JP6942063B2 - 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、所定の空燃比で運転する第１燃焼モードと、所定の空燃比よりも希薄側の空燃比で運転する第２燃焼モードと、を備えた内燃機関が開示されている。

特許文献１においては、第２燃焼モードのとき点火プラグの放電エネルギーを第１燃焼モードのときよりも増大させている。

また、この特許文献１においては、第２燃焼モードから第１燃焼モードへ切り替わるとき、第１燃焼モードから第２燃焼モードへ切り替わるときよりも、燃焼モードの切り替わるタイミングに対して点火プラグの放電エネルギーを切り替えるタイミングをディレイさせている。

このような特許文献１は、点火コイルの通電時間にディレイを持たせることのみで燃焼モードの切り替え時のロバスト性を向上させ、燃焼安定性を確保している。

特開２００１−１３２５９９

しかしながら、燃焼は、燃料の混合気の状態にも影響を受ける。例えば、運転状態が低回転高負荷等の場合、機関回転数が低いことにより混合気の均一度が低く、かつ過給されていれば吸入空気量が多くなるので実圧縮比が高くなる。そのため、高負荷側では、点火しても混合気が着火しにくい状況となる。

つまり、空燃比が切り替えられる燃焼モードの切り替え時の制御には、燃焼安定性を向上させる上で、更なる改善の余地がある。

本発明の内燃機関は、所定の空燃比で運転する第１運転領域では、第１噴射モードで筒内に直接燃料を噴射するとともに、第１点火モードで筒内の混合気に点火し、上記所定の空燃比よりも希薄な空燃比で運転する第２運転領域では、上記第１噴射モードより混合気の均一度が高くなる第２噴射モードで筒内に直接燃料を噴射するとともに、上記第１点火モードよりも点火エネルギーが強化された第２点火モードで筒内の混合気を点火する。そして、上記第１運転領域から上記第２運転領域に運転状態が切り替わる際には、第１噴射モードを第２噴射モードに切り替え、かつ第１点火モードを第２点火モードに切り替えてから第１所定時間が経過した後に空燃比を上記希薄な空燃比へと切り替える。

本発明によれば、運転状態が切り替わる際に、確実に着火させることが可能となる。そのため、失火することなく機能信頼性を確保でき、排気性能及び燃費性能の改善を図ることができる。

本発明に係る内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図。 空燃比の算出に使用するマップの概略を示す説明図。 内燃機関のトルク変動を模式的に示した説明図。 空燃比の切り替えを説明するタイミングチャート。 本発明に係る内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関１の概略構成を模式的に示した説明図である。

内燃機関１は、複リンク式のピストンクランク機構を利用した可変圧縮比機構２を備えた４ストロークサイクルの火花点火式機関であって、駆動源として自動車等の車両に搭載されるものである。

可変圧縮比機構２は、例えば特開２００４−１１６４３４号公報等に記載された公知の複リンク式ピストンクランク機構を利用したものである。

内燃機関１は、駆動源として自動車等の車両に搭載されるものであって、吸気通路３と排気通路４とを有している。吸気通路３は、吸気弁５を介して燃焼室６に接続されている。排気通路４は、排気弁７を介して燃焼室６に接続されている。

また、内燃機関１は、燃焼室６内に燃料を直接噴射する第１燃料噴射弁８と、吸気弁５上流側の吸気通路３内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁９と、を有している。

第１燃料噴射弁８は、１燃焼サイクル中に複数回の燃料噴射を行う多段噴射が実施可能なものである。

第２燃料噴射弁９は、本実施例では、例えば、後述する第１運転領域Ａの中でも高回転高負荷の限られた運転領域において補助的に燃料を噴射するものである。

第１燃料噴射弁８及び第２燃料噴射弁９から噴射された燃料は、燃焼室６内で点火プラグ１０により点火される。

また、内燃機関１は、駆動ユニットとしてのモータ１１から駆動力の付与が可能な構成となっている。このモータ１１は、モータ用バッテリ１２の電力で駆動可能なものであり、発電が可能なものである。

内燃機関１に接続された吸気通路３には、吸気中の異物を捕集するエアクリーナ１３と、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４と、電動の第１スロットル弁１５と、第１スロットル弁１５の上流側に位置する電動の第２スロットル弁１６と、が設けられている。

