JP2008025511A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入空気の吹き抜けがある場合に、燃焼空燃比をその目標空燃比の値に制御しつつ排気空燃比がその目標空燃比の値よりもリーンになるのを抑制することができる、デュアルインジェクションシステムを備えた内燃機関の空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】燃焼室５内に燃料を噴射する筒内燃料噴射手段５ａと、吸気ポート８内に燃料を噴射する吸気ポート内燃料噴射手段８ａとを具備する内燃機関の空燃比制御装置であって、吸入空気の吹き抜けがある時には、同吹き抜けを考慮して上記筒内燃料噴射手段５ａから噴射する燃料の量を調整して燃焼空燃比を制御すると共に、吸入空気量と上記筒内燃料噴射手段５ａから噴射する燃料の量とに基づいて算出される空燃比が予め定めた排気空燃比の目標空燃比よりもリーンである場合には上記吸気ポート内燃料噴射手段８ａからの燃料の噴射を行って排気空燃比を制御する、内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。

近年、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（以下、「筒内燃料噴射弁」と言う。）と吸気弁よりも上流の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁（以下、「ポート内燃料噴射弁」と言う。）との両方を備えた内燃機関が開発されている。このように筒内燃料噴射弁とポート内燃料噴射弁の２つの燃料噴射弁を備えたシステムを以下では「デュアルインジェクションシステム」と称することとするが、このようなデュアルインジェクションシステムを備えた内燃機関では燃焼効率の向上、低燃費化を図ることができると共に、機関始動時の始動性の確保も図ることができる。

また、例えば過給機付き内燃機関において、加速または高出力要求時に吸気弁と排気弁の両方を同時に開弁状態とする、いわゆるバルブオーバーラップを行うようにしたものが公知である。これはすなわち、バルブオーバーラップを行うことによって、過給圧を利用する等して吸入空気を排気側へ吹き抜けさせ、燃焼室内の残留ガスを掃気して燃焼性及び出力の向上を図ると共に、過給機タービンへ供給される排気ガス量を増加して過給効果を増し、出力向上を図ろうとするものである。

一方、このようにバルブオーバーラップを行うことによって吸入空気を排気側に吹き抜けさせるようにすると、燃焼室内に充填される空気の量はエアフローメータ等で測定した吸入空気量よりも少なくなる。そのため、エアフローメータ等で測定した吸入空気量に基づいて決定した量の燃料を噴射すると燃焼室内の空燃比（以下、「燃焼空燃比」と言う。）が所望の値よりもリッチになってしまい、内燃機関が所望の出力とは異なる出力を発生する等して良好な制御が行えなくなってしまう。

このような問題に対して特許文献１には、排気側に吹き抜ける空気量（以下、「吹き抜け空気量」と言う。）を求め、エアフローメータ等の吸入空気量検出手段の検出した吸入空気量から上記吹き抜け空気量を差し引いて燃焼室内に充填される空気量（以下、「筒内充填空気量」と言う。）を求めてその値に基づいて燃料噴射量を決定するようにし、燃焼空燃比が所望の値になるようにする技術が開示されている。

特開昭６３−２９７７４６ 特開平１１−３６９９４

ところが、このようにして燃焼空燃比を所望の値になるようにした場合には、上記吹き抜け空気量も含めた場合の全体の空燃比、すなわち排気ガスの空燃比（以下、「排気空燃比」と言う。）は燃焼空燃比よりもリーンになることになる。すなわち、例えば燃焼空燃比が理論空燃比になるようにした場合には、排気空燃比はリーンになる。そして、このように排気空燃比がリーンになると、排気ガス中に酸素が多く含まれることになるために排気系に設けられた排気浄化触媒の劣化や過昇温が生じ易くなり、また三元触媒を用いている場合には浄化率が低下するためにエミッションの悪化が生じてしまう。
そして、このような問題は、通常、上記デュアルインジェクションシステムを備えた内燃機関でも同様に発生する恐れがある。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、デュアルインジェクションシステムを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、吸入空気の吹き抜けがある場合に、燃焼空燃比をその目標空燃比の値に制御しつつ排気空燃比がその目標空燃比の値よりもリーンになるのを抑制することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の空燃比制御装置を提供する。

請求項１に記載の発明は、燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射手段と、吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート内燃料噴射手段とを具備する内燃機関の空燃比制御装置であって、吸入空気の吹き抜けがある時には、同吹き抜けを考慮して上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量を調整して燃焼空燃比を制御すると共に、吸入空気量と上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量とに基づいて算出される空燃比が予め定めた排気空燃比の目標空燃比よりもリーンである場合には上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射を行って排気空燃比を制御する、内燃機関の空燃比制御装置を提供する。

