(57)【要約】    【課題】  ストイキ運転からリーン運転へまたはその逆の切換を行う過渡状態における燃料供給量の制御を、比較的少ないマップを使用して精度良く実行することができる制御装置を提供する。    【解決手段】  車両の運転者の要求を示すアクセルペダル操作量ＡＰに応じて要求トルクＴＲＱＣＭＤが設定され、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに基づいて目標空燃比ＡＦＣＭＤが算出され、目標空燃比ＡＦＣＭＤを用いて燃料噴射量ＧＦＵＥＬが制御される。燃焼室内のガス量と燃料との比率を示すガス燃比ＧＦＲが、燃焼室内の新気量を示す気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ、還流排気量ＧＥＧＲ、及び燃料噴射量ＧＦＵＥＬを用いて算出され、空燃比ＡＦを所定リーン空燃比ＡＦＬＮと理論空燃比ＡＦＳＴとの間で切り換える空燃比切換過渡制御では、ガス燃比ＧＦＲを用いて燃料噴射量ＧＦＵＥＬの算出が行われる。【選択図】  図８
2018017154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関によって駆動可能な車両の制御装置であって、前記機関は該機関において燃焼する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側のリーン空燃比に設定するリーン運転を実行可能に構成されている車両の制御装置において、
前記車両の運転者の要求に基づいて前記機関の要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
前記機関の吸入空気量に基づいて前記混合気の目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、
前記混合気の空燃比が前記目標空燃比と一致するように前記燃焼室へ供給する燃料量を制御する燃料量制御手段と、
前記燃焼室内のガス量と燃料との比率を示す希釈度合パラメータを算出する希釈度合パラメータ算出手段とを備え、
前記希釈度合パラメータ算出手段は、
前記燃焼室内の新気量、還流排気量、及び燃料量を示すパラメータを用いて前記希釈度合パラメータを算出し、
前記燃料量制御手段は、前記混合気の空燃比を前記リーン空燃比と理論空燃比との間で切り換える過渡状態では、前記希釈度合パラメータを用いて前記燃料量を算出することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
前記機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記過渡状態において前記目標空燃比算出手段により算出される目標空燃比が切換空燃比より小さいときに、前記目標空燃比を理論空燃比近傍の値に修正する修正手段とを備え、
前記点火時期制御手段は、前記修正手段による修正が行われるときは、前記機関の出力トルクが前記要求トルクに一致するように前記点火時期を最適点火時期より遅角させ、前記目標空燃比が前記切換空燃比以上であるときは前記点火時期を前記最適点火時期に設定し、
前記最適点火時期は、前記機関の出力トルクを最大とする点火時期であり、
前記切換空燃比は、前記リーン運転の定常状態で設定される定常リーン運転空燃比より小さくかつ理論空燃比より大きい値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
【請求項３】
前記切換空燃比は、前記燃焼室から排出される排気中に含まれるＮＯｘ濃度が許容限度以下となる最小値に設定されることを特徴とする請求項２に記載の車両の制御装置。
【請求項４】
前記点火時期制御手段は、前記修正手段による修正が行われる場合において、前記機関の出力トルクを前記要求トルクに一致させる点火時期が遅角限界値より遅角側となるときは、前記点火時期を前記最適点火時期に設定し、
前記修正手段は前記目標空燃比の修正を行わないことを特徴とする請求項２または３に記載の車両の制御装置。
【請求項５】
前記車両は前記機関及び電動機によって駆動可能であり、
前記電動機を制御する電動機制御手段と、
前記過渡状態において前記目標空燃比算出手段により算出される目標空燃比が切換空燃比より小さいときに、前記目標空燃比を前記切換空燃比に修正する修正手段とを備え、
前記電動機制御手段は、前記修正手段による修正が行われるときは、前記機関の出力トルクと前記要求トルクの差分だけ前記電動機の出力トルクを増加させる機関出力トルク補填を実行し、前記目標空燃比が前記切換空燃比以上であるときは前記機関出力トルク補填を実行しない制御を行い、
前記切換空燃比は、前記リーン運転の定常状態で設定される定常リーン運転空燃比より小さくかつ理論空燃比より大きい値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原動機として内燃機関を備える車両の制御装置に関し、特に混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転を行う内燃機関を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、リーン運転可能な内燃機関の制御装置が示されており、この制御装置によれば、リッチスパイク制御中に機関の燃焼方式を弱成層燃焼から均質リーン燃焼へ切り換えるときに、スロットル弁及び排気還流弁の開度が均質リーン運転に適した閉じ側へ変更されるとともに、燃料噴射量が増量補正される。これにより、燃焼方式の切換に伴う出力トルク変動が防止される。
