(57)【要約】【課題】  本発明は、バルブオーバーラップを有する筒内直噴エンジンにおける筒内空燃比を高精度に制御する空燃比制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】  内燃機関の筒内へ燃料を噴射するための前記筒内に噴孔を開口する直噴用インジェクタを備え且つバルブオーバーラップを有する筒内直噴射式内燃機関の本発明の空燃比制御装置は、筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する吸入空気吹き抜け率算出手段と、筒内から排出された排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比検出手段とを有し、吸入空気吹き抜け率算出手段により算出された吸入空気の吹き抜け率と、排気空燃比検出手段から検出された排気ガスの空燃比とに基づいて、筒内の空燃比を算出し、直噴用インジェクタからの燃料噴射量を制御することにより筒内を目標空燃比に制御する。【選択図】      図１
2006177193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内へ燃料を噴射するための前記筒内に噴孔を開口する直噴用インジェクタを備え且つバルブオーバーラップを有する筒内直噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、
前記筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する吸入空気吹き抜け率算出手段と、前記筒内から排出された排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比検出手段とを有し、
前記吸入空気吹き抜け率算出手段により算出された吸入空気の吹き抜け率と、前記排気空燃比検出手段から検出された排気ガスの空燃比とに基づいて、前記筒内の空燃比を算出し、前記直噴用インジェクタからの燃料噴射量を制御することにより前記筒内を目標空燃比に制御する、
ことを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項２】
内燃機関の筒内へ燃料を噴射するための前記筒内に噴孔を開口する直噴用インジェクタと吸気系にポート噴射用インジェクタとを備え且つバルブオーバーラップを有する筒内直噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、
前記筒内に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する吸入空気吹き抜け率算出手段と、
前記直噴用インジェクタからの燃料噴射量を検出する直噴燃料噴射量検出手段と、
前記ポート噴射用インジェクタからの燃料噴射量を検出するポート噴射燃料噴射量検出手段と、
前記吸入空気吹き抜け率算出手段により算出された吸入空気の吹き抜け率と、前記ポート噴射燃料噴射量検出手段から検出された燃料噴射量とに基づいて、前記ポート噴射用インジェクタから供給された燃料のうち前記筒内に残留する燃料量を算出するポート噴射筒内残留燃料量算出手段とを有し、
前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量と、前記吸入空気吹き抜け率算出手段により算出された吸入空気の吹き抜け率と、前記直噴燃料噴射量検出手段から検出された燃料噴射量と、前記ポート噴射筒内残留燃料量算出手段から算出された前記筒内の残留燃料量とに基づいて、前記筒内の空燃比を算出し、前記直噴用インジェクタおよび前記ポート噴射用インジェクタの少なくとも一方からの燃料噴射量を制御することにより前記筒内を目標空燃比に制御する、
ことを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項３】
前記吸入空気吹き抜け率算出手段は、前記筒内に供給された吸入空気中の酸素のモル数を算出する第一の酸素モル数算出手段と、前記筒内から排出された排気ガス中の酸素のモル数を算出する第二の酸素モル数算出手段と、を有し、
前記第一の酸素モル数算出手段から算出された吸入空気中の酸素のモル数と、前記第二の酸素モル数算出手段から算出された排気ガス中の酸素のモル数とに基づいて、前記筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記第一の酸素モル数算出手段および前記第二の酸素モル数算出手段は、前記筒内に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記筒内から排出された排気ガス中の酸素濃度を検出する排気ガス酸素濃度検出手段と、前記筒内から排気された排気ガスの体積を算出する排気ガス体積算出手段と、を有し、
前記筒内に供給された吸気空気中の酸素のモル数は、前記吸入空気量検出手段から検出された吸入空気量に基づいて算出され、
前記筒内から排出された排気ガス中の酸素モル数は、前記排気ガス体積算出手段から算出された排気ガスの体積と、前記排気ガス酸素濃度検出手段から検出された排気ガス中の酸素濃度と、に基づいて算出される、
ことを特徴とする請求項３に記載の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記排気ガス体積算出手段は、前記吸入空気量検出手段と、前記筒内から排出された排気ガス中の一酸化炭素と二酸化炭素と炭化水素とのそれぞれの濃度を検出する、一酸化炭素濃度検出手段と、二酸化炭素濃度検出手段と、炭化水素濃度検出手段と、を有し、
前記吸入空気量検出手段から検出された吸入空気量と、前記一酸化炭素濃度検出手段と前記二酸化炭素濃度検出手段と前記炭化水素濃度検出手段とのそれぞれから検出された排気ガス中の一酸化炭素と二酸化炭素と炭化水素とに基づいて、前記筒内から排出される排気ガスの体積を算出する、
ことを特徴とする請求項４に記載の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記排気ガス体積算出手段は、前記吸入空気量検出手段から検出された吸入空気量と、吸入空気と排気ガスの体積比係数とに基づいて、前記筒内から排気された排気ガスの体積を算出する、
ことを特徴とする請求項４に記載の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記吸入空気吹き抜け率算出手段は、
前記筒内に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
バルブオーバーラップ値を検出するバルブオーバーラップ検出手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、を有し、
吸入空気の吹き抜け率を、該吸入空気の吹き抜け率と吸入空気量とバルブオーバーラップ値とエンジン回転数との予め定められた関係に基づいて算出する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記吸入空気吹き抜け率算出手段は、
