JP4306642B2 - 内燃機関の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御システムに関し、特に、排気のエネルギーによって吸気を過給する過給機を有する内燃機関の制御システムに関する。

排気のエネルギーによって吸気を過給する過給機（以下、単に過給機と称する）を有する内燃機関において、吸気弁と排気弁とが共に開弁状態となっているバルブオーバーラップ期間が長いほど、また、過給圧が高いほど、燃料噴射時期を遅角させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、過給機を有すると共に、燃料噴射弁が吸気ポートに設けられている内燃機関において、過給機による過給が行われているときは、バルブオーバーラップ期間中に燃料噴射を開始させ、過給機による過給が行われていないときは、過給が行われているときよりも燃料の噴射開始時期を進角させる技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−２６６６８６号公報 特開平５−１５８１号公報 特開平７−１５１００６号公報 特許第３３２３５４２号公報 特開２０００−７３８００号公報 特開２０００−１９２８２０号公報

本発明は、過給機を有する内燃機関において、過給機によって過給圧を上昇させているときの排気エミッションの悪化をより好適に抑制することが出来る技術を提供することを課題とする。

本発明は、過給機を有すると共に排気通路に排気浄化触媒が設けられている内燃機関において、過給機によって過給圧を上昇させているときは、排気の空燃比が目標空燃比となるように、バルブオーバーラップ期間を制御することで該バルブオーバーラップ期間中に吸気ポートから排気ポートに流出する吹き抜け空気の量を調整する。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の制御システムは、
排気のエネルギーによって吸気を過給する過給機と、
排気通路に設けられており排気を浄化する排気浄化触媒と、
吸気弁と排気弁とが共に開弁状態となっているバルブオーバーラップ期間を制御するオーバーラップ制御手段と、
を備える内燃機関の制御システムにおいて、
前記過給機によって過給圧を上昇させているときは、オーバーラップ制御手段によって前記バルブオーバーラップ期間を制御することで該バルブオーバーラップ期間中に前記吸気ポートから排気ポートへ流出する吹き抜け空気の量を調整し、それによって、排気の空燃比を目標空燃比に制御する。

過給機によって過給圧を上昇させているときは、吸気通路内の圧力が排気通路内の圧力よりも高くなる、即ち、吸気ポート内の圧力が排気ポート内の圧力よりも高くなる。そのため、バルブオーバーラップ期間中においては、吸気ポートから気筒内に流入した空気の
少なくとも一部が気筒内での燃焼に供されることなく排気ポートに流出することになる。このバルブオーバーラップ期間中に吸気ポートから排気ポートへ流出する空気を吹き抜け空気と称する。

そして、本発明では、排気の空燃比を目標空燃比に制御すべく、オーバーラップ制御手段によってバルブオーバーラップ期間を制御する。ここで、目標空燃比とは、排気エミッションの悪化を抑制することが可能な値である。この目標空燃比は、排気通路に設けられている排気浄化触媒に応じてその値が決定されても良い。また、この目標空燃比は、内燃機関の運転状態に応じて変更される値であっても良い。

排気弁の閉弁時期を遅角する、もしくは、吸気弁の開弁時期を進角すると、バルブオーバーラップ期間はより長くなる。また、排気弁の閉弁時期を進角する、もしくは、吸気弁の開弁時期を遅角すると、バルブオーバーラップ期間はより短くなる。

そして、バルブオーバーラップ期間が長いほど吹き抜け空気の量は多くなり、バルブオーバーラップ期間が短いほど吹き抜け空気の量は少なくなる。このように、バルブオーバーラップ期間を制御することで、吹き抜け空気量を調整することが出来、それによって、排気の空燃比を制御することが出来る。

内燃機関での燃料噴射量を制御することでも排気の空燃比を制御することは可能であるが、燃料噴射量を変化させた場合よりも吹き抜け空気量の量を変化させた場合の方が、気筒内での燃焼に供される混合気の空燃比に与える影響が小さい。つまり、吹き抜け空気の量を調整することで排気の空燃比を制御することによって、内燃機関の運転状態に与える影響を抑制しつつ、排気の空燃比を目標空燃比に制御することが出来る。

従って、本発明によれば、過給機によって過給圧を上昇させているときに、吹き抜け空気の量を調整することによって排気の空燃比を目標空燃比に制御することで、排気エミッションの悪化をより好適に抑制することが出来る。

