JPWO2005017336A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

トルクベース型エンジン制御における理論空燃比近傍で運転される均質ストイキ燃焼において、高応答なトルクアップが要求された場合にも、トルクアップ性能と排気ガスの浄化性能をバランス良く実現させる自動車用内燃機関の制御装置を提供する。 アクセル操作量等の内燃機関の要求トルクに基づき目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、該目標トルクに基づき目標スロットル開度を演算する手段と、前記目標トルクの状態及び前記内燃機関の運転状態に基づきトルクをアシストするトルクアシスト制御手段と、を備えた前記内燃機関の制御装置であつて、前記トルクアシスト制御手段は、トルクアップ要求がなされた場合、燃料の増量によるトルクアシスト制御行う。

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、アクセルや外部要求トルク等に基づきトルクベース型制御を行う自動車用内燃機関の制御装置に関する。

近年、自動車用内燃機関の制御装置のエンジントルク制御に関しては、アクセル開度とエンジン回転数とにより目標エンジントルクを演算し、該目標エンジントルクと目標空燃比との双方が実現可能なように、スロットル制御、燃料制御、及び、点火制御等を行う、いわゆる、トルクベース（トルクデマンド）型エンジン制御が実用化されている。
該内燃機関のトルクベース（トルクデマンド）型エンジン制御は、成層リーン燃焼システムにおける均質燃焼と成層燃焼の切替時のトルク段差を低減できる他、前記目標エンジントルクを演算するロジックに、外部要求トルク用のインターフェースを追加することで、トラクションコントロールやオートクルーズ、ＡＴ等の外部デバイスから要求されるエンジントルクをスムーズに処理できる利点を有している。
前記トルクベース型エンジン制御は、基本的には、電制スロットルによる吸入空気量制御によりトルク制御が行われ、目標空燃比を維持しつつ、トルク制御を行える利点があるが、吸入空気のシリンダ内への供給遅れ現象に起因して、所望のトルクを実現する際の応答性が低いと云う問題がある。そこで、トラクションコントロールやＶＤＣ（ビークルダイナミクスコントロール）等の高速応答が要求される場合には、他のトルク制御手段を併用してトルク応答性を向上させることが行われている。その一例として、トルクダウン時（減速時）に燃料カットや点火リタードを併用する技術が知られている。
また、トルク応答性に関する他の技術として、例えば、特開平１１−７２０３３公報に所載の技術がある。該技術は、成層リーン燃焼システムにおいて高速なトルク応答が要求される場合、均質燃焼時には点火時期補正を行い、成層燃焼時には空燃比補正を行ってトルク応答性を向上させるものである。この技術は、均質燃焼時に空燃比補正を行なうと、三元触媒の浄化効率が低下して排気が悪化するので点火時期補正でトルク補正を行うものであり、また成層燃焼時の場合には、点火時期の可変領域が少ないために、空燃比補正によってトルク補正を行なうものである。
一方、近年の自動車用内燃機関の排気ガスの浄化制御に関しては、排気管内に設置されたＯ２センサの検出信号を用い、空燃比が理論空燃比近傍となるように空燃比フィードバック制御を行うことで、三元触媒による排気浄化率を向上させる技術が一般に知られている。
しかし、三元触媒には、Ｏ２ストレージ効果（酸素を触媒内に蓄積する効果）があり、蓄積されたＯ２がエンジンアウト排気における理論空燃比からのズレを相殺するように、触媒内の排気成分と反応する作用がある。このため、このＯ２ストレージによる排気浄化作用を考慮せず、Ｏ２センサのみの情報を用いて空燃比フィードバック制御を行なうと、燃料補正量が不適切となり、過補正が発生して排気が悪化し易いと云う問題がある。この問題に対応するために、例えば、特開平２−２３０９３５公報に所載の技術は、内燃機関の制御装置に三元触媒内のＯ２ストレージの蓄積量を推定するＯ２ストレージ量推定手段を設け、その推定値を基にして空燃比フィードバック制御の制御量を調整することにより、排気ガスの浄化の悪化を防止するものである。
