WO2017145554A1 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

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WO2017145554A1
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cylinder
internal combustion
combustion engine
temperature
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直樹 米谷
猿渡　匡行
一浩 押領司
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder and burned mainly by ignition.
  • a spark ignition gasoline engine that directly injects fuel into a cylinder is known.
  • it is effective by injecting fuel during the compression stroke at the start, making the air-fuel mixture be biased near the spark plug, and at the same time retarding the ignition timing (retard)
  • a method for increasing the exhaust temperature by increasing the proportion of so-called after-burning that does not result in excessive torque, increasing the exhaust temperature, and reducing unburned hydrocarbons (hereinafter referred to as HC) in the exhaust is widely known.
  • JP-A-8-291729 Patent Document 1
  • the retard amount of the ignition timing increases, the exhaust temperature can be raised, which is advantageous for early activation of the catalyst, but the combustion stability tends to deteriorate with the retard.
  • the retard amount is determined by referring to a control computer map for a predetermined value according to the oil temperature or the like. Immediately after the start of cold engine, the temperature in the cylinder is low, so that it is not possible to take a large ignition timing retard to avoid combustion instability, and it takes time to activate the catalyst downstream of the internal combustion engine was there.
  • An object of the present invention is to quickly raise the temperature in the cylinder immediately after starting to increase the ignition timing retard amount and to reduce the HC emission amount by early activation of the catalyst.
  • the present invention provides an internal combustion engine control device including an ignition timing control unit that controls the ignition timing of an ignition device attached to the internal combustion engine, and includes an in-cylinder temperature raising unit that raises the temperature in the cylinder.
  • the in-cylinder temperature raising unit raises the in-cylinder temperature, and the ignition timing control unit increases the retard amount of the ignition timing of the ignition device.
  • the control is performed with priority given to the temperature rise in the cylinder, whereby the combustion stability can be ensured and the retard amount of the ignition timing can be increased accordingly.
  • the retard amount at the ignition timing By increasing the retard amount at the ignition timing, the amount of heat flowing to the exhaust pipe is increased, the catalyst warm-up time is shortened, and the exhaust at the time of starting is reduced.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram in which an engine control apparatus according to a first embodiment of the present invention is applied to an in-cylinder gasoline engine for automobiles.
  • the system block diagram which shows an example of control from the start of a general engine control apparatus to the end of catalyst warm-up.
  • the system block diagram which shows an example of the control from the start of the engine control apparatus by 1st Example of this invention to the completion
  • the cam profile figure which shows operation
  • the time chart which shows the valve timing in the control apparatus of the engine by the 1st Example of this invention.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram in which the engine control device according to this embodiment is applied to an in-cylinder gasoline injection engine for automobiles.
  • Engine 100 is a four-cylinder gasoline engine for automobiles that performs spark ignition combustion.
  • An air flow sensor 1 for measuring the intake air amount
  • a supercharger compressor 4a for supercharging intake air
  • an intercooler 7 for cooling intake air
  • an electronic control throttle 2 for adjusting intake pipe pressure
  • An intake pressure sensor 14 for measuring the pressure in the manifold 6 is provided at an appropriate position of each intake pipe.
  • the engine 100 also includes a fuel injection device (hereinafter referred to as an injector) 13 for injecting fuel into the cylinder 15 of each cylinder, a piston 18 for compressing a mixture of injected fuel and air, and ignition energy.
  • a spark plug 17 is provided for each cylinder.
  • the intake valve 5c that opens when the gas flows into the cylinder, the exhaust valve 5d that opens when the gas exhausts, and the opening and closing timing of the intake and exhaust valves are adjusted to adjust the gas flowing into or out of the cylinder.
  • the variable valve timing mechanism 5a (intake side) and 5b (exhaust side) are provided in the cylinder head.
  • the intake air amount and the internal EGR amount are adjusted by adjusting the valve opening and closing timings of the intake and exhaust valves of all the cylinders from No. 1 to No. 4 by the variable valve timings 5a and 5b.
  • a high pressure fuel pump for supplying high pressure fuel to the injector 13 is connected to the injector 13 by a fuel pipe, and a fuel pressure sensor for measuring the fuel injection pressure is provided in the fuel pipe. Is provided.
  • a turbine 4b for applying a rotational force to the compressor 4a of the supercharger by exhaust energy
  • an electronically controlled waste gate valve 11 for adjusting an exhaust flow rate flowing through the turbine
  • a three-way catalyst 10 for purifying the exhaust
  • An air-fuel ratio sensor 9 which is an aspect of the air-fuel ratio detector and detects the air-fuel ratio of exhaust on the upstream side of the three-way catalyst 10, is provided at each appropriate position of the exhaust pipe 16.
  • the crankshaft is provided with a crank angle sensor for calculating a rotation angle.
  • an EGR pipe 40 for recirculating exhaust gas from the downstream side of the exhaust pipe catalyst 10 to the upstream side of the intake pipe compressor 4a is provided.
  • the EGR cooler 42 for cooling the EGR, the EGR valve 41 for controlling the EGR flow rate, the differential pressure sensor 43 for detecting the differential pressure before and after the EGR valve, and the EGR temperature sensor 44 for detecting the EGR temperature include an EGR pipe.
  • Each of 40 is attached at an appropriate position.
  • Signals obtained from the airflow sensor 1, air-fuel ratio sensor 9, intake pressure sensor 14, differential pressure sensor 43, and EGR temperature sensor 44 are sent to an engine control unit (ECU) 20.
  • a signal obtained from the accelerator opening sensor 12 is sent to the ECU 20.
  • the accelerator opening sensor 12 detects the depression amount of the accelerator pedal, that is, the accelerator opening.
  • the ECU 20 calculates the required torque based on the output signal of the accelerator opening sensor 12. That is, the accelerator opening sensor 12 is used as a required torque detection sensor that detects a required torque for the engine.
  • ECU20 calculates the rotational speed of an engine based on the output signal of a crank angle sensor.
  • the ECU 20 optimally calculates main operating amounts of the engine such as the air flow rate, the fuel injection amount, the ignition timing, and the fuel pressure based on the operating state of the engine obtained from the outputs of the various sensors.
  • the fuel injection amount calculated by the ECU 20 is converted into a valve opening pulse signal and sent to the injector 13. Further, an ignition signal is sent to the spark plug 17 so as to be ignited at the ignition timing calculated by the ECU 20.
  • the throttle opening calculated by the ECU 20 is sent to the electronic control throttle 2 as a throttle drive signal.
  • the variable valve timing operation amount calculated by the ECU 20 is sent to the variable valve timing 5 as a variable valve timing drive signal.
  • the waste gate valve 11 is a device that regulates the amount of inflow into the compressor by fractionating a part of the exhaust gas.
  • the waste gate valve opening calculated by the ECU 20 is sent to the waste gate valve 11 as a waste gate valve drive signal.
  • the EGR valve opening calculated by the ECU 20 is sent to the EGR valve 41 as an EGR valve opening driving signal.
  • the fuel is injected into the air flowing into the cylinder 15 from the intake pipe through the intake valve to form an air-fuel mixture.
