JP3680500B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換える機関における該燃焼切換時の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の制御装置として、例えば、スロットル開度を電子制御するスロットル弁（以下電制スロットル弁という) を備え、アクセル操作量と機関回転速度等から機関の目標トルクを設定し、該目標トルクが得られるようにスロットル開度を制御するようにしたものがある（特開昭６２−１１０５３６号等参照) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来装置では、目標スロットル弁開度を機関の目標トルクと機関回転速度とのみから決定する構成となっており、空燃比を運転状態に応じて可変に制御する内燃機関にはそのままでは適用できないという問題があった。すなわち、機関回転速度と機関トルクとを同一に維持しつつ空燃比を変化させるには、スロットル弁開度及び燃料供給量を共に変更する必要があり、例えば、空燃比がリーンのときは、理論空燃比のときに比較して必要吸入空気量は増大し、必要燃料供給量は減少するが、前記従来装置では、これに対処できるものではなかった。
【０００４】
そこで本願出願人は、空燃比を目標値に維持しつつ、機関トルクを目標値に制御する技術について、先に提案した（特願平８−３６９０２号) 。
上記の技術において、目標とする当量比（空燃比の逆数に比例) が変化する場合、該目標当量比の変化に対応して必要吸入空気量と必要燃料量とが変化するが、スロットル弁を変化後の目標当量比に応じた目標開度に制御しても吸入空気量は吸気系容積により遅れを生じるため該吸入空気量の変化に遅れを生じる。このため、変化後の目標当量比に合わせて前記吸入空気量に応じた燃料量を供給すると、切換動作の初期に燃料量が大きく変化してトルクに段差を発生することとなる。
【０００５】
このため、上記技術では、目標当量比が吸入空気量の遅れに合わせて遅れて変化させるように位相遅れ補正を施している（直接目標当量比を位相遅れ補正する他、実吸入空気量に見合って算出された燃料量を位相遅れ補正する等の方法も開示してあるが、目標当量比を位相遅れ補正することと等価である) 。
このようにすれば、トルクを略一定、若しくは滑らかに変化させつつ当量比を徐々に変化させて目標値に収束させることができる。
【０００６】
一方、近年ガソリン機関等の火花点火式機関において、燃料を燃焼室内に直接噴射し、低・中負荷領域では、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火プラグ付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより、空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能として燃費，排気浄化性能を大きく改善した技術が開発されている。
【０００７】
但し、該成層燃焼を行なう内燃機関でも、所定以上の高負荷領域では、限られたシリンダ容積で要求トルクを確保するためには、燃料を吸気行程で噴射して（別途吸気ポートに燃料噴射弁を設けるものも提案されている) 均質に混合した混合気を形成し、均質燃焼を行なう必要があり、したがって、成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換えるようにしている。
【０００８】
この種の成層燃焼−均質燃焼を切換可能な機関において、運転状態（負荷) の変化に応じて目標当量比を変化させる場合も、その間のトルク変化を滑らかにするには前記同様吸入空気量の遅れに合わせて目標当量比に遅れ補正を施すことが考えられるが、成層燃焼と均質燃焼とでは、単に目標当量比が異なるというだけでなく、それぞれ最適なＳＣＶ開度（燃焼室内の空気流動を制御するためのスワールコントロールバルブの開度）、ＶＴＣ（可変バルブタイミングコントロール装置）等の制御状態（即ち、吸・排気弁の開閉タイミングやオーバーラップ量）、外部及び内部のＥＧＲ率などが決まっており、各々のバランスが崩れるとエミッションや運転安定性に影響を及ぼす。
【０００９】
