(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに前記複数の気筒のそれぞれの吸気弁よりも上流の吸気通路にて燃料を噴射するポート噴射手段と、
前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室内にて燃料を噴射する筒内噴射手段とを有する多気筒内燃機関に適用されて、
前記複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設されて、前記集合排気通路を通過する排ガスである混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する空燃比センサと、
前記複数の気筒の燃焼室内における混合気の空燃比の目標値である目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
前記内燃機関の運転状態及び前記設定された目標空燃比に応じた、前記ポート噴射手段による燃料の噴射量と前記筒内噴射手段による燃料の噴射量との和に対する前記ポート噴射手段による燃料の噴射量と前記筒内噴射手段による燃料の噴射量の分担率になるように前記ポート噴射手段による燃料の噴射量と前記筒内噴射手段による燃料の噴射量とを設定する噴射量設定手段と、
前記複数の気筒の燃焼室内における混合気の空燃比が前記目標空燃比と一致するように、前記空燃比センサによる出力値に基づいて前記ポート噴射手段による燃料の噴射量と前記筒内噴射手段による燃料の噴射量とをフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
を備えた多気筒内燃機関の制御装置であって、
前記目標空燃比が前記目標空燃比設定手段によって理論空燃比よりもリーン側の空燃比から理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変更された時点で、今回の燃焼サイクルにおいて吸気行程にある次燃焼気筒に対応して配設された前記ポート噴射手段が前記噴射量設定手段により設定された燃料の噴射量の噴射を終了しており、前記次燃焼気筒の吸気弁が閉弁しているか否かを判定する吸気弁閉弁判定手段と、
前記次燃焼気筒の吸気弁が閉弁しているとき、前記筒内噴射手段に対して前記噴射量設定手段により設定された燃料の噴射量を、前記空燃比センサの出力値及び前記変更された目標空燃比に基づいて前記分担率を一時的に変更して補正する噴射量補正手段と、を備えたことを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した多気筒内燃機関の制御装置において、
前記噴射量補正手段は、
前記次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比が前記変更された目標空燃比と一致するように、前記変更された目標空燃比と前記空燃比センサの出力値とに基づいて前記噴射量設定手段により設定された前記筒内噴射手段に対する燃料の噴射量を補正するためのフィードバック補正量を算出し、同フィードバック補正量を用いて前記筒内噴射手段が前記次燃焼気筒の燃焼室内にて噴射する燃料の噴射量を補正することを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した多気筒内燃機関の制御装置において、
前記空燃比センサは、少なくとも、
前記集合排気通路に配設された触媒よりも下流の前記集合排気通路に配設されていて、前記触媒から流出した混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する空燃比センサを含んで構成されており、
前記目標空燃比設定手段は、
前記触媒よりも下流に配設された空燃比センサの出力値の変化に応じて、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比から理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変更することを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載した多気筒内燃機関の制御装置において、
前記触媒よりも下流に配設された空燃比センサの出力値の変化は、
前記触媒内が、同触媒に流入する混合排ガスを還元する還元雰囲気から同触媒に流入する混合排ガスを酸化する酸化雰囲気になることに伴って生じる変化であることを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載した多気筒内燃機関の制御装置において、
前記噴射量補正手段は、
前記次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比が前記変更された目標空燃比と一致するように、前記変更された目標空燃比と前記触媒よりも下流に配設された空燃比センサの出力値とに基づいて前記噴射量設定手段により設定された前記筒内噴射手段に対する燃料の噴射量を補正するためのフィードバック補正量を算出し、同フィードバック補正量を用いて前記筒内噴射手段が前記次燃焼気筒の燃焼室内にて噴射する燃料の噴射量を補正することを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載した多気筒内燃機関の制御装置において、
前記集合排気通路に配設された触媒の触媒温度を検出する触媒温度検出手段を備え、
前記目標空燃比設定手段は、
前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度が予め設定された温度以上になったときに、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比から理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変更することを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関に適用される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設された空燃比センサが集合排気通路を通過するガス（混合排ガス）の空燃比に応じて発生する出力値に基づいて、内燃機関（以下、単に「機関」とも称呼する。）の空燃比をフィードバック制御する内燃機関の制御装置が広く知られている。混合排ガスは、各気筒から排出された排ガスが混合されて得られる排ガスである。具体的に、この制御装置では、機関の空燃比（より詳しくは、各気筒の燃焼室内の混合気の空燃比）が理論空燃比に一致するように、複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック補正量が空燃比センサの出力値に基づいて算出される。その空燃比フィードバック補正量に基づいて複数の気筒に対してそれぞれ噴射される燃料の量が調整されることにより、機関の空燃比、言い換えれば、混合排ガスの空燃比がフィードバック制御される。
【０００３】
また、近年、燃焼効率の向上、低燃費化等のために、吸気弁よりも上流の吸気通路に燃料を噴射するポート噴射手段（ポート噴射弁）と、気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射手段（筒内噴射弁）とを共に備えた内燃機関が開発されてきている。なお、以下、このように、複数の気筒ごとにポート噴射弁と筒内噴射弁の２つの燃料噴射弁を備えたシステムを「デュアルインジェクションシステム」と称呼する。また、このような「デュアルインジェクションシステム」において、ポート噴射手段（ポート噴射弁）による燃料の噴射を「ポート噴射」と称呼し、筒内噴射手段（筒内噴射弁）による燃料の噴射を「筒内噴射」と称呼する。
【０００４】
