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JPH11294220A - 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number
JPH11294220A
JPH11294220A JP10101150A JP10115098A JPH11294220A JP H11294220 A JPH11294220 A JP H11294220A JP 10101150 A JP10101150 A JP 10101150A JP 10115098 A JP10115098 A JP 10115098A JP H11294220 A JPH11294220 A JP H11294220A
Authority
JP
Japan
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injection
temperature
internal combustion
fuel injection
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10101150A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Tachibana
健 橘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP10101150A priority Critical patent/JPH11294220A/ja
Priority to US09/165,350 priority patent/US6112716A/en
Priority to DE19851811A priority patent/DE19851811B4/de
Publication of JPH11294220A publication Critical patent/JPH11294220A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/068—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for warming-up
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/402—Multiple injections
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D2041/389—Controlling fuel injection of the high pressure type for injecting directly into the cylinder
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒内直接噴射式内燃機関の触媒昇温手段のう
ち、膨張行程噴射により触媒昇温を図る方式のものにお
いて、外気温度の変化や、冷間再始動時及び暖気後エン
ジンオフを経た再始動時などの車両の状態の如何に関わ
らず、触媒の劣化・溶解等の防止や更なる排ガス浄化の
早期化を図り、また、適度な触媒加熱と、未燃焼ガス放
出防止を図るものである。 【解決手段】 高圧に加圧された燃料を機関１０の燃焼
室２４〜３０内に直接噴射することができる燃料噴射弁
４７〜５０と、機関１０の始動を検出する機関始動検出
手段と、機関の温度を検出する温度検出手段と、前記温
度検出手段により得られた検出値を、あらかじめ記憶さ
れた所定値と比較し、比較結果から、機関が低温状態で
あるかどうかを検出する機関低温状態検出手段とを備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式内燃機
関の始動時の触媒昇温を迅速に行うようにした筒内噴射
式内燃機関の燃料噴射制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、内燃機関の排気ガス浄化の為に
三元触媒などが使用されている。冷間始動時のように触
媒の温度が低く、活性温度に達成していない場合は、Ｈ
ＣやＣＯ等の浄化が行われずに大気中に放出されるの
で、迅速に浄化効率を高めるために、従来から排気管に
ヒータを設けて触媒を加熱する等の手段が提案されて来
た。
【０００３】また、特開平４−１８３９２２号公報に開
示しているように、触媒の温度センサを備えた筒内噴射
式火花点火機関は、膨張行程又は排気行程において追加
燃料噴射させ、追加燃料を混入した排気を再点火して燃
焼させ、触媒を目標温度まで加熱するように構成したも
のもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、触媒昇
温用の排気管にヒータをつけたり、温度センサをつけた
り、排気管途中に第２点火プラグを設けたりといった方
法が提案されているが、コスト高を招くなどの問題点が
あった。
【０００５】この発明は、このような従来の問題点を解
消するためになされたもので、触媒温度センサを用いる
ことなく、低コストで、かつ、触媒の溶解などを招くこ
となく、外気温の変化にも対応可能で、触媒の活性温度
までの昇温を迅速に行うことができる筒内噴射式内燃機
関の燃料噴射制御装置を提案することを目的としてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る筒
