(57)【要約】【課題】  内燃機関の筒内に流入する燃料量を正確に求め、内燃機関の燃料噴射量を最適に制御する。【解決手段】  吸気ポート３０に燃料を噴射する燃料噴射弁３２と、吸気ポート３０に付着するポート付着燃料量ｆｗを推定するポート付着燃料量推定手段と、吸気ポート３０から筒内に液体の状態で流れ込む液体流入燃料量ｆｌを推定する液体流入燃料量推定手段と、液体流入燃料量ｆｌに基づいて、筒内壁面に付着する筒内付着燃料量ｆｗｃを推定する筒内付着燃料量推定手段と、ポート付着燃料量ｆｗ及び筒内付着燃料量ｆｗｃに基づいて、燃料噴射弁３２における燃料噴射量ｆｉを制御する燃料噴射量制御手段と、を備える。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁と、
吸気ポートに付着するポート付着燃料量を推定するポート付着燃料量推定手段と、
吸気ポートから筒内に液体の状態で流れ込む液体流入燃料量を推定する液体流入燃料量推定手段と、
前記液体流入燃料量に基づいて、筒内壁面に付着する筒内付着燃料量を推定する筒内付着燃料量推定手段と、
前記ポート付着燃料量及び前記筒内付着燃料量に基づいて、前記燃料噴射弁における燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、
を備えた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】
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を更に備え、
前記液体流入燃料量推定手段は、前記ポート内状態量に基づいて前記液体流入燃料量を推定する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】
前記ポート付着燃料量推定手段は、
前記燃料噴射弁による燃料噴射量のうち吸気ポートに付着する割合を表したポート付着率を取得するポート付着率取得手段と、
吸気ポートに付着した燃料量のうち付着した状態で残留する割合を表したポート残留率を取得するポート残留率取得手段と、を含み、
前記ポート付着率及び前記ポート残留率に基づいて前記ポート付着燃料量を推定する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４】
前記筒内付着燃料量推定手段は、
前記液体流入燃料量のうち筒内壁面に付着する割合を表した筒内付着率を取得する筒内付着率取得手段と、
筒内壁面に付着した燃料量のうち付着した状態で残留する割合を表した筒内残留率を取得する筒内残留率取得手段と、を含み、
前記筒内付着率及び前記筒内残留率に基づいて前記筒内付着燃料量を推定することを特徴とする請求項１又は３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
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を更に備え、
前記ポート付着率取得手段手段は、前記ポート内状態量に基づいて前記ポート付着率を取得し、
前記ポート残留率取得手段は、前記ポート内状態量及び前記液体流入燃料量に基づいて前記ポート残留率を取得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６】
前記ポート内状態量は、吸気圧力、吸気温度、吸気流速、吸気ポート壁温の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
筒内の内部状態を表す筒内状態量を取得する筒内状態量取得手段を更に備え、
前記筒内付着率取得手段は、前記筒内状態量及び前記液体流入燃料量に基づいて前記筒内付着率を取得し、
前記筒内残留率取得手段は、前記筒内状態量に基づいて前記筒内残留率を取得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８】
前記筒内状態量は、筒内圧力、筒内ガス温度、筒内ガス流速、筒内壁温の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
前記燃料噴射量制御手段は、前記液体流入燃料量又は前記筒内付着燃料量が所定のしきい値以下の微小値の場合は、前記筒内付着燃料量を用いることなく前記ポート付着燃料量に基づいて前記燃料噴射弁における燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、ポート噴射型の内燃機関の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置に適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
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】特許第２７５４７４４号公報
【特許文献２】特許第２７０５２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、筒内には、噴射されて気化した燃料が流入する他、吸気ポートの壁面に付着した燃料が液体のまま筒内へ流入する。上記公報に記載されているように、吸気ポートにおける蒸発率、付着率といったパラメータを用いて燃料挙動モデルを定義した場合、このような液ダレによる流入量を含めて筒内の燃料量を正確に求めることは困難である。
【０００７】
特に、吸気管内の燃料付着量が多い条件（冷間、始動時など）では、液ダレが多く発生する。そして、液ダレにより筒内へ燃料が流入すると、筒内へ流入した実際の燃料量が燃料挙動モデルから推定した値よりも多くなる。従って、未燃排出炭化水素（ＨＣ）が多く発生し、エミッションが低下するという問題が生じる。
【０００８】
また、液ダレの発生により、筒内壁面（シリンダ壁面）へ燃料が付着する。筒内壁面へ付着した燃料の一部は伝熱により気化し、筒内の燃焼に寄与するが、残りの付着燃料は燃焼に寄与しない。従って、液ダレによって筒内壁面へ付着する燃料量が変動すると、実際の燃焼に寄与する燃料量が変動することとなり、更なるエミッションの低下を招来する。
【０００９】
更に、液ダレによる筒内への流入燃料量が一定の場合であっても、運転条件が変動した場合や、筒内状態量の違いにより筒内壁面への燃料付着量は変動する。筒内壁面への燃料付着量が変動すると、筒内壁面での付着燃料のうち、伝熱により気化する量が変動することとなり、実際の燃焼に寄与する燃料量が変動する。従って、筒内の空燃比を最適に制御することが困難となり、エミッションの低下といった問題が生じる。
【００１０】
更に、液ダレ以外の要因で筒内へ液体燃料が流入する場合がある。例えば、同期噴射を行う場合など、噴射した燃料がポートに付着せずに、液体燃料が筒内へ直接流入する場合がある。この場合にも、筒内での付着燃料量が増大し、未燃排出炭化水素（ＨＣ）が多く発生し、エミッション低下する場合がある。
【００１１】
このように、上記従来の手法では、液ダレによる筒内への燃料の流入、および筒内での燃料付着を考慮して筒内の燃料量を求めることができないため、燃料噴射量を最適に制御することは困難である。
