JP2005330833A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポート燃料噴射弁と筒内燃料噴射弁の双方を制御する燃料噴射制御装置において、燃料の付着に起因する誤差を最小限に抑えることで、燃料噴射量を最適に制御する。
【解決手段】 ポート燃料噴射弁３２と、ポート付着燃料量ｆｗｐを推定するポート付着燃料量推定手段と、筒内燃料噴射弁３６と、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ｆｗｐ及び筒内付着燃料量ｆｗｃを用いて、ポート燃料噴射弁３２及び筒内燃料噴射弁３６における燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、吸気バルブ３４の温度を取得する吸気バルブ温度取得手段と、筒内壁面の温度を取得する筒内壁面温度取得手段と、吸気バルブ３４の温度と筒内壁面の温度を比較する比較手段と、を備え、燃料噴射量制御手段は、吸気バルブ３４の温度が筒内壁面の温度よりも高い場合は、少なくともポート燃料噴射弁３２から燃料を噴射するようにした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、ポート燃料噴射弁と筒内燃料噴射弁の双方を制御する装置に適用して好適である。

従来から、例えば特開平１１−３０３６６９号公報に記載されているように、吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、機関筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁とを備えたデュアルインジェクタシステムが知られている。

また、燃料噴射量を決定する方法として、特許第２７５４７４４号公報に記載されているように、燃料挙動モデルを用いて燃料の付着分を考慮した上で燃料噴射量を決定する方法が知られている。

特開平１１−３０３６６９号公報 特許２７５４７４４号公報

しかしながら、燃料挙動モデルで考慮している燃料付着量は、モデル計算による推定値であるため、燃料付着量が多くなる運転条件では、実際の燃料付着量とモデル計算による燃料付着量との間の誤差が大きくなる場合がある。

特に、上述のようなデュアルインジェクタシステムでは、ポート壁面と筒内壁面の双方への燃料付着量を考慮する必要があるため、実際の燃料付着量とモデル計算による燃料付着量との間の誤差が大きくなると、燃料噴射量の制御性が低下する場合がある。

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、ポート燃料噴射弁と筒内燃料噴射弁の双方を制御する燃料噴射制御装置において、燃料の付着に起因する誤差を最小限に抑えることで、燃料噴射量を最適に制御することを目的とする。

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ポート燃料噴射弁と、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、筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、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を用いて、前記ポート燃料噴射弁及び筒内燃料噴射弁における燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、吸気バルブの温度を取得する吸気バルブ温度取得手段と、筒内壁面の温度を取得する筒内壁面温度取得手段と、前記吸気バルブの温度と前記筒内壁面の温度を比較する比較手段と、を備え、前記燃料噴射量制御手段は、前記吸気バルブの温度が前記筒内壁面の温度よりも高い場合は、少なくとも前記ポート燃料噴射弁から燃料を噴射することを特徴とする。

第２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ポート燃料噴射弁と、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、筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、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を用いて、前記ポート燃料噴射弁及び筒内燃料噴射弁における燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、吸気管圧力を取得する吸気管圧力取得手段と、を備え、前記燃料噴射量制御手段は、前記吸気管圧力が所定値以上の場合は、前記筒内燃料噴射弁のみから燃料を噴射することを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、バルブオーバーラップ量を取得するバルブオーバーラップ量取得手段を更に備え、前記燃料噴射量制御手段は、前記バルブオーバーラップ量が所定値以上の場合は、前記筒内燃料噴射弁のみから燃料を噴射することを特徴とする。

第１の発明によれば、吸気バルブの温度が筒内壁面の温度よりも高い場合は、少なくともポート燃料噴射弁から燃料を噴射するようにしたため、温度の高い吸気バルブに向けて燃料を噴射することができる。従って、噴射燃料の蒸発を促進することができ、燃料付着量を低減することが可能となる。

第２の発明によれば、吸気管圧力が高い場合は吸気ポートにおける燃料の蒸発量が少ないため、吸気管圧力が所定値以上の場合は、筒内燃料噴射弁のみから燃料を噴射することで、吸気ポートにおける燃料の付着を抑制することができる。

第３の発明によれば、バルブオーバーラップ量が大きい場合は筒内残留ガスの吹き返しの影響で吸気ポートに燃料が付着してしまうため、バルブオーバーラップ量が所定値以上の場合は、筒内燃料噴射弁のみから燃料を噴射することで、吸気ポートにおける燃料の付着を抑制することができる。

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。

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。

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。

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２８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ポート燃料噴射弁３２が配置されている。

内燃機関１０は、吸気バルブ３４および排気バルブ３８を備えている。上述のポート燃料噴射弁３２は、燃料を主に吸気バルブ３４に向けて噴射する。吸気バルブ３４の表面温度は吸気ポート３０の壁面温度よりも高いため、吸気バルブ３４に向けて燃料を噴射することで、噴射燃料を効率良く霧化することができる。

内燃機関１０のシリンダヘッドには、内燃機関１０の筒内に燃料を噴射するための筒内燃料噴射弁３６が配置されている。また、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。

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、ポート燃料噴射弁３２、筒内燃料噴射弁３６などが接続されている。ＥＣＵ５０は、運転条件に応じて、ポート燃料噴射弁３２、筒内燃料噴射弁３６の一方または双方から燃料を噴射させるように制御を行う。

