JP5861745B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、リーン燃焼とストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能な内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。
目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定したリーン燃焼を実施可能なリーンバーンエンジンが周知である。リーンバーンエンジンはリーン燃焼ではエンジントルクが不足する加速時や触媒温度が低下し易い低回転低負荷時などにリーン燃焼の目標空燃比よりもリッチ側の理論空燃比又はその付近の目標空燃比に切り替えてストイキ燃焼を実施する。
このような内燃機関に適用される制御装置として、ストイキ燃焼からリーン燃焼に燃焼モードを切り替える必要がある場合に次の手順を実施するものが知られている（特許文献１）。この制御装置は、ストイキ燃焼からリーン燃焼に燃焼モードへの切り替え要求があると、スロットル開度を大きくして吸入空気量を増加させるとともに燃料噴射量を増加させ、これらの増加に伴うエンジントルクの増加を点火時期の遅角により抑制する。そして、所定時間経過後に点火時期を進角させて運転状態に応じた点火時期に制御するとともに燃料噴射量を減量する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替える。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
特開２００８−１２１５１１号公報 特開２０００−１６１０９８号公報
特許文献１の制御装置は、燃焼モードの切り替えの際にストイキ燃焼の目標空燃比とリーン燃焼の目標空燃比との間の中間空燃比に留まると排気エミッションが悪化することを考慮し、空燃比をステップ的に変更して中間空燃比に留まることを回避する。このステップ的な空燃比の変更を実現するために、吸入空気量を燃焼モードの切り替え後の目標空燃比に必要な吸入空気量となるように制御してから燃料噴射量を短時間に変化させる。吸入空気量の制御に伴うエンジントルクの変動は点火時期の制御により抑制される。
しかしながら、特許文献１の制御装置は、燃焼モードの切り替え前後で熱効率が悪化する場合があり、その切り替え前後における熱効率に改善の余地がある。また、吸入空気量の制御には応答遅れが存在するため、例えばリーン燃焼に切り替えるために吸入空気量を増加させている間に切り替え要求がストイキ燃焼に変わって再度吸入空気量を減量しなければならないといったビジーな制御挙動となるおそれがある。
そこで、本発明は、燃焼モードの切り替えに伴う内燃機関の熱効率の悪化を抑制できるとともに、燃焼モードの切り替え時の応答遅れを抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明の制御装置は、リーン燃焼とストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能な内燃機関に適用される内燃機関の制御装置において、前記内燃機関のエンジン回転数とエンジントルクとで定義された切り替えラインを前記内燃機関の動作点が横切った場合に前記内燃機関の燃料噴射量の変更により空燃比をステップ的に変化させて前記燃焼モードを切り替える燃焼モード切替手段と、前記燃焼モードの切り替え時における空燃比のステップ的な変化に伴う前記内燃機関のエンジントルクの変動を補償又は抑制するトルク抑制手段と、を備え、前記切り替えラインは、前記燃焼モードの切り替え前後で前記内燃機関の熱効率を維持可能な所定吸入空気量に基づいて設定されているものである（請求項１）。
この制御装置によれば、燃焼モードの切り替え前後で内燃機関の熱効率を維持可能な所定吸入空気量に基づいて設定された切り替えラインを基準として燃焼モードが切り替えられる。このため、燃焼モードの切り替え後に内燃機関の熱効率が悪化することを抑制できる。また、内燃機関の動作点が切り替えラインを横切った場合に燃料噴射量の変更により空燃比をステップ的に変化させるので、吸入空気量を制御する従来例と比較して燃焼モードの切り替え時の応答遅れを抑制できる。なお、熱効率を維持するとは、燃焼モードの切り替え後に許容範囲を超えて熱効率が悪化しないという意味である。したがって、熱効率を維持することには燃焼モードの切り替え前の熱効率と燃焼モードの切り替え後の熱効率とが同一である場合及びこれらの熱効率が許容範囲内に収まる場合が含まれる。