例えば、ＥＧＲを例に挙げて説明すると、成層燃焼ではＮＯｘ低減のため外部ＥＧＲを実行する必要があるが、成層燃焼と切り換えられる直後の均質燃焼では空燃比を極限までリーン化した状態での燃焼であるため、外部ＥＧＲを行なうと燃焼性が悪化するため外部ＥＧＲは禁止している。なお、ＮＯｘについては、元々ＮＯｘ排出レベルが比較的低い運転状態であり、空燃比を十分にリーン化して燃費改善しつつＮＯｘの生成量を押さえることで対処できる。
【００１０】
しかし、定常時において、ＳＣＶ開度、ＶＴＣ等の制御状態、外部及び内部のＥＧＲ率などを燃焼形態に応じて最適に制御できたとしても、成層燃焼から均質燃焼（リーン) への切換時においては、ＳＣＶ、ＶＴＣ、ＥＧＲシステムなどの可変デバイスの指令値変化に対する応答までを考慮して、各々のバランスを保つことは困難である。
【００１１】
なお、一般に、ＳＣＶやＶＴＣの応答速度は、数１００ｍｓ程度を要するため、ドライバの加速要求に伴って成層燃焼から均質燃焼に切り換える場合には、各デバイスの応答に合わせて当量比を切り換えていては（各デバイスの切り換えが終了するまで待っていたのでは）タイミングが遅れ、加速要求に対してヘジテーションを生ずることになる。
【００１２】
一方、加速性を重視して、当量比を速やかに切り換えようとすると、例えばＥＧＲ率の応答よりも当量比の変化の方が速くなり、燃焼悪化を招くことがある。つまり、例えば、成層燃焼から均質燃焼への切換時に、成層燃焼の終了と同時にＥＧＲを停止する指令を出力しても、応答遅れによるＥＧＲガスの吸入（残留）により燃焼が悪化してしまう惧れがある。特に、ＮＯｘ排出レベルが比較的低い運転状態では、ＥＧＲ率（量）を増すよりも空燃比をリーン化した方が燃費が良いため、均質燃焼リーン域ではＥＧＲを使わずに燃焼安定限界近くまで空燃比をリーン化させているが、このような状況下で、ＥＧＲが残っていると、燃焼悪化に対する影響が大きくなる惧れがある（図９参照）。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑みなされたもので、成層燃焼から均質燃焼への切換直後の当量比を適正に制御することにより、安定した燃焼性が確保され円滑な切換を行なえるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
切換前の燃焼形態に応じた当量比から切換後の燃焼形態に応じた当量比に徐々に切り換える当量比切換手段と、
成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態を検出する過渡状態検出手段と、
前記過渡状態検出手段により成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態が検出されたときに、前記当量比切換手段により切り換え中の当量比が、均質燃焼に関する燃焼不安定領域に入るか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により燃焼不安定領域に入ると判定されたときに、前記当量比切換手段により切り換え中の当量比を、強制的に燃焼安定領域までステップ的に切り換える過渡時当量比補正手段と、
を含んで構成し、
前記判定手段を、成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態が検出されたときの内部ＥＧＲ量或いはＥＧＲ率、若しくは外部ＥＧＲ量或いはＥＧＲ率に基づいて、燃焼不安定領域に入るか否かを判定する構成とした。
【００１５】
上記の構成によれば、過渡状態検出手段により、成層燃焼から均質燃焼への切換に応じた過渡状態が検出されたときに、前記当量比切換手段により切り換え中の当量比が切換後の燃焼形態である均質燃焼に関する燃焼不安定領域に入ると判定された場合には、過渡時当量比補正手段を介して当量比が強制的に燃焼安定領域までステップ的に補正されることになるので、均質燃焼切換直後の過渡時に燃焼が不安定となることを回避し、安定した燃焼性を確保することができる。
ここで、均質燃焼切換直後のＥＧＲ量（率）｛排気の燃焼室内への還流量（率）。内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとの双方が考慮される｝が、燃焼安定性に与える影響は大きいが、燃焼不安定領域に入るか否かをＥＧＲ量等に基づいて判定することで、ＥＧＲの影響による燃焼安定性の悪化を確実に回避することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、前記過渡時当量比補正手段による当量比の強制的な切り換え補正に応じて、点火時期を補正する点火時期補正手段を含んで構成するようにした。
