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JP7637334B2 - Engine System - Google Patents
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JP7637334B2 - Engine System - Google Patents

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JP7637334B2 JP2021053079A JP2021053079A JP7637334B2 JP 7637334 B2 JP7637334 B2 JP 7637334B2 JP 2021053079 A JP2021053079 A JP 2021053079A JP 2021053079 A JP2021053079 A JP 2021053079A JP 7637334 B2 JP7637334 B2 JP 7637334B2
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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 Patent Document 1. Patent Document 1 discloses a technology for controlling catalyst activation to ignite after top dead center of compression when the engine is cold, in which fuel is injected three times (split injection) during the intake stroke, the first half of the compression stroke, and the second half of the compression stroke, and in the first half of the compression stroke, fuel is injected toward the center of the vortex of the tumble flow generated in the combustion chamber. In this way, even if the ignition timing is delayed until after top dead center of compression to activate the catalyst early, it is possible to prevent fuel adhesion to the piston and deterioration of emissions performance, while forming a rich region around the spark plug to improve combustion stability.

特開2016-223411号公報JP 2016-223411 A

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 Patent Document 1, fuel is injected toward the vortex center of the tumble flow, and the penetrating force of the fuel in the injection direction is reduced by the tumble flow perpendicular to the injection direction, thereby preventing the fuel from penetrating the tumble flow and adhering to the piston. However, with this technology, there were cases where it was not possible to sufficiently prevent fuel from adhering to the piston. The reasons for this are as follows.

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 Patent Document 1, even if the injected fuel does not penetrate the tumble flow and adhere to the piston, the fuel may ride the tumble flow downward and come into contact with and adhere to the piston. This can result in a deterioration of emissions performance.

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.

本発明の実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるエンジンの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるエンジンシステムの電気的構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an electrical configuration of an engine system according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の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。5 is a time chart showing a typical example of split injection according to an embodiment of the present invention. 燃料噴霧を点火プラグ周辺に滞留させるための基本的な考え方についての説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a basic concept for retaining fuel spray around an ignition plug. 本発明の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内に形成すべき燃料噴霧の流動についての説明図である。5A to 5C are explanatory diagrams of the flow of fuel sprays to be formed in a combustion chamber by first to third injections in the embodiment of the present invention. アインシュタインのティーカップ問題についての説明図である。This is an explanatory diagram of Einstein's teacup problem. 本発明の実施形態による全体制御を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an overall control according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による触媒活性制御を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing catalyst activity control according to an embodiment of the present invention. 本発明の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。5 is a flowchart showing another example of catalyst activity control according to an embodiment of the present invention.

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 engine system 100 has an engine 1 mounted on a vehicle. The engine 1 is a gasoline engine to which fuel containing at least gasoline is supplied. Specifically, the engine 1 has a cylinder block 4 in which cylinders 2 are provided (note that only one cylinder 2 is illustrated in FIG. 1, but for example, four cylinders 2 are provided in series), a cylinder head 6 disposed on the cylinder block 4, and an oil pan 8 disposed below the cylinder block 4 and storing lubricating oil. A piston 14 connected to a crankshaft 12 via a connecting rod 10 is inserted in each cylinder 2 so as to be able to reciprocate. The cylinder head 6, the cylinder 2, and the piston 14 define a combustion chamber 16 of the engine 1.

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 engine 1 through an intake passage 40. A throttle valve 41 that can adjust the amount of intake air supplied to the engine 1, and a surge tank 42 that temporarily stores the intake air to be supplied to the engine 1 are provided on the intake passage 40. A portion of the intake passage 40 forms an intake port 18 connected to the engine 1.

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 engine 1 has two independent intake ports 18 and two exhaust ports 20 connected to each cylinder 2, and these intake ports 18 and exhaust ports 20 are provided with intake valves 22 and exhaust valves 24 that open and close the openings on the combustion chamber 16 side. When the intake valves 22 open and the piston 14 descends, the intake air that flows from the intake ports 18 into the combustion chamber 16 generates a tumble flow (vertical vortex/vertical vortex).

