(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの低温始動時に吸気ポート近傍又は吸気管内に残留している燃料量を、前記吸気ポート近傍又は前記吸気管内に安定に残留する平衡液膜量と十分なサイクル数が経過しときにシリンダ内に吸入される非平衡液膜量とに分離演算する手段と、
前記非平衡液膜量に基づいて、燃料噴射を補正する手段とを備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記非平衡液膜量の内、次サイクルでシリンダに流入する燃料量を予測演算する手段を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１，２において、前記非平衡液膜量の内、次サイクルでシリンダに流入する燃料量に基づいて、次サイクルの燃料噴射量を補正する手段を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３において、低温始動後、所定サイクル経過後もしくは所定時間経過後における、各気筒の吸気ポート近傍もしくは吸気管内に残留している燃料量を気筒別に制御する手段を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項４において、低温始動後、所定サイクル経過後もしくは所定時間経過後における、各気筒の吸気ポート近傍もしくは吸気管内に残留している燃料量の差が、所定範囲内に収まるように制御することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５において、燃料温度を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、前記燃料温度から所定の燃料性状における平衡液膜量を求める手段を備え、目標燃焼燃料量を演算する手段を備え、前記平衡液膜量と目標燃焼燃料量を足した燃料量を始動時の各気筒の初回に噴射する手段とを備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記燃料温度から所定の燃料性状における平衡液膜量を一サイクル毎又は複数サイクル毎に更新演算する手段を備え、前回演算した平衡液膜量と今回演算した平衡液膜量との差に基づいて、次回以降の燃料噴射量を補正する手段を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記前回演算した平衡液膜量と前記今回演算した平衡液膜量との差に基づいて非平衡液膜量を更新する手段を備え、
前記非平衡液膜量に基づいて、次回以降の燃料噴射量を補正する手段を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項９】
請求項１〜８において、
複数の燃料性状と、それに応じた平衡液膜量を求める手段を備え、
実際の燃料性状を直接的もしくは間接的に検出する手段と、
前記検出した実際の燃料性状に対応する平衡液膜量を求める手段を備えることを
特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１０】
請求項６において、
前記燃料温度検出手段は、少なくとも外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温に基づいて燃料温度を検出するもしくは外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温で代替することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１１】
請求項６において、
エンジンの燃焼空燃比を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、前記燃焼空燃比に基づいて前記燃料性状を検出することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
エンジンの筒内圧もしくは軸トルクもしくは排気空燃比を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、
エンジンに供給した燃料量および空気量、および前記筒内圧もしくは前記軸トルクもしくは排気空燃比に基づいて、前記燃焼空燃比を検出することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１３】
請求項１１において、
エンジンの回転速度変動を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、
エンジンに供給した燃料量および空気量および前記回転速度変動に基づいて、
前記燃焼空燃比を検出することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３において、
前記平衡液膜量は、重質燃料における平衡液膜量とすることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記重質燃料は、少なくとも、排気認証試験に用いられる燃料よりも重質の燃料であることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５において、
前記平衡液膜量は、外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温が低くなるに応じて、増加するように設定することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記平衡液膜量は、外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温に対して、Ｅｘｐ関数あるいはそれに準じる傾向で表されることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７において、
