JP5229100B2 - 高膨張比内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、高膨張比内燃機関の制御装置に関する。

ピストンが上死点に位置するときの気筒内の容積（燃焼室容積）と、ピストンが下死点に位置するときの気筒内の容積と、の比（機械圧縮比）を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関が知られている。

また、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を備え、燃焼室容積と、吸気弁が閉弁した時の気筒内の容積と、の比（有効圧縮比）を変更可能な内燃機関が知られている。このような内燃機関では、吸気弁の閉弁時期を遅角させることにより、膨張比を高くすることができ、燃費性能を向上させることができる。以下、このような内燃機関を高膨張比内燃機関と称する。

特許文献１には、可変圧縮比機構を備えた高膨張比内燃機関が記載されている。

特開２００７−３０３４２３号公報 特開２００６−１９４０８９号公報

高膨張比内燃機関において吸気弁の閉弁時期を遅角させると、気筒内に吸入された吸気の一部がピストンによって押し出され、吸気ポートに吹き戻される場合がある。そうすると、インジェクタから吸気ポートに噴射供給された燃料の一部は吸気ポートに吹き戻されて燃焼に関与しない。そして、このようにして吸気ポートに吹き戻される燃料が、次回以降のサイクルで新規にインジェクタから噴射供給される燃料とともに、気筒内に吸入される場合もある。

このような場合、吸気ポートへの燃料の吹き戻し及び過去のサイクルで吸気ポートに吹き戻された燃料の再吸入によって、インジェクタから吸気ポートに噴射供給される燃料量と実際に燃焼に関与する燃料量とがずれて、空燃比制御の精度が低下する。そうすると、出力性能や排気性能が悪化する虞がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、可変圧縮比機構を備えた高膨張比内燃機関において、空燃比制御の精度が低下することを抑制する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る高膨張比内燃機関の制御装置は、
内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射装置と、
前記内燃機関の機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
前記内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構と、
前記内燃機関の吸気通路に設けられた吸気絞り弁と、
前記内燃機関の所定負荷領域において、他の負荷領域と比較して前記吸気弁の閉弁時期を遅角させ、機械圧縮比を高くする高膨張比制御を行うとともに、前記内燃機関の吸入空気量の制御を前記吸気絞り弁の開度制御によって行う制御手段と、
前記所定負荷領域において、前記吸気弁の閉弁時期と、機械圧縮比と、前記吸気絞り弁の開度と、に基づいて前記燃料噴射装置から噴射される燃料量のうち前記吸気ポートに吹き戻される燃料量の比率を取得し、当該比率に基づいて、実際に燃焼に関与する燃料量が所定の目標値に一致するように、前記燃料噴射装置による燃料噴射量を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。

高膨張比制御において吸気弁の閉弁時期を遅角させると、気筒内に一旦吸入された吸気の一部が吸気ポートに吹き戻されるので、燃料噴射装置から吸気ポートに噴射供給された燃料の一部も吸気ポートに吹き戻される。この吹き戻される燃料量は実際の燃焼には関与しないので、実際の燃焼に関与する燃料量が目標値からずれることになる。従って、実際に燃焼に関与する燃料量を目標値に一致させるためには、この吹き戻しを考慮して燃料噴射装置による燃料噴射量を補正する必要がある。

ここで、燃料噴射装置から吸気ポートに噴射供給された燃料量に対する吸気ポートに吹き戻される燃料量の比率は、主に吸気弁が閉弁される時の気筒内容積と気筒内圧力とによって決まる。吸気弁が閉弁される時の気筒内容積は、主に吸気弁の閉弁時期と機械圧縮比とによって決まる。また、気筒内圧力は、主に吸気絞り弁の開度によって決まる。従って、吸入空気量の制御を吸気絞り弁の開度制御によって行う場合には、吸気ポートに吹き戻される燃料量の比率が、吸気絞り弁の開度変化に応じて変化する点を考慮する必要がある。

本発明の補正手段によれば、吸気絞り弁の開度制御によって吸入空気量の制御が行われる所定負荷領域における高膨張比制御に際して、吸気弁の閉弁時期及び機械圧縮比に加えて吸気絞り弁の開度にも基づいて燃料噴射装置による燃料噴射量の補正を行うことができるので、吸気ポートに吹き戻される燃料量の比率をより正確に反映させた燃料噴射量の補正を行うことができる。

これにより、実際に燃焼に関与する燃料量を精度良く目標値に一致させることができるようになる。その結果、所定負荷領域における空燃比制御の精度低下を抑制することができ、出力性能や排気性能の悪化を好適に抑制することが可能となる。

なお、所定負荷領域とは、吸気弁の閉弁時期を遅角させて膨張比を高くするとともに可変圧縮比機構により機械圧縮比を高くすることにより燃費性能や出力性能の向上が可能な負荷領域であり、燃費性能や出力性能の要求に応じて実験的・理論的に予め定められる領域である。好適にはアイドル運転領域を含む比較的低負荷の負荷領域とすることができる。また、所定負荷領域とは、高膨張比制御が行われ且つ吸入空気量制御が吸気絞り弁開度制御によって行われる負荷領域であって、高膨張比制御が行われ且つ吸入空気量制御が吸気弁閉時期制御によって行われる負荷領域が存在しても良い。そのような領域において、吸気絞り弁開度が例えば全開等の一定値に制御される場合には、本発明の補正手段のように、吹き戻される燃料量の比率の吸気絞り弁開度変化に対する依存性について考慮する必要はない。

