JP7103061B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼室内に燃料を供給するために燃料を噴射する燃料噴射弁を備えて且つ吸気バルブの閉弁時期が下死点よりも遅角されうる内燃機関を制御対象とす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、炭化水素系燃料とアルコールとが混合された燃料を使用可能であってポート噴射弁と筒内噴射弁とを備える内燃機関の制御装置が記載されている。この制御装置は、給油等によってアルコール濃度が変化する場合に、ポート噴射弁と筒内噴射弁との双方から燃料を噴射することによって、ポート噴射弁から噴射される燃料中のアルコール濃度と筒内噴射弁から噴射される燃料中のアルコール濃度とが異なる状況を早期に解消する。
また、吸気バルブの閉弁時期を可変設定し、特に、内燃機関の所定の運転状態においては同閉弁時期を下死点よりも遅角する制御を実行する内燃機関の制御装置が周知である。
国際公開第2014/006761号
ところで、上記のように吸気バルブの閉弁時期を下死点よりも遅角側とする場合、燃焼室内の空気と燃料との混合気の一部が吸気バルブの閉弁前に吸気通路に吹き戻される。この場合、吹き戻された混合気が、燃焼室にて燃焼対象となる混合気の空燃比を目標値に制御するうえで誤差を生じさせるおそれがある。こうした問題に対処すべく吹き戻された混合気を考慮する場合、上記のように炭化水素系燃料とアルコールとが混合された燃料を使用可能な内燃機関の場合には、燃料噴射弁から噴射される燃料中のアルコール濃度に応じていかなる制御をすべきか、上記文献には開示がない。
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.燃焼室内に燃料を供給するために燃料を噴射する燃料噴射弁を備えて且つ吸気バルブの閉弁時期が下死点よりも遅角されうる内燃機関を制御対象とし、前記燃焼室に流入した空気のうち前記吸気バルブが閉弁する前に吸気通路に吹き戻される空気量である吹き戻し空気量を算出する吹き戻し空気量算出処理と、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比情報を取得する取得処理と、前記燃焼室内において燃焼対象となる混合気の空燃比を目標値に制御すべく前記燃料噴射弁を操作する操作処理と、を実行し、前記操作処理は、前記吹き戻し空気量が増加する場合、前記吹き戻し空気量が変化しない場合の燃料量に対し増量した燃料を前記燃料噴射弁により噴射させて且つ、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも増量量を大きくする処理を含む内燃機関の制御装置である。
混合気の一部が吸気通路に吹き戻される場合、吹き戻される混合気中の燃料量は、吹き戻される空気量に依存する。すなわち、吹き戻される空気量が増加する場合、吹き戻される混合気中の燃料量も増加する傾向がある。そのため、吹き戻される空気量が増加する場合に燃焼対象となる混合気の空燃比を目標値に制御する上で適切な燃料量は、増加しない場合に目標値とするうえで必要な燃料量よりも多くなる傾向がある。このように、吹き戻し空気量が吹き戻される混合気中の燃料量と強い正の相関を有することに鑑み、上記構成では、吹き戻し空気量算出処理を実行し、算出した吹き戻し空気量が増加する場合に燃料量を増量させる。
ただし、吹き戻される空気量の増加量が同一であっても、噴射される燃料の理論空燃比が小さい場合には大きい場合よりも、空燃比を目標値に制御する上でより多くの燃料を必要とする傾向がある。そこで上記構成では、吹き戻される空気量が増加する場合の燃料の増量量を、理論空燃比が小さい燃料の場合に大きい燃料の場合よりも大きくする。これにより、吹き戻しに起因して、排気成分を所望に制御する際の制御性が低下することを抑制することができる。
2.前記操作処理は、前記吹き戻し空気量が減少する場合、前記吹き戻し空気量が変化しない場合の燃料量に対し減量した燃料を前記燃料噴射弁により噴射させて且つ、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも減量量を大きくする処理を含む上記1記載の内燃機関の制御装置である。
吹き戻される空気量が減少する場合、吹き戻される混合気中の燃料量も減少する傾向がある。そのため、吹き戻される空気量が減少する場合に燃焼対象となる混合気の空燃比を目標値に制御する上で適切な燃料量は、減少しない場合に目標値とするうえで必要な燃料量よりも少なくなる傾向がある。そのため、上記構成では、吹き戻し空気量が減少する場合に、燃料量を減量させる。
ただし、噴射される燃料の理論空燃比が小さい場合には大きい場合よりも、空燃比を目標値とするうえでより多くの燃料を必要とする傾向がある。そこで上記構成では、吹き戻される空気量が減少する場合の燃料の減量量を、理論空燃比が小さい燃料の場合に大きい燃料の場合よりも大きくする。これにより、吹き戻しに起因して、排気特性を所望に制御する際の制御性が低下することを抑制することができる。
3.前記操作処理は、前記吸気バルブが閉弁するまでに吹き戻される燃料量から前回吹き戻された燃料量を差し引いた差を、前記燃料の理論空燃比が規定値であると仮定した場合の値に換算した過不足量を算出する過不足算出処理を含み、前記過不足量が正の場合に前記過不足量がゼロの場合の燃料量に対し増量した燃料を前記燃料噴射弁に噴射させて且つ噴射する燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも増量量を大きくし、前記過不足量が負の場合に前記過不足量がゼロの場合の燃料量に対し減量した燃料を前記燃料噴射弁に噴射させて且つ噴射する燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも減量量を大きくするように、前記燃料噴射弁を操作する処理である上記2記載の内燃機関の制御装置である。
上記構成では、吹き戻し燃料量の前回値と今回値との差分を、吹き戻される燃料の理論空燃比が規定値であると仮定した場合の過不足量として算出し、過不足量に応じた補正をする際に、その補正量を燃料の理論空燃比に応じて可変とする。このように、燃料の理論空燃比の変化に左右されない過不足量に応じて増量または減量を決定し、その際の増量量や減量量を理論空燃比情報に基づき可変とすることにより、燃料の理論空燃比が変化する過渡時であっても、排気特性を所望に制御するうえで適切な燃料を噴射することができる。
4.前記操作処理は、前記燃焼室において燃焼対象となる混合気の空燃比を前記目標値に制御するために複数回の燃料噴射を行う処理と、前記複数回の燃料噴射を実行する場合、前記過不足量に応じて補正する補正対象を最初の燃料噴射の噴射量とする処理と、を含む上記3記載の内燃機関の制御装置である。
燃料の噴射開始時期が遅い場合には早い場合と比較して吸気通路に吹き戻される燃料量が減少する傾向があり、その減少量を正確に把握することは困難である。そこで上記構成では、最初の燃料噴射の噴射量を増量または減量することによって、過不足量に応じた補正量のうち吹き戻される混合気に影響される量を精度良く把握することができる。
5.前記燃料噴射弁は、前記吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁と、前記燃焼室内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、を含み、前記取得処理は、前記ポート噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比情報であるポート側情報と、前記筒内噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比情報である筒内側情報と、を各別に取得する処理であり、前記操作処理は、前記ポート噴射弁から噴射される燃料量を前記ポート側情報に応じた燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも大きくし、前記筒内噴射弁から噴射される燃料量を前記筒内側情報に応じた燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも大きくする処理を含む上記1~4のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置である。
