(57)【要約】【課題】空燃比の変動を抑制することによって、内燃機関の運転が不安定になることを抑制する。【解決手段】吸気行程開始前に終了する第１の燃料噴射と吸気行程中に終了する第２の燃料噴射とを選択的に実行可能な内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには第２の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングから第１の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングに向かって燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングを予め定められたタイミングずつ変化させることによって燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気行程開始前に終了する第１の燃料噴射と吸気行程中に終了する第２の燃料噴射とを選択的に実行可能な内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには第２の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングから第１の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングに向かって燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングを予め定められたタイミングずつ変化させることによって燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
吸気行程開始前に終了する第１の燃料噴射と吸気行程中に終了する第２の燃料噴射とを選択的に実行可能な内燃機関の燃料噴射装置において、機関運転状態が定常運転状態にあるときに燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには第２の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングから第１の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングに向かって燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングを予め定められたタイミングずつ変化させることによって燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換え、一方、機関運転状態が過渡運転状態にあるときに燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには燃料噴射期間が排気行程と吸気行程とのオーバラップ期間に重ならないように燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
吸気行程開始前に終了する第１の燃料噴射と吸気行程中に終了する第２の燃料噴射とを選択的に実行可能な内燃機関の燃料噴射装置において、排気行程と吸気行程とのオーバラップ期間が予め定められた期間よりも短いときに燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには第２の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングから第１の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングに向かって燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングを予め定められたタイミングずつ変化させることによって燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換え、一方、上記オーバラップ期間が上記予め定められた期間よりも長いときに燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには燃料噴射期間が上記オーバラップ期間に重ならないように燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
上記オーバラップ期間が上記予め定められた期間よりも長いときに燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには燃料噴射を複数回に分割することによって燃料噴射期間が上記オーバラップ期間に重ならないようにすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
機関運転状態に応じて吸気弁の開弁特性を変えるための開弁特性変更手段を具備し、燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えている期間または該期間の終了から予め定められた時間が経過するまでは上記開弁特性変更手段による吸気弁の開弁特性の変更の程度を予め定められた範囲内に収めることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項６】
燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングが予め定められたタイミングずつ変化せしめられるときには燃料噴射量が予め定められた量だけ増量せしめられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項７】
燃料噴射期間が排気行程に重なったときには燃料噴射量が予め定められた量だけ増量せしめられることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項８】
上記予め定められた量が燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングの単位時間当たりの変化量、内燃機関を冷却するための冷却水の温度、および、機関要求負荷の少なくとも１つに応じて決定されることを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項９】
上記予め定められたタイミングが内燃機関を冷却するための冷却水の温度、機関要求負荷、および、燃料の性状の少なくとも１つに応じて決定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項１０】
単位時間当たりの空燃比の変化量に応じて上記予め定められたタイミングが決定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項１１】
機関運転状態がアイドリング運転状態にあるときには単位時間当たりの機関回転数の変化量に応じて上記予め定められたタイミングが決定され、機関運転状態がアイドリング運転状態以外の状態にあるときには単位時間当たりの空燃比の変化量に応じて上記予め定められたタイミングが決定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【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装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関運転状態に応じて、排気行程中に燃料噴射が完了する燃料噴射（いわゆる、吸気非同期噴射）と、吸気行程中に燃料噴射が完了する燃料噴射（いわゆる、吸気同期噴射）とを選択的に実行するようにした内燃機関が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の技術では、内燃機関の始動後、機関回転数が所定の値を超えてから所定の期間が経過するまでは、吸気同期噴射が行われる。
【０００３】
すなわち、上記所定の期間が経過するまでの間は吸気ポートの内壁面（以下、「吸気ポート壁面」と称す）の温度が低いことから、燃料噴射弁から噴射されて吸気ポート壁面に付着した燃料は該吸気ポート壁面から蒸発せず、吸気ポート壁面に付着したままとなってしまう。このように燃料が吸気ポート壁面に付着したままになってしまうと、空燃比が目標空燃比からずれてしまい、内燃機関の運転が安定しない。ここで、吸気同期噴射でもって燃料が噴射された場合、燃料は吸気ポートへ噴射される同時に空気と共に燃焼室に吸入されることから、吸気ポート壁面に付着する燃料の量は少なく抑えられる。したがって、上記所定の期間が経過するまでの間、吸気同期噴射を行うようにすれば、吸気ポート壁面に付着したままとなってしまう燃料の量が少なく抑えられる。
