JP4231975B2

JP4231975B2 - Control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4231975B2
Application number: JP2000010454A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JP2001200743A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、詳しくは、圧縮行程と膨張行程で燃料噴射を行う２段燃焼モードを有した筒内噴射型内燃機関の排気昇温技術に関する。
【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。
【０００３】
そして、このような筒内噴射型内燃機関においても、従来の内燃機関のように、例えば冷態始動時には触媒コンバータを早期に活性化したいという要求がある。
そこで、筒内噴射型内燃機関において、例えば、燃料噴射を主燃焼の主噴射（主に圧縮行程噴射）と膨張行程における副噴射との２段噴射に分割し、当該副噴射により供給される燃料を未燃状態のまま排出させることで燃焼を排気通路内で生起させ、排気昇温させる２段燃焼技術が特開平１０−１５３１３８号公報等に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように筒内噴射型内燃機関において２段燃焼を行う場合、冷態始動時のように機関が低温状態にあるときには、排気昇温の要求が高く、主噴射の空燃比をできるだけ希薄にして余剰酸素を増やすとともに、副噴射による燃料噴射量をできるだけ増やすようにするのがよい。これにより排気エネルギが増大して効果的に排気系の昇温が達成される。
【０００５】
しかしながら、２段燃焼を行っているときに、オルタネータ等の補機をも内燃機関によって作動させていると、機関に要求される負荷が大きいために主噴射の燃料量を増やして機関出力を確保しなければならず、つまり主噴射の空燃比を濃くしてリーン度合いを小さくしなければならず、主燃焼に使用される空気量が増加し、余剰酸素量が低下するという問題がある。
【０００６】
このように余剰酸素量が低下すると、たとえ副噴射による燃料噴射量を増やしたとしても当該副噴射による燃焼が十分に生起されず、故に排気昇温の効果が低下して触媒コンバータの早期活性化が図れず好ましいことではない。
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、筒内噴射型内燃機関において２段燃焼による排気昇温効果の向上を図った内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【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、少なくとも冷態始動後のアイドル運転時に圧縮行程で主噴射を行い膨張行程で副噴射を行う２段燃焼モードを有した筒内噴射型内燃機関において、冷態始動後のアイドル運転時における２段燃焼モード時には、補機作動制限手段によって補機の作動が制限される。
【０００８】
つまり、筒内噴射型内燃機関において、冷態始動後のアイドル運転時において２段燃焼が実施される時には、オルタネータやエアコンコンプレッサ等の補機の作動が制限されて機関に要求される負荷が低下することになり、主噴射の燃料量が少なくてよくなり、主噴射の空燃比のリーン度合いが大きく保持される。
従って、主燃焼で使用される空気量が少なく抑えられ、余剰酸素量が十分に確保されることになり、膨張行程での副噴射の燃料量が増加して、排気系の昇温が効果的に達成される。
【０００９】
即ち、冷態始動後のアイドル運転時のように燃焼温度ひいては排気温度が高くないときにおいて、触媒コンバータの早期活性化が実現可能とされる。
【００１０】
【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内燃機関の制御装置の概略構成図が示されており、以下図１に基づき本発明に係る制御装置の構成を説明する。
【００１１】
内燃機関（以下、単にエンジンという）１としては、ここでは筒内噴射型ガソリンエンジンが採用されている。この筒内噴射型のエンジン１は、燃料を直接筒内に供給可能とされており、要求負荷に応じて、均一燃焼を行う吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）と成層燃焼を行う圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）とに燃料噴射モードを切り換えて運転可能とされている。そして、当該筒内噴射型のエンジン１では、吸気行程噴射モードにおいて、理論空燃比（ストイキオ）やリッチ空燃比での運転、或いはリーン空燃比での運転が実現可能とされており、圧縮行程噴射モードにおいて、超リーン空燃比（例えば、値２４〜値５０）での運転が可能とされている。
【００１２】
さらに、当該筒内噴射型のエンジン１は、２段噴射、即ち圧縮行程において超リーン空燃比のもと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う２段燃焼モードでの運転も可能とされており、当該２段燃焼モードでは、副噴射した燃料と主燃焼で燃焼に寄与せず余剰となった酸素とが燃焼室内及び排気通路内において燃焼を生起し、排気昇温を行うことが可能とされている。
【００１３】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に電極が燃焼室８に臨んで突出するようにして点火プラグ４が設けられており、各点火プラグ４はそれぞれ点火コイル５に接続されている。また、シリンダヘッド２には、各気筒毎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、即ち筒内に燃料を直接噴射可能とされている。
【００１４】
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。
【００１５】
