JP2007100528A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 副燃料供給の実行中、要求燃焼燃料量および副燃料量を過不足なく決定できることで、燃費やドライバビリティを向上させることができるとともに、触媒の浄化能力を適切に発揮させることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 排ガス浄化用の触媒１５をその浄化能力を発揮させる所定の状態に制御すべく、膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に気筒３ａ内に燃料を副燃料として供給する副燃料供給を行う内燃機関３の制御装置１は、副燃料供給の実行中、排ガスの酸素濃度が触媒１５を所定の状態に制御可能な所定の酸素濃度になるように、要求全燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔを算出し（ステップ３１）、出力を得るために供給すべき要求燃焼燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎを決定し（ステップ２５）、要求全燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔと要求燃焼燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎとの偏差に基づき、副燃料の量ＴＣＹＬ＿３ｒｄを決定する（ステップ３２）。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、排ガスを浄化する触媒をその浄化能力を発揮させるための所定の状態に制御するために、内燃機関の膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に気筒内に燃料を副燃料として供給する副燃料供給を実行する内燃機関の制御装置に関する。

従来、この種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、燃料を気筒内に直接噴射する筒内噴射式のものであり、その排気管には、排ガスを浄化するためのＮＯｘ触媒が設けられている。この制御装置では、ＮＯｘ触媒に吸着されたイオウ成分が大きくなったときには、このイオウ成分を放出させ、ＮＯｘ触媒の排ガス浄化能力を回復させるために、内燃機関の出力を得るための通常の燃料噴射に加えて、膨張行程中に燃料を噴射する膨張行程噴射を実行する。また、これらの出力用および膨張行程時用の噴射燃料量の総和は、排ガスがリッチ状態になるように算出されるとともに、両者の噴射燃料量の割合は、ＮＯｘ触媒に要求される温度や内燃機関の回転数に従って決定される。

しかし、この従来の制御装置では、上述したように、膨張行程噴射の実行中、出力用および膨張行程時用の噴射燃料量の割合を、ＮＯｘ触媒の要求温度や内燃機関の回転数に従って決定するので、出力用の噴射燃料量がそのときの吸入空気量に対して過小または過大になる場合がある。その場合には、膨張行程噴射の実行中に、燃費が悪化するとともに、内燃機関の所望の出力が得られず、ドライバビリティが悪化するおそれがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、副燃料供給の実行中、出力を得るための要求燃焼燃料量および触媒の浄化能力を発揮させるための副燃料量をいずれも過不足なく適切に決定でき、それにより、燃費およびドライバビリティを向上させることができるとともに、触媒の浄化能力を適切に発揮させることが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。

特開平１１−１０７８１３号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、排ガスを浄化する触媒１５をその浄化能力を発揮させるための所定の状態に制御するために、内燃機関３の膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に気筒３ａ内に燃料を副燃料として供給する副燃料供給を実行する内燃機関３の制御装置１であって、副燃料供給の実行中、排ガスの酸素濃度が触媒１５を所定の状態に制御することが可能な所定の酸素濃度（実施形態における（以下、本項において同じ）ストイキ酸素濃度）になるように、要求全燃料量（ストイキ用燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔ）を算出する要求全燃料量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３１）と、内燃機関３の出力を得るために気筒３ａ内に供給すべき要求燃焼燃料量（膨張行程噴射時用の要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎ）を決定する要求燃焼燃料量決定手段（ＥＣＵ２、ステップ２５）と、要求全燃料量と要求燃焼燃料量との偏差に基づいて、副燃料の量（膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄ）を決定する副燃料量決定手段（ＥＣＵ２、ステップ３２）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、排ガスの酸素濃度が触媒をその浄化能力を発揮させるための所定の状態に制御することが可能な所定の酸素濃度になるように、要求全燃料量が要求全燃料量算出手段によって算出される。また、内燃機関の出力を得るために気筒内に供給すべき要求燃焼燃料量が、要求燃焼燃料量決定手段によって決定され、要求全燃料量と要求燃焼燃料量との偏差に基づいて、副燃料の量が副燃料量決定手段によって決定される。このように、出力用の要求燃焼燃料量が、副燃料量とは独立して決定される。したがって、要求燃焼燃料量を、副燃料量に影響されることなく、過不足なく適切に決定できるので、燃費およびドライバビリティを向上させることができる。

