JP6301597B2

JP6301597B2 - 筒内噴射エンジンの制御装置

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Publication number: JP6301597B2
Application number: JP2013131337A
Authority: JP
Inventors: 石田　礼; 礼石田
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Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2033-06-24
Also published as: JP2015004342A

Description

本発明は、筒内噴射エンジンの制御装置に関する。

近年、エンジンのシリンダ内に燃料を直接噴射することにより、例えば、充填効率や耐ノック性の向上を図ることができる筒内噴射エンジンが広く実用化されている。また、一方では、吸気バルブ、又は吸気バルブと排気バルブ双方の開閉タイミングを任意に変更する可変バルブタイミング機構を備え、吸気バルブを早閉じ又は遅閉じにして有効圧縮比を膨張比より小さくし、高膨張比サイクルとすることにより熱効率を高める、所謂ミラーサイクルを採用したエンジンも用いられている。

ここで、特許文献１には、吸気行程において燃料噴射を分割して行い、吸気バルブの閉時期によって生成される吸気吹き戻しを利用することで、あらかじめ吸気ポート内に予混合気を準備し、排気ガス浄化性能、燃費、冷機始動性能の向上を図る技術（筒内噴射型内燃機関の制御装置）が開示されている。

この筒内噴射型内燃機関の制御装置は、吸気バルブの開閉時期を変更する可変バルブ機構を設け、変更される吸気バルブの開期間に燃料噴射を分割して行うように制御するとともに、吸気バルブの閉期間をピストンの下死点を越えるように制御する際には、分割した最後の燃料噴射を吸気バルブの閉時期に対して所定時間前から閉時期直前まで行うように制御する。

この筒内噴射型内燃機関の制御装置によれば、下死点を超える吸気バルブの閉時期に対して所定時間前から閉時期直前まで燃料噴射期間の分割した最後の燃料噴射を行うことで、最後に噴射した少量の燃料を混合気として吸気ポート側に戻すことで、充分な蒸発時間を与えることができ、燃料の気化熱を最大限利用して吸気ポート内に予混合気（ポート噴射に近い混合気）を生成し、スモークが発生する可能性を減らすことができる。

特開２００９−１７４３４５号公報

ここで、エンジンが定常運転されているときであれば、吸気バルブを遅閉じしたとしても、今回のサイクルで吸気ポートに吹き戻される燃料量と、前回のサイクルで吹き戻された燃料量、すなわち今回のサイクルでシリンダに再吸入される燃料量とが略一定でほとんど変化しないため、燃料の吹き戻しに起因した空燃比のずれはほとんど生じない。

しかしながら、例えば負荷や回転数等が変化する過渡状態では、今回のサイクルで吹き戻される燃料量が、前回のサイクルで噴き戻された燃料量に対して変化するため、上述した技術（筒内噴射型内燃機関の制御装置）では空燃比がずれるおそれがあった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、吸気バルブの閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも遅角側に設定され得る筒内噴射エンジンの制御装置であって、負荷や回転数等が変化する過渡状態において、燃料の吹き戻し量がサイクル毎に変化する場合であっても空燃比を精度よく制御することが可能な筒内噴射エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエンジンの制御装置は、シリンダ内に燃料を直接噴射するインジェクタを備え、吸気バルブの閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも遅角側に設定され得る筒内噴射エンジンの制御装置であって、吸気バルブのバルブタイミング及び吸気マニホールド圧力に応じて定められる吸気ポートへの混合気の吹き戻し量と、吸気バルブのバルブタイミング、吸気マニホールド圧力、並びに排気バルブのバルブタイミングに応じて定められるタンブル比、及び、インジェクタの燃料噴射タイミングに応じて定められる吸気ポートへ吹き戻される混合気中の燃料濃度とを乗算することにより、吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量を求める吹き戻し量取得手段と、吹き戻し量取得手段により求められた、シリンダ内から吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量の変化を補償するように、インジェクタにより噴射される燃料量を補正する吹き戻し補正手段とを備え、吹き戻し量取得手段が、予め数式化されて組み込まれている、吸気ポートへの混合気の吹き戻し量と、吸気ポートへ吹き戻される混合気中の燃料濃度との乗算モデルに、燃料噴射タイミング、吸気バルブのバルブタイミング、排気バルブのバルブタイミング、吸気マニホールド圧力を代入することにより、吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量を求めることを特徴とする。