【０００３】
また特許文献２には、混合気の空燃比を理論空燃比に設定するストイキ運転からリーン運転へ切り換える際に、出力トルク変動を抑制する制御方法が示されている。この制御方法によれば、吸入空気量の増量制御を開始し、空燃比を理論空燃比に維持しつつ実吸入空気量の増加開始時期から点火時期を遅角させ、その後に空燃比をリーン空燃比に移行させるとともに点火時期を進角させる制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２１４２号公報
【特許文献２】特許第３０６４７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された制御装置における燃料噴射量の増量補正は、単に予め設定された一定量だけ燃料噴射量を増量するものであり、機関特性の経時変化や特性ばらつきがある場合には、適切な補正ができなくなって出力トルク変動の抑制が不十分となる。
【０００６】
また特許文献２に示される制御方法では、点火時期の遅角開始時期、進角開始時期、及び点火時期を進角させる時間は、スロットル弁開度及びエンジン回転数に応じたマップを検索することにより決定されるため、マップの設定に多くの工数を要するという課題がある。
【０００７】
本発明は上述した点に着目してなされたものであり、ストイキ運転からリーン運転へまたはその逆の切換を行う過渡状態における燃料供給量の制御を、比較的少ないマップを使用して精度良く実行することができる制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）によって駆動可能な車両の制御装置であって、前記機関は該機関において燃焼する混合気の空燃比（ＡＦ）を理論空燃比（ＡＦＳＴ）よりリーン側のリーン空燃比（ＡＦＬＮ）に設定するリーン運転を実行可能に構成されている車両の制御装置において、前記車両の運転者の要求に基づいて前記機関の要求トルク（ＴＲＱＣＭＤ）を設定する要求トルク設定手段と、前記機関の吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬ）に基づいて前記混合気の目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）を算出する目標空燃比算出手段と、前記混合気の空燃比（ＡＦ）が前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）と一致するように前記燃焼室へ供給する燃料量（ＧＦＵＥＬ）を制御する燃料量制御手段と、前記燃焼室内のガス量と燃料との比率を示す希釈度合パラメータ（ＧＦＲ）を算出する希釈度合パラメータ算出手段とを備え、前記希釈度合パラメータ算出手段は、前記燃焼室内の新気量（ＧＡＩＲＣＹＬ）、還流排気量（ＧＥＧＲ）、及び燃料量（ＧＦＵＥＬ）を示すパラメータを用いて前記希釈度合パラメータ（ＧＦＲ）を算出し、前記燃料量制御手段は、前記混合気の空燃比（ＡＦ）を前記リーン空燃比（ＡＦＬＮ）と理論空燃比（ＡＦＳＴ）との間で切り換える過渡状態では、前記希釈度合パラメータ（ＧＦＲ）を用いて前記燃料量（ＧＦＵＥＬ）の算出を行うことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、車両の運転者の要求に基づいて機関の要求トルクが設定されるとともに、機関の吸入空気量に基づいて混合気の目標空燃比が算出され、混合気の空燃比が目標空燃比と一致するように燃焼室へ供給する燃料量が制御される。さらに燃焼室内のガス量と燃料との比率を示す希釈度合パラメータが、燃焼室内の新気量、還流排気量、及び燃料量を示すパラメータに基づいて算出され、混合気の空燃比をリーン空燃比と理論空燃比との間で切り換える過渡状態では、希釈度合パラメータを用いて燃焼室に供給する燃料量の算出が行われる。機関の出力トルクは基本的には燃料量に比例するが、機関回転速度、空燃比、及び還流排気量に依存して熱効率が変化するため、出力トルクを正確に要求トルクと一致させるためには、熱効率の算出精度を高める必要がある。本発明の発明者の検討によれば、希釈度合パラメータと熱効率に相当するトルク変換係数との関係は、機関回転速度が一定の条件下では１つの曲線で近似可能であることが確認されており、希釈度合パラメータを用いて燃料量の算出を行うことによって、空燃比及び還流排気量と機関回転速度とに応じた複数のマップを用いることなく、機関出力トルクを要求トルクに一致させる燃料量の算出を精度良く行うことができる。