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 cylinder 2, one of the two intake ports 18 is provided with a swirl control valve (hereinafter referred to as "SCV") 43 that opens and closes the flow path of the intake port 18. Note that FIG. 1 shows only one intake port 18 with an SCV 43, and does not show the other intake port 18 without an SCV 43.

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 SCV 43 is closed, intake air flows into the combustion chamber 16 from only one of the two intake ports 18, generating a swirl flow (lateral vortex/transverse vortex) in the combustion chamber 16. This SCV 43 corresponds to an example of a "swirl flow generating mechanism" in the present invention. Note that the "swirl flow generating mechanism" is not limited to using the SCV 43, and in another example, the intake port may be formed in such a manner that a swirl flow is generated in the combustion chamber 16, in which case the intake port corresponds to the "swirl flow generating mechanism."

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 engine 1 forms the ceiling 26 of the combustion chamber 16. This ceiling 26 is a so-called pent roof type, with two opposing inclined surfaces extending from the center to the lower end of the cylinder head 6. In addition, an injector (fuel injection valve) 28 that directly injects fuel into the cylinder 2 (direct injection) is attached to the cylinder head 6 for each cylinder 2. The injector 28 is installed at an angle to the axial direction of the piston 14 (i.e., the direction of movement of the piston 14). More specifically, the injector 28 is disposed so that its nozzle faces the inside of the combustion chamber 16 diagonally downward from between the two intake ports 18 on the periphery of the ceiling 26 of the combustion chamber 16.

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 engine 1 is fitted with a spark plug 32 for each cylinder 2, which forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 16. The spark plug 32 is arranged penetrating the cylinder head 6 so as to extend downward from the center of the ceiling 26 of the combustion chamber 16. The cylinder head 6 is also provided with a valve drive mechanism 36 that drives the intake valve 22 and exhaust valve 24 of each cylinder 2. The valve drive mechanism 36 is, for example, a variable valve lift mechanism that can change the lift amount of the intake valve 22 and exhaust valve 24, or a variable valve phase mechanism that can change the rotational phase of the camshaft relative to the crankshaft 12.

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 intake passage 40 is connected to one side of the engine 1, while the exhaust passage 44, which discharges burnt gas (exhaust gas) from the combustion chamber 16 of each cylinder 2, is connected to the other side of the engine 1. A catalyst 45 (more specifically, a catalytic converter) for purifying the exhaust gas is provided on the exhaust passage 44. In addition, an EGR passage 46 for recirculating the exhaust gas to the intake passage 40 is connected downstream of the catalyst 45 in the exhaust passage 44. An EGR cooler 47 for cooling the exhaust gas to be recirculated (hereinafter referred to as "EGR gas") and an EGR valve 48 for adjusting the amount of EGR gas to be recirculated to the intake passage 40 are provided on the EGR passage 46.

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 piston 14, injector 28, and spark plug 32 of the engine 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 2, the injector 28 is a multi-hole injector having multiple nozzle holes 30. The injector 28 is installed so that the axial direction of the injector 28 is inclined downward at a predetermined angle from the horizontal direction. As a result, the fuel spray injected from each nozzle hole 30 of the injector 28 spreads radially from the peripheral portion of the ceiling 26 of the combustion chamber 16 diagonally downward.

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 piston crown surface 14a that forms the top of the piston 14 is formed in a convex shape that rises toward the center. Specifically, in the center of the piston crown surface 14a, a flat surface 14b is formed over a relatively wide area along a horizontal plane perpendicular to the axial direction of the piston 14 (in other words, the direction of movement of the piston 14). No so-called cavity is formed in the piston crown surface 14a.

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 piston crown surface 14a also has an injector-side slope 14c that extends obliquely upward from the end of the piston crown surface 14a on the injector 28 side toward the center, and an anti-injector-side slope 14d that extends obliquely upward from the end of the piston crown surface 14a on the side away from the injector 28 (hereinafter referred to as the "anti-injector side" as necessary) toward the center. These injector-side slope 14c and anti-injector-side slope 14d are formed to fit along the ceiling 26 of the combustion chamber 16 (see FIG. 1).

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 horizontal surface 14e is formed on the injector side end and the opposite end of the piston crown surface 14a. Furthermore, an exhaust valve recess 14f is formed on the opposite injector side slope 14d of the piston crown surface 14a, which is recessed to prevent contact between the piston 14 and the exhaust valve 24. Contact between the piston 14 and the intake valve 22 is prevented by the injector side slope 14c, etc.

