JP2006144584A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】未燃燃料量を精度良く算出し、ひいては燃料噴射量制御を好適に実施する。
【解決手段】本システムは、吸気ポートや燃焼室２５の壁面に付着する燃料付着量と、実際に燃焼室２５内で燃焼に供される燃焼燃料量との関係をモデル化し、該モデルを用いてインジェクタ１９による燃料噴射量を算出するものである。かかる場合において、ＥＣＵ４０は、燃焼室２５内に流入した燃料のうち燃焼に寄与しない未燃燃料量を、少なくとも筒内圧力をパラメータとして算出し、該算出した未燃燃料量を基に燃料噴射量を補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。

内燃機関の吸気ポート等に付着する燃料付着量を考慮したモデルを構築し、該モデルを用いて燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置に関する技術が例えば特許文献１，２等により開示されている。また、特許文献１，２の改良技術として特許文献３の技術が知られている。この特許文献３は、内燃機関の冷間始動時にはエンジンの温度が低いためにシリンダ内壁面とピストンとの隙間が大きくなり、この隙間から漏れ出る燃料が存在するため、燃料噴射制御の燃料付着量を考慮したモデルにおいて、この漏れ出る燃料を考慮して燃料噴射制御を行うものである。

上記特許文献３においては燃焼室内からクランクケースへと漏れ出る燃料量はエンジン回転数に応じて設定されている。エンジン回転数に応じて漏れ出る燃料量を変化させる理由として、エンジン回転数が小さいほど噴射された燃料が燃焼室に流入してから爆発・燃焼するまでの時間が長いために燃焼室内からクランクケースへと漏れ出る燃料の漏れ量が変わるからである。

しかしながら、燃焼室内からクランクケースへと漏れ出る燃料量は、シリンダ内の圧力によっても変化すると考えられる。それ故に、特許文献３のようにエンジン回転数を考慮するのみでは、燃料噴射量を精度良く制御することができないおそれがあった。例えば、内燃機関の冷間始動時には、前記クランクケース内に漏れ出る燃料量が比較的多く、且つシリンダ内の圧力変動が生じると予測されるため、所望とする燃料噴射量制御が実現できないおそれがあった。
特開２００２−１１５５８７号公報 特開２００３−２０９６５号公報 特開２００４−１５６４４３号公報

本発明は、未燃燃料量を精度良く算出し、ひいては燃料噴射量制御を好適に実施することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

燃料噴射手段より噴射された燃料は、吸気ポートから燃焼室に流入した後、燃焼に供されるが、その流入燃料のうち一部は燃焼に寄与しない未燃燃料となる。例えば、内燃機関においてシリンダ内壁とピストンとの摺動部の隙間を介して燃焼室内から漏れ出る燃料分がそれである。この場合、燃焼室内に流入した燃料のうちどれだけが未燃燃料量となるかの割合は、筒内圧力（言い換えると燃焼室内の燃焼圧力）に応じて変動する。なお前記割合は燃焼寄与割合とも言える。

本発明では、燃焼室内に流入した燃料のうち燃焼に寄与しない未燃燃料量（例えば、シリンダ内壁とピストンとの摺動部の隙間を介して前記燃焼室内から漏れ出る燃料量）を、少なくとも筒内圧力をパラメータとして算出し、該算出した未燃燃料量を基に前記燃料噴射量を補正する。これにより、内燃機関の冷間始動時など、前記未燃燃料量が比較的多い場合に筒内圧力の変化が生じても、その圧力変化を考慮しつつ未燃燃料量を正確に求めることができる。その結果、燃料噴射量制御を好適に実施することができるようになる。

未燃燃料量の算出パラメータとなる筒内圧力として、当該筒内圧力に相関のあるパラメータを用いることも可能である。例えば、機関回転数、吸入空気量、吸気管圧力、吸気温度などのパラメータを、筒内圧力に相関のあるパラメータとし、これらパラメータを基に未燃燃料量を算出することが可能である。

燃料噴射手段の噴射燃料は、その一部が吸気ポートやシリンダ内壁等に付着し、壁面付着燃料となる。この場合、壁面付着燃料の一部が燃焼に寄与しない未燃燃料になるとして前記未燃燃料量を算出すると良い。

未燃燃料量は、筒内圧力の他に、機関温度によっても変動する。そこで、前記筒内圧力の他に、機関温度情報をパラメータとして加えて未燃燃料量を算出すると良い。これにより、未燃燃料量の算出精度が高められる。このとき、機関温度情報には、内燃機関の冷却水温度や潤滑油温度など直接検知できる温度情報の他、始動時機関温度（水温、油温）や始動後経過時間等により間接的に把握できる温度情報を含む。

