JP6599301B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに連通する主燃焼室及び副燃焼室が気筒ごとに設けられ、主燃焼室内の混合気の空燃比及び副燃焼室内の混合気の空燃比を互いに独立して変更可能な内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、互いに連通する主燃焼室及び副燃焼室と、吸気通路に設けられ、吸気通路内に燃料を噴射することにより主燃焼室内に混合気を生成する主燃料噴射弁と、副燃焼室内に直接燃料を噴射することにより副燃焼室内に混合気を生成する副燃料噴射弁と、副燃焼室内の混合気を点火する点火プラグなどを備えている。

この内燃機関の場合、吸気行程で主燃焼室内に混合気が生成された後、圧縮行程で副燃焼室内に混合気が生成される。そして、点火プラグによって副燃焼室内の混合気が点火されることにより、燃焼した混合気が副燃焼室から主燃焼室内に噴出し、主燃焼室内の混合気を燃焼させる。

一方、この制御装置では、エンジン負荷が所定値Ｌ１よりも小さいときには、副燃焼室及び主燃焼室における混合気全体の当量比が理論当量比よりもリーン側の値になるとともに、副燃焼室内の混合気の当量比が温度最大当量比になるように、主燃料噴射弁及び副燃料噴射弁の噴射量が制御される。

また、エンジン負荷が所定値Ｌ１以上で所定値Ｌ２以下のときには、混合気全体の当量比が理論当量比になるとともに、副燃焼室内の混合気の当量比が値２近傍になるように、主燃料噴射弁及び副燃料噴射弁の噴射量が制御される。さらに、エンジン負荷が所定値Ｌ２よりも大きいときには、混合気全体の当量比が温度最大当量比になるとともに、副燃焼室内の混合気の当量比が値２近傍になるように、主燃料噴射弁及び副燃料噴射弁の噴射量が制御される。

特開２００６−１４４６８１号公報

一般に、内燃機関が過渡運転状態にある場合、混合気の燃焼状態が不安定になることで、燃焼ガスの空燃比が変動し、排気浄化触媒に流入する排ガスの空燃比が変動することが知られている。その場合、排ガスの空燃比が排気浄化触媒における良好な排気浄化性能を確保できる領域（以下「排気浄化域」という）から外れることで、排ガス特性が悪化するおそれがある。これに対して、上記特許文献１の制御装置によれば、過渡運転状態における混合気の燃焼状態を考慮していない関係上、過渡運転状態での混合気の燃焼状態が不安定になり、排ガスの空燃比が排気浄化域を外れることで、排ガス特性の悪化を招いてしまうおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、主燃焼室及び副燃焼室を備える場合において、過渡運転状態における燃焼安定性を確保することができ、排ガス特性を向上させることが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。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、互いに連通する主燃焼室３ｃ及び副燃焼室３ｄが気筒３ａごとに設けられ、主燃焼室３ｃに燃料を供給するための主燃料噴射弁１０と、副燃焼室３ｄに燃料を供給するための副燃料噴射弁１１とを備え、主燃料噴射弁１０の燃料噴射量（主噴射量ＱＩＮＪ１）及び副燃料噴射弁１１の燃料噴射量（副噴射量ＱＩＮＪ２）をそれぞれ制御することによって、主燃焼室３ｃ内の混合気の空燃比及び副燃焼室３ｄ内の混合気の空燃比をそれぞれ変更可能に構成されるとともに、排気浄化触媒（触媒装置１３）が排気通路５に設けられた内燃機関３の制御装置１であって、内燃機関３が過渡運転状態にあるか否かを判定する過渡運転状態判定手段（ＥＣＵ２、ステップ３〜１２）と、過渡運転状態判定手段の判定結果に基づき、内燃機関３が過渡運転状態にあるときに、内燃機関３が過渡運転状態にないときよりも、副燃料噴射弁１１の燃料噴射量を増量することによって、副燃焼室３ｄ内の混合気の空燃比をリッチ側に制御する空燃比制御手段（ＥＣＵ２、ステップ２０〜２３，３５，５０〜６０）と、を備え、空燃比制御手段は、内燃機関３が過渡運転状態にあるときに、主燃焼室３ｃ内及び副燃焼室３ｄ内における混合気全体の空燃比を内燃機関３が過渡運転状態にないときと同じ値に維持するように、主燃料噴射弁１０の燃料噴射量を減量することによって、主燃焼室３ｃの混合気の空燃比をリーン側に制御することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関が過渡運転状態にあるか否かが判定され、内燃機関が過渡運転状態にあるときに、過渡運転状態にないときよりも、副燃料噴射弁の燃料噴射量を増量することによって、副燃焼室内の混合気の空燃比がリッチ側に制御されるので、内燃機関が過渡運転状態にあるときでも、気筒内の混合気の燃焼安定性を確保でき、燃焼ガスの空燃比すなわち排気浄化触媒に流入する排ガスの空燃比の変動を抑制することができる。それにより、排気浄化触媒に流入する排ガスの空燃比を排気浄化域に維持することができ、良好な排気浄化性能を確保できる。その結果、内燃機関が過渡運転状態にあるときでも、排ガス特性を向上させることができる。

