JP4281672B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、ポートインジェクタと筒内インジェクタの双方を有する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１や特許文献２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インジェクタと、筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタ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。
特開平１１−３０３６６９号公報 特開平５−２３１２２１号公報

上記のようなデュアルインジェクタシステムでは、燃料挙動モデルを用いてポート壁面や筒内壁面への燃料の付着分を考慮した上で各インジェクタからの燃料噴射量を決定する方法が考えられる。しかし、燃料挙動モデルは、燃料噴射量を計算するためのパラメータである燃料付着率や残留率が大きくなる運転条件下では、不安定になったり振動的になったりしやすい。このため、そのような条件下ではモデル計算の精度が低下し、筒内に供給される燃料量を最適に制御することができないおそれがある。

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、ポートインジェクタと筒内インジェクタの双方を有する内燃機関の燃料噴射制御装置において、各インジェクタからの燃料噴射量をモデル計算により決定する場合に、燃料の付着率や残留率の増大に起因するモデル計算の精度の低下を抑えることで、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。

本発明は、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インジェクタと、筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタとを備える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状態に応じた筒内要求燃料量を算出する要求燃料量算出手段と、
前記ポートインジェクタからの燃料噴射量と前記筒内インジェクタからの燃料噴射量との噴射比率を設定する噴射比率設定手段と、
前記筒内要求燃料量と前記噴射比率とに基づき、吸気ポートの近傍での燃料の付着と筒内での燃料の付着とを考慮したモデル計算により、前記ポートインジェクタによる燃料噴射量と前記筒内インジェクタによる燃料噴射量とを算出する燃料噴射量算出手段と、
吸気ポートの近傍での燃料の付着率及び／又は残留率が所定の基準値を超えるとき、或いは、前記の付着率及び／又は残留率が所定の基準値を超えると予想されるときには、前記ポートインジェクタによる燃料噴射量の比率を小さくし、前記筒内インジェクタによる燃料噴射量の比率を大きくするよう前記噴射比率を補正する噴射比率補正手段と、
を備えることを特徴としている。

本発明によれば、吸気ポートの近傍での燃料の付着率及び／又は残留率が大きくなる運転条件下では、噴射比率の補正によってポートインジェクタによる燃料噴射量の比率は小さく設定され、代わりに筒内インジェクタによる燃料噴射量の比率が大きく設定される。筒内の雰囲気温度や壁面温度は吸気ポートに比較して高いため、燃料の付着率や残留率は筒内の方が吸気ポートよりも小さい。このため、上記のようにポートインジェクタによる燃料噴射量の比率を下げ、その分、筒内インジェクタによる燃料噴射量の比率を上げることで、吸気ポートの近傍での燃料の付着率や残留率が大きくなった場合でも、それらがモデル計算の精度に与える影響を小さくすることができる。これにより、各インジェクタからの燃料噴射量のモデル計算においてその精度の低下を抑えることができ、筒内に供給される燃料量を内燃機関の運転状態に応じて要求される燃料量に的確に制御することが可能になる。

実施の形態１．
以下、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の実施の形態１としての燃料噴射制御装置が適用された内燃機関システムの概略構成を示す図である。先ず、図１を参照して本発明が適用される内燃機関システムの構成について説明する。

本実施形態にかかる内燃機関は、内部にピストン８が配置されたシリンダブロック６と、シリンダブロック６に組み付けられたシリンダヘッド４を備えている。ピストン８の上面からシリンダヘッド４までの空間は燃焼室１０を形成しており、この燃焼室１０に連通するように吸気ポート１８と排気ポート２０がシリンダヘッド４に形成されている。吸気ポート１８と燃焼室１０との接続部には、吸気ポート１８と燃焼室１０との連通状態を制御する吸気バルブ１２が設けられ、排気ポート２０と燃焼室１０との接続部には、排気ポート２０と燃焼室１０との連通状態を制御する排気バルブ１４が設けられている。また、シリンダヘッド４には、燃焼室１０の頂部から燃焼室１０内に突出するように点火プラグ１６が取り付けられている。