前記平衡液膜量は、エンジンに吸入される空気量の流速もしくはそれと相関のあるパラメータに基づいて補正する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８に記載の制御装置を、
気筒別に備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９において、
燃料噴射は、吸気弁が開く前に開始することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０において、
燃料噴射は、吸気弁が開く前に終了することを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの制御装置に関し、特に始動時の排気を低減する制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、北米，欧州，国内などの自動車用エンジン排気規制強化にともない、エンジン排気の更なる低減が要求されつつある。触媒の高性能化および触媒制御の高精度化が進み、エンジンからの排気は、始動時に排出される量が支配的である。排気性能は、シリンダ内の空燃比が大きく影響するため、始動時においてもシリンダ内の空燃比の最適化が課題である。
【０００３】
特許文献１においては、吸気行程にタイミングを合わせて燃料噴射を行わせる燃料噴射制御装置において、初回燃料噴射と２回目以降の燃料噴射とで、燃料噴射量（目標燃空比）を個別に設定する発明が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−５４２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸気ポートに燃料を噴射するエンジンにおいては、始動時のエンジン温度，吸入空気温度，燃料性状などに応じて、吸気管に噴射した燃料の内、シリンダ内に流入する燃料量が変化することが知られている。シリンダ内の空燃比の最適化するためには、始動時の燃料挙動に着目した高精度な燃料制御が課題である。
【０００６】
当発明においては、初回噴射のみにおいて、付着燃料分の影響を考慮した発明である。したがって、初回噴射以降において、付着燃料分が変化した場合については、配慮がなされておらず、その場合においては、シリンダ内に流入する燃料量に誤差が発生する。シリンダ内に流入する燃料量に誤差が発生すると、燃焼空燃比に誤差が発生し、排気が悪化する。また、付着燃料分がどのようなメカニズムあるいは何の因子で決まるかまでは明らかにされていない。このことから、付着燃料分の影響に着目はなされているものの、それを考慮した燃料制御精度は、十分とは言えないものがあった。
【０００７】
また、吸気行程に合わせて燃料噴射を行うことが前提となっているが、吸気行程において、燃料噴射を行うと、吸気管内壁および吸気弁表面で一旦燃料が液膜化することなく、噴射燃料が直接シリンダ内に流入しやすくなる。この場合、吸気流速の剪断応力を十分に利用することができないため、燃料は十分に微粒化できずに、シリンダに入る。燃料粒径が大きいと、燃焼素性が悪くなり、トルク性能，排気性能の双方に悪影響を及ぼす。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記、事情に鑑み、本発明では、始動時の燃料挙動をより高精度に予測し、かつ、吸気管内燃料量を積極的に制御することでシリンダ内に流入する燃料量をより高精度に制御し、もって排気を低減する方式を提案するものである。
【０００９】
上述の課題を解決するために、図１に示されるように、エンジンの吸気ポート近傍もしくは吸気管内に残留している燃料量を、燃料量Ａと燃料量Ｂに分離演算する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、吸気管に噴射した燃料は、一旦、吸気管内壁および吸気弁表面で液膜化するが、発明者は、この液膜は、「吸気管内に残留する安定な液膜（後述するように平衡液膜）」と「吸気管に残留せず、十分な時間（十分なサイクル数）が経過すれば、全てシリンダ内に吸入されてしまう不安定な液膜（後述するように非平衡液膜）」から形成されることを見出した。図１６は、実エンジンで「エンジン始動時の極初期における吸気管に残留する安定な液膜量（平衡液膜量）」を計測した結果である（近似式も同じく図示、吸気流速は一定）。燃料温度を代表する始動時冷却水温と燃料性状（軽質，重質）で整理できることがわかる。また、図１７は、「エンジン始動時の極初期における吸気管に残留する不安定な液膜量（非平衡液膜量）」を計測した結果である（推定値も同じく図示）。始動後サイクル数が増えるに応じて、非平衡液膜量が減少し、０に漸近していることがわかる。非平衡液膜量が減少した分は、シリンダ内に流入していると考える。
【００１０】
このことから、エンジン始動時の極初期においては、吸気管内に形成される燃料液膜は力学的に安定な平衡液膜量と力学的に不安定な非平衡液膜量に分けられ、非平衡液膜量は、時間（サイクル数）が経過するに応じて、徐々に崩壊し、シリンダ内に流入するものと考える。すなわち、吸入空気量による燃料液膜剪断応力，燃料液膜の粘性力および摩擦力などの力学的バランスによって、燃料液膜の内、吸気管内に残留する燃料とシリンダ内に流入する燃料量が決まると考えている。図１６において、平衡液膜量が温度，燃料性状で整理できるのは、燃料の粘性が温度と燃料性状で支配的に決まるからであると考える。なお、力学的な作用が支配的なのは、あくまでも低温始動の極初期だけであり、始動後時間が経過するにつれ、吸気弁表面および吸気管内壁表面の温度が上昇するので、燃料が気化しやすくなり、気化特性が現象に対して大きく影響するようになるのは、周知のことである。以上、まとめると、始動時にシリンダ内に流入する燃料量を高精度に制御するには、吸気管内の燃料挙動を高精度に扱う必要があり、特に、発明者は、吸気管内燃料液膜量は、力学的に安定な平衡液膜量と不安定な非平衡液膜量で形成されることを見出し、さらに、この２つの量を検出し、制御することで、シリンダ内流入燃料量を高精度に制御することが可能であることを見出した。ここでは、図１６，図１７で示される如く、吸気管内液膜燃料量を平衡液膜量と非平衡液膜量に分離演算する手段を備えることを提案するものである。
