JP3629984B2 - Internal combustion engine - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも膨張行程の燃料噴射と圧縮行程もしくは吸気行程の燃料噴射とにより燃料を燃焼させ、排気ガス浄化用触媒を昇温させる2段燃焼モードを有する内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、有害排出ガス成分の低減や燃費の向上等を図るため、吸気管内に燃料を噴射する吸気管噴射エンジンに代えて、燃焼室内に直接燃料を噴射する多気筒型筒内噴射エンジン(筒内噴射エンジン)が種々提案されている。多気筒型筒内噴射エンジンは、主として吸気行程で燃料噴射が行なわれる吸気行程噴射モードと、主として圧縮行程で燃料噴射が行なわれる圧縮行程噴射モードとが運転状態に応じて切換えられるようになっている。そして、多気筒型筒内噴射エンジンにおいても、運転状態に応じてリーン空燃比として希薄燃焼運転(リーン運転)が可能となっている。
【0003】
ところで、内燃機関の排気通路には排気ガス浄化用触媒(触媒)が設けられ、触媒により排気ガスが浄化されるようになっている。この触媒は、排気ガス浄化能力を発揮させるために、一定の温度まで昇温させて活性化する必要がある。近年、排出ガスの規制強化等により内燃機関の始動直後から排気ガスの浄化が求められてきており、触媒の早期活性化のために触媒を早期に昇温させることが要望されている。
【0004】
そこで、上述した筒内噴射エンジンにあっては、圧縮行程噴射モードや吸気行程噴射モードでのみ燃料を噴射する通常の燃焼モードに代えて、始動直後に圧縮行程噴射モードや吸気行程噴射モードで燃料を噴射して燃焼させると共に膨張行程に追加燃料を噴射して燃焼させ(2段燃焼モード)、触媒を早期に昇温させることが提案されている(特開平8−296485号公報参照) 。筒内噴射エンジンで2段燃焼モードを実施することにより、触媒加熱用のヒータ等のハード構成を追加することなくコスト増を抑制しながら触媒の早期昇温化が実現できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した筒内噴射エンジンは、例えば始動時等において、吸気行程噴射モードで比較的リッチな空燃比で運転され、その後に追加燃料が燃焼する2段燃焼モードに運転モードが切り替えられる。このため、燃焼室から触媒にかけての排気系がオーバーリッチ状態になり未燃のHCが排出されやすくなってしまう。従って、2段燃焼モードによって触媒の早期活性化を実現する際には、比較的リッチな空燃比で運転される燃焼モードから2段燃焼モードへの切替え時の排気ガス性能をいかに向上させるかが重要となる。
【0006】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、触媒の早期活性化のための2段燃焼モードを実施する際に排気ガス性能を悪化させることがない内燃機関を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明では、少なくとも膨張行程の燃料噴射と圧縮行程もしくは吸気行程の燃料噴射とにより燃料を燃焼させる2段燃焼モードと、希薄混合気により燃料を燃焼させる希薄燃焼モードと、非リーン空燃比で燃料を燃焼させる非リーン燃焼モードを備え、制御手段により非リーン燃焼モードから2段燃焼モードへの切り換え時に所定期間前記希薄燃焼モードを実行させ、排気系を酸化雰囲気にすることで、2段燃焼モードを実施する前の排気系を酸化雰囲気にして燃焼を促進し、2段燃焼モードへの切り替え時のオーバーリッチ状態を防ぎ、排気ガス性能の悪化を防止する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の実施形態例を説明する。図1には本発明の一実施形態例に係る筒内噴射内燃機関の概略構成、図2には燃料噴射制御マップ、図3には2段燃焼モードのタイムチャート、図4には2段燃焼モード切り替え時のフローチャートを示してある。
【0009】
図1に基づいて多気筒型筒内噴射内燃機関の構成を説明する。多気筒型筒内噴射内燃機関としては、例えば、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列4気筒ガソリンエンジン(筒内噴射エンジン)1が適用される。筒内噴射エンジン1は、燃焼室や吸気装置及び排気ガス再循環装置(EGR装置)等が筒内噴射専用に設計されている。
【0010】
筒内噴射エンジン1のシリンダヘッド2には各気筒毎に点火プラグ3が取り付けられると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁4が取り付けられている。燃焼室5内には燃料噴射弁4の噴射口が開口し、燃料噴射弁4から噴射される燃料が燃焼室5内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エンジン1のシリンダ6にはピストン7が上下方向に摺動自在に支持され、ピストン7の頂面には半球状に窪んだキャビティ8が形成されている。キャビティ8により、吸気流に通常のタンブル流とは逆の逆タンブル流を発生させるようになっている。
【0011】
