air is introduced into the exhaust passage. By doing so, a so-called incompletely combusted substance, that is, a large amount of carbon monoxide (CO) is generated and discharged to the exhaust passage. In addition, complete combustion easily occurs with oxygen in the secondary air, and the exhaust gas temperature rise is continued, and the temperature rise of the catalyst is favorably promoted without deterioration of exhaust gas characteristics.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき説明する。図１を参照すると、車両に搭載さ
れた本発明に係る筒内噴射型内燃機関の概略構成図が示
されており、以下同図に基づいて本発明に係る筒内噴射
型内燃機関の構成を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Referring to FIG. 1, there is shown a schematic configuration diagram of a direct injection internal combustion engine according to the present invention mounted on a vehicle, and the configuration of the direct injection internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIG. explain.
【０００９】機関本体（以下、単にエンジンという）１
は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換える
ことで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）ま
たは圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実
施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエン
ジンとされている。そして、この筒内噴射型のエンジン
１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転や
リッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リー
ン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能とさ
れており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃
比での運転が可能とされている。Engine body (hereinafter simply referred to as engine) 1
For example, in-cylinder injection spark ignition capable of performing fuel injection in an intake stroke (intake stroke injection mode) or fuel injection in a compression stroke (compression stroke injection mode) by switching a fuel injection mode (operation mode), for example. It is an inline 4-cylinder gasoline engine. The in-cylinder injection type engine 1 can be easily operated at a stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric ratio), at a rich air-fuel ratio (rich air-fuel ratio operation), or at a lean air-fuel ratio (lean air-fuel ratio). In particular, in the compression stroke injection mode, it is possible to operate at a super lean air-fuel ratio.
【００１０】同図に示すように、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。燃料噴射
弁６には、燃料パイプを介して燃料タンクを擁した燃料
供給装置（共に図示せず）が接続されている。より詳し
くは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポ
ンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の
燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給
し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の
燃圧で噴射可能とされている。この際、燃料噴射量は高
圧燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁６の開弁時間、
即ち燃料噴射時間とから決定される。As shown in FIG. 1, an electromagnetic fuel injection valve 6 is attached to a cylinder head 2 of an engine 1 together with a spark plug 4 for each cylinder, whereby fuel is injected into a combustion chamber 8. Direct injection is possible. A fuel supply device (both not shown) having a fuel tank is connected to the fuel injection valve 6 via a fuel pipe. More specifically, the fuel supply device is provided with a low-pressure fuel pump and a high-pressure fuel pump, whereby the fuel in the fuel tank is supplied to the fuel injection valve 6 at a low fuel pressure or a high fuel pressure. From the fuel injection valve 6 into the combustion chamber at a desired fuel pressure. At this time, the fuel injection amount depends on the fuel discharge pressure of the high-pressure fuel pump and the valve opening time of the fuel injection valve 6,
That is, it is determined from the fuel injection time.
【００１１】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
端には電磁式のスロットル弁１１が接続されており、該
スロットル弁１１にはスロットル開度θthを検出するス
ロットルセンサ１１ａが設けられている。An intake port is formed in the cylinder head 2 in a substantially upright direction for each cylinder, and one end of an intake manifold 10 is connected to communicate with each intake port. An electromagnetic throttle valve 11 is connected to the other end of the intake manifold 10, and the throttle valve 11 is provided with a throttle sensor 11a for detecting a throttle opening θth.
【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。図中符号７はエンジン１の冷
却水温Ｔwを検出する水温センサであり、該水温センサ
７によりエンジン１が低温状態にあるか否かを判別可能
とされている。また、符号１３は、クランク角を検出す
るクランク角センサであり、該クランク角センサ１３は
エンジン回転速度Ｎeを検出可能とされている。An exhaust port is formed in the cylinder head 2 in a substantially horizontal direction for each cylinder, and one end of an exhaust manifold 12 is connected to communicate with each exhaust port. In the figure, reference numeral 7 denotes a water temperature sensor for detecting a cooling water temperature Tw of the engine 1, and the water temperature sensor 7 can determine whether or not the engine 1 is in a low temperature state. Reference numeral 13 denotes a crank angle sensor for detecting a crank angle, and the crank angle sensor 13 is capable of detecting an engine rotation speed Ne.
【００１３】なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に
公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは
説明を省略する。また、図１に示すように、排気マニホ
ールド１２には排気管（排気通路）１４が接続されてお
り、この排気管１４には排気浄化触媒装置３０を介して
マフラー（図示せず）が接続されている。そして、排気
管１４には排気中の酸素濃度を検出するＯ2センサ１６
が設けられている。The in-cylinder injection type engine 1 is already known, and a detailed description of its configuration is omitted here. As shown in FIG. 1, an exhaust pipe (exhaust passage) 14 is connected to the exhaust manifold 12, and a muffler (not shown) is connected to the exhaust pipe 14 via an exhaust purification catalyst device 30. ing. The exhaust pipe 14 has an O 2 sensor 16 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas.
