JP4957868B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明が提供する内燃機関の制御装置は、トルクと空燃比とを制御量とする内燃機関において、要求空燃比の変化速度を適切に調整することにより、内燃機関の排気ガス性能に関する要求と運転性能に関する要求とを共に満足させることのできる制御装置である。本制御装置は、内燃機関の排気ガス性能に関する要求を受け、その要求を満足させる空燃比を要求空燃比として算出する。そして、所定の緩和条件が満たされていないのであれば、このオリジナルの要求空燃比をそのまま最終的な要求空燃比として決定する。しかし、緩和条件が満たされている場合には、オリジナルの要求空燃比の信号を処理してその変化速度を緩和させ、変化速度を緩和された要求空燃比を最終的な要求空燃比として決定する。前記の緩和条件には、オリジナルの要求空燃比の変化量、詳しくは、１計算周期ごとの変化量が所定の空燃比変化判定値よりも大きいことが含まれる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、トルクと空燃比とを制御量とする内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の制御方法の１つとして、トルクや空燃比を制御量として各アクチュエータの操作量を決定する方法が知られている。例えば、特開２０１０−７４８９号公報には、内燃機関に対する要求トルクや要求空燃比を決定し、それらを実現するようにスロットル、点火装置、及び燃料噴射装置の各操作量を決定する方法について開示されている。スロットルに関しては、その操作量であるスロットル開度は、要求トルクを実現するための目標空気量に従って決定される。例えばエアモデルの逆モデルを用いることで、目標空気量の実現に必要なスロットル開度は計算で求めることができる。

ところで、内燃機関が発生させるトルクには、筒内に吸入される空気量に加えて空燃比も密接に関連する。空気量が同じ場合、燃焼に供される混合気の空燃比がストイキよりもリーンであればトルクは減少し、リッチであればトルクは増大する。このため、要求トルクを目標空気量に変換する過程においては、筒内の混合気の空燃比、すなわち要求空燃比を参照することが望ましい。要求空燃比に応じて目標空気量を設定することで、要求トルクの実現精度を高めることができる。

ところが、要求空燃比は必ずしも一定ではなく、排気ガス性能の観点から積極的に変化させられることもある。例えば、燃料カットからの復帰時には、触媒のＮＯｘ還元能力を早急に回復させるべく、所定の期間、要求空燃比をストイキよりも大きくリッチ化することが行われる。また、触媒の浄化性能を向上させるためにストイキを中心にして要求空燃比を周期的に変化させることや、空燃比フィードバック制御によって要求空燃比を変化させることも行われる。これらの場合、要求空燃比の変化に合わせて目標空気量も変化し、それに合わせてスロットル開度が制御される。このときのスロットルの動きは、空燃比の変化に伴うトルクの変動を空気量の増減によって打ち消すような動きとなる。すなわち、空燃比がリッチ側に変化したときには、それによるトルクの増大を空気量の減少により相殺するように、スロットルは閉じ側に動く。逆に空燃比がリーン側に変化したときには、それによるトルクの減少を空気量の増大により相殺するように、スロットルは開き側に動く。

しかしながら、スロットルの動きに対する空気量の応答には遅れがあり、実際の空気量は目標空気量の変化に対して遅れて変化する。このため、要求空燃比に急激な変化があった場合には、空気量の変化が要求空燃比の変化に追いつかない。その結果、次のような問題が生じることになる。

図７は、要求空燃比が急変した場合の、トルク、回転数、空燃比、燃料噴射量、筒内吸入空気量、及びスロットル開度の各時間変化をチャートで示した図である。各段のチャートにおいて、点線は各項目の要求値或いは目標値の時間変化を示し、実線は各項目の実際の挙動を示している。この図に示すように、要求空燃比がリーン側にステップ的に急変した場合には、それに応じて目標空気量もステップ的に急増する。しかし、スロットル開度はステップ的には増大させることができず、また、スロットルの動きに対して空気量の応答には遅れがあるため、実際の空気量は目標空気量に遅れて増大することになる。

燃料噴射量は、実際の空気量と要求空燃比とから決定されるため、空気量の増大の遅れによって燃料噴射量は一旦大きく減少することになる。その結果、内燃機関が発生させるトルクは要求トルクよりも一時的に大きく低下し、エンジン回転数も一時的に大きく低下することになる。それに伴い、実際の空燃比にも変動が生じることになる。なお、特開２０１０−７４８９号公報に記載の技術によれば、実際のトルクと要求トルクとの間にずれが生じ得る場合には、そのずれを補償するように点火時期が調整される。しかしながら、点火時期が最適点火時期に設定されている場合には、点火時期の遅角によってトルクを低下させることはできるものの、最適点火時期でのトルクよりもさらにトルクを増大させることは難しい。このため、要求空燃比がリーン側に急変した場合には、図７に示すようなトルク及び回転数の一時的な低下が起きてしまう。

