(57)【要約】  内燃機関（１）は、車載のバッテリにより駆動される電動過給機（２）を備え、かつ、理論空燃比近傍を目標空燃比としたストイキ燃焼モードとリーン空燃比を目標空燃比としたリーン燃焼モードとに切換可能である。リーン燃焼モードとすべきリーン燃焼運転領域（Ｌ）の一部（Ｌ２）では、電動過給機（２）が吸気量の一部を分担する。ストイキ燃焼運転領域（Ｓ）からリーン燃焼運転領域（Ｌ）に移行したときに、充電状態（ＳＯＣ）が下限値（ＳＯＣｌｉｍ）以下であったら、リーン燃焼モードへ切り換えずにストイキ燃焼モードを継続する。これにより中間的な空燃比での運転によるＮＯｘの悪化が回避される。
2019106741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
理論空燃比を目標空燃比としたストイキ燃焼モードとリーン空燃比を目標空燃比としたリーン燃焼モードとに切換可能な内燃機関と、車載のバッテリにより駆動されて、少なくともリーン燃焼モードの一部運転条件下では吸気量の一部を分担する電動式吸気供給装置と、を備えた車両用内燃機関の制御方法であって、
内燃機関のトルクおよび回転速度をパラメータとして、上記ストイキ燃焼モードとするストイキ燃焼運転領域と上記リーン燃焼モードとするリーン燃焼運転領域とを予め設定するとともに、
上記ストイキ燃焼運転領域から上記リーン燃焼運転領域へ移行したときに、上記リーン燃焼モードへ切り換えた場合の上記電動式吸気供給装置の要求電力量を求め、
この要求電力量に対し上記バッテリの充電状態が不十分なときは上記ストイキ燃焼モードを継続する、車両用内燃機関の制御方法。
【請求項２】
上記要求電力量は、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの切換およびその後のリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへの切換に伴い発生するＮＯｘの処理に必要な燃料増加量と、リーン空燃比とすることによる燃料減少量と、の損益分岐点となるリーン燃焼モードの運転継続時間に対応して設定される、請求項１に記載の車両用内燃機関の制御方法。
【請求項３】
上記リーン燃焼運転領域の中で上記電動式吸気供給装置に依存せずにリーン空燃比が実現可能な運転点へ移行するときは、リーン燃焼モードへの切換を許可する、請求項１または２に記載の車両用内燃機関の制御方法。
【請求項４】
車載の他の電気機器が必要とする電力量と上記要求電力量とから、上記バッテリのＳＯＣの下限値を設定し、
上記のバッテリの充電状態が不十分であるか否かを、上記下限値と上記バッテリのＳＯＣとを比較して判断する、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機関の制御方法。
【請求項５】
車両の自動運転時に、予測される車両の運転パターンを考慮して上記要求電力量を求める、請求項１に記載の車両用内燃機関の制御方法。
【請求項６】
上記リーン燃焼運転領域における各運転点に対しリーン空燃比である目標空燃比を割り付けたリーン空燃比マップと、少なくとも上記ストイキ燃焼運転領域の各運転点に対し理論空燃比近傍の目標空燃比を割り付けたストイキ空燃比マップと、上記ストイキ燃焼運転領域および上記リーン燃焼運転領域の双方を含む運転領域の各運転点に対し上記電動式吸気供給装置の停止を前提として理論空燃比近傍の目標空燃比ないしリーン空燃比である目標空燃比を割り付けた第３の空燃比マップと、を備え、
上記のバッテリの充電状態が不十分なときは上記第３の空燃比マップを用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の車両用内燃機関の制御方法。
【請求項７】
理論空燃比近傍を目標空燃比としたストイキ燃焼モードとリーン空燃比を目標空燃比としたリーン燃焼モードとに切換可能な内燃機関と、車載のバッテリにより駆動されて、少なくともリーン燃焼モードの一部運転条件下では吸気量の一部を分担する電動式吸気供給装置と、コントローラと、を備えた車両用内燃機関の制御装置であって、
上記コントローラは、
内燃機関のトルクおよび回転速度をパラメータとして、上記ストイキ燃焼モードとするストイキ燃焼運転領域と上記リーン燃焼モードとするリーン燃焼運転領域とを予め設定した制御マップを備え、
上記ストイキ燃焼運転領域から上記リーン燃焼運転領域への移行の要求を検出したときに、上記リーン燃焼モードへ切り換えたときの上記電動式吸気供給装置の要求電力量を求めて、この要求電力量に対し上記バッテリの充電状態が不十分なときは上記ストイキ燃焼モードを継続する、
