JP4206624B2

JP4206624B2 - 希薄燃焼エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP4206624B2
Application number: JP2000273078A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本; 敬川辺; 智吉川; 信明村上
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2020-09-08
Also published as: JP2002089320A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、理論空燃比よりも希薄側の空燃比で燃料噴射を行なう燃焼モードと、理論空燃比空近傍で燃料噴射を行なう燃焼モードとをそなえた希薄燃焼エンジンに用いて好適の、希薄燃焼エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用エンジンを始めとして、エンジンへの要求負荷が小さい場合には、空燃比をストイキよりも希薄側にしてエンジンをリーン運転して燃費を向上できるようにする希薄燃焼エンジンが開発されている。特に、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンの場合、圧縮行程で燃料噴射を行なって適当な濃度の混合気を点火プラグの近傍のみに部分的に集めた層状燃焼が可能であり、この層状燃焼によれば燃料の着火性を確保しながら筒内全体では極めて希薄な空燃比としての運転（超リーン運転）を行なうことができ、燃費のさらなる向上が可能になる。
【０００３】
また、リーン運転（特に、層状燃焼による超リーン運転）の場合、同一のエンジン出力を出すためには、ストイキ運転の場合よりも多量な吸気量が必要となるため、例えばスロットルバルブを迂回するエアバイパスバルブを設けてリーン運転時にはこのエアバイパスバルブを通じて吸気増量制御をしたり、スロットルバルブを電子制御式のもの（ＥＴＶ）としてリーン運転時にはこのＥＴＶを通じて吸気増量制御をしたりする必要がある。
【０００４】
このような希薄燃焼エンジンでは、エンジンの運転状態に応じてエンジンの燃焼モードを制御し、例えばエンジン出力要求が小さい（エンジン負荷が小さい）場合やエンジン回転数が低い場合には、超リーン運転を行なう超リーンモードやリーン運転を行なうリーンモードが選択され、エンジン出力要求（エンジン負荷）が大きいほどまたエンジン回転数が高いほど、空燃比をリッチ側（例えばストイキ）にする燃焼モード（例えばストイキモード等）が選択されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような従来の希薄燃焼エンジンにおけるリーンモードとこれよりもリッチ側の燃焼モード（例えばストイキモード等）とでは空燃比（Ａ／Ｆ）が大きく異なるので、これらのモード間でのモード切換時には、切換ショックを招きやすい。そこで、このようなモード切換時には、目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）をテーリングさせて空燃比（Ａ／Ｆ）が緩やかに変化するようにして、切換ショックを防ぐようにしている。
【０００６】
例えば、図７はストイキモードからリーンモード（ここでは、超リーンモード）にモード切換した際のエンジン制御パラメータ及びエンジン運転状態の各変化を示すタイムチャートであり、（ａ）は第１の例（ケース１）を示し、（ｂ）は第２の例（ケース２）を示す。
図７（ａ），（ｂ）に示すように、Ａ／Ｆ係数［吸気量に対して燃料噴射量（燃料噴射弁駆動時間，インジェクタパルス幅）を設定するための空燃比補正係数（Ａ／Ｆ補正係数）］は、ストイキモードではほぼ１．０、リーンモードでは１．０よりも大幅に小さくなり、ストイキモードからリーンモードにモード切換されると、ほぼ１．０から徐々に減少させるテーリング処理が施される。このテーリング処理は、クランク角センサ信号（ＳＧＴ）に同期してＡ／Ｆ係数を段階的に減少させるように行なう。
【０００７】
電子制御スロットルバルブ（ＥＴＶ）の目標開度（目標ＥＴＶ開度、略して目標ＥＴＶ）は、所定の時間周期で算出され、さらにこの演算周期とは異なる通信周期でＥＴＶコントローラに送られて、ＥＴＶの開度はＥＴＶコントローラを通じて所定の時間周期で調整される。ストイキモードからリーンモードにモード切換されると、これを受けて目標ＥＴＶがモード切換の直後の演算周期でステップ状に増大される。一方、ＥＴＶの実開度（実ＥＴＶ開度、略して実ＥＴＶ）は目標ＥＴＶの切換に対して即座に開度変化するのではなく、応答遅れをもってしかも微小時間ではあるが時間をかけて増大する。実ＥＴＶが増大すれば体積効率Ｅｖも増大するが、この体積効率Ｅｖも実ＥＴＶの増大に対して、応答遅れをもってしかも実ＥＴＶよりも緩慢に増大する。
【０００８】