前述のように、従来の自動車用内燃機関の制御装置のトルクベース制御では、高速なトルク応答が求められる場合には、吸入空気量の供給遅れを補うために、他の高速なトルク制御手段を併用してトルク応答性を向上させる技術が用いられているが、理論空燃比近傍で運転される均質ストイキ燃焼システムでは、非アイドル時における高応答トルクアップ要求時の適当なトルクアシスト手段が提案されていなかった。
この理由の一つは、点火時期の変更によるトルクアシストを試みようとしても、非アイドル時には、最高のトルクの発生が可能な点火時期まで進角させた値（ＭＢＴ）を標準点火時期として設定しているのが一般的であるので、点火時期を更に進角させることによるトルクアップは不可能であるからである。
他の理由は、内燃機関の空燃比制御によるトルクアシストの技術に関して、空燃比をリッチ化（例えばＡ／Ｆ＝１２程度のパワー空燃比）することにより、トルクアップが実現できることは一般に知られているが、均質ストイキ燃焼システムで使用される三元触媒の排気ガスの浄化特性より、空燃比を理論空燃比近傍に保つ必要があることから、単純に空燃比をリッチ化すると排気ガスの浄化の悪化（具体的にはＣＯ、ＨＣの増加）を招くおそれがあった。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、内燃機関のトルクベース型エンジン制御における理論空燃比近傍で運転される均質ストイキ燃焼において、高応答なトルクアップが要求された場合にも、トルクアップ性能と排気ガスの浄化性能をバランス良く実現させる自動車用内燃機関の制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、アクセル操作等の内燃機関の要求トルクと外部システムからの要求トルクとに基づき目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、該目標トルクに基づき目標スロットル開度を演算する手段と、前記目標トルクの状態及び前記内燃機関と前記外部システムの運転状態に基づきトルクアシスト制御するトルクアシスト制御手段とを備えると共に、前記トルクアシスト制御手段は、燃料補正量演算手段と、点火時期補正量演算手段と、燃料カット気筒数演算手段と、を備え、前記燃料補正量演算手段は、燃料補正許可判定手段を備え、該燃料補正許可判定手段は、前記目標トルクの状態、前記外部システムの運転状態、及び、触媒内の推定される酸素吸着量に基づき燃料補正の可否を判定し、トルクアップ要求がなされた場合、燃料の増量によるトルクアシスト制御行うことを特徴としている。
また、前記燃料補正量演算手段は、燃料補正許可判定手段を備え、該燃料補正許可判定手段は、前記目標トルクの状態、前記外部システムの運転状態、及び、触媒内の推定される酸素吸着量に基づき燃料補正の可否を判定することを特徴としている。
更に、前記外部要求トルクは、オートクルーズ、変速機、ビークルダイナミックコントロール等からの要求トルクであることを特徴とし、前記内燃機関の運転状態は、三元触媒を備えた内燃機関の均質ストイキ燃焼状態であることを特徴としている。
前記の如く構成された本発明の内燃機関の制御装置は、トルクアップ要求の緊急性、内燃機関の均質ストイキ燃焼状態等の運転状態、及び、三元触媒のＯ２ストレージ量を考慮して、臨機応変に燃料増量によるトルクアシスト制御を実行することにより、トルクアップ性能と排気性能をバランス良く実現させることができる。
本発明の内燃機関の制御装置の具体的な態様として、前記燃料補正許可判定手段は、車両の安定制御、ブレーキ制御、及び、トラクション制御等の前記外部システムがトルクアップ要求をしている場合に、燃料の増量によるトルクアシスト制御を許可することを特徴としている。
更に、前記燃料補正許可判定手段は、前記触媒内の推定される酸素吸着量が所定しきい値よりも大きい場合に、燃料の増量によるトルクアシスト制御を許可判定することを特徴としている。
更にまた、前記燃料補正許可判定手段は、トルクアップ要求の緊急性を判断する手段を備え、緊急性の高いトルクアップ要求に対しては、前記触媒内の酸素ストレージ量に係わらず、燃料の増量によるトルクアシスト制御を許可することを特徴としている。