シリンダヘッド2には燃焼室5を臨む吸気ポート9及び排気ポート10が形成され、吸気ポート9は吸気弁11の駆動によって開閉され、排気ポート10は排気弁12の駆動によって開閉される。排気ポート10には大径の排気ガス再循環ポート(EGRポート)15が斜め下方に向けて分岐している。
【0012】
筒内噴射エンジン1のシリンダ6の近傍には冷却水温を検出する水温センサ16が設けられている。また、各気筒の所定のクランク位置でクランク角信号を出力するクランク角センサ17が設けられ、クランク角センサ17はエンジン回転速度を検出可能としている。
【0013】
吸気ポート9には吸気マニホールド21を介して吸気管40が接続され、吸気マニホールド21にはサージタンク22が備えられている。また、吸気管40には、エアクリーナ23、吸入空気量を検出するエアフローセンサ26、スロットルボデー24が備えられている。また、吸気管40にはスロットルボデー24を迂回して吸気マニホールド21に吸気を行うエアバイパスパイプ(図示省略)が設けられている。
【0014】
スロットルボデー24には流路を開閉するバタフライ式のスロットル弁29が設けられると共に、スロットル弁29の開度を検出するスロットルポジションセンサ30が備えられている。スロットルポジションセンサ30により、スロットル弁29の開度に応じたスロットル電圧が出力され、スロットル電圧に基づいてスロットル弁29の開度が認識されるようになっている。
【0015】
一方、排気ポート10には排気マニホールド32を介して排気管33が接続され、排気マニホールド32にはOセンサ34が取り付けられている。また、排気管33には排気ガス浄化用触媒(触媒)35及び図示しないマフラーが備えられている。また、EGRポート15はEGRパイプ36を介して吸気マニホールド21の上流側に接続され、EGRパイプ36にはEGR弁37が設けられている。
【0016】
車両には制御装置としての電子制御ユニット(ECU)61が設けられ、このECU61には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ECU61によって筒内噴射エンジン1の総合的な制御が実施される。エアコン装置、パワーステアリング装置、自動変速装置等の作動状況を検出する各種センサ類やスイッチ類(例えば、エアコンスイッチ、パワーステアリングスイッチ、インヒビタスイッチ等)の検出情報はECU61に入力され、ECU61は各種センサ類やスイッチ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして点火時期やEGRガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁4や点火プラグ3、EGR弁37等を駆動制御する。
【0017】
上述した筒内噴射エンジン1では、吸気ポート9から燃焼室5内に流入した吸気流が逆タンブル流を形成し、圧縮行程中期以降に燃料噴射弁4から燃料を噴射して逆タンブル流を利用しながら燃焼室5の頂部中央に配設された点火プラグ3の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラグ3から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とする。点火プラグ3の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃比とすることで、安定した層状燃焼(層状超リーン燃焼)を実現しながら燃料消費を抑制する。
【0018】
また、この筒内噴射エンジン1から高出力を得る場合には、燃料噴射弁4からの燃料を吸気行程に噴射することにより燃焼室5全体に均質化し、予混合燃焼を行う。もちろん、理論空燃比もしくはリッチ空燃比による方がリーン空燃比によるよりも高出力が得られるため、この際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴射を行ない、効率よく高出力を得るようにしている。
【0019】
クランキング等の始動時は、ECU61は吸気行程で燃料が噴射されるオープンループモード(もしくはストイキオフィードバックモード)を選択し、比較的リッチな空燃比(もしくは理論空燃比)となるように燃料が噴射される。
【0020】
ECU61は、スロットル弁29の開度に応じた運転中の負荷Peとエンジン回転速度Neとに基づき、図2の燃料噴射マップから現在の燃料噴射領域を検索して燃料噴射モードを決定する。これにより、各燃料噴射モードでの目標空燃比に応じた燃料噴射量が決定され、この燃料噴射量に応じて燃料噴射弁4が駆動制御されると共に、点火プラグ3が駆動制御される。また、同時にEGR弁37の開閉制御も実施される。
【0021】
アイドル運転時や低速走行時等の低負荷領域では、燃料噴射領域は図2中の後期噴射リーンモード(圧縮リーンモード)が選択される。圧縮リーンモードでは、層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向上させるため、圧縮行程中(特に圧縮行程後半)に燃料噴射を行う。
【0022】
