(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
前記各燃焼状態に応じて目標当量比の採りうる範囲を上下限値で制限する目標当量比リミッタ手段と、
機関運転の過渡状態を検出する過渡状態検出手段と、
を備え、
前記過渡状態検出手段により成層燃焼から均質燃焼への切換に応じた過渡状態が検出されたときに、前記目標当量比リミッタ手段における均質燃焼における目標当量比の下限値を定常状態での下限値より大きい値に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置を備え、成層時にＥＧＲが実行され、成層燃焼から切換直後の均質燃焼ではＥＧＲが禁止され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。
【請求項３】
前記成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態における前記目標当量比リミッタ手段における均質燃焼における目標当量比の下限値を、切換直前の成層燃焼時における機関運転状態に基づいて設定す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。
【請求項４】
前記成層燃焼と均質燃焼との切換に応じて目標当量比を移行する際に、目標当量比の変化を遅らせ、該遅れ補正された目標当量比がしきい値以上となったときに、実際の燃焼を成層燃焼から均質燃焼に切り換えるように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記過渡状態検出手段は、機関の運転状態に応じて求められる成層燃焼から均質燃焼への切換条件判定時に求められる均質燃焼に応じた目標当量比の基本値と、前記目標当量比を遅れ補正した値に基づいて実際に成層燃焼から均質燃焼へ切り換えてから、前記目標当量比の基本値と遅れ補正した値との偏差が所定値以上である間を、前記成層燃焼から均質燃焼への切換に応じた過渡状態として検出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
機関回転速度と目標トルクとに基づいて基本目標当量比を演算する基本目標当量比演算部と、
前記基本目標当量比に対し、吸入空気量の変化の遅れに見合う位相遅れ補正処理を施して目標当量比を演算する位相遅れ補正部と、
前記目標当量比をしきい値と比較して成層燃焼と均質燃焼との切換を判定する燃焼形態切換判定部と、
前記燃焼形態判定部により成層燃焼から均質燃焼への切換が判定されてから、前記基本目標当量比と前記目標当量比との偏差が所定値より小さくなるまでの間を、均質燃焼での過渡状態として検出する均質過渡状態検出部と、
前記均質過渡状態判定部により均質燃焼での過渡状態が検出されたときに、均質燃焼過渡状態用の下限値で前記目標当量比を制限する均質燃焼過渡状態用リミッタ部と、
前記均質燃焼での過渡状態が検出されていない均質燃焼時に、均質燃焼定常状態用の下限値で前記目標当量比を制限する均質燃焼定常状態用リミッタ部と、
を備え、
前記均質燃焼過渡状態用の下限値を前記均質燃焼定常状態用の下限値より大きい値に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換える機関における該燃焼切換時の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の制御装置として、例えば、スロットル開度を電子制御するスロットル弁（以下電制スロットル弁という) を備え、アクセル操作量と機関回転速度等から機関の目標トルクを設定し、該目標トルクが得られるようにスロットル開度を制御するようにしたものがある（特開昭６２−１１０５３６号等参照) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来装置では、目標スロットル弁開度を機関の目標トルクと機関回転速度とのみから決定する構成となっており、空燃比を運転状態に応じて可変に制御する内燃機関にはそのままでは適用できないという問題があった。
すなわち、機関回転速度と機関トルクとを同一に維持しつつ空燃比を変化させるには、スロットル弁開度及び燃料供給量を共に変更する必要があり、例えば、空燃比がリーンのときは、理論空燃比のときに比較して必要吸入空気量は増大し、必要燃料供給量は減少するが、前記従来装置では、これに対処できるものではなかった。
【０００４】
