JPH04272448A - 筒内直噴式エンジンの触媒活性化制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用の筒内直噴式エ
ンジンの排気系に装着され、排気ガス中の有害成分を浄
化する触媒の活性化制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用の２サイクルエンジンとして、エ
ンジン自体の吸気能力が無いことで給気系に掃気ポンプ
を装着して掃気能力を増大し、インジェクタにより筒内
に直接燃料噴射して良好に成層燃焼し、且つ燃料の吹き
抜けを防ぐようにした筒内直噴式のエンジンが本件出願
人により既に提案されている。このエンジンは、運転性
、燃費等を向上する有効なものと期待され、実用化され
つつある。

【０００３】上記筒内直噴式エンジンでは、燃焼期間が
短く、燃焼室で局所的にしか燃焼が行われないため、排
気ガス中の新気成分が多くなり、これら等の理由で排気
ガスの温度が全体的に低い。従って、エンジン始動直後
や極低負荷の運転時には、特に排気ガスが少なくて且つ
温度が低いことで、触媒が活性化せず、排気ガスの浄化
効率が悪いという不具合がある。このため、この筒内直
噴式エンジンにおいては、始動時等の触媒の温度が低い
条件の場合に積極的に活性化する対策が必要になる。

【０００４】従来、上記触媒の活性化対策としては、触
媒に電気ヒータを設置し、この電気ヒータにより加熱し
て触媒の温度を上昇するものがある。また、例えば、特
開昭５８−７２６３２号公報の先行技術で、触媒の温度
が低い場合は、インジェクタからの燃料噴射量を増量補
正することが示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術の電気ヒータを用いるものにあっては、触媒の活性化
の効果は大きいが、始動時ではその始動前に例えば約３
０秒もの長時間電気ヒータで触媒を加熱する必要があり
、消費電力が非常に大きくなって実用性に欠ける。また
、筒内直噴式エンジンでは低負荷時の燃料噴射のタイミ
ングが点火直前に設定されて成層燃焼するように構成さ
れているので、先行技術の後者のように燃料を増量補正
すると、成層燃焼に影響を与えたり、増量した燃料が適
確に燃焼しない等の問題を生じる。

【０００６】本発明は、この点に鑑みてなされたもので
、触媒の温度の低い条件で、本来の筒内直噴式の成層等
の燃焼状態を損なうことなく、触媒を迅速且つ確実に活
性化して排気ガス浄化効率を向上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
、本発明は、エンジン本体の燃焼室に制御ユニットによ
り燃料噴射制御されるインジェクタ、点火時期制御され
る点火プラグが取付けられ、排気系に触媒装置が装着さ
れる筒内直噴式エンジンにおいて、上記制御ユニットは
エンジンの始動または極低負荷の運転条件を判断する手
段と、始動または極低負荷の場合は通常の燃焼期間直後
に再び燃料を後噴射する後噴射制御手段と、燃料の後噴
射直後に後点火する後点火制御手段とを備えるものであ
る。

【０００８】

【作用】上記構成に基づき、エンジン運転時にインジェ
クタで燃料が筒内に直噴され、且つ点火プラグで着火さ
れて成層または均一燃焼し、この燃焼後の排気ガスは触
媒装置に導かれて浄化される。そして、始動または極低
負荷のように排気ガス温度が低くて触媒が充分に活性化
しない条件では、制御ユニットにより本来の燃焼が終了
した直後に後噴射し且つ後点火して燃焼ガスを生じるよ
うに制御されることで、触媒装置は本来の機能を損なう
ことなく、迅速に温度上昇して活性化し、このような運
転条件でも良好に排気ガス浄化することが可能になる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２において、２サイクルの筒内直噴式エンジン
の全体の構成について説明すると、符号１はエンジン本
体であり、シリンダ２にピストン３が往復動可能に挿入
され、クランク室４のクランク軸５からのコンロッド６
がピストン３に連結し、クランク軸５にはピストン３の
往復慣性力を相殺するようにバランサ７が設けられる。 また、燃焼室８の頂部には点火プラグ９、筒内直噴式の
インジェクタ１０が取付けられている。シリンダ２の途
中にはピストン３により開閉される排気ポート１１が開
口し、この排気ポート１１と連通する排気管１２に触媒
装置１３、マフラー１４が配設される。また、排気ポー
ト１１には排気ロータリ弁１５が装着され、この排気ロ
ータリ弁１５は駆動手段１６を介しクランク軸５に連結
して、所定のタイミングで排気するようになっている。 シリンダ２の排気ポート１１より下方位置で円周方向略
９０〜１８０度ずれた箇所に、掃気ポート１７が同様に
ピストン３により開閉するように開口して設けられてい
る。

