JP4297893B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に気筒内に燃料を供給する副燃料供給を実行する内燃機関の制御装置に関する。

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

しかし、上述した従来の制御装置には、次のような問題がある。すなわち、上述したように、膨張行程噴射の実行中には、出力用および膨張行程時用の噴射燃料量の総和を、排ガスがリッチ状態になるように決定するとともに、両燃料量の割合を、ＮＯｘ触媒の要求温度や内燃機関の回転数に従って決定するに過ぎないので、内燃機関の出力トルクを、運転者が要求する要求トルクに見合うように制御することができない。また、出力用の噴射燃料を、膨張行程噴射を実行しない通常時には、負荷に応じて決定するのに対し、膨張行程噴射の実行中には、ＮＯｘ触媒の要求温度などに応じて決定するので、膨張行程噴射の開始前後において、出力用の噴射燃料量が大きく異なり、その結果、出力トルクが急激に変動し、その段差が生じるおそれがある。以上のように、従来の制御装置では、膨張行程噴射の実行中に、ドライバビリティが悪化するおそれがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、副燃料供給の実行中に、内燃機関の出力トルクを、変動させることなく要求トルクに見合うように適切に制御でき、それにより、ドライバビリティを向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

特開平１１−１０７８１３号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関３の膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に気筒３ａ内に燃料を供給する副燃料供給を実行する内燃機関３の制御装置１であって、内燃機関３の排気管５には、排ガスを浄化するための触媒装置１５が設けられており、内燃機関３の出力を得るために気筒３ａ内に供給すべき要求燃料量（実施形態における（以下、本項において同じ）通常時用の要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔ、膨張行程噴射時用の要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎ）を決定する要求燃料量決定手段（ＥＣＵ２、ステップ３、２５）と、内燃機関３に要求される要求トルクＰＭＣＭＤを決定する要求トルク決定手段（ＥＣＵ２、ステップ４１、図１２）と、副燃料供給の実行の開始直前に要求燃料量決定手段および要求トルク決定手段によりそれぞれ決定された直前要求燃料量ＴＣＹＬＥＸＥＭＩＮおよび直前要求トルクＰＭＥＸＥＭＩＮを記憶する記憶手段（ＥＣＵ２、ステップ２２、２３）と、を備え、要求燃料量決定手段は、副燃料供給の実行中には、記憶された直前要求燃料量ＴＣＹＬＥＸＥＭＩＮおよび直前要求トルクＰＭＥＸＥＭＩＮと決定された今回の要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、要求燃料量を決定し（ステップ２５）、副燃料の量（膨張行程噴射燃料量ＴＣＹＬ＿３ｒｄ）のうちの、触媒装置１５に流入する燃料量の割合を表す触媒流入割合ＫＣＡＴを算出する触媒流入割合算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１１、図５）と、算出された触媒流入割合ＫＣＡＴに応じて、副燃料の量を算出する副燃料量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３２）と、をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関では、膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に気筒内に燃料を供給する副燃料供給が実行される。また、この制御装置によれば、内燃機関の出力を得るための要求燃料量が要求燃料量決定手段によって決定され、内燃機関に要求される要求トルクが要求トルク決定手段によって決定される。また、副燃料供給の実行の開始直前に決定された直前要求燃料量および直前要求トルクが、記憶手段によって記憶される。さらに、副燃料供給の実行中には、要求燃料量決定手段は、記憶された直前要求燃料量および直前要求トルクと決定された今回の要求トルクに応じて、要求燃料量を決定する。

