JP4743042B2 - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼モードの切り換えなどを行う内燃機関の燃焼制御装置に関する。

従来から、例えば空燃比の互いに異なるストイキ燃焼やリーン燃焼等の燃焼モードへ切り換える技術が行われている。このような燃焼モードの切り換えの際、トルク段差などの出力段差が大きく生じてしまう場合があり、この出力段差を抑制するため各種の技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、燃焼モードを切り換える際、吸入空気量等から推定される内燃機関のトルクが切り換え後の所定のトルクに一致するまで点火時期を遅角する、即ちトルク補正を行うことにより切り換え時のトルク段差を抑制する技術が提案されている。また、特許文献２では、触媒のＮＯｘ吸蔵量が多くなれば強制的にリッチ燃焼に切り換え、加速時は、スロットル制御を遅延させ噴射量を増量して出力変動を抑制する技術が提案されている。

特開平１１−２２６０９号公報 特開２０００−２８２９１５号公報

ところで、内燃機関の燃焼成立上の理由などから、点火時期を遅角可能な量には限界（以下、限界まで遅角させたときの点火時期を「遅角限界」とも呼ぶ。）が存在する。この遅角限界を超えて点火時期を遅角させた場合には、失火やトルク変動が生じてしまう。

上記した特許文献１及び２に記載された技術においては、遅角限界を考慮に入れて燃焼モードの切り換えを行ってはいない。そのため、燃焼モードを切り換える際に、トルク段差が生じてしまう場合があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、点火時期の遅角限界を考慮に入れて、トルク段差を適切に抑制して燃焼モードの切り換えを行うことが可能な内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。

本発明の１つの観点では、少なくとも点火時期を遅角させる制御を行うことによって、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り換える際に発生し得るトルク段差を防止する内燃機関の燃焼制御装置は、前記遅角させる制御によって遅角後の点火時期が遅角限界を超えるか否かを判定する遅角限界判定手段と、前記遅角限界判定手段によって遅角後の点火時期が遅角限界を超えると判定された場合、車両における加減速状態に基づいて、少なくとも前記燃焼モードの切り換え及び前記点火時期に対する制御を行う切り換え制御手段と、を備え、前記切り換え制御手段は、前記車両が加速状態である場合には、前記遅角後の点火時期が前記遅角限界に達した際に、点火時期を前記遅角限界に維持する制御を行うと共に、空燃比をストイキに維持する制御を行い、前記車両が減速状態である場合には、前記遅角後の点火時期が前記遅角限界に達した際に、前記遅角させる制御を終了し、空燃比をストイキからリーンに切り換える制御を行う。

上記の内燃機関の燃焼制御装置は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り換える制御を実行する。詳しくは、このような燃焼モードの切り換え時に発生し得るトルク段差を防止するために、点火時期を遅角させる制御などを行う。遅角限界判定手段は、トルク段差を防止するために必要な遅角量に遅角させた後の点火時期が、遅角限界を超えるか否かを判定する。切り換え制御手段は、点火時期における遅角限界を考慮に入れて、燃焼モードの切り換えの制御、及び点火時期に対する制御を行う。具体的には、切り換え制御手段は、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合、通常行う点火時期を遅角させる制御とは異なる制御を実行する。こうするのは、燃焼成立上などの理由から遅角限界を超えて点火時期を遅角させることが困難であるため、遅角後の点火時期が遅角限界を超えるような場合には、所望の点火時期まで遅角することができずに、トルク段差が発生する場合があるからである。

また、切り換え制御手段は、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合、車両における加減速状態に基づいて制御を行う。具体的には、切り換え制御手段は、車両が加速状態である場合には、遅角後の点火時期が遅角限界に達した際に、点火時期を遅角限界に維持する制御を行うと共に、空燃比をストイキに維持する制御を行う。このような制御を行った場合、点火時期が遅角限界に設定されている際に実トルクが上昇するが、車両が加速状態にあるため、運転者はこのようなトルク上昇を感じにくいと言える。また、実トルクの上昇は、点火時期が遅角限界に設定されている際にのみ発生することとなるので、トルク段差を最小限にとどめることができる。よって、上記した内燃機関の燃焼制御装置によれば、車両が加速状態である場合において、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することが可能となる。
これに対して、切り換え制御手段は、車両が減速状態である場合には、遅角後の点火時期が遅角限界に達した際に、遅角させる制御を終了し、空燃比をストイキからリーンに切り換える制御を行う。このような制御を行った場合、実トルクが減少するが、車両が減速状態にあるため、運転者はこのようなトルク減少を感じにくいと言える。また、実トルクの減少は、リーン燃焼を行っている際にのみ発生することとなるので、トルク段差を最小限にとどめることができる。よって、上記した内燃機関の燃焼制御装置によれば、車両が減速状態である場合において、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することが可能となる。

