JP7637334B2 - Engine System - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排気通路上に設けられた触媒を活性状態にするための制御を行うエンジンシステムに関する。 The present invention relates to an engine system that performs control to activate a catalyst installed in the exhaust passage of the engine.
従来から、エンジンの始動時などにおいて、エンジンの排気通路上に設けられた触媒が不活性状態である場合に、具体的には触媒の温度が活性温度未満である場合に、触媒による排気ガスの浄化性能を確保すべく、触媒を速やかに昇温させて活性状態にするための制御(触媒活性制御)が行われている。このような触媒活性制御として、冷間時などに、高温の排気ガスを触媒に流入させて触媒を昇温させるべく、点火時期を圧縮上死点後まで遅らせる制御が知られている。 Conventionally, when a catalyst installed in the exhaust passage of an engine is in an inactive state, such as when the engine is started, specifically when the temperature of the catalyst is below the activation temperature, a control (catalyst activation control) is performed to quickly heat the catalyst to activate it in order to ensure the catalyst's exhaust gas purification performance. A known example of such catalyst activation control is a control that delays the ignition timing until after the top dead center of compression in order to cause high-temperature exhaust gas to flow into the catalyst when the engine is cold, thereby heating the catalyst.
この種の技術が、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1には、冷間時に圧縮上死点後に点火させる触媒活性制御を行う技術に関して、エンジンの吸気行程と圧縮行程前半と圧縮行程後半との3回にわたって燃料を噴射(分割噴射)し、圧縮行程前半では、燃焼室内に生成されたタンブル流の渦中心に向かって燃料を噴射する技術が開示されている。こうすることで、触媒の早期活性化のために点火時期を圧縮上死点後まで遅らせても、ピストンへの燃料付着を抑制してエミッション性能の悪化を防止しつつ、点火プラグ周辺にリッチな領域を形成して燃焼安定性を向上させるようにしている。
This type of technology is disclosed, for example, in
上記の特許文献1に開示された技術では、タンブル流の渦中心に向かって燃料を噴射させることで、燃料の噴射方向の貫徹力をこの噴射方向に直交するタンブル流によって低減させることにより、燃料がタンブル流を貫徹してピストンに付着することを抑制している。しかしながら、この技術では、ピストンへの燃料付着を十分に抑制できない場合があった。その理由は以下の通りである。
In the technology disclosed in the above-mentioned
気筒内に生成されるタンブル流は縦渦であるため、このタンブル流は、気筒内で上下方向に流れることで、ピストンの冠面と接触する傾向にある。そのため、上記の特許文献1に開示された技術では、噴射された燃料がタンブル流を貫徹してピストンに付着しなくても、この燃料がタンブル流に乗って下方へと流れていくことで、ピストンに接触して付着する場合があった。その結果、エミッション性能が悪化してしまう可能性があった。
The tumble flow generated inside the cylinder is a vertical vortex, and as it flows up and down inside the cylinder, it tends to come into contact with the piston crown. Therefore, with the technology disclosed in the above-mentioned
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、触媒を活性状態にするための制御を行う場合に、燃料の分割噴射を的確に行うことで、気筒内のスワール流を利用してピストンへの燃料付着を効果的に抑制することができるエンジンシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems of the conventional technology described above, and aims to provide an engine system that can effectively suppress fuel adhesion to the piston by utilizing the swirl flow inside the cylinder by appropriately splitting the fuel injection when controlling to activate the catalyst.
上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンシステムであって、燃焼室を形成する気筒と、気筒内において往復運動するピストンと、ピストンの軸線方向に対して傾いて設けられ、燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、気筒内の燃料と吸気との混合気に点火する点火プラグと、を備えるエンジンと、エンジンの気筒内にスワール流を生成するスワール流生成機構と、エンジンの排気通路上に設けられ、排気ガスを浄化する触媒と、燃料噴射弁及び点火プラグを制御するよう構成された制御器であって、触媒が不活性状態である場合に、エンジンの圧縮上死点後に点火させるように点火プラグを制御するよう構成された制御器と、を有し、制御器は、触媒が不活性状態である場合に、エンジンの吸気行程中に燃料を噴射する第1噴射と、第1噴射の後に燃料を噴射する第2噴射と、第2噴射の後であってエンジンの圧縮行程中に燃料を噴射する第3噴射と、を行うと共に、第1噴射の燃料噴射量が第2及び第3噴射の燃料噴射量よりも多くなり、且つ、第3噴射の燃料噴射量が第2噴射の燃料噴射量よりも多くなるように、燃料噴射弁を制御するよう構成され、制御器は、第1噴射を吸気行程前半に行い、第2噴射を吸気行程後半に行い、第3噴射を圧縮行程前半に行うように、燃料噴射弁を制御するよう構成されている、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an engine system including an engine having a cylinder forming a combustion chamber, a piston reciprocating in the cylinder, a fuel injection valve arranged at an angle with respect to the axial direction of the piston and directly injecting fuel into the cylinder, and an ignition plug arranged to ignite a mixture of fuel and intake air in the cylinder, a swirl flow generating mechanism that generates a swirl flow in the cylinder of the engine, a catalyst arranged in an exhaust passage of the engine and purifying exhaust gas, and a controller configured to control the fuel injection valve and the ignition plug, and configured to control the ignition plug so that it ignites after top dead center of compression when the catalyst is in an inactive state. and a controller configured to perform, when the catalyst is in an inactive state, a first injection of fuel injecting during the intake stroke of the engine, a second injection of fuel injecting after the first injection, and a third injection of fuel injecting during the compression stroke of the engine after the second injection, and to control the fuel injection valve so that the fuel injection amount of the first injection is greater than the fuel injection amounts of the second and third injections and the fuel injection amount of the third injection is greater than the fuel injection amount of the second injection, and the controller is configured to control the fuel injection valve so that the first injection is performed in the first half of the intake stroke, the second injection is performed in the second half of the intake stroke, and the third injection is performed in the first half of the compression stroke .
このように構成された本発明では、制御器は、触媒が不活性状態である場合に、燃焼室への吸気の導入に付随するスワール流(横渦)が燃焼室内に生成された状態において、圧縮上死点後に点火させるように点火プラグを制御すると共に、第1乃至第3噴射からなる分割噴射を行うように燃料噴射弁(インジェクタ)を制御する。具体的には、制御器は、最大量の燃料を吸気行程中に噴射する第1噴射と、この第1噴射の後に当該第1噴射よりも少ない量の燃料を噴射する第2噴射と、この第2噴射の後であって圧縮行程中に当該第2噴射よりも多い量の燃料を噴射する第3噴射と、を行うように燃料噴射弁を制御する。 In the present invention configured in this manner, when the catalyst is in an inactive state and a swirl flow (lateral vortex) is generated in the combustion chamber due to the introduction of intake air into the combustion chamber, the controller controls the spark plug to ignite after top dead center of compression, and controls the fuel injection valve (injector) to perform split injection consisting of first to third injections. Specifically, the controller controls the fuel injection valve to perform a first injection in which the maximum amount of fuel is injected during the intake stroke, a second injection in which an amount of fuel less than the first injection is injected after the first injection, and a third injection in which an amount of fuel greater than the second injection is injected during the compression stroke after the second injection.