次に、本実施形態に係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、ポート燃料噴射弁３２、筒内燃料噴射弁３６の近傍の拡大図である。以下、図２に示すように、ポート燃料噴射弁３２から噴射される燃料の量を「燃料噴射量ｆｉｐ」と記し、燃料噴射量ｆｉｐのうち、吸気バルブ３４の表面または吸気ポート３０の壁面に付着する燃料の量を「ポート壁面付着量ｆｗｐ」と記す。

また、筒内燃料噴射弁３６から噴射される燃料の量を「燃料噴射量ｆｉｃ」と記し、燃料噴射量ｆｉｃのうち、シリンダ壁面、シリンダヘッド壁面など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。そして、筒内で霧化した状態で存在する燃料の量を「筒内蒸発燃料量（筒内燃焼要求量）ｆｃ」と記す。筒内蒸発燃料量ｆｃは、筒内で実際に燃焼する燃料量である。

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、ポート燃料噴射弁３２、筒内燃料噴射弁３６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ｆｉｐ，ｆｗｐ，ｆｃ，ｆｗｃ，ｆｉｃ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ｆｉｐ，ｆｗｐ，ｆｃ，ｆｗｃ，ｆｉｃの関係を説明する。

上述したように、燃料噴射量ｆｉｐは、ポート燃料噴射弁３２から噴射された後、その一部が吸気バルブ３４の表面等に付着し、その残部が筒内に吸入される。この際、吸気バルブ３４等に付着する燃料の割合を「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ｆｉｐ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×ｆｉｐ」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）×ｆｉｐ」で表されることとなる。

筒内蒸発燃料量ｆｃには、上記の演算式（１−Ｒｐ）×ｆｉｐで表される量の燃料量の他、吸気バルブ３４の表面、吸気ポート３０の内壁等に付着していた燃料が霧化して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ｆｗｐは、その吸気行程の後には「Ｐｐ×ｆｗｐ」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）×ｆｗｐ」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。

同様にして、燃料噴射量ｆｉｃは、筒内燃料噴射弁３６から噴射された後、その一部が筒内壁面等に付着し、その残部が筒内に霧化する。この際、筒内壁面に付着する噴射の割合を「シリンダ付着率Ｒｃ」と定義すれば、図３に示すように、燃料噴射量ｆｉｃのうち筒内壁面に付着する燃料は、「Ｒｃ×ｆｉｃ」で表されることとなり、一方、筒内に霧化する燃料の量は「（１−Ｒｃ）×ｆｉｃ」で表されることとなる。

筒内蒸発燃料量ｆｃには、上記の演算式（１−Ｒｃ）×ｆｉｃで表される量の燃料量の他、筒内壁面に付着していた燃料が霧化することによる燃料量が含まれる。ここで、吸気行程の実行後に筒内壁面に付着した燃料が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シリンダ壁面付着量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」で表される量の燃料が筒内壁面に付着した燃料の存在に起因して筒内で霧化したことになる。

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、吸気バルブ３４の表面または吸気ポート３０の壁面等への付着量がｆｗｐ_ｋであり、第ｋサイクルにおけるポート燃料噴射弁３２からの燃料噴射量がｆｉｐ_ｋである場合、第ｋサイクルの終了後に発生している吸気バルブ３４または吸気ポート３０の壁面等への付着量（つまり、第ｋ＋１サイクルにおける付着量）ｆｗｐ_ｋ＋１は次式のように表すことができる。
ｆｗｐ_ｋ＋１＝Ｐｐ×ｆｗｐ_ｋ＋Ｒｐ×ｆｉｐ_ｋ ・・・（１）

同様に、第ｋサイクルにおける噴射行程の開始時における筒内の壁面付着量がｆｗｃ_ｋであり、第ｋサイクルにおける筒内燃料噴射弁３６からの燃料噴射量がｆｉｃ_ｋである場合、第ｋサイクルの終了後に発生している筒内の壁面付着量（つまり、第ｋ＋１サイクルにおける筒内壁面付着量）ｆｗｃ_ｋ＋１は次式のように表すことができる。
ｆｗｃ_ｋ＋１＝Ｐｃ×ｆｗｃ_ｋ＋Ｒｃ×ｆｉｃ_ｋ ・・・（２）

一方、第ｋサイクルにおいて、ポート燃料噴射弁３２からの燃料噴射量ｆｉｐ_ｋのうち、吸気バルブ３４の表面、ポート壁面等に付着せずに霧化した状態で筒内に流入した燃料量は（１−Ｒｐ）×ｆｉｐ_ｋである。また、筒内燃料噴射弁３６からの燃料噴射量ｆｉｃ_ｋのうち、筒内壁面に付着せずに筒内で霧化した燃料量は（１−Ｒｃ）×ｆｉｃ_ｋである。従って、筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋには、これらの燃料量（１−Ｒｐ）×ｆｉｐ_ｋ、および（１−Ｒｃ）×ｆｉｃ_ｋが含まれる。

