本发明涉及内燃机的控制装置。详细而言，涉及对具备向缸内喷射燃料的喷射器的火花点火式发动机进行控制的内燃机的控制装置。
背景技术：
在日本特开2011-106377号公报中公开了一种在燃烧室的上部具备向缸内喷射燃料的喷射器和使缸内的混合气着火的火花塞的发动机。喷射器具备多个喷孔。多个喷孔中的最接近火花塞的放电间隙的中心位置的喷孔的中心位置从放电间隙的中心位置离开特定的距离。
该公报还公开了一种在从开始燃料喷射后的预定正时到该燃料喷射的结束正时为止的期间，对火花塞施加高电压的发动机的控制方法。该发动机控制是使点火期间与燃料喷射期间重叠的控制。刚喷射后的燃料喷雾一边带走其周围的空气一边向喷射方向前进。因此，在燃料喷射期间，在燃料喷雾的周围形成低压部(夹卷(entrainment))。另一方面，在点火期间，在放电间隙产生放电火花。因此，当进行使点火期间与燃料喷射期间重叠的发动机控制时，放电火花被向低压部诱引。根据这样的诱引作用，能够提高火花塞周边的混合气的着火性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-106377号公报
专利文献2：日本特开2008-190511号公报
专利文献3：日本特开2000-282920号公报
专利文献4：日本特开平11-280522号公报
专利文献5：日本特开2009-185688号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
日本特开2011-106377号公报还介绍了排气净化催化剂的活化来作为上述的诱引作用的应用例。虽然在该公报中没有提及，但通常通过将点火期间(也就是说，对火花塞施加高电压的期间)设定在比压缩上止点靠延迟侧来进行排气净化催化剂的活化控制。因此，在将上述的诱引作用应用于通常的活化控制时，该活化控制成为使燃料喷射期间与设定在比压缩上止点靠延迟侧的点火期间重叠的控制。
本发明人对在燃烧室内生成滚流的发动机中的上述那样的排气净化催化剂的活化控制进行了研究。该发动机具备喷射器和火花塞。喷射器具备多个喷孔。火花塞配置于燃烧室的上部的滚流的流动方向上的比喷射器靠下游侧的位置。火花塞位于从多个喷孔喷射的燃料喷雾中的最接近火花塞的燃料喷雾的下游侧，并且位于比该最接近火花塞的燃料喷雾的外轮廓面靠上方的位置。
研究的控制是进行与比压缩上止点靠延迟侧的点火期间重叠的第1燃料喷射和在比该压缩上止点靠提前侧的第2燃料喷射的控制。第1燃料喷射形成在滚流的流动方向上回旋的混合气。第2燃料喷射产生上述的低压部。因此，当进行研究的控制时，在点火期间所产生的放电火花与由该放电火花和混合气所产生的初期火焰也被向低压部诱引。产生初期火焰的混合气由来于第1燃料喷射。被诱引到低压部的初期火焰与由来于第2燃料喷射的燃料喷雾接触而成长，并且将燃烧室内的残留的混合气卷入而扩大。该残留的混合气由来于第1燃料喷射，是没有作用于初期火焰的生成的混合气。
本发明人对研究的控制进行思考，发现了以下问题。以研究的控制为前提的发动机在燃烧室的上部的滚流的流动方向上的比喷射器靠下游侧的位置具备火花塞。因此，在燃烧室内产生比较强的滚流的情况下，初期火焰等会向滚流的流动方向进行较大的移动。这样一来，尽管低压部进行诱引，但初期火焰等无法与由来于第2燃料喷射的燃料喷雾接触，从而燃烧有可能变得不稳定。并且，在研究的控制期间的循环中，若燃烧变得不稳定的循环变多，则循环间的燃烧变动变大，会对驱动性能产生影响。
本发明是鉴于上述的问题而做出的，其目的在于，在具备设置于燃烧室的上部的喷射器和设置于燃烧室的上部的滚流的流动方向上的比喷射器靠下游侧的位置的火花塞的内燃机中，实现通过使喷射器的燃料喷射期间与火花塞的点火期间重叠的控制来使排气净化催化剂活化时的燃烧的稳定化。
用于解决问题的技术方案
本发明的内燃机的控制装置对具备喷射器、火花塞以及排气净化催化剂的内燃机进行控制。
所述喷射器设置于产生滚流的燃烧室的上部。所述喷射器从多个喷孔向缸内喷射燃料。