また、内燃機関が過渡運転状態にあるときに、主燃焼室内及び副燃焼室内における混合気全体の空燃比を内燃機関が過渡運転状態にないときと同じ値に維持するように、主燃料噴射弁の燃料噴射量を減量することによって、主燃焼室の混合気の空燃比がリーン側に制御されるので、内燃機関が過渡運転状態にあるときでも、排気浄化触媒に流入する排ガスの空燃比を排気浄化域に確実に維持でき、排ガス特性をより一層、向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置及びこれを適用した内燃機関の構成を模式的に示す図である。 制御装置の電気的な構成を示すブロック図である。 内燃機関の副燃焼室周辺の概略的な構成を示す図１の部分拡大図である。 運転状態判定処理を示すフローチャートである。 吸気制御処理を示すフローチャートである。 燃焼制御処理を示すフローチャートである。 過渡運転用の燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。 過渡運転用の燃料噴射制御処理を実行したときの（ａ）副噴射増量分と噴流強さの関係、及び（ｂ）副噴射増量分と燃焼安定性の関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の制御装置１は、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態を制御するものであり、図２に示すＥＣＵ２を備えている。このＥＣＵ２によって、後述するように、各種の制御処理が実行される。

このエンジン３は、ガソリンを燃料とするものであり、図示しない車両に動力源として搭載されている。エンジン３は、複数組の気筒３ａ及びピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する多気筒タイプのものであり、吸気弁及び排気弁（いずれも図示せず）が気筒３ａごとに設けられている。エンジン３の運転中、吸気弁及び排気弁によって、気筒３ａ内への吸気動作と気筒３ａからの排気動作がそれぞれ実行される。

エンジン３の吸気通路４には、上流側から順に、ターボチャージャ６、スロットル弁機構７、ＥＧＲ装置８及び主燃料噴射弁１０などが設けられている。このターボチャージャ６は、吸気通路４の途中に設けられたコンプレッサ６ａと、排気通路５の途中に設けられ、コンプレッサ６ａと一体に回転するタービン６ｂと、ウェイストゲート弁６ｃなどを備えている。

このターボチャージャ６では、排気通路５内の排ガスによってタービン６ｂが回転駆動されると、コンプレッサ６ａもこれと一体に回転することにより、吸気通路４内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。

また、ウェイストゲート弁６ｃは、排気通路５のタービン６ｂをバイパスするタービンバイパス路６ｄの途中に設けられており、その開度が変化することによって、タービン６ｂを迂回してタービンバイパス路６ｄを流れる排ガスの流量、言い換えればタービン６ｂを駆動する排ガスの流量を変化させる。それにより、過給圧を変化させる。

このウェイストゲート弁６ｃは、ＥＣＵ２に電気的に接続された電動タイプのものであり、ＥＣＵ２は、ウェイストゲート弁６ｃの開度を制御することによって、過給圧を制御する。

また、スロットル弁機構７は、スロットル弁７ａ及びこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ７ｂなどを備えている。スロットル弁７ａは、吸気通路４の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりスロットル弁７ａを通過する空気の流量を変化させる。

また、ＴＨアクチュエータ７ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２によって制御されることにより、スロットル弁７ａの開度を変化させる。それにより、吸気行程中、気筒３ａ内に吸入される空気量が変更される。

さらに、ＥＧＲ装置８は、排気通路５内の排ガスの一部を吸気通路４側に還流するものであり、吸気通路４及び排気通路５の間に接続されたＥＧＲ通路８ａと、このＥＧＲ通路８ａを開閉するＥＧＲ弁８ｂなどで構成されている。ＥＧＲ通路８ａの一端は、排気通路５のタービン６ｂよりも上流側の部位に開口し、他端は、吸気通路４のスロットル弁７ａよりも下流側の部位に開口している。

ＥＧＲ弁８ｂは、その開度がリニアに変化するリニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁８ｂを介して、ＥＧＲ通路８ａの開度を変化させることにより、排ガスの還流量すなわちＥＧＲ量を制御する。

また、主燃料噴射弁１０は、吸気通路４の吸気マニホールドに気筒３ａごとに設けられており、ＥＣＵ２に電気的に接続されているとともに、ＥＣＵ２によって制御されることにより、燃料を吸気マニホールド内に噴射する。この主燃料噴射弁１０から噴射された燃料は、吸気行程中の吸気弁の開弁に伴って、主燃焼室３ｃ内に吸入され、混合気を生成する。