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にはスロットル弁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ポジションセンサ（ＴＰＳ）１１ａが設けられている。該スロットル弁１１には、スロットル開度θthがアイドル運転に対応した開度θidとなったことを検出するアイドルスイッチ（アイドルＳＷ）１１ｂも設けられている。
【００１６】
さらに、吸気マニホールド１０には吸気管１２を介してエアクリーナ１４が設けられている。
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２０の一端がそれぞれ接続されている。排気マニホールド２０には排気管２２が接続されており、該排気管２２には三元触媒等の触媒コンバータ２４が接続されている。
【００１７】
図中符号２６は、クランク角ＣＡ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２６はクランク角ＣＡとともにエンジン回転速度Ｎeを検出可能とされている。また、符号２８は、エンジン冷却水の温度Ｔwを検出し、エンジン１の暖機状態を検出する水温センサである。
なお、当該筒内噴射型のガソリンエンジン１は既に公知であり、その基本的な構造の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００１８】
また、同図に示すように、エンジン１の近傍には発電機であるオルタネータ（補機）３０が配設されており、当該オルタネータ３０のプーリ３２とエンジン１のクランクシャフト３先端のクランクプーリ３ａとに無端状のベルト３４が掛け回されている。これにより、エンジン１の駆動力によってオルタネータ３０が回転し発電可能とされている。
【００１９】
オルタネータ３０には、レギュレータ３６を介して２次電池、即ちバッテリ３８が接続されている。これにより、通常はオルタネータ３０によって発電された電気がレギュレータ３６で調整されてバッテリ３８に蓄電される。
電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、このＥＣＵ４０により、本発明に係る内燃機関の制御等、筒内噴射型内燃機関の総合的な制御が行われる。
【００２０】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したスロットルセンサ１１ａ、アイドルＳＷ１１ｂ、クランク角センサ２６、水温センサ２８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。
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、点火コイル５、燃料噴射弁６、スロットル弁１１等の駆動部やレギュレータ３６等が接続されており、点火コイル５、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、燃料噴射時期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、通常は要求負荷に応じて設定される上記各燃料噴射モードでの適正な空燃比に基づき、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。
【００２１】
以下、上記のように構成された本発明に係る内燃機関の制御装置の作用について説明する。
当該エンジン１では、冷態始動時において上記２段燃焼モードでの運転を行うようにしている。これにより、排気昇温を行い、触媒コンバータ２４の早期活性化を図るようにしている。
【００２２】
しかしながら、２段燃焼を行うときにオルタネータ３０が接続されていると、上述したように、エンジン１に要求される負荷が大きいためにエンジン出力を確保すべく主噴射の燃料量を増やさざるを得ず、この場合、主噴射の空燃比を濃くして主燃焼に使用される空気量を増加させる結果、余剰酸素量が不足してしまうことになる。
【００２３】
そこで、ここでは、２段燃焼を行うときにおいてオルタネータ３０の作動を抑制するようにしており、以下、本発明に係るオルタネータ作動抑制制御について説明する。
図２を参照すると、ＥＣＵ４０が実行するオルタネータ作動抑制制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、図３を参照すると、当該オルタネータ作動抑制制御の制御結果がタイムチャートで示されており、以下図３のタイムチャートを参照しながら図２のフローチャートに沿い説明する。
【００２４】
図２のステップＳ１０では、現在エンストモードであるか否かを判別する。つまり、エンジン１が停止した状態であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で現在エンストモードと判定された場合には、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、水温センサ２８からの情報に基づき、エンジン１の冷却水温Ｔwが所定値Ｔw1よりも小さい（Ｔw＜Ｔw1）か否かを判別する。つまり、エンジン１が未だ暖機していない状態であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でエンジン１が暖機した状態と判定された場合には、排気温度は高く２段燃焼を実施する必要はないため、当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が未だ暖機状態にないと判定された場合には、次にステップＳ１４に進む。
【００２５】
ステップＳ１４では、水温マップに基づき、２段燃焼のための圧縮行程噴射の空燃比（圧縮行程噴射Ａ／Ｆ）及び膨張行程噴射の空燃比（膨張行程噴射Ａ／Ｆ）をそれぞれ決定する。
エンジン１の冷却水温Ｔwが低いほど触媒コンバータ２４の温度は低いとみなすことができる。故に、ここでは、エンジン１の冷却水温Ｔwに対応して予め圧縮行程噴射Ａ／Ｆと膨張行程噴射Ａ／Ｆとが設定された水温マップに基づき、冷却水温Ｔwに応じて２段燃焼に適正な圧縮行程噴射Ａ／Ｆと膨張行程噴射Ａ／Ｆとを決定するようにする。尚、２段燃焼では、燃費の悪化防止等の理由から、全体の空燃比、即ちトータルＡ／Ｆはリーン空燃比とされており、トータルＡ／Ｆが所定のリーン空燃比に保持されるようにして圧縮行程噴射Ａ／Ｆと膨張行程噴射Ａ／Ｆとが適正に配分設定される。
【００２６】