【０００４】
一方、上記所定の期間が経過した後は、吸気ポート壁面の温度が高くなっていることから、吸気ポート壁面に付着した燃料は即座に蒸発するので、吸気ポート壁面に付着したままとなる燃料の量は少ない。したがって、上記所定の期間が経過した後に、燃料が吸気ポートへ噴射されると同時に空気と共に燃焼室に吸入されない吸気非同期噴射を行ったとしても、吸気ポート壁面に付着したままとなってしまう燃料の量は少なく抑えられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−８２２１５号公報
【特許文献２】
特開平１１−５０８９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、特許文献１では、上記所定の期間が経過すると、燃料噴射モードが吸気同期噴射から吸気非同期噴射に切り換えられる。この場合、燃料噴射タイミングが比較的大きく変わることになる。このように、燃料噴射タイミングが比較的大きく変わると、空燃比も比較的大きく変わってしまうことが多い。すなわち、燃料噴射タイミングを吸気同期噴射にて設定されるタイミングから吸気非同期噴射にて設定されるタイミングに一気に変更してしまうと、空燃比が比較的大きく変動し、内燃機関の運転が不安定となってしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、空燃比の変動を抑制することによって、内燃機関の運転が不安定になることを抑制することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、吸気行程開始前に終了する第１の燃料噴射と吸気行程中に終了する第２の燃料噴射とを選択的に実行可能な内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには第２の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングから第１の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングに向かって燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングを予め定められたタイミングずつ変化させることによって燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換える。
上記課題を解決するために、２番目の発明では、吸気行程開始前に終了する第１の燃料噴射と吸気行程中に終了する第２の燃料噴射とを選択的に実行可能な内燃機関の燃料噴射装置において、機関運転状態が定常運転状態にあるときに燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには第２の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングから第１の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングに向かって燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングを予め定められたタイミングずつ変化させることによって燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換え、一方、機関運転状態が過渡運転状態にあるときに燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには燃料噴射期間が排気行程と吸気行程とのオーバラップ期間に重ならないように燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換える。
上記課題を解決するために、３番目の発明では、吸気行程開始前に終了する第１の燃料噴射と吸気行程中に終了する第２の燃料噴射とを選択的に実行可能な内燃機関の燃料噴射装置において、排気行程と吸気行程とのオーバラップ期間が予め定められた期間よりも短いときに燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには第２の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングから第１の燃料噴射にて設定される燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングに向かって燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングを予め定められたタイミングずつ変化させることによって燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換え、一方、上記オーバラップ期間が上記予め定められた期間よりも長いときに燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには燃料噴射期間が上記オーバラップ期間に重ならないように燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換える。
４番目の発明では、３番目の発明において、上記オーバラップ期間が上記予め定められた期間よりも長いときに燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときには燃料噴射を複数回に分割することによって燃料噴射期間が上記オーバラップ期間に重ならないようにする。
５番目の発明では、２〜４番目の発明のいずれか１つにおいて、機関運転状態に応じて吸気弁の開弁特性を変えるための開弁特性変更手段を具備し、燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えている期間または該期間の終了から予め定められた時間が経過するまでは上記開弁特性変更手段による吸気弁の開弁特性の変更の程度を予め定められた範囲内に収める。
６番目の発明では、１〜５番目の発明のいずれか１つにおいて、燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングが予め定められたタイミングずつ変化せしめられるときには燃料噴射量が予め定められた量だけ増量せしめられる。
７番目の発明では、２または３番目の発明において、燃料噴射期間が排気行程に重なったときには燃料噴射量が予め定められた量だけ増量せしめられる。
８番目の発明では、６または７番目の発明において、上記予め定められた量が燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングの単位時間当たりの変化量、内燃機関を冷却するための冷却水の温度、および、機関要求負荷の少なくとも１つに応じて決定される。
９番目の発明では、１〜８番目の発明のいずれか１つにおいて、上記予め定められたタイミングが内燃機関を冷却するための冷却水の温度、機関要求負荷、および、燃料の性状の少なくとも１つに応じて決定される。
１０番目の発明では、１〜８番目の発明のいずれか１つにおいて、単位時間当たりの空燃比の変化量に応じて上記予め定められたタイミングが決定される。
１１番目の発明では、１〜８番目の発明のいずれか１つにおいて、機関運転状態がアイドリング運転状態にあるときには単位時間当たりの機関回転数の変化量に応じて上記予め定められたタイミングが決定され、機関運転状態がアイドリング運転状態以外の状態にあるときには単位時間当たりの空燃比の変化量に応じて上記予め定められたタイミングが決定される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関の全体図である。なお、図示した内燃機関は、ポート噴射タイプの４サイクルガソリンエンジンであるが、本発明は、例えば、直噴タイプ（燃焼室に燃料を直接噴射するタイプ）のガソリンエンジンやディーゼルエンジンといったその他の内燃機関にも適用可能である。
【００１０】
図１において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃料噴射弁、６ａは点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを示している。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に接続されている。サージタンク１２は吸気管１３およびインタークーラ１４を介して過給機（例えば、排気ターボチャージャ）１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コンプレッサ１６の入口部は吸気管１７を介してエアクリーナ１８に連結される。吸気管１７内には、ステップモータ１９によって駆動されるスロットル弁２０が配置される。また、スロットル弁２０上流の吸気管１７には、燃焼室５に吸入される空気（吸気）の質量流量を検出するための質量流量検出器２１が配置される。