内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁に
より筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関
を備え、前記内燃機関の始動を検出する機関始動検出手
段と、前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により得られた検出値を、予め記憶さ
れた所定値と比較し、比較結果から機関が低温状態であ
る否かを検出する機関低温状態検出手段と前記機関始動
検出手段の出力から、前記内燃機関の始動が検出され、
かつ、前記機関低温状態検出手段の出力から、機関低温
状態が検出されたとき、膨張行程又は排気行程で燃料噴
射するよう燃料噴射弁を制御し、膨張行程又は排気行程
での燃料噴射は、噴射開始後所定時間（又は所定行程）
の間のみに限定して行う制御手段とを備えたものであ
る。
【０００７】請求項２の発明に係る筒内噴射式内燃機関
の燃料噴射制御装置において、制御手段は、所定時間を
温度検出手段により得られた検出値に応じて可変設定す
るものである。
【０００８】請求項３の発明に係る筒内噴射式内燃機関
の燃料噴射制御装置において、制御手段は、膨張行程又
は排気行程での燃料噴射は、燃料噴射制御信号の出力値
を積分した値が、所定積算値に達するまでの間に限定し
て行うものである。
【０００９】請求項４の発明に係る筒内噴射式内燃機関
の燃料噴射制御装置において、所定積算値は該温度検出
手段により得られた検出値に応じて可変設定するもので
ある。
【００１０】請求項５の発明に係る筒内噴射式内燃機関
の燃料噴射制御装置において、制御手段は、膨張行程噴
射時の燃料噴射量を、時間の経過とともに、又は行程毎
に減少させていくものである。
【００１１】請求項６の発明に係る筒内噴射式内燃機関
の燃料噴射制御装置において、制御手段は、噴射制御を
始動完了してのち、又は始動完了後所定時間後に膨張行
程又は排気行程での燃料噴射を開始するものである。
【００１２】請求項７の発明に係る筒内噴射式内燃機関
の燃料噴射制御装置において、制御手段は、内燃機関に
おいて特定気筒にだけ、膨張行程又は排気行程での燃料
噴射を実施するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．次に、本発明の請
求項１〜７に対する実施の形態１〜７について説明す
る。本発明に係る実施の形態１は、図１に加えて図２、
図３によって示される。本実施の形態による筒内噴射式
内燃機関の全体構成は、図２の平面図に示したように、
機関本体１０、燃料タンク１２、燃料タンク１２から供
給された燃料を高圧で加圧する高圧フユーエルポンプ１
４、高圧フユーエルポンプ１４で高圧に加圧された燃料
を一時貯蓄して分配する各気筒共通のデリバリーパイプ
１６、各気筒からの排気を合流させて導出する排気通路
１８、排気通路１８の途中に排気浄化のために設けられ
た触媒変換器２０、筒内噴射式内燃機関（以下、機関と
記載する）の運転状態を制御する電子制御装置（ＥＣ
Ｕ）２２等から構成されている。
【００１４】尚、電子制御装置（ＥＣＵ）２２は、機関
低温状態検出手段、燃料噴射弁の制御を行う制御手段等
を構成する。
【００１５】各気筒の燃焼室２４〜３０には、それぞれ
２個ずつの吸気弁を有する吸気ポート３２〜３８と、同
じく２個ずつの排気弁を有する排気ポート４０〜４６が
設けられ、各排気ポート４０〜４６は合流して、排気通
路１８を介して触媒変換器２０に連通している。
【００１６】各燃焼室２４〜３０内には、シリンダヘッ
ドに取り付けられた燃料噴射弁４７〜５０の先端が開口
し得るように設けられており、ＥＣＵ２２の制御によっ
て図示しない圧電素子が付勢されると燃料噴射弁４７の
噴口を開いてデリバリーパイプ１６内の高圧の燃料を各
燃焼室２４〜３０内へ噴射する。（デリバリーパイプ１
６内の圧力は略一定であるから、燃料の噴射量は噴口を
開いている時間に比例する。）
【００１７】５１〜５４は燃焼室２４〜３０の頂部付近
に設けられた点火プラグを示す。ＥＣＵ２２には、機関
の回転数Ｎｅやアクセル開度θA等の機関の負荷を示す
信号が各センサ（図示しない）から入力されると共に、
エンジン冷却水温を検出する水温センサ（図示しない）
から機関温度Ｔｗが入力される。そして後述のように、
ＥＣＵ２２から燃料噴射弁４７〜５０には噴口を開閉す
る時期・期間を指令するための信号Ｑｉｊが、また点火
プラグ５１〜５４を付勢する時期を指令するための信号
ｅｉｇが出力されるようになっている。
【００１８】図３には４つの気筒のうち代表として燃焼
室２４の関連構造とその主要な作動状態を例示している
（図１のタイムチャートも併せて参照）。他の気筒も同
様な構造であるが、作動の時期は点火順に１８０゜ずつ
ずれている。図示されない吸気分及び排気弁が共に閉じ
ていて、ピストン５６が上死点近くまで上昇した圧縮行
程後期の状態を図３（ａ）が示しており、この状態で燃
料噴射弁４７はＥＣＵ２２が指令する時間だけ噴口を開
き、Ｑｉｊの信号に対応する量の燃料を噴霧５７とし
て、ピストン５６の頂面に設けられた深い凹み５８の中
へ噴射する（図１にも示す第１の噴射Ｉｊ１）。この例
では、図３（ｂ）の平面図に見られるように、第１の噴
射Ｉｊ１は凹み５８の中だけに行われているが、必ずし
