JP2015086780A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関にトルクの変動を生じさせることなく、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り替える。【解決手段】ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り替える条件が満たされた場合、気筒内に吸入される空気量を増大させるように内燃機関を制御するとともに、リーン燃焼を行う気筒数を所定数増やすことで内燃機関で得られるトルクの予測値を計算し、計算した予測値が目標トルクに達してからリーン燃焼を行う気筒数を実際に所定数だけ増加させることによって、リーン燃焼を行う気筒数を全気筒まで所定数ずつ順々に増加させていく。【選択図】図２

Description

本発明は、リーン燃焼とストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能な内燃機関の制御装置に関する。

リーン燃焼とストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能な内燃機関における空燃比の切り替えの方法として、トルク段差が発生しないように空燃比を徐々に変化させる方法が知られている。例えば、特開平０９−０６０５４３号公報には、リーン燃焼による運転中に負荷が所定値を超えたとき、負荷の増大に応じて空燃比を徐々に理論空燃比に近づけていく方法が開示されている。

特開平０９−０６０５４３号公報 特開平０９−２２８８７５号公報 特開平０７−３３２１２８号公報 特開平０７−２７９７１０号公報 特開平０７−２７９７０７号公報 特開２００７−２３１８４９号公報

空燃比を徐々に変化させる方法では、空燃比を変化させている最中でも適正な燃焼状態を維持するように空燃比を設定する必要があり、そのための適合工数は大きなものとなる。しかし、適合が不十分である場合には、適正な燃焼を維持できずにトルク変動を生じさせてしまう。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、適合に大きな工数をかけずとも、内燃機関にトルクの変動を生じさせることなくストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り替えることのできる制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、第１の発明に係る制御装置は、リーン燃焼とストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能な内燃機関の制御装置であって、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り替える条件が満たされた場合に、気筒内に吸入される空気量を増大させるように前記内燃機関を制御する第１の手段と、前記条件が満たされた場合に、リーン燃焼を行う気筒数を所定数増やすことで前記内燃機関で得られるトルクの予測値を計算し、前記予測値が目標トルクに達してからリーン燃焼を行う気筒数を実際に前記所定数だけ増加させることによって、リーン燃焼を行う気筒数を全気筒まで前記所定数ずつ順々に増加させていく第２の手段と、を備えることを特徴とする。

第２の発明に係る制御装置は、第１の発明に係る制御装置において、前記条件が満たされた場合に、目標トルクを維持できなくなるまでは点火時期の遅角を併用することによってストイキ燃焼を全気筒で行い、ストイキ燃焼では前記目標トルクを維持できなくなってから一部の気筒をリーン燃焼に切り替える第３の手段をさらに備え、前記第２の手段は、前記第３の手段によって前記一部の気筒がストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替えられた後、リーン燃焼を行う気筒数を全気筒まで前記所定数ずつ順々に増加させていくように構成されていることを特徴とする。

第１の発明に係る制御装置によれば、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切り替えを気筒別に行い、リーン燃焼を行う気筒数を全気筒まで所定数ずつ順々に増加させていくことにより、目標トルクを維持しながら燃焼モードをストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替えることができる。これによれば、連続的に空燃比を切り替える場合のような適合は不要であるので、適合が不十分なことでトルク変動が生じる事態を防ぐことができる。

第２の発明に係る制御装置によれば、第１の発明に係る制御装置で得られる効果に加え、点火時期の遅角の併用によって目標トルクを維持できる限りはストイキ燃焼が継続されるので、全気筒でリーン燃焼が行われるようになるまでに実行されるストイキ燃焼からリーン燃焼への切り替えの回数を減らすことができるという効果も得られる。

本発明の実施の形態１のＥＣＵの制御構造を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１で実行されるリーン気筒数判定処理のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１で実行されるリーン気筒数算出処理のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１によるストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替えを示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２によるストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替えを示すタイムチャートである。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。

