(57)【要約】【課題】本発明はポート噴射型の内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、吸気ポート内部の状態量に基づいて精度良く燃料噴射量を補正することを目的とする。【解決手段】吸気ポートの内部状態を表すポート内状態量を取得する（ステップ１０２）。吸気ポート内部での燃料の蒸発挙動を表すべく、ポート内状態量をパラメータとして記述された数式モデルを記憶する。その数式モデルに、ポート内状態量を代入して、噴射燃料のうち付着燃料となり筒内に吸入されない割合（付着率Ｒ）、および付着燃料のうち次のサイクルにまで持ち越される割合（残留率Ｐ）を算出する（ステップ１０４〜１０８）。付着率Ｒおよび残留率Ｐに基づいて、筒内要求燃料量ｆｃを実現するための燃料噴射量ｆｉを算出する（ステップ１１０，１１２）。その噴射量ｆｉに対して、今回のサイクルで形成される付着燃料量ｆｗを算出する（ステップ１１４）。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートの内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気ポートの内部状態を表すポート内状態量を取得するポート内状態量取得手段と、
前記吸気ポートの内部での燃料の蒸発挙動を表すべく、前記ポート内状態量をパラメータとして記述された数式モデルを記憶するモデル記憶手段と、
吸気工程終了時に前記吸気ポートの内部に残留する付着燃料の量を算出するための燃料制御パラメータを、前記ポート内状態量に基づいて、前記数式モデルに則って算出する燃料制御パラメータ算出手段と、
前記燃料制御パラメータに基づいて、前記付着燃料の量を算出する付着燃料量算出手段と、
前記付着燃料の影響を排除すべく燃料噴射量に補正を施す噴射量補正手段と、
を備える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】
前記ポート内状態量は、ポート内ガス圧力Ｐｇ、ポート内ガス温度Ｔｇ、ポート内ガス流速Ｕｇ、およびポート内壁面温度Ｔｗを含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記数式モデルは、
前記燃料噴射弁から噴射される噴射燃料の、前記吸気ポート内部における蒸発挙動を表す噴射燃料蒸発挙動モデルと、
前記付着燃料の、前記吸気ポート内部における蒸発挙動を表す付着燃料蒸発挙動モデルと、を含み、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、
前記噴射燃料蒸発挙動モデルに則って第１の燃料制御パラメータを算出する第１算出手段と、
前記付着燃料蒸発挙動モデルに則って第２の燃料制御パラメータを算出する第２算出手段と、を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記噴射燃料蒸発挙動モデルは、
前記噴射燃料が、前記吸気ポートの内部に付着することなく混合気中に蒸発する際の挙動を表す飛行中蒸発挙動モデルと、
前記噴射燃料が、前記吸気ポートの内部に付着した後、吸気工程が終了する以前に混合気中に蒸発する際の挙動を表す付着後蒸発挙動モデルと、を含み、
前記第１算出手段は、前記飛行中蒸発挙動モデルおよび前記付着後蒸発挙動モデルの双方を用いて前記第１の燃料制御パラメータを算出することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記飛行中挙動モデルは、
前記噴射燃料の飛行過程での蒸発挙動を表す飛行蒸発モデルと、
前記噴射燃料の壁面反射による蒸発挙動を表す反射蒸発モデルと、を含み、
前記第１算出手段は、前記飛行蒸発モデル、前記反射蒸発モデル、および前記付着後蒸発挙動モデルを用いて前記第１の燃料制御パラメータを算出することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記付着燃料蒸発挙動モデルは、
前記付着燃料の、吸気バルブの閉弁中における蒸発挙動を表す閉弁中蒸発挙動モデルと、
前記付着燃料の、前記吸気バルブの開弁中における蒸発挙動を表す開弁中蒸発挙動モデルと、を含み、
前記第２算出手段は、前記閉弁中蒸発挙動モデルおよび前記開弁中蒸発挙動モデルの双方を用いて前記第２の燃料制御パラメータを算出することを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記ポート内状態量取得手段は、
吸気バルブが開弁しており、かつ、既燃ガスの吹き返しが発生していない状況下でのポート内状態量を取得する第１取得手段と、
吸気バルブが開弁しており、かつ、既燃ガスの吹き返しが発生している状況下でのポート内状態量を取得する第２取得手段と、を含み、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、前記吹き返しが発生していない状況下でのポート内状態量を前記数式モデルに代入することで得られた結果と、前記吹き返しが発生している状況下でのポート内状態量を前記数式モデルに代入することで得られた結果とに基づいて、前記燃料制御パラメータを算出する吹き返し対応手段を含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記数式モデルは、
前記吸気ポートの壁面における燃料の蒸発挙動を表すポート壁面蒸発挙動モデルと、
吸気バルブの表面における燃料の蒸発挙動を表すバルブ表面蒸発挙動モデルと、を含み、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、
前記ポート壁面蒸発挙動モデルと、前記バルブ表面蒸発挙動モデルの双方を用いて前記燃料制御パラメータを算出することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
前記付着燃料が液だれにより減少する量を推定する液だれ量推定手段を備え、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、前記燃料制御パラメータに、前記液だれの影響を加味する液だれ加味手段を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、ポート噴射型の内燃機関の燃料噴射量を制御するうえで好適な燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポート噴射型の内燃機関においては、吸気通路に配置された燃料噴射弁によって、吸気ポート内部に燃料が噴射される。このようにして噴射された燃料は、吸気バルブの開弁に伴い、筒内負圧が吸気ポートに導かれることにより、空気と共に筒内に吸入される。吸気ポートに噴射された燃料の一部は、その内壁などに付着する。定常状態ではその燃料付着量が一定となり、筒内に吸入される燃料の量は、噴射される燃料の量と等しくなる。
【０００３】
ところが、内燃機関の過渡運転時には、吸入空気量や燃料噴射量が変化することにより、その燃料付着量にも増減が生ずる。そして、この増減が生ずる間は、筒内に吸入される燃料の量と、噴射される燃料の量との間にずれが生ずる。従って、過渡運転時に所望量の燃料を筒内に吸入させるためには、上記燃料付着量の増減が相殺されるように燃料噴射量を補正することが必要である。
【０００４】
特許第２７５４７４４号公報は、ポート噴射型の内燃機関において、燃料噴射量に上記の補正を施す燃料噴射量制御装置を開示している。この装置は、吸気ポートへの燃料の燃料付着量を状態変数とする燃料挙動モデルを有している。燃料挙動モデルのパラメータは、内燃機関の運転状態により更新される。そして、この装置は、内燃機関の運転状態に応じて更新された燃料挙動モデルに則って燃料付着量を算出し、その算出量に基づいて燃料噴射量の補正を行う。
【０００５】
【特許文献１】
特許２７５４７４４号公報
【特許文献２】
特許２７０５２９８号公報
【特許文献３】
特開平８−２１２７４号公報
【特許文献４】
特開平６−９３５２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置において、燃料挙動モデルのパラメータは、内燃機関の運転状態との関係で、より具体的には、吸気管圧力Ｐｍ、機関回転数ＮＥ、或いは吸気温度ＴＨＡ等、内燃機関の運転状態を表す状態量との関係で定められる適合値である。このような燃料挙動モデルにおいて高い精度を確保するためには、多大な適合工数を費やしてパラメータの適合精度を高めることが必要である。一方で、内燃機関の運転状態に基づいて定める適合値をパラメータとする燃料挙動モデルでは、その精度に限界がある。このため、上記従来の装置は、その開発に多大な工数を要する反面、燃料噴射量の補正精度に関して、未だ改善の余地を残すものであった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、吸気ポート内部の状態量に基づいて、燃料付着量に関するモデルに則ってその燃料付着量を算出することにより、常に高い精度で燃料噴射量を補正することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、
吸気ポートの内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気ポートの内部状態を表すポート内状態量を取得するポート内状態量取得手段と、
前記吸気ポートの内部での燃料の蒸発挙動を表すべく、前記ポート内状態量をパラメータとして記述された数式モデルを記憶するモデル記憶手段と、
吸気工程終了時に前記吸気ポートの内部に残留する付着燃料の量を算出するための燃料制御パラメータを、前記ポート内状態量に基づいて、前記数式モデルに則って算出する燃料制御パラメータ算出手段と、
前記燃料制御パラメータに基づいて、前記付着燃料の量を算出する付着燃料量算出手段と、
前記付着燃料の影響を排除すべく燃料噴射量に補正を施す噴射量補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記ポート内状態量は、ポート内ガス圧力Ｐｇ、ポート内ガス温度Ｔｇ、ポート内ガス流速Ｕｇ、およびポート内壁面温度Ｔｗを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記数式モデルは、
前記燃料噴射弁から噴射される噴射燃料の、前記吸気ポート内部における蒸発挙動を表す噴射燃料蒸発挙動モデルと、
前記付着燃料の、前記吸気ポート内部における蒸発挙動を表す付着燃料蒸発挙動モデルと、を含み、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、
前記噴射燃料蒸発挙動モデルに則って第１の燃料制御パラメータを算出する第１算出手段と、
前記付着燃料蒸発挙動モデルに則って第２の燃料制御パラメータを算出する第２算出手段と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記噴射燃料蒸発挙動モデルは、
前記噴射燃料が、前記吸気ポートの内部に付着することなく混合気中に蒸発する際の挙動を表す飛行中蒸発挙動モデルと、
前記噴射燃料が、前記吸気ポートの内部に付着した後、吸気工程が終了する以前に混合気中に蒸発する際の挙動を表す付着後蒸発挙動モデルと、を含み、
前記第１算出手段は、前記飛行中蒸発挙動モデルおよび前記付着後蒸発挙動モデルの双方を用いて前記第１の燃料制御パラメータを算出することを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記飛行中挙動モデルは、
前記噴射燃料の飛行過程での蒸発挙動を表す飛行蒸発モデルと、
前記噴射燃料の壁面反射による蒸発挙動を表す反射蒸発モデルと、を含み、