前記筒内に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記筒内の圧力を検出する筒内圧センサを使用して前記筒内の空気量を算出する筒内空気量算出手段と、を有し、
前記吸入空気量検出手段から検出された吸入空気量と、前記筒内空気量算出手段から算出された筒内空気量とに基づいて、前記筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、燃焼室内へ直接に燃料を噴射する内燃機関、すなわち、筒内直噴射式内燃機関（以下、筒内直噴エンジンと称す）であってバルブオーバーラップを有する筒内直噴射式内燃機関の空燃比制御（Ａ／Ｆ制御）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガソリンエンジンにおいて、筒内に直接に燃料としてガソリンを噴射すると共に火花点火をして燃焼させる筒内直噴エンジンの量産が開始されている。吸入ポートにおいて燃料を噴射し空気と燃料との混合気を燃焼室すなわち筒内に供給する通常のポート噴射式内燃機関（以下、ポート噴射エンジンと称す）においては、燃焼室に混合気が入るまでにポートの壁の部分に燃料が付着して、想定した空燃比にならないことが多い。それに対して筒内直噴エンジンは、空気と別々に直接筒内に燃料を入れることから空燃比のバラツキを大幅に小さくできる。空燃比を一定に保つことは、燃焼を良くする効果があるだけでなく、排気性能を良くするのにも有効である。
【０００３】
このようなメリットの一方で、バルブオーバーラップを有する、すなわち、吸気バルブと排気バルブとが共に開いている期間を有する筒内直噴エンジンにおいては、バルブオーバーラップ期間中に、吸気ポートから筒内に供給された空気の一部がそのまま、排気ポートに排出される「吹き抜け」が起り、筒内空燃比を排気空燃比センサから検出された排気空燃比あるいは酸素濃度のみに基づいて筒内空燃比を目標空燃比にすべく、燃料噴射量をフィードバック制御させる場合、燃焼に寄与しない「吹き抜け空気」を含む状態で空燃比が算出され、この空燃比に基づいて燃料噴射が制御されるため、筒内に必要以上の燃料が供給されてしまうことによる燃焼悪化と燃費悪化とが問題となる。
【０００４】
吸排気バルブを開閉する時期すなわちバルブタイミングは、適正な出力を得ると同時に広い回転域で吸排気効率を高めて燃費の改善を図るために、エンジンの運転状態に応じて通常調整され、バルブオーバーラップが制御される。エンジンの高負荷領域においては、大きな出力を必要とするために、吸入空気量を増すように制御すべく、バルブオーバーラップが広く設定される。また、クランク角で示したオーバーラップ量が同一であっても、エンジンの回転数が低いと、エンジン回転数が高い場合と比較して実際のバルブオーバーラップ時間は長くなる。このため、上記「吹き抜け」は、特に、吸入空気の吹き抜け量が大きくなる低回転高負荷領域で問題となると考えられる。
【０００５】
また、実用化されている筒内直噴エンジンは自然吸気式のものが多いが、出力を増大させるために今後は筒内直噴エンジンにおいても過給機付きのものが量産される可能性が高い。一般的に過給機付きエンジンは、特に低回転全負荷領域において吸気管圧力が正圧となり排気管圧力よりも高くなる。このため、バルブオーバーラップ期間中において、吸気管→筒内→排気管という流れが生じる。従がって、上記「吹き抜け」は、過給機付き筒内直噴エンジンにおいても問題となると考えられる。
【０００６】
従って、筒内直噴エンジン、特に過給機付き筒内直噴エンジンにおける低回転高負荷領域において、排気空燃比に基づく制御系により筒内空燃比を最適にするためには、バルブオーバーラップ期間中における吹き抜け空気量を把握することが重要になると考えられる。
【０００７】
更に、筒内直噴エンジンにおいて、筒内に直接に燃料を噴射する筒内直噴用インジェクタと併せて、吸入ポートにおいて燃料を噴射し空気と燃料との混合気を筒内に供給する通常のポート噴射用インジェクタを備えるもの（以下、Ｔシステムエンジンと称す）が開発されている。Ｔシステムエンジンは、ポート噴射および筒内直噴射のそれぞれのメリットを有効に活用して、燃費効率や吸気効率などを改善することを目的として開発されているエンジンであり、筒内直噴用インジェクタからの燃料噴射とポート噴射用インジェクタからの燃料噴射とを、状況に応じて制御可能なエンジンである。このようなＴシステムエンジンにおいても、筒内空燃比を最適にするためには、バルブオーバーラップ期間中における吹き抜け空気量を把握することが重要になると考えられる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１ー１６４９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
バルブオーバーラップ期間中の吸入空気の吹き抜けを考慮した空燃比制御は、特許文献１等の文献に開示されているが、その正確性において改良の余地を多く残していると考える。
【００１０】
例えば、特許文献１においては、内燃機関の筒内の酸素濃度と排気系内の酸素濃度とに基づいて、筒内に供給された吸入空気のうち吹き抜けずに筒内に充填された吸入空気の割合を示す筒内トラップ率を算出し、筒内を目標空燃比に制御する制御装置が開示されている。
しかし、特許文献１に開示されているような制御装置では、内燃機関の筒内に供給された吸入空気の燃焼時の化学反応による体積変化にともなう筒内トラップ率に対する影響は考慮されていないため、その精度において改善の余地が残されていると考える。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑み、バルブオーバーラップを有する筒内直噴エンジンにおける筒内空燃比を高精度に制御する空燃比制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の筒内へ燃料を噴射するための前記筒内に噴孔を開口する直噴用インジェクタを備え且つバルブオーバーラップを有する筒内直噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する吸入空気吹き抜け率算出手段と、前記筒内から排出された排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比検出手段とを有し、前記吸入空気吹き抜け率算出手段により算出された吸入空気の吹き抜け率と、前記排気空燃比検出手段から検出された排気ガスの空燃比とに基づいて、前記筒内の空燃比を算出し、前記直噴用インジェクタからの燃料噴射量を制御することにより前記筒内を目標空燃比に制御する、ことを特徴とする空燃比制御装置が提供される。
【００１３】
すなわち、請求項１の発明では、内燃機関の筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率と、筒内から排気された排気ガスの空燃比とに基づいて筒内空燃比を算出する。そして、この算出された筒内空燃比に基づいて、直噴用インジェクタからの燃料噴射量を制御し、筒内を目標空燃比に制御する。例えば、算出された筒内空燃比が目標空燃比よりも大きい場合には、直噴用インジェクタからの燃料噴射量は増量され、算出された筒内空燃比が目標空燃比よりも小さい場合には、直噴用インジェクタからの燃料噴射量は減量される。