本発明において、排気浄化触媒が三元触媒である場合、前記目標空燃比を理論空燃比近傍の値としても良い。

三元触媒は周囲雰囲気の空燃比が理論空燃比近傍であるときに排気をより浄化することが出来る。従って、吹き抜け空気の量を調整することよって排気の空燃比を理論空燃比近傍に制御することで、排気エミッションの悪化をより好適に抑制することが出来る。

また、本発明においては、前記目標空燃比をリーン空燃比または弱リッチ空燃比としても良い。

ここで、弱リッチ空燃比とは、理論空燃比よりもわずかに低い値であって、排気中の未燃燃料成分量が、排気浄化触媒の過昇温を招く虞があるほどの量となる可能性が低い値である。

吹き抜け空気の量を調整することよって排気の空燃比をリーン空燃比または弱リッチ空燃比に制御することで、排気中の未燃燃料成分量、即ち、排気浄化触媒に供給される未燃燃料成分量が抑制されることになる。その結果、排気浄化触媒の過昇温を抑制することが出来、それにより、排気浄化触媒の過昇温に伴う該排気浄化触媒の排気浄化能力の低下を抑制することが出来る。従って、上記制御によっても、排気エミッションの悪化をより好適に抑制することが出来る。

本発明において、吸気ポート内もしくは気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁による燃料の噴射時期を制御する燃料噴射時期制御手段と、該燃料噴射弁による燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段をさらに備えている場合、過給機によって過給圧を上昇させているときは、燃料噴射弁による燃料の噴射時期を、噴射された燃料の少なくとも一部が吹き抜け空気と共に排気ポートに流出するような時期に制御しても良い。

この場合、例えば、燃料噴射弁が吸気ポート内に燃料を噴射するものであれば、過給機によって過給圧を上昇させているときに排気工程中もしくはバルブオーバーラップ期間中に燃料を噴射させることで、噴射された燃料の少なくとも一部を吹き抜け空気と共に排気ポートに流出させることが出来る。また、燃料噴射弁が気筒内に燃料を噴射するものであれば、過給機によって過給圧を上昇させているときにバルブオーバーラップ期間中に燃料を噴射させることで、噴射された燃料の少なくとも一部を吹き抜け空気と共に排気ポートに流出させることが出来る。

過給機によって過給圧を上昇させているときに吹き抜け空気と共に燃料を排気ポートに流出させた場合、該燃料が排気通路内で燃焼するために排気の温度を上昇させることが出来る。そのため、排気のエネルギーを増加させることが出来る。

このときに、吹き抜け空気と該吹き抜け空気と共に排気ポートに流出した燃料との混合気（以下、吹き抜け混合気と称する）の空燃比が低いほど、燃料が燃焼することで発生するエネルギーは大きくなる。しかしながら、燃料の比熱は空気の比熱よりも大きいため、吹き抜け混合気の空燃比が低いほど該吹き抜け混合気の比熱もより大きくなる。そのため、燃料が燃焼した場合であっても排気の温度自体は上昇し難くなる。従って、吹き抜け混合気の空燃比が理論空燃比のときに、吹き抜け混合気中の燃料が燃焼したときにおける排気の温度上昇分は最も大きくなり、そのために、排気のエネルギーも最も大きくなる。

そこで、本発明では、吹き抜け空気と共に燃料を排気ポートに流出させる場合、燃料噴射弁による燃料の噴射時期を制御すると共に燃料の噴射量を制御することで、吹き抜け混合気の空燃比を理論空燃比近傍に制御しても良い。

これにより、過給機によって過給圧を上昇させているときに排気のエネルギーをより増加させることが出来る。その結果、過給圧をより速やかに上昇させることが可能となる。

また、上記のように、過給機によって過給圧を上昇させているときに、吹き抜け空気と共に燃料を排気ポートに流出させる場合であっても、さらに、吹き抜け混合気の空燃比を理論空燃比近傍またはリーン空燃比、弱リッチ空燃比に制御する場合であっても、バルブオーバーラップ期間を制御することによって吹き抜け空気の量を調整することで排気の空燃比を理論空燃比に制御することは可能である。

従って、過給機によって過給圧を上昇させているときに、排気の空燃比のみならず吹き抜け混合気の空燃比をも理論空燃比に制御することによって、排気エミッションの悪化をより好適に抑制しつつ、過給圧をより速やかに上昇させることが出来る。

