JP2008014179A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内で生成した微粒子に起因する吸気バルブのデポジット量を考慮することで、空燃比を精度良く制御することが可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】運転領域に応じた筒内ＰＭ生成量を算出する（ステップ１０２）。筒内ＰＭ生成量と、ＩＶＯ及びバルブオーバーラップ量とに基づいて、吸気通路に吹き返されるＰＭ量であるＰＭ吹き返し量を算出する（ステップ１０４）。このＰＭ吹き返し量に基づいて、吸気バルブに堆積するデポジット量を推定する（ステップ１０６）。その後、デポジット量の積算値に基づいて、筒内吸入空気量を増量補正する（ステップ１１０）。
【選択図】図６

Description

本発明は、筒内燃料噴射型の内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に、筒内で生成した微粒子に起因する吸気バルブのデポジット量を考慮した空燃比制御装置に関する。

内燃機関の運転状態から吸気バルブに付着するデポジット量を予測し、デポジット量に応じて空燃比を制御する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平５−４４５２７号公報 特開２００３−２２７３７５号公報 特開平９−３０３１６５号公報 特開２００２−４７９９０号公報

吸気バルブにデポジットが付着すると、吸気バルブ傘部とバルブシートとのクリアランスが狭くなる。この場合、吸気バルブのリフト量が小さくなることと同視し得るため、所望の筒内吸入空気量が得られなくなる。そうすると、所望のエンジン出力が得られず、ドライバビリティが悪化してしまう可能性がある。よって、吸気バルブのデポジット量を精度良く推定することが望ましい。

しかしながら、上記特許文献１の装置によれば、運転状態に基づく吸気バルブのデポジットが考慮されているものの、筒内で生成した微粒子に起因する吸気バルブのデポジットが考慮されていない。筒内噴射型の内燃機関では、ポート噴射型の内燃機関に比して、筒内で生成する微粒子量が多い。このため、上記特許文献１の装置では吸気バルブに堆積するデポジット量を精度良く推定することができず、空燃比を精度良く制御することができないため、ドライバビリティの悪化を招来する可能性がある。

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、筒内で生成した微粒子に起因する吸気バルブのデポジット量を考慮することで、空燃比を精度良く制御することが可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供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、筒内燃料噴射型の内燃機関の空燃比制御装置であって、
気筒内に直接燃料を噴射する筒内インジェクタと、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記気筒内で生成される微粒子量である生成微粒子量を推定する生成微粒子量推定手段と、
前記気筒内で生成された後に吸気通路に吹き返される微粒子量である吹き返し量を推定する吹き返し微粒子量推定手段と、
前記吹き返し量に基づいて、吸気バルブに堆積するデポジット量を推定するデポジット量推定手段と、
前記デポジット量に基づいて、前記気筒内に吸入される空気量を補正する空気量補正手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、燃料噴射時期が排気バルブ閉弁時期よりも早い場合には、前記デポジット量に基づいて、前記筒内インジェクタから噴射される燃料量を補正する燃料噴射量補正手段を更に備えたことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、吸気バルブ温度を取得する吸気バルブ温度取得手段を更に備え、
前記デポジット量推定手段は、前記吹き返し量と前記吸気バルブ温度とに基づいて、前記デポジット量を推定することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、前記吸気バルブのリフト量を取得するリフト量取得手段を更に備え、
前記デポジット量推定手段は、前記吹き返し量と前記リフト量とに基づいて、前記デポジット量を推定することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１の発明において、前記吸気通路に供給されるオイル量を推定するオイル量推定手段を更に備え、
前記デポジット量推定手段は、前記吹き返し量と前記オイル量とに基づいて、前記デポジット量を推定することを特徴とする。

また、第６の発明は、第１の発明において、ＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得手段を更に備え、
前記デポジット量推定手段は、前記吹き返し量と前記ＥＧＲ率とに基づいて、前記デポジット量を推定することを特徴とする。

また、第７の発明は、第１の発明において、前記吹き返し微粒子量推定手段は、前記生成微粒子量と、前記吸気バルブの開弁時期と、前記吸気バルブと排気バルブとが共に開弁されているバルブオーバーラップ量とに基づいて、前記吹き返し量を推定することを特徴とする。

第１の発明によれば、気筒内で生成された後に吸気通路に吹き返される微粒子量である吹き返し量に基づいて、吸気バルブに堆積するデポジット量が推定される。筒内燃料噴射型の内燃機関では、ポート燃料噴射型の内燃機関に比して、気筒内で生成される生成微粒子量が多い。第１の発明によれば、この生成微粒子量から求められた吹き返し量を考慮することで、吸気バルブに堆積するデポジット量を精度良く求めることができる。さらに、このデポジット量に基づいて、気筒内に吸入される空気量が補正される。よって、空燃比を精度良く制御することができる。これにより、ドライバビリティの悪化並びにエミッション特性の悪化を防止することができる。

第２の発明によれば、燃料噴射時期が排気バルブ閉弁時期よりも早い場合には、すなわち、気筒内に噴射された燃料の一部が吸気通路に吹き返される場合には、デポジットによる燃料の吸着を考慮して、燃料噴射量が補正される。よって、空燃比を精度良く制御することができる。

第３の発明によれば、吸気バルブにおける微粒子のデポジット化に対して影響する吸気バルブ温度を考慮して、吸気バルブに堆積するデポジット量が推定される。これにより、特に、微粒子が焼き固められる温度範囲において、デポジット量をより精度良く推定することができる。

