内燃機関の触媒早期暖機制御装置
【課題】エンジンの触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を低減できるようにする。
【解決手段】排出ガス浄化用の触媒２５を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御の実行中に吸気行程で燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射する吸気行程噴射と圧縮行程で燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行するシステムにおいて、触媒早期暖機制御の実行中に排気バルブ３１と吸気バルブ３０が両方とも閉弁した状態になるＮＶＯ期間（負のバルブオーバーラップ期間）を設けるように吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３２，３３を制御し、ＮＶＯ期間中に燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行し、ＮＶＯ噴射量（ＮＶＯ噴射の燃料噴射量）に応じて圧縮行程噴射量（圧縮行程噴射の燃料噴射量）を減量補正する。
【解決手段】排出ガス浄化用の触媒２５を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御の実行中に吸気行程で燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射する吸気行程噴射と圧縮行程で燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行するシステムにおいて、触媒早期暖機制御の実行中に排気バルブ３１と吸気バルブ３０が両方とも閉弁した状態になるＮＶＯ期間（負のバルブオーバーラップ期間）を設けるように吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３２，３３を制御し、ＮＶＯ期間中に燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行し、ＮＶＯ噴射量（ＮＶＯ噴射の燃料噴射量）に応じて圧縮行程噴射量（圧縮行程噴射の燃料噴射量）を減量補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒早期暖機制御の実行中（点火時期遅角制御の実行中）に少なくとも圧縮行程で筒内に燃料を噴射する内燃機関の触媒早期暖機制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両は、内燃機関の排出ガスを浄化するために三元触媒等の触媒が設けられているが、内燃機関の始動後に触媒が活性温度に暖機されるまでは触媒の排出ガス浄化率が低いため、内燃機関の始動後に触媒が活性温度に暖機されるまで触媒早期暖機制御を実行して触媒を短時間で暖機するようにしている。この触媒早期暖機制御としては、例えば、特許文献１（特開２０１０−２５０７２号公報）に記載されているように、点火時期を遅角して排出ガスの温度を上昇させて、触媒の暖機を促進するようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５０７２号公報（第１５頁等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本出願人は、筒内噴射式の内燃機関において、点火時期を遅角する触媒早期暖機制御の実行中に、吸気行程で筒内に燃料を噴射してリーンな均質混合気を形成した後、圧縮行程で筒内に燃料を噴射して点火プラグの近傍にリッチな混合気を形成することで、混合気の着火性や燃焼性を向上させるシステムを研究しているが、圧縮行程で噴射された燃料は、噴射から点火までの時間が短いため、圧縮行程噴射の燃料噴射量が多いと、十分に霧化されていない状態で点火される可能性があり、スモークやＰＭ（粒子状物質）の排出量が増加して、排気エミッションが悪化する可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を低減して排気エミッションを向上させることができる内燃機関の触媒早期暖機制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、所定の実行条件が成立したときに排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行し、この触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも圧縮行程で筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する内燃機関の触媒早期暖機制御装置において、触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設け、該ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行するＮＶＯ噴射制御手段と、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量に応じて圧縮行程噴射の燃料噴射量を補正する圧縮行程噴射量補正手段とを備えた構成としたものである。
【０００７】
ＮＶＯ期間は、筒内に残留した高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）が排気行程後半のピストンの上昇により圧縮されるため、筒内が高温且つ高圧の状態になる。このＮＶＯ期間中に筒内に噴射された燃料は、筒内で高温且つ高圧に晒されることで、燃焼の予段階の反応を開始して着火性や燃焼性が高められた状態に改質される。
【０００８】
この点に着目して、ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行すれば、このＮＶＯ噴射で筒内に噴射されて改質された燃料による着火性や燃焼性の改善効果によって、圧縮行程噴射の燃料噴射量を減量補正しても、混合気の着火性や燃焼性を向上させることが可能となり、圧縮行程噴射の燃料噴射量を減量補正することで、スモークやＰＭの排出量を低減することができる。従って、触媒早期暖機制御の実行中に、ＮＶＯ噴射を実行し、このＮＶＯ噴射の燃料噴射量に応じて圧縮行程噴射の燃料噴射量を減量補正するようにすれば、触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を低減して排気エミッションを向上させることができる。
【０００９】
この場合、請求項２のように、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量が多いほど圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくするようにすると良い。このようにすれば、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量が多いほど、改質される燃料が多くなって、着火性や燃焼性を向上させるのに必要な圧縮行程噴射の燃料噴射量が少なくなるのに対応して、圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくすることができる。
【００１０】
また、請求項３のように、所定の実行条件が成立したときに排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行し、この触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも圧縮行程で筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する内燃機関の触媒早期暖機制御装置において、触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設け、該ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行するＮＶＯ噴射制御手段と、ＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合を検出する燃料改質度合検出手段と、この燃料改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射の燃料噴射量を補正する圧縮行程噴射量補正手段とを備えた構成としても良い。
【００１１】
このようにしても、触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を低減して排気エミッションを向上させることができる。しかも、実際に燃料の改質度合（改質された量や改質の進み具合）を検出し、その燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射の燃料噴射量を補正するため、圧縮行程噴射の燃料噴射量の補正をより精度良く行うことができる。
