JP6930490B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁を備える内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。
たとえば下記特許文献１には、ポート噴射弁から噴射された燃料のうち燃焼室に流入せずに吸気通路に付着する燃料量に応じて噴射量を増量補正する制御装置が記載されている。詳しくは、制御装置は、増量補正量を始動後の経過時間に応じて減少させている（「００４４」）。
特開２００５−１８８２９３号公報
発明者は、１燃焼サイクルにおいてポート噴射弁から１つの気筒に供給すべき燃料量を１回の燃料噴射で噴射するシングル噴射処理によっては粒子状物質（ＰＭ）の数（ＰＮ）が多くなるおそれがあることを見出した。そして発明者は、１燃焼サイクルにおいてポート噴射弁から１つの気筒に供給すべき燃料量を分割し、吸気バルブの開弁期間に同期して燃料を噴射する吸気同期噴射と、吸気同期噴射よりも進角側のタイミングにて燃料を噴射する吸気非同期噴射とによって噴射するマルチ噴射処理を、シングル噴射処理と併用することを検討した。しかしその場合、上記増量補正量としてシングル噴射処理およびマルチ噴射処理のうちの１つの処理にとって適切な値を残りの処理に用いると、燃焼室内の空燃比が狙いとする値に対してずれるおそれがあることを見出した。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．内燃機関の制御装置は、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁を備える内燃機関に適用され、前記内燃機関の燃焼室に充填される新気量に応じてベース噴射量を算出するベース噴射量算出処理と、前記内燃機関の始動後の所定期間に渡って前記ベース噴射量を増加補正して且つ前記ベース噴射量の増加補正比率を漸減させる増加補正処理と、前記増加補正された前記ベース噴射量の燃料を噴射すべく、吸気バルブの開弁期間に同期して燃料を噴射する吸気同期噴射と、前記吸気同期噴射よりも進角側のタイミングにて燃料を噴射する吸気非同期噴射とを、前記ポート噴射弁を操作して前記吸気非同期噴射および前記吸気同期噴射の順に順次実行するマルチ噴射処理と、前記ポート噴射弁を操作して前記増加補正された前記ベース噴射量の燃料を前記吸気非同期噴射によって噴射するシングル噴射処理との２つの処理のうちのいずれか１つの処理を選択して実行する燃料噴射処理と、を実行し、前記増加補正処理は、前記増加補正比率を、前記シングル噴射処理の場合よりも前記マルチ噴射処理の場合に小さい値に設定する差別化処理を含む。
上記構成では、内燃機関の始動後の所定期間に渡って増加補正処理によってベース噴射量を補正することにより、ポート噴射弁から噴射した燃料のうち吸気通路に付着し、その燃焼サイクルにおいて燃焼室で燃焼対象とされない燃料量に起因して、燃焼室内の空燃比が狙いとする空燃比からずれることを抑制できる。また、上記構成では、マルチ噴射処理では吸気非同期噴射と吸気同期噴射とを実行するため、シングル噴射処理と比較して吸気非同期噴射の噴射量を小さくすることができる。ここで、吸気非同期噴射と比較して吸気同期噴射の場合には、ポート噴射弁から噴射した燃料のうち吸気通路に付着し、その燃焼サイクルにおいて燃焼室で燃焼対象とされない燃料量が少なくなる傾向がある。このため、マルチ噴射処理を実行する場合にはシングル噴射処理を実行する場合と比較して、ポート噴射弁から噴射した燃料のうち吸気通路に付着し、その燃焼サイクルにおいて燃焼室で燃焼対象とされない燃料量が少なくなる傾向がある。そこで上記構成では、差別化処理によって、増加補正処理による増加補正比率を、シングル噴射処理の場合よりもマルチ噴射処理の場合に小さい値に設定する。これにより、シングル噴射処理とマルチ噴射処理との双方において、増加補正処理による増加補正比率を、空燃比を目標空燃比とするうえで適切な値とすることができる。
２．上記１記載の内燃機関の制御装置において、前記増加補正処理は、前記内燃機関の始動タイミングと当該始動タイミングの直前の前記内燃機関の停止タイミングとの間の時間が長い場合に短い場合よりも前記増加補正比率を大きい値に設定する停止時間反映処理を含む。
上記時間間隔が短い場合、内燃機関の前回の稼働時において吸気通路に付着した燃料が今回の始動時においても吸気通路にある程度残存する。特に、残存する燃料量は、上記時間間隔が短い場合に長い場合よりも多くなる。そこで上記構成では、停止時間反映処理によって、上記時間間隔が長い場合に短い場合よりも増加補正比率を大きい値に設定することにより、始動時に吸気通路に残存している燃料量に応じて適切な増加補正比率を算出することができる。
３．上記１または２記載の内燃機関の制御装置において、前記増加補正処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度が大きい場合に小さい場合よりも前記増加補正比率を小さい値に設定する回転補正処理を含む。
内燃機関のクランク軸の回転速度が大きい場合には小さい場合と比較して吸気通路内の空気の流速が大きくなる傾向にあることから、吸気通路に付着して残存する燃料量が減少する。そこで上記構成では、回転補正処理によって回転速度が大きい場合に小さい場合よりも増加補正比率を小さい値に設定することにより、増加補正比率を回転速度に応じてより適切な値に設定することができる。
４．上記１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記増加補正処理は、前記吸気非同期噴射の噴射開始時期が進角側である場合に遅角側である場合よりも前記増加補正比率を小さい値に設定する処理を含む。