最初の第1噴射を行うタイミング(つまり吸気行程)ではスワール流が強いので、この第1噴射の燃料噴射量を最大量に設定することで、第1噴射の燃料噴霧による貫徹力(以下では「噴霧貫徹力」と呼ぶ。)を大きくする。これにより、第1噴射による燃料噴霧を、スワール流を貫徹させて渦中心付近に到達させた後に、この渦中心付近に滞留させることができる。すなわち、第1噴射による燃料噴霧を、点火プラグ付近に的確に滞留させることができる。次いで、第1噴射の後の第2噴射を行うタイミングではスワール流が弱いので、第2噴射の燃料噴射量を第1噴射よりも少なくして噴霧貫徹力を小さくすることで、この第2噴射による燃料噴霧を点火プラグ付近に的確に滞留させることができる。次いで、第2噴射の後の第3噴射を行うタイミングでは、第2噴射のときと同様にスワール流が弱いが、このスワール流に付随して発生する、燃焼室の周縁から中心部に向かうような2次的な流れ(以下では「2次流れ」と呼ぶ。)を利用可能である。そのため、第3噴射を行うタイミングにおいては、この2次流れをスワール流と共に利用できるので、第3噴射の燃料噴射量を第2噴射よりも多くしても、第3噴射による燃料噴霧を点火プラグ付近に的確に滞留させることができる。 At the timing of the first injection (i.e., the intake stroke), the swirl flow is strong, so the fuel injection amount of this first injection is set to the maximum amount, thereby increasing the penetration force of the fuel spray of the first injection (hereinafter referred to as "spray penetration force"). This allows the fuel spray of the first injection to penetrate the swirl flow and reach the vicinity of the vortex center, and then to remain near the vortex center. In other words, the fuel spray of the first injection can be accurately retained near the spark plug. Next, at the timing of the second injection after the first injection, the swirl flow is weak, so by making the fuel injection amount of the second injection smaller than that of the first injection to reduce the spray penetration force, the fuel spray of the second injection can be accurately retained near the spark plug. Next, at the timing of the third injection after the second injection, the swirl flow is weak as in the second injection, but a secondary flow (hereinafter referred to as "secondary flow") that occurs in conjunction with the swirl flow and moves from the periphery of the combustion chamber toward the center can be used. Therefore, at the timing of the third injection, this secondary flow can be used together with the swirl flow, so even if the fuel injection amount of the third injection is greater than that of the second injection, the fuel spray from the third injection can be accurately retained near the spark plug.
以上より、本発明によれば、第1乃至第3噴射(分割噴射)のそれぞれの燃料噴射量を適切に設定することで、燃焼室内のスワール流(スワール流に起因する2次流れも含む)を利用して、各噴射による燃料噴霧を点火プラグ付近に的確に滞留させることができる。これにより、触媒の早期活性化のために点火時期を圧縮上死点後まで遅らせても、ピストンへの燃料付着を効果的に抑制することができ、エミッション性能の悪化を防止することが可能となる。また、点火プラグ付近に燃料のリッチな領域が形成されるので、燃焼安定性も確保可能である。
また、本発明によれば、吸気行程前半ではスワール流が強く、吸気行程後半ではスワール流が弱いので、このようなスワール流の強さに合わせて上記のように第1及び第2噴射の燃料噴射量を設定することで、第1及び第2噴射による燃料噴霧を点火プラグ付近により確実に滞留させることができる。
As described above, according to the present invention, by appropriately setting the fuel injection amount of each of the first to third injections (split injections), the swirl flow (including the secondary flow caused by the swirl flow) in the combustion chamber can be used to accurately retain the fuel spray from each injection near the spark plug. This makes it possible to effectively suppress fuel adhesion to the piston and prevent deterioration of emissions performance even if the ignition timing is delayed until after the compression top dead center in order to activate the catalyst early. In addition, a fuel-rich region is formed near the spark plug, so combustion stability can be ensured.
Furthermore, according to the present invention, since the swirl flow is strong in the first half of the intake stroke and weak in the second half of the intake stroke, by setting the fuel injection amounts of the first and second injections as described above in accordance with the strength of this swirl flow, the fuel sprays from the first and second injections can be more reliably retained in the vicinity of the spark plug.
本発明において、好ましくは、エンジンシステムは、自動変速機を有する車両に適用され、制御器は、自動変速機のレンジが走行レンジである場合と非走行レンジである場合とで、第1乃至第3噴射を行う時期、及び、第1乃至第3噴射のそれぞれの燃料噴射量を変えるように、燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、自動変速機のレンジに応じて、第1乃至第3噴射のそれぞれの燃料噴射時期及び燃料噴射量を変えるので、走行レンジ及び非走行レンジのそれぞれに適した触媒活性制御を行うことができる。
In the present invention, the engine system is preferably applied to a vehicle having an automatic transmission, and the controller is configured to control the fuel injection valve so as to change the timing of the first to third injections and the fuel injection amount of each of the first to third injections depending on whether the automatic transmission is in a driving range or a non-driving range.
According to the present invention configured in this manner, the fuel injection timing and fuel injection amount for each of the first to third injections are changed according to the range of the automatic transmission, so that catalyst activity control suitable for each of the driving range and non-driving range can be performed.
本発明において、好ましくは、制御器は、自動変速機のレンジが走行レンジである場合と非走行レンジである場合とで、エンジン回転数及び点火プラグの点火時期を更に変えるように、エンジンを制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、自動変速機のレンジに応じてエンジン回転数及び点火時期を更に変えるので、走行レンジ及び非走行レンジのそれぞれにより適した触媒活性制御を行うことができる。
In the present invention, preferably, the controller is configured to control the engine so as to further change the engine speed and the ignition timing of the spark plugs depending on whether the automatic transmission is in a driving range or a non-driving range.
According to the present invention thus configured, the engine speed and ignition timing are further changed in accordance with the range of the automatic transmission, so that catalyst activity control can be performed more appropriately for each of the driving range and the non-driving range.
本発明において、好ましくは、エンジンシステムは、手動変速機を有する車両に適用され、制御器は、触媒が不活性状態である場合において、手動変速機のギヤポジションがニュートラルギヤに設定されている場合、又は手動変速機のクラッチが切断されている場合に、第1乃至第3噴射を行うように燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、手動変速機を有する車両での触媒活性制御を実施可能な状況において、本発明による第1乃至第3噴射を的確に行うことができる。
In the present invention, the engine system is preferably applied to a vehicle having a manual transmission, and the controller is configured to control the fuel injection valve to perform the first to third injections when the catalyst is in an inactive state, when the gear position of the manual transmission is set to neutral gear, or when the clutch of the manual transmission is disengaged.
According to the present invention thus configured, the first to third injections according to the present invention can be performed accurately in a situation where catalyst activation control can be implemented in a vehicle having a manual transmission.
本発明において、好ましくは、ピストンの冠面は、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成されている。
このように構成された本発明によれば、触媒活性制御時におけるピストンへの燃料付着(キャビティへの燃料付着など)をより効果的に抑制することができる。
In the present invention, preferably, the crown surface of the piston is formed substantially flat without any cavity being formed therein.
According to the present invention configured in this manner, it is possible to more effectively suppress fuel adhesion to the piston (fuel adhesion to the cavity, etc.) during catalyst activation control.
本発明において好適には、点火プラグは、燃焼室の天井の中央部に設けられている。
また、好適には、スワール流生成機構は、エンジンの吸気通路内に設けられたスワールコントロールバルブである。
In the present invention, the spark plug is preferably provided in the center of the ceiling of the combustion chamber.
Preferably, the swirl flow generating mechanism is a swirl control valve provided in an intake passage of the engine.
