(57)【要約】【課題】  過給機を備え、且つ燃焼室内で燃料を直接噴射する方式の内燃機関に適用される燃料噴射量制御装置において、機関の負荷状態にかかわらず空燃比を目標空燃比に可及的に維持可能なものを提供すること。【解決手段】  この装置は、過給機作動中のバルブオーバーラップ期間中において吸気側から排気側へ吹き抜ける空気量に影響を与える因子であるエンジン回転速度NEとスロットル弁開度TAとに基づいて吹き抜けの有無を判定する。吹き抜けが発生していない場合はエアフローメータの出力Vg（空気流量Ga1）に基づいて、吹き抜けが発生している場合は筒内圧力センサから得られる圧縮行程中の所定のクランク角度（BTDC１００deg）での筒内圧Pa（空気流量Ga2）に基づいて、筒内充填空気量Maを決定し、この筒内充填空気量Maと目標空燃比AFstoichとから燃料噴射量Fiを決定する。【選択図】  図５
2006194112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内で燃料を直接噴射する直接燃料噴射手段と、
前記内燃機関の吸気圧力を大気圧力以上に昇圧する過給機と、
吸気系に吸入される空気の流量を計測するエアフローメータと、
前記燃焼室内の圧力を検出する筒内圧力センサと、
を備えた内燃機関に適用される燃料噴射量制御装置であって、
排気行程から吸気行程への移行過程でのバルブオーバーラップ期間中において吸気側から排気側へ吹き抜ける空気量である吹き抜け量に影響を与える因子の値を取得する取得手段と、
前記直接燃料噴射手段から噴射すべき燃料の量である燃料噴射量を、前記エアフローメータの出力に基づいて決定するか吸気弁閉弁時から前記燃焼室内での燃焼開始までの間における前記筒内圧力センサの出力に基づいて決定するかを前記取得された因子の値に基づいて選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された出力に基づいて前記燃料噴射量を決定し、同決定された量の燃料の噴射指示を同直接燃料噴射手段に対して行う燃料噴射指示手段と、
を備えた内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
前記燃料噴射指示手段は、
前記選択手段により選択された出力に基づいて前記吸気弁閉弁時において前記燃焼室内に充填されている空気量を取得し、同取得された空気量と目標空燃比とに基づいて前記燃料噴射量を決定するように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
前記選択手段は、
前記取得された因子の値に基づいて前記内燃機関が前記吹き抜け量が前記燃料噴射量の決定にあたり無視できる程度に小さい運転状態にあると判定する場合に前記エアフローメータの出力を選択するとともに、前記取得された因子の値に基づいて前記内燃機関が前記吹き抜け量が前記燃料噴射量の決定にあたり無視できない程度に大きい運転状態にあると判定する場合に前記筒内圧力センサの出力を選択するように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
前記取得手段は、
前記因子の値として、前記内燃機関の運転速度とスロットル弁の開度とを少なくとも取得するように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
前記燃料噴射指示手段は、
前記筒内圧力センサの出力に基づいて前記燃料噴射量を決定する場合、前記吸気弁閉弁時から前記燃焼室内での燃焼開始までの間における所定のクランク角度に対応する時点での同筒内圧力センサの出力に基づいて前記燃料噴射量を決定するように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【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量制御装置に係わり、特に、過給機を備え、且つ燃焼室内で燃料を直接噴射する直接燃料噴射方式の内燃機関に適用されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の出力向上を図るため、大気圧以上に吸気圧力を昇圧し高密度の空気を燃焼室内に供給する過給機を備えた内燃機関が知られている。他方、近年、燃焼効率の向上、低燃費化等を図るため、上記直接燃料噴射方式の内燃機関が開発されてきている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に記載のエンジン制御装置は、過給機を備えた直接燃料噴射方式の内燃機関に適用されていて、エアフローメータの出力に基づいて燃焼室内に充填される空気量（筒内充填空気量）を算出し、同算出された筒内充填空気量に対して目標空燃比を得るために必要な噴射燃料の量（燃料噴射量）を算出するようになっている。
【特許文献１】特開平１１−６２６３９号公報
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関では、排気行程から吸気行程への移行過程において排気弁を閉弁する前に吸気弁を開弁させることで排気弁と吸気弁が共に開状態となる期間（即ち、バルブオーバーラップ期間）が設けられている。
【０００５】