また、第ｋサイクルにおける燃料噴射の開始時から第ｋサイクルにおける吸気行程の終了時までの間において、吸気バルブ３４の表面、ポート壁面等に付着していた燃料が蒸発して筒内へ流入する燃料量は（１−Ｐｐ）×ｆｗｐ_ｋである。また、この間において、筒内壁面に付着していた燃料が霧化する量は（１−Ｐｃ）×ｆｗｃ_ｋである。筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋには、これらの燃料量が含まれる。

従って、筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋは次式のように表すことができる。
ｆｃ_ｋ＝（１−Ｒｐ）×ｆｉｐ_ｋ＋（１−Ｒｃ）×ｆｉｃ_ｋ＋（１−Ｐｐ）×ｆｗｐ_ｋ＋１−Ｐｃ）×ｆｗｃ_ｋ ・・・（３）

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の双方を用い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ｆｉｐおよび燃料噴射量ｆｉｃは、（１）〜（３）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、ｆｗｐ，ｆｗｃの初期値は０に設定できる）。

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の値を予め所定値に設定しておけば、ポート壁面付着量ｆｗｐ、筒内壁面付着量ｆｗｃを考慮した上で、筒内蒸発燃料量ｆｃと、燃料噴射量ｆｉｐおよび燃料噴射量ｆｉｃとの関係を正確に求めることができる。

ところで、（３）式によれば、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の値が所定値に設定された場合、筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋを目標値に制御するためには、ｆｉｐ_ｋ、ｆｉｃ_ｋ、ｆｗｐ_ｋ、ｆｗｃ_ｋのそれぞれが適切な値に制御されることが必要である。

ここで、燃料噴射量ｆｉｐ_ｋ、燃料噴射量ｆｉｃ_ｋは、ポート燃料噴射弁３２、筒内燃料噴射弁３６のそれぞれの開弁状態を制御することによって正確に制御することができる。一方、ポート壁面付着量ｆｗｐ_ｋ、筒内壁面付着量ｆｗｃ_ｋは、燃料挙動モデルにおける計算値であり、実際の付着量との間に誤差が生じる場合がある。

従って、筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋを目標値に正確に制御するためには、ポート壁面付着量ｆｗｐ_ｋおよび筒内壁面付着量ｆｗｃ_ｋの影響による筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋの変動を最小限に抑えることが好適である。換言すれば、燃料の付着が最小限となる条件下で燃料噴射を行い、ポート壁面付着量ｆｗｐ、筒内壁面付着量ｆｗｃの値をできるだけ小さな値にすることで、燃料の付着による誤差要因を最小限に抑えることができ、筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋを高精度に制御することができる。

ここで、燃料の付着は、燃料が噴射される部位の温度が低いほど多く発生するため、温度の高い部位に向けて燃料を噴射することで、燃料の蒸発を促進することができ、燃料の付着量を低減することができる。

このため、本実施形態では、ポート燃料噴射弁３２から噴射された燃料が付着する吸気バルブ３４の温度と、筒内燃料噴射弁３６から噴射された燃料が付着する筒内壁面（シリンダ壁面）の温度をそれぞれ求め、温度の高い方に向けてより多くの燃料を噴射するようにしている。これにより、噴射燃料の霧化を促進することができ、燃料の付着量を最小限に抑えることが可能となる。

具体的には、吸気バルブ３４の温度がシリンダ壁面の温度よりも高い条件では、ポート燃料噴射弁３２から重点的に燃料を噴射し、筒内燃料噴射弁３６からの燃料噴射を低減または停止する。このように、温度の高い吸気バルブ３４に向けて重点的に燃料を噴射することで、燃料の霧化が促進され、ポート壁面付着量ｆｗｐの値を最小限に抑えることができる。また、筒内燃料噴射弁３６からの燃料噴射を低減または停止することで、筒内壁面付着量ｆｗｃの値を最小限に抑えることができる。特に、筒内燃料噴射弁３６からの燃料噴射を停止した場合、数サイクルの経過後においては、筒内壁面付着量ｆｗｃの値を０にすることができる。従って、（３）式における演算において、ポート壁面付着量ｆｗｐ、筒内壁面付着量ｆｗｃの値が筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋの値に与える影響を最小限に抑えることができる。これにより、燃料挙動モデルにおいて、筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋを正確に制御することが可能となる。

図４は、実施の形態１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。ここでは、通常時には筒内燃料噴射弁３６のみから燃料噴射を行い、吸気バルブ３４の温度がシリンダ壁面の温度よりも高い場合に、ポート燃料噴射弁３２からの燃料噴射を併用する処理について説明する。

先ず、ステップＳ１では、現在の運転状態を表す各種パラメータを取得する。より詳細には、ステップＳ１では、機関回転数NE、負荷率KL、スロットル開度TA、冷却水温THW等のパラメータを取得する。次のステップＳ２では、ステップＳ１で取得した各種パラメータを用いて、マップから各種状態量を算出する。ここでは、吸気バルブ３４の表面温度（バルブ表面温度）Tw_V、シリンダ壁面温度Tw_C、吸気管圧力Pmの値をマップから算出する。なお、これらの値はセンサによって検出してもよい。

次のステップＳ３では、吸気バルブ３４の開弁・閉弁タイミングInVVT、排気バルブ３８の開弁・閉弁タイミングExVVT、吸気バルブ３４の開弁期間VLを求め、これに基づいてバルブオーバーラップ量VT_Oを算出する。

