(57)【要約】【課題】内燃機関の空燃比制御装置に関し、酸素センサの出力値に基づく燃料噴射量のフィードバック制御に排気行程噴射を活用し、それにより触媒の酸素飽和状態の迅速な解消を可能にする。【解決手段】排気浄化触媒の下流に配置された酸素センサ１６の出力値と所定の基準値との偏差ΔOXSに基づいて燃料噴射量の補正計算に使用する補正値を算出する。補正値の変動成分（比例項＋微分項）の値から燃料噴射量の増量補正が要求されていると判定される場合には、補正値の定常成分（積分項）を通常噴射の燃料噴射量に反映させ、補正値の変動成分（比例項＋微分項）から計算される量の補正燃料は排気行程噴射によって噴射する。一方、減量補正が要求されている場合には、補正値の定常成分（積分項）と変動成分（比例項＋微分項）とを通常噴射の燃料噴射量に反映させる。【選択図】図３
2008223678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射弁を備え、燃料を燃焼に供するための通常タイミングでの燃料噴射（以下、通常噴射）に加え、前記筒内噴射弁による排気行程での燃料噴射（以下、排気行程噴射）が可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の排気通路において排気浄化触媒の下流に配置された酸素センサと、
前記酸素センサの出力値と所定の基準値との偏差に基づいて燃料噴射量の補正計算に使用する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値の変動成分が燃料噴射量の増量補正と減量補正の何れを要求する値か判定する判定手段と、
増量補正が要求される場合には前記補正値の定常成分を前記通常噴射の燃料噴射量に反映させ、減量補正が要求される場合には前記補正値の定常成分と変動成分とを前記通常噴射の燃料噴射量に反映させる通常噴射量補正手段と、
増量補正が要求される場合、前記補正値の変動成分から計算される量の補正燃料を前記排気行程噴射によって噴射する排気行程噴射手段と、
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】
前記補正値の変動成分には前記偏差の微分値が含まれることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記排気行程噴射の対象気筒におけるバルブオーバーラップを無くすように前記対象気筒の排気バルブと吸気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記補正値の変動成分が減量補正を要求する値から増量補正を要求する値に変化したタイミングが或る気筒の排気行程の前半にあたる場合には当該気筒を前記排気行程噴射の開始気筒として選択し、前記タイミングが或る気筒の排気行程の後半にあたる場合には当該気筒の次に排気行程を迎える気筒を前記排気行程噴射の開始気筒として選択する開始気筒選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか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】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に、気筒内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射弁を備えた内燃機関（以下、筒内直噴型内燃機関）が知られている。筒内直噴型内燃機関では、任意のタイミングで気筒内に燃料を噴射することが可能であり、例えば排気行程でも気筒内に燃料を噴射することができる。排気行程で燃料を噴射する場合、その燃料は燃焼に供されること無く排気通路に排出されることになる。つまり、排気行程噴射によれば、内燃機関のトルクに影響を与えることなく排気ガスの空燃比をリッチ化させることができる。以下に列挙した特許文献には、このような排気行程噴射の利点を利用した技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２に開示された各技術では、排気浄化触媒としてＮＯｘ触媒を備えたシステムにおいて、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力の再生に排気行程噴射を利用している。これらの技術では、内燃機関の負荷の増加に合わせて排気行程噴射を実行し、空燃比がリッチな排気ガスをＮＯｘ触媒に供給することでＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元処理するようにしている。
【０００４】
特許文献３に開示された技術では、高温且つリーン雰囲気に晒されることによる排気浄化触媒の劣化を防止する手段として排気行程噴射を利用している。具体的には、触媒の温度が所定温度を超えている状態で燃料カットが実行されたとき、燃料カットに合わせて排気行程噴射を実行することで、触媒の劣化の原因となる排気ガス中の酸素濃度を低下させるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−６５３３８号公報