  • the air-fuel mixture explodes due to sparks generated from the spark plug 17 at a predetermined ignition timing, and the piston is pushed down by the combustion pressure to become engine driving force. Further, the exhaust gas after the explosion is sent to the three-way catalyst 10 through the exhaust pipe 16, and the exhaust components are purified in the three-way catalyst 10 and discharged to the outside.
  • FIG. 2 is a system block diagram showing an example of a control flow from engine start of the engine control device to completion of catalyst warm-up.
  • the ignition key is turned on in step S601
  • the process proceeds to S602, and energization to the ECU 20 is turned on.
  • the starter motor is driven to start rotation of the crankshaft.
  • the engine is started by fuel injection and ignition.
  • the engine speed is temporarily set to a higher speed than the idle state in order to keep the engine rotating and warm up the engine. This is called a fast idle state. If it is determined in S605 that the engine is in the fast idle state after the engine is started, it is determined in S607 whether the engine is in a cold state.
  • the ECU 21 determines whether or not the engine 100 is in a cold state based on the oil temperature and water temperature in the engine.
  • the oil temperature is the temperature of the engine oil that circulates inside the engine in order to increase the lubricity of the sliding parts in the engine such as the variable valve timings 5a and 5b and the piston 18.
  • the water temperature is the temperature of cooling water that flows outside the wall surface of the cylinder 15 and protects the engine from the heat generated by combustion. Both the oil temperature and the water temperature are detected by a temperature sensor embedded in the engine. For example, the ECU 21 determines that the engine is cold when both the oil temperature and the water temperature are 80 ° C. or less.
  • warm-up by the ignition timing retard is started in S608 to retard the ignition timing after the top dead center.
  • the ignition timing is retarded, the period during which the combustion gas pushes down the piston and works is decreased, and the ratio of exhaust loss in the total energy generated by combustion is relatively increased.
  • the heat is exhausted from the internal combustion engine as exhaust loss and is transmitted to the downstream exhaust pipe 16 and the three-way catalyst 10 to promote engine warm-up. Further, the ignition timing retard increases as the retard amount increases, so that the exhaust temperature rises and engine warm-up is promoted.
  • FIG. 3 is a system block diagram showing a control flow of the engine in this embodiment from engine start to catalyst warm-up completion. Steps S701 to S707 are the same as steps S601 to S607 in FIG. In S708, the ignition timing is retarded. However, immediately after the start of the cold engine, the temperature inside the cylinder 15 is low, so that the ignition timing retard cannot be set large in order to avoid unstable combustion.
  • the central processing unit (CPU) included in the ECU 20 of this embodiment includes an in-cylinder temperature raising unit that performs in-cylinder temperature rise control and raises the gas temperature in the cylinder of the cylinder 15 in S709.
  • the cooling loss that is, the amount of heat transfer to the wall surface increases, and the risk of unstable combustion is reduced.
  • the central processing unit (CPU) included in the ECU 20 of the present embodiment includes an ignition timing control unit that controls the ignition timing of the ignition device (ignition plug 17) attached to the engine. Then, the ignition timing control unit performs the in-cylinder temperature by the in-cylinder temperature raising unit in S709 with respect to the ignition timing retard amount in S708 before the in-cylinder temperature raising unit raises the gas temperature in the cylinder of the cylinder 15 in S709. The ignition timing of the spark plug 17 is controlled so as to increase the ignition timing retard amount in S710 after the temperature rise. In S711, it is determined whether the engine warm-up has been completed based on the catalyst temperature or the like. If it is determined in S711 that the warm-up is complete, the catalyst warm-up control is terminated and the routine proceeds to normal control.
  • the CPU of the ECU 20 includes the above-described in-cylinder temperature raising unit and the ignition timing control unit, and performs in-cylinder temperature raising at the in-cylinder temperature raising unit before increasing the ignition timing retard amount.
  • the risk of combustion instability is reduced, and the exhaust gas temperature can be raised by increasing the ignition timing retard amount from the retard amount before in-cylinder temperature rise by the ignition timing control unit. Therefore, the catalyst warm-up time can be reduced, and exhaust at the time of starting can be reduced.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the intake valve and the exhaust valve as an example of the in-cylinder temperature raising unit of the CPU (control unit) of the ECU 20 in this embodiment.
  • TDC Top Dead Center
  • BDC Bottom Dead Center
  • the piston 18 moves up and down between the top dead center and the bottom dead center in the cylinder 15 of the engine. Reciprocate.
  • a four-stroke / one-cycle engine will be described as an example, which undergoes four strokes during the engine operation cycle.
  • the piston 18 In the expansion stroke, the air-fuel mixture ignited by the spark plug 17 burns, the combustion gas expands, and the piston 18 is pushed down to the bottom dead center. In the exhaust stroke, the piston 18 rises due to inertia and pushes the combustion gas out of the cylinder 15. In the intake stroke, the piston 18 descends and sucks the air-fuel mixture into the cylinder 15. In the compression stroke, the piston 18 rises to the top dead center and compresses the air-fuel mixture.
  • the in-cylinder temperature raising part of the CPU (control part) of the ECU 20 of the present embodiment opens the exhaust valve 5d in the expansion stroke or the exhaust stroke and closes it before the top dead center of the exhaust stroke. Control the exhaust side.
  • the intake valve 5c is opened in the intake stroke after the top dead center, and the variable valve timing mechanism 5a (intake side) is controlled so as to be closed in the intake stroke or the compression stroke.
  • NVO period Negative Valve Overlap
  • the gas in the exhaust stroke is trapped in the cylinder 15 and compressed, and the gas temperature rises.
  • the cooling loss that is, the amount of heat transfer to the wall surface increases, and the temperature in the cylinder rises.
  • FIG. 5 shows the ignition timing of the spark plug 17 in each cycle by the CPU (control unit) of the ECU 20 of this embodiment when one cycle of the engine shown in FIG. 4 is repeated and continuously performed for a certain period.
  • the valve closing timing of the exhaust valve 5d, the valve opening timing of the intake valve 5c, and changes in the in-cylinder temperature in the cylinder 15 are shown.
  • the value of the ECU 20 in the present embodiment is indicated by a thick line, and the value in the ECU 20 of the reference example to which the present embodiment is not applied is indicated by a dotted line.
  • 0 is the top dead center
  • the positive direction is the crank angle after the top dead center
  • the negative direction is the crank angle before the top dead center. It is.
  • a, b, c, and d in FIG. 5 are all positive real numbers.
  • the engine is started at time 0, the ignition timing of the spark plug 17 is retarded at time T1, and warm-up is started.
  • the temperature inside the cylinder 15 is low, and in order to avoid combustion instability, the ignition timing retard amount of the spark plug 17 is not set large, and at time T2, the ignition timing is set to a [deg. ATDC].
  • the variable valve timing mechanism 5b (exhaust side) causes the exhaust valve 5d to move to 0 [deg. ATDC] or control to close the valve before and after that. That is, the valve closing timing (EVC, Exhaust Valve Close) is 0 [deg.], Which is the piston top dead center of the exhaust stroke. ATDC] or before and after that, and complete exhaust scavenging is performed.
  • the variable valve timing mechanism 5a (intake side) controls the intake valve 5c to open immediately after EVC. That is, the valve opening timing (IVO, Intake Valve Open) is 0 [deg.], Which is the piston top dead center of the exhaust stroke. ATDC] or before and after that, and after exhausting is completely finished, intake of fresh air is started.
