(57)【要約】【課題】  吸入空気量と燃料噴射量とを変更することにより空燃比を切換える際に、応答よく出力トルクの変動を防止することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】  燃焼室内の圧力に基づき、燃焼室内の圧力が検出された気筒におけるトルク指標を算出するトルク指標算出手段（５０，５２，８２，８４）と、リーンな空燃比による運転状態とリッチな空燃比による運転状態のいずれか一方から他方への切換えを行うとき、切換え後の運転状態に対応した吸入空気量となるように吸入空気量調整手段（１２，２０）を制御すると共に、トルク指標算出手段（５０，５２，８２，８４）によって算出されたトルク指標が、前記切換えの前にトルク指標算出手段（５０，５２，８２，８４）によって算出されたトルク指標と等しくなるように、燃料噴射弁（８）から燃焼室内に噴射される燃料の量を制御する切換制御手段（２８）とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の燃焼室内に吸入される空気の量と、燃焼室内に噴射される燃料の量とを変更することにより、リーンな空燃比による第１の運転状態とリッチな空燃比による第２の運転状態とを切換え可能な内燃機関の制御装置において、
前記燃焼室内に吸入される空気量を調整する吸入空気量調整手段と、
前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段によって検出された前記燃焼室内の圧力に基づき、前記燃焼室内の圧力が検出された気筒におけるトルク指標を算出するトルク指標算出手段と、
前記第１の運転状態と前記第２の運転状態のいずれか一方から他方への切換えを行うとき、前記切換え後の運転状態に対応した吸入空気量となるように前記吸入空気量調整手段を制御すると共に、前記トルク指標算出手段によって算出されたトルク指標が、前記切換えの前に前記トルク指標算出手段によって算出されたトルク指標と等しくなるように、前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に噴射される燃料の量を制御する切換制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記トルク指標算出手段は、前記筒内圧検出手段によって検出された前記燃焼室内の圧力を、前記燃焼室内の圧力が検出された気筒における１サイクル中の所定行程期間にわたって積算することにより前記トルク指標を算出す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】
クランク角を検出するクランク角検出手段をさらに備え、
前記トルク指標算出手段は、前記クランク角検出手段によって検出されたクランク角に基づき運転中の燃焼室の容積を求め、前記筒内圧検出手段によって検出された前記燃焼室内の圧力と前記燃焼室の容積とに基づき、前記燃焼室の容積を変数として表される前記燃焼室内の圧力を、前記燃焼室内の圧力が検出された気筒における１サイクルの期間にわたって前記燃焼室の容積で積分することにより前記トルク指標を算出す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４】
前記筒内圧検出手段は、複数の気筒の燃焼室の圧力をそれぞれ検出するものであって、
前記トルク指標算出手段は、前記筒内圧検出手段によって前記燃焼室の圧力が検出された各気筒毎に前記トルク指標を算出し、
前記切換制御手段は、前記トルク指標算出手段によって算出された各気筒毎のトルク指標が、前記切換えの前に前記トルク指標算出手段によって算出されたトルク指標と等しくなるように、前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に噴射される燃料の量を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記切換制御手段は、前記筒内圧検出手段によって検出された前記燃焼室内の圧力の変化率が所定値以上となったときに、前記燃料噴射弁からの燃料噴射時期を遅延させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記切換制御手段は、前記筒内圧検出手段によって検出された前記燃焼室内の圧力に基づき推定した燃焼期間が所定期間以上となったときに、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を上昇させると共に、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を短縮することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、より詳細には空燃比をリーンとリッチとの間で切り換え可能な内燃機関に好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では排ガス規制の強化や燃費向上の要求から、内燃機関の空燃比を運転状態に応じて切り換えることが知られている。