本発明の他の観点では、少なくとも点火時期を遅角させる制御を行うことによって、リーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り換える際に発生し得るトルク段差を防止する内燃機関の燃焼制御装置は、前記遅角させる制御によって遅角後の点火時期が遅角限界を超えるか否かを判定する遅角限界判定手段と、前記遅角限界判定手段によって遅角後の点火時期が遅角限界を超えると判定された場合、車両における加減速状態に基づいて、少なくとも前記燃焼モードの切り換え及び前記点火時期に対する制御を行う切り換え制御手段と、を備え、前記切り換え制御手段は、前記車両が加速状態である場合には、前記遅角後の点火時期が前記遅角限界を超える間、点火時期を前記遅角限界に維持する制御を行うと共に、空燃比をストイキに維持する制御を行い、前記車両が減速状態である場合には、前記遅角後の点火時期が前記遅角限界を超える間、前記遅角させる制御を行わずに、空燃比をリーンに維持する制御を行う。
上記の内燃機関の燃焼制御装置によっても、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御装置が適用された車両１００の全体構成を示す概略図である。なお、図１では、実線の矢印がガスの流れの一例を示し、破線の矢印が信号の入出力を示している。

車両１００は、主に、吸気通路３と、スロットルバルブ４と、エンジン（内燃機関）５と、排気通路６と、触媒７と、アクセル開度センサ９と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、を備える。

吸気通路３には外部から導入された吸気が通過し、スロットルバルブ４は吸気通路３を通過する吸気の流量を調整する。そして、吸気は、サージタンクに導入された後に、エンジン５に供給される。なお、スロットルバルブ４はＥＣＵ１０から供給される制御信号に応じた開度（スロットル開度）に制御される。

エンジン５は、複数の気筒を有して構成され、供給された吸気と燃料とを混合した混合気を、燃焼室内で爆発させることによって動力を発生する。エンジン５は、ＥＣＵ１０から供給される制御信号によって、燃料噴射量の制御や点火時期の制御などが行われる。

排気通路６は、エンジン５から排出された排気ガスが流通する。排気通路６中には、触媒７が設けられている。触媒７は、ＮＯｘ吸蔵触媒などによって構成され、排気ガス中のＮＯｘやＳＯｘ等を浄化する。

更に、アクセル開度センサ９は、運転者によるアクセルペダルの操作に対応するアクセル開度を検出する。アクセル開度センサ９は、検出したアクセル開度に対応する検出信号をＥＣＵ１０に供給する。

ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。ＥＣＵ１０は、スロットルバルブ４やエンジン５などに制御信号を供給することによって、車両１００内の種々の制御を行う。詳しくは、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ、或いはリーン燃焼からストイキ燃焼へ、燃焼モードを切り換えるための制御（以下、「燃焼モード切り換え制御」と呼ぶ。）を実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、このような燃焼モードの切り換え時に発生し得るトルク段差が適切に抑制されるように、少なくとも点火時期を遅角させる制御（以下、「遅角制御」と呼ぶ。）を行うことによって、燃焼モード切り換え制御を実行する。

本実施形態では、ＥＣＵ１０は、遅角させた後の点火時期が遅角限界を超えるか否か、及び車両１００における加減速状態に基づいて燃焼モード切り換え制御を実行する。このように、ＥＣＵ１０は、本発明における内燃機関の燃焼制御装置として機能する。具体的には、遅角限界判定手段、及び切り換え制御手段として動作する。

以下では、本発明に係る燃焼モード切り換え制御の実施形態について、具体的に説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る燃焼モード切り換え制御について説明する。第１実施形態に係る燃焼モード切り換え制御は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り換える場合に実行される制御である。

（基本制御）
ここで、燃焼モード切り換え制御において通常実行される制御（以下、「基本制御」と呼ぶ。）について説明する。なお、基本制御は、遅角後の点火時期が遅角限界を超えない場合に実行される制御である。遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合の制御については、詳細は後述する。

図２は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り換える場合に実行される、第１実施形態に係る基本制御を説明するための図である。図２（ａ）は、スロットル開度を示し、図２（ｂ）は空気量を示し、図２（ｃ）は推定トルクを示し、図２（ｄ）は燃料量（燃料噴射量）を示し、図２（ｅ）は点火時期を示し、図２（ｆ）は実トルクを示し、図２（ｇ）は目標空燃比を示している。また、図２の横軸は時間を示している。

この場合、時刻ｔ３１において、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切り換えを開始する。この際、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼時に発生されるトルクとリーン燃焼時に発生されるトルクとが概ね等しくなるのに必要な空気量を求め（図２（ｂ）参照）、この空気量が得られるようにスロットル開度を調整する（図２（ａ）参照）。また、ＥＣＵ１０は、このような空気量変化時において発生されるトルクが等トルクとなるように、目標空燃比をストイキに維持した状態で（図２（ｇ）参照）、点火時期の遅角制御を実行する（図２（ｅ）参照）。具体的には、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼において目標トルクが得られる遅角量を算出し、この遅角量だけ点火時期を遅角させる。なお、この場合における遅角後の点火時期は、遅角限界（図２（ｅ）中の破線で示す）を超えないものとする。加えて、ＥＣＵ１０は、燃料噴射量も変更する（図２（ｄ）参照）。このような遅角制御を実行することにより、図２（ｆ）中の符号３６で示すように、エンジン５から発生される実トルクは、燃焼モードの切り換え期間中、概ね一定となる。即ち、トルク段差が生じていないと言える。因みに、遅角制御を実行しない場合には、図２（ｆ）中の符号３５で示すように、エンジン５から発生される実トルクは燃焼モードの切り換え期間中に変動する。この場合には、トルク段差が生じる。