燃料噴射量に対応するインジェクタパルス幅（ＩＮＪパルス幅）は、ＳＧＴ立ち下がりタイミングで算出される。このＩＮＪパルス幅は、吸気量に応じたパラメータ（体積効率Ｅｖ）にＡ／Ｆ係数を乗算して算出するので、Ａ／Ｆ係数が小さくなればＩＮＪパルス幅は減少し、体積効率Ｅｖが増大すればＩＮＪパルス幅も増大する。ストイキモードからリーンモードへの切換時において、Ａ／Ｆ係数の減少と体積効率Ｅｖの増大とが適切なタイミングで行なわれれば、ＩＮＪパルス幅は緩やかに変化する。
【０００９】
しかし、通常、モード切換判定が所定の周期のタイマ割り込みで行なわれるのに対して、Ａ／Ｆ係数のテーリング開始はＳＧＴに同期して（例えばＳＧＴ立ち上がりタイミングで）行なわれ、目標ＥＴＶの変更は所定の周期のタイマ割り込みの指令に基づいたタイミングで行なわれる。
したがって、図７（ａ）に示すケース１のように、モード切換判定の時点ｔ１とその直後のＳＧＴ立ち上がりタイミングｔ２とが接近していると、モード切換判定のタイミング（時点ｔ１）の直後にＳＧＴ立ち上がりタイミング（時点ｔ２）が来てＡ／Ｆ係数のテーリングが開始されるが、目標ＥＴＶの変更はその後のタイマ割り込みタイミング（時点ｔ３）で行なわれるという場合が生じる。このような場合には、Ａ／Ｆ係数のテーリング開始に対して目標ＥＴＶの変更が遅すぎて、Ａ／Ｆ係数が減少する割りに体積効率Ｅｖが増加しない状況が一時的に発生し、この間（時点ｔ４〜ｔ５）は、ＩＮＪパルス幅が一時期ステップ状に減少して、エンジンの出力トルク［図７（ａ）中に示す筒内圧Ｐｉを参照］の一時期減少を招く。
【００１０】
また、図７（ｂ）に示すケース２のように、モード切換判定の時点ｔ１とその直後のＳＧＴ立ち上がりタイミングｔ２とが離隔していると、モード切換判定のタイミング（時点ｔ１）からやや時間を経てＳＧＴ立ち上がりタイミング（時点ｔ２）が来て、この時点ｔ２でＡ／Ｆ係数のテーリングが開始されるとともに、この時点ｔ２の近傍でタイマ割り込みが実施され目標ＥＴＶの変更が行なわれるという場合が生じる。このような場合には、Ａ／Ｆ係数のテーリング開始に対して目標ＥＴＶの変更が早すぎて、Ａ／Ｆ係数の減少を上回るように体積効率Ｅｖが増加してしまう状況が一時的に発生し、この間（時点ｔ６〜ｔ７）は、ＩＮＪパルス幅が一時期ステップ状に増大して、エンジンの出力トルク［図７（ｂ）中に示す筒内圧Ｐｉを参照］の一時期増加を招く。
【００１１】
このように、▲１▼Ａ／Ｆ係数のテーリング制御はＳＧＴに同期して（例えばＳＧＴ立ち上がり割り込みで）行なわれるのに対して、モード切換判定は所定周期のタイマ割り込みで行なわれるため、１行程内でのモード切換判定のタイミングがばらつくこと、及び、▲２▼目標ＥＴＶの設定がモード切換判定を受けてから所定周期のタイマで行なわれ、さらに所定周期の通信による信号の授受の後にＥＴＶ制御が行なわれるために、ＥＴＶの開くタイミングがばらつくこと、が生じて、これらに起因して燃料制御の大きなばらつきを招く。この結果、エンジン出力トルクが急変動して、エンジンの運転フィーリングを損なうという課題や、自動車用エンジンにあっては走行フィーリングを損なうという課題が生じる。
【００１２】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、空燃比を濃化側空燃比とする燃焼モードから希薄側空燃比とする燃焼モードへの切換時に、空燃比を徐々に切り換えるように制御する場合に、燃料制御のばらつきを抑制して、エンジン出力トルクの急変動を防止することができるようにした、希薄燃焼エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の希薄燃焼エンジンの制御装置では、第１燃焼モードと第２燃焼モードとを運転状態に応じて切り換えることができ、第１燃焼モードでは、空燃比が理論空燃比よりも希薄側の希薄側空燃比になるように燃料噴射を行ない、第２燃焼モードでは、空燃比が該希薄側空燃比よりも濃化側の濃化側空燃比になるように燃料噴射を行なう。このとき、スロットル弁駆動手段は、空燃比が運転状態に応じて設定された目標空燃比となるように、予め設定された時間周期でスロットル弁を駆動する。そして、前記第２燃焼モードから前記第１燃焼モードへの切換時には、空燃比切換手段はエンジンのクランク角信号に同期したタイミングで空燃比を徐々に切り換えるテーリング処理を行なうが、このテーリング処理の開始は、クランク角信号に拘らず前記第２燃焼モードから前記第１燃焼モードへの切換時に該スロットル弁駆動手段の作動開始時点から所定のディレー時間だけ遅れたタイミングで実施する。したがって、空燃比切換をスロットル弁の制御に対応させて行なうことができ、燃料制御のばらつきを抑制して、エンジン出力トルクの急変動を防止することができるようになる（請求項１）。
【００１４】
前記空燃比切換手段は、前記テーリング処理を、テーリング処理の開始時点からこの次のクランク角周期までの間の処理開始期間を除いて、基準の漸減量に従って行ない、前記処理開始期間は、基準の漸減量に、クランク角の１周期の時間（Ｔ _SGT ）に対する前記処理開始期間の時間（Ｔ ₁₂ ）の比率を乗算したものに従って行なうことが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明すると、図１〜図６は本発明の一実施形態としての希薄燃焼エンジンの制御装置を示すものである。