かかる構成とすれば、前記過渡時当量比補正手段による当量比のステップ的な変化に対応して、点火時期が補正されるので、燃焼安定性を確保できるばかりか、当量比のステップ的な変化に伴う機関の出力変動も抑制でき、円滑な運転性を実現することができることとなる。
【００１８】
請求項３に記載の発明では、前記過渡時当量比補正手段による制御が、所定の加速要求時に実行許可される構成とした。
かかる構成とすれば、加速要求（例えば、急加速要求）がある場合に、前記過渡時当量比補正手段による制御を行い、緩加速時や定常時における燃焼形態の切り換え中には、通常通り徐々に当量比を切り換えるようになるので、加速要求に対して応答性良く応えることができると共に、緩加速時や定常時には最大限燃費や排気特性等を向上させることができる。
請求項４に記載の発明では、燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
機関運転状態に応じた基本目標当量比を演算する基本目標当量比演算部と、
算出された基本目標当量比に対し、吸入空気量の変化の遅れに見合う位相遅れ補正処理を施して、目標当量比を演算する位相遅れ補正部と、
算出された目標当量比を第１の所定値と比較して、成層燃焼と均質燃焼との間で燃焼形態を切り換える時期にあることを判定する燃焼形態切換判定部と、
前記燃焼形態切換判定部により成層燃焼から均質燃焼への切換時にあることが判定されたときに、吸気系のＥＧＲガス残留量を推定又は測定するとともに、推定又は測定したＥＧＲガス残留量を第２の所定値と比較して、均質燃焼による安定した燃焼を確保できるか否かを判定する燃焼安定判定部と、
前記燃焼安定判定部により安定した燃焼を確保できると判定されたときは、目標当量比として前記位相遅れ補正部により算出された目標当量比を維持する一方、前記燃焼安定判定部により安定した燃焼を確保できないと判定されたときは、前記目標当量比が所定の当量比リミッタより小さい場合に、目標当量比を前記当量比リミッタにステップ的に切り換える過渡時当量比補正部と、を設けた。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、過渡状態検出手段により、成層燃焼から均質燃焼への切換に応じた過渡状態が検出されたときに、前記当量比切換手段により切り換え中の当量比が均質燃焼に関する燃焼不安定領域に入ると判定された場合には、過渡時当量比補正手段を介して当量比を強制的に燃焼安定領域までステップ的に補正させることができるので、均質燃焼切換直後の過渡時に安定した燃焼性を確保することができる。
また、ＥＧＲの影響による燃焼安定性の悪化を確実に回避することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、前記過渡時当量比補正手段による当量比のステップ的な変化に対応して、点火時期を補正することができるので、燃焼安定性を確保できるばかりか、当量比のステップ的な変化に伴う機関の出力変動も抑制でき、円滑な運転性を実現することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、加速要求がある場合に、前記過渡時当量比補正手段による制御を行い、緩加速時や定常時における燃焼形態の切り換え中には、通常通り徐々に当量比を切り換えることができるので、加速要求に対して応答性良く応えることができると共に、緩加速時や定常時には最大限燃費や排気特性等を向上させることができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様に、均質燃焼切換直後の過渡時に安定した燃焼性を確保することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
アクセル操作量検出手段としてのアクセル操作量センサ１は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量を、検出する。
【００２３】
機関回転速度検出手段としてのクランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度Ｎｅを検出できる。
エアフローメータ３は、機関４への単位時間当りの吸入空気量を検出する。
【００２４】
