JP3858399B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃費等の改善を図るため、運転領域等に応じて、例えばストイキ（理論空燃比近傍）燃焼状態からリーン（希薄空燃比）燃焼状態へ内燃機関の燃焼状態を切り替えるようにしたものが知られている。
また、スワールコントロールバルブ、或いは補助吸気ポートシステム（ＡＪＳ）等のスワール制御装置を備え、スワール比を可変に制御できるようにしたものが知られている。
【０００３】
そして、ストイキ燃焼状態と、リーン燃焼状態と、を切替可能な内燃機関において、例えば前記スワール制御装置により、ストイキ燃焼中にはスワール比を小さい側に制御し（例えば、吸気抵抗を小さくしてポンピングロスの低減等により燃費改善を図り）、リーン燃焼中にはスワール比を大きい側に制御する（例えば、筒内空気流動を強化し、燃焼改善を図って燃費改善を図る或いはサージ限界を高める）ようにすることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ストイキ燃焼状態とリーン燃焼状態とを切替可能な内燃機関において、スワール比を燃焼状態に応じて可変に制御するようにした場合には、以下のような惧れがある。
即ち、図１０｛横軸＝空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）、縦軸＝点火進角（ＡＤＶ）｝に示すように、所定のリーン空燃比で、それに見合った点火進角（ＡＤＶ）で、かつＡＪＳ（スワール制御装置）をｏｎ（作動；スワール強化）させている所定のリーン運転点Ａから、
運転状態等（機関負荷や機関回転速度や車速など）が変化して、
ストイキ空燃比近傍で、それに見合った点火進角（ＡＤＶ）で、かつＡＪＳをｏｆｆ（非作動；スワール低減）させる所定のストイキ運転点Ｃ（目標運転点）へ移行させる必要が生じた場合（リーン→ストイキ切替指令が入力された場合）に、
急激に、空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）を、所定のリーン空燃比からストイキ空燃比近傍へ切り替えるようにすると、出力段差が生じ、運転者に違和感を与える惧れがある。
【０００５】
また、例えば、リーン→ストイキ切替指令が入力されたときに、切替後のストイキ燃焼に合わせて、前記ＡＪＳをｏｎからｏｆｆさせると、図１０中のＡＪＳｏｎ運転時サージ限界線が、図中破線で示すＡＪＳｏｆｆ運転時サージ限界線へ移動することになるので、運転点Ａにおける所定のリーン空燃比と点火時期のままでは、サージ限界を越えてしまうこととなり、運転性が低下する惧れがある。
【０００６】
このため、出力段差やサージ等の発生を避けるべく、リーン→ストイキ切替指令が入力されたときに、前記ＡＪＳをｏｎのままとして、図１０中に一点鎖線で示すルートＸに沿わせて、運転点Ａから、切替後の運転点Ｃ（目標運転点）まで徐々に空燃比をリッチ化して行くと共に点火時期を徐々に遅角させて行くことが考えられる。
【０００７】
しかしながら、このようにしても、前記ルートＸに沿わせて空燃比と点火時期を変化させて行くと、その途中で、ＡＪＳｏｎ時ノック限界線を横切ることになるので、ノックが発生してしまう惧れがある。なお、ノックの発生を避けるべく、ＡＪＳｏｎ時ノック限界線手前で、前記ＡＪＳをＯＦＦすると、今度は前述したＡＪＳｏｆｆ運転時サージ限界を越えてしまうので、サージの発生を避けることができない、と言った惧れがある。
【０００８】
即ち、ストイキ燃焼状態とリーン燃焼状態とを切替可能な内燃機関において、スワール比を燃焼状態に応じて可変に制御するようにした場合には、出力段差、サージ、ノック等の発生を良好に抑制しながら、運転点Ａから運転点Ｃへ移行させることは困難であった。
本発明は、上記のような従来の実情に鑑みなされたもので、スワール比や空燃比や点火時期等の燃焼状態制御因子の複数を可変制御して、所定の運転点から目標運転点へ移行させる場合でも、各制御因子の可変制御の相互干渉を防止でき、以って良好な機関運転性を実現でき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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明は、ストイキ燃焼状態とリーン燃焼状態を切替可能とし、スワールを燃焼状態に応じて可変に制御するようにした内燃機関において、前記ストイキ燃焼状態から前記リーン燃焼状態へと移行させるときに、点火時期とスワールの制御状態を変化させて中間運転点へと移行させ、その後、空燃比と点火時期を変化させて、前記中間運転点から前記リーン燃焼状態へと移行させる制御を行なわせるようにした（すなわち、図１に示すように、中間運転点移行手段と目標運転点移行手段とを含んで構成される）。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、前記リーン燃焼状態から前記ストイキ燃焼状態に移行させるときに、空燃比と点火時期を変化させて前記中間運転点へと移行させ、その後、点火時期とスワールの制御状態を変化させて、前記中間運転点から前記ストイキ燃焼状態へと移行させる制御を行なわせるようにした。
【００１１】
請求項１や請求項２に記載の発明によれば、複数の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて、所定の運転点（例えば、図７の運転点Ａ）から、目標運転点（例えば、図７の運転点Ｃ）へ移行させる場合には、まず、そのうちの一部の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて中間運転点（例えば、図７の運転点Ｂ）へ移行させ、その後、残りの燃焼状態制御因子を含む一部の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて、目標運転点へ運転点を移行させるようにする。
【００１２】
これにより、例えば、出力段差やサージやノックやヘジテーションなどの悪影響が発生しないルートを通過させて中間運転点へ移行させることができ、その後は、同様に悪影響が生じないルートを通過させて目標運転点へ移行させることができることとなる。
即ち、本発明によれば、複数の燃焼状態制御因子の制御状態を可変制御して、所定の運転点から他の運転点（目標運転点）へ移行させる場合でも、従来のような各制御因子の可変制御の相互干渉を防止でき、良好な機関運転性を実現することができることとなる。
【００１７】
具体的には、点火時期を進角させリーン燃焼でスワール制御装置を作動させる運転点と、点火時期を遅角させストイキ燃焼でスワール制御装置を作動させない運転点と、の間の移行を、出力段差やサージやノックやヘジテーションなどを発生させることなく、良好に行なわせることが可能となり、ストイキ燃焼とリーン燃焼とを切り替えるようにした内燃機関にとって極めて有効なものとなる。即ち、ストイキ燃焼とリーン燃焼とを切り替えるようにした内燃機関の実用性を格段に向上させることができる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１や請求項２に記載の発明によれば、複数の燃焼状態制御因子の制御状態を可変制御して、所定の運転点から他の運転点（目標運転点）へ移行させる場合でも、従来のような各制御因子の可変制御の相互干渉を防止でき、良好な機関運転性を実現することができることとなる。
【００２０】
具体的には、点火時期を進角させリーン燃焼でスワール制御装置を作動させる運転点と、点火時期を遅角させストイキ燃焼でスワール制御装置を作動させない運転点と、の間の移行を、出力段差やサージやノックやヘジテーションなどを発生させることなく、良好に行なわせることが可能となり、ストイキ燃焼とリーン燃焼とを切り替えるようにした内燃機関にとって極めて有効なものとなる。即ち、ストイキ燃焼とリーン燃焼とを切り替えるようにした内燃機関の実用性等を格段に向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。
本発明の第１の実施形態に係るシステム構成を示す図２において、機関１の吸気通路２には吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ３及び吸入空気流量Ｑａを制御するスロットル弁４が設けられ、下流のマニホールド部分５には気筒毎に電磁式の燃料噴射弁６が設けられている。なお、燃料噴射弁６を各気筒の燃焼室７に臨ませる構成とし、本実施形態にかかる内燃機関を所謂筒内直接噴射式内燃機関とすることもできる。
