(57)【要約】【課題】  ターボチャージャを備えて、理論空燃比よりリーン側の第一空燃比での第一燃焼と、第一空燃比よりリッチ側の第二空燃比での第二燃焼とを切り換えて実施する内燃機関において、第一燃焼から第二燃焼へ切り換えられる時に大きなトルクショックの発生を防止可能とする制御装置を提供する。【解決手段】  本制御装置は、理論空燃比ＡＦ２よりリーン側の第一空燃比ＡＦ１での第一燃焼とから第一空燃比よりリッチ側の第二空燃比ＡＦ２での第二燃焼へ切り換えられる時ｔ１には、スロットル弁開度を減少させると共に、設定期間Ｔの間だけターボチャージャによる過給圧Ｐの上昇を抑制する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャを備えて、理論空燃比よりリーン側の第一空燃比での第一燃焼と、前記第一空燃比よりリッチ側の第二空燃比での第二燃焼とを切り換えて実施する内燃機関において、前記第一燃焼から前記第二燃焼へ切り換えられる時には、スロットル弁開度を減少させると共に、設定期間の間だけ前記ターボチャージャによる過給圧の上昇を抑制することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記設定期間は、前記スロットル弁開度の減少によって吸気量が切り換え時の前記第二燃焼における目標吸気量となって前記第二空燃比での前記第二燃焼が実現されるまでの期間以上と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】
前記設定期間経過時には、アクセルペダルの踏み込み変化量に応じて過給圧が上昇するように過給圧を制御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。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
希薄燃焼と理論空燃比の通常燃焼とを切り換えて実施する内燃機関が公知である。このような内燃機関にターボチャージャを組み合わせた場合において、希薄燃焼時と通常燃焼時とでは、アクセルペダルの踏み込み変化に対する過給圧の応答遅れであるターボラグに違いが発生するために、それぞれのターボラグに基づき各燃焼時の燃料噴射量を補正することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３５１０４１号公報
【特許文献２】特開２００２−４８０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の背景技術では、二つの燃焼の切り換え時に過給圧が変化することを考慮してスロットル弁開度及び燃料噴射量を制御することも開示されているが、このような制御だけでは、機関加速時において希薄燃焼から通常燃焼へ切り換えられる時に、大きなトルクショックの発生を防止することができない。
【０００５】
希薄燃焼から通常燃焼に切り換えられる時に、スロットル弁開度は減少させられるが、吸気量は、徐々にしか減少せず、直ぐには切り換え時の通常燃焼に適した吸気量まで減少しない。このようにしか変化しない吸気量に対して、燃料噴射量は、希薄燃焼時のリーン空燃比から通常燃焼時の理論空燃比へ徐々に空燃比が変化するように排気ガスの空燃比状態に基づき制御される。
【０００６】
それにより、空燃比が理論空燃比へ近づくほどに排気ガス温度が上昇してターボチャージャのタービン効率が高められ、何もしなければ、ターボチャージャによる過給圧は急激に上昇する。こうして、スロットル弁開度を減少しているにも係わらずに、過給圧の上昇によって返って吸気量が増加することがあり、増加した吸気量に対して空燃比を理論空燃比へ近づけるように燃料噴射量が制御されると、エンジントルクは急激に高まり、大きなトルクショックが発生する。
【０００７】
この問題は、希薄燃焼から理論空燃比の通常燃焼への切り換え時だけではなく、例えば、希薄燃焼から空燃比をリッチ側に変化させる場合（変化後の空燃比はリーン空燃比でも理論空燃比でもリッチ空燃比でも良い）に発生する。