水温センサ５は、機関４の冷却水温度を検出する。
機関４のシリンダ部には、燃焼室12内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６、燃焼室12内で火花点火を行う点火栓７が設けられる。そして、低・中負荷領域では、燃焼室12内に圧縮行程で燃料噴射することにより、燃焼室12内の点火栓７周辺に可燃混合気を層状に形成して成層燃焼を行い、高負荷領域では燃焼室７内に吸気行程で燃料噴射することによりシリンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃焼を行なうことができるようになっている。
【００２５】
また、内燃機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９開度を電子制御可能なスロットル弁制御装置10が備えられている。
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット11へ入力され、該コントロールユニット11は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル弁制御装置10を介してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。なお、以下で説明されるように、本実施形態にかかるコントロールユニット11が、本発明にかかる当量比切換手段、過渡状態検出手段、判定手段、過渡時当量比補正手段、点火時期補正手段として機能することになる。
【００２６】
ところで、本実施形態においては、機関の排気通路13から吸気通路８に排気の一部を還流するＥＧＲ通路14と、該ＥＧＲ通路14に介装されたＥＧＲ制御弁15からなるＥＧＲ装置が設けられる。該ＥＧＲ制御は、前記コントロールユニット11からの制御信号に基づいて行なわれ、前記成層燃焼時に実行されるが、成層燃焼から切り換えられる均質リーン燃焼では、既述した理由で禁止される。なお、理論空燃比でのフィードバック制御による均質燃焼時にはＥＧＲ制御が実行される。
【００２７】
また、本実施形態では、運転状態｛燃焼形態（成層燃焼、均質燃焼）も含む｝に応じて燃焼室内の空気流動を最適に制御するためのスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）制御装置（通常、ＳＣＶは吸気ポートに介装される。図示せず）が備えられている。なお、かかるＳＣＶ制御装置は、コントロールユニット11からの制御信号に基づいて開度制御されるようになっている。
【００２８】
更に、本実施形態では、吸気弁や排気弁の開閉時期やオーバーラップ量を、運転状態（燃焼形態も含む）に合わせて最適に制御できるＶＴＣ装置（図示せず）が備えられている。該ＶＴＣ装置は、既知のものを採用することができるが、例えばクランク軸に対するカム軸の位相角を可変に制御するものなどを採用することができる。なお、かかるＶＴＣ装置は、コントロールユニット11からの制御信号に基づいて制御されるようになっている。
【００２９】
図３は、本発明の一実施の形態の機能を説明する機能ブロック図である。
基本目標当量比演算部Ａは、例えば機関回転速度ＮＥと目標トルクｔＴｅ等の基本的な機関運転状態に基づいて、基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢをマップからの検索等により演算する。なお、前記目標トルクｔＴｅは、例えば前記アクセル操作量ＡＰＳと、機関回転速度ＮＥとに基づいて設定される。詳細には、水温や始動後の経過時間、車速，加速度，アイドル時の補機負荷等により、同一の機関運転状態でもリーン空燃比での運転の可否が異なり、成層燃焼と均質燃焼とが切り換えられることもあるため、目標当量比のマップが複数設けられる。
【００３０】
位相遅れ補正部Ｂは、前記基本目標当量比演算部Ａによって演算された基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対して、位相遅れ補正処理を行なう。これは、運転状態等の変化による基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢの変化に見合った目標吸入空気量になるように制御を開始しても、スロットル弁の動作遅れや吸気系の容積により吸入空気量の変化に遅れを生じるのに対し、燃焼室12内に直接燃料を供給するため燃料噴射量は殆ど遅れなく目標当量比の変化に追従できるため、実際の当量比が目標当量比の変化に対して遅れを生じるため、該遅れに見合うように位相遅れ補正を行なうものである。
