(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、燃焼室を介した吸気通路から排気通路への新気の吹き抜けが生ずる状況下において、内燃機関の出力性能と排気性能とを好適に両立させることを目的とする。【解決手段】  ターボ過給機２０と筒内噴射弁３２とを備える。スカベンジ率（ＡＦＭ通過流量／筒内充填空気量）が空燃比率（理論空燃比／出力空燃比）よりも高い場合に、筒内充填空気量との関係で特定される筒内空燃比が出力空燃比となるようにするために必要な第１の燃料量Ｑｉｎの燃料を吸気行程中に噴射する。上記スカベンジ率が上記空燃比率よりも高い場合に、排気空燃比を理論空燃比とするために第１の燃料量Ｑｉｎ以外に必要な第２の燃料量Ｑｅｘの燃料を、噴射された燃料が筒内に充填されない第２のタイミングとしての排気弁の開弁期間中の所定タイミングにおいて噴射する。【選択図】図４
2013231407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を具備する内燃機関の制御装置において、
吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とをオーバーラップさせることによって吸気通路から筒内に流入した空気の一部が排気通路に排出されるスカベンジ制御の実行中に排気ガスの空燃比が目標空燃比になる量の燃料が筒内に供給された場合に筒内の空燃比が出力空燃比よりも小さくなるときには、筒内の空燃比が出力空燃比となるように筒内に燃料を供給する第１燃料噴射を実行するとともに、排気ガスの空燃比が目標空燃比になるように排気ガス中に燃料を供給する前記第１燃料噴射とは別の第２燃料噴射を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
排気ガス中の特定成分を浄化する触媒を排気通路に具備し、該触媒がそこに流入する排気ガスの空燃比が特定の空燃比であるときに浄化率が予め定められた浄化率よりも高くなる触媒であり、目標空燃比が前記特定の空燃比に設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
スカベンジ制御の実行中に吸気通路から筒内を介して排気通路に吹き抜ける空気の量を吹き抜け空気量と称するものとしたとき、スカベンジ制御の非実行中に筒内の空燃比を目標空燃比とする量の燃料をスカベンジ制御の実行中に噴射したときに筒内の空燃比を出力空燃比以上に維持するために許容される吹き抜け空気量の上限値が目標空燃比と出力空燃比との間の関係に基づいて許容吹き抜け空気量として算出され、スカベンジ制御の実行中の実際の吹き抜け空気量が前記許容吹き抜け空気量よりも多いときに筒内の空燃比が出力空燃比よりも小さくなると判断されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
筒内に流入する空気の量である筒内流入空気量を検出する筒内流入空気量センサと、筒内圧を検出する筒内圧センサとを更に具備し、前記筒内流入空気量センサによって検出される筒内流入空気量から前記筒内圧センサによって検出される筒内圧に基づいて算出される筒内充填空気量を差し引くことによって吹き抜け空気量が算出されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記算出された筒内充填空気量と前記算出された吹き抜け空気量との和に基づいて排気ガスの空燃比を目標空燃比とするために必要な燃料の量が総燃料噴射量として算出され、スカベンジ制御の実行中に前記第１燃料噴射と前記第２燃料噴射とによって前記総燃料噴射量の燃料が噴射されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備し、前記第１燃料噴射による筒内への燃料の供給が前記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現され、前記第２燃料噴射による排気ガス中への燃料の供給が排気弁の開弁期間における前記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現さ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制御装置。
【請求項７】
吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、前記第１燃料噴射による筒内への燃料の供給が吸気弁の開弁期間における前記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現され、前記第２燃料噴射による排気ガス中への燃料の供給が吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とがオーバーラップしている期間における前記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現さ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制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、過給機付き内燃機関を制御するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の内燃機関は、バルブオーバーラップ期間を調整可能な可変バルブタイミング機構と、ターボ過給機とを備えている。この従来の制御装置では、排気性能向上とトルク向上との両立を図るために、筒内空燃比を出力空燃比に制御しつつ、排気管内の空燃比を理論空燃比とするためにバルブオーバーラップ期間の調整によってスカベンジ量（燃焼室を介した吸気通路から排気通路への吹き抜け空気量）が調整されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−００９７６８号公報