例えば、排気浄化装置としてＮＯｘ吸蔵触媒を用いる場合、ＮＯｘ吸蔵触媒は排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比がリッチであると吸蔵したＮＯｘを放出する特性を有することから、通常運転時は燃焼室内の平均空燃比をリーンにしてＮＯｘ吸蔵触媒に排気中のＮＯｘを吸蔵させ、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力が飽和しないように適宜燃焼室内の平均空燃比をリッチに切り換えてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出還元するようにしている。
【０００３】
このとき、燃焼室内の平均空燃比をリッチとリーンの一方から他方に切り換えるには、燃焼室内に吸入される空気量を変更すると共に、燃焼室内に噴射される燃料の供給量を変更する。例えば、リーン空燃比からリッチ空燃比に切り換える場合には、吸入空気量を減少させると共に、燃料噴射量を増量するが、このとき吸入空気量の減少に伴うトルク低下分と、燃料噴射量の増量に伴うトルク上昇分との釣り合いがとれず、出力トルクに変動が生じることになる。
【０００４】
このような不具合を解消するため、吸入空気量の減少によるトルクの低下分だけ出力トルクを増量させるのに必要な追加燃料量を予めマップに記憶しておき、空燃比の切り換え時に吸入空気の減少量に対応してこのマップから読み出した追加燃料量だけ燃料噴射量を増量することにより、空燃比切り換え時のトルク変動の発生を防止するようにしたものが提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−２７９７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の制御装置では、空燃比を切換えるときに切換え後の吸入空気量と燃料噴射量とを指示するのみであり、空燃比切換え中の運転状態や吸入空気量及び燃料噴射量を監視していない。
ところが、吸入空気量や燃料噴射量の変更の指示に対して、実際の吸入空気量や燃料噴射量の変化には応答遅れがあるため、特許文献１の制御装置のように単に切換え後の吸入空気量と燃料噴射量とを指示するだけでは、空燃比切換え中の吸入空気量の変化と燃料噴射量の変化との間に不整合が生じ、トルク変動や燃焼騒音の増大を招く恐れがある。
【０００６】
例えば、空燃比をリーンからリッチに切換える際、燃料噴射量に比較して吸入空気量の応答が遅いため、特許文献１の制御装置では吸入空気量がまだあまり減少していない状態で燃料噴射量が増量することとなり、出力トルクが増加してしまう。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸入空気量と燃料噴射量とを変更することにより空燃比を切換える際に、応答よく出力トルクの変動を防止することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は、気筒の燃焼室内に吸入される空気の量と、燃焼室内に噴射される燃料の量とを変更することにより、リーンな空燃比による第１の運転状態とリッチな空燃比による第２の運転状態とを切り換え可能な内燃機関の制御装置において、前記燃焼室内に吸入される空気量を調整する吸入空気量調整手段と、前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、前記筒内圧検出手段によって検出された前記燃焼室内の圧力に基づき、前記燃焼室内の圧力が検出された気筒におけるトルク指標を算出するトルク指標算出手段と、前記第１の運転状態と前記第２の運転状態のいずれか一方から他方への切換えを行うとき、前記切換え後の運転状態に対応した吸入空気量となるように前記吸入空気量調整手段を制御すると共に、前記トルク指標算出手段によって算出されたトルク指標が、前記切換えの前に前記トルク指標算出手段によって算出されたトルク指標と等しくなるように、前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に噴射される燃料の量を制御する切換制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
具体的には、前記トルク指標算出手段が、前記筒内圧検出手段によって検出された前記燃焼室内の圧力を、前記燃焼室内の圧力が検出された気筒における１サイクル中の所定行程期間にわたって積算することにより前記トルク指標を算出することを特徴とする（請求項２）。