このように、副燃料供給の実行中、今回の要求トルクに応じて、出力を得るための要求燃料量を決定するので、内燃機関の出力トルクを、その時点での要求トルクに見合うように制御することができる。また、要求燃料量を、副燃料供給の実行開始直前の要求燃料量および要求トルクをベースとして決定するので、副燃料供給の実行開始の前後において、出力トルクを、その段差を生じることなく、なめらかに制御することができる。以上により、副燃料供給の実行中に、出力トルクを、変動させることなく要求トルクに見合うように適切に制御でき、それにより、ドライバビリティを向上させることができる。
また、前述した構成によれば、内燃機関の排気管には、排ガスを浄化するための触媒装置が設けられており、副燃料の量のうちの、触媒装置に流入する燃料量の割合を表す触媒流入割合が、触媒流入割合算出手段によって算出される。さらに、副燃料の量が、算出された触媒流入割合に応じ、副燃料量算出手段によって算出される。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置１において、内燃機関３の回転数を算出する機関回転数算出手段（クランク角センサ２１、ＥＣＵ２）をさらに備え、触媒流入割合算出手段は、算出された内燃機関の回転数（エンジン回転数ＮＥ）と要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、触媒流入割合を算出し（ステップ１１、図５）、内燃機関３の回転数および要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、目標空燃比ＫＣＭＤを算出する目標空燃比算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３）と、内燃機関３で燃焼した混合気の空燃比を算出する空燃比算出手段（ＬＡＦセンサ２６、ＥＣＵ２）と、算出された空燃比（検出空燃比ＫＡＣＴ）が算出された目標空燃比ＫＣＭＤになるような空燃比補正係数ＫＡＦを算出する空燃比補正係数算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３）と、をさらに備え、要求燃料量決定手段は、副燃料供給が実行されていないときに、算出された空燃比補正係数ＫＡＦに応じて、要求燃料量を決定し（ステップ３）、副燃料供給が実行されていないときで、かつ、空燃比を理論空燃比になるように制御しているときに算出された空燃比補正係数ＫＡＦを、内燃機関の回転数および要求トルクＰＭＣＭＤに対応させて学習する学習手段（ＥＣＵ２）と、副燃料供給の実行中、学習された空燃比補正係数（学習値ＫＲＥＦ）のうちの内燃機関３の回転数および要求トルクＰＭＣＭＤに対応するもの応じて、空燃比が理論空燃比になるようなストイキ用燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔを算出するストイキ用燃料量算出手段（ステップ３１）と、をさらに備え、副燃料量算出手段は、副燃料供給の実行中、算出されたストイキ用燃料量ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔから要求燃料量（要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎ）を減算した値を、算出された触媒流入割合ＫＣＡＴで除算することによって、副燃料の量を算出する（ステップ３２）ことを特徴とする。
この構成によれば、内燃機関の回転数と要求トルクに応じて、触媒流入割合および目標空燃比が算出される。また、内燃機関で燃焼した混合気の空燃比が算出され、算出された空燃比が算出された目標空燃比になるように、空燃比補正係数が算出されるとともに、副燃料供給が実行されていないときには、要求燃料量は、算出された空燃比補正係数に応じて決定される。さらに、副燃料供給が実行されていないときで、かつ、空燃比を理論空燃比になるように制御しているときに算出された空燃比補正係数が、内燃機関の回転数および要求トルクに対応させて学習される。また、副燃料供給の実行中、学習された空燃比補正係数のうちの、内燃機関の回転数および要求トルクに対応するものに応じて、空燃比が理論空燃比になるようなストイキ用燃料量が算出され、算出されたストイキ用燃料量から要求燃料量を減算した値を、算出された触媒流入割合で除算することによって、副燃料の量が算出される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。また、ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２９からの検出信号に応じ、エンジン３の運転状態を判定するとともに、判定した運転状態に応じて、エンジン３の燃焼モードを決定するとともに、決定された燃焼モードに従って、膨張行程噴射を含むインジェクタ６の燃料噴射制御処理などを実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、要求燃料量決定手段、要求トルク決定手段、記憶手段、触媒流入割合算出手段、副燃料量算出手段、機関回転数算出手段、目標空燃比算出手段、空燃比算出手段、空燃比補正係数算出手段、学習手段、およびストイキ用燃料量算出手段に相当する。

上記の燃焼モードは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて決定され、原則として、低〜中負荷運転時には成層燃焼モードに、それ以外の運転時には均一燃焼モードにそれぞれ決定される。また、両燃焼モード間の切換時には、２回噴射燃焼モードに決定される。この要求トルクＰＭＣＭＤは、図１１のステップ４１において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、図１２に示すＰＭＣＭＤマップを検索することによって算出される。このＰＭＣＭＤマップでは、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、また、アクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きな値に設定されている。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、燃焼時の図示平均有効圧力を示す。

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

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

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

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

次に、図３を参照しながら、インジェクタ６の燃料噴射を制御する処理について説明する。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴを算出する。この還流燃料量ＴＥＸＪＯＵＴは、膨張行程噴射によって排ガス中に含まれた未燃燃料のうち、ＥＧＲ装置１６による外部ＥＧＲ動作に伴って気筒３ａ内に還流する燃料の量を表す。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

上記ステップ２の答がＮＯで、膨張行程噴射の実行条件が成立していないときには、膨張行程噴射を行わない通常運転時用の要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔを次式（４）によって算出する（ステップ３）。この要求主噴射燃料量ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔは、通常運転時に、エンジン３の所要の出力や排ガス特性などを得るために燃焼させるべき燃料の量である。
ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔ＝ＴＩＭ・ＫＣＭＤ・ＫＡＦ・ＫＴＯＴＡＬ ……（４）
ここで、ＴＩＭ、ＫＣＭＤ、ＫＡＦおよびＫＴＯＴＡＬはそれぞれ、基本燃料噴射量、目標空燃比、空燃比補正係数および総補正係数である。なお、基本燃料噴射量ＴＩＭは、新気流量ＧＩＮに応じて、目標空燃比ＫＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、それぞれ算出される。空燃比補正係数ＫＡＦは、検出空燃比ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤになるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって算出される。総補正係数ＫＴＯＴＡＬは、エンジン水温ＴＷ、吸気温ＴＡおよび大気圧ＰＡなどに応じて算出される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、膨張行程噴射を、触媒装置１５の触媒を活性化するために行っているが、膨張行程中に燃料を噴射するのであれば、他の目的のために行うものでもよい。また、実施形態では、膨張行程中に燃料を噴射する膨張行程噴射を行っているが、膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に燃料を噴射してもよい。