Is provided.
【００１４】排気浄化触媒装置３０は、吸蔵型ＮＯx触
媒３０ａと三元触媒３０ｂとの２つの触媒を備えて構成
されており、三元触媒３０ｂの方が吸蔵型ＮＯx触媒３
０ａよりも下流側に配設されている。吸蔵型ＮＯx触媒
３０ａは、酸化雰囲気においてＮＯxを一旦吸蔵させ、
主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯxを
Ｎ2（窒素）等に還元させる機能を持つものである。詳
しくは、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、貴金属として白金
（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒として構成
されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂａ）等のアル
カリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。The exhaust purification catalyst device 30 is provided with two catalysts, that is, a storage type NOx catalyst 30a and a three-way catalyst 30b.
0a is disposed downstream. The storage NOx catalyst 30a temporarily stores NOx in an oxidizing atmosphere,
It has a function of reducing NOx to N 2 (nitrogen) or the like mainly in a reducing atmosphere where CO is present. More specifically, the storage NOx catalyst 30a is configured as a catalyst having platinum (Pt), rhodium (Rh) or the like as a noble metal, and an alkali metal such as barium (Ba) or an alkaline earth metal as a storage material. Has been adopted.
【００１５】また、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａと三元触媒
３０ｂとの間には、排気温度Ｔexを検出する高温センサ
３２が設けられている。また、大気開放口２６からはフ
ィルタ２７を介して２次エア管路２０が延びており、そ
の先端は排気マニホールド１２内の上記排気合流部１２
ａに臨んで開口している。該２次エア管路２０にはエア
ポンプ２２、ソレノイドバルブ２４が介装されており、
該エアポンプ２２が作動するとともにソレノイドバルブ
２４が開弁することで、大気中の空気が排気マニホール
ド１２内に２次エアとして適宜供給可能とされている。
なお、図中符号２８は排気マニホールド１２内の排気が
２次エア管路２０を逆流するのを防止するチェックバル
ブである。A high temperature sensor 32 for detecting the exhaust gas temperature Tex is provided between the storage NOx catalyst 30a and the three-way catalyst 30b. A secondary air line 20 extends from the atmosphere opening port 26 via a filter 27, and the tip of the secondary air line 20 is connected to the exhaust merging section 12 in the exhaust manifold 12.
It is open facing a. An air pump 22 and a solenoid valve 24 are interposed in the secondary air line 20.
By operating the air pump 22 and opening the solenoid valve 24, air in the atmosphere can be appropriately supplied as secondary air into the exhaust manifold 12.
Reference numeral 28 in the drawing denotes a check valve for preventing exhaust gas in the exhaust manifold 12 from flowing back through the secondary air line 20.
【００１６】また、エンジン１の出力軸には、エンジン
回転速度Ｎeやスロットル開度θthに応じて変速段を自
動切換可能なＡ／Ｔ（オートマチック・トランスミッシ
ョン）３６が介装されており、さらに、当該Ａ／Ｔ３６
のレンジ位置、即ちＰ（パーキング）レンジ、Ｎ（ニュ
ートラル）レンジ、Ｄ（ドライブ）レンジ等の切換操作
を行うセレクトレバー３８が設けられている。そして、
セレクトレバー３８にはレンジ位置を検出するセレクト
センサ３８ａが接続されている。なお、当該Ａ／Ｔ３６
は公知のものであるため、その詳細については説明を省
略する。The output shaft of the engine 1 is provided with an automatic transmission (A / T) 36 capable of automatically changing gears in accordance with the engine speed Ne and the throttle opening θth. A / T36
, Ie, a P (parking) range, an N (neutral) range, and a D (drive) range. And
The select lever 38 is connected to a select sensor 38a for detecting a range position. The A / T36
Is a known one, and its detailed description is omitted.
【００１７】また、符号３９は運転者が加速操作するた
めのアクセルペダルであり、該アクセルペダル３９には
アクセル開度を検出するアクセルセンサ３９ａが接続さ
れている。さらに、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、
タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユ
ニット）４０が設置されており、このＥＣＵ４０によ
り、エンジン１を含めた本発明に係る筒内噴射型内燃機
関の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ４０の入力側に
は、上述した水温センサ７、スロットルセンサ１１ａ、
クランク角センサ１３、Ｏ2センサ１６、高温センサ３
２、セレクトセンサ３８ａ、アクセルセンサ３９ａ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
検出情報が入力する。Reference numeral 39 denotes an accelerator pedal for the driver to perform an acceleration operation. The accelerator pedal 39 is connected to an accelerator sensor 39a for detecting an accelerator opening. Furthermore, an input / output device and a storage device (ROM, R
AM, nonvolatile RAM, etc.), central processing unit (CPU),
An ECU (Electronic Control Unit) 40 having a timer counter and the like is installed, and the ECU 40 performs comprehensive control of the direct injection internal combustion engine including the engine 1 according to the present invention. On the input side of the ECU 40, the above-mentioned water temperature sensor 7, throttle sensor 11a,
Crank angle sensor 13, O 2 sensor 16, the high-temperature sensor 3
2. Various sensors such as a select sensor 38a and an accelerator sensor 39a are connected, and detection information from these sensors is input.