本発明に係るエンジンの制御装置は、シリンダ内に燃料を直接噴射するインジェクタを備え、吸気バルブの閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも遅角側に設定され得る筒内噴射エンジンの制御装置であって、吸気バルブのバルブタイミング及び吸気マニホールド圧力に応じて定められる吸気ポートへの混合気の吹き戻し量と、吸気バルブのバルブタイミング、吸気マニホールド圧力、並びに排気バルブのバルブタイミングに応じて定められるタンブル比、及び、インジェクタの燃料噴射タイミングに応じて定められる吸気ポートへ吹き戻される混合気中の燃料濃度とに基づいて、吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量を求める吹き戻し量取得手段と、吹き戻し量取得手段により求められた、シリンダ内から吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量の変化を補償するように、インジェクタにより噴射される燃料量を補正する吹き戻し補正手段とを備え、吹き戻し量取得手段が、予め記憶されている、燃料噴射タイミング、吸気バルブのバルブタイミング、排気バルブのバルブタイミング、吸気マニホールド圧力と、吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量との関係を定めたマップを、燃料噴射タイミング、吸気バルブのバルブタイミング、排気バルブのバルブタイミング、吸気マニホールド圧力を用いて検索することにより、吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量を求めることを特徴とする。

本発明によれば、吸気バルブの閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも遅角側に設定され得る筒内噴射エンジンにおいて、負荷や回転数等が変化する過渡状態において、燃料の吹き戻し量がサイクル毎に変化する場合であっても空燃比を精度よく制御することが可能となる。

実施形態に係る筒内噴射エンジンの制御装置を備えたエンジンの構成を示す図である。実施形態に係る筒内噴射エンジンの制御装置による吹き戻し補正処理の処理手順を示すフローチャートである。クランク角度に対する吸気ポートへの混合気の吹き戻し量を示すグラフ（上段）、及び、クランク角度に対する吸気ポートへ吹き戻される混合気中の燃料濃度を示すグラフ（下段）である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１を用いて、実施形態に係る筒内噴射エンジンの制御装置を備えたエンジン１０の構成について説明する。図１は、筒内噴射エンジンの制御装置を備えたエンジン１０の構成を示す図である。

エンジン１０は、例えば水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。また、エンジン１０は、シリンダ内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられた電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」ともいう）１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１を構成するコレクター部（サージタンク）の内部には、インテークマニホールド１１内の圧力（吸気マニホールド圧力）を検出するバキュームセンサ３０が配設されている。さらに、スロットルバルブ１３には、該スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が配設されている。

シリンダヘッドには、気筒毎に吸気ポート２２と排気ポート２３とが形成されている。各吸気ポート２２、排気ポート２３それぞれには、該吸気ポート２２、排気ポート２３を開閉する吸気バルブ２４、排気バルブ２５が設けられている。吸気バルブ２４を駆動する吸気カム軸と吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する吸気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、吸気バルブ２４のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２６が配設されている。この可変バルブタイミング機構２６により吸気バルブ２４の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

同様に、排気カム軸と排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する排気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、排気バルブ２５のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２７が配設されている。この可変バルブタイミング機構２７により排気バルブ２５の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

なお、可変バルブタイミング機構２６，２７として、本実施形態では、電磁弁で油圧を調節することにより、カム軸の回転位相を変更する方式のものを用いた。なお、このような方式のものに代えて、例えば、電磁クラッチとヘリカル歯車を用いた方式や、駆動機構にＤＣモータを使用した方式のものを用いてもよい。可変バルブタイミング機構２６，２７は、後述する電子制御装置５０により、エンジン１０の運転状態に応じて駆動される。

なお、エンジン１０では、可変バルブタイミング機構２６を駆動して、吸気バルブ２４の閉弁タイミングをピストンの吸気下死点よりも遅角側に設定（すなわち遅閉じ）することにより、有効圧縮比を膨張比より小さくし、ミラーサイクル化することが可能とされている。

エンジン１０の各気筒には、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、高圧燃料ポンプにより加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。

また、各気筒のシリンダヘッドには、混合気に点火する点火プラグ１７、及び該点火プラグ１７に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル２１が取り付けられている。エンジン１０の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ１２によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管１８を通して排出される。

排気管１８には、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ１９が取り付けられている。空燃比センサ１９としては、排気空燃比をオン−オフ的に検出するＯ_２センサが用いられる。なお、空燃比センサ１９として、排気空燃比をリニアに検出することのできるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）を用いてもよい。

また、空燃比センサ１９の下流には排気浄化触媒２０が配設されている。排気浄化触媒２０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）に清浄化するものである。

