JP3588977B2 - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼を行わせると燃費が向上するので、理論空燃比での燃焼と空燃比が２０〜２５でのリーン燃焼とを運転状態に応じて切換えるようにした、いわゆるリーンバーンシステムが公知である。
【０００３】
また、上記リーンな空燃比は、燃焼室内全体で均質な混合気の燃焼が可能な空燃比であるが、インジェクタを燃焼室内に臨んで設けるとともに、燃焼室、吸気ポートの形状やピストン頂面の形状などを工夫して、エンジン低負荷時に点火プラグ付近にだけ混合気を偏在させて燃焼を行わせることにより、燃焼室内平均の空燃比が上記のリーンな空燃比よりもさらに大きい、たとえば３０〜４０といった空燃比を実現し、これに対してエンジンの高負荷時になると燃焼室内に均質な混合気を形成するとともに燃焼室内平均の空燃比を、低負荷時よりもリッチな空燃比（理論空燃比である１４．７や２０〜２５といった空燃比）に制御するようにした、いわゆる筒内直接噴射式のエンジンが公知である（特開昭４−３６２２２１号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のリーンバーンシステムでは運転条件により理論空燃比域とリーン空燃比域とに、また筒内直接噴射式エンジンでは運転条件により成層燃焼（成層化混合気による燃焼）を行う運転域と均質燃焼（均質化混合気による燃焼）を行う運転域とに区分けしており、運転条件が領域を超えて変化したときは、リーンバーンシステムにおいてリーン空燃比から理論空燃比へ（この逆に理論空燃比からリーンな空燃比へ）とあるいは筒内直接噴射式エンジンにおいて成層燃焼域から均質燃焼域へと設定空燃比を切換えなければならないが、設定空燃比をステップ的に切換えたのでは出力トルクに段差が生じて運転性が悪くなる。これに対処するため、設定空燃比の切換時に一定の変化幅で空燃比を変化させることで、空燃比切換時のトルク段差の発生を抑制するものが提案されている（特開平５−７１３８１号公報参照）。
【０００５】
しかしながら、このもののように空燃比切換時の空燃比変化幅を一定にしただけだと燃料噴射量に過不足が生じ、その分だけ空燃比切換時のトルク段差の抑制が不十分となる。
【０００６】
たとえば、空気量主導型かつトルクデマンド方式の燃料供給量制御装置を備える筒内直接噴射式エンジンにおいて成層燃焼域から均質燃焼域へと設定空燃比を切換えた場合で具体的に説明すると、図１４の（Ａ）が従来装置の場合である。設定空燃比より目標シリンダ空気量を求めると、この目標シリンダ空気量も設定空燃比の切換時にステップ的に変化し、これに対して実際のシリンダ空気量は応答遅れをもつため、図１４（Ａ）第４段目のようにカーブを描く（実線参照）。このように応答遅れを有するシリンダ空気量は、吸入空気量に所定の遅れ処理を施すことで推定することができ、この推定シリンダ空気量と切換後の設定空燃比に基づいて燃料噴射量を算出すると、図１４（Ａ）第５段目に示したようになる。設定空燃比の切換直後に燃料噴射量が過大となり、大きなトルク段差が生じるわけである。
【０００７】
図１４（Ａ）の設定空燃比を改めて第１設定空燃比とし、この第１設定空燃比に対して、第１設定空燃比の切換時に一定の変化幅で変化させた値を第２設定空燃比として算出するようにしたのが図１４（Ｂ）に示した場合である。このようにして求めた第２設定空燃比と推定シリンダ空気量（図１４（Ｂ）第４段目の値）に基づいて燃料噴射量を算出したときは、今度は逆に設定空燃比の切換直後に燃料噴射量が不足し、トルクの低下が生じている。
【０００８】
なお、設定空燃比が小さくなる側への切換時に第２設定空燃比を一定の変化幅で変化させたとき、切換直後に燃料噴射量が必ず不足するというわけではない。設定空燃比が小さくなる側への切換時を示す図１５右側において、（ｄ）の場合の詳細が図１４（Ｂ）（特に第５段目）であり切換直後に燃料噴射量が不足するのに対して、（ａ）のように一定の変化幅を大きくして急激に変化させたときには切換直後に燃料噴射量が過大となり、また（ｂ）のように一定の変化幅が適度であってもＡ点までは燃料噴射量が不足し、Ａ点より燃料噴射量が過大となる。
【０００９】
