JP3550803B2 - 内燃機関の安定度制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は内燃機関の安定度制御装置に関し、詳しくは、所謂リーン燃焼機関における燃料の噴射時期制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃費向上を目的として、機関に供給する混合気の空燃比を所定の運転領域にて理論空燃比（１４．７）よりリーン側の空燃比（例えば２２付近）に設定するようにした所謂リーン燃焼機関が提案されている。
かかるリーン燃焼機関では、空燃比のリーン化により燃費向上を果たせるが、空燃比のリーン化を進めると、機関の燃焼安定度が低下することになる。
【０００３】
そこで、リーン燃焼時に、機関の安定度が許容限界を越えない範囲で空燃比を最大限にリーン化させるようにした空燃比制御装置が従来あった（特開平６１７３７４２号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記リーン燃焼機関においては、通常の三元触媒ではリーン燃焼時に発生するＮＯｘを浄化することができないため、リーン燃焼時にＮＯｘを還元浄化できるリーンＮＯｘ触媒を備えるようにしている。
前記リーンＮＯｘ触媒は、例えば基材の一部にゼオライトを用いる一方、反応を促進する活性貴金属として従来の三元触媒に用いられている白金とロジウムの他にイリジウムを加えて構成され、リーン燃焼時の酸化雰囲気中におけるＨＣ存在下でＮＯｘを還元し得るよう構成したものである。
【０００５】
かかるリーンＮＯｘ触媒においては、ＮＯｘを還元するＨＣ量によってＮＯｘの還元量が決定されるため、上記のように、燃費向上のために空燃比のリーン化を進めた場合には、ＮＯｘを還元するために必要とされるＨＣ量が不足して、ＮＯｘの転換率を良好に保てなくなる惧れがあった。
そこで、特開平３−２１７６４０号公報に開示されるものでは、ＨＣの排出量が、空燃比に相関して変化する一方、燃料の噴射時期によっても変化する特性に鑑み、前記リーンＮＯｘ触媒を備えたリーン燃焼機関において、ＮＯｘ浄化用としてのＨＣの不足が判定されたときに、ＨＣ量を増加させるように噴射時期を変更するようにしている。
【０００６】
しかしながら、図４に示すように、噴射時期の変更によってＨＣ量を増大させると、同時に機関の燃焼安定度を悪化させることになってしまうため、前記従来の噴射時期制御では、燃焼安定度を維持しつつ、ＮＯｘ処理に必要なＨＣ量の確保して、リーンＮＯｘ触媒の転換効率を良好に維持させることが困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、リーンＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化に要求されるＨＣ量を最大限に確保しつつ、機関の安定度が悪化することを確実に回避できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置は、図１に示すように構成される。
図１において、シーケンシャル噴射手段は、機関の各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて各気筒毎に個別に燃料を噴射供給する。また、リーン燃焼制御手段は、シーケンシャル噴射手段で噴射供給される燃料によって形成される混合気の空燃比を少なくとも所定の運転領域にて理論空燃比よりもリーン側に設定する。
【０００９】
一方、リーンＮＯｘ触媒は、酸化雰囲気中のＨＣ存在下でＮＯｘを還元する触媒であって、機関の排気系に備えられる。
ここで、噴射時期フィードバック制御手段は、リーン燃焼制御手段で空燃比をリーン空燃比に設定しているときに、安定度検出手段で検出される機関の安定度が目標レベルよりも悪化しない範囲で、前記シーケンシャル噴射手段における噴射終了時期を吸気弁の最大リフト時期に近づけるようにフィードバック制御する。
【００１０】
請求項２の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置では、前記噴射時期フィードバック制御手段が、前記安定度検出手段で検出される安定度が目標レベルよりも悪化しているときに、前記シーケンシャル噴射手段における噴射終了時期を進角し、前記安定度検出手段で検出される安定度が目標レベルよりも安定しているときに、前記シーケンシャル噴射手段における噴射終了時期を遅角する一方、前記噴射終了時期の最大遅角時期を吸気弁の最大リフト時期に制限する構成とした。
請求項３の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置では、車速を目標車速に一致させるべく機関出力を制御する自動定速走行装置の作動の有無に応じて、前記噴射時期フィードバック制御手段における目標レベルを変更する定速走行による目標レベル変更手段を設ける構成とした。
【００１１】
請求項４の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置では、機関と組み合わされる自動変速機におけるロックアップ機構の作動の有無に応じて、前記噴射時期フィードバック制御手段における目標レベルを変更するロックアップによる目標レベル変更手段を設ける構成とした。
請求項５の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置では、機関と組み合わされる変速機における変速比に応じて、前記噴射時期フィードバック制御手段における目標レベルを変更する変速比による目標レベル変更手段を設ける構成とした。
【００１２】
【作用】
請求項１の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、実際の安定度が目標レベルよりもより安定しており、安定度に余裕があるときには、噴射終了時期を吸気弁の最大リフト時期により近づけるようにし、逆に安定度が目標レベルを越えて悪化したときには、前記最大リフト時期から離れる方向に噴射終了時期を変更する。噴射終了時期を吸気弁の最大リフト時期付近にすると、一般的には安定度が悪化すると共にＨＣ量が増大するので、安定度が目標レベルよりも悪化しない範囲で噴射終了時期を前記最大リフト時期に近づけるようにすれば、安定度を許容範囲内に抑制しつつＨＣ量を最大限に増大させることが可能である。
【００１３】
請求項２の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、安定度が目標レベルよりも悪化しているときに噴射終了時期を進角し、安定度が目標レベルよりも安定しているときに噴射終了時期を遅角するが、前記噴射終了時期の最大遅角時期を吸気弁の最大リフト時期に制限することで、安定度が目標レベルよりも悪化しない範囲で噴射終了時期が吸気弁の最大リフト時期に近づけられる。
【００１４】
請求項３の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、自動定速走行装置の作動の有無によって前記目標レベル、即ち、安定度の許容限界を変更する。自動定速走行装置の作動時には、非作動時に比して安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、安定度の悪化方向に目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにする。
【００１５】
請求項４の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、自動変速機のロックアップ機構の作動の有無によって前記目標レベル、即ち、安定度の許容限界を変更する。ロックアップ機構の非作動時には、作動時（直結状態）に比して、安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、安定度の悪化方向に目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにする。
【００１６】
請求項５の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、変速機における変速比に応じて前記目標レベル、即ち、安定度の許容限界を変更する。変速比が高速側になると、低速側に比して、安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、安定度の悪化方向に目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにする。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