【００１２】
この場合、請求項４のように、燃料改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合が大きいほど圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくするようにすると良い。このようにすれば、燃料の改質度合が大きいほど、着火性や燃焼性を向上させるのに必要な圧縮行程噴射の燃料噴射量が少なくなるのに対応して、圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくすることができる。
【００１３】
ところで、触媒早期暖機制御の実行中に、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量や燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射の燃料噴射量を減量補正するようにしていても、システムの経時変化や燃料のばらつき等による内燃機関性能の変化や燃料改質性能の変化等によって、内燃機関の燃焼安定性が悪化する可能性がある。
【００１４】
そこで、請求項５のように、内燃機関の燃焼安定性が悪化した場合に圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を制限するか又は小さくするようにしても良い。このようにすれば、システムの経時変化や燃料のばらつき等による内燃機関性能の変化や燃料改質性能の変化等によって、燃焼安定性が悪化した場合に、圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を制限するか又は小さくすることによって、燃焼安定性の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の実施例１におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は触媒早期暖機制御時の燃料噴射制御を説明する図である。
【図３】図３は実施例１の触媒早期暖機制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４はＮＶＯ噴射及び圧縮行程噴射減量補正を実行した場合の効果を説明する図である。
【図５】図５は実施例２の触媒早期暖機制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１８】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１９】
また、エンジン１１には、吸気バルブ３０のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる吸気側の可変バルブタイミング装置３２と、排気バルブ３１のバルブタイミングを変化させる排気側の可変バルブタイミング装置３３とが設けられている。
【００２０】
一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。
【００２１】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。また、クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００２２】
これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３４に入力される。このＥＣＵ３４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
【００２３】
また、ＥＣＵ３４は、後述する図３の触媒早期暖機制御ルーチンを実行することで、所定の触媒早期暖機制御実行条件が成立したときに、排出ガス浄化用の触媒２５を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行し、この触媒早期暖機制御の実行中に、図２（ａ）に示すように、吸気行程で燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射する吸気行程噴射（メイン噴射）を実行してリーンな均質混合気を形成した後、圧縮行程で燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行して点火プラグ２２の近傍にリッチな混合気を形成することで、混合気の着火性や燃焼性を向上させる。
【００２４】
しかし、圧縮行程噴射で噴射された燃料は、噴射から点火までの時間が短いため、圧縮行程噴射量（圧縮行程噴射の燃料噴射量）が多いと、十分に霧化されていない状態で点火される可能性があり、スモークやＰＭ（粒子状物質）の排出量が増加して、排気エミッションが悪化する可能性がある。
【００２５】
この対策として、本実施例１では、触媒早期暖機制御の実行中に、所定のＮＶＯ制御実行条件が成立したときに、まず、図２（ｂ）に示すように、少なくとも排気行程後半（例えば排気行程後半から吸気行程前半）に排気バルブ３１と吸気バルブ３０が両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設けるように吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３２，３３を制御する。この際、例えば、排気側の可変バルブタイミング装置３３によって排気バルブ３１の閉弁時期がＴＤＣ（上死点）よりも進角側になるように排気バルブ３１のバルブタイミングを制御すると共に、吸気側の可変バルブタイミング装置３２によって吸気バルブ３０の開弁時期がＴＤＣよりも遅角側になるように吸気バルブ３０のバルブタイミングを制御して、ＮＶＯ期間を設ける。
【００２６】
そして、図２（ｃ）に示すように、ＮＶＯ期間中に燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射（プレ噴射）を実行し、ＮＶＯ噴射量（ＮＶＯ噴射の燃料噴射量）に応じて圧縮行程噴射量（圧縮行程噴射の燃料噴射量）を減量補正する圧縮行程噴射減量補正を実行する。
【００２７】
ＮＶＯ期間は、筒内に残留した高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）が排気行程後半のピストン３５の上昇により圧縮されるため、筒内が高温且つ高圧の状態になる。このＮＶＯ期間中に筒内に噴射された燃料は、筒内で高温且つ高圧に晒されることで、燃焼の予段階の反応を開始して着火性や燃焼性が高められた状態に改質される。
【００２８】
この点に着目して、ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行すれば、このＮＶＯ噴射で筒内に噴射されて改質された燃料による着火性や燃焼性の改善効果によって、圧縮行程噴射量を減量補正しても、混合気の着火性や燃焼性を向上させることが可能となり、圧縮行程噴射量を減量補正することで、スモークやＰＭの排出量を低減することができる。
【００２９】
以下、本実施例１でＥＣＵ３４が実行する図３の触媒早期暖機制御ルーチンの処理内容を説明する。
図３に示す触媒早期暖機制御ルーチンは、ＥＣＵ３４の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、触媒早期暖機制御実行条件が成立しているか否かを、例えば、冷却水温や吸気温が所定温度以下であるか否か等によって判定する。
【００３０】
このステップ１０１で、触媒早期暖機制御実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ１０２以降の触媒早期暖機制御に関する処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３１】
一方、上記ステップ１０１で、触媒早期暖機制御実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ１０２以降の触媒早期暖機制御に関する処理を次のようにして実行する。まず、ステップ１０２で、触媒早期暖機制御時の目標空燃比に基づいて要求燃料噴射量Ｆtotal を算出する。ここで、触媒早期暖機制御時の目標空燃比は、予め設定した固定値（例えば弱リーンに相当する１５．５）としても良いし、冷却水温等に応じて設定するようにしても良い。
【００３２】