同様にして、設定空燃比が大きくなる側への切換時に第２設定空燃比を一定の変化幅で変化させたときも切換直後に燃料噴射量の過不足が生じる（設定空燃比が小さくなる側への切換時を示す図１５左側において、（ｄ）のように一定のへ変化幅を小さくしてゆっくりと変化させたとき切換直後に燃料噴射量が過大となり、（ａ）のように一定の変化幅を大きくして急激に変化させたとき切換直後に燃料噴射量が不足し、また（ｂ）の場合にはＢ点まで燃料噴射量が過多となり、Ｂ点より燃料噴射量が不足する）。
【００１０】
そこで本発明は、第１設定空燃比の切換時に生じるエンジン吸気遅れの変化に相関させて第２設定空燃比を変化させることにより、第１設定空燃比の切換前後で燃料の過不足をなくして同一の出力トルクが得られるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、図１６に示すように、エンジンの運転条件を検出する手段３１と、前記運転条件に基づいた空燃比を第１設定空燃比として算出する手段３２と、所望のエンジン出力を算出する手段３３と、この所望のエンジン出力と前記第１設定空燃比とに基づいてエンジンの吸入空気量を制御する手段３４と、エンジンの吸入空気量を計測する手段３５と、前記第１設定空燃比に対してエンジンの吸気遅れと等しいかまたは類似した遅れ特性のフィルタ処理を施した値を第２設定空燃比として算出する手段３６と、この第２設定空燃比と前記計測した吸入空気量とに基づいて燃焼室近傍または燃焼室内への燃料供給を制御する手段３７とを設け、前記燃料供給制御手段３７が、図２０に示すように前記計測した吸入空気量と前記第２設定空燃比とに基づいて燃料噴射量を算出する手段７１と、成層燃焼から均質燃焼への切換時またはその逆への切換時に前記第２設定空燃比と、切換前の前記第１設定空燃比と切換後の前記第１設定空燃比との間の空燃比である所定値との比較により混合気形成法を決定する手段７２と、この決定した混合気形成法にしたがって前記燃料噴射量を所定の時期に噴射する手段７３とからなる。
【００１２】
第２の発明は、図１７に示すように、運転条件に応じてエンジンの目標出力トルクを算出する手段４１と、この目標出力トルクとエンジン回転速度とに基づいた空燃比を第１設定空燃比として算出する手段４２と、この第１設定空燃比と前記目標出力トルクとに基づいて目標シリンダ空気量を算出する手段４３と、この目標シリンダ空気量とエンジン回転速度とに基づいてエンジンの吸入空気量を制御する手段４４と、エンジンの吸入空気量を計測する手段４５と、この計測した吸入空気量とエンジン回転速度とに基づいてシリンダ空気量を推定する手段４６と、前記第１設定空燃比に対してエンジンの吸気遅れと等しいかまたは類似した遅れ特性のフィルタ処理を施した値を第２設定空燃比として算出する手段４７と、この第２設定空燃比と前記推定したシリンダ空気量とに基づいて燃焼室近傍または燃焼室内への燃料供給を制御する手段４８とを設け、前記燃料供給制御手段４７が、図２１に示すように前記計測した吸入空気量と前記第２設定空燃比とに基づいて燃料噴射量を算出する手段８１と、成層燃焼から均質燃焼への切換時またはその逆への切換時に前記第２設定空燃比と、切換前の前記第１設定空燃比と切換後の前記第１設定空燃比との間の空燃比である所定値との比較により混合気形成法を決定する手段８２と、この決定した混合気形成法にしたがって前記燃料噴射量を所定の時期に噴射する手段８３とからなる。
【００１３】
第３の発明では、第１または第２の発明において前記第２設定空燃比算出手段３６、４７が、図１８に示すようにフィルタの入出力特性がエンジンの吸気遅れと等しいかまたは類似した遅れ特性となるようにエンジン回転速度に基づいてフィルタの遅れ特性を決定する手段５１と、このフィルタの遅れ特性を用いて前記第１設定空燃比に対してフィルタ処理を施す手段５２とからなる。
【００１４】
第４の発明では、第３の発明において前記フィルタ特性決定手段５１が、図１９に示すようにエンジン回転速度に基づいて一次遅れフィルタの時定数を算出する手段６１と、この時定数とフィルタ処理の実行周期とに基づいてフィルタ出力を算出するための演算係数を算出する手段６２とからなる。
【００１７】
第５の発明では、第１または第２の発明において前記混合気形成法が、前記第２設定空燃比が所定の空燃比よりもリーンである場合に成層化混合気を形成し、前記第２設定空燃比が前記所定の空燃比よりもリッチである場合に均質化混合気を形成することである。
【００１８】
【発明の効果】