も、それに限られるわけではない。
【００１９】第１の噴射Ｉｊ１によって点火プラグ５１
の火花電極付近には燃焼室２４内でもっとも濃厚な理論
混合比程度の混合気が形成されるので、上死点の近くで
発生する信号ｅｉｇによって点火プラグ５１が付勢され
て放電すると、まず点火プラグ５１付近の濃い混合気が
点火し（第１の点火Ｉｇ１）、これを火種として、燃焼
室２４内の希薄な混合気に火焔が伝播し、混合気全体が
燃焼する（第１の燃焼）。
【００２０】したがって、点火プラグ５１の放電だけで
は着火しないような希薄な混合気であっても速やかに混
合気全体が着火燃焼することができる。作動状態におい
て、燃焼室２４内の混合気が点火（図１のＩｇ１）・燃
焼してのちピストン５６が下降する膨張行程の、例えば
中程から下死点にかけての機関の適時に、燃焼室２４内
には燃料噴射弁４７から再び第２の燃料噴射（図１のＩ
ｊ２）が行われる。
【００２１】図３（Ｃ），（Ｄ）中に燃料噴霧５９とし
て示したものがそれであって、この場合はピストン５６
が下降しているから、その頂面に広く噴霧が衝突し、ピ
ストン５６の頂面は高温となっているために燃料は直ち
に気化して、膨張したシリンダ内の燃焼ガス６０と混合
する。前述のように、筒内噴射式内燃機関は空気過剰の
状態で運転されているから、第２の燃料噴射Ｉｊ２によ
って供給された燃料を燃焼させるだけの空気は、燃焼ガ
ス６０の中に十分残存しており、第２の噴射Ｉｊ２によ
って排気がちょうど理論混合比に達成するように設定す
ることもできる。
【００２２】以上のように燃料噴射を行えば、触媒変換
器２０には三元触媒を使用することも可能となる。そし
て、図１及び図３（ｅ）に示されているように、ピスト
ン５６が上死点から下降する膨張行程の中後期に、機関
本体１０の燃焼室２４の点火プラグ５１を再び付勢して
第２の点火Ｉｇ２を行い、第２の噴射Ｉｊ２による燃料
に点火する。
【００２３】したがって、第２の燃焼は、図２に示す筒
内（燃焼室２４）から筒外（排気ポート４０、排気通路
１８）にかけた広い範囲で、排気通路１８を流れる排気
ガスの温度を上昇させるので、触媒変換器２０内の触媒
は加熱されて活性温度に到達成し、排気の浄化能力を十
分に発揮する。
【００２４】そして、水温センサ値ＴｗとＥＣＵ２２に
よって、機関温度が活性温度を基準とする所定の目標温
度を越えたことが検出されると、ＥＣＵ２２の指令によ
って第２の燃料噴射Ｉｊ２及び第２の点火Ｉｇ２は停止
され、膨張行程における第２の燃焼も停止して通常の運
転状態になる。
【００２５】通常の内燃機関と異なり、筒内噴射式内燃
機関においては、吸気弁が閉じている膨張行程や排気行
程においても、燃料噴射弁４７〜５０を付勢しさえすれ
ば、燃焼室２４〜３０内へ燃料を供給することが可能と
なる。この特質を利用して、膨張行程において第２の筒
内噴射Ｉｊ２を行い、燃焼室２４〜３０内の点火プラグ
５１〜５４を利用して第２の点火Ｉｇ２を行うことによ
って、主として排気ポート４０〜４６や排気通路１８内
の排気ガスの温度を高めて触媒を加熱する。
【００２６】この膨張行程噴射を所定時間のみ（例えば
暖機途中、始動後４０秒以内）に限定して行うようにし
た点が第１実施の形態の特徴である。これにより、触媒
を十分昇温させた後、過剰な昇温を防止することができ
る。
【００２７】第１実施の形態においては、第２の燃焼を
起させるために、特別の機器の追加を必要とせず、従来
のシステムに対してＥＣＵ２２の制御プログラムを一部
変更するだけでも実施することができる。この場合、第
２の点火Ｉｇ２を膨張行程の中後期に行うようにすれ
ば、第２の燃焼による逆転方向のトルクや、吸気管への
逆流などを発生するおそれもない。
【００２８】又、ここでは、第２の燃料噴射Ｉｊ２の
後、第２の点火Ｉｇ２を膨張行程で実施する例について
述べたが、第２の点火Ｉｇ２無しで自然着火させたり、
排気行程で第２の点火Ｉｇ２を実施することもできる。
【００２９】実施の形態２．次に、実施の形態２の説明
を行う。本実施の形態の制御プログラムを示したものが
図４である。このプログラムは、例えば、４サイクルの
筒内噴射式内燃機関においては、ＥＣＵ２２によりクラ
ンク軸の２回転に１回の割合で繰り返し実行される。
【００３０】ステップＳ１００において制御プログラム
がスタートすると、まず、Ｓ１０１で図示しない機関始
動検出手段により、機関の始動状態であるかどうかが判
定される。始動時であると判定された場合にはＳ１０２
へ進む。始動時ではないと判定された場合は、Ｓ１１０
へ進む。（ここでいう始動時とは、スターターが回って
いる間とする。あるいは、エンジン回転数が所定値以
下、又は本制御プログラムがスタートして１回目である
かどうかの判断、としても良い。）
【００３１】次に、Ｓ１０２では、機関温度（水温）Ｔ
ｗが読み込まれ、さらに、カウンタＣＮＴＫがクリアさ
れる。Ｓ１０３で、機関温度（水温）Ｔｗが所定暖機温
度ＴＨと比較される。機関温度Ｔｗが所定暖機温度ＴＨ
よりも高い時（機関の再始動時などの場合。）はＳ１０
６へ進む。それ以外の場合はＳ１０４に進む。Ｓ１０４
では、機関温度Ｔｗと所定低温Ｔｃとが比較される。所
定低温Ｔｃは、例えば、氷点下３０℃などの極低温を設
定する。
【００３２】機関温度Ｔｗが所定低温Ｔｃよりも高い場
合はＳ１０５へ進む。それ以外の場合はＳ１０９へ進
む。Ｓ１０５では、所定暖機温度ＴＨより低温でかつ所
定低温Ｔｃより高温の所定温度Ｔ１と機関温度Ｔｗとを