【特許文献２】特開２００６−１８３５５３号公報
【特許文献３】特開２００８−１０１５４０号公報
【特許文献４】特開２００６−３２２３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載のような制御を行う場合において、スカベンジ量が多くなり過ぎて筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチとなる場合には、バルブオーバーラップ期間の設定量が制限されてしまい、内燃機関が発することのできるトルクが制限されてしまうことが懸念される。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃焼室を介した吸気通路から排気通路への新気の吹き抜けが生ずる状況下において、内燃機関の出力性能の低下と燃費の低下とを抑制しつつ排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御することのできる内燃機関の制御装置を提供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、過給機を具備する内燃機関の制御装置において、
吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とをオーバーラップさせることによって吸気通路から筒内に流入した空気の一部が排気通路に排出されるスカベンジ制御の実行中に排気ガスの空燃比が目標空燃比になる量の燃料が筒内に供給された場合に筒内の空燃比が出力空燃比よりも小さくなるときには、筒内の空燃比が出力空燃比となるように筒内に燃料を供給する第１燃料噴射を実行するとともに、排気ガスの空燃比が目標空燃比になるように排気ガス中に燃料を供給する前記第１燃料噴射とは別の第２燃料噴射を実行することを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
排気ガス中の特定成分を浄化する触媒を排気通路に具備し、該触媒がそこに流入する排気ガスの空燃比が特定の空燃比であるときに浄化率が予め定められた浄化率よりも高くなる触媒であり、目標空燃比が前記特定の空燃比に設定されることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
スカベンジ制御の実行中に吸気通路から筒内を介して排気通路に吹き抜ける空気の量を吹き抜け空気量と称するものとしたとき、スカベンジ制御の非実行中に筒内の空燃比を目標空燃比とする量の燃料をスカベンジ制御の実行中に噴射したときに筒内の空燃比を出力空燃比以上に維持するために許容される吹き抜け空気量の上限値が目標空燃比と出力空燃比との間の関係に基づいて許容吹き抜け空気量として算出され、スカベンジ制御の実行中の実際の吹き抜け空気量が前記許容吹き抜け空気量よりも多いときに筒内の空燃比が出力空燃比よりも小さくなると判断されることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第３の発明において、
筒内に流入する空気の量である筒内流入空気量を検出する筒内流入空気量センサと、筒内圧を検出する筒内圧センサとを更に具備し、前記筒内流入空気量センサによって検出される筒内流入空気量から前記筒内圧センサによって検出される筒内圧に基づいて算出される筒内充填空気量を差し引くことによって吹き抜け空気量が算出されることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記算出された筒内充填空気量と前記算出された吹き抜け空気量との和に基づいて排気ガスの空燃比を目標空燃比とするために必要な燃料の量が総燃料噴射量として算出され、スカベンジ制御の実行中に前記第１燃料噴射と前記第２燃料噴射とによって前記総燃料噴射量の燃料が噴射されることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれかにおいて、
筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備し、前記第１燃料噴射による筒内への燃料の供給が前記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現され、前記第２燃料噴射による排気ガス中への燃料の供給が排気弁の開弁期間における前記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現されることを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第１〜第５の発明のいずれかにおいて、
吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、前記第１燃料噴射による筒内への燃料の供給が吸気弁の開弁期間における前記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現され、前記第２燃料噴射による排気ガス中への燃料の供給が吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とがオーバーラップしている期間における前記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、スカベンジ制御の実行中に筒内の空燃比が出力空燃比よりも小さくなり、その結果、内燃機関の出力性能と燃費とが低下する状況下において、筒内の空燃比が出力空燃比に制御されることから、内燃機関の出力性能の低下と燃費の低下とが抑制され、また、排気ガスの空燃比が目標空燃比になるように排気ガス中に燃料が供給されることから、排気ガスの空燃比が目標空燃比に制御される。