本実施の形態において制御対象とされる内燃機関（以下、エンジン）は、火花点火式の多気筒４サイクルレシプロエンジンである。また、このエンジンは、いわゆるリーンバーンエンジンであり、エンジンの燃焼モードとして、理論空燃比による燃焼を行うストイキモードと、理論空燃比よりもリーンな空燃比による燃焼を行うリーンモードとを選択可能に構成されている。

車両に搭載されているＥＣＵ（Electrical control Unit）は、エンジンに備えられる各種のアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。ＥＣＵにより操作されるアクチュエータには、空気量を変化させるスロットルと可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ）、筒内に燃料を供給するインジェクタ、筒内の混合気に点火する点火装置が含まれる。ＶＶＴは吸気バルブに対して設けられ、インジェクタは吸気ポートに設けられている。ＥＣＵはこれらのアクチュエータを操作してエンジンの運転を制御する。ＥＣＵによるエンジンの制御には、ストイキモードからリーンモードへ、或いは、リーンモードからストイキモードへの運転モードの切り替えが含まれている。

図１には、本実施の形態に係るＥＣＵのロジックがブロック図で示されている。ＥＣＵは、エンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００を含む。エンジンコントローラ１００は、エンジンを直接制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置に相当する。パワートレインマネージャ２００は、エンジンや電子制御式自動変速機、さらにはＶＳＣやＴＲＣ等の車両制御デバイスを含む駆動系全体を統合制御する制御装置である。エンジンコントローラ１００は、パワートレインマネージャ２００から受け取った信号に基づいてエンジンの運転を制御するように構成されている。エンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００は、いずれもソフトウェアによって実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムを読み出し、それをプロセッサによって実行することによって、エンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００のそれぞれの機能がＥＣＵにおいて実現される。

パワートレインマネージャ２００は、将来トルクを計算してエンジンコントローラ１００に送信する。将来トルクは、パワートレインマネージャ２００がエンジンに対して要求するトルクのうち、エンジンに求められる応答性が高くなく、今直ぐでなくとも近い将来に実現されればよい種類のトルクである。パワートレインマネージャ２００は、アクセルペダルの開度に基づいて要求トルクを計算する。

また、パワートレインマネージャ２００は、直近トルクを計算してエンジンコントローラ１００に送信する。直近トルクは、パワートレインマネージャ２００がエンジンに対して要求するトルクのうち、将来トルクよりも緊急性或いは優先度が高くエンジンに高い応答性が求められる種類のトルク、すなわち、今直ぐに実現することが求められる種類のトルクである。直近トルクには、電子制御式自動変速機の変速制御のために要求されるトルク、トラクション制御のために要求されるトルク、横滑り防止制御のために要求されるトルク等、車両制御システムから要求されるトルクが含まれている。パワートレインマネージャ２００は、実際にそのようなトルクが必要となるイベントが発生した場合のみ、実現したいトルクの大きさに応じた有効値を出力し、そのようなイベントが発生していない間は無効値、つまり、エンジンが出力しうる最大軸トルクよりも大きい値を出力する。

次に、エンジンコントローラ１００の構成について説明する。エンジンコントローラ１００は、大きく分けて機能部１２０、調停部１４０、実現部１６０から構成されている。

機能部１２０は、エンジンに対する種々の制御用パラメータを計算して出力する。制御用パラメータには、パワートレインマネージャ２００から送信された要求値に基づいて計算されるものと、エンジンの運転状態に関する情報に基づいて機能部１２０の内部で計算されるものとが含まれる。具体的には、制御用パラメータとして、将来トルク、将来空燃比（将来Ａ／Ｆ）、要求効率、第１直近トルク、第２直近トルク、リーン気筒数、及び要求空燃比（要求Ａ／Ｆ）が算出される。このうち、将来トルクには、パワートレインマネージャ２００から送信された将来トルクがそのまま用いられ、第２直近トルクには、パワートレインマネージャ２００から送信された直近トルクがそのまま用いられる。要求効率は、点火時期効率の要求値であって、目標空気量の計算に使用される制御用パラメータである。ＭＢＴによる高効率の運転を要求する場合には要求効率は最大値の１にされ、触媒の暖機のための低効率の運転を要求する場合には要求効率は１より小さい値にされる。将来空燃比、第１直近トルク、リーン気筒数、及び要求空燃比は、機能部１２０に含まれる燃焼切替要求部１２２にて計算される。