車両用内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、理論空燃比近傍を目標空燃比としたストイキ燃焼モードとリーン空燃比を目標空燃比としたリーン燃焼モードとに切換可能な車両用内燃機関の制御方法および制御装置、特に、リーン燃焼モードの一部の運転条件下では電動式吸気供給装置の稼動が必要な車両用内燃機関の制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃費低減のために、理論空燃比を目標空燃比としたストイキ燃焼モードとリーン空燃比を目標空燃比としたリーン燃焼モードとに切換可能な内燃機関が知られている。このような内燃機関においては、より広範な機関運転条件（トルクおよび機関回転速度）においてリーン燃焼モードとすることが、燃費低減の上で望ましい。【０００３】
また、特許文献１には、車載のバッテリにより駆動される電動コンプレッサによって内燃機関の過給を行うことが開示されている。そして、電動コンプレッサのモータ温度が作動制限を受ける温度域にあるときには、過給域であっても実質的に無過給（自然給気）状態となることが記載されている。【０００４】
ところで、内燃機関が排出するＮＯｘの排出量（いわゆるエンジンアウトＮＯｘ排出量）は、空燃比が十分にリーンであるときに低くなり、リーンの程度が不十分であると増大する。なお、このようなリーン燃焼の下では、一般的な三元触媒は機能しない。従って、燃費低減を図りつつエンジンアウトＮＯｘ排出量を少なくするためには、十分にリーンであるリーン空燃比と理論空燃比との間における中間的な空燃比の利用を避けることが望ましい。【０００５】
十分に高い空燃比を得るためには、シリンダ内に多量の空気を供給する必要があり、大気圧下で十分な空気量を確保できない場合には、何らかの過給手段ないし吸気供給装置が必要となることがある。【０００６】
このようなリーン燃焼のための吸気供給装置として電動コンプレッサのような電動式吸気供給装置を用いたとすると、バッテリの充電状態が不十分となったときにモータ回転速度が低下して空気供給が目標のリーン空燃比に対して不足し、実際の空燃比が目標リーン空燃比よりも低くなってしまうことがあり得る。このような場合には、エンジンアウトＮＯｘ排出量が増加してしまう。【０００７】
従って、この発明は、ＮＯｘ排出量が少ないリーン空燃比と理論空燃比との間の好ましくない中間的なリーン空燃比での運転を極力排し、エンジンアウトＮＯｘ排出量の増加を回避することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２２８５８６号公報
【発明の概要】
【０００９】
この発明に係る車両用内燃機関の制御方法および制御装置は、理論空燃比近傍を目標空燃比としたストイキ燃焼モードとリーン空燃比を目標空燃比としたリーン燃焼モードとに切換可能な内燃機関と、車載のバッテリにより駆動されて、少なくともリーン燃焼モードの一部運転条件下では吸気量の一部を分担する電動式吸気供給装置と、を備えている。
【００１０】
本発明においては、内燃機関のトルクおよび回転速度をパラメータとして、上記ストイキ燃焼モードとするストイキ燃焼運転領域と上記リーン燃焼モードとするリーン燃焼運転領域とを予め設定するとともに、上記ストイキ燃焼運転領域から上記リーン燃焼運転領域へ移行したときに、上記リーン燃焼モードへ切り換えた場合の上記電動式吸気供給装置の要求電力量を求め、この要求電力量に対し上記バッテリの充電状態が不十分なときは上記ストイキ燃焼モードを継続する。
【００１１】
すなわち、バッテリの充電状態が不十分なときには、リーン燃焼モードへの切換が行われず、理論空燃比近傍での運転が継続される。これにより、リーン燃焼モードへの切換に伴うＮＯｘの排出やその後の電動式吸気供給装置の作動低下に伴うＮＯｘの増加が未然に回避される。理論空燃比近傍であれば、三元触媒での排気浄化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施例となる内燃機関のシステム構成を示す構成説明図。
【図２】ストイキ燃焼運転領域とリーン燃焼運転領域とを設定した制御マップの説明図。
【図３】燃焼モード切換の制御の流れを示すフローチャート。
【図４】第３の空燃比マップを具備した実施例を示す要部のフローチャート。