これにより、吸入空気の吹き抜けを考慮した筒内空燃比の把握が可能となり、バルブオーバーラップを有する筒内直噴エンジンにおける筒内空燃比を高精度に制御することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、内燃機関の筒内へ燃料を噴射するための前記筒内に噴孔を開口する直噴用インジェクタと吸気系にポート噴射用インジェクタとを備え且つバルブオーバーラップを有する筒内直噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記筒内に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する吸入空気吹き抜け率算出手段と、前記直噴用インジェクタからの燃料噴射量を検出する直噴燃料噴射量検出手段と、前記ポート噴射用インジェクタからの燃料噴射量を検出するポート噴射燃料噴射量検出手段と、前記吸入空気吹き抜け率算出手段により算出された吸入空気の吹き抜け率と、前記ポート噴射燃料噴射量検出手段から検出された燃料噴射量とに基づいて、前記ポート噴射用インジェクタから供給された燃料のうち前記筒内に残留する燃料量を算出するポート噴射筒内残留燃料量算出手段とを有し、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量と、前記吸入空気吹き抜け率算出手段により算出された吸入空気の吹き抜け率と、前記直噴燃料噴射量検出手段から検出された燃料噴射量と、前記ポート噴射筒内残留燃料量算出手段から算出された前記筒内の残留燃料量とに基づいて、前記筒内の空燃比を算出し、前記直噴用インジェクタおよび前記ポート噴射用インジェクタの少なくとも一方からの燃料噴射量を制御することにより前記筒内を目標空燃比に制御する、ことを特徴とする空燃比制御装置が提供される。
【００１５】
すなわち、請求項２の発明では、内燃機関の筒内に供給された吸入空気量と、筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率と、直噴用インジェクタからの燃料噴射量と、ポート噴射用インジェクタから供給された燃料のうちバルブオーバーラップ期間中に吹き抜けずに筒内に残留する燃料量とに、基づいて、筒内空燃比を算出する。そして、この算出された筒内空燃比に基づいて、直噴用インジェクタおよびポート噴射用インジェクタの少なくとも一方からの燃料噴射量を制御し、筒内を目標空燃比に制御する。例えば、算出された筒内空燃比が目標空燃比よりも大きい場合には、燃料噴射量は増量され、算出された筒内空燃比が目標空燃比よりも小さい場合には、燃料噴射量は減量される。
これにより、吸入空気の吹き抜けと、該吸入空気の吹き抜けによるポート噴射用インジェクタから供給された燃料量への影響とを考慮した筒内空燃比の把握が可能となり、バルブオーバーラップを有する筒内直噴エンジン、特に、直噴用インジェクタとポート噴射用インジェクタとを備える筒内直噴エンジンにおける筒内空燃比を高精度に制御することが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、前記吸入空気吹き抜け率算出手段は、前記筒内に供給された吸入空気中の酸素のモル数を算出する第一の酸素モル数算出手段と、前記筒内から排出された排気ガス中の酸素のモル数を算出する第二の酸素モル数算出手段と、を有し、前記第一の酸素モル数算出手段から算出された吸入空気中の酸素のモル数と、前記第二の酸素モル数算出手段から算出された排気ガス中の酸素のモル数とに基づいて、前記筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空燃比制御装置が提供される。
【００１７】
すなわち、請求項３の発明では、筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を、筒内から供給された吸入空気中の酸素のモル数と、筒内から排出された排気ガス中の酸素のモル数とに基づいて算出する。
これにより、吸入空気および排気ガス中の酸素のモル数に基づいた筒内空燃比の把握が可能となり、筒内空燃比バルブオーバーラップを有する筒内直噴エンジンにおける筒内空燃比を高精度に制御することが可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、前記第一の酸素モル数算出手段および前記第二の酸素モル数算出手段は、前記筒内に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記筒内から排出された排気ガス中の酸素濃度を検出する排気ガス酸素濃度検出手段と、前記筒内から排気された排気ガスの体積を算出する排気ガス体積算出手段と、を有し、前記筒内に供給された吸気空気中の酸素のモル数は、前記吸入空気量検出手段から検出された吸入空気量に基づいて算出され、前記筒内から排出された排気ガス中の酸素モル数は、前記排気ガス体積算出手段から算出された排気ガスの体積と、前記排気ガス酸素濃度検出手段から検出された排気ガス中の酸素濃度と、に基づいて算出される、ことを特徴とする請求項３に記載の空燃比制御装置が提供される。
【００１９】
すなわち、請求項４の発明では、筒内に供給された吸入空気中の酸素のモル数を、吸入空気量検出手段から検出された吸入空気量に基づいて算出し、筒内から排出された排気ガス中の酸素モル数を、排気ガス体積算出手段から算出された排気ガス体積と、排気ガス酸素濃度検出手段から検出された排気ガス中の酸素濃度とに基づいて算出する。
これにより、筒内に供給された吸入空気中の酸素のモル数と、筒内から排出された排気ガス中の酸素モル数とを精度良く把握することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、前記排気ガス体積算出手段は、前記吸入空気量検出手段と、前記筒内から排出された排気ガス中の一酸化炭素と二酸化炭素と炭化水素とのそれぞれの濃度を検出する、一酸化炭素濃度検出手段と、二酸化炭素濃度検出手段と、炭化水素濃度検出手段と、を有し、前記吸入空気量検出手段から検出された吸入空気量と、前記一酸化炭素濃度検出手段と前記二酸化炭素濃度検出手段と前記炭化水素濃度検出手段とのそれぞれから検出された排気ガス中の一酸化炭素濃度と二酸化炭素濃度と炭化水素濃度とに基づいて、前記筒内から排出される排気ガスの体積を算出する、ことを特徴とする請求項４に記載の空燃比制御装置が提供される。
【００２１】
すなわち、請求項５の発明では、排気ガスの体積を、筒内に供給された吸入空気量と、筒内から排出された排気ガス中の、一酸化炭素濃度と二酸化炭素濃度と炭化水素濃度とに基づいて算出する。
これにより、筒内から排出される排気ガスの体積を精度良く把握することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、前記排気ガス体積算出手段は、前記吸入空気量検出手段から検出された吸入空気量と、吸入空気と排気ガスの体積比係数とに基づいて、前記筒内から排気された排気ガスの体積を算出する、ことを特徴とする請求項４に記載の空燃比制御装置が提供される。
