JP2000154748A

JP2000154748A - 内燃機関制御装置

Info

Publication number: JP2000154748A
Application number: JP10326666A
Authority: JP
Inventors: Koji Sakakibara; 榊原　　浩二
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-11-17
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2000-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】空気過剰率の切換時の失火、トルクショック
の発生を防止する。【解決手段】アクセル開度等に応じて要求エンジント
ルクＴｙを求め（ステップ１０１）、この要求エンジン
トルクＴｙに応じて目標燃料噴射量Ｆuel と目標空気過
剰率λ0 を求める（ステップ１０２）。次に、混合気が
安定燃焼する空気過剰率の範囲と実吸入空気量に基づい
て、混合気が安定燃焼する燃料噴射量範囲の上限値Ｆma
x と下限値Ｆmin を求め（ステップ１０３）、もし、Ｆ
uel ＞Ｆmax であれば、燃料噴射量Ｆuel を上限値Ｆma
x でガード処理して燃料噴射時期ＩＪＴを均質燃焼用タ
イミングＴhomo（吸気行程）に設定する（ステップ１０
４〜１０６）。また、Ｆuel ＜Ｆmin であれば燃料噴射
量Ｆuel を下限値Ｆminでガード処理して燃料噴射時期
ＩＪＴを成層燃焼用タイミングＴstr （圧縮行程）に設
定する（ステップ１０７〜１０９）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクセル開度等に
応じて燃料噴射量を設定し、混合気が目標空気過剰率と
なるように吸入空気量を制御する内燃機関制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンの制御方式には、いわ
ゆる「空気優先方式」と「燃料優先方式」とがある。空
気優先方式は、実際の吸入空気量又は吸気管負圧に基づ
いて、混合気が目標空気過剰率となるように燃料噴射量
を設定するものである。一方、燃料優先方式は、アクセ
ル開度に応じて燃料噴射量を設定し、この燃料噴射量で
混合気が目標空気過剰率となるように目標吸入空気量を
設定し、この目標吸入空気量に応じて電子スロットルの
スロットル開度を制御して吸入空気量を制御するもので
あり、筒内噴射エンジンに採用されることが多い。

【０００３】ところで、筒内噴射エンジンやリーンバー
ンエンジンのようにリーン燃焼が可能なエンジンでは、
エンジン負荷に応じて目標空気過剰率λo を中・低負荷
域でλo ＞１（リーン）、高負荷域でλo ≦１（ストイ
キ又はリッチ）に切り換えるようにしている。

【０００４】また、リーン運転中は、三元触媒のＮＯｘ
（窒素酸化物）の浄化率が低くなるため、排気管にＮＯ
ｘ吸蔵還元型のリーンＮＯｘ触媒を設置することが多
い。このリーンＮＯｘ触媒は、排気がリーンの時に排気
中のＮＯｘを吸蔵し、リッチになった時にそれまでに吸
蔵したＮＯｘを還元浄化する。従って、リーン運転が連
続して行われる場合には、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸
蔵量が限界値に達する前に、触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回
復するために、一時的にリッチ運転に切り換えるように
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料優先方式で
は、図８に示すように、運転者がアイドル運転中にアク
セルペダルを踏み込んで加速する場合には、まず、アク
セル開度の増加に応じて目標燃料噴射量（＝実燃料噴射
量）を設定すると共に、エンジン負荷の変化（アクセル
開度の変化）に応じて目標空気過剰率λo をリーン（λ
o ＞１）からストイキ又はリッチ（λo ≦１）に切り換
え、更に燃料噴射量と目標空気過剰率λoとに基づいて
目標吸入空気量を演算し、その目標吸入空気量に応じて
電子スロットルのスロットル開度を制御して実吸入空気
量を変化させるようにしている。このため、目標吸入空
気量の変化に対して実吸入空気量の変化が遅れて、実吸
入空気量の変化が燃料噴射量の変化（目標空気過剰率λ
o の変化）よりも遅れる。この結果、燃料噴射量の変化
直後に瞬間的に実吸入空気量の遅れにより実空気過剰率
λがオーバーリッチになって失火領域に入ってしまい、
エミッションが悪化するという欠点がある。

【０００６】一方、空気優先方式では、図１０に示すよ
うに、リーン運転からリッチ運転に切り換える場合（図
１０では説明の便宜上、λo ＝２からλo ＝１に切り換
える例を示している）、まず、目標空気過剰率λo の切
り換えに応じて目標吸入空気量を設定して、その目標吸
入空気量に応じて電子スロットルのスロットル開度を制
御して実吸入空気量を変化させるようにしている。この
ため、目標空気過剰率λo の切換タイミングに対して実
吸入空気量の変化が遅れ、この遅れた実吸入空気量に対
して実空気過剰率λが切換後の目標空気過剰率λo とな
るように実燃料噴射量が制御されるため、目標空気過剰
率λo の切換直後に瞬間的に実燃料噴射量が増加してし
まい、トルクショックが発生して、ドライバビリティが
悪化するという欠点がある。

