JP2008101502A - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最良の排気エミッション特性を得ることが可能な過給機付き内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】排気系への新気の吹き抜け量を算出し（ステップ１０２）、この吹き抜け量分の新気が排気系で後燃えするときの空燃比が目標空燃比となるような後燃え噴射量を算出する（ステップ１０６）。この目標空燃比は、後燃えによる排気温度が最大となり、かつ、後燃えによる排気エミッション特性が最良となる空燃比である。カウンタCCRNKと基準値A1,B1,C1,D1との比較に応じて後燃え噴射量分の燃料を噴射する気筒を設定する（ステップ１１０〜１２４）。
【選択図】図４

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に係り、特に、排気系へ吹き抜ける新気の後燃え時の空燃比制御に関する。

低過給圧領域における出力要求時に、点火時期を遅角制御することで、エンジン燃焼を後燃え状態とする装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置によれば、排気ガス温度を上昇させることができるため、過給効率を高めることができる。

特許第２５３０６４７号公報 特開平０７−２６９３７９号公報 特開２００６−１７０５１号公報

しかしながら、上記装置によれば、後燃え時の空燃比が制御されていない。このため、後燃え時の排気温度を最大に高めることができない場合がある。車両の加速応答性を最大限得るためには、機関発生トルクとターボラグとが共に最適に制御される必要がある。このため、上記装置によれば、ターボラグが最適に制御されず、車両の加速応答性を最大に得ることができない可能性がある。
さらに、上記装置によれば、後燃え時の空燃比が制御されていないため、排気エミッション特性を最適に制御することができない可能性がある。

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、後燃え時の排気温度を最大に得つつ、最良の排気エミッション特性を得ることが可能な過給機付き内燃機関の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、過給機付き内燃機関の制御装置であって、
加速中に、排気系への新気の吹き抜け量を取得する吹き抜け量取得手段と、
前記新気が前記排気系で後燃えするときの空燃比を、該後燃えによる排気温度が最大となり、かつ、該後燃えによる排気エミッション特性が最良となる目標空燃比に制御する後燃え空燃比制御手段とを備え、
前記空燃比制御手段は、前記吹き抜け量と前記目標空燃比とに基づいて、前記新気と混合させる燃料噴射量である後燃え噴射量を算出する後燃え噴射量算出手段を有することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記過給機は、シングルエントリ型過給機であって、
前記後燃え空燃比制御手段は、一気筒の前記吹き抜け量分の新気に対して、他気筒の膨張行程で前記後燃え噴射量分の燃料噴射を実行する噴射制御手段を更に有することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記過給機は、ツインエントリ型過給機であって、
気筒内に直接燃料を噴射可能な筒内インジェクタを更に備え、
前記後燃え空燃比制御手段は、一気筒の前記吹き抜け量分の新気に対して、前記筒内インジェクタを用いて該一気筒のバルブオーバラップ期間中に前記後燃え噴射量分の燃料噴射を実行する噴射制御手段を更に有することを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
吸気ポート近傍に燃料を噴射可能なポートインジェクタを更に備え、
前記噴射制御手段は、前記後燃え噴射量が所定量を超える場合には、前記筒内インジェクタを用いて該一気筒のバルブオーバラップ期間中に前記後燃え噴射量のうちの該所定量分の燃料噴射を実行すると共に、前記ポートインジェクタを用いて該バルブオーバラップ期間の直前に前記後燃え噴射量のうちの残り分の燃料噴射を実行することを特徴とする。

第１の発明によれば、後燃え空燃比制御手段により、加速中に排気系へ吹き抜けた新気が燃料と混合されて後燃えするときの空燃比が目標空燃比に制御される。この目標空燃比は、該後燃えによる排気温度が最大となり、かつ、該後燃えによる排気エミッション特性が最良となる空燃比である。従って、後燃えによる排気温度が最大とされることでターボラグを改善することができると共に、後燃えによる最良の排気エミッション特性を得ることができる。

第２の発明によれば、シングルエントリ型過給機を備えた内燃機関において、一気筒で吹き抜けた新気と、他気筒の膨張行程で噴射された燃料とが排気系で混合される。高温場の膨張行程で燃料を噴射することで、燃料の霧化を促進することができる。このため、後燃えの燃焼状態を良好にすることができる。

第３の発明によれば、一気筒で吹き抜けた新気と、該一気筒のバルブオーバラップ期間中に噴射された燃料とが排気系で混合される。これにより、ツインエントリ型過給機を備えた内燃機関の排気系において、確実に後燃えを起こすことができる。

第４の発明によれば、後燃え噴射量が所定量を超える場合には、後燃え噴射量のうちの所定量分が筒内インジェクタにより噴射されるとともに、残り分がポートインジェクタにより噴射される。これにより、後燃え噴射量が多い場合であっても、後燃え空燃比を目標空燃比に制御することができる。