ステップＳ１６では、やはり水温マップに基づき、エンジン１の冷態始動後、２段燃焼の継続時間ｔaを決定する。つまり、上述したように、触媒コンバータ２４の温度はエンジン１の冷却水温Ｔwと相関があり、冷却水温Ｔwが低いほど２段燃焼を長く継続して触媒コンバータ２４の活性化を図るのがよく、故に、上記圧縮行程噴射Ａ／Ｆと膨張行程噴射Ａ／Ｆの決定に加え、冷却水温Ｔwに対応して予め２段燃焼の継続時間ｔaが設定された水温マップに基づき、冷却水温Ｔwに応じた適正な継続時間ｔaを決定するようにする。
【００２７】
ステップＳ１８では、やはり水温マップに基づき、オルタネータ３０による発電量を決定する。つまり、当該制御では、２段燃焼を行うときにおいてオルタネータ３０の作動を抑制するようにするのであるが、この際、排気昇温に影響のない範囲で発電を行うようにしており、ここでは、当該発電量を冷却水温Ｔwに対応して予め発電量を設定した水温マップに基づき、冷却水温Ｔwに応じた必要最小限の発電量を決定するようにする。詳しくは、冷却水温Ｔwが低いほど発電量は小さく設定される。
【００２８】
ステップＳ２０では、エンジン１が始動されて完爆状態となりエンストモードから始動モードを経て通常運転モードに切り換わったときに値１にセットされる通常運転モードフラグＦを値０（Ｆ＝０）にリセットする。つまり、エンストモードである間に通常運転モードフラグＦを値０に戻しておき、次回の通常運転の実施に備える。
【００２９】
ステップＳ２２では、当該通常運転モードフラグＦが値１であるか否かを判別する。つまり、エンジン１が完爆状態となり、現在通常運転モードであるか否かを判別する。ステップＳ１０乃至ステップＳ２０の実行直後には、未だエンストモードであって通常運転モードフラグＦは値０であるため、判別結果は偽（Ｎｏ）であり、次にステップＳ２４に進む。
【００３０】
ステップＳ２４では、イグニションキーが操作されてスタートシグナルがＯＮ（オン）とされ、始動モード（クランキング中）とされたか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で未だスタートシグナルがＯＮとされておらず始動モードではない場合には、当該ルーチンを抜け、上記ステップＳ１０乃至ステップＳ２０の実行を繰り返す。一方、ステップＳ２４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、スタートシグナルがＯＮとされて始動モードに切り換わったと判定された場合には、次にステップＳ２６に進む。
【００３１】
ステップＳ２６では、エンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1、即ちエンジン１が完爆に至ったとみなすことができる回転速度を超え（Ｎe＞Ｎe1）、始動モードを脱したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でエンジン回転速度Ｎeが未だ所定回転速度Ｎe1以下である場合には、未だ始動モードを脱していないと判定でき、当該ルーチンを抜けてステップＳ１０に戻る。尚、この時点ではもはやエンストモードではなく始動モードであるので、ステップＳ１０の判別結果は偽（Ｎｏ）となり、ステップＳ２２乃至ステップＳ２６を繰り返すこととなる。
【００３２】
一方、ステップＳ２６の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、エンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1を超えたと判定された場合には、始動モードを脱して通常運転モードとなったと判断でき、次のステップＳ２８において通常運転モードフラグＦを値１（Ｆ＝１）にセットして通常運転中であることを記憶する。
ステップＳ３０では、エンジン１がアイドル運転状態にあり、アイドルＳＷ１１ｂがＯＮ（オン）とされているか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でアイドルＳＷ１１ｂがＯＦＦ（オフ）と判定された場合には、当該ルーチンを抜けてステップＳ１０に戻る。この場合には、通常運転モードであって通常運転モードフラグＦは値１であるため、ステップＳ１０の判別結果は偽（Ｎｏ）であり、ステップＳ２２の判別結果については真（Ｙｅｓ）と判定される。
【００３３】
つまり、アイドルＳＷ１１ｂがＯＦＦ、即ちスロットル弁１１が開弁側に操作されてエンジン１が加速操作されている場合には、エンジン１に要求される負荷は大きく、故に燃焼温度、ひいては排気温度は高いとみなすことができる。従って、このような場合には、触媒コンバータ２４は自然と早期活性化することになるため、２段燃焼は実施しない。
【００３４】
一方、ステップＳ３０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、エンジン１がアイドル運転状態にあり、アイドルＳＷ１１ｂがＯＮと判定された場合には、次にステップＳ３２に進む。
ステップＳ３２では、２段燃焼を開始してからの経過時間ｔが上記設定した２段燃焼の継続時間ｔaを超えた（ｔ＞ｔa）か否かを判別する。この時点では、未だ２段燃焼を実施していないので、判別結果は偽（Ｎｏ）であり、ステップＳ３４に進む。
【００３５】
ステップＳ３４では、図３に示すように、エンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1を超え、且つ、エンジン１がアイドル運転状態であることを受けて、上記設定した圧縮行程噴射Ａ／Ｆと膨張行程噴射Ａ／Ｆとに基づいて２段燃焼を実施する。
そして、ステップＳ３６において、上記設定した発電量となるようにオルタネータ３０の作動、即ち発電量を抑制する（補機作動制限手段）。つまり、図３中に実線で示すように、２段燃焼中は、オルタネータ３０の発電量を通常の発電状態（破線）よりも極めて小さく保持する。実際には、ＥＣＵ４０からレギュレータ３６に電流制御指令が発せられて上記設定した発電量となるようバッテリ３８からオルタネータ３０に電力が供給され、これによりオルタネータ３０の発電作動が抑制される。
【００３６】
このようにオルタネータ３０の発電作動が抑制されると、エンジン１に掛かる負荷が極めて小さくなるために、上記設定したリーン度合いの大きい圧縮行程噴射Ａ／Ｆのもとであっても十分に主燃焼が成立して余剰酸素が排気通路に多量に排出されることになり、当該十分な余剰酸素の存在により、上記設定したリッチ寄りの膨張行程噴射Ａ／Ｆのもとで副噴射される燃料が良好に排気通路内で燃焼し、排気昇温が促進されることとなる。