  • the in-cylinder temperature is equal to the ambient temperature Ta at time 0, but when the in-cylinder temperature reaches the combustion stable temperature Ts at time T4, the ignition timing is further retarded, and at time T5, the ignition timing is set to b [deg. ATDC] to increase the exhaust gas temperature and accelerate the catalyst temperature rise.
  • the CPU (control unit) of the ECU 20 of the present embodiment starts the engine at time 0, starts warming up at time T1, and performs ignition timing retard.
  • the temperature inside the cylinder 15 is low immediately after the start of the cold engine, and the ignition timing retard amount is not set large to avoid combustion instability, and the ignition timing is set to a [deg. ATDC]. This is the same as the reference example.
  • the in-cylinder temperature raising unit of the CPU (control unit) of the ECU 20 of the present embodiment performs ⁇ c before the top dead center of the exhaust stroke of the exhaust valve 5d by the variable valve timing mechanism 5b (exhaust side) at time T1. [Deg. [ATDC] is controlled to close.
  • the variable valve timing mechanism 5a intake side moves the intake valve 5c to d [deg. [ATDC] is controlled to open. In this way, by controlling the variable valve timing mechanisms 5a and 5b so that the exhaust valve 5d is closed before the top dead center of the exhaust stroke and the intake valve 5c is opened after the top dead center of the exhaust stroke, An NVO period in which the intake and exhaust valves are simultaneously closed during the exhaust stroke is created.
  • the CPU (control unit) of the ECU 20 gradually retards the ignition timing from time T1, and sets the ignition timing to a [deg. Before reaching ATDC], the variable valve timing mechanisms 5a and 5b are controlled so that the NVO period is formed by the in-cylinder temperature raising portion.
  • the in-cylinder temperature is equal to the ambient temperature Ta at time 0, but the in-cylinder temperature rises more rapidly than in the reference example due to the in-cylinder temperature rise effect by providing the NVO period.
  • the CPU (control unit) of the ECU 20 increases the ignition timing retard amount when the in-cylinder temperature Ts is reached or at a predetermined time T3, and the ignition timing is set to a [deg. B [deg.] Retarded further than ATDC].
  • ATDC raises the exhaust gas temperature and accelerates the catalyst temperature rise.
  • the ignition timing retard amount can be increased earlier than in the reference example.
  • the gas temperature in the cylinder 15 rises, the amount of heat transfer to the wall surface increases, the temperature in the cylinder rises early, and the risk of combustion instability is reduced. For this reason, the ignition timing retard amount is increased at an early stage, the exhaust temperature is increased to accelerate the catalyst temperature rise, and the time until the catalyst is activated is shortened, so that the exhaust at the time of starting can be reduced.
  • FIG. 6 is a block diagram of the vicinity of the cylinder (dotted line A portion in FIG. 1) when the gas injection injector is arranged in the engine control apparatus according to the present embodiment.
  • a gas injection injector 13 a that injects a gas such as air directly into the cylinder 15 is provided.
  • the gas injector 13a is used to inject a gas, for example, air, into the cylinder 15 during the exhaust stroke, and to increase the volume of the gas confined inside the cylinder 15 during the NVO period.
  • the temperature rises compared to when there is no gas injection.
  • the ignition timing retard amount is increased, and at the time T4, the ignition timing is set to b [deg. ATDC] to increase the exhaust gas temperature and accelerate the catalyst temperature rise.
  • Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the basic engine configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
  • the in-cylinder temperature raising part of the CPU (control part) of the ECU 20 is for raising the temperature in the cylinder by controlling the variable valve timing mechanism.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the variable valve timing mechanism as an example of the in-cylinder temperature raising unit of the CPU (control unit) of the ECU 20 in this embodiment. Or the exhaust valve 5d is open.
  • the engine compression ratio can be divided into two types: mechanical compression ratio and actual compression ratio.
  • the mechanical compression ratio is a value obtained by dividing the in-cylinder volume at the piston bottom dead center by the in-cylinder volume at the piston top dead center, and is a compression ratio determined by the structure of the engine.
  • the actual compression ratio is the value obtained by dividing the in-cylinder volume when the intake valve is closed by the in-cylinder volume at the top dead center of the piston. Can be small. For example, when the intake valve is closed after bottom dead center, part of the cylinder gas is blown back to the intake pipe, the volume in the cylinder is reduced, and the compression ratio of the cylinder gas is reduced.
  • the mechanical compression ratio of a gasoline engine is approximately 10 to 14. In the present embodiment, the mechanical compression ratio 12 will be described as an example.
  • the valve closing timing IVC IVO, Intake Valve Close
  • IVC Intake Valve Close
  • the actual compression ratio decreases away from the dead center.
  • the IVC is set at or near the bottom dead center
  • the actual compression ratio increases to the mechanical compression ratio. Then, more torque than necessary is generated at the start, and engine vibration is likely to occur.
  • the IVC is advanced to the middle of the intake stroke or retarded to the middle of the compression stroke, the actual compression ratio is too low, the mixture temperature decreases, and misfire tends to occur.
  • the IVC is at a position where the actual compression ratio is about 10, that is, a position advanced or retarded by 30 deg to 60 deg from the bottom dead center from the intake stroke to the compression stroke.
  • the IVC is set at a position delayed by 60 deg from the bottom dead center, and the position is maintained even after the engine is started.
  • the in-cylinder temperature raising part of the CPU (control part) of the ECU 20 gradually retards the ignition timing from time T1 after the engine is started in FIG.
  • the variable valve timing mechanisms 5a and 5b are controlled so as to form the NVO period, but the temperature inside the cylinder is raised by another method. More specifically, the in-cylinder temperature raising unit of the CPU (control unit) of the ECU 20 gradually retards the ignition timing from the time T1 after the engine is started in FIG. Before reaching ATDC], the intake valve 5c is controlled to close at or near the bottom dead center from the intake stroke to the compression stroke.
  • the IVC of the intake valve 5c is set at or near the bottom dead center from the intake stroke to the compression stroke.
  • IVC is set at a position delayed by 25 deg from the bottom dead center.
  • the CPU (control unit) of the ECU 20 increases the ignition timing retard amount when reaching a predetermined in-cylinder temperature Ts or at a predetermined time T3, and sets the ignition timing at the time T4.
  • ATDC raises the exhaust gas temperature and accelerates the catalyst temperature rise.
  • the ignition timing retard amount can be increased earlier than in the reference example. Therefore, by increasing the ignition timing retard amount at an early stage, increasing the exhaust temperature to accelerate the catalyst temperature rise, and shortening the time until the catalyst is activated, the exhaust at the time of starting can be reduced.
  • Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the basic engine configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
  • the in-cylinder temperature raising part of the CPU (control part) of the ECU 20 is for raising the temperature in the cylinder by controlling the variable compression ratio mechanism.
  • FIG. 8 shows changes in the ignition timing of the spark plug 17 by the CPU (control unit) of the ECU 20 of the present embodiment, the mechanical compression ratio of the variable compression ratio mechanism, and the in-cylinder temperature in the cylinder 15.
