JP5831160B2

JP5831160B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5831160B2
Application number: JP2011253047A
Authority: JP
Inventors: 川辺　敬; 敬川辺; 文昭平石; 村上　信明; 信明村上
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: JP2013108400A

Description

本発明は、筒内噴射を実施する多気筒の内燃機関の制御装置に関する。

従来、エンジン（内燃機関）の排気通路上に三元触媒，酸化触媒といった触媒装置を備えた車両の排気浄化制御の一つとして、触媒温度を迅速に活性温度まで高めるべく排気温度を上昇させる昇温制御が知られている。この昇温制御には、排気中に含まれる未燃成分の酸化熱を利用して排気温度を上昇させるものや、点火時期のリタードによって排気温度を上昇させるもの等が存在する。

前者は、排気中の炭素成分（炭化水素や一酸化炭素等）を触媒上で酸化させるときに生じる酸化熱を排気の昇温に利用するものである。この種の技術としては、燃料噴射のタイミングや燃焼形態を制御することで、筒内から排出される排気中に未燃液体成分（炭化水素）や未燃気体成分（一酸化炭素）を残留させる技術が知られている。また、排気通路上に燃料添加弁を追加して、炭化水素を排気中に直接添加する技術もある。

しかし、これらの技術では、エンジンを回転させるのに必要な燃料とは別に、触媒上での酸化反応で消費される燃料，添加剤が必要となる。さらに、触媒上で排気中の炭素成分を酸化させるには、触媒温度が所定の活性温度に達していなければならない。つまり、触媒が十分に温まっていない状態では他の手法を用いて触媒を昇温させる必要がある。

一方、後者は点火時期を圧縮上死点よりも遅角（リタード）側に制御して、排気行程後の排気通路内でも燃焼反応を進行させる（いわゆる後燃え状態とする）ことにより、排気温度を上昇させるものである。点火時期のリタードによって筒内での燃焼速度が低下すると、後燃えの傾向が強まり、排気温度が上昇する。この場合、触媒上での酸化反応に頼ることなく排気温度を上昇させることが可能である。

また、上記のような点火リタード制御に加えて、筒内への燃料噴射時期を圧縮行程内に設定することで排気を昇温させる技術も知られている。点火直前の圧縮行程で燃料を筒内に噴射すると、燃料の筒内での拡散を抑制しやすく、筒内における燃料濃度の高い部位を点火プラグの近傍に局在化させやすくなる。これにより、点火時期の大幅なリタードが可能となり、排気温度がさらに上昇する。なお、圧縮行程で燃料を筒内噴射しつつ点火リタード制御を実施する技術としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。

特開２００４−１９７６７４号公報

しかしながら、エンジンの気筒内での燃焼安定性を考慮すると、点火時期のリタード量には限界があり、排気の昇温速度をさらに高めることが難しい。一方、近年では、エンジンに要求される環境性能や車両に要求される排ガス浄化性能が高度化しており、触媒をより早期に活性化するための新たな手法が模索されている。
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、内燃機関の制御装置に関し、排気の昇温性能を向上させることである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示する内燃機関の制御装置は、筒内噴射を実施する多気筒の内燃機関の制御装置である。まず、前記内燃機関の各気筒内への燃料噴射を圧縮行程で実施する燃料噴射制御手段を設ける。また、前記燃料噴射制御手段による燃料噴射時に全気筒の点火時期をリタードさせるとともに、該燃料噴射の開始時から所定期間後に点火順序が連続しない一部の気筒の点火時期を他の気筒の点火時期よりもリタードさせる点火制御手段を設ける。
つまり、点火時期の制御に際して、全ての気筒の点火時期をリタードさせた上で、点火時期が連続しない気筒についてのリタード量を他気筒よりも増大させる。
ここでいう「点火順序が連続しない一部の気筒」とは、多気筒のうちの一つの気筒であってもよいし、複数の気筒であってもよい。リタードさせる気筒数を一つとする場合には、何れの気筒を選択した場合であっても点火順序が連続しない。また、リタードさせる気筒数を複数にする場合には、点火順序が連続しない気筒の組み合わせの中から任意の組み合わせを選択すればよい。

（２）また、前記内燃機関の冷却水温を検出する水温検出手段を備えることが好ましい。この場合、前記水温検出手段で検出された前記冷却水温が所定水温以下のときに、前記燃料噴射制御手段が前記内燃機関の各気筒内への燃料噴射を圧縮行程で実施することが好ましい。
つまり、点火順序が連続しない気筒の点火時期を他の気筒の点火時期よりもリタードさせる際に、冷却水温を指標として「内燃機関が冷態始動したこと」を検出，判定することが好ましい。

（３）また、前記内燃機関の排気系に設けられた触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段を備えることが好ましい。この場合、前記点火制御手段は、全気筒の点火時期のリタードから所定時間経過後における前記触媒温度が所定値以下である場合に、前記一部の気筒の点火時期を他の気筒の点火時期よりもリタードさせることが好ましい。

（４）また、前記内燃機関の冷却水温に基づき、前記内燃機関の負荷の大きさを制御する負荷制御手段を備えることが好ましい。この場合、前記負荷制御手段は、全気筒の点火時期のリタードから所定時間経過後に検出された前記冷却水温が所定水温よりも低い第二所定水温以下のときに、前記負荷を増大させることが好ましい。例えば、上記のリタード制御に加えて、空調装置やオルタネーター等を作動させることが好ましい。

（５）また、前記内燃機関が、列設された複数の気筒を有し、前記点火制御手段が、前記複数の気筒のうち、少なくとも端部以外に配置された気筒の点火時期をリタードさせることが好ましい。つまり、リタードの対象気筒をシリンダーブロックの内側（端部ではない位置）に配置された気筒とすることが好ましい。なお、リタードさせる気筒数が複数の場合には、少なくとも一つの気筒が内側に配置されたものであることが好ましい。より好ましくは、全ての気筒が内側に配置されたものとする。

