(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、始動初期から燃料モデルに基づく制御を実現しうる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】内燃機関の筒内燃焼要求量ｆｃを取得する。前記筒内燃焼要求量ｆｃを実現するための燃料噴射量ｆｉを、吸気ポート内に付着する燃料の付着率Ｒ及び残留率Ｐをパラメータとして有する燃料モデルから算出する。前記燃料モデルから、前記燃料噴射量ｆｉを噴射した結果生じる推定燃料付着量ｆｗを算出する。前記推定燃料付着量ｆｗが前記燃料モデルの成立上限値よりも大きい場合は、前記吸気ポート内の圧力を低下させる。【選択図】図２
2010007543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内燃焼要求量を取得する要求量取得手段と、
前記筒内燃焼要求量を実現するための燃料噴射量を、吸気ポート内に付着する燃料の付着率及び残留率をパラメータとして有する燃料モデルから算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量を前記吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料モデルから、前記燃料噴射量を噴射した結果生じる推定燃料付着量を算出する付着量算出手段と、
前記推定燃料付着量が前記燃料モデルの成立上限値よりも大きい場合は、前記吸気ポート内の圧力を低下させる減圧手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の筒内燃焼要求量を取得する要求量取得手段と、
前記筒内燃焼要求量を実現するための燃料噴射量を、吸気ポート内に付着する燃料の付着率及び残留率をパラメータとして有する燃料モデルから算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量を前記吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射量が前記燃料モデルの成立上限値よりも大きい場合は、前記吸気ポート内の圧力を低下させる減圧手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記減圧手段は、最大トルクを生じさせる点火時期よりも点火時期が遅角している場合に、点火時期を進角すること、を特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の筒内燃焼要求量を取得する要求量取得手段と、
前記筒内燃焼要求量を実現するための燃料噴射量を、吸気ポート内に付着する燃料の付着率及び残留率をパラメータとして有する燃料モデルから算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量を前記吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、
前記噴射した結果生じる燃料付着量が前記燃料モデルの成立上限値を超えないために、必要とする上限吸気ポート圧を算出する上限吸気ポート圧算出手段と、
前記燃料噴射弁と異なるアクチュエータであって、その動作により吸気ポート圧が変化するアクチュエータと、
始動初期に用いる前記アクチュエータの指示値を、吸気ポート圧が大きく低下する値に設定する低吸気ポート圧設定手段と、
現吸気ポート圧を取得する現吸気ポート圧取得手段と、
始動初期において、前記現吸気ポート圧が前記上限吸気ポート圧を超えない範囲で、前記指示値を吸気ポート圧の低下が小さい値に変更する吸気ポート圧変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の筒内燃焼要求量を取得する要求量取得手段と、
前記筒内燃焼要求量を実現するための燃料噴射量を、吸気ポート内に付着する燃料の付着率及び残留率をパラメータとして有する燃料モデルから算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量を前記吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、
前記噴射した結果生じる燃料付着量が前記燃料モデルの成立上限値を超えないために、必要とする上限吸気ポート圧を算出する上限吸気ポート圧算出手段と、
始動初期に用いる回転挙動目標値を、吸気ポート圧が急激に低下する値に設定する回転挙動設定手段と、
現吸気ポート圧を取得する現吸気ポート圧取得手段と、
始動初期において、前記現吸気ポート圧が前記上限吸気ポート圧を超えない範囲で、前記回転挙動目標値を吸気ポート圧が緩やかに低下する値に変更する回転挙動変更手段と、
前記燃料噴射弁と異なるアクチュエータであって、前記回転挙動目標値に応じて吸気ポート圧を変更するアクチュエータと、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関の筒内燃焼要求量を取得する要求量取得手段と、
前記筒内燃焼要求量を実現するための燃料噴射量を、吸気ポート内に付着する燃料の付着率及び残留率をパラメータとして有する燃料モデルから算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量を前記吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、
前記噴射した結果生じる燃料付着量が前記燃料モデルの成立上限値を超えないために、必要とする上限吸気ポート圧を算出する上限吸気ポート圧算出手段と、
始動初期に用いる回転挙動目標値を、始動条件に応じて設定する回転挙動設定手段と、
現吸気ポート圧を取得する現吸気ポート圧取得手段と、
始動初期において、前記現吸気ポート圧が前記上限吸気ポート圧を超えない範囲で、前記回転挙動目標値を吸気ポート圧が緩やかに低下する値に変更する回転挙動変更手段と、
