(57)【要約】【課題】ポート噴射弁と筒内噴射弁とを備える内燃機関の制御装置において、バルブオーバーラップ期間中の吹き抜け及びポート噴射を有効に利用して排気空燃比制御の最適化を図ることが可能な内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、ポート噴射弁と筒内噴射弁とから運転状態に応じて燃料を噴射する内燃機関であって、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を有する内燃機関の制御装置において、排気圧力に比べて吸気圧力が高い機関運転領域におけるバルブオーバーラップ期間中に、少なくともポート噴射弁により燃料を噴射することを特徴とする。【選択図】図２
2008101540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁とから運転状態に応じて燃料を噴射する内燃機関であって、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を有する内燃機関の制御装置において、
排気圧力に比べて吸気圧力が高い機関運転領域における前記バルブオーバーラップ期間中に、少なくとも前記ポート噴射弁により燃料を噴射する、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記バルブオーバーラップ期間中に前記燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量となる推定吹き抜け量を算出する推定吹き抜け量算出手段を有し、
前記推定吹き抜け量算出手段により算出された推定吹き抜け量が所定値未満の場合には、前記バルブオーバーラップ期間中に前記ポート噴射弁により燃料を噴射することを禁止する、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記バルブオーバーラップ期間中に前記燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量となる推定吹き抜け量を算出する推定吹き抜け量算出手段と、
前記バルブオーバーラップ期間中に前記燃焼室に供給された燃料のうちで燃焼に寄与することなく実際に吹き抜けた燃料量となる実吹き抜け量を算出する実吹き抜け量算出手段とを有し、
前記推定吹き抜け量算出手段により算出された推定吹き抜け量と前記実吹き抜け量算出手段により算出された実吹き抜け量との差に基づいて、前記筒内噴射弁により燃料を噴射する筒内噴射による補正燃料噴射が実行される、ことを特徴とする請求項１または請求項２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、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、ポート噴射弁と筒内噴射弁とから運転状態に応じて燃料を噴射する内燃機関であって、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、ポート噴射弁と筒内噴射弁とから運転状態に応じて定められた噴射比率で燃料を噴射するような内燃機関、すなわちダブル噴射型内燃機関が知られている。
【０００３】
また、内燃機関の出力の向上を図るべく内燃機関に過給機を適用することは広く知られており、上記ダブル噴射型内燃機関においても、該内燃機関の出力の向上を図るべく過給機を備えた過給機付きダブル噴射型内燃機関の開発も展開されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３３６３２号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６１４５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、レシプロ式の内燃機関では、体積効率の向上や燃焼ガスを効率よく掃気するなどの観点から、バルブオーバーラップすなわち吸気弁と排気弁とがともに開いている期間を設けることがある。このようなバルブオーバーラップ期間が設けられた場合、吸気管圧力と排気管圧力との圧力差に起因して、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や燃料の一部がそのまま、排気ポートに排出される現象（以下、「吹き抜け」と称す）がもたらされる場合がある。
【０００６】
内燃機関では一般的に、排気圧力に比べて吸気圧力が高い機関運転領域におけるバルブオーバーラップ期間中に「吹き抜け」がもたらされる。
【０００７】
上記ダブル噴射型内燃機関における一つの課題に、排気浄化触媒雰囲気の空燃比制御という観点で、上記「吹き抜け」を考慮した排気空燃比制御の最適化がある。
【０００８】
排気浄化性能が触媒雰囲気の空燃比に依存するような排気浄化触媒が内燃機関の排気系に配設される場合、排気エミッションの悪化を抑制するためには、該排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を精度よく制御し、該排気浄化触媒雰囲気の空燃比を所望の空燃比に制御する必要がある。このことは、ダブル噴射型内燃機関において、排気浄化性能が触媒雰囲気の空燃比に依存するような排気浄化触媒が排気系に配設される場合においても同様である。排気浄化触媒に流入する排気の空燃比は、「吹き抜け」状態の変動にともなって変動することが考えられる。