また、本発明においては、過給機によって過給圧を上昇させる場合、要求されている過給圧である要求過給圧よりも低い所定過給圧に過給圧が達するまでの間のみ、燃料噴射弁によって噴射される燃料の少なくとも一部を吹き抜け空気と共に排気ポートに流出させ、過給圧が所定過給圧に達した後は、燃料噴射弁によって噴射される燃料が吹き抜け空気と共に排気ポートに流出するのを禁止しても良い。

上述したように、過給機によって過給圧を上昇させているときに、吹き抜け空気と共に
燃料を排気ポートに流出させた場合、過給圧をより速やかに上昇させることが出来る。しかしながら、過給圧を要求過給圧にまで上昇させる場合であっても、過給圧がある程度にまで上昇すれば、排気通路中で燃料を燃焼させることによる排気のエネルギーの増加がなくても、過給圧は要求過給圧にまで速やかに上昇する。

そこで、過給機によって過給圧を上昇させる場合に、燃料噴射弁による燃料噴射時期を制御することで、吹き抜け空気と共に燃料を排気ポートに流出させるのは、要求過給圧よりも低い所定過給圧に過給圧が達するまでの間のみとする。そして、その後は、燃料が吹き抜け空気と共に排気ポートに流出するのを禁止する。即ち、燃料が吹き抜け空気と共に排気ポートに流出しないよう燃料噴射弁による燃料噴射時期を制御する。

ここで、所定過給圧とは、該所定過給圧にまで過給圧が上昇すれば、排気通路中での燃料の燃焼がなくても過給圧が要求過給圧にまで速やかに上昇すると判断出来る値である。この所定過給圧は要求過給圧に応じて定められる値である。

上記によれば、排気のエネルギーを増加させるために使用する燃料の量をより少なくすることが出来る。従って、燃費の悪化を抑制しつつ、過給圧をより速やかに上昇させることが出来る。

本発明に係る内燃機関の制御システムによれば、過給機によって過給圧を上昇させているときにおける排気エミッションの悪化をより好適に抑制することが出来る。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。

＜内燃機関とその吸排気系の概略構成＞
本実施例では、本発明を車両駆動用のガソリンエンジンに適用した場合について説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は、気筒２を有しており、気筒２内にはピストン４が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室５には、吸気ポート６と排気ポート７とが接続されている。

吸気ポート６および排気ポート７の燃焼室５への開口部は、それぞれ吸気弁８および排気弁９によって開閉される。また、吸気弁８および排気弁９には、吸気側可変動弁機構１０および排気側可変動弁機構１１がそれぞれ設けられており、それぞれの開閉時期が可変となっている。また、気筒２には、燃焼室５に燃料を噴射する燃料噴射弁３および燃焼室５内の混合気に点火するための点火プラグ１５が設けられている。

吸気ポート６および排気ポート７は、それぞれ吸気通路１２および排気通路１３に接続されている。吸気通路１２の途中には、ターボチャージャ（過給機）１４のコンプレッサ１４ａが設置されている。一方、排気通路１３の途中には、ターボチャージャ１４のタービン１４ｂが設置されている。

コンプレッサ１４ａより上流側の吸気通路１２には、吸入空気量の流量に対応した電気信号を出力するエアフロメータ２３および吸入空気量を制御するスロットル弁１５が設けられている。また、コンプレッサ１４ａより下流側の吸気通路１２には、該吸気通路１２内の圧力に対応した電気信号を出力する吸気圧力センサ２４が設けられている。

一方、タービン１４ｂより上流側の排気通路１３には、該排気通路１３内の圧力に対応した電気信号を出力する排気圧力センサ２５および排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２６が設けられている。また、タービン１４ｂより下流側の排気通路１３には三元触媒１６が設けられている。

さらに、内燃機関１には、アクセル開度に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ２１およびピストン４の往復運動と連動して回転するクランクシャフトの回転角に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ２２が設けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するためのＥＣＵ２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフロメータ２３や吸気圧力センサ２４、排気圧力センサ２５、空燃比センサ２６、アクセル開度センサ２１、クランクポジションセンサ２２等の各種センサが電気的に接続されている。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。

また、ＥＣＵ２０には、スロットル弁１５や燃料噴射弁３、点火プラグ１５、吸気側可変動弁機構１０、排気側可変動弁機構１１が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。例えば、ＥＣＵ２０は、吸気側可変動弁機構１０および排気側可変動弁機構１１を制御することによって、吸気弁８および排気弁９の開閉時期をそれぞれ制御する。これにより、吸気弁８と排気弁９とが共に開弁状態となっているバルブオーバーラップ期間が制御される。