【００３１】
該位相遅れ補正は詳細には、目標当量比の変化量に見合ったスロットル弁の動作遅れ分と、吸気系容積に応じた少なくとも一段の一次遅れを与えるための遅れ補正係数等を用いて処理される。なお、一次遅れ補正として加重平均を用いてもよい。また、簡易的には影響の大きい吸気系容積に応じた遅れ補正のみを行なってもよい。
【００３２】
上記の基本目標当量比演算部Ａ、位相遅れ補正部Ｂが、本発明にかかる当量比切換手段に相当する。
高速切換要求判定部Ｃは、後述する基準目標吸入空気量演算部Ｈにより演算される基準目標吸入空気量ｔＴＰの変化量や運転者のアクセル操作量ＡＰＳ（ＡＰＳの変化量など）に基づいて加速要求があるか否かを判定し、加速要求があると判定された場合には、ＥＧＲ制御弁15やＳＣＶ制御装置やＶＴＣ装置等の切り換え動作が完了するまで成層燃焼から均質燃焼への切り換えを待っていられない高速切換要求時であると判定する。なお、該高速切換要求が判定されたときには、コントロールユニット11は、直ちに、ＥＧＲ制御弁15やＳＣＶ制御装置やＶＴＣ装置の制御状態の切換操作を開始しつつ、前記位相遅れ補正処理された目標当量比に基づき燃焼形態を切り換えるようになっている。一方、高速切換要求がなく、通常の運転状態の変化による燃焼形態の切換要求時は、ＥＧＲ制御弁15やＳＣＶ制御装置やＶＴＣ装置等の制御状態の切換が完了してから、前記位相遅れ補正処理された目標当量比に基づき燃焼形態を切り換えるようになっている。
【００３３】
ここで、高速切換要求判定部Ｃの高速切換要求判定処理を具体的に、図５のフローチャートで説明する。
即ち、
Ｓ１１では、後述する基準目標吸入空気量演算部Ｈにより演算された基準目標吸入空気量ｔＴＰ（理論空燃比で運転させるときの吸入空気流量或いは燃料噴射パルス幅に相当する）を読み込む。
【００３４】
Ｓ１２では、該読み込まれたｔＴＰが、成層（燃焼）領域の上限値より大きいか否かを判定する（即ち、所定以上アクセルが踏み込まれた状態か否かを判定する）。そして、上限値以下であれば、成層燃焼を均質燃焼に切り換える要求もなく、また大きな加速要求もないので、そのまま成層燃焼を継続させることができると判断し、Ｓ１５へ進み、高速切換要求無しとして、本フローを終了する。
【００３５】
一方、上限値より大きければ、成層燃焼は継続できず、燃焼形態を均質燃焼へ切り換える必要があると判断し、Ｓ１３へ進む。
Ｓ１３では、現在のｔＴＰと、前回のｔＴＰと、の偏差が、所定値より大きいか否かを判定する（即ち、急加速要求であるか、緩加速要求であるかを判断する）。そして、ＹＥＳであれば、Ｓ１４へ進む。ＮＯであれば、緩加速要求であり通常通り比較的ゆっくりと燃焼形態を均質燃焼へ切り換えれば良いと判断し、Ｓ１５で高速切換要求無しとして、本フローを終了する。
【００３６】
Ｓ１４では、急加速要求があり、これに応答性良く応えるために、高速切換要求有りとして、本フローを終了する。
なお、本発明にかかる過渡状態検出手段として機能する燃焼形態切換判定部Ｄは、前記位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨをしきい値（「第１の所定値」に相当する。）と比較して成層燃焼と均質燃焼との実際の切換を判定する。具体的には、成層燃焼中に前記目標当量比ＴＦＢＹＡＨがしきい値以上となったときは、燃料噴射時期や点火時期を変更することにより、成層燃焼から均質燃焼への切換が実行される。均質燃焼から成層燃焼への切換は均質燃焼中に位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨがしきい値を下回ったときに実行される。
【００３７】
そして、当量比通過禁止帯処理部Ｅ、リミッタ処理部Ｆでは、以下の１〜３に示すような処理を行う。
即ち、
１）前記燃焼形態切換判定部Ｄによって成層燃焼から均質燃焼への切換が判定された後（成層燃焼から均質燃焼に切り換えられた直後の均質燃焼リーン状態が検出された後）、継続して前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨで運転したとすると、燃焼不安定領域（燃焼不安定帯）を通過することになるか否かを判定する。
【００３８】