【０００７】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、目標空気過剰率の切
換時の失火やトルクショックの発生を防止することがで
きる内燃機関制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の内燃機関制御装置は、アクセル
開度等に応じて燃料噴射量を設定する燃料優先方式を採
用し、混合気が安定燃焼する安定燃焼λ範囲を安定燃焼
λ範囲設定手段で設定すると共に、吸入空気量判定手段
で検出又は推定した実吸入空気量と安定燃焼λ範囲とに
基づいて実際の空気過剰率λが安定燃焼λ範囲内となる
ように燃料噴射量を燃料噴射量制限手段によって制限す
る。

【０００９】このようにすれば、目標空気過剰率の切換
時に、実吸入空気量に応答遅れがあっても、実空気過剰
率λが安定燃焼λ範囲内となるように燃料噴射量が制限
されるため、実空気過剰率λが失火領域に入ってしまう
ことが防止され、失火によるエミッションの悪化が防止
される。しかも、アクセル開度等に応じて燃料噴射量を
設定するので、目標空気過剰率の切換時に、実吸入空気
量の応答遅れがあっても、その影響で実燃料噴射量が変
化することがなく、トルクショックの発生が防止され、
ドライバビリティが向上する。

【００１０】この場合、請求項２のように、内燃機関の
運転条件に応じて安定燃焼λ範囲を変更するようにする
と良い。このようにすれば、機関回転数、燃料噴射量、
冷却水温等の内燃機関の運転条件に応じて安定燃焼λ範
囲が変化するのに対応して、適正な安定燃焼λ範囲を設
定することができる。

【００１１】ところで、筒内噴射エンジンでは、運転中
に、燃料を圧縮行程で噴射する成層燃焼モードと、燃料
を吸気行程で噴射する均質燃焼モードとをエンジン負荷
等に応じて切り換えるようにしており、成層燃焼モード
の安定燃焼λ範囲は、一般にλ＝１．３〜３、均質燃焼
モードの安定燃焼λ範囲は一般にλ＝０．７〜１．４で
ある。従って、空気過剰率が大きく切り換えられる場合
には、その空気過剰率の切り換えに連動して適当な時期
に燃焼モード（燃焼噴射時期）を切り換える必要があ
る。

【００１２】そこで、請求項３のように、アクセル開度
等に応じて設定された燃料噴射量と前記安定燃焼λ範囲
との関係に基づいて、燃料噴射時期変更手段により燃料
噴射時期（燃焼モード）を変更するようにすると良い。
つまり、成層燃焼モードの安定燃焼λ範囲（λ＝１．３
〜３）と均質燃焼モードの安定燃焼λ範囲（λ＝０．７
〜１．４）とを考慮して、例えば、燃料噴射量により決
まる空気過剰率が現在の燃焼モードの安定燃焼λ範囲内
であるか否かにより、現在の燃料噴射時期（燃焼モー
ド）が適正であるか否かを判断して、燃料噴射時期（燃
焼モード）を切り換えるようにすれば、適正な時期に燃
料噴射時期（燃焼モード）を切り換えることができる。

【００１３】一方、筒内噴射エンジンやリーンバーンエ
ンジンのように、リーン燃焼が可能なエンジンでは、請
求項４のように、目標空気過剰率切換手段によって目標
空気過剰率を内燃機関の運転条件に応じてリーン領域と
ストイキ又はリッチ領域との間で切り換えるようにする
と良い。つまり、空気過剰率がリーン領域でも安定燃焼
できる運転条件では、目標空気過剰率をリーン領域に切
り換えて薄い混合気とすることで、燃費を向上させる。
そして、エンジン出力が要求される加速時、高速走行時
等の高負荷域では、ストイキ又はリッチ領域に切り換え
て濃い混合気とすることで、エンジン出力を高出力にし
てドライバビリティを向上させる。

【００１４】更に、請求項５のように、ＮＯｘ吸蔵還元
型の触媒を備えたシステムでは、排気の空気過剰率がリ
ーンの状態が連続している期間に窒素酸化物浄化制御手
段によって一時的にリッチの状態に切り換えることが好
ましい。このようにすれば、リーン運転が連続する場合
でも、触媒のＮＯｘ吸蔵量が限界値に達する前に、触媒
に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化して触媒のＮＯｘ吸
蔵能力を回復させることができ、ＮＯｘ浄化性能の低下
を防止できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】［実施形態（１）］以下、本発明
を筒内噴射式の内燃機関（筒内噴射エンジン）に適用し
た実施形態（１）を図１乃至図１１に基づいて説明す
る。

【００１６】まず、図１に基づいてエンジン制御システ
ム全体の概略構成を説明する。筒内噴射エンジン１１の
吸気管１２の上流部には、吸入空気量判定手段として吸
入空気量を検出するエアフローメータ１０が設けられて
いる。このエアフローメータ１０の下流側には、スロッ
トル弁１３と、これを駆動するモータ等のアクチュエー
タ１４とが設けられ、このアクチュエータ１４が電子制
御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７からの出
力信号に基づいて駆動されることで、スロットル弁１３
の開度が制御される。スロットル弁１３を通過した吸入
空気は、サージタンク１５と吸気マニホールド１６を通
して各気筒に吸入される。