【００２３】
すなわち、請求項６の発明では、排気ガスの体積を、筒内に供給された吸入空気量と、吸入空気と排気ガスの体積比係数とに基づいて算出する。
これにより、排気ガスの体積を、請求項５で示されたような一酸化炭素濃度検出手段と二酸化炭素濃度検出手段と炭化水素濃度検出手段とを必要とすることなく算出でき、当該空燃比制御装置の構造簡素化を可能とする。
ここで、吸入空気と排気ガスの体積比係数とは、筒内に供給された吸入空気の体積と筒内から排出された排気ガスの体積との比であり、予め実験などにより決定される。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、前記吸入空気吹き抜け率算出手段は、前記筒内に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、バルブオーバーラップ値を検出するバルブオーバーラップ検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、を有し、吸入空気の吹き抜け率を、該吸入空気の吹き抜け率と吸入空気量とバルブオーバーラップ値とエンジン回転数との予め定められた関係に基づいて算出する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空燃比制御装置が提供される。
【００２５】
すなわち、請求項７の発明では、吸入空気量とバルブオーバーラップ値とエンジン回転数と吸入空気の吹き抜け率との関係を予め実験などで把握し、例えば、吸入空気量とバルブオーバーラップ値とエンジン回転数とをパラメータとして吸入空気の吹き抜け率の算出を可能とする吹き抜け率マップを用いて、筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率算出を算出する。
これにより、筒内に供給された吸入空気の吹き抜けを考慮した筒内空燃比の把握が可能となり、バルブオーバーラップを有する筒内直噴エンジンにおける筒内空燃比を高精度に制御することが可能となる。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、前記吸入空気吹き抜け率算出手段は、前記筒内に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記筒内の圧力を検出する筒内圧センサを使用して前記筒内の空気量を算出する筒内空気量算出手段と、を有し、前記吸入空気量検出手段から検出された吸入空気量と、前記筒内空気量算出手段から算出された筒内空気量とに基づいて、前記筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空燃比制御装置が提供される。
【００２７】
すなわち、請求項８の発明では、筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を、筒内に供給された吸入空気量と、筒内圧センサを使用して算出された筒内の空気量すなわちバルブオーバーラップ期間中に筒内に供給された吸入空気のうち吹き抜けずに筒内に残った空気量とに基づいて算出する。
これにより、筒内に供給された吸入空気の吹き抜けを考慮した筒内空燃比の把握が可能となり、バルブオーバーラップを有する筒内直噴エンジンにおける筒内空燃比を高精度に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
各請求項に記載の発明によれば、バルブオーバーラップを有する筒内直噴エンジンにおける筒内空燃比を高精度に制御することを可能にする共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第一の実施形態の概略構成図であって、機関本体の気筒を示した部分断面図である。図１において、１は気筒、２は気筒に吸入空気を供給するための吸気ポート、３は気筒から排気ガスを排出するための排気ポート、４は筒内（燃焼室）、５は吸気バルブ、６は排気バルブである。また、１８はバルブオーバーラップ時に吹き抜ける空気を示している。
【００３０】
本第一の実施形態の空燃比制御装置は、筒内に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出用エアフロメータ１１（以下、Ｇａ検出用エアフロメータと称す）と、筒内に直接燃料を噴射する直噴用インジェクタ１２と、筒内から排出される排気ガス中の、酸素（Ｏ２）濃度、一酸化炭素（ＣＯ）濃度、二酸化炭素（ＣＯ２）濃度および全炭化水素（ＴＣＨ）濃度のそれぞれを検出する、酸素濃度検出センサ１３（以下、Ｏ２濃度検出センサあるいはＯ２センサと称す）と、一酸化炭素濃度検出センサ１５（以下、ＣＯ濃度検出センサあるいはＣＯセンサと称す）と、二酸化炭素濃度検出センサ１６（以下、ＣＯ２濃度検出センサあるいはＣＯ２センサと称す）、炭化水素濃度検出センサ１７（以下、ＨＣ濃度検出センサあるいはＨＣセンサと称す）と、更に、演算器（ＥＣＵ）１４とを備える。
【００３１】
図１に示すように、演算器１４は、Ｇａ検出用エアフロメータ１１、Ｏ２濃度検出センサ１３、ＣＯ濃度検出センサ１５、ＣＯ２濃度検出センサ１６およびＨＣ濃度検出センサ１７の検出値を読み込むべく、Ｇａ検出用エアフロメータ１１、Ｏ２濃度検出センサ１３、ＣＯ濃度検出センサ１５、ＣＯ２濃度検出センサ１６およびＨＣ濃度検出センサ１７に接続、例えば電気接続されている。更に、演算器１４は、直噴用インジェクタ１２からの燃料噴射量を制御すべく、直噴用インジェクタ１２に接続、例えば電気接続されている。
【００３２】
図２は、本第一の実施形態の空燃比制御装置における空燃比制御方法を示したフローチャートである。
まずステップ２１にて、ＩＮＪ噴射すなわち直噴用インジェクタ１２から燃料が筒内４に噴射される。
続いてステップ２２にて、Ｇａ検出用エアフロメータ１１、ＣＯ濃度検出センサ１５、ＣＯ２濃度検出センサ１６およびＨＣ濃度検出センサ１７のそれぞれから検出され得られる、吸気ポート２を通して筒内４に供給された空気量すなわち吸入空気量と、排気ポート３を通して排出される排気ガス中の一酸化炭素濃度、二酸化炭素濃度および全炭化水素濃度とを演算器１４に読み込む。尚、本ステップ２２において、演算器１４には、Ｏ２濃度検出センサ１３から得られる排気ガス中の酸素濃度も併せて読み込まれる。
続いてステップ２３にて、ステップ２２にて得られた吸入空気量と、排気ガス中の一酸化炭素濃度、二酸化炭素濃度および全炭化水素濃度とに基づいて、演算器１４により排気ガス体積を算出する。
続いてステップ２４にて、ステップ２３にて算出された排気ガス体積と、Ｏ２濃度検出センサ１３から検出して得られた酸素濃度と、Ｇａ検出用エアフロメータ１１から検出された吸入空気量とに基づいて、演算器１４により、筒内４に供給された吸入空気中の酸素モル数と、筒内４から排出された排気ガス中の酸素のモル数とを算出し、筒内４に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する。
ここで、筒内４に供給された吸入空気中の酸素モル数Ｍ１の算出は、下記に示す式１により算出される。