その結果、設計段階におけるマップ設定工数を大幅に低減しつつ、過渡状態における燃料供給制御を精度良く実行することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両の制御装置において、前記機関の点火時期（ＩＧＣＭＤ）を制御する点火時期制御手段と、前記過渡状態において前記目標空燃比算出手段により算出される目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）が切換空燃比（ＡＦＬＭＴ）より小さいときに、前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）を理論空燃比近傍の値（ＡＦＳＴ）に修正する修正手段とを備え、前記点火時期制御手段は、前記修正手段による修正が行われるときは、前記機関の出力トルク（ＴＲＱＡ）が前記要求トルク（ＴＲＱＣＭＤ）に一致するように前記点火時期（ＩＧＣＭＤ）を最適点火時期（ＩＧＭＡＰ）より遅角させ、前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）が前記切換空燃比（ＡＦＬＭＴ）以上であるときは前記点火時期（ＩＧＣＭＤ）を前記最適点火時期（ＩＧＭＡＰ）に設定し、前記最適点火時期（ＩＧＭＡＰ）は、前記機関の出力トルク（ＴＲＱＡ）を最大とする点火時期であり、前記切換空燃比（ＡＦＬＭＴ）は、前記リーン運転の定常状態で設定される定常リーン運転空燃比（ＡＦＬＮ）より小さくかつ理論空燃比（ＡＦＳＴ）より大きい値に設定されることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、過渡状態において算出される目標空燃比が切換空燃比より小さいときに、目標空燃比を理論空燃比近傍の値に修正し、機関の出力トルクが要求トルクに一致するように点火時期を最適点火時期より遅角させる制御が行われる。一方、目標空燃比が切換空燃比以上であるときは、算出される目標空燃比の修正は行われず、点火時期を最適点火時期に設定する制御が行われる。切換空燃比は、リーン運転の定常状態で設定される定常リーン運転空燃比より小さくかつ理論空燃比より大きい値に設定される。すなわち、吸入空気量に基づいて算出される目標空燃比が切換空燃比より小さいときは、目標空燃比が理論空燃比近傍の値に修正され、点火時期を遅角することによって、機関出力トルクを要求トルクに一致させる制御が行われる一方、目標空燃比が切換空燃比以上であるときは、吸入空気量に対応する目標空燃比がそのまま適用されるとともに、点火時期が最適点火時期に制御される。したがって、排気中のＮＯｘ濃度が増加する空燃比範囲に目標空燃比が設定されることを回避し、ＮＯｘ濃度の増加を抑制することができるとともに、点火時期の遅角によってトルク変動を防止することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車両の制御装置において、前記切換空燃比（ＡＦＬＭＴ）は、前記燃焼室から排出される排気中に含まれるＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘ）が許容限度（ＣＮＯｘＬＭＴ）以下となる最小値に設定されることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、切換空燃比は、燃焼室から排出される排気中に含まれるＮＯｘ濃度が許容限度以下となる最小値に設定されるので、目標空燃比が排気中のＮＯｘ濃度を増加させる範囲の値に設定されることが回避され、排気中のＮＯｘ濃度を許容限度以下に抑制することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の車両の制御装置において、前記点火時期制御手段は、前記修正手段による修正が行われる場合において、前記機関の出力トルク（ＴＲＱＡ）を前記要求トルク（ＴＲＱＣＭＤ）に一致させる点火時期（ＩＧＣＭＤ）が遅角限界値（ＩＧＲＴＤＬＭＴ）より遅角側となるときは、前記点火時期（ＩＧＣＭＤ）を前記最適点火時期（ＩＧＭＡＰ）に設定し、前記修正手段は前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）の修正を行わないことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、修正手段による修正が行われる場合、すなわち算出される目標空燃比が切換空燃比より小さい場合において、機関の出力トルクを要求トルクに一致させる点火時期が遅角限界値より遅角側となるときは、目標空燃比の修正は行わずに点火時期を最適点火時期に設定する制御が行われる。点火時期を遅角限界値より遅角側に制御することはできない（失火あるいは燃焼の不安定化を招く）ため、その場合には算出される目標空燃比をそのまま適用した燃料供給制御を実行することでトルク変動が防止される。