【図５】一実施例におけるモード切換を比較例と対比して示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、この発明の一実施例となる内燃機関１のシステム構成を示している。この実施例は、過給手段として電動過給機２とターボ過給機３とを併用した構成である。内燃機関１は、例えば４ストロークサイクルの火花点火式ガソリン機関であって、特に、理論空燃比近傍（すなわち、空気過剰率λ＝１）を目標空燃比としたストイキ燃焼モードとリーン空燃比（例えば、λ＝２近傍）を目標空燃比としたリーン燃焼モードとに切換可能な構成となっている。
【００１５】
内燃機関１の排気通路６には、ターボ過給機３の排気タービン４が配置され、該排気タービン４の下流側に、例えば三元触媒を用いた上流側触媒コンバータ７および下流側触媒コンバータ８が配置されている。上流側触媒コンバータ７もしくは下流側触媒コンバータ８として、いわゆるＮＯｘ吸蔵触媒を用いるようにしてもよい。排気通路６のさらに下流側には、排気消音器９が設けられており、該排気消音器９を介して排気通路６は外部へ開放されている。上記排気タービン４は、過給圧制御のための公知のウェストゲートバルブ（図示せず）を備えている。
【００１６】
内燃機関１は、例えばピストン−クランク機構として複リンク機構を利用した可変圧縮比機構を備えており、圧縮比を変更するための電動アクチュエータ１０が設けられている。また、吸気弁および排気弁の少なくとも一方に、電動式の可変バルブタイミング機構ないし可変バルブリフト機構を具備していてもよい。
【００１７】
内燃機関１の吸気通路１１には、上記ターボ過給機３のコンプレッサ５が配置されており、このコンプレッサ５よりも下流側に、吸入空気量を制御する電子制御型のスロットル弁１２が配置されている。上記スロットル弁１２は、コレクタ部１１ａの入口部に位置し、このコレクタ部１１ａよりも下流側では、吸気通路１１は、吸気マニホルドとして各気筒毎に分岐している。上記コレクタ部１１ａの内部には、過給吸気を冷却するインタークーラ１３が設けられている。このインタークーラ１３は、ポンプ３１の作用によりラジエータ３２との間で冷却水が循環する水冷式の構成である。
【００１８】
また上記コンプレッサ５の出口側を入口側に連通するようにリサーキュレーションバルブ３４を備えたリサーキュレーション通路３５が設けられている。リサーキュレーションバルブ３４は、内燃機関１の減速時つまりスロットル弁１２が急に閉じたときに開状態に制御され、これにより、加圧された吸気がリサーキュレーション通路３５を介してコンプレッサ５に循環する。
【００１９】
上記吸気通路１１の最上流部には、エアクリーナ１４が配置されており、このエアクリーナ１４の下流側に、吸入空気量の検出を行うエアフロメータ１５が配置されている。そして、上記コンプレッサ５と上記コレクタ部１１ａとの間に、上記電動過給機２が配置されている。つまり、ターボ過給機３のコンプレッサ５と電動過給機２とは、吸気通路１１において、電動過給機２が相対的に下流側となるように互いに直列に配置されている。
【００２０】
また、上記電動過給機２の入口側と出口側とを電動過給機２を経由せずに接続するように、バイパス通路１６が設けられている。このバイパス通路１６には、該バイパス通路１６を開閉するバイパス弁１７が設けられている。電動過給機２の停止時には、このバイパス弁１７が開状態となる。
【００２１】
上記電動過給機２は、吸気通路１１に介在するコンプレッサ部２ａと、このコンプレッサ部２ａを駆動する電動モータ２ｂと、を有している。なお、図１には、コンプレッサ部２ａがターボ過給機３のコンプレッサ５と同様に遠心形コンプレッサとして図示されているが、本発明においては、ルーツブロアやスクリュー形コンプレッサなど任意の形式のコンプレッサを利用することが可能である。電動モータ２ｂは、図示せぬ車載のバッテリを電源として駆動される。すなわち、本実施例においては、電動過給機２が「電動式吸気供給装置」に相当する。
【００２２】
上記排気通路６と上記吸気通路１１との間には、排気の一部を吸気系へ還流するための排気還流通路２１が設けられている。この排気還流通路２１は、上流端となる一端２１ａが、排気通路６の排気タービン４下流側詳しくは上流側触媒コンバータ７と下流側触媒コンバータ８との間から分岐している。そして、下流端となる他端２１ｂが、コンプレッサ５上流側の位置において吸気通路１１に接続されている。上記排気還流通路２１の途中には、運転条件に応じて開度が可変制御される排気還流制御弁２２が介装されており、さらに、この排気還流制御弁２２よりも排気通路６側となる位置に、還流排気の冷却を行うＥＧＲガスクーラ２３が設けられている。
【００２３】
