JP6394628B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

例えば特開２０１０−５３７１６号公報には、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御に関する技術が開示されている。この技術では、ＥＧＲの実行中に内燃機関が減速運転へと移行する際に、減速直前の運転状態におけるＥＧＲ量が所定値以上の場合に、燃焼形態を成層燃焼へと切り替えることが行なわれる。成層燃焼では、点火プラグ近傍に燃料を高濃度で分布させるため、ＥＧＲガスに対する耐性が高くなる。これにより、残留ＥＧＲの量が多い場合でも失火などの燃焼不安定が抑制される。

特開２０１０−５３７１６号公報 特開２００５−１１３８８４号公報 特開２０１０−７５８１号公報

上記の技術は、ＥＧＲ率が多い場合における失火の発生を抑制する点において一定の効果はある。しかしながら、内燃機関の運転条件によっては、燃焼形態を成層燃焼とするだけでは対処しきれないような大ＥＧＲ率に制御されることも想定される。このような場合には、ＥＧＲガスに対する耐性をさらに高めるために、例えば筒内の温度を高めることが有効となる。筒内温度を高める方法としては筒内空気量を増やすことが考えられるが、燃焼悪化の抑制のみに着目して筒内空気量を単純に増やす制御では、トルク減少要求を満たせず減速感を得られないことが問題となる。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ＥＧＲ導入中のトルク減少要求に対して、減速感を損なうことなく燃焼悪化を抑制することの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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の燃焼室内に流入する空気量を調整する空気量調整装置と、前記燃焼室内へ燃料を供給するための燃料供給装置と、前記燃焼室内に流入する空気中の排気ガスの割合であるＥＧＲ率を調整するＥＧＲ装置と、を有し、前記空気量調整装置及び前記燃料供給装置を調整して、第１空燃比による運転と当該第１空燃比よりもリーンな第２空燃比による運転とを実行可能に構成された内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、所定のトルク減少要求を受けて前記燃焼室内へ流入する空気量を減少させるとともに前記ＥＧＲ装置を調整してＥＧＲ率を減少させる場合に、前記トルク減少要求が出される直前のＥＧＲ率である直前ＥＧＲ率が第１閾値よりも小さい場合には前記第１空燃比による運転を行い、前記直前ＥＧＲ率が前記第１閾値以上の場合には前記第２空燃比による成層燃焼運転を行う運転モード切替制御を行うように構成されていることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記第１空燃比は理論空燃比であることが好ましい。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記制御装置は、前記運転モード切替制御において前記第１空燃比による運転を行う場合に、前記直前ＥＧＲ率が前記第１閾値よりも小さい第２閾値以上の場合には成層燃焼運転を行い、前記直前ＥＧＲ率が前記第２閾値よりも小さい場合には均質燃焼運転を行うように構成されていることが好ましい。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記トルク減少要求は、前記内燃機関のアクセルの操作量から算出される減速度が所定の閾値以上となる要求を含んでいてもよい。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記運転モード切替制御において前記成層燃焼運転を行う場合に、点火時期が最適点火時期よりも遅角側となるように点火装置を操作するように構成されていることが好ましい。

第１の発明によれば、内燃機関へのトルク減少要求を受けて空気量を減少させるとともにＥＧＲ率を減少させる場合に、運転モード切替制御が行なわれる。運転モード切替制御では、トルク減少要求が出される直前の直前ＥＧＲ率が第１閾値よりも小さい場合に第１空燃比による運転が行なわれ、直前ＥＧＲ率が第１閾値以上の場合に当該第１空燃比よりもリーンな第２空燃比による成層燃焼運転が行なわれる。成層燃焼運転では、点火プラグの近傍に濃混合気が形成されるため、空燃比をよりリーンな空燃比にしたとしても良好な着火および燃焼を確保し易い。このため、第２空燃比による成層燃焼運転は、燃焼安定性を犠牲にすることなく筒内空気量を増やし、これにより筒内温度を高めることができる。また、第２空燃比は、第１空燃比よりも空燃比がリーンである分トルク減少要求を満たしやすい。このため、本発明によれば、減速感を損なうことなくＥＧＲ導入中の燃焼悪化を抑制することができる。

