JP5074717B2

JP5074717B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP5074717B2
Application number: JP2006186924A
Authority: JP
Inventors: 和真宮▲崎▼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-07-06
Also published as: JP2008014248A

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御に関し、特に、フューエルカットからの復帰時における非同期噴射制御に関する。

燃費を向上させるために減速中に燃料の供給を停止する制御、いわゆるフューエルカット制御は、走行性能や乗心地を損なわない範囲でエンジンに対する燃料の供給を可及的に少なくして燃費を向上させる制御である。一般には、エンジンがアイドリング状態にある減速中にエンジン回転数が予め定められた範囲に入ることにより、燃料の供給を停止している。具体的には、走行中にスロットルバルブが閉じられてエンジン回転数がフューエルカット回転数以上であると燃料の供給を停止する。またエンジン回転数が低下してその範囲の下限を規定している復帰回転数に達すると燃料の供給を再開する。なお、この復帰回転数はエンジンストールを生じさせず、またエンジンの安定した回転を維持する回転数に設定されている。

また、このフューエルカット制御中に、運転者によりアクセルペダルが踏まれると（再加速が要求されると）、フューエルカット制御は強制的に中断されて燃料がインジェクタから噴射されて、通常の運転状態に戻る。

このようなフューエルカット状態から復帰する時に、再加速による強制復帰の場合には加速フィーリングを向上するために、エンジンの回転数低下による自然復帰の場合には機関回転数のアンダーシュートまたはエンジンストールを回避するために、非同期噴射を行なうことが知られている。

フューエルカット時間が長く継続した場合、吸気マニホールド内に付着していた燃料が完全に乾燥してしまうので、その後に燃料復帰した時に非同期噴射を実行しても、吸気マニホールドに付着した後に燃焼室内に燃料が供給されるので、燃焼室内の燃料が不足してリーンな状態となり失火を招き、加速不足やショックが発生する。

フューエルカット時間が短い場合、吸気マニホールド内の燃料が完全に乾燥してしまっていないので、その後に燃料復帰した時に非同期噴射を実行すると、燃焼室内の燃料が過大となりリッチな状態となり失火やアフターバーン（アフターファイア：後燃え）の問題が発生する。

特開昭６１−０９６１５８号公報（特許文献１）は、このような問題を解決する内燃機関の燃料供給制御方法を開示する。この内燃機関の燃料供給制御方法は、内燃機関の所定回転角に同期して内燃機関の運転状態に応じた燃料を内燃機関に供給し、内燃機関が所定の燃料遮断条件を満足した時に、上記燃料供給を遮断し、内燃機関が所定の燃料復帰条件を満足した時に上記燃料供給を復帰するとともに、上記燃料供給が復帰した際に、上記内燃機関の所定回転角に同期した燃料供給とは別個に機関回転数とは非同期な燃料供給をする内燃機関の燃料供給制御方法において、上記機関回転角とは異なる非同期の燃料供給の量を、同期した燃料供給の遮断から復帰までの時間に応じて制御することを特徴とする。

この内燃機関の燃料供給制御方法によると、機関回転角とは非同期な燃料供給の量を、同期した燃料供給の遮断から復帰までの時間に応じて制御するので、長いフューエルカット後の復帰時のリーンによる失火を防止できるとともに、短いフューエルカット後のリッチによる失火とアフターバーンを防止することができる。
特開昭６１−０９６１５８号公報

一般的にエンジンの排気系には、排気ガス（以下、燃焼ガスとも記載する）中の特定成分を浄化するための触媒コンバータが設けられている。この触媒コンバータとして、三元触媒コンバータが広く使用されており、これは排気ガス中の特定の三成分である一酸化炭素（ＣＯ）および未燃焼の炭化水素（ＨＣ）を酸化するとともに酸化窒素（ＮＯｘ）を還元して、二酸化炭素（ＣＯ₂）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）、および窒素（Ｎ₂）に変換させるものである。

この三元触媒コンバータによる浄化特性は、燃焼室内に形成される混合気の空燃比に依存し、それが理論空燃比近傍である時に三元触媒コンバータは最も有効に機能する。これは、空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多いと、酸化作用が活発となるが還元作用が不活発となり、また空燃比がリッチであり排気ガス中の酸素量が少ないと、逆に還元作用が活発となるが酸化作用が不活発となり、前述の三成分をすべて良好に浄化させることができないためである。したがって、三元触媒コンバータを有するエンジンには、その排気通路に出力リニア型酸素センサが設けられ、それにより測定される酸素濃度を使用して燃焼室内の混合気を理論空燃比にフィードバック制御されている。すなわち、空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多いと還元作用が不活発になり、酸化窒素（ＮＯｘ）を還元する作用が低下して、ＮＯｘ浄化機能が低下する。

また、上述したように、車両には、フューエルカット制御が適用される場合がある。フューエルカット制御中には、燃料の噴射が停止されるのであるので、空燃比がリーンになり、ＮＯｘ浄化機能が低下している。この状態でフューエルカットから復帰して燃料が噴射されると、三元触媒コンバータにおけるＮＯｘ浄化作用が低下しているので、十分にＮＯｘを浄化できない。このため、上述したエミッション要求に基づく非同期噴射が実行される。