比較する。機関温度Ｔｗが所定温度Ｔ１よりも高い場合
はＳ１０７へ進む。それ以外の場合は、Ｓ１０８へ進
む。Ｓ１０６〜Ｓ１０９では、膨張行程での第２の噴射
制御（図１で言うＩｊ２）を行う所定時間ＫＴを設定す
る。
【００３３】Ｓ１０６では膨張行程噴射制御を行う所定
時間ＫＴに０を設定してＳ１１０へ進む。Ｓ１０７で
は、機関温度Ｔｗ（ＴＨ≧Ｔｗ＞Ｔ１）に対応して予め
ＥＣＵ２２に記憶されていた所定値ａ１を１膨張行程噴
射制御を行う所定時間としてＫＴに設定する。同様に、
Ｓ１０８ではａ２を、Ｓ１０９ではａ３を、所定時間Ｋ
Ｔに設定する。このように、それぞれの機関温度に応じ
て、膨張行程噴射を行う所定時間がＫＴに設定される。
【００３４】Ｓ１１０では、カウンタＣＮＴＫとＫＴが
比較され、始動からの所定時間が経過したか否かの判定
がなされる。カウンタＣＮＴＫは、図示されないタイマ
割込にて加算（ＩＮＣ）されるカウンタであり、Ｓ１０
１で始動時であると判定された時にクリアされ、最大値
でクリップされる。所定時間が経過した場合はＳ１１２
へ進み、経過していない場合はＳ１１１へ進む。
【００３５】Ｓ１１１では、機関温度Ｔｗが所定暖機温
度ＴＨよりも高いか否かの判定がなされる。Ｔｗ＞ＴＨ
の場合はＳ１１２へ進み、それ以外の場合はＳ１１３へ
進む。
【００３６】Ｓ１１３では、膨張行程噴射制御を実施
（又は継続）する。それによって前述のように第２の燃
焼が生じて触媒の温度が上昇する。
【００３７】Ｓ１１２では、膨張行程噴射制御を停止す
る。つまり、Ｓ１０１で始動からの所定時間が経過した
と判定されたとき、又は、Ｓ１１１で機関温度Ｔｗが所
定暖機温度ＴＨよりも高いと判定されたときは、膨張行
程噴射制御は停止し、Ｓ１１４でプログラムを終了す
る。従って、機関は第２の燃焼を行うことなく、通常の
運転状態を継続する。
【００３８】従って、本実施の形態の筒内噴射式内燃機
関は、前記所定時間が、温度検出手段により得られた検
出値に応じて可変設定されるので、外気温度の変化や、
冷間再始動時及び暖機後エンジンオフを経た再始動時な
どの車両の状態の如何に関わらず、触媒の劣化・溶解等
の防止や、更なる排ガス浄化の早期化を図れる。なお、
今回の実施の形態では、所定時間の設定値をａ１〜ａ３
の３段階にしているが、機関温度に応じたマップから所
定時間を読みとり、より多段階の可変制御としてもよ
い。
【００３９】なお、機関温度センサとして吸気温センサ
・油温センサ・触媒温センサ・排気温センサ等のセンサ
を用いてもよい。また、カウンタＣＮＴＫを時間で加算
せず、クランク軸の回転毎に加算してもよい。図４で
は、所定時間が経過しなくても、機関温度が上昇した場
合は、膨張行程噴射を停止する構成としたがこの判断Ｓ
１１１を省略してもよい。
【００４０】実施の形態３．次に、実施の形態３の説明
をする。実施の形態３の制御プログラム内容を示すフロ
ーチャートを第５図に、制御内容を示すタイムチャート
を図６に示す。このプログラムは、例えば、４サイクル
の筒内噴射式内燃機関においては、ＥＣＵ２２によりク
ランク軸の２回転に１回の割合で繰り返し実行される。
【００４１】図５のステップＳ２００において制御プロ
グラムがスタートすると、まず、Ｓ２０１で機関の始動
状態であるかどうかが判定される。始動時であると判定
した場合Ｓ２０２へ進み、積算値ＩＮＴをクリアする。
始動時でない場合はＳ２０２をスキップしてＳ２０３へ
進む。
【００４２】Ｓ２０３で、予めＥＣＵに記憶されてい
た、所定温度に達成するのに必要な噴射出力積分値を表
す所定値Ｋと、噴射出力積算値ＩＮＴとが比較される。
噴射出力積算値ＩＮＴが所定値Ｋを越えない場合はＳ２
０４へ進み噴射出力積算値ＩＮＴが所定値Ｋを越えた場
合、Ｓ２０５へ進む。
【００４３】Ｓ２０４では、機関温度Ｔｗが所定暖機温
度ＴＨよりも高いか否かの判定がなされる。Ｔｗ＞ＴＨ
の場合はＳ２０５へ進み、それ以外の場合はＳ２０６へ
進む。Ｓ２０５では、膨張行程噴射又は排気行程噴射は
停止する。Ｓ２０６では、膨張行程噴射又は排気行程噴
射を実施（又は継続）する。
【００４４】そしてＳ２０７で、膨張行程噴射を行う燃
料噴射弁の１サイクル間の開弁時間（燃料噴射信号出力
時間）に相当する値が読み込まれる。次に、膨張行程噴
射の噴射出力積算値ＩＮＴに、前記所定値Ｔが加算され
る。図６に示すように、噴射される燃料噴射量ｑが、１
サイクル毎に積算されて行く。従って、時間の経過と共
に、膨張行程噴射の噴射出力積算値ＩＮＴも増大してい
く。噴射出力積算値ＩＮＴは最大値でクリップされる。
【００４５】実施の形態３の特徴は、膨張行程噴射又は
排気行程噴射を、燃料噴射制御信号出力時間を積分した
値が所定値に達するまでの間に限定して行うようにした
点である。燃料の噴射量は噴口を開いている時間に比例
し、その熱量も、噴射総時間に略比例する。従って、予
め、所定温度に達成するのに必要な噴射出力積算値（噴
射回数）をデータとしてＥＣＵに記憶させておけば、適
切な触媒昇温と、未燃焼ガス排出防止が図れる。また、
燃料噴射制御信号出力時間の積分値は、燃圧・筒内圧・
インジェクタ無駄時間等を逆算して求められる実燃料噴
射量を積算して求めることとしてもよい。
【００４６】実施の形態４．次に実施の形態４を説明す
る。図７は本実施の形態における制御内容を示したもの
である。このプログラムは、４サイクルの筒内噴射式内
燃機関においては、ＥＣＵ２２によりクランク軸の２回
転に１回の割合で繰り返し実行される。