ＮＯｘ排出量の増加は極短時間内に限定されるため、排気特性の悪化は無視できる程度である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の車両の制御装置において、前記車両は前記機関（１）及び電動機（６１）によって駆動可能であり、前記電動機（６１）を制御する電動機制御手段と、前記過渡状態において前記目標空燃比算出手段により算出される目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）が切換空燃比（ＡＦＬＭＴ）より小さいときに、前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）を前記切換空燃比（ＡＦＬＭＴ）に修正する修正手段とを備え、前記電動機制御手段は、前記修正手段による修正が行われるときは、前記機関の出力トルク（ＴＲＱＥＮＧＥＳＴ）と前記要求トルク（ＴＲＱＣＭＤ）の差分だけ前記電動機（６１）の出力トルク（ＴＲＱＭＯＴ）を増加させる機関出力トルク補填を実行し、前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）が前記切換空燃比（ＡＦＬＭＴ）以上であるときは前記機関出力トルク補填を実行しない制御を行い、前記切換空燃比（ＡＦＬＭＴ）は、前記リーン運転の定常状態で設定される定常リーン運転空燃比（ＡＦＬＮ）より小さくかつ理論空燃比（ＡＦＳＴ）より大きい値に設定されることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、過渡状態において算出される目標空燃比が切換空燃比より小さいときは、目標空燃比を切換空燃比に修正するとともに、機関の出力トルクと要求トルクの差分だけ電動機の出力トルクを増加させる機関出力トルク補填を実行する一方、目標空燃比が切換空燃比以上であるときは機関出力トルク補填を実行しない制御が行われる。したがって、ＮＯｘ排出量が増加する空燃比範囲内に目標空燃比が設定されることを回避し、しかも点火時期を最適点火時期に維持しつつ、ＮＯｘ排出量の増加及びトルク変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる車両を駆動する直噴式内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】機関回転数（ＮＥ）及び要求トルク（ＴＲＱＣＭＤ）で定義される機関運転領域に応じた目標空燃比の設定を説明するための図である。
【図３】燃焼室内で燃焼する混合気の空燃比（ＡＦ）と、排気浄化触媒の下流側における排気中のＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘ）との関係を示す図である。
【図４】要求トルクが一定の状態で目標空燃比を理論空燃比から所定リーン空燃比への切り換えるときに実行される空燃比切換過渡制御の概要を説明するためのタイムチャートである。
【図５】要求トルクが一定の状態で目標空燃比を所定リーン空燃比から理論空燃比への切り換えるときに実行される空燃比切換過渡制御の概要を説明するためのタイムチャートである。
【図６】点火時期の遅角を行っているときに、点火時期が遅角限界値に達した場合の制御を説明するためのタイムチャートである。
【図７】機関回転数（ＮＥ）が一定の条件下におけるガス燃比（ＧＦＲ）と、機関の熱効率に相当するトルク変換係数（ＫＧＦＴＲＱ）との関係、及びガス燃比が一定の条件下における機関回転数（ＮＥ）と、トルク変換係数（ＫＧＦＴＲＱ）との関係を示す図である。
【図８】空燃比切換過渡制御処理のフローチャートである（第１実施形態）。
【図９】図８の処理で実行されるＩＧＲＴＤ算出処理のフローチャートである。
【図１０】図９の処理で参照されるマップを示す図である。
【図１１】図８に示す処理の変形例を示すフローチャートである。
【図１２】原動機として内燃機関及び電動機を備える車両の駆動装置の構成を模式的に示す図である。
【図１３】要求トルクが一定の状態で目標空燃比を理論空燃比から所定リーン空燃比への切り換えるときに実行される空燃比切換過渡制御の概要を説明するためのタイムチャートである（第２実施形態）。
【図１４】空燃比切換過渡制御処理のフローチャートである（第２実施形態）。
【図１５】図１４の処理で実行されるＴＲＱＭＯＴ算出処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる車両を駆動する直噴式内燃機関及びその制御装置の構成を示す図であり、本実施形態の車両は、原動機として図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）のみを備える。エンジン１の吸気通路２の途中にはスロットル弁３が配置されている。エンジン１は、例えば４気筒を有し、各気筒には、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタ６が設けられている。インジェクタ６の作動は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５により制御される。またエンジン１の各気筒には点火プラグ８が装着されており、ＥＣＵ５によって点火プラグ８による点火時期が制御される。
【００２０】