そこで本願出願人は、空燃比を目標値に維持しつつ、機関トルクを目標値に制御する技術について、先に提案した（特願平８−３６９０２号) 。
上記の技術において、目標とする当量比（空燃比の逆数に比例) が変化する場合、該目標当量比の変化に対応して必要吸入空気量と必要燃料量とが変化するが、スロットル弁を変化後の目標当量比に応じた目標開度に制御しても吸入空気量は吸気系容積により遅れを生じるため該吸入空気量の変化に遅れを生じる。このため、変化後の目標当量比に合わせて前記吸入空気量に応じた燃料量を供給すると、切換動作の初期に燃料量が大きく変化してトルクに段差を発生することとなる。
【０００５】
このため、上記技術では、目標当量比が吸入空気量の遅れに合わせて遅れて変化させるように位相遅れ補正を施している（直接目標当量比を位相遅れ補正する他、実吸入空気量に見合って算出された燃料量を位相遅れ補正する等の方法も開示してあるが、目標当量比を位相遅れ補正することと等価である) 。
このようにすれば、トルクを略一定、若しくは滑らかに変化させつつ当量比を徐々に変化させて目標値に収束させることができる。
【０００６】
一方、近年ガソリン機関等の火花点火式機関において、燃料を燃焼室内に直接噴射し、低・中負荷領域では、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火プラグ付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより、空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能として燃費，排気浄化性能を大きく改善した技術が開発されている。
【０００７】
但し、該成層燃焼を行なう内燃機関でも、所定以上の高負荷領域では、限られたシリンダ容積で要求トルクを確保するためには、燃料を吸気行程で噴射して（別途吸気ポートに燃料噴射弁を設けるものも提案されている) 均質に混合した混合気を形成し、均質燃焼を行なう必要があり、したがって、成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換えるようにしている。
【０００８】
この種の成層燃焼−均質燃焼を切換可能な機関において、運転状態（負荷) の変化に応じて目標当量比を変化させる場合も、その間のトルク変化を滑らかにするには前記同様吸入空気量の遅れに合わせて目標当量比に遅れ補正を施すことが考えられるが、成層燃焼と均質燃焼とでは、単に目標当量比が異なるというだけでなく、それぞれ最適な外部及び内部のＥＧＲ率が決まっており、各々のバランスが崩れるとエミッションや運転安定性に影響を及ぼす。
【０００９】
具体的には、成層燃焼ではＮＯｘ低減のため外部ＥＧＲを実行する必要があるが、成層燃焼と切り換えられる直後の均質燃焼では空燃比を極限までリーン化した状態での燃焼であるため、外部ＥＧＲを行なうと燃焼性が悪化するため外部ＥＧＲは禁止している。なお、ＮＯｘについては、元々ＮＯｘ排出レベルが比較的低い運転状態であり、空燃比を十分にリーン化して燃費改善しつつＮＯｘの生成量を押さえることで対処できる。
【００１０】
しかし、成層燃焼から均質燃焼（リーン) への切換時には、成層燃焼の終了と同時にＥＧＲを停止する指令を出力しても、吸気系に残留するＥＧＲガスにより燃焼が悪化してしまい加速性能が悪化することがある。また、加速性を重視して当量比を速やかに切り換えようとすると、ＥＧＲ率の応答よりも当量比の変化の方が速くなり、燃焼悪化を招くことがある。なお、成層燃焼で外部ＥＧＲを行なわない場合でも成層燃焼中に燃焼室に残留する内部ＥＧＲガスの影響が、均質燃焼切換後も残って燃焼性を悪化させてしまう可能性がある。
【００１１】
なお、均質燃焼から成層燃焼への切換時には、目標ＥＧＲ率の増大に遅れがあっても、吸入空気量の増大にも遅れがあるため、成層燃焼切換直後の過渡状態でも十分なＥＧＲを実行することが可能であり、問題はない。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、成層燃焼から均質燃焼への切換直後の当量比を適正に制御することにより、安定した燃焼性が確保され円滑な切換が行なわれるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
前記各燃焼状態に応じて目標当量比の採りうる範囲を上下限値で制限する目標当量比リミッタ手段と、
機関運転の過渡状態を検出する過渡状態検出手段と、