この後、ステップ１０３に進み、ＮＶＯ制御実行条件が成立しているか否かを、例えば、触媒早期暖機制御（点火時期遅角制御）を開始してから所定時間（排出ガスの温度が十分に上昇するのに必要な時間又はエンジン回転速度が安定するのに必要な時間）が経過したか否か、或は、エンジン回転速度が安定したか否か等によって判定する。この理由は、ＮＶＯ期間を設けると、内部ＥＧＲガスが増加するため、エンジン回転速度が安定していない状態でＮＶＯ期間を設けた場合、内部ＥＧＲガスの増加によってエンジン回転速度の変動が大きくなる可能性があるからである。
【００３３】
このステップ１０３で、ＮＶＯ制御実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、要求燃料噴射量Ｆtotal に圧縮行程噴射の噴射割合Ｋcmp を乗算して圧縮行程噴射量Ｆcmp （圧縮行程噴射の燃料噴射量）を求める。ここで、圧縮行程噴射の噴射割合Ｋcmp は、予め設定した固定値としても良いし、冷却水温等に応じて設定するようにしても良い。
Ｆcmp ＝Ｆtotal ×Ｋcmp
【００３４】
この後、ステップ１０５に進み、要求燃料噴射量Ｆtotal から圧縮行程噴射量Ｆcmp を減算して吸気行程噴射量Ｆind （吸気行程噴射の燃料噴射量）を求める。
Ｆind ＝Ｆtotal −Ｆcmp
【００３５】
この後、ステップ１１０に進み、吸気行程で筒内に吸気行程噴射量Ｆind 分の燃料を噴射する吸気行程噴射（メイン噴射）と、圧縮行程で筒内に圧縮行程噴射量Ｆcmp 分の燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する。
【００３６】
この後、ステップ１１１に進み、点火時期を触媒早期暖機制御時の目標点火時期まで遅角する点火時期遅角制御を実行する。ここで、触媒早期暖機制御時の目標点火時期は、予め設定した固定値（例えばＡＴＤＣ１０℃Ａ）としても良いし、冷却水温等に応じて設定するようにしても良い。
【００３７】
その後、上記ステップ１０３で、ＮＶＯ制御実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ１０６に進み、少なくとも排気行程後半（例えば排気行程後半から吸気行程前半）に排気バルブ３１と吸気バルブ３０が両方とも閉弁した状態になるＮＶＯ期間を設けるように吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３２，３３を制御する。
【００３８】
この後、ステップ１０７に進み、要求燃料噴射量Ｆtotal にＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre （例えば０．２〜０．３）を乗算してＮＶＯ噴射量Ｆpre （ＮＶＯ噴射の燃料噴射量）を求める。ここで、ＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre は、例えば、排出ガス温度とＮＶＯ量（負のバルブオーバーラップ量）に応じてマップ等により算出する。一般に、排出ガス温度が高くなるほどＮＶＯ期間中に噴射された燃料の改質に使用可能な熱エネルギが大きくなると共に、ＮＶＯ量が大きいほど内部ＥＧＲ量が多くなってＮＶＯ期間中に噴射された燃料の改質に使用可能な熱エネルギが大きくなるため、ＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre のマップは、排出ガス温度が高くなるほどＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre が大きくなると共に、ＮＶＯ量が大きくなるほどＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre が大きくなるように設定されている。
Ｆpre ＝Ｆtotal ×Ｋpre
【００３９】
この後、ステップ１０８に進み、ＮＶＯ噴射量Ｆpre に減量補正係数Ｋa （Ｋa ＞１）を乗算して減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を求め、圧縮行程噴射量のベース値（Ｆtotal ×Ｋcmp ）から減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を減算して圧縮行程噴射量Ｆcmp を求めることで、ＮＶＯ噴射量Ｆpre に応じて圧縮行程噴射量Ｆcmp を減量補正する。
Ｆcmp ＝（Ｆtotal ×Ｋcmp ）−（Ｆpre ×Ｋa ）
【００４０】
この場合、ＮＶＯ噴射量Ｆpre が多いほど圧縮行程噴射量の減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）が大きくなる。これにより、ＮＶＯ噴射量Ｆpre が多いほど、改質される燃料が多くなって、着火性や燃焼性を向上させるのに必要な圧縮行程噴射量Ｆcmp が少なくなるのに対応して、圧縮行程噴射量の減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を大きくすることができる。
【００４１】
但し、エンジン１１の燃焼安定性が悪化した場合（例えば、エンジン回転変動が所定値以上になった場合）には、圧縮行程噴射量の減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を所定の上限ガード値で制限するか又は減量補正係数Ｋa を小さくして圧縮行程噴射量の減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を小さくする。このようにすれば、システムの経時変化や燃料のばらつき等によるエンジン性能の変化や燃料改質性能の変化等によって、燃焼安定性が悪化した場合に、圧縮行程噴射量の減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を制限するか又は小さくすることによって、燃焼安定性の悪化を抑制することができる。
【００４２】
この後、ステップ１０９に進み、要求燃料噴射量Ｆtotal からＮＶＯ噴射量Ｆpre 及び減量補正後の圧縮行程噴射量Ｆcmp を減算して吸気行程噴射量Ｆind を求める。
Ｆind ＝Ｆtotal −Ｆpre −Ｆcmp
【００４３】
この後、ステップ１１０に進み、ＮＶＯ期間中に筒内にＮＶＯ噴射量Ｆpre 分の燃料を噴射するＮＶＯ噴射（プレ噴射）と、吸気行程で筒内に吸気行程噴射量Ｆind 分の燃料を噴射する吸気行程噴射（メイン噴射）と、圧縮行程で筒内に圧縮行程噴射量Ｆcmp 分の燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行した後、ステップ１１１に進み、点火時期遅角制御を実行する。
【００４４】
この場合、ステップ１０６，１０７，１１０の処理が特許請求の範囲でいうＮＶＯ噴射制御手段としての役割を果たし、ステップ１０８，１１０の処理が特許請求の範囲でいう圧縮行程噴射量補正手段としての役割を果たす。
【００４５】
以上説明した本実施例１では、点火時期を遅角する触媒早期暖機制御の実行中に吸気行程噴射と圧縮行程噴射を実行するシステムにおいて、触媒早期暖機制御の実行中にＮＶＯ期間（負のバルブオーバーラップ期間）を設け、このＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行し、ＮＶＯ噴射量（ＮＶＯ噴射の燃料噴射量）に応じて圧縮行程噴射量（圧縮行程噴射の燃料噴射量）を減量補正するようにしたので、触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を比較例（ＮＶＯ噴射及び圧縮行程噴射減量補正を実行しない場合）よりも低減して排気エミッションを向上させることができる（図４参照）。
【実施例２】
【００４６】
次に、図５を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。
【００４７】
本実施例２では、ＥＣＵ３４により後述する図５の触媒早期暖機制御ルーチンを実行することで、触媒早期暖機制御の実行中にＮＶＯ期間を設け、このＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行して、このＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合（改質された量や改質の進み具合）を検出し、その検出した燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射量を減量補正するようにしている。
【００４８】
本実施例２で実行する図５のルーチンは、前記実施例１で説明した図３のルーチンのステップ１０８の処理を、ステップ１０８ａ、１０８ｂの処理に変更したものであり、それ以外の各ステップの処理は図３と同じである。
【００４９】