【特許文献２】特開２０００−３８９４３号公報
【特許文献３】特開２００４−１１６３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化触媒は、その周囲雰囲気が理論空燃比近傍にあるときに最も効率的に排気ガスを浄化することができる。触媒にはその内部に酸素を吸蔵しておく酸素吸蔵能力（Oxygen Storage Capacity：OSC）がある。触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには、触媒は気相中の酸素を取り込んで吸蔵し、逆に触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチのときには、触媒は自身が吸蔵している酸素を気相に放出する。流入する排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸蔵或いは放出することにより、触媒は周囲雰囲気を理論空燃比近傍に維持している。
【０００６】
しかし、触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン側に偏った状態が続く場合には、やがて触媒の酸素吸蔵状態は飽和状態になってしまい、酸化剤であるＮＯｘは浄化できなくなってしまう。逆に空燃比がリッチ側に偏った状態が続く場合には、やがて触媒の酸素吸蔵状態は枯渇状態になってしまい、還元剤であるＨＣやＣＯの浄化ができなくなってしまう。したがって、エミッション特性を悪化させないためには、触媒の酸素吸蔵状態を枯渇状態でも飽和状態でもない適正状態に保つことが重要となる。
【０００７】
触媒の酸素吸蔵状態は、触媒の下流に酸素センサを配置することで監視することができる。触媒が酸素飽和状態になった場合には酸素センサの出力値はリッチ出力からリーン出力に反転する。逆に触媒が酸素枯渇状態になった場合には酸素センサの出力値はリーン出力からリッチ出力に反転する。したがって、酸素センサの出力値を燃料噴射量にフィードバックし、酸素センサの出力値の変化に合わせて燃料噴射量を増減させれば、触媒の酸素吸蔵状態を適正状態に維持することができる。
【０００８】
しかしながら、酸素センサの出力値が反転するのは触媒の酸素吸蔵状態が適正状態から外れるからであり、少なくともその瞬間はエミッション特性が悪化しうる状況となる。排気エミッションのうちＨＣやＣＯに関しては他の手段によって浄化することも可能であるが、ＮＯｘに関しては触媒以外の他の手段によって浄化することが難しい。したがって、エミッション特性の向上、特に、ＮＯｘエミッション特性の向上を図るためには、触媒の酸素飽和状態を迅速に解消することが求められる。触媒の酸素飽和状態を解消するためには触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする必要が有るが、筒内直噴型内燃機関であれば上述の排気行程噴射を利用することが可能である。
【０００９】
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、酸素センサの出力値に基づく燃料噴射量のフィードバック制御に排気行程噴射を活用し、それにより触媒の酸素飽和状態の迅速な解消を可能にした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、気筒内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射弁を備え、燃料を燃焼に供するための通常タイミングでの燃料噴射（以下、通常噴射）に加え、前記筒内噴射弁による排気行程での燃料噴射（以下、排気行程噴射）が可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の排気通路において排気浄化触媒の下流に配置された酸素センサと、
前記酸素センサの出力値と所定の基準値との偏差に基づいて燃料噴射量の補正計算に使用する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値の変動成分が燃料噴射量の増量補正と減量補正の何れを要求する値か判定する判定手段と、
増量補正が要求される場合には前記補正値の定常成分を前記通常噴射の燃料噴射量に反映させ、減量補正が要求される場合には前記補正値の定常成分と変動成分とを前記通常噴射の燃料噴射量に反映させる通常噴射量補正手段と、
増量補正が要求される場合、前記補正値の変動成分から計算される量の補正燃料を前記排気行程噴射によって噴射する排気行程噴射手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、
前記補正値の変動成分には前記偏差の微分値が含まれることを特徴としている。
【００１２】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記排気行程噴射の対象気筒におけるバルブオーバーラップを無くすように前記対象気筒の排気バルブと吸気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御手段をさらに備えることを特徴としている。