また、副燃料は、膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に気筒内に供給されるので、内燃機関で燃焼せずに、出力を得るための燃料の燃焼により生成された排ガスとともに、内燃機関から排出された後、燃焼する。本発明によれば、上述したようにして算出した要求全燃料量と要求燃焼燃料量との偏差に基づいて副燃料量を決定するので、要求燃焼燃料量と副燃料量の総和が、排ガスの酸素濃度が触媒をその浄化能力を発揮させるための所定の状態に制御することが可能な所定の酸素濃度になるように決定される。これにより、副燃料量を過不足なく決定できるとともに、出力を得るための要求燃焼燃料量と副燃料量が燃焼した後の排ガスの酸素濃度を、所定の酸素濃度に適切に制御でき、それにより、触媒を所定の状態に制御できるので、触媒の浄化能力を適切に発揮させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、内燃機関３は、互いに異なる空燃比の混合気をそれぞれ燃焼させる複数の燃焼モードを有し、副燃料の供給は、触媒１５を昇温するために行われ、内燃機関３の運転状態を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２１、ＥＣＵ２、ステップ４１）と、検出された運転状態（エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ）に応じて、複数の燃焼モードのうちの１つに燃焼モードを決定する燃焼モード決定手段（ＥＣＵ２、ステップ５２〜５６、図１４）と、副燃料供給の実行中に、燃焼モード決定手段による燃焼モードの切換を禁止する燃焼モード切換禁止手段（ＥＣＵ２、ステップ５１）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、検出された内燃機関の運転状態に応じて、複数の燃焼モードのうちの１つに、燃焼モードが燃焼モード決定手段によって決定され、副燃料供給の実行中には、この燃焼モード決定手段による燃焼モードの切換が、燃焼モード切換禁止手段によって禁止される。本発明では、複数の燃焼モード間で、燃焼される混合気の空燃比が異なることから、それに応じて、排ガスの温度も異なるため、触媒の昇温に必要な副燃料量は、燃焼モードごとに異なる。このため、副燃料の供給中に燃焼モードが切り換えられると、供給した副燃料の量が、必要な燃料量に対して過大または過小になるおそれがあり、前者の場合には燃費が悪化し、後者の場合には触媒を十分に昇温できない。本発明によれば、上述したように、副燃料供給の実行中は、燃焼モードの切換を禁止し、排ガスの温度を維持するので、副燃料を過不足なく供給でき、したがって、良好な燃費を達成できるとともに、触媒を適切に昇温することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による制御装置を適用した内燃機関３を概略的に示している。内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば直列４気筒タイプのガソリンエンジンである。

各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間には、燃焼室３ｄ（１組のみ図示）が形成されている。また、シリンダヘッド３ｃには、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６および点火プラグ７（図２参照）が、燃焼室３ｄに臨むように取り付けられており、インジェクタ６は、気筒３ａ内の点火プラグ７の近傍に、燃料を直接噴射するように構成されている。すなわち、エンジン３は、スプレーガイデッド式の直噴エンジンである。また、インジェクタ６の開弁時間および開弁タイミングと点火プラグ７の点火時期は、制御装置１のＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される。

エンジン３には、クランク角センサ２１（運転状態検出手段）および水温センサ２２が設けられている。クランク角センサ２１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップ（いずれも図示せず）で構成されており、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、ＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。上記のＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

上記の水温センサ２２は、エンジン３のシリンダブロック３ｆ内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

吸気管４には、上流側から順に、エアーフローセンサ２３、スロットル弁機構８および吸気温センサ２４が、それぞれ設けられている。エアーフローセンサ２３は、吸気管４内を流れる新気の流量（以下「新気流量」という）ＧＩＮを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。吸気温センサ２４は、気筒３ａに吸入される空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

スロットル弁機構８は、スロットル弁８ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ８ｂを有している。スロットル弁８ａは、吸気管４内に回動自在に設けられており、その回動に伴う開度の変化により吸気管４内の新気流量ＧＩＮを変化させる。ＴＨアクチュエータ８ｂは、モータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの駆動信号で駆動され、それにより、スロットル弁８ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨが制御される。このスロットル弁開度ＴＨは、スロットル弁開度センサ２５によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

排気管５には、上流側から順に、ＬＡＦセンサ２６および触媒１５がそれぞれ設けられている。ＬＡＦセンサ２６は、理論空燃比よりもリッチな領域から極リーンまでの広範囲な空燃比の領域において、排気管５内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２６で検出された酸素濃度に基づいて、燃焼室３ｄで燃焼した混合気の実際の空燃比を表す検出空燃比ＫＡＣＴを算出する。この場合、検出空燃比ＫＡＣＴは当量比として算出される。また、触媒１５は、三元触媒およびＮＯｘ吸着触媒を組み合わせたものであり、エンジン３の排ガス中のＮＯｘ、ＣＯおよびＨＣを浄化する。