燃焼切替要求部１２２は、第１燃焼切替判断部１２４と第２燃焼切替判断部１３０とを含んでいる。第１燃焼切替判断部１２４は、燃焼モードの切替えを将来トルクとエンジン回転数とに基づいて判断し、その判断結果に応じて空気量と点火時期のそれぞれに関係する制御用パラメータを計算する。空気量に関係する制御用パラメータは将来空燃比であり、点火時期に関係する制御用パラメータは第１直近トルクである。将来空燃比は、トルクの空気量への変換効率を与えるパラメータであって、目標空気量の計算に使用される。燃焼モードをストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える条件が満たされた場合には、後述する要求空燃比に先行して将来空燃比が理論空燃比からリーン空燃比に切り替えられるようになっている。第１直近トルクは、燃焼モードの切り替えのための直近トルクの目標値であって、燃焼モードの切り替え時において点火時期効率の計算の切り替えに用いられる。第１直近トルクは、通常は無効値であるが、燃焼モードの切り替えの条件が満たされた場合には将来トルクと同値とされる。

第２燃焼切替判断部１３０は、燃焼モードの切替えを将来トルクと将来空燃比とに基づいて判断し、その判断結果に応じて燃料噴射に関係する制御用パラメータを計算する。リーン気筒数及び要求空燃比は、燃料噴射に関係する制御用パラメータである。第２燃焼切替判断部１３０は、リーントルク算出部１３２と要求空燃比算出部１３４とを含んでいる。リーントルク算出部１３２は、全Ｎ気筒のうちのｎ気筒でリーン燃焼を行い、残りの気筒でストイキ燃焼を行ったときのトルクを次の式にしたがって計算する。なお、次式において、ｎ気筒リーンＭＢＴトルクは、ｎ気筒でリーン燃焼を行い点火時期をＭＢＴとした場合に得られるトルクを意味し、全気筒ストイキＭＢＴトルクは、全気筒でストイキ燃焼を行い点火時期をＭＢＴとした場合に得られるトルクを意味し、全気筒リーンＭＢＴトルクは、全気筒でリーン燃焼を行い点火時期をＭＢＴとした場合に得られるトルクを意味する。リーントルク算出部１３２は、１気筒からＮ気筒（制御対象が直列４気筒エンジンである場合、Ｎ＝４）まで、１気筒ずつｎ気筒リーンＭＢＴトルクを計算する。

ｎ気筒リーンＭＢＴトルク＝（Ｎ−ｎ）÷Ｎ×全気筒ストイキＭＢＴトルク
＋ｎ÷Ｎ×全気筒リーンＭＢＴトルク

なお、リーン燃焼時は燃焼を維持することは容易ではなく、燃焼を維持できる点火時期は一意に決定する。よって、ほとんどの場合、ＭＢＴや遅角時のトルクを実現することは難しく、リーン燃焼時に維持できるトルクは１つであることから、リーンＭＢＴトルクはリーントルクと置き換えることができる。

要求空燃比算出部１３４は、将来トルク、将来空燃比、及びリーントルク算出部１３２で算出された１気筒からＮ気筒までのｎ気筒リーンＭＢＴトルクに基づいて、リーン気筒数及び要求空燃比を計算する。リーン気筒数は、リーン燃焼を行う気筒数であり、１気筒からＮ気筒まで１気筒ずつ設定することができる。要求空燃比は、エンジンで燃焼に供される混合気の空燃比に対する要求値であって、気筒ごとの燃料噴射量の計算に使用される。要求空燃比には、ストイキ燃焼のための理論空燃比とリーン燃焼のためのリーン空燃比とが含まれ、それら２つの空燃比の間で要求空燃比の切り替えが行われる。要求空燃比の切り替えは気筒ごとに行われる。