第４の発明によれば、吸気バルブにおける微粒子のデポジット化に対して影響する吸気バルブのリフト量を考慮して、吸気バルブに堆積するデポジット量が推定される。ここで、吸気バルブのリフト量に応じて、吸気バルブの開口を通過するガスの流速が異なる。よって、ガスの流速に基づいて吸気バルブへの微粒子の付着しやすさを考慮し、デポジット量を精度良く推定することができる。

第５の発明によれば、吸気バルブにおける微粒子のデポジット化に対して影響するオイル量を考慮して、吸気バルブに堆積するデポジット量が推定される。これにより、特に、オイルを含むブローバイガス量が吸気通路に多く還元される運転領域（高負荷運転領域）において、デポジット量をより精度良く推定することができる。

第６の発明によれば、吸気バルブにおける微粒子のデポジット化に対して影響するＥＧＲ率を考慮して、吸気バルブに堆積するデポジット量が推定される。特に、ＥＧＲ率が高い場合には、吸気通路に供給される既燃ガスに含まれる微粒子量が多くなることが考慮されるため、デポジット量をより精度良く推定することができる。

第７の発明によれば、吸気バルブ開弁時期とバルブオーバーラップ量を考慮することで、吸気通路に吹き返される微粒子量を精度良く推定することができる。

以下、図面を参照して本発明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。

実施の形態１．
［システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。本実施の形態１のシステムは、筒内燃料噴射型の内燃機関１を備えている。内燃機関１は複数の気筒を有しているが、図１には、そのうちの１気筒のみを示している。

内燃機関１は、内部にピストン２を有するシリンダブロック４を備えている。ピストン２は、クランク機構を介してクランク軸８と接続されている。クランク軸８は、シリンダブロック４の一部をなすクランクケース６の内部に設けられている。クランク軸８の近傍には、クランク角センサ１０が設けられている。クランク角センサ１０は、クランク軸８の回転角度（クランク角）を検出するように構成されている。また、シリンダブロック４には、内燃機関１の冷却水温Twを検出する冷却水温センサ１２が設けられている。クランクケース６の底部には、オイル１３を貯留するオイルパン１４が設けられている。

シリンダブロック４の上部にはシリンダヘッド１６が組み付けられている。シリンダヘッド１６は、シリンダヘッドカバー１７により覆われている。ピストン２上面からシリンダヘッド１６までの空間は燃焼室１８を形成している。シリンダヘッド１６には、燃焼室１８内（以下「筒内」ともいう。）に直接燃料を噴射するインジェクタ２０が設けられている。また、シリンダヘッド１６には、燃焼室１８内の混合気に点火する点火プラグ２２が設けられている。

シリンダヘッド１６は、燃焼室１８と連通する吸気ポート２４を備えている。吸気ポート２４と燃焼室１８との接続部には吸気バルブ２６が設けられている。吸気バルブ２６は、可変動弁機構２８に接続されている。可変動弁機構２８は、吸気バルブ２６の開弁特性（開閉弁時期，作用角）を変更可能に構成されている。

吸気ポート２４には、吸気通路３０が接続されている。吸気通路３０の途中にはサージタンク３２が設けられている。サージタンク３２の上流にはスロットルバルブ３４が設けられている。スロットルバルブ３４は、スロットルモータ３５により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ３４は、アクセル開度センサ３７により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ３４の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ３６が設けられている。スロットルバルブ３４の上流には、エアフロメータ３８が設けられている。エアフロメータ３８は吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ３８の上流にはエアクリーナ３９が設けられている。

また、シリンダヘッド１６は、燃焼室１８と連通する排気ポート４０を備えている。排気ポート４０と燃焼室１８との接続部には排気バルブ４２が設けられている。排気バルブ４２は、可変動弁機構４４に接続されている。可変動弁機構４４は、排気バルブ４２の開弁特性（開閉弁時期，作用角）を変更可能に構成されている。

排気ポート４０には排気通路４６が接続されている。排気通路４６には、排気ガスを浄化する触媒４８が設けられている。触媒４８の上流には、排気空燃比を検出する空燃比センサ５０が設けられている。

また、本実施の形態１のシステムは、ブローバイガスを還元するブローバイガス還元機構を有している。ブローバイガスとは、ピストン２とシリンダ壁面との隙間を通って、すなわち、ピストンリングの背面を通ってクランクケース６内に流れ込むガスである。ブローバイガスは、未燃燃料やオイルミストを含むガスである。このブローバイガス還元機構は、ブローバイガス通路５を備えている。ブローバイガス通路５は、シリンダヘッドカバー１７の内部とクランクケース６の内部とを連通するように形成されている。シリンダヘッドカバー１７には、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブ５１が設けられている。ＰＣＶバルブ５１は、負荷KLが高いほど、ＥＣＵ６０により大きな開度にされる流量制御弁である。ＰＣＶバルブ５１には、ＰＣＶ通路５２の一端が接続されている。ＰＣＶ通路５２の他端は、サージタンク３２よりも下流の吸気通路３０と連通している。また、シリンダヘッドカバー１７には、ＰＣＶ通路５２とは独立した通路５３の一端が接続されている。通路５３の他端は、スロットルバルブ３４よりも上流の吸気通路３０と連通している。