燃焼室内の残留ガスを掃気して燃焼性及び出力の向上を図るため、吸入空気を排気側へ吹き抜けさせるようにして内燃機関を運転する場合がある。ところが、このような場合には、吹き抜ける空気量があるため、燃焼空燃比をその目標空燃比の値に制御すると、排気空燃比がその目標空燃比の値よりもリーンになり、結果として排気浄化触媒の劣化や過昇温が生じ易くなると共にエミッションの悪化を招いてしまう恐れがある。

これに対し、請求項１に記載の発明では、吸入空気の吹き抜けがある時には、同吹き抜けを考慮して上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量を調整して燃焼空燃比を制御すると共に、吸入空気量と上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量とに基づいて算出される空燃比が予め定めた排気空燃比の目標空燃比よりもリーンである場合には上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射を行って排気空燃比を制御するようになっている。

そのため、請求項１に記載の発明によれば、吸入空気の吹き抜けがある場合において、燃焼空燃比をその目標空燃比の値に制御しつつ排気空燃比がその目標空燃比の値よりもリーンになるのを抑制することができる。そしてその結果として、排気浄化触媒の劣化や過昇温が生じ易くなるのを防ぐことができると共にエミッションの悪化を抑制することができる。

請求項２に記載の発明では請求項１に記載の発明において、吸入空気量と上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量とに基づいて算出される空燃比が上記予め定めた排気空燃比の目標空燃比と等しい場合または同目標空燃比よりもリッチである場合には、上記排気空燃比を制御するための上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射が禁止されるようになっている。
請求項２に記載の発明のようにすれば、上記排気空燃比の不適切な制御を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射手段と、吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート内燃料噴射手段とを具備する内燃機関の空燃比制御装置であって、吸入空気の吹き抜けがある時には、同吹き抜けを考慮して上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量を調整して燃焼空燃比を制御すると共に、上記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比が予め定めた排気空燃比の目標空燃比よりもリーンである場合には上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射を行って排気空燃比を制御する、内燃機関の空燃比制御装置を提供する。

上述のように請求項３に記載の発明では、吸入空気の吹き抜けがある時には、同吹き抜けを考慮して上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量を調整して燃焼空燃比を制御すると共に、上記空燃比センサによって検出される空燃比が予め定めた排気空燃比の目標空燃比よりもリーンである場合には上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射を行って排気空燃比を制御するようになっている。

このため、請求項３に記載の発明によれば、吸入空気の吹き抜けがある場合において、燃焼空燃比をその目標空燃比の値に制御しつつ排気空燃比がその目標空燃比の値よりもリーンになるのを抑制することができる。そしてその結果として、排気浄化触媒の劣化や過昇温が生じ易くなるのを防ぐことができると共にエミッションの悪化を抑制することができる。

請求項４に記載の発明では請求項３に記載の発明において、上記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比が上記予め定めた排気空燃比の目標空燃比と等しい場合または同目標空燃比よりもリッチである場合には、上記排気空燃比を制御するための上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射が禁止されるようになっている。
請求項４に記載の発明のようにすれば、上記排気空燃比の不適切な制御を防止することができる。

請求項５に記載の発明では請求項１から４の何れかに記載の発明において、上記排気空燃比を制御するために上記吸気ポート内燃料噴射手段から噴射する燃料の量は、吸入空気量と上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量とに基づいて決定されるようになっている。
請求項５に記載の発明のようにすれば、上記排気空燃比を正確にその目標空燃比に制御することができる。

請求項６に記載の発明では請求項１から４の何れかに記載の発明において、上記排気空燃比を制御するために上記吸気ポート内燃料噴射手段から噴射する燃料の量は、上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量と上記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比とに基づいて決定されるようになっている。

請求項７に記載の発明では請求項１から４の何れかに記載の発明において、上記排気空燃比を制御するために上記吸気ポート内燃料噴射手段から噴射する燃料の量は、吸入空気量と上記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比とに基づいて決定されるようになっている。
請求項６及び７に記載の発明のようにしても、上記排気空燃比を正確にその目標空燃比に制御することができる。

請求項８に記載の発明では請求項１から７の何れかに記載の発明において、筒内充填空気量を求める手段を有していて、吸入空気の吹き抜けがある場合には、上記筒内充填空気量に基づいて上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量が調整されて上記燃焼空燃比が制御されるようになっている。
請求項８に記載の発明のようにすると、吸入空気の吹き抜けがある場合において、上記燃焼空燃比を正確に制御することができる。

請求項９に記載の発明では請求項１から８の何れかに記載の発明において、上記排気空燃比を制御するための上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射は吸気非同期で行われるようになっている。

