JP2017002878A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮行程において筒内噴射弁から微量の燃料が噴射されるような場合に、この微量の燃料が正確に噴射されているか否かの検定を行うことが可能な新規な装置を提供する。【解決手段】触媒暖機制御の一部として、メイン噴射と、図３の領域(i)の微量な燃料を噴射するサブ噴射とを行う場合において、この微量な燃料が正確に噴射されているか否かを検定する。触媒暖機制御を行う冷間始動時の特定サイクルにおいて、メイン噴射を省略してサブ噴射に相当する検定用噴射を行う。検定用噴射とサブ噴射の間で筒内噴射弁２８の噴射条件（開弁時間および開弁開始タイミング）を揃える。そして、エンジン１０から排出された排気ガスの空燃比と筒内空気量とから、特定サイクルにおいて実際に筒内噴射弁２８から噴射された燃料量を算出し、筒内噴射弁２８から噴射されるべき理論上の燃料量と比較する。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁の経年劣化に関する診断を行い、診断結果に応じた対策を行う技術が開示されている。この従来技術では、具体的に、ポート噴射弁の開弁動作中における筒内の振動波形信号に基づいて、ポート噴射弁が実際に開かれたタイミングが検出される。続いて、検出したタイミングと、ポート噴射弁に供給される駆動パルス信号の通電時間とに基づいて、実際にポート噴射弁から噴射された燃料量が推定される。続いて、推定した燃料量と、予め求めておいた燃料量の初期値（ポート噴射弁の正常動作時における噴射燃料量）とに基づいて変化率が算出される。そして、算出した変化率が閾値以上の場合、ポート噴射弁が経年劣化していると判断され、上記駆動パルス信号の通電時間が補正される。

また、特許文献２には、内燃機関の筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁の駆動時間を、筒内噴射弁の駆動中の筒内圧に基づいて補正する技術が開示されている。圧縮行程において筒内噴射弁から燃料を噴射する場合、ピストンの位置によって筒内圧が変わることから実際に筒内噴射弁から噴射される燃料量に影響を及ぼす。そこで、この従来技術では、筒内噴射弁へ供給される燃料の圧力と、筒内噴射弁の駆動時間の中間タイミングにおける筒内圧との差圧を算出し、算出した差圧に基づいて当該駆動時間を延長または短縮している。