図５の触媒早期暖機制御ルーチンでは、ステップ１０３で、ＮＶＯ制御実行条件が成立していると判定された場合に、ＮＶＯ期間を設けるように吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３２，３３を制御した後、要求燃料噴射量Ｆtotal にＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre を乗算してＮＶＯ噴射量Ｆpre を求める（ステップ１０６、１０７）。
【００５０】
この後、ステップ１０８ａに進み、ＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合Ｒefm を検出する。この場合、例えば、ＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合に応じて発生するイオン電流を点火プラグ２２の電極を介して検出し、そのイオン電流の積算値、ピーク値、変化速度等を燃料の改質度合の情報として用いる。この場合、点火プラグ２２やイオン電流検出回路等が燃料改質度合検出手段としての役割を果たす。
【００５１】
また、筒内圧力を検出する筒内圧力センサを備えたシステムの場合には、ＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合に応じて変化する筒内圧力を筒内圧力センサで検出し、その筒内圧力の積算値、ピーク値、変化速度等を燃料の改質度合の情報として用いるようにしても良い。この場合、筒内圧力センサが燃料改質度合検出手段としての役割を果たす。
【００５２】
この後、ステップ１０８ｂに進み、燃料の改質度合Ｒefm に応じた減量補正量ｆ（Ｒefm ）をマップ又は数式等により算出し、圧縮行程噴射量のベース値（Ｆtotal ×Ｋcmp ）から減量補正量ｆ（Ｒefm ）を減算して圧縮行程噴射量Ｆcmp を求めることで、燃料の改質度合Ｒefm に応じて圧縮行程噴射量Ｆcmp を減量補正する。
Ｆcmp ＝（Ｆtotal ×Ｋcmp ）−ｆ（Ｒefm ）
【００５３】
ここで、減量補正量ｆ（Ｒefm ）のマップ又は数式等は、燃料の改質度合Ｒefm が大きいほど減量補正量ｆ（Ｒefm ）が大きくなるように設定されている。これにより、燃料の改質度合Ｒefm が大きいほど、着火性や燃焼性を向上させるのに必要な圧縮行程噴射量Ｆcmp が少なくなるのに対応して、圧縮行程噴射量の減量補正量ｆ（Ｒefm ）を大きくすることができる。
【００５４】
但し、エンジン１１の燃焼安定性が悪化した場合（例えば、エンジン回転変動が所定値以上になった場合）には、圧縮行程噴射量の減量補正量ｆ（Ｒefm ）を所定の上限ガード値で制限する。このようにすれば、システムの経時変化や燃料のばらつき等によるエンジン性能の変化や燃料改質性能の変化等によって、燃焼安定性が悪化した場合に、圧縮行程噴射量の減量補正量ｆ（Ｒefm ）を制限することによって、燃焼安定性の悪化を抑制することができる。
【００５５】
この後、ステップ１０９に進み、要求燃料噴射量Ｆtotal からＮＶＯ噴射量Ｆpre 及び減量補正後の圧縮行程噴射量Ｆcmp を減算して吸気行程噴射量Ｆind を求める。
Ｆind ＝Ｆtotal −Ｆpre −Ｆcmp
【００５６】
この後、ステップ１１０に進み、ＮＶＯ期間中に筒内にＮＶＯ噴射量Ｆpre 分の燃料を噴射するＮＶＯ噴射（プレ噴射）と、吸気行程で筒内に吸気行程噴射量Ｆind 分の燃料を噴射する吸気行程噴射（メイン噴射）と、圧縮行程で筒内に圧縮行程噴射量Ｆcmp 分の燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行した後、ステップ１１１に進み、点火時期遅角制御を実行する。
【００５７】
以上説明した本実施例２では、触媒早期暖機制御の実行中にＮＶＯ期間を設け、このＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行して、このＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合（改質された量や改質の進み具合）を検出し、その検出した燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射量を減量補正するようにしたので、触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を低減して排気エミッションを向上させることができる。しかも、実際に燃料の改質度合を検出し、その燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射量を減量補正するため、圧縮行程噴射量の減量補正をより精度良く行うことができる。
【００５８】
尚、上記各実施例１，２では、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３２，３３を制御して、ＮＶＯ期間を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、吸気バルブのリフト量を連続的又は段階的に変化させる吸気側の可変バルブリフト装置と、排気バルブのリフト量を連続的又は段階的に変化させる排気側の可変バルブリフト装置とを備えたシステムの場合には、吸気側及び排気側の可変バルブリフト装置を制御して、ＮＶＯ期間を設けるようにしても良い。この際、例えば、排気側の可変バルブリフト装置によって排気バルブの閉弁時期がＴＤＣよりも進角側になるように排気バルブのリフト量を制御すると共に、吸気側の可変バルブリフト装置によって吸気バルブの開弁時期がＴＤＣよりも遅角側になるように吸気バルブのリフト量を制御して、ＮＶＯ期間を設ける。
【００５９】
また、上記各実施例１，２では、吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング装置によりＮＶＯ期間を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、吸気側と排気側のうちの一方の可変バルブタイミング装置によりＮＶＯ期間を設けるようにしたり、或は、吸気側と排気側のうちの一方の可変バルブリフト装置によりＮＶＯ期間を設けるようにしても良い。
【００６０】
その他、本発明は、図１に示すような筒内噴射用の燃料噴射弁のみを備えた筒内噴射式エンジンに限定されず、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。
【符号の説明】
【００６１】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２５…触媒、２６…冷却水温センサ、２９…クランク角センサ、３０…吸気バルブ、３１…排気バルブ、３２，３３…可変バルブタイミング装置、３４…ＥＣＵ（ＮＶＯ噴射制御手段，圧縮行程噴射量補正手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒早期暖機制御の実行中（点火時期遅角制御の実行中）に少なくとも圧縮行程で筒内に燃料を噴射する内燃機関の触媒早期暖機制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両は、内燃機関の排出ガスを浄化するために三元触媒等の触媒が設けられているが、内燃機関の始動後に触媒が活性温度に暖機されるまでは触媒の排出ガス浄化率が低いため、内燃機関の始動後に触媒が活性温度に暖機されるまで触媒早期暖機制御を実行して触媒を短時間で暖機するようにしている。この触媒早期暖機制御としては、例えば、特許文献１（特開２０１０−２５０７２号公報）に記載されているように、点火時期を遅角して排出ガスの温度を上昇させて、触媒の暖機を促進するようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５０７２号公報（第１５頁等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本出願人は、筒内噴射式の内燃機関において、点火時期を遅角する触媒早期暖機制御の実行中に、吸気行程で筒内に燃料を噴射してリーンな均質混合気を形成した後、圧縮行程で筒内に燃料を噴射して点火プラグの近傍にリッチな混合気を形成することで、混合気の着火性や燃焼性を向上させるシステムを研究しているが、圧縮行程で噴射された燃料は、噴射から点火までの時間が短いため、圧縮行程噴射の燃料噴射量が多いと、十分に霧化されていない状態で点火される可能性があり、スモークやＰＭ（粒子状物質）の排出量が増加して、排気エミッションが悪化する可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を低減して排気エミッションを向上させることができる内燃機関の触媒早期暖機制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、所定の実行条件が成立したときに排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行し、この触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも圧縮行程で筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する内燃機関の触媒早期暖機制御装置において、触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設け、該ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行するＮＶＯ噴射制御手段と、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量に応じて圧縮行程噴射の燃料噴射量を補正する圧縮行程噴射量補正手段とを備えた構成としたものである。