前記第１算出手段は、前記飛行蒸発モデル、前記反射蒸発モデル、および前記付着後蒸発挙動モデルを用いて前記第１の燃料制御パラメータを算出することを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第３乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記付着燃料蒸発挙動モデルは、
前記付着燃料の、吸気バルブの閉弁中における蒸発挙動を表す閉弁中蒸発挙動モデルと、
前記付着燃料の、前記吸気バルブの開弁中における蒸発挙動を表す開弁中蒸発挙動モデルと、を含み、
前記第２算出手段は、前記閉弁中蒸発挙動モデルおよび前記開弁中蒸発挙動モデルの双方を用いて前記第２の燃料制御パラメータを算出することを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記ポート内状態量取得手段は、
吸気バルブが開弁しており、かつ、既燃ガスの吹き返しが発生していない状況下でのポート内状態量を取得する第１取得手段と、
吸気バルブが開弁しており、かつ、既燃ガスの吹き返しが発生している状況下でのポート内状態量を取得する第２取得手段と、を含み、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、前記吹き返しが発生していない状況下でのポート内状態量を前記数式モデルに代入することで得られた結果と、前記吹き返しが発生している状況下でのポート内状態量を前記数式モデルに代入することで得られた結果とに基づいて、前記燃料制御パラメータを算出する吹き返し対応手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明において、
前記数式モデルは、
前記吸気ポートの壁面における燃料の蒸発挙動を表すポート壁面蒸発挙動モデルと、
吸気バルブの表面における燃料の蒸発挙動を表すバルブ表面蒸発挙動モデルと、を含み、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、
前記ポート壁面蒸発挙動モデルと、前記バルブ表面蒸発挙動モデルの双方を用いて前記燃料制御パラメータを算出することを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明は、第１乃至第９の発明の何れかにおいて、
前記付着燃料が液だれにより減少する量を推定する液だれ量推定手段を備え、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、前記燃料制御パラメータに、前記液だれの影響を加味する液だれ加味手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの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。
【００１８】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示す構成は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温センサ１８が組み付けられている。
【００１９】
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる吸入空気量ＧＡを検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。
【００２０】
スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンクの更に下流には、内燃機関１０の吸気ポート３０に燃料を噴射するための燃料噴射弁３２が配置されている。
【００２１】
内燃機関１０は、吸気バルブ３４を駆動する可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構３６、および排気弁３８を駆動するＶＶＴ機構４０を備えている。更に、内燃機関１０は、冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ４２、および機関回転数ＮＥを検出する回転数センサ４４を備えている。
【００２２】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種センサと共に、燃料噴射弁３２や、ＶＶＴ機構３６，４０が接続されている。ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁３２を駆動して所望の燃料を噴射させることができると共に、ＶＶＴ機構３６，４０の状態を検出し、また、それらを適当に駆動することができる。
【００２３】
［燃料噴射量補正の必要性］
図２は、吸気ポート３０近傍の拡大図である。以下、図２に示すように、燃料噴射弁３２から噴射される燃料の量を「燃料付着量ｆｉ」、吸気ポート３０の壁面または吸気バルブ３４の表面に付着する燃料の量を「燃料付着量ｆｗ」、筒内に吸入される燃料の量を「燃料吸入量ｆｃ」と記す。
【００２４】
燃料付着量ｆｉは、以下に示す▲１▼および▲２▼に区分することができる。
▲１▼：ポートやバルブに付着して燃料付着量ｆｗの一部となる部分。
▲２▼：筒内に直接吸入されて燃料吸入量ｆｃの一部となる部分。
また、燃料付着量ｆｗは、以下に示す▲３▼および▲４▼に区分することができる。
▲３▼：１サイクル後になお燃料付着量ｆｗのまま残存する部分。
▲４▼：１サイクルの過程で離脱して燃料吸入量ｆｃの一部となる部分。
【００２５】
上記の区分によれば、１サイクル当たりの燃料吸入量ｆｃは、▲２▼＋▲４▼と表すことができる。定常状態では、▲１▼＝▲４▼が成立し、燃料吸入量ｆｃ＝▲２▼＋▲４▼は、▲１▼＋▲２▼と等量、つまり、燃料付着量ｆｉと等量となる。従って、定常状態では、燃料付着量ｆｗの影響を考慮することなく、燃料付着量ｆｉが目標の燃料吸入量ｆｃと一致するように燃料噴射弁３２を制御すれば、所望の空燃比Ａ／Ｆを実現することができる。
【００２６】
図３は、吸入空気量Ｖと燃料付着量ｆｗとの関係を示す図である。図３に示すように、燃料付着量ｆｗは、吸入空気量Ｖの変化に伴って変化する。従って、内燃機関１０の運転状態がＡからＢに変化し、これに伴って吸入空気量ＶにＶ（Ｂ−Ａ）の変化が生じた場合、その前後で一定の空燃比Ａ／Ｆを維持するためには、吸入空気量Ｖの変化量Ｖ（Ｂ−Ａ）に見合った量だけ燃料噴射量ｆｉを変化させると共に、燃料付着量ｆｗがｆｗ（Ａ）からｆｗ（Ｂ）に増加する間だけ、その増加分を補うべく、燃料噴射量ｆｉを増量補正する必要が生ずる。
【００２７】
［制御の基本的考え方の説明］
本実施形態の装置は、内燃機関１０の過渡運転時に、燃料付着量ｆｗの変化分を相殺するための燃料噴射量補正を行う。以下、図４を参照して、その補正を実現するうえでの基本的な考え方について説明する。
【００２８】
図４は、内燃機関の始動直後に噴射された燃料の内訳を、クランク角ＣＡとの関係で示したシミュレーション結果である。この図において、縦軸は、吸気ポート３０内に残存する内訳それぞれの質量の、燃料噴射量ｆｉに対する割合（質量割合）である。符号▲１▼を付して示す波形は、吸気ポート内に残存する燃料の総量（Ｔｏｔａｌ）の質量割合を示す。
【００２９】
吸気バルブ３４が開かれるまでは、噴射された燃料の全てが吸気ポート３０の内部に留まる。このため、Ｔｏｔａｌ▲１▼は、吸気バルブの開弁時期までは１．０を維持する。なお、図４中、Ｔｏｔａｌ▲１▼がバルブの開弁前に多少１．０より小さな値になっているのは、シミュレーション上の誤差である。Ｔｏｔａｌ▲１▼は、吸気バルブ３４が開かれ、燃料が筒内に吸入される過程において減少する。そして、吸気バルブ３４が閉じられ、燃料の吸入が終了されると、その後、一定の値に維持される。
【００３０】
符号▲２▼を付して示す波形は、液滴の形態で存在する燃料（Ｄｒｏｐ）の質量割合である。Ｄｒｏｐ▲２▼は、燃料の噴射直後に急激に増加し、その後、液滴が気化することにより、および、付着燃料となることにより、急激に減少する。
【００３１】
符号▲３▼を付して示す波形は、吸気ポート３０の内壁や吸気バルブ３４の表面に膜状に付着している燃料（Ｆｉｌｍ）の質量割合である。Ｆｉｌｍ▲３▼は、Ｄｒｏｐ▲２▼の減少に伴って急激に増加し、吸気バルブ３４が開かれ、吸気の流れを発生することにより減少し始める。そして、Ｆｉｌｍ▲３▼は、吸気バルブ３４が閉じた後も、付着燃料の気化が進むに伴って減少傾向を維持する。
【００３２】
符号▲４▼を付して示す波形は、気化燃料（Ｖａｐｏｒ）の質量割合である。Ｖａｐｏｒ▲４▼は、燃料が噴射された後、吸気バルブ３４が開かれるまでの間、徐々に増加を続け、吸気バルブ３４が開かれた後、急激な減少を示す。そして、吸気バルブ３４が閉じられる直前辺りから、付着燃料の気化に伴い、再び増加傾向に転じる。
【００３３】
図４に示すように、吸気バルブ３４が閉じられた時点で、吸気ポート３０の内部には、液膜の形態をとる燃料（付着燃料）と、気化燃料の形態をとる燃料（Ｖａｐｏｒ）とが存在している。本明細書において、上述した「燃料付着量ｆｗ」とは、厳密には、これら２つの形態で存在する燃料量の和を、つまり、吸気バルブ３４が閉じられた時点でのＴｏｔａｌ▲１▼を指しているものとする。
【００３４】
吸気ポート３０内に液膜の形態で存在するＦｉｌｍ▲３▼は、より詳細には、吸気ポート３０の内壁に付着しているポートウェット量と、吸気バルブ３４の表面に付着しているバルブウェット量とで構成されている。図４中に符号▲５▼を付して示す波形は、そのポートウェット量（ＰＷＥＴ）の波形であり、また、符号▲６▼を付して示す波形は、そのバルブウェット量（ＶＷＥＴ）の波形である。
【００３５】
図４に示すシミュレーションの結果は、燃料付着量ｆｗが０の状態で燃料が噴射された場合の結果である。従って、この結果においては、吸気バルブ３４が閉じられた時点でのＴｏｔａｌ▲１▼の値が、そのまま、燃料噴射量ｆｉのうち吸気ポート３０の内部に留まった燃料量の割合、つまり、「付着燃料量ｆｗ」を構成する燃料となった量の割合となる。以下、この割合を噴射燃料の「付着率Ｒ」と称す。
【００３６】
図４に示す５４０°ＣＡを超えて更にクランク角が回転すると、やがて、次の吸気工程が開始される。この吸気行程の開始時点では、吸気ポート３０の内部に、既に、吸気バルブ３４の閉弁時に確定されたＴｏｔａｌ▲１▼に対応する量の燃料付着量ｆｗが存在している。この場合、その燃料付着量ｆｗの一部は、その吸気行程により筒内に吸入される。そして、吸入されなかった燃料が、燃料付着量ｆｗの一部として次回のサイクルに持ち越される。以下、このようにして次回のサイクルに持ち越される燃料付着量ｆｗの割合を、付着燃料の「残留率Ｐ」と称す。
【００３７】
以上説明した「付着率Ｒ」、および「残留率Ｐ」を用いると、個々のサイクルの吸気工程終了時に存在する燃料付着量ｆｗは、前回のサイクルで発生した燃料付着量ｆｗＯと、今回のサイクルにおける燃料噴射量ｆｉとを用い、以下のように表すことができる。
ｆｗ＝Ｒ・ｆｉ＋Ｐ・ｆｗＯ                    ・・・（１）
【００３８】
また、上記の「付着率Ｒ」および「残留率Ｐ」、並びに前回のサイクルで発生した燃料付着量ｆｗＯが判れば、今回のサイクルで発生させる燃料噴射量ｆｉに対して、現実に筒内に吸入される燃料吸入強ｆｃは、以下のように算出（予測）することができる。
ｆｃ＝（１−Ｒ）・ｆｉ＋（１−Ｐ）・ｆｗＯ      ・・・（２）
【００３９】
従って、個々のサイクルにおいて、燃料噴射に先立って、上記ｆｃが目標値となるように燃料噴射量ｆｉを補正すれば、燃料付着量ｆｗの影響を排除して、常に所望の空燃比Ａ／Ｆを得ることが可能である。
【００４０】
［モデルによる残留率Ｐ、付着率Ｒの算出］
以上説明した通り、本実施形態の装置においては、噴射燃料の付着率Ｒと、付着燃料の残留率Ｐが判れば、個々のサイクルにおいて発生する燃料付着量ｆｗを精度良く算出することができ、また、その燃料付着量ｆｗの影響を排除して、高精度な燃料噴射量制御を実現することができる。