開示の内燃機関の制御装置によれば、点火順序が連続しない一部の気筒の点火時期を他の気筒よりもリタードさせることで、内燃機関の回転安定性を確保しながら排気流量を増大させることができ、排気の昇温性能を向上させることができる。

一実施形態に係る内燃機関の制御装置のブロック構成及びこの制御装置が適用されたエンジンの構成を例示する図である。図１の内燃機関の各気筒の配置を示す模式図である。図１の制御装置で実施される燃料噴射モードの選択に関するフローチャートである。図１の制御装置で実施される点火モードの選択に関するフローチャートである。図１の制御装置で実施される負荷増大制御に関するフローチャートである。図１の制御装置による制御作用を説明するためのタイムチャートである。図１の制御装置による制御作用を説明するためのタイムチャートである。

図面を参照して内燃機関の制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。また、以下の実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよく、実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

［１．装置構成］
［１−１．エンジン］
本実施形態の制御装置は、図１，図２に示す水冷式のエンジン１０（内燃機関）に適用される。このエンジン１０は、図２に示すように直列四気筒エンジンであり、シリンダーブロック３０をシリンダヘッド側から見たときに、四個の気筒２０（シリンダー）が直列に配置されている。以下、列設されたこれらの各気筒２０について個別に述べる際には、シリンダーブロック３０の端部側のものから順に、第一気筒２０ａ，第二気筒２０ｂ，第三気筒２０ｃ，第四気筒２０ｄと呼ぶ。第一気筒２０ａ及び第四気筒２０ｄは列設方向の両端部に配置され、第二気筒２０ｂ及び第三気筒２０ｃは列の内側で、第一気筒２０ａと第四気筒２０ｄとの間に挟まれた内側の位置に配置される。なお、図１ではこれらの各気筒２０のうちの任意の一つの断面を示す。

気筒２０内には、図１に示すように、コネクティングロッドを介してクランクシャフト２１に接続されたピストン１９が往復摺動自在にはめ込まれている。コネクティングロッドは、ピストン１９の往復運動をクランクシャフト２１の回転運動に変換するリンク部材である。
また、気筒２０の周囲には、冷却水の流路となるウォータージャケット２３が設けられる。このウォータージャケット２３には冷却水通路２４が接続されており、これらのウォータージャケット２３及び冷却水通路２４の内部を冷却水が循環している。

ウォータージャケット２３は、四つの気筒２０ａ〜２０ｄの外周に沿って連接される。第一気筒２０ａ及び第四気筒２０ｄは、隣接する一つの気筒に面する部位を除くほぼ全周にわたってウォータージャケット２３に囲まれており、冷却性が良好である。一方、第二気筒２０ｂ及び第三気筒２０ｃはそれぞれ二つの気筒２０に隣接するため、第一気筒２０ａや第四気筒２０ｄと比較してシリンダーライナーの温度が低下しにくく、保温性が良好である。

図１に示すように、冷却水通路２４上には、ウォーターポンプ２５及びラジエータ２６が介装される。ウォーターポンプ２５は、その回転数に応じた流量の冷却水を吐出する流量可変型のポンプである。このウォーターポンプ２５には図示しないバッテリが接続され、バッテリから電力の供給を受けて作動する。
ラジエータ２６は、冷却水と空気（例えば車両外部から導入される外気）との間で熱交換を行わせることで冷却水を冷却する熱交換器である。エンジン１０で発生した熱はウォータージャケット２３内の冷却水に伝達され、冷却水の熱がラジエータ２６で放熱される。

［１−２．吸排気系］
気筒２０の天井面には、吸気ポート１３及び排気ポート１４が接続される。吸気ポート１３における気筒２０側の開口部には吸気弁１５が設けられ、排気ポート１４には排気弁１６が設けられる。吸気弁１５が開閉することで吸気ポート１３と気筒２０の内部空間（燃焼室）とが連通又は閉鎖され、排気弁１６が開閉することで排気ポート１４と気筒２０の内部空間とが連通又は閉鎖される。

吸気ポート１３と排気ポート１４との間には、点火プラグ１７がその先端を気筒２０の内側に突出させた状態で設けられる。この点火プラグ１７は、四つの気筒２０ａ〜２０ｄのそれぞれに一つずつ設けられる。以下、図２に示すように、第一気筒２０ａ〜第四気筒２０ｄのそれぞれの点火プラグ１７に符号１７ａ〜１７ｄを付して説明する。これらの点火プラグ１７ａ〜１７ｄでの点火のタイミングは、後述するエンジン制御装置１で個別に制御される。

また、図２に示すように、エンジン１０の各気筒２０に繋がる各吸気ポート１３の上流側にはインテークマニホールド２７（吸気マニホールド，インマニ）が接続され、各排気ポート１４の下流側にはエキゾーストマニホールド２８（排気マニホールド，エキマニ）が接続される。また、エキゾーストマニホールド２８よりも排気のさらに下流側の排気通路１８上には、図１に示すように、触媒装置２２が介装される。この触媒装置２２は、排気中に含まれる各種成分を浄化するためのものであり、例えば三元触媒や酸化触媒，NOx浄化触媒，DPF等である。

［１−３．燃料噴射系］
このエンジン１０では、各気筒２０に二種類のインジェクターが設けられる。一つは気筒２０内に燃料を直接的に噴射する直噴インジェクター１１（筒内噴射弁）であり、もう一つは吸気ポート１３内に燃料を噴射するポート噴射インジェクター１２（ポート噴射弁）である。直噴インジェクター１１から燃料を噴射することを「ＤＩ噴射」と呼び、ポート噴射インジェクター１２から燃料を噴射することを「ＰＩ噴射」と呼ぶ。

直噴インジェクター１１から噴射された燃料は、例えば筒内に形成される層状の空気流に乗って点火プラグ１７の近傍に誘導され、吸入空気中に不均一に分布する。一方、ポート噴射インジェクター１２から噴射された燃料は、例えば吸気ポート１３内で霧化し、吸入空気とよく混ざった状態で気筒２０内に導入される。一般に、ポート噴射インジェクター１２から噴射される燃料の燃圧は、直噴インジェクター１１から噴射される燃料の燃圧よりも低圧である。