【００２２】
かかる燃料噴射弁６は、後述するようにしてコントロールユニット５０において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータ（図示せず）により所定圧力に制御された燃料を噴射供給する。
一方、排気通路８にはマニホールド集合部近傍に、排気中の特定成分（例えば、酸素）濃度を検出することによって吸入混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）のリッチ・リーンを検出する酸素センサ９が設けられ、その下流側に、排気浄化触媒等が介装されている。なお、リッチ域からリーン域まで広範囲に亘って空燃比をリニアに検出できる空燃比センサとすることもできる。
【００２３】
ところで、本実施形態においては、前記スロットル弁４の開度を、ＤＣモータ等のアクチュエータにより制御することができるスロットル弁制御装置１０が備えられている。また、前記スロットル弁４の開度を検出するスロットルセンサ１１（アイドルＳＷとしても機能させることができる）も設けられている。
前記スロットル弁制御装置１０は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成できるように、コントロールユニット５０からの駆動信号に基づき、スロットル弁４を開度制御するものとして構成することができるが、これに限らず、例えば、通常時はアクセルペダルと連動してスロットル弁４を開閉する構成とし、アイドル運転領域等において運転者がアクセルペダルを踏まなくても、スロットル弁４の開度を変化させることができるものとして構成することもできる。また、常にアクセルペダルと連動してスロットル弁４を開閉する構成とし、スロットル弁制御装置１０を省略することもできる。
【００２４】
なお、燃焼室７に臨んで装着されて、コントロールユニット５０からの点火信号に基づいて点火を行う点火プラグ１１が、内燃機関１の各気筒に設けられている。
また、図２で図示しないディストリビュータには、クランク角センサ１２が内蔵されており、コントロールユニット５０では、該クランク角センサ１２から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎｅを検出できるようになっている。
【００２５】
なお、機関１の冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１３が設けられている。
ところで、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータからなるコントロールユニット５０では、各種センサからの入力信号を受け、概略以下のようにして、燃料噴射弁６の噴射量（延いては空燃比）を制御する。
【００２６】
即ち、
エアフローメータ３からの電圧信号から求められる吸入空気流量Ｑａと、クランク角センサ１２からの信号から求められる機関回転速度Ｎｅとから基本燃料噴射パルス幅（燃料噴射量に相当）Ｔｐ＝ｃ×Ｑａ／Ｎｅ（ｃは定数）を演算すると共に、ストイキ（理論空燃比）近傍での燃焼運転中には、低水温時に機関安定性等のためにリッチ側に補正する水温補正係数Ｋｗや、始動及び始動後増量補正係数Ｋasや、空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤ等により、最終的な有効燃料噴射パルス幅Ｔｅ＝Ｔｐ×（１＋Ｋｗ＋Ｋas＋・・・）×ＬＡＭＤ＋Ｔｓを演算する。Ｔｓは、電圧補正分である。
【００２７】
上記空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤは、前記酸素センサ９のリッチ・リーン反転出力に基づいて比例積分（ＰＩ）制御等により増減されるもので、これに基づきコントロールユニット５０では基本燃料パルス幅Ｔｐを補正し、燃焼用混合気の空燃比を目標空燃比（理論空燃比）近傍にフィードバック制御するものである。
【００２８】
なお、本実施形態におけるコントロールユニット５０では、運転領域（例えばＮｅやＴｐ）等に応じてストイキ燃焼とリーン（希薄空燃比）燃焼とを切り替える制御を行なえるようになっているが、リーン燃焼中の最終的な燃料噴射パルス幅ＴL は、例えば、前記空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤを所定値にクランプして、リーン目標値Ｚで、前記Ｔｅを修正することで求めるようになっている。
【００２９】
即ち、
ＴL ＝Ｔｅ×Ｚ
Ｚは、リーン化目標値（＝14.7／目標リーン空燃比）である。
そして、上記のようにしてストイキ燃焼状態或いはリーン燃焼状態に応じ設定された燃料噴射パルス幅Ｔｅ（或いはＴL ）を持つ駆動パルス信号が前記燃料噴射弁６に送られて、所定量に調量された燃料が噴射供給されることになる。
【００３０】
なお、点火プラグ１１の点火時期（点火進角）は、従来同様、目標空燃比や回転速度Ｎｅに応じて予め設定された時期に制御されるようになっている。
ところで、機関１の燃焼状態を制御する制御因子としては、例えば、空燃比、点火時期、筒内空気流動（例えば、スワール、縦流れ、乱れ等があるが、以下スワールで代表して説明する）等があるが、この他にも、ＥＧＲ量（率）や燃焼形態、若しくは使用する燃料性状（例えば、オクタン価）等があり、燃焼状態を制御する因子であれば如何なるものであっても構わない。
【００３１】
なお、空燃比は、燃料噴射量或いは吸入空気流量を制御することで制御される。燃料噴射量は、既述したように燃料噴射弁６の駆動パルス信号（開弁期間）により制御可能であり、吸入空気流量を制御する場合は、従来公知の補助空気通路（スロットル弁４をバイパスして燃焼室内に吸気を導くもの）、前記スロットル弁制御装置１０等を利用することで達成することができる。
【００３２】
また、スワールは、図３、図４に示すような従来公知の各種のスワール制御装置により制御することができる。図２では、図３のスワール制御装置（ＡＪＳ）を符号１４で著してある。
そして、ＥＧＲ量（率）は、例えば、図２で示すようなＥＧＲ弁制御装置１７により制御可能で、該ＥＧＲ弁制御装置１７は、ステップモータ或いは比例ソレノイド等を含んで構成されリフト量（開弁量）を変更可能なＥＧＲ弁１６と、当該ＥＧＲ弁１６を介装して排気系と吸気系とを連通可能な排気還流通路１５と、を含んで構成される。なお、ＥＧＲ弁１６は、コントロールユニット５０からの駆動信号によって駆動制御することができる。
【００３３】
なお、燃焼形態は、例えば図２で示したように吸気ポート内に燃料を噴射することで燃料と空気とを予め均質に混合させた状態で燃焼室内に導入し燃焼させる所謂均質燃焼形態や、燃料を直接燃焼室内に噴射供給することで燃焼室内の混合気を空燃比が濃い領域と薄い領域との層に分け燃焼させる所謂層状燃焼形態などがあり、燃焼形態の相違によって、燃焼状態が異なり、ノック限界、サージ限界（リーン限界）などが異なるものである。また、燃料性状は、ハイオク燃料やレギュラー燃料等で異なり、従ってこれらを切り替え使用する場合には、燃焼状態が変化し、ノック限界、サージ限界（リーン限界）などが異なることになる。
【００３４】
本発明は燃焼状態制御因子の何れに対しても適用できるものであるが、本実施形態では、燃焼状態制御因子のうち、空燃比と点火時期とスワールを制御する場合を例として、本実施形態におけるコントロールユニット５０が行なう制御について、図６のタイミングチャートや図７のエンジン特性図を参照しつつ、図５のフローチャートに従って説明する。なお、リーン燃焼中でＡＪＳがｏｎ（作動）の状態（図７の運転点Ａ）を、初期状態として説明する。ところで、本発明にかかる中間運転点移行手段、目標運転点移行手段としての機能は、以下に説明するように、コントロールユニット５０がソフトウェア的に奏することとなる。
【００３５】
図５のフローチャートにおいて、まず、
ステップ（図では、Ｓと記してある）１では、リーン燃焼（例えば、図７の運転点Ａ）からストイキ燃焼（例えば、図７の運転点Ｃ）へのストイキ移行条件が成立したか否かを判断する。かかる判断は、従来と同様で良く、例えば運転領域（機関負荷や機関回転速度など）や車速などに基づいて判断することができる。
【００３６】
ＹＥＳであればステップ２へ進み、ＮＯであれば、リーン燃焼中で、ＡＪＳがｏｎ（作動）の状態（例えば、運転点Ａ）を維持する。
ステップ２では、ストイキ燃焼への移行を許可して（図６においてリーン・ストイキ判定フラグを立ち下がらせて）、ステップ３へ進む。