【００４１】
噴射燃料の付着率Ｒや付着燃料の残留率Ｐは、例えば、内燃機関１０の運転状態との関係で定めた適合マップを予め準備しておき、そのマップを参照することで特定することも可能である。より具体的には、機関負荷ＫＬ、機関回転数ＮＥ、吸気バルブ３４の開弁タイミング（バルブタイミングＶＴ）、或いは吸気ポート３０の壁面温度Ｔｗなどをパラメータとして、内燃機関１０の運転状態と付着率Ｒや残留率Ｐとの関係を適合作業により実験的に求め、かつ、その結果をマップ化しておき、個々のサイクルでは、ＫＬ、ＮＥ、ＶＴ、Ｔｗに対応する値をそのマップから読み取ることによりＰ、Ｒを求めることとしてもよい。
【００４２】
しかしながら、このような手法では、マップを作成する段階において、多大な適合工数が必要とされる。そして、残留率Ｐ  や付着率Ｒの精度を高めようとすれば、適合次数の増加が生じ、マップの作成に要する適合工数が更に増大する。このような制約のため、適合により作成したマップを参照して残留率Ｐや付着率Ｒを特定する手法を用いた場合は、例えば、燃料付着量ｆｗが通常時に比して著しく少量となるフューエルカットからの復帰直後や、内燃機関１０の運転条件が過渡的に変化する場面において、空燃比の制御精度が悪化し易い。
【００４３】
そこで、本実施形態では、残留率Ｐおよび付着率Ｒに関する数式モデルをそれぞれ準備し、個々のサイクルでは、このモデルに則ってそれらＰ、Ｒを算出することとした。吸気ポート３０内部の燃料挙動に影響を与える主要な因子としては、燃料の蒸発、壁流、および液滴の壁面挙動（付着および反射）を挙げることができる。ここでは、壁流の影響は小さいものとして、燃料の蒸発、および液滴の反射の影響を考慮して、残留率Ｐや付着率Ｒを算出することとする。
【００４４】
［燃料噴射量制御の流れ］
図５は、残留率Ｐおよび付着率Ｒを算出し、更に、それらの値Ｐ、Ｒを用いて燃料噴射量ｆｉを適正に補正するためにＥＣＵ５０が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【００４５】
図５に示すように、ＥＣＵ５０は、先ず、現在の内燃機関１０の状態を表す各種パラメータを計測する（ステップ１００）。
具体的には、吸入空気量ＧＡ、スロットル開度ＴＡ、冷却水温ＴＨＷ、機関回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＴなどが計測される。なお、本明細書において、バルブタイミングＶＴは、吸気バルブ３４の開弁時期を示す物理量であり、最遅角のタイミング（基準タイミング）からの進角量を意味している。
【００４６】
次に、吸気ポート３０内部の状態を表す物理量、すなわち、ポート内状態量が推定される（ステップ１０２）。
本ステップ１０２では、具体的には、ポート内ガス圧力Ｐｇ、ポート内ガス温度Ｔｇ、ポート内ガス流速Ｕｇ、および吸気ポート３０の壁面温度Ｔｗが、ポート内状態量として推定される。ここで、ポート内ガス圧力Ｐｇ、ポート内ガス温度Ｔｇ、およびポート内ガス流速Ｕｇは、それぞれ、吸気ポート３０の内部を流れる空気の圧力、温度、および流速である。
【００４７】
ポート内ガス圧力Ｐｇは、例えば、吸気管圧力Ｐｍで近似することができる。吸気管圧力Ｐｍは、本実施形態のシステムにおいては、例えば、特開２００２−１３００４１号公報に開示されるような公知の手法で推定することができる。
【００４８】
ポート内ガス圧力Ｐｇは、吸気管圧力Ｐｍと補正量ΔＰとの和として求めてもよい。補正量ΔＰは、吸気管圧力Ｐｍと、ポート内ガス圧力Ｐｇとの間に生ずるずれを埋めるための値であり、例えば、機関回転数ＮＥとの関係で特定することができる。従って、補正量ΔＰは、ＮＥとの関係で予めマップを作成しておき、そのマップから読み取ることとすればよい。
【００４９】
ポート内ガス温度Ｔｇは、例えば、機関回転数ＮＥ、機関負荷ＫＬ、およびバルブタイミングＶＴに基づいて推定することができる。より具体的には、ＴｇとＮＥ、ＫＬ、ＶＴとの関係を予めマップ化しておき、個々のサイクルでは、そのマップを参照することでＴｇを推定することができる。
【００５０】
ポート内ガス流速Ｕｇは、例えば、次式により推定することができる。
Ｕｇ＝（Ｖｏｌｖａｌｖｅ／Ａｖａｌｖｅ）×（Ａｐｏｒｔ／Ａｖａｌｖｅ）      ・・・（３）
但し、Ｖｏｌｖａｌｖｅ＝（バルブ通過流量）／ρｇ
尚、「バルブ通過流量」は、スロットルバルブ２２を通過する空気の流量であり、その値は、例えば特開２００２−１３００３９号公報に開示されるような公知の手法で求めることができる。また、「ρｇ」は吸気ポート３０内のガス密度（空気の密度）であり、気体の状態方程式より、その値はρｇ＝Ｐｇ／（Ｒｃｏｎｓｔ・Ｔｇ）と表すことができる。但しＲｃｏｎｓｔは気体定数である。本明細書では、後に、「付着率Ｒ」として記号Ｒを使用するため、両者を区別するため、気体定数はＲｃｏｎｓｔと記すこととする。
【００５１】
壁面温度Ｔｗは、ほぼ内燃機関１０のシリンダブロックの温度、すなわち、冷却水温度ＴＨＷと同じである。従って、壁面温度Ｔｗは、温度センサ４２の出力に基づいて推定することができる。
【００５２】
ポート内状態量の推定が終わると、以後、ＥＣＵ５０は、それらの推定値に基づいて、噴射燃料の付着率Ｒ、および付着燃料の残留率Ｐを算出する（ステップ１０４〜１０８）。
ここでは、先ず、図６を参照して付着率Ｒの算出手順について説明し、次いで、図７を参照して残留率Ｐの算出手順を説明する。
【００５３】
図６は、噴射燃料が壁面に付着して付着燃料となるプロセスを説明するための図である。より具体的には、図６（Ａ）は、燃料噴射弁３２から噴射された燃料が液滴の形態で飛行している状態を示している。図６（Ｂ）は、液滴が壁面に到達して、その一部が壁面に付着し、その残部が反射により壁面を離脱する状態を示している。また、図６（Ｃ）は、壁面に付着した燃料の一部が、壁面からの伝熱により気化している状態を示している。
【００５４】
燃料噴射弁３２から噴射された液滴の量は、図６（Ａ）に示すように、壁面に向かって進行する過程で蒸発により減少する。以下、この過程で生ずる蒸発を「飛行蒸発」と称す。また、壁面に到達した液滴の一部は、図６（Ｂ）に示すように、衝突（反射）によって微粒化し飛散する。飛散した液滴は、その後蒸発し、若しくはその一部は直接筒内に流入し、壁面上から失われる。この衝突（反射）により液滴が失われる現象を「反射蒸発」と称す。
【００５５】
以上説明したように、燃料噴射弁３２から噴射された液滴の量は、壁面（吸気ポート３０の内壁、および吸気バルブ３４の表面）に付着される以前に、「飛行蒸発」および「反射蒸発」により失われる。そして、このようにして失われた液滴量は、もはや付着燃料にはならない。以下、上記の如く壁面に付着する以前に蒸発する液滴量を「飛行中蒸発量Ｆ２」と称す。
【００５６】
図６（Ｃ）に示すように、壁面に付着した燃料は、個々のサイクルにおける吸気工程が終了するまでの間に、壁面からの伝熱により蒸発する。このため、付着燃料量は、液滴が壁面に付着した後も蒸発により減少する。以下、この過程で生ずる減少量を、「付着後蒸発量Ｇ２」と称す。
【００５７】
付着率Ｒは、燃料噴射量ｆｉと、最終的に壁面に残った燃料量との割合である。そして、最終的に壁面に残る燃料量は、壁流の影響（せん断、液だれなどによる付着燃料の減少）が無視できるとすれば、燃料噴射量ｆｉから、蒸発により失われた燃料量を減じた値である。
【００５８】
蒸発により失われる燃料の総量は、飛行中蒸発量Ｆ２と付着後蒸発量Ｇ２との和である。ここで、飛行中蒸発量Ｆ２と、付着後蒸発量Ｇ２とを発生させるメカニズムは、上記の如くそれぞれ全く異なっている。従って、蒸発により失われる燃料の総量を精度良く算出するためには、飛行中蒸発量Ｆ２と、付着後蒸発量Ｇ２とのそれぞれにつき、異なるモデルを設定し、それらを別個独立のものとして推定することが望ましい。
【００５９】
ＥＣＵ５０は、噴射燃料の付着率Ｒを算出するためのモデルとして、飛行中蒸発量Ｆ２を推定するための数式モデルＦ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗ）と、付着後蒸発量Ｇ２を推定するための数式モデルＧ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）とを有している。そして、図５に示すステップ１０４では、それらのモデルに則ってＦ２及びＧ２がそれぞれ算出され、更に、次式に示すように、それらＦ２及びＧ２が加算されることにより、蒸発により失われる燃料の総量Ｖｆｉ（以下、「蒸発総量Ｖｆｉ」と称す）が算出される。
Ｖｆｉ＝Ｆ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗ）＋Ｇ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）      ・・・（４）
【００６０】
尚、飛行中蒸発量Ｆ２は、ポート内ガス圧力Ｐｇ、ポート内ガス温度Ｔｇ、および壁面温度Ｔｗからは有意な影響を受けるが、ポート内ガス流速Ｕｇからは有意な影響を受けない。このため、飛行中蒸発量Ｆ２の数式モデルは、Ｐｇ、Ｔｇ、およびＴｗだけをパラメータとして構成されている。一方、付着後蒸発量Ｇ２は、上記４つのポート内状態量の全てから有意な影響を受ける。このため、付着後蒸発量Ｇ２の数式モデルは、Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗの全てをパラメータとして構成されている。
【００６１】
ＥＣＵ５０は、上記の如く蒸発総量Ｖｆｉを算出したら、次に、ステップ１０８において、次式に従って噴射燃料の付着率Ｒを算出する。
Ｒ＝（ｆｉ−Ｖｆｉ）／ｆｉ                                ・・・（５）
以上説明した通り、ＥＣＵ５０は、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗに基づいて、かつ、２つの数式モデルＦ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗ）およびＧ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）に則って精度良く蒸発総量Ｖｆｉを算出すると共に、その蒸発総量Ｖｆｉと燃料噴射量ｆｉとに基づいて、精度良く付着率Ｒを算出することができる。
【００６２】
図７は、吸気工程の終了時に付着燃料として吸気ポート３０内に残留した燃料が、次サイクルの吸気工程終了時までに蒸発するプロセスを説明するための図である。より具体的には、図７（Ａ）は、吸気工程終了後、次サイクルの吸気工程が開始されるまでの間、つまり、吸気バルブ３４が閉じられている間に付着燃料が蒸発する様子を示している。また、図７（Ｂ）は、次サイクルにおいて、吸気バルブ３４が開いている間、つまり、吸気ポート３０内に空気の流れが生じている間に付着燃料が蒸発する様子を示している。そして、図７（Ｃ）は、蒸発により失われる付着燃料の量と、壁面に付着したまま残留する付着燃料の量との割合を示している。
【００６３】
吸気工程の終了時に壁面に付着していた燃料は、その後、次サイクルの吸気工程が終了するまでの間、壁面からの熱を受けて蒸発する。そして、蒸発により失われなかった燃料が、付着燃料として更に次のサイクルまで残留する。残留率Ｐは、吸気工程の終了時における付着量（図７（Ｃ）に示す「付着」に相当）と、次サイクルの吸気工程終了時における残留量（図７（Ｃ）に示す「残留」に相当）との割合として求めることができる。そして、その残留量は、上記の付着量から、蒸発により失われた燃料量（図７（Ｃ）に示す「蒸発」に相当）を減ずることにより求めることができる。
【００６４】