本発明の制御装置の一態様において、前記内燃機関は、前記内燃機関のエンジントルクが伝達される出力部と、前記出力部にモータトルクを伝達可能なモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両に搭載されており、前記トルク抑制手段は、前記モータ・ジェネレータの力行制御又は前記モータ・ジェネレータの回生制御により前記内燃機関のエンジントルクの変動を補償してもよい（請求項２）。この態様によれば、燃焼モードの切り替えに伴ってエンジントルクが増加した場合はその増加分をモータ・ジェネレータの回生制御により吸収することができるとともに、燃焼モードの切り替えに伴ってエンジントルクが減少した場合には不足するエンジンントルクをモータ・ジェネレータの力行制御により補うことができる。これにより、燃焼モードの切り替え中に出力部のトルクを適切に維持できる。
本発明の制御装置の一態様において、加速要求又は減速要求に応じて定まる前記内燃機関の動作点が前記切り替えラインを横切らない場合、前記燃焼モード切替手段は、前記内燃機関のエンジン回転数とエンジントルクとで定義された前記リーン燃焼を実施すべきリーン燃焼領域と前記ストイキ燃焼を実施すべきストイキ燃焼領域との間で加速要求又は減速要求に伴って前記内燃機関の動作点が属する領域に変化があるか否かに基づいて前記燃焼モードの切り替え要否を判定し、前記燃焼モードの切り替えが必要な場合に吸入空気量を前記燃焼モードの切り替え後の目標空燃比に必要な吸入空気量となるように制御し、前記トルク抑制手段は、前記燃焼モード切替手段による吸入空気量の制御に伴う前記内燃機関のエンジントルクの変動を前記内燃機関の点火時期を制御することによって抑制してもよい（請求項３）。この態様によれば、加速要求又は減速要求に応じて定まる内燃機関の動作点が切り替えラインを横切らない場合には従来例と同様の制御によって燃焼モードを切り替えることができる。
以上説明したように、本発明の制御装置によれば、燃焼モードの切り替え前後で内燃機関の熱効率を維持可能な所定吸入空気量に基づいて設定された切り替えラインを基準として燃焼モードが切り替えられるため、燃焼モードの切り替え後に内燃機関の熱効率が悪化することを抑制できる。また、内燃機関の動作点が切り替えラインを横切った場合に燃料噴射量の変更により空燃比をステップ的に変化させるので、吸入空気量を制御する従来例と比較して燃焼モードの切り替え時の応答遅れを抑制できる。
本発明の一形態に係る制御装置が適用された内燃機関を搭載したハイブリッド車両の全体構成の概略を示した図。 制御内容を示した説明図。 吸入空気量と熱効率との関係をストイキ燃焼及びリーン燃焼のそれぞれについて示した図。 所定吸入空気量をエンジン回転数毎に示した図。 従来例の制御結果の一例を示したタイミングチャート。 本形態の制御結果の一例を示したタイミングチャート。 本形態の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 図７の続きのフローチャート。
図１に示すように、車両１は複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成されている。車両１は、内燃機関３と、２つのモータ・ジェネレータ４、５とを走行用の動力源として備えている。内燃機関３は４つの気筒１０を備えた直列４気筒型の火花点火内燃機関である。内燃機関３はいわゆるリーンバーンエンジンとして構成されていて、リーン燃焼とストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替えることができる。リーン燃焼は、理論空燃比よりもリーン側に設定された空燃比を目標とする燃焼モードである。ストイキ燃焼は、リーン燃焼の空燃比よりもリッチ側の理論空燃比又はその近辺の空燃比を目標とする燃焼モードである。