ステップ３では、ΔＴＶＯ（スロットル弁開度変化速度）等に基づいて（即ち、どの位の速度でストイキ燃焼へ移行させれば良いのかに基づいて）、現在の空燃比を中間運転点Ｂ（図６参照）の空燃比まで徐々にリッチ化するために必要なリッチ化速度（ダンパ速度）を設定する。また、ΔＴＶＯ（スロットル弁開度変化速度）に基づいて、現在の点火時期（ＡＤＶ）を中間運転点Ｂの点火時期までリタードするために必要な、或いは徐々にリッチ化される空燃比に見合った点火時時期とするために必要なリタード速度（ダンパ速度）を設定する。
【００３７】
即ち、出力段差等が発生しないように、所定時間内で、運転点Ｃの空燃比まで徐々にリッチ化するが、これと合わせて点火時期も徐々にリタード（遅角）させないと、空燃比が目標空燃比となった時点で、点火時期は未だそれに見合った点火時期まで遅角できていない、或いは点火時期は余計に遅角され過ぎてしまっていると言った事態が生じる惧れがあり、かかる事態が生じると、例えばサージ、ノック、ヘジテーションなどが発生してしまうと言った惧れがあるので、これを防止すべく、本実施形態では、現在の空燃比や点火時期、目標空燃比や目標点火時期、運転状態等を考慮して、空燃比のリッチ化速度と点火時期の遅角速度とを同期（連係）させて変化させるようにしているのである。
【００３８】
ステップ４では、ステップ３で設定されたダンパ速度に従って、ＡＪＳ１４をｏｎのまま、運転点Ａにおける空燃比（Ａ／Ｆ）や点火時期（ＡＤＶ）を変化させ、ＡＪＳｏｎ時ＭＢＴラインに沿って、中間運転点Ｂへ近づけて行く（図６のタイミングチャートや、図７参照）。
即ち、本実施形態においては、ステップ３、ステップ４を介して、ＡＪＳ１４をｏｎのまま、例えば図７のＡＪＳｏｎ時ＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque ）ラインを通って、ストイキ運転点Ｂ（中間運転点）へ移行させることが先ず行なわれることとなる。なお、サージやノックやヘジテーションが発生しないラインを選んでストイキ運転点Ｂ（中間運転点）へ移行させることが重要なことであり、その一例として図７ではＡＪＳｏｎ時ＭＢＴライン（燃費優先ライン）を選んでいるのであって、上記要件を満たすラインであれば他のライン（排気優先ラインなど）であっても良いものである。
【００３９】
ステップ５では、現在の空燃比が、所定空燃比（空気過剰率λ＝１＋α［ストイキの少し手前］）に到達したか否かを判断する（図６のタイミングチャート参照）。当該判断は、酸素センサ９の出力値とタイマー等、或いは空燃比センサの出力等に基づいて判断することができる。また、実際の燃料噴射量が、空気過剰率λ＝１＋αに見合う燃料噴射量に到達したか否かで判断することもできる。
【００４０】
ＹＥＳであれば、ステップ６へ進む。一方、ＮＯであれば、ステップ４へリターンして、ＡＪＳｏｎ時ＭＢＴラインに沿ってストイキ運転点Ｂへ近づけて行く処理を継続させる。
ステップ６では、現在の運転点が、中間運転点である運転点Ｂへ到達するので、最終的な目標運転点Ｃを達成するべく、ＡＪＳのｏｎからｏｆｆへの切り替えを許可する（図６のＡＪＳ開閉フラグをｏｆｆとする）。そして、ＡＪＳ実作動ディレイ期間内で、空燃比を前記ダンパ速度でリッチ化して目標空燃比（ストイキ）を達成すると共に、ＡＪＳがｏｎのままの状態で（実際にｏｆｆに切り替わる前に）、空燃比が目標空燃比へ到達したときに、サージやノックやヘジテーションが発生しないような点火時期を達成できるように点火時期を再修正する。即ち、前記ダンパ速度だけでは誤差分［空燃比が目標値に達するときに、それに見合う点火時期に到達できない誤差分］を吸収しきれない場合があるので、この時点で、更にこの誤差分を修正する。言い換えれば、空気過剰率λ＝１＋αとなった後の点火時期リタード制御は、目標空燃比に見合った点火時期を達成できるように前記リタード速度（ダンパ速度）とは異なる速度で、点火時期を補正する。従って、例えば、図６のタイミングチャートで破線で示すように、平坦となる場合もあり得る。
【００４１】
ステップ７では、ＡＪＳがｏｎからｏｆｆに実際に切り替わると同時に、点火時期を運転点Ｃ（最終目標）における点火時期へ切り替え、最終的な目標運転点たる運転点Ｃを達成する。即ち、図６のタイミングチャートに示すように、ＡＪＳがｏｎからｏｆｆに実際に切り替えられたときに、点火時期も目標点火時期へ切り替えられることとなる。
【００４２】
その後、本フローを終了する。
このように、本実施形態によれば、所定のリーン運転点（例えば、図７の運転点Ａ）から、所定のストイキ運転点（例えば、図７の運転点Ｃ）へ移行させる場合に、即ち燃焼状態を変化させる場合に、出力段差やサージやノックやヘジテーションなどの悪影響が発生しないラインに沿って所定の中間運転点（例えば、図７の運転点Ｂ）まで空燃比と点火時期を変化させると共に、前記所定の中間運転点へ到達したときにスワールや点火時期を変更して最終目標運転点（例えば、図７の運転点Ｃ）へ到達させるようにしたので、従来のように燃焼状態を変化させる場合に、空燃比変更制御や点火時期変更制御やスワール比変更制御などの相互干渉により、出力段差、サージ、ノック、ヘジテーションなどが発生してしまうと言った惧れを回避することができる。
【００４３】
つまり、本実施形態によれば、燃焼状態制御因子の複数を可変制御して、所定の運転点から他の運転点（目標運転点）へ移行させる場合でも、従来のような各制御因子の可変制御の相互干渉を防止でき、良好な機関運転性を実現することができることとなる。
なお、上記ステップ３において設定された各ダンパ速度が適切である場合（空燃比変更制御と点火時期変更制御とが良好に同期（連係）でき、誤差がない場合）は、ステップ５においてλ＝１を判断し、実際の空燃比が理論空燃比となった時点で、ステップ６やステップ７へ移行させる構成とすることができる（この場合、ステップ６におけるＡ／Ｆリッチ化やＡＤＶ修正は省略することができる）。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態のシステム構成は、第１の実施形態において示した図２のシステム構成と同様であるので説明を省略する。
そして、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様、燃焼状態制御因子のうち、空燃比と点火時期とスワールを制御する場合を例とするものであるが、第１の実施形態の場合とは逆に、ストイキ燃焼中でＡＪＳがｏｆｆ（非作動）の状態（図７の運転点Ｃ）から、リーン燃焼中でＡＪＳがｏｎ（作動）の状態（図７の運転点Ａ）へ移行させる場合の制御に関する一例である。
【００４５】
ここで、第２の実施形態におけるコントロールユニット５０が行なう制御について、図９のタイミングチャート、図７のエンジン特性図等を参照しつつ、図８のフローチャートに従って説明する。なお、ストイキ燃焼中でＡＪＳがｏｆｆの状態（図７の運転点Ｃ）を、初期状態として説明する。ところで、本発明にかかる中間運転点移行手段、目標運転点移行手段としての機能は、以下に説明するように、コントロールユニット５０がソフトウェア的に奏することとなる。
【００４６】
図８のフローチャートにおいて、まず、
ステップ１１では、ストイキ燃焼（例えば、図７の運転点Ｃ）からリーン燃焼（例えば、図７の運転点Ａ）へのリーン移行条件が成立したか否かを判断する。かかる判断は、従来と同様で良く、例えば運転領域（機関負荷や機関回転速度など）や車速などに基づいて判断することができる。
【００４７】
ＹＥＳであればステップ１２へ進み、ＮＯであれば、ストイキ燃焼中で、ＡＪＳがｏｆｆの状態（例えば、図７の運転点Ｃ）を維持する。
ステップ１２では、リーン燃焼への移行を許可して（図９のリーン・ストイキ判定フラグを立ち上がらせて）、ステップ１３へ進む。
ステップ１３では、ＡＪＳのｏｆｆからｏｎへの切り替えを許可する（図９のＡＪＳ開閉フラグをｏｎとする）。
【００４８】
そして、ステップ１４では、ＡＪＳがｏｆｆからｏｎに実際に切り替わったときに、点火時期を運転点Ｂ（中間運転点）における点火時期へ切り替え、サージ、ノック、ヘジテーションなどの発生を抑制しつつ、ＡＪＳがｏｎの状態でストイキ燃焼状態である運転点Ｂを達成するようにする。
ステップ１５では、ＡＪＳのｏｆｆからｏｎへの切り替えや、点火時期の切り替えが終了したので、ΔＴＶＯ（スロットル弁開度変化速度）等に基づいて（即ち、どの位の速度でリーン燃焼へ移行させれば良いのかに基づいて）、現在の空燃比を運転点Ａの空燃比まで徐々にリーン化するために必要なリーン化速度（ダンパ速度）を設定する。また、ΔＴＶＯ（スロットル弁開度変化速度）に基づいて、現在の点火時期（ＡＤＶ）を運転点Ａの点火時期までアドバンス（進角）するために必要な、或いは徐々にリーン化される空燃比に見合った点火時時期とするために必要なアドバンス速度（ダンパ速度）を設定する。