【００１２】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、内燃機関の筒内における燃料量を正確に求め、内燃機関の燃料噴射量を最適に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁と、吸気ポートに付着するポート付着燃料量を推定するポート付着燃料量推定手段と、吸気ポートから筒内に液体の状態で流れ込む液体流入燃料量を推定する液体流入燃料量推定手段と、前記液体流入燃料量に基づいて、筒内壁面に付着する筒内付着燃料量を推定する筒内付着燃料量推定手段と、前記ポート付着燃料量及び前記筒内付着燃料量に基づいて、前記燃料噴射弁における燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、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を更に備え、前記液体流入燃料量推定手段は、前記ポート内状態量に基づいて前記液体流入燃料量を推定することを特徴とする。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明において、前記ポート付着燃料量推定手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射量のうち吸気ポートに付着する割合を表したポート付着率を取得するポート付着率取得手段と、吸気ポートに付着した燃料量のうち付着した状態で残留する割合を表したポート残留率を取得するポート残留率取得手段と、を含み、前記ポート付着率及び前記ポート残留率に基づいて前記ポート付着燃料量を推定することを特徴とする。
【００１６】
第４の発明は、第１又は第３の発明において、前記筒内付着燃料量推定手段は、前記液体流入燃料量のうち筒内壁面に付着する割合を表した筒内付着率を取得する筒内付着率取得手段と、筒内壁面に付着した燃料量のうち付着した状態で残留する割合を表した筒内残留率を取得する筒内残留率取得手段と、を含み、前記筒内付着率及び前記筒内残留率に基づいて前記筒内付着燃料量を推定することを特徴とする。
【００１７】
第５の発明は、第３の発明において、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を更に備え、前記ポート付着率取得手段手段は、前記ポート内状態量に基づいて前記ポート付着率を取得し、前記ポート残留率取得手段は、前記ポート内状態量及び前記液体流入燃料量に基づいて前記ポート残留率を取得することを特徴とする。
【００１８】
第６の発明は、第５の発明において、前記ポート内状態量は、吸気圧力、吸気温度、吸気流速、吸気ポート壁温の少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００１９】
第７の発明は、第４の発明において、筒内の内部状態を表す筒内状態量を取得する筒内状態量取得手段を更に備え、前記筒内付着率取得手段は、前記筒内状態量及び前記液体流入燃料量に基づいて前記筒内付着率を取得し、前記筒内残留率取得手段は、前記筒内状態量に基づいて前記筒内残留率を取得することを特徴とする。
【００２０】
第８の発明は、第７の発明において、前記筒内状態量は、筒内圧力、筒内ガス温度、筒内ガス流速、筒内壁温の少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００２１】
第９の発明は、第１〜第８の発明のいずれかにおいて、前記燃料噴射量制御手段は、前記液体流入燃料量又は前記筒内付着燃料量が所定のしきい値以下の微小値の場合は、前記筒内付着燃料量を用いることなく前記ポート付着燃料量に基づいて前記燃料噴射弁における燃料噴射量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
第１の発明によれば、液体流入燃料量から筒内付着燃料量を推定することができ、ポート付着燃料量、筒内付着燃料量の双方を用いて噴射すべき燃料量を制御することができるため、液体の状態で筒内へ流入する燃料量、筒内の燃料付着量を考慮した上で、筒内の目標空燃比に対応した燃料噴射量を算出することが可能となる。従って、筒内の空燃比を高精度かつ最適に制御することが可能となる。
【００２３】
第２の発明によれば、ポート内状態量に基づいて液体流入燃料量を推定することが可能となる。従って、液体流入燃料量から推定した筒内付着燃料量に基づいて燃料噴射量を制御することが可能となる。
【００２４】
第３の発明によれば、ポート付着率及びポート残留率に基づいてポート付着燃料量を推定することが可能となる。従って、ポート付着燃料量に基づいて燃料噴射量を制御することが可能となる。
【００２５】
第４の発明によれば、筒内付着率及び筒内残留率に基づいて筒内付着燃料量を推定することが可能となる。従って、筒内付着燃料量に基づいて燃料噴射量を制御することが可能となる。
【００２６】
第５の発明によれば、ポート内状態量及び液体流入燃料量に基づいて、ポート残留率を取得することが可能となる。従って、ポート残留率に基づいてポート付着燃料量を推定することが可能となる。
【００２７】
第６の発明によれば、吸気圧力、吸気温度、吸気流速、吸気ポート壁温の少なくとも１つを用いて、ポート付着率又はポート残留率を取得することができる。
【００２８】
第７の発明によれば、筒内状態量及び液体流入燃料量に基づいて、高い精度で筒内付着率を取得することが可能となる。従って、筒内付着率に基づいて筒内付着燃料量を推定することが可能となる。
【００２９】
第８の発明によれば、筒内圧力、筒内ガス温度、筒内ガス流速、筒内壁温の少なくとも１つを用いて、筒内付着率又は筒内残留率を取得することができる。
【００３０】
第９の発明によれば、液体流入燃料量又は筒内付着燃料量が所定のしきい値以下の微小値の場合は、筒内付着燃料量を考慮することなく燃料噴射弁における燃料噴射量を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつか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。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３２】
実施の形態１．
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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などが接続されている。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。
【００３７】
次に、本実施形態にかかる燃料挙動モデルについて説明する。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「燃料噴射量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「ポート壁面付着量ｆｗ」、筒内に吸入される燃料の量を「筒内流入燃料量ｆｃ」と記す。
【００３８】
また、筒内流入燃料量ｆｃのうち、一部は液体の状態で筒内へ流入する。図２に示すように、液体の状態で筒内へ流入する燃料の量を「液体流入燃料量ｆｌ」と記す。そして、筒内流入燃料量ｆｃのうち、蒸発（気化）した状態で筒内へ吸入される燃料の量を「蒸発流入燃料量ｆｖ」と記す。