シリンダヘッド４の吸気ポート１８には、空気を燃焼室１０内（筒内）に導入するための吸気通路３０が接続されている。吸気通路３０の上流端にはエアクリーナ３２が設けられ、空気はエアクリーナ３２を介して吸気通路３０内に取り込まれる。エアクリーナ３２の下流には、空気の吸入量を検出するためのエアフローメータ５６が配置されている。吸気通路３０の下流部は気筒毎（吸気ポート１８毎）に分岐しており、その分岐部にはサージタンク３４が設けられている。吸気通路３０のサージタンク３４の上流にはスロットルバルブ３６が配置されている。スロットルバルブ３６には、その開度を検出するためのスロットルセンサ５４が付設されている。

本実施形態にかかる内燃機関は、各気筒に２つのインジェクタ３８，７０を備えるデュアルインジェクタシステムとして構成されている。一方のインジェクタ３８は吸気通路３０の吸気ポート１８の近傍に設けられたポートインジェクタであり、吸気ポート１８内に燃料を噴射するようになっている。他方のインジェクタ７０はシリンダヘッド４に燃焼室１０内を臨むように設けられた筒内インジェクタであり、燃焼室１０内に燃料を直接噴射するようになっている。

また、シリンダヘッド４の排気ポート２０には、燃焼室１０内での燃焼により生成された燃焼ガスを排出ガスとして排出するための排気通路４０が接続されている。排気通路４０には、排出ガスを浄化するための触媒４２が設けられている。排気通路４０における触媒４２の上流には、排出ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ５８が配置されている。

本実施形態にかかる内燃機関は、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には前述のポートインジェクタ３８、筒内インジェクタ７０、スロットルバルブ３６、点火プラグ１６等の種々の機器が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述のエアフローメータ５６、スロットルセンサ５４、空燃比センサ５８の他、クランク軸２４の回転角度を検出するクランク角センサ５２や冷却水温を検出する水温センサ６０等の種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。

次に、図２を参照して、本発明の実施の形態における燃料噴射制御の考え方について説明する。図２は本実施形態における燃料噴射制御の考え方を説明するための図であり、内燃機関内での燃料の挙動を模式的に示す図である。

図２において、符号「fip」はポートインジェクタ３８から噴射された燃料量（以下、ポート噴射量fiと称す）を表している。ポートインジェクタ３８から噴射された燃料は、その全てが燃焼室１０内に吸入されるのではなく、一部の燃料は吸気ポート１８の壁面や吸気バルブ１２に付着する。符号「fwp」は吸気ポート１８の壁面に付着して燃焼室１０内に吸入されない燃料量（以下、ポート付着量fwpと称す）を表し、符号「fwv」は吸気バルブ１２に付着して燃焼室１０内に吸入されない燃料量（以下、バルブ付着量fwvと称す）を表している。壁面等に付着した燃料はやがて気化し、燃焼室１０内に吸入される。したがって、吸気ポート１８から燃焼室１０内には、ポートインジェクタ３８から噴射された燃料のうち壁面等に付着しなかった分と、壁面等に付着した燃料が気化した分とが吸入されることになる。

図２において、符号「fid」は筒内インジェクタ７０から噴射された燃料量（以下、燃料噴射量fidと称す）を表している。筒内インジェクタ７０から噴射された燃料は、その全てが燃焼室１０内で霧化した状態で存在するのではなく、一部の燃料は燃焼室１０の壁面に付着する。符号「fwc」は燃焼室１０の壁面に付着した燃料量（以下、筒内付着量fwcと称す）を表している。燃焼室１０の壁面に付着した燃料はやがて気化するので、燃焼室１０内には、筒内インジェクタ７０から噴射された燃料のうち燃焼室１０の壁面に付着しなかった分と、壁面に付着した燃料が気化した分とが存在することになる。

