JP4135233B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮行程もしくは吸気行程の主噴射及び膨張行程の副噴射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して燃焼させ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】
2段燃焼モードを実施する場合、目標空燃比は圧縮行程噴射モードや吸気行程噴射モードで噴射される燃料量と2段燃焼モードで噴射される追加燃料とのトータル量によって設定されている。そして、2段燃焼モードと通常の燃焼モードとの切替えの際には、トルクショックを低減するために目標空燃比を徐々に変更するようになっている。このため、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、2段燃焼モードと通常の燃焼モードとの切替え時の空燃比制御をいかに実施するかが排気ガス性能の良し悪しに大きな影響を与える。
【0006】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、触媒の早期昇温化のための2段燃焼モードと通常の燃焼モードとの切替え時に的確な空燃比制御が実施できる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、圧縮行程もしくは吸気行程の主噴射及び膨張行程の副噴射によりリーン空燃比で燃料を燃焼させる2段燃焼モードと、主噴射のみの噴射により目標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とを備え、
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替えの過渡時には前記主噴射による燃料量を徐々に減少させると共に前記副噴射の実行は瞬時的に切替え、
前記2段燃焼モードから前記非リーン燃焼モードへの切替えの過渡時には前記主噴射による燃料量を徐々に増加させると共に前記副噴射による燃料量を徐々に減少させる制御手段を設けたことにより、2段燃焼モードと非リーン燃焼モードとの切替えの過渡時のオーバーリーン状態を防ぎ、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、図5には2段燃焼モード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O2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】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
上述した筒内噴射エンジン1では、上述した圧縮行程もしくは吸気行程で燃料を噴射する主噴射のみの燃焼モードの他に、触媒35を活性化するために、膨張行程に燃料を追加噴射する副噴射が主噴射と共に実施される2段燃焼モードを備えている。2段燃焼モードにおける主噴射及び副噴射は、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。
【0024】
2段燃焼モードは触媒の温度が活性温度まで達していないと考えられるような例えば、冷態始動時に実施され、2段燃焼モードは、主噴射により圧縮行程に燃料を噴射して燃焼させると共に副噴射により膨張行程に燃料を追加噴射して燃焼させることで、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。尚、2段燃焼モードの主噴射は、吸気行程に行われてもよい。
【0025】
例えば、圧縮リーンモード及び2段燃焼モードの許可条件(詳細は後述する)が成立し、エンジン1の回転速度Neが所定回転数に満たない場合(停車中)、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段燃焼モードに燃焼モードが切り替えられ(t1)、同時に、図3(d) に示すように、膨張パルスが立ち上がり(t1)、膨張行程噴射が実施されて触媒35が早期活性化される。そして、図3(c) に示すように、モード切り替え時のトルクショックを低減するために、目標空燃比を徐々にリーン化し目標空燃比が所定の空燃比になった時に、噴射終了時期が圧縮行程となる圧縮リーンモードの圧縮行程噴射が実施される。その後、圧縮リーンモードもしくは2段燃焼モードの許可条件が不成立になった場合、図3(a) に示すように、2段燃焼モードから非リーン燃焼モードとして例えばオープンループモードに燃焼モードが切り替えられ(t2)、吸気行程噴射の主噴射のみで燃料が噴射される。
【0026】
2段燃焼モードからオープンループモードへの燃焼モードの切り替え時は、トルクショックを低減するために目標空燃比が2段燃焼モードのリーン空燃比から徐々にオープンループモードの非リーン空燃比に変更され(図3(b)t2 からt3) 、オープンループモードでの燃料量の制御(主噴射による燃料制御)によって空燃比が制御される。この時、2段燃焼モードの終了と同時に副噴射を無くすと(図3(d)t2 からt3で二点鎖線で示す) 、瞬間的に目標空燃比に対して燃料過少の状態になり、オーバーリーンの状態になってしまう。
【0027】
このため本実施形態例では、2段燃焼モードからオープンループモードへの燃焼モードの切り替えの過渡時には、吸気行程噴射による主噴射による燃料量を徐々に増加させると共に(図3(b)t2 からt3に示すように目標空燃比を徐々に非リーン側に変化させる)、膨張行程に燃料を追加噴射する副噴射による燃料量を徐々に減少させるようにしている。即ち、図3(d)t2 からt3で実線で示すように、膨張パルスを徐々に低下(テーリング)させるようにしている。これにより、2段燃焼モードからオープンループモードへの燃焼モードの切り替えの過渡時のオーバーリーン状態を防ぎ、排気ガス性能の悪化を防止することができる。
【0028】
図4、図5に基づいて一例として、圧縮行程と膨張行程で燃料噴射を行う2段燃焼モードの状況を具体的に説明する。
【0029】
図4に示すように、触媒35が活性化されていない状態における始動時である冷態始動時に、ステップS1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S1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S2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、キーがオフ状態またはクランキング中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、といった条件が全て成立した時に許可される。尚、2段燃焼モードの許可条件としては、上記条件を適宜組み合わせたり、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。