上記内燃機関１は、エンジンコントローラ３７によって統合的に制御される。エンジンコントローラ３７には、上記のエアフロメータ１５のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ３８、冷却水温を検出する水温センサ３９、運転者によるトルク要求を検出するセンサとして運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ４０、コレクタ部１１ａにおける過給圧（吸気圧）を検出する過給圧センサ４１、排気空燃比を検出する空燃比センサ４２等の種々のセンサ類の検出信号が入力されている。また、図示せぬバッテリの充電状態つまりＳＯＣ（ステート・オブ・チャージ）を検出するバッテリコントローラ４３がエンジンコントローラ３７に接続されており、ＳＯＣを示す信号がバッテリコントローラ４３からエンジンコントローラ３７に入力されている。エンジンコントローラ３７は、これらの検出信号に基づき、内燃機関１の燃料噴射量や噴射時期ならびに点火時期、スロットル弁１２の開度、電動過給機２の動作、バイパス弁１７の開度、図示せぬウェストゲートバルブの開度、リサーキュレーションバルブ３４の開度、排気還流制御弁２２の開度、等を最適に制御している。
【００２４】
図２は、内燃機関１のトルク（換言すれば負荷）と回転速度とをパラメータとして、ストイキ燃焼モードとすべきストイキ燃焼運転領域Ｓとリーン燃焼モードとすべきリーン燃焼運転領域Ｌとを設定した制御マップを示している。この制御マップは、後述する目標空燃比マップとともにエンジンコントローラ３７の記憶装置に予め格納されている。リーン燃焼運転領域Ｌは、比較的トルクが小さな低・中速域に設定されている。リーン燃焼運転領域Ｌを除く他の領域は、基本的にストイキ燃焼運転領域Ｓである。なお、詳しくは図示していないが、ストイキ燃焼運転領域Ｓの中で、全開に近い領域は、目標空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチとなっている。ここで、リーン燃焼運転領域Ｌは、空気の供給を電動過給機２に依存しない第１リーン燃焼運転領域Ｌ１と、一部の空気の供給を電動過給機２に依存する第２リーン燃焼運転領域Ｌ２と、を含んでいる。第２リーン燃焼運転領域Ｌ２は、リーン燃焼運転領域Ｌの中で、低速高負荷側の領域である。すなわち、この第２リーン燃焼運転領域Ｌ２では、吸気量の一部を電動過給機２が分担することとなる。
【００２５】
内燃機関１の運転条件（トルクおよび回転速度）がストイキ燃焼運転領域Ｓ内にあれば、目標空燃比マップとしてストイキ空燃比マップを用い、かつ燃料噴射時期や点火時期等をストイキ燃焼に適したものに設定したストイキ燃焼モードでの運転を行う。目標空燃比マップは、トルクおよび回転速度から定まる各運転点に対して目標空燃比を割り付けたマップであり、ストイキ燃焼モードで用いるストイキ空燃比マップでは、ストイキ燃焼運転領域Ｓおよびリーン燃焼運転領域Ｌの双方を含む運転領域の各運転点に対して、理論空燃比近傍の目標空燃比が割り付けられている。なお、本発明において理論空燃比の「近傍」とは、三元触媒作用が得られる空燃比範囲を意味しており、例えば、理論空燃比を１４．７としたときに１４．５〜１５．０の範囲の値である。ストイキ空燃比マップにおける各運転点の目標空燃比は、例えば全てが「１４．７」であってもよく、他の条件を考慮して一部の運転点で「１４．６」や「１４．８」のように異なる値が割り付けられていてもよい。
【００２６】
一方、内燃機関１の運転条件がリーン燃焼運転領域Ｌ内にあれば、目標空燃比マップとしてリーン空燃比マップを用い、かつ燃料噴射時期や点火時期等をリーン燃焼に適したものに設定したリーン燃焼モードでの運転を行う。リーン空燃比マップは、リーン燃焼運転領域Ｌの各運転点に対しリーン空燃比である目標空燃比をそれぞれ割り付けたものである。ここで、リーン燃焼モードにおいて目標空燃比となる「リーン空燃比」は、エンジンアウトＮＯｘ排出量がある程度低くなるリーン側の空燃比であり、一実施例では、例えば、「λ＝２」付近の２５〜３３の範囲の空燃比となる。なお、このリーン空燃比の値は例示に過ぎず、本発明においては、リーン燃焼モードでのリーン空燃比としては、ストイキ空燃比マップにおける理論空燃比近傍の空燃比範囲とは不連続（換言すれば互いに離れた数値範囲）となるリーン側の空燃比範囲であればよい。リーン空燃比マップにおいては、各運転点における目標空燃比の値は、通常は一定値ではなく、トルクおよび回転速度に応じて僅かに異なる値に設定される。なお、リーン空燃比マップが、ストイキ燃焼運転領域Ｓ内の運転点に対しても目標空燃比を具備するようなデータ構成であってもよいが、この場合、ストイキ燃焼運転領域Ｓ内の運転点に対する目標空燃比は、ストイキ空燃比マップと同様の理論空燃比近傍の値である。