内燃機関３の各気筒１０には吸気通路１１と排気通路１２とがそれぞれ接続されている。吸気通路１１には、空気濾過用のエアクリーナ１３及び吸入空気量を調整可能なスロットルバルブ１４がそれぞれ設けられている。排気通路１２には、内燃機関３の空燃比（Ａ／Ｆ）に対応した信号を出力するＡ／Ｆセンサ１５が設けられている。また、排気通路１２には、排気中の有害成分を浄化するＮＯｘ触媒１６が設けられている。ＮＯｘ触媒１６は周知の吸蔵還元型のＮＯｘ触媒である。ＮＯｘ触媒１６の温度を検出するため、ＮＯｘ触媒１６には温度センサ１８が設けられている。
内燃機関３と第１モータ・ジェネレータ４とは動力分割機構６に接続されている。内燃機関３のエンジンントルクは動力分割機構６を介して出力部としての出力ギア２０に伝達される。出力ギア２０と第２モータ・ジェネレータ５とは互いに連結されていて一体回転する。第２モータ・ジェネレータ５のモータトルクは出力ギア２０に伝達される。出力ギア２０のトルクは減速装置２１及び差動装置２２を介して駆動輪２３に伝達される。第１モータ・ジェネレータ４はステータ４ａとロータ４ｂとを有する。第１モータ・ジェネレータ４は、動力分割機構６にて分割された内燃機関３の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第２モータ・ジェネレータ５はステータ５ａとロータ５ｂとを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。各モータ・ジェネレータ４、５はモータ用制御装置２５を介してバッテリ２６に接続される。モータ用制御装置２５は各モータ・ジェネレータ４、５が発電した電力を直流変換してバッテリ２６に蓄電するとともにバッテリ２６の電力を交流変換して各モータ・ジェネレータ４、５に供給する。
動力分割機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、サンギアＳと、リングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能な状態で保持するプラネタリキャリアＣとを有している。サンギアＳは第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ａに連結され、リングギアＲは出力ギア２０に連結され、プラネタリキャリアＣは内燃機関３のクランク軸７に連結される。なお、クランク軸７とプラネタリキャリアＣとの間にはダンパ８が介在し、そのダンパ８は内燃機関３の振動を吸収する。
車両１の制御は電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は内燃機関３及び各モータ・ジェネレータ４、５に対して各種の制御を行う。以下、本発明に関連してＥＣＵ３０が行う主要な制御について説明する。ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ３１の出力信号と車速センサ３２の出力信号とを参照して運転者が要求する要求パワーを計算し、その要求パワーに対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両１を制御する。例えば、内燃機関３の熱効率が低下する低負荷領域では内燃機関３の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するＥＶモードが選択される。また、内燃機関３だけではトルクが不足する場合は、内燃機関３とともに第２モータ・ジェネレータ５を走行用駆動源とするハイブリッドモードが選択される。
ハイブリッドモードが選択された場合、要求パワーは内燃機関３のエンジン要求パワーと第２モータ・ジェネレータ５のモータ要求パワーとの合算により出力される。エンジン要求パワーとモータ要求パワーとの配分はバッテリ２６の蓄電率等の諸条件によって定められる。エンジン要求パワーが特定されると、そのエンジン要求パワーを実現できる内燃機関３の動作点が定められる。特別な条件が成立しない限り内燃機関３の動作点はあらかじめ設定された動作ラインＬ（図２参照）上を移動するように制御されるので、エンジン要求パワーを実現する内燃機関３の動作点は原則として動作ラインＬ上に設定される。