【0031】
ステップS2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S3でエンジン回転速度Neが規定回転速度NeAを越えていないか否か、即ち、エンジン回転速度Neが高過ぎないか否かが判断される。ステップS3でエンジン回転速度Neが規定回転速度NeAを越えていないと判断された場合、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と膨張行程噴射が実施されて2段燃焼モードが実施され、触媒35が昇温されて触媒35が活性化される(図3中t1からt2の間)。
【0032】
ステップS1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、ステップS2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及びステップS3でエンジン回転速度Neが規定回転速度NeA以上であると判断された場合、リターンとなり2段燃焼モードは実施されない。
【0033】
ステップS5で2段燃焼が実行された後、ステップS6で圧縮リーンモードの許可条件が不成立となったか、または2段燃焼モードの許可条件が不成立となったか否かが判断される。圧縮リーンモードの許可条件及び2段燃焼モードの許可条件が不成立となっていないと判断された場合、ステップS5で2段燃焼の実行を続ける。ステップS6で圧縮リーンモードの許可条件が不成立となったか、または2段燃焼モードの許可条件が不成立となったと判断された場合、即ち、圧縮リーンモードの許可条件及び2段燃焼モードの許可条件がひとつでも不成立となったと判断された場合、図5に示したステップS7に移行する。
【0034】
図5に示すように、ステップS7では、燃焼モードが2段燃焼モードからオープンループモードに切り替えられる(図3中t2)。つまり、ステップS8で圧縮リーンモードの圧縮行程噴射における目標空燃比をリーンから徐々に非リーン方向にテーリングさせて燃料量を徐々に増加させ(図3(b)t2 からt3の実線)、目標空燃比が所定の空燃比になった時にステップS9で圧縮リーンモードからオープンループモードの吸気行程噴射に切り替える(図3(c)t2 からt3の実線)。同時に、ステップS10で膨張行程噴射における目標空燃比を非リーンから徐々にリーン方向にテーリングさせて燃料量を徐々に減少させ、ステップS11で膨張行程噴射における燃料噴射を終了する(図3(d)t2 からt3の実線)。そして、ステップS12に移行してオープンループモードの吸気行程噴射を実施する。
【0035】
尚、ステップS7では燃焼モードを2段燃焼モードからオープンループモードに切り替えるようにしたが、水温等を判断して水温が高い場合や運転者の要求するトルクが比較的小さい場合には、ストイキオモードに切り替えるようにしてもよい。
【0036】
膨張行程で噴射される燃料量を徐々に減少させる際のテーリングの終了時期の設定は、燃料量を徐々に増加させるテーリングの終了時期に合わせるようにするのが望ましい。この場合、実験値等によりテーリングゲインを個別に設定したり、燃料量を徐々に増加させるテーリングの状況に連動するように燃料量を徐々に減少させる目標空燃比を略一定に変化させる等の設定が可能である。尚、膨張行程噴射はトルク変動に寄与しないため、膨張行程噴射の燃料量を徐々に減少させるテーリングの状況は、吸気行程噴射の燃料量を徐々に増加させるテーリングの状況に完全に一致しない設定も可能で、これにより、トルクショック等が生じることはない。
【0037】
上述した筒内噴射エンジン1は、冷態始動の触媒35の早期活性化のための2段燃焼モードを実施した後、2段燃焼モードからオープンループモードへの燃焼モードの切り替えの過渡時には、2段燃焼モードで噴射される主噴射における燃料量を徐々に増加させると共に、2段燃焼の膨張行程噴射における燃料量を徐々に減少させるようにしたので、瞬間的に目標空燃比に対して燃料過少の状態になってオーバーリーンの状態になることがなくなる。このため、2段燃焼モードからオープンループモードへの燃焼モードの切り替えの過渡時のオーバーリーン状態を防ぎ、排気ガス性能の悪化を防止することができる。
【0038】
尚、本実施形態例では、冷態始動時の触媒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。
【0039】
また、本実施形態例では、2段燃焼モードからオープンループモードへの切り替え過渡時のオーバーリーン防止のための燃料量テーリングについて説明したが、逆にオープンループモードから2段燃焼モードへの切り替え過渡時に膨張行程噴射を図3(d) 中の一点鎖線のような特性とすれば、オーバーリッチ防止にも全く同様の燃料量テーリングが適用できる。尚、この際の膨張行程の燃料量のテーリングは圧縮行程噴射の燃料量を徐々に減少させるテーリングの状況に完全に一致しない設定も可能であり、圧縮行程噴射のテーリングより先に膨張行程のテーリングを終了させれば2段燃焼モードの効果をより早く得ることができる。
【0040】
【発明の効果】
本発明の内燃機関は、圧縮行程もしくは吸気行程の主噴射及び膨張行程の副噴射によりリーン空燃比で燃料を燃焼させる2段燃焼モードと、主噴射のみの噴射により目標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とを備え、記非リーン燃焼モードから前記2段燃焼モードへの切替えの過渡時には前記主噴射による燃料量を徐々に減少させると共に前記副噴射の実行は瞬時的に切替え、前記2段燃焼モードから前記非リーン燃焼モードへの切替えの過渡時には前記主噴射による燃料量を徐々に増加させると共に前記副噴射による燃料量を徐々に減少させる制御手段を設けたことにより、2段燃焼モードと非リーン燃焼モードとの切替えの過渡時のオーバーリーン状態を防ぐことができる。この結果、触媒の早期活性化のための2段燃焼モードと通常の燃焼モードとの切替え時に的確な空燃比制御が実施でき、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段燃焼モードのフローチャート。
【図5】2段燃焼モードのフローチャート。