請求項９に記載の発明のようにすると、上記吸気ポート内燃料噴射手段から噴射された燃料は排気側に吹き抜ける、すなわち吹き抜ける吸入空気と共に排気側に流れることになる。このため、請求項９に記載の発明のようにすれば、上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料噴射によって燃焼空燃比に影響を与えることなく排気空燃比を制御することが可能になる。

各請求項に記載の発明は、デュアルインジェクションシステムを備えた内燃機関において、吸入空気の吹き抜けがある場合に、燃焼空燃比をその目標空燃比の値に制御しつつ排気空燃比がその目標空燃比の値よりもリーンになるのを抑制することができるという共通の効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態の空燃比制御装置を火花点火式内燃機関へ適用した場合を示している。なお、本発明はディーゼルエンジン等その他のタイプの内燃機関にも適用することができる。

図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、５ａは筒内燃料噴射弁、６は点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。シリンダブロック２には内燃機関を冷却する冷却水の温度を検出するための水温センサ５０が取り付けられている。また、ピストン４の頂面には筒内燃料噴射弁５ａの下方から点火栓６の下方まで延びるキャビティが形成されている。

吸気弁７と排気弁９には、それぞれ弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構７ａ、９ａが設けられており、バルブオーバーラップ量の調整等を行うことができるようになっている。また、この内燃機関では、吸気ポート８にも同吸気ポート８内に燃料を噴射する燃料噴射弁（ポート内燃料噴射弁）８ａが設けられている。つまり、この内燃機関は所謂デュアルインジェクションシステムを備えた内燃機関である。

吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結される。サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５の出口に連結され、コンプレッサ１５の入口はエアクリーナ２１に連結される。エアクリーナ２１とコンプレッサ１５との間には吸入空気量を検出するエアフローメータ２２が設けられている。

吸気ダクト１３内には、ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置される。更に、吸気ダクト１３周りには、吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した内燃機関では、冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。

一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２３に連結される。排気タービン２３の出口側には排気ガスを浄化するために排気ガス浄化装置２４が連結されている。図１に示した内燃機関では排気ガス浄化装置２４に三元触媒が内蔵されている。また、排気タービン２３と排気ガス浄化装置２４との間には排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２５が設けられている。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のデジタルコンピュータからなり、内燃機関の各構成要素と信号をやり取りして燃料噴射量や燃料噴射時期の制御等、種々の制御を行う。上述したエアフローメータ２２、空燃比センサ２５、及び水温センサ５０はＥＣＵ３０に接続されており、これらの出力信号はＥＣＵ３０に供給される。

アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込量（以下、「アクセル踏込み量」と言う。）Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続される。負荷センサ４１はＥＣＵ３０に接続されており、その出力電圧はＥＣＵ３０へ入力される。またＥＣＵ３０にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２も接続されている。更に、ＥＣＵ３０には、筒内燃料噴射弁５ａ、ポート内燃料噴射弁８ａ、点火栓６、可変バルブタイミング機構７ａ、９ａ、及びスロットル弁駆動用ステップモータ１６等も接続されていて、これらの各構成要素をＥＣＵ３０からの信号により制御することができるようになっている。

ところで、一般的な内燃機関における空燃比制御においては、機関運転状態（例えば、アクセル踏込み量Ｌ及び機関回転数等から定まる要求トルク）等に基づいて適切な空燃比を求めるマップが予め求められてＥＣＵに記憶されており、そのマップを用いて目標空燃比が求められるようになっている。そして、実際の空燃比を目標空燃比に一致させるべく、吸入空気量と排気系に設けられた空燃比センサの検出値との少なくとも一方に基づいて燃料噴射量が決定され、その決定された量の燃料が噴射されて空燃比が制御されるようになっている。

また、例えば過給機付き内燃機関において、加速または高出力要求時にバルブオーバーラップを行うようにしたものがある。これはすなわち、バルブオーバーラップを行うことによって、過給圧を利用する等して吸入空気を排気側へ吹き抜けさせ、燃焼室内の残留ガスを掃気して燃焼性及び出力の向上を図ると共に、過給機タービンへ供給される排気ガス量を増加して過給効果を増し、出力向上を図ろうとするものであり、図１に示した内燃機関においても、このような制御が行われるようになっている。

ところが、このようにバルブオーバーラップを行うことによって吸入空気を排気側に吹き抜けさせるようにすると、燃焼室内に充填される空気の量（筒内充填空気量）は吸入空気量（より詳細には、ここでは内燃機関に吸入される全空気量）よりも少なくなる。そのため、吸入空気量に基づいて決定した量の燃料を噴射すると燃焼室内の空燃比（燃焼空燃比）が目標空燃比よりもリッチになってしまい、内燃機関が所望の出力とは異なる出力を発生する等して良好な制御が行えなくなってしまう。