燃焼室内に流入した燃料のうち燃焼に寄与しない未燃燃料には、燃焼室内に流入した後吸気ポート側に吹き戻される燃料が含まれる。故に、燃焼室内に流入した燃料のうち吸気ポート側に吹き戻される燃料量を加え、前記未燃燃料量を算出すると良い。

このとき、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも何れかの動作態様（バルブタイミングやバルブリフト量）を可変とする可変動弁装置を備えた内燃機関では、前記吸気ポート側に吹き戻される燃料量を吸気バルブ又は排気バルブの動作態様に応じて算出すると良い。具体的には、例えば、吸気バルブの開タイミングが進角側に制御され、吸排気バルブが共に開弁状態となるオーバーラップ量が大きくなる場合には吹き戻し燃料量を大きい値とする。また、吸気バルブの閉タイミングが遅角側に制御され、吸気行程に続く圧縮行程でも吸気バルブが開放される場合にも吹き戻し燃料量を大きい値とする。

一方で、燃焼室に流入した燃料のうち、シリンダ内壁とピストンとの摺動部の隙間を介してクランクケース側に漏れ出てクランクケース内に一旦貯留された貯留燃料は、大気への放出を防止すべく、燃料再流入手段（ＰＣＶ通路等）を通じて内燃機関の吸気系に供給され、燃料噴射手段による噴射燃料と共に燃焼に供される。かかる場合において、本発明では、シリンダ内壁とピストンとの摺動部の隙間を介してクランクケース側に漏れ出る未燃燃料量を、少なくとも筒内圧力をパラメータとして算出し、該算出した未燃燃料量を逐次積算してクランクケース内に貯留される燃料量を算出する。そして、その貯留燃料のうち燃料再流入手段を通じて吸気系に流入される再流入燃料量を算出すると共に、該算出した再流入燃料量を基に燃料噴射量を補正する。

上記構成によれば、シリンダ内壁とピストンとの摺動部の隙間を介してクランクケース側に漏れ出る未燃燃料量を、少なくとも筒内圧力をパラメータとして算出するため、その未燃燃料量を精度良く算出することができる。従って、燃料噴射量制御を好適に実施することができるようになる。

未燃燃料量の算出パラメータとなる筒内圧力として、当該筒内圧力に相関のあるパラメータを用いることも可能である。例えば、機関回転数、吸入空気量、吸気管圧力、吸気温度などのパラメータを、筒内圧力に相関のあるパラメータとし、これらパラメータを基に未燃燃料量を算出することが可能である。

また、吸気ポートや燃焼室の壁面に付着する燃料付着量と、実際に燃焼室内で燃焼に供される燃焼燃料量との関係をモデル化し、該モデルを用いて燃料噴射手段による燃料噴射量を算出する構成では、壁面付着燃料の一部が、シリンダ内壁とピストンとの摺動部の隙間を介してクランクケース側に漏れ出て未燃燃料になるとして前記未燃燃料量を算出すると良い。

未燃燃料量は、筒内圧力の他に、機関温度によっても変動する。そこで、前記筒内圧力の他に、機関温度情報をパラメータとして加えて未燃燃料量を算出すると良い。これにより、未燃燃料量の算出精度が高められる。前述のとおり、機関温度情報には、内燃機関の冷却水温度や潤滑油温度など直接検知できる温度情報の他、始動時機関温度（水温、油温）や始動後経過時間等により間接的に把握できる温度情報を含む。

また、クランクケース内の貯留燃料が気化する気化割合を機関温度情報に基づいて算出し、クランクケース内の貯留燃料量と前記気化割合とに基づいて再流入燃料量を算出すると良い。この場合、クランクケース内の潤滑油の温度変化等により貯留燃料の気化量が変化しても、その都度適正な再流入燃料量を算出することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３が設けられている。エアフロメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５に内蔵されたスロットル開度センサにより検出されるようになっている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式のインジェクタ１９（燃料噴射手段）が取り付けられている。エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられている。

シリンダブロック２３には円筒状のシリンダ２３ａが形成されると共にその下方にクランクケース２３ｂが形成されており、シリンダ２３ａ内にはピストン２４が図の上下方向に摺動可能に収容されている。クランクケース２３ｂの下部にはエンジンオイル（潤滑油）を貯留するためのオイルパンが形成されている。また、シリンダ２３ａ内にはシリンダ壁面やピストン２４の上面により燃焼室２５が区画形成されている。