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．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１として、４サイクルのガソリンエンジン（火花着火式内燃機関）を備えている。エンジン１は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図１に示すエンジン１は直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

エンジン１の各気筒２のピストンは、図示しないクランク機構を介してクランク軸４に連結されている。クランク軸４の近傍には、クランク軸４の回転角度（クランク角度）を検出するクランク角センサ５が設けられている。

エンジン１の各気筒２には、燃料を筒内に直接噴射する筒内インジェクタ６が設置されている。各筒内インジェクタ６は、共通のデリバリパイプ７に接続されている。デリバリパイプ７には、燃圧Pfを検出する燃圧センサ９が設けられている。図示しない燃料タンク内の燃料は、高圧ポンプ８によって所定の燃圧まで加圧される。この加圧された燃料は、デリバリパイプ７内に蓄えられ、デリバリパイプ７から各筒内インジェクタ６に供給される。筒内インジェクタ６は、１サイクル中に任意のタイミングで燃料を筒内に噴射することができる。この筒内インジェクタ６は、筒内燃焼用の燃料に加えて、後燃え用の燃料を噴射することができる（後述）。

エンジン１の吸気ポート１０には、吸気バルブ１２が設けられている。この吸気バルブ１２のバルブタイミングは、公知の可変バルブタイミング機構（以下「ＶＶＴ機構」という。）１３により変更可能である。

吸気ポート１０は、吸気マニホールド１６を介して吸気通路１８に接続されている。吸気マニホールド１６には、過給圧を検出する過給圧センサ１７が設けられている。吸気通路１８の途中には、スロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０は、アクセル開度センサ２１により検出されるアクセル開度AAに基づき、その開度が決定される電子制御弁である。吸気絞り弁２０の上流には、インタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の上流にはターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、排気通路３８に設けられたタービン２４ｂと連結軸２４ｃを介して連結されている。

コンプレッサ２４ａの上流には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６の上流にはエアクリーナ２８が設けられている。

このような構成によれば、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａにより圧縮された吸入空気は、インタークーラ２２で冷却される。インタークーラ２２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド１６によって各気筒の吸気ポート１０に分配される。

また、エンジン１の排気ポート３０には、排気バルブ３２が設けられている。この排気バルブ３２のバルブタイミングは、公知のＶＶＴ機構３３により変更可能である。

排気ポート３０は、排気マニホールド３６を介して排気通路３８に接続されている。排気通路３８の途中には、ターボ過給機２４のタービン２４ｂが設けられている。タービン２４ｂの下流には、排気ガスを浄化する浄化触媒４０が設けられている。浄化触媒４０は、例えば、三元触媒である。

タービン２４ｂと浄化触媒４０との間には、触媒上流の排気空燃比を検出する空燃比センサ４２が設けられている。浄化触媒４０の下流には、酸素センサ４４が設けられている。酸素センサ４４は、触媒下流の排気空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じて出力信号を反転するように構成されている。

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６、高圧ポンプ８、ＶＶＴ機構１３，３３、スロットルバルブ２０等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ５、燃圧センサ９、過給圧センサ１６、アクセル開度センサ２１、エアフロメータ２６、空燃比センサ４２、酸素センサ４４等が接続されている。
また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ５の出力に基づいて、機関回転数NE(rpm)を算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度AA等に基づいて、負荷率KL(%)を算出する。さらに、ＥＣＵ６０は、この負荷率KLに基づいて、筒内インジェクタ６から噴射される筒内燃焼用の燃料量Qを算出する。ＥＣＵ６０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、エンジン１の運転状態を制御する。
また、ＥＣＵ６０は、加速中に、ＶＶＴ機構１３，３３を用いて吸気及び排気バルブ１２，３２のバルブタイミングを制御することで、吸気及び排気バルブ１２，３２が共に開弁されるバルブオーバラップ期間が設けられる。

［本実施の形態１の特徴］
上記システムによれば、空燃比センサ４２出力に基づく公知のメインフィードバック制御、及び／又は、酸素センサ４４出力に基づくサブフィードバック制御のような、筒内燃焼空燃比のフィードバック制御が行われる。かかるフィードバック制御により、機関発生トルクを最適に制御することができる。

また、上記システムによれば、加速中に、バルブオーバラップ期間を設けることで、新気を排気通路３８に吹き抜けさせることができる。そして、この吹き抜けた新気を排気通路３８で後燃えさせることにより、ターボ過給機２４に与える排気エネルギを高めることができ、ターボラグを改善することができる。