【００１１】
さらに、図２に示されるように、前記分離演算した燃料量Ａもしくは燃料量Ｂに基づいて、燃料噴射量を補正する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、上述したように、吸気管内燃料液膜量を平衡液膜量と非平衡液膜量に分離演算し、平衡液膜量もしくは非平衡液膜量に基づいて、燃料噴射量を補正するものである。
同上述したように、非平衡液膜量は、時間（サイクル数）が経過するに応じて、徐々に崩壊し、シリンダ内に流入する。したがって、望ましくは、後述するように、図１７で示される如く、非平衡液膜量の内、各サイクルで崩壊してシリンダ内に流入する燃料量を推定しつつ、その分、燃料量を減量補正するのがよい。
【００１２】
さらに、図３に示されるように、前記「分離演算される２つの燃料量」は、安定な燃料液膜である「平衡液膜量」と不安定な燃料液膜である「非平衡液膜量」とすることを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、２つに分離演算される吸気管内燃料液膜量は、平衡液膜量と非平衡液膜量であることを明記するものである。
【００１３】
さらに、図４に示されるように、前記「非平衡液膜量」に基づいて、燃料噴射量を補正する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、非平衡液膜量は、時間（サイクル数）が経過するに応じて、徐々に崩壊し、シリンダ内に流入する。したがって、望ましくは、図１７で示される如く、非平衡液膜量の内、各サイクルで崩壊してシリンダ内に流入する燃料量を推定しつつ、その分、燃料量を減量補正するのがよい。
【００１４】
さらに、図５に示されるように、前記「非平衡液膜量」の内、次サイクルでシリンダに流入する燃料量を予測演算する手段を備えたことを特徴とするエンジンに制御装置を提案する。すなわち、燃料量の補正方法をより具体的に明記するものである。
【００１５】
さらに、図６に示されるように、前記「非平衡液膜量」の内、次サイクルでシリンダに流入する燃料量に基づいて、次サイクルの燃料噴射量を補正する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、燃料量の補正方法をより具体的に明記するものである。
【００１６】
さらに、図７に示されるように、始動後、所定サイクル経過後もしくは所定時間経過後における、各気筒の吸気ポート近傍もしくは吸気管内に残留している燃料量を気筒別に制御する手段を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、一般に燃料噴射弁は、気筒別に取り付けられているため、各気筒の吸気管内残留燃料量（平衡液膜量＋非平衡液膜量）は、独立に制御することが可能であることを明記するものである。
【００１７】
さらに、始動後、所定サイクル経過後もしくは所定時間経過後における、各気筒の吸気ポート近傍もしくは吸気管内に残留している燃料量の差（ばらつき）が、所定範囲内に収まるように制御することを、特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、各気筒の吸気管内残留燃料量（平衡液膜量＋非平衡液膜量）は、独立に制御することが可能であるが、特に気筒別に吸気管内残留燃料量をばらつかせる必要がなければ、各気筒均一になるように制御することが望ましいことを明記するものである。
【００１８】
さらに、燃料温度を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、前記燃料温度から所定の燃料性状における平衡液膜量を求める手段を備え、目標燃焼燃料量を演算する手段を備え、前記平衡液膜量と目標燃焼燃料量を足した燃料量を始動時の各気筒の初回に噴射する手段とを備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。特に初回噴射においては、吸気管内残留燃料量を０とみなすことができれば、平衡液膜量＋目標燃焼燃料量（目標シリンダ内流入燃料量）を噴射すれば、シリンダ内流入燃料量を所望の量に制御できる。また、平衡液膜量は、図１６で示されるように、吸気流速一定下においては、粘性を決める「燃料温度と燃料性状」から支配的に決まる。それも併せて明記するものである。
実際の燃料性状が、始動前に既知であれば、それに基づいて、平衡液膜量を決める。実際の燃料性状が、不明であれば、なんらかの燃料性状に仮定して、平衡液膜量を求めることになる。始動性能のロバスト性確保の観点では、より重質側の燃料性状に初期設定しておくのが望ましい。
【００１９】
さらに、図９に示されるように、前記「燃料温度から所定の燃料性状における平衡液膜量」を（一サイクル毎など）更新演算する手段を備え、「前回演算した平衡液膜量」と「今回演算した平衡液膜量」との差に基づいて、（次回以降の）燃料噴射量を補正する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、上述しているように平衡液膜量は、温度，燃料性状などから、動的に変化する。平衡液膜量が動的に変化すると、相対的に非平衡液膜量も変化することになる。非平衡液膜量が変化すれば、その一部が崩壊して、シリンダ内に流入する燃料量も変化するので、シリンダ内の空燃比を最適化するには、それに応じて、燃料噴射量も逐次、補正する必要がある。それを明記するものである。
【００２０】