そして、このような「デュアルインジェクションシステム」を備えた機関の空燃比を制御する制御装置に関し、例えば、下記特許文献１では、空燃比フィードバック系が、目標空燃比と空燃比センサ値との偏差を算出して、その偏差に比例ゲインを乗算してフィードバック補正量を算出し、算出されたフィードバック補正量を、基本噴射量に筒内噴射用インジェクタ（筒内噴射弁）の分担率を乗算して算出された筒内噴射用インジェクタ（筒内噴射弁）の噴射量に加算し、吸気通路噴射用インジェクタ（ポート噴射弁）の噴射量にはフィードバック補正量を加算しないことが記載されている。また、例えば、下記特許文献２では、触媒の上下にメイン空燃比センサとサブＯ２センサを配置し、メイン空燃比センサの出力に基づくメインフィードバック制御を筒内噴射に反映させ、サブＯ２センサの出力に基づくサブフィードバック制御をポート噴射に反映させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５８００９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２５１４号公報
【発明の概要】
【０００６】
上述した特許文献１に記載された制御装置では、常に筒内噴射用インジェクタ（筒内噴射弁）による噴射量にのみフィードバック補正量が加算されて目標空燃比を実現するようになっている。ここで、分担率はその最適な値が機関の運転状態によって時々刻々と変化するものである。このため、常に筒内噴射用インジェクタ（筒内噴射弁）による噴射量のみにフィードバック補正量が加算される状況では、常に最適な分担率を維持することができない。一方、上述した特許文献２に記載された制御装置では、触媒の下流に配置されたサブＯ２センサの出力に基づくサブフィードバック制御がポート噴射にのみ反映されるようになっている。ここで、ポート噴射は、吸気弁が開弁しているときにのみ噴射された燃料が気筒の燃焼室に吸入される。このため、サブＯ２センサの出力に基づくサブフィードバック制御をポート噴射に反映しても、吸気弁が開弁しているときにしか燃料が気筒の燃焼室に吸入されず、また、燃料がポート噴射されてから気筒の燃焼室に吸入されるまでの時間が必要であり、その結果、空燃比の変更に対して良好な応答性が得られない可能性がある。
【０００７】
本発明は上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、変更された目標空燃比に対して応答性よく一致するように機関の空燃比を変化させるとともにポート噴射と筒内噴射との分担率を可能な限り維持させることができる、多気筒内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００８】
係る目的を達成するための本発明による多気筒内燃機関の制御装置（本制御装置）は、複数の気筒のそれぞれにポート噴射手段（ポート噴射弁）と、筒内噴射手段（筒内噴射弁）とを有する多気筒内燃機関に適用される。本制御装置は、空燃比センサと、目標空燃比設定手段と、噴射量設定手段と、フィードバック制御手段と、を備える。
【０００９】
前記ポート噴射手段は、前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設される。前記ポート噴射手段は、前記複数の気筒のそれぞれの吸気弁よりも上流の吸気通路にて燃料を噴射（ポート噴射）する。前記筒内噴射手段は、前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設される。前記筒内噴射手段は、前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室内にて燃料を噴射（筒内噴射）する。すなわち、ポート噴射手段及び筒内噴射手段は、一つの気筒に対してそれぞれ一つ以上設けられていて、それら噴射手段に対応する気筒に対して燃料を噴射する。
【００１０】
前記空燃比センサは、前記集合排気通路に配設されて、前記混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する。
【００１１】
前記目標空燃比設定手段は、前記複数の気筒の燃焼室内における混合気の空燃比の目標値である目標空燃比を設定する。これにより、状況に応じて理論空燃比よりもリーン側の空燃比（以下、「リーンな空燃比」とも称呼する。）に目標空燃比を設定することができる。また、状況に応じて理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（以下、「リッチな空燃比」とも称呼する。）に目標空燃比を設定することができる。あるいは、状況に応じて目標空燃比を理論空燃比に設定することができる。
【００１２】
噴射量設定手段は、前記内燃機関の運転状態及び前記設定された目標空燃比に応じた、前記ポート噴射手段による燃料の噴射量と前記筒内噴射手段による燃料の噴射量との和に対する前記ポート噴射手段による燃料の噴射量と前記筒内噴射手段による燃料の噴射量の分担率になるように前記ポート噴射手段による燃料の噴射量と前記筒内噴射手段による燃料の噴射量とを設定する。ここにいう「運転状態」としては、例えば、機関の運転速度（エンジン回転速度）、燃焼室に吸入される空気量（吸入空気量）、機関の冷却水の温度（冷却水温）等が挙げられる。これにより、ポート噴射手段による燃料の噴射量と筒内噴射手段による燃料の噴射量とは、目標空燃比を実現しつつ、時々刻々と変化し得る機関の運転状態に応じた適切な値、すなわち、分担率に原則的に設定されていく。
【００１３】
前記フィードバック制御手段は、前記複数の気筒の燃焼室内における混合気の空燃比が前記目標空燃比と一致するように、前記空燃比センサによる出力値に基づいて前記ポート噴射手段による燃料の噴射量と前記筒内噴射手段による燃料の噴射量とをフィードバック制御する。これにより、前記複数の気筒の燃焼室内における混合気の空燃比が前記空燃比センサによる出力値に基づいてフィードバック制御される。
【００１４】
本制御装置の特徴の１つは、吸気弁閉弁判定手段を備えることにある。前記吸気弁閉弁判定手段は、前記目標空燃比が前記目標空燃比設定手段によって理論空燃比よりもリーン側の空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変更された時点で、今回の燃焼サイクルにおいて吸気行程にある次燃焼気筒に対応して配設された前記ポート噴射手段が前記噴射量設定手段により設定された燃料の噴射量の噴射を終了しており、前記次燃焼気筒の吸気弁が閉弁しているか否かを判定する。
【００１５】
デュアルインジェクションシステムを有する機関において、燃焼サイクルにおける吸気行程にある次燃焼気筒では、まず、吸気行程に入る直前、具体的に吸気弁が開弁される直前にポート噴射手段が吸気弁よりも上流の吸気通路にてポート噴射する。続いて、吸気弁が開弁されるとともにピストンが吸気上死点から吸気下死点に向けてストロークすることにより、吸気通路内にて霧化された燃料が空気とともに次燃焼気筒の燃焼室に吸入される。そして、ピストンが吸気下死点までストロークした直後に吸気弁が閉弁され、排気弁が閉弁された状態で次燃焼気筒は圧縮行程に入る。すなわち、ポート噴射手段によって噴射された燃料は、次燃焼気筒の吸気弁が開弁して吸気行程にあるときのみ燃焼室に吸入され得る。
【００１６】
このため、目標空燃比がリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に変更された時点において、次燃焼気筒に対応して配設されたポート噴射手段による燃料の噴射前であれば、燃焼室内における混合気の空燃比を目標空燃比に一致させるためにポート噴射手段が設定された燃料を噴射することにより、吸気弁が開弁されること伴って次燃焼気筒の燃焼室内にポート噴射された燃料が吸入され得る。また、目標空燃比がリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に変更された時点において、未だ次燃焼気筒が吸気行程にあり吸気弁が開弁されていれば、ポート噴射手段が、例えば、燃焼室内における混合気の空燃比を目標空燃比に一致させるために噴射量設定手段によって設定された燃料を噴射した後に追加的に燃料を噴射することによって次燃焼気筒の燃焼室内にポート噴射された燃料が吸入され得る。ただし、この場合において吸気弁のリフト量が小さければ、ポート噴射手段が追加的に噴射した燃料が次燃焼気筒の燃焼室内に吸入されにくくなる。したがって、少なくとも、次燃焼気筒が圧縮行程にあるときに目標空燃比設定手段によって目標空燃比がリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に変更されると、変更された時点においては既にポート噴射手段が噴射量設定手段によって設定された燃料の噴射を終了しており、また、次燃焼気筒の吸気弁が閉弁されているため、ポート噴射手段が燃料を追加的に噴射しても燃焼室内における混合気の空燃比を目標空燃比に一致させることが不能となる。