クランクケース６の内部にブローバイガスが流れ込むと、このブローバイガスは、ブローバイガス通路５を通ってシリンダヘッドカバー１７の内部に流れ込む。ＰＣＶバルブ５１が開弁されると、シリンダヘッドカバー１７内部のブローバイガスがＰＣＶ通路５２を通って吸気通路３０に戻される（還元される）。高負荷運転時には、シリンダヘッドカバー１７内部のブローバイガスは、ＰＣＶ通路５２だけでなく、通路５３を通って吸気通路３０に戻される。シリンダヘッドカバー１７若しくはＰＣＶ通路５２には、ブローバイガス中のオイルを分離するオイルトラップ機構（図示せず）が設けられているが、完全にオイルを分離することはできない。このため、吸気通路３０に戻されたブローバイガスは、オイル成分を含んでいる。この吸気通路３０に戻されたブローバイガスは、新気と共に燃焼室２２内に吸入される。
また、低負荷運転時には、通路５３を介してクランクケース６内に新気を導入することで、クランクケース６内の空気浄化性が高められる。

また、排気通路４６には、ＥＧＲ通路５４の一端が接続されている。ＥＧＲ通路５４の他端は、サージタンク３２に接続されている。ＥＧＲ通路５４の途中には、ＥＧＲクーラ５５が設けられている。ＥＧＲクーラ５５は、ＥＧＲ通路５４を流れる排気ガスを冷却するように構成されている。ＥＧＲクーラ５５よりもサージタンク３２側のＥＧＲ通路５４には、ＥＧＲバルブ５６が設けられている。ＥＧＲバルブ５６は、例えば、ステッピングモータにより開閉操作される流量制御弁である。このＥＧＲバルブ５６が開弁されると、排気通路４６を流れる排気ガス（既燃ガス）の一部が、ＥＧＲ通路５４及びＥＧＲクーラ５５を通って吸気通路３０に環流される。

また、本実施の形態１のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ２０、点火プラグ２２、可変動弁機構２８，４４、スロットルモータ３５、ＰＣＶバルブ５１、ＥＧＲバルブ５６等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ１０、冷却水温センサ１２、スロットル開度センサ３６、アクセル開度センサ３７、エアフロメータ３８、空燃比センサ５０等が接続されている。

ＥＣＵ６０は、クランク角センサ１０の出力に基づいて、エンジン回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度AAやスロットル開度TA等に基づいて、内燃機関１に要求される負荷KLを算出する。

ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づいて、所望のエンジン出力及び空燃比を実現すべく、インジェクタ２０からの燃料噴射量を算出する。また、ＥＣＵ６０は、冷却水温Twが低い場合には、燃料の揮発性が低いことを考慮して、燃料噴射量を増量補正する冷間時増量補正を実行する。また、ＥＣＵ６０は、負荷KLが高い場合には、燃料噴射量を増量するパワー増量補正を実行する。
また、ＥＣＵ６０は、内燃機関１の運転状態に応じて、所望のＥＧＲ率を得るべく、ＥＧＲバルブ５６の制御を実行する。

［実施の形態１の特徴］
上記の筒内噴射型システムにおいては、インジェクタ２０から高圧燃料を筒内に直接噴射している。このため、ポート噴射型システムとは異なり、ピストン頂面やシリンダ壁面等に液状の燃料が付着することとなる。冷間運転時には、ピストン２やシリンダ壁面の温度が低いため、筒内に付着した液状燃料の揮発性が悪くなる。また、温間運転時であっても、特に高負荷運転時には燃料噴射量が多くされる（すなわち、上記パワー増量が実行される）。また、筒内噴射型システムでは、ポート噴射型システムに比して、燃料噴射時期から点火時期までの時間が短いため、液状燃料が揮発する時間が短くなる。このような理由により、揮発せず筒内に付着したままの液状燃料量が多くなる。この液状燃料は、空気と接する表面部分から徐々に燃焼していく。しかし、液状燃料の中心部分まで燃えきらない場合には、筒内に付着した液状燃料が高圧・高温条件下に晒されることとなる。そうすると、液状燃料が焼き固められてしまい、筒内においてカーボンを主成分とする浮遊粒子状物質（Particulate matter material；以下「ＰＭ」という。）が生成される。

このように筒内で生成されたＰＭ（微粒子）の全てが排気通路４６に排出されるのではなく、例えば、バルブオーバーラップ期間中に、ＰＭの一部は吸気通路３０に吹き返される。その結果、吸気バルブ２６の周りにＰＭが浮遊することとなる。吸気通路３０に存在するオイル成分をバインダーとして、吸気バルブ２６の傘部にＰＭが付着することとなる。この付着したＰＭがシリンダからの熱により焼き固められると、吸気バルブ２６の傘部にデポジットが堆積することとなる。また、吸気通路３０の壁面にデポジットが堆積してしまう場合もある。

吸気バルブ２６にデポジットが堆積すると、吸気バルブ２６とバルブシートとの隙間が狭くなる。これは、吸気バルブ２６のリフト量が小さくなることと同視し得る。そうすると、所望の吸入空気量を得ることができないため、所望のエンジン出力を得ることができず、ドライバビリティが悪化する可能性がある。特に過渡時において、所望の加速性を得ることができず、車両運転者による更なるアクセル操作が必要となってしまう。また、所望の空燃比を実現できないため、エミッション特性が悪化する可能性もある。