吸気工程が終了した後、次サイクルの吸気工程が開始されるまでの間は、つまり、吸気バルブ３４が閉じられている間は、図７（Ａ）に示すように、吸気ポート３０の内部に殆どガスの流れは生じない。以下、この状況下での吸気ポート３０内のガスの流れを「層流」と称す。一方、吸気バルブ３４が開いている間は、図７（Ｂ）に示すように吸気ポート３０の内部にガスの流れが発生する。以下、この状況下での吸気ポート３０内のガスの流れを「乱流」と称す。
【００６５】
付着燃料は、吸気ポート３０内にガスの流れが存在する場合と、その流れが存在しない場合とでは異なった蒸発特性を示す。従って、１サイクルの過程で生ずる付着燃料の蒸発量を精度良く求めるためには、層流環境下で生ずる蒸発量（以下、「閉弁中蒸発量Ｆ３」と称す）と、乱流環境下で生ずる蒸発燃料（以下、「開弁中蒸発量Ｇ３」と称す）とを、それぞれ異なったモデルで推定することが望ましい。
【００６６】
そこで、本実施形態では、付着燃料の残留率Ｐを算出するためのモデルとして、閉弁中蒸発量Ｆ３を推定するための数式モデルＦ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗ）と、開弁中蒸発量Ｇ３を推定するための数式モデルＧ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）とを準備し、ＥＣＵ５０に、それらＦ３及びＧ３をそれぞれ異なるモデルに則って算出させることとした。具体的には、図５に示すステップ１０６では、それら２つのモデルに則ってＦ３及びＧ３がそれぞれ算出され、更に、次式に示すように、それらＦ３及びＧ３が加算されることにより、付着燃料の蒸発量Ｖｆｗが算出される。
Ｖｆｗ＝Ｆ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗ）＋Ｇ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）      ・・・（６）
【００６７】
尚、閉弁中蒸発量Ｆ３は、ポート内ガス流速Ｕｇからは有意な影響を受けないことから、その数式モデルは、Ｐｇ、Ｔｇ、およびＴｗだけをパラメータとして構成されている。一方、開弁中蒸発量Ｇ３は、４つのポート内状態量の全てから有意な影響を受けるため、その数式モデルは、Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗの全てをパラメータとして構成されている。
【００６８】
ＥＣＵ５０は、上記の如く付着燃料の蒸発量Ｖｆｗを算出したら、次に、ステップ１０８において、次式に従って付着燃料の残留率Ｐを算出する。
Ｐ＝（ｆｗ−Ｖｆｗ）／ｆｗ                              ・・・（７）
但し、この式で用いられるｆｗは、前回の処理サイクルにより算出された値、つまり、上記（２）式におけるｆｗＯである。
【００６９】
以上説明した通り、ＥＣＵ５０は、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗに基づいて、かつ、２つの数式モデルＦ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗ）およびＧ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）に則って精度良く蒸発量Ｖｆｗを算出すると共に、その蒸発量Ｖｆｗと燃料付着量ｆｗとに基づいて、精度良く残留率Ｐを算出することができる。
【００７０】
図５に示すように、ＥＣＵ５０は、付着率Ｒおよび残留率Ｐの算出を終えると、次に、燃料吸入量ｆｃとして要求されている燃料量、つまり、燃料吸入量ｆｃの目標値を算出する（ステップ１１０）。
【００７１】
次に、上記（２）式の関係、すなわち、ｆｃ＝（１−Ｒ）・ｆｉ＋（１−Ｐ）・ｆｗＯが成立するように（但し、ｆｗＯは、前回の処理サイクル時に算出された燃料付着量ｆｗ）、燃料噴射量ｆｉが算出される（ステップ１１２）。
【００７２】
最後に、今回の処理サイクルで演算された付着率Ｒおよび残留率Ｐを用いて、上記（１）式に従って、すなわち、ｆｗ＝Ｒ・ｆｉ＋Ｐ・ｆｗＯなる関係式に従って、燃料付着量ｆｗが算出される（ステップ１１４）。
【００７３】
以上説明した通り、本実施形態において、ＥＣＵ５０は、２つの数式モデルＦ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗ）およびＧ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）を用いて噴射燃料の付着率Ｒを、また、２つの数式モデルＦ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗ）およびＧ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）を用いて付着燃料の残留率Ｐを、それぞれポート内状態量に基づいて精度良く算出することができる。これらの数式モデルは、噴射燃料、或いは付着燃料の蒸発状態を精度良く表現するように作成されている（詳細は後述）。従って、本実施形態のシステムによれば、内燃機関１０毎に複雑な適合作業を行うことなく極めて精度良く付着率Ｒおよび残留率Ｐを算出すると共に、それらの算出値ＰおよびＲに基づいて、常に精度良く燃料噴射量を制御することができる。
【００７４】
［残留率Ｐの具体的算出方法］
次に、ＥＣＵ５０が、残留率Ｐを算出するために使用する数式モデルの具体的内容について説明する。
残留率Ｐを算出するための演算式として説明した上記（６）式および（７）式は、以下のように変形することができる。
2004162588.tif 000003
以下に示す（９）式は、上記（８）式を具体的に表した式である。
【００７５】
【数１】
2004162588.tif 000004
【００７６】
上記（９）式中、右辺第２項は、層流状況下、すなわち、吸気バルブ３４の閉弁中における燃料の蒸発率を表す数式モデルである。この項に含まれる個々の記号は、それぞれ以下のような物理量である。
ρｌ：液体燃料の密度（既定値）
ｈ：付着燃料の膜厚
ｈ＝ｆｗ／ρｌ／ｓとして算出される。但し、ρｌは燃料の密度、ｓは濡れ面積（既定値）。
Ｓｃ１：層流用適合係数（既定値）
Ｄ：吸気ポートの径
μｇ：吸気ポート３０内ガス（空気）の粘性（既定値）
Ｂ１：層流時質量輸送係数（詳細は後述）
Δｔｌａｍ：層流期間、すなわち、吸気バルブ３４の閉弁期間
【００７７】
また、上記（９）式中、右辺第３項は、乱流状況下、すなわち、吸気バルブ３４の開弁中の蒸発率を表す数式モデルである。この項にのみ含まれている個々の記号は、それぞれ以下のような物理量である。
Ｓｃ１：乱流用適合係数（既定値）
Ｂ２：乱流時質量輸送係数（詳細は後述）
ρｇ：空気の密度（既述した通りρｇ＝Ｐｇ／Ｒｃｏｎｓｔ・Ｔｇ）
Δｔｔｕｒｂ：乱流期間、すなわち、吸気バルブ３４の開弁期間（作用角）
但し、Δｔｌａｍ＋Δｔｔｕｒｂ＝７２０（ｄｅｇ）
【００７８】
上述した層流時質量輸送係数Ｂ１および乱流時質量輸送係数Ｂ２は、それぞれ、層流時または乱流時における付着燃料の蒸発のし易さを表すパラメータである。それらの値Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ次式（１０）のように表すことができる。
【００７９】
【数２】
2004162588.tif 000005
【００８０】
上記（１０）式において、ｉは、燃料に含まれる個々の成分に付した識別番号である。つまり、ΣＹｓｉ、或いはΣＹｇｉは、それぞれ、燃料に含まれる複数の成分についてのＹｓｉやＹｇｉの積算値である。ここで、値Ｂ１の式に含まれているＹｇｉは、吸気ポート１０内における個々の燃料成分の蒸気濃度（成分毎に既定値）である。層流状態では、Ｙｇｉが無視できない値（例えば１０％程度）となるため、層流時質量輸送係数Ｂ１の式には、その項が含まれている。一方、乱流時には、吸気ポート３０内の個々の成分濃度がほぼ０となるため、乱流時質量輸送係数Ｂ２の式からは、その項が省かれている。また、上記（１０）式において、Ｙｓｉは、個々の成分の飽和蒸気濃度である。この飽和蒸気濃度Ｙｓｉは、次式（１１）により算出することができる。
【００８１】
【数３】
2004162588.tif 000006
【００８２】
上記（１１）式に含まれる個々の記号は、それぞれ以下のような物理量である。
ｗｉ：燃料に含まれる個々の成分のモル質量（既定値）、
ｗａｉｒ：空気のモル質量（既定値）
Ｐｖｓｉ：アントンの式による個々の成分の飽和蒸気圧
飽和蒸気濃度Ｐｖｓｉは、次式（１２）により求めることができる。
【００８３】
【数４】
2004162588.tif 000007
【００８４】
但し、上記（１２）式中、ａ１ｉ、ａ２ｉおよびａ３ｉは、燃料成分毎に既定のアントン係数である。また、ｙｆｉは、噴射される燃料成分の個々の成分の質量割合である。更に、上記（１２）式中、Ｔｆは、次式（１３）により表される温度である。
Ｔｆ＝ε・Ｔｗ＋（１−ε）Ｔｇ        ・・・（１３）
ここで、εは、０＜ε＜１を満たす値である。通常は、空気の方が影響度が高いので、εには０．７程度の値が代入される。
【００８５】
上記（９）式の右辺第２項に含まれるパラメータ（時間を除く）は、付着燃料の膜厚ｈ、および層流時質量輸送係数Ｂ１を除き固定値である。そして、膜厚ｈは付着燃料量ｆｗに基づいて決定され、層流時質量輸送係数Ｂ１は、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、およびＴｗにより決定される値である。従って、上記（９）式によれば、層流状況下での燃料の蒸発率（右辺第２項）を、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、およびＴｗに基づいて算出することができる。
【００８６】
上記（９）式の右辺第３項に含まれるパラメータ（時間を除く）は、付着燃料の膜厚ｈ、空気密度ρｇ、ポート内ガス流速Ｕｇ、および乱流時質量輸送係数Ｂ２を除き固定値である。そして、膜厚ｈは付着燃料量ｆｗに基づいて決定され、空気密度ρｇはＰｇおよびＴｇにより決定され、乱流時質量輸送係数Ｂ２は、Ｐｇ、ＴｇおよびＴｗにより決定される値である。また、本実施形態においては、付着燃料量ｆｗも、根本的にはポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗに基づいて算出される値である。従って、上記（９）式によれば、乱流状況下での燃料の蒸発率（右辺第３項）を、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗに基づいて算出することができる。
【００８７】
［付着率Ｒの具体的算出方法］
次に、ＥＣＵ５０が、付着率Ｒを算出するために使用する数式モデルの具体的内容について説明する。
上記（４）式および（５）式による付着率Ｒの算出方法は、飛行中蒸発量Ｆ２と、付着後蒸発量Ｇ２とを別個に求めて、それらの和（蒸発総量Ｖｆｉ）を燃料噴射量ｆｉから減ずることにより、最終的に壁面に付着する燃料量（ｆｉ−Ｖｆｉ）を求めることとしている。そして、このようにして求められた燃料量（ｆｉ−Ｖｆｉ）をｆｉで割ることにより、最終的に壁面に付着した状態となる燃料の割合が求められる。
【００８８】
ところで、最終的に壁面に付着する燃料の割合（Ｒ）は、上記の手法で求める他、飛行の過程で蒸発せずに壁面まで到達する燃料の割合Ｒ１、壁面に到達した後、反射により失われることなく壁面に付着する燃料の割合α、および壁面に付着した後、蒸発により離脱せずに付着状態を維持する燃料の割合Ｒ２をそれぞれ算出し、次式（１４）に示すように、それらを掛け合わせることによっても求めることができる。
Ｒ＝Ｒ１・α・Ｒ２              ・・・（１４）
【００８９】
そこで、ＥＣＵ５０は、具体的には、上記（１４）式の手法で噴射燃料の付着率Ｒを算出する。ここで、上記（１４）式に含まれるＲ１、Ｒ２およびαは、それぞれ、以下に示す（１５）〜（１７）式により求めることができる。