エンジン１０の運転に際し吸気バルブ２１が開放されると、インジェクタ１９の噴射燃料と吸入空気との混合気が燃焼室２５内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２７に排出される。吸気バルブ２１及び排気バルブ２２にはそれぞれ、各バルブ２１，２２のバルブタイミング（開閉時期）を可変とするバルブタイミング可変手段としての可変動弁装置２８，２９が設けられている。可変動弁装置２８，２９は、吸気側、排気側のカム軸位相をそれぞれ可変とするものであり、カム軸位相の変更に伴うバルブタイミングの変更により、吸排気バルブが共に開状態となる期間を示すオーバーラップ量ＯＬが調整されるようになっている。但し本実施の形態では、便宜上、吸気バルブ２１のバルブタイミングのみを可変に制御するものとして説明する。なお、吸気バルブ２１に関して、最遅角状態からの進角量を吸気バルブタイミングとして記載する。可変動弁装置としては、吸気バルブ２１の開タイミングと閉タイミングとを各々個別に制御できるものであっても良い。

また、シリンダブロック２３のクランクケース２３ｂとサージタンク１６との間にはＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路３５が形成されている。エンジン１０の暖機完了前など、シリンダ壁面とピストン２４との摺動部の隙間が比較的大きい場合には、その摺動部の隙間を介して燃焼室２５からクランクケース２３ｂに燃料が漏れ出てその燃料がオイルパン内のエンジンオイルに混入する。そしてその後、エンジン１０の暖機の進行に伴い潤滑油の温度（油温）が上昇すると、エンジンオイルに混じった燃料が蒸発し、それがブローバイガスとしてＰＣＶ通路３５を経由して吸気系（サージタンク１６）に放出される。

エンジン１０のシリンダヘッドには気筒毎に点火プラグ３０が取り付けられており、点火プラグ３０には、点火コイル等よりなる点火装置（図示略）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ３０の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２５内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２７には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ３２（リニアＡ／Ｆセンサ、Ｏ2センサ等）が設けられている。また、エンジン１０のシリンダブロック２３には、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３４が取り付けられている。

上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じてインジェクタ１９の燃料噴射量、点火プラグ３０による点火時期、吸気バルブ２１のバルブタイミング等を制御する。

本実施の形態では、吸気ポート近傍及び燃焼室２５内における燃料挙動モデルを用いて燃料噴射量を制御することとしており、以下その詳細を説明する。図２は、吸気ポート近傍及び燃焼室２５内における燃料挙動モデルの基本構成を示す模式図である。

図２において、インジェクタ１９からの噴射燃料は、ウエットとなって吸気ポート壁面等（吸気バルブ２１の表側面やシリンダ内壁を含む）に付着する燃料と、ウエットとならずに燃焼室２５内に供給される燃料とに分類される。このとき、インジェクタ噴射量をＭｆｉ、吸気ポート壁面等に付着する割合（壁面付着率）をＸとすると、吸気ポート壁面等に付着する燃料量は「Ｘ・Ｍｆｉ」、それ以外の燃料量は「（１−Ｘ）・Ｍｆｉ」となる。また、吸気ポート壁面等に付着している燃料は、ウエット燃料としてそのまま吸気ポート壁面等に残留する燃料と、壁面付着状態から蒸発する燃料とに分類される。このとき、吸気ポート壁面等に付着しているウエット燃料量をＭｆｗ、蒸発せずに吸気ポート壁面等に残留する割合（壁面残留率）をａとすると、壁面付着状態から蒸発する蒸発燃料量は「（１−ａ）・Ｍｆｗ」となる。

この場合、燃焼室２５（シリンダ）内に流入するシリンダ流入燃料量Ｍｆｃは、インジェクタ噴射量Ｍｆｉのうちで燃焼室２５内に直接供給される燃料量「（１−Ｘ）・Ｍｆｉ」と、吸気ポート壁面等に付着しているウエット燃料量Ｍｆｗのうちで壁面付着状態から蒸発する蒸発燃料量「（１−ａ）・Ｍｆｗ」との和となる。