【００３９】
液体流入燃料量ｆｌの一部は筒内で蒸発し、残りはシリンダ、ピストンなど筒内壁面に付着する。液体流入燃料量ｆｌのうち、筒内壁面に付着する燃料の量を「筒内壁面付着量ｆｗｃ」と記す。
【００４０】
筒内で実際に燃焼する燃料量は、筒内で蒸発した状態にある燃料量である。筒内で蒸発した状態の燃料量を「筒内蒸発燃料量（筒内燃焼要求量）ｆｃ’」と記す。
【００４１】
図３は、本実施形態の装置が用いる燃料挙動モデルを説明するための模式図である。この燃料挙動モデルは燃料噴射弁３２から噴射された後の燃料の挙動を表すモデルである。図３に示す、残留率Ｒｐ，Ｒｃ、付着率Ｐｐ，Ｐｃ、および燃料量ｆｉ，ｆｗ，ｆｃ，ｆｌ，ｆｖ，ｆｗｃ，ｆｃ’は、何れも、その燃料挙動モデルにおいて用いられるパラメータである。以下、図３に基づいて、残留率Ｒｐ，Ｒｃ、付着率Ｐｐ，Ｐｃ、燃料量ｆｗ，ｆｃ，ｆｌ，ｆｖ，ｆｗｃ，ｆｃ’の関係を説明する。
【００４２】
上述したように、燃料噴射量ｆｉは、燃料噴射弁３２から噴射された後、その一部が吸気ポート３０の壁面等に付着し、その残部が筒内に吸入される。この際、吸気ポート３０等の内壁に付着する噴射の割合を「ポート付着率Ｒｐ」と定義すれば、図３に示すように、燃料噴射量ｆｉのうち筒内に吸入されることなくポートウエットの一部となる燃料は、「Ｒｐ×ｆｉ」で表されることとなり、一方、筒内に吸入される燃料の量は「（１−Ｒｐ）×ｆｉ」で表されることとなる。
【００４３】
筒内流入燃料量ｆｃには、上記の演算式ｆｉ×（１−Ｒｐ）で表される量の燃料量の他、吸気ポート３０の内壁等に付着していた燃料のうち、筒内へ流入した燃料量が含まれる。ここで、吸気行程の実行後にポートウエットが壁面等に付着したままの状態で残る割合を「ポート残留率Ｐｐ」とすれば、図３に示すように、吸気行程の開始時に存在していたポート壁面付着量は、その吸気行程の後には「Ｐｐ×ｆｗ」で表される量に減少していることになり、一方、その吸気行程の間には、「（１−Ｐｐ）×ｆｗ」で表される量の燃料がポートウエットの存在に起因して筒内に流入したことになる。
【００４４】
従って、第ｋサイクルにおける噴射行程の開始時における吸気ポート３０のポート壁面付着量がｆｗｋであり、第ｋサイクルにおける燃料噴射量がｆｉｋである場合、第ｋサイクルの終了後に発生している吸気ポート３０の壁面付着量（つまり、第ｋ＋１サイクルにおける壁面付着量）ｆｗｋ＋１および、第ｋサイクルにおける筒内流入要求量ｆｃｋは、ポート付着率Ｒｐおよびポート残留率Ｐｐを用いて次式のように表すことができる。
ｆｗｋ＋１＝Ｐｐ×ｆｗｋ＋Ｒｐ×ｆｉｋ                  ・・・（１）
ｆｃｋ＝（１−Ｐｐ）×ｆｗｋ＋（１−Ｒｐ）×ｆｉｋ      ・・・（２）
【００４５】
筒内流入燃料量ｆｃは、液体流入燃料量ｆｌと蒸発流入燃料量ｆｖとの和であるため、以下の（３）式の関係が成立する。
ｆｃｋ＝ｆｖｋ＋ｆｌｋ                  ・・・（３）
【００４６】
蒸発した状態で筒内へ流入した燃料（蒸発流入燃料量ｆｖ）は、筒内においてそのまま蒸発燃料の状態で存在し、燃焼に寄与する。一方、液体の状態で筒内へ流入した燃料（液体流入燃料量ｆｌ）は、その一部がピストン、シリンダなどの筒内壁面に付着し、その残部が筒内での蒸発燃料となる。液体流入燃料量ｆｌのうち、筒内壁面に付着する割合を「シリンダ付着率Ｒｃ」と定義すれば、図３に示すように、液体流入燃料量ｆｌのうち筒内での蒸発燃料となることなく筒内壁面に付着する燃料は、「Ｒｃ×ｆｌ」で表されることとなり、一方、液体流入燃料量ｆｌのうち筒内での蒸発燃料となる燃料の量は「（１−Ｒｃ）×ｆｌ」で表されることとなる。
【００４７】
従って、筒内蒸発燃料量ｆｃ’には、蒸発流入燃料量ｆｖの他、上記の演算式（１−Ｒｃ）×ｆｌで表される量の燃料量が含まれる。更に、筒内蒸発燃料量ｆｃ’には、既に筒内壁面に付着していた燃料のうち、筒内で蒸発した燃料量が含まれる。ここで、吸気行程の実行前に筒内壁面に付着していた燃料量が、吸気行程の実行後に付着したままの状態で残る割合を「シリンダ残留率Ｐｃ」とすれば、図３に示すように、吸気行程の開始時に存在していた筒内壁面付着量ｆｗｃは、その吸気行程の後には「Ｐｃ×ｆｗｃ」で表される量に減少していることになり、一方、その吸気行程の間には、「（１−Ｐｃ）×ｆｗｃ」で表される量の液体燃料が筒内で蒸発したことになる。従って、筒内蒸発燃料量ｆｃ’には、蒸発流入燃料量ｆｖ、演算式（１−Ｒｃ）×ｆｌで表される量の燃料量の他、演算式（１−Ｐｃ）×ｆｗｃで表される量の燃料量が含まれる。
【００４８】
従って、第ｋサイクルにおける噴射行程の開始時における筒内壁面付着量がｆｗｃｋであり、第ｋサイクルにおける筒内流入燃料量がｆｃである場合、第ｋサイクルの終了後に発生している筒内壁面付着量（つまり、第ｋ＋１サイクルにおける筒内壁面付着量）ｆｗｃｋ＋１および、第ｋサイクルにおける筒内蒸発燃料量ｆｃ’ｋは、シリンダ付着率Ｒｃおよびシリンダ残留率Ｐｃを用いて次式のように表すことができる。
ｆｃ’ｋ＝（１−Ｐｃ）・ｆｗｃｋ＋（１−Ｒｃ）・ｆｌｋ＋ｆｖｋ・・・（４）
ｆｗｃｋ＋１＝Ｐｃ・ｆｗｃｋ＋Ｒｃ・ｆｌｋ                    ・・・（５）
【００４９】
このように、本実施形態では、吸気ポート３０における燃料挙動モデルと筒内の燃料挙動モデルを接続した直列２次モデルから燃料挙動モデルを構成し、液体流入燃料量ｆｌによって両モデルの関連付けを行っている。すなわち、筒内流入燃料量ｆｃを蒸発流入燃料量ｆｖと液体流入燃料量ｆｌに分け、液体流入燃料量ｆｌによる筒内での燃料付着を考慮して燃料挙動モデルを構成している。このモデルによれば、内燃機関１０が現実に要求している筒内蒸発燃料量ｆｃ’ｋに対応した燃料噴射量ｆｉは、上記（１）〜（５）式の関係を用いることにより、ポート付着率Ｒｐ、ポート残留率Ｐｐ、シリンダ付着率Ｒｃ、シリンダ残留率Ｐｃをパラメータとして、個々のサイクル毎に演算により求めることができる（尚、ｆｗ，ｆｗｃの初期値は０に設定できる）。この際、吸気ポート３０への燃料付着のみならず、筒内へ液体の状態で流入した液体流入燃料量ｆｌおよび筒内壁面付着量ｆｗｃを考慮した上で燃料噴射量ｆｉを算出することができるため、極めて高い精度で筒内の空燃比に対応した燃料噴射量ｆｉを算出することが可能となる。
【００５０】
従って、図３の燃料挙動モデルによれば、ポート付着率Ｒｐ、ポート残留率Ｐｐ、シリンダ付着率Ｒｃ、シリンダ残留率Ｐｃの値を設定し、液体流入燃料量ｆｌを予め求めておけば、ポート壁面付着量ｆｗ、筒内壁面付着量ｆｗｃの変化に影響されることなく、筒内蒸発燃料量ｆｃ’と燃料噴射量ｆｉとの関係を正確に求めることができる。従って、筒内で最適な燃焼を行うために要求される筒内蒸発燃料量（筒内燃焼要求量）ｆｃ’に基づいて、燃料噴射量ｆｉを精度良く演算により求めることが可能である。
【００５１】
これにより、例えば、冷間時、始動時など、吸気ポート３０または筒内での燃料付着量の変動が多く発生し、吸気ポートから筒内への液ダレ量が多い場合であっても、燃料噴射量ｆｉを最適化することが可能となる。従って、未燃排出ガス（ＨＣ）の量を定量化することができ、未燃排出ガスが減少するように運転条件を変更することで、排気ガスのエミッションを向上させることが可能となる。