【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 a main injection in a compression stroke or an intake stroke and a sub-injection in an expansion stroke 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 in-cylinder injection engine, instead of the normal combustion mode in which fuel is injected and burned only in the compression stroke injection mode or the intake stroke injection mode, the compression stroke injection mode or the intake stroke injection is performed immediately after starting. It has been proposed to inject and burn fuel in the mode and to inject additional fuel in the expansion stroke to burn (two-stage combustion mode) and 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]
When the two-stage combustion mode is performed, the target air-fuel ratio is set by the total amount of the fuel injected in the compression stroke injection mode or the intake stroke injection mode and the additional fuel injected in the two-stage combustion mode. When switching between the two-stage combustion mode and the normal combustion mode, the target air-fuel ratio is gradually changed in order to reduce torque shock. For this reason, when the early activation of the catalyst is realized by the two-stage combustion mode, how to carry out the air-fuel ratio control at the time of switching between the two-stage combustion mode and the normal combustion mode makes the exhaust gas performance good or bad. It has a big impact.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an internal combustion engine capable of performing accurate air-fuel ratio control when switching between a two-stage combustion mode and an ordinary combustion mode for rapid temperature rise of a catalyst. Objective.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention achieves the target non-lean air by the two-stage combustion mode in which the fuel is burned at the lean air-fuel ratio by the main injection in the compression stroke or the intake stroke and the sub-injection in the expansion stroke, and the injection of only the main injection. A non-lean combustion mode in which fuel is burned at a fuel ratio,
At the time of transition from the non-lean combustion mode to the two-stage combustion mode, the amount of fuel by the main injection is gradually reduced and the execution of the sub-injection is switched instantaneously,
By providing control means for gradually increasing the amount of fuel by the main injection and gradually decreasing the amount of fuel by the sub-injection at the time of transition from the two-stage combustion mode to the non-lean combustion mode. It prevents an over-lean state during transition between the combustion mode and the non-lean combustion mode, and prevents deterioration of exhaust gas performance.
[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 FIGS. A flowchart of the two-stage combustion mode 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-
[0010]
A
[0011]
An
[0012]
A
[0013]
An
[0014]
The
[0015]
On the other hand, an
[0016]
The vehicle is provided with an electronic control unit (ECU) 61 as a control device. The
[0017]
In the in-
[0018]
When high output is obtained from the in-
[0019]
The
[0020]
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.
[0021]
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.