排気管１８には、エンジン１０から排出された排気ガスの一部を、エンジン１０の吸気管１５に再循環させる排気ガス再循環装置（以下「ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置」という）４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、エンジン１０の排気管１８と吸気管１５とを連通するＥＧＲ配管４１、及びＥＧＲ配管４１上に介装され、排気ガス還流量（ＥＧＲ流量）を調節するＥＧＲバルブ４２を有している。ＥＧＲバルブ４２は、エンジン１０の運転状態に応じて、後述する電子制御装置５０によって開度が制御される。

上述したエアフローメータ１４、空燃比センサ１９、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１に加え、エンジン１０のカムシャフト近傍には、エンジン１０の気筒判別を行うためのカム角センサ３２が取り付けられている。また、エンジン１０のクランクシャフト１０ａ近傍には、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出するクランク角センサ３３が取り付けられている。ここで、クランクシャフト１０ａの端部には、例えば、２歯欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で形成されたタイミングロータ３３ａが取り付けられており、クランク角センサ３３は、タイミングロータ３３ａの突起の有無を検出することにより、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出する。カム角センサ３２及びクランク角センサ３３としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。

これらのセンサは、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）５０に接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ３４、潤滑油の温度を検出する油温センサ３５、及び、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセルペダル開度センサ３６等の各種センサも接続されている。

ＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットルバルブ１３を開閉する電動モータを駆動するモータドライバ等を備えている。

ＥＣＵ５０では、カム角センサ３２の出力から気筒が判別され、クランク角センサ３３の出力からエンジン回転数が求められる。また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管負圧、アクセルペダル開度、混合気の空燃比、及びエンジン１０の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ５０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、及び、スロットルバルブ１３等の各種デバイスを制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。

また、ＥＣＵ５０は、可変バルブタイミング機構２６，２７を制御するとともに、例えば負荷や回転数等が変化する過渡状態において、燃料の吹き戻し量がサイクル毎に変化するような場合であっても、空燃比を精度よく制御するため、シリンダ内から吸気ポート２２へ吹き戻される燃料の吹き戻し量の変化を補償するように、インジェクタにより噴射される燃料量を補正する。そのため、ＥＣＵ５０は、吹き戻し量取得部５１、吹き戻し補正部５２、及びＶＶＴ制御部５３を機能的に備えている。ＥＣＵ５０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることにより、吹き戻し量取得部５１、吹き戻し補正部５２、及びＶＶＴ制御部５３の各機能が実現される。

ＶＶＴ制御部５３は、カム角センサ３２とクランク角センサ３３の信号からカムの位相を検出し、エンジン１０の回転数と負荷とから算出した目標進角値との偏差を算出する。そして、偏差に応じて電磁弁の制御電流を求め、当該電磁弁に出力することで可変バルブタイミング機構２６，２７を制御し、開閉タイミングを変化させる。

吹き戻し量取得部５１は、インジェクタ１２の燃料噴射タイミング（噴射開始タイミング、噴射終了タイミング、及び／又は噴射期間）、吸気バルブ２４のバルブタイミング（閉弁タイミング）、及び、吸気マニホールド圧力に基づいて、シリンダ内から吸気ポート２２へ吹き戻される燃料の吹き戻し量を求める。すなわち、吹き戻し量取得部５１は、特許請求の範囲に記載の吹き戻し量取得手段として機能する。なお、本実施形態では、吹き戻し量取得部５１において、吸気バルブ２４の開弁タイミング及び排気バルブ２５のバルブタイミング（開閉タイミング）をさらに考慮して吸気ポート２２へ吹き戻される燃料の吹き戻し量を求める構成とした。

より具体的には、吹き戻し量取得部５１は、吸気ポート２２への混合気の吹き戻し量と、吸気バルブ２４付近の混合気（すなわち吹き戻される混合気）中の燃料濃度とを乗算することにより、燃料の吹き戻し量を求める。ここで、クランク角度に対する、吸気ポート２２への混合気の吹き戻し量を示すグラフを図３の上段に示す。吸気ポート２２への混合気の吹き戻し量は、吸気マニホールド圧力により定まり、図３の上段に示されるように、吸気バルブ２４の閉弁タイミングが吸気下死点よりも遅角するほど増大する。

一方、クランク角度に対する、吸気ポート２２へ吹き戻される混合気中の燃料濃度を示すグラフを図３の下段に示す。吸気バルブ２４付近の混合気中の燃料濃度は、噴射タイミングと、タンブル比とによって定まる。また、タンブル比は、吸気バルブ２４のバルブタイミングと、吸気マニホールド圧力とによって定まる。