特開２０１１−１４９３６４号公報 特開平９−１８４４３７号公報 特開２００９−２３６１０７号公報

ところで、特許文献１の診断手法を、特許文献２の筒内噴射弁に適用することもできる。しかし、特許文献１では筒内圧が略一定の吸気行程においてポート噴射弁が駆動されるのに対し、特許文献２では筒内圧が上昇する圧縮行程において筒内噴射弁が駆動される。そのため、特許文献１の診断手法を特許文献２の筒内噴射弁に適用するためには、筒内の振動波形信号から圧力上昇に起因する信号と、燃料噴射に起因する信号とを分離しなければならず、診断処理が煩雑となることが避けられない。また、特許文献１の診断は、駆動パルス信号の通電時間（即ち、ポート噴射弁の駆動時間）がある程度確保される機関暖機完了後のアイドリング中に行われる。そのため、筒内噴射弁の駆動時間が極めて短い時間に設定されて微量の燃料が噴射されるような場合は、燃料噴射に起因する信号が弱く、この信号に重畳するノイズの影響が避けられない。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、圧縮行程において筒内噴射弁から微量の燃料が噴射されるような場合に、この微量の燃料が正確に噴射されているか否かの検定を行うことが可能な新規な装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明は、同じサイクル内のメイン噴射後に行われるサブ噴射として、圧縮行程において微量の燃料を噴射するように制御される筒内噴射弁と、前記サブ噴射の後に点火を行うように制御される点火プラグと、を備える内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
前記メイン噴射が非実行とされるサイクルにおいて、前記サブ噴射に相当する微量の燃料を噴射する検定用噴射を行うように前記筒内噴射弁を制御する筒内噴射弁制御手段と、
前記検定用噴射を行う場合の筒内空気量と、前記内燃機関の排気ガスの空燃比とに基づいて前記検定用噴射において実際に噴射された実燃料量を算出すると共に、算出した実燃料量に基づいて、前記サブ噴射において前記筒内噴射弁から噴射された燃料量を検定する噴射燃料量検定手段と、を備え、
前記筒内噴射弁制御手段は、
前記サブ噴射における前記筒内噴射弁の開弁時間と等しくなるように前記検定用噴射における前記筒内噴射弁の開弁時間を設定する開弁時間設定手段と、
前記サブ噴射における前記筒内噴射弁の開弁開始タイミングでの筒内圧と等しくなるように前記検定用噴射における開弁開始タイミングを制御する開弁開始タイミング制御手段と、
を備え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、
前記検定用噴射を行う場合の前記点火プラグの点火タイミングを制御する点火タイミング制御手段を更に備え、
前記筒内噴射弁制御手段は、前記検定用噴射として、圧縮上死点前の１回目の検定用噴射と、前記１回目の検定用噴射と同じサイクル内かつ圧縮上死点後の２回目の検定用噴射とを行うように前記筒内噴射弁を制御し、
前記点火タイミング制御手段は、前記点火タイミングを前記２回目の検定用噴射の後まで遅角させ、
前記開弁時間設定手段は、
前記サブ噴射における前記筒内噴射弁の開弁時間と等しくなるように前記１回目の検定用噴射の開弁時間を設定するとともに、前記サブ噴射における前記筒内噴射弁の開弁時間と等しくなるように前記２回目の検定用噴射における前記筒内噴射弁の開弁時間を設定し、
前記開弁開始タイミング制御手段は、
前記サブ噴射における前記筒内噴射弁の開弁開始タイミングと等しくなるように前記１回目の検定用噴射における前記筒内噴射弁の開弁開始タイミングを制御するとともに、前記１回目の検定用噴射における開弁開始タイミングにおけるピストン位置と等しい位置になるように前記２回目の検定用噴射における前記筒内噴射弁の開弁開始タイミングを制御することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記サブ噴射は、前記内燃機関の冷間時において前記点火プラグの周辺の混合気の成層度を高める目的で行われ、
前記筒内噴射弁制御手段は、前記内燃機関の冷間時に前記検定用噴射を行うように前記筒内噴射弁を制御することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れか１つにおいて、
前記内燃機関は、筒内空気量を調節する調節手段を更に備え、
前記検定用噴射を行う場合の筒内空気量を、前記メイン噴射および前記サブ噴射を行う場合の筒内空気量よりも減らすように前記調節手段を制御する筒内空気減量手段を更に備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れか１つにおいて、
前記メイン噴射および前記サブ噴射は、前記内燃機関の冷間時において前記点火プラグの周辺の混合気の成層度を高めて前記内燃機関の排気ガスを浄化する触媒を暖機する触媒暖機制御の一部として行われるものであり、
前記噴射燃料量検定手段は、
前記検定用噴射において前記筒内噴射弁から噴射されるべき理論上の燃料量と、前記実燃料量との差分を算出する差分算出手段と、
前記差分が閾値以上の場合、前記検定用噴射を行ったサイクル以降の前記メイン噴射における燃料量を、前記差分に応じて増やす燃料増量手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れか１つにおいて、
前記メイン噴射は、前記筒内噴射弁により行われることを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れか１つにおいて、
前記メイン噴射は、前記ポート噴射弁により行われることを特徴とする。

第１の発明によれば、検定用噴射時の噴射条件（開弁時間および開弁開始タイミング）を、サブ噴射時の噴射条件に揃えた上で、検定用噴射を行う場合の筒内空気量と、内燃機関の排気ガスの空燃比とから算出した実燃料量に基づいて、サブ噴射において筒内噴射弁から噴射された燃料量を検定することができる。従って、同じサイクル内のメイン噴射後に行われるサブ噴射として、圧縮行程において筒内噴射弁から微量の燃料が噴射される内燃機関において、このサブ噴射が正確に行われているか否かの検定を行うことができる。

第２の発明によれば、１サイクルにおいて検定用噴射を２回行うことができるので、１サイクルにおいて検定用噴射を１回だけ行う場合に比べ、サブ噴射が正確に行われているか否かの検定の精度を高めることが可能となる。

第３の発明によれば、検定用噴射時とサブ噴射時とで内燃機関の温度に関する条件を揃えることができる。従って、サブ噴射が正確に行われているか否かの検定の精度を高めることができる。

第４の発明によれば、検定用噴射を行う場合において、メイン噴射を非実行とすることで筒内の燃焼安定性が損なわれるのを未然に防ぐことができる。

第５の発明によれば、検定用噴射において筒内噴射弁から噴射されるべき理論上の燃料量と、実燃料量との差分が閾値以上の場合、メイン噴射における燃料量に、この差分に応じた燃料量を加算することができる。差分が閾値以上の場合は、サブ噴射が正確に行われていない可能性がある。サブ噴射が正確に行われていない場合は、点火プラグの周辺の混合気の成層度が高まらず、触媒の暖機に時間を要する可能性がある。この点、差分に応じた燃料量を加算してメイン噴射における燃料量を増やせば、上述した成層度が高まらない状態をこの燃料増量によって補てんし、触媒を早期に暖機できる。