[0022]
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
[0023]
In the in-
[0024]
The two-stage combustion mode is implemented at the time of cold start, for example, where the catalyst temperature is considered not to reach the activation temperature, and the two-stage combustion mode is a sub-combustion mode in which fuel is injected and burned in the compression stroke by the main injection. By additionally injecting fuel in the expansion stroke and burning it by injection, the
[0025]
For example, when the conditions for permitting the compression lean mode and the two-stage combustion mode (details will be described later) are satisfied and the rotational speed Ne of the
[0026]
When the combustion mode is switched from the two-stage combustion mode to the open-loop mode, the target air-fuel ratio is gradually changed from the lean air-fuel ratio in the two-stage combustion mode to the non-lean air-fuel ratio in the open-loop mode in order to reduce torque shock. (FIG. 3 (b) t2 to t3), the air-fuel ratio is controlled by controlling the fuel amount in the open loop mode (fuel control by main injection). At this time, if the sub-injection is eliminated simultaneously with the end of the two-stage combustion mode (shown by a two-dot chain line from t2 to t3 in FIG. 3 (d)), the fuel instantaneously becomes insufficient with respect to the target air-fuel ratio. It will be in a lean state.
[0027]
For this reason, in the present embodiment, at the time of transition of the combustion mode from the two-stage combustion mode to the open loop mode, the fuel amount by the main injection by the intake stroke injection is gradually increased (from t2 to t3 in FIG. 3 (b)). The target air-fuel ratio is gradually changed to the non-lean side as shown in FIG. 5), and the fuel amount by the sub-injection in which fuel is additionally injected during the expansion stroke is gradually reduced. That is, as shown by the solid line from t2 to t3 in FIG. 3 (d), the expansion pulse is gradually lowered (tailed). As a result, it is possible to prevent an over-lean state at the time of transition of the combustion mode switching from the two-stage combustion mode to the open loop mode, and to prevent deterioration of the exhaust gas performance.
[0028]
The situation in the two-stage combustion mode in which fuel injection is performed in the compression stroke and the expansion stroke will be specifically described as an example based on FIGS.
[0029]
As shown in FIG. 4, at the time of the cold start, which is the start in the state where the
[0030]
If it is determined in step S1 that the permission condition for the compression lean mode is satisfied, it is determined in step S2 whether the permission condition for the two-stage combustion mode is satisfied. In the two-stage combustion mode, for example, the water temperature when the key is in an off state or during cranking is within a predetermined 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. Is permitted when all of the above conditions are satisfied. The permission conditions for the two-stage combustion mode can be variously changed depending on the vehicle type, the usage environment, etc., in addition to the above embodiment examples, such as appropriately combining the above conditions or adding other parameters.
[0031]
If it is determined in step S2 that the permission condition for the two-stage combustion mode is satisfied, it is determined in step S3 whether or not the engine rotational speed Ne has exceeded the specified rotational speed NeA, that is, the engine rotational speed Ne is too high. It is determined whether or not there is. When it is determined in step S3 that the engine rotational speed Ne does not exceed the specified rotational speed NeA, the process proceeds to step S4, and the combustion mode is switched from the open loop mode to the two-stage combustion mode (t1 in FIG. 3). Then, the process proceeds to step S5, where the compression stroke injection and the expansion stroke injection in the compression lean mode are performed, the two-stage combustion mode is performed, the temperature of the
[0032]
If it is determined in step S1 that the permission condition for the compression lean mode is not satisfied, if it is determined in step S2 that the permission condition for the two-stage combustion mode is not satisfied, and the engine speed Ne is defined in step S3. If it is determined that the rotational speed is NeA or higher, the process returns and the two-stage combustion mode is not performed.
[0033]
After the two-stage combustion is executed in step S5, it is determined in step S6 whether the permit condition for the compression lean mode is not satisfied or whether the permit condition for the two-stage combustion mode is not satisfied. If it is determined that the permit condition for the compression lean mode and the permit condition for the two-stage combustion mode are not satisfied, the execution of the two-stage combustion is continued in step S5. If it is determined in step S6 that the permit condition for the compression lean mode is not satisfied or the permit condition for the two-stage combustion mode is not satisfied, that is, the permit condition for the compression lean mode and the permit condition for the two-stage combustion mode are If it is determined that even one has not been established, the process proceeds to step S7 shown in FIG.
[0034]
As shown in FIG. 5, in step S7, the combustion mode is switched from the two-stage combustion mode to the open loop mode (t2 in FIG. 3). That is, in step S8, the target air-fuel ratio in the compression stroke injection in the compression lean mode is gradually tailed in the non-lean direction from lean to gradually increase the fuel amount (FIG. 3 (b) solid line from t2 to t3). When the fuel ratio reaches a predetermined air-fuel ratio, the compression lean mode is switched to the open-loop mode intake stroke injection in step S9 (solid line from t2 to t3 in FIG. 3 (c)). At the same time, in step S10, the target air-fuel ratio in the expansion stroke injection is gradually decreased from the non-lean direction to the lean direction to gradually reduce the fuel amount, and in step S11, the fuel injection in the expansion stroke injection is terminated (FIG. 3 (d)). Solid line from t2 to t3). And it transfers to step S12 and implements the intake stroke injection of an open loop mode.