図２は第１実施例のシステム構成を示している。
この図２において、内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から、スロットル弁３、吸気マニホールド４を介して、空気が吸入される。吸気マニホールド４の各ブランチ部にはそれぞれ各気筒毎に電磁式燃料噴射弁５が設けられており、各燃料噴射弁５からそれぞれ噴射される燃料により混合気が形成される。そして、混合気は各燃焼室内で点火栓６により点火されて燃焼する。
【００１８】
各燃料噴射弁５は、後述するコントロールユニット１２からの各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて出力される駆動パルス信号によりそれぞれ個別に通電されて開弁し、所定圧力に調整された燃料を各気筒毎に噴射する構成であり、前記駆動パルス信号のパルス幅により燃料噴射量が制御される構成となっている。即ち、本実施例の燃料噴射システムは、機関の各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて各気筒毎に個別に燃料を噴射供給するシーケンシャル噴射方式である（シーケンシャル噴射手段）。
【００１９】
機関１からの排気は、排気マニホールド７を経て、排気管８に至る。
この排気管８の途中には、酸化雰囲気中（排気空燃比がリーン状態）でＨＣによってＮＯｘを還元可能なリーンＮＯｘ触媒９が介装されている。そして、排気は前記リーンＮＯｘ触媒９を通過することでＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘが転換された後、マフラー１１を経て排出される。
【００２０】
前記リーンＮＯｘ触媒９は、例えば基材の一部にゼオライトを用いる一方、反応を促進する活性貴金属として従来の三元触媒に用いられている白金とロジウムの他にイリジウムを加えて構成され、リーン燃焼時の酸化雰囲気中でもＨＣによってＮＯｘを還元し得る触媒である。
燃料噴射弁５の作動を制御するコントロールユニット１２は、マイクロコンピュータを内蔵するもので、各種のセンサから信号が入力されている。
【００２１】
前記各種のセンサとしては、スロットル弁３の上流側で機関１の吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ１３、機関１のカム軸回転から基準クランク角信号及び単位クランク角信号を出力し間接的に機関回転数Ｎを検出できるクランク角センサ１４、機関１のウォータジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１５、点火栓６の座金として取付けられ筒内圧力Ｐを検出する圧電型の筒内圧センサ１６等が設けられている。
【００２２】
図３は、前記リーンＮＯｘ触媒９におけるＮＯｘ転換効率と、ＨＣ量／ＮＯｘ量との相関を示す。この図から明らかなように、ＮＯｘ量に対してＨＣ量が多いほどＮＯｘ転換効率は増加する。
ここで、図４に示すように、燃料噴射弁５による噴射終了時期を吸気弁開時期の中央付近（最大リフト時期付近）に近づけることでＨＣ量を増大させることができるが、ＨＣ量の増大に対応して安定度が悪化する。従って、安定度が許容限界を越えない範囲で、噴射終了時期を吸気弁開時期の中央付近（最大リフト時期付近）になるべく近づけるようにすれば、要求される安定度を維持しつつＮＯｘ転換効率を高めてＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００２３】
そこで、コントロールユニット１２は、第１実施例において図５及び図６のフローチャートに示すようにして前記燃料噴射弁５による燃料の噴射終了時期を制御するようになっている。
尚、第１実施例において、リーン燃焼制御手段，噴射時期フィードバック制御手段，安定度検出手段としての機能は、前記図５及び図６のフローチャートに示すように、コントロールユニット１２がソフトウェア的に備えている。
【００２４】
図５及び図６のフローチャートに示す噴射制御ルーチンは、所定時間毎に実行されるようになっており、まず、ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下同様）では、エアフローメータ１３からの信号に基づいて吸入空気流量Ｑを検出する。
ステップ２では、クランク角センサ１４からの信号に基づいて機関回転数Ｎを検出する。
【００２５】
ステップ３では、吸入空気流量Ｑと機関回転数Ｎとから、理論空燃比相当の基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）を計算する。
ステップ４では、水温センサ１５からの信号に基づいて冷却水温度Ｔｗを検出する。
ステップ５では、冷却水温度Ｔｗに基づいて、暖機中に燃料噴射量を増量補正するための水温補正係数ＫＴＷを計算する。
【００２６】
ステップ６では、冷却水温度Ｔｗが所定温度（例えば７０℃）以上か否かを判定し、所定温度以上の場合にステップ７へ進む。
ステップ７では、図７に示すように、理論空燃比付近を目標空燃比とすべき運転領域（三元領域）と、理論空燃比よりもリーンであるリーン空燃比を目標空燃比とすべき運転領域（リーン領域）とを、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐ（機関負荷代表値）とにより予め区分したマップを参照する。
【００２７】
ステップ８では、前記ステップ７での参照結果について、リーン空燃比制御領域か否かを判定し、リーン空燃比制御領域の場合にステップ９へ進む。
ステップ９では、筒内圧センサ１６からの信号に基づいて検出される筒内圧力Ｐのデータから、図示平均有効圧Ｐｉを計算する。
図示平均有効圧Ｐｉとは、筒内圧力Ｐ×行程変化ΔＶをクランク角 ７２０°で積分したものである。従って、Ｐｉ＝ΣＰ（Ａ） ×ΔＶ（Ａ） である（Ａはクランク角で、０〜 ７２０°）。
【００２８】
ステップ１０では、図示平均有効圧Ｐｉの変動率Ｃｐｉを次式により計算する。
Ｃｐｉ＝〔（Σ（Ｐｉｍ −Σ（Ｐｉｍ ／２０））２ ）／２０〕１／２ ／Σ（Ｐｉｍ ／２０）
Ｐｉの添字ｍは、４サイクルを１セットとする回数を示し、ｍ＝１〜２０であり、上式に示すように、前記変動率Ｃｐｉは、Ｐｉ２０データの平均値とＰｉ２０データの標準偏差との比である。この図示平均有効圧変動率Ｃｐｉは、図４に示したように安定度と相関している。
【００２９】
ステップ１１では、図８に示すように、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐ（機関負荷代表値）とに応じて予め基本噴射終了時期ＣＡｏを記憶したテーブルを参照し、現在の運転条件に対応する基本噴射終了時期ＣＡｏを求める。
前記基本噴射終了時期ＣＡｏは、例えば図８に示すように、リーン空燃比制御領域では３０°ＡＴＤＣ付近に、また、理論空燃比制御領域では−９０°ＡＴＤＣ付近に設定されるようにしてある。
【００３０】
ステップ１２では、前記基本噴射終了時期ＣＡｏのテーブルにおける参照領域が変化したか否かを判別する。
参照領域（基本噴射終了時期ＣＡｏ）に変化がない場合には、ステップ１３へ進み、前記変動率Ｃｐｉと目標レベルＳＬとを比較する。ここでは、予め前記変動率Ｃｐｉの許容範囲を求めておき、該許容範囲における最大値を前記目標レベルＳＬとして固定設定している。
【００３１】
前記変動率Ｃｐｉが目標レベルＳＬを越えていない場合には、ステップ１４へ進み、前回までに設定されていた噴射終了時期ＣＡに所定値ΔＣＡを加算し、該加算結果を今回の噴射終了時期ＣＡとしてセットする。前記所定値ΔＣＡの加算によって、噴射終了時期ＣＡは、より遅れた時期となって吸気弁の最大リフト時期に近づくことになる。噴射終了時期ＣＡを吸気弁の最大リフト時期に近づける方向に変更することは、図４に示すように、安定度が悪化して変動率Ｃｐｉを増大させることになると共に、ＨＣ量を増やすことにもなる。
【００３２】
一方、前記変動率Ｃｐｉが目標レベルＳＬを越えている場合には、ステップ１５へ進み、前回までに設定されていた噴射終了時期ＣＡから所定値ΔＣＡを減算し、該減算結果を今回の噴射終了時期ＣＡとしてセットする。前記所定値ΔＣＡの減算によって、噴射終了時期ＣＡは、より進んだ時期となって吸気弁の最大リフト時期から遠ざかることになる。噴射終了時期ＣＡを吸気弁の最大リフト時期から遠ざかる方向に変更することは、安定度が改善されて変動率Ｃｐｉを減少させることになるから、目標レベルＳＬを越える前記変動率Ｃｐｉが発生している状態の回避を図ることが可能である。