前記燃料噴射弁と異なるアクチュエータであって、前記回転挙動目標値に応じて吸気ポート圧を変更するアクチュエータと、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、吸気系における燃料挙動を記述する数式モデル（以下、燃料モデルという）に、運転条件に基づいたパラメータ設定をして燃料噴射量を算出し、燃料噴射装置を制御することが知られている。また、本公報には、始動直後において燃料モデルに基づく燃料噴射量の補正値が所定値以下になった場合は、燃料モデルに基づく制御の禁止を解除する技術が開示されている。このような技術によれば、燃料モデルが想定する様々な仮定が崩れる始動初期において燃料モデルに基づく制御を禁止しつつ、その後、燃料モデルが成立しうる状態を待って燃料モデルに基づく制御を開始することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２２７６８６号公報
【特許文献２】特開２００５−３３０８７５号公報
【特許文献３】特開平８−７４６２１号公報
【特許文献４】特開２００６−１１８４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の内燃機関においては、始動初期において燃料モデルによる制御を禁止する。そのため、始動初期においては事前に実験等で定めた設定値に従い制御を実施することとなる。しかしながら、始動初期においては壁面への燃料付着が形成過程に有り、その付着・蒸発過程は不安定な状況にある。不安定な状況にあるため、定めた設定値による制御では空燃比制御性の向上が望めず、排気エミッションの低減等に十分に対応できるものではなかった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、始動初期から燃料モデルに基づく制御を実現しうる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内燃焼要求量を取得する要求量取得手段と、
前記筒内燃焼要求量を実現するための燃料噴射量を、吸気ポート内に付着する燃料の付着率及び残留率をパラメータとして有する燃料モデルから算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量を前記吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料モデルから、前記燃料噴射量を噴射した結果生じる推定燃料付着量を算出する付着量算出手段と、
前記推定燃料付着量が前記燃料モデルの成立上限値よりも大きい場合は、前記吸気ポート内の圧力を低下させる減圧手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内燃焼要求量を取得する要求量取得手段と、
前記筒内燃焼要求量を実現するための燃料噴射量を、吸気ポート内に付着する燃料の付着率及び残留率をパラメータとして有する燃料モデルから算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量を前記吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射量が前記燃料モデルの成立上限値よりも大きい場合は、前記吸気ポート内の圧力を低下させる減圧手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、
前記減圧手段は、最大トルクを生じさせる点火時期よりも点火時期が遅角している場合に、点火時期を進角すること、を特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内燃焼要求量を取得する要求量取得手段と、
前記筒内燃焼要求量を実現するための燃料噴射量を、吸気ポート内に付着する燃料の付着率及び残留率をパラメータとして有する燃料モデルから算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量を前記吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、
前記噴射した結果生じる燃料付着量が前記燃料モデルの成立上限値を超えないために、必要とする上限吸気ポート圧を算出する上限吸気ポート圧算出手段と、
前記燃料噴射弁と異なるアクチュエータであって、その動作により吸気ポート圧が変化するアクチュエータと、
始動初期に用いる前記アクチュエータの指示値を、吸気ポート圧が大きく低下する値に設定する低吸気ポート圧設定手段と、
現吸気ポート圧を取得する現吸気ポート圧取得手段と、
始動初期において、前記現吸気ポート圧が前記上限吸気ポート圧を超えない範囲で、前記指示値を吸気ポート圧の低下が小さい値に変更する吸気ポート圧変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の筒内燃焼要求量を取得する要求量取得手段と、
前記筒内燃焼要求量を実現するための燃料噴射量を、吸気ポート内に付着する燃料の付着率及び残留率をパラメータとして有する燃料モデルから算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量を前記吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、
前記噴射した結果生じる燃料付着量が前記燃料モデルの成立上限値を超えないために、必要とする上限吸気ポート圧を算出する上限吸気ポート圧算出手段と、
始動初期に用いる回転挙動目標値を、吸気ポート圧が急激に低下する値に設定する回転挙動設定手段と、
現吸気ポート圧を取得する現吸気ポート圧取得手段と、
始動初期において、前記現吸気ポート圧が前記上限吸気ポート圧を超えない範囲で、前記回転挙動目標値を吸気ポート圧が緩やかに低下する値に変更する回転挙動変更手段と、
前記燃料噴射弁と異なるアクチュエータであって、前記回転挙動目標値に応じて吸気ポート圧を変更するアクチュエータと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の筒内燃焼要求量を取得する要求量取得手段と、