第２の発明によれば、直前ＥＧＲ率が第１閾値よりも大きい場合に、理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比による成層燃焼が行なわれる。リーン空燃比による成層燃焼は、燃焼悪化回避効果を高めるためには有効だが多量のＮＯｘが排出される。このため、常時リーン空燃比による燃焼が行なわれると、理論空燃比を前提としたシステム構成では対応しきれないおそれがある。本発明によれば、ＥＧＲ率が低い領域では理論空燃比による燃焼が行なわれるので、三元触媒等を有効活用して燃焼悪化の抑制とエミッション悪化抑制とを両立することができる。

第３の発明によれば、直前ＥＧＲ率が第１閾値よりも小さい第２閾値以上の場合に成層燃焼による運転が行なわれ、直前ＥＧＲ率が第２閾値よりも小さい場合に均質燃焼による運転が行われる。成層燃焼は均質燃焼に比してＥＧＲ耐性が高い。本発明によれば、直前ＥＧＲ率に応じて燃焼形態を切り替えることが行なわれるので、ＥＧＲ耐性を高めてＥＧＲ導入中の燃焼悪化の抑制を図ることができる。

第４の発明によれば、アクセル操作量から定められる減速度が所定の閾値以上となる場合に所定のトルク減少要求が出される。このため、本発明によれば、減速度が小さくＥＧＲ耐性を高める必要がない場合に空燃比又は燃焼形態が切り替えられることを抑制することができる。

第５の発明によれば、トルク減少要求が出される直前の直前ＥＧＲ率が第２閾値よりも大きい場合に、点火時期が最適点火時期よりも遅角される。点火時期が遅角側に変化されると、同トルクの発生に必要な空気量は増加する。このため、本発明によれば、発生するトルクを増やすことなく筒内空気量を更に増やすことができるので、筒内温度を更に高めてＥＧＲ耐性をより高めることができる。

本発明の実施の形態１としての制御装置が適用される内燃機関が搭載されたシステムの概略構成を示す図である。 減速時におけるスロットル開度、充填効率、及びＥＧＲ率の時間変化を示すタイムチャートである。 空燃比に対する燃焼限界ＥＧＲ率を示す図である。 クランク角に対する筒内圧力および筒内温度を示す図である。 減速時の各種状態量の時間変化を示すタイムチャートである。 各種運転モードにおけるＥＧＲ率に対する図示平均有効圧力（ＰＩ）変動率を示す図である。 本発明の実施の形態１のＥＣＵ５０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。 減速時の各種状態量の時間変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２のＥＣＵ５０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１としての制御装置が適用される内燃機関（以下、単にエンジンという）が搭載されたシステムの概略構成を示す図である。図１に示すエンジン１０は、火花点火式の４ストロークレシプロエンジンである。より詳しくは、エンジン１０には４つの気筒２が直列に備えられ、各気筒２の燃焼室には、当該燃焼室へ燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁４と、燃焼室内の混合気に点火を行う点火プラグ６とがそれぞれ設けられている。

エンジン１０は、各気筒２の燃焼室内に空気を供給するための吸気通路１２を備えている。吸気通路１２の入口側にはエアクリーナ１４が取り付けられている。吸気通路１２におけるエアクリーナ１４の下流側には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１６が取り付けられている。吸気通路１２の出口側は、サージタンク１８および吸気マニホールド２０を介して各気筒２の燃焼室に接続されている。

吸気通路１２におけるエアフローメータ１６の下流側にはターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａが配置されている。コンプレッサ２２ａの下流側の吸気通路１２には、コンプレッサ２２ａによって圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ２４が配置されている。インタークーラ２４の下流側の吸気通路には、エンジン１０内に供給される空気量を調整するためのスロットルバルブ２６が配置されている。

エンジン１０は、排気ガスを排出するための排気通路３０を備えている。排気通路３０の一端側は排気マニホールド２８を介して各気筒２の燃焼室に接続されている。排気通路３０の途中には、ターボ過給機２２のタービン２２ｂが配置されている。タービン２２ｂの下流側の排気通路３０には、スタート触媒（以下、「Ｓ／Ｃ」と称する）３２が配置されている。Ｓ／Ｃ３２は所謂三元触媒であって、理論空燃比近傍において排気ガスに含まれるＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの３成分を効率的に浄化する。

また、エンジン１０は、排気ガスの一部を筒内へ還流させるＥＧＲ装置３６を備えている。ＥＧＲ装置３６はＥＧＲ通路３８を備えている。ＥＧＲ通路３８は、その一端がＳ／Ｃ３２の下流側の排気通路３０に接続され、他端がエアフローメータ１６とコンプレッサ２２ａとの間の吸気通路１２に接続されている。ＥＧＲ通路３８の途中には、当該ＥＧＲ通路３８を開閉するためのＥＧＲバルブ４０が設けられている。つまり、ＥＧＲ装置３６は、コンプレッサ２２ａの吸気上流側にＥＧＲガスを導入するいわゆる低圧側ＥＧＲ（ＬＰＬ−ＥＧＲ）装置として構成されている。