＜吸排気弁の開閉時期および燃料噴射時期＞
ここで、本実施例に係る、吸排気弁８、９の開閉時期および燃料噴射弁３からの燃料噴射時期について図２に基づいて説明する。図２は、本実施例に係る吸排気弁８、９の開閉時期および燃料噴射弁３からの燃料噴射時期を示す図である。図２において、横軸は時間を表し、縦軸は、吸気弁８および排気弁９の開度を表している。

図２に示すように、本実施例では、排気弁９が閉弁する前の時期に吸気弁８が開弁する。そのため、期間Ｔｏｖがバルブオーバーラップ期間となる（以下、この期間をバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖと称する）。加速時等のようにターボチャージャ１４によって過給圧を上昇させているときは、吸気通路１２内の圧力が排気通路１３内の圧力よりも高くなる。そのため、このバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ中においては、気筒２内での燃焼に供されることなく吸気ポート６から排気ポート７に流出する吹き抜け空気が生じる。

そして、本実施例では、図２に示す期間Ｔｆｉｎの時期に燃料噴射弁３による燃料噴射が実行される（以下、この期間を燃料噴射時期Ｔｆｉｎと称する）。図２に示すように、本実施例に係る燃料噴射時期Ｔｆｉｎは、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖが終了した後となっている。そのため、燃料噴射時期Ｔｆｉｎ中に噴射された燃料がバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ中に吹き抜け空気と共に排気ポート７に流出することはない。

＜過給圧上昇時のバルブオーバーラップ期間制御＞
次に、本実施例において、ターボチャージャ１４によって過給圧を上昇させているときのバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖの制御について説明する。

上述したように、過給圧を上昇させているときは、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ中に吹き抜け空気が生じる。この吹き抜け空気の量は、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖが長いほど多くなり、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖが短いほど少なくなる。つまり、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖを制御することで吹き抜け空気の量を調整することが出来
る。

そして、本実施例では、過給圧を上昇させているときに、吹き抜け空気の量を調整することで排気の空燃比を理論空燃比近傍に制御する。本実施例では、排気通路１３に三元触媒１６が設置されている。そのため、排気の空燃比を理論空燃比近傍に制御することで、この三元触媒１６で排気をより浄化することが可能となる。

＜バルブオーバーラップ期間制御の制御ルーチン＞
以下、本実施例に係るバルブオーバーラップ期間制御の制御ルーチンについて図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、規定時間毎に繰り返されるルーチンである。

本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、アクセル開度が増加したか否かをアクセル開度センサ２１の検出値に基づいて判別する。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０は、ターボチャージャ１４によって過給圧を上昇させていると判断し、Ｓ１０２に進む。一方、Ｓ１０１において、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は、過給圧は上昇していないと判断し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ２３によって検出される吸入空気量Ｇａ、および、クランクポジションセンサ２２の検出値に基づいて算出される内燃機関１の機関回転数Ｎｅを読み込む。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、排気弁９の閉弁時期および吸気弁８の開弁時期からバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖを算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４に進み、吸気圧力センサ２４によって検出される吸気通路１２内の圧力Ｐｉｎ（以下、吸気圧力Ｐｉｎと称する）、および、排気圧力センサ２５によって検出される排気通路１３内の圧力Ｐｅｘ（以下、排気圧力Ｐｅｘと称する）を読み込む。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、吸入空気量Ｇａおよび機関回転数Ｎｅ、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ、吸気圧力Ｐｉｎ、排気圧力Ｐｅｘに基づいて、吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔを推定する。ここでは、吸入空気量Ｇａが多いほど、また、機関回転数Ｎｅが高いほど、吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔは多くなる。また、上述したように、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖが長いほど吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔは多くなる。また、吸気圧力Ｐｉｎと排気圧力Ｐｅｘとの差が大きいほど吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔは多くなる。吸入空気量Ｇａおよび機関回転数Ｎｅ、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ、吸気圧力Ｐｉｎ、排気圧力Ｐｅｘと、吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔとの関係は実験等によって定められており、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６に進み、吸入空気量Ｇａから吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔを減算することで、気筒２内での燃焼に供される筒内空気量Ｑｃを推定する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７に進み、推定された筒内空気量Ｑｃに基づき、要求されている機関出力を得ることが可能な燃料噴射量Ｑｆおよび燃料噴射時期Ｔｆｉｎを決定する。尚、燃料噴射時期Ｔｆｉｎは、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖが終了した後におけるいずれかの時期として決定される。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０８に進み、燃料噴射弁３による燃料噴射および点火プラグ１５による点火を実行する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０９に進み、空燃比センサ２６によって検出される排気の空燃比ＡＦｅｘが理論空燃比ＡＦ０よりも大きいか否かを判別する。Ｓ１０９において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１１０に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１１１に進む。