を備え、
前記過渡状態検出手段により成層燃焼から均質燃焼への切換に応じた過渡状態が検出されたときに、前記目標当量比リミッタ手段における均質燃焼における目標当量比の下限値を定常状態での下限値より大きい値に設定することを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、過渡状態検出手段により、成層燃焼から均質燃焼への切換に応じた過渡状態が検出されたときは、目標当量比リミッタ手段により均質燃焼の定常状態での下限値より大きい値に設定されるため、均質燃焼切換直後の過渡時に成層燃焼時におけるＥＧＲガスの影響が残っていても、その間は、過渡的に目標当量比が切り上げられるため、安定した燃焼性が得られ、加速性能を確保することができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、
排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置を備え、成層時にＥＧＲが実行され、成層燃焼から切換直後の均質燃焼ではＥＧＲが禁止されることを特徴とする。
本発明は、均質燃焼切換直後の成層燃焼の内部ＥＧＲガスによる影響も回避できるが、ＥＧＲ装置を備えたものにおいて、成層燃焼でＥＧＲを行い、均質燃焼でＥＧＲを禁止するものに適用した場合、燃焼状態切換直後に吸気系に残留するＥＧＲガスによる影響を回避できる効果が大きい。
【００１５】
また、請求項３に係る発明は、
前記成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態における前記上下限リミッタ処理手段における均質燃焼における目標当量比の下限値を、切換直前の成層燃焼時における機関運転状態に基づいて設定することを特徴とする。
成層燃焼でも機関の回転速度や負荷等で定まる運転状態によってＥＧＲ率を変えることが一般的であり、その場合、ＥＧＲ停止後に吸気系に残留するＥＧＲガスの影響は切換直前のＥＧＲ率により異なるので、該ＥＧＲ率に基づいてが設定することで、目標当量比の下限値を必要かつ十分な当量比に設定することができる。
【００１６】
また、請求項４に係る発明は、
前記成層燃焼と均質燃焼との切換に応じて目標当量比を移行する際に、目標当量比の変化を遅らせ、該遅れ補正された目標当量比がしきい値以上となったときに、実際の燃焼を成層燃焼から均質燃焼に切り換えるように構成したことを特徴とする。
【００１７】
成層燃焼と均質燃焼との切換による目標当量比の段差は大きいため、既述したように、該目標当量比の変化に対して遅れ補正を施すことにより、当量比を徐々に変化させつつトルク変化を滑らかなものとすることができる。
また、請求項５に係る発明は、
前記過渡状態検出手段は、機関の運転状態に応じて求められる成層燃焼から均質燃焼への切換条件判定時に求められる均質燃焼に応じた目標当量比の基本値と、該目標当量比の基本値を遅れ補正した値に基づいて実際に成層燃焼から均質燃焼へ切り換えてから、前記目標当量比の基本値と遅れ補正した値との偏差が所定値以上である間を、前記成層燃焼から均質燃焼への切換に応じた過渡状態として検出することを特徴とする。
【００１８】
成層燃焼から均質燃焼への切換条件判定時に求められる均質燃焼に応じた目標当量比の基本値は、当該運転状態での定常状態に応じた目標当量比であるから、切換に際して前記同様に遅れ補正を施しすことにより滑らかに変化させた目標当量比が前記基本値との偏差が所定値以上である場合を、均質燃焼への切換時の過渡状態として検出することができる。
また、請求項６に係る発明は、
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
前記各燃焼状態に応じて目標当量比の採りうる範囲を上下限値で制限する目標当量比リミッタ手段と、
機関回転速度と目標トルクとに基づいて基本目標当量比を演算する基本目標当量比演算部と、
前記基本目標当量比に対し、吸入空気量の変化の遅れに見合う位相遅れ補正処理を施して目標当量比を演算する位相遅れ補正部と、
前記目標当量比をしきい値と比較して成層燃焼と均質燃焼との切換を判定する燃焼形態切換判定部と、
前記燃焼形態判定部により成層燃焼から均質燃焼への切換が判定されてから、前記基本目標当量比と前記目標当量比との偏差が所定値より小さくなるまでの間を、均質燃焼での過渡状態として検出する均質過渡状態検出部と、
前記均質過渡状態判定部により均質燃焼での過渡状態が検出されたときに、均質燃焼過渡状態用の下限値で前記目標当量比を制限する均質定常用リミッタ部と、