本実施の形態に係るエンジンシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、エンジンシステムの全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置はＥＣＵ５０の一つの機能として具現化されている。

ＥＣＵ５０は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサは上述したエアフローメータ１６の他、クランク軸の回転速度を検出する回転速度センサ５２や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ５４なども取り付けられている。ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、上述した筒内燃料噴射弁４、点火プラグ６、スロットルバルブ２６、ＥＧＲバルブ４０などが含まれている。なお、ＥＣＵ５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。

［実施の形態１の動作］
次に、図面を参照して、本実施の形態１のシステムの動作について説明する。ＥＣＵ５０により実行されるエンジン制御には、燃焼室内の燃料分布を制御する燃焼制御と、運転空燃比を制御する空燃比制御と、ＥＧＲ率を制御するＥＧＲ制御とが含まれる。

まず燃焼制御では、燃焼室の全体に均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼運転と、点火プラグ６の近傍に濃混合気層を形成して燃焼させる成層燃焼運転とを切り替えることが行なわれる。均質燃焼運転時には、吸気行程において筒内燃料噴射弁４から燃料を噴射することによって運転する。これにより、筒内燃料噴射弁４から噴射された燃料は、点火されるまでの間に十分に拡散して空気と均一に混合される。

また、成層燃焼運転時には、圧縮行程において筒内燃料噴射弁４から燃料を噴射することによって運転する。圧縮行程に燃焼室内に噴射された燃料は、点火プラグ６の近傍に濃混合気層を形成する。成層燃焼運転では、このようにして点火プラグ６の近傍に形成される濃混合気層に点火されるので、均質燃焼運転では燃焼が安定しにくい運転条件（例えば、冷間始動時など）においても、良好な着火および燃焼を確保することができ、優れた燃焼安定性が得られる。

また、空燃比制御では、スロットルバルブ２６及び筒内燃料噴射弁４等のアクチュエータが操作されて、理論空燃比（ストイキ）の混合気を燃焼させるストイキ運転と理論空燃比よりも希薄なリーン空燃比の混合気を燃焼させるリーン運転とを切り替えることが行われる。

さらに、ＥＧＲ制御では、実際のＥＧＲ率またはこれと相関を有する実際のＥＧＲガス量等の状態量が目標値となるように、フィードバック制御によってスロットルバルブ２６またはＥＧＲバルブ４０等のアクチュエータが操作される。

（ＥＧＲ導入時の減速失火について）
次に、ＥＧＲ導入時の減速失火について説明する。図２は、減速時におけるスロットル開度、充填効率、及びＥＧＲ率の時間変化を示すタイムチャートである。例えば、アクセルペダルへの入力がＯＦＦとされてエンジン１０への大幅なトルク減少要求が出された場合、スロットルバルブ２６を調整してスロットル開度が小さくされる。スロットル開度が急激に小さくされると充填効率が減少する。充填効率の低い運転領域では燃焼限界に対応するＥＧＲ率が低いため、目標とするＥＧＲ率が小さくされる。しかしながら、目標とするＥＧＲ率が小さくされても実際のＥＧＲ率は直ぐには変化しない。ＥＧＲ率を調整するＥＧＲバルブ４０の応答遅れやＥＧＲバルブ４０からスロットルバルブ２６までのＥＧＲ経路の容積分の応答遅れが発生するからである。この応答遅れにより目標ＥＧＲ率より高いＥＧＲ率の空気が筒内へ吸入されると、ＥＧＲ率が燃焼限界を上回ってしまい、失火やエンジンストールが発生するおそれがある。

ＥＧＲ導入時の着火性を向上させるためには、ＥＧＲ率を小さくすることの他に、例えば空燃比（Ａ／Ｆ）の適正化が考えられる。図３は、空燃比に対する燃焼限界ＥＧＲ率を示す図である。この図に示すように、燃焼限界ＥＧＲ率は、理論空燃比よりもややリッチ寄りとなるスライトリッチ空燃比において最大となる。そこで、ＥＧＲ導入時の減速失火を回避する方法としては、成層ストイキ運転を行うことが考えられる。ここでいう成層ストイキ運転は、成層燃焼運転且つストイキ運転を行う運転形態である。成層ストイキ運転では、点火プラグ６の近傍の空燃比を理論空燃比よりもリッチなスライトリッチ空燃比にすることができるので、燃焼限界ＥＧＲ率を高めて失火の発生を抑制することができる。