また、エンジン３には、ＥＧＲ装置１６が設けられている。このＥＧＲ装置１６は、燃焼によって生成されるＮＯｘの量を低減するために、排気管５内の排ガスを吸気管４内に還流させる外部ＥＧＲ動作を実行するものであり、排気管５の触媒１５よりも上流側と吸気管４のスロットル弁機構８よりも下流側に接続されたＥＧＲ管１６ａと、ＥＧＲ管１６ａを開閉するＥＧＲ制御弁１６ｂを有している。

ＥＧＲ制御弁１６ｂは、リニア電磁弁タイプのもので、ＥＣＵ２による制御に基づいて供給される電流のデューティ比ＥＧＲ＿ＤＵＴＹに応じて、そのリフト（以下「ＥＧＲリフト」という）がリニアに変化し、それにより、ＥＧＲ管１６ａの開度すなわち排気還流量（以下「外部ＥＧＲ量」という）を変化させる。また、ＥＧＲ制御弁１６ｂには、ＥＧＲリフトセンサ２７が取り付けられており、ＥＧＲリフトセンサ２７は、ＥＧＲ制御弁１６ｂの実際のＥＧＲリフトＬＡＣＴを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ＥＣＵ２にはさらに、大気圧センサ２８から、大気圧ＰＡを表す検出信号が、アクセル開度センサ２９から、アクセルペダルの操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。また、ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２９からの検出信号に応じ、エンジン３の運転状態を判定するとともに、判定した運転状態に応じて、エンジン３の燃焼モードを決定するとともに、決定された燃焼モードに従って、膨張行程噴射を含むインジェクタ６の燃料噴射制御処理などを実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、要求全燃料量算出手段、要求燃焼燃料量決定手段、副燃料量決定手段、運転状態検出手段、燃焼モード決定手段、および燃焼モード切換禁止手段に相当する。

上記の燃焼モードは、原則として、低負荷運転時には成層燃焼モードに、それ以外の運転時には均一燃焼モードにそれぞれ決定される。また、両燃焼モード間の切換時には、２回噴射燃焼モードに決定される。

上記の成層燃焼モードでは、燃料噴射を圧縮行程中に行うことによって、成層燃焼が行われる。また、成層燃焼モードでの混合気の空燃比Ａ／Ｆは、スロットル弁８ａをほぼ全開状態に制御することにより、理論空燃比よりも極めてリーンな空燃比Ａ／Ｆ（例えば２７〜６０）に制御される。一方、均一燃焼モードでは、燃料噴射を吸気行程中に行うことによって、均一燃焼が行われる。この場合の空燃比Ａ／Ｆは、成層燃焼モード時と比較して、スロットル弁８ａを小さな開度に制御し、新気流量ＧＩＮを小さくすることによって、リッチな空燃比Ａ／Ｆ（例えば１２〜２２）に制御される。また、２回噴射燃焼モードでは、原則として１燃焼サイクルの吸気行程中と圧縮行程中の２回に分けて、燃料が噴射され、成層燃焼モードよりもリッチな空燃比Ａ／Ｆ（例えば１２〜２２）で燃焼が行われる。

また、燃焼モードの決定は、図１３の燃焼モード決定処理によって行われる。本処理は所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに行われる。まず、ステップ５１（「Ｓ５１」と図示。以下同じ）では、膨張行程噴射フラグＦ＿ＥＸＥＭが「１」であるか否かを判別する。

この膨張行程噴射フラグＦ＿ＥＸＥＭは、後述するように、膨張行程噴射の実行条件が成立し、その実行中であるときに、「１」にセットされるものである。この答がＮＯで、膨張行程噴射の実行中でないときには、次のステップ５２以降において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図１４に示す燃焼モード決定マップに基づいて燃焼モードを決定する。この要求トルクＰＭＣＭＤは、図１１のステップ４１において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、図１２に示すＰＭＣＭＤマップを検索することによって算出される。このＰＭＣＭＤマップでは、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、また、アクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きな値に設定されている。