さらに、エンジン３の各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッドとの間には、主燃焼室３ｃ及び副燃焼室３ｄが形成されている。図１及び図３に示すように、副燃焼室３ｄは、主燃焼室３ｃの上側に設けられており、その上側には、副燃料噴射弁１１及び点火プラグ１２が配置されている。

副燃料噴射弁１１は、その先端部の噴射口が副燃焼室３ｄ内に臨むように設けられており、ＥＣＵ２に電気的に接続されているとともに、ＥＣＵ２によって制御されることにより、燃料を副燃焼室３ｄ内に噴射する。それにより、混合気が副燃焼室３ｄ内に生成される。

また、点火プラグ１２は、その先端部の電極が副燃焼室３ｄ内に臨むように設けられており、燃焼行程中、ＥＣＵ２によって制御されることにより放電し、副燃焼室３ｄ内の混合気を点火する。

さらに、副燃焼室３ｄの底壁部３ｅには、複数の連通孔３ｆが形成されており、これらの連通孔３ｆを介して、副燃焼室３ｄと主燃焼室３ｃは互いに連通している。それにより、上記のように、燃焼行程中、点火プラグ１２によって副燃焼室３ｄ内の混合気が点火された際、点火された混合気は、火種として連通孔３ｆを介して主燃焼室３ｃ内に流入し、主燃焼室３ｃ内の混合気を燃焼させる。

このエンジン３の場合、通常運転の実行中、高負荷域又は極低負荷域では、気筒３ａ内の混合気全体の空燃比が理論空燃比になるように制御され、ストイキ運転されるとともに、それ以外の負荷域では、気筒３ａ内の混合気全体の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値になるように制御され、リーンバーン運転される。また、後述する触媒再生運転の実行中は、気筒３ａ内の混合気全体の空燃比が理論空燃比よりもリッチな値に制御される。この場合、気筒３ａ内の混合気全体の空燃比とは、気筒３ａ内における総吸入空気量と、主燃料噴射弁１０による燃料噴射量及び副燃料噴射弁１１による燃料噴射量の総和との比を意味する。

一方、排気通路５には、触媒装置１３（排気浄化触媒）が設けられている。この触媒装置１３は、ＮＯｘ浄化触媒と三元触媒を組み合わせたものであり、ＮＯｘ浄化触媒は、排ガス中のＮＯｘを酸化雰囲気下で捕捉するとともに、捕捉したＮＯｘを還元雰囲気下で還元する。また、三元触媒は、ストイキ雰囲気下において、排ガス中のＨＣ及びＣＯなどを酸化しかつＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。なお、エンジン３の通常運転中、触媒装置１３に流れ込む排ガスの空燃比は、触媒装置１３で良好な排気浄化性能を確保できるように、排気浄化域内の値に制御される。

また、ＥＣＵ２には、クランク角センサ２０、エアフローセンサ２１、過給圧センサ２２、ＥＧＲ弁開度センサ２３及びアクセル開度センサ２４が電気的に接続されている。

このクランク角センサ２０は、マグネットロータ及びＭＲＥピックアップで構成されており、図示しないクランクシャフトの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば３０゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。

また、エアフローセンサ２１は、熱線式エアフローメータで構成されており、コンプレッサ６ａよりも上流側の吸気通路４内を流れる空気の流量（以下「空気流量」という）ＧＡＩＲを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、過給圧センサ２２は、半導体圧力センサなどで構成され、過給圧ＰＢを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この過給圧ＰＢは、ターボチャージャ６により加圧された吸気通路４内の圧力（絶対圧）である。

さらに、ＥＧＲ弁開度センサ２３は、ＥＧＲ弁８ｂの開度（以下「ＥＧＲ弁開度」という）φＥＧＲを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、アクセル開度センサ２４は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２４の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判定し、その運転状態に応じて、以下に述べるように、各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、過渡運転状態判定手段及び空燃比制御手段に相当する。

次に、図４を参照しながら、運転状態判定処理について説明する。この運転状態判定処理は、エンジン３の通常運転／触媒再生運転の切換判定やエンジン３の通常運転中の定常運転状態／過渡運転状態を判定するものであり、ＥＣＵ２によって所定の制御周期ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。なお、以下の説明において算出される各種の値は、ＥＣＵ２のＲＡＭ内に記憶されるものとする。

同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、触媒再生運転判定処理を実行する。この判定処理は、触媒装置１３のＮＯｘ捕捉能力を回復するために、触媒再生運転を実行すべきか否かを判定するものであり、以下に述べるように実行される。