【００２７】
リーン燃焼運転領域Ｌの中の第１リーン燃焼運転領域Ｌ１と第２リーン燃焼運転領域Ｌ２とでは、目標空燃比に大きな差異はなく、いずれも上述した「λ＝２」付近のリーン空燃比が目標空燃比として設定されている。しかしながら、第１リーン燃焼運転領域Ｌ１では電動過給機２に依存せずに目標となるリーン空燃比を実現できるのに対し、第２リーン燃焼運転領域Ｌ２では電動過給機２の稼動を前提として目標空燃比が設定されるため、仮に電動過給機２が所期の動作をし得ないと、第２リーン燃焼運転領域Ｌ２では目標とするリーン空燃比を実現できない。
【００２８】
ここで、仮に車載のバッテリのＳＯＣが低いときにリーン燃焼運転領域Ｌとりわけ第２リーン燃焼運転領域Ｌ２内でのリーン燃焼モードによる運転に移行したとすると、比較的短時間で電動過給機２に供給される電力が不十分となって電動過給機２による吸気供給が低下し、目標とするリーン空燃比を維持できなくなる虞がある。このような場合に、例えば供給可能な吸気量に応じて実空燃比が低下すると、前述したようにエンジンアウトＮＯｘ排出量が増加する。また、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの切換の際にも、過渡的に中間的な空燃比となることから一時的なＮＯｘの増加が伴う。
【００２９】
また、触媒コンバータ７，８に吸着されたＮＯｘを空燃比の一時的な濃化いわゆるリッチスパイクによって処理する場合には、エンジンアウトＮＯｘ排出量の増加によりリッチスパイクに伴う燃料消費が増加する。目標空燃比をリーン空燃比としたリーン燃焼モードでの運転はストイキ燃焼モードでの運転に比較して燃費が向上するが、エンジンアウトＮＯｘ排出量の増加を伴うリーン燃焼モードでの運転が短時間であると、リッチスパイクの要求により逆に燃料消費が悪化してしまう。
【００３０】
そこで、本実施例では、リーン燃焼モードでの運転が要求されたときに、バッテリのＳＯＣが所定の閾値（つまり下限値）以下であった場合には、リーン燃焼モードへの切換を行わずにストイキ燃焼モードを継続する。つまり、リーン燃焼運転領域Ｌ内に移行しても目標空燃比をストイキ空燃比マップに基づく理論空燃比近傍の空燃比とする。理論空燃比近傍の空燃比であれば、三元触媒による排気浄化が可能であり、結果として、外部へ放出されるＮＯｘが低減する。仮にリッチスパイクによりＮＯｘ処理を行う場合でも、リッチスパイクに伴う燃料消費の悪化が抑制される。
【００３１】
図３は、このような燃焼モード切換の制御の流れを示したフローチャートである。このフローチャートに示すルーチンは、エンジンコントローラ３７において所定の演算サイクル毎に繰り返し実行される。ステップ１では、上述したセンサ類から入力された信号やエンジンコントローラ３７内で演算した内部信号に基づき種々のパラメータを読み込む。詳しくは、アクセル開度（アクセルペダルの踏込量）ＡＰＯ、内燃機関１の回転速度Ｎｅ、内燃機関１のトルクＴｅ、過給圧、等を読み込む。
【００３２】
ステップ２では、今回の演算サイクルにおける運転点がリーン燃焼運転領域Ｌ内にあるか否かを判別する。ストイキ燃焼運転領域Ｓ内であれば、ステップ２からステップ４へ進み、目標空燃比マップとしてストイキ空燃比マップを選択するとともに、ステップ５へ進んで、ストイキ燃焼モードでの運転を行う。つまり、これまでの運転がストイキ燃焼モードであればそのままストイキ燃焼モードを継続し、これまでの運転がリーン燃焼モードであればストイキ燃焼モードへ切り換える。
【００３３】
ステップ２でリーン燃焼運転領域Ｌ内にあると判断した場合にはステップ３へ進み、現在の燃焼モード換言すればこれまでの燃焼モードがストイキ燃焼モードであったか否かを判別する。ここでＮＯであれば、既にリーン燃焼モードとなっているので、ステップ６へ進み、目標空燃比マップとしてリーン空燃比マップを選択するとともに、ステップ７へ進んで、リーン燃焼モードでの運転を継続する。
【００３４】
ステップ３でこれまでの燃焼モードがストイキ燃焼モードであった場合には、ストイキ燃焼運転領域Ｓからリーン燃焼運転領域Ｌへ移行したことを意味するので、ステップ３からステップ８へ進み、バッテリのＳＯＣが後述する下限値ＳＯＣｌｉｍを上回っているか否かを判別する。
【００３５】