【００５２】
具体的には、第ｋ−１サイクルにおける（４）式の演算から、第ｋサイクルにおけるｆｗｃｋが算出される。また、筒内要求燃料量ｆｃ’ｋは目標となる所定の値に設定される。ポート付着率Ｒｐ、ポート残留率Ｐｐ、シリンダ付着率Ｒｃ、シリンダ残留率Ｐｃの値を設定し、液体流入燃料量ｆｌｋを予め求めておけば、（１）式〜（５）式における未知数はｆｗｋ，ｆｉｋ，ｆｃｋ，ｆｖｋ，ｆｗｃｋ＋１となるため、（１）式〜（５）式を連立方程式として解くことにより、ｆｗｋ，ｆｉｋ，ｆｃｋ，ｆｖｋ，ｆｗｃｋ＋１のそれぞれの値を算出できる。これにより、第ｋサイクルにおいて、筒内要求燃料量ｆｃ’ｋに応じた燃料噴射量ｆｉｋを算出することが可能となる。各燃料量は、１サイクル毎に算出され、その値が更新される。
【００５３】
液体流入燃料量ｆｌは、内燃機関１０の運転状態に応じて変化する。すなわち、吸気ポート３０近傍に付着した液体燃料が筒内へ液体の状態で流れる様子は、内燃機関１０の負荷ＫＬや機関回転数ＮＥなどに応じて適宜変化する。より詳細には、液体流入燃料量ｆｌは、吸気管圧力Ｐｇ、吸気ポート３０における吸入空気の流速Ｕｇ、ポート壁面付着量ｆｗなどの各特性値と相関があるため、これらの特性値から求めることができる。そして、液体流入燃料量ｆｌの精度を確保するためには、内燃機関１０の運転状態に応じて液体流入燃料量ｆｌの値を適宜設定することが必要である。
【００５４】
同様に、ポート付着率Ｒｐ、ポート残留率Ｐｐ、シリンダ付着率Ｒｃ、シリンダ残留率Ｐｃも、内燃機関１０の運転状態に応じて変化する。すなわち、燃料が吸気ポート３０または筒内壁面に付着する様子や、付着している燃料が気化する様子は、内燃機関１０の負荷ＫＬや機関回転数ＮＥなどに応じて適宜変化する。より詳細には、ポート付着率Ｒｐ、ポート残留率Ｐｐは、吸気管圧力Ｐｇ、吸気温度Ｔｇ、流速Ｕｇ、吸気ポート３０の壁温Ｔｐｗ、液体流入燃料量ｆｌなどの各特性値と相関があり、これらの特性値から求めることができる。また、シリンダ付着率Ｒｃ、シリンダ残留率Ｐｃは、筒内圧力Ｐｃｌ、筒内ガス温度Ｔｃｌ、筒内ガス流速Ｕｃｌ、筒内壁温Ｔｃｗ、液体流入燃料量ｆｌなどの各特性値と相関があり、付着率Ｒｃ、残留率Ｐｃは、これらの特性値から求めることができる。そして、ポート付着率Ｒｐ、ポート残留率Ｐｐ、シリンダ付着率Ｒｃ、シリンダ残留率Ｐｃの精度を確保するためには、内燃機関１０の運転状態に応じてＲｐ，Ｐｐ，Ｒｃ，Ｐｃの値を適宜設定することが必要である。
【００５５】
そこで、本実施形態では、ポート付着率Ｒｐ、ポート残留率Ｐｐ、シリンダ付着率Ｒｃ、シリンダ残留率Ｐｃ、または液体流入燃料量ｆｌを運転状態との関係で特定するための規則を予め作成しておき、ＥＣＵ５０に、その規則に従ってポート付着率Ｒｐ、ポート残留率Ｐｐ、シリンダ付着率Ｒｃ、シリンダ残留率Ｐｃ、および液体流入燃料量ｆｌを設定させることとしている。このような手法によれば、内燃機関１０の運転状態が変化し、その変化に伴って噴射後の燃料の挙動が変化するのに対応して、適宜適切なポート付着率Ｒｐ、ポート残留率Ｐｐ、シリンダ付着率Ｒｃ、シリンダ残留率Ｐｃおよび液体流入燃料量ｆｌを取得することができるため、高精度な燃料噴射量制御を実現することが可能である。
【００５６】
図４は、上述した機能を実現するために、本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図４に示すルーチンは、内燃機関１０が１サイクル動作する毎に実行されるルーチンであり、ここでは第ｋサイクルでのルーチンを示す。このルーチンでは、先ず、ステップＳ１において、現在の内燃機関１０の状態を表す各種のパラメータが取得される。具体的には、ここでは、吸気管圧力Ｐｇ、吸気温度Ｔｇ、吸気ポート３０における吸入空気の流速Ｕｇ、吸気ポート３０の壁面温度Ｔｐｗなどのポート内状態量が、計測により、あるいは公知のモデル演算により求められる。また、ＥＣＵ５０に運転条件（機関回転数ＮＥ、負荷率ＫＬ）とこれらの状態量との関係を規定したマップを記憶させ、運転条件に応じてこれらの状態量をマップから取得することとしてもよい。
【００５７】
次のステップＳ２では、液体流入燃料量ｆｌｋを求める。上述したように、液体流入燃料量ｆｌは、吸気管圧力Ｐｇ、流速Ｕｇ、ポート壁面付着量ｆｗｋから求めることができる。ＥＣＵ５０は、吸気管圧力Ｐｇ、流速Ｕｇ、及びポート壁面付着量ｆｗｋと液体流入燃料量ｆｌｋとの関係を規定した演算式ｆ０を記憶しており、ステップＳ２では、演算式ｆ０に吸気管圧力Ｐｇ、流速Ｕｇ、ポート壁面付着量ｆｗｋを代入して、液体流入燃料量ｆｌｋを求める。この際、吸気管圧力Ｐｇ、流速ＵｇはステップＳ１で取得した値を用い、また、ポート壁面付着量ｆｗｋは、前サイクルにおけるステップＳ１０で求めた値を用いる。
【００５８】
次のステップＳ３では、ポート内燃料制御パラメータを算出する。ここでは、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐを算出する。ポート残留率Ｐｐは、吸気ポート３０に付着していた燃料が付着した状態で残留する割合であるから、液体流入燃料量ｆｌｋに応じて変動する。従って、ポート残留率Ｐｐは、吸気管圧力Ｐｇ、吸気温度Ｔｇ、流速Ｕｇ、壁面温度Ｔｐｗなどのポート内状態量に加えて、液体流入燃料量ｆｌｋを考慮して算出する。一方、ポート付着率Ｒｐは、吸気管圧力Ｐｇ、吸気温度Ｔｇ、流速Ｕｇ、壁面温度Ｔｐｗから求めることができる。ＥＣＵ５０は、吸気管圧力Ｐｇ、吸気温度Ｔｇ、流速Ｕｇ、壁面温度Ｔｐｗ、液体流入燃料量ｆｌｋとポート残留率Ｐｐとの関係を規定した演算式ｆ１、および吸気管圧力Ｐｇ、吸気温度Ｔｇ、流速Ｕｇ、壁面温度Ｔｐｗとポート付着率Ｒｐとの関係を規定した演算式ｆ２をそれぞれ記憶している。ステップＳ３では、演算式ｆ１，ｆ２にステップＳ１で取得した吸気管圧力Ｐｇ，吸気温度Ｔｇ，流速Ｕｇ，壁面温度Ｔｐｗ、およびステップＳ２で求めた液体流入燃料量ｆｌｋを代入して、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐを求める。
【００５９】
次のステップＳ４では、吸気ポート３０から筒内へ液体燃料が流入しているか、または筒内壁面に燃料が付着しているか否かを判定する。すなわち、ここでは、ｆｌｋ＞０であるか、またはｆｗｃｋ＞０であるか否かを判定する。ここで、液体流入燃料量ｆｌｋはステップＳ２で求めた値を用いる。また、ｆｗｃｋは、前サイクルにおけるステップＳ９で求めた値を用いる。
【００６０】
ステップＳ４でｆｌｋ＞０またはｆｗｃｋ＞０の場合は、筒内へ液体燃料が流入しているため、筒内壁面に燃料が付着している。特に、冷間時、始動時には筒内への液体燃料の流入が多く、筒内壁面の燃料付着量も多くなる。従って、筒内のシリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを考慮して燃料噴射量を制御する必要がある。このため、ステップＳ４でｆｌｋ＞０またはｆｗｃｋ＞０の場合は、ステップＳ５へ進み、以降の処理でシリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを算出する。一方、ステップＳ４でｆｌｋ＞０またはｆｗｃｋ＞０ではない場合は、筒内の燃料付着を考慮することなく処理を行うため、ステップＳ１１へ進み、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐを用いた処理を行う。なお、ステップＳ４では、所定のしきい値と液体流入燃料量ｆｌｋ、筒内壁面付着量ｆｗｃｋをそれぞれ比較し、液体流入燃料量ｆｌｋ、筒内壁面付着量ｆｗｃｋが所定のしきい値以下の微小値である場合に、ステップＳ１１へ進むこととしてもよい。