高速走行時等の中負荷領域では、燃料噴射領域は図2中の前期噴射リーンモード(吸気リーンモード)、あるいはストイキオフィードバックモードが選択される。吸気リーンモードでは、予混合燃焼によるリーン運転を実現し緩加速による出力を得るため、吸気行程中(特に吸気行程前半)に燃料噴射を行う。ストイキオフィードバックモードでは、予混合燃焼によるストイキオ運転(理論空燃比運転)を実現し吸気リーンモードより出力を向上させるため、吸気行程中に燃料噴射を行う。
【0023】
急加速時等の高負荷領域では、燃料噴射領域は図2中のオープンループモードが選択される。オープンループモードでは、予混合燃焼によるリッチ運転を実現しストイキオフィードバックモードより出力を向上させる。更に、惰性走行や停止に移行する走行でスロットル弁が略全閉状態にされた領域では、燃料噴射領域は図2中の燃料カットモードとなり、燃焼室5内への燃料の供給が停止される。
【0024】
上述した筒内噴射エンジン1では、始動時に吸気行程で燃料を噴射する燃焼モードの他に、膨張行程に燃料を追加噴射して触媒35を活性化する2段燃焼モードを備えている。2段燃焼モードは触媒35が活性化していないと考えられるエンジン冷態時に実施され、2段燃焼モードにおけるトータルの空燃比はリーン空燃比で燃料を燃焼させるようになっている。2段燃焼モードは圧縮行程で燃料を噴射すると共に膨張行程に燃料を追加噴射することで、触媒35の早期昇温を行ない早期活性化を図るようにしている。
【0025】
例えば、始動後、噴射行程が圧縮行程と膨張行程となる2段燃焼モードの許可条件が成立すると、図3(a) に示すように、吸気行程噴射のオープンループモードから2段燃焼許可モードに燃焼モードが切り替えられ(t1)、図3(b) に示すように、噴射行程が圧縮行程となる希薄燃焼モードとしての圧縮リーンモードが実施される。圧縮リーンモードが所定期間(t2)経過した後、図3(c) に示すように、膨張パルスが立ち上がり(t2)、噴射行程が圧縮行程及び膨張行程となる2段燃焼モードが実施されて触媒35が昇温される。
【0026】
2段燃焼許可モードに燃焼モードが切り替えられた後に圧縮リーンモードが実施される所定期間は、例えば、筒内噴射エンジン1の気筒数のn(1〜10)倍行程で設定される。尚、所定期間の設定は、気筒数のn倍行程に限らず、タイマ等を用いて時間設定したり、運転状態に応じて設定値を変化させることが可能である。
【0027】
このため本実施形態例では、比較的リッチな空燃比で運転される燃焼モードから2段燃焼モードへの切り換え時に2段燃焼許可モードとなると、所定期間圧縮リーンモードを実施した後2段燃焼モードを実行するようにしたので、2段燃焼モードを実施する前の排気系を酸化雰囲気にして未燃HCと反応し易い条件にすることができ、燃焼を促進して2段燃焼モードへの切り替え時のオーバーリッチ状態を防ぎ、排気ガス性能の悪化を防止することができる。
【0028】
図4に基づいて一例として噴射行程が圧縮行程と膨張行程となる2段燃焼モードの開始状況を具体的に説明する。
【0029】
図4に示すように、始動後に、ステップS1でエンジン回転速度Neが所定aを越えているか否かが判断され、エンジン回転速度Neが所定aを越えていると判断された場合、ステップS2で圧縮リーンモードの許可条件が成立しているか否かが判断される。圧縮リーンモードの許可条件は、運転中の負荷Peとエンジン回転速度Neとに基づき、図2の燃料噴射マップから現在の燃料噴射領域を検索して燃料噴射モードが圧縮リーンモードの領域にあるか否かで判断される。ただし、冷態始動時の場合は、圧縮行程と膨張行程で燃料噴射を行う2段燃焼モードの許可水温は、水温センサ16で検出される水温の判定値が圧縮リーンモードでの許可水温の判定値に比べて低い値に設定されている。尚、他のパラメータを追加して圧縮リーンモードの許可条件としてもよい。
【0030】
ステップS2で圧縮リーンモードの許可条件が成立していると判断された場合、ステップS3で2段燃焼モードの許可条件が成立しているか否かが判断されるようになっている。2段燃焼モードは、例えば、触媒35の温度が低いと考えられるような水温センサ16で検出される水温が所定値よりも低い時に許可される。
【0031】
尚、2段燃焼モードの許可条件は、キーがオフ状態の時の水温が所定値の範囲内で、エンジン回転速度Neが所定回転速度以下で、アイドル条件が成立し車両が停車中である、といった条件を設定することが可能である。また、他のパラメータを追加する等、上記実施形態例以外にも車種や使用環境等によって種々変更することができる。
【0032】
ステップS3で2段燃焼モードの許可条件が成立していると判断された場合、ステップS4に移行して燃焼モードがオープンループモードから2段燃焼許可モードに切り替えられる(図3中t1)。そして、ステップS5に移行して圧縮リーンモードの圧縮行程噴射が実施され、ステップS6で圧縮リーンモードを実施してからの行程数が所定行程数b(気筒数のn倍行程)を越えたか否かが判断される(図3中t2に至ったか否か)。
【0033】
ステップS6で圧縮リーンモードを実施してからの行程数が所定行程数bを越えていないと判断された場合、所定行程数bを越えるまで圧縮リーンモードを続行する。ステップS6で圧縮リーンモードを実施してからの行程数が所定行程数bを越えたと判断された場合、ステップS7で2段燃焼モードが実施され、圧縮行程噴射と膨張行程噴射が実施される。つまり、所定期間圧縮リーンモードを実施した後に2段燃焼モードが実行され、2段燃焼モードを実施する前の排気系を酸化雰囲気にして未燃HCと反応し易い条件にすることができる。