これらの二種類のインジェクター１１，１２から噴射される燃料量及びその噴射タイミングは、エンジン制御装置１で制御される。具体的には、エンジン制御装置１から各インジェクター１１，１２に制御パルス信号が伝達され、その制御パルス信号の大きさに対応する期間だけ、各インジェクター１１，１２の噴射口が開放される。これにより、燃料噴射量は制御パルス信号の大きさ（駆動パルス幅）に応じた量となり、噴射タイミングは制御パルス信号が伝達された時刻に対応したものとなる。

以下、図２に示すように、第一気筒２０ａ〜第四気筒２０ｄのそれぞれに設けられる直噴インジェクター１１に符号１１ａ〜１１ｄを付して説明する。これらの直噴インジェクター１１ａ〜１１ｄでの燃料噴射のタイミングは、エンジン制御装置１で個別に制御される。なお、各気筒のポート噴射インジェクター１２もエンジン制御装置１で個別に制御されるが、本実施形態では主に直噴インジェクター１１ａ〜１１ｄによるＤＩ噴射について詳述する。

［１−４．センサー系］
冷却水通路２４上の任意の位置には、冷却水温Ｗを検出する冷却水温センサー５（水温検出手段）が設けられる。冷却水温Ｗは、例えばエンジン１０が冷態始動状態であるか否かを判断するために用いられる。ここで検出された冷却水温Ｗの情報は、エンジン制御装置１に伝達される。
触媒装置２２の近傍には、触媒温度Ｃを検出する触媒温度センサー６（触媒温度検出手段）が設けられる。図１では、触媒温度センサー６を触媒装置２２の上流側に設けたものを図示するが、触媒装置２２の下流側に設けてもよい。この触媒温度センサー６で検出される触媒温度Ｃは、触媒装置２２の活性を判断するための指標となる。ここで検出された触媒温度Ｃの情報は、エンジン制御装置１に伝達される。

車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ｐを検出するアクセル開度センサー７が設けられる。アクセル開度Ｐは、運転者の発進要求や加速要求に対応するパラメーターであり、すなわちエンジン１０への出力要求に対応する。なお、エンジン１０の始動直後のアイドリング運転時にはアクセル開度Ｐがほぼ０である。ここで検出されたアクセル開度Ｐの情報は、エンジン制御装置１に伝達される。

また、このエンジン１０には、クランクシャフト２１の回転角θを検出するクランク角センサー８が設けられる。クランク角センサー８で検出されたクランクシャフト２１の回転角θに関する情報はエンジン制御装置１に伝達される。なお、単位時間あたりの回転角θの変化量はエンジン回転数Neに相当する。したがって、クランク角センサー８はエンジン１０のエンジン回転数Neを検出する手段としての機能を持つ。エンジン回転数Neは、クランクシャフトの回転角θに基づいてエンジン制御装置１が演算する構成としてもよいし、クランク角センサー８の内部で演算する構成としてもよい。
また、車両の任意の位置には、自車両の速度（車速Ｖ）を検出する車速センサー９が設けられる。ここで検出された車速Ｖの情報はエンジン制御装置１に伝達される。

［２．制御構成］
［２−１．制御モード］
エンジン制御装置１は、エンジン１０の各気筒２０ａ〜２０ｄに対して供給される燃料噴射量，燃料供給手法，点火タイミング等を総合的に制御する電子制御装置であり、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。
このエンジン制御装置１には、エンジン１０の始動時における燃料噴射の制御態様として「通常噴射モード」及び「圧縮Ｓ／Ｌモード」の二種類のモードが設定され、点火時期の制御態様として「通常点火モード」，「リタードモード」及び「追加リタードモード」の三種類のモードが設定されている。

通常噴射モードは、「圧縮行程でのＤＩ噴射」以外の燃料噴射方式を実施するモードであり、例えば吸気行程でのＤＩ噴射やＰＩ噴射を実施する制御モードである。このモードは、エンジン１０を始動させるクランキング時，エンジン１０が始動してからエンジン回転数Neが安定するまでの過渡期，エンジン１０の始動後、所定時間T_ENDが経過した以後（排気温度や触媒温度Ｃが十分に暖まったアイドリング運転時）などに選択される。
また、この通常噴射モードは、運転者によるアクセル操作がなされて車両が走行し始めたときやエンジン１０がアイドリング状態でなくなった時にも選択される。なお、具体的な通常噴射モード時の制御内容は任意であり、例えばエンジン１０の運転状態や車両の走行状態に応じて、ＤＩ噴射とＰＩ噴射とが適宜設定されるものとしてもよい。

一方、圧縮Ｓ／Ｌモードは、エンジン１０の始動後に排気温度を早期に昇温させるべく、圧縮行程でＤＩ噴射を実施する燃料噴射モードである。このモードは、エンジン１０の始動後であってエンジン回転数Neが安定したとき（エンジン始動時から所定時間T_STAが経過した時点以後）に選択される。なお、本実施形態ではさらに圧縮Ｓ／Ｌモードの実施条件が追加されており、冷却水温Ｗが所定水温Ｗ₀以下である冷態始動時に選択される。
この圧縮Ｓ／Ｌモードでは、空燃比がスライトリーン（ストイキよりも僅かにリーンの空燃比であり、例えば14.7〜16の範囲内の空燃比）になるように、各気筒の直噴インジェクター１１ａ〜１１ｄから圧縮行程で燃料が供給される。

続いて点火時期の制御について詳述する。
通常点火モードは、エンジン１０に要求される出力や負荷に応じて点火時期を設定する通常のモードであり、燃料噴射モードが通常噴射モードであるときに選択される。具体的な通常点火モード時の制御内容は任意であり、例えばエンジン１０の運転状態や車両の走行状態に応じて適宜設定される。一方、燃料噴射モードが圧縮Ｓ／Ｌモードであるときには、リタードモード，追加リタードモードの何れか一方が選択される。