【００１４】
第２の発明によれば、排気ガスの空燃比が触媒の浄化率が予め定められた浄化率よりも高くなる空燃比（すなわち、特定の空燃比）に制御されることから、触媒の高い浄化率が得られる。
【００１５】
第３の発明によれば、目標空燃比と出力空燃比との間の関係を用いれば筒内の空燃比が出力空燃比よりも小さいか否かを判断するための許容吹き抜け空気量が正確に算出されることから、筒内の空燃比が出力空燃比よりも小さいか否かが正確に判断される。
【００１６】
第４の発明によれば、吹き抜け空気量を算出する具体的な手段が提供される。
【００１７】
第５の発明によれば、第１燃料噴射と第２燃料噴射とを実現する具体的な手段が提供される。
【００１８】
第６の発明によれば、内燃機関が筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備する場合において、第１燃料噴射と第２燃料噴射とを実現する具体的な手段が提供される。
【００１９】
第７の発明によれば、内燃機関が吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備する場合において、第１燃料噴射と第２燃料噴射とを実現する具体的な手段が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
【図２】スカベンジ率（ＡＦＭ通過流量／筒内充填空気量）と内燃機関のトルクとの関係を説明するための図である。
【図３】トルクと（理論空燃比／筒内空燃比）とスカベンジ率との関係を表した図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、一例としてガソリンエンジンであるものとする。内燃機関１０の燃焼室には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
【００２２】
吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が配置されている。エアクリーナ１６の下流側の吸気通路１２には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。エアフローメータ１８よりも下流側の吸気通路１２には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが配置されている。
【００２３】
コンプレッサ２０ａよりも下流側の吸気通路１２には、コンプレッサ２０ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ２２が配置されている。インタークーラ２２よりも下流側の吸気通路１２には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。吸気通路１２には、コンプレッサ２０ａをバイパスするためのエアバイパス通路２６が接続されている。エアバイパス通路２６の途中には、エアバイパス通路２６を流れる空気の流量を制御するためのエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）２８が配置されている。また、スロットルバルブ２４の下流側の吸気通路１２（サージタンク）には、この部位における吸気圧力を検出する吸気圧センサ３０が取り付けられている。
【００２４】
内燃機関１０の各気筒には、燃焼室内（筒内）に直接燃料を噴射するための筒内噴射弁３２、および、混合気に点火するための点火プラグ３４がそれぞれ設けられている。また、内燃機関１０の各気筒には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ３６が取り付けられている。
【００２５】
また、内燃機関１０は、吸気弁（図示省略）の開閉時期を連続的に可変とする吸気可変動弁機構３８と、排気弁（図示省略）の開閉時期を連続的に可変とする排気可変動弁機構４０とを備えている。
【００２６】
排気通路１４には、ターボ過給機２０のタービン２０ｂが配置されている。タービン２０ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒として、触媒（三元触媒）４２等が配置されている。触媒４２の上流側の排気通路１４には、触媒４２に流入する排気ガス（各気筒から排出された排気ガス）の空燃比に対してほぼリニアな出力を発するＡ／Ｆセンサ４４が配置されている。
【００２７】
排気通路１４には、タービン２０ｂをバイパスしてタービン２０ｂの入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路４６が接続されている。排気バイパス通路４６の途中には、排気バイパス通路４６の開閉を担うウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）４８が設置されている。
【００２８】
更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ１８、吸気圧センサ３０、筒内圧センサ３６およびＡ／Ｆセンサ４４に加え、クランク角やエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ５２等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、ＡＢＶ２８、筒内噴射弁３２、点火プラグ３４、可変動弁機構３８、４０およびＷＧＶ４８等の内燃機関１０の運転を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、それらのセンサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って上記各種のアクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。