【００４９】
即ち、出力段差等が発生しないように、所定時間内で、運転点Ａの空燃比まで徐々にリーン化するが、これと合わせて点火時期も徐々にアドバンス（進角）させないと、空燃比が目標空燃比となった時点で、点火時期は未だそれに見合った点火時期まで進角できていない、或いは点火時期は余計に進角され過ぎてしまっていると言った事態が生じる惧れがあり、かかる事態が生じると、例えばサージ、ノック、ヘジテーションなどが発生してしまうと言った惧れがあるので、これを防止すべく、本実施形態においては、現在の空燃比や点火時期、目標空燃比や目標点火時期、運転状態等を考慮して、空燃比のリーン化速度と点火時期の進角速度とを同期（連係）させて変化させるようにしているのである。
【００５０】
ステップ１６では、ステップ１５で設定されたダンパ速度に従って、運転点Ｂにおける空燃比（Ａ／Ｆ）や点火時期（ＡＤＶ）を変化させ、ＡＪＳｏｎ時ＭＢＴラインに沿って、リーン運転点Ａへ近づけて行く。なお、サージやノックやヘジテーションが発生しないラインを選んでリーン運転点Ａへ移行させることが重要なことであり、その一例として図７ではＡＪＳｏｎ時ＭＢＴライン（燃費優先ライン）を選んでいるのであって、上記要件を満たすラインであれば他のライン（排気優先ラインなど）であっても良いものである。
【００５１】
ステップ１７では、現在の空燃比が、所定空燃比（空気過剰率λ＝目標リーン空燃比−β［目標リーン空燃比の少し手前］）に到達したか否かを判断する（図９のタイミングチャート参照）。当該判断は、酸素センサ９の出力値とタイマー等、或いは空燃比センサの出力等に基づいて判断することができる。また、実際の燃料噴射量が、空気過剰率λ＝目標リーン空燃比−βに見合う燃料噴射量に到達したか否かで判断することもできる。
【００５２】
ＹＥＳであれば、ステップ１８へ進む。一方、ＮＯであれば、ステップ１６へリターンして、ＡＪＳｏｎ時ＭＢＴラインに沿ってリーン運転点Ａへ近づけて行く処理を継続させる。
ステップ１８では、現在の運転点が、目標運転点である運転点Ａへ到達しそうなので、空燃比が目標リーン空燃比へ到達したときに、サージやノックやヘジテーションが発生しないような点火時期を達成できるように点火時期を再修正する。即ち、前記ダンパ速度だけでは誤差分［空燃比が目標値に達するときに、それに見合う点火時期に到達できない誤差分］を吸収しきれない場合があるので、この時点で、更にこの誤差分を修正する。言い換えれば、空気過剰率λ＝目標リーン空燃比−βとなった後の点火時期の進角制御は、目標リーン空燃比に見合った点火時期を達成できるように前記進角速度（ダンパ速度）とは異なる速度で、点火時期を補正しつつ、空燃比を前記ダンパ速度でリーン化して目標リーン空燃比を達成する。従って、例えば、図９のタイミングチャートで破線で示すような状態となる場合もあり得る。
【００５３】
このように、第２の実施形態によれば、所定のストイキ運転点（例えば、図７の運転点Ｃ）から、所定のリーン運転点（例えば、図７の運転点Ａ）へ移行させる場合に、即ち燃焼状態を変化させる場合に、出力段差やサージやノックやヘジテーションなどの悪影響が発生しないラインに沿って所定の中間運転点（例えば、図７の運転点Ｂ）までスワールと点火時期を変化させると共に、前記所定の中間運転点へ到達してから、空燃比と点火時期を変化させて最終目標運転点（図 の運転点Ａ）へ到達させるようにしたので、従来のように燃焼状態を変化させる場合に、空燃比変更制御や点火時期変更制御やスワール比変更制御などが相互干渉して、出力段差、サージ、ノック、ヘジテーションなどが発生してしまうと言った惧れを回避することができる。
【００５４】
つまり、本実施形態によれば、燃焼状態制御因子の複数を可変制御して、所定の運転点から他の運転点（目標運転点）へ移行させる場合でも、従来のような各制御因子の可変制御の相互干渉を防止でき、良好な機関運転性を実現することができることとなる。
なお、上記ステップ１５において設定された各ダンパ速度が適切である場合（空燃比変更制御と点火時期変更制御とが良好に連係でき、誤差がない場合）は、ステップ１７においてλ＝目標リーン空燃比を判断し、実際の空燃比が目標空燃比となった時点で、ステップ１８を省略して、そのまま本フローを終了するように構成することができる。
【００５５】
ところで、上記各実施形態は、以下の制御を具体的に或いはフィードフォワード的に制御する一例を示したものである。
即ち、本発明は、
所定の運転点から、複数の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて、他の運転点（目標運転点）へ機関運転点を移行させる際に、
同時に前記複数の燃焼状態制御因子の制御状態の全てを変化させることを禁止し、前記複数の燃焼状態制御因子のうちの一部の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて中間運転点へ移行させ、
その後、残りの燃焼状態制御因子を含む一部の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて、前記中間運転点から目標運転点へ移行させる制御を行なわせることに、その本質がある。
【００５６】
従って、本発明の適用範囲は、上記各実施形態のように、同時に前記複数の燃焼状態制御因子の制御状態の全てを変化させると悪影響が生じる惧れがあるような場合に限定されるものではなく、他の条件に優先して、例えば燃費特性、出力特性、排気特性等を改善させたい場合などにも適用することができるものである。
【００５７】
なお、上記本発明に係る制御において、前記所定の運転点は、中間運転点である場合もある。そして、目標運転点は、例えば２つ目の中間運転点である場合もある。即ち、所定の運転点から目標運転点へ移行させる際の中間運転点は１つだけに限られるものではない。換言すれば、上記制御を複数回繰り返して所定の運転点から最終的な目標運転点へ移行させる場合、即ち複数の中間運転点を経由して最終的な目標運転点へ移行させる場合（例えば、複数の中間点がある複雑なルートとしなければ最終目標の運転点まで移行させることができない場合や、排気性能や燃費性能等の改善のために複雑なルートとした方が好ましい場合等）も含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項２に記載の発明の構成を説明するブロック図。
【図２】 本発明の第１の実施形態に係るシステム構成図。
【図３】 同上実施形態のスワール制御装置の構造例を説明する図（ＡＪＳ）。
【図４】 同上実施形態のスワール制御装置の他の構造例を説明する図（スワールコントロールバルブ）。
【図５】 同上実施形態において行なわれる運転点移行制御を説明するためのフローチャート。
【図６】 同上実施形態において行なわれる運転点移行制御を説明するためのタイミングチャート。
【図７】 同上実施形態において行なわれる運転点移行制御を説明するためのエンジン特性図。
【図８】 第２の実施形態において行なわれる運転点移行制御を説明するためのフローチャート。
【図９】 同上実施形態において行なわれる運転点移行制御を説明するためのタイミングチャート。
【図１０】 従来において解決が困難であった問題を説明するためのエンジン特性図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ エアフローメータ
４ スロットル弁
６ 燃料噴射弁
11 点火プラグ
14 スワール制御装置（ＡＪＳ）
16 ＥＧＲ制御弁
50 コントロールユニット
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃費等の改善を図るため、運転領域等に応じて、例えばストイキ（理論空燃比近傍）燃焼状態からリーン（希薄空燃比）燃焼状態へ内燃機関の燃焼状態を切り替えるようにしたものが知られている。
また、スワールコントロールバルブ、或いは補助吸気ポートシステム（ＡＪＳ）等のスワール制御装置を備え、スワール比を可変に制御できるようにしたものが知られている。
【０００３】