第６の発明によれば、メイン噴射を筒内噴射弁により行う場合において、このメイン噴射後に行われるサブ噴射が正確に行われているか否かの検定を行うことができる。

第７の発明によれば、メイン噴射をポート噴射弁により行う場合において、このメイン噴射後に行われるサブ噴射が正確に行われているか否かの検定を行うことができる。

実施の形態１の制御装置のシステム構成を説明するための模式図である。 触媒暖機制御を説明するための図である。 噴射弁の駆動時間τと噴射燃料量との関係を示した図である。 実施の形態１におけるサブ噴射の検定手法を説明するための図である。 実燃料量と理論燃料量の差分と、燃料量の補正係数との関係を示した図である。 実施の形態１において、ＥＣＵ４０が実行するサブ噴射の検定ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態２におけるサブ噴射の検定手法を説明するための図である。 実施の形態２において、ＥＣＵ４０が実行するサブ噴射の検定ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図１乃至図８を参照しながら、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。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
先ず、図１乃至図６を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。

［実施の形態１の構成］
図１は、実施の形態１の制御装置のシステム構成を説明するための模式図である。図１に示すように、実施の形態１のシステムは、車両に搭載される内燃機関（以下単に「エンジン」ともいう。）１０を備えている。エンジン１０は火花点火式の４ストローク１サイクルエンジンであり、複数の気筒を有している。エンジン１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。気筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。

吸気通路１６の入口付近には、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ２０が配置されている。また、エアフローメータ２０よりも下流の吸気通路１６には、電子制御式のスロットル弁２２が設けられている。スロットル弁２２は、アクセル開度に応じて開度が調節されることで、筒内空気量を調節することができる。

吸気通路１６において燃焼室１４に接続される部位である吸気ポート１６ａは、吸気の流れによって燃焼室１４内に縦回転の渦、すなわち、タンブル流を生成させられるように形成されている。なお、タンブル流の生成は、上記のように吸気ポート１６ａの形状の選定によるものに限られない。すなわち、例えば、タンブル流の強さ（タンブル比）を可変とするタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）を吸気通路に備えるようにし、ＴＣＶの開度を制御することによってタンブル流を生成させるものであってもよい。

吸気ポート１６ａには、当該吸気ポート１６ａを開閉する吸気弁２４が設けられている。エンジン１０の各気筒には、吸気ポート１６ａに燃料を噴射するポート噴射弁２６と、燃焼室１４内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁２８とが設けられている。また、各気筒には、混合気に点火するための点火装置（図示省略）の点火プラグ３０が設けられている。点火プラグ３０は、シリンダヘッド側の燃焼室１４の壁面の中央部に配置されている。

排気通路１８の排気ポート１８ａには、当該排気ポート１８ａを開閉する排気弁３２が設けられている。また、排気通路１８には、排気ガスを浄化するための触媒３４が配置されている。また、触媒３４の上流の排気通路１８には、排気ガスの空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサ３６が取り付けられている。

さらに、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０は、入出力インターフェースとメモリと演算処理装置（ＣＰＵ）とを備えている。入出力インターフェースは、エンジン１０または車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、エンジン１０を制御するための各種アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。メモリには、エンジン１０を制御するための各種の制御プログラムおよびマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。

ＥＣＵ４０が信号を取り込むセンサには、上述したエアフローメータ２０、Ａ／Ｆセンサ３６の他に、クランク角およびエンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ、筒内圧を検出するための筒内圧センサ、エンジン１０の水温を検出するための水温センサ、スロットル弁２２の開度を検出するためのスロットルポジションセンサといった各種センサが含まれる。ＥＣＵ４０が操作信号を出すアクチュエータには、上述したスロットル弁２２、ポート噴射弁２６、筒内噴射弁２８および上記点火装置が含まれる。

（タンブル流を利用した燃焼制御）
上述したように、エンジン１０では、吸気ポート１６ａの形状の事前の選定によって、燃焼室１４内にタンブル流を生成させられるようになっている。このタンブル流は、図１に示すように、吸気側で上昇し、排気側で下降する正タンブル流である。なお、図１においては、圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）前５０°ＣＡ付近での状態が示されている。

実施の形態１では、エンジン１０冷間始動時において触媒３４の早期暖機を図るため、このタンブル流を利用した燃焼制御（以下「触媒暖機制御」ともいう。）が行われる。触媒暖機制御は、点火プラグ３０の周辺に燃料噴霧を運ぶエアガイド運転と、点火プラグ３０の点火タイミングの遅角制御とによって実現される。