このような場合、例えば、排気側に吹き抜ける空気量（吹き抜け空気量）を求め、その吹き抜け空気量を吸入空気量から差し引いて筒内充填空気量を求めて、その値に基づいて燃料噴射量を決定するようにすることで上記燃焼空燃比を目標空燃比に制御することが可能である。あるいは、上記吸入空気量に対する吹き抜け空気量の割合である吹き抜け率を求め、その吹き抜け率に基づいて上記マップから求められる目標空燃比を修正してその修正目標空燃比に基づいた制御を行うことで上記燃焼空燃比が修正前の目標空燃比になるようにすることもできる。

しかしながら、このようにして上記燃焼空燃比が目標空燃比になるようにした場合には、上記吹き抜け空気量も含めた場合の全体の空燃比、すなわち排気ガスの空燃比（排気空燃比）は燃焼空燃比よりもリーンになることになる。すなわち、例えば燃焼空燃比が理論空燃比になるようにした場合には、排気空燃比はリーンになる。そして、このように排気空燃比がリーンになると、排気ガス中に酸素が多く含まれることになるために排気系に設けられた排気浄化触媒の劣化や過昇温が生じ易くなり、また三元触媒を用いている場合には浄化率が低下するためにエミッションの悪化が生じてしまう。

そして、このような問題は、通常、図１に示したようなデュアルインジェクションシステムを備えた内燃機関でも同様に発生する恐れがある。そこで、本実施形態においては、以下で説明するような制御を実施することによって、吸入空気の吹き抜けがある場合に、燃焼空燃比をその目標空燃比の値に制御しつつ排気空燃比がその目標空燃比の値よりもリーンになるのを抑制するようにしている。

すなわち、本実施形態で行われる制御は一言で言うと、吸入空気の吹き抜けがある時には、同吹き抜けを考慮して上記筒内燃料噴射弁５ａから噴射する燃料の量を調整して燃焼空燃比を制御すると共に、吸入空気量と上記筒内燃料噴射弁５ａから噴射する燃料の量とに基づいて算出される空燃比が予め定めた排気空燃比の目標空燃比よりもリーンである場合には上記吸気ポート内燃料噴射弁８ａからの燃料の噴射を行って排気空燃比を制御するというものである。

図２は、本実施形態の内燃機関の空燃比制御装置において燃料噴射量を決定するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１において、筒内充填空気量Ｍｃと吹き抜け空気量Ｍｅとが算出される。本実施形態において筒内充填空気量Ｍｃと吹き抜け空気量ＭｅとはＥＣＵ３０においてモデルを用いた公知の方法により算出されるようになっており、エアフローメータ２２の検出値はその誤差補正に用いられるようになっている。

ステップ１０１において筒内充填空気量Ｍｃと吹き抜け空気量Ｍｅとが算出されると、ステップ１０３に進む。ステップ１０３では、吸入空気量Ｍａ（＝Ｍｃ＋Ｍｅ）に対する吹き抜け空気量Ｍｅの割合である吹き抜け率Ｐが算出される。すなわち、ここで吹き抜け率Ｐは、ステップ１０１で算出された筒内充填空気量Ｍｃと吹き抜け空気量Ｍｅとを用いて、以下の（１）式により算出される。
Ｐ＝Ｍｅ／（Ｍｃ＋Ｍｅ） ……（１）

ステップ１０３において吹き抜け率Ｐが算出されると、ステップ１０５に進む。ステップ１０５では目標空燃比ＡＦｔが決定される。本実施形態では、機関運転状態に基づいて適切な空燃比（すなわち、目標空燃比ＡＦｔ）を求めるマップが予め求められてＥＣＵ３０に記憶されており、ここではそのマップに基づいて目標空燃比ＡＦｔが求められる。なお、このマップによって求められる空燃比は、より詳細にはその時の機関運転状態に対して燃焼室内の空燃比として適切な空燃比であるので、燃焼空燃比の目標空燃比（目標燃焼空燃比）であると言える。

ステップ１０５において目標空燃比ＡＦｔが決定されると、ステップ１０７に進む。ステップ１０７ではステップ１０３で算出した吹き抜け率Ｐが０（ゼロ）より大きいか否かが判定される。この判定はすなわち、吸入空気の吹き抜けがあるか否かの判定である。したがって、他の実施形態においては、このステップ１０７における判定の換わりに、例えば機関運転状態と吹き抜けの有無との関係を用いる等、他の方法によって吸入空気の吹き抜けの有無を判定するようにしてもよい。また、先の説明からも理解されるように、吹き抜け率Ｐは０（ゼロ）以上の値であるので、ステップ１０７における判定は実質的には吹き抜け率Ｐが０（ゼロ）であるか、それより大きいかの判定であると言える。

