JP3772823B2 - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射量制御装置に係り、特に内燃機関の吸気系に付着する燃料付着量を推定し、推定した燃料付着量に応じて燃料噴射量を決定する燃料噴射量制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、この種の制御装置として、例えば下記特許文献1に開示された技術が知られている。この特許文献1に開示された内燃機関の燃料噴射量制御装置は、吸気通路壁面への燃料付着量を燃料挙動シミュレーションモデル(燃料付着モデル)に基づいて推定し、少なくとも推定した燃料付着量に応じて噴射すべき燃料の量を決定するようになっている。
【0003】
また、この装置は、内燃機関の回転停止後、機関停止中において、吸気通路壁面へ付着している燃料の蒸発速度を推定し、推定された蒸発速度に基いて機関停止中における吸気通路壁面への燃料付着量を推定するとともに、内燃機関の再始動時に、前記機関停止中において推定された吸気通路壁面への燃料付着量を上記燃料挙動シミュレーションモデルにて使用する吸気通路壁面への燃料付着量の初期値として設定するようになっている。これにより、内燃機関の再始動時における吸気通路壁面への燃料付着量が精度良く推定され得る。
【0004】
【特許文献1】
特開平1−63635号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記装置が開示されている特許文献1においては、上記推定される蒸発速度は吸気通路壁面温度のみの関数となることのみが記載されていて、同蒸発速度を正確に推定するための具体的な方法は開示されていない。また、機関停止中において上記装置により推定される吸気通路壁面への燃料付着量と同機関停止中における吸気通路壁面への実際の燃料付着量は必ずしも一致するとは限らない。
【0006】
従って、上記装置においては、内燃機関の再始動時における吸気通路壁面への燃料付着量の推定精度が低下する場合がある。この場合、前記再始動時の燃料噴射量が適正な量になるように決定されず、その結果、機関の空燃比を狙いとする空燃比に設定することができないことから再始動時の始動性(始動のしやすさ)が悪化し、また、エミッションの排出量が増大するという問題がある。
【0007】
よって、本発明の目的は、内燃機関の再始動時における燃料噴射量をより一層適正に決定することができる内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することにある。
【0008】
【本発明の概要】
本発明の特徴は、モータリングを実行可能なモータリング手段を備えた内燃機関の燃焼室に接続された吸気通路内にて燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記吸気通路を構成する部材への燃料付着量を推定する燃料付着量推定手段と、前記推定された吸気通路構成部材への燃料付着量に基いて前記燃料噴射手段から噴射される燃料噴射量を決定する燃料噴射量決定手段とを備え、所定の機関始動条件が成立したとき前記燃料の噴射を開始するとともに所定の機関停止条件が成立したとき同燃料の噴射を停止するように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置が、前記所定の機関停止条件が成立した後、前記所定の機関始動条件が成立して前記燃料の噴射が開始される前に、前記吸気通路構成部材への実際の燃料付着量を略ゼロにするための特定処理を実行する特定処理実行手段を備え、前記特定処理実行手段は、前記特定処理として前記モータリング手段に前記内燃機関のモータリングを実行させる処理を実行するように構成されていて、且つ、前記モータリング手段に前記内燃機関のモータリングを実行させている間も前記燃料付着量推定手段に前記吸気通路構成部材への燃料付着量を推定させるとともに、前記推定された吸気通路構成部材への燃料付着量が略ゼロになったとき前記モータリング手段による前記内燃機関のモータリングを停止させるように構成されたことにある。
【0009】
ここにおいて、「吸気通路を構成する部材」は、吸気管(インテークマニホールド)、吸気弁(特に、吸気弁の背面)、吸気通路に設けられるSCV等の吸気制御弁を含んでよい。また、「略ゼロ」は、ゼロのみならず、吸気通路構成部材への燃料付着量がその値であるものとした場合に前記燃料噴射量決定手段により決定される燃料噴射量と、同燃料付着量がゼロであるものとした場合に同燃料噴射量決定手段により決定される燃料噴射量との差が小さく、その値をゼロであるものとして扱っても実質的に狙いとする空燃比を得ることができる程度に小さい値も含んでいる。
【0010】
また、「所定の機関始動条件が成立したとき」は、例えば、内燃機関が停止している状態において運転者がイグニッションスイッチをONからSTARTに変更したとき、及び、内燃機関の始動後も車両の走行状態に応じて燃料の噴射を実行又は停止する制御が行われる車両(例えば、動力源として内燃機関と同内燃機関以外の電動機等の他の動力源を備えた所謂ハイブリッド車両、動力源として内燃機関のみを備えるが消費エネルギー削減のため走行状態に応じて燃料の噴射を実行・停止する制御が行われる車両)においては前記燃料の噴射を停止する制御が行われている状態から前記燃料の噴射を実行する制御が行われる状態に移行したとき等である。同様に、「所定の機関停止条件が成立したとき」は、例えば、燃料の噴射が実行されて内燃機関が運転されている状態において運転者がイグニッションスイッチをONからOFFに変更したとき、及び、内燃機関の始動後も車両の走行状態に応じて燃料の噴射を実行又は停止する制御が行われる上記車両においては前記燃料の噴射を実行する制御が行われている状態から前記燃料の噴射を停止する制御が行われる状態に移行したとき等である。
【0011】
これによれば、所定の機関停止条件が成立した後、所定の機関始動条件が成立して燃料の噴射が開始される前(以下、「機関停止中」と称呼する。)に、吸気通路構成部材への実際の燃料付着量が(略)ゼロになる。従って、所定の機関始動条件が成立して燃料の噴射が開始されるとき(再始動時)、燃料付着量推定手段により推定される吸気通路構成部材への燃料付着量の初期値をゼロ(機関停止中に所定量の燃料を燃料噴射手段により噴射する場合には同所定量)に設定した状態にて同燃料付着量推定手段による同燃料付着量の推定を開始するように構成すれば、内燃機関の再始動時における吸気通路構成部材への燃料付着量の推定値と実際値とを確実に一致させることができる。この結果、内燃機関の再始動時における燃料噴射量を適正な量になるように決定して狙いとする空燃比を得ることができることから、同再始動時の始動性が良好となり、また、エミッションの排出量が抑制される。
【0012】
また、前記特定処理実行手段は、前記特定処理として前記モータリング手段に前記内燃機関のモータリングを実行させる処理を実行するように構成されている。
【0013】
内燃機関のモータリングが実行されると、同内燃機関の吸気通路に空気が流入し、この空気の流れを利用して吸気通路構成部材に付着していた燃料が同吸気通路構成部材から離脱してシリンダ内(燃焼室内)に吸入される。この結果、吸気通路構成部材への燃料付着量は時間の経過と共に減少していき、所定の時間が経過すると同燃料付着量は略ゼロになる。
【0014】
従って、上記のように、内燃機関がモータリング手段によりモータリングを実行せしめられるように構成されている場合においては、機関停止中にモータリング手段に内燃機関のモータリングを実行させるように構成すれば、吸気通路構成部材への実際の燃料付着量を略ゼロにするための(特定処理を実行する)専用の装置を新たに追加することなく簡易な構成にて、内燃機関の再始動前に同実際の燃料付着量を略ゼロにすることができる。更には、上記本発明の特徴は、前記特定処理実行手段は、前記モータリング手段に前記内燃機関のモータリングを実行させている間も前記燃料付着量推定手段に吸気通路構成部材への燃料付着量を推定させるとともに、前記推定された吸気通路構成部材への燃料付着量が略ゼロになったときに前記モータリング手段に前記内燃機関のモータリングを停止させるように構成されたことにある。
【0015】
上記のように、特定処理実行手段が前記モータリング手段に内燃機関のモータリングを実行させるように構成されている場合には、同特定処理実行手段は、前記所定の機関停止条件が成立した直後から同モータリング手段に内燃機関のモータリングを実行させるように構成されることが好適である。
【0016】
一般に、内燃機関の排気通路には排気ガス中の有害成分を浄化するための(三元)触媒が配設される。かかる触媒は暖機された状態にて良好な排気浄化機能を発揮する。また、前記所定の機関停止条件が成立した時点では、内燃機関はその時点まで或る程度継続して運転されていたので暖機されていることが多く、その結果、触媒も暖機されていることが多い。
【0017】
従って、上記したように、前記所定の機関停止条件が成立した直後からモータリング手段に内燃機関のモータリングを実行させるように構成すれば、触媒が暖機された状態で、モータリングが実行されることになる。よって、モータリング実行中に吸気通路構成部材から離脱した燃料中のHC,CO等の未燃成分が排気ガスとなって触媒に流入したとき同触媒により同未燃成分が良好に浄化され得るので、モータリング実行中におけるエミッションの排出量を少なくすることができる。
【0018】
また、上記のように、特定処理実行手段が前記モータリング手段に内燃機関のモータリングを実行させるように構成されている場合であって、同内燃機関の排気通路を通過する排気ガスの一部を前記吸気通路内に導入するための導入用通路が同内燃機関に備えられている場合(所謂EGRシステムが備えられている場合)においては、前記特定処理実行手段は、前記モータリング手段に前記内燃機関のモータリングを実行させているとき前記導入用通路を介して前記排気ガスの一部を前記吸気通路内に導入するように構成されることが好適である。
【0019】
モータリング実行中に吸気通路から流入した空気や吸気通路構成部材から離脱した燃料は、既に暖機されているシリンダ,ピストン等により画定される燃料室内(シリンダ内、筒内)に流入することにより同シリンダ,ピストン等の熱により暖められてから排気ガスとなって排気通路を通過する。従って、上記したように、モータリング実行中に前記導入用通路を介して排気ガスの一部を吸気通路内に導入するように構成すれば、吸気通路構成部材に付着している燃料の近傍を通過する吸気(空気と排気ガスとの混合気)の温度が高くなる。
【0020】
その結果、吸気通路構成部材に付着している燃料の蒸発が促進されるので、モータリング開始から吸気通路構成部材への実際の燃料付着量が略ゼロになるまでの時間を短縮できる。換言すれば、モータリング手段に内燃機関のモータリングを実行させる時間を短縮することができ、モータリングを実行する際にモータリング手段にエネルギーを供給する必要があるときには同モータリング手段の消費エネルギーを少なくすることができる。
【0021】
また、上記いずれかの内燃機関の燃料噴射量制御装置においては、前記特定処理実行手段が実行する前記特定処理により前記吸気通路構成部材への実際の燃料付着量が略ゼロになった後、前記所定の機関始動条件が成立して前記燃料の噴射が開始される前に、所定量の燃料を前記燃料噴射手段に噴射させる始動前噴射指示手段を備えることが好適である。
【0022】
所定の機関始動条件が成立して燃料の噴射が開始される時点(再始動時)では、内燃機関はその時点まで或る程度継続して停止されていたので完全に暖機されていないことが多く、この結果、燃料噴射手段(例えば、インジェクタ)から噴射された燃料が霧化(気化)されにくくシリンダ内に流入する燃料のうち液滴の状態となっている燃料の割合が多くなる。かかる液滴の状態となっている燃料は霧化された燃料に比してシリンダ内にて燃焼されにくい。従って、このような場合、排気ガス中のHC,CO等の未燃成分が多くなり、エミッションの排出量が増大する。従って、上記再始動時においては、燃料噴射手段から噴射される燃料噴射量を少なくすることが好ましい。
【0023】
一方、上記いずれかの内燃機関の燃料噴射量制御装置においては、燃料噴射量決定手段は、燃料付着量推定手段により推定された吸気通路構成部材への燃料付着量に基いて燃料噴射手段から噴射される燃料噴射量を決定するように構成されている。従って、再始動時において、燃料付着量推定手段により推定される吸気通路構成部材への燃料付着量の初期値をゼロより大きい所定量に設定した状態にて同燃料付着量推定手段による同燃料付着量の推定を開始するように構成すれば、再始動時において吸気通路構成部材に付着している所定量の燃料のうち同吸気通路構成部材から離脱してシリンダ内に吸入される燃料の量だけ燃料噴射手段から噴射される燃料噴射量を少なくすることができる。
【0024】