【０００９】
例えば、排気浄化性能が触媒雰囲気の空燃比に依存する排気浄化触媒として三元触媒が知られている。該三元触媒は理論空燃比付近で浄化率が高く、排気系に三元触媒が配設された場合、排気エミッションの悪化を抑制するためには三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持する制御を行う必要がある。バルブオーバーラップ期間中、空気の吹き抜けがある場合、三元触媒に吹き抜け空気が流入し、三元触媒雰囲気の空燃比はリーン空燃比側へと移行されることになる。このような状況においても、三元触媒の排気浄化性能を維持すべく、燃焼室内の混合気の空燃比を調整することにより三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持する制御を行う場合においては、燃焼室内の混合気の空燃比をリッチ空燃比に制御して三元触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にすることにより、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持することが可能となる。しかしながら、バルブオーバーラップ期間中の空気の吹き抜け量が過度に多い場合、三元触媒雰囲気の空燃比は大きくリーン側へ移行され、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持するためには、燃焼室の混合気の空燃比を過リッチ空燃比に制御する必要があり、このことは、燃費の悪化、更には、失火というような内燃機関性能上の問題をもたらす可能性がある。よって、バルブオーバーラップ期間を有するダブル噴射型内燃機関において、排気浄化性能が触媒雰囲気の空燃比に依存するような排気浄化触媒が排気系に配設される場合、排気浄化触媒雰囲気の空燃比制御という観点での、「吹き抜け」を考慮した排気空燃比制御の最適化を図ることが一つの課題となる。
【００１０】
特許文献１においては、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを有する内燃機関であって、バルブオーバーラップ期間中においては、ポート噴射弁による燃料噴射（以下、ポート噴射と称す）を禁止して筒内噴射弁による燃料噴射（以下、筒内噴射と称す）をさせるとともに、排気弁が閉じる時期以降に筒内噴射させる内燃機関の制御装置が開示されている。そして、このような構成により、バルブオーバーラップ期間中の「吹き抜け」に起因する燃料の吹き抜けを低減し、燃料消費量を抑制することが記載されている。しかしながら、特許文献１においては、内燃機関の排気浄化触媒雰囲気の空燃比制御を目的とし、「吹き抜け」を考慮した排気空燃比の制御手段については、開示されていない。
【００１１】
また、上記ダブル噴射型内燃機関においても、一般的な内燃機関と同様に、更なる加速性能の向上の要求がある。特許文献２においては、筒内噴射弁を有する過給機付き内燃機関において、排気系に点火補助装置を配設し、バルブオーバーラップ期間中に筒内噴射により排気系で燃焼可能な空気／燃料混合物を形成し、すなわち筒内噴射により排気空燃比を燃焼可能な所望の空燃比に制御し、該混合物を点火補助装置により燃焼させることで、過給圧を上昇させ加速性能を向上させる過給機付き内燃機関が開示されている。
【００１２】
しかしながら、特許文献２において開示された過給機付き内燃機関はポート噴射弁を有していない内燃機関であり、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを有する過給機付き内燃機関における、排気系で燃焼可能な空気／燃料混合物を形成する際の、すなわち、排気空燃比を所望の空燃比に制御する際のポート噴射の有効な利用手段については開示されていない。よって、バルブオーバーラップ期間を有するダブル噴射型内燃機関において、例えば燃料を排気管で燃焼させて過給圧を向上させるシステムが備えられているような場合、加速性能の向上という観点での、ポート噴射を有効に利用した排気空燃比制御の最適化を図ることが課題の一つとなる。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑み、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、ポート噴射弁と筒内噴射弁とから運転状態に応じて燃料を噴射する内燃機関であって、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を有する内燃機関の制御装置において、内燃機関の排気浄化触媒雰囲気の空燃比制御や加速性能の向上という観点で、バルブオーバーラップ期間中の「吹き抜け」及びポート噴射を有効に利用して排気空燃比制御の最適化を図ることが可能な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】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁とから運転状態に応じて燃料を噴射する内燃機関であって、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を有する内燃機関の制御装置において、排気圧力に比べて吸気圧力が高い機関運転領域における前記バルブオーバーラップ期間中に、少なくとも前記ポート噴射弁により燃料を噴射する、ことを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