まず、本実施形態にかかる希薄燃焼エンジンについて説明すると、この希薄燃焼エンジンは、例えば自動車に搭載される筒内噴射エンジン（以下、直噴ガソリンエンジン又は単にエンジンともいう）であって、自動車に搭載され、図２に示すように構成されている。
【００１６】
つまり、図２に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各シリンダ３毎に点火プラグ４と燃焼室５内に直接開口する燃料噴射弁６とが設けられている。シリンダ３内には、クランクシャフト７に連結されたピストン８が装備され、このピストン８の頂面には半球状に窪んだキャビティ９が形成されている。
シリンダヘッド２には、吸気弁１０を介して燃焼室５と連通しうる吸気通路１１、及び、排気弁１２を介して燃焼室５と連通しうる排気通路１３が接続されている。図示しないが、吸気ポートは燃焼室５上方に略鉛直に配設され、ピストン８の頂面のキャビティ９と協働して燃焼室５内で吸気による逆タンブル流を形成させるようになっている。
【００１７】
また、シリンダ３外周のウォータジャケット１５には冷却水温を検出する水温センサ１６が設けられ、クランクシャフト７には所定のクランク角位置で信号を出力するクランク角センサ１７が、吸気弁１０，排気弁１２を駆動するカムシャフト（図示略）にはカムシャフト位置に応じた気筒識別信号を出力する気筒識別センサ（図示略）が、それぞれ付設されている。クランク角信号に基づいてエンジン回転速度を算出できるので、クランク角センサ１７はエンジン回転速度検出手段としても機能する。
【００１８】
吸気通路１１には、上流側からエアクリーナ２１，吸気管２２，スロットルボディ２３，サージタンク２４，吸気マニホールド２５の順に構成され、吸気マニホールド２５の下流端部に吸気ポート（図示略）が設けられている。スロットルボディ２３には、燃焼室５内へ流入する空気量を調整する電子制御式スロットル弁（ＥＴＶ）３０がそなえられている。このＥＴＶ３０は、スロットル弁アクチュエータ（スロットル弁駆動手段）３０ａによってスロットル弁３０ｂを電子制御するもので、このＥＴＶ３０の開度制御は、ＥＴＶコントローラ３０ｃを通じて行なわれ、アクセル開度に応じた制御のみならず、アイドルスピード制御や、後述するリーン運転時の大量吸気導入の制御も行なえるようになっている。
【００１９】
さらに、エアクリーナ２１の直ぐ下流部分には吸入空気流量を検出するエアフローセンサ３７が、スロットルボディ２３にはＥＴＶ３０のスロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ３８とＥＴＶ３０の全閉を検出してアイドル信号を出力するアイドルスイッチ３９とがそれぞれ設けられている。
排気系は、上流側から排気ポート１３を有する排気マニホールド２６，排気管２７の順に構成され、排気管２７には排ガス浄化用の三元触媒２９が介装され、排気マニホールド２６には、Ｏ₂センサ４０が設けられている。
【００２０】
さらに、アクセルペダルの踏込量（アクセルポジション）θapを検出するアクセルポジションセンサ（以下、ＡＰＳという）４２が設けられている。
なお、燃料供給系については図示しないが、圧力が所定の高圧力〔数十気圧（例えば２〜７ＭＰａ）程度〕に調整された燃料が燃料噴射弁６に導かれ、燃料噴射弁６から高圧燃料が噴射されるようになっている。
【００２１】
そして、点火プラグ４，燃料噴射弁６，ＥＴＶ３０といった各エンジン制御要素の作動を制御するために、内燃機関の制御手段としての機能を有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）６０がそなえられている。このＥＣＵ６０には、入出力装置，制御プログラムや制御マップ等の記憶を行なう記憶装置，中央処理装置，タイマやカウンタ等がそなえられており、前述の種々のセンサ類からの検出情報やキースイッチの位置情報等に基づいて、このＥＣＵ６０が、上述の各エンジン制御要素の制御を行なうようになっている。
【００２２】
特に、本エンジンは、筒内噴射エンジンであり、燃料噴射を自由なタイミングで実施でき、吸気行程を中心とした燃料噴射によって均一混合させ均一燃焼を行なうほか、圧縮行程を中心とした燃料噴射によって前述の逆タンブル流を利用して層状燃焼を行なうことができる。本エンジンの運転モードとしては、Ｏ₂センサ４０の検出情報に基づいたフィードバック制御により空燃比を理論空燃比近傍に保持するストイキモード（第２燃焼モード）と、空燃比を理論空燃比よりもリッチにするエンリッチモード（第２燃焼モード）と、空燃比を理論空燃比よりも大幅にリーンにして上記の層状燃焼を用いて超希薄燃焼（超リーン運転）させる超リーンモード（第１燃焼モード）とが設けられている。
【００２３】
超リーンモード（第１燃焼モード）では、圧縮行程で燃料噴射を行なって、前記の逆タンブル流，ピストン８の頂面のキャビティ９を利用して、噴射燃料を点火プラグ４の近傍のみに部分的に集めるとともにこれ以外の部分は主として空気のみの状態とする層状燃焼を行ない、燃料の着火性を確保しながら筒内全体では極めて希薄な空燃比として、燃費向上を図っている。
【００２４】