を備え、
前記均質燃焼過渡状態用の下限値を前記均質燃焼定常状態用の下限値より大きい値に設定することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
アクセル操作量検出手段としてのアクセル操作量センサ１は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量を、検出する。
【００２０】
機関回転速度検出手段としてのクランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度Ｎｅを検出できる。
エアフローメータ３は、機関４への単位時間当りの吸入空気量を検出する。
【００２１】
水温センサ５は、機関４の冷却水温度を検出する。
機関４のシリンダ部には、燃焼室12内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６、燃焼室12内で火花点火を行う点火栓７が設けられる。そして、低・中負荷領域では、燃焼室12内に圧縮行程で燃料噴射することにより、燃焼室12内の点火栓７周辺に可燃混合気を層状に形成して成層燃焼を行い、高負荷領域では燃焼室７内に吸気行程で燃料噴射することによりシリンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃焼を行なうことができるようになっている。
【００２２】
また、内燃機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９開度を電子制御可能なスロットル弁制御装置10が備えられている。
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット11へ入力され、該コントロールユニット11は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル弁制御装置10を介してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。
【００２３】
さらに、機関の排気通路13から吸気通路８に排気の一部を還流するＥＧＲ通路14と、該ＥＧＲ通路14に介装されたＥＧＲ制御弁15からなるＥＧＲ装置が設けられる。該ＥＧＲ制御は、前記コントロールユニット11からの制御信号に基づいて行なわれ、前記成層燃焼時に実行されるが、成層燃焼から切り換えられる均質リーン燃焼では、既述した理由で禁止される。なお、理論空燃比でのフィードバック制御による均質燃焼時にはＥＧＲ制御が実行される。
【００２４】
図３は、本発明の一実施の形態の機能構成を示す。
基本目標当量比演算部Ａは、例えば機関回転速度ＮＥと目標トルクｔＴｅ等の基本的な機関運転状態に基づいて、基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢをマップからの検索等により演算する。なお、前記目標トルクｔＴｅは、例えば前記アクセル操作量ＡＰＳと、機関回転速度ＮＥとに基づいて設定される。詳細には、水温や始動後の経過時間、車速，加速度，アイドル時の補機負荷等により、同一の機関運転状態でもリーン空燃比での運転の可否が異なり、成層燃焼と均質燃焼とが切り換えられることもあるため、目標当量比のマップが複数設けられる。なお、上記のような運転状態（水温等を含む) の変化に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り換える場合は、後述するように各燃焼状態の燃焼効率の相違によって基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢはステップ的に切り換えられることになる。
【００２５】