【００１１】
一方、排気ポート１０は、排気枝管２２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３の入口部に連結される。排気タービン２３の出口部は、排気管２４を介して触媒２５を内蔵したケーシング２６に連結される。排気枝管２２には、空燃比センサ２７ａが取り付けられている。一方、ケーシング下流の排気管２８にも、空燃比センサ２７ｂが取り付けられている。
【００１２】
ケーシング２６の出口部に連結された排気管２８とスロットル弁２０下流の吸気管１７とは、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲ）通路２９を介して互いに連結される。ＥＧＲ通路２９内には、ステップモータ３０によって駆動されるＥＧＲ制御弁３１が配置される。また、ＥＧＲ通路２９内には、そこを流れるＥＧＲガスを冷却するためのインタークーラ３２が配置される。インタークーラ３２には、機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３３を介して燃料ポンプ３５に接続されている。
【００１３】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５、および、出力ポート４６を具備する。質量流量検出器２１、および、空燃比センサ２７ａ、２７ｂの出力信号は、それぞれ、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００１４】
アクセルペダル５０には、その踏込量に比例した出力電圧を発生するトルクセンサ５１が接続される。トルクセンサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、入力ポート４５にはクランクシャフトが、例えば、３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、点火栓６ａ、スロットル弁制御用ステップモータ１９、および、ＥＧＲ制御弁制御用ステップモータ３０に接続され、これらの作動は電子制御ユニット４０によって制御される。
【００１５】
ところで、吸気弁７には、吸気弁７を開閉弁するための動弁機構が取り付けられている。動弁機構は、吸気弁７の開弁時間（いわゆる、作用角）を自在に変更可能である。次に、図２を参照して、動弁機構について説明する。動弁機構６０は、軟磁性材料からなる一対のコア６１，６２と、軟磁性材料からなるアーマチャ６３とを有する。これらコア６１，６２は、非磁性材料からなるケース６４内に保持されている。また、これらコア６１，６２には、それぞれ、電磁コイル６５，６６が配設されている。さらに、動弁機構６０は、吸気弁７を軸線方向下方（すなわち、吸気弁７が開弁する方向）へと付勢するスプリング６７と、吸気弁７を軸線方向上方（すなわち、吸気弁７が閉弁する方向）へと付勢するスプリング６８とを有する。これらスプリング６７，６８の付勢力は、電磁コイル６５，６６に電力が供給されていないときにアーマチャ６３がコア６１，６２間の中間位置に位置するように設定されている。なお、アーマチャ６３が上記中立位置に位置しているときには、吸気弁７は全開位置と全閉位置との中間の位置をとる。
【００１６】
アーマチャ６３上方の電磁コイル（以下、「上方電磁コイル」とも称す）６５に電力が供給されると、アーマチャ６３は上方へと変位せしめられる。これにより、吸気弁７は閉弁する。一方、アーマチャ６３下方の電磁コイル（以下、「下方電磁コイル」とも称す）６６に電力が供給されると、アーマチャ６３は下方へと変位せしめられる。これにより、吸気弁７は全開となる。したがって、下方電磁コイル６６への電力供給時間を調節することによって、吸気弁７の開弁時間を変えることができる。
【００１７】
なお、上述したタイプの動弁機構は、電磁式に吸気弁７の開弁時間（いわゆる、作用角）を制御可能なタイプの動弁機構であるが、本発明が適用可能な動弁機構としては、このタイプの動弁機構でなくてもよい。すなわち、動弁機構は、例えば、電磁式に吸気弁７のリフト量を制御可能なタイプの動弁機構でもよい。また、動弁機構は、機械式に吸気弁７の開弁時間またはリフト量を制御可能なタイプの動弁機構でもよい。すなわち、動弁機構は、例えば、吸気弁７をカムによって開閉弁するタイプの内燃機関において、異なる形状の複数のカムを備え、いずれのカムによって吸気弁７を開弁させるかを制御することによって、吸気弁７のリフト量を変更するタイプの動弁機構でもよい。また、動弁機構は、例えば、吸気弁７をカムによって開閉弁するタイプの内燃機関において、カムと吸気弁７との間の相対位置関係を変えることによって、吸気弁７のリフト量を変更するタイプの動弁機構でもよい。したがって、本発明が適用可能な動弁機構を一般的に表現すると、吸気弁の開弁特性を制御可能な動弁機構であると言える。
【００１８】
次に、スロットル弁２０、動弁機構６０、ＥＧＲ制御弁３１、および、燃料噴射弁６の制御について説明する。
吸気量（すなわち、燃焼室５に吸入される空気の量）は、スロットル開度（すなわち、スロットル弁２０の開度）および吸気弁７の開弁時間を制御することによって制御可能である。本実施形態では、機関運転状態（すなわち、機関回転数と要求負荷）に応じて実験等により予め目標とすべき吸気量が求められ、この目標吸気量ＴＧａが、図３（Ａ）に示したように、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数のマップとしてＲＯＭに記憶されている。そして、機関運転中は、吸気量が機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとに基づいて図３（Ａ）のマップから算出される目標吸気量ＴＧａとなるように、スロットル弁２０および動弁機構６０が制御される。
【００１９】
ＥＧＲガス量（すなわち、燃焼室５に吸入されるＥＧＲガスの量）は、ＥＧＲ制御弁３１の開度を制御することによって制御可能である。本実施形態では、機関運転状態（機関回転数と要求負荷）とに応じて実験等により予め目標とすべきＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸気量））が求められ、この目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒが、図３（Ｂ）に示したように、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数のマップとしてＲＯＭに記憶されている。そして、機関運転中は、ＥＧＲ率が機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとに基づいて図３（Ｂ）のマップから算出される目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒとなるように、ＥＧＲ制御弁３１が制御される。
【００２０】
燃料噴射量（すなわち、燃料噴射弁６から噴射される燃料の量）は、燃料噴射弁６の開弁時間を制御することによって制御可能である。本実施形態では、燃料噴射量が空燃比を目標空燃比（例えば、理論空燃比）とする量となるように、吸気量に基づいて、燃料噴射弁６が制御される。
【００２１】
ところで、本実施形態では、燃料噴射（すなわち、燃料噴射弁６からの燃料の噴射）は、吸気同期モード（燃料噴射期間の終了タイミングが少なくとも吸気行程中にある燃料噴射モードであり、以下、単に、「同期モード」と称す）、または、吸気非同期モード（燃料噴射期間の終了タイミングが吸気行程になく排気行程中にある燃料噴射モードであり、以下、単に、「非同期モード」と称す）でもって実行可能である。すなわち、図４を参照して説明すると、同期モードＦｓｙでは、燃料噴射期間の終了タイミング（以下、「噴射終了タイミング」と称す）Ｆｓｙｆが吸気行程ＩＮ中にあり、非同期モードＦａｓでは、噴射終了タイミングＦａｓｆが吸気行程ＩＮ中ではない排気行程ＥＸ中にある。なお、図４において、ＣＡはクランク角度を示し、ＴＤＣは排気上死点を示している。
【００２２】
同期モードでもって燃料噴射が行われると、燃料噴射弁６から燃料が噴射されたときには、燃焼室５に空気が吸入されている最中であるので、燃料は燃料噴射弁６から噴射されると同時に空気と共に燃焼室５に吸入される。これによれば、吸気ポート８を画成する壁面（以下、「吸気ポート壁面」とも称す）に付着する燃料の量が少なくてすむ。しかしながら、燃料が燃料噴射弁６から噴射されると同時に燃焼室５に吸入されてしまうので、燃料は空気中に拡散しづらい。