【0034】
ステップS1でエンジン回転速度Neが所定aを越えていないと判断された場合、ステップS2で圧縮リーンモードの許可条件が成立していないと判断された場合及びステップS3で2段燃焼モードの許可条件が成立していないと判断された場合、リターンとなり2段燃焼モードは実施されない。
【0035】
上述した筒内噴射エンジン1は、例えば始動時等の比較的リッチな空燃比で運転される燃焼モードから2段燃焼モードへの切り換え時に2段燃焼許可モードとなると、所定期間圧縮リーンモードを実施した後2段燃焼モードを実行するようにしたので、2段燃焼モードを実施する前の排気系を酸化雰囲気にすることができ、未燃HCと反応し易い条件となって燃焼を促進することができる。このため、2段燃焼モードへの切り替え時のオーバーリッチ状態を防ぎ、冷態時に排出される排気ガス性能の悪化を防止することができる。
【0036】
尚、本実施形態例では、冷態始動時の触媒35の早期活性化のための昇温制御に2段燃焼モードを適用した場合について説明したが、本発明は何らこれに限定されるものではなく、例えば、吸蔵型NOx 触媒のサルファパージのための昇温制御に2段燃焼モードを適用した場合にも使用できる。また、上記実施形態例では、非リーン燃焼モードから2段燃焼モードへの切り換え時に所定期間希薄燃焼モードを実行させる例として、非リーン燃焼モードをオープンループモードとし、希薄燃焼モードを圧縮リーンモードとして説明したが、非リーン燃焼モードはストイキオフィードバックモードであっても良いし、希薄燃焼モードは吸気リーンモードであっても良い。
【0037】
【発明の効果】
本発明の内燃機関は、非リーン燃焼モードから2段燃焼モードへの切り換え時に所定期間希薄燃焼モードを実行させ、排気系を酸化雰囲気にするようにしたので、2段燃焼モードを実施する前の排気系が酸化雰囲気になり未燃HCと反応し易い条件となって燃焼を促進することができる。この結果、触媒の早期活性化のための2段燃焼モードへの切り替え時のオーバーリッチ状態を防ぎ、排気ガス性能の悪化を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例に係る筒内噴射内燃機関の概略構成図。
【図2】燃料噴射制御マップ。
【図3】2段燃焼モードのタイムチャート。
【図4】2段燃焼モード開始時のフローチャート。
【符号の説明】
1 多気筒型筒内噴射内燃機関(筒内噴射エンジン)
2 シリンダヘッド
4 燃料噴射弁
5 燃焼室
35 排気ガス浄化用触媒(触媒)
61 ECU
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine having a two-stage combustion mode in which fuel is combusted by at least an expansion stroke fuel injection and a compression stroke or intake stroke fuel injection to raise the temperature of an exhaust gas purification catalyst.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to reduce harmful exhaust gas components and improve fuel efficiency, a multi-cylinder in-cylinder injection engine (in-cylinder) that injects fuel directly into a combustion chamber instead of an intake pipe injection engine that injects fuel into the intake pipe. Various injection engines have been proposed. In the multi-cylinder in-cylinder injection engine, an intake stroke injection mode in which fuel injection is mainly performed in an intake stroke and a compression stroke injection mode in which fuel injection is mainly performed in a compression stroke are switched according to an operation state. Yes. Even in a multi-cylinder in-cylinder injection engine, a lean combustion operation (lean operation) is possible with a lean air-fuel ratio according to the operating state.
