(57)【要約】【課題】目標空燃比の相違に伴う吸気バルブの壁面温度の変化を考慮することでモデル計算の精度をより高めて、筒内に供給される燃料量を最適に制御する。【解決手段】目標空燃比がストイキ近傍に設定されるベース運転中である場合には、マップを参照してベース運転時の残留率P_s及び付着率R_sを算出する（ステップ１０４）。一方、ベース運転時とは異なる目標空燃比が設定されるＯＴ増量中である場合には、ステップ１０４で参照されたマップとは異なるマップを参照して、ＯＴ増量時の残留率P_ot及び付着率R_otを算出する（ステップ１０８）。ステップ１０４又はステップ１０８で算出された残留率及び付着率をパラメータとして、モデル計算により燃料噴射量fiを算出する（ステップ１１０）。【選択図】図４
2007187071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタから噴射された燃料の動的挙動をモデル化した燃料挙動モデルを用いて、前記インジェクタから噴射すべき燃料量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記内燃機関の目標空燃比を設定する空燃比設定手段と、
前記燃料挙動モデルのパラメータ値である噴射燃料の付着率及び付着燃料の残留率を、前記空燃比設定手段により設定された目標空燃比に基づいて設定するパラメータ設定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】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
吸気バルブの壁面温度を取得するバルブ壁温取得手段を更に備え、
前記パラメータ設定手段は、前記バルブ壁温取得手段により取得された吸気バルブの壁面温度に基づいて前記付着率及び残留率を補正する補正手段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３】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記内燃機関の運転条件を取得する運転条件取得手段を更に備え、
前記空燃比設定手段は、ベース運転時に目標空燃比をストイキ近傍に設定するものであり、
前記パラメータ設定手段は、前記空燃比設定手段によりベース運転時の目標空燃比と異なる目標空燃比が設定される場合に、前記運転条件取得手段により取得される運転条件がベース運転時と同一であっても、ベース運転時とは異なる付着率及び残留率を設定するものであ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４】
請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記パラメータ設定手段は、ＯＴ増量時、パワー増量時または希薄燃焼時に、ベース運転時とは異なる付着率及び残留率を設定するものであることを特徴とする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燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料付着モデルを用いて燃料噴射量を制御する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置によれば、筒内に液体状態で流入する液体燃料量が推定され、この液体燃料量が上記燃料付着モデルに反映されている。上記燃料挙動モデルは、噴射燃料の付着率や付着燃料の残留率をパラメータとして有している。これらの付着率及び残留率は、機関負荷や機関回転数のような内燃機関の運転条件に応じて設定されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４８７１２号公報
【特許文献２】特開２００５−９４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、完全暖機後は、燃費やドライバビリティが最適となるように目標空燃比をストイキ近傍に設定したベース運転が実行されるが、ベース運転時と同じ運転条件であっても、ベース運転時の目標空燃比とは異なる目標空燃比で内燃機関を運転させたい場合がある。例えば、パワー増量時やＯＴ増量時のようにストイキよりもリッチ側の目標空燃比に設定する場合がある。このような場合、同じ運転条件であっても、目標空燃比が異なると、吸気バルブや吸気ポートの壁面における熱収支が異なるため、吸気バルブや吸気ポートの壁面温度が異なってしまう。
既述した装置によれば、目標空燃比の変化に伴う吸気バルブ壁面温度等の変化が考慮されていない。従って、燃料挙動モデルのパラメータである付着率や残留率の値が適正値からずれてしまい、モデル計算の精度が低下してしまうおそれがある。その結果、燃料噴射量を最適に制御できなくなり、空燃比の制御性が低下してしまう場合がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、目標空燃比の相違に伴う吸気バルブの壁面温度の変化を考慮することでモデル計算の精度をより高めて、筒内に供給される燃料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】
【０００６】
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、
吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタから噴射された燃料の動的挙動をモデル化した燃料挙動モデルを用いて、前記インジェクタから噴射すべき燃料量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記内燃機関の目標空燃比を設定する空燃比設定手段と、
前記燃料挙動モデルのパラメータ値である噴射燃料の付着率及び付着燃料の残留率を、前記空燃比設定手段により設定された目標空燃比に基づいて設定するパラメータ設定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、吸気バルブの壁面温度を取得するバルブ壁温取得手段を更に備え、
前記パラメータ設定手段は、前記バルブ壁温取得手段により取得された吸気バルブの壁面温度に基づいて前記付着率及び残留率を補正する補正手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、前記内燃機関の運転条件を取得する運転条件取得手段を更に備え、
前記空燃比設定手段は、ベース運転時に目標空燃比をストイキ近傍に設定するものであり、
前記パラメータ設定手段は、前記空燃比設定手段によりベース運転時の目標空燃比と異なる目標空燃比が設定される場合に、前記運転条件取得手段により取得される運転条件がベース運転時と同一であっても、ベース運転時とは異なる付着率及び残留率を設定するものであることを特徴とする。
ここで、第４の発明に記載のように、前記パラメータ設定手段は、ＯＴ増量時、パワー増量時または希薄燃焼時に、ベース運転時とは異なる付着率及び残留率を設定するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、燃料挙動モデルのパラメータ値である付着率及び残留率を目標空燃比に基づいて設定することで、インジェクタからの燃料噴射量を精度良く算出することができるため、空燃比の制御性を向上させることができる。
【００１０】
第２の発明によれば、吸気バルブの壁面温度に基づいて付着率及び残留率を補正することで、燃料噴射量の算出精度を更に向上させることができる。
【００１１】
第３及び第４の発明によれば、ベース運転時と異なる目標空燃比が設定される場合に、運転条件がベース運転時と同一であっても、ベース運転時とは異なる付着率及び残留率が設定される。よって、ＯＴ増量時、パワー増量時または希薄燃焼時においても、燃料噴射量を精度良く算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。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。
【００１３】
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によるシステムの構成を示す概略図である。本実施の形態１のシステムは複数の気筒を有しているが、図１にはそのうちの一気筒のみを示している。
本実施の形態１のシステムは、ポート噴射型の内燃機関１を備えている。内燃機関１は、内部にピストン２を有するシリンダブロック４を備えている。シリンダブロック４には水温センサ６が設けられている。水温センサ６は、冷却水温を検出するように構成されている。
【００１４】
ピストン２は、クランク機構を介してクランク軸８に連結されている。クランク軸８の近傍には、クランク角センサ１０が設けられている。クランク角センサ１０は、クランク軸８の回転角度（クランク角度CA）を検出するように構成されている。
【００１５】
シリンダブロック４の上部にはシリンダヘッド１２が組み付けられている。ピストン２上面からシリンダヘッド１２までの空間は燃焼室１４を形成している。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１４内の混合気に点火する点火プラグ１６が設けられている。
【００１６】
シリンダヘッド１２は、燃焼室１４と連通する吸気ポート１８を備えている。吸気ポート１８と燃焼室１４との接続部には吸気バルブ２０が設けられている。吸気バルブ２０は、可変動弁機構２１により駆動されるものである。可変動弁機構２１は、吸気バルブ２０のバルブタイミング及びバルブリフト量を変更可能に構成されている。吸気バルブ２０の近傍には、バルブ壁温センサ２３が設けられている。バルブ壁温センサ２３は、赤外線等を用いて吸気バルブ２０の壁面温度（以下「バルブ壁温」という。）Tvを検出する非接触型のセンサである。
【００１７】
吸気ポート１８には吸気通路２２が接続されている。吸気通路２２における吸気ポート１８近傍には、該近傍に燃料を噴射するインジェクタ２４が設けられている。吸気通路２２におけるインジェクタ２４上流にはサージタンク２６が設けられている。サージタンク２６の上流には、スロットルバルブ２８が設けられている。スロットルバルブ２８は、スロットルモータ２９により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２８は、アクセル開度センサ３２により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ２８の近傍には、スロットル開度センサ３０が設けられている。スロットル開度センサ３０は、スロットル開度TAを検出するように構成されている。
【００１８】
吸気通路２２におけるスロットルバルブ２８の上流には、エアフロメータ３４が設けられている。エアフロメータ３４は吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ３４の上流にはエアクリーナ３６が設けられている。
