(57)【要約】【課題】  インジェクタに付着したデポジットを考慮することでモデル計算の精度をより高めて、筒内に供給される燃料量を最適に制御する。【解決手段】  算出した筒内インジェクタ４２の先端温度Tdinjを用いて、筒内インジェクタ４２のデポジット量を算出する（ステップ１０２）。デポジット量に応じて筒内付着率及び残留率の値を選択する（ステップ１０６，１０８）。算出したポートインジェクタ４０の先端温度Tpinjを用いて、ポートインジェクタ４０のデポジット量を算出する（ステップ１１２）。デポジット量に応じてポート及びバルブ付着率及び残留率の値を選択する。選択された各付着率及び各残留率を用いて、各インジェクタ４０，４２の燃料噴射量を算出する（ステップ１２２）。【選択図】      図５
2006257917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
筒内又は吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタから噴射された燃料の動的挙動をモデル化した燃料挙動モデルを用いて、前記インジェクタから噴射すべき燃料量を算出する噴射燃料量算出手段と、
前記インジェクタに付着したデポジット量を算出するインジェクタデポジット量算出手段と、
前記デポジット量に応じて、前記燃料挙動モデルのパラメータ値を設定するパラメータ設定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記パラメータ設定手段は、前記デポジット量が多いほど、燃料の付着率及び残留率の値を大きく設定するものであることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料挙動モデルを用いて、ポートやバルブに付着するデポジット量を考慮した上で、インジェクタからの燃料噴射量を計算する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−４４５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インジェクタの先端温度が約１５０℃以上になると、インジェクタの先端にデポジットが付着してしまう。インジェクタへのデポジット付着により、燃料の霧化が悪くなり、ポートやバルブへの燃料の付着率や残存率が大きくなる。
燃料噴射量の計算に用いられる燃料挙動モデルは、燃料の付着率や残存率をパラメータとして有している。しかし、この付着率や残存率は、インジェクタのデポジットを考慮せずに設定されたものである。このため、インジェクタ先端にデポジットが付着した場合には、パラメータである付着率や残存率の値が適正値からずれてしまい、モデル計算の精度が低下してしまうおそれがある。その結果、燃料噴射量を最適に制御できなくなってしまう。
【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、インジェクタに付着したデポジットを考慮することでモデル計算の精度をより高めて、筒内に供給される燃料量を最適に制御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、内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
筒内又は吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタから噴射された燃料の動的挙動をモデル化した燃料挙動モデルを用いて、前記インジェクタから噴射すべき燃料量を算出する噴射燃料量算出手段と、
前記インジェクタに付着したデポジット量を算出するインジェクタデポジット量算出手段と、
前記デポジット量に応じて、前記燃料挙動モデルのパラメータ値を設定するパラメータ設定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記パラメータ設定手段は、前記デポジット量が多いほど、燃料の付着率及び残留率の値を大きく設定するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、インジェクタに付着するデポジット量に応じて、噴射燃料量の算出に用いられる燃料挙動モデルのパラメータ値が設定される。これにより、パラメータ値が適正値に設定されるため、モデル計算の精度が向上する。その結果、筒内に供給される燃料量を最適に制御することができる。
【０００９】
第２の発明によれば、インジェクタに付着するデポジット量が多いほど、燃料挙動モデルのパラメータ値である燃料の付着率及び残留率の値が大きく設定される。よって、燃料挙動モデルのパラメータ値である燃料の付着率及び残留率が適正値に設定されるため、モデル計算の精度が向上する。その結果、筒内に供給される燃料量を最適に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１１】
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態による内燃機関システムの構成を示す概略図である。本実施の形態で説明する内燃機関システムは複数の気筒を有しているが、図１にはそのうちの一気筒のみを示している。