【００９０】
【数５】
2004162588.tif 000008
【００９１】
但し、上記（１５）〜（１７）式に含まれる個々の記号は、それぞれ以下のような物理量である。尚、Ｓｃ１、Ｓｃ２、ρｌ、μｇ、ρｇ、Ｂ１、Ｂ２、およびΔｔｔｕｒｂについては、既述したものと同一であるため、ここでは、それらの説明は省略する。
ｄｉ：液滴の代表粒径（既定値）
Ｖ：液滴飛行速度（既定値）
Δｔｄｒｏｐ：液滴飛行時間（既定値）＝（燃料噴射弁から吸気バルブまでの距離）／Ｖ
Ｗｅ：ウェーバ数
Ｒｅ：レイノルズ数
σ：燃料の表面張力
θＩ：噴射方向と衝突壁面のなす角度
【００９２】
尚、上記（１７）式に示すαは、現実には燃料噴射弁３２の性能と、吸気ポート３０の形状とにより決まる値である。従って、個々の内燃機関１０において、上記（１４）式に則って付着率Ｒを演算する際には、αは固定値として扱うことができる。
【００９３】
上記（１５）式中、右辺第２項は、飛行蒸発により失われる燃料の割合である。この右辺第２項に含まれるパラメータ（時間を除く）は、空気密度ρｇおよび層流時質量輸送係数Ｂ１を除き固定値である。そして、空気密度ρｇは、上記の如くポート内ガス圧力Ｐｇおよびポート内ガス温度Ｔｇにより特定される値である。また、層流時質量輸送係数Ｂ１は、Ｐｇ、Ｔｇおよび壁面温度Ｔｗにより特定される値である（上記（１０）〜（１２）式参照）。従って、本実施形態のシステムによれば、飛行蒸発により失われる燃料の割合を、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、およびＴｗに基づいて算出することができる。
【００９４】
上記（１６）式中、右辺第２項は、付着後の蒸発により失われる燃料の割合である。この右辺第２項に含まれるパラメータ（時間を除く）は、空気密度ρｇ、ポート内ガス流訴奥Ｕｇ、および乱流時質量輸送係数Ｂ２を除き固定値である。そして、ρｇは、上記の如くＰｇおよびＴｇにより特定される値である。また、乱流時質量輸送係数Ｂ２は、Ｐｇ、ＴｇおよびＴｗにより特定される値である（上記（１０）〜（１２）式参照）。従って、本実施形態のシステムによれば、付着後の蒸発により失われる燃料の割合を、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗに基づいて算出することができる。
【００９５】
以上説明した通り、ＥＣＵ５０は、噴射燃料の蒸発挙動を表す数式モデル（上記（１４）〜（１７）式）を用いて、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗに基づいて、噴射燃料の付着率Ｒを精度良く推定することができる。また、ＥＣＵ５０は、付着燃料の蒸発挙動を表す数式モデル（上記（９）〜（１３）式）を用いて、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗに基づいて、付着燃料の残留率Ｐを精度良く推定することができる。
【００９６】
このため、本実施形態の構成によれば、内燃機関１０の機種毎に煩雑な適合作業を行うことなく、過渡運転時を含む全ての運転状況下で精度良く燃料噴射量を制御する装置を実現することができる。このような燃料噴射制御装置によれば、常に空燃比を精度良く所望空燃比に制御することが可能となる。従って、本実施形態の装置は、良好な排気エミッション特性を実現するうえでも有用である。
【００９７】
また、本実施形態では、上述した燃料噴射量制御を内燃機関１０の暖機後に実行することを前提としているが、つまり、上述した数式モデルを、内燃機関１０の暖機後における燃料噴射制御に利用することとしているが、その利用の場面はこれに限定されるものではない。すなわち、本実施形態の装置では、数式モデルを用いて、ポート内ガス温度Ｔｇや壁面温度Ｔｗを含むポート内状態量をパラメータとして付着率Ｒや残留率Ｐを算出している。このような数式モデルによれば、冷間始動時など、内燃機関１０の温度が低い場合にも、有効に現実の状態を模擬することができる。
【００９８】
更に、ハイブリッド（ＨＶ）車両においては、内燃機関に対する燃料噴射が停止された後、数秒間の経過後に内燃機関の停止が図られることがある。上記の数式モデルによれば、そのような数秒間の間も、現実の状態を精度良く模擬することができる。従って、本実施形態の装置が用いる数式モデルは、冷間運転時や、ＨＶ車両の機関停止時などに、付着率Ｒおよび残留率Ｐを算出する場面でも利用することができる。
【００９９】
これに対して、付着率Ｒや残留率Ｐが、内燃機関の運転状態を表す状態量（負荷ＫＬ、回転数ＮＥなど）との関係で、適合により定められる場合には、内燃機関１０の運転状態がその適合時の条件から外れる領域では、精度良く付着率Ｒや残留率Ｐを定めることはできない。具体的には、暖機後の条件で適合したマップ値などは、冷間運転時や、ＨＶ車両の機関停止時には利用することができない。この点、本実施形態の装置は、適合によりＰやＲを定める装置に比して、より広い領域への展開が可能であるという優位性を有している。
【０１００】
ところで、上述した実施の形態１においては、付着率Ｒおよび残留率Ｐを、ポート内状態量をパラメータとする数式モデルに則って算出することとしているが、その算出は、数式モデルを用いる手法に限られるものではない。すなわち、付着率Ｒや残留率Ｐは、ポート内状態量との関係で予め設定したマップを参照して特定することとしてもよい。
【０１０１】
尚、上述した実施の形態１においては、付着燃料の残留率Ｐおよび噴射燃料の付着率Ｒが前記第１の発明における「燃料制御パラメータ」に相当していると共に、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「ポート内状態量取得手段」が、上記（９）〜（１７）式を記憶していることにより前記第１の発明における「モデル記憶手段」が、それらの式を用いてＰおよびＲを算出することにより、或いは、上記ステップ１０４〜１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「燃料制御パラメータ算出手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「付着燃料量算出手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「噴射量補正手段」が、それぞれ実現されている。
【０１０２】
また、上述した実施の形態１においては、上記（１４）〜（１７）式が前記第３の発明における「噴射燃料蒸発挙動モデル」に、上記（９）〜（１３）式が前記付着燃料蒸発挙動モデル」に、噴射燃料の付着率Ｒが前記第３の発明における「第１の燃料制御パラメータ」に、付着燃料の残留率Ｐが前記第３の発明における「第２の燃料制御パラメータ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記（１４）式に従って、或いは上記ステップ１０８において付着率Ｒを演算することにより、前記第３の発明における「第１算出手段」が、上記（９）式に従って、或いは上記ステップ１０８において残留率Ｐを演算することにより、前記第３の発明における「第２算出手段」が、それぞれ実現されている。
【０１０３】
また、上述した実施の形態１においては、上記（１５）および（１７）式が前記第４の発明における「飛行中蒸発挙動モデル」に、上記（１６）式が前記第４の発明における「付着後蒸発挙動モデル」に、それぞれ相当している。
【０１０４】
また、上述した実施の形態１においては、上記（１５）式が前記第５の発明における「飛行蒸発モデル」に、上記（１７）式が前記第５の発明における「反射蒸発モデル」に、それぞれ相当している。
【０１０５】
また、上述した実施の形態１においては、上記（９）式中、右辺第２項および第３項が、それぞれ、前記第６の発明における「閉弁中蒸発挙動モデル」、および「開弁中蒸発挙動モデル」に、それぞれ相当している。
【０１０６】
実施の形態２．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態の装置は、実施の形態１の装置において、ＥＣＵ５０に、上記図５に示すフローチャートに代えて、図８に示すフローチャートに沿って処理を実行させることにより実現することができる。
【０１０７】
上述した実施の形態１の装置は、噴射燃料の付着後蒸発量Ｇ２を算出するにあたり（上記（１６）式のＲ２を算出するにあたり）、また、付着燃料の開弁時蒸発量Ｇ３を算出するにあたり、吸気バルブ３４の開弁時には、ポート内状態量が常にほぼ一定であることを前提としている。しかしながら、吸気バルブ３４がバルブオーバーラップを伴うようなタイミングで開弁される場合は、その開弁の直後にのみ、吸気ポート３０の内部において既燃ガスの吹き返しが生ずる。この場合、ポート内状態量は、特に、ポート内ガス圧力Ｐｇ、ポート内ガス温度Ｔｇ、およびポート内ガス流速Ｕｇは、吹き返しの発生中と、その消滅後とで大きく異なった値となる。従って、そのような吹き返しが発生する状況下で、精度良く付着率Ｒおよび残留率Ｐを算出するためには、吹き返しの有無に応じて、数式モデルに代入するポート内状態量を変化させることが望ましい。
【０１０８】
［実施の形態２における処理の流れ］
図８は、上記の要求に応えつつ、残留率Ｐおよび付着率Ｒを算出し、更に、それらの値Ｐ、Ｒを用いて燃料噴射量ｆｉを適正に補正するために、ＥＣＵ５０が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。尚、図８において、上記図５に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１０９】
図８に示すフローチャートは、ステップ１０２の後に、ステップ１２０〜１３０が挿入されている点を除き、上記図５に示すフローチャートと同様である。すなわち、図８に示すフローチャートによれば、図５に示すフローチャートによる場合と同様に、先ず、ステップ１００において各種パラメータが計測され、次いで、ステップ１０２において、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗが推定される。
【０１１０】
これらのポート内状態量のうち、壁面温度Ｔｗは、吹き返しの有無に影響されることのない状態量である。これに対して、Ｐｇ、ＴｇおよびＵｇは、上記の如く吹き返しの有無により大きく変化する状態量である。上記ステップ１０２では、吹き返しが発生しない場合のＰｇ、ＴｇおよびＵｇが推定されるものとする。
【０１１１】
ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗが推定されると、次に、吸気バルブ３４の開弁タイミングＶＴが、所定値ＶＴ０より小さいか否かが判別される（ステップ１２０）。
ＶＴは、既述した通り最遅角のタイミングからの進角量である。従って、その値ＶＴが大きい程、バルブオーバーラップが発生し、吹き返しが発生し易くなる。所定値ＶＴ０は、ポート内状態量に有意な変化を生じさせる程度の吹き返しが発生するか否かを区分する開弁タイミングとして設定された値である。従って、ＶＴ＜ＶＴ０が成立する場合は、ポート内状態量を切り換えるほどの吹き返しが発生する可能性は低いと判断できる。一方、その条件が成立しない場合は、上記吹き返しが発生する可能性が高いと判断できる。
【０１１２】
図８に示すフローチャートでは、上記ステップ１２０において、ＶＴ＜ＶＴ０が成立すると判別された場合、次に、吸気管圧力Ｐｍが、所定値Ｐｍ０より高いか否かが判別される（ステップ１２２）。