まず、ステップ５２では、ＮＥおよびＰＭＣＭＤが燃焼モード決定マップの成層燃焼域にあるか否かを判別する。この答がＹＥＳのときには、燃焼モードを成層燃焼モードに決定し、そのことを表すために、燃焼モードモニタＳＴ＿ＥＭＯＤを「２」にセットする（ステップ５３）。一方、上記ステップ５２の答がＮＯのときには、ＮＥおよびＰＭＣＭＤが均一燃焼域のうちのリーン燃焼域にあるか否かを判別し（ステップ５４）、その答がＹＥＳのときには、燃焼モードをリーン燃焼モードに決定し、燃焼モードモニタＳＴ＿ＥＭＯＤを「１」にセットする（ステップ５５）。

一方、上記ステップ５４の答がＮＯのとき、すなわち、ＮＥおよびＰＭＣＭＤが均一燃焼域のうちのストイキ燃焼域にあるときには、燃焼モードをストイキ燃焼モードに決定し、燃焼モードモニタＳＴ＿ＥＭＯＤを「０」にセットする（ステップ５６）。なお、ストイキ燃焼域は、混合気を主として理論空燃比で燃焼させる領域に加えて、混合気を理論空燃比よりもリッチな空燃比で燃焼させるリッチ燃焼域も含むように設定されている。

一方、前記ステップ５１の答がＹＥＳで、膨張行程噴射の実行中であるときには、そのまま本処理を終了する。このように、膨張行程噴射の実行中には、燃焼モードモニタＳＴ＿ＥＭＯＤがそれまでの値に維持され、それにより、燃焼モードの切換が禁止される。

前記膨張行程噴射は、触媒１５を昇温し、活性化するために行われるものであり、膨張行程中に燃料をインジェクタ６から気筒３ａ内に噴射することにより、未燃燃料を排ガス中に含ませ、触媒１５で燃焼させることによって、触媒１５を昇温することで、その活性化が行われる。

また、ＥＣＵ２は、外部ＥＧＲ量を制御する。具体的には、まず、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、目標ＥＧＲ量マップ（図示せず）を検索することによって目標ＥＧＲ量を算出する。そして、算出した目標ＥＧＲ量に基づいて、ＥＧＲ制御弁１６ｂに供給する電流のデューティ比ＥＧＲ＿ＤＵＴＹを算出する。これにより、外部ＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量に制御される。

この目標ＥＧＲ量マップでは、目標ＥＧＲ量は、エンジン回転数ＮＥが第１所定回転数ＮＥ１（例えば１０００ｒｐｍ）以下の極低回転域では、小さな値に設定され、第２および第３の所定回転数ＮＥ２，ＮＥ３（例えばそれぞれ、１５００、２０００ｒｐｍ）の間の低〜中回転域では、大きな値に設定され、第４所定回転数ＮＥ４（例えば３５００ｒｐｍ）以上の中〜高回転域では、値０に設定されている。これは、極低回転域では、燃焼が安定していないので、多量の外部ＥＧＲ量の導入による燃焼のさらなる不安定化を防止するためであり、低〜中回転域では、燃焼が安定しているので、多量の外部ＥＧＲ量の導入によって、ＮＯｘの抑制を図るためであり、中〜高回転域では、エンジン３の高い出力を安定して確保するためである。また、目標ＥＧＲ量は、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、エンジン３の高い出力を安定して確保するためである。

次に、図３を参照しながら、インジェクタ６の燃料噴射を制御する処理について説明する。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。まず、ステップ１では、還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴを算出する。この還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴは、膨張行程噴射によって排ガス中に含まれた未燃燃料のうち、ＥＧＲ装置１６による外部ＥＧＲ動作に伴って気筒３ａ内に還流する燃料の量を表す。

図４は、この還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴの算出処理を示している。まず、ステップ１１では、触媒流入割合ＫＣＡＴを算出する。この触媒流入割合ＫＣＡＴは、膨張行程噴射された燃料量（以下「膨張行程噴射燃料量」という）のうちの、触媒１５に流入する燃料量の割合を表す。具体的には、触媒流入割合ＫＣＡＴは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図５に示すＫＣＡＴマップを検索することによって算出される。

このＫＣＡＴマップでは、触媒流入割合ＫＣＡＴは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに対し、前述した目標ＥＧＲ量とは逆の傾向に設定されている。具体的には、前述したエンジン３の極低回転域では、１．０未満の比較的大きな値に設定され、低〜中回転域では、最も小さな値に設定され、中〜高回転域では、値１．０に設定され、また、ＰＭＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、前述したように、目標ＥＧＲ量は、ＥＧＲ管１６ａを介して気筒３ａ内に還流する排ガスの量の目標値であるのに対し、触媒流入割合ＫＣＡＴは、膨張行程噴射燃料量のうちの、ＥＧＲ管１６ａに流入しない残りの排ガスとともに触媒１５に流入する燃料量の割合を表すためである。