【００１３】
また、第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記補正値の変動成分が減量補正を要求する値から増量補正を要求する値に変化したタイミングが或る気筒の排気行程の前半にあたる場合には当該気筒を前記排気行程噴射の開始気筒として選択し、前記タイミングが或る気筒の排気行程の後半にあたる場合には当該気筒の次に排気行程を迎える気筒を前記排気行程噴射の開始気筒として選択する開始気筒選択手段をさらに備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明において、前記補正値の定常成分は空燃比制御上のストイキ中心のずれを表し、前記補正値の変動成分は排気浄化触媒の酸素吸蔵状態を表している。排気浄化触媒が酸素飽和状態になったとき前記補正値の変動成分は減量補正を要求する値から増量補正を要求する値に変化する。第１の発明によれば、増量補正が要求される場合には、前記補正値の変動成分から計算される量の補正燃料を排気行程噴射によって噴射することにより、増量補正の要求を排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比に速やかに反映させることができ、排気浄化触媒の酸素飽和状態を迅速に解消することができる。排気行程噴射で噴射される補正燃料は燃焼には供されないため、トルク変動を危惧することなく補正燃料を大きく計算できるという利点もある。また、減量補正が要求される場合には、前記補正値の定常成分とともに変動成分も通常噴射の燃料噴射量に反映させることで、要求どおりに燃料噴射量を減量することができる。
【００１５】
第２の発明によれば、前記偏差の微分値は排気浄化触媒が適正状態から酸素飽和状態になった直後に大きな値をとる。したがって、前記偏差の微分値が前記補正値の変動成分に含まれることで、排気浄化触媒が酸素飽和状態になった直後における排気ガスの空燃比を大きくリッチ化することができ、排気浄化触媒の酸素飽和状態を迅速に解消することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、排気行程噴射の対象気筒におけるバルブオーバーラップを無くすことで、排気行程噴射で噴射した補正燃料を含む未燃ガスが気筒内から吸気通路へ逆流するのを防止することができる。
【００１７】
また、第４の発明によれば、排気行程の後半で排気行程噴射を実行することによる不具合、具体的には、気化しきれなかった燃料が気筒内に残留して当該気筒の次サイクルの燃焼空燃比が過度にリッチ化すること、を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態１の制御装置が適用される内燃機関（以下、エンジンという）の排気系の構成を示す図である。本実施の形態にかかるエンジン２は多気筒エンジン（図１には４気筒エンジンを示す）である。図１中に示す＃１は第１気筒、＃２は第２気筒、＃３は第３気筒、＃４は第４気筒を意味している。また、本実施の形態にかかるエンジン２は気筒４内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射弁６を各気筒４に備えた筒内直噴型エンジンでもある。
【００２０】
このエンジン２によれば、任意のタイミングで気筒４内に燃料を噴射することができる。図２は、各気筒（＃１，＃２，＃３，＃４）の行程と、第４気筒（＃４）における排気弁と吸気弁の各開弁期間と、第４気筒（＃４）における燃料噴射タイミングとを同一の軸（角度軸）で示す図である。この図に示すように、エンジン２は、筒内噴射弁６を備えることで、燃料を燃焼に供するための吸気行程での燃料噴射（以下、通常噴射）に加え、燃料を燃焼に供しない排気行程での燃料噴射（以下、排気行程噴射）も可能である。
【００２１】
エンジン２の各気筒４には排気マニホールド８の入口が接続されている。排気マニホールド８の出口には排気管１０が接続されている。排気管１０には排気浄化触媒として、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを同時に浄化できる三元触媒（以下、単に触媒という）１２が配置されている。この触媒１２の上流には、排気ガスの空燃比にリニアに対応する信号を出力するＡ／Ｆセンサ（全域空燃比センサ）１４が取り付けられている。また、触媒１２の下流には、酸素濃度に応じた信号を出力するＯ2センサ（酸素センサ）１６が取り付けられている。
【００２２】
エンジン２はその制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０を備えている。ＥＣＵ２０は、排気ガスの空燃比が目標空燃比になるように筒内噴射弁６による燃料噴射を制御している。図３は、ＥＣＵ２０が燃料噴射の制御装置として機能する際のブロック図である。以下、図３を参照しながら、ＥＣＵ２０により実行される燃料噴射制御について説明する。
【００２３】