【００１９】
また、シリンダヘッド１２は、燃焼室１４と連通する排気ポート３８を備えている。排気ポート３８と燃焼室１４との接続部には排気バルブ４０が設けられている。排気バルブ４０は、可変動弁機構４１により駆動されるものである。可変動弁機構４１は、排気バルブ４０のバルブタイミング及びバルブリフト量を変更可能に構成されている。
【００２０】
排気ポート３８には排気通路４２が接続されている。排気通路４２には、触媒４４が設けられている。触媒４４は、燃焼室１４から排出される排気ガスを浄化するように構成されている。触媒４４には、触媒床温を検出する触媒床温センサ４６が設けられている。排気通路４２における触媒４４の上流には、空燃比センサ４８が設けられている。空燃比センサ４８は、排気空燃比を検出するように構成されている。
【００２１】
また、本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、点火プラグ１６、可変動弁機構２１，４１、インジェクタ２４、スロットルモータ２９等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、水温センサ６、クランク角センサ１０、バルブ壁温センサ２３、スロットル開度センサ３０、エアフロメータ３４、触媒床温センサ４６、空燃比センサ４８等が接続されている。
ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御（後述）や点火時期制御のような内燃機関全体の制御を実行する。ＥＣＵ６０は、クランク角度CAに基づいて機関回転数NEを算出する。ＥＣＵ６０は、吸入空気量Ga、機関回転数NE、アクセル開度AA、スロットル開度TA等に基づいて、負荷KLを算出する。
【００２２】
［実施の形態１の特徴］
図２を参照して、本実施の形態１における燃料噴射制御について説明する。図２は、内燃機関１における燃料の挙動を模式的に示す図である。
図２において、符号「fi」はインジェクタ２４から噴射された燃料量（以下「燃料噴射量fi」という。）を表している。インジェクタ２４から噴射された燃料は、その全てが燃焼室１４内に吸入されるのではなく、一部の燃料は吸気ポート１８や吸気バルブ２０の壁面に付着する。符号「fw」は吸気ポート１８や吸気バルブ２０の壁面に付着して燃焼室１４内に吸入されない燃料の総量（以下「壁面付着量fw」という。）を表している。該壁面に付着した燃料はやがて気化し、燃焼室１４内に吸入される。従って、吸気ポート１８から燃焼室１４内には、インジェクタ２４から噴射された燃料のうち吸気ポート１８や吸気バルブ２０の壁面に付着しなかった分と、該壁面に付着した燃料が気化した分とが吸入される。
【００２３】
図２において、符号「fc」は燃焼室１４内に供給される燃料量（以下「筒内燃焼要求量fc」という。）を表している。燃焼室１４内において、燃料は、吸気ポート１８から燃焼室１４内へ吸入された新規ガスと混合された混合気の状態で存在する。符号「Ga」は燃焼室１４内に流入する新規ガスの量（以下「吸入空気量Ga」という。）を表している。
【００２４】
筒内燃焼要求量fcは、内燃機関１の運転状態に応じて燃焼室１４内に存在することが要求される燃料量である。筒内燃焼要求量fcを算出する手法としては、吸入空気量Gaの実測値を目標空燃比AFRで除することにより算出する手法が一般的である。これは、排気空燃比AFReが次式(1)で算出される新規ガスの空燃比AFRcに一致していることを前提としたものである。
AFRc=Ga/fc・・・(1)
【００２５】
しかし、燃焼室１４内には、現サイクル（kサイクルとする。以下同じ。）の吸気行程において吸入された新規ガスだけではなく、前サイクル（すなわち、（k-1）サイクル）の排気行程において排出されなかった残留ガスが存在している。過渡運転時には、残留ガスの空燃比は新規ガスの空燃比AFRcに必ずしも一致しない。このため、上記一般的な手法によっては、必ずしも排気空燃比AFReを目標空燃比AFRに一致させることができない。そこで、本実施の形態１のシステムでは、筒内残留ガスの影響を考慮して、より厳密には、筒内に残留する燃料量を考慮して、排気空燃比AFReが目標空燃比AFRとなるように、インジェクタ２４からの燃料噴射量fiを算出することを原則としている。
【００２６】
図２において、符号「Gr」は吸気開始の時点で燃焼室１４内に残留しているガス量（以下「筒内残留ガス量Gr」という。）を表している。符号「fr」は残留ガス中に含まれる燃料（既燃燃料）の量（以下「筒内残留燃料量fr」という。）を表している。これら筒内残留ガス量Grと筒内残留燃料量frは、何れも、内燃機関１の運転状態に対して相関を有している。このため、それらと内燃機関１の運転状態との関係を事前に把握してマップを作成しておくことで、筒内残留ガス量Gr及び筒内残留燃料量frの各値を車両上で取得することができる。
【００２７】
図２において、符号「Gex」は１サイクルの運転に伴って燃焼室１４から排出される排出ガスのガス量（以下「排出ガス量Gex」という。）を表している。排出ガス量Gexは、前述の吸入空気量Gaと筒内残留ガス量Grを用いて表すことができる。現サイクル（k）の開始時には、前サイクル（k-1）の排気行程で燃焼室１４内に残留したGr(k-1)で表される量の筒内残留ガスが存在している。現サイクル（k）の吸気行程中にGa(k)で表される空気量が吸入されたとすると、現サイクル（k）の吸気行程終了時における筒内総ガス量はGa(k)+Gr(k-1)で表される量となる。内燃機関１の排気行程では、筒内総ガス量Ga(k)+Gr(k-1)の一部が排出ガス量として排出され、その残部が次サイクルの開始時に筒内に残留している筒内残留ガス量Gr(k)となる。したがって、現サイクルの排出ガス量Gex(k)は、次式(2)のように表すことができる。