【００３３】
これにより、前記変動率Ｃｐｉが目標レベルを越えない範囲で、噴射終了時期ＣＡを、吸気弁の最大リフト位置、即ち、ＨＣ量が最も多くなる時期に近づく方向に最大限に遅らせることになり、これによって、機関１の安定度が許容レベルを越えない範囲で、ＨＣ量を最大限に増大させることができ、以て、リーン燃焼用触媒９におけるＮＯｘ転換効率を良好に維持できる。
【００３４】
一方、ステップ１２で、前記基本噴射終了時期ＣＡｏのテーブルにおける参照領域が変化したと判別されたときには、ステップ１６〜１８へ進んで、前記変動率Ｃｐｉと目標レベルＳＬとの比較結果に基づいて、変動率Ｃｐｉが目標レベルＳＬに近づく方向に初期値としての前記基本噴射終了時期ＣＡｏを所定値ΔＣＡだけ増減させる。
【００３５】
尚、上記のように、前記変動率Ｃｐｉと目標レベルＳＬとの比較結果に基づいて、前記基本噴射終了時期ＣＡｏを増減修正して得た結果としての噴射終了時期ＣＡを、前記基本噴射終了時期ＣＡｏと同様なテーブル上に学習記憶させるようにし、該学習記憶された噴射終了時期を初期値として前記変動率Ｃｐｉに基づくフィードバック制御を行わせるようにしても良い。
【００３６】
ステップ１９では、本実施例において吸気弁開時期の中央角であって最大リフト時期である９０°ＡＴＤＣよりも、噴射終了時期ＣＡが遅れた時期に設定されているか否かを判別する。
そして、９０°ＡＴＤＣよりも、噴射終了時期ＣＡが遅れた時期に設定されている場合には、ステップ２０へ進んで、噴射終了時期ＣＡとして前記９０°ＡＴＤＣをセットし、前記９０°ＡＴＤＣよりも遅い噴射終了時期ＣＡの設定を制限して、機関１からのＮＯｘ量の増大を回避する（図４参照）。
【００３７】
ステップ２１では、基本燃料噴射量Ｔｐ、水温補正係数ＫＴＷ及びバッテリ電圧補正分Ｔｓに基づき、次式により、燃料噴射量Ｔｉを計算する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×（１４．７／２２）×（１＋ＫＴＷ）＋Ｔｓ
前記燃料噴射量Ｔｉの計算式において、（１４．７／２２）なる乗算項は、理論空燃比に対応して演算された基本燃料噴射量Ｔｐを、目標リーン空燃比（＝２２）相当の値に変換するためのものである。
【００３８】
ステップ２５では、時間として与えられる前記燃料噴射量Ｔｉを、機関回転数Ｎに基づいてクランク角に換算し、該噴射角と噴射終了時期ＣＡとに基づいて前記噴射終了時期ＣＡで噴射が終了するように、噴射開始時期を設定する。
そして、ステップ２６では、前記噴射開始時期に、該当する燃料噴射弁５に対して前記燃料噴射量Ｔｉのパルス幅の駆動パルス信号を出力する。
【００３９】
一方、前記ステップ６で冷却水温度Ｔｗが所定温度（７０℃）以下であると判別されたときと、ステップ８で理論空燃比制御領域であると判別されたときには、ステップ２２へ進んで、下式により理論空燃比相当の燃料噴射量Ｔｉを計算する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×（１＋ＫＴＷ）＋Ｔｓ
ステップ２３では、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐ（機関負荷代表値）とに応じて予め基本噴射終了時期ＣＡｏを記憶したテーブル（図８参照）に基づき、現在の運転条件に対応する基本噴射終了時期ＣＡｏを求める。
【００４０】
ステップ２４では、前記基本噴射終了時期ＣＡｏを最終的な噴射終了時期ＣＡにセットして、基本噴射終了時期ＣＡｏで噴射を終了させるようにし、ステップ２５，２６へ進む。
以上説明したように、リーン空燃比燃焼時には、安定度を示す前記変動率Ｃｐｉが、安定度の許容限界に対応する目標レベルＳＬを越えない範囲で、安定度の悪化方向であってＨＣの増大方向でもある吸気弁の最大リフト時期に近づく方向に噴射終了時期ＣＡをフィードバック制御するから、機関安定度が許容限界を越えて悪化することを回避しつつ、ＨＣ量を最大限に多くして、リーンＮＯｘ触媒９におけるＮＯｘ転換効率を良好に維持できるものである。
【００４１】
次に第２実施例について説明する。
図９に第２の実施例のシステム構成を示す。第１の実施例（図２）と異なるのは、自動定速走行装置（ＡＳＣＤ）のメインスイッチ１８からの信号がコントロールユニット１２に入力されている点のみである。
ＡＳＣＤのメインスイッチ１８の投入により、ＡＳＣＤが作動し、ドライバーがアクセルベダルを操作することなく、アクチュエータによりスロットル弁を開閉駆動して、設定車速を維持して走行する。
【００４２】
前記図６のフローチャートに代えて図５のフローチャートに組み合わされることによって第２の実施例を示すフローチャートを図１０に示す。この図１０のフローチャートにおいて、第１の実施例（図６）と異なるのは、ステップ１１Ｂ，１１Ｃの部分のみである。
尚、第２実施例において、リーン燃焼制御手段，噴射時期フィードバック制御手段，安定度検出手段，定速走行による目標レベル変更手段としての機能は、既述した図５のフローチャートと、該図５のフローチャートと組み合わされて噴射制御ルーチンの後半を示す図１０のフローチャートとに示されるように、コントロールユニット１２がソフトウェア的に備えている。
【００４３】
ステップ１１Ｂでは、ＡＳＣＤのメインスイッチ１８の信号（ＯＮ・ＯＦＦ）を読込む。
ステップ１１Ｃでは、ＡＳＣＤのメインスイッチ１８のＯＮ・ＯＦＦ、即ち、ＡＳＣＤの作動の有無に対応して、前記変動率Ｃｐｉ（安定度）の目標レベルＳＬを設定する。ここでは、メインスイッチ１８のＯＮ時には、ＯＦＦ時に比してより高い目標レベルＳＬを設定する。
【００４４】
この第２実施例では、ＡＳＣＤの作動状態に応じ、ＯＮのときは、機関の安定度を表す図示平均有効圧変動率Ｃｐｉの目標レベルＳＬをＯＦＦ時に比して増大側（不安定側）に設定し、これにより変動率Ｃｐｉと目標レベルとの比較によって、噴射終了時期ＣＡがより遅くＨＣ量がより多くなる時期に設定されるようにして、運転者に安定度悪化による不快感を与えることなく、ＨＣ量をより増大させるようにするものである。
【００４５】
即ち、ＡＳＣＤのＯＮ状態では、ＯＦＦ時に比して安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、安定度の悪化方向に目標レベルＳＬを変更して、運転者に不快感を与えることなく、噴射終了時期ＣＡを最大リフト時期に更に近づけて、ＨＣ量をより増大させるようにし、ＮＯｘ転換効率の更なる向上を図るものである。
【００４６】
図１１に第３及び第４の実施例に共通のシステム構成を示す。第１の実施例（図２）と異なるのは、機関１と組み合わされる自動変速機のトルクコンバータに設けられたロックアップ機構の作動状態を示すロックアップスイッチ１９からの信号がコントロールユニット１２に入力されている点である。
このロックアップスイッチ１９は、自動変速機のロックアップ機構におけるロックアップクラッチの締結時にＯＮとなるものである。尚、ロックアップは、例えば水温４０℃以上、ギアポジション４速以上の条件で、スロットル弁開度と車速とで定まる所定のロックアップ領域にてなされる。
【００４７】
また、ギアポジションＧＰを検出するギアポジションセンサ２０からの信号がコントロールユニット１２に入力される。
次に第３の実施例を説明する。
前記図６のフローチャートに代えて図５のフローチャートに組み合わされることによって第３の実施例を示すフローチャートを図１２に示す。この図１２のフローチャートにおいて、第１の実施例（図６）と異なるのは、ステップ１１Ｄ，１１Ｅの部分のみである。
【００４８】
尚、第３実施例において、リーン燃焼制御手段，噴射時期フィードバック制御手段，安定度検出手段，ロックアップによる目標レベル変更手段としての機能は、既述した図５のフローチャートと、該図５のフローチャートと組み合わされて噴射制御ルーチンの後半を示す図１２のフローチャートとに示されるように、コントロールユニット１２がソフトウェア的に備えている。
【００４９】
ステップ１１Ｄでは、ロックアップスイッチ１９の信号（ＯＮ・ＯＦＦ）を読込む。
ステップ１１Ｅでは、ロックアップスイッチ１９のＯＮ・ＯＦＦ、即ち、ロックアップ機構の作動の有無に対応して、前記変動率Ｃｐｉ（安定度）の目標レベルＳＬを設定する。ここでは、ロックアップスイッチ１９のＯＦＦ時（非直結状態）には、ＯＮ時（直結状態）に比してより高い目標レベルＳＬを設定する。
【００５０】
