1]10火花塞
[0042]11燃料喷射器
[0043]20排气净化催化剂
[0044]21排气处理装置
[0045]25二次空气供给装置
[0046]27气泵
[0047]28空气开关阀
[0048]31电子控制单元
[0049]43温度传感器
【具体实施方式】
[0050]参照图1至图7，将对实施例中的内燃机进行说明。在本实施例中，将使用安装在车辆中的内燃机作为用于说明的示例。
[0051]图1为本实施例的内燃机的示意图。本实施例的内燃机为火花点火型。内燃机设置有发动机机体I。发动机机体I包括气缸体2和气缸盖4。气缸体2的内部布置有活塞3。每个活塞3在形成于气缸体2中的孔内往复运动。
[0052]在本实施例中，被活塞3的顶、气缸盖4以及气缸体2的孔包围的空间被称作“燃烧室”。每个气缸均形成有燃烧室5。每个燃烧室5连接至发动机进气通道和发动机排气通道。发动机进气通道是用于向燃烧室5供给空气或者燃料和空气的空气燃料混合物的通道。发动机排气通道是用于从燃烧室5排放由燃料的燃烧而产生的排气的通道。
[0053]气缸盖4形成有进气口 7和排气口 9。进气门6被布置在每个进气口 7的端部并且形成为能够打开和关闭与燃烧室5连通的发动机进气通道。排气门8被布置在每个排气口 9的端部并且形成为能够打开和关闭与燃烧室5连通的发动机排气通道。气缸盖4具有由固定至其的火花塞10构成的点火装置。
[0054]本实施例的内燃机设置有用作向每个燃烧室5的内部喷射燃料的气缸燃料喷射器的燃料喷射器11。燃料喷射器11直接将燃料喷射到气缸内。本实施例的内燃机通过高压燃料泵向燃料喷射器11供给存储在燃料罐中的燃料。在每个活塞3的顶面，形成有从燃料喷射器11的下方延伸到火花塞10的下方的空腔3a。通过在压缩行程中从燃料喷射器11喷射燃料，包含燃料的空气燃料混合物沿着空腔3a流动。燃料在火花塞10附近聚集，由此能够使燃料的浓度升高。也就是，能够提高分层度。
[0055]每个气缸的进气口 7通过对应的进气流道13连接至浪涌调节槽14。浪涌调节槽14通过进气管道15连接至空气滤清器23。在进气管道15的内部，布置有检测进气量的空气流量计16。此外，在进气管道15的内部，布置有由步进电机17驱动的节气门18。另一方面，每个气缸的排气口 9连接至排气歧管19。排气歧管19通过排气管22连接至排气处理装置21。在本实施例中的排气处理装置21包括排气净化催化剂20。能够采用具有用于实现预定的净化率的活化温度的任何催化剂作为排气净化催化剂20。例如三元催化剂、氧化催化剂、氮氧化物除去催化剂或者其他可以采用的催化剂。
[0056]在本实施例的内燃机中，设置有起到控制装置作用的电子控制单元31。本实施例中的电子控制单元31包括数字计算机。电子控制单元31包括通过双向总线32相互连接的诸如RAM (随机存储器)33、ROM (只读存储器)34、CPU (微处理器)35、输入端口 36以及输出端口 37的部件。
[0057]空气流量计16的输出信号通过对应的AD转换器(模数转换器)38输入至输入端口 36。加速踏板40连接至负载传感器41。负载传感器41产生与加速踏板40的压下量成比例的输出电压。所述输出电压通过对应的AD转换器38输入至输入端口 36。
[0058]例如，每次曲轴旋转预定角度，曲轴转角传感器42产生输出脉冲。所述输出脉冲输入至输入端口 36。曲轴转角传感器42的输出可被用于检测发动机转速。此外，曲轴转角传感器42的输出可被用于检测在任何时刻的曲轴转角。
[0059]如果将在包括燃烧室5中燃烧过的气体和在排气处理装置21的上游向发动机排气通道等供给的气体的气体中的空气和燃料(碳氢化合物)的比率称作“排气的空燃比(A/F) ”，发动机排气通道设置有检测从燃烧室5流出的排气的空燃比的空燃比传感器44。此夕卜，在排气处理装置21处，温度传感器43被布置为检测排气净化催化剂20的温度的温度检测器。温度传感器43起到取得排气净化催化剂20的温度的催化剂温度取得装置的作用。空燃比传感器44的输出以及温度传感器43的输出通过对应的AD转换器38输入至输入端P 36。
[0060]电子控制单元31的输出端口 37通过对应的驱动电路39连接至燃料喷射器11和火花塞10。本实施例中的电子控制单元31形成以便于执行燃料喷射控制和点火控制。也就是，来自燃料喷射器11的燃料喷射正时以及燃料的喷射量由电子控制单元31控制。而且，火花塞10的点火正时由电子控制单元31控制。此外，输出端口 37通过对应的驱动电路39连接至驱动节气门18的步进电机17。步进电机17由电子控制单元31控制。