要求空燃比算出部１３４で行われる処理の内容と燃焼モードの切り替えとの関係について図２及び図３を用いて詳しく説明する。図２は、要求空燃比算出部１３４により実行されるリーン気筒数判定処理のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンの最初のステップであるステップＳ１０１では、要求空燃比算出部１３４は、将来空燃比が理論空燃比からリーン空燃比に切り替えられたかどうか判定する。この切り替えが行われた場合、ステップＳ１０２の処理を行う。ステップＳ１０２では、ストイキモードからリーンモードへの切り替え中であることを示すモード切替中フラグをオフからオンに切り替える。ステップＳ１０３では、モード切替中フラグがオンかどうか判定する。モード切替中フラグがオンになっていないのであれば、その後のステップをスキップして本ルーチンを終了する。一方、モード切替中フラグがオンになっているのであれば、次のステップの処理を実行する。

モード切替中フラグがオンになっている場合、要求空燃比算出部１３４は、ステップＳ１０４のリーン気筒数算出処理を実行する。図３は、要求空燃比算出部１３４により実行されるリーン気筒数算出処理のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンの最初のステップであるステップＳ２０１では、要求空燃比算出部１３４は、リーントルク算出部１３２で算出されたｎ気筒リーンＭＢＴトルク（ｎ＝１〜４）のうち、１気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達したかどうか判定する。なお、ここでは、後述するように目標トルクは将来トルクと同値であるとする。ステップＳ２０１の判定結果が否定的である場合、要求空燃比算出部１３４は、リーン燃焼による運転を行う気筒数はゼロのままとし、全気筒に対する要求空燃比をストイキ空燃比に維持する。

ステップＳ２０１の判定結果が肯定的である場合、要求空燃比算出部１３４は、ステップＳ２０２の処理を実行する。ステップＳ２０２では、リーントルク算出部１３２で算出された２気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達したかどうか判定する。ステップＳ２０２の判定結果が否定的である場合、要求空燃比算出部１３４は、ステップＳ２０５の処理を実行する。ステップＳ２０５では、リーン燃焼による運転を行う気筒数を１に設定する指示（１気筒リーン指示）を出すとともに、所定の１気筒に対する要求空燃比をストイキ空燃比からリーン空燃比に切り替える。

ステップＳ２０２の判定結果が肯定的である場合、要求空燃比算出部１３４は、ステップＳ２０３の処理を実行する。ステップＳ２０３では、リーントルク算出部１３２で算出された３気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達したかどうか判定する。ステップＳ２０３の判定結果が否定的である場合、要求空燃比算出部１３４は、ステップＳ２０６の処理を実行する。ステップＳ２０６では、リーン燃焼による運転を行う気筒数を２に設定する指示（２気筒リーン指示）を出すとともに、所定の２気筒に対する要求空燃比をストイキ空燃比からリーン空燃比に切り替える。

ステップＳ２０３の判定結果が肯定的である場合、要求空燃比算出部１３４は、ステップＳ２０４の処理を実行する。ステップＳ２０４では、リーントルク算出部１３２で算出された全気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達したかどうか判定する。ステップＳ２０３の判定結果が否定的である場合、要求空燃比算出部１３４は、ステップＳ２０７の処理を実行する。ステップＳ２０７では、リーン燃焼による運転を行う気筒数を３に設定する指示（３気筒リーン指示）を出すとともに、所定の３気筒に対する要求空燃比をストイキ空燃比からリーン空燃比に切り替える。

ステップＳ２０４の判定結果が肯定的である場合、要求空燃比算出部１３４は、ステップＳ２０８の処理を実行する。ステップＳ２０８では、リーン燃焼による運転を行う気筒数を４に設定する指示（全気筒リーン指示）を出すとともに、全気筒に対する要求空燃比をストイキ空燃比からリーン空燃比に切り替える。