所述火花塞设置于所述燃烧室的上部，利用放电火花对缸内的混合气进行点火。所述火花塞配置于所述燃烧室的上部的滚流的流动方向上的比所述喷射器靠下游侧的位置。所述火花塞位于从所述多个喷孔喷射的燃料喷雾中的最接近所述火花塞的燃料喷雾的下游侧且比所述最接近火花塞的燃料喷雾的外轮廓面靠所述燃烧室的上部侧的位置。
所述排气净化催化剂对来自所述燃烧室的排气进行净化。
作为使所述排气净化催化剂活化的控制，所述控制装置控制所述火花塞以使得在比压缩上止点靠延迟侧的点火期间产生放电火花，并且控制所述喷射器以进行在比所述压缩上止点靠提前侧的第1喷射和在比所述压缩上止点靠延迟侧且喷射期间与所述点火期间的至少一部分重叠的第2喷射。
所述控制装置，在判定为与初期燃烧的稳定性相关的参数超过阈值的情况下，还强制性地使所述内燃机的转速上升。
在初期燃烧变得不稳定的情况下，与初期燃烧的稳定性相关的参数超过阈值。当在这样的情况下强制性地使内燃机的转速上升时，缸内的流动性提高。若缸内的流动性提高，则均质混合气的均质性改善。若均质混合气的均质性改善，则在点火期间由均质混合气产生的初期火焰膨大化。这样一来，初期火焰容易将通过第2喷射产生的燃料喷雾卷入，从而使初期火焰成长的燃烧稳定化。
所述控制装置也可以在变更所述内燃机的转速后的循环中，在再次判定为所述参数超过所述阈值的情况下，控制所述喷射器以增加所述第1喷射中的喷射量。
在尽管内燃机的转速强制性地上升但初期燃烧仍不稳定的情况下，与初期燃烧的稳定性相关的参数超过阈值。若在这样的情况下增加第1喷射中的喷射量，则均质混合气的燃料浓度提高。若均质混合气的燃料浓度提高，则火花塞和放电火花的周围的均质混合气的燃料浓度也提高。这样一来，使初期火焰成长的燃烧稳定化。
所述控制装置也可以在变更所述内燃机的转速后的循环中，在再次判定为所述参数超过所述阈值的情况下，控制所述喷射器以将所述第1喷射分割为多次来进行。
在尽管内燃机的转速强制性地上升但初期燃烧仍不稳定的情况下，与初期燃烧的稳定性相关的参数超过阈值。若在这样的情况下将第1喷射分割为多次来进行，则均质混合气的均质性提高。这样一来，使初期火焰成长的燃烧稳定化。
发明的效果
根据本发明的内燃机的控制装置，在燃烧室的上部的滚流的流动方向上的比喷射器靠下游侧的位置具备火花塞的发动机中，能够实现通过使喷射器的燃料喷射期间与火花塞的点火期间重叠的控制来使排气净化催化剂活化时的燃烧的稳定化。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式1的系统构成的图。
图2是示出图1所示的发动机10刚起动后的燃料喷射形式的一例的图。
图3是示出催化剂预热控制期间的喷射开始正时、喷射期间以及电极部的放电期间的图。
图4是示出在膨胀行程喷射的燃料喷射量与燃烧变动率的关系的一例的图。
图5是用于说明基于膨胀行程喷射的诱引作用的图。
图6是说明活用了诱引作用的催化剂预热控制的问题点的图。
图7是说明本发明的实施方式1的催化剂预热控制的特征的图。
图8是示出燃烧变动率与SA-CA10的关系的图。
图9是示出在本发明的实施方式1中由图1所示的ECU40执行的处理的一例的流程图。
图10是说明本发明的实施方式2的催化剂预热控制的特征的图。
图11是示出在本发明的实施方式2中由图1所示的ECU40执行的处理的一例的流程图。
图12是示出在膨胀行程喷射中的喷射量与发动机的冷却水温或油温的关系的一例的图。
图13是说明参考例1的催化剂预热控制的特征的图。
图14是示出排气行程喷射的喷射期间(燃料喷射量)与发动机的冷却水温或油温的关系的一例的图。
图15是说明参考例3的催化剂预热控制的特征的图。
图16是示出压缩行程喷射的开始正时与发动机转速的关系的一例的图。
附图标记说明
10内燃机(发动机)
12汽缸
16汽缸盖
20燃烧室
30喷射器
32火花塞
40ECU
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。此外，对于在各图中共通的要素标注相同标号并省略重复的说明。另外，本发明不受以下的实施方式所限定。
实施方式1.