【００２９】
（燃焼室を介した吸気通路から排気通路への新気の吹き抜けによるスカベンジ効果）
上述した構成を有する可変動弁機構３８、４０によれば、吸気弁の開閉時期の進角値と排気弁の開閉時期の遅角値のうちの少なくとも一方を変更することにより、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を増減することができる。
【００３０】
ターボ過給機２０を備える本実施形態の内燃機関１０では、高負荷領域においてターボ過給機２０による過給によって（吸気弁の上流の）吸気圧力が（排気弁の下流の）排気圧力よりも高くなる。このような圧力条件が成立する高負荷領域において（上記可変動弁機構３８等による制御によって、もしくは予め設定された吸排気弁のバルブタイミングによって）バルブオーバーラップ期間が設定されていると、新気（吸気）が燃焼室を介して吸気通路１２から排気通路１４に向けて吹き抜けるという現象が生ずる。このような新気の吹き抜けが発生していると、通常であれば燃焼室のすきま容積分は少なくとも存在してしまう筒内の残留ガスを、吸気通路１２からの新気を用いて押し出すことによって掃気し、新気に置き換えることができる（スカベンジ効果）。これにより、内燃機関１０のトルク向上などの効果を得ることができる。
【００３１】
［実施の形態１の制御］
新気の吹き抜けが生じている状況下では、筒内に流入する空気量（以下、「筒内流入空気量」と称する）のうちの一部が筒内に残留して（充填されて）燃焼に用いられ、その残りは、燃焼に付されることなく排気通路１４に吹き抜けることとなる。従って、筒内流入空気量（すなわち、エアフローメータ１８により計測される吸入空気量（ＡＦＭ通過流量））は、筒内に充填される空気量（筒内充填空気量）と筒内を吹き抜ける空気量（吹き抜け空気量）との和となる。排気通路１４では、筒内充填空気と吹き抜け空気とが合流するので、排気通路１４を流れる排気ガスの流量は、筒内流入空気量（ＡＦＭ通過流量）と等しくなる。
【００３２】
新気の吹き抜けが発生する上記高負荷領域において理論空燃比（ストイキ）となるように筒内空燃比が制御されると、触媒４２の上流を流れる排気ガスの空燃比（以下、単に「排気空燃比」と略する）は理論空燃比よりもリーンとなる。その結果、排気性能が悪化してしまう。そこで、本実施形態では、新気の吹き抜けの発生中に触媒４２等による排気ガスの浄化性能を好適に確保するために、排気空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されるようになっている。このような制御の実行中に筒内流入空気量中に占める新気の吹き抜け量の割合（以下、「スカベンジ率」と称する）が高くなると、筒内流入空気量中に占める筒内充填空気量の割合が減少するため、筒内空燃比がリッチとなる。吹き抜け空気量が増えることで筒内空燃比が出力空燃比（ガソリンエンジンでは、１２．５程度）よりもリッチとなると、内燃機関１０のトルクが減少する。以下、図２を参照して、より詳細に説明する。
【００３３】
図２は、スカベンジ率（ＡＦＭ通過流量／筒内充填空気量）と内燃機関１０のトルクとの関係を説明するための図である。より具体的には、図２は、筒内充填空気量が一定であって、排気空燃比が理論空燃比に制御されているものとした状況下におけるスカベンジ率の変化に対するトルクの変化を表したものである。ここでは、スカベンジ率は、筒内流入空気量（ＡＦＭ通過流量）を筒内充填空気量で除した値として定義されている。
【００３４】
図２（Ｃ）に示すように、筒内充填空気量が一定の下でスカベンジ率が増えるということは、ＡＦＭ通過流量が増加することを意味する。この場合に、図２（Ｂ）に示すように、ＡＦＭ通過流量と等しい流量の排気ガスについての空燃比である排気空燃比を理論空燃比に維持すると、筒内空燃比は、スカベンジ率が増えるにつれ、よりリッチな値となる。内燃機関１０では、理論空燃比（ガソリンエンジンでは、１４．７付近）よりもリッチ側の出力空燃比（ガソリンエンジンでは、１２．５付近）においてトルクが最大となる。従って、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、スカベンジ率の増大によって筒内空燃比がリッチになっていく際に、筒内空燃比が出力空燃比に達するまではトルクが増大していく。しかしながら、筒内空燃比が出力空燃比を超えてリッチ化すると、トルクが減少してしまう。
【００３５】
図３は、トルクと（理論空燃比／筒内空燃比）とスカベンジ率との関係を表した図である。
図２（Ｂ）、（Ｃ）に示す関係より、（理論空燃比／筒内空燃比）とスカベンジ率との関係をまとめると、図３（Ｂ）に示すように表すことができる。上記図２の関係の前提がそうであるように排気空燃比が理論空燃比となる条件下において、筒内空燃比が理論空燃比となる場合には、図３（Ｂ）の縦軸である（理論空燃比／筒内空燃比）は１となり、また、新気の吹き抜けが生じていない状況であるので、図３（Ｂ）の横軸であるスカベンジ率はゼロとなる。そして、上記条件下では、スカベンジ率の増加に伴って図２（Ｂ）に示すように筒内空燃比が小さくなっていく。このため、（理論空燃比／筒内空燃比）とスカベンジ率との間には、図３（Ｂ）に示すように、スカベンジ率の増加に比例して（理論空燃比／筒内空燃比）が増加していくという関係が得られる。
【００３６】