図６は、過給機付きＶ型６気筒エンジンの片方のバンク側（即ち、３気筒分）についての、過給機作動時におけるクランク角度に対する吸気圧力及び排気圧力の実測結果の例を示したグラフである。図６に示したように、このエンジンでも、排気行程から吸気行程への移行過程においてバルブオーバーラップ期間（吸気弁開弁（ＩＶＯ）〜排気弁閉弁（ＥＶＣ））が設けられている。
【０００６】
ここで、図６に示すように、過給機の作動により吸気圧力が大気圧よりも十分に高い圧力に維持されている場合（即ち、機関が高負荷の状態にある場合）、バルブオーバーラップ期間中において吸気圧力が排気圧力よりも高くなり、この結果、同バルブオーバーラップ期間中において吸気側から排気側へと空気が吹き抜ける現象（以下、「吹き抜け」と称呼する。）が発生する場合がある。
【０００７】
図７は、このエンジンが所定の高負荷状態にある場合でのエンジン回転速度に対する吹き抜け率を実測し、その結果に基づいて得られたエンジン回転速度と吹き抜け率との関係を示したグラフである。ここで、吹き抜け率とは、吹き抜けにより排気側へ吹き抜けた空気量（即ち、バルブオーバーラップ期間中において排気弁を通過して排気系へと流出した空気量。以下、「吹き抜け量」と称呼する。）の全吸入空気量（即ち、吸気弁が開状態にある期間中（吸気弁開弁（ＩＶＯ）〜吸気弁閉弁（ＩＶＣ））において吸気弁を通過して燃焼室内に流入した空気量）に対する割合である。図７に示すように、吹き抜け率は、エンジン回転速度が低いほど高くなり、低回転領域では、１０パーセントを超える大きい値になる場合がある。
【０００８】
係る吹き抜けが発生すると、実際の筒内充填空気量は上記吹き抜け量の分だけ減少する。一方、エアフローメータの出力に基づいて算出される筒内充填空気量は上記吹き抜け量をも含んだ値となる。従って、上記文献に記載の装置により算出される筒内充填空気量は、実際の値よりも上記吹き抜け量の分だけ大きくなる。
【０００９】
他方、直接燃料噴射方式の内燃機関では、一般に、バルブオーバーラップ期間終了後（ＥＶＣ後）にて燃料が噴射される。従って、噴射された燃料が燃焼前に排気系に排出されることはない。以上のことから、上記文献に記載の装置では、機関が高負荷状態にあって上記吹き抜けが発生する場合、燃料噴射量は、目標空燃比を得るための適切な値よりも上記吹き抜け量に相当する分だけ大きい値に算出・設定される。この結果、燃焼室内の空燃比が目標空燃比よりもリッチとなって機関の出力低下、燃費悪化等が発生し得るという問題があった。
【発明の開示】
【００１０】
本発明は上記問題に対処するためになされたものであって、その目的は、過給機を備え、且つ燃焼室内で燃料を直接噴射する直接燃料噴射方式の内燃機関に適用される燃料噴射量制御装置において、機関の負荷状態にかかわらず空燃比を目標空燃比に可及的に維持可能なものを提供することにある。
【００１１】
本発明に係る燃料噴射量制御装置は、燃焼室内で燃料を直接噴射する直接燃料噴射手段と、前記内燃機関の吸気圧力を大気圧力以上に昇圧する過給機と、吸気系に吸入される空気の流量を計測するエアフローメータと、前記燃焼室内の圧力を検出する筒内圧力センサとを備えた内燃機関に適用される。
【００１２】
ここで、過給機としては、例えば、機関そのものの動力により駆動される機械式過給機（スーパーチャージャー）、排気タービンの動力により駆動される排気タービン過給機（ターボチャージャー）等が挙げられる。
【００１３】
本発明に係る燃料噴射量制御装置は、取得手段と、選択手段と、燃料噴射指示手段とを備える。以下、これらの作用について順に説明する。
【００１４】
取得手段は、排気行程から吸気行程への移行過程でのバルブオーバーラップ期間中において吸気側から排気側へ吹き抜ける空気量である吹き抜け量に影響を与える因子の値を取得する。係る吹き抜け量は、吸気圧力、排気圧力、バルブオーバーラップ期間の長さ等に依存する。従って、「吹き抜け量に影響を与える因子の値」とは、例えば、吸気圧力、排気圧力、バルブオーバーラップ期間の長さ等である。
【００１５】
更には、機関の運転速度は、排気圧力、及びバルブオーバーラップ期間の長さに大きく影響を与える因子である。スロットル弁開度は、吸気圧力に大きく影響を与える因子である。また、内燃機関では、種々の制御等を行うため、一般に、機関の運転速度とスロットル弁開度とを検出するセンサがそれぞれ備えられている。以上のことから、前記取得手段は、「吹き抜け量に影響を与える因子の値」として、機関の運転速度とスロットル弁開度とを取得するように構成されることが好ましい。
【００１６】
選択手段は、前記直接燃料噴射手段から噴射すべき燃料の量である燃料噴射量を、前記エアフローメータの出力に基づいて決定するか吸気弁閉弁時から前記燃焼室内での燃焼開始までの間における前記筒内圧力センサの出力に基づいて決定するかを前記取得された因子の値に基づいて選択する。
【００１７】
より具体的には、選択手段は、前記取得された因子の値に基づいて前記内燃機関が前記吹き抜け量が前記燃料噴射量の決定にあたり無視できる程度に小さい運転状態（或いは、吹き抜けが発生しない運転状態）にあると判定する場合に前記エアフローメータの出力を選択するとともに、前記取得された因子の値に基づいて前記内燃機関が前記吹き抜け量が前記燃料噴射量の決定にあたり無視できない程度に大きい運転状態にあると判定する場合に前記筒内圧力センサの出力を選択するように構成されることが好適である。