【００３７】
即ち、オルタネータ３０の作動を抑制すると、図３中に実線で示すように、トータルＡ／Ｆをリーン空燃比で一定としながら、オルタネータ３０を通常作動させた場合（破線）よりも圧縮行程噴射Ａ／Ｆのリーン度合いを大きく設定し、主噴射量を少なくして余剰酸素量をできるだけ多くする一方、膨張行程噴射Ａ／Ｆを小さくリッチ寄りに設定し、膨張行程噴射パルス幅を大きく副噴射量をできるだけ多くして排気通路に供給される燃料量を多くすることが可能とされ、当該リーン度合いの大きな圧縮行程噴射Ａ／Ｆ及びよりリッチ寄りの膨張行程噴射Ａ／Ｆの設定のもと、２段燃焼を効果的に実施でき、排気通路内において極めて大きな燃焼熱を発生させて排気昇温を飛躍的に促進することが可能とされる。
【００３８】
これにより、エンジン１の冷態始動時において、図３中に実線で示すように、オルタネータ３０を通常作動させた場合（破線）よりも触媒温度が早く上昇することになり、確実に触媒コンバータ２４の早期活性化が図られ、排気浄化効率が向上することとなる。
そして、２段燃焼を開始してからの経過時間ｔが継続時間ｔaを超える（ｔ＞ｔa）と、ステップＳ３２の判別結果は真（Ｙｅｓ）となり、この場合には、２段燃焼を終了し、併せてオルタネータ３０の作動の抑制も終了する。これにより、その後は、図３に示すように、エンジン１については、副噴射が停止されて要求負荷に応じた燃料噴射モードでの適正な空燃比に基づいて通常の燃焼制御が実施され、オルタネータ３０については通常の発電状態とされる。
【００３９】
尚、上記実施形態では、補機としてオルタネータ３０のみがエンジン１に接続されている場合を例に説明したが、エンジン１によって駆動されるものであれば補機はオルタネータ３０以外にエアコンコンプレッサやパワステポンプ等であってもよく、２段燃焼時においてこれらエアコンコンプレッサやパワステポンプ等の作動を抑制することでも上記同様の効果が得られる。
【００４０】
また、上記実施形態では、２段燃焼時は常時オルタネータ３０の作動を制限していたが、バッテリ３８の電圧が低い場合等には、オルタネータ３０の作動制限を禁止するようにしてもよく、この場合は上述の効果に加えてバッテリ３８の耐久性を向上することも可能となる。
【００４１】
【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の内燃機関の制御装置によれば、筒内噴射型内燃機関において、冷態始動後のアイドル運転時における２段燃焼の実施時には、オルタネータ等の補機の作動が制限されて機関に要求される負荷が低下し、主噴射の燃料量が少なくてよくなり、主噴射の空燃比のリーン度合いが大きく保持されるので、主燃焼で使用される空気量を少なく抑えて機関から排出される余剰酸素量を十分に確保することとなり、故に、副噴射による燃料を増量でき、排気エネルギが増大して排気系の昇温を効果的に達成することができる。
【００４２】
これにより、冷態始動後のアイドル運転時のように燃焼温度ひいては排気温度が高くないときであっても、触媒コンバータを早期に活性化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るオルタネータ作動抑制制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】オルタネータ作動抑制制御の制御結果を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１エンジン（筒内噴射型内燃機関）
４点火プラグ
５点火コイル
６燃料噴射弁
１１ｂアイドルＳＷ
２４触媒コンバータ
２６クランク角センサ
２８水温センサ
３０オルタネータ（補機）
４０電子コントロールユニット（ＥＣＵ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly, to an exhaust gas temperature raising technique for a direct injection internal combustion engine having a two-stage combustion mode in which fuel is injected in a compression stroke and an expansion stroke.
[0002]
[Related background]
The in-cylinder injection internal combustion engine is configured to be able to inject fuel directly into the cylinder not only in the intake stroke but also in the compression stroke, so that the air-fuel ratio is set to an extremely lean side from the theoretical air-fuel ratio (value 14.7). In other words, it is possible to improve the fuel efficiency characteristics of the engine by controlling the air / fuel ratio to a super lean air / fuel ratio equal to or higher than the lean target value (for example, value 24).
[0003]
Even in such a cylinder injection type internal combustion engine, there is a demand to activate the catalytic converter at an early stage, for example, at the time of cold start, as in a conventional internal combustion engine.
