JP3922262B2 - 内燃機関の回転速度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の回転速度制御装置に関し、詳しくは、燃焼形態を切り換えることができる（例えば、成層混合気による燃焼と、均質混合気による燃焼とを切り換えて行うことができる）内燃機関の回転速度制御装置に関する。

アイドル状態を含む低回転速度・低負荷状態において、燃焼室内に点火栓により着火可能な可燃混合比の混合気からなる層（１）と、ＥＧＲガスを含む空気層又は点火栓による着火は困難であるが前記層（１）からの伝播火炎を受けて燃焼可能な可燃混合比の混合気からなる層（２）とからなる成層混合気を形成し、極希薄な空燃比による燃焼を実現し、ポンピングロスの低減等により燃費の向上を図るようにしたエンジン（所謂、燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジン）がある（特許文献１，２）。

また、アイドル状態において、目標回転速度を設定し、実際の回転速度をこれと一致させるように制御するアイドル回転速度制御がある。特に、制御量の操作から実際のトルク発生までの時間が短い高応答のトルク制御手段として点火時期を操作（制御）するものがある。
この一例として、エンジンのアイドル運転時に、エンジン回転速度を検出し、この回転速度がエンジンの運転条件に応じて予め定められた目標回転速度と一致するように、エンジンへの供給空気量を調整すると共に、回転速度の落ち込み又は目標回転速度からの偏差に応じて、点火時期を補正するようにしている（特許文献３）。即ち、供給空気量の調整によりエンジン回転速度を目標回転速度に制御するだけでなく、トルク発生への応答が速い点火時期を用いてエンジン回転速度の変動又は落ち込みを極力小さくすることを目指すシステムとしている。

また、燃料噴射量（即ち、燃料供給量）を調整して、点火時期と同様に応答よくエンジンの発生トルクを操作し、エンジン回転速度のフィードバック制御を行うようにしている（特許文献４，５）。
特開昭６２−１９１６２２号公報 特開平０２−１６９８３４号公報 特開昭５７−０８３６６５号公報 特開昭５８−００８２４８号公報 特開平０３−０８５３４６号公報

上述のような、燃焼室内に局所的に混合気を形成する成層混合気により、燃焼室内の平均空燃比を極薄い希薄な（リーンな）状態として燃焼を行うシステムにおいては、燃費の向上を図るために、成層混合気による燃焼が可能なエンジン運転条件においてこれを実行するが、例えば、エンジンの暖機状態等、いくつかの条件が満たされたアイドル状態においては、成層混合気を形成して燃焼を行う。

このような場合に、燃焼室内において可燃混合気は偏在し、特にアイドル時のように極低負荷である場合は、混合気の占める領域は狭い。このため、その混合気領域内に点火栓が存在するときに的確に点火が行われるように、点火時期を選ぶ必要がある。言い換えると、成層混合気による燃焼を行わせる場合は、点火時期を最適値として設定された位置からそれほど自由には変化させることができない。

このため、前述のように、応答よくトルクを調整する手段として点火時期を操作するものを用いたとしても、事実上、点火時期によるトルク制御領域はほとんどないと言える。
従って、点火時期の制御による高応答なトルク調整制御は期待し得ないため、成層混合気による燃焼を行う際に応答よく発生トルクの制御を行わせるための手法としては、燃料噴射量を制御してトルク調整制御を行わせることが考えられる。

しかし、成層混合気を形成して燃焼室内の平均空燃比を極リーンにする場合は、例えば、空燃比で４０程度、ＥＧＲガスも含めた吸入ガスと燃料との質量比では６０又はそれ以上の比で燃焼が行われる。このため、例えスロットル全開状態のような吸入空気量が最大となる状況においても、発生トルクとしてはそれほど大きな値とはならない。即ち、リーン限界の空燃比では、発生させ得るトルクに限界がある。