図１に示すように、本実施の形態のシステムは、内部にピストン２を有するシリンダブロック４を備えている。シリンダブロック４には水温センサ６が設けられている。水温センサ６は、冷却水温を検出するように構成されている。
【００１２】
シリンダブロック４の上部にはシリンダヘッド８が組み付けられている。ピストン２上面からシリンダヘッド８までの空間は燃焼室１０を形成している。また、シリンダヘッド８には、燃焼室１０内の混合気に点火する点火プラグ１２が設けられている。
【００１３】
また、シリンダヘッド８は、燃焼室１０と連通する吸気ポート１４を備えている。吸気ポート１４と燃焼室１０との接続部には吸気バルブ１６が設けられている。吸気ポート１４には吸気通路２０が接続されている。吸気通路２０の上流端にはエアクリーナ２２が設けられている。吸気通路２０におけるエアクリーナ２２の下流には、エアフロメータ２４が設けられている。エアフロメータ２４は吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ２４の下流にはスロットルバルブ２６が設けられている。スロットルバルブ２６の近傍には、スロットルセンサ２７が設けられている。スロットルセンサ２７は、スロットル開度を検出するように構成されている。スロットルバルブ２６の下流にはサージタンク２８が設けられている。
【００１４】
また、シリンダヘッド８は、燃焼室１０と連通する排気ポート３０を備えている。排気ポート３０と燃焼室１０との接続部には排気バルブ３２が設けられている。排気ポート３０には排気通路３４が接続されている。排気通路３４には、触媒３８が設けられている。触媒３８は、燃焼室１０から排出される排気ガスを浄化するように構成されている。排気通路３４における触媒３８の上流には、空燃比センサ３６が設けられている。空燃比センサ３６は、排気空燃比を検出するように構成されている。
【００１５】
吸気バルブ１６及び排気バルブ３２は、それぞれ可変動弁機構１７，３３により駆動されるものである。可変動弁機構１７は、吸気バルブ１６のバルブタイミングInVVT及びバルブリフト量InVVLを変更可能に構成されている。可変動弁機構３３は、排気バルブ３２のバルブタイミングExVVT及びバルブリフト量ExVVLを変更可能に構成されている。
【００１６】
また、本実施の形態のシステムは、気筒毎にポートインジェクタ４０と筒内インジェクタ４２とを備えた、いわゆるデュアルインジェクタシステムである。ポートインジェクタ４０は、吸気ポート１４近傍に設けられ、該吸気ポート１４近傍に燃料を噴射するように構成されている。筒内インジェクタ４２は、シリンダヘッド８に設けられ、燃焼室１０内に燃料を直接噴射するように構成されている。
【００１７】
また、本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には、ポートインジェクタ４０、筒内インジェクタ４２、スロットルバルブ２６、可変動弁機構１７，３３、点火プラグ１２等が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、エアフロメータ２４、スロットルセンサ２７、空燃比センサ３６、水温センサ６のほか、クランク角センサ４４が接続されている。クランク角センサ４４は、クランク軸４６の回転角度を検出するように構成されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御や点火時期制御のような内燃機関全体の制御を実行する。以下、燃料噴射制御について詳述する。
【００１８】
［実施の形態の特徴］
図２を参照して、本実施の形態における燃料噴射制御について説明する。図２は、内燃機関における燃料の挙動を模式的に示す図である。
図２において、符号「fip」はポートインジェクタ４０から噴射された燃料量（以下「ポート噴射量fip」という。）を表している。ポートインジェクタ４０から噴射された燃料は、その全てが燃焼室１０内に吸入されるのではなく、一部の燃料は吸気ポート１４の壁面や吸気バルブ１６に付着する。符号「fwp」は吸気ポート１４の壁面に付着して燃焼室１０内に吸入されない燃料量（以下「ポート付着量fwp」という。）を表している。また、符号「fwv」は吸気バルブ１６に付着して燃焼室１０内に吸入されない燃料量（以下「バルブ付着量fwv」という。）を表している。壁面等に付着した燃料はやがて気化し、燃焼室１０内に吸入される。従って、吸気ポート１４から燃焼室１０内には、ポートインジェクタ４０から噴射された燃料のうち壁面等に付着しなかった分と、壁面等に付着した燃料が気化した分とが吸入される。
【００１９】
図２において、符号「fid」は筒内インジェクタ４２から噴射された燃料量（以下「筒内噴射量fid」という。）を表している。筒内インジェクタ４２から噴射された燃料は、その全てが燃焼室１０内で霧化した状態で存在するのではなく、一部の燃料は燃焼室１０の壁面に付着する。符号「fwc」は燃焼室１０の壁面に付着した燃料量（以下「筒内付着量fwc」という。）を表している。燃焼室１０の壁面に付着した燃料はやがて気化するので、燃焼室１０内には、筒内インジェクタ４２から噴射された燃料のうち燃焼室１０の壁面に付着しなかった分と、壁面に付着した燃料が気化した分とが存在することになる。