そして、上述した、吸気ポート２２への混合気の吹き戻し量（図３中のハッチング部）と、吸気バルブ２４付近の混合気中の燃料濃度（図３中のハッチング部）との乗算モデルが予め（オフボードで）作成され、次式（１）で示されるように数式化されてＥＣＵ５０（吹き戻し量取得部５１）に組み込まれている。そのため、吹き戻し量取得部５１では、上記各パラメータを次式（１）に代入することにより、燃料の吹き戻し量Ｇ_ＦＢ（Ｎ）を取得できる。なお、吹き戻し量取得部５１により求められた、シリンダ内から吸気ポート２２へ吹き戻される燃料の吹き戻し量Ｇ_ＦＢ（Ｎ）は、吹き戻し補正部５２に出力される。
Ｇ_Ｆｂ（Ｎ）＝ｆ（Ｇ_Ｆ（Ｎ），ＩＴ（Ｎ），ＩＶＶＴ（Ｎ），ＥＶＶＴ（Ｎ），ＰＭ（Ｎ））・・・（１）
ただし、ＩＴ（Ｎ）は噴射タイミング、ＩＶＶＴ（Ｎ）は吸気バルブ２４のバルブタイミング、ＥＶＶＴ（Ｎ）は排気バルブ２５のバルブタイミング、ＰＭ（Ｎ）は吸気マニホールド圧力である。

吹き戻し補正部５２は、シリンダ内から吸気ポート２２へ吹き戻される燃料の吹き戻し量の変化（すなわち吹き戻し量の増減）を補償するように、インジェクタにより噴射される燃料量を補正する。すなわち、吹き戻し補正部５２は、特許請求の範囲に記載の吹き戻し補正手段として機能する。

ここで、まず、インジェクタ１２によって噴射される燃料噴射量Ｇｉｎｊは、次の式（２）によって決定される。
Ｇｉｎｊ＝Ｇ_Ｆ×α＋β ・・・（２）
ここで、Ｇ_Ｆは、吸入空気量とエンジン回転数とから求められる基本燃料噴射量である。ＥＣＵ５０（ＲＯＭ）内には、吸入空気量とエンジン回転数と基本燃料噴射量Ｇ_Ｆとの関係を示したマップが格納されている。この基本燃料噴射量Ｇ_Ｆを上述した吹き戻し量に関する補正係数を含む各種補正係数α，βで補正することによって、最終的な燃料噴射量Ｇｉｎｊが決定される。

上述したように、インジェクタ１２から噴射された燃料は、その一部が吸気ポート２２に吹き戻される。一方、次のサイクルで空気が吸入される際には、今回のサイクルで吹き戻された燃料が再び吸い込まれる。よって、吹き戻し補正部５２は、前回のサイクルで吹き戻された燃料の吹き戻し量、すなわち、今回余分に吸い込まれる燃料の量を減算するとともに、今回のサイクルで吹き戻される燃料の吹き戻し量、すなわち、今回燃焼できない燃料の量を加算するように吹き戻し補正量（上記式中のβに含まれる）を設定することにより、次式（３）に基づいて、インジェクタ１２によって噴射される燃料量Ｇｉｎｊ（Ｎ）を補正する。
Ｇｉｎｊ（Ｎ）＝Ｇ_Ｆ（Ｎ）−Ｇ_Ｆｂ（Ｎ−１）＋Ｇ_Ｆｂ（Ｎ）・・・（３）
ただし、Ｇ_Ｆｂ（Ｎ−１）は前サイクルの吹き戻し量であり、Ｇ_Ｆｂ（Ｎ）は今サイクルの吹き戻し量である。

このように、シリンダ内から吸気ポート２２へ吹き戻される燃料の吹き戻し量の変化を補償するように、インジェクタ１２により噴射される燃料量が補正されることにより、例えば負荷や回転数等が変化する過渡状態において、今回のサイクルで吹き戻される燃料量が、前回のサイクルで噴き戻された燃料量に対して変化したとしても、空燃比がずれることが防止される。

次に、図２を参照しつつ、筒内噴射エンジンの制御装置の動作について説明する。図２は、筒内噴射エンジンの制御装置による吹き戻し補正処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ５０において、所定のタイミングで繰り返して実行される。