【０００８】
従って、本発明の目的は、ターボチャージャを備えて、理論空燃比よりリーン側の第一空燃比での第一燃焼と、前記第一空燃比よりリッチ側の第二空燃比での第二燃焼とを切り換えて実施する内燃機関において、第一燃焼から第二燃焼へ切り換えられる時に大きなトルクショックの発生を防止可能とする制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、ターボチャージャを備えて、理論空燃比よりリーン側の第一空燃比での第一燃焼と、前記第一空燃比よりリッチ側の第二空燃比での第二燃焼とを切り換えて実施する内燃機関において、前記第一燃焼から前記第二燃焼へ切り換えられる時には、スロットル弁開度を減少させると共に、設定期間の間だけ前記ターボチャージャによる過給圧の上昇を抑制することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記設定期間は、前記スロットル弁開度の減少によって吸気量が切り換え時の前記第二燃焼における目標吸気量となって前記第二空燃比での前記第二燃焼が実現されるまでの期間以上とすることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記設定期間経過時には、アクセルペダルの踏み込み変化量に応じて過給圧が上昇するように過給圧を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置によれば、第一燃焼から第二燃焼へ切り換えられる時に、設定期間の間だけはターボチャージャによる過給圧の上昇を抑制するようになっており、スロットル弁開度を減少しているにも係わらずに、過給圧の上昇によって返って吸気量が増加する可能性を低減することができる。それにより、吸気量が減少し易くなり、空燃比が第一空燃比から第一空燃比よりリッチ側の第二空燃比へ徐々に変化するように燃料噴射量が制御されても、エンジントルクは急激に高められることはなく、大きなトルクショックの発生を防止することができる。
【００１３】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の制御装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、設定期間は、スロットル弁開度の減少によって吸気量が切り換え時の第二燃焼における目標吸気量となって第二空燃比での第二燃焼が実現されるまでの期間以上とされ、この設定期間の間はターボチャージャによる過給圧の上昇が抑制されるために、吸気量を比較的速く目標吸気量まで減少させることができ、早期に第二空燃比での第二燃焼を実現することができる。
【００１４】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の制御装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、設定期間経過時には、アクセルペダルの踏み込み変化量に応じて過給圧が上昇するように過給圧を制御するようになっている。それにより、設定期間経過時に、ターボチャージャによる過給圧の上昇抑制を突然に解除すると、比較的急激に過給圧が上昇してトルクショックが発生するが、このトルクショックを抑制することができる。このトルクショックは、減少させるはずの空気量が返って増加して、増加した吸気量に対して空燃比がリッチ側の第二空燃比へ近づけられる場合に発生するトルクショックと比較すれば、それほど大きなものではないが、抑制することによりドライバビリティを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明による制御装置により制御される内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は各気筒共通のサージタンクである。３はサージタンク２と各気筒とを連通する吸気枝管であり、４はサージタンク２の上流側の吸気通路である。吸気通路４におけるサージタンク２の直上流側にはスロットル弁５が配置されている。６は各気筒に連通する排気マニホルドである。