【００１０】上記インジェクタ１０は例えば高圧一流体
式であって、燃料タンク３０に連通するフィルタ３１、
燃料ポンプ３２、圧力変動吸収用のアキュムレータ３４
を備えた燃料通路３５がインジェクタ１０に連通する。 燃料通路３５のポンプ吐出側は燃圧レギュレータ３３に
連通しており、燃料ポンプ３２でインジェクタ１０に供
給される燃料の燃圧を常に一定に調整し、燃料パルスの
パルス幅により燃料噴射量を制御可能にしている。

【００１１】次に、掃気ポート１７の給気系について説
明すると、掃気ポート１７に連通する給気管１８に容積
型の掃気ポンプ２１が連設され、掃気ポンプ２１の上流
のエアクリーナ１９との間に、負荷制御するスロットル
弁２０が設けられる。掃気ポンプ２１は駆動手段２２を
介しクランク軸５に連結し、低回転領域でもエンジン動
力でポンプ駆動して掃気作用するように設定される。ま
た、掃気ポンプ２１に対してバイパス通路２３が連設さ
れ、このバイパス通路２３の制御弁２４を各運転条件に
応じて開閉し、掃気ポンプ２１からの空気の体積流量を
常に一定にして、サイクル毎の給気変動を最小限に抑え
るようになっている。更に、制御ユニット５０には種々
の信号が入力して処理され、この制御ユニット５０から
インジェクタ１０に噴射信号を、点火プラグ９に点火信
号を、燃圧レギュレータ３３に燃圧信号をそれぞれ出力
するようになっている。

【００１２】図１において、制御ユニット５０の燃料噴
射と点火時期の制御系について説明する。先ず、クラン
ク角センサ４０、気筒判別センサ４１、アクセル開度セ
ンサ４２等を有し、これらのセンサ信号が制御ユニット
５０に入力する。制御ユニット５０はクランク角センサ
４０の信号が入力するエンジン回転数検出部５１を有し
てエンジン回転数Ｎｅを検出する。クランク角センサ４
０と気筒判別センサ４１の信号はクランク位置検出部５
２に入力し、各気筒での上死点前の基準位置を検出する
。また、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度αが入力す
る燃料噴射パルス幅算出部５３を有し、各運転条件に応
じた燃料噴射量Ｇｆを検索し、更に燃圧に応じた係数Ｋ
、電圧補正分Ｔｓを加味して燃料噴射パルス幅Ｔｉを算
出する。エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｇｆは燃料噴
射時期決定部５４、点火時期決定部５５及び燃焼方式判
定部５６に入力する。燃焼方式判定部５６は成層と均一
の燃焼方式の切換点の設定値Ｇｓが予め設定されており
、燃料噴射量Ｇｆがこの設定値Ｇｓ以下の低、中負荷で
は成層燃焼を、設定値Ｇｓ以上の高負荷では均一燃焼を
判断し、この判定信号が燃料噴射時期決定部５４、点火
時期決定部５５に出力する。

