JP6694266B2

JP6694266B2 - 触媒の暖機制御装置

Info

Publication number: JP6694266B2
Application number: JP2015248915A
Authority: JP
Inventors: 毅植木; 竹田　俊一; 俊一竹田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: JP2017115597A

Description

本発明は、内燃機関の排気系に設けられる触媒の暖機を実施する触媒の暖機制御装置に関する。

一般的に、排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化する三元触媒は、その触媒の雰囲気がストイキ近傍（例えば空燃比＝１４．７±０．１〜０．２）にあるときにその浄化能力を発揮する。但し、内燃機関の冷間始動時等、触媒が低温で活性化していなければ、浄化能力が十分に発揮されない。よって、触媒を早期に活性化温度にまで上昇させる触媒暖機の実施が不可欠である。

触媒暖機の手法としては、例えば特許文献１に開示される技術のように、圧縮行程中に１回目の噴射を行い、膨張行程中に２回目の噴射を行う事で、点火プラグ近傍にリッチな混合気を形成し、その後に点火プラグに放電させて混合気を着火させるものがある。このとき、圧縮上死点における筒内圧が大きいほど、１回目の燃料噴射の噴射開始時期を進角させることで、噴射開始時期における筒内圧を安定させることができ、１回目の燃料噴射によるペネトレーション（噴霧の到達距離）を安定させることができる。ひいては、安定した噴霧の形成を実現でき、燃料の燃焼安定性を向上させることが可能となる。

特開２００７−３０３４２８号公報

特許文献１に記載の技術では、２回の噴射を行うことで、点火プラグ付近にリッチな混合気を形成し、その状態で点火プラグに放電させる。これにより、燃焼安定性が向上するが、その燃焼安定性についてはいまだ改善の余地がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、触媒の暖機時において燃料の燃焼を安定させることが可能な触媒の暖機制御装置を提供することにある。

本発明は、内燃機関の排気系に設けられる触媒を排気の熱を利用して暖機する触媒の暖機制御装置であって、前記内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する直噴式噴射弁と、前記燃焼室内で放電を実行する点火プラグと、を備え、前記暖機制御装置は、前記触媒を暖機する必要がある場合に、前記内燃機関の吸気行程で前記燃焼室内に燃料を供給した後、圧縮上死点を含む所定期間中に前記点火プラグにより連続的な放電又は複数回の放電を実行させ、前記所定期間中に前記直噴式噴射弁により燃料噴射を実行させることを特徴とする。

触媒を暖機する必要がある場合に、本暖機制御装置では、吸気行程中に燃焼室内に燃料が供給される。これにより、点火プラグに放電させる前に燃焼室内で燃料と空気とを十分に混合させることが可能となる。この混合気は、圧縮上死点を含む所定期間中に点火プラグにより連続放電あるいは多重放電が実行されることで着火し、それにより発生した火炎に対し直噴式噴射弁により燃料の噴射が実行されることで、燃料の分解反応が促進される。さらに、放電が継続されているため、燃料をより確実に着火させることができる。ひいては、燃料の燃焼安定性を向上させることが可能となる。

本実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の模式図である。図１に示されている点火回路ユニット周辺の概略的な回路図である。従来の触媒の暖機制御について表したタイムチャートである。本実施形態に係る暖機制御について表したタイムチャートである。圧縮ＴＤＣに近づくにつれ変化する筒内圧と燃焼室内の流速の変化を表した図である。本実施形態に係る電子制御ユニットにより実行される制御フローチャートである。本実施形態に係る暖機制御が奏する効果を示す図である。

図１を参照すると、エンジンシステム１０は、火花点火式の内燃機関であるエンジン１１を備えている。エンジン１１の本体部を構成するエンジンブロック１１ａの内部には、燃焼室１１ｂ及びウォータージャケット１１ｃが形成されている。燃焼室１１ｂは、ピストン１２を往復移動可能に収容するように設けられている。ウォータージャケット１１ｃは、冷却液（冷却水ともいう）が通流可能な空間であって、燃焼室１１ｂの周囲を取り囲むように設けられている。

エンジンブロック１１ａの上部であるシリンダヘッドには、吸気ポート１３及び排気ポート１４が、燃焼室１１ｂと連通可能に形成されている。また、シリンダヘッドには、吸気ポート１３と燃焼室１１ｂとの連通状態を制御するための吸気バルブ１５と、排気ポート１４と燃焼室１１ｂとの連通状態を制御するための排気バルブ１６と、吸気バルブ１５及び排気バルブ１６を所定のタイミングで開閉動作させるためのバルブ駆動機構１７と、が設けられている。