前記筒内燃焼要求量を実現するための燃料噴射量を、吸気ポート内に付着する燃料の付着率及び残留率をパラメータとして有する燃料モデルから算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量を前記吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、
前記噴射した結果生じる燃料付着量が前記燃料モデルの成立上限値を超えないために、必要とする上限吸気ポート圧を算出する上限吸気ポート圧算出手段と、
始動初期に用いる回転挙動目標値を、始動条件に応じて設定する回転挙動設定手段と、
現吸気ポート圧を取得する現吸気ポート圧取得手段と、
始動初期において、前記現吸気ポート圧が前記上限吸気ポート圧を超えない範囲で、前記回転挙動目標値を吸気ポート圧が緩やかに低下する値に変更する回転挙動変更手段と、
前記燃料噴射弁と異なるアクチュエータであって、前記回転挙動目標値に応じて吸気ポート圧を変更するアクチュエータと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、燃料を噴射した結果吸気ポート付近に付着する燃料付着量が燃料モデルの成立上限値を超えると判定された場合に、吸気ポート内の圧力を下げることができる。吸気ポート内の圧力を下げることで燃料の沸点が下がり、吸気ポート内の付着燃料は気化し易くなる（減圧沸騰効果が高くなる）。このため、本発明によれば、吸気ポート内に燃料が多量に付着することを抑制し、始動初期から燃料モデルに基づく制御を実施することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、燃料噴射量が燃料モデルの成立上限値を超えるほど多量であると判定された場合に、吸気ポート内の圧力を下げることができる。吸気ポート内の圧力を下げることで燃料の沸点が下がり、吸気ポート内に付着した燃料が気化し易くなる（減圧沸騰効果が高くなる）。このため、本発明によれば、吸気ポート内に燃料が多量に付着することを抑制し、始動初期から燃料モデルに基づく制御を実施することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、点火時期を進角させることができる。点火時期を進角させることで制御性良く機関回転数を向上させることができる。機関回転数を向上させることで、吸気ポート内の圧力が低下し、減圧沸騰効果を高めることができる。
【００１５】
第４の発明又は第５の発明によれば、始動初期に用いる吸気ポート圧を、減圧沸騰効果の高い低吸気ポート圧に設定することができる。減圧沸騰効果が高めることで燃料モデルに基づく燃料制御性を高めることができる。また第４の発明又は第５の発明によれば、その後、燃料モデルが成立する範囲内で吸気ポート圧の低下が小さくなるようにアクチュエータを設定にすることができる。このため、機関回転数の上昇を緩やかにしドライバビリティの向上を図ることができる。よって、本発明によれば、始動初期において燃料制御性の高い制御を維持しつつドライバビリティの向上を図ることができる。
【００１６】
第６の発明によれば、始動初期の回転挙動目標値を始動条件に応じて設定することができる。その後、燃料モデルが成立する範囲内で吸気ポート圧の低下が小さくなるようにアクチュエータを設定することができる。このため、本発明によれば、始動条件に応じた最適な回転挙動目標値を選択し、様々な運転状態において燃料モデルに基づく高精度な制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は複数の気筒を有している。各気筒には点火プラグ１１が設けられている。また、内燃機関１０のクランク軸にはギア機構を介してエアコンディショナやオルタネータ等の補機類（図示略）が設けられている。さらに、内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
【００１８】
吸気通路１２には吸気絞り弁１６が設けられている。吸気絞り弁１６の下流には吸気管圧センサ１８が配置されている。吸気管圧センサ１８の下流には各気筒に接続する吸気ポート２０が設けられている。吸気ポート２０の近傍には各気筒に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２２が設けられている。また、吸気ポート２０の下流端には吸気バルブ２４が設けられている。
【００１９】
本実施形態のシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には、前述の点火プラグ１１、吸気絞り弁１６、燃料噴射弁２２等が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述の吸気管圧センサ１８の他、機関回転数を検出するクランク角センサ５２、冷却水の温度を検出する水温センサ５４、エアコン制御装置等（図示略）が接続されている。
【００２０】
［実施の形態１における特徴的制御］
本実施形態のシステムにおいて実施する特徴的制御を説明する前に、本実施形態のシステムで用いられる燃料モデルについて図２を参照して説明する。図２は、燃料噴射弁２２近傍における燃料モデルを示す模式図である。以下の説明では、ＥＣＵ５０による数値化処理を考慮して時刻を示すサイクルカウンタを「ｋ」で表す。
【００２１】
図２において、ｆｉ（ｋ）は時刻ｋにおいて燃料噴射弁２２から噴射される燃料噴射量を、ｆｗ（ｋ）は時刻ｋにおいて吸気ポート２０の壁面や吸気バルブ２４の吸気ポート２０側表面（以下、吸気ポート２０の壁面等と記す）に付着している燃料の壁面付着量を、ｆｃ（ｋ）は時刻ｋにおいて気筒内へ流入する燃料の筒内燃焼要求量をそれぞれ示している。ここで、時刻ｋにおける燃料噴射量ｆｉ（ｋ）のうち、吸気ポート２０の壁面等に付着する割合を付着率Ｒ（ｋ）とし、時刻ｋにおける壁面付着量ｆｗ（ｋ）のうち、気化せずに吸気ポート２０の壁面等に残留する割合を残留率Ｐ（ｋ）とすると、次の（１）式、と（２）式が成り立つ。
【００２２】
【数１】
2010007543.tif 000003
【００２３】
さらに、（１）式と（２）式を連立してｆｉ（ｋ）について解くと、次の（３）式を導くことができる。（３）式から筒内燃焼要求量ｆｃ（ｋ）を満足する燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を算出することができる。