【００１５】
内燃機関では、排気圧力に比べ吸気圧力が高くなる領域がある。該領域におけるバルブオーバーラップ期間中においては、吸気ポートから供給された燃料の一部が燃焼に寄与することなく、そのまま排気系に排出される「吹き抜け」がもたらされる。このような「吹き抜け」があるバルブオーバーラップ期間中にポート噴射が実行されると、ポート噴射された燃料の一部が燃焼に寄与することなく排気系に排出され燃費の悪化をもたらすことになる。そこで、従来技術の一実施形態においては、燃費の悪化の防止という観点から、吹き抜けのあるバルブオーバーラップ期間中においては、ポート噴射を禁止する制御がなされている。
【００１６】
これに対して、請求項１の発明では、排気空燃比制御の観点から、排気圧力に比べて吸気圧力が高い機関運転領域におけるバルブオーバーラップ期間中に、すなわち吹き抜けのあるバルブオーバーラップ期間中に、敢えてポート噴射を実行することを特徴とします。これにより、バルブオーバーラップ期間中にもたらされる「吹き抜け」を利用して、ポート噴射された燃料の一部の燃料であって燃焼に寄与しない燃料を排気系に供給することができ、該燃料を利用して、排気空燃比を所定の空燃比に制御することを可能とします。
【００１７】
ここで所定の空燃比とは、内燃機関の運転状態や制御目的に応じて適宜設定されるものである。例えば、排気系に排気浄化触媒として三元触媒が配設された場合においては、三元触媒雰囲気の空燃比が理論空燃比に制御されるような空燃比に所定の空燃比を設定し、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に制御することで、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。また、燃料を排気管で燃焼させて過給圧を向上させるシステムが備えられている場合においては、所定の空燃比を排気管で燃料が燃焼可能な空燃比に設定することで過給圧の向上を確実に図ることが可能となる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、前記バルブオーバーラップ期間中に前記燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量となる推定吹き抜け量を算出する推定吹き抜け量算出手段を有し、前記推定吹き抜け量算出手段により算出された推定吹き抜け量が所定値未満の場合には、前記バルブオーバーラップ期間中に前記ポート噴射弁により燃料を噴射することを禁止する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００１９】
先に述べたように、例えば排気系に三元触媒が配設された場合であって、三元触媒の排気浄化性能を維持すべく、燃焼室内の混合気の空燃比を調整することにより三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持する制御を行う場合においては、バルブオーバーラップ期間中、空気の吹き抜けがある場合、燃焼室内の混合気の空燃比をリッチ空燃比に制御することにより、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持することが可能となるが、バルブオーバーラップ期間中の空気の吹き抜け量が過度に多い場合には、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持するために、燃焼室の混合気の空燃比を過リッチ空燃比に制御する必要があり、このことは、燃費の悪化、更には、失火というような内燃機関性能上の問題をもたらす可能性がある。
【００２０】
請求項１の発明によれば、排気圧力に比べて吸気圧力が高い機関運転領域におけるバルブオーバーラップ期間中にポート噴射を実行し、「吹き抜け」を利用して、燃料を排気系に供給して排気空燃比を所定の空燃比に制御することができ、バルブオーバーラップ期間中の空気の吹き抜け量が過度に多い場合であっても、燃焼室内の混合気を過リッチ空燃比状態に制御することなく、触媒雰囲気の空燃比を所定の空燃比に制御することが可能となる。
【００２１】
ところで、バルブオーバーラップ期間中の燃料の吹き抜け量が少ない場合、すなわち、バルブオーバーラップ期間中の空気の吹き抜け量が少ない場合には、空気の吹き抜けに起因して触媒雰囲気の空燃比がリーン空燃比側に大きく移行されることはない。よって、三元触媒の排気浄化性能を維持すべく、燃焼室内の混合気の空燃比を調整することのみにより三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持するように制御したとしても、失火をもたらすことがないような適度なリッチ空燃比に燃焼室内の混合気の空燃比を調整することで三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持することが可能である。つまり、吹き抜け量が少ない場合には、燃焼室内の混合気の空燃比を調整することのみにより三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持するように制御したとしても、燃焼室内の混合気の空燃比を過リッチ空燃比に制御することなく、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持することが可能である。