Therefore, in a direct injection internal combustion engine, for example, fuel injection is divided into two-stage injections of main injection (mainly compression stroke injection) of main combustion and sub injection in the expansion stroke, and fuel supplied by the sub injection Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-153138 discloses a two-stage combustion technique in which combustion is caused in an exhaust passage by discharging the fuel in an unburned state, and the temperature of the exhaust gas is raised.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when performing a two-stage combustion in a direct injection internal combustion engine in this way, when the engine is in a low temperature state, such as during cold start, there is a high demand for exhaust gas temperature raising, and the air-fuel ratio of main injection is as lean as possible. Thus, it is preferable to increase the surplus oxygen and increase the fuel injection amount by the secondary injection as much as possible. As a result, the exhaust energy is increased and the temperature of the exhaust system is effectively increased.
[0005]
However, when two-stage combustion is being performed, if an auxiliary machine such as an alternator is also operated by the internal combustion engine, the load required for the engine is large, so the amount of main injection fuel is increased to ensure engine output. In other words, there is a problem that the air-fuel ratio of the main injection must be increased to reduce the lean degree, and the amount of air used for the main combustion increases and the excess oxygen amount decreases.
[0006]
If the amount of surplus oxygen decreases in this way, even if the fuel injection amount by sub-injection is increased, combustion by the sub-injection does not occur sufficiently, and therefore the effect of exhaust gas temperature rise is reduced and the catalytic converter is activated early. However, this is not preferable.
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that improves an exhaust gas temperature raising effect by two-stage combustion in a direct injection internal combustion engine. Is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the invention of claim 1, an in-cylinder injection type having a two-stage combustion mode in which main injection is performed in the compression stroke and sub- injection is performed in the expansion stroke at least during idle operation after cold start. In the internal combustion engine, during the two-stage combustion mode during the idle operation after the cold start, the operation of the auxiliary machine is restricted by the auxiliary machine operation restricting means.
[0008]
In other words, in a direct injection internal combustion engine, when two-stage combustion is performed during idle operation after cold start, the operation of auxiliary machines such as an alternator and an air conditioner compressor is limited, and the load required for the engine is reduced. As a result, the fuel amount of the main injection can be reduced, and the lean degree of the air-fuel ratio of the main injection is kept large.
Accordingly, the amount of air used in the main combustion is suppressed to a small amount, and a sufficient amount of surplus oxygen is ensured. The amount of sub-injection fuel in the expansion stroke is increased, and the temperature of the exhaust system is effectively increased. To be achieved.
[0009]
That is , early activation of the catalytic converter can be realized when the combustion temperature and thus the exhaust temperature are not high as in the idling operation after the cold start .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Referring to FIG. 1, there is shown a schematic configuration diagram of a control device for an internal combustion engine according to the present invention mounted on a vehicle. Hereinafter, the configuration of the control device according to the present invention will be described based on FIG.
[0011]
As the internal combustion engine (hereinafter simply referred to as the engine) 1, a cylinder injection gasoline engine is employed here. The in-cylinder injection type engine 1 can supply fuel directly into the cylinder, and performs fuel injection (intake stroke injection mode) and stratified combustion in an intake stroke for performing uniform combustion according to a required load. Operation is possible by switching the fuel injection mode between fuel injection in the compression stroke (compression stroke injection mode). In the in-cylinder injection type engine 1, in the intake stroke injection mode, the operation at the stoichiometric air-fuel ratio (stoichio) or the rich air-fuel ratio or the operation at the lean air-fuel ratio can be realized. In the mode, operation at an ultra-lean air-fuel ratio (for example, value 24 to value 50) is enabled.
[0012]
Further, the in-cylinder injection type engine 1 is in the two-stage combustion mode in which the main injection for the main combustion is performed under the super lean air-fuel ratio in the compression stroke and the sub-injection is performed in the expansion stroke. In the two-stage combustion mode, the sub-injected fuel and the oxygen that does not contribute to the combustion in the main combustion cause combustion in the combustion chamber and the exhaust passage, and the exhaust gas rises. It is possible to perform temperature.
[0013]
As shown in the figure, the cylinder head 2 of the engine 1 is provided with an ignition plug 4 so that an electrode projects from the combustion chamber 8 for each cylinder, and each ignition plug 4 is an ignition coil. 5 is connected. In addition, the cylinder head 2 is provided with an electromagnetic fuel injection valve 6 for each cylinder, so that fuel can be directly injected into the combustion chamber 8, that is, into the cylinder.
[0014]
A fuel supply device (both not shown) having a fuel tank is connected to the fuel injection valve 6 through a fuel pipe. More specifically, the fuel supply device is provided with a low pressure fuel pump and a high pressure fuel pump, whereby fuel in the fuel tank is supplied to the fuel injection valve 6 at a low fuel pressure or a high fuel pressure. Can be injected from the fuel injection valve 6 into the combustion chamber at a desired fuel pressure.
[0015]
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 so as to communicate with each intake port. A throttle valve 11 is connected to the intake manifold 10, and the throttle valve 11 is provided with a throttle position sensor (TPS) 11a for detecting the throttle opening θth. The throttle valve 11 is also provided with an idle switch (idle SW) 11b for detecting that the throttle opening degree θth has become an opening degree θid corresponding to idle operation.