リタードモードは、点火時期を通常点火モード時よりもリタード方向（遅角方向）に制御するモードであり、燃料噴射のモードが圧縮Ｓ／Ｌモードとなったときに選択される。このリタードモードでは、各気筒の点火プラグ１７ａ〜１７ｄでの点火時期が通常点火モード時と比較してリタードするように制御される。
なお、前述の圧縮Ｓ／Ｌモードでは点火直前の圧縮行程で燃料が噴射されるため、筒内における燃料濃度の高い部位を点火プラグ１７の近傍に局在化させやすい（燃料の筒内での拡散を抑制しやすい）という利点があり、適切なタイミングで燃料を供給することでエンジン１０の回転を安定させたまま点火時期を大幅にリタードすることが可能となる。また、ＰＩ噴射を実施した場合と比較すると燃焼速度が速くなり、点火時期を大きくリタードできるというメリットがある。

そこで、前述の圧縮Ｓ／Ｌモードの選択時にリタードモードで点火時期を遅らせ、排気行程後の排気通路内でも燃焼反応を進行させる（いわゆる後燃え状態とする）ことにより、排気温度を大幅に上昇させることが可能となる。また、点火時期を遅らせることで各気筒２０ａ〜２０ｄ内での燃焼速度が低下するため、燃料の後燃えの傾向が強まり、排気温度の上昇傾向が強化される。

追加リタードモードは、リタードモードでのリタード量をさらに増加させた（リタード量を大きくした）モードであり、圧縮Ｓ／Ｌモードの開始時から所定時間T_Aが経過したときに選択される。ただし、この追加リタードモードでは、全ての気筒２０ａ〜２０ｄの点火プラグ１７ａ〜１７ｄについての点火時期が変更されるのではなく、第二気筒２０ｂ及び第三気筒２０ｃの点火プラグ１７ｂ，１７ｃについての点火時期がリタードモード時よりもさらに遅れるように制御される。

第二気筒２０ｂ，第三気筒２０ｃは点火順序が連続しないため、これらの気筒２０ｂ，２０ｃでの点火時期を遅らせたとしてもクランクシャフト２１の回転速度が変動しにくく、エンジン１０の回転安定性が確保される。また、図２に示すように、これらの気筒２０ｂ，２０ｃはシリンダーブロック３０の内側に配置されるため、シリンダーライナーの温度が低下しにくく、リタードによる失火が生じにくい。
この追加リタードモードは、圧縮Ｓ／Ｌモードが実施されている状態であって、排気温度のさらなる昇温が必要であると判断された場合に選択される。本実施形態では、触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₀（所定値）以下であるときに選択されるものとする。

［２−２．制御部］
エンジン制御装置１には、上記の各モードでの制御を実施するためのソフトウェア又はハードウェアとして、燃料噴射制御部２，点火時期制御部３及び負荷制御部４が設けられる。エンジン制御装置１の入力側には冷却水温センサー５，触媒温度センサー６，アクセル開度センサー７，クランク角センサー８，車速センサー９が接続され、冷却水温Ｗ，触媒温度Ｃ，アクセル開度Ｐ，クランクシャフト２１の回転角θ，車速Ｖの情報がそれぞれ入力される。また、エンジン制御装置１の出力側には、各気筒２０ａ〜２０ｄの直噴インジェクター１１ａ〜１１ｄ，点火プラグ１７ａ〜１７ｄ，ポート噴射インジェクター１２等が接続される。

燃料噴射制御部２（燃料噴射制御手段）は、各気筒２０ａ〜２０ｄの直噴インジェクター１１ａ〜１１ｄから筒内に噴射される燃料量及び燃料噴射のタイミングを制御するものである。ここでは、上記の通常噴射モードや圧縮Ｓ／Ｌモードの選択条件及び選択解除条件が判定される。これらの条件を以下に例示する。本実施形態では、通常噴射モードは以下の条件（Ａ１）〜（Ａ５）の何れかが成立したときに選択され、圧縮Ｓ／Ｌモードは以下の条件（Ｂ１）〜（Ｂ４）の全てが成立したときに選択される。また、選択された燃料噴射モードに基づき、燃料噴射制御部２はそれぞれのポート噴射インジェクター１２に対して、所望のエンジン出力を得るための制御信号を出力する。

・通常噴射モード
（Ａ１）エンジン始動後の経過時間が所定時間T_STA未満である
（Ａ２）エンジン始動後の経過時間が所定時間T_ENDを超えた（ただし、T_STA＜T_END）
（Ａ３）車両が停車中でない
（Ａ４）アクセル操作がなされた（アクセル全閉でない）
（Ａ５）冷却水温Ｗが所定水温Ｗ₀を超えている
・圧縮Ｓ／Ｌモード
（Ｂ１）エンジン始動後の経過時間が所定時間T_STA以上かつ所定時間T_END以内である
（Ｂ２）車両が停車中である
（Ｂ３）アクセル操作がなされていない（アクセル全閉である）
（Ｂ４）冷却水温Ｗが所定水温Ｗ₀以下である

また、燃料噴射制御部２は、以下に詳述する点火時期制御部３で制御される点火のタイミングに合わせて、圧縮Ｓ／Ｌモード時の燃料噴射タイミングを調整する制御を実施する。例えば、点火時期制御部３でリタードモードが選択されたときには、通常点火モードが選択された場合よりも燃料噴射のタイミングを遅角方向に移動させ、追加リタードモードが選択された場合にはさらにその遅角量を増大させる。

点火時期制御部３（点火制御手段）は、各気筒２０ａ〜２０ｄの点火プラグ１７ａ〜１７ｄでの点火のタイミングを制御するものである。ここでは、上記の通常点火モード，リタードモード，追加リタードモードの選択条件及び選択解除条件が判定される。これらの条件を以下に例示する。本実施形態では、以下の条件（Ｄ１）及び（Ｄ２）がともに成立したときにリタードモードが選択され、条件（Ｅ１）〜（Ｅ４）が全て成立したときに追加リタードモードが選択される。また、選択された点火モードに基づき、点火時期制御部３はそれぞれの点火プラグ１７ａ〜１７ｄに制御信号を出力する。