または、クランク角を検出するクランク角検出手段をさらに備え、前記トルク指標算出手段は、前記クランク角検出手段によって検出されたクランク角に基づき運転中の燃焼室の容積を求め、前記筒内圧検出手段によって検出された前記燃焼室内の圧力と前記燃焼室の容積とに基づき、前記燃焼室の容積を変数として表される前記燃焼室内の圧力を、前記燃焼室内の圧力が検出された気筒における１サイクルの期間にわたって前記燃焼室の容積で積分することにより前記トルク指標を算出することを特徴とする（請求項３）。
【０００９】
請求項１乃至３の内燃機関の制御装置によれば、空燃比の切換えを行うときに、吸入空気量については、切換え後の運転状態に対応した値となるように吸入空気量調整手段を制御し、燃料噴射量については、切換え中のトルク指標が切換え前のトルク指標と等しくなるように制御される。
また、請求項１乃至３の内燃機関の制御装置において、前記筒内圧検出手段は、複数の気筒の燃焼室の圧力をそれぞれ検出するものであって、前記トルク指標算出手段は、前記筒内圧検出手段によって前記燃焼室の圧力が検出された各気筒毎に前記トルク指標を算出し、前記切換制御手段は、前記トルク指標算出手段によって算出された各気筒毎のトルク指標が、前記切換えの前に前記トルク指標算出手段によって算出されたトルク指標と等しくなるように、前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に噴射される燃料の量を制御することを特徴とする（請求項４）。
【００１０】
請求項４の内燃機関の制御装置によれば、複数の気筒についてトルク指標が算出され、それぞれの気筒における切換え中のトルク指標が切換え前のトルク指標と等しくなるように燃料噴射量が制御される。
さらに、請求項１乃至４の内燃機関の制御装置において、前記切換制御手段は、前記筒内圧検出手段によって検出された前記燃焼室内の圧力の変化率が所定値以上となったときに、前記燃料噴射弁からの燃料噴射時期を遅延させることを特徴とする（請求項５）。
【００１１】
請求項５の内燃機関の制御装置によれば、燃焼室内の圧力変化が急峻な場合に燃料噴射弁からの燃料噴射時期が遅延され、燃焼室内の圧力変化が緩和される。
また、請求項１乃至５の内燃機関の制御装置において、前記切換制御手段は、前記筒内圧検出手段によって検出された前記燃焼室内の圧力に基づき推定した燃焼期間が所定期間以上となったときに、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を上昇させると共に、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を短縮することを特徴とする（請求項６）。
【００１２】
請求項６の内燃機関の制御装置によれば、燃焼期間が所定期間以上となったときに、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を上昇させると共に、燃料噴射弁の燃料噴射時期を短縮することで必要な燃料量を確保すると共に、燃焼期間が短縮される。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１乃至３の内燃機関の制御装置によれば、比較的応答性が悪い吸入空気量については、切換え後の運転状態に対応した値となるように吸入空気量調整手段を制御し、比較的応答性のよい燃料噴射量については、切換え中のトルク指標が切換え前のトルク指標と等しくなるように制御されるので、空燃比切換え中においても出力トルク変動の発生を応答よく防止することができる。
【００１４】
また、請求項４の内燃機関の制御装置によれば、それぞれの気筒における切換え中のトルク指標が切換え前のトルク指標と等しくなるように燃料噴射量が制御されるので、より精度よく出力トルクの変動を防止することができる。
さらに、請求項５の内燃機関の制御装置によれば、燃焼室内の圧力変化を緩和することにより、燃焼騒音の増大を防止することができる。
【００１５】
また、請求項６の内燃機関の制御装置によれば、燃焼期間の短縮によりスモークの増大及び燃費の悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る制御装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示す。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料タンクから供給される燃料の軽油を高圧燃料噴射ポンプ４により加圧し、加圧された軽油が高圧燃料配管６を介してコモンレール２に供給される。コモンレール２に蓄えられた高圧の軽油は、各気筒に設けられたインジェクタ８に供給され、各インジェクタ８からそれぞれの気筒内に噴射される。
【００１７】
また、エンジン１のそれぞれの気筒には、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１０が設けられている。