リーン燃焼及びストイキ燃焼をそれぞれ実施するため、ＥＣＵ３０はＡ／Ｆセンサ１５の出力値を参照して空燃比を計測し、計測した空燃比と現在の燃焼モードの目標空燃比との偏差が低下するようにフィードバック制御を行う。燃焼モードの切り替えは、図２に示したストイキ燃焼領域ＡＲａ、リーン燃焼領域ＡＲｂ、ストイキ燃焼用切り替えラインＬａ及びリーン燃焼用切り替えラインＬｂに基づいて行われる。これらはエンジン回転数及びエンジントルクにて定義されている。ストイキ燃焼領域ＡＲａはストイキ燃焼を実施すべき領域であり高負荷域及び低回転低負荷域に設定されている。リーン燃焼領域ＡＲｂはリーン燃焼を実施すべき領域でありストイキ燃焼領域ＡＲａ以外の領域が割り当てられている。ストイキ燃焼領域ＡＲａ及びリーン燃焼領域ＡＲｂを用いた燃焼モードの切り替えは従来例と同様である。
本形態は、燃焼モードの切り替えをストイキ燃焼領域ＡＲａ及びリーン燃焼領域ＡＲｂに基づいて実施する制御と、燃焼モードの切り替えをストイキ燃焼用切り替えラインＬａ及びリーン燃焼用切り替えラインＬｂに基づいて実施する制御とを加速要求又は減速要求の程度に応じて使い分けるものである。特に、ストイキ燃焼用切り替えラインＬａ及びリーン燃焼用切り替えラインＬｂに基づいて燃焼モードの切り替えを実施することに従来例とは異なる特徴がある。
これらの切り替えラインＬａ、Ｌｂは燃焼モードの切り替え前後で内燃機関３の熱効率を維持可能な所定吸入空気に基づいて設定されている。図３に示すように、各燃焼モードでの熱効率は吸入空気量に応じて変化しており、ストイキ燃焼及びリーン燃焼のそれぞれの熱効率の曲線ηａ、ηｂは異なるピークをもっている。ストイキ燃焼の熱効率の曲線ηａとリーン燃焼の熱効率の曲線ηｂとは交点Ｘで交差し、その交点Ｘにおける吸入空気量が所定吸入空気量ＫＬｘに相当する。２つの曲線ηａ、ηｂは図３と同様の傾向でエンジン回転数毎に存在する。それぞれのエンジン回転数における２つの曲線ηａ、ηｂの交点から求めた所定吸入空気量ＫＬｘをエンジン回転数に関して図示したものが図４である。
図３及び図４から理解できるように、ストイキ燃焼を所定吸入空気量ＫＬｘよりも高い側で実施すると同じ吸入空気量でリーン燃焼を実施した場合よりも熱効率が低下する。反対に、リーン燃焼を所定吸入空気量ＫＬｘよりも低い側で実施すると同じ吸入空気量でストイキ燃焼を実施した場合よりも熱効率が低下する。したがって、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切り替え及びリーン燃焼からストイキ燃焼への切り替えを所定吸入空気量ＫＬｘで実施すれば、燃焼モードの切り替え前後で熱効率が維持されて燃焼モードの切り替え後に熱効率が悪化することを抑制できる。
内燃機関３のエンジントルクは燃料噴射量に相関する。そのため、ストイキ燃焼を実施する場合は同じ吸入空気量でリーン燃焼を実施する場合よりも燃料噴射量が多くなる。したがって、ストイキ燃焼を所定吸入空気量ＫＬｘで実施する場合のエンジントルクはリーン燃焼を所定吸入空気量ＫＬｘで実施する場合のエンジントルクよりも高くなる。所定吸入空気量ＫＬｘはエンジン回転数毎に存在するので、ストイキ燃焼が所定吸入空気量ＫＬｘで実施される場合のエンジン回転数とエンジントルクとの組を図示すると図２のストイキ用切り替えラインＬａが得られる。一方、リーン燃焼を実施する場合は同じ吸入空気量でストイキ燃焼を実施する場合よりもエンジントルクが低くなるので、リーン燃焼が所定吸入空気量ＫＬｘで実施される場合のエンジン回転数とエンジントルクとの組を図示するとストイキ燃焼用切り替えラインＬａよりも低トルク側にリーン用切り替えラインＬｂが得られる。
このように、所定吸入空気量ＫＬｘに基づいてストイキ燃焼用切り替えラインＬａ及びリーン燃焼用切り替えラインＬｂがそれぞれ設定されているので、内燃機関３の動作点がストイキ燃焼用切り替えラインＬａ又はリーン燃焼用切り替えラインＬｂを横切った場合に燃料噴射量を変更して空燃比をステップ的に変化させることにより、所定吸入空気量ＫＬｘの状態で燃焼モードを切り替えることができる。これにより、燃焼モードの切り替え前後で内燃機関３の熱効率が維持される。
次に、図２、図５及び図６を参照しながらストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える場合の具体例に関し、ストイキ燃焼領域ＡＲａとリーン燃焼領域ＡＲｂとを用いて燃焼モードを切り替える制御（従来例）と、ストイキ燃焼用切り替えラインＬａとリーン燃焼用切り替えラインＬｂとを用いて燃焼モードを切り替える制御（本形態）とを比較しながら説明する。