ＥＣＵ５には、エンジン１の吸入空気量ＧＡＩＲを検出する吸入空気量センサ２１、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２２、スロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ２３、吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ２４、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２５、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２６、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダル操作量ＡＰを検出するアクセルセンサ２７、及び図示しない他のセンサ（例えば、車速センサ、大気圧センサなど）が接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ２６は、クランク角度位置を示す複数のパルス信号を出力するものであり、このパルス信号は、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、及びエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。
【００２１】
排気通路１０には排気浄化触媒（例えば三元触媒）１１が設けられている。排気浄化触媒１１の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、空燃比センサ２８が装着されており、排気通路１０には排気中の酸素濃度を検出することにより、燃焼室内で燃焼する混合気の空燃比ＡＦを検出する。また、図示を省略しているが、エンジン１は排気を吸気通路２に還流する周知の排気還流機構を備えている。
【００２２】
ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路等を備える周知の構成を有するものであり、エンジン運転状態（主としてエンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤ）に応じて、インジェクタ６による燃料噴射制御、点火プラグ８による点火制御、アクチュエータ３ａ及びスロットル弁３による吸入空気量制御を行う。要求トルクＴＲＱＣＭＤは、主としてアクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように算出される。また目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤは目標空燃比ＡＦＣＭＤ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤに応じて算出され、目標空燃比ＡＦＣＭＤ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤにほぼ比例するように算出される。検出される吸入空気量ＧＡＩＲを用いて算出される気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと一致するように、アクチュエータ３ａによってスロットル弁３を駆動する吸入空気量制御が行われる。
【００２３】
図２は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤで定義されるエンジン１の運転領域に応じた目標空燃比ＡＦＣＭＤの設定を説明するための図である。目標空燃比ＡＦＣＭＤは、低回転低中負荷領域及び中高回転低負荷領域に相当する第１領域ＲＳＴ（ストイキ運転領域）では理論空燃比ＡＦＳＴに設定され、中回転中負荷領域に相当する第２領域（リーン運転領域）ＲＬＥＡＮでは所定リーン空燃比ＡＦＬＮに設定され、第２領域ＲＬＥＡＮの高負荷側及び高回転側の領域に相当する第３領域ＲＳＴＥでは、理論空燃比ＡＦＳＴに設定され、第３領域ＲＳＴＥよりさらに高負荷側の領域に相当する第４領域ＲＲＩＣＨでは、理論空燃比ＡＦＳＴよりリッチ側の空燃比ＡＦＲＣに設定される。第１領域ＲＳＴでは排気還流機構による排気還流は行われず、第３領域ＲＳＴＥでは排気還流機構による排気還流が行われる。所定リーン空燃比ＡＦＬＮは、燃焼室から排出される排気（フィードガス）中のＮＯｘ濃度が許容限度より低くかつ安定燃焼を実現できる値、例えば「３０」に設定される。
【００２４】
本実施形態では、矢印Ａ及びＢで示すように、要求トルクＴＲＱＣＭＤが一定の状態で、第１領域ＲＳＴと第２領域ＲＬＥＡＮとの間で目標空燃比ＡＦＣＭＤの切換を行う場合に、エンジン１の実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに維持しつつ、ＮＯｘ排出量の増加を抑制する空燃比切換過渡制御（以下単に「過渡制御」という）を実行する。
【００２５】
図３は、燃焼室内で燃焼する混合気の空燃比ＡＦと、排気浄化触媒１１の下流側における排気中のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘとの関係を示す図である。ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを許容限度ＣＮＯｘＬＭＴ以下とするためには、理論空燃比ＡＦＳＴより若干リーン側の空燃比ＡＦＳＴＬ（例えば「１６」）から切換空燃比ＡＦＬＭＴ（例えば「２５」程度である）までの第１リーン空燃比範囲ＲＬＮ１に目標空燃比ＡＦＣＭＤを設定することは回避する必要があり、以下に説明する過渡制御では、目標空燃比ＡＦＣＭＤを第１リーン空燃比範囲ＲＬＮ１に設定することなく、実出力トルクＴＲＱＡを一定の要求トルクＴＲＱＣＭＤに維持する制御を行う。