以上のことから、上記したように、前記特定処理により吸気通路構成部材への実際の燃料付着量が略ゼロになった後、前記所定の機関始動条件が成立して前記燃料の噴射が開始される前(再始動前)に、(ゼロより大きい)所定量の燃料を実際に噴射するように構成すれば、再始動時において燃料付着量推定手段により推定される吸気通路構成部材への燃料付着量の初期値を前記所定量に設定した状態にて同燃料付着量推定手段による同燃料付着量の推定を開始することにより、内燃機関の再始動時において吸気通路構成部材への燃料付着量の推定値と実際値とを一致させることができ、且つ、燃料噴射手段から噴射される燃料噴射量を少なくすることができる。この結果、内燃機関の再始動時において燃料噴射量を適正な量に決定して狙いとする空燃比を得ることができることに加え、さらにエミッションの排出量を抑制することができる。
【0025】
また、上記始動前噴射指示手段が前記燃料噴射手段に燃料を噴射させる前記所定量は、前記所定の機関始動条件が成立して前記燃料の噴射が開始された後の所定の時点において前記吸気通路構成部材に実際に付着しているであろうと推定される燃料の量であることが好適である。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による内燃機関の燃料噴射量制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明すると、図1は、同燃料噴射量制御装置を適用した火花点火式多気筒(4気筒)内燃機関10を搭載した車両の動力伝達系についての概略構成を示している。
【0027】
この車両は、内燃機関10と電動モータMの2種類の動力源を備え、走行状態に応じて2つの駆動力のどちらか一方、又は同2つの駆動力を最適に組み合わせた駆動力にて前輪を駆動して走行する前輪駆動型の所謂ハイブリッド車両である(図1において、太い実線は動力伝達経路を示している。)。より具体的には、この車両は、図1に示したように、内燃機関10と、電動モータMと、車両の状態に応じて動力の伝達経路(及び方向)を切替可能な動力切替機構Pと、動力切替機構Pから入力される動力を前輪側の動力伝達系に伝達するトランスミッションTMとを備えている。
【0028】
電動モータMは、交流同期電動機であって、バッテリーBから供給される直流電力を所定の交流電力に変換するインバータIから供給される同交流電力により駆動制御されるようになっている。
【0029】
動力切替機構Pは、電動モータMの動力のみをトランスミッションTMに伝達するモータ走行モード、内燃機関10の動力のみをトランスミッションTMに伝達するエンジン走行モード、及び内燃機関10の動力と電動モータMの動力を共にトランスミッションTMに伝達するモータアシスト走行モードの3つの走行モードを有していて、これらの各モードのいずれかが選択されているとき、車両の前輪が駆動されるようになっている。
【0030】
また、動力切替機構Pは、電動モータMの動力を内燃機関10に伝達することで内燃機関10のモータリングを実行するモータリングモードを有していて、モータリングモードが選択されているとき、内燃機関10は燃料の噴射が停止されている状態で電動モータMの駆動力により回転せしめられるようになっている(モータリングを実行されるようになっている)。従って、電動モータM及び動力切替機構Pはモータリング手段に相当している。
【0031】
次に、本発明による内燃機関の燃料噴射量制御装置を上記内燃機関10に適用したシステムの概略構成について、図2を参照しつつ説明する。
【0032】
図2に示したように、上記内燃機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20にガソリン混合気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排ガスを外部に放出するための排気系統50とを含んでいる。
【0033】
シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23、及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これにより同クランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21とピストン22のヘッドは、シリンダヘッド部30とともに燃焼室25を形成している。
【0034】
シリンダヘッド部30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、吸気弁32を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置33、可変吸気タイミング装置33のアクチュエータ33a、燃焼室25に連通した排気ポート34、排気ポート34を開閉する排気弁35、排気弁35を駆動するエキゾーストカムシャフト36、点火プラグ37、点火プラグ37に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ38、及び燃料を吸気ポート31内に噴射するインジェクタ(燃料噴射手段)39を備えている。
【0035】
吸気系統40は、吸気ポート31に連通し同吸気ポート31とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管41、吸気管41の端部に設けられたエアフィルタ42、吸気管41内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットルバルブ43、及びスワールコントロールバルブ(以下、「SCV」と称呼する。)44を備えている。スロットルバルブ43は、DCモータからなるスロットルバルブアクチュエータ43aにより吸気管41内で回転駆動されるようになっている。SCV44は、前記スロットルバルブ43よりも下流で前記インジェクタ39よりも上流の位置にて前記吸気管41に対し回動可能に支持されるとともに、DCモータからなるSCVアクチュエータ44aにより回転駆動されるようになっている。なお、本明細書においては、インテークマニホールドを含む吸気管41、吸気ポート31、吸気弁32、及びSCV44等を吸気通路を構成する部材(吸気通路構成部材)と称呼する。
【0036】
図3は、一つの気筒(特定の気筒)の燃焼室25、及び同燃焼室25の近傍部分の概略平面図である。図3に示したように、前記吸気ポート31は、実際には各気筒に一対ずつ設けられた吸気ポート31a,31bからなっている。吸気ポート31aは、燃焼室25内にスワール(旋回流)を発生させるようにヘリカル状に形成され所謂スワールポートを構成し、吸気ポート31bは所謂ストレートポートを構成している。
【0037】
吸気管41のサージタンクから各燃焼室25に至る部分(即ち、インテークマニホールドの一部)には、吸気管41の長手方向に沿って伸びる隔壁41aが形成されていて、これにより吸気管41は吸気ポート31aに連通する第1インテークマニホールド45と、吸気ポート31bに連通する第2インテークマニホールド46とに区画されている。前記SCV44は、第2インテークマニホールド46内において回動可能に支持され、第2インテークマニホールド46の開口断面積を変更し得るようになっている。
【0038】
また、隔壁41aの適宜個所には第1,第2インテークマニホールド45,46を連通する連通路41bが形成されていて、前記インジェクタ39は同連通路41bの近傍位置に固定され、吸気ポート31a,31bに向けて燃料を噴射するようになっている。このとき、インジェクタ39から噴射された燃料は、その一部が前記吸気通路構成部材に付着する。
【0039】
再び図2を参照すると、排気系統50は、排気ポート34に連通したエキゾーストマニホールド51、エキゾーストマニホールド51に接続されたエキゾーストパイプ52、エキゾーストパイプ52に介装された触媒コンバータ(三元触媒装置)53、導入用通路54、及び導入用通路54の途中に配設されるとともに同導入用通路54を連通・遮断するEGRバルブ55を備えている。ここで、排気ポート34、エキゾーストマニホールド51、及びエキゾーストパイプ52は、排気通路を構成している。
【0040】
導入用通路54は、排気ポート34の下流側近傍の排気通路と、スロットルバルブ43の下流側であってインジェクタ39の上流側の吸気通路とを連通する連通路である。従って、EGRバルブ55が開弁されているとき、排気通路を通過する排気ガスの一部が吸気管41内の負圧により、吸気通路内に導入されるようになっている。
【0041】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ61、吸気温センサ62、大気圧センサ(スロットルバルブ上流圧力センサ)63、スロットルポジションセンサ64、SCV開度センサ65、カムポジションセンサ66、クランクポジションセンサ67、水温センサ68、空燃比センサ69、及びアクセル開度センサ81を備えている。
【0042】
エアフローメータ61は、概略斜視図である図4に示したように、吸気管41内を流れる吸入空気の一部をバイパスさせるバイパス通路と、このバイパス通路にバイパスされた吸入空気の質量流量を計測する熱線計量部61aと、計測された質量流量に応じた電圧Vgを出力する信号処理部61bとからなっている。熱線計量部61aは、その拡大斜視図である図5に示したように、白金熱線からなる吸気温計測用抵抗(ボビン部)61a1と、同吸気温計測用抵抗61a1を前記信号処理部61bに連結して保持するサポート部61a2と、加熱用抵抗(ヒータ)61a3と、同加熱用抵抗61a3を前記信号処理部61bに連結して保持するサポート部61a4とを備えている。信号処理部61bは、吸気温計測用抵抗61a1と加熱用抵抗61a3とで構成されたブリッジ回路を備え、このブリッジ回路により吸気温計測用抵抗61a1と加熱用抵抗61a3との温度差を常に一定に維持するように同加熱用抵抗61a3に供給する電力を調整するとともに、この供給する電力を前記電圧Vgに変換して出力するようになっている。
【0043】
吸気温センサ62は、エアフローメータ61内に備えられていて、吸入空気の温度を検出し、吸気温度THAを表す信号を出力するようになっている。大気圧センサ63は、スロットルバルブ43の上流の圧力(即ち、大気圧)を検出し、スロットルバルブ上流圧力Paを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ64は、スロットルバルブ43の開度を検出し、スロットルバルブ開度TAを表す信号を出力するようになっている。SCV開度センサ65は、SCV44の開度を検出し、SCV開度θivを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ66は、インテークカムシャフトが90°回転する毎に(即ち、クランク軸24が180°回転する毎に)一つのパルスを有する信号(G2信号)を発生するようになっている。クランクポジションセンサ67は、クランク軸24が10°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸24が360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度Neを表す。水温センサ68は、内燃機関10の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。空燃比センサ69は、触媒コンバータ53に流入する排ガスの空燃比A/Fに応じた電流を出力し、この電流に応じた電圧vabyfsを出力するようになっている。アクセル開度センサ81は、運転者によって操作されるアクセルペダル82の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【0044】
電気制御装置70は、互いにバスで接続されたCPU71、CPU71が実行するプログラム、テーブル(ルックアップテーブル、マップ)、定数等を予め記憶したROM72、CPU71が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM73、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM74、及びADコンバータを含むインターフェース75等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース75は、前記センサ61〜69,81、並びに図示しない各種センサと接続され、CPU71にセンサ61〜69,81等からの信号を供給するとともに、同CPU71の指示に応じて可変吸気タイミング装置33のアクチュエータ33a、イグナイタ38、インジェクタ39、スロットルバルブアクチュエータ43a、SCVアクチュエータ44a、EGRバルブ55、図1に示したインバータI、及び動力切替機構Pに駆動・制御信号を送出するようになっている。
【0045】
これにより、インバータIは、バッテリーBから供給される直流電力を車両の走行状態に応じた所定の交流電力に変換し、電動モータMは、インバータIから供給される前記所定の交流電力に基き車両の走行状態に応じて駆動(トルク)制御されるようになっている。また、EGRバルブ55は、内燃機関10の運転状態に応じて、適宜、開閉制御されるようになっている。なお、RAM73内にはEGRバルブ状態フラグXEGRの値が格納されていて、CPU71は、EGRバルブ55が開弁されているときEGRバルブ状態フラグXEGRの値を「1」に設定するとともに、EGRバルブ55が閉弁されているときEGRバルブ状態フラグXEGRの値を「0」に設定するようになっている。