内燃機関がポート噴射弁と筒内噴射弁とを備える場合、たとえば理論空燃比が異なる燃料が給油された後などには、ポート噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比と筒内噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比とが過渡的に異なることがある。そこで上記構成では、燃料を噴射する燃料噴射弁がポート噴射弁であるか筒内噴射弁であるかに応じてポート側情報と筒内側情報とを選択的に用いて噴射量を定めることにより、噴射される燃料の理論空燃比に応じて燃料を噴射することができる。
第1の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を示すブロック図。 同実施形態にかかる噴き分けの設定を示す図。 (a)および(b)は、同実施形態にかかる燃料噴射を例示するタイムチャート。 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。 同実施形態における吹き戻し空気量を定めるマップデータを示す図。 (a)~(c)は、同実施形態が解決する課題を説明するための図。 (a)および(b)は、筒内噴射弁による噴射からポート噴射弁への噴射に切り替えられる場合を例示する図。 第2の実施形態にかかる噴射弁操作処理の手順を示す流れ図。
<第1の実施形態>
以下、内燃機関の制御装置にかかる第1の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は、車両に搭載される。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には、筒内噴射弁26が設けられている。燃焼室24において、燃料と空気との混合気は、点火装置28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30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32の開弁に伴って、排気として排気通路34に排出される。排気通路34には、触媒36が設けられている。
クランク軸30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30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。
ポート噴射弁16や筒内噴射弁26によって噴射される燃料は、燃料タンク50に貯蔵されている。本実施形態では、燃料タンク50内に貯蔵される燃料は、ガソリンとアルコールとの少なくとも一方を含んでいる。燃料タンク50内の燃料は、低圧側デリバリパイプ52を介してポート噴射弁16に供給される。また、燃料タンク50内の燃料は、ポンプ54によって加圧されて高圧側デリバリパイプ56に供給され、高圧側デリバリパイプ56内の燃料が筒内噴射弁26に供給される。
制御装置60は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量であるトルクや排気成分比率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28、筒内噴射弁26、吸気側バルブタイミング調整装置44、ポンプ54等の内燃機関10の操作部を操作する。この際、制御装置60は、クランク角センサ70の出力信号Scrや、エアフローメータ72によって検出される吸入空気量Ga、スロットルセンサ74によって検出されるスロットルバルブ14の開口度TA、空燃比センサ76によって検出される空燃比Afを参照する。また、制御装置60は、吸気側カム角センサ78の出力信号Scaや、ポート側アルコール濃度センサ80によって検出される低圧側デリバリパイプ52内の燃料のアルコール濃度(ポート側濃度Dap)、筒内側アルコール濃度センサ82によって検出される高圧側デリバリパイプ56内の燃料のアルコール濃度(筒内側濃度Dad)を参照する。さらに、制御装置60は、大気圧センサ86によって検出される大気圧Paや、アクセルセンサ88によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量(アクセル操作量ACCP)を参照する。
制御装置60は、CPU62、ROM64および制御装置60内の各箇所に電力を供給する電源回路66を備えており、ROM64に記憶されたプログラムをCPU62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60が実行する処理の一部を示す。図2に示す処理は、ROM64に記憶されたプログラムをCPU62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70の出力信号Scrと吸気側カム角センサ78の出力信号Scaとに基づき、クランク軸30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、目標吸気位相差算出処理M12は、吸気バルブ18の閉弁タイミング(吸気閉弁時期IVC)が下死点BDCよりも遅角側となるように目標吸気位相差DIN*を設定する処理を含む。また、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、CPU62は、回転速度NEを、クランク角センサ70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内に充填される空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。
開口度目標値設定処理M16は、アクセル操作量ACCPに基づき、スロットルバルブ14の開口度の目標値(目標開口度TAt)を設定する処理である。具体的には、開口度目標値設定処理M16は、たとえば、アクセル操作量ACCPが大きい場合に小さい場合よりも目標開口度TAtを大きい値に設定する処理である。
遅延処理M18は、目標開口度TAtを所定の遅延時間遅延させた遅延開口度TArを算出する処理である。スロットル制御処理M20は、スロットルセンサ74によって検出される開口度TAを遅延開口度TArに制御するために、スロットルバルブ14を操作すべく、操作信号MS1を出力する処理である。
ローパスフィルタM22は、実際の開口度TAを目標開口度TAtに制御すると仮定した場合、目標開口度TAtの変化に対して実際の開口度TAが遅延することに鑑み、目標開口度TAtの1次遅れ処理値を予測開口度TAeとして出力する処理である。
スロットルモデルM24は、後述する処理によって算出される吸気圧Pm1と、予測開口度TAeおよび大気圧Paとに基づきスロットルバルブ14を通過する空気量であるスロットル流量mtを算出する処理である。具体的には、スロットルモデルM24は、大気圧Paが高い場合に低い場合よりもスロットル流量mtを大きい値に算出し、吸気圧Pm1が高い場合に低い場合よりもスロットル流量mtを小さい値に算出し、予測開口度TAeが大きい場合に小さい場合よりもスロットル流量mtを大きい値に算出する処理である。具体的には、スロットルモデルM24は、入力パラメータである予測開口度TAe、大気圧Paおよび吸気圧Pm1と、出力パラメータであるスロットル流量mtとを関係づけるモデル式に基づきスロットル流量mtを算出する処理である。なお、モデル式は、上記入力パラメータと出力パラメータとを直接結び付ける式とは限らず、たとえば式の係数が、入力パラメータによって可変設定されるものであってもよい。
インマニモデルM26は、後述する処理によって算出される閉弁時流入空気量Mc1と、スロットル流量mtとに基づき、上記吸気圧Pm1を算出する処理である。閉弁時流入空気量Mc1は、1燃焼サイクルにおける燃焼室24への流入空気量のうち吸気バルブ18の閉弁時期までに吸気通路12に吹き戻された量を除いた値である。具体的には、インマニモデルM26は、スロットル流量mtから閉弁時流入空気量Mc1を減算した値が大きい場合に小さい場合よりも吸気圧Pm1の増加速度が大きくなるように上記吸気圧Pm1を算出する処理である。