【００２６】
図４は、上記過渡制御の概要を説明するためのタイムチャートであり、この図にはストイキ運転からリーン運転へ移行する場合の過渡制御における要求トルクＴＲＱＣＭＤ、リーン運転要求フラグＦＬＥＡＮ、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ及び目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤ（気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの目標値）、定常目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＳ及び目標空燃比ＡＦＣＭＤ、及び点火時期ＩＧＣＭＤ（進角するほど増加するように定義されている）の推移が示されている。気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬは、１サイクル当たりに一つの気筒の燃焼室に吸入される空気量である。
【００２７】
要求トルクＴＲＱＣＭＤは、一定値ＴＲＱ０に固定された状態で、時刻ｔ０においてリーン運転要求フラグＦＬＥＡＮが「０」から「１」に変更されると、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤは、図４（ｃ）に破線で示すように、ストイキ運転中の空気量ＧＡＳＴからリーン運転中の空気量ＧＡＬＮにステップ状に増加するが、実際の気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬは実線で示すように徐々に増加する。図４（ｄ）に示す破線は、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに対応する定常目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＳを示しており、実際の目標空燃比ＡＦＣＭＤは気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの増加に対応させて徐々に増加させる必要がある。図４（ｄ）に一点鎖線で示すように気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの増加に対応させて目標空燃比ＡＦＣＭＤを増加させると、目標空燃比ＡＦＣＭＤが図３に示す第１リーン空燃比範囲ＲＬＮ１の空燃比に設定されることとなるため、本実施形態では図４（ｄ）に実線で示すように、時刻ｔ１までは理論空燃比ＡＦＳＴに維持する。時刻ｔ１において、目標空燃比ＡＦＣＭＤを切換空燃比ＡＦＬＭＴに設定し、その後は気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの増加に対応させて目標空燃比ＡＦＣＭＤを増加させる空燃比漸増制御を実行する。時刻ｔ２において、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに達し、目標空燃比ＡＦＣＭＤが定常目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＳである所定リーン空燃比ＡＦＬＮに達すると、過渡制御を終了する。
【００２８】
時刻ｔ０からｔ１の間では、目標空燃比ＡＦＣＭＤを理論空燃比ＡＦＳＴに維持しつつ、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが増加するため、点火時期ＩＧＣＭＤを図４（ｅ）に破線で示すように気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに対応する最適点火時期に設定すると、実出力トルクＴＲＱＡが増加する。そこで本実施形態では、同図に実線で示すように点火時期ＩＧＣＭＤをストイキ運転中の最適点火時期ＩＧＳＴから徐々に遅角させることによって、実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致させる点火時期遅角制御を行う。時刻ｔ１以後は、点火時期ＩＧＣＭＤは気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに対応する最適点火時期に設定され、時刻ｔ２においてリーン運転用の最適点火時期ＩＧＬＮに到達する。
【００２９】
図５は、図４とは逆にリーン運転からストイキ運転へ移行する場合の過渡制御を説明するためのタイムチャートである。