Ｓ１１０に進んだＥＣＵ２０は、排気の空燃比ＡＦｅｘを理論空燃比ＡＦ０に制御すべく、排気側可変動弁機構１１および／または吸気側可変動弁機構１０を制御することでバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖを短縮させる。つまり、吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔを減少させる。尚、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖを短縮させるためには、排気弁９の閉弁時期を進角させても良く、また、吸気弁８の開弁時期を遅角させても良い。バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖを短縮させた後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１１１に進んだＥＣＵ２０は、排気の空燃比ＡＦｅｘが理論空燃比ＡＦ０よりも小さいか否かを判別する。Ｓ１１１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１１２に進む。一方、Ｓ１１１において、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は、排気の空燃比ＡＦｅｘは理論空燃比ＡＦ０であると判断し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１１２において、ＥＣＵ２０は、排気の空燃比ＡＦｅｘを理論空燃比ＡＦ０に制御すべく、排気側可変動弁機構１１および／または吸気側可変動弁機構１０を制御することでバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖを延長させる。つまり、吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔを増加させる。尚、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖを延長させるためには、排気弁９の閉弁時期を遅角させても良く、また、吸気弁８の開弁時期を進角させても良い。バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖを延長させた後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

以上説明した制御ルーチンによれば、過給圧が上昇しているときにおいて、吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔを調整することで排気の空燃比ＡＦｅｘを理論空燃比ＡＦ０に制御することが出来る。その結果、三元触媒１６において、排気をより浄化することが可能となる。

尚、燃料噴射弁３による燃料噴射量Ｑｆを調整することによって排気の空燃比ＡＦｅｘを制御することも可能であるが、燃料噴射量Ｑｆを変化させた場合よりも吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔを変化させた場合の方が、気筒２内での燃焼に供される混合気の空燃比に与える影響が小さい。つまり、吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔを調整することによって排気の空燃比ＡＦｅｘを制御することで、内燃機関１の運転状態に与える影響を抑制しつつ、排気の空燃比ＡＦｅｘを理論空燃比ＡＦ０に制御することが出来る。

従って、本実施例によれば、ターボチャージャ１４によって過給圧を上昇させているときにおいて、排気エミッションの悪化をより好適に抑制することが出来る。

本実施例においては、過給圧を上昇させているときに、吹き抜け空気の量を調整することで排気の空燃比を理論空燃比近傍に制御する場合について説明したが、排気の空燃比をリーン空燃比または弱リッチ空燃比に制御しても良い。

ここで、弱リッチ空燃比とは、理論空燃比よりもわずかに低い値であって、排気中の未燃燃料成分量が、三元触媒１６の過昇温を招く虞があるほどの量となる可能性が低い値である。排気の空燃比をリーン空燃比または弱リッチ空燃比に制御する場合、目標空燃比の値を内燃機関１の運転状態に応じて決定する。目標空燃比の値と内燃機関１の運転状態との関係は実験等によって予め定めることが出来る。

吹き抜け空気の量を調整することよって排気の空燃比をリーン空燃比または弱リッチ空
燃比に制御することで、排気中の未燃燃料成分量、即ち、三元触媒１６に供給される未燃燃料成分量が抑制されることになる。その結果、三元触媒１６の過昇温を抑制することが出来、それにより、三元触媒１６の過昇温に伴う該三元触媒１６の排気浄化能力の低下を抑制することが出来る。従って、このような制御によっても、排気エミッションの悪化をより好適に抑制することが出来る。

尚、排気の空燃比をリーン空燃比または弱リッチ空燃比に制御する場合、排気通路１３に設けられる触媒は三元触媒に限られるものではない。

本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は、図１に示した構成と同様であるため、その説明を省略する。