吸気弁モデルM28は、吸気圧Pm1と、吸気位相差DINと、回転速度NEとに基づき、上記閉弁時流入空気量Mc1を算出する処理である。吸気弁モデルM28は、吸気圧Pm1が高い場合に低い場合よりも閉弁時流入空気量Mc1を大きい値に算出する処理である。また、吸気弁モデルM28は、吸気位相差DINが、吸気バルブ18の閉弁時期をBDCよりも遅角側とする場合、より遅角側であるほど、閉弁時流入空気量Mc1を小さい値に算出する処理である。
定常値補正処理M30は、吸入空気量Gaや開口度TAに基づき、定常状態において、吸気圧Pm1を吸入空気量Gaに応じた値となるように補正するための補正量ΔPmを算出する処理である。補正処理M32は、吸気圧Pm1から補正量ΔPmを減算することによって吸気圧Pmを算出する処理である。吸気圧Pmは、定常状態においては吸入空気量Gaから把握される吸気圧に一致し、過渡状態においては吸気圧Pm1の応答性を重視した値となっている。
上記定常値補正処理M30は、たとえば吸気圧の推定処理として、次の2つの処理を実行し、それらの差を補正量ΔPmとして算出する処理とすればよい。すなわち、第1の推定処理は、スロットルモデルM24、インマニモデルM26および吸気弁モデルM28と同様のモデルを用いるものの、予測開口度TAeに代えて開口度TAを入力とする処理である。一方、第2の推定処理は、インマニモデルM26および吸気弁モデルM28と同様のモデルを用い、スロットル流量mtに代えて吸入空気量Gaを入力とする処理である。ここで、第1の推定処理によって推定される吸気圧は、定常状態においてはスロットル流量mt相当の量に基づく吸気圧となるため、補正量ΔPmは、定常状態においてはスロットル流量mtの吸入空気量Gaに対する誤差を補償する値となる。一方、過渡時においては、第1の推定処理によって推定される吸気圧の応答性は第2の推定処理によって推定された吸気圧の応答性に近似するため、過渡時においては吸気圧Pmに吸気圧Pm1の変化を顕在化させることができる値となっている。
吸気弁モデルM34は、吸気圧Pmと、吸気位相差DINと、回転速度NEとを入力パラメータとし、入力パラメータに基づき、出力パラメータとしての閉弁時流入空気量Mcを算出する処理である。吸気弁モデルM34は、吸気弁モデルM28とは入力パラメータが相違するものの、入力パラメータに基づき出力パラメータを算出する処理自体は同様の処理を実行する部分である。
閉弁時流入空気量Mcは、所定期間だけ未来において燃焼室24に吸入されている空気量の予測値となっている。これは、スロットルバルブ14が遅延開口度TArに制御されている一方、閉弁時流入空気量Mcは、スロットルバルブ14の開口度が目標開口度TAtに制御される場合の値であるからである。
噴射弁操作処理M36は、閉弁時流入空気量Mc、吸気位相差DIN、回転速度NE、吸気圧Pm、および空燃比Afを取り込み、ポート噴射弁16や筒内噴射弁26を操作する処理である。詳しくは、噴射弁操作処理M36は、ポート噴射弁16や筒内噴射弁26から燃料を噴射することによって、燃焼室24内において燃焼対象となる混合気の空燃比を目標値に制御する処理である。
図3に、燃焼対象となる混合気の空燃比を目標値に制御するための噴射量の、ポート噴射弁16および筒内噴射弁26への割り振りを示す。図3に示すように、本実施形態では、充填効率ηが規定値以下の領域においては、ポート噴射弁16による燃料噴射であるポート噴射(図中、PFIと表記)のみを実行する一方、充填効率ηが上記規定値よりも大きい所定値以上の領域においては、筒内噴射弁26による燃料噴射である筒内噴射(図中、DIと表記)のみを実行する。ただし、規定値および所定値は、ともに回転速度NEが高いほど小さい値に設定されている。これに対し、充填効率ηが規定値よりも大きく所定値よりも小さい領域においては、ポート噴射と筒内噴射との双方(図中、PDI+DIと表記)を実行する。
本実施形態では、ポート噴射を、吸気バルブ18が開弁する前に実行する。これは、燃焼室24内における混合気中の燃料と空気との混合度合を高めることを狙ったものである。噴射量の割り振り設定は、ポート噴射が混合気の混合度合を高めやすいメリットを有することと、筒内噴射が気化潜熱により燃焼室24内の冷却効果を高めることによって充填効率を高めやすいメリットを有することとに鑑みて最適化されている。
図4(a)に、ポート噴射と筒内噴射とを1度ずつ実行する例を示し、図4(b)に、筒内噴射を3度実行する例を示す。本実施形態では、内燃機関10の動作点によっては、1燃焼サイクルの間に1つの気筒において複数回の燃料噴射を実行する。なお、噴射回数や噴射開始時期は、内燃機関10の動作点に基づき可変設定される。また、図4に示すように、本実施形態では、CPU62により、吸気閉弁時期IVCが下死点BDCよりも遅角側となり、且つその遅角量が大きく可変設定される。これは、特に充填効率ηが小さい領域において、ポンピングロスを低減すべくスロットルバルブ14の開口度を極力大きくするための設定である。
図5に、噴射弁操作処理M36の手順を示す。図5に示す処理は、ROM64に記憶されたプログラムをCPU62が実行することにより実現される。なお、図5に示す処理は、内燃機関10の気筒毎に1燃焼サイクルに1回ずつ、燃料噴射の開始よりも前に実行される。また、以下では、先頭に「S」を付与した数字によって各処理のステップ番号を表現する。
図5に示す一連の処理において、CPU62は、まず、ポート側濃度Dapおよび筒内側濃度Dadを取得する(S10)。次にCPU62は、吸気バルブ18の開弁時に燃焼室24に一旦流入した空気のうち吸気閉弁時期IVCよりも前に吸気通路12に吹き戻される空気の量である吹き戻し空気量Gr(n)を算出する(S12)。なお、変数「n」は、図5に示す一連の処理の実行時における最新の燃焼サイクルにおける値であることを示す。これに対し、たとえば変数「n-1」は、1つ前の燃焼サイクルの値であることを示す。
CPU62は、吸気バルブ18の吸気閉弁時期IVCと、回転速度NEと、吸気圧Pmとに基づき、吹き戻し空気量Gr(n)を算出する。これは、入力パラメータとしての吸気閉弁時期IVC、回転速度NE、および吸気圧Pmと、出力パラメータとしての吹き戻し空気量Grとの関係を定めたマップデータを予めROM64に記憶しておき、CPU62がマップ演算を実行することにより実行される。ここで、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。
図6に、マップデータが示す傾向を模式的に示す。図6に示すように、吹き戻し空気量Grは、吸気閉弁時期IVCが遅角側である場合に進角側である場合と比較して大きい値となる。また、吹き戻し空気量Grは、回転速度NEが高い場合と比較して低い場合に大きい値となる。さらに、吹き戻し空気量Grは、吸気圧Pmが高い場合に低い場合よりも大きい値となる。なお、S12の処理における入力となる吸気圧Pmは、対象とする気筒において吸気バルブ18が閉弁するタイミングに最も近いタイミングにおける値とする。これは、図2に示した処理によって吸気圧Pmが所定期間先の値として算出されることにより可能となっている。また、吸気閉弁時期IVCは、吸気位相差DINによって一義的に定まる値であり、CPU62は、吸気位相差DINに基づき吸気閉弁時期IVCを算出する。
図5に戻り、CPU62は、以下の式(c1)を用いて、1燃焼サイクルにおいて燃焼室24に流入する空気量の最大値である最大空気量Gm(n)を算出する(S14)。
Gm(n)=Gr(n)+Mc(n) …(c1)
なお、ここで用いる閉弁時流入空気量Mc(n)は、該当する気筒において吸気バルブ18が閉弁されたときに燃焼室24に流入したままとなっている空気量の予測値である。これは、図2に示した処理によって閉弁時流入空気量Mc(n)が所定期間先の値として算出されることにより可能となっている。
次にCPU62は、最大空気量Gm(n)に基づき、以下の式(c2)を用いて第1燃料量Qaを算出する(S16)。
Qa(n)=Gm(n)・Kq・Kc(n) …(c2)