Gex(k)=Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)・・・(2)
【００２８】
また、符号「fex」は排出ガスに含まれて排出される燃料（既燃燃料）の量（以下「排出燃料量fex」という。）を表している。排出燃料量fexは、前述の筒内燃焼要求量fcと筒内残留燃料量frを用いて表すことができる。現サイクルの開始時における筒内残留燃料量がfr(k)であり、現サイクルの終了時における筒内残留燃料量、つまり、次サイクルの筒内残留燃料量がfr(k+1)であるとすれば、現サイクル中における筒内燃焼要求量fc(k)と、現サイクル中における排出燃料量fex(k)との関係は、次式(3)のように表すことができる。
fex(k)=fc(k)+fr(k+1)-fr(k)・・・(3)
【００２９】
また、空燃比センサ３６で検出される排気空燃比AFReは、排出ガス量Gexと排出燃料量fexとを用いて、次式(4)のように表すことができる。
AFRe=Gex/fex・・・(4)
したがって、上記の式(2)〜式(4)から、現サイクルにおける排気空燃比AFRe(k)を目標空燃比AFR(k)に一致させるための条件は、次式(5)で表すことができる。
AFR(k)=Gex(k)/fex(k)
={Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/{fc(k)+fr(k-1)-fr(k)}・・・(5)
【００３０】
つまり、現サイクルにおける排気空燃比AFRe(k)を目標空燃比AFR(k)とするための条件は、現サイクル中に燃焼室１４内に流入する燃料量fc(k)を次式(6)で表される値とすることとなる。
fc(k)={Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/AFR(k)-fr(k-1)+fr(k)・・・(6)
換言すると、現サイクルにおける筒内燃焼要求量fc(k)を、上記式(6)にしたがって算出すれば、現サイクルにおける排出ガスの空燃比AFRe(k)を目標空燃比AFR(k)に一致させることが可能となる。
【００３１】
次に、筒内燃焼要求量fcに基づいて、インジェクタ２４からの燃料噴射量fiを算出する手法の一例を説明する。図３は、筒内燃焼要求量fcとインジェクタ２４からの燃料噴射量fiとの関係を表す燃料挙動モデルを説明するための図である。本実施の形態１のシステムは、この燃料挙動モデルを前提として、筒内燃焼要求量fcに対応する燃料噴射量fiを算出する。
【００３２】
インジェクタ２４から噴射された燃料は、その一部が吸気ポート１８や吸気バルブ２０の壁面に付着し、その残部が燃焼室１４内に流入する。噴射された燃料が吸気ポート１８や吸気バルブ２０の壁面に付着する割合を「付着率R」とすると、新たに噴射された燃料のうち、吸気ポート１８や吸気バルブ２０の壁面に付着する燃料の量は「R×fi」で表されることとなる。一方、噴射された燃料のうち、燃焼室１４内に吸入される燃料の量は「(1-R)×fi」で表されることとなる。
【００３３】
燃焼室１４内には、インジェクタ２４から直接的に供給される燃料「(1-R)×fi」に加えて、ポート付着燃料やバルブ付着燃料の気化により生じた気化燃料が流入する。ポート付着燃料やバルブ付着燃料が吸気ポート壁面や吸気バルブ壁面に付着したままの状態で残る割合を「残留率P」とすれば、前サイクルにおいて生じていた壁面付着量fwのうち、「P×fw」で表される量はそのまま残ることとなる一方、「(1-P)×fw」で表される量の燃料が燃焼室１４内に吸入されることとなる。
【００３４】
したがって、第kサイクルの開始時（例えば、吸気行程の開始時）における壁面付着量がfw(k)であり、第kサイクルにおける付着率がR(k)であり、残留率がP(k)であり、第kサイクルにおける燃料噴射量がfi(k)である場合、第k+1サイクルにおける壁面付着量fw(k+1)は、次式(7)のように表すことができる。
fw(k+1)=P(k)×fw(k)+R(k)×fi(k)・・・(7)
また、第kサイクルにおいて吸気ポート１８から燃焼室１４内に流入する燃料の量fc(k)は、次式(8)のように表すことができる。
fc(k)=(1-P(k))×fw(k)+(1-R(k))×fi(k)・・・(8)
【００３５】
上記の式(6)及び式(8)によれば、筒内燃焼要求量fc(k)の燃料を燃焼室１４内に供給するために必要な燃料噴射量fi(k)は、次式(9)のように表すことができる。
fi(k)=[{Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/AFR(k)-fr(k-1)+fr(k)-(1-P(k))×fw(k)]
/(1-R(k))・・・(9)
【００３６】
上述したように、目標空燃比AFR(k)を実現するための燃料噴射量fi(k)が、噴射燃料の付着率Rや付着燃料の残留率P等をパラメータとして、式(9)に従って算出される。これらの付着率R及び残留率Pは、内燃機関１の運転条件（NE,KL等）に応じて設定される。より具体的には、内燃機関１の運転条件との関係で定められたマップを参照して、運転条件に応じた付着率R及び残留率Pが算出される。