エアフローメータ１４は、第２スロットル弁１６の上流側に配置されている。エアフローメータ１４は、温度センサを内蔵したものであって、吸気導入口の吸気温度を検出可能となっている。

エアクリーナ１３は、エアフローメータ１４の上流側に配置されている。

第１スロットル弁１５は、負荷に応じて内燃機関１の吸入空気量を制御する。第２スロットル弁１６は、後述するコンプレッサ２２の上流側における吸気圧力を制御する。

内燃機関１に接続された排気通路４には、三元触媒等の上流側排気触媒１７と、三元触媒等の下流側排気触媒１８と、三元触媒等の床下触媒１９と、排気音を低減する消音用のマフラー２０と、が設けられている。

下流側排気触媒１８は、上流側排気触媒１７の下流側となり、床下触媒１９よりも上流側となる位置に配置されている。床下触媒１９は、下流側排気触媒１８の下流側に配置されている。マフラー２０は、床下触媒１９の下流側に配置されている。

また、この内燃機関１は、ターボ過給機２１を有している。

ターボ過給機２１は、吸気通路３に設けられたコンプレッサ２２と、排気通路４に設けられたタービン２３と、を有している。コンプレッサ２２とタービン２３は、同軸上に配置され、一体となって回転する。コンプレッサ２２は、第１スロットル弁１５の上流側となり、第２スロットル弁１６よりも下流側となる位置に配置されている。タービン２３は、上流側排気触媒１７よりも上流側に配置されている。

吸気通路３には、第１スロットル弁１５の下流側に、コンプレッサ２２により圧縮（加圧）された吸気を冷却し、充填効率を良くするインタクーラ２４が設けられている。

インタクーラ２４は、インタクーラ用のラジエータ（インタクーラ用ラジエータ）２５及び電動ポンプ２６とともにインタクーラ用冷却経路（サブ冷却経路）２７に配置されている。インタクーラ２４には、ラジエータ２５によって冷却された冷媒（冷却水）が供給可能となっている。

インタクーラ用冷却経路２７は、経路内を冷媒が循環可能となるように構成されている。インタクーラ用冷却経路２７は、内燃機関１のシリンダブロック２８を冷却する冷却水が循環する図示しないメイン冷却経路とは独立した冷却経路である。

ラジエータ２５は、インタクーラ用冷却経路２７内の冷媒を外気との熱交換で冷却する。

電動ポンプ２６は、駆動することによってラジエータ２５とインタクーラ２４との間で冷媒を矢印Ａ方向に循環させるものである。

排気通路４には、タービン２３を迂回してタービン２３の上流側と下流側とを接続する排気バイパス通路３１が接続されている。排気バイパス通路３１の下流側端は、上流側排気触媒１７よりも上流側の位置で排気通路４に接続されている。排気バイパス通路３１には、排気バイパス通路３１内の排気流量を制御する電動のウエストゲート弁３２が配置されている。

また、内燃機関１は、排気通路４から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路３へ導入（還流）する排気還流（ＥＧＲ）が実施可能なものであって、排気通路４から分岐して吸気通路３に接続されたＥＧＲ通路３３を有している。ＥＧＲ通路３３は、その一端が下流側排気触媒１８と床下触媒１９との間の位置で排気通路４に接続され、その他端が第２スロットル弁１６の下流側となりコンプレッサ２２の上流側となる位置で吸気通路３に接続されている。このＥＧＲ通路３３には、ＥＧＲ通路３３内のＥＧＲガス流量を調整（制御）する電動のＥＧＲ弁３４と、ＥＧＲガスを冷却可能なＥＧＲクーラ３５と、が設けられている。

内燃機関１は、排気弁７の動弁機構として、排気弁７のバルブタイミング（開閉時期）を変更可能な排気側可変動弁機構３９を有している。

なお、吸気弁側の動弁機構は、一般的な直動式の動弁機構であり、吸気弁５のリフト作動角やリフト中心角の位相は、常に一定である。

排気側可変動弁機構３９は、例えば油圧駆動されるものであって、制御部としてのコントロールユニット４０からの制御信号によって制御される。つまり、コントロールユニット４０は、排気側可変動弁機構３９を制御する排気側可変動弁機構制御部に相当するものである。そして、コントロールユニット４０によって、排気弁７のバルブタイミングを可変制御することが可能となっている。