ここで、換算係数Kqは、空気量に乗算することによりその空気量の空気とアルコール濃度が「0%」の燃料との混合気の空燃比を目標値とするうえで必要な燃料量に換算するための値である。なお、目標値は、たとえば理論空燃比とすればよい。一方、補正係数Kcは、1燃焼サイクル中に1つの気筒において噴射される燃料の噴射割合ek*f(*=1,2,…)と、対応する燃料噴射の噴射開始時期に応じた補正係数である噴射時期補正係数ekinj*との積の和である。ここで、たとえば1燃焼サイクルにおいてポート噴射を1度のみ実行する場合、第1回目の噴射割合ek1fが「1」であり、第2回目以降の噴射割合ek2f,ek3f,…は「0」である。これに対し、たとえば図4(b)に例示したように、1燃焼サイクルにおいて3回の燃料噴射が実行される場合、第1回目の噴射割合ek1f、第2回目の噴射割合ek2fおよび第3回目の噴射割合ek3fのそれぞれが、「0」よりも大きく「1」よりも小さい値であって、それぞれの噴射の割合に応じた値となる。なお、噴射時期補正係数ekinj*については、S22の処理の説明に併せて説明する。
次に、CPU62は、閉弁時流入空気量Mc(n)に基づき、以下の式(c3)を用いて第2燃料量Qb(n)を算出する(S18)。
Qb(n)=Mc(n)・Kq・Kc(n) …(c3)
次に、CPU62は、以下の式(c4)を用いて吹き戻し燃料量Qr(n)を算出する(S20)。
Qr(n)=Qa(n)・{Gr(n)/Gm(n)} …(c4)
そして、CPU62は、以下の式(c5)によって、吹き戻し基本補正量ΔQを算出する(S22)。
ΔQ(n)=Qa(n)-{Qb(n)+Qr(n-1)} …(c5)
吹き戻し基本補正量ΔQは、閉弁時流入空気量Mc(n)の空気とアルコール濃度が「0%」の燃料との混合気の空燃比を目標値とするうえで、「Mc(n)・Kq」の燃料を噴射したのでは吹き戻し現象に起因して過不足が生じる場合に、過不足を低減するための補正量である。ここで、燃焼対象となる混合気中の空気量である閉弁時流入空気量Mc(n)に応じた燃料量である「Mc(n)・Kq」の燃料量を吹き戻し基本補正量ΔQに基づいて補正する技術的意義について詳述する。
本実施形態では、所定の条件下、最大空気量Gm(n)の空気と燃料との混合気を目標値に制御することにより、燃焼室24内の混合気の一部が吸気閉弁時期IVC前に吸気通路12に吹き戻されたとしても、燃焼室24内において燃焼対象となる混合気の空燃比を目標値とすることができることに着目する。ここで、所定の条件とは、全ての燃料が吸気バルブ18の開弁前に噴射され、燃焼室24から吸気通路12への吹き戻しが生じる前に燃焼室24内において空気と燃料とが均質となっているとみなせる旨の条件である。この場合、ポート噴射弁16によって燃焼室24内に一旦は流入する混合気の空燃比を目標値とするように燃料噴射がなされるなら、燃焼室24内に流入した混合気の一部が吸気閉弁時期IVC前に吹き戻されたとしても燃焼室24内の混合気の空燃比は目標値となっている。この場合、閉弁時流入空気量Mc(n)の空気とアルコール濃度が「0%」の燃料との混合気を目標値とするうえで「Mc(n)・Kq」の量の燃料の過不足分を、補正係数Kcを「1」とした場合の吹き戻し基本補正量ΔQ(n)によって補正することができる。すなわち、この場合、上記の式(c2)から、第1燃料量Qa(n)が「Gm(n)・Kq」となり、上記の式(c3)から、第2燃料量Qb(n)が「Mc(n)・Kq」となる。このため、吹き戻し燃料量Qr(n-1)がゼロであるなら、吹き戻し基本補正量ΔQは、上記の式(c5)より「Qa(n)-Qb(n)」となり、これは、「Mc(n)・Kq」によっては、最大空気量Gm(n)の空気とアルコール濃度が「0%」の燃料との混合気を目標値に制御するうえで必要な燃料に対して不足する量となる。そして、前回、吸気通路12に吹き戻された混合気中の燃料量が今回の燃焼サイクルにおいて燃焼室24に流入することを考慮するなら、最大空気量Gm(n)の空気とアルコール濃度が「0%」の燃料との混合気を目標値に制御するうえで必要な燃料を燃焼室24に供給するうえで必要な補正量は、上記の式(c5)にて求めた値となる。
一方、上述したように、本実施形態では、1燃焼サイクル中に1つの気筒において複数回の燃料噴射を実行することがあり、しかもその場合、図4(b)に例示するように、吸気閉弁時期IVC以降に燃料が噴射される場合もありうる。その場合、吸気閉弁時期IVC以降に噴射される燃料については、吹き戻しに関係しない。このため、最大空気量Gm(n)の空気とアルコール濃度が「0%」の燃料との混合気を目標値に制御するうえで必要な燃料を燃焼室24に供給するように複数回の燃料噴射の全てを実行する代わりに、吸気閉弁時期IVC前に限って、最大空気量Gm(n)の空気と燃料との混合気を目標値に制御する処理と同等の処理を実行すればよい。
次に、これについて、吸気バルブ18の開弁前にポート噴射を1回実行し、吸気閉弁時期IVCの後に筒内噴射を1回実行する仮想事例を用いて説明する。この場合、第1回目の噴射であるポート噴射の噴射割合ek1fと、第2回目の噴射である筒内噴射の噴射割合ek2fとがゼロではなく、第3回目以降の噴射割合ek3f,ek4f,…は、ゼロであり、「ek1f+ek2f=1」である。ここで、まず前回の吹き戻し燃料量Qr(n-1)を無視して議論を進める。この場合、最大空気量Gm(n)の空気とアルコール濃度が「0%」の燃料との混合気を目標値に制御するうえで必要な燃料を2回に分けて燃焼室24に供給するうえでは、第1回目に、「Gm(n)・Kq・ek1f」の燃料を噴射し、第2回目に「Gm(n)・Kq・ek2f」の燃料を噴射することとなる。しかし、第1回目の燃料噴射が実行された後の吸気閉弁時期IVCにおいて、燃焼室24内の空気量は、閉弁時流入空気量Mc(n)となっている。そして、噴射された「Gm(n)・Kq・ek1f」の量の燃料のうち、吸気閉弁時期IVCにおいて燃焼室24内に残っている燃料の割合は、「Gm(n)・Kq・ek1f」の量の燃料と最大空気量Gm(n)の空気とが均一に混ざっているとみなせる場合、「Mc(n)/Gm(n)」となる。このため、燃焼対象となる混合気の空燃比を目標値に制御する上では、吸気閉弁時期IVCにおいて燃焼室24内に残っている燃料の量は、「Mc(n)・Kq・ek1f」となっている。このため、第2回目の燃料噴射においては、「Mc(n)・Kq・ek2f」の燃料を噴射すれば、吸気閉弁時期IVC後の燃焼室24内の燃料を、「Mc(n)・Kq」とすることができる。
一方、「Gm(n)・Kq・ek1f」の量の燃料と最大空気量Gm(n)の空気とが均一に混ざっているとみなせる場合、吹き戻し燃料量Qr(n)は、「Gm(n)・Kq・ek1f」の「Gr(n)/Gm(n)」倍、すなわち、「{Gm(n)・Kq・ek1f}・Gr(n)/Gm(n)」となる。ここには、2度目の噴射量に関する情報が用いられていない。これは、S16,S18の処理において採用した噴射時期補正係数ekinj*を、吸気閉弁時期IVCよりも十分に前の燃料噴射については「1」とし、吸気閉弁時期IVC以降の筒内噴射については「0」とすることで表現可能である。
なお、噴射された燃料は、噴射時期が遅いほど吸気通路12に吹き戻されにくくなる。このため、たとえば噴射期間が吸気バルブ18の開弁期間のうち下死点よりも遅角側の期間を含むような場合には、噴射時期補正係数ekinj*を「1」としても「0」としても、噴射された燃料のうち吹き戻し燃料量Qrに寄与する割合を、「Gr(n)/Gm(n)」としたのでは精度が低下する懸念がある。この場合には、最大空気量Gm(n)の空気と燃料との混合気を目標値に制御することにより、燃焼室24内の混合気の一部が吸気閉弁時期IVC前に吸気通路12に吹き戻された場合に燃焼室24内において燃焼対象となる混合気の空燃比を目標値とすることができるとは限らない。しかし、本実施形態では、燃料噴射時期がそのようなものとならないように設定されている。すなわち、本実施形態では、噴射時期補正係数ekinj*が「1」または「0」のみをとりうる場合を想定している。
なお、上記(c5)は、上記の式(c1)~(c4)によれば、以下の式(c6)に変形できる。
ΔQ(n)
=Gm(n)・Kq・Kc(n)-Mc(n)・Kq・Kc(n)-Qr(n-1)