【０００７】
ＮＶＯ期間は、筒内に残留した高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）が排気行程後半のピストンの上昇により圧縮されるため、筒内が高温且つ高圧の状態になる。このＮＶＯ期間中に筒内に噴射された燃料は、筒内で高温且つ高圧に晒されることで、燃焼の予段階の反応を開始して着火性や燃焼性が高められた状態に改質される。
【０００８】
この点に着目して、ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行すれば、このＮＶＯ噴射で筒内に噴射されて改質された燃料による着火性や燃焼性の改善効果によって、圧縮行程噴射の燃料噴射量を減量補正しても、混合気の着火性や燃焼性を向上させることが可能となり、圧縮行程噴射の燃料噴射量を減量補正することで、スモークやＰＭの排出量を低減することができる。従って、触媒早期暖機制御の実行中に、ＮＶＯ噴射を実行し、このＮＶＯ噴射の燃料噴射量に応じて圧縮行程噴射の燃料噴射量を減量補正するようにすれば、触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を低減して排気エミッションを向上させることができる。
【０００９】
この場合、請求項２のように、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量が多いほど圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくするようにすると良い。このようにすれば、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量が多いほど、改質される燃料が多くなって、着火性や燃焼性を向上させるのに必要な圧縮行程噴射の燃料噴射量が少なくなるのに対応して、圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくすることができる。
【００１０】
また、請求項３のように、所定の実行条件が成立したときに排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行し、この触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも圧縮行程で筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する内燃機関の触媒早期暖機制御装置において、触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設け、該ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行するＮＶＯ噴射制御手段と、ＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合を検出する燃料改質度合検出手段と、この燃料改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射の燃料噴射量を補正する圧縮行程噴射量補正手段とを備えた構成としても良い。
【００１１】
このようにしても、触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を低減して排気エミッションを向上させることができる。しかも、実際に燃料の改質度合（改質された量や改質の進み具合）を検出し、その燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射の燃料噴射量を補正するため、圧縮行程噴射の燃料噴射量の補正をより精度良く行うことができる。
【００１２】
この場合、請求項４のように、燃料改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合が大きいほど圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくするようにすると良い。このようにすれば、燃料の改質度合が大きいほど、着火性や燃焼性を向上させるのに必要な圧縮行程噴射の燃料噴射量が少なくなるのに対応して、圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくすることができる。
【００１３】
ところで、触媒早期暖機制御の実行中に、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量や燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射の燃料噴射量を減量補正するようにしていても、システムの経時変化や燃料のばらつき等による内燃機関性能の変化や燃料改質性能の変化等によって、内燃機関の燃焼安定性が悪化する可能性がある。
【００１４】
そこで、請求項５のように、内燃機関の燃焼安定性が悪化した場合に圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を制限するか又は小さくするようにしても良い。このようにすれば、システムの経時変化や燃料のばらつき等による内燃機関性能の変化や燃料改質性能の変化等によって、燃焼安定性が悪化した場合に、圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を制限するか又は小さくすることによって、燃焼安定性の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の実施例１におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は触媒早期暖機制御時の燃料噴射制御を説明する図である。
【図３】図３は実施例１の触媒早期暖機制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４はＮＶＯ噴射及び圧縮行程噴射減量補正を実行した場合の効果を説明する図である。
【図５】図５は実施例２の触媒早期暖機制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１８】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１９】
また、エンジン１１には、吸気バルブ３０のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる吸気側の可変バルブタイミング装置３２と、排気バルブ３１のバルブタイミングを変化させる排気側の可変バルブタイミング装置３３とが設けられている。
【００２０】
一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。
【００２１】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。また、クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００２２】
これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３４に入力される。このＥＣＵ３４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
【００２３】
また、ＥＣＵ３４は、後述する図３の触媒早期暖機制御ルーチンを実行することで、所定の触媒早期暖機制御実行条件が成立したときに、排出ガス浄化用の触媒２５を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行し、この触媒早期暖機制御の実行中に、図２（ａ）に示すように、吸気行程で燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射する吸気行程噴射（メイン噴射）を実行してリーンな均質混合気を形成した後、圧縮行程で燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行して点火プラグ２２の近傍にリッチな混合気を形成することで、混合気の着火性や燃焼性を向上させる。