従って、スカベンジ率が（理論空燃比／出力空燃比）よりも高い場合には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチ側の値であるためにトルクが減少する状況にあることを把握できるようになる。
【００３７】
そこで、本実施形態では、筒内流入空気量（ＡＦＭ通過流量）を筒内充填空気量で除して得られるスカベンジ率（ＡＦＭ通過流量／筒内充填空気量）が理論空燃比を出力空燃比で除して得られる空燃比率（理論空燃比／出力空燃比）よりも高い場合には、筒内充填空気量との関係で特定される筒内空燃比が出力空燃比となるようにするために必要な燃料量Ｑｉｎ（第１の燃料量）の燃料を、噴射された燃料が筒内に充填される第１のタイミングで噴射するようにした。より具体的には、本実施形態では、このような第１のタイミングとして、排気弁の閉弁後の吸気行程中の所定のタイミングが用いられる。尚、このような第１のタイミングとして、圧縮行程が利用されていてもよい。
【００３８】
更に、本実施形態では、上記スカベンジ率が上記空燃比率よりも高い場合には、排気空燃比を理論空燃比とするために上記第１の燃料量Ｑｉｎ以外に必要な燃料量Ｑｅｘ（第２の燃料量）の燃料を、噴射された燃料が筒内に充填されない第２のタイミングで噴射するようにした。より具体的には、本実施形態では、このような第２のタイミングとして、排気弁の開弁期間（排気弁の開弁以降の膨張行程、排気行程、および排気弁の閉弁前の吸気行程が該当）中の所定タイミングが用いられる。
【００３９】
図４は、本発明の実施の形態１における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
【００４０】
図４に示すルーチンでは、先ず、スカベンジ率が上記空燃比率（理論空燃比／出力空燃比）よりも高い条件が成立するか否かが判定される（ステップ１００）。本ステップ１００では、スカベンジ率は、既述したように（ＡＦＭ通過流量／筒内充填空気量）として算出される。筒内充填空気量は、例えば、ＡＦＭ通過流量（筒内流入空気量）から吹き抜け空気量を引いた値として算出することができる。そして、吹き抜け空気量自体は、例えば、エアフローメータ１８を用いて検出される空気量であるＡＦＭ通過流量（筒内流入空気量）と、吸気圧力（サージタンク圧力）、排気圧力、バルブオーバーラップ量およびエンジン回転数（オーバーラップ期間中の開口時間）に基づいて算出することができる。この場合において、上記吸気圧力は、吸気圧センサ３０を用いて取得することができ、排気圧力は、例えば、別途推定されるタービン回転数、ＷＧＶ４８の開度、および、エアフローメータ１８により検出される吸入空気量などに基づいて取得することができる。従って、これらの算出結果に基づいて、上記のスカベンジ率を算出することができる。
【００４１】
上記ステップ１００の判定が成立する場合、つまり、筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチとなると判断できる場合には、筒内充填空気量との関係で出力空燃比が得られるようにするために必要な第１の燃料量Ｑｉｎの燃料が、（バルブオーバーラップ期間の終了後の）吸気行程中の所定のタイミング（第１のタイミング）において筒内に噴射される（ステップ１０２）。
【００４２】
次に、クランク角が排気弁の開き時期（ＥＶＯ）に到達したか否かが判定される（ステップ１０４）。その結果、ＥＶＯが到来したと判定された場合には、排気空燃比を理論空燃比とするために上記第１の燃料量Ｑｉｎ以外に必要な第２の燃料量Ｑｅｘの燃料が、排気弁の開弁期間中の所定タイミング（第２のタイミング）において筒内に噴射される（ステップ１０６）。本ステップ１０６の第２の燃料量Ｑｅｘは、１サイクル中の総空気量に相当するＡＦＭ通過流量（筒内充填空気量＋吹き抜け空気量）との関係で理論空燃比を得るために（すなわち、排気空燃比を理論空燃比とするために）必要な総噴射量Ｑａｌｌから上記第１の燃料量Ｑｉｎを引いて得られる残りの値として算出することができる。
【００４３】
以上説明した図４に示すルーチンによれば、スカベンジ率が空燃比率（理論空燃比／出力空燃比）よりも高いか否かを判定することによって、新気の吹き抜け発生時の排気空燃比を理論空燃比に制御する場合において、現在のスカベンジ率の下で筒内空燃比を出力空燃比から理論空燃比までの範囲内の値に収めておくことができるかどうかを判断できるようになる。そして、上記ルーチンによれば、スカベンジ率が上記空燃比率よりも高いことで筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチになると判断できる場合には、筒内空燃比が出力空燃比となるように筒内に充填される第１の燃料量Ｑｉｎが調整されつつ、排気空燃比を理論空燃比にするための燃料不足を補う第２の燃料量Ｑｅｘについては、筒内に充填されないように排気弁の開弁期間中に噴射される。これにより、筒内に充填された空気量との関係では最大限のトルクを引き出せるようにしつつ、燃焼に寄与しない第２の燃料量Ｑｅｘを排気通路１４に供給することで、排気通路１４内における排気空燃比としては理論空燃比に制御できるようになる。また、本実施形態の制御によれば、バルブオーバーラップ期間の変更を伴わずに上記のように筒内空燃比と排気空燃比を制御できるようになる。以上のように、本実施形態の制御によれば、新気の吹き抜け発生時の内燃機関１０の出力性能と排気性能とを好適に両立させられるようになる。