【００３７】
ところで、内燃機関１の完全暖機後は、燃費及びドライバビリティが最適となるように、目標空燃比AFR(k)をストイキ近傍に設定するベース運転が実行される。しかし、ベース運転時と同じ運転条件（NE,KL等）であっても、ベース運転時の目標空燃比とは異なる目標空燃比で内燃機関１を運転させたい場合がある。例えば、大きなアクセル開度AAに対応すべく出力トルクを即座に上昇させたいパワー増量時や、燃焼ガス温度を低下させることで触媒床温を低下させたいＯＴ増量時がある。これらのパワー増量時やＯＴ増量時においては、目標空燃比がストイキよりもリッチ側に設定される。この場合、インジェクタ２４からの燃料噴射量が多くされるため、吸気バルブ２０や吸気ポート１８の壁面温度が低下する。そうすると、吸気バルブ２０や吸気ポート１８の壁面に付着する燃料量が多くなり、該壁面から蒸発する燃料量が少なくなる。
【００３８】
このように目標空燃比が異なると（すなわち、インジェクタ２４からの燃料噴射量が異なると）、吸気バルブ２０や吸気ポート１８の壁面における熱収支が変化し、吸気バルブ２０や吸気ポート１８の壁面温度が変化する。その結果、吸気バルブ２０や吸気ポート１８の壁面に付着する燃料量や、該壁面から蒸発する燃料量が異なってしまう。
【００３９】
既述した従来の装置では、ベース運転時とは異なる目標空燃比が設定されるパワー増量時やＯＴ増量時において、吸気バルブ２０の壁面温度等が変化することについて考慮されていない。このため、目標空燃比が異なる場合であっても、同一の運転条件であれば、同一のマップを参照して付着率及び残留率が算出される。そうすると、燃料挙動モデルのパラメータである付着率や残留率の値が適正値からずれてしまう可能性がある。その結果、モデル計算の精度が低下するため、最適な燃料噴射量fi(k)を算出することができず、空燃比の制御性が低下してしまう可能性がある。
【００４０】
そこで、本実施の形態１のシステムでは、ベース運転時とは異なる目標空燃比が設定されるパワー増量やＯＴ増量時には、ベース運転時に参照されるマップとは別のマップを参照して、付着率及び残留率が算出される。すなわち、ベース運転時とパワー増量時又はＯＴ増量とでは目標空燃比が異なるため、同一の運転条件であっても、付着率及び残留率を算出するマップが切り替えられる。これにより、目標空燃比の変化に起因するバルブ壁温の変化を考慮して、燃料挙動モデルのパラメータ値である付着率及び残留率が算出される。よって、ＯＴ増量時やパワー増量時のように、ベース運転時とは異なる目標空燃比が設定される場合であっても、最適な付着率及び残留率が求められるため、モデル計算を精度良く行うことができる。その結果、目標空燃比への制御性が向上する。
【００４１】
［実施の形態１における具体的処理］
本実施の形態のシステムでは、モデル計算によって燃料噴射量fiを算出するに当たり、図４に示すルーチンが実行される。図４は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０により実行される燃料噴射制御を説明するためのフローチャートである。図４に示すルーチンは、内燃機関１の気筒毎に実行される。また、各気筒に関するルーチンは、内燃機関１が１サイクル動作する毎に、より具体的には、対象とする気筒において燃料噴射が開始される前の所定クランク角が実現される毎に起動されるものとする。
【００４２】
図４に示すルーチンでは、先ず、現在の内燃機関１の運転状態及び運転条件を表す各種のパラメータが取得される（ステップ１００）。このステップ１００では、機関回転数NE、機関負荷KL、吸気バルブ２０の開弁特性（開弁時期，リフト量）、冷却水温Tw等の物理量が、取得される。
【００４３】
次に、内燃機関１がベース運転中であるか否かを判別する（ステップ１０２）。ＥＣＵ６０は、本ルーチンとは別のルーチンにより、内燃機関１の完全暖機後（冷却水温Twが所定温度以上）であり、かつ、負荷KLが所定範囲内である場合に、目標空燃比AFRをストイキ近傍に設定するベース運転を実行する。このステップ１０２において、内燃機関１がベース運転中であると判別された場合には、ＥＣＵ６０内に予め記憶されたマップを参照して、ベース運転状態に適合した残留率P_s及び付着率R_sを算出する（ステップ１０４）。
【００４４】
一方、上記ステップ１０２において、内燃機関１がベース運転中ではないと判別された場合、つまり、完全暖機前、又は、負荷KLが所定範囲外である場合には、ＯＴ増量中であるか否かを判別する（ステップ１０６）。ＥＣＵ６０は、本ルーチンとは別のルーチンにより、触媒床温が所定温度以上である場合に、燃焼ガス温度を低下させることで触媒床温を低下させるべく、目標空燃比AFRをストイキよりもリッチ側に設定するＯＴ増量を実行する。このステップ１０６でＯＴ増量中ではないと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００４５】
上記ステップ１０６でＯＴ増量中であると判別された場合には、ＥＣＵ６０内に予め記憶されたマップを参照して、ＯＴ増量状態に適合した残留率P_ot及び付着率R_otを算出する（ステップ１０８）。ここで、ＯＴ増量時は目標空燃比AFRがストイキよりもリッチ側に設定され、インジェクタ２４からの燃料噴射量fiが多くされるため、ベース運転時に比してバルブ壁温が低下する。このため、ＯＴ増量時においては、ベース運転時に比してバルブ壁面への燃料付着量が多くなると共に、バルブ壁面からの燃料蒸発量が少なくなる（すなわち、バルブ壁面における燃料残留量が多くなる）。従って、上記ステップ１０８で算出されるＯＴ増量時の残留率P_ot及び付着率R_otは、ステップ１０６で算出されるベース運転時の残留率P_s及び付着率R_sよりも大きい値となる。