【数２】
2010007543.tif 000004
【００２４】
しかし、始動初期においては壁面付着量ｆｗ（ｋ）が少なく、特に冷間時には噴射された燃料の吸気ポート２０への付着率Ｒ（ｋ）、及び付着燃料の残留率Ｐ（ｋ）が高いことから、上記（３）式から求められる燃料噴射量ｆｉ（ｋ）は非常に大きな値となる。また、始動初期においては壁面への燃料付着が形成過程に有るため、燃料の付着・蒸発過程は不安定である。そのため、燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が多すぎると燃料モデルで想定している様々な仮定が成り立たなくなり燃料モデルに基づく制御が困難になる。燃料モデルが成り立たなくなる状態とは、燃料を噴射した結果、壁面に厚い付着燃料の膜を生じさせたり、壁面付着燃料が筒内に流れ込んだりするような状態である。
【００２５】
ところで、燃料は気圧が低いほど気化し易い。よって、吸気ポート２０内の圧力を低下させれば減圧沸騰効果が高まり、付着燃料の気化を促進させることができる。気化を促進させることで燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を噴射した結果生じる上記（１）式で示す壁面付着量ｆｗ（ｋ＋１）の増加を抑制することができる。壁面付着量ｆｗ（ｋ＋１）の増大を抑制すれば燃料モデルの成立範囲内に壁面付着量ｆｗ（ｋ＋１）を維持しうる。そこで、本発明においては、始動初期において燃料を噴射した結果生じる壁面付着量が燃料モデルの成立上限値を超えると判断される場合には、吸気ポート２０内の圧力を低下させる制御を実施することとした。
【００２６】
より具体的な制御の概要について図３を参照して説明する。図３（Ａ）は、目標回転挙動毎の機関回転数の上昇過程を示す図である。図３（Ａ）の各線はそれぞれ始動初期における異なった目標回転挙動を表している。ここで、線６０ａで示す目標回転挙動は、線６２ａで示す目標回転挙動よりも緩やかに機関回転数が上昇するドライバビリティ重視の回転挙動である。また、図３（Ｂ）は上記目標回転挙動毎の吸気管圧の変動を示す図である。図３（Ｂ）の線６０ｂは図３（Ａ）の線６０ａに対応し、線６２ｂは図３（Ａ）の線６２ａに対応している。図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示す通り、機関回転数が緩やかに上昇する目標回転挙動（線６０ａ）ほど吸気管圧の低下は小さく（線６０ｂ）、機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動（線６２ａ）ほど吸気管圧の低下は大きくなる（線６２ｂ）。
【００２７】
ここで、始動時の目標回転挙動を、機関回転数が緩やかに上昇するドライバビリティ重視の線６０ａに設定し、本実施形態の内燃機関を始動させる。始動初期にエアコン始動要求等により大きな要求トルクがある場合や冷間時の場合には、上述した通り（３）式から非常に大きな燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が求められ、燃料が噴射されることとなる。燃料モデルが成立する好適な制御を維持するためには、燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を噴射した結果生じる壁面付着量ｆｗ（ｋ＋１）が、燃料モデルの成立上限値を超えないように、吸気ポート内に付着した燃料を十分に気化させる必要がある。
【００２８】
そこで、本発明では点火時期を進角して、機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動（線６２ａ）に変更することとした。目標回転挙動を線６２ａに変更することで、吸気管圧を大きく低下させることができる（線６２ｂ）。具体的には図３（Ｃ）に示す通り、燃料モデルの成立限界を定めた限界吸気管圧ＰＭ（ｋ）よりも吸気管圧を低くする（線６２ｂ）。その結果、減圧沸騰効果が高まり付着燃料を十分に気化させることができるため、燃料モデルによる好適な制御を維持することができる。
【００２９】
図４及び図５を参照して、上述の動作を実現するためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンについて説明する。図４は、燃料モデルによる制御を維持できる目標回転挙動を選択するフローチャートである。図４に示すルーチンでは、最初に上記（３）式のパラメータを設定し燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を算出する（ステップ１１０）。具体的なパラメータ設定方法として、まずＥＣＵ５０は、目標回転挙動を実現する筒内燃焼要求量ｆｃ（ｋ）を取得する。例えば、始動過程でエアコン作動要求等がある場合には要求トルクが大きくなるため、筒内燃焼要求量ｆｃ（ｋ）は通常時よりも大きな値となる。またＥＣＵ５０は、上記（３）式の付着率Ｒ（ｋ）と残留率Ｐ（ｋ）について、吸気管圧センサ１８や水温センサ５４等から吸気管圧や機関温度等の機関情報を取得し、機関情報に応じて予め実験等で定められた付着率Ｒ（ｋ）及び残留率Ｐ（ｋ）を選択する。そしてＥＣＵ５０は、これらの筒内燃焼要求量ｆｃ（ｋ）と付着率Ｒ（ｋ）と残留率Ｐ（ｋ）とを（３）式に代入して、時刻ｋにおける燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を算出する。
【００３０】