つまり、上述した従来の制御方法では、トルク及び回転数の変動によって運転性能が損なわれてしまうばかりか、結果的に意図しない空燃比の変動によってエミッション性能の悪化を招くおそれがある。

特開２０１０−７４８９号公報 特開２００６−１３８３００号公報 特開平６−２０７５４５号公報 特開２００９−４７１０２号公報 特開２００２−４７９９７号公報 特開２００７−１２０３２６号公報 特開２０１０−１１２２１４号公報 特開２０１０−５３８２６号公報 特開２００９−４７１０１号公報 特開２００７−１６２５６５号公報

上述の問題の解決策として、要求空燃比の変化速度を緩和させることが考えられる。要求空燃比の変化速度を緩和させる手段としては、例えば、一次遅れフィルタなどのローパスフィルタや、加重平均などのなまし処理を挙げることができる。要求空燃比の変化速度を緩和させることで、要求空燃比の変化に対する空気量の変化の遅れを無くすことが可能となる。もしくは、要求空燃比の変化に対する空気量の変化の遅れを完全には無くせないとしても、トルク変動が生じない程度に十分に軽減することが可能となる。

ただし、要求空燃比の変化速度を例外なく一律に緩和することは、エミッション性能の観点からは必ずしも好ましくはない。例えば、要求空燃比が緩やかに変化している場合には、その変化速度をさらに緩和することによって、要求空燃比を積極的に変化させることで得られる排気ガス性能上の効果が失われてしまうおそれがある。

そこで、本発明は、トルクと空燃比とを制御量とする内燃機関において、要求空燃比の変化速度を適切に調整することにより、内燃機関の排気ガス性能に関する要求と運転性能に関する要求とを共に満足させることを課題とする。そして、そのような課題を達成するために、本発明は、次のような内燃機関の制御装置を提供する。

本発明が提供する制御装置は、内燃機関が発生させるトルクの要求値、すなわち、要求トルクを決定するとともに、燃焼に供される混合気の空燃比の要求値、すなわち、要求空燃比を決定する。要求空燃比の決定に際しては、本制御装置は、まず、内燃機関の排気ガス性能に関する要求を受け、その要求を満足させる空燃比を要求空燃比として算出する。そして、後述する所定の緩和条件が満たされていないのであれば、算出した要求空燃比をそのまま最終的な要求空燃比として決定する。しかし、後述する緩和条件が満たされている場合には、算出した要求空燃比の信号を処理してその変化速度を緩和させ、変化速度を緩和された要求空燃比を最終的な要求空燃比として決定する。変化速度を緩和させる具体的な手段としては、一次遅れフィルタなどのローパスフィルタや、加重平均などのなまし処理を用いることができる。

本制御装置は、以上のように決定された要求空燃比のもとで要求トルクを実現するための目標空気量を算出する。目標空気量の計算には、内燃機関が発生させるトルクと筒内に吸入される空気量との関係を空燃比に関連付けて定めたデータを用いることができる。本制御装置は、目標空気量に従って空気量制御用のアクチュエータを操作するとともに、要求空燃比に従って燃料噴射量制御用のアクチュエータを操作する。

ここで、前記の緩和条件には、算出した要求空燃比の変化量、詳しくは、１計算周期ごとの変化量が所定の空燃比変化判定値よりも大きいことが含まれる。つまり、本制御装置は、算出した要求空燃比（オリジナルの要求空燃比）の変化量が空燃比変化判定値よりも大きい場合には、変化速度を緩和した要求空燃比を最終的な要求空燃比として使用するが、その変化量が空燃比変化判定値以下であるならば、オリジナルの要求空燃比をそのまま最終的な要求空燃比として使用する。

以上のように構成される制御装置によれば、要求空燃比の算出値が急激に変化した場合には、その変化速度を緩和させたものが目標空気量の計算に用いられるので、目標空気量に対する実際の空気量の応答遅れを無くすか十分に軽減することができる。結果、本制御装置によれば、要求空燃比の変化に対する空気量の変化の遅れを無くすか十分に軽減することが可能であり、要求空燃比の変化に伴うトルク変動を抑えて運転性能を維持することができる。また、要求空燃比は、その変化速度を緩和されるものの、変化それ自体は許容されるので、要求空燃比を積極的に変化させることで得られる排気ガス性能上の効果についても担保することができる。一方、要求空燃比の算出値の変化が緩やかな場合には、オリジナルの要求空燃比がそのまま燃料噴射量制御に用いられるので、要求空燃比を積極的に変化させることで得られる排気ガス性能上の効果は期待通りに得ることができる。つまり、本制御装置によれば、内燃機関の排気ガス性能に関する要求と運転性能に関する要求とを共に満足させることができる。