ここで、あるサイクルにおいて吸気ポートに吹き戻されて燃焼に関与しなかった燃料の一部は、次回のサイクルにおいて、燃料噴射装置から吸気ポートに新たに噴射供給される燃料とともに再び気筒内に吸入される。そして、その一部は再び吸気ポートに吹き戻されて、燃焼に関与せずに吸気ポートに残留する場合もある。

よって、あるサイクルにおいて実際に燃焼に関与することになる燃料量と、当該サイクルにおいて燃料噴射装置から吸気ポートに噴射供給される燃料量とのずれは、過去のサイクルにおいて吸気ポートに残留する燃料量にも依存している。

そこで、本発明において、前記補正手段は、過去のサイクルにおいて前記燃料噴射装置から噴射された燃料のうち前記吸気ポートに吹き戻された燃料の量に基づいて、前記燃料噴射装置による燃料噴射量を補正するようにしても良い。

これにより、実際に燃焼に関与する燃料量をより精度良く目標値に一致させることができるようになり、空燃比制御の精度低下をより確実に抑制することが可能となる。特に、吸気ポートに吹き戻される燃料量がサイクル毎に変化していく過渡運転状態において、燃料噴射制御の履歴に基づいて燃料噴射量を補正することができるので、高精度の空燃比制御を実現することができる。

このように、過去の燃料挙動の履歴をも考慮して燃料噴射量を補正することにより、実際に燃焼に関与する燃料量と燃料噴射装置による燃料噴射量とのずれが内燃機関の運転条件に応じて変動する過渡状態においても、実際に燃焼に関与する燃料量を目標値に一致させるために必要な燃料噴射量の補正量をサイクル毎に取得することができ、過渡状態における高精度の空燃比制御が可能となる。

ここで、燃料噴射精度や補正量の演算負荷等を鑑みると、上記の構成において、過渡状態での内燃機関の運転条件の変動に伴う燃料噴射量の補正量の変動は小さい方が好ましい。

そこで、本発明において、前記制御手段は、前記補正手段による燃料噴射量の補正量の変化が所定の範囲内に収まるように、前記所定負荷領域における前記高膨張比制御の前記吸気弁の閉弁時期、機械圧縮比及び前記吸気絞り弁の開度の制御を行うようにしても良い。

ここで、所定の範囲内とは、過去のサイクルにおいて補正手段によって行われた燃料噴射量の補正を今回のサイクルにおける燃料噴射量の補正に適用した場合に、実際に燃焼に関与する燃料量と目標値とのずれが所定の許容範囲内に収まるような、補正量の変動幅の範囲である。

こうすることで、過渡状態における燃料噴射量の補正量の変動を抑制することができる。

なお、このように補正手段による燃料噴射量の補正量の変動が所定の範囲内に収まるように高膨張比制御における吸気弁の閉弁時期、機械圧縮比及び吸気絞り弁の開度の制御を行う制御モードと、通常の高膨張比制御を行う制御モードと、を内燃機関の運転条件等に応じて切り換えるようにしても良い。通常の高膨張比制御とは、補正手段による燃料噴射量の補正量の変動以外の所定の要請（例えば、応答性、燃費性能など）に基づいて定められた基本的な高膨張比制御である。

例えば、補正手段による燃料噴射量の補正量が変動するのは、過渡運転状態であるから、一定時間以上略一定の運転状態が継続する定常運転状態では通常の高膨張比制御を行う制御モードとし、それ以外の過渡運転状態では補正手段による燃料噴射量の補正量の変動を抑える制御モードに切り換えるようにしても良い。

補正手段による燃料噴射量の補正量の変動を抑えるためには、例えば、高膨張比制御における吸気弁の閉弁時期、機械圧縮比及び吸気絞り弁の開度の制御において、特に吸気弁の閉弁時期の変更量を少なくすると良い。これは、吸気ポートに吹き戻される燃料量の比率は、吸気弁の閉弁時期に最も大きな影響を受けるからである。従って、内燃機関の運転
条件の変化に伴う吸気弁の閉弁時期の変更量を通常の制御モードの場合よりも少なくすることにより、内燃機関の運転条件の変化に伴う、吸気ポートに吹き戻される燃料量の比率の変動を抑えることができる。補正手段による燃料噴射量の補正量の算出においては、吸気ポートに吹き戻される燃料量の比率が重要な量となっているので、この比率の変動が抑えられることにより、補正量の変動も抑えることが可能となる。

なお、内燃機関の運転条件の変化に応じた吸気弁の閉弁時期の変更量を通常より少なくすることに対応して、それ以外の制御パラメータである機械圧縮比や吸気絞り弁の開度の変更量も通常の制御モードに対して補正するようにしても良い。