【００１８】
これによれば、内燃機関が吹き抜け量が燃料噴射量の決定にあたり無視できる程度に小さい運転状態（或いは、吹き抜けが発生しない運転状態）にあると判定される場合（即ち、機関が低負荷状態にある場合）、燃料噴射量がエアフローメータの出力に基づいて決定される。従って、この場合、エアフローメータにより直接計測される上記筒内充填空気量に係わる値（例えば、吸気系に吸入される空気の流量）に基づいて燃料噴射量が所望の値（例えば、目標空燃比を得るために必要な値）に正確に算出・決定され得る。
【００１９】
ここで、「内燃機関が吹き抜け量が燃料噴射量の決定にあたり無視できる程度に小さい運転状態にあると判定される場合」とは、具体的には、例えば、吸気圧力から排気圧力を減じた値が所定値（例えば、「０」、或いは正の微小値）以下と判定される場合、吸気圧力が大気圧以下と判定される場合等である。
【００２０】
一方、内燃機関が吹き抜け量が燃料噴射量の決定にあたり無視できない程度に大きい運転状態にあると判定される場合（即ち、機関が高負荷状態にある場合）、燃料噴射量が吸気弁閉弁時から燃焼室内での燃焼開始までの間（以下、「ＩＶＣ後」と称呼する。）における筒内圧力センサの出力に基づいて決定される。
【００２１】
ここで、「内燃機関が吹き抜け量が燃料噴射量の決定にあたり無視できない程度に大きい運転状態にあると判定される場合」とは、具体的には、例えば、吸気圧力から排気圧力を減じた値が所定値（例えば、「０」、或いは正の微小値）より大きいと判定される場合、吸気圧力が大気圧より大きいと判定される場合等である。
【００２２】
上述したように、この場合、燃料噴射量をエアフローメータの出力に基づいて決定すると、燃料噴射量が適切な値よりも吹き抜け量に相当する分だけ大きい値に算出されるから、燃料噴射量が正確に算出・決定され得ない。
【００２３】
他方、ＩＶＣ後における燃焼室内の圧力（筒内圧力）からＩＶＣ後において燃焼室内に存在する全ガス量を求めることができる。しかしながら、ＩＶＣ後における燃焼室内には、今回吸入された空気のみならず前回の燃焼による残留ガスも存在する。従って、ＩＶＣ後における筒内圧力から筒内充填空気量と残留ガス量の和を求めることはできるが、筒内充填空気量を直接、且つ正確に算出することはできない。換言すれば、残留ガスの量を正確に取得できれば、ＩＶＣ後における筒内圧力から筒内充填空気量を正確に算出することができる。
【００２４】
ここで、係る残留ガス量は直接検出することはできない。しかしながら、予め行われた実験等を通して残留ガス量を或る程度正確に推定することはできる。従って、ＩＶＣ後における筒内圧力と、残留ガス量の推定結果とを利用すれば筒内充填空気量（従って、燃料噴射量）を或る程度正確に算出・決定することができる。
【００２５】
従って、吹き抜け量が燃料噴射量の決定にあたり無視できない程度に大きい場合においては、上記構成のように、ＩＶＣ後における筒内圧力センサの出力に基づいて燃料噴射量を算出・決定するように構成すれば、エアフローメータの出力に基づいて燃料噴射量を算出・決定する場合よりも、燃料噴射量がより正確に算出・決定され得る。
【００２６】
そして、燃料噴射指示手段は、前記選択手段により選択された出力に基づいて前記燃料噴射量を決定し、同決定された量の燃料の噴射指示を同直接燃料噴射手段に対して行う。具体的には、前記燃料噴射指示手段は、例えば、前記選択手段により選択された出力に基づいて前記吸気弁閉弁時において前記燃焼室内に充填されている空気量（即ち、上記筒内充填空気量）を取得し、同取得された筒内充填空気量と目標空燃比とに基づいて前記燃料噴射量を決定するように構成される。
【００２７】
これにより、機関が低負荷状態にある場合のみならず高負荷状態にあっても、燃料噴射量が正確に算出・決定され得、この結果、機関の負荷状態にかかわらず空燃比を目標空燃比に可及的に維持することが可能となる。
【００２８】
この場合、前記燃料噴射指示手段は、前記筒内圧力センサの出力に基づいて前記燃料噴射量を決定する場合、前記ＩＶＣ後における所定のクランク角度に対応する時点での同筒内圧力センサの出力に基づいて前記燃料噴射量を決定するように構成されることが好適である。ここで、「所定のクランク角度」とは、例えば、吸気弁閉弁（ＩＶＣ）の直後のクランク角度等である。
【００２９】
これによると、例えば、燃料噴射指示手段が筒内圧力センサの出力（従って、筒内圧力）を引数（の一部）として使用するテーブル（マップ）により筒内充填空気量（従って、燃料噴射量）を決定するように構成されている場合、上記ＩＶＣ後における同筒内圧力センサの出力（従って、筒内圧力）に係わるデータのうち上記「所定のクランク角度に対応する時点」での値にのみ着目して係るテーブルを作製することができ、同テーブルを容易に作製することができる。
【００３０】
なお、前記燃料噴射指示手段は、ＩＶＣ後において燃料噴射（即ち、圧縮行程噴射）を実行するように構成されていても、吸気弁閉弁（ＩＶＣ）前（且つ、バルブオーバーラップ期間終了後（ＥＶＣ後））において燃料噴射（即ち、吸気行程噴射）を実行するように構成されていてもよい。
【００３１】