・通常点火モード
（Ｃ１）燃料噴射モードが通常噴射モードである
・リタードモード
（Ｄ１）燃料噴射モードが圧縮Ｓ／Ｌモードである
（Ｄ２）追加リタードモードが選択されていない
・追加リタードモード
（Ｅ１）燃料噴射モードが圧縮Ｓ／Ｌモードである
（Ｅ２）圧縮Ｓ／Ｌモードの経過時間が所定時間T_A以上である
（Ｅ３）冷却水温Ｗが所定水温Ｗ₀以下である
（Ｅ４）触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₀以下である

なお、点火時期のリタードによってエンジン出力が低下する場合には、気筒内への吸入空気量が増量されるとともに、燃料噴射制御部２で制御される燃料噴射量の目標値が増量方向に補正される。この場合、点火時期をリタードさせない場合と比較して排気流量が増大し、触媒温度がさらに上昇しやすくなる。

負荷制御部４（負荷制御手段）は、エンジン１０の負荷を増大させる制御（負荷増大制御）を実施するものである。ここでは、図示しない空調装置やオルタネーターなどを作動させる制御が実施される。エンジン１０の負荷が増大するとエンジン回転数が上昇しにくくなり、燃料噴射制御部２で制御される燃料噴射量の目標値が増量方向に補正される。これに伴い、気筒内への吸入空気量も増量されるため、排気流量が増大することになり、排気温度の上昇傾向が強化される。

負荷増大制御の実施条件を以下に例示する。本実施形態では、以下の条件（Ｆ１）〜（Ｆ４）が全て成立したときにエンジン１０の負荷が追加される。
（Ｆ１）燃料噴射モードが圧縮Ｓ／Ｌモードである
（Ｆ２）圧縮Ｓ／Ｌモードの経過時間が所定時間T_A以上である
（Ｆ３）冷却水温Ｗが第二所定水温Ｗ₁以下である（ただし、Ｗ₁＜Ｗ₀）
（Ｆ４）触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₁以下である（ただし、Ｃ₁＜Ｃ₀）

［３．フローチャート］
本エンジン制御装置１を搭載した車両でエンジン１０の始動時に実施される各種制御に関するフローチャートを図３〜図５に例示する。図３は燃料噴射モードの選択に関する制御のフローチャートであり、図４は点火モードの選択に関するもの、図５は負荷増大制御に関するものである。これらのフローは、エンジン１０を搭載した車両のイグニッションスイッチがオン操作されると、エンジン制御装置１の内部で繰り返し実施される。

［３−１．燃料噴射モード］
図３のフローは、燃料噴射制御部２で実施される制御内容に対応する。
ステップＡ１０では、エンジン１０の始動開始からの経過時間が所定時間T_STA以上、かつ、所定時間T_END未満であるか否かが判定される。T_ENDの判定基準となるエンジン１０の始動開始時刻は、クランクシャフト２１の回転角θの変化量やエンジン回転数Ne等に基づいて判定される。このステップの条件成立時にはステップＡ２０へ進み、非成立時にはステップＡ５０へ進んで通常噴射モードが選択される。なお、エンジン１０がまだ始動していないクランキング中である場合にも、ステップＡ１０の条件が成立しないものとしてステップＡ５０に進み、通常噴射モードが選択される。

ステップＡ２０では、車両が停車中であるか否かが判定される。例えば、車速センサー９で検出された車速Ｖがごく小さい所定車速Ｖ₀以下（なお、Ｖ₀＝０でもよい）であるか否かが判定される。ここでＶ≦Ｖ₀であるときにはステップＡ３０へ進み、Ｖ＞Ｖ₀であるときにはステップＡ５０へ進む。
ステップＡ３０では、アクセル開度Ｐが全閉（Ｐ＝０）であるか否かが判定される。ここでアクセル操作がなされている場合にはステップＡ５０へ進み、通常噴射モードが選択される。一方、アクセル操作がない場合には、ステップＡ４０に進む。

ステップＡ４０では、冷却水温Ｗが所定水温Ｗ₀以下であるか否かが判定される。Ｗ≦Ｗ₀であるときにはステップＡ６０へ進み、圧縮Ｓ／Ｌモードが選択される。一方、Ｗ＞Ｗ₀であるときにはステップＡ５０へ進み、通常噴射モードが選択される。ここでは、エンジン１０が冷態であるか温態であるかを判断するための指標として所定水温Ｗ₀が用いられる。

［３−２．点火モード］
図４のフローは、点火時期制御部３で実施される制御内容に対応する。
ステップＢ１０では、燃料噴射モードが圧縮Ｓ／Ｌモードであるか否かが判定される。このとき、圧縮Ｓ／Ｌモードである場合にはステップＢ２０へ進み、圧縮Ｓ／Ｌモードでない場合（通常噴射モードである場合）にはステップＢ６０へ進んで通常点火モードが選択される。なお、ステップＢ２０に進んだ場合には圧縮Ｓ／Ｌモードの選択条件がすでに成立しているため、冷却水温Ｗは所定水温Ｗ₀以下である。

ステップＢ２０では、圧縮Ｓ／Ｌモードの開始時からの経過時間が所定時間T_A以上であるか否かが判定される。このステップの条件が成立しない時にはステップＢ５０へ進み、リタードモードが選択される。一方、このステップの条件が成立する時にはステップＢ３０へ進む。
ステップＢ３０では、触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₀以下であるか否かが判定される。ここでＣ≦Ｃ₀である場合にはステップＢ４０へ進み、追加リタードモードが選択される。一方、Ｃ＞Ｃ₀である場合にはステップＢ５０へ進み、リタードモードが選択される。触媒温度Ｃの判定閾値である所定温度Ｃ₀は、排気温度のさらなる昇温が必要であるか否かを判断するための指標となる。

［３−３．負荷増大制御］
図５のフローは、負荷制御部４で実施される制御内容に対応する。
ステップＣ１０では、燃料噴射モードが圧縮Ｓ／Ｌモードであるか否かが判定される。このとき、圧縮Ｓ／Ｌモードである場合にはステップＣ２０へ進み、圧縮Ｓ／Ｌモードでない場合にはステップＣ６０へ進む。
ステップＣ２０では、圧縮Ｓ／Ｌモードの開始時からの経過時間が所定時間T_A以上であるか否かが判定される。このステップの条件が成立しない時にはステップＣ６０へ進み、このステップの条件が成立する時にはステップＣ３０へ進む。