フューエルカット復帰時にこの非同期噴射を全気筒に対して実行すると、その時点における行程は各気筒毎に異なる。このため、吸気弁が閉じるまでに非同期噴射が行なわれる気筒と行なわれない気筒とが存在したり、吸気弁の閉弁途中である行程の気筒に非同期噴射が実行される気筒が存在したりすると、供給される燃料量が各気筒毎に異なる。さらに、インジェクタのリニアリティがない領域（燃料噴射時間と燃料量との間に正の相関関係が成立しない領域）で燃料を非同期噴射すると、供給される燃料量が各気筒毎にばらつく。このため、空燃比が所望の目標値にならないで、空燃比異常に基づく異常燃焼が発生する。

さらに、Ｖ型６気筒エンジンやＶ型８気筒エンジンでは、左右バンクに対応して触媒コンバータが設けられている。ところが、吸気弁が閉じるまでのタイミングで（すなわち燃焼室に燃料が導入されるタイミングで、さらに言い換えれば同期噴射と重なるタイミングで）非同期噴射が行なわれる気筒数が左右のバンクで異なることがある。たとえば、Ｖ型６気筒エンジンの場合、吸気弁が閉じるまでのタイミングで非同期噴射が行なわれる気筒数が左バンクで２気筒および右バンクで１気筒であって、吸気弁が閉じるまでのタイミングで非同期噴射が行なわれない気筒数が左バンクで１気筒および右バンクで２気筒であるときを示す。このような場合、左右のバンクに対応して設けられた左右の触媒コンバータに異なる空燃比の燃焼ガスが供給される。

このように、フューエルカットからの復帰時において、単に非同期噴射を実行していたのでは、触媒コンバータに所望の空燃比の燃焼ガスを送り込むことができないのでエミッションが悪化する可能性がある。すなわち、非同期噴射の燃料量が少な過ぎると三元触媒コンバータ内を十分にリッチ雰囲気にすることができないでＮＯｘ浄化作用を向上させることができない。さらに、オーバリッチやリーンにより失火した場合には、エンジンから所望のトルクが発生しないので、ショックを発生させる。

しかしながら、このような問題を特許文献１においては認識していない。この特許文献１に開示された制御装置では、非同期噴射における燃料量を、フューエルカット時間に応じて制御しているが、上記した問題点との関連性はない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、フューエルカットからの復帰時において適切な非同期噴射を実行することができる、内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、車両の状態が予め定められた条件を満足すると、複数の気筒を備えた内燃機関への燃料供給を停止するフューエルカットが実行される内燃機関の燃料噴射を制御する。この制御装置は、フューエルカットの実行が中止されると、必要に応じて非同期噴射を実行するように、燃焼室に燃料を供給するために吸気通路に燃料を噴射するように各気筒毎に設けられた燃料噴射機構を制御するための手段と、各複数の気筒において、同期噴射と非同期噴射とが重なるか否かを判断するための判断手段と、同期噴射と非同期噴射とが重なる気筒においては、噴射される燃料量を減量するように燃料噴射機構を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、フューエルカットからの復帰時において非同期噴射が要求された場合であって、その非同期噴射が同期噴射に重なると、噴射される燃料量が減量される。このため、非同期噴射とともに同期噴射されることにより燃焼室に導入される燃料量が多過ぎることに起因して、アフターファイアが発生して触媒を溶損させる可能性や、燃焼不安定性（オーバリッチにより失火等の異常燃焼）に起因したトルク不足に基づくショックの発生を回避することができる。その結果、フューエルカットからの復帰時において適切な非同期噴射を実行することができる、内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、非同期噴射により噴射される燃料量を減量するように燃料噴射機構を制御するための手段を含む。

第２の発明によると、非同期噴射により噴射される燃料量を減量して、より燃焼室に導入される燃料量が多過ぎることを回避できる。

第３の発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、第１または２の発明の構成に加えて、燃料噴射機構から噴射される燃料量が、燃料噴射機構の最小噴射燃料量を下回る場合には、燃料噴射を中止するための手段をさらに含む。

第３の発明によると、減量して算出された非同期噴射の燃料量が、燃料噴射機構の最小噴射燃料量を下回り、燃料噴射時間と燃料噴射量との関係がリニアリティがないほどに少なすぎる場合には、非同期噴射を行なわない。このため、燃焼の不安定化を招いたり、空燃比の不安定化を回避できる。

第４の発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置においては、第３の発明の構成に加えて、最小噴射燃料量は、燃料噴射機構における燃料噴射時間と燃料噴射量との関係にリニアリティが成立する最低限の燃料量である。

第４の発明によると、燃料噴射機構における燃料噴射時間と燃料噴射量との関係にリニアリティが成立する領域でのみ燃料を噴射するので、燃料量を正確に制御できる。

第５の発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、車両の状態が予め定められた条件を満足すると、複数の気筒を備えた内燃機関への燃料供給を停止するフューエルカットが実行される内燃機関の燃料噴射を制御する。この制御装置は、フューエルカットの実行が中止されると、必要に応じて非同期噴射を実行するように、燃焼室に燃料を供給するために吸気通路に燃料を噴射するように各気筒毎に設けられた燃料噴射機構を制御するための手段と、各複数の気筒における吸気弁の開閉状態を検出するための検出手段と吸気弁の開閉状態に基づいて、非同期噴射により噴射された燃料が燃焼室に導入されるか否かを判断するための判断手段と、非同期噴射により噴射された燃料の一部でも燃焼室に導入されない場合には、同期噴射と非同期噴射とが重なるように、燃料噴射機構を制御するための制御手段とを含む。