ＥＣＵ６０では、予め設定されたマップに基づいて、エンジン回転速度（以下、エンジン回転数という）Ｎｅ及びエンジン負荷状態を示す平均有効圧Ｐｅの目標値（目標Ｐｅ）に応じていずれかの運転モードを選択するようになっており、エンジン回転数Ｎｅが小さく目標Ｐｅも小さい状態では層状燃焼による超リーン運転モード（圧縮リーン運転モード）を選択し、エンジン回転数Ｎｅや目標Ｐｅが増加していくと、ストイキ，エンリッチの順に運転モードを選択していく。
【００２５】
なお、エンジン回転数Ｎｅはクランク角センサ１７の出力信号から算出され、目標Ｐｅは、このエンジン回転数Ｎｅと、ＡＰＳ４２で検出されたアクセルポジション（又は、スロットルポジションセンサ３８で検出されたスロットル開度θth）とから算出される。
ここで、このようなエンジン制御を行なう本実施形態の希薄燃焼エンジンの制御装置について、図１を参照して説明する。
【００２６】
図１に示すように、ＥＣＵ６０には、上述のように、エンジン運転状態から燃焼モード（運転モード）を設定する燃焼モード設定手段６１と、燃焼モード設定手段６１の設定及びエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｅ等）に基づいて目標空燃比を設定する空燃比設定手段６２と、燃焼モード設定手段６１及び空燃比設定手段６２の各設定ならびにエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｅ等）に基づいて燃料噴射弁６，ＥＴＶ３０の作動を制御する燃料噴射弁制御手段６３，ＥＴＶ制御手段６４といった各機能要素が備えられている。もちろん、これ以外に、点火プラグ４を制御する点火プラグ制御手段など他の種々のエンジン制御要素を制御する機能も備えている。
【００２７】
燃焼モード設定手段６１では、上述のように、エンジン運転状態、つまり、エンジン回転数Ｎｅ及び目標Ｐｅに応じて上記のいずれかの燃焼モード（運転モード）を選択するが、この燃焼モードの設定（モード切換判定）は所定の周期のタイマ割り込みで行なわれる。なお、エンジン回転数Ｎｅはエンジン回転数算出部６４によりクランク角センサ１７の出力信号から算出され、目標Ｐｅはこのエンジン回転数ＮｅとＡＰＳ４２で検出されたアクセルポジション（又はスロットルポジションセンサ３８で検出されたスロットル開度θth）とから目標Ｐｅ算出部６５によって算出される。
【００２８】
また、空燃比設定手段６２は、燃焼モード設定手段６１により設定された燃焼モード、及び、エンジン運転状態（エンジン回転数Ｎｅ及び目標Ｐｅ）に応じて、目標空燃比を設定する。特に、燃焼モードが切り換えられると目標空燃比が大きく切り換えられるために、空燃比設定手段６２には空燃比切換手段６２Ａとしての機能がそなえられる。この空燃比切換手段６２Ａでは、第２燃焼モード（例えばストイキモード）から第１燃焼モード（超リーンモード）への切換時に空燃比を徐々に切り換えるようにする、いわゆるテーリング処理を行なうようになっている。これについての詳細は後述する。なお、目標空燃比の設定や目標空燃比のテーリング処理は、クランク軸角度に応じて、具体的にはクランク角センサ１７で検出された信号（ＳＧＴ）に同期して（例えばＳＧＴの立ち上がりタイミング毎に）行なわれる。
【００２９】
燃料噴射弁制御手段６３では、空燃比設定手段６２により設定された目標空燃比（ただし、テーリング処理時には、テーリング処理用の目標空燃比）から、Ａ／Ｆ係数［吸気量に対して燃料噴射量（燃料噴射弁駆動時間，インジェクタパルス幅）を設定するための空燃比係数］を設定し、このＡ／Ｆ係数と実吸気量Ｑとから目標燃料噴射量（インジェクタパルス幅）を設定し、燃焼モード設定手段６１により設定された燃焼モード、及び、エンジン運転状態（エンジン回転数Ｎｅ,目標Ｐｅ及び吸気量Ｑ等）に応じて、燃料噴射タイミングを設定する。この設定は、燃料噴射弁の開弁時期と閉弁時期をクランク角対応で設定することになり、これに基づいて、燃料噴射弁６を制御する。なお、このインジェクタパルス幅及び燃料噴射タイミングの設定は、クランク軸角度に応じて、具体的にはクランク角センサ１７で検出された信号（ＳＧＴ）に同期して（例えばＳＧＴの立ち上がりタイミング毎に）行なわれる。また、吸気量Ｑはエアフローセンサ３７の検出情報に基づいて吸気量算出部６６によって算出される。
【００３０】
ＥＴＶ制御手段６４では、燃焼モード設定手段６１により設定された燃焼モード、空燃比設定手段６２により設定された目標空燃比（ここでは、テーリング処理は無視する）、検出された実吸気量Ｑ、及び、エンジン運転状態（エンジン回転数Ｎｅ,目標Ｐｅ及び吸気量Ｑ等）に応じて、電子制御スロットルバルブ（ＥＴＶ）３０の目標開度（目標ＥＴＶ開度、略して目標ＥＴＶ）を設定して、これに基づいて、ＥＴＶコントローラ３０ｃを通じてＥＴＶ３０のスロットル弁アクチュエータ（スロットル弁駆動手段）３０ａを制御する。なお、この目標ＥＴＶの設定，設定した目標ＥＴＶ情報の通信，ＥＴＶコントローラ３０ｃによるスロットル弁アクチュエータ３０ａの制御は、各々個々に設定された所定の周期（時間周期）で行なわれるようになっている。
【００３１】