さらに、エンジンブロック１１ａには、直噴式噴射弁１８及び点火プラグ１９が装着されている。本実施形態においては、直噴式噴射弁１８は、点火プラグ１９の近傍に配置され、噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９で生じる初期火炎の方向へ直接向かうように設けられている（スプレーガイド方式）。そして、点火プラグ１９は、燃焼室１１ｂ内にて燃料と空気との混合気を点火するように設けられている。

吸気ポート１３には、吸気マニホールド２１ａが接続されている。また、吸気マニホールド２１ａよりも吸気通流方向における上流側には、サージタンク２１ｂが配置されている。排気ポート１４には、排気管２２が接続されている。

ＥＧＲ通路２３は、排気管２２とサージタンク２１ｂとを接続することで、排気管２２に排出された排気ガスの一部を吸気に導入可能に設けられている（ＥＧＲはＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎの略である）。ＥＧＲ通路２３には、ＥＧＲ制御バルブ２４が介装されている。ＥＧＲ制御バルブ２４は、その開度によってＥＧＲ率（燃焼室１１ｂ内に吸入される燃焼前のガスにおける排気ガスの混入割合）を制御可能に設けられている。

吸気管２１における、サージタンク２１ｂよりも吸気通流方向における上流側には、スロットルバルブ２５が介装されている。スロットルバルブ２５は、その開度が、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ２６の動作によって制御されるようになっている。また、吸気ポート１３の近傍には、スワール流やタンブル流を発生させるための気流制御バルブ２７が設けられている。

排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒４１と、触媒４１の温度を直接検出する触媒温度センサ４２と、が設けられている。また、触媒４１の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ４０（リニアＡ／Ｆセンサ等）が設けられている。

エンジンシステム１０は、点火回路ユニット３１、電子制御ユニット３２等を備えている。

点火回路ユニット３１は、燃焼室１１ｂ内の燃料混合気に点火するための火花放電を点火プラグ１９にて発生させるように構成されている。電子制御ユニット３２は、いわゆるエンジンＥＣＵ（ＥＣＵはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔの略である）であって、クランク角センサ３３等の各種センサの出力に基づいて取得したエンジン１１の運転状態（以下「エンジンパラメータ」と呼称する）に応じて、直噴式噴射弁１８及び点火回路ユニット３１を含む各部の動作を制御するようになっている。したがって、電子制御ユニット３２は暖機制御装置に該当する。

点火制御に関して、電子制御ユニット３２は、取得したエンジンパラメータに基づいて、点火信号及びエネルギ投入期間信号を生成及び出力するようになっている。かかる点火信号及びエネルギ投入期間信号は、燃焼室１１ｂ内のガスの状態及び必要とされるエンジン１１の出力（これらはエンジンパラメータに応じて変化する）に応じた、最適な放電開始時期及び放電電流を規定するものである。

クランク角センサ３３は、エンジン１１の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するためのセンサである。このクランク角センサ３３は、エンジンブロック１１ａに装着されている。冷却水温センサ３４は、ウォータージャケット１１ｃ内を通流する冷却液の温度である冷却水温を検出（取得）するためのセンサであって、エンジンブロック１１ａに装着されている。

エアフローメータ３５は、吸入空気量（吸気管２１を通流して燃焼室１１ｂ内に導入される吸入空気の質量流量）を検出（取得）するためのセンサである。このエアフローメータ３５は、スロットルバルブ２５よりも吸気通流方向における上流側にて、吸気管２１に装着されている。吸気圧センサ３６は、吸気管２１内の圧力である吸気圧を検出（取得）するためのセンサであって、サージタンク２１ｂに装着されている。

スロットル開度センサ３７は、スロットルバルブ２５の開度（スロットル開度）に対応する出力を生じるセンサであって、スロットルアクチュエータ２６に内蔵されている。アクセルポジションセンサ３８は、アクセル操作量に対応する出力を生じるように設けられている。

＜点火回路ユニット周辺の構成＞
図２を参照すると、点火回路ユニット３１は、イグニッションコイル３１１（一次巻線３１１ａ及び二次巻線３１１ｂを含む）と、直流電源３１２と、第一スイッチング素子３１３と、エネルギ追加投入回路３２２と、ダイオード３１８ａ，３１８ｂ、及び３１８ｄと、ドライバ回路３１９と、を備えている。