図２において、符号「fｃ」は燃焼室１０内に供給される燃料量（以下、筒内燃料量fcと称す）を表している。燃料は、吸気ポート１８から燃焼室１０内へ吸入された新規ガスと混合して混合気の状態で存在する。符号「Ga」は燃焼室１０内に流入する新規ガスの量（以下、吸入空気量Gaと称す）を表している。吸入空気量Gaは、エアフローメータ５６（図１参照）によって検出することができる。

筒内燃料量fcは、内燃機関の運転状態に応じて燃焼室１０内に存在することが要求される燃料量（筒内要求燃料量）である。筒内燃料量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、排出ガスの空燃比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)

しかし、燃焼室１０内には、現サイクル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ため、上記のような一般的な手法によっては、必ずしも排出ガスの空燃比AFReを目標空燃比AFRに一致させることができない。そこで、本実施形態のシステムでは、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、排出ガスの空燃比AFReが目標空燃比AFRとなるように、各インジェクタ３８，７０からの燃料噴射量fip，fidを算出することを原則としている。

図２において、符号「Gr」は吸気開始の時点で燃焼室１０内に残留しているガス量（以下、筒内残留ガス量Grと称す）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と称す）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の各値を車両上で推定することができる。

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１０内から排出される排出ガスのガス量（以下、排出ガス量Gexと称す）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サイクルとする）の開始時には、前サイクルの排気行程で筒内に残留した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)

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と称す）を表している。排出燃料量fexは、前述の筒内燃料量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)であるとすれば、現サイクル中における筒内燃料量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)

空燃比センサ５８で検出される排出ガスの空燃比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)乃至式(4)から、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)

つまり、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)とするための条件は、現サイクル中に筒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料量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。

次に、筒内燃料量fcに基づいて、各インジェクタ３８，７０からの燃料噴射量fip，fidを算出する手法の一例を説明する。図３は、各インジェクタ３８，７０からの燃料噴射量fip，fidと筒内燃料量fc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。本実施形態のシステムは、このモデルを前提として、筒内燃料量fcに対応する各燃料噴射量fip，fidを算出する。

ポートインジェクタ３８から噴射された燃料は、その一部が吸気ポート１８の壁面や吸気バルブ１２に付着し、その残部が燃焼室１０内に流入する。噴射された燃料が吸気ポート１８の壁面に付着する割合を「付着率Rp」、吸気バルブ１２に付着する割合を「付着率Rv」とすると、新たに噴射された燃料のうち、吸気ポート１８の壁面に付着する燃料の量は「Rp×fip」、吸気バルブ１２に付着する燃料の量は「Rv×fip」で表されることとなる。一方、噴射燃料のうち、燃焼室１０内に吸入される燃料の量は「(1-Rp-Rv)×fip」で表されることとなる。

燃焼室１０内には、ポートインジェクタ３８から直接的に供給される燃料「(1-Rp-Rv)×fip」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。ポート付着燃料が吸気ポート１８の壁面に付着したままの状態で残る割合を「残留率Pp」とすれば、前サイクルにおいて生じていたポート付着量fwpのうち、「Pp×fwp」で表される量は、ポート付着燃料のまま残ることとなり、一方、「(1-Pp)×fwp」で表される量の燃料が燃焼室１０内に吸入されることとなる。また、バルブ付着燃料が吸気バルブ１２に付着したままの状態で残る割合を「残留率Pv」とすれば、前サイクルにおいて生じていたバルブ付着量fwvのうち、「Pv×fwv」で表される量は、バルブ付着燃料のまま残ることとなり、一方、「(1-Pv)×fwv」で表される量の燃料が燃焼室１０内に吸入されることとなる。