ただし、ＩＶＣ後における筒内圧力センサの出力に基づいて燃料噴射量が決定される場合に燃料噴射量はＩＶＣ前（従って、吸気行程中）に決定され得ないことを考慮すると、吸気行程噴射が実行される場合、今回決定した燃料噴射量の燃料の噴射指示を今回燃焼が発生する気筒（即ち、ＩＶＣ後の気筒。既に吸気行程が終了して圧縮行程に移行している気筒）に対して行うことは不可能である。従って、この場合、前記燃料噴射指示手段は、今回決定した燃料噴射量の燃料の噴射指示を次回燃焼が発生する気筒に対して行うように構成される。
【００３２】
一方、圧縮行程噴射が実行される場合、今回決定した燃料噴射量の燃料の噴射指示を今回燃焼が発生する気筒に対して行うことも可能である。従って、この場合、前記燃料噴射指示手段は、今回決定した燃料噴射量の燃料の噴射指示を今回燃焼が発生する気筒に対して行うように構成されても次回燃焼が発生する気筒に対して行うように構成されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明による内燃機関の燃料噴射量制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料噴射量制御装置を４サイクル火花点火式４気筒の過給機付き直接燃料噴射方式の内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。
【００３４】
このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室（筒内）にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。
【００３５】
エンジン本体２０の各気筒の上部には燃焼室内にて燃料を直接噴射するための燃料噴射弁（インジェクタ）２１（直接燃料噴射手段）が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ２２に燃料配管２３を介して接続されている。燃料噴射用ポンプ２２は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号により燃料の噴射圧力を調整するようになっている。
【００３６】
また、燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（燃料噴射量Fiに応じた指令信号）により所定時間だけ開弁し、これにより燃焼室内に燃料を燃料噴射量Fiだけ直接噴射するようになっている。本例では、吸気弁閉弁の直後において燃料が噴射されるようになっている（即ち、圧縮行程噴射が実行されるようになっている）。
【００３７】
吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マニホールド３１の上流側集合部に接続され同吸気マニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２、吸気管３２内に回動可能に保持されたスロットル弁３３、電気制御装置６０からの駆動信号に応答してスロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流において吸気管３２に順に介装されたインタクーラー３４と過給機（ターボチャージャー）３５のコンプレッサ３５ａ、及び吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６を含んでいる。
【００３８】
排気系統４０は、エンジン本体２０の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設された過給機３５のタービン３５ｂ、過給機絞り弁３５ｃ、及び排気管４２に介装された三元触媒４３を含んでいる。排気マニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。
【００３９】
過給機絞り弁３５ｃは、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号により過給機３５の容量を実質的に可変とするようにタービン３５ｂに流入する排ガスの通路面積を可変とする弁である。これにより過給圧が調整されるようになっている。
【００４０】
ＥＧＲ装置５０は、排気ガスを還流させる通路を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５２と、ＥＧＲクーラー５３とを備えている。排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（排気マニホールド４１）とスロットル弁３３の下流側吸気通路（吸気マニホールド３１）を連通している。ＥＧＲ制御弁５２は電気制御装置６０からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量（排気還流量、ＥＧＲガス流量）を変更し得るようになっている。
【００４１】
電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、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ＲＡＭ６４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。