なお、前記の緩和条件には、さらに、内燃機関の負荷が所定の負荷判定値よりも大きいことが含まれていてもよい。つまり、内燃機関の負荷が負荷判定値よりも大きく、且つ、オリジナルの要求空燃比の変化量が空燃比変化判定値よりも大きい場合に、変化速度を緩和した要求空燃比を最終的な要求空燃比として使用するようにしてもよい。内燃機関の負荷としては、目標空気量、或いは、空気量制御用アクチュエータの動作状態から推定される推定空気量を用いることができる。

低負荷時には内燃機関の発生トルクは小さく、要求空燃比の変化に伴うトルク変動も相対的に小さいので、要求空燃比の変化速度を緩和させなくともトルク変動は小さく抑えられる。したがって、内燃機関の負荷が負荷判定値よりも大きいことを緩和条件に加えることで、より幅広い運転領域において、排気ガス性能に関する要求を最も満足させる空燃比での運転が可能となる。

さらに、内燃機関の負荷を前記の緩和条件に加味する方法としては、空燃比変化判定値を内燃機関の負荷に応じて可変にすることでもよい。つまり、内燃機関の負荷から空燃比変化判定値を決定し、その空燃比変化判定値よりも要求空燃比の変化量が大きい場合には、変化速度を緩和した要求空燃比を最終的な要求空燃比として使用することでもよい。この場合、負荷が小さいほど空燃比変化判定値は大きい値にすることができる。これによれば、より幅広い運転領域において、排気ガス性能に関する要求を最も満足させる空燃比での運転が可能となる。

ところで、本発明のより好ましい態様によれば、制御装置は、上述の空気量制御と燃料噴射量制御に加えて、次のような点火時期制御を併せて実施することができる。

まず、点火時期を最適点火時期より遅角させる要求がある場合、本制御装置は、点火時期の遅角に伴うトルクの減少を補償するように目標空気量を嵩上げする。その具体的な方法としては、内燃機関が出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの割合の要求値、すなわち、要求効率を内燃機関の状態や環境条件に応じて決定し、そして、目標空気量の計算に使用される要求トルクの値を要求効率で除算することによって目標空気量を嵩上げすることが好ましい。

この場合、本制御装置は、嵩上げされた目標空気量に従い空気量制御用アクチュエータを操作し、その場合に要求空燃比のもとで実現されるトルクが要求トルクに一致するように点火時期制御用のアクチュエータを操作する。その具体的な方法として、目標空気量に従い空気量制御用アクチュエータを操作した場合の要求空燃比のもとでの推定潜在トルクを算出し、次に、要求トルクと推定潜在トルクとの比率を算出し、その比率を指示効率として点火時期制御用のアクチュエータを操作することが好ましい。

以上のような点火時期制御を行うことで、要求空燃比の変化に伴うトルクの変動を点火時期の補正によって補償することが可能となる。つまり、要求トルクの実現精度をより高めることが可能となる。

この場合、前記の緩和条件には、点火時期の最適点火時期に対する遅角量が所定の閾値より小さいことが含まれていてもよい。前記の具体的な方法の場合であれば、要求効率が１より小さい所定の閾値よりも大きいことを緩和条件に含めることが好ましい。同じ負荷条件で比較した場合、点火時期が最適点火時期より遅角されるほど内燃機関の発生トルクは小さくなる。このため、要求空燃比の変化に伴うトルク変動も相対的に小さくなり、要求空燃比の変化速度を緩和させなくともトルク変動は小さく抑えられるようになる。したがって、点火時期の最適点火時期に対する遅角量が閾値より大きいことを緩和条件に加えることで、より幅広い運転領域において、排気ガス性能に関する要求を最も満足させる空燃比での運転が可能となる。

なお、点火時期を最適点火時期より遅角させる運転条件としては、内燃機関のアイドル運転を行うときや、内燃機関の始動時の暖機運転を行うとき等が挙げられる。アイドル運転ではリザーブトルクを確保するために点火時期の遅角が行われ、始動時の暖機運転では触媒に供給する排気ガスの温度を高めるために点火時期の遅角が行われる。したがって、内燃機関がアイドル運転中ではないことや、内燃機関が始動時の暖機運転中ではないことを前記の緩和条件に含めるようにしてもよい。