更にまた、前記燃料補正量演算手段は、酸素ストレージ演算手段を備え、該酸素ストレージ演算手段は、前記燃料の増量によるトルクアシスト制御が許可された場合に、前記触媒内の目標酸素吸着率を通常よりも増加させることを特徴としている。
更にまた、前記酸素ストレージ演算手段は、前記燃料の増量によるトルクアシスト制御が許可判定が終了した場合、遅延時間を設けて前記触媒内の目標酸素吸着率を通常値に復帰させることを特徴とする
前記の如く構成された本発明の内燃機関の制御装置の具体的な態様においては、トルクアップ要求の緊急性に応じて、次のように制御内容を変更することができる。
アクセル操作時のトルクアップ要求のように緊急性が比較的低い場合は、三元触媒のＯ２ストレージ量を考慮して燃料増量によるトルクアシストの許可判断を行い、可と判断した場合には燃料増量によるトルクアシスト制御を行う。具体的には、三元触媒のＯ２ストレージ量推定手段の推定されたＯ２ストレージ量が十分な場合には、燃料増量を行い、Ｏ２ストレージ量が不十分な場合には燃料増量を禁止する。これにより、燃料増量に伴う排気の悪化（ＣＯ、ＨＣの増加）を防止することができる。
一方、より緊急性の高いトルクアップ要求、例えばＶＤＣやトラクションコントロール、ブレーキ制御等の安全性に関わる外部システムからのトルクアップ要求時には、Ｏ２ストレージ量に関わらず、燃料増量によるトルクアシスト制御を行なう。その場合、制御開始からある一定期間、目標Ｏ２ストレージ量を通常よりも大きくする空燃比制御を行い、燃料増量時における三元触媒の排気浄化性能を高めた状態とし、排気悪化を可能な限り防止する。

図１は、本発明の内燃機関の制御装置の実施形態に共通する制御システムの全体構成図である。
図２は、本発明の第１の実施形態の内燃機関の制御装置のトルクベース型エンジン制御部の制御ブロック図である。
図３は、図２のトルクベース型エンジン制御部のトルクアシスト用燃料補正量演算手段の内容を示す図である。
図４は、図３のトルクアシスト用燃料補正量演算手段内のＯ２ストレージ演算手段の内容を示す図である。
図５は、図３のトルクアシスト用燃料補正量演算手段内の燃料補正許可判定手段の内容を示す図である。
図６は、図３のトルクアシスト用燃料補正量演算手段内の燃料補正量演算手段の内容を示す図である。
図７は、内燃機関の空気量一定時における当量比と相対トルクの関係を示す図である。
図８は、図２の第１の実施形態の内燃機関の制御装置のトルクアップ要求時（緊急性の高くない場合）の各演算量の挙動を示した図である。
図９は、図２の第１の実施形態の内燃機関の制御装置のトルクアップ要求時（緊急性の高い場合）の各演算量の挙動を示した図である。
図１０は、本発明の第２の実施形態の内燃機関の制御装置のトルクベース型エンジン制御部におけるトルクアシスト用燃料補正量演算手段内の燃料補正量演算手段の内容を示す図である。
図１１は、図２の第１の実施形態と図１０の第２の実施形態との内燃機関の制御装置のトルクアップ要求時の各演算量の挙動を示した図である。

以下、図面に基づき、本発明の内燃機関の制御装置の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態の内燃機関の制御装置の制御システムの全体構成を示したものであり、内燃機関１０は、多気筒の内燃機関で構成され、各気筒のシリンダ１０９には、ピストン１１０が摺動自在に配置されていると共に、点火プラグ１０７が取付けられる一方、吸気管１０１と排気管１１１が取付られている。また、シリンダ１０９の吸気管１０２（インテークマニホールド１０１ａ）と排気管１１１（排気マニホールド１１１ａ）の接続部には、吸気弁１０５と排気弁１０８が配置されている。
吸気管１０１の入口より取り込まれた吸入空気は、エアクリーナー１００を通過し、吸気管１０１の途中に設けられたエアフロセンサ１０２によって吸入空気量が計測された後に、吸入空気量を調整する電子制御スロットルバルブ１０３（以下、電制スロットル１０３と称する）の入口へ導入される。電制スロットル１０３を通過した吸入空気は、コレクタ１０４を通過した後にインテークマニホールド１０１ａ内に導入され、前記燃料噴射パルス幅信号に従ってインジェクタ１０５より噴射された燃料（ガソリン等）噴霧体と混合されて混合気となり、吸気バルブ１０６の開閉に同期してシリンダ１０９内に導入される。