ここで、上記のテーリング処理について説明すると、空燃比切換手段６２Ａでは、燃焼モードの切換に応じて空燃比設定手段６２で目標空燃比がＡＦ１からＡＦ２へと大きく切り換えられる（この場合、急減される）と、切換直前の目標空燃比ＡＦ１を制御周期当たり微小量（Ａ／Ｆテーリングゲイン）δ_AFずつ減少させながら、切換先の目標空燃比ＡＦ２に到達させるようにしている。この場合の制御周期は、クランク軸角度に応じたもので、例えばクランク角センサ１７で検出された信号（ＳＧＴ）の立ち上がりタイミング毎に、前回の周期の目標空燃比ＡＦ（ｎ−１）から微小量δ_AFを減じてテーリング用の目標空燃比ＡＦ（ｎ）［＝ＡＦ（ｎ−１）−δ_AF］を設定し、空燃比を漸減させるようにしている。
【００３２】
目標空燃比ＡＦに応じたＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AFに着目すれば、目標空燃比ＡＦに応じたＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AFがＣ_AF［Ｓ］からＣ_AF［Ｌ］へと大きく切り換えられると、前回の周期のＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（ｎ−１）から微小量δ_CAFを減じてテーリング用の目標空燃比Ｃ_AF（ｎ）［＝Ｃ_AF（ｎ−１）−δ_CAF］を設定する。
ただし、このテーリングの開始については、ＳＧＴ立ち上がりタイミングに拘束されることはなく、燃焼モードの切換に応じてＥＴＶ３０が作動を開始した時点から予め設定されたディレー時間を経過した時点で、テーリングを開始するようになっている。
【００３３】
つまり、図５に示すように、時点ｔ₀₁で燃焼モードが第２燃焼モード（ストイキモード）から第１燃焼モード（超リーンモード）に切り換わると、従来であれば、図５に細線で示すように、この直後のＳＧＴの立ち上がりタイミング（時点ｔ₀₂）でテーリング処理を考慮した目標空燃比ＡＦ（ｎ）が設定され、この目標空燃比ＡＦ（ｎ）からＡ／Ｆ係数が設定され、このＳＧＴの立ち上がりタイミングとは独立した時間周期によるタイマ割り込みで目標ＥＴＶが設定され、ＥＴＶの開度調整（スロットル弁アクチュエータ３０ａの制御）が行なわれていた。
【００３４】
これに対して、時点ｔ₀₁で燃焼モードが第２燃焼モード（ストイキモード）から第１燃焼モード（超リーンモード）に切り換わると、本制御装置では、図５に太線で示すように、実ＥＴＶ（実際のＥＴＶ開度、即ち実ＥＴＶ開度）が燃焼モードの切換に応じて変化するまでは、燃焼モードの切換に応じた目標空燃比ＡＦ（ｎ）の設定やＡ／Ｆ係数の設定は行なわずに、この実ＥＴＶが変化を開始（ＥＴＶ３０が作動を開始）した時点ｔ₀₃から所定のディレー時間ｔｄを経過した時点ｔ₀₄で、テーリングを開始するようになっている。
【００３５】
このように、実ＥＴＶが変化を開始してから所定のディレー時間経過後に目標空燃比のテーリングを開始するのは、燃焼モード切換時に、目標空燃比のテーリング開始を実際に燃焼室に供給される吸気量の変化（増加）に同期させて、燃料制御のばらつきを回避できるようにするためである。
つまり、目標燃料噴射量［インジェクタパルス幅（ＩＮＪパルス幅）］は、Ａ／Ｆ係数（Ａ／Ｆ補正係数）と実吸気量Ｑとから設定され、Ａ／Ｆ係数は目標空燃比のテーリングに応じて変化（ここでは減少）するため、目標空燃比のテーリングの開始タイミングが実吸気量Ｑの変化（増加）よりも早すぎれば、目標燃料噴射量の一時的な減少を招き、目標空燃比のテーリングの開始タイミングが実吸気量Ｑの変化（増加）よりも遅すぎれば、目標燃料噴射量の一時的な増加を招く。
【００３６】
このような目標燃料噴射量の一時的な減少や増加は、エンジン出力トルクの急変動を招き、エンジンの運転フィーリング、特に、自動車用エンジンにあっては走行フィーリングを損なうため、これを回避すべく、目標空燃比のテーリング開始を吸気量の変化（増加）に同期させるようにしているのである。
また、目標空燃比のテーリング開始を、実ＥＴＶが変化を開始してから所定のディレー時間経過後としているのは、実際の吸気量（体積効率Ｅｖ参照）の変化（増加）の開始はＥＴＶ開度の変化（増加）の開始に対して遅れる点を考慮したものである。また、実際の吸気量の変化（増加）は、開始してからも緩やかに行なわれるので、このような変化（増加）の特性に対応するように目標空燃比のテーリング処理が行なわれるようになっている。
【００３７】
なお、実ＥＴＶが変化（ここでは増加）を開始したか否かは、燃焼モード切換後における実ＥＴＶと燃焼モード切換直前における実ＥＴＶとの差が所定量以上か否かで判定する。このため、常時、又は極めて短い周期で、実ＥＴＶが検出される。もちろん、実ＥＴＶの変化率、つまり、実ＥＴＶの検出値が所定の期間（例えば検出周期）に所定量以上変化（増加）したかによっても、実ＥＴＶが変化（増加）を開始したかを判定することができる。
【００３８】
また、目標空燃比のテーリング処理（Ａ／Ｆ係数のテーリング処理を含む）において、目標空燃比やＡ／Ｆ係数の漸減は通常はＳＧＴの立ち上がりタイミング単位などＳＧＴに同期して行なわれるが、テーリング処理の開始時点には、このＳＧＴの立ち上がりタイミングと異なる時点で目標空燃比やＡ／Ｆ係数の漸減が行なわれることになる。このため、テーリング処理の開始時点からこの次のＳＧＴの立ち上がりタイミングまでの時間は、ＳＧＴの１周期Ｔ_SGTよりも短くなる。