【００２４】
しかし、圧縮行程噴射で噴射された燃料は、噴射から点火までの時間が短いため、圧縮行程噴射量（圧縮行程噴射の燃料噴射量）が多いと、十分に霧化されていない状態で点火される可能性があり、スモークやＰＭ（粒子状物質）の排出量が増加して、排気エミッションが悪化する可能性がある。
【００２５】
この対策として、本実施例１では、触媒早期暖機制御の実行中に、所定のＮＶＯ制御実行条件が成立したときに、まず、図２（ｂ）に示すように、少なくとも排気行程後半（例えば排気行程後半から吸気行程前半）に排気バルブ３１と吸気バルブ３０が両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設けるように吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３２，３３を制御する。この際、例えば、排気側の可変バルブタイミング装置３３によって排気バルブ３１の閉弁時期がＴＤＣ（上死点）よりも進角側になるように排気バルブ３１のバルブタイミングを制御すると共に、吸気側の可変バルブタイミング装置３２によって吸気バルブ３０の開弁時期がＴＤＣよりも遅角側になるように吸気バルブ３０のバルブタイミングを制御して、ＮＶＯ期間を設ける。
【００２６】
そして、図２（ｃ）に示すように、ＮＶＯ期間中に燃料噴射弁２１により筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射（プレ噴射）を実行し、ＮＶＯ噴射量（ＮＶＯ噴射の燃料噴射量）に応じて圧縮行程噴射量（圧縮行程噴射の燃料噴射量）を減量補正する圧縮行程噴射減量補正を実行する。
【００２７】
ＮＶＯ期間は、筒内に残留した高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）が排気行程後半のピストン３５の上昇により圧縮されるため、筒内が高温且つ高圧の状態になる。このＮＶＯ期間中に筒内に噴射された燃料は、筒内で高温且つ高圧に晒されることで、燃焼の予段階の反応を開始して着火性や燃焼性が高められた状態に改質される。
【００２８】
この点に着目して、ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行すれば、このＮＶＯ噴射で筒内に噴射されて改質された燃料による着火性や燃焼性の改善効果によって、圧縮行程噴射量を減量補正しても、混合気の着火性や燃焼性を向上させることが可能となり、圧縮行程噴射量を減量補正することで、スモークやＰＭの排出量を低減することができる。
【００２９】
以下、本実施例１でＥＣＵ３４が実行する図３の触媒早期暖機制御ルーチンの処理内容を説明する。
図３に示す触媒早期暖機制御ルーチンは、ＥＣＵ３４の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、触媒早期暖機制御実行条件が成立しているか否かを、例えば、冷却水温や吸気温が所定温度以下であるか否か等によって判定する。
【００３０】
このステップ１０１で、触媒早期暖機制御実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ１０２以降の触媒早期暖機制御に関する処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３１】
一方、上記ステップ１０１で、触媒早期暖機制御実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ１０２以降の触媒早期暖機制御に関する処理を次のようにして実行する。まず、ステップ１０２で、触媒早期暖機制御時の目標空燃比に基づいて要求燃料噴射量Ｆtotal を算出する。ここで、触媒早期暖機制御時の目標空燃比は、予め設定した固定値（例えば弱リーンに相当する１５．５）としても良いし、冷却水温等に応じて設定するようにしても良い。
【００３２】
この後、ステップ１０３に進み、ＮＶＯ制御実行条件が成立しているか否かを、例えば、触媒早期暖機制御（点火時期遅角制御）を開始してから所定時間（排出ガスの温度が十分に上昇するのに必要な時間又はエンジン回転速度が安定するのに必要な時間）が経過したか否か、或は、エンジン回転速度が安定したか否か等によって判定する。この理由は、ＮＶＯ期間を設けると、内部ＥＧＲガスが増加するため、エンジン回転速度が安定していない状態でＮＶＯ期間を設けた場合、内部ＥＧＲガスの増加によってエンジン回転速度の変動が大きくなる可能性があるからである。
【００３３】
このステップ１０３で、ＮＶＯ制御実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、要求燃料噴射量Ｆtotal に圧縮行程噴射の噴射割合Ｋcmp を乗算して圧縮行程噴射量Ｆcmp （圧縮行程噴射の燃料噴射量）を求める。ここで、圧縮行程噴射の噴射割合Ｋcmp は、予め設定した固定値としても良いし、冷却水温等に応じて設定するようにしても良い。
Ｆcmp ＝Ｆtotal ×Ｋcmp
【００３４】
この後、ステップ１０５に進み、要求燃料噴射量Ｆtotal から圧縮行程噴射量Ｆcmp を減算して吸気行程噴射量Ｆind （吸気行程噴射の燃料噴射量）を求める。
Ｆind ＝Ｆtotal −Ｆcmp
【００３５】
この後、ステップ１１０に進み、吸気行程で筒内に吸気行程噴射量Ｆind 分の燃料を噴射する吸気行程噴射（メイン噴射）と、圧縮行程で筒内に圧縮行程噴射量Ｆcmp 分の燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する。
【００３６】
この後、ステップ１１１に進み、点火時期を触媒早期暖機制御時の目標点火時期まで遅角する点火時期遅角制御を実行する。ここで、触媒早期暖機制御時の目標点火時期は、予め設定した固定値（例えばＡＴＤＣ１０℃Ａ）としても良いし、冷却水温等に応じて設定するようにしても良い。
【００３７】
その後、上記ステップ１０３で、ＮＶＯ制御実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ１０６に進み、少なくとも排気行程後半（例えば排気行程後半から吸気行程前半）に排気バルブ３１と吸気バルブ３０が両方とも閉弁した状態になるＮＶＯ期間を設けるように吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３２，３３を制御する。
【００３８】
この後、ステップ１０７に進み、要求燃料噴射量Ｆtotal にＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre （例えば０．２〜０．３）を乗算してＮＶＯ噴射量Ｆpre （ＮＶＯ噴射の燃料噴射量）を求める。ここで、ＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre は、例えば、排出ガス温度とＮＶＯ量（負のバルブオーバーラップ量）に応じてマップ等により算出する。一般に、排出ガス温度が高くなるほどＮＶＯ期間中に噴射された燃料の改質に使用可能な熱エネルギが大きくなると共に、ＮＶＯ量が大きいほど内部ＥＧＲ量が多くなってＮＶＯ期間中に噴射された燃料の改質に使用可能な熱エネルギが大きくなるため、ＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre のマップは、排出ガス温度が高くなるほどＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre が大きくなると共に、ＮＶＯ量が大きくなるほどＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre が大きくなるように設定されている。
Ｆpre ＝Ｆtotal ×Ｋpre
【００３９】
この後、ステップ１０８に進み、ＮＶＯ噴射量Ｆpre に減量補正係数Ｋa （Ｋa ＞１）を乗算して減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を求め、圧縮行程噴射量のベース値（Ｆtotal ×Ｋcmp ）から減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を減算して圧縮行程噴射量Ｆcmp を求めることで、ＮＶＯ噴射量Ｆpre に応じて圧縮行程噴射量Ｆcmp を減量補正する。
Ｆcmp ＝（Ｆtotal ×Ｋcmp ）−（Ｆpre ×Ｋa ）
【００４０】