図２に示したように、内燃機関３の動作点がａ点で運転されている状態からｃ点に移動するような加速要求が行われた具体例について説明する。ａ点はストイキ燃焼領域ＡＲａに属し、ｃ点はリーン燃焼領域ＡＲｂに属している。したがって、この加速要求によって内燃機関３の動作点が属する領域がストイキ燃焼領域ＡＲａからリーン燃焼領域ＡＲｂに変化する。
図５の従来例の場合、時刻ｔ０でアクセル開度が大きくなるとアクセル開度と協調してスロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）が大きくなる。そして、スロットル開度の変化に遅れて吸入空気量が増加する。時刻ｔ１で内燃機関３の動作点がストイキ燃焼領域ＡＲａとリーン燃焼領域ＡＲｂとの境界に位置するｂ点に到達すると、リーン燃焼に必要な吸入空気量となるようにスロットル開度を更に大きくする。スロットル開度の増加に伴い吸入空気量が増加するが、空燃比をストイキ燃焼の目標空燃比に維持するため吸入空気量の増加に応じて燃料噴射量も増加させる。燃料噴射量の増加によるエンジントルクの増加を抑制するために時刻ｔ１から点火時期を徐々に遅角させる。時刻ｔ２でリーン燃焼に必要な吸入空気量に到達すると燃料噴射量を短時間で減量することにより、空燃比をストイキ燃焼の目標空燃比からリーン燃焼の目標空燃比へステップ的に変化させる。そして、時刻ｔ２で一旦減量された燃料噴射量を目標の動作点であるｃ点に到達する時刻ｔ３まで徐々に増加させる。これにより、ストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替えが完了する。
これに対して、図６の本形態の場合、時刻ｔ１で内燃機関３の動作点がストイキ燃焼領域ＡＲａとリーン燃焼領域ＡＲｂとの境界に位置するｂ点に到達しても、ストイキ用切り替えラインＬａ上のｂ′点に到達する時刻ｔ２までスロットル開度を維持する。時刻ｔ２でストイキ用切り替えラインＬａを横切ると、燃料噴射量を短時間で減量することにより、空燃比をストイキ燃焼の目標空燃比からリーン燃焼の目標空燃比へステップ的に変化させる。そのステップ的な空燃比の変化により、図２の矢印線で示すようにエンジンンパワーがｃ′点まで減少する。その減少による出力ギア２０のトルク不足を補うため、時刻ｔ２から第２モータ・ジェネレータ５の力行制御を実施する。これにより、バッテリ２６の放電量が増加する。内燃機関３の動作点をｃ′点からｃ点へ変化させるため、時刻ｔ２からスロットル開度を更に大きくして吸入空気量を増加させつつ空燃比をリーン燃焼の目標空燃比に維持するために一旦減量した燃料噴射量を増加させる。この制御はリーン燃焼に必要な吸入空気量に到達しかつ内燃機関３の動作点が目標のｃ点に到達する時刻ｔ３まで継続させる。
図５の従来例は、燃料噴射量の増加によるエンジントルクの増加を抑制するために時刻ｔ１から点火時期を徐々に遅角させるので、その点火遅角によって内燃機関３の熱効率が悪化する。さらに、従来例は、時刻ｔ２で吸入空気量がリーン燃焼に必要な吸入空気量に到達してからストイキ燃焼用切り替えラインＬａ上の点ｂ′に到達するまでの間はリーン燃焼で運転される。この期間Ａは、ストイキ燃焼用切り替えラインＬａよりも低トルク側に内燃機関３の動作点が位置するのでストイキ燃焼に維持した方が熱効率が良い。つまり、従来例はストイキ燃焼に維持した方が熱効率が良い期間Ａをリーン燃焼で運転することになるので熱効率が悪化する。
これに対して、図６の本形態は、時刻ｔ２でストイキ燃焼用切り替えラインＬａを横切った時にストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えられ、その切り替え前後で内燃機関３の熱効率が維持されるので、燃焼モードの切り替えに伴う熱効率の悪化を抑制できる。また、燃焼モードの切り替えに伴うエンジンンパワーの低下によって不足する出力ギア２０のトルク不足を第２モータ・ジェネレータ５の力行制御によって補うので、従来例のように内燃機関３の点火遅角を実施する場合よりも効率がよい。