【0046】
また、動力切替機構Pのモードは、車両の(走行)状態に応じて選択されるようになっている。そして、内燃機関10は、動力伝達機構Pがエンジン走行モード又はモータアシスト走行モードが選択されている状態にあるときには燃料の噴射が実行されて駆動力を発生し、動力伝達機構Pがモータ走行モードが選択されている状態にあるときには燃料の噴射が停止されて駆動力を発生しないようになっている。
【0047】
この結果、内燃機関10は、燃料の噴射が停止されている状態において、ドライバーが図示しないイグニッションスイッチをONからSTARTに変更したとき、又はイグニッションスイッチがONの状態にあって動力伝達機構Pのモードがモータ走行モードからエンジン走行モード及びモータアシスト走行モードのいずれかに切替えられたとき(以下、「機関始動条件が成立したとき」と称呼する。)、図1に示したスタータSの駆動力により始動され、燃料の噴射が開始されるようになっている。一方、燃料の噴射が実行されて内燃機関10が運転されている状態において、ドライバーがイグニッションスイッチをONからOFFに変更したとき、又はイグニッションスイッチがONの状態にあって動力伝達機構Pのモードがエンジン走行モード及びモータアシスト走行モードのいずれかからモータ走行モードに切替えられたとき(以下、「機関停止条件が成立したとき」と称呼する。)、燃料の噴射が停止されて内燃機関10は運転を停止するようになっている。
【0048】
次に、上記のように構成された燃料噴射量制御装置による物理モデルを用いた燃料噴射量の決定方法について説明する。以下に述べる処理は、CPU71がプログラムを実行することによりなされる。
【0049】
(要求燃料噴射量fcの決定方法の概要)
この燃料噴射量制御装置は、吸気行程にある気筒の吸気弁32が閉じる前に同気筒に対して燃料を噴射しなければならないので、吸気弁32が閉じた時点で(即ち、吸気弁閉時に)同気筒内に吸入されているであろう吸入空気量(筒内吸入空気量)を予測する必要がある。一方、吸気弁閉時の吸気管圧力PMFWDは、燃焼室25に吸入されている空気量と比例関係にある。従って、吸気管圧力PMFWDを予測することができれば、実際の筒内吸入空気量を推定することができる。そこで、本燃料噴射量制御装置は、吸気弁閉時の吸気管圧力PMFWDを予測・推定し、推定した吸気管圧力PMFWDを一気筒の排気量と空気密度の積で除することにより一気筒当たりの吸入空気量に相当する値KLFWDを求め、下記数1に基づいて要求燃料噴射量(基本噴射量)fcを決定する。数1において、Kは設定空燃比に応じて変化する係数である。
【0050】
【数1】
fc =K・KLFWD
【0051】
なお、エアフローメータ61の出力電圧Vgと吸入空気量mtAFMとの関係を規定した図6に示したVg−mtAFM変換テーブルと、エアフローメータ61の実際の出力電圧Vgとに基づいて現時点での吸入空気量mtAFMを求め、下記数2により要求燃料噴射量fcを簡易的に求めてもよい。
【0052】
【数2】
fc =K・mtAFM
【0053】
上記数1により要求燃料噴射量fcを求める本実施形態の燃料噴射量制御装置は、以下のようにして吸気弁閉時の吸気管圧力PMFWDを予測する。即ち、図7に示したように、吸気弁閉時のスロットルバルブ開度TASを予測するとともに、同予測したスロットルバルブ開度TAS及びエンジン回転速度Ne等から吸気弁閉時の吸気管圧力Pm1を所定のモデルを用いて推定する。また、現時点においてスロットルポジションセンサ64が検出する実際のスロットルバルブ開度TARとエンジン回転速度Ne等に基づき、エアフローメータ61が現時点で出力するであろう値を推定し、この推定値に基づいて現時点の吸気管圧力Pm2を推定する。同時に、現時点においてエアフローメータ61の実際の出力電圧Vgに基づいて現時点の吸気管圧力Pm3を推定する。最後に、下記数3にしたがって吸気弁閉時の吸気管圧力PMFWDを求める。これにより、スロットルバルブ開度の予測値TASに基づく推定値である吸気管圧力Pm1に含まれる定常的な誤差を、エアフローメータ61の実際の出力電圧Vgにより補正し、吸気弁閉時の吸気管圧力PMFWDを精度良く推定する。
【0054】
【数3】
PMFWD=Pm3+(Pm1−Pm2)
【0055】
なお、スロットルバルブ開度が一定に維持されていて内燃機関10が定常状態にある場合、吸気管圧力Pm1と吸気管圧力Pm2は等しくなるので、上記数3から理解されるように、吸気管圧力PMFWDは吸気管圧力Pm3と等しくなる。換言すると、定常運転状態では、実質的にエアフローメータ61の出力電圧Vgに基づいて吸気弁閉時の吸気管圧力PMFWDが決定されることになる。
【0056】
以下、各吸気管圧力Pm1,Pm2,Pm3の推定方法について、同推定に使用するモデルとともに説明する。
【0057】
(Pm1の求め方)
図8に示したように、吸気管圧力Pm1は電子制御スロットルモデルM1、スロットルモデルM2、吸気弁モデルM3、及びインテークマニホールドモデルM4により推定される。
【0058】
(1)電子制御スロットルモデルM1
電子制御スロットルモデルM1は、現時点までのアクセルペダル操作量Accpに基づいて吸気弁閉時のスロットルバルブ開度TASを推定するモデルである。本実施形態においては、スロットルバルブ電子制御ロジックA1にて、アクセル開度センサ81により検出されたアクセルペダル操作量Accpと、図9に示したアクセルペダル操作量Accpと目標スロットルバルブ開度θrとの関係を規定するテーブルとに基づいて暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1が求められ、この暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1を所定時間T(例えば、64msec)だけ遅延させた値が最終的な目標スロットルバルブ開度θrとして決定される。そして、スロットルバルブ電子制御ロジックA1(電気制御装置70)は、実際のスロットルバルブ開度TAが目標スロットルバルブ開度θrとなるようにスロットルバルブアクチュエータ43aに対して駆動信号を送出する。
【0059】
このように、目標スロットルバルブ開度θrは、現時点から所定時間Tだけ前の時点におけるアクセルペダル操作量Accpに応じて決定されるから、現時点から吸気弁閉時までの時間をtとすると、吸気弁閉時の目標スロットルバルブ開度θrは、現時点から時間(T−t)前における暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1と等しい。また、目標スロットルバルブ開度θrは、スロットルバルブアクチュエータ43aの作動遅れ時間を無視すれば、スロットルバルブ開度TASと等しい。このような考えに基づき、電子制御スロットルモデルM1は、検出されるエンジン回転速度Neと、内燃機関10の運転状態に応じて別途定められる吸気弁の開閉タイミング(進角量)VT(上記信号Neと上記G2信号とにより求めた実際の開閉タイミングVTでも良い。)と等に基づいて現時点から吸気弁閉時までの時間tを求め、同時間tと、現時点から所定時間Tだけ前の時点から現時点までのアクセルペダル操作量Accp(又は、暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1)の変化の経緯とに基づいて吸気弁閉時のスロットルバルブ開度TASを推定する。なお、スロットルバルブアクチュエータ43aの作動遅れ時間を考慮に加えて、吸気弁閉時のスロットルバルブ開度TASを推定してもよい。
【0060】
(2)スロットルモデルM2
スロットルモデルM2は、スロットルバルブ43を通過する空気量(スロットル通過空気量)mtを、エネルギー保存則、運動量保存則、質量保存則、及び状態方程式に基づいて得られた下記数4及び下記数5に基づいて推定するモデルである。下記数4及び下記数5において、μは流量係数、Atはスロットル開口面積、νはスロットルバルブ43を通過する空気の流速、Paはスロットルバルブ上流圧力、Pmは吸気管圧力、Taは吸気温度、ρmは吸気密度、Rは気体定数、及びκは比熱比(以下、κを一定値として扱う。)である。
【0061】
【数4】
mt=μ・At・ν・ρm=μ・At・{Pa/(R・Ta)1/2}・Φ(Pm/Pa)
【0062】
【数5】
【0063】
ここで、上記数4は、k1を所定の係数(=μ・At・{Pa/(R・Ta)1/2})、mtsを吸気弁閉時のスロットル通過空気量とするとき下記数6に書き換えられる。また、数6において、内燃機関10が定常状態にある場合(スロットルバルブ開度が一定である場合)のスロットル通過空気量をmtsTA、及び吸気管圧力をPmTAとすると、下記数7が得られるので、数6及び数7から係数k1を消去して下記数8を得ることができる。
【0064】
【数6】
mts=k1・Φ(Pm/Pa)
【0065】
【数7】
mtsTA=k1・Φ(PmTA/Pa)
【0066】
【数8】
mts={mtsTA/Φ(PmTA/Pa)}・Φ(Pm/Pa)
【0067】
上記数8の右辺における値{mtsTA/Φ(PmTA/Pa)}は、スロットルバルブ開度TAが一定であるときの吸入空気流量(スロットル通過空気量)に関する値であり、スロットルバルブ開度TA、エンジン回転速度Ne、吸気弁の開閉タイミングVT、及びスロットルバルブ上流圧力Paが決定されると、実質的に一意に定まる値である。スロットルモデルM2は、スロットルバルブ開度TA、エンジン回転速度Ne、吸気弁の開閉タイミングVT、及びスロットルバルブ上流圧力Paと、値{mtsTA/Φ(PmTA/Pa)}との関係を規定したテーブルをROM72内に記憶していて、このテーブルと吸気弁閉時の推定スロットルバルブ開度TAS、実際のエンジン回転速度Ne、実際の吸気弁の開閉タイミングVT、及び実際のスロットルバルブ上流圧力Paとに基づいて値{mtsTA/Φ(PmTA/Pa)}を求める。
【0068】
また、数8の右辺における値Φ(Pm/Pa)は、上記数5から理解されるように、比熱比κが一定であるとき、吸気管圧力Pmとスロットルバルブ上流圧力Paにより決定される値である。スロットルモデルM2は、吸気管圧力Pm及びスロットルバルブ上流圧力Paと、値Φ(Pm/Pa)との関係を規定したテーブルをROM72内に記憶していて、このテーブルと、後述するインテークマニホールドモデルM4が現時点で既に演算している最新の吸気管圧力Pm、及び実際のスロットルバルブ上流圧力Paとに基づいて値Φ(Pm/Pa)を求める。以上により、吸気弁閉時のスロットル通過空気量mtsが求められる。
【0069】
(3)吸気弁モデルM3
吸気弁モデルM3は、吸気管圧力Pm、吸気管内温度Tm、及び吸気温度THA等から筒内吸入空気流量mcを推定するモデルである。吸気弁閉弁時の気筒内圧力は吸気弁32の上流の圧力、即ち吸気弁閉時の吸気管圧力Pmとみなすことができるので、筒内吸入空気流量mcは吸気弁閉時の吸気管圧力Pmに比例する。そこで、吸気弁モデルM3は筒内吸入空気流量mcを、経験則に基づく下記数9にしたがって求める。
【0070】
【数9】
mc=(THA/Tm)・(c・Pm−d)
【0071】
数9において、値cは比例係数、値dは筒内に残存していた既燃ガス量である。吸気弁モデルM3は、エンジン回転速度Ne、及び吸気弁の開閉タイミングVTと、比例係数c、及び既燃ガス量dとの関係をそれぞれ規定するテーブルをROM72内に格納していて、前記電子制御スロットルモデルM1によって推定された吸気弁閉時のスロットルバルブ開度TASと、実際のエンジン回転速度Neと、実際の吸気弁の開閉タイミングVTと前記格納しているテーブルとから比例係数c、及び既燃ガス量dを求める。また、吸気弁モデルM3は、演算時点において、後述するインテークマニホールドモデルM4により既に推定されている直前(最新)の吸気弁閉時の吸気管圧力Pmと直前の吸気管内空気温度Tmとを上記数9に適用し、吸気弁閉時の筒内吸入空気流量mcを推定する。
【0072】
(4)インテークマニホールドモデルM4
インテークマニホールドモデルM4は、質量保存則とエネルギー保存則とにそれぞれ基づいた下記数10及び下記数11にしたがって、吸気弁閉時の吸気管圧力Pmと、吸気弁閉時の吸気管内温度Tmとを求める。なお、Vは吸気管の容積、Rは気体定数、mtはスロットル通過空気量、Taはスロットルバルブ通過空気温度(即ち、吸気温度THA)である。
【0073】
【数10】
dPm/dt=κ・(R/V)・(mt・Ta−mc・Tm)
【0074】
【数11】
d(Pm/Tm)/dt=(R/V)・(mt−mc)
【0075】