【００４６】
次に、吸入空気量Gaと、目標空燃比AFRと、上記ステップ１０６又は１０８で算出された残留率P及び付着率Rと、別ルーチンによりマップを参照して算出された筒内残留ガス量Gr及び筒内残留燃料量frと、前回実行されたステップ１１２で算出された燃料付着量fwとをパラメータとして用いて、上式(9)に従って燃料噴射量fiを算出する（ステップ１１０）。
【００４７】
その後、現サイクル後にポート壁面及びバルブ壁面に残存すると推定される壁面付着量fwを、上式(7)に従って算出する（ステップ１１２）。このステップ１１２で算出された壁面付着量fwは、次回のルーチンのステップ１１０の処理で用いられる。
【００４８】
以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、内燃機関１がベース運転中である場合には、マップを参照してベース運転状態に適合した残留率P_s及び付着率R_sが算出される。また、内燃機関１がＯＴ増量中である場合には、ベース運転時に参照されるマップとは異なるマップを参照して、ＯＴ増量状態に適合した残留率P_ot及び付着率R_otが算出される。よって、目標空燃比が異なる場合には、バルブ壁温の変化を考慮して、付着率及び残留率を算出するために参照されるマップが切り替えられる。従って、ＯＴ増量時のように、ベース運転時とは異なる目標空燃比が設定される場合であっても、精度良く適合した残留率P_ot及び付着率R_otが算出されるため、インジェクタ２４からの燃料噴射量fiのモデル計算においてその精度をより高めることができ、内燃機関１の空燃比制御を精度良く実行することが可能になる。
【００４９】
ところで、図４に示すルーチンでは、ベース運転時とＯＴ増量時とで、異なるマップを参照して付着率R及び残留率Pを算出するシステムについて説明したが、図５に示すようにパワー増量時も異なるマップを参照して残留率P_po及び付着率R_poを算出するシステムに対しても、本発明を適用することができる。図５は、本実施の形態１の変形例において、ＥＣＵ６０により実行される燃料噴射制御を説明するためのフローチャートである。図５に示すように、ステップ１０６でＯＴ増量中ではないと判別された場合には、パワー増量中であるか否かを判別する（ステップ１１４）。ＥＣＵ６０は、本ルーチンとは別のルーチンにより、アクセル開度AAが所定値以上である場合に、即座にトルクを上昇させるべく、目標空燃比AFRをストイキよりもリッチ側に設定するパワー増量を実行する。このステップ１１４でパワー増量中であると判別された場合には、ＥＣＵ６０内に予め記憶され、ベース運転時やＯＴ増量時に参照されるマップとは異なるマップを参照して、パワー増量状態に適合した残留率P_po及び付着率R_poを算出する（ステップ１１６）。ここで、上述したＯＴ増量時と同様に、パワー増量時は目標空燃比AFRがストイキよりもリッチ側に設定され、燃料噴射量が多くされるため、ベース運転時に比してバルブ壁温が下がる。このため、ステップ１１６で算出されるパワー増量時の残留率P_po及び付着率R_poは、ステップ１０６で算出されるベース運転時の残留率P_s及び付着率R_sよりも大きい値となる。このステップ１１６の処理の後、上記実施の形態１と同様に、ステップ１１０に移行する。
【００５０】
また、本実施の形態１では、ベース運転時と異なる目標空燃比を設定する場合として、ストイキよりもリッチ側に制御するＯＴ増量時やパワー増量時を挙げているが、ストイキよりもリーン側に制御する希薄燃焼時を挙げることができる。すなわち、ベース運転時とは異なるマップを参照して、希薄燃焼状態に適合した残留率P及び付着率Rを算出するようにしてもよい。希薄燃焼時は、ベース運転時に比して燃料噴射量が少なくされるため、バルブ壁温が上昇する。このため、希薄燃焼時の残留率P及びRは、ステップ１０６で算出されるベース運転時の残留率P_s及び付着率R_sよりも小さい値とされる。
但し、希薄燃焼時に設定される目標空燃比によっては、上述したＯＴ増量時と同様に、ベース運転時に比してバルブ壁温が下がる場合がある。この場合、希薄燃焼時の残留率P及びRは、ステップ１０６で算出されるベース運転時の残留率P_s及び付着率R_sよりも大きい値とされる。
【００５１】
また、本実施の形態１では、マップを参照して残留率及び付着率を算出しているシステムについて説明したが、モデル式により残留率及び付着率を算出するシステムに対しても、本発明を適用することができる。
【００５２】
尚、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１１０の処理を実行することにより第１の発明における「燃料噴射量算出手段」が、ステップ１０４又は１０８の処理を実行することにより第１の発明における「パラメータ設定手段」が、ステップ１０８の処理を実行することにより第３及び第４の発明における「パラメータ設定手段」が、それぞれ実現されている。
また、本実施の形態１の変形例においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１１６の処理を実行することにより第１、第３及び第４の発明における「パラメータ設定手段」が実現されている。
【００５３】
実施の形態２．