【００４７】ステップＳ３００において制御プログラム
がスタートすると、まず、Ｓ３０１で図示しない機関始
動検出手段により、機関の始動状態であるかどうかが検
出される。始動時であると判定された場合、Ｓ３０２へ
進む。始動時ではないと判定された場合は、Ｓ３１０へ
進む。（ここでいう始動時とは、スターターが回ってい
る間とする。あるいは、エンジン回転数が所定値以下、
又は本制御プログラムがスタートして１回目であるかど
うかの判断としても良い。）
【００４８】次に、Ｓ３０２では、機関温度（水温）Ｔ
ｗが読み込まれ、加えて積算値ＩＮＴをクリアする。Ｓ
３０３で、機関温度（水温）Ｔｗは、所定暖機温度ＴＨ
と比較される。機関温度Ｔｗが所定暖機温度ＴＨよりも
低い時はＳ３０４に進む。機関温度Ｔｗが所定暖機温度
ＴＨよりも高い時（機関の再始動などの場合。）は、Ｓ
３０６へ進む。
【００４９】Ｓ３０４では、機関温度Ｔｗと所定低温Ｔ
ｃとが比較される。所定低温Ｔｃは、例えば氷点下３０
℃などの極低温を設定する。機関温度Ｔｗが所定低温Ｔ
ｃよりも高い場合は、Ｓ３０５へ進む。それ以外の場合
はＳ３０９へ進む。Ｓ３０５では、機関温度Ｔｗと所定
暖機温度ＴＨより低温でかつ所定低温Ｔｃより高温の所
定温度Ｔ１とを比較する。
【００５０】機関温度Ｔｗが所定温度Ｔ１よりも高い場
合は、Ｓ３０７へ進む。それ以外の場合はＳ３０８へ進
む。Ｓ３０６〜Ｓ３０９では、膨張行程噴射出力信号の
積算値の所定値Ｋ１を設定する。
【００５１】Ｓ３０６では、所定積算値Ｋ１に０を設定
しＳ３１０へ進む。Ｓ３０７では、機関温度Ｔｗ（ＴＨ
≧Ｔｗ＞Ｔ１）に対応して予めＥＣＵ２２に記憶されて
いた所定値β１を所定積算値としてＫ１に設定する。
【００５２】同様に、Ｓ３０８ではβ２を、Ｓ３０９で
はβ３を所定積算値としてＫ１に設定する。このよう
に、それぞれの機関温度Ｔｗに応じて、所定積算値がＫ
１に設定される。そしてＳ３１０で、機関温度Ｔｗが予
めＥＣＵ２２に記憶されていた所定温度に達成するのに
必要な噴射出力積分値を表す所定値Ｋ１と、噴射出力積
算値ＩＮＴとが比較される。
【００５３】Ｓ３１０では、Ｋ１とＩＮＴの比較が行わ
れ、始動からの所定積算値に到達成したか否かの判定が
なされる。Ｔは始動からの膨張行程噴射信号出力時間の
積算値である。積算値ＩＮＴがＫ１に到達成した場合は
Ｓ３１２へ進み、到達成していない場合はＳ３１１へ進
む。
【００５４】Ｓ３１１では、機関温度Ｔｗが所定暖機温
度ＴＨよりも高いか否かの判定がなされる。Ｔｗ＞ＴＨ
の場合はＳ３１２へ進み、Ｔｗ＞ＴＨで無い場合はＳ３
１３へ進む。
【００５５】Ｓ３１３では、膨張行程噴射を実施（又は
継続）する。それによって前述のように第２の燃焼が生
じて触媒の温度が上昇する。Ｓ３１４で、膨張行程噴射
を行う燃料噴射弁の１サイクル間の開弁時間（燃料噴射
信号出力時間）に相当する値Ｔが読み込まれる。次に、
膨張行程噴射の噴射出力積算値ＩＮＴに、前記所定値Ｔ
が加算される。
【００５６】Ｓ３１２では、膨張行程噴射を停止する。
つまり、始動からの燃料噴射量の積算値が所定値Ｋに到
達成したと判定されたとき、又は、機関温度Ｔｗが所定
暖機温度ＴＨよりも高いと判定されたときは、燃料噴射
制御は停止する。Ｓ３１５に進み、プログラムを終了す
る。従って、機関は第２の燃焼を行うことなく、通常の
運転状態を継続する。
【００５７】従って、実施の形態４の筒内噴射式内燃機
関は、始動時（本制御プログラム開始１回目）に燃料噴
射信号出力値の積算を開始し、機関温度に応じて積算値
所定値を可変設定する。そして、所定積算値又は所定機
関温度を越えると膨張行程噴射又は排気行程噴射を停止
する。よって、より精度の高い触媒昇温が達成できる。
【００５８】なお、本実施の形態では、燃料噴射量積算
値の所定設定値をβ１〜β３の３段階にしているが、機
関温度に応じたマップから所定積算値を読みとり、より
多段階の可変制御としてもよい。なお、温度センサとし
て吸気温センサ、油温センサ、触媒温センサ、排気温セ
ンサ等のセンサを用いてもよい。
【００５９】実施の形態５．次に、実施の形態５の説明
をする。本実施の形態に係る制御プログラム内容を示す
フローチャートが図８である。このプログラムは、４サ
イクルの筒内噴射式内燃機関においては、ＥＣＵ２２に
よりクランク軸の２回転に１回の割合で繰り返し実行さ
れる。ステップＳ４００において制御プログラムがスタ
ートすると、まず、Ｓ４０１で図示しない機関始動検出
手段により、機関の始動状態であるかどうかが検出され
る。
【００６０】始動時であると判定された場合はＳ４０２
へ進む。始動時ではないと判定された場合はＳ４１０へ
進む。（ここでいう始動時とは、スターターが回ってい
る間とする。あるいは、エンジン回転数が所定値以下、
又は本制御プログラムがスタートして１回目であるかど
うかの判断としても良い。）
【００６１】次に、Ｓ４０２では機関温度（水温）Ｔｗ
が読み込まれ、Ｓ４０３では所定暖機温度ＴＨと比較さ
れる。機関温度Ｔｗが所定暖機温度ＴＨよりも高い時
（機関の再始動時などの場合。）は、Ｓ４０７へ進む。
それ以外の場合はＳ４０４に進む。Ｓ４０４では、機関
温度Ｔｗと、所定低温Ｔｃが比較される。所定低温Ｔｃ
は、例えば、氷点下３０℃などの極低温を設定する。機
関温度Ｔｗが所定低温Ｔｃよりも高い場合はＳ４０５へ
進む。それ以外の場合はＳ４０９へ進む。
【００６２】Ｓ４０５では、機関温度Ｔｗを所定暖機温
度ＴＨより低温でかつ所定低温Ｔｃより高温の所定温度