位相遅れ補正部Ｂは、前記基本目標当量比演算部Ａによって演算された基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対して、位相遅れ補正処理を行なう。これは、運転状態等の変化による基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢの変化に見合った目標吸入空気量になるように制御を開始しても、スロットル弁の動作遅れや吸気系の容積により吸入空気量の変化に遅れを生じるのに対し、燃料噴射量は殆ど遅れなく目標当量比の変化に追従できるため、実際の当量比が目標当量比の変化に対して遅れを生じるため、該遅れに見合うように位相遅れ補正を行なうものである。ここで、燃焼状態の切換に応じて基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢがステップ的に切り換えられる場合も、該ステップ的な変化に対して位相遅れ補正がなされることとなる。該位相遅れ補正は詳細には、目標当量比の変化量に見合ったスロットル弁の動作遅れ分と、吸気系容積に応じた少なくとも一段の一時遅れを与えるための遅れ補正係数等を用いて処理される。なお、一時遅れ補正として加重平均を用いてもよい。また、簡易的には影響の大きい吸気系容積に応じた遅れ補正のみを行なってもよい。
【００２６】
燃焼状態切換判定部Ｃは、前記位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨをしきい値と比較して成層燃焼と均質燃焼との実際の切換を判定する。具体的には、成層燃焼中に前記目標当量比ＴＦＢＹＡＨがしきい値以上となったときは、燃料噴射時期や点火時期を変更することにより、成層燃焼から均質燃焼への切換が実行される。均質燃焼から成層燃焼への切換は均質燃焼中に位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨがしきい値を下回ったときに実行される。この場合、各燃焼状態での燃焼効率の相違を考慮しても成層燃焼と均質燃焼とで異なるしきい値を持たせる構成としてもよい。
【００２７】
均質過渡状態検出部Ｄは、成層燃焼から均質燃焼に切り換えられた直後の均質燃焼での過渡状態を検出する。具体的には、前記燃焼状態切換判定部Ｃによって成層燃焼から均質燃焼への切換が判定されてから、位相遅れ補正開始直前に算出された均質燃焼に応じた基本目標当量比ＴＦＢＹＡに対して位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの偏差が所定値以上である間を、該均質燃焼での過渡状態として検出する。
【００２８】
均質過渡用当量比リミッタ部Ｅは、前記均質過渡状態検出部Ｄによって、成層燃焼から均質燃焼に切り換えられた直後の均質燃焼での過渡状態が検出されたときは、該過渡状態に対応して設定された目標当量比の上下限値により、前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの採りうる範囲を規制する。ここで、上限値は、均質燃焼の定常状態の上限値と同一値に設定されるが、下限値が定常状態の下限値より大きい値に設定される。具体的には、燃焼状態切換直前の運転状態（機関の回転速度，負荷等) で定まるＥＧＲ率に基づいて、切換後の吸気系へのＥＧＲガス残留状態を推定し、該ＥＧＲガス残留状態に応じて均質燃焼で安定した燃焼が確保できる下限値に設定される。
【００２９】
一方、均質定常用当量比リミッタ部Ｆは、前記均質過渡状態検出部Ｄによって、均質燃焼の過渡状態が終了して定常状態に移行したことが検出された後に、該定常状態に対応して設定された目標当量比の上下限値により、前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの採りうる範囲を規制する。ここで、該上下限値は機関の運転状態（回転速度，負荷等) により予め設定され、既述したように上限値については前記過渡状態と同一値に設定されるが、下限値は過渡状態より安定燃焼可能な目標当量比をより小さくできるため、小さい値に設定される。
【００３０】
また、成層用当量比リミッタ部Ｇは、前記燃焼状態切換判定部Ｄにより成層燃焼への切換が判定され成層燃焼に切り換えられたときに、該成層燃焼に対応して設定された目標当量比の上下限値により、前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの採りうる範囲を規制する。ここで、該上下限値は機関の運転状態（回転速度，負荷等) により予め設定される。但し、均質燃焼から成層燃焼への切換直後の過渡状態における燃焼安定性をより確実なものとするため、該過渡状態での上限値を定常状態での上限値より小さく設定してもよい。
【００３１】
図４は、前記燃焼状態の切換及び過渡，定常に応じて目標当量比の上下限値を切り換えて処理するルーチンのフローチャートを示す。図５のタイムチャートも参照しつつ、説明する。
ステップ１では、機関の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢをマップからの検索等により求める。