本発明によれば、可変圧縮比機構を備えた高膨張比内燃機関において、空燃比制御の精度が低下することを抑制することができる。

実施例１〜３に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 吸気弁閉時期と吹き戻し率との関係を、機械圧縮比の異なる種々の条件について例示した図である。 スロットル開度と吹き戻し率との関係を、機械圧縮比の異なる種々の条件について例示した図である。 実施例１に係る燃料噴射量の補正処理を表すフローチャートである。 実施例２に係る燃料噴射量の補正処理を表すフローチャートである。 実施例３に係る燃料噴射量の補正処理を表すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は本実施例に係るエンジンの概略構成を示す図である。エンジン１はシリンダブロック２に４つのシリンダ５が直列に形成された直列４気筒ポート噴射火花点火式内燃機関である。図１は、全てのシリンダ５の中心軸線を含む平面に垂直で一のシリンダ５の中心軸線を含む平面によるエンジン１の断面図である。シリンダ５にはピストン６が摺動自在に挿入されており、ピストン６はコンロッド８によってクランクシャフト７に連結されている。エンジン１には、クランクシャフト７の回転角度を検出するクランク角度センサ２３が備えられている。クランク角度センサ２３による測定データは後述するＥＣＵ２２に入力される。クランクシャフト７はクランクケース３内に収納されている。

シリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド４が備えられている。シリンダヘッド４には吸気ポート１１、排気ポート１２が形成されている。吸気ポート１１には吸気ポート１１内に燃料を噴射するインジェクタ２０が備えられている。吸気ポート１１は吸気通路２５に接続している。排気ポート１２は排気通路１３に接続している。吸気通路２５には、吸気の流路面積を変更可能なスロットルバルブ２７が設けられている。スロットルバルブ２７は本発明における吸気絞り弁に相当する。スロットルバルブ２７の開度制御はＥＣＵ２２によって行われる。スロットルバルブ２７の開度を調整することにより、吸入空気量を調節することができる。

ピストン６の頂面とシリンダ５の内壁側面と、シリンダヘッド４とにより筒内空間が形成される。インジェクタ２０により吸気ポート１１内に噴射供給された燃料及び吸気通路
２５から供給される空気の混合気が吸気ポート１１を介してシリンダ５内に吸入され、ピストン６により圧縮される。圧縮された混合気が点火プラグ２１により点火されると、混合気は燃焼及び膨張し、ピストン６を押し下げてクランクシャフト７を回転させる。燃焼後の既燃ガスは排気ポート１２から排気通路１３に排出される。排気通路１３に排出された既燃ガスは排気浄化装置１４において含有するＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ、ＰＭ等の有害物質が浄化された後、大気中に放出される。インジェクタ２０による燃料噴射制御及び点火プラグ２１による点火制御はＥＣＵ２２によって行われる。

吸気ポート１１を開閉する吸気バルブ１５及び排気ポート１２を開閉する排気バルブ１６が備えられている。吸気バルブ１５は、クランクシャフト７に連動して回転する吸気カムシャフト（図示省略）に取り付けられた吸気カム１７によって開閉される。また、排気バルブ１６は排気カムシャフト（図示省略）に取り付けられた排気カム１８によって開閉される。エンジン１には、吸気カムシャフトとクランクシャフト７との回転位相を変更することにより吸気バルブ１５の開閉時期を変更可能な可変動弁機構１９が備えられている。可変動弁機構１９は油圧による駆動力で吸気カムシャフトとクランクシャフト７との回転位相を変化させる。可変動弁機構１９の油圧制御はＥＣＵ２２によって行われる。

シリンダブロック２はクランクケース３に対してシリンダ５の軸線方向（図１紙面上で上下方向）に相対移動可能に取り付けられている。シリンダブロック２とクランクケース３との接続部には、シリンダブロック２をクランクケース３に対して離間又は近接させる駆動力をシリンダブロック２に対して伝達する変位機構９が備えられている。変位機構９には不図示のモータからギア機構等を介して動力が入力される。変位機構９への動力制御はＥＣＵ２２によって行われる。

シリンダブロック２がクランクケース３から離間する方向に移動することにより燃焼室１０の容積が拡大する。また、シリンダブロック２がクランクケース３に近接する方向に移動することにより燃焼室１０の容積が縮小する。ここで、ピストン６が上死点に位置する時にシリンダ５内に形成される空間が燃焼室１０である。ピストン６が下死点から上死点まで上昇する際に押しのける容積が行程容積である。燃焼室容積と行程容積の和を燃焼室容積で除した比を機械圧縮比と言う。シリンダブロック２がクランクケース３から離間して燃焼室容積が拡大することにより、機械圧縮比が減少する。シリンダブロック２がクランクケース３に近接して燃焼室容積が縮小することにより、機械圧縮比が増大する。変位機構９が本発明に係る可変圧縮比機構に相当する。

ＥＣＵ２２は、エンジン１の運転状態を制御するコンピュータユニットである。ＥＣＵ２２には上述したクランク角度センサ２３の他、アクセルペダル２６の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ２４の測定データが入力される。ＥＣＵ２２は、クランク角度センサ２３、アクセル開度センサ２４、その他の種々のセンサから入力される測定データに基づいて、エンジン１の運転状態やドライバーの要求を取得し、それに基づいて可変動弁機構１９、インジェクタ２０、点火プラグ２１、変位機構９、その他の各種機器の動作を制御する信号を出力する。