設定空燃比が小さくなる側への切換時（たとえば筒内直接噴射式エンジンでは成層燃焼域から均質燃焼域への切換時）に第２設定空燃比を小さな一定の変化幅でゆっくりと変化させたのでは（図１５右側（ｄ）参照）、空燃比切換直後に燃料噴射量が不足してトルクの余分な減少が生じ、かといって第２設定空燃比の一定の変化幅を大きくして急激に変化させたときは（図１５右側（ａ）参照）、切換直後に燃料過多によりトルク増加が生じる。このとき第１の発明では、第１設定空燃比に対して吸気遅れとほぼ等しい時定数をもつ一次遅れのフィルタ処理を施した値が第２設定空燃比として算出されることから、設定空燃比が小さくなる側への切換時に第２設定空燃比が下に凸の曲線で変化する（図１５右側（ｃ）参照）。つまり、第２設定空燃比が直線的にゆっくりと小さくなるよりも空燃比が早く小さくなる分だけ燃料噴射量が多くなって切換直後の余分なトルク減少が解消され、また第２設定空燃比が直線的に急激に小さくなるよりも空燃比がゆっくりと小さくなる分だけ燃料噴射量が少なくなって切換直後の余分なトルク増加も解消される。
【００１９】
さらに、第２設定空燃比を適度の変化幅で直線的に変化させたとき（図１５右側（ｂ）参照）は切換途中で燃料不足から燃料過多へと入れ換わる事態が生じるのであるが、第１の発明によれば、こうした事態が生じることもない。
【００２０】
同様にして、設定空燃比が大きくなる側への切換時に第２設定空燃比を小さな一定の変化幅で変化させたり（図１５左側（ｄ）参照）、第２設定空燃比の一定の変化幅を大きくして急激に変化させたのでは（図１５左側（ａ）参照）、切換直後に燃料過多によりトルク増加が生じたり、燃料不足によりトルク減少が生じ、
さらに、第２設定空燃比を適度の変化幅で直線的に変化させたとき（図１５左側（ｂ）参照）は切換途中で燃料過多から燃料不足へと入れ換わる事態が生じる。このとき第１の発明では、第２設定空燃比が上に凸の曲線で変化することで（図１５左側（ｃ）参照）、第２設定空燃比が直線的にゆっくりと大きくなるときよりも空燃比が早く大きくなる分だけ燃料噴射量が少なくなって切換直後の余分なトルク増加が、また第２設定空燃比が直線的に急激に大きくなるよりも空燃比がゆっくりと大きくなる分だけ燃料噴射量が多くなって切換直後の余分なトルク減少がそれぞれ解消され、さらに切換途中で燃料過多から燃料不足へと入れ換わる事態も避けることができる。
【００２１】
このように、第１の発明では、第１設定空燃比に基づいて吸入空気量制御を行う一方、第１設定空燃比に対して吸気遅れと等しいかまたは類似した遅れ特性のフィルタ処理を施した値を第２設定空燃比として算出し、この第２設定空燃比に基づいて燃料供給制御を行うので、第１設定空燃比がステップ的に切換わった場合においてもその切換前後のトルク段差を精度よく解消することができる。
【００２２】
第２の発明では、目標出力トルクを出力制御の目標値とするとともに吸入空気量の変化に対して応答遅れを有するシリンダ空気量を推定し、この推定シリンダ空気量と吸気遅れ特性に合わせた第２設定空燃比とに基づいて燃料供給制御を行うので、第１の発明の効果に加えて、さらに燃料供給の制御精度が向上する。
【００２３】
第３の発明では、エンジン回転速度によらず第１設定空燃比に対する第２設定空燃比の遅れ特性をエンジンの吸気遅れ特性と等しくするかまたは類似させることができる。
【００２４】
第４の発明では、エンジンの吸気遅れと等しいかまたは類似した遅れ特性のフィルタを比較的容易に構成することができる。
【００２５】
第５の発明では、エンジンの運転条件に拘わらず安定した燃焼を維持することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は一実施形態の制御システムで、筒内直接噴射式エンジンに空気量主導型かつトルクデマンド方式の燃料供給制御装置を組み合わせたものである。
【００２７】
ここで、筒内直接噴射式エンジンは、インジェクタを燃焼室内に臨んで設けるとともに、燃焼室、吸気ポートの形状やピストン頂面の形状を工夫したものであるが、本発明では、エンジン低負荷時に点火プラグ付近にだけ混合気を偏在させて燃焼を行わせることにより、燃焼室内平均の空燃比がたとえば３０〜４０といった空燃比を実現し、エンジンの高負荷時になると燃焼室内に均質な混合気を形成するとともに燃焼室内平均の空燃比を、低負荷時よりもリッチな空燃比（理論空燃比や２０〜２５といった空燃比）に制御するものでありさえすればよいので、図１には簡単に示している。