既燃ガスの吹き返しの大きさは、バルブオーバーラップの有無或いは長短の他、吸気管圧力Ｐｍの高低にも影響される。つまり、その吹き返しは、吸気管圧力Ｐｍが低圧であるほど大きくなりやすく、一方、Ｐｍが高圧であるほど発生し難くなる。所定値Ｐｍ０は、ＶＴ＜ＶＴ０が成立する環境下で、なお吹き返しが発生する可能性があるか否かを判断するための値である。従って、Ｐｍ＞Ｐｍ０が成立する場合は、ポート内状態量を切り換えるほどの吹き返しが発生する可能性は低いと判断できる。一方、その条件が成立しない場合は、上記吹き返しが発生する可能性が高いと判断できる。
【０１１３】
図８に示すフローチャートでは、上記ステップ１２２において、Ｐｍ＞Ｐｍ０が成立すると判別された場合、以後、図５に示す場合と同様に、ステップ１０４、１０６以降の処理が実行される。この場合、吹き返しの発生しない状況下で、実施の形態１の場合と同様に、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗに基づいて精度良く付着率Ｒおよび残留率Ｐが算出され、更に、その算出値ＲおよびＰに基づいて、高精度な燃料噴射制御が実現される。
【０１１４】
これに対して、上記ステップ１２０においてＶＴ＜ＶＴ０が成立しないと判別された場合、および上記ステップ１２２においてＰｍ＞Ｐｍ０が成立しないと判別された場合は、次に、吹き返しが発生する場合のポート内状態量Ｐｇ＿ｒ、Ｔｇ＿ｒ、およびＵｇ＿ｒが推定される（ステップ１２４）。
【０１１５】
この場合、噴射燃料の付着率Ｒの基礎となる付着後蒸発量Ｇ２は、次式の通り、吹き返しの発生しない期間における蒸発量Ｈ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）と、吹き返しの発生する期間における蒸発量Ｈ’２（Ｐｇ＿ｒ、Ｔｇ＿ｒ、Ｕｇ＿ｒ、Ｔｗ）との和として推定される（ステップ１２６）。
Ｇ２＝Ｈ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）＋Ｈ’２（Ｐｇ＿ｒ、Ｔｇ＿ｒ、Ｕｇ＿ｒ、Ｔｗ）  ・・・（１８）
【０１１６】
また、付着燃料の残留率Ｐの基礎となる開弁中蒸発量Ｇ３は、次式の通り、吹き返しの発生しない期間における蒸発量Ｈ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）と、吹き返しの発生する期間における蒸発量Ｈ’３（Ｐｇ＿ｒ、Ｔｇ＿ｒ、Ｕｇ＿ｒ、Ｔｗ）との和として推定される（ステップ１２８）。
Ｇ３＝Ｈ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ）＋Ｈ’３（Ｐｇ＿ｒ、Ｔｇ＿ｒ、Ｕｇ＿ｒ、Ｔｗ）  ・・・（１９）
【０１１７】
上記ステップ１２６および１２８の処理が実行された場合は、次に、今回の処理サイクルでは、付着後蒸発量Ｇ２および開弁中蒸発量Ｇ３を、それぞれ上記ステップ１２６および１２８で算出された値に補正する旨が指令される（ステップ１３０）。
【０１１８】
その後、ステップ１０４，１０６以降の処理が実行される。この場合、ステップ１０４において算出される蒸発総量Ｖｆｉは、飛行中蒸発量Ｆ２に、上記ステップ１２６で算出された付着後蒸発量Ｇ２を加えた値となる。また、ステップ１０６で算出される蒸発量Ｖｆｗは、閉弁中蒸発量Ｆ３に、上記ステップ１２８で算出された開弁中蒸発量Ｇ３を加えた値となる。このため、図８に示すフローチャートによれば、吸気ポート３０の内部に吹き返しが発生する場合に、その影響を精度良く付着率Ｒおよび残留率Ｐに反映させることができ、高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【０１１９】
［吹き返し発生時の残留率Ｐの具体的算出方法］
以下に示す（２０）式は、吹き返しが発生する状況下で付着燃料の残留率Ｐを算出するための数式モデルである。ＥＣＵ５０は、上記ステップ１２０または１２２において、吹き返しが生ずる可能性があると判断した場合は、具体的には、次式（２０）に則って残留率Ｐを算出する。
【０１２０】
【数６】
2004162588.tif 000009
【０１２１】
但し、上記（２０）式中、Δｔｔｕｒｂ１は、乱流期間Δｔｔｕｒｂのうち、吹き返しの発生しない期間であり、一方、Δｔｔｕｒｂ２は吹き返しが発生する期間である。また、ρｇ＿ｒおよびＢ２＿ｒは、それぞれ、吹き返し発生時におけるポート内状態量Ｐｇ＿ｒ、Ｔｇ＿ｒを用いて算出される空気密度（Ｐｇ＿ｒ／Ｒｃｏｎｓｔ・Ｔｇ＿ｒ）、および乱流時質量輸送係数（上記（１０）〜（１３）式参照）である。
【０１２２】
［吹き返し発生時の付着率Ｒの具体的算出方法］
以下に示す（２１）式は、吹き返しが発生する状況下で噴射燃料の付着率Ｒを算出するための数式モデルの一部、具体的には、上記（１４）式に示す付着率Ｒの数式モデル（Ｒ＝Ｒ１・α・Ｒ２）のうち、付着後の蒸発割合を意味するＲ２を算出するための数式モデルである。ＥＣＵ５０は、上記ステップ１２０または１２２において、吹き返しが生ずる可能性があると判断した場合は、Ｒ２の数式モデルを、上記（１５）式に示すモデルから、下記（２１）式に示すモデルに変更して、付着率Ｒを算出する。尚、下記（２１）式中、Δｔｔｕｒｂ１、Δｔｔｕｒｂ２、ρｇ＿ｒおよびＢ２＿ｒは、上記（２０）式の但し書きにおいて説明したものと同様である。
【０１２３】
【数７】
2004162588.tif 000010
【０１２４】
以上説明した通り、本実施形態の装置は、噴射燃料の付着後の蒸発、および付着燃料の開弁中の蒸発を、それぞれ、吹き返しが発生する場合と発生しない場合とで異なる現象として捉えることができる。このため、本実施形態の装置によれば、吹き返しの発生時にも付着率Ｒおよび残留率Ｐを精度良く推定して、実施の形態１の場合に費しれ更に高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【０１２５】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第７の発明における「第１取得手段」が、上記ステップ１２４の処理を実行することにより前記第７の発明における「第２取得手段」が、上記ステップ１０４，１０６と共に上記ステップ１２６〜１３０の処理を実行することにより、或いは、上記（２０）および（２１）式を用いてＰおよびＲを算出することにより、前記第７の発明における「吹き返し対応手段」が、それぞれ実現されている。
【０１２６】
実施の形態３．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態の装置は、実施の形態１の装置において、ＥＣＵ５０に、上記図５に示すフローチャートに代えて、図９に示すフローチャートに沿って処理を実行させることにより実現することができる。
【０１２７】
吸気ポート３０の内壁温度は、内燃機関１０の暖機終了後も、ほぼ冷却水温度ＴＨＷと等しい８０℃程度である。この程度の温度では、１サイクルの過程で付着燃料が蒸発し切らない。このため、吸気ポート３０の内壁においては、１サイクルを超える付着燃料の持ち越しが生ずる。これに対して、暖機後の吸気バルブ３４の温度は、１６０〜１８０℃となる。そして、壁面温度がこのように高温である場合は、通常、その表面に付着した燃料は１サイクルの過程で全て蒸発する。
【０１２８】
上述した実施の形態１の装置は、上記の現象を前提として付着燃料の残留率Ｐを算出している。つまり、付着燃料量ｆｗは、その全てが吸気ポート３０の壁面に付着しており、吸気バルブ３４の表面には付着燃料が発生しないものとして残留率Ｐの算出を行っている。このため、上記（９）式では、残留率Ｐを算出するための基礎データとして、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗが用いられている。
【０１２９】
ところで、吸気バルブ３４の表面に付着燃料が残留しないという前提は、内燃機関１０の暖機終了前、つまり、吸気バルブ３４の温度が十分に高温となる前は成立しない。そして、そのような状況下では、吸気ポート３０の壁面付近と吸気バルブ３４の表面付近とで、燃料の蒸発特性に影響を与える状態量が異なることから、吸気ポート３０の壁面に付着した燃料と、吸気バルブ３４の表面に付着した燃料とは、異なる蒸発挙動を示す。この場合、付着燃料の残留率Ｐを精度良く推定するためには、吸気ポート３０の壁面における残留割合と、吸気バルブ３４の表面における残留割合とを別々に算出することが望ましい。
【０１３０】
［実施の形態３における処理の流れ］
図９は、上記の要求に応えつつ、残留率Ｐおよび付着率Ｒを算出し、更に、それらの値Ｐ、Ｒを用いて燃料噴射量ｆｉを適正に補正するために、ＥＣＵ５０が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【０１３１】
図９に示すフローチャートは、ステップ１０２の後に、ステップ１４０〜１４８が挿入されている点を除き、上記図５に示すフローチャートと同様である。すなわち、図９において、ステップ１００〜１０６、およびステップ１１０〜１１４は、それぞれ図５に示すステップと同様である。また、図９に示すステップ１０８ａおよび１０８ｂは、図５に示すステップ１０８を分解して示したもので、それぞれのステップでは、ステップ１０８の場合と同様の手法で付着率Ｒおよび残留率Ｐが算出される。
【０１３２】
図９に示すフローチャートによれば、ステップ１００および１０２の処理が実行された後、実施の形態１の場合（図５に示す場合）と同様の手順で噴射燃料の付着率Ｒが算出される（ステップ１０４，１０８ａ）。
【０１３３】
付着燃料の残留率Ｐを算出する手順においては、ステップ１０２の後に、先ず、壁面温度Ｔｗが所定値Ｔｗ０より低いかどうかが判別される（ステップ１４０）。
所定値Ｔｗ０は、内燃機関１０の暖機が不十分であるか、より具体的には、吸気バルブ３４の表面に付着燃料が残存する程度にその暖機が不十分であるかを判断するための判定値である。
【０１３４】
従って、上記ステップ１４０において、Ｔｗ＜Ｔｗ０が成立しないと判別された場合は、内燃機関１０の暖機が十分に進んでおり、付着燃料の残留率Ｐを推定するうえでは、もはや吸気バルブ３４の表面における燃料の蒸発を考慮する必要がないと判断できる。図９に示すフローチャートでは、この場合、以後、実施の形態１の場合（図５に示す場合）と同様の手順で付着燃料の残留率Ｐが算出される（ステップ１０６，１０８ｂ）。
【０１３５】
一方、上記ステップ１４０において、Ｔｗ＜Ｔｗ０が成立すると判別された場合は、付着燃料の残留率Ｐを推定するうえで、吸気バルブ３４の表面に残留する燃料の影響が無視できないことが判断できる。図９に示すフローチャートでは、この場合、ポート部（Ｐ）とバルブ部（Ｖ）に分けて状態量が推定される（ステップ１４２）。
【０１３６】
ガス圧力とガス温度は、吸気ポート３０の壁面付近と、吸気バルブ３４の表面付近とで大きくは異ならない。このため、ガス圧力とガス温度は、両者に対して共通な値Ｐｇ、Ｔｇが推定される。一方、ガス流速と壁面温度は、吸気ポート３０の壁面付近と、吸気バルブ３４の表面付近とで大きく異なることがある。このため、ガス流速と壁面温度については、ポート部（Ｐ）とバルブ部（Ｖ）につき、それぞれ異なる値Ｕｇｐ、ＴｗｐおよびＵｇｖ、Ｔｗｖが推定される。
【０１３７】
上記ステップ１４２において推定すべき状態量のうち、ＰｇおよびＴｇ、並びにＵｇｐおよびＴｗｐについては、上記ステップ１０２において推定されたポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗをそのまま流用することができる。従って、ステップ１４２では、実質的には、バルブ部ガス流速Ｕｇｖとバルブ部壁面温度Ｔｗｖについての推定が行われる。これらの値ＵｇｖおよびＴｗｖは、例えば、机上シミュレーションの結果に基づいて定めた係数を、ベースの状態量（ＵｇまたはＴｗ）に掛け合わせることにより推定することができる。
【０１３８】
上記ステップ１４２の処理が終了すると、次に、燃料付着量ｆｗの分配率βが決定されると共に、その分配率βを用いて、ポート部付着量ｆｗｐ＝ｆｗ・β、およびバルブ部付着量ｆｗｖ＝ｆｗ・（１−β）が算出される（ステップ１４４）。