第５の発明によると、吸気弁が閉じるタイミングで非同期噴射されることになった気筒においては、その非同期噴射による燃料の全てが燃焼室に導入されない可能性がある。このため、このようなタイミングになる気筒においては、この気筒の次回の同期噴射時に、非同期噴射するようにタイミングを変更する。これにより、非同期噴射による燃料の全てを燃焼室に導入するようにできる。

第６の発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置においては、第５の発明の構成に加えて、判断手段は、非同期噴射の期間と吸気弁の閉弁タイミングに基づいて、非同期噴射により噴射された燃料が燃焼室に導入されるか否かを判断するための手段を含む。

第６の発明によると、非同期噴射の期間の終期が吸気弁の閉弁タイミングよりも早いと非同期噴射により噴射された燃料が燃焼室に導入されると判断でき、非同期噴射の期間の終期が吸気弁の閉弁タイミングよりも遅いと非同期噴射により噴射された燃料が燃焼室に導入されないと判断できる。

第７の発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、車両の状態が予め定められた条件を満足すると、左右の各バンクにそれぞれ複数の気筒を備えた内燃機関への燃料供給を停止するフューエルカットが実行される内燃機関の燃料噴射を制御する。この内燃機関には左右のバンクに対応して２台の触媒機構が設けられる。この制御装置は、フューエルカットの実行が中止されると、必要に応じて非同期噴射を実行するように、燃焼室に燃料を供給するために吸気通路に燃料を噴射するように各気筒毎に設けられた燃料噴射機構を制御するための手段と、各複数の気筒において、同期噴射と非同期噴射とが重なるか否かを判断するための判断手段と、同期噴射と非同期噴射とが重なる気筒の数が、左右のバンクで同じ数になるように、燃料噴射機構を制御するための制御手段とを含む。

第７の発明によると、左右バンクに対応して触媒機構が設けられたＶ型エンジンにおいて、非同期噴射が同期噴射と重なる気筒数を左右のバンクで同じ数にできる。このため、左右の触媒機構に同じ空燃比の燃焼ガスが供給される。その結果、一方の触媒機構に、過度にリーンや過度にリッチな燃焼ガスが送り込まれることがなくなりエミッションの悪化を回避できる。また、左右のバンクにおける発生トルクのばらつきをなくすることができる。

第８の発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置においては、第７の発明の構成に加えて、制御手段は、同期噴射と非同期噴射とが重なる気筒の数が、左右のバンクで同じ数になるように、非同期噴射するタイミングを変更するための手段を含む。

第８の発明によると、たとえば、右のバンクの１気筒のみで非同期噴射が同期噴射に重なる場合、左のバンクのいずれかの１気筒の非同期噴射を同期噴射に重なるように、非同期噴射するタイミングを変更するので、左右１気筒ずつで非同期噴射が同期噴射に重なるようにできる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置が搭載された車両は、エンジン１５０と、吸気系１５２と、排気系１５４と、ＥＣＵ（Electronic Control
Unit）１００とを含む。なお、このエンジン１５０は、吸気系のみにインジェクタ１２６（いわゆるポートインジェクタ）を備えるが、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置が適用されるエンジンは、ポートインジェクタに加えてさらに直噴インジェクタ（燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタ）を有しても構わない。

吸気系１５２は、吸気通路１１０と、エアクリーナ１１８と、エアーフローメータ１０４と、スロットルモータ１１４と、スロットルバルブ１１２と、スロットルポジションセンサ１１６とを含む。

エアクリーナ１１８から吸気された空気は、吸気通路１１０を通り、エンジン１５０に流通する。吸気通路１１０の途中には、スロットルバルブ１１２が設けられる。スロットルバルブ１１２は、スロットルモータ１１４が作動することにより開閉される。このとき、スロットルバルブ１１２の開度は、スロットルポジションセンサ１１６により検知することが可能となる。エアクリーナ１１８とスロットルバルブ１１２との間における吸気通路には、エアーフローメータ１０４が設けられており、吸気された空気量を検知する。エアーフローメータ１０４には、吸入空気量を表わす吸気量信号をＥＣＵ１００に送信する。

エンジン１５０は、冷却水通路１２２と、シリンダブロック１２４と、インジェクタ１２６と、ピストン１２８と、クランクシャフト１３０と、水温センサ１０６と、クランクポジションセンサ１３２とを含む。

シリンダブロック１２４の気筒数に対応した数のシリンダ内には、それぞれピストン１２８が設けられる。ピストン１２８上部の燃焼室に吸気通路１１０を通って、インジェクタ１２６から噴射された燃料と吸気された空気との混合気が導入されて、点火プラグ（図示せず）の点火により燃焼する。燃焼が生じると、ピストン１２８が押し下げられる。このとき、ピストン１２８の上下運動は、クランク機構を介して、クランクシャフト１３０の回転運動に変換される。なお、エンジン１５０の回転数ＮＥは、クランクポジションセンサ１３２により検知された信号に基づいてＥＣＵ１００が検知する。

シリンダブロック１２４内には、冷却水通路１２２が設けられており、ウォータポンプ（図示せず）の作動により、冷却水が循環する。この冷却水通路１２２内の冷却水は、冷却水通路１２２に接続されたラジエータ（図示せず）へと流通して冷却ファン（図示せず）により放熱される。冷却水通路１２２の通路上には水温センサ１０６が設けられており、冷却水通路１２２内の冷却水の温度を検知する。水温センサ１０６は、検知した水温を、水温信号としてＥＣＵ１００に送信する。