そして、ストイキ燃焼状態と、リーン燃焼状態と、を切替可能な内燃機関において、例えば前記スワール制御装置により、ストイキ燃焼中にはスワール比を小さい側に制御し（例えば、吸気抵抗を小さくしてポンピングロスの低減等により燃費改善を図り）、リーン燃焼中にはスワール比を大きい側に制御する（例えば、筒内空気流動を強化し、燃焼改善を図って燃費改善を図る或いはサージ限界を高める）ようにすることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ストイキ燃焼状態とリーン燃焼状態とを切替可能な内燃機関において、スワール比を燃焼状態に応じて可変に制御するようにした場合には、以下のような惧れがある。
即ち、図１０｛横軸＝空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）、縦軸＝点火進角（ＡＤＶ）｝に示すように、所定のリーン空燃比で、それに見合った点火進角（ＡＤＶ）で、かつＡＪＳ（スワール制御装置）をｏｎ（作動；スワール強化）させている所定のリーン運転点Ａから、
運転状態等（機関負荷や機関回転速度や車速など）が変化して、
ストイキ空燃比近傍で、それに見合った点火進角（ＡＤＶ）で、かつＡＪＳをｏｆｆ（非作動；スワール低減）させる所定のストイキ運転点Ｃ（目標運転点）へ移行させる必要が生じた場合（リーン→ストイキ切替指令が入力された場合）に、
急激に、空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）を、所定のリーン空燃比からストイキ空燃比近傍へ切り替えるようにすると、出力段差が生じ、運転者に違和感を与える惧れがある。
【０００５】
また、例えば、リーン→ストイキ切替指令が入力されたときに、切替後のストイキ燃焼に合わせて、前記ＡＪＳをｏｎからｏｆｆさせると、図１０中のＡＪＳｏｎ運転時サージ限界線が、図中破線で示すＡＪＳｏｆｆ運転時サージ限界線へ移動することになるので、運転点Ａにおける所定のリーン空燃比と点火時期のままでは、サージ限界を越えてしまうこととなり、運転性が低下する惧れがある。
【０００６】
このため、出力段差やサージ等の発生を避けるべく、リーン→ストイキ切替指令が入力されたときに、前記ＡＪＳをｏｎのままとして、図１０中に一点鎖線で示すルートＸに沿わせて、運転点Ａから、切替後の運転点Ｃ（目標運転点）まで徐々に空燃比をリッチ化して行くと共に点火時期を徐々に遅角させて行くことが考えられる。
【０００７】
しかしながら、このようにしても、前記ルートＸに沿わせて空燃比と点火時期を変化させて行くと、その途中で、ＡＪＳｏｎ時ノック限界線を横切ることになるので、ノックが発生してしまう惧れがある。なお、ノックの発生を避けるべく、ＡＪＳｏｎ時ノック限界線手前で、前記ＡＪＳをＯＦＦすると、今度は前述したＡＪＳｏｆｆ運転時サージ限界を越えてしまうので、サージの発生を避けることができない、と言った惧れがある。
【０００８】
即ち、ストイキ燃焼状態とリーン燃焼状態とを切替可能な内燃機関において、スワール比を燃焼状態に応じて可変に制御するようにした場合には、出力段差、サージ、ノック等の発生を良好に抑制しながら、運転点Ａから運転点Ｃへ移行させることは困難であった。
本発明は、上記のような従来の実情に鑑みなされたもので、スワール比や空燃比や点火時期等の燃焼状態制御因子の複数を可変制御して、所定の運転点から目標運転点へ移行させる場合でも、各制御因子の可変制御の相互干渉を防止でき、以って良好な機関運転性を実現でき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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明は、ストイキ燃焼状態とリーン燃焼状態を切替可能とし、スワールを燃焼状態に応じて可変に制御するようにした内燃機関において、前記ストイキ燃焼状態から前記リーン燃焼状態へと移行させるときに、点火時期とスワールの制御状態を変化させて中間運転点へと移行させ、その後、空燃比と点火時期を変化させて、前記中間運転点から前記リーン燃焼状態へと移行させる制御を行なわせるようにした（すなわち、図１に示すように、中間運転点移行手段と目標運転点移行手段とを含んで構成される）。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、前記リーン燃焼状態から前記ストイキ燃焼状態に移行させるときに、空燃比と点火時期を変化させて前記中間運転点へと移行させ、その後、点火時期とスワールの制御状態を変化させて、前記中間運転点から前記ストイキ燃焼状態へと移行させる制御を行なわせるようにした。
【００１１】
請求項１や請求項２に記載の発明によれば、複数の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて、所定の運転点（例えば、図７の運転点Ａ）から、目標運転点（例えば、図７の運転点Ｃ）へ移行させる場合には、まず、そのうちの一部の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて中間運転点（例えば、図７の運転点Ｂ）へ移行させ、その後、残りの燃焼状態制御因子を含む一部の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて、目標運転点へ運転点を移行させるようにする。
【００１２】
これにより、例えば、出力段差やサージやノックやヘジテーションなどの悪影響が発生しないルートを通過させて中間運転点へ移行させることができ、その後は、同様に悪影響が生じないルートを通過させて目標運転点へ移行させることができることとなる。
即ち、本発明によれば、複数の燃焼状態制御因子の制御状態を可変制御して、所定の運転点から他の運転点（目標運転点）へ移行させる場合でも、従来のような各制御因子の可変制御の相互干渉を防止でき、良好な機関運転性を実現することができることとなる。
【００１７】
具体的には、点火時期を進角させリーン燃焼でスワール制御装置を作動させる運転点と、点火時期を遅角させストイキ燃焼でスワール制御装置を作動させない運転点と、の間の移行を、出力段差やサージやノックやヘジテーションなどを発生させることなく、良好に行なわせることが可能となり、ストイキ燃焼とリーン燃焼とを切り替えるようにした内燃機関にとって極めて有効なものとなる。即ち、ストイキ燃焼とリーン燃焼とを切り替えるようにした内燃機関の実用性を格段に向上させることができる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１や請求項２に記載の発明によれば、複数の燃焼状態制御因子の制御状態を可変制御して、所定の運転点から他の運転点（目標運転点）へ移行させる場合でも、従来のような各制御因子の可変制御の相互干渉を防止でき、良好な機関運転性を実現することができることとなる。
【００２０】
具体的には、点火時期を進角させリーン燃焼でスワール制御装置を作動させる運転点と、点火時期を遅角させストイキ燃焼でスワール制御装置を作動させない運転点と、の間の移行を、出力段差やサージやノックやヘジテーションなどを発生させることなく、良好に行なわせることが可能となり、ストイキ燃焼とリーン燃焼とを切り替えるようにした内燃機関にとって極めて有効なものとなる。即ち、ストイキ燃焼とリーン燃焼とを切り替えるようにした内燃機関の実用性等を格段に向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。
本発明の第１の実施形態に係るシステム構成を示す図２において、機関１の吸気通路２には吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ３及び吸入空気流量Ｑａを制御するスロットル弁４が設けられ、下流のマニホールド部分５には気筒毎に電磁式の燃料噴射弁６が設けられている。なお、燃料噴射弁６を各気筒の燃焼室７に臨ませる構成とし、本実施形態にかかる内燃機関を所謂筒内直接噴射式内燃機関とすることもできる。
【００２２】
かかる燃料噴射弁６は、後述するようにしてコントロールユニット５０において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータ（図示せず）により所定圧力に制御された燃料を噴射供給する。
一方、排気通路８にはマニホールド集合部近傍に、排気中の特定成分（例えば、酸素）濃度を検出することによって吸入混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）のリッチ・リーンを検出する酸素センサ９が設けられ、その下流側に、排気浄化触媒等が介装されている。なお、リッチ域からリーン域まで広範囲に亘って空燃比をリニアに検出できる空燃比センサとすることもできる。
【００２３】
