JP5304581B2 - 内燃機関燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射する内燃機関にて、内燃機関の排気処理部の状態に応じて排気処理用燃料増量を実行する内燃機関燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関の高回転高負荷時に排気浄化触媒が過熱すると、排気浄化触媒が劣化したり溶損したりするおそれがある。これを防止するために、内燃機関の運転状態が排気浄化触媒の過熱状態あるいは過熱を招きやすい状態となると、燃料を増量させて混合気を過濃状態にする燃料増量処理を実行する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

このことにより増量した燃料の蒸発潜熱や、燃焼時に高温による燃料分解時の吸熱作用により排気の温度を低下させることで、排気浄化触媒の過熱を防止する処理を行っている。

特に特許文献１は、内燃機関の運転状態に応じて燃焼室における混合気の攪拌程度を切り替える気流制御弁が設けられている構成において、気流制御弁の作動状況が異なっても燃料増量に過不足を生じさせないように制御する技術である。

特開２００２−１３００１１号公報（第６−７頁、図９）

ところで内燃機関の燃焼は、定常運転時に燃費向上の観点から理論空燃比（場合によりリーン空燃比）となるように燃料噴射量が精密に制御され、加速時などの出力増加が要求される場合にはリッチ空燃比となるように燃料噴射量が制御されている。

このような空燃比制御が行われている際に、燃焼室内の燃焼とは直接関係ない燃料増加がなされると、燃焼室内の燃焼状態が予想したものとは異なるものとなり、エミッションや燃焼速度に影響するおそれがある。特に燃焼速度に変化を来すと、予定している出力が得られなくなり、車両用内燃機関などでは加速時のもたつきなどが生じてドライバーに違和感を与えるおそれがある。

本発明は、内燃機関の燃焼室内での燃焼に対する影響を抑制しつつ、排気浄化触媒などのために噴射される燃料量増加を可能とすることを目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用・効果について記載する。
請求項１に記載の内燃機関燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射する内燃機関における内燃機関燃料噴射制御装置であって、内燃機関の運転状態及び排気処理部の状態に応じて、前記燃焼室での燃焼に必要とされる燃焼用燃料量と排気処理用燃料増量に必要とされる排気対策用燃料量とを算出するとともに、内燃機関の運転状態又は温度センサの検出値に基づいて前記排気処理部が所定温度以上と判断されるときに、そうでないときよりも前記排気対策用燃料量が多くなるように同排気対策用燃料量を算出する燃料量算出手段と、前記燃料噴射弁からの前記排気対策用燃料量の燃料を含めた噴射燃料による空燃比が、燃焼室内にて前記燃焼用燃料量の燃料が燃焼されることによって想定される想定燃焼空燃比よりも低くなるか否かを判定する燃焼空燃比過濃状態検出手段と、前記燃焼空燃比過濃状態検出手段にて前記噴射燃料による空燃比が前記想定燃焼空燃比より低くなると判定されると、この空燃比低下程度に応じて吸気上死点よりも前での燃料噴射量分を増加させる噴射調節手段とを備え、前記燃焼用燃料量が内燃機関の出力増強に必要とされるパワー増量を含んでいる場合は、前記排気対策用燃料量から前記パワー増量を除いた燃料量の燃料が、前記燃焼室での燃焼に利用されずに排気系に排出されるタイミングである吸気上死点よりも前に噴射されることを特徴とする。

想定燃焼空燃比よりも低くなる場合、すなわち燃焼に関して過剰な燃料が噴射される場合には、燃焼室での燃焼が想定より悪化することを抑制するため、噴射調節手段は、空燃比低下程度に応じて吸気上死点よりも前での燃料噴射量分を増加させている。このことにより燃焼にとっては過剰な燃料のすべてあるいは一部が燃焼対象とならずに排気側に排出できる。

このことにより燃焼室内での燃焼に対する影響を抑制しつつ、排気浄化触媒などのために噴射される燃料量増加を可能とすることができる。

また、燃焼用燃料量がパワー増量を含んでいる場合は、このパワー増量分は排気対
策用燃料の効果も生じる。このため、排気対策用燃料量からパワー増量を除いた燃料量の燃料が、燃焼室での燃焼に利用されずに排気系に排出されるタイミングで燃料噴射を開始することにより、燃料の消費を抑制して、かつ十分に排気処理部の状態に応じて必要とされる排気対策用燃料量の燃料を排気系に供給できる。

請求項２に記載の内燃機関燃料噴射制御装置では、請求項１に記載の内燃機関燃料噴射制御装置おいて、前記パワー増量が前記排気対策用燃料量よりも多い場合には、噴射燃料が前記燃焼室での燃焼に利用されるタイミングで燃料噴射を開始することを特徴とする。