【００１８】一方、ＥＣＵ４０の出力側には、点火コイ
ルを介して上述した点火プラグ４や燃料噴射弁６、電磁
式のスロットル弁１１、エアポンプ２２、ソレノイドバ
ルブ２４、Ａ／Ｔ３６の駆動ユニット等が接続されてお
り、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された情
報が出力される。例えば点火コイル、燃料噴射弁６等に
は、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃
料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。
これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタ
イミングで噴射され、点火プラグ４によって適正なタイ
ミングで点火が実施される。また、Ａ／Ｔ３６の駆動ユ
ニットにはセレクトセンサ３８ａからの情報に応じた信
号が出力され、スロットル弁１１にはアクセルセンサ３
９ａからの情報に応じた信号が出力される。On the other hand, on the output side of the ECU 40, the ignition plug 4 and the fuel injection valve 6, the electromagnetic throttle valve 11, the air pump 22, the solenoid valve 24, the drive unit for the A / T 36, and the like are provided via an ignition coil. It is connected and outputs information calculated based on detection information from various sensors. For example, optimal values such as a fuel injection amount and an ignition timing calculated based on detection information from various sensors are output to the ignition coil, the fuel injection valve 6, and the like.
As a result, an appropriate amount of fuel is injected from the fuel injection valve 6 at an appropriate timing, and ignition is performed by the spark plug 4 at an appropriate timing. A signal corresponding to the information from the select sensor 38a is output to the drive unit of the A / T 36, and the accelerator sensor 3 is provided to the throttle valve 11.
A signal corresponding to the information from 9a is output.
【００１９】ところで、ＥＣＵ４０では、スロットルセ
ンサ１１ａからのスロットル開度情報θthとクランク角
センサ１３からのエンジン回転速度情報Ｎeとに基づい
てエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有
効圧Ｐeを求めるようにされており、さらに、当該目標
平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じてマ
ップ（図示せず）より燃料噴射モードを設定するように
されている。例えば、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回
転速度Ｎeとが共に小さいときには、燃料噴射モードは
圧縮行程噴射モードとされ、燃料は圧縮行程で噴射さ
れ、一方、目標平均有効圧Ｐeが大きくなり或いはエン
ジン回転速度Ｎeが大きくなると燃料噴射モードは吸気
行程噴射モードとされ、燃料は吸気行程で噴射される。The ECU 40 determines the target in-cylinder pressure corresponding to the engine load, that is, the target average effective pressure Pe, based on the throttle opening information θth from the throttle sensor 11a and the engine rotation speed information Ne from the crank angle sensor 13. Further, the fuel injection mode is set from a map (not shown) according to the target average effective pressure Pe and the engine rotation speed information Ne. For example, when the target average effective pressure Pe and the engine rotation speed Ne are both low, the fuel injection mode is the compression stroke injection mode, and the fuel is injected in the compression stroke, while the target average effective pressure Pe increases or the engine rotation speed increases. When the speed Ne increases, the fuel injection mode is set to the intake stroke injection mode, and fuel is injected during the intake stroke.
【００２０】そして、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回
転速度Ｎeとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／
Ｆ）が設定され、上記適正量の燃料噴射量は該目標Ａ／
Ｆに基づいて決定される。また、Ｏ2センサ１６からの
検出情報は空燃比制御に使用される。なお、当該空燃比
制御は一般的に知られたものであるためここでは説明を
省略する。The target air-fuel ratio (target A / A) is set as a control target based on the target average effective pressure Pe and the engine speed Ne.
F) is set, and the appropriate amount of fuel injection is set to the target A /
It is determined based on F. The detection information from the O 2 sensor 16 is used for air-fuel ratio control. Since the air-fuel ratio control is generally known, the description is omitted here.
【００２１】以下、このように構成された本発明に係る
筒内噴射型内燃機関の作用、即ち本発明に係る排気昇温
制御（昇温手段）を始動時に適用した場合について説明
する。図２を参照すると、ＥＣＵ４０の実行する本発明
に係る排気昇温制御ルーチンのフローチャートが示され
ており、以下当該フローチャートに沿って説明する。Hereinafter, the operation of the in-cylinder injection type internal combustion engine according to the present invention thus configured, that is, the case where the exhaust gas temperature raising control (temperature raising means) according to the present invention is applied at the time of starting will be described. Referring to FIG. 2, there is shown a flowchart of an exhaust gas temperature raising control routine according to the present invention, which is executed by the ECU 40, and will be described below with reference to the flowchart.