首先，参照图1至图9，对本发明的实施方式1进行说明。
[系统构成的说明]
图1是说明本发明的实施方式1的系统构成的图。如图1所示，本实施方式的系统具备搭载于车辆的内燃机(以下，也称为“发动机”)10。发动机10是四冲程一循环发动机，具有多个汽缸。不过，在图1中仅描绘了其中一个汽缸12。发动机10具有形成有汽缸12的汽缸体14和配置于汽缸体14上的汽缸盖16。在汽缸12内配置有在其轴向(在本实施方式中为铅直方向)上往复运动的活塞18。发动机10的燃烧室20至少由汽缸体14的壁面、汽缸盖16的下表面以及活塞18的上表面划定。
在汽缸盖16形成有与燃烧室20连通的进气口22和排气口24各两个。在进气口22的与燃烧室20连通的开口部设置有进气门26，在排气口24的与燃烧室20连通的开口部设置有排气门28。另外，在汽缸盖16，从燃烧室20的上部的大致中央起以顶端面对燃烧室20的方式设置有喷射器30。喷射器30与由燃料罐、共轨、供给泵等构成的燃料供给系统连接。另外，在喷射器30的顶端呈放射状地形成有多个喷孔，在打开喷射器30时，燃料以高压状态从这些喷孔喷射。
另外，在汽缸盖16，在比设置有喷射器30的部位靠排气门28侧设置有火花塞32。火花塞32在顶端具备由中心电极和接地电极构成的电极部34。电极部34在比来自喷射器30的燃料喷雾的外轮廓面(以下也称为“喷雾外轮廓面”)靠上方的范围(即，从喷雾外轮廓面到汽缸盖16的下表面的范围)突出地配置。更详细而言，电极部34在比从喷射器30的喷孔呈放射状地喷射出的燃料喷雾中的最接近火花塞32的燃料喷雾(以下，也称为“最接近火花塞的燃料喷雾”)的外轮廓面靠上方的范围突出地配置。此外，在图1中描绘的外轮廓线表示最接近火花塞的燃料喷雾的外轮廓面。
进气口22从进气通路侧的入口朝向燃烧室20大致笔直地延伸，在作为与燃烧室20连接的部分的喉部36处流路截面积被减小。进气口22的这样的形状使得从进气口22供给到燃烧室20的进气产生滚流(tumble)。滚流在燃烧室20内回旋。更详细地说，滚流在燃烧室20的上部从进气口22侧朝向排气口24侧行进，在排气口24侧从燃烧室20的上部朝向下部行进。另外，滚流在燃烧室20的下部从排气口24侧朝向进气口22侧行进，在进气口22侧从燃烧室20的下部朝向上方行进。在形成燃烧室20的下部的活塞18的上表面形成有用于保持滚流的凹部。
滚流的滚流比(滚流的角速度/发动机转速)TR被设定为3.5以上的高的值。其原因在于，发动机10是谋求高压缩比和在使用频度高的运转区域大量导入EGR气体的发动机。若压缩比变高，则缸内的湍流减小，若在该状态下向缸内大量导入EGR气体，则在上述运转区域的燃烧耐性下降。基于这样的原因，滚流比TR被设定为高的值。此外，滚流的生成不限于通过喉部36产生。例如，也可以将使滚流比TR可变的滚流控制阀(TCV)设置于进气口22等进气路径，通过控制所述滚流控制阀的开度来生成滚流。
另外，如图1所示，本实施方式的系统具备作为控制装置的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)40。ECU40具备RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等。ECU40对搭载于车辆的各种传感器的信号进行读取处理。各种传感器至少包括：对燃烧室20内的气体的压力(缸内压)进行检测的压力传感器42；对与活塞18连接的曲轴的旋转角度进行检测的曲轴角传感器42；以及对发动机10的冷却水温进行检测的温度传感器46。ECU40对读取的各传感器的信号进行处理并按照预定的控制程序对各种致动器进行操作。由ECU40操作的致动器至少包括上述的喷射器30和火花塞32。
[ECU40进行的起动时控制]
在本实施方式中，作为图1所示的ECU40进行的发动机10刚冷起动后的控制，进行促进排气净化催化剂的活化的控制(以下也称为“催化剂预热控制”)。排气净化催化剂是设置于发动机的排气通路的催化剂，作为一例，可例举在处于活化状态下的催化剂的气氛接近化学计量时净化排气中的氮氧化物(NOx)、烃(HC)以及一氧化碳(CO)的三元催化剂。在发动机10起动后，在使变速器的齿轮成为空档状态的设定期间进行催化剂预热控制。基于发动机起动时的温度传感器46的检测值，由ECU40算出设定期间。