【００１３】燃料噴射時期決定部５４は、成層燃焼方式
の場合に噴射終了時期θｉｅを、均一燃焼方式の場合に
噴射開始時期θｉｓを、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射
量Ｇｆによる各運転条件でそれぞれ決定する。点火時期
決定部５５も、各燃焼方式毎に各運転条件の点火時期θ
ｇを決定する。燃料噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射時期θ
ｉｅまたはθｉｓの信号は燃料噴射タイミング設定部５
７に入力し、クランク角基準位置に対する噴射時期θｉ
ｅまたはθｉｓで、所定のパルス幅Ｔｉの噴射信号を駆
動部５８を介してインジェクタ１０に出力する。また、
点火時期θｇの信号は点火タイミング設定部５９に入力
し、クランク角基準位置に対する点火時期θｇの点火信
号を駆動部６０を介して点火プラグ９に出力するように
なっている。

【００１４】続いて、触媒活性化の制御系について説明
すると、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度α、イグニ
ッションスイッチ４３の信号が入力する始動等判定部６
１を有し、これらの信号により始動や極低負荷を判断す
る。この始動等の判定信号は後噴射制御部６２と後点火
制御部６３に入力し、後噴射制御部６２は図３のように
上死点ＴＤＣ後の本来の燃焼期間の終了時または終了直
後に所定の後噴射量Ｇａを設定し、この噴射パルス幅の
信号を燃料噴射タイミング設定部５７に出力する。後点
火制御部６３は後噴射直後の排気ポート１１が開いてい
る状態で後点火時期θｇａを設定して点火タイミング設
定部５９に出力するようになっている。

【００１５】次に、この実施例の作用について説明する
。エンジン運転時にその動力により掃気ポンプ２１が常
にポンプ駆動して、スロットル弁２０の開度に応じた新
気が加圧して掃気ポート１７に導入される。そこで、エ
ンジン本体１のピストン３が下死点側に下降して排気ポ
ートを開き、またピストンが下降して掃気ポート１７と
排気ポート１１を共に開くと、上記掃気ポンプ２１によ
る新気がシリンダ２内部に流入して残留ガスを押し出し
、短時間に効果的に掃気作用される。そして、ピストン
３の上昇時に排気ロータリ弁１５で排気側が早いタイミ
ングで閉じ、燃料の吹き抜けを生じることなく燃料噴射
することが可能になり、次に掃気ポート１７が閉じ掃気
が終了して圧縮行程に移行する。

【００１６】このとき、制御ユニット５０ではエンジン
回転数Ｎｅとアクセル開度αによる燃料噴射量Ｇｆで燃
焼方式が判断される。そして、低、中負荷時には燃料噴
射時期として成層燃焼用マップで噴射終了時期θｉｅが
決定され、この燃料噴射時期θｉｅと燃料噴射パルス幅
Ｔｉによる噴射信号がインジェクタ１０に出力すること
で、上記圧縮行程の後期に比較的少量の燃料が噴射され
、その直後に点火時期θｇの点火信号が点火プラグ９に
出力する。このため、燃料噴霧が拡散する前にその後端
に着火され、この濃混合気の火種を用いて安定且つ良好
に成層燃焼するようになる。また、高負荷時には燃料噴
射時期として均一燃焼用マップで噴射開始時期θｉｓが
決定され、この燃料噴射時期θｉｓと燃料噴射パルス幅
Ｔｉによる噴射信号で、圧縮初期からの長い噴射時期に
多量の燃料がシリンダ２に噴射され、且つ圧縮中に燃料
と空気とが充分に予混合される。そして、この均一の混
合気に点火プラグ９で着火して、空気利用率の高い均一
燃焼を行うようになる。こうして、成層または均一燃焼
してエンジン駆動した後にピストン３の下降により排気
ポート１１が開くと排気行程に移り、排気ガスは排気管
１２により触媒装置１３に導かれ、排気ガス中の有害成
分を浄化して排出されるのである。