ステップ１０７において吹き抜け率Ｐが０（ゼロ）以下（すなわち、吹き抜け率Ｐが０（ゼロ））であると判定される場合は、すなわち吸入空気の吹き抜けの無い場合であり、この場合にはステップ１０８に進み、そこで吸入空気量Ｍａと目標空燃比ＡＦｔとに基づいて燃料噴射量Ｆａが算出される。つまり、この場合にはステップ１０５で決定された目標空燃比ＡＦｔに基づく空燃比制御が実施されることになる。なお、この場合、燃料は機関運転状態に応じて、筒内燃料噴射弁５ａとポート内燃料噴射弁８ａの何れから噴射されてもよく、また、筒内燃料噴射弁５ａとポート内燃料噴射弁８ａからの噴射量の合計が上記燃料噴射量Ｆａとなるように両方の噴射弁から噴射されてもよい。

一方、ステップ１０７において吹き抜け率Ｐが０（ゼロ）より大きいと判定される場合は、すなわち吸入空気の吹き抜けのある場合であり、この場合にはステップ１０９に進む。ステップ１０９では、ステップ１０５で決定された目標空燃比ＡＦｔが、ステップ１０３で算出した吹き抜け率Ｐに基づいて修正され、修正目標空燃比ＡＦｔｃが算出される。より詳細には、ここで修正目標空燃比ＡＦｔｃは、以下の（２）式により算出される。
ＡＦｔｃ＝ＡＦｔ／（１−Ｐ） ……（２）

そして、ステップ１０９で修正目標空燃比ＡＦｔｃが算出されるとステップ１１１に進み、そこで吸入空気量Ｍａ（＝Ｍｃ＋Ｍｅ）と修正目標空燃比ＡＦｔｃとに基づいて筒内燃料噴射量Ｆｃが算出される。つまり、この場合には修正目標空燃比ＡＦｔｃに基づく空燃比制御が実施され、それによって燃焼空燃比が制御されることになる。なお、上記（２）式及び以上の説明から理解されるように、修正目標空燃比ＡＦｔｃは、燃焼空燃比を目標空燃比ＡＦｔにすべく設定される目標値であり、上記の修正目標空燃比ＡＦｔｃに基づく空燃比制御の実施により、燃焼空燃比が目標空燃比ＡＦｔに制御される。

ステップ１１１において筒内燃料噴射量Ｆｃが算出されると、ステップ１１３に進む。ステップ１１３では修正目標空燃比ＡＦｔｃが予め定められる排気空燃比の目標空燃比（目標排気空燃比）ＡＦｔｅより大きいか否か、すなわち修正目標空燃比ＡＦｔｃが目標排気空燃比ＡＦｔｅよりリーンか否かが判定される。ここで目標排気空燃比ＡＦｔｅは、例えば理論空燃比とされる。あるいは、ステップ１０５で決定された目標空燃比ＡＦｔとされてもよい。

なお、上述したように筒内燃料噴射量Ｆｃは、吸入空気量Ｍａ（＝Ｍｃ＋Ｍｅ）と修正目標空燃比ＡＦｔｃとに基づいて算出されるので、逆に言えば、上記修正目標空燃比ＡＦｔｃは吸入空気量と筒内燃料噴射量Ｆｃとに基づいて算出される空燃比であると言える。したがって、ステップ１１３においては、吸入空気量と筒内燃料噴射量Ｆｃとに基づいて算出される空燃比が目標排気空燃比ＡＦｔｅより大きいか否か、すなわち目標排気空燃比ＡＦｔｅよりリーンか否かが判定されていると言える。

ステップ１１３において修正目標空燃比ＡＦｔｃが目標排気空燃比ＡＦｔｅより大きい、すなわち修正目標空燃比ＡＦｔｃが目標排気空燃比ＡＦｔｅよりリーンであると判定された場合にはステップ１１５に進む。ステップ１１５では、ポート内燃料噴射量Ｆｐが吸入空気量Ｍａ（＝Ｍｃ＋Ｍｅ）とステップ１１１で算出された筒内燃料噴射量Ｆｃとに基づいて算出される。より詳細には、ここでポート内燃料噴射量Ｆｐは、以下の（３）式により算出される。
Ｆｐ＝（（Ｍｃ＋Ｍｅ）／ＡＦｔｅ）−Ｆｃ ……（３）