〔数１〕
Ｍ１＝（Ｇａ／Ｍａｉｒ）×Ｅｎ（Ｏ２）
上記式１の中で、ＧａはＧａ検出用エアフロメータ１１から得られる吸入空気量、Ｍａｉｒは大気の平均分子量、Ｅｎ（Ｏ２）は大気中に含まれる平均酸素濃度（２０．９９（％））である。
また、筒内４から排出された排気ガス中の酸素モル数Ｍ２の算出は、下記に示す式２により算出される。
〔数２〕
Ｍ２＝Ｑ×Ｏ２／Ｖ
上記式２の中で、Ｑはステップ２３にて算出された排気ガス体積、Ｏ２はＯ２濃度検出センサ１３から得られる排気ガス中の酸素（Ｏ２）濃度、Ｖはモル体積（２２．４（Ｌ／ｍｏｌ））である。
更に、吸入空気の吹き抜け率Ｋは、下記に示す式３により算出される。
〔数３〕
Ｋ＝Ｍ２／Ｍ１＝Ｑ×Ｏ２／Ｅｎ（Ｏ２）／Ｖ／（Ｇａ／Ｍａｉｒ）
続いてステップ２５にて、ステップ２４にて算出された吸入空気の吹き抜け率と、排気ガスの空燃比（排気Ａ／Ｆ）とに基づいて筒内空燃比を算出する。本第一の実施形態においては、排気ガスの空燃比は、ステップ２２にてＣＯ濃度検出センサ１５、ＣＯ２濃度検出センサ１６およびＨＣ濃度検出センサ１７のそれぞれから検出された排気ガス中の一酸化炭素濃度、二酸化炭素濃度および全炭化水素濃度に基づいて算出される。
筒内空燃比Ｓ（Ａ／Ｆ）の算出は、下記に示す式４により算出される。
〔数４〕
Ｓ（Ａ／Ｆ）＝（１−Ｋ）×Ｅ（Ａ／Ｆ）
上記式４の中で、Ｋはステップ２４にて算出された吸入空気の吹き抜け率、Ｅ（Ａ／Ｆ）は排気ガスの空燃比である。
続いてステップ２６にて、ステップ２５にて算出された筒内空燃比が、予め設定された目標空燃比に比べて大きいか否かを判断する。例えば、算出された筒内空燃比が目標空燃比よりも大きい場合には、ステップ２７に進み、直噴用インジェクタ１２からの燃料噴射量（以下、Ｄ４噴射量と称す）を増量すべく、直噴用インジェクタ１２の燃料噴射を制御する。また、算出された筒内空燃比が目標空燃比よりも小さい場合には、ステップ２８に進み、Ｄ４噴射量を減量すべく、直噴用インジェクタ１２の燃料噴射を制御する。
【００３３】
本第一の実施形態によれば、Ｇａ検出用エアフロメータ１１と、Ｏ２濃度検出センサ１３と、ＣＯ濃度検出センサ１５と、ＣＯ２濃度検出センサ１６と、ＨＣ濃度検出センサ１７と、演算器１４とが協働して、筒内４に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、筒内４から排出された排気ガス中の酸素濃度を検出する排気ガス酸素濃度検出手段と、筒内４から排気された排気ガスの体積を算出する排気ガス体積算出手段とを形成することで、筒内４に供給された吸入空気中の酸素のモル数と、筒内４から排出された排気ガス中の酸素のモル数とを算出することができ、算出された吸入空気中の酸素のモル数と排気ガス中の酸素のモル数とに基づいて、吸入空気の吹き抜け率を把握することが可能となる。
また、ＣＯ濃度検出センサ１５、ＣＯ２濃度検出センサ１６、ＨＣ濃度検出センサ１７および演算器１４とが協働して排気空燃比検出手段を形成することで、排気ガスの空燃比を把握でき、この排気ガスの空燃比と吸入空気の吹き抜け率とから筒内空燃比を算出することが可能となる。
更に、算出された筒内空燃比に基づいて、直噴インジェクタ１２からの燃料噴射量を演算器１４により制御することで、筒内４を目標空燃比に高精度に制御することが可能となる。
尚、排気ガス中に含まれる酸素には、厳密には、バルブオーバーラップ期間中に吸気ポート２から供給された空気のうちそのまま排気ポート３から排出される吹き抜け空気中に含まれる酸素と、筒内４で燃焼せずに残った酸素すなわち未燃焼酸素とが含まれることになるが、筒内４の目標空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比とする場合には、排気ガス中に含まれる未燃焼酸素はほとんど存在しないと考えられ、未燃焼酸素の存在による吸入空気の吹き抜け率の算出にあたっての影響はほとんど無視できると考えられる。
従って、本第一の実施形態においては、特に、筒内４の目標空燃比を、理論空燃比あるいはリッチ空燃比とする場合に有効となる。
但し、目標空燃比をリーン空燃比とする場合においても、図１には示していないが、例えば、未燃焼酸素の濃度を検出する酸素濃度検出センサを筒内４に備えることにより、排気ガス中の吹き抜け空気中のみの酸素濃度を算出することで、吸入空気の吹き抜け率の精度を向上させることができる。
【００３４】
以下、図３および図４を参照して本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第二の実施形態について説明する。
図３は、本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第二の実施形態の概略構成図であって、機関本体の気筒を示した部分断面図である。図１と同様に、図３において、１は気筒、２は吸気ポート、３は排気ポート、４は筒内（燃焼室）、５は吸気バルブ、６は排気バルブである。また、３６はバルブオーバーラップ時に吹き抜ける空気を示している。
【００３５】
本第二の実施形態の空燃比制御装置は、筒内４に供給された吸入空気量を検出するＧａ検出用エアフロメータ３１と、筒内４に直接燃料を噴射する直噴用インジェクタ３２と、筒内４から排出される排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ２濃度検出センサ３３と、筒内から排出される排気ガスの空燃比を検出する排気Ａ／Ｆ検出センサ３５と、演算器（ＥＣＵ）３４とを備える。
【００３６】
図３に示すように、演算器３４は、Ｇａ検出用エアフロメータ３１、Ｏ２濃度検出センサ３３および排気Ａ／Ｆ検出センサ３５の検出値を読み込むべく、Ｇａ検出用エアフロメータ３１、Ｏ２濃度検出センサ３３および排気Ａ／Ｆ検出センサ３５に接続、例えば電気接続されている。更に、演算器３４は、直噴用インジェクタ３２からの燃料噴射量を制御すべく、直噴用インジェクタ３２に接続、例えば電気接続されている。
【００３７】
図４は、本第二の実施形態の空燃比制御装置における空燃比制御方法を示したフローチャートである。
まずステップ４１にて、ＩＮＪ噴射すなわち直噴用インジェクタ３２から燃料が筒内４に噴射される。
続いてステップ４２にて、Ｇａ検出用エアフロメータ３１から検出される、吸気ポート２を通して筒内４に供給された空気量すなわち吸入空気量を演算器３４に読み込む。尚、本ステップ４２において、演算器３４には、Ｏ２濃度検出センサ３３から得られる排気ガス中の酸素濃度と、排気Ａ／Ｆ検出センサ３５から得られる排気ガスの空燃比（排気Ａ／Ｆ）も併せて読み込まれる。
続いてステップ４３にて、ステップ４２にて得られた吸入空気量と、吸入空気と排気ガスとの体積比係数とに基づいて、演算器３４により排気ガス体積を算出する。ここで、吸入空気と排気ガスとの体積比係数とは、筒内４に供給された吸入空気の体積と、筒内４から排出された排気ガスの体積との比であり、予め実験などにより決定される。尚、バルブオーバーラップ期間中に吸気ポート２から供給された空気のうちそのまま排気ポート３から排出される吹き抜け空気が無いとした場合には、吸入空気と排気ガスとの体積比係数は、約１．１１であることが実験等により判明した。厳密とは言えないまでも、吸入空気と排気ガスの体積比を約１．１１として排気ガスの体積を算出し、この算出された排気ガスの体積を使用して、本ステップに続くステップ４４による方法で吸入空気の吹き抜け率を算出することは、吸入空気の燃焼時の化学反応による体積変化を考慮せずに吸入空気の吹き抜け率を算出する場合と比較して、精度良い吸入空気の吹き抜け率の算出に寄与できると考える。