ステップＣ３０では、冷却水温Ｗが第二所定水温Ｗ₁以下であるか否かが判定される。ここでＷ≦Ｗ₁である場合にはステップＣ４０へ進み、Ｗ＞Ｗ₁である場合にはステップＣ６０へ進む。このステップでの冷却水温Ｗの判定閾値である第二所定水温Ｗ₁は、圧縮Ｓ／Ｌモードの選択条件に含まれる所定水温Ｗ₀よりも低い温度であり、エンジン１０が冷態であるか極冷態であるかを判断するための指標となる。

ステップＣ４０では、触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₁以下であるか否かが判定される。ここでＣ≦Ｃ₁である場合にはステップＣ５０へ進み、エンジン１０の負荷を追加する制御が実施される。一方、Ｃ＞Ｃ₁である場合にはステップＣ６０へ進み、負荷が追加されることなく本フローが終了する。触媒温度Ｃの判定閾値である所定温度Ｃ₁も、追加リタードモードの選択条件に含まれる所定温度Ｃ₀よりも低い温度であり、排気温度をより迅速に昇温させる必要があるか否かを判断するための指標となる。

［４．作用］
上記のエンジン１０を搭載した車両において、エンジン１０の始動時に上記のフローチャートに従って制御が実施された場合のモードの選択状態と、エンジン１０に関する各種パラメーターの経時変動とを図６及び図７に示す。図６はエンジン１０の冷態始動時に対応するものであり、図７は極冷態始動時に対応するものである。

［４−１．冷態始動時］
図６に示す例では、エンジン１０の始動前の時点での触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₁より高い温度である。時刻t₀に車両のイグニッションスイッチがオン操作されると、スタータによるエンジン１０のクランキングが開始される。
その後、図６（ｆ）に示すように、時刻t₁にエンジン回転数Neが所定回転数以上になると、エンジン１０が始動したものと判定される。この時刻t₁は、圧縮Ｓ／Ｌモードの選択条件に係る経過時間の計測開始時刻に相当する。エンジン１０の始動直後に選択される燃料噴射モードは通常噴射モードであり、燃料噴射制御部２から直噴インジェクター１１に出力される制御パルス信号は、ＰＩ噴射や吸気行程でのＤＩ噴射を実施させるものとなる。

時刻t₁から所定時間T_STAが経過した時刻t₂には、燃料噴射制御部２で圧縮Ｓ／Ｌモードが選択されるともに、点火時期制御部３でリタードモードが選択され、各気筒２０ａ〜２０ｄの点火プラグ１７ａ〜１７ｄでの点火時期が遅角方向に制御される。例えば、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、全ての点火プラグ１７ａ〜１７ｄの点火時期が所定値R₁に設定される。また、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、全ての直噴インジェクター１１ａ〜１１ｄの燃料噴射時期が圧縮行程期間内の所定タイミングF₁に変更される。これにより、排気温度が上昇するとともに排気流量が増大し、図６（ａ）に示すように触媒温度Ｃが上昇し、触媒が早期に活性化する。

時刻t₂から所定時間T_Aが経過した時刻t₃になると、点火時期制御部３で追加リタードモードが選択される。これにより、図６（ｄ）に示すように、第二気筒２０ｂ，第三気筒２０ｃの点火プラグ１７ｂ，１７ｃでの点火時期がリタードモード時よりもさらに大きく遅角方向に制御され、点火時期が所定値R₂に設定される。また、この点火モードの変更に伴い、燃料噴射制御部２では燃料噴射のタイミングが遅角方向に変更される。例えば、図６（ｂ）に示すように、時刻t₃以降は、第二気筒２０ｂ，第三気筒２０ｃの直噴インジェクター１１ｂ，１１ｃの燃料噴射タイミングがさらに遅れるように調整される。

これらの制御により排気温度の上昇傾向が強められ、図６（ａ）に示すように、触媒温度Ｃの上昇勾配が増大し、触媒の更なる活性化が促進される。なお、追加リタードモードを実施しなかった場合には、図６（ａ）中に破線で示すように、触媒温度Ｃの上昇が緩慢となる。

時刻t₄に触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₀以上になると追加リタードモードが終了し、点火時期制御部３で再びリタードモードが選択される。したがって、図６（ｄ）に示すように、第二気筒２０ｂ，第三気筒２０ｃの点火プラグ１７ｂ，１７ｃの点火時期が第一気筒２０ａ，第四気筒２０ｄの点火プラグ１７ａ，１７ｄの点火時期と同じ所定値R₁に再設定される。これに伴い、図６（ｂ）に示すように、第二気筒２０ｂ，第三気筒２０ｃの直噴インジェクター１１ｂ，１１ｃの燃料噴射のタイミングが所定タイミングF₁に戻される。

その後、時刻t₁から所定時間T_ENDが経過した時刻t₅になると圧縮Ｓ／Ｌモードが終了し、燃料噴射制御部２で通常噴射モードが選択される。また、これと同時にリタードモードが終了し、点火時期制御部３で通常点火モードが選択されて、通常のエンジン１０の制御が実施される。

［４−２．極冷態始動時］
図７に示す例では、エンジン１０の始動前の時点での触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₁より低い温度である。この場合、時刻t₃までは図６と同様の挙動を示すが、時刻t₃に負荷増大制御が実施されるため、図７（ｇ）に示すように、エンジン負荷が増大する。これにより、図７（ａ）に示すように、排気温度の上昇傾向がさらに強められ、触媒温度Ｃの上昇勾配がさらに増大する。したがって、触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₀に達するまでにかかる時間がさらに短縮される。