次のステップＳ４では、ステップＳ１〜Ｓ３で取得した各パラメータを用いて、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを算出する。次のステップＳ５では、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐを算出する。ここで、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃ、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐは、これらの値と、吸気管圧力Pmまたは負荷率KL、機関回転数NE、バルブオーバーラップ量VT_O、及び冷却水温THWとの関係を規定したマップから算出される。

次のステップＳ６では、現在のサイクル（第ｋサイクル）で必要とされる筒内要求燃料量（筒内蒸発燃料量）ｆｃ_ｋを求める。ここでは、機関回転数NE、スロットル開度TA、負荷率KL等に基づいて、現在の運転状態に応じた目標値としての筒内要求燃料量ｆｃ_ｋを求める。

次のステップＳ７では、バルブ表面温度Tw_Vとシリンダ壁面温度Tw_Cを比較し、Tw_V＞Tw_Cであるか否かを判定する。

ステップＳ７において、Tw_V＞Tw_Cの場合はステップＳ８へ進む。この場合、バルブ表面温度Tw_Vがシリンダ壁面温度Tw_Cよりも高いため、ポート燃料噴射弁３２から吸気バルブ３４に向けて燃料を多く噴射して、燃料の蒸発を促進することが好適である。従って、ステップＳ８では、（１）〜（３）式を用いて、ステップＳ６で求めた筒内要求燃料量ｆｃ_ｋを満足するように筒内燃料噴射量ｆｉｃ_ｋとポート燃料噴射量ｆｉｐ_ｋを算出する。この際、ポート燃料噴射弁３２からの噴射量を増大し、筒内燃料噴射弁３６からの噴射量を低下させるようにｆｉｃ_ｋ，ｆｉｐ_ｋの値を設定し、設定した値に基づいてポート燃料噴射弁３２、筒内燃料噴射弁３６から燃料を噴射する。これにより、温度の高い吸気バルブ３４に向けて燃料を噴射することができ、燃料の霧化を促進することができる。なお、（３）式におけるｆｗｐ_ｋおよびｆｗｃ_ｋは、第（ｋ−１）サイクルにおける（１）式、（２）式の演算で算出された値を用いる。

一方、ステップＳ７において、Tw_V≦Tw_Cの場合は、ステップＳ９へ進む。この場合、バルブ表面温度Tw_Vがシリンダ壁面温度Tw_C以下であるため、ポート燃料噴射弁３４から燃料を噴射すると燃料付着量が多くなることが想定される。従って、ステップＳ９では、（３）式においてｆｉｐ_ｋ＝０として、筒内燃料噴射量ｆｉｃ_ｋのみを算出する。そして、ポート燃料噴射弁３４からの燃料噴射を停止し、筒内燃料噴射弁３６のみから燃料噴射を行う。

ステップＳ８，Ｓ９の後はステップＳ１０へ進み、（１）式、（２）式から筒内燃料付着量ｆｗｃ_ｋとポート内燃料付着量ｆｗｐ_ｋを算出する。ここで算出したｆｗｃ_ｋ，ｆｗｐ_ｋは、次のｋ＋１サイクルでの演算に使用される。ステップＳ１０の後は処理を終了する。

以上説明したように実施の形態１によれば、吸気バルブ３４の温度がシリンダ壁面の温度よりも高い場合は、ポート燃料噴射弁３２から温度の高い吸気バルブ３４に向けて燃料を噴射するようにしたため、燃料の霧化を促進することができる。従って、吸気ポート３０および筒内における燃料付着量の総量を最小限に抑えることが可能となり、燃料挙動モデルにおいて燃料噴射量を高い精度で制御することが可能となる。これにより、Ａ／Ｆ制御の制御性を高めることが可能となる。

また、吸気ポート３０におけるポート壁面付着量ｆｗｐを低下させることができるため、吸気ポート３０から筒内に液体の状態で流入する燃料量を抑えることができる。これにより、筒内からの未燃排出ＨＣの量を最小限に抑えることができ、排気のエミッションを向上させることができる。

なお、図３の燃料挙動モデルでは、吸気ポート３０から筒内へ液体の状態で流入する燃料量は考慮していないが、液体の状態で筒内へ流入する燃料量を考慮して燃料挙動モデルを構成しても良い。

図５は、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燃料挙動モデルを示す模式図である。図５の燃料挙動モデルは、図３の燃料挙動モデルに液ダレ係数ａ，ｂを考慮したものである。ここで、液ダレ係数ａは、ポートウエットの存在に起因して筒内に流入する燃料量（１−Ｐｐ）×ｆｗｐのうち、液体の状態で筒内へ流入して筒内壁面に付着する燃料量の割合を表している。従って、燃料量（１−Ｐｐ）×ｆｗｐのうち、液体の状態で筒内へ流入して筒内壁面に付着する燃料量は、ａ×（１−Ｐｐ）×ｆｗｐとなる。また、燃料量（１−Ｐｐ）×ｆｗｐのうち、霧化した状態で筒内へ流入して筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋとなる燃料量は、（１−ａ）×（１−Ｐｐ）×ｆｗｐとなる。