この第３実施例では、ロックアップ機構の作動状態に応じ、ＯＦＦ（非直結）のときは、機関の安定度を表す図示平均有効圧変動率Ｃｐｉの目標レベルＳＬをＯＮ時（直結時）に比して増大側（不安定側）に設定し、これにより変動率Ｃｐｉと目標レベルとの比較によって、噴射終了時期ＣＡがより遅くＨＣ量がより多くなる時期に設定されるようにして、運転者に安定度悪化による不快感を与えることなく、ＨＣ量をより増大させるようにするものである。
【００５１】
即ち、ロックアップ機構の非作動時には、作動時（直結状態）に比して、安定度が比較的悪化してもトルクコンバータによる緩衝作用によって運転者に不快感を与えることが少ないので、安定度の悪化方向に目標レベルＳＬを変更して、運転者に不快感を与えることなく、噴射終了時期ＣＡを最大リフト時期に更に近づけて、ＨＣ量をより増大させるようにし、ＮＯｘ転換効率の更なる向上を図るものである。
【００５２】
次に第４の実施例を示す。
前記図６のフローチャートに代えて図５のフローチャートに組み合わされることによって第４の実施例を示すフローチャートを図１３に示す。この図１３のフローチャートにおいて、第１の実施例（図６）と異なるのは、ステップ１１Ｆ，１１Ｇの部分のみである。
【００５３】
尚、第４実施例において、リーン燃焼制御手段，噴射時期フィードバック制御手段，安定度検出手段，変速比による目標レベル変更手段としての機能は、既述した図５のフローチャートと、該図５のフローチャートと組み合わされて噴射制御ルーチンの後半を示す図１３のフローチャートとに示されるように、コントロールユニット１２がソフトウェア的に備えている。
【００５４】
ステップ１１Ｆでは、ギアポジションセンサ２０からの信号に基づいてギアポジションＧＰを検出する。
ステップ１１Ｇでは、ギアポジションＧＰに対応して、安定度（Ｃｐｉ）の目標レベルＳＬを設定する。ここでは、ギアポジションＧＰに応じ高速ギア側で目標レベルＳＬをより増大側（不安定側）に設定する。
【００５５】
前記ギアポジションＧＰに応じた目標レベルＳＬの設定においては、各変速段毎に異なる目標レベルＳＬを設定させても良いが、例えば４速の変速機において、４速と１〜３速とで目標レベルＳＬを切換える構成としても良い。更に、変速機は無段変速機であっても良く、この場合も、変速比の変化に応じて徐々に目標レベルを変化させる構成の他、変速比を複数段に分けて目標レベルをステップ的に変化させる構成であっても良い。
【００５６】
この第４実施例では、ギアポジションＧＰ（変速比）に応じ、高速ギヤ側のときは、機関の安定度を表す図示平均有効圧変動率Ｃｐｉの目標レベルＳＬを低速ギヤ側に比して増大側（不安定側）に設定し、これにより変動率Ｃｐｉと目標レベルとの比較によって、噴射終了時期ＣＡがより遅くＨＣ量がより多くなる時期に設定されるようにして、運転者に安定度悪化による不快感を与えることなく、ＨＣ量をより増大させるようにするものである。
【００５７】
即ち、変速比が高速側になると、低速側に比して、安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、高速ギヤ側ほど安定度の悪化方向に目標レベルＳＬを変更して、運転者に不快感を与えることなく、噴射終了時期ＣＡを最大リフト時期に更に近づけて、ＨＣ量をより増大させるようにし、ＮＯｘ転換効率の更なる向上を図るものである。
【００５８】
尚、上記第１〜第４実施例をそれぞれ独立に実施する他、適宜組み合わせて実施しても良い。また、いずれの実施例も、機関の安定度を図示平均有効圧変動率Ｃｐｉから検出する方式としたが、これに限らず、機関の回転変動率から安定度を検出する方式などを採用しても良い。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１，２の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、噴射終了時期を吸気弁の最大リフト時期付近にすると、一般的には安定度が悪化すると共にＨＣ量が増大するので、安定度が目標レベルよりも悪化しない範囲で噴射終了時期を前記最大リフト時期に近づけることで、安定度を許容範囲内に抑制しつつＨＣ量を最大限に増大させることができ、リーンＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ転換効率を良好に維持できるという効果がある。
【００６１】
請求項３の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、自動定速走行装置の作動時には、非作動時に比して安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、自動定速走行時には悪化方向に安定度の目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにできるという効果がある。
【００６２】
請求項４の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、ロックアップ機構の非作動時には、作動時（直結状態）に比して、安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、ロックアップの非作動時には悪化方向に安定度の目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにできるという効果がある。
【００６３】
請求項５の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、変速比が高速側になると、低速側に比して、安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、変速比が高速側であるときには悪化方向に安定度の目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明にかかる装置の基本構成図。
【図２】第１実施例のシステム構成図。
【図３】ＮＯｘの転換効率とＨＣ量／ＮＯｘ量との相関を示す線図。
【図４】噴射終了時期と安定度，ＨＣ量，ＮＯｘ量との相関を示す線図。
【図５】実施例の噴射制御ルーチンの前半部分を示すフローチャート。
【図６】第１実施例における噴射制御ルーチンの後半部分を示すフローチャート。
【図７】リーン燃焼領域を示す線図。
【図８】実施例における基本噴射終了時期のマップを示す図。
【図９】第２実施例のシステム構成図。
【図１０】第２実施例における噴射制御ルーチンの後半部分を示すフローチャート。
【図１１】第３，第４実施例に共通のシステム構成図。
【図１２】第３実施例における噴射制御ルーチンの後半部分を示すフローチャート。
【図１３】第４実施例における噴射制御ルーチンの後半部分を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関
５ 燃料噴射弁
９ リーンＮＯｘ触媒
１２ コントロールユニット
１３ エアフローメータ
１４ クランク角センサ
１６ 筒内圧センサ
１８ ＡＳＣＤスイッチ
１９ ロックアップスイッチ
２０ ギアポジションセンサ
【産業上の利用分野】
本発明は内燃機関の安定度制御装置に関し、詳しくは、所謂リーン燃焼機関における燃料の噴射時期制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃費向上を目的として、機関に供給する混合気の空燃比を所定の運転領域にて理論空燃比（１４．７）よりリーン側の空燃比（例えば２２付近）に設定するようにした所謂リーン燃焼機関が提案されている。
かかるリーン燃焼機関では、空燃比のリーン化により燃費向上を果たせるが、空燃比のリーン化を進めると、機関の燃焼安定度が低下することになる。
【０００３】
そこで、リーン燃焼時に、機関の安定度が許容限界を越えない範囲で空燃比を最大限にリーン化させるようにした空燃比制御装置が従来あった（特開平６１７３７４２号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記リーン燃焼機関においては、通常の三元触媒ではリーン燃焼時に発生するＮＯｘを浄化することができないため、リーン燃焼時にＮＯｘを還元浄化できるリーンＮＯｘ触媒を備えるようにしている。
前記リーンＮＯｘ触媒は、例えば基材の一部にゼオライトを用いる一方、反応を促進する活性貴金属として従来の三元触媒に用いられている白金とロジウムの他にイリジウムを加えて構成され、リーン燃焼時の酸化雰囲気中におけるＨＣ存在下でＮＯｘを還元し得るよう構成したものである。
【０００５】