ＥＣＵ２２は、エンジン１の運転状態がアイドル運転状態を含む所定の低負荷領域にある時は、機械圧縮比が高くなるように変位機構９を制御するとともに、有効圧縮比がノッキングを回避し得る範囲に保たれ且つ膨張比が高くなるように可変動弁機構１９を制御する。すなわち、シリンダブロック２とクランクケース３とが近接するように変位機構９を制御するとともに、吸気バルブ１５の閉弁時期を圧縮行程半ばまで遅角させるように可変動弁機構１９を制御する。これらの変位機構９及び可変動弁機構１９の制御を高膨張比制御と称する。この制御は本発明における高膨張比制御に相当する。

ＥＣＵ２２は、エンジン１の運転状態が中〜高負荷領域にある時は、機械圧縮比が低くなるように変位機構９を制御するとともに、有効圧縮比が機械圧縮比と略同等となるように可変動弁機構１９を制御する。すなわち、シリンダブロック２とクランクケース３とが離間するように変位機構９を制御するとともに、吸気バルブ１５の閉弁時期を吸気下死点付近となるように可変動弁機構１９を制御する。これらの変位機構９及び可変動弁機構１９の制御を通常制御と称する。エンジン１の運転状態が属する負荷領域に応じて高膨張比制御及び通常制御を切り換えるＥＣＵ２２が、本発明の制御手段に相当する。

ＥＣＵ２２は、上記低負荷運転領域において、吸入空気量の制御をスロットルバルブ２７の開度制御によって行う。高膨張比制御においては、上記のように膨張比を高めるために吸気バルブ１５の閉弁時期を遅角させる制御が行われるため、吸気バルブ１５の開閉時期の調整による吸入空気量の制御には限界があるためである。吸気バルブ１５の閉弁時期が下死点付近に設定される通常制御においては、ＥＣＵ２２はスロットルバルブ２７の開度を全開に制御するとともに、吸気バルブ１５の閉弁時期を調整することによって吸入空気量の制御を行う。

上記のように、高膨張比制御においては、吸気バルブ１５の閉弁時期が圧縮行程半ばまで遅角されるので、吸気ポート１１からシリンダ５内に吸入された吸気（吸気通路２５から流入する空気とインジェクタ２０から噴射供給される燃料との混合気）の一部は上昇するピストン６によってシリンダ５内から押し出され、吸気ポート１１に吹き戻される。そのため、実際に燃焼に関与する燃料量と、インジェクタ２０から吸気ポート１１に噴射供給された燃料量と、の間にずれが生じる場合がある。その場合、実際に燃焼に関与する燃料量が目標値からずれることになるので、空燃比が目標空燃比からずれて出力性能や排気性能の悪化を招く虞がある。

従って、高膨張比制御においては、吸気ポート１１に吹き戻される燃料量を考慮して、実際に燃焼に関与する燃料量を目標値に一致させることができるように、インジェクタ２０による燃料噴射量を補正する必要がある。

ここで、吸気ポート１１に供給される燃料量に対する吸気ポート１１に吹き戻される燃料量の比率（以下、「吹き戻し率」という）は、主に、吸気バルブ１５の閉弁時の気筒内容積と、吸気バルブ１５の閉弁時のシリンダ５内の圧力と、によって決まる。吸気バルブ１５の閉弁時の気筒内容積は、主に機械圧縮比と吸気バルブ１５の閉弁時期（以下、「吸気弁閉時期」という）とによって決まる。また、吸気バルブ１５の閉弁時のシリンダ５内の圧力は、主にスロットルバルブ２７の開度（以下、「スロットル開度」という）によって決まる。

図２は、吸気弁閉時期と吹き戻し率との関係を、種々の機械圧縮比について示した図である。図２において、縦軸は吹き戻し率、横軸は吸気弁閉時期を表す。また、３本の曲線は、機械圧縮比が異なる３つの条件における吸気弁閉時期と吹き戻し率との関係を例示したものである。図２に示すように、吸気弁閉時期が遅くなるほど吹き戻し率は高くなる傾向があり、その高くなり方は機械圧縮比が高くなるほど大きくなる傾向がある。

図３は、スロットル開度と吹き戻し率との関係を、種々の機械圧縮比について示した図である。図３において、縦軸は吹き戻し率、横軸はスロットル開度を表す。また、３本の曲線は、機械圧縮比が異なる３つの条件におけるスロットル開度と吹き戻し率との関係を例示したものである。図３に示すように、スロットル開度が大きくなるほど吹き戻し率は高くなる傾向があり、その高くなり方は機械圧縮比が高くなるほど大きくなる傾向がある。

このように、吹き戻し率はスロットル開度にも依存している。通常制御のようにスロットル開度が全開で一定に制御される場合には、機械圧縮比と吸気弁閉時期とに基づいて燃料噴射量の補正を行うことができるが、高膨張比制御では吸入空気量の制御がスロットル開度制御によって行われるので、スロットル開度がエンジン１の運転条件に応じて変化する。従って、高膨張比制御における燃料噴射量の補正は、スロットル開度の変化に応じた吹き戻し率の変化を考慮して行う必要がある。