【００１７】
このように、燃焼室内における混合気の空燃比を目標空燃比に一致させるためにポート噴射手段が燃料の追加的に噴射する場合には、種々の制約が付される。これに対し、筒内噴射手段は、次燃焼気筒の吸気弁が開弁状態または閉弁状態に関わらず、吸気弁が開弁される吸気行程は言うまでもなく吸気弁が閉弁される圧縮行程あっても燃料を噴射することができる。したがって、吸気弁閉弁判定手段は、目標空燃比設定手段によって目標空燃比がリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に変更された時点で、ポート噴射手段が燃料を噴射した後に少なくとも次燃焼気筒の吸気弁が閉弁されているか否かを判定することにより、次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を速やかに目標空燃比に一致させるために、筒内噴射手段が筒内噴射する場合を判定する。言い換えれば、吸気弁閉弁判定手段は、次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を速やかに目標空燃比に一致させるために、ポート噴射手段によるポート噴射が不能である場合を判定することによって筒内噴射手段が筒内噴射する場合を判定する。
【００１８】
本制御装置の特徴の他の１つは、噴射量補正手段を備えることにある。前記噴射量補正手段は、前記次燃焼気筒の吸気弁が閉弁しているとき、前記筒内噴射手段に対して前記噴射量設定手段により設定された燃料の噴射量を、前記空燃比センサの出力値及び前記変更された目標空燃比に基づいて前記分担率を一時的に変更して補正する。
【００１９】
上述したように、次燃焼気筒の吸気弁が少なくとも閉弁されていると、ポート噴射手段によって噴射された燃料は次燃焼気筒の燃焼室内に吸入されない。したがって、噴射量補正手段は、次燃焼気筒の吸気弁が閉弁されていても、燃料を噴射することができる筒内噴射手段が燃焼室内にて噴射する噴射量を、目標空燃比設定手段によって変更された目標空燃比（具体的には、リーン側の空燃比からリッチ側の空燃比への変更）に対応するように補正する。これにより、筒内噴射手段が補正された噴射量だけ燃料を次燃焼気筒の燃焼室内に筒内噴射することにより、次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を変更された目標空燃比に速やかに一致させることができる。なお、これ以降の燃焼サイクルにおいて次燃焼気筒となる気筒には、噴射量設定手段が変更された目標空燃比に基づいてポート噴射手段による燃料の噴射量と筒内噴射手段による燃料の噴射量とを設定することができる。これによって、全気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を目標空燃比に一致させることができる。
【００２０】
本制御装置の特徴の他の１つは、前記噴射量補正手段が、前記次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比が前記変更された目標空燃比と一致するように、前記変更された目標空燃比と前記空燃比センサの出力値とに基づいて前記噴射量設定手段により設定された前記筒内噴射手段に対する燃料の噴射量を補正するためのフィードバック補正量を算出し、同フィードバック補正量を用いて前記筒内噴射手段が前記次燃焼気筒の燃焼室内にて噴射する燃料の噴射量を補正することにある。これにより、より速やかにかつ適切に次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を変更された目標空燃比に一致させることができる。
【００２１】
本制御装置の特徴の他の１つは、前記空燃比センサが、少なくとも、前記集合排気通路に配設された触媒よりも下流の前記集合排気通路に配設されていて、前記触媒から流出した混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する空燃比センサを含んで構成されており、前記目標空燃比設定手段が、前記触媒よりも下流に配設された空燃比センサの出力値の変化に応じて、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比から理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変更することにある。これによれば、集合排気通路に配設された触媒内部の状態に応じて目標空燃比設定手段が目標空燃比をリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に変更することができる。
【００２２】
この場合、具体的には、前記触媒よりも下流に配設された空燃比センサの出力値の変化が、前記触媒内が、同触媒に流入する混合排ガスを還元する還元雰囲気から同触媒に流入する混合排ガスを酸化する酸化雰囲気になることに伴って生じる変化であるときに、前記目標空燃比設定手段が目標空燃比をリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に変更することができる。これにより、触媒内部の雰囲気変化、より具体的には、触媒に流入する混合排ガスを還元する還元雰囲気から混合排ガスを酸化する酸化雰囲気になることに伴って、次燃焼気筒の燃焼室内における目標空燃比をリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に変更することができる。したがって、触媒に流入する混合排ガスの空燃比を速やかにリッチ側の空燃比とすることができ、酸化雰囲気となった触媒によって未燃物であるＨＣ，ＣＯ等を高い浄化率で酸化することができる。
【００２３】
また、この場合、具体的には、前記噴射量補正手段が、前記次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比が前記変更された目標空燃比と一致するように、前記変更された目標空燃比と前記触媒よりも下流に配設された空燃比センサの出力値とに基づいて前記噴射量設定手段により設定された前記筒内噴射手段に対する燃料の噴射量を補正するためのフィードバック補正量を算出し、同フィードバック補正量を用いて前記筒内噴射手段が前記次燃焼気筒の燃焼室内にて噴射する燃料の噴射量を補正することができる。これにより、触媒内部の状態（具体的には、還元雰囲気から酸化雰囲気への変化）に対して、より速やかにかつ適切に次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を変更された目標空燃比（具体的には、リッチ側の空燃比）に一致させることができる。
【００２４】
本制御装置の特徴の他の１つは、前記集合排気通路に配設された触媒の触媒温度を検出する触媒温度検出手段を備え、前記目標空燃比設定手段が、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度が予め設定された温度以上になったときに、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比から理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変更することにもある。これにより、触媒の触媒温度の上昇、より具体的には、触媒温度が所定の温度以上となること伴って、目標空燃比をリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に変更することができる。したがって、触媒に流入する混合排ガスの空燃比を速やかにリッチ側の空燃比に変更して、触媒に未燃物（ＨＣ、ＣＯ等）を流入させて触媒温度の上昇を抑制することができ、その結果、触媒の劣化を抑制することができる。
【００２５】
本制御装置は、目標空燃比設定手段によって目標空燃比がリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に変更されると、吸気弁閉弁判定手段が次燃焼気筒の吸気弁が閉弁されているかを判定し、閉弁されていれば噴射量補正手段が筒内噴射手段による燃料の噴射量を変更された目標空燃比に基づいて補正することができる。これにより、速やかに次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を変更された目標空燃比に近づけることができる。一方、閉弁されていなければ、噴射量設定手段が変更された目標空燃比に基づいてポート噴射手段による燃料の噴射量と筒内噴射手段による燃料の噴射量とを設定することができる。これにより、例えば、時々刻々と変化し得る機関の運転状態に応じて適切にポート噴射手段による燃料の噴射量と筒内噴射手段による燃料の噴射量、より具体的には、ポート噴射手段による燃料の噴射量と筒内噴射手段による燃料の噴射量との和で表わされて目標空燃比を実現するための基本燃料噴射量に対する、ポート噴射手段による燃料の噴射量と筒内噴射手段による燃料の噴射量の分担率を維持して、次燃焼気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を速やかに変更された目標空燃比に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置が適用される多気筒内燃機関の概略構成を示した図である。
【図２】図１に示した触媒、上流側空燃比センサ、及び下流側空燃比センサが集合排気通路に配設された様子を示した図である。
【図３】図１に示した上流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図４】図１に示した下流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図５】基本空燃比制御における上流側空燃比と下流側空燃比の関係を説明するための図である。
【図６】図１に示したＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図７】燃焼気筒における吸気及び圧縮行程に対する、図１に示した触媒内の雰囲気変化に伴う下流側空燃比センサの出力値の変化、図１に示した下流側空燃比センサの出力値の変化に対応した目標空燃比の変化（反転）、図１に示したポート噴射弁による燃料の噴射タイミング及び図１に示した筒内噴射弁による燃料の噴射タイミングを説明するための図である。
【図８】本発明の変形例に係り、図１に示したＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図９】本発明の変形例に係り、燃焼気筒における吸気及び圧縮行程に対する、図１に示した触媒の触媒温度の変化、図１に示した触媒の触媒温度の上昇に対応した目標空燃比の変化（反転）、図１に示したポート噴射弁による燃料の噴射タイミング及び図１に示した筒内噴射弁による燃料の噴射タイミングを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態に係る多気筒内燃機関の制御装置（以下、単に「本装置」とも称呼する。）について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（構成）
図１は、本装置を、デュアルインジェクションシステムを備えた４サイクル・火花点火式・多気筒（直列４気筒）・内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。ここで、本実施形態においては、内燃機関として直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではない。
【００２９】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０から排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００３０】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１の壁面及びピストン２２の上面は、シリンダヘッド部３０の下面とともに燃焼室２５を形成している。
【００３１】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角及び吸気弁３２の最大リフト量を連続的に変更する可変動弁機構３３、可変動弁機構３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフトを含むとともに同エキゾーストカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変排気タイミング制御装置３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、吸気弁３２よりも上流の吸気ポート３１内にて燃料を噴射するポート噴射弁３９Ｐ、燃焼室２５内にて燃料を直接噴射する筒内噴射弁３９Ｃを備えている。したがって、内燃機関１０は、ポート噴射弁３９Ｐと筒内噴射弁３９Ｃとを有するデュアルインジェクションシステムを備える。
【００３２】
ポート噴射弁３９Ｐ及び筒内噴射弁３９Ｃは、一つの燃焼室２５に対してそれぞれ一つずつ配設されている。したがって、複数の気筒のそれぞれは、他の気筒とは独立して燃料供給を行うポート噴射弁３９Ｐ及び筒内噴射弁３９Ｃを備えている。なお、本実施形態においては、ポート噴射弁３９Ｐと筒内噴射弁３９Ｃの２つの噴射弁が別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されるものではない。例えば、筒内噴射機能とポート噴射機能とを併せ持つような１個の噴射弁を有する内燃機関であってもよい。
【００３３】
吸気系統４０は、各気筒の吸気ポート３１とそれぞれ接続されたインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、及び吸気管４１内にあって吸気開口面積を可変とするスロットルバルブ４３、スロットルバルブ４３のアクチュエータ４３ａを備えている。吸気ポート３１及び吸気管４１は、吸気通路を構成している。
【００３４】
排気系統５０は、各気筒の排気ポート３４とそれぞれ接続されたエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された触媒５３（三元触媒）を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００３５】
一方、このシステムは、エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、上流側空燃比センサ６６、下流側空燃比センサ６７及びアクセル開度センサ６８を備えている。
【００３６】
エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Gaに応じた信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６２は、スロットルバルブ４３の開度を検出し、スロットルバルブ開度TAを表す信号を出力するようになっている。
【００３７】
カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが９０°回転するごとに（すなわち、クランク軸２４が１８０°回転するごとに）一つのパルスを有する信号（G2信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が３６０°回転するごとに幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。また、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基づいて、基準気筒（例えば、第１気筒）の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角CAが取得される。この絶対クランク角CAは、基準気筒の圧縮上死点において「０°クランク角」に設定され、クランク角の回転角度に応じて「７２０°クランク角」まで増大し、その時点にて再び０°クランク角に設定される。水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
【００３８】
上流側空燃比センサ６６は、図２に示すように、各気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路において触媒５３よりも上流に配設されている。上流側空燃比センサ６６は、例えば、特開平１１−７２４７２号公報、特開２０００−６５７８２号公報、及び、特開２００４−６９５４７号公報等に開示された、「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
【００３９】
なお、以下、集合排気通路内を通過する排ガスを「混合排ガス」と称呼する。混合排ガスは、各気筒から排出された排ガスが混合されて得られる排ガスである。上流側空燃比センサ６６は、触媒５３に流入する混合排ガスの空燃比（したがって、機関に供給される混合気の空燃比、より具体的には、各気筒の燃焼室２５内における混合気の空燃比）に応じた出力値Vabyfs(V)を発生する。この出力値Vabyfsは、図３に示した空燃比変換テーブル（マップ）Mapabyfsを利用して、出力値Vabyfsにより表される空燃比（以下、「検出空燃比」と呼ぶ。）abyfsに変換される。
【００４０】
また、図２に示すように、下流側空燃比センサ６７は、集合排気通路において触媒５３よりも下流側に配設されている。下流側空燃比センサ６７は、周知の起電力式の酸素濃度センサ（安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。下流側空燃比センサ６７は、触媒５３から流出する混合排ガスの空燃比（したがって、機関に供給される混合気の空燃比（より具体的には、各気筒の燃焼室２５内における混合気の空燃比）の時間的平均値）に応じた出力値Voxs(V)を発生する。
【００４１】
この出力値Voxsは、図４に示すように、空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき最大出力値max（例えば、約０．９Ｖ）となり、空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき最小出力値min（例えば、約０．１Ｖ）となり、空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の電圧Vst（例えば、約０．５Ｖ）となる。さらに、この出力値Voxsは、混合排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急変し、混合排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。
【００４２】
アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００４３】
電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５からなるマイクロコンピュータである。
【００４４】
インターフェース７５は、前記センサ６１〜６８と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ７１の指示に応じて可変動弁機構３３のアクチュエータ３３ａ、各気筒のイグナイタ３８、各気筒に対応して設けられたポート噴射弁３９Ｐ及び筒内噴射弁３９Ｃ、並びにスロットルバルブアクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するようになっている。
【００４５】
（空燃比フィードバック制御の概要）
次に、上記のように構成された本装置が行う機関に供給される混合気の空燃比、すなわち、各気筒の燃焼室２５内における空燃比（以下、単に「機関の空燃比」と称呼することもある。）のフィードバック制御の概要について説明する。
【００４６】
＜触媒の浄化能力＞
触媒５３のような三元触媒（以下、単に「触媒」ということもある。）は、触媒に流入する混合排ガスの空燃比（以下、上流側空燃比と称呼する。）、すなわち、機関の空燃比が理論空燃比であるときに、混合排ガス中の未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元し、これらの有害成分を高い効率で浄化する。また、触媒は、通常、上流側空燃比（機関の空燃比）がリーンな空燃比のときに混合排ガス中のＮＯｘを還元してＮＯｘから奪った酸素を内部に貯蔵するとともに、上流側空燃比がリッチな空燃比のときに貯蔵している酸素により混合排ガス中のＨＣ，ＣＯ等を酸化する機能（以下、酸素吸蔵機能と称呼する。）を有している。このため、酸素を吸蔵・放出する酸素吸蔵機能により、上流側空燃比（機関の空燃比）が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ，ＣＯ、及びＮＯｘを浄化することができる。すなわち、機関の空燃比がリーン（すなわち、上流側空燃比がリーン）となって触媒に流入する混合排ガスにＮＯｘが多量に含まれると、触媒はＮＯｘから酸素分子を奪って還元するとともに同酸素分子を吸蔵し、これによりＮＯｘを浄化する。また、機関の空燃比がリッチ（すなわち、上流側空燃比がリッチ）になって触媒に流入する混合排ガスにＨＣ，ＣＯ等が多量に含まれると、触媒はこれらに吸蔵している酸素分子を与えて（放出して）酸化し、これによりＨＣ，ＣＯ等を浄化する。
【００４７】
したがって、触媒が連続的に流入する多量のＨＣ，ＣＯ等を効率的に浄化（酸化）するためには、同触媒が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入する多量のＮＯｘを効率的に浄化（還元）するためには、同触媒が酸素を十分に貯蔵し得る状態になければならないことになる。以上のことから、触媒の浄化能力は、同触媒が貯蔵し得る最大の酸素量（最大酸素吸蔵量）に依存する。
【００４８】
一方、触媒５３のような三元触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、あるいは触媒に加わる熱により劣化し、これに伴い最大酸素吸蔵量が次第に低下してくる。また、触媒が多量のＨＣ，ＣＯ等を連続的に浄化（酸化）し続けると貯蔵した酸素が不足して浄化能力が低下し、また、触媒が多量のＮＯｘを連続的に浄化（還元）し続けると酸素を貯蔵しきれずに浄化能力が低下してくる。このような最大酸素吸蔵量の低下及び浄化能力の低下を抑制するためには、上流側空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とリーンな空燃比となるように制御して、触媒における酸素分子の吸蔵及び放出を繰り返すことが必要である。
【００４９】
＜触媒内部雰囲気の判定＞
上述したように、最大酸素吸蔵量の低下及び浄化能力の低下を抑制するためには、上流側空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比とリーンな空燃比となるように繰り返し変更することが有効である。ところで、触媒５３が最大酸素吸蔵量の近傍まで酸素を吸蔵し同触媒５３内部が酸化雰囲気となっているか、または、触媒５３が「０」近傍となる酸素吸蔵量まで酸素を放出して同触媒５３内部が還元雰囲気となっているかは、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて判定することができる。
【００５０】
今、上流側空燃比がリーンな空燃比であれば、酸素分子が貯蔵されることによって触媒５３内部に流入するＮＯｘが浄化（還元）される。このため、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsは電圧Vstよりも大きく最大出力値max以下となり、触媒５３から流出する混合排ガスの空燃比（以下、下流側空燃比と称呼する。）はリッチな空燃比となる。そして、連続して触媒５３内部に流入するＮＯｘを浄化（還元）し続けると、触媒５３の吸蔵される酸素分子が最大酸素吸蔵量となり、それ以上のＮＯｘの浄化能力が低下する。このため、最大酸素吸蔵量まで酸素分子を吸蔵した触媒５３においてはその内部が酸化雰囲気となり、流出するＮＯｘによって下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsは最大出力値maxから最小出力値minへと急変する。すなわち、下流側空燃比がリッチな空燃比からリーンな空燃比に変化すると、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが最大出力値maxから最小出力値minへと急変するため、触媒５３内部が還元雰囲気から酸化雰囲気に変化したか否かを判定することができる。
【００５１】
一方、上流側空燃比がリッチな空燃比であれば、貯蔵された酸素分子が放出されることによって触媒５３内部に流入するＨＣ，ＣＯ等が浄化（酸化）される。このため、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsは電圧Vstよりも小さく最小出力値min以上となり、下流側空燃比はリーンな空燃比となる。そして、連続して触媒５３内部に流入するＨＣ，ＣＯ等を浄化（酸化）し続けると、触媒５３の酸素吸蔵量が略「０」となり、それ以上のＨＣ，ＣＯ等の浄化能力が低下する。このため、酸素吸蔵量の少ない触媒５３においてはその内部が還元雰囲気となり、流出するＨＣ，ＣＯ等によって下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsは最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。すなわち、下流側空燃比がリーンな空燃比からリッチな空燃比に変化すると、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが最小出力値minから最大出力値maxへと急変するため、触媒５３内部が酸化雰囲気から還元雰囲気に変化したか否かを判定することができる。
【００５２】
＜基本空燃比制御＞
次に、本装置による基本空燃比制御の概要について説明する。本装置においては、機関が定常運転状態にあるときに、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが急変することに応じて、すなわち触媒５３内部が酸化雰囲気であるか還元雰囲気であるかに応じて、上流側空燃比（機関の空燃比）を理論空燃比よりも強制的にリーンな空燃比または強制的にリッチな空燃比となるように制御する。具体的に、図５に示すように、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて下流側空燃比がリッチな空燃比であるときには上流側空燃比（すなわち、機関の空燃比）がリーンな空燃比となるように制御し、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて下流側空燃比がリーンな空燃比であるときには上流側空燃比（すなわち、機関の空燃比）がリッチな空燃比となるように制御する。また、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが最大出力値maxから最小出力値minに急変したときには上流側空燃比（すなわち、機関の空燃比）をリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更して（大きく振幅させて）制御し、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが最小出力値minから最大出力値maxに急変したときには上流側空燃比（すなわち、機関の空燃比）をリッチな空燃比からリーンな空燃比に変更して（大きく振幅させて）制御する。
【００５３】
そこで、本装置は、上流側空燃比センサ６６及び下流側空燃比センサ６７の出力値が対応するセンサ目標値（具体的に下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに応じて理論空燃比よりもリッチな空燃比または理論空燃比よりもリーンな空燃比に対応する値）にそれぞれ一致するように、ポート噴射弁３９Ｐ及び筒内噴射弁３９Ｃによる燃料噴射量を制御して機関の空燃比をフィードバック制御する。
【００５４】
＜基本燃料噴射量の決定＞
まず、基本燃料噴射量Fbaseの決定について、一例を説明する。基本燃料噴射量Fbaseを決定するにあたっては、内燃機関１０の運転状態であるエンジン回転速度NE及びスロットルバルブ開度TA等に基づいて上流側空燃比センサ出力の目標値（上流側目標値）に対応する上流側目標空燃比abyfr（すなわち、機関の目標空燃比）を決定する。この上流側目標空燃比abyfrは、上述したように下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに応じて理論空燃比よりもリッチな空燃比または理論空燃比よりもリーンな空燃比に対応する値に変更可能に予め設定されている。また、上流側目標空燃比abyfrは、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
【００５５】
このように上流側目標空燃比abyfrを決定すると、エアフローメータ６１が計測している吸入空気流量Gaと、クランクポジションセンサ６４の出力に基づいて得られるエンジン回転速度NEとを引数とする所定のテーブルに基づいて求められる今回の吸気行程を迎える気筒（すなわち、次燃焼気筒）の吸入空気量である筒内吸入空気量Mcを上記決定された上流側目標空燃比abyfrで除することにより、基本燃料噴射量Fbaseを求める。すなわち、基本燃料噴射量Fbaseは、上流側目標空燃比abyfrを実現するために必要な次燃焼気筒に対応するポート噴射弁３９Ｐ及び筒内噴射弁３９Ｃからの燃料噴射量の合計量である。
【００５６】
＜筒内噴射量及びポート噴射量の算出＞
次に、筒内噴射量Fid及びポート噴射量Fipの算出について説明する。筒内噴射量Fid及びポート噴射量Fipを算出するにあたっては、内燃機関１０の運転状態であるエンジン回転速度NEと、上記筒内吸入空気量Mcと、冷却水温度THWとを引数とする所定のテーブルに基づいて、筒内噴射量Fidとポート噴射量Fipの和に対する筒内噴射量Fidの比（より正確には、後述する基本筒内噴射量Fbasedと後述する基本ポート噴射量Fbasepの和に対する基本筒内噴射量Fbasedの比率）である筒内噴射割合R（以下、分担率Rとも称呼する。）を決定する。これにより、機関の運転状態に応じて筒内噴射割合Rを適宜変更することができる。
【００５７】
このように筒内噴射割合R（すなわち、分担率R）を機関の運転状態に応じて決定すると、上記求められた基本燃料噴射量Fbaseに筒内噴射割合Rを乗算することにより、基本筒内噴射量Fbased（＝Fbase×R）を決定する。同様に、上記求められた基本燃料噴射量Fbaseに値（1-R）を乗算することにより、基本ポート噴射量Fbasep（＝Fbase×(1-R)）を決定する。そして、基本筒内噴射量Fbasedにサブフィードバック補正量を乗算して最終的な筒内噴射量Fidを決定し、基本ポート噴射量Fbasepにサブフィードバック補正量及びメインフィードバック補正量を乗算して最終的なポート噴射量Fipを決定する。
【００５８】
なお、サブフィードバック補正量については、一例として、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsと、内燃機関１０の運転状態であるエンジン回転速度NE及びスロットルバルブ開度TA等に基づいて下流側空燃比センサ出力の目標値である下流側目標値Voxsrefとの偏差についてＰＩＤ処理することによって求められる。ここで、下流側目標値Voxsrefは、同下流側目標値Voxsrefに対応する下流側目標空燃比が上述した上流側目標空燃比abyfrと常時一致するように設定される。また、メインフィードバック補正量については、一例として、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsと図３に示した空燃比変換テーブルMapabyfsとに基づいて上流側空燃比センサ６６による現時点における検出空燃比abyfsを求めるとともに、この検出空燃比abyfsと上記上流側目標空燃比abyfrとの偏差についてＰＩＤ処理することによって求められる。
【００５９】
本装置は、このようにして、基本筒内噴射量Fbasedをサブフィードバック補正量により補正することによって得られる筒内噴射量Fidの燃料を今回の燃焼サイクルにおける次燃焼気筒に対して筒内噴射弁３９Ｃにより筒内噴射する。また、基本ポート噴射量Fbasepをサブフィードバック補正量とメインフィードバック補正量とにより補正することによって得られるポート噴射量Fipの燃料を今回の燃焼サイクルにおける次燃焼気筒に対してポート噴射弁３９Ｐにより噴射する。これらにより、本装置は、理論空燃比よりもリッチな空燃比または理論空燃比よりもリーンな空燃比になるように、機関の空燃比をフィードバック制御することができる。
【００６０】
＜上流側空燃比のリーンからリッチへの変更＞
上述したように、特に上流側空燃比がリーンな空燃比であるときには、触媒５３内部に流入するＮＯｘを浄化（還元）することにより触媒５３内部に貯蔵される酸素量が最大酸素吸蔵量まで増加して酸化雰囲気になる場合がある。このように触媒５３内部が酸化雰囲気になると、ＮＯｘの浄化能力（還元能力）が低下してＮＯｘが流出する恐れがある。この場合、速やかに上流側空燃比をリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更して、触媒５３内部にＨＣ，ＣＯ等を流入させ、同流入したＨＣ，ＣＯ等を浄化（酸化）することにより貯蔵された酸素分子を放出（消費）させて貯蔵している酸素量を減少させる必要がある。
【００６１】
ところで、デュアルインジェクションシステムを備えた内燃機関１０においては、上述したように、ポート噴射弁３９Ｐによるポート噴射は、次燃焼気筒の吸気弁３２が閉弁する前の時点にて同気筒に対して行われる必要がある。このため、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが最大出力値maxから最小出力値minに急変し、上流側空燃比（すなわち、機関の空燃比）をリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更する時点において、吸気行程にある次燃焼気筒の吸気弁３２が開弁していれば、上述したように、変更されたリッチな空燃比（すなわち、上流側目標空燃比）に基づいて決定されたポート噴射量Fipがポート噴射弁３９Ｐから噴射され、筒内噴射量Fidが筒内噴射弁３９Ｃから噴射される。したがって、上流側空燃比（すなわち、機関の空燃比）をリーンな空燃比からリッチな空燃比に速やかに変更することができ、ＮＯｘの流出をも防止することができるとともに触媒５３に流入するＨＣ，ＣＯ等を高い浄化率によって浄化（酸化）することができる。
【００６２】
しかし、上流側空燃比（すなわち、機関の空燃比）をリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更する時点において、吸気行程にある次燃焼気筒の吸気弁３２が閉弁していれば、すなわち、既にポート噴射弁３９Ｐによるポート噴射が終了しており次燃焼気筒が圧縮行程に移行していれば、ポート噴射弁３９Ｐからのポート噴射が不能となり、変更されたリッチな空燃比に対してポート噴射量Fipが不足することになる。ここで、筒内噴射弁３９Ｃは、圧縮行程にある次燃焼気筒の吸気弁３２が閉弁していても、筒内噴射可能である。このため、筒内噴射弁３９Ｃを利用して、変更されたリッチな空燃比に速やかに対応するように、筒内噴射量Fidを増加させることは可能である。
【００６３】
ところが、上述したように、デュアルインジェクションシステムにおいては、ポート噴射弁３９Ｐによるポート噴射量Fipと筒内噴射弁３９Ｃによる筒内噴射量Fidとの分担率Rは、機関の運転状態に応じて最適に設定されるものである。したがって、分担率Rは、原則的に、エンジン回転速度NE、冷却水温THW等の機関の運転状態に応じて時々刻々と変更されていくものである。このため、上流側空燃比（すなわち、機関の空燃比）をリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更するときに、常に、筒内噴射弁３９Ｃによる筒内噴射量Fidを増加させて対応すると、分担率Rが変化してしまい、機関の運転状態に対して影響を及ぼす可能性がある。
【００６４】
（実際の作動）
次に、本実施形態に係る制御装置の実際の作動について説明する。図６は、本装置のＣＰＵ７１により実行される、「触媒の酸化雰囲気化に伴って機関の空燃比をリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更」する処理ルーチンの流れの一例を示すフローチャートである。この例では、まず、ステップ１００５にて、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて、下流側空燃比がリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転しているか（変更されるか）否かを判定する。
【００６５】
具体的には、所定の短いサンプリング時間ｔｓ（例えば、４ｍ秒）が経過するごとに下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが取得される。そして、サンプリング時間ｔｓごとに取得された下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが、図４に示すように、最大出力値maxから最小出力値minに急激に変化していれば、下流側空燃比がリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転していると判定し（ステップ１００５にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０１０にて次燃焼気筒における吸気弁３２が閉弁しているか否かを判定する。一方、サンプリング時間ｔｓごとに取得された下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが、最大出力値maxから最小出力値minに急激に変化していなければ、下流側空燃比がリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転していないと判定し（ステップ１００５にて「Ｎｏ」）、処理ルーチンの実行を終了する。
【００６６】
ステップＳ１０１０では、カムポジションセンサ６３からのG2信号に基づいて、次燃焼気筒におけるポート噴射弁３９Ｐが既にポート噴射を終了しており、吸気弁３２が閉弁しているか否かを判定する。具体的には、カムポジションセンサ６３からのG2信号に基づき、次燃焼気筒が吸気行程から圧縮行程に移行していて吸気弁３２が閉弁している、あるいは、次燃焼気筒が吸気行程であるものの吸気弁３２が閉弁する直前であれば（ステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０１５にて筒内噴射弁３９Ｃによる筒内噴射を実行する。一方、カムポジションセンサ６３からのG2信号に基づき、次燃焼気筒におけるポート噴射弁３９Ｐが既にポート噴射を終了しておらず、また、次燃焼気筒が吸気行程にあり吸気弁３２が十分なリフト量で開弁していれば（ステップ１０１０にて「Ｎｏ」）、ステップ１０２０にてポート噴射弁３９Ｐによるポート噴射を実行する。
【００６７】
以下、まず、ステップ１０１５における「筒内噴射弁３９Ｃによる筒内噴射」について具体的に説明する。図７に示すように、次燃焼気筒において、吸気上死点の直前に既にポート噴射弁３９Ｐによりポート噴射量Fipがポート噴射されており、吸気行程における吸気下死点の直後に吸気弁３２が閉弁していれば、その後に燃焼室２５における混合気の空燃比がリッチな空燃比になるように変更されてもポート噴射弁３９Ｐは燃焼室２５内に燃料を追加的にポート噴射できない。あるいは、次燃焼気筒において、吸気行程における吸気下死点近傍にて吸気弁３２が閉弁する直前に燃焼室２５における混合気の空燃比がリッチな空燃比になるように変更されても、吸気弁３２のリフト量が小さくポート噴射弁３９Ｐが追加的にポート噴射しても燃焼室２５内に適切に燃料を供給できない。
【００６８】
このような場合において、吸気弁３２が閉弁した状態でも筒内噴射する筒内噴射弁３９Ｃが、リッチな空燃比への変更に対応するように補正された筒内噴射量Fidを次燃焼気筒の燃焼室２５内に噴射する。この場合、筒内噴射量Fidは、リッチな上流側目標空燃比abyfrと常時一致する下流側目標空燃比に対応する下流側目標値Voxsrefと下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsとの偏差をＰＩＤ処理することによって求められるサブフィードバック補正量を基本筒内噴射量Fbasedに乗算して決定される。すなわち、このように決定される筒内噴射量Fidは、リッチな空燃比への変更を満たす噴射量となる。そして、筒内噴射弁３９Ｃは、補正された筒内噴射量Fidを筒内噴射する。なお、この場合には、例外的に（一時的に）、分担率Rが強制的に変更される。
【００６９】
一方、ステップ１０２０における「ポート噴射弁３９Ｐによるポート噴射」については、次燃焼気筒において、ポート噴射弁３９Ｐによるポート噴射が終了していない場合、あるいは、吸気行程にて開弁している吸気弁３２のリフト量が十分大きい場合であって、燃焼室２５における混合気の空燃比をリッチな空燃比に変更することに対応してポート噴射弁３９Ｐがポート噴射できる場合に行われる。
【００７０】
この場合においては、リッチな空燃比への変更に対応して、上述したようにポート噴射量Fip及び筒内噴射量Fidが決定され、ポート噴射弁３９Ｐ及び筒内噴射弁３９Ｃによりそれぞれ噴射される。これにより、リッチな空燃比への変更を満たす基本燃料噴射量Fbaseが筒内供給される。そして、この場合には、機関の運転状態に応じた分担率Rが適切に維持される。
【００７１】
以上のように、本発明に係る実施形態（具体的には、図６に示した処理）によれば、触媒５３内部の雰囲気が酸化雰囲気となって上流側目標空燃比abyfr（目標空燃比）をリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更する必要がある場合（ステップ１００５にて「Ｙｅｓ」）、次燃焼気筒における吸気弁３２が閉弁しているか否かが判定され（ステップ１０１０）、吸気弁３２が閉弁していれば筒内噴射弁３９Ｃによってリッチな空燃比への変更に対応した筒内噴射量Fidが噴射され（ステップ１０１５）、吸気弁３２が開弁していればポート噴射弁３９Ｐおよび筒内噴射弁３９Ｃによってリッチな空燃比への変更に対応したポート噴射量Fip及び筒内噴射量Fidが噴射される（ステップ１０２０）。したがって、触媒５３内部の雰囲気（具体的には酸素吸蔵量に基づく酸化雰囲気）に応じて上流側目標空燃比abyfrを速やかに変更することができ、このように上流側目標空燃比abyfrを速やかに変更することによって触媒５３の浄化率を向上させることができる。
【００７２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、触媒５３の良好な浄化率を確保するために、触媒５３内部の雰囲気が還元雰囲気から酸化雰囲気に変化することに応じて上流側目標空燃比abyfrをリーンな空燃比からリッチな空燃比に速やかに変更するように実施した。この場合、触媒５３の温度に応じて上流側目標空燃比abyfrをリーンな空燃比からリッチな空燃比に速やかに変更するように実施することも可能である。
【００７３】
ここで、上述したように、触媒５３は、酸素分子を吸蔵する機能（以下、酸素吸蔵能力と称呼する。）を有しており、この酸素吸蔵能力を発揮する物質（以下、酸素吸蔵物質と称呼する。）は、その温度が所定の温度以上であるとき、酸素をその物質内で容易に移動させることができる。ところが、触媒温度が所定の温度以上で長時間保持されると、例えば、最大酸素吸蔵量が低下して、所謂、触媒の劣化が生じる場合がある。
【００７４】
このような触媒の劣化を防止するため、上流側目標空燃比abyfrをリッチな空燃比とし、未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）を触媒５３に流入させて触媒温度の上昇を抑制することができる。図８は、本装置のＣＰＵ７１により実行される、「触媒温度の上昇に伴って機関の空燃比をリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更」する処理ルーチンの流れの一例を示すフローチャートである。なお、処理ルーチンにおいては、上記実施形態における処理ルーチンのステップ１００５のみがステップ１０５０に変更される。したがって、以下の説明においては、ステップ１０５０のみを詳細に説明する。
【００７５】
この例では、ステップ１０５０にて、例えば、水温センサ６５の出力値に基づいて冷却水温THWを取得するとともに、取得した冷却水温THWと触媒温度との関係を予め定めた触媒温度推定関数に取得した冷却水温THWを適用することにより、触媒５３の触媒温度を推定して取得する。この場合、触媒５３に触媒温度センサを設けた場合には、このセンサが検出した触媒温度を用いてもよい。続いて、図９に示すように、取得した触媒５３の触媒温度が所定の温度以上であるか否かを判定される。具体的には、取得された触媒温度が所定の温度以上であれば、上流側目標空燃比abyfrをリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更する必要があると判定し（ステップ１０５０にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０１０以降の各ステップ処理を上記実施形態と同様に実行する
【００７６】
これにより、本発明に係る変形例によれば、触媒５３の触媒温度が所定の温度以上に上昇して上流側目標空燃比abyfrをリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更する必要がある場合（ステップ１００５にて「Ｙｅｓ」）、次燃焼気筒における吸気弁３２が閉弁しているか否かが判定され（ステップ１０１０）、吸気弁３２が閉弁していれば筒内噴射弁３９Ｃによってリッチな空燃比への変更に対応した筒内噴射量Fidが噴射され（ステップ１０１５）、吸気弁３２が開弁していればポート噴射弁３９Ｐおよび筒内噴射弁３９Ｃによってリッチな空燃比への変更に対応したポート噴射量Fip及び筒内噴射量Fidが噴射される（ステップ１０２０）。したがって、触媒５３の触媒温度に応じて上流側目標空燃比abyfrを速やかに変更することができ、このように上流側空燃比を速やかに変更することによって触媒５３の過剰な温度上昇を抑制することができて、触媒５３の劣化を抑制し浄化能力を長期間に渡り維持することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、３９Ｐ…ポート噴射弁、３９Ｃ…筒内噴射弁、５２…エキゾーストパイプ、５３…三元触媒、６６…上流側空燃比センサ、６７…下流側空燃比センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ
【図１】
0005625758.tif 000002
【図２】
0005625758.tif 000003
【図３】
0005625758.tif 000004
【図４】
0005625758.tif 000005
【図５】
0005625758.tif 000006
【図６】
0005625758.tif 000007
【図７】
0005625758.tif 000008
【図８】
0005625758.tif 000009
【図９】
0005625758.tif 000010