パワー増量が排気対策用燃料量よりも多い場合には、パワー増量により排気処理部に対して必要とする燃料量を排気中に供給できる。したがって実際には排気対策用燃料量は不要となるので、排気対策用燃料量を増加しなくても実質的に排気対策用燃料量増加と同等の処理となる。
請求項３に記載の内燃機関燃料噴射制御装置では、請求項１又は２に記載の内燃機関燃料噴射制御装置おいて、前記燃焼用燃料量の燃料を噴射するための燃料噴射時期を内燃機関の運転状態に基づいて算出し、同燃料噴射時期が吸気上死点以前である場合、及び同燃料噴射時期が吸気上死点よりも後であり且つ前記排気対策用燃料量が前記燃焼用燃料量に含まれる内燃機関の出力増強に必要とされるパワー増量以下の場合には、１回の燃料噴射で燃料を噴射し、前記燃料噴射時期が吸気上死点よりも後であり、且つ前記排気対策用燃料量が前記パワー増量よりも多い場合には、吸気上死点よりも前に前記排気対策用燃料量から前記パワー増量を除いた燃料量の燃料を噴射し、吸気上死点よりも後に前記燃焼用燃料量の燃料を噴射し、燃料噴射を２回実行することをその要旨とする。
請求項４に記載の内燃機関燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射する内燃機関における内燃機関燃料噴射制御装置であって、内燃機関の運転状態及び排気処理部の状態に応じて、前記燃焼室での燃焼に必要とされる燃焼用燃料量と排気処理用燃料増量に必要とされる排気対策用燃料量とを算出するとともに、内燃機関の運転状態又は温度センサの検出値に基づいて前記排気処理部が所定温度以上と判断されるときに、そうでないときよりも前記排気対策用燃料量が多くなるように同排気対策用燃料量を算出する燃料量算出手段と、前記燃料噴射弁からの前記排気対策用燃料量の燃料を含めた噴射燃料による空燃比が、燃焼室内にて前記燃焼用燃料量の燃料が燃焼されることによって想定される想定燃焼空燃比よりも低くなるか否かを判定する燃焼空燃比過濃状態検出手段と、前記燃焼空燃比過濃状態検出手段にて前記噴射燃料による空燃比が前記想定燃焼空燃比より低くなると判定されると、この空燃比低下程度に応じて吸気上死点よりも前での燃料噴射量分を増加させる噴射調節手段と、を備え、前記燃焼用燃料量の燃料を噴射するための燃料噴射時期を内燃機関の運転状態に基づいて算出し、同燃料噴射時期が吸気上死点以前である場合、及び同燃料噴射時期が吸気上死点よりも後であり且つ前記排気対策用燃料量が前記燃焼用燃料量に含まれる内燃機関の出力増強に必要とされるパワー増量以下の場合には、１回の燃料噴射で燃料を噴射し、前記燃料噴射時期が吸気上死点よりも後であり、且つ前記排気対策用燃料量が前記パワー増量よりも多い場合には、吸気上死点よりも前に前記排気対策用燃料量から前記パワー増量を除いた燃料量の燃料を噴射し、吸気上死点よりも後に前記燃焼用燃料量の燃料を噴射し、燃料噴射を２回実行することをその要旨とする。

実施の形態１の筒内噴射型ガソリンエンジン及びその電子制御系の概略構成図。 実施の形態１の電子制御ユニットにて実行される燃料噴射制御処理のフローチャート。 同じく燃料噴射制御処理のフローチャート。 実施の形態１にて燃料噴射時期のベース進角値を算出するマップの構成説明図。 実施の形態１の制御の一例を示す燃料噴射時期及び燃料噴射量の説明図。 同じく制御の一例を示す燃料噴射時期及び燃料噴射量の説明図。 同じく制御の一例を示す燃料噴射時期及び燃料噴射量の説明図。 同じく制御の一例を示す燃料噴射時期及び燃料噴射量の説明図。 同じく制御の一例を示す燃料噴射時期及び燃料噴射期間の説明図。 同じく制御の一例を示す燃料噴射時期及び燃料噴射期間の説明図。

［実施の形態１］
図１は、内燃機関燃料噴射制御装置が実現されている構成を示しており、具体的には、車両用筒内噴射型ガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略す）２の概略構成及び電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）４を含む電子制御系の概略構成を示している。尚、エンジン２の出力は変速機（図示略）を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン２には、燃焼室６内に燃料を噴射する燃料噴射弁８、及び燃料噴射により燃焼室６内に形成された混合気に点火する点火プラグ１０が設けられている。燃焼室６に接続している吸気ポート１２は吸気弁１４により開閉される。

吸気ポート１２を形成している吸気マニホールド１６はサージタンク１８に接続され、サージタンク１８の上流側の吸気通路２０にはスロットルモータ２２によって開度が調節されるスロットルバルブ２４が設けられている。このスロットルバルブ２４の開度（スロットル開度ＴＡ）により吸入空気量が調整される。スロットル開度ＴＡはスロットル開度センサ２６により検出され、サージタンク１８に供給される吸入空気量ＧＡはサージタンク１８の上流側の吸気通路２０に設けられた吸入空気量センサ２８により検出されて、それぞれの信号はＥＣＵ４に読み込まれている。

燃焼室６に接続している排気ポート３０は排気弁３２により開閉される。排気ポート３０に接続された排気通路３４の途中には、排気浄化触媒３６（三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒など）が設けられている。尚、図１では排気浄化触媒３６は１つ示しているが、複数種類の触媒が配置されていても良い。