【００２３】
一方、非同期モードでもって燃料噴射が行われると、燃料噴射弁６から燃料が噴射されたときには、燃焼室５に空気は吸入されていないので、吸気ポート壁面に付着する燃料の量が多くなってしまう。しかしながら、燃料は燃料噴射弁６から噴射された後に燃焼室５に吸入されるので、燃料は空気中に拡散しやすい。
【００２４】
同期モードおよび非同期モードには、吸気ポート壁面への燃料の付着量および吸気中への燃料の拡散に関して、上述した特性があることを考慮し、本実施形態では、機関始動期間（すなわち、内燃機関が始動されてから所定の時間が経過するまでの期間）は、同期モードでもって燃料噴射が行われる。すなわち、機関始動期間では、吸気ポート壁面の温度が低く、吸気ポート壁面に燃料が付着すると、その燃料は吸気ポート壁面に付着したままとなり、空燃比が目標空燃比からずれてしまう。ここで、非同期モードでは、吸気ポート壁面に付着する燃料量が多いことから、目標空燃比からの空燃比のずれは大きくなってしまう。一方、同期モードでは、吸気ポート壁面に付着する燃料量が少ないことから、目標空燃比からの空燃比のずれは小さい。そこで、本実施形態では、機関始動期間は、同期モードでもって燃料噴射が行われるのである。
【００２５】
一方、本実施形態では、機関始動期間後は、非同期モードでもって燃料噴射が行われる。すなわち、非同期モードでは、吸気ポート壁面に付着する燃料量が多い。しかしながら、機関始動期間後であれば、吸気ポート壁面の温度が高く、吸気ポート壁面に付着した燃料は空気中に蒸発しやすい。したがって、機関始動期間後であれば、非同期モードでもって燃料噴射が行われたとしても、結果的に、吸気ポート壁面に付着したままの燃料の量は少ないことから、目標空燃比からの空燃比のずれは小さい。しかも、非同期モードによれば、空気中へ燃料が拡散しやすく、燃料が燃焼しやすくなる。そこで、本実施形態では、機関始動期間後は、非同期モードでもって燃料噴射が行われるのである。
【００２６】
なお、上記機関始動期間は、例えば、水温（これは、内燃機関を冷却する冷却水の温度であって、内燃機関の温度を代表するパラメータである）Ｔｗに基づいて図５に示したマップから決定される。図５のマップによれば、機関始動期間Ｐｓｙは、水温Ｔｗが或る温度Ｔｗｌよりも低い範囲では略一定の大きい値をとり、水温Ｔｗが或る温度Ｔｗｈ（これは、上記温度Ｔｗｌよりも高い温度である）よりも高い範囲では略一定の小さい値（これは、上記略一定の大きい値よりも小さい値である）をとり、上記温度Ｔｗｌと上記温度Ｔｗｈとの間の範囲では、水温Ｔｗが高くなるほど小さくなる。したがって、内燃機関の温度が低いほど、機関始動期間は長くなり、同期モードでもって燃料噴射が行われる期間が長くなる。
【００２７】
ところで、上述したように、本実施形態では、機関始動期間中は、同期モードでもって燃料噴射が行われ、機関始動期間後は、非同期モードでもって燃料噴射が行われる。したがって、機関始動期間が経過したときには、燃料噴射モード（以下、単に、「噴射モード」と称す）が同期モードから非同期モードに切り換えられる。ここで、機関運転状態に係わらず、噴射モードが同期モードから非同期モードに一気に切り換えられると、燃料噴射タイミング（以下、単に、「噴射タイミング」と称す）が一気に変動する。このように噴射タイミングが一気に変動すると、空燃比が大きく変動してしまう。そこで、本実施形態では、幾つかの様式でもって、噴射モードを同期モードから非同期モードに切り換えるようにしている。次に、この噴射モードの切換について説明する。
【００２８】
１番目の様式では、噴射モードを同期モードから非同期モードに切り換えるべきときには、同期モードにおける噴射タイミング（これは、特に、燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングであり、以下同様である）が非同期モードにおける噴射タイミングとなるまで、噴射タイミングが予め定められたタイミングずつ変更せしめられる。これによれば、噴射モードが切り換えられるときに、空燃比が大きく変動することが抑制される。なお、上記予め定められたタイミングは、様々な条件に応じて設定され、この設定方法については、後述にて詳細に説明する。また、以下の説明では、噴射タイミングが予め定められたタイミングずつ変更せしめられることを「徐変」と称し、上記予め定められたタイミングを「所定の徐変速度」と称す。
【００２９】
図６は、１番目の様式に従った噴射モードの切換を示している。すなわち、図６において、横軸は時間ｔであり、縦軸はクランク角度である。また、ＴＤＣは排気上死点を示し、「進」はＴＤＣよりも早いクランク角度を示し、「遅」はＴＤＣよりも遅いクランク角度を示し、Ｐｖｏｌはバルブオーバラップ期間を示している。また、Ｐｉは燃料噴射期間を示し、Ｔｉｂは燃料噴射の開始タイミング（以下、「噴射開始タイミング」と称す）を示し、Ｔｉｆは噴射終了タイミングを示している。図示した例では、時刻ｔ１において、噴射モードを同期モードから非同期モードに切り換えることが要求される。そして、１番目の様式によれば、噴射タイミング（すなわち、噴射開始タイミングＴｉｂおよび噴射終了タイミングＴｉｆ）が徐々に早められ、バルブオーバラップ期間を横切り、時刻ｔ１３にて、目標噴射タイミングに達する。
【００３０】
ところで、機関運転状態が定常運転状態（機関回転数の変動量が或る一定範囲内にあって且つ要求負荷の変動量が或る一定の範囲内にある状態）にないとき（すなわち、過渡運転状態にあるとき）には、噴射モードは、できるだけ早く、同期モードから非同期モードに切り換えられるべきである。そこで、２番目の様式では、噴射モードが過渡運転状態にあるか否かに応じて、噴射モードの切換様式を切り換える。すなわち、機関運転状態が定常運転状態にあるときには、同期モードにおける噴射タイミング（以下、「同期噴射タイミング」とも称す）が非同期モードにおける噴射タイミング（以下、「非同期噴射タイミング」とも称す）となるまで、噴射タイミングが所定の徐変速度で徐変せしめられる。一方、機関運転状態が過渡運転状態にあるときには、燃料噴射期間がバルブオーバラップ期間（すなわち、排気行程と吸気行程とが重なる期間であり、以下、「ＶＯＬ期間」とも称す）に重ならないように、同期噴射タイミングが非同期噴射タイミングに一気に切り換えられる。これによれば、機関運転状態が定常運転状態にあるときには、空燃比が大きく変動することが抑制されると共に或る一定期間の間に噴射タイミングが同期噴射タイミングから非同期噴射タイミングに切り換えられる。一方、機関運転状態が過渡運転状態にあるときには、或る一定期間の間に噴射タイミングが同期噴射タイミングから非同期噴射タイミングに切り換えられる。
【００３１】
図７は、２番目の様式に従った噴射モードの切換を示している。機関運転状態が定常運転状態にあるときには、図７（Ａ）に示したようにして、噴射モードが切り換えられる。すなわち、図示した例では、図６に示した噴射モードの切換と同様にして噴射モードが同期モードから非同期モードに切り換えられる。一方、機関運転状態が過渡運転状態にあるときには、図７（Ｂ）に示したようにして、料噴射モードが切り換えられる。すなわち、図示した例では、時刻ｔ１において、噴射モードを同期モードから非同期モードに切り換えることが要求される。そして、２番目の様式によれば、燃料噴射期間ＰｉがＶＯＬ期間Ｐｖｏｌに重ならないように、噴射タイミング（すなわち、噴射開始タイミングＴｉｂおよび噴射終了タイミングＴｉｆ）が一気に目標とする噴射タイミングに切り換えられる。
【００３２】
ところで、上述したように、噴射タイミングを同期噴射タイミングから非同期噴射タイミングまで所定の徐変速度で徐変するときに、噴射期間がＶＯＬ期間に重ならないようにして噴射タイミングを徐変してもよい。そこで、３番目の様式では、噴射開始タイミングがＶＯＬ期間の終了時期に達するまでは、該噴射開始タイミングが所定の徐変速度で徐変される。そして、噴射開始タイミングがＶＯＬ期間の終了時期に達した後においては、その時々で設定される噴射終了タイミングがＶＯＬ期間に入るか否かを判別する。ここで、その時々で設定される噴射終了タイミングがＶＯＬ期間に入ってしまうときには、噴射開始タイミングがＶＯＬ期間の終了時期に維持された状態で、所定の期間だけ燃料噴射が行われる。この場合、結果的に、同期モードでもって燃料噴射が行われることになる。一方、その時々で設定される噴射終了タイミングがＶＯＬ期間に入らないようになったときには、その時に設定されている噴射開始タイミングと噴射終了タイミングとでもって燃料噴射が行われる。すなわち、この場合、燃料噴射期間がＶＯＬ期間に重ならないようにして、噴射タイミングが変更されたことになる。
【００３３】