吸気非同期噴射の噴射開始時期が進角側である場合には遅角側である場合と比較して燃料噴射開始時期から吸気バルブの閉弁タイミングまでの時間間隔が長くなる傾向にあることから、燃料が霧化して燃焼室へと流入しやすい。そこで上記構成では、吸気非同期噴射の噴射開始時期が進角側である場合に遅角側である場合よりも増加補正比率を小さい値に設定することにより、増加補正比率を噴射開始時期に応じてより適切な値に設定することができる。
５．上記１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記増加補正処理とは別に、前記内燃機関の温度が規定温度以下である場合、前記内燃機関の温度が低い場合に高い場合よりも前記ベース噴射量を大きく増加補正する低温増量処理を実行する。
内燃機関の温度が低い場合には、ポート噴射弁から噴射された燃料であって燃焼室内に流入する燃料のうち燃焼に供される燃料の割合が小さくなる傾向にある。そこで上記構成では、低温増量処理を実行することにより、内燃機関の温度が低い場合であっても、燃焼室内において燃焼に供される燃料量を適切な値とすることができる。
６．上記１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記増加補正処理は、前記増加補正比率の初期値を算出する初期値算出処理と、前記ポート噴射弁からの噴射回数が増加するにつれて前記初期値を漸減補正することによって前記増加補正比率を更新する更新処理と、前記増加補正比率に基づき前記ベース噴射量を補正する補正処理と、を含み、前記マルチ噴射処理は、前記増加補正された前記ベース噴射量の燃料を前記吸気非同期噴射によって噴射される燃料と前記吸気同期噴射によって噴射される燃料とに分割して噴射する処理である。
上記構成では、更新処理によって増加補正比率を適切に漸減させることができる。
７．上記１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記シングル噴射処理は、前記吸気非同期噴射の噴射期間の中央が前記吸気バルブの開弁タイミングよりも前に位置するように前記ポート噴射弁を操作する処理である。
上記構成では、シングル噴射処理において、燃料を極力早期に噴射することによって燃料が霧化する時間を確保することができる。
一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図。 （ａ）および（ｂ）は、同実施形態にかかるシングル噴射処理およびマルチ噴射処理を示すタイムチャート。 同実施形態の解決する課題を示すタイムチャート。 充填効率と吸気通路の燃料の付着量との関係を示す図。 同実施形態にかかる噴射弁操作処理の手順を示す流れ図。 水温と蒸発率との関係を示す図。 同実施形態にかかる回転補正係数の傾向を示す図。 同実施形態にかかるシングル噴射処理とマルチ噴射処理との付着量の相違を示す図。 同実施形態にかかる停止時間補正係数の傾向を示す図。 同実施形態にかかるトルク段差抑制増加比率を説明するタイムチャート。 （ａ）および（ｂ）は、マルチ噴射処理の到達終了時期と、ＰＮおよびＨＣの発生量との関係を示す図。
以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０の吸気通路１２には、スロットルバルブ１４が設けられており、スロットルバルブ１４の下流には、ポート噴射弁１６が設けられている。吸気通路１２に吸入された空気とポート噴射弁１６から噴射された燃料とは、吸気バルブ１８の開弁に伴って、シリンダ２０およびピストン２２によって区画された燃焼室２４に流入する。燃焼室２４において、燃料と空気との混合気は、点火装置２６の火花放電によって燃焼に供され、その際生成される燃焼エネルギは、ピストン２２を介してクランク軸２８の回転エネルギに変換される。燃焼に供された混合気は、排気バルブ３０の開弁に伴って、排気として排気通路３２に排出される。排気通路３２には、触媒３４が設けられている。
クランク軸２８の回転動力は、タイミングチェーン３８を介して、吸気側カム軸４０および排気側カム軸４２に伝達される。なお、本実施形態では、吸気側カム軸４０には、吸気側バルブタイミング調整装置４４を介してタイミングチェーン３８の動力が伝達される。吸気側バルブタイミング調整装置４４は、クランク軸２８と吸気側カム軸４０との回転位相差を調整することによって、吸気バルブ１８の開弁タイミングを調整するアクチュエータである。
制御装置５０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御するために、上記スロットルバルブ１４や、ポート噴射弁１６、点火装置２６、吸気側バルブタイミング調整装置４４等の内燃機関１０の操作部を操作する。この際、制御装置５０は、クランク角センサ６０の出力信号Ｓｃｒや、エアフローメータ６２によって検出される吸入空気量Ｇａ、吸気側カム角センサ６４の出力信号Ｓｃａ、水温センサ６６によって検出される内燃機関１０の冷却水の温度（水温ＴＨＷ）を参照する。
制御装置５０は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ５６および制御装置５０内の各箇所に電力を供給する電源回路５８を備えており、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより、上記制御量の制御を実行する。
図２に、制御装置５０が実行する処理の一部を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより実現される。