【００４２】
インターフェース６５は、吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、アクセル開度センサ７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ７３、クランクポジションセンサ７４（取得手段）、各気筒の上部にそれぞれ配設された筒内圧力センサ７５、スロットルポジションセンサ７６（取得手段）、及び三元触媒４３よりも上流側の排気通路に配設された空燃比センサ７７と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。
【００４３】
また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、燃料噴射用ポンプ２２、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、過給機絞り弁３５ｃ、及びＥＧＲ制御弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
【００４４】
エアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量（単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量）を計測し、同質量流量Ga1（空気流量Ga1）を表す出力Vgを発生するようになっている。出力Vgと空気流量Ga1との関係は図２に示したとおりであり、ＲＯＭ６２は係る関係を規定するテーブルMapGa1を記憶している。
【００４５】
アクセル開度センサ７２は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセル操作量Accpを表す信号を発生するようになっている。吸気管圧力センサ７３は、エンジン１０のシリンダに吸入されるガスの圧力（即ち、吸気管圧力）を検出し、同吸気管圧力Pbを表す信号を発生するようになっている。
【００４６】
クランクポジションセンサ７４は、各気筒の絶対クランク角度を検出し、クランク角度CAを表すとともにエンジン１０の回転速度であるエンジン回転速度NEをも表す信号を発生するようになっている。筒内圧力センサ７５は、各気筒の燃焼室内の圧力を検出し、筒内圧Paを表す信号を気筒毎に発生するようになっている。
【００４７】
スロットルポジションセンサ７６は、スロットル弁３３の開度（スロットル弁開度）を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を発生するようになっている。空燃比センサ７７は、三元触媒４３に流入する排ガスの空燃比を検出し、空燃比abyfに応じた信号を発生するようになっている。
【００４８】
（燃料噴射量Fiの決定）
次に、上記のように構成された燃料噴射量制御装置（以下、「本装置」と称呼することもある。）による燃料噴射量Fiの決定方法について説明する。本装置は、或る気筒（以下、「圧縮行程気筒」と称呼する。）のクランク角度が吸気弁閉弁（ＩＶＣ）直後の予め定められたクランク角度（具体的には、圧縮上死点前１００deg（以下、「BTDC１００deg」と称呼する。）と一致する毎に、機関の空燃比（即ち、燃焼される混合気の空燃比）を目標空燃比AFstoich（例えば、理論空燃比）に一致させるための燃料噴射量Fiを決定するとともに同決定された燃料噴射量Fiの燃料を上記圧縮行程気筒に対して直接噴射（圧縮行程噴射）する。
【００４９】
機関の空燃比を目標空燃比AFstoichに精度良く一致させるためには、燃料噴射量Fiを精度良く求める必要があり、そのためには、ＩＶＣ後において上記圧縮行程気筒内に充填されている空気量（即ち、筒内充填空気量Ma）を精度良く求める必要がある。筒内充填空気量Maは、原則的には、吸気弁開弁（ＩＶＯ）〜吸気弁閉弁（ＩＶＣ）の間に吸気弁を介して吸気系統３０から燃焼室内に吸入された空気量（全吸入空気量）と一致する。
【００５０】
しかしながら、この内燃機関１０は過給機付きの内燃機関であるから、上述のごとく、高負荷時におけるバルブオーバーラップ期間中において上記吹き抜けが発生し得る。係る吹き抜けが発生すると、筒内充填空気量Maは、上記全吸入空気量よりも吹き抜け量の分だけ小さくなる。
【００５１】
他方、エアフローメータ７１の出力Vg（従って、エアフローメータ７１により計測される空気流量Ga1）に基づいて筒内充填空気量Maを決定する場合、筒内充填空気量Maは、吹き抜けの有無にかかわらず上記全吸入空気量と等しい値に決定される。
【００５２】
加えて、この内燃機関１０では、バルブオーバーラップ期間終了後（ＥＶＣ後。具体的には、BTDC１００deg）にて燃焼室内にて燃料が直接噴射されるから噴射された燃料は燃焼前に排気系統４０に排出されることはない。
【００５３】
従って、吹き抜けの有無にかかわらずエアフローメータ７１により計測される空気流量Ga1に基づいて筒内充填空気量Maを決定するものとすると、燃料噴射量Fiは、吹き抜けが発生していない場合には目標空燃比AFstoichを得るための適切な値に算出され得る一方、吹き抜けが発生している場合には目標空燃比AFstoichを得るための適切な値よりも上記吹き抜け量に相当する分だけ大きい値に算出されてしまうことになる。