該判定は、例えば、図６のフローチャートにより実行される。
まず、例えば燃焼形態切換直前の運転状態（機関の回転速度，負荷等) で定まるＥＧＲ率（目標ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲ）に対して、無駄時間（燃焼形態切換要求後からＥＧＲ制御弁15の動作開始までの遅れ時間）と、ＥＧＲ制御弁15の動作特性など（一次遅れ）の補正を施し、前記燃焼形態切換判定部Ｄによる成層燃焼から均質燃焼への切り換え時の吸気系へのＥＧＲガス残留量ＴＧＥＧＲＤを推定する（図６のＳ２１、Ｓ２２で実行される）。なお、推定でなく、ＥＧＲ通路14内を流れるＥＧＲ量を実測することも可能である。
【００３９】
該推定結果（或いは実測結果）のＥＧＲガス残留量ＴＧＥＧＲＤが所定値１（「第２の所定値」に相当する。）以下であるか否かを判定して、安定した燃焼を確保できるか否かを判定する（図６のＳ２３で実行される）。
２）そして、ＥＧＲガス残留量ＴＧＥＧＲＤが所定値１より大きく、安定した燃焼が確保できないと判定された場合で、現在の一次遅れ補正した目標当量比ＴＦＢＹＡＨが、高速切換過渡時当量比リミッタＨＴＦＭＮＴ（燃焼安定性を確保できる値）より小さい場合には、現在の目標当量比ＴＦＢＹＡＨをリミッタＨＴＦＭＮＴにステップ的に切り換える処理を行う（図６のＳ２４、Ｓ２５で実行される）。
【００４０】
一方、ＥＧＲガス残留量ＴＧＥＧＲＤが所定値１以下であり、安定した燃焼が確保できると判定された場合には、現在の一次遅れ補正した目標当量比ＴＦＢＹＡＨを、そのまま維持する処理を行う（図６のＳ２６で実行される）。
また、安定した燃焼が確保できないと判定された場合であっても（Ｓ２３）、現在の一次遅れ補正した目標当量比ＴＦＢＹＡＨがリミッタＨＴＦＭＮＴ以上である場合には、この目標当量比ＴＦＢＹＡＨを維持する処理を行う（図６のＳ２４、Ｓ２６で実行される）。
３）更に、現在の目標当量比ＴＦＢＹＡＨをリミッタＨＴＦＭＮＴにステップ的に切り換える場合には、通常状態（位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨで運転した場合）に比べると、当量比が大きく（空燃比がリッチに）なっているので、機関出力が増大される傾向となる。
【００４１】
そこで、点火時期補正部Ｇでは、図８に示すように、通常、位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨに見合って設定される点火時期を、ステップ的に遅角させて、機関出力の変動を防止する処理を行う。該点火時期補正部Ｇが、本発明にかかる点火時期補正手段に相当する。
なお、当量比通過禁止帯処理部Ｅ、リミッタ処理部Ｆが、本発明にかかる判定手段、過渡時当量比補正手段（又は燃焼安定判定部、過渡時当量比補正部）に相当する。
【００４２】
図４は、前記成層燃焼から均質燃焼への切換過渡時における当量比のリミッタ処理までを、フローチャートで示したものである。
即ち、
Ｓ１では、機関の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢをマップからの検索等により求めると共に、前記基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対して位相遅れ補正処理を行ない、補正値ＴＦＢＹＡＨを算出する。
【００４３】
Ｓ２では、図５のフローチャートを実行して、高速切換要求が有るか否かを判断する。ＹＥＳであれば、Ｓ３へ進む。ＮＯであれば、本フローを終了する。
Ｓ３では、高速切換過渡時当量比リミッタＨＴＦＭＮＴ（例えば、定常状態での均質燃焼時当量比リーンリミッタとすることができる）を算出して、Ｓ４へ進む。なお、運転状態毎に算出（マップ検索等）しても良いし、運転状態に拘わらず安定した燃焼が得られる値に設定することもできる。
【００４４】
Ｓ４では、前記燃焼形態切換判定部Ｄによる燃焼形態切換判定結果に基づき、均質燃焼状態か否かを判定する。ＹＥＳであれば、Ｓ５へ進み、ＮＯであれば、まだ当量比のリミッタ処理の実行の必要はないとして、本フローを終了する。
Ｓ５では、当量比のリミッタ処理を実行させ（図６のフローチャート）、本フローを終了する。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、図８に示すように、成層燃焼から均質燃焼への切換直後の過渡状態において、当量比が燃焼不安定領域に入ると判断された場合には、目標当量比を燃焼安定領域までステップ的に変化させるようにしたので、成層燃焼時に実行されていたＥＧＲにより吸気系に残留するＥＧＲガスの均質燃焼への悪影響（燃焼不安定）を回避することができる。