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 engine system 100 according to this embodiment. The PCM (Powertrain Control Module) 80 is a controller based on a well-known microcomputer and is configured with circuits. The PCM 80 includes one or more microprocessors 80a as a central processing unit (CPU) that executes programs, a memory 80b configured, for example, of a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory) that stores programs and data, and an input/output bus for inputting and outputting electrical signals.

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 PCM 80. Specifically, the PCM 80 is mainly connected to an accelerator opening sensor S1, a crank angle sensor S2, a water temperature sensor S3, a vehicle speed sensor S4, and an ignition switch S5. The accelerator opening sensor S1 detects the accelerator opening corresponding to the amount of operation of the accelerator pedal. The crank angle sensor S2 detects the rotation angle of the crankshaft 12 (corresponding to the engine speed). The water temperature sensor S3 detects the temperature (water temperature) of the cooling water that cools the engine 1. The vehicle speed sensor S4 detects the vehicle speed. The ignition switch S5 is a switch that is operated by the driver to start the vehicle. Signals (detection signals and operation signals) output from these sensors and switches S1 to S5 are input to the PCM 80.

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 PCM 80 calculates the control amount of each device according to a predetermined control logic based on the signals input from the above sensors and switches S1 to S5. The control logic is stored in memory 80b. The control logic includes calculating the target amount and/or the control amount using a map stored in memory 80b. The PCM 80 outputs control signals related to the calculated control amounts mainly to the injector 28, the spark plug 32, the SCV 43, and the EGR valve 48.

[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 PCM 80 in this embodiment will be described. In this embodiment, when the catalyst 45 is in an inactive state at the start of the engine 1, the PCM 80 performs a control (catalyst activation control) to delay the ignition timing of the spark plug 32 until after the top dead center of compression in order to cause the catalyst 45 to be quickly heated and activated by flowing high-temperature exhaust gas into the catalyst 45. Specifically, the PCM 80 performs this catalyst activation control when the conditions for executing the catalyst activation control are met, that is, immediately after the start of the engine 1 or when the vehicle is stopped, the water temperature is within a predetermined range (for example, −10 to 45° C.), and the predicted temperature of the catalyst 45 (hereinafter referred to as the “predicted catalyst temperature”) is less than a predetermined temperature (for example, less than 300° C.). In addition, the PCM 80 sets the SCV 43 to be fully closed so that a swirl flow is generated in the combustion chamber 16 during such catalyst activation control.

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 above Patent Document 1, delaying the ignition timing until after the top dead center of the compression stroke tends to reduce ignition stability and combustion stability. To address this issue, there is a method of forming a fuel-rich region around the spark plug 32 by injecting fuel multiple times (i.e., split injection) over the intake stroke and compression stroke. However, when such split injection is performed, some of the fuel adheres to the piston 14, which can increase smoke and HC (unburned gas), and can worsen emissions performance. Therefore, in this embodiment, when catalyst activation control is performed, split injection is performed so that the fuel injected from the injector 28 is retained near the spark plug 32 in order to prevent the fuel from adhering to the piston 14.

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 catalyst 45 early, the PCM 80 controls the injector 28 to perform a first injection in which fuel is injected during the intake stroke, a second injection in which fuel is injected after the first injection, and a third injection in which fuel is injected during the compression stroke after the second injection. In the example shown in FIG. 4, 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 (note that the first and second half of each stroke correspond to the front and rear parts when the period of each stroke is divided in half). In this embodiment, the PCM 80 controls the injector 28 so that the fuel injection amount Q1 of the first injection is greater than the fuel injection amounts Q2 and Q3 of the second and third injections, and the fuel injection amount Q3 of the third injection is greater than the fuel injection amount Q2 of the second injection.

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 injector 28 near the spark plug 32 (i.e., forming a fuel-rich region around the spark plug 32) in order to suppress fuel adhesion to the piston 14 while ensuring combustion stability during catalyst activation control will be explained.