【００１７】エンジン１１の各気筒の上部には、燃料を
気筒内に直接噴射する燃料噴射弁１７と点火プラグ１８
とが取り付けられ、点火プラグ１８の点火により気筒内
の混合気に着火される。エンジン１１のシリンダブロッ
クには、冷却水温を検出する水温センサ１９が取り付け
られている。エンジン１１のクランク軸２０に嵌着され
たシグナルロータ２１に対向してクランク角センサ２２
が設置され、このクランク角センサ２２の出力パルスの
周波数によってエンジン回転数が検出される。

【００１８】一方、エンジン１１の排気管２３の途中に
は、理論空燃比（ストイキ）付近で排気を浄化する三元
触媒２４とＮＯｘ吸蔵還元型のリーンＮＯｘ触媒２５と
が直列に配置されている。このリーンＮＯｘ触媒２５
は、排気中の酸素濃度が高いリーン運転中に、三元触媒
２４で浄化されなかった排気中のＮＯｘを吸蔵し、空気
過剰率λ（空燃比）がリッチに切り換えられて排気中の
酸素濃度が低下した時に、それまでに吸蔵したＮＯｘを
還元浄化する。また、アクセルペダル（図示せず）の踏
込み量（アクセル開度）は、アクセルセンサ２６によっ
て検出される。

【００１９】上述した各種センサの出力信号は、ＥＣＵ
２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピ
ュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶
媒体）に記憶された制御プログラムを実行することで、
アクセル開度等に基づいて目標燃料噴射量を算出すると
共に、この目標燃料噴射量とエンジン運転条件に基づい
て目標空気過剰率を算出し、この目標燃料噴射量で目標
空気過剰率となるように目標吸入空気量を算出し、この
目標吸入空気量に応じてスロットル弁１３の開度を制御
して実吸入空気量を変化させる。

【００２０】その際、ＥＣＵ２７は、混合気が安定燃焼
する安定燃焼λ範囲を求め、実際の空気過剰率λが安定
燃焼λ範囲内となるように燃料噴射量を制限すると共
に、その制限結果に基づいて燃焼モードを成層燃焼（リ
ーン運転）と均質燃焼（リッチ運転）との間で切り換え
る。ここで、成層燃焼は、少量の燃料を圧縮行程で噴射
して点火プラグ１８の周辺に部分的に濃いめの混合気を
形成することで、希薄な混合気を燃焼させる燃焼モード
である。一方、均質燃焼は、ストイキ付近又はそれより
も若干リッチとなるような量の燃料を吸気行程で噴射す
ることで、均質混合気を燃焼させる燃焼モードである。

【００２１】以下、ＥＣＵ２７によって実行される図２
の燃料噴射制御プログラムの処理内容を説明する。本プ
ログラムは所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し
実行される。本プログラムが起動されると、ステップ１
０１で、要求エンジントルクＴｙを次のようにして求め
る。まず、図３に示すエンジン回転数Ｎｅとアクセル開
度Ａｃとをパラメータとするエンジントルクのマップを
検索して、現在のエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａ
ｃに応じたエンジントルクＴを求め、このエンジントル
クＴに、エアコン、パワーステアリング等の補機による
補機トルクロスＴＬと、エンジン摩擦トルクＴＦと、ポ
ンピングロスＰＬとを加算して、要求エンジントルクＴ
ｙを求める。Ｔｙ＝Ｔ＋ＴＬ＋ＴＦ＋ＰＬ

【００２２】この際、エンジン摩擦トルクＴＦは、例え
ばエンジン回転数Ｎｅと冷却水温ＴＨＷとをパラメータ
するマップから求め、ポンピングロスＰＬは、例えば吸
気管圧力と排気圧とをパラメータとするマップから求め
る。

【００２３】その後、ステップ１０２で、図４（ａ）に
示すエンジン回転数Ｎｅと要求エンジントルクＴｙとを
パラメータとする目標燃料噴射量のマップを検索して、
現在のエンジン回転数Ｎｅと要求エンジントルクＴｙに
応じた目標燃料噴射量Ｆuelを求める。この目標燃料噴
射量のマップは、均質燃焼モード用のマップと成層燃焼
モード用のマップが設定され、現在の燃焼モードに応じ
ていずれか一方のマップが選択される。尚、後述するＮ
Ｏｘ還元浄化制御期間中は、均質燃焼モード用のマップ
が選択される。

【００２４】更に、このステップ１０２では、図４
（ｂ）に示すエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｆue
l とをパラメータとする目標空気過剰率のマップを検索
して、現在のエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｆue
l に応じた目標空気過剰率λo を求める。ここで、目標
空気過剰率のマップ特性は、混合気がリーンでも安定燃
焼できる運転条件では、目標空気過剰率λo がλo ＞１
に設定され、ストイキ又はリッチ領域でないと要求出力
が得られない運転条件では、目標空気過剰率λo がλo
≦１に設定されている。これにより、中・低負荷時には
リーン燃焼により燃費を向上させながら、高負荷時には
リッチ燃焼によりドライバビリティを確保する。