  • the value of the ECU 20 in the present embodiment is indicated by a thick line
  • the value in the ECU 20 of the reference example to which the present embodiment is not applied is indicated by a dotted line.
  • 0 is the top dead center
  • the positive direction is the crank angle after the top dead center
  • the negative direction is the crank angle before the top dead center.
  • a and b in FIG. 5 are all positive real numbers.
  • the variable compression ratio mechanism is a device that adjusts the stroke amount of the piston 18 and adjusts the mechanical compression ratio of the engine 100. As described above, if the actual compression ratio at the time of starting increases to the same mechanical compression ratio, more torque than necessary is generated, and engine vibration is likely to occur. Conversely, if the actual compression ratio is too low, the temperature of the air-fuel mixture decreases and misfires are likely to occur. In view of these, a general engine mechanical compression ratio ⁇ 1 is determined in consideration of the adjustment margin of the actual compression ratio by the variable valve timing mechanism.
  • the in-cylinder temperature raising part of the CPU (control part) of the ECU 20 gradually retards the ignition timing from time T1 after the engine is started in FIG.
  • the variable valve timing mechanisms 5a and 5b are controlled so as to form the NVO period, but the temperature inside the cylinder is raised by another method. More specifically, the in-cylinder temperature raising unit of the CPU (control unit) of the ECU 20 gradually retards the ignition timing from time T1 after the engine is started, and sets the ignition timing to a [deg. Before reaching ATDC], the variable compression ratio mechanism is controlled to increase the mechanical compression ratio from ⁇ 1 to ⁇ 2.
  • variable compression ratio By adjusting the mechanical compression ratio using the variable compression ratio, it is possible to raise the temperature in the cylinder more rapidly.
  • increasing the ignition timing retard amount earlier increasing the exhaust temperature to accelerate the temperature rise of the catalyst, and shortening the time until catalyst activation, it is possible to reduce the exhaust at the time of starting.
  • Example 4 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the operation of the CPU (control unit) of the ECU 20 having the in-cylinder temperature raising unit other than providing the NVO period will be described.
  • an in-cylinder temperature raising part by changing the ignition timing is shown as the in-cylinder temperature raising means other than providing the NVO period.
  • FIG. 8 shows changes in the ignition timing of the ignition plug 17 and the in-cylinder temperature in the cylinder 15 by the CPU (control unit) of the ECU 20 of the present embodiment.
  • the value of the ECU 20 in the present embodiment is indicated by a thick line, and the value in the ECU 20 of the reference example to which the present embodiment is not applied is indicated by a dotted line.
  • 0 is the top dead center
  • the positive direction is the crank angle after the top dead center
  • the negative direction is the crank angle before the top dead center.
  • a, b, and e in FIG. 5 are all positive real numbers.
  • the ignition timing is retarded.
  • the ignition timing is set to a [deg. ATDC].
  • the exhaust temperature is increased and the catalyst warm-up effect is obtained.
  • the amount of heat to the exhaust (exhaust loss) out of the heat loss becomes dominant, and Since the heat transfer amount (cooling loss) is relatively lowered, the temperature rise in the cylinder is not accelerated.
  • the in-cylinder temperature raising portion of the CPU (control unit) of the ECU 20 advances the ignition timing after the engine is started, for example, at time T1 when the ignition timing is retarded in the reference example.
  • the spark plug 17 is controlled.
  • Advance the ignition timing especially -e [deg. When set to [ATDC], the ignited air-fuel mixture is compressed, and the in-cylinder temperature at the compression top dead center is significantly increased as compared to when the ignition timing is retarded.