吸気通路６には吸入空気量調整手段の１つとして作動する吸気制御弁１２が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気制御弁１２によって流量が調整された後、吸気マニホールド１４に導入される。
【００１８】
この吸気制御弁１２は、例えばステップモータのようなアクチュエータによって開閉駆動されるようになっている。
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１６を介して排気管１８に接続されている。
なお、排気マニホールド１６と吸気マニホールド１４との間には、吸気制御弁１２と併せ吸入空気量調整手段として作動するＥＧＲ制御弁２０を介して排気マニホールド１６と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２２が設けられている。このＥＧＲ制御弁２０は、例えばステップモータのようなアクチュエータによって開閉駆動されるようになっている。
【００１９】
排気管１８はのＮＯｘ吸蔵触媒２４が収容されたケーシング２６に接続されており、エンジン１から排出された排気が排気マニホールド１６及び排気管１８を通ってケーシング２６内のＮＯｘ吸蔵触媒２４に導入される。
ＮＯｘ吸蔵触媒２４自体は公知のものであり、排気空燃比がリーンの時は排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比がリッチの時は吸蔵したＮＯｘを放出して還元する機能を有している。
【００２０】
ＥＣＵ２８は、本発明の切換制御手段として機能するだけではなく、エンジン１の総合的な制御を行うものであり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ２８の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、筒内圧センサ１４、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３０、及びクランク軸の回転位相を検出するクランク角センサ（クランク角検出手段）３２などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる高圧燃料噴射ポンプ４、インジェクタ８、吸気制御弁１２のアクチュエータ、ＥＧＲ制御弁２０のアクチュエータなどの各種デバイス類が接続されている。
【００２１】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御はＥＣＵ２８によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）の演算は、クランク角センサ３２によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサによって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ８の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ８が開弁駆動される。
【００２２】
以上が本発明の一実施形態に係る制御装置の構成であるが、ＮＯｘ吸蔵触媒２４によるＮＯｘの吸蔵量には限界があるため、適宜ＮＯｘ吸蔵触媒２４に吸蔵されているＮＯｘを放出させてＮＯｘ吸蔵触媒２４を再生する必要がある。そこで、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の再生が必要となったときには、それまでリーンであった燃焼室内の平均空燃比をリッチに切換えることにより、排気空燃比をリーンからリッチへと切換え、これによりＮＯｘ吸蔵触媒２４からＮＯｘを放出させて還元する。
【００２３】
ＮＯｘ吸蔵触媒２４の再生時に、燃焼室内の平均空燃比をリーンからリッチに切換えるには、吸気制御弁１２を閉じると共にＥＧＲ制御弁の開度を増加させてＥＧＲ量を増大させることにより、燃焼室内に吸入される空気量を減少させると共に、吸入空気量の減少に伴う出力トルクの落ち込みを抑制するために燃料噴射量を増加させる。
このような空燃比切換制御の詳細について以下に説明する。
【００２４】
図２は、ＥＣＵ２８によって行われる空燃比切換制御の流れを示すブロック図である。ＮＯｘ吸蔵触媒２４の再生が必要となり空燃比切換信号により空燃比切換指令が発せられると、ブロック３６において、空燃比切換後の吸気制御弁１２の開度が予め記憶されている吸気制御弁開度マップ３４から、アクセル開度センサ３０によって検出されたアクセル開度と、クランク角センサによって検出されたクランク角に基づくエンジン回転数とに対応する吸気制御弁１２の開度が読み出される。この吸気制御弁開度マップ３４は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の再生時に空燃比をリッチにするために必要な吸気制御弁１２の開度が、アクセル開度とエンジン回転数をパラメータとして予め実験等により求められ、記憶されたものである。