【００２５】その後、ステップ１０３に進み、混合気が
安定燃焼する燃料噴射量の範囲（上限値Ｆmax 及び下限
値Ｆmin ）を次のようにして算出する。まず、図５
（ａ）に示すエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｆue
l とをパラメータとする安定燃焼λ下限値のマップを検
索し、現在のエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｆue
lに応じた安定燃焼λ範囲の下限値λRichを求める。こ
の安定燃焼λ範囲の下限値λRichは、混合気が安定燃焼
できる空気過剰率λのリッチ限界であり、このリッチ限
界より濃い混合気は不完全燃焼となりやすい。更に、図
５（ｂ）に示すエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｆ
uel とをパラメータとする安定燃焼λ上限値のマップを
検索して、現在のエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量
Ｆuel に応じた安定燃焼λ範囲の上限値λLeanを求め
る。この安定燃焼λの上限値λLeanは、混合気が安定燃
焼できる空気過剰率λのリーン限界であり、このリーン
限界より薄い混合気は不完全燃焼となりやすい。

【００２６】これら安定燃焼λ範囲の下限値λRich及び
上限値λLeanのマップは、均質燃焼モード用のマップと
成層燃焼モード用のマップが設定され、現在の燃焼モー
ドに応じていずれか一方のマップが選択される。尚、後
述するＮＯｘ還元浄化制御期間中は、均質燃焼モード用
のマップが選択される。また、各マップの特性は、エン
ジン回転数Ｎｅ及び目標燃料噴射量Ｆuel が大きくなる
ほど、安定燃焼λ範囲の下限値λRich及び上限値λLean
が小さくなるように設定されている。以上のようにして
安定燃焼λ範囲の下限値λRichと上限値λLeanを求める
機能が特許請求の範囲でいう安定燃焼λ範囲設定手段に
相当する。

【００２７】この後、安定燃焼λ範囲の上限値λRichと
下限値λRichにそれぞれ対応する燃料噴射量の上限値Ｆ
max と下限値Ｆmin を次式により算出する。Ｆmax ＝Ａir／λRich Ｆmin ＝Ａir／λLean ここで、Ａirはエアフローメータ１０で検出される実吸
入空気量である。この実吸入空気量Ａirは、吸気管圧力
とエンジン回転数Ｎｅから推定するようにしても良い。

【００２８】燃料噴射量範囲の算出後、ステップ１０４
に進み、目標燃料噴射量Ｆuel が燃料噴射量上限値Ｆma
x よりも大きいか否かを判定し、もし、Ｆuel ＞Ｆmax
であれば、不完全燃焼になるおそれがあるため、ステッ
プ１０５に進み、燃料噴射量Ｆuel を上限値Ｆmax でガ
ード処理する（Ｆuel ＝Ｆmax ）。更に、この場合に
は、リッチ運転に適した均質燃焼の方が良いと判断し
て、ステップ１０６に進み、燃料噴射時期ＩＪＴを均質
燃焼用噴射タイミングＴhomo（吸気行程）に設定し、燃
焼モードを均質燃焼モードに切り換えて本プログラムを
終了する。この際、燃料噴射時期ＩＪＴは、例えば、エ
ンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｆuel とをパラメータと
する均質燃焼モード用の燃料噴射時期マップから求め
る。

【００２９】これに対して、上記ステップ１０４で、目
標燃料噴射量Ｆuel が燃料噴射量上限値Ｆmax 以下と判
定された場合には、ステップ１０７に進み、目標燃料噴
射量Ｆuel が燃料噴射量下限値Ｆmin より小さいか否か
を判定し、Ｆuel ＜Ｆmin であれば、不完全燃焼になる
おそれがあるため、ステップ１０８に進み、燃料噴射量
Ｆuel を下限値Ｆmin でガード処理する（Ｆuel ＝Ｆmi
n ）。更に、この場合には、リーン運転に適した成層燃
焼の方が良いと判断して、ステップ１０９に進み、燃料
噴射時期ＩＪＴを成層燃焼用噴射タイミングＴstr （圧
縮行程）に設定し、燃焼モードを成層燃焼モードに切り
換えて、本プログラムを終了する。この際、燃料噴射時
期ＩＪＴは、例えば、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量
Ｆuel とをパラメータとする成層燃焼モード用の燃料噴
射時期マップから求める。

【００３０】尚、目標燃料噴射量Ｆuel が下限値Ｆmin
と上限値Ｆmax の範囲内（Ｆmin ≦Ｆuel ≦Ｆmax ）の
場合は、安定燃焼できるため、目標燃料噴射量Ｆuel を
そのまま採用し、現在の燃焼モードを維持して、本プロ
グラムを終了する。上記ステップ１０４，１０５，１０
７，１０８の処理が特許請求の範囲でいう燃料噴射量制
限手段としての役割を果たし、また、ステップ１０３〜
１０９の処理が特許請求の範囲でいう燃料噴射時期変更
手段としての役割を果たす。

【００３１】ところで、前述したように、リーンＮＯｘ
触媒２５は、排気中の空気過剰率（空燃比）がリーンの
時に排気中のＮＯｘを吸蔵し、リッチに切り換わった時
にそれまでに吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。