そこで、本実施例では、スロットル開度、機械圧縮比及び吸気弁閉時期の３つのパラメータと、吹き戻し率と、の関係を実験やシミュレーション等により予め求めてマップ化したものをＥＣＵ２２に記憶させておき、エンジン１の運転条件に応じて決定されるこれら３つのパラメータの値に基づいて、当該運転条件における吹き戻し率を取得し、取得した吹き戻し率に基づいて、実際に燃焼に関与する燃料量が目標値に一致するように、インジェクタ２０による燃料噴射量を補正するようにした。

このような補正を行うことにより、高膨張比制御が行われる低負荷運転領域において、実際に燃焼に関与する燃料量を精度良く目標値に一致させることが可能となる。従って、空燃比制御の精度低下を抑制でき、出力性能や排気性能の悪化を好適に抑制することができる。

図４は、上述した本実施例における燃料噴射制御のフローチャートである。このフローチャートで表される処理は、ＥＣＵ２２によって所定間隔で繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１において、ＥＣＵ２２は、エンジン１の運転条件を取得する。本実施例では、アクセル開度センサ２４による測定データに基づいて機関負荷を取得するとともに、クランク角度センサ２３による測定データに基づいて機関回転数を取得する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１０１で取得したエンジン１の運転条件が高膨張比制御を行うべき運転条件であるか否かを判定する。ステップＳ１０１で取得した運転条件が上述した低負荷領域に属する運転条件である場合、高膨張比制御を行うべきであると判定してステップＳ１０３以降の高膨張比制御及び燃料噴射量補正の処理を実行する。ステップＳ１０１で取得した運転条件が上述した中〜高負荷領域に属する運転条件である場合、ステップＳ１０９の処理に進み通常制御を実行する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１０１で取得したエンジン１の運転条件に応じて、高膨張比制御に係る機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度の目標値を取得する。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１０１で取得したエンジン１の運転条件に応じて、基本燃料噴射量を取得する。基本燃料噴射量は、機関負荷に応じて定められた、燃焼すべき燃料量の目標値である。吹き戻しが無い条件では、基本燃料噴射量をそのままインジェクタ２０により吸気ポート１１に噴射供給すれば、機関負荷に応じた出力が得られるが、上述したように吹き戻しが有る条件では、インジェクタ２０により吸気ポート１１に基本燃料噴射量の燃料噴射を行っても、実際に燃焼に関与する燃料量は基本燃料噴射量からずれる。従って、以下の補正処理によって、実際に燃焼に関与する燃料量を基本燃料噴射量に一致させることができるような燃料噴射量を算出する。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１０３で取得した機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度に応じて、吹き戻し率を取得する。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１０５で取得した吹き戻し率に
基づいて、燃料噴射量の補正量を算出する。具体的には、吹き戻し率と基本燃料噴射量とから吸気ポート１１に吹き戻される燃料量を算出する。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１０６で算出した補正量を基本燃料噴射量に加算して最終的な燃料噴射量を算出する。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１０７で算出した最終的な燃料噴射量の燃料噴射をインジェクタ２０に実行させる。

以上のフローチャートを実行することによって、高膨張比制御においてスロットル開度制御により吸入空気量制御が行われる場合においても、実際に燃焼に関与する燃料量を目標値（基本燃料噴射量）に精度良く一致させることができる。従って、空燃比制御の精度低下を好適に抑制することができ、出力性能や排気性能の悪化を抑制することが可能となる。

本実施例においては、上記フローチャートのステップＳ１０３〜ステップＳ１０６の処理を実行するＥＣＵ２２が、本発明における補正手段に相当する。

次に本発明の実施例２について説明する。本実施例は燃料噴射量の補正処理内容が実施例１と異なる。その他エンジン１の構成等については実施例１と同一である。実施例１と同一の構成要素には実施例１と同一の名称及び符号を用い、詳細な説明を割愛する。

高膨張比制御において吸気ポート１１に吹き戻された燃料は、次回のサイクルにおいて、インジェクタ２０から吸気ポート１１に新たに噴射供給される燃料とともにシリンダ５内に吸入される。そして、高膨張比制御においては、前回のサイクルにおいて吸気ポート１１に吹き戻された燃料も、今回のサイクルにおいて新たに噴射供給された燃料も、同様にその一部が吸気ポート１１に吹き戻される。このように、実際に燃焼に関与する燃料量には、今回のサイクルにおける吹き戻し率に加えて、過去のサイクルにおいて吹き戻された燃料量も影響している。

そこで、本実施例では、過去のサイクルにおいて吸気ポート１１に吹き戻された燃料量をも考慮して、実際に燃焼に関与する燃料量を基本燃料噴射量に一致させるために必要なインジェクタ２０による燃料噴射量を算出するようにした。

具体的には、今回のサイクル（ｋ回目のサイクルとする）で吹き戻される燃料量Ｆｍ（ｋ）、前回のサイクル（ｋ−１回目のサイクル）で吹き戻された燃料量Ｆｍ（ｋ−１）、今回のサイクルにおける吹き戻し率α（ｋ）、今回のサイクルでインジェクタ２０により吸気ポート１１に噴射供給される燃料量Ｆｉ（ｋ）とすると、次式が成り立つ。
（数１）
Ｆｍ（ｋ）＝α（ｋ）×｛Ｆｍ（ｋ−１）＋Ｆｉ（ｋ）｝ ・・・（式１）