【００２８】
また、空気量主導型の燃料供給量制御装置は、エンジン負荷に応じてスロットル弁の開度をサーボコントロールする一方、燃料供給量はエアフローセンサにより検出した吸入空気量（またはブーストセンサにより検出した吸入負圧）に基づいて制御するもの、トルクデマンド方式の燃料供給制御装置は、エンジン回転速度とアクセル操作量等に基づいて車両の制御に直接作用する物理量であるエンジン出力軸トルクを制御の目標値として算出し、この目標値に基づいて燃料量と空気量を決定するもので、各制御装置そのものはいずれも公知である（詳しくは、空気量主導型の燃料供給量制御装置について特開昭５８−１５５２３５号公報、トルクデマンド方式の燃料供給制御装置について特開平１−３１３６３６号公報参照）。
【００２９】
具体的に述べると、１は、エンジン本体、２は燃焼室、３はピストン、４は点火プラグ、５はインジェクタ、６は吸気弁、７は排気弁である。
【００３０】
９はスロットル弁８をＤＣモータ等で駆動するスロットルアクチュエータで、ＥＣＵ（エレクトロニックコントロールユニット）からの駆動信号によって駆動される。第一実施形態ではエンジンへの供給空気量をスロットルアクチュエータ９のみによって調整する構成であるが、図示したようにスロットル弁８をバイパスする補助空気通路１０の空気流量を調整する補助空気制御弁（アクチュエータとしてステップモータ等を使用）１１を設け、この補助空気制御弁１１とスロットルアクチュエータ９の両方で供給空気量を調整する構成としてもよいし、スロットルアクチュエータ９を設けずに補助空気制御弁１１のみで供給空気量を調整する構成としてもかまわない。
【００３１】
ＥＣＵには、スロットル弁８上流の空気流量を検出するエアフローセンサ２２、排気中の空燃比を検出するセンサ２３からの信号が、図示しないアクセルペダル操作量を検出するセンサ、クランク角センサ（クランク軸やこれと連動するカム軸に直接あるいはギヤ等を介して間接的に設けられる）、エンジンの冷却水温を検出するセンサ、吸気温度を検出するセンサ、車両速度を検出するセンサなどからの信号とともに入力され、これらの信号に基づいて、理論空燃比での燃焼と空燃比が２０〜２５でのリーン燃焼（これらの燃焼はいずれも均質燃焼）とを運転状態に応じて切換える。さらに、エンジン低負荷時には、点火プラグ４付近にだけ混合気を偏在させて成層燃焼を行わせることにより、燃焼室内平均の空燃比がたとえば３０〜４０といった空燃比に切換える。
【００３２】
ところで、筒内直接噴射式エンジンでは運転条件により成層燃焼域と均質燃焼域とに区分けしており、運転条件が領域を超えて変化したときは、成層燃焼から均質燃焼へ（あるいは均質燃焼から成層燃焼へ）と設定空燃比を切換えなければならないが、設定空燃比をステップ的に切換えたのでは出力トルクに段差が生じて運転性が悪くなる。これに対処するため、設定空燃比の切換時に一定の変化幅で空燃比を変化させることで、空燃比切換時のトルク段差の発生を抑制するものが提案されている。しかしながら、このもののように空燃比切換時の空燃比変化幅を一定にしただけだと燃料噴射量に過不足が生じ、その分だけ空燃比切換時のトルク段差の抑制が不十分となる。
【００３３】
これに対処するため本発明の第１実施形態では、従来の設定空燃比を改めて第１設定空燃比とし、この第１設定空燃比の切換時に遅れをもって変化するシリンダ空気量の、その変化と相関させて第２設定空燃比を求め、この第２設定空燃比に基づいて燃料噴射量を演算する。
【００３４】
ＥＣＵで実行されるこの制御の内容を、図２から図１１までのフローチャートにしたがって説明する。ここで、図２がメインルーチン、図３から図１１までが図２のステップ３〜ステップ１１までの各処理を実行するためのサブルーチンである。以下では、図２の説明の途中で、適宜サブルーチンの処理を織り込みながら説明する。
【００３５】
まず、図２は一定時間毎（たとえば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００３６】