【００３２】そこで、本実施形態（１）では、図６に示
すＮＯｘ還元浄化制御プログラムを実行することで、成
層燃焼モード中（リーン運転中）に、所定周期で空気過
剰率λをλ＞１の状態から一時的にλ＜１に切り換えて
均質燃焼（リッチ運転）させるＮＯｘ還元浄化制御を実
施し、このＮＯｘ還元浄化制御期間中にリーンＮＯｘ触
媒２５に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化して、リーン
ＮＯｘ触媒２５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるようにし
ている。

【００３３】図６に示すＮＯｘ還元浄化制御プログラム
は、所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行さ
れ、特許請求の範囲でいう窒素酸化物浄化制御手段とし
ての役割を果たす。本プログラムが起動されると、ま
ず、ステップ２０１で、現在の燃焼モードが成層燃焼モ
ードが否かを判定し、現在の燃焼モードが均質燃焼モー
ド（リッチ運転）であれば、リッチ運転に切り換える必
要がないので、以降の処理を行うことなく本プログラム
を終了する。

【００３４】その後、前述した図２の燃料噴射制御プロ
グラムのステップ１０９で、燃焼モードが成層燃焼モー
ド（リーン運転）に切り換えられると、その後、本プロ
グラムを起動した時に、ステップ２０１で、成層燃焼モ
ードと判定されて、ステップ２０２に進み、ＮＯｘ還元
浄化制御実施中か否かを判定する。ＮＯｘ還元浄化制御
実施中でなければ、ステップ２０３に進み、成層燃焼カ
ウンタＣＳＴＲをカウントアップする。この成層燃焼カ
ウンタＣＳＴＲは、ＮＯｘ還元浄化制御終了時及び均質
燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えた時に、
「０」にリセットされ、成層燃焼時間をカウントするも
のである。

【００３５】その後、ステップ２０４に進み、成層燃焼
カウンタＣＳＴＲでカウントした成層燃焼時間が所定時
間Ｔ１以上となったか否かを判定する。ここで、所定時
間Ｔ１は、成層燃焼を開始してからリーンＮＯｘ触媒２
５のＮＯｘ吸蔵量が限界値に達する時間より少し短い時
間（例えば１分程度）に設定されている。従って、成層
燃焼カウンタＣＳＴＲのカウント値（成層燃焼時間）が
所定時間Ｔ１未満の期間は、リーンＮＯｘ触媒２５にま
だＮＯｘを吸蔵する余裕が有るため、ＮＯｘ還元浄化制
御を開始せず、そのまま本プログラムを終了する。

【００３６】その後、成層燃焼カウンタＣＳＴＲでカウ
ントした成層燃焼時間が所定時間Ｔ１に達した時に、リ
ーンＮＯｘ触媒２５のＮＯｘ吸蔵量が限界値に近くなっ
たと判断して、ステップ２０５に進み、ＮＯｘ還元浄化
制御を開始する。このＮＯｘ還元浄化制御では、図７に
示すように、強制的に目標空気過剰率λo をλo ＜１
（例えばλo ＝０．８）に切り換えると共に、燃料噴射
時期ＩＪＴを均質燃焼用タイミングＴhomo（吸気行程）
に切り換えて均質燃焼（リッチ運転）させ、リーンＮＯ
ｘ触媒２５に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化して、リ
ーンＮＯｘ触媒２５のＮＯｘ吸蔵量を少なくする。この
後、ステップ２０６で、ＮＯｘ還元浄化制御カウンタＣ
ＨＯＭＯをリセットスタートさせて本プログラムを終了
する。

【００３７】ＮＯｘ還元浄化制御実施中は、ステップ２
０２からステップ２０７に進み、ＮＯｘ還元浄化制御カ
ウンタＣＨＯＭＯをカウントアップすることで、ＮＯｘ
還元浄化制御時間をカウントする。その後、ステップ２
０８に進み、ＮＯｘ還元浄化制御カウンタＣＨＯＭＯで
カウントしたＮＯｘ還元浄化制御時間が所定時間Ｔ２以
上となったか否かを判定する。ここで、所定時間Ｔ２
は、ＮＯｘ還元浄化制御を開始してからリーンＮＯｘ触
媒２５のＮＯｘ吸蔵性能が十分に回復するまでに要する
時間（例えば１秒程度）に設定されている。従って、Ｎ
Ｏｘ還元浄化制御カウンタＣＨＯＭＯのカウント値（Ｎ
Ｏｘ還元浄化制御時間）が所定時間Ｔ２未満の期間は、
ＮＯｘ還元浄化制御を継続する。

【００３８】その後、ＮＯｘ還元浄化制御カウンタＣＨ
ＯＭＯでカウントしたＮＯｘ還元浄化制御時間が所定時
間Ｔ２に達した時に、リーンＮＯｘ触媒２５のＮＯｘ吸
蔵性能が十分に回復したと判断して、ステップ２０９に
進み、目標空気過剰率λo をλo ＞１に戻す（図７参
照）と共に、燃料噴射時期ＩＪＴを成層燃焼用タイミン
グＴstr （圧縮行程）に戻して、ＮＯｘ還元浄化制御を
終了し、成層燃焼モードに復帰する。この後、ステップ
２１０で、成層燃焼時間カウンタＣＳＴＲをリセットス
タートさせて本プログラムを終了する。