また、排気バルブ閉弁時期よりも燃料噴射時期が早い場合には、バルブオーバーラップ期間中に、筒内に噴射された燃料の一部が吸気通路３０に吹き返され、再度筒内に吸入される。しかし、上記のように吸気バルブ２６にデポジットが堆積している場合には、このデポジットにより燃料が吸着されてしまう。そうすると、所望のエンジン出力を得ることができず、ドライバビリティが悪化する可能性がある。特に、過渡時において、パワー増量を行っているにも関わらず、所望の加速性を得ることができず、車両運転者による更なるアクセル操作が必要となってしまう。また、この場合も、所望の空燃比を実現できないため、エミッション特性が悪化する可能性もある。

既述した特許文献１によれば、運転状態に基づく吸気バルブのデポジットを考慮して空燃比が制御されている。しかし、上述したように、筒内噴射型の内燃機関では、ポート噴射型の内燃機関に比して、筒内で生成されるＰＭの量が多い。よって、このＰＭに起因する吸気バルブのデポジットを考慮しなければ、空燃比を精度良く制御することができない可能性がある。そうすると、ドライバビリティ悪化やエミッション特性悪化を招来する可能性がある。

そこで、本実施の形態１では、先ず、筒内で生成されるＰＭの量（以下「筒内ＰＭ生成量」という。）を推定する。図２は、軸トルク及びエンジン回転数に対する筒内ＰＭ生成量の等高線を示す図である。例えば、軸トルクとエンジン回転数が共に低い場合のように、燃焼状態が比較的悪い場合には、筒内ＰＭ生成量が多くなる。かかる図２に示された関係をＥＣＵ６０に取り込むため、図３に示すような二次元のテーブルを予め作成しておく。
図３は、筒内ＰＭ生成量を推定するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。図３に示すマップでは、エンジン回転数NEと負荷KLにより定められる運転領域毎に筒内ＰＭ生成量がそれぞれ定められている。

そして、上記のように推定された筒内ＰＭ生成量に基づいて、吸気通路３０に吹き返されるＰＭの量（以下「ＰＭ吹き返し量」という。）を推定する。すなわち、吸気バルブ２６の傘部付近に存在するＰＭの量を推定する。図４は、ＰＭ吹き返し量を推定するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。図４に示すマップには、筒内で生成されたＰＭが吸気通路３０に吹き返される割合（以下「吹き返し率」という。）が、吸気バルブ開弁時期（ＩＶＯ）とバルブオーバーラップ量との関係で定められている。ここで、バルブオーバーラップ量は、吸気バルブ２６と排気バルブ４２とが共に開弁されている期間（クランク角）である。図４に示すマップでは、バルブオーバーラップ量が多いほど、吹き返し率が高く設定されている。また、吸気バルブ開弁時期がＴＤＣよりも早い場合には、遅い場合に比して、吹き返し率が高く設定されている。
図４に示すマップを参照してＰＭ吹き返し率を求め、この求めたＰＭ吹き返し率を上記筒内ＰＭ生成量に乗ずることにより、ＰＭ吹き返し量を推定することができる。

そして、上記のように推定されたＰＭ吹き返し量に基づいて、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量を推定する。図５は、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量を推定するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。図５に示す関係は、実車を用いて予め行われた数多くの耐久試験から車種毎に求めることができる。図５に示すマップによれば、ＰＭ吹き返し量が多いほど、吸気バルブ２６に多量のデポジット量が堆積すると推定される。

さらに、上記のように推定されたデポジット量に基づいて、筒内吸入空気量を補正する。ここで、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量が多いほど、吸気バルブ２６とバルブシートとの隙間が狭くなるため、筒内吸入空気量はより少なくなる。このため、デポジット量が多いほど、筒内吸入空気量の増量補正量がより多くされる。なお、筒内吸入空気量を増量補正する方法としては、スロットル開度TAを大きくする方法のほか、可変動弁機構２８を用いて吸気バルブ２６の作用角及び／又はリフト量を大きくする方法等がある。

また、燃料噴射時期が排気バルブ閉弁時期（ＥＶＣ）よりも早い場合には、筒内に噴射された燃料の一部が吸気通路３０に吹き返される。吸気バルブ２６に堆積したデポジットはカーボンを主成分とする他孔性物質である。このため、吸気通路３０に吹き返された燃料の一部が、吸気バルブ２６に堆積したデポジットにより吸着されてしまう。そこで、本実施の形態１では、このデポジットによる燃料の吸着を考慮して、上記の推定されたデポジット量に基づいて、燃料噴射量を増量補正する。具体的には、デポジット量が多いほど燃料吸着量も多くなるため、燃料噴射量の補正量も多くされる。

本実施の形態１によれば、運転領域に応じて筒内ＰＭ生成量が求められ、この筒内ＰＭ生成量とＩＶＯ及びバルブオーバーラップ量を考慮してＰＭ吹き返し量が求められる。そして、このＰＭ吹き返し量に基づいて吸気バルブ２６に堆積するデポジット量が推定され、このデポジット量を考慮して筒内吸入空気量が補正される。
また、燃料噴射時期が排気バルブ閉弁時期よりも早い場合には、吸気バルブ２６に堆積したデポジットによる燃料の吸着を考慮して、燃料噴射量が増量補正される。
このように、筒内で生成したＰＭに起因する吸気バルブ２６のデポジット量を考慮して、筒内吸入空気量及び／又は燃料噴射量を補正することで、空燃比を精度良く制御することができる。よって、ドライバビリティ悪化及びエミッション特性悪化を防止することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図６は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の間隔毎に起動されるものである。

図６に示すルーチンによれば、先ず、エンジン回転数NEと負荷KLとを取得する（ステップ１００）。次に、図３に示すマップを参照して、上記ステップ１００で取得されたエンジン回転数NEと負荷KLとに対応する運転領域の筒内ＰＭ生成量を算出する（ステップ１０２）。