【００２０】
図２において、符号「fc」は燃焼室１０内に供給される燃料量（以下「筒内燃料量fc」という。）を表している。燃料は、吸気ポート１４から燃焼室１０内へ吸入された新規ガスと混合して混合気の状態で存在する。符号「Ga」は燃焼室１０内に流入する新規ガスの量（以下「吸入空気量Ga」という。）を表している。吸入空気量Gaは、エアフロメータ２４によって検出することができる。
【００２１】
筒内燃料量fcは、内燃機関の運転状態に応じて燃焼室１０内に存在することが要求される燃料量（筒内要求燃料量）である。筒内燃料量fcを算出する手法としては、吸入空気量Gaの実測値を目標空燃比AFRで除することにより算出する手法が一般的である。これは、排出ガスの空燃比AFReが次式(1)で算出される新規ガスの空燃比AFRcに一致していることを前提としたものである。
AFRc=Ga/fc・・・(1)
【００２２】
しかし、燃焼室１０内には、現サイクルの吸気行程において吸入された新規ガスだけではなく、前サイクルの排気行程において排出されなかった残留ガスが存在している。過渡運転時には、残留ガスの空燃比は新規ガスの空燃比AFRcに必ずしも一致しない。このため、上記一般的な手法によっては、必ずしも排出ガスの空燃比AFReを目標空燃比AFRに一致させることができない。そこで、本実施の形態のシステムでは、筒内残留ガスの影響を考慮して、より厳密には、筒内に残留する燃料量を考慮して、排出ガスの空燃比AFReが目標空燃比AFRとなるように、各インジェクタ４０，４２からの燃料噴射量fip，fidを算出することを原則としている。
【００２３】
図２において、符号「Gr」は吸気開始の時点で燃焼室１０内に残留しているガス量（以下「筒内残留ガス量Gr」という。）を表している。符号「fr」は残留ガス中に含まれる燃料（既燃燃料）の量（以下「筒内残留燃料量fr」という。）を表している。これら筒内残留ガス量Grと筒内残留燃料量frは、何れも、内燃機関の運転状態に対して相関を有している。このため、それらと内燃機関の運転状態との関係を事前に把握してマップを作成しておくことで、筒内残留ガス量Gr及び筒内残留燃料量frの各値を車両上で推定することができる。
【００２４】
図２において、符号「Gex」は１サイクルの運転に伴って燃焼室１０内から排出される排出ガスのガス量（以下「排出ガス量Gex」という。）を表している。排出ガス量Gexは、前述の吸入空気量Gaと筒内残留ガス量Grを用いて表すことができる。現サイクル（kサイクルとする。以下同じ。）の開始時には、前サイクル（すなわち、（k-1）サイクル）の排気行程で筒内に残留したGr(k-1)で表される量の筒内残留ガスが存在している。現サイクルの吸気行程中にGa(k)で表される空気量が吸入されたとすると、現サイクルの吸気行程終了時における筒内総ガス量はGa(k)+Gr(k-1)で表される量となる。内燃機関の排気行程では、筒内総ガス量Ga(k)+Gr(k-1)の一部が排出ガス量として排出され、その残部が次サイクルの開始時に筒内に残留している筒内残留ガス量Gr(k)となる。したがって、現サイクルの排出ガス量Gex(k)は、次式(2)のように表すことができる。
Gex(k)=Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)・・・(2)
【００２５】
また、符号「fex」は排出ガスに含まれて排出される燃料（既燃燃料）の量（以下「排出燃料量fex」という。）を表している。排出燃料量fexは、前述の筒内燃料量fcと筒内残留燃料量frを用いて表すことができる。現サイクルの開始時における筒内残留燃料量がfr(k)であり、現サイクルの終了時における筒内残留燃料量、つまり、次サイクルの筒内残留燃料量がfr(k)であるとすれば、現サイクル中における筒内燃料量fc(k)と、現サイクル中における排出燃料量fex(k)との関係は、次式(3)のように表すことができる。
fex(k)=fc(k)+fr(k-1)-fr(k)・・・(3)
【００２６】
また、空燃比センサ３６で検出される排出ガスの空燃比AFReは、排出ガス量Gexと排出燃料量fexとを用いて、次式(4)のように表すことができる。
AFRe=Gex/fex・・・(4)
したがって、上記の式(2)乃至式(4)から、現サイクルにおける排出ガスの空燃比AFRe(k)を目標空燃比AFR(k)に一致させるための条件は、次式(5)で表すことができる。
AFR(k)=Gex(k)/fex(k)
={Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/{fc(k)+fr(k-1)-fr(k)}・・・(5)
【００２７】
つまり、現サイクルにおける排出ガスの空燃比AFRe(k)を目標空燃比AFR(k)とするための条件は、現サイクル中に筒内に流入する燃料量fc(k)を次式(6)で表される値とすることとなる。
fc(k)={Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/AFR(k)-fr(k-1)+fr(k)・・・(6)
換言すると、現サイクルにおける筒内燃料量fc(k)を、上記式(6)にしたがって算出すれば、現サイクルにおける排出ガスの空燃比AFRe(k)を目標空燃比AFR(k)に一致させることが可能となる。