【００１６】
機関本体１において、７は吸気弁、８は排気弁、９はピストン、１０は点火プラグである。１１は各気筒内へ直接的に燃料を噴射するための第一燃料噴射弁であり、１２は各吸気枝管３に配置された第二燃料噴射弁である。
【００１７】
吸気通路４において、スロットル弁５の上流側にはターボチャージャ１３のコンプレッサ１３ａが配置され、コンプレッサ１３ａの上流側にはエアフローメータ１４が配置され、エアフローメータ１４の上流側はエアクリーナ（図示せず）を介して大気へ通じている。一方、排気マニホルド６の排気合流部下流側はターボチャージャ１３のタービン１３ｂに接続され、タービン１３ｂの下流側はＮＯX吸蔵還元触媒装置１５を介してマフラ（図示せず）に通じている。
【００１８】
本内燃機関は、第二燃料噴射弁１２によって吸気行程中（吸気同期）又は吸気行程開始前（吸気非同期）に燃料を噴射すると共に、第一燃料噴射弁１１によっても吸気行程で燃料を噴射し、気筒内に均質混合気を形成する均質燃焼を実施する。この均質燃焼の空燃比は、通常、理論空燃比よりリーンとされ、燃料消費を低減している。このような希薄燃焼では、多量のＮＯXが生成されないような適当なリーン空燃比（例えば、２０）が選択されるが、それでもある程度のＮＯXは生成されるために、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１５により吸蔵してＮＯXの大気放出量を十分に低減することが必要である。
【００１９】
第二燃料噴射弁１２から噴射された燃料は、吸気枝管３と吸気弁７との間の吸気ポート壁面等への衝突によって微粒化され、吸気と共に気筒内へ供給されるために、気筒内で容易に気化し、良好に均質化された均質混合気を形成するのに有利である。その一方で、吸気ポート壁面等への燃料付着によって所望量の燃料を正確に気筒内へ供給することは難しい。これに対して、第一燃料噴射弁１１から噴射される燃料は、気筒内で微粒化及び気化させなければならず、多量の燃料を点火までに気化させることは難しいが、所望量の燃料を正確に気筒内へ供給することができる。
【００２０】
それにより、必要燃料量が少なく所望量の燃料を確実に気筒内に供給することが望まれる機関低負荷時等には、主に第一燃料噴射弁１１により燃料を噴射し、必要燃料量が比較的多くなって未燃燃料の排出量が多くなり易い機関中負荷時には、主に第二燃料噴射弁１２により燃料を噴射することが好ましい。
【００２１】
さらに機関負荷が高くなって機関高負荷時になると、希薄燃焼では十分な機関出力を発生させることができず、理論空燃比での均質燃焼が実施される。この理論空燃比の均質燃焼の排気ガスを浄化するために、機関排気系に三元触媒装置を配置するようにしても良い。以下、リーン空燃比での燃焼を第一燃焼とし、理論空燃比での燃焼を第二燃焼とする。第二燃焼において、第一燃料噴射弁１１の燃料噴射割合を多くすると、気筒内での燃料気化に際して気筒内の吸気温度を低下させるために、吸気充填効率を高めることができる。
【００２２】
こうして、機関加速時において機関負荷が設定負荷以上となると、第一燃焼から第二燃焼へ切り換えられる。それにより、燃焼空燃比は、リーン空燃比から理論空燃比へ変化することとなるが、第一燃焼から第二燃焼への切り換え時においては、僅かな負荷の上昇と、ポンピング損失が僅かに高まることとによって、必要燃料量が僅かに増加するだけであり、それにより、第一燃焼のために大きくされていたスロットル弁５開度を急激に小さくし、第二燃焼のために吸気量を大幅に減少させなければならない。
【００２３】
図２は、機関負荷の上昇に伴って第一燃焼から第二燃焼へ切り換えられる場合における機関トルクＴｑ、吸気量Ｇ、ターボチャージャ１３による過給圧Ｐ、及び、空燃比ＡＦのそれぞれの変化を示すタイムチャートである。
【００２４】