まず、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＮＯｘを算出する。このＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＮＯｘは、エンジン３の通常運転中（特にリーンバーン運転中）に触媒装置１３に捕捉されたと推定されるＮＯｘの積算量である。具体的には、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＮＯｘは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＱに応じて図示しないマップを検索することにより、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングの間に捕捉したと推定されるＮＯｘ量の今回値を算出し、これを前回までのＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＮＯｘに加算することによって算出される。この要求トルクＴＲＱは、運転者によってエンジン３に要求されているトルクであり、後述する燃焼制御処理において算出される。また、このＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＮＯｘは、後述する触媒再生運転の実行後に値０にリセットされる。

次いで、このＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＮＯｘを所定値Ｓｒｅｆと比較し、Ｓ＿ＮＯｘ＞Ｓｒｅが成立しているときには、触媒装置１３のＮＯｘ捕捉能力を回復するために、触媒再生運転を実行すべきであると判定して、それを表すために、触媒再生運転条件フラグＦ＿ＣＡＴ＿ＲＥを「１」に設定する。この場合、触媒再生運転条件フラグＦ＿ＣＡＴ＿ＲＥが一旦、「１」に設定されると、後述する触媒再生運転が所定時間、実行されるまでの間は、触媒再生運転条件フラグＦ＿ＣＡＴ＿ＲＥは「１」に保持される。

一方、Ｓ＿ＮＯｘ≦Ｓｒｅｆが成立しているときや、後述する触媒再生運転が所定時間、実行されたタイミングでは、触媒再生運転条件フラグＦ＿ＣＡＴ＿ＲＥが「０」に設定される。

以上のように、ステップ１で、触媒再生運転判定処理を実行した後、ステップ２に進み、触媒再生運転条件フラグＦ＿ＣＡＴ＿ＲＥが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ２の判別結果がＮＯのとき、すなわちＦ＿ＣＡＴ＿ＲＥ＝０でエンジン３が通常運転中であるときには、ステップ３に進み、下式（１）により、要求トルク偏差ＤＴＲＱを算出する。
ＤＴＲＱ＝｜ＴＲＱ−ＴＲＱｚ｜ ……（１）

この式（１）において、ＴＲＱｚは要求トルクの前回値（ＲＡＭ内の前回算出値）を表している。

次いで、ステップ４に進み、要求トルク偏差ＤＴＲＱが所定値Ｄｒｅｆ１よりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、要求トルクＴＲＱの変動度合いが大きいときには、エンジン３が過渡運転状態にあると判定して、それを表すために、ステップ１２に進み、過渡運転フラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ４の判別結果がＮＯで、ＤＴＲＱ≦Ｄｒｅｆ１のときには、ステップ５に進み、下式（２）により、吸入空気量偏差ＤＧＣＹＬを算出する。
ＤＧＣＹＬ＝｜ＧＣＹＬｃｍｄ−ＧＣＹＬ｜ ……（２）

この式（２）において、ＧＣＹＬｃｍｄは目標吸入空気量を、ＧＣＹＬは吸入空気量をそれぞれ表している。この吸入空気量ＧＣＹＬは、気筒３ａ内に吸入された空気量の推定値であり、空気流量ＧＡＩＲ、エンジン回転数ＮＥ、過給圧ＰＢ及びＥＧＲ弁８ｂの開度などの運転パラメータに基づいて、所定の算出手法により算出される。また、目標吸入空気量ＧＣＹＬｃｍｄは、後述するように、吸気制御処理において算出される。

次に、ステップ６で、吸入空気量偏差ＤＧＣＹＬが所定値Ｄｒｅｆ２よりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、吸入空気量ＧＣＹＬと目標吸入空気量ＧＣＹＬｃｍｄとの間の離間度合いが大きいときには、エンジン３が過渡運転状態にあると判定して、前述したように、ステップ１２で、過渡運転フラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ６の判別結果がＮＯで、ＤＧＣＹＬ≦Ｄｒｅｆ２のときには、ステップ７に進み、下式（３）により、ＥＧＲ率偏差ＤγＥＧＲを算出する。
ＤγＥＧＲ＝｜γＥＧＲｄｍｄ−γＥＧＲ｜ ……（３）

この式（３）において、γＥＧＲｄｍｄは要求ＥＧＲ率を、γＥＧＲはＥＧＲ率をそれぞれ表している。このＥＧＲ率γＥＧＲは、気筒３ａ内における不活性ガス量の総ガス量に対する割合（％）であり、要求ＥＧＲ率γＥＧＲｄｍｄは、運転者によってエンジン３に要求されているＥＧＲ率である。これらの値γＥＧＲｄｍｄ，γＥＧＲは、後述する吸気制御処理において算出される。