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 combustion chamber 16 when fuel is injected from the injector 28, as viewed from the side (perpendicular to the axial direction of the piston 14), and Figure 5(B) is a schematic diagram of the state of the combustion chamber 16 as viewed from above (the direction indicated by the arrow A01 in Figure 5(A)). In Figures 5(A) and (B), the arrow A02 indicates the swirl flow generated in the combustion chamber 16 by the SCV 43, and the symbol F01 indicates the fuel spray injected from the injector 28. This swirl flow is a transverse vortex (a horizontal vortex) with its vortex center approximately at the center of the combustion chamber 16.

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 injector 28 near the spark plug 32, it is considered that the fuel spray F01 from the injector 28 should be caused to flow as shown by the arrow A03 in Fig. 5(B). In other words, it is considered that the fuel spray F01 should first overcome the swirl flow, penetrate the swirl flow, and reach the vicinity of the spark plug 32 (effectively the vortex center of the swirl flow), and then the fuel spray F01 that has reached the vicinity of the spark plug 32 should be defeated by the swirl flow, and ride on the swirl flow near the spark plug 32 while rotating and flowing. To achieve this type of flow of the fuel spray F01, the penetration force (spray penetration force) of the fuel spray F01 when injected from the injector 28 should be set so that it is greater than the force caused by the swirling flow (hereinafter referred to as the "swirling flow force") so that the fuel spray F01 accurately reaches the vicinity of the ignition plug 32, and the spray penetration force from the injector 28 should be set so that the spray penetration force when the fuel spray F01 reaches the vicinity of the ignition plug 32 is smaller than the swirling flow force.

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 combustion chamber 16 changes depending on the stage of the intake stroke or compression stroke of the engine 1. Specifically, the swirling force of the swirl flow is greatest in the first half of the intake stroke, and gradually decreases in the latter half of the intake stroke and the compression stroke. The flow pattern of the fuel spray generated in the combustion chamber 16 changes depending on the relationship between the swirling force of the swirl flow and the spray penetration force. Therefore, in this embodiment, the fuel injection amounts Q1 to Q3 of the first to third injections are set to adjust the spray penetration force of each of the first to third injections according to the magnitude of the swirling force of the swirl flow generated at the timing of the first to third injections so that each of the first to third injected fuels is appropriately retained around the ignition plug 32 as described above (specifically, Q1>Q3>Q2).

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 combustion chamber 16 by each of the first to third injections in this embodiment will be described. Similar to FIG. 5(B), FIGS. 6(A) to (C) show schematic views of the combustion chamber 16 seen from above, with the arrow A10 indicating the swirl flow generated in the combustion chamber 16 by the SCV 43, and the symbols F11, F12, and F13 indicating the first to third injected fuel sprays, respectively. Specifically, FIG. 6(A) shows the flow of the fuel spray F11 by the first injection, FIG. 6(B) shows the flow of the fuel spray F12 by the second injection in addition to the fuel spray F11 by the first injection, and FIG. 6(C) shows the flow of the fuel spray F13 by the third injection in addition to the fuel sprays F11 and F12 by the first and second injections.

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 combustion chamber 16 can be utilized. Therefore, by utilizing this secondary flow together with the swirl flow at the timing of the third injection, the fuel spray F13 from the third injection can be accurately retained near the spark plug 32 even if the spray penetration force of the third injection is made greater than that of the second injection (see arrow A14 in FIG. 6C). Therefore, in this embodiment, the fuel injection amount Q3 of the third injection is made greater than the fuel injection amount Q2 of the second injection (Q3>Q2).

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 piston crown surface 14a that hits the bottom surface of the combustion chamber 16 is in a position close to the fuel spray F13 from the injector 28 (in other words, the fuel spray F13 is located near the bottom surface of the combustion chamber 16). As described in FIG. 7, a secondary flow is generated near the bottom surface of the combustion chamber 16, which flows from the periphery of the combustion chamber 16 to the center and then upward at the center due to the swirl flow that flows so as to rotate horizontally within the combustion chamber 16. Therefore, at the timing of the third injection, such a secondary flow acts on the fuel spray F13 by the third injection. Therefore, even if the spray penetration force of the fuel spray F13 by the third injection is increased to a certain extent (i.e., even if the fuel injection amount Q3 of the third injection is increased to a certain extent), the fuel spray F13 can be accurately retained near the ignition plug 32.