更に、ＥＣＵ１０は、空気量変化時においてリーン燃焼にて発生され得るトルクを、空気量の推定値などに基づいて推定する（以下、このように推定されるトルクを「リーン推定トルク」とも呼ぶ）。同様に、空気量変化時においてストイキ燃焼にて発生され得るトルクを推定する（以下、このように推定されるトルクを「ストイキ推定トルク」とも呼ぶ）。具体的には、図２（ｃ）においては、符号３０で示すグラフがストイキ推定トルクに対応し、符号３１で示すトルクがリーン推定トルクに対応する。ＥＣＵ１０は、このリーン推定トルクを用いて、燃焼モードの切り換えの終了判定を行う。具体的には、ＥＣＵ１０は、リーン推定トルクが目標トルクを超えた時点で、リーン燃焼に必要な空気量に達したと判断し、切り換えを終了する。なお、目標トルクは、燃焼モードの切り換え開始時（時刻ｔ３１）におけるトルク、又はアクセル開度から推定される運転者による要求トルクに対応する。

この場合、時刻ｔ３２において、リーン推定トルクが目標トルクに達するため、ＥＣＵ１０は、燃焼モードの切り換えを終了し、点火時期及び目標空燃比をリーン燃焼で用いる値にそれぞれ変更する（図２（ｅ）、（ｇ）参照）。以上のように、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り換える場合、トルク段差の発生が抑制されるように点火時期を遅角させることによって基本制御を実行する。

（遅角限界制御）
次に、燃焼モードを切り換える際において、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に実行される制御（以下、この制御を「遅角限界制御」とも呼ぶ。）について説明する。

第１実施形態では、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、上記した基本制御（図２参照）とは異なる制御を実行する。こうするのは、燃焼成立上などの理由から遅角限界を超えて点火時期を遅角させることが困難であるため、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合には、所望の点火時期まで遅角させることができなくなり、トルク段差が発生する場合があるからである。なお、本明細書では「遅角後の点火時期」とは、ストイキ燃焼において目標トルクが得られる遅角量を算出し、この遅角量だけ遅角させた後の点火時期を意味するものとする。

したがって、第１実施形態では、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り換える際において、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合には、運転者などがトルク段差を感じにくくするために、言い換えると運転者などが感じるトルク段差を抑制するために、基本制御から遅角限界制御に切り換える。具体的には、車両１００における加減速状態を考慮に入れて、遅角限界制御を行う。詳しくは、車両１００が加速状態にあるか或いは減速状態にあるかに基づいて、異なる遅角限界制御を実行する。即ち、トルク段差を運転者に感じにくくさせるために、車両１００の加減速状態に応じた制御を行う。

（ａ）加速時遅角限界制御
ここで、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合において、車両１００が加速状態にある場合に実行される遅角限界制御（以下、「加速時遅角限界制御」と呼ぶ。）について説明する。

第１実施形態に係る加速時遅角限界制御においては、点火時期が遅角限界に達した際に、点火時期を遅角限界に維持すると共に、空燃比をストイキに維持し、リーン推定トルクが目標トルクに達した際に燃焼モードの切り換えを行う。このような制御を行った場合、点火時期が遅角限界に設定されている際に実トルクが上昇するが、車両１００が加速状態にあるため、運転者はこのようなトルク上昇を感じにくいと言える。即ち、上記した加速時遅角限界制御によれば、加速時における運転者のフィーリングに、燃焼モードの切り換え時に生じるトルク上昇を紛れ込ませることによって、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することが可能となる。また、実トルクの上昇は、点火時期が遅角限界に設定されている際にのみ発生することとなるので、トルク段差を最小限にとどめることができる。

図３は、第１実施形態に係る加速時遅角限界制御を説明するための図である。図３（ａ）は、スロットル開度を示し、図３（ｂ）は空気量を示し、図３（ｃ）は推定トルクを示し、図３（ｄ）は燃料量（燃料噴射量）を示し、図３（ｅ）は点火時期を示し、図３（ｆ）は実トルクを示し、図３（ｇ）は目標空燃比を示している。また、図３の横軸は時間を示している。なお、空気量、スロットル開度、及び推定トルクの求め方・制御方法などついては、図２で説明したものと同様であるため、その説明を省略する。