【００３９】以上説明した本実施形態（１）の燃料噴射
制御の効果を図８乃至図１１を用いて説明する。図８
（従来の燃料優先方式の制御）と図９（本実施形態
（１）の燃料噴射制御）は、運転者がアイドル運転中に
アクセルペダルを踏み込んで加速する場合の一例を示し
ている。この場合、アクセル開度の増加に応じて目標燃
料噴射量を設定すると共に、エンジン負荷の変化（アク
セル開度の変化）に応じて目標空気過剰率λo をリーン
（λo ＞１）からストイキ又はリッチ（λo ≦１）に切
り換え、更に、目標燃料噴射量と目標空気過剰率λo と
に基づいて目標吸入空気量を演算し、その目標吸入空気
量に応じてスロットル弁１３の開度を制御して実吸入空
気量を変化させる。このため、目標吸入空気量の変化に
対して実吸入空気量の変化が遅れて、実吸入空気量の変
化が目標燃料噴射量の変化（目標空気過剰率λo の変
化）よりも遅れる。ここまでの事情は、本実施形態
（１）も従来の燃料優先方式と同じである。

【００４０】従来の燃料優先方式では、目標燃料噴射量
と実燃料噴射量とが同一であるため、実吸入空気量の変
化が目標燃料噴射量（実燃料噴射量）の変化よりも遅れ
ると、図８に示すように、実燃料噴射量の変化直後に瞬
間的に実吸入空気量の遅れにより実空気過剰率λがオー
バーリッチになって失火領域に入ってしまい、エミッシ
ョンが悪化するという欠点がある。

【００４１】これに対して、図９に示す本実施形態
（１）の燃料噴射制御では、混合気が安定燃焼できる安
定燃焼λ範囲と実吸入空気量とに基づいて、燃料噴射量
の上限値Ｆmax と下限値Ｆmin を設定し、この上限値Ｆ
max と下限値Ｆmin で実燃料噴射量を制限することで、
実空気過剰率λが安定燃焼λ範囲内となるように制御す
る。従って、目標空気過剰率λo の切換時に、実吸入空
気量に応答遅れがあっても、実空気過剰率λが失火領域
に入ってしまうことが防止され、失火によるエミッショ
ンの悪化が防止される。

【００４２】一方、図１０（従来の空気優先方式の制
御）と図１１（本実施形態（１）の燃料噴射制御）は、
成層燃焼の定速走行時（アクセル開度一定時）に、リー
ンＮＯｘ触媒２５に吸蔵したＮＯｘを還元浄化するた
め、リーン運転から一時的にリッチ運転に切り換える例
を示している。尚、実際にＮＯｘ還元浄化を行う場合に
は、目標空気過剰率λo を０．８程度に切り換えるが、
図１０及び図１１では、説明の便宜上、λo ＝２からλ
o ＝１に切り換える例を示している。

【００４３】図１０に示す従来の空気優先方式の制御で
は、リーン運転中に、目標空気過剰率λo をλo ＝２か
らλo ＝１に切り換える場合には、まず目標空気過剰率
λoの切り換えに応じて目標吸入空気量を設定し、その
目標吸入空気量に応じてスロットル弁１３の開度を制御
して実吸入空気量を変化させるため、目標空気過剰率λ
o の切換タイミングに対して実吸入空気量の変化が遅
れ、この遅れた実吸入空気量に対して実空気過剰率λが
切換後の目標空気過剰率λo となるように実燃料噴射量
が制御される。このため、目標空気過剰率λo の切換直
後に瞬間的に実燃料噴射量が増加してしまい、トルクシ
ョックが発生して、ドライバビリティが悪化するという
欠点がある。

【００４４】これに対して、図１１に示す本実施形態
（１）の燃料噴射制御では、燃料優先方式を採用してい
るので、実吸入空気量の影響を受けることなく燃料噴射
量が制御される。このため、目標空気過剰率λo の切換
時に、実吸入空気量の応答遅れがあっても実燃料噴射量
が多くなってしまうことがなく、トルクショックの発生
が防止され、ドライバビリティが向上する。

【００４５】また、本実施形態（１）では、エンジン回
転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｆuel に応じて安定燃焼λ範
囲（上限値λLeanと下限値λRich）を変更するようにし
たので、エンジン回転数Ｎｅや目標燃料噴射量Ｆuel に
応じて安定燃焼λ範囲が変化するのに対応して、適正な
安定燃焼λ範囲を設定することができる。尚、安定燃焼
λ範囲は、冷却水温等の他のエンジン運転条件によって
も変化するため、エンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量
Ｆuel に加えて、冷却水温等の他のエンジン運転条件も
考慮して安定燃焼λ範囲を設定したり、或は、エンジン
回転数Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｆuel 、冷却水温等の他の
エンジン運転条件のうちの少なくとも１つのエンジン運
転条件に基づいて安定燃焼λ範囲を変更するようにして
も良い。勿論、制御を簡略化するために、安定燃焼λ範
囲を燃焼モード毎に固定しても良い。