このため、アイドル状態にあり、かつ比較的高負荷の場合、例えば、ＡＴが走行レンジ（トルクコンバータの粘性抵抗に見合った発生トルクが必要な状況）にあり、かつエアコンが非常に高い負荷状態にある場合は、上記発生トルクではカバーしきれない惧れがある。しかし、このような場合は、空燃比をリーン限界よりもリッチ目の空燃比とすることにより、必要とされるトルクを発生させることが可能である。

即ち、成層混合気を形成して燃焼を行う場合に、定常的な（過渡的でない）要求に対するトルク実現手段として、燃料噴射量の制御を採用することができる。
しかしながら、上記のように定常的な空燃比をリッチ目に設定する場合は、高応答制御として燃料噴射量の制御を採用したとしても、その制御量が縮小される場合がある。即ち、成層混合気を形成して燃焼を行う場合にあっても、空燃比を濃くし過ぎると、リッチ限界に達して点火性の悪化等が問題となるため、定常的な空燃比をリッチ目に設定した結果、燃料噴射量の増量可能幅が縮小されることとなり、負荷変化（変動）に応じて要求される発生トルクを十分に達成し得ない事態が生じる。言い換えると、燃料噴射量の制御による高応答制御が十分に機能しない状況に陥る惧れがある。

本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、燃焼形態を切り換える内燃機関の回転速度制御装置において、常に、良好に高応答制御が実現されるようにすることを目的とする。

このため、請求項１に記載の発明では、図１に示すように、
内燃機関の発生トルクを所定のトルク制御値により制御して、内燃機関の回転速度を目標値に維持する回転速度制御手段と、
内燃機関の燃焼形態を、運転条件に応じて第１の燃焼形態から第２の燃焼形態へ切り換える燃焼形態切換手段と、
内燃機関の外部負荷変化に対応して、現在のトルク制御値を補正するトルク制御値補正手段と、
外部負荷変化の発生前の第１の燃焼形態による回転速度制御中に、トルク制御値を現在の値から燃焼形態に応じた所定の限界値にまで増大させた場合の発生トルクの可能増大幅をもとに、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して、第１の燃焼形態により制御し得るか否かを判断するトルク制御可否判断手段と、
この手段により発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得ると判断されたときは、第１の燃焼形態を維持する一方、制御し得ないと判断されたときは、運転条件に拘わらず、燃焼形態を予め第２の燃焼形態に切り換える燃焼形態強制切換手段とを含んで内燃機関の回転速度制御装置を構成した。

請求項２に記載の発明では、
第１の燃焼形態を成層混合気により燃焼が行われる燃焼形態とするとともに、第２の燃焼形態を均質混合気により燃焼が行われる燃焼形態とし、
前記トルク制御値補正手段を、内燃機関への燃料供給量を補正するものとして構成した。

請求項３に記載の発明では、
第１の燃焼形態を成層混合気により燃焼が行われる燃焼形態とするとともに、第２の燃焼形態を均質混合気により燃焼が行われる燃焼形態とし、
前記トルク制御値補正手段を、第１の燃焼形態による場合に内燃機関への燃料供給量を制御する一方、第２の燃焼形態による場合に内燃機関の点火時期を制御するものとして構成した。

請求項４に記載の発明では、
前記トルク制御可否判断手段が、前記発生トルクの可能増大幅が所定の幅未満に狭められていることに基づいて、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得るか否かを判断するように構成した。

請求項５に記載の発明では、
前記トルク制御可否判断手段が、内燃機関に加わる可能性がある外部負荷の大きさ又はこれに所定の余裕度を加えた値に基づいて、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得るか否かを判断するように構成した。

請求項６に記載の発明では、
前記トルク制御可否判断手段が、現在の空燃比と、予め定められた所定の空燃比との比較結果に基づいて、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得るか否かを判断するように構成した。

請求項７に記載の発明では、
前記トルク制御可否判断手段が、所定の大きさの外部負荷が内燃機関に既にかかっていることに基づいて、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得るか否かを判断するように構成した。
請求項８に記載の発明では、
吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段が内燃機関に備わる場合に、
前記トルク制御可否判断手段が、この吸入空気量制御手段が吸入空気量を増大させる側に所定の量以上作動していることに基づいて、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得るか否かを判断するように構成した。