時刻ｔ４１において、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切り換えを開始する。そして、ＥＣＵ１０は、点火時期の遅角制御を実行する。この場合、時刻ｔ４２において、遅角後の点火時期が遅角限界に達する（図３（ｅ）参照）。よって、遅角限界を超えて点火時期を遅角させることができないので、ＥＣＵ１０は、目標空燃比をストイキに維持した状態で（図３（ｇ）参照）、点火時期を遅角限界に維持する（図３（ｅ）参照）。この場合、トルク段差の抑制のために設定すべき遅角量よりも小さい遅角量に点火時期を設定していることになるため、図３（ｆ）中の符号４６で示すように、実トルクが上昇する。このように実トルクが上昇しても、車両１００は加速状態にあるため、運転者はトルク段差を感じにくいと言える。なお、図３（ｆ）中の符号４６で示す実トルクの上昇は、点火時期を全く遅角させない場合の実トルクの上昇（図３（ｆ）中の符号４５で示す）と比較すると小さいと言える。

そして、時刻ｔ４３において、図３（ｃ）中の符号４１で示すリーン推定トルクが目標トルクに達する。この際に、ＥＣＵ１０は、燃焼モードの切り換えを終了し、点火時期及び目標空燃比をリーン燃焼で用いる値にそれぞれ変更する（図３（ｅ）、（ｇ）参照）。

以上の第１実施形態に係る加速時遅角限界制御によれば、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することが可能となる。

（ｂ）減速時遅角限界制御
次に、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合において、車両１００が減速状態にある場合に実行される遅角限界制御（以下、「減速時遅角限界制御」と呼ぶ。）について説明する。

第１実施形態に係る減速時遅角限界制御においては、点火時期が遅角限界に達した際に遅角制御を終了し、ストイキ燃焼からリーン燃焼に燃焼モードを切り換える。このような制御を行った場合、遅角制御の終了後に実トルクが減少するが、車両１００が減速状態にあるため、運転者はこのようなトルク減少を感じにくいと言える。即ち、上記した減速時遅角限界制御によれば、減速時における運転者のフィーリングに、燃焼モードの切り換え時に生じるトルク減少を紛れ込ませることによって、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することが可能となる。また、実トルクの減少は、リーン燃焼を行っている際（遅角制御を終了後）にのみ発生することとなるので、トルク段差を最小限にとどめることができる。

図４は、第１実施形態に係る減速時遅角限界制御を説明するための図である。

図４（ａ）は、スロットル開度を示し、図４（ｂ）は空気量を示し、図４（ｃ）は推定トルクを示し、図４（ｄ）は燃料量（燃料噴射量）を示し、図４（ｅ）は点火時期を示し、図４（ｆ）は実トルクを示し、図４（ｇ）は目標空燃比を示している。また、図４の横軸は時間を示している。なお、空気量、スロットル開度、及び推定トルクの求め方・制御方法などついては、図２で説明したものと同様であるため、その説明を省略する。

時刻ｔ５１において、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切り換えを開始する。そして、ＥＣＵ１０は、点火時期の遅角制御を実行する。この場合、時刻ｔ５２において、遅角後の点火時期が遅角限界に達する（図４（ｅ）参照）。よって、遅角限界を超えて遅角することができないので、ＥＣＵ１０は、点火時期の遅角を終了すると共に（図４（ｅ）参照）、目標空燃比をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り換える（図４（ｇ）参照）。即ち、ＥＣＵ１０は、点火時期の遅角制御を終了する。

この場合、時刻ｔ５２ではリーン推定トルク（図４（ｃ）中の符号５１で示す）が目標トルクに達していないため、図４（ｆ）中の符号５６で示すように、時刻ｔ５２以降に、実トルクが減少する。このように実トルクが減少しても、車両１００は減速状態にあるため、運転者はトルク段差を感じにくいと言える。因みに、時刻ｔ５１から時刻ｔ５２までの間に点火時期を全く遅角させない場合には、図４（ｆ）中の符号５５で示すように実トルクが上昇する。なお、時刻ｔ５２以降においてリーン推定トルクが目標トルクに達し、この際に、実トルクは設定されるべき値になる（図４（ｆ）参照）。

以上の第１実施形態に係る減速時遅角限界制御によれば、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することが可能となる。

（燃焼モード切り換え処理）
次に、第１実施形態に係る燃焼モード切り換え処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ１０によって所定の周期（例えば「１６（ｍｓ）」）で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、燃焼モードを切り換えるために、スロットルバルブ４に対して制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼からリーン燃焼に燃焼モードを切り換えるために、スロットル開度を開き側に制御する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、燃焼モデルに従って、燃焼モードを切り換える際に用いるトルクを算出する。具体的には、ＥＣＵ１０は、目標トルクと、ストイキ推定トルクと、リーン推定トルクを算出する。目標トルクは、燃焼モードの切り換え開始時におけるトルク、又はアクセル開度から推定される運転者による要求トルクに対応する。また、ストイキ推定トルク、及びリーン推定トルクは、現在の吸入空気量に基づいて算出される。そして、処理はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、リーン推定トルクが目標トルク未満であるか否かを判定する。ここでは、ＥＣＵ１０は、遅角制御を終了して、燃焼モードを切り換えても良い状況にあるか否かを判定する。リーン推定トルクが目標トルク未満である場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、遅角制御を終了して、燃焼モードを切り換えるべき状況であるとは言えない。この場合、処理はステップＳ１０４に進む。一方、リーン推定トルクが目標トルク以上である場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、遅角制御を終了して、燃焼モードを切り換えるべき状況であると言える。この場合、処理はステップＳ１１０に進み、ＥＣＵ１０は、遅角制御を終了して、燃焼モードをストイキ燃焼からリーン燃焼に切り換える。そして、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼において目標トルクが得られる遅角量を算出する。そして、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０４で算出された遅角量だけ遅角させた点火時期が遅角限界を超えるか否かを判定する。ここでは、ＥＣＵ１０は、トルク段差の抑制のために点火時期を遅角させる、基本制御を実行可能な状況であるか否かを判定する。言い換えると、遅角限界制御を実行すべき状況であるか否かの判定を行う。

遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、これ以上点火時期を遅角させることが困難であり、基本制御を実行することはできない。即ち、遅角限界制御を実行すべき状況であると言える。この場合には、処理はステップＳ１０６に進む。一方、遅角後の点火時期が遅角限界を超えない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、点火時期を更に遅角させることが可能であり（即ち、点火時期を遅角させても遅角限界に達しない）、基本制御を実行可能な状況であると言える。この場合には、処理はステップＳ１０９に進み、ＥＣＵ１０は、基本制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼を維持して、点火時期を遅角させる遅角制御を実行する。この処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、車両１００が加速状態にあるか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ９から取得される検出信号に基づいて、車両１００が加速状態にあるか、或いは減速状態にあるかを判定する。即ち、ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、加速時遅角限界制御を実行すべき状況か、或いは減速時遅角限界制御を実行すべき状況かを判定する。

車両１００が加速状態にある場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０は、加速時遅角限界制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、点火時期を遅角限界に維持しつつ、ストイキ燃焼を継続する制御を行う。このような制御を行った場合、点火時期が遅角限界に設定されている際に実トルクが上昇するが、車両１００が加速状態にあるため、運転者はトルク段差を感じにくいと言える。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

一方、車両１００が加速状態にない場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、即ち車両１００が減速状態にある場合、処理はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１０は、減速時遅角限界制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、遅角制御を終了し、ストイキ燃焼からリーン燃焼に燃焼モードを切り換える制御を行う。このような制御を行った場合、点火時期が遅角限界に設定されている際に実トルクが減少するが、車両１００が減速状態にあるため、運転者はトルク段差を感じにくいと言える。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

以上の第１実施形態に係る燃焼モード切り換え処理によれば、ストイキ燃焼からリーン燃焼に燃焼モードを切り換える際に発生し得るトルク段差を適切に抑制することができる。詳しくは、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る燃焼モード切り換え制御について説明する。第２実施形態に係る燃焼モード切り換え制御は、リーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り換える場合に実行される点で、前述した第１実施形態に係る燃焼モード切り換え制御とは異なる。

（基本制御）
ここで、燃焼モード切り換え制御において通常実行される制御（基本制御）について説明する。なお、基本制御は、遅角後の点火時期が遅角限界を超えない場合に実行される制御である。遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合の制御については、詳細は後述する。

図６は、リーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り換える場合に実行される、第２実施形態に係る基本制御を説明するための図である。図６（ａ）は、スロットル開度を示し、図６（ｂ）は空気量を示し、図６（ｃ）は推定トルクを示し、図６（ｄ）は燃料量（燃料噴射量）を示し、図６（ｅ）は点火時期を示し、図６（ｆ）は実トルクを示し、図６（ｇ）は目標空燃比を示している。また、図６の横軸は時間を示している。

この場合、時刻ｔ６１において、ＥＣＵ１０は、リーン燃焼からストイキ燃焼への切り換えを開始する。この際、ＥＣＵ１０は、リーン燃焼時に発生されるトルクとストイキ燃焼時に発生されるトルクとが概ね等しくなるのに必要な空気量を求め（図６（ｂ）参照）、この空気量が得られるようにスロットル開度を調整する（図６（ａ）参照）。また、ＥＣＵ１０は、時刻ｔ６１において、目標空燃比をリーンからストイキに切り換えると共に（図６（ｇ）参照）、燃料噴射量も変更する（図６（ｄ）参照）。

ＥＣＵ１０は、このような空気量変化時において発生されるトルクが等トルクとなるように、点火時期の遅角制御を実行する（図６（ｅ）参照）。具体的には、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼において目標トルクが得られる遅角量を算出し、この遅角量だけ点火時期を遅角させる。なお、この場合における遅角後の点火時期は、遅角限界（図６（ｅ）中の破線で示す）を超えないものとする。このような遅角制御を実行することにより、図６（ｆ）中の符号６６で示すように、エンジン５から発生される実トルクは、燃焼モードの切り換え期間中、概ね一定となる。即ち、トルク段差が生じていないと言える。因みに、遅角制御を実行しない場合には、図６（ｆ）中の符号６５で示すように、エンジン５から発生される実トルクは燃焼モードの切り換え期間中に変動する。この場合には、トルク段差が生じる。