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）におけるポート付着量がfwp(k)、バルブ付着量がfwv(k)であり、第kサイクルにおけるポート付着率、バルブ付着率がそれぞれRp(k)、Rv(k)、ポート残留率、バルブ残留率がそれぞれPp(k)、Pv(k)であり、第kサイクルにおける燃料噴射量がfip(k)である場合、第k+1サイクルにおけるポート付着量fwp(k+1)とバルブ付着量fwv(k+1)は、それぞれ次の式(7)、式(8)のように表すことができる。また、第kサイクルにおいて吸気ポート１８から燃焼室１０内に流入するポートインジェクタ３８からの燃料の量fcp(k)は、次式(9)のように表すことができる。
fwp(k+1)=Pp(k)×fwp(k)+Rp(k)×fip(k)・・・(7)
fwv(k+1)=Pv(k)×fwv(k)+Rv(k)×fip(k)・・・(8)
fcp(k)=(1-Rp(k)-Rv(k))×fip(k)+(1-Pp(k))×fwp(k)+(1-Pv(k))×fwv(k)・・・(9)

一方、筒内インジェクタ７０から噴射された燃料は、その一部が燃焼室１０の壁面に付着し、その残部が燃焼室１０内に気化（或いは霧化）状態となって存在する。噴射された燃料が燃焼室１０の壁面に付着する割合を「付着率Rc」とすると、新たに噴射された燃料のうち、燃焼室１０の壁面に付着する燃料の量は「Rc×fid」で表されることとなる。一方、噴射燃料のうち、燃焼室１０内に気化（或いは霧化）状態で存在する燃料の量は「(1-Rc)×fid」で表されることとなる。

燃焼室１０内には、筒内インジェクタ７０から直接的に供給される燃料「(1-Rc)×fid」に加えて、筒内付着燃料の気化により生じた気化燃料が存在する。筒内付着燃料が燃焼室１０の壁面に付着したままの状態で残る割合を「残留率Pc」とすれば、前サイクルにおいて生じていた筒内付着量fwcのうち、「Pc×fwc」で表される量は、筒内付着燃料のまま残ることとなり、「(1-Pc)×fwc」で表される量の燃料が燃焼室１０内で気化することとなる。

したがって、第kサイクルの開始時における筒内付着量がfwc(k)であり、第kサイクルにおける筒内付着率、筒内残留率がそれぞれRc(k)、Pc(k)であり、第kサイクルにおける燃料噴射量がfid(k)である場合、第k+1サイクルにおける筒内付着量fwc(k+1)は、次式(10)のように表すことができる。また、第kサイクルにおいて燃焼室１０内に気化（或いは霧化）状態で存在する筒内インジェクタ７０からの燃料の量fcd(k)は、次式(11)のように表すことができる。
fwc(k+1)=Pc(k)×fwc(k)+Rc(k)×fid(k)・・・(10)
fcd(k)=(1-Rc(k))×fid(k)+(1-Pc(k))×fwc(k)・・・(11)

上記の式(9)と式(11)から、第kサイクルにおいて燃焼室１０内に供給される燃料の総量（筒内燃料量）fc(k)は、次式(12)のように表すことができる。
fc(k)=fcp(k)+fcd(k)
=(1-Rp(k)-Rv(k))×fip(k)+(1-Pp(k))×fwp(k)+(1-Pv(k))×fwv(k)
+(1-Rc(k))×fid(k)+(1-Pc(k))×fwc(k)・・・(12)

上記の式(12)に示すように、筒内燃料量fc(k)は、ポート噴射量fip(k)と筒内噴射量fid(k)の関数として表される。本実施形態における燃料噴射制御では、上記の式(12)を満たすポート噴射量fip(k)と筒内噴射量fid(k)を一意的に決定するため、次式(13)に示すように、ポート噴射量fip(k)と筒内噴射量fid(k)の噴射比率γ(k)を設定している。ＥＣＵ５０には、噴射比率と内燃機関の運転状態との関係を規定したマップが予め記憶されている。このマップから内燃機関の運転状態に応じた噴射比率γ(k)がサイクル毎に読み出される。
fip(k)×(1-γ(k))=fid(k)×γ(k)・・・(13)