次いで、むだ時間τを算出する（ステップ１２）。このむだ時間τは、膨張行程噴射された燃料が、その噴射後、ＥＧＲ管１６ａに流入するまでのむだ時間を、その間に発生するＴＤＣ信号の数で表したものである。具体的には、むだ時間τは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図６に示すτマップを検索することによって算出される。

このマップでは、むだ時間τは、エンジン回転数ＮＥが低いほど、また、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが低いほど、ＴＤＣ信号の発生間隔が長くなるので、排ガスの流速を一定とすれば、同じむだ時間に対して、ＴＤＣ信号の発生回数が少なくなるためである。また、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、排ガスの流速がより高くなるためである。

次に、前記ステップ１１および１２でそれぞれ算出した触媒流入割合ＫＣＡＴおよびむだ時間τを用い、次式（１）によって、流入燃料量ＴＥＸＪＩＮを算出する（ステップ１３）。この流入燃料量ＴＥＸＪＩＮは、膨張行程噴射燃料量のうち、ＥＧＲ管１６ａに流入した燃料量（以下「流入燃料量」という）を表し、ＴＥＸＪＩＮ（ｎ）は、その今回値である。
ＴＥＸＪＩＮ（ｎ）＝（１−ＫＣＡＴ）・ＴＣＹＬ＿３ｒｄ（ｎ−τ）
……（１）
ここで、ＴＣＹＬ＿３ｒｄは、実際の膨張行程噴射燃料量であり、後述するようにして算出される。また、記号（ｎ）付きの各離散データは、ＴＤＣ信号の発生ごとに算出またはサンプリングされたデータであることを示している。なお、以下の説明では、今回値であることを示す（ｎ）を適宜、省略する。

前述した触媒流入割合ＫＣＡＴの定義から、式（１）中の（１−ＫＣＡＴ）は、膨張行程噴射燃料量に対する流入燃料量の割合を表す。また、前述したむだ時間τの定義から、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄ（ｎ−τ）は、むだ時間τ前に膨張行程噴射された実際の燃料量を表す。したがって、式（１）によって、今回の流入燃料量ＴＥＸＪＩＮ（ｎ）を適切に算出することができる。

次いで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図７に示すαマップを検索することによって、直接流入割合αを算出する（ステップ１４）。この直接流入割合αは、流入燃料量のうちの、気筒３ａに直接流入する燃料量の割合を表す。

このαマップでは、直接流入割合αは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、ＮＥが高いほど、また、ＰＭＣＭＤが大きいほど、新気流量ＧＩＮが大きいことから、ＥＧＲ管１６ａに流入した燃料が気筒３ａに直接流入しにくいためである。

次に、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図８に示すβマップを検索することによって、間接流入割合βを算出する（ステップ１５）。この間接流入割合βは、ＥＧＲ管１６ａに流入した後、気筒３ａに直接流入せずに、ＥＧＲ管１６ａ内や吸気管４内に滞留している燃料量（以下「滞留燃料量」という）のうちの、気筒３ａに流入する燃料量の割合を表す。

このβマップでは、間接流入割合βは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、ＮＥが高いほど、また、ＰＭＣＭＤが大きいほど、新気流量ＧＩＮがより大きいことから、ＥＧＲ管１６ａ内などに滞留している燃料が気筒３ａに流入しにくいためである。

次いで、前記ステップ１３〜１５でそれぞれ算出した流入燃料量ＴＥＸＪＩＮ（ｎ）、直接流入割合αおよび間接流入割合βを用い、次式（２）によって、還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴを算出する（ステップ１６）。
ＴＥＸＪＯＵＴ（ｎ）＝α・ＴＥＸＪＩＮ（ｎ）＋β・ＴＥＸＪ（ｎ−１）
……（２）
ここで、ＴＥＸＪは滞留燃料量である。

次に、滞留燃料量の今回値ＴＥＸＪ（ｎ）を、その前回値ＴＥＸＪ（ｎ−１）、流入燃料量ＴＥＸＪＩＮ（ｎ）、直接流入割合αおよび間接流入割合βを用い、次式（３）によって算出し（ステップ１７）、本処理を終了する。
ＴＥＸＪ（ｎ）＝（１−α）・ＴＥＸＪＩＮ（ｎ）
＋（１−β）・ＴＥＸＪ（ｎ−１） ……（３）