ＥＣＵ２０による燃料噴射制御は、より詳しくは、Ａ／Ｆセンサ１４の出力値に基づくメインフィードバック制御（以下、メインＦＢ制御と略す）と、Ｏ2センサ１６の出力値に基づくサブフィードバック制御（以下、サブＦＢ制御と略す）とからなる。メインＦＢ制御はＡ／Ｆセンサ１４により測定される排気ガスの空燃比を目標空燃比（ストイキ）に一致させるための処理であり、サブＦＢ制御は、メインＦＢ制御にかかるストイキ中心のずれを補償し、且つ、触媒１２の酸素吸蔵状態を適正に保つための処理である。
【００２４】
先ず、メインＦＢ制御を実現するためのＥＣＵ２０の構成と、メインＦＢ制御の内容について説明する。メインＦＢ制御では、前述のようにＡ／Ｆセンサ１４の出力値が用いられる。Ａ／Ｆセンサ１４の出力値は、比較部２８においてＦＢ用目標Ａ／Ｆと比較される。ＦＢ用目標Ａ／Ｆは、目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）を後述するＡ／Ｆ補正係数で補正し、補正後の目標Ａ／Ｆ（補正目標Ａ／Ｆ）に、エンジン２からＡ／Ｆセンサ１４までの排気ガスの輸送遅れに相当する遅延処理を施した値である。目標Ａ／ＦのＡ／Ｆ補正係数による補正は除算部５８で行われ、補正目標Ａ／Ｆの遅延処理はＡ／Ｆ応答モデル２６で行われる。比較部２８では、Ａ／Ｆセンサ１４の出力値とＦＢ用目標Ａ／Ｆとの偏差であるＡ／Ｆ偏差が算出される。
【００２５】
メインＦＢ部２６では、Ａ／Ｆ偏差が目標燃料噴射量と実燃料噴射量との偏差である燃料量偏差に変換される。さらに、この燃料量偏差に比例したメインＦＢ比例項と燃料量偏差の積分値に比例したメインＦＢ積分項とが演算され、その和がメインＦＢ補正燃料量として算出される。メインＦＢ補正燃料量は加算部２４において基本噴射量に加算される。基本噴射量は目標Ａ／Ｆとエアフローメータ等により実測された吸入空気量とから算出される。この基本噴射量をメインＦＢ補正燃料量と後述のサブＦＢ補正係数とで補正した量の燃料が、筒内噴射弁６の基本噴射によって気筒４内に噴射される。
【００２６】
次に、サブＦＢ制御を実現するためのＥＣＵ２０の構成と、サブＦＢ制御の内容について説明する。サブＦＢ制御では、前述のようにＯ2センサ１６の出力値が用いられる。Ｏ2センサ１６の出力値は、比較部３８においてサブＦＢ目標値と比較される。比較部３８ではサブＦＢ目標値に対するＯ2センサ１６の出力値の偏差（ΔOXS）が算出される。サブＦＢ目標値はストイキに相当するＯ2センサ１６の出力値であり、触媒１２から流出する排気ガスの空燃比がストイキよりもリッチのときには、Ｏ2センサ１６の出力値はサブＦＢ目標値よりも大きい値を示し、逆にリーンのときには小さい値を示す。このため、Ｏ2センサ１６の出力値偏差は、触媒１２から流出する排気ガスの空燃比がストイキよりもリッチのときには負の値となり、触媒１２から流出する排気ガスの空燃比がリーンのときには正の値となる。
【００２７】
サブＦＢ部３０では、Ｏ2センサ１６の出力値偏差（ΔOXS）のＰＩＤ制御が行われる。サブＦＢ部３０はＰ制御部３４、Ｉ制御部３２及びＤ制御部３６からなる。Ｐ制御部３４では、Ｏ2センサ１６の出力値偏差に比例したサブＦＢ比例項が算出される。Ｉ制御部３２では、Ｏ2センサ１６の出力値偏差の積分値に比例したサブＦＢ積分項が算出される。そして、Ｄ制御部３６では、Ｏ2センサ１６の出力値偏差の微分値に比例したサブＦＢ微分項が算出される。これらサブＦＢ比例項、サブＦＢ積分項及びサブＦＢ微分項を合わせてサブＦＢ補正値と言う。
【００２８】
サブＦＢ部３０で計算されたサブＦＢ補正値（サブＦＢ比例項、サブＦＢ積分項及びサブＦＢ微分項）は燃料噴射量の補正に用いられる。サブＦＢ補正値を構成する各成分のうち、定常成分であるサブＦＢ積分項は、Ａ／Ｆセンサ１４のゼロ点のずれ等、メインＦＢ制御にかかるストイキ中心のずれを表している。サブＦＢ積分項がプラスの値のときは、それはストイキ中心がリーン側にずれていること意味している。この場合、燃料噴射量を増量補正することでストイキ中心のリーン側へのずれを解消し、触媒１２に流入する排気ガスの空燃比中心をストイキに制御することができる。逆に、サブＦＢ積分項がマイナスの値のときは、燃料噴射量を減量補正することでストイキ中心のリッチ側へのずれを解消することができる。
【００２９】
一方、サブＦＢ補正値を構成する各成分のうち、変動成分であるサブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項は、触媒１２の酸素吸蔵状態を表している。触媒１２の酸素吸蔵状態が飽和状態になったとき、Ｏ2センサ１６の出力値偏差はマイナスからプラスに急変し、酸素吸蔵状態が適正状態になったときには、Ｏ2センサ１６の出力値偏差は略一定の値を示す。Ｏ2センサ１６の出力値偏差がこのような変化を示すことで、サブＦＢ微分項は、触媒１２の酸素吸蔵状態が飽和状態になったときには一時的にプラスの値を示し、その後、酸素吸蔵状態が適正状態になったら略ゼロとなる。サブＦＢ比例項は、触媒１２が酸素飽和状態になってから酸素枯渇状態になるまでプラスの値を示す。したがって、サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項との和がプラスの値のときには、触媒１２は酸素飽和状態若しくはそれに続く適正状態であり、その値の大きさが酸素飽和状態を解消するための増量補正要求の大きさを表している。逆に、サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項との和がマイナスの値のときには、触媒１２は酸素枯渇状態若しくはそれに続く適正状態であり、その値の大きさが酸素枯渇状態を解消するための減量補正要求の大きさを表している。