この場合、ＮＶＯ噴射量Ｆpre が多いほど圧縮行程噴射量の減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）が大きくなる。これにより、ＮＶＯ噴射量Ｆpre が多いほど、改質される燃料が多くなって、着火性や燃焼性を向上させるのに必要な圧縮行程噴射量Ｆcmp が少なくなるのに対応して、圧縮行程噴射量の減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を大きくすることができる。
【００４１】
但し、エンジン１１の燃焼安定性が悪化した場合（例えば、エンジン回転変動が所定値以上になった場合）には、圧縮行程噴射量の減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を所定の上限ガード値で制限するか又は減量補正係数Ｋa を小さくして圧縮行程噴射量の減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を小さくする。このようにすれば、システムの経時変化や燃料のばらつき等によるエンジン性能の変化や燃料改質性能の変化等によって、燃焼安定性が悪化した場合に、圧縮行程噴射量の減量補正量（Ｆpre ×Ｋa ）を制限するか又は小さくすることによって、燃焼安定性の悪化を抑制することができる。
【００４２】
この後、ステップ１０９に進み、要求燃料噴射量Ｆtotal からＮＶＯ噴射量Ｆpre 及び減量補正後の圧縮行程噴射量Ｆcmp を減算して吸気行程噴射量Ｆind を求める。
Ｆind ＝Ｆtotal −Ｆpre −Ｆcmp
【００４３】
この後、ステップ１１０に進み、ＮＶＯ期間中に筒内にＮＶＯ噴射量Ｆpre 分の燃料を噴射するＮＶＯ噴射（プレ噴射）と、吸気行程で筒内に吸気行程噴射量Ｆind 分の燃料を噴射する吸気行程噴射（メイン噴射）と、圧縮行程で筒内に圧縮行程噴射量Ｆcmp 分の燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行した後、ステップ１１１に進み、点火時期遅角制御を実行する。
【００４４】
この場合、ステップ１０６，１０７，１１０の処理が特許請求の範囲でいうＮＶＯ噴射制御手段としての役割を果たし、ステップ１０８，１１０の処理が特許請求の範囲でいう圧縮行程噴射量補正手段としての役割を果たす。
【００４５】
以上説明した本実施例１では、点火時期を遅角する触媒早期暖機制御の実行中に吸気行程噴射と圧縮行程噴射を実行するシステムにおいて、触媒早期暖機制御の実行中にＮＶＯ期間（負のバルブオーバーラップ期間）を設け、このＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行し、ＮＶＯ噴射量（ＮＶＯ噴射の燃料噴射量）に応じて圧縮行程噴射量（圧縮行程噴射の燃料噴射量）を減量補正するようにしたので、触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を比較例（ＮＶＯ噴射及び圧縮行程噴射減量補正を実行しない場合）よりも低減して排気エミッションを向上させることができる（図４参照）。
【実施例２】
【００４６】
次に、図５を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。
【００４７】
本実施例２では、ＥＣＵ３４により後述する図５の触媒早期暖機制御ルーチンを実行することで、触媒早期暖機制御の実行中にＮＶＯ期間を設け、このＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行して、このＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合（改質された量や改質の進み具合）を検出し、その検出した燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射量を減量補正するようにしている。
【００４８】
本実施例２で実行する図５のルーチンは、前記実施例１で説明した図３のルーチンのステップ１０８の処理を、ステップ１０８ａ、１０８ｂの処理に変更したものであり、それ以外の各ステップの処理は図３と同じである。
【００４９】
図５の触媒早期暖機制御ルーチンでは、ステップ１０３で、ＮＶＯ制御実行条件が成立していると判定された場合に、ＮＶＯ期間を設けるように吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３２，３３を制御した後、要求燃料噴射量Ｆtotal にＮＶＯ噴射の噴射割合Ｋpre を乗算してＮＶＯ噴射量Ｆpre を求める（ステップ１０６、１０７）。
【００５０】
この後、ステップ１０８ａに進み、ＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合Ｒefm を検出する。この場合、例えば、ＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合に応じて発生するイオン電流を点火プラグ２２の電極を介して検出し、そのイオン電流の積算値、ピーク値、変化速度等を燃料の改質度合の情報として用いる。この場合、点火プラグ２２やイオン電流検出回路等が燃料改質度合検出手段としての役割を果たす。
【００５１】
また、筒内圧力を検出する筒内圧力センサを備えたシステムの場合には、ＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合に応じて変化する筒内圧力を筒内圧力センサで検出し、その筒内圧力の積算値、ピーク値、変化速度等を燃料の改質度合の情報として用いるようにしても良い。この場合、筒内圧力センサが燃料改質度合検出手段としての役割を果たす。
【００５２】
この後、ステップ１０８ｂに進み、燃料の改質度合Ｒefm に応じた減量補正量ｆ（Ｒefm ）をマップ又は数式等により算出し、圧縮行程噴射量のベース値（Ｆtotal ×Ｋcmp ）から減量補正量ｆ（Ｒefm ）を減算して圧縮行程噴射量Ｆcmp を求めることで、燃料の改質度合Ｒefm に応じて圧縮行程噴射量Ｆcmp を減量補正する。
Ｆcmp ＝（Ｆtotal ×Ｋcmp ）−ｆ（Ｒefm ）
【００５３】
ここで、減量補正量ｆ（Ｒefm ）のマップ又は数式等は、燃料の改質度合Ｒefm が大きいほど減量補正量ｆ（Ｒefm ）が大きくなるように設定されている。これにより、燃料の改質度合Ｒefm が大きいほど、着火性や燃焼性を向上させるのに必要な圧縮行程噴射量Ｆcmp が少なくなるのに対応して、圧縮行程噴射量の減量補正量ｆ（Ｒefm ）を大きくすることができる。
【００５４】
但し、エンジン１１の燃焼安定性が悪化した場合（例えば、エンジン回転変動が所定値以上になった場合）には、圧縮行程噴射量の減量補正量ｆ（Ｒefm ）を所定の上限ガード値で制限する。このようにすれば、システムの経時変化や燃料のばらつき等によるエンジン性能の変化や燃料改質性能の変化等によって、燃焼安定性が悪化した場合に、圧縮行程噴射量の減量補正量ｆ（Ｒefm ）を制限することによって、燃焼安定性の悪化を抑制することができる。
【００５５】
この後、ステップ１０９に進み、要求燃料噴射量Ｆtotal からＮＶＯ噴射量Ｆpre 及び減量補正後の圧縮行程噴射量Ｆcmp を減算して吸気行程噴射量Ｆind を求める。
Ｆind ＝Ｆtotal −Ｆpre −Ｆcmp
【００５６】
この後、ステップ１１０に進み、ＮＶＯ期間中に筒内にＮＶＯ噴射量Ｆpre 分の燃料を噴射するＮＶＯ噴射（プレ噴射）と、吸気行程で筒内に吸気行程噴射量Ｆind 分の燃料を噴射する吸気行程噴射（メイン噴射）と、圧縮行程で筒内に圧縮行程噴射量Ｆcmp 分の燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行した後、ステップ１１１に進み、点火時期遅角制御を実行する。
【００５７】
以上説明した本実施例２では、触媒早期暖機制御の実行中にＮＶＯ期間を設け、このＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行して、このＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合（改質された量や改質の進み具合）を検出し、その検出した燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射量を減量補正するようにしたので、触媒早期暖機制御時の混合気の着火性や燃焼性を向上させながらスモークやＰＭの排出量を低減して排気エミッションを向上させることができる。しかも、実際に燃料の改質度合を検出し、その燃料の改質度合に応じて圧縮行程噴射量を減量補正するため、圧縮行程噴射量の減量補正をより精度良く行うことができる。
【００５８】