なお、以上のルーチンでは、モードの切り替え中は１気筒ずつストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替えているが、２気筒ずつ切り替えるようにしてもよい。

再び図２に戻ってリーン気筒数判定処理に関する説明を続ける。ステップＳ１０５では、要求空燃比算出部１３４は、全気筒リーン指示を出したかどうか判定する。全気筒リーン指示を出したのであれば、ステップＳ１０６の処理を行う。ステップＳ１０６では、モード切替中フラグをオンからオフに切り替える。全気筒リーン指示を出していないのであれば、モード切替中フラグをオンに維持して本ルーチンを終了する。

再び図１に戻ってエンジンコントローラ１００の構成に関する説明を続ける。上記構成を有する機能部１２０から出力された制御用パラメータは、調停部１４０に入力される。調停部１４０は、詳しくは、将来トルク調停部１４２、効率調停部１４４、及び直近トルク調停部１４６を含んでいる。将来トルク調停部１４２は、機能部１２０から入力された将来トルクとそれと同じカテゴリのその他のトルクとを調停し、調停されたトルクをエンジンに対する目標トルクとして出力する。基本的には、目標トルクは将来トルクと同値である。将来トルク調停部１４２における調停方法としては最小値選択が用いられる。

効率調停部１４４は、機能部１２０から入力された要求効率トルクとそれと同じカテゴリのその他の効率とを調停し、調停された効率をエンジンに対する最終的な要求効率として出力する。効率調停部１４４における調停方法としては最小値選択が用いられる。燃費性能の観点からは、点火時期効率は最大値である１になっていることが好ましい。このため、効率調停部１４４から出される要求効率の値は、基本的には１であり、暖機要求等の何らかのイベントが発生した場合のみ１よりも小さい値が選択される。

直近トルク調停部１４６は、機能部１２０から入力された第１直近トルクと第２直近トルクとを調停し、調停された直近トルクをエンジンに対する最終的な直近トルクとして出力する。直近トルク調停部１４６における調停方法としては最小値選択が用いられる。第１直近トルクと第２直近トルクとは、どちらも基本的には無効値であり、特定のイベントが発生した場合のみ実現したいトルクの大きさを示す有効値に切り替えられる。したがって、直近トルク調停部１４６から出力される直近トルクも基本的には無効値であり、何らかのイベントが発生した場合のみ有効値が選択される。燃焼モードの切り替えの条件が満たされた場合には、第１直近トルクが無効値から将来トルクに切り替えられることで、直近トルク調停部１４６から出力される直近トルクは将来トルクと同値となる。

以上のように構成される調停部１４０からは、調停された目標トルク、要求効率、及び直近トルクが出力される。また、機能部１２０から調停部１４０に入力された将来空燃比、リーン気筒数、及び要求空燃比がそのまま調停部１４０から出力される。

実現部１６０は、エンジンの逆モデルに相当し、マップや関数で表された複数のモデルで構成されている。協調操作のための各アクチュエータ２、４、６、８の操作量は、実現部１６０で算出される。実現部１６０は、複数の演算ユニット１６２、１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、１７４から構成される。これらの演算ユニットのうち空気量制御に関係するものは演算ユニット１６２、１６４、１６６、１６８であり、点火時期制御に関係するものは演算ユニット１７０、１７２であり、燃料噴射量制御に関係するものは演算ユニット１７４である。以下、空気量制御に関係する演算ユニットから順に、各演算ユニットの機能について説明する。