ここで吸気弁１４は吸気カム３８によりリフトされることで開閉駆動される。また排気弁３２は排気カム４０によりリフトされることで開閉駆動される。エンジン２のクランクシャフト４２の回転に吸気カムシャフト３８ａ及び排気カムシャフト４０ａが連動することにより吸気カム３８及び排気カム４０がエンジン回転数ＮＥの１／２の回転数で連動回転し、吸気弁１４及び排気弁３２がエンジン２の各行程に対応して開閉駆動される。

ＥＣＵ４はデジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路である。このＥＣＵ４は、スロットル開度センサ２６及び吸入空気量センサ２８以外に、アクセルペダル４４の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ４６からの信号を入力している。更にＥＣＵ４は、クランクシャフト４２の回転からエンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ４８、吸気カムシャフト３８ａの回転から基準クランク角を決定する基準クランク角センサ５０、排気通路３４に設けられて排気成分から空燃比を検出する空燃比センサ５２などから、それぞれ信号を入力している。尚、このようなセンサ以外にも、車速センサなどの制御に必要なセンサが設けられている。

ＥＣＵ４は、上述した各種センサからの検出内容に基づいて、エンジン２の燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期、及びスロットル開度ＴＡなどを制御する。これらの制御により、定常走行時には、燃焼室６内へ理論空燃比の混合気を導入して燃焼させ、加速時には理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気を導入して出力を増大させている。

次にＥＣＵ４により実行される制御の内、燃料噴射制御処理について説明する。図２に燃料噴射制御処理のフローチャートを示す。本処理は、エンジン２の始動後に一定のクランク角回転毎に繰り返し実行される処理である。尚、個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。

本処理が開始されると、まず負荷率ＫＬ、エンジン回転数ＮＥ、スロットル開度ＴＡ、排気浄化触媒推定温度Ｔｃａｔを含めた各種データが、ＥＣＵ４内の作業ＲＡＭに読み込まれる（Ｓ１０２）。

ここで負荷率ＫＬは、機関負荷を表す指標の１つであり、エンジン２の１回転当たりの基準最大吸入空気量に対する１回転当たりの実際の吸入空気量ＧＡ／ＮＥの割合である。このような負荷としては、負荷率ＫＬ以外に、サージタンク１８内の吸気圧を測定して、この吸気圧を用いても良い。

排気浄化触媒推定温度Ｔｃａｔは、エンジン運転状態に基づいて推定計算により算出される。例えばエンジン回転数ＮＥ、吸入空気量ＧＡ、点火時期、及び燃料噴射量により推定することができる。推定値でなく排気浄化触媒３６内やその下流に温度センサを設定して実測しても良い。

次に燃料噴射時期として基準クランク角からの進角値で表される燃料噴射時期のベース進角値Ａｉｎｊｂａｓｅが算出される（Ｓ１０４）。ここでは負荷率ＫＬとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとするマップＭＡＰｂａｓｅにより算出する。マップＭＡＰｂａｓｅの一例を図４に示す。燃料噴射時期のベース進角値Ａｉｎｊｂａｓｅは、エンジン２が高負荷、高回転数であるほど大きくなり、低負荷、低回転数であるほど小さく設定される。

次に燃料のパワー増量係数ｄＦｐｗｒ（≧１）が算出される（Ｓ１０６）。ここでは負荷率ＫＬとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとするマップＭＡＰｐｗｒにより算出する。

このパワー増量係数ｄＦｐｗｒは、車両ドライバーがアクセルペダル４４を深く踏み込んだ場合に、エンジン出力を大きく増加させて加速度を十分に高めるために設定される。すなわち吸入空気量の急速な増加により負荷率ＫＬが上限に近づいた状態となった場合に、エンジン出力増強のために定常走行時における燃焼室６内の空燃比（ここでは理論空燃比：１４．５）よりも高濃度の出力空燃比（＝１２．５）にするためである。

したがってパワー増量時でなければ、燃料のパワー増量係数ｄＦｐｗｒ＝１（増量なし）であるが、パワー増量時であれば、燃料のパワー増量係数ｄＦｐｗｒには１より大の一定値が設定される。

次に燃料の触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ（≧１）が算出される（Ｓ１０８）。この値は、前述したごとく、排気浄化触媒３６が過熱状態（更に過熱直前状態も含めても良い）であることが、排気浄化触媒推定温度Ｔｃａｔから判明した場合に、排気浄化触媒３６の冷却を行ったり、あるいは昇温を抑制するために設定される。すなわち排気浄化触媒３６が過熱状態にある場合に、空燃比を小さくして通常よりも過剰な燃料が噴射されるようにするために、目標空燃比を、より高濃度側に補正するものである。触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔはマップＭＡＰｏｔにより排気浄化触媒推定温度Ｔｃａｔに応じて算出される。実際には排気浄化触媒３６が過熱状態でなければ、触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ＝１（増量なし）に設定されるが、過熱状態であれば、排気浄化触媒推定温度Ｔｃａｔに応じた１より大の値が設定される。