本発明の実施の形態１の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の制御装置で行われる処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の制御装置が使用するローパスフィルタの作用について説明するための図である。 本発明の実施の形態２の制御装置で行われる処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３の制御装置で行われる処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４の制御装置で行われる処理を示すフローチャートである。 従来の問題について説明するための図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。

本発明の実施の形態１において制御対象とされる内燃機関（以下、エンジン）は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。エンジンの排気通路には、排気ガスを浄化するための触媒装置が設けられている。制御装置は、エンジンに備えられるアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。制御装置が操作可能なアクチュエータには、点火装置、スロットル、燃料噴射装置、可変バルブタイミング機構、ＥＧＲ装置等が含まれる。ただし、本実施の形態において制御装置が操作するのはスロットル、点火装置及び燃料噴射装置であり、制御装置はこれら３つのアクチュエータを操作してエンジンの運転を制御する。

本実施の形態の制御装置は、エンジンの制御量としてトルク、空燃比及び効率を使用する。ここでいうトルクはより厳密にはエンジンが発生させる図示トルクを意味し、空燃比は燃焼に供される混合気の空燃比を意味する。本明細書における効率はエンジンが出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの割合を意味する。効率の最大値は１であり、そのときにはエンジンが出力しうる潜在トルクがそのまま実際に出力されることになる。効率が１よりも小さい場合には、実際に出力されるトルクはエンジンが出力しうる潜在トルクよりも小さく、その余裕分は主に熱となってエンジンから出力されることになる。

図１のブロック図に示す制御装置２は、本実施の形態の制御装置の構成を示している。図１において制御装置２を構成している各要素は、制御装置２が有する種々の機能的な要素のうち、３種のアクチュエータ、すなわち、スロットル４、点火装置６及び燃料噴射装置（ＩＮＪ）８の操作によるトルク制御と空燃比制御とに関する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図１は、制御装置２がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。

以下、図１に示す各要素の機能を中心に制御装置２の全体構成について説明する。

まず、制御装置２は、エンジンの制御量に対する要求として要求トルク、要求効率、及び要求空燃比（要求Ａ／Ｆ）をそれぞれ決定する。

要求トルクの決定は要求トルク決定部１０で行われる。要求トルク決定部１０は、エンジンの運転条件に応じて、具体的には、運転者によるアクセルペダルの操作量や、ＶＳＣ、ＴＲＣ等の車両の制御システムからの信号に基づいて要求トルクを決定する。

要求効率の決定は要求効率決定部１２で行われる。後述するように、要求効率を１にすることで点火時期は最適点火時期に制御され、要求効率を１より小さい値にすることで点火時期は最適点火時期より遅角される。ただし、本実施の形態では、要求効率決定部１２は、要求効率を最大値である１に固定しているものとする。

要求空燃比の決定は要求空燃比決定部１４で行われる。本実施の形態の１つの特徴は、要求空燃比決定部１４で採られている要求空燃比の決定の方法である。したがって、要求空燃比決定部１４の構成とその機能については追って詳細に説明する。

要求空燃比決定部１４で決定された要求空燃比は、燃料噴射量算出部２８に入力される。燃料噴射量算出部２８は、ある気筒において燃料噴射量の算出タイミングが到来したとき、要求空燃比と当該気筒の吸気弁閉じタイミングでの予測空気量（予測負荷率）とから燃料噴射量を算出する。予測空気量は、既に広く知られているように、後述するスロットルディレイ制御により得られるスロットル開度の将来値から計算することができる。

制御装置２は、燃料噴射量算出部２８で算出された燃料噴射量を実現するように燃料噴射装置８の操作を行う。

一方、要求トルク決定部１０で決定された要求トルクと要求効率決定部１２で決定された要求効率は、空気量制御用トルク算出部１６に入力される。空気量制御用トルク算出部１６は、要求トルクを要求効率で除算することによって空気量制御用トルクを算出する。要求効率が１よりも小さい場合には、空気量制御用トルクは要求トルクよりも嵩上げされることになる。

空気量制御用トルクは目標空気量算出部１８に入力される。目標空気量算出部１８は、空気量マップを用いて空気量制御用トルクを目標空気量（ＫＬ）に変換する。ここでいう空気量とは、筒内に吸入される空気量を意味する（それを無次元化した充填効率或いは負荷率を代わりに用いることもできる）。空気量マップは、点火時期が最適点火時期（ＭＢＴとトレースノック点火時期のうち、より遅角側の点火時期）であることを前提にして、トルクと空気量とがエンジン回転数及び空燃比を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。空気量マップはエンジンを試験して得られたデータに基づいて作成されている。空気量マップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。空燃比に関しては、要求空燃比決定部１４で決定された要求空燃比がマップ検索に用いられる。したがって、目標空気量算出部１８では、要求空燃比のもとで空気量制御用トルクの実現に必要な空気量がエンジンの目標空気量として算出される。なお、要求効率が１よりも小さい場合には、目標空気量は嵩上げされることになる。これは要求トルクよりも大きなトルクを潜在的に出力可能にしておくことがスロットル４に要求されていることを意味する。