図８は、３番目の様式に従った噴射モードの切換を示している。図示した例では、時刻ｔ１において、噴射モードを同期モードから非同期モードに切り換えることが要求される。ここで、３番目の様式によれば、噴射タイミング（すなわち、噴射開始タイミングＴｉｂおよび噴射終了タイミングＴｉｆ）が徐々に早められる。そして、時刻ｔ６において、噴射開始タイミングＴｉｂがＶＯＬ期間Ｐｖｏｌの終了時期に達すると、時刻ｔ８まで、噴射開始タイミングＴｉｂがＶＯＬ期間Ｐｖｏｌの終了時期に維持される。そして、時刻ｔ８では、噴射タイミング（すなわち、噴射開始タイミングＴｉｂおよび噴射終了タイミングＴｉｆ）がＶＯＬ期間Ｐｖｏｌに重ならないところにまで一気に早められ、その後、徐々に早められる。そして、時刻ｔ１３にて、噴射タイミングが目標非同期噴射タイミングに達する。
【００３４】
３番目の様式には、以下のような効果がある。すなわち、ＶＯＬ期間中は、燃焼室５から吸気ポート８へ空気が逆流してくる。したがって、ＶＯＬ期間中に燃料噴射が行われると、噴射された燃料がこの吸気ポート８へ逆流する空気に衝突する。このため、空燃比が大きく変動してしまう。ところが、３番目の様式によれば、ＶＯＬ期間中には、燃料噴射は行われない。したがって、空燃比が大きく変動してしまうことが抑制される。
【００３５】
ところで、上述した３番目の様式において、ＶＯＬ（バルブオーバラップ）期間が比較的長いときにのみ、燃料噴射期間がＶＯＬ期間に重ならないようにして噴射タイミングを変更するようにしてもよい。そこで、４番目の様式では、ＶＯＬ期間が予め定められた期間（以下、「所定期間」と称す）よりも長いときにのみ、上述した３番目の様式に従って、噴射タイミングが変更される。一方、４番目の様式では、ＶＯＬ期間が上記所定期間よりも短いときには、上述した１番目の様式に従って、噴射タイミングが変更される。
【００３６】
４番目の様式には、以下のような効果がある。すなわち、３番目の様式では、燃料噴射期間がＶＯＬ期間に重ならないようになるまで、噴射開始タイミングがＶＯＬ期間の開始タイミングに維持されたままとなる。このため、目標非同期噴射タイミングからの噴射タイミングのずれが大きいまま、燃料噴射が行われることになる。ところが、４番目の様式によれば、ＶＯＬ期間が所定期間よりも短いときには、噴射タイミングは徐々に変更され続けるので、目標非同期噴射タイミングからの噴射タイミングのずれが小さくなる。そして、ＶＯＬ期間が所定期間よりも短いときには、ＶＯＬ期間中に吸気ポート８に逆流する空気の量が少ないことから、そもそも、空燃比が大きく変動してしまうことはほとんどない。もちろん、ＶＯＬ期間が所定期間よりも長いときには、ＶＯＬ期間中に吸気ポート８に逆流する空気の量は多いが、この時には、３番目の様式に従って噴射タイミングが変更されるので、空燃比が大きく変動してしまうことが抑制される。
【００３７】
ところで、３番目の様式において、以下のようにして、噴射タイミングを変更してもよい。すなわち、５番目の様式では、噴射開始タイミングがＶＯＬ（バルブオーバラップ）期間の終了時期に達するまでは、該噴射開始タイミングが所定の徐変速度で変更される。そして、噴射開始タイミングがＶＯＬ期間の終了時期に達した後においては、図９に示したように、燃料噴射期間のうちＶＯＬ期間に重なる部分をＶＯＬ期間に隣接した進角したタイミングで行うようにする。別の云い方をすれば、噴射開始タイミングがＶＯＬ期間の終了時期に達した後においては、図９に示したように、ＶＯＬ期間を跨ぐように燃料噴射を二分割して行うようにする。
【００３８】
図９は、５番目の様式に従った噴射モードの切換を示している。図示した例では、時刻ｔ１において、噴射モードを同期モードから非同期モードに切り換えることが要求される。ここで、５番目の様式によれば、噴射タイミングが徐々に早められる。そして、時刻ｔ６において、噴射開始タイミングＴｉｂがＶＯＬ期間Ｐｖｏｌの終了時期に達する。そして、その後、時刻ｔ８までは、ＶＯＬ期間Ｐｖｏｌを跨いで二分割された形で燃料噴射が行われる。そして、時刻ｔ１３にて、噴射タイミングが目標非同期噴射タイミングに達する。
【００３９】
ところで、動弁機構６０によって吸気弁７の開弁タイミングが変更せしめられると、ＶＯＬ（バルブオーバラップ）期間の長さやＶＯＬ期間の時間的なタイミングも変わる。ここで、例えば、１番目の様式に従って噴射タイミングが徐変されている間であって噴射タイミングがＶＯＬ期間近傍にあるときに、ＶＯＬ期間が変わると、噴射された燃料に対する逆流空気（すなわち、吸気ポート８に逆流する空気）の影響の仕方も変わる。これによると、空燃比の変動が大きくなる。また、例えば、２番目の様式のように、ＶＯＬ期間を避けるようにして噴射タイミングを徐変しようとする場合において、ＶＯＬ期間が変わると、ＶＯＬ期間を避けるように噴射タイミングを徐変できないことがある。
【００４０】
そこで、６番目の様式では、噴射タイミングの徐変中は、吸気弁７の開弁タイミングの変更が禁止され、あるいは、吸気弁７の開弁タイミングの変動の程度が予め定められた範囲内に限定される。これによれば、空燃比が大きく変動することがより確実に抑制される。
【００４１】
さらに、噴射タイミングの徐変が終了した後であっても、一定の時間が経過するまでに、ＶＯＬ期間が変わると、空燃比の変動が大きくなってしまうこともある。そこで、６番目の様式において、さらに、噴射タイミングの徐変終了後、予め定められた期間が経過するまでは、吸気弁７の開弁タイミングの変更が禁止され、あるいは、吸気弁７の開弁タイミングの変動の程度が予め定められた範囲（この範囲は、噴射タイミングの徐変終了後における空燃比に対するＶＯＬ期間の変動の影響を考慮して決定されればよく、６番目の様式に関連して上述した予め定められた範囲と同じでもよいし、異なってもよい。）内に限定されてもよい。
【００４２】
次に、上述した噴射モードの切換様式における所定のタイミングの設定の仕方について説明する。上述した実施形態では、例えば、様々な要求を満たすのに適切な所定の徐変速度が実験等によって予め求められ、この所定の徐変速度が水温Ｔｗと要求負荷Ｌとの関数として図１０（Ａ）および（Ｂ）に示したマップの形でＲＯＭに記憶されている。そして、燃料の性状が軽質である場合には、機関運転中、図１０（Ａ）のマップから水温Ｔｗと要求負荷Ｌとに基づいて所定の徐変速度が算出される。一方、燃料の性状が重質である場合には、機関運転中、図１０（Ｂ）のマップから水温Ｔｗと要求負荷Ｌとに基づいて所定の徐変速度が算出される。
【００４３】
なお、図１０（Ａ）のマップから算出される所定の徐変速度は、水温Ｔｗが高いほど速く、要求負荷Ｌが大きいほど速い。同様に、図１０（Ｂ）のマップから算出される所定の徐変速度も、水温Ｔｗが高いほど速く、要求負荷Ｌが大きいほど速い。ただし、同じ水温Ｔｗで同じ要求負荷Ｌである場合、図１０（Ａ）のマップから算出される所定の徐変速度は、図１０（Ｂ）のマップから算出される所定の徐変速度よりも速い。
【００４４】
また、燃料の性状が軽質であるか重質であるかは、機関始動時の機関回転数に基づいて判定される。すなわち、内燃機関が始動されると、機関回転数はいったん上昇した後、若干低下し、最終的に、或る一定の機関回転数に収束する。ここで、最終的に収束する機関回転数の値は、一般的に、燃料の性状が軽質である場合よりも、燃料の性状が重質である場合のほうが、低くなる。したがって、機関始動後、一定の時間が経過したときに収束している機関回転数の値に基づいて、燃料の性状が軽質であるか重質であるのかを判定することができる。上述した実施形態では、機関始動後、所定の時間が経過したときに収束している機関回転数の値が所定の値よりも高いときには、燃料の性状は軽質であると判定され、一方、上記機関回転数が上記所定の値よりも低いときには、燃料の性状は重質であると判定されるのである。
【００４５】
ところで、機関始動から所定時間が経過した後であれば、非同期モードでもって燃料噴射が行われたとしても（すなわち、吸気ポート壁面に付着する燃料の量が多いとしても）、吸気ポート壁面の温度が高くなっていることから、吸気ポート壁面に付着した燃料は即座に蒸発する。したがって、上述では、非同期モードでもって燃料噴射が行われたとしても、結果的に、吸気ポート壁面に付着したままとなる燃料の量は少ないと説明した。しかしながら、非同期モードでもって燃料噴射が行われると、吸気ポート壁面に付着する燃料の量は多くなるので、吸気ポート壁面に付着したままとなる燃料の量も多くなる可能性もある。したがって、噴射タイミングの徐変中に空燃比が大きく変動することをより確実に抑えるためには、噴射タイミングの徐変中、目標燃料噴射量を増量すべきである。
【００４６】