上述のように、イグニッションコイル３１１は、一次巻線３１１ａと二次巻線３１１ｂとを備えている。このイグニッションコイル３１１は、周知の通り、一次巻線３１１ａを通流する一次電流の増減により、二次巻線３１１ｂにて二次電流を発生させるように構成されている。

一次巻線３１１ａの一端である高電圧側端子（非接地側端子とも称し得る）側には、直流電源３１２における非接地側出力端子（具体的には＋端子）が接続されている。一方、一次巻線３１１ａの他端である低電圧側端子（接地側端子とも称し得る）側は、第一スイッチング素子３１３を介して、接地側に接続されている。すなわち、直流電源３１２は、第一スイッチング素子３１３がオンされたときに、一次巻線３１１ａにて高電圧側端子側から低電圧側端子側に向かう方向の一次電流を通流させるように設けられている。

二次巻線３１１ｂにおける高電圧側端子（非接地側端子とも称し得る）側は、ダイオード３１８ａを介して、一次巻線３１１ａにおける高電圧側端子側に接続されている。このダイオード３１８ａは、一次巻線３１１ａにおける高電圧側端子側から二次巻線３１１ｂにおける高電圧側端子側に向かう方向の電流の通流を禁止するとともに、二次電流（放電電流）を点火プラグ１９から二次巻線３１１ｂに向かう（すなわち図中の電流Ｉ２が負の値となる）方向に規定すべく、そのアノードが二次巻線３１１ｂにおける高電圧側端子側に接続されている。二次巻線３１１ｂにおける低電圧側端子（接地側端子とも称し得る）側は、点火プラグ１９に接続されている。

第一スイッチング素子３１３は、ＭＯＳゲート構造トランジスタであるＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、第一制御端子３１３Ｇと、第一電源側端子３１３Ｃと、第一接地側端子３１３Ｅと、を有している。第一スイッチング素子３１３の両端（第一電源側端子３１３Ｃと第一接地側端子３１３Ｅ）に、ダイオード３１８ｄが並列に接続されている。この第一スイッチング素子３１３は、第一制御端子３１３Ｇに入力された第一制御信号に基づいて、第一電源側端子３１３Ｃと第一接地側端子３１３Ｅとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。本実施形態においては、第一電源側端子３１３Ｃは、一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側に接続されている。また、第一接地側端子３１３Ｅは、接地側に接続されている。

エネルギ追加投入回路３２２は、第二スイッチング素子３１４と、第三スイッチング素子３１５と、エネルギ蓄積コイル３１６と、コンデンサ３１７と、ダイオード３１８ｃとで構成されている。

第二スイッチング素子３１４は、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、第二制御端子３１４Ｇと、第二電源側端子３１４Ｄと、第二接地側端子３１４Ｓと、を有している。この第二スイッチング素子３１４は、第二制御端子３１４Ｇに入力された第二制御信号に基づいて、第二電源側端子３１４Ｄと第二接地側端子３１４Ｓとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。

本実施形態においては、第二接地側端子３１４Ｓは、ダイオード３１８ｂを介して、一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側に接続されている。このダイオード３１８ｂは、第二スイッチング素子３１４における第二接地側端子３１４Ｓから一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側に向かう方向の電流の通流を許容するように、そのアノードが第二接地側端子３１４Ｓに接続されている。

第三スイッチング素子３１５は、ＭＯＳゲート構造トランジスタであるＩＧＢＴであって、第三制御端子３１５Ｇと、第三電源側端子３１５Ｃと、第三接地側端子３１５Ｅと、を有している。この第三スイッチング素子３１５は、第三制御端子３１５Ｇに入力された第三制御信号に基づいて、第三電源側端子３１５Ｃと第三接地側端子３１５Ｅとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。

本実施形態においては、第三電源側端子３１５Ｃは、ダイオード３１８ｃを介して、第二スイッチング素子３１４における第二電源側端子３１４Ｄに接続されている。ダイオード３１８ｃは、第三スイッチング素子３１５における第三電源側端子３１５Ｃから第二スイッチング素子３１４における第二電源側端子３１４Ｄに向かう方向の電流の通流を許容するように、そのアノードが第三電源側端子３１５Ｃに接続されている。また、第三スイッチング素子３１５における第三接地側端子３１５Ｅは、接地側に接続されている。