排気系１５４は、排気通路１０８と、第１の空燃比センサ１０２Ａと、第２の空燃比センサ１０２Ｂと、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａと、第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂとを含む。第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの上流側に第１の空燃比センサ１０２Ａが設けられ、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの下流側（第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂの上流側）に第２の空燃比センサ１０２Ｂが設けられる。なお、三元触媒コンバータは１個でもよい。

エンジン１５０の排気側に接続された排気通路１０８は、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａおよび第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂに接続される。すなわち、エンジン１５０において燃焼室内の混合気の燃焼により生じる排気ガスは、まず、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａに流入する。第１の三元触媒コンバータ１２０Ａに流入した排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯは、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａにおいて酸化される。また、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａに流入した排気ガス中に含まれるＮＯｘは、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａにおいて、還元される。この第１の三元触媒コンバータ１２０Ａは、エンジン１５０の近くに設置され、エンジン１５０の冷間始動時においても速やかに昇温されて触媒機能を発現する。

さらに、排気ガスは、ＮＯｘの浄化を目的として、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａから第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂに送られる。この第１の三元触媒コンバータ１２０Ａと第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂとは、基本的には同じ構造および機能を有するものである。

第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの上流側に設けられた第１の酸素センサ１０２Ａ、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの下流側であって第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂの上流側に設けられた第２の酸素センサ１０２Ｂは、三元触媒コンバータ１２０Ａまたは三元触媒コンバータ１２０Ｂを通過した排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検知する。酸素の濃度を検知することにより、排気ガス中に含まれる燃料と空気との比、いわゆる空燃比を検知することができる。

第１の空燃比センサ１０２Ａおよび第２の空燃比センサ１０２Ｂは、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を発生させる。この電流は、たとえば電圧に変換されてＥＣＵ１００に入力される。したがって、第１の空燃比センサ１０２Ａの出力信号から第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの上流における排気ガスの空燃比を検知することができ、第２の空燃比センサ１０２Ｂの出力信号から第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂの上流における排気ガスの空燃比を検知することができる。これらの第１の空燃比センサ１０２Ａおよび第２の空燃比センサ１０２Ｂは、空燃比がリーンのときには、たとえば０．１Ｖ程度の電圧を発生し、空燃比がリッチのときには０．９Ｖ程度の電圧を発生するものである。これらの値に基づいて空燃比に換算した値と、空燃比のしきい値とを比較して、ＥＣＵ１００による空燃比制御が行なわれる。

第１の三元触媒コンバータ１２０Ａおよび第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂは、空燃比がほぼ理論空燃比のときにＨＣ，ＣＯを酸化しつつＮＯｘを還元する機能、すなわちＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。これらの第１の三元触媒コンバータ１２０Ａおよび第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂは、空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多いと、酸化作用が活発となるが還元作用が不活発となり、また空燃比がリッチであり排気ガス中の酸素量が少ないと、逆に還元作用が活発となるが酸化作用が不活発となり、前述の三成分をすべて良好に浄化させることができない。空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多いと還元作用が不活発になり、酸化窒素（ＮＯｘ）を還元する作用が低下して、ＮＯｘ浄化機能が低下する。

このエンジン１５０には、燃費を向上させるために減速中に燃料の供給を停止する制御、いわゆるフューエルカット制御が適用される。たとえば、エンジン１５０がアイドリング状態にある減速中にエンジン回転数が予め定められた範囲に入る（フューエルカット回転数以上）ことにより、燃料の供給を停止する。具体的には、走行中にスロットルバルブ１１２が閉じられてエンジン回転数がフューエルカット回転数以上であると燃料の供給を停止する。また、エンジン回転数が低下してその範囲の下限を規定している復帰回転数（フューエルカット復帰回転数）に達すると燃料の供給を再開する。なお、この復帰回転数はエンジンストールを生じさせず、またエンジン１５０の安定した回転を維持する回転数に設定されている。なお、水温センサ１０６により検知されたエンジン冷却水の温度が低いと、フューエルカット回転数およびフューエルカット復帰回転数は、高く設定される。

本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置であるＥＣＵ１００は、フューエルカットからの復帰時において、非同期噴射（全気筒のインジェクタ１２６に噴射指令信号を出力）を実行して、三元触媒コンバータ１２０Ａおよび三元触媒コンバータ１２０Ｂにおける雰囲気をリッチ雰囲気にする。これにより、三元触媒コンバータ１２０Ａおよび三元触媒コンバータ１２０Ｂにおける雰囲気は、フューエルカット時にはリーンであったが、復帰時にリッチにすることができ、ＮＯｘを浄化することができる。一方で、この非同期噴射が同期噴射と重なる場合には非同期噴射する燃料量を減量して算出する。これは、非同期噴射される燃料量が多過ぎると、アフターファイアが発生して、触媒を溶損させる可能性があることを回避するためである。このため、ＥＣＵ１００は、非同期噴射に同期噴射が重なる場合には、非同期噴射される燃料量を減量して算出している。なお、減量して算出された非同期噴射の燃料量が少なすぎる場合には、ＥＣＵ１００は、非同期噴射を行なわない。通常、同期噴射も非同期噴射もインジェクタへの通電時間により噴射される燃料量を制御している。ＥＣＵ１００は、必要な燃料量に基づいて燃料噴射時間（インジェクタへの通電時間)を算出する。このときに、あまりにも噴射される燃料量が少ないと、噴射される燃料量と燃料噴射時間との関係が正の相関関係（より具体的には正比例の関係）が成立しない領域に含まれることがある。この領域においては、燃料噴射時間（インジェクタへの通電時間)が決定されても、一義的に噴射される燃料量が決定されないで、燃料量が安定しない。このため、燃焼の不安定化を招いたり、空燃比の不安定化を招くので、このような場合には、ＥＣＵ１００は、非同期噴射を実行しない。