さらに、図１０に示されるように、前記「前回演算した平衡液膜量」と「今回演算した平衡液膜量」との差に基づいて、「非平衡液膜量」を更新する手段を備え、前記「非平衡液膜量」に基づいて、（次回以降の）燃料噴射量を補正する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、非平衡液膜量を更新する手段まで備えることを明記するものである。
【００２１】
さらに、図１１に示されるように、様々な（複数の）燃料性状と、それに応じた平衡液膜量を求める手段を備え、実際の燃料性状を直接的もしくは間接的に検出する手段と、前記検出した実際の燃料性状に対応する平衡液膜量を求める（切り換える）手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、実際の燃料性状が、始動前に既知であれば、それに基づいて、平衡液膜量を決める。一方、実際の燃料性状が、不明であれば、なんらかの燃料性状に仮定して、平衡液膜量を求めることになる。後で述べるように、始動後になんらかの手段で、燃料性状が検出できた時は、それに応じて、平衡液膜量を切り換える。それを明記するものである。
【００２２】
さらに、図１２に示されるように、燃料温度検出手段は、少なくとも外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温に、基づいて燃料温度を検出するもしくは、外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温で代替することを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、図１６において、平衡液膜量が温度，燃料性状で整理できるのは、燃料の粘性が温度と燃料性状で支配的に決まるからであると考える。その意味では、燃料温度を直接検出するのが望ましいが、実用上の観点で、燃料温度と相関のある温度パラメータである外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温から、燃料温度を推定するのもよい。また、燃料温度を推定せず、外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温を直接に用いるのも良い。
【００２３】
さらに、図１３に示されるように、エンジンの燃焼空燃比を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、前記燃焼空燃比に基づいて前記燃料性状を検出することを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、実際の燃料性状が、始動前に既知であれば、それに基づいて、平衡液膜量を決める。一方、実際の燃料性状が、不明であれば、なんらかの燃料性状に仮定して、平衡液膜量を求めることになる。つまり、始動後にエンジンの燃焼空燃比に基づいて燃料性状を検出することを明記するものである。たとえば、燃料性状が重質側になれば、それに応じて、燃料気化率が低くなるので、目標空燃比より大きく（リーン）になる。これを検出することで、燃料性状を間接的に検出するものである。
【００２４】
さらに、図１４に示されるように、エンジンの筒内圧もしくは軸トルクもしくは排気空燃比を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、エンジンに供給した燃料量および空気量、および前記筒内圧もしくは前記軸トルクもしくは排気空燃比に基づいて、前記燃焼空燃比を検出することを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、燃焼空燃比をエンジンの筒内圧もしくは軸トルクもしくは排気空燃比から間接的に求めるものである。燃料性状が所定の性状であれば、実現できる燃焼空燃比を燃料量と空気量からもとめ、エンジンの筒内圧もしくは軸トルクもしくは排気空燃比から実際の燃焼空燃比をもとめ、その差をもって、燃料性状を推定するものである。なお、燃焼空燃比がリーンになるに応じて、筒内圧およびトルクは低下する。
【００２５】
さらに、図１５に示されるように、エンジンの回転速度変動を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、エンジンに供給した燃料量および空気量および前記回転速度変動に基づいて、前記燃焼空燃比を検出することを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、燃焼空燃比をエンジンの回転速度変動から間接的に求めるものである。燃料性状が所定の性状であれば実現できる燃焼空燃比を燃料量と空気量からもとめ、エンジンの回転速度変動から実際の燃焼空燃比をもとめ、その差をもって、燃料性状を推定するものである。なお、燃焼空燃比がリーンになるに応じて、エンジン回転速度変動は大きくなる。
【００２６】
さらに、「エンジン始動時における所定の燃料性状における平衡液膜量」は、「重質燃料における平衡液膜量」とすることを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、実際の燃料性状が、始動前に既知であれば、それに基づいて、平衡液膜量を決める。
実際の燃料性状が、不明であれば、なんらかの燃料性状に仮定して、平衡液膜量を求めることになる。始動性能のロバスト性確保の観点で、より重質側の燃料性状に初期設定しておくのが望ましい。それを明記するものである。
【００２７】
さらに、「重質燃料」は、少なくとも、排気認証試験に用いられる燃料よりも重質の燃料であることを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。ここでは、初期設定しておく燃料性状をより具体的に明記するものである。
【００２８】