排気側可変動弁機構３９は、排気弁７の開時期及び閉時期を個々に独立して変更できる形式のものでも、開時期及び閉時期が同時に遅進する形式のものでもよい。本実施例では、排気側カムシャフト４２のクランクシャフト４３に対する位相を遅進させる後者の形式のものが用いられている。また、排気側可変動弁機構３９は、油圧駆動されるものに限定されるものではなく、モータ等による電動駆動のものであってもよい。

排気弁７のバルブタイミングは、排気側カムシャフトポジションセンサ４５によって検出される。排気側カムシャフトポジションセンサ４５は、排気側カムシャフト４２のクランクシャフト４３に対する位相を検出するものである。

ここで、コントロールユニット４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。

コントロールユニット４０には、上述したエアフローメータ１４、排気側カムシャフトポジションセンサ４５の検出信号（検出値）のほか、クランクシャフト４３のクランク角度と共に機関回転数を検出可能なクランク角センサ４６、内燃機関１の要求負荷状態を表すアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度ＡＰＯ）を検出するアクセル開度センサ４７、冷却水温度を検出する水温センサ４８、エンジンオイルの油温を検出する油温センサ４９、吸気の湿度を検出する湿度センサ５０等のセンサ類の検出信号（検出値）が入力されている。

水温センサ４８は、シリンダブロック２８内のウォータジャケット６１を流れる冷却水温度を検出可能なものである。

コントロールユニット４０は、アクセル開度センサ４７の検出値を用いて、内燃機関１の要求負荷（エンジン負荷）を算出する。

また、コントロールユニット４０は、点火プラグ１０に電力を供給する車載のバッテリ６２の充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出可能となっている。つまり、コントロールユニット４０はバッテリＳＯＣ検出部に相当する。

そして、コントロールユニット４０は、各種センサ類の検出信号に基づいて、第１燃料噴射弁８、第２燃料噴射弁９による燃料噴射量及び燃料噴射時期、点火プラグ１０による点火時期、点火プラグ１０の点火エネルギー、排気弁７のバルブタイミング、第１スロットル弁１５の開度、第２スロットル弁１６の開度、ウエストゲート弁３２の開度、ＥＧＲ弁３４の開度、可変圧縮比機構２による内燃機関１の機械的圧縮比等を最適に制御している。

また、コントロールユニット４０は、運転状態に応じて、内燃機関１の空燃比を制御している。詳述すると、図２に示すように、所定の第１運転領域Ａでは空燃比が理論空燃比となるように制御し、低回転低負荷側の所定の第２運転領域Ｂでは、第１運転領域Ａよりも希薄な空燃比となるよう制御する。

換言すると、内燃機関１の運転状態が低回転低負荷側の第２運転領域Ｂ以外の領域（第１運転領域）では、空気過剰率λがλ＝１となるように目標空燃比を設定する。また、内燃機関１の運転状態が第２運転領域Ｂでは、空気過剰率λが例えばλ＝２程度となるように目標空燃比を設定する。

図２は、コントロールユニット４０に記憶された空燃比マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じて空燃比が割り付けられている。

このような空燃比制御を行う内燃機関１は、空燃比が希薄となるような運転領域において燃焼のロバスト性が弱く、環境変化、部品ばらつき、気筒間のばらつき等を考慮すると過渡時に厳密な燃焼制御が必要となる。

例えば、上述した特許文献１のように、空燃比の切り替え時に、点火プラグの点火エネルギーの切り替えにディレイを持たせて燃焼安定を図るような場合、運転状態が低回転高負荷であれば、機関回転数が低いことにより混合気の均一度が低くなる。さらに、過給されていれば、吸入空気量が多くなるので実圧縮比が高くなる。そのため、高負荷側では、点火しても混合気が着火しにくい状況となる。つまり、点火プラグの点火エネルギーの切り替えにディレイを持たせるだけでは、機関回転数と負荷により燃焼のロバスト性が制限を受けることになり、燃焼安定性を向上させる上で、更なる改善の余地がある。