エネルギ蓄積コイル３１６は、第三スイッチング素子３１５のオンによってエネルギを蓄積するように設けられたインダクタである。このエネルギ蓄積コイル３１６は、直流電源３１２における上述の非接地側出力端子と第三スイッチング素子３１５における第三電源側端子３１５Ｃとを接続する電力ラインに介装されている。

コンデンサ３１７は、接地側と直流電源３１２における上述の非接地側出力端子との間にて、エネルギ蓄積コイル３１６と直列接続されている。すなわち、コンデンサ３１７は、エネルギ蓄積コイル３１６に対して、第三スイッチング素子３１５と並列接続されている。このコンデンサ３１７は、第三スイッチング素子３１５のオフによって、エネルギを蓄積するように設けられている。

ドライバ回路３１９は、電子制御ユニット３２から出力されたエンジンパラメータ、点火信号及びエネルギ投入期間信号を受信するように、電子制御ユニット３２に接続されている。また、ドライバ回路３１９は、第一スイッチング素子３１３、第二スイッチング素子３１４、及び第三スイッチング素子３１５を制御するように、第一制御端子３１３Ｇ、第二制御端子３１４Ｇ及び第三制御端子３１５Ｇに接続されている。このドライバ回路３１９は、受信した点火信号及びエネルギ投入期間信号に基づいて、第一制御信号、第二制御信号、及び第三制御信号を、それぞれ第一制御端子３１３Ｇ、第二制御端子３１４Ｇ及び第三制御端子３１５Ｇに出力するように設けられている。

具体的には、ドライバ回路３１９は、点火プラグ１９の点火放電（これは第一スイッチング素子３１３のオフにより開始される）中に、コンデンサ３１７から蓄積エネルギを放出させる（これは第三スイッチング素子３１５のオフ及び第二スイッチング素子３１４のオンにより行われる）。この放出された蓄積エネルギは投入エネルギとなって、一次巻線３１１ａに対してその低電圧側端子側から供給される。これにより、点火放電中に供給された投入エネルギに起因した一次電流が一次巻線３１１ａに通流する。よって、二次巻線３１１ｂにて生じる二次電流に対して、一次電流の通流に伴う追加分が重畳される。このようにコンデンサ３１７の蓄積エネルギにより一次電流が順次追加され、これに対応して二次電流が順次追加されるため、点火放電を維持可能な程度に二次電流が良好に確保され、連続放電の実施が可能となる。

ところで、触媒４１が活性化温度よりも低温である場合、触媒４１が活性化されていず、触媒４１の浄化能力が十分に発揮されない。よって、触媒４１を早期に活性化温度にまで上昇させる触媒４１の暖機制御の実施が不可欠である。そこで、触媒４１を暖機するために、従来では図３に記載されるように、圧縮行程中に１回目の噴射を行い、膨張行程中に２回目の噴射を行う事で、点火プラグ１９近傍にリッチな混合気を形成し、その後に点火プラグ１９に放電させて混合気を着火させている。しかし、形成される混合気は空気と燃料との混合が不十分であるおそれがあり、この場合燃料の燃焼状態が不安定となる可能性がある。また、膨張行程において噴射された燃料の一部が液滴として燃焼室内に残留するおそれがあり、この場合微粒子物質（ＰＭ）の増加が懸念される。

この対策として、電子制御ユニット３２は、図４に記載されるように吸気行程で直噴式噴射弁１８に燃料を噴射させることで（以下、第一噴射と呼称）、噴射された燃料と空気とが十分に混合される。その後、圧縮行程において点火プラグ１９により放電が開始されるように点火信号を生成する。本実施形態では、圧縮ＴＤＣよりも２０°ＣＡ前（ＢＴＤＣ２０°ＣＡ）から圧縮ＴＤＣまでの期間内で、点火プラグ１９に放電を開始させるように点火信号を生成する。図５に記載されるように、ＢＴＤＣ２０°ＣＡから圧縮ＴＤＣまでの期間では、気筒内の圧力が高くなり、且つ気筒内の流体（空気や、燃料などを含む）の流速もまた速くなる。このため、吸気行程で燃焼室１１ｂ内に供給された燃料と空気との予混合気の温度を高くすることができると共に、流速が早まることで予混合気と放電との接触頻度を増やすことができるので、予混合気を容易に着火させることが可能となる。