上記の式(6)、式(12)及び式(13)によれば、fc(k)の燃料を燃焼室１０内に供給するために必要なポート噴射量fip(k)と筒内噴射量fid(k)は、それぞれ次の式(14)、式(15)のように表すことができる。
fip(k)=γ(k)/{(1-Rc(k))×(1-γ(k))+(1-Rp(k)-Rv(k))×γ(k)}
×[{Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/AFR(k)-(1-Pp(k))×fwp(k)
-(1-Pv(k))×fwv(k)-(1-Pc(k))×fwc(k)-fr(k-1)+fr(k)]・・・(14)
fid(k)=(1-γ(k))/{(1-Rc(k))×(1-γ(k))+(1-Rp(k)-Rv(k))×γ(k)}
×[{Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/AFR(k)-(1-Pp(k))×fwp(k)
-(1-Pv(k))×fwv(k)-(1-Pc(k))×fwc(k)-fr(k-1)+fr(k)]・・・(15)

燃料の付着率Rp，Rv，Rcおよび残留率Pp，Pv，Pcは、内燃機関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けば、付着率Rp，Rv，Rcおよび残留率Pp，Pv，Pcは、何れも車両上で推定することが可能である。それらが推定されれば、上記式(14)及び式(15)にしたがって筒内燃料量fcを生じさせるためのポート噴射量fip及び筒内噴射量fidを算出することができる。

ところで、上記の燃料挙動モデルは、パラメータである燃料の付着率Rp，Rv，Rcや残留率Pp，Pv，Pcが大きくなる運転条件下では不安定になったり振動的になったりしやすい。このため、そのような条件下では、上記の式(14)及び式(15)にしたがって算出される各燃料噴射量fip，fidの精度は低下することになり、燃焼室１０内に供給される燃料量を排出ガスの空燃比AFReを目標空燃比AFRにするために必要な筒内燃料量fcに制御できないおそれがある。

そこで、本実施形態のシステムでは、燃料の付着率や残留率の増大に起因するモデル計算の精度の低下を抑えるため、モデル計算によってポート噴射量fip及び筒内噴射量fidを算出するに当たり、図４に示すルーチンが実行されるようになっている。図４は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行される燃料噴射量制御の内容をフローチャートで示したものである。図４に示すルーチンは、内燃機関の気筒毎に実行される。また、個々の気筒に関するルーチンは、内燃機関が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。

図４に示すルーチンでは、先ず、予め記憶されたマップを参照して、現在の内燃機関の運転状態に応じた燃料の各残留率Pp，Pv，Pcと各付着率Rp，Rv，Rcが算出される（ステップ１００）。また、予め記憶されたマップを参照して、現在の内燃機関の運転状態に応じたポート噴射量と筒内噴射量の噴射比率γが算出される（ステップ１０２）。

ステップ１０４では、ステップ１００で算出された各残留率Pp，Pv，Pcと各付着率Rp，Rv，Rc、及びステップ１０２で算出された噴射比率γを用いて、上記式(14)及び式(15)にしたがってポート噴射量fip及び筒内噴射量fidが算出される。なお、上記式(14)及び式(15)の計算に必要な筒内残留ガス量Grと筒内残留燃料量frは、予め記憶されたマップから現在の内燃機関の運転状態に応じた値が読み込まれる。また、吸入空気量Gaは、エアフローメータ５６により検出された値が読み込まれる。