（３）式から理解されるように、このポート内燃料噴射量Ｆｐは、排気空燃比を目標排気空燃比ＡＦｔｅにするために追加が必要な燃料の量である。また、上記（３）式は、修正目標空燃比ＡＦｔｃ、吸入空気量Ｍａ（＝Ｍｃ＋Ｍｅ）、筒内燃料噴射量Ｆｃの関係を利用して以下の（４）式及び（５）式のように書き換えることができる。
Ｆｐ＝（（Ｍｃ＋Ｍｅ）／ＡＦｔｅ）−（（Ｍｃ＋Ｍｅ）／ＡＦｔｃ）……（４）
Ｆｐ＝（Ｆｃ・ＡＦｔｃ／ＡＦｔｅ）−Ｆｃ ……（５）

また、これら（４）式及び（５）式は上記（２）式を用いて更に書き換えることができる。そしてポート内燃料噴射量Ｆｐは、上記（３）式及びそれを書き換えて得られる何れの式を用いても算出することができる。

一方、ステップ１１３において修正目標空燃比ＡＦｔｃが目標排気空燃比ＡＦｔｅ以下である、すなわち修正目標空燃比ＡＦｔｃが目標排気空燃比ＡＦｔｅと同じである、またはリッチであると判定された場合にはステップ１１７に進み、ポート内燃料噴射量Ｆｐが０（ゼロ）とされる。すなわち、修正目標空燃比ＡＦｔｃが目標排気空燃比ＡＦｔｅと同じであるか、またはリッチである場合には、燃料の追加によって排気空燃比を目標排気空燃比ＡＦｔｅに近づけることができず、燃料を追加すれば却って排気空燃比を目標排気空燃比ＡＦｔｅから遠ざけてしまうので、この場合にはポート内燃料噴射が禁止される。

そして本実施形態では、機関運転状態に基づいて筒内燃料噴射及びポート内燃料噴射のそれぞれについて適切な燃料噴射時期を求めることのできるマップが予め求められてＥＣＵ３０に記憶されており、上述したようにして図２に示された制御ルーチンに従って算出された量の燃料が、そのマップから求められる燃料噴射時期に噴射されるようになっている。なお、本実施形態では特に、排気空燃比を制御するために行われるステップ１１５で算出された量Ｆｐの燃料のポート内噴射は、吸気非同期で行われるようになっている。

以上のように、本実施形態では、吸入空気の吹き抜けがある時には、同吹き抜けを考慮して上記筒内燃料噴射弁５ａから噴射する燃料の量を調整して燃焼空燃比を制御すると共に、吸入空気量Ｍａ（＝Ｍｃ＋Ｍｅ）と上記筒内燃料噴射弁５ａから噴射する燃料の量Ｆｃとに基づいて算出される空燃比ＡＦｔｃが排気空燃比の目標空燃比ＡＦｔｅよりもリーンである場合には上記吸気ポート内燃料噴射弁８ａからの燃料の噴射を行って排気空燃比を制御するようになっている。

そのため、本実施形態によれば、吸入空気の吹き抜けがある場合において、燃焼空燃比をその目標空燃比の値に制御しつつ排気空燃比がその目標空燃比の値よりもリーンになるのを抑制することができる。そしてその結果として、排気浄化触媒の劣化や過昇温が生じ易くなるのを防ぐことができると共にエミッションの悪化を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記排気空燃比を制御するために上記吸気ポート内燃料噴射弁８ａから噴射する燃料の量Ｆｐは、吸入空気量Ｍａ（＝Ｍｃ＋Ｍｅ）と上記筒内燃料噴射弁５ａから噴射する燃料の量Ｆｃとに基づいて決定されるようになっている。そのため、本実施形態では、上記排気空燃比を正確にその目標空燃比ＡＦｔｅに制御することができる。

更に、本実施形態では、吸入空気量と上記筒内燃料噴射弁５ａから噴射する燃料の量Ｆｃとに基づいて算出される空燃比が排気空燃比の目標空燃比ＡＦｔｅと等しい場合または同目標空燃比ＡＦｔｅよりもリッチである場合には、上記排気空燃比を制御するための上記吸気ポート内燃料噴射弁８ａからの燃料の噴射が禁止されるようになっている。これにより、本実施形態では上記排気空燃比の不適切な制御が防止される。

また、本実施形態では、上記排気空燃比を制御するための上記吸気ポート内燃料噴射弁８ａからの燃料の噴射は吸気非同期で行われるようになっている。これは、吸気非同期で上記吸気ポート内燃料噴射弁８ａから燃料の噴射を行うと、噴射された燃料は排気側に吹き抜ける、すなわち吹き抜ける吸入空気と共に排気側に流れることになるため、上記吸気ポート内燃料噴射弁８ａからの燃料噴射によって燃焼空燃比に影響を与えることなく排気空燃比を制御することが可能になるからである。