続いてステップ４４にて、筒内４に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する。この吸入空気の吹き抜け率の算出方法については、本発明の第一の実施形態のステップ２４と同様である。
続いてステップ４５にて、ステップ４４にて算出された吸入空気の吹き抜け率と、ステップ４２にて得られた排気ガスの空燃比とに基づいて筒内空燃比を算出する。筒内空燃比の算出方法については、本発明の第一の実施形態のステップ２５と同様である。
続いてステップ４６からステップ４８にて、筒内空燃比を目標空燃比、例えば理論空燃比にすべく、直噴用インジェクタ１２の燃料噴射を制御する。この制御方法については、本発明の第一の実施形態のステップ２６からステップ２８と同様である。
【００３８】
本第二の実施形態によれば、Ｇａ検出用エアフロメータ３１と、Ｏ２濃度検出センサ３３と、演算器３４とが協働して、筒内４に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、筒内４から排出された排気ガス中の酸素濃度を検出する排気ガス酸素濃度検出手段と、吸入空気と排気ガスの体積比係数とＧａ検出用エアフロメータ３１から検出された吸入空気量とに基づいて筒内４から排気された排気ガスの体積を算出する排気ガス体積算出手段とを形成することで、筒内４に供給された吸入空気中の酸素のモル数と、筒内４から排出された排気ガス中の酸素のモル数とを算出することができ、算出された吸入空気中の酸素のモル数と排気ガス中の酸素のモル数とに基づいて、吸入空気の吹き抜け率を把握することが可能となる。
また、本第二の実施形態は、第一の実施形態で構成要件とされたＣＯ濃度検出センサ１５、ＣＯ２濃度検出センサ１６およびＨＣ濃度検出センサ１７を構成要件とはせず、当該空燃比制御装置の構造の簡素化が可能となる。
更に、筒内空燃比の算出および筒内空燃比の制御に対する作用効果は、第一の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
尚、本第二の実施形態におけるステップ４４にて示された吸入空気の吹き抜け率の算出方法は、第一の実施形態のステップ２４に示された方法と同様であり、従って、排気ガス中に含まれる未燃焼酸素はほとんど存在しないと考えることができる、筒内空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比とする場合に、本第二の実施形態は特に有効となる。また、目標空燃比をリーン空燃比とする場合においても、第一の実施形態と同様に、例えば、未燃焼酸素の濃度を検出する酸素濃度検出センサを筒内４に備えることにより、排気ガス中の吹き抜け空気中のみの酸素濃度を算出することで、吸入空気の吹き抜け率の精度を向上させることができる。
【００３９】
以下、図５および図６を参照して本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第三の実施形態について説明する。
図５は、本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第三の実施形態の概略構成図であって、機関本体の気筒を示した部分断面図である。図１と同様に、図５において、１は気筒、２は吸気ポート、３は排気ポート、４は筒内（燃焼室）、５は吸気バルブ、６は排気バルブである。また、５５はバルブオーバーラップ時に吹き抜ける空気を示している。
【００４０】
本第三の実施形態の空燃比制御装置は、筒内４に供給された吸入空気量を検出するＧａ検出用エアフロメータ５１と、筒内４に直接燃料を噴射する直噴用インジェクタ５２と、筒内４から排出される排気ガスの空燃比を検出する排気Ａ／Ｆ検出センサ５４と、バルブオーバーラップ値を検出するバルブオーバーラップ検出手段５６、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段５７と、演算器（ＥＣＵ）５３とを備える。
【００４１】
図５に示すように、演算器５３は、Ｇａ検出用エアフロメータ５１、排気Ａ／Ｆ検出センサ５４、バルブオーバーラップ検出手段５６およびエンジン回転数検出手段５７の検出値を読み込むべく、Ｇａ検出用エアフロメータ５１、排気Ａ／Ｆ検出センサ５４、バルブオーバーラップ検出手段５６およびエンジン回転数検出手段５７に接続、例えば電気接続されている。更に、演算器５３は、直噴用インジェクタ５２からの燃料噴射量を制御すべく、直噴用インジェクタ５２に接続、例えば電気接続されている。
【００４２】
図６は、本第三の実施形態の空燃比制御装置における空燃比制御方法を示したフローチャートである。
まずステップ６１にて、ＩＮＪ噴射すなわち直噴用インジェクタ５２から燃料が筒内４に噴射される。
続いてステップ６２にて、Ｇａ検出用エアフロメータ５１から検出される吸入空気量を演算器５３に読み込む。尚、本ステップ６２において、演算器５３には、バルブオーバーラップ検出手段５６およびエンジン回転数検出手段５７から検出されるバルブオーバーラップ値およびエンジン回転数も併せて読み込まれる。
続いてステップ６３にて、吸入空気の吹き抜け率を、該吸入空気の吹き抜け率と吸入空気量とバルブオーバーラップ値とエンジン回転数との予め定められた関係に基づいて算出する。吸入空気の吹き抜け率と吸入空気量とバルブオーバーラップ値とエンジン回転数との予め定められた関係は、実験等により把握され、例えば、吸入空気量とバルブオーバーラップ値とエンジン回転数とをパラメータとして吸入空気の吹き抜け率の算出を可能とするデータ−ベース化された吹き抜け率マップ（３次元マップ）として、演算器５３のメモリーに記憶させることが考えられる。
続いてステップ６４にて、ステップ６３にて算出された吸入空気の吹き抜け率と、ステップ６２にて得られた排気ガスの空燃比とに基づいて筒内空燃比を算出する。筒内空燃比の算出方法については、本発明の第一の実施形態のステップ２５と同様である。
続いてステップ６５からステップ６７にて、筒内空燃比を目標空燃比、例えば理論空燃比にすべく、直噴用インジェクタ５２の燃料噴射を制御する。この制御方法については、本発明の第一の実施形態のステップ２６からステップ２８と同様である。
【００４３】
本第三の実施形態によれば、Ｇａ検出用エアフロメータ５１とバルブオーバーラップ検出手段５６とエンジン回転数検出手段５７と演算器５３とが協働して、筒内４に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を形成し、且つ、吸入空気の吹き抜け率と吸入空気量とバルブオーバーラップ値とエンジン回転数との予め定められた関係に基づいて、吸入空気の吹き抜け率を把握することを可能にする。