点火信号により第一スイッチング素子３１３が制御されることで、点火プラグ１９で放電が開始された後、点火プラグ１９で生じた初期火炎が所定期間継続されるようにエネルギ投入期間信号を第二スイッチング素子３１４及び第三スイッチング素子３１５に送信する。エネルギ投入期間信号により第二スイッチング素子３１４及び第三スイッチング素子３１５が制御されることで、コンデンサ３１７から一次巻線３１１ａに順次一次電流が追加され、点火プラグ１９にて連続放電が実施される。そして、点火プラグ１９で連続放電が生じている所定期間内に、直噴式噴射弁１８に二回目の燃料噴射（以下、第二噴射と呼称）を開始させる。このとき、所定期間は、圧縮ＴＤＣを含むように設定されるとともに、第二噴射の噴射終了時期が含まれるように設定される。よって、圧縮行程から膨張行程に移行しても、点火プラグ１９では連続放電が継続されている。

第二噴射の燃料噴射量は、直噴式噴射弁１８により噴射可能な最小噴射量に設定する。第二噴射を実行する際には、既に第一噴射により噴射された燃料が燃焼されることで燃焼室１１ｂ内に火炎が生じている。このため、第二噴射による燃料の噴霧はその火炎に接触することになる。このとき、第二噴射の燃料噴射量を直噴式噴射弁１８により噴射可能な最小噴射量とすることで、火炎に接触した第二噴射による燃料の噴霧は早期に分解（気化）されるため、燃焼室１１ｂ内に燃料が液滴として残留する可能性を抑えることができ、結果としてＰＭ増加を抑制することができる。また、第二噴射の噴射量が最小噴射量であっても、第二噴射により生じた燃料の噴霧が燃焼されることで、吸気行程中に燃焼室１１ｂ内に供給された燃料の内まだ燃焼せずに残っていた燃料も燃焼させることができ、燃料の燃焼安定化を図ることができる。

本実施形態では、電子制御ユニット３２により後述する図６の触媒４１の暖機制御を実行する。図６に示す触媒４１の暖機制御は、電子制御ユニット３２が電源オンしている期間中に電子制御ユニット３２によって所定周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１００にて、エンジンパラメータを取得する。そして、ステップＳ１１０にて、取得したエンジンパラメータに基づいて、触媒４１を暖機する必要があるか否かを判定する。本実施形態では、触媒温度センサ４２により検出された触媒４１の温度が活性化温度よりも低い場合に、触媒４１を暖機する必要があると判定する。触媒４１を暖機する必要がないと判定した場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、本制御を終了する。触媒４１を暖機する必要があると判定した場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０にて、吸気行程において直噴式噴射弁１８に第一噴射を実施させる。ステップＳ１３０では、ＢＴＤＣ２０°ＣＡから圧縮ＴＤＣまでの期間内に点火プラグ１９で放電が開始されるように、点火信号を第一スイッチング素子３１３に送信する。ステップＳ１４０では、点火プラグ１９で放電が開始された後に、エネルギ投入期間信号を第二スイッチング素子３１４及び第三スイッチング素子３１５に送信することで、点火プラグ１９で生じた初期火炎を所定期間継続させる。そして、ステップＳ１５０にて、所定期間内に直噴式噴射弁１８に第二噴射を開始させ、所定期間が経過するまでの間に第二噴射を終了させる。そして、本制御を終了する。

上記構成により、本実施形態に係る電子制御ユニット３２は、以下の効果を奏する。

・触媒４１を暖機する必要がある場合に、吸気行程中に直噴式噴射弁１８に第一噴射を実施させる。これにより、点火プラグ１９に放電させる前に燃焼室１１ｂ内で燃料と空気とを十分に混合させることが可能となる。この混合気は、圧縮ＴＤＣを含む所定期間中に点火プラグ１９により連続放電が実行されることで着火し、それにより発生した火炎に対し直噴式噴射弁１８により第二噴射が実行されることで、燃料の分解反応が促進される。さらに、点火プラグ１９では放電が継続されているため、燃料をより確実に着火させることができる。ひいては、燃料の燃焼安定性を向上させることが可能となる。

所定期間中に第二噴射が実行されることで燃料の分解反応が促進され、それによりＰＭの発生が抑制されていることを示す結果が、図７上図に示されている。なお、図７は放電開始時期を変化させた場合において、その放電開始時期におけるＰＭ量、トルク変動等がどのように変化するかを示している。