時刻ｔ１０においてリーン運転要求フラグＦＬＥＡＮが「１」から「０」に変更されると、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤは、図５（ｃ）に破線で示すようにステップ状に減少するが、実際の気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬは実線で示すように徐々に減少する。図５（ｄ）に示す破線は、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに対応する定常目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＳの設定を示しており、実際の目標空燃比ＡＦＣＭＤは気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの減少に対応させて徐々に減少させる必要がある。図５（ｄ）に一点鎖線で示すように時刻ｔ１１からｔ１２の間で気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの減少に対応させて目標空燃比ＡＦＣＭＤを減少させると、目標空燃比ＡＦＣＭＤが図３に示す第１リーン空燃比範囲ＲＬＮ１の空燃比に設定されることとなるため、本実施形態では図５（ｄ）に実線で示すように、目標空燃比ＡＦＣＭＤが切換空燃比ＡＦＬＭＴに達する時刻ｔ１１までは気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの減少に対応させて目標空燃比ＡＦＣＭＤを減少させる空燃比漸減制御を実行し、時刻ｔ１１以後は目標空燃比ＡＦＣＭＤを理論空燃比ＡＦＳＴに設定する。時刻ｔ１２において、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに達し、目標空燃比ＡＦＣＭＤが定常目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＳである理論空燃比ＡＦＳＴに達すると、過渡制御を終了する。
【００３０】
時刻ｔ１１からｔ１２の間では、目標空燃比ＡＦＣＭＤを理論空燃比ＡＦＳＴに維持した状態で気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが減少するため、点火時期ＩＧＣＭＤを図５（ｅ）に破線で示すように気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに対応する最適点火時期に維持すると、実出力トルクＴＲＱＡが増加する。そこで、本実施形態では、同図に実線で示すように、点火時期ＩＧＣＭＤを遅角させることによって、実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致させる点火時期遅角制御を行う。
【００３１】
図４に示す過渡制御では、時刻ｔ０からｔ１までの期間において点火時期ＩＧＣＭＤの遅角が行われるが、点火時期ＩＧＣＭＤの遅角量が過大となると、燃焼の不安定化あるいは失火を発生させることから、点火時期ＩＧＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量ＧＡＩＲに応じて算出される遅角限界値ＩＧＲＴＤＬＭＴより遅角側に設定しないように制御される。図４は、点火時期ＩＧＣＭＤが遅角限界値ＩＧＲＴＤＬＭＴに達しない例が示されている。
【００３２】
図６は、点火時期ＩＧＣＭＤの遅角を行っているときに（時刻ｔ１より前に）、点火時期ＩＧＣＭＤが遅角限界値ＩＧＲＴＤＬＭＴに達した場合の制御を説明するためのタイムチャートであり、目標空燃比ＡＦＣＭＤ及び点火時期ＩＧＣＭＤの推移が示されている。
【００３３】
このような場合には、時刻ｔ１ａにおいて点火時期ＩＧＣＭＤが遅角限界値ＩＧＲＴＤＬＭＴに達すると、目標空燃比ＡＦＣＭＤを、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに対応した値に変更するとともに、点火時期ＩＧＣＭＤを気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに対応した最適点火時期に変更する過渡制御が行われる。この過渡制御では、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが若干高くなる目標空燃比ＡＦＣＭＤが一時的に適用されるが、極短時間であるため排気特性の悪化は無視できる程度である。
【００３４】
次に本実施形態におけるインジェクタ６によって燃焼室内に噴射される燃料噴射量（質量／サイクル）ＧＦＵＥＬの算出方法について説明する。
要求トルクＴＲＱＣＭＤと燃料噴射量ＧＦＵＥＬとの関係は、式（１）で表すことができる。
ＴＲＱＣＭＤ＝ＧＦＵＥＬ×ＫＧＦＴＲＱ                    （１）
【００３５】
ここで、ＫＧＦＴＲＱは燃料量をトルクに変換するトルク変換係数である。なお、式（１）は点火時期ＩＧＣＭＤが最適点火時期ＩＧＭＡＰに設定されることを前提としたものである。最適点火時期ＩＧＭＡＰは、エンジン１の出力トルクが最大となるトルク最大点火時期であるが、高負荷運転状態においてノッキングが発生し易くなる点火時期の最遅角値（ノック限界点火時期）が、トルク最大点火時期より遅角側となるときは、ノック限界点火時期に設定される。
【００３６】