参照图2至图4对催化剂预热控制进行说明。图2示出了发动机10刚冷起动后的燃料喷射形式(pattern)的一例。如图2所示，在刚起动后首先采用将进气行程中的喷射(以下，也称为“进气行程喷射”)与压缩行程中的喷射(以下，也称为“压缩行程喷射”)组合而得到的燃料喷射形式。之后，为了开始催化剂预热控制而变更燃料喷射形式。具体而言，压缩行程喷射被切换成膨胀行程中的喷射(以下，也称为“膨胀行程喷射”)。也就是说，在催化剂预热控制中，采用将进气行程喷射与膨胀行程喷射组合而得到的燃料喷射形式。
图3示出了催化剂预热控制期间的喷射开始正时、喷射期间以及电极部的放电期间。如图3所示，进气行程喷射在曲轴角CA1(作为一例，BTDC280°附近)开始。电极部的放电期间CP被设定在比压缩上止点(TDC)靠延迟侧。将放电期间CP设定在比压缩上止点靠延迟侧是为了使排气温度上升。在该放电期间CP进行膨胀行程喷射。更详细而言，放电期间CP是从曲轴角CA2(作为一例，ATDC25～35°)到曲轴角CA3为止的期间。膨胀行程喷射在比曲轴角CA2靠延迟侧的曲轴角CA4开始，并且在比曲轴角CA3靠提前侧的曲轴角CA5结束。
在图3中，在从曲轴角CA2到曲轴角CA4之间存在间隔IT。不过，间隔IT可以是零。也就是说，曲轴角CA2与曲轴角CA4也可以一致。另外，间隔IT也可以是负值。也就是说，曲轴角CA4也可以位于比曲轴角CA2靠提前侧。曲轴角CA2与曲轴角CA4之间的关系在曲轴角CA3与曲轴角CA5之间也适用。即，曲轴角CA3与曲轴角CA5也可以一致。曲轴角CA5也可以位于比曲轴角CA3靠提前侧。只要膨胀行程喷射的喷射期间的至少一部分与放电期间CP重叠即可，可以变更曲轴角CA2、CA3、CA4、CA5。其原因在于，若膨胀行程喷射的喷射期间的至少一部分与放电期间CP重叠，则能够得到后述的诱引作用。
膨胀行程喷射的喷射期间是基于在与催化剂预热控制期间同等的运转条件下得到的燃烧变动率与膨胀行程喷射中的燃料喷射量的关系而设定的。图4示出了该关系的一例。如图4所示，在与催化剂预热控制期间同等的运转条件下得到的燃烧变动率在特定的燃料喷射量的范围向下凸。膨胀行程喷射的喷射期间被设定为与该燃烧变动率变得最小时的燃料喷射量(作为一例，3～5mm3/st左右)相当的喷射期间。
[活用了诱引作用的催化剂预热控制及其问题点]
图5是说明基于膨胀行程喷射的诱引作用的图。此外，为了便于说明，在图5中仅示出最接近火花塞的燃料喷雾。在图5的上段描绘出在电极部34的放电期间即将进行膨胀行程喷射之前的缸内状态。如该上段所示，在电极部34的放电期间，由在电极部34产生的放电火花和燃烧室20内的均质混合气产生火焰核(flame kernel)。均质混合气是由来于进气行程喷射的燃料喷雾的混合气。如图5所示，放电火花在滚流SW的流动方向上延伸。另外，火焰核在滚流SW的流动方向上流动。
在图5的中段描绘出刚进行膨胀行程喷射之后的缸内状态。如该中段所示，当进行膨胀行程喷射时，在燃料喷雾的周围形成低压部(夹卷)。这样一来，放电火花和由火焰核产生的初期火焰被向最接近火花塞的燃料喷雾诱引。由此，初期火焰将最接近火花塞的燃料喷雾卷入而扩大。在图5的下段描绘出比图5的中段的缸内状态稍微靠后的缸内状态。如该下段所示，初期火焰将最接近火花塞的燃料喷雾卷入而进一步扩大。这样，根据基于膨胀行程喷射的诱引作用，能够使得使由均质混合气产生的初期火焰成长的燃烧(以下，也称为“初期燃烧”)稳定化。
如之前所说明，本实施方式的发动机是将滚流比TR设定为高的值的发动机。其原因也如之前所说明，是为了抑制在大量导入EGR气体的运转区域的燃烧耐性的下降。滚流比TR高的滚流在催化剂预热控制期间也会产生。但是，产生这样的滚流这一情况意味着，放电火花容易在滚流的流动方向上延伸，并且火焰核和初期火焰容易向所述方向流动。图6(i)示出了放电火花向滚流的流动方向大程度地延伸、火焰核向所述方向大程度地流动时的缸内状态。在缸内状态为图6(i)所示的状态的情况下，从最接近火花塞的燃料喷雾到放电火花或火焰核为止的距离变大。因此，初期火焰难以将最接近火花塞的燃料喷雾卷入，从而初期燃烧变得不稳定。