尚、上記各実施例１，２では、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３２，３３を制御して、ＮＶＯ期間を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、吸気バルブのリフト量を連続的又は段階的に変化させる吸気側の可変バルブリフト装置と、排気バルブのリフト量を連続的又は段階的に変化させる排気側の可変バルブリフト装置とを備えたシステムの場合には、吸気側及び排気側の可変バルブリフト装置を制御して、ＮＶＯ期間を設けるようにしても良い。この際、例えば、排気側の可変バルブリフト装置によって排気バルブの閉弁時期がＴＤＣよりも進角側になるように排気バルブのリフト量を制御すると共に、吸気側の可変バルブリフト装置によって吸気バルブの開弁時期がＴＤＣよりも遅角側になるように吸気バルブのリフト量を制御して、ＮＶＯ期間を設ける。
【００５９】
また、上記各実施例１，２では、吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング装置によりＮＶＯ期間を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、吸気側と排気側のうちの一方の可変バルブタイミング装置によりＮＶＯ期間を設けるようにしたり、或は、吸気側と排気側のうちの一方の可変バルブリフト装置によりＮＶＯ期間を設けるようにしても良い。
【００６０】
その他、本発明は、図１に示すような筒内噴射用の燃料噴射弁のみを備えた筒内噴射式エンジンに限定されず、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。
【符号の説明】
【００６１】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２５…触媒、２６…冷却水温センサ、２９…クランク角センサ、３０…吸気バルブ、３１…排気バルブ、３２，３３…可変バルブタイミング装置、３４…ＥＣＵ（ＮＶＯ噴射制御手段，圧縮行程噴射量補正手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の実行条件が成立したときに排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行し、この触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも圧縮行程で筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する内燃機関の触媒早期暖機制御装置において、
前記触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設け、該ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行するＮＶＯ噴射制御手段と、
前記ＮＶＯ噴射の燃料噴射量に応じて前記圧縮行程噴射の燃料噴射量を補正する圧縮行程噴射量補正手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
【請求項２】
前記圧縮行程噴射量補正手段は、前記ＮＶＯ噴射の燃料噴射量が多いほど前記圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
【請求項３】
所定の実行条件が成立したときに排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行し、この触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも圧縮行程で筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する内燃機関の触媒早期暖機制御装置において、
前記触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設け、該ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行するＮＶＯ噴射制御手段と、
前記ＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合を検出する燃料改質度合検出手段と、
前記燃料改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合に応じて前記圧縮行程噴射の燃料噴射量を補正する圧縮行程噴射量補正手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
【請求項４】
前記圧縮行程噴射量補正手段は、前記燃料改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合が大きいほど前記圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
【請求項５】
前記圧縮行程噴射量補正手段は、内燃機関の燃焼安定性が悪化した場合に前記圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を制限するか又は小さくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
【請求項１】
所定の実行条件が成立したときに排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行し、この触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも圧縮行程で筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する内燃機関の触媒早期暖機制御装置において、
前記触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設け、該ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行するＮＶＯ噴射制御手段と、
前記ＮＶＯ噴射の燃料噴射量に応じて前記圧縮行程噴射の燃料噴射量を補正する圧縮行程噴射量補正手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
【請求項２】
前記圧縮行程噴射量補正手段は、前記ＮＶＯ噴射の燃料噴射量が多いほど前記圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
【請求項３】
所定の実行条件が成立したときに排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するために点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行し、この触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも圧縮行程で筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する内燃機関の触媒早期暖機制御装置において、
前記触媒早期暖機制御の実行中に少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設け、該ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射するＮＶＯ噴射を実行するＮＶＯ噴射制御手段と、
前記ＮＶＯ噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合を検出する燃料改質度合検出手段と、
前記燃料改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合に応じて前記圧縮行程噴射の燃料噴射量を補正する圧縮行程噴射量補正手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
【請求項４】
前記圧縮行程噴射量補正手段は、前記燃料改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合が大きいほど前記圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
【請求項５】
前記圧縮行程噴射量補正手段は、内燃機関の燃焼安定性が悪化した場合に前記圧縮行程噴射の燃料噴射量の減量補正量を制限するか又は小さくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１８４６８８（Ｐ２０１２−１８４６８８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７１０８（Ｐ２０１１−４７１０８）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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