本発明のエンジンシステムによれば、触媒を活性状態にするための制御を行う場合に、燃料の分割噴射を的確に行うことで、気筒内のスワール流を利用してピストンへの燃料付着を効果的に抑制することができる。 According to the engine system of the present invention, when controlling to activate the catalyst, split fuel injection can be performed appropriately, making use of the swirl flow inside the cylinder to effectively suppress fuel adhesion to the piston.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンシステムについて説明する。 An engine system according to an embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
[エンジンシステムの構成]
図1は、本実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。図1に示すように、エンジンシステム100は、車両に搭載されるエンジン1を有する。このエンジン1は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。具体的には、エンジン1は、気筒2が設けられたシリンダブロック4(なお、図1では、1つの気筒2のみを図示するが、例えば4つの気筒2が直列に設けられる)と、このシリンダブロック4上に配設されたシリンダヘッド6と、シリンダブロック4の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン8とを有している。各気筒2内には、コンロッド10を介してクランクシャフト12と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。これらのシリンダヘッド6、気筒2及びピストン14は、エンジン1の燃焼室16を画定する。
[Engine system configuration]
FIG. 1 is a schematic diagram of an engine system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
エンジン1には、吸気通路40から吸気が供給される。この吸気通路40上には、エンジン1に供給する吸気量を調整可能なスロットルバルブ41、及び、エンジン1に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク42などが設けられている。また、吸気通路40の一部分は、エンジン1に接続された吸気ポート18を構成する。
Intake air is supplied to the
エンジン1には、気筒2毎に、各々独立した2つの吸気ポート18及び2つの排気ポート20が接続されていると共に、これら吸気ポート18及び排気ポート20には、燃焼室16側の開口を開閉する吸気バルブ22及び排気バルブ24がそれぞれ配設されている。ここで、吸気バルブ22の開弁及びピストン14の下降に応じて、吸気ポート18から燃焼室16内に流入した吸気により、タンブル流(縦方向の渦流/縦渦)が生成される。
The
また、各気筒2において、2つの吸気ポート18の一方には、当該吸気ポート18の流路を開閉するスワールコントロールバルブ(以下では適宜「SCV」と表記する。)43が設けられている。なお、図1では、SCV43が設けられた一方の吸気ポート18のみを図示し、SCV43が設けられていない他方の吸気ポート18については図示していない。
In addition, in each
SCV43が閉じている場合には、2つの吸気ポート18のうちの一方のみから燃焼室16内に吸気が流入することで、スワール流(横方向の渦流/横渦)が燃焼室16内に生成される。このSCV43は、本発明における「スワール流生成機構」の一例に相当する。なお、「スワール流生成機構」としてSCV43を用いることに限定はされず、他の例では、スワール流が燃焼室16内に生成されるような形態に吸気ポートを形成してもよく、その場合には当該吸気ポートが「スワール流生成機構」に相当する。
When the
エンジン1のシリンダヘッド6の下面は、燃焼室16の天井26を形成している。この天井26は、中央部からシリンダヘッド6下端まで延びる2つの対向する傾斜面を有する、いわゆるペントルーフ型となっている。また、シリンダヘッド6には、気筒2毎に、気筒2内に燃料を直接噴射する(直噴)インジェクタ(燃料噴射弁)28が取り付けられている。インジェクタ28は、ピストン14の軸線方向(つまりピストン14の移動方向)に対して傾いて設けられている。より詳しくは、インジェクタ28は、その噴口が、燃焼室16の天井26の周縁部において2つの吸気ポート18の間から斜め下方に向かってその燃焼室16内に臨むように配設されている。
The lower surface of the cylinder head 6 of the
更に、エンジン1のシリンダヘッド6には、気筒2毎に、燃焼室16内の混合気に強制点火する点火プラグ32が取り付けられている。点火プラグ32は、燃焼室16の天井26の中央部から下方へ延びるように、シリンダヘッド6内を貫通して配置されている。また、シリンダヘッド6には、各気筒2の吸気バルブ22及び排気バルブ24をそれぞれ駆動するバルブ駆動機構36が設けられている。このバルブ駆動機構36は、例えば、吸気バルブ22及び排気バルブ24のリフト量を変更することが可能な可変バルブリフト機構や、クランクシャフト12に対するカムシャフトの回転位相を変更することが可能なバルブ位相可変機構である。
Furthermore, the cylinder head 6 of the
上述したように、エンジン1の一側面には吸気通路40が接続されている一方で、エンジン1の他側面には、各気筒2の燃焼室16からの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路44が接続されている。この排気通路44上には、排気ガスを浄化する触媒45(詳しくは触媒コンバータ)が設けられている。また、排気通路44において触媒45の下流側には、排気ガスを吸気通路40に還流させるためのEGR通路46が接続されている。このEGR通路46上には、還流させる排気ガス(以下では適宜「EGRガス」と呼ぶ。)を冷却するためのEGRクーラ47、及び、吸気通路40に還流させるEGRガスの量を調整するためのEGRバルブ48が設けられている。
As described above, the
次に、図2は、本実施形態によるエンジン1のピストン14、インジェクタ28及び点火プラグ32の詳細構造を示す斜視図である。図2に示すように、インジェクタ28は、複数の噴口30を有する多噴口型のインジェクタである。インジェクタ28は、当該インジェクタ28の軸線方向が水平方向から所定角にて下方に傾斜するように設けられている。これにより、インジェクタ28の各噴口30から噴射された燃料噴霧は、燃焼室16の天井26の周縁部から斜め下方に向かって放射状に広がる。
Next, FIG. 2 is a perspective view showing the detailed structure of the
また、ピストン14の頂部を形成するピストン冠面14aは、その中央に向かって隆起するように凸型に形成されている。具体的には、ピストン冠面14aの中央には、ピストン14の軸線方向(換言するとピストン14の移動方向)に直交する水平面に沿った平坦面14bが、比較的広範囲にわたって形成されている。ピストン冠面14aには、所謂キャビティが形成されていない。
The
また、ピストン冠面14aは、当該ピストン冠面14aのインジェクタ28側の端部から中央に向かって斜め上方に延びるインジェクタ側斜面14cと、ピストン冠面14aのインジェクタ28から離間した側(以下、必要に応じて「反インジェクタ側」)の端部から中央に向かって斜め上方に延びる反インジェクタ側斜面14dとを備えている。これらのインジェクタ側斜面14c及び反インジェクタ側斜面14dは、燃焼室16の天井26(図1参照)に沿うように形成されている。
The
また、ピストン冠面14aのインジェクタ側の端部及び反インジェクタ側の端部には、水平面14eが形成されている。更に、ピストン冠面14aの反インジェクタ側斜面14dには、ピストン14と排気バルブ24との接触を回避するように窪んだ排気バルブリセス14fが形成されている。なお、ピストン14と吸気バルブ22との接触回避は、インジェクタ側斜面14cなどによって実現されるようになっている。
A
次に、図3は、本実施形態によるエンジンシステム100の電気的構成を示すブロック図である。PCM(パワートレイン・コントロール・モジュール)80は、回路により構成されており、周知のマイクロコンピュータをベースとする制御器である。PCM80は、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)としての1以上のマイクロプロセッサ80aと、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ80bと、電気信号の入出力を行う入出力バス等を備えている。
Next, FIG. 3 is a block diagram showing the electrical configuration of the