そこで、吸気ポート壁面に付着したままとなる燃料の量が噴射タイミングの徐変速度に応じて変化することを考慮し、様々な要件を満たすのに適切な目標燃料噴射量に対する増量分を噴射タイミングの徐変速度の関数でもって実験等により予め求める。そして、この増量分Ｑｉを噴射タイミングの徐変速度Ｖの関数として図１１に示したマップの形でＲＯＭに記憶しておく。そして、上述した実施形態において、噴射タイミングの徐変中、噴射タイミングの徐変速度Ｖに基づいて図１１のマップから増量分Ｑｉを算出し、この増量分Ｑｉだけ目標燃料噴射量を増量するようにしてもよい。これによれば、空燃比が大きく変動することがより確実に抑えられる。なお、図１１のマップでは、徐変速度Ｖが大きくなるほど、増量分Ｑｉが大きくなる。
【００４７】
また、空燃比が大きく変動することをさらに確実に抑制するためには、吸気ポート壁面に付着したままとなる燃料の量に関係する水温、要求負荷、および、燃料の性状をも考慮して、上記増量分Ｑｉを決定すべきである。そこで、図１１のマップから算出された増量分Ｑｉを補正するための補正値を水温Ｔｗと要求負荷Ｌとの関数として図１２（Ａ）および（Ｂ）に示したマップの形でＲＯＭに記憶しておく。そして、上述した実施形態において、水温Ｔｗと要求負荷Ｌとに基づいて図１２（Ａ）または（Ｂ）のマップから補正値を算出し、この補正値を用いて図１１のマップから算出された増量分Ｑｉを補正するようにしてもよい。これによれば、空燃比が大きく変動することがさらに確実に抑制される。
【００４８】
なお、図１２（Ａ）のマップは、燃料の性状が軽質であるときに用いられるマップであり、図１２（Ｂ）のマップは、燃料の性状が重質であるときに用いられるマップである。また、図１２（Ａ）のマップから算出される補正値は、水温Ｔｗが高いほど増量分Ｑｉをより少なくする値であり、要求負荷Ｌが高いほど増量分Ｑｉをより少なくする値である。同様に、図１２（Ｂ）のマップから算出される補正値は、水温Ｔｗが高いほど増量分Ｑｉをより少なくする値であり、要求負荷Ｌが高いほど増量分Ｑｉをより少なくする値である。ただし、同じ水温Ｔｗで同じ要求負荷Ｌである場合、図１２（Ａ）のマップから算出される補正値は、図１２（Ｂ）のマップから算出される補正値よりも、増量分Ｑｉをより少なくする値である。
【００４９】
ところで、燃料噴射がＶＯＬ期間よりも早い領域で行われる場合、燃料噴射がそれ以外の領域で行われる場合に比べて、吸気ポート壁面に付着したままとなる燃料の量は多くなる傾向にある。したがって、噴射タイミングの徐変中に空燃比が大きく変動することをより確実に抑えるためには、ＶＯＬ期間よりも早い領域で行われる燃料噴射の期間（以下、「非同期噴射期間」と称す）を考慮し、目標燃料噴射量を増量すべきである。
【００５０】
そこで、非同期噴射期間の長さを考慮し、様々な要件を満たすのに適切な目標燃料噴射量に対する増量分を非同期噴射期間の長さの関数でもって実験等により予め求める。そして、この増量分Ｑｉを非同期噴射期間の長さＰａｓの関数として図１３に示したマップのマップの形でＲＯＭに記憶しておく。そして、上述した実施形態において、噴射タイミングの徐変中、非同期噴射期間の長さＰａｓに基づいて図１３のマップから増量分Ｑｉを算出し、この増量分Ｑｉだけ目標燃料噴射量を増量するようにしてもよい。これによれば、空燃比が大きく変動することがより確実に抑えられる。なお、図１３のマップでは、非同期噴射期間の長さＰａｓが長くなるほど、増量分Ｑｉが大きくなる。
【００５１】
また、空燃比が大きく変動することをさらに確実に抑制するためには、吸気ポート壁面に付着したままとなる燃料の量に関係する水温、要求負荷、および、燃料の性状をも考慮して、上記増量分Ｑｉを決定すべきである。そこで、上述した実施形態において、水温Ｔｗと要求負荷Ｌとに基づいて図１２（Ａ）または（Ｂ）のマップから補正値を算出し、この補正値を用いて図１３のマップから算出された増量分Ｑｉを補正するようにしてもよい。これによれば、空燃比が大きく変動することがさらに確実に抑制される。
【００５２】
ところで、上述した実施形態において、噴射モードの切換時に噴射タイミングの徐変を行うのは、そもそも、空燃比が大きく変動することを抑制するためである。そこで、上述した実施形態において、噴射タイミングの徐変中に、空燃比の変動量を監視し、空燃比の変動量を予め定められた量（以下、「所定変動量」と称す）と比較する。そして、空燃比の変動量が所定変動量よりも大きいときに、噴射タイミングの徐変速度を遅くするようにしてもよい。もちろん、この場合、空燃比の変動量が所定変動量よりも小さいときには、噴射タイミングの徐変速度を速くするようにしてもよい。これによれば、空燃比の変動量を上記所定変動量近傍に維持することができる。
【００５３】
なお、空燃比の変動量が所定変動量よりも大きいときに徐変速度を遅くする程度および空燃比の変動量が所定変動量よりも小さいときに徐変速度を速くする程度は、一定でもよいし、所定変動量に対する空燃比の変動量のずれ量に比例していてもよい。
【００５４】
また、機関運転状態がアイドリング運転状態にあるとき（以下、「アイドリング時」と称す）に、空燃比が変動すると、それに応じて機関回転数も変動する。すなわち、アイドリング時における機関回転数の変動は、空燃比の変動を示している。そこで、上述した実施形態において、アイドリング時であって噴射タイミングの徐変中に、機関回転数の変動量を監視し、機関回転数の変動量を予め定められた量（以下、「所定変動量」と称す）と比較する。そして、機関回転数の変動量が所定変動量よりも大きいときに、噴射タイミングの徐変速度を遅くするようにしてもよい。もちろん、この場合、機関回転数の変動量が所定変動量よりも小さいときには、噴射タイミングの徐変速度を速くするようにしてもよい。これによれば、空燃比が大きく変動することが抑制される。
【００５５】
なお、機関回転数の変動量が所定変動量よりも大きいときに徐変速度を遅くする程度および機関回転数の変動量が所定変動量よりも小さいときに徐変速度を速くする程度は、一定でもよいし、所定変動量に対する機関回転数の変動量のずれ量に比例していてもよい。
【００５６】
次に、上述した実施形態に従って噴射モードを切り換えるための具体例を、図１４〜図１８に示したフローチャートを参照して説明する。図１４は、燃料噴射を制御するための１つ目の具体的なフローチャートを示している。図１４のフローチャートでは、始めに、ステップ１０において、同期噴射実行条件（すなわち、内燃機関が始動され、同期モードでもって燃料噴射を行うべきか否かを決定するための条件）が成立しているか否かが判別される。ここで、同期噴射実行条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ１１に進んで、同期モードにおける目標燃料噴射量ΤＡＵ２と、同期モードにおける噴射タイミング（同期噴射タイミング）Ｔｉ２とが算出される。次いで、ステップ１２において、同期モードでもって燃料噴射を行うべき期間の長さ（以下、「同期噴射期間」と称す）Ｐｉｔｈが算出される。次いで、ステップ１３において、同期モードでもって（すなわち、ステップ１１にて算出された噴射タイミングＴｉ２と目標燃料噴射量ΤＡＵ２とでもって）燃料噴射が行われる。
【００５７】
次いで、ステップ１４において、同期モードでの燃料噴射が行われている期間Ｐｉがステップ１２にて算出された同期噴射期間Ｐｉｔｈを超えている（Ｐｉ＞Ｐｉｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｐｉ≦Ｐｉｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１３に戻る。すなわち、ステップ１４にて、Ｐｉ＞Ｐｉｔｈであると判別されるまで、ステップ１３が繰り返される。ステップ１４にて、Ｐｉ＞Ｐｉｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１５に進んで、目標燃料噴射量（これは、非同期モードにおける目標燃料噴射量でもよいし、噴射タイミングの徐変中に特有の目標燃料噴射量であってもよい）ΤＡＵ１と、非同期モードにおける噴射タイミングＴｉ１とが算出される。次いで、ステップ１６において、噴射タイミングを徐変しつつステップ１５にて算出された目標燃料噴射量ΤＡＵ１でもって燃料噴射が行われる。
【００５８】
次いで、ステップ１７において、噴射タイミングＴｉがステップ１５にて算出された噴射タイミングＴｉ１となった（Ｔｉ＝Ｔｉ１）か否かが判別される。すなわち、噴射タイミングが非同期モードにおける噴射タイミングに達したか否かが判別される。ステップ１７において、Ｔｉ≠Ｔｉ１であると判別されたときには、ルーチンはステップ１６に戻る。すなわち、噴射タイミングが非同期モードにおける噴射タイミングに達するまで、ステップ１６が繰り返されることになる。ステップ１７において、Ｔｉ＝Ｔｉｔｈであると判別されたときには、ルーチンは終了する。この場合、噴射タイミングの徐変が終了せしめられ、以後、非同期モードでの燃料噴射が行われることになる。
【００５９】