[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 PCM 80. Note that, in a situation where the overall control of Figure 8 is executed, it is assumed that the SCV 43 is set to be fully closed so that a swirl flow is generated in the combustion chamber 16.

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 PCM 80 acquires various information. Specifically, the PCM 80 acquires at least signals from the accelerator opening sensor S1, crank angle sensor S2, water temperature sensor S3, vehicle speed sensor S4, and ignition switch S5 as described above. After this, in steps S12 to S15, the PCM 80 determines the conditions for executing catalyst activation control.

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 PCM 80 determines whether the vehicle has not just been started. If the PCM 80 has not received a signal from the ignition switch S5, it determines that the vehicle has not just been started (step S12: Yes) and proceeds to step S13. On the other hand, if the PCM 80 has received a signal from the ignition switch S5, it determines that the vehicle has not just been started (step S12: No) and proceeds to step S14.

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 PCM 80 determines whether the vehicle is stopped. If the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor S4 is approximately 0 km/h, the PCM 80 determines that the vehicle is stopped (step S13: Yes) and proceeds to step S14. In contrast, if the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor S4 is not approximately 0 km/h, the PCM 80 determines that the vehicle is not stopped (step S13: No) and ends the overall control.

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 PCM 80 determines whether the water temperature detected by the water temperature sensor S3 is within a predetermined range (e.g., -10 to 45°C). As a result, if the water temperature is within the predetermined range (step S14: Yes), the PCM 80 proceeds to step S15, and if the water temperature is not within the predetermined range (step S14: No), the PCM 80 ends the overall control.

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 PCM 80 determines whether the predicted catalyst temperature is less than a predetermined temperature (e.g., less than 300°C). In one example, the PCM 80 calculates the exhaust gas heat quantity based on the operating conditions of the engine 1, such as the exhaust gas temperature and exhaust gas amount, and calculates the predicted catalyst temperature from this exhaust gas heat quantity. In another example, the PCM 80 may calculate the predicted catalyst temperature based on the exhaust gas temperature detected by a temperature sensor provided on the exhaust passage 44 near the catalyst 45. If the result of the determination in step S15 is that the predicted catalyst temperature is less than the predetermined temperature (step S15: Yes), the PCM 80 proceeds to step S16, and if the predicted catalyst temperature is equal to or greater than the predetermined temperature (step S15: No), the PCM 80 ends the overall control.

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 catalyst 45 is in an inactive state and catalyst activation control for activating the catalyst 45 can be executed. Therefore, in step S16, the PCM 80 executes catalyst activation control. Basically, in this catalyst activation control, the PCM 80 controls the injector 28 to perform split injections (first to third injections) and controls the ignition plug 32 to ignite after the top dead center of compression. Specifically, the PCM 80 controls the injector 28 to perform a first injection in which the maximum amount of fuel Q1 is injected during the intake stroke, a second injection in which fuel Q2 (<Q1) is injected after the first injection, and a third injection in which fuel Q3 (>Q2) is injected after the second injection and during the compression stroke. This catalyst activation control will be described in detail later with reference to FIG. 9.

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 PCM 80 ends the catalyst activation control and executes normal control (normal operation control) for the engine 1. In this normal operation control, the PCM 80 controls the injector 28 to inject fuel only once (lump injection) during the intake stroke, and controls the ignition plug 32 to ignite at a timing during the compression stroke (e.g., 5 degrees after compression TDC) that is more advanced than during the catalyst activation control. The PCM 80 also controls the engine 1 so that the engine speed becomes the idle speed (e.g., 1200 rpm). After this, the PCM 80 ends the overall control.

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 PCM 80 acquires the range currently set in the automatic transmission (AT) mounted on the vehicle. For example, the PCM 80 acquires the range detected by a range sensor.

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 PCM 80 determines whether the range acquired in step S21 is a driving range. Specifically, if the acquired range is D range (drive range), R range (reverse range), or M range (manual range), the PCM 80 determines that the range of the automatic transmission is a driving range (step S22: Yes) and proceeds to step S23. In contrast, if the acquired range is N range (neutral range) or P range (parking range), the PCM 80 determines that the range of the automatic transmission is a non-driving range (step S22: No) and proceeds to step S24.