【００２２】
そこで、請求項２の発明では、バルブオーバーラップ期間中に燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量となる推定吹き抜け量が所定値未満の場合には、バルブオーバーラップ期間中にポート噴射弁により燃料を噴射することを禁止し、バルブオーバーラップ期間中のポート噴射による排気系への燃料供給を禁止する。これにより、バルブオーバーラップ期間中のポート噴射による過剰な排気系への燃料供給を低減でき、燃料消費の向上を図ることが可能となる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、前記バルブオーバーラップ期間中に前記燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量となる推定吹き抜け量を算出する推定吹き抜け量算出手段と、前記バルブオーバーラップ期間中に前記燃焼室に供給された燃料のうちで燃焼に寄与することなく実際に吹き抜けた燃料量となる実吹き抜け量を算出する実吹き抜け量算出手段とを有し、前記推定吹き抜け量算出手段により算出された推定吹き抜け量と前記実吹き抜け量算出手段により算出された実吹き抜け量との差に基づいて、前記筒内噴射弁により燃料を噴射する筒内噴射による補正燃料噴射が実行される、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２４】
ポート噴射により噴射する燃料量は、実際に燃料が噴射されるタイミングの前に算出され設定されることが一般的である。
【００２５】
そのために、噴射燃料量が算出された際の運転状態と、実際に燃料噴射された際の運転状態とが異なる場合があり、ポート噴射により噴射する燃料量を算出する際に使用された推定吹き抜け量と実際の実吹き抜け量とに差がある場合がある。
【００２６】
請求項３の発明によれば、ポート噴射により噴射する燃料量を算出する際に使用された推定吹き抜け量と実際の実吹き抜け量との差に基づいて、筒内噴射による補正燃料噴射制御が実行される。これにより、ポート噴射により噴射する燃料量を算出する際に使用された推定吹き抜け量と実際の実吹き抜け量との差があり、バルブオーバーラップ期間中の吹き抜けを利用したポート噴射による排気系への燃料供給量が排気空燃比を所定の空燃比にするために必要な所望の量よりも不足した場合でも、その不足分を筒内噴射弁による補正燃料噴射により補うことができ、排気空燃比を精度良く所定の空燃比に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
各請求項の記載によれば、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、ポート噴射弁と筒内噴射弁とから運転状態に応じて燃料を噴射する内燃機関であって、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を有する内燃機関の制御装置において、内燃機関の排気浄化触媒雰囲気の空燃比制御や加速性能の向上という観点で、バルブオーバーラップ期間中の「吹き抜け」及びポート噴射を有効に利用して排気空燃比制御の最適化を図ることが可能とな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】
【００２８】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の各実施の形態に共通のハード構成を示す図である。
図１において、１は火花点火式の内燃機関を示し、内燃機関１はシリンダヘッド１ａとシリンダブロック１ｂとを備える。シリンダヘッド１ａは吸気ポート５、排気ポート６、吸気弁７、排気弁８、および、点火栓４０を備え、点火栓４０には点火コイル４１から高圧電流が供給される。
【００２９】
シリンダブロック１ｂ内をクランク軸３と連結されているピストン２が往復動し、ピストン２とシリンダヘッド１ａの間に燃焼室１ｃが形成される。また、シリンダブロック１ｂにはクランク角センサ５２が取付けられていて、機関回転数はこのクランク角センサ５２からの信号に基づいて算出される。また、シリンダブロック１ｂには冷却水温を検出する水温センサ５３が取付けられている。
【００３０】
吸気弁７の開弁期間の位相を運転条件にあわせて調整する吸気弁タイミング調整装置７０が吸気カム７ｃに取付けられている。同様に、排気弁８の開弁期間の位相を運転条件にあわせて調整する排気弁タイミング調整装置８０が排気カム８ｃに取り付けられている。
【００３１】
図１において、吸気ポート５内に燃料を噴射するためのポート噴射弁３１と燃焼室１ｃ内に燃料を噴射するための筒内噴射弁３２がそれぞれシリンダヘッド１ａに取付けられている。ポート噴射弁３１および筒内噴射弁３２には燃料タンク（図示せず）から燃料ポンプ（図示せず）により燃料パイプ（図示せず）を介して燃料が送給される。
【００３２】