＜吸排気弁の開閉時期および燃料噴射時期＞
ここで、本実施例に係る吸排気弁８、９の開閉時期および燃料噴射弁３からの燃料噴射時期について図４に基づいて説明する。図４は、本実施例に係る吸排気弁８、９の開閉時期および燃料噴射弁３からの燃料噴射時期を示す図である。図４において、横軸は時間を表し、縦軸は、吸気弁８および排気弁９の開度を表している。

図４に示すように、本実施例に係る吸排気弁８、９の開閉時期は、図２に示す時期と同様である。つまり、排気弁９が閉弁する前の時期に吸気弁８が開弁するため、期間Ｔｏｖがバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖとなる。

そして、本実施例では、燃料噴射時期Ｔｆｉｎの一部がバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖと重なっている。つまり、燃料噴射弁３による燃料噴射の開始時期がバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ中であって、燃料噴射の終了時期がバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖの終了後となっている。そのため、燃料噴射時期Ｔｆｉｎで噴射された燃料の一部がバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ中に吹き抜け空気と共に排気ポート７に流出する。以下、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ中に吹き抜け空気と共に排気ポート７に流出する燃料を吹き抜け燃料と称する。

加速時等のようにターボチャージャ１４によって過給圧を上昇させているときに、燃料噴射時期Ｔｆｉｎを上記のような時期とすることで吹き抜け燃料を生じさせた場合、該吹き抜け燃料が排気通路１３内で燃焼するために排気の温度を上昇させることが出来る。そのため、排気のエネルギーを増加させることが出来る。

そして、本実施例においては、過給圧を上昇させているときの燃料噴射量および燃料噴射時期を、吹き抜け燃料量を考慮して決定する。

＜バルブオーバーラップ期間制御の制御ルーチン＞
以下、本実施例に係るバルブオーバーラップ期間制御の制御ルーチンについて図５に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、図３に示すフローチャートにおけるＳ１０７を、Ｓ２０７およびＳ２０８に代えたものである。そのため、Ｓ２０７およびＳ２０８についてのみ説明する。尚、本ルーチンは、前記と同様、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、規定時間毎に繰り返されるルーチンである。

本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６の次にＳ２０７に進む。Ｓ２０７において、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５において推定された吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔと、前回の本ルーチン実行時の吹き抜け燃料量Ｑｆｏｕｔおよび燃料噴射量Ｑｆ、吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔとから、今回の燃料噴射時の吹き抜け燃料量Ｑｆｏｕｔを推定する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０８に進み、推定された筒内空気量Ｑｃおよび吹き抜け燃料量Ｑｆｏｕｔに基づき、要求されている機関出力を得ることが可能な燃料噴射量Ｑｆおよび燃料噴射時期Ｔｆｉｎを決定する。ここでは、筒内空気量Ｑｃに基づいて算出される燃料噴射量に吹き抜け燃料量Ｑｆｏｕｔを加算することで燃料噴射量Ｑｆを決定しても良い。Ｓ２０８の後、ＥＣＵ２０はＳ１０８に進む。

本実施例によれば、過給圧が上昇しているときに吹き抜け空気と共に吹き抜け燃料が生じる場合であっても、吹き抜け空気量Ｑａｏｕｔを調整することで排気の空燃比ＡＦｅｘを理論空燃比ＡＦ０に制御することが出来る。従って、排気エミッションの悪化をより好適に抑制することが出来る。

＜変形例＞
さらに、本実施例においては、排気の空燃比のみならず、吹き抜け空気と吹き抜け燃料との混合気である吹き抜け混合気の空燃比が理論空燃比近傍となるように、燃料噴射弁３による燃料噴射時期および燃料噴射量を制御しても良い。

燃料噴射時期とバルブオーバーラップ期間とが重なる時間がより長くなるように燃料噴射時期を制御すると共に、燃料噴射量を増加させることにより、気筒２での燃焼に供される燃料の増加を抑制しつつ吹き抜け燃料を増加させることが出来る。一方、燃料噴射時期とバルブオーバーラップ期間とが重なる時間がより短くなるように燃料噴射時期を制御すると共に、燃料噴射量を減少させることにより、気筒２での燃焼に供される燃料の減少を抑制しつつ吹き抜け燃料を減少させることが出来る。このように、燃料噴射時期および燃料噴射量を制御することで吹き抜け燃料量を調整することが出来る。そのため、燃料噴射時期および燃料噴射量を制御することによって吹き抜け混合気の空燃比を理論空燃比近傍に制御することが出来る。