図8に示したように、インテークマニホールドモデルM4は、スロットルモデルM2により推定されたスロットル通過空気量mtsを上記数10,数11におけるスロットル通過空気量mtとして使用し、吸気弁モデルM3により推定された吸気弁閉時の筒内吸入空気流量mcを上記数10,数11の筒内吸入空気流量mcとして使用する。なお、上記数10及び上記数11に基いて求められる吸気弁閉時の吸気管圧力Pmと吸気弁閉時の吸気管内温度Tmは、EGRバルブ55が閉弁されているとき(EGRバルブ状態フラグXEGRの値が「0」になっているとき)に使用され、EGRバルブ55が開弁されているとき(EGRバルブ状態フラグXEGRの値が「1」になっているとき)は、インテークマニホールドモデルM4は、吸気管41内に流入してくる排気ガスの影響を考慮するため、上記数10及び上記数11に基いて求めた吸気弁閉時の吸気管圧力Pmと吸気弁閉時の吸気管内温度TmとをそれぞれROM72内に格納されている所定のテーブルを用いて補正して、最終的な吸気弁閉時の吸気管圧力Pmと最終的な吸気弁閉時の吸気管内温度Tmを求める。このインテークマニホールドモデルM4により推定された吸気管圧力Pmが、前記吸気弁閉時の推定吸気管圧力Pm1となる。
【0076】
(Pm2の求め方)
上記エアフローメータ61が現時点で出力するであろう値に基づく吸気管圧力Pm2は、上記スロットルモデルM2と同じモデルであるスロットルモデルM5、エアフローメータモデルM6、上記吸気弁モデルM3と同じ吸気弁モデルM7、及び上記インテークマニホールドモデルM4と同じインテークマニホールドモデルM8により求められる。
【0077】
(5)スロットルモデルM5
具体的に述べると、スロットルモデルM5は、上記数8を書換えた下記数12に従って、現時点におけるスロットル通過空気量mtTHRを推定する。
【0078】
【数12】
mtTHR={mtsTA/Φ(PmTA/Pa)}・Φ(Pm/Pa)
【0079】
スロットルモデルM5は、上記数12の右辺における値{mtsTA/Φ(PmTA/Pa)}を、スロットルバルブ開度TA、エンジン回転速度Ne、吸気弁の開閉タイミングVT、及びスロットルバルブ上流圧力Paと、値{mtsTA/Φ(PmTA/Pa)}との関係を規定した前記テーブルと、スロットルポジションセンサ64が実際に検出したスロットルバルブ開度TA(以下、「実スロットルバルブ開度TAR」と称呼する。)、実際のエンジン回転速度Ne、実際の又は計算された吸気弁の開閉タイミングVT、及び実際のスロットルバルブ上流圧力Paとに基づいて求める。
【0080】
また、スロットルモデルM5は、数12の右辺における値Φ(Pm/Pa)を、吸気管圧力Pm及びスロットルバルブ上流圧力Paと値Φ(Pm/Pa)との関係を規定した前記テーブルと、後述するインテークマニホールドモデルM8が既に計算している最新の吸気管圧力PmR、及び実際のスロットルバルブ上流圧力Paとに基づいて求める。以上により、現時点におけるスロットル通過空気量mtTHRが求められる。
【0081】
(6)エアフローメータモデルM6
エアフローメータモデルM6は、スロットル通過空気量が所定の量αである場合に、エアフローメータ61が出力するであろう値を推定し、この推定値に基づいてスロットル通過空気量mtRを推定するモデルである。この場合、上記所定の量αは、スロットルモデルM5が推定したスロットル通過空気量mtTHRである。
【0082】
エアフローメータモデルM6は、先ず、スロットル通過空気量mtTHRに対する完全放熱量W1,W2を、同完全放熱量W1,W2とスロットル通過空気量mtとの関係を規定するテーブルと、前記求められたスロットル通過空気量mtTHRとに基づいて求める。完全放熱量W1、及び完全放熱量W2は、図5に示した熱線計量部61aのボビン部61a1、及び同熱線計量部61aのサポート部61a2にそれぞれ対応した放熱遅れを含まない放熱量である。
【0083】
次に、エアフローメータモデルM6は、ボビン部61a1、及びサポート部61a2にそれぞれ対応する放熱量であり、完全放熱量W1,W2に対してそれぞれ一次遅れの特性を有する応答遅れを含む放熱量(応答放熱量)w1,w2を下記数13及び下記数14にしたがって求める。数13,数14における添え字iは今回の演算値、添え字i−1は前回の演算値を表し、Δtは前回の演算値を求めてから今回の演算値を求めるまでの時間である。
【0084】
【数13】
w1i=Δt・(W1i−w1i-1)/τ1+w1i-1
【0085】
【数14】
w2i=Δt・(W2i−w2i-1)/τ2+w2i-1
【0086】
上記数13,数14において、τ1、及びτ2は、ボビン部61a1、及びサポート部61a2にそれぞれ対応する上記一次遅れ特性の時定数であり、下記数15及び下記数16により求められる。数15,数16中の値k10,k20、及び値m1,m2は、実験的に求められた値である。また、値uはエアフローメータ61の熱線計量部61aにバイパスされた単位断面積当たりの通過空気量であり、図6に示したエアフローメータ61の出力電圧Vgと実測された吸入空気量mtAFMとの関係を規定するVg−mtAFM変換テーブルと、エアフローメータ61の実際の出力電圧Vgとに基づいて求められた吸入空気量mtAFMを、前記熱線計量部61aのバイパス流路断面積Sで除した値(mtAFM/S)である。
【0087】
【数15】
τ1=k10・um1
【0088】
【数16】
τ2=k20・um2
【0089】
そして、エアフローメータモデルM6は、応答放熱量w1,w2の和(w1+w2)とエアフローメータ61が出力するであろう値に基づくスロットル通過空気量mtRとの関係を規定した図10に示したテーブルと、上記数13〜数16により求められた応答放熱量w1,w2の和(w1+w2)とに基づいて、現時点でエアフローメータ61が出力するであろう値に基づくスロットル通過空気量mtRを求める。
【0090】
(7)吸気弁モデルM7
吸気弁モデルM7は、上記吸気弁モデルM3と同様に、上記数9にしたがって現時点における筒内吸入空気流量mcRを求める。但し、吸気弁モデルM7は、後述するインテークマニホールドモデルM8により既に求めらている現時点の吸気管圧力PmR、及び現時点の吸気管内温度TmRを、上記数9における吸気管圧力Pm、及び吸気管内温度Tmに適用する等、必要なパラメータを全て現時点のものとして数9の計算を行う。
【0091】
(8)インテークマニホールドモデルM8
インテークマニホールドモデルM8は、インテークマニホールドモデルM4と同様に、上記数10,数11を用いて現時点における吸気管圧力Pmと現時点における吸気管内温度Tmとを求める。但し、インテークマニホールドモデルM8は、上記エアフローメータモデルM6により求められたスロットル通過空気量mtR、及び上記吸気弁モデルM7により求められた現時点における筒内吸入空気流量mcRを、それぞれ数10,数11におけるスロットル通過空気量mt、及び筒内吸入空気流量mcとして使用する。また、EGRバルブ55が開弁されているとき(EGRバルブ状態フラグXEGRの値が「1」になっているとき)は、インテークマニホールドモデルM8は、上記数10及び上記数11に基いて求めた現時点での吸気管圧力Pmと現時点での吸気管内温度TmとをそれぞれインテークマニホールドモデルM4にて使用される上記した所定のテーブルを用いて補正して、最終的な現時点での吸気管圧力Pmと最終的な現時点での吸気管内温度Tmを求める。このインテークマニホールドモデルM8により推定されたPmが、前記エアフローメータ61が現時点で出力するであろう値に基づく吸気管圧力Pm2となる。
【0092】
(Pm3の求め方)
上記エアフローメータ61の現時点における実際の出力電圧Vgに基づく吸気管圧力Pm3は、上記インテークマニホールドモデルM4,M8と同じモデルであるインテークマニホールドモデルM9により求められる。
【0093】
(9)インテークマニホールドモデルM9
具体的に述べると、インテークマニホールドモデルM9は、エアフローメータ61の出力電圧Vgと図6に示したVg−mtAFM変換テーブルとにより求められる現時点の実測された吸入空気量mtAFMを上記数10,数11におけるスロットル通過空気量mtとして使用するとともに、上記吸気弁モデルM7により求められた現時点での筒内吸入空気流量mcRを同数10,数11の筒内吸入空気流量mcとして使用し、現時点での吸気管圧力Pmを求める。また、インテークマニホールドモデルM9は、EGRバルブ55が開弁されているときは、前記吸気管圧力PmをインテークマニホールドモデルM4にて使用される上記した所定のテーブルを用いて補正して最終的な現時点での吸気管圧力Pmを求める。このインテークマニホールドモデルM9により推定された吸気管圧力Pmが、エアフローメータ61の現時点における実際の出力電圧Vgに基づく吸気管圧力Pm3となる。以上により、吸気管圧力Pm1〜Pm3が求められ、本燃料噴射量制御装置は、上記数1及び数3にしたがって要求燃料噴射量fcを求める。
【0094】
(燃料付着量推定、及び燃料噴射量制御の概要)
次に、本燃料噴射量制御装置が行う燃料付着量の推定方法、及び燃料噴射量決定方法の概要について説明する。図11に概念的に示したように、インジェクタ39から噴射された燃料は、その一部が吸気管41の壁面部、及び図11において図示を省略した吸気弁等からなる吸気通路構成部材に付着する。
【0095】
より具体的に述べると、特定の気筒に着目した図12に示したように、fiをインジェクタ39から同特定気筒の一吸気行程に対して噴射される燃料噴射量、fwを吸気通路構成部材にすでに付着している燃料の量、Pを吸気通路構成部材にすでに付着している燃料のうち一吸気行程を経た後に同吸気通路構成部材に付着したまま残留している燃料の割合(残留率P)、Rをインジェクタ39から噴射された前記燃料のうち吸気通路構成部材へ付着する燃料の割合(付着率R)とすると、今回噴射された燃料のうち吸気通路構成部材に新たに付着する燃料量はR・fi(k)であり、吸気通路構成部材にすでに付着していた燃料のうち同吸気通路構成部材に残留する燃料量はP・fw(k)であるから、燃料付着量fw(k+1)について下記数17が成立する。下記数17において、添え字kは今回の演算値(今回の吸気行程に対する値)、添え字k+1は次回の演算値(次回の吸気行程に対する値)をそれぞれ示している。下記数17は、燃料付着量の燃料付着モデルを記述したものであって、この演算を行う手段が燃料付着量推定手段に相当する。
【0096】
【数17】
fw(k+1)=R・fi(k)+P・fw(k)
【0097】
従って、一吸気行程において、今回噴射された燃料のうち吸気通路構成部材に付着せず筒内に直接吸入される燃料量は(1−R)・fi(k)となり、吸気通路構成部材に付着していた燃料のうち同吸気通路構成部材から離脱して筒内に吸入される燃料量は(1−P)・fw(k)となるから、筒内に吸入される燃料量fc(k)は下記数18により表すことができる。
【0098】
【数18】
fc(k)=(1−R)・fi(k)+(1−P)・fw(k)
【0099】
ここで、上記残留率P及び上記付着率Rは、SCV開度センサ65により検出されるSCV開度θiv、クランクポジションセンサ67の出力に基くエンジン回転速度Ne、水温センサ68により検出される冷却水温THW、上記数3により計算されている最新の吸気弁閉時の吸気管圧力PMFWD、EGRバルブ状態フラグXEGRの値の関数fp及び関数frにそれぞれ基く所定のテーブルにより決定される。
【0100】
図13は、前記所定のテーブルにおいてSCV開度θiv、エンジン回転速度Ne、及び吸気管圧力PMFWDが所定の一定値であると仮定した場合における、冷却水温THWと、残留率P及び付着率Rとの関係をそれぞれ示したグラフである。図13に示したように、残留率P及び付着率Rは共に、冷却水温THWが高くなるほど小さくなる。これは、冷却水温THWが高くなるほど吸気管41の壁面温度が高くなり、その結果、吸気通路構成部材に付着していた燃料の蒸発が促進され、且つ、インジェクタ39から噴射された燃料の霧化が促進されることに基く。
【0101】
また、残留率P及び付着率Rは共に、冷却水温THWが同一であるとき、EGRバルブ55が開弁されているときの方がEGRバルブ55が閉弁されているときよりも小さくなる。これは、吸気管41の壁面温度が同じであっても、EGRバルブ55が開弁されているときの方が吸気管41内に吸入される排気ガスの熱により吸気(空気と排気ガスの混合気)の温度が高くなるので、吸気通路構成部材に付着していた燃料の蒸発がより促進され、且つ、インジェクタ39から噴射された燃料の霧化がより促進されることに基く。
【0102】
そして、上記数18の計算に必要な燃料付着量fw(k)は、数17から順次求めることができるので、同数18の燃料量fc(k)を上記数1又は数2により求められる筒内吸入空気量に基づく要求燃料噴射量fcと置くことにより、燃料噴射量fi(k)を決定することができる。このように、上記数18を利用して、燃料噴射量fi(k)を演算する手段が、燃料噴射量決定手段を構成する。
【0103】
(モータリングの実行方法の概要)
本燃料噴射量制御装置は、以上のように燃料噴射量fi(k)を決定し、その量の燃料を、吸気行程を迎える特定気筒に対して同特定気筒に対するインジェクタ39から噴射することにより内燃機関10を継続的に運転する。このとき、先に説明した機関停止条件が成立すると、本装置は、インジェクタ39からの燃料の噴射を停止して内燃機関10の運転を停止するとともに、同機関停止条件が成立した直後から吸気通路構成部材への実際の燃料付着量を略ゼロにするための特定処理として内燃機関10のモータリングを開始する。
【0104】