次に、ステップ８で、ＥＧＲ率偏差ＤγＥＧＲが所定値Ｄｒｅｆ３よりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、要求ＥＧＲ率γＥＧＲｄｍｄとＥＧＲ率γＥＧＲとの間の離間度合いが大きいときには、エンジン３が過渡運転状態にあると判定して、前述したように、ステップ１２で、過渡運転フラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ８の判別結果がＮＯで、ＤγＥＧＲ≦Ｄｒｅｆ３のときには、ステップ９に進み、下式（４）により、過給圧偏差ＰＢｄｍｄを算出する。
ＤＰＢ＝｜ＰＢｄｍｄ−ＰＢ｜ ……（４）

この式（４）において、ＰＢｄｍｄは要求過給圧であり、運転者によってエンジン３に要求されている過給圧を表している。この要求過給圧ＰＢｄｍｄは、後述する吸気制御処理において算出される。

次に、ステップ１０で、過給圧偏差ＤＰＢが所定値Ｄｒｅｆ４よりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、要求過給圧ＰＢｄｍｄと過給圧ＰＢとの間の離間度合いが大きいときには、エンジン３が過渡運転状態にあると判定して、前述したように、ステップ１２で、過渡運転フラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１０の判別結果がＮＯで、ＤＰＢ≦Ｄｒｅｆ４のときには、エンジン３が定常運転状態にあると判定して、それを表すために、ステップ１１に進み、過渡運転フラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「０」に設定した後、本処理を終了する。

次に、図５を参照しながら、吸気制御処理について説明する。この制御処理は、ターボチャージャ６、スロットル弁機構７及びＥＧＲ装置８の動作状態を制御することによって、吸入空気量を制御するものであり、ＥＣＵ２によって前述した制御周期ΔＴで実行される。

同図に示すように、まず、ステップ２０で、前述した触媒再生運転条件フラグＦ＿ＣＡＴ＿ＲＥが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、エンジン３の通常運転を実行すべきであると判定して、ステップ２１に進み、通常運転用の過給制御処理を実行する。

この制御処理では、まず、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸入空気量ＧＣＹＬｃｍｄを算出する。次いで、この目標吸入空気量ＧＣＹＬｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求過給圧ＰＢｄｍｄを算出する。この場合、要求過給圧ＰＢｄｍｄは、エンジン３を通常運転するのに最適な値として算出される。

そして、過給圧ＰＢが要求過給圧ＰＢｄｍｄになるように、ウェイストゲート弁６ｃを駆動する。その結果、過給圧ＰＢが要求過給圧ＰＢｄｍｄになるように制御される。

次いで、ステップ２２に進み、通常運転用のＴＨ制御処理を実行する。この通常運転用のＴＨ制御処理では、まず、前述した目標吸入空気量ＧＣＹＬｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標開度を算出する。この場合、目標開度は、エンジン３を通常運転するのに最適な値として算出される。

そして、スロットル弁７ａの実際の開度が目標開度になるように、ＴＨアクチュエータ７ｂを駆動する。その結果、スロットル弁７ａの実際の開度が目標開度になるように制御される。

次に、ステップ２３で、通常運転用のＥＧＲ制御処理を実行する。この制御処理では、まず、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求ＥＧＲ率γＥＧＲｄｍｄを算出する。この場合、要求ＥＧＲ率γＥＧＲｄｍｄは、エンジン３を通常運転するのに最適な値として算出される。

また、ＥＧＲ弁８ｂの開度及び過給圧ＰＢなどの各種の運転パラメータに基づいて、所定の算出手法により、ＥＧＲ率γＥＧＲを算出する。そして、ＥＧＲ率γＥＧＲが要求ＥＧＲ率γＥＧＲｄｍｄになるように、ＥＧＲ弁８ｂを駆動する。その結果、ＥＧＲ率γＥＧＲが要求ＥＧＲ率γＥＧＲｄｍｄになるように制御される。

ステップ２３で、以上のように通常運転用のＥＧＲ制御処理を実行した後、本処理を終了する。

一方、前述したステップ２０の判別結果がＹＥＳのときには、触媒装置１３のＮＯｘ捕捉能力を回復するために、エンジン３の触媒再生運転を実行すべきであると判定して、ステップ２４に進み、触媒再生運転用の過給制御処理を実行する。

この制御処理では、まず、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸入空気量ＧＣＹＬｃｍｄを算出する。次いで、この目標吸入空気量ＧＣＹＬｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求過給圧ＰＢｄｍｄを算出する。この場合、要求過給圧ＰＢｄｍｄは、エンジン３の触媒再生運転を実行するのに最適な値として算出される。