【００３９】
そこで、テーリング処理を円滑に行なうために（即ち、均一な変化率でテーリング処理を行なうために）、このＳＧＴの立ち上がりタイミングに先立って実ＥＴＶの変化に呼応して行なわれるテーリング用のＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（０．５）を、図６及び以下の式の示すように、通常の漸減量（Ａ／Ｆテーリングゲイン）δ_CAFに、ＳＧＴの１周期Ｔ_SGTに対する初回のテーリング用Ａ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（０．５）の使用期間（つまり、ＳＧＴの１周期Ｔ_SGT−直前のＳＧＴの立ち上がりタイミングからテーリング処理の開始時点までの時間Ｔ₁₁を減じた時間）Ｔ₁₂の比率を乗算したものを用いるようにしている。
【００４０】
Ｃ_AF（０．５）＝Ｃ_AF（０）−δ_CAF＊（Ｔ₁₂／Ｔ_SGT）
ただし、Ｃ_AF（０）はテーリング処理開始直前のＡ／Ｆ補正係数であって、ここでは、Ｃ_AF（０）＝Ｃ_AF［Ｓ］≒１、また、Ｔ₁₂＝Ｔ_SGT−Ｔ₁₁
このようなテーリング用のＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（０．５）は、実ＥＴＶが変化を開始しているのを検出してからテーリング処理を開始するまでのディレー時間中に十分に算出することができる。
【００４１】
この後のＳＧＴの立ち上がりタイミングで設定されるテーリング用Ａ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（１），Ｃ_AF（２），Ｃ_AF（３），…，Ｃ_AF（ｎ），…は、次式によって算出する。
Ｃ_AF（ｎ）＝Ｃ_AF（ｎ−１）−δ_CAF
ただし、ｎ：１以上の自然数
なお、テーリング用の目標空燃比ＡＦが本来の目標空燃比（燃焼モード切換時に設定した目標空燃比）ＡＦ２に達したら、換言すると、テーリング用のＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（ｎ）が本来のＡ／Ｆ補正係数（燃焼モード切換時に設定したＡ／Ｆ補正係数）Ｃ_AF［Ｓ］に達したら、目標空燃比やＡ／Ｆ係数のテーリング処理を終了するようにしている。
【００４２】
本発明の一実施形態としての希薄燃焼エンジンの制御装置は、上述のように構成されているので、エンジン運転中には、例えば図３に示すように、所定の時間周期で処理されるメインルーチンにおいて目標空燃比,Ａ／Ｆ係数のテーリング開始処理が行なわれ、その後は、図４に示すように、目標空燃比やＡ／Ｆ係数のテーリング処理が行なわれる。
【００４３】
つまり、図３に示すように、まず、各燃焼モードに応じて目標ＥＴＶ開度（目標ＥＴＶ）が求められ（ステップＡ１０）、実ＥＴＶ開度（実ＥＴＶ）が取り込まれて（ステップＡ２０）、燃焼モード（Ａ／Ｆモード）の切換中か否かが判定される（ステップＡ３０）。燃焼モード（Ａ／Ｆモード）の切換中でなければ、ディレータイマが所定のディレー時間にセットされる（ステップＡ４０）と共に、Ａ／Ｆテーリングフラグをクリアして（ステップＡ５０）、Ａ／Ｆテーリングを実施しないようにする。
【００４４】
一方、燃焼モード（Ａ／Ｆモード）の切換中であれば、ステップＡ６０に進み、この燃焼モードの切換が、ストイキ又はエンリッチモードからリーンモード（特に、超リーンモード）への切換であるか否かが判定されて、ストイキ又はエンリッチモードからリーンモード（特に、超リーンモード）への切換でなければ、Ａ／Ｆテーリングに関する処理は行なわない（ディレータイマはセット状態、Ａ／Ｆテーリングフラグはクリア状態）。
【００４５】
燃焼モードの切換が、ストイキ又はエンリッチモードからリーンモード（特に、超リーンモード）への切換であれば、ステップＡ７０に進み、前モードの目標ＥＴＶ開度（ステップＡ１０参照）と現在の実ＥＴＶ（ステップＡ２０参照）との差が所定値よりも大きいか否かが判定される。前モードの目標ＥＴＶ開度と現在の実ＥＴＶとの差が所定値以下なら、Ａ／Ｆテーリングに関する処理は行なわない（ディレータイマはセット状態、Ａ／Ｆテーリングフラグはクリア状態）。
【００４６】
前モードの目標ＥＴＶ開度と現在の実ＥＴＶとの差が所定値よりも大きい場合、ステップＡ８０に進み、Ａ／Ｆテーリングフラグがセットされているか（Ａ／Ｆテーリングを実施中）を判定する。Ａ／Ｆテーリングフラグがセットされていなければ、ディレータイマのカウントダウンを開始する（ステップＡ９０）。
次のステップＡ１００では、ディレータイマの値が０に達したか否かが判定されて、ディレータイマのカウントダウンが進み、ディレータイマの値が０に達したら、ステップＡ１１０に進み、Ａ／Ｆテーリングフラグをセットする。そして、ステップＡ１２０に進み、ＳＧＴの立ち上がりタイミングに先立ってテーリング用のＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（０．５）によって目標燃料噴射量（インジェクタパルス幅）を補正して、燃料噴射を制御する。