シリンダ１０９内に導入された混合気は、吸気バルブ１０６が閉じられた後、ピストン１１０の上昇の過程で圧縮され、圧縮上死点直前付近において点火プラグ１０７により着火されて燃焼して、急速に膨張してピストン１１０を押し下げ、エンジントルクを発生させる。
その後、ピストン１１０が上昇し、排気バルブ１０８が開いた瞬間から排気工程が始まり、燃焼した排気ガスは、排気マニホールド１１１ａへ排出される。排気マニホールド１１１ａの下流の排気管１１１には、排気を浄化するための三元触媒１１３が設けられており、排気ガスが三元触媒１１３を通過する際に、該排気ガスのＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの排気成分は、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２に変換される。三元触媒１１３の入口と出口には、それぞれ、広域空燃比センサ１１２とＯ２センサ１１４が設置されている。
また、内燃機関１０には、コントロールユニット（制御装置ＥＣＵ）１１６が配置されており、各検出センサ等の信号を入力して演算を行うと共に、演算結果を出力して各制御部に出力する。アクセルペタル１１５の操作信号、及び、前記広域空燃比センサ１１２とＯ２センサ１１４とにより計測されたそれぞれの空燃比情報信号は、制御装置（ＥＣＵ）１１６へ送信されると共に、エアフロセンサ１０２の計測値も制御装置（ＥＣＵ）１１６へ送信される。
制御装置（ＥＣＵ）１１６では、アクセルペタル１１５の操作信号等を踏まえて電制スロットル１０３に駆動信号を出力すると共に、広域空燃比センサ１１２とＯ２センサ１１４の情報信号を基に空燃比が理論空燃比近傍となるように、燃料噴射量調整による空燃比フィードバック制御を行なう。即ち、空燃比が理論空燃比となるように、燃料噴射パルス幅を演算してインジェクタ１０５に出力する。
図２は、図１の本実施形態のシステム構成における理論空燃比近傍で運転される均質ストイキ燃焼に対応したトルクベースエンジン制御の制御ブロック図である。
図２は、本実施形態の内燃機関の制御装置のトルクベース型エンジン制御部２００の制御ブロック図である。
トルクベース型エンジン制御部２００は、ドライバー要求トルク演算手段２０１、目標トルク演算手段２０２、トルク制御メインパス部２０３、トルク制御サブパス部２０４、及び、トルクアシスト制御手段２１１を備えている。
ドライバー要求トルク演算手段２０１は、トルクベース型エンジン制御における基本的な要求トルクを演算する部署であり、アクセル開度、エンジン回転数およびアイドルスピードコントロールＩＳＣからの要求トルクを基に、ドライバーが要求するエンジントルクを算出するものである。
目標トルク演算手段２０２は、最終的な目標エンジントルクを算出するものであり、前記ドライバー要求トルクの他、変速機要求トルク、ＶＤＣ要求トルク、クルーズコントロール要求トルク等の外部要求トルクを取り込み、それぞれの優先順位を考慮して最終的な目標エンジントルクを決定する。
トルク制御メインパス部２０３は、算出された目標エンジントルクを、電制スロットル１０３を用いた吸入空気量操作によってトルク制御を行なうものであり、トルク制御サブパス部２０４は、燃料や点火の操作によってトルク制御をアシストするものである。
トルク制御メインパス部２０３は、目標空気量演算手段２０５と目標スロットル開度演算手段２０６とを備えており、目標空気量演算手段２０５は、前記目標トルクを実現するのに必要な目標空気量を算出し、目標スロットル開度演算手段２０６では、前記目標空気量を実現するのに必要な目標スロットル開度を演算し、電制スロットル１０３へ演算結果を送信する。
トルク制御サブパス部２０４は、実トルク推定手段２０７、トルク補正量演算手段２０８、トルクアシスト選択手段２０９、及び、トルク操作量振分け手段２１０とを備えている。