そして、過給圧ＰＢが要求過給圧ＰＢｄｍｄになるように、ウェイストゲート弁６ｃを駆動する。その結果、過給圧ＰＢが要求過給圧ＰＢｄｍｄになるように制御される。

次いで、ステップ２５に進み、触媒再生運転用のＴＨ制御処理を実行する。この触媒再生運転用のＴＨ制御処理では、まず、前述した目標吸入空気量ＧＣＹＬｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標開度を算出する。この場合、目標開度は、エンジン３の触媒再生運転を実行するのに最適な値として算出される。

そして、スロットル弁７ａの実際の開度が目標開度になるように、ＴＨアクチュエータ７ｂを駆動する。その結果、スロットル弁７ａの実際の開度が目標開度になるように制御される。

次に、ステップ２６で、触媒再生運転用のＥＧＲ制御処理を実行する。この制御処理では、まず、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求ＥＧＲ率γＥＧＲｄｍｄを算出する。この場合、要求ＥＧＲ率γＥＧＲｄｍｄは、エンジン３の触媒再生運転を実行するのに最適な値として算出される。

また、ＥＧＲ弁８ｂの開度及び過給圧ＰＢなどの各種の運転パラメータに基づいて、所定の算出手法により、ＥＧＲ率γＥＧＲを算出する。そして、ＥＧＲ率γＥＧＲが要求ＥＧＲ率γＥＧＲｄｍｄになるように、ＥＧＲ弁８ｂを駆動する。その結果、ＥＧＲ率γＥＧＲが要求ＥＧＲ率γＥＧＲｄｍｄになるように制御される。

ステップ２６で、以上のように触媒再生運転用のＥＧＲ制御処理を実行した後、本処理を終了する。

次に、図６を参照しながら、燃焼制御処理について説明する。この燃焼制御処理は、主燃料噴射弁１０、副燃料噴射弁１１及び点火プラグ１２の動作を制御することによって、エンジン３の混合気の燃焼状態を制御するものであり、ＥＣＵ２によって、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して実行される。

なお、以下の説明では、主燃料噴射弁１０による燃料の噴射量及び噴射時期を「主噴射量ＱＩＮＪ１」及び「主噴射時期φＩＮＪ１」といい、副燃料噴射弁１１による燃料の噴射量及び噴射時期を「副噴射量ＱＩＮＪ２」及び「副噴射時期φＩＮＪ２」という。

同図に示すように、まず、ステップ３０で、要求トルクＴＲＱを算出する。この要求トルクＴＲＱは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。

次いで、ステップ３１に進み、前述した触媒再生運転条件フラグＦ＿ＣＡＴ＿ＲＥが「０」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、通常運転を継続すべきであると判定して、ステップ３２に進み、前述した過渡運転フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」であるか否かを判別する。

この判別結果がＹＥＳで、エンジン３が過渡運転状態にないとき、すなわち定常運転状態にあるときには、定常運転用の制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ３３に進み、定常運転用の燃料噴射制御処理を実行する。

この定常運転用の燃料噴射制御処理では、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、主噴射量ＱＩＮＪ１を算出し、これとエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、主噴射時期φＩＮＪ１を算出する。

さらに、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、副噴射量ＱＩＮＪ２を算出し、これとエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、副噴射時期φＩＮＪ２を算出する。そして、これらの算出値ＱＩＮＪ１，φＩＮＪ１，ＱＩＮＪ２，φＩＮＪ２に基づいて、両燃料噴射弁１０，１１による燃料噴射が実行される。その結果、定常運転用の制御処理の実行中は、気筒３ａ内の混合気全体の空燃比は、理論空燃比よりもリーン側の値又は理論空燃比に制御される。

次いで、ステップ３４に進み、定常運転用の点火時期制御処理を実行する。この制御処理では、点火プラグ１２によって、副燃焼室３ｄ内の混合気が燃焼するのに最適な点火時期で点火される。以上のように、ステップ３４で、定常運転用の点火時期制御処理を実行した後、本処理を終了する。

一方、前述したステップ３２の判別結果がＮＯで、エンジン３が過渡運転状態にあるときには、過渡運転用の制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ３５に進み、過渡運転用の燃料噴射制御処理を実行する。

この過渡運転用の燃料噴射制御処理は、具体的には、図７に示すように実行される。まず、ステップ５０で、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、基本主噴射量ＱＩＮＪ１＿ｂを算出する。この場合、基本主噴射量ＱＩＮＪ１＿ｂは、前述した定常運転用の燃料噴射制御処理で主噴射量ＱＩＮＪ１の算出に用いたものと同じマップを用いて算出される。

次いで、ステップ５１に進み、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、基本副噴射量ＱＩＮＪ２＿ｂを算出する。この場合、基本副噴射量ＱＩＮＪ２＿ｂは、前述した定常運転用の燃料噴射制御処理で副噴射量ＱＩＮＪ２の算出に用いたものと同じマップを用いて算出される。