[0061]本实施例的内燃机设置有在排气净化催化剂20的上流侧向发动机排气通道供给空气的二次空气供给装置25。二次空气供给装置25包括连接进气管道15与排气歧管19的二次空气供给通道26。二次空气供给通道26连接至在空气滤清器23的下游侧且在空气流量计16的上游侧处的进气管道15。此外，二次空气供给装置25包括电机驱动型气泵27和空气开关阀(ASV) 28。气泵27对进气管道15内的空气施加压力并将其供给至排气歧管19。此外，在二次空气供给通道26处，布置有用于防止空气回流的止回阀29。在气泵27与空气开关阀28之间，布置有检测二次空气供给通道26的内部压力的压力传感器30。
[0062]压力传感器30的输出被输入至电子控制单元31。此外，电子控制单元31的输出端口 37通过对应的驱动电路39连接至气泵27和空气开关阀28。这样，二次空气供给装置25由电子控制单元31控制。
[0063]本实施例中的二次空气供给装置25，例如，用于在内燃机的冷起动的时候等，排气净化催化剂20未被充分地升高温度的状态下。当用于二次空气供给装置25的起动的条件成立时，空气开关阀28被打开并且气泵27被驱动。通过空气滤清器23的一部分空气通过二次空气供给通道26，以被供给至排气歧管19内。氧气被供给至流过排气歧管19的排气。
[0064]从每个燃烧室5流出的排气包含未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳。从燃烧室5流出的排气温度高。通过使用二次空气供给装置来供给氧气，能够使未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳氧化。由于此时氧化的热量，可以使排气的温度升高。能够向排气净化催化剂20供给高温排气以促进排气净化催化剂20的温度升高。
[0065]可替换地，当排气净化催化剂20具有氧化功能时，能够向排气供给空气以使排气的空燃比变稀(大于理论空燃比)并且向排气净化催化剂20供给该空燃比变稀的排气。能够在排气净化催化剂20处氧化未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳并且促进排气净化催化剂20的温度升高。
[0066]本实施例的内燃机执行用于促进排气净化催化剂20的温度升高的第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。参照图1，在第一催化剂加热控制中，在燃烧循环的压缩行程中从燃料喷射器11喷射燃料。此时，在燃料集中在火花塞10的周围的时刻喷射燃料。火花塞10的周围的燃料浓度上升。这样，形成了用于点火的分层状态。也就是，执行分层燃烧。而且，通过执行分层燃烧，通过火花塞10的可点火周期变得更长并且控制大幅地延迟燃烧室5中的点火正时。执行控制以延迟在一般运转时或者执行第一催化剂加热控制之前的点火正时。通过执行该控制，能够使从燃烧室5流出的排气的温度上升。
[0067]此外，在本实施例的第二催化剂加热控制中，驱动二次空气供给装置25。通过驱动二次空气供给装置25，能够向排气歧管19供给空气。能够使包含在排气中的一氧化碳和碳氢化合物氧化并且使排气的温度上升。
[0068]本实施例的内燃机执行控制以同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。当同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制时，在燃烧室5中执行分层燃烧并且喷射燃料使得从燃烧室5流出的排气的空燃比变浓(小于理论空燃比)。例如，燃料被喷射使得在燃烧室5中燃烧时的空燃比总体上变浓。在本实施例中，在压缩行程中从燃料喷射器11喷射燃料以及在吸气行程中从燃料喷射器11喷射燃料。通过使用二次空气供给装置25来向排气供给氧气，能够引起从燃烧室5流出的一氧化碳或者未燃烧的碳氢化合物的氧化反应并且使排气的温度升高。
[0069]在此，以能够在火花塞10周围形成弱分层状态的时刻和量，在压缩行程中喷射燃料。如果火花塞10周围的燃料浓度变得太高，点火近乎不可能。也就是，如果火花塞10周围的浓度太高，点火变得困难。然而，可在火花塞10周围形成弱分层状态从而引起点火。此夕卜，能够大幅地延迟点火正时。通过延迟点火正时，能够使从燃烧室5流出的排气的温度上升。
[0070]将当执行第一催化剂加热控制并且停止第二催化剂加热控制时的燃烧状态称作“分层稀”状态。当使燃烧室5中的空气燃料混合