更に、ＥＣＵ１０は、リーン推定トルク及びストイキ推定トルクを推定する。図６（ｃ）においては、符号６０で示すグラフがリーン推定トルクに対応し、符号６１で示すトルクがストイキ推定トルクに対応する。ＥＣＵ１０は、このストイキ推定トルクを用いて、燃焼モードの切り換えの終了判定を行う。具体的には、ＥＣＵ１０は、ストイキ推定トルクが目標トルクを下回った時点で、切り換えを終了する。なお、目標トルクは、燃焼モードの切り換え開始時（時刻ｔ６１）におけるトルク、又はアクセル開度から推定される運転者による要求トルクに対応する。

この場合、時刻ｔ６２において、ストイキ推定トルクが目標トルクに達するため、ＥＣＵ１０は、燃焼モードの切り換えを終了する。以上のように、ＥＣＵ１０は、リーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り換える場合、トルク段差の発生が抑制されるように点火時期を遅角させることによって基本制御を実行する。

（遅角限界制御）
次に、燃焼モードを切り換える際において、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に実行される遅角限界制御について説明する。

第２実施形態では、リーン燃焼からストイキ燃焼に燃焼モードを切り換える場合において、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、上記した基本制御（図６参照）とは異なる遅角限界制御を実行する。こうするのは、燃焼成立上などの理由から遅角限界を超えて点火時期を遅角させることが困難であるため、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合には、所望の点火時期まで遅角させることができなくなり、トルク段差が発生する場合があるからである。

したがって、第２実施形態では、リーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り換える際において、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合、運転者などがトルク段差を感じにくくするために、言い換えると運転者などが感じるトルク段差を抑制するために、基本制御から遅角限界制御に切り換える。具体的には、車両１００における加減速状態を考慮に入れて、遅角限界制御を行う。詳しくは、車両１００が加速状態にあるか或いは減速状態にあるかに基づいて、異なる遅角限界制御を実行する。即ち、トルク段差を運転者に感じにくくさせるために、車両１００の加減速状態に応じた制御を行う。

（ａ）加速時遅角限界制御
ここで、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合において、車両１００が加速状態にある場合に実行される遅角限界制御（加速時遅角限界制御）について説明する。

第２実施形態に係る加速時遅角限界制御においては、点火時期を遅角限界に維持すると共に、空燃比をストイキに維持し、ストイキ推定トルクが目標トルクに達した際に燃焼モードの切り換えを行う。このような制御を行った場合、点火時期が遅角限界に設定されている際に実トルクが上昇するが、車両１００が加速状態にあるため、運転者はこのようなトルク上昇を感じにくいと言える。また、実トルクの上昇は、点火時期が遅角限界に設定されている際にのみ発生することとなるので、トルク段差を最小限にとどめることができる。

図７は、第２実施形態に係る加速時遅角限界制御を説明するための図である。図７（ａ）は、スロットル開度を示し、図７（ｂ）は空気量を示し、図７（ｃ）は推定トルクを示し、図７（ｄ）は燃料量（燃料噴射量）を示し、図７（ｅ）は点火時期を示し、図７（ｆ）は実トルクを示し、図７（ｇ）は目標空燃比を示している。また、図７の横軸は時間を示している。なお、空気量、スロットル開度、及び推定トルクの求め方・制御方法などついては、図６で説明したものと同様であるため、その説明を省略する。

時刻ｔ７１において、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切り換えを開始する。この際に、ＥＣＵ１０は、目標空燃比をリーンからストイキに切り換えると共に（図７（ｇ）参照）、点火時期を遅角させる（図７（ｅ）参照）。この場合、遅角後の点火時期が即座に遅角限界に達するため、遅角限界を超えて点火時期を遅角させることができないので、ＥＣＵ１０は、点火時期を遅角限界に維持する（図７（ｅ）参照）。このように点火時期を遅角限界に維持した場合、トルク段差の抑制のために設定すべき遅角量よりも小さい遅角量に点火時期を設定していることになるため、図７（ｆ）中の符号７６で示すように、実トルクが上昇する。このように実トルクが上昇しても、車両１００は加速状態にあるため、運転者はトルク段差を感じにくいと言える。なお、図７（ｆ）中の符号７６で示す実トルクの上昇は、点火時期を全く遅角させない場合の実トルクの上昇（図７（ｆ）中の符号７５で示す）と比較すると小さいと言える。

そして、時刻ｔ７２において、求められた遅角後の点火時期が遅角限界を超えなくなるため、ＥＣＵ１０は、点火時期を遅角限界に維持することを終了し、求められた点火時期に設定する。次に、時刻ｔ７３において、図７（ｃ）中の符号７１で示すストイキ推定トルクが目標トルクに達する。この際に、ＥＣＵ１０は、燃焼モードの切り換えを終了する。

以上の第２実施形態に係る加速時遅角限界制御によれば、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することが可能となる。

（ｂ）減速時遅角限界制御
次に、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合において、車両１００が減速状態にある場合に実行される遅角限界制御（減速時遅角限界制御）について説明する。