ステップ８においてバッテリのＳＯＣが下限値ＳＯＣｌｉｍを上回っていれば、ステップ８からステップ６へ進み、目標空燃比マップとしてリーン空燃比マップを選択するとともに、ステップ７へ進んで、リーン燃焼モードでの運転を行う。つまり、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへ切り換える。なお、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへ切り換える際には、第１リーン燃焼運転領域Ｌ１であっても、吸気量変化の応答遅れを補うために、電動過給機２が一時的に駆動される。
【００３６】
これに対し、ステップ８においてバッテリのＳＯＣが下限値ＳＯＣｌｉｍ以下であれば、ステップ９へ進み、目標空燃比マップとしてストイキ空燃比マップを選択するとともに、ステップ１０へ進んで、ストイキ燃焼モードでの運転を行う。つまり、運転点がリーン燃焼運転領域Ｌへ移行しても、リーン燃焼モードへの切換を禁止し、そのままストイキ燃焼モードでの運転を継続する。
【００３７】
下限値ＳＯＣｌｉｍは、一つの例では、リーン燃焼モードへの切換後に第２リーン燃焼運転領域Ｌ２内でのリーン燃焼モードによる目標空燃比をある時間の間維持できるだけの電動過給機２の電力量を満たすように設定される。詳しくは、第２リーン燃焼運転領域Ｌ２内でのリーン燃焼モードによる目標空燃比のある時間の維持に必要な電動過給機２の電力量と、可変圧縮比機構用電動アクチュエータ１０等の内燃機関１に付随した電気機器を含む他の電気機器が必要とする電力量と、の総和（つまり総電力要求）に基づいて、下限値ＳＯＣｌｉｍが設定される。電動過給機２に必要な電力量は、要求される電動過給機２の入口側圧力と出口側圧力との圧力差に相関し、内燃機関１のトルクＴｅや回転速度Ｎｅを含む種々のパラメータから推定し得る。
【００３８】
また、他の一つの例では、ＮＯｘ処理をリッチスパイクでもって行うものとして、下限値ＳＯＣｌｉｍが次のように設定される。まず、第２リーン燃焼運転領域Ｌ２の中で、リーン空燃比を目標空燃比とするリーン燃焼モードと理論空燃比近傍のストイキ燃焼モードとで燃料消費量の差が最も小さい運転点を見つけ出し、この運転点での単位時間当たりの燃料消費量の差（ΔＦ）を算出する。次に、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの切換に伴って過渡的に発生するＮＯｘ排出量と、その後のリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへの切換に伴って過渡的に発生するＮＯｘ排出量と、を求め、かつ、これらのＮＯｘをリッチスパイクによって処理するに必要な燃料量（Ｆａ）を算出する。
【００３９】
そして、上記の単位時間当たりの燃料消費量差ΔＦに当該運転点での運転継続時間Ｔを乗じた燃料量ΔＦ・Ｔ（つまりリーン空燃比とすることによる燃料減少量）がリッチスパイクにより必要な燃料量Ｆａ（つまり燃焼モード切換に伴う燃料増加量）を上回ることなる損益分岐点となるリーン燃焼モードの運転継続時間Ｔを算出する。つまり、この時間Ｔよりも長くリーン空燃比を維持できるのであれば、燃料消費の点で、リーン燃焼モードへの切換を実行した方が有利となる。逆に、電動過給機２を用いたリーン燃焼モードが損益分岐点となる時間Ｔよりも長く維持できない場合には、運転点によっては燃料消費が悪化する可能性があるため、燃焼モードの切換を行わない方が有利となる。
【００４０】
最後に、電動過給機２を最大出力で時間Ｔの間運転した場合の消費電力を求め、この消費電力に基づいて、下限値ＳＯＣｌｉｍを設定する。なお、上述したように、他の電気機器による時間Ｔの間の消費電力をも考慮することが望ましい。
【００４１】
また、他の一つの例では、車両が自動走行を行っている場合に、予測される車両の運転パターンを考慮して、リーン空燃比によるリーン燃焼モードでの運転をある時間の間継続し得る要求の電力量ひいてはバッテリＳＯＣの下限値ＳＯＣｌｉｍを逐次設定することができる。例えば、自車速度、自車が追従している前車との間隔、設定されている巡航速度、道路勾配、道路曲率、信号状況、などの一つあるいは複数の情報を用いて、今後一定時間（例えば１０秒間）の間の内燃機関１の運転点の変化を予測し、第２リーン燃焼運転領域Ｌ２についての各運転点での電動過給機２の消費電力を積算することで、燃焼モード切換に伴って必要となる要求電力量を求めることができる。下限値ＳＯＣｌｉｍは、この要求電力量を満たすように設定される。なお、上述したように、他の電気機器による消費電力をも考慮することが望ましい。
【００４２】