請求項９に記載の発明では、
前記トルク制御可否判断手段が、前記所定の大きな外部負荷がかかっていることをエアコンの作動、パワーステアリングポンプの作動、自動変速機の走行／後退レンジの選択及び所定の電気負荷の作動のうちいずれか又はこれらの組み合わせにより判断するように構成した。

請求項１に記載の発明によれば、第１の燃焼形態（例えば、成層混合気による燃焼形態）により内燃機関が運転され、かつ内燃機関の回転速度を目標値に維持するための発生トルクの制御が行われている場合に、外部負荷変化（例えば、エアコンの作動開始による。）に対応して発生トルクを第１の燃焼形態により制御し得るか否かが、発生トルクの可能増大幅に基づいて判断され、制御し得ない（外部負荷変化による回転速度の変動又は落ち込み等を良好に抑制することができない）と判断されたときは、燃焼形態が第２の燃焼形態（例えば、均質混合気による燃焼形態）に強制的に切り換えられる。このため、第１の燃焼形態では対応し得ないような外部負荷変化が生じた場合に、この変化に第２の燃焼形態により対応することができ、内燃機関の回転速度制御の制御性能を確保し、内燃機関の回転速度を安定して維持することができる。即ち、燃焼形態を切り換えられるようにした内燃機関の回転速度制御において、常に、良好に高応答制御を実現することができる。

請求項２に記載の発明によれば、成層混合気による燃焼形態と、均質混合気による燃焼形態とを切換使用する燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジンの回転速度制御において、良好に高応答制御を実現することができ、外部負荷変化に対応して回転速度を安定して維持することができる。
請求項３に記載の発明によれば、成層混合気による燃焼形態と、均質混合気による燃焼形態とを切換使用する燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジンの回転速度制御において、良好に高応答制御を実現することができ、外部負荷変化に対応して回転速度を安定して維持することに加え、各燃焼形態で最適な高応答制御を行わせることができ、回転速度制御中の燃費及び排気性能等を改善することができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記発生トルクの可能増大幅が小さい状態では、実際に外部負荷が内燃機関にかかったときの不足トルクを補償しきれず、回転速度の変動又は落ち込みを防止し得なくなる惧れがあるが、燃焼形態の切り換えにより、より大きな可能増大幅を確保することができるので、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御することができ、回転速度を安定して維持することができる。

請求項５に記載の発明によれば、比較的簡単な構成で、第１の燃焼形態により外部負荷変化に対応した制御が可能か否かを判断することができる。従って、例えば、成層混合気による燃焼形態により運転している場合に、均質混合気による燃焼形態への切り換えを必要最小限の範囲で行い、成層混合気による運転を最大限行わせることができるので、燃費及び排気性能の改善を最大限維持・促進することができる。

請求項６〜９に記載の発明によれば、より簡単な構成で、第１の燃焼形態により外部負荷変化に対応した制御が可能か否かを判断することができる。

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。
図２は、本発明の第１の実施形態のシステム構成を示す図である。ここでは、燃料噴射弁１５により燃焼室１０に直接燃料を噴射供給する燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジンに適用した場合を例に説明するが、本発明は、吸気ポートに燃料噴射弁を配設した吸気ポート燃料噴射式ガソリンエンジンに適用することもできる。

コントローラ１９は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等からなり、ＲＯＭ上に格納された後述するプログラムを実行することにより、本発明に係る回転速度制御手段、燃焼形態切換手段、トルク制御値補正手段、トルク制御可否判断手段及び燃焼形態強制切換手段として機能する。
燃料噴射弁１５は、コントローラ１９からの指令により、所定の気筒に対し、吸気行程中に燃料噴射（燃料供給）を行うことで、均質混合気（燃焼室１０全域に亘ってほぼ均一な空燃比となる混合気）を形成する一方、圧縮行程中に燃料噴射を行うことで、燃焼室１０内の一部に混合気が偏在する成層混合気を形成することができるものである。即ち、燃料噴射弁１５からの燃料供給時期を切り換えることで、均質混合気による燃焼と成層混合気による燃焼とを切り換えることができる。ところで、成層混合気による燃焼を行わせる際は、コントローラ１９を介して後述するスロットル弁４又は補助空気量制御バルブ３を所定の量だけ開弁させて、吸入空気量を所定の量だけ増加させたうえで、所定の極希薄な混合気を形成する。従って、成層混合気による燃焼時には、吸入空気の通気抵抗が減少されるから、ポンピングロスが低減され、以って燃費が向上し、延いては排気有害成分の排出量も低減されることになる。