次に、ＥＣＵ５０は、ステップ１１０で算出した燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が警告値ＦＩ（ｋ）よりも大きいか否か判断する（ステップ１２０）。警告値ＦＩ（ｋ）は、燃料を噴射した結果、壁面に厚い付着燃料の膜を生じさせたり、筒内に壁面付着燃料が流れ込んだりすることで、燃料モデルが想定する仮定がくずれて制御ができなくなる限界値を、実験等により定めた値である。この警告値ＦＩは、例えば機関温度が高いほど大きな値となる。言い換えれば、機関温度が低いときの警告値ＦＩと比して、機関温度が高いときの警告値ＦＩは小さいか同じとする。また、警告値ＦＩは燃料の性状が軽質であるほど大きな値となる。言い換えれば、燃料の性状が軽質であるときの警告値ＦＩと比して、燃料の性状が重質であるときの警告値ＦＩは小さいか同じとする。このように該警告値ＦＩを機関温度や燃料の性状によって小さくすることで、燃料モデルが想定する仮定がくずれないで制御ができるという保証をすることができる。こうして燃料モデルによって精度が高い燃料の噴射を行うことができる。また、このように該警告値ＦＩを機関温度や燃料の性状によって大きくすることで、より広い範囲で燃料モデルの仮定がくずれないことを保証できて、より広い範囲で燃料モデルによる燃料の噴射を行うことができる。こうして燃料モデルによって適合工数を削減することができる。
【００３１】
燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が警告値ＦＩ（ｋ）以下である場合には、ＥＣＵ５０は、燃料モデルが成立する状況であると判断し本ルーチンを終了する。一方、燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が警告値ＦＩ（ｋ）よりも大きい場合には、ＥＣＵ５０は次の（４）式から限界吸気管圧ＰＭ（ｋ）を算出する（ステップ１３０）。（４）式は、残留率Ｐ（ｋ）と付着率Ｒ（ｋ）それぞれを吸気管圧に関する一次式（ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２は事前に実験等で設定した値）として表現し、これらを上記（３）式に代入するとともに、燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を警告値ＦＩ（ｋ）に置き換えることで導くことができる。（４）式で算出される限界吸気管圧ＰＭ（ｋ）は、警告値ＦＩ（ｋ）の燃料噴射に対して燃料モデルが成立しうる吸気管圧の上限である。
【数３】
2010007543.tif 000005
【００３２】
次にＥＣＵ５０は、吸気管圧センサ１８により取得した現状の吸気管圧から、上記ステップ１３０で算出した限界吸気管圧ＰＭ（ｋ）を減じて、減圧要求値ΔＰｍ（ｋ）を算出する（ステップ１４０）。そして、現状の吸気管圧から減圧要求値ΔＰｍ（ｋ）を引いた吸気管圧よりも低い吸気管圧を生じさせるように、機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動を選択する（ステップ１５０）。
【００３３】
その後、ＥＣＵ５０は図５に示す制御ルーチンを実施する。図５は回転挙動を上記選択された目標回転挙動に制御するためのフローチャートである。図５に示すルーチンでは、まず、上記選択された目標回転挙動を取得する（ステップ１６０）。次に、その目標回転挙動に応じて点火時期を変更する（ステップ１７０）。点火時期を変更することでトルクを制御することができる。ここでは、最大トルクを生じさせる点火時期に向けて点火時期を進角する。点火時期を進角することで機関回転数を増大させることができる。なお、進角値は上記減圧要求値ΔＰｍ（ｋ）が大きいほど大きな値となる。
【００３４】
以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が警告値ＦＩ（ｋ）よりも大きい場合に、吸気ポート内の圧力が限界吸気管圧ＰＭ（ｋ）よりも低くなるような目標回転挙動を選択することができる。その後、図５に示すルーチンによって、上記選択された目標回転挙動を実現するため、トルクを高めるように点火時期を進角させることができる。点火時期を進角させることで制御性良く機関回転数を増大させることができる。機関回転数を増大させることで吸気ポート内の圧力を低下させて、減圧沸点効果を高めることができる。減圧沸点効果を高めることで燃料の気化が促進され、燃料モデルが成立する状態を維持され燃料モデルを用いた制御を実施することができる。このように、本実施形態のシステムによれば、始動初期から燃料モデルを用いた制御を実施できるため空燃比制御性が高く、ドライバビリティや燃費の向上や排気エミッションの低減を図ることができる。
なお、本発明によれば、始動初期においても定常時の燃料モデルに基づいた制御を実施できるため、従来、始動初期に適合させるため実験等により定めたマップを要せず適合工数の低減を図ることができる。
【００３５】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、燃料モデルが成立する状態を維持する制御を、始動初期においてすることとしているが、この制御時期はこれに限定されるものではない。例えば、フューエルカット回復初期、ＨＶ再始動初期、エコラン再始動初期等、機関回転数が一定の機関回転数に落ち着くまでの期間としても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００３６】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、吸気ポート内の減圧を、点火時期を進角することにより実現することとしているが、この減圧方法はこれに限定されるものではない。例えば、吸気バルブ２４のリフト量を増大させることとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００３７】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、点火時期を、目標トルクを大きくすることで進角することとしているが、この点火時期の制御方法はこれに限定されるものではない。例えば、回転目標値ＮＥを増大させることで進角することとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００３８】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、点火時期を、燃料噴射をしたその気筒の点火時期について制御することとしているが、この点火時期の制御方法はこれに限定されるものではない。