【００２８】
次に、筒内燃料量fcに基づいて、各インジェクタ４０，４２からの燃料噴射量fip，fidを算出する手法の一例を説明する。図３は、各インジェクタ４０，４２からの燃料噴射量fip，fidと筒内燃料量fcとの関係を表す燃料挙動モデルを説明するための図である。本実施の形態のシステムは、このモデルを前提として、筒内燃料量fcに対応する各燃料噴射量fip，fidを算出する。
【００２９】
ポートインジェクタ４０から噴射された燃料は、その一部が吸気ポート１４の壁面や吸気バルブ１６に付着し、その残部が燃焼室１０内に流入する。噴射された燃料が吸気ポート１４の壁面に付着する割合を「付着率Rp」、吸気バルブ１６に付着する割合を「付着率Rv」とすると、新たに噴射された燃料のうち、吸気ポート１４の壁面に付着する燃料の量は「Rp×fip」、吸気バルブ１６に付着する燃料の量は「Rv×fip」で表されることとなる。一方、噴射燃料のうち、燃焼室１０内に吸入される燃料の量は「(1-Rp-Rv)×fip」で表されることとなる。
【００３０】
燃焼室１０内には、ポートインジェクタ４０から直接的に供給される燃料「(1-Rp-Rv)×fip」に加えて、ポート付着燃料やバルブ付着燃料の気化により生じた気化燃料が流入する。ポート付着燃料が吸気ポート１４の壁面に付着したままの状態で残る割合を「残留率Pp」とすれば、前サイクルにおいて生じていたポート付着量fwpのうち、「Pp×fwp」で表される量はポート付着燃料のまま残ることとなり、一方、「(1-Pp)×fwp」で表される量の燃料が燃焼室１０内に吸入されることとなる。また、バルブ付着燃料が吸気バルブ１６に付着したままの状態で残る割合を「残留率Pv」とすれば、前サイクルにおいて生じていたバルブ付着量fwvのうち、「Pv×fwv」で表される量はバルブ付着燃料のまま残ることとなり、一方、「(1-Pv)×fwv」で表される量の燃料が燃焼室１０内に吸入されることとなる。
【００３１】
したがって、第kサイクルの開始時（例えば、吸気行程の開始時）におけるポート付着量がfwp(k)、バルブ付着量がfwv(k)であり、第kサイクルにおけるポート付着率、バルブ付着率がそれぞれRp(k)、Rv(k)、ポート残留率、バルブ残留率がそれぞれPp(k)、Pv(k)であり、第kサイクルにおける燃料噴射量がfip(k)である場合、第k+1サイクルにおけるポート付着量fwp(k+1)とバルブ付着量fwv(k+1)は、それぞれ次の式(7)、式(8)のように表すことができる。
fwp(k+1)=Pp(k)×fwp(k)+Rp(k)×fip(k)・・・(7)
fwv(k+1)=Pv(k)×fwv(k)+Rv(k)×fip(k)・・・(8)
また、第kサイクルにおいて吸気ポート１４から燃焼室１０内に流入するポートインジェクタ４０からの燃料の量fcp(k)は、次式(9)のように表すことができる。
fcp(k)=(1-Rp(k)-Rv(k))×fip(k)+(1-Pp(k))×fwp(k)+(1-Pv(k))×fwv(k)・・・(9)
【００３２】
一方、筒内インジェクタ４２から噴射された燃料は、その一部が燃焼室１０の壁面に付着し、その残部が燃焼室１０内に気化（或いは霧化）状態となって存在する。噴射された燃料が燃焼室１０の壁面に付着する割合を「付着率Rc」とすると、新たに噴射された燃料のうち、燃焼室１０の壁面に付着する燃料の量は「Rc×fid」で表されることとなる。一方、噴射燃料のうち、燃焼室１０内に気化（或いは霧化）状態で存在する燃料の量は「(1-Rc)×fid」で表されることとなる。
【００３３】
燃焼室１０内には、筒内インジェクタ４２から直接的に供給される燃料「(1-Rc)×fid」に加えて、筒内付着燃料の気化により生じた気化燃料が存在する。筒内付着燃料が燃焼室１０の壁面に付着したままの状態で残る割合を「残留率Pc」とすれば、前サイクルにおいて生じていた筒内付着量fwcのうち、「Pc×fwc」で表される量は、筒内付着燃料のまま残ることとなり、「(1-Pc)×fwc」で表される量の燃料が燃焼室１０内で気化することとなる。
【００３４】
したがって、第kサイクルの開始時における筒内付着量がfwc(k)であり、第kサイクルにおける筒内付着率、筒内残留率がそれぞれRc(k)、Pc(k)であり、第kサイクルにおける燃料噴射量がfid(k)である場合、第k+1サイクルにおける筒内付着量fwc(k+1)は、次式(10)のように表すことができる。
fwc(k+1)=Pc(k)×fwc(k)+Rc(k)×fid(k)・・・(10)
また、第kサイクルにおいて燃焼室１０内に気化（或いは霧化）状態で存在する筒内インジェクタ４２からの燃料の量fcd(k)は、次式(11)のように表すことができる。
fcd(k)=(1-Rc(k))×fid(k)+(1-Pc(k))×fwc(k)・・・(11)
【００３５】
上記の式(9)と式(11)から、第kサイクルにおいて燃焼室１０内に供給される燃料の総量（筒内燃料量）fc(k)は、次式(12)のように表すことができる。
fc(k)=fcp(k)+fcd(k)
=(1-Rp(k)-Rv(k))×fip(k)+(1-Pp(k))×fwp(k)+(1-Pv(k))×fwv(k)
+(1-Rc(k))×fid(k)+(1-Pc(k))×fwc(k)・・・(12)