さらに、吸気弁が閉じるタイミングで非同期噴射されることになった気筒においては、その非同期噴射による燃料の全てが燃焼室に導入されない可能性がある。このため、ＥＣＵ１００は、このようなタイミングになる場合には次回の同期噴射時に、非同期噴射するようにタイミングを変更する。これにより、非同期噴射による燃料の全てが燃焼室に導入される。

図２に、図１に示したエンジン１５０の全体斜視図を示す。このエンジン１５０は、Ｖ型８気筒エンジンである。なお、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置が適用されるエンジンは、このようなＶ型８気筒エンジンに限定されないで、Ｖ型６気筒エンジン等の気筒数が異なるエンジンであっても構わないし、直列型６気筒エンジン等の気筒配置が異なるエンジンであっても構わない。さらに、気筒数も気筒配置も異なるエンジン（たとえば、直列型６気筒エンジン）であっても構わない。

図２に示すように、このエンジン１５０は、車両前方から見て、右バンクに第１気筒（＃１）、第３気筒（＃３）、第５気筒（＃５）、第７気筒（＃７）、左バンクに第２気筒（＃２）、第４気筒（＃４）、第６気筒（＃６）、第８気筒（＃８）が配置されている（右側から互い違いに気筒番号が決められている）。なお、このエンジン１５０においては、右バンクの気筒の排気系１５４と左バンクの気筒の排気系１５４とは、別系統になっており、右バンクの４気筒分の排気が右バンク用の触媒コンバータ（第１の三元触媒コンバータ１２０Ａと、第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂ）に排出され、左バンクの４気筒分の排気が左バンク用の触媒コンバータ（第１の三元触媒コンバータ１２０Ａと、第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂ）に排出される。

図３を参照して、このエンジン１５０の燃料噴射タイミングについて説明する。ＥＣＵ１００は、エアーフローメータ１０４により検出された吸入空気量に基づいて、インジェクタ１２６により噴射される燃料量を算出して、噴射時間を制御することにより噴射される燃料量を変化させる。

燃料噴射方式は、クランクシャフト２回転で各気筒1回ずつ噴射する独立噴射である。燃料噴射には、基本噴射時間に各センサからの信号による補正を加えて常に同じ位置（常に同じクランク角度）で噴射する同期噴射と、クランク角度に関係なく各センサからの信号により噴射要求を検出した時点で燃料を噴射する非同期噴射とがある。このような燃料噴射制御は、上述したように、予め定められた条件を満足すると、フューエルカット制御されるので、燃料噴射制御が停止される。

なお、非同期噴射には、たとえば、始動性を向上させるための始動時非同期噴射、加速性を向上させるための加速時非同期噴射、およびフューエルカットからの復帰時に行なわれるフューエルカット復帰時非同期噴射がある。

図４を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置であるＥＣＵ１００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。このプログラムは、所定のサイクルタイム（たとえば８０ｍｓｅｃ）で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ１００は、Ｆ／Ｃ（フューエルカット）フラグがセットされているか否かを判断する。このＦ／Ｃフラグは、ＥＣＵ１００で実行される別のプログラムでフューエルカットの開始条件が満足されるとセットされ、満足されないとリセットされる。Ｆ／Ｃフラグがセットされていると（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＹＥＳ）、この処理は終了する。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ１００は、非同期噴射要求があるか否かを判断する。この判断は、三元触媒コンバータの状態を検出して、三元触媒コンバータをリッチ雰囲気にする必要があるか否かや、エンジン回転数の下落を早急に回復させる必要があるか否か等に基づいて行なわれる。非同期噴射要求があると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ１００は、気筒番号を表わす変数Ｎを初期化（Ｎ＝１）する。後述するＳ６００〜Ｓ１４００までの処理は、第Ｎ気筒について処理される。

Ｓ４００にて、ＥＣＵ１００は、第Ｎ気筒のクランク角（ＣＡ：Clank Angle）を検出する。このとき、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ１３２から入力された信号に基づいて、クランク角を検出する。

Ｓ５００にて、ＥＣＵ１００は、吸入空気量を検出する。このとき、ＥＣＵ１００は、エアーフローメータ１０４から入力された信号に基づいて、吸入空気量を検出する。

Ｓ６００にて、ＥＣＵ１００は、第Ｎ気筒の吸気弁の状態を検出する。このとき、ＥＣＵ１００は、基本的には、クランク角と第Ｎ気筒のカムシャフトの状態とに基づいて、第Ｎ気筒の吸気弁の状態（開閉状態）を検出する。

Ｓ７００にて、ＥＣＵ１００は、第Ｎ気筒において、非同期噴射と同期噴射とが重なるか否かを判断する。このとき、ＥＣＵ１００は、クランク角に基づく第Ｎ気筒の同期噴射タイミングとフューエルカット復帰タイミングとにより、噴射の重なりを判断する。第Ｎ気筒において、非同期噴射と同期噴射とが重なると（Ｓ７００にてＹＥＳ）、処理はＳ８００へ移される。もしそうでないと（Ｓ７００にてＮＯ）、処理はＳ９００へ移される。