また、液ダレ係数ｂは、ポート燃料噴射弁３２から噴射されて筒内に吸入される燃料量（１−Ｒｐ）×ｆｉｐのうち、筒内壁面に付着する燃料量の割合を表している。従って、燃料量（１−Ｒｐ）×ｆｉｐのうち、液体の状態で筒内へ流入して筒内壁面に付着する燃料量は、ｂ×（１−Ｒｐ）×ｆｉｐとなる。また、燃料量（１−Ｒｐ）×ｆｉｐのうち、霧化した状態で筒内へ流入して筒内蒸発燃料量ｆｃ_ｋとなる燃料量は、（１−ｂ）×（１−Ｒｐ）×ｆｉｐとなる。

図５の燃料挙動モデルでは、図３の燃料挙動モデルに対して、これらの燃料量ａ×（１−Ｐｐ）×ｆｗｐ、燃料量（１−ａ）×（１−Ｐｐ）×ｆｗｐ、燃料量ｂ×（１−Ｒｐ）×ｆｉｐ、燃料量（１−ｂ）×（１−Ｒｐ）×ｆｉｐを加えている。この結果、上述の（２）式、（３）式は以下のように変形される。

ｆｗｃ_ｋ＋１＝Ｐｃ×ｆｗｃ_ｋ＋Ｒｃ×ｆｉｃ_ｋ＋ａ×（１−Ｐｐ）×ｆｗｐ_ｋ＋ｂ×（１−Ｒｐ）×ｆｉｐ_ｋ ・・・（２）’
ｆｃ_ｋ＝（１−ａ）×（１−Ｐｐ）×ｆｗｐ_ｋ＋（１−ｂ）×（１−Ｒｐ）×ｆｉｐ_ｋ＋（１−Ｒｃ）×ｆｉｃ_ｋ＋（１−Ｐｃ）×ｆｗｃ_ｋ ・・・（３）’

このように、液ダレ係数ａ，ｂを考慮した燃料挙動モデルにおいても、ポート壁面付着量ｆｗｐ、筒内壁面付着量ｆｗｃの値をできるだけ小さな値とすることで、燃料挙動モデルにおける燃料噴射量の制御性を高めることができる。従って、液ダレ係数ａ，ｂを考慮した燃料挙動モデルにおいても、実施の形態１で説明した制御と同様の制御を行うことが好適である。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、吸気管圧力Pmに基づいて、吸気ポート３０において燃料が霧化され易い状態にあるか否かを判定し、燃料が霧化され易い状態にある場合は、ポート燃料噴射弁３２から重点的に燃料を噴射するものである。

吸気ポート３０に噴射された燃料の蒸発量は吸気管圧力Pmに応じて変動し、吸気管圧力Pmが低いほど燃料の蒸発量が多くなり、吸気バルブ３４、吸気ポート３０壁面への付着量が減少する。これは、燃料が噴射された領域の圧力が低い程、空気の分圧が低くなり、燃料の分圧（燃料の飽和蒸気圧）に対する空気の分圧の比率が小さくなるためである。

図６は、吸気管圧力Pmと、ポート残留率Ｐｐおよびポート付着率Ｒｐとの関係を示す特性図である。図６に示すように、吸気管圧力Pmが小さくなるほどポート残留率Ｐｐおよびポート付着率Ｒｐは減少する。従って、吸気管圧力Pmが小さいほど、吸気バルブ３４、吸気ポート３０への燃料付着量は減少することになる。

また、図７は、吸気管圧力Pmと、噴射燃料が飛行中に蒸発する割合（蒸発割合）との関係を示す特性図である。図７では、燃料温度を１０℃、吸入空気温度（ガス温度）を３０℃、とし、燃料成分を一定、燃料の粒径を一定とした場合の特性を示している。図７に示すように、蒸発割合は吸気管圧力Pmに応じて変動し、吸気管圧力Pmが小さいほど蒸発割合は増加する。従って、吸気管圧力Pmが小さいほど燃料蒸発量が増加し、吸気バルブ３４、吸気ポート３０への燃料付着量は減少することになる。

従って、吸気管圧力Pmに基づいて、噴射された燃料が蒸発し易い状態にあるか否かを判定することができる。このため、実施の形態２では、吸気管圧力Pmを求め、吸気管圧力Pmが所定のしきい値よりも小さい場合は、吸気ポート３０において燃料が蒸発し易い状態にあると判断して、ポート燃料噴射弁３２から重点的に燃料を噴射する。そして、筒内燃料噴射弁３６からの燃料噴射を低減または停止する。これにより、吸気ポート３０において燃料の霧化を促進することができ、燃料付着量を最小限に抑えることができる。

また、吸気管圧力Pmが所定のしきい値以上の場合は、吸気ポート３０に燃料が付着し易いため、筒内燃料噴射弁３６のみから燃料を噴射することで、吸気ポート３０における燃料付着量を最小限に抑えることができる。