なお、燃焼限界ＥＧＲ率を高める観点からは、例えばスライトリッチ空燃比による均質燃焼運転を行うことも考えられる。しかしながら、スライトリッチ空燃比による均質燃焼運転では、等空気量の成層ストイキ運転に比べて燃料量が多量となるため、その分トルクが増大してしまう。このため、例えばトルクをある値まで減少させる減速時を想定した場合、成層ストイキ運転では、等トルクのスライトリッチ空燃比による均質燃焼運転に比べて筒内空気量が大きくなる。詳細は後述するが、筒内空気量を増やすと着火性が向上する。したがって、成層ストイキ運転はスライトリッチ空燃比による均質燃焼運転よりも燃焼限界ＥＧＲ率を高める点において有利といえる。

また、着火性を向上させるための他の方法としては、着火時の混合気の温度、すなわち圧縮上死点（ＴＤＣ）における筒内温度を高めることが考えられる。ただし、ＴＤＣにおける筒内温度を常時高めるとノッキングが発生し易くなることから、減速時に限りＴＤＣにおける筒内温度を高める対策が望まれる。

ここで、ＴＤＣにおける筒内温度を高める手段の１つとしては、筒内空気量を増やすことが有効である。図４は、クランク角に対する筒内圧力および筒内温度を示す図である。また、図５は、減速時の各種状態量の時間変化を示すタイムチャートである。なお、これらの図において、実線はリーン運転において空気量を増量した場合を、点線はストイキ運転を、そして一点鎖線はストイキ運転において空気量を増量した場合を、それぞれ示している。

図４に示すように、ストイキ運転において筒内空気量を増量すると、増量しない場合に比してＴＤＣにおける筒内圧力が大きくなり、これにより、ＴＤＣにおける筒内温度が高くなる。しかしながら、図５に示すように、ストイキ運転において空気量を増量すると、増量しない場合に比して発生するトルクを増やすことになるため、減速時の減速感を損なうことにもなってしまう。

一方、図４に示すように、リーン運転において筒内空気量を増量するとＴＤＣにおける筒内圧力がストイキ運転よりもさらに大きくなる。また、リーン運転における混合気はストイキ運転における混合気に比べて比熱比が高いため、リーン運転では特にＴＤＣにおける筒内温度が特に高くなる。さらに、リーン運転は、ストイキ運転の場合と比較して、同トルクを発生させるために必要な空気量が多い。このため、減速時にストイキ運転からリーン運転に切り替えることとすれば、ストイキ運転が維持されている場合と比較して発生するトルクを増やすことなく筒内空気量を増やすことも可能となる。なお、上述したように、成層燃焼運転では、点火プラグ６の近傍の空燃比を燃焼室全体の空燃比よりもリッチにすることができるので、燃焼限界となるＥＧＲ率を高めて失火の発生を抑制することができる。

以上のことから、成層燃焼運転且つリーン運転を行ういわゆる成層リーン運転は、減速感を損なうことなくＥＧＲ導入時の着火性を向上させるための方法として特に有効であることが分かる。

但し、三元触媒を備えるシステムにおいてリーン運転が頻繁に行なわれると、ＮＯｘの排出が問題となる。このため、ＥＧＲ導入時の減速失火の対策としては、上述した成層リーン運転と成層ストイキ運転とを使い分けることが求められる。図６は、各種運転モードにおけるＥＧＲ率に対する図示平均有効圧力（ＰＩ）変動率を示す図である。この図に示すように、ＥＧＲ率に対する燃焼耐性は、均質ストイキ運転、成層ストイキ運転、そして成層リーン運転の順に高くなっていることが分かる。

そこで、本実施の形態のシステムでは、所定のトルク減少要求（減速要求）が出された場合に、減速直前のＥＧＲ率に応じて、上記３つの運転モードを使い分ける運転モード切替制御を実行することとする。なお、所定のトルク減少要求は、ＥＧＲ導入時において失火が発生する可能性のある減速要求であり、例えば、アクセル操作から算出される減速度と所定のクライテリアとを比較することにより判断することができる。なお、ここでいう減速度は、例えば単位時間当たりの要求トルクの減少量（つまりトルク勾配）として定義される値である。また、所定のクライテリアは、例えば運転状態から求められる燃焼限界に対応する減速度である。