【００５４】
以上のことから、吹き抜けの有無にかかわらず筒内充填空気量Maを正確に求めるためには、先ず、吹き抜けの有無を判定する必要がある。吹き抜けは、内燃機関１０がバルブオーバーラップ期間中において吸気圧力が排気圧力を超える運転状態（高負荷状態）にある場合に発生する。
【００５５】
ここで、エンジン回転速度NEが大きいほど排気圧力が高くなる。また、スロットル弁開度TAが大きいほど吸気圧力が高くなる。即ち、エンジン回転速度NEが低いほど、且つ、スロットル弁開度TAが大きいほど、吹き抜けが発生し易くなる。換言すれば、エンジン回転速度NEとスロットル弁開度TAは、「吹き抜け量に影響を与える因子」である。
【００５６】
図３は、吹き抜けの有無と、エンジン回転速度NE及びスロットル弁開度TAとの関係の一例を示している。吹き抜けが発生する運転領域（即ち、吸気圧力が排気圧力よりも大きい運転領域）は図３にドットで示した領域に対応している。
【００５７】
この関係は、例えば、エンジン回転速度NEとスロットル弁開度TAとを固定した定常運転状態においてバルブオーバーラップ期間中において吸気圧力が排気圧力を超えるか否か（従って、吹き抜けの有無）を判定する実験をエンジン回転速度NEとスロットル弁開度TAの組み合わせを種々変更しながら繰り返すことにより得ることができる。従って、図３に示した関係を利用すれば、吹き抜けの有無を判定することができる。
【００５８】
そこで、本装置（ＲＯＭ６２）は、図３に示した関係に対応するテーブルMapBTHを記憶していて、エンジン回転速度NEとスロットル弁開度TAとこのテーブルMapBTHとから吹き抜けが発生しているか否かを判定する。
【００５９】
そして、吹き抜けが発生していないと判定される場合（吹き抜け量が燃料噴射量Fiの決定にあたり無視できる程度に小さい場合に対応する）、本装置は、エアフローメータ７１により計測される空気流量Ga1に基づいて筒内充填空気量Ma（従って、燃料噴射量Fi）を決定する。これにより、吹き抜けが発生していない場合、燃料噴射量Fiが目標空燃比AFstoichを得るための適切な値に決定され得る。
【００６０】
一方、吹き抜けが発生していると判定される場合（吹き抜け量が燃料噴射量Fiの決定にあたり無視できない程度に大きい場合に対応する）、上述したように、エアフローメータ７１により計測される空気流量Ga1に基づいて筒内充填空気量Maを決定すると、筒内充填空気量Ma（従って、燃料噴射量Fi）が正確に決定され得ない。従って、この場合、上記空気流量Ga1を利用する場合よりも正確に筒内充填空気量Maを決定し得る他の方法を採用する必要がある。
【００６１】
ところで、ＩＶＣ後（であって燃焼開始前）の所定のクランク角度での筒内温度が所定温度T1であるものと仮定すると、同所定のクランク角度での燃焼室容積V1は既知であることを利用して、ＩＶＣ後の同所定のクランク角度での筒内圧Paと、気体の状態方程式（Pa・V1＝Mall・R・T1
： Rは気体定数）から燃焼室内に存在する全ガス量Mallを求めることができる。
【００６２】
他方、ＩＶＣ後における燃焼室内のガス中には、前回の燃焼による残留ガスが含まれている。即ち、上記全ガス量Mallは、筒内充填空気量Maと残留ガス量の和である。従って、残留ガスの量を取得できれば、ＩＶＣ後における上記所定のクランク角度での筒内圧Paを取得することで筒内充填空気量Maを求めることができる。
【００６３】
ここで、係る残留ガス量は、実験等を通して或る程度正確に推定することができる。従って、ＩＶＣ後の上記所定のクランク角度での筒内圧Paと、係る残留ガス量の推定結果とを利用すれば筒内充填空気量Maを或る程度正確に決定することができる。
【００６４】
図４は、上記所定のクランク角度としてBTDC１００degを採用し、BTDC１００degでの筒内圧Paと、残留ガス量の推定結果とを利用して決定される筒内充填空気量Maをエンジン回転速度NEにより単位時間あたりの空気量である空気流量Ga2に換算した場合における、空気流量Ga2と、筒内圧Pa及びエンジン回転速度NEとの関係の一例を示している。
【００６５】
本装置（ＲＯＭ６２）は、図４に示した関係に対応するテーブルMapGa2を記憶していて、吹き抜けが発生していると判定される場合、筒内圧力センサ７５から得られる圧縮行程気筒のBTDC１００degでの筒内圧Paと、エンジン回転速度NEと、このテーブルMapGa2とから空気流量Ga2を決定し、係る空気流量Ga2に基づいて筒内充填空気量Ma（従って、燃料噴射量Fi）を決定する。
【００６６】
これにより、吹き抜けが発生している場合、エアフローメータ７１により計測される空気流量Ga1に基づいて燃料噴射量Fiを決定する場合よりも正確に、燃料噴射量Fiが目標空燃比AFstoichを得るための適切な値に決定され得る。
【００６７】
このようにして、吹き抜けの有無にかかわらず（従って、機関の負荷状態にかかわらず）、機関の空燃比が目標空燃比AFstoichに可及的に維持され得る。以上が、本装置による燃料噴射量Fiの決定方法の概要である。
【００６８】
（実際の作動）