時刻t₆に触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₀以上になると追加リタードモードが終了し、点火時期制御部３でリタードモードが選択されるとともに、負荷増大制御も終了する。なお、エンジン１０の始動時における触媒温度Ｃが同一である場合、追加リタードモードが実施される時間の長さ（図７中の時刻t₃から時刻t₆までの期間）は、負荷増大制御を実施しない場合の時間の長さ（図６中の時刻t₃から時刻t₄までの期間）よりも大幅に短縮される。

［５．効果］
（１）上記のエンジン制御装置１では、圧縮行程での筒内噴射を実施するエンジン１０において、単純に点火時期をリタードさせるのではなく、点火順序が連続しない第二気筒２０ｂ及び第三気筒２０ｃについての点火時期が第一気筒２０ａ及び第四気筒２０ｄについての点火時期よりも遅れるように、点火プラグ１７ａ〜１７ｄが制御される。このような制御構成により、エンジン１０の回転安定性を確保しながら排気流量を増大させることができ、排気及び触媒装置２２の昇温性能を向上させることができる。これにより、触媒装置２２の触媒温度Ｃを効率的に昇温させることができ、触媒の早期活性化及び活性の更なる向上を促進することができる。

（２）また、上記のエンジン制御装置１では、追加リタードモード時の追加リタードの対象となる気筒が第二気筒２０ｂ及び第三気筒２０ｃであり、すなわちシリンダーブロック３０の内側に配置された気筒についてのみリタード量を大きくする（点火時期を遅らせる）制御が実施される。このような制御構成により、シリンダーライナーの温度を維持しやすくすることができ、失火しにくくすることができる。また、この追加リタードモードは、エンジン１０の始動直後に実施されるため、点火性及びシリンダーライナーの保温性を向上させることで、エンジン１０の始動性を高めることができる。

（３）これに加えて、上記のエンジン制御装置１では、追加リタードモード時に第二気筒２０ｂ及び第三気筒２０ｃのみの点火時期をリタードさせるのではなく四つの気筒の全てについての点火時期をリタードさせている。これにより、全ての気筒２０ａ〜２０ｄから排出される排気の温度を向上させることができ、排気及び触媒装置２２の昇温性能を高めることができる。また、第一気筒２０ａ及び第四気筒２０ｄの点火時期も併せてリタードさせることで、各気筒２０の点火時期同士の間隔期間のばらつきを小さくすることができ、エンジン１０の回転安定性を向上させることができる。

（４）さらに、上記のエンジン制御装置１では、冷却水温Ｗが所定水温Ｗ₀以下のときに、圧縮Ｓ／Ｌモード及び追加リタードモードが選択される。このように、エンジン冷却水の水温を参照して燃料噴射モード及び点火モードを選択することにより、排気及び触媒装置２２の昇温性能を高めるべきエンジン１０の冷態始動の状態を精度よく把握することができる。
また、冷却水温Ｗが十分に高温であるときには、圧縮Ｓ／Ｌモード及び追加リタードモードを選択しなくても、触媒温度Ｃが早期に活性温度に達するものと考えられる。上記のエンジン制御装置１ではこのような場合に、通常噴射モード及び通常点火モードが選択されるため、排気性能を損なうことなく燃費を向上させることができる。

（５）また、上記のエンジン制御装置１では、エンジン１０が極冷態始動の状態である場合には、空調装置やオルタネーターを駆動してエンジン負荷を増大させる制御が実施される。これにより、排気流量を容易に増大させることができ、排気及び触媒装置２２の昇温性能をさらに向上させることができる。また、触媒温度Ｃが所望の温度に達するまでにかかる時間を短縮することができ、排気性能を向上させることができる。

（６）なお、上記のエンジン制御装置１では、負荷増大制御を実施するための冷却水温Ｗの閾値である第二所定水温Ｗ₁が、追加リタードモードを選択するための所定水温Ｗ₀よりも低い温度に設定されている。つまり、上昇させるべき温度幅が比較的小さい場合には、昇温応答性の高い追加リタードモードを使用し、温度幅が比較的大きい場合には、昇温応答性の低い負荷増大制御をこれに上乗せしている。このように、要求される昇温能力に応じて追加リタードモードを負荷増大制御よりも優先的に実施することにより、迅速に排気温度及び触媒温度Ｃを高めつつ、追加リタードのみでは賄いきれない温度上昇分を負荷増大制御に負担させて、排気及び触媒装置２２の昇温性能を向上させることができる。

（７）また、上記のエンジン制御装置１では、追加リタードモードの選択条件として触媒温度Ｃを参照しており、具体的には触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₀以下のときに追加リタードモードが選択される。このような制御構成により、排気系の昇温が必要な運転状態で、その排気系を確実に昇温させることができる。また、触媒温度Ｃが所定温度Ｃ₀を超えた場合には追加リタードモードが終了して通常のリタードモードが選択されるため、点火リタードに伴う燃料の浪費を抑制することができ、燃費を向上させることができる。

（８）また、上記のエンジン制御装置１では、圧縮Ｓ／Ｌモード下で追加リタードモードが選択される。つまり、圧縮Ｓ／Ｌモードによるリタード量に対して、追加リタードモードによるリタード量が加算されることになる。これにより、例えば吸気行程に燃料を噴射する通常噴射モード下で追加リタードモードを選択した場合と比較して、点火時期の変更幅（トータルのリタード量）を大きくすることができ（つまり、点火時期を大幅にリタードさせることができ）、エンジンの回転安定性を確保しつつ排気及び触媒装置２２の昇温性能を向上させることができる。

（９）また、圧縮Ｓ／Ｌモードに関して、上記のエンジン制御装置１では、図６（ｂ），図７（ｂ）に示すように、追加リタードモードが開始されたときにＤＩ噴射のタイミングをさらに遅らせる制御が実施される。このように、点火時期だけでなく燃料噴射のタイミングをもリタードさせる調整を加えることにより、追加リタードモードでのリタード量をさらに大きくすることができ、エンジンの回転安定性を確保しつつ排気及び触媒装置２２の昇温性能を向上させることができる。