次に、上記ステップ１０２で算出された筒内ＰＭ生成量と、吸気バルブ開弁時期（ＩＶＯ）及びバルブオーバーラップ量とに基づいて、吸気通路３０へのＰＭ吹き返し量を算出する（ステップ１０４）。このステップ１０４では、先ず、図４に示すマップを参照して、吸気バルブ開弁時期及びバルブオーバーラップ量に応じたＰＭの吹き返し率を求める。そして、この求めた吹き返し率を上記ステップ１０２で算出された筒内ＰＭ生成量に乗ずることにより、ＰＭ吹き返し量が求められる。

次に、図５に示すマップを参照して、上記ステップ１０４で推定されたＰＭ吹き返し量に基づいて、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量を推定する（ステップ１０６）。そして、上記ステップ１０６で推定されたデポジット量を、前回までのデポジット量に積算する（ステップ１０８）。
その後、上記ステップ１０８で求めたデポジット量の積算値に基づいて、筒内吸入空気量を増量補正する（ステップ１１０）。筒内吸入空気量を増量補正する手段としては、スロットル開度TAを大きく補正する方法、可変動弁機構２８により吸気バルブ２６の作用角及び／又はリフト量を大きく補正する方法のうちで少なくとも１つを選択することができる。

次に、燃料噴射時期が排気バルブ閉弁時期（ＥＶＣ）よりも早いか否かを判別する（ステップ１１２）。このステップ１１２では、筒内に噴射された燃料が吸気通路３０に吹き返されるか否かが判別される。このステップ１１２で燃料噴射時期がＥＶＣ以降であると判別された場合には、筒内から吸気通路３０への燃料の吹き返しが生じないと判断される。この場合、吸気バルブ２６に堆積したデポジットによる燃料の吸着を考慮する必要がないと判断されるため、すなわち、燃料噴射量を補正する必要がないと判断されるため、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１１２で燃料噴射時期ＥＶＣよりも早いと判別された場合には、筒内から吸気通路３０への燃料の吹き返しが生じると判断される。すなわち、吸気通路３０に吹き返された燃料の一部がデポジットに吸着されるため、燃料噴射量を補正する必要があると判断される。この場合、上記ステップ１０８で求められたデポジット量の積算値に基づいて、燃料噴射量を増量補正する。具体的には、デポジット量が多いほど、燃料吸着量が多いため、燃料噴射量の補正量が多くされる。燃料噴射量を増量補正する手段としては、増量係数（冷間増量時，パワー増量時）を増大させる方法、燃料付着率を増大させる方法のうちで、少なくとも１つを選択することができる。

以上説明したように、図６に示すルーチンによれば、運転状態（NE,KL）に基づいて筒内ＰＭ生成量が推定され、この筒内ＰＭ生成とＩＶＯ及びバルブオーバーラップ量に基づいてＰＭ吹き返し量が推定される。そして、このＰＭ吹き返し量に基づいて吸気バルブのデポジット量が推定され、このデポジット量に基づいて筒内吸入空気量が増量補正される。従って、筒内で生成したＰＭを考慮して空燃比を精度良く制御することができるため、ドライバビリティ悪化やエミッション特性悪化を防止することができる。

また、本実施の形態１では、図３に示すように運転領域を区分しているが、運転領域の区分が異なっていてもよい。

尚、本実施の形態１においては、インジェクタ２０が第１の発明における「筒内インジェクタ」に相当している。また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０２の処理を実行することにより第１の発明における「生成微粒子量推定手段」が、ステップ１０４の処理を実行することにより第１及び第７の発明における「吹き返し微粒子量推定手段」が、ステップ１０６及び１０８の処理を実行することにより第１の発明における「デポジット量推定手段」が、それぞれ実現されている。また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１１４の処理を実行することにより第２の発明における「燃料噴射量補正手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図７から図１４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図１４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。

［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１で説明したように、筒内で生成されたＰＭ（微粒子）の一部が吸気通路３０に吹き返され、吹き返されたＰＭがオイル成分をバインダーとして吸気バルブ２６に付着する。そして、この付着したＰＭがシリンダの熱により焼き固められることで、吸気バルブ２６にデポジットが堆積する。よって、吸気通路３０内（すなわち、吸気バルブ２６の近く）にＰＭが多く供給される条件や、吸気バルブ２６にＰＭが付着しやすい条件（例えば、オイル成分が多く供給される条件）では、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量が多くなると考えられる。

そこで、本実施の形態２では、これらの条件を考慮して、ＰＭ吹き返し量を補正する。以下、この補正値を「デポジット化影響量」という。すなわち、このデポジット化影響量は、筒内ＰＭ生成量とＩＶＯ及びバルブオーバーラップ量に基づいて求められたＰＭ吹き返し量に、吸気バルブ２６におけるＰＭのデポジット化に対する影響度が考慮されたものである。

本実施の形態２では、上記実施の形態１のようにＰＭ吹き返し量に基づいてではなく、上記のように求められたデポジット化影響量に基づいて、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量を推定する。図１３は、デポジット化影響量に基づいてデポジット量を推定するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。図１３に示すマップによれば、デポジット化影響量が多いほど、デポジット量が多く推定される。