吸気ポート５には吸気管１０が接続され、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１１が取付けられている。エアクリーナ１１の直下流には吸入空気量を検出するエアフローメータ５１が配置されている。エアフローメータ５１の下流にはスロットルバルブ１２が配置されている。スロットルバルブ１２はスロットルモータ１３で駆動される。一方、アクセルペダル１４にアクセルペダル１４の踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ５０が付設されていて、アクセルペダルセンサ５０が検出したアクセルペダル１４の踏み込み量に対応して、スロットルモータ１３によりスロットルバルブ１２の開度が変更せしめられる。
【００３３】
排気ポート６には排気管２０が接続され、排気管２０には三元触媒２１が配設されている。三元触媒２１の上流側近傍には第１空燃比センサ２２が配設され、三元触媒２１の下流側近傍には第２空燃比センサ２３が配設されている。燃焼室１ｃで発生した排気ガスは排気弁８で流路が開閉される排気ポート６を経て、排気管２０に導かれ三元触媒２１によって浄化されてから排出される。第１空燃比センサ２２と第２空燃比センサ２３の出力に基づいて所定の空燃比が得られるようにポート噴射弁３１、筒内噴射弁３２から噴射される燃料噴射量がフィードバック制御される。
【００３４】
吸気通路には、吸気圧力を測定するための吸気圧センサ５４が取り付けられており、排気通路には排気圧力を測定するための排気圧センサ５５が取り付けられている。
【００３５】
吸気管１０には過給機９０のコンプレッサ９０Ｂが配設されている。また、排気管２０には、過給機９０の排気タービン９０Ａが配設されており、各気筒の燃焼室１ｃでの燃焼により生じた排気ガスが排気マニホルドを通じて過給機９０の排気タービン９０Ａに導入される。そして、この導入された排気の流勢によって排気タービン９０Ａが作動すると吸気管側のコンプレッサ９０Ｂが連動して作動し、吸気管側においてガスの圧縮が行われる。そして、このガスの圧縮により吸気管１０の圧力が高められ、その圧力により燃焼室内に対してガスが効率よく充填されるようになっている。
【００３６】
また、排気系内で過給機９０の排気タービン９０Ａの手前に、追加点火補助装置４３が配設される。該追加点火補助装置４３は、燃料を排気管で燃焼させることで、過給圧を上昇させ加速性能を向上させる役割を果すものである。
【００３７】
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００は入力ポート１０１、出力ポート１０２、ＣＰＵ１０３、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５等を共通バスで相互に接続してなる。ＥＣＵ１００には各センサの検出した信号が入力され、本発明に関わる制御をおこなう制御信号が各アクチュエータ類に送出される。
【００３８】
以下、上記のような基本的なハード構成を有する本発明の各実施の形態において実行される、排気空燃比を所定の空燃比に制御するための燃料噴射制御について説明する。
【００３９】
初めに第一の実施形態について説明する。この第一の実施形態では、バルブオーバーラップ期間中の推定吹き抜け量を算出し、算出された推定吹き抜け量に基づいてポート噴射弁３１によるポート噴射を実行するか否かを判定し、算出された推定吹き抜け量が所定値以上の場合にバルブオーバーラップ期間中のポート噴射による排気空燃比制御を実行するものである。また、本第一の実施形態においては、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を所定の空燃比に制御するものであるが、これに限られることはなく、例えば、燃料を排気管で燃焼させることが可能な所定の空燃比に、排気空燃比を制御するものとされてもよい。
【００４０】
図２は、排気空燃比を所定の空燃比に制御するための第一の実施形態の燃料噴射制御のフローチャートである。
まず、ステップ２０１において、ポート噴射により噴射する燃料量を算出する際に使用される、吹き抜け量すなわちバルブオーバーラップ期間中に燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量となる推定吹き抜け量が算出される。
【００４１】
第一の実施形態においては、推定吹き抜け量は、吸気圧力、排気圧力、機関回転数、吸入空気量およびバルブオーバーラップ期間などに基づいて吹き抜け量を算出するマップであって、予め実験や解析評価などのデータに基づいて作成された吹き抜け量マップを使用してＥＣＵ１００により算出される。尚、該マップは、ＥＣＵ１００のメモリーなどに格納されて使用される。
【００４２】
吸気圧力は吸気圧センサ５４から検出され、排気圧力は排気圧センサ５５から検出され、吸入空気量はエアフローメータ５１から検出される。また、バルブオーバーラップ期間は、吸気弁タイミング調整装置７０および排気弁タイミング調整装置８０のそれぞれの吸排気弁の開閉制御タイミングに基づいてＥＣＵ１００により算出される。更に、機関回転数はクランク角センサ５２からの信号に基づいて算出される。
【００４３】
このように、第一の実施形態においては、ポート噴射により噴射する燃料量を算出する際に使用される、吹き抜け量すなわちバルブオーバーラップ期間中に燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量となる推定吹き抜け量を算出する推定吹き抜け量算出手段は、エアフローメータ５１、クランク角センサ５２、吸気圧センサ５４、排気圧センサ５５、吸気弁タイミング調整装置７０、排気弁タイミング調整装置８０、吹き抜け量算出マップおよびＥＣＵ１００を有して構成される。