以上の関係は、次の（１）、（２）式で表すことができる。これらの式は、Ｃ．Ｆ．アキノの式として一般に知られている。

ところで、吸気ポート近傍及び燃焼室２５内における実際の燃料挙動を考えると、吸気バルブ２１のバルブタイミングに応じて内部ＥＧＲが生じ、これによりシリンダ流入燃料量Ｍｆｃに影響が及ぶ。すなわち、吸気バルブタイミングを大きくして（吸気バルブ開弁時期を進ませて）吸排気バルブのバルブオーバラップ量ＯＬを大きく設定すると、内部ＥＧＲ効果が増大し、燃焼室２５から吸気ポートへの吹き返し（燃料の逆流）が大きくなる。このとき、吸気管圧力が低い時（低負荷運転時）ほど、吹き返しが大きくなる。また、吸気バルブタイミングを小さくして（吸気バルブ開弁時期を遅らせて）吸排気バルブのバルブオーバラップ量ＯＬを小さく設定すると、吸気バルブ２１の閉弁時期が遅くなるため、圧縮行程時（ＢＤＣ後）に吸気バルブ２１が開弁している期間が長くなる。従って、低中速回転領域では気筒内に吸入された混合気が圧縮行程初期に気筒から吸気ポートに吹き戻されるようになり、気筒の新気充填効率が低下する。上記理由により、吸気バルブ２１のバルブタイミングに応じてシリンダ流入燃料量Ｍｆｃが変化する。

図３には、吸気ポート側に吹き戻される吹き戻し燃料量Ｍｆｐｂを示している。この場合、シリンダ流入燃料量Ｍｆｃに対して吹き戻しが生じる割合（吹き戻し率）をＸｐｂとすると、次の（３）、（４）式が成立する。なお、（３）式は、上記（２）式に置き換えられるものである。

また、上記（３）式を変形することで、次の（５）式が得られる。

また、シリンダ流入燃料量Ｍｆｃは、燃焼室２５内において実際に燃焼に供される燃料量であり、目標空燃比（目標空気過剰率）λｔｇと筒内充填空気量Ｇｎとにより次式で表される。

一方で、エンジン１０の冷間始動時においては、シリンダ壁温とピストン温度との温度差等によりシリンダ内壁とピストン２４との摺動部の隙間が比較的広くなり、この隙間を通じて、シリンダ壁面等に付着しているウエット燃料の一部がクランクケース２３ｂ内に流入することが考えられる（図３参照）。これは、シリンダ２３ａ内に流入した燃料のうち、燃焼に寄与しない未燃燃料となる燃料に相当するものであり、前記隙間を通じてクランクケース２３ｂ内のエンジンオイルに混入する。この場合、ウエット燃料量Ｍｆｗのうち前記隙間を通じてクランクケース２３ｂ内のエンジンオイルに混入する割合（オイル混入率）をＸｌｏｓｔとすると、インジェクタ噴射量Ｍｆｉの算出式は、次の（７）式のように表される。

そして、上記（７）式からすれば、シリンダ（燃焼室２５）内に一旦流入したものの、シリンダ内壁とピストン２４との摺動部の隙間を通じてクランクケース２３ｂに流入しエンジンオイルに混入する燃料量（オイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔ）が次の（８）式により算出される。

本実施の形態では、燃料噴射毎に前記オイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔを算出し、そのオイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔの積算により、エンジンオイルに混入された燃料の総量（これはクランクケース２３ｂ内の貯留燃料量とも言える）を算出する。そして更に、オイル混入燃料のうち、気化によりＰＣＶ通路３５を介してエンジン吸気系に流入するＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖを算出し、その分インジェクタ１９による燃料噴射量を補正することとしている。

次に、燃料噴射量の算出に関してＥＣＵ４０により実行される演算処理を詳細に説明する。図４は、燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンは各気筒の燃料噴射毎（４気筒エンジンでは１８０°ＣＡ毎）にＥＣＵ４０により実行される。

図４において、ステップＳ１０１では、エンジン回転数、吸入空気量、吸気管圧力、エンジン水温、吸気バルブタイミングなどの各種エンジン運転条件を読み込む。次に、ステップＳ１０２では、その都度のエンジン運転条件に基づいて目標空燃比λｔｇを算出する。このとき、エンジン回転数や負荷（例えば吸気管圧力）を基に算出されたベース目標値に対し、始動時水温、始動後経過時間に応じた燃料増量補正や、加速時等の高負荷増量補正などを反映して目標空燃比λｔｇが算出される。