PCM80には、各種のセンサなどが接続されている。具体的には、PCM80には、主に、アクセル開度センサS1、クランク角センサS2、水温センサS3、車速センサS4、及びイグニッションスイッチS5が接続されている。アクセル開度センサS1は、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出する。クランク角センサS2は、クランクシャフト12の回転角(エンジン回転数に対応する)を検出する。水温センサS3は、エンジン1を冷却する冷却水の温度(水温)を検出する。車速センサS4は、車両の速度(車速)を検出する。イグニッションスイッチS5は、車両を始動させるためにドライバにより操作されるスイッチである。これらのセンサ及びスイッチS1~S5から出力された信号(検出信号や操作信号)は、PCM80に入力される。
Various sensors are connected to the
PCM80は、上記のセンサ及びスイッチS1~S5から入力された信号に基づいて、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ80bに記憶されている。制御ロジックは、メモリ80bに記憶しているマップなどを用いて、目標量及び/又は制御量を演算することを含む。PCM80は、演算した制御量に係る制御信号を、主に、インジェクタ28、点火プラグ32、SCV43及びEGRバルブ48に出力する。
The
[制御内容]
次に、本実施形態においてPCM80が行う制御内容について説明する。本実施形態では、PCM80は、エンジン1の始動時などにおいて触媒45が不活性状態である場合に、高温の排気ガスを触媒45に流入させて、触媒45を速やかに昇温させて活性状態にすべく、点火プラグ32の点火時期を圧縮上死点後まで遅らせる制御(触媒活性制御)を行う。具体的には、PCM80は、エンジン1の始動直後又は車両の停止時で、且つ、水温が所定範囲内(例えば-10~45℃)で、尚且つ、予測された触媒45の温度(以下では適宜「予測触媒温度」と呼ぶ。)が所定温度未満(例えば300℃未満)である、という触媒活性制御の実行条件が成立する場合に、この触媒活性制御を行う。また、PCM80は、このような触媒活性制御中に、スワール流が燃焼室16内に生成されるように、SCV43を全閉に設定する。
[Control content]
Next, the contents of the control performed by the
ここで、上記の特許文献1にも記載されているように、点火時期を圧縮上死点後まで遅らせると、着火安定性や燃焼安定性が低下する傾向にあるので、これに対処すべく、吸気行程及び圧縮行程にわたって燃料を複数回噴射(つまり分割噴射)することで、点火プラグ32の周辺に燃料のリッチな領域を形成する方法がある。しかしながら、このような分割噴射を行うと、燃料の一部がピストン14に付着することで、スモークやHC(未燃焼ガス)が増加して、エミッション性能が悪化する場合がある。したがって、本実施形態では、触媒活性制御を行う場合に、インジェクタ28から噴射された燃料がピストン14に付着することを抑制すべく、この燃料を点火プラグ32付近に滞留させるように分割噴射を行うようにする。
As described in the
図4を参照して、本実施形態による分割噴射の基本概念について説明する。図4は、本実施形態による分割噴射の典型例を示すタイムチャートである。図4に示すように、本実施形態では、PCM80は、触媒45の早期活性化のために圧縮上死点後に点火する触媒活性制御を行う場合に、吸気行程中に燃料を噴射する第1噴射と、この第1噴射の後に燃料を噴射する第2噴射と、この第2噴射の後であって圧縮行程中に燃料を噴射する第3噴射と、を行うようにインジェクタ28を制御する。図4に示す例では、第1噴射は吸気行程前半に行われ、第2噴射は吸気行程後半に行われ、第3噴射は圧縮行程前半に行われている(なお、各行程の前半及び後半は、それぞれ、各行程の期間を半分に分割したときの前側の部分及び後ろ側の部分に相当する)。また、本実施形態では、PCM80は、第1噴射の燃料噴射量Q1が第2及び第3噴射の燃料噴射量Q2、Q3よりも多くなり、且つ、第3噴射の燃料噴射量Q3が第2噴射の燃料噴射量Q2よりも多くなるように、インジェクタ28を制御する。
The basic concept of split injection according to this embodiment will be described with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a time chart showing a typical example of split injection according to this embodiment. As shown in FIG. 4, in this embodiment, when performing catalyst activation control in which ignition is performed after the compression top dead center in order to activate the
次に、図5乃至図7を参照して、図4に示したような分割噴射を行う理由について説明する。まず、図5を参照して、触媒活性制御時において、燃焼安定性を確保しつつ、ピストン14への燃料付着を抑制するために、インジェクタ28から噴射された燃料を点火プラグ32付近に滞留させるため(つまり点火プラグ32の周辺に燃料のリッチな領域を形成するため)の基本的な考え方について説明する。
Next, the reason for performing split injection as shown in FIG. 4 will be explained with reference to FIG. 5 to FIG. 7. First, with reference to FIG. 5, the basic idea for retaining the fuel injected from the
図5(A)は、インジェクタ28から燃料が噴射されたときの燃焼室16の状態を側方(ピストン14の軸線方向に直行する方法)から見た概略図であり、図5(B)は、燃焼室16の状態を上方(図5(A)中の矢印A01で示す方向)から見た概略図である。図5(A)及び(B)において、矢印A02は、SCV43により燃焼室16内に生成されたスワール流を示し、符号F01は、インジェクタ28から噴射された燃料噴霧を示している。このスワール流は、燃焼室16のほぼ中心を渦中心とする横渦(横方向の渦流)である。
Figure 5(A) is a schematic diagram of the state of the
インジェクタ28から噴射された燃料を点火プラグ32付近に滞留させるためには、インジェクタ28からの燃料噴霧F01を、図5(B)中の矢印A03に示すように流動させればよいと考えられる。すなわち、燃料噴霧F01が最初にスワール流に打ち勝って、スワール流を貫徹して点火プラグ32付近(実質的にスワール流の渦中心)まで到達し、その後、点火プラグ32付近まで到達した燃料噴霧F01がスワール流に負けて、点火プラグ32付近にあるスワール流に乗って回転して流れればよいと考えられる。このような燃料噴霧F01の流動を実現するためには、インジェクタ28から噴射されたときの燃料噴霧F01による貫徹力(噴霧貫徹力)が、この燃料噴霧F01が点火プラグ32付近に的確に到達するように、スワール流の旋回による力(以下では「旋回流力」と呼ぶ。)よりも大きく、且つ、こうして燃料噴霧F01が点火プラグ32付近に到達したときの噴霧貫徹力が旋回流力よりも小さくなるように、インジェクタ28からの噴霧貫徹力を設定すればよい。
In order to retain the fuel injected from the
このような噴霧貫徹力は、基本的には、インジェクタ28からの燃料噴射量に応じた大きさとなる(燃圧一定が前提)。すなわち、燃料噴射量が多い場合には噴霧貫徹力が大きくなり、燃料噴射量が少ない場合には噴霧貫徹力が小さくなる。したがって、本実施形態では、燃料噴射量を調整することで噴霧貫徹力をコントロールしている。具体的には、分割噴射のそれぞれの燃料噴射量を調整することで、各分割噴射による噴霧貫徹力をコントロールしている。 The magnitude of this spray penetration basically depends on the amount of fuel injected from the injector 28 (assuming constant fuel pressure). In other words, when the amount of fuel injected is large, the spray penetration is large, and when the amount of fuel injected is small, the spray penetration is small. Therefore, in this embodiment, the spray penetration is controlled by adjusting the amount of fuel injected. Specifically, the spray penetration of each split injection is controlled by adjusting the amount of fuel injected for each split injection.