また、筒内空燃比の算出および筒内空燃比の制御に対する作用効果は、第一の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４４】
以下、図７および図８を参照して本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第四の実施形態について説明する。
図７は、本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第四の実施形態の概略構成図であって、機関本体の気筒を示した部分断面図である。図１と同様に、図７において、１は気筒、２は吸気ポート、３は排気ポート、４は筒内（燃焼室）、５は吸気バルブ、６は排気バルブである。また、７６はバルブオーバーラップ時に吹き抜ける空気を示している。
【００４５】
本第四の実施形態の空燃比制御装置は、筒内４に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出用エアフロメータ７１（以下、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータと称す）と、筒内４に直接燃料を噴射する直噴用インジェクタ７２と、筒内４から排出される排気ガスの空燃比を検出する排気Ａ／Ｆ検出センサ７４と、筒内圧力を検出する筒内圧センサであって、バルブオーバーラップ時に筒内から吹き抜けずに筒内に残った筒内空気量を算出できる筒内圧センサ７５と、演算器７３とを備える。
【００４６】
図７に示すように、演算器７３は、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータ７１および排気Ａ／Ｆ検出センサ７４の検出値を読み込むべく、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータ７１および排気Ａ／Ｆ検出センサ７４に接続、例えば電気接続されている。更に、演算器７３は、直噴用インジェクタ７２からの燃料噴射量を制御すべく、直噴用インジェクタ７２に接続、例えば電気接続されている。
【００４７】
図８は、本第四の実施形態の空燃比制御装置における空燃比制御方法を示したフローチャートである。
まずステップ８１にて、ＩＮＪ噴射すなわち直噴用インジェクタ７２から燃料が筒内４に噴射される。
続いてステップ８２およびステップ８３にて、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータ７１から得られる吸入空気量と、筒内圧力センサ７５から算出された筒内空気量とを、演算器７３に読み込む。またこの際、演算器７３には、排気Ａ／Ｆ検出センサ７４から得られる排気ガスの空燃比（排気Ａ／Ｆ）も併せて読み込まれる。
続いてステップ８４にて、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータ７１から検出された吸入空気量と、筒内圧力センサ７５から算出された筒内空気量とに基づいて、演算器７３により、筒内４に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する。
ここで、吸入空気の吹き抜け率Ｋの算出は、下記に示す式５により算出される。
〔数５〕
Ｋ＝（Ｅ（Ｇａ）−Ｔ（Ｇａ））／Ｅ（Ｇａ）
上記式５の中で、Ｅ（Ｇａ）はＥ（Ｇａ）検出用エアフロメータから得られる吸入空気量、Ｔ（Ｇａ）は筒内圧センサ７５から得られる筒内空気量である。
続いてステップ８５にて、ステップ８４にて算出された吸入空気の吹き抜け率と、排気Ａ／Ｆセンサ７４から得られた排気ガスの空燃比とに基づいて筒内空燃比を算出する。筒内空燃比の算出方法については、本発明の第一の実施形態のステップ２５と同様である。
続いてステップ８６からステップ８８にて、筒内空燃比を目標空燃比、例えば理論空燃比にすべく、直噴用インジェクタ７２の燃料噴射を制御する。この制御方法については、本発明の第一の実施形態のステップ２６からステップ２８と同様である。
【００４８】
本第四の実施形態によれば、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータ７１と筒内圧力センサ７５と演算器７３とが協働して、筒内４に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、バルブオーバーラップ時に筒内から吹き抜けずに筒内４に残った筒内空気量を算出する筒内空気量算出手段とを形成し、算出された吸入空気量と筒内空気量とに基づいて、吸入空気の吹き抜け率を把握することが可能となる。
尚、筒内空燃比の算出および筒内空燃比の制御に対する作用効果は、第一の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４９】
以下、図９および図１０を参照して本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第五の実施形態について説明する。
図９は、本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第五の実施形態の概略構成図であって、機関本体の気筒を示した部分断面図である。図１と同様に、図９において、１は気筒、２は吸気ポート、３は排気ポート、４は筒内（燃焼室）、５は吸気バルブ、６は排気バルブである。また、９５はバルブオーバーラップ時に吹き抜ける空気を示している。
【００５０】
本第五の実施形態の空燃比制御装置は、筒内４に供給された吸入空気量を検出するＥ（Ｇａ）検出用エアフロメータ９１と、筒内４に直接燃料を噴射する直噴用インジェクタ９２と、吸気ポート２に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタ９３と、直噴用インジェクタ９２からの燃料噴射量（直噴の燃料噴射量）を検出する直噴燃料噴射量検出手段９６と、ポート噴射用インジェクタ９３からの燃料噴射量（ポート噴射の全噴射量）を検出するポート噴射燃料噴射量検出手段９７と、更に、演算器９４とを備える。更に、本第五の実施形態の空燃比制御装置においては、図９には示されていないが、前述した第一の実施形態から第四の実施形態で示されたいずれか一つ実施形態に示した、吸入空気の吹き抜け率を算出するための構成要素を備える。例えば、本第五の実施形態において、第一の実施形態で示した吸入空気の吹き抜け率算出方法を適用する場合には、上記構成要素の他に、Ｏ２濃度検出センサとＣＯ濃度検出センサとＣＯ２濃度検出センサとＨＣ濃度検出センサとが備えられることになる。
【００５１】
図９に示すように、演算器９４は、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータ９１、直噴燃料噴射量検出手段９６およびポート噴射燃料噴射量検出手段９７の検出値を読み込むべく、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータ９１、直噴燃料噴射量検出手段９６およびポート噴射燃料噴射量検出手段９７に接続、例えば電気接続されている。また、演算器９４は、吸入空気の吹き抜け率を算出するための各構成要素の検出値を読み込むべく、これらの各構成要素に接続、例えば電気接続されている。更に、演算器９４は、直噴用インジェクタ９２およびポート噴射用インジェクタ９３からの燃料噴射量を制御すべく、直噴用インジェクタ９２およびポート噴射用インジェクタ９３に接続、例えば電気接続されている。