その後、ステップＳ１０３では、筒内充填空気量Ｇｎを算出する。このとき、例えば、吸気系の挙動モデルを用い、吸入空気量、吸気管圧力、吸気バルブタイミング等をパラメータとして筒内充填空気量Ｇｎが算出される。

また、ステップＳ１０４では、基本噴射量Ｍｆｂａｓｅを算出する。この基本噴射量Ｍｆｂａｓｅは、前述のシリンダ流入燃料量Ｍｆｃに相当するものであり、上記の（６）式を用い、前記算出した目標空燃比λｔｇと筒内充填空気量Ｇｎとに基づいて算出される。

また、ステップＳ１０５では、ＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖを算出する。前述したように、ＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖは、ピストン２４とシリンダ壁面との隙間を通じてクランクケース２３ｂ内に流入してエンジンオイルに混入され、その後気化してＰＣＶ通路３５を介してエンジン吸気系に流入する燃料量のことである。ＰＣＶ流入燃料は、エンジン吸気系を通じて再度燃焼室２５に流入し、インジェクタ１９の噴射燃料と共に燃焼に供されることとなる。Ｍｆｐｃｖ算出処理の詳細は後述するが、当該処理では、壁面付着率Ｘ、壁面残留率ａ、ウエット燃料量Ｍｆｗ、オイル混入率Ｘｌｏｓｔを算出すると共に、これら各値を基にオイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔを算出する。そして、オイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔの積算値とオイル混入燃料の気化割合（燃料気化率Ｘｖａｐ）とによりＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖを算出する。

その後、ステップＳ１０６では、上記の（５）式を用いてインジェクタ噴射量Ｍｆｉを算出する。但し本ルーチンでは、シリンダ流入燃料量Ｍｆｃを基本噴射量Ｍｆｂａｓｅとして算出しており、（５）式中の「Ｍｆｃ（ｋ）」を、「Ｍｆｂａｓｅ（ｋ）」に置き換えることとする。なお、Ｍｆｉ算出に用いる吹き戻し率Ｘｐｂは、その都度の吸気バルブタイミングをパラメータとして算出されれば良く、例えば図６に示すように、吸気バルブタイミングが小さい所定領域（換言すれば吸気バルブ開弁時期が遅い所定領域）と、吸気バルブタイミングが大きい所定領域（換言すれば吸気バルブ開弁時期が進んだ所定領域）とにおいて大きい値で算出される。

最後に、ステップＳ１０７では、前記ステップＳ１０６で算出したインジェクタ噴射量Ｍｆｉから、前記ステップＳ１０５で算出したＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖを減算して最終のインジェクタ噴射量Ｍｆｉｎを算出する（Ｍｆｉｎ＝Ｍｆｉ−Ｍｆｐｃｖ）。

また、図５は、前記ステップＳ１０５におけるＰＣＶ流入燃料量算出に関するサブルーチンを示すフローチャートである。

図５において、ステップＳ２０１では、壁面付着率Ｘ及び壁面残留率ａの算出を実施する。このとき、壁面付着率Ｘは、始動後経過時間と始動時水温とを主たるパラメータとして算出される。具体的には、図７の（ａ）に示すように、始動時水温が低いほど壁面付着率Ｘが大きい値で算出され、同（ｂ）に示すように、始動後経過時間が長くなるほど壁面付着率Ｘが小さい値で算出される。また、壁面残留率ａは、吸気管圧力とエンジン水温とを主たるパラメータとして算出される。具体的には、図８の（ａ）に示すように、吸気管圧力が高いほど壁面残留率ａが大きい値で算出され、同（ｂ）に示すように、エンジン水温が低いほど壁面残留率ａが大きい値で算出される。壁面付着率Ｘや壁面残留率ａの算出パラメータとして、エンジン負荷（負荷率）や吸気温等を追加しても良い。

次に、ステップＳ２０２では、上記の（１）式を用いてウエット燃料量Ｍｆｗを算出する。つまり、インジェクタ噴射量Ｍｆｉ（但しここでは最終のインジェクタ噴射量Ｍｆｉｎ）及びウエット燃料量Ｍｆｗの前回値と、壁面付着率Ｘと、壁面残留率ａとに基づいてウエット燃料量Ｍｆｗを算出する。

その後、ステップＳ２０３では、オイル混入率Ｘｌｏｓｔを算出する。オイル混入率Ｘｌｏｓｔは、燃焼圧力（筒内圧力）を主たるパラメータとして算出されれば良く、具体的には、図９に示すように、燃焼圧力が高いほど大きい値で算出される。ここで、燃焼圧力はエンジン運転状態から推定されれば良く、例えば、燃焼圧力と相関のある吸入空気量、エンジン回転数、バルブタイミング等に基づいて算出される。