従って、実施の形態２によれば、付着燃料量を最小限に抑えることができ、実施の形態１と同様に燃料挙動モデルにおける燃料噴射量の制御を高い精度で行うことが可能となる。

また、同じ運転条件であっても、吸気バルブ３４、排気バルブ３８の開閉の作用角が異なる運転条件では、吸気管圧力Pmが異なるため吸気ポート３０における蒸発現象が異なる場合がある。実施の形態２では、吸気管圧力Pmに基づいてポート燃料噴射弁３２、筒内燃料噴射弁３６からの燃料噴射を制御するため、このような場合においてもポート燃料噴射弁３２、筒内燃料噴射弁３６からの燃料噴射を適正に制御することができる。

図８は、実施の形態２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。ここでは、通常時には筒内燃料噴射弁３６のみから燃料噴射を行い、吸気管圧力Pmが所定のしきい値よりも小さい場合に、ポート燃料噴射弁３２からの燃料噴射を併用する処理について説明する。

先ず、ステップＳ１１では、現在の運転状態を表す各種パラメータを取得する。より詳細には、ステップＳ１１では、機関回転数NE、負荷率KL、スロットル開度TA、冷却水温THW等のパラメータを取得する。次のステップＳ１２では、ステップＳ１１で取得した各種パラメータを用いて、マップから各種状態量を算出する。ここでは、吸気バルブ３４の表面温度（バルブ表面温度）Tw_V、シリンダ壁面温度Tw_C、吸気管圧力Pmの値をマップから算出する。

次のステップＳ１３では、吸気バルブ３４の開弁・閉弁タイミングInVVT、排気バルブ３８の開弁・閉弁タイミングExVVT、吸気バルブ３４の開弁期間VLを求め、これに基づいてバルブオーバーラップ量VT_Oを算出する。

次のステップＳ１４では、ステップＳ１１〜Ｓ１３で取得した各パラメータを用いて、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを算出する。次のステップＳ１５では、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐを算出する。ここで、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃ、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐは、これらの値と、吸気管圧力Pmまたは負荷率KL、機関回転数NE、バルブオーバーラップ量VT_O、及び冷却水温THWとの関係を規定したマップから算出される。

次のステップＳ１６では、現在のサイクル（第ｋサイクル）で必要とされる筒内要求燃料量（筒内蒸発燃料量）ｆｃ_ｋを求める。ここでは、機関回転数NE、スロットル開度TA、負荷率KL等に基づいて、現在の運転状態に応じた目標値としての筒内要求燃料量ｆｃ_ｋを求める。

次のステップＳ１７では、ステップＳ１２で求めた吸気管圧力Pmと所定のしきい値αとを比較し、Pm＜αであるか否かを判定する。

ステップＳ１７において、Pm＜αの場合は、ステップＳ１８へ進む。この場合、吸気管圧力Pmが低く、吸気ポート３０において燃料が蒸発し易い状態にあるため、ポート燃料噴射弁３２から吸気バルブ３４に向けて燃料を多く噴射して燃料の蒸発を促進することが好適である。従って、ステップＳ１８では、（１）〜（３）式を用いて、ステップＳ１６で求めた筒内要求燃料量ｆｃ_ｋを満足するように筒内燃料噴射量ｆｉｃとポート燃料噴射量ｆｉｐを算出する。この際、ポート燃料噴射弁３２からの噴射量を増大し、筒内燃料噴射弁３６からの噴射量を低下させるようにｆｉｃ_ｋ，ｆｉｐ_ｋの値を設定し、設定した値に基づいてポート燃料噴射弁３２、筒内燃料噴射弁３６からの燃料を噴射する。これにより、吸気管圧力Pmの低い吸気ポート３０に向けて燃料を噴射することができ、燃料の霧化を促進することができる。なお、実施の形態１と同様に、（３）式におけるｆｗｐ_ｋおよびｆｗｃ_ｋは、第（ｋ−１）サイクルにおける（１）式、（２）式の演算で算出された値を用いる。

一方、ステップＳ１７において、Pm≧αの場合は、ステップＳ１９へ進む。この場合、吸気管圧力Pmがしきい値α以上であるため、ポート燃料噴射弁３４から燃料を噴射すると燃料付着量が多くなることが想定される。従って、ステップＳ１９では、（３）式においてｆｉｐ_ｋ＝０として、筒内燃料噴射量ｆｉｃ_ｋのみを算出する。そして、ポート燃料噴射弁３４からの燃料噴射を停止し、筒内燃料噴射弁３６のみから燃料噴射を行う。

ステップＳ１８，Ｓ１９の後はステップＳ２０へ進み、（１）式、（２）式から筒内燃料付着量ｆｗｃ_ｋとポート内燃料付着量ｆｗｐ_ｋを算出する。ここで算出したｆｗｃ_ｋ，ｆｗｐ_ｋは、次のｋ＋１サイクルでの演算に使用される。ステップＳ２０の後は処理を終了する。

以上説明したように実施の形態２によれば、吸気管圧力Pmが所定値よりも低い場合は、ポート燃料噴射弁３２から吸気バルブ３４に向けて燃料を重点的に噴射するようにしたため、燃料の霧化を促進することができる。また、吸気管圧力Pmが所定値以上の場合は、筒内燃料噴射弁３６のみから燃料を噴射するようにしたため、吸気ポート３０における燃料付着量を最小限に抑えることができる。従って、吸気ポート３０および筒内における燃料付着量の総量を最小限に抑えることが可能となり、燃料挙動モデルにおいて燃料噴射量を高い精度で制御することが可能となる。これにより、Ａ／Ｆ制御の制御性を高めることが可能となる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３は、実施の形態１または実施の形態２において、ポート燃料噴射弁３２から燃料を噴射すると判定した場合であっても、バルブオーバーラップ量が所定値よりも大きい場合は、筒内燃料噴射弁３６のみから燃料を噴射するものである。