【００６１】
ステップＳ５では、筒内状態量を取得する。具体的には、筒内圧力Ｐｃｌ、筒内ガス温度Ｔｃｌ、筒内ガス流速Ｕｃｌ、シリンダ壁面温度Ｔｃｗを取得する。ＥＣＵ５０は、運転条件とこれらの状態量との関係を規定したマップを記憶しており、運転条件（機関回転数ＮＥ、負荷ＫＬなど）に応じてこれらの状態量をマップから取得する。なお、これらの状態量は計測により、あるいは公知のモデル演算により求めてもよい。
【００６２】
次のステップＳ６では、筒内燃料制御パラメータを算出する。ここでは、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを算出する。シリンダ付着率Ｒｃは、液体流入燃料量ｆｌｋのうち筒内壁面に付着した燃料量の割合であるため、液体流入燃料量ｆｌｋに応じて変動する。このため、シリンダ付着率Ｒｃは、筒内圧力Ｐｃｌ、筒内ガス温度Ｔｃｌ、筒内流速Ｕｃｌ、シリンダ壁面温度Ｔｃｗなどの状態量に加えて、液体流入燃料量ｆｌｋを考慮して算出する。一方、シリンダ残留率Ｐｃは、筒内圧力Ｐｃｌ、筒内ガス温度Ｔｃｌ、筒内流速Ｕｃｌ、シリンダ壁面温度Ｔｃｗから求めることができる。ＥＣＵ５０は、筒内圧力Ｐｃｌ、筒内ガス温度Ｔｃｌ、筒内流速Ｕｃｌ、シリンダ壁面温度Ｔｃｗ、液体流入燃料量ｆｌｋとシリンダ付着率Ｒｃとの関係を規定した演算式ｆ３、および筒内圧力Ｐｃｌ、筒内ガス温度Ｔｃｌ、筒内流速Ｕｃｌ、シリンダ壁面温度Ｔｃｗとシリンダ残留率Ｐｃとの関係を規定した演算式ｆ４をそれぞれ記憶している。ステップＳ６では、演算式ｆ３，ｆ４にステップＳ５で取得した筒内圧力Ｐｃｌ、筒内ガス温度Ｔｃｌ、筒内流速Ｕｃｌ、シリンダ壁面温度Ｔｃｗ、およびステップＳ２で求めた液体流入燃料量ｆｌｋを代入して、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを求める。
【００６３】
次のステップＳ７では、燃焼要求燃料量ｆｃ’ｋを求める。ここでは、現在の運転状態に応じて筒内で要求される燃料量ｆｃ’ｋを求める。具体的には、例えば筒内の空燃比をストイキに制御する場合は、現在の運転条件における吸入空気量Ｇａと、ストイキの空燃比（＝１４．６）とに基づいて燃焼要求燃料量ｆｃ’ｋを求める。
【００６４】
次のステップＳ８では、筒内での燃焼に寄与する燃料量がステップＳ７で算出した燃焼要求燃料量ｆｃ’ｋとなるように、燃焼要求燃料量ｆｃ’ｋに対応した燃料噴射量ｆｉｋを算出する。この際、ステップＳ２で求めた液体流入燃料量ｆｌｋと、ステップＳ３，Ｓ６で求めたポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐ、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを用いて、（１）式〜（５）式から燃料噴射量ｆｉｋを算出する。次のステップＳ９では、第ｋ＋１サイクルでのステップＳ８の演算のために、（５）式から筒内壁面付着量ｆｗｃｋ＋１を算出し、その値を更新しておく。
【００６５】
ステップＳ４でｆｌｋ＞０またはｆｗｃｋ＞０ではない場合は、ステップＳ１１で筒内流入燃料量ｆｃｋを算出する。この場合、筒内での燃料付着を考慮しないため、筒内流入燃料量ｆｃｋが筒内での燃焼に寄与する燃料量となる。従って、現在の運転状態に応じて筒内で要求される燃料量を求め、これを筒内流入燃料量ｆｃｋとする。
【００６６】
次のステップＳ１２では、筒内での燃焼に寄与する燃料量がステップＳ１１で算出した燃焼要求燃料量ｆｃｋとなるように、燃焼要求燃料量ｆｃｋに対応した燃料噴射量ｆｉｋを算出する。この際、筒内での燃料付着を考慮しないため、ステップＳ３で求めたポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐと、ステップＳ１１で求めた筒内流入燃料量ｆｃｋを用いて、（２）式から燃料噴射量ｆｉｋを算出する。この際、第ｋ−１サイクルでの（１）式の演算により、ｆｗｋは既に算出されている。従って、（１）式にＰｐ，Ｒｐ，ｆｃｋを代入することで、ｆｉｋを算出することができる。なお、ステップＳ３で算出したポート残留率Ｐｐには、液体流入燃料量ｆｌｋによる変動分が含まれているため、燃料噴射量ｆｉｋを算出する精度をより向上させることが可能である。
【００６７】
次のステップＳ１０では、第ｋ＋１サイクルでのステップＳ１２の演算のために、（１）式からポート壁面付着量ｆｗｋ＋１を算出し、その値を更新しておく。
【００６８】
第ｋサイクルでの最適な燃料噴射量ｆｉｋを算出した後、次のサイクルでは燃料噴射量をｆｉｋにするように制御を行う。
【００６９】
図４の処理によれば、燃料が液体の状態で筒内へ流入する場合、筒内壁面に燃料が付着している場合には、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐに加えてシリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを用いて燃料噴射量ｆｉを算出するため、筒内への液体燃料の流入、筒内壁面への燃料付着を考慮した上で燃料噴射量ｆｉを正確に算出することが可能となる。
【００７０】
なお、図４の処理では、液体流入燃料量ｆｌ、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐ、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを演算式ｆ０，ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４から取得することとしたが、他の方法により取得しても構わない。例えば、運転状態（機関回転数ＮＥ、負荷率ＫＬなど）と液体流入燃料量ｆｌ、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐ、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃのそれぞれとの関係を定めたマップを予めＥＣＵ５０に記憶させておき、マップからこれらの値を取得することとしてもよい。
【００７１】
次に、液体流入燃料量ｆｌ、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐ、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを算出する具体的な方法を説明する。先ず、液体流入燃料量ｆｌは、吸気管圧力Ｐｇ、吸気流速Ｕｇ、ポート壁面付着量ｆｗの関数（演算式ｆ０）として算出することができる。すなわち、以下の（６）式の関係が成立する。
ｆｌ＝ｆ０（Ｐｇ，Ｕｇ，ｆｗ）                  ・・・（６）
【００７２】