吸気位相差算出処理Ｍ１０は、クランク角センサ６０の出力信号Ｓｃｒと吸気側カム角センサ６４の出力信号Ｓｃａとに基づき、クランク軸２８の回転角度に対する吸気側カム軸４０の回転角度の位相差である吸気位相差ＤＩＮを算出する処理である。目標吸気位相差算出処理Ｍ１２は、内燃機関１０の動作点に基づき、目標吸気位相差ＤＩＮ＊を可変設定する処理である。なお、本実施形態では、回転速度ＮＥと充填効率ηとによって動作点を定義している。ここで、ＣＰＵ５２は、回転速度ＮＥを、クランク角センサ６０の出力信号Ｓｃｒに基づき算出し、充填効率ηを回転速度ＮＥおよび吸入空気量Ｇａに基づき算出する。なお、充填効率ηは、燃焼室２４内に充填される新気量を定めるパラメータである。
吸気位相差制御処理Ｍ１４は、吸気位相差ＤＩＮを目標吸気位相差ＤＩＮ＊に制御するために吸気側バルブタイミング調整装置４４を操作すべく、操作信号ＭＳ４を出力する処理である。
ベース噴射量算出処理Ｍ１６は、充填効率ηに基づき、燃焼室２４内の混合気の空燃比を目標空燃比とするための燃料量のベース値であるベース噴射量Ｑｂを算出する処理である。ベース噴射量Ｑｂは、燃焼室２４内に充填される新気量に基づき、空燃比を目標空燃比に制御するために算出された燃料量である。ちなみに、目標空燃比は、たとえば理論空燃比とすればよい。
噴射弁操作処理Ｍ１８は、ベース噴射量Ｑｂに基づき、ポート噴射弁１６を操作すべく、ポート噴射弁１６に操作信号ＭＳ２を出力する処理である。
本実施形態では、燃料噴射処理として、図３（ａ）に例示する処理と、図３（ｂ）に例示する処理との２通りの処理を有する。
図３（ａ）は、吸気バルブ１８の開弁前に燃料の噴射を開始し、吸気バルブ１８の開弁前に燃料の噴射を終了させる単一の噴射を実行するシングル噴射処理である。
図３（ｂ）は、吸気バルブ１８の開弁期間に同期して同期噴射開始時期Ｉｓに燃料の噴射を開始する吸気同期噴射と、吸気同期噴射よりも進角側の非同期噴射開始時期Ｉｎｓにて燃料の噴射を開始する吸気非同期噴射との２つの燃料噴射を実行するマルチ噴射処理である。本実施形態において、同期噴射開始時期Ｉｓは、吸気バルブ１８の開弁タイミングよりも微小時間δだけ進角側に設定されている。ここで、微小時間δは、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が吸気バルブ１８の開弁前の位置に到達するのに要する時間に設定されている。これは、噴射された燃料を、吸気バルブ１８の開弁に伴って極力早期に燃焼室２４に流入させる設定である。なお、図３（ａ）に示した処理は、吸気非同期噴射のみを実行する処理であるため、噴射開始時期を「非同期噴射開始時期Ｉｎｓ」と記載している。
本実施形態においてマルチ噴射処理は、ＰＮを低減することを狙って実行される。すなわち、水温ＴＨＷがある程度低い場合、充填効率ηがある程度大きい領域においてシングル噴射処理を実行する場合、ＰＮが増加する傾向がある。これは、充填効率ηが大きい場合には小さい場合よりもベース噴射量Ｑｂが大きい値となり、結果、吸気通路１２に付着する燃料量が多くなることに起因していると考えられる。詳しくは、吸気通路１２に付着した燃料量がある程度多くなる場合、付着した燃料のせん断によって、付着した燃料の一部が液滴のまま燃焼室２４に流入するためであると推察される。そこで本実施形態では、充填効率ηがある程度大きい領域においては、ベース噴射量Ｑｂの一部を、吸気同期噴射によって噴射することにより吸気通路１２に付着する燃料量をベース噴射量Ｑｂが多い割に少なくし、ひいてはＰＮの低減を図る。
図４に、図３（ａ）に例示した吸気非同期噴射のみを実行する場合の、車速、回転速度ＮＥ、充填効率η、噴射量、水温ＴＨＷおよびＰＮの推移を示す。
図４に示すように、水温ＴＨＷがある程度低く、始動時および充填効率ηがある程度高い領域において、ＰＮが増加している。図５に、充填効率ηと、吸気通路１２への燃料の付着量との関係を示す。図５に示すように、充填効率ηが大きいほど付着量が多くなっている。このため、充填効率ηが高い領域においてＰＮが増加するのは、吸気通路１２に付着する燃料量が多くなるためであるとの推論が裏付けられる。
以下、ＰＮの低減を狙った本実施形態における内燃機関１０の燃料噴射制御について詳述する。
図６に、噴射弁操作処理Ｍ１８の処理の手順を示す。図６に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって各処理のステップ番号を表現する。
図６に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず始動後であるか否かを判定する（Ｓ１０）。ここで始動後とは、クランク軸２８が回転を開始した後、エアフローメータ６２によって検出される吸入空気量Ｇａの検出精度が許容値に達し、ベース噴射量Ｑｂの算出精度が許容値に達した時点以降であることとする。ちなみに本実施形態では、許容値に達する前においては、ポート噴射弁１６から噴射される燃料をベース噴射量Ｑｂに応じて定めることなく水温ＴＨＷのみから定める。詳しくは、ＣＰＵ５２は、水温ＴＨＷが低い場合に高い場合よりも噴射量を大きい値に設定する。
ＣＰＵ５２は、始動後であると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、燃焼室２４内に充填される新気量に基づく燃料噴射の開始時であるか否かを判定する（Ｓ１２）。ここで、ＣＰＵ５２は、図６に示す一連の処理の前回の制御周期においてＳ１０の処理で否定判定し、今回の制御周期で肯定判定する場合、開始時であると判定する。
ＣＰＵ５２は、開始時であると判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１の初期値を設定する（Ｓ１４）。壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１は、ポート噴射弁１６から噴射される燃料のうちの一部が吸気通路１２に付着して燃焼室２４に流入しないことによって、燃焼室２４内に供給される燃料量がベース噴射量Ｑｂに対して不足することを補うためのベース噴射量Ｑｂのフィードフォワード制御による補正比率である。