実トルク推定手段２０７は、エアフロセンサ１０２等の情報を基に実トルクを推定し、トルク補正量演算手段２０５では、前記推定実トルクおよび前記目標トルクを入力とし、それらの比を演算することによりトルクアシストの際の指標となるトルク補正量を演算する。トルクアシスト選択手段２０９では、前記トルク補正量および運転状態（内燃機関の空燃比状態、つまり、理論空燃比近傍で運転される均質ストイキ燃焼状態）等を基に最適なトルクアシストを選択する。
トルクアシストには、点火時期補正、燃料カット、燃料補正があり、それぞれが単独、あるいは組み合わせで選択される。トルク操作量振分け手段２１０では、前記トルク補正量と前記トルクアシスト選択手段で選択されたトルクアシストを基に、トルクアシスト制御手段２１１のトルクアシスト用点火時期補正量演算手段２１２、トルクアシスト用燃料カット気筒数演算手段２１３、及びトルクアシスト用燃料補正量演算手段２１４のそれぞれにトルク操作量を振り分ける。トルクアシスト制御手段２１１のトルクアシスト用点火時期補正量演算手段２１２、トルクアシスト用燃料カット気筒数演算手段２１３、及び、トルクアシスト用燃料補正量演算手段２１４では、それぞれ振分けられたトルク補正量を基に点火時期補正量、燃料カット気筒数、燃料補正量を演算し、点火制御系や燃料制御系へ演算結果を反映させることにより、過渡時においても所望のエンジントルクを得ることができる。
図３は、前記トルクアシスト用燃料補正量演算手段２１３の詳細を示したものである。トルクアシスト用燃料補正量演算手段２１３は、Ｏ２ストレージ演算手段３００、燃料補正許可判定手段３０１、燃料補正量演算手段３０３から構成されている。Ｏ２ストレージ演算手段３００では、触媒１１３の入口に設置された広域空燃比センサ１１２、及び、触媒１１３の出口に設置されたＯ２センサ１１４からの情報と、エアフロセンサ１０２から得られる吸入空気量を基に、Ｏ２ストレージ量を演算（推定）する。
燃料補正許可判定手段３０１は、ＶＤＣ要求フラグ等の目標トルク情報、前記Ｏ２ストレージ演算手段３００で算出されたＯ２ストレージ量を基に、燃料補正許可判定を行なう。また、燃料補正量演算手段３０２では、燃料補正許可判定手段３０１にて許可判定が出力された場合には、前記トルク補正量に従って所望の燃料補正量を算出する。
図４は、Ｏ２ストレージ演算手段３００の詳細を示したものである。ここでは、触媒１１３の入口に設置された広域空燃比センサ１１２より得られる実空燃比情報（実空気過剰率λ）と、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）との差分Δλを演算する。この際、触媒１１３の入口の空燃比がリーンであれば差分は正となりリッチであれば負の値を取る。
次に、得られた差分Δλにエアフロセンサー１０２より得られる吸入空気量情報Ｑａ及び補正係数を掛け合わせ、積分することにより推定Ｏ２ストレージ量Ｏ２ｓｔを演算する。よって、触媒１１３の入口の空燃比がリーンであれば、推定Ｏ２ストレージ量Ｏ２ｓｔは増加し、触媒１１３の入口の空燃比がリッチであれば三元触媒１１３のＯ２ストレージ量Ｏ２ｓｔは減少する。但し、三元触媒１１３のＯ２ストレージ量は有限の値であり、前記積分演算後に０＜Ｏ２ｓｔ＜Ｏ２ｓｔｍａｘなる上下限リミットを設けている。
ここで、最大Ｏ２ストレージ量Ｏ２ｓｔｍａｘは、使用する三元触媒１１３の固有の値であり、三元触媒１１３の種類や個体差、経時劣化等で変化する。そこで、Ｏ２ｓｔｍａｘの精度を高めるために、初期値を与えた後は、触媒１１３の出口に設置されたＯ２センサ１１４の情報をもとにＯ２ｓｔｍａｘの更新を行なう。
次に、その更新ロジックについて説明する。Ｏ２ストレージ量が限界値に達していない場合には、触媒１１３の入口の空燃比がリーンであってもＯ２ストレージ作用によって理論空燃比からのズレとなる余剰な酸素は、三元触媒１１３に吸収されて、触媒１１３の出口においては、理論空燃比に保たれ、Ｏ２センサ１１４は、リッチ、リーン値を繰り返し出力する。しかし、Ｏ２ストレージ量が上限値に達した場合には、Ｏ２ストレージによる浄化作用が無くなり、触媒１１３の出口のＯ２センサの出力は、連続してリーン値を出力する。