第２実施形態に係る減速時遅角限界制御においては、遅角後の点火時期が遅角限界を超える間、点火時期を遅角させずに、リーン燃焼に維持する。このような制御を行った場合、リーン燃焼に維持されている際に実トルクが減少するが、車両１００が減速状態にあるため、運転者はこのようなトルク減少を感じにくいと言える。また、実トルクの減少は、リーン燃焼を行っている際にのみ発生することとなるので、トルク段差を最小限にとどめることができる。

図８は、第２実施形態に係る減速時遅角限界制御を説明するための図である。

図８（ａ）は、スロットル開度を示し、図８（ｂ）は空気量を示し、図８（ｃ）は推定トルクを示し、図８（ｄ）は燃料量（燃料噴射量）を示し、図８（ｅ）は点火時期を示し、図８（ｆ）は実トルクを示し、図８（ｇ）は目標空燃比を示している。また、図８の横軸は時間を示している。なお、空気量、スロットル開度、及び推定トルクの求め方・制御方法などついては、図６で説明したものと同様であるため、その説明を省略する。

時刻ｔ８１において、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切り換えを開始する。この場合、求められた遅角後の点火時期（不図示）が遅角限界を超えるため、ＥＣＵ１０は、点火時期を遅角させずに（図８（ｅ）参照）、目標空燃比をリーン燃焼に維持する（図８（ｇ）参照）。このように点火時期を遅角させないため、図８（ｆ）中の符号８６で示すように、実トルクが減少する。このように実トルクが減少しても、車両１００は減速状態にあるため、運転者はトルク段差を感じにくいと言える。

時刻ｔ８２において、求められた遅角後の点火時期が遅角限界を超えなくなるため、ＥＣＵ１０は、目標空燃比をリーン燃焼からストイキ燃焼に切り換え（図８（ｇ）参照）、点火時期の遅角を行う（図８（ｅ）参照）。具体的には、時刻ｔ８２において、点火時期を遅角限界に設定する。このように点火時期を遅角させることにより、図８（ｆ）中の符号８７で示すように、実トルクは設定されるべき値になる。因みに、時刻ｔ８２から時刻ｔ８３までの間に点火時期を全く遅角させない場合には、図８（ｆ）中の符号８５で示すように実トルクが上昇する。次に、時刻ｔ８３において、図８（ｃ）中の符号８１で示すストイキ推定トルクが目標トルクに達する。この際に、ＥＣＵ１０は、燃焼モードの切り換えを終了する。

以上の第２実施形態に係る減速時遅角限界制御によれば、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することが可能となる。

（燃焼モード切り換え処理）
次に、第２実施形態に係る燃焼モード切り換え処理について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ１０によって所定の周期（例えば「１６（ｍｓ）」）で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１０は、燃焼モードを切り換えるために、スロットルバルブ４に対して制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１０は、リーン燃焼からストイキ燃焼に燃焼モードを切り換えるために、スロットル開度を閉じ側に制御する。そして、処理はステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１０は、燃焼モデルに従って、燃焼モードを切り換える際に用いるトルクを算出する。具体的には、ＥＣＵ１０は、目標トルクと、ストイキ推定トルクと、リーン推定トルクを算出する。目標トルクは、燃焼モードの切り換え開始時におけるトルク、又はアクセル開度から推定される運転者による要求トルクに対応する。また、ストイキ推定トルク、及びリーン推定トルクは、現在の吸入空気量に基づいて算出される。そして、処理はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１０は、ストイキ推定トルクが目標トルクよりも大きいか否かを判定する。ここでは、ＥＣＵ１０は、遅角制御を終了しても良い状況にあるか否かを判定する。ストイキ推定トルクが目標トルクよりも大きい場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、遅角制御を終了しても良い状況であるとは言えない。この場合、処理はステップＳ２０４に進む。一方、ストイキ推定トルクが目標トルク以下である場合（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、即ちストイキ推定トルクが目標トルクを下回った場合、遅角制御を終了しても良い状況であると言える。この場合、処理はステップＳ２１０に進み、ＥＣＵ１０は、遅角制御を終了して、燃焼モードの切り換えを終了する。そして、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼において目標トルクが得られる遅角量を算出する。そして、処理はステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２０４で算出された遅角量だけ遅角させた点火時期が、遅角限界を超えるか否かを判定する。ここでは、ＥＣＵ１０は、トルク段差の抑制のために点火時期を遅角させる、基本制御を実行可能な状況であるか否かを判定する。言い換えると、遅角限界制御を実行すべき状況であるか否かの判定を行う。

遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合（ステップＳ２０５；Ｙｅｓ）、点火時期を遅角させることが困難であり、基本制御を実行することはできない。即ち、遅角限界制御を実行すべき状況であると言える。この場合には、処理はステップＳ２０６に進む。一方、遅角後の点火時期が遅角限界を超えない場合（ステップＳ２０５；Ｎｏ）、点火時期を遅角させることが可能であり（即ち、点火時期を遅角させても遅角限界に達しない）、基本制御を実行可能な状況であると言える。この場合には、処理はステップＳ２０９に進み、ＥＣＵ１０は、基本制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、ストイキ燃焼を実行して、点火時期を遅角させる遅角制御を実行する。この処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ２０６では、ＥＣＵ１０は、車両１００が加速状態にあるか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ９から取得される検出信号に基づいて、車両１００が加速状態にあるか、或いは減速状態にあるかを判定する。即ち、ステップＳ２０６では、ＥＣＵ１０は、加速時遅角限界制御を実行すべき状況か、或いは減速時遅角限界制御を実行すべき状況かを判定する。