【００２２】先ず、ステップＳ１０では、エンジン１が
始動されたか否かを検出する。ここでは、例えば、エン
ジン回転速度Ｎeが所定値を越えたか否かで判別する。
判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には何もせず当該ルーチン
を抜け、一方判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が始
動されたと判定された場合には、ステップＳ１２に進
む。First, at step S10, it is detected whether or not the engine 1 has been started. Here, for example, it is determined whether or not the engine rotation speed Ne has exceeded a predetermined value.
If the determination result is false (No), the process exits the routine without doing anything. On the other hand, if the determination result is true (Yes) and it is determined that the engine 1 has been started, the process proceeds to step S12.
【００２３】ステップＳ１２では、エンジン１の冷却水
温Ｔwが所定値Ｔ1より小さいか否かを判別する。つま
り、エンジン１が低温状態にあるか否かを判別する。判
別結果が偽（Ｎｏ）の場合には何もせず当該ルーチンを
抜け、一方判別結果が真（Ｙｅｓ）で冷却水温Ｔwが所
定値Ｔ1よりも小さい場合、即ちエンジン１が低温状態
にあり冷態始動時と判定された場合には、次にステップ
Ｓ１４に進む。In step S12, it is determined whether or not the cooling water temperature Tw of the engine 1 is smaller than a predetermined value T1. That is, it is determined whether or not the engine 1 is in a low temperature state. If the determination result is false (No), the process exits the routine without doing anything. On the other hand, if the determination result is true (Yes) and the cooling water temperature Tw is smaller than the predetermined value T1, that is, the engine 1 is in a low temperature state and is in a cold state. If it is determined that the engine has been started, the process proceeds to step S14.
【００２４】ステップＳ１４では、上記目標平均有効圧
Ｐeが所定値Ｐ1より大きいか否かを判別する。通常エン
ジン１の始動時点では、アイドリング状態であり、目標
平均有効圧Ｐeは極めて小さく所定値Ｐ1より小さいた
め、ここでは判別結果は偽（Ｎｏ）と判定され、次にス
テップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、全体空燃比
をリーン空燃比としながら２段噴射を実施する。つま
り、上述したように、燃料噴射を分割し、主燃焼の主噴
射を吸気行程または圧縮行程で行い、副噴射を膨張行程
（特に膨脹行程中期またはそれ以降）で行うようにす
る。これにより、副噴射によって噴射された燃料が未燃
燃料成分（未燃ＨＣ等）として主燃焼後の余剰酸素と反
応することになり、排気昇温が促進される。In step S14, it is determined whether or not the target average effective pressure Pe is larger than a predetermined value P1. When the normal engine 1 is started, the engine 1 is in the idling state, and the target average effective pressure Pe is extremely small and smaller than the predetermined value P1, so that the determination result is determined to be false (No), and the process proceeds to step S16. In step S16, two-stage injection is performed while setting the overall air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio. That is, as described above, the fuel injection is divided, the main injection of the main combustion is performed in the intake stroke or the compression stroke, and the sub-injection is performed in the expansion stroke (particularly in the middle stage of the expansion stroke or later). As a result, the fuel injected by the sub-injection reacts with the surplus oxygen after the main combustion as an unburned fuel component (unburned HC or the like), and the temperature rise of the exhaust gas is promoted.
【００２５】一方、ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙ
ｅｓ）で目標平均有効圧Ｐeが所定値Ｐ1より大きいと判
定された場合には、次にステップＳ１８に進む。ステッ
プＳ１８では、今度は、目標平均有効圧Ｐeが所定値Ｐ2
（但し、Ｐ2＞Ｐ1）よりも大きいか否かを判別する。判
別結果が偽（Ｎｏ）、即ち目標平均有効圧Ｐeが所定値
Ｐ1より大きいものの所定値Ｐ2以下（Ｐ2≧Ｐe＞Ｐ1）
であるような場合には、次にステップＳ２０に進む。On the other hand, if the decision result in the step S14 is true (Y
If it is determined in es) that the target average effective pressure Pe is larger than the predetermined value P1, the process proceeds to step S18. In step S18, this time, the target average effective pressure Pe becomes the predetermined value P2.
It is determined whether or not (P2> P1). The determination result is false (No), that is, the target average effective pressure Pe is larger than the predetermined value P1, but is equal to or less than the predetermined value P2 (P2 ≧ Pe> P1).
If so, the process proceeds to step S20.