[0016]
Further, the intake manifold 10 is provided with an air cleaner 14 via an intake pipe 12.
Further, an exhaust port is formed in the cylinder head 2 in a substantially horizontal direction for each cylinder, and one end of the exhaust manifold 20 is connected to communicate with each exhaust port. An exhaust pipe 22 is connected to the exhaust manifold 20, and a catalytic converter 24 such as a three-way catalyst is connected to the exhaust pipe 22.
[0017]
Reference numeral 26 in the figure denotes a crank angle sensor that detects the crank angle CA. The crank angle sensor 26 can detect the engine rotational speed Ne together with the crank angle CA. Reference numeral 28 denotes a water temperature sensor that detects the temperature Tw of the engine coolant and detects the warm-up state of the engine 1.
The in-cylinder injection type gasoline engine 1 is already known, and the details of the basic structure are omitted here.
[0018]
As shown in the figure, an alternator (auxiliary machine) 30 as a generator is disposed in the vicinity of the engine 1, and a pulley 32 of the alternator 30 and a crank pulley 3 a at the tip of the crankshaft 3 of the engine 1. An endless belt 34 is wound around each other. Thereby, the alternator 30 is rotated by the driving force of the engine 1 so that power generation is possible.
[0019]
A secondary battery, that is, a battery 38 is connected to the alternator 30 via a regulator 36. As a result, the electricity generated by the alternator 30 is normally adjusted by the regulator 36 and stored in the battery 38.
The electronic control unit (ECU) 40 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like. The ECU 40 controls the internal combustion engine according to the present invention. Overall control of the direct injection internal combustion engine is performed.
[0020]
Various sensors such as the throttle sensor 11a, the idle SW 11b, the crank angle sensor 26, and the water temperature sensor 28 are connected to the input side of the ECU 40, and detection information from these sensors is input.
On the other hand, on the output side of the ECU 40, a drive unit such as an ignition coil 5, a fuel injection valve 6, and a throttle valve 11 and a regulator 36 are connected. The ignition coil 5, the fuel injection valve 6 and the like are connected to various sensors. The optimal values such as the fuel injection amount, the fuel injection timing, and the ignition timing calculated based on the detection information from are output. As a result, an appropriate amount of fuel is injected from the fuel injection valve 6 at an appropriate timing based on an appropriate air-fuel ratio in each of the fuel injection modes that is normally set according to a required load, and an appropriate amount is injected by the spark plug 4. Ignition is performed at the timing.
[0021]
Hereinafter, the operation of the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention configured as described above will be described.
The engine 1 is operated in the two-stage combustion mode at the time of cold start. As a result, the exhaust gas temperature is raised and the catalytic converter 24 is activated early.
[0022]
However, if the alternator 30 is connected when performing the two-stage combustion, as described above, since the load required for the engine 1 is large, it is necessary to increase the fuel amount of the main injection in order to ensure the engine output. However, in this case, as a result of increasing the amount of air used for the main combustion by increasing the air-fuel ratio of the main injection, the excess oxygen amount becomes insufficient.
[0023]
Therefore, here, the operation of the alternator 30 is suppressed when performing the two-stage combustion, and the alternator operation suppression control according to the present invention will be described below.
Referring to FIG. 2, a control routine for alternator operation suppression control executed by the ECU 40 is shown in a flowchart, and with reference to FIG. 3, a control result of the alternator operation suppression control is shown in a time chart. 3 will be described with reference to the time chart of FIG.
[0024]
In step S10 of FIG. 2, it is determined whether or not the engine is currently in the stall mode. That is, it is determined whether or not the engine 1 is stopped. If the determination result is true (Yes) and the current engine mode is determined, the process proceeds to step S12.
In step S12, based on the information from the water temperature sensor 28, it is determined whether or not the cooling water temperature Tw of the engine 1 is smaller than a predetermined value Tw1 (Tw <Tw1). That is, it is determined whether or not the engine 1 is not yet warmed up. If the determination result is false (No) and it is determined that the engine 1 has been warmed up, the exhaust temperature is high and there is no need to perform the two-stage combustion, so the routine is exited. On the other hand, when it is determined that the determination result is true (Yes) and the engine 1 is not yet warmed up, the process proceeds to step S14.
[0025]
In step S14, the air-fuel ratio of compression stroke injection (compression stroke injection A / F) and the air-fuel ratio of expansion stroke injection (expansion stroke injection A / F) are determined based on the water temperature map.
It can be considered that the temperature of the catalytic converter 24 is lower as the cooling water temperature Tw of the engine 1 is lower. Therefore, here, based on the water temperature map in which the compression stroke injection A / F and the expansion stroke injection A / F are set in advance corresponding to the cooling water temperature Tw of the engine 1, it is appropriate for the two-stage combustion according to the cooling water temperature Tw. The compression stroke injection A / F and the expansion stroke injection A / F are determined. In the two-stage combustion, the entire air / fuel ratio, that is, the total A / F is set to a lean air / fuel ratio for the purpose of preventing deterioration of fuel consumption, and the total A / F is maintained at a predetermined lean air / fuel ratio. Thus, the compression stroke injection A / F and the expansion stroke injection A / F are appropriately distributed and set.