（１０）なお、直列四気筒エンジン１０での追加リタードモードの制御においては、第二気筒２０ｂ及び第三気筒２０ｃを追加リタードの対象とすることが好ましい。すなわち、これらの気筒は、点火順序が連続しないという条件を満足するだけでなく、シリンダーブロック３０の内側に配置されているという条件をも満足するからである。
上記のエンジン制御装置１ではこのような第二気筒２０ｂ及び第三気筒２０ｃの点火プラグ１７ｂ，１７ｃでの点火時期を追加リタードの対象としているため、エンジン１０の回転安定性と点火性とをともに向上させることができ、排気及び触媒装置２２の昇温性能を向上させることができる。

［６．変形例等］
上述の実施形態では、エンジン１０の始動時の制御モードとして、通常噴射モード，圧縮Ｓ／Ｌモード，通常点火モード，リタードモード，追加リタードモード等の各種モードを備えたエンジン制御装置１を例示したが、これらの制御モードは上述のエンジン制御装置１に必須の要素ではない。
また、上述の実施形態における諸条件（Ａ１）〜（Ｆ４）は実施形態における例示に過ぎず、これらに加えて、又は代えて他の条件を設けることが可能であり、必要に応じて取捨選択することも可能である。少なくとも、直噴圧縮行程噴射の実施時に上記の追加リタードモードが選択されるような条件を設けることで、上述の実施形態と同様の効果を奏する制御を実現することが可能である。

例えば、上述の実施形態ではエンジン１０が冷態始動状態であるか否かを判定するのに冷却水温Ｗの情報を用いるものを提示したが、冷却水温Ｗの代わりに外気温度や触媒温度Ｃ，排気通路１８内の排気温度，エキゾーストマニホールド２８の排気温度等を用いてもよいし、これらに相当する他のパラメーターを用いてもよい。あるいは、エンジン１０が始動してからの経過時間のみをパラメーターとしてもよい。
この場合、冷却水温Ｗの大小に関わらず、始動してからの経過時間が十分でないときには常にエンジン１０が冷態始動状態であるものと判断することも可能である。なお、具体的な他のパラメーターの例としては、吸気流量やインテークマニホールド圧（吸気圧），過給圧（ターボ圧），吸気温度（給気温度），外気温，車速等を用いることが考えられる。

また、上述の実施形態では、圧縮Ｓ／Ｌモードの選択条件と追加リタードモードの選択条件とが異なるものを示したが、より簡便な制御手法としてはこれらの各モードの選択条件を同一にすることも考えられる。例えば、エンジン１０の始動時に圧縮Ｓ／Ｌモードと追加リタードモードとが常に同時に選択される制御構成としてもよい。

また、上述の実施形態の図６（ｄ）では、追加リタードモード時の点火時期が所定値R₂に固定されているものが示されているが、追加リタードモード時のリタード量（点火時期の所定値R₁とR₂との差の大きさ）を冷却水温Ｗや触媒温度Ｃ，外気温度等に応じて変更する構成としてもよい。例えば、冷却水温Ｗが低温であるほど追加リタード量を増大させて、排気や触媒装置２２の昇温効果を高めてもよい。
負荷増大制御に関しても同様であり、冷却水温Ｗや触媒温度Ｃ，外気温度等に応じて、追加する負荷の大きさを変更する構成としてもよい。例えば、冷却水温Ｗが低温であるほど追加する負荷の大きさを増大させることが考えられる。このような制御により、排気及び触媒装置２２の昇温性能を向上させることができる。

また、上述の実施形態では、直列四気筒エンジン１０における制御内容を詳述したが、エンジン１０の燃焼形式や気筒数はこれに限定されない。少なくとも筒内噴射を実施する多気筒のエンジンであれば、ガソリンエンジン，ディーゼルエンジンの何れであっても上記の制御を実施することが可能である。
なお、追加リタードモード時に追加リタードの対象となる気筒は、少なくとも点火順序が連続しないものであればよいため、一気筒のみをリタードさせる場合にはどの気筒を対象気筒として設定してもよい。例えば、第二気筒２０ｂのみを追加リタードの対象気筒としてもよいし、第四気筒２０ｄのみを対象気筒としてもよい。

また、複数の気筒２０を対象気筒とする場合には、第二気筒２０ｂ及び第三気筒２０ｃの代わりに、第一気筒２０ａ及び第四気筒２０ｄを追加リタードの対象気筒としてもよい。少なくとも点火順序が連続しなければよいため、点火順序が連続しない気筒の組み合わせの中から適宜選択することができる。

１エンジン制御装置
２燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）
３点火時期制御部（点火制御手段）
４負荷制御部（負荷制御手段）
５冷却水温センサー（水温検出手段）
６触媒温度センサー（触媒温度検出手段）
１０エンジン（内燃機関）
１１直噴インジェクター
１７点火プラグ
２０気筒

Claims

筒内噴射を実施する多気筒の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の各気筒内への燃料噴射を圧縮行程で実施する燃料噴射制御手段と、
前記燃料噴射制御手段による燃料噴射時に全気筒の点火時期をリタードさせるとともに、該燃料噴射の開始時から所定期間後に点火順序が連続しない一部の気筒の点火時期を他の気筒の点火時期よりもリタードさせる点火制御手段と
を備えたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の冷却水温を検出する水温検出手段を備え、
前記水温検出手段で検出された前記冷却水温が所定水温以下のときに、前記燃料噴射制御手段が前記内燃機関の各気筒内への燃料噴射を圧縮行程で実施する
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の排気系に設けられた触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段を備え、
前記点火制御手段は、全気筒の点火時期のリタードから所定時間経過後における前記触媒温度が所定値以下である場合に、前記一部の気筒の点火時期を他の気筒の点火時期よりもリタードさせる
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の冷却水温に基づき、前記内燃機関の負荷の大きさを制御する負荷制御手段を備え、
前記負荷制御手段は、全気筒の点火時期のリタードから所定時間経過後に検出された前記冷却水温が所定水温よりも低い第二所定水温以下のときに、前記負荷を増大させる
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関が、列設された複数の気筒を有し、
前記点火制御手段が、前記複数の気筒のうち、少なくとも端部以外に配置された気筒の点火時期をリタードさせる
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。