上記式（１）を変形することにより、下記式（２）が得られ、式（２）を用いて燃料噴射量ＧＦＵＥＬを算出することができる。
ＧＦＵＥＬ＝ＴＲＱＣＭＤ／ＫＧＦＴＲＱ                    （２）
なお、式（２）によって算出される燃料噴射量は質量であり、燃料噴射量ＧＦＵＥＬは公知の手法を用いて、燃圧ＰＦ及び燃料の密度などに応じてインジェクタ６の開弁時間ＴＯＵＴに変換され、１サイクル当たりに燃焼室内の供給する燃料量が燃料噴射量ＧＦＵＥＬとなるように制御される。
【００３７】
トルク変換係数ＫＧＦＴＲＱは、エンジン回転数ＮＥ、空燃比ＡＦ、及び排気還流率ＲＥＧＲに依存して変化するため、従来はこれらのパラメータに応じてトルク変換係数ＫＧＦＴＲＱを算出するためには複数のマップを必要としたが、本実施形態では下記式（３）で定義される希釈度合パラメータとしてのガス燃比ＧＦＲを用いることによって、トルク変換係数ＫＧＦＴＲＱをガス燃比ＧＦＲ及びエンジン回転数ＮＥに応じて設定された単一のマップで算出するようにしている。
ＧＦＲ＝（ＧＡＩＲＣＹＬ＋ＧＥＧＲ）／ＧＦＵＥＬ              （３）
ここでＧＥＧＲは、燃焼室内に還流される排気量（内部排気還流量を含む）である還流排気量（質量）であり、還流排気量ＧＥＧＲの算出には公知の手法（例えば特許第５２７０００８号公報）が適用可能である。
【００３８】
ガス燃比ＧＦＲとトルク変換係数ＫＧＦＴＲＱとの関係は、エンジン回転数ＮＥが一定の条件下では図７（ａ）に示すように１つの曲線で近似可能であることが本発明の発明者によって確認されており、ガス燃比ＧＦＲ及びエンジン回転数ＮＥに応じて単一のＫＧＦＴＲＱマップを予め設定しておくことにより、空燃比ＡＦ及び排気還流率ＲＥＧＲとエンジン回転数ＮＥとに応じた複数のマップを用いることなく、実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致させる燃料噴射量ＧＦＵＥＬの算出を精度良く行うことができる。ＫＧＦＴＲＱマップは、ガス燃比ＧＦＲが増加するほどトルク変換係数ＫＧＦＴＲＱが増加するように設定されている。なお、図７（ａ）に示すガス燃比ＧＦＲの変化範囲（１４〜２８）に対応するトルク変換係数ＫＧＦＴＲＱの変化範囲は、０．３５〜０．４程度である。
【００３９】
図７（ｂ）はガス燃比ＧＦＲが一定の条件下におけるエンジン回転数ＮＥとトルク変換係数ＫＧＦＴＲＱとの関係を示す。この図に示すように、トルク変換係数ＫＧＦＴＲＱは、エンジン回転数ＮＥが中域回転数ＮＥＭＸ（例えば３０００ｒｐｍ）で最大となり、中域回転数ＮＥＭＸより低回転側ではエンジン回転数ＮＥが減少するほど１回転当たりの時間が長くなって効率が低下するので、トルク変換係数ＫＧＦＴＲＱは減少する。高回転側では、エンジン回転数ＮＥが増加するほどサイクル当たりの時間ＴＣＹＬが短くなり、時間ＴＣＹＬに対する燃焼時間の割合が増加するので、トルク変換係数ＫＧＦＴＲＱは減少する。
【００４０】
図８は、上述した過渡制御を実行する空燃比切換過渡制御処理のフローチャートであり、この処理はＥＣＵ５によってエンジン１の回転に同期して（例えば４気筒エンジンでは、クランク角１８０度毎に）実行される。
ステップＳ１１では、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて要求トルクＴＲＱＣＭＤを算出し、ステップＳ１２ではエンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤに応じてリーン運転要求フラグＦＬＥＡＮの設定を行う。
【００４１】
ステップＳ１３では、要求トルクＴＲＱＣＭＤ及びリーン運転要求フラグＦＬＥＡＮに応じて目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する。図示しない吸入空気量制御処理によって、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと一致するようにスロットル弁開度ＴＨが制御される。
【００４２】
ステップＳ１４では、検出される吸入空気量ＧＡＩＲを用いて気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬを算出する。気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの算出には、公知の手法（例えば特許第５１１８２４７号公報）が適用可能である。ステップＳ１５では検出される吸入空気量ＧＡＩＲ及び吸気圧ＰＢＡを用いて還流排気量ＧＥＧＲを算出し、ステップＳ１６では下記式（３ａ）により、ガス燃比ＧＦＲを算出する。式（３ａ）は、式（３）の燃料噴射量ＧＦＵＥＬを前回算出値ＧＦＵＥＬＺに代えたものである。
ＧＦＲ＝（ＧＡＩＲＣＹＬ＋ＧＥＧＲ）／ＧＦＵＥＬＺ              （３ａ）
【００４３】
ステップＳ１７では、エンジン回転数ＮＥ及びガス燃比ＧＦＲに応じてマップ検索（図７参照）を行ってトルク変換係数ＫＧＦＴＲＱを算出し、ステップＳ１８では下記式（２ａ）を用いて仮燃料噴射量ＧＦＵＥＬＴＭＰを算出する。式（２ａ）は、式（２）のＧＦＵＥＬをＧＦＵＥＬＴＭＰに代えたものである。