そして上述したごとく設定されたパワー増量係数ｄＦｐｗｒの設定状態に応じてパワー増量された分の燃料量を噴射するために燃料噴射時期の進角が要求されるが、その要求に該当するパワー増量時進角量Ａｉｎｊｄｐｗｒが算出される（Ｓ１１０）。このパワー増量時進角量Ａｉｎｊｄｐｗｒは、パワー増量係数ｄＦｐｗｒとエンジン回転数ＮＥとに基づいて演算処理Ｕｐｗｒにより求めることができる。

次に燃料噴射時期のベース進角値Ａｉｎｊｂａｓｅをパワー増量時進角量Ａｉｎｊｄｐｗｒにて進角補正したと仮定して、その仮定した燃料噴射時期（Ａｉｎｊｂａｓｅ＋Ａｉｎｊｄｐｗｒ）が、吸気上死点を示す進角値ＴＤＣｉｎ以上か否かが判定される（Ｓ１１２）。すなわち仮定した燃料噴射時期が、吸気上死点以前のタイミングとなるか否かが判定される。

ここでＡｉｎｊｂａｓｅ＋Ａｉｎｊｄｐｗｒ≧ＴＤＣｉｎであれば（Ｓ１１２でＹＥＳ）、すなわち仮定した燃料噴射時期が吸気上死点か又は吸気上死点より前のタイミングであれば、次に触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔがパワー増量係数ｄＦｐｗｒ以上か否かが判定される（Ｓ１１４）。これは触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ分の冷却効果が、パワー増量係数ｄＦｐｗｒによりまかなえるか否かを判定している。

ｄＦｏｔ≧ｄＦｐｗｒである場合（Ｓ１１４でＹＥＳ）、すなわち触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ分の冷却効果がパワー増量係数ｄＦｐｗｒによりまかなえることができない、あるいは丁度まかなえる場合には、その差分（ｄＦｏｔ−ｄＦｐｗｒ）に基づき、燃料噴射時期を進角させるための差分進角量ＡｉｎｊＤが算出される（Ｓ１１６）。この差分進角量ＡｉｎｊＤは、差分（ｄＦｏｔ−ｄＦｐｗｒ）とエンジン回転数ＮＥとに基づいて演算処理Ｕｏｔにより求めることができる。この演算処理Ｕｏｔは前記演算処理Ｕｐｗｒと同じである。

そして差分進角量ＡｉｎｊＤのみを用いて、式１に示すごとく、実噴射時期を算出する（Ｓ１２０）。
［式１］ 実噴射時期 ← ＴＤＣｉｎ ＋ ＡｉｎｊＤ
こうして一旦本処理を出る。すなわち吸気上死点よりも差分進角量ＡｉｎｊＤ前のタイミングが燃料噴射時期となる。

尚、ｄＦｏｔ＜ｄＦｐｗｒである場合（Ｓ１１４でＮＯ）、すなわち触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ分の冷却効果がパワー増量係数ｄＦｐｗｒによりまかなえることができる場合には、差分進角量ＡｉｎｊＤ＝０とし（Ｓ１１８）、前記式１のごとく実噴射時期を設定して（Ｓ１２０）、一旦本処理を出る。このように差分進角量ＡｉｎｊＤ＝０である場合には、前記式１では実噴射時期＝ＴＤＣｉｎ、すなわち吸気上死点が燃料噴射時期となる。

このように前記式１にて設定した実噴射時期で、燃料噴射弁８による燃料噴射が開始され、全燃料噴射量ＴＡＵに対応する燃料噴射期間の間、燃料噴射が継続する。この全燃料噴射量ＴＡＵは、別途、式２に示すごとくに算出されている。

［式２］ ＴＡＵ ← ＴＡＵｂａｓｅ・ＭＡＸ（ｄＦｏｔ，ｄＦｐｗｒ）
ここで基本燃料噴射量ＴＡＵｂａｓｅは、吸入空気量ＧＡに対して燃焼時に理論空燃比を達成するように算出された値である。そして、この基本燃料噴射量ＴＡＵｂａｓｅに対して、ＭＡＸ（ｄＦｏｔ，ｄＦｐｗｒ）を掛け算した値を、全燃料噴射量ＴＡＵとして設定している。

演算子ＭＡＸ（）は、（）内の値の大きい方を抽出するものである。したがって前記式２は、触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔとパワー増量係数ｄＦｐｗｒとで大きい方を、基本燃料噴射量ＴＡＵｂａｓｅに掛け算して全燃料噴射量ＴＡＵを求めていることを意味する。

ここでステップＳ１０６で求められたパワー増量係数ｄＦｐｗｒ及びステップＳ１０８で求められた触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔの値に応じた処理例を図５から図８のグラフに示す。

ｄＦｏｔ≧ｄＦｐｗｒ（Ｓ１１４でＹＥＳ）において、触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ＝１（触媒過熱時増量なし）、パワー増量係数ｄＦｐｗｒ＝１（パワー増量なし）である場合には、演算処理Ｕｏｔによる計算（Ｓ１１６）により差分進角量ＡｉｎｊＤ＝０（°ＣＡ）である。したがって図５に示すごとく、実噴射時期は吸気上死点（進角値ＴＤＣｉｎ）であり、吸気上死点から基本燃料噴射量ＴＡＵｂａｓｅ分の燃料噴射期間の燃料噴射が実行される。したがって燃焼室６内にて燃焼される混合気の空燃比は理論空燃比となり、想定燃焼空燃比（燃焼室６内にて燃焼されることが想定される混合気の空燃比）が実現されている。