目標空気量は目標スロットル開度算出部２０に入力される。目標スロットル開度算出部２０は、エアモデルの逆モデルを用いて目標空気量（ＫＬ）をスロットル開度（ＴＡ）に変換する。エアモデルはスロットル４の動作に対する空気量の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標空気量の達成に必要なスロットル開度を逆算することができる。

制御装置２は、目標スロットル開度算出部２０で算出されたスロットル開度に従ってスロットル４の操作を行う。ただし、スロットル開度の将来値を予測可能にするためにスロットルディレイ制御が実施される場合がある。その場合には、スロットル開度算出部２０で算出される目標スロットル開度と、スロットル４の動作によって実現される実際のスロットル開度との間には、ディレイ時間分のずれが生じることになる。

制御装置２は、上記の処理と並行して、実際のスロットル開度（実ＴＡ）に基づいた推定トルクの計算を推定トルク算出部２２にて実施する。本明細書における推定トルクとは、現在のスロットル開度のもとで点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるトルク、すなわち、エンジンが潜在的に出力しうるトルクの推定値である。推定トルク算出部２２は、まず、前述のエアモデルの順モデルを用いてスロットル開度を推定空気量に変換する。次に、トルクマップを用いて推定空気量を推定トルクに変換する。トルクマップは、前述の空気量マップの逆マップであって、点火時期が最適点火時期であることを前提にして、空気量とトルクと種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。このトルクマップの検索では、要求空燃比決定部１４で決定された要求空燃比が用いられる。したがって、推定トルク算出部２２では、要求空燃比のもとで推定空気量によって実現されることが推定されるトルクが算出される。

推定トルクは複製された目標トルクとともに点火時期制御用効率算出部２４に入力される。点火時期制御用効率算出部２４は、要求トルクと推定トルクとの比率を算出する。算出された比率は要求トルクを実現するための効率を意味し、点火時期制御用の指示効率として用いられる。点火時期制御用の指示効率は、点火時期算出部２６に入力される。

点火時期算出部２６は、入力された点火時期制御用の指示効率から点火時期（ＳＡ）を算出する。詳しくは、エンジン回転数、要求トルク、空燃比等のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、入力された点火時期制御用の指示効率から最適点火時期に対する遅角量を算出する。指示効率が１であれば遅角量をゼロとし、指示効率が１よりも小さいほど遅角量を大きくする。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な点火時期として算出する。最適点火時期の計算には、例えば、最適点火時期と各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。遅角量の計算には、例えば、遅角量と効率及び各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。それらマップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。空燃比に関しては、要求空燃比決定部１４で決定された要求空燃比がマップ検索に用いられる。

制御装置２は、点火時期算出部２６で算出された点火時期に従って点火装置６の操作を行う。本実施の形態では、前述のように要求効率は１に固定されていることから、定常状態では指示効率も１に維持される。このため、定常状態での点火時期は最適点火時期に維持されている。

次に、本実施の形態の制御装置２の要部である要求空燃比決定部１４の構成と機能について詳細に説明する。

要求空燃比決定部１４は、要求空燃比算出部３０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３２、スイッチ３４、及び切替判定部３６から構成されている。要求空燃比算出部３０は、エンジンの排気ガス性能に関する要求を受け、その要求を満足させる空燃比を要求空燃比として算出する機能を有している。詳しくは、通常の要求空燃比の設定はストイキであるが、排気ガス性能の観点から必要がある場合にはリーン側に或いはリッチ側に変化させられる。例えば、触媒の浄化性能を向上させるためにストイキを中心にして要求空燃比を周期的に変化させることや、空燃比フィードバック制御によって要求空燃比を変化させることが行われる。また、燃料カットからの復帰時には、触媒のＮＯｘ還元能力を早急に回復させるべく、所定の期間、要求空燃比をストイキよりも大きくリッチ化することが行われる。

要求空燃比算出部３０から出力された要求空燃比は２つに分けられ、一方の要求空燃比はローパスフィルタ３２を通されてからスイッチ３４に入力される。もう一方の要求空燃比は、そのままスイッチ３４に入力される。ローパスフィルタ３２は、例えば一次遅れフィルタであって、要求空燃比の変化速度を緩和するために設けられている。スイッチ３４は、入力される要求空燃比の何れか一方、すなわち、変化速度を緩和された要求空燃比とオリジナルの要求空燃比のどちらかを切替判定部３６の指示に従って選択する。スイッチ３４によって選択された要求空燃比が最終的な要求空燃比として決定され、要求空燃比決定部１４から出力される。