なお、吸気コレクタ５を介装し、吸気弁１３を備えた吸気ポートに接続される吸気通路６には、吸入空気量Ｑａｉｒを検出するエアフローメータ１が設けられている。また、その下流側には、吸入空気量を制御するスロットル弁４が介装されており、このスロットル弁４をアクチュエータ（モータ等）３０により電気的に開度制御する機構が備えられている。

また、スロットル弁４をバイパスして吸入空気を燃焼室１０内へ導入させるための補助空気通路２が設けられていると共に、この補助空気通路２には、この通路２を介する流量を制御する補助空気量制御バルブ３が介装されている。なお、補助空気通路２及び補助空気量制御バルブ３の機能は、アイドル時の吸入空気量を精度よく制御することができれば、スロットル弁４及びアクチュエータ３０により行うことも可能である。なお、補助空気量制御バルブ３及びスロットル弁４が、吸入空気量制御手段に相当する。

燃焼室１０内に臨んでシリンダヘッド９に配設され、燃焼室１０内の混合気に対して点火を行う点火栓１６は、コントローラ１９からの指令により所定の時期に点火を行う。
また、排気は、排気弁１４の開弁により排気ポート７を介して排気通路へ導出される。この排気通路には、排気の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ１７が配設されている。

なお、シリンダブロック８に摺動自在に保持されるピストン１１の往復運動を、コネクティングロッド１２を介して回転力として取り出すためのクランク軸の回転角度を検出するクランク角度センサ２１が設けられており、コントローラ１９は、このクランク角度センサ２１の検出信号に基づいて、クランク角度位置及びエンジン回転速度を検出する。

また、図示していないが、運転者の要求を検知するためにアクセル操作量を検出する、ポテンショメータ等を含んで構成されるアクセル操作量検出センサが設けられており、その検出信号もコントローラ１９に入力される。
以下に、本実施形態に係る作用について説明する。

図３は、コントローラ１９が行う基本的なアイドル回転速度フィードバック制御ルーチンの手順を示すフローチャートである。なお、このルーチンが、本発明に係る回転速度制御手段として機能する。
Ｓ１１０では、目標アイドル回転速度Ｎｓｅｔを算出する。これは、エンジンの暖機状態や、自動変速機（以下「ＡＴ」という。）のＮレンジ又はＤレンジのセレクト状態等に応じて与えられる。

Ｓ１２０では、エアーコンディショナ（以下「エアコン」という。）等のエンジンに対する外部負荷（図示せず。）の大きさを算出する。これは、例えば、エアコン作動スイッチ又はパワーステアリングポンプ作動スイッチ等のオン・オフ状態から推定する。
Ｓ１３０では、算出された目標アイドル回転速度及び外部負荷から、目標アイドル回転速度を維持するために必要とされる必要トルク操作量（又は基本トルク操作量）を算出する。

Ｓ１４０では、実際のエンジン回転速度（以下「実エンジン回転速度」という。）Ｎｅを算出する。これは、例えば、クランク角センサ２１の基準位置信号がコントローラ１９に入力される時間間隔を計測することにより算出することができる。例えば、４気筒エンジンでクランク角度１８０ｄｅｇ毎に基準位置信号（ＲＥＦ信号）が発生し、その時間間隔がｘ（ｓｅｃ）毎であれば、
エンジン回転数（ｒｐｍ）＝３０／ｘとなる。