触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ＞１（触媒過熱時増量あり）、パワー増量係数ｄＦｐｗｒ＝１（パワー増量なし）である場合には、演算処理Ｕｏｔによる計算（Ｓ１１６）により差分進角量ＡｉｎｊＤ＞０である。したがって図６に示すごとく、実噴射時期は吸気上死点（進角値ＴＤＣｉｎ）より差分進角量ＡｉｎｊＤ（＞０）分進角したタイミングとなる。このタイミングにて前記式２に示した計算で得られているＴＡＵｂａｓｅ・ｄＦｏｔ分の燃料噴射期間の燃料噴射が実行される。

この図６の場合、吸気上死点前に噴射される燃料量はＴＡＵｂａｓｅ・（ｄＦｏｔ−１）であり、吸気上死点以後に噴射される燃料量はＴＡＵｂａｓｅ・１である。すなわち合計でＴＡＵｂａｓｅ・ｄＦｏｔ分の燃料が噴射されるが、燃焼室６内にて燃焼される混合気の空燃比は理論空燃比となり、想定燃焼空燃比が実現されている。

触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ＞１（触媒過熱時増量あり）、パワー増量係数ｄＦｐｗｒ＞１（パワー増量あり）で、ｄＦｏｔ≧ｄＦｐｗｒである場合には、演算処理Ｕｏｔによる計算（Ｓ１１６）により差分進角量ＡｉｎｊＤ＞０である。したがって図７に示すごとく、実噴射時期は吸気上死点（進角値ＴＤＣｉｎ）より差分進角量ＡｉｎｊＤ（＞０）分進角したタイミングとなり、このタイミングにてＴＡＵｂａｓｅ・ｄＦｏｔ分の燃料噴射期間の燃料噴射が実行される。したがって吸気上死点前に噴射される燃料量はＴＡＵｂａｓｅ・（ｄＦｏｔ−ｄＦｐｗｒ）であり、吸気上死点以後に噴射される燃料量はＴＡＵｂａｓｅ・ｄＦｐｗｒである。すなわち合計でＴＡＵｂａｓｅ・ｄＦｏｔ分が噴射されるが、燃焼室６内にて燃焼される混合気の空燃比は出力空燃比（＝１２．５）となり、想定燃焼空燃比が実現されている。

触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ＞１（触媒過熱時増量あり）、パワー増量係数ｄＦｐｗｒ＞１（パワー増量あり）で、ｄＦｏｔ＜ｄＦｐｗｒである場合には（Ｓ１１４でＮＯ）、差分進角量ＡｉｎｊＤ＝０である（Ｓ１１８）。触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ＝１（触媒過熱時増量なし）、パワー増量係数ｄＦｐｗｒ＞１（パワー増量あり）の場合にもｄＦｏｔ＜ｄＦｐｗｒであり（Ｓ１１４でＮＯ）、差分進角量ＡｉｎｊＤ＝０である。

したがって図８に示すごとく、実噴射時期は吸気上死点（進角値ＴＤＣｉｎ）となり、このタイミングにてＴＡＵｂａｓｅ・ｄＦｐｗｒ分の燃料噴射期間の燃料噴射が実行される。したがって吸気上死点前には燃料は噴射されず、吸気上死点以後に噴射される燃料量はＴＡＵｂａｓｅ・ｄＦｐｗｒとなる。すなわち燃焼室６内にて燃焼される混合気の空燃比は出力空燃比（＝１２．５）となり、想定燃焼空燃比が実現されている。

次に、仮定した燃料噴射時期（Ａｉｎｊｂａｓｅ＋Ａｉｎｊｄｐｗｒ）が、吸気上死点を示す進角値ＴＤＣｉｎ未満の進角値（Ａｉｎｊｂａｓｅ＋Ａｉｎｊｄｐｗｒ＜ＴＤＣｉｎ）である場合（Ｓ１１２でＮＯ）、次に触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔがパワー増量係数ｄＦｐｗｒを越えているか否かが判定される（Ｓ１２２）。これは触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ分の冷却効果が、パワー増量係数ｄＦｐｗｒにてまかなえないか否かを判定している。

ｄＦｏｔ＞ｄＦｐｗｒである場合（Ｓ１２２でＹＥＳ）、すなわち触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ分の冷却効果がパワー増量係数ｄＦｐｗｒによりまかなえることができない場合には、その差分（ｄＦｏｔ−ｄＦｐｗｒ）により生じる燃料噴射時期を進角させるための差分進角量ＡｉｎｊＤが算出される（Ｓ１２４）。この差分進角量ＡｉｎｊＤは、前述したごとく、差分（ｄＦｏｔ−ｄＦｐｗｒ）とエンジン回転数ＮＥとに基づく演算処理Ｕｏｔにより求めることができる。