また、燃焼室16内において生成されるスワール流の旋回流力の大きさは、エンジン1における吸気行程や圧縮行程における段階に応じて変化する。具体的には、スワール流の旋回流力は、吸気行程前半において最も大きくなり、この後の吸気行程後半及び圧縮行程では徐々に小さくなっていく。そして、燃焼室16内において生じる燃料噴霧の流動の形態は、このようなスワール流の旋回流力と噴霧貫徹力との関係に応じて変化する。したがって、本実施形態では、上記のように第1乃至第3噴射された燃料のそれぞれを点火プラグ32の周辺に的確に滞留させるように、第1乃至第3噴射を行うタイミングにおいて発生しているスワール流の旋回流力の大きさに応じて、第1乃至第3噴射のそれぞれの噴霧貫徹力を調整すべく、第1乃至第3噴射のそれぞれの燃料噴射量Q1~Q3を設定している(具体的にはQ1>Q3>Q2)。
The magnitude of the swirling force of the swirl flow generated in the
次に、図6を参照して、本実施形態における第1乃至第3噴射のそれぞれにより燃焼室16内に形成すべき燃料噴霧の流動について説明する。図6(A)~(C)は、図5(B)と同様に、燃焼室16を上方から見た概略図を示し、矢印A10は、SCV43により燃焼室16内に生成されたスワール流を示し、符号F11、F12、F13は、それぞれ、第1乃至第3噴射された燃料噴霧を示している。具体的には、図6(A)は、第1噴射による燃料噴霧F11の流動を示し、図6(B)は、第1噴射による燃料噴霧F11に加えて、第2噴射による燃料噴霧F12の流動を示し、図6(C)は、第1及び第2噴射による燃料噴霧F11、F12に加えて、第3噴射による燃料噴霧F13の流動を示している。
Next, referring to FIG. 6, the flow of the fuel spray to be formed in the
まず、最初の第1噴射を行うタイミングにおいてはスワール流が強いので、本実施形態では、第1噴射による燃料噴霧F11がこのスワール流を貫徹した後に点火プラグ32付近に滞留するように(図6(A)の矢印A11参照)、第1噴射の噴霧貫徹力を大きくすべく、第1噴射の燃料噴射量Q1を大きくしている。別の言い方をすると、第1噴射を行うタイミングにおいてはスワール流が強いことから、第1噴射の噴霧貫徹力をある程度大きくしても燃料噴霧F11がスワール流全体を貫徹することはないので、第1噴射の燃料噴射量Q1を大きくすることができるのである。また、第1噴射を行うときには、この後における火炎伝播中の失火(半失火)を防ぐために、燃料噴霧F11の一部を燃焼室16の周縁付近に配置させる観点からも(矢印A12参照)、第1噴射の噴霧貫徹力を大きくするように燃料噴射量Q1を大きくしている。このような理由より、本実施形態では、第1乃至第3噴射の燃料噴射量Q1~Q3の中で、第1噴射の燃料噴射量Q1を最大にしている。 First, since the swirl flow is strong at the timing of the first injection, in this embodiment, the fuel injection amount Q1 of the first injection is increased so that the fuel spray F11 from the first injection penetrates the swirl flow and then remains near the spark plug 32 (see arrow A11 in FIG. 6A) in order to increase the spray penetration of the first injection. In other words, since the swirl flow is strong at the timing of the first injection, even if the spray penetration of the first injection is increased to a certain extent, the fuel spray F11 does not penetrate the entire swirl flow, so the fuel injection amount Q1 of the first injection can be increased. In addition, when the first injection is performed, in order to prevent misfire (semi-misfire) during subsequent flame propagation, the fuel injection amount Q1 is increased from the viewpoint of disposing part of the fuel spray F11 near the periphery of the combustion chamber 16 (see arrow A12), so as to increase the spray penetration of the first injection. For this reason, in this embodiment, the fuel injection amount Q1 of the first injection is the largest among the fuel injection amounts Q1 to Q3 of the first to third injections.
次いで、第1噴射の後の第2噴射を行うタイミングにおいてはスワール流が弱まっているので、本実施形態では、第2噴射の噴霧貫徹力が第1噴射よりも小さくなるように、第2噴射の燃料噴射量Q2を小さくすることで(Q2<Q1)、第2噴射による燃料噴霧F12を点火プラグ32付近に的確に滞留させるようにしている(図6(B)の矢印A13参照)、 Next, since the swirl flow is weakened at the timing of the second injection after the first injection, in this embodiment, the fuel injection amount Q2 of the second injection is reduced (Q2<Q1) so that the spray penetration of the second injection is smaller than that of the first injection, and the fuel spray F12 from the second injection is accurately retained near the spark plug 32 (see arrow A13 in Figure 6(B)).
次いで、第2噴射の後の第3噴射を行うタイミングにおいては、第2噴射のときと同様にスワール流が弱いが、このスワール流に付随して発生する、燃焼室16の周縁から中心部に向かうような2次流れ(詳細は後述する)を利用可能である。そのため、第3噴射を行うタイミングにおいては、このような2次流れをスワール流と共に利用することで、第3噴射の噴霧貫徹力を第2噴射よりも大きくしても、第3噴射による燃料噴霧F13を点火プラグ32付近に的確に滞留させることができる(図6(C)の矢印A14参照)。したがって、本実施形態では、第3噴射の燃料噴射量Q3を第2噴射の燃料噴射量Q2よりも大きくしている(Q3>Q2)。
Next, at the timing of the third injection after the second injection, the swirl flow is weak as in the second injection, but a secondary flow (described in detail later) that occurs in association with this swirl flow and flows from the periphery to the center of the
次に、図7を参照して、上記した第3噴射を行うときに利用する2次流れについて具体的に説明する。この図7は、アインシュタインのティーカップ問題を説明するための図である。具体的には、図7(A)~(C)は、所定の流体をカップ内において横方向に回転するように流したときのカップ内の状態を示している。図7(A)は、カップ内の流速分布を示す模式図である。この図7(A)に示すように、カップ底面付近では、流体と底面との摩擦より、流体の流速が低くなっている。次いで、図7(B)は、カップ底面付近において流体に働く力を示す模式図である。この図7(B)に示すように、カップ底面付近では、カップ中心から外方に向かう遠心力とカップ中心へと内方に向かう圧力傾度力とがバランスしていない、つまり遠心力が圧力傾度力よりも小さいことがわかる。これは、カップ底面付近では流速が低いため、遠心力が小さくなるからである。 Next, referring to FIG. 7, the secondary flow used when performing the above-mentioned third injection will be specifically described. FIG. 7 is a diagram for explaining Einstein's teacup problem. Specifically, FIG. 7(A) to (C) show the state inside a cup when a specific fluid is flowed so as to rotate horizontally inside the cup. FIG. 7(A) is a schematic diagram showing the flow velocity distribution inside the cup. As shown in FIG. 7(A), the flow velocity of the fluid is low near the bottom of the cup due to friction between the fluid and the bottom. Next, FIG. 7(B) is a schematic diagram showing the forces acting on the fluid near the bottom of the cup. As shown in FIG. 7(B), it can be seen that near the bottom of the cup, the centrifugal force directed outward from the center of the cup and the pressure gradient force directed inward toward the center of the cup are not balanced, that is, the centrifugal force is smaller than the pressure gradient force. This is because the flow velocity is low near the bottom of the cup, and therefore the centrifugal force is small.