さらに、「所定燃料性状における平衡液膜量」は、「外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温」が低くなるに応じて、増加するように設定することを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、図１６において、平衡液膜量が温度，燃料性状で整理できるのは、燃料の粘性が温度と燃料性状で支配的に決まるからであると考える。粘性は、温度が低くなるにつれ高くなる。したがって、「平衡液膜量」は、「外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温」が低くなるに応じて、増加するように設定することになる。それを明記するものである。
【００２９】
さらに、「平衡液膜量」は、「外気温もしくはエンジン吸入空気温もしくはエンジン冷却水温」に対して、Ｅｘｐ関数あるいはそれに準じる傾向で表されることを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、粘性は、温度が低くなるにつれ高くなるが、より詳しくは、粘性は燃料温度のＥｘｐ関数で表されること（実験式）が、知られている。
これを明記するものである。
【００３０】
さらに、「平衡液膜量」は、エンジンに吸入される空気量の流速もしくはそれと相関のあるパラメータに基づいて補正する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、吸入空気量による燃料液膜剪断応力，燃料液膜の粘性力および摩擦力などの力学的バランスによって、燃料液膜の内、吸気管内に残留する燃料とシリンダ内に流入する燃料量が決まる。ここでは、吸入空気量による剪断応力の影響を考慮して平衡液膜量を決める（補正する）ことを明記するものである。
【００３１】
さらに、気筒別に備えることを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
【００３２】
さらに、燃料噴射は、吸気弁が開く前に開始することを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、〔発明が解決しようとする課題〕で述べたように、従来技術の如くまた、吸気行程に合わせて燃料噴射を行うと、吸気管内壁および吸気弁表面で一旦燃料が液膜化することなく、噴射燃料が直接シリンダ内に流入しやすくなる。この場合、吸気流速の剪断応力を十分に利用することができないため、燃料は十分に微粒化できずに、シリンダに入る。燃料粒径が大きいと、燃焼素性が悪くなり、トルク性能，排気性能の双方に悪影響を及ぼす。したがって、本発明においては、燃料噴射は少なくとも吸気弁が開く前に開始し、吸気流による剪断応力を十分に利用し、もって、燃料微粒化を促進することを提案するものである。
【００３３】
さらに、燃料噴射は、吸気弁が開く前に終了することを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。すなわち、吸気弁が開く前に燃料噴射を開始することを提案したが、より望ましくは、吸気弁が開く前に燃料噴射を終了し、燃料液膜を形成させた状態で、吸気弁を開くのがよい。それを明記するものである。
【発明の効果】
【００３４】
以上より、本発明によれば、エンジンの吸気ポート近傍もしくは吸気管内に残留している燃料量を、その性格上、平衡液膜燃料量と非平衡液膜燃料量に分離演算する。平衡液膜燃料量は、燃料性状と燃料温度（もしくはそれに相関のある温度）から求めることで、より高精度に平衡液膜燃料量の推定が可能となる。さらに、非平衡液膜量（あるいは非平衡液膜量の一部が徐々にシリンダ内に流入する量）に基づいて、噴射燃料量を補正し、シリンダ内流入燃料量を高精度に制御する。また、液膜燃料は吸気流による剪断応力を十分に用いて、微粒化して、シリンダ内に流入させる。これにより、始動時のシリンダ内燃焼空燃比がより高精度に制御されるので、もって、始動時の排気が低減する。
【００３５】
また、本発明によれば、エンジンの吸気ポート近傍もしくは吸気管内に残留している燃料量を、平衡液膜燃料量と非平衡液膜燃料量に分離演算する。平衡液膜燃料量は、燃料性状と燃料温度（もしくはそれに相関のある温度）から求めることで、より高精度に平衡液膜燃料量の推定が可能となる。さらに、非平衡液膜量に基づいて、噴射燃料量を補正し、シリンダ内流入燃料量を高精度に制御する。これにより、始動時のシリンダ内燃焼空燃比がより高精度に制御されるので、もって、始動時の排気が低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下本発明に係る実施例を説明する。
【００３７】
（実施例１）
図１８は本実施例を示すシステム図である。多気筒で構成されるエンジン９において、外部からの空気はエアクリーナ１を通過し、吸気管４，コレクタ５を経てシリンダ内に流入する。流入空気量は電子スロットル３により調節される。エアフロセンサ２では流入空気量が検出される。エンジン回転数センサ１５では、クランク軸の回転角１゜と燃焼周期毎の信号が出力される。水温センサ１４はエンジンの冷却水温度を検出する。またアクセル開度センサ１３は、アクセル６の踏み込み量を検出し、それによって運転者の要求トルクを検出する。アクセル開度センサ１３，エアフロセンサ２，電子スロットル３に取り付けられたスロットル開度センサ１７，エンジン回転数センサ１５，水温センサ１４のそれぞれの信号はコントロールユニット１６に送られ、これらセンサ出力からエンジンの運転状態を得て、空気量，燃料噴射量，点火時期のエンジンの主要な操作量が最適に演算される。コントロールユニット１６内で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁７に送られる。またコントロールユニット１６で演算された点火時期で点火されるよう駆動信号が点火プラグ８に送られる。噴射された燃料は吸気マニホールドからの空気と混合されエンジン９のシリンダ内に流入し混合気を形成する。可変吸気弁３１は、可変動弁であり、開弁時期，閉弁時期がそれぞれ制御可能である。混合気は所定の点火時期で点火プラグ８から発生される火花により爆発しその燃焼圧によりピストンを押し下げエンジンの動力となる。