【００４６】
また、この目標当量比のステップ的な変化に対応して、点火時期を補正するようにしたので、燃焼安定性を確保できるばかりか、目標当量比のリッチ化に伴う機関の出力変動も抑制でき、円滑な運転性を実現することができる。
しかも、加速要求がある場合に、上記制御を行い、緩加速時や定常時における燃焼形態の切り換え中には、通常通り、一次遅れ補正後の目標当量比で運転させるようにしたので、加速要求に対して応答性良く応えることができると共に、緩加速時や定常時には最大限燃費や排気特性等を向上させることができる。
【００４７】
ここで、当量比を用いた吸入空気量と燃料噴射量の制御について、図３の機能ブロック図を参照して説明しておく。
基準目標吸入空気量演算部Ｈには、前記アクセル操作量ＡＰＳと機関回転速度Ｎｅ、又はこれらによって演算される機関の目標トルクｔＴｅと機関回転速度Ｎｅが入力され、基準当量比として理論空燃比で得られる吸入空気量に相当する値として基準目標吸入空気量ｔＴＰを、マップからの検索等により演算する。該基準目標吸入空気量ｔＴＰとしては、１吸気行程毎の吸入空気量に対応する基本燃料噴射量 (パルス幅) の他、１吸気行程毎の吸入空気量そのもの、前記エアフローメータ３で検出される単位時間当りの吸入空気量のいずれを用いてもよい。
【００４８】
目標吸入空気量演算部Ｉは、前記基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対応する目標吸入空気量ｔＴＰ’を算出する。簡易的には前記基準目標吸入空気量ｔＴＰを基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢで除算することにより求められるが、実際には基準当量比に対して基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢが異なることにより燃焼効率が異なり、必要燃料量が異なってくるので、これに応じて予め燃焼効率に応じた補正を施すことで、目標トルクと目標当量比とを同時に満たす目標吸入空気量ｔＴＰ’を求めることができる。具体的には、基準目標吸入空気量ｔＴＰを基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢで除算し、更に、基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対応する燃焼効率ＩＴＡＦで除算することで算出される。
【００４９】
目標スロットル弁開度演算部Ｊには、前記目標吸入空気量ｔＴＰ’と内燃機関回転速度Ｎｅとが入力され、目標スロットル弁開度ｔＴＰＳが演算される。該目標スロットル弁開度ｔＴＰＳは、目標吸入空気量ｔＴＰ’が得られるスロットル開度である。
前記目標スロットル弁開度ｔＴＰＳの信号は、前記スロットル弁制御装置10に入力され、これによって該スロットル弁制御装置10は、前記スロットル弁９を前記目標スロットル弁開度ｔＴＰＳになるように駆動する。
【００５０】
一方、基本燃料供給量演算部Ｋ１と補正演算部Ｋ２とによって燃料供給量が演算される。基本燃料供給量演算部Ｋ１には、前記エアフローメータ３で検出された単位時間当りの吸入空気量Ｑと、内燃機関回転速度Ｎｅとが入力され、それによって理論空燃比 (基準当量比) 時における１吸気行程当りの吸入空気量に対応する基本燃料噴射パルス幅ＴＰが演算される。
【００５１】
補正演算部Ｋ２は、前記基本燃料噴射パルス幅ＴＰに、前記目標当量比ＴＦＢＹＡＨを乗じて実効燃料噴射パルス幅ＴＥを演算し、該実効燃料噴射パルス幅ＴＥにバッテリ電圧に応じた無効パルス幅ＴＳを加えて最終的な燃料噴射パルス幅ＴＩを演算する。なお、当量比のリミッタ処理が行われた場合には、前記目標当量比ＴＦＢＹＡＨは、ＨＴＦＭＮＴにステップ的に切り換えられる。
【００５２】
そして、前記燃料噴射パルス幅ＴＩを持つ噴射パルス信号が、前記燃料噴射弁６に出力され、該燃料噴射弁６が駆動されて目標空燃比に対応した燃料量が噴射供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施の形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上の実施の形態の機能ブロック図。