かかるリーンＮＯｘ触媒においては、ＮＯｘを還元するＨＣ量によってＮＯｘの還元量が決定されるため、上記のように、燃費向上のために空燃比のリーン化を進めた場合には、ＮＯｘを還元するために必要とされるＨＣ量が不足して、ＮＯｘの転換率を良好に保てなくなる惧れがあった。
そこで、特開平３−２１７６４０号公報に開示されるものでは、ＨＣの排出量が、空燃比に相関して変化する一方、燃料の噴射時期によっても変化する特性に鑑み、前記リーンＮＯｘ触媒を備えたリーン燃焼機関において、ＮＯｘ浄化用としてのＨＣの不足が判定されたときに、ＨＣ量を増加させるように噴射時期を変更するようにしている。
【０００６】
しかしながら、図４に示すように、噴射時期の変更によってＨＣ量を増大させると、同時に機関の燃焼安定度を悪化させることになってしまうため、前記従来の噴射時期制御では、燃焼安定度を維持しつつ、ＮＯｘ処理に必要なＨＣ量の確保して、リーンＮＯｘ触媒の転換効率を良好に維持させることが困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、リーンＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化に要求されるＨＣ量を最大限に確保しつつ、機関の安定度が悪化することを確実に回避できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置は、図１に示すように構成される。
図１において、シーケンシャル噴射手段は、機関の各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて各気筒毎に個別に燃料を噴射供給する。また、リーン燃焼制御手段は、シーケンシャル噴射手段で噴射供給される燃料によって形成される混合気の空燃比を少なくとも所定の運転領域にて理論空燃比よりもリーン側に設定する。
【０００９】
一方、リーンＮＯｘ触媒は、酸化雰囲気中のＨＣ存在下でＮＯｘを還元する触媒であって、機関の排気系に備えられる。
ここで、噴射時期フィードバック制御手段は、リーン燃焼制御手段で空燃比をリーン空燃比に設定しているときに、安定度検出手段で検出される機関の安定度が目標レベルよりも悪化しない範囲で、前記シーケンシャル噴射手段における噴射終了時期を吸気弁の最大リフト時期に近づけるようにフィードバック制御する。
【００１０】
請求項２の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置では、前記噴射時期フィードバック制御手段が、前記安定度検出手段で検出される安定度が目標レベルよりも悪化しているときに、前記シーケンシャル噴射手段における噴射終了時期を進角し、前記安定度検出手段で検出される安定度が目標レベルよりも安定しているときに、前記シーケンシャル噴射手段における噴射終了時期を遅角する一方、前記噴射終了時期の最大遅角時期を吸気弁の最大リフト時期に制限する構成とした。
請求項３の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置では、車速を目標車速に一致させるべく機関出力を制御する自動定速走行装置の作動の有無に応じて、前記噴射時期フィードバック制御手段における目標レベルを変更する定速走行による目標レベル変更手段を設ける構成とした。
【００１１】
請求項４の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置では、機関と組み合わされる自動変速機におけるロックアップ機構の作動の有無に応じて、前記噴射時期フィードバック制御手段における目標レベルを変更するロックアップによる目標レベル変更手段を設ける構成とした。
請求項５の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置では、機関と組み合わされる変速機における変速比に応じて、前記噴射時期フィードバック制御手段における目標レベルを変更する変速比による目標レベル変更手段を設ける構成とした。
【００１２】
【作用】
請求項１の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、実際の安定度が目標レベルよりもより安定しており、安定度に余裕があるときには、噴射終了時期を吸気弁の最大リフト時期により近づけるようにし、逆に安定度が目標レベルを越えて悪化したときには、前記最大リフト時期から離れる方向に噴射終了時期を変更する。噴射終了時期を吸気弁の最大リフト時期付近にすると、一般的には安定度が悪化すると共にＨＣ量が増大するので、安定度が目標レベルよりも悪化しない範囲で噴射終了時期を前記最大リフト時期に近づけるようにすれば、安定度を許容範囲内に抑制しつつＨＣ量を最大限に増大させることが可能である。
【００１３】
請求項２の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、安定度が目標レベルよりも悪化しているときに噴射終了時期を進角し、安定度が目標レベルよりも安定しているときに噴射終了時期を遅角するが、前記噴射終了時期の最大遅角時期を吸気弁の最大リフト時期に制限することで、安定度が目標レベルよりも悪化しない範囲で噴射終了時期が吸気弁の最大リフト時期に近づけられる。
【００１４】
請求項３の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、自動定速走行装置の作動の有無によって前記目標レベル、即ち、安定度の許容限界を変更する。自動定速走行装置の作動時には、非作動時に比して安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、安定度の悪化方向に目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにする。
【００１５】
請求項４の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、自動変速機のロックアップ機構の作動の有無によって前記目標レベル、即ち、安定度の許容限界を変更する。ロックアップ機構の非作動時には、作動時（直結状態）に比して、安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、安定度の悪化方向に目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにする。
【００１６】
請求項５の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、変速機における変速比に応じて前記目標レベル、即ち、安定度の許容限界を変更する。変速比が高速側になると、低速側に比して、安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、安定度の悪化方向に目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにする。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
図２は第１実施例のシステム構成を示している。
この図２において、内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から、スロットル弁３、吸気マニホールド４を介して、空気が吸入される。吸気マニホールド４の各ブランチ部にはそれぞれ各気筒毎に電磁式燃料噴射弁５が設けられており、各燃料噴射弁５からそれぞれ噴射される燃料により混合気が形成される。そして、混合気は各燃焼室内で点火栓６により点火されて燃焼する。
【００１８】
各燃料噴射弁５は、後述するコントロールユニット１２からの各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて出力される駆動パルス信号によりそれぞれ個別に通電されて開弁し、所定圧力に調整された燃料を各気筒毎に噴射する構成であり、前記駆動パルス信号のパルス幅により燃料噴射量が制御される構成となっている。即ち、本実施例の燃料噴射システムは、機関の各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて各気筒毎に個別に燃料を噴射供給するシーケンシャル噴射方式である（シーケンシャル噴射手段）。
【００１９】
機関１からの排気は、排気マニホールド７を経て、排気管８に至る。