次に、上記のように構成された燃料噴射量制御装置の実際の作動について、電気制御装置６０のＣＰＵ６１が実行するルーチン（プログラム）をフローチャートにより示した図５を参照しながら説明する。
【００６９】
ＣＰＵ６１は、図５に示した燃料噴射量Fiの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチンを所定時間の経過毎に、気筒毎に、繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ５００から処理を開始し、ステップ５０５に進んで任意の気筒（上記圧縮行程気筒）のクランク角度がBTDC１００degに一致したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ５９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、燃料噴射は実行されない。
【００７０】
いま、圧縮行程気筒のクランク角度がBTDC１００degに一致したものとすると、ＣＰＵ６１は、ステップ５０５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ５１０に進み、クランクポジションセンサ７４から得られる現時点でのエンジン回転速度NEと、スロットルポジションセンサ７６から得られる現時点でのスロットル弁開度TAと、図３に示したテーブルMapBTHとに基づいて吹き抜けフラグＢＴＨの値を「０」か「１」の何れかに設定する。ここで、吹き抜けフラグＢＴＨの値は、吹き抜けが発生する場合に「１」に、吹き抜けが発生しない場合に「０」に設定される。
【００７１】
次に、ＣＰＵ６１はステップ５１５に進んで、吹き抜けフラグＢＴＨの値が「１」であるか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定する場合（即ち、吹き抜けが発生する場合）、ステップ５２０に進んで、筒内圧力センサ７５から得られる圧縮行程気筒の現時点（即ち、BTDC１００deg）での筒内圧Paと、現時点でのエンジン回転速度NEと、図４に示したテーブルMapGa2とに基づいて空気流量Ga2を決定し、空気流量Gaの値を空気流量Ga2と等しい値に設定する。
【００７２】
一方、吹き抜けフラグＢＴＨの値が「０」である場合（即ち、吹き抜けが発生しない場合）、ＣＰＵ６１はステップ５１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ５２５に進み、エアフローメータ７１の現時点での出力Vgと、図２に示したテーブルMapGa1とに基づいて空気流量Ga1を決定し、空気流量Gaの値を空気流量Ga1と等しい値に設定する。ここで、ステップ５１０、５１５は、選択手段に相当している。
【００７３】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ５３０に進み、ステップ５２０、或いは５２５にて設定された空気流量Gaと、現時点でのエンジン回転速度NEと、Ga,NEを引数とする筒内充填空気量Maを求めるためのテーブルMapMaとから筒内充填空気量Maを求める。
【００７４】
次に、ＣＰＵ６１はステップ５３５に進んで、上記求めた筒内充填空気量Maを目標空燃比AFstoichで除することで基本燃料噴射量Fbaseを求め、続くステップ５４０にてこの基本燃料噴射量Fbaseに係数Ｋを乗じることで燃料噴射量Fiを求める。ここで、係数Ｋは、空燃比センサ７７から得られる排ガスの空燃比abyf等に基づいて設定される値である。これにより、空燃比センサ７７の出力に基づく空燃比フィードバック制御が達成される。
【００７５】
そして、ＣＰＵ６１はステップ５４５に進み、上記求めた燃料噴射量Fiの燃料を噴射するための指示を圧縮行程気筒の燃料噴射弁２１に対して行い、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このようにして、圧縮行程気筒のクランク角度がBTDC１００degに一致する毎に、その直後にて、機関の空燃比を目標空燃比AFstoichに一致させるための燃料噴射量Fiの燃料が同圧縮行程気筒に対して直接噴射（圧縮行程噴射）される。ステップ５２０〜５４５は、燃料噴射指示手段に相当している。
【００７６】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る燃料噴射量制御装置は、過給機付きの直接燃料噴射方式の内燃機関に適用される。この装置によれば、バルブオーバーラップ期間中における吹き抜け量に影響を与える因子であるエンジン回転速度NEとスロットル弁開度TAとに基づいて吹き抜けが発生しているか否かが判定される。吹き抜けが発生していないと判定される場合はエアフローメータ７１の出力Vg（空気流量Ga1）に基づいて、吹き抜けが発生していると判定される場合は筒内圧力センサ７５から得られるBTDC１００degでの筒内圧Pa（空気流量Ga2）に基づいて、筒内充填空気量Maが決定され、この筒内充填空気量Maと目標空燃比AFstoichとから燃料噴射量Fiが決定される。
【００７７】
これにより、吹き抜けが発生している場合、エアフローメータ７１の出力Vgに基づいて燃料噴射量Fiを決定する場合よりも正確に、燃料噴射量Fiが目標空燃比AFstoichを得るための適切な値に決定され得る。従って、吹き抜けの有無にかかわらず（従って、機関の負荷状態にかかわらず）、機関の空燃比が目標空燃比AFstoichに可及的に維持され得る。