爆発後の排気は排気管１０を経て三元触媒１１に送り込まれる。排気還流管１８を通って排気の一部は吸気側に還流される。排気還流量調整バルブ１９によって制御される。Ａ／Ｆセンサ１２はエンジン９と三元触媒１１の間に取り付けられており、排気中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持つ。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ１２により空燃比を求めることが可能となる。コントロールユニット１６ではＡ／Ｆセンサ１２の信号から三元触媒１１上流の空燃比を算出し、触媒下流Ｏ2センサ２０の信号から、三元触媒下流のＯ2濃度もしくはストイキに対してリッチもしくはリーンであるかを算出する。また、両センサの出力を用いて三元触媒１１の浄化効率が最適となるよう燃料噴射量もしくは空気量を逐次補正するＦ／Ｂ制御を行う。また、吸気温センサ２９で、吸気温が、筒内圧センサ３０で、筒内の圧力が、それぞれ検出される。
【００３８】
図１９はコントロールユニット１６の内部を示したものである。ＥＣＵ１６内にはＡ／Ｆセンサ１２，スロットル開度センサ１７，エアフロセンサ２，エンジン回転数センサ１５，水温センサ１４，アクセル開度センサ１３，Ｏ2センサ２０，吸気温センサ２９，筒内圧センサ３０の各センサ出力値が入力され、入力回路２４にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート２５に送られる。入力ポートの値はＲＡＭ２３に保管され、ＣＰＵ２１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ２２に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値はＲＡＭ２３に保管された後、出力ポート２５に送られる。点火プラグの作動信号は点火出力回路内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時である。出力ポートにセットされた点火プラグ用の信号は点火出力回路２６で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグに供給される。また燃料噴射弁の駆動信号は開弁時ＯＮ，閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路２７で燃料噴射弁を開くに十分なエネルギーに増幅され燃料噴射弁７に送られる。電子スロットル３の目標開度を実現する駆動信号は、電子スロットル駆動回路２８を経て、電子スロットル３に送られる。可変吸気弁３１の開弁時期および閉弁時期を実現する駆動信号は、駆動回路３２を経て、可変吸気弁３１に送られる。以下、ＲＯＭ２２に書き込まれる制御プログラムについて述べる。
【００３９】
図２０は制御全体を表したブロック図であり、以下の演算部から構成される。
・始動制御許可部（図２１）
・実空気量演算部（図２２）
・燃料噴射量演算部（図２３）
「始動制御許可部」では、始動制御を許可するべく始動制御許可フラグ（Ｆ_sidou）が求められる。「実空気量演算部」では、エアフロセンサ２の出力信号などに基づいて、一気筒あたりの実空気量（Ｔｐ）を演算する。「燃料噴射量演算部」では、実空気量（Ｔｐ）と冷却水温（Ｔｗｎ）に基づいて燃料噴射量（ＴＩ）を演算する。
【００４０】
以下、各演算部の詳細説明をする。
【００４１】
＜始動制御許可部（図２１）＞
本演算部（許可部）では、始動制御の許可の判定（Ｆ_sidouを行う。具体的には図２１に示されるように、
・Ｎｅ（エンジン回転数）＝０からＫ１≦Ｎｅとなったとき、Ｆ_sidou＝１
とする。
【００４２】
・「Ｆ_sidou＝１」かつ「ＴｇＮｅ（始動後アイドル時目標回転数）−Ｋ１≦Ｎｅ≦ＴｇＮｅ＋Ｋ２の状態がＫ３［燃焼回数］以上持続したとき」、Ｆ_sidou＝０とする。
【００４３】
なお、回転数の収束状態を決める（始動期間の終了を決める）パラメータであるＫ１，Ｋ２，Ｋ３は、経験的に決めるのがよい。Ｆ_sidou＝１のとき、以下に述べる「実空気量演算部（図２２）」、「燃料噴射量演算部（図２３）」の処理を行う。
【００４４】
＜実空気量演算部（図２２）＞
本演算部ではＴｐ（実空気量）を演算する。具体的には図２２に示される式で演算する。ここに、Ｃｙｌは気筒数を表す。Ｋ０は、インジェクタの仕様（燃料噴射パルス幅と燃料噴射量の関係）に基づき決める。
【００４５】
＜燃料噴射量演算部（図２３）＞
本演算部では、燃料噴射量（ＴＩ）を演算する。具体的には、図２３に示されるように、下記の４つの演算部から構成される。
・目標燃焼燃料量演算部（図２４）
・平衡液膜量演算部（図２５）
・非平衡液膜量演算部（図２６）
・非平衡液膜崩壊量演算部（図２７）
目標燃焼燃料量演算部では、シリンダ内実空気量（Ｔｐ）からシリンダ内で燃焼する目標燃料量（ＴｇＴＩＣｙｌ）を演算する。平衡液膜量演算部では、冷却水温（Ｔｗｎ）から平衡液膜量（ＴＩ_Ｓ）を求める。非平衡液膜量演算部では、平衡液膜量（ＴＩ_Ｓ）から非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）を求める。非平衡液膜崩壊量演算部で、非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）から崩壊液膜量（ＴＩ_Ｃ）を求める。
【００４６】
目標燃焼燃料量（ＴｇＴＩＣｙｌ）から崩壊液膜量（ＴＩ_Ｃ）を引いた値を最終的な燃料噴射量（ＴＩ）とする。以下、各演算部の詳細を述べる。
○目標燃焼燃料量演算部（図２４）
本演算部では、目標燃焼燃料量（ＴｇＴＩＣｙｌ）を求める。具体的には、図２４に示されるように、実空気量（Ｔｐ）に目標当量比（ＴｇＦＡ）を乗じた値を目標燃焼燃料量（ＴｇＴＩＣｙｌ）とする。目標当量比（ＴｇＦＡ）はシリンダ内の燃焼当量比（空燃比）を指し、一般に１.０とするのがよい。