除了被设定为高的值的滚流比TR之外，还有其他要因使初期燃烧变得不稳定。例如，当电极部或放电火花的周围的均质混合气的空燃比不适当时，初期燃烧容易变得不稳定。图6(ii)示出了电极部的周围的均质混合气的空燃比过浓时的缸内状态。在缸内状态为图6(ii)所示的状态的情况下，空气变少从而燃烧本身难以发生。因此，即使能够通过膨胀行程喷射诱引放电火花，初期燃烧也会变得不稳定。图6(iii)示出了电极部的周围的均质混合气的空燃比过烯时的缸内状态。在缸内状态为图6(iii)所示的状态的情况下，初期火焰容易消失。因此，即使能够通过膨胀行程喷射诱引放电火花，初期燃烧也会变得不稳定。
[本实施方式的催化剂预热控制的特征]
若在催化剂预热控制期间初期燃烧变得不稳定的循环变多，则循环间的燃烧变动变大从而对驱动性能造成影响。因此，在本实施方式中，在催化剂预热控制期间进行与初期燃烧的稳定性相关的判定。并且，在判定为初期燃烧变得不稳定的情况下，进行强制性地使发动机转速上升的控制。
图7是说明本发明的实施方式1的催化剂预热控制的特征的图。如之前所述，在本实施方式中，在判定为初期燃烧变得不稳定的情况下，强制性地使发动机转速上升。当强制性地使发动机转速上升时，缸内的流动性提高。若缸内的流动性提高，则均质混合气的均质性改善。因此，如图7所示，能够使火焰核膨大化。若火焰核膨大化，则由火焰核产生的初期火焰也膨大化。这样一来，初期火焰容易将最接近火花塞的燃料喷雾卷入，从而初期燃烧稳定化。
发动机转速的强制性的上升通过变更目标转矩来实现。变更前的目标转矩是在发动机起动时设定的目标转矩。通常的催化剂预热控制期间的目标转矩保持为与发动机起动时的目标转矩相同的值。因此，催化剂预热控制期间的发动机转速大致恒定(参照图2)。与此相对，本实施方式中的变更后的目标转矩被设定为比发动机起动时的目标转矩高的值。在将目标转矩变更为高的值时，吸入空气量增加从而发动机转速上升。目标转矩向高的值的变更不依赖于变速器的种类，因此作为使发动机转速上升的手段是优选的。作为其他的手段，在除了起动器之外发动机还另外具备使曲轴旋转的旋转机(例如，电动发电机)的情况下，也可以通过该旋转机使发动机转速上升。
与初期燃烧的稳定性相关的判定基于SA-CA10进行判定。SA-CA10定义为，从相对于点火正时(也就是说，电极部的放电开始正时)而言伴随有着火延迟地开始的初期燃烧的开始点(曲轴角CA0)到燃烧质量比例MFB成为10％的燃烧点(曲轴角CA10)的曲轴角期间。此外，MFB基于利用压力传感器42和曲轴角传感器44而得到的缸内压数据的解析结果来算出，基于算出的MFB来算出SA-CA10。此外，关于根据缸内压数据的解析结果算出MFB的方法和算出SA-CA10的方法，例如在日本特开2015-094339号公报和日本特开2015-098799号公报中进行了详细叙述，因此在本说明书中省略说明。
从上述的SA-CA10的定义可知，SA-CA10的值小这一情况意味着MFB从0％到成为10％为止的期间短。相反地，SA-CA10的值大这一情况意味着MFB从0％到成为10％为止的期间长。图8是示出燃烧变动率与SA-CA10的关系的图。如图8所示，SA-CA10越长则燃烧变动率变得越大并会超过其容许范围。
在本实施方式的催化剂预热控制中，在控制开始后的数十～数百循环中，算出实际算出的SA-CA10(以下，也称为“实际SA-CA10”)与正常时的SA-CA10的差。并且，在SA-CA10的差的平均长到预定曲轴角(作为一例，5deg)以上的情况下，判定为初期燃烧变得不稳定。此外，关于正常时的SA-CA10，通过事先适当设定。
[具体的处理]