[0003]
Incidentally, an exhaust gas purification catalyst (catalyst) is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the exhaust gas is purified by the catalyst. This catalyst needs to be activated by raising the temperature to a certain temperature in order to exhibit the exhaust gas purification ability. In recent years, exhaust gas purification has been demanded immediately after the start of an internal combustion engine due to stricter regulations on exhaust gas, etc., and it is desired to raise the temperature of the catalyst early for early activation of the catalyst.
[0004]
Therefore, in the above-described cylinder injection engine, instead of the normal combustion mode in which fuel is injected only in the compression stroke injection mode or the intake stroke injection mode, the fuel is injected in the compression stroke injection mode or the intake stroke injection mode immediately after starting. It is proposed to inject and combust the fuel and inject additional fuel in the expansion stroke to combust it (two-stage combustion mode) to raise the temperature of the catalyst at an early stage (see JP-A-8-296485). By implementing the two-stage combustion mode with the in-cylinder injection engine, it is possible to quickly raise the catalyst temperature while suppressing an increase in cost without adding a hardware configuration such as a heater for heating the catalyst.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described in-cylinder injection engine is operated at a relatively rich air-fuel ratio in the intake stroke injection mode, for example, at the time of starting or the like, and thereafter, the operation mode is switched to a two-stage combustion mode in which additional fuel is combusted. For this reason, the exhaust system from the combustion chamber to the catalyst becomes overrich, and unburned HC tends to be discharged. Therefore, when realizing early activation of the catalyst by the two-stage combustion mode, how to improve the exhaust gas performance when switching from the combustion mode operated at a relatively rich air-fuel ratio to the two-stage combustion mode. It becomes important.
[0006]
The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide an internal combustion engine that does not deteriorate exhaust gas performance when a two-stage combustion mode for early activation of a catalyst is performed.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention for achieving the above object, at least a two-stage combustion mode in which fuel is combusted by a fuel injection in an expansion stroke and a fuel injection in a compression stroke or an intake stroke, and a lean combustion mode in which fuel is burned by a lean mixture A non-lean combustion mode in which fuel is combusted at a non-lean air-fuel ratio, and the lean combustion mode is executed for a predetermined period when the control means switches from the non-lean combustion mode to the two-stage combustion mode, and the exhaust system is brought into an oxidizing atmosphere. As a result, the exhaust system before the two-stage combustion mode is set in an oxidizing atmosphere to promote combustion, an over-rich state when switching to the two-stage combustion mode is prevented, and deterioration of exhaust gas performance is prevented.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a schematic configuration of a direct injection internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a fuel injection control map, FIG. 3 is a time chart of a two-stage combustion mode, and FIG. 4 is a two-stage combustion. The flowchart at the time of mode switching is shown.
[0009]
The configuration of a multi-cylinder in-cylinder injection internal combustion engine will be described with reference to FIG. As the multi-cylinder in-cylinder internal combustion engine, for example, an in-cylinder in-line four-cylinder gasoline engine (in-cylinder injection engine) 1 that directly injects fuel into a combustion chamber is applied. The in-cylinder injection engine 1 has a combustion chamber, an intake device, an exhaust gas recirculation device (EGR device) and the like designed exclusively for in-cylinder injection.
[0010]
A spark plug 3 is attached to each cylinder of the cylinder head 2 of the in-cylinder injection engine 1 and an electromagnetic fuel injection valve 4 is attached to each cylinder. An injection port of the fuel injection valve 4 is opened in the combustion chamber 5 so that the fuel injected from the fuel injection valve 4 is directly injected into the combustion chamber 5. A piston 7 is supported on the cylinder 6 of the direct injection engine 1 so as to be slidable in the vertical direction, and a hemispherical cavity 8 is formed on the top surface of the piston 7. The cavity 8 generates a reverse tumble flow opposite to the normal tumble flow in the intake air flow.
[0011]
An intake port 9 and an exhaust port 10 facing the combustion chamber 5 are formed in the cylinder head 2. The intake port 9 is opened and closed by driving the intake valve 11, and the exhaust port 10 is opened and closed by driving the exhaust valve 12. A large-diameter exhaust gas recirculation port (EGR port) 15 branches obliquely downward from the exhaust port 10.
[0012]
A water temperature sensor 16 for detecting the cooling water temperature is provided in the vicinity of the cylinder 6 of the direct injection engine 1. Further, a crank angle sensor 17 that outputs a crank angle signal at a predetermined crank position of each cylinder is provided, and the crank angle sensor 17 can detect the engine rotation speed.