より詳細には、単位時間内に液体の状態で筒内へ流入する燃料量は、燃料の密度、燃料の液膜の断面積、液膜の平均移動速度の積で表すことができる。このうち、液膜の平均移動速度は吸入空気と液膜の間のせん断力と相関があり、せん断力は吸気管圧力Ｐｇ、吸気流速Ｕｇの関数として表すことができる。また、燃料の密度、液膜の断面積は燃料付着量ｆｗの関数として表すことができる。従って、ｆｌは、Ｐｇ、Ｕｇ、ｆｗの関数として表すことができる。演算式ｆ０（Ｐｇ，Ｕｇ，ｆｗ）は、具体的に例えば以下の（７）式で表すことができる。
【００７３】
【数１】
2005048712.tif 000003
【００７４】
（７）式は、吸気ポート３０の内壁面を流れる液体流入燃料量ｆｌを算出するための式である。（７）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。
ρｌ：液体燃料の密度（規定値）
ρｇ：空気の密度（気体の状態方程式から、ρｇ＝Ｐｇ／Ｒｃｏｎｓｔ・Ｔｇとして算出できる。Ｒｃｏｎｓｔは気体定数である。）
ｈｐｏｒｔ:吸気ポートに付着した付着燃料の膜厚
μg：空気の粘性係数
μl：燃料の粘性係数
Ｄ：吸気ポートの径
Δｔｌａｍ：層流期間、すなわち、吸気バルブ３４の閉弁期間
Δｔｔｕｒｂ：乱流期間、すなわち、吸気バルブ３４の開弁期間
但し、Δｔｌａｍ＋Δｔｔｕｒｂ＝７２０（ｄｅｇ）
また、吸気ポート３０の形状が円管状であるとした場合、円管の中心線から角度ｘ(度)の範囲で吸気ポート３０の内面に液体燃料が付着しているとすると、（７）式のＬは、Ｌ＝Ｄ×(ｘ・３６０)として算出される。（６）式、（７）式によれば、Ｐｇ，Ｕｇ，ｆｗに基づいて液体流入燃料量ｆｌを算出することが可能となる。
【００７５】
次に、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐを取得する方法を説明する。図５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５（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５（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５（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。
【００７６】
燃料噴射弁３２から噴射された液滴の量は、図５（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５（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。
【００７７】
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。
【００７８】
図５（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行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。
【００７９】
ポート付着率Ｒｐ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、燃料噴射量ｆｉから、蒸発により失われた燃料量と液体のまま筒内へ流入する燃料量を減じた値である。
【００８０】
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。
【００８１】
ＥＣＵ５０は、噴射燃料のポート付着率Ｒｐ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)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)＋Ｇ２(Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ)
・・・（８）
【００８２】
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、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。
【００８３】
ＥＣＵ５０は、上記の如く蒸発総量Ｖｆｉを算出したら、次式に従って噴射燃料のポート付着率Ｒｐを算出する。
Ｒｐ＝(ｆｉ−Ｖｆｉ)／ｆｉ                                ・・・（９）
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)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、精度良くポート付着率Ｒｐを算出することができる。
【００８４】
図６は、吸気行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、次サイクルの吸気行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６（Ａ）は、吸気行程終了後、次サイクルの吸気行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６（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６（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。
【００８５】
吸気行程の終了時に壁面に付着していた燃料は、その後、次サイクルの吸気行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。ポート残留率Ppは、吸気行程の終了時における付着量（図６（Ｃ）に示す「付着」に相当）と、次サイクルの吸気行程終了時における残留量（図６（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６（Ｃ）に示す「蒸発」に相当）と、液体流入燃料量ｆｌを減ずることにより求めることができる。
【００８６】
吸気行程が終了した後、次サイクルの吸気行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６（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６（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。
【００８７】
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。
【００８８】
そこで、本実施形態では、付着燃料のポート残留率Ｐｐ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、これら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、付着燃料の蒸発総量Ｖｆｗが算出される。
Ｖｆｗ＝Ｆ３(Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗ)＋Ｇ３(Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ)