[0026]
In step S16, the duration ta of the two-stage combustion is determined after the cold start of the engine 1 based on the water temperature map. That is, as described above, the temperature of the catalytic converter 24 has a correlation with the cooling water temperature Tw of the engine 1, and the lower the cooling water temperature Tw, the longer the two-stage combustion should be continued, and the catalytic converter 24 should be activated. Therefore, in addition to the determination of the compression stroke injection A / F and the expansion stroke injection A / F, based on the water temperature map in which the duration ta of the two-stage combustion is set in advance corresponding to the cooling water temperature Tw, A proper duration ta is determined.
[0027]
In step S18, the power generation amount by the alternator 30 is also determined based on the water temperature map. That is, in this control, when the two-stage combustion is performed, the operation of the alternator 30 is suppressed. At this time, power generation is performed within a range that does not affect the exhaust gas temperature rise. Based on a water temperature map in which the power generation amount is set in advance corresponding to the cooling water temperature Tw, the minimum necessary power generation amount corresponding to the cooling water temperature Tw is determined. Specifically, the power generation amount is set smaller as the cooling water temperature Tw is lower.
[0028]
In step S20, the normal operation mode flag F, which is set to a value of 1 when the engine 1 is started and is in a complete explosion state and is switched from the engine stall mode to the normal operation mode via the start mode, is set to the value 0 (F = 0). Reset. That is, the normal operation mode flag F is returned to the value 0 during the engine stall mode to prepare for the next normal operation.
[0029]
In step S22, it is determined whether or not the normal operation mode flag F is a value of 1. That is, it is determined whether or not the engine 1 is in a complete explosion state and is currently in the normal operation mode. Immediately after the execution of steps S10 to S20, the engine is still in the stall mode and the normal operation mode flag F is 0, so the determination result is false (No), and the process proceeds to step S24.
[0030]
In step S24, it is determined whether or not the ignition key is operated, the start signal is turned ON, and the start mode is set (during cranking). If the determination result is false (No) and the start signal is not yet ON and the engine is not in the start mode, the routine is exited and the execution of steps S10 to S20 is repeated. On the other hand, if the determination result in step S24 is true (Yes) and it is determined that the start signal is turned on and the operation mode is switched to the start mode, the process proceeds to step S26.
[0031]
In step S26, it is determined whether or not the engine rotation speed Ne has exceeded a predetermined rotation speed Ne1, that is, a rotation speed at which the engine 1 can be regarded as having reached a complete explosion (Ne> Ne1), and the start mode has been exited. If the determination result is false (No) and the engine rotational speed Ne is still less than or equal to the predetermined rotational speed Ne1, it can be determined that the start mode has not yet been exited, and the routine exits and returns to step S10. At this point, since it is no longer the engine stall mode but the start mode, the determination result in step S10 is false (No), and steps S22 to S26 are repeated.
[0032]
On the other hand, if the determination result in step S26 is true (Yes) and it is determined that the engine speed Ne exceeds the predetermined speed Ne1, it can be determined that the engine has exited the start mode and has entered the normal operation mode, and the next step In S28, the normal operation mode flag F is set to a value 1 (F = 1) to store that the normal operation is being performed.
In step S30, it is determined whether or not the engine 1 is in an idle operation state and the idle SW 11b is turned on. When the determination result is false (No) and the idle SW 11b is determined to be OFF (off), the routine is exited and the process returns to step S10. In this case, since the normal operation mode and the normal operation mode flag F is 1, the determination result of step S10 is false (No), and the determination result of step S22 is determined to be true (Yes). The
[0033]
That is, when the idle switch 11b is OFF, that is, when the throttle valve 11 is operated to the valve opening side and the engine 1 is accelerated, the load required for the engine 1 is large, and therefore the combustion temperature and thus the exhaust temperature is high. Can be considered. Therefore, in such a case, the catalytic converter 24 is naturally activated at an early stage, so that the two-stage combustion is not performed.
[0034]
On the other hand, if the determination result in step S30 is true (Yes), the engine 1 is in the idle operation state, and it is determined that the idle SW 11b is ON, the process proceeds to step S32.
In step S32, it is determined whether or not the elapsed time t from the start of the second stage combustion has exceeded the set second stage combustion duration ta (t> ta). At this time, since the two-stage combustion has not been performed yet, the determination result is false (No), and the process proceeds to step S34.
[0035]
In step S34, as shown in FIG. 3, in response to the fact that the engine rotational speed Ne exceeds the predetermined rotational speed Ne1 and the engine 1 is in the idling operation state, the compression stroke injection A / F and the expansion stroke set as described above. Two-stage combustion is performed based on the injection A / F.
In step S36, the operation of the alternator 30, that is, the power generation amount is suppressed so as to achieve the set power generation amount (auxiliary device operation limiting means). That is, as indicated by a solid line in FIG. 3, during the two-stage combustion, the power generation amount of the alternator 30 is kept extremely smaller than the normal power generation state (broken line). Actually, a current control command is issued from the ECU 40 to the regulator 36, and electric power is supplied from the battery 38 to the alternator 30 so that the power generation amount set as described above is obtained, whereby the power generation operation of the alternator 30 is suppressed.