【００４４】
ステップ２０１において推定吹き抜け量が算出されると、続くステップ２０２に進み、算出された推定吹き抜け量が所定値以上であるか否かがＥＣＵ１００により判定される。尚、ここで所定値とは、運転状態や設計仕様により適宜決定されるものである。算出された推定吹き抜け量が所定値以上であると判定されると、続くステップ２０３に進む。
【００４５】
三元触媒２１は理論空燃比付近で浄化率が高く、排気エミッションの悪化を抑制するためには、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に制御する必要がある。先に述べたように、バルブオーバーラップ期間中の空気の吹き抜け量が過度に多い場合であって、三元触媒２１の排気浄化性能を維持すべく、燃焼室内の混合気の空燃比を調整することのみにより三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持するように制御する場合においては、燃焼室の混合気が過リッチ空燃比に制御されることになり、このことは、燃費の悪化、更には、失火というような内燃機関性能上の問題をもたらす可能性がある。
【００４６】
このことに基づいて、ステップ２０３においては、算出された推定吹き抜け量が所定値以上であると判定され場合、すなわちバルブオーバーラップ期間中に燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量が多いと判定された場合には、算出された推定吹き抜け量に基づいて、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に制御しうる所定の空燃比に排気空燃比を制御するのに必要なバルブオーバーラップ期間中のポート噴射によるポート噴射燃料量が算出され、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に制御するためのバルブオーバーラップ期間中のポート噴射が実行される。これにより、バルブオーバーラップ期間中の「吹き抜け」を利用してポート噴射弁から噴射された燃料を排気系に供給することができ、バルブオーバーラップ期間中の空気の吹き抜け量が過度に多い場合であっても燃焼室の混合気を過リッチ空燃比状態に制御することなく、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に制御することが可能となる。
【００４７】
好適には、燃焼室内の混合気の空燃比は、筒内噴射弁３２による筒内噴射により最も燃料効率の良い空燃比に制御される。
【００４８】
ステップ２０２において、算出された推定吹き抜け量が所定値未満であり所定値以上にないと判定された場合には、すなわちバルブオーバーラップ期間中に燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量が少ないと判定された場合には、バルブオーバーラップ期間中の空気の吹き抜け量が少なく、三元触媒の排気浄化性能を維持すべく、燃焼室内の混合気の空燃比を調整することのみにより三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持するように制御したとしても、失火をもたらすことがないような適度なリッチ空燃比に燃焼室内の混合気の空燃比を調整することで三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持することが可能である。つまり、吹き抜け量が少ない場合には、燃焼室内の混合気の空燃比を調整することのみにより三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に維持するように制御したとしても、燃焼室内の混合気の空燃比を過リッチ空燃比に制御することなく、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に制御しうる。
【００４９】
そこで、ステップ２０２において、算出された推定吹き抜け量が所定値以上にないと判定された場合には、すなわち、算出された推定吹き抜け量が所定値未満であると判定された場合には、ステップ２０４に進み、バルブオーバーラップ期間中の吹き抜けを利用した排気系への燃料供給のためのポート噴射が禁止される。これにより、オーバーラップ期間中のポート噴射による過剰な排気系への燃料供給を低減でき、燃料消費の向上を図ることが可能となる。
【００５０】
次に、図１に示された基本的なハード構成を有する本発明の実施の形態において、排気空燃比を所定の空燃比に制御するための燃料噴射制御の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、排気空燃比を、過給圧を上昇させ加速性能を向上させるべく追加点火補助装置４３により燃料を排気管で燃焼させることが可能な所定の空燃比に制御するものであるが、これに限られることはなく、例えば、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を所定の空燃比に制御するものとされてもよい。
【００５１】