【００３６】
上記の式(12)に示すように、筒内燃料量fc(k)は、ポート噴射量fip(k)と筒内噴射量fid(k)の関数として表される。本実施の形態における燃料噴射制御では、上記の式(12)を満たすポート噴射量fip(k)と筒内噴射量fid(k)を一意的に決定するため、次式(13)に示すように、ポート噴射量fip(k)と筒内噴射量fid(k)の噴射比率γ(k)を設定している。ＥＣＵ５０には、噴射比率と内燃機関の運転状態との関係を規定したマップが予め記憶されている。このマップから内燃機関の運転状態に応じた噴射比率γ(k)がサイクル毎に読み出される。
fip(k)×(1-γ(k))=fid(k)×γ(k)・・・(13)
【００３７】
上記の式(6)、式(12)及び式(13)によれば、fc(k)の燃料を燃焼室１０内に供給するために必要なポート噴射量fip(k)と筒内噴射量fid(k)は、それぞれ次の式(14)、式(15)のように表すことができる。
fip(k)=γ(k)/{(1-Rc(k))×(1-γ(k))+(1-Rp(k)-Rv(k))×γ(k)}
×[{Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/AFR(k)-(1-Pp(k))×fwp(k)
-(1-Pv(k))×fwv(k)-(1-Pc(k))×fwc(k)-fr(k-1)+fr(k)]・・・(14)
fid(k)=(1-γ(k))/{(1-Rc(k))×(1-γ(k))+(1-Rp(k)-Rv(k))×γ(k)}
×[{Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/AFR(k)-(1-Pp(k))×fwp(k)
-(1-Pv(k))×fwv(k)-(1-Pc(k))×fwc(k)-fr(k-1)+fr(k)]・・・(15)
【００３８】
燃料の付着率Rp，Rv，Rcおよび残留率Pp，Pv，Pcは、内燃機関の運転状態に対して相関を有している。このため、それらと内燃機関の運転状態との関係を事前に把握してマップを作成しておけば、付着率Rp，Rv，Rcおよび残留率Pp，Pv，Pcは、何れも車両上で推定することが可能である。それらが推定されれば、上記式(14)及び式(15)にしたがって筒内燃料量fcを生じさせるためのポート噴射量fip及び筒内噴射量fidを算出することができる。
【００３９】
ところで、インジェクタからの燃料噴射量が少ない場合には、インジェクタ先端の燃料による冷却が不十分となり、インジェクタの先端温度が上昇する可能性がある。特に、図１に示したデュアルインジェクタシステムでは、２つのインジェクタ４０，４２の噴射比率γを自由に制御することができるため、噴射量の少ないインジェクタで上記のようなインジェクタ先端温度の上昇が起こり得る。図４に示すように、インジェクタの先端温度が約１５０℃以上になると、インジェクタの先端にデポジットが付着する。インジェクタ先端に付着したデポジット量が多い場合には、インジェクタによる燃料の噴霧形態（霧化）が悪化してしまい、ポートやバルブや筒内における燃料の付着率や残存率が大きくなってしまう。
【００４０】
そこで、本実施の形態のシステムでは、以下に説明するように、インジェクタ先端に付着したデポジット量を算出し、そのデポジット量を考慮して、モデル計算のパラメータである付着率及び残存率を選択する。
【００４１】
先ず、インジェクタ先端のデポジット量の算出手法について説明する。
上述したように、インジェクタに付着するデポジット量は、インジェクタの先端温度Tinjに対して相関を有している（図４参照）。さらに、このデポジット量は、内燃機関の運転状態（機関回転数Ne、吸入空気量Ga、空燃比A/F、吸気バルブ１６のバルブタイミングInVVT及びバルブリフト量InVVL、排気バルブ３２のバルブタイミングExVVT及びバルブリフト量ExVVL、スロットル開度thw等）に対しても相関を有している。よって、ある時期におけるインジェクタのデポジット量mdepoは、次式(16)のように表すことができる。さらに、所定時間にインジェクタに付着するデポジット量Mdepoは、次式(17)のように表すことができる。
mdepo=f(Tinj)×K(Ne,Ga,A/F,InVVT,ExVVT,InVVL,ExVVL,thw,…)・・・(16)
Mdepo=∫mdepodt・・・(17)
上式(16)に示すように、インジェクタ先端温度の関数f(Tinj)に係数Kを乗ずることにより、デポジット量mdepoを算出することができる。ＥＣＵ５０には、この係数Kは、内燃機関の運転状態に対して相関を有している。ＥＣＵ５０には、この係数Kと内燃機関の運転状態との関係を規定したマップが予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、このマップを参照して、内燃機関の運転状態に応じた係数Kを読み出すことができる。ＥＣＵ５０には、各インジェクタ４０，４２に対応する係数Kp,Kdのマップがそれぞれ記憶されている。
【００４２】
次に、上記デポジット量の算出に必要なインジェクタ先端温度Tinjの算出手法について説明する。
先ず、筒内インジェクタ４２の先端温度Tdinjの算出手法について説明する。