○平衡液膜量演算部（図２５）
本演算部では、平衡液膜量（ＴＩ_Ｓ）を求める。具体的には、図２５に示されるように、冷却水温（Ｔｗｎ）からテーブルを参照して、平衡液膜量（ＴＩ_Ｓ）を求める。本テーブルは、図１６に示される如く設定される。なお、実燃料性状が事前に検知されない場合は、なんらかの燃料性状に仮定して、設定することになる。排気性能優先であれば、排気認証試験に用いられる比較的軽質の燃料性状用の平衡液膜量で設定するのがよい。始動性能（ロバスト性）優先であれば、比較的重質の燃料性状用の平衡液膜量で設定するのがよい。
○非平衡液膜量演算部（図２６）
本演算部では、非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）を求める。具体的には、図２６に示されるように、前サイクルにおける平衡液膜量（ＴＩ_Ｓｚ）と今サイクルにおける平衡液膜量（ＴＩ_Ｓ）との差から求める。すなわち、非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）は、同一気筒における１サイクル間の平衡液膜量の変化量とする。
○非平衡液膜崩壊量演算部（図２７）
本演算部では、崩壊液膜量（ＴＩ_Ｃ）を演算する。具体的には、図２７に示されるように、非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）が０より大きいとき、すなわち、過剰な燃料量が吸気管にある場合、非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）に非平衡液膜崩壊率（Ｒ_Ｃ）を乗じて、崩壊液膜量（ＴＩ_Ｃ）を求める。非平衡液膜崩壊率（Ｒ_Ｃ）は、非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）からテーブルを参照して求める。本テーブルは、図１７に示される如く設定される。
【００４７】
非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）が０以下のとき、すなわち、吸気管内燃料量が不足しているとときは、非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）を崩壊液膜量（ＴＩ_Ｃ）とする。
【００４８】
本発明によれば、不安定な液膜である非平衡液膜量の一部が崩壊して徐々にシリンダ内に流入する量分だけ、噴射燃料量を補正するので、シリンダ内流入燃料量が目標空燃比を実現するように高精度に制御される。もって、始動時から、排気性能および始動性能の双方が最適化される。
【００４９】
（実施例２）
実施例１では、実燃料性状を特に検出はせず、平衡液膜量は、所定の燃料性状で設定した。実施例２は、始動後のエンジン回転速度変動から燃料性状を推定し、その結果に基づいて、平衡液膜量を切り換える。
【００５０】
図１８は本実施例を示すシステム図であり、実施例１と同様であるので詳述はしない。図１９はコントロールユニット１６の内部を示したものであり、実施例１と同様であるので詳述しない。
【００５１】
図２８は制御全体を表したブロック図であり、実施例１（図２０）に対して、燃料性状検出部が追加されている。燃料性状検出部で燃料性状を２値的（Ｆ_Fuel）に判定し、その結果に基づいて、燃料噴射量（平衡液膜量）を変更する。それ以外の構成は、実施例１と同じである。
【００５２】
以下、各演算部の詳細説明をする。
【００５３】
＜始動制御許可部（図２１）＞
図２１に示されるものであり実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００５４】
＜実空気量演算部（図２２）＞
図２２に示されるものであり実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００５５】
＜燃料性状検出部（図２９）＞
本検出部では、実燃料性状を検出（推定）する。具体的には、図２９に示されるように、回転速度Ｎｅから、角加速度，角加加速度を検出し、所定期間における角加速度もしくは角加加速度の分散が所定値以上のとき、燃料性状は、重質と判断し、Ｆ_Fuel＝１とする。
【００５６】
それ以外は、Ｆ_Fuel＝０とする。〔課題を解決するための手段〕で述べたように、エンジンの回転速度変動から実際の燃焼空燃比をもとめ、燃料性状を推定するものである。なお、重質燃料を使用している場合、燃焼空燃比がリーンになるので、エンジン回転速度変動は大きくなる。
【００５７】
＜燃料噴射量演算部（図３０）＞
本演算部では、燃料噴射量（ＴＩ）を演算する。具体的には、図３０に示されるように、下記の４つの演算部から構成される。
・目標燃焼燃料量演算部（図２４）
・平衡液膜量演算部（図２５）
・非平衡液膜量演算部（図２６）
・非平衡液膜崩壊量演算部（図２７）
目標燃焼燃料量演算部では、シリンダ内実空気量（Ｔｐ）からシリンダ内で燃焼する目標燃料量（ＴｇＴＩＣｙｌ）を演算する。平衡液膜量演算部では、冷却水温（Ｔｗｎ）と燃料性状フラグＦ_Fuelから平衡液膜量（ＴＩ_Ｓ）を求める。非平衡液膜量演算部では、平衡液膜量（ＴＩ_Ｓ）から非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）を求める。非平衡液膜崩壊量演算部で、非平衡液膜量（ＴＩ_ＵＳ）から崩壊液膜量（ＴＩ_Ｃ）を求める。
【００５８】
目標燃焼燃料量（ＴｇＴＩＣｙｌ）から崩壊液膜量（ＴＩ_Ｃ）を引いた値を最終的な燃料噴射量（ＴＩ）とする。以下、各演算部の詳細を述べる。
○目標燃焼燃料量演算部（図２４）
図２４に示されるものであり実施例１と同じであるので、詳述しない。
○平衡液膜量演算部（図３１）