ポート噴射により噴射する燃料量は、実際に燃料が噴射されるタイミングの前に算出されることが一般的である。そのために、ポート噴射により噴射する燃料量が算出された際の運転状態と、実際に燃料噴射された際の運転状態とが異なる場合があり、ポート噴射により噴射する燃料量を算出する際に使用された吹き抜け量となる推定吹き抜け量と、実際にポート噴射が実行された際の実際の吹き抜け量となる実吹き抜け量とに差がある場合がある。
【００５２】
このことに基づいて、第二の実施形態では、ポート噴射により噴射する燃料量を算出する際に使用される、バルブオーバーラップ期間中に燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量となる推定吹き抜け量と、バルブオーバーラップ期間中に燃焼室に供給された燃料のうちで燃焼に寄与することなく実際に吹き抜けた燃料量となる実吹き抜け量との差に基づいて、筒内噴射による補正燃料噴射が実行される。
【００５３】
これにより、ポート噴射により噴射する燃料量を算出する際に使用された推定吹き抜け量と実際の実吹き抜け量との差があり、バルブオーバーラップ期間中の吹き抜けを利用したポート噴射による排気系への燃料供給量が、過給圧を上昇させ加速性能を向上させるべく追加点火補助装置４３により燃料を排気管で燃焼させることが可能な所定の空燃比に排気空燃比を制御するために必要な所望の量よりも不足した場合でも、その不足分を筒内噴射による補正燃料噴射により補うことができ、排気空燃比を精度良く所定の空燃比に制御することが可能となる。
【００５４】
尚、推定吹き抜け量は、排気空燃比が所定の空燃比よりもリーン側に制御されるべく、算出されるように設定されてもよい。筒内噴射による補正燃料噴射においては、所定の空燃比よりもリーン側にある排気空燃比を排気中に燃料を供給することにより所定の空燃比に制御することは可能であるが、所定の空燃比よりもリッチ側にある排気空燃比を所定の空燃比に制御することはできない。推定吹き抜け量が、排気空燃比が所定の空燃比よりもリーン側に制御されるべく、算出されるように設定される場合には、排気空燃比は、所定の空燃比よりもリッチ側に制御されることはなく、常に所定の空燃比よりもリーン側に制御されることになるため、筒内噴射による補正燃料噴射を常に有効に利用することができ、より確実に排気空燃比を所定の空燃比に維持する制御が可能となる。
【００５５】
図３は、排気空燃比を所定の空燃比に制御するための第二の実施形態の燃料噴射制御のフローチャートである。
【００５６】
まず、ステップ３０１において、ポート噴射により噴射する燃料量を算出する際に使用される、吹き抜け量すなわちバルブオーバーラップ期間中に燃焼室に供給される燃料のうちで燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける燃料量となる推定吹き抜け量が算出される。該推定吹き抜け量の算出にあっては、図２に示す第一の実施形態のフローチャートのステップ２０１の説明の中で述べたのと同様の推定吹き抜け量算出手段により算出される。よって、ここでの推定吹き抜け量の算出方法についての説明は省略する。
【００５７】
ステップ３０１において推定吹き抜け量が算出されると、続くステップ３０２に進む。ステップ３０２においては、算出された推定吹き抜け量に基づいて、過給圧を上昇させ加速性能を向上させるべく追加点火補助装置４３により燃料を排気管で燃焼させることが可能な所定の空燃比に排気空燃比を制御するために必要なバルブオーバーラップ期間中のポート噴射によるポート噴射燃料量が算出され、バルブオーバーラップ期間中のポート噴射による排気空燃比制御が実行される。ステップ３０２においてポート噴射が実行されると、続くステップ３０３に進む。
【００５８】
ステップ３０３においては、バルブオーバーラップ期間中に燃焼室に供給された燃料のうちで燃焼に寄与することなく実際に吹き抜けた燃料量となる実吹き抜け量が算出される。該実吹き抜け量は、推定吹き抜け量を算出する推定吹き抜け量算出手段と同様に、吸気圧力、排気圧力、機関回転数、吸入空気量およびバルブオーバーラップ期間などに基づいて吹き抜け量を算出するマップであって、予め実験や解析評価などのデータに基づいて作成された吹き抜け量マップを使用してＥＣＵ１００により算出される。
【００５９】
従って、バルブオーバーラップ期間中に燃焼室に供給された燃料のうちで燃焼に寄与することなく実際に吹き抜けた燃料量となる実吹き抜け量を算出する実吹き抜け量算出手段は、推定吹き抜け量算出手段と略同様のものとなる。つまり、実吹き抜け量算出手段は、エアフローメータ５１、クランク角センサ５２、吸気圧センサ５４、排気圧センサ５５、吸気弁タイミング調整装置７０、排気弁タイミング調整装置８０、吹き抜け量算出マップおよびＥＣＵ１００を有して構成される。
【００６０】
但し、推定吹き抜け量はポート噴射により噴射する燃料量を算出する際の吸気圧力や排気圧力などに基づいて算出されるのに対して、実吹き抜け量は、実際にポート噴射された際の吸気圧力や排気圧力などに基づいて算出されることになる点で異なる構成となる。
【００６１】
ステップ３０３において実吹き抜け量が算出されると、続くステップ３０４に進む。ステップ３０４においては、推定吹き抜け量と実吹き抜け量との差に基づいて、筒内噴射による補正燃料噴射が実行される。
【００６２】