以上の説明は内燃機関３の動作点がストイキ燃焼領域ＡＲａからリーン燃焼領域ＡＲｂに変化する加速要求があった場合の具体例に関するものである。以上の説明とは反対に、内燃機関３の動作点がリーン燃焼領域ＡＲｂからストイキ燃焼領域ＡＲａに変化する減速要求があった場合には、制御時の各パラメータの増減が以上の説明とは反対になること、リーン燃焼からストイキ燃焼への切り替えに伴って生じる余剰トルクを第２モータ・ジェネレータ５の回生制御によって吸収すること、及び本形態の制御でリーン燃焼用切り替えラインＬｂを用いること等を除いて以上の説明と同様の制御が実施される。そのため、内燃機関３の動作点がリーン燃焼領域ＡＲｂからストイキ燃焼領域ＡＲａに変化する減速要求があった場合に関しては具体例を提示して説明することを省略する。
次に、図７及び図８を参照しながら、上述した本形態の制御を実現するためにＥＣＵ３０が実施する制御ルーチンの一例を説明する。図７及び図８の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
ステップＳ１において、ＥＣＵ３０はアクセル開度センサ３１の信号を参照してアクセル開度を取得する。次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は車速センサ３２の信号を参照して車両１の速度（車速）を取得する。
ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１で取得したアクセル開度及びステップＳ２で取得した車速に基づいてエンジン要求パワーを算出する。次に、ステップＳ４において、ＥＣＵ３０はステップＳ３で算出したエンジンン要求パワーを実現できる内燃機関３の動作点を算出する。この動作点は原則として動作ラインＬ（図２参照）上の動作点として算出される。
ステップＳ５において、ＥＣＵ３０はステップＳ３で算出したエンジンン要求パワーと現在のエンジンンパワーとを比較し、エンジンン要求パワーが増加したか否かを判定する。エンジンン要求パワーが増加する場合はステップＳ６に進み、そうでない場合はステップＳ１０に進む。
ステップＳ６において、ＥＣＵ３０は現在の燃焼モードがストイキ燃焼であり、かつ将来的にリーン燃焼に移行するか否かを判定する。将来的にリーン燃焼に移行するか否かの判定は、エンジン要求パワーの増加量及び増加速度等に基づいて内燃機関３の動作点がストイキ燃焼領域ＡＲａからリーン燃焼領域ＡＲｂに移ってからリーン燃焼領域ＡＲｂに留まるか否か推定し、その推定結果に基づいて実施される。現在の燃焼モードがストイキ燃焼であり、かつ将来的にリーン燃焼に移行する場合はステップＳ７に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
ステップＳ７において、ＥＣＵ３０はエンジン要求パワーを実現するエンジントルク（必要エンジンントルクＴｅｄ）をステップＳ４で算出した動作点に基づいて算出し、必要エンジントルクＴｅｄがストイキ燃焼用切り替えラインＬａ（図２）に基づいて定められた閾値Ｔａよりも大きいか否かを判定する。この閾値ＴａはステップＳ４で算出した動作点のエンジン回転数に対応するストイキ燃焼用切り替えラインＬａ上のエンジントルクのことである。必要エンジントルクＴｅｄが閾値Ｔａよりも大きいか否かを判定することにより、エンジン要求パワーを実現するために内燃機関３の動作点がストイキ燃焼用切り替えラインＬａを横切ることになるか否かを予測できる。必要エンジントルクＴｅｄが閾値Ｔａよりも大きい場合はステップＳ８に進み、そうでない場合はステップＳ９に進む。
ステップＳ８において、ＥＣＵ３０は内燃機関３の動作点がストイキ燃焼用切り替えラインＬａを横切るタイミングで燃料噴射量を減量して空燃比をストイキ燃焼の目標空燃比からリーン燃焼の目標空燃比にステップ的に変更し、燃焼モードをストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える。なお、この処理と並行してＥＣＵ３０は燃料噴射量の減量に伴うトルク不足を第２モータ・ジェネレータ５の力行制御によって補う。そして、今回のルーチンを終了する。
ステップＳ９において、ＥＣＵ３０は内燃機関３の動作点がストイキ燃焼用切り替えラインＬａを横切らないので、内燃機関３の動作点がストイキ燃焼領域ＡＲａからリーン燃焼領域ＡＲｂに移るタイミングで上述した従来例（図５）と同様の手順で空燃比をストイキ燃焼の目標空燃比からリーン燃焼の目標空燃比へ変更して燃焼モードをストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える。そして、ＥＣＵ３０は燃焼モードの切り替えの準備段階で吸入空気量の増加に応じた燃料噴射量の増加によって発生するエンジントルクの余剰トルク分を第２モータ・ジェネレータ５の回生制御又は内燃機関３の点火遅角制御によって吸収させる。