ところで、既述した特許文献１によれば、後燃えさせることについて開示されているものの、新気を後燃えさせる時の空燃比（以下「後燃え空燃比」という。）を制御することについて開示されていない。すなわち、上記の筒内燃焼空燃比とは独立して、後燃え空燃比を制御することが開示されていない。最良の加速応答性を得るためには、ターボラグと機関発生トルクとを共に最適に制御する必要がある。よって、最大の機関発生トルクを得るべく筒内燃焼空燃比が最適に制御されても、後燃え空燃比が最適に制御されていない場合には、ターボラグが最適に制御されず、最良の加速応答性を得ることができない可能性がある。

また、筒内燃焼空燃比の目標値は、上述したように、最適な機関発生トルクを得る観点から決定される。よって、筒内燃焼空燃比の目標値と、後燃え空燃比の最適値とは一致しない場合が多い。このため、筒内燃焼空燃比を目標値に制御したとしても、後燃え空燃比が最適値から大きく乖離する場合には、排気エミッション特性が悪化してしまう可能性がある。

そこで、本実施の形態１では、加速応答性が要求される加速中に、排気通路３８へ吹き抜ける新気の量（以下「吹き抜け量」という。）を取得する。ここで、上述したように、各気筒のバルブオーバラップ期間中に排気通路３８への新気の吹き抜けが起こる。このため、吹き抜け量は、吸気及び排気バルブ１２，３２のバルブタイミング（すなわち、ＶＶＴ機構１３，３３の制御位置）と相関を有している。ＥＣＵ６０には、該バルブタイミング毎（ＶＶＴ機構制御位置毎）に、予め作成された図２に示すようなマップが格納されている。図２に示すマップによれば、吹き抜け量は、機関回転数NEと負荷率KLに対して相関を有している。従って、バルブタイミング、機関回転数NE及び負荷率KLが分かれば、図２に示すマップを参照することで、吹き抜け量を取得することができる。

その後、この取得された吹き抜け量分の新気を後燃えさせるための燃料噴射量（以下「後燃え噴射量」という。）を算出する。ここで、吹き抜け量に対する後燃え噴射量は、後燃えにより発生するエネルギ（排気温度）が最大となり、かつ、排気エミッション特性が最適となる所定の空燃比となるように算出される。この所定の空燃比は、通常、機関発生トルクを最適に得るための筒内燃焼空燃比（例えば、理論空燃比）とは異なっている。所定の空燃比は、理論空燃比よりもややリーン側の空燃比であり、例えば、15.0〜15.5である。本発明者の知見によれば、後燃えの空燃比を16.0程度にまでリーン側に制御したとすると、未燃ＨＣ量がより低減されるため後燃え時の排気エネルギを高めることができるものの、排気エミッション特性（特に、ＮＯｘ排出特性）が悪化してしまう。

その後、この算出された後燃え噴射量分の噴射時期を決定する。
図３は、本実施の形態１における後燃え噴射量の噴射時期を示す図である。具体的には、図３（Ａ）は、各気筒の後燃え噴射量の噴射時期を示す図であり、図３（Ｂ）は、噴射時期を決定するために用いられるカウンタCCRNKの変化を示す図である。図３（Ａ）において、符号#1〜#4は、それぞれ第１〜第４気筒を表している。

図３（Ａ）に示すように、各気筒のバルブオーバラップ期間中に、排気通路３８へ新気が吹き抜ける。本実施の形態１では、任意の一気筒のバルブオーバラップ期間と同時期にある他気筒の膨張行程で、より好適には該膨張行程の後半で、後燃え噴射量の噴射が行われる。例えば、第３気筒#3のバルブオーバラップ期間中に吹き抜ける新気に対して、同時期の第４気筒#4の膨張行程後半で後燃え噴射量の噴射が行われる。

ここで、通常は、圧縮行程の最後に点火が行われる。よって、膨張行程では、通常噴射による燃料が筒内で既に燃焼しているため、未燃燃料が後燃え用の燃料に対して影響を与えることがない。このため、後燃えの空燃比制御性が低下することを防止することができる。また、筒内燃焼後の高温場である膨張行程では、後燃え燃料の霧化を促進することができる。

ところで、図１に示すシステムは、シングルエントリ型のターボ過給機２４を備えている。すなわち、各気筒２の排気ポート３０と連通する共通の排気マニホールド３６をターボ過給機２４の上流に備えている。これにより、各気筒からの排気が排気マニホールド３６により集められた後、排気通路３６を介してタービン２４ｂに導かれる。すなわち、一気筒のバルブオーバラップ期間中に吹き抜けた新気と、該バルブオーラップ期間と同時期の他気筒の膨張行程で噴射された燃料とが、排気マニホールド３６及び／又は排気通路３８において混合され、後燃えする。