图9是示出在本发明的实施方式1中由图1所示的ECU40执行的处理的一例的流程图。此外，该图所示的例程在选择了执行催化剂预热控制的运转模式(以下，也称为“催化剂预热模式”)的期间反复执行。此外，催化剂预热模式是在各种前提条件成立的情况下被选择。前提条件包括系统无异常、预热要求条件成立以及安全条件成立。预热要求条件包括发动机的冷却水温或油温处于预定范围内。安全条件包括没有催化剂预热控制的禁止要求。
在图9所示的例程中，ECU40首先对实际SA-CA10是否比正常时的SA-CA10长预定曲轴角(5deg)以上进行判定(步骤S10)。ECU40对另外算出的实际SA-CA10与正常时的SA-CA10(设定值)进行比较。在步骤S10的判定结果为否定的情况下，能够判断为燃烧没有特别的问题。因此，ECU40跳出本例程。
另一方面，在步骤S10的判定结果为肯定的情况下，能够判定为初期燃烧变得不稳定。因此，ECU40将目标转矩变更为比发动机起动时的目标转矩高的值(步骤S12)。由此，吸入空气量增加从而发动机转速上升，均质混合气的均质性提高。
以上，根据图9所示的例程，能够基于实际SA-CA10进行与初期燃烧的稳定性相关的判定。另外，在判定为初期燃烧变得不稳定的情况下，能够通过变更目标转矩来使发动机转速上升。因此，能够使选择催化剂预热模式期间的初期燃烧稳定化。
此外，在上述实施方式1中，进气行程喷射相当于本发明的“第1喷射”。在催化剂预热控制期间进行的膨胀行程喷射相当于本发明的“第2喷射”。SA-CA10相当于本发明的“与初期燃烧的稳定性相关的参数”。
实施方式2.
接着，参照图10至图11对本发明的实施方式2进行说明。此外，本实施方式以图1所示的系统构成为前提，因此省略其说明。
[实施方式2的催化剂预热控制的特征]
在上述实施方式1中，在判定为初期燃烧变得不稳定的情况下，将目标转矩变更为比发动机起动时的目标转矩高的值。但是，存在即使进行这样的目标转矩的变更初期燃烧也不稳定化的情况。因此，在本实施方式中，在变更目标转矩之后，再次进行与初期燃烧的稳定性相关的判定。并且，在判定为初期燃烧变得不稳定的情况下，继续变更目标转矩，同时增加在进气行程喷射中的喷射量。若增加在进气行程喷射中的喷射量，则能够提高均质混合气的燃料浓度。若提高均质混合气的燃料浓度，则能够在产生电极部的周围的均质混合气的空燃比过烯时的问题(参照图6(iii))的情况下使初期燃烧稳定化。
不过，若单纯地延长进气行程喷射的喷射期间，则电极部的周围的均质混合气的空燃比有可能变为过浓。这样，会新产生在图6(ii)中所说明的问题。另外，若单纯地延长进气行程喷射的喷射期间，则喷射燃料容易附着于燃烧室的壁面。这样一来，作为排放限制的对象之一的粒子数PN(Particulate Number：微粒数)会增加。因此，在本实施方式中，延长进气行程喷射的喷射期间，并且分割该喷射期间。
图10是说明本发明的实施方式2的催化剂预热控制的特征的图。在图10的上段描绘出上述实施方式1的催化剂预热控制的概要，在图10的下段描绘出本实施方式的催化剂预热控制的概要。对图10的上段与下段进行比较可知，本实施方式的催化剂预热控制在将进气行程喷射的喷射期间分割这一点上与上述实施方式1不同。第一次的喷射期间IP1’设定为与第二次喷射期间IP2’相同的长度。喷射期间IP1’和喷射期间IP2’均比上述实施方式1的进气行程喷射的喷射期间IP1短。不过，喷射期间IP1’与喷射期间IP2’的合计比喷射期间IP1长。喷射期间IP1’在曲轴角CA1开始。喷射期间IP1’在比曲轴角CA1靠延迟侧的曲轴角CA6开始。
如之前所说明，若增加在进气行程喷射中的喷射量，则能够提高均质混合气的燃料浓度。若分两次进行进气行程喷射，则也能够提高均质混合气的均质性。若分两次进行进气行程喷射，则也能够抑制喷射燃料附着到燃烧室的壁面。这样，根据本实施方式的催化剂预热控制，能够抑制粒子数PN的增大，同时使初期燃烧稳定化。
此外，变更目标转矩后的与初期燃烧的稳定性相关的判定与上述实施方式1中的判定基本上相同。即，在变更目标转矩后的数十～数百循环中，算出实际SA-CA10与正常时的SA-CA10的差。并且，在SA-CA10的差的平均长到预定曲轴角(作为一例，5deg)以上的情况下，判定为初期燃烧变得不稳定。