ここで、図１３に示すマップの特性と、図５に示すマップの特性とは同じである。よって、吸気バルブ２６の近くにＰＭが多く供給される場合や吸気バルブ２６に対してＰＭが付着しやすい場合には、ＰＭ吹き返し量よりもデポジット化影響量の値の方が大きくなる。この場合、上記実施の形態１のようにＰＭ吹き返し量に基づいてデポジット量を推定する場合に比して、より多くのデポジット量が堆積すると推定される。
一方、吸気バルブ２６に対してＰＭが付着しにくい場合（例えば、吸気バルブ２６のリフト量が小さい場合等）には、ＰＭ吹き返し量よりもデポジット化影響量の値の方が小さくなる。この場合、上記実施の形態１のようにＰＭ吹き返し量に基づいてデポジット量を推定する場合に比して、より少ないデポジット量が堆積すると推定される。

このように、本実施の形態２では、ＰＭ吹き返し量に、吸気バルブ２６におけるＰＭのデポジット化に対する影響度合を考慮して求めたデポジット化影響量に基づいて、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量が推定される。このため、上記実施の形態１に比して、デポジット量をより精度良く推定することができる。よって、筒内吸入空気量の増量補正及び／又は燃料噴射量の増量補正を、精度良く実行することができ、空燃比の制御性を更に向上させることができる。

次に、吸気バルブ２６におけるＰＭのデポジット化に対する影響度について説明する。
先ず、吸気バルブ２６の温度が所定の温度範囲内である場合に、ＰＭが焼き固められやすくなり、デポジット化しやすくなる。図７は、軸トルク及びエンジン回転数に対する吸気バルブ温度の等高線を示す図である。図７において特に丸印Ａで囲まれる部分の吸気バルブ温度で、ＰＭが焼き固められやすい傾向がある。また、吸気バルブ温度が非常に高い場合には、ＰＭが焼き固められる前に、焼き飛ばされることとなり、デポジット化しにくい。かかる図７に示された関係をＥＣＵ６０内に取り込むため、図８に示すようなマップを予め作成しておく。
図８は、吸気バルブ温度補正係数Ktを取得するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。吸気バルブ温度補正係数Ktは、デポジット化に対する吸気バルブ温度の影響度を示す補正係数である。図８に示すマップによれば、ＰＭが焼き固められやすい吸気バルブ温度となる運転領域については数値「0.4」が、吸気バルブ温度係数Ktとして取得される。本実施の形態２では、取得された補正係数Ktに相当する分だけＰＭ吹き返し量が増量されるため、デポジット量も増量される（後述する他の補正係数Kl,Ko,Keについても同様）。

また、可変動弁機構２８により吸気バルブ２６のリフト量は変更可能である。吸気バルブ２６のリフト量が小さい場合には、リフト量が大きい場合に比して、吸気バルブ２６の開口部分を通過する吸気の流速が速くなる。吸気の流速が速い場合には、吸気バルブ２６にＰＭが付着しにくいだけでなく、一旦吸気バルブ２６に付着したＰＭが吸気により持ち去られてしまう。よって、この場合、吸気バルブ２６においてＰＭがデポジット化しにくくなる。
図９は、吸気バルブリフト量補正係数Klを取得するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。吸気バルブリフト量補正係数Klは、デポジット化に対する吸気バルブリフト量の影響度を示す補正係数である。図９に示すマップによれば、吸気バルブのリフト量が小さいほど、吸気バルブリフト量補正係数Klの数値が小さくされる。

また、バインダーとしてのオイル成分が吸気通路３０に多く供給される場合には、ＰＭが吸気バルブ２６に付着しやすくなる。図１０は、軸トルク及びエンジン回転数に対して、吸気通路３０に供給されるオイル量（以下「吸気通路供給オイル量」という。）を示す等高線図である。図１０において、軸トルクが大きい場合（高負荷運転時）には、圧縮もれによるブローバイガスの量が増えるため、ＰＣＶバルブ５１の開度が大きくされる。そうすると、吸気通路３０に還元されるブローバイガス量が増加する。このブローバイガスは、オイルトラップ機構を通ってもなおミスト状のオイルを含んでいる。よって、ＰＣＶバルブ５１の開度が大きいほど、吸気通路３０に還元されるブローバイガス量が多くなるため、吸気通路供給オイル量も多くなる。従って、軸トルクが大きい場合には、吸気通路供給オイル量が多くなる。
かかる図１０に示された関係をＥＣＵ６０内に取り込むため、図１１に示すようなマップを予め作成しておく。図１１は、吸気通路供給オイル量補正係数Koを取得するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。吸気通路供給オイル量補正係数Koは、デポジット化に対する吸気通路供給オイル量の影響度を示す補正係数である。図１０に示すマップによれば、吸気通路供給オイル量が多い高負荷運転領域については数値「0.15」が吸気通路供給オイル量補正係数Koとして取得される。

また、ＥＧＲ率が高い場合、すなわち、既燃ガスの再循環量の割合が高い場合には、該既燃ガス中に含まれるＰＭが吸気通路３０に多く供給されるため、デポジット量が増加しやすくなる。図１２は、ＥＧＲ率補正係数Keを取得するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。ＥＧＲ率補正係数Keは、デポジット化に対するＥＧＲ率の影響度を示す補正係数である。図１１に示すマップによれば、ＥＧＲ率が高い運転領域については、数値「0.1」がＥＧＲ率補正係数Keとして取得される。