=Gr(n)・Kq・Kc(n)-Qr(n-1)
=Gm(n)・Kq・Kc(n)・Gr(n)/Gm(n)-Qr(n-1)
=Qr(n)-Qr(n-1) …(c6)
上記の式(c6)によれば、吹き戻し基本補正量ΔQは、吸気閉弁時期IVC以前においては最大空気量Gm(n)の空気とアルコール濃度が「0%」の燃料との混合気を目標値に制御するうえで必要な燃料を燃焼室24に供給すると仮定した場合に吸気通路12に吹き戻される混合気中の燃料量の変化量となる。
CPU62は、S22の処理が完了する場合、今回のS22の処理によって算出した吹き戻し基本補正量ΔQ(n)の指数移動平均処理値を、吹き戻し基本補正量ΔQ(n)に代入する(S24)。詳しくは、「0」よりも大きく「1」よりも小さい重み係数αを用いて、「α・ΔQ(n)+(1-α)・ΔQ(n-1)」を、最終的な吹き戻し基本補正量ΔQ(n)として採用する。これは、上記の式(c4)を満たす吹き戻し燃料量Qr(n)が次の燃焼サイクルにおいて全て燃焼室24に流入することができるのは定常状態であり、過渡時には吹き戻し空気量Grの変化等に起因した吹き戻し燃料量Qrの変化等が後のサイクルにまで残ると推察されることを考慮したものである。
次に、CPU62は、第1番目の噴射量指令値Q1や、第2番目以降の噴射量指令値Q#(#=2,3,…)等を算出する(S26)。ここで、CPU62は、第2番目以降の噴射量指令値Q#を、「Mc(n)・Kq・ek#f・ekalc#」とする。ここで、たとえば、アルコール濃度補正係数ekalc#は、アルコール濃度に応じた補正係数であり、アルコール濃度が「0%」の場合に「1」となり、アルコール濃度が「0%」よりも大きいほどより大きい値となる。たとえば、第2番目の噴射がポート噴射の場合には、ポート側濃度Dapに応じてアルコール濃度補正係数ekalc2が算出され、筒内噴射の場合には、筒内側濃度Dadに応じてアルコール濃度補正係数ekalc2が算出される。
一方、CPU62は、第1番目の噴射量指令値Q1を、「Mc(n)・Kq・ek1f・ekalc1+ΔQ(n)・ekalc1」とする。ここで、アルコール濃度補正係数ekalc1は、アルコール濃度に応じた補正係数であり、アルコール濃度が「0%」の場合に「1」となり、アルコール濃度が「0%」よりも大きいほどより大きい値となる。CPU62は、第1番目の噴射がポート噴射の場合には、ポート側濃度Dapに応じてアルコール濃度補正係数ekalc1を算出し、筒内噴射の場合には、筒内側濃度Dadに応じてアルコール濃度補正係数ekalc1を算出する。「Mc・Kq・ek1f・ekalc1」に対して吹き戻し基本補正量ΔQ(n)に基づく補正をしたのは、吹き戻し基本補正量ΔQ(n)が、吸気閉弁時期IVC前に限って、最大空気量Gm(n)の空気と燃料との混合気を目標値に制御する処理を実行するうえでの不足量であるためである。第1番目の燃料噴射とすることにより、噴射時期補正係数ekinj*が確実に「1」となる燃料噴射に噴き戻し基本補正量ΔQ(n)に基づく補正を適用する。
なお、補正量「ΔQ(n)・ekalc1」は、吸気閉弁時期IVC以前に限って最大空気量Gmの空気とアルコール濃度が任意の値を有する燃料との混合気の空燃比を目標値とするうえで、「Mc・ek1f・ekalc1+Mc・ek2f・ekalc2+…」の燃料の過不足量である。
そしてCPU62は、噴射量指令値Q*に基づき、ポート噴射弁16および筒内噴射弁26のうちの該当するものを操作する(S28)。
なお、CPU62は、S28の処理が完了する場合には、図5に示す一連の処理を一旦終了する。ちなみに、図5に示す一連の処理が一旦終了されることにより、変数nが付与されたパラメータは、変数n-1が付与されたパラメータとなる。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
なお、以下ではまず、ポート噴射弁16および筒内噴射弁26のそれぞれから噴射される燃料中のアルコール濃度が「0%」である場合について説明する。
図7(a)は、吸気閉弁時期IVCや噴射時期補正係数ekinj*が変化しない定常状態を示す。この場合、前回の吹き戻し空気量Gr(n-1)と今回の吹き戻し空気量Gr(n)とが一致する。ここで、吹き戻し空気量Grや噴射時期補正係数ekinj*が変化しないなら、吹き戻し燃料量も変化しない。このため、吹き戻し基本補正量ΔQを用いることなく、閉弁時流入空気量Mc(n)に応じた燃料量「Mc(n)・Kq」の燃料を噴射するのみで、空燃比を目標値に制御することができる。
図7(b)は、噴射割合ek*fや噴射時期補正係数ekinj*については変化しないものの吸気閉弁時期IVCが遅角することによって、前回の吹き戻し空気量Gr(n-1)に対して今回の吹き戻し空気量Gr(n)が増加した場合を示す。この場合、前回の吹き戻し燃料量Qr(n-1)よりも今回の吹き戻し燃料量Qr(n)が増加するため、閉弁時流入空気量Mc(n)に応じた燃料量「Mc(n)・Kq」の燃料を噴射するのみでは、燃焼対象となる混合気の空燃比がリーンとなる。なお、こうした事情は、噴射時期補正係数ekinj*が全て「1」であれば、噴射割合ek*fが変化しても同様である。
図7(c)は、噴射割合ek*fや噴射時期補正係数ekinj*については変化しないものの吸気閉弁時期IVCが進角することによって、前回の吹き戻し空気量Gr(n-1)に対して今回の吹き戻し空気量Gr(n)が減少した場合を示す。この場合、前回の吹き戻し燃料量Qr(n-1)よりも今回の吹き戻し燃料量Qr(n)が減少するため、閉弁時流入空気量Mc(n)に応じた燃料量「Mc(n)・Kq」の燃料を噴射すると、燃焼対象となる混合気の空燃比がリッチとなる。なお、こうした事情は、噴射時期補正係数ekinj*が全て「1」であれば、噴射割合ek*fが変化しても同様である。
これに対し、本実施形態により吸気閉弁時期IVCが変化することに起因した空燃比Afの変動が抑制される理由は、吹き戻し空気量が増加することを条件に「Mc(n)・Kq」に対し増量した燃料を噴射させ、吹き戻し空気量が減少することを条件に、「Mc(n)・Kq」に対し減量した燃料を噴射させるためである。すなわち、補正係数Kcが変化しない「Kc(n)=Kc(n-1)=Kc」場合、吹き戻し基本補正量ΔQは、上記の式(c6)によれば、以下の式(c7)となる。
ΔQ(n)
=Kq・Kc・Gr(n)-Kq・Kc・Gr(n-1)
=Kq・Kc・{Gr(n)-Gr(n-1)} …(c7)
上記の式(c7)によれば、吹き戻し空気量Gr(n)が前回の吹き戻し空気量Gr(n-1)に対して増加する場合に吹き戻し基本補正量ΔQ(n)が正となり、吹き戻し空気量Gr(n)が前回の吹き戻し空気量Gr(n-1)に対して減少する場合に吹き戻し基本補正量ΔQ(n)が負となる。
ただし、本実施形態においては、燃料タンク50内に貯蔵される燃料のアルコール濃度がゼロよりも大きいことがある。その場合、アルコール濃度が「0%」であることを前提とした換算係数Kqを用いたのでは、排気成分を所望に制御するうえで適切な空燃比とすることができない。そのため、CPU62は、S26の処理において、アルコール濃度に応じた補正を施している。特に、CPU62は、吹き戻しに伴う最終的な補正量を、「ΔQ・ekalc1」とすることにより、噴射される燃料のアルコール濃度に応じて適切な補正を施すことができる。
なお、燃料タンク50に貯蔵されていた燃料中のアルコール濃度とは濃度が異なる燃料が給油される場合、給油後しばらくは、ポート噴射弁16によって噴射される燃料のアルコール濃度と筒内噴射弁26によって噴射される燃料のアルコール濃度とが異なることがある。そうした場合であっても、本実施形態では、ポート噴射を実行する場合には、ポート側濃度Dapに基づき算出したアルコール濃度補正係数ekalc*を用い、筒内噴射を実行する場合には、筒内側濃度Dadに基づき算出したアルコール濃度補正係数ekalc*を用いることにより、適切な量の燃料を噴射できる。