[具体的处理]
图11是示出在本发明的实施方式2中由图1所示的ECU40执行的处理的一例的流程图。此外，该图所示的例程在选择了催化剂预热模式的期间反复执行。
在图11所示的例程中，ECU40适当进行步骤S10、S12的处理。步骤S10、S12的处理如在图9中所说明那样。
继步骤S12，ECU40对实际SA-CA10是否比正常时的SA-CA10长预定曲轴角(5deg)以上进行判定(步骤S14)。ECU40对另外算出的实际SA-CA10与正常时的SA-CA10(设定值)进行比较。在步骤S14的判定结果为否定的情况下，能够判断为通过变更目标转矩而初期燃烧稳定化了。因此，ECU40跳出本例程。
另一方面，在步骤S14的判定结果为肯定的情况下，能够判断为尽管变更了目标转矩但初期燃烧仍变得不稳定。因此，ECU40增加在进气行程喷射中的喷射量，并且分割进气行程喷射(步骤S16)。由此，均质混合气的燃料浓度和均质性提高。
以上，根据图11所示的例程，能够通过变更目标转矩来使选择催化剂预热模式期间的初期燃烧稳定化。另外，在判定为即使进行了目标转矩的变更初期燃烧也没有稳定化的情况下，能够增加在进气行程喷射中的喷射量，并且分割进气行程喷射。因此，能够高概率地使选择催化剂预热模式期间的燃烧稳定化。
其他实施方式.
在上述实施方式1、2中，形成于燃烧室20的滚流以在排气口24侧从燃烧室20的上部朝向下部行进并且在进气口22侧从燃烧室20的下部朝向上方行进的方式回旋。但是，该滚流也可以向反方向，即以在进气口22侧从燃烧室20的上部朝向下方行进并且在排气口24侧从燃烧室20的下部朝向上部行进的方式回旋。不过，在该情况下，需要将火花塞32的配置部位从排气门28侧变更为进气门26侧。若这样变更火花塞32的配置部位，则变为火花塞32在滚流的流动方向上位于喷射器30的下游侧，因此，能够得到基于膨胀行程喷射的诱引作用。
在上述实施方式1、2中，利用SA-CA10进行了与初期燃烧的稳定性相关的判定。但是，也可以代替SA-CA10而利用Gat30的波动(标准偏差)进行上述的判定。在设置于曲轴的转子上，以30°CA间隔设置有齿，曲轴角传感器44构成为每当转子旋转30°CA时便发出信号。Gat30作为所述信号与信号之间的时间即曲轴旋转30°所需要的时间被算出。
进一步而言，不限于Gat30和SA-CA10，也可以使用转子旋转60°CA所需要的时间(Gat60)、从点火期间的开始正时到MFB达到5％为止的曲轴角期间(SA-CA5)或者是从点火期间的开始正时到MFB达到15％为止的曲轴角期间(SA-CA15)。这样，在与初期燃烧的稳定性相关的判定中，能够使用任何与初期燃烧的稳定性有关的参数。
另外，在上述实施方式2中，在目标转矩的变更后进行的与燃烧的稳定性相关的判定的结果为肯定的情况下，增加在进气行程喷射中的喷射量。但是，也可以代替增加在进气行程喷射中的喷射量而增加在膨胀行程喷射中的喷射量。若增加在膨胀行程喷射中的喷射量，则能够提高初期火焰等的诱引作用。因此，能够在产生了起因于滚流比TR高的滚流的问题(参照图6(i))时使初期燃烧稳定化。图12是示出在膨胀行程喷射中的喷射量与发动机的冷却水温或油温的关系的一例的图。如图12所示，冷却水温或油温越低则越增多在膨胀行程喷射中的喷射量。若像这样增加在膨胀行程喷射中的喷射量，则即使处于低温环境也能够确保初期火焰的产生所需要的气化燃料。进一步而言，也可以将在图12所说明的喷射量的增量添加到在上述实施方式2中进行的喷射量的增量中。
另外，在上述实施方式2中，在目标转矩的变更后进行的与燃烧的稳定性相关的判定的结果为肯定的情况下，延长进气行程喷射的喷射期间，并且分割该喷射期间。但是，也可以不延长在进气行程喷射中的喷射期间而仅分割进气行程喷射的喷射期间。若不延长在进气行程喷射中的喷射期间，则均质混合气的燃料浓度不会改变。但是，只要分割进气行程喷射的喷射期间，就至少能够提高均质混合气的均质性。因此，能够使初期燃烧稳定化。进一步而言，进气行程喷射的喷射期间也可以分割为三次以上。也就是说，也可以将进气行程喷射进行三次以上。
参考例.