エアガイド運転では、１サイクル中に噴射すべき燃料量がポート噴射弁２６と筒内噴射弁２８とで分担される。エアガイド運転では、具体的に、１サイクル中に噴射すべき燃料量のうち、点火プラグ３０の周辺にその外側と比べて燃料濃度の高い可燃混合気層を生成するために最低限必要となる量が筒内噴射弁２８に割り当てられ、残りの大半がポート噴射弁２６に割り当てられる。この結果、１サイクルにおいては、ポート噴射弁２６からの噴射（以下「メイン噴射」ともいう。）が吸気行程において行われ、燃料噴霧がタンブル流と混じり合うことで均質な混合気が生成される。また、その後の圧縮行程において（具体的には、圧縮ＴＤＣ前５０°ＣＡ付近）、メイン噴射に付随した筒内噴射弁２８からの噴射（以下「サブ噴射」ともいう。）が行われ、タンブル流によって点火プラグ３０の周辺に運ばれた均質混合気の一部が成層化される。

また、点火プラグ３０の点火タイミングの遅角制御は、最適点火タイミング（ＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque））に対して点火タイミングを大幅に遅角するものである。遅角制御では、具体的に、圧縮ＴＤＣよりも後のタイミングとなるように点火タイミングが遅角される。このように点火タイミングを大幅に遅角することにより、排気温度を高めて触媒３４の暖機を促進させることができる。なお、点火タイミングの遅角制御を行うと一般に着火が不安定となるが、エアガイド運転によって点火プラグ３０の周辺の混合気の成層度が高められることで、一定の着火安定性が確保されている。

図２は、触媒暖機制御を説明するための図である。図２に示すように、燃料噴射は２回に分割されており、最初の噴射がメイン噴射に相当し、２番目の噴射がサブ噴射に相当している。また、各噴射を示す四角形の面積が噴射燃料量に相当しており、メイン噴射ではサブ噴射よりも遥かに多い燃料が噴射される。また、点火プラグ３０の点火タイミングは圧縮ＴＤＣよりも後であり（具体的には圧縮ＴＤＣ後１０°〜２０°ＣＡ）、点火に伴い筒内圧が一時的に上昇する。このような触媒暖機制御によれば、筒内空燃比を大きくリッチ化することなく触媒３４を暖機できる。従って、燃費低減を図りつつ冷間始動後の燃焼を安定化させることができる。

（触媒暖機制御に伴う課題）
図３は、噴射弁（ポート噴射弁または筒内噴射弁をいう。以下同じ。）の駆動時間（開弁時間）τと噴射燃料量との関係を示した図である。図３に示すように、駆動時間τが長くなれば、それだけ多くの燃料が噴射される。但し、駆動時間τが極めて短い領域(i)では、駆動時間τと噴射燃料量が線形関係を示さない。この非線形性は、噴射弁の構造に起因するものであり、噴射弁の正常動作時であっても観察される。とはいえ、上述した可燃混合気層は、領域(i)の微量な燃料であっても十分に生成できるので、触媒暖機制御では、サブ噴射時の筒内噴射弁２８の駆動時間τが領域(i)の駆動時間τと噴射燃料量が非線形性となる駆動時間（固定時間）に設定されている。なお、領域(i)よりも左側の領域は、駆動時間τが短すぎて燃料が全く噴射されない領域に相当している。

ところで、エンジン１０では未燃燃料や煤などからデポジットが生じることがある。また、このデポジットが噴射弁の噴孔の近傍に付着・堆積すると、噴射弁からの燃料噴射に影響を及ぼす。ここで、メイン噴射では駆動時間τが比較的長くされる。そのため、ポート噴射弁２６の噴孔の近傍にデポジットが付着・堆積したとしても、上述した均質混合気の生成が大きく阻害されることは稀である。一方、図２で説明したように、サブ噴射では駆動時間τが極めて短くされる。そのため、筒内噴射弁２８の噴孔の近傍へデポジットが付着・堆積すると、図３の領域(i)の微量な燃料が殆ど噴射されず、上述した可燃混合気層が生成されなくなる可能性がある。そこで、実施の形態１では、以下の手法によって、サブ噴射において図３の領域(i)の微量な燃料が正確に噴射されているか否かを定期的に検定している。

（サブ噴射の検定手法）
図４は、実施の形態１におけるサブ噴射の検定手法を説明するための図である。図４に示すように、実施の形態１では、触媒暖機制御を行う冷間始動時の特定サイクルにおいて、メイン噴射を省略してサブ噴射に相当する検定用噴射を行う。また、この検定用噴射の時間（即ち、筒内噴射弁２８の開弁時間）を、図３の領域(i)の駆動時間と等しい時間に設定する。つまり、検定用噴射では、サブ噴射と同様の微量な燃料の噴射が行われる。また、この特定サイクルにおいては、上述した点火プラグ３０の点火タイミングの遅角制御を行いつつ、スロットル弁２２の開度を小さくして筒内空気量を減らす。筒内空気量を減らす理由は、メイン噴射を省略することで筒内の燃焼安定性が損なわれるのを未然に防ぐためである。