  • the ignition timing retard amount is increased, and at the time T4, the ignition timing is set to b [deg. ATDC] to increase the exhaust gas temperature and accelerate the catalyst temperature rise.
  • the ignition timing is not advanced at time T1, but immediately May be shifted to the catalyst warm-up operation.
  • the ignition timing is advanced immediately after start-up and the temperature in the cylinder is rapidly raised, so that a larger ignition timing retard amount can be obtained earlier than in the reference example after the temperature rise in the cylinder.
  • the exhaust gas temperature rises, the catalyst temperature rises, and the time until the catalyst is activated is shortened, so that the exhaust gas at the start can be reduced.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.

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Abstract

冷機始動直後は筒内の温度が低い状態となるため、燃焼不安定を回避するために点火時期リタードを大きく取ることができず、内燃機関の下流にある触媒の活性化に時間がかかる。　本発明は内燃機関に取り付けられた点火装置の点火時期を制御する点火時期制御部を備えた内燃機関制御装置において、筒内昇温する筒内昇温部を備え、該筒内昇温部により筒内昇温を行い、かつ前記点火時期制御部により前記点火装置の点火時期のリタード量を増加させる。

Description

内燃機関制御装置
　本発明は、シリンダ内に直接燃料を噴射し、主として点火により燃焼させる内燃機関に関する。
　従来、シリンダ内に直接燃料を噴射する火花点火式ガソリンエンジンが知られている。この種類のエンジンに特徴的な技術として、始動時に圧縮行程に燃料を噴射し、混合気を点火プラグの近傍に偏らせて存在させ、同時に点火時期の遅角（リタード）を行うことにより、有効なトルクにならない燃焼分、いわゆる後燃えの割合を増やして排気温度を上げ、触媒の活性化を早めて排気中の未燃炭化水素（以下ＨＣ）を減少させる方法が広く知られている。本技術分野の背景技術として、特開平８－２９１７２９（特許文献１）がある。
特開平８－２９１７２９号公報
　一般的に、点火時期のリタード量が大きくなるほど排気温度を上げることができ、触媒の早期活性化に有利であるが、リタードに伴い燃焼安定性は悪化する傾向にある。
また、リタード量は油温などに応じてあらかじめ決めた値を、制御用コンピュータのマップを参照することにより行っている。冷機始動直後は筒内の温度が低い状態となるため、燃焼不安定を回避するために点火時期リタードを大きく取ることができず、内燃機関の下流にある触媒の活性化に時間がかかるという問題があった。
　本発明の目的は、始動直後に筒内を急速昇温して点火時期リタード量を増加させ、触媒の早期活性化によりＨＣの排出量を低減することである。
上記課題を解決するために、本発明は内燃機関に取り付けられた点火装置の点火時期を制御する点火時期制御部を備えた内燃機関制御装置において、筒内昇温する筒内昇温部を備え、該筒内昇温部により筒内昇温を行い、かつ前記点火時期制御部により前記点火装置の点火時期のリタード量を増加させることを特徴とする。
　本発明によれば、触媒暖機時にまず筒内昇温を優先した制御を実施することで、燃焼安定性を確保でき、その分点火時期のリタード量を増加させることができる。点火時期のリタード量を増加させることで、排気管へ流れる熱量が増加し、触媒暖機時間が短縮し、始動時の排気が低減する。
本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置を、自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンに適用させたシステム構成図。 一般的なエンジンの制御装置の始動から触媒暖機終了までの制御の一例を示すシステムブロック図。 本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置の始動から触媒暖機終了までの制御の一例を示すシステムブロック図。 本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置における、１サイクル中の吸排バルブの動作を示すカムプロファイル図。 本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置における、バルブタイミングを示すタイムチャート。 本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置における、ガス噴射用インジェクタを配置した場合のシリンダ付近の構成図。 本発明の第２の実施例によるエンジンの制御装置による、１サイクル中の吸排バルブの動作を示すカムプロファイル図。 本発明の第２の実施例によるエンジンの制御装置による、可変圧縮比を用いた場合の機械圧縮比を示すタイムチャート。 本発明の第２の実施例によるエンジンの制御装置による、点火時期を示すタイムチャート。
　以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
　以下、図１～図６を用いて、本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置の構成及び動作について説明する。
　図１は、本実施例によるエンジンの制御装置を、自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンに適用させたシステム構成図である。
　エンジン１００は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の４気筒ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気を過給するための過給機のコンプレッサ４ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ７と、吸気管圧力を調整する電子制御スロットル２と、吸気マニホールド６内の圧力を計測する吸気圧力センサ１４が吸気管の各々の適宜位置に備えられている。また、エンジン１００には、各気筒のシリンダ１５の中に燃料を噴射する燃料噴射装置（以下、インジェクタ）１３と、噴射された燃料と空気の混合気を圧縮するためのピストン１８、点火エネルギーを供給する点火プラグ１７が気筒ごとに備えられている。また、ガスを筒内に流入させる際に開く吸気バルブ５ｃ、排気する際に開く排気バルブ５ｄ、そして吸排気バルブの開閉タイミングを調整し、筒内に流入または筒内から排出するガスを調整する可変バルブタイミング機構５ａ（吸気側）、５ｂ（排気側）が、シリンダヘッドに備えられている。可変バルブタイミング５ａ、５ｂにより、１番から４番まで全気筒の吸排気バルブの開弁、閉弁時期を調整することにより、吸気量および内部ＥＧＲ量を調整する。また、図示していないがインジェクタ１３に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管によってインジェクタ１３と接続されており、燃料配管中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている。
　さらに、排気エネルギーによって過給機のコンプレッサ４ａに回転力を与えるためのタービン４ｂと、タービンに流れる排気流量を調整するための電子制御ウェイストゲート弁１１と、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ９と、が排気管１６の各々の適宜位置に備えられる。また、図示していないがクランク軸には、回転角度を算出するためのクランク角度センサが備えられている。
　さらに、排気管の触媒１０の下流から、吸気管のコンプレッサ４ａの上流に排気を還流させるためのＥＧＲ管４０を備えている。また、ＥＧＲを冷却するためのＥＧＲクーラ４２、ＥＧＲ流量を制御するためのＥＧＲ弁４１、ＥＧＲ弁前後の差圧を検出する差圧センサ４３、ＥＧＲ温度を検出するＥＧＲ温度センサ４４が、ＥＧＲ管４０の各々の適宜位置に、取りつけられている。
　エアフローセンサ１と空燃比センサ９と吸気圧センサ１４と差圧センサ４３とＥＧＲ温度センサ４４から得られる信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１２から得られる信号がＥＣＵ２０に送られる。アクセル開度センサ１２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１２は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０は、クランク角度センサの出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。ＥＣＵ２０は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。
　ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ１３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、点火信号が点火プラグ１７に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された可変バルブタイミングの作動量は、可変バルブタイミング駆動信号として、可変バルブタイミング５へ送られる。また、ウェイストゲート弁１１は、排気の一部を分留させてコンプレッサへの流入量を調節する装置である。ＥＣＵ２０で演算されたウェイストゲート弁開度は、ウェイストゲート弁駆動信号として、ウェイストゲート弁１１へ送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたＥＧＲ弁開度は、ＥＧＲ弁開度駆動信号として、ＥＧＲ弁４１へ送られる。
　吸気管から吸気バルブを経てシリンダ１５内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ１７から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管１６を経て、三元触媒１０に送りこまれ、排気成分は三元触媒１０内で浄化され、外部へと排出される。
　図２は、エンジン制御装置のエンジン始動から触媒暖機完了までの制御フローの一例を示したシステムブロック図である。ステップＳ６０１でイグニッションキーがＯＮになると、Ｓ６０２へ進みＥＣＵ２０への通電がＯＮとなる。続いてＳ６０３でスタータへの通電がＯＮとなると、スタータのモータに駆動されて、クランクシャフトが回転を始める。そして、Ｓ６０４で燃料噴射および点火が行われることでエンジン始動となる。冷機状態からエンジンを始動した直後は、エンジンの回転保持やエンジン暖機のために、一時的にエンジン回転数はアイドル状態よりも速い回転数に設定される。これをファストアイドル状態と呼ぶ。エンジン始動後に、ファストアイドル状態になったと、エンジン回転数に基づいてＳ６０５で判定されると、Ｓ６０７において、エンジンが冷機状態にあるかの判定が行われる。
　ＥＣＵ２１は、エンジン内の油温や水温に基づいて、エンジン１００が冷機状態にあるか否かを判定する。ここで油温は、可変バルブタイミング５ａ、５ｂやピストン１８等、エンジン内の摺動部の潤滑性を増すために、エンジン内部を循環させるエンジンオイルの温度である。水温は、シリンダ１５の壁面外側などを流れ、燃焼で発生する熱からエンジンを保護する冷却水の温度である。油温、水温ともに、エンジン内部に埋め込まれた温度センサによって、その温度が検知される。例えば、ＥＣＵ２１は、油温、水温が共に８０℃以下である場合、冷機状態と判定する。Ｓ６０７において、冷機状態にあると判定された場合、Ｓ６０８において、点火時期を上死点後よりも遅角させる、点火時期リタードによる暖機が開始される。点火時期を遅角すると、燃焼ガスがピストンを押し下げて仕事をする期間が減少し、燃焼で発生した全エネルギーにおける排気損失の割合が相対的に増加する。熱は排気損失として内燃機関から排気され、下流にある排気管１６や三元触媒１０といった機関に伝わり、エンジン暖機が促進される。また、点火時期のリタードは、そのリタード量が大きいほど、排気温度が上昇し、エンジン暖気が促進される。
　Ｓ６１１において、触媒に搭載された温度センサに基づき、触媒の温度を検知し、触媒の活性化温度（約４００℃）に到達した場合、エンジンの暖機が完了したと判定する。Ｓ６１１で暖機完了と判定された場合、触媒暖機制御は終了となり、通常制御へ移行する。
　ここで、Ｓ６０８では点火時期リタードが行われるが、冷機始動直後はシリンダ１５内部の温度が低く、燃焼不安定を回避するために点火時期リタードを大きく取ることができない。すると、排気温度を高くすることができず、内燃機関の下流にある触媒の活性化時間を短縮できないという問題がある。
　図３は、本実施例におけるエンジンの、エンジン始動から触媒暖機完了までの制御フローを示したシステムブロック図である。ステップＳ７０１からＳ７０７までは図２のＳ６０１からＳ６０７までと同様であるので、説明を省略する。Ｓ７０８において点火時期がリタードされるが、冷機始動直後はシリンダ１５の筒内の内部の温度が低く、燃焼不安定を回避するために点火時期リタードを大きく取ることができない。
　そこで、本実施例のＥＣＵ２０が有する中央処理装置（ＣＰＵ）は、Ｓ７０９において、筒内昇温制御を行い、シリンダ１５の筒内のガス温度を昇温させる筒内昇温部を有する。筒内昇温部によりシリンダ１５の筒内のガス温度を上昇させることにより、冷却損失、すなわち壁面への伝熱量が増加し、燃焼不安定のリスクが軽減する。
　また本実施例のＥＣＵ２０が有する中央処理装置（ＣＰＵ）は、エンジンに取り付けられた点火装置（点火プラグ１７）の点火時期を制御する点火時期制御部を有する。そして点火時期制御部は、Ｓ７０９で筒内昇温部によりシリンダ１５の筒内のガス温度を昇温させる前のＳ７０８における点火時期リタード量に対し、Ｓ７０９での筒内昇温部による筒内温度昇温後のＳ７１０における点火時期リタード量を増加させるように点火プラグ１７の点火時期を制御する
　Ｓ７１１において、触媒温度等に基づき、エンジンの暖機が完了したか否かを判定する。Ｓ７１１で暖機完了と判定された場合、触媒暖機制御は終了となり、通常制御へ移行する。
　このように本実施例においてＥＣＵ２０のＣＰＵは、上記した筒内昇温部と点火時期制御部とを有し、点火時期リタード量を増加させる前に筒内昇温部で筒内昇温を行うことにより、燃焼不安定のリスクが軽減し、また点火時期制御部により点火時期リタード量を筒内昇温前のリタード量より増加させることで、排気温度を上げることができる。よって、触媒暖機時間が低減し、始動時の排気を低減することができる。
　図４は、本実施例においてＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部の一例として、吸気バルブおよび排気バルブの動作を説明する図であり、山型に盛り上がっている期間に、バルブが開いていることを示している。ここでＴＤＣ（Ｔｏｐ　Ｄｅａｄ　Ｃｅｎｔｅｒ）はピストン上死点、ＢＤＣ（Ｂｏｔｔｏｍ　Ｄｅａｄ　Ｃｅｎｔｅｒ）はピストン下死点であり、エンジンのシリンダ１５内をピストン１８が上死点と下死点との間を上下に往復運動する。また本実施例ではエンジンの動作周期の間に４つの行程を経る、４ストローク／１サイクルエンジンを例として説明する。
　膨張行程では、点火プラグ１７により点火された混合気が燃焼し、燃焼ガスが膨張してピストン１８が下死点まで押し下げられる。排気行程では慣性によりピストン１８が上がり燃焼ガスをシリンダ１５外に押し出す。吸入行程ではピストン１８が下がり混合気をシリンダ１５内に吸い込む。そして圧縮行程ではピストン１８が上死点まで上がり混合気を圧縮する。
　本実施例のＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部は、排気バルブ５ｄを膨張行程または排気行程において開弁させるとともに排気行程の上死点前に閉じるように可変バルブタイミング機構５ｂ（排気側）を制御する。一方で吸気バルブ５ｃを上死点後の吸気行程において開弁させるとともに、吸気行程または圧縮行程において閉弁するように可変バルブタイミング機構５ａ（吸気側）を制御する。このように制御することで排気行程から吸気行程において吸気バルブ５ｃ及び排気バルブ５ｄが同時に閉じ、排気が圧縮される期間（ＮＶＯ期間、Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｖａｌｖｅ　Ｏｖｅｒｌａｐ）を設けることができる。すなわち、ピストンが排気行程の上死点に向かう際に排気を圧縮する期間（ＮＶＯ期間）を設けることができる。
　ＮＶＯ期間が作られることで、排気行程中のガスがシリンダ１５内に閉じ込められて圧縮されて、ガス温度が上昇する。ガス温度が上昇することで、冷却損失、すなわち壁面への伝熱量が増加し筒内が昇温される。
　図５は、図４に示したエンジンの１サイクルを繰り返し、継続して一定期間、行った場合において、本実施例のＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）によるそれぞれのサイクルにおける点火プラグ１７の点火時期、排気バルブ５ｄの閉弁時期、吸気バルブ５ｃの開弁時期と、またシリンダ１５内の筒内温度の変化を示している。本実施例におけるＥＣＵ２０の値を太線で、本実施例を適用しない参考例のＥＣＵ２０における値は点線で示した。ここで、グラフ上の点火時期およびバルブ開閉時期の値については、０が上死点であり、正の方向が上死点後のクランク角度であり、負の方向は上死点前のクランク角度である。また、図５のａ、ｂ、ｃ、ｄは全て正の実数である。
　本実施例を適用しない参考例のＥＣＵでは、時刻０においてエンジンを始動し、時刻Ｔ１で点火プラグ１７の点火時期をリタードし、暖機を開始する。冷機始動直後はシリンダ１５内部の温度が低く、燃焼不安定を回避するために点火プラグ１７の点火時期リタード量を大きく取らず、時刻Ｔ２において、点火時期をａ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に設定する。