Ｔ１と比較する。機関温度Ｔｗが所定温度Ｔ１よりも高
い場合は、Ｓ４０７へ進む。それ以外の場合は、Ｓ４０
８へ進む。Ｓ４０６〜Ｓ４０９では、膨張行程噴射を行
うためのカウンタＣの初期値０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を設
定する。
【００６３】Ｓ４１０では、膨張行程又は排気行程で噴
射を行う為のカウンタＣが０と比較され、膨張行程噴射
の要否が判定される。カウンタＣが０の場合はＳ４１２
へ進み、０でない場合はＳ４１１へ進む。Ｓ４１１で
は、機関温度Ｔｗが所定暖機温度ＴＨよりも高いか否か
の判定がなされる。
【００６４】Ｔｗ＞ＴＨの場合はＳ４１２へ進み、Ｔｗ
＞ＴＨで無い場合はＳ４１３へ進む。Ｓ４１２では、膨
張行程噴射を停止する。Ｓ４１３では、膨張行程噴射を
実施（又は継続）する。この時の噴射量Ｑｉｊ２は、図
９に示した、カウンタ値Ｃの関数Ｆ（Ｃ）で求め、Ｑｉ
ｊ２＝Ｆ（Ｃ）とする。その後Ｓ４１４でカウンタＣを
減算し、最小０でクリップする。それによって前述のよ
うに第２の燃焼が生じて触媒の温度が上昇する。そし
て、Ｓ４１５へ進み、制御プログラムを終了する。
【００６５】従って、図９に示すように、膨張行程噴射
の１サイクル当たりの噴射量が、所定行程数でゼロとな
るよう、エンジンの回転とともに徐々に減少されてい
く。なお、図９では、始動後の行程数Ｃの関数Ｆ（Ｃ）
で膨張行程噴射量とし、徐々に減少するように設定した
が、曲線的でなく直線的な減少としてもよい。
【００６６】燃料噴射制御によって、触媒に与えられる
熱量が時間と共に減じられ、オーバーシュートすること
なく所定の温度に安定化させることができ、触媒昇温状
態に応じた適度な触媒加熱と、未燃焼ガス放出防止が図
れる。なお、今回の実施の形態では、膨張行程噴射量を
始動後行程数の関数としたが１時間の関数としてもよ
い。
【００６７】実施の形態６．次に、実施の形態６の動作
を説明をする。図１０（ａ）は実施の形態６に係る制御
プログラム内容を示すフローチャート、図１０（ｂ）は
この実施の形態の動作を説明するタイムチャートであ
る。この制御プログラムは、４サイクルの筒内噴射式内
燃機関においては、ＥＣＵ２２によりクランク軸の２回
転に１回の割合で繰り返し実行される。
【００６８】まず、図１０（ａ）、（ｂ）で示す実施の
形態の動作ついて説明する。図１０（ａ）におけるステ
ップＳ５００において制御プログラムがスタートする
と、まず、Ｓ５０１で図示しない機関始動完了検出手段
により、機関の始動完了状態であるかどうかが検出され
る。始動完了であると判定された場合、Ｓ５０６へ進
む。始動完了ではないと判定された場合は、Ｓ５０３へ
進む。
【００６９】Ｓ５０３では、膨張行程又は排気行程で噴
射を行う為のカウンタＣに、所定値Ｋｃ１を設定し、Ｓ
５０８へ進む。該所定値Ｋｃ１は予めＥＣＵ２２に記憶
させておく。Ｓ５０６では、前記カウンタＣが０と比較
され、膨張行程噴射の要否が判定される。カウンタＣが
０の場合はＳ５０８へ進み、０でない場合はＳ５０７へ
進む。
【００７０】Ｓ５０７では、機関温度Ｔｗが所定暖機温
度ＴＨよりも高いか否かの判定がなされる。Ｔｗ＞ＴＨ
の場合はＳ５０８へ進み、Ｔｗ＞ＴＨで無い場合はＳ５
０９へ進む。Ｓ５０８では、膨張行程噴射を停止する。
Ｓ５０９では，膨張行程噴射を実施（又は継続）する。
この時の噴射量Ｑｉｊ２は、図９に示した、カウンタ値
Ｃの関数Ｆ（Ｃ）で求め、Ｑｉｊ２＝Ｆ（Ｃ）とする。
その後Ｓ５１０でカウンタＣを減算し、最小０でクリッ
プする。それによって前述のように第２の燃焼が生じて
触媒の温度が上昇する。そして、Ｓ５１１へ進み、プロ
グラムを終了する。
【００７１】図１０（ｂ）に示すように、本実施の形態
では、始動完了してのちに膨張行程噴射制御を開始す
る。従って、始動中に不必要な外乱を与えてエンストや
異常回転するのを防止し、始動終了して回転数が安定し
た後に触媒加熱を実施できる。
【００７２】次に、実施の形態６の他の動作について説
明する。この動作を説明する制御プログラム内容を示す
のが図１１である。図１１（ａ）はこの実施の形態の動
作を説明するフローチャート、図１１（ｂ）はこの実施
の形態の動作を説明するタイムチャートである。図１１
（ａ）のステップＳ６００において制御プログラムがス
タートすると、まず、Ｓ６０１で図示しない機関始動完
了検出手段により、機関の始動完了状態であるかどうか
が検出される。始動完了であると判定された場合、Ｓ６
０２へ進む、始動完了ではないと判定された場合は、Ｓ
６０３へ進む。
【００７３】Ｓ６０３では膨張行程または排気行程で噴
射を行う為のカウンタＣに、所定値Ｋｃ１を設定する。
そして、Ｓ６０４で、始動完了からの所定時間を測定す
る為のカウンタＣ２に、所定値Ｋｃ２を設定し、Ｓ６０
８へ進む。該所定値Ｋｃ１，Ｋｃ２は、予めＥＣＵに記
憶させておく。Ｓ６０２では，カウンタＣ２が減算され
る。カウンタＣ２は、始動完了後に減算を開始し、０で
クリップする。
【００７４】Ｓ６０５で、カウンタＣ２が０であるかど
うかの判定がなされる。Ｃ２＝０の場合、始動完了から
所定時間経過したことになり、Ｓ６０６へ進む。Ｃ２＝
０で無い場合はＳ６０８へ進む。Ｓ６０６では、前記カ
ウンタＣが０と比較され、膨張行程噴射の要否が判定さ
れる。カウンタＣが０の場合はＳ６０８へ進み、０でな
い場合はＳ６０７へ進む。Ｓ６０７では、機関温度Ｔｗ
が所定暖機温度ＴＨよりも高いか否かの判定がなされ