また、図３（Ｂ）に示すカウンタCCRNKは、第１気筒#1の吸気行程開始時にゼロにされ、１サイクル中にクランク角と共に増大するカウンタである。このカウンタCCRNKを参照することで、図３（Ａ）に示すような各気筒の行程を把握することができる。そして、このカウンタCCRNKを所定値A1,B1,C1,D1と比較することで、後燃え噴射量の噴射を実行する気筒を決定することができる。具体的には、カウンタCCRNKが0以上A1未満,及びD1以上である場合には、第４気筒#4の膨張行程で後燃え噴射が実行される。同様に、カウンタCCRNKがA1以上B1未満である場合には、第２気筒#2の膨張行程で後燃え噴射が実行される。例えば、所定値A1,B1,C1,D1は、第４気筒#4,第２気筒#2,第３気筒#3,第１気筒#1の膨張行程の中間におけるカウンタ値である。

本実施の形態１によれば、筒内の燃焼空燃比とは独立して、排気系に吹き抜けた新気を後燃えさせる時の空燃比が目標空燃比に制御される。この目標空燃比は、ターボ過給機２４に与える排気エネルギが最大（すなわち、排気温度が最大）となり、排気エミッション特性が最良となる空燃比である。よって、ターボラグを最適に制御することができるため、機関発生トルクを最適に制御することにより、加速応答性を最大限に得ることができる。さらに、後燃えによる排気エミッション特性を最良に制御することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図４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、加速中に起動されるものである。加速中か否かは、アクセル開度AAの変化等に基づいて判別することができる。

図４に示すルーチンによれば、先ず、過給圧が目標過給圧に達していないか否かを判別する（ステップ１００）。このステップ１００では、後燃えを実行する必要があるか否かが判断される。過給圧が目標過給圧に達している場合には、後燃えを実行する必要が無いと判断されるため、本ルーチンを一旦終了する。

上記ステップ１００で過給圧が目標過給圧に達していないと判別された場合には、後燃えを実行する必要があると判断される。この場合、図２に示すマップを参照して、機関回転数NEと負荷率KLに応じた吹き抜け量を取得する（ステップ１０２）。

その後、上記ステップ１０２で取得された吹き抜け量がゼロよりも大きいか否かを判別する（ステップ１０４）。このステップ１０４で吹き抜け量がゼロであると判別された場合には、後燃え空燃比の制御を行うことができないため、本ルーチンを一旦終了する。一方、上記ステップ１０４で吹き抜け量がゼロよりも大きいと判別された場合には、上記ステップ１０２で取得された吹き抜け量を用いて次式(1)に従って、後燃え噴射量を算出する（ステップ１０６）。次式(1)における目標空燃比は、例えば、15.0〜15.5の範囲の値である。
後燃え噴射量=吹き抜け量/目標空燃比・・・(1)

次に、上記ステップ１０６で算出された後燃え噴射量が最小噴射量よりも多いか否かを判別する（ステップ１０８）。ここで、最小噴射量とは、筒内インジェクタ６により噴射可能な最小の噴射量である。このステップ１０８で後燃え噴射量が最小噴射量よりも小さいと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

上記ステップ１０８で後燃え噴射量が最小噴射量以上であると判別された場合には、カウンタCCRNKが基準値A1未満であるか否かを判別する（ステップ１１０）。ここで、該カウンタCCRNKは、図３（Ｂ）に示すように、ゼロ以上である。また、基準値A1は、第４気筒#4の膨張行程で後燃え噴射を実行するか否かを判別するための基準値である。このステップ１１０でカウンタCCRNKが（0以上）A1未満であると判別された場合には、上記ステップ１０６で算出された後燃え噴射量の噴射タイミングが、第４気筒#4の膨張行程に設定される（ステップ１１２）。

上記ステップ１１０でカウンタCCRNKが基準値A1以上であると判別された場合には、カウンタCCRNKが基準値B1未満であるか否かを判別する（ステップ１１４）。ここで、基準値B1は、第２気筒#2の膨張行程で後燃え噴射を実行するか否かを判別するための基準値である。このステップ１１４でカウンタCCRNKが基準値B1未満であると判別された場合には、上記ステップ１０６で算出された後燃え噴射量の噴射タイミングが、第２気筒#2の膨張行程に設定される（ステップ１１６）。

上記ステップ１１４でカウンタCCRNKが基準値B1以上であると判別された場合には、カウンタCCRNKが基準値C1未満であるか否かを判別する（ステップ１１８）。ここで、基準値C1は、第１気筒#1の膨張行程で後燃え噴射を実行するか否かを判別するための基準値である。このステップ１１８でカウンタCCRNKが基準値C1未満であると判別された場合には、上記ステップ１０６で算出された後燃え噴射量の噴射タイミングが、第１気筒#1の膨張行程に設定される（ステップ１２０）。