図８のステップＳ１０〜ステップＳ１４の処理は減速要求に対応する処理であって、上述したステップＳ６〜ステップＳ９の加速要求に対応する処理と類似する。ステップＳ１０において、ＥＣＵ３０はステップＳ３で算出したエンジン要求パワーと現在のエンジンンパワーとを比較し、エンジンン要求パワーが減少したか否かを判定する。エンジンン要求パワーが減少する場合はステップＳ１１に進み、そうでない場合はエンジンパワーが一定であるので以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
ステップＳ１１において、ＥＣＵ３０は現在の燃焼モードがリーン燃焼であり、かつ将来的にストイキ燃焼に移行するか否かを判定する。将来的にストイキ燃焼に移行するか否かの判定は、エンジン要求パワーの減少量及び減少速度等に基づいて内燃機関３の動作点がリーン燃焼領域ＡＲｂからストイキ燃焼領域ＡＲａに移ってからストイキ燃焼領域ＡＲａに留まるか否か推定し、その推定結果に基づいて実施される。現在の燃焼モードがリーン燃焼であり、かつ将来的にストイキ燃焼に移行する場合はステップＳ１２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
ステップＳ１２において、ＥＣＵ３０は必要エンジンントルクＴｅｄをステップＳ４で算出した動作点に基づいて算出し、必要エンジントルクＴｅｄがリーン燃焼用切り替えラインＬｂ（図２）に基づいて定められた閾値Ｔｂよりも小さいか否かを判定する。この閾値ＴｂはステップＳ４で算出した動作点のエンジン回転数に対応するリーン燃焼用切り替えラインＬｂ上のエンジントルクのことである。必要エンジントルクＴｅｄが閾値Ｔｂよりも小さいか否かを判定することにより、エンジン要求パワーを実現するために内燃機関３の動作点がリーン燃焼用切り替えラインＬｂを横切ることになるか否かを予測できる。必要エンジントルクＴｅｄが閾値Ｔｂよりも小さい場合はステップＳ１３に進み、そうでない場合はステップＳ１４に進む。
ステップＳ１３において、ＥＣＵ３０は内燃機関３の動作点がリーン燃焼用切り替えラインＬｂを横切るタイミングで燃料噴射量を増量して空燃比をリーン燃焼の目標空燃比からストイキ燃焼の目標空燃比にステップ的に変更し、燃焼モードをリーン燃焼からストイキ燃焼へ切り替える。なお、この処理と並行してＥＣＵ３０は燃料噴射量の増量に伴って発生するエンジントルクの余剰トルク分を第２モータ・ジェネレータ５の回生制御又は内燃機関３の点火遅角制御によって吸収させる。そして、今回のルーチンを終了する。
ステップＳ１４において、ＥＣＵ３０は内燃機関３の動作点がリーン燃焼用切り替えラインＬｂを横切らないので、内燃機関３の動作点がリーン燃焼領域ＡＲｂからストイキ燃焼領域ＡＲａに移るタイミングで従来例と同様の手順で空燃比をリーン燃焼の目標空燃比からストイキ燃焼の目標空燃比へ変更して燃焼モードをリーン燃焼からストイキ燃焼へ切り替える。そして、ＥＣＵ３０は燃焼モードの切り替えに伴う燃料噴射量の増量によって発生するエンジントルクの余剰トルク分を第２モータ・ジェネレータ５の回生制御又は内燃機関３の点火遅角制御によって吸収させる。そして、今回のルーチンを終了する。
図７及び図８の制御ルーチンをＥＣＵ３０が実行することにより、燃焼モードの切り替え前後で熱効率を維持可能なストイキ燃焼用切り替えラインＬａ又はリーン燃焼用切り替えラインＬｂを横切った場合に燃焼モードが切り替えられるので、燃焼モードの切り替え後に内燃機関３の熱効率が悪化することを抑制できる。また、内燃機関３の動作点がストイキ燃焼用切り替えラインＬａ又はリーン燃焼用切り替えラインＬｂを横切った場合に燃料噴射量の変更（増量又は減量）により空燃比をステップ的に変化させるので、吸入空気量を制御する従来例と比較して燃焼モードの切り替え時の応答遅れを抑制できる。ＥＣＵ３０は図７及び図８の制御ルーチンのステップＳ８、ステップＳ９、ステップＳ１３及びステップＳ１４を実行することにより、本発明に係る燃焼モード切替手段及びトルク抑制手段として機能する。