上記のように、吹き抜け燃料を生じさせた場合、該吹き抜け燃料の燃焼により排気のエネルギーが増加する。そして、排気のエネルギーが最も大きくなるのは吹き抜け混合気の空燃比が理論空燃比の場合である。

従って、上記のように、排気の空燃比のみならず吹き抜け混合気の空燃比をも理論空燃比近傍に制御することで、ターボチャージャ１４によって過給圧を上昇させているときに、排気エミッションの悪化をより好適に抑制しつつ、過給圧をより速やかに上昇させることが出来る。

尚、本実施例においては、燃料噴射弁３による燃料噴射を複数回に分けて行っても良い。つまり、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ中に実行される噴射と、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ終了後に実行される噴射とに分けて燃料噴射を実行しても良い。この場合、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ中に実行される燃料噴射によって吹き抜け燃料を生じさせることが出来、また、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ終了後に実行される噴射によって気筒２内での燃焼に供される燃料を噴射することが出来る。

尚、本実施例においても、実施例１と同様、排気の空燃比をリーン空燃比または弱リッチ空燃比に制御しても良い。

本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は、図１に示した構成と同様であるため、その説明を省略する。

＜過給圧上昇時の燃料噴射時期制御＞
ここで、本実施例において、ターボチャージャ１４によって過給圧を上昇させるときの燃料噴射時期の制御について図６に基づいて説明する。図６は、本実施例に係る、過給圧を上昇させているときの燃料噴射時期制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、規定時間毎に繰り返されるルーチンである。

本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ３０１において、アクセル開度センサ２１の検出値に基づいてアクセル開度が増加したか否かを判別する。Ｓ３０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０は、ターボチャージャ１４によって過給圧を上昇させていると判断し、Ｓ３０２に進む。一方、Ｓ３０１において、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は、過給圧は上昇していないと判断し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ３０２において、ＥＣＵ２０は、要求されている過給圧である要求過給圧Ｐｒをアクセル開度に基づいて算出する。この要求過給圧Ｐｒは、内燃機関１の機関負荷を要求されている機関負荷にまで上昇させることが可能な過給圧である。要求過給圧Ｐｒとアクセル開度との関係は実験等によって予め定められている。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０３に進み、要求過給圧Ｐｒに基づいて所定過給圧Ｐｔを算出する。ここで、所定過給圧Ｐｔとは、該所定過給圧Ｐｔにまで過給圧が上昇すれば、排気通路１３中での燃料の燃焼がなくても過給圧が要求過給圧Ｐｒにまで速やかに上昇すると判断出来る値である。要求過給圧Ｐｒと所定過給圧Ｐｔとの関係は実験等によって予め定められている。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０４に進み、吸気圧力センサ２４によって検出される吸気圧力Ｐｉｎが所定過給圧Ｐｔより高いか否かを判別する。Ｓ３０４において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０は、過給圧がすでに所定過給圧Ｐｔより高くなっていると判断しＳ３０５に進む。一方、Ｓ３０４において、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は、過給圧が所定過給圧Ｐｔにまで達していないと判断しＳ３０６に進む。

Ｓ３０５に進んだＥＣＵ２０は、燃料噴射時期Ｔｆｉｎを、図２に示すように、バルブオーバーラップ期間Ｔｏｖ終了後の吸気工程中の時期、つまり吹き抜け燃料が生じない時期に制御する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、Ｓ３０６に進んだＥＣＵ２０は、燃料噴射時期Ｔｆｉｎを、図４に示すように、その一部がバルブオーバーラップ期間Ｔｏｖと重なるような時期、つまり吹き抜け燃料が生じる時期に制御する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

以上説明した制御ルーチンによれば、ターボチャージャ１４によって過給圧を上昇させる場合、過給圧が所定過給圧Ｐｔに達するまでの間は、上述した実施例２のように、吹き抜け燃料を生じさせ、過給圧が所定過給圧Ｐｔに達した後は、上述した実施例１のように、吹き抜け燃料の発生を禁止する。

つまり、本実施例によれば、過給圧を上昇させる場合において、該過給圧が要求過給圧Ｐｒにまで達していなくても、該過給圧が十分に上昇した判断出来る場合は、吹き抜け燃料を発生させないようにする。これにより、排気のエネルギーを増加させるために使用する燃料の量をより少なくすることが出来る。従って、燃費の悪化を抑制しつつ、過給圧をより速やかに上昇させることが出来る。