図１５は、２つ目の具体的なフローチャートを示している。図１５のフローチャートでは、始めに、ステップ２０において、同期噴射実行条件が成立しているか否かが判別される。ここで、同期噴射実行条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ２１に進んで、同期モードにおける目標燃料噴射量ΤＡＵ２と、同期噴射タイミングＴｉ２とが算出される。次いで、ステップ２２において、同期噴射期間Ｐｉｔｈが算出される。次いで、ステップ２３において、同期モードでもって（すなわち、ステップ２１にて算出された噴射タイミングＴｉ２と目標燃料噴射量ΤＡＵ２とでもって）燃料噴射が行われる。
【００６０】
次いで、ステップ２４において、同期モードでの燃料噴射が行われている期間Ｐｉがステップ２２にて算出された同期噴射期間Ｐｉｔｈを超えている（Ｐｉ＞Ｐｉｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｐｉ≦Ｐｉｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ２３に戻る。すなわち、ステップ２４にて、Ｐｉ＞Ｐｉｔｈであると判別されるまで、ステップ２３が繰り返される。ステップ２４にて、Ｐｉ＞Ｐｉｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ２５に進んで、機関運転状態が定常運転状態にあるか否かが判別される。
【００６１】
ステップ２５にて、機関運転状態が定常運転状態にあると判別されたときには、ルーチンはステップ２６に進んで、目標燃料噴射量（これは、非同期モードにおける目標燃料噴射量でもよいし、噴射タイミングの徐変中に特有の目標燃料噴射量であってもよい）ΤＡＵ１と、非同期モードにおける噴射タイミングＴｉ１とが算出される。次いで、ステップ２７において、噴射タイミングを徐変しつつステップ２６にて算出された目標燃料噴射量ΤＡＵ１でもって燃料噴射が行われる。
【００６２】
次いで、ステップ２８において、噴射タイミングＴｉがステップ２６にて算出された噴射タイミングＴｉ１となった（Ｔｉ＝Ｔｉ１）か否かが判別される。すなわち、噴射タイミングが非同期モードにおける噴射タイミングに達したか否かが判別される。ステップ２８において、Ｔｉ≠Ｔｉ１であると判別されたときには、ルーチンはステップ２７に戻る。すなわち、噴射タイミングが非同期モードにおける噴射タイミングに達するまで、ステップ２７（噴射タイミングの徐変）が繰り返されることになる。ステップ２８において、Ｔｉ＝Ｔｉｔｈであると判別されたときには、ルーチンは終了する。この場合、噴射タイミングの徐変が終了せしめられ、以後、非同期モードでの燃料噴射が行われることになる。
【００６３】
一方、ステップ２５において、機関運転状態が定常運転状態になく過渡運転状態にあると判別されたときには、ルーチンはステップ２９に進んで、次のステップ３０にて非同期モードでもって燃料噴射が行われるときの目標燃料噴射量に対する増大分Ｑｉが算出される。次いで、ステップ３０において、非同期モードでもって増大分Ｑｉだけ増大せしめられた目標燃料噴射量だけ燃料が噴射される。すなわち、この場合、噴射タイミングが同期噴射タイミングから非同期噴射タイミングに一気に変更せしめられる。
【００６４】
図１６および図１７は、３つ目の具体的なフローチャートを示している。図１６のフローチャートのステップ３０〜３７は、図１４のフローチャートのステップ１０〜１７と同じであるので、その詳細な説明は省略する。
【００６５】
図１６のステップ３７において、Ｔｉ≠Ｔｉ１であると判別されたときには、ルーチンは図１７のステップ４０に進んで、動弁機構６０による吸気弁７の開弁時間の変更量をガードする。すなわち、吸気弁７の開弁時間の変更量を一定の範囲内に収めるようにする。次いで、ステップ４１において、噴射タイミングを徐変するための徐変速度Ｖｔｉが算出される。次いで、ステップ４２において、ＶＯＬ（バルブオーバラップ）期間の長さＰｖｏｌが算出される。
【００６６】
次いで、ステップ４３において、ＶＯＬ期間の長さＰｖｏｌが所定の長さＰｖｏｌｔｈよりも長い（Ｐｖｏｌ＞Ｐｖｏｌｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｐｖｏｌ≦Ｐｖｏｌｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ４５に進む。一方、ステップ４３において、Ｐｖｏｌ＞Ｐｖｏｌｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ４４に進んで、噴射開始タイミングＴｉｂがＶＯＬ期間の終了時期Ｔｖｆよりも早く且つ噴射終了タイミングＴｉｆがＶＯＬ期間の開始時期Ｔｖｂよりも遅い（Ｔｉｂ≦Ｔｖｆ、Ｔｉｆ≧Ｔｖｂ）か否かが判別される。ここで、Ｔｉｂ≦Ｔｖｆ、且つ、Ｔｉｆ≧Ｔｖｂであると判別されたときには、ルーチンはそのままステップ４５に進む。一方、ステップ４４において、Ｔｉｂ＞Ｔｖｆ、または、Ｔｉｆ＜Ｔｖｂであると判別されたとき（すなわち、燃料噴射期間がＶＯＬ期間に重なるとき）には、ルーチンはステップ５０を経由してステップ４５に進む。ステップ５０では、ＶＯＬ期間を跨ぐように燃料噴射期間を二分割して燃料噴射を行わせるための指令が発せられる。すなわち、ルーチンがステップ５０を経由した場合、図１６のステップ３６では、ＶＯＬ期間を跨ぐように燃料噴射が二分割されて行われる。
【００６７】
ステップ４５では、例えば、図１３のマップから、非同期噴射期間（ＶＯＬ（バルブオーバラップ）期間よりも早い領域で行われる燃料噴射の機関）の長さに基づいて、目標燃料噴射量に対する増量分Ｑｉが算出される。次いで、ステップ４６では、機関運転状態がアイドリング運転状態（アイドリング時）であるか否かが判別される。ここで、アイドリング時ではないと判別されたときには、ルーチンは、ステップ４８，４９を経由せずに、図１６のステップ３６に進む。すなわち、この場合、ステップ３６において噴射タイミングを徐変しつつ燃料噴射が行われるときに、ステップ４９を経由したことによる目標燃料噴射量に対する増量が行われないことになる。一方、ステップ４６において、アイドリング時であると判別されたときには、ルーチンはステップ４７に進んで、機関回転数の変動量ΔＮが予め定められた量（所定変動量）ΔＮｔｈよりも大きい（ΔＮ＞ΔＮｔｈ）か否かが判別される。
【００６８】
ここで、ΔＮ≦ΔＮｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ４８，４９を経由せずに、ステップ３６に進む。すなわち、この場合、ステップ３６において噴射タイミングを徐変しつつ燃料噴射が行われるときに、ステップ４９を経由したことによる目標燃料噴射量に対する増量が行われないことになる。一方、ステップ４７において、ΔＮ＞ΔＮｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ４８に進んで、機関回転数の変動量ΔＮが所定の変動量ΔＮｔｈよりも小さくなるように、噴射タイミングの徐変速度Ｖが変更される。次いで、ステップ４９において、徐変速度Ｖに基づいて、例えば、図１１のマップから、目標燃料噴射量に対する増量分Ｑｉが算出される。
【００６９】
そして、ステップ３６では、噴射タイミングを徐変しつつ燃料噴射が行われる。そして、ステップ３７において、再び、Ｔｉ＝Ｔｉ１であるか否かが判別される。ここで、Ｔｉ≠Ｔｉ１であると判別されれば、再び、ルーチンは図１７のステップ４０に進む。すなわち、ステップ３７において、Ｔｉ＝Ｔｉ１であると判別されるまで、図１７のステップ４０〜５０が繰り返されることになる。ステップ３７において、Ｔｉ＝Ｔｉ１であると判別されたときには、ルーチンはステップ３８に進んで、噴射タイミングの徐変終了時から経過した時間Ｐａが予め定められた時間（以下、「所定時間」と称す）Ｐａｔｈを超えた（Ｐａ＞Ｐａｔｈ）か否かが判別される。
【００７０】
ここで、Ｐａ≦Ｐａｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ３９に進んで、動弁機構６０による吸気弁７の開弁時間の変更量をガードする。すなわち、吸気弁７の開弁時間の変更量を一定の範囲内に収めるようにする。ステップ３９は、ステップ３８において、Ｐａ＞Ｐａｔｈであると判別されるまで繰り返される。一方、ステップ３８において、Ｐａ＞Ｐａｔｈであると判別されたときには、ルーチンは終了する。この場合、以後、非同期モードでの燃料噴射が行われることになる。
【００７１】
図１８は、４つ目の具体的なフローチャートの一部を示している。図１８のフローチャートは、図１７に変わるものである。図１８のステップ６０〜６５は、図１７のステップ４０〜４５と同じであり、図１８のステップ６９は、図１７のステップ５０と同じである。したがって、これらステップについての詳細な説明は省略する。
【００７２】