【００４４】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０がエアフローメータ１８を用いてＡＦＭ通過流量を取得することにより前記第１の発明における「筒内流入空気量取得手段」が、ＥＣＵ５０が上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「筒内充填空気量取得手段」が、ＥＣＵ５０が上記ステップ１００の判定が成立する場合に上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１の燃料噴射制御手段」が、ＥＣＵ５０が上記ステップ１００の判定が成立する場合に上記ステップ１０４および１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２の燃料噴射制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００４５】
実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に図４に示すルーチンに代えて後述の図５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ものである。
【００４６】
本実施形態においても、排気通路１４への新気の吹き抜けの発生時には、実施の形態１のものと基本的に同様の制御が実施されるようになっている。本実施形態は、このような制御の実施時に、筒内圧センサ３６の出力を利用して算出した筒内充填空気量Ｇａ_ｃｐｓに基づいて、排気弁の開弁期間中に噴射する第２の燃料量Ｑｅｘ’を決定する点に更なる特徴を有している。
【００４７】
図５は、本発明の実施の形態２における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図５において、実施の形態１における図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４８】
図５に示すルーチンでは、ステップ１００においてスカベンジ率（ＡＦＭ通過流量／筒内充填空気量）が上記空燃比率（理論空燃比／出力空燃比）よりも高い条件が成立すると判定された場合には、次いで、見込みの筒内充填空気量Ｇａ_ｆｗｄとの関係で出力空燃比が得られるようにするために必要な第１の燃料量Ｑｉｎ’の燃料が、（バルブオーバーラップ期間の終了後の）吸気行程中の所定のタイミング（第１のタイミング）において筒内に噴射される（ステップ２００）。
【００４９】
本ステップ２００における筒内充填空気量Ｇａ_ｆｗｄは、内燃機関１０の各サイクルにおいて、実際に筒内に空気が充填される前のタイミングにおいて推定される筒内充填空気量の予測値である。このような値Ｇａ_ｆｗｄの算出手法は特に限定されないが、例えば、上記ステップ１０２のために説明した手法を用いることができる。
【００５０】
次に、クランク角が吸気弁の閉じ時期（ＩＶＣ）に到達したか否かが判定される（ステップ２０２）。その結果、ＩＶＣが到来したと判定された場合には、１サイクル中の総空気量との関係で理論空燃比を得るために（すなわち、排気空燃比を理論空燃比とするために）必要な総噴射量Ｑａｌｌ’が算出される（ステップ２０４）。具体的には、総噴射量Ｑａｌｌ’は、吹き抜け空気量Ｇａ_ｓｃｖと筒内充填空気量Ｇａ_ｃｐｓとの和である総空気量との関係で排気空燃比を理論空燃比とするための値として算出される。吹き抜け空気量Ｇａ_ｓｃｖは、例えば、上記ステップ１００のために説明した手法に基づいて算出することができる。筒内充填空気量Ｇａ_ｃｐｓは、吸気弁の閉じ時期（ＩＶＣ）が到来した時点において筒内圧センサ３６によって検出される筒内圧に基づいて、所定の関係式に従って算出される。
【００５１】
次に、ステップ１０４においてクランク角が排気弁の開弁時期（ＥＶＯ）に到達したと判定された場合には、次いで、排気空燃比を理論空燃比とするために上記第１の燃料量Ｑｉｎ’以外に必要な第２の燃料量Ｑｅｘ’の燃料が、排気弁の開弁期間中の所定タイミング（第２のタイミング）において筒内に噴射される（ステップ２０６）。本ステップ２０６の第２の燃料量Ｑｅｘ’は、上記ステップ２０４において算出された総噴射量Ｑａｌｌ’から上記ステップ２００において算出された第１の燃料量Ｑｉｎ’を引いて得られる残りの値として算出される。
【００５２】
以上説明した図５に示すルーチンによれば、筒内圧センサ３６の出力を利用して筒内充填空気量Ｇａ_ｃｐｓを算出しているので、予測による手法を用いる場合と比べ、筒内に実際に充填される空気量を精度良く算出することができる。そのうえで、上記ルーチンによれば、この筒内充填空気量Ｇａ_ｃｐｓと吹き抜け空気量Ｇａ_ｓｃｖとの和に相当する総空気量との関係で排気空燃比を理論空燃比とするために上記第２のタイミングで噴射する第２の燃料量Ｑｅｘ’が決定される。これにより、吸気行程中に噴射した第１の燃料量Ｑｉｎ’に含まれ得る誤差を同一サイクル中に補正することができる。このため、排気通路１４内の空燃比（排気空燃比）の制御精度を向上させることができる。その他、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００５３】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「吹き抜け空気量推定手段」および「筒内充填空気量取得手段」が、ＥＣＵ５０が上記ステップ２０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「第２の燃料量算出手段」が、それぞれ実現されている。
【００５４】
実施の形態３．
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
【００５５】
［実施の形態３のシステム構成］
図６は、本発明の実施の形態３における内燃機関６０のシステム構成を説明するための図である。尚、図６において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００５６】