【００１７】一方、この２サイクルエンジンの始動また
は極低負荷の運転時では、上述の制御系で特に少量の燃
料により成層燃焼され、排気ガス中に多量の新気が含ま
れて排気ガス温度が低くなり、触媒装置１３の触媒を自
ら活性化することができない。するとこの場合は、制御
ユニット５０の始動等判定部６１でこの運転条件が判断
され、後噴射制御部６２で本来の成層燃焼が終了した直
後に再び燃料が後噴射される。そして、この直後に後点
火制御部６３により点火信号が出力して２回目の着火燃
焼が行われ、この場合の燃焼ガスが後燃えしながら排出
されて同様に触媒装置１３に導かれる。そこで、触媒装
置１３ではこの後燃えの燃焼ガスで短時間に加熱されて
温度が上昇し、迅速に活性化するようになり、こうして
このような運転条件でも早期に良好に排気ガスが浄化さ
れることになる。

【００１８】図４の本発明の他の実施例によると、触媒
装置１３に温度センサ４４が装着される。そして、この
温度センサ４４の信号が後噴射制御部６２と後点火制御
部６３に入力し、触媒温度が設定値以下の場合にのみ上
述のように後噴射と後点火するようになっている。従っ
て、この実施例では、触媒温度が低くて不活性の場合に
、触媒装置１３が運転条件に関係なく効果的に活性化さ
れるようになる。

【００１９】以上、本発明の実施例について説明したが
、２回目の点火は自着火条件が成立する場合には省略す
ることができる。また、実施例の２サイクルのみならず
４サイクルの場合にも適応できる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
筒内直噴式エンジンで排気系に触媒装置を備える構成に
おいて、エンジンの始動や極低負荷等の運転条件、また
は実際に触媒温度の低い状態では、再度燃料噴射して燃
焼されこの排気ガスが触媒に追加供給されるので、触媒
を迅速且つ確実に活性化することができ、排気ガスの浄
化効率が向上する。本来の燃焼期間後に後噴射及び後点
火して各別に燃焼されるので、筒内直噴式エンジンの低
負荷時の成層燃焼を損なうことがなく、２回目の燃焼制
御も容易に行うことができる。始動等の運転条件に応じ
て自動的に後燃焼する構成では、予め触媒を活性化する
ことができて、排気ガス浄化の点で好ましく、触媒温度
に応じて後燃焼する構成では、燃費の悪化等を最小限に
おさえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る筒内直噴式エンジンの触媒活性化
制御装置の実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明が適応される筒内直噴式として２サイク
ルエンジンの場合の全体の構成図である。

【図３】後噴射と、後点火の状態を示すタイムチャート
の図である。

【図４】本発明の他の実施例の要部のブロック図である
。

【符号の説明】

１　　エンジン本体 ８　　燃焼室 ９　　点火プラグ １０　インジェクタ １３　触媒装置 ５０　制御ユニット ５３　燃料噴射パルス幅算出部 ５４　燃料噴射時期決定部 ５５　点火時期決定部 ５６　燃焼方式判定部 ５７　燃料噴射タイミング設定部 ５９　点火タイミング設定部 ６１　始動等判定部 ６２　後噴射制御部 ６３　後点火制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンジン本体の燃焼室に制御ユニット
   により燃料噴射制御されるインジェクタ、点火時期制御
   される点火プラグが取付けられ、排気系に触媒装置が装
   着される筒内直噴式エンジンにおいて、上記制御ユニッ
   トはエンジンの始動または極低負荷の運転条件を判断す
   る手段と、始動または極低負荷の場合は通常の燃焼期間
   直後に再び燃料を後噴射する後噴射制御手段と、燃料の
   後噴射直後に後点火する後点火制御手段とを備えること
   を特徴とする筒内直噴式エンジンの触媒活性化制御装置
   。
2. 【請求項２】　　上記触媒装置には温度センサが装着さ
   れ、この温度センサの触媒温度に応じて上記後噴射制御
   手段、後点火制御手段を作用することを特徴とする請求
   項１記載の筒内直噴式エンジンの触媒活性化制御装置。