[0036]
When the power generation operation of the alternator 30 is suppressed in this way, the load applied to the engine 1 becomes extremely small. Therefore, the main combustion is sufficiently performed even under the compression stroke injection A / F having a large lean degree set as described above. And a large amount of surplus oxygen is discharged into the exhaust passage. Due to the presence of the sufficient surplus oxygen, the fuel that is sub-injected under the expansion stroke injection A / F that is close to the rich is set. It burns well in the exhaust passage, and the temperature rise of the exhaust is promoted.
[0037]
That is, when the operation of the alternator 30 is suppressed, as shown by the solid line in FIG. 3, the compression stroke injection A is greater than when the alternator 30 is normally operated (broken line) while keeping the total A / F constant at the lean air-fuel ratio. / F is set to a large degree of leaning, the main injection amount is decreased to increase the surplus oxygen amount as much as possible, while the expansion stroke injection A / F is set to be small and rich, and the expansion stroke injection pulse width is increased to increase the sub injection amount. As much as possible, it is possible to increase the amount of fuel supplied to the exhaust passage, and under the setting of the compression stroke injection A / F having a large lean degree and the expansion stroke injection A / F closer to the richness, Two-stage combustion can be carried out effectively, and extremely high combustion heat can be generated in the exhaust passage to dramatically increase the exhaust gas temperature.
[0038]
Thereby, at the time of cold start of the engine 1, as shown by a solid line in FIG. 3, the catalyst temperature rises faster than the case where the alternator 30 is normally operated (broken line), and the catalytic converter 24 is ensured. As a result, the exhaust gas purification efficiency is improved.
When the elapsed time t from the start of the second stage combustion exceeds the duration time ta (t> ta), the determination result in step S32 becomes true (Yes). In this case, the second stage combustion is terminated. At the same time, the suppression of the operation of the alternator 30 is also terminated. Thus, thereafter, as shown in FIG. 3, for the engine 1, the sub-injection is stopped, and the normal combustion control is performed based on the appropriate air-fuel ratio in the fuel injection mode corresponding to the required load. 30 is in a normal power generation state.
[0039]
In the above embodiment, the case where only the alternator 30 is connected to the engine 1 as an auxiliary machine has been described as an example. However, if the auxiliary machine is driven by the engine 1, the auxiliary machine is not limited to the alternator 30 but may be an air conditioner compressor or A pump or the like may be used, and the same effect as described above can be obtained by suppressing the operation of the air conditioner compressor, the power steering pump, and the like during the two-stage combustion.
[0040]
In the above embodiment, the operation of the alternator 30 is always restricted during the two-stage combustion. However, when the voltage of the battery 38 is low, the operation restriction of the alternator 30 may be prohibited. In this case, in addition to the above effects, the durability of the battery 38 can be improved.
[0041]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the control apparatus for an internal combustion engine of claim 1 of the present invention, in the cylinder injection type internal combustion engine, when performing the two-stage combustion during the idle operation after the cold start , an alternator or the like This is used in main combustion because the load required for the engine is reduced due to the restriction of the operation of the auxiliary engine, the amount of fuel in the main injection can be reduced, and the lean degree of the air-fuel ratio of the main injection is kept large. Therefore, the amount of excess oxygen discharged from the engine can be secured sufficiently, so that the amount of fuel by sub-injection can be increased and the exhaust energy can be increased to effectively increase the temperature of the exhaust system. be able to.
[0042]
As a result, the catalytic converter can be activated early even when the combustion temperature and thus the exhaust temperature are not high as in the idling operation after the cold start .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a control device for an internal combustion engine according to the present invention mounted on a vehicle.
FIG. 2 is a flowchart showing a control routine of alternator operation suppression control according to the present invention.
FIG. 3 is a time chart showing a control result of alternator operation suppression control.
[Explanation of symbols]
1 Engine (Cylinder injection type internal combustion engine)
4 Spark plug 5 Ignition coil 6 Fuel injection valve 11b Idle SW
24 Catalytic converter 26 Crank angle sensor 28 Water temperature sensor 30 Alternator (auxiliary machine)
40 Electronic Control Unit (ECU)

Claims

少なくとも冷態始動後のアイドル運転時に圧縮行程で主噴射を行い膨張行程で副噴射を行う２段燃焼モードを有した筒内噴射型内燃機関と、
該筒内噴射型内燃機関により駆動される補機と、
前記冷態始動後のアイドル運転時における前記２段燃焼モード時に、前記補機の作動を制限する補機作動制限手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。A cylinder injection internal combustion engine having a two-stage combustion mode in which main injection is performed in a compression stroke and sub- injection is performed in an expansion stroke at least during idle operation after cold start;
An auxiliary machine driven by the direct injection internal combustion engine;
Auxiliary machine operation limiting means for limiting the operation of the auxiliary machine during the two-stage combustion mode during idle operation after the cold start ;
A control apparatus for an internal combustion engine, comprising: