(57)【要約】【課題】この発明は、スカベンジ率が高くなる場合でも、吸気ポート噴射と筒内噴射との比率を適切に設定し、筒内空燃比を安定的に制御することを目的とする。【解決手段】エンジン１０は、吸気ポート噴射弁２６、筒内噴射弁２８、過給機３６等を備える。ＥＣＵ５０は、燃料の総噴射量Ｆtotalに対する吸気ポート噴射量の比率であるポート噴射率ＫＰＦＩと、総空気量Ａtotalのうち燃焼に寄与せずに筒内を吹き抜ける空気量の比率であるスカベンジ率ＳＣＡとを算出する。そして、スカベンジ率ＳＣＡが筒内リッチ化判定値Ｓminよりも大きい場合には、ポート噴射率ＫＰＦＩを下限判定値Ｋmin以上の値に補正すると共に、吸気ポート噴射の開始時期を吸気バルブ３２の閉弁時期以降に設定し、かつ、吸気ポート噴射の終了時期を排気バルブ３４の閉弁時期以前に設定する。【選択図】図２
2014181684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射弁と、
筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機と、
前記吸気ポート噴射弁からの燃料噴射量である吸気ポート噴射量と前記筒内噴射弁からの燃料噴射量である筒内噴射量とを合算した総噴射量のうち、前記吸気ポート噴射量の比率であるポート噴射率を設定する噴射率設定手段と、
前記筒内に吸気された総空気量のうち、燃焼に寄与せずに排気系に吹き抜ける空気量の比率であるスカベンジ率を算出するスカベンジ率算出手段と、
理論空燃比よりもリッチ側の空燃比として予め設定された出力空燃比と前記スカベンジ率とを用いて、筒内空燃比を前記出力空燃比よりもリーン化することが可能な最小のポート噴射率である下限判定値を算出する判定値算出手段と、
前記スカベンジ率が予め設定された筒内リッチ化判定値よりも大きい場合に、前記噴射率設定手段により設定された前記ポート噴射率を前記下限判定値以上の値に補正する噴射率補正手段と、
前記噴射率補正手段により前記ポート噴射率を補正した場合に、前記吸気ポート噴射弁からの燃料噴射である吸気ポート噴射の開始時期を吸気バルブの閉弁時期以降に設定し、前記吸気ポート噴射の終了時期を排気バルブの閉弁時期以前に設定するポート噴射時期設定手段と、
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】
前記スカベンジ率が前記筒内リッチ化判定値よりも大きい場合に、前記ポート噴射率を前記スカベンジ率以下の値に制限する噴射率制限手段を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記スカベンジ率が前記筒内リッチ化判定値以下であり、かつ、前記ポート噴射率が前記スカベンジ率よりも大きい場合に、前記吸気ポート噴射の開始時期を前記排気バルブの閉弁時期以降に設定すると共に、当該設定状態において前記吸気ポート噴射の終了時期が前記吸気バルブの閉弁時期以前となるように前記ポート噴射率を調整する噴射率調整手段を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記下限判定値は、前記理論空燃比、前記出力空燃比及び前記スカベンジ率に基いて、数式｛理論空燃比／出力空燃比×（スカベンジ率−１）＋１｝により算出する構成としてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記筒内リッチ化判定値は、前記総噴射量分の燃料を前記筒内に噴射したとしても、筒内空燃比が前記出力空燃比よりもリッチ化しない最大のスカベンジ率に対応して設定され、前記理論空燃比と前記出力空燃比とに基いて、数式｛１−（出力空燃比／理論空燃比）｝により設定する構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の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、吸気ポート噴射弁と筒内噴射弁とを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００８−１０１５４０号公報）に開示されているように、吸気ポート噴射弁、筒内噴射弁及び過給機を備えた内燃機関の制御装置が知られている。過給機付きの内燃機関においては、過給圧が背圧よりも大きくなることにより、バルブオーバーラップ中に空気（新気）が筒内から排気系に吹き抜けるスカベンジが発生し易い。従来技術では、スカベンジが発生する運転領域（スカベンジ領域）において、少なくとも吸気ポート噴射を実行して吸気ポート噴射量を調整することにより、排気空燃比を制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０１５４０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４９５５２号公報
【特許文献３】特開２０１２−１６３０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、スカベンジ領域において、筒内を吹き抜けたガスの空燃比（排気空燃比）を吸気ポート噴射量により調整することができる。このとき、筒内に残留しているガスの空燃比（筒内空燃比）は、理論空燃比に対してリッチ側に偏る傾向がある。しかしながら、従来技術では、この点に留意していないので、スカベンジ率を高くすると、筒内空燃比が過剰にリッチ化し、出力の低下や失火等が生じるという問題がある。なお、スカベンジ率とは、筒内に吸気された総空気量のうち、スカベンジにより筒内を吹き抜ける空気量の比率を表している。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、スカベンジ率が高くなる場合でも、吸気ポート噴射と筒内噴射との比率を適切に設定し、筒内空燃比を安定的に制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射弁と、
筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機と、
前記吸気ポート噴射弁からの燃料噴射量である吸気ポート噴射量と前記筒内噴射弁からの燃料噴射量である筒内噴射量とを合算した総噴射量のうち、前記吸気ポート噴射量の比率であるポート噴射率を設定する噴射率設定手段と、
前記筒内に吸気された総空気量のうち、燃焼に寄与せずに排気系に吹き抜ける空気量の比率であるスカベンジ率を算出するスカベンジ率算出手段と、
理論空燃比よりもリッチ側の空燃比として予め設定された出力空燃比と前記スカベンジ率とを用いて、筒内空燃比を前記出力空燃比よりもリーン化することが可能な最小のポート噴射率である下限判定値を算出する判定値算出手段と、
前記スカベンジ率が予め設定された筒内リッチ化判定値よりも大きい場合に、前記噴射率設定手段により設定された前記ポート噴射率を前記下限判定値以上の値に補正する噴射率補正手段と、
前記噴射率補正手段により前記ポート噴射率を補正した場合に、前記吸気ポート噴射弁からの燃料噴射である吸気ポート噴射の開始時期を吸気バルブの閉弁時期以降に設定し、前記吸気ポート噴射の終了時期を排気バルブの閉弁時期以前に設定するポート噴射時期設定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、前記スカベンジ率が前記筒内リッチ化判定値よりも大きい場合に、前記ポート噴射率を前記スカベンジ率以下の値に制限する噴射率制限手段を備えている。
【０００８】
第３の発明は、前記スカベンジ率が前記筒内リッチ化判定値以下であり、かつ、前記ポート噴射率が前記スカベンジ率よりも大きい場合に、前記吸気ポート噴射の開始時期を前記排気バルブの閉弁時期以降に設定すると共に、当該設定状態において前記吸気ポート噴射の終了時期が前記吸気バルブの閉弁時期以前となるように前記ポート噴射率を調整する噴射率調整手段を備えている。
【０００９】
第４の発明によると、前記下限判定値は、前記理論空燃比、前記出力空燃比及び前記スカベンジ率に基いて、数式｛理論空燃比／出力空燃比×（スカベンジ率−１）＋１｝により算出する構成としている。
【００１０】
第５の発明によると、前記筒内リッチ化判定値は、前記総噴射量分の燃料を前記筒内に噴射したとしても、筒内空燃比が前記出力空燃比よりもリッチ化しない最大のスカベンジ率に対応して設定され、前記理論空燃比と前記出力空燃比とに基いて、数式｛１−（出力空燃比／理論空燃比）｝により設定する構成としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、スカベンジ率が筒内リッチ化判定値よりも大きい場合には、スカベンジの影響で筒内空燃比が出力空燃比よりも過剰にリッチ化し得ると判定することができる。そして、この判定時には、筒内空燃比がリッチ化し過ぎないように、ポート噴射率の最小値を下限判定値に制限する補正を実行しつつ、吸気ポートに噴射された燃料を排気系に吹き抜けさせることができる。従って、スカベンジ率が大きい場合でも、ポート噴射率を適切に設定し、筒内空燃比が過剰にリッチ化するのを防止することができ、筒内空燃比を安定的に制御することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、スカベンジ率が筒内リッチ化判定値よりも大きい場合には、吸気ポートに噴射した燃料をポート噴射時期設定手段により排気系に吹き抜けさせることを前提として、ポート噴射率をスカベンジ率以下の値に制限することができる。これにより、燃料の総噴射量に対する吸気ポート噴射量の比率であるポート噴射率を、総空気量に対するスカベンジ量の比率であるスカベンジ率に合わせることができる。従って、筒内空燃比を理論空燃比の近傍に制御し、筒内空燃比の過剰なリーン化を防止することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、スカベンジ率が筒内リッチ化判定値以下であり、かつ、ポート噴射率がスカベンジ率よりも大きい場合には、筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチ化し難い上に、ポート噴射率がスカベンジ率と比較して大きい。そこで、この場合には、噴射率調整手段により吸気ポート噴射の噴射時期をスカベンジの吹き抜けが生じない期間中に同期させることができる。従って、吸気ポートに噴射した燃料を吹き抜けさせずに筒内で燃焼させることができ、噴射燃料の吹き抜けにより筒内空燃比がリーン化するのを防止することができる。
【００１４】
第４の発明によれば、筒内空燃比を出力空燃比よりもリーン化することが可能な最小のポート噴射率である下限判定値を、理論空燃比、出力空燃比及びスカベンジ率に基いて適切に設定することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、総噴射量分の燃料を筒内に噴射したとしても筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチ化しない最大のスカベンジ率に対応する筒内リッチ化判定値を、理論空燃比と出力空燃比とに基いて適切に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１及び図２を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。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全体構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１は、エンジン１０の１気筒を例示したものであり、本発明は、単気筒を含む任意の気筒数の内燃機関に適用し得る。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が形成されており、ピストン１２は、エンジンのクランク軸１６に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。吸気通路１８には、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられ、排気通路２０には、排気ガスを浄化する三元触媒等の触媒２４が設けられている。
【００１８】
また、各気筒には、吸気通路１８の一部である吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射弁２６と、燃焼室１４内（筒内）に燃料を噴射する筒内噴射弁２８と、筒内の混合気に点火する点火プラグ３０と、吸気ポートを筒内に対して開閉する吸気バルブ３２と、排気ポートを筒内に対して開閉する排気バルブ３４とが設けられている。また、エンジン１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機３６を備えている。過給機３６は、触媒２４の上流側で排気通路２０に設けられたタービン３６Ａと、吸気通路１８に設けられたコンプレッサ３６Ｂとにより構成されている。過給機３６の作動時には、タービン３６Ａが排気圧を受けてコンプレッサ３６Ｂを駆動することにより、コンプレッサ３６Ｂが吸入空気を過給する。
【００１９】
次に、システムの制御系統について説明する。本実施の形態のシステムは、センサ４０〜４８を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ４０は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ４２はエンジンの吸入空気量を検出する。また、吸気圧センサ４４は、吸気通路１８内の吸気圧（過給圧）を検出し、排気圧センサ４６は、排気通路２０内の排気圧（背圧）を検出する。また、空燃比センサ４８は、触媒２４の上流側で空燃比を検出する。センサ系統には、これ以外にも、エンジン１０や車両の制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ等）が含まれている。
【００２０】
ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等の記憶回路と、この記憶回路に記憶されたプログラムを実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、信号の入出力を行う入出力ポートとを備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述の各センサがそれぞれ接続されており、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２２、吸気ポート噴射弁２６、筒内噴射弁２８及び点火プラグ３０を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、センサ系統により検出したエンジンの運転情報に基いて各アクチュエータを駆動し、エンジンの運転制御を行う。
【００２１】
運転制御の概略を説明すると、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４０の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ４２により検出した吸入空気量と、エンジン回転数とに基いて負荷を算出する。また、エンジン回転数、負荷等に基いて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等を決定する。そして、各気筒において、燃料噴射時期が到来した時点で吸気ポート噴射弁２６及び筒内噴射弁２８を駆動し、点火時期が到来した時点で点火プラグ３０を駆動する。これにより、各気筒で混合気を燃焼させ、エンジン１０を運転することができる。
【００２２】
ここで、本明細書では、吸気ポート噴射弁２６からの燃料噴射、燃料噴射量をそれぞれ「吸気ポート噴射」、「吸気ポート噴射量」と表記し、筒内噴射弁２８からの燃料噴射、燃料噴射量をそれぞれ「筒内噴射」、「筒内噴射量」と表記する。また、吸気ポート噴射量と筒内噴射量とを合計した噴射量を総噴射量Ｆtotalと表記し、総噴射量Ｆtotalのうち吸気ポート噴射量の比率をポート噴射率ＫＰＦＩと表記するものとする。即ち、ポート噴射率ＫＰＦＩは、下記数１の式により定義される。
【００２３】
［数１］
ＫＰＦＩ(％)＝吸気ポート噴射量／総噴射量Ｆtotal
【００２４】
ＥＣＵ５０は、燃料噴射制御を行うときに、エンジン回転数、負荷等に基いて総噴射量Ｆtotalを設定する。また、エンジン１０の運転状態等に応じて特定の目的（例えば、排気エミッションや燃費の向上）に適した基準のポート噴射率ＫＰＦＩを決定する。以下の説明では、基準のポート噴射率ＫＰＦＩを「要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′」と表記する。燃料噴射制御では、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′と総噴射量Ｆtotalとに基いて、吸気ポート噴射量及び筒内噴射量を算出し、吸気ポート噴射及び筒内噴射を実行する。
【００２５】
また、ＥＣＵ５０は、触媒２４により排気ガスを効率よく浄化するために、排気空燃比、即ち、総空気量Ａtotal／総噴射量Ｆtotalの値が理論空燃比（ストイキ）の近傍となるように総噴射量Ｆtotalを設定する。ここで、総空気量Ａtotalは、１つの気筒において筒内に吸気される空気の量を表すものである。また、ＥＣＵ５０は、排気空燃比をストイキの近傍に維持するために、空燃比センサ４８の出力に基いて総噴射量Ｆtotalを補正する空燃比フィードバック制御を実行する。
【００２６】
［実施の形態１の特徴］
エンジン１０の運転時には、例えば低回転高負荷領域等のスカベンジ領域において、過給圧が背圧よりも高くなることにより、バルブオーバーラップ中に空気（新気）が筒内から排気系に吹き抜けるスカベンジが発生し易い。スカベンジ領域では、スカベンジによる筒内の掃気効果と、筒内を吹き抜けたガスが排気通路２０で燃焼する後燃えの効果により、タービン３６Ａの回転数を増加させることができ、低速運転時のレスポンスを向上させることができる。
【００２７】
一方、触媒２４の排気浄化能を維持するためには、スカベンジが発生した状態でも、排気空燃比をストイキに保持したい要求がある。しかしながら、スカベンジの発生時には、筒内を吹き抜ける空気量の分だけ筒内空燃比がリッチ化し易くなる。この場合、筒内空燃比がストイキ（１４．６）から出力空燃比（１２．５）までリッチ化する程度であれば、出力が増加するだけで済むが、例えば筒内空燃比が出力空燃比を超えた値（９〜１０程度）までリッチ化して燃焼限界を超えると、出力の低下や失火等が生じ易くなる。なお、出力空燃比は、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比として予め設定されるもので、１２．５に限定されるものではなく、任意の値に設定することができる。
【００２８】
上記課題を解決するために、本実施の形態では、スカベンジの影響により筒内空燃比が過剰にリッチ化し得ると判定した場合に、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を補正する噴射率補正制御を実行する。噴射率補正制御では、スカベンジの度合いを表すパラメータとして、スカベンジ率ＳＣＡを採用する。スカベンジ率ＳＣＡは、総空気量Ａtotalのうち、燃焼に寄与せずに筒内から排気通路２０に吹き抜ける空気の量（スカベンジ量）の比率を表すもので、下記数２の式により定義される。
【００２９】
［数２］
ＳＣＡ(％)＝スカベンジ量／総空気量Ａtotal
【００３０】
スカベンジ率の算出例を挙げると、ＥＣＵ５０は、予め設定されたエアモデル等に基いて、過渡状態でのスカベンジ量を算出するためのデータマップを有している。このデータマップは、例えばエンジン回転数、負荷、吸気バルブ３２及び排気バルブ３４のバルブタイミング等のパラメータに基いてスカベンジ量を算出するものである。ＥＣＵ５０は、このデータマップを用いて任意の運転状態におけるスカベンジ量を算出する。また、エアフローセンサ４２の出力に基いて総空気量Ａtotalを算出することにより、前記数２の式からスカベンジ率ＳＣＡを算出することができる。
【００３１】
なお、スカベンジ率の算出時には、例えば筒内圧センサの出力に基いて筒内の残留空気量を算出し、この算出結果を総空気量Ａtotalから減算することにより、スカベンジ量を算出する構成としてもよい。
【００３２】
また、筒内空燃比に対するスカベンジの影響度は、スカベンジ率ＳＣＡと、予め設定された筒内リッチ化判定値Ｓminとの大小関係に基いて判定する。筒内空燃比は、スカベンジ率ＳＣＡが大きいほどリッチ化する傾向がある。筒内リッチ化判定値Ｓminは、総噴射量Ｆtotal分の燃料を筒内に噴射したとしても、筒内空燃比が前記出力空燃比よりもリッチ化しない最大のスカベンジ率として定義される。筒内リッチ化判定値Ｓminを用いれば、後述のように、筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチ化し得るか否を判定することができる。以下、筒内リッチ化判定値Ｓminの設定方法について説明する。
【００３３】
まず、筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチ化する状態は、総空気量Ａtotalと、総噴射量Ｆtotalと、スカベンジ率ＳＣＡと、出力空燃比とに基いて、下記数３の式により表すことができる。なお、本明細書において、排気空燃比、筒内空燃比及び出力空燃比を含む全ての空燃比は、リッチ化するほど小さくなるものとする。
【００３４】
［数３］
Ａtotal×(１−ＳＣＡ)／Ｆtotal＜出力空燃比
【００３５】
この式において、Ａtotal×（１−ＳＣＡ）は、スカベンジにより吹き抜けずに筒内に残留する空気の量に相当し、この空気量をＦtotalで除算した値は、筒内空燃比に相当している。また、排気空燃比に対応するＡtotal／Ｆtotalは、前述のようにストイキに保持されるので、上記数３の式は、下記数４及び数５の式のように変形することができる。
【００３６】
［数４］
理論空燃比×(１−ＳＣＡ)＜出力空燃比
［数５］
ＳＣＡ＞１−出力空燃比／理論空燃比
【００３７】
筒内リッチ化判定値Ｓminは、下記数６の式に示すように、上記数５の右辺を用いて設定されるもので、例えば出力空燃比が１２．５である場合には、Ｓmin＝１−１２．５／１４．６≒０．１４％に設定される。
【００３８】
［数６］
Ｓmin＝１−出力空燃比／理論空燃比
【００３９】
上記数３乃至数５の不等式が成立する場合、即ち、スカベンジ率ＳＣＡが筒内リッチ化判定値Ｓminよりも大きい場合には、スカベンジの影響で筒内空燃比が出力空燃比よりも過剰にリッチ化し得る。このため、噴射率補正制御では、ＳＣＡ＞Ｓminが成立する場合に、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を筒内空燃比がリッチ化し過ぎないような値に補正し、最終的なポート噴射率ＫＰＦＩを算出する。
【００４０】
一方、スカベンジ率ＳＣＡが筒内リッチ化判定値Ｓmin以下の場合には、総噴射量Ｆtotal分の燃料を筒内に噴射したとしても、筒内空燃比は、出力空燃比と等しくなるか、または、出力空燃比よりもリーンとなる。このため、噴射率補正制御では、ＳＣＡ≦Ｓminが成立する場合に、スカベンジが存在しても筒内空燃比が過剰にリッチ化する虞れはないと判定する。この場合には、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′の補正を実行せず、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′をそのまま最終的なポート噴射率ＫＰＦＩとして採用する。
【００４１】
次に、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′の補正処理について説明する。この補正処理は、吸気ポートに噴射された全ての燃料が燃焼に寄与せずに吹き抜けることを前提として、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を下限判定値Ｋmin以上の値に補正するもので、ポート噴射率ＫＰＦＩの最小値を下限判定値Ｋminに制限するものである。ここで、下限判定値Ｋminは、上記前提の下において、筒内空燃比を前記出力空燃比以上の値にリーン化することが可能な最小のポート噴射率として定義されるもので、理論空燃比と、出力空燃比と、スカベンジ率ＳＣＡとに基いて、下記数７の式により算出される。また、例えば出力空燃比が１２．５である場合には、この値を下記数７の式に代入することにより、下限判定値Ｋminが下記数８の式に基いて算出される。
【００４２】
［数７］
Ｋmin＝理論空燃比／出力空燃比×(ＳＣＡ−１)＋１
［数８］
Ｋmin＝１．１６８×ＳＣＡ−０．１６８
【００４３】
上記数７の式の算出方法について説明すると、まず、ポート噴射率ＫＰＦＩに応じて変化する筒内空燃比を出力空燃比以上の値にリーン化できる条件は、総空気量Ａtotal、総噴射量Ｆtotal、スカベンジ率ＳＣＡ、ポート噴射率ＫＰＦＩ及び出力空燃比に基いて、下記数９の式のように表される。この式を、前記数３の式と同様に変形することにより、下記数１０の式を得ることができる。
【００４４】
【数９】
2014181684.tif 000003
【数１０】
2014181684.tif 000004
【００４５】
上記数１０の式を、ポート噴射率ＫＰＦＩが左辺となるように変形することにより、下記数１１の式を得ることができ、この式の右辺を下限判定値Ｋminとすることで、前記数７の式を得ることができる。
【００４６】
［数１１］
ＫＰＦＩ≧理論空燃比／出力空燃比×(ＳＣＡ−１)＋１
【００４７】
従って、ポート噴射率ＫＰＦＩの最小値を下限判定値Ｋminに制限すれば、前記数９の式が成立するので、筒内空燃比を出力空燃比以上の値にリーン化することができる。即ち、噴射率補正制御では、スカベンジ率ＳＣＡ＞筒内リッチ化判定値Ｓminが成立し、ポート噴射率ＫＰＦＩの値によっては筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチ化し得る場合に、ポート噴射率ＫＰＦＩの最小値を下限判定値Ｋminに制限し、筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチ化するのを防止することができる。なお、ＥＣＵ５０は、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を補正して最終的なポート噴射率ＫＰＦＩを算出した場合に、このポート噴射率ＫＰＦＩに基いて最終的な吸気ポート噴射量及び筒内噴射量を算出する。
【００４８】
また、噴射率補正制御により要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を補正した場合には、前述の前提条件が満たされるように、即ち、吸気ポートに噴射された全ての燃料が筒内を吹き抜けるように、吸気ポート噴射の噴射時期を設定する必要がある。そこで、この場合には、吸気ポート噴射の開始時期を吸気バルブ３２の閉弁時期（ＩＶＣ）以降に設定し、吸気ポート噴射の終了時期を排気バルブ３４の閉弁時期（ＥＶＣ）以前に設定する。これにより、吸気バルブ３２の開弁時（ＩＶＯ）には、吸気ポートに噴射された燃料が燃焼に寄与せずにそのまま排気系に吹き抜けるので、ポート噴射率ＫＰＦＩを下限判定値Ｋmin以上の値に制限した効果を有効に発揮することができる。
【００４９】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図２を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図２に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、スカベンジ率ＳＣＡを算出し、ステップ１０２では、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を算出する。
【００５０】
次に、ステップ１０４では、スカベンジ率ＳＣＡが筒内リッチ化判定値Ｓminよりも大きいか否かを判定する。なお、ステップ１０４では、出力空燃比が１２．５に設定され、筒内リッチ化判定値Ｓminが１４．４％に設定された場合を例示している。ステップ１０４の判定が不成立の場合には、総噴射量Ｆtotal分の燃料を筒内に噴射したとしても、スカベンジが存在しても筒内空燃比が過剰にリッチ化する虞れはないと判断し、本ルーチンを終了する。この場合には、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′の補正を実行せず、後述のステップ１１０と同様に、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′をそのまま最終的なポート噴射率ＫＰＦＩとして採用し、ポート噴射率ＫＰＦＩに基いて吸気ポート噴射量及び筒内噴射量を算出する。
【００５１】
一方、ステップ１０４の判定が成立した場合には、スカベンジにより筒内空燃比が過剰にリッチ化する可能性があるので、ステップ１０６に移行する。ステップ１０６では、スカベンジ率ＳＣＡ等に基いて前記数７の式により下限判定値Ｋminを算出し、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′が下限判定値Ｋmin未満であるか否かを判定する。なお、ステップ１０６では、出力空燃比が１２．５に設定され、下限判定値Ｋminが前記数８の式により設定された場合を例示している。
【００５２】
ステップ１０６の判定が成立した場合には、筒内噴射量が多く、吸気ポートに噴射されて吹き抜ける燃料が少ないので、筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチ化し易い。この場合には、ステップ１０８に移行して、最終的なポート噴射率ＫＰＦＩに下限判定値Ｋminを代入することにより、ポート噴射率ＫＰＦＩの補正を実行する。一方、ステップ１０６の判定が不成立の場合には、吸気ポートに噴射されて筒内を吹き抜ける燃料が多く、筒内噴射量は減量されているので、筒内空燃比は過剰にリッチ化しないと判断される。この場合には、ポート噴射率ＫＰＦＩを補正する必要がないので、ステップ１１０に移行し、最終的なポート噴射率ＫＰＦＩに要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を代入する。なお、実際の燃料噴射に用いられる吸気ポート噴射量及び筒内噴射量は、最終的なポート噴射率ＫＰＦＩに基いて算出される。
【００５３】
次に、ステップ１１２では、吸気ポート噴射（ＰＦＩ）の開始時期をＩＶＣ以降に設定する。また、ステップ１１４では、ＰＦＩの終了時期をＥＶＣ以前に設定し、本ルーチンを終了する。これにより、吸気ポート噴射の噴射時期は、吸気ポートに噴射された全ての燃料が筒内を吹き抜けるように設定される。
【００５４】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、スカベンジ率ＳＣＡが筒内リッチ化判定値Ｓminよりも大きい場合には、スカベンジにより筒内空燃比が出力空燃比よりも過剰にリッチ化し得ると判定することができる。そして、この判定時には、筒内空燃比がリッチ化し過ぎないように、ポート噴射率ＫＰＦＩの最小値を下限判定値Ｋminに制限する補正を実行しつつ、吸気ポートに噴射された燃料を排気系に吹き抜けさせることができる。これにより、スカベンジ率ＳＣＡが大きい場合でも、ポート噴射率ＫＰＦＩを適切に設定し、筒内空燃比が過剰にリッチ化するのを防止することができ、筒内空燃比を安定的に制御することができる。
【００５５】
また、スカベンジ率ＳＣＡが大きいか否かを判定する筒内リッチ化判定値Ｓminと、ポート噴射率ＫＰＦＩの最小値を与える下限判定値Ｋminとは、出力空燃比、スカベンジ率ＳＣＡ等に基いて前記数６乃至数８の式により適切に設定することができる。
【００５６】
なお、前記実施の形態１では、図２中のステップ１００がスカベンジ率算出手段の具体例を示し、ステップ１０２が噴射率設定手段の具体例を示している。また、ステップ１０４，１０６，１０８，１１０は、噴射率補正手段の具体例を示し、ステップ１０６及び前記数７，数８の式は、判定値算出手段の具体例を示している。また、ステップ１１２，１１４は、ポート噴射時期設定手段の具体例を示している。
【００５７】
実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様の構成及び制御に加えて、ポート噴射率とスカベンジ率の大小関係に基いて、筒内空燃比の過剰なリーン化を防止することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５８】
［実施の形態２の特徴］
ポート噴射率ＫＰＦＩがスカベンジ率ＳＣＡよりも大きい場合には、総噴射量Ｆtotalに対する吸気ポート噴射量の比率と比較して、総空気量Ａtotalに対するスカベンジ量の比率の方が相対的に大きくなる。この結果、スカベンジの発生時には、吸気ポートに噴射されて吸気バルブ３２の傘等に溜まった燃料のうち、必要以上に多量の燃料が空気と一緒に吹き抜けてしまい、その結果として筒内空燃比が過剰にリーン化し易くなる。このため、本実施の形態では、筒内空燃比の過剰なリーン化を防止するために、第１，第２のリーン化防止制御を実行する。以下、これらの制御について説明する。
【００５９】
まず、第１のリーン化防止制御は、スカベンジ率ＳＣＡが筒内リッチ化判定値Ｓminよりも大きい場合に実行されるもので、ポート噴射率ＫＰＦＩをスカベンジ率ＳＣＡ以下に制限するものである。スカベンジ率ＳＣＡ＞筒内リッチ化判定値Ｓminである場合には、筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチ化する可能性があり、余分な燃料が筒内から排気系に吹き抜けるようにしたい。このため、第１のリーン化防止制御では、吸気ポートに噴射した全ての燃料が筒内を吹き抜けることを前提として、ポート噴射率ＫＰＦＩをスカベンジ率ＳＣＡ以下の値に制限し、筒内噴射量が過剰に減少しないようにする。
【００６０】
第１のリーン化防止制御によれば、ポート噴射率ＫＰＦＩの最大値はスカベンジ率ＳＣＡとなる。これにより、総噴射量Ｆtotalに対する吸気ポート噴射量の比率であるポート噴射率ＫＰＦＩを、総空気量Ａtotalに対するスカベンジ量の比率であるスカベンジ率ＳＣＡに合わせることができる。従って、筒内空燃比をストイキに制御し、筒内空燃比の過剰なリーン化を防止することができる。また、第１のリーン化防止制御を実行する場合には、吸気ポートに噴射した全ての燃料が筒内を吹き抜けるように、吸気ポート噴射の噴射時期を設定する。この設定は実施の形態１で説明したものである。
【００６１】
一方、第２のリーン化防止制御は、スカベンジ率ＳＣＡが筒内リッチ化判定値Ｓmin以下であり、かつ、ポート噴射率ＫＰＦＩがスカベンジ率ＳＣＡよりも大きい場合に実行されるものである。この場合には、筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチ化し難い上に、ポート噴射率ＫＰＦＩがスカベンジ率ＳＣＡと比較して大きい。このため、第２のリーン化防止制御では、吸気ポートに噴射された燃料を燃焼に寄与させ、筒内空燃比の過剰なリーン化を防止する。具体的に述べると、第２のリーン化防止制御では、吸気ポート噴射の開始時期をＥＶＣ以降に設定すると共に、当該設定状態において吸気ポート噴射の終了時期がＩＶＣ以前となるようにポート噴射率ＫＰＦＩを調整する。
【００６２】
吸気ポート噴射の終了時期がＩＶＣ以降の場合には、ＩＶＣ以降に噴射された燃料が吸気バルブ３２の傘等に溜まってしまい、溜まった燃料が吸気バルブ３２の開弁時に筒内を吹き抜けてしまう。これに対し、第２のリーン化制御によれば、吸気バルブ３２が開弁していて排気バルブ３４が閉弁している期間中に、吸気ポート噴射を開始及び終了することができる。即ち、吸気ポート噴射の噴射時期をスカベンジの吹き抜けが生じない期間中に同期させることができる。従って、吸気ポートに噴射した全ての燃料を吹き抜けさせずに筒内で燃焼させることができ、噴射燃料の吹き抜けにより筒内空燃比がリーン化するのを防止することができる。
【００６３】
また、第２のリーン化防止制御によりＩＶＣ以降の吸気ポート噴射量が削られた場合には、最終的なポート噴射率ＫＰＦＩに基いて吸気ポート噴射量及び筒内噴射量が算出されるときに、吸気ポート噴射量が削られた分だけ筒内噴射量が増加する。即ち、吹き抜けが生じない期間中に吸気ポートに噴射し切れなかった燃料は、筒内噴射に回される。
【００６４】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、図３を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図３に示すルーチンでは、まず、ステップ２００〜２１０において、実施の形態１（図２）で述べたステップ１００〜１１０と同様の処理を実行する。
【００６５】
次に、ステップ２１２では、ポート噴射率ＫＰＦＩがスカベンジ率ＳＣＡよりも小さいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ２１４に移行し、ポート噴射率ＫＰＦＩにスカベンジ率ＳＣＡを代入する。ステップ２１２，２１４の処理は、最終的なポート噴射率ＫＰＦＩの最小値をスカベンジ率ＳＣＡに制限している。次に、ステップ２１６，２１８では、実施の形態１のステップ１１２，１１４と同様に、吸気ポート噴射の開始時期をＩＶＣ以降に設定し、吸気ポート噴射の終了時期をＥＶＣ以前に設定する。
【００６６】
一方、ステップ２０４の判定が不成立の場合、即ち、スカベンジ率ＳＣＡが筒内リッチ化判定値Ｓmin以下であると判定した場合には、ステップ２２０に移行し、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′がスカベンジ率ＳＣＡよりも小さいか否かを判定する。そして、ステップ２２０の判定が成立した場合には、ステップ２２２により吸気ポート噴射の開始時期をＥＶＣ以降に設定し、ステップ２２４では、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を用いた場合の吸気ポート噴射量に基いて、吸気ポート噴射の終了時期を算出する。
【００６７】
次に、ステップ２２６では、前記ステップ２２４により算出した吸気ポート噴射の終了時期がＩＶＣ以前であるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、現状の要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を用いた場合でも、スカベンジの吹き抜けが生じない期間中に吸気ポート噴射を完了することができるので、要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を調整せずに最終的なポート噴射率ＫＰＦＩとして採用する。一方、ステップ２２６の判定が不成立の場合には、ステップ２２８において、吸気ポート噴射の終了時期がＩＶＣ以前となるように要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を調整し、調整後の要求ポート噴射率ＫＰＦＩ′を最終的なポート噴射率ＫＰＦＩとして採用する。
【００６８】
このように構成される本実施の形態によれば、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果に加えて、筒内空燃比の過剰なリーン化を防止し、筒内空燃比を安定的に制御することができる。
【００６９】
なお、前記実施の形態２では、図３中のステップ２００がスカベンジ率算出手段の具体例を示し、ステップ２０２が噴射率設定手段の具体例を示している。また、ステップ２０４，２０６，２０８，２１０は、噴射率補正手段の具体例を示し、ステップ２０６は、判定値算出手段の具体例を示し、ステップ２１６，２１８は、ポート噴射時期設定手段の具体例を示している。さらに、ステップ２１２，２１４は、噴射率制限手段の具体例を示し、ステップ２２２，２２４，２２６，２２８は、噴射率調整手段の具体例を示している。
【符号の説明】
【００７０】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  クランク軸
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  スロットルバルブ
２４  触媒
２６  吸気ポート噴射弁
２８  筒内噴射弁
３０  点火プラグ
３２  吸気バルブ
３４  排気バルブ
３６  過給機
４０  クランク角センサ
４２  エアフローセンサ
４４  吸気圧センサ
４６  排気圧センサ
４８  空燃比センサ
５０  ＥＣＵ
Ｆtotal  総噴射量
Ａtotal  総空気量
ＫＰＦＩ  ポート噴射率
ＫＰＦＩ′  要求ポート噴射率
Ｓmin  筒内リッチ化判定値
Ｋmin  下限判定値
【図１】
2014181684.tif 000005
【図２】
2014181684.tif 000006
【図３】
2014181684.tif 000007