上記ステップ１２０でカウンタCCRNKが基準値C1以上であると判別された場合には、カウンタCCRNKが基準値D1未満であるか否かを判別する（ステップ１２２）。ここで、基準値D1は、第３気筒#3の膨張行程で後燃え噴射を実行するか否かを判別するための基準値である。このステップ１２２でカウンタCCRNKが基準値D1未満であると判別された場合には、上記ステップ１０６で算出された後燃え噴射量の噴射タイミングが、第３気筒#3の膨張行程に設定される（ステップ１２４）。一方、上記ステップ１２２でカウンタCCRNKが基準値D1以上であると判別された場合には、上記ステップ１１２に移行する。

上記ステップ１１２，１１６，１２０又は１２４の処理を実行した後、本ルーチンを一旦終了する。次回以降本ルーチンが再度起動されると、過給圧が目標過給圧に達するまでは、上記ステップ１０２以降の処理が順次実行される。

以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、加速中に、新気の吹き抜け量が算出された後、この吹き抜け量と目標空燃比（例えば、15.0〜15.5）とに基づき、後燃え噴射量が算出される。この目標空燃比は、ターボ過給機２４に与える排気エネルギが最大（すなわち、排気温度が最大）となり、排気エミッション特性が最良となる空燃比である。よって、ターボラグを最適に制御することができ、後燃えによる排気エミッション特性を最良に制御することができる。

ところで、本実施の形態１によれば、新気の吹き抜け量をマップを参照して求めているが、モデルや関数式を用いて求めてもよい。

尚、本実施の形態１においては、ターボ過給機２４が第１及び第２の発明における「過給機」に、排気マニホールド３６及び排気通路３８が第１の発明における「排気系」に、それぞれ相当している。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「吹き抜け量算出手段」が、ステップ１０６〜１２４を実行することにより第１の発明における「後燃え空燃比制御手段」が、ステップ１０６の処理を実行することにより「後燃え噴射量算出手段」が、ステップ１１２，１１６，１２０又は１２４の処理を実行することにより第２の発明における「噴射制御手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図５〜図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図５は、本実施の形態２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２のシステムは、ツインエントリ型のターボ過給機を備えている点で、図１に示すシステムと異なっている。

図２に示すように、本システムは、２つの排気マニホールド４６，４８を備えている。排気マニホールド４６の上流側は第１及び第４気筒の排気ポート３０に接続され、下流側は排気通路５０に接続されている。一方、排気マニホールド４８の上流側は第２及び第３気筒の排気ポート３０に接続され、下流側は排気通路５２に接続されている。これらの排気通路５０，５２は、ターボ過給機２４のタービン２４ｂに独立して接続されている。タービン２４ｂの下流側は、図１にシステムと同様に、共通の排気通路３８が接続されている。

また、本システムは、筒内インジェクタ６に加えて、各気筒の吸気ポート１０近傍に燃料を噴射するポートインジェクタ１１を備えている。図示しないが、各ポートインジェクタ１１は、共通のデリバリパイプを介して上記燃料タンクに連通している。また、ポートインジェクタ１１は、ＥＣＵ６０の出力側に接続されている。ポートインジェクタ１１は、筒内インジェクタ６と共に、後燃え用の燃料を噴射することができる（後述）。
なお、本システムのその他の構成は、図１に示すシステムと概略同様であるので、説明を省略する。

［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１のシステムは、シングルエントリ型のターボ過給機を備えている。このため、一気筒のバルブオーバラップ期間中に吹き抜けた新気と、該バルブオーバラップ期間と同時期の他気筒の膨張行程で噴射された燃料とが、排気マニホールド３６で混合される。

しかし、本実施の形態２のシステムは、ツインエントリ型のターボ過給機を備えている。すなわち、第１及び第４気筒からの排気が排気マニホールド４６により集められた後、排気通路５０を介してタービン２４ｂに導かれる一方、第２及び第３気筒からの排気が排気マニホールド４８により集められた後、排気通路５２を介してタービン２４ｂに導かれる。これにより、排気干渉を避けることができる。

しかし、本実施の形態２に対して上記実施の形態１による噴射時期を適用すると、一気筒から吹き抜けた新気と、他気筒の膨張行程で噴射された燃料とが混合されるのは、タービン２４ｂ以後となってしまう。このため、霧化された燃料の温度が低下してしまい、後燃えしにくくなってしまう。よって、この場合、ターボ過給機２４へ与える排気エネルギが最大とならない可能性がある。

そこで、本実施の形態２では、上記実施の形態１とは異なる噴射時期を採用する。
図６は、本実施の形態２における後燃え噴射量の噴射時期を示す図である。具体的には、図６（Ａ）は、各気筒の後燃え噴射量の噴射時期を示す図であり、図６（Ｂ）は、噴射時期を決定するために用いられるカウンタCCRNKの変化を示す図である。図６（Ａ）において、符号#1〜#4は、それぞれ第１〜第４気筒を表している。