図５は、上記の制御による作用を説明するためのタイムチャートである。ここで、図左側の列は実施例を示し、図右側の列は比較例を示している。いずれも、時間ｔ１においてストイキ燃焼運転領域Ｓから第１リーン燃焼運転領域Ｌ１へ移行し、直後の時間ｔ２において第１リーン燃焼運転領域Ｌ１からさらに第２リーン燃焼運転領域Ｌ２へ移行した場合の作用を示している。図の（ａ）はバッテリのＳＯＣ、（ｂ）は電動過給機２に供給される電力、（ｃ）は内燃機関１の空気過剰率、（ｄ）はＮＯｘ排出量、のそれぞれの変化を示している。
【００４３】
まず比較例について説明すると、図示例では、時間ｔ１においてストイキ燃焼運転領域Ｓから第１リーン燃焼運転領域Ｌ１へ移行したときに、バッテリのＳＯＣが下限値ＳＯＣｌｉｍ以下であるにも拘わらず、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの切換を実行する。この切換時には、電動過給機２が一時的に作動し、これに伴ってＳＯＣが低下する。ＮＯｘ排出量は、空燃比切換時に中間的な空燃比帯域を通過することで一時的に増加する。
【００４４】
時間ｔ２までは第１リーン燃焼運転領域Ｌ１であるため、電動過給機２が停止したまま目標とするリーン空燃比が維持される。時間ｔ２において第１リーン燃焼運転領域Ｌ１からさらに第２リーン燃焼運転領域Ｌ２に移行したため、電動過給機２が作動するが、バッテリのＳＯＣが低いことで電動過給機２への電力供給が不十分となり、図示例では比較的短時間で停止する。従って、空気過剰率は目標とする「λ＝２」を維持できなくなり、例えば電動過給機２が停止したとき以降は、「λ＝１．７」付近となる。これにより、（ｄ）に示すように、ＮＯｘ排出量が増加する。
【００４５】
また、比較例の中の破線は、電動過給機２の回転速度がある程度低下した段階でストイキ燃焼モードに強制的に切り換えるようにした場合の特性を示している。この場合、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへの切換時に、やはり空燃比が中間的な空燃比帯域を通過することで一時的にＮＯｘが増加する。
【００４６】
これに対し、図左側の列に示す実施例では、時間ｔ１においてストイキ燃焼運転領域Ｓから第１リーン燃焼運転領域Ｌ１へ移行したときに、バッテリのＳＯＣが下限値ＳＯＣｌｉｍ以下であることから、リーン燃焼モードへの切換がなされず、ストイキ燃焼モードでの運転が継続される。従って、燃焼モード切換に伴うＮＯｘの増加が回避される。
【００４７】
次に、図４は、通常のストイキ空燃比マップとリーン空燃比マップとは別に、バッテリのＳＯＣが低いときに用いる第３の空燃比マップを備えた第２実施例のフローチャートの要部を示している。なお、フローチャートの図示していない部分は、図３のフローチャートと同様である。第３の空燃比マップは、ストイキ燃焼運転領域Ｓおよびリーン燃焼運転領域Ｌの双方を含む運転領域の各運転点に対し電動過給機２の停止を前提として理論空燃比近傍の目標空燃比ないしリーン空燃比である目標空燃比を割り付けたものとなっている。例えば、ストイキ燃焼運転領域Ｓと第２リーン燃焼運転領域Ｌ２では基本的に目標空燃比が理論空燃比近傍となり、第１リーン燃焼運転領域Ｌ１では、基本的に目標空燃比が「λ＝２」相当の空燃比となるが、第１リーン燃焼運転領域Ｌ１と第２リーン燃焼運転領域Ｌ２の境界付近では、電動過給機２の停止を考慮して、仮にリーン空燃比とする場合でも「λ＝２」相当の空燃比の中で比較的小さな値（例えば２８．０等）に設定し、かつできるだけリーン空燃比となる領域を確保するようにしてある。
【００４８】
図４に示すように、ステップ８でバッテリのＳＯＣが下限値ＳＯＣｌｉｍ以下である場合には、ステップ８からステップ９Ａへ進み、目標空燃比マップとして第３の空燃比マップを選択する。そして、ステップ１０Ａへ進み、そのときの運転点に対し第３の空燃比マップで割り付けられている目標空燃比の値に対応して、リーン燃焼モードもしくはストイキ燃焼モードでもって内燃機関１を運転する。従って、この第２実施例では、第１リーン燃焼運転領域Ｌ１であれば、バッテリのＳＯＣが低くても、実質的にリーン燃焼モードへの切換が許可されることとなる。
【００４９】