【００２５】
また、これと同時に、ブロック４０において、空燃比切換後のＥＧＲ制御弁２０の開度が予め記憶されているＥＧＲ制御弁開度マップ３８から、アクセル開度センサ３０によって検出されたアクセル開度と、クランク角センサによって検出されたクランク角に基づくエンジン回転数とに対応するＥＧＲ制御弁２０の開度が読み出される。このＥＧＲ制御弁開度マップ３８は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の再生時に空燃比をリッチにするために必要なＥＧＲ制御弁２０の開度が、アクセル開度とエンジン回転数をパラメータとして予め実験等により求められ、記憶されたものである。
【００２６】
このようにして設定された吸気制御弁開度及びＥＧＲ制御弁開度となるように、ブロック４２により吸気制御弁１２の制御が行われると共に、ブロック４４によりＥＧＲ制御弁の制御が行われる。なお、吸気制御弁１２及びＥＧＲ制御弁２０による吸入空気量及びＥＧＲ量の変更は、応答性があまり良くないことを考慮して直ちに行われる。
一方、ブロック４８において、空燃比切換え後の燃料の基準噴射量が予め記憶されている燃料噴射量マップ４６から、アクセル開度センサ３０によって検出されたアクセル開度と、クランク角センサによって検出されたクランク角に基づくエンジン回転数とに対応する基準噴射量が読み出される。この燃料噴射量マップ４６は、吸気制御弁１２とＥＧＲ制御弁２０の制御による吸入空気量の減少によって生じた出力トルクの低下を補うために必要な燃料噴射量の基準値が、アクセル開度とエンジン回転数をパラメータとして予め実験等により求められ、記憶されたものである。
【００２７】
こうして設定された基準噴射量の燃料をそのままエンジン１に供給した場合、吸気制御弁１２とＥＧＲ制御弁２０による吸入空気量の変更は応答性があまり良くないのに対し、燃料噴射量の変更は応答性が良いため、空燃比の切換え中は吸入空気量と燃料噴射量との整合性がとれずに出力トルクに変動が生じてしまう。そこで、上記基準噴射量を補正することにより、空燃比切換え中の出力トルクの変動の発生を防止しており、その内容について以下に詳しく説明する。
【００２８】
ブロック５０では空燃比切換指令が発せられる前の状態において、筒内圧センサ１０によって検出された燃焼室内の圧力値を、その圧力が検出された気筒における圧縮行程初期の所定クランク角度ＣＡ1から、膨張行程終期の所定クランク角度ＣＡ2までの所定期間にわたって積算し、トルク指標として算出する。このようなトルク指標の演算は、空燃比切換指令が発せられるまでの間に限り、上記所定期間毎に更新している。また、筒内圧センサ１０は各気筒に設けられており、トルク指標の演算及び更新は、対応する筒内圧センサ１０の検出値に基づき気筒毎に行っている。
【００２９】
一方、空燃比切換指令が発せられると、ブロック５０によるトルク指標の算出と同様にして、ブロック５２が、圧縮行程初期の所定クランク角度ＣＡ1から、膨張行程終期の所定クランク角度ＣＡ2までの所定期間にわたって筒内圧センサ１０によって検出された燃焼室内の圧力値を積算し、空燃比切換制御開始後のトルク指標を算出する。このトルク指標についても、対応する気筒における上記所定期間毎に更新される。
【００３０】
従って、これらブロック５０及びブロック５２が本発明におけるトルク指標算出手段に相当する。
このようにして算出された空燃比制御開始前と開始後のトルク指標は、各気筒において空燃比切換え前と空燃比切換え中に発生するトルクの大きさをそれぞれ表すものである。従って、空燃比切換え前のトルク指標と空燃比切換え中のトルク指標との偏差が大きいほど、空燃比切換え中に発生するトルク変動が大きいことになる。
【００３１】
そこで、ブロック５４では、空燃比切換え前のトルク指標から空燃比切換え中のトルク指標を減じたトルク指標の偏差に基づき、この偏差の比例値、微分値及び積分値に対応したＰＩＤ補正量を演算する。こうして算出されるＰＩＤ補正量は、空燃比切換え中のトルク指標の、空燃比切換え前のトルク指標からのずれを補正するものであり、ブロック５６では、ブロック４８で設定された燃料の基準噴射量にＰＩＤ補正量を加算した噴射量の燃料を噴射するように、今回のトルク指標を演算する対象となった気筒の燃料噴射弁を制御する。このような燃料噴射の制御が各気筒毎に空燃比切換制御開始後の各サイクルで行われる。
【００３２】
このときの各部の動きを図３に示す。図３において、上段から、空燃比切換信号、ＥＧＲ制御弁の開度、吸気制御弁の開度、吸入空気量、燃料噴射量、及び出力トルクのそれぞれの変化を、時間の経過と共に示している。