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 PCM 80 executes catalyst activation control using a setting for a predetermined driving range. Specifically, the PCM 80 first executes catalyst activation control by applying a relatively low engine speed (e.g., 800 rpm). This is to suppress sudden acceleration (jumping out) when the driver releases his/her foot from the brake pedal. The PCM 80 also sets a set of fuel injection timing and fuel injection amount to be applied to each of the first to third injections when performing catalyst activation control in the driving range. For example, the PCM 80 sets the fuel injection timing (crank angle) of each of the first to third injections to 240 degrees, 215 degrees, and 110 degrees (the intake TDC is 360 degrees and the compression BDC is 180 degrees), and sets the fuel injection amounts Q1, Q2, and Q3 of each of the first to third injections to 50%, 15%, and 35% (the total injection amount is 100%). In addition, the PCM 80 sets the ignition timing to a relatively early time after the compression top dead center (for example, 20 degrees after the compression TDC). This is because, since the engine load is relatively high in the driving range, sufficient exhaust gas heat is generated without much retarding the ignition timing, whereas, since a relatively low engine speed is applied in the driving range as described above, the swirl flow in the combustion chamber 16 becomes weak, and therefore the ignition timing cannot be retarded too much to ensure combustion stability.

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 PCM 80 executes catalyst activation control using a setting for the non-driving range that has been determined in advance. Specifically, the PCM 80 first executes catalyst activation control by applying a relatively high engine speed (e.g., 1500 rpm). This is because the non-driving range does not experience sudden starts (jumping out) like the driving range described above. The PCM 80 also sets a set of fuel injection timing and fuel injection amount to be applied to each of the first to third injections when performing catalyst activation control in the non-driving range. For example, the PCM 80 sets the fuel injection timing (crank angle) of each of the first to third injections to 250 degrees, 170 degrees, and 100 degrees, and sets the fuel injection amounts Q1, Q2, and Q3 of each of the first to third injections to 40%, 25%, and 35% (total injection amount is 100%). The PCM 80 also sets the ignition timing to a relatively late timing after the compression top dead center (e.g., 25 degrees after the compression TDC). This is because, as described above, a relatively high engine speed is applied in the non-driving range, which creates a strong swirl flow in the combustion chamber 16, ensuring combustion stability even if the ignition timing is retarded. However, since the engine load is relatively low in the non-driving range, sufficient exhaust gas heat is not generated unless the ignition timing is retarded to a certain extent.

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 PCM 80 acquires the gear position and clutch state (clutch disengagement or engagement state) of the manual transmission (MT) installed in the vehicle. For example, the PCM 80 acquires this gear position and clutch state information from a specified sensor.

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 PCM 80 determines whether the gear of the manual transmission is in neutral gear based on the gear position acquired in step S31. As a result, if the gear of the manual transmission is in neutral gear (step S32: Yes), the PCM 80 proceeds to step S34, and if the gear of the manual transmission is not in neutral gear (step S32: No), the PCM 80 proceeds to step S33.

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 PCM 80 determines whether the clutch of the manual transmission is disengaged based on the clutch state acquired in step S31. As a result, if the clutch is disengaged (step S33: Yes), the PCM 80 proceeds to step S34, and if the clutch is engaged (step S33: No), the PCM 80 ends catalyst activation control. In the latter case, the vehicle is not stopped, and catalyst activation control is not possible to be executed.

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 PCM 80 performs catalyst activation control. In this case, the PCM 80 performs catalyst activation control using a predefined setting for the non-driving range, similar to step S24 in FIG. 9. Therefore, a detailed description of this will be omitted here.