　可変バルブタイミング機構５ｂ（排気側）により排気バルブ５ｄを排気行程のピストン上死点である０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］またはその前後で閉弁するように制御する。すなわち、閉弁時期（ＥＶＣ、Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｖａｌｖｅ　Ｃｌｏｓｅ）が排気行程のピストン上死点　である０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］　またはその前後で設定され、これにより、排気の完全掃気が行われる。一方で、可変バルブタイミング機構５ａ（吸気側）により吸気バルブ５ｃをＥＶＣ直後に開弁するように制御する。すなわち、開弁時期（ＩＶＯ、Ｉｎｔａｋｅ　Ｖａｌｖｅ　Ｏｐｅｎ）が排気行程のピストン上死点　である０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］　またはその前後で設定され、これにより排気が完全に終わった後に、新気を取り込む吸気が開始される。筒内温度は時刻０において雰囲気温度Ｔａと等しいが、時刻Ｔ４において、筒内温度が燃焼安定温度Ｔｓに到達すると、点火時期を更にリタードさせ、時刻Ｔ５において、点火時期をｂ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］とし、排気温度を上げて触媒昇温を加速する。
　これに対し本実施例のＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）は、時刻０においてエンジンを始動して、時刻Ｔ１で暖機が開始し、点火時期リタードを行う。点火時期については、冷機始動直後はシリンダ１５内部の温度が低く、燃焼不安定を回避するために点火時期リタード量を大きく取らず、時刻Ｔ２において、点火時期をａ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に設定する。この点は参考例と同様である。
　ここで本実施例のＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部は、時刻Ｔ１において、可変バルブタイミング機構５ｂ（排気側）により排気バルブ５ｄを排気行程の上死点より前の－ｃ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］において閉弁するように制御する。一方で可変バルブタイミング機構５ａ（吸気側）により吸気バルブ５ｃを排気行程の上死点より後のｄ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］において開弁するように制御する。このように、排気行程の上死点よりも前に排気バルブ５ｄを閉じ、排気行程の上死点よりも後に吸気バルブ５ｃを開くように、可変バルブタイミング機構５ａ、５ｂを制御することで、排気行程において吸排バルブが同時に閉じているＮＶＯ期間を作る。
　つまり、ＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）は、時刻Ｔ１から徐々に点火時期をリタードさせ、点火時期をａ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に至る前において、筒内昇温部によりＮＶＯ期間が形成されるように、可変バルブタイミング機構５ａ、５ｂを制御する。
　この本実施例の制御により筒内温度は時刻０において雰囲気温度Ｔａと等しいが、ＮＶＯ期間を設けたことによる筒内昇温効果で、参考例よりも筒内が急速に昇温する。そして、ＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）は、あらかじめ定めた筒内温度Ｔｓに到達したとき、またはあらかじめ定めた時刻Ｔ３において、点火時期リタード量を増加させ、時刻Ｔ４において点火時期をａ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］よりも更にリタードしたｂ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］とすることで排気温度を上げて触媒昇温を加速する。本実施例では、参考例よりも早期に点火時期リタード量を大きくすることができる。
　このように、ＮＶＯ期間を設けることにより、シリンダ１５内のガス温度が上昇し、壁面への伝熱量が増加し、早期に筒内が昇温され、燃焼不安定のリスクが軽減する。そのため、早期に点火時期リタード量増加させ、排気温度を上げて触媒昇温を加速し、触媒活性化までの時間が短縮することで、始動時の排気を低減することができる。
　図６は、本実施例によるエンジンの制御装置における、ガス噴射用インジェクタを配置した場合のシリンダ付近（図１中の点線Ａ部）の構成図である。本実施例では、シリンダ１５の内部に直接、空気などのガスを噴射するガス噴射用インジェクタ１３ａを備える。ガスインジェクタ１３ａを用いて、排気行程中にシリンダ１５内にガス、例えば空気を噴射し、ＮＶＯ期間中にシリンダ１５内部に閉じ込められるガスの体積を増加させることで、ＮＶＯ期間に圧縮されるガスの温度が、ガス噴射が無い時に比べて上昇する。そして、あらかじめ定めた筒内温度Ｔｓに到達した時、またはあらかじめ定めた時刻Ｔ３において、点火時期リタード量を増加させ、時刻Ｔ４において点火時期をｂ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］とし、排気温度を上げて触媒昇温を加速する。
　このように、ＮＶＯ中に不活性ガスを噴射することにより、筒内をより急速に昇温することが可能となる。より早期に点火時期リタード量増加させ、排気温度を上げて触媒昇温を加速し、触媒活性化までの時間が短縮することで、始動時の排気を低減することができる。
　以下、図７を用いて、本発明の実施例２について説明する。本実施例ではＮＶＯ期間を設ける以外の筒内昇温部を有するＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の動作を説明する。エンジン基本構成については、実施例１の図１の構成と同様であるので、省略する。本実施例においてＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部は、可変バルブタイミング機構を制御することにより筒内を昇温させるものである。
　図７は、本実施例においてＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部の一例として、可変バルブタイミング機構の動作を説明する図であり、山型に盛り上がっている期間に、吸気バルブ５ｃ、又は排気バルブ５ｄが開いていることを示している。
　また、エンジンの圧縮比は、機械圧縮比と実圧縮比の２種類に分けられる。機械圧縮比は、ピストン下死点での筒内体積を、ピストン上死点での筒内体積で除した値であり、エンジンの構造で定まる圧縮比である。実圧縮比は、吸気バルブが閉弁した際の筒内体積を、ピストン上死点での筒内体積で除した値であり、吸気バルブの閉弁時期制御によりその値を機械圧縮比よりも小さくすることができる。例えば、吸気バルブを下死点よりも後に閉じると、筒内ガスの一部は吸気管へ吹き戻され、筒内の体積が減り、筒内ガスの圧縮比が減少する。ガソリンエンジンの機械圧縮比はおおむね１０から１４である。本実施例では、例として機械圧縮比１２として説明する。
　エンジン始動時、吸気バルブ５ｃの閉弁時期ＩＶＣ（ＩＶＯ、Ｉｎｔａｋｅ　Ｖａｌｖｅ　Ｃｌｏｓｅ）は、下死点に近づけるほど実圧縮比が増加し、下死点から進角または遅角させることで、ＩＶＣは下死点から遠ざかり、実圧縮比は減少する。エンジン始動時は、ＩＶＣを下死点またはその付近に設定してしまうと、実圧縮比が機械圧縮比同等まで上がってしまう。すると始動時に必要以上のトルクが発生して、エンジン振動が発生しやすい。また逆に、ＩＶＣを吸気行程中盤まで進角または圧縮行程中盤まで遅角させてしまうと、実圧縮比が低過ぎて混合気温度が下がり、失火が起こりやすい。これらのエンジン振動と失火抑制のバランスを鑑みて、ＩＶＣは、実圧縮比が１０前後となる位置に、すなわち吸気行程から圧縮行程にかけての下死点から３０ｄｅｇから６０ｄｅｇほど進角または遅角した位置に設定される。参考例では、ＩＶＣは下死点から６０ｄｅｇ遅角した位置に設定され、エンジン始動後もその位置が保たれる。
　これに対し、本実施例においてＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部は、図５において、エンジン始動後の時刻Ｔ１から徐々に点火時期をリタードさせ、点火時期をａ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に至る前において、実施例１ではＮＶＯ期間を形成するように可変バルブタイミング機構５ａ、５ｂを制御していたが、それとは別の方法で筒内を昇温させるものである。より具体的にはＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部は、図５において、エンジン始動後の時刻Ｔ１から徐々に点火時期をリタードさせ、点火時期をａ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に至る前において、吸気バルブ５ｃを吸気行程から圧縮行程にかけての下死点に、又は下死点の近傍で閉じるように制御する。すなわち、エンジン始動後の時刻Ｔ１に、吸気バルブ５ｃのＩＶＣを吸気行程から圧縮行程にかけての下死点に、又は下死点の近傍に設定するものである。参考例では、ＩＶＣは下死点から２５ｄｅｇ遅角した位置に設定される。