図４は、筒内噴射による補正燃料噴射の一実施形態を示すタイムチャート図である。図４に示される実施形態においては便宜上、４気筒内燃機関に本発明の制御装置を適用した場合について説明するが、本発明は６気筒あるいは８気筒などの多気筒内燃機関にも適用可能である。また、図４に示される実施形態においては、♯１気筒、♯３気筒、♯４気筒、♯２気筒の順に吸気行程が行われ場合の実施形態が示されているが、これに限定されることはない。
【００６３】
図４に示される実施形態においては、まず、第１気筒のバルブオーバーラップ期間にかかる前の排気行程の所定の時点で、バルブオーバーラップ期間中の推定吹き抜け量が算出され、該推定吹き抜け量に基づいてバルブオーバーラップ期間中に噴射されるポート噴射燃料量が算出される。次に、第１気筒がバルブオーバーラップ期間に入ると、算出されたポート噴射燃料量の燃料がポート噴射により噴射される。次に、実際にポート噴射された際の吸気圧力や排気圧力などに基づいて実吹き抜け量が算出される。そして、推定吹き抜け量と実吹き抜け量との差に基づいて、排気行程中にある第３気筒における筒内噴射による補正燃料噴射が実行される。
【００６４】
第３気筒は、第１気筒が吸気行程にある際に排気行程にあり、該排気行程において筒内噴射を実行することにより、排気系に燃料を供給することでき、推定吹き抜け量と実吹き抜け量との差があった場合においても、排気空燃比を所定の空燃比に制御することが可能となる。
【００６５】
尚、図４に示された一実施形態においは、第３気筒の排気行程で補正燃料噴射を実行することが示されているが膨張行程で補正燃料噴射が実行されてもよい。また、バルブオーバーラップ期間後の第１気筒の吸気行程においては、筒内噴射により最も燃焼効率の良い空燃比に燃焼室内の混合気の空燃比が制御される。
【００６６】
次に、図１に示された基本的なハード構成を有する本発明の実施の形態において、排気空燃比を所定の空燃比に制御するための燃料噴射制御の第三の実施形態について説明する。
【００６７】
図５は、排気空燃比を所定の空燃比に制御するための第三の実施形態の燃料噴射制御のフローチャートである。図５に示されたフローチャートにおけるステップ４０１からステップ４０４のそれぞれは、図２に示されたステップ２０１からステップ２０４に対応する。また、ステップ４０５およびステップ４０６のそれぞれは、図３に示されたフローチャートに示されたステップ３０３およびステップ３０４に対応する。
【００６８】
図５に示された排気空燃比を所定の空燃比に制御するための第三の実施形態の燃料噴射制御では、排気空燃比を所定の空燃比に制御するために、バルブオーバーラップ期間中の推定吹き抜け量に基づいてポート噴射を実行するか否かを決定し、且つ、推定吹き抜け量と実吹き抜け量との差に基づいて筒内噴射による補正燃料噴射が実行されるものである。
これにより、バルブオーバーラップ期間中の「吹き抜け」を利用してポート噴射弁から噴射された燃料を排気系に供給することができ、バルブオーバーラップ期間中の空気の吹き抜け量が過度に多い場合であっても燃焼室の混合気を過リッチ空燃比状態に制御することなく、三元触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比に制御することが可能となる。また、オーバーラップ期間中のポート噴射による過剰な排気系への燃料供給を低減でき、燃料消費の向上を図ることが可能となる。更に、ポート噴射により噴射する燃料量を算出する際に使用された吹き抜け量と実際の吹き抜け量との差があった場合でも、筒内噴射による補正燃料噴射を実行することで、所定の空燃比に排気空燃比を精度良く制御することが可能となる。
【００６９】
以上、本発明の内燃機関の制御装置においては、排気圧力に比べて吸気圧力が高い機関運転領域におけるバルブオーバーラップ期間中にポート噴射弁から燃料を噴射し、該バルブオーバーラップ期間にもたらされる「吹き抜け」を利用して、噴射された燃料を排気系に供給し、排気空燃比を所定の空燃比に制御することを主たる特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の各実施の形態に共通のハード構成を示す図である。
【図２】排気空燃比を所定の空燃比に制御するための第一の実施形態の燃料噴射制御のフローチャートである。
【図３】排気空燃比を所定の空燃比に制御するための第二の実施形態の燃料噴射制御のフローチャートである。
【図４】筒内噴射による補正燃料噴射の一実施形態を示すタイムチャート図である。
【図５】排気空燃比を所定の空燃比に制御するための第三の実施形態の燃料噴射制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
５    吸気ポート
６    排気ポート
７    吸気弁
８    排気弁
１０    吸気管
２０    排気管
２１    三元触媒
３１    ポート噴射弁
３２    筒内噴射弁
４０    点火栓
５１    エアフローメータ
５２    クランク角センサ
５４    吸気圧センサ
５５    排気圧センサ
７０    吸気弁タイミング調整装置
８０    排気弁タイミング調整装置
９０    過給機
１００    ＥＣＵ
【図１】
2008101540.tif 000003
【図２】
2008101540.tif 000004
【図３】
2008101540.tif 000005
【図４】
2008101540.tif 000006
【図５】
2008101540.tif 000007