ところで、本実施形態においては、前記スロットル弁４の開度を、ＤＣモータ等のアクチュエータにより制御することができるスロットル弁制御装置１０が備えられている。また、前記スロットル弁４の開度を検出するスロットルセンサ１１（アイドルＳＷとしても機能させることができる）も設けられている。
前記スロットル弁制御装置１０は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成できるように、コントロールユニット５０からの駆動信号に基づき、スロットル弁４を開度制御するものとして構成することができるが、これに限らず、例えば、通常時はアクセルペダルと連動してスロットル弁４を開閉する構成とし、アイドル運転領域等において運転者がアクセルペダルを踏まなくても、スロットル弁４の開度を変化させることができるものとして構成することもできる。また、常にアクセルペダルと連動してスロットル弁４を開閉する構成とし、スロットル弁制御装置１０を省略することもできる。
【００２４】
なお、燃焼室７に臨んで装着されて、コントロールユニット５０からの点火信号に基づいて点火を行う点火プラグ１１が、内燃機関１の各気筒に設けられている。
また、図２で図示しないディストリビュータには、クランク角センサ１２が内蔵されており、コントロールユニット５０では、該クランク角センサ１２から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎｅを検出できるようになっている。
【００２５】
なお、機関１の冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１３が設けられている。
ところで、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータからなるコントロールユニット５０では、各種センサからの入力信号を受け、概略以下のようにして、燃料噴射弁６の噴射量（延いては空燃比）を制御する。
【００２６】
即ち、
エアフローメータ３からの電圧信号から求められる吸入空気流量Ｑａと、クランク角センサ１２からの信号から求められる機関回転速度Ｎｅとから基本燃料噴射パルス幅（燃料噴射量に相当）Ｔｐ＝ｃ×Ｑａ／Ｎｅ（ｃは定数）を演算すると共に、ストイキ（理論空燃比）近傍での燃焼運転中には、低水温時に機関安定性等のためにリッチ側に補正する水温補正係数Ｋｗや、始動及び始動後増量補正係数Ｋasや、空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤ等により、最終的な有効燃料噴射パルス幅Ｔｅ＝Ｔｐ×（１＋Ｋｗ＋Ｋas＋・・・）×ＬＡＭＤ＋Ｔｓを演算する。Ｔｓは、電圧補正分である。
【００２７】
上記空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤは、前記酸素センサ９のリッチ・リーン反転出力に基づいて比例積分（ＰＩ）制御等により増減されるもので、これに基づきコントロールユニット５０では基本燃料パルス幅Ｔｐを補正し、燃焼用混合気の空燃比を目標空燃比（理論空燃比）近傍にフィードバック制御するものである。
【００２８】
なお、本実施形態におけるコントロールユニット５０では、運転領域（例えばＮｅやＴｐ）等に応じてストイキ燃焼とリーン（希薄空燃比）燃焼とを切り替える制御を行なえるようになっているが、リーン燃焼中の最終的な燃料噴射パルス幅ＴL は、例えば、前記空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤを所定値にクランプして、リーン目標値Ｚで、前記Ｔｅを修正することで求めるようになっている。
【００２９】
即ち、
ＴL ＝Ｔｅ×Ｚ
Ｚは、リーン化目標値（＝14.7／目標リーン空燃比）である。
そして、上記のようにしてストイキ燃焼状態或いはリーン燃焼状態に応じ設定された燃料噴射パルス幅Ｔｅ（或いはＴL ）を持つ駆動パルス信号が前記燃料噴射弁６に送られて、所定量に調量された燃料が噴射供給されることになる。
【００３０】
なお、点火プラグ１１の点火時期（点火進角）は、従来同様、目標空燃比や回転速度Ｎｅに応じて予め設定された時期に制御されるようになっている。
ところで、機関１の燃焼状態を制御する制御因子としては、例えば、空燃比、点火時期、筒内空気流動（例えば、スワール、縦流れ、乱れ等があるが、以下スワールで代表して説明する）等があるが、この他にも、ＥＧＲ量（率）や燃焼形態、若しくは使用する燃料性状（例えば、オクタン価）等があり、燃焼状態を制御する因子であれば如何なるものであっても構わない。
【００３１】
なお、空燃比は、燃料噴射量或いは吸入空気流量を制御することで制御される。燃料噴射量は、既述したように燃料噴射弁６の駆動パルス信号（開弁期間）により制御可能であり、吸入空気流量を制御する場合は、従来公知の補助空気通路（スロットル弁４をバイパスして燃焼室内に吸気を導くもの）、前記スロットル弁制御装置１０等を利用することで達成することができる。
【００３２】
また、スワールは、図３、図４に示すような従来公知の各種のスワール制御装置により制御することができる。図２では、図３のスワール制御装置（ＡＪＳ）を符号１４で著してある。
そして、ＥＧＲ量（率）は、例えば、図２で示すようなＥＧＲ弁制御装置１７により制御可能で、該ＥＧＲ弁制御装置１７は、ステップモータ或いは比例ソレノイド等を含んで構成されリフト量（開弁量）を変更可能なＥＧＲ弁１６と、当該ＥＧＲ弁１６を介装して排気系と吸気系とを連通可能な排気還流通路１５と、を含んで構成される。なお、ＥＧＲ弁１６は、コントロールユニット５０からの駆動信号によって駆動制御することができる。
【００３３】
なお、燃焼形態は、例えば図２で示したように吸気ポート内に燃料を噴射することで燃料と空気とを予め均質に混合させた状態で燃焼室内に導入し燃焼させる所謂均質燃焼形態や、燃料を直接燃焼室内に噴射供給することで燃焼室内の混合気を空燃比が濃い領域と薄い領域との層に分け燃焼させる所謂層状燃焼形態などがあり、燃焼形態の相違によって、燃焼状態が異なり、ノック限界、サージ限界（リーン限界）などが異なるものである。また、燃料性状は、ハイオク燃料やレギュラー燃料等で異なり、従ってこれらを切り替え使用する場合には、燃焼状態が変化し、ノック限界、サージ限界（リーン限界）などが異なることになる。
【００３４】
本発明は燃焼状態制御因子の何れに対しても適用できるものであるが、本実施形態では、燃焼状態制御因子のうち、空燃比と点火時期とスワールを制御する場合を例として、本実施形態におけるコントロールユニット５０が行なう制御について、図６のタイミングチャートや図７のエンジン特性図を参照しつつ、図５のフローチャートに従って説明する。なお、リーン燃焼中でＡＪＳがｏｎ（作動）の状態（図７の運転点Ａ）を、初期状態として説明する。ところで、本発明にかかる中間運転点移行手段、目標運転点移行手段としての機能は、以下に説明するように、コントロールユニット５０がソフトウェア的に奏することとなる。
【００３５】
図５のフローチャートにおいて、まず、
ステップ（図では、Ｓと記してある）１では、リーン燃焼（例えば、図７の運転点Ａ）からストイキ燃焼（例えば、図７の運転点Ｃ）へのストイキ移行条件が成立したか否かを判断する。かかる判断は、従来と同様で良く、例えば運転領域（機関負荷や機関回転速度など）や車速などに基づいて判断することができる。
【００３６】
ＹＥＳであればステップ２へ進み、ＮＯであれば、リーン燃焼中で、ＡＪＳがｏｎ（作動）の状態（例えば、運転点Ａ）を維持する。
ステップ２では、ストイキ燃焼への移行を許可して（図６においてリーン・ストイキ判定フラグを立ち下がらせて）、ステップ３へ進む。
ステップ３では、ΔＴＶＯ（スロットル弁開度変化速度）等に基づいて（即ち、どの位の速度でストイキ燃焼へ移行させれば良いのかに基づいて）、現在の空燃比を中間運転点Ｂ（図６参照）の空燃比まで徐々にリッチ化するために必要なリッチ化速度（ダンパ速度）を設定する。また、ΔＴＶＯ（スロットル弁開度変化速度）に基づいて、現在の点火時期（ＡＤＶ）を中間運転点Ｂの点火時期までリタードするために必要な、或いは徐々にリッチ化される空燃比に見合った点火時時期とするために必要なリタード速度（ダンパ速度）を設定する。
【００３７】