切替判定部３６による切替判定は、要求空燃比の変化量、詳しくは、１計算周期ごとの変化量に基づいて行われる。切替判定部３６は、要求空燃比算出部３０で算出された要求空燃比の変化量を１計算周期ごとに計算し、その大きさが所定の判定値（空燃比変化判定値）より大きいかどうか判定する。そして、その判定の結果が肯定の場合には、切替判定部３６は、ローパスフィルタ３２で処理された要求空燃比を選択するようにスイッチ３４に指示を出す。逆に、判定の結果が否定の場合には、切替判定部３６は、要求空燃比算出部３０で算出されたオリジナルの要求空燃比を選択するようにスイッチ３４に指示を出す。

図２は、要求空燃比決定部１４で行われる処理をフローチャートで表した図である。このフローチャートによれば、最初のステップＳ１０１にて要求空燃比が算出される。次に、要求空燃比の１計算周期あたりの変化量が空燃比変化判定値より大きいかどうか判定される（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の判定結果が肯定であれば、ローパスフィルタ３２によって要求空燃比の変化速度が緩和される（ステップＳ１０３）。そして、変化速度を緩和された要求空燃比が最終的な要求空燃比（修正要求空燃比）として出力される（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０２の判定結果が否定であれば、変化速度を緩和されていないオリジナルの要求空燃比がそのまま最終的な要求空燃比（修正要求空燃比）として出力される（ステップＳ１０４）。

以上のように構成される本実施の形態の制御装置２によれば、エンジンの排気ガス性能に関する要求により要求空燃比の算出値が急激に変化した場合には、ローパスフィルタ３２によってその変化速度を緩和させたものが目標空気量の計算に用いられる。このため、目標空気量に対する実際の空気量の応答遅れを無くすか十分に軽減することができる。図３は、ローパスフィルタ３２により要求空燃比の変化速度を緩和させた場合の、トルク、回転数、及び空燃比の各時間変化をチャートで示した図である。本実施の形態の制御装置２によれば、要求空燃比の変化に対する空気量の変化の遅れを無くすか十分に軽減することが可能であるので、図３に示すように、要求空燃比の変化に伴うトルク及び回転数の変動を抑えて運転性能を維持することができる。また、要求空燃比に対する空燃比の変動も抑えられるので、排気ガス性能上の効果を担保することもできる。

一方、要求空燃比の算出値の変化が緩やかな場合には、ローパスフィルタ３２で処理されていないオリジナルの要求空燃比がそのまま燃料噴射量制御に用いられる。このため、要求空燃比を積極的に変化させることで得られる排気ガス性能上の効果は期待通りに得ることができる。勿論、この場合の要求空燃比の変化に対する空気量の変化の遅れは十分に少ないため、要求空燃比の変化に伴うトルク及び回転数の変動は低く抑えられる。つまり、本実施の形態の制御装置２によれば、エンジンの排気ガス性能に関する要求と運転性能に関する要求とを共に満足させることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。

本実施の形態と実施の形態１とは、要求空燃比決定部１４による要求空燃比の決定方法に違いがある。より詳しくは、切替判定部３６によるスイッチ３４の切替判定の内容に違いがある。本実施の形態の切替判定部３６による切替判定は、要求空燃比の変化量に加えて、エンジンの負荷の大きさにも基づいて行われる。エンジンの負荷の大きさは、要求空燃比が変化した場合のトルク変動の大きさに関係するからである。具体的には、低負荷時にはエンジンの発生トルクは小さく、要求空燃比の変化に伴うトルク変動も相対的に小さい。よって、エンジンの負荷が比較的小さいのであれば、要求空燃比の変化速度を緩和させなくともトルク変動は小さく抑えられる。

図４は、本実施の形態において要求空燃比決定部１４で行われる処理をフローチャートで表した図である。このフローチャートによれば、最初のステップＳ２０１にて要求空燃比が算出される。次に、エンジンの負荷の大きさが負荷判定値より大きいかどうか判定される（ステップＳ２０２）。エンジンの負荷としては、目標空気量算出部１８で計算される目標空気量、或いは、スロットル４の実開度から推定される推定空気量を用いることができる。ステップＳ２０２の判定結果が肯定であれば、さらに、要求空燃比の１計算周期あたりの変化量が空燃比変化判定値より大きいかどうか判定される（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３の判定結果が肯定であれば、ローパスフィルタ３２によって要求空燃比の変化速度が緩和される（ステップＳ２０４）。そして、変化速度を緩和された要求空燃比が最終的な要求空燃比（修正要求空燃比）として出力される（ステップＳ２０５）。一方、ステップＳ２０２の判定結果が否定であるか、或いは、ステップＳ２０３の判定結果が否定であれば、変化速度を緩和されていないオリジナルの要求空燃比がそのまま最終的な要求空燃比（修正要求空燃比）として出力される（ステップＳ２０５）。