ステップＳ１００では、可変バルブタイミング機構２６により吸気バルブ２４の閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも遅角側に設定されているか否かについての判断が行われる。ここで、吸気バルブ２４の閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも遅角側に設定されている場合には、ステップＳ１０２に処理が移行する。一方、吸気バルブ２４の閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも遅角側に設定されていないとき（すなわち進角側に設定されているとき）には、吹き戻しが発生しないと判断されて、吹き戻し補正処理が実行されることなく、一旦、本処理から抜ける。

ステップＳ１０２では、今回のサイクル（サイクルＮｏ．Ｎ）での筒内空気チャージ量Ｇ_Ａ（Ｎ）が読み込まれる。

続いて、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２において読み込まれた筒内空気チャージ量Ｇ_Ａ（Ｎ）に対して、目標空燃比ＴＡ／Ｆ（例えばλ＝１）となる燃料量Ｇ_Ｆ（Ｎ）が算出される。

次に、ステップＳ１０６では、上記（１）式に基づいて、噴射タイミングＩＴ（Ｎ）、吸気バルブ２４のバルブタイミングＩＶＶＴ（Ｎ）、排気バルブ２５のバルブタイミングＥＶＶＴ（Ｎ）、吸気マニホールド圧力ＰＭ（Ｎ）から、今回のサイクルでの吹き戻し量Ｇ_Ｆｂ（Ｎ）が算出される。

続くステップＳ１０８では、上記（３）式に基づいて、前回のサイクルで吹き戻された燃料の吹き戻し量Ｇ_Ｆｂ（Ｎ−１）が減算されるとともに、今回のサイクルで吹き戻される燃料の吹き戻し量Ｇ_Ｆｂ（Ｎ）が加算されることにより、インジェクタ１２により噴射される燃料量が補正され、燃料噴射量Ｇｉｎｊ（Ｎ）が算出される。

次に、ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８において算出された燃料噴射量Ｇｉｎｊ（Ｎ）に応じて、インジェクタ１２を駆動する噴射パルスのパルス幅（すなわちインジェクタ１２の開弁期間）が取得される。そして、所定の噴射タイミングに従って、インジェクタ１２が駆動されて燃料が噴射される。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、インジェクタ１２の燃料噴射タイミング、吸気バルブ２４，排気バルブ２５のバルブタイミング、及び、吸気マニホールド圧力に基づいて、シリンダ内から吸気ポート２２へ吹き戻される燃料の吹き戻し量が求められる。すなわち、燃料が噴射されるタイミングと、吸気バルブ２４，排気バルブ２５のバルブタイミング及び吸気マニホールド圧力による影響を受けるタンブル比（筒内流動）とを考慮して、シリンダ内から吸気ポート２２へ吹き戻される燃料の吹き戻し量をより正確に求めることができる。

さらに、その上で、本実施形態によれば、シリンダ内から吸気ポート２２へ吹き戻される燃料の吹き戻し量の変化を補償するように、インジェクタ１２により噴射される燃料量が補正される。よって、例えば負荷や回転数等が変化する過渡状態において、燃料の吹き戻し量がサイクル毎に変化するような場合であっても空燃比を精度よく制御することが可能となる。

特に、本実施形態によれば、前回のサイクルで吹き戻された燃料の吹き戻し量、すなわち、今回余分に吸い込まれる燃料の量が減算されるとともに、今回のサイクルで吹き戻される燃料の吹き戻し量、すなわち、今回燃焼できない燃料の量が加算されて、インジェクタ１２により噴射される燃料量が補正される。すなわち、今回のサイクルで吹き戻される燃料量が前回のサイクルで噴き戻された燃料量よりも多い場合には、燃料噴射量が差分だけ増量され、逆に、今回のサイクルで吹き戻される燃料量が前回のサイクルで噴き戻された燃料量よりも少ないときには、燃料噴射量が差分だけ減量される。よって、例えば負荷や回転数等が変化する過渡状態において、今回のサイクルで吹き戻される燃料量が、前回のサイクルで噴き戻された燃料量に対して変化したとしても、空燃比がずれることを防止することが可能となる。

ところで、タンブル比は、吸気バルブ２４のバルブタイミングと排気バルブ２５のバルブタイミングとの相互に関係によっても影響を受ける。本実施形態によれば、吸気ポート２２へ吹き戻される燃料の吹き戻し量が求められる際に、排気バルブ２５のバルブタイミングがさらに考慮されるため、吹き戻される燃料の吹き戻し量をより精度よく求めることが可能となる。