その後、ステップＳ２０４では、上記の（８）式を用いて１燃焼あたりのオイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔを算出する。このとき、オイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔの算出には、壁面付着率Ｘ、壁面残留率ａ、オイル混入率Ｘｌｏｓｔといった各係数が用いられるため、当該Ｍｆｌｏｓｔは、エンジン温度や燃焼圧力を適宜反映した燃料量として算出されることとなる。また、ステップＳ２０５では、前記算出したオイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔを逐次積算することによりオイル混入燃料量の総量（＝積算値Σ（Ｍｆｌｏｓｔ））を算出する。

ステップＳ２０６では、ＰＣＶ通路３５に流入するＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖを算出する。これは、オイルパンに溜まったオイル混入燃料のうち気化してエンジン吸気系に流入する燃料量を推定する処理であり、オイル混入燃料量の総量（積算値Σ（Ｍｆｌｏｓｔ））と燃料気化率Ｘｖａｐとの積によりＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖが算出される（Ｍｆｐｃｖ＝Σ（Ｍｆｌｏｓｔ）・Ｘｖａｐ）。このとき、燃料気化率Ｘｖａｐは、エンジンオイル温度（エンジン水温等、他の温度情報に代替えも可）を主たるパラメータとして算出されれば良く、具体的には、図１０に示すように、エンジンオイル温度が高いほど大きい値で算出される。因みに、オイル混入燃料は、エンジンオイル温度（エンジン水温）が所定温度以上にならなければ気化しないため、図のＴａ未満の領域ではＸｖａｐ＝０とされるようになっている。

オイル混入燃料が気化してエンジン吸気系に流入する際、その気化分だけオイル混入燃料量の総量が減少する。故に、前記ステップＳ２０４において、燃料気化分を考慮して次の（９）式によりオイル混入燃料量の総量を算出すると良い。
オイル混入燃料量の積算値＝Σ（Ｍｆｌｏｓｔ）・（１−Ｘｖａｐ） …（９）
上記の如く算出したＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖは、前記図４の燃料噴射量算出に用いられる。

図１１は、エンジン始動後、所定期間の燃料噴射制御にかかる各種パラメータの挙動を示すタイムチャートである。図１１の横軸は始動後経過時間を示しており、この経過時間の進行に伴いエンジン温度が上昇する（すなわち暖機が進行する）。エンジン温度は、エンジン水温、シリンダ壁温、エンジンオイル温度等を含む。

エンジン１０の冷間始動時には、吸気ポートやシリンダ壁面等が冷えており、エンジン始動直後においてウエット燃料量Ｍｆｗが一気に増加する。また、燃焼室２５内に流入した燃料のうち燃焼に寄与しない未燃燃料量は、エンジン始動直後に多く存在し、始動後経過時間の進行に伴い徐々に減少する。このとき、未燃燃料量には、ピストン２４とシリンダ壁面との隙間を通じてクランクケース２３ｂ内に流入してエンジンオイルに混入されるオイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔと、吸気バルブ２１を介して吸気ポート側に逆流する吹き戻し燃料量Ｍｆｐｂとが含まれている。このうち、オイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔは、エンジン始動後の暖機状態と燃焼圧力とに依存した値となっており、エンジン始動当初には比較的大きいものとなっている。また、吹き戻し燃料量Ｍｆｐｂは、エンジン始動直後において吸気バルブタイミングが一定に固定されていれば、図示の如くほぼ一定値となる。

オイル混入燃料量（積算値）はエンジン始動後の時間経過に伴い増加していく。そして、エンジンオイルの温度上昇によりオイル混入燃料が気化し始めると（図のタイミングｔ１）、その都度のオイル混入燃料量（積算値）と燃料気化率Ｘｖａｐとの乗算によりＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖが図示の如く算出される。ｔ１以降、オイル混入燃料量（積算値）は、気化してエンジン吸気系に流出していく分だけ徐々に減少する。

また、図１２は、前記図１１と同じくエンジン始動後の各種パラメータの挙動を示すタイムチャートであるが、ここでは特に燃焼圧力による燃焼寄与割合を考慮して燃料補正量が算出されることについて説明する。なお、図１２において、「燃料補正量」は特に、燃焼寄与割合に基づく燃料補正量を図示している。また、図１２中、ウエット燃料量と燃料補正量とに関し、燃焼圧力による燃焼寄与割合を考慮しない場合（温度係数のみに基づき燃焼寄与割合を求めた場合）の挙動を比較のために一点鎖線で示している。