る。
【００７５】Ｔｗ＞ＴＨの場合はＳ６０８へ進み、Ｔｗ
＞ＴＨで無い場合はＳ６０９へ進む。Ｓ６０８では、膨
張行程噴射を停止する。Ｓ６０９では、膨張行程噴射を
実施（又は継続）する。この時の噴射量Ｑｉｊ２は、図
９に示した、カウンタ値Ｃの関数Ｆ（Ｃ）で求め、Ｑｉ
ｊ２＝Ｆ（Ｃ）とする。その後Ｓ６１０でカウンタＣを
減算し、最小０でクリップする。それによって前述のよ
うに第２の燃焼が生じて触媒の温度が上昇する。
【００７６】そして、Ｓ６１１へ進み、プログラムを終
了する。第１１図（ｂ）に示すように、この実施の形態
では、始動完了して所定時間後に膨張行程又は排気行程
での燃料噴射を開始する。従って、始動後十分時間が経
過した後に膨張行程又は排気行程での燃料噴射を開始す
るので、始動直後のエンジン回転が不安定な時期にエン
ジンに与える外乱の影響が減り、エンジンのエンストや
異常回転するのを防止でき、安定性と早期触媒加熱を両
立できる。
【００７７】実施の形態７．次に、実施の形態７を説明
する。本実施の形態の特徴は、膨張行程噴射制御又は排
気行程噴射を特定気筒にだけ実施する点である。今、膨
張行程噴射を実施するとき、所定量以下の燃料噴射量で
は、膨張行程での燃焼が安定しない場合がある。全気筒
に対し所定量以上の膨張行程噴射を実施すると、所望以
上の熱量で触媒加熱してしまう。
【００７８】そこで、第１２図に示すように、４気筒エ
ンジンの場合、２気筒（＃１、＃４）は通常噴射のみを
行い、残りの２気筒（＃２、＃３）は通常噴射に加えて
膨張行程噴射又は排気行程噴射を行うようにする。この
時、安定した膨張行程噴射・燃焼を維持できるだけの噴
射量（Ｉｊ２）を確保して望ましい熱量で精密に触媒を
加熱することができる。
【００７９】また、第１３図に示すように、通常噴射を
２気筒（＃１、＃４）のみ、膨張又は排気行程噴射を４
気筒に実施して、アイドル回転維持の為の燃料消費を節
減しつつ触媒昇温を早めるといった操作も可能である。
加えて第１４図に示すように、通常噴射を２気筒（＃
１、＃４）のみ、膨張又は排気行程噴射を別の２気筒
（＃２、＃３）のみに実施して、最少の燃料消費と最適
な触媒加熱を実施することもできる。
【００８０】又、通常噴射と膨張又は排気行程の噴射を
同一の２気筒のみに実施しても良い。又、図１２〜図１
４では、第２の燃料噴射Ｉｊ２の後、第２の点火Ｉｇ２
を膨張行程で実施する例について示したが、Ｉｇ２無し
で自然着火させたり、排気行程で第２の点火Ｉｇ２を実
施することもできる。
【００８１】
【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１によれ
ば、膨張行程噴射を所定時間のみに限定して行うように
したので、インジェクタの劣化及び燃料詰まりによるエ
ンスト発生などを防止しつつ、触媒を迅速に充分昇温さ
せることで排気の浄化作用を十分に発揮できると共に、
過剰な昇温を防止することができるという効果がある。
【００８２】また請求項２の発明によれば、該所定時間
が、温度検出手段により得られた検出値に応じて可変設
定されるので、外気温度の変化や、冷間再始動時及び暖
機後エンジンオフを経た再始動時などの車両の状態の如
何に関わらず、加熱による触媒の劣化・溶解等の防止を
図りつつ、早期の触媒加熱を実施し、排ガス浄化の早期
化を図れるという効果がある。
【００８３】また、請求項３の発明によれば、膨張行程
噴射又は排気行程噴射を、燃料噴射制御信号出力値を積
分した値が所定積算値に達するまでの間に限定して行う
ようにしたので、予め、所定温度に達成するのに必要な
熱量となる噴射出力積算値（噴射回数）をデータとして
ＥＣＵに記憶させておけば、触媒昇温状態に応じた適切
な触媒昇温と、その結果である未燃焼ガス排出防止が図
れるという効果がある。
【００８４】また、請求項４の発明によれば、請求項３
における所定積算値を可変設定にされることとしたの
で、より精度の高い触媒昇温制御が達成できるという効
果がある。
【００８５】また、請求項５の発明によれば、膨張行程
噴射時の燃料噴射量を、時間の経過と共に、又は行程毎
に減少させていくので、触媒に与えられる熱量が時間と
共に減じられ、オーバーシュートすることなく所定の温
度に安定化させることができ、迅速かつ適切な触媒昇温
により未燃焼ガス排出防止が図れるという効果がある。
【００８６】また、請求項６の発明によれば、始動完了
してのち、又は始動後所定時間後に制御を開始するの
で、始動不良や回転数異常を防止し、触媒昇温を実施す
ることができるという効果がある。
【００８７】また、請求項７の発明によれば、特定気筒
にだけ、当該噴射制御を実施するので、アイドル燃料の
最少化や精密な触媒への熱量投入制御を実施することが
できる。上記の効果に加えて、本制御に用いるセンサ類
は、内燃機関の制御に用いる水温センサや吸気温センサ
を用いることができ、新たに触媒の温度を検出するセン
サを設置せず、機関自体の構造を変更することなく、制
御プログラムの一部変更のみによって対処して、コスト
上昇を招かず、経済的に目的を達成することもできると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１における筒内噴射式内燃機関の
作動を説明するタイムチャートである。
【図２】 実施の形態１における筒内噴射式内燃機関の
全体を示す構成図である。
【図３】 実施の形態１における筒内噴射式内燃機関の