さらに、本実施形態によれば、可変バルブタイミング機構２６により吸気バルブ２４の閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも進角側に設定される場合、すなわち、吸気ポート２２への燃料（混合気）の吹き戻しが生じないときには、上述した吹き戻し量の算出及び補正が停止される。よって、吹き戻し量取得部５１及び吹き戻し補正部５２の処理負荷を低減することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、可変バルブタイミング機構２６，２７を吸気側と排気側双方に設け、吸気バルブ２４及び排気バルブ２５のバルブタイミングを可変できる構成としたが、可変バルブタイミング機構２６を吸気側のみに設ける構成としてもよい。また、可変バルブタイミング機構２６を設けることなく、吸気バルブ２４の閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも遅角側に固定されていてもよい。すなわち、本発明は、吸気バルブ２４の閉弁タイミングが固定されたミラーサイクルエンジンにも適用することができる。

上記実施形態では、吸気ポート２２への燃料の吹き戻し量を演算により求めたが、燃料の吹き戻し量を上述したパラメータのマップとして記憶しておき、該マップを検索することにより燃料の吹き戻し量を求める構成としてもよい。

また、上記実施形態では、本発明を筒内噴射式のエンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、筒内噴射とポート噴射とを組み合わせたエンジンにも適用することができる。

１０エンジン
１０ａクランクシャフト
１１インテークマニホールド
１２インジェクタ
１３電子制御式スロットルバルブ
１４エアフローメータ
１７点火プラグ
２２吸気ポート
２３排気ポート
２４吸気バルブ
２５排気バルブ
２６，２７可変バルブタイミング機構
３０バキュームセンサ
３１スロットル開度センサ
３２カム角センサ
３３クランク角センサ
３３ａタイミングロータ
５０ＥＣＵ
５１吹き戻し量取得部
５２吹き戻し補正部
５３ＶＶＴ制御部

Claims

シリンダ内に燃料を直接噴射するインジェクタを備え、吸気バルブの閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも遅角側に設定され得る筒内噴射エンジンの制御装置であって、
前記吸気バルブのバルブタイミング及び吸気マニホールド圧力に応じて定められる吸気ポートへの混合気の吹き戻し量と、前記吸気バルブのバルブタイミング、吸気マニホールド圧力、並びに排気バルブのバルブタイミングに応じて定められるタンブル比、及び、前記インジェクタの燃料噴射タイミングに応じて定められる吸気ポートへ吹き戻される混合気中の燃料濃度と、を乗算することにより、前記吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量を求める吹き戻し量取得手段と、
前記吹き戻し量取得手段により求められた、シリンダ内から吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量の変化を補償するように、前記インジェクタにより噴射される燃料量を補正する吹き戻し補正手段と、を備え、
前記吹き戻し量取得手段は、予め数式化されて組み込まれている、前記吸気ポートへの混合気の吹き戻し量と、前記吸気ポートへ吹き戻される混合気中の燃料濃度との乗算モデルに、前記燃料噴射タイミング、前記吸気バルブのバルブタイミング、前記排気バルブのバルブタイミング、前記吸気マニホールド圧力を代入することにより、前記吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量を求めることを特徴とする筒内噴射エンジンの制御装置。
シリンダ内に燃料を直接噴射するインジェクタを備え、吸気バルブの閉弁タイミングがピストンの吸気下死点よりも遅角側に設定され得る筒内噴射エンジンの制御装置であって、
前記吸気バルブのバルブタイミング及び吸気マニホールド圧力に応じて定められる吸気ポートへの混合気の吹き戻し量と、前記吸気バルブのバルブタイミング、吸気マニホールド圧力、並びに排気バルブのバルブタイミングに応じて定められるタンブル比、及び、前記インジェクタの燃料噴射タイミングに応じて定められる吸気ポートへ吹き戻される混合気中の燃料濃度と、に基づいて、前記吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量を求める吹き戻し量取得手段と、
前記吹き戻し量取得手段により求められた、シリンダ内から吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量の変化を補償するように、前記インジェクタにより噴射される燃料量を補正する吹き戻し補正手段と、を備え、
前記吹き戻し量取得手段は、予め記憶されている、前記燃料噴射タイミング、前記吸気バルブのバルブタイミング、前記排気バルブのバルブタイミング、前記吸気マニホールド圧力と、吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量との関係を定めたマップを、前記燃料噴射タイミング、前記吸気バルブのバルブタイミング、前記排気バルブのバルブタイミング、前記吸気マニホールド圧力を用いて検索することにより、前記吸気ポートへ吹き戻される燃料の吹き戻し量を求めることを特徴とする筒内噴射エンジンの制御装置。