図8に、燃料タンク50内に貯蔵されていた燃料よりもアルコール濃度が小さい燃料が給油された後の燃料噴射を例示する。図8(a)は、吸気閉弁時期IVC前に筒内噴射弁26のみを使って定常的に燃料を噴射している状態であり、図8(b)は、吸気閉弁時期IVC前にポート噴射弁16のみを使って燃料を噴射する状態に切り替わった直後の状態を示している。この場合、給油後、筒内噴射弁26から燃料が多量に噴射されることによって、ポート側濃度Dapよりも筒内側濃度Dadの方が小さい値となっている。しかし、ポート噴射弁16による噴射に切り替わった時点における吹き戻し空気量Gr(n)が前回の吹き戻し空気量Gr(n-1)と等しいなら、アルコール濃度が「0%」であることを前提として算出される吹き戻し基本補正量ΔQが「0」となることから、これにアルコール濃度補正係数ekalc1を乗算した値も「0」である。そのため、CPU62は、吹き戻しに起因した燃料の補正を実行せず、第1番目の燃料噴射の噴射量指令値Q1として、閉弁時流入空気量Mc(n)に、「Kq・ek1f・ekalc1」を乗算した量の燃料を噴射させる。
これにより、排気成分を所望に制御することができる。
なお、たとえばS16の処理やS18の処理における補正係数Kcに、アルコール濃度補正係数ekalc*を含める場合には、図8(b)において、S22の処理によって算出される吹き戻し基本補正量ΔQ(n)がゼロとはならない。すなわち、その場合、吹き戻し基本補正量ΔQ(n)は、「Gr(n)・Kq・(ekalc1(n)-ekalc1(n-1))」となり、今回の燃焼サイクルにおいて噴射する燃料中のアルコール濃度の方が大きいがゆえに、吹き戻し基本補正量ΔQ(n)が正となってしまい、排気成分を所望に制御することができない。
ここでこれについて、アルコール濃度の大小にかかわらず理論空燃比に制御する場合の排気特性としたい場合において、図8のケースを検討する。すなわちその場合、図8(b)に示す状態に移行する前には、吹き戻し空気量Grの空気が吹き戻されることによって、1燃焼サイクル内における燃料噴射によっては閉弁時流入空気量Mcの空気と過不足なく反応するために必要な量に対して不足する燃料量が、前回吹き戻された燃料量と一致する状態となっていると考えられる。そして、図8(b)に示す状態に移行した際に吹き戻し空気量Grが変化しないなら、吹き戻し空気量Grの空気が吹き戻されることによって、1燃焼サイクル内における燃料噴射によっては閉弁時流入空気量Mcの空気と過不足なく反応するために必要な量に対して不足する燃料量が、前回吹き戻された燃料量によって補償されるはずである。すなわち、吹き戻し空気量に起因した補正量はゼロでよい。
これに対し、本実施形態では、前回吹き戻された燃料量Qr(n)と、今回吹き戻される燃料量Qr(n-1)との双方を、アルコール濃度が「0%」の燃料に統一して定量化したために、吹き戻し基本補正量ΔQ(n)を正しくゼロと算出できる。換言すれば、S22の処理によって算出される燃料の過不足量を、アルコール濃度に依存することなく、アルコール濃度が「0%」のガソリン燃料の理論空燃比を有した燃料の場合の値に換算したために、吹き戻し基本補正量ΔQ(n)を正しくゼロと算出できる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、燃料噴射が全て吸気バルブ18の閉弁前になされ、噴射時期補正係数ekinj*(*=1,2,…)が全て「1」であるとする。
図9に、噴射弁操作処理M36の処理手順を示す。図5に示す処理は、ROM64に記憶されたプログラムをCPU62が実行することにより実現される。なお、図5に示す処理は、内燃機関10の気筒毎に1燃焼サイクルに1回ずつ、燃料噴射の開始よりも前に実行される。なお、図9において、図5に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付してその説明を省略する。
図9に示す一連の処理において、CPU62は、S16,S18の処理のそれぞれに代わるS16a,S18aの処理において用いる補正係数Kc(n)を、次のようにして算出する。すなわち、1燃焼サイクル中に1つの気筒において噴射される燃料の噴射割合ek*fと、対応する燃料噴射のアルコール濃度補正係数ekalc*との積の和とする。その場合、たとえば図8に例示したケース等においては、今回の吹き戻し燃料量Qr(n)と前回の吹き戻し燃料量Qr(n-1)とは、たとえ吹き戻し空気量Grが変化しない場合であっても、アルコール濃度のばらつきによって互いに異なった値となりうる。
そこで、CPU62は、S22の処理に代わるS22aの処理において、前回の吹き戻し燃料量Qr(n)を、補正係数Kcが前回の補正係数Kc(n-1)であった場合の値から今回の補正係数Kc(n-1)であった場合の値に換算する。この処理は、前回および今回に吹き戻される燃料のアルコール濃度が、いずれも「ek1f(n)・ekinj1(n)・ekalc1(n)+ek2f(n)・ekinj2(n)・eka2c1(n)+…」の値に等しいアルコール濃度補正係数に対応する濃度であるとした場合の吹き戻し燃料量の差に相当する。換言すれば、理論空燃比が上記第1の実施形態とは相違する燃料であって、前回吹き戻れた燃料と今回吹き戻される燃料とで理論空燃比が同一であるとした場合の吹き戻し燃料量の差に相当する。
これにより、吹き戻し空気量Grに変化がない場合、吹き戻し基本補正量ΔQは、ゼロとなる。そしてCPU62は、S26の処理に代わるS26aの処理において、第1番目の噴射量指令値Q1の吹き戻しに伴う補正量を、「ΔQ(n)・ekalc1/Kc(n)」とする。これは、噴射時期補正係数ekinj*が全て「1」である場合のS26の処理による補正量と同一の値である。
すなわち、S22aの処理によって算出された吹き戻し基本補正量ΔQ(n)は、以下となる。
ΔQ(n)=Gr(n)・Kq・Kc(n)-Gr(n-1)・Kq・Kc(n)
そのため、「ΔQ(n)・ekalc1/Kc(n)」は、「{Gr(n)-Gr(n-1)}・Kq・ekalc1」となる。この値は、上記の式(c7)からわかるように、噴射時期補正係数ekinj*が全て「1」である場合にS26の処理によって算出した値と同一である。
<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。[1,2]吹き戻し空気量算出処理は、S12の処理に対応し、取得処理は、S10の処理に対応し、操作処理は、図5のS14~S28の処理や、図9のS14,S16a,S18a,S20,S22a,S24,S26a,S28の処理に対応する。[3]過不足量算出処理は、図5のS22の処理や,図6のS22aの処理に対応する。[4]補正対象を最初の燃料噴射の噴射量とすることは、図5のS26の処理や,図6のS26aの処理に対応する。[5]S26,S26aの処理において、アルコール濃度補正係数ekalc#が、ポート側情報としてのポート側濃度Dapまたは筒内側情報としての筒内側濃度Dadに基づき算出されることに対応する。
<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。
・「取得処理について」
上記実施形態では、ポート側アルコール濃度センサ80によって検出されるポート側濃度Dapと、筒内側アルコール濃度センサ82によって検出される筒内側濃度Dadとを取得したが、これに限らない。たとえば、低圧側デリバリパイプ52内のアルコール濃度と、高圧側デリバリパイプ56内のアルコール濃度とを推定し、それら推定値を取得してもよい。これは、たとえば次のようにして実行できる。すなわち、燃料タンク50の燃料を低圧側デリバリパイプ52および高圧側デリバリパイプ56へと供給する燃料通路のうちの、低圧側デリバリパイプ52および高圧側デリバリパイプ56で共通となる部分にアルコール濃度センサを備える。そして、CPU62は、まず、燃料通路のうちの低圧側デリバリパイプ52へとつながる低圧側通路および高圧側デリバリパイプ56へとつながる高圧側通路への分岐部における濃度Dabを算出する。すなわち、CPU62は、ポート噴射弁16から噴射される燃料量と筒内噴射弁26から噴射される燃料量との和の積算値が、燃料通路のうちのアルコール濃度センサが設けられている箇所から分岐部までの容積だけ少なかった時点におけるアルコール濃度の検出値を、分岐部における濃度とする。そしてCPU62は、ポート噴射弁16から噴射される燃料の積算値が、低圧側通路の容積だけ小さかった時点における分岐部の濃度Dabを、低圧側デリバリパイプ52に流入する燃料のアルコール濃度とする。そしてCPU62は、ポート噴射弁16からの燃料の噴射に伴って、噴射された燃料と同量の燃料が低圧側デリバリパイプ52に流入するとして、低圧側デリバリパイプ52内のアルコール濃度を推定する。また、CPU62は、筒内噴射弁26から噴射される燃料の積算値が、高圧側通路の容積だけ小さかった時点における分岐部の濃度Dabを、高圧側デリバリパイプ56に流入する燃料のアルコール濃度とする。そしてCPU62は、筒内噴射弁26からの燃料の噴射に伴って、噴射された燃料と同量の燃料が高圧側デリバリパイプ56に流入するとして、高圧側デリバリパイプ56内のアルコール濃度を推定する。なお、下記「そのほか」の欄に記載してように、内燃機関10がポート噴射弁16および筒内噴射弁26のうちのいずれか一方のみを備える場合であってアルコール濃度センサを燃料通路に備える場合であっても、上記推定処理に準じた推定処理を適用できる。