また、図４に示すように、実施の形態１では、検定用噴射の開始タイミング（即ち、筒内噴射弁２８の開弁開始タイミング）と、サブ噴射の開始タイミングとで筒内圧が等しくなるように、検定用噴射の開始タイミングを制御する。このように、検定用噴射とサブ噴射の間で筒内噴射弁２８の噴射条件（即ち、筒内噴射弁２８の開弁時間および開弁開始タイミング）を揃えることで、サブ噴射の検定精度を高めることができる。なお、特定サイクルにおいては筒内空気量が減らされることから、圧縮行程における筒内圧の変化率が緩やかになる。よって、特定サイクルの圧縮行程において、サブ噴射の開始タイミングでの筒内圧が等しくなるタイミングは、サブ噴射の開始タイミングよりも遅角側とされる。

サブ噴射の検定は、特定サイクルにおいてエンジン１０から排出された排気ガスの空燃比と、特定サイクルにおける筒内空気量とから実際に筒内噴射弁２８から噴射された燃料量（以下「実燃料量」ともいう。）を算出し、算出した実燃料量を、筒内噴射弁２８から噴射されるべき理論上の燃料量（以下「理論燃料量」ともいう。）と比較することにより行われる。この排気ガスの空燃比は、Ａ／Ｆセンサ３６の検出値から算出される。また、筒内空気量は、エアフローメータ２０の検出値から算出される。また、理論燃料量は、図２で説明したサブ噴射を示す四角形の面積に相当する燃料量（固定値）である。

実燃料量と理論燃料量の差分（理論燃料量から実燃料量を差し引いた値をいう。以下同じ。）が閾値以上の場合は、デポジットの付着等によって図３の領域(i)の微量な燃料の噴射が阻害されており、上述した可燃混合気層の生成が見込めないと判断できる。そこで、当該差分が閾値以上の場合、特定サイクル以降のサイクルにおいて、メイン噴射での燃料量を増やす。図５は、実燃料量と理論燃料量の差分と、メイン噴射での燃料量の補正係数との関係を示した図である。図５に示すように、実燃料量と理論燃料量の差分が閾値以上の場合、当該差分が大きくなるほど補正係数の値を大きくする。補正係数の値を大きくすれば、メイン噴射での燃料量が増えて筒内空燃比がリッチ化するものの、上述した可燃混合気層の生成ができない状態をこの燃料増量によってカバーし、触媒３４を早期に暖機できる。

［具体的処理］
図６は、実施の形態１において、ＥＣＵ４０が実行するサブ噴射の検定ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは車両の運転者の始動操作がなされた場合に、繰り返し実行されるものとする。

図６に示すルーチンにおいて、ＥＣＵ４０は、先ず、エンジン１０が冷間始動時であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的に、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の水温が所定温度未満であるか否かを判定する。ステップＳ１０において、エンジン１０の水温は、上記水温センサから取得される。そして、エンジン１０の水温が所定温度未満であると判定された場合は、ＥＣＵ４０はステップＳ１２に進む。一方、エンジン１０の水温が所定温度以上であると判定された場合、ＥＣＵ４０は本ルーチンを抜ける。なお、エンジン１０の水温が所定温度未満であると判定された場合は、本ルーチンとは別の制御ルーチンによって、触媒暖機制御が開始されるものとする。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ４０は、サブ噴射の検定が必要な時期に該当するか否かを判定する。ステップＳ１２において、検定時期に該当するか否かは、噴射弁へのデポジットの付着・堆積が起こり易い所定運転条件でのエンジン１０の運転時間の合計（以下「合計運転時間」ともいう。）が、所定時間を上回るか否かにより判定される。この所定運転条件は、エンジン１０の回転速度と負荷によって特定される所定領域内の運転条件である。実施の形態１においては、合計運転時間がＥＣＵ４０によって測定されているものとする。合計運転時間が所定時間を上回ると判定された場合、ＥＣＵ４０はステップＳ１４に進む。一方、合計運転時間が所定時間を下回ると判定された場合、ＥＣＵ４０は本ルーチンを抜ける。

なお、噴射弁へのデポジットの付着・堆積は、合計運転時間だけでなく、ポート噴射弁２６の駆動時間とも相関がある。そのため、ステップＳ１２の判定において、合計運転時間の代わりに、ポート噴射弁２６の駆動時間の合計を用いることもできる。

ステップＳ１４において、ＥＣＵ４０は、サブ噴射の開始タイミングにおける筒内圧を特定する。上述した別の制御ルーチンによって触媒暖機制御が開始されることで、サブ噴射が行われるので、ＥＣＵ４０は、サブ噴射の開始タイミングにおける筒内圧を、上記筒内圧センサから取得し特定する。