次いで、図7(C)は、カップ断面の流速分布を示す模式図である。この図7(C)に示すように、矢印A3に示すような2次流れが生じていることがわかる。具体的には、この2次流れは、カップ底面付近では流体がカップ中心に向かって流れ、カップ中心では流体が上に向かって流れ、カップ底面から離れると流体が中心から周縁に向かって流れる、という放射状の流れに相当する。このような2次流れは、カップ底面付近において遠心力と圧力傾度力とがバランスしていないことから生じる。 Next, Figure 7 (C) is a schematic diagram showing the flow velocity distribution on the cross section of the cup. As shown in Figure 7 (C), it can be seen that a secondary flow is occurring as indicated by arrow A3. Specifically, this secondary flow corresponds to a radial flow in which the fluid flows toward the center of the cup near the bottom of the cup, the fluid flows upward at the center of the cup, and the fluid flows from the center toward the periphery as it moves away from the bottom of the cup. This type of secondary flow occurs because the centrifugal force and the pressure gradient force are not balanced near the bottom of the cup.
ここで、上記のような第3噴射を行うタイミング(例えば圧縮行程前半)では、燃焼室16の底面に当たるピストン冠面14aが、インジェクタ28からの燃料噴霧F13に近い位置にある(換言すると燃料噴霧F13が燃焼室16の底面付近に位置する)。そして、図7において述べたことから、燃焼室16の底面付近には、燃焼室16内で横方向に回転するように流れるスワール流に起因して、燃焼室16の周縁から中心部に向かい、中央部において上方に向かう2次流れが発生している。したがって、第3噴射を行うタイミングでは、このような2次流れが第3噴射による燃料噴霧F13に作用することとなる。そのため、第3噴射による燃料噴霧F13の噴霧貫徹力をある程度高めても(つまり第3噴射の燃料噴射量Q3をある程度大きくしても)、燃料噴霧F13を点火プラグ32付近に的確に滞留させることができるのである。
Here, at the timing of the third injection as described above (for example, in the first half of the compression stroke), the
[処理フロー]
次に、図8及び図9を参照して、本実施形態による具体的な制御の流れについて説明する。図8は、本実施形態による全体制御を示すフローチャートであり、図9は、この全体制御の中で行われる触媒活性制御を示すフローチャートである。これらの制御は、PCM80によって所定の周期で繰り返し実行される。なお、図8の全体制御が実行される状況では、スワール流が燃焼室16内に生成されるようにSCV43が全閉に設定されているものとする。
[Processing flow]
Next, a specific control flow according to this embodiment will be described with reference to Figures 8 and 9. Figure 8 is a flowchart showing the overall control according to this embodiment, and Figure 9 is a flowchart showing the catalyst activation control performed in this overall control. These controls are repeatedly executed at a predetermined cycle by the
図8の全体制御が開始されると、ステップS11において、PCM80は、各種情報を取得する。具体的には、PCM80は、上記したようなアクセル開度センサS1、クランク角センサS2、水温センサS3、車速センサS4、及びイグニッションスイッチS5からの信号を少なくとも取得する。この後、ステップS12~S15において、PCM80は、触媒活性制御の実行条件を判定する。
When the overall control of FIG. 8 is started, in step S11, the
まず、ステップS12において、PCM80は、車両の始動直後でないか否かを判定する。PCM80は、イグニッションスイッチS5から信号を受信していない場合には、車両の始動直後でないと判定し(ステップS12:Yes)、ステップS13に進む。これに対して、PCM80は、イグニッションスイッチS5から信号を受信した場合には、車両の始動直後であると判定し(ステップS12:No)、ステップS14に進む。
First, in step S12, the
次いで、ステップS13において、PCM80は、車両が停止しているか否かを判定する。PCM80は、車速センサS4により検出された車速がほぼ0km/hである場合には、車両が停止していると判定し(ステップS13:Yes)、ステップS14に進む。これに対して、PCM80は、車速センサS4により検出された車速がほぼ0km/hではない場合には、車両が停止していないと判定し(ステップS13:No)、全体制御を終了する。
Next, in step S13, the
次いで、ステップS14において、PCM80は、水温センサS3によって検出された水温が所定範囲内(例えば-10~45℃)であるか否かを判定する。その結果、PCM80は、水温が所定範囲内である場合には(ステップS14:Yes)、ステップS15に進み、水温が所定範囲内でない場合には(ステップS14:No)、全体制御を終了する。
Next, in step S14, the
次いで、ステップS15において、PCM80は、予測触媒温度が所定温度未満(例えば300℃未満)であるか否かを判定する。1つの例では、PCM80は、エンジン1の運転条件、例えば排気ガス温度や排気ガス量などに基づき、排気ガス熱量を求め、この排気ガス熱量から予測触媒温度を求める。他の例では、PCM80は、触媒45付近の排気通路44上に設けられた温度センサにより検出された排気ガス温度に基づき、予測触媒温度を求めてもよい。ステップS15の判定の結果、PCM80は、予測触媒温度が所定温度未満である場合には(ステップS15:Yes)、ステップS16に進み、予測触媒温度が所定温度以上である場合には(ステップS15:No)、全体制御を終了する。
Next, in step S15, the
ステップS16に進んだ状況は、触媒45が不活性状態であり、且つ触媒45を活性状態にするための触媒活性制御を実行可能な状況である。したがって、ステップS16において、PCM80は、触媒活性制御を実行する。基本的には、PCM80は、この触媒活性制御において、分割噴射(第1乃至第3噴射)を行うようにインジェクタ28を制御すると共に、圧縮上死点後に点火させるように点火プラグ32を制御する。具体的には、PCM80は、最大量のQ1の燃料を吸気行程中に噴射する第1噴射と、この第1噴射の後にQ2(<Q1)の燃料を噴射する第2噴射と、この第2噴射の後であって圧縮行程中にQ3(>Q2)の燃料を噴射する第3噴射と、を行うようにインジェクタ28を制御する。なお、この触媒活性制御については、後の図9を参照して詳述する。
The state in which the process proceeds to step S16 is one in which the
次いで、PCM80は、ステップS17に進み、予測触媒温度が所定温度以上(例えば300℃以上)になったか否かを判定する。その結果、PCM80は、予測触媒温度が所定温度未満である場合には(ステップS17:No)、ステップS16に戻る。この場合には、予測触媒温度が所定温度以上になるまで、触媒活性制御を継続して実行する。これに対して、PCM80は、予測触媒温度が所定温度以上である場合には(ステップS17:Yes)、ステップS18に進む。 Next, the PCM80 proceeds to step S17 and determines whether the predicted catalyst temperature has reached or exceeded a predetermined temperature (e.g., 300°C or higher). As a result, if the predicted catalyst temperature is below the predetermined temperature (step S17: No), the PCM80 returns to step S16. In this case, the catalyst activation control is continued until the predicted catalyst temperature reaches or exceeds the predetermined temperature. On the other hand, if the predicted catalyst temperature is above the predetermined temperature (step S17: Yes), the PCM80 proceeds to step S18.