上記実施形態では、理論空燃比情報として、アルコール濃度を取得したが、これに限らない。
・「最大空気量算出処理について」
上記実施形態では、吹き戻し空気量Grと閉弁時流入空気量Mcとに基づき最大空気量Gmを算出したが、これに限らない。たとえば気体の状態方程式を用いて最大空気量Gmを算出してもよい。すなわち、たとえば、BDC時における燃焼室24内の容積Vm、気体定数R、分子量M(g/mol)、筒内温度Tmを用いて、以下の式(c8)にて算出してもよい。
Gm={(Pm・Vm)/(R・Tm)}・M・{NE/(60・2)} …(c8)
ここで、筒内温度Tmとして、冷却水温を代用することができる。なお、上記において容積Vmを、BDC時における燃焼室24内の容積からTDC時における燃焼室24内の容積を引いた値としてもよい。
・「吹き戻し空気量算出処理について」
上記実施形態では、吹き戻し空気量Grを算出するための入力パラメータのうち閉弁時期を定める吸気バルブのバルブ特性を示すパラメータとして、吸気閉弁時期IVCを用いたが、これに限らない。たとえば、吸気位相差DINを用いてもよい。またたとえば、下記「バルブ特性可変装置について」の欄に記載したように、リフト量を可変とするものにあっては、リフト量を入力パラメータとしてもよい。
たとえば、上記「最大空気量算出処理について」の欄に記載したように、最大空気量Gmを、吹き戻し空気量Grを用いることなく算出する場合には、吹き戻し空気量Grを、最大空気量Gmと閉弁時流入空気量Mcとの差としてもよい。
なお、下記「バルブ特性可変装置について」の欄に記載したように、バルブ特性可変装置を備えない場合、吹き戻し空気量Grの算出に吸気バルブの特性を示すパラメータは必要ない。また、たとえば、シリーズハイブリッド車に搭載される内燃機関等、その回転速度の取りうる領域を制限する制御が可能である等、回転速度NEによる依存性が小さくなる設定がなされる場合においては、回転速度NEを吹き戻し空気量Grの算出に用いなくてもよい。
吹き戻し空気量算出処理の入力パラメータとしては、吸気圧のみか、吸気圧に、閉弁時期を定める吸気バルブのバルブ特性を示すパラメータおよび回転速度NEの少なくとも一方を含めたものに限らず、たとえばさらに、吸気温を含めてもよい。なお、吸気温は吸気温センサを備えてその検出値を用いればよい。
吹き戻し空気量算出処理としては、吸気圧に基づくものに限らない。たとえば、スロットルバルブ14の開口度TAまたは予測開口度TAeと、吸気位相差DINと、回転速度NEとに基づき算出してもよい。これは、開口度TAまたは予測開口度TAeと、吸気位相差DINと、回転速度NEとを入力パラメータとし、吹き戻し空気量Grを出力パラメータとするマップデータをROM64に記憶しておくことにより実現できる。
なお、吹き戻し空気量算出処理としては、ROM64に記憶されたマップデータを用いるものに限らず、たとえば入力パラメータを独立変数とし出力パラメータを従属変数とする関数データをROM64に記憶しておき、この関数データを用いるものであってもよい。
吹き戻し空気量Gr等を算出する上で利用する吸気圧としては、図2に例示したモデル(エアモデル)から予測された値に限らない。たとえば、アクセル操作量ACCPに応じて閉弁時流入空気量Mcの目標値である目標流入空気量を設定し、目標流入空気量に応じて上記エアモデルの逆モデル(逆エアモデル)から目標開口度TAtを算出することとし、逆エアモデルにおいて算出される吸気圧である吸気圧Pmの目標値を用いてもよい。ただし、この場合、応答遅れを考慮して吸気圧Pmの目標値をローパスフィルタ処理にした値とすることが望ましい。またたとえば、吸気圧センサを備えてその検出値を用いてもよい。この場合、検出値にローパスフィルタ処理を施したものを用いてもよく、これにより、脈動成分を抑制した値を用いることが可能となる。
・「噴射時期補正係数について」
図5の処理では、噴射時期補正係数ekinj*を「0」または「1」としたが、これに限らない。たとえば吸気バルブ18の開弁期間のうち下死点よりも遅角側の期間を含むような燃料噴射を実行する場合には、噴射時期補正係数ekinj*の値を「0」よりも大きく「1」よりも小さい値としてもよい。また、図9の処理において、噴射時期補正係数ekinj*を「0」よりも大きく「1」以下の任意の値をとることができるようにしてもよい。ただし、その場合、たとえば下記「過不足量算出処理について」の欄に例示した処理等に過不足量算出処理を変更する。なお、これらの場合、噴射時期補正係数ekinj*は、噴射された燃料のうち吹き戻し燃料量Qrに寄与する割合を厳密に定めるものではなく、吹き戻し基本補正量ΔQが空燃比を高精度に制御できる値に適合されることとする。
なお、噴射時期補正係数ekinj*が「0」と「1」との間の値をとる場合、CPU62により噴射時期補正係数ekinj*を、噴射開始時期、吸気閉弁時期IVC、および回転速度NEに基づき算出すればよい。詳しくは、入力パラメータとしての噴射開始時期、吸気閉弁時期IVC、および回転速度NEと、出力パラメータとしての噴射時期補正係数ekinj*との関係を定めたマップデータをROM64に記憶しておき、CPU62により、噴射時期補正係数ekinj*をマップ演算すればよい。ここで、噴射時期補正係数ekinj*は、噴射開始時期が所定量以上進角側である場合に「1」となり、遅角側の値となるほど小さい値となり、ある程度遅角側となることにより「0」となる。また、噴射時期補正係数ekinj*は、回転速度NEが低い場合に高い場合よりも大きい値となる。
・「過不足量算出処理について」
噴き戻し燃料量Qrとしては、第1燃料量Qaに基づき算出されるものに限らない。たとえば、S12の処理によって算出した噴き戻し空気量Grに、「Kq・Kc」を乗算する処理としてもよい。
過不足量算出処理としては、図5に例示したようにアルコール濃度が「0%」の場合に換算した吹き戻し燃料量Qrの前回値と今回値との差としたり、図9に例示したように今回の補正係数Kc(n)で規格化した吹き戻し燃料量Qrの前回値と今回値との差としたりすることは必須ではない。たとえば、上記第2の実施形態のように噴射時期補正係数ekinj*が全て「1」とみなせる場合、今回の吹き戻し空気量Gr(n)と前回の吹き戻し空気量Gr(n-1)との差自体としてもよい。これは、理論空燃比が「1」である仮想的な燃料についての今回吹き戻される量から前回吹き戻された量を差し引いた差に相当する。
上記「噴射時期補正係数について」の欄に記載したように、図5の処理において、噴射時期補正係数ekinj*の値を「0」よりも大きく「1」よりも小さい値とする場合、噴き戻し基本補正量ΔQは、最大空気量の空気と燃料との混合気を目標値に制御するためのものではない。しかし、この場合であっても、噴き戻し基本補正量ΔQは、理論空燃比が所定値である燃料が今回吹き戻される量と前回噴き戻された量との差を相殺する値となる。
上記「噴射時期補正係数について」の欄に記載したように、図9の処理において、噴射時期補正係数ekinj*を「0」よりも大きく「1」以下の任意の値をとることができるようにする場合、補正係数Kcに、噴射時期補正係数ekinj*を含めるようにする。すなわち、補正係数Kcを、噴射割合ek*fと、対応する燃料噴射の噴射時期補正係数ekinj*と、対応する燃料噴射のアルコール濃度補正係数ekalc*との積の和とする。この場合、噴き戻し基本補正量ΔQは、アルコール濃度補正係数がKcであるアルコール濃度を有した仮想的な燃料の今回の噴き戻し量から前回の噴き戻し量を差し引いた差となる。ちなみに、この仮想的な燃料の理論空燃比は、アルコール濃度補正係数がKcであるアルコール濃度を有した場合の理論空燃比の値となる。