【００７８】
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、上記実施形態では、吹き抜けの有無（従って、吸気圧力と排気圧力との大小関係）をエンジン回転速度NEとスロットル弁開度TAとに基づいて判定しているが、スロットル弁開度TAに代えてアクセル開度センサ７２から得られるアクセル操作量Accpを使用してもよい。
【００７９】
また、上記実施形態においては、吸気圧力が排気圧力よりも大きい場合に吹き抜けが発生すると判定し吸気圧力が排気圧力以下である場合に吹き抜けが発生しないと判定するように構成されているが、吸気圧力から排気圧力を減じた値が正の所定値を超える場合に吹き抜けが発生すると判定し吸気圧力から排気圧力を減じた値が同正の所定値以下である場合に吹き抜けが発生しないと判定するように構成してもよい。
【００８０】
また、吸気圧力が大気圧を超える場合に吹き抜けが発生すると判定し吸気圧力が大気圧以下である場合に吹き抜けが発生しないと判定するように構成してもよい。この場合、大気圧と比較される吸気圧力として、吸気管圧力センサ７３から得られる吸気管圧力Pbを使用することが好適である。また、吸気圧力として、エアフローメータ７１により計測される空気流量Ga1をエンジン回転速度NEで除した値(Ga1/NE)を使用してもよい。これは、値(Ga1/NE)は、吹き抜けが発生しない場合における筒内充填空気量に対応し、且つ、この場合の筒内充填空気量と吸気圧力とは密接な関係（比例関係）があることに基づく。
【００８１】
また、上記実施形態においては、エアフローメータ７１の出力Vg、或いは筒内圧力センサ７５から得られる筒内圧Paに基づいて空気流量Gaを取得し、この空気流量Ga（及び、エンジン回転速度NE）から筒内充填空気量Maを求め、この筒内充填空気量Maから燃料噴射量Fiを決定するように構成されているが、エアフローメータ７１の出力Vg（及びエンジン回転速度NE）、或いは筒内圧力センサ７５から得られる筒内圧Paに基づいて筒内充填空気量Maを直接求め、この筒内充填空気量Maから燃料噴射量Fiを決定するように構成してもよい。また、エアフローメータ７１の出力Vg、或いは筒内圧力センサ７５から得られる筒内圧Paに基づいて空気流量Gaを取得し、この空気流量Ga（及びエンジン回転速度NE）から燃料噴射量Fiを直接決定するように構成してもよい。
【００８２】
また、上記実施形態においては、今回の圧縮行程気筒のBTDC１００degにて今回決定された燃料噴射量Fiの燃料を今回の圧縮行程気筒に対してBTDC１００deg直後にて圧縮行程噴射するように構成されているが、上記今回決定された燃料噴射量Fiの燃料を今回の圧縮行程気筒の次に燃焼が発生する気筒に対して圧縮行程噴射するように構成してもよい。
【００８３】
また、上記実施形態においては、圧縮行程噴射するように構成されているが、吸気行程噴射（ＥＶＣ後ＩＶＣ前に噴射）するように構成してもよい。この場合、今回の圧縮行程気筒のＩＶＣ後の所定のクランク角度（BTDC１００deg）にて今回決定された燃料噴射量Fiの燃料が今回の圧縮行程気筒の次に燃焼が発生する気筒に対して吸気行程噴射されるように構成される。
【００８４】
また、上記実施形態においては、過給機付き直接噴射方式の火花点火式内燃機関に適用されているが、過給機付き直接噴射方式のディーゼル機関に適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】内燃機関に適用した本発明の実施形態に係る燃料噴射量制御装置の概略を示した図である。
【図２】図１に示したＣＰＵが参照する、エアフローメータの出力と、空気流量との関係を規定するテーブルを示したグラフである。
【図３】図１に示したＣＰＵが参照する、吹き抜けの有無と、エンジン回転速度及びスロットル弁開度との関係を規定するテーブルを示したグラフである。
【図４】図１に示したＣＰＵが参照する、筒内圧及びエンジン回転速度と、空気流量との関係を規定するテーブルを示したグラフである。
【図５】図１に示したＣＰＵが燃料噴射量の計算、及び燃料噴射を行うために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図６】過給機付きエンジンにおいて過給機作動時におけるクランク角度に対する吸気圧力及び排気圧力の実測結果の例を示したグラフである。
【図７】過給機付きエンジンにおいてエンジン回転速度と吹き抜け率との関係の一例を示したグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
２１…燃料噴射弁、３３…スロットル弁、３５…過給機、３５ａ…コンプレッサ、３５ｂ…タービン、６０…電気制御装置、６１…ＣＰＵ、７１…エアフローメータ、７４…クランクポジションセンサ、７５…筒内圧力センサ、７６…スロットルポジションセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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