すなわち、吹き戻し率α（ｋ）は、吸気ポート１１に供給される燃料量に対する吹き戻される燃料量の比率であるから、前回のサイクルで吸気ポート１１に吹き戻されて残留している燃料量Ｆｍ（ｋ−１）と、今回のサイクルでインジェクタ２０により新たに噴射供給される燃料量Ｆｉ（ｋ）と、の和に係る係数となる。

式１より、今回のサイクルで実際に燃焼に関与することになる燃料量Ｆｃ（ｋ）は、次式で求められる。
（数２）
Ｆｃ（ｋ）＝（１−α（ｋ））×｛Ｆｍ（ｋ−１）＋Ｆｉ（ｋ）｝ ・・・（式２）

この実際に燃焼に関与する燃料量Ｆｃ（ｋ）が、エンジン１の運転条件から取得される基本燃料噴射量Ｆｒ（ｋ）に等しくなれば良いので、Ｆｃ（ｋ）をＦｒ（ｋ）に置換して式２を今回のサイクルの燃料噴射量Ｆｉ（ｋ）について解くと、次式のようになる。
（数３）
Ｆｉ（ｋ）＝Ｆｒ（ｋ）／（１−α（ｋ））−Ｆｍ（ｋ−１） ・・・（式３）

式３で求められる燃料噴射量をインジェクタ２０により吸気ポート１１に噴射することによって、今回のサイクルで実際に燃焼に関与する燃料量を目標値（基本燃料噴射量）に一致させることができる。なお、今回のサイクルの基本燃料噴射量Ｆｒ（ｋ）及び吹き戻し率α（ｋ）は、今回のサイクルにおけるエンジン１の運転条件に応じてマップから取得することができる。また、前回のサイクルにおいて吹き戻された燃料量Ｆｍ（ｋ−１）は、前回のサイクルの処理において式１に基づいて算出してＥＣＵ２２に記憶しておいた値を読み出して用いる。高膨張比制御に切り換えられて最初のサイクルでは、前回のサイクルにおいて吹き戻された燃料量Ｆｍ（０）を適当な定数、例えばゼロとする。従って、式３のＦｍ（ｋ−１）は、高膨張比制御開始後の過去のサイクルにおける燃料挙動の影響を全て含む。

このように、本実施例によれば、過去のサイクルにおいて吸気ポート１１に吹き戻された燃料による影響を考慮して、実際に燃焼に関与する燃料量を目標値（基本燃料噴射量）に一致させるためのインジェクタ２０による燃料噴射量を算出するので、高膨張比制御における空燃比制御の精度をより一層向上させることができる。

特に、エンジン１の運転条件が時間的に変化する過渡状態においては、サイクル毎に吹き戻し率や吹き戻される燃料量が変化するので、実際に燃焼に関与する燃料量とインジェクタ２０による燃料噴射量とのずれを正確に取得するには、過去のサイクルにおける燃料挙動を考慮することが特に重要である。

図５は、上述した本実施例における燃料噴射制御のフローチャートである。このフローチャートで表される処理は、ＥＣＵ２２によって所定間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ２０１において、ＥＣＵ２２は、エンジン１の運転条件を取得する。本実施例では、アクセル開度センサ２４による測定データに基づいて機関負荷を取得するとともに、クランク角度センサ２３による測定データに基づいて機関回転数を取得する。

ステップＳ２０２において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ２０１で取得したエンジン１の運転条件が高膨張比制御を行うべき運転条件であるか否かを判定する。ステップＳ２０１で取得した運転条件が上述した低負荷領域に属する運転条件である場合、高膨張比制御を行うべきであると判定してステップＳ２０３以降の高膨張比制御及び燃料噴射量補正の処理を実行する。ステップＳ２０１で取得した運転条件が上述した中〜高負荷領域に属する運転条件である場合、ステップＳ２１０の処理に進み通常制御を実行する。

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ２０１で取得したエンジン１の運転条件に応じて、高膨張比制御に係る機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度の目標値を取得する。

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ２０１で取得したエンジン１の運転条件に応じて、今回のサイクルの基本燃料噴射量Ｆｒ（ｋ）を取得する。ここで、ｋは今回のサイクル番号を表す。基本燃料噴射量Ｆｒ（ｋ）は、負荷及び回転数に応じて基
本燃料噴射量を定めたマップから読み込む。

ステップＳ２０５において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ２０３で取得した機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度に応じて、今回のサイクルの吹き戻し率α（ｋ）を取得する。吹き戻し率α（ｋ）は、機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度に応じて吹き戻し率を定めたマップから読み込む。

ステップＳ２０６において、ＥＣＵ２２は、前回のサイクルにおいて吹き戻された燃料量Ｆｍ（ｋ−１）を取得する。これは本フローチャートの前回のサイクルにおける処理時に算出した値をＥＣＵ２２に記憶しておき、これを読み出すことにより取得する。