Ｓ１５０では、目標エンジン回転速度Ｎｓｅｔと実エンジン回転速度Ｎｅとの偏差Ｎｅｒｒ（＝Ｎｓｅｔ−Ｎｅ）を算出する。
Ｓ１６０では、算出された偏差Ｎｅｒｒに基づいて、必要トルク操作量を補正するためのトルク操作量（以下「補正トルク操作量」という。）を算出する。
Ｓ１７０では、必要トルク操作量と補正トルク操作量とを加算し、目標トルク操作量として算出する。

Ｓ１８０では、算出された目標トルク操作量を実現するための吸入空気量、点火時期又は空燃比（若しくは燃料噴射量）等のトルク制御値を設定する。
これにより、エンジンの回転速度は、安定して目標アイドル回転速度に維持されることになる。
次に、本実施形態に係る機関発生トルクの高応答制御について、図４のタイミングチャートにより説明する。

図４のタイミングチャートは、エアコンが作動した際に、エンジンに加わる負荷に対して、これを相殺するために一時的にエンジンの発生トルク（以下「機関発生トルク」という。）を増加させ、アイドル回転速度の安定化を図るフィードフォワード制御の一例を示している。
図４の（Ａ）は、エアコンの負荷の変化を示すタイミングチャートである。
図４の（Ｂ）は、エアコンの負荷の増加に対応した機関発生トルクの増加が実現されるように、スロットル弁４又は補助空気量制御バルブ３等の空気量制御弁が開かれることを示すタイミングチャートである。

図４の（Ｃ）は、空気量制御弁の開弁に伴い、この弁を通過する空気量は増加するものの、吸気系の容積の影響により燃焼室１０に吸入される空気量は徐々に増加する傾向であり、機関発生トルクも急峻には立ち上げることができないことを示している。
このため、エアコンの負荷の増加と釣り合わせるためには、図４の（Ｄ）に斜線で示すトルクが不足することになる。

これに対し、点火時期の補正や、燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジンでの燃料噴射量の補正によれば、吸気系に比べて遅れは非常に小さく、高応答のトルク制御が可能である。
そこで、この特徴を活かして、図４の（Ｅ）のように、空燃比をリッチ側に補正することにより、図４の（Ｄ）の不足トルクを補償するようなフィードフォワード制御を行わせることが一例として考えられる。

なお、既述したように、成層混合気による燃焼実行時には、高応答制御のための手段として空燃比又は燃料噴射量の補正が有力な手段となるが、それにも限界があること、及び均質混合気による燃焼実行時には、点火時期の補正が有力な制御手段（燃料噴射量による場合と比較して燃費等の悪化を抑制することができる。）となるものであること等を踏まえ、本実施形態では、エアコン等の外部負荷の投入時における回転速度変動等を防止するための高応答制御を、図５に示すルーチンにより行う。従って、このルーチンが、本発明に係る燃焼形態切換手段、トルク制御値補正手段、トルク制御可否判断手段及び燃焼形態強制切換手段として機能することになる。また、このルーチンにおいて、燃焼噴射量又は点火時期が、高応答制御に係るトルク制御値（「所定のトルク制御値」に相当する。）とされる。

Ｓ２１０では、エンジンの暖機状態を検出する。
Ｓ２２０では、検出された暖機状態に応じて、成層混合気による燃焼（以下「成層燃焼」という。）が可能であるか否かを判断する。可能であると判断された場合は、Ｓ２３０へ進む。可能でないと判断された場合は、Ｓ２９０へ進み、均質混合気による燃焼（以下「均質燃焼」という。）を行わせる。

Ｓ２３０では、エンジンの運転条件を検出する。
なお、成層燃焼を行う場合は、発生させ得るトルクのレンジがあまり大きくないため、要求されるエンジンの運転条件が高トルク側の状態にあるときは、成層燃焼ではその要求トルクを実現し得ない場合がある。
そこで、Ｓ２４０では、そのような状況を判断し、実現し得る範囲であれば、Ｓ２５０へ進み、実現し得ない範囲であれば、Ｓ２９０へ進む。