また、上述した特許文献１のように、空燃比を切り替えるタイミングを基準にして放電エネルギーの切り替えを行う場合、空燃比を切り替える前に、空燃比を切り替えられる（移行できる）燃焼状態になっていないと、空燃比を切り替えた際に燃焼不安定となり、場合によっては失火する虞がある。

従って、点火エネルギーの切り替えのみで切り替え時の燃焼安定性を確保しようとすると、機関回転数や負荷といった運転状態による制約を受けることになり、結果的に、希薄燃焼で得られる燃費の低減効果を十分に得られない虞がある。

さらに、例えば、急激な吸気温度の低下や湿度の上昇等により、同じ機関回転数及び負荷にも関わらず希薄燃焼の許可条件が不成立（不許可）となり、空燃比が変更される場合、燃費が最適となるバルブタイミングによっては残ガス過多により失火する虞がある。

そこで、本実施例は、ストイキよりもリーンとなる空燃比で燃焼（希薄燃焼）を行う内燃機関１において、過渡時の燃焼不安定を抑制して排気性能の悪化を抑制するとともに、希薄燃焼による燃費低減の信頼性向上を図る。

第１運転領域（ストイキ運転領域）Ａでは、所定の第１噴射モード（ストイキ用噴射モード）で第１燃料噴射弁８が筒内に直接燃料を噴射するとともに、所定の第１点火モード（ストイキ用点火モード）で点火プラグ１０が筒内の混合気に点火する。換言すると、コントロールユニット４０は、第１運転領域Ａでは、第１燃料噴射弁８の噴射モードを第１噴射モードにするとともに、点火プラグ１０の点火モードを第１点火モードにする。

第１噴射モードでは、１燃焼サイクル中に１回の燃料噴射を行う単段噴射を実施する。噴射時期としては、特許文献１のような吸入行程を例示できるが、これに限定されない。

排気弁７は、第１運転領域Ａにおいて、排気弁閉時期が例えば上死点後１０°ＣＡ程度となる第１バルブタイミング（ストイキ用バルブタイミング）に制御される。

第２運転領域（リーン運転領域）Ｂでは、第１噴射モードより混合気の均一度が高くなる所定の第２噴射モード（リーン用噴射モード）で第１燃料噴射弁８が筒内に直接燃料を噴射するとともに、第１点火モードよりも点火エネルギーが強化された所定の第２点火モード（リーン用点火モード）で点火プラグ１０が筒内の混合気を点火する。換言すると、コントロールユニット４０は、第２運転領域Ｂでは、第１燃料噴射弁８の噴射モードを第２噴射モードにするとともに、点火プラグ１０の点火モードを第２点火モードにする。

第２噴射モードでは、１燃焼サイクル中に複数回の燃料噴射を行う多段噴射を実施する。噴射時期としては、特許文献１のような圧縮行程もしくは吸入行程を例示できるが、これらに限定されない。

第２点火モードでは、点火プラグ１０に供給する電力が、第１点火モードのときよりも大きくなり、点火エネルギーが相対的に強化される。

排気弁７は、第２運転領域Ｂにおいて、内部ＥＧＲ（残留ガス）が少なくなるように、排気弁閉時期が上死点となる第２バルブタイミング（リーン用バルブタイミング）に制御される。

第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに運転状態が切り替わる場合には、第１噴射モードを第２噴射モードに切り替え、かつ第１点火モードを第２点火モードに切り替えてから第１所定時間Ｔ１が経過した後に空燃比を上記希薄な空燃比へと切り替える。

また、第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに運転状態が切り替わるタイミングで、排気弁７を第２バルブタイミングに切り替える。

さらに、内燃機関１に駆動力を付与可能なモータ１１がある場合には、第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに運転状態が切り替わる際に、このモータ１１の駆動によるトルクのアシスト（第１トルクアシスト）を実施してもよい。

また、内燃機関１により駆動中の補機がある場合には、第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに運転状態が切り替わる際に、内燃機関１によるこの補機の駆動を停止し、補機負荷を低減させる第１補機アシストを実施してもよい。駆動を停止する補機としては、例えばエアコン用コンプレッサ等がある。

第１トルクアシスト及び第１補機アシストは、例えば、第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに運転状態が切り替わるタイミングから空燃比の切り替えが終了するタイミングまで継続される。