【００４６】更に、本実施形態（１）では、実空気過剰
率λを安定燃焼λ範囲内とするのに実燃料噴射量を制限
する必要があるか否かにより、現在の燃料噴射時期（燃
焼モード）が適正か否かを判断して、燃料噴射時期（燃
焼モード）を切り換えるようにしたので、目標空気過剰
率λo の切換に伴って適正な時期に燃料噴射時期を切り
換えることができる。しかし、本発明は、燃料噴射時期
の設定を例えば要求エンジントルクとエンジン回転数を
パラメータとするマップ等により行っても良い。

【００４７】［実施形態（２）］本発明の実施形態
（２）では、前記実施形態（１）で用いた図２の燃料噴
射制御プログラムに代えて、図１２に示す燃焼噴射制御
プログラムを実行する。図１２の燃料噴射制御プログラ
ムが起動されると、まず、ステップ３０１で、図２のス
テップ１０１と同じ方法で要求エンジントルクＴｙを算
出した後、ステップ３０２に進み、図２のステップ１０
２と同じ方法で均質燃焼用の目標燃料噴射量Ｆhomoと成
層燃焼用の目標燃料噴射量Ｆstr の両方を算出すると共
に、目標空気過剰率λo を算出する。次のステップ３０
３で、図２のステップ１０３と同じ方法で、均質燃焼用
の燃料噴射量範囲（上限値Ｆmaxh，下限値Ｆminh）及び
成層燃焼用の燃料噴射量範囲（上限値Ｆmaxs，下限値Ｆ
mins）の両方を算出する。

【００４８】この後、ステップ３０４で、現在の燃焼モ
ードが均質燃焼モードか否かを判定し、現在の燃焼モー
ドが均質燃焼モードであれば、ステップ３０５に進み、
均質燃焼用の目標燃料噴射量Ｆhomoが均質燃焼用の燃料
噴射量上限値Ｆmaxhより大きいか否かを判定し、もしＦ
homo＞Ｆmaxhであれば、失火するおそれがあるため、ス
テップ３０６に進み、燃料噴射量Ｆuel を均質燃焼用の
燃料噴射制限量上限値Ｆmaxhでガード処理する（Ｆuel
＝Ｆmaxh）。

【００４９】これに対して、ステップ３０５で、Ｆhomo
≦Ｆmaxhと判定された場合には、ステップ３０７に進
み、均質燃焼用の目標燃料噴射量Ｆhomoが均質燃焼用の
燃料噴射量下限値Ｆminhより小さいか否かを判定し、も
し、Ｆhomo＜Ｆminhであれば、現在の燃焼モード（均質
燃焼モード）では失火するおそれがあるため、リーン運
転に適した成層燃焼の方が良いと判断して、ステップ３
０８に進み、目標燃料噴射量Ｆuel を成層燃焼用の目標
燃料噴射量Ｆstr に切り換えると共に、燃料噴射時期Ｉ
ＪＴを成層燃焼用タイミングＴStr （圧縮行程）に設定
して、燃焼モードを成層燃焼モードに切り換える。ま
た、均質燃焼用の目標燃料噴射量Ｆhomoが均質燃焼用の
燃料噴射量下限値Ｆminhと上限値Ｆmaxhの範囲内（Ｆmi
nh≦Ｆhomo≦Ｆmaxh）の場合には、現在の燃焼モード
（均質燃焼モード）で安定燃焼できるため、目標燃料噴
射量Ｆhomoをそのまま採用し、現在の燃焼モード（均質
燃焼モード）を維持する。

【００５０】一方、現在の燃焼モードが成層燃焼モード
の場合は、ステップ３０４からステップ３０９に進み、
成層燃焼用の目標燃料噴射量Ｆstr が成層燃焼用の燃料
噴射量上限値Ｆmaxsよりも大きいか否かを判定し、も
し、Ｆstr ＞Ｆmaxsであれば、現在の燃焼モード（成層
燃焼モード）では失火するおそれがあるため、リッチ運
転に適した均質燃焼の方が良いと判断して、ステップ３
１０に進み、目標燃料噴射量Ｆuel を均質燃焼用の目標
燃料噴射量Ｆhomoに切り換えると共に、燃料噴射時期Ｉ
ＪＴを均質燃焼用タイミングＴhomo（吸気行程）に設定
し、燃焼モードを均質燃焼モードに切り換える。

【００５１】これに対して、ステップ３０９で、Ｆstr
≦Ｆmaxsと判定された場合には、ステップ３１１に進
み、成層燃焼用の目標燃料噴射量Ｆstr が成層燃焼用の
燃料噴射量下限値Ｆminsより小さいか否かを判定し、も
し、Ｆstr ＜Ｆminsであれば、現在の燃焼モード（成層
燃焼モード）では失火するおそれがあるため、ステップ
３１２に進み、燃料噴射量Ｆuel を成層燃焼用の燃料噴
射量下限値Ｆminsでガード処理する（Ｆuel ＝Ｆmin
s）。また、成層燃焼用の目標燃料噴射量Ｆstr が成層
燃焼用の燃料噴射量下限値Ｆminsと上限値Ｆmaxsの範囲
内（Ｆmins≦Ｆstr ≦Ｆmaxs）の場合には、現在の燃焼
モード（成層燃焼モード）で安定燃焼できるため、目標
燃料噴射量Ｆstr をそのまま採用し、現在の燃焼モード
（成層燃焼モード）を維持する。