Ｓ２５０では、現在の状況がアイドル回転速度制御を行うべき状態（以下「アイドル制御状態」という。）にあるか否かを判断する。アイドル制御状態にあれば、Ｓ２６０へ進み、アイドル制御状態になければ、Ｓ２７０へ進む。
Ｓ２７０では、エアコン等の作動に伴う外部負荷変化に対し、成層燃焼での高応答制御により不足トルクを補い得るか否かを判断する。なお、このＳ２７０の判断の具体的な内容は、後述する。

不足トルクを補い得るようであれば、Ｓ２７０へ進み、補い得ないようであれば、Ｓ２８０へ進む。
そして、以上の判断に従い、Ｓ２７０では、第１の燃焼形態としての成層燃焼を行わせる一方、Ｓ２８０では、第２の燃焼形態としての均質燃焼を行わせる。
即ち、Ｓ２７０では、成層燃焼を行わせ、燃料噴射量の補正により高応答制御を行わせる。

一方、Ｓ２８０では、均質燃焼を行わせ、点火時期の補正（燃料噴射量の補正によることもできる。）により高応答制御を行わせる。

このように、本実施形態によれば、エンジンがアイドル制御状態にあるときに（成層燃焼が行われる。）、燃料噴射量の補正による高応答制御では不足トルクを補い得ない場合は、燃焼形態を均質燃焼に強制的に切り換えるとともに、点火時期の補正による高応答制御を行うようにしたので、外部負荷変化に対してアイドル回転速度の制御性能を確保し、エンジンの回転速度を安定して維持することが可能となる。

即ち、成層燃焼時において、アイドル回転速度のフィードバック制御を行っているか否かを判断し（Ｓ２１０〜Ｓ２５０）、行っている場合は、Ｓ２６０へ進んで、外部負荷変化に対して回転変動等を十分に抑制し得るか否かを判断し、抑制し得ないと判断された場合は、Ｓ２８０へ進み、燃焼形態を均質燃焼に切り換えるようにしたので、外部負荷変化があった場合にこれによる回転変動等を十分に抑制し得る燃焼形態（即ち、均質燃焼）に予め切り換えておくことができるので、実際に外部負荷変化があったときは、エンジンの回転速度を目標アイドル回転速度に維持することができる。

なお、図５に示すフローチャートのＳ２６０の判断（このステップが本発明に係るトルク制御可否判断手段として機能する。）は、図６に示すフローチャートに従って行うことができる。
Ｓ３１０では、第１の燃焼形態（ここでは、成層燃焼）での高応答制御（燃料噴射量の補正による。）により操作可能な、機関発生トルクの可能増大幅ＴＲＱ１を算出する。

Ｓ３２０では、外部負荷として今後加わってくる可能性のある負荷の大きさＴＲＱ２を算出する。なお、この外部負荷ＴＲＱ２には、所定の余裕度を加算することができる。この余裕度として、例えば、図３のアイドル回転速度フィードバック制御のフィードバック補正量としての目標トルク操作量や、その他の未知負荷分を採用することができる。このようにすると、後述するＳ３４０における誤判断が抑制されるので、成層燃焼のままでは不足トルクを補い得ないにも拘わらず、誤って成層燃焼が維持されてしまうような事態を確実に回避することが可能となる。

Ｓ３３０では、算出された可能増大幅ＴＲＱ１から外部負荷ＴＲＱ２を減算し、成層燃焼での高応答制御の制御余裕代ＴＲＱ３を算出する。

Ｓ３４０では、算出された制御余裕代ＴＲＱ３と所定の値ａとを比較する。ＴＲＱ３＞ａであれば、成層燃焼での高応答制御により不足トルクを補い得ると判断して、Ｓ３５０へ進み、高応答制御が可能であると判断して、本フローを終了する。