具体的には、本装置は、機関停止条件が成立した直後から、動力切替機構Pのモードをモータリングモードに切替え、且つ、モータリング用の所定の交流電力が電動モータMに供給されるようにインバータIを制御することで、内燃機関10を所定の回転速度でモータリングする。このようにして電動モータMに内燃機関10のモータリングを実行させる手段が、特定処理実行手段を構成する。
【0105】
また、本装置は、機関停止条件が成立した時点においてEGRバルブ55を開弁し(EGRバルブ状態フラグXEGRの値が「1」になる)、モータリング実行中に渡りEGRバルブ55を開弁された状態に維持する。これにより、モータリング実行中においてシリンダ21、ピストン22等の熱により暖められた排気ガスが吸気管41内に流入し、この結果、吸気通路構成部材に付着している燃料の蒸発が促進される。
【0106】
さらに、本装置は、上記機関停止条件が成立した時点において上記数17に基き燃料付着モデルが計算している燃料付着量fw(k+1)を初期値として、下記数19に基いて、同機関停止条件成立時点以降モータリング実行中において時間の経過とともに減少していく吸気通路構成部材への燃料付着量fw(k)を各気筒について所定時間の経過毎に求める(更新する)。
【0107】
【数19】
fw(k)=P1・fw(k)
【0108】
上記数19において、P1は吸気通路構成部材にすでに付着している燃料のうち上記所定時間経過後に同吸気通路構成部材に付着したまま残留している燃料の割合(残留率P1)であって、上記数17における残留率Pと同様に、SCV開度θiv、エンジン回転速度Ne、冷却水温THW、最新の吸気弁閉時の吸気管圧力PMFWD、EGRバルブ状態フラグXEGRの値の関数fp1に基く図13のテーブルと類似した所定のテーブルにより決定される。これにより、残留率P1は、残留率Pと同様、EGRバルブ55が開弁されているときの方がEGRバルブ55が閉弁されているときよりも小さくなる。従って、モータリング実行中は上記のようにEGRバルブ55は開弁されているので残留率P1は小さくなり、その結果、燃料付着量fw(k)が上記所定時間の経過毎に減少していく速度が速くなる。
【0109】
そして、本装置は、上記数19により計算している燃料付着量fw(k)が全ての気筒についてゼロにほぼ等しい一定値である燃料付着量ゼロ化判定基準量fwref未満になるまでモータリングを継続し、燃料付着量fw(k)が全ての気筒について燃料付着量ゼロ化判定基準量fwref未満になると、モータリング用の所定の交流電力の電動モータMへの供給が停止されるようにインバータIを制御することでモータリングを停止する。これにより、上記機関停止条件が成立した後、吸気通路構成部材への実際の燃料付着量が強制的に(略)ゼロになるまで減少せしめられる。
【0110】
(始動前噴射処理の概要)
本燃料噴射量制御装置は、以上のようにして吸気通路構成部材への実際の燃料付着量を(略)ゼロになるまで減少させた後、先に説明した機関始動条件が成立するまで燃料の噴射を停止して内燃機関10を停止した状態に維持する。このとき、前記機関始動条件が成立すると、本装置は、スタータSの駆動に先立ち、以下のように決定される始動前噴射量fw0(所定量)の燃料を全ての気筒に対して噴射する。
【0111】
以下、始動前噴射量fw0の決定方法について説明するにあたり、先ず、図14を参照しながら内燃機関10の始動時におけるエンジン回転速度Neの時間に対する変化、及び一吸気行程あたりのシリンダ内(筒内)吸入空気量Qの時間に対する変化について説明する。図14(a)は、内燃機関10の始動時における一吸気行程あたりの筒内吸入空気量Qの時間に対する変化を示したタイムチャートであり、図14(b)は、同内燃機関10の始動時におけるエンジン回転速度Neの時間に対する変化を示したタイムチャートであって、これらの各タイムチャートは、予め実験等により得られたものである。
【0112】
図14(b)に示したように、内燃機関10が停止している状態において、時刻t0にてイグニッションスイッチがOFFからONに変更され、時刻t1にてイグニッションスイッチがONからSTARTに変更されると、内燃機関10は、スタータSの駆動力により所定の回転速度で回転を開始するとともに、所定のタイミング毎にインジェクタ39からの燃料の噴射及び点火プラグ37による点火が開始される。この時刻t0から時刻t1までの間を「始動前」と称呼する。
【0113】
時刻t2になると、内燃機関10はスタータSの駆動力を付与することなく自発的に回転(運転)を開始するとともに、そのエンジン回転速度Neが増大を開始する。そして、時刻t3になると、エンジン回転速度Neが600rpmに達する。この時刻t1から時刻t3までの間を「始動中」と称呼する。その後、エンジン回転速度Neは図14(b)に示すように変化する。この時刻t3以降を「始動後」と称呼する。
【0114】
一方、図14(a)に示すように、内燃機関10の一吸気行程あたりの筒内吸入空気量Qは、上記始動中においては、スロットルバルブ開度TAが最大値(一定値)に維持されることから一定値Q1に維持されるとともに、上記始動後(エンジン回転速度Neが600rpm以上になったとき)においては、上記したスロットルバルブ電子制御ロジックA1により始動直後におけるスロットルバルブ開度TAの制御が開始されることから図14(a)に示すように変化する。
【0115】
ここで、内燃機関10の始動後、エンジン回転速度Neが800rpmに到達する時刻t4における図14(a)に示された吸入空気量Q0に着目すると、この吸入空気量Q0に対して所定の空燃比(例えば、理論空燃比)を得るために必要な要求燃料噴射量(筒内流入燃料量)fcstartは計算することができ、同要求燃料噴射量fcstartは予めROM72に格納されている。また、時刻t4では、吸気通路構成部材への燃料付着量fw(k)が時間に対して変化しない定常状態になっていると仮定すると、上記数18において、燃料噴射量fi(k)を要求燃料噴射量fc(k)と置き、さらに要求燃料噴射量fc(k)を前記要求燃料噴射量fcstartと置くことにより、時刻t4において推定される燃料付着量fw(k)は、下記数20により表すことができる。
【0116】
【数20】
fw(k)=(R/(1-P))・fcstart
【0117】
本装置は、上記数20を利用して、機関始動条件成立時点(図14において時刻t1に相当する。)にてスタータSを駆動開始する直前に、始動後においてエンジン回転速度Neが800rpmに達する時点(図14において時刻t4に相当する。)における吸気通路構成部材への燃料付着量fw0を下記数21に基いて推定(決定)する。
【0118】
【数21】
fw0=(R0/(1-P0))・fcstart
【0119】
上記数21において、P0及びR0は、機関始動条件成立時点において推定されるエンジン回転速度Neが800rpmに達する時点での残留率及び付着率であって、上記した残留率P及び付着率Rを求めるための関数fp及び関数frにそれぞれ基く所定のテーブルにおいて、SCV開度θiv、エンジン回転速度Ne、吸気弁閉時の吸気管圧力PMFWDをそれぞれ所定の一定値θiv0、Ne0(800rpm)、PMFWD0に設定するとともに、EGRバルブ状態フラグXEGRの値を「0」に設定し、冷却水温THWを前記機関始動条件成立時点において水温センサ68により得られる値に設定することにより決定される。換言すれば、上記残留率P0及び付着率R0は、機関始動条件成立時点における内燃機関10の実際の冷却水温THWのみに依存して決定される。
【0120】
そして、本装置は、上記数21により計算(推定)した燃料付着量fw0の燃料を始動前噴射量fw0として全ての気筒に対して噴射した後(図14において時刻t1以降)、スタータSを駆動するとともに、吸気行程を迎える特定気筒に対して所定のタイミング毎にインジェクタ39から上記数18により計算される燃料噴射量fi(k)の燃料を噴射することで内燃機関10を始動させる。このようにして、始動前噴射量fw0を全ての気筒に対してインジェクタ39から噴射させる手段が、始動前噴射指示手段を構成する。
【0121】
ここで、上記数18により計算される燃料噴射量fi(k)の燃料の噴射が開始する時点(図14において時刻t1)にて設定される同数18における燃料付着量fw(k)の初期値は、上記始動前噴射量fw0に設定される。従って、この時点において上記数18により計算される燃料噴射量fi(k)は、上記数18から明らかなように、(1−P)・fw0に相当する量だけ少なくなるように計算される。
【0122】
以上のようにして、本装置は、機関始動条件が成立して燃料の噴射が開始された後(上記始動後)の所定の時点において吸気通路構成部材に実際に付着しているであろうと推定される量の燃料(始動前噴射量fw0)を同燃料の噴射が開始される前(始動前)に全ての気筒に対して噴射する。
【0123】
(実際の作動)
以下、上記内燃機関の燃料噴射制御装置の作動について、CPU71が実行するルーチン(プログラム)をフローチャートにより示した図15〜図21を参照しながら説明する。なお、CPU71は運転者がイグニッションスイッチをOFFからONに変更した時点からこれらのルーチンの実行を開始する。
【0124】
(燃料噴射制御実行中フラグXPWRの設定)
CPU71は、図15に示した燃料噴射制御実行中フラグXPWRの設定ルーチンを所定時間の経過毎に繰返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1500から処理を開始し、ステップ1505に進んでイグニッションスイッチがOFFからONに変更されたか否かをモニタする。
【0125】
いま、内燃機関10が停止している状態から運転者がイグニッションスイッチをOFFからONに変更したものとして説明を続けると、CPU71はステップ1505にて「Yes」と判定してステップ1510に進み、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値を「0」に設定する。燃料噴射制御実行中フラグXPWRは、その値が「1」のとき上記数18により計算される燃料噴射量fi(k)の燃料を噴射する制御を実行していることを示し、その値が「0」のとき同数18により計算される燃料噴射量fi(k)の燃料を噴射する制御を実行していないことを示す。
【0126】
次に、CPU71はステップ1515に進んで、EGRバルブ55を閉状態にする。これにより、EGRバルブ状態フラグXEGRの値は「0」に設定される。次いで、CPU71はステップ1520に進んで、上記した機関始動条件が成立したか否かを判定する。現時点ではイグニッションスイッチがOFFからONに変更された直後であるから機関始動条件は成立しておらず、CPU71はステップ1520にて「No」と判定してステップ1530に進み、上記した機関停止条件が成立したか否かを判定する。現時点では機関停止条件も成立していないので、CPU71はステップ1530にて「No」と判定してステップ1595に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0127】
以降、CPU71は機関始動条件が成立するまで、ステップ1500、1505、1520、1530、1595の処理を繰り返し実行するようになる。そして、運転者がイグニッションスイッチをONからSTARTに変更すると、CPU71はステップ1520に進んだとき「Yes」と判定してステップ1525に進み、燃料噴射制御実行中フラグXPWRを「1」に設定し、ステップ1595に進んで本ルーチンを一旦終了する。これ以降、CPU71は機関停止条件が成立するまで、ステップ1500、1505、1520、1530、1595の処理を繰り返し実行するようになる。
【0128】
(始動前噴射処理の実行)
また、CPU71は、図16に示した始動前噴射処理を実行するためのルーチンを所定時間の経過毎に繰返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1600から処理を開始し、ステップ1605に進んで燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「0」から「1」に変化したか否かをモニタする。ここで、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が変化していなければ、CPU71はステップ1605からステップ1695に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0129】
いま、運転者がイグニッションスイッチをONからSTARTに変更した直後(機関始動条件成立直後)であるとすると、図15のステップ1525の処理により燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「0」から「1」に変化した直後であるから、CPU71はステップ1605に進んだとき「Yes」と判定してステップ1610に進み、現時点にて水温センサ68により得られる冷却水温THWと、ステップ1610内に記載した関数fp及び関数frにそれぞれ基く所定のテーブルとに基いて、上記数21にて使用される機関始動条件成立時点において推定されるエンジン回転速度Neが800rpmに達する時点での残留率P0及び付着率R0をそれぞれ決定する。