[0013]
An intake pipe 40 is connected to the intake port 9 via an intake manifold 21, and the intake manifold 21 is provided with a surge tank 22. The intake pipe 40 is provided with an air cleaner 23, an air flow sensor 26 for detecting the intake air amount, and a throttle body 24. The intake pipe 40 is provided with an air bypass pipe (not shown) that bypasses the throttle body 24 and intakes the intake manifold 21.
[0014]
The throttle body 24 is provided with a butterfly throttle valve 29 that opens and closes the flow path, and a throttle position sensor 30 that detects the opening of the throttle valve 29. The throttle position sensor 30 outputs a throttle voltage corresponding to the opening degree of the throttle valve 29, and the opening degree of the throttle valve 29 is recognized based on the throttle voltage.
[0015]
On the other hand, an exhaust pipe 33 is connected to the exhaust port 10 via an exhaust manifold 32, and an O 2 sensor 34 is attached to the exhaust manifold 32. Further, the exhaust pipe 33 is provided with an exhaust gas purification catalyst (catalyst) 35 and a muffler (not shown). The EGR port 15 is connected to the upstream side of the intake manifold 21 via the EGR pipe 36, and an EGR valve 37 is provided in the EGR pipe 36.
[0016]
The vehicle is provided with an electronic control unit (ECU) 61 as a control device. The ECU 61 includes an input / output device, a storage device for storing a control program, a control map, and the like, a central processing unit, timers and counters. It has been. The ECU 61 performs comprehensive control of the cylinder injection engine 1. Detection information of various sensors and switches (for example, an air conditioner switch, a power steering switch, an inhibitor switch, etc.) for detecting the operating status of an air conditioner device, a power steering device, an automatic transmission device, etc. is input to the ECU 61. Based on the detection information of the engine and the switches, the fuel injection mode and the fuel injection amount as well as the ignition timing and the EGR gas introduction amount are determined, and the fuel injection valve 4, the ignition plug 3, the EGR valve 37, etc. are driven and controlled. To do.
[0017]
In the in-cylinder injection engine 1 described above, the intake flow that flows into the combustion chamber 5 from the intake port 9 forms a reverse tumble flow, and fuel is injected from the fuel injection valve 4 after the middle of the compression stroke to use the reverse tumble flow. On the other hand, a small amount of fuel is collected only in the vicinity of the spark plug 3 disposed at the center of the top of the combustion chamber 5, and an extremely lean air-fuel ratio is obtained at a portion separated from the spark plug 3. By setting only the vicinity of the spark plug 3 to the stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio, fuel consumption is suppressed while realizing stable stratified combustion (stratified super lean combustion).
[0018]
When high output is obtained from the in-cylinder injection engine 1, the fuel from the fuel injection valve 4 is injected into the intake stroke to homogenize the entire combustion chamber 5 and perform premix combustion. Of course, since the theoretical air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio can provide a higher output than the lean air-fuel ratio, fuel injection is performed at a timing at which fuel atomization and vaporization are sufficiently performed, High output is obtained efficiently.
[0019]
At the time of start-up such as cranking, the ECU 61 selects an open loop mode (or stoichiometric feedback mode) in which fuel is injected in the intake stroke, and the fuel is made to have a relatively rich air-fuel ratio (or stoichiometric air-fuel ratio). Be injected.
[0020]
The ECU 61 determines the fuel injection mode by searching the current fuel injection region from the fuel injection map of FIG. 2 based on the operating load Pe and the engine speed Ne according to the opening of the throttle valve 29. Thus, the fuel injection amount corresponding to the target air-fuel ratio in each fuel injection mode is determined, and the fuel injection valve 4 is drive-controlled according to this fuel injection amount, and the spark plug 3 is drive-controlled. At the same time, opening / closing control of the EGR valve 37 is also performed.
[0021]
In the low load region such as during idling or low speed running, the late injection lean mode (compression lean mode) in FIG. 2 is selected as the fuel injection region. In the compression lean mode, fuel injection is performed during the compression stroke (particularly in the latter half of the compression stroke) in order to achieve lean operation by stratified super-lean combustion and improve fuel efficiency.
[0022]
In a medium load region such as during high-speed traveling, the fuel injection region is selected from the first-term injection lean mode (intake lean mode) or stoichiometric feedback mode in FIG. In the intake lean mode, fuel injection is performed during the intake stroke (particularly in the first half of the intake stroke) in order to achieve lean operation by premixed combustion and obtain output by slow acceleration. In the stoichiometric feedback mode, fuel injection is performed during the intake stroke in order to achieve stoichiometric operation (theoretical air-fuel ratio operation) by premixed combustion and to improve the output from the intake lean mode.