図１８のステップ６６では、空燃比の変動量ΔＡ／Ｆが予め定められた量（以下、「所定変動量」と称す）ΔＡ／Ｆｔｈよりも大きい（ΔＡ／Ｆ＞ΔＡ／Ｆｔｈ）か否かが判別される。ここで、ΔＡ／Ｆ≦ΔＡ／Ｆｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ６７，６８を経由せずに、図１６のステップ３６に進む。すなわち、この場合、ステップ３６において噴射タイミングを徐変しつつ燃料噴射が行われるときに、ステップ６８を経由したことによる目標燃料噴射量に対する増量が行われないことになる。一方、ステップ６６において、ΔＡ／Ｆ＞ΔＡ／Ｆｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ６７に進んで、空燃比の変動量ΔＡ／Ｆが所定の変動量よりも小さくなるように、噴射タイミングの徐変速度Ｖが変更される。次いで、ステップ６８において、徐変速度Ｖに基づいて、例えば、図１１のマップから、目標燃料噴射量に対する増量分Ｑｉが算出される。
【００７３】
【発明の効果】
一般的に、燃料噴射タイミングを変化させると空燃比が変動する。そして、この空燃比の変動が大きいと、内燃機関の運転が不安定になってしまう。１〜３番目の発明では、燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えるべきときに燃料噴射を第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に一気に切り換えるのではなく、燃料噴射の開始タイミングまたは終了タイミングを予め定められたタイミングずつ（すなわち、徐々に）変化させることによって切り換えるので、空燃比が大きく変動することが抑制される。
また、一般的に、吸気行程と排気行程とのオーバラップ期間では内燃機関の燃焼室５から吸気通路へと空気の逆流が生じることから、オーバラップ期間に燃料噴射が行われると、空燃比が大きく変動することになる。２番目の発明では、燃料噴射期間がオーバラップ期間に重ならないように燃料噴射モードが第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えられるので、空燃比が大きく変動することがさらに抑制される。
また、燃料噴射がオーバラップ期間にかかることに起因する空燃比の変動を抑制するという観点では、燃料噴射がオーバラップ期間に重ならないように燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えることが好ましい。しかしながら、これによると燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に徐々に変化させることによる空燃比の変動の抑制を得ることができない。すなわち、燃料噴射期間がオーバラップ期間に重ならないように燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えることから得られる空燃比変動抑制効果と、燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に徐々に切り換えることから得られる空燃比変動抑制効果とを比較し、より大きな空燃比変動抑制効果が得られるように燃料噴射モードを切り換えることが好ましい。ここで、燃料噴射期間がオーバラップ期間に重ならないように燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えることから得られる空燃比変動抑制効果は、オーバラップ期間が長いほど大きい。３番目の発明では、オーバラップ期間に応じて、選択的に、燃料噴射期間がオーバラップ期間に重ならないように燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えたり、燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に徐々に切り換えたりしている。したがって、３番目の発明によれば、より大きな空燃比変動抑制効果が得られる。
また、吸気弁の開弁特性が変わると、オーバラップ期間の長さが変化する。そして、オーバラップ期間の長さが変わると、燃料噴射期間とオーバラップ期間との時間的な関係が変化してしまう。したがって、オーバラップ期間を考慮して燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えている間に、吸気弁の開弁特性が変わると、所望通りの空燃比変動抑制効果が得られなくなってしまう。また、空燃比の変動を抑制するためには、燃料噴射モードが第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えられた直後においても、オーバラップ期間の長さは変化しないことが好ましい。５番目の発明では、燃料噴射モードを第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えている期間または該期間の終了から予め定められた時間が経過するまで、吸気弁の開弁特性の変更の程度が予め定められた範囲内に収められる。したがって、５番目の発明によれば、所望の空燃比変動抑制効果が得られる。
また、燃料噴射モードが第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えられていくと、吸気通路の内壁面や燃焼室の内壁面に付着する燃料の量が多くなってくる。これによっても、空燃比が目標空燃比から変動してしまう。７番目の発明では、燃料噴射モードが第２の燃料噴射から第１の燃料噴射に切り換えられるときに燃料噴射量が増量される。したがって、７番目の発明によれば、より大きな空燃比変動抑制効果が得られる。
また、燃料噴射期間が排気行程に重なっているときにも、吸気通路の内壁面や燃焼室の内壁面に付着する燃料の量が多くなってくる。これによっても、空燃比が目標空燃比から変動してしまう。８番目の発明では、燃料噴射期間が排気行程に重なったときには燃料噴射量が増量される。したがって、８番目の発明によれば、より大きな空燃比変動抑制効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】動弁機構の縦断面図である。
【図３】機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとから目標吸気量ＴＧａを算出するために用いられるマップを示す図である。
【図４】燃料噴射モードを説明するための図であり、図中、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程、Ｆａｓは吸気非同期モード、ＣＡはクランク角度、ＴＤＣは排気上死点をそれぞれ示している。
【図５】水温Ｔｗから機関始動期間Ｐｉを算出するために用いられるマップを示す図である。
【図６】１番目の様式に従った燃料噴射モードの切換を示す図である。
【図７】２番目の様式に従った燃料噴射モードの切換を示す図である。
【図８】３番目の様式に従った燃料噴射モードの切換を示す図である。
【図９】５番目の様式に従った燃料噴射モードの切換を示す図である。
【図１０】水温Ｔｗと要求負荷Ｌとに基づいて所定の徐変速度を算出するために用いられるマップを示す図である。
【図１１】噴射タイミングの徐変速度Ｖに基づいて目標燃料噴射量に対する増量分Ｑｉを算出するために用いられるマップを示す図である。
【図１２】水温Ｔｗと要求負荷Ｌとに基づいて増量分Ｑｉに対する補正値を算出するために用いられるマップを示す図である。
【図１３】バルブオーバラップ期間よりも早い領域で行われる燃料噴射期間Ｐａｓに基づいて目標燃料噴射量に対する増量分Ｑｉを算出するために用いられるマップを示す図である。
【図１４】燃料噴射を制御するための１つ目の具体的なフローチャートを示す図である。
【図１５】燃料噴射を制御するための２つ目の具体的なフローチャートを示す図である。
【図１６】燃料噴射を制御するための３つ目および４つ目の具体的なフローチャートの一部を示す図である。
【図１７】燃料噴射を制御するための３つ目の具体的なフローチャートの一部を示す図である。
【図１８】燃料噴射を制御するための４つ目の具体的なフローチャートの一部を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
４…ピストン
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
６ａ…点火栓
７…吸気弁
８…吸気ポート
９…排気弁
１０…排気ポート
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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