第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに運転状態が切り替わる場合には、空燃比をストイキとなるように切り替えてから第２所定時間Ｔ２が経過した後に、第２噴射モードを第１噴射モードに切り替え、かつ第２点火モードを第１点火モードに切り替えるとともに、排気弁７を第１バルブタイミングに切り替える。

さらに、内燃機関１に駆動力を付与可能なモータ１１がある場合には、第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに運転状態が切り替わる際に、このモータ１１の駆動によるトルクのアシスト（第２トルクアシスト）を実施してもよい。

また、内燃機関１により駆動中の補機がある場合には、第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに運転状態が切り替わる際に、内燃機関１によるこの補機の駆動を停止し、補機負荷を低減させる第２補機アシストを実施してもよい。

第２トルクアシスト及び第２補機アシストは、例えば、第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに運転状態が切り替わるタイミングから第２所定時間Ｔ２が経過するまで継続される。

第１トルクアシスト、第２トルクアシスト、第１補機アシスト及び第２補機アシストは、内燃機関１のトルク変動の抑制に寄与するものであり、実施することで内燃機関１の燃焼安定性を向上させることができる。

なお、第１トルクアシスト及び第２トルクアシストを実施する場合には、図３に示すように、内燃機関１のトルク変動と逆位相となるようにモータ１１によるトルクアシストを行うことで、内燃機関１のトルク変動が一層抑制され、燃焼安定性を一層向上させることができる。

なお、図３中の実線は内燃機関１の燃焼トルク、図３中の細線はモータ１１のアシストトルクである。図３中の破線は、モータ１１によりトルクをアシストされた内燃機関１の燃焼トルクであり、図３中の実線と細線を合成したものである。

第１所定時間Ｔ１は、運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わったタイミングで算出する。この第１所定時間Ｔ１は、例えば、運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わったタイミングにおける機関回転数と負荷に応じて決定される。

第２所定時間Ｔ２は、運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったタイミングで算出する。この第２所定時間Ｔ２は、運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったタイミングで算出される噴射モードの切り替えディレイ時間Ｔ２ｉと、点火モードの切り替えディレイ時間Ｔ２ｅと、バルブタイミングの切り替えディレイ時間Ｔ２ｖと、のうちの最も大きな値である。各ディレイ時間Ｔ２ｉ、Ｔ２ｅ、Ｔ２ｖは、それぞれ例えば、運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったタイミングにおける機関回転数と負荷に応じて決定される。なお、ディレイ時間Ｔ２ｉ、Ｔ２ｅ、Ｔ２ｖは、運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったタイミングから空燃比がストイキに切り替わるまでの時間よりも長くなっている。

図４は、空燃比の切り替えを説明するタイミングチャートである。図４は、第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに運転状態が変化し、その後第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに運転状態が変化した場合を示している。

時刻ｔ１のタイミングで、内燃機関１の運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わっている。

空燃比の切り替え指令（空燃比モード指令）は、時刻ｔ１のタイミングでリーンからストイキへの切り替え指令を出している。そのため、内燃機関１の空燃比は、時刻ｔ１のタイミングで切り替えが開始される。時刻ｔ２は、時刻ｔ１のタイミングで切り替えが開始された空燃比の切り替えの終了したタイミングである。

第１燃料噴射弁８は、時刻ｔ１のタイミングから第２所定時間Ｔ２が経過した時刻ｔ３のタイミングで噴射モードが第２噴射モードから第１噴射モードに切り替えられる。

点火プラグ１０は、時刻ｔ１のタイミングから第２所定時間Ｔ２が経過した時刻ｔ３のタイミングで点火モードが第２点火モードから第１点火モードに切り替えられる。

このように、空燃比がリーンからストイキに切り替わる際には、空燃比がストイキに切り替わるまで、混合気の均一度が相対的に高くなる第２噴射モードを維持するとともに、点火エネルギーが強化された第２点火モードを維持する。

これによって、内燃機関１の運転状態が切り替わり、空燃比がリーンからストイキに切り替わる場面において、確実に着火させることが可能となる。そのため、空燃比をリーンからストイキに切り替える際に、失火することなく機能信頼性を確保でき、排気性能及び燃費性能の改善を図ることができる。

また、排気弁７は、時刻ｔ１のタイミングから第２所定時間Ｔ２が経過した時刻ｔ３のタイミングでバルブタイミングが第２バルブタイミングから第１バルブタイミングに切り替えられる。