一方、そうでない（ＴＲＱ３≦ａの）場合は、成層燃焼での高応答制御では不足トルクを補い得ないと判断して、Ｓ３６０へ進み、高応答制御は不可能であると判断して、本フローを終了する。
このようにすると、成層燃焼での高応答制御（即ち、燃料噴射量の補正）により発生可能な機関発生トルクの可能増大幅と、今後突入（投入）される可能性のある外部負荷とを比較し、その比較結果に基づいて、外部負荷変化に対し、成層燃焼のままで不足トルクを補い得るか否かを高精度に判断することができる。従って、均質燃焼への切り換えを必要最小限の範囲でのみ行い、成層燃焼による運転を最大限行わせることができるので、燃費の向上や、これに付随する二酸化炭素排出量の低減を最大限維持・促進することができる。以上の説明では、機械的に所定の敷居値で判断を切り換えるようにしているが（Ｓ３４０）、実際には、ヒステリシス等を設けて、切り換えのハンチングが生じないようにすることが好ましい。

ところで、前記成層燃焼による場合の機関発生トルクの可能増大幅ＴＲＱ１は、例えば、過渡的な状態を含めて操作することのできる空燃比のリッチ限界値と、現在の空燃比と、現在の吸入空気量とから、それぞれの空燃比に対応する機関発生トルク又は出力トルクを算出し、その差分（＝ＴＲＱ１）として算出することができる。
また、図６に示すフローチャートに対して構成の簡略化を図るべく、前記２つの空燃比（リッチ限界値及び現在の空燃比）の偏差に基づいて、不足トルクを補い得るか否かを直接判断することも可能である。

更に、現在の空燃比のみに着目して、これが所定の空燃比よりもリッチの場合は、成層燃焼のままでは不足トルクを補い得ないと判断し、所定の空燃比よりもリーンの場合は、成層燃焼により不足トルクを補い得ると判断することも可能である。
なお、成層燃焼による運転を行う場合は、機関発生トルクが小さくなり、供給空気量を可能な範囲又は容認し得る範囲で増加させたとしても、負荷の状態によっては十分でない場合があり得る。例えば、エアコンが最大出力で作動し、ＡＴが走行レンジにセットされ、かつ前照燈等の大きな電気負荷によりオルタネータの負荷が大きくなっているような場合は、目標空燃比がリーン限界よりもリッチ側の値に設定される。

即ち、実質的に、現在の空燃比が所定の空燃比よりもリッチな状態となり、今後の外部負荷の突入に対し、成層燃焼のままでは不足トルクを補い得ない状態となる。従って、このような状況を踏まえ、簡易的に、所定の大きな外部負荷が投入されているとき（オン・オフスイッチの状態等から判断することができる。）に、不足トルクを補い得ない状態にあると判断することもできる。

更に、この場合は、供給空気量を可能な範囲又は容認し得る範囲で増加させた状態にあるから、供給空気量に基づき、成層燃焼により不足トルクを補い得るか否かを判断することもできる。
なお、この場合において、「供給空気量を可能な範囲又は容認し得る範囲で増加させる」としたが、この具体的状況としては、吸気負圧に応じて動作するアクチュエータがエンジンに備えられている場合に、これを動作させるための負圧を確保しておく必要があり、供給空気量をある程度（即ち、可能な範囲又は容認し得る範囲で）制限する必要がある場合が挙げられる。

ところで、本実施形態では、アイドル回転速度制御について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、他の負荷領域・回転速度領域において回転速度維持制御を行わせている場合（例えば、オートクルーズによる定速走行中や、発電機の原動機等としてエンジンを運転させる場合）等において、エアコン等の作動による外部負荷変化があった場合に適用することもできる。

また、本実施形態では、第１の燃焼形態としての成層燃焼と、第２の燃焼形態としての均質燃焼とを切り換えるものについて説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、吸気ポート内噴射での燃焼形態と、燃焼室内直接噴射での燃焼形態とを切り換えることができるエンジンに適用することもできる。また、ＥＧＲ量（又はパージ量）の大きい燃焼形態と、ＥＧＲ量の少ない燃焼形態とを切り換える場合、即ち、ＥＧＲ量の大きい燃焼形態での高応答制御により対応不十分なときには、ＥＧＲ量の少ない燃焼形態に切り換えるようにすることも可能である。更に、スワール比の高い燃焼形態と、スワール比の低い燃焼形態とを切り換える場合、即ち、例えば、スワール比の小さい燃焼形態での高応答制御により対応不十分なときには、スワール比の高い燃焼形態に切り換えるようにすることも可能である。即ち、その他燃焼形態を切り換えるようにした全ての場合に、本発明を適用することができる。