本演算部では、平衡液膜量（ＴＩ_Ｓ）を求める。具体的には、図３１に示されるように、冷却水温（Ｔｗｎ）からテーブルを参照して、重質燃料時の平衡液膜量（ＴＩ_ＳＨ）もしくは軽質燃料時の平衡液膜量（ＴＩ_ＳＬ）を求める。両テーブルは、図１６に示される如く設定される。どちらの平衡液膜量を用いるかは、燃料性状フラグ（Ｆ_Fuel）の値による。なお、実燃料性状が始動前に検知されない場合は、なんらかの燃料性状に仮定して、設定することになる。排気性能優先であれば、排気認証試験に用いられる比較的軽質の燃料性状用の平衡液膜量で設定するのがよい。始動性能（ロバスト性）優先であれば、比較的重質の燃料性状用の平衡液膜量で設定するのがよい。また、始動時の極初期は、重質用の平衡液膜量で設定しておき、始動後は、実際の燃料性状如何に関わらず、強制的に平衡液膜量を軽質用に切り換えるのも良い。実際の燃料性状が軽質のときは、空燃比が最適化されるので、排気も低減される。実際の燃料性状が重質のときは、空燃比がリーン化するが、前述の燃料性状検出部で回転速度変動により、重質が検出され、Ｆ_Fuel＝１となるので、自動的に重質用の平衡液膜量に戻され、運転性能および排気性能が最適化される。
○非平衡液膜量演算部（図２６）
図２６に示されるものであり実施例１と同じであるので、詳述しない。
○非平衡液膜崩壊量演算部（図２７）
図２７に示されるものであり実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００５９】
本発明によれば、実燃料性状に応じて、平衡液膜量が自動的に切り換えられるので、非平衡液膜量もそれに応じて、変化する。したがって、非平衡液膜量の一部が崩壊して徐々にシリンダ内に流入する量分もその時の燃料性状用に最適化され、その分だけ、噴射燃料量を補正するので、燃料性状によらず、常時、シリンダ内流入燃料量が目標空燃比を実現するように高精度に制御される。もって、始動時から、排気性能および始動性能の双方が最適化される。
【００６０】
なお、吸気流による剪断応力を十分に用いて、燃料を微粒化して、シリンダ内に流入させるために、実施例１および実施例２ともに噴射時期は、吸気弁が開く前に終了するよう設定するのがよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【図２】請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【図３】請求項３に記載のエンジンの制御装置。
【図４】請求項４に記載のエンジンの制御装置。
【図５】請求項５に記載のエンジンの制御装置。
【図６】請求項６に記載のエンジンの制御装置。
【図７】請求項７に記載のエンジンの制御装置。
【図８】請求項９に記載のエンジンの制御装置。
【図９】請求項１０に記載のエンジンの制御装置。
【図１０】請求項１１に記載のエンジンの制御装置。
【図１１】請求項１２に記載のエンジンの制御装置。
【図１２】請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
【図１３】請求項１４に記載のエンジンの制御装置。
【図１４】請求項１５に記載のエンジンの制御装置。
【図１５】請求項１６に記載のエンジンの制御装置。
【図１６】平衡液膜量の特性。
【図１７】非平衡液膜量の特性。
【図１８】実施例１〜２におけるエンジン制御システム図。
【図１９】実施例１〜２におけるコントロールユニットの内部を表した図。
【図２０】実施例１における制御全体を表したブロック図。
【図２１】実施例１〜２における始動制御許可部を表したブロック図。
【図２２】実施例１〜２における実空気量演算部を表したブロック図。
【図２３】実施例１における燃料噴射量演算部を表したブロック図。
【図２４】実施例１〜２における目標燃焼燃料量演算部を表したブロック図。
【図２５】実施例１における平衡液膜量演算部を表したブロック図。
【図２６】実施例１〜２における非平衡液膜量演算部を表したブロック図。
【図２７】実施例１〜２における非平衡液膜崩壊量演算部を表したブロック図。
【図２８】実施例２における制御全体を表したブロック図。
【図２９】実施例２における燃料性状検出部を表したブロック図。
【図３０】実施例２における燃料噴射量演算部を表したブロック図。
【図３１】実施例２における平衡液膜量演算部を表したブロック図。
【符号の説明】
【００６２】
１  エアクリーナ
２  エアフロセンサ
３  電子スロットル
４  吸気管
５  コレクタ
６  アクセル
７  燃料噴射弁
８  点火プラグ
９  エンジン
１０  排気管
１１  三元触媒
１２  Ａ／Ｆセンサ
１３  アクセル開度センサ
１４  水温センサ
１５  エンジン回転数センサ
１６  コントロールユニット
１７  スロットル開度センサ
１８  排気還流管
１９  排気還流量調節バルブ
２０  触媒下流Ｏ2センサ
２１  コントロールユニット内に実装されるＣＰＵ
２２  コントロールユニット内に実装されるＲＯＭ
２３  コントロールユニット内に実装されるＲＡＭ
２４  コントロールユニット内に実装される各種センサの入力回路
２５  各種センサ信号の入力、アクチュエータ動作信号を出力するポート
２６  点火プラグに適切なタイミングで駆動信号を出力する点火出力回路
２７  燃料噴射弁に適切なパルスを出力する燃料噴射弁駆動回路
２８  電子スロットル駆動回路
２９  吸気温センサ
３０  筒内圧センサ
３１  可変吸気弁
３２  可変吸気弁用駆動回路
【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】
0004474449.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0004474449.tif 000019
【図１９】
0004474449.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
0004474449.tif 000027
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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