ステップ１０６では、ステップ１０４で算出されたポート噴射量fipに含まれる補正量fmwprが次式(16)によって算出される。
fmwpr=|fip-{Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/AFR(k)×γ|・・・(16)
上記の式(16)における右辺の{Ga(k)+Gr(k-1)-Gr(k)}/AFR(k)×γは、燃料の付着が全くない場合、すなわち、残留率Pp，Pv，Pcと付着率Rp，Rv，Rcがゼロの場合のポート噴射量である。したがって、補正量fmwprは、燃料の付着に伴い生じるポート噴射量の増加量或いは減少量を示している。

次のステップ１０８では、ステップ１０６で算出された補正量fmwprと所定の基準値αとの比較が行われる。補正量fmwprは燃料の付着率Rp，Rv，Rcや残留率Pp，Pv，Pcによって変化し、燃料挙動モデルの不安定さを示す指標となる。したがって、ステップ１０６で算出された補正量fmwprが大きいほど、上記式(14)及び式(15)にしたがい算出されるポート噴射量fip及び筒内噴射量fidの精度は低いと考えられる。上記の基準値αは、ポート噴射量fip及び筒内噴射量fidの精度を所定の許容範囲内に収めることができる補正量の限界値である。ステップ１０８の判定の結果、補正量fmwprが基準値αを超える場合には、ステップ１１０の処理が実行される。

ステップ１１０では、ポート噴射量fipの比率を下げ、逆に筒内噴射量fidの比率を上げるように噴射比率γの補正が行われる。具体的には、現在の噴射比率γから所定の補正量Δγが減じられる。噴射比率γの補正後は再びステップ１０４の処理が実行され、補正された噴射比率γに基づいてポート噴射量fip及び筒内噴射量fidが再計算される。ステップ１０６では、再計算されたポート噴射量fipに基づいて補正量fmwprが算出され、ステップ１０８では、再び補正量fmwprと基準値αとの比較が行われる。比較の結果、補正量fmwprが基準値α以内の場合には、ポート噴射量fipと筒内噴射量fidは現在の計算値に確定される。一方、補正量fmwprが基準値αを未だ超える場合には、再びステップ１１２において噴射比率γの補正が行われ、ステップ１０４においてポート噴射量fip及び筒内噴射量fidが再計算される。ステップ１０６で算出される補正量fmwprが基準値α以内になるまで、ステップ１１０，１０４，１０６の一連の処理が繰り返し実行される。

以上のルーチンによれば、燃料の付着率や残留率が大きくなる運転条件下では、噴射比率γの補正によってポート噴射量fipの比率は小さく設定され、代わりに筒内噴射量fidの比率が大きく設定される。燃焼室１０内の雰囲気温度や壁面温度は吸気ポート１８のそれに比較して極めて高いため、燃焼室１０内での燃料付着率Pcや残留率Rcは吸気ポート１８の近傍での燃料付着率Pp，Pvや残留率Rp，Rvに比較して非常に小さい。このため、本ルーチンのようにポート噴射量fipの比率を下げ、その分、筒内噴射量fidの比率を上げることで、燃料の付着率や残留率がモデル計算の精度に与える影響を小さくすることができる。これにより、各インジェク３８，７０からの燃料噴射量fip，fidのモデル計算においてその精度の低下を抑えることができ、実際に燃焼室１０内に供給される燃料量を内燃機関の運転状態に応じて要求される筒内燃料量fcに的確に制御することが可能になる。

なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ５０により図４の燃料噴射量制御ルーチンにおけるステップ１０２の処理が実行されることで本発明の「噴射比率設定手段」が、ステップ１０４の処理が実行されることで本発明の「燃料噴射量算出手段」が、ステップ１０６、ステップ１０８及びステップ１１０の処理が実行されることで本発明の「噴射比率補正手段」が実現されている。また、ステップ１０４の処理において各燃料噴射量fip，fidが算出される過程において本発明の「要求燃料量算出手段」が実現されている。

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。
本実施形態の内燃機関の燃料噴射制御装置は、実施の形態１において、ＥＣＵ５０に、図４のルーチンに代えて図５の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。