図７上図において、図３に記載の従来の暖機制御では、圧縮行程中に噴射された燃料の一部が気化する事無く液滴として燃焼室１１ｂ内に残留するなどして、ＰＭが多く発生していることが確認される。一方で、本暖機制御では、放電開始時期をどの時期としてもＰＭの発生を従来の暖機制御よりも大きく抑制していることが分かる。つまり、本暖気制御を実施した場合には、燃焼室１１ｂ内に液滴として残留する燃料を従来の暖機制御を実施した場合よりも少なくすることができており、燃料の分解反応が従来の暖機制御よりも向上していることが示唆される。

また、実際に燃焼安定性を向上させたことを示す結果が、図７中央図に示されている。図７中央図は、暖機制御を実施することで生じるトルクにどれだけのばらつきが生じたか、そのトルク変動を、点火プラグ１９に放電を開始させた時期（放電開始時期）ごとに表したものである。図３に記載の従来の暖機制御では、放電開始時期を遅角させることで、トルク変動が大きくなっており、燃料が不完全燃焼を生じさせていることが推測される。一方で、本暖機制御では、圧縮ＢＤＣにまで放電開始時期を進角させるとトルク変動は大きくなるが、総じてトルク変動は従来の暖機制御よりも低い状態で安定しており、燃料の不完全燃焼を抑制していることが分かる。

触媒４１の暖機効果ついて、図７下図に示されている。この結果から、図３に記載の従来の暖機制御と本暖機制御とでは、触媒４１への投入エネルギに大きな差異は見受けられない。

本実施形態では、ＢＴＤＣ２０°ＣＡから圧縮ＴＤＣまでの期間内で点火プラグ１９に放電を開始させる。図７を参照すると、放電開始時期をこの期間内とすることで従来の暖機制御よりも、トルク変動を大きく抑制でき、且つＰＭの発生を抑えた上で、触媒４１に比較的高い投入エネルギを投入することが可能となることが示されている。

・第二噴射の噴射終了時期が所定期間に含まれることで、少なくとも第二噴射開始時期に噴射された燃料の噴霧を点火プラグ１９で生じている放電に到達させることができる。このため、第二噴射により生じた燃料の噴霧をより確実に燃焼させることが可能となる。

・第二噴射の燃料噴射量は、直噴式噴射弁１８により噴射可能な最小噴射量に設定されることで、図３に記載の従来の暖機制御よりも少ない燃料噴射量とすることができる。つまり、従来の暖機制御よりも燃料消費量を節約することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・上記実施形態に係る直噴式噴射弁１８はスプレーガイド方式であり、いわゆるウォールガイド方式のように燃焼室１１ｂ内へ燃焼室１１ｂの側方からピストン方向に燃料を噴射する燃料噴射弁と比較して、噴射された燃料の噴霧が初期火炎に到達するまでの時間が短い。よって、第二噴射の噴射終了時期が所定期間内に収まるように、第二噴射の噴射開始時期を所定期間内において可能な限り遅角してもよい。これにより、第二噴射により排気温度を上昇させる効果を向上させることが可能となる。

・上記実施形態に係る直噴式噴射弁１８はスプレーガイド方式であった。このことについて、スプレーガイド方式の直噴式噴射弁１８である必要はなく、ウォールガイド方式の直噴式噴射弁であってもよい。その場合、直噴式噴射弁から噴射される燃料の噴霧が点火プラグ１９で生じる初期火炎と接触するまでに時間を要するため、第二噴射の噴射開始時期を所定期間内において遅角する制御は実施しない。しかしながら、第一噴射により発生した火炎に対し直噴式噴射弁により第二噴射が実行されるため、ウォールガイド方式の直噴式噴射弁であっても着火性を向上させることができる。また、第二噴射の噴射開始時期に噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９で生じている初期火炎と十分に接触するまでの時間を推測し、必要に応じて連続放電を実施する所定期間を延長することが好適である。

・上記実施形態では、所定期間が第二噴射の噴射終了時期を含むように設定されていた。このことについて、第二噴射の噴射開始時期に噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９で生じている初期火炎と接触するならば、必ずしも第二噴射の噴射終了時期を含むように所定期間を設定しなくてもよい。

・上記実施形態では、点火プラグ１９にて連続放電を生じさせていた。このことについて、点火プラグ１９にて火花放電を複数回生じさせる多重放電を実施してもよい。連続放電では、所定期間を設け、その所定期間が経過した後に放電を終了させていた。多重放電を実施する場合には、この所定期間に代えて、所定期間が経過するだけの放電回数を設定し、放電回数だけ点火プラグ１９に放電を発生させた後に放電を終了させてもよい。