図６に示す内燃機関６０は、筒内噴射弁３２に代えて吸気通路１２（より具体的には吸気ポート）に燃料を噴射するためのポート噴射弁６２を備えている点を除き、上述した内燃機関１０と同様に構成されている。
【００５７】
本実施形態の内燃機関６０のように筒内噴射弁３２を備えていない場合には、排気弁の開弁期間中に行う燃料噴射では、筒内に充填されない態様で燃料を噴射することができない場合がある。従って、新気の吹き抜け発生時に排気空燃比を理論空燃比に制御することを優先すると、スカベンジ率が上記空燃比率（理論空燃比／出力空燃比）を超えてトルク低下が生じることが想定される。
【００５８】
そこで、ポート噴射弁６２を利用する本実施形態では、上記スカベンジ率が上記空燃比率よりも高い場合には、第１の燃料量Ｑｉｎでの燃料噴射の実行後にバルブオーバーラップ期間が到来したときに、排気空燃比を理論空燃比とするために上記第１の燃料量Ｑｉｎ以外に必要な燃料量Ｑｏｖｒｐ（第２の燃料量）の燃料を噴射するようにした。すなわち、本実施形態においては、噴射された燃料が筒内に充填されない上記第２のタイミングとして、バルブオーバーラップ期間中の所定タイミングが該当することになる。
【００５９】
図７は、本発明の実施の形態３における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図７において、実施の形態１における図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００６０】
図７に示すルーチンでは、ステップ１００においてスカベンジ率（ＡＦＭ通過流量／筒内充填空気量）が上記空燃比率（理論空燃比／出力空燃比）よりも高い条件が成立すると判定された場合には、次いで、上記ステップ１０２と同様に算出された筒内充填空気量との関係で出力空燃比が得られるようにするために必要な第１の燃料量Ｑｉｎの燃料が、吸気行程中の所定のタイミング（第１のタイミング）において吸気ポートに噴射される（ステップ３００）。本実施形態ではポート噴射弁６２が用いられているため、より具体的には、この場合の燃料噴射は、バルブオーバーラップ期間の終了後の吸気行程と同期して行われる吸気同期噴射である。
【００６１】
次に、クランク角センサ５２等を用いてバルブオーバーラップ期間の経過中であるか否かが判定される（ステップ３０２）。その結果、バルブオーバーラップ期間の経過中であると判定された場合には、排気空燃比を理論空燃比とするために上記第１の燃料量Ｑｉｎ以外に必要な第２の燃料量Ｑｏｖｒｐの燃料が、バルブオーバーラップ期間中の所定タイミング（第２のタイミング）において噴射される（ステップ３０４）。本ステップ３０４の第２の燃料量Ｑｏｖｒｐは、１サイクル中の総空気量に相当するＡＦＭ通過流量（筒内充填空気量＋吹き抜け空気量）との関係で理論空燃比を得るために（すなわち、排気空燃比を理論空燃比とするために）必要な総噴射量Ｑａｌｌから上記第１の燃料量Ｑｉｎを引いて得られる残りの値として算出することができる。
【００６２】
以上説明した図７に示すルーチンによれば、スカベンジ率が上記空燃比率よりも高いことで筒内空燃比が出力空燃比よりもリッチになると判断できる場合には、筒内空燃比が出力空燃比となるように筒内に充填される第１の燃料量Ｑｉｎが調整されつつ、排気空燃比を理論空燃比とするための燃料不足を補う第２の燃料量Ｑｏｖｒｐについては、筒内に充填されないようにバルブオーバーラップ期間中に噴射される。バルブオーバーラップ期間中にポート噴射弁６２による燃料噴射が行われると、燃焼室を介して排気通路１４に吹き抜ける新気と同期して第２の燃料量Ｑｏｖｒｐの燃料が、（第１の燃料量Ｑｉｎでの燃料噴射が実行された後に同一サイクルの終了時に到来する）バルブオーバーラップ期間中において筒内に充填されずに排気通路１４に導入される。これにより、筒内に充填された空気量との関係では最大限のトルクを引き出せるようにしつつ、燃焼に寄与しない第２の燃料量Ｑｏｖｒｐを排気通路１４に供給することで、排気通路１４内における排気空燃比としては理論空燃比に制御できるようになる。このため、本実施形態の制御によっても、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００６３】
尚、上記実施の形態は、理論空燃比が目標空燃比とされている内燃機関に本発明を適用した場合の実施の形態であるが、本発明は、理論空燃比よりもリーンな空燃比が目標空燃比とされている内燃機関にも適用可能であり、また、理論空燃比よりもリッチな空燃比であり且つ出力空燃比よりもリーンな空燃比が目標空燃比とされている内燃機関にも適用可能である。
【００６４】
上記実施の形態１の三元触媒４２は、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときに排気ガス中の一酸化炭素と窒素酸化物と未燃炭化水素とを同時に高い浄化率でもって浄化することができる触媒である。従って、上記実施の形態は、三元触媒を具備する内燃機関に本発明を適用した場合の実施の形態であるが、本発明は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな特定の空燃比であるときに浄化率が予め定められた浄化率よりも高くなる触媒を具備する内燃機関にも適用可能であり、また、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな特定の空燃比であるときに浄化率が予め定められた浄化率よりも高くなる触媒を具備する内燃機関にも適用可能である。また、これらの場合、予め定められた浄化率よりも高い浄化率を実現するためには、上記特定の空燃比が目標空燃比とされる。
【００６５】