以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例ではリーン燃焼モードの空燃比を「λ＝２」相当とした例を説明したが、この発明は、これに限らず、適当なリーン空燃比を用いることができる。また、上記実施例では、電動式吸気供給装置として電動過給機２を備えているが、例えば、排気エネルギにより駆動されるロータの回転を電動モータによってアシストするようにした電動アシストターボチャージャなと他の形式の電動式吸気供給装置を用いることもできる。また、電動過給機と電動アシストターボチャージャとを併用するような構成も可能である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月10日(2018.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
理論空燃比を目標空燃比としたストイキ燃焼モードとリーン空燃比を目標空燃比としたリーン燃焼モードとに切換可能な内燃機関と、車載のバッテリにより駆動されて、少なくともリーン燃焼モードの一部運転条件下では吸気量の一部を分担する電動式吸気供給装置と、を備えた車両用内燃機関の制御方法であって、
内燃機関のトルクおよび回転速度をパラメータとして、上記ストイキ燃焼モードとするストイキ燃焼運転領域と上記リーン燃焼モードとするリーン燃焼運転領域とを予め設定するとともに、
上記ストイキ燃焼運転領域から上記リーン燃焼運転領域へ移行したときに、上記リーン燃焼モードへ切り換えた場合の上記電動式吸気供給装置の要求電力量を求め、
この要求電力量に対し上記バッテリの充電状態が不十分なときは上記電動式吸気供給装置を駆動せずに上記ストイキ燃焼モードを継続する、車両用内燃機関の制御方法。
【請求項２】
上記要求電力量は、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの切換およびその後のリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへの切換に伴い発生するＮＯｘの処理に必要な燃料増加量と、リーン空燃比とすることによる燃料減少量と、の損益分岐点となるリーン燃焼モードの運転継続時間に対応して設定される、請求項１に記載の車両用内燃機関の制御方法。
【請求項３】
上記リーン燃焼運転領域の中で上記電動式吸気供給装置に依存せずにリーン空燃比が実現可能な運転点へ移行するときは、リーン燃焼モードへの切換を許可する、請求項１または２に記載の車両用内燃機関の制御方法。
【請求項４】
車載の他の電気機器が必要とする電力量と上記要求電力量とから、上記バッテリのＳＯＣの下限値を設定し、
上記のバッテリの充電状態が不十分であるか否かを、上記下限値と上記バッテリのＳＯＣとを比較して判断する、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機関の制御方法。
【請求項５】
車両の自動運転時に、予測される車両の運転パターンを考慮して上記要求電力量を求める、請求項１に記載の車両用内燃機関の制御方法。
【請求項６】
上記リーン燃焼運転領域における各運転点に対しリーン空燃比である目標空燃比を割り付けたリーン空燃比マップと、少なくとも上記ストイキ燃焼運転領域の各運転点に対し理論空燃比近傍の目標空燃比を割り付けたストイキ空燃比マップと、上記ストイキ燃焼運転領域および上記リーン燃焼運転領域の双方を含む運転領域の各運転点に対し上記電動式吸気供給装置の停止を前提として理論空燃比近傍の目標空燃比ないしリーン空燃比である目標空燃比を割り付けた第３の空燃比マップと、を備え、
上記のバッテリの充電状態が不十分なときは上記第３の空燃比マップを用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の車両用内燃機関の制御方法。
【請求項７】
理論空燃比近傍を目標空燃比としたストイキ燃焼モードとリーン空燃比を目標空燃比としたリーン燃焼モードとに切換可能な内燃機関と、車載のバッテリにより駆動されて、少なくともリーン燃焼モードの一部運転条件下では吸気量の一部を分担する電動式吸気供給装置と、コントローラと、を備えた車両用内燃機関の制御装置であって、
上記コントローラは、
内燃機関のトルクおよび回転速度をパラメータとして、上記ストイキ燃焼モードとするストイキ燃焼運転領域と上記リーン燃焼モードとするリーン燃焼運転領域とを予め設定した制御マップを備え、
上記ストイキ燃焼運転領域から上記リーン燃焼運転領域への移行の要求を検出したときに、上記リーン燃焼モードへ切り換えたときの上記電動式吸気供給装置の要求電力量を求めて、この要求電力量に対し上記バッテリの充電状態が不十分なときは上記電動式吸気供給装置を駆動せずに上記ストイキ燃焼モードを継続する、
車両用内燃機関の制御装置。
【国際調査報告】
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