筒内インジェクタ４２の先端は、燃焼室１０内のガスによって加熱され、該インジェクタから噴射される燃料によって冷却される。この関係を、次式(18)のように表すことができる。次式(18)において、md’は筒内インジェクタ４２の熱容量、Cgは筒内ガスと筒内インジェクタ４２との間の熱伝達係数、Tgは筒内ガス温度、Cfは燃料と筒内インジェクタ４２との間の熱伝達係数、Tfは燃料温度である。
md’(dTdinj/dt)=Cg(Tg-Tdinj)-Cf(Tdinj-Tf)・・・(18)
上式(18)の右辺を展開すると次式(19)が得られ、更に式(19)の両辺をCgで除すると次式(20)が得られる。
md’(dTdinj/dt)=(Cg×Tg+Cf×Tf)-(Cg+Cf)Tdinj・・・(19)
(md’/Cg)(dTdinj/dt)={Tg+(Cf/Cg)×Tf}-(1+Cf/Cg)×Tdinj・・・(20)
上式(20)において、md=md’/Cg, C=Cf/Cgとすると、次式(21)が得られる。
md(dTdinj/dt)=(Tg+C×Tf)-(1+C)×Tdinj・・・(21)
さらに、上式(21)の両辺をmdで除すると、次式(22)が得られる。
dTdinj/dt=1/(md/(1+C))×{(Tg+C×Tf)/(1+C)-Tdinj}・・・(22)
ＥＣＵ５０で計算可能にするため、上式(22)を離散化すると、次式(23)が得られる。
Tdinj(k+1)=Tdinj(k)+{1-exp(-(1+C)/md×Δt)}
×{(Tg(k)+C×Tf(k))/(1+C)-Tdinj(k)}・・・(23)
【００４３】
ここで、筒内インジェクタ４２の熱容量md’及び各熱伝達係数Cg,Cfは公知である。また、筒内ガス温度Tg及び燃料温度Tfは、内燃機関の運転状態に対して相関を有している。このため、それらと内燃機関の運転状態との関係を事前に把握してマップを作成しておけば、筒内ガス温度Tg及び燃料温度Tfは何れも車輌上で推定することが可能である。それらが推定されれば、上式(23)にしたがって演算周期Δtごとに逐次計算することにより、筒内インジェクタ４２の先端温度Tdinjを算出することができる。さらに、算出された先端温度Tdinjを用いて、上記の式(16)及び式(17)にしたがって筒内インジェクタ４２に付着したデポジット量を算出することができる。
【００４４】
次に、ポートインジェクタ４０の先端温度の算出手法について説明する。
ポートインジェクタ４０の先端は、筒内から吹き返された既燃ガスによって加熱され、新たに吸気されたガス（以下「吸気ガス」という。）と、該インジェクタ４０から噴射される燃料とによって冷却される。この関係を、次式(24)のように表すことができる。次式(24)において、mp’はポートインジェクタ４０の熱容量、Tpinjはポートインジェクタ４０の先端温度、Cgは筒内ガスとポートインジェクタ４０との間の熱伝達係数、Tgは筒内ガス温度、Cfは燃料とポートインジェクタ４０との間の熱伝達係数、Tfは燃料温度、Cmは吸気ガスとポートインジェクタ４０との間の熱伝達係数、Tmは吸気ガス温度である。
mp’(dTpinj/dt)=Cg(Tg-Tpinj)-Cf(Tpinj-Tf)-Cm(Tpinj-Tm)・・・(24)
上式(24)の右辺を展開し、更に両辺をCgで除すると次式(25)が得られる。
(mp’/Cg)(dTpinj/dt)={Tg+(Cf/Cg)×Tf+(Cm/Cg)×Tm}-(1+Cf/Cg+Cm/Cg)×Tpinj・・・(25)
上式(25)において、mp=mp’/Cg, C1=Cf/Cg, C2=Cm/Cgとすると、次式(26)が得られる。
mp(dTpinj/dt)=(Tg+C1×Tf+C2×Tm)-(1+C1+C2)×Tpinj・・・(26)
さらに、上式(26)の両辺をmpで除すると、次式(27)が得られる。
dTpinj/dt=1/(mp/(1+C1+C2))×{(Tg+C1×Tf+C2×Tm)/(1+C1+C2)-Tpinj}・・・(27)
ＥＣＵ５０で計算可能にするため、上式(27)を離散化すると、次式(28)が得られる。
Tpinj(k+1)=Tpinj(k)+{1-exp(-(1+C1+C2)/mp×Δt)}
×{(Tg(k)+C1×Tf(k)+C2×Tm(k))/(1+C1+C2)-Tpinj(k)}・・・(28)
【００４５】
ここで、ポートインジェクタ４０の熱容量mp’及び各熱伝達係数Cg,Cf,Cmは公知である。また、筒内ガス温度Tg、燃料温度Tf及び吸気ガス温度Tmは、内燃機関の運転状態に対して相関を有している。このため、それらと内燃機関との関係を事前に把握してマップを作成しておけば、筒内ガス温度Tg、燃料温度Tf及び吸気ガス温度Tmは何れも車輌上で推定することが可能である。それらが推定されれば、上式(28)にしたがって演算周期Δtごとに逐次計算することにより、ポートインジェクタ４０の先端温度Tpinjを求めることができる。さらに、算出された先端温度Tpinjを用いて、上記の式(16)及び式(17)にしたがってポートインジェクタ４０に付着したデポジット量を求めることができる。
なお、ポートインジェクタ４０の先端温度に筒内ガスの吹き返しが影響するのは、吸気バルブ１６と排気バルブ３２が共に開弁時（すなわち、バルブオーバーラップ時）であると考えることができる。この場合、バルブオーバーラップ時以外にＥＣＵ５０が上式(28)の計算をする際にCg=0とすればよい。