本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態では、燃焼モードの切り替え前後で熱効率が同一となる所定吸入空気量ＫＬｘに基づいてストイキ燃焼用切り替えラインＬａ及びリーン燃焼用切り替えラインＬｂを設定しているが、燃焼モードの切り替え前後で熱効率が同一であることは一例にすぎない。例えば、燃焼モードの切り替え前後で熱効率が許容範囲内に収まる限度で所定吸入空気量ＫＬｘを定め、その所定吸入空気量ＫＬｘに基づいてストイキ燃焼用切り替えラインＬａ及びリーン燃焼用切り替えラインＬｂを設定することもできる。許容範囲は適宜設定してよいが、例えば図２に示したように許容範囲Ｒを±数％に設定できる。
上記形態は、第１モータ・ジェネレータと第２モータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両に適用された制御装置であるが、例えば、エンジントルクが伝達される出力ギアや出力軸等の出力部に対して一つのモータ・ジェネレータが連結された形態のハイブリッド車両に搭載される内燃機関に対して本発明の制御装置を適用することもできる。
また、本発明の制御装置はハイブリッド車両に搭載される内燃機関に適用対象が限定されない。例えば、内燃機関のみを走行用動力源として搭載する車両の内燃機関に対しても本発明の制御装置を適用することもできる。この場合には、燃焼モードの切り替えに伴うエンジントルクの変動を内燃機関の点火遅角制御によって抑制できるので、点火遅角制御を実行することによってトルク抑制手段が実現される。
１ 車両
３ 内燃機関
５ 第２モータ・ジェネレータ（モータ・ジェネレータ）
２０ 出力ギア（出力部）
ＡＲａ ストイキ燃焼領域
ＡＲｂ リーン燃焼領域
Ｌａ ストイキ燃焼用切り替えライン（切り替えライン）
Ｌｂ リーン燃焼用切り替えライン（切り替えライン）

Claims (3)

  1. リーン燃焼とストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能な内燃機関に適用される内燃機関の制御装置において、
    前記内燃機関のエンジン回転数とエンジントルクとで定義された切り替えラインを前記内燃機関の動作点が横切った場合に前記内燃機関の燃料噴射量の変更により空燃比をステップ的に変化させて前記燃焼モードを切り替える燃焼モード切替手段と、
    前記燃焼モードの切り替え時における空燃比のステップ的な変化に伴う前記内燃機関のエンジントルクの変動を補償又は抑制するトルク抑制手段と、を備え、
    前記切り替えラインは、前記燃焼モードの切り替え前後で前記内燃機関の熱効率を維持可能な所定吸入空気量に基づいて設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記内燃機関は、前記内燃機関のエンジントルクが伝達される出力部と、前記出力部にモータトルクを伝達可能なモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両に搭載されており、
    前記トルク抑制手段は、前記モータ・ジェネレータの力行制御又は前記モータ・ジェネレータの回生制御により前記内燃機関のエンジントルクの変動を補償する、請求項１の制御装置。
  3. 加速要求又は減速要求に応じて定まる前記内燃機関の動作点が前記切り替えラインを横切らない場合、
    前記燃焼モード切替手段は、前記内燃機関のエンジン回転数とエンジントルクとで定義された前記リーン燃焼を実施すべきリーン燃焼領域と前記ストイキ燃焼を実施すべきストイキ燃焼領域との間で加速要求又は減速要求に伴って前記内燃機関の動作点が属する領域に変化があるか否かに基づいて前記燃焼モードの切り替え要否を判定し、前記燃焼モードの切り替えが必要な場合に吸入空気量を前記燃焼モードの切り替え後の目標空燃比に必要な吸入空気量となるように制御し、
    前記トルク抑制手段は、前記燃焼モード切替手段による吸入空気量の制御に伴う前記内燃機関のエンジントルクの変動を前記内燃機関の点火時期を制御することによって抑制する、請求項１又は２に記載の制御装置。
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