ステップＳ１４に続き、ＥＣＵ４０は、スロットル弁２２の開度を小さくし（ステップＳ１６）、メイン噴射の実行を一時的に停止し、検定用噴射を行う（ステップＳ１８）。ステップＳ１６において、スロットル弁２２の開度は、検定用噴射に対応する所定開度である。また、ステップＳ１８において、ＥＣＵ４０は、メイン噴射を非実行とするようにポート噴射弁２６を制御する。加えて、ＥＣＵ４０は、上記筒内圧センサから取得した筒内圧をモニタし、ステップＳ１４で特定した筒内圧と等しくなるタイミングにおいて検定用噴射が開始されるように筒内噴射弁２８を制御する。

なお、ステップＳ１８の処理回数は１回でもよく、複数回でもよい。つまり、検定用噴射を１サイクルのみ行ってもよく、複数サイクルに亘って行ってもよい。但し、検定用噴射を複数サイクルに亘って行う場合はサブ噴射の検定精度を向上できるものの、メイン噴射の実行を一時停止していることから、メイン噴射を行う場合に比べて触媒３４の暖機完了が遅くなる。そのため、検定用噴射を過度に行うことは避けて例えば３〜５サイクルに亘って行うことが好ましい。

ステップＳ１８に続き、ＥＣＵ４０は、実燃料量と理論燃料量の差分が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０において、ＥＣＵ４０は実燃料量を算出する。実燃料量の算出手法については、既に説明した通りである。また、ステップＳ１８の処理回数が複数回に及ぶ場合、ＥＣＵ４０はこの処理回数に応じて算出した実燃料量の平均値を算出する。そして、実燃料量（またはその平均値）と理論燃料量の差分が閾値未満の場合、サブ噴射が正確に行われていると判断できる。そのため、ＥＣＵ４０は合計運転時間をリセットし（ステップＳ２２）、本ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ２０において、実燃料量と理論燃料量の差分が閾値以上の場合は、上述した可燃混合気層の生成が見込めないと判断できる。そのため、ＥＣＵ４０は補正係数を算出する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４において、補正係数は、図５で説明した関係に従って算出される。算出した補正係数を乗算することで、次回サイクル以降のメイン噴射での燃料量が増やされる。

以上、図６に示したルーチンによれば、検定用噴射の噴射条件をサブ噴射時の噴射条件に揃えることができるので、サブ噴射の検定精度を高めることができる。また、実燃料量と理論燃料量の差分が閾値以上の場合に、当該差分に応じて次回サイクル以降のメイン噴射での燃料量を増やすことができる。従って、上述した可燃混合気層の生成ができない状態をこの燃料増量によって補てんし、触媒３４を早期に暖機できる。

なお、上記実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が図６のステップＳ１８の処理において、検定用噴射を行うように筒内噴射弁２８を制御することにより上記第１の発明の「筒内噴射弁制御手段」が、ステップＳ２０，Ｓ２２，Ｓ２４の処理を実行することにより同発明の「噴射燃料量検定手段」が、それぞれ実行されている。また、ＥＣＵ４０が検定用噴射の時間を図３の領域(i)の駆動時間と等しい時間に設定することにより同発明の「開弁時間設定手段」が、ＥＣＵ４０が検定用噴射の開始タイミングと、サブ噴射の開始タイミングとで筒内圧が等しくなるように検定用噴射の開始タイミングを制御することにより同発明の「開弁開始タイミング制御手段」が、それぞれ実行されている。

また、上記実施の形態１においては、スロットル弁２２が上記第４の発明の「調節手段」に相当している。また、ＥＣＵ４０が図６のステップＳ１６の処理を実行することにより同発明の「筒内空気減量手段」が、それぞれ実現されている。

また、上記実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が図６のステップＳ２０の処理を実行することにより上記第５の発明の「差分算出手段」が実現されている。また、ＥＣＵ４０がステップＳ２４の処理によって算出した補正係数を、次回サイクル以降のメイン噴射での燃料量に乗算することにより同発明の「燃料増量手段」が実現されている。

ところで、上記実施の形態１では、ポート噴射弁２６と筒内噴射弁２８とを備えるシステムを前提とした。しかし、上記実施の形態１は、筒内噴射弁２８のみを備えるシステムにも適用が可能である。この場合は、上記実施の形態１で説明したメイン噴射を、吸気行程または圧縮行程における筒内噴射弁２８からのメイン噴射に置き換えればよい。なお、本変形例は、後述の実施の形態２においても同様に適用できる。