次に、ステップ５２で、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、副噴射増量分ＤＱＩＮＪ２を算出する。

ステップ５２に続くステップ５３で、下式（５）により、副噴射量ＱＩＮＪ２を算出する。
ＱＩＮＪ２＝ＱＩＮＪ２＿ｂ＋ＤＱＩＮＪ２ ……（５）

次いで、ステップ５４に進み、以上のように算出した基本主噴射量ＱＩＮＪ１＿ｂ、副噴射量ＱＩＮＪ２及び前述した吸入空気量ＧＣＹＬに基づいて、推定空燃比ＡＦｅｓｔを算出する。この推定空燃比ＡＦｅｓｔは、主燃料噴射弁１０によって基本主噴射量ＱＩＮＪ１＿ｂ分の燃料を、副燃料噴射弁１１によって副噴射量ＱＩＮＪ２分の燃料をそれぞれ噴射したときの排ガスの空燃比の推定値に相当する。

次に、ステップ５５で、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標空燃比ＡＦｃｍｄを算出する。この目標空燃比ＡＦｃｍｄは、排ガスの空燃比の目標値であり、エンジン３の通常運転中に触媒装置１３において最良の排気浄化性能が得られるような排気浄化域内の値に設定されている。

ステップ５５に続くステップ５６で、下式（６）により、空燃比偏差ＤＡＦを算出する。
ＤＡＦ＝ＡＦｃｍｄ−ＡＦｅｓｔ ……（６）

次いで、ステップ５７に進み、空燃比偏差ＤＡＦ、副噴射量ＱＩＮＪ２及び吸入空気量ＧＣＹＬに基づいて、主噴射減量分ＤＱＩＮＪ１を算出する。

次に、ステップ５８で、下式（７）により、主噴射量ＱＩＮＪ１を算出する。
ＱＩＮＪ１＝ＱＩＮＪ１＿ｂ−ＤＱＩＮＪ１ ……（７）

以上のように、４つの値ＱＩＮＪ１，φＩＮＪ１，ＱＩＮＪ２，φＩＮＪ２が算出されると、これらの算出値に基づいて、両燃料噴射弁１０，１１による燃料噴射が実行される。その結果、副噴射量ＱＩＮＪ２は、エンジン３の過渡運転に適した値となるように、定常運転用の値よりも、副噴射増量分ＤＱＩＮＪ２だけ増大される。これは以下の理由による。

すなわち、図８（ａ）に示すように、副燃焼室３ｄ内の混合気が燃焼する際、副噴射増量分ＤＱＩＮＪ２が大きくなるほど、副燃焼室３ｄから連通孔３ｆを介して主燃焼室３ｃに噴射される混合気の噴流強さがより強くなり、それに起因して、図８（ｂ）に示すように、副噴射増量分ＤＱＩＮＪ２が大きくなるほど、燃焼安定性がより向上する。したがって、エンジン３の過渡運転中の燃焼安定性を確保するために、副噴射量ＱＩＮＪ２は定常運転用の値と比べて、副噴射増量分ＤＱＩＮＪ２だけ増大され、それにより、副燃焼室３ｄ内の混合気は、定常運転中よりもリッチ側に制御される。

また、副噴射量ＱＩＮＪ２の増大に伴って、主噴射量ＱＩＮＪ１は、定常運転用の値と比べて、主噴射減量分ＤＱＩＮＪ１だけ減少され、主燃焼室３ｃ内の混合気は、定常運転中よりもリーン側に制御される。その結果、気筒３ａ内の混合気全体の空燃比は、通常の定常運転中と同じ値（すなわち目標空燃比ＡＦｃｍｄ）に維持される。

図６に戻り、ステップ３５で、過渡運転用の燃料噴射制御処理を以上のように実行した後、ステップ３６に進み、過渡運転用の点火時期制御処理を実行する。この制御処理では、点火プラグ１２によって、副燃焼室３ｄ内の混合気が燃焼するのに最適な点火時期で点火される。以上のように、ステップ３６で、過渡運転用の点火時期制御処理を実行した後、本処理を終了する。

一方、前述したステップ３１の判別結果がＮＯで、触媒再生運転条件フラグＦ＿ＣＡＴ＿ＲＥ＝１のときには、触媒再生運転用の制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ３７に進み、触媒再生運転用の燃料噴射制御処理を実行する。この制御処理では、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、主噴射量ＱＩＮＪ１を算出し、これとエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、主噴射時期φＩＮＪ１を算出する。

さらに、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、副噴射量ＱＩＮＪ２を算出し、これとエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、副噴射時期φＩＮＪ２を算出する。そして、これらの算出値ＱＩＮＪ１，φＩＮＪ１，ＱＩＮＪ２，φＩＮＪ２に基づいて、両燃料噴射弁１０，１１による燃料噴射が実行される。