実施の形態１では、ポート噴射量fipに含まれる補正量fmwprと基準値αとの比較に基づいて噴射比率γを補正しているが、燃料挙動モデルが不安定であるかどうかは補正量fmwprよりも燃料の残留率Pp，Pv，Pcや付着率Rp，Rv，Rcに依存している。このため、補正量fmwprに基づいて判断するのではなく、燃料の残留率Pp，Pv，Pcや付着率Rp，Rv，Rcに基づいて噴射比率γの補正について判断してもよい。図５は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行される燃料噴射量制御の内容をフローチャートで示したものである。図５に示すルーチンは、内燃機関の気筒毎に実行される。また、個々の気筒に関するルーチンは、内燃機関が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。

図５に示すルーチンでは、先ず、予め記憶されたマップを参照して、現在の内燃機関の運転状態に応じた燃料の各残留率Pp，Pv，Pcと各付着率Rp，Rv，Rcが算出される（ステップ２００）。また、予め記憶されたマップを参照して、現在の内燃機関の運転状態に応じたポート噴射量と筒内噴射量の噴射比率γが算出される（ステップ２０２）。

次のステップ２０４では、ステップ２０２で算出されたポート残留率Ppと所定の基準値β1との比較が行われ、また、ポート付着率Rpと所定の基準値β2との比較が行われる。これらポート残留率Ppやポート付着率Rpが大きいほど、燃料挙動モデルは不安定になる。ステップ２０４の判定の結果、ポート残留率Ppが基準値β1を超え、且つ、ポート付着率Rpが基準値β2を超える場合には、ステップ２０６の処理が実行される。

ステップ２０６では、ポート噴射量fipの比率を下げ、逆に筒内噴射量fidの比率を上げるように噴射比率γの補正が行われる。具体的には、現在の噴射比率γから所定の補正量Δγが減じられる。ステップ２０４の判定の結果、ポート残留率Ppが基準値β1以内の場合、或いは、ポート付着率Rpが基準値β2以内の場合には、噴射比率γの値はステップ２０２で算出された値に維持される。

次のステップ２０８では、ステップ２００で算出された残留率Pp，Pv，Pcと付着率Rp，Rv，Rc、及び、ステップ２０２で算出された噴射比率γ或いはステップ２０６で補正された噴射比率γを用いて、上記式(14)及び式(15)にしたがって各インジェクタ３８，７０からの燃料噴射量fip，fidが算出される。

以上のルーチンによれば、実施の形態１と同様、燃料の付着率Rp，Rv，Rcや残留率Pp，Pv，Pcが大きくなる運転条件下であっても、それらがモデル計算の精度に与える影響を小さくすることができ、各インジェク３８，７０からの燃料噴射量fip，fidのモデル計算においてその精度の低下を抑えることができる。

なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ５０により図５の燃料噴射量制御ルーチンにおけるステップ２０２の処理が実行されることで本発明の「噴射比率設定手段」が、ステップ２０８の処理が実行されることで本発明の「燃料噴射量算出手段」が、ステップ２０４及びステップ２０６の処理が実行されることで本発明の「噴射比率補正手段」が実現されている。また、ステップ２０４の処理において各燃料噴射量fip，fidが算出される過程において本発明の「要求燃料量算出手段」が実現されている。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

上記実施の形態においては、排出ガスの空燃比AFReが目標空燃比AFRになるように筒内燃料量（筒内要求燃料量）fcを設定しているが、内燃機関の始動時やフューエルカットからの復帰直後等、燃焼室１０内での燃焼状態を正確に制御すべき状況下では、新規ガスの空燃比AFRcが目標空燃比AFRになるように筒内燃料量fcを設定してもよい。

また、実施の形態１においては、噴射比率γの補正の判定のための基準値αを固定値としているが、内燃機関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き、内燃機関の運転状態に応じて基準値αを変化させるようにしてもよい。或いは、モデルを用いて基準値αを計算するようにしてもよい。