　これにより、実圧縮比を上げることで、圧縮される混合気の温度が上昇し、壁面への伝熱量が増加し、筒内昇温効果を得ることができる。このように、可変バルブタイミング機構を用いて実圧縮比を調整することにより、筒内をより急速に昇温することが可能となる。したがって図５と同様に、ＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）は、あらかじめ定めた筒内温度Ｔｓに到達したとき、またはあらかじめ定めた時刻Ｔ３において、点火時期リタード量を増加させ、時刻Ｔ４において点火時期をａ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］よりも更にリタードしたｂ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］とすることで排気温度を上げて触媒昇温を加速する。本実施例では、参考例よりも早期に点火時期リタード量を大きくすることができる。よって早期に点火時期リタード量増加させ、排気温度を上げて触媒昇温を加速し、触媒活性化までの時間が短縮することで、始動時の排気を低減することができる。
　以下、図８を用いて、本発明の実施例３について説明する。本実施例ではＮＶＯ期間を設ける以外の筒内昇温部を有するＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の動作を説明する。エンジン基本構成については、実施例１の図１の構成と同様であるので、省略する。本実施例においてＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部は、可変圧縮比機構を制御することにより筒内を昇温させるものである。
　図８は、本実施例のＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）による点火プラグ１７の点火時期、可変圧縮比機構の機械圧縮比と、またシリンダ１５内の筒内温度の変化を示している。本実施例におけるＥＣＵ２０の値を太線で、本実施例を適用しない参考例のＥＣＵ２０における値は点線で示した。ここで、グラフ上の点火時期の値については、０が上死点であり、正の方向が上死点後のクランク角度であり、負の方向は上死点前のクランク角度である。また、図５のａ、ｂは全て正の実数である。
　可変圧縮比機構は、ピストン１８のストローク量を調整し、エンジン１００の機械圧縮比を調整する装置である。前述のとおり、始動時の実圧縮比が機械圧縮比同等まで上がってしまうと、必要以上のトルクが発生し、エンジン振動が発生しやすい。また逆に実圧縮比が低過ぎると混合気温度が下がり、失火が起こりやすい。これらを鑑みて、可変バルブタイミング機構による実圧縮比の調整代を踏まえて、一般的なエンジンの機械圧縮比ε１は決定される。
　これに対し、本実施例においてＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部は、図５において、エンジン始動後の時刻Ｔ１から徐々に点火時期をリタードさせ、点火時期をａ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に至る前において、実施例１ではＮＶＯ期間を形成するように可変バルブタイミング機構５ａ、５ｂを制御していたが、それとは別の方法で筒内を昇温させるものである。より具体的にはＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部は、エンジン始動後の時刻Ｔ１から徐々に点火時期をリタードさせ、点火時期をａ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に至る前において、機械圧縮比をε１からε２へ増加させるように可変圧縮比機構を制御する。
　機械圧縮比が増加したことで、圧縮行程において圧縮されるガスの体積が増加し、圧縮行程終了時の混合気温度は、機械圧縮比をε１に保った場合に比べて上昇する。その結果、壁面への伝熱量が増加し、筒内昇温効果を得ることができる。
　このように、可変圧縮比を用いて機械圧縮比を調整することで、筒内をより急速に昇温することが可能となる。より早期に点火時期リタード量増加させ、排気温度を上げて触媒昇温を加速し、触媒活性化までの時間が短縮することで、始動時の排気を低減することができる。
　以下、図９を用いて、本発明の実施例４について説明する。本実施例ではＮＶＯ期間を設ける以外の筒内昇温部を有するＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の動作を説明する。本実施例では、ＮＶＯ期間を設ける以外の筒内昇温手段として、点火時期変更による筒内昇温部を示す。
　図８は、本実施例のＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）による点火プラグ１７の点火時期、またシリンダ１５内の筒内温度の変化を示している。本実施例におけるＥＣＵ２０の値を太線で、本実施例を適用しない参考例のＥＣＵ２０における値は点線で示した。ここで、グラフ上の点火時期の値については、０が上死点であり、正の方向が上死点後のクランク角度であり、負の方向は上死点前のクランク角度である。また、図５のａ、ｂ、ｅは全て正の実数である。
　一般的に、初回の燃焼が完了し、エンジンが始動した後は点火時期をリタードさせ、例えば点火時期をａ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に設定する。これにより、排気温度を増加させ、触媒暖機効果を得ているが、点火時期をリタードしている際は、熱損失のうち、排気への熱量（排気損失）が支配的となり、壁面への伝熱量（冷却損失）は相対的に低下してしまうため、筒内の昇温は早期化しない。
　本実施例では、本実施例においてＥＣＵ２０のＣＰＵ（制御部）の筒内昇温部は、エンジン始動後、例えば参考例において点火時期をリタード開始する時刻Ｔ１に、点火時期を進角させるように点火プラグ１７を制御する。点火時期を進角し、特に圧縮上死点より前の－ｅ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に設定すると、着火した混合気が圧縮され、圧縮上死点における筒内温度は点火時期リタード時に比べて大幅に上昇する。その後、あらかじめ定めた筒内温度Ｔｓに到達した時、またはあらかじめ定めた時刻Ｔ３において、点火時期リタード量を増加させ、時刻Ｔ４において点火時期をｂ［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］とし、排気温度を上げて触媒昇温を加速する。また、アイドリングストップ後や、エンジン停止後すぐの再始動など、エンジンが始動した際に筒内が既に十分昇温している場合は、時刻Ｔ１において点火時期を進角させず、すぐに点火時期をリタードして触媒暖機運転に移行しても良い。
　このように、始動直後に点火時期を進角させて筒内を急速昇温することで、筒内昇温後は参考例に比べて早期に大きな点火時期リタード量を取ることが可能となる。その結果、排気温度が上がって触媒昇温が加速し、触媒活性化までの時間が短縮することで、始動時の排気を低減することができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１…エアフローセンサ
２…電子制御スロットル
４…過給機
４ａ…コンプレッサ
４ｂ…タービン
５ａ…吸気側可変バルブタイミング機構
５ｂ…排気側可変バルブタイミング機構
６…吸気マニホールド
７…インタークーラ
９…空燃比センサ
１０…三元触媒
１１…ウェイストゲート弁
１２…アクセル開度センサ
１３…筒内直接燃料噴射用インジェクタ
１３ａ…筒内直接ガス噴射用インジェクタ
１４…吸気圧力センサ
１５…シリンダ
１６…排気管
１７…点火プラグ
１８…ピストン
２０…ＥＣＵ
４０…ＥＧＲ管
４１…ＥＧＲ弁
４２…ＥＧＲクーラ
４３…差圧センサ
４４…ＥＧＲ温度センサ
４５…インタークーラパイパス弁Ａ
４６…インタークーラパイパス弁Ｂ
４７…インタークーラパイパス流路
１００…エンジン

Claims (9)

  1. 　内燃機関に取り付けられた点火装置の点火時期を制御する点火時期制御部を備えた内燃機関制御装置において、
    　筒内昇温する筒内昇温部を備え、該筒内昇温部により筒内昇温を行い、かつ前記点火時期制御部により前記点火装置の点火時期のリタード量を増加させることを特徴とする内燃機関制御装置。
  2. 　前記筒内昇温部は、排気行程において排気バルブを上死点前に閉じることで、排気が圧縮されるＮＶＯ期間が設けられるようにすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関制御装置。
  3. 　前記筒内昇温部により前記ＮＶＯ期間を設けた後に、前記点火時期制御部により前記点火装置の点火時期をリタードさせることを特徴とする請求項２記載の内燃機関制御装置。
  4. 　前記ＮＶＯ期間に筒内へガスを噴射し、燃焼室内の圧力を増加させることを特徴とする請求項２記載の内燃機関制御装置。
  5. 　前記筒内昇温部は、吸気行程または圧縮行程において、吸気管への吹き戻しが無くなるよう、吸気バルブ閉じ時期を下死点付近に設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関制御装置。
  6. 　前記筒内昇温部は、圧縮行程または排気行程において、機械圧縮比を増加させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関制御装置。
  7. 　前記筒内昇温部による筒内昇温中は点火時期を初回燃焼時より進角させ、その後に前記点火時期制御部により前記点火装置の点火時期をリタ―ドさせることを特徴とする請求項１記載の内燃機関制御装置。
  8. 　前記筒内昇温部により筒内昇温を行う際に、前記点火装置の点火時期を初回燃焼時よりも進角させることを特徴とする請求項７記載の内燃機関制御装置。
  9. 　前記筒内昇温部により筒内昇温を行う際に、点火時期を初回燃焼時よりもリタードさせることを特徴とする請求項７記載の内燃機関制御装置。
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