この排気管８の途中には、酸化雰囲気中（排気空燃比がリーン状態）でＨＣによってＮＯｘを還元可能なリーンＮＯｘ触媒９が介装されている。そして、排気は前記リーンＮＯｘ触媒９を通過することでＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘが転換された後、マフラー１１を経て排出される。
【００２０】
前記リーンＮＯｘ触媒９は、例えば基材の一部にゼオライトを用いる一方、反応を促進する活性貴金属として従来の三元触媒に用いられている白金とロジウムの他にイリジウムを加えて構成され、リーン燃焼時の酸化雰囲気中でもＨＣによってＮＯｘを還元し得る触媒である。
燃料噴射弁５の作動を制御するコントロールユニット１２は、マイクロコンピュータを内蔵するもので、各種のセンサから信号が入力されている。
【００２１】
前記各種のセンサとしては、スロットル弁３の上流側で機関１の吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ１３、機関１のカム軸回転から基準クランク角信号及び単位クランク角信号を出力し間接的に機関回転数Ｎを検出できるクランク角センサ１４、機関１のウォータジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１５、点火栓６の座金として取付けられ筒内圧力Ｐを検出する圧電型の筒内圧センサ１６等が設けられている。
【００２２】
図３は、前記リーンＮＯｘ触媒９におけるＮＯｘ転換効率と、ＨＣ量／ＮＯｘ量との相関を示す。この図から明らかなように、ＮＯｘ量に対してＨＣ量が多いほどＮＯｘ転換効率は増加する。
ここで、図４に示すように、燃料噴射弁５による噴射終了時期を吸気弁開時期の中央付近（最大リフト時期付近）に近づけることでＨＣ量を増大させることができるが、ＨＣ量の増大に対応して安定度が悪化する。従って、安定度が許容限界を越えない範囲で、噴射終了時期を吸気弁開時期の中央付近（最大リフト時期付近）になるべく近づけるようにすれば、要求される安定度を維持しつつＮＯｘ転換効率を高めてＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００２３】
そこで、コントロールユニット１２は、第１実施例において図５及び図６のフローチャートに示すようにして前記燃料噴射弁５による燃料の噴射終了時期を制御するようになっている。
尚、第１実施例において、リーン燃焼制御手段，噴射時期フィードバック制御手段，安定度検出手段としての機能は、前記図５及び図６のフローチャートに示すように、コントロールユニット１２がソフトウェア的に備えている。
【００２４】
図５及び図６のフローチャートに示す噴射制御ルーチンは、所定時間毎に実行されるようになっており、まず、ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下同様）では、エアフローメータ１３からの信号に基づいて吸入空気流量Ｑを検出する。
ステップ２では、クランク角センサ１４からの信号に基づいて機関回転数Ｎを検出する。
【００２５】
ステップ３では、吸入空気流量Ｑと機関回転数Ｎとから、理論空燃比相当の基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）を計算する。
ステップ４では、水温センサ１５からの信号に基づいて冷却水温度Ｔｗを検出する。
ステップ５では、冷却水温度Ｔｗに基づいて、暖機中に燃料噴射量を増量補正するための水温補正係数ＫＴＷを計算する。
【００２６】
ステップ６では、冷却水温度Ｔｗが所定温度（例えば７０℃）以上か否かを判定し、所定温度以上の場合にステップ７へ進む。
ステップ７では、図７に示すように、理論空燃比付近を目標空燃比とすべき運転領域（三元領域）と、理論空燃比よりもリーンであるリーン空燃比を目標空燃比とすべき運転領域（リーン領域）とを、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐ（機関負荷代表値）とにより予め区分したマップを参照する。
【００２７】
ステップ８では、前記ステップ７での参照結果について、リーン空燃比制御領域か否かを判定し、リーン空燃比制御領域の場合にステップ９へ進む。
ステップ９では、筒内圧センサ１６からの信号に基づいて検出される筒内圧力Ｐのデータから、図示平均有効圧Ｐｉを計算する。
図示平均有効圧Ｐｉとは、筒内圧力Ｐ×行程変化ΔＶをクランク角 ７２０°で積分したものである。従って、Ｐｉ＝ΣＰ（Ａ） ×ΔＶ（Ａ） である（Ａはクランク角で、０〜 ７２０°）。
【００２８】
ステップ１０では、図示平均有効圧Ｐｉの変動率Ｃｐｉを次式により計算する。
Ｃｐｉ＝〔（Σ（Ｐｉｍ −Σ（Ｐｉｍ ／２０））２ ）／２０〕１／２ ／Σ（Ｐｉｍ ／２０）
Ｐｉの添字ｍは、４サイクルを１セットとする回数を示し、ｍ＝１〜２０であり、上式に示すように、前記変動率Ｃｐｉは、Ｐｉ２０データの平均値とＰｉ２０データの標準偏差との比である。この図示平均有効圧変動率Ｃｐｉは、図４に示したように安定度と相関している。
【００２９】
ステップ１１では、図８に示すように、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐ（機関負荷代表値）とに応じて予め基本噴射終了時期ＣＡｏを記憶したテーブルを参照し、現在の運転条件に対応する基本噴射終了時期ＣＡｏを求める。
前記基本噴射終了時期ＣＡｏは、例えば図８に示すように、リーン空燃比制御領域では３０°ＡＴＤＣ付近に、また、理論空燃比制御領域では−９０°ＡＴＤＣ付近に設定されるようにしてある。
【００３０】
ステップ１２では、前記基本噴射終了時期ＣＡｏのテーブルにおける参照領域が変化したか否かを判別する。
参照領域（基本噴射終了時期ＣＡｏ）に変化がない場合には、ステップ１３へ進み、前記変動率Ｃｐｉと目標レベルＳＬとを比較する。ここでは、予め前記変動率Ｃｐｉの許容範囲を求めておき、該許容範囲における最大値を前記目標レベルＳＬとして固定設定している。
【００３１】
前記変動率Ｃｐｉが目標レベルＳＬを越えていない場合には、ステップ１４へ進み、前回までに設定されていた噴射終了時期ＣＡに所定値ΔＣＡを加算し、該加算結果を今回の噴射終了時期ＣＡとしてセットする。前記所定値ΔＣＡの加算によって、噴射終了時期ＣＡは、より遅れた時期となって吸気弁の最大リフト時期に近づくことになる。噴射終了時期ＣＡを吸気弁の最大リフト時期に近づける方向に変更することは、図４に示すように、安定度が悪化して変動率Ｃｐｉを増大させることになると共に、ＨＣ量を増やすことにもなる。
【００３２】
一方、前記変動率Ｃｐｉが目標レベルＳＬを越えている場合には、ステップ１５へ進み、前回までに設定されていた噴射終了時期ＣＡから所定値ΔＣＡを減算し、該減算結果を今回の噴射終了時期ＣＡとしてセットする。前記所定値ΔＣＡの減算によって、噴射終了時期ＣＡは、より進んだ時期となって吸気弁の最大リフト時期から遠ざかることになる。噴射終了時期ＣＡを吸気弁の最大リフト時期から遠ざかる方向に変更することは、安定度が改善されて変動率Ｃｐｉを減少させることになるから、目標レベルＳＬを越える前記変動率Ｃｐｉが発生している状態の回避を図ることが可能である。
【００３３】
これにより、前記変動率Ｃｐｉが目標レベルを越えない範囲で、噴射終了時期ＣＡを、吸気弁の最大リフト位置、即ち、ＨＣ量が最も多くなる時期に近づく方向に最大限に遅らせることになり、これによって、機関１の安定度が許容レベルを越えない範囲で、ＨＣ量を最大限に増大させることができ、以て、リーン燃焼用触媒９におけるＮＯｘ転換効率を良好に維持できる。
【００３４】
一方、ステップ１２で、前記基本噴射終了時期ＣＡｏのテーブルにおける参照領域が変化したと判別されたときには、ステップ１６〜１８へ進んで、前記変動率Ｃｐｉと目標レベルＳＬとの比較結果に基づいて、変動率Ｃｐｉが目標レベルＳＬに近づく方向に初期値としての前記基本噴射終了時期ＣＡｏを所定値ΔＣＡだけ増減させる。
【００３５】
尚、上記のように、前記変動率Ｃｐｉと目標レベルＳＬとの比較結果に基づいて、前記基本噴射終了時期ＣＡｏを増減修正して得た結果としての噴射終了時期ＣＡを、前記基本噴射終了時期ＣＡｏと同様なテーブル上に学習記憶させるようにし、該学習記憶された噴射終了時期を初期値として前記変動率Ｃｐｉに基づくフィードバック制御を行わせるようにしても良い。
【００３６】
ステップ１９では、本実施例において吸気弁開時期の中央角であって最大リフト時期である９０°ＡＴＤＣよりも、噴射終了時期ＣＡが遅れた時期に設定されているか否かを判別する。