【００５２】
図１０は、本第五の実施形態の空燃比制御装置における空燃比制御方法を示したフローチャートである。
まずステップ１０１にて、ＩＮＪ噴射すなわち、直噴用インジェクタ９２およびポート噴射用インジェクタの少なくとも一方から燃料を噴射する。
続いてステップ１０２にて、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータ９１から得られる吸入空気量を演算器９４に読み込む。尚、本ステップ９２において、演算器９４には、吸入空気の吹き抜け率を算出するための各構成要素と、直噴燃料噴射量検出手段９６と、ポート噴射燃料噴射量検出手段９７とから得られる検出値も併せて読み込まれる。
続いてステップ１０３にて、前述した第一の実施形態から第四の実施形態に示した吸入空気吹き抜け率算出方法のうちのいずれか一つの方法により、筒内４に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合を示す吸入空気の吹き抜け率を算出する。
続いて、ステップ１０４にて、ポート噴射用インジェクタ９３からの燃料噴射量とステップ１０３にて算出された吸入空気の吹き抜け率とに基づいて、バルブオーバーラップ期間中に吹き抜けずに筒内４に残ったポート噴射の燃料量を算出する。
ここで、筒内４の残ったポート噴射の燃料量Ｔ（Ｑｐｆｉ）の算出は、下記に示す式６により算出される。
〔数６〕
Ｔ（Ｑｐｆｉ）＝Ｅ（Ｑｐｆｉ）×（１−Ｋ）
上記式６の中で、Ｅ（Ｑｐｆｉ）はポート噴射の全噴射量、Ｋは吸入空気の吹き抜け率である。
続いてステップ１０５にて、ステップ１０２にて検出された吸入空気量および直噴の燃料噴射量、ステップ１０３にて算出された吸入空気の吹き抜け率と、ステップ１０４にて算出された筒内４に残ったポート噴射の燃料量と、に基づいて筒内空燃比を算出する。
ここで、筒内空燃比Ｓ（Ａ／Ｆ）の算出は、下記に示す式７により算出される。
〔数７〕
Ｓ（Ａ／Ｆ）＝（Ｇａ×（１−Ｋ））／（Ｑｄ４＋Ｔ（Ｑｐｆｉ））
上記式７の中で、ＧａはＥ（Ｇａ）検出用エアフロメータ９１から得られた吸入空気量、Ｋはステップ１０３で算出された吸入空気の吹き抜け率、Ｑｄ４は直噴インジェクタ９２から噴射された直噴の燃料噴射量、Ｔ（Ｑｐｆｉ）はステップ１０４にて算出された筒内４に残ったポート噴射の燃料量である。
続いてステップ１０６にて、ステップ１０５にて算出された筒内空燃比が、予め設定された目標空燃比に比べて大きいか否かを判断する。例えば、筒内空燃比が目標空燃比よりも大きい場合には、ステップ１０７に進み、直噴用インジェクタ９２からの燃料噴射量（Ｄ４の噴射量）およびポート噴射用インジェクタ９３からの燃料噴射量（ＰＦＩの噴射量）の少なくとも一方の燃料噴射量を増量すべく、直噴用インジェクタ９２およびポート噴射用インジェクタ９３の少なくとも一方の噴射を制御する。また、筒内空燃比が目標空燃比よりも小さい場合には、ステップ１０８に進み、直噴用インジェクタ９２からの燃料噴射量およびポート噴射用インジェクタ９３からの燃料噴射量の少なくとも一方の燃料噴射量を減量すべく、直噴用インジェクタ９２およびポート噴射用インジェクタ９３の少なくとも一方の噴射を制御する。
【００５３】
本第五の実施形態によれば、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータ９１と、直噴燃料噴射量検出手段９６と、ポート噴射燃料噴射量検出手段９７と、第一の実施形態から第四の実施形態で示されたいずれか一つ実施形態に示した吸入空気の吹き抜け率を算出するための構成要素と、演算器９４とが協働して、筒内４に供給された吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、吸入空気の吹き抜け率を算出する吸入空気吹き抜け率算出手段と、バルブオーバーラップ期間中に吹き抜けずに筒内に残ったポート噴射の燃料を算出するポート噴射筒内残留燃料量検出手段と形成することで、筒内空燃比を算出することができる。具体的には、第一の実施形態から第四の実施形態に示されたいずれかの一つの方法で算出された吸入空気の吹き抜け率と、ポート噴射燃料噴射量検出手段９６から得られたポート噴射用インジェクタ９３からの燃料噴射量とに基づいて、ポート噴射の筒内残留分、すなわち、バルブオーバーラップ期間中に吹き抜けずに筒内に残ったポート噴射の燃料量を算出することができる。そして、算出されたポート噴射の筒内残留分と、直噴燃料噴射量検出手段から得られた直噴用インジェクタ９２からの燃料噴射量と、Ｅ（Ｇａ）検出用エアフロメータ９１からの吸入空気量と、吸入空気吹き抜け率とに基づいて、筒内空燃比を算出することが可能となる。
更に、算出された筒内空燃比に基づいて、直噴インジェクタ９２およびポート噴射用インジェクタ９３の少なくとも一方からの燃料噴射量を演算器９４により制御することで、筒内を目標空燃比、例えば理論空燃比に高精度に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の空燃比制御装置の第一の実施形態の概略構成図であって、機関本体の気筒を示した部分断面図である。
【図２】第一の実施形態の空燃比制御装置の空燃比制御方法を示したフローチャート図である。
【図３】本発明の空燃比制御装置の第二の実施形態の概略構成図であって、機関本体の気筒を示した部分断面図である。
【図４】第二の実施形態の空燃比制御装置の空燃比制御方法を示したフローチャート図である。
【図５】本発明の空燃比制御装置の第三の実施形態の概略構成図であって、機関本体の気筒を示した部分断面図である。
【図６】第三の実施形態の空燃比制御装置の空燃比制御方法を示したフローチャート図である。
【図７】本発明の空燃比制御装置の第四の実施形態の概略構成図であって、機関本体の気筒を示した部分断面図である。
【図８】第四の実施形態の空燃比制御装置の空燃比制御方法を示したフローチャート図である。
【図９】本発明の空燃比制御装置の第五の実施形態の概略構成図であって、機関本体の気筒を示した部分断面図である。
【図１０】第五の実施形態の空燃比制御装置の空燃比制御方法を示したフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    気筒
２    吸気ポート
３    排気ポート
４    筒内
５    吸気バルブ
６    排気バルブ
１１    Ｇａ検出用エアフロメータ
１２    直噴用インジェクタ
１３    Ｏ２濃度検出用センサ
１４    演算器
１５    ＣＯ濃度検出センサ
１６    ＣＯ２濃度検出センサ
１７    ＨＣ濃度検出センサ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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