【００２６】ステップＳ２０では、全体空燃比をリッチ
空燃比（例えば、値１２）としながら２段噴射と２次エ
アの導入とを実施する。つまり、目標平均有効圧Ｐeが
ある程度大きくなったら、主燃焼の主噴射を吸気行程ま
たは圧縮行程で行い且つ副噴射を膨張行程で行いなが
ら、ＥＣＵ４０からソレノイドバルブ２４に駆動信号を
供給してこれを開弁し、エアポンプ２２を作動させて大
気中の空気を２次エアとして排気マニホールド１２に供
給する。In step S20, the two-stage injection and the introduction of the secondary air are performed while setting the overall air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio (for example, a value of 12). In other words, when the target average effective pressure Pe increases to some extent, the ECU 40 supplies a drive signal to the solenoid valve 24 while performing the main injection of the main combustion in the intake stroke or the compression stroke and performing the sub-injection in the expansion stroke. The valve is opened and the air pump 22 is operated to supply air in the atmosphere to the exhaust manifold 12 as secondary air.
【００２７】つまり、ある程度の昇温過程を経て触媒の
温度が上昇すると、全体空燃比をリッチ空燃比として
も、余剰酸素に２次エア中の多量の酸素を加えることで
触媒上での反応が促進し、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａや三
元触媒３０ｂの昇温が可能となる。一方、ステップＳ１
８の判別結果が真（Ｙｅｓ）、即ち、エンジン始動後に
Ａ／Ｔ３６のセレクトレバー３８をＰレンジ或いはＮレ
ンジからＤレンジへ切り換えたり、運転者がアクセルペ
ダル３９を操作する等してエンジン負荷が増大し、目標
平均有効圧Ｐeが所定値Ｐ2より大きくなったような場合
には（Ｐe＞Ｐ2）、次にステップＳ２２に進む。That is, when the temperature of the catalyst rises through a certain temperature raising process, the reaction on the catalyst is increased by adding a large amount of oxygen in the secondary air to the excess oxygen even if the overall air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio. Thus, the temperature of the storage NOx catalyst 30a and the three-way catalyst 30b can be increased. On the other hand, step S1
8 is true (Yes), that is, after the engine is started, the select lever 38 of the A / T 36 is switched from the P range or the N range to the D range, or the driver operates the accelerator pedal 39 to reduce the engine load. When it increases and the target average effective pressure Pe becomes larger than the predetermined value P2 (Pe> P2), the process proceeds to step S22.
【００２８】ステップＳ２２では、全体空燃比をリッチ
空燃比（例えば、値１２）としながら吸気行程噴射と２
次エアの導入とを実施する。つまり、エンジン１の始動
直後にエンジン負荷が増大したような場合には、２段噴
射を中止して吸気行程噴射を行うようにする。上述した
ように、２段噴射をそのまま継続した場合には、目標平
均有効圧Ｐeが大きくなるとエンジントルクを確保すべ
く主噴射の燃料噴射量を増量しなければならず、主燃焼
に使用される酸素量が増加して余剰酸素が極めて少なく
なり、故に副噴射による燃料が燃焼し難くなり未燃燃料
成分（未燃ＨＣ等）の排出量が増大してしまう。In step S22, while the overall air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio (for example, a value of 12), the intake stroke injection and 2
Introduce the next air. That is, when the engine load increases immediately after the start of the engine 1, the two-stage injection is stopped and the intake stroke injection is performed. As described above, when the two-stage injection is continued as it is, when the target average effective pressure Pe increases, the fuel injection amount of the main injection must be increased in order to secure the engine torque and is used for the main combustion. As the amount of oxygen increases, surplus oxygen becomes extremely small, so that fuel by sub-injection becomes difficult to burn, and the amount of emission of unburned fuel components (such as unburned HC) increases.
【００２９】しかしながら、リッチ空燃比としながら吸
気行程噴射と２次エアの導入とを実施するようにする
と、リッチ空燃比、即ち燃料過剰状態の下で主噴射によ
る燃料が不完全燃焼してＣＯが多量に生成されることに
なり、当該ＣＯはある程度活性化し燃焼し易い状態にあ
るために、２次エアによる多量の酸素供給によって容易
に完全燃焼に至ることになり、排ガス特性の悪化を抑え
て排気昇温が可能となるのである。However, when the intake stroke injection and the introduction of the secondary air are performed while maintaining the rich air-fuel ratio, the fuel by the main injection is incompletely burned under the rich air-fuel ratio, that is, under the excessive fuel condition, and CO is reduced. Since a large amount of CO is generated and the CO is activated to some extent and easily combusted, complete combustion is easily achieved by supplying a large amount of oxygen by the secondary air, and deterioration of exhaust gas characteristics is suppressed. The exhaust gas temperature can be raised.