そして、上述した補正係数Kt,Kl,Ko,Keを加算して合計補正係数Kを求める。続いて、合計補正係数Kを考慮して、すなわち、デポジット化に対する影響度を考慮して、ＰＭ吹き返し量を補正する。具体的には、ＰＭ吹き返し量を（1+K）倍することで、デポジット化影響量が求められる。上述したように、このデポジット化影響量に基づいてデポジット量を推定することで、上記実施の形態１に比してデポジット量をより精度良く推定することができ、空燃比の制御性を更に向上させることができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図１４は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の間隔毎に起動されるものである。

図１４に示すルーチンによれば、図６に示すルーチンと同様に、エンジン回転数NEと負荷KLとを取得し（ステップ１００）、取得されたエンジン回転数NEと負荷KLに対応する運転領域の筒内ＰＭ生成量を算出する（ステップ１０２）。そして、図６に示すルーチンと同様に、筒内ＰＭ生成量と、吸気バルブ開弁時期（ＩＶＯ）及びバルブオーバーラップ量とに基づいて、吸気通路３０へのＰＭ吹き返し量を算出する（ステップ１０４）。

次に、図８に示すマップを参照して、運転領域に応じた吸気バルブ温度補正係数Ktを取得する（ステップ１２０）。図８に示すマップでは、運転領域毎に、吸気バルブ温度の推定値に応じた吸気バルブ温度補正係数Ktが定められている。よって、このステップ１２０の処理によれば、図８に示すマップを参照することで、運転領域に応じた吸気バルブ温度が推定され、該吸気バルブ温度に応じた吸気バルブ温度補正係数Ktが取得される。従って、本ステップ１２０の処理は、上記第３の発明における「吸気バルブ温度取得手段」を含んでいる。

なお、吸気バルブ温度を非接触で検出する吸気バルブ温度センサを設け、該吸気バルブ温度センサにより検出された吸気バルブ温度を取得してもよい。この場合、吸気バルブ温度との関係で吸気バルブ温度補正係数Ktが定められたマップをＥＣＵ６０内に記憶させておくことで、検出された吸気バルブ温度に応じた吸気バルブ温度補正係数Ktを取得することができる。

次に、図９に示すマップを参照して、吸気バルブリフト量補正係数Klを取得する（ステップ１２２）。図９に示すマップでは、吸気バルブリフト量との関係で吸気バルブリフト量補正係数Klが定められている。このステップ１２２では、ＥＣＵ６０は、運転領域との関係で吸気バルブリフト量が定められたマップ（図示せず）を参照することで、上記ステップ１００で取得された運転領域に応じた吸気バルブリフト量を取得することができる。そして、この取得した吸気バルブリフト量に応じた補正係数Klを、図９に示すマップを参照することで取得することができる。よって、本ステップ１２２の処理は、上記第４の発明における「リフト量取得手段」を含んでいる。

次に、図１１に示すマップを参照して、吸気通路供給オイル量補正係数Koを取得する（ステップ１２４）。図１１に示すマップでは、運転領域毎に、吸気通路に供給されるオイル量の推定値に応じた吸気通路供給オイル量補正係数Koが定められている。このステップ１１４での処理によれば、図１０に示すマップを参照することで、運転領域に応じた吸気通路３０に供給されるオイル量（より具体的には、吸気通路３０に還元されるブローバイガスに含まれるオイル量）が推定され、該オイル量に応じた吸気通路供給オイル量補正係数Koが取得される。従って、本ステップ１２４の処理は、上記第５の発明における「オイル量推定手段」を含んでいる。

次に、図１２に示すマップを参照して、運転領域に応じたＥＧＲ率補正係数Keを取得する（ステップ１２６）。図１２に示すマップでは、運転領域毎に、ＥＧＲ率に応じたＥＧＲ率補正係数Keが定められている。また、ＥＣＵ６０は、運転領域に応じてＥＧＲ率を取得することができる。このステップ１２６では、図１２に示すマップを参照することで、運転領域毎に、ＥＧＲ率に応じたＥＧＲ率補正係数Keが取得される。

次に、上記ステップ１２０，１２２，１２４，１２６で取得された補正係数Kt,Kl.Ko,Keを加算することで、合計補正係数Kを算出する（ステップ１２８）。そして、上記ステップ１２８で算出された合計補正係数Kに基づいて、上記ステップ１０４で算出されたＰＭ吹き返し量を補正する（ステップ１３０）。具体的には、ＰＭ吹き返し量が（1+K）倍される。これにより、デポジット化影響量が求められる。

次に、図１３に示すマップを参照して、上記ステップ１３０で推定されたデポジット化影響量に基づいて、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量を推定する（ステップ１３２）。このステップ１３２では、デポジット化影響量が多いほど、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量が多く推定される。すなわち、吸気バルブ２６におけるＰＭのデポジット化に対する影響度が大きい場合には、デポジット量が多く推定される。

次に、上記ステップ１３２で推定されたデポジット量を、前回までのデポジット量に積算する（ステップ１０８）。その後、図６に示すルーチンと同様に、筒内吸入空気量を増量補正する（ステップ１１０）。
さらに、図６に示すルーチンと同様に、燃料噴射時期が排気バルブ閉弁時期（ＥＶＣ）よりも早いか否かを判別し（ステップ１１２）、燃料噴射時期ＥＶＣよりも早いと判別された場合には、上記ステップ１０８で求められたデポジット量の積算値に基づいて、燃料噴射量を増量補正する。