[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 engine system 100 according to this embodiment will be described. According to this embodiment, when the catalyst 45 is in an inactive state and a swirl flow is generated in the combustion chamber 16 by the SCV 43, the PCM 80 controls the injector 28 to perform split injections consisting of first to third injections, and controls the ignition plug 32 to ignite after the top dead center of compression. Specifically, the PCM 80 controls the injector 28 to perform a first injection in which the maximum amount of fuel Q1 is injected during the intake stroke, a second injection in which fuel Q2 (<Q1) is injected after the first injection, and a third injection in which fuel Q3 (>Q2) 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 spark plug 32. Next, at the timing of the second injection, the swirl flow is weak, so the fuel injection amount Q2 of the second injection is made smaller than that of the first injection to reduce the spray penetration, so that the fuel spray from the second injection can be retained accurately near the spark plug 32. Next, at the timing of the third injection, the swirl flow is weak, but a secondary flow that is generated in conjunction with the swirl flow and moves from the periphery of the combustion chamber 16 to the center is generated. Therefore, at the timing of the third injection, this secondary flow can be used together with the swirl flow, so that the fuel spray from the third injection can be retained accurately near the spark plug 32 even if the fuel injection amount Q3 of the third injection is made larger than that of the second injection.

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 combustion chamber 16 can be used to accurately retain the fuel spray from each injection near the spark plug 32. As a result, even if the ignition timing is delayed until after the compression top dead center in order to activate the catalyst 45 early, it is possible to effectively suppress fuel adhesion to the piston 14 and prevent deterioration of emissions performance. In addition, a rich region is formed near the spark plug 32, which can also improve combustion stability.

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 PCM 80 controls the injector 28 to perform the first injection in the first half of the intake stroke and the second injection in the second half of the intake stroke. Since the swirl flow is strong in the first half of the intake stroke and weak in the second half of the intake stroke, the fuel injection amounts Q1 and Q2 of the first and second injections are set as described above according to the strength of the swirl flow (Q1>Q2), so that the fuel spray from the first and second injections can be accurately retained near the spark plug 32.

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 engine system 100 is applied to a vehicle having an automatic transmission, the PCM 80 changes the fuel injection timing and fuel injection amount of each of the first to third injections depending on whether the automatic transmission is in the driving range or the non-driving range, so that control suitable for each of the driving range and the non-driving range can be performed. In addition, according to this embodiment, the PCM 80 further changes the engine speed and ignition timing depending on whether the automatic transmission is in the driving range or the non-driving range, so that control suitable for each of the driving range and the non-driving range can be performed.

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 engine system 100 is applied to a vehicle having a manual transmission, the PCM 80 performs the first to third injections described above only when the manual transmission is in neutral gear or the clutch of the manual transmission is disengaged. This allows the first to third injections according to this embodiment to be performed accurately in a situation where catalyst activation control can be performed in a vehicle having a manual transmission.

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 piston crown surface 14a does not have a cavity and is formed almost flat, so that adhesion of fuel to the piston 14 (such as adhesion of fuel to the cavity) during catalyst activation control can be effectively suppressed.

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
Reference Signs List 1 engine 2 cylinder 14 piston 14a piston crown 16 combustion chamber 18 intake port 28 injector (fuel injection valve)
32 Spark plug 40 Intake passage 43 Swirl control valve (swirl flow generating mechanism)
44 Exhaust passage 45 Catalyst 46 EGR passage 48 EGR valve 80 PCM (controller)
100 Engine System

Claims (7)

エンジンシステムであって、
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、
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、前記自動変速機のレンジが前記走行レンジである場合と前記非走行レンジである場合とで、エンジン回転数及び前記点火プラグの点火時期を更に変えるように、前記エンジンを制御するよう構成されている、請求項に記載のエンジンシステム。 3. The engine system according to claim 2, wherein the controller is configured to control the engine so as to further change an engine speed and an ignition timing of the spark plug when the automatic transmission is in the drive range and when the automatic transmission is in the non-drive range . 前記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、
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.
前記ピストンの冠面は、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、請求項1乃至のいずれか一項に記載のエンジンシステム。 5. The engine system according to claim 1 , wherein a crown surface of the piston is substantially flat without a cavity being formed therein. 前記点火プラグは、前記燃焼室の天井の中央部に設けられている、請求項1乃至のいずれか一項に記載のエンジンシステム。 6. The engine system according to claim 1 , wherein the ignition plug is provided in a central portion of a ceiling of the combustion chamber. 前記スワール流生成機構は、前記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、請求項1乃至のいずれか一項に記載のエンジンシステム。 7. The engine system according to claim 1 , wherein the swirl flow generating mechanism is a swirl control valve provided in an intake passage of the engine.
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