例えば、複数気筒を有した内燃機関において、ある気筒で燃料噴射後、他の気筒のうち最も速く点火タイミングを迎える気筒において点火時期を進角することとしてもよい。これによれば回転挙動の制御性を高めることができる。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００３９】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、燃料モデルが成立するか否かを、燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が警告値ＦＩ（ｋ）よりも低いか否かを判定することで判断することとしているが、この判断方法はこれに限定されるものではない。例えば燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を噴射した結果生じる壁面付着量ｆｗ（ｋ＋１）が壁面付着量の上限値ＦＷ（ｋ＋１）よりも小さいか否かを判定することとしてもよい。上限値ＦＷ（ｋ＋１）は、燃料を噴射した結果壁面に厚い付着燃料の膜を生じさせたり、筒内に壁面付着燃料が流れ込んだりすることで、燃料モデルが想定する仮定がくずれて制御ができなくなる限界値を実験等により定めた値である。例えば、機関温度が高く燃料の性状が軽質であり吸気管圧が低いほど大きな値となる。また、この上限値ＦＷ（ｋ＋１）は、上記ＦＩ（ｋ）を噴射した結果生じる壁面付着量であり、上述した（１）式から算出することもできる。なお、この点、実施の形態３でも同様である。
【００４０】
尚、上述した実施の形態１においては、燃料噴射弁２２が前記第１又は第２の発明における「燃料噴射弁」に相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１又は第２の発明における「要求量取得手段」及び「噴射量算出手段」が、（１）式により前記第１の発明における「付着量算出手段」が、上記ステップ１２０〜１７０の処理を実行することにより前記第１〜第３の発明における「減圧手段」が、それぞれ実現されている。
更に、実施の形態１においては、（１）式（２）式で示される関係式が前記第１又は第２の発明における「燃料モデル」に、壁面付着量の上限値ＦＷが前記第１の発明における「燃料モデルの成立上限値」に、燃料噴射量の警告値ＦＩが前記第２の発明における「燃料モデルの成立上限値」に、それぞれ対応している。
【００４１】
実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図６を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において図２に示す燃料モデルを用い、ＥＣＵ５０に後述する図６のルーチンを実施させることで実現することができる。
【００４２】
［実施の形態２における特徴的制御］
上述した実施の形態１では、燃料モデルの成立上限値を超えると判断した場合は、機関回転数が緩やかに上昇する目標回転挙動から、機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動に変更することができる。そのため、機関回転数が緩やかに上昇するドライバビリティ重視の回転挙動をベースとしつつ、必要に応じて機関回転数を向上させて減圧沸騰効果を高め、燃料モデルが成立する状態を維持し好適な制御を実施することができる。しかしながら、冷間始動で重質燃料使用時には燃料の揮発性が低くなるため、実施の形態１のシステムにおける制御タイミングよりも早い段階から吸気管圧を低くして、減圧沸騰効果を高めておくことが燃料制御性の点から望ましい。
【００４３】
そこで、本実施の形態のシステムでは、初期回転挙動を最も減圧沸騰効果が大きい目標回転挙動に設定し、その後、燃料モデルが成立しうる吸気管圧の上限を超えない範囲で、より機関回転数が緩やかに上昇する目標回転挙動に収束させることとした。
【００４４】
図６は、上述の動作を実現するために、初期回転挙動を最も減圧沸騰効果の高い目標回転挙動にするため、最も機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動に設定した後、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、まずＥＣＵ５０は、上述の（３）式から燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を算出する（ステップ２１０）。この算出方法は実施の形態１のステップ１１０と同様であるため省略する。
【００４５】
次に、ＥＣＵ５０は燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が警告値ＦＩ２（ｋ）よりも小さいか否かを判断する（ステップ２２０）。警告値ＦＩ２（ｋ）は、燃料を噴射した結果、壁面に厚い付着燃料の膜を生じさせたり、筒内に壁面付着燃料が流れ込んだりすることで、燃料モデルが想定する仮定がくずれて制御ができなくなる限界値を実験等で定めた値である。本実施形態では、初期回転挙動を最も減圧沸騰効果が得られる目標回転挙動に設定しており、最初の警告値ＦＩ２（ｋ）は最大値となる。
【００４６】
燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が警告値ＦＩ２（ｋ）以上である場合には、ＥＣＵ５０は本ルーチンを終了する。一方、燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が警告値ＦＩ２よりも小さい場合には、次にＥＣＵ５０は、警告値ＦＩ２（ｋ）の燃料噴射に対して燃料モデルが成立しうる吸気管圧の上限である、限界吸気管圧ＰＭ（ｋ）を算出する（ステップ２３０）。限界吸気管圧ＰＭ（ｋ）は、上述の（４）式において警告値ＦＩ（ｋ）を警告値ＦＩ２（ｋ）に置き換えることで算出することができる。
【００４７】
次に、ＥＣＵ５０は、上記ステップ２３０で算出した限界吸気管圧ＰＭ（ｋ）から、吸気管圧センサ１８により取得した現状の吸気管圧を引いて、余裕値ΔＰｍ２（ｋ）を算出する（ステップ２４０）。余裕値ΔＰｍ２（ｋ）は、現状の吸気管圧から燃料モデルの成立を維持しつつ吸気管圧を上げることができる値である。その後、余裕値ΔＰｍ２（ｋ）内で最も機関回転数が緩やかに上昇する目標回転挙動を選択する（ステップ２５０）。