以下，将在本发明的研究过程中本发明人想到的另外的发明作为参考例1～4来公开。此外，对与之前叙述的实施方式相同的构成要素标注相同标号，并省略其说明。
[系统构成的说明]
参考例1～4的系统均以向图1所示的系统构成添加了气口喷射器(port injector)的系统为前提。气口喷射器设置于图1所示的进气口22。气口喷射器包含于由图1所示的ECU40操作的致动器。当打开图1所示的喷射器30时，燃料直接向燃烧室20喷射。与此相对，当打开气口喷射器时，燃料向进气口喷射。来自气口喷射器的燃料喷雾与进气口22内的进气混合而形成混合气。进气口22内的混合气伴随于图1所示的进气门26的打开而向燃烧室20流入。
参考例1.
[参考例1的催化剂预热控制的特征]
与上述实施方式1、2同样，在参考例1中，在催化剂预热控制期间进行与初期燃烧的稳定性相关的判定。不过，在参考例中，在判定为初期燃烧变得不稳定的情况下，进行使用气口喷射器的排气行程中的喷射(以下，也称为“排气行程喷射”)。图13是说明参考例1的催化剂预热控制的特征的图。在图13的上段描绘出上述实施方式1的催化剂预热控制的概要，在图13的下段描绘出参考例1的催化剂预热控制的概要。对图13的上段与下段进行比较可知，参考例1的催化剂预热控制将相当于进气行程喷射的喷射作为气口喷射器的排气行程喷射来进行。排气行程喷射在曲轴角CA7处开始。
通过排气行程喷射形成的混合气与通过进气行程喷射形成的混合气相比，均质性优异。因此，在判定为初期燃烧变得不稳定的情况下，若代替进气行程喷射而进行排气行程喷射，则能够改善均质混合气的均质性。因此，能够实现在图7中所说明的火焰核的膨大化。由此，能够实现初期火焰的膨大化，从而能够使初期燃烧稳定化。
参考例2.
[参考例2的催化剂预热控制的特征]
在参考例2的催化剂预热控制中，根据冷却水温或油温来变更在参考例1中所说明的排气行程喷射的燃料量。图14是示出排气行程喷射的喷射期间(燃料喷射量)与发动机的冷却水温或油温的关系的一例的图。如图14所示，冷却水温或油温越低则越延长排气行程喷射的喷射期间。若像这样延长排气行程喷射的喷射期间，则即使处于低温环境也能够确保初期火焰的产生所需要的气化燃料。
参考例3.
[参考例3的催化剂预热控制的特征]
在参考例3的催化剂预热控制中，在尽管进行了参考例1中所说明的排气行程喷射但初期燃烧仍不稳定化的情况下，进行使用图1所示的喷射器30的压缩行程中的喷射(以下，也称为“压缩行程喷射”)。图15是说明参考例3的催化剂预热控制的特征的图。在图15的上段描绘出参考例1的催化剂预热控制的概要，在图15的下段描绘出参考例3的催化剂预热控制的概要。对图15的上段与下段进行比较可知，参考例3的催化剂预热控制除了进行排气行程喷射和膨胀行程喷射之外，还进行压缩行程喷射。压缩行程喷射在曲轴角CA8处开始。
若进行压缩行程喷射，则能够提高电极部的周围的均质混合气的燃料浓度。因此，能够在产生了电极部的周围的均质混合气的空燃比过烯时的问题(参照图6(iii))的情况下使初期燃烧稳定化。
参考例4.
[参考例4的催化剂预热控制的特征]
在参考例4的催化剂预热控制中，根据发动机转速来变更参考例3中所说明的开始压缩行程喷射的曲轴角CA8。图16是示出压缩行程喷射的开始正时与发动机转速的关系的一例的图。如图16所示，发动机转速越高则越向延迟侧的曲轴角变更压缩行程喷射的开始正时(也就是说，曲轴角CA8)。若像这样变更压缩行程喷射的开始正时，则能够在放电期间CP切实地提高电极部的周围的均质混合气的燃料浓度。