[0035]
In step S7, the combustion mode is switched from the two-stage combustion mode to the open loop mode. However, when the water temperature is high by judging the water temperature or the like, or when the torque required by the driver is relatively small, the stoichiometric mode is changed. You may make it switch to a mode.
[0036]
It is desirable to set the tailing end timing when the fuel amount injected in the expansion stroke is gradually decreased to the tailing end timing when the fuel amount is gradually increased. In this case, settings such as setting tailing gain individually based on experimental values, or changing the target air-fuel ratio to gradually decrease the fuel amount so as to be linked to the tailing situation of gradually increasing the fuel amount, etc. Is possible. Since the expansion stroke injection does not contribute to torque fluctuation, the tailing situation in which the fuel amount in the expansion stroke injection is gradually decreased may not be completely matched with the tailing situation in which the fuel amount in the intake stroke injection is gradually increased. This is possible, and no torque shock or the like occurs.
[0037]
The in-
[0038]
In the present embodiment, the case where the two-stage combustion mode is applied to the temperature increase control for the early activation of the catalyst at the cold start has been described, but 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 NOx catalyst.
[0039]
Further, in the present embodiment example, the fuel amount tailing for preventing overleaning at the time of transition from the two-stage combustion mode to the open loop mode has been described, but conversely, the transition transient from the open loop mode to the two-stage combustion mode is described. If the expansion stroke injection has a characteristic as indicated by a one-dot chain line in FIG. 3D, the same fuel amount tailing can be applied to prevent over-rich. It should be noted that tailing of the fuel amount in the expansion stroke at this time can be set to be completely inconsistent with the tailing situation in which the fuel amount in the compression stroke injection is gradually decreased, and the tailing of the expansion stroke prior to the tailing of the compression stroke injection is possible. If the operation is terminated, the effect of the two-stage combustion mode can be obtained more quickly.
[0040]
【The invention's effect】
The internal combustion engine of the present invention includes a two-stage combustion mode in which fuel is burned at a lean air-fuel ratio by main injection in a compression stroke or an intake stroke and a sub-injection in an expansion stroke, and fuel at a target non-lean air-fuel ratio by injection of only main injection. A non-lean combustion mode for burning, and at the time of transition from the non-lean combustion mode to the two-stage combustion mode, the amount of fuel by the main injection is gradually decreased and the execution of the sub-injection is instantaneously switched, By providing control means for gradually increasing the amount of fuel by the main injection and gradually decreasing the amount of fuel by the sub-injection at the time of transition from the two-stage combustion mode to the non-lean combustion mode. It is possible to prevent an overlean state at the time of transition between the combustion mode and the non-lean combustion mode. As a result, accurate air-fuel ratio control can be performed at the time of switching between the two-stage combustion mode for early activation of the catalyst and the normal combustion mode, and deterioration of exhaust gas performance can be prevented.
[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 of a two-stage combustion mode.
FIG. 5 is a flowchart of a two-stage combustion mode.
[Explanation of symbols]
1 Multi-cylinder in-cylinder injection internal combustion engine (in-cylinder injection engine)
2
61 ECU
Claims (1)
前記主噴射のみの噴射により目標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とを備え、
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替えの過渡時には前記主噴射による燃料量を徐々に減少させると共に前記副噴射の実行は瞬時的に切替え、
前記2段燃焼モードから前記非リーン燃焼モードへの切替えの過渡時には前記主噴射による燃料量を徐々に増加させると共に前記副噴射による燃料量を徐々に減少させ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 burned at a lean air-fuel ratio by a main injection in a compression stroke or an intake stroke and a sub-injection in an expansion stroke;
A non-lean combustion mode in which fuel is burned at a target non-lean air-fuel ratio by injection of only the main injection,
At the time of transition from the non-lean combustion mode to the two-stage combustion mode, the amount of fuel by the main injection is gradually reduced and the execution of the sub-injection is switched instantaneously,
And wherein during transient switching of the two-stage combustion mode to the non-lean combustion mode in which a gradual control means for reducing the amount of fuel by the auxiliary injection with gradually increasing the amount of fuel by the main injection An internal combustion engine.
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