演算ユニット１６２には、目標トルクと要求効率と将来空燃比とが入力される。演算ユニット１６２は、要求効率と将来空燃比とを用いて、目標トルクを達成するための目標空気量を目標トルクから逆算する。この計算では、要求効率及び将来空燃比は空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータとして用いられる。演算ユニット１６２は、まず、目標トルクを要求効率で除算することによって空気量制御用目標トルクを算出する。演算ユニット１６２は、次に、トルク−空気量変換マップを用いて空気量制御用目標トルクを目標空気量に変換する。トルク−空気量変換マップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。空燃比に関しては将来空燃比がマップ検索に用いられる。したがって、演算ユニット１６２では、将来空燃比のもとで空気量制御用目標トルクの実現に必要な空気量が目標空気量（目標ＫＬ）として算出される。

演算ユニット１６４は、目標空気量から吸気管圧の目標値である目標吸気管圧（目標Ｐｍ）を逆算する。目標吸気管圧の計算では、吸気バルブを通って筒内に取り込まれる空気量と吸気管圧との関係を記述したマップが用いられる。空気量と吸気管圧との関係はバルブタイミングによって変化するため、目標吸気管圧の計算では現在のバルブタイミングから上記マップのパラメータ値が決定される。

演算ユニット１６６は、目標吸気管圧に基づいてスロットル開度の目標値である目標スロットル開度（ＴＡ）を算出する。目標スロットル開度の計算では、エアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルはスロットル２の動作に対する吸気管圧の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標吸気管圧を達成するための目標スロットル開度を目標吸気管圧から逆算することができる。演算ユニット１６６で計算された目標スロットル開度は、スロットル２を駆動する信号に変換されてスロットル２へ送信される。

演算ユニット１６８は、目標空気量に基づいてバルブタイミングの目標値である目標バルブタイミング（ＶＴ）を算出する。目標バルブタイミングの計算には、空気量とバルブタイミングとをエンジン回転数を引数にして関連付けられたマップが用いられる。演算ユニット１６８で計算された目標バルブタイミングは、ＶＶＴ８を駆動する信号に変換されてＶＶＴ８へ送信される。

次に、点火時期制御に関係する演算ユニットの機能について説明する。演算ユニット１７０は、点火時期効率を算出する。演算ユニット１７０には、直近トルクと全気筒ストイキＭＢＴトルクと全気筒リーントルク（全気筒リーンＭＢＴトルク）とリーン気筒数とが入力される。直近トルクが無効値である場合、演算ユニット１７０は点火時期効率を最大値である１に固定し、直近トルクが有効値、すなわち、将来トルクである場合、演算ユニット１７０は、次の式にしたがって点火時期効率を算出する。

点火時期効率＝Ｎ÷（Ｎ−ｎ）×（将来トルク−ｎ÷Ｎ×全気筒リーントルク）
÷全気筒ストイキＭＢＴトルク

演算ユニット１７２は、点火時期効率から点火時期を算出する。詳しくは、エンジン回転数、目標トルク、空燃比等のエンジン状態量に基づいてＭＢＴを算出するとともに、点火時期効率からＭＢＴに対する遅角量を算出する。ただし、点火時期を遅角するのはストイキ燃焼を行う気筒のみであり、リーン燃焼を行う気筒は点火時期を遅角しない。点火時期効率が１であれば遅角量をゼロとし、点火時期効率が１よりも小さいほど遅角量を大きくする。そして、ＭＢＴに遅角量を足しあわせたものを最終的な点火時期として算出する。ただし、最終的な点火時期は、失火限界ガードによって制限されている。失火限界とは、失火が発生しないことが保証される最も遅角された点火時期であり、失火限界ガードは、点火時期が失火限界を超えて遅角されないように最終的な点火時期をガードしている。演算ユニット１７２で計算された点火時期は、点火装置６を駆動する信号に変換されて点火装置６へ送信される。

次に、燃料噴射量制御に関係する演算ユニットの機能について説明する。演算ユニット１７６は、要求空燃比と推定空気量とに基づき要求空燃比の達成に必要な燃料噴射量、すなわち、燃料供給量を気筒ごとに計算する。推定空気量は吸気バルブが閉じるタイミングで予測される空気量であり、前述のエアモデルの順モデルを用いてスロットル開度及びバルブタイミングに基づき算出される。演算ユニット１７６で計算された気筒ごとの燃料噴射量は、インジェクタ４を駆動する信号に変換されて各気筒のインジェクタ４へ送信される。