ＮＯｘ吸蔵触媒２４の再生が必要となり、空燃比の切換信号がリーンからリッチになると、ＥＧＲ制御弁２０及び吸気制御弁１２が、それぞれブロック４０及びブロック３６で設定された開度となるように制御され、アクチュエータの駆動によって開度が徐々に変化する。このとき吸入空気量は、吸気制御弁１２の閉動によって減少するのに加え、ＥＧＲ制御弁の開動によるＥＧＲ量の増大によって減少する。そして、ＥＧＲ制御弁がブロック４０によって設定された開度となった後は、ＥＧＲ量の増大がなくなることから、吸入空気量の減少はそれまでより緩やかとなる。
【００３３】
一方、燃料噴射量はブロック４８で設定された基準噴射量に基づき増加方向に制御されるが、トルク指標に基づく補正を行わず、基準噴射量の燃料をそのまま供給した場合の燃料噴射量の変化、及びこのときの出力トルクの変化を図中に一点鎖線で示す。図３に示すように、基準噴射量の燃料をそのまま供給した場合には、吸入空気量に比べて燃料噴射量の応答性がよいため、吸入空気量が減少しきれていない段階で燃料噴射量は直ちに基準噴射量まで増加する。この結果、出力トルクは空燃比切換制御開始前より一時的に増大し、図中に一点鎖線で示すように突出する。
【００３４】
しかしながら実際には、上述したように、空燃比切換制御開始前のトルク指標と空燃比切換制御中のトルク指標との偏差に応じて基準噴射量の補正が行われるので、燃料噴射量は図中に実線で示すように徐々に増加し、出力トルクは空燃比切換制御開始前の大きさを維持することになる。
図４は、図３中に示すタイミングｔａ、ｔｂ及びｔｃにおいて、圧縮行程初期の所定クランク角度ＣＡ1から、膨張行程終期の所定クランク角度ＣＡ2までの所定期間の筒内圧の変化を示すものであり、空燃比切換制御が開始される前のタイミングｔａにおけるトルク指標は面積Ｓａに相当するものとなる。
【００３５】
空燃比切換制御開始前のトルク指標と空燃比切換制御中のトルク指標との偏差に応じた基準噴射量の補正がない場合、タイミングｔｂにおけるトルク指標に相当する面積は、燃料噴射量の増大によりＳｂ‘となってＳａより増大し、図３に示すように出力トルクの突出が発生する。
一方、基準噴射量の補正がある場合は、タイミングｔｂにおけるトルク指標に相当する面積は増大せず、Ｓａに等しい面積Ｓｂとなるため、出力トルクの突出は発生しない。
【００３６】
そして、タイミングｔｃでは、吸入空気量の変更が終了し、基準噴射量の補正なしでもトルク指標に相当する面積ＳｃがＳａと等しくなるため、基準噴射量への補正は行われなくなる。
このようにして空燃比切換え前のトルク指標と空燃比切換え中のトルク指標との偏差に基づき燃料噴射量を補正することによって、空燃比切換え中のトルク指標が空燃比切換え前のトルク指標と等しくなり、空燃比切換え中のトルク変動の発生が良好に抑制される。
【００３７】
なお、上述した空燃比切換制御では、空燃比の切換えを行う際に、吸気制御弁１２とＥＧＲ制御弁２０の両方を制御して吸入空気量を変更するようにしたが、エンジン１の運転状態に応じていずれか一方のみを制御して吸入空気量を変更してもよい。
以上のような空燃比切換制御と平行して、空燃比の切換え時に発生する燃焼騒音を防止するために、ＥＣＵ２８により燃焼騒音防止制御が行われる。図５は燃焼騒音防止制御の流れを示すブロック図である。
【００３８】
ブロック５８では、目標燃料噴射時期が予め記憶されている燃料噴射時期マップ（図示省略）から、アクセル開度センサ３０によって検出されたアクセル開度と、クランク角センサによって検出されたクランク角に基づくエンジン回転数とに対応する目標噴射時期が読み出される。この燃料噴射時期マップは、燃焼騒音を生じることのない最適な燃料噴射時期の目標値が、アクセル開度とエンジン回転数をパラメータとして予め実験等により求められ、記憶されたものである。
【００３９】
また、ブロック６０では、燃焼騒音が生じることのない筒内圧変化率の上限値が筒内圧基準変化率として設定される。
一方ブロック６２では筒内圧センサ１０により検出された燃焼室内の圧力の実際の変化率が演算される。そして、ブロック６０で設定された筒内圧基準変化率と、ブロック６２で算出された実際の圧力変化率との偏差に基づき、この偏差の比例値、微分値及び積分値に対応したＰＩＤ補正量をブロック６４で演算する。こうして算出されるＰＩＤ補正量は、空燃比切換え中の筒内圧変化率が筒内圧基準変化率を上回り、燃焼騒音が生じる可能性がある場合に、目標燃料噴射時期を遅延方向に補正するためのものであり、ブロック６６では、ブロック５８で設定された燃料の目標噴射時期にＰＩＤ補正量を加算した噴射時期で燃料を噴射するように、今回の筒内圧変化率算出の対象となった気筒の燃料噴射弁８を制御する。
【００４０】
このようにして筒内圧基準変化率と燃焼室内の実際の圧力変化率との偏差に応じて燃料噴射時期を補正することにより、空燃比切換制御時における燃焼騒音の発生が良好に防止される。