【００３０】
サブＦＢ補正値を用いた燃料噴射量の補正は具体的には次のようして行われる。まず、ブＦＢ補正値の定常成分であるサブＦＢ積分項は、前述の通常噴射に反映させる。また、サブＦＢ補正値の変動成分であるサブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項も、その和がマイナスの値である場合には、サブＦＢ積分項とともに通常噴射に反映させる。サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項との和は、加算部４８において計算される。
【００３１】
サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和がプラスとマイナスの何れの値であるかは判定部５０にて判定される。判定部５０には加算部４８で計算された値が入力されている。判定部５０での判定の結果、サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和がマイナス値の場合には、その和が加算部４２にてサブＦＢ積分項に加算される。さらに、加算部４４にて１が加算され、最終的に得られた値がサブＦＢ補正係数として設定される。このサブＦＢ補正係数は乗算部４６にて基本噴射量に乗算される。これにより、ストイキ中心のずれの補正要求と、触媒１２の酸素枯渇状態を解消するための減量補正の要求とが基本噴射による燃料噴射量に反映されることになる。なお、サブＦＢ制御以外の目的（例えば、ＯＢＤのための目標Ａ／Ｆ変更や触媒ストイキ補正等）で基本噴射量の補正が要求される場合には、加算部４０にて補正要求値がサブＦＢ積分項に加算されるようになっている。
【００３２】
一方、判定部５０での判定の結果、サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和がプラス値の場合には、その和のサブＦＢ積分項への加算は行われない。この場合、乗算部５２にてサブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和に基本噴射量が掛け合わされ、得られた値が前述の排気行程噴射による燃料噴射量とされる。また、サブＦＢ積分項に１を加算した値がサブＦＢ補正係数として設定され、乗算部４６にて基本噴射量に乗算される。つまり、この場合は、ストイキ中心のずれの補正要求のみが基本噴射による燃料噴射量に反映され、触媒１２の酸素飽和状態を解消するための増量補正の要求は排気行程噴射によって実現されることになる。
【００３３】
また、サブＦＢ補正値は前述のＡ／Ｆ補正係数の計算にも用いられる。Ａ／Ｆ補正係数の計算においては、まず、加算部４８においてサブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項とが足し算され、次いで加算部５４でサブＦＢ積分項が加算されてサブＦＢ補正値が算出される。そして、加算部５６においてサブＦＢ補正値に１が加算され、最終的に得られた値がＡ／Ｆ補正係数として設定される。Ａ／Ｆ補正係数は、前述のとおり目標Ａ／Ｆの補正に用いられる。なお、サブＦＢ補正係数とは異なり、通常噴射か排気行程噴射かによらずＡ／Ｆ補正係数にサブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項とが含まれているのは、排気行程噴射による燃料は燃焼には供されないが、Ａ／Ｆセンサ１４の出力値には反映されるためである。
【００３４】
以上説明した通り、本実施の形態にかかる燃料噴射制御によれば、触媒１２が酸素飽和状態となり燃料噴射量の増量補正が要求される場合には、サブＦＢ補正値の変動成分から計算される量の補正燃料が排気行程噴射によって噴射される。これによれば、増量補正の要求を触媒１２に流入する排気ガスの空燃比に速やかに反映させることができ、触媒１２の酸素飽和状態を迅速に解消することができる。また、排気行程噴射で噴射される補正燃料は燃焼には供されないため、補正燃料量やサブＦＢ補正値の上限値に燃焼の悪化を考慮した制限を設ける必要もない。
【００３５】
また、本実施の形態にかかる燃料噴射制御によれば、サブＦＢ補正値にサブＦＢ微分項が含まれることで、触媒１２が酸素飽和状態になった直後から排気行程噴射を開始することができ、また、酸素飽和状態になった直後における補正燃料量を大きくすることができる。これにより、触媒１２の酸素飽和状態を迅速に解消することができる。
【００３６】
実施の形態２．
次に、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。
【００３７】