【0130】
次に、CPU71はステップ1615に進んで、ステップ1610にて決定した残留率P0及び付着率R0と、ROM72に予め格納してある前記要求燃料噴射量fcstartと、上記数21の右辺に相当するステップ1615内に記載の式とに基き始動前噴射量fw0を計算する。
【0131】
次いで、CPU71はステップ1620に進んで、全ての気筒のインジェクタ39に対してステップ1615にて計算した始動前噴射量fw0の燃料を噴射するための指示を行い、続くステップ1625にて燃料付着量fw(k)の初期値を前記始動前噴射量fw0に設定した後、ステップ1630に進んでスタータSを駆動するための指示を行い、本ルーチンを一旦終了する。以降、CPU71はステップ1605にて「No」と判定して直ちにステップ1695に進み、本ルーチンを一旦終了するようになる。
【0132】
上記したステップ1630の処理により、スタータSは運転者がイグニッションスイッチをSTARTに保持している間、駆動され続け、その結果、同スタータSの駆動力により内燃機関10のクランク軸24は所定の回転速度で回転を開始するとともに、所定時間毎に繰り返される図示しないルーチンの実行により、任意の気筒のクランク角度が所定のクランク角度になる毎に同任意の気筒に対して点火プラグ37による点火が開始される。かかる点火プラグ37による点火は、機関停止条件が成立するまで継続的に実行される。
【0133】
(始動中燃料噴射制御)
また、CPU71は、図17に示した始動中燃料噴射制御を実行するためのルーチンを、特定気筒のクランク角がその気筒の吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)になる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角が前記所定のクランク角度になると、CPU71はステップ1700から処理を開始し、ステップ1705に進んで燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」であって、且つ、エンジン回転速度Neが600rpm未満(即ち、始動中)であるか否かを判定する。ここで、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「0」であるか、又は、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」であってもエンジン回転速度Neが600rpm以上(即ち、始動後)であれば、CPU71はステップ1705からステップ1795に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0134】
いま、図16のステップ1630の処理により、内燃機関10がスタータSの駆動力により回転を開始した直後であるとするとエンジン回転速度Neは600rpm未満であるので、CPU71はステップ1705に進んだとき「Yes」と判定してステップ1710に進み、現時点でのエンジン回転速度Neと、冷却水温THWと、始動中における(始動用)要求燃料噴射量を求めるためのエンジン回転速度Ne及び冷却水温THWの関数gに基くROM72に予め記憶されたテーブルとにより始動中における(始動用)今回の要求燃料噴射量fc(k)を算出する。
【0135】
次いで、CPU71はステップ1715に進んで、SCV開度センサ65が検出するSCV開度θiv、クランクポジションセンサ67の出力に基づくエンジン回転速度Ne、水温センサ68が検出する冷却水温THW、上記数3により計算される吸気管圧力PMFWD、及びEGRバルブ状態フラグXEGRの値(以下、これらの値を「引数パラメータ」と総称する。)と、前記引数パラメータと付着率Rとの関係を規定する予めROM72に記憶したテーブルとに基づき現時点での付着率Rを決定するとともに、上記引数パラメータと残留率Pとの関係を規定する予めROM72に記憶したテーブルと、上記引数パラメータとに基づき現時点での残留率Pを決定する。なお、上記吸気管圧力PMFWDは、所定時間毎に繰り返し実行される前述した図8に示したモデルに従う図示しないルーチンにより求められている。
【0136】
次いで、CPU71はステップ1720に進み、上記数18を変形して得た同ステップ1720に記載した式、上記ステップ1710にて求めた要求燃料噴射量fc(k)、上記ステップ1715にて決定した付着率R及び残留率P、及び図16のステップ1625にて設定した燃料付着量fw(k)の初期値(始動前噴射量fw0)に基づいて今回の燃料噴射量fi(k)を算出し、続くステップ1725にて上記数17に従って次回の燃料付着量fw(k+1)を求める。
【0137】
次に、CPU71はステップ1730に進んで、ステップ1725にて求めた燃料付着量fw(k+1)を次回の演算のために燃料付着量fw(k)に置き換え、次のステップ1735にてステップ1720にて決定した今回の燃料噴射量fi(k)だけ燃料を噴射するように前記特定気筒に対するインジェクタ39に駆動信号を送出し、ステップ1795に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0138】
以上により、上記特定の気筒に対する始動中における(始動用)燃料噴射量が、燃料付着量及び要求燃料噴射量(筒内流入燃料量)に基づいて決定され、エンジン回転速度Neが600rpmに達するまでの間、始動用燃料噴射量の燃料が同特定気筒に対するインジェクタ39から噴射される。なお、CPU71は、他の気筒に対しても、図17のルーチンと同様なルーチンを同様なタイミングで実行する。
【0139】
(スロットルバルブ制御)
また、CPU71は、図18に示したスロットルバルブ制御を実行するためのルーチンを所定時間(2msec)の経過毎に繰返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになるとCPU71はステップ1800から開始し、ステップ1805に進んで、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」であって、且つ、エンジン回転速度Neが600rpm以上(即ち、始動後)であるか否かを判定する。ここで、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「0」であるか、又は、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」であってもエンジン回転速度Neが600rpm未満(即ち、始動中)であれば、CPU71はステップ1805からステップ1895に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0140】
いま、図17のルーチンを繰り返し実行することによりエンジン回転速度Neが増加を開始して600rpm以上(始動後)になっているものとすると、CPU71はステップ1805にて「Yes」と判定してステップ1810に進み、アクセルペダル操作量Accpを読み込む。次いで、CPU71はステップ1815に進み、同ステップ1815にて図9と同じテーブルを用いることにより上記読み込んだアクセルペダル操作量Accpに基づく暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1を求める。
【0141】
次に、CPU71はステップ1820に進んで変数Iを「64」に設定し、続くステップ1825にて記憶値θr(I)にθr(I−2)の値を格納する。現時点では、変数Iは「64」であるから、記憶値θr(64)に記憶値θr(62)の値が格納される。次いで、CPU71はステップ1830に進み、変数Iが「2」と等しくなったか否かを判定する。この場合、変数Iの値は「64」であるから、CPU71はステップ1830にて「No」と判定してステップ1835に進み、同ステップ1835にて変数Iの値を「2」だけ減少し、その後上記ステップ1825に戻る。この結果、ステップ1825が実行されると、記憶値θr(62)に記憶値θr(60)の値が格納される。このような処理は、変数Iの値が「2」となるまで繰り返し実行される。
【0142】
その後、ステップ1835の処理が繰り返されて変数Iの値が「2」となると、CPU71はステップ1830にて「Yes」と判定してステップ1840に進み、同ステップ1840にて前記ステップ1815にて求めた現時点における暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1を記憶値θr(0)に格納する。以上により、現時点からImsec前(0msec≦Imsec≦64msec)の暫定的な目標スロットルバルブ開度θr(I)(I=64,62,・・・,4,2,0)がRAM73内に記憶されることになる。
【0143】
次に、CPU71はステップ1845に進み、同ステップ1845にて記憶値θr(64)を最終的な目標スロットルバルブ開度θrとして設定し、続くステップ1850にて実際のスロットルバルブ開度が目標スロットルバルブ開度θrと等しくなるように、スロットルバルブアクチュエータ43aに対し駆動信号を出力し、その後ステップ1895にて本ルーチンを一旦終了する。
【0144】
以降においても、上記ルーチンの処理は2msecの経過毎に実行される。この結果、実際のスロットルバルブ開度が、64msec前のアクセルペダル操作量Accpに基づく目標スロットルバルブ開度θrと等しくなるように制御される。これにより、上記電子制御スロットルモデルM1による吸気弁閉時のスロットルバルブ開度TASの推定が可能となる。
【0145】
(吸気弁開閉タイミング制御、及びSCV開度制御)
また、CPU71は、図19に示した吸気弁開閉タイミング制御、及びSCV開度制御を実行するためのルーチンを所定時間(例えば、2msec)の経過毎に繰返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになるとCPU71はステップ1900から開始し、ステップ1905に進んで、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」であって、且つ、エンジン回転速度Neが600rpm以上(即ち、始動後)であるか否かを判定する。ここで、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「0」であるか、又は、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」であってもエンジン回転速度Neが600rpm未満(即ち、始動中)であれば、CPU71はステップ1905からステップ1995に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0146】
現時点では、エンジン回転速度Neが600rpm以上(始動後)になっているので、CPU71はステップ1905にて「Yes」と判定してステップ1910に進みクランクポジションセンサ67の出力に基づくエンジン回転速度Neを読み込むとともに、ステップ1915にて前述した筒内吸入空気量に相当する値KLFWD(即ち、エンジン負荷)を読込む。なお、筒内吸入空気量に相当する値KLFWDは、所定時間毎に繰り返し実行される前述した要求噴射量の決定方法(図8に示したモデル)に従う図示しないルーチンにより求められている。
【0147】
次に、CPU71はステップ1920に進み、同ステップ1920内に示したテーブルと上記読み込んだエンジン回転速度Ne及び筒内吸入空気量相当値KLFWDとに基づいて吸気弁の開閉タイミング(進角量)VTを決定し、続くステップ1925にて実際の進角量が前記決定した進角量VTとなるように、アクチュエータ33aに駆動信号を出力する。なお、ステップ1920に示したテーブルにおいては、VT1,VT2,VT3の順に進角量が大きくなるように設定されている。
【0148】
次いで、CPU71はステップ1930に進み、同ステップ1930内に示したテーブルと上記読み込んだエンジン回転速度Ne及び筒内吸入空気量相当値KLFWDとに基づいて目標SCV開度θivrを決定し、続くステップ1935にて実際のSCV開度が前記決定した目標SCV開度θivrとなるように、アクチュエータ44aに駆動信号を出力する。なお、ステップ1930に示したテーブルにおいては、θ1,θ2,θ3の順に進角量が大きくなるように設定されている。
【0149】
以降においても、上記処理は2msecの経過毎に実行される。この結果、実際の吸気弁開閉タイミングの進角量と実際のSCV開度が、エンジン回転速度Neと筒内吸入空気量相当値KLFWDに応じた値に変更される。
【0150】
(始動後燃料噴射制御)