尚、上記実施例１から３では、燃料噴射弁３が気筒２内の燃焼室５に燃料を直接噴射す
る場合を例に挙げて説明したが、燃料噴射弁３が吸気ポート６に設けられ該吸気ポート６内に燃料を噴射する場合にも、本発明を適用することが出来る。

この場合、燃料噴射弁３による燃料噴射時期を、バルブオーバーラップ期間終了後の吸気工程中とすると、実施例１と同様、吹き抜け燃料は生じない。一方、燃料噴射弁３による燃料噴射時期を、排気行程中とするか、もしくは、バルブオーバーラップ期間と重なるようにすると、実施例２と同様、吹き抜け燃料が生じることになる。

また、吹き抜け燃料を生じさせる場合、排気工程中での燃料噴射量を増加させるか、または、燃料噴射時期とバルブオーバーラップ期間とが重なる時間をより長くすることで、吹き抜け燃料を増加させることが出来る。一方、排気工程中での燃料噴射量を減少させるか、または、燃料噴射時期とバルブオーバーラップ期間とが重なる時間をより短くすることで、吹き抜け燃料を減少させることが出来る。

また、気筒２内の燃焼室５に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、吸気ポート６内に燃料を噴射する燃料噴射弁との両方を備えている場合にも、本発明を適用しても良い。また、ディーセルエンジンに本発明を適用しても良い。

本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図。 本発明の実施例１に係る吸排気弁の開閉時期および燃料噴射弁からの燃料噴射時期を示す図。 本発明の実施例１に係るバルブオーバーラップ期間制御の制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例２に係る吸排気弁の開閉時期および燃料噴射弁からの燃料噴射時期を示す図。 本発明の実施例２に係るバルブオーバーラップ期間制御の制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例３に係る、過給圧を上昇させているときの燃料噴射時期制御の制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
６・・・吸気ポート
７・・・排気ポート
８・・・吸気弁
９・・・排気弁
１０・・吸気側可変動弁機構
１１・・排気側可変動弁機構
１２・・吸気通路
１３・・排気通路
１４・・ターボチャージャ
１４ａ・・コンプレッサ
１４ｂ・・タービン
１５・・スロットル弁
１６・・三元触媒
２０・・ＥＣＵ
２１・・アクセル開度センサ
２２・・アクセルポジションセンサ
２３・・エアフロメータ
２４・・吸気圧力センサ
２５・・排気圧力センサ
２６・・空燃比センサ

Claims (2)

1. 排気のエネルギーによって吸気を過給する過給機と、
   排気通路に設けられており排気を浄化する排気浄化触媒と、
   吸気弁と排気弁とが共に開弁状態となっているバルブオーバーラップ期間を制御するオーバーラップ制御手段と、
   吸気ポート内もしくは気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   該燃料噴射弁による燃料の噴射時期を制御する燃料噴射時期制御手段と、
   前記燃料噴射弁による燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、
   を備える内燃機関の制御システムにおいて、
   前記過給機によって過給圧を上昇させているときは、オーバーラップ制御手段によって前記バルブオーバーラップ期間を制御することで該バルブオーバーラップ期間中に前記吸気ポートから排気ポートへ流出する吹き抜け空気の量を調整し、それによって、排気の空燃比を目標空燃比に制御し、さらに、前記燃料噴射時期制御手段によって前記燃料噴射弁による燃料の噴射時期を制御すると共に前記燃料噴射量制御手段によって前記燃料噴射弁による燃料の噴射量を制御することで、噴射された燃料の少なくとも一部を前記吹き抜け空気と共に前記排気ポートに流出させ、且つ、前記吹き抜け空気の量と該吹き抜け空気と共に前記排気ポートに流出する燃料の量との比を理論空燃比近傍に制御することを特徴とする内燃機関の制御システム。
2. 前記過給機によって過給圧を上昇させるときは、要求されている過給圧である要求過給圧よりも低い所定過給圧に過給圧が達するまでの間のみ、前記燃料噴射弁によって噴射される燃料の少なくとも一部を前記吹き抜け空気と共に前記排気ポートに流出させ、過給圧が前記所定過給圧に達した後は、前記燃料噴射弁によって噴射される燃料が前記吹き抜け空気と共に前記排気ポートに流出するのを禁止することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御システム。

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