Ｓ８００にて、ＥＣＵ１００は、第Ｎ気筒において、非同期噴射する燃料量Ｑを算出する。このとき、第Ｎ気筒においては非同期噴射と同期噴射とが重なるので、燃料量Ｑは減量して算出される。このとき、非同期噴射と同期噴射とが重ならない気筒と同じ燃料量になるように燃料量Ｑは減量して算出される。さらに、このとき、ポート付着分も考慮される。このＳ８００の処理の後、処理はＳ１０００へ移される。さらに、非同期噴射と同期噴射とが重なる場合には、同期噴射する燃料量を減量することに代えて非同期噴射する燃料量を減量してもよいし、同期噴射する燃料量を減量することに加えて非同期噴射する燃料量を減量してもよい。

Ｓ９００にて、ＥＣＵ１００は、第Ｎ気筒において、非同期噴射する燃料量Ｑを算出する。このとき、第Ｎ気筒においては非同期噴射と同期噴射とが重ならないので、燃料量Ｑは全量として算出される。このＳ９００の処理の後、処理はＳ１０００へ移される。

Ｓ１０００にて、ＥＣＵ１００は、非同期噴射する燃料量Ｑは、インジェクタ１２６の噴射時間と噴射される燃料量との間にリニアリティが確保される最小噴射量Ｑ（ｍｉｎ）より小さいか否かを判断する。非同期噴射する燃料量Ｑが、最小噴射量Ｑ（ｍｉｎ）より小さいと（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、処理はＳ１５００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１０００にてＮＯ）、処理はＳ１１００へ移される。

Ｓ１１００にて、ＥＣＵ１００は、第Ｎ気筒の吸気弁状態に基づいて、非同期噴射された全燃料が燃焼室に導入されるか否かを判断する。このとき、ＥＣＵ１００は、たとえば、非同期噴射の燃料噴射時間の終期が吸気弁の閉弁タイミングよりも早いと、非同期噴射された全燃料が燃焼室に導入されると判断し、非同期噴射の燃料噴射時間の終期が吸気弁の閉弁タイミングよりも遅いと、非同期噴射された全燃料が燃焼室に導入されないと判断する。第Ｎ気筒の吸気弁状態に基づいて、非同期噴射された全燃料が燃焼室に導入されると（Ｓ１１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１００にてＮＯ）、処理はＳ１３００へ移される。

Ｓ１２００にて、ＥＣＵ１００は、非同期噴射タイミング遅延時間Ｔに、０を代入する。このＳ１２００の処理の後、処理はＳ１４００へ移される。

Ｓ１３００にて、ＥＣＵ１００は、非同期噴射タイミング遅延時間Ｔに、この非同期噴射が第Ｎ気筒が次回同期噴射するタイミングに合致する（重なる）時間を代入する。このＳ１３００の処理の後、処理はＳ１４００へ移される。これにより、同期噴射のタイミングで非同期噴射が行なわれるので、第Ｎ気筒において、非同期噴射された全燃料が燃焼室に導入されることになる。

Ｓ１４００にて、ＥＣＵ１００は、非同期噴射タイミング遅延時間Ｔ［ｍｓｅｃ］経過後に第Ｎ気筒に対して非同期噴射を実行する。

Ｓ１５００にて、ＥＣＵ１００は、気筒番号を表わす変数Ｎに１を加算する。Ｓ１６００にて、ＥＣＵ１００は、気筒番号を表わす変数Ｎが気筒数よりも大きいか否かを判断する。気筒番号を表わす変数Ｎが気筒数よりも大きいと（Ｓ１６００にてＹＥＳ）、全気筒分（本実施の形態の場合８気筒分）についての非同期噴射の処理が終わったので、この処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ１６００にてＮＯ）、処理はＳ６００へ戻されて、次の気筒についての非同期噴射の処理（Ｓ６００〜Ｓ１４００までの処理）が実行される。なお、Ｓ１６００にてＮＯの場合、処理をＳ４００に戻すようにしてもよい。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を実現するＥＣＵ１００により制御されるフューエルカットからの復帰時における燃料噴射制御について、説明する。

エンジン１５０が運転を開始して、フューエルカット条件が満足されると、Ｆ／Ｃフラグがセットされ、フューエルカットが開始され、フューエルカット条件が満足されなくなって（またはフューエルカット復帰条件が満足されると）、Ｆ／Ｃフラグがリセットされ、フューエルカットから復帰される（Ｓ１００にてＮＯ）。

非同期噴射要求があると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、８気筒の中の第１気筒（＃１）から順に第８気筒（＃８）まで、非同期噴射の処理が実行される。クランク角が検出され（Ｓ４００）、吸入空気量が検出され（Ｓ５００）、吸気弁の開閉状態が検出される（Ｓ６００）。

第Ｎ（Ｎ＝１〜８）気筒の、非同期噴射と同期噴射が重なると（Ｓ７００にてＹＥＳ）．非同期噴射する燃料量Ｑが減量されて算出される（Ｓ８００）。この減量されて算出された燃料量Ｑが、インジェクタ１２６の噴射時間と噴射される燃料量との間にリニアリティが確保される最小噴射量Ｑ（ｍｉｎ）より小さい場合には（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、非同期噴射されない。このため、非同期噴射による燃料量のばらつきがなくなり、燃焼不安定性、空燃比不安定性等を回避できる。一方、非同期噴射による燃料量が十分に大きく最小噴射量Ｑ（ｍｉｎ）以上である場合には（Ｓ１０００にてＮＯ）、吸気弁の開閉状態に基づいて、非同期噴射された全燃料が燃焼室に導入されるか否かが判断される（Ｓ１１００）。