排気行程から吸気行程へ移行する過程では、排気バルブ３８と吸気バルブ３４が共に開弁している区間が生じる。このとき、排気バルブ３８と吸気バルブ３４が共に開弁しているクランク角の区間（バルブオーバーラップ量）が大きくなると、排気行程で排出される筒内残留ガスの一部が吸気ポート３０側に流れる。そして、このような筒内ガスの吹き返しによって、ポート燃料噴射弁３２から噴射された燃料が吸気通路１２の上流側に押し戻されて、吸気ポート３０の壁面に付着する場合がある。

吸気ポート３０の周囲には冷却水が循環しているため、吸気ポート３０の壁面温度は冷却水温と同等であり、吸気ポート３０の壁面温度は吸気バルブ３４の表面温度よりも低い状態にある。従って、ポート燃料噴射弁３２から噴射された燃料が吸気通路１２の上流側に押し戻されて吸気ポート３０の壁面に付着すると、噴射燃料の蒸発量が低下し、壁面への付着量が増加する。

このため、実施の形態３では、実施の形態１，２において、吸気バルブ３４の温度がシリンダ壁面の温度よりも高い場合、または吸気管圧力Pmが所定値よりも小さい場合に、ポート燃料噴射弁３２から重点的に燃料を噴射する旨の判定がなされた場合であっても、バルブオーバーラップ量が所定値以上の場合は、ポート燃料噴射弁３２から燃料を噴射する制御を行わずに、筒内燃料噴射弁３６のみから燃料を噴射する。

図９は、実施の形態３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。先ず、ステップＳ３１では、現在の運転状態を表す各種パラメータを取得する。より詳細には、ステップＳ３１では、機関回転数NE、負荷率KL、冷却水温等のパラメータを取得する。次のステップＳ３２では、ステップＳ３１で取得した各種パラメータを用いて、マップから各種状態量を算出する。ここでは、吸気バルブ３４の表面温度（バルブ表面温度）Tw_V、シリンダ壁面温度Tw_C、吸気管圧力Pmの値をマップから算出する。

次のステップＳ３３では、吸気バルブ３４の開弁・閉弁タイミングInVVT、排気バルブ３８の開弁・閉弁タイミングExVVT、吸気バルブ３４の開弁期間VLを求め、これに基づいてバルブオーバーラップ量VT_Oを算出する。

次のステップＳ３４では、ステップＳ３１〜Ｓ３３で取得した各パラメータを用いて、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃを算出する。次のステップＳ３５では、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐを算出する。ここで、シリンダ残留率Ｐｃ、シリンダ付着率Ｒｃ、ポート残留率Ｐｐ、ポート付着率Ｒｐは、これらの値と吸気管圧力Pmまたは負荷率KL、機関回転数NE、バルブオーバーラップ量VT_O、及び冷却水温THWとの関係を規定したマップから算出される。

次のステップＳ３６では、現在のサイクル（第ｋサイクル）で必要とされる筒内要求燃料量（筒内蒸発燃料量）ｆｃ_ｋを求める。ここでは、機関回転数NE、スロットル開度TH、負荷率KL等に基づいて、現在の運転状態に応じた目標値としての筒内要求燃料量ｆｃ_ｋを求める。

次のステップＳ３７では、バルブ表面温度Tw_Vとシリンダ壁面温度Tw_Cを比較し、Tw_V＞Tw_Cであるか否かを判定する。

ステップＳ３７において、Tw_V＞Tw_Cの場合はステップＳ３９へ進む。一方、ステップＳ３７において、Tw_V≦Tw_Cの場合はステップＳ３８へ進む。ステップＳ３８では、ステップＳ３２で求めた吸気管圧力Pmと所定のしきい値αとを比較し、Pm＜αであるか否かを判定する。

ステップＳ３８において、Pm＜αの場合は、ステップＳ３９へ進む。ここで、ステップＳ３９に進んだ場合は、バルブ表面温度Tw_Vがシリンダ壁面温度Tw_Cよりも高い場合、または、吸気管圧力Pmがしきい値αよりも小さい場合に該当している。この場合、本来はポート燃料噴射弁３２から吸気バルブ３４に向けて燃料を多く噴射して、燃料の蒸発を促進することが好適である。しかし、この条件下においても、バルブオーバーラップ量VT_Oが所定値より大きい場合は、筒内残留ガスの吹き返しにより吸気ポート３０での燃料付着量が増加する場合がある。

このため、ステップＳ３９では、ステップＳ３３で求めたバルブオーバーラップ量VT_Oと所定のしきい値βを比較し、VT_O＜βであるか否かを判定する。

ステップＳ３９において、VT_O＜βの場合はステップＳ４０へ進む。この場合、バルブオーバーラップ量VT_Oが所定のしきい値βよりも小さいため、筒内残留ガスの吹き返しによって燃料付着量が増加することはないと考えられる。