【００３０】これにより、エンジン１の始動直後、２段
噴射を行っているときにエンジン負荷が増大したような
場合であっても、燃料が有効に燃焼に寄与して排気昇温
が良好に継続されることになり、やはり吸蔵型ＮＯx触
媒３０ａや三元触媒３０ｂの早期活性化が実現可能とさ
れる。なお、この際、ＣＯをより多く発生させるために
点火時期をリタードさせて燃焼を緩慢にするのがよく、
また、ＥＧＲ（排気再循環）装置を備えている場合にあ
っては、リッチ空燃比を維持するために当該ＥＧＲガス
の導入を中止するのがよい。As a result, even if the engine load increases during the two-stage injection immediately after the start of the engine 1, the fuel effectively contributes to the combustion and the exhaust gas temperature rise continues satisfactorily. As a result, early activation of the storage NOx catalyst 30a and the three-way catalyst 30b can be realized. At this time, in order to generate more CO, it is preferable to retard the ignition timing to slow down the combustion.
When an EGR (exhaust gas recirculation) device is provided, the introduction of the EGR gas should be stopped to maintain a rich air-fuel ratio.
【００３１】そして、ステップＳ２４では、触媒温度Ｔ
catが活性温度Ｔcat1に達したか否かを判別する。ここ
では、上記高温センサ３２からの排気温度Ｔexに基づい
て三元触媒３０ｂの温度を推定し、当該三元触媒３０ｂ
の温度を代表として触媒温度Ｔcatと擬制する。詳しく
は、温度誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐeと
エンジン回転速度情報Ｎeとに応じて予め温度差マップ
（図示せず）が設定されており、触媒温度Ｔcatは、当
該温度差マップから読み出される。Then, at step S24, the catalyst temperature T
It is determined whether or not cat has reached the activation temperature Tcat1. Here, the temperature of the three-way catalyst 30b is estimated based on the exhaust temperature Tex from the high-temperature sensor 32, and the three-way catalyst 30b is estimated.
Is assumed to be the catalyst temperature Tcat as a representative. Specifically, in order to correct the temperature error, a temperature difference map (not shown) is set in advance according to the target average effective pressure Pe and the engine speed information Ne, and the catalyst temperature Tcat is set to the temperature difference map. Is read from.
【００３２】ステップＳ２４の判別結果が偽（Ｎｏ）
で、触媒温度Ｔcatが未だ活性温度Ｔcat1に達していな
いと判定された場合には、ステップＳ１４に戻り排気昇
温が継続実施される。一方、ステップＳ２４の判別結果
が真（Ｙｅｓ）で、触媒温度Ｔcatが活性温度Ｔcat1に
達したと判定された場合には、当該ルーチンを抜け、排
気昇温制御を終了することになる。The determination result of step S24 is false (No)
If it is determined that the catalyst temperature Tcat has not yet reached the activation temperature Tcat1, the process returns to step S14, and the exhaust gas temperature is continuously increased. On the other hand, if the result of the determination in step S24 is true (Yes) and it is determined that the catalyst temperature Tcat has reached the activation temperature Tcat1, the routine exits and the exhaust gas temperature raising control ends.
【００３３】以上説明したように、本発明の筒内噴射型
内燃機関では、エンジン１の始動直後には、先ず２段噴
射を行うことで排気昇温を行い、その後目標平均有効圧
Ｐe、即ちエンジン負荷が増大するような場合には、空
燃比をリッチ空燃比とするとともに２段噴射から吸気行
程噴射に切換え且つ２次エアの導入を実施するようにし
ている。As described above, in the in-cylinder injection type internal combustion engine of the present invention, immediately after the start of the engine 1, first, two-stage injection is performed to raise the exhaust gas temperature, and thereafter, the target average effective pressure Pe, ie, When the engine load increases, the air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio, and the two-stage injection is switched to the intake stroke injection, and the secondary air is introduced.
【００３４】従って、エンジン１の始動直後において、
２段噴射によって良好に排気昇温でき、さらに、その後
Ａ／Ｔ３６のセレクトレバー３８がＰレンジまたはＮレ
ンジからＤレンジへ切り換えられたり或いは運転者がア
クセルペダル３９を操作する等してエンジン負荷が増大
し、２段噴射のままでは副噴射による燃料を余剰酸素が
少なく十分に燃焼させることが難しくなった場合であっ
ても、ある程度活性化した状態のＣＯを生起させて排気
マニホールド１２或いは排気管１４内で当該燃焼し易い
ＣＯを容易に完全燃焼に至らしめ、排ガス特性の悪化を
抑えながら排気昇温を継続することができる。故に、エ
ンジン１の始動直後において、エンジン負荷の変動に拘
わらず燃料を有効に燃焼に寄与させて常に良好に排気昇
温を実施することができ、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａや三
元触媒３０ｂを確実に早期活性化することができる。Therefore, immediately after the start of the engine 1,
The exhaust gas temperature can be satisfactorily raised by the two-stage injection. Further, the engine load is reduced by switching the select lever 38 of the A / T 36 from the P range or the N range to the D range, or operating the accelerator pedal 39 by the driver. Even in the case where it is difficult to sufficiently burn the fuel by the sub-injection due to the surplus oxygen due to the increased two-stage injection, it is possible to generate CO in an activated state to a certain extent to generate the exhaust manifold 12 or the exhaust pipe. In 14, the easily combustible CO can be easily brought to complete combustion, and the exhaust gas temperature can be continuously increased while suppressing the deterioration of the exhaust gas characteristics. Therefore, immediately after the start of the engine 1, the fuel can be effectively contributed to the combustion regardless of the fluctuation of the engine load, and the exhaust gas temperature can always be satisfactorily raised, so that the storage NOx catalyst 30 a and the three-way catalyst 30 b can be reliably used. Can be activated early.