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５４】
［実施の形態２の特徴］
図６は、本実施の形態２において、ベース運転状態からＯＴ増量状態に移行する際のバルブ壁温の変化を示すタイミングチャートである。
時刻ｔ０において、内燃機関１はベース運転中である。上述したように、ベース運転時の目標空燃比は、燃費及びドライバビリティを最適にすべく、ストイキ近傍に設定されている。ベース運転中のバルブ壁温は、温度Tv_sである。このとき、マップＡを参照して、ベース運転状態に適合した残留率P_s及び付着率R_sが算出される。
その後、触媒床温が所定温度以上となると、時刻ｔ１において、燃焼ガス温度を低下させるべく、ＯＴ増量が実行される。すなわち、目標空燃比がストイキよりもリッチ側に設定される。その結果、燃料噴射量が増量されるため、バルブ壁温が低下し始める。その後、時刻ｔ３までバルブ壁温は徐々に低下していき、時刻ｔ３において、バルブ壁温はＯＴ増量時の最終温度Tv_otとなる。
【００５５】
上記実施の形態１によれば、時刻ｔ１でＯＴ増量されると同時に、マップＢを参照して残留率P_ot及び付着率R_otが算出される。この残留率P_ot及び付着率R_otは、バルブ壁温がＯＴ増量時の最終温度Tv_otであると仮定して算出された値である。
ところが、図６に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間は、バルブ壁温が最終温度Tv_otに達していない。従って、時刻ｔ３以後に算出された残留率P_ot及び付着率R_otよりも、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間に算出された残留率P_ot及び付着率R_otの方が、ＯＴ増量状態により精度良く適合したものとなる可能性がある。よって、ＯＴ増量状態に移行した初期において、残留率P_ot及び付着率R_otの算出精度をより高めることが望ましい。
【００５６】
本実施の形態２では、図６における時刻ｔ１からｔ３の間、すなわち、ＯＴ増量状態に移行した初期において、バルブ壁温センサ２３により検出されるバルブ壁温Tvに基づき、付着率及び残留率を補正する。
以下、図６を参照して、本実施の形態２における残留率P’及び付着率R’の算出方法について説明する。ここでは、時刻ｔ２におけるバルブ壁温Tvに基づく残留率P’及び付着率R’の算出方法について説明する。
【００５７】
先ず、マップＡを参照してベース運転時の残留率P_s及び付着率R_sを算出する。そして、マップＢを参照してＯＴ増量時の残留率P_ot及び付着率R_otを算出する。
次に、別のマップを参照して、ベース運転時のバルブ壁温Tv_sと、ＯＴ増量時の最終的なバルブ壁温Tv_otとを算出する。
そして、ベース運転時のバルブ壁温Tv_sと、バルブ壁温センサ２３により検出される現在のバルブ壁温Tvとの温度差ΔT1を算出する。さらに、ベース運転時のバルブ壁温Tv_sと、ＯＴ増量時の最終バルブ壁温Tv_otとの温度差ΔT2を算出する。
上記算出したベース運転時の残留率P_s及び付着率R_sと、ＯＴ増量時の残留率P_otと、温度差ΔT1及びΔT2を用いて、下記の式(10)及び式(11)に従って、バルブ壁温Tvに基づく残留率P’及び付着率R’を算出する。その後、上記実施の形態１と同様の方法を用いて、燃料噴射量fiを算出する。
P’=(1-α)×P_s+α×P_ot・・・(10)
R’=(1-α)×R_s+α×R_ot・・・(11)
ここで、α=ΔT1/ΔT2である。なお、時刻ｔ３以後は、温度差ΔT1と温度差ΔT2は等しくなるため、α=1となり、P’=P_ot, R’=R_otとなる。
【００５８】
本実施の形態２によれば、バルブ壁温Tvに基づいてＯＴ運転時の残留率P’及び付着率R’が算出される。よって、バルブ壁温Tvが最終壁温Tv_otに達しないＯＴ増量時の初期においても、残留率P’及び付着率R’を精度良く算出することができる。従って、インジェクタ２４からの燃料噴射量fiのモデル計算を実施の形態１よりも精度良く行うことができる。
【００５９】
［実施の形態２における具体的処理］
図７は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０により実行される燃料噴射制御を説明するためのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、ステップ１０８に代えて、ステップ１１８〜１３０の処理が実行される。ステップ１００〜１０６の処理については、上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００６０】
ステップ１０６でＯＴ増量中であると判別された場合には、上記ステップ１０４と同様にして、ベース運転時の残留率P_s及び付着率R_sを算出する（ステップ１１８）。図６に示す例では、このステップ１１８において、マップＡを参照してベース運転時の残留率P_s及び付着率R_sが算出される。その後、上記ステップ１０８と同様にして、ＯＴ増量時の残留率P_ot及び付着率R_otを算出する（ステップ１２０）。図６に示す例では、このステップ１２０において、上記マップＡとは異なるマップＢを参照して、ＯＴ増量時の残留率P_ot及び付着率R_otが算出される。
【００６１】