前記ような現象を基に、以下の更新ロジックを適用する。Ｏ２センサがある所定期間以上連続してリーンの信号を出し続けた場合には、Ｏ２ｓｔｍａｘをその状態におけるＯ２ｓｔ（リミッター処理前）の値に置き換えて更新するとともに、前記（Δλ×Ｑ×補正係数）項の積分演算を停止する。逆に、Ｏ２センサの出力が一定期間リッチ側に張り付いた場合には、Ｏ２ｓｔ＝０の演算を行い、前記と同様に積分演算を停止する。このようなロジックにより、Ｏ２ストレージ推定誤差の修正を実施する。
また、Ｏ２ストレージ演算手段３００には、目標Ｏ２ストレージ量演算手段４００が設けられており、後述のように各状況（通常運転時、燃料補正許可時など）に応じて最適な目標Ｏ２ストレージ量を算出し、燃料噴射量演算部（図示せず）へ送信する。
図５は、燃料補正許可判定手段３０１の詳細を示したものである。最初のステップ３０１ａでは、ＶＤＣ要求フラグや目標トルクの微分値（単位時間当たりの増加量）等を用いて、トルク操作の緊急性について判定を行なう。ここで、緊急性が高いと判定した場合には、燃料補正許可判定フラグを１とする。一方、緊急性が高くないと判定した場合には、次のステップ３０１ｂに進む。該ステップ３０１ｂでは、前記Ｏ２ストレージ演算手段３００より算出された推定Ｏ２ストレージ量と、燃料補正許可に関するしきい値Ｏ２ｓｔｓｌとの比較を行なう。トルクアップ要求時には、燃料を増量することになるため、トルクアシスト実行時には三元触媒１１３の入口の空燃比はリッチとなる。この際、排気を悪化させないためには、三元触媒１１３内のＯ２ストレージの量が十分な量である必要がある。そこで推定Ｏ２ストレージ量がトルクアップ要求時のしきい値Ｏ２ｓｔｓｌよりも大きい時に燃料補正許可判定フラグを１とし、Ｏ２ｓｔｓｌよりも小さい場合には不許可とする。
図６は、燃料補正量演算手段３０２の詳細について示したものである。ここでは、前記燃料補正に振分られたトルク補正量と前記燃料補正許可判定を基に、燃料補正量を演算する。燃料補正量は、燃料噴射量演算部（図示せず）へ引き渡されるが、燃料噴射量演算部では、燃料噴射量＝基本燃料噴射量×燃料補正量の演算により燃料補正量を反映させている。以上より燃料補正不許可の場合は、燃料補正量として１を算出し、許可の場合は、図７に示すようなトルク補正量と燃料補正量の関係を基に燃料補正量を算出する。ここで、図６の関係は、一般に知られた図７のような当量比φとトルクの関係（空気量一定時）をベースとしている。
図８及び図９は、高応答なトルクアップが要求された場合における、本実施形態のトルクベース型エンジン制御の各種パラメータの演算過程を示したものである。
まず、緊急性が高くない場合の演算過程を図８を用いて説明する。前記目標トルク演算手段２０２で演算された目標トルクは、前記目標空気量演算手段２０５へ送信され、算出された目標空気量を基に前記目標スロットル開度演算手段２０６にて目標スロットル開度が演算される。この目標スロットル開度を基に吸気量制御によるトルク制御が行われるが、吸気遅れに起因するトルク制御遅れが発生するため、次の手順でトルクアシストのための燃料増量分を演算する。
前記実トルク推定手段２０７で演算された推定トルクと目標トルクを基に、前記トルク補正量演算手段２０８では、トルク過不足分を補うための指標となるトルク補正量（相対値）を演算する。また、前記トルクアシスト選択手段２０９では、前記トルク補正量や運転状態を基にトルクアシストを決定する。
ここで、トルク補正量が１より大の場合（トルクアシストはトルク増加の方向）は、トルクアシストとして燃料増量を選択し、トルク補正量が１より小の場合（トルクアシストはトルク減少の方向）は、トルクアシストとして燃料カットを選択する。トルク補正量が１より大の場合、トルク補正量はトルクアシスト用燃料補正量演算手段２１４に送信され、適切な燃料補正量が算出される。その際、トルクアシスト用燃料補正量演算手段２１４内のＯ２ストレージ演算手段３００により、逐次Ｏ２ストレージが推定され、この推定値Ｏ２ｓｔと前記Ｏ２ｓｔｓｌを比較し、Ｏ２ｓｔ≧Ｏ２ストレージ量≧Ｏ２ｓｔｓｌであれば、燃料補正許可フラグを１とし、Ｏ２ｓｔ≦Ｏ２ｓｔｓｌであれば、燃料補正許可フラグを０とする。
燃料補正量演算手段３０２では、前記燃料補正許可フラグが０であれば、燃料補正量として１を算出し、前記燃料補正許可フラグが１であれば、トルク補正量を引数とする燃料補正量算出テーブルを基に所望のトルクアシスト量を実現する燃料補正量を算出する。