図３は、本実施形態の空燃比制御装置によって空燃比制御を実施した場合の吸入空気量Ｍａ、筒内充填空気量Ｍｃ、吹き抜け空気量Ｍｅ、吹き抜け率Ｐ、燃焼空燃比ＡＦｃ、排気空燃比ＡＦｅ、筒内燃料噴射量Ｆｃ、ポート内燃料噴射量Ｆｐの経時変化の一例について示した図である。図中、これらの経時変化が実線で示されている。

この図の例では、時刻ｔ１において、例えばバルブオーバーラップが行われる等、吸入空気の吹き抜けのある運転状態となっている。図中、ＡＦｔは時刻ｔ１以降の運転における目標空燃比（より詳細には目標燃焼空燃比）、ＡＦｔｃは修正目標空燃比、ＡＦｔｅは目標排気空燃比である。

また、一点鎖線Ｘ及びＹで示された燃料噴射量（より詳細には筒内燃料噴射量）及び燃焼空燃比の経時変化は、吹き抜けを考慮しない空燃比制御が行われた場合のものであり、この場合には燃焼空燃比が上記目標空燃比ＡＦｔよりもリッチになってしまっている。更に、二点鎖線Ｚで示された排気空燃比の経時変化は、燃焼空燃比に関してのみ吹き抜けを考慮した制御が行われた場合、すなわち本実施形態のような排気空燃比に関する制御が行われなかった場合のものであり、この場合には排気空燃比が上記目標排気空燃比ＡＦｔｅよりもリーンになってしまっている。

この図から、本実施形態の空燃比制御装置によって空燃比制御を実施することにより、吸入空気の吹き抜けがある場合において、燃焼空燃比をその目標空燃比の値に制御しつつ排気空燃比がその目標空燃比の値よりもリーンになるのを抑制することができ、更には排気空燃比をその目標空燃比の値に制御することができることがわかる。

なお、本発明の他の実施形態では、吸入空気の吹き抜けがある場合における筒内燃料噴射量Ｆｃが、筒内充填空気量Ｍｃと目標空燃比ＡＦｔとに基づいて直接算出されるようになっていてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、排気空燃比の制御のために空燃比センサ２５の検出値を利用するようになっていてもよい。すなわち、例えば上述した実施形態においては、図２に示された制御ルーチンのステップ１１３において修正目標空燃比ＡＦｔｃと目標排気空燃比ＡＦｔｅとが比較されていたが、その換わりに、空燃比センサ２５の検出値（以下、「検出空燃比」と言う。）ＡＦｓと目標排気空燃比ＡＦｔｅとが比較されるようになっていてもよい。

すなわち、この場合には、ステップ１１３において検出空燃比ＡＦｓが目標排気空燃比ＡＦｔｅより大きいか否か、すなわち検出空燃比ＡＦｓが目標排気空燃比ＡＦｔｅよりリーンか否かが判定される。そして、ステップ１１３において検出空燃比ＡＦｓが目標排気空燃比ＡＦｔｅより大きい、すなわち検出空燃比ＡＦｓが目標排気空燃比ＡＦｔｅよりリーンであると判定された場合にはステップ１１５に進んでポート内燃料噴射量Ｆｐが算出される一方、検出空燃比ＡＦｓが目標排気空燃比ＡＦｔｅ以下である、すなわち検出空燃比ＡＦｓが目標排気空燃比ＡＦｔｅと同じである、またはリッチであると判定された場合にはステップ１１７に進み、ポート内燃料噴射量Ｆｐが０（ゼロ）とされるようにする。

つまり、この実施形態では、吸入空気の吹き抜けがある時には、同吹き抜けを考慮して上記筒内燃料噴射弁５ａから噴射する燃料の量を調整して燃焼空燃比を制御すると共に、上記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサ２５によって検出される空燃比ＡＦｓが排気空燃比の目標空燃比ＡＦｔｅよりもリーンである場合には上記吸気ポート内燃料噴射弁８ａからの燃料の噴射を行って排気空燃比を制御するようになっている。

そしてこれまでの説明から理解されるように、このようにすることによっても先に説明した実施形態と同様、吸入空気の吹き抜けがある場合において、燃焼空燃比をその目標空燃比の値に制御しつつ排気空燃比がその目標空燃比の値よりもリーンになるのを抑制することができ、その結果として排気浄化触媒の劣化や過昇温が生じ易くなるのを防ぐことができると共にエミッションの悪化を抑制することができる。

また、この実施形態では、上記空燃比センサ２５によって検出される空燃比ＡＦｓが排気空燃比の目標空燃比ＡＦｔｅと等しい場合または同目標空燃比ＡＦｔｅよりもリッチである場合には、ポート内燃料噴射量Ｆｐが０（ゼロ）とされる、すなわち上記排気空燃比を制御するための上記吸気ポート内燃料噴射弁８ａからの燃料の噴射が禁止されるようになっている。そしてこのようにすることによって、先に説明した実施形態と同様、上記排気空燃比の不適切な制御を防止することができる。