・上記実施形態では、第二噴射の燃料噴射量を直噴式噴射弁１８により噴射可能な最小噴射量と設定していた。このことについて、本実施形態では、噴射された燃料の一部が燃焼室１１ｂ内に液滴として残留するおそれが低いため、第二噴射の燃料噴射量を最小噴射量よりも多く設定してもよい。

・上記実施形態では、放電開始時期をＢＴＤＣ２０°ＣＡから圧縮ＴＤＣまでの期間に設定することとしていた。このことについて、必ずしも放電開始時期をＢＴＤＣ２０°ＣＡから圧縮ＴＤＣまでの期間に設定する必要はなく、例えば放電開始時期をＢＴＤＣ３０°ＣＡに設定してもよい。実際、図７に記載されるように放電開始時期をＢＴＤＣ３０°ＣＡとしても、上記実施形態に準じる効果が奏される。

・上記実施形態では、吸気行程中に直噴式噴射弁１８により第一噴射を実施させていた。このことについて、例えば、直噴式噴射弁１８とは別に吸気ポート１３近傍にポート噴射式噴射弁を備えさせ、第一噴射はポート噴射式噴射弁により実施されるポート噴射としてもよい。ただし、第二噴射は吸気行程後に実施されるため、直噴式噴射弁１８に実施させる。

・上記実施形態では、触媒温度センサ４２により検出された触媒４１の温度が活性化温度よりも低い場合に、触媒４１を暖機する必要があると判定していた。このことについて、エンジン１１が触媒温度センサ４２を備えていない場合には、エンジン１１の冷間始動時、又はアイドリングストップ後の再始動時に、触媒４１を暖機する必要があると判定するように設定してもよい。

１１…エンジン、１１ｂ…燃焼室、１８…直噴式噴射弁、１９…点火プラグ、４１…触媒。

Claims

内燃機関（１１）の排気系に設けられる触媒（４１）を排気の熱を利用して暖機する触媒の暖機制御装置（３２）であって、
前記内燃機関は、
燃焼室（１１ｂ）内に燃料を直接噴射する直噴式噴射弁（１８）と、
前記燃焼室内で放電を実行する点火プラグ（１９）と、
を備え、
前記暖機制御装置は、前記触媒を暖機する必要がある場合に、前記内燃機関の吸気行程で前記燃焼室内に燃料を供給した後、前記点火プラグにより連続的な放電又は複数回の放電を実行し、この放電を圧縮上死点を含む所定期間継続させ、前記所定期間中に前記直噴式噴射弁により燃料噴射を実行させることを特徴とする触媒の暖機制御装置。
前記所定期間は、前記所定期間中に前記直噴式噴射弁により実行される前記燃料噴射の噴射終了時期を含むことを特徴とする請求項１に記載の触媒の暖機制御装置。
前記所定期間中に前記直噴式噴射弁により実行される前記燃料噴射の燃料噴射量は、前記直噴式噴射弁により噴射可能な最小噴射量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒の暖機制御装置。
前記暖機制御装置は、圧縮上死点よりも２０°ＣＡ前から圧縮上死点までの期間に前記点火プラグに前記放電を開始させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触媒の暖機制御装置。
前記直噴式噴射弁により噴射された燃料の噴霧が前記点火プラグで生じる初期火炎の方向へ直接向かうように、前記直噴式噴射弁が配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の触媒の暖機制御装置。
前記暖機制御装置は、前記吸気行程において前記直噴式噴射弁により燃料の噴射を実行させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の触媒の暖機制御装置。
内燃機関（１１）の排気系に設けられる触媒（４１）を排気の熱を利用して暖機する触媒の暖機方法であって、
前記内燃機関は、
燃焼室（１１ｂ）内に燃料を直接噴射する直噴式噴射弁（１８）と、
前記燃焼室内で放電を実行する点火プラグ（１９）と、
を備え、
前記暖機方法は、前記触媒を暖機する必要がある場合に、前記内燃機関の吸気行程で前記燃焼室内に燃料を供給した後、前記点火プラグにより連続的な放電又は複数回の放電を実行し、この放電を圧縮上死点を含む所定期間継続させ、前記所定期間中に前記直噴式噴射弁により燃料噴射を実行させることを特徴とする触媒の暖機方法。