本実施の形態によれば、要求空燃比の変化速度を緩和させる条件にエンジンの負荷が比較的大きいことが加えられたことで、より幅広い運転領域において、排気ガス性能に関する要求を最も満足させる空燃比での運転が可能となる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３について図を参照して説明する。

本実施の形態は、要求空燃比の変化速度を緩和させる条件にエンジンの負荷の大きさを加味した点において実施の形態２と共通する。ただし、本実施の形態は、要求空燃比の変化量の大小についての判断基準となる空燃比変化判定値をエンジンの負荷に応じて可変にしたことに特徴がある。

図５は、本実施の形態において要求空燃比決定部１４で行われる処理をフローチャートで表した図である。このフローチャートによれば、最初のステップＳ３０１にて要求空燃比が算出される。次に、切替判定部３６に記憶されたマップが参照され、エンジンの負荷に応じた空燃比変化判定値が算出される（ステップＳ３０２）。マップにおける負荷と空燃比変化判定値との関係によれば、負荷が小さいほど空燃比変化判定値は大きくなる。次に、要求空燃比の１計算周期あたりの変化量が空燃比変化判定値より大きいかどうか判定される（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０３の判定結果が肯定であれば、ローパスフィルタ３２によって要求空燃比の変化速度が緩和される（ステップＳ３０４）。そして、変化速度を緩和された要求空燃比が最終的な要求空燃比（修正要求空燃比）として出力される（ステップＳ３０５）。一方、ステップＳ３０３の判定結果が否定であれば、変化速度を緩和されていないオリジナルの要求空燃比がそのまま最終的な要求空燃比（修正要求空燃比）として出力される（ステップＳ３０５）。

本実施の形態によれば、要求空燃比の変化量の大小を判断する基準がエンジンの負荷に応じて可変にされたことで、より幅広い運転領域において、排気ガス性能に関する要求を最も満足させる空燃比での運転が可能となる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４について図を参照して説明する。

本実施の形態では、要求効率決定部１２は、エンジンの状態や環境条件に応じて要求効率を１より小さい値に設定する。具体的には、要求効率決定部１２は、エンジンの始動時の暖機運転において排気ガスの温度を上げたい場合や、エンジンのアイドル運転においてリザーブトルクを作りたい場合に、点火時期を最適点火時期より遅角すべく要求効率を１よりも小さい値に決定する。

エンジンの負荷条件が同じ場合は、点火時期が最適点火時期より遅角されるほどエンジンの発生トルクは小さくなる。このため、要求空燃比の変化に伴うトルク変動も相対的に小さくなり、要求空燃比の変化速度を緩和させなくともトルク変動は小さく抑えられるようになる。そこで、本実施の形態では、アイドル運転中や始動時の暖機運転中のように点火時期の遅角が行われる状況では、ローパスフィルタ３２による要求空燃比の処理は行わないことにした。

図６は、本実施の形態において要求空燃比決定部１４で行われる処理をフローチャートで表した図である。このフローチャートによれば、最初のステップＳ４０１にて要求空燃比が算出される。次に、切替判定部３６に記憶されたマップが参照され、エンジンの負荷に応じた空燃比変化判定値が算出される（ステップＳ４０２）。続いて、エンジンがアイドル運転中ではないのかどうか判定される（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０３の判定結果が肯定であれば、さらに、エンジンが暖機運転中ではないのかどうか判定される（ステップＳ４０４）。ステップＳ４０４の判定結果が肯定であれば、さらに、要求空燃比の１計算周期あたりの変化量が空燃比変化判定値より大きいかどうか判定される（ステップＳ４０５）。ステップＳ４０５の判定結果が肯定であれば、ローパスフィルタ３２によって要求空燃比の変化速度が緩和される（ステップＳ４０６）。そして、変化速度を緩和された要求空燃比が最終的な要求空燃比（修正要求空燃比）として出力される（ステップＳ４０７）。一方、ステップＳ４０３の判定結果が否定であるか、或いはステップＳ４０４の判定結果が否定であるか、若しくはステップＳ４０５の判定結果が否定であれば、変化速度を緩和されていないオリジナルの要求空燃比がそのまま最終的な要求空燃比（修正要求空燃比）として出力される（ステップ４０７）。