実施の形態２においては、ポート残留率Ppが基準値β1を超え、且つ、ポート付着率Rpが基準値β2を超える場合の噴射比率γの補正量Δγを固定値としているが、ポート残留率Ppと基準値β1との差やポート付着率Rpと基準値β2との差に応じて変化させるようにしてもよい。具体的には、ポート残留率Ppやポート付着率Rpが大きいほど、ポート噴射量fipの比率を下げるように補正量Δγを大きくしてもよい。

また、実施の形態２においてはポート残留率Ppが基準値β1を超えることと、ポート付着率Rpが基準値β2を超えることをＡＮＤ条件としているが、ＯＲ条件としてもよい。或いは、ポート残留率Ppとポート付着率Rpの何れか一方のみに基づいて判定を行ってもよい。また、ポート残留率Ppやポート付着率Rpの代わりに、バルブ残留率Pvやバルブ付着率Rvに基づいて判定を行ってもよい。

また、実施の形態１においては、ポート噴射量fipに含まれる補正量fmwprによって、吸気ポート１８の近傍での燃料の付着率及び残留率が所定の基準値を超えるか否か予想しているが、内燃機関の運転状態から前記の付着率及び残留率が所定の基準値を超えるか否か予想するようにしてもよい。その場合、例えば、噴射比率γの補正量Δγと内燃機関の運転状態との関係を規定したマップを予め作成しておき、センサ等により検出される内燃機関の運転状態に応じて噴射比率γを補正するようにしてもよい。

本発明の実施の形態１としての燃料噴射制御装置が適用された内燃機関システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における燃料噴射制御の考え方を説明するための図である。 燃料噴射量fiと筒内燃料量fc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。 本発明の実施の形態１において実行される燃料噴射量制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行される燃料噴射量制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 燃焼室
１２ 吸気バルブ
１４ 排気バルブ
１６ 点火プラグ
１８ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２４ クランク軸
３０ 吸気通路
３６ スロットルバルブ
３８ ポートインジェクタ
４０ 排気通路
４２ 三元触媒
５０ ＥＣＵ
５２ クランク角センサ
５６ エアフローメータ
５８ 空燃比センサ
７０ 筒内インジェクタ
AFR 目標空燃比
AFRc 新規ガスの空燃比
AFRe 排出ガスの空燃比
Ga 吸入空気量
fip ポート噴射量
fwp ポート付着燃料量
fwv バルブ付着燃料量
fic 筒内噴射量
fwc 筒内付着燃料量
fc 筒内燃料量
Gr 筒内残留ガス量
fr 筒内残留燃料量
Pp ポート残留率
Rp ポート付着率
Pv バルブ残留率
Rv バルブ付着率
Pc 筒内残留率
Rc 筒内付着率
Gex 排出ガス量
fex 排出燃料量

Claims (1)

1. 吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタと、筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタとを備える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状態に応じた筒内要求燃料量を算出する要求燃料量算出手段と、
   前記ポートインジェクタからの燃料噴射量と前記筒内インジェクタからの燃料噴射量との噴射比率を設定する噴射比率設定手段と、
   前記筒内要求燃料量と前記噴射比率とに基づき、吸気ポートの近傍での燃料の付着と筒内での燃料の付着とを考慮したモデル計算により、前記ポートインジェクタによる燃料噴射量と前記筒内インジェクタによる燃料噴射量とを算出する燃料噴射量算出手段と、
   吸気ポートの近傍での燃料の付着率及び／又は残留率が所定の基準値を超えるとき、或いは、前記の付着率及び／又は残留率が所定の基準値を超えると予想されるときには、前記ポートインジェクタによる燃料噴射量の比率を小さくし、前記筒内インジェクタによる燃料噴射量の比率を大きくするよう前記噴射比率を補正する噴射比率補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
   

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