以上が本実施の形態に係るＥＣＵのロジックである。次に、上述のロジックにしたがってエンジン制御を実行した場合の制御結果について図を用いて説明する。

図４は、本実施の形態によるストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替え制御の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。図４において、１段目のチャートはトルクの時間変化を示している。このチャートには、目標トルク、実トルク、全気筒ストイキＭＢＴトルク、及びｎ気筒リーンＭＢＴトルク（ｎ＝１〜４）が描かれている。全気筒ストイキＭＢＴトルクとｎ気筒リーンＭＢＴトルクとは、モード切替中にのみ計算される。２段目のチャートは空気量の時間変化を示している。このチャートには、目標空気量と実空気量とが描かれている。３段目のチャートは点火時期効率の時間変化を示している。ただし、ここで示す点火時期効率はリーン気筒以外の気筒の点火時期効率である。このチャートには、点火時期の失火限界に対応する点火時期効率が併せて描かれている。４段目のチャートは将来空燃比の時間変化を示している。そして、５〜８段目のチャートは第１から第４までの各気筒に対する要求空燃比の時間変化を示している。

このタイムチャートによれば、燃焼モードの切替条件が満たされてモードの切り替えが始まると同時に、将来空燃比が離散的に増大させられる。エンジンを減速させるように低下を続けていた目標空燃比は、将来空燃比が増大することによって離散的に増大し、それに伴って実空気量は連続的に増大していく。そして、実空気量の増大に合わせてｎ気筒リーンＭＢＴトルクもそれぞれ連続的に増大していく。

やがて、１気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクよりも大きくなる。１気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達するまでは全気筒についてストイキ燃焼による運転が継続されるが、１気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達したら第１気筒の要求空燃比がストイキ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。それまでの間、目標トルクと全気筒ストイキＭＢＴトルクとの差を補償するべく、点火時期効率が１よりも小さい値に設定されて点火時期の遅角が行われる。点火時期の遅角によって実トルクは目標トルクに維持される。

やがて、２気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達したら第２気筒の要求空燃比がストイキ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。それまでの間、目標トルクと１気筒ストイキＭＢＴトルクとの差を補償するように点火時期効率が設定され、点火時期の遅角によって実トルクは目標トルクに維持される。さらに、３気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達したら第３気筒の要求空燃比がストイキ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。それまでの間、目標トルクと２気筒ストイキＭＢＴトルクとの差を補償するように点火時期効率が設定され、点火時期の遅角によって実トルクは目標トルクに維持される。そして、全気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達したら第４気筒の要求空燃比がストイキ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。それまでの間、目標トルクと３気筒ストイキＭＢＴトルクとの差を補償するように点火時期効率が設定され、点火時期の遅角によって実トルクは目標トルクに維持される。これにより、ストイキモードからリーンモードへの燃焼モードの切り替えが完了し、これ以降は全ての気筒でリーン燃焼による運転が行われる。

以上のように、本実施の形態で採用されたロジックによれば、エンジンにトルクの変動を生じさせることなくドライバの減速要求に見合ったトルクの滑らかな減少を達成しつつ、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り替えることができる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。

実施の形態２と実施の形態１とは要求空燃比算出部１３４のロジックに違いがある。ＥＣＵの全体のロジックは実施の形態１と共通であり、本実施の形態に係るＥＣＵのロジックも図１にて表すことができる。

本実施の形態では、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り替える条件が満たされた場合に、目標トルクを維持できなくなるまでは点火時期の遅角を併用することによってストイキ燃焼を全気筒で行う。そして、ストイキ燃焼では目標トルクを維持できなくなってから、一部の気筒をリーン燃焼に切り替えることによって目標トルクを維持する。要求空燃比算出部１３４は、点火時期が失火限界に達した時点において次の２つの式を満たす整数“ｉ”をリーン燃焼に切り替える気筒数として決定する。