そして、９０°ＡＴＤＣよりも、噴射終了時期ＣＡが遅れた時期に設定されている場合には、ステップ２０へ進んで、噴射終了時期ＣＡとして前記９０°ＡＴＤＣをセットし、前記９０°ＡＴＤＣよりも遅い噴射終了時期ＣＡの設定を制限して、機関１からのＮＯｘ量の増大を回避する（図４参照）。
【００３７】
ステップ２１では、基本燃料噴射量Ｔｐ、水温補正係数ＫＴＷ及びバッテリ電圧補正分Ｔｓに基づき、次式により、燃料噴射量Ｔｉを計算する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×（１４．７／２２）×（１＋ＫＴＷ）＋Ｔｓ
前記燃料噴射量Ｔｉの計算式において、（１４．７／２２）なる乗算項は、理論空燃比に対応して演算された基本燃料噴射量Ｔｐを、目標リーン空燃比（＝２２）相当の値に変換するためのものである。
【００３８】
ステップ２５では、時間として与えられる前記燃料噴射量Ｔｉを、機関回転数Ｎに基づいてクランク角に換算し、該噴射角と噴射終了時期ＣＡとに基づいて前記噴射終了時期ＣＡで噴射が終了するように、噴射開始時期を設定する。
そして、ステップ２６では、前記噴射開始時期に、該当する燃料噴射弁５に対して前記燃料噴射量Ｔｉのパルス幅の駆動パルス信号を出力する。
【００３９】
一方、前記ステップ６で冷却水温度Ｔｗが所定温度（７０℃）以下であると判別されたときと、ステップ８で理論空燃比制御領域であると判別されたときには、ステップ２２へ進んで、下式により理論空燃比相当の燃料噴射量Ｔｉを計算する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×（１＋ＫＴＷ）＋Ｔｓ
ステップ２３では、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐ（機関負荷代表値）とに応じて予め基本噴射終了時期ＣＡｏを記憶したテーブル（図８参照）に基づき、現在の運転条件に対応する基本噴射終了時期ＣＡｏを求める。
【００４０】
ステップ２４では、前記基本噴射終了時期ＣＡｏを最終的な噴射終了時期ＣＡにセットして、基本噴射終了時期ＣＡｏで噴射を終了させるようにし、ステップ２５，２６へ進む。
以上説明したように、リーン空燃比燃焼時には、安定度を示す前記変動率Ｃｐｉが、安定度の許容限界に対応する目標レベルＳＬを越えない範囲で、安定度の悪化方向であってＨＣの増大方向でもある吸気弁の最大リフト時期に近づく方向に噴射終了時期ＣＡをフィードバック制御するから、機関安定度が許容限界を越えて悪化することを回避しつつ、ＨＣ量を最大限に多くして、リーンＮＯｘ触媒９におけるＮＯｘ転換効率を良好に維持できるものである。
【００４１】
次に第２実施例について説明する。
図９に第２の実施例のシステム構成を示す。第１の実施例（図２）と異なるのは、自動定速走行装置（ＡＳＣＤ）のメインスイッチ１８からの信号がコントロールユニット１２に入力されている点のみである。
ＡＳＣＤのメインスイッチ１８の投入により、ＡＳＣＤが作動し、ドライバーがアクセルベダルを操作することなく、アクチュエータによりスロットル弁を開閉駆動して、設定車速を維持して走行する。
【００４２】
前記図６のフローチャートに代えて図５のフローチャートに組み合わされることによって第２の実施例を示すフローチャートを図１０に示す。この図１０のフローチャートにおいて、第１の実施例（図６）と異なるのは、ステップ１１Ｂ，１１Ｃの部分のみである。
尚、第２実施例において、リーン燃焼制御手段，噴射時期フィードバック制御手段，安定度検出手段，定速走行による目標レベル変更手段としての機能は、既述した図５のフローチャートと、該図５のフローチャートと組み合わされて噴射制御ルーチンの後半を示す図１０のフローチャートとに示されるように、コントロールユニット１２がソフトウェア的に備えている。
【００４３】
ステップ１１Ｂでは、ＡＳＣＤのメインスイッチ１８の信号（ＯＮ・ＯＦＦ）を読込む。
ステップ１１Ｃでは、ＡＳＣＤのメインスイッチ１８のＯＮ・ＯＦＦ、即ち、ＡＳＣＤの作動の有無に対応して、前記変動率Ｃｐｉ（安定度）の目標レベルＳＬを設定する。ここでは、メインスイッチ１８のＯＮ時には、ＯＦＦ時に比してより高い目標レベルＳＬを設定する。
【００４４】
この第２実施例では、ＡＳＣＤの作動状態に応じ、ＯＮのときは、機関の安定度を表す図示平均有効圧変動率Ｃｐｉの目標レベルＳＬをＯＦＦ時に比して増大側（不安定側）に設定し、これにより変動率Ｃｐｉと目標レベルとの比較によって、噴射終了時期ＣＡがより遅くＨＣ量がより多くなる時期に設定されるようにして、運転者に安定度悪化による不快感を与えることなく、ＨＣ量をより増大させるようにするものである。
【００４５】
即ち、ＡＳＣＤのＯＮ状態では、ＯＦＦ時に比して安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、安定度の悪化方向に目標レベルＳＬを変更して、運転者に不快感を与えることなく、噴射終了時期ＣＡを最大リフト時期に更に近づけて、ＨＣ量をより増大させるようにし、ＮＯｘ転換効率の更なる向上を図るものである。
【００４６】
図１１に第３及び第４の実施例に共通のシステム構成を示す。第１の実施例（図２）と異なるのは、機関１と組み合わされる自動変速機のトルクコンバータに設けられたロックアップ機構の作動状態を示すロックアップスイッチ１９からの信号がコントロールユニット１２に入力されている点である。
このロックアップスイッチ１９は、自動変速機のロックアップ機構におけるロックアップクラッチの締結時にＯＮとなるものである。尚、ロックアップは、例えば水温４０℃以上、ギアポジション４速以上の条件で、スロットル弁開度と車速とで定まる所定のロックアップ領域にてなされる。
【００４７】
また、ギアポジションＧＰを検出するギアポジションセンサ２０からの信号がコントロールユニット１２に入力される。
次に第３の実施例を説明する。
前記図６のフローチャートに代えて図５のフローチャートに組み合わされることによって第３の実施例を示すフローチャートを図１２に示す。この図１２のフローチャートにおいて、第１の実施例（図６）と異なるのは、ステップ１１Ｄ，１１Ｅの部分のみである。
【００４８】
尚、第３実施例において、リーン燃焼制御手段，噴射時期フィードバック制御手段，安定度検出手段，ロックアップによる目標レベル変更手段としての機能は、既述した図５のフローチャートと、該図５のフローチャートと組み合わされて噴射制御ルーチンの後半を示す図１２のフローチャートとに示されるように、コントロールユニット１２がソフトウェア的に備えている。
【００４９】
ステップ１１Ｄでは、ロックアップスイッチ１９の信号（ＯＮ・ＯＦＦ）を読込む。
ステップ１１Ｅでは、ロックアップスイッチ１９のＯＮ・ＯＦＦ、即ち、ロックアップ機構の作動の有無に対応して、前記変動率Ｃｐｉ（安定度）の目標レベルＳＬを設定する。ここでは、ロックアップスイッチ１９のＯＦＦ時（非直結状態）には、ＯＮ時（直結状態）に比してより高い目標レベルＳＬを設定する。
【００５０】
この第３実施例では、ロックアップ機構の作動状態に応じ、ＯＦＦ（非直結）のときは、機関の安定度を表す図示平均有効圧変動率Ｃｐｉの目標レベルＳＬをＯＮ時（直結時）に比して増大側（不安定側）に設定し、これにより変動率Ｃｐｉと目標レベルとの比較によって、噴射終了時期ＣＡがより遅くＨＣ量がより多くなる時期に設定されるようにして、運転者に安定度悪化による不快感を与えることなく、ＨＣ量をより増大させるようにするものである。
【００５１】
即ち、ロックアップ機構の非作動時には、作動時（直結状態）に比して、安定度が比較的悪化してもトルクコンバータによる緩衝作用によって運転者に不快感を与えることが少ないので、安定度の悪化方向に目標レベルＳＬを変更して、運転者に不快感を与えることなく、噴射終了時期ＣＡを最大リフト時期に更に近づけて、ＨＣ量をより増大させるようにし、ＮＯｘ転換効率の更なる向上を図るものである。
【００５２】
次に第４の実施例を示す。
前記図６のフローチャートに代えて図５のフローチャートに組み合わされることによって第４の実施例を示すフローチャートを図１３に示す。この図１３のフローチャートにおいて、第１の実施例（図６）と異なるのは、ステップ１１Ｆ，１１Ｇの部分のみである。
【００５３】
尚、第４実施例において、リーン燃焼制御手段，噴射時期フィードバック制御手段，安定度検出手段，変速比による目標レベル変更手段としての機能は、既述した図５のフローチャートと、該図５のフローチャートと組み合わされて噴射制御ルーチンの後半を示す図１３のフローチャートとに示されるように、コントロールユニット１２がソフトウェア的に備えている。