【００３２】
ステップ２では、前記基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対して位相遅れ補正処理を行ない、補正値ＴＦＢＹＡＨを算出する。
ステップ３では、現在成層燃焼，均質燃焼のいずれかをフラグＦの値で判定する。そして、例えばＦ＝１で現在成層燃焼のときは、ステップ４へ進んで前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨを、当量比しきい値ＴＦＡＣＨ１と比較する。
【００３３】
そして、ＴＦＢＹＡＨ≧ＴＦＡＣＨ１と判定された場合には、ステップ５へ進み、前記フラグＦを０にリセットすると共に、燃料噴射時期，点火時期等を切り換えて燃焼状態を均質燃焼に切り換える。また、Ｆ＝０で現在均質燃焼のときは、Ｓ６へ進んで前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨを、当量比しきい値ＴＦＡＣＨ２（＜ＴＦＡＣＨ１) と比較し、ＴＦＢＹＡＨ≦ＴＦＡＣＨ２と判定された場合には、ステップ７へ進み、前記フラグＦを１にセットすると共に、燃料噴射時期，点火時期等を切り換えて燃焼状態を成層燃焼に切り換える。
【００３４】
そして、成層燃焼から均質燃焼に切り換えられたとき及び均質燃焼が継続しているときは、ステップ８へ進み、前記ステップ１で求めた基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対する位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡの偏差ＤＬＴＴＦＡ（＝ＴＦＢＹＡＢ−ＴＦＢＹＡＨ) を算出する。
さらに、ステップ９では前記偏差ＤＬＴＴＦＡが所定値以上あるか否かを判定し、所定値以上の場合は均質燃焼への切換直後の過渡状態であると判定し、ステップ10へ進んで、均質燃焼過渡状態用の目標当量比の下限値ＨＴＦＭＮ１及び上限値ＨＴＦＭＸを機関の回転速度と負荷に応じてマップから検索等により算出する。偏差ＤＬＴＴＦＡが所定値未満の場合は均質燃焼の定常状態に移行したと判定し、ステップ11へ進んで、均質燃焼定常状態用の下限値ＨＴＦＭＮ２及び上限値ＨＴＦＭＸを機関の回転速度と負荷に応じてマップから検索等により算出する。ここで、上限値については、過渡時と定常時とで同一の値に設定してあるが、下限値については、過渡状態用の下限値ＨＴＦＭＮ１を定常状態用の下限値ＨＴＦＭＮ２より大きい値に設定してあり、具体的には、成層燃焼から均質燃焼に切り換えるときに直前の成層燃焼時の機関の回転速度と負荷とで定まるＥＧＲ率及び内部ＥＧＲガス量に基づいて、均質燃焼に切り換えた直後の過渡状態で燃焼に悪影響が出ない大きさに設定してある。
【００３５】
また、均質燃焼から成層燃焼に切り換えられたとき及び成層燃焼が継続しているときは、ステップ12へ進み、成層燃焼用の目標当量比の上限値ＳＴＦＭＸＴ及び下限値ＳＴＦＭＮＴを機関の回転速度と負荷に応じてマップから検索等により算出する。
ステップ13では、前記位相遅れ補正した目標当量比ＴＦＢＹＨを前記各状態における目標当量比の上下限値と比較し、該上下限値の範囲内の値を採るようにリミッタ処理を行なう。
【００３６】
このようにすれば、図５に示すように、成層燃焼から均質燃焼への切換直後の過渡状態では、目標当量比の下限値を定常後の値より大きい値に設定し、成層燃焼時に実行されていたＥＧＲにより吸気系に残留するＥＧＲガスや、成層燃焼時の内部ＥＧＲガスによる均質燃焼への悪影響を当量比を増大することで回避することができ、安定した燃焼性を得て良好な加速性能を確保できる。
【００３７】
次に、上記の途中及び最終的に求められる当量比を用いた吸入空気量と燃料噴射量の制御について、図３を参照して説明する。
基準目標吸入空気量演算部Ｈには、前記アクセル操作量ＡＰＳと機関回転速度Ｎｅ、又はこれらによって演算される機関の目標トルクｔＴｅと機関回転速度Ｎｅが入力され、基準当量比として理論空燃比で得られる吸入空気量に相当する値として基準目標吸入空気量ｔＴＰを、マップからの検索等により演算する。該基準目標吸入空気量ｔＴＰとしては、１吸気行程毎の吸入空気量に対応する基本燃料噴射量 (パルス幅) の他、１吸気行程毎の吸入空気量そのもの、前記エアフローメータ３で検出される単位時間当りの吸入空気量のいずれを用いてもよい。
【００３８】