このように、空燃比がリーンからストイキに切り替わる際には、空燃比がストイキに切り替わるまで、内部ＥＧＲ（残留ガス）が少ない第２バルブタイミングを維持する。

これによって、内燃機関１の運転状態が切り替わり、空燃比がリーンからストイキに切り替わる場面において、確実に着火させることが可能となる。そのため、空燃比をリーンからストイキに切り替える際に、失火することなく機能信頼性を確保でき、排気性能及び燃費性能の改善を図ることができる。

第２トルクアシストや第２補機アシストは、時刻ｔ１のタイミングから時刻ｔ３のタイミングまで実施する。図４中に実線で示す特性線Ｌ１は、モータ１１により内燃機関１に付加されるトルクの変化を示している。図４中に破線で示す特性線Ｌ２は、内燃機関１から取り除かれる補機負荷（補機駆動用トルク）の変化を示している。

時刻ｔ４のタイミングで、内燃機関１の運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わっている。

空燃比の切り替え指令（空燃比モード指令）は、時刻ｔ４から第１所定時間Ｔ１が経過した時刻ｔ５のタイミングでストイキからリーンへの切り替え指令を出している。そのため、内燃機関１の空燃比は、時刻ｔ５のタイミングで切り替えが開始される。時刻ｔ６は、時刻ｔ５のタイミングで切り替えが開始された空燃比の切り替えの終了したタイミングである。

第１燃料噴射弁８は、時刻ｔ４のタイミングで噴射モードが第１噴射モードから第２噴射モードに切り替えられる。

点火プラグ１０は、時刻ｔ４のタイミングで点火モードが第１点火モードから第２点火モードに切り替えられる。

このように、空燃比がストイキからリーンに切り替わる際には、空燃比の切り替えを開始する前に、噴射モードを混合気の均一度が相対的に高くなる第２噴射モードに切り替えるとともに、点火モードを点火エネルギーが強化された第２点火モードに切り替える。

これによって、内燃機関１の運転状態が切り替わり、空燃比がストイキからリーンに切り替わる場面において、確実に着火させることが可能となる。そのため、空燃比をストイキからリーンに切り替える際に、失火することなく機能信頼性を確保でき、排気性能及び燃費性能の改善を図ることができる。

また、排気弁７は、時刻ｔ４のタイミングでバルブタイミングが第１バルブタイミングから第２バルブタイミングに切り替えられる。

このように、空燃比がストイキからリーンに切り替わる際には、空燃比の切り替えを開始する前に、バルブタイミングを内部ＥＧＲ（残留ガス）が少ない第２バルブタイミングに切り替える。

これによって、内燃機関１の運転状態が切り替わり、空燃比がストイキからリーンに切り替わる場面において、確実に着火させることが可能となる。そのため、空燃比をストイキからリーンに切り替える際に、失火することなく機能信頼性を確保でき、排気性能及び燃費性能の改善を図ることができる。

第１トルクアシストや第１補機アシストは、時刻ｔ４のタイミングから空燃比の切り替えが終了する時刻ｔ６のタイミングまで実施する。

図５は、上述した内燃機関１の制御の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１では、希薄燃焼が実施可能であるか否かを判定する。例えば、吸気温度が所定温度以上、湿度が所定湿度以下、冷却水温度が所定温度以上、等であり、かつ可変動弁機構等のデバイスが正常に駆動できる状態であれば、希薄燃焼が実施可能な状態であると判定してＳ２へ進む。

ステップＳ１にて希薄燃焼が実施可能な状態ではないと判定されると、希薄燃焼を実施不可とし、今回のルーチンを終了する。ステップＳ１にて希薄燃焼が実施不可と判定されると、内燃機関１は、運転状態にかかわらず空燃比を理論空燃比とする運転を実施する。

ステップＳ２では、内燃機関１の運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わったか否かを判定する。ステップＳ２にて内燃機関１の運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わったと判定された場合には、ステップＳ３に進む。ステップＳ２にて内燃機関１の運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わっていないと判定された場合には、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ３では、運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わったタイミングで第１トルクアシストを開始する。

ステップＳ４では、運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わったタイミングで第１補機アシストを開始する。