ステップＳ２０７において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ２０４〜ステップＳ２０６で取得した今回のサイクルの基本燃料噴射量Ｆｒ（ｋ）及び吹き戻し率α（ｋ）、前回のサイクルにおいて吹き戻された燃料量Ｆｍ（ｋ−１）に基づいて、今回のサイクルでインジェクタ２０により吸気ポート１１に噴射供給すべき最終的な燃料噴射量Ｆｉ（ｋ）を上述した式３により算出する。

ステップＳ２０８において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ２０７で算出した最終的な燃料噴射量の燃料噴射をインジェクタ２０に実行させる。

ステップＳ２０９において、ＥＣＵ２２は、今回のサイクルで吸気ポート１１に吹き戻された燃料量Ｆｍ（ｋ）を上述した式１により算出し、ＥＣＵ２２に記憶させる。この記憶させた値を、次回のサイクルにおいて本フローチャートの処理を行う場合のステップＳ２０６で読み出す。

以上のフローチャートを実行することによって、高膨張比制御において、過去のサイクルで吸気ポート１１に吹き戻された燃料による影響も考慮して、実際に燃焼に関与する燃料量を目標値（基本燃料噴射量）に一致させるためにインジェクタ２０から吸気ポート１１に噴射供給すべき燃料量を算出することができる。従って、実際に燃焼に関与する燃料量をより一層精度良く目標値に一致させることができる。特に、エンジン１の運転条件が変動し、従って吹き戻し率や前回のサイクルにおいて吹き戻された燃料量がサイクル毎に変動する過渡状態においても、過去の燃料挙動を考慮した燃料噴射量の補正により、高精度の空燃比制御を実現することが可能となる。従って、出力性能や排気性能の悪化を好適に抑制することが可能となる。

本実施例においては、上記フローチャートのステップＳ２０３〜ステップＳ２０７の処理を実行するＥＣＵ２２が、本発明における補正手段に相当する。

次に本発明の実施例３について説明する。本実施例についても、実施例１と同一の構成要素については同一の名称及び符号を用いることとし、詳細な説明は割愛する。

上述した実施例２のシステムによれば、過去のサイクルにおける燃料挙動の履歴をも考慮して燃料噴射量を補正することにより、吹き戻し率や吹き戻し量がサイクル毎に異なる過渡状態においても、実際に燃焼に関与する燃料量を目標値に一致させるために必要な燃料噴射量の補正量をサイクル毎に取得することができ、過渡状態における高精度の空燃比制御が可能となる。

ここで、燃料噴射精度や補正量の演算負荷等を鑑みると、上述した実施例２のシステムにおいて、過渡状態でのエンジンの運転条件の変動に伴う燃料噴射量の補正量の変動は小
さい方が好ましい。そこで、本実施例では、実施例２のシステムによってサイクル毎に算出される燃料噴射量の補正量の変動幅が所定の範囲内に収まるように、高膨張比制御の制御態様の方を補正するようにした。

高膨張比制御では、既述のように、エンジン１の運転条件に応じて機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度が決定されるが、燃料噴射量の補正量の算出において重要な量である吹き戻し率は、主に機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度によって決まっている。このうち、特に吸気弁閉時期の変動が吹き戻し率の変動幅に大きく影響する。そこで、本実施例では、エンジン１の運転条件の変動に応じて機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度を変化させる場合に、吸気弁閉時期の変化量に制限を課するようにした。これにより、エンジン１の運転条件の変動に伴う吹き戻し率の変動の幅が大きくならないようにすることができる。これにより、エンジン１の運転条件が変動する過渡状態においても、燃料噴射量の補正量の変動幅が所定の範囲内に収まるようにすることができる。

ここで、「所定の範囲」とは、前回のサイクルにおいて算出された燃料噴射量の補正量を今回のサイクルにおける燃料噴射量の補正に適用した場合に、今回のサイクルにおいて実際に燃焼に関与する燃料量と目標値とのずれが許容範囲に収まるような、補正量の変動幅の範囲である。

このように燃料噴射量の補正量の変動幅が所定の範囲内に収まるように機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度の制御を補正するモードと、通常のマップに従って機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度を制御するモードと、をエンジン１の運転条件に応じて切り換えるようにしても良い。例えば、運転状態が所定時間以上略一定の定常運転状態では通常の制御モードとし、それ以外の過渡運転状態では燃料噴射量の補正量の変動幅を抑制する制御モードに切り換えるようにしても良い。

図６は、上述した本実施例における燃料噴射制御のフローチャートである。このフローチャートで表される処理は、ＥＣＵ２２によって所定間隔で繰り返し実行される。

図６のフローチャートのステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２１０については、図５のフローチャートと同一である。本実施例では、図５のフローチャートでステップＳ２０２において肯定判定された場合、すなわちエンジン１の運転条件が高膨張比制御を実施すべき運転領域に属していると判定された場合、ステップＳ３０３の処理に進む。

ステップＳ３０３では、ＥＣＵ２２は、現在のエンジン１の運転状態が定常運転状態であるか否かを判定する。例えば運転条件の変動幅が所定範囲内であるような時間が所定時間以上継続している場合に定常運転状態であると判定できる。