即ち、出力段差等が発生しないように、所定時間内で、運転点Ｃの空燃比まで徐々にリッチ化するが、これと合わせて点火時期も徐々にリタード（遅角）させないと、空燃比が目標空燃比となった時点で、点火時期は未だそれに見合った点火時期まで遅角できていない、或いは点火時期は余計に遅角され過ぎてしまっていると言った事態が生じる惧れがあり、かかる事態が生じると、例えばサージ、ノック、ヘジテーションなどが発生してしまうと言った惧れがあるので、これを防止すべく、本実施形態では、現在の空燃比や点火時期、目標空燃比や目標点火時期、運転状態等を考慮して、空燃比のリッチ化速度と点火時期の遅角速度とを同期（連係）させて変化させるようにしているのである。
【００３８】
ステップ４では、ステップ３で設定されたダンパ速度に従って、ＡＪＳ１４をｏｎのまま、運転点Ａにおける空燃比（Ａ／Ｆ）や点火時期（ＡＤＶ）を変化させ、ＡＪＳｏｎ時ＭＢＴラインに沿って、中間運転点Ｂへ近づけて行く（図６のタイミングチャートや、図７参照）。
即ち、本実施形態においては、ステップ３、ステップ４を介して、ＡＪＳ１４をｏｎのまま、例えば図７のＡＪＳｏｎ時ＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque ）ラインを通って、ストイキ運転点Ｂ（中間運転点）へ移行させることが先ず行なわれることとなる。なお、サージやノックやヘジテーションが発生しないラインを選んでストイキ運転点Ｂ（中間運転点）へ移行させることが重要なことであり、その一例として図７ではＡＪＳｏｎ時ＭＢＴライン（燃費優先ライン）を選んでいるのであって、上記要件を満たすラインであれば他のライン（排気優先ラインなど）であっても良いものである。
【００３９】
ステップ５では、現在の空燃比が、所定空燃比（空気過剰率λ＝１＋α［ストイキの少し手前］）に到達したか否かを判断する（図６のタイミングチャート参照）。当該判断は、酸素センサ９の出力値とタイマー等、或いは空燃比センサの出力等に基づいて判断することができる。また、実際の燃料噴射量が、空気過剰率λ＝１＋αに見合う燃料噴射量に到達したか否かで判断することもできる。
【００４０】
ＹＥＳであれば、ステップ６へ進む。一方、ＮＯであれば、ステップ４へリターンして、ＡＪＳｏｎ時ＭＢＴラインに沿ってストイキ運転点Ｂへ近づけて行く処理を継続させる。
ステップ６では、現在の運転点が、中間運転点である運転点Ｂへ到達するので、最終的な目標運転点Ｃを達成するべく、ＡＪＳのｏｎからｏｆｆへの切り替えを許可する（図６のＡＪＳ開閉フラグをｏｆｆとする）。そして、ＡＪＳ実作動ディレイ期間内で、空燃比を前記ダンパ速度でリッチ化して目標空燃比（ストイキ）を達成すると共に、ＡＪＳがｏｎのままの状態で（実際にｏｆｆに切り替わる前に）、空燃比が目標空燃比へ到達したときに、サージやノックやヘジテーションが発生しないような点火時期を達成できるように点火時期を再修正する。即ち、前記ダンパ速度だけでは誤差分［空燃比が目標値に達するときに、それに見合う点火時期に到達できない誤差分］を吸収しきれない場合があるので、この時点で、更にこの誤差分を修正する。言い換えれば、空気過剰率λ＝１＋αとなった後の点火時期リタード制御は、目標空燃比に見合った点火時期を達成できるように前記リタード速度（ダンパ速度）とは異なる速度で、点火時期を補正する。従って、例えば、図６のタイミングチャートで破線で示すように、平坦となる場合もあり得る。
【００４１】
ステップ７では、ＡＪＳがｏｎからｏｆｆに実際に切り替わると同時に、点火時期を運転点Ｃ（最終目標）における点火時期へ切り替え、最終的な目標運転点たる運転点Ｃを達成する。即ち、図６のタイミングチャートに示すように、ＡＪＳがｏｎからｏｆｆに実際に切り替えられたときに、点火時期も目標点火時期へ切り替えられることとなる。
【００４２】
その後、本フローを終了する。
このように、本実施形態によれば、所定のリーン運転点（例えば、図７の運転点Ａ）から、所定のストイキ運転点（例えば、図７の運転点Ｃ）へ移行させる場合に、即ち燃焼状態を変化させる場合に、出力段差やサージやノックやヘジテーションなどの悪影響が発生しないラインに沿って所定の中間運転点（例えば、図７の運転点Ｂ）まで空燃比と点火時期を変化させると共に、前記所定の中間運転点へ到達したときにスワールや点火時期を変更して最終目標運転点（例えば、図７の運転点Ｃ）へ到達させるようにしたので、従来のように燃焼状態を変化させる場合に、空燃比変更制御や点火時期変更制御やスワール比変更制御などの相互干渉により、出力段差、サージ、ノック、ヘジテーションなどが発生してしまうと言った惧れを回避することができる。
【００４３】
つまり、本実施形態によれば、燃焼状態制御因子の複数を可変制御して、所定の運転点から他の運転点（目標運転点）へ移行させる場合でも、従来のような各制御因子の可変制御の相互干渉を防止でき、良好な機関運転性を実現することができることとなる。
なお、上記ステップ３において設定された各ダンパ速度が適切である場合（空燃比変更制御と点火時期変更制御とが良好に同期（連係）でき、誤差がない場合）は、ステップ５においてλ＝１を判断し、実際の空燃比が理論空燃比となった時点で、ステップ６やステップ７へ移行させる構成とすることができる（この場合、ステップ６におけるＡ／Ｆリッチ化やＡＤＶ修正は省略することができる）。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態のシステム構成は、第１の実施形態において示した図２のシステム構成と同様であるので説明を省略する。
そして、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様、燃焼状態制御因子のうち、空燃比と点火時期とスワールを制御する場合を例とするものであるが、第１の実施形態の場合とは逆に、ストイキ燃焼中でＡＪＳがｏｆｆ（非作動）の状態（図７の運転点Ｃ）から、リーン燃焼中でＡＪＳがｏｎ（作動）の状態（図７の運転点Ａ）へ移行させる場合の制御に関する一例である。
【００４５】
ここで、第２の実施形態におけるコントロールユニット５０が行なう制御について、図９のタイミングチャート、図７のエンジン特性図等を参照しつつ、図８のフローチャートに従って説明する。なお、ストイキ燃焼中でＡＪＳがｏｆｆの状態（図７の運転点Ｃ）を、初期状態として説明する。ところで、本発明にかかる中間運転点移行手段、目標運転点移行手段としての機能は、以下に説明するように、コントロールユニット５０がソフトウェア的に奏することとなる。
【００４６】
図８のフローチャートにおいて、まず、
ステップ１１では、ストイキ燃焼（例えば、図７の運転点Ｃ）からリーン燃焼（例えば、図７の運転点Ａ）へのリーン移行条件が成立したか否かを判断する。かかる判断は、従来と同様で良く、例えば運転領域（機関負荷や機関回転速度など）や車速などに基づいて判断することができる。
【００４７】
ＹＥＳであればステップ１２へ進み、ＮＯであれば、ストイキ燃焼中で、ＡＪＳがｏｆｆの状態（例えば、図７の運転点Ｃ）を維持する。
ステップ１２では、リーン燃焼への移行を許可して（図９のリーン・ストイキ判定フラグを立ち上がらせて）、ステップ１３へ進む。
ステップ１３では、ＡＪＳのｏｆｆからｏｎへの切り替えを許可する（図９のＡＪＳ開閉フラグをｏｎとする）。
【００４８】
そして、ステップ１４では、ＡＪＳがｏｆｆからｏｎに実際に切り替わったときに、点火時期を運転点Ｂ（中間運転点）における点火時期へ切り替え、サージ、ノック、ヘジテーションなどの発生を抑制しつつ、ＡＪＳがｏｎの状態でストイキ燃焼状態である運転点Ｂを達成するようにする。
ステップ１５では、ＡＪＳのｏｆｆからｏｎへの切り替えや、点火時期の切り替えが終了したので、ΔＴＶＯ（スロットル弁開度変化速度）等に基づいて（即ち、どの位の速度でリーン燃焼へ移行させれば良いのかに基づいて）、現在の空燃比を運転点Ａの空燃比まで徐々にリーン化するために必要なリーン化速度（ダンパ速度）を設定する。また、ΔＴＶＯ（スロットル弁開度変化速度）に基づいて、現在の点火時期（ＡＤＶ）を運転点Ａの点火時期までアドバンス（進角）するために必要な、或いは徐々にリーン化される空燃比に見合った点火時時期とするために必要なアドバンス速度（ダンパ速度）を設定する。
【００４９】
即ち、出力段差等が発生しないように、所定時間内で、運転点Ａの空燃比まで徐々にリーン化するが、これと合わせて点火時期も徐々にアドバンス（進角）させないと、空燃比が目標空燃比となった時点で、点火時期は未だそれに見合った点火時期まで進角できていない、或いは点火時期は余計に進角され過ぎてしまっていると言った事態が生じる惧れがあり、かかる事態が生じると、例えばサージ、ノック、ヘジテーションなどが発生してしまうと言った惧れがあるので、これを防止すべく、本実施形態においては、現在の空燃比や点火時期、目標空燃比や目標点火時期、運転状態等を考慮して、空燃比のリーン化速度と点火時期の進角速度とを同期（連係）させて変化させるようにしているのである。