図１２に示すように、燃焼圧力はエンジン始動直後に一旦高い圧力となり、その後低下する。これは、エンジン始動直後はエンジン回転数が低く、燃焼室２５内への新気の充填効率が高くなるためである。本実施の形態では、燃焼圧力を主たるパラメータとしてオイル混入率Ｘｌｏｓｔが算出され、更にそのオイル混入率Ｘｌｏｓｔを基にオイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔが算出される。そのため、オイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔは燃焼圧力の変動に合わせて正確に算出される。このとき、ウエット燃料の一部がオイル混入燃料となるが、燃焼圧力が高い場合にはオイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔが多い分ウエット燃料量Ｍｆｗが少なくなる。故に、燃焼圧力を考慮しない場合（一点鎖線）と比較して、燃焼圧力を考慮する場合（実線）では、エンジン始動直後のウエット燃料量Ｍｆｗが少なくなっている。

また、エンジン始動直後においてオイル混入する燃料量が多いため、その分燃焼圧力を考慮しない場合（一点鎖線）と比較して、燃料補正量が増量されるようになっている。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

燃焼室２５内に流入した燃料のうち、シリンダ内壁とピストン２４との摺動部の隙間を介してクランクケース２３ｂに漏れ出る燃料量（オイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔ）を、少なくとも燃焼圧力をパラメータとして算出するようにしたため、エンジン１０の冷間始動時など、オイル混入燃料が比較的多い場合に燃焼圧力の変化が生じてもその圧力変化を考慮しつつオイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔを正確に求めることができる。

また、燃焼室２５内に流入した燃料のうち燃焼に寄与しない未燃燃料として、吸気ポート側に吹き戻される燃料を想定し、インジェクタ噴射量の算出には吹き戻し燃料量も反映させたため、より一層正確な未燃燃料量の算出が可能となる。

また、オイル混入燃料量Ｍｆｌｏｓｔの積算値と燃料気化率Ｘｖａｐとの乗算によりＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖを算出し、該ＰＣＶ流入燃料量Ｍｆｐｃｖによりインジェクタ噴射量Ｍｆｉを補正するようにしたため、クランクケース２３ｂ内の貯留燃料の一部がＰＣＶ通路３５を介してエンジン吸気系に流入したとしても、燃料噴射量を良好に保つことができる。以上により、燃料噴射量制御を好適に実施することができるようになる。

シリンダ内壁とピストン２４との摺動部の隙間を介して燃料がクランクケース２３ｂに漏れ出たり、クランクケース２３ｂ内の貯留燃料がエンジン吸気系に流入したりする事態は、主にエンジン始動直後から暖機完了するまでの暖機過程において生じると考えられる。これからすると、本実施の形態では、エンジン始動直後から暖機完了までの暖機過程における最適なる燃料挙動モデルが構築できると言える。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、燃焼圧力をエンジン運転状態（吸入空気量、エンジン回転数、バルブタイミング等）に基づいて算出する旨記載したが、これを変更し、センサ等により燃焼圧力を検出する構成としても良い。

シリンダ内壁とピストン２４との摺動部の隙間を介して燃料がクランクケース２３ｂに漏れ出たり、クランクケース２３ｂ内の貯留燃料がエンジン吸気系に流入したりする事態は、エンジン始動時の暖機完了前に発生すると考えられる。そのため、前記の事態にかかる処理を、エンジン１０の暖機完了前にのみ実施する構成としても良い。つまり、エンジン１０の暖機完了前であるか否かを判定し、暖機完了前であることを条件に、オイル混入燃料量やＰＣＶ流入燃料量の算出等を実施する。