詳しくは、ＣＰＵ５２は、まず、水温ＴＨＷと、非同期噴射開始時期Ｉｎｓと、に基づき、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１の基準値ｅｆａｓｅｒを算出する。ここで、ＣＰＵ５２は、水温ＴＨＷが低い場合に高い場合よりも基準値ｅｆａｓｅｒを大きい値に算出する。これは、図７に示すように、温度が低い場合には高い場合よりも蒸発率が小さくなることに鑑みたものである。ここで、蒸発率とは、液体燃料のうち単位時間当たりに蒸発する割合のことである。吸気通路１２や燃料の温度が低い場合には高い場合よりも蒸発率が小さいことから、ポート噴射弁１６に付着した燃料のうちその燃焼サイクルにおいて燃焼室２４内に供給されない燃料量が多くなると考えられる。
また、ＣＰＵ５２は、非同期噴射開始時期Ｉｎｓが遅角側である場合に進角側である場合よりも吸気通路１２に付着して燃焼室２４内に供給されない燃料量が多くなることに鑑み、遅角側である場合に進角側である場合よりも基準値ｅｆａｓｅｒを大きい値に算出する。
具体的には、水温ＴＨＷおよび非同期噴射開始時期Ｉｎｓを入力変数とし、基準値ｅｆａｓｅｒを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態で、ＣＰＵ５２により、基準値ｅｆａｓｅｒがマップ演算される。なお、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とし、一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。
また、ＣＰＵ５２は、回転速度ＮＥに基づき、基準値ｅｆａｓｅｒに対する回転補正係数Ｋｎを算出する。ここで、ＣＰＵ５２は、図８に示すように、回転速度ＮＥが高い場合に低い場合よりも基準値ｅｆａｓｅｒを減量すべく回転補正係数Ｋｎを小さい値に算出する。これは、回転速度ＮＥが大きい場合には小さい場合と比較して吸気通路１２内の空気の流量が多くなり、吸気通路１２に付着する燃料量が少なくなることに鑑みた設定である。具体的には、回転速度ＮＥを入力変数とし、回転補正係数Ｋｎを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態で、ＣＰＵ５２により回転補正係数Ｋｎがマップ演算される。
そしてＣＰＵ５２は、図６に示すように、基準値ｅｆａｓｅｒに回転補正係数Ｋｎを乗算した値を、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に代入する。
次にＣＰＵ５２は、マルチ噴射処理の要求があるか否かを判定する（Ｓ１６）。ここでＣＰＵ５２は、水温ＴＨＷが規定温度（たとえば「７０℃」）以下である旨の条件（ア）と、充填効率が規定値以上である旨の条件（イ）と、充填効率ηが規定値よりも大きい所定値以下である旨の条件（ウ）との論理積が真である場合にマルチ噴射処理を実行する要求があると判定する。ここで、所定値は、回転速度ＮＥが所定速度以上である場合に限って、通常とりうる充填効率の値に設定されるようにしてもよい。所定値は、吸気非同期噴射の噴射終了時期と同期噴射開始時期Ｉｓとの間の時間間隔を確保することを狙って設定される。
ＣＰＵ５２は、マルチ噴射処理の要求がある場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１にマルチ噴射補正係数Ｋｍを乗算した値を、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に代入する（Ｓ１８）。この処理は、シングル噴射処理とマルチ噴射処理とでは吸気通路１２に付着する燃料量に相違が生じることに鑑みたものである。
図９に、シングル噴射処理とマルチ噴射処理とのそれぞれについて、充填効率ηと付着量との関係を示す。図９に示すように、シングル噴射処理とマルチ噴射処理との双方とも、充填効率ηが高い場合に低い場合よりも付着量が多くなるものの、同一の充填効率ηでは、シングル噴射処理の方がマルチ噴射処理よりも付着量が多い。本実施形態では、Ｓ１４の処理によって算出される初期値をシングル噴射処理用に適合しており、マルチ噴射処理を実行する場合には、Ｓ１４の処理において算出した壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１の初期値を「１」よりも小さいマルチ噴射補正係数Ｋｍで減少補正する。
ＣＰＵ５２は、Ｓ１８の処理を完了する場合やＳ１６の処理において否定判定する場合には、内燃機関１０の今回の始動時と直前の内燃機関１０の停止時との間の時間である停止時間Ｔを算出する（Ｓ２０）。この処理は、たとえば内燃機関１０の停止時にＣＰＵ５２がその時の時刻を不揮発性メモリ５６に記憶しておくことにより実現できる。次に、ＣＰＵ５２は、停止時間Ｔに基づき、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に対する停止時間補正係数Ｋｅを算出する（Ｓ２２）。これは、停止時間Ｔが短い場合、内燃機関１０の稼働時に吸気通路１２に付着した燃料が残存するため、Ｓ１４の処理やＳ１８の処理によって算出した壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１がベース噴射量Ｑｂの不足分を補償する増加比率としては、過度に大きくなるおそれがあることに鑑みたものである。
図１０に示すように、ＣＰＵ５２は、停止時間Ｔが長い場合に短い場合と比較して、停止時間補正係数Ｋｅを大きい値に算出する。ここで、停止時間補正係数Ｋｅは、「０」以上「１」以下の値であり、停止時間Ｔがある程度長い場合、停止時間補正係数Ｋｅは「１」とされる。この処理は、停止時間Ｔを入力変数とし、停止時間補正係数Ｋｅを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態で、ＣＰＵ５２により停止時間補正係数Ｋｅがマップ演算されることにより実現される。