また、上記実施の形態において、スカベンジ率の算出に用いられる筒内充填空気量は、例えば、筒内圧センサ３６の出力を利用して算出される。
【００６６】
また、上記実施の形態として具現化されている技術思想（以下「第１の技術思想」）は、広く表現すれば、過給機を具備する内燃機関の制御装置において、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とをオーバーラップさせることによって吸気通路から筒内に流入した空気の一部が排気通路に排出されるスカベンジ制御の実行中に排気ガスの空燃比が目標空燃比になる量の燃料が筒内に供給された場合に筒内の空燃比が出力空燃比よりも小さくなるときには、筒内の空燃比が出力空燃比となるように筒内に燃料を供給する第１燃料噴射を実行するとともに、排気ガスの空燃比が目標空燃比になるように排気ガス中に燃料を供給する上記第１燃料噴射とは別の第２燃料噴射を実行するものであると言える。
【００６７】
また、上記第１技術思想を前提としたとき、上記実施の形態として具現化されているより具体的な技術思想（以下「第２の技術思想」）は、排気ガス中の特定成分を浄化する触媒を排気通路に具備し、この触媒がそこに流入する排気ガスの空燃比が特定の空燃比であるときに浄化率が予め定められた浄化率よりも高くなる触媒であり、目標空燃比が上記特定の空燃比に設定されるものであると言える。
【００６８】
また、上記第１技術思想または第２技術思想を前提としたとき、上記実施の形態として具現化されているより具体的な技術思想（以下「第３の技術思想」）は、スカベンジ制御の実行中に吸気通路から筒内を介して排気通路に吹き抜ける空気の量を吹き抜け空気量と称するものとしたとき、スカベンジ制御の非実行中に筒内の空燃比を目標空燃比とする量の燃料をスカベンジ制御の実行中に噴射したときに筒内の空燃比を出力空燃比以上に維持するために許容される吹き抜け空気量の上限値が目標空燃比と出力空燃比との間の関係に基づいて許容吹き抜け空気量として算出され、スカベンジ制御の実行中の実際の吹き抜け空気量が上記許容吹き抜け空気量よりも多いときに筒内の空燃比が出力空燃比よりも小さくなると判断されるものであると言える。
【００６９】
また、上記第３技術思想を前提としたとき、上記実施の形態として具現化されているより具体的な技術思想（以下「第４の技術思想」）は、筒内に流入する空気の量である筒内流入空気量を検出する筒内流入空気量センサと、筒内圧を検出する筒内圧センサとを更に具備し、上記筒内流入空気量センサによって検出される筒内流入空気量から上記筒内圧センサによって検出される筒内圧に基づいて算出される筒内充填空気量を差し引くことによって吹き抜け空気量が算出されるものであると言える。
【００７０】
また、上記第４技術思想を前提としたとき、上記実施の形態として具現化されているより具体的な技術思想（以下「第５の技術思想」）は、算出された筒内充填空気量と算出された吹き抜け空気量との和に基づいて排気ガスの空燃比を目標空燃比とするために必要な燃料の量が総燃料噴射量として算出され、スカベンジ制御の実行中に第１燃料噴射と第２燃料噴射とによって上記総燃料噴射量の燃料が噴射されるものであると言える。
【００７１】
また、上記第１〜第５技術思想を前提としたとき、上記実施の形態として具現化されているより具体的な技術思想は、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備し、上記第１燃料噴射による筒内への燃料の供給が上記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現され、上記第２燃料噴射による排気ガス中への燃料の供給が排気弁の開弁期間における上記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現されるものであると言え、或いは、吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、上記第１燃料噴射による筒内への燃料の供給が吸気弁の開弁期間における上記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現され、上記第２燃料噴射による排気ガス中への燃料の供給が吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とがオーバーラップしている期間における上記燃料噴射弁からの燃料噴射によって実現されるものであると言える。
【符号の説明】
【００７２】
１０、６０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６  エアクリーナ
１８  エアフローメータ
２０  ターボ過給機
２０ａ  ターボ過給機のコンプレッサ
２０ｂ  ターボ過給機のタービン
２２  インタークーラ
２４  スロットルバルブ
２６  エアバイパス通路
２８  エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）
３０  吸気圧センサ
３２  筒内噴射弁
３４  点火プラグ
３６  筒内圧センサ
３８  吸気可変動弁機構
４０  排気可変動弁機構
４２  触媒
４４  Ａ／Ｆセンサ
４６  排気バイパス通路
４８  ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
５０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２  クランク角センサ
６２  ポート噴射弁
【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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