【００４７】
つまり、テーリング処理開始直前のＡ／Ｆ補正係数をＣ_AF（０）、漸減量（Ａ／Ｆテーリングゲイン）をδ_CAF、前回のＳＧＴ周期から直前のＳＧＴの立ち上がりタイミングからテーリング処理の開始時点までの時間Ｔ₁₁を減じた時間をＴ₁₂、前回のＳＧＴ周期及び今回のＳＧＴ周期を何れもＴ_SGTとして、次式によりＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（０．５）を算出して、目標燃料噴射量（インジェクタパルス幅）を補正する。
【００４８】
Ｃ_AF（０．５）＝Ｃ_AF（０）−δ_CAF＊（Ｔ₁₂／Ｔ_SGT）
ただし、Ｃ_AF（０）＝１，Ｔ₁₂＝Ｔ_SGT−Ｔ₁₁
このような所定周期で行なわれるメインルーチン（図３）とは独立して、Ａ／ＦテーリングにかかるＳＧＴ立ち上がり割り込みルーチンが実施される。
つまり、図４に示すように、ストイキ又はエンリッチモードからリーンモード（特に、超リーンモード）への燃焼モード（Ａ／Ｆモード）の切換があったか否かが判定され（ステップＢ１０）、このような燃焼モードの切換があれば、ステップＢ３０へ進んで、Ａ／Ｆテーリングフラグがセットされているか否かが判定される。メインルーチン（ステップＡ１１０）で、Ａ／Ｆテーリングフラグがセットされていれば、ステップＢ２０からステップＢ３０へ進み、ＳＧＴの立ち上がりタイミングによるテーリング用のＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（ｎ）によって目標燃料噴射量（インジェクタパルス幅）を補正して、燃料噴射を制御する。
【００４９】
すなわち、テーリング処理開始直前のＡ／Ｆ補正係数をＣ_AF（０）、漸減量（Ａ／Ｆテーリングゲイン）をδ_CAFとして、次式によりＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（ｎ）を算出して、目標燃料噴射量（インジェクタパルス幅）を補正する。
Ｃ_AF（ｎ）＝Ｃ_AF（ｎ−１）−δ_CAF，ただし、ｎ：１以上の自然数
そして、テーリング用のＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（ｎ）が、本来のＡ／Ｆ補正係数（燃焼モード切換時に設定した最終的なＡ／Ｆ補正係数）Ｃ_AF［Ｓ］まで低下したか否かを判定して（ステップＢ４０）、テーリング用Ａ／Ｆ補正係数Ｃ_AF（ｎ）が最終的なＡ／Ｆ補正係数Ｃ_AF［Ｓ］まで低下したら、Ａ／Ｆテーリングフラグをクリヤして、Ａ／Ｆテーリング処理を終了する（ステップＢ５０）。
【００５０】
このようにして、本実施形態にかかる希薄燃焼エンジンの制御装置によれば、ストイキモード又はエンリッチモード（第２燃焼モード）からリーンモード（第１燃焼モード）への切換時には、図５に示すように、燃焼モードに応じたＥＴＶ４０の開作動を待ってＡ／Ｆテーリング処理を開始するので、Ａ／Ｆテーリング処理の開始が吸入空気量の増加開始よりも早くなり過ぎることがなく、したがって、吸入空気量が増加していないのにＡ／Ｆテーリング処理による燃料噴射量（インジェクタパルス幅）の減少補正が開始されて、燃料噴射量（インジェクタパルス幅）が図７（ａ）に示すように、一時的に過剰減少することが防止される。
【００５１】
また、図５に示すように、Ａ／Ｆテーリング処理の開始は、燃焼モードに応じたＥＴＶ４０の開作動開始時点ｔ₀₃から所定のディレー時間だけ経過した時点ｔ₀₄に行なわれるので、ＥＴＶ開度の変化（増加）の開始に対して遅れる実際の吸気量（体積効率Ｅｖ参照）の変化（増加）の開始に合わせてＡ／Ｆテーリング処理が開始されるようになり、Ａ／Ｆテーリング処理の開始タイミングが適切なものになる。もちろん、Ａ／Ｆテーリング処理の開始が吸入空気量の増加開始よりも遅くなり過ぎることがなく、燃料噴射量（インジェクタパルス幅）が図７（ｂ）に示すように、一時的に過剰増加することもない。
【００５２】
この結果、燃料制御のばらつきによるエンジン出力トルクの急変動が防止され、エンジンの運転フィーリングが良好なものになり、自動車用エンジンにあっては走行フィーリングを良好なものにできる。
なお、上述のようなＡ／Ｆテーリング処理にかかる制御は、ストイキ又はエンリッチからリーンへのモード切換であり、このようなモード切換はエンジンが定常運転になって行なわれるので、加速時（リーンからリッチ）のようにエンジン状態の変動の大きいモード切換に比べて、制御を安定して行なうのが容易であり、信頼性の高い制御を実現することができる。
【００５３】
また、上述の実施形態は一例であって、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態を種々変形して実施することができる。
例えば、第１燃焼モードは、圧縮行程噴射による超リーンモードに限らず、吸気行程噴射によるリーンモードとしてもよい。