【図４】同上の実施の形態の当量比リミッタ処理を実行させるまでのルーチンを示すフローチャート。
【図５】同上の実施の形態の高速切換要求の有無を判定するルーチンを示すフローチャート。
【図６】同上の実施の形態のリミッタ処理を説明するフローチャート。
【図７】同上の実施の形態のＥＧＲ率の推定方法の一例を示すタイムチャート。
【図８】同上の実施の形態の目標当量比、点火時期などの各状態の挙動を示すタイムチャート。
【図９】従来の成層燃焼→均質燃焼への切り換え時における目標当量比などの各状態の挙動を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ アクセル操作量センサ
２ クランク角センサ
３ エアフローメータ
４ 内燃機関
５ 水温センサ
６ 燃料噴射弁
９ スロットル弁
10 スロットル弁制御装置
11 コントロールユニット
12 燃焼室
14 ＥＧＲ通路
15 ＥＧＲ制御弁
Ａ 基本目標当量比演算部
Ｂ 位相遅れ補正部
Ｃ 高速切換要求判定部
Ｄ 燃焼形態切換判定部
Ｅ 当量比通過禁止帯処理部
Ｆ リミッタ処理部
Ｇ 点火時期補正部

Claims (4)

1. 燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
   切換前の燃焼形態に応じた当量比から切換後の燃焼形態に応じた当量比に徐々に切り換える当量比切換手段と、
   成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態を検出する過渡状態検出手段と、
   前記過渡状態検出手段により成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態が検出されたときに、前記当量比切換手段により切り換え中の当量比が、均質燃焼に関する燃焼不安定領域に入るか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により燃焼不安定領域に入ると判定されたときに、前記当量比切換手段により切り換え中の当量比を、強制的に燃焼安定領域までステップ的に切り換える過渡時当量比補正手段と、
   を含んで構成され、
   前記判定手段が、成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態が検出されたときの、内部ＥＧＲ量或いはＥＧＲ率、若しくは外部ＥＧＲ量或いはＥＧＲ率に基づいて、燃焼不安定領域に入るか否かを判定する内燃機関の制御装置。
2. 前記過渡時当量比補正手段による当量比の強制的な切り換え補正に応じて、点火時期を補正する点火時期補正手段を含んで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記過渡時当量比補正手段による制御が、所定の加速要求時に実行許可されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
   機関運転状態に応じた基本目標当量比を演算する基本目標当量比演算部と、
   算出された基本目標当量比に対し、吸入空気量の変化の遅れに見合う位相遅れ補正処理を施して、目標当量比を演算する位相遅れ補正部と、
   算出された目標当量比を第１の所定値と比較して、成層燃焼と均質燃焼との間で燃焼形態を切り換える時期にあることを判定する燃焼形態切換判定部と、
   前記燃焼形態切換判定部により成層燃焼から均質燃焼への切換時にあることが判定されたときに、吸気系内のＥＧＲガス残留量を推定又は測定するとともに、推定又は測定したＥＧＲガス残留量を第２の所定値と比較して、均質燃焼による安定した燃焼を確保できるか否かを判定する燃焼安定判定部と、
   前記燃焼安定判定部により安定した燃焼を確保できると判定されたときは、目標当量比として前記位相遅れ補正部により算出された目標当量比を維持する一方、前記燃焼安定判定部により安定した燃焼を確保できないと判定されたときは、前記目標当量比が所定の当量比リミッタより小さい場合に、目標当量比を前記当量比リミッタにステップ的に切り換える過渡時当量比補正部と、
   を含んで構成される内燃機関の制御装置。

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