分配率βは、ポート部とバルブ部にどのような割合で付着しているかを表す値であり、例えば、ポート内壁面温度Ｔｗ、吸気管圧力Ｐｍ、および付着燃料量ｆｗなどのパラメータから推定することができる。ＥＣＵ５０は、それらのパラメータＴｗ、Ｐｍ、ｆｗとの関係で分配率を定めたマップを記憶しており、本ステップ１４４では、そのマップを参照することで分配率が決定される。
【０１３９】
図９に示すフローチャートでは、次に、ポート部における付着燃料の蒸発量Ｖｆｗ，ｐと、バルブ部における付着燃料の蒸発量Ｖｆｗ，ｖがそれぞれ推定される（ステップ１４６）。
ポート部蒸発量Ｖｆｗ，ｐは、以下に示すように、蒸発量Ｖｆｗの数式モデル（上記（６）式）に、ポート部における状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇｐおよびＴｗｐを代入することで求めることができる。
Ｖｆｗ，ｐ＝Ｆ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗｐ）＋Ｇ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇｐ、Ｔｗｐ）      ・・・（２１）
また、バルブ部蒸発量Ｖｆｗ，ｖは、以下に示すように、蒸発量Ｖｆｗの数式モデル（上記（６）式）に、バルブ部における状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇｖおよびＴｗｖを代入することで求めることができる。
Ｖｆｗ，ｐ＝Ｆ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗｖ）＋Ｇ３（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇｖ、Ｔｗｖ）      ・・・（２２）
【０１４０】
上記の処理が終了すると、それらの処理により求めた値を次式に代入することで、ポート部残留率Ｐｐ、およびバルブ部残留率Ｐｖが算出される（ステップ１４８）。
Ｐｐ＝（ｆｗｐ−Ｖｆｗ，ｐ）／ｆｗｐ                              ・・・（２３）
Ｐｖ＝（ｆｗｖ−Ｖｆｗ，ｖ）／ｆｗｖ                              ・・・（２４）
【０１４１】
上記ステップ１４８では、更に、算出されたＰｐおよびＰｖを、次式に代入することで、付着燃料全体の残留率Ｐが算出される。
Ｐ＝Ｐｐ・β＋Ｐｖ・（１−β）                              ・・・（２５）
【０１４２】
以上説明した通り、図９に示すフローチャートによれば、壁面温度Ｔｗが高温である場合は、実施の形態１の場合と同様に手法で付着燃料の残留率Ｐを算出（ステップ１０８ｂ参照）することができ、また、壁面温度Ｔｗが低温である場合は、バルブ部とポート部を個別に考慮した手法で付着燃料の残留率Ｐを算出することができる。従って、本実施形態の装置によれば、内燃機関１０の暖機後において精度良く残留率Ｐが算出できると共に、その暖機の過程においても、残留率Ｐを精度良く算出することができる。
【０１４３】
図９に示すフローチャートでは、上記ステップ１０８ａにおいて噴射燃料の付着率Ｒが算出され、かつ、上記ステップ１０８ｂまたは１４８において付着燃料の残留率Ｐが算出された後、実施の形態１の場合（図５に示す場合）と同様に、燃料噴射量ｆｉの算出等が行われる（ステップ１１０〜１１４）。このため、本実施形態の装置によれば、精度良く算出した付着率Ｒおよび残留率Ｐを用いて、高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【０１４４】
［ポート部残留率Ｐｐの具体的算出方法］
以下に示す（２６）式は、ポート部残留率Ｐｐを算出するための数式モデルである。ＥＣＵ５０は、上記ステップ１４０において壁面温度Ｔｗが所定値Ｔｗ０より低いと判断した場合は、次式（２６）に則ってポート部残留率Ｐｐを算出する。
【０１４５】
【数８】
2004162588.tif 000011
【０１４６】
但し、上記（２６）式中、ｈｐは、吸気ポート３０の壁面に付着している燃料の膜厚であり、上記ステップ１４４において算出されるポート部付着量ｆｗｐを燃料密度ρｌで除したものを、吸気ポート３０の濡れ面積ｓｐ（既定値）で除することにより算出される値ｆｗｐ／ρｌ／ｓｐである。また、Ｂ１ｐおよびＢ２ｐは、それぞれ、ポート部の状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇｐおよびＴｗｐを用いて算出される層流時質量輸送係数、および乱流時質量輸送係数（上記（１０）〜（１３）式参照）である。
【０１４７】
［バルブ部残留率Ｐｖの具体的算出方法］
以下に示す（２７）式は、バルブ部残留率Ｐｖを算出するための数式モデルである。ＥＣＵ５０は、上記ステップ１４０において壁面温度Ｔｗが所定値Ｔｗ０より低いと判断した場合は、次式（２７）に則ってバルブ部残留率Ｐｖを算出する。
【０１４８】
【数９】
2004162588.tif 000012
【０１４９】
但し、上記（２７）式中、ｈｖは、吸気バルブ３４の表面に付着している燃料の膜厚であり、上記ステップ１４４において算出されるバルブ部付着量ｆｗｖを燃料密度ρｌで除したものを、吸気バルブ３４の濡れ面積ｓｖ（既定値）で除することにより算出される値ｆｗｖ／ρｌ／ｓｖある。また、Ｂ１ｖおよびＢ２ｖは、それぞれ、バルブ部の状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇｖおよびＴｗｖを用いて算出される層流時質量輸送係数、および乱流時質量輸送係数（上記（１０）〜（１３）式参照）である。
【０１５０】
尚、上述した実施の形態３においては、上記（２６）式が前記第８の発明における「ポート壁面蒸発挙動モデル」に、上記（２７）式が前記第８の発明における「バルブ表面蒸発挙動モデル」に、それぞれ相当している。
【０１５１】
実施の形態４．
次に、図１０を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施形態の装置は、実施の形態１の装置において、ＥＣＵ５０に、上記図５に示すフローチャートに代えて、図１０に示すフローチャートに沿って処理を実行させることにより実現することができる。
【０１５２】
上述した実施の形態１の装置は、噴射燃料の壁面付着後の蒸発挙動は、吸気ポート３０の壁面でも、吸気バルブ３４の表面でも同じであるものとして付着率ＲＲを算出している。しかしながら、既述した通り、吸気ポート３０の壁面近傍と吸気バルブ３４の表面近傍とでは、ガス流速や壁面温度などに無視できない差が生ずる。このため、噴射燃料の付着率Ｒを精度良く算出するためには、その算出の過程においても、ポート部における状態量と、バルブ部における状態量との差を考慮することが望ましい。
【０１５３】
［実施の形態４における処理の流れ］
図１０は、上記の要求に応えつつ、残留率Ｐおよび付着率Ｒを算出し、更に、それらの値Ｐ、Ｒを用いて燃料噴射量ｆｉを適正に補正するために、ＥＣＵ５０が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【０１５４】
図１０に示すフローチャートは、噴射燃料の付着率Ｒを算出するためのステップが、ステップ１０６および１０８（その一部）から、ステップ１５０〜１５６に置き換えられている点を除き、上記図５に示すフローチャートと同様である。以下、図１０に示すフローチャートの特徴部について説明する。
【０１５５】
図１０に示すフローチャートによれば、噴射燃料の付着率Ｒを算出する手順では、先ず、ポート部（Ｐ）とバルブ部（Ｖ）に分けて状態量が推定される（ステップ１５０）。
本ステップ１５０の処理は、図９に示すステップ１４２の処理と同様である。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２で推定された状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗが、ポート部とバルブ部とで共通の状態量ＰｇおよびＴｇ、並びにポート部における状態量ＵｇｐおよびＴｗｇとして流用される。そして、シミュレーションにより定めた係数をベースの状態量（ＵｇまたはＴｗ）に掛け合わせることにより、バルブ部における状態量ＵｇｖおよびＴｗｖが推定される。
【０１５６】
次に、ポート部およびバルブ部に付着する噴射燃料のうち、ポート部に分配される割合（ポート割合γ）が決定される（ステップ１５２）。
ポート割合γは、例えば、機関回転数ＮＥおよび吸気管圧力Ｐｍなどのパラメータから推定することができる。ＥＣＵ５０は、それらのパラメータＮＥおよびＰｍとの関係でポート割合γを定めたマップを記憶している。本ステップ１４４では、そのマップを参照することでポート割合γが決定される。
【０１５７】
次いで、ポート部における蒸発総量Ｖｆｉ，ｐと、バルブ部における蒸発総量Ｖｆｉ，ｖとが、それぞれ推定される（ステップ１５４）。
ポート部蒸発総量Ｖｆｉ，ｐは、以下に示すように、蒸発総量Ｖｆｉの数式モデル（上記（４）式）に、ポート部における状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇｐおよびＴｗｐを代入することで求めることができる。
Ｖｆｉ，ｐ＝Ｆ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗｐ）＋Ｇ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇｐ、Ｔｗｐ）      ・・・（２８）
また、バルブ部蒸発総量Ｖｆｉ，ｖは、以下に示すように、蒸発総量Ｖｆｉの数式モデル（上記（４）式）に、バルブ部における状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇｖおよびＴｗｖを代入することで求めることができる。
Ｖｆｉ，ｐ＝Ｆ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗｖ）＋Ｇ２（Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇｖ、Ｔｗｖ）      ・・・（２９）
【０１５８】
上記の処理が終了すると、それらの処理により求めた値を次式に代入することで、ポート部付着率Ｒｐ、およびバルブ部付着率Ｒｖが算出される（ステップ１５６）。
Ｒｐ＝（γ・ｆｉ−Ｖｆｉ，ｐ）／（γ・ｆｉ）                    ・・・（３０）
Ｒｖ＝｛（１−γ）・ｆｉ−Ｖｆｉ，ｖ｝／（１−γ）ｆｉ            ・・・（３２）
【０１５９】
上記ステップ１５６では、更に、算出されたＲｐおよびＲｖを、次式に代入することで、噴射燃料全体の付着率Ｒが算出される。
Ｒ＝Ｒｐ・γ＋Ｒｖ・（１−γ）                              ・・・（３３）
【０１６０】
以上説明した通り、図１０に示すフローチャートによれば、付着燃料の残留率Ｐを実施の形態１の場合と同様の手法で算出し（ステップ１０８ｂ参照）、かつ、噴射燃料の付着率を、ポート部とバルブ部における蒸発挙動の相違を考慮した手順で算出することができる。このため、本実施形態の装置によれば、実施の形態１の場合に比して、更に精度良く噴射燃料の付着率Ｒを算出し、その値Ｒを用いて、更に高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【０１６１】
［ポート部付着率Ｒｐの具体的算出方法］
以下に示す（３４）〜（３６）式は、ポート部付着率Ｒｐを算出するための演算式である。ＥＣＵ５０は、上記図１０に示すステップ１５０〜１５６の処理を進めるにあたり、具体的には、これら（３４）〜（３６）式を用いてポート部付着率Ｒｐを算出する。
【０１６２】