・「燃焼対象となる混合気中の空気量について」
上記実施形態では、1の気筒において1燃焼サイクルに1度、燃焼対象となる混合気中の空気量としての閉弁時流入空気量Mcを算出したが、これに限らない。たとえば、1つの気筒において、「720°CA」よりも短い周期で閉弁時流入空気量Mcを逐次算出してもよい。この場合、たとえば1燃焼サイクルにおいて1つの気筒で複数回の燃料噴射を実行する場合、1回目の燃料噴射と2回目の燃料噴射とで、互いに異なるタイミングにおいて算出された閉弁時流入空気量Mcを用いて噴射量を算出してもよい。
燃焼対象となる混合気中の空気量としては、エアモデルを用いて算出されるものに限らない。たとえば吸気圧センサを備えるものにおいて、その検出値と回転速度NEと吸気位相差DINとを入力パラメータとし、燃焼対象となる混合気中の空気量を出力パラメータとするマップデータまたは関数データを用いて算出してもよい。
・「操作処理について」
上記実施形態では、吹き戻し基本補正量ΔQによる補正対象を、最初の燃料噴射としたがこれに限らない。たとえば、2回目以降の燃料噴射の噴射時期補正係数ekinj*が「1」である場合、2回目以降の燃料噴射を補正対象としてもよい。
・「制御装置について」
CPU62とROM64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。
・「バルブ特性可変装置について」
バルブ特性可変装置としては、吸気バルブ18の開弁期間および回転角度の変化に対するリフト量の変化を一定に保ちつつ開弁タイミングを変化させる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、吸気バルブの最大リフト量を変化させるものであってもよい。この場合、たとえば、最大リフト量の変化によって閉弁時期が遅角側となることにより吹き戻し空気量が増加し、最大リフト量の変化によって閉弁時期が進角側となることにより吹き戻し空気量が減少する設定となりうるため、吹き戻し空気量Grに基づき噴射量を増量または減量することが有効である。
もっとも、バルブ特性可変装置を備えることは必須ではない。これを備えない場合であっても、吸気バルブ18の閉弁タイミングが下死点よりも遅角側に位置する場合、たとえばスロットルバルブ14の開口度が増加することにより、吸気バルブ18の閉弁時の筒内流入空気量が増加しうる。そしてその場合、吹き戻し空気量も増加することから、吹き戻し空気量Grに基づき噴射量を増量または減量することが有効である。
・「そのほか」
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。内燃機関10がポート噴射弁16および筒内噴射弁26の双方を備えることは必須ではなく、いずれか一方であってもよい。
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…筒内噴射弁、28…点火装置、30…クランク軸、32…排気バルブ、34…排気通路、36…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…燃料タンク、52…低圧側デリバリパイプ、54…ポンプ、56…高圧側デリバリパイプ、60…制御装置、62…CPU、64…ROM、66…電源回路、70…クランク角センサ、72…エアフローメータ、74…スロットルセンサ、76…空燃比センサ、78…吸気側カム角センサ、80…ポート側アルコール濃度センサ、82…筒内側アルコール濃度センサ、86…大気圧センサ、88…アクセルセンサ。

Claims (5)

  1. 燃焼室内に燃料を供給するために燃料を噴射する燃料噴射弁を備えて且つ吸気バルブの閉弁時期が下死点よりも遅角されうる内燃機関を制御対象とし、
    前記燃焼室に流入した空気のうち前記吸気バルブが閉弁する前に吸気通路に吹き戻される空気量である吹き戻し空気量を算出する吹き戻し空気量算出処理と、
    前記燃料噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比情報を取得する取得処理と、
    前記燃焼室内において燃焼対象となる混合気の空燃比を目標値に制御すべく前記燃料噴射弁を操作する操作処理と、を実行し、
    前記操作処理は、前記吹き戻し空気量が1燃焼サイクル前と比較して増加する場合、前記吹き戻し空気量が変化しない場合の燃料量に対し前記吹き戻し空気量の増量量に所定の係数を乗算した値に応じて増量した燃料を前記燃料噴射弁により噴射させる処理を含み、
    前記所定の係数は、空気量を、前記目標値を実現するための燃料量に換算する係数であって且つ、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも増量量を大きくする係数である内燃機関の制御装置。
  2. 前記操作処理は、前記吹き戻し空気量が1燃焼サイクル前と比較して減少する場合、前記吹き戻し空気量が変化しない場合の燃料量に対し前記吹き戻し空気量の減量量に前記所定の係数を乗算した値に応じて減量した燃料を前記燃料噴射弁により噴射させる処理を含む請求項1記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記操作処理は、
    前記吸気バルブが閉弁するまでに吹き戻される燃料量から1燃焼サイクル前に吹き戻された燃料量を差し引いた差を、前記燃料の理論空燃比が規定値であると仮定した場合の値に換算した過不足量を算出する過不足算出処理を含み、
    前記過不足量が正の場合に前記過不足量がゼロの場合の燃料量に対し増量した燃料を前記燃料噴射弁に噴射させて且つ噴射する燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも増量量を大きくし、前記過不足量が負の場合に前記過不足量がゼロの場合の燃料量に対し減量した燃料を前記燃料噴射弁に噴射させて且つ噴射する燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも減量量を大きくするように、前記燃料噴射弁を操作する処理である請求項2記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記操作処理は、
    前記燃焼室において燃焼対象となる混合気の空燃比を前記目標値に制御するために複数回の燃料噴射を行う処理と、
    前記複数回の燃料噴射を実行する場合、前記過不足量に応じて補正する補正対象を最初の燃料噴射の噴射量とする処理と、を含む請求項3記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記燃料噴射弁は、前記吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁と、前記燃焼室内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、を含み、
    前記取得処理は、前記ポート噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比情報であるポート側情報と、前記筒内噴射弁から噴射される燃料の理論空燃比情報である筒内側情報と、を各別に取得する処理であり、
    前記操作処理は、前記ポート噴射弁から噴射される燃料量を前記ポート側情報に応じた燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも大きくし、前記筒内噴射弁から噴射される燃料量を前記筒内側情報に応じた燃料の理論空燃比が小さい場合に大きい場合よりも大きくする処理を含む請求項1~4のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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