従って、この場合はステップＳ４１へ進み、（１）〜（３）式を用いて、ステップＳ３６で求めた筒内要求燃料量ｆｃ_ｋを満足するように筒内燃料噴射量ｆｉｃ_ｋとポート燃料噴射量ｆｉｐ_ｋを算出する。この際、ポート燃料噴射弁３２からの噴射量を増大し、筒内燃料噴射弁３６からの噴射量を低下させるようにｆｉｃ_ｋ，ｆｉｐ_ｋの値を設定し、設定した値に基づいてポート燃料噴射弁３２、筒内燃料噴射弁３６から燃料を噴射する。これにより、吸気ポート３０において燃料の霧化を促進することができる。なお、（３）式におけるｆｗｐ_ｋおよびｆｗｃ_ｋは、（ｋ−１）サイクルにおける（１）式、（２）式の演算で算出された値を用いる。

一方、ステップＳ３８においてPm≧αの場合、またはステップＳ３９においてVT_O≧βの場合はステップＳ４０に進む。ステップＳ３８においてPm≧αの場合は、バルブ表面温度Tw_Vがシリンダ壁面温度Tw_C以下であり、且つ吸気管圧力Pmが所定のしきい値以上であるため、ポート燃料噴射弁３４から燃料を噴射すると燃料付着量が多くなることが想定される。また、ステップＳ３９においてVT_O≧βの場合は、バルブオーバーラップ量VT_Oが所定のしきい値β以上であるため、ポート燃料噴射弁３２から燃料を噴射すると筒内残留ガスの吹き返しによって吸気ポート３０における燃料付着量が増加することが想定される。従って、ステップＳ４０では、（３）式においてｆｉｐ_ｋ＝０として、筒内燃料噴射量ｆｉｃ_ｋのみを算出する。そして、ポート燃料噴射弁３４からの燃料噴射を停止し、筒内燃料噴射弁３６のみから燃料噴射を行う。

ステップＳ４０，Ｓ４１の後はステップＳ４２へ進み、（１）式、（２）式から筒内燃料付着量ｆｗｃ_ｋとポート内燃料付着量ｆｗｐ_ｋを算出する。ここで算出したｆｗｃ_ｋ，ｆｗｐ_ｋは、次のｋ＋１サイクルでの演算に使用される。ステップＳ４２の後は処理を終了する。

図９の処理によれば、Tw_V＞Tw_C、またはPm＜αの場合であっても、VT_O≧βの場合はポート燃料噴射弁３２からの燃料噴射が停止される。従って、筒内残留ガスの吹き返しによって吸気ポート３０における燃料付着量が増加してしまうことを抑止でき、吸気ポート３０近傍への燃料の付着を抑えることが可能となる。

以上説明したように実施の形態３によれば、吸気バルブ３４の表面温度がシリンダ壁面温度よりも高い条件、または吸気管圧力Pmが所定値よりも低い条件において、バルブオーバーラップ量が所定値よりも大きい場合は、筒内に重点的に燃料を噴射するようにしたため、バルブオーバーラップ時の残留ガスの吹き返しによって吸気ポート３０における燃料付着量が増加してしまうことを抑えることができる。従って、燃料の付着を最小限に抑えることが可能となり、燃料挙動モデルにおいて燃料噴射量を高い精度で制御することが可能となる。これにより、Ａ／Ｆ制御の制御性を高めることが可能となる。

本発明の各実施の形態に係る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。 燃料挙動モデルを説明するための模式図である。 実施の形態１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。 吸気ポートから筒内へ液体の状態で流入する燃料量を考慮した燃料挙動モデルを示す模式図である。 吸気管圧力Pmと、ポート残留率Ｐｐおよびポート付着率Ｒｐとの関係を示す特性図である。 吸気管圧力Pmと、噴射燃料が飛行中に蒸発する割合（蒸発割合）との関係を示す特性図である。 実施の形態２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。 実施の形態３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。

符号の説明

３０ 吸気ポート
３２ ポート燃料噴射弁
３６ 筒内燃料噴射弁
５０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、
   吸気ポートの近傍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、
   筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、
   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を用いて、前記ポート燃料噴射弁及び筒内燃料噴射弁における燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
   吸気バルブの温度を取得する吸気バルブ温度取得手段と、
   筒内壁面の温度を取得する筒内壁面温度取得手段と、
   前記吸気バルブの温度と前記筒内壁面の温度を比較する比較手段と、を備え、
   前記燃料噴射量制御手段は、前記吸気バルブの温度が前記筒内壁面の温度よりも高い場合は、少なくとも前記ポート燃料噴射弁から燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、
   吸気ポートの近傍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、
   筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、
   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を用いて、前記ポート燃料噴射弁及び筒内燃料噴射弁における燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
   吸気管圧力を取得する吸気管圧力取得手段と、を備え、
   前記燃料噴射量制御手段は、前記吸気管圧力が所定値以上の場合は、前記筒内燃料噴射弁のみから燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. バルブオーバーラップ量を取得するバルブオーバーラップ量取得手段を更に備え、
   前記燃料噴射量制御手段は、前記バルブオーバーラップ量が所定値以上の場合は、前記筒内燃料噴射弁のみから燃料を噴射することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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