また、図２に示された制御ルーチンのステップ１１５におけるポート内燃料噴射量Ｆｐの算出において、検出空燃比ＡＦｓを用いるようにしてもよい。すなわち、例えばポート内燃料噴射量Ｆｐを以下の（６）式によって算出するようにする。
Ｆｐ＝（Ｆｃ・ＡＦｓ／ＡＦｔｅ）−Ｆｃ ……（６）

この場合はすなわち、ポート内燃料噴射量Ｆｐが、上記筒内燃料噴射弁５ａから噴射する燃料の量Ｆｃと上記検出空燃比ＡＦｓとに基づいて決定される。あるいは、ポート内燃料噴射量Ｆｐを以下の（７）式によって算出するようにしてもよい。
Ｆｐ＝（（Ｍｃ＋Ｍｅ）／ＡＦｔｅ）−（（Ｍｃ＋Ｍｅ）／ＡＦｓ）……（７）

そしてこの場合には、ポート内燃料噴射量Ｆｐが、吸入空気量Ｍａ（＝Ｍｃ＋Ｍｅ）と上記検出空燃比ＡＦｓとに基づいて決定される。（６）式及び（７）式の何れを用いた場合も上記排気空燃比を正確にその目標空燃比に制御することができる。

図１は、本発明の一実施形態の空燃比制御装置を火花点火式内燃機関へ適用した場合について示す図である。 図２は、本発明の一実施形態の内燃機関の空燃比制御装置において燃料噴射量を決定するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図３は、本発明の一実施形態の空燃比制御装置によって空燃比制御を実施した場合の吸入空気量Ｍａ、筒内充填空気量Ｍｃ、吹き抜け空気量Ｍｅ、吹き抜け率Ｐ、燃焼空燃比ＡＦｃ、排気空燃比ＡＦｅ、筒内燃料噴射量Ｆｃ、ポート内燃料噴射量Ｆｐの経時変化の一例について示した図である。

符号の説明

１ 機関本体
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ピストン
５ 燃焼室
５ａ 筒内燃料噴射弁
６ 点火栓
７ 吸気弁
７ａ 可変バルブタイミング機構
８ 吸気ポート
８ａ ポート内燃料噴射弁
９ 排気弁
９ａ 可変バルブタイミング機構
１０ 排気ポート
１４ 排気ターボチャージャ
２５ 空燃比センサ

Claims (9)

1. 燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射手段と、吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート内燃料噴射手段とを具備する内燃機関の空燃比制御装置であって、
   吸入空気の吹き抜けがある時には、該吹き抜けを考慮して上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量を調整して燃焼空燃比を制御すると共に、吸入空気量と上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量とに基づいて算出される空燃比が予め定めた排気空燃比の目標空燃比よりもリーンである場合には上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射を行って排気空燃比を制御する、内燃機関の空燃比制御装置。
2. 吸入空気量と上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量とに基づいて算出される空燃比が上記予め定めた排気空燃比の目標空燃比と等しい場合または該目標空燃比よりもリッチである場合には、上記排気空燃比を制御するための上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射が禁止される、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射手段と、吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート内燃料噴射手段とを具備する内燃機関の空燃比制御装置であって、
   吸入空気の吹き抜けがある時には、該吹き抜けを考慮して上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量を調整して燃焼空燃比を制御すると共に、上記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比が予め定めた排気空燃比の目標空燃比よりもリーンである場合には上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射を行って排気空燃比を制御する、内燃機関の空燃比制御装置。
4. 上記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比が上記予め定めた排気空燃比の目標空燃比と等しい場合または該目標空燃比よりもリッチである場合には、上記排気空燃比を制御するための上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射が禁止される、請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 上記排気空燃比を制御するために上記吸気ポート内燃料噴射手段から噴射する燃料の量は、吸入空気量と上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量とに基づいて決定される、請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
6. 上記排気空燃比を制御するために上記吸気ポート内燃料噴射手段から噴射する燃料の量は、上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量と上記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比とに基づいて決定される、請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
7. 上記排気空燃比を制御するために上記吸気ポート内燃料噴射手段から噴射する燃料の量は、吸入空気量と上記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比とに基づいて決定される、請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
8. 筒内充填空気量を求める手段を有していて、
   吸入空気の吹き抜けがある場合には、上記筒内充填空気量に基づいて上記筒内燃料噴射手段から噴射する燃料の量が調整されて上記燃焼空燃比が制御される、請求項１から７の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
9. 上記排気空燃比を制御するための上記吸気ポート内燃料噴射手段からの燃料の噴射は吸気非同期で行われる、請求項１から８の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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