図４は本発明の実施の形態２の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、実施の形態１と同じく図１に示す構成のエンジンに適用される。図４中、上述の実施の形態１と共通する要素については、同一の符号を付し、それらについての重複する説明は省略或いは簡略するものとする。
【００３８】
図４に示す構成と図３に示す構成との比較から分かるように、本実施の形態の制御装置は、加算部５４にサブＦＢ積分項を入力するライン上に無駄時間処理部６２を備えている。また、加算部５４にサブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和を入力するライン上にも別の無駄時間処理部６４を備えている。さらに、実施の形態１で配置されていたＡ／Ｆ応答モデル２６に替えてローパスフィルタ６０が配置されている。つまり、本実施の形態の制御装置は、実施の形態１にかかるＡ／Ｆ応答モデル２６を、ローパスフィルタ６０と２つの無駄時間処理部６２，６４とからなるＡ／Ｆ応答モデルに置き換えた構成になっている。
【００３９】
無駄時間処理部６２では、燃料が通常噴射によって噴射されてからＡ／Ｆセンサ１４に至るまでの無駄時間がサブＦＢ積分項の信号に加えられる。一方、無駄時間処理部６４では、サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和がプラス値かマイナス値かによって処理が異なる。サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和がマイナス値であれば、燃料が通常噴射によって噴射されてからＡ／Ｆセンサ１４に至るまでの無駄時間がサブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和の信号に加えられる。これに対し、サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和がプラス値であれば、燃料が排気行程噴射によって噴射されてからＡ／Ｆセンサ１４に至るまでの無駄時間がサブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和の信号に加えられる。通常噴射と排気行程噴射とでは、行程遅れ分の輸送遅れの差が存在するため、排気行程噴射用の無駄時間は、通常噴射用の無駄時間よりも４ストローク分、短い時間に設定されている。
【００４０】
本実施の形態にかかるＡ／Ｆ応答モデルによる信号処理のイメージをタイムチャートで示すと図５のようになる。図５には、図４中に示すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各ポイントでの信号を同一時間軸で示している。ポイントＡではサブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和の信号が測定され、ポイントＢではサブＦＢ積分項の信号が測定される。図５に示すように、サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項の和がプラス値の場合には、その信号に対して行程遅れ分だけサブＦＢ積分項の信号が遅延される。実線は無駄時間処理後の信号であり、破線は無駄時間処理前の信号である。ポイントＣではそれらの和の信号、つまり、サブＦＢ補正値の信号が測定される。そして、ポイントＤではサブＦＢ補正値の逆数をローパス処理した信号（ＦＢ用目標Ａ／Ｆ）が測定される。実線はローパス処理後の信号であり、破線はローパス処理前の信号である。
【００４１】
本実施の形態の制御装置によれば、通常噴射と排気行程噴射との輸送遅れ時間の差をメインＦＢ制御にかかるＦＢ用目標Ａ／Ｆに反映させることが可能であり、それによりメインＦＢ制御の精度を高めることができる。
【００４２】
実施の形態３．
次に、図面を参照して本発明の実施の形態３について説明する。
【００４３】
図６は本発明の実施の形態３の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、実施の形態１と同じく図１に示す構成のエンジンに適用される。図６中、上述の実施の形態１或いは２と共通する要素については、同一の符号を付し、それらについての重複する説明は省略或いは簡略するものとする。
【００４４】
図６に示す構成と図４に示す構成との比較から分かるように、本実施の形態の制御装置は、アクティブＡ／Ｆ制御部７０を備えている。アクティブＡ／Ｆ制御部７０は、Ａ／Ｆセンサ１４や触媒１２のＯＢＤ等のために空燃比を能動的に大きく変動させる手段である。アクティブＡ／Ｆ制御部７０は、アクティブ補正値を加算部４８に入力する。アクティブ補正値の振幅及び周期は、アクティブＡ／Ｆ制御の目的に合わせて任意に設定できるようになっている。
【００４５】
加算部４８では、サブＦＢ比例項とサブＦＢ微分項とアクティブ補正値との和が計算され、その計算値が判定部５０に入力される。サブＦＢ比例項やサブＦＢ微分項の振幅に比較してアクティブ補正値の振幅を極めて大きく設定したときには、実質的に、判定部５０ではアクティブ補正値がプラスかマイナスかを判定することになる。そして、アクティブ補正値がプラスの場合には、その値に応じた量の燃料が排気行程噴射によって噴射されることになる。
【００４６】