図６（Ａ）に示すように、各気筒のバルブオーバラップ期間中に、排気通路３８へ新気が吹き抜ける。本実施の形態２では、上記ツインエントリ型のターボ過給機を採用しているため、このバルブオーバラップ期間中に後燃え噴射量の噴射が行われる。例えば、第３気筒#3のバルブオーバラップ期間中に吹き抜ける新気に対して、該第３気筒#3のバルブオーバラップ期間中に、筒内インジェクタ６により後燃え噴射量の噴射が行われる。ここで、筒内インジェクタ６を優先して使用するのは、燃圧が高いため、燃料の良好な霧化状態が得られるためである。
同じ気筒で吹き抜けた新気と後燃え噴射量とは、排気マニホールド４６，４８及び／又は排気通路５０，５２において混合され、後燃えする。

また、図６（Ｂ）に示すカウンタCCRNKは、第１気筒#1の吸気行程開始時にゼロにされ、１サイクル中にクランク角と共に増大するカウンタである。このカウンタCCRNKを参照することで、図６（Ａ）に示すような各気筒の行程を把握することができる。そして、このカウンタCCRNKを所定値A2,B2,C2,D2と比較することで、後燃え噴射量の噴射を実行する気筒を決定することができる。具体的には、カウンタCCRNKが0以上A2未満,及びD2以上である場合には、第３気筒#3のバルブオーバラップ期間中に後燃え噴射が実行される。同様に、カウンタCCRNKがA2以上B2未満である場合には、第２気筒#2の膨張行程で後燃え噴射が実行される。例えば、所定値A2,B2,C2,D2は、第３気筒#3,第４気筒#4,第２気筒#2,第１気筒#1の排気行程の中間におけるカウンタ値である。

ところで、燃圧が同じであるとすると、後燃え噴射量が多い場合には、少ない場合に比して噴射時間が長くなる。噴射時間が長くなると、筒内インジェクタ６だけではバルブオーバラップ期間中に全ての後燃え噴射量を噴射することができない場合がある。

図７は、本実施の形態２において、筒内インジェクタ６とポートインジェクタ１１を併用して後燃え噴射量の噴射を行う場合を説明するための図である。具体的には、図７（Ａ）は任意気筒（例えば、図６（Ａ）に示した第４気筒#4）のバルブオーバラップ期間を示す図であり、図７（Ｂ）は筒内インジェクタ６のみを用いて後燃え噴射量の噴射を行う場合を示す図であり、図７（Ｃ）は筒内インジェクタ６とポートインジェクタ１１を併用して後燃え噴射量の噴射を行う場合を示す図である。

図７（Ａ）に示すバルブオーバラップ期間Tolのうち最初の所定時間Taと最後の所定時間Tbは、筒内に噴射された燃料が排気系に供給される確率は低く、そのまま筒内に残留する確率が高い。よって、実質的に後燃え噴射が可能な時間（以下「噴射可能期間」という。）Tは、次式(2)によって求められる。
T=Tol-Ta-Tb・・・(2)

図７（Ｂ）に示すように、後燃え噴射量を噴射するために要する時間（以下「後燃え噴射期間」という。）Tpが噴射可能期間T以下である場合には、筒内インジェクタ６のみを用いて、要求された後燃え噴射量を全て噴射することができる。よって、ツインエントリ型過給機２４を備えた内燃機関の排気系において、確実に後燃えを起こすことができる。

一方、後燃え噴射期間Tpが噴射可能期間Tを超える場合には、筒内インジェクタ６のみでは後燃え噴射量を全て噴射することができない可能性がある。

そこで、図７（Ｃ）に示すように、後燃え噴射期間Tpのうち噴射可能期間T分は筒内インジェクタ６を用いて噴射すると共に、噴射可能期間Tを超える残りの分はポートインジェクタ１１を用いて噴射するようにする。これにより、排気系に吹き抜けた新気を目標空燃比で後燃えさせるために必要な後燃え噴射量を全て噴射することができる。よって、後燃え噴射量が多い場合であっても、後燃え空燃比を目標空燃比に制御することができる。このため、ターボラグを最適に制御することができると共に、後燃えによる排気エミッション特性を最良に制御することができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図８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、加速中に起動されるものである。加速中か否かは、アクセル開度AAの変化等に基づいて判別することができる。

図８に示すルーチンによれば、先ず、図４に示すルーチンのステップ１００〜１０８を順次実行する。ステップ１０８で後燃え噴射量が最小噴射量以上であると判別された場合には、後燃え噴射期間Tpを算出する（ステップ１３０）。このステップ１３０では、ＥＣＵ６０内に予め格納されたマップを参照して、燃圧とステップ１０６で算出された後燃え噴射量とに応じた後燃え噴射期間Tpが求められる。