【数１０】
2004162588.tif 000013
【０１６３】
但し、上記（３４）式中、αｐは、吸気ポート３０の壁面に到達した液滴燃料が、反射により失われずにその壁面に付着する割合（固定値）である。また、上記（３５）式中、Ｂ１ｐは、ポート部の状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇｐおよびＴｗｐを用いて算出される層流時質量輸送係数（上記（１０）〜（１３）式参照）である。更に、上記（３６）式中、ｈｐは、吸気ポート３０の壁面に付着している燃料の膜厚であり、また、Ｂ２ｐは、ポート部の状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇｐおよびＴｗｐを用いて算出される乱流時質量輸送係数（上記（１０）〜（１３）式参照）である。尚、燃料の膜厚ｈｐは、実施の形態３の場合と同様の手法で算出するものとする。
【０１６４】
［バルブ部付着率Ｒｖの具体的算出方法］
以下に示す（３７）〜（３９）式は、ポート部付着率Ｒｖを算出するための演算式である。ＥＣＵ５０は、上記図１０に示すステップ１５０〜１５６の処理を進めるにあたり、具体的には、これら（３７）〜（３９）式を用いてバルブ部付着率Ｒｖを算出する。
【０１６５】
【数１１】
2004162588.tif 000014
【０１６６】
但し、上記（３７）式中、αｖは、吸気バルブ３４の表面に到達した液滴燃料が、反射により失われずにその表面に付着する割合（固定値）である。また、上記（３８）式中、Ｂ１ｖは、バルブ部の状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇｖおよびＴｗｖを用いて算出される層流時質量輸送係数（上記（１０）〜（１３）式参照）である。更に、上記（３９）式中、ｈｖは、吸気バルブ３４の表面に付着している燃料の膜厚であり、また、Ｂ２ｖは、バルブ部の状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇｖおよびＴｗｖを用いて算出される乱流時質量輸送係数（上記（１０）〜（１３）式参照）である。尚、燃料の膜厚ｈｖは、実施の形態３の場合と同様の手法で算出するものとする。
【０１６７】
ところで、上述した実施の形態４においては、付着燃料の残留率Ｐを、実施の形態１の場合と同様の手法で算出することとしているが、その算出の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、付着燃料の残留率Ｐについても、実施の形態３の場合と同様に、ポート部とバルブ部における蒸発挙動の相違を考慮した手法で算出することとしてもよい。
【０１６８】
尚、上述した実施の形態４においては、上記（３４）〜（３６）式が前記第８の発明における「ポート壁面蒸発挙動モデル」に、上記（３７）〜（３９）式が前記第８の発明における「バルブ表面蒸発挙動モデル」に、それぞれ相当している。
【０１６９】
実施の形態５．
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
本実施形態の装置は、実施の形態１の装置において、ＥＣＵ５０に、上記図５に示すフローチャートに代えて、図１１に示すフローチャートに沿って処理を実行させることにより実現することができる。
【０１７０】
上述した実施の形態１の装置は、付着燃料の減少要因として蒸発のみを考慮して、残留率Ｐを算出している。これに対して、付着燃料量ｆｗが多くなると、液だれによる付着燃料の減少が生じ易くなる。そこで、本実施形態の装置は、付着燃料量ｆｗが多量である状況下では、液だれの影響をも考慮して付着燃料の残留率Ｐを算出する。
【０１７１】
［実施の形態５における処理の流れ］
図１１は、上記の要求に応えつつ、残留率Ｐおよび付着率Ｒを算出し、更に、それらの値Ｐ、Ｒを用いて燃料噴射量ｆｉを適正に補正するために、ＥＣＵ５０が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【０１７２】
図１１に示すフローチャートは、付着燃料の残留率Ｐを算出するための処理として、ステップ１６０〜１６４が追加されていると共に、残留率Ｐを算出するためのステップが、ステップ１０８からステップ１６６に変更されている点を除き、上記図５に示すフローチャートと同様である。以下、図１０に示すフローチャートの特徴部について説明する。
【０１７３】
図１１に示すフローチャートによれば、ステップ１０２においてポート内状態量が推定された後、ステップ１０４および１０６の処理と共に、燃料付着量ｆｗが判定値δより多量であるかが判別される（ステップ１６０）。
【０１７４】
判定値δは、付着燃料に液だれを生ずるか否かを判断するための値である。このため、ｆｗ＞δが成立しないと判別された場合は、残留率Ｐを算出するうえで、液だれの影響が無視できると判断できる。この場合、付着燃料の液だれ量Ｆｆｗが０とされる（ステップ１６２）。
【０１７５】
一方、上記ステップ１６０において、燃料付着量ｆｗが判定値δより多量であると判別された場合は、残留率Ｐを算出するうえで液だれの影響を考慮すべきことが判断できる。この場合、次に、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗに基づいて、液だれ量Ｆｆｗが算出される（ステップ１６４）。
尚、液だれ量Ｆｆｗは、例えば、ケンブリッジ大学文献ＳＡＥ１９９９−０１−１３１４などに開示される公知の手法で算出することができる。
【０１７６】
図１１に示すフローチャートでは、上記ステップ１０４，１０６および１６０〜１６４の処理が終了した後、実施の形態１の場合と同様の手法で噴射燃料の付着率Ｒが算出されると共に、以下に示す演算式に従って、付着燃料の残留率Ｐが算出される。
Ｐ＝（ｆｗ−Ｖｆｗ−Ｆｆｗ）／ｆｗ                ・・・（３９）
【０１７７】
上記（３９）式によれば、付着燃料量ｆｗが液だれにより減少する場合には、その影響Ｆｆｗを考慮して残留率Ｐを算出することができる。このため、本実施形態の装置によれば、液だれが発生する状況下では、実施の形態１乃至４の装置に比して、更に高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【０１７８】
尚、上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１６０〜１６４の処理を実行することにより前記第９の発明における「液だれ量推定手段」が、また、上記ステップ１６６の処理を実行することにより前記第９の発明における「液だれ加味手段」が、それぞれ実現されている。
【０１７９】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、ポート内状態量に基づいて、かつ、吸気ポートの内部での燃料の蒸発挙動を表す数式モデルに則って燃料制御パラメータを算出することができる。そして、その燃料制御パラメータに基づいて、吸気工程終了時に吸気ポートの内部に残留している付着燃料の量を精度良く算出することができる。このため、本発明によれば、燃料付着量の影響を精度良く相殺して、常に高い精度で燃料噴射制御を実行することができる。
【０１８０】
第２の発明によれば、ポート内ガス圧力Ｐｇ、ポート内ガス温度Ｔｇ、ポート内ガス流速Ｕｇ、およびポート内壁面温度Ｔｗをポート内状態量として、精度良く燃料制御パラメータを算出することができる。
【０１８１】
第３の発明によれば、吸気ポート内の燃料の蒸発挙動を、噴射燃料の蒸発挙動を表す噴射燃料蒸発挙動モデルと、付着燃料の蒸発挙動を表す付着燃料蒸発挙動モデルの双方を用いて捕らえることができる。このため、本発明によれば、燃料制御パラメータを高い精度で算出することができる。
【０１８２】
第４の発明によれば、噴射燃料の蒸発挙動を、吸気ポートの内部に付着する以前の飛行中蒸発挙動モデルと、吸気ポートの内部に付着した後の付着後蒸発挙動モデルの双方を用いて捕らえることができる。このため、本発明によれば、燃料制御パラメータを高い精度で算出することができる。
【０１８３】
第５の発明によれば、噴射燃料が吸気ポートの内部に付着する以前の挙動を、飛行過程での蒸発挙動を表す飛行蒸発モデルと、壁面反射による蒸発挙動を表す反射蒸発モデルの双方を用いて捕らえることができる。このため、本発明によれば、壁面に付着する以前に混合気中に失われる燃料の挙動を精度良く推定することができ、その結果、制御パラメータを高い精度で算出することができる。
【０１８４】
第６の発明によれば、吸気ポートの内部に付着した燃料の蒸発挙動を、吸気バルブの閉弁中における閉弁中蒸発挙動モデルと、吸気バルブの開弁中における開弁中蒸発挙動モデルの双方を用いて捕らえることができる。このため、本発明によれば、付着燃料の蒸発挙動を精度良く推定することができ、その結果、制御パラメータを高い精度で算出することができる。
【０１８５】
第７の発明によれば、既燃ガスの吹き返しが発生する運転条件下では、吹き返しが発生している場面でのポート内状態量と、吹き返しが発生していない場面でのポート内状態量とを共に取得し、それら２種類のポート内状態量を用いて、燃料制御パラメータを精度良く算出することができる。
【０１８６】
第８の発明によれば、吸気ポートの内部における値量の蒸発挙動を、吸気ポートの壁面におけるポート壁面蒸発挙動モデルと、吸気バルブの表面におけるバルブ表面蒸発挙動モデルの双方を用いて捕らえることができる。このため、本発明によれば、燃料の蒸発挙動を精度良く推定することができ、その結果、制御パラメータを高い精度で算出することができる。
【０１８７】
第９の発明によれば、付着燃料が、液だれにより減少する場合には、その液だれの影響を加味して、精度良く燃料制御パラメータを算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す内燃機関の吸気ポート近傍を拡大して表した図である。
【図３】吸入空気量Ｖの変化と燃料付着量ｆｗの変化との関係を示す図である。
【図４】内燃機関の始動直後に噴射された燃料の内訳を、クランク角ＣＡとの関係で示したシミュレーション結果である。
【図５】実施の形態１の装置において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図６】噴射燃料が壁面に付着して付着燃料となるプロセスを説明するための図である。
【図７】吸気工程の終了時に付着燃料として吸気ポート内に残留していた燃料が、次サイクルの吸気工程終了時までに蒸発するプロセスを説明するための図である。
【図８】実施の形態２の装置において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図９】実施の形態３の装置において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１０】実施の形態４の装置において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１１】実施の形態５の装置において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
２０  エアフロメータ
２２  スロットルバルブ
３２  燃料噴射弁
３４  吸気バルブ
３６、４０  可変バルブタイミング機構
ｆｗ  燃料付着量
ｆｉ  燃料噴射量
ＶＴ  吸気バルブの開弁タイミング
Ｐ  残留率
Ｒ  付着率
Ｖｆｉ  噴射燃料の蒸発総量
ｆｗ  蒸発量
Ｐｇ  ポート内ガス圧力
Ｔｇ  ポート内ガス温度
Ｕｇ  ポート内ガス流速
Ｔｗ  ポート内壁面温度
【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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