目標吸入空気量演算部Ｉは、前記基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対応する目標吸入空気量ｔＴＰ’を算出する。簡易的には前記基準目標吸入空気量ｔＴＰを基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢで除算することにより求められるが、実際には基準当量比に対して基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢが異なることにより燃焼効率が異なり、必要燃料量が異なってくるので、これに応じて予め燃焼効率に応じた補正を施すことで、目標トルクと目標当量比とを同時に満たす目標吸入空気量ｔＴＰ’を求めることができる。具体的には、基準目標吸入空気量ｔＴＰを基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢで除算し、更に、基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対応する燃焼効率ＩＴＡＦで除算することで算出される。
【００３９】
目標スロットル弁開度演算部Ｊには、前記目標吸入空気量ｔＴＰ’と内燃機関回転速度Ｎｅとが入力され、目標スロットル弁開度ｔＴＰＳが演算される。該目標スロットル弁開度ｔＴＰＳは、目標吸入空気量ｔＴＰ’が得られるスロットル開度である。
前記目標スロットル弁開度ｔＴＰＳの信号は、前記スロットル弁制御装置10に入力され、これによって該スロットル弁制御装置10は、前記スロットル弁９を前記目標スロットル弁開度ｔＴＰＳになるように駆動する。
【００４０】
一方、基本燃料供給量演算部Ｋ１と補正演算部Ｋ２とによって燃料供給量が演算される。基本燃料供給量演算部Ｋ１には、前記エアフローメータ３で検出された単位時間当りの吸入空気量Ｑと、内燃機関回転速度Ｎｅとが入力され、それによって理論空燃比 (基準当量比) 時における１吸気行程当りの吸入空気量に対応する基本燃料噴射パルス幅ＴＰが演算される。
【００４１】
補正演算部Ｋ２は、前記基本燃料噴射パルス幅ＴＰに、前記目標当量比ＴＦＢＹＡを乗じて実効燃料噴射パルス幅ＴＥを演算し、該実効燃料噴射パルス幅ＴＥにバッテリ電圧に応じた無効パルス幅ＴＳを加えて最終的な燃料噴射パルス幅ＴＩを演算する。
前記燃料噴射パルス幅ＴＩを持つ噴射パルス信号が、前記燃料噴射弁６に出力され、該燃料噴射弁６が駆動されて目標空燃比に対応した燃料量が噴射供給される。
【００４２】
このようにすれば、前記スロットル弁開度の制御による吸入空気量と、燃料供給量とが、それぞれの目標値に制御されることにより、目標当量比を維持して排気浄化性能等を満たしつつ、必要な目標トルクを得て良好な運転性能を確保することができ、また、成層燃焼から均質燃焼燃焼に切り換えられた直後の過渡状態における目標当量比の下限値を定常時より大きい値に設定したことにより、成層燃焼時の外部ＥＧＲや内部ＥＧＲによる均質燃焼への悪影響を回避でき、安定した燃焼性が得られ、良好な加速性能を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施の形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上の実施の形態の機能構成を示すブロック図。
【図４】同上の実施の形態の目標当量比演算ルーチンを示すフローチャート。
【図５】同上の実施の形態の目標空燃比及び各状態の変化を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１      アクセル操作量センサ
２      クランク角センサ
３      エアフローメータ
４      内燃機関
５      水温センサ
６      燃料噴射弁
９      スロットル弁
10      スロットル弁制御装置
11      コントロールユニット
12      燃焼室
14      ＥＧＲ通路
15      ＥＧＲ制御弁
Ａ      基本目標当量比演算部
Ｂ      位相遅れ補正部
Ｃ      燃焼切換判定部
Ｄ      均質過渡状態判定部
Ｅ      均質過渡用当量比リミッタ部
Ｆ      均質定常用当量比リミッタ部
Ｇ      成層用当量比リミッタ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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