図８に示す例では、経過時間Ｔ１以前においては、Ｏ２ｓｔ≧Ｏ２ｓｔｓｌが成立しているため、トルクアップ時の燃料補正が許可されるが、経過時間Ｔ１以降においては、Ｏ２ｓｔ≦Ｏ２ｓｔｓｌとなるため、排気悪化を考慮して、トルクアップ時の燃料補正を不許可としている。
以上説明したように、本実施形態では、所望のトルクアシスト量を実現する燃料補正量を算出する際、三元触媒１１３のＯ２ストレージ量を推定し、燃料補正に伴う触媒１１３の入口の空燃比ズレが許容できるか否かを随時判定しながら燃料補正量を決定するため、排気悪化を防止することができる。
次に、緊急性が高い場合の演算過程を図９を用いて説明する。この場合、前記のように三元触媒１１３のＯ２ストレージ量に関わらず、無条件に前記燃料補正許可フラグは１となり、前記燃料補正量演算手段３０２に入力されたトルク補正量を基に、所望のトルクアシスト量を実現する燃料補正量を算出する。
しかしこの場合、三元触媒１１３のＯ２ストレージ量が少ない場合には、燃料増量時に排気浄化が行われず、排気が悪化する（テールパイプよりＣＯ、ＨＣが排出される）。そこで、そのような不具合を出来るだけ避けるため、前記目標Ｏ２ストレージ量演算手段４００にて以下のような制御を実施する。
一般に、Ｏ２ストレージ量は、触媒１１３の入口の空燃比がリッチ側、リーン側のどちら側にズレても対応できるように、Ｏ２ｓｔｍａｘの半分程度を目標に空燃比制御が行なうのが一般的である。しかし、前述のＶＤＣ実行時の様に燃料増量によるトルクアシストの機会が多く、触媒１１３の入口の空燃比がリッチになる機会が多いと予想される場合には、目標とするＯ２ストレージ量を通常よりも大きく設定した方が排気浄化の面で有利と考えられる。
そこで、本実施形態においては、ＶＤＣの入力信号が入った時からある一定期間の間は、燃料噴射量演算部（図示せず）に対し、目標Ｏ２ストレージ量増加指令を出し、その後、通常の目標Ｏ２ストレージ量に戻すロジックとしている。このように、ＶＤＣ要求フラグが０となった場合でも、すぐには通常の目標Ｏ２ストレージ量に戻さず、復帰時のディレイ時間を設けることにより、断続的にＶＤＣ要求がなされた場合の排気悪化低減を図ることができる。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、前記第１の実施形態と基本構成は同じであるが、燃料補正量演算手段３０２の演算ロジックが異なる改良型の燃料補正量演算手段３０２’に置き換えたものである。
図１０は、その演算ロジックの燃料補正量演算手段３０２’の詳細を示したものである。前記第１の実施形態の場合は、緊急性が低い場合のトルクアップ要求に対し、燃料増量によるトルクアシストを実施中にＯ２ストレージ量によっては突発的にトルクアシストが中断し、結果としてトルク段差を招き、ドライバーが違和感を感じることがある。そこで、第２の実施形態では、高応答トルク要求中にトルクアシストが中断することが無いように、要求されるトルク補正量の他、Ｏ２ストレージ量も考慮して燃料補正量を算出する。具体的には、前記第１の実施形態と同様に要求されるトルク補正量を基に燃料補正量を算出した後に、Ｏ２ストレージ量によって決まる補正係数を掛け合わせて最終的な燃料補正量とする。なお、前記補正係数は、Ｏ２ストレージ量がしきい値に対して十分余裕がある場合には１として実効的には補正を行わず、十分な余裕が無い場合には０〜１として燃料補正量を減量方向に調整する。
図１１は、第１の実施形態で示したロジックと第２の実施形態で示したロジックにおいて、同様な目標トルクを与えた場合の演算内容を示したものである。第１の実施形態では、経過時間Ｔ２において、燃料増量によるトルクアシストが禁止となり、ドライバーが違和感を感じることになるが、第２の実施形態では、前記ロジックに従って燃料補正によって、Ｏ２ストレージを一気に消費してしまうこと無く、トルクアシストの中断の可能性を低く抑えることができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の内燃機関の制御装置は、トルクアップ要求の緊急性、内燃機関の均質ストイキ燃焼状態等の運転状態、及び、三元触媒のＯ２ストレージ量を考慮して、臨機応変に燃料増量によるトルクアシスト制御を実行することにより、トルクアップ性能と排気性能をバランス良く実現させることができる。