また、上記実施の形態１では、冷間始動時の特定サイクルにおいてスロットル弁２２の開度を小さくすることで筒内空気量を減らした。しかし、吸気弁２４のリフト量またはバルブタイミングを変更することで筒内空気量を減らしてもよい。なお、本変形例は、後述の実施の形態２においても同様に適用できる。

実施の形態２．
次に、図７乃至図８を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。
なお、実施の形態２のシステム構成や、触媒暖機制御が行われる点は、上記実施の形態１と共通することから、それらの説明については省略する。

（サブ噴射の検定手法）
図７は、実施の形態２におけるサブ噴射の検定手法を説明するための図である。図７に示すように、実施の形態２では、特定サイクルにおいて上述した検定用噴射を２回行う。また、これらの検定用噴射の時間は、図３の領域(i)の駆動時間と等しい時間に設定する。つまり、実施の形態２では、上記実施の形態１で説明した微量噴射が２回行われる。但し、上記実施の形態１と異なり、実施の形態２では、特定サイクルおいてスロットル弁２２の開度を小さくして筒内空気量を減らすことは行わない。また、実施の形態２では、点火プラグ３０の点火タイミングを、２回目の検定用噴射の後まで遅角させる。

また、図７に示すように、実施の形態２では、１回目と２回目の検定用噴射の開始タイミングが、サブ噴射の開始タイミングと筒内圧が等しくなるタイミングに設定される。具体的に、１回目の検定用噴射の開始タイミングは、サブ噴射の開始タイミングに等しいタイミングに設定され、２回目の検定用噴射の開始タイミングは、１回目の検定用噴射におけるピストン位置とピストン位置が等しくなるタイミングに設定される。このように１回目と２回目の検定用噴射の噴射条件をサブ噴射の噴射条件を揃えることで、上記実施の形態１同様、サブ噴射の検定精度を高めることができる。また、特定サイクルにおいて検定用噴射を２回行うことで、上記実施の形態１に比べてサブ噴射の検定精度を更に高めることも可能となる。

また、サブ噴射の検定は、上記実施の形態１同様、Ａ／Ｆセンサ３６の検出値とエアフローメータ２０の検出値とを用いて算出した実燃料量と、理論燃料量と比較することにより行われる。但し、実施の形態２においては１回目の検定用噴射による燃料と、２回目の検定用噴射による燃料とが同時に燃やされるので、実燃料量の算出に際しては次式（１）を用いて１回分の燃料量となるように換算を行う。
実燃料量＝排気ガスの空燃比×２／筒内空気量 ・・・（１）
なお、式（１）の排気ガスの空燃比は、Ａ／Ｆセンサ３６の検出値から算出される。また、筒内空気量は、エアフローメータ２０の検出値から算出される。

実燃料量と理論燃料量の比較の結果、実燃料量と理論燃料量の差分が閾値以上の場合は、上記実施の形態１同様、特定サイクル以降のサイクルにおいて、メイン噴射での燃料量を増やす。よって、上記実施の形態１同様の効果を得ることができる。

［具体的処理］
図８は、実施の形態２において、ＥＣＵ４０が実行するサブ噴射の検定ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは車両の運転者の始動操作がなされた場合に、繰り返し実行されるものとする。

図８に示すルーチンにおいて、ＥＣＵ４０は、先ず、ステップＳ３０，Ｓ３２の処理を行う。ステップＳ３０，Ｓ３２の処理は、図６のステップＳ１０，Ｓ１２の処理と同一である。

ステップＳ３４において、ＥＣＵ４０は、サブ噴射の開始タイミングにおけるクランク角と、この開始タイミングにおけるピストン位置とピストン位置が等しくなるクランク角を特定する。

ステップＳ３４に続き、ＥＣＵ４０は、メイン噴射の実行を一時的に停止し、検定用噴射を２回行う（ステップＳ３６）。ステップＳ３６において、ＥＣＵ４０は、メイン噴射を非実行とするようにポート噴射弁２６を制御する。加えて、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３４で特定した２つのクランク角において検定用噴射が開始されるように筒内噴射弁２８を制御する。

なお、ステップＳ３６の処理回数は１回でもよく、複数回でもよい。つまり、１回目の検定用噴射と２回目の検定用噴射を１セットとした場合に、このセットを１サイクルのみ行ってもよく、複数サイクルに亘って行ってもよい。但し、当該セットを複数サイクルに亘って行う場合はサブ噴射の検定精度を向上できるものの、メイン噴射とサブ噴射の両方を行う場合に比べて触媒３４の暖機完了が遅くなる。そのため、当該セットを過度に行うことは避けて例えば３〜５サイクルに亘って行うことが好ましい。

ステップＳ３６に続き、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３８，Ｓ４０，Ｓ４２の処理を行う。ステップＳ３８，Ｓ４０，Ｓ４２の処理は、図６のステップＳ２０，Ｓ２２，Ｓ２４の処理と同一である。