次に、現在のバルブ壁温Tvを取得する（ステップ１２２）。このステップ１２２では、バルブ壁温センサ２３により検出されたバルブ壁温Tvが読み込まれる。そして、ＥＣＵ６０内に予め記憶されたマップを参照して、ベース運転時のバルブ壁温Tv_sと、ＯＴ増量時の最終的なバルブ壁温Tv_otとを算出する（ステップ１２４）。このマップによれば、内燃機関１の運転条件（NE,KL）や目標空燃比との関係で、バルブ壁温Tv_sと、バルブ壁温Tv_otとが定められている。
【００６２】
次に、上記ステップ１２４で算出されたベース運転時のバルブ壁温Tv_sと、上記ステップ１２２で取得された現在のバルブ壁温Tvとの温度差ΔT1を算出する（ステップ１２６）。そして、上記ステップ１２４で算出されたベース運転時のバルブ壁温Tv_sと、ＯＴ増量時の最終バルブ壁温Tv_otとの温度差ΔT2を算出する（ステップ１２８）。その後、上記の式(10)及び式(11)に従って、現在のバルブ壁温Tvに応じた残留率P’及び付着率R’を算出する（ステップ１３０）。
その後、上記実施の形態１と同様に、ステップ１１０及び１１２の処理を実行する。
【００６３】
以上説明したように、図７に示すルーチンによれば、ベース運転の目標空燃比とは異なる目標空燃比が設定されるＯＴ増量時に、バルブ壁温Tvに基づいて残留率P’及び付着率R’が算出される。これにより、バルブ壁温Tvが最終温度Tv_otに達していないＯＴ増量時の初期においても、ＯＴ増量状態に高精度に適合した残留率P’及び付着率R’を算出することができるため、燃料噴射量fiをモデル計算により精度良く求めることができ、空燃比制御性を向上させることができる。
【００６４】
ところで、本実施の形態２では、バルブ壁温Tvをバルブ壁温センサ２３により検出しているが、ＯＴ増量状態に移行する際のバルブ壁温Tvの時間経過と、内燃機関１の運転条件（NE,KL）及び目標空燃比との相関（図６参照）を、実験若しくはシミュレーションにより事前に把握してマップを作成しておき、該マップを参照してバルブ壁温Tvを取得するようにしてもよい。また、バルブ壁温Tvを計算により推定するようにしてもよい。例えば、冷却水温Twとバルブ壁温Tvとの相関を表す数式を、実験若しくはシミュレーションにより事前に求めておき、この数式によりバルブ壁温Tvを推定する方法がある。これらの場合も、上記実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
また、本実施の形態２では、ベース運転状態からＯＴ増量状態に移行する際に、バルブ壁温Tvに基づいて残留率P’及び付着率R’を算出する場合について説明したが、このような場合に限らず、ベース運転状態からパワー増量状態又は希薄燃焼状態に移行する場合にも、本発明を適用することができる。この場合、上記ステップ１１８〜１３０と同様の処理を、パワー増量中又は希薄燃焼中においても行うことで、パワー増量中又は希薄燃焼中の残留率及び付着率を算出することができる。よって、この場合も、上記実施の形態２と同様に、空燃比制御性を更に向上させることができる。
【００６６】
尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２２の処理を実行することにより第２の発明における「バルブ壁温取得手段」が、ステップ１３０の処理を実行することにより第２の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１によるシステムの構成を示す概略図である。
【図２】内燃機関１における燃料の挙動を模式的に示す図である。
【図３】筒内燃焼要求量fcとインジェクタ２４からの燃料噴射量fiとの関係を表す燃料挙動モデルを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０により実行される燃料噴射制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１の変形例において、ＥＣＵ６０により実行される燃料噴射制御を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２において、ベース運転状態からパワー増量状態に移行する際のバルブ壁温の変化を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０により実行される燃料噴射制御を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１    内燃機関
２    ピストン
４    シリンダブロック
６    水温センサ
８    クランク軸
１０  クランク角センサ
１２  シリンダヘッド
１４  燃焼室
１６  点火プラグ
１８  吸気ポート
２０  吸気バルブ
２１  可変動弁機構
２２  吸気通路
２３  バルブ壁温センサ
２４  インジェクタ
２６  サージタンク
２８  スロットルバルブ
２９  スロットルモータ
３０  スロットル開度センサ
３２  アクセル開度センサ
３４  エアフロメータ
３６  エアクリーナ
３８  排気ポート
４０  排気バルブ
４１  可変動弁機構
４２  排気通路
４４  触媒
４６  触媒床温センサ
４８  空燃比センサ
６０  ＥＣＵ
【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】
2007187071.tif 000007
【図６】
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【図７】
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