本実施の形態の制御装置によれば、アクティブＡ／Ｆ制御によって空燃比をリッチ化する場合に、それを排気行程噴射によって実現することができる。排気行程噴射によればトルクに影響を与えることなく燃料を排気ガスに供給することが可能であり、排気ガスの空燃比を大幅にリッチ化させることができる。
【００４７】
実施の形態４．
次に、図面を参照して本発明の実施の形態４について説明する。
【００４８】
本実施の形態４の制御装置は、図３，図４或いは図６のブロック図で示される燃料噴射制御とともに、図７及び図８を用いて説明するバルブタイミング制御を行うことに特徴がある。なお、本実施の形態の制御装置は、実施の形態１と同じく図１に示す構成のエンジンに適用される。
【００４９】
図７及び図８は、第４気筒（＃４）の行程と、第４気筒（＃４）における排気弁と吸気弁の各開弁期間と、排気行程噴射要求フラグと、第４気筒（＃４）における燃料噴射タイミングとを同一の軸（角度軸）で示す図である。排気行程噴射要求フラグは、判定部５０（図３，図４或いは図６参照）にて入力信号がマイナス値のときはオフであり、プラス値と判定された場合にオンにされる。つまり、サブＦＢ制御において燃料噴射量の増量補正の要求があったときにオンにされる。図７は排気行程噴射要求フラグが終始オフの場合のタイムチャートであり、図８は排気行程噴射要求フラグが途中でオンになった場合のタイムチャートである。
【００５０】
図７と図８との比較から分かるように、排気行程噴射要求フラグがオフの場合には吸気行程での通常噴射のみが行われ、排気行程噴射要求フラグがオンになった場合には通常噴射に加えて排気行程噴射が行われる。さらに、排気行程噴射要求フラグがオンになった場合には、排気行程噴射の対象気筒における吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップを解消するようにバルブタイミングが制御される。排気行程噴射要求フラグがオンになっている間、すなわち、排気行程噴射が実行されている間は、バルブオーバーラップは禁止される。バルブタイミングの制御は吸気バルブと排気バルブの何れか一方でもよく、その両方でもよい。
【００５１】
本実施の形態の制御装置によれば、排気行程噴射の対象気筒におけるバルブオーバーラップが禁止されることで、排気行程噴射で噴射した補正燃料を含む未燃ガスが次の吸気行程で気筒内から吸気通路へ逆流するのを防止することができる。
【００５２】
実施の形態５．
次に、図面を参照して本発明の実施の形態５について説明する。
【００５３】
本実施の形態５の制御装置は、図３，図４或いは図６のブロック図で示される燃料噴射制御に、図９を用いて説明する制御内容を追加したことに特徴がある。なお、本実施の形態の制御装置は、実施の形態１と同じく図１に示す構成のエンジンに適用される。
【００５４】
図９は、各気筒（＃１，＃２，＃３，＃４）の行程と、第４及び第２気筒（＃４，＃２）における排気弁と吸気弁の各開弁期間と、排気行程噴射要求フラグと、第４及び第２気筒（＃４，＃２）における燃料噴射タイミングとを同一の軸（角度軸）で示す図である。排気行程噴射要求フラグは、判定部５０（図３，図４或いは図６参照）にて入力信号がマイナス値のときはオフであり、プラス値と判定された場合にオンにされる。図９では、第４気筒の排気行程の後半にて排気行程噴射要求フラグはオフからオンに変化している。
【００５５】
筒内噴射弁６によれば任意のタイミングで燃料を噴射することができる。したがって、図９に示すように、排気行程噴射要求フラグがオンになったタイミングが第４気筒の排気行程後半であったとしても、その第４気筒から排気行程噴射を開始することは可能ではある。しかし、本実施の形態の制御装置は、そのような場合には第４気筒を排気行程噴射の開始気筒として選択せず、次に排気行程を迎える第２気筒を開始気筒として選択する。図９に示すように、第４気筒では排気行程噴射を実行せず、第２気筒が排気行程を迎えたら速やかに排気行程噴射を実行する。なお、排気行程噴射要求フラグがオンになったタイミングが第４気筒の排気行程前半であった場合には、その第４気筒から排気行程噴射を開始する。
【００５６】
燃料が噴射されてから排気バルブが閉じるまでの時間が短いと、気筒内での燃料の気化が進まず、シリンダ壁に付着燃料を残したまま排気バルブを閉じることになってしまう。その場合には、当該気筒の次サイクルの燃焼空燃比が過度にリッチ化してしまい、燃焼の課悪化を招いてしまうおそれがある。本実施の形態の制御装置によれば、排気行程噴射による燃料の気化時間を十分に取ることが可能であるので、そのような不具合は防止することができる。
【００５７】
実施の形態６．
最後に、図面を参照して本発明の実施の形態６について説明する。
【００５８】
本実施の形態６の制御装置は、図３，図４或いは図６のブロック図で示される燃料噴射制御に、図１０を用いて説明する制御内容を追加したことに特徴がある。なお、本実施の形態の制御装置は、実施の形態１と同じく図１に示す構成のエンジンに適用される。
【００５９】