ステップ１、２ではエンジン回転速度とアクセルペダル操作量を検出し、これら回転速度とアクセルペダル操作量からステップ３においてエンジンの目標出力トルクを算出する。この目標出力トルクの算出については図３に示したように、ステップ２１、２２で回転速度とアクセル操作量を読み込み、これらの値からステップ２３において目標出力トルクのマップを検索して目標出力トルクを求めるのである。
【００３７】
なお、目標出力トルクのマップ値は、後述する他のマップ値（第１設定空燃比のマップ値、必要燃料量のマップ値、スロットル開度のマップ値）とともに、予め設定してある値で、ＲＯＭに記憶させている。
【００３８】
図２のステップ４、５では、回転速度とこのようにして求めた目標出力トルクとから第１設定空燃比とこの第１設定空燃比を得るに必要な燃料量を算出する。このうち第１設定空燃比の算出については、図４に示したように、回転速度と目標出力トルクをステップ３１、３２で読み込み、これらからステップ３３において第１設定空燃比のマップを検索して第１設定空燃比を求めるのである。ここでは、設定空燃比の領域を全体で４つに区分けしており、図示のように空燃比が３０と４０の領域が成層化混合気により燃焼を行わせる領域、空燃比が２０の領域が均質化混合気による燃焼のうちリーンな空燃比での燃焼を行わせる領域、空燃比が１４．７の領域が理論空燃比での燃焼を行わせる領域である。
【００３９】
必要燃料量についても、図５に示したように、ステップ４１、４２で回転速度と目標出力トルクを読み込み、これらからステップ４３において必要燃料量のマップを検索して必要燃料量を求めている。
【００４０】
図２のステップ６では、このようにして求めた第１設定空燃比と必要燃料量から目標シリンダ空気量を算出する。この目標シリンダ空気量の算出については図６に示したように、ステップ５１、５２で必要燃料量と第１設定空燃比を読み込み、両者をステップ５３において乗算することにより目標シリンダ空気量を求めるわけである。
【００４１】
図２のステップ７では、回転速度とこのようにして求めた目標シリンダ空気量とから吸入空気量を制御する。この吸入空気量の制御については、図７に示したように、ステップ６１、６２で回転速度と目標シリンダ空気量を読み込み、これらからステップ６３においてスロットル開度のマップを検索して、目標シリンダ空気量の得られるスロットル開度を求めている。
【００４２】
図２のステップ８では、実際の吸入空気量を計測する。図８に示したように、エアフローセンサ出力を検出するわけである。なお、吸入空気量の計測は吸気管コレクタ部の圧力を計測してもよい。
【００４３】
図２のステップ９、１０ではエアフローセンサ出力と回転速度とに基づいてシリンダ空気量を推定するとともに、第２設定空燃比を算出する。
【００４４】
まず、シリンダ空気量の推定については図９により説明する。ステップ８１でエアフローセンサ出力電圧を読み込み、このエアフローセンサ出力電圧をステップ８２において単位時間当たりの空気量（つまり空気流量）に変換する。ここで、センサ出力電圧から空気流量への変換は予め設定してある空気流量テーブル（ＲＯＭに記憶）を検索することにより行ってもよいし、関係式を用いた演算で行ってもよい。
【００４５】
ステップ８３では回転速度を読み込み、空気流量をこの回転速度で除した値に所定の係数を乗算することによって一吸気行程当たりの空気量を算出する。
【００４６】
ステップ８５では回転速度に応じて吸気遅れの時定数を設定する。吸気遅れの特性は図１２に示したように回転速度によって大きく異なるので、この遅れ特性を一次遅れとみなし、回転速度が大きいほど時定数を小さくするのである。
【００４７】
ステップ８６では、一吸気行程当たりの空気量に対して、ステップ８５で設定された時定数をもつ一次遅れのフィルタ処理を施した値を推定シリンダ空気量として算出する。たとえば、
▲１▼回転速度が２０００ｒｐｍ未満である場合のフィルタ時定数を０．５秒、
▲２▼回転速度が２０００ｒｐｍ以上４０００ｒｐｍ未満である場合のフィルタ時定数を０．３秒、
▲３▼回転速度が４０００ｒｐｍ以上である場合のフィルタ時定数を０．１秒とした場合に、▲１▼のとき
ｙ（ｋ）＝０．９８０１９９×ｙ（ｋ−１）＋０．０１９８０１×ｕ（ｋ−１） …（１）
の式を、▲２▼のとき
ｙ（ｋ）＝０．９６７２１６×ｙ（ｋ−１）＋０．０３２７８４×ｕ（ｋ−１） …（２）
の式を、▲３▼のとき
ｙ（ｋ）＝０．９０４８３７×ｙ（ｋ−１）＋０．０９５１６３×ｕ（ｋ−１） …（３）
の式をそれぞれ用いて推定シリンダ空気量を求める。