次に、上記ステップ１３０で算出された後燃え噴射期間Tpが、噴射可能期間Tよりも長いか否かを判別する（ステップ１３２）。この噴射可能期間Tは、筒内インジェクタ６だけを用いて後燃え噴射量を噴射可能な時間であり、上式(2)に従って算出することができる。このステップ１３２では、上記ステップ１０６で算出された後燃え噴射量を筒内インジェクタ６だけを用いて噴射可能か否かが判別される。

上記ステップ１３２で後燃え噴射期間Tpが噴射可能期間Tよりも短いと判別された場合には、筒内インジェクタ６だけを用いて後燃え噴射量を噴射することができると判断される。この場合、上記ステップ１０６で算出された後燃え噴射量が、筒内インジェクタ６により噴射される後燃え噴射量とされる（ステップ１３３）。

一方、上記ステップ１３２で後燃え噴射期間Tpが噴射可能期間Tよりも長いと判別された場合には、筒内インジェクタ６だけを用いて後燃え噴射量を噴射することができないと判断される。この場合、噴射可能期間Tに噴射可能な燃料量を、筒内インジェクタ６により噴射される後燃え噴射量（以下「筒内分の後燃え噴射量」という。）とする（ステップ１３４）。このステップ１３４では、ＥＣＵ６０内に予め格納されているマップを参照して、燃圧Pfと噴射可能期間Tとに応じた筒内分の後燃え噴射量が求められる。

続いて、上記ステップ１１６で算出された後燃え噴射量から上記ステップ１３４で算出された筒内分の後燃え噴射量を減算することにより、ポートインジェクタ１１により噴射される後燃え噴射量（以下「ポート分の後燃え噴射量」という。）を求める（ステップ１３６）。

次に、カウンタCCRNKが基準値A2未満であるか否かを判別する（ステップ１３８）。ここで、該カウンタCCRNKは、図６（Ｂ）に示すように、ゼロ以上である。また、基準値A2は、第３気筒#3に対して後燃え噴射を実行するか否かを判別するための基準値である。このステップ１３８でカウンタCCRNKが（0以上）A2未満であると判別された場合には、上記ステップ１３３で算出された筒内分の後燃え噴射量の噴射タイミングが第３気筒#3のバルブオーバラップ期間中に設定されるか、または、上記ステップ１３４で算出された筒内分の後燃え噴射量の噴射タイミングが第３気筒#3のバルブオーバラップ期間中に、かつ、上記ステップ１３６で算出されたポート分の後燃え噴射量の噴射タイミングが該オーバラップ期間の直前に設定される（ステップ１４０）。

上記ステップ１３８でカウンタCCRNKが基準値A2以上であると判別された場合には、カウンタCCRNKが基準値B2未満であるか否かを判別する（ステップ１４２）。ここで、基準値B2は、第４気筒#4に対して後燃え噴射を実行するか否かを判別するための基準値である。このステップ１４２でカウンタCCRNKが基準値B2未満であると判別された場合には、上記ステップ１３３で算出された筒内分の後燃え噴射量の噴射タイミングが第４気筒#4のバルブオーバラップ期間中に設定されるか、または、上記ステップ１３４で算出された筒内分の後燃え噴射量の噴射タイミングが第４気筒#4のバルブオーバラップ期間中に、かつ、上記ステップ１３６で算出されたポート分の後燃え噴射量の噴射タイミングが該オーバラップ期間の直前に設定される（ステップ１４４）。

上記ステップ１４２でカウンタCCRNKが基準値B2以上であると判別された場合には、カウンタCCRNKが基準値C2未満であるか否かを判別する（ステップ１４６）。ここで、基準値C2は、第２気筒#2に対して後燃え噴射を実行するか否かを判別するための基準値である。このステップ１４６でカウンタCCRNKが基準値C2未満であると判別された場合には、上記ステップ１３３で算出された筒内分の後燃え噴射量の噴射タイミングが第２気筒#2のバルブオーバラップ期間中に設定されるか、または、上記ステップ１３４で算出された筒内分の後燃え噴射量の噴射タイミングが第２気筒#2のバルブオーバラップ期間中に、かつ、上記ステップ１３６で算出されたポート分の後燃え噴射量の噴射タイミングが該オーバラップ期間の直前に設定される（ステップ１４８）。