次いで、ステップS18において、PCM80は、触媒活性制御を終了して、エンジン1に対する通常の制御(通常運転制御)を実行する。この通常運転制御においては、PCM80は、吸気行程において1回のみ燃料を噴射(一括噴射)するようにインジェクタ28を制御すると共に、触媒活性制御時よりも進角させた圧縮行程中の時期(例えば圧縮TDC後5度)において点火させるように点火プラグ32を制御する。また、PCM80は、エンジン回転数がアイドル回転数(例えば1200rpm)になるようにエンジン1を制御する。この後、PCM80は、全体制御を終了する。
Next, in step S18, the
次に、図9を参照して、本実施形態による触媒活性制御について具体的に説明する。この触媒活性制御は、図8のステップS16において行われる。まず、ステップS21において、PCM80は、車両に搭載されている自動変速機(AT)に現在設定されているレンジを取得する。例えば、PCM80は、レンジセンサによって検出されたレンジを取得する。
Next, referring to FIG. 9, the catalyst activation control according to this embodiment will be specifically described. This catalyst activation control is performed in step S16 in FIG. 8. First, in step S21, the
次いで、ステップS22において、PCM80は、ステップS21において取得されたレンジが走行レンジであるか否かを判定する。具体的には、PCM80は、取得されたレンジがDレンジ(ドライブレンジ)、Rレンジ(リバースレンジ)、又はMレンジ(マニュアルレンジ)である場合には、自動変速機のレンジが走行レンジであると判定し(ステップS22:Yes)、ステップS23に進む。これに対して、PCM80は、取得されたレンジがNレンジ(ニュートラルレンジ)又はPレンジ(パーキングレンジ)である場合には、自動変速機のレンジが非走行レンジであると判定し(ステップS22:No)、ステップS24に進む。
Next, in step S22, the
ステップS23において、PCM80は、事前に定められた走行レンジ用の設定を用いて触媒活性制御を実行する。具体的には、まず、PCM80は、比較的低いエンジン回転数(例えば800rpm)を適用して触媒活性制御を実行する。こうするのは、ドライバがブレーキペダルから足を離したときの急発進(飛び出し)を抑制するためである。また、PCM80は、走行レンジにおいて触媒活性制御を行う場合に第1乃至第3噴射のそれぞれに適用すべき燃料噴射時期及び燃料噴射量のセットを設定する。例えば、PCM80は、第1乃至第3噴射のそれぞれの燃料噴射時期(クラン角度)を240度、215度、110度に設定し(吸気TDCは360度で圧縮BDCは180度である)、第1乃至第3噴射のそれぞれの燃料噴射量Q1、Q2、Q3を50%、15%、35%に設定する(全噴射量を100%とする)。また、PCM80は、圧縮上死点後の比較的早い時期(例えば圧縮TDC後20度)を点火時期に設定する。こうするのは、走行レンジではエンジン負荷が比較的高いので、点火時期をそれほど遅角させなくても十分な排気ガス熱量が発生する一方で、走行レンジでは上記のように比較的低いエンジン回転数を適用するため、燃焼室16内のスワール流が弱くなるので、燃焼安定性を確保するためには点火時期をあまり遅角させられないからである。
In step S23, the
他方で、ステップS24において、PCM80は、事前に定められた非走行レンジ用の設定を用いて触媒活性制御を実行する。具体的には、まず、PCM80は、比較的高いエンジン回転数(例えば1500rpm)を適用して触媒活性制御を実行する。こうするのは、非走行レンジでは、上記した走行レンジのような急発進(飛び出し)が発生しないからである。また、PCM80は、非走行レンジにおいて触媒活性制御を行う場合に第1乃至第3噴射のそれぞれに適用すべき燃料噴射時期及び燃料噴射量のセットを設定する。例えば、PCM80は、第1乃至第3噴射のそれぞれの燃料噴射時期(クラン角度)を250度、170度、100度に設定し、第1乃至第3噴射のそれぞれの燃料噴射量Q1、Q2、Q3を40%、25%、35%に設定する(全噴射量を100%とする)。また、PCM80は、圧縮上死点後の比較的遅い時期(例えば圧縮TDC後25度)を点火時期に設定する。こうするのは、非走行レンジでは上記のように比較的高いエンジン回転数を適用するため、燃焼室16内のスワール流が強くなるので、点火時期を遅角させても燃焼安定性が確保される一方で、非走行レンジではエンジン負荷が比較的低いので、点火時期をある程度遅角させないと十分な排気ガス熱量が発生しないからである。
On the other hand, in step S24, the
なお、図9では、自動変速機(AT)が適用された車両において行われる触媒活性制御について示したが、手動変速機(MT)が適用された車両においては、図10に示すような触媒活性制御が行われる。図10は、本実施形態による触媒活性制御の他の例を示すフローチャートである。この触媒活性制御も、図8のステップS16において行われる。 Note that while FIG. 9 shows catalyst activation control performed in a vehicle equipped with an automatic transmission (AT), catalyst activation control as shown in FIG. 10 is performed in a vehicle equipped with a manual transmission (MT). FIG. 10 is a flowchart showing another example of catalyst activation control according to this embodiment. This catalyst activation control is also performed in step S16 of FIG. 8.
まず、ステップS31において、PCM80は、車両に搭載されている手動変速機(MT)のギヤポジション及びクラッチ状態(クラッチの切断又は接続の状態)を取得する。例えば、PCM80は、これらギヤポジション及びクラッチ状態の情報を所定のセンサから取得する。
First, in step S31, the
次いで、ステップS32において、PCM80は、ステップS31で取得されたギヤポジションに基づき、手動変速機のギヤがニュートラルギヤであるか否かを判定する。その結果、PCM80は、手動変速機のギヤがニュートラルギヤである場合(ステップS32:Yes)、ステップS34に進み、手動変速機のギヤがニュートラルギヤでない場合(ステップS32:No)、ステップS33に進む。
Next, in step S32, the
次いで、ステップS33において、PCM80は、ステップS31で取得されたクラッチ状態に基づき、手動変速機のクラッチが切断されているか否かを判定する。その結果、PCM80は、クラッチが切断されている場合(ステップS33:Yes)、ステップS34に進み、クラッチが接続されている場合(ステップS33:No)、触媒活性制御を終了する。後者の場合には、車両が停止しておらず、触媒活性制御を実行可能な状況ではないからである。
Next, in step S33, the
ステップS34に進んだ状況では、手動変速機のギヤがニュートラルギヤであるか又はクラッチが切断されているため、触媒活性制御を実行可能な状況である。したがって、ステップS34において、PCM80は、触媒活性制御を実行する。この場合、PCM80は、図9のステップS24と同様に、事前に定められた非走行レンジ用の設定を用いて触媒活性制御を実行する。よって、ここでは、その詳細な説明を省略する。
When the process proceeds to step S34, the manual transmission is in neutral or the clutch is disengaged, meaning that catalyst activation control can be performed. Therefore, in step S34, the
[作用及び効果]
次に、本実施形態によるエンジンシステム100の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、PCM80は、触媒45が不活性状態である場合に、SCV43によりスワール流が燃焼室16内に生成された状態において、第1乃至第3噴射からなる分割噴射を行うようにインジェクタ28を制御すると共に、圧縮上死点後に点火させるように点火プラグ32を制御する。具体的には、PCM80は、最大量のQ1の燃料を吸気行程中に噴射する第1噴射と、この第1噴射の後にQ2(<Q1)の燃料を噴射する第2噴射と、この第2噴射の後であって圧縮行程中にQ3(>Q2)の燃料を噴射する第3噴射と、を行うようにインジェクタ28を制御する。
[Action and Effect]
Next, the operation and effect of the
最初の第1噴射を行うタイミングではスワール流が強いので、この第1噴射の燃料噴射量Q1を最大にすることで噴霧貫徹力を大きくする。これにより、第1噴射による燃料噴霧を、スワール流を貫徹させて渦中心付近に到達させることで、この渦中心付近に滞留させることができる、すなわち点火プラグ32付近に的確に滞留させることができる。次いで、第2噴射を行うタイミングではスワール流が弱いので、第2噴射の燃料噴射量Q2を第1噴射よりも少なくして噴霧貫徹力を小さくすることで、この第2噴射による燃料噴霧を点火プラグ32付近に的確に滞留させることができる。次いで、第3噴射を行うタイミングでは、スワール流は弱いが、このスワール流に付随して発生する、燃焼室16の周縁から中心部に向かうような2次流れが生じている。そのため、第3噴射を行うタイミングにおいては、この2次流れをスワール流と共に利用できるので、第3噴射の燃料噴射量Q3を第2噴射よりも多くしても、第3噴射による燃料噴霧を点火プラグ32付近に的確に滞留させることができる。
At the timing of the first injection, the swirl flow is strong, so the fuel injection amount Q1 of the first injection is maximized to increase the spray penetration. As a result, the fuel spray from the first injection penetrates the swirl flow and reaches the vicinity of the vortex center, so that it can be retained near the vortex center, that is, it can be retained accurately near the
以上より、本実施形態によれば、第1乃至第3噴射(分割噴射)のそれぞれの燃料噴射量を適切に設定することで、燃焼室16内のスワール流(横渦)を利用して、各噴射による燃料噴霧を点火プラグ32付近に的確に滞留させることができる。これにより、触媒45の早期活性化のために点火時期を圧縮上死点後まで遅らせても、ピストン14への燃料付着を効果的に抑制することができ、エミッション性能の悪化を防止することが可能となる。また、点火プラグ32付近にリッチな領域が形成されるので、燃焼安定性を向上させることもできる。