Claims (10)

1. アクセル操作等の内燃機関の要求トルクに基づき目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、該目標トルクに基づき目標スロットル開度を演算する手段と、前記目標トルクの状態及び前記内燃機関の運転状態に基づきトルクをアシストするトルクアシスト制御手段と、を備えた前記内燃機関の制御装置であつて、
   前記トルクアシスト制御手段は、トルクアップ要求がなされた場合、燃料の増量によるトルクアシスト制御行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. アクセル操作等の内燃機関の要求トルクと外部システムからの要求トルクとに基づき目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、該目標トルクに基づき目標スロットル開度を演算する手段と、前記目標トルクの状態及び前記内燃機関と前記外部システムの運転状態に基づきトルクアシスト制御するトルクアシスト制御手段と、を備えた前記内燃機関の制御装置であつて、
   前記トルクアシスト制御手段は、燃料補正量演算手段と、点火時期補正量演算手段と、燃料カット気筒数演算手段と、を備え、
   前記燃料補正量演算手段は、トルクアップ要求がなされた場合、燃料の増量によるトルクアシスト制御行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記外部要求トルクは、オートクルーズ、変速機、ビークルダイナミックコントロール等からの要求トルクであることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の運転状態は、三元触媒を備えた内燃機関の均質ストイキ燃焼状態であることを特徴とする請求項１又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃料補正量演算手段は、燃料補正許可判定手段を備え、該燃料補正許可判定手段は、前記目標トルクの状態、前記外部システムの運転状態、及び、触媒内の推定される酸素吸着量に基づき燃料補正の可否を判定す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. 前記燃料補正許可判定手段は、車両の安定制御、ブレーキ制御、及び、トラクション制御等の前記外部システムがトルクアップ要求をしている場合に、燃料の増量によるトルクアシスト制御を許可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装置。
7. 前記燃料補正許可判定手段は、前記触媒内の推定される酸素吸着量が所定しきい値よりも大きい場合に、燃料の増量によるトルクアシスト制御を許可判定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装置。
8. 前記燃料補正許可判定手段は、トルクアップ要求の緊急性を判断する手段を備え、緊急性の高いトルクアップ要求に対しては、前記触媒内の酸素ストレージ量に係わらず、燃料の増量によるトルクアシスト制御を許可することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記燃料補正量演算手段は、酸素ストレージ演算手段を備え、該酸素ストレージ演算手段は、前記燃料の増量によるトルクアシスト制御が許可された場合に、前記触媒内の目標酸素吸着率を通常よりも増加させることであることを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記酸素ストレージ演算手段は、前記燃料の増量によるトルクアシスト制御が許可判定が終了した場合、遅延時間を設けて前記触媒内の目標酸素吸着率を通常値に復帰させることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。

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