したがって、本制御装置は、筒内噴射エンジンに好適であるが、他の希薄燃焼エンジンに適用することも考えられる。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の希薄燃焼エンジンの制御装置によれば、前記第２燃焼モードから前記第１燃焼モードへの切換時には、空燃比切換手段は空燃比を徐々に切り換えるテーリング処理を行なうようにするが、このテーリング処理の開始は、クランク角信号に拘らず前記第２燃焼モードから前記第１燃焼モードへの切換時に該スロットル弁駆動手段の作動開始時点から所定のディレー時間だけ遅れたタイミングで実施する。したがって、空燃比切換をスロットル弁の制御に対応させて行なうことができ、燃料制御のばらつきを抑制して、エンジン出力トルクの急変動を防止することができるようになって、エンジンの運転フィーリングを向上させることができる利点や、自動車用エンジンにあっては走行フィーリングを向上させることができる利点がえられる。
また、通常、空燃比のテーリング処理はエンジンのクランク角信号に同期したタイミングで行なうことになるが、その開始だけはクランク角信号に拘らずスロットル弁駆動手段の作動開始時点から所定のディレー時間だけ遅れたタイミングで実施することにより、テーリング処理の開始時点からこの次のクランク角信号（ＳＧＴの立ち上がりタイミング）までの時間は、１周期Ｔ _SGT よりも短くなるが、これにより、空燃比のテーリング処理性能を確保しながら、燃料制御のばらつきを抑制して、エンジン出力トルクの急変動を防止することができる（以上、請求項１）。
【００５５】
さらに、テーリング処理を、テーリング処理の開始時点からこの次のクランク角周期までの間の処理開始期間を除いて、基準の漸減量に従って行ない、前記処理開始期間は、基準の漸減量に、クランク角の１周期の時間（Ｔ _SGT ）に対する前記処理開始期間の時間（Ｔ ₁₂ ）の比率を乗算したものに従って行なうことにより、テーリング処理を円滑に行なうことができるようになる（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての希薄燃焼エンジンの制御装置を示す制御ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる希薄燃焼エンジンを示す模式的な構成図である。
【図３】本発明の一実施形態としての希薄燃焼エンジンの制御装置にかかる制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態としての希薄燃焼エンジンの制御装置にかかる制御内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態としての希薄燃焼エンジンの制御装置にかかるエンジン制御の具体例を示すタイムチャートであり、（ａ）はインジェクタパルス幅を、（ｂ）は空燃比係数を、（ｃ）は体積効率を、（ｄ）はＥＴＶの実開度を、（ｅ）はＥＴＶの目標開度を、（ｆ）は燃焼モードを、（ｇ）はクランク角センサ信号を、それぞれ示す。
【図６】本発明の一実施形態としての希薄燃焼エンジンの制御装置にかかるエンジン制御の具体例を示す図であり、図５のＡ部を拡大して示す図である。
【図７】従来の希薄燃焼エンジンの制御における課題を説明するタイムチャートであり、（ａ）はケース１を、（ｂ）はケース２をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１エンジン
１７エンジン運転状態検出手段としてのクランク角センサ（エンジン回転速度検出手段）
３０電子制御スロットルバルブ（ＥＴＶ）
３０ａスロットル弁アクチュエータ（スロットル弁駆動手段）
３７エンジン運転状態検出手段としてのエアフローセンサ
３８エンジン運転状態検出手段としてのスロットルポジションセンサ
６０ＥＣＵ
６１燃焼モード設定手段
６２空燃比設定手段
６２Ａ空燃比切換手段
６３燃料噴射弁制御手段
６４ＥＴＶ制御手段

Claims

空燃比が理論空燃比よりも希薄側の希薄側空燃比になるように燃料噴射を行なう第１燃焼モードと、空燃比が該希薄側空燃比よりも濃化側の濃化側空燃比になるように燃料噴射を行なう第２燃焼モードとを、運転状態に応じて切り換え可能な希薄燃焼エンジンの制御装置において、
運転状態に応じて設定された目標空燃比となるように、予め設定された時間周期でスロットル弁を駆動するスロットル弁駆動手段と、
少なくとも前記第２燃焼モードから前記第１燃焼モードへの切換時にエンジンのクランク角信号に同期したタイミングで空燃比を徐々に切り換えるテーリング処理を行なう空燃比切換手段とをそなえ、
前記空燃比切換手段は、前記テーリング処理の開始については、前記クランク角信号に拘らず前記第２燃焼モードから前記第１燃焼モードへの切換時に該スロットル弁駆動手段の作動開始時点から所定のディレー時間だけ遅れたタイミングで実施する
ことを特徴とする、希薄燃焼エンジンの制御装置。
前記空燃比切換手段は、前記テーリング処理を、テーリング処理の開始時点からこの次のクランク角周期までの間の処理開始期間を除いて、基準の漸減量に従って行ない、前記処理開始期間は、基準の漸減量に、クランク角の１周期の時間（Ｔ _SGT ）に対する前記処理開始期間の時間（Ｔ ₁₂ ）の比率を乗算したものに従って行なう
ことを特徴とする、請求項１記載の希薄燃焼エンジンの制御装置。