上記ステップ１４６でカウンタCCRNKが基準値C2以上であると判別された場合には、カウンタCCRNKが基準値D2未満であるか否かを判別する（ステップ１５０）。ここで、基準値D2は、第１気筒#1に対して後燃え噴射を実行するか否かを判別するための基準値である。このステップ１５０でカウンタCCRNKが基準値D2未満であると判別された場合には、上記ステップ１３３で算出された筒内分の後燃え噴射量の噴射タイミングが第１気筒#1のバルブオーバラップ期間中に設定されるか、または、上記ステップ１３４で算出された筒内分の後燃え噴射量の噴射タイミングが第１気筒#1のバルブオーバラップ期間中に、かつ、上記ステップ１３６で算出されたポート分の後燃え噴射量の噴射タイミングが該オーバラップ期間の直前に設定される（ステップ１５２）。一方、上記ステップ１５０でカウンタCCRNKが基準値D2以上であると判別された場合には、上記ステップ１４０に移行する。

上記ステップ１４０，１４４，１４８又は１５２の処理を実行した後、本ルーチンを終了する。次回以降本ルーチンが再度起動されると、過給圧が目標過給圧に達するまでは、上記ステップ１０２以降の処理が順次実行される。

以上説明したように、図８に示すルーチンによれば、加速中に、新気の吹き抜け量が算出された後、この吹き抜け量と目標空燃比（例えば、15.0〜15.5）とに基づき、後燃え噴射量が算出される。よって、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、図８に示すルーチンによれば、後燃え噴射期間Tpが噴射可能期間Tよりも長い場合には、筒内インジェクタ６とポートインジェクタ１１とを併用して後燃え噴射量分の燃料が噴射される。よって、後燃え噴射量が多い場合であっても、後燃え空燃比を目標空燃比に制御することができる。

ところで、本実施の形態２では、マップを参照して筒内分の後燃え噴射量を求めているが（ステップ１３４）、燃圧と噴射可能期間Tをパラメータとする関数式により求めてもよい。また、本実施の形態２では、燃圧センサ９により燃圧を検出しているが、運転状態との相関により作成されたマップを参照することで求めてもよい。

尚、本実施の形態２においては、ターボ過給機２４が第３の発明における「過給機」に、筒内インジェクタ６が第３及び第４の発明における「筒内インジェクタ」に、ポートインジェクタ１１が第４の発明における「ポートインジェクタ」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１３３の処理を実行することにより第３の発明における「噴射制御手段」が、ステップ１３４，１３６を実行することにより第４の発明における「噴射制御手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を説明するための図である。 ＥＣＵ６０が吹き抜け量を取得する際に参照されるマップである。 本発明の実施の形態１における後燃え噴射量の噴射時期を示す図である。 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。 本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における後燃え噴射量の噴射時期を示す図である。 本発明の実施の形態２において、筒内インジェクタ６とポートインジェクタ１１を併用して後燃え噴射量の噴射を行う場合を説明するための図である。 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
５ クランク角センサ
６ 筒内インジェクタ
９ 燃圧センサ
１１ ポートインジェクタ
１２ 吸気バルブ
１３，３３ 可変バルブタイミング機構
１６ 吸気マニホールド
１７ 過給圧センサ
２４ ターボ過給機
３０ 排気ポート
３２ 排気バルブ
３６，４６，４８ 排気マニホールド
３８，５０，５２ 排気通路
６０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 過給機付き内燃機関の制御装置であって、
   加速中に、排気系への新気の吹き抜け量を取得する吹き抜け量取得手段と、
   前記新気が前記排気系で後燃えするときの空燃比を、該後燃えによる排気温度が最大となり、かつ、該後燃えによる排気エミッション特性が最良となる目標空燃比に制御する後燃え空燃比制御手段とを備え、
   前記空燃比制御手段は、前記吹き抜け量と前記目標空燃比とに基づいて、前記新気と混合させる燃料噴射量である後燃え噴射量を算出する後燃え噴射量算出手段を有することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記過給機は、シングルエントリ型過給機であって、
   前記後燃え空燃比制御手段は、一気筒の前記吹き抜け量分の新気に対して、他気筒の膨張行程で前記後燃え噴射量分の燃料噴射を実行する噴射制御手段を更に有することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記過給機は、ツインエントリ型過給機であって、
   気筒内に直接燃料を噴射可能な筒内インジェクタを更に備え、
   前記後燃え空燃比制御手段は、一気筒の前記吹き抜け量分の新気に対して、前記筒内インジェクタを用いて該一気筒のバルブオーバラップ期間中に前記後燃え噴射量分の燃料噴射を実行する噴射制御手段を更に有することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   吸気ポート近傍に燃料を噴射可能なポートインジェクタを更に備え、
   前記噴射制御手段は、前記後燃え噴射量が所定量を超える場合には、前記筒内インジェクタを用いて該一気筒のバルブオーバラップ期間中に前記後燃え噴射量のうちの該所定量分の燃料噴射を実行すると共に、前記ポートインジェクタを用いて該バルブオーバラップ期間の直前に前記後燃え噴射量のうちの残り分の燃料噴射を実行することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。

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