ｉ気筒ＭＢＴトルク＞目標トルク、且つ、（ｉ＋１）気筒ＭＢＴトルク＜目標トルク

上記式に従って一部の気筒をストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替えた後、要求空燃比算出部１３４は、リーン燃焼を行う気筒数を全気筒まで所定数（１気筒或いは２気筒）ずつ順々に増加させていく。その方法は実施の形態１で説明した通りであるので説明は省略する。

次に、上述のロジックにしたがってエンジン制御を実行した場合の制御結果について図を用いて説明する。

図５は、本実施の形態によるストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替え制御の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。図５において、１〜４段目のチャートに描かれている項目は図４と共通する。５段目のチャートは第１及び第２気筒に対する要求空燃比の時間変化を示し、６段目のチャートは第３及び第４気筒に対する要求空燃比の時間変化を示している。

このタイムチャートによれば、モード切替の開始によって将来空燃比が離散的に増大させられた後、全気筒についてストイキ燃焼による運転が継続される。この間、目標トルクと全気筒ストイキＭＢＴトルクとの差を補償するように点火時期効率が調整され、点火時期の遅角によって実トルクは目標トルクに維持される。そして、点火時期効率が失火限界に対応する値に低下した時点（つまり、点火時期が失火限界まで遅角された時点）で、上述の式にしたがってストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替える気筒数が決定される。ここでは、２気筒リーンＭＢＴトルクは目標トルクよりも大きいが、３気筒リーンＭＢＴトルクは目標トルクよりも小さい。よって、リーン燃焼へ切り替えられる気筒数は２気筒であり、第１気筒及び第２気筒の要求空燃比がストイキ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。

このタイムチャートの例では、２気筒ずつストイキ空燃比からリーン空燃比へ切り替えるものとする。よって、全気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達するまでは、リーン燃焼を行う気筒数は２気筒に維持される。そして、全気筒リーンＭＢＴトルクが目標トルクに達したら第３気筒及び第４気筒の要求空燃比がストイキ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。それまでの間、目標トルクと２気筒ストイキＭＢＴトルクとの差を補償するように点火時期効率が設定され、点火時期の遅角によって実トルクは目標トルクに維持される。これにより、ストイキモードからリーンモードへの燃焼モードの切り替えが完了し、これ以降は全ての気筒でリーン燃焼による運転が行われる。

以上のように、本実施の形態で採用されたロジックによれば、実施の形態１のロジックに比較して燃焼モードの切り替え回数を少なくすることができる。

２ スロットル
４ インジェクタ
６ 点火装置
８ 可変バルブタイミング機構
１００ エンジンコントローラ
２００ パワートレインマネージャ

Claims (2)

1. リーン燃焼とストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能な内燃機関の制御装置であって、
   ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り替える条件が満たされた場合に、気筒内に吸入される空気量を増大させるように前記内燃機関を制御する第１の手段と、
   前記条件が満たされた場合に、リーン燃焼を行う気筒数を所定数増やすことで前記内燃機関で得られるトルクの予測値を計算し、前記予測値が目標トルクに達してからリーン燃焼を行う気筒数を実際に前記所定数だけ増加させることによって、リーン燃焼を行う気筒数を全気筒まで前記所定数ずつ順々に増加させていく第２の手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記条件が満たされた場合に、目標トルクを維持できなくなるまでは点火時期の遅角を併用することによってストイキ燃焼を全気筒で行い、ストイキ燃焼では前記目標トルクを維持できなくなってから一部の気筒をリーン燃焼に切り替える第３の手段をさらに備え、
   前記第２の手段は、前記第３の手段によって前記一部の気筒がストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替えられた後、リーン燃焼を行う気筒数を全気筒まで前記所定数ずつ順々に増加させていくように構成されている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。

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