As described above, according to this embodiment, by appropriately setting the fuel injection amount for each of the first to third injections (split injections), the swirl flow (lateral vortex) in the
また、本実施形態によれば、PCM80は、第1噴射を吸気行程前半に行い、第2噴射を吸気行程後半に行うように、インジェクタ28を制御する。吸気行程前半ではスワール流が強く、吸気行程後半ではスワール流が弱いので、このようなスワール流の強さに合わせて上記のように第1及び第2噴射の燃料噴射量Q1、Q2を設定することで(Q1>Q2)、第1及び第2噴射による燃料噴霧を点火プラグ32付近に的確に滞留させることができる。
In addition, according to this embodiment, the
また、本実施形態によれば、PCM80は、エンジンシステム100が自動変速機を有する車両に適用されている場合には、自動変速機のレンジが走行レンジである場合と非走行レンジである場合とで、第1乃至第3噴射のそれぞれの燃料噴射時期及び燃料噴射量を変えるので、走行レンジ及び非走行レンジのそれぞれに適した制御を行うことができる。加えて、本実施形態によれば、PCM80は、自動変速機のレンジが走行レンジである場合と非走行レンジである場合とで、エンジン回転数及び点火時期を更に変えるので、走行レンジ及び非走行レンジのそれぞれにより適した制御を行うことができる。
Furthermore, according to this embodiment, when the
また、本実施形態によれば、PCM80は、エンジンシステム100が手動変速機を有する車両に適用されている場合には、手動変速機のギヤがニュートラルギヤである場合又は手動変速機のクラッチが切断されている場合にのみ、上記の第1乃至第3噴射を行う。これにより、本実施形態による第1乃至第3噴射を、手動変速機を有する車両での触媒活性制御を実行可能な状況において的確に行うことができる。
In addition, according to this embodiment, when the
また、本実施形態によれば、ピストン冠面14aは、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成されているので、触媒活性制御時におけるピストン14への燃料付着(キャビティへの燃料付着など)を効果的に抑制することができる。
In addition, according to this embodiment, the
1 エンジン
2 気筒
14 ピストン
14a ピストン冠面
16 燃焼室
18 吸気ポート
28 インジェクタ(燃料噴射弁)
32 点火プラグ
40 吸気通路
43 スワールコントロールバルブ(スワール流生成機構)
44 排気通路
45 触媒
46 EGR通路
48 EGRバルブ
80 PCM(制御器)
100 エンジンシステム
32
44
100 Engine System
Claims (7)
燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内において往復運動するピストンと、前記ピストンの軸線方向に対して傾いて設けられ、燃料を前記気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、前記気筒内の燃料と吸気との混合気に点火する点火プラグと、を備えるエンジンと、
前記エンジンの前記気筒内にスワール流を生成するスワール流生成機構と、
前記エンジンの排気通路上に設けられ、排気ガスを浄化する触媒と、
前記燃料噴射弁及び前記点火プラグを制御するよう構成された制御器であって、前記触媒が不活性状態である場合に、前記エンジンの圧縮上死点後に点火させるように前記点火プラグを制御するよう構成された前記制御器と、
を有し、
前記制御器は、前記触媒が前記不活性状態である場合に、
前記エンジンの吸気行程中に燃料を噴射する第1噴射と、前記第1噴射の後に燃料を噴射する第2噴射と、前記第2噴射の後であって前記エンジンの圧縮行程中に燃料を噴射する第3噴射と、を行うと共に、
前記第1噴射の燃料噴射量が前記第2及び第3噴射の燃料噴射量よりも多くなり、且つ、前記第3噴射の燃料噴射量が前記第2噴射の燃料噴射量よりも多くなるように、
前記燃料噴射弁を制御するよう構成され、
前記制御器は、前記第1噴射を吸気行程前半に行い、前記第2噴射を吸気行程後半に行い、前記第3噴射を圧縮行程前半に行うように、前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、ことを特徴とするエンジンシステム。 1. An engine system comprising:
an engine including: a cylinder forming a combustion chamber; a piston reciprocating in the cylinder; a fuel injection valve arranged at an angle with respect to an axial direction of the piston and for directly injecting fuel into the cylinder; and an ignition plug for igniting a mixture of fuel and intake air in the cylinder;
a swirl flow generating mechanism for generating a swirl flow in the cylinder of the engine;
a catalyst provided in an exhaust passage of the engine for purifying exhaust gas;
a controller configured to control the fuel injector and the spark plug, the controller configured to control the spark plug to ignite after top dead center of compression of the engine when the catalyst is in an inactive state;
having
When the catalyst is in the deactivated state, the controller
performing a first injection of injecting fuel during an intake stroke of the engine, a second injection of injecting fuel after the first injection, and a third injection of injecting fuel after the second injection during a compression stroke of the engine;
a fuel injection amount of the first injection is greater than the fuel injection amounts of the second and third injections, and a fuel injection amount of the third injection is greater than a fuel injection amount of the second injection,
configured to control the fuel injector;
the controller is configured to control the fuel injection valve so that the first injection is performed in a first half of an intake stroke, the second injection is performed in a second half of an intake stroke, and the third injection is performed in a first half of a compression stroke .
前記制御器は、前記自動変速機のレンジが走行レンジである場合と非走行レンジである場合とで、前記第1乃至第3噴射を行う時期、及び、前記第1乃至第3噴射のそれぞれの燃料噴射量を変えるように、前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項1に記載のエンジンシステム。 The engine system is applied to a vehicle having an automatic transmission,
2. The engine system according to claim 1, wherein the controller is configured to control the fuel injection valve so as to change the timing of the first to third injections and the fuel injection amount of each of the first to third injections depending on whether the automatic transmission is in a driving range or a non-driving range.
前記制御器は、前記触媒が前記不活性状態である場合において、前記手動変速機のギヤポジションがニュートラルギヤに設定されている場合、又は前記手動変速機のクラッチが切断されている場合に、前記第1乃至第3噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項1に記載のエンジンシステム。 The engine system is applied to a vehicle having a manual transmission,
2. The engine system according to claim 1, wherein the controller is configured to control the fuel injection valve to perform the first, second and third injections when the catalyst is in the deactivated state, when a gear position of the manual transmission is set to a neutral gear, or when a clutch of the manual transmission is disengaged.
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