【００４８】
その後、ＥＣＵ５０は上述した図５のステップ１６０〜１７０の処理を実施する。ここでは、上記ステップ２５０で選択された目標回転挙動を実現するため点火時期を遅角する。遅角値は例えば余裕値ΔＰｍ２（ｋ）が大きいほど大きな値とすることができる。
【００４９】
以上説明したように、初期回転挙動を、最も高い減圧沸騰効果が得られる目標回転挙動に設定することができる。そして、図６に示すルーチンによれば目標回転挙動を、余裕値ΔＰｍ２（ｋ）の範囲内で最も機関回転数が緩やかに上昇する目標回転挙動に変更することができる。即ち、燃料モデルが成立する範囲内で、最も機関回転数が緩やかに上昇する目標回転挙動に変更することができる。その後、図５に示すルーチンにより、上記変更された目標回転挙動を実現するために点火時期を遅角することができる。点火時期を遅角させることで、制御性良く目標とする回転挙動を実現することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、始動初期において燃料制御性を重視しつつ、燃料モデルが成立する範囲でよりドライバビリティの好適な回転挙動に収束させることができる。
【００５０】
ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、上記ステップ２５０において目標回転挙動を、余裕値ΔＰｍ２（ｋ）内で最も機関回転数が緩やかに上昇する回転挙動を選択することとしているが、この目標回転挙動の選択方法はこれに限定されるものではない。例えば、余裕値ΔＰｍ２（ｋ）の範囲内の所望の要求回転挙動を選択することとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００５１】
また、上述した実施の形態２のシステムにおいては、燃料モデルが成立するか否かを、燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が警告値ＦＩ２（ｋ）よりも低いか否かを判定することで判断することとしているが、この判断方法はこれに限定されるものではない。例えば燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を噴射した結果生じる壁面付着量ｆｗ（ｋ＋１）が壁面付着量の上限値ＦＷ２（ｋ＋１）よりも小さいか否かを判定することとしてもよい。上限値ＦＷ２（ｋ＋１）は、燃料を噴射した結果壁面に厚い付着燃料の膜を生じさせたり、筒内に壁面付着燃料が流れ込んだりすることで、燃料モデルが想定する仮定がくずれて制御ができなくなる限界値を実験等により定めた値である。例えば、機関温度が高く燃料の性状が軽質であり吸気管圧が低いほど大きな値となる。また、この上限値ＦＷ２（ｋ＋１）は、上記ＦＩ２（ｋ）を噴射した結果生じる壁面付着量であり、上述の（１）式から算出することもできる。この点、実施の形態３でも同様である。
【００５２】
尚、上述した実施の形態２においては、燃料噴射弁２２が前記第４又は第５の発明における「燃料噴射弁」に、吸気管圧センサ１８が前記４又は第５の発明における「現吸気ポート圧取得手段」に、点火プラグ１１又は吸気バルブ２４が前記４又は第５の発明における「アクチュエータ」に、それぞれ相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより前記第４又は第５の発明における「要求量取得手段」及び「噴射量算出手段」が、上記ステップ２２０〜２３０の処理を実行することにより前記第４又は第５の発明における「上限吸気ポート圧算出手段」が、上記ステップ２４０〜２５０及びステップ１６０〜１７０の処理を実行することにより前記第４の発明における「吸気ポート圧変更手段」と前記第５の発明における「回転挙動変更手段」が、「初期回転挙動を最も機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動に設定する」ことにより前記第４の発明における「低吸気ポート圧設定手段」と前記第５の発明「回転挙動設定手段」が、それぞれ実現されている。
更に、実施の形態２においては、（１）式（２）式で示される関係式が前記第４又は第５の発明における「燃料モデル」に、壁面付着量の上限値ＦＷ２が前記第４又は第５の発明における「燃料モデルの成立上限値」に、それぞれ対応している。
【００５３】
実施の形態３．
［実施の形態３のシステム構成］
次に、図７を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において図２に示す燃料モデルを用い、ＥＣＵ５０に後述する図７のルーチンを実施させることで実現することができる。
【００５４】
［実施の形態３における特徴的制御］
上述した実施の形態１のシステムでは、燃料モデルの成立上限値を超えると判断した場合は、機関回転数が緩やかに上昇する目標回転挙動から、機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動に変更することができる。そのため、初期回転挙動を機関回転数が緩やかに上昇する目標回転挙動とすれば、始動初期にドライバビリティを重視しつつ燃料モデルの成立を維持した制御を実現することができる。一方、上述した実施の形態２のシステムでは、燃料モデルの成立上限値に対し余裕があると判断した場合には、機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動から、機関回転数が緩やかに上昇する目標回転挙動に変更することができる。そのため、始動初期に燃料モデルに基づく燃料制御性を重視した始動を実現することができる。ところで、始動条件に応じて好適な初期回転挙動を選択できれば、様々な機関状況に応じて始動初期から高精度の制御を実現することができる。そこで、本実施の形態のシステムでは、始動条件に応じて初期回転挙動をドライバビリティ重視の目標回転挙動や燃料制御性重視の目標回転挙動に設定し、その後燃料モデルの成立を維持した制御を実施することとした。
【００５５】