【００４６】
［実施の形態における具体的処理］
本実施の形態のシステムでは、モデル計算によって筒内噴射量fid及びポート噴射量fipを算出するに当たり、図５に示すルーチンが実行される。図５は、本実施の形態においてＥＣＵ５０により実行される燃料噴射制御のフローチャートである。図５に示すルーチンは、内燃機関の気筒毎に実行される。また、各気筒に関するルーチンは、内燃機関が１サイクル動作する毎に、より具体的には、対象とする気筒において燃料噴射が開始される前の所定クランク角が実現される毎に起動されるものとする。
【００４７】
図５に示すルーチンでは、先ず、上記式(23)にしたがって筒内インジェクタ４２の先端温度Tdinjが算出される（ステップ１００）。なお、上式(23)の計算に必要な筒内ガス温度Tgと燃料温度Tfは、予め記憶されたマップから現在の内燃機関の運転状態に応じた値が読み込まれる。さらに、同じく上式(23)の計算に必要な熱容量md’と各熱伝達係数Cg,Cfは、予めＥＣＵ５０に記憶された値が読み込まれる。
【００４８】
次に、ステップ１００で算出された先端温度Tdinjを用いて、上記式(16)及び式(17)にしたがって筒内インジェクタ４２のデポジット量が算出される（ステップ１０２）。なお、上記式(16)の計算に必要な係数Kdは、予め記憶されたマップから現在の内燃機関の運転状態に応じた値が読み込まれる。このステップ１０２で算出された筒内インジェクタ４２のデポジット量に応じた筒内付着率及び筒内残留率が、後述のステップ１０６又は１０８で選択される。
【００４９】
ステップ１０４では、ステップ１０２で算出されたデポジット量が所定値αよりも大きいか否かが判別される。このステップ１０４でデポジット量が所定値α以下であると判別された場合には、筒内インジェクタ４２に付着したデポジットが筒内付着率及び残留率に与える影響は少ないと判断される。この場合、予め記憶されたマップを参照して、デポジット量が少ない場合の筒内付着率Rc2と筒内残留率Pc2とが選択される（ステップ１０８）。
【００５０】
一方、ステップ１０４でデポジット量が所定値αよりも大きいと判別された場合には、筒内インジェクタ４２のデポジットが筒内付着率及び残留率に与える影響が大きいと判断される。すなわち、燃料の噴霧形態の悪化により、筒内付着率及び残留率が大きくなると判断される。この場合、予め記憶されたマップを参照して、デポジット量が多い場合の筒内付着率Rc1と筒内残留率Pc1とが選択される（ステップ１０６）。このステップ１０６で算出された筒内付着率Rc1及び筒内残留率Pc1は、上記ステップ１０８で算出された筒内付着率Rc2及び筒内残留率Pc2よりも大きい値となる。
【００５１】
次に、上記式(28)にしたがってポートインジェクタ４０の先端温度Tpinjが算出される（ステップ１１０）。なお、上式(28)の計算に必要な筒内ガス温度Tgと燃料温度Tfと吸気ガス温度Tmは、予め記憶されたマップから現在の内燃機関の運転状態に応じた値が読み込まれる。さらに、同じく上式(28)の計算に必要な熱容量mp’と各熱伝達係数Cg,Cf,Cmは、予めＥＣＵ５０に記憶された値が読み込まれる。
【００５２】
次に、ステップ１１０で算出された先端温度Tpinjを用いて、上記式(16)及び式(17)にしたがってポートインジェクタ４０のデポジット量が算出される（ステップ１１２）。なお、上記式(16)の計算に必要な係数Kpは、予め記憶されたマップから現在の内燃機関の運転状態に応じた値が読み込まれる。このステップ１１２で算出されたポートインジェクタ４０のデポジット量に応じたポート付着率、ポート残留率、バルブ付着率及びバルブ残留率が、後述のステップ１１６又は１１８で選択される。
【００５３】
ステップ１１４では、ステップ１１２で算出されたデポジット量が所定値βよりも大きいか否かが判別される（ステップ１１４）。このステップ１１４でデポジット量が所定値β以下であると判別された場合には、ポートインジェクタ４０に付着したデポジットがポート付着率、ポート残留率、バルブ付着率及びバルブ残留率に与える影響は少ないと判断される。この場合、予め記憶されたマップを参照して、デポジット量が少ない場合のポート付着率Rp2、ポート残留率Pp2、バルブ付着率Rv2及びバルブ残留率Pv2が選択される（ステップ１１８）。
【００５４】
一方、ステップ１１４でデポジット量が所定値βよりも大きいと判別された場合には、ポートインジェクタ４０のデポジットがポート付着率、ポート残留率、バルブ付着率及びバルブ残留率に与える影響が大きいと判断される。すなわち、燃料の噴霧形態の悪化により、各付着率及び各残留率が大きくなると判断される。この場合、予め記憶されたマップを参照して、デポジット量が多い場合の各付着率Rp1,Rv1と各残留率Pp1,Pv1とが選択される（ステップ１１６）。このステップ１１６で算出された各付着率Rp1,Rv1及び各残留率Pp1,Pv1は、上記ステップ１１８で算出された各付着率Rp2,Rv2及び各残留率Pp2,Pv2よりも大きい値となる。
【００５５】
次に、予め記憶されたマップを参照して、現在の内燃機関の運転状態に応じた筒内噴射量とポート噴射量の噴射比率γが算出される（ステップ１２０）。