以上説明したように、図６に示すルーチンによれば、運転領域に応じた筒内ＰＭ生成量が算出される。そして、この筒内ＰＭ生成量と、ＩＶＯ及びバルブオーバーラップ量とに基づいてＰＭ吹き返し量が算出される。さらに、このＰＭ吹き返し量が、吸気バルブ温度補正係数Kt,吸気バルブリフト量補正係数Kl,吸気通路供給オイル量補正係数Ko,ＥＧＲ率補正係数Keの合計値Kに基づき補正され、デポジット化影響量が求められる。続いて、このデポジット化影響量に基づいて、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量が推定される。
従って、ＰＭ吹き返し量に、吸気バルブ２６におけるＰＭのデポジット化に対する影響度を考慮して、吸気バルブ２６に堆積するデポジット量が推定される。よって、上記実施の形態１に比して、デポジット量を精度良く求めることができるため、空燃比の制御性を更に向上させることができる。その結果、ドライバビリティ悪化及びエミッション特性悪化を防止することができる。

また、本実施の形態２においては、４つの補正係数Kt,Kl,Ko,Keを加算した後にＰＭ吹き返し量を補正しているが、各補正係数Kt,Kl,Ko,Keを取得する毎に、ＰＭ吹き返し量を補正するようにしてもよい。

また、本実施の形態２においては、４つの補正係数Kt,Kl,Ko,Keを取得しているが、これらのうちの少なくとも１つの補正係数を取得することができれば、ＰＭ切り返し量を補正してデポジット化影響量を求めることができる。その結果、デポジット化影響量に基づいて吸気バルブ２６に堆積するデポジット量を推定することができる。

尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が第４の発明における「リフト量取得手段」と第６の発明における「ＥＧＲ率取得手段」に、それぞれ相当している。
また、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２０の処理を実行することにより第３の発明における「吸気バルブ温度取得手段」が、ステップ１２０，１２８〜１３２の処理を実行することにより第３の発明における「デポジット量推定手段」が、それぞれ実行されている。また、ステップ１２２の処理を実行することにより第４の発明における「リフト量取得手段」が、ステップ１２２，１２８〜１３２の処理を実行することにより第４の発明における「デポジット量推定手段」が、それぞれ実行されている。また、ステップ１２４の処理を実行することにより第５の発明における「オイル量推定手段」が、ステップ１２４及び１２８〜１３２の処理を実行することにより第５の発明における「デポジット量推定手段」が、それぞれ実現されている。また、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２６〜１３２の処理を実行することにより第６の発明における「デポジット量推定手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 軸トルク及びエンジン回転数に対する筒内ＰＭ生成量の等高線を示す図である。 筒内ＰＭ生成量を推定するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。 ＰＭ吹き返し量を推定するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。 吸気バルブ２６に堆積するデポジット量を推定するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 軸トルク及びエンジン回転数に対する吸気バルブ温度の等高線を示す図である。 吸気バルブ温度補正係数Ktを取得するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。 吸気バルブリフト量補正係数Klを取得するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。 軸トルク及びエンジン回転数に対して、吸気通路３０に供給されるオイル量を示す等高線図である。 吸気通路供給オイル量補正係数Koを取得するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。 ＥＧＲ率補正係数Keを取得するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。 デポジット化影響量に基づいてデポジット量を推定するためにＥＣＵ６０が記憶しているマップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ ピストン
５ ブローバイガス通路
６ クランクケース
１０ クランク角センサ
１８ 燃焼室
２０ インジェクタ
２６ 吸気バルブ
３０ 吸気通路
３２ サージタンク
４２ 排気バルブ
４６ 排気通路
５１ ＰＣＶバルブ
５２ ＰＣＶ通路
５６ ＥＧＲバルブ
６０ ＥＣＵ

Claims (7)

1. 筒内燃料噴射型の内燃機関の空燃比制御装置であって、
   気筒内に直接燃料を噴射する筒内インジェクタと、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記気筒内で生成される微粒子量である生成微粒子量を推定する生成微粒子量推定手段と、
   前記気筒内で生成された後に吸気通路に吹き返される微粒子量である吹き返し量を推定する吹き返し微粒子量推定手段と、
   前記吹き返し量に基づいて、吸気バルブに堆積するデポジット量を推定するデポジット量推定手段と、
   前記デポジット量に基づいて、前記気筒内に吸入される空気量を補正する空気量補正手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   燃料噴射時期が排気バルブ閉弁時期よりも早い場合には、前記デポジット量に基づいて、前記筒内インジェクタから噴射される燃料量を補正する燃料噴射量補正手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   吸気バルブ温度を取得する吸気バルブ温度取得手段を更に備え、
   前記デポジット量推定手段は、前記吹き返し量と前記吸気バルブ温度とに基づいて、前記デポジット量を推定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
4. 請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記吸気バルブのリフト量を取得するリフト量取得手段を更に備え、
   前記デポジット量推定手段は、前記吹き返し量と前記リフト量とに基づいて、前記デポジット量を推定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記吸気通路に供給されるオイル量を推定するオイル量推定手段を更に備え、
   前記デポジット量推定手段は、前記吹き返し量と前記オイル量とに基づいて、前記デポジット量を推定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
6. 請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   ＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得手段を更に備え、
   前記デポジット量推定手段は、前記吹き返し量と前記ＥＧＲ率とに基づいて、前記デポジット量を推定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
7. 請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記吹き返し微粒子量推定手段は、前記生成微粒子量と、前記吸気バルブの開弁時期と、前記吸気バルブと排気バルブとが共に開弁されているバルブオーバーラップ量とに基づいて、前記吹き返し量を推定す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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