同図において、時刻ｔ１で要求機関負荷が設定負荷となって第一燃焼から第二燃焼へ切り換えられる。第一燃焼と第二燃焼とでは同じ機関トルクＴｑを発生させるのに必要な吸気量Ｇが大きく異なり、時刻ｔ１において、スロットル弁５は急激に閉弁される。しかしながら、吸気量Ｇは、瞬間的に、切り換え時における第一燃焼の目標吸気量Ｇ１から第二燃焼の目標吸気量Ｇ２へ変化せず、徐々にしか減少しない。
【００２５】
本内燃機関は、ターボチャージャ１３を備えており、それによる過給によって、比較的多量の燃料が気筒内へ供給されてもリーン空燃比を実現することができ、比較的高い負荷まで第一燃焼を実施することができる。こうして、第二燃焼への切り換え直前において、第一燃焼の過給圧は、第一燃焼における最大過給圧Ｐ１となっている。この最大過給圧Ｐ１は、本実施形態において、ターボチャージャ１３のコンプレッサ１３ａ又はタービン１３ｂの過剰回転による機械的な破損を防止するためにタービン１３ｂをバイパスするウェイストゲート通路（図示せず）等を使用することによって制限されている。
【００２６】
リーン空燃比の第一燃焼時の最大過給圧はＰ１であるが、コンプレッサ１３ａ及びタービン１３ｂを許容回転数としても、理論空燃比の第二燃焼では、排気ガス温度が高くなってタービン効率が高まるために、第二燃焼時の最大過給圧は、Ｐ１より高いＰ２となる。それにより、第二燃焼時では、ウェイストゲート通路等を使用することによって、過給圧が最大過給圧Ｐ２を超えないように制限される。
【００２７】
このような制御が第一燃焼と第二燃焼の切り換え時にそのまま実施されると、図２に点線で示すように、スロットル弁５の閉弁によって吸気量Ｇは、一旦は減少するが、吸気量の減少に伴って空燃比ＡＦがリーン空燃比ＡＦ１から理論空燃比ＡＦ２へ近づけられると、排気ガス温度が徐々に高まってタービン効率を向上させる。この時には、第一燃焼時の過給圧制限が実施されることとなり、過給圧Ｐは最大過給圧Ｐ２に達するまで徐々に高められる。
【００２８】
こうして、時刻ｔ２において、吸気量は、第二燃焼の目標吸気量Ｇ２まで減少していないにも係わらずに、過給圧の上昇により増加を開始する。燃料噴射量は、機関排気系に配置された空燃比センサの出力に基づき、排気ガスの空燃比がリーン空燃比ＡＦ１から理論空燃比ＡＦ２へ徐々に変化するように制御され、すなわち、燃料噴射量は、増加する吸気量に対して空燃比を理論空燃比へ近づけるように急激に増加されてしまう。
【００２９】
こうして、機関トルクＴｑは、時刻ｔ２から急激に高められて、大きなトルクショックが発生してしまう。時刻ｔ４となれば、過給圧は第二燃焼の最大過給圧Ｐ２に達するために、これ以上に過給圧が上昇することはない。その後は、要求機関負荷の上昇に伴うスロットル弁の開度増加によって吸気量Ｇは徐々に増加し、それに伴って、機関トルクＴｑも徐々に増加している。
【００３０】
本実施形態は、第一燃焼から第二燃焼への切り換え時に、このように大きなトルクショックが発生することを防止するために、第一燃焼から第二燃焼へ切り換えられる時刻ｔ１から時刻ｔ３までの設定期間Ｔの間は、ウェイストゲート通路等を使用することによって第一燃焼の最大過給圧Ｐ１を維持するようになっている。それにより、図２に実線で示すように、時刻ｔ２において過給圧の上昇に伴って吸気量Ｇが増加することはなく、吸気量Ｇは時刻ｔ３において第二燃焼の目標吸気量Ｇ２まで減少する。この時刻ｔ３には、第二燃焼の理論空燃比ＡＦ２もほぼ実現される。
【００３１】
設定期間が経過する時刻ｔ３以降においては、第一燃焼の最大過給圧Ｐ１は維持されず、それにより、過給圧は理論空燃比ＡＦ２の第二燃焼に伴う排気ガス温度の上昇によって徐々に上昇する。さらに、時刻ｔ３以降においては、要求機関負荷の上昇に伴ってスロットル弁開度も徐々に大きくされ、吸気量Ｇは比較的急激に増加する。この吸気量に対して理論空燃比ＡＦ２が維持されるように燃料噴射量も増加されるために、機関トルクＴｑはある程度急激に増加する。しかしながら、それほど大きなトルクショックは発生せず、設定期間の間も第一燃焼の最大過給圧Ｐ１を維持しない前述の場合に比較して、発生するトルクショックを十分に低減することができる。