本発明の構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係るシステム構成図。 同上実施形態におけるアイドル回転速度フィードバック制御ルーチンのフローチャート。 同上実施形態における高応答制御を説明するタイミングチャート。 同上実施形態における高応答制御ルーチンのフローチャート。 図５のフローチャートのＳ２６０に相当する部分（本発明に係るトルク制御可否判断手段）の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１…エアフローメータ、２…補助空気通路、３…補助空気量制御バルブ、４…スロットル弁、１０…燃焼室（筒内）、１１…ピストン、１５…燃料噴射弁、１６…点火栓、１９…コントローラ、２１…クランク角度センサ、３０…アクチュエータ。

Claims (9)

1. 内燃機関の発生トルクを所定のトルク制御値により制御して、内燃機関の回転速度を目標値に維持する回転速度制御手段と、
   内燃機関の燃焼形態を、運転条件に応じて第１の燃焼形態から第２の燃焼形態へ切り換える燃焼形態切換手段と、
   内燃機関の外部負荷変化に対応して、現在のトルク制御値を補正するトルク制御値補正手段と、
   外部負荷変化の発生前の第１の燃焼形態による回転速度制御中に、トルク制御値を現在の値から燃焼形態に応じた所定の限界値にまで増大させた場合の発生トルクの可能増大幅をもとに、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して、第１の燃焼形態により制御し得るか否かを判断するトルク制御可否判断手段と、
   この手段により発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得ると判断されたときは、第１の燃焼形態を維持する一方、制御し得ないと判断されたときは、運転条件に拘わらず、燃焼形態を予め第２の燃焼形態に切り換える燃焼形態強制切換手段と、を含んで構成される内燃機関の回転速度制御装置。
2. 第１の燃焼形態が成層混合気により燃焼が行われる燃焼形態であり、第２の燃焼形態が均質混合気により燃焼が行われる燃焼形態であり、
   前記トルク制御値補正手段が、内燃機関への燃料供給量を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
3. 第１の燃焼形態が成層混合気により燃焼が行われる燃焼形態であり、第２の燃焼形態が均質混合気により燃焼が行われる燃焼形態であり、
   前記トルク制御値補正手段が、第１の燃焼形態による場合に内燃機関への燃料供給量を制御する一方、第２の燃焼形態による場合に内燃機関の点火時期を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
4. 前記トルク制御可否判断手段が、前記発生トルクの可能増大幅が所定の幅未満に狭められていることに基づいて、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得るか否かを判断することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の内燃機関の回転速度制御装置。
5. 前記トルク制御可否判断手段が、内燃機関に加わる可能性がある外部負荷の大きさ又はこれに所定の余裕度を加えた値に基づいて、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得るか否かを判断することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の内燃機関の回転速度制御装置。
6. 前記トルク制御可否判断手段が、現在の空燃比と、予め定められた所定の空燃比との比較結果に基づいて、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得るか否かを判断することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の内燃機関の回転速度制御装置。
7. 前記トルク制御可否判断手段が、所定の大きさの外部負荷が内燃機関に既にかかっていることに基づいて、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得るか否かを判断することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の内燃機関の回転速度制御装置。
8. 吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段を備える内燃機関に設けられ、
   前記トルク制御可否判断手段が、この吸入空気量制御手段が吸入空気量を増大させる側に所定の量以上作動していることに基づいて、内燃機関の発生トルクを外部負荷変化に対応して制御し得るか否かを判断することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の内燃機関の回転速度制御装置。
9. 前記トルク制御可否判断手段が、前記所定の大きさの外部負荷がかかっていることをエアコンの作動、パワーステアリングポンプの作動、自動変速機の走行／後退レンジの選択及び所定の電気負荷の作動のうちいずれか又はこれらの組み合わせにより判断することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の回転速度制御装置。

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