運転モード切替制御では、より詳しくは、均質ストイキ運転中に減速する場合において、減速直前のＥＧＲ率が所定の大ＥＧＲ率（例えば１５％以上）の範囲に属する場合には、成層リーン運転に切り替えることとし、所定の中ＥＧＲ率（例えば１０〜１５％）の範囲に属する場合には、成層ストイキ運転に切り替えることとする。なお、中ＥＧＲ率と大ＥＧＲ率との境界となるＥＧＲ率（第１閾値）は、例えば成層ストイキ運転において減速失火が発生しないＥＧＲ率の上限に設定すればよい。これにより、ＥＧＲ導入時の減速失火を回避するとともにエミッションの悪化を抑制することが可能となる。

また、本発明によれば、均質ストイキ運転中に所定の減速要求が出された場合において、減速直前のＥＧＲ率が所定の小ＥＧＲ率（例えば１０％未満）の範囲に属する場合には、均質ストイキ運転に維持される。小ＥＧＲ率と中ＥＧＲ率との境界となるＥＧＲ率（第２閾値）は、例えば均質ストイキ運転において減速失火が発生しないＥＧＲ率の上限に設定すればよい。これにより、ＥＧＲによる減速失火を有効に回避することが可能となる。

［実施の形態１の具体的処理］
次に、上述した運転モード切替制御の具体的処理についてフローチャートを用いて詳細に説明する。図７は、本発明の実施の形態１のＥＣＵ５０により実行される運転モード切替制御のためのルーチンを示すフローチャートである。なお、図７に示すルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

図７に示すルーチンでは、先ず、減速開始後所定期間内か否かが判定される（ステップＳ１０）。ここでは、具体的には、減速要求が出された後の所定期間内か否かが判定される。所定期間は、例えば減速が開始されてからＥＧＲガスが掃気されるまでの掃気時間であって、回転速度センサ５２によって検出されるエンジン回転速度とＥＧＲバルブ４０の開度から算出される。なお、上記所定期間の算出方法は上記に限らず、ＥＧＲガスが掃気されるまでの時間をエンジン回転速度及びＥＧＲ率毎に適合して記憶しておいてもよい。その結果、未だ減速が開始されていない又は減速開始後所定期間が経過した場合には、減速失火のおそれがないと判断されて、後述するステップＳ１６へと移行する。

一方、上記ステップＳ１０において、減速開始後所定期間内であると判定された場合には、減速失火のおそれがあると判断されて、次のステップに移行して、減速開始の直前の運転状態が均質ＥＧＲ燃焼である、および現在フューエルカット（Ｆ／Ｃ）中ではない、の２条件の成立が判定される（ステップＳ１１）。なお、ここでいう均質ＥＧＲ燃焼は、ＥＧＲ導入を伴う均質燃焼運転を示している。その結果、何れかの判定が否定された場合には、減速失火のおそれがないと判断されて、後述するステップＳ１６へと移行する。一方、ステップＳ１１において、すべての判定が成立した場合には、次のステップに移行して、アクセル操作から減速度が算出される（ステップＳ１２）。ここでは、具体的には、アクセル開度センサ５４の検出信号に基づいて、所定期間（例えば１００ｍｓｅｃ）の要求トルクの減少量が算出される。そして、当該要求トルクの減少量を所定期間で除算することにより、目標とする減速度が算出される。なお、ステップＳ１２の処理は、減速開始後初回のルーチンにおいて実行され、減速開始後所定期間内における以降のルーチンでは、当該処理がスキップされるか又は算出された減速度が前回値よりも大きい場合にのみ更新される。上記ステップＳ１０において減速開始後所定期間が経過したと判定された場合には、上記ステップＳ１２において算出された減速度は一旦クリアされ、次回の減速開始後の初回のルーチンにおいて再度算出される。

次に、上記ステップＳ１２において算出された減速度が所定のクライテリア以上か否かが判定される（ステップＳ１４）。所定のクライテリアは、減速による失火の可能性を判定するための値であって、例えばＥＧＲ率が大ＥＧＲ率（例えば１５％以上）であっても均質ストイキ燃焼運転によって減速失火が起こらない上限の減速度に設定されている。その結果、減速度がクライテリア未満であると判定された場合には、減速失火のおそれがないと判断されて、次のステップに移行し、均質ストイキ運転が実行される（ステップＳ１６）。