また、CPU71は、図20に示した始動後燃料噴射制御を実行するためのルーチンを、特定気筒のクランク角がその気筒の吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)になる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角が前記所定のクランク角度になると、CPU71はステップ2000から処理を開始し、ステップ2005に進んで燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」であって、且つ、エンジン回転速度Neが600rpm以上(即ち、始動後)であるか否かを判定する。ここで、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「0」であるか、又は、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」であってもエンジン回転速度Neが600rpm未満(即ち、始動中)であれば、CPU71はステップ2005からステップ2095に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0151】
現時点では、エンジン回転速度Neが600rpm以上(始動後)になっているので、CPU71はステップ2005にて「Yes」と判定してステップ2010に進み、図8に示したモデルに従って別途計算されている上記吸気弁閉時の筒内吸入空気量に相当する値KLFWDと、上記数1の右辺に基くステップ2010内に記載の式とに基き今回の要求燃料噴射量fc(k)を算出する。
【0152】
次いで、CPU71はステップ2015に進んで、前記引数パラメータと、同引数パラメータと付着率Rとの関係を規定する予めROM72に記憶したテーブルとに基づき現時点での付着率Rを決定するとともに、上記引数パラメータと残留率Pとの関係を規定する予めROM72に記憶したテーブルと、上記引数パラメータとに基づき現時点での残留率Pを決定する。
【0153】
次いで、CPU71はステップ2020に進み、上記数18を変形して得た同ステップ2020に記載した式、上記ステップ2010にて求めた要求燃料噴射量fc(k)、上記ステップ2015にて決定した付着率R及び残留率P、及び図17のステップ1730にて更新されていた最新の燃料付着量fw(k)に基づいて今回の燃料噴射量fi(k)を算出し、続くステップ2025にて上記数17に従って次回の燃料付着量fw(k+1)を求める。
【0154】
次に、CPU71はステップ2030に進んで、ステップ2025にて求めた燃料付着量fw(k+1)を次回の演算のために燃料付着量fw(k)に置き換え、次のステップ2035にてステップ2020にて決定した今回の燃料噴射量fi(k)だけ燃料を噴射するように前記特定気筒に対するインジェクタ39に駆動信号を送出し、ステップ2095に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0155】
以上により、上記特定の気筒に対する始動後における燃料噴射量が、燃料付着量及び要求燃料噴射量(筒内流入燃料量)に基づいて決定され、エンジン回転速度Neが600rpm以上になっている間、上記始動後における燃料噴射量の燃料が同特定気筒に対するインジェクタ39から噴射される。なお、CPU71は、他の気筒に対しても、図20のルーチンと同様なルーチンを同様なタイミングで実行する。
【0156】
(モータリングの実行)
また、CPU71は、図21に示したモータリングを実行するためのルーチンを所定時間(例えば、2msec)の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになるとCPU71はステップ2100から開始し、ステップ2105に進んで、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」から「0」に変化したか否かをモニタする。
【0157】
いま、内燃機関10が運転中である状態にてイグニッションスイッチがONに維持されていて、且つ車両の走行状態に応じてCPU71が動力切替機構Pのモードをエンジン走行モード又はモータアシスト走行モードからモータ走行モードに変更したものとして説明を続けると、この時点で機関停止条件が成立しているので、CPU71は図15のステップ1530に進んだとき「Yes」と判定してステップ1535に進み、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値を「1」から「0」に変更する。また、これにより、CPU71は図20のステップ2005にて「No」と判定してステップ2095に直接進むようになる。この結果、インジェクタ39からの燃料の噴射が停止されるとともに、点火プラグ37による点火も停止されて、内燃機関10は駆動運転を停止する。一方、車両は、電動モータMの駆動力によって前輪が駆動されることにより走行するようになる。
【0158】
このとき、CPU71が図21のステップ2105に進むと、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」から「0」に変更された直後であるから、同ステップ2105にて「Yes」と判定してステップ2110に進み、モータリング実行中フラグXMの値を「1」に設定する。モータリング実行中フラグXMは、その値が「1」のとき電動モータMによるモータリングを実行していることを示し、その値が「0」のとき電動モータMによるモータリングを実行していないことを示す。
【0159】
次に、CPU71はステップ2115に進んでEGRバルブ55を開状態にする(従って、EGRバルブ状態フラグXEGRの値が「1」になる)。これにより、後述するモータリング実行中に渡り、既に暖機されているシリンダ21、ピストン22等の熱により暖められた排気ガスが吸気管41内に流入する。次いで、CPU71はステップ2120に進んでモータリング実行中フラグXMの値が「1」になっているか否かを判定する。現時点では、モータリング実行中フラグXMの値は「1」になっているので、CPU71はステップ2120にて「Yes」と判定してステップ2125に進み、電動モータMに内燃機関10のモータリングを実行させる。これにより、内燃機関10は燃料の噴射が停止されている状態で所定の回転速度で回転を開始する。
【0160】
次いで、CPU71はステップ2130に進んで、現時点でSCV開度センサ65により検出されるSCV開度θiv、クランクポジションセンサ67の出力に基くエンジン回転速度Ne、水温センサ68により検出される冷却水温THW、上記数3により計算されている最新の吸気弁閉時の吸気管圧力PMFWD、及びEGRバルブ状態フラグXEGRの値(この時点では「1」)の関数fp1に基く図13のテーブルと類似した所定のテーブルにより、モータリング中の残留率P1を決定するとともに、続くステップ2135にて、現時点まで継続して図20のステップ2030にて計算(更新)されていた(上記機関停止条件成立時点での)吸気通路構成部材への最新の燃料付着量fw(k)と、ステップ2130にて決定した残留率P1と、上記数19の右辺に基くステップ2135内に記載の式とに基き、モータリング実行中において時間の経過とともに減少していく燃料付着量fw(k)を各気筒について求める(更新する)。
【0161】
次に、CPU71はステップ2140に進んで、燃料付着量fw(k)が全ての気筒について燃料付着量ゼロ化判定基準量fwref未満になっている否かを判定する。現時点では、モータリングを開始した直後であって燃料付着量fw(k)が全ての気筒について燃料付着量ゼロ化判定基準量fwref未満になっていないので、CPU71はステップ2140にて「No」と判定してステップ2195に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【0162】
以降、CPU71は、燃料付着量fw(k)が前記所定時間の経過毎に次第に減少していき、全ての気筒について前記燃料付着量ゼロ化判定基準量fwref未満になるまで、ステップ2100、2105、2120〜2140、2195の処理を繰り返し実行するようになる。そして、燃料付着量fw(k)が全ての気筒について前記燃料付着量ゼロ化判定基準量fwref未満になると、CPU71はステップ2140に進んだとき「Yes」と判定してステップ2145に進み、モータリング実行中フラグXMの値を「0」に設定し、ステップ2195に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0163】
この時点以降、CPU71はステップ2120に進んだとき「No」と判定してステップ2150に進むようになる。そして、いま、ステップ2145の処理によりモータリング実行中フラグXMの値が「1」から「0」に変更された直後であるものとすると、CPU71はステップ2150に「Yes」と判定してステップ2155に進み、電動モータMによるモータリングを停止する。
【0164】
次いで、CPU71はステップ2160に進み、イグニッションスイッチがONになっている否かを判定する。先に説明したように、現時点では、イグニッションスイッチはONに維持されているのでCPU71はステップ2160にて「Yes」と判定して本ルーチンを一旦終了する。以降、CPU71は、ステップ2105にて「No」と判定してステップ2120に進んだ後、ステップ2120、2150にて共に「No」と判定してステップ2195に進み、本ルーチンを一旦終了するようになる。
【0165】
このようにして、本装置は、前記機関停止条件成立後、電動モータMによるモータリングを実行して各気筒の吸気通路構成部材への燃料付着量を略ゼロにした後、同モータリングを停止するとともに、その後において機関始動条件が成立するまで内燃機関10を停止状態に維持する。
【0166】
次に、イグニッションスイッチがONに維持されていて動力切替機構Pのモードがモータ走行モードになっている状態(内燃機関10は停止していて、車両が電動モータMの駆動力で走行している状態)において、車両の走行状態に応じてCPU71が動力切替機構Pのモードを同モータ走行モードからエンジン走行モード又はモータアシスト走行モードに変更したものとして説明を続けると、この時点で機関始動条件が成立しているので、CPU71は図15のステップ1520に進んだとき「Yes」と判定してステップ1525に進み、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値を「0」から「1」に変更する。
【0167】
これにより、CPU71は、先に説明したように、図16のルーチンにより(再)始動前に上記始動前噴射処理を一回のみ実行するとともに、図17の始動中噴射制御ルーチンにより始動制御を完了した後、(再)始動後において、図18〜図20の各ルーチンを繰り返し実行することにより内燃機関10を再び継続的に運転させる。
【0168】
そして、このように内燃機関10が駆動運転中である状態にてドライバーがイグニッションスイッチをONからOFFに変更したものとすると、この時点で機関停止条件が成立しているので、CPU71は図15のステップ1530に進んだとき「Yes」と判定してステップ1535に進み、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値を「1」から「0」に変更する。また、これにより、CPU71は図20のステップ2005にて「No」と判定してステップ2095に直接進むようになる。この結果、インジェクタ39からの燃料の噴射が停止されるとともに、点火プラグ37による点火も停止されて、内燃機関10は再び駆動運転を停止する。
【0169】
これにより、燃料噴射制御実行中フラグXPWRの値が「1」から「0」に変更されるので、図21のモータリング実行ルーチンにより再び電動モータMによるモータリングが実行されて、全ての気筒の吸気通路構成部材への燃料付着量が略ゼロにされた後、前述したステップ2155にて同モータリングが停止される。そして、この時点では、イグニッションスイッチがOFFになっているのでCPU71はステップ2160に進んだとき、「No」と判定してステップ2165に進み、本燃料噴射量制御装置を含んだ内燃機関10に適用された上記システム全体を停止する。これにより、上述した図15〜図21に示した全てのルーチンの実行が停止される。
【0170】
以上のようにして、本燃料噴射量制御装置は、機関始動状態が成立する度に、始動前に上記始動前噴射処理を一回のみ実行するとともに、機関停止条件が成立する度に、全ての気筒の吸気通路構成部材への燃料付着量(推定値)が略ゼロになるまで電動モータMによる内燃機関10のモータリングを実行する。
【0171】