非同期噴射の燃料噴射時間の終期が吸気弁の閉弁タイミングよりも早いと、非同期噴射された全燃料が燃焼室に導入されると判断されて（Ｓ１１００にてＹＥＳ）、非同期噴射タイミング遅延時間Ｔに０が代入される（Ｓ１２００）。直ちに非同期噴射される（Ｓ１４００）。

ところが、非同期噴射の燃料噴射時間の終期が吸気弁の閉弁タイミングよりも遅いと、非同期噴射された全燃料が燃焼室に導入されないと判断されて（Ｓ１１００にてＮＯ）、非同期噴射タイミング遅延時間Ｔに、この第Ｎ気筒の次回の同期噴射のタイミングで非同期噴射が行なわれるような時間が代入される（Ｓ１３００）。非同期噴射タイミング遅延時間Ｔの経過後に非同期噴射される（Ｓ１４００）。

これにより、第Ｎ気筒の非同期噴射される燃料量の全量が燃焼室に導入されることになる。

このような非同期噴射の処理が、第１気筒（＃１）〜第８気筒（＃８）まで繰り返し実行される。

以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によると、以下のような作用効果を奏する。

（１）非同期噴射に同期噴射が重なる場合には、非同期噴射される燃料量を減量して算出している。このため、非同期噴射とともに同期噴射され燃料量が多過ぎることに起因して、アフターファイアが発生して触媒を溶損させる可能性や、燃焼不安定性（オーバリッチによる失火等の異常燃焼）に起因するトルク不足に基づくショックの発生を回避することができる。

（２）減量して算出された非同期噴射の燃料量が、噴射時間と噴射される燃料量との間にリニアリティがないほどに少なすぎる場合には、非同期噴射を行なわない。このため、燃焼の不安定化を招いたり、空燃比の不安定化を回避できる。

（３）吸気弁が閉じるタイミングで非同期噴射されることになった気筒においては、その非同期噴射による燃料の全てが燃焼室に導入されない可能性がある。このため、このようなタイミングになる気筒においては、この気筒の次回の同期噴射時に、非同期噴射するようにタイミングを変更する。これにより、非同期噴射による燃料の全てが燃焼室に導入される。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置が適用されるエンジンは第１の実施の形態の図１〜図３に示したエンジンと同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、第１の実施の形態におけるＥＣＵ１００で実行されるプログラムとは異なるプログラムを実行する。本実施の形態においては、Ｖ型エンジンにおけるフューエルカットからの復帰時において、左右のバンクにおける、同期噴射と非同期噴射とが重なる気筒数を同じ数にするように、非同期噴射のタイミングを制御する。なお、図２に示すように、各気筒毎の排気通路１０８は左右のバンク単位でエキゾーストマニホールドにまとめられて、左右バンクそれぞれに対応された触媒コンバータ（以下、左右の触媒コンバータと記載する場合がある）に排気ガスが送り込まれる（触媒コンバータは２台備えられ、互いに連通していない）。

図５を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置であるＥＣＵ１００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。このプログラムは、第１の実施の形態と同様に、所定のサイクルタイム（たとえば８０ｍｓｅｃ）で繰り返し実行される。なお、図５に示すフローチャートの中の処理で、図４に示したフローチャートの処理と同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらの処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

Ｓ２０００にて、ＥＣＵ１００は、非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒を判定する。このとき、ＥＣＵ１００は、クランク角に基づく第Ｎ気筒の同期噴射タイミングとフューエルカット復帰タイミングとにより、噴射の重なりを判定する。

Ｓ２１００にて、ＥＣＵ１００は、右バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｒ）を算出する。

Ｓ２２００にて、ＥＣＵ１００は、左バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｌ）を算出する。

Ｓ２３００にて、ＥＣＵ１００は、右バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｒ）と左バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｌ）とが等しいか否かを判断する。Ｎ（Ｒ）＝Ｎ（Ｌ）であると（Ｓ２３００にてＹＥＳ）、処理はＳ２４００に移される。もしそうでないと（Ｓ２３００にてＮＯ）、処理はＳ２５００へ移される。

Ｓ２４００にて、ＥＣＵ１００は、非同期噴射タイミングを決定する。Ｓ２５００にて、ＥＣＵ１００は、Ｎ（Ｒ）＝Ｎ（Ｌ）になるように、非同期噴射タイミングを決定する。

なお、図５においては、非同期噴射の燃料量Ｑの算出については、基本的には図４と同じようにすることができるため（同じようにする必然性はない）、この説明は繰り返さない。

Ｖ型のエンジン１５０が運転を開始して、フューエルカット条件が満足されると、Ｆ／Ｃフラグがセットされ、フューエルカットが開始され、フューエルカット条件が満足されなくなって（またはフューエルカット復帰条件が満足されると）、Ｆ／Ｃフラグがリセットされ、フューエルカットから復帰される（Ｓ１００にてＮＯ）。このとき、左右の触媒コンバータは、ともに同じようなリーン雰囲気な状態である。