ステップＳ５では、運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わったタイミングで噴射モード、点火モード及びバルブタイミングの変更を開始する。

ステップＳ６では、運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わったタイミングで第１所定時間Ｔ１を算出する。

ステップＳ７では、運転状態が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに切り替わってからステップＳ６で算出した第１所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定する。

ステップＳ７にて運転状態が切り替わってから第１所定時間Ｔ１が経過したと判定されるとステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、空燃比のストイキからリーンに切り替える。

ステップＳ９では、空燃比の切り替えが終了したタイミングで、第１トルクアシストを終了する。

ステップＳ１０では、空燃比の切り替えが終了したタイミングで、第１補機アシストを終了する。

ステップＳ１１では、内燃機関１の運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったか否かを判定する。ステップＳ１１にて内燃機関１の運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったと判定された場合には、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１１にて内燃機関１の運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わっていないと判定された場合には、内燃機関１の運転状態に変化はないとして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ１２では、運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったタイミングで空燃比の切り替えを開始する。

ステップＳ１３では、運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったタイミングで第２トルクアシストを開始する。

ステップＳ１４では、運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったタイミングで第２補機アシストを開始する。

ステップＳ１５では、運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったタイミングで、点火モードの切り替えディレイ時間Ｔ２ｅを算出する。

ステップＳ１６では、運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったタイミングで、噴射モードの切り替えディレイ時間Ｔ２ｉを算出する。

ステップＳ１７では、運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わったタイミングで、バルブタイミングの切り替えディレイ時間Ｔ２ｖを算出する。

ステップＳ１８では、点火モードの切り替えディレイ時間Ｔ２ｅ、噴射モードの切り替えディレイ時間Ｔ２ｉ及びバルブタイミングの切り替えディレイ時間Ｔ２ｖのうち最長のものを第２所定時間Ｔ２とする。

ステップＳ１９にて運転状態が切り替わってから第２所定時間Ｔ２が経過したと判定されるとステップＳ２０へ進む。

ステップＳ２０では、運転状態が切り替わってから第２所定時間Ｔ２が経過したタイミングで、第２トルクアシストを終了する。

ステップＳ２１では、運転状態が切り替わってから第２所定時間Ｔ２が経過したタイミングで、第２補機アシストを終了する。

ステップＳ２２は、運転状態が切り替わってから第２所定時間Ｔ２が経過したタイミングで噴射モード、点火モード及びバルブタイミングの変更を開始する。

なお、上述した実施例においては、排気弁７の動弁機構のみがバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構であったが、排気弁７に加え、吸気弁５の動弁機構もバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構となったものにも、本願発明は適用可能である。また、吸気弁５の動弁機構のみが可変動弁機構になったものにも適用可能である。

吸気弁５及び排気弁７の動弁機構が双方とも可変動弁機構である場合や吸気弁５の動弁機構のみが可変動弁機構の場合も、第１運転領域Ａのときよりも第２運転領域Ｂのときに内部ＥＧＲ（残留ガス）が少なくなるよう機関弁のバルブタイミングを制御するとともに、内燃機関１の運転状態が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに切り替わる際には、空燃比が切り替わるタイミングから第２所定時間Ｔ２が経過するまで内部ＥＧＲ（残留ガス）が少なくなるように上記機関弁のバルブタイミングをリーン用バルブタイミングに維持すればよい。

第２運転領域Ｂにおいて、多段噴射を行う際の演算負荷が大きい場合には、１燃焼サイクル中に１回の燃料噴射を行う単段噴射を実施するようにしてもよい。多段噴射を実施する場合、噴射回数、各回の噴射量、各回の噴射タイミング等を演算する必要がある。このとき、これらの演算を行うコントロールユニット４０の処理能力が演算負荷を許容できない虞がある場合には、多段噴射を中止し、点火エネルギーの強化により燃焼安定性を図るようにしてもよい。

また、点火プラグ１０に電力を供給するバッテリ６２のＳＯＣが所定値以下の場合には、第２運転領域Ｂにおいても空燃比をストイキとしてもよい。換言すれば、バッテリ６２のＳＯＣが所定値以下の場合には、希薄燃焼の実施が可能ではないと判定するようにしてもよい。