そしてこのように求めた差分進角量ＡｉｎｊＤのみを用いて、式３に示すごとく、第１実噴射時期ａを算出する（Ｓ１２６）。
［式３］ 第１実噴射時期ａ ← ＴＤＣｉｎ ＋ ＡｉｎｊＤ
この式３による第１実噴射時期ａは、図９に示すごとく、触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ分の冷却効果がパワー増量係数ｄＦｐｗｒによりまかなえない分［ＴＡＵｂａｓｅ・（ｄＦｏｔ−ｄＦｐｗｒ）］を吸気上死点（進角値ＴＤＣｉｎ）までの期間（排気行程終了直前）にて噴射するためのタイミングを示している。

次に式４に示すごとく、前記ステップＳ１１０にて求めたパワー増量係数ｄＦｐｗｒにより生じる燃料噴射時期を進角させるためのパワー増量時進角量Ａｉｎｊｄｐｗｒのみを用いて、第２実噴射時期ｂを算出する（Ｓ１２８）。

［式４］ 第２実噴射時期ｂ ← Ａｉｎｊｂａｓｅ＋Ａｉｎｊｄｐｗｒ
この式４による第２実噴射時期ｂは、図９に示したごとく、パワー増量係数ｄＦｐｗｒにて増量された燃料量ＴＡＵｂａｓｅ・ｄＦｐｗｒを噴射するタイミングを示しており、吸気上死点（進角値ＴＤＣｉｎ）よりも遅角したタイミングとなっている。すなわち、燃料噴射弁８は第１実噴射時期ａと第２実噴射時期ｂとで２回噴射を実行することになる。第２実噴射時期ｂにて噴射される燃料は、吸気行程での噴射であり燃焼室６内にて燃焼されるものである。したがって触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ＞１であっても、触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔに影響されずに想定燃焼空燃比が実現されている。

尚、ｄＦｏｔ≦ｄＦｐｗｒである場合（Ｓ１２２でＮＯ）、すなわち触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔ分の冷却効果がパワー増量係数ｄＦｐｗｒによりまかなえる場合には、第１実噴射時期ａは設定せず（Ｓ１３０）、第２実噴射時期ｂのみが設定される（Ｓ１２８）。

このことにより図１０に示すごとく第２実噴射時期ｂによる１回噴射のみが実行されて、想定燃焼空燃比が実現される。
上述した構成において請求項との関係は、ＥＣＵ４が燃焼空燃比過濃状態検出手段、噴射調節手段、燃料量算出手段に相当する。

ＥＣＵ４が実行する処理との関係は、ステップＳ１１４，Ｓ１２２が燃焼空燃比過濃状態検出手段としての処理に、ステップＳ１１６，Ｓ１２０，Ｓ１２４，Ｓ１２６が噴射調節手段としての処理に相当する。吸入空気量ＧＡ及びエンジン回転数ＮＥにより設定される基本燃料噴射量ＴＡＵｂａｓｅの算出処理及びステップＳ１０６，Ｓ１０８が燃料量算出手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（１）分割噴射の場合（Ｓ１２４〜Ｓ１２８）では、第１実噴射時期ａは、排気対策用燃料量［触媒過熱時増量係数ｄＦｏｔによる燃料増加分：ＴＡＵｂａｓｅ・（ｄＦｏｔ−ｄＦｐｗｒ）］が燃焼室６での燃焼に利用されずに排気系（排気ポート３０側）に排出されるタイミングで燃料噴射を開始するように設定されている。すなわち排気行程にて噴射が完了するように、実際には吸気上死点で完了するように設定されている。

１つの燃料噴射にて行う場合（Ｓ１１６，Ｓ１２０）では、燃焼用燃料量分の燃料噴射がなされる前に、排気対策用燃料量分の燃料のみが燃焼室６での燃焼に利用されずに排気系に排出されるタイミングで、すなわち排気行程となるタイミングで燃料噴射を開始するように設定されている。実際には排気対策用燃料量分と燃焼用燃料量分との境界は吸気上死点である。

したがって分割噴射の場合も、分割せずに一連で行う１つの燃料噴射の場合も、いずれも共に、排気対策用燃料量分の燃料は燃焼室６内での燃焼の対象とならず、燃焼用燃料量のみが燃焼室６での燃焼に利用されることになるので、燃焼室６での燃焼には排気対策用燃料量は影響することがない。

このようにして燃焼室６内での燃焼に対する影響を抑制しつつ、排気処理部（ここでは排気浄化触媒３６）のために噴射される燃料量増加を可能とすることができる。
このことにより燃焼室６内で燃焼される混合気の空燃比である燃焼空燃比を必要な空燃比に維持でき、高精度な出力制御、エミッション対策や燃費対策を十分に図ることができる。

（２）燃焼用燃料量がパワー増量（パワー増量係数ｄＦｐｗｒによる燃料増加分）を含んでいる場合は、このパワー増量分は排気対策用燃料の効果も生じる。このため排気対策用燃料量からパワー増量を除いた燃料量が、燃焼室での燃焼に利用されずに排気系に排出されるタイミングで燃料噴射を開始するように燃料噴射時期が設定される（Ｓ１１６，Ｓ１２０，Ｓ１２４，Ｓ１２６）。このことにより燃料消費を抑制しつつ、かつ排気浄化触媒３６の過熱状態に応じて必要とされる排気対策用燃料量を十分に排気系に供給できる。