ステップＳ３０３で定常運転状態であると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２２はステップＳ３０４の処理に進み、通常モードの高膨張比制御を実行する。この場合、続くステップＳ３０５では、予め定められた高膨張比制御の基本マップに従って、ステップＳ２０１で取得したエンジン１の運転条件に応じた機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度の目標値が取得される。ステップＳ３０５の処理を実行後、ＥＣＵ２２は図５のスローチャートのステップＳ２０４以降の処理を実行する。すなわち、ステップＳ３０５又はステップＳ３０７で取得した機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度に基づいて基本燃料噴射量Ｆｒ（ｋ）、吹き戻し率α（ｋ）を取得し、前回のサイクルの吹き戻し燃料量Ｆｍ（ｋ−１）を読み出し、これらの量に基づいて今回のサイクルの燃料噴射量Ｆｉ（ｋ）を算出してインジェクタ２０による燃料噴射を実行する。

一方、ステップＳ３０３で定常運転状態ではないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２
２はステップＳ３０６の処理に進み、燃料噴射量の補正量の変動を抑制するモードの高膨張比制御を実行する。この場合、続くステップＳ３０７では、ステップＳ３０５で用いられる高膨張比制御の基本マップに対して、エンジン１の運転条件の変動に対する吸気弁閉時期の変動が小さく抑えられた補正マップに従って、ステップＳ２０１で取得したエンジン１の運転条件に応じた機械圧縮比、吸気弁閉時期及びスロットル開度の目標値が取得される。

次に、ステップＳ３０８において、今回のサイクルの基本燃料噴射量Ｆｒ（ｋ）を取得する。これはステップＳ２０１で取得したエンジン１の運転条件に応じて、既定のマップから取得する。

ステップＳ３０９では、ＥＣＵ２２は、前回の吹き戻し量Ｆｍ（ｋ−１）を取得する。これは、前回のサイクルにおいて本フローチャートを実行した時に算出してＥＣＵ２２に記憶させておいた値を読み出すことで取得する。

ステップＳ３１０では、ＥＣＵ２２は、ステップＳ３０８で取得した今回のサイクルの基本燃料噴射量Ｆｒ（ｋ）と、ステップＳ３０９で取得した前回の吹き戻し量Ｆｍ（ｋ−１）との和として、今回のサイクルの最終的な燃料噴射量Ｆｉ（ｋ）を算出する。

ステップＳ３１１において、ＥＣＵ２２は、ステップＳ３１０で算出した最終的な燃料噴射量Ｆｉ（ｋ）でインジェクタ２０により燃料噴射を実行する。

以上のフローチャートを実行することによって、過渡運転状態において、実際に燃焼に関与する燃料量を目標値（基本燃料噴射量）に一致させるために必要な燃料噴射量の補正量が大きく変動することを抑制することが可能になるとともに、燃料噴射量の補正処理を簡略化することも可能となる。

１ エンジン
２ シリンダブロック
３ クランクケース
４ シリンダヘッド
５ シリンダ
６ ピストン
７ クランクシャフト
８ コンロッド
９ 変位機構
１０ 燃焼室
１１ 吸気ポート
１２ 排気ポート
１３ 排気通路
１４ 排気浄化装置
１５ 吸気バルブ
１６ 排気バルブ
１７ 吸気カム
１８ 排気カム
１９ 可変動弁機構
２０ インジェクタ
２１ 点火プラグ
２２ ＥＣＵ
２３ クランク角度センサ
２４ アクセル開度センサ
２５ 吸気通路
２６ アクセルペダル
２７ スロットルバルブ

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射装置と、
   前記内燃機関の機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
   前記内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構と、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられた吸気絞り弁と、
   前記内燃機関の所定負荷領域において、他の負荷領域と比較して前記吸気弁の閉弁時期を遅角させ、機械圧縮比を高くする高膨張比制御を行うとともに、前記内燃機関の吸入空気量の制御を前記吸気絞り弁の開度制御によって行う制御手段と、
   前記所定負荷領域において、前記吸気弁の閉弁時期と、機械圧縮比と、前記吸気絞り弁の開度と、に基づいて前記燃料噴射装置から噴射される燃料量のうち前記吸気ポートに吹き戻される燃料量の比率を取得し、当該比率に基づいて、実際に燃焼に関与する燃料量が所定の目標値に一致するように、前記燃料噴射装置による燃料噴射量を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする高膨張比内燃機関の制御装置。
2. 請求項１において、
   前記補正手段は、過去のサイクルにおいて前記燃料噴射装置から噴射された燃料量のうち前記吸気ポートに吹き戻された燃料量に基づいて、前記燃料噴射装置による燃料噴射量を補正することを特徴とする高膨張比内燃機関の制御装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記制御手段は、前記所定負荷領域における内燃機関の運転条件の変化に伴う、前記補正手段による燃料噴射量の補正量の変化が、所定の範囲内に収まるように、前記高膨張比制御における前記吸気弁の閉弁時期、機械圧縮比及び前記吸気絞り弁の開度の制御を行うことを特徴とする高膨張比内燃機関の制御装置。
4. 請求項３において、
   前記制御手段は、前記高膨張比制御における前記内燃機関の運転条件の変化に応じた前記吸気弁の閉弁時期の変更量を通常の高膨張比制御を行う場合よりも少なくすることを特徴とする高膨張比内燃機関の制御装置。

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