点火エネルギーの強化は、バッテリ６２のＳＯＣが十分確保されていないと実施できない。そこで、バッテリ６２のＳＯＣが所定値以下となり、点火エネルギーが強化された第２点火モードを実施できない虞がある状況では、空燃比を切り替える際の燃焼安定性が確保できない虞があるので、希薄燃焼を実施しないようにしてもよい。

これによって、空燃比の切り替えは、点火エネルギーが強化された第２点火モードが実施できる状態でのみ許可されることになる。そのため、空燃比が切り替わる際には、確実に点火エネルギーを強化することができる。

なお、上述した実施例は、内燃機関１の制御方法及び内燃機関１の制御装置に関するものである。

１…内燃機関
６…燃焼室
７…排気弁
８…第１燃料噴射弁
９…第２燃料噴射弁
１０…点火プラグ
１１…モータ
３９…排気側可変動弁機構
４０…コントロールユニット
５２…バッテリ

Claims (10)

1. 所定の空燃比で運転する第１運転領域では、所定の第１噴射モードで筒内に直接燃料を噴射するとともに、所定の第１点火モードで筒内の混合気に点火し、
   上記所定の空燃比よりも希薄な空燃比で運転する第２運転領域では、上記第１噴射モードより混合気の均一度が高くなる所定の第２噴射モードで筒内に直接燃料を噴射するとともに、上記第１点火モードよりも点火エネルギーが強化された所定の第２点火モードで筒内の混合気を点火し、
   上記第１運転領域から上記第２運転領域に運転状態が切り替わる際には、上記第１噴射モードを上記第２噴射モードに切り替え、かつ上記第１点火モードを上記第２点火モードに切り替えてから第１所定時間が経過した後に空燃比を上記希薄な空燃比へと切り替えることを特徴とする内燃機関の制御方法。
2. 上記第２運転領域から上記第１運転領域に運転状態が切り替わる際には、空燃比を上記所定の空燃比に切り替えてから第２所定時間が経過した後に上記第２噴射モードを上記第１噴射モードに切り替え、かつ上記第２点火モードを上記第１点火モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
3. 運転状態が切り替わる際には、上記第１運転領域における機関弁のバルブタイミングである第１バルブタイミングよりも内部ＥＧＲが少なくなる第２バルブタイミングに上記機関弁のバルブタイミングを維持、または変更した状態で、空燃比を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
4. 上記第１噴射モードでは、１燃焼サイクル中に１回の燃料噴射を行う単段噴射を実施することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
5. 上記第２噴射モードでは、１燃焼サイクル中に複数回の燃料噴射を行う多段噴射を実施することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
6. 上記第２運転領域において、多段噴射を行う際の演算負荷が大きい場合には、１燃焼サイクル中に１回の燃料噴射を行う単段噴射を実施することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御方法。
7. 運転状態が切り替わる際に、内燃機関に駆動力を付与可能な駆動ユニットを駆動することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
8. 運転状態が切り替わる際に、内燃機関による補機の駆動を停止することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
9. 点火プラグに電力を供給するバッテリのＳＯＣが所定値以下の場合には、上記第２運転領域において、空燃比を上記所定の空燃比とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
10. 筒内に直接燃料を噴射する多段噴射が可能な燃料噴射弁と、
    筒内の混合気に点火する点火プラグと、
    上記燃料噴射弁の噴射モードと、上記点火プラグの点火モードと、空燃比を運転状態に応じて切り替える制御部と、を有し、
    上記制御部は、
    所定の空燃比で運転する第１運転領域では、上記燃料噴射弁の噴射モードを所定の第１噴射モードにするとともに、上記点火プラグの点火モードを所定の第１点火モードにし、
    上記所定の空燃比よりも希薄な空燃比で運転する第２運転領域では、上記燃料噴射弁の噴射モードを上記第１噴射モードより混合気の均一度が高くなる所定の第２噴射モードにするとともに、上記点火プラグの点火モードを上記第１点火モードよりも点火エネルギーが強化された所定の第２点火モードにし、
    上記第１運転領域から上記第２運転領域に運転状態が切り替わる際には、上記第１噴射モードを上記第２噴射モードに切り替え、かつ上記第１点火モードを上記第２点火モードに切り替えてから第１所定時間が経過した後に空燃比を上記希薄な空燃比へと切り替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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