非同期噴射要求があると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒を判定して（Ｓ２０００）右バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｒ）および左バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｌ）を算出する（Ｓ２１００、Ｓ２２００）。

右バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｒ）と左バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｌ）とが等しくないときには（Ｓ２３００にてＮＯ）、Ｎ（Ｒ）＝Ｎ（Ｌ）になるように、非同期噴射タイミングを決定する。

たとえば、図６（Ａ）に示すように、フューエルカットからの復帰時において非同期噴射が要求された場合に、右バンクの第７気筒（＃７）の非同期噴射が同期噴射に重なっていると、たとえば左バンクの第２気筒（＃２）の非同期噴射を次回の同期噴射に重なるように非同期噴射のタイミングを決定する。なお、非同期噴射を次回の同期噴射に重なるように非同期噴射のタイミングを変更する気筒は、左バンクであれば第２気筒（＃２）に限定されない。

以上のようにして、左右バンクに対応して触媒コンバータが設けられたＶ型エンジンにおいて、左右バンクに対応して触媒コンバータが設けられている。本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によると、非同期噴射が同期噴射と重なる気筒数を左右のバンクで同じ数にした。このため、左右の触媒コンバータに同じ空燃比の燃焼ガスが供給される。このため、一方の触媒コンバータに、過度にリーンや過度にリッチな燃焼ガスが送り込まれることがなくなり、エミッションの悪化を回避でき、左右のバンクにおける発生トルクのばらつきをなくすることができる。

＜第１の変形例＞
なお、第２の実施の形態については、第１の実施の形態で示したフローチャート（図４）におけるＳ１４００の処理を、非同期噴射の燃料量とタイミングとを決定するのみに留めた上で、以下のようにしても良い。

右バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｒ）、左バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｌ）とが同じになるまで、図４のフローチャートを繰り返す。Ｎ（Ｒ）とＮ（Ｌ）とが同じになると、実際に非同期噴射する。

＜第２の変形例＞
さらに、第２の実施の形態については、第１の実施の形態で示したフローチャートのＳ１４００の処理を、非同期噴射の燃料量とタイミングとを決定するのみに留めた上で、以下のようにしても良い。

図４のＳ１１００の処理（非同期噴射のタイミングを決定する条件）に加えて、右バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｒ）と、左バンクにおける非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒数Ｎ（Ｌ）とが同じになるように、非同期噴射のタイミングを決定するようにしてもよい。この場合、最後に処理される８気筒目（Ｎ＝８）のみが非同期噴射と同期噴射とが重なる気筒になった場合には、再計算が必要になる可能性がある。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料噴射制御装置が搭載される車両のエンジンの構成を示す図である。図１のエンジンの全体斜視図である。図１のエンジンの燃料噴射タイミングを示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵにより制御された場合のエンジンの状態を示すタイミングチャートである。図５のフローチャートが実行された場合の、エンジンの燃料噴射タイミングを示す図である。

符号の説明

１００ＥＣＵ、１０２Ａ第１の空燃比センサ、１０２Ｂ第２の空燃比センサ、１０４エアーフローメータ、１０６水温センサ、１０８排気通路、１１０吸気通路、１１２スロットル弁、１１４スロットルモータ、１１６スロットルポジションセンサ、１１８エアクリーナ、１２０Ａ第１の三元触媒コンバータ、１２０Ｂ第２の三元触媒コンバータ、１２２冷却水通路、１２４シリンダブロック、１２６インジェクタ、１２８ピストン、１３０クランクシャフト、１５０エンジン、１５２吸気系、１５４排気系。

Claims

車両の状態が予め定められた条件を満足すると、複数の気筒を備えた内燃機関への燃料供給を停止するフューエルカットが実行される内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記フューエルカットの実行が中止されると、要求に応じて全気筒に対して非同期噴射を実行するように、燃焼室に燃料を供給するために吸気通路に燃料を噴射するように各気筒毎に設けられた燃料噴射機構を制御するための手段と、
各前記複数の気筒において、前記非同期噴射が要求される時点で同期噴射が行なわれるか否かを判断するための判断手段と、
前記非同期噴射が要求される時点で同期噴射が行なわれる第１気筒においては、噴射される前記非同期噴射の燃料量を、前記第１気筒と異なる気筒において噴射される前記非同期噴射の燃料量よりも減量するように前記燃料噴射機構を制御するための制御手段と、
各前記複数の気筒における吸気弁の開閉状態を検出するための検出手段と、
前記吸気弁の開閉状態に基づいて、前記非同期噴射により噴射された燃料が前記燃焼室に導入されるか否かを判断するための手段と、
前記非同期噴射により噴射された燃料の一部でも前記燃焼室に導入されない第２気筒においては、次回の同期噴射とともに前記非同期噴射を行なうことによって前記非同期噴射による全燃料が前記燃焼室内に導入されるように前記燃料噴射機構を制御するための手段とを含む、内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記燃料噴射制御装置は、前記燃料噴射機構から噴射される前記非同期噴射の燃料量が、前記燃料噴射機構の最小噴射燃料量を下回る場合には、燃料噴射を中止するための手段をさらに含む、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記最小噴射燃料量は、前記燃料噴射機構における燃料噴射時間と燃料噴射量との関係にリニアリティが成立する最低限の燃料量である、請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記判断手段は、前記非同期噴射の期間と前記吸気弁の閉弁タイミングに基づいて、前記非同期噴射により噴射された燃料が前記燃焼室に導入されるか否かを判断するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。