図７は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、まず、イグニッションＯＮであるか否かを判断する（ステップ３１０）。イグニッションＯＦＦである場合には本ルーチンを終了する。一方、イグニッションＯＮである場合には、次に機関温度Ｔが始動安定値よりも高いか否かを判断する（ステップ３２０）。機関温度Ｔは水温センサ５４から取得される。始動安定値は例えば暖気完了と判断される温度の相関値である。機関温度Ｔが始動安定値よりも高いと判断された場合には、ＥＣＵ５０は機関温度が高く燃料が気化し易い状態にあると判断し、減圧沸騰効果をさらに高めるよりもドライバビリティ要求を重視して、機関回転数が緩やかに上昇する目標回転挙動を定めたドラビリ要求重視マップを選択する（ステップ３３０）。ドラビリ要求重視マップを選択後は、スタータをＯＮにして本ルーチンを終了する（ステップ３７０）。
【００５６】
上記ステップ３２０において、機関温度Ｔが始動安定値以下であると判断された場合には、次にＥＣＵ５０は、軽質燃料であるか否かを判断する（ステップ３４０）。軽質燃料は揮発性が高いため、軽質燃料と判断された場合には中間マップを選択する（ステップ３５０）。軽質燃料であるか否かの判断は、例えば通常値よりも高いトルクが継続して得られた場合に軽質燃料であると判断することができる。なお、中間マップは、上記ドラビリ要求重視マップに比して機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動を定めたマップである。中間マップ決定後はスタータをＯＮにして本ルーチンを終了する（ステップ３７０）。
【００５７】
一方、軽質燃料でないと判断された場合には、軽質燃料よりも揮発性が低い燃料であり壁面付着量が増加すると考えられるため、燃料制御要求マップを選択する（ステップ３６０）。燃料制御要求マップは、上記中間マップに比して機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動を定めたマップである。燃料制御要求マップ選択後はスタータＯＮとして本ルーチンを終了する（ステップ３７０）。
【００５８】
以上説明したように、図７のルーチンによれば、機関温度Ｔが高く燃料の性状が軽質であるほど、機関回転数が緩やかに上昇するドライバビリティ重視の目標回転挙動を初期回転挙動として選択することができる。また、機関温度が低く燃料の性状が重質であるほど、減圧沸点効果が高く燃料制御性重視の回転挙動目標値を初期回転挙動として選択することができる。その後、他のルーチンにより、上述した図４〜図６で示した制御ルーチンと同様の燃料モデルの成立を維持した制御を開始する。このように、本実施形態のシステムによれば、機関始動時に最適な目標回転挙動を選択し、始動時から燃料制御性とドライバビリティの調整を図った燃料モデルに基づく制御を実現することができる。
【００５９】
ところで、上述した実施の形態３のシステムにおいては、初期回転挙動を、機関温度や燃料の性状に基づいて選択することとしているが、この選択方法はこれに限定されるものではない。例えば、大気圧が高い場合や補機類の始動要求がある場合には機関回転数が急激に上昇する目標回転挙動を選択することとしてもよい。また、上述した機関温度や燃料の性状に基づく判断と組み合わせて初期回転挙動を選択することとしてもよい。
【００６０】
尚、上述した実施の形態３においては、燃料噴射弁２２が前記第６の発明における「燃料噴射弁」に、吸気管圧センサ１８が前記第６の発明における「現吸気ポート圧取得手段」に、点火プラグ１１又は吸気バルブ２４が前記第６の発明における「アクチュエータ」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１０又はステップ２１０の処理を実行することにより前記第６における「要求量取得手段」及び「噴射量算出手段」が、上記ステップ１２０〜１３０又はステップ２２０〜２３０の処理を実行することにより前記第６の発明における「上限吸気ポート圧算出手段」が、上記ステップ３１０〜３６０の処理を実行することにより前記第６の発明における「回転挙動設定手段」が、上記ステップ１４０〜１５０又はステップ２４０〜２５０及びステップ１６０〜１７０の処理を実行することにより前記第６の発明における「回転挙動変更手段」が、それぞれ実現されている。更に、実施の形態３のおいては、（１）式（２）式で示される関係式が前記第６の発明における「燃料モデル」に、それぞれ対応している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】燃料モデルを示す模式図である。
【図３】始動初期における目標回転挙動毎の機関回転数の変動と、対応する吸気管圧の変動を示す関係図である。
【図４】本発明の実施の形態１のシステムにおいて実行される、燃料モデルに基づく制御を維持するための目標回転挙動を選択する制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１のシステムにおいて実行される、目標回転挙動を実現するための制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２のシステムにおいて実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３のシステムにおいて実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１１  点火プラグ
１８  吸気管圧センサ
２０  吸気ポート
２２  燃料噴射弁
５０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
【図１】
2010007543.tif 000006
【図２】
2010007543.tif 000007
【図３】
2010007543.tif 000008
【図４】
2010007543.tif 000009
【図５】
2010007543.tif 000010
【図６】
2010007543.tif 000011
【図７】
2010007543.tif 000012