【００３２】
時刻ｔ５となれば、過給圧は、第二燃焼の最大過給圧Ｐ２となり、これ以上は過給圧が上昇することはなく、吸気量Ｑはスロットル弁開度の増加だけによって徐々に増加し、それに伴って機関トルクＴｑも徐々に増加することとなる。
【００３３】
前述した実施形態において、設定期間Ｔの経過時（時刻ｔ３）には、第一燃焼の最大過給圧Ｐ１の維持が解除され、それにより、過給圧は比較的急激に上昇することとなるが、この過給圧Ｐの上昇が図２に一点鎖線で示すように緩やかとなるようにウェイストゲート通路を使用して規制するようにしても良い。それにより、機関トルクＴｑの変化も一点鎖線で示すように緩やかにすることができ、第一燃焼から第二燃焼への切り換えに際して殆どトルクショックを発生させないようにすることができる。
【００３４】
しかしながら、機関急加速時のようにアクセルペダルの踏み込み変化量が大きい時には、このような過給圧の規制を実施することなく、実線で示すように機関トルクＴｑを発生させた方が要求通りとなることもある。それにより、アクセルペダルの踏み込み変化量（要求機関負荷の増加変化量）に応じた所望の過給圧の上昇が実現されるように、ウェイストゲート通路を使用して設定期間Ｔの経過後の過給圧の上昇を規制することが好ましい。この過給圧の上昇規制は、過給圧が段階的に上昇するような規制であっても良い。
【００３５】
本実施形態において、設定期間Ｔの間は第一燃焼の最大過給圧Ｐ１を維持するようにしたが、これは本発明を限定するものではなく、設定期間Ｔの間において過給圧の上昇を抑制すれば良く、すなわち、設定期間Ｔの間は、過給圧を第一燃焼の最大過給圧Ｐ１より低くしても良く、また、過給圧を第一燃焼の最大過給圧Ｐ１より僅かに高くしても良い。それにより、過給圧の上昇に伴って吸気量が第二燃焼の目標吸気量に減少する以前に増加するようなことはなく、この吸気量の増加に伴って機関トルクが急激に増加して大きなトルクショックが発生することを防止することができる。
【００３６】
設定期間Ｔは、何もしなければ排気ガス温度の上昇に伴って過給圧が上昇する時刻ｔ２より以前に経過しては意味がなく、好ましくは、第一燃焼から第二燃焼へ切り換えられる時刻ｔ１から第二燃焼の目標吸気量Ｇ２が実現されると共に理論空燃比ＡＦ２での第二燃焼が実現される時刻ｔ３以降に経過するようにすることが好ましい。
【００３７】
本実施形態では、説明を簡単にするために、第二燃焼の目標吸気量Ｇ２が実現されると同時に燃焼空燃比は理論空燃比ＡＦ２となるようにしたが、実際的には、これらは同時とならず、空燃比が理論空燃比を中心にハンチングして理論空燃比に収束する場合もある。いずれにしても、第二燃焼の目標吸気量Ｇ２に対して理論空燃比ＡＦ２での燃焼は実施される。
【００３８】
本実施形態において、内燃機関は、第一燃料噴射弁１１と第二燃料噴射弁１２とを有するものとしたが、これは本発明を限定するものではなく、いずれか一方の燃料噴射弁しか有していなくても、ターボチャージャを備えて、理論空燃比よりリーンな空燃比での第一燃焼と、第一燃焼の空燃比よりリッチ側の空燃比での第二燃焼とを切り換えて実施する内燃機関であれば、本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による制御装置により制御される内燃機関を示す概略図である。
【図２】第一燃焼から第二燃焼へ切り換えられる際の機関トルクＴｑ、吸気量Ｇ、過給圧Ｐ、及び、空燃比ＡＦの変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１    機関本体
１１    第一燃料噴射弁
１２    第二燃料噴射弁
１３    ターボチャージャ
【図１】
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【図２】
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