前述した直接流入割合αおよび間接流入割合βの定義から明らかなように、式（３）中の（１−α）・ＴＥＸＪＩＮ（ｎ）は、今回の流入燃料量ＴＥＸＪＩＮ（ｎ）のうち、ＥＧＲ管１６ａ内などに滞留する滞留燃料量を表し、（１−β）・ＴＥＸＪ（ｎ−１）は、前回の滞留燃料量ＴＥＸＪ（ｎ−１）のうち、引き続き滞留する滞留燃料量を表す。したがって、式（３）によって、今回の滞留燃料量ＴＥＸＪ（ｎ）を適切に算出することができる。

図３に戻り、前記ステップ１に続くステップ２では、膨張行程噴射フラグＦ＿ＥＸＥＭが「１」であるか否かを判別する。ここで、膨張行程噴射の実行条件は、成層燃焼モード中であって、触媒１５の推定温度が第１所定温度（例えば５００℃）以下のときに成立していると判定される。なお、この触媒１５の温度の推定は、エンジン回転数ＮＥや要求トルクＰＭＣＭＤに基づいて行われる。さらに、膨張行程噴射は、触媒１５の推定温度が第１所定温度よりも高い第２所定温度（例えば６００℃）に達したとき、または、膨張行程噴射の開始後、所定時間（例えば１ｓｅｃ）が経過したときに終了し、それに伴い、膨張行程噴射フラグＦ＿ＥＸＥＭが「０」にリセットされる。

上記ステップ２の答がＮＯで、膨張行程噴射の実行条件が成立していないときには、膨張行程噴射を行わない通常運転時用の要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔを次式（４）によって算出する（ステップ３）。この要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔは、通常運転時に、エンジン３の所要の出力や排ガス特性などを得るために燃焼させるべき燃料の量である。
ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔ＝ＴＩＭ・ＫＣＭＤ・ＫＡＦ・ＫＴＯＴＡＬ ……（４）

この式（４）において、ＴＩＭ、ＫＣＭＤ、ＫＡＦおよびＫＴＯＴＡＬはそれぞれ、基本燃料噴射量、目標空燃比、空燃比補正係数および総補正係数である。なお、基本燃料噴射量ＴＩＭは、新気流量ＧＩＮに応じて、目標空燃比ＫＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、それぞれ算出される。空燃比補正係数ＫＡＦは、検出空燃比ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤになるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって算出される。総補正係数ＫＴＯＴＡＬは、エンジン水温ＴＷ、吸気温ＴＡおよび大気圧ＰＡなどに応じて算出される。

次いで、算出した要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔと前記ステップ１で算出した還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴを用い、次式（５）によって、実主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄを算出する（ステップ４）。
ＴＣＹＬ＿２ｎｄ＝ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔ−ＴＥＸＪＯＵＴ ……（５）
インジェクタ６の開弁時間および開弁タイミングは、算出した実主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄに従って制御される。

次に、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄを値０に設定し（ステップ５）、本処理を終了する。これにより、膨張行程噴射が停止される。

一方、前記ステップ２の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＥＸＥＭ＝１）で、膨張行程噴射の実行条件が成立しているときには、膨張行程噴射時用の要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎを算出する（ステップ６）。この要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎは、膨張行程噴射時に、エンジン３の所要の出力や排ガス特性などを得るために燃焼させるべき燃料の量である。

図９は、この要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎの算出処理を示している。まず、ステップ２１では、膨張行程噴射フラグの前回値Ｆ＿ＥＸＥＭＺが「０」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳのとき、すなわち、今回が膨張行程噴射を開始した直後のループであるときには、要求トルクの前回値ＰＭＣＭＤ（ｎ−１）を、直前要求トルクＰＭＥＸＥＭＩＮとして設定する（ステップ２２）とともに、前回のループで算出された通常運転時用の要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔを、直前要求燃料量ＴＣＹＬＥＸＥＭＩＮとして設定し（ステップ２３）、ステップ２４に進む。一方、上記ステップ２１の答がＮＯのときには、上記ステップ２２および２３をスキップし、ステップ２４に進む。

このステップ２４では、係数ＫＮＥを、エンジン回転数ＮＥに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出する。このマップでは、係数ＫＮＥは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。