一方、上記ステップＳ１４において、減速度がクライテリア以上であると判定された場合には、減速失火のおそれがあると判断されて、次のステップに移行し、減速直前のＥＧＲ率が所定の小ＥＧＲ率の範囲（例えば１０％未満の範囲）に属するか否かが判定される（ステップＳ１８）。その結果、減速直前のＥＧＲ率が小ＥＧＲ率の範囲に属する場合には、均質燃焼運転においても減速失火のおそれがないと判断されて、ステップＳ１６に移行して、均質ストイキ運転が実行される。

一方、上記ステップＳ１８において、減速直前のＥＧＲ率が小ＥＧＲ率の範囲に属しない場合には、均質燃焼運転では減速失火のおそれがあると判断されて、次のステップに移行して、減速直前のＥＧＲ率が所定の中ＥＧＲ率の範囲（例えば１０％〜１５％の範囲）に属するか否かが判定される（ステップＳ２０）。その結果、減速直前のＥＧＲ率が中ＥＧＲ率の範囲に属する場合には、運転モードが成層ストイキ運転に切り替えられる（ステップＳ２２）。一方、上記ステップＳ２０において、減速直前のＥＧＲ率が中ＥＧＲ率の範囲に属しない場合には、減速直前のＥＧＲ率が大ＥＧＲ率の範囲（１５％以上）に属すると判断されて、次のステップに移行して、成層リーン運転が実行される（ステップＳ２４）。

以上説明したルーチンに従って運転モード切替制御を行うことにより、減速時の減速感を損なうことなく失火を有効に抑制することができる。

ところで、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。

上述の実施の形態１では、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置として構成されたＥＧＲ装置３６を備えるシステムについて説明した。しかしながら、本システムに適用可能なＥＧＲ装置はＬＰＬ−ＥＧＲ装置に限らず、コンプレッサ２２ａの吸気下流側にＥＧＲガスを導入する高圧側ＥＧＲ（ＨＰＬ−ＥＧＲ）装置を備えるシステムでもよい。このことは、後述する他の実施の形態についても同様である。

また、上述の実施の形態１では、Ｓ／Ｃ３２が配置されたシステムについて説明したが、Ｓ／Ｃ３２の更に排気下流側にリーンＮＯｘ触媒が配置された構成でもよい。リーンＮＯｘ触媒は、所謂吸蔵還元型のＮＯｘ触媒であって、排気ガスの空燃比が所定のリーン域にある場合にＮＯｘを吸蔵しリッチ域にある場合にＮＯｘを放出するという吸放出作用を有している。このため、このような構成によれば、リーン運転時のＮＯｘの排出を更に抑制することが可能となる。このことは、後述する他の実施の形態についても同様である。

また、上述の実施の形態１では、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁４を用いるシステムについて説明したが、吸気ポートに配置されたポート燃料噴射弁を併用してもよい。この場合、例えば、均質燃焼運転を行う場合には、必要な燃料の全部をポート燃料噴射弁から噴射することによって燃焼室内に均質混合気を形成することとしてもよい。また、成層燃焼運転を行う場合には、必要な燃料のうちの一部をポート燃料噴射弁から噴射することによって燃焼室内に均質混合気を形成し、残りの燃料を筒内燃料噴射弁４から噴射することによって点火プラグ６の近傍に濃混合気層を形成することとしてもよい。このことは、後述する他の実施の形態についても同様である。

また、上述の実施の形態１では、アクセル開度から算出した減速度に基づいて、減速失火が発生するおそれがあるか否かを判定することとしているが、減速度と相関のある状態量として、例えば要求トルクの減少度合等を用いることとしてもよい。このことは、後述する他の実施の形態についても同様である。

また、上述した実施の形態１では、直前ＥＧＲ率が中ＥＧＲ率又は小ＥＧＲ率の範囲である場合にストイキ運転を行い、大ＥＧＲ率の範囲である場合にリーン運転を行うこととした。しかしながら、空燃比制御において実行可能な空燃比はこれに限られない。すなわち、直前ＥＧＲ率が大ＥＧＲ率の範囲である場合の空燃比が中ＥＧＲ率又は小ＥＧＲ率の範囲である場合の空燃比よりもリーンであるならば、直前ＥＧＲ率が中ＥＧＲ率又は小ＥＧＲ率の範囲である場合の空燃比は理論空燃比に限定しない。このことは、後述する他の実施の形態についても同様である。