【００５２】以上説明した実施形態（２）によれば、均
質燃焼用の目標燃料噴射量Ｆhomoと成層燃焼用の目標燃
料噴射量Ｆstr の両方を算出しておき、燃焼モードを切
り換える際に、燃料噴射時期ＩＪＴの切換と同時に、目
標燃料噴射量Ｆuel を切換先の燃焼モードの目標燃料噴
射量に切り換えるので、燃焼モードの切換を一層スムー
ズに行うことができる。

【００５３】尚、上記各実施形態は、いずれも本発明を
筒内噴射エンジンに適用したものであるが、リーンバー
ンエンジン等、エンジン運転条件に応じて目標空気過剰
率を切り換えるエンジンに本発明を適用して実施でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（１）におけるシステム全体
の概略構成を示す図

【図２】本発明の実施形態（１）における燃料噴射制御
プログラムの処理の流れを示すフローチャート

【図３】エンジントルクのマップを概念的に示す図

【図４】（ａ）は目標燃料噴射量のマップを概念的に示
す図、（ｂ）は目標空気過剰率のマップを概念的に示す
図

【図５】（ａ）は安定燃焼λ範囲の下限値のマップを概
念的に示す図、（ｂ）は安定燃焼λ範囲の上限値のマッ
プを概念的に示す図

【図６】ＮＯｘ還元浄化制御プログラムの処理の流れを
示すフローチャート

【図７】成層燃焼モード中にＮＯｘ還元浄化制御を行う
場合の目標空気過剰率、目標燃料噴射量、目標吸入空気
量の挙動を示すタイムチャート

【図８】従来の燃料優先方式の制御における加速時の挙
動を示すタイムチャート

【図９】実施形態（１）の燃料噴射制御における加速時
の挙動を示すタイムチャート

【図１０】従来の空気優先方式の制御におけるＮＯｘ還
元浄化制御時の挙動を示すタイムチャート

【図１１】実施形態（１）の燃料噴射制御におけるＮＯ
ｘ還元浄化制御時の挙動を示すタイムチャート

【図１２】本発明の実施形態（２）における燃料噴射制
御プログラムの処理の流れを示すフローチャート

【符号の説明】

１０…エアフローメータ（吸入空気量判定手段）、１１
…筒内噴射エンジン（筒内噴射式内燃機関）、１３…ス
ロットル弁、１７…燃料噴射弁、２２…クランク角セン
サ、２５…リーンＮＯｘ触媒、２６…アクセルセンサ、
２７…ＥＣＵ（安定燃焼λ範囲設定手段，燃料噴射量制
限手段，燃料噴射時期変更手段，窒素酸化物浄化制御手
段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｌ３３０３３０Ａ 41/34 41/34 ＥＦターム(参考） 3G091 AA12 AA17 AA24 AB03 AB05 BA00 CB02 CB03 CB07 EA01 EA05 EA07 EA16 FA17 FA19 FB12 HA08 3G301 HA01 HA04 HA16 JA04 JA23 KA11 LA03 LB04 MA01 MA14 MA18 NC02 NE13 NE17 NE19 NE23 PA00Z PA01Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクセル開度等に応じて燃料噴射量を設
定し、この燃料噴射量で混合気が目標空気過剰率となる
ように吸入空気量を制御する内燃機関制御装置におい
て、実際の吸入空気量（以下「実吸入空気量」という）を検
出又は推定する吸入空気量判定手段と、混合気が安定燃焼する空気過剰率λの範囲（以下「安定
燃焼λ範囲」という）を設定する安定燃焼λ範囲設定手
段と、前記実吸入空気量と前記安定燃焼λ範囲とに基づいて実
際の空気過剰率λが前記安定燃焼λ範囲内となるように
前記燃料噴射量を制限する燃料噴射量制限手段とを備え
ていることを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】前記安定燃焼λ範囲設定手段は、内燃機
関の運転条件に応じて前記安定燃焼λ範囲を変更するこ
とを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項３】前記アクセル開度等に応じて設定された
燃料噴射量と前記安定燃焼λ範囲との関係に基づいて燃
料噴射時期を変更する燃料噴射時期変更手段を備えてい
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制
御装置。
【請求項４】前記目標空気過剰率を内燃機関の運転条
件に応じてリーン領域とストイキ又はリッチ領域との間
で切り換える目標空気過剰率切換手段を備えていること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機
関制御装置。
【請求項５】排気の空気過剰率がリーンの時に排気中
の窒素酸化物を吸蔵し且つリッチになった時にそれまで
に吸蔵した窒素酸化物を還元浄化する触媒と、排気の空気過剰率がリーンの状態が連続している期間に
一時的にリッチの状態に切り換える窒素酸化物浄化制御
手段とを備えていることを特徴とする請求項１乃至４の
いずれかに記載の内燃機関制御装置。