車両１００が加速状態にある場合（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、ＥＣＵ１０は、加速時遅角限界制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、点火時期を遅角限界に維持すると共に、空燃比をストイキに維持する制御を行う。このような制御を行った場合、点火時期が遅角限界に設定されている際に実トルクが上昇するが、車両１００が加速状態にあるため、運転者はトルク段差を感じにくいと言える。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

一方、車両１００が加速状態にない場合（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、即ち車両１００が減速状態にある場合、処理はステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、ＥＣＵ１０は、減速時遅角限界制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、点火時期を遅角させずに、リーン燃焼に維持する。このような制御を行った場合、リーン燃焼に維持されている際に実トルクが減少するが、車両１００が減速状態にあるため、運転者はトルク段差を感じにくいと言える。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

以上の第２実施形態に係る燃焼モード切り換え処理によれば、リーン燃焼からストイキ燃焼に燃焼モードを切り換える際に発生し得るトルク段差を適切に抑制することができる。詳しくは、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、運転者が感じるトルク段差を効果的に抑制することができる。

［変形例］
上記では、遅角後の点火時期が遅角限界を超える場合に、車両１００の加減速状態に基づいて実行すべき制御（加速時遅角限界制御又は減速時遅角限界制御）を切り換える実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、加減速状態の代わりに、加速時遅角限界制御を行った場合に発生されるトルク、及び減速時遅角限界制御を実行した場合に発生されるトルクに基づいて、実行すべき制御を切り換えることも可能である。具体的には、これらのトルクのうち目標トルクに近いトルクが得られた方の制御を実行することができる。

更に他の例では、車両１００が加速状態及び減速状態のうちのいずれに該当するか判断し難い場合に、加速時遅角限界制御を行った場合に発生されるトルク、及び減速時遅角限界制御を実行した場合に発生されるトルクに基づいて、実行すべき制御を切り換えることができる。

本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御装置が適用された車両の全体構成を示す概略図である。 第１実施形態に係る基本制御を説明するための図である。 第１実施形態に係る加速時遅角限界制御を説明するための図である。 第１実施形態に係る減速時遅角限界制御を説明するための図である。 第１実施形態に係る燃焼モード切り換え処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る基本制御を説明するための図である。 第２実施形態に係る加速時遅角限界制御を説明するための図である。 第２実施形態に係る減速時遅角限界制御を説明するための図である。 第２実施形態に係る燃焼モード切り換え処理を示すフローチャートである。

符号の説明

３ 吸気通路
４ スロットルバルブ
５ エンジン
６ 排気通路
７ 触媒
９ アクセル開度センサ
１０ ＥＣＵ
１００ 車両

Claims (2)

1. 少なくとも点火時期を遅角させる制御を行うことによって、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り換える際に発生し得るトルク段差を防止する内燃機関の燃焼制御装置であって、
   前記遅角させる制御によって遅角後の点火時期が遅角限界を超えるか否かを判定する遅角限界判定手段と、
   前記遅角限界判定手段によって遅角後の点火時期が遅角限界を超えると判定された場合、車両における加減速状態に基づいて、少なくとも前記燃焼モードの切り換え及び前記点火時期に対する制御を行う切り換え制御手段と、を備え、
   前記切り換え制御手段は、
   前記車両が加速状態である場合には、前記遅角後の点火時期が前記遅角限界に達した際に、点火時期を前記遅角限界に維持する制御を行うと共に、空燃比をストイキに維持する制御を行い、
   前記車両が減速状態である場合には、前記遅角後の点火時期が前記遅角限界に達した際に、前記遅角させる制御を終了し、空燃比をストイキからリーンに切り換える制御を行うことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 少なくとも点火時期を遅角させる制御を行うことによって、リーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り換える際に発生し得るトルク段差を防止する内燃機関の燃焼制御装置であって、
   前記遅角させる制御によって遅角後の点火時期が遅角限界を超えるか否かを判定する遅角限界判定手段と、
   前記遅角限界判定手段によって遅角後の点火時期が遅角限界を超えると判定された場合、車両における加減速状態に基づいて、少なくとも前記燃焼モードの切り換え及び前記点火時期に対する制御を行う切り換え制御手段と、を備え、
   前記切り換え制御手段は、
   前記車両が加速状態である場合には、前記遅角後の点火時期が前記遅角限界を超える間、点火時期を前記遅角限界に維持する制御を行うと共に、空燃比をストイキに維持する制御を行い、
   前記車両が減速状態である場合には、前記遅角後の点火時期が前記遅角限界を超える間、前記遅角させる制御を行わずに、空燃比をリーンに維持する制御を行うことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。

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