また、上述した実施の形態１では、制御対象状態量としてＥＧＲ率を用いているが、運転領域毎のＥＧＲ量でもよい。このことは、後述する他の実施の形態についても同様である。

なお、上述した実施の形態１では、ＥＧＲ装置３６が上記第１の発明の「ＥＧＲ装置」に相当し、筒内燃料噴射弁４が上記第１の発明の「燃料供給装置」に相当し、スロットルバルブ２６が上記第１の発明の「空気量調整装置」に相当し、ＥＣＵ５０が上記第１の発明の「制御装置」に相当し、理論空燃比が上記第１の発明の「第１空燃比」に相当し、リーン空燃比が上記第１の発明の「第２空燃比」に相当し、中ＥＧＲ率と大ＥＧＲ率の境界となるＥＧＲ率が上記第１の発明の「第１閾値」に相当している。また、上述した実施の形態１では、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ２０及びステップＳ２４の処理又は上記ステップＳ２０及びステップＳ２２の処理を実行することにより上記第１の発明における「運転モード切替制御」が実現されている。

また、上述した実施の形態１では、小ＥＧＲ率と中ＥＧＲ率の境界となるＥＧＲ率が上記第３の発明の「第２閾値」に相当している。また、上述した実施の形態１では、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ１８及びステップＳ１６の処理又は上記ステップＳ１８及びステップＳ２２乃至Ｓ２４の処理を実行することにより上記第３の発明における「運転モード切替制御」が実現されている。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本発明に係る実施の形態２は、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
成層燃焼運転は、点火プラグ近傍の空燃比が筒内全体の空燃比に比べてリッチであるため、点火時期の遅角に対して燃焼耐性が強い。このため、成層リーン運転及び成層ストイキ運転において、点火時期の遅角度合を高めることとすれば、着火性を維持しつつ更に筒内空気量を増やすことができる。

そこで、実施の形態２のシステムでは、ＥＧＲ導入時の減速において成層リーン運転及び成層ストイキ運転を行う場合に、点火時期効率を下げて点火時期の遅角度合を高めることとする。図８は、減速時の各種状態量の時間変化を示すタイムチャートである。なお、これらの図において、実線は減速時に成層リーン運転に切り替えるとともに点火時期効率を下げた場合を、一点鎖線は減速時に成層リーン運転に切り替えた場合を、点線は減速時に均質ストイキ運転を維持した場合を、そして二点鎖線は減速時に均質ストイキ運転において空気量を増量した場合を、それぞれ示している。なお、点火時期効率とは、点火時期が最適点火時期であるときに出力しうるトルクに対する実際に出力されるトルクの割合を意味し、点火時期が最適点火時期のときに最大値である１になる。なお、最適点火時期とは、基本的にはＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）を意味し、トレースノック点火時期が設定されている場合には、ＭＢＴとトレースノック点火時期のうちより遅角側にある点火時期を意味している。つまり、この図に示す例では、一点鎖線が減速時に最適点火時期による成層リーン運転を実行した場合を、そして実線が減速時に一点鎖線よりも遅角側の点火時期による成層リーン運転を実行した場合を示している。

点火時期効率を下げると、筒内空気量が増量されるとともに、筒内空気量の増量分に相当するトルクの増大を抑えるべく点火時期が最適点火時期よりも遅角側に変化される。これにより、同一のトルクを維持しつつつＴＤＣにおける筒内温度を更に高めることができるので、減速度を損なうことなくＥＧＲ導入時の着火性を更に高めることができる。

［実施の形態２の具体的処理］
次に、上述した運転モード切替制御の具体的処理についてフローチャートを用いて詳細に説明する。図９は、本発明の実施の形態２のＥＣＵ５０により実行される運転モード切替制御のためのルーチンを示すフローチャートである。なお、図９に示すルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

図９に示すルーチンのステップＳ３０〜ステップＳ４０では、図７に示すステップＳ１０〜ステップＳ２０の処理と同様の処理が実行される。ステップＳ４０の処理の結果、減速直前のＥＧＲ率が中ＥＧＲ率の範囲に属する場合には、運転モードが成層ストイキ運転に切り替えられるとともに、点火時期が最適点火時期よりも遅角される（ステップＳ４２）。一方、上記ステップＳ４０において、減速直前のＥＧＲ率が中ＥＧＲ率の範囲に属しない場合には、減速直前のＥＧＲ率が大ＥＧＲ率の範囲（１５％以上）に属すると判断されて、次のステップに移行して、運転モードが成層リーン運転に切り替えられるとともに、点火時期が最適点火時期よりも遅角される（ステップＳ４４）。