なお、図５に示す制御では、燃焼室内の実際の圧力変化率が筒内圧基準変化率に満たない場合に、燃料噴射時期を進角するようにしたが、燃料噴射時期の補正は目標噴射時期よりも遅延させる場合にのみ行うようにしてもよい。
【００４１】
更に、空燃比切換制御の際に燃焼期間が長すぎるとスモークが発生する可能性があるため、空燃比切換制御と平行して、ＥＣＵ２８によりスモーク防止制御が行われる。図６はスモーク防止制御の流れを示すブロック図である。
ブロック６８では、目標燃料圧力が予め記憶されている燃料圧力マップ（図示省略）から、アクセル開度センサ３０によって検出されたアクセル開度と、クランク角センサによって検出されたクランク角に基づくエンジン回転数とに対応する目標燃料圧力が読み出される。この燃料圧力マップは、スモークを生じることのない最適な燃焼期間となるような燃料圧力の目標値が、アクセル開度とエンジン回転数をパラメータとして予め実験等により求められ、記憶されたものである。
【００４２】
また、ブロック７０では、スモークが生じることのない燃焼終了時期に対応した所定クランク角における筒内圧が基準筒内圧として設定される。
一方ブロック７２では筒内圧センサ１０により上記所定クランク角の時に検出された燃焼室内の圧力が入力される。そして、ブロック７０で設定された基準筒内圧と、ブロック７２で入力された実際の燃焼室内圧力との偏差に基づき、この偏差の比例値、微分値及び積分値に対応したＰＩＤ補正量をブロック７４で演算する。こうして算出されるＰＩＤ補正量は、空燃比切換え中における所定クランク角の筒内圧が基準筒内圧を上回り、燃焼が長引くことによりスモークが生じる可能性がある場合に、燃料圧力を上昇方向に補正するためのものであり、ブロック７６では、ブロック６８で設定された目標燃料圧力にＰＩＤ補正量を加算した燃料圧力となるように、高圧燃料噴射ポンプ４を制御する。更に、燃料圧力の上昇により燃料噴射弁８からの燃料噴射量も変化することから、ブロック７８ではＰＩＤ補正量で補正された目標燃料圧力に基づいて、燃料圧力変更後も必要な燃料噴射量が得られるように燃料噴射期間を補正し、ブロック８０が補正された燃料噴射期間で燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する。
【００４３】
このようにして燃焼終了時期に対応した所定クランク角における基準筒内圧と燃焼室内の実際の圧力との偏差に応じ、燃料圧力を上昇させて燃料噴射期間を補正することにより、空燃比切換制御時におけるスモークの発生が良好に防止される。
なお、図６に示す制御では、上記所定クランク角における燃焼室内の実際の圧力が基準筒内圧に満たない場合に燃料圧力を低下させるようにしたが、燃料圧力の補正は目標燃料圧力よりも増加する場合のみ行うようにしてもよい。
【００４４】
以上で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の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、筒内圧センサ１０によって検出された燃焼室内の圧力を積算してトルク指標を算出するようにしたが、トルク指標の算出方法はこれに限られるものではなく、その変形例について以下に説明する。
【００４５】
図７はエンジン１における１つの気筒の筒内容積を変数として筒内圧力の変化を表したＰ−Ｖ線図である。図７において斜線で示した領域はその気筒で発生するトルクの大きさに対応するものであり、この領域の面積をトルク指標とすることができる。
即ち、図中に矢印で示すように、筒内容積がＶ1からＶ2を経てＶ3まで減少するときに、筒内圧力がＰ1からＰ2へと上昇するまでの変化（ａ点からｂ点への変化）を筒内容積で積分した値と、筒内容積がＶ3からＶ2を経てＶ1まで増加したとき、筒内圧力がＰ3からＰ1へと減少するまでの変化（ｃ点からｄ点を経てｅ点への変化）を筒内容積で積分した値とを加えることにより、斜線部分の面積が算出される。
【００４６】
図８はこのような考えに基づき、Ｐ−Ｖ線図に基づくトルク指標を用いて空燃比切換制御に適用した場合の、制御の流れを示すブロック図である。本変形例は、前述した実施形態とは燃料噴射量の補正の部分が相違するのみであるので、図２のブロック図のうち、燃料噴射量の補正の部分を中心に抜粋して図８に示し、図中で図２のブロック図と共通する部分は同じ符号を用いる。
【００４７】
なお、空燃比切換え時の吸気制御弁１２及びＥＧＲ制御弁２０の制御は前述した実施形態と同様であるので説明を省略する。
図８において、ブロック４８では、前述した実施形態と同様に、空燃比切換え後の燃料の基準噴射量が予め記憶されている燃料噴射量マップ４６から、アクセル開度センサ３０によって検出されたアクセル開度と、クランク角センサによって検出されたクランク角に基づくエンジン回転数とに対応する基準噴射量が読み出される。
【００４８】