図６に戻り、ＣＰＵ５２は、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に停止時間補正係数Ｋｅを乗算した値を、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に代入することによって、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１を補正する（Ｓ２４）。
一方、ＣＰＵ５２は、Ｓ１２の処理において否定判定する場合には、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に減衰係数Ｋｄを乗算した値を、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に代入する（Ｓ２６）。減衰係数Ｋｄは、「１」よりも小さく「０」よりも大きい値であり、ポート噴射弁１６から噴射された燃料のうち吸気通路１２に付着することに起因してその燃焼サイクル内に燃焼室２４内において燃焼に供されることがない燃料量が噴射回数の増加とともに漸減することを模擬するための係数である。
ＣＰＵ５２は、Ｓ２４，Ｓ２６の処理が完了する場合には、ポート噴射弁１６から１つの気筒に１燃焼サイクルにおいて噴射することが要求される燃料量である要求噴射量Ｑｄを算出する（Ｓ２８）。ここでＣＰＵ５２は、「１」に、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１と、トルク段差抑制増加比率ｅｆａｓｅ２と、低温増加比率ｆｗｌとを加算した値にベース噴射量Ｑｂを乗算した値を、要求噴射量Ｑｄに代入する。ここで、低温増加比率ｆｗｌは、内燃機関１０の温度が低い場合には、燃焼室２４内に流入する燃料のうち燃焼に供される燃料の割合が小さくなることに鑑み、ベース噴射量Ｑｂをフィードフォワード制御によって増量補正するための補正比率である。詳しくは、ＣＰＵ５２は、水温ＴＨＷが所定温度（たとえば「７０℃」）以下である場合に、低温増加比率ｆｗｌを「０」よりも大きい値に算出し、所定温度を超えると「０」とする。特にＣＰＵ５２は、水温ＴＨＷが所定温度以下である場合、水温ＴＨＷが低い場合に高い場合よりも低温増加比率ｆｗｌを大きい値に設定する。この処理は、水温ＴＨＷを入力変数とし低温増加比率ｆｗｌを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態でＣＰＵ５２により低温増加比率ｆｗｌをマップ演算することにより実現できる。
また、トルク段差抑制増加比率ｅｆａｓｅ２は、Ｓ１０の処理において否定判定される状態から肯定判定される状態への切り替えに伴う噴射量の変化に起因した内燃機関１０のトルクの急変を抑制するためのものである。すなわち、Ｓ１０において否定判定される場合、ＣＰＵ５２は、ベース噴射量Ｑｂによらず、水温ＴＨＷに基づき噴射量を定めてポート噴射弁１６に噴射させている。この場合、失火を抑制すべく、燃料量は過剰気味に設定されることから、ベース噴射量Ｑｂに基づき要求噴射量Ｑｄが設定され始めた直後では、ポート噴射弁１６から噴射される燃料量が急減し、内燃機関１０の軸トルクが急低下するおそれがある。そこで、本実施形態では、トルク段差抑制増加比率ｅｆａｓｅ２によってベース噴射量Ｑｂを増量補正する。
詳しくは、トルク段差抑制増加比率ｅｆａｓｅ２は、図１１にドットにて、トルク段差抑制増加比率ｅｆａｓｅ２によるベース噴射量Ｑｂの増加補正量を示すように、時間とともに漸減するパラメータである。なお、図１１においては時刻ｔ１以降、ベース噴射量Ｑｂに基づく燃料噴射が実行されることを示している。また、図１１において、２点鎖線とベース噴射量Ｑｂとの差分は、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１によるベース噴射量Ｑｂの増加補正量を示し、１点鎖線とベース噴射量Ｑｂとの差分は、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１にマルチ噴射補正係数Ｋｍを乗算した値によるベース噴射量Ｑｂの増加補正量を示す。なお、図１１においては、低温増加比率ｆｗｌを無視しており、また、マルチ噴射処理時を想定している。
図６に戻り、ＣＰＵ５２は、マルチ噴射処理の要求があるか否かを判定する（Ｓ３０）。そしてＣＰＵ５２は、マルチ噴射処理の要求があると判定する場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、吸気非同期噴射の噴射量である非同期噴射量Ｑｎｓと吸気同期噴射の噴射量である同期噴射量Ｑｓとを算出する（Ｓ３２）。ここで、ＣＰＵ５２は、回転速度ＮＥ、充填効率η、水温ＴＨＷおよび吸気位相差ＤＩＮに応じて、要求噴射量Ｑｄを分割する。詳しくは、回転速度ＮＥ、充填効率η、水温ＴＨＷおよび吸気位相差ＤＩＮを入力変数とし、同期噴射量Ｑｓを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態で、ＣＰＵ５２により同期噴射量Ｑｓがマップ演算される。そしてＣＰＵ５２は、非同期噴射量Ｑｎｓを、要求噴射量Ｑｄから同期噴射量Ｑｓを減算した値とする。
そして、ＣＰＵ５２は、非同期噴射開始時期Ｉｎｓにおいて非同期噴射量Ｑｎｓの燃料を噴射し、同期噴射開始時期Ｉｓにおいて同期噴射量Ｑｓの燃料を噴射すべく、ポート噴射弁１６に操作信号ＭＳ２を出力してポート噴射弁１６を操作する（Ｓ３４）。これに対し、ＣＰＵ５２は、Ｓ３０の処理において否定判定する場合、非同期噴射開始時期Ｉｎｓにおいて要求噴射量Ｑｄの燃料を１回の燃料噴射で噴射すべく、ポート噴射弁１６に操作信号ＭＳ２を出力してポート噴射弁１６を操作する（Ｓ３４）。
なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ３４の処理が完了する場合や、Ｓ１０の処理において否定判定する場合には、図６に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
ＣＰＵ５２は、内燃機関１０が始動され、ベース噴射量Ｑｂに基づく燃料噴射の実行を開始する場合、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１の初期値を定める。ＣＰＵ５２は、初期値を、マルチ噴射処理時には、シングル噴射処理時と比較して小さい値に算出する。これにより、マルチ噴射処理時とシングル噴射処理時とのそれぞれにおいて、初期値を適切な値に設定することができる。
またＣＰＵ５２は、内燃機関１０の停止時間Ｔが短い場合には長い場合と比較して、初期値を小さい値に設定する。これにより、前回の内燃機関１０の稼働時に吸気通路１２に付着し、内燃機関１０を始動する際に吸気通路１２に未だ残存していた燃料量が多い場合に少ない場合よりも初期値を小さい値に設定することとなる。これにより、停止時間Ｔが短い場合であっても、初期値を、吸気通路１２に未だ残存していた燃料量に応じた適切な値とすることができる。
＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。［１］増加補正処理は、Ｓ１２〜Ｓ２８の処理に対応する。燃料噴射処理は、Ｓ３０〜Ｓ３４の処理に対応する。差別化処理は、Ｓ１８の処理に対応する。［２］停止時間反映処理は、Ｓ２０，Ｓ２２の処理に対応する。［３］回転補正処理は、Ｓ１４の処理において回転補正係数Ｋｎを用いていることに対応する。［４］Ｓ１４の処理において、基準値ｅｆａｓｅｒが非同期噴射開始時期Ｉｎｓに応じて可変設定されていることに対応する。［５］Ｓ２８の処理において低温増加比率ｆｗｌを利用していることに対応する。［６］初期値算出処理は、Ｓ１４の処理に対応し、更新処理は、Ｓ２６の処理に対応し、補正処理は、Ｓ２８の処理に対応する。「７」図３（ａ）に対応する。
＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・「差別化処理について」
上記実施形態では、マルチ噴射補正係数Ｋｍによって壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１を補正する処理によって差別化処理を実現したが、これに限らない。たとえば、Ｓ１４の処理において用いる基準値ｅｆａｓｅｒを、マルチ噴射処理用とシングル噴射処理用とで各別に算出するようにしてもよい。これは、たとえばＲＯＭ５４に、水温ＴＨＷおよび非同期噴射開始時期Ｉｎｓと基準値ｅｆａｓｅｒとの関係を定めたマップデータであってマルチ噴射処理用とシングル噴射処理用とそれぞれのマップデータを記憶しておきＣＰＵ５２により基準値ｅｆａｓｅｒをマップ演算することにより実現できる。
上記実施形態では、新気量に基づく燃料噴射の開始に伴って壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１の初期値を定めるときに限って、マルチ噴射補正係数Ｋｍを用いるか否かを選択したがこれに限らない。たとえば、新気量に基づく燃料噴射の開始時にはシングル噴射処理であったものが途中でマルチ噴射処理に切り替わる場合、マルチ噴射補正係数Ｋｍを用いて壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１を補正してもよい。またたとえば、新気量に基づく燃料噴射の開始時にはマルチ噴射処理であったものが途中でシングル噴射処理に切り替わる場合、マルチ噴射補正係数Ｋｍの逆数を壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に乗算することによって壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１を補正してもよい。
上記実施形態では、Ｓ１４の処理によって算出される壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１の初期値を、シングル噴射処理にとって適切な値としたが、これに限らず、マルチ噴射処理とって適切な値としてもよい。この場合、Ｓ１６の処理において否定判定される場合に、シングル噴射処理にとって適切な値とするための補正係数を乗算すればよい。ただしこの場合の補正係数は、「１」よりも大きい値となる。
・「更新処理について」
上記実施形態では、減衰係数Ｋｄを固定値としたが、これに限らない。たとえば、水温ＴＨＷに応じて可変設定してもよく、またたとえば、シングル噴射処理とマルチ噴射処理とで各別の値としてもよい。
上記実施形態では、各気筒の噴射の都度、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に減衰係数Ｋｄを乗算したがこれに限らない。たとえば、２つの気筒が圧縮上死点となる都度、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に減衰係数Ｋｄを乗算してもよく、またたとえば、３６０°ＣＡに１度、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に減衰係数Ｋｄを乗算してもよく、またたとえば、１燃焼サイクルに１度、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１に減衰係数Ｋｄを乗算してもよい。