さらに、実施形態では、要求トルクを、図示平均有効圧力で表したが、エンジン３に要求される要求トルクを表すものであれば、他の適当なパラメータで表してもよく、例えば、トルク自体、またはエンジン３の要求出力などで表してもよい。

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

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

符号の説明

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（要求燃料量決定手段、要求トルク決定手段、記憶手段、触媒流入割合算出
手段、副燃料量算出手段、機関回転数算出手段、目標空燃比算出手段、
空燃比算出手段、空燃比補正係数算出手段、学習手段、ストイキ用燃料量
算出手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
５ 排気管
１５ 触媒装置
２１ クランク角センサ（機関回転数算出手段）
２６ ＬＡＦセンサセンサ（空燃比算出手段）
ＴＣＹＬ＿２ｎｄｔ 通常時用の要求主噴射燃料量（要求燃料量）
ＴＣＹＬ＿ｍａｉｎ 膨張行程噴射時用の要求主噴射燃料量（要求燃料量）
ＰＭＣＭＤ 要求トルク
ＴＣＹＬＥＸＥＭＩＮ 直前要求燃料量
ＰＭＥＸＥＭＩＮ 直前要求トルク
ＫＣＡＴ 触媒流入割合
ＴＣＹＬ＿３ｒｄ 膨張行程噴射燃料量（副燃料の量）
ＮＥ エンジン回転数
ＫＣＭＤ 目標空燃比
ＫＡＣＴ 検出空燃比（空燃比）
ＫＡＦ 空燃比補正係数
ＫＲＥＦ 学習値（学習された空燃比補正係数）
ＴＣＹＬ＿１ｓｔｔ ストイキ用燃料量

Claims (2)

1. 内燃機関の膨張行程から排気行程までの間の所定の期間に気筒内に燃料を供給する副燃料供給を実行する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の排気管には、排ガスを浄化するための触媒装置が設けられており、
   前記内燃機関の出力を得るために前記気筒内に供給すべき要求燃料量を決定する要求燃料量決定手段と、
   前記内燃機関に要求される要求トルクを決定する要求トルク決定手段と、
   前記副燃料供給の実行の開始直前に前記要求燃料量決定手段および前記要求トルク決定手段によりそれぞれ決定された直前要求燃料量および直前要求トルクを記憶する記憶手段と、を備え、
   前記要求燃料量決定手段は、前記副燃料供給の実行中には、前記記憶された直前要求燃料量および直前要求トルクと前記決定された今回の要求トルクに応じて、前記要求燃料量を決定し、
   前記副燃料の量のうちの、前記触媒装置に流入する燃料量の割合を表す触媒流入割合を算出する触媒流入割合算出手段と、
   当該算出された触媒流入割合に応じて、前記副燃料の量を算出する副燃料量算出手段と、をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の回転数を算出する機関回転数算出手段をさらに備え、
   前記触媒流入割合算出手段は、前記算出された内燃機関の回転数と前記要求トルクに応じて、前記触媒流入割合を算出し、
   前記内燃機関の回転数および前記要求トルクに応じて、目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、
   前記内燃機関で燃焼した混合気の空燃比を算出する空燃比算出手段と、
   当該算出された空燃比が前記算出された目標空燃比になるような空燃比補正係数を算出する空燃比補正係数算出手段と、をさらに備え、
   前記要求燃料量決定手段は、前記副燃料供給が実行されていないときに、前記算出された空燃比補正係数に応じて、前記要求燃料量を決定し、
   前記副燃料供給が実行されていないときで、かつ、前記空燃比を理論空燃比になるように制御しているときに算出された空燃比補正係数を、前記内燃機関の回転数および前記要求トルクに対応させて学習する学習手段と、
   前記副燃料供給の実行中、前記学習された空燃比補正係数のうちの、前記内燃機関の回転数および前記要求トルクに対応するものに応じて、前記空燃比が理論空燃比になるようなストイキ用燃料量を算出するストイキ用燃料量算出手段と、をさらに備え、
   前記副燃料量算出手段は、前記副燃料供給の実行中、前記算出されたストイキ用燃料量から前記要求燃料量を減算した値を、前記算出された触媒流入割合で除算することによって、前記副燃料の量を算出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。

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