本実施の形態によれば、点火時期の最適点火時期に対する遅角量が比較的大きいことが緩和条件に加えられたことで、より幅広い運転領域において、排気ガス性能に関する要求を最も満足させる空燃比での運転が可能となる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の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種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

実施の形態４では、実施の形態３の切替判定をベースにして、さらに、エンジンがアイドル運転中ではなく、かつ、始動時の暖機運転中ではないことを緩和条件に追加している。しかし、エンジンがアイドル運転中ではないことと、エンジンが暖機運転中ではないことの何れか一方を緩和条件に追加するだけでも相応の効果は得ることができる。また、実施の形態１或いは実施の形態２の切替判定をベースにして、エンジンがアイドル運転中ではないことや、エンジンが暖機運転中ではないことを緩和条件に追加してもよい。

また、実施の形態では空気量制御のためのアクチュエータとしてスロットルを用いているが、リフト量或いは作用角が可変の吸気弁を用いることもできる。

また、実施の形態ではローパスフィルタによって要求トルクの変化速度を緩和しているが、いわゆるなまし処理を用いても良い。なまし処理の一例としては、加重平均を挙げることができる。

また、実施の形態では要求トルクと推定トルクとの比率を指示効率として算出し、指示効率に従って点火時期を制御しているが、実施の形態１−３に関しては指示効率を１に固定しておくこともできる。つまり、点火時期を最適点火時期に固定しておくこともできる。

２ 制御装置
４ スロットル
６ 点火装置
８ 燃料噴射装置
１０ 要求トルク決定部
１２ 要求効率決定部
１４ 要求空燃比決定部
１６ 空気量制御用トルク算出部
１８ 目標空気量算出部
２０ スロットル開度算出部
２２ 推定トルク算出部
２４ 点火時期制御用効率算出部
２６ 点火時期算出部
２８ 燃料噴射量算出部
３０ 要求空燃比算出部
３２ ローパスフィルタ
３４ スイッチ
３６ 切替判定部

Claims (7)

1. 内燃機関が発生させるトルクの要求値（以下、要求トルク）を決定する要求トルク決定手段と、
   燃焼に供される混合気の空燃比の要求値（以下、要求空燃比）を決定する要求空燃比決定手段と、
   前記内燃機関が発生させるトルクと筒内に吸入される空気量との関係を空燃比に関連付けて定めたデータに基づいて、前記要求空燃比のもとで前記要求トルクを実現するための目標空気量を算出する目標空気量算出手段と、
   前記目標空気量に従って空気量制御用のアクチュエータを操作する空気量制御手段と、
   前記要求空燃比に従って燃料噴射量制御用のアクチュエータを操作する燃料噴射量制御手段と、を備え、
   前記要求空燃比決定手段は、
   前記内燃機関の排気ガス性能に関する要求を受け、前記要求を満足させる空燃比を要求空燃比として算出する要求空燃比算出手段と、
   前記要求空燃比算出手段で算出された要求空燃比の信号を処理してその変化速度を緩和させる変化速度緩和手段と、
   所定の緩和条件が満たされた場合には、前記変化速度緩和手段により変化速度を緩和された要求空燃比を最終的な要求空燃比として決定し、前記緩和条件が満たされていない場合には、前記要求空燃比算出手段で算出された要求空燃比を最終的な要求空燃比として決定する最終決定手段と、を備え、
   前記緩和条件には、前記要求空燃比算出手段の算出値の変化量が所定の空燃比変化判定値よりも大きいことが含まれることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記緩和条件には、さらに、前記内燃機関の負荷が所定の負荷判定値よりも大きいことが含まれることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記空燃比変化判定値は、前記内燃機関の負荷に応じて可変であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 点火時期を最適点火時期より遅角させる要求がある場合、点火時期の遅角に伴うトルクの減少を補償するように前記目標空気量を嵩上げする目標空気量嵩上げ手段と、
   嵩上げされた目標空気量に従い前記空気量制御用アクチュエータが操作された場合に前記要求空燃比のもとで実現されるトルクが前記要求トルクに一致するように点火時期制御用のアクチュエータを操作する点火時期制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記緩和条件には、さらに、点火時期の最適点火時期に対する遅角量が所定の閾値より小さいことが含まれることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 点火時期を最適点火時期より遅角させる要求は、前記内燃機関のアイドル運転を行うときに出される要求であって、
   前記緩和条件には、前記内燃機関がアイドル運転中ではないことが含まれることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 点火時期を最適点火時期より遅角させる要求は、前記内燃機関の始動時の暖機運転を行うときに出される要求であって、
   前記緩和条件には、前記内燃機関が始動時の暖機運転中ではないことが含まれることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置。

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