・「増加補正処理について」
上記実施形態では、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１の初期値を、水温ＴＨＷおよび非同期噴射開始時期Ｉｎｓと回転速度ＮＥとに応じて可変設定したがこれに限らない。たとえば、水温ＴＨＷ、非同期噴射開始時期Ｉｎｓおよび回転速度ＮＥの３つのパラメータについては、それらのうちの１つのパラメータのみに基づき可変設定してもよい。またたとえば上記３つのパラメータについてはそれらのうちの２つのパラメータのみに基づき可変設定してもよい。
壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１を漸減させる処理としては、減衰係数Ｋｄを噴射回数に応じて更新する処理に限らない。たとえば、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１の初期値から、同初期値を定常的な入力とするローパスフィルタ処理値を減算した値を、最終的な壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１とする処理であってもよい。
・「ベース噴射量の補正処理について」
上記実施形態では、ベース噴射量Ｑｂを補正する要素として、壁面付着分増加比率ｅｆａｓｅ１と、トルク段差抑制増加比率ｅｆａｓｅ２と、低温増加比率ｆｗｌとを例示したがこれに限らない。たとえば、排気通路３２に空燃比センサを設け、その検出値を目標値にフィードバック制御するための操作量としての補正比率を更に用いてもよい。
・「吸気同期噴射について」
上記実施形態では、吸気同期噴射として、吸気バルブ１８が開弁する直前に同期噴射開始時期Ｉｓが設定されるものを例示したがこれに限らず、吸気バルブ１８の開弁開始時期後であって吸気バルブ１８が開弁しているときに同期噴射開始時期Ｉｓが設定されるものであってもよい。
なお、吸気同期噴射としては、同期噴射開始時期Ｉｓを算出し、その後、同期噴射開始時期Ｉｓによって噴射終了時期が定まる処理であってもよいが、これに限らない。たとえば、ポート噴射弁１６から噴射された燃料のうち最も遅いタイミングで噴射された燃料が吸気バルブ１８の閉弁期間における位置に到達するタイミングの目標値である到達終了時期を算出し、到達終了時期と同期噴射量Ｑｓと回転速度ＮＥとに基づき、同期噴射開始時期Ｉｓを算出してもよい。この場合であっても、吸気同期噴射は、吸気バルブ１８の開弁期間に同期して燃料を噴射するものであることが望ましい。
詳しくは、吸気同期噴射は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が吸気バルブ１８の開弁前の位置に到達する期間が吸気バルブ１８の開弁期間に収まるように燃料を噴射するものである。ここで、「到達する期間」の始点は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料のうちの最も早いタイミングで噴射された燃料が開弁前の位置に到達するタイミングであり、終点は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料のうちの最も遅いタイミングで噴射された燃料が開弁前の位置に到達するタイミングである。これに対し、吸気非同期噴射は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が吸気バルブ１８が開弁する前に吸気バルブ１８に到達するように燃料を噴射するものである。換言すれば、吸気非同期噴射は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が、吸気バルブ１８が開弁するまでは吸気通路１２内で滞留し、開弁した後に燃焼室２４内に流入する噴射である。なお、吸気非同期噴射は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が吸気バルブ１８の開弁前の位置に到達する期間が吸気バルブ１８の閉弁期間に収まるように燃料を噴射するものであることが望ましい。
なお、図１２（ａ）には、吸気非同期噴射や吸気同期噴射の上記到達終了時期を変化させたときのＰＮを示し、図１２（ｂ）は、吸気非同期噴射や吸気同期噴射の上記到達終了時期を変化させたときのＨＣ発生量を示す。ここで、白抜きのプロットは、吸気非同期噴射の到達終了時期を固定し、吸気同期噴射の到達終了時期を変化させたときのものであり、黒塗りのプロットは、吸気同期噴射の到達終了時期を固定し、吸気非同期噴射の到達終了時期を変化させたときのものである。また、○印、ひし形、四角、三角のプロットのそれぞれは、非同期噴射量Ｑｎｓと同期噴射量Ｑｓとの割合が、「８：２」，「７：３」，「６：４」，「５：５」のそれぞれに対応する。
図１２の白抜きのプロットに示されるように、吸気同期噴射の到達終了時期の変化によって、ＰＮやＨＣの発生量が大きく変化する。
・「シングル噴射処理について」
上記実施形態では、シングル噴射処理を、吸気バルブ１８の開弁前にすべての燃料の噴射を終了するものとしたがこれに限らない。たとえば、ベース噴射量Ｑｂが大きい場合には、噴射の終了タイミングが吸気バルブ１８の開弁タイミングよりも遅角側となることがあってもよい。ただしこの場合であっても、吸気バルブ１８の開弁タイミングよりも前に極力多くの燃料を噴射することが望ましい。
・「要求噴射量Ｑｄの分割手法について」