【００４８】
ただし、（１）、（２）、（３）式において、ｙ（ｋ）は今回のフィルタ出力（＝今回の推定シリンダ空気量）、ｙ（ｋ−１）は前回のフィルタ出力（＝前回の推定シリンダ空気量）、ｕ（ｋ−１）は前回のフィルタ入力である。また、演算式中の係数はフィルタ処理の実行周期が１０ｍｓである場合の数字である。
【００４９】
次に、第２設定空燃比の算出については図１０により説明する。ステップ９１、９２で第１設定空燃比と回転速度を読み込み、このうち回転速度からステップ９３において図９のステップ８５と同じに回転速度に応じた吸気遅れ時定数を設定し、ステップ９４では、図９のステップ８６の処理と同じに、第１設定空燃比に対して、ステップ９３で設定された時定数をもつ一次遅れのフィルタ処理を施した値を第２設定空燃比として算出する。たとえば、回転域を上記と同じに▲１▼、▲２▼、▲３▼の３つに分けた場合に、▲１▼のとき上記（１）式を、▲２▼のとき上記（２）式を、▲３▼のとき上記（３）式を用いて第２設定空燃比を求めるのである。このようにして求めた第２設定空燃比は図１３に示したように、第１設定空燃比に対して吸気遅れと同じかまたは類似した遅れ特性をもつ。
【００５０】
なお、図９のステップ８６、図１０のステップ９４で用いるフィルタ時定数は回転速度から予め設定してある時定数テーブル（ＲＯＭに記憶）を検索することにより求めてもよいし、関係式を用いた演算で行ってもよい。また、フィルタ演算式の係数は、時定数と実行周期とを用いて、ｙ（ｋ−１）に掛ける係数をｅｘｐ（−実行周期／時定数）により、またｕ（ｋ−１）に掛ける係数を１−ｅｘｐ（−実行周期／時定数）によりそれぞれ算出してもよい。このときは、フィルタの演算式が

となるわけである。
【００５１】
図２のステップ１１では、このようにして求めた推定シリンダ空気量と第２設定空燃比を用いて燃料供給制御を行う。この燃料供給制御については、図１１により説明すると、ステップ１０１、１０２で第２設定空燃比と推定シリンダ空気量を読み込み、ステップ１０３において推定シリンダ空気量を第２設定空燃比で除算することにより燃料噴射量を求める。ステップ１０４では第２設定空燃比と所定値（たとえば２５）を比較し、第２設定空燃比が所定値より大きいときはステップ１０５で圧縮行程噴射を、また第２設定空燃比が所定値以下になると、ステップ１０６で吸気行程噴射を指示する。
【００５２】
燃料噴射の実行はクランク角の基準位置信号に同期するフロー（図示しない）により行っており、上記の圧縮行程噴射の指示をうけるときは、圧縮行程で噴射を行って成層化混合気を形成させ、吸気行程噴射の指示を受けるときは、吸気行程で噴射を行って均質化混合気を形成させる。
【００５３】
ここで、本発明の第１実施形態の作用を図１４を参照しながら説明する。
【００５４】
図１４の（Ａ）は、成層燃焼域から均質燃焼域へと設定空燃比をステップ的に切換えた場合のもので、設定空燃比の切換の前後で大きなトルク段差が生じていることを前述した。
【００５５】
図１４（Ｂ）は、本発明との比較のため、第１設定空燃比がステップ的に切換わった場合に、第２設定空燃比を一定の変化幅で変化させた際の出力トルクの様子を示したものである。図１４（Ａ）に比べれば空燃比切換時のトルク段差は緩和されているものの、このケースでは逆に空燃比切換直後に燃料噴射量が不足しており、トルク段差の解消という点ではなお不十分であることが分かる。
【００５６】
さらに述べると、設定空燃比が小さくなる側への切換時を示す図１５右側において、（ｄ）の場合の詳細が図１４（Ｂ）であり、切換直後に燃料噴射量が不足する。かといって図１５右側（ａ）のように一定の変化幅を大きくして急激に変化させたときには切換直後に燃料噴射量が過大となる。
【００５７】
これに対して第１実施形態では、第１設定空燃比に対して吸気遅れとほぼ等しい時定数をもつ一次遅れのフィルタ処理を施した値が第２設定空燃比として算出されることから、図１５右側（ｃ）のように第２設定空燃比が下に凸の曲線で変化する（図１４（Ｃ）も参照）。つまり、第２設定空燃比が直線的にゆっくりと小さくなるよりも空燃比が早く小さくなる分だけ燃料噴射量が多くなって切換直後の余分なトルク減少が解消され、また第２設定空燃比が直線的に急激に小さくなるよりも空燃比がゆっくりと小さくなる分だけ燃料噴射量が少なくなって切換直後の余分なトルク増加も解消される。