以上説明したように、本発明による内燃機関の燃料噴射量制御装置の実施形態によれば、所定の機関停止条件が成立した直後に電動モータMによるモータリングを実行して吸気通路内に空気の流れを発生させることで、同空気の流れにより吸気通路構成部材へ付着している燃料を同吸気通路構成部材から強制的に離脱させて同吸気通路構成部材への実際の燃料付着量を全ての気筒に対して(略)ゼロ(燃料付着量ゼロ化判定基準量fwref未満)にする。そして、所定の機関始動条件が成立して上記数18に基く(再)始動用の燃料の噴射が開始される直前に(始動前に)、同機関始動条件が成立して燃料の噴射が開始された後(始動後)の所定の時点(エンジン回転速度Neが800rpmに達する時点)において吸気通路構成部材に実際に付着しているであろうと推定される量の燃料(始動前噴射量fw0)を予め全ての気筒に対して噴射した後、(再)始動用の燃料の噴射を開始する。また、そのとき、燃料付着量推定手段により推定される吸気通路構成部材への燃料付着量fw(k)の初期値を前記始動前噴射量fw0に設定した状態にて同燃料付着量推定手段による同燃料付着量の推定を開始する。従って、内燃機関10の再始動時における吸気通路構成部材への燃料付着量の推定値fw(k)と実際値とを確実に一致させることができる。この結果、内燃機関10の再始動時における燃料噴射量fi(k)を適正な量になるように決定して狙いとする空燃比を得ることができることから、同再始動時の始動性が良好となり、また、エミッションの排出量が抑制された。
【0172】
また、内燃機関10のモータリングを実行している間、EGRバルブ55を開状態に維持するように構成しているので、モータリング実行中に温度の高い排気ガスの一部が吸気通路内に導入されて、吸気通路構成部材に付着している燃料の近傍を通過する吸気(空気と排気ガスとの混合気)の温度が高くなる。その結果、吸気通路構成部材に付着している燃料の蒸発が促進されるので、モータリング開始から吸気通路構成部材への実際の燃料付着量が略ゼロになるまでの時間を短縮することができる。従って、電動モータMにモータリングを実行させる時間を短縮することができ、電動モータMの消費エネルギーを少なくすることができた。
【0173】
また、上記のように、上記始動前噴射量fw0の燃料を予め全ての気筒に対して噴射した後、燃料付着量推定手段により推定される吸気通路構成部材への燃料付着量fw(k)の初期値を前記始動前噴射量fw0に設定してから、上記数18に基く(再)始動用の燃料の噴射を開始する。従って、再始動時において吸気通路構成部材に付着している始動前噴射量fw0の燃料のうち同吸気通路構成部材から離脱してシリンダ内に吸入される燃料の量(1-P)・fw0だけ燃料噴射手段(インジェクタ39)から噴射される燃料噴射量fi(k)を少なくすることができる。よって、内燃機関10の再始動時において吸気通路構成部材への燃料付着量の推定値fw(k)と実際値とを一致させることができ、且つ、燃料噴射手段から噴射される燃料噴射量fi(k)を少なくすることができる。この結果、内燃機関10の再始動時において燃料噴射量fi(k)を適正な量に決定して狙いとする空燃比を得ることができることに加え、排気ガス中のHC,CO等の未燃成分の排出量を抑制することができた。
【0174】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、機関停止条件成立後、電動モータにより内燃機関10をモータリングすることにより吸気通路構成部材への燃料付着量を強制的に略ゼロにしているが、機関停止条件成立後、吸気通路構成部材を加熱する加熱手段により同吸気通路構成部材を加熱することで、同吸気通路構成部材に付着している燃料の蒸発を促進させて、同燃料を強制的に略ゼロにするように構成してもよい。
【0175】
また、上記実施形態においては、電動モータMの駆動力により内燃機関10をモータリングしているが、スタータSの駆動力により同内燃機関10をモータリングするように構成してもよい。
【0176】
また、上記実施形態においては、機関停止条件成立時点において燃料付着モデルが計算している吸気通路構成部材への燃料付着量fw(k+1)を初期値として、同機関停止条件成立時点以降モータリング実行中において時間の経過とともに減少していく吸気通路構成部材への燃料付着量fw(k)を推定し、同推定した吸気通路構成部材への燃料付着量fw(k)が略ゼロ(燃料付着量ゼロ化判定基準量fwref未満)になったときに同モータリングを停止させるように構成されているが、同モータリングの継続時間を一定の所定時間T0に設定してもよい。この場合、所定時間T0は、機関停止条件成立時点において前記燃料付着量fw(k)が想定し得る最大値になっているときでも、モータリングにより同燃料付着量fw(k)を略ゼロにまで減少させるために必要な時間以上に設定すればよい。
【0177】
また、上記実施形態においては、モータリング実行中において所定時間の経過毎に減少していく吸気通路構成部材への燃料付着量fw(k)を、上記数19に基き残留率P1を用いて推定しているが、モータリング実行中の燃料付着量fw(k)を、所定時間の経過毎に所定の減少量Δfwだけ減少するものとして推定するように構成してもよい。この場合、モータリング実行中の吸気通路構成部材への燃料付着量fw(k)がゼロ又は負になった時点で、モータリングを停止するように構成すればよい。
【0178】
また、本燃料噴射量制御装置においては、以下のようにして、内燃機関10を始動させる度に上記数17及び数18の計算に使用する残留率P及び付着率Rを同定するように構成してもよい。即ち、本装置は、先ず、機関始動条件成立後、上記数18に基く燃料噴射量fi(k)の燃料の噴射が開始された時点から所定の期間内における、数18の計算に実際に使用した同燃料噴射量fi(k)の履歴及び燃料付着量fw(k)の履歴、並びに、図8に示したモデルに従って計算されている吸入空気量相当値KLFWDの履歴、及び空燃比センサ69の出力電圧vabyfsに基く空燃比A/Fの履歴をそれぞれRAM73に記憶する。次に、RAM73に記憶されている吸入空気量相当値KLFWDの履歴及び空燃比A/Fの履歴から実際の要求燃料噴射量fc1(k)(=(KLFWD/(A/F)))の履歴を求め、これをRAM73に記憶する。次いで、RAM73に記憶されている燃料噴射量fi(k)の履歴、及び燃料付着量fw(k)の履歴を上記数17に適用するとともに、同燃料噴射量fi(k)の履歴、同燃料付着量fw(k)の履歴、及びRAM73に記憶されている実際の要求燃料噴射量fc1(k)の履歴を上記数18に適用する。これにより、数17及び数18の2つの式において、未知数は残留率P及び付着率Rの2つになるので、この結果、本装置は、残留率P及び付着率Rを同定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による内燃機関の燃料噴射量制御装置を適用した火花点火式多気筒内燃機関を搭載した車両の動力伝達系についての概略構成図である。
【図2】 本発明による内燃機関の燃料噴射量制御装置を火花点火式多気筒内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。
【図3】 図2に示した特定の気筒の燃焼室、及び同燃焼室の近傍部分を概念的に示した平面図である。
【図4】 図2に示したエアフローメータの概略斜視図である。
【図5】 図4に示したエアフローメータの熱線計量部の拡大斜視図である。
【図6】 図2に示したCPUが参照するエアフローメータの出力と吸入空気量(吸入空気流量)との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図7】 吸気弁閉時の吸気管圧力を予測する方法を説明するために、スロットルバルブ開度の変化と各種のモデルにより計算される吸気管圧力の変化を示したタイムチャートである。
【図8】 図2に示した燃料噴射量制御装置が吸気弁閉時の筒内吸入空気量に相当する値を推定するために採用した各種モデルの接続関係を示す機能ブロック図である。
【図9】 図2に示したCPUが参照するアクセルペダル操作量と目標スロットルバルブ開度との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図10】 図2に示したCPUが参照する応答放熱量の和とエアフローメータが出力するであろう値に基づくスロットル通過空気量との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図11】 図2に示した燃料噴射量制御装置による燃料付着量の推定方法を説明するために、インジェクタから噴射された燃料が吸気通路に付着する様子を概念的に示した図である。
【図12】 図2に示したインジェクタから噴射された燃料量と、吸気通路を構成する部材への燃料付着量、及び筒内に流入する燃料量の関係を説明するための図である。
【図13】 図2に示したCPUが参照する冷却水温と残留率及び付着率との関係をそれぞれ規定したテーブルを、EGRバルブが開状態となっている場合とEGRバルブが閉状態となっている場合とで分けて示したグラフである。
【図14】 図14(a)は、内燃機関の始動時における一吸気行程あたりの筒内吸入空気量Qの時間に対する変化を示したタイムチャートであり、図14(b)は、同内燃機関の始動時におけるエンジン回転速度の時間に対する変化を示したタイムチャートである。
【図15】 図2に示したCPUが実行する燃料噴射制御実行中フラグの値を設定するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図16】 図2に示したCPUが実行する始動前噴射処理を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図17】 図2に示したCPUが実行する始動中噴射制御を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図18】 図2に示したCPUが実行するスロットルバルブ開度を制御するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図19】 図2に示したCPUが実行する吸気弁開閉タイミング及びSCV開度を制御するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図20】 図2に示したCPUが実行する始動後噴射制御を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図21】 図2に示したCPUが実行するモータリングを行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
10…火花点火式多気筒内燃機関、20…シリンダブロック部(エンジン本体部)、25…燃焼室、31…吸気ポート、32…吸気弁、39…インジェクタ、41…吸気管、43…スロットルバルブ、70…電気制御装置、71…CPU、M…電動モータ、P…動力切替機構。
Claims (4)
- モータリングを実行可能なモータリング手段を備えた内燃機関に適用され、
前記内燃機関の燃焼室に接続された吸気通路内にて燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記吸気通路を構成する部材への燃料付着量を推定する燃料付着量推定手段と、
前記推定された吸気通路構成部材への燃料付着量に基いて前記燃料噴射手段から噴射される燃料噴射量を決定する燃料噴射量決定手段とを備え、
所定の機関始動条件が成立したとき前記燃料の噴射を開始するとともに所定の機関停止条件が成立したとき同燃料の噴射を停止するように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、
前記所定の機関停止条件が成立した後、前記所定の機関始動条件が成立して前記燃料の噴射が開始される前に、前記吸気通路構成部材への実際の燃料付着量を略ゼロにするための特定処理を実行する特定処理実行手段を備え、
前記特定処理実行手段は、
前記特定処理として前記モータリング手段に前記内燃機関のモータリングを実行させる処理を実行するように構成されていて、且つ、前記モータリング手段に前記内燃機関のモータリングを実行させている間も前記燃料付着量推定手段に前記吸気通路構成部材への燃料付着量を推定させるとともに、前記推定された吸気通路構成部材への燃料付着量が略ゼロになったとき前記モータリング手段による前記内燃機関のモータリングを停止させるように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。 - 前記特定処理実行手段は、前記所定の機関停止条件が成立した直後から前記モータリング手段に前記内燃機関のモータリングを実行させるように構成された請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
- 前記内燃機関の燃料噴射量制御装置が適用される内燃機関は、同内燃機関の排気通路を通過する排気ガスの一部を前記吸気通路内に導入するための導入用通路を備えていて、
前記特定処理実行手段は、前記モータリング手段に前記内燃機関のモータリングを実行させているとき前記導入用通路を介して前記排気ガスの一部を前記吸気通路内に導入するように構成された請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。 - 前記特定処理実行手段が実行する前記特定処理により前記吸気通路構成部材への実際の燃料付着量が略ゼロになった後、前記所定の機関始動条件が成立して前記燃料の噴射が開始される前に、所定量の燃料を前記燃料噴射手段に噴射させる始動前噴射指示手段を備えた請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
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