次いで、要求トルクＰＭＣＭＤ、上記ステップ２２〜２４でそれぞれ求めた直前要求トルクＰＭＥＸＥＭＩＮ、直前要求燃料量ＴＣＹＬＥＸＥＭＩＮおよび係数ＫＮＥを用い、次式（６）によって、要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎを算出し（ステップ２５）、本処理を終了する。
ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎ＝（ＰＭＣＭＤ−ＰＭＥＸＥＭＩＮ）・ＫＮＥ
＋ＴＣＹＬＥＸＥＭＩＮ ……（６）
このように、膨張行程噴射時用の要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎは、膨張行程噴射の開始直前の要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔ（ＴＣＹＬＥＸＥＭＩＮ）および要求トルクＰＭＣＭＤ（ＰＭＥＸＥＭＩＮ）をベースとして、今回の要求トルクＰＭＣＭＤに応じて算出される。

図３に戻り、前記ステップ６に続くステップ７では、算出した要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎおよび還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴを用い、次式（７）によって、実主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄを算出する（ステップ７）。
ＴＣＹＬ＿２ｎｄ＝ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎ−ＴＥＸＪＯＵＴ ……（７）
インジェクタ６の開弁時間および開弁タイミングは、算出した実主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄに従って制御される。

次いで、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄを算出し（ステップ８）、本処理を終了する。図１０は、この膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄの算出処理を示している。まず、ステップ３１では、ストイキ用燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔを算出する。この算出は、前記ステップ３で用いた基本燃料噴射量ＴＩＭや総補正係数ＫＴＯＴＡＬを用い、次式（８）によって行われる。
ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔ＝ＴＩＭ・ＫＲＥＦ・ＫＴＯＴＡＬ ……（８）
ここで、ＫＲＥＦは、前記ステップ３で用いた、空燃比を理論空燃比に制御しているときに学習された空燃比補正係数ＫＡＦの学習値である。この学習値ＫＲＥＦは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに対応させて、ＥＣＵ２のＲＡＭに記憶されており、上記のストイキ用燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔの算出には、そのときのエンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに対応した学習値ＫＲＥＦが用いられる。これにより、ストイキ用燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔは、空燃比が理論空燃比になるように算出される。

次に、算出したストイキ用燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔと、前記ステップ２５で算出した要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎと、触媒流入割合ＫＣＡＴを用い、次式（９）によって、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄを算出し（ステップ３２）、本処理を終了する。以上のように膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄが算出されると、その分の燃料が膨張行程中に噴射されるように、インジェクタ６の開弁時間および開弁タイミングが制御され、それにより、膨張行程噴射が行われる。
ＴＣＹＬ＿３ｒｄ＝（ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔ−ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎ）
／ＫＣＡＴ ……（９）

膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄを上記のようにして算出するのは、次の理由による。すなわち、触媒１５を速やかに昇温し、活性化するためには、できるだけ多くの燃料を触媒１５で燃え残りを発生させずに完全に燃焼させるのが有効であり、そのためには、触媒１５で燃料が燃焼した後の排ガスの酸素濃度が、理論空燃比の混合気が燃焼したときに生成される排ガスの酸素濃度（以下「ストイキ酸素濃度」という）になるように、触媒１５で燃焼させる燃料量を決定するのが好ましい。

したがって、式（９）に示すように、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄのうちの触媒１５に流入する燃料量（ＴＣＹＬ＿３ｒｄ・ＫＣＡＴ）と要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎとの総和が、ストイキ用燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔになるように、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄを算出し、膨張行程噴射を行うことによって、膨張行程噴射した燃料が触媒１５で燃焼した後の排ガスの酸素濃度を、ストイキ酸素濃度になるように制御することができる。

以上のように、本実施形態によれば、上記式（９）によって、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄを、ストイキ用燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔと要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎとの偏差に基づいて算出する。したがって、要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎを、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄに影響されることなく、過不足なく適切に決定できるので、燃費およびドライバビリティを向上させることができる。また、式（９）によって、膨張行程噴射した燃料が触媒１５で燃焼した後の排ガスの酸素濃度がストイキ酸素濃度になるように、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄを算出する。したがって、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄを過不足なく適切に算出できるので、触媒１５を速やかに昇温し、活性化することができる。

さらに、前記ステップ５１によって、膨張行程噴射の実行中は、燃焼モードの切換を禁止するので、膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄを過不足なく供給できる。したがって、良好な燃費を達成することができるとともに、触媒１５を適切に昇温することができる。

また、前記式（６）によって、膨張行程噴射時用の要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎを、今回の要求トルクＰＭＣＭＤに応じて算出するので、エンジン３の出力トルクを、その時点での要求トルクＰＭＣＭＤに見合うように制御することができる。さらに、要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎを、直前要求トルクＰＭＥＸＥＭＩＮおよび直前要求燃料量ＴＣＹＬＥＸＥＭＩＮをベースとして算出するので、膨張行程噴射の実行開始の前後において、出力トルクを、その段差を生じることなく、なめらかに制御することができる。以上により、膨張行程噴射の実行中に、出力トルクを、変動させることなく要求トルクＰＭＣＭＤに見合うように適切に制御でき、それにより、ドライバビリティを向上させることができる。