[0023]
In the high load region such as during rapid acceleration, the open loop mode in FIG. 2 is selected as the fuel injection region. In the open loop mode, rich operation by premixed combustion is realized and the output is improved compared to the stoichiometric feedback mode. Further, in the region where the throttle valve is substantially fully closed due to inertial traveling or traveling to stop, the fuel injection region becomes the fuel cut mode in FIG. 2, and the supply of fuel into the combustion chamber 5 is stopped. .
[0024]
The above-described in-cylinder injection engine 1 has a two-stage combustion mode in which fuel is additionally injected in the expansion stroke to activate the catalyst 35 in addition to the combustion mode in which fuel is injected in the intake stroke at the time of starting. The two-stage combustion mode is performed when the engine 35 is in a cold state where it is considered that the catalyst 35 is not activated, and the total air-fuel ratio in the two-stage combustion mode burns fuel at a lean air-fuel ratio. In the two-stage combustion mode, fuel is injected in the compression stroke and fuel is additionally injected in the expansion stroke, so that the catalyst 35 is heated quickly and activated early.
[0025]
For example, after the start, when the permission condition of the two-stage combustion mode in which the injection stroke becomes the compression stroke and the expansion stroke is satisfied, as shown in FIG. 3 (a), the intake stroke injection is changed from the open loop mode to the two-stage combustion permission mode. The combustion mode is switched (t1), and as shown in FIG. 3B, the compression lean mode is performed as the lean combustion mode in which the injection stroke becomes the compression stroke. After the compression lean mode has elapsed for a predetermined period (t2), as shown in FIG. 3 (c), the expansion pulse rises (t2), and the two-stage combustion mode in which the injection stroke becomes the compression stroke and the expansion stroke is performed. 35 is heated.
[0026]
The predetermined period in which the compression lean mode is performed after the combustion mode is switched to the two-stage combustion permission mode is set, for example, as a stroke of n (1 to 10) times the number of cylinders of the direct injection engine 1. Note that the setting of the predetermined period is not limited to the number of strokes of the number of cylinders, but can be set using a timer or the like, or the set value can be changed according to the operating state.
[0027]
For this reason, in this embodiment, if the two-stage combustion permission mode is entered when switching from the combustion mode operated at a relatively rich air-fuel ratio to the two-stage combustion mode, the two-stage combustion mode is performed after the compression lean mode is performed for a predetermined period. Since the exhaust system before the execution of the two-stage combustion mode has been made into an oxidizing atmosphere, it is easy to react with unburned HC, and the combustion is promoted to switch to the two-stage combustion mode. The over-rich state at the time can be prevented, and deterioration of exhaust gas performance can be prevented.
[0028]
Based on FIG. 4, the start state of the two-stage combustion mode in which the injection stroke is the compression stroke and the expansion stroke will be specifically described as an example.
[0029]
As shown in FIG. 4, after starting, it is determined in step S1 whether or not the engine rotational speed Ne exceeds a predetermined a, and if it is determined that the engine rotational speed Ne exceeds a predetermined a, in step S2 It is determined whether or not a permission condition for the compression lean mode is satisfied. The permission condition for the compression lean mode is that the current fuel injection region is searched from the fuel injection map of FIG. 2 on the basis of the operating load Pe and the engine rotational speed Ne, and the fuel injection mode is in the region of the compression lean mode. Judged by no. However, at the time of cold start, the permitted water temperature in the two-stage combustion mode in which fuel injection is performed in the compression stroke and the expansion stroke is determined based on the water temperature determination value detected by the water temperature sensor 16 as the permitted water temperature in the compression lean mode. The value is set lower than the value. It should be noted that other parameters may be added to allow the compression lean mode.
[0030]
When it is determined in step S2 that the permit condition for the compression lean mode is satisfied, it is determined in step S3 whether the permit condition for the two-stage combustion mode is satisfied. The two-stage combustion mode is permitted, for example, when the water temperature detected by the water temperature sensor 16 such that the temperature of the catalyst 35 is considered low is lower than a predetermined value.
[0031]
The permission condition for the two-stage combustion mode is that the water temperature when the key is in the off state is within a predetermined value range, the engine rotational speed Ne is equal to or lower than the predetermined rotational speed, the idle condition is established, and the vehicle is stopped. It is possible to set a condition such as In addition to the above-described embodiment examples, other parameters can be added and various changes can be made depending on the vehicle type, usage environment, and the like.