【００５４】
ステップ１１Ｆでは、ギアポジションセンサ２０からの信号に基づいてギアポジションＧＰを検出する。
ステップ１１Ｇでは、ギアポジションＧＰに対応して、安定度（Ｃｐｉ）の目標レベルＳＬを設定する。ここでは、ギアポジションＧＰに応じ高速ギア側で目標レベルＳＬをより増大側（不安定側）に設定する。
【００５５】
前記ギアポジションＧＰに応じた目標レベルＳＬの設定においては、各変速段毎に異なる目標レベルＳＬを設定させても良いが、例えば４速の変速機において、４速と１〜３速とで目標レベルＳＬを切換える構成としても良い。更に、変速機は無段変速機であっても良く、この場合も、変速比の変化に応じて徐々に目標レベルを変化させる構成の他、変速比を複数段に分けて目標レベルをステップ的に変化させる構成であっても良い。
【００５６】
この第４実施例では、ギアポジションＧＰ（変速比）に応じ、高速ギヤ側のときは、機関の安定度を表す図示平均有効圧変動率Ｃｐｉの目標レベルＳＬを低速ギヤ側に比して増大側（不安定側）に設定し、これにより変動率Ｃｐｉと目標レベルとの比較によって、噴射終了時期ＣＡがより遅くＨＣ量がより多くなる時期に設定されるようにして、運転者に安定度悪化による不快感を与えることなく、ＨＣ量をより増大させるようにするものである。
【００５７】
即ち、変速比が高速側になると、低速側に比して、安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、高速ギヤ側ほど安定度の悪化方向に目標レベルＳＬを変更して、運転者に不快感を与えることなく、噴射終了時期ＣＡを最大リフト時期に更に近づけて、ＨＣ量をより増大させるようにし、ＮＯｘ転換効率の更なる向上を図るものである。
【００５８】
尚、上記第１〜第４実施例をそれぞれ独立に実施する他、適宜組み合わせて実施しても良い。また、いずれの実施例も、機関の安定度を図示平均有効圧変動率Ｃｐｉから検出する方式としたが、これに限らず、機関の回転変動率から安定度を検出する方式などを採用しても良い。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１，２の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、噴射終了時期を吸気弁の最大リフト時期付近にすると、一般的には安定度が悪化すると共にＨＣ量が増大するので、安定度が目標レベルよりも悪化しない範囲で噴射終了時期を前記最大リフト時期に近づけることで、安定度を許容範囲内に抑制しつつＨＣ量を最大限に増大させることができ、リーンＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ転換効率を良好に維持できるという効果がある。
【００６１】
請求項３の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、自動定速走行装置の作動時には、非作動時に比して安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、自動定速走行時には悪化方向に安定度の目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにできるという効果がある。
【００６２】
請求項４の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、ロックアップ機構の非作動時には、作動時（直結状態）に比して、安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、ロックアップの非作動時には悪化方向に安定度の目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにできるという効果がある。
【００６３】
請求項５の発明にかかる内燃機関の安定度制御装置によると、変速比が高速側になると、低速側に比して、安定度が比較的悪化しても運転者に不快感を与えることが少ないので、変速比が高速側であるときには悪化方向に安定度の目標レベルを変更して、運転者に不快感を与えることなく、よりＨＣ量が増大するようにできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明にかかる装置の基本構成図。
【図２】第１実施例のシステム構成図。
【図３】ＮＯｘの転換効率とＨＣ量／ＮＯｘ量との相関を示す線図。
【図４】噴射終了時期と安定度，ＨＣ量，ＮＯｘ量との相関を示す線図。
【図５】実施例の噴射制御ルーチンの前半部分を示すフローチャート。
【図６】第１実施例における噴射制御ルーチンの後半部分を示すフローチャート。
【図７】リーン燃焼領域を示す線図。
【図８】実施例における基本噴射終了時期のマップを示す図。
【図９】第２実施例のシステム構成図。
【図１０】第２実施例における噴射制御ルーチンの後半部分を示すフローチャート。
【図１１】第３，第４実施例に共通のシステム構成図。
【図１２】第３実施例における噴射制御ルーチンの後半部分を示すフローチャート。
【図１３】第４実施例における噴射制御ルーチンの後半部分を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関
５ 燃料噴射弁
９ リーンＮＯｘ触媒
１２ コントロールユニット
１３ エアフローメータ
１４ クランク角センサ
１６ 筒内圧センサ
１８ ＡＳＣＤスイッチ
１９ ロックアップスイッチ
２０ ギアポジションセンサ
Claims (5)
- 機関の各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて各気筒毎に個別に燃料を噴射供給するシーケンシャル噴射手段と、該シーケンシャル噴射手段で噴射供給される燃料によって形成される混合気の空燃比を少なくとも所定の運転領域にて理論空燃比よりもリーン側に設定するリーン燃焼制御手段と、を備える一方、酸化雰囲気中のＨＣ存在下でＮＯｘを還元するリーンＮＯｘ触媒を排気系に備えた内燃機関において、
機関の安定度を検出する安定度検出手段と、
前記リーン燃焼制御手段で空燃比をリーン空燃比に設定しているときに、前記安定度検出手段で検出される安定度が目標レベルよりも悪化しない範囲で、前記シーケンシャル噴射手段における噴射終了時期を吸気弁の最大リフト時期に近づけるようにフィードバック制御する噴射時期フィードバック制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の安定度制御装置。 - 前記噴射時期フィードバック制御手段が、前記安定度検出手段で検出される安定度が目標レベルよりも悪化しているときに、前記シーケンシャル噴射手段における噴射終了時期を進角し、前記安定度検出手段で検出される安定度が目標レベルよりも安定しているときに、前記シーケンシャル噴射手段における噴射終了時期を遅角する一方、前記噴射終了時期の最大遅角時期を吸気弁の最大リフト時期に制限することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の安定度制御装置。
- 車速を目標車速に一致させるべく機関出力を制御する自動定速走行装置の作動の有無に応じて、前記噴射時期フィードバック制御手段における目標レベルを変更する定速走行による目標レベル変更手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の安定度制御装置。
- 機関と組み合わされる自動変速機におけるロックアップ機構の作動の有無に応じて、前記噴射時期フィードバック制御手段における目標レベルを変更するロックアップによる目標レベル変更手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の安定度制御装置。
- 機関と組み合わされる変速機における変速比に応じて、前記噴射時期フィードバック制御手段における目標レベルを変更する変速比による目標レベル変更手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の安定度制御装置。
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| JP16383995A JP3550803B2 (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 内燃機関の安定度制御装置 |
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