特に、パワー増量が排気対策用燃料よりも大きい量であれば、実際には排気対策用燃料量は不要となるので、排気対策用燃料のための噴射時期を設定しなくても良くなる（Ｓ１１４あるいはＳ１２２でＮＯ、Ｓ１１８，Ｓ１３０）。このことにより、実質的に排気浄化触媒３６のために噴射される燃料量増加が十分にできることになる。

（３）本実施の形態では吸気弁１４と排気弁３２とは共にバルブタイミングが固定されている。排気弁３２は吸気上死点（進角値ＴＤＣｉｎ）が閉弁タイミングとして設定されている。吸気弁１４は吸気上死点（進角値ＴＤＣｉｎ）が開弁タイミングとして設定されている。

このため分割噴射の場合、排気対策用燃料量分の燃料噴射時期を、その燃料噴射終了タイミングが吸気上死点以前となるタイミングに設定することにより（Ｓ１２６）、排気対策用燃料量は確実に燃焼対象とならずに排気系に供給できる。

１噴射の場合も、燃料噴射時期を、排気対策用燃料量分のみが、排気弁３２が開弁している期間の終期側、すなわち吸気上死点前から吸気上死点までに噴射されるようにしていることにより、全燃料噴射量ＴＡＵの内で排気対策用燃料量分が確実に燃焼対象とならずに排気系に供給できる。

このように吸気上死点を基準として排気対策用燃料量のみが燃焼室６での燃焼に利用されずに排気系に排出される燃料噴射時期を設定することで、容易に燃焼側の空燃比を必要な空燃比に維持でき、高精度な出力制御、エミッション対策や燃費対策が可能となる。

［実施の形態２］
本実施の形態では、吸気上死点（進角値ＴＤＣｉｎ）を、排気対策用燃料量分の燃料のみが燃焼室での燃焼に利用されずに排気系に排出される最終タイミングの基準として用いるのではなく、排気弁３２の閉弁タイミングを、前記実施の形態１における吸気上死点の代わりに用いて、前述した図２〜１０に示した処理を実行するものである。

このことによっても前記実施の形態１と同様な効果を生じる。
［実施の形態３］
本実施の形態では、前記図１にて説明した吸気カムシャフト３８ａ及び排気カムシャフト４０ａに可変動弁機構が設けられていることにより、吸気弁１４及び排気弁３２のバルブタイミングがエンジン運転状態に応じて調節がなされている。

このような排気弁３２の閉弁タイミングや吸気弁１４の開弁タイミングが調節されている構成においても、本実施の形態では、前記実施の形態１にて述べたごとくの燃料噴射制御処理（図２，３）がなされている。すなわち吸気上死点を、排気対策用燃料量分の燃料のみが燃焼室での燃焼に利用されずに排気系に排出される最終タイミングの基準としている。

このように可変動弁機構が設けられたエンジンにおいて排気対策用燃料量分を吸気上死点より前で噴射しても、従来のごとく排気対策用燃料量が燃焼室での燃焼に利用されずに排気系に排出されるようにすることを全く考慮していないものに比較して、燃焼室６内での空燃比のリッチ化を抑制し、適切な空燃比状態に近づけることが可能となる。

このことにより、高精度な出力制御、エミッション対策や燃費対策が可能となる。
［実施の形態４］
本実施の形態では、前記実施の形態３と同様に吸気カムシャフト３８ａ及び排気カムシャフト４０ａに可変動弁機構が設けられている。

そして本実施の形態では、前記実施の形態１にて述べた燃料噴射制御処理（図２，３）において、吸気上死点の代わりに排気弁３２の閉弁タイミングを、排気対策用燃料量分の燃料のみが燃焼室での燃焼に利用されずに排気系に排出される最終タイミングの基準としている。

このことにより、可変動弁機構が設けられたエンジンにおいても、十分に高精度な出力制御、エミッション対策や燃費対策が可能となる。
［その他の実施の形態］
・前記実施の形態において、特に第１実噴射時期ａはその噴射終了タイミングを吸気上死点（進角値ＴＤＣｉｎ）としていたが、噴射終了タイミングを吸気上死点よりも前となるように第１実噴射時期ａを設定しても良い。いずれにしても第１実噴射時期ａからその噴射終了タイミングまでの期間が排気行程内に含まれれば良い。

・前記実施の形態における燃料噴射時期、噴射期間などの計算手法は一例であり、他の計算手法を用いて、燃料噴射時期、噴射期間などを計算しても良い。
・前記実施の形態３において、可変動弁機構は、排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングとの両方でなく、いずれかが調節されているものでも良く、前記実施の形態３と同様な効果を生じる。

・前記実施の形態４において、可変動弁機構は、排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングとの両方でなく、いずれかが調節されているものでも良い。特に排気弁の閉弁タイミングが調節されている場合には、前記実施の形態４と同様な効果を生じる。