そして、ステップ１０６又は１０８で選択された筒内付着率及び筒内残留率と、ステップ１１６又は１１８で選択されたポート付着率及びポート残留率並びにバルブ付着率及びバルブ残留率と、ステップ１２０で算出された噴射比率γを用いて、上記式(14)及び式(15)にしたがって筒内噴射量fid及びポート噴射量fipが算出される（ステップ１２２）。なお、上記式(14)及び式(15)の計算に必要な筒内残留ガス量Grと筒内残留燃料量frは、予め記憶されたマップから現在の内燃機関の運転状態に応じた値が読み込まれる。また、吸入空気量Gaは、エアフロメータ２４により検出された値が読み込まれる。
【００５６】
以上のルーチンによれば、筒内インジェクタ４２に付着したデポジット量が多いと推定される場合には、該デポジット量が少ない場合に比べて筒内付着率Rc及び筒内残留率Pcの値が大きく設定される。さらに、ポートインジェクタ４０に付着したデポジット量が多いと推定される場合には、該デポジット量が少ない場合に比べてポート付着率Rp、ポート残留率Pp、バルブ付着率Rv及びバルブ残留率Pvの値が大きく設定される。インジェクタ４０，４２に付着したデポジット量が多い場合には、燃料の噴霧形態が悪化するため、燃料の付着率及び残留率が大きくなる。このため、本ルーチンのように、デポジット量が多いと推定される場合には、各付着率Rc,Rp,Rv及び各残留率Pc,Pp,Pvの値を大きく設定することにより、これらの値を適正に設定することができる。よって、各インジェクタ４０，４２からの燃料噴射量fip，fidのモデル計算においてその精度をより高めることができ、実際に燃焼室１０内に供給される燃料量を内燃機関の運転状態に応じて要求される筒内燃料量fcに的確に制御することが可能になる。
【００５７】
ところで、本実施の形態では、インジェクタ４０，４２のデポジット量が閾値よりも大きいか否かによって付着率及び残留率を２段階で選択するシステムについて説明したが、デポジット量を複数の閾値で判別することによって付着率及び残留率を３段階以上で選択するシステムを用いてもよい。
【００５８】
また、本実施の形態では、インジェクタ４０，４２のデポジット量をそれぞれ算出しているが、噴射量が少ない方のインジェクタのみのデポジット量を算出してもよい。例えば、ポートインジェクタ４０よりも筒内インジェクタ４２の噴射量が少ない場合には、筒内インジェクタ４２にデポジットが付着しやすい。この場合、筒内インジェクタ４２に付着したデポジット量のみを算出し、算出値と閾値αとの比較結果に基づいて筒内付着率及び筒内残留率を選択するようにしてもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、２つのインジェクタ４０，４２を備えたシステムについて説明したが、ポートインジェクタ４０と筒内インジェクタ４２の何れか１つを備えたシステムであれば本発明を適用することができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、マップを参照して筒内ガス温度Tg、燃料温度Tf、吸気ガス温度Tmを求めているが、モデルを用いて計算するようにしてもよい。
【００６１】
なお、本実施の形態においては、ＥＣＵ５０が、ステップ１０２の処理を実行することにより第１の発明の「インジェクタデポジット量算出手段」が、ステップ１０６若しくは１０８の処理、又はステップ１１６若しくは１１８の処理を実行することにより第１及び第２の発明の「パラメータ設定手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態による内燃機関システムの構成を示す概略図である。
【図２】内燃機関における燃料の挙動を模式的に示す図である。
【図３】各インジェクタ４０，４２からの燃料噴射量と筒内燃料量との関係を表す燃料挙動モデルを説明するための図である。
【図４】インジェクタ先端温度とデポジット量との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態においてＥＣＵ５０により実行される燃料噴射制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
２  ピストン
４  シリンダブロック
６  水温センサ
８  シリンダヘッド
１０  燃焼室
１２  点火プラグ
１４  吸気ポート
１６  吸気バルブ
１７  可変動弁機構
２０  吸気通路
２２  エアクリーナ
２４  エアフロメータ
２６  スロットルバルブ
２７  スロットルセンサ
２８  サージタンク
３０  排気ポート
３２  排気バルブ
３３  可変動弁機構
３４  排気通路
３６  空燃比センサ
３８  触媒
４０  ポートインジェクタ
４２  筒内インジェクタ
４４  クランク角センサ
４６  クランク軸
５０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
【図１】
2006257917.tif 000003
【図２】
2006257917.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006257917.tif 000006
【図５】
2006257917.tif 000007