[0032]
When it is determined in step S3 that the permission condition for the two-stage combustion mode is satisfied, the process proceeds to step S4, and the combustion mode is switched from the open loop mode to the two-stage combustion permission mode (t1 in FIG. 3). Then, the process proceeds to step S5, and the compression stroke injection in the compression lean mode is performed, and whether or not the number of strokes after the compression lean mode is performed in step S6 exceeds a predetermined stroke number b (n times the number of cylinders). Is determined (whether or not t2 is reached in FIG. 3).
[0033]
If it is determined in step S6 that the number of strokes after the compression lean mode is not exceeded the predetermined stroke number b, the compression lean mode is continued until the predetermined stroke number b is exceeded. If it is determined in step S6 that the number of strokes after the compression lean mode has been performed exceeds the predetermined stroke number b, the two-stage combustion mode is implemented in step S7, and the compression stroke injection and the expansion stroke injection are performed. That is, the two-stage combustion mode is executed after the compression lean mode is executed for a predetermined period, and the exhaust system before the two-stage combustion mode is executed can be made into an oxidizing atmosphere so as to easily react with unburned HC.
[0034]
If it is determined in step S1 that the engine rotational speed Ne does not exceed the predetermined a, if it is determined in step S2 that the permit condition for the compression lean mode is not satisfied, and if the permit condition for the two-stage combustion mode is determined in step S3 When it is determined that is not established, a return is made and the two-stage combustion mode is not performed.
[0035]
When the above-described in-cylinder injection engine 1 enters the two-stage combustion permission mode when switching from the combustion mode operated at a relatively rich air-fuel ratio, for example, at the time of starting or the like to the two-stage combustion mode, the compression lean mode is performed for a predetermined period. After that, the two-stage combustion mode is executed, so that the exhaust system before the two-stage combustion mode can be made into an oxidizing atmosphere, and the combustion is facilitated under the condition that it easily reacts with unburned HC. Can do. For this reason, the over-rich state at the time of switching to the two-stage combustion mode can be prevented, and deterioration of the exhaust gas performance discharged in the cold state can be prevented.
[0036]
In this embodiment, the case where the two-stage combustion mode is applied to the temperature increase control for early activation of the catalyst 35 at the time of cold start has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, it can also be used when the two-stage combustion mode is applied to the temperature rise control for sulfur purge of the storage type NOx catalyst. In the above embodiment, as an example of executing the lean combustion mode for a predetermined period when switching from the non-lean combustion mode to the two-stage combustion mode, the non-lean combustion mode is set to the open loop mode, and the lean combustion mode is set to the compression lean mode. As described above, the non-lean combustion mode may be a stoichiometric feedback mode, and the lean combustion mode may be an intake lean mode.
[0037]
【The invention's effect】
The internal combustion engine of the present invention, when switching from the non-lean combustion mode to the two-stage combustion mode to execute the predetermined period lean combustion mode, since the exhaust system was to so that the oxidizing atmosphere, before carrying out the two-stage combustion mode This makes the exhaust system in an oxidizing atmosphere and facilitates the reaction with unburned HC, thereby promoting combustion. As a result, it is possible to prevent an overrich state when switching to the two-stage combustion mode for early activation of the catalyst, and to prevent deterioration of exhaust gas performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a direct injection internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a fuel injection control map.
FIG. 3 is a time chart of a two-stage combustion mode.
FIG. 4 is a flowchart at the start of a two-stage combustion mode.
[Explanation of symbols]
1 Multi-cylinder in-cylinder injection internal combustion engine (in-cylinder injection engine)
2 Cylinder head 4 Fuel injection valve 5 Combustion chamber 35 Exhaust gas purification catalyst (catalyst)
61 ECU

Claims (1)

少なくとも膨張行程の燃料噴射と圧縮行程もしくは吸気行程の燃料噴射とにより燃料を燃焼させる2段燃焼モードと、
希薄混合気により燃料を燃焼させる希薄燃焼モードと、
非リーン空燃比で燃料を燃焼させる非リーン燃焼モードを備え、
前記非リーン燃焼モードから前記2段燃焼モードへの切り換え時に所定期間前記希薄燃焼モードを実行させ、排気系を酸化雰囲気にする制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関。
A two-stage combustion mode in which fuel is combusted by at least an expansion stroke fuel injection and a compression stroke or intake stroke fuel injection;
A lean combustion mode in which fuel is burned by a lean mixture,
It has a non-lean combustion mode that burns fuel at a non-lean air-fuel ratio,
The non from the lean combustion mode when switching to the two-stage combustion mode to execute the predetermined time period the lean-burn mode, the internal combustion engine, characterized in that a control means you an exhaust system to an oxidizing atmosphere.
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