図１０は、第４気筒（＃４）の行程と、第４気筒（＃４）における排気弁と吸気弁の各開弁期間と、排気行程噴射要求フラグと、第４気筒（＃４）における燃料噴射タイミングとを同一の軸（角度軸）で示す図である。排気行程噴射要求フラグは、判定部５０（図３，図４或いは図６参照）にて入力信号がマイナス値のときはオフであり、プラス値と判定された場合にオンにされる。図１０に示すように、本実施の形態の制御装置は、排気行程噴射で噴射する補正燃料を複数回に分けて分割噴射する。
【００６０】
触媒１２内での未燃ガスの反応性を考慮した場合、短時間で多量の燃料を一気に供給すると、一部の燃料は反応しきれずに触媒１２を吹き抜けてしまう可能性がある。また、特に燃料カットからの復帰時などは触媒温度が低下しているため、触媒１２内の未燃ガスの反応性は落ちている可能性が高い。本実施の形態の制御装置によれば、排気行程噴射を複数回に分けて実行することで、触媒１２内での燃料の反応性を高めることができ、燃料が未反応のまま触媒１２を吹き抜けるのを防止することができる。
【００６１】
なお、図１０では各分割噴射の燃料量は一定になっているが、図１１に示すように各分割噴射の燃料量を変更してもよい。図１１では１回目に噴射する燃料量を二回目以降で噴射する燃料量よりも少なくしている。このような噴射割合の設定は触媒１２の温度が低下しているときに特に有効であり、この場合、１回目に噴射する燃料は触媒１２を加熱する火種的役割を果たすことになる。
【００６２】
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施することも可能である。
【００６３】
図１に示す構成ではエンジンに筒内噴射弁のみを備えているが、本発明はポート噴射弁と筒内噴射弁とを併せ持つエンジンにも適用可能である。その場合、排気行程噴射は筒内噴射弁で実行するが、通常噴射はポート噴射弁と筒内噴射弁の何れを用いてもよい。また、上述の実施の形態では、通常噴射のタイミングを吸気行程としているが、筒内噴射弁を備えるエンジンであれば通常噴射のタイミングを圧縮行程に設定することも可能である。
【００６４】
また、図１に示す構成では排気浄化触媒として三元触媒を備えているが、排気浄化触媒はＮＯｘ触媒であってもよい。
【００６５】
また、上述の実施の形態では、サブＦＢ制御にてＰＩＤ制御を行っているが、ＩＤ制御を行うのでもよい。この場合、サブＦＢ補正値はサブＦＢ積分項とサブＦＢ微分項とからなり、サブＦＢ微分項のみが変動成分となる。或いは、サブＦＢ制御にてＰＩ制御を行うのでもよい。この場合はサブＦＢ比例項のみが変動成分となる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１の制御装置が適用される内燃機関の排気系の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる燃料噴射制御について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１においてＥＣＵが燃料噴射の制御装置として機能する際のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２においてＥＣＵが燃料噴射の制御装置として機能する際のブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかるＡ／Ｆ応答モデルによる信号処理のイメージを示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３においてＥＣＵが燃料噴射の制御装置として機能する際のブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態４にかかるバルブタイミング制御について説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態４にかかるバルブタイミング制御について説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態５にかかる燃料噴射制御について説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態６にかかる燃料噴射制御について説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態６にかかる燃料噴射制御の変形例について説明するための図である。
【符号の説明】
【００６７】
２  エンジン
４  気筒
６  筒内噴射弁
８  排気マニホールド
１０  排気管
１２  三元触媒
１４  Ａ／Ｆセンサ
１６  Ｏ2センサ
２０  ＥＣＵ
２２  メインＦＢ部
３０  サブＦＢ部
３２  Ｉ制御部
３４  Ｐ制御部
３６  Ｄ制御部
２６  Ａ／Ｆ応答モデル
５０  判定部
６０  ローパスフィルタ
６２，６４  無駄時間処理部
７０  アクティブＡ／Ｆ制御部
【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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【図１１】
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