また、膨張行程噴射時に、要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎから還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴを減算することによって、実主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄを算出するので、外部ＥＧＲ動作が膨張行程噴射の実行中に行われた場合でも、安定したエンジン３の出力トルクを得ることができ、それにより、ドライバビリティを向上させることができる。さらに、還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴを、むだ時間τ、直接流入割合αおよび間接流入割合βに応じて算出するので、この算出を、膨張行程噴射された燃料の実際の挙動を反映させながら、適切に行うことができる。

また、膨張行程噴射時以外の通常運転時に、要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔから還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴを減算することによって、実主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄを算出する。これにより、膨張行程噴射の終了後、膨張行程噴射された燃料がＥＧＲ管１６ａ内などに滞留し続けているような場合でも、エンジン３の出力トルクを適切に制御できる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、触媒として、三元触媒およびＮＯｘ吸着触媒を組み合わせたものを用いているが、排ガスを浄化するものであれば、これに限らず、適当なものを用いてもよいことはもちろんである。また、実施形態では、膨張行程噴射を、触媒１５を昇温し、活性化するために行っているが、膨張行程中に燃料を噴射することによって、触媒をその浄化能力を発揮させる所定の状態に制御するものであれば、他の目的、例えば、ＮＯｘ吸着触媒に吸着されたイオウ成分を放出させるために行うものでもよい。さらに、実施形態では、膨張行程中に燃料を噴射する膨張行程噴射を行っているが、膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に燃料を噴射してもよい。

また、実施形態は、本発明をガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外の各種のエンジン、例えば、ディーゼルエンジンやクランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 制御装置の概略構成を示すブロック図である。 燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。 図３のステップ１におけるＴＥＸＪＯＵＴ算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図４の処理で用いられるＫＣＡＴマップの一例である。 図４の処理で用いられるτマップの一例である。 図４の処理で用いられるαマップの一例である。 図４の処理で用いられるβマップの一例である。 図３のステップ６におけるＴＣＹＬ＿ｍａｉｎ算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図３のステップ８におけるＴＣＹＬ＿３ｒｄ算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 ＰＭＣＭＤ算出処理を示すフローチャートである。 図１１の処理で用いられるＰＭＣＭＤマップの一例である。 燃焼モード決定処理を示すフローチャートである。 図１３の処理で用いられる燃焼モード決定マップの一例である。

符号の説明

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（要求全燃料量算出手段、要求燃焼燃料量決定手段、副燃料量決定手段、運
転状態検出手段、燃焼モード決定手段、燃焼モード切換禁止手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
１５ 触媒
２１ クランク角センサ（運転状態検出手段）
ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔ ストイキ用燃料量（要求全燃料量）
ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎ 膨張行程噴射時用の要求主噴射燃料量（要求燃焼燃料量）
ＴＣＹＬ＿３ｒｄ 膨張行程噴射燃料量（副燃料量）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＰＭＣＭＤ 要求トルク（内燃機関の運転状態）

Claims (2)

1. 排ガスを浄化する触媒をその浄化能力を発揮させるための所定の状態に制御するために、内燃機関の膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に気筒内に燃料を副燃料として供給する副燃料供給を実行する内燃機関の制御装置であって、
   前記副燃料供給の実行中、排ガスの酸素濃度が前記触媒を前記所定の状態に制御することが可能な所定の酸素濃度になるように、要求全燃料量を算出する要求全燃料量算出手段と、
   前記内燃機関の出力を得るために前記気筒内に供給すべき要求燃焼燃料量を決定する要求燃焼燃料量決定手段と、
   前記要求全燃料量と前記要求燃焼燃料量との偏差に基づいて、前記副燃料の量を決定する副燃料量決定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関は、互いに異なる空燃比の混合気をそれぞれ燃焼させる複数の燃焼モードを有し、
   前記副燃料の供給は、前記触媒を昇温するために行われ、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された運転状態に応じて、前記複数の燃焼モードのうちの１つに燃焼モードを決定する燃焼モード決定手段と、
   前記副燃料供給の実行中に、前記燃焼モード決定手段による前記燃焼モードの切換を禁止する燃焼モード切換禁止手段と、をさらに備え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。

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