・・・（１０）
【００８９】
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。
【００９０】
ＥＣＵ５０は、上記の如く付着燃料の蒸発量Ｖｆｗを算出したら、次に、付着燃料のポート残留率Ｐｐを算出する。吸気ポート３０近傍に付着した燃料量は、蒸発量Ｖｆｗの分が失われ、また、液体流入燃料量ｆｌの分も失われる。従って、ポート残留率Ｐｐは以下の（１１）式から算出される。
Ｐ＝(ｆｗ−Ｖｆｗ−ｆｌ)／ｆｗ                          ・・・（１１）
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である。
【００９１】
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、精度良くポート残留率Ｐｐを算出することができる。
【００９２】
このように、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ポート付着率Ｒｐ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ポート残留率Ｐｐ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。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ポート付着率Ｒｐおよびポート残留率Ｐｐを算出すると共に、それらの算出値ＰｐおよびＲｐ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。
【００９３】
［ポート残留率Ｐｐの具体的算出方法］
次に、ＥＣＵ５０が、ポート残留率Ｐｐ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。
ポート残留率Ｐｐを算出するための演算式として説明した上記（１０）式および（１１）式は、以下のように変形することができる。
Ｐ＝(ｆｗ−Ｖｆｗ−ｆｌ)／ｆｗ
＝１−Ｖｆｗ／ｆｗ−ｆｌ／ｆｗ
＝１−［Ｆ３(Ｐｇ、Ｔｇ、Ｔｗ)／ｆｗ］−［Ｇ３(Ｐｇ、Ｔｇ、Ｕｇ、Ｔｗ)／ｆｗ］−ｆｌ／ｆｗ                                  ・・・（１２）
以下に示す（１３）式は、上記（１２）式を具体的に表した式であって、図４の演算式ｆ１に相当する式である。
【００９４】
【数２】
2005048712.tif 000004
【００９５】
上記（１３）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（既定値）
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
【００９６】
また、上記（１３）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。
Ｓｃ２：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)
【００９７】
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（１４）のように表すことができる。
【００９８】
【数３】
2005048712.tif 000005
【００９９】
上記（１４）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３０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（１４）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（１５）により算出することができる。
【０１００】
【数４】
2005048712.tif 000006
【０１０１】
上記（１５）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（１６）により求めることができる。
【０１０２】
【数５】
2005048712.tif 000007
【０１０３】
但し、上記（１６）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（１６）式中、Ｔｆは、次式（１７）により表される温度である。
Ｔｆ＝ε・Ｔｗ＋（１−ε）Ｔｇ        ・・・（１７）
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。
【０１０４】
上記（１３）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（１３）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。
【０１０５】
上記（１３）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（１３）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。
【０１０６】
［ポート付着率Ｒｐの具体的算出方法］
次に、ＥＣＵ５０が、ポート付着率Ｒｐ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（８）式および（９）式によるポート付着率Ｒｐ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。
【０１０７】
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（１８）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。（１８）式は、図４の演算式ｆ２に相当する式である。
Ｒ＝Ｒ１・α・Ｒ２              ・・・（１８）
【０１０８】
そこで、ＥＣＵ５０は、具体的には、上記（１８）式の手法で噴射燃料のポート付着率Ｒｐを算出する。ここで、上記（１８）式に含まれるＲ１、Ｒ２およびαは、それぞれ、以下に示す（１９）〜（２１）式により求めることができる。
【０１０９】
【数６】
2005048712.tif 000008
【０１１０】
但し、上記（１９）〜（２１）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
σl：燃料の表面張力
θＩ：噴射方向と衝突壁面のなす角度
μl：燃料の粘性係数
【０１１１】
尚、上記（２１）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（１８）式に則ってポート付着率Ｒｐを演算する際には、αは固定値として扱うことができる。
【０１１２】
上記（１９）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（１４）〜（１６）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。
【０１１３】