上記実施形態では、回転速度ＮＥ、充填効率η、水温ＴＨＷおよび吸気位相差ＤＩＮに基づき、要求噴射量Ｑｄの燃料を、同期噴射量Ｑｓと非同期噴射量Ｑｎｓとに分割したが、これに限らない。たとえば、燃焼室２４内に充填される新気量を示すパラメータである負荷パラメータとして、充填効率ηに代えて、要求噴射量Ｑｄを用いてもよい。また、負荷パラメータと回転速度ＮＥと水温ＴＨＷと吸気位相差ＤＩＮとの４つのパラメータについては、それらのうちの３つパラメータのみに基づき可変設定したり、２つのパラメータのみに基づき可変設定したり、１つのパラメータのみに基づき可変設定したりしてもよい。なお、上記４つのパラメータ以外にたとえば、吸気圧や、吸入空気の流速を用いてもよい。ただし、上記４つのパラメータによれば、吸気圧や吸入空気の流速を把握することができる。
・「吸気バルブの特性可変装置について」
吸気バルブ１８の特性を変更する特性可変装置としては、吸気側バルブタイミング調整装置４４に限らない。たとえば、吸気バルブ１８のリフト量を変更するものであってもよい。この場合、吸気バルブ１８のバルブ特性を示すパラメータは、吸気位相差ＤＩＮに代えて、リフト量等となる。
・「制御装置について」
制御装置としては、ＣＰＵ５２とＲＯＭ５４とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するＲＯＭ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路および１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。
・「そのほか」
内燃機関１０が吸気バルブ１８の特性を変更する特性可変装置を備えることは必須ではない。内燃機関１０がスロットルバルブ１４を備えることは必須ではない。
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…ポート噴射弁、１８…吸気バルブ、２０…シリンダ、２２…ピストン、２４…燃焼室、２６…点火装置、２８…クランク軸、３０…排気バルブ、３２…排気通路、３４…触媒、３８…タイミングチェーン、４０…吸気側カム軸、４２…排気側カム軸、４４…吸気側バルブタイミング調整装置、５０…制御装置、５２…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、５６…不揮発性メモリ、５８…電源回路、６０…クランク角センサ、６２…エアフローメータ、６４…吸気側カム角センサ、６６…水温センサ。

Claims (7)

  1. 吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁を備える内燃機関に適用され、
    前記内燃機関の燃焼室に充填される新気量に応じてベース噴射量を算出するベース噴射量算出処理と、
    前記内燃機関の始動後の所定期間に渡って前記ベース噴射量を増加補正して且つ前記ベース噴射量の増加補正比率を漸減させる増加補正処理と、
    前記増加補正された前記ベース噴射量の燃料を噴射すべく、吸気バルブの開弁期間に同期して燃料を噴射する吸気同期噴射と、前記吸気同期噴射よりも進角側のタイミングにて燃料を噴射する吸気非同期噴射とを、前記ポート噴射弁を操作して前記吸気非同期噴射および前記吸気同期噴射の順に順次実行するマルチ噴射処理と、前記ポート噴射弁を操作して前記増加補正された前記ベース噴射量の燃料を前記吸気非同期噴射によって噴射するシングル噴射処理との２つの処理のうちのいずれか１つの処理を選択して実行する燃料噴射処理と、を実行し、
    前記増加補正処理は、前記増加補正比率を、前記シングル噴射処理の場合よりも前記マルチ噴射処理の場合に小さい値に設定する差別化処理を含む内燃機関の制御装置。
  2. 前記増加補正処理は、前記内燃機関の始動タイミングと当該始動タイミングの直前の前記内燃機関の停止タイミングとの間の時間が長い場合に短い場合よりも前記増加補正比率を大きい値に設定する停止時間反映処理を含む請求項１記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記増加補正処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度が大きい場合に小さい場合よりも前記増加補正比率を小さい値に設定する回転補正処理を含む請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記増加補正処理は、前記吸気非同期噴射の噴射開始時期が進角側である場合に遅角側である場合よりも前記増加補正比率を小さい値に設定する処理を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記増加補正処理とは別に、前記内燃機関の温度が規定温度以下である場合、前記内燃機関の温度が低い場合に高い場合よりも前記ベース噴射量を大きく増加補正する低温増量処理を実行する請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記増加補正処理は、
    前記増加補正比率の初期値を算出する初期値算出処理と、
    前記ポート噴射弁からの噴射回数が増加するにつれて前記初期値を漸減補正することによって前記増加補正比率を更新する更新処理と、
    前記増加補正比率に基づき前記ベース噴射量を補正する補正処理と、を含み、
    前記マルチ噴射処理は、前記増加補正された前記ベース噴射量の燃料を前記吸気非同期噴射によって噴射される燃料と前記吸気同期噴射によって噴射される燃料とに分割して噴射する処理である請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記シングル噴射処理は、前記吸気非同期噴射の噴射期間の中央が前記吸気バルブの開弁タイミングよりも前に位置するように前記ポート噴射弁を操作する処理である請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
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