２…エンジン、４…ＥＣＵ、６…燃焼室、８…燃料噴射弁、１０…点火プラグ、１２…吸気ポート、１４…吸気弁、１６…吸気マニホールド、１８…サージタンク、２０…吸気通路、２２…スロットルモータ、２４…スロットルバルブ、２６…スロットル開度センサ、２８…吸入空気量センサ、３０…排気ポート、３２…排気弁、３４…排気通路、３６…排気浄化触媒、３８…吸気カム、３８ａ…吸気カムシャフト、４０…排気カム、４０ａ…排気カムシャフト、４２…クランクシャフト、４４…アクセルペダル、４６…アクセル開度センサ、４８…エンジン回転数センサ、５０…基準クランク角センサ、５２…空燃比センサ。

Claims (4)

1. 燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射する内燃機関における内燃機関燃料噴射制御装置であって、
   内燃機関の運転状態及び排気処理部の状態に応じて、前記燃焼室での燃焼に必要とされる燃焼用燃料量と排気処理用燃料増量に必要とされる排気対策用燃料量とを算出するとともに、内燃機関の運転状態又は温度センサの検出値に基づいて前記排気処理部が所定温度以上と判断されるときに、そうでないときよりも前記排気対策用燃料量が多くなるように同排気対策用燃料量を算出する燃料量算出手段と、
   前記燃料噴射弁からの前記排気対策用燃料量の燃料を含めた噴射燃料による空燃比が、燃焼室内にて前記燃焼用燃料量の燃料が燃焼されることによって想定される想定燃焼空燃比よりも低くなるか否かを判定する燃焼空燃比過濃状態検出手段と、
   前記燃焼空燃比過濃状態検出手段にて前記噴射燃料による空燃比が前記想定燃焼空燃比より低くなると判定されると、この空燃比低下程度に応じて吸気上死点よりも前での燃料噴射量分を増加させる噴射調節手段と、
   を備え、
   前記燃焼用燃料量が内燃機関の出力増強に必要とされるパワー増量を含んでいる場合は、前記排気対策用燃料量から前記パワー増量を除いた燃料量の燃料が、前記燃焼室での燃焼に利用されずに排気系に排出されるタイミングである吸気上死点よりも前に噴射される
   ことを特徴とする内燃機関燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関燃料噴射制御装置おいて、前記パワー増量が前記排気対策用燃料量よりも多い場合には、噴射燃料が前記燃焼室での燃焼に利用されるタイミングで燃料噴射を開始することを特徴とする内燃機関燃料噴射制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関燃料噴射制御装置おいて、前記燃焼用燃料量の燃料を噴射するための燃料噴射時期を内燃機関の運転状態に基づいて算出し、同燃料噴射時期が吸気上死点以前である場合、及び同燃料噴射時期が吸気上死点よりも後であり且つ前記排気対策用燃料量が前記燃焼用燃料量に含まれる内燃機関の出力増強に必要とされるパワー増量以下の場合には、１回の燃料噴射で燃料を噴射し、
   前記燃料噴射時期が吸気上死点よりも後であり、且つ前記排気対策用燃料量が前記パワー増量よりも多い場合には、吸気上死点よりも前に前記排気対策用燃料量から前記パワー増量を除いた燃料量の燃料を噴射し、吸気上死点よりも後に前記燃焼用燃料量の燃料を噴射し、燃料噴射を２回実行する
   ことを特徴とする内燃機関燃料噴射制御装置。
4. 燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射する内燃機関における内燃機関燃料噴射制御装置であって、
   内燃機関の運転状態及び排気処理部の状態に応じて、前記燃焼室での燃焼に必要とされる燃焼用燃料量と排気処理用燃料増量に必要とされる排気対策用燃料量とを算出するとともに、内燃機関の運転状態又は温度センサの検出値に基づいて前記排気処理部が所定温度以上と判断されるときに、そうでないときよりも前記排気対策用燃料量が多くなるように同排気対策用燃料量を算出する燃料量算出手段と、
   前記燃料噴射弁からの前記排気対策用燃料量の燃料を含めた噴射燃料による空燃比が、燃焼室内にて前記燃焼用燃料量の燃料が燃焼されることによって想定される想定燃焼空燃比よりも低くなるか否かを判定する燃焼空燃比過濃状態検出手段と、
   前記燃焼空燃比過濃状態検出手段にて前記噴射燃料による空燃比が前記想定燃焼空燃比より低くなると判定されると、この空燃比低下程度に応じて吸気上死点よりも前での燃料噴射量分を増加させる噴射調節手段と、
   を備え、
   前記燃焼用燃料量の燃料を噴射するための燃料噴射時期を内燃機関の運転状態に基づいて算出し、同燃料噴射時期が吸気上死点以前である場合、及び同燃料噴射時期が吸気上死点よりも後であり且つ前記排気対策用燃料量が前記燃焼用燃料量に含まれる内燃機関の出力増強に必要とされるパワー増量以下の場合には、１回の燃料噴射で燃料を噴射し、
   前記燃料噴射時期が吸気上死点よりも後であり、且つ前記排気対策用燃料量が前記パワー増量よりも多い場合には、吸気上死点よりも前に前記排気対策用燃料量から前記パワー増量を除いた燃料量の燃料を噴射し、吸気上死点よりも後に前記燃焼用燃料量の燃料を噴射し、燃料噴射を２回実行する
   ことを特徴とする内燃機関燃料噴射制御装置。

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