燃焼室内の状態の変化を示すもので、（ａ）、（ｃ）、
（ｅ）は正断面図、（ｂ）、（ｄ）は平面図である。
【図４】 実施の形態２における制御プログラムを説明
するフローチャートである。
【図５】 実施の形態３における制御プログラムを説明
するフローチャートである。
【図６】 実施の形態３における燃料噴射制御の内容を
説明するタイムチャートである。
【図７】 実施の形態４における制御プログラムを説明
するフローチャートである。
【図８】 実施の形態５における燃料噴射制御の内容を
説明するフローチャートである。
【図９】 実施の形態５ににおける燃料噴射制御の内容
を説明するグラフである。
【図１０】 実施の形態６における燃料噴射制御の内容
を説明するもので、同図（ａ）はフローチャート、同図
（ｂ）はタイムチャートである。
【図１１】 実施の形態６における他の燃料噴射制御制
御の内容を説明するもので、同図（ａ）はフローチャー
ト、同図（ｂ）はタイムチャートである。
【図１２】 実施の形態７における筒内噴射式内燃機関
の作動を説明するタイムチャート（１）である。
【図１３】 実施の形態７における筒内噴射式内燃機関
の作動を説明するタイムチャート（２）である。
【図１４】 実施の形態７における筒内噴射式内燃機関
の作動を説明するタイムチャート（３）である。
【符号の説明】
１０ 機関本体、１２ 燃料タンク、１４ 高圧フユー
エルポンプ、１６ デリバリーパイプ、１８ 排気通
路、２０ 触媒変換器、２２ 電子式制御装置（ＥＣ
Ｕ）、２４〜３０ 燃焼室３、２〜３８ 吸気ポート、
４０〜４６ 排気ポート、４７〜５０ 燃料噴射弁、５
１〜５４ 点火プラグ、５５ 温度センサ、５６ ピス
トン、５７ 燃料噴霧、５８ 凹み、５９ 燃料噴霧、
６０ 燃焼ガス、６２ 排気弁、６４ 排気。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/06 ３２５ Ｆ０２Ｄ 41/06 ３２５ 41/34 ＺＡＢ 41/34 ＺＡＢＹ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料噴射弁により筒内に直接燃料を噴射
    する筒内直接噴射式内燃機関において、前記内燃機関の
    始動を検出する機関始動検出手段と、前記内燃機関の温
    度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段により得られた検出値を、予め記憶さ
    れた所定値と比較し、比較結果から機関が低温状態であ
    る否かを検出する機関低温状態検出手段と、 前記機関始動検出手段の出力から、前記内燃機関の始動
    が検出され、かつ、前記機関低温状態検出手段の出力か
    ら、機関低温状態が検出されたとき、膨張行程又は排気
    行程で燃料噴射するよう燃料噴射弁を制御し、膨張行程
    又は排気行程での燃料噴射は、噴射開始後所定時間（又
    は所定行程）の間のみに限定して行う制御手段と、 を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴
    射制御装置。
  2. 【請求項２】 制御手段は、所定時間を温度検出手段に
    より得られた検出値に応じて可変設定することを特徴と
    する請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制
    御装置。
  3. 【請求項３】 制御手段は、膨張行程又は排気行程での
    燃料噴射を、燃料噴射制御信号の出力値を積分した値
    が、所定積算値に達するまでの間に限定して行うことを
    特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料
    噴射制御装置。
  4. 【請求項４】 所定積算値は該温度検出手段により得ら
    れた検出値に応じて可変設定されることを特徴とする請
    求項３に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装
    置。
  5. 【請求項５】 制御手段は、膨張行程噴射時の燃料噴射
    量を、時間の経過とともに、又は行程毎に減少させてい
    くことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機
    関の燃料噴射制御装置。
  6. 【請求項６】 制御手段は、噴射制御を始動完了しての
    ち、又は始動完了後所定時間後に膨張行程又は排気行程
    での燃料噴射を開始することを特徴とする請求項１に記
    載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
  7. 【請求項７】 制御手段は、内燃機関において特定気筒
    にだけ、膨張行程又は排気行程での燃料噴射を実施する
    ことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関
    の燃料噴射制御装置。
JP10101150A 1998-04-13 1998-04-13 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 Pending JPH11294220A (ja)

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