ＰＣＶ通路３５の途中に電子制御式の開閉弁を設け、この開閉弁を介してクランクケース２３ｂ内の貯留燃料（ブローバイガス）をエンジン吸気系へ放出するようにしても良い。この場合、例えば、ブローバイガス放出の影響が少ないエンジン運転状態において開閉弁を開き、該ブローバイガスをエンジン吸気系に放出するようにしても良い。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 吸気ポート近傍及び燃焼室内における燃料挙動モデルを示す模式図である。 吸気ポート近傍及び燃焼室内における燃料挙動モデルを示す模式図である。 燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。 ＰＣＶ流入燃料量算出に関するサブルーチンを示すフローチャートである。 吹き戻し率Ｘｐｂを求めるための関係を示す図である。 壁面付着率Ｘを求めるための関係を示す図である。 壁面残留率ａを求めるための関係を示す図である。 オイル混入率Ｘｌｏｓｔを求めるための関係を示す図である。 燃料気化率Ｘｖａｐを求めるための関係を示す図である。 エンジン始動後、所定期間の燃料噴射制御にかかる各種パラメータの挙動を示すタイムチャートである。 エンジン始動後、所定期間の燃料噴射制御にかかる各種パラメータの挙動を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０…エンジン、１１…吸気管、１９…インジェクタ、２１…吸気バルブ、２２…排気バルブ、２３…シリンダブロック、２３ａ…シリンダ、２３ｂ…クランクケース、２４…ピストン、２５…燃焼室、２８，２９…可変動弁装置、３５…ＰＣＶ通路、４０…ＥＣＵ。

Claims (10)

1. 内燃機関の燃焼室に燃料を供給するべく吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射手段を備え、前記吸気ポートや燃焼室の壁面に付着する燃料付着量と、実際に燃焼室内で燃焼に供される燃焼燃料量との関係をモデル化し、該モデルを用いて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を算出する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記燃焼室内に流入した燃料のうち燃焼に寄与しない未燃燃料量を、少なくとも筒内圧力をパラメータとして算出する未燃燃料量算出手段と、
   前記算出した未燃燃料量を基に前記燃料噴射量を補正する補正手段と、
   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。
2. シリンダ内を摺動するピストン部材を備え、該シリンダ内壁とピストン部材とにより前記燃焼室を区画形成した内燃機関に適用され、
   前記未燃燃料量算出手段は、シリンダ内壁とピストンとの摺動部の隙間を介して前記燃焼室内から漏れ出る燃料量を、前記未燃燃料量として算出する請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記未燃燃料量算出手段は、壁面付着燃料の一部が燃焼に寄与しない未燃燃料になるとして前記未燃燃料量を算出する請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記未燃燃料量算出手段は、前記筒内圧力の他に、機関温度情報をパラメータとして加えて前記未燃燃料量を算出する請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記未燃燃料量算出手段は、前記燃焼室内に流入した燃料のうち吸気ポート側に吹き戻される燃料量を加え、前記未燃燃料量を算出する請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも何れかの動作態様を可変とする可変動弁装置を備えた内燃機関に適用され、
   前記未燃燃料量算出手段は、前記吸気ポート側に吹き戻される燃料量を前記吸気バルブ又は排気バルブの動作態様に応じて算出する請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. 燃焼室に燃料を供給するべく吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室からクランクケース内に漏れ出た燃料を吸気系に再流入させるための燃料再流入手段とを備えた内燃機関に適用され、該内燃機関の運転状態に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を算出する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記燃焼室内に流入した燃料のうち、内燃機関のシリンダ内壁とピストンとの摺動部の隙間を介してクランクケース側に漏れ出る未燃燃料量を、少なくとも筒内圧力をパラメータとして算出する未燃燃料量算出手段と、
   前記算出した未燃燃料量を逐次積算して前記クランクケース内に貯留される燃料量を算出する貯留燃料量算出手段と、
   前記クランクケース内の貯留燃料のうち前記燃料再流入手段を通じて吸気系に流入される再流入燃料量を算出する再流入燃料量算出手段と、
   前記算出した再流入燃料量を基に前記燃料噴射量を補正する補正手段と、
   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。
8. 前記吸気ポートや燃焼室の壁面に付着する燃料付着量と、実際に燃焼室内で燃焼に供される燃焼燃料量との関係をモデル化し、該モデルを用いて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を算出する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記未燃燃料量算出手段は、壁面付着燃料の一部が、シリンダ内壁とピストンとの摺動部の隙間を介してクランクケース側に漏れ出て未燃燃料になるとして前記未燃燃料量を算出する請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
9. 前記未燃燃料量算出手段は、前記筒内圧力の他に、機関温度情報をパラメータとして加えて前記未燃燃料量を算出する請求項７又は８に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
10. 前記クランクケース内の貯留燃料が気化する気化割合を機関温度情報に基づいて算出する手段を更に備え、
    前記再流入燃料量算出手段は、前記クランクケース内の貯留燃料量と前記気化割合とに基づいて再流入燃料量を算出する請求項７乃至９の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

Images