この場合、主噴射量ＱＩＮＪ１及び副噴射量ＱＩＮＪ２は、定常運転用の値よりも大きい値に設定される。それにより、触媒再生運転用の燃料噴射制御処理の実行中、副燃焼室３ｄ及び主燃焼室３ｃ内の空燃比は、通常運転中よりもリッチな値に制御されるとともに、気筒３ａ内の混合気全体の空燃比は、ＮＯｘが触媒装置１３で還元されるように理論空燃比よりもリッチな値に制御される。

次いで、ステップ３８に進み、触媒再生運転用の点火時期制御処理を実行する。この制御処理では、点火プラグ１２によって、副燃焼室３ｄ内の混合気が燃焼するのに最適な点火時期で点火される。以上のように、ステップ３８で、触媒再生運転用の点火時期制御処理を実行した後、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、エンジン３が過渡運転状態にあるときには、過渡運転用の燃料噴射制御処理が実行される。その際、副噴射量ＱＩＮＪ２は、定常運転用の値よりも、副噴射増量分ＤＱＩＮＪ２だけ増大されることで、副燃焼室３ｄ内の空燃比が定常運転状態のときよりもリッチ側に制御される。これと同時に、主噴射量ＱＩＮＪ１は、定常運転用の値と比べて、主噴射減量分ＤＱＩＮＪ１だけ減少されることで、主燃焼室３ｃ内の混合気は、定常運転状態のときよりもリーン側に制御される。

それにより、排ガスの空燃比を通常の定常運転中と同じ値（すなわち目標空燃比ＡＦｃｍｄ）に維持しながら、気筒３ａ内の混合気の燃焼安定性を確保することができる。その結果、エンジン３が過渡運転状態にあるときでも、触媒装置１３に流入する排ガスの空燃比を定常運転中と同様に排気浄化域の値に維持することができ、良好な排気浄化性能を確保することができる。

なお、実施形態は、本発明の制御装置１を車両用の内燃機関に適用した例であるが、本発明の制御装置は、これに限らず、船舶用の内燃機関や他の産業機器用の内燃機関にも適用可能である。

また、実施形態は、内燃機関として、ガソリンを燃料とするものを用いた例であるが、本発明の内燃機関はこれに限らず、軽油や天然ガスなどを燃料とする内燃機関を用いてもよい。

さらに、実施形態は、内燃機関として、通常時はリーンバーン運転又はストイキ運転されるものを用いた例であるが、本発明の内燃機関はこれに限らず、主燃焼室内の混合気の空燃比及び当該副燃焼室内の混合気の空燃比を互いに独立して変更可能に構成されたものであればよい。例えば、内燃機関として、通常時はストイキ運転のみが実行されるものを用いてもよい。

一方、実施形態は、排気浄化触媒として、触媒装置１３を用いた例であるが、本発明の排気浄化触媒はこれに限らず、排ガスを浄化できるものであればよい。例えば、通常時にストイキ運転のみが実行される内燃機関の場合には、排気浄化触媒として三元触媒を用いてもよい。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（過渡運転状態判定手段、空燃比制御手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
３ｃ 主燃焼室
３ｄ 副燃焼室
５ 排気通路
１３ 触媒装置（排気浄化触媒）

Claims (1)

1. 互いに連通する主燃焼室及び副燃焼室が気筒ごとに設けられ、前記主燃焼室に燃料を供給するための主燃料噴射弁と、前記副燃焼室に燃料を供給するための副燃料噴射弁とを備え、前記主燃料噴射弁の燃料噴射量及び前記副燃料噴射弁の燃料噴射量をそれぞれ制御することによって、当該主燃焼室内の混合気の空燃比及び当該副燃焼室内の混合気の空燃比をそれぞれ変更可能に構成されるとともに、排気浄化触媒が排気通路に設けられた内燃機関の制御装置であって、
   当該内燃機関が過渡運転状態にあるか否かを判定する過渡運転状態判定手段と、
   当該過渡運転状態判定手段の判定結果に基づき、前記内燃機関が前記過渡運転状態にあるときに、前記内燃機関が前記過渡運転状態にないときよりも、前記副燃料噴射弁の燃料噴射量を増量することによって、前記副燃焼室内の混合気の空燃比をリッチ側に制御する空燃比制御手段と、を備え、
   前記空燃比制御手段は、前記内燃機関が前記過渡運転状態にあるときに、前記主燃焼室内及び前記副燃焼室内における混合気全体の空燃比を前記内燃機関が前記過渡運転状態にないときと同じ値に維持するように、前記主燃料噴射弁の燃料噴射量を減量することによって、前記主燃焼室の混合気の空燃比をリーン側に制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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