【００５０】
ステップ１６では、ステップ１５で設定されたダンパ速度に従って、運転点Ｂにおける空燃比（Ａ／Ｆ）や点火時期（ＡＤＶ）を変化させ、ＡＪＳｏｎ時ＭＢＴラインに沿って、リーン運転点Ａへ近づけて行く。なお、サージやノックやヘジテーションが発生しないラインを選んでリーン運転点Ａへ移行させることが重要なことであり、その一例として図７ではＡＪＳｏｎ時ＭＢＴライン（燃費優先ライン）を選んでいるのであって、上記要件を満たすラインであれば他のライン（排気優先ラインなど）であっても良いものである。
【００５１】
ステップ１７では、現在の空燃比が、所定空燃比（空気過剰率λ＝目標リーン空燃比−β［目標リーン空燃比の少し手前］）に到達したか否かを判断する（図９のタイミングチャート参照）。当該判断は、酸素センサ９の出力値とタイマー等、或いは空燃比センサの出力等に基づいて判断することができる。また、実際の燃料噴射量が、空気過剰率λ＝目標リーン空燃比−βに見合う燃料噴射量に到達したか否かで判断することもできる。
【００５２】
ＹＥＳであれば、ステップ１８へ進む。一方、ＮＯであれば、ステップ１６へリターンして、ＡＪＳｏｎ時ＭＢＴラインに沿ってリーン運転点Ａへ近づけて行く処理を継続させる。
ステップ１８では、現在の運転点が、目標運転点である運転点Ａへ到達しそうなので、空燃比が目標リーン空燃比へ到達したときに、サージやノックやヘジテーションが発生しないような点火時期を達成できるように点火時期を再修正する。即ち、前記ダンパ速度だけでは誤差分［空燃比が目標値に達するときに、それに見合う点火時期に到達できない誤差分］を吸収しきれない場合があるので、この時点で、更にこの誤差分を修正する。言い換えれば、空気過剰率λ＝目標リーン空燃比−βとなった後の点火時期の進角制御は、目標リーン空燃比に見合った点火時期を達成できるように前記進角速度（ダンパ速度）とは異なる速度で、点火時期を補正しつつ、空燃比を前記ダンパ速度でリーン化して目標リーン空燃比を達成する。従って、例えば、図９のタイミングチャートで破線で示すような状態となる場合もあり得る。
【００５３】
このように、第２の実施形態によれば、所定のストイキ運転点（例えば、図７の運転点Ｃ）から、所定のリーン運転点（例えば、図７の運転点Ａ）へ移行させる場合に、即ち燃焼状態を変化させる場合に、出力段差やサージやノックやヘジテーションなどの悪影響が発生しないラインに沿って所定の中間運転点（例えば、図７の運転点Ｂ）までスワールと点火時期を変化させると共に、前記所定の中間運転点へ到達してから、空燃比と点火時期を変化させて最終目標運転点（図 の運転点Ａ）へ到達させるようにしたので、従来のように燃焼状態を変化させる場合に、空燃比変更制御や点火時期変更制御やスワール比変更制御などが相互干渉して、出力段差、サージ、ノック、ヘジテーションなどが発生してしまうと言った惧れを回避することができる。
【００５４】
つまり、本実施形態によれば、燃焼状態制御因子の複数を可変制御して、所定の運転点から他の運転点（目標運転点）へ移行させる場合でも、従来のような各制御因子の可変制御の相互干渉を防止でき、良好な機関運転性を実現することができることとなる。
なお、上記ステップ１５において設定された各ダンパ速度が適切である場合（空燃比変更制御と点火時期変更制御とが良好に連係でき、誤差がない場合）は、ステップ１７においてλ＝目標リーン空燃比を判断し、実際の空燃比が目標空燃比となった時点で、ステップ１８を省略して、そのまま本フローを終了するように構成することができる。
【００５５】
ところで、上記各実施形態は、以下の制御を具体的に或いはフィードフォワード的に制御する一例を示したものである。
即ち、本発明は、
所定の運転点から、複数の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて、他の運転点（目標運転点）へ機関運転点を移行させる際に、
同時に前記複数の燃焼状態制御因子の制御状態の全てを変化させることを禁止し、前記複数の燃焼状態制御因子のうちの一部の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて中間運転点へ移行させ、
その後、残りの燃焼状態制御因子を含む一部の燃焼状態制御因子の制御状態を変化させて、前記中間運転点から目標運転点へ移行させる制御を行なわせることに、その本質がある。
【００５６】
従って、本発明の適用範囲は、上記各実施形態のように、同時に前記複数の燃焼状態制御因子の制御状態の全てを変化させると悪影響が生じる惧れがあるような場合に限定されるものではなく、他の条件に優先して、例えば燃費特性、出力特性、排気特性等を改善させたい場合などにも適用することができるものである。
【００５７】
なお、上記本発明に係る制御において、前記所定の運転点は、中間運転点である場合もある。そして、目標運転点は、例えば２つ目の中間運転点である場合もある。即ち、所定の運転点から目標運転点へ移行させる際の中間運転点は１つだけに限られるものではない。換言すれば、上記制御を複数回繰り返して所定の運転点から最終的な目標運転点へ移行させる場合、即ち複数の中間運転点を経由して最終的な目標運転点へ移行させる場合（例えば、複数の中間点がある複雑なルートとしなければ最終目標の運転点まで移行させることができない場合や、排気性能や燃費性能等の改善のために複雑なルートとした方が好ましい場合等）も含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項２に記載の発明の構成を説明するブロック図。
【図２】 本発明の第１の実施形態に係るシステム構成図。
【図３】 同上実施形態のスワール制御装置の構造例を説明する図（ＡＪＳ）。
【図４】 同上実施形態のスワール制御装置の他の構造例を説明する図（スワールコントロールバルブ）。
【図５】 同上実施形態において行なわれる運転点移行制御を説明するためのフローチャート。
【図６】 同上実施形態において行なわれる運転点移行制御を説明するためのタイミングチャート。
【図７】 同上実施形態において行なわれる運転点移行制御を説明するためのエンジン特性図。
【図８】 第２の実施形態において行なわれる運転点移行制御を説明するためのフローチャート。
【図９】 同上実施形態において行なわれる運転点移行制御を説明するためのタイミングチャート。
【図１０】 従来において解決が困難であった問題を説明するためのエンジン特性図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ エアフローメータ
４ スロットル弁
６ 燃料噴射弁
11 点火プラグ
14 スワール制御装置（ＡＪＳ）
16 ＥＧＲ制御弁
50 コントロールユニット
Claims (2)
- ストイキ燃焼状態とリーン燃焼状態とを切替可能とし、スワールを燃焼状態に応じて可変に制御するようにした内燃機関において、
前記ストイキ燃焼状態から前記リーン燃焼状態へと移行させるときに、点火時期とスワールの制御状態を変化させて中間運転点へと移行させ、
その後、空燃比と点火時期とを変化させて、前記中間運転点から前記リーン燃焼状態へと移行させる制御を行なわせるようにしたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記リーン燃焼状態から前記ストイキ燃焼状態に移行させるときに、空燃比と点火時期を変化させて前記中間運転点へと移行させ、
その後、点火時期とスワールの制御状態を変化させて、前記中間運転点から前記ストイキ燃焼状態へと移行させる制御を行なわせるようにしたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP34145797A JP3858399B2 (ja) | 1997-12-11 | 1997-12-11 | 内燃機関の制御装置 |
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Family
ID=18346225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34145797A Expired - Lifetime JP3858399B2 (ja) | 1997-12-11 | 1997-12-11 | 内燃機関の制御装置 |
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