【００３５】なお、上記実施形態では、目標平均有効圧
Ｐeが所定値Ｐ2より大きくなったときに吸気行程噴射と
２次エアの導入とを行うようにしたが、本発明の趣旨よ
り、Ａ／Ｔ３６（無段変速機を搭載した車両にあっては
当該無段変速機）のレンジ位置がＰレンジ或いはＮレン
ジからＤレンジ（またはＰレンジ或いはＮレンジ以外の
レンジ）へ切り換わったときに吸気行程噴射と２次エア
の導入とを行うように構成してもよい。In the above embodiment, the intake stroke injection and the introduction of the secondary air are performed when the target average effective pressure Pe becomes larger than the predetermined value P2. However, for the purpose of the present invention, A / A When the range position of T36 (in the case of a vehicle equipped with a continuously variable transmission, the continuously variable transmission is changed) from the P range or the N range to the D range (or a range other than the P range or the N range), intake air is taken. It may be configured to perform the stroke injection and the introduction of the secondary air.
【００３６】また、Ｄレンジであってもアイドリング時
にはＮレンジの場合と同様のエンジン負荷を保持するよ
うな制御（ＤレンジＮ制御）を実施可能なＡ／Ｔを搭載
した車両においては、Ａ／Ｔ内のブレーキ類（摩擦係合
要素）のスリップ率を制御することでエンジン負荷を略
一定に保持するようにしており、このようなＤレンジＮ
制御の可能なＡ／Ｔを備えた車両では、当該スリップ率
の変化に応じて２段噴射と吸気行程噴射との切換えを行
うようにしてもよい。In a vehicle equipped with an A / T capable of performing control (D range N control) to maintain the same engine load as in the case of the N range during idling even in the D range, The engine load is maintained substantially constant by controlling the slip ratio of brakes (friction engagement elements) in the T range.
In a vehicle provided with a controllable A / T, switching between two-stage injection and intake stroke injection may be performed according to the change in the slip ratio.
【００３７】また、上記実施形態では、目標平均有効圧
Ｐeが所定値Ｐ1より大きく且つ所定値Ｐ2以下（Ｐ2≧Ｐ
e＞Ｐ1）では、全体空燃比をリッチ空燃比としながら２
段噴射と２次エアの導入とを実施するようにしたが、当
該リッチ空燃比での２段噴射を実施せず、目標平均有効
圧Ｐeが所定値Ｐ2となるまでリーン空燃比での２段噴射
を継続し、所定値Ｐ2を超えたところで当該リーン空燃
比での２段噴射から吸気行程噴射と２次エアの導入へ切
り換えるようにしてもよく、この場合であっても上記同
様の効果が得られる。In the above embodiment, the target average effective pressure Pe is larger than the predetermined value P1 and equal to or less than the predetermined value P2 (P2 ≧ P
e> P1), the overall air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio and 2
Although the two-stage injection and the introduction of the secondary air are performed, the two-stage injection at the rich air-fuel ratio is not performed, and the two-stage injection at the lean air-fuel ratio is performed until the target average effective pressure Pe reaches the predetermined value P2. The injection may be continued, and when the predetermined value P2 is exceeded, the two-stage injection at the lean air-fuel ratio may be switched to the intake stroke injection and the introduction of the secondary air. Even in this case, the same effect as described above may be obtained. can get.
【００３８】また、本実施形態では、本発明を冷態始動
時に適用した場合について説明したが、これに限られる
ものではなく、本発明は、低速走行等でリーン空燃比運
転が継続し、触媒温度が低下して不活性状態になり得る
ときや、吸蔵型ＮＯx触媒の浄化効率が燃料中に含まれ
る硫黄成分（Ｓ成分）により悪化した際に該硫黄成分を
触媒上から脱離するとき等、触媒温度を上昇させる必要
があるときには適用できるものである。Further, in the present embodiment, the case where the present invention is applied at the time of a cold start has been described. However, the present invention is not limited to this case. When the temperature drops to an inactive state, or when the purification efficiency of the storage NOx catalyst deteriorates due to the sulfur component (S component) contained in the fuel, and when the sulfur component is desorbed from the catalyst, etc. This can be applied when it is necessary to raise the catalyst temperature.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１の筒内噴射型内燃機関によれば、排気昇温が必要
なときにおいて、排ガス特性の悪化を抑えながら触媒の
早期昇温を好適に実現することができる。As described above in detail, according to the in-cylinder injection type internal combustion engine of the first aspect of the present invention, when the temperature of the exhaust gas needs to be raised, the catalyst can be quickly raised while suppressing the deterioration of the exhaust gas characteristics. Temperature can be suitably realized.