以上、図８に示したルーチンによれば、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、１サイクルにおいて検定用噴射を２回行うことで、上記実施の形態１に比べてサブ噴射の検定精度を更に高めることも可能となる。

なお、上記実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が点火プラグ３０の点火タイミングを２回目の検定用噴射の後まで遅角させることにより上記第２の発明の「点火タイミング制御手段」が実現されている。

１０ エンジン
１４ 燃焼室
２２ スロットル弁
２６ ポート噴射弁
２８ 筒内噴射弁
３０ 点火プラグ
３４ 触媒
３６ Ａ／Ｆセンサ
４０ ＥＣＵ

Claims (7)

1. 同じサイクル内のメイン噴射後に行われるサブ噴射として、圧縮行程において微量の燃料を噴射するように制御される筒内噴射弁と、前記サブ噴射の後に点火を行うように制御される点火プラグと、を備える内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
   前記メイン噴射が非実行とされるサイクルにおいて、前記サブ噴射に相当する微量の燃料を噴射する検定用噴射を行うように前記筒内噴射弁を制御する筒内噴射弁制御手段と、
   前記検定用噴射を行う場合の筒内空気量と、前記内燃機関の排気ガスの空燃比とに基づいて前記検定用噴射において実際に噴射された実燃料量を算出すると共に、算出した実燃料量に基づいて、前記サブ噴射において前記筒内噴射弁から噴射された燃料量を検定する噴射燃料量検定手段と、を備え、
   前記筒内噴射弁制御手段は、
   前記サブ噴射における前記筒内噴射弁の開弁時間と等しくなるように前記検定用噴射における前記筒内噴射弁の開弁時間を設定する開弁時間設定手段と、
   前記サブ噴射における前記筒内噴射弁の開弁開始タイミングでの筒内圧と等しくなるように前記検定用噴射における開弁開始タイミングを制御する開弁開始タイミング制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記検定用噴射を行う場合の前記点火プラグの点火タイミングを制御する点火タイミング制御手段を更に備え、
   前記筒内噴射弁制御手段は、前記検定用噴射として、圧縮上死点前の１回目の検定用噴射と、前記１回目の検定用噴射と同じサイクル内かつ圧縮上死点後の２回目の検定用噴射とを行うように前記筒内噴射弁を制御し、
   前記点火タイミング制御手段は、前記点火タイミングを前記２回目の検定用噴射の後まで遅角させ、
   前記開弁時間設定手段は、
   前記サブ噴射における前記筒内噴射弁の開弁時間と等しくなるように前記１回目の検定用噴射の開弁時間を設定するとともに、前記サブ噴射における前記筒内噴射弁の開弁時間と等しくなるように前記２回目の検定用噴射における前記筒内噴射弁の開弁時間を設定し、
   前記開弁開始タイミング制御手段は、
   前記サブ噴射における前記筒内噴射弁の開弁開始タイミングと等しくなるように前記１回目の検定用噴射における前記筒内噴射弁の開弁開始タイミングを制御するとともに、前記１回目の検定用噴射における開弁開始タイミングにおけるピストン位置と等しい位置になるように前記２回目の検定用噴射における前記筒内噴射弁の開弁開始タイミングを制御す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。
3. 前記サブ噴射は、前記内燃機関の冷間時において前記点火プラグの周辺の混合気の成層度を高める目的で行われ、
   前記筒内噴射弁制御手段は、前記内燃機関の冷間時に前記検定用噴射を行うように前記筒内噴射弁を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関は、筒内空気量を調節する調節手段を更に備え、
   前記検定用噴射を行う場合の筒内空気量を、前記メイン噴射および前記サブ噴射を行う場合の筒内空気量よりも減らすように前記調節手段を制御する筒内空気減量手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記メイン噴射および前記サブ噴射は、前記内燃機関の冷間時において前記点火プラグの周辺の混合気の成層度を高めて前記内燃機関の排気ガスを浄化する触媒を暖機する触媒暖機制御の一部として行われるものであり、
   前記噴射燃料量検定手段は、
   前記検定用噴射において前記筒内噴射弁から噴射されるべき理論上の燃料量と、前記実燃料量との差分を算出する差分算出手段と、
   前記差分が閾値以上の場合、前記検定用噴射を行ったサイクル以降の前記メイン噴射における燃料量を、前記差分に応じて増やす燃料増量手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記メイン噴射は、前記筒内噴射弁により行われることを特徴とする請求項１乃至５何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. ポート噴射弁を更に備え、
   前記メイン噴射は、前記ポート噴射弁により行われることを特徴とする請求項１乃至５何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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