【００５８】
さらに、図１５右側（ｂ）のように一定の変化幅が適度であっても切換途中で燃料不足から燃料過多へと入れ換わる（Ａ点までは燃料噴射量が不足し、Ａ点より燃料噴射量が過大となる）事態が生じるのであるが、第１実施形態によれば、こうした事態が生じることもない。
【００５９】
同様にして、設定空燃比が大きくなる側への切換時に第２設定空燃比を小さな一定の変化幅でゆっくりと変化させたり（図１５左側（ｄ）参照）、第２設定空燃比の一定の変化幅を大きくして急激に変化させたのでは（図１５左側（ａ）参照）、切換直後に燃料過多によりトルク増加が生じたり、燃料不足によりトルク減少が生じ、さらに、第２設定空燃比を適度の変化幅で直線的に変化させたとき（図１５左側（ｂ）参照）は切換途中で燃料過多から燃料不足へと入れ換わる事態が生じるのであるが、第１実施形態では、第２設定空燃比が上に凸の曲線で変化することで（図１５左側（ｃ）参照）、第２設定空燃比が直線的にゆっくりと大きくなるときよりも空燃比が早く大きくなる分だけ燃料噴射量が少なくなって切換直後の余分なトルク増加が、また第２設定空燃比が直線的に急激に大きくなるよりも空燃比がゆっくりと大きくなる分だけ燃料噴射量が多くなって切換直後の余分なトルク減少がそれぞれ解消され、さらに切換途中で燃料過多から燃料不足へと入れ換わる事態も避けることができる。
【００６０】
また、設定空燃比が小さくなる側への切換時において、第２設定空燃比を図１４（Ｃ）第４段目、図１５右側（ｃ）に示した曲線よりももっと応答良く変化させれば、今度は切換直後に燃料過多でトルク増加が生じるのであり（図示の曲線より応答が悪いときは切換直後に燃料不足でトルク低下が生じる）、第２設定空燃比の変化をシリンダ空気量の変化とほぼ同じ変化にしたときに限り、切換前後にわたって燃料を過不足なく供給できるのである。
【００６１】
このように、第１実施形態では、空気量主導型かつトルクデマンド方式の燃料供給制御装置を備える筒内直接噴射式エンジンにおいて、目標出力トルクから定まる第１設定空燃比に基づいて吸入空気量制御を行う一方、第１設定空燃比に対して吸気遅れと等しいかまたは類似した遅れ特性のフィルタ処理を施した値を第２設定空燃比として算出し、この第２設定空燃比に基づいて燃料供給制御を行うので、目標出力トルクと回転速度から定まる第１設定空燃比がステップ的に切換わった場合においてもその切換前後のトルク段差を精度よく解消することができる。
【００６２】
実施形態では、筒内直接噴射式エンジンにおいて成層燃焼から均質燃焼へ（均質燃焼から成層燃焼へ）と設定空燃比を切換える場合で説明したが、リーンバーンシステムにおいてリーン空燃比から理論空燃比へ（この逆に理論空燃比からリーンな空燃比へ）と設定空燃比を切換える場合にも本発明を適用することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図である。
【図２】吸入空気量制御と燃料供給制御を説明するためのフローチャートである。
【図３】目標出力トルクの算出を説明するためのフローチャートである。
【図４】第１の設定空燃比の算出を説明するためのフローチャートである。
【図５】必要燃料量の算出を説明するためのフローチャートである。
【図６】目標シリンダ空気量の算出を説明するためのフローチャートである。
【図７】吸入空気量制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】吸入空気量の計測を説明するためのフローチャートである。
【図９】シリンダ空気量の推定を説明するためのフローチャートである。
【図１０】第２設定空燃比の算出を説明するためのフローチャートである。
【図１１】燃料供給制御を説明するためのフローチャートである。
【図１２】吸気遅れの特性を示す波形図である。
【図１３】第１設定空燃比に対する第２設定空燃比の遅れ特性を示す波形図である。
【図１４】第１実施形態の作用を示す波形図である。
【図１５】第１実施形態の作用を示す波形図である。
【図１６】第１の発明のクレーム対応図である。
【図１７】第２の発明のクレーム対応図である。
【図１８】第３の発明のクレーム対応図である。
【図１９】第４の発明のクレーム対応図である。
【図２０】第１の発明のクレーム対応図である。