また、ブロック８２では、空燃比切換指令が発せられる前の状態において、筒内圧センサ１０によって検出された燃焼室内の圧力と、クランク角センサ３２によって検出されたクランク角とに基づき、燃焼室の容積である筒内容積と、筒内容積の変化に対応して変化する筒内圧から、図７のＰ−Ｖ線図を求め、さらに上述の積分を実行することにより図７のＰ−Ｖ線図における斜線部分の領域の面積を、空燃比切換制御前のトルク指標として算出する。
【００４９】
このようにしてブロック８２によって行われるトルク指標の演算は、空燃比切換指令が発せられるまでの間に限り実施され、サイクル毎にトルク指標が更新される。また、筒内圧センサ１０は各気筒に設けられており、トルク指標の演算及び更新は、対応する筒内圧センサ１０の検出値に基づき気筒毎に行っている。
一方、空燃比切換指令が発せられると、ブロック８２によるトルク指標の算出と同様にして、ブロック８４が、空燃比切換制御開始後のトルク指標を算出する。このトルク指標についても、対応する気筒におけるサイクル毎に更新される。
【００５０】
従って、これらブロック８２及びブロック８４も本発明におけるトルク指標算出手段に相当する。
このようにして求められた空燃比切換制御前のトルク指標と空燃比切換制御開始後のトルク指標との偏差に基づき、前述した実施形態と同様に、この偏差の比例値、微分値及び積分値に対応したＰＩＤ補正量を演算する。こうして算出されるＰＩＤ補正量は、空燃比切換え中のトルク指標の、空燃比切換え前のトルク指標からのずれを補正するものであり、ブロック５６では、ブロック４８で設定された燃料の基準噴射量にＰＩＤ補正量を加算した噴射量の燃料を噴射するように、今回のトルク指標演算の対象となった気筒の燃料噴射弁を制御する。このような燃料噴射の制御が各気筒毎に空燃比切換制御開始後の各サイクルで行われる。
【００５１】
このようにして、空燃比切換え中のトルク指標が空燃比切換え前のトルク指標に等しくなるように燃料噴射量が補正されるので、前述した実施形態と同様に、空燃比切換え中の出力トルクの変動が良好に抑制される。
なお、前述した実施形態及び上記変形例において、筒内圧センサ１０を全ての気筒に設け、それぞれ個別にトルク指標に基づく空燃比切換制御を行うようにしたが、一部の複数気筒にのみ筒内圧センサを設け、筒内圧センサを持たない気筒については、筒内圧センサを有する気筒に対しての空燃比切換制御を適宜共用するようにしてもよい。また、筒内圧センサ１０をいずれか１つの気筒にのみ設け、この筒内圧センサ１０の検出結果に基づき全ての気筒に対し共通して空燃比切換制御を実施するようにしてもよい。
【００５２】
このことは、燃焼騒音防止制御及びスモーク防止制御についても同様であり、必ずしも全ての気筒に筒内圧センサを設ける必要はない。
また、前述した実施形態及び上記変形例では、ＮＯｘ吸蔵触媒２４を再生するために空燃比をリーンからリッチに切換える際の空燃比切換制御、及びそれに付随する燃焼騒音防止制御及びスモーク防止制御を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、リッチからリーンに戻す際にも適用可能であるのみならず、種々空燃比の切換えを行うものにおいて、出力トルクの変動を良好に防止すると共に、燃焼騒音の発生及びスモークの発生を良好に防止することができる。
【００５３】
最後に、エンジンの形式についても、ディーゼルエンジンに限定されるものではなく、ガソリンエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の全体構成図である。
【図２】図１の制御装置による空燃比切換制御の流れを示すブロック図である。
【図３】図１の制御装置による空燃比切換制御の際の制御量及び出力トルクの変化を示すタイムチャートである。
【図４】図１の制御装置による空燃比切換制御の際の筒内圧の変化を示す図である。
【図５】図１の制御装置による燃焼騒音防止制御の流れを示すブロック図である。
【図６】図１の制御装置によるスモーク音防止制御の流れを示すブロック図である。
【図７】エンジンのＰ−Ｖ線図である。
【図８】図１の制御装置による空燃比切換制御の変形例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  エンジン
８  燃料噴射弁
１０  筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
１２  吸気制御弁（吸入空気量調整手段）
２０  ＥＧＲ制御弁（吸入空気量調整手段）
２８  ＥＣＵ（切換制御手段）
３２  クランク角センサ（クランク角検出手段）
５０，５２，８２，８４  トルク指標算出手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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