上記（２０）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、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（１４）〜（１６）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。
【０１１４】
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（１８）〜（２１）式）を用いて、ポート内状態量Ｐｇ、Ｔｇ、ＵｇおよびＴｗに基づいて、噴射燃料のポート付着率Ｒｐ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（１３）〜（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、付着燃料のポート残留率Ｐｐを精度良く推定することができる。
【０１１５】
［シリンダ残留率Ｐｃの具体的算出方法］
次に、ＥＣＵ５０が、シリンダ残留率Ｐｃ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。シリンダ残留率Ｐｃを算出するための数式モデルの基本的内容は、ポート残留率Ｐｐを算出するための数式モデルと同様である。ただし、シリンダ残留率Ｐｃの算出では、液体流入燃料量ｆｌによる減少分を考慮する必要がないため、（１２）式、（１３）式から−ｆｌ／ｆｗの項を削除した演算式が図４の演算式ｆ３に相当し、シリンダ残留率Ｐｃを算出するための数式モデルとなる。
【０１１６】
［シリンダ付着率Ｒｃの具体的算出方法］
次に、ＥＣＵ５０が、シリンダ付着率Ｒｃ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。シリンダ付着率Ｒｃを算出するための数式モデルの基本的内容は、ポート付着率Ｒｐを算出するための数式モデルと同様である。シリンダ付着率Ｒｃを算出する具体的手法では、上記（１８）式を以下の（２３）式に置き換えてシリンダ付着率Ｒｃを算出する。（２３）式は、図４の演算式ｆ４に相当する式である。
Ｒｃ＝Ｒｃｌ１・αｃｌ・Ｒｃｌ２              ・・・（２３）
【０１１７】
（２３）式において、Ｒｃｌ１，αｃｌ，Ｒｃｌ２は、以下の（２４）式〜（２６）式から算出する。（１９）式〜（２１）式では、直管の理論式の係数を用いているが、（２４）式〜（２６）式では、シリンダ付着率Ｒｃを算出するため、筒内での理論式から得られる係数を用いている点で相違する。
【０１１８】
【数７】
2005048712.tif 000009
【０１１９】
また、（２５）式、（２６）式において、ｄｃｌは以下の（２７）式から算出する。
【０１２０】
【数８】
2005048712.tif 000010
【０１２１】
但し、上記（２４）〜（２７）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、μl、ρｇ、Ｂ１、Ｂ２、σl、Δｔｌａｍ、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。
ｈｃｌ:シリンダ付着燃料の膜厚
Ｄｂｏｒｅ:シリンダボア径
Ｕｃｌ:シリンダ内ガス流速
Ｖｃｌ:シリンダ内液滴飛行速度
ｄｃｌ：液体流入燃料flの直径
θＩC：流入方向と筒内衝突壁面のなす角
Δｔｄｒｏｐc：筒内飛行時間
【０１２２】
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を用いて、ポート内状態量、筒内状態量、液体流入燃料量ｆｌに基づいて、ポート付着率Ｒｐ、シリンダ付着率Ｒｃ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を用いて、ポート内状態量、筒内状態量、液体流入燃料量ｆｌに基づいて、付着燃料のポート残留率Ｐｐ、シリンダ残留率Ｐｃを精度良く推定することができる。
【０１２３】
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、吸気ポート３０への燃料付着のみならず、筒内へ液体の状態で流入した液体流入燃料量ｆｌおよび筒内壁面付着量ｆｗｃを考慮した上で機関が要求する最適な燃料噴射量ｆｉを算出することができ、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。
【０１２４】
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。この場合、機関が暖機されていると、停止後に吸気ポート３０及び筒内の付着燃料が蒸発し、次に機関が始動した際に再び吸気ポート３０、筒内に燃料が付着するため、燃料付着の挙動が複雑になる。本実施形態の装置によれば、吸気ポート３０及び筒内の燃料付着、液ダレ量を考慮しているため、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、付着率および残留率を算出する場面でも利用することができる。
更に、リフト可変機構付き内燃機関においては、リフト量がゼロのように流れを止めてしまった場合でも、ポート内とシリンダ内の付着燃料のそれぞれの蒸発量を求めることができるため、その後のリフト稼動初期のｆｖ，ｆｗおよびｆ’ｃ，ｆｗｃを算出することが可能となる。
【０１２５】
以上説明したように本実施形態によれば、吸気ポート３０から筒内へ液体の状態で流入する燃料量を考慮した上で、筒内で実際に燃焼する蒸発燃料と燃料噴射弁３２からの燃料噴射量との関係を規定した燃料挙動モデルを構築することが可能となる。従って、液体の状態で筒内へ流入する燃料量、筒内壁面への燃料付着を考慮した上で、筒内の目標空燃比に対応した燃料噴射量を算出することが可能となり、筒内の空燃比を高精度かつ最適に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の一実施形態の燃料噴射制御装置の構成を説明するための模式図である。
【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】本発明の燃料挙動モデルを説明するための模式図である。
【図４】本発明の一実施形態の燃料噴射制御装置における処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】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６】吸気行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、次サイクルの吸気行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。
【符号の説明】
【０１２７】
３０  吸気ポート
３２  燃料噴射弁
５０  ＥＣＵ
【図１】
2005048712.tif 000011
【図２】
2005048712.tif 000012
【図３】
2005048712.tif 000013
【図４】
2005048712.tif 000014
【図５】
2005048712.tif 000015
【図６】
2005048712.tif 000016