【図１】本発明に係る筒内噴射型内燃機関を示す概略構
成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a direct injection internal combustion engine according to the present invention.
【図２】本発明に係る排気昇温制御の制御ルーチンを示
すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a control routine of exhaust gas temperature rise control according to the present invention.
１ エンジン（筒内噴射型内燃機関） ４ 点火プラグ ６燃料噴射弁 ７ 水温センサ １１ スロットル弁 １１ａ スロットルセンサ １２ 排気マニホールド １３ クランク角センサ ２０ ２次エア管路 ２２ エアポンプ ３０ａ 吸蔵型ＮＯx触媒 ３０ｂ 三元触媒 ３２ 高温センサ ３８ Ａ／Ｔ ３９ アクセルペダル ４０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine (in-cylinder injection type internal combustion engine) 4 Spark plug 6 Fuel injection valve 7 Water temperature sensor 11 Throttle valve 11a Throttle sensor 12 Exhaust manifold 13 Crank angle sensor 20 Secondary air line 22 Air pump 30a Storage type NOx catalyst 30b Three-way catalyst 32 high temperature sensor 38 A / T 39 accelerator pedal 40 electronic control unit (ECU)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３５Ｃ 41/34 41/34 Ｈ (72)発明者 山本 茂雄 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 田村 保樹 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 上田 克則 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AA12 AA17 AB03 AB06 BA02 CA22 CB02 EA01 EA07 EA16 EA17 EA40 GB02W GB03W GB05W 3G301 HA01 HA04 HA15 JA00 JA21 LB04 MA19 MA23 MA26 NE13 PA11Z PD11Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z PF08Z ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02D 41/04 335 F02D 41/04 335C 41/34 41/34 H (72) Inventor Shigeo Yamamoto Port of Tokyo 5-33-8 Shiba-ku, Mitsubishi Motors Corporation (72) Inventor Yuki Tamura 5-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Mitsubishi Motors Corporation (72) Inventor Katsunori Ueda Shibata, Minato-ku, Tokyo 5-33-8 Mitsubishi Motors Corporation F-term (reference) 3G091 AA12 AA17 AB03 AB06 BA02 CA22 CB02 EA01 EA07 EA16 EA17 EA40 GB02W GB03W GB05W 3G301 HA01 HA04 HA15 JA00 JA21 LB04 MA19 MA23 MA26 NE13 PA11Z PDZ PEZZ PEZZ PF08Z
Claims (1)
と、 排気昇温が要求された場合、前記噴射弁により吸気行程
または圧縮行程のいずれか一方で主燃焼のための主噴射
を行うとともに膨張行程において副噴射を行い、その後
機関負荷が所定値を越えると、空燃比がリッチ空燃比と
なるよう前記噴射弁により吸気行程で主噴射のみを行い
且つ排気通路内に空気を供給する昇温手段と、 を備えたことを特徴とする筒内噴射型内燃機関。An injection valve for directly injecting fuel into a combustion chamber; and when an exhaust gas temperature rise is required, the injection valve performs a main injection for a main combustion in one of an intake stroke and a compression stroke. When the sub-injection is performed in the expansion stroke, and then the engine load exceeds a predetermined value, only the main injection is performed in the intake stroke by the injector so that the air-fuel ratio becomes a rich air-fuel ratio, and the temperature is increased to supply air into the exhaust passage. Means for in-cylinder injection type internal combustion engines, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26806998A JP4134395B2 (en) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | In-cylinder internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP26806998A JP4134395B2 (en) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | In-cylinder internal combustion engine |
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|---|---|---|---|
| JP26806998A Expired - Lifetime JP4134395B2 (en) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | In-cylinder internal combustion engine |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010127128A (en) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Nissan Motor Co Ltd | Vehicle control device |
| KR101324342B1 (en) * | 2007-12-14 | 2013-10-31 | 현대자동차주식회사 | Pm removing system for gdi engine and control method threrof |
| JP2013238125A (en) * | 2012-05-11 | 2013-11-28 | Toyota Motor Corp | Control device of internal combustion engine |
| JP2015504139A (en) * | 2012-01-20 | 2015-02-05 | ジャガー ランド ローバー リミテッドＪａｇｕａｒ Ｌａｎｄ Ｒｏｖｅｒ Ｌｉｍｉｔｅｄ | Improvements in emissions control of internal combustion engines. |
-
1998
- 1998-09-22 JP JP26806998A patent/JP4134395B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2013238125A (en) * | 2012-05-11 | 2013-11-28 | Toyota Motor Corp | Control device of internal combustion engine |
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