【図２１】第２の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
５ インジェクタ
８ スロットル弁
９ スロットルアクチュエータ
２２ エアフローセンサ

Claims (5)

1. エンジンの運転条件を検出する手段と、
   前記運転条件に基づいた空燃比を第１設定空燃比として算出する手段と、
   所望のエンジン出力を算出する手段と、
   この所望のエンジン出力と前記第１設定空燃比とに基づいてエンジンの吸入空気量を制御する手段と、
   エンジンの吸入空気量を計測する手段と、
   前記第１設定空燃比に対してエンジンの吸気遅れと等しいかまたは類似した遅れ特性のフィルタ処理を施した値を第２設定空燃比として算出する手段と、
   この第２設定空燃比と前記計測した吸入空気量とに基づいて燃焼室近傍または燃焼室内への燃料供給を制御する手段と
   を設け、
   前記燃料供給制御手段は、
   前記計測した吸入空気量と前記第２設定空燃比とに基づいて燃料噴射量を算出する手段と、
   成層燃焼から均質燃焼への切換時またはその逆への切換時に前記第２設定空燃比と、切換前の前記第１設定空燃比と切換後の前記第１設定空燃比との間の空燃比である所定値との比較により混合気形成法を決定する手段と、
   この決定した混合気形成法にしたがって前記燃料噴射量を所定の時期に噴射する手段と
   からなることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
2. 運転条件に応じてエンジンの目標出力トルクを算出する手段と、
   この目標出力トルクとエンジン回転速度とに基づいた空燃比を第１設定空燃比として算出する手段と、
   この第１設定空燃比と前記目標出力トルクとに基づいて目標シリンダ空気量を算出する手段と、
   この目標シリンダ空気量とエンジン回転速度とに基づいてエンジンの吸入空気量を制御する手段と、
   エンジンの吸入空気量を計測する手段と、
   この計測した吸入空気量とエンジン回転速度とに基づいてシリンダ空気量を推定する手段と、
   前記第１設定空燃比に対してエンジンの吸気遅れと等しいかまたは類似した遅れ特性のフィルタ処理を施した値を第２設定空燃比として算出する手段と、
   この第２設定空燃比と前記推定したシリンダ空気量とに基づいて燃焼室近傍または燃焼室内への燃料供給を制御する手段と
   を設け、
   前記燃料供給制御手段は、
   前記計測した吸入空気量と前記第２設定空燃比とに基づいて燃料噴射量を算出する手段と、
   成層燃焼から均質燃焼への切換時またはその逆への切換時に前記第２設定空燃比と、切換前の前記第１設定空燃比と切換後の前記第１設定空燃比との間の空燃比である所定値との比較により混合気形成法を決定する手段と、
   この決定した混合気形成法にしたがって前記燃料噴射量を所定の時期に噴射する手段と
   からなることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
3. 前記第２設定空燃比算出手段は、フィルタの入出力特性がエンジンの吸気遅れと等しいかまたは類似した遅れ特性となるようにエンジン回転速度に基づいてフィルタの遅れ特性を決定する手段と、このフィルタの遅れ特性を用いて前記第１設定空燃比に対してフィルタ処理を施す手段とからなることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの空燃比制御装置。
4. 前記フィルタ特性決定手段は、エンジン回転速度に基づいて一次遅れフィルタの時定数を算出する手段と、この時定数とフィルタ処理の実行周期とに基づいてフィルタ出力を算出するための演算係数を算出する手段とからなることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの空燃比制御装置。
5. 前記混合気形成法は、前記第２設定空燃比が所定の空燃比よりもリーンである場合に成層化混合気を形成し、前記第２設定空燃比が前記所定の空燃比よりもリッチである場合に均質化混合気を形成することであることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの空燃比制御装置。

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