以上説明したルーチンに従って運転モード切替制御を行うことにより、成層リーン運転及び成層ストイキ運転において点火時期効率を下げて筒内空気量が増やすことが行なわれるので、発生するトルクを増大させることなくＴＤＣにおける筒内温度を更に高めることができる。これにより、減速時の減速感を損なうことなく失火を有効に抑制することができる。

ところで、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。

上述の実施の形態２では、成層リーン運転及び成層ストイキ運転において点火時期の遅角度合を高めることとしたが、ＥＧＲ導入時の着火性が最も要求される成層リーン運転の場合に限り点火時期の遅角度合を高めることとしてもよい。

なお、上述した実施の形態２では、ＥＧＲ装置３６が上記第１の発明の「ＥＧＲ装置」に相当し、筒内燃料噴射弁４が上記第１の発明の「燃料供給装置」に相当し、スロットルバルブ２６が上記第１の発明の「空気量調整装置」に相当し、ＥＣＵ５０が上記第１の発明の「制御装置」に相当し、理論空燃比が上記第１の発明の「第１空燃比」に相当し、リーン空燃比が上記第１の発明の「第２空燃比」に相当し、中ＥＧＲ率と大ＥＧＲ率の境界となるＥＧＲ率が上記第１の発明の「第１閾値」に相当している。また、上述した実施の形態２では、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ４０及びステップＳ４４の処理又は上記ステップＳ４０及びステップＳ４２の処理を実行することにより上記第１の発明における「運転モード切替制御」が実現されている。

また、上述した実施の形態２では、小ＥＧＲ率と中ＥＧＲ率の境界となるＥＧＲ率が上記第３の発明の「第２閾値」に相当している。また、上述した実施の形態２では、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ３８及びステップＳ３６の処理又は上記ステップＳ３８及びステップＳ４２乃至Ｓ４４の処理を実行することにより上記第３の発明における「運転モード切替制御」が実現されている。

また、上述した実施の形態２では、点火プラグ６が上記第５の発明の「点火装置」に相当している。また、上述した実施の形態２では、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ４２又はステップＳ４４の処理を実行することにより上記第５の発明における制御装置の動作が実現されている。

２ 気筒
４ 筒内燃料噴射弁
６ 点火プラグ
１０ エンジン
１２ 吸気通路
１４ エアクリーナ
１６ エアフローメータ
１８ サージタンク
２０ 吸気マニホールド
２２ ターボ過給機
２２ａ コンプレッサ
２２ｂ タービン
２４ インタークーラ
２６ スロットルバルブ
２８ 排気マニホールド
３０ 排気通路
３６ ＥＧＲ装置
３８ ＥＧＲ通路
４０ ＥＧＲバルブ
５０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
５２ 回転速度センサ
５４ アクセル開度センサ

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室内に流入する空気量を調整する空気量調整装置と、前記燃焼室内へ燃料を供給するための燃料供給装置と、前記燃焼室内に流入する空気中の排気ガスの割合であるＥＧＲ率を調整するＥＧＲ装置と、を有し、前記空気量調整装置及び前記燃料供給装置を調整して、第１空燃比による運転と当該第１空燃比よりもリーンな第２空燃比による運転とを実行可能に構成された内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、所定のトルク減少要求を受けて前記燃焼室内へ流入する空気量を減少させるとともに前記ＥＧＲ装置を調整してＥＧＲ率を減少させる場合に、前記トルク減少要求が出される直前のＥＧＲ率である直前ＥＧＲ率が第１閾値よりも小さい場合には前記第１空燃比による運転を行い、前記直前ＥＧＲ率が前記第１閾値以上の場合には前記第２空燃比による成層燃焼運転を行う運転モード切替制御を行うように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記第１空燃比は理論空燃比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。
3. 前記制御装置は、前記運転モード切替制御において前記第１空燃比による運転を行う場合に、前記直前ＥＧＲ率が前記第１閾値よりも小さい第２閾値以上の場合には成層燃焼運転を行い、前記直前ＥＧＲ率が前記第２閾値よりも小さい場合には均質燃焼運転を行うように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記トルク減少要求は、前記内燃機関のアクセルの操作量から算出される減速度が所定の閾値以上となる要求であ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. 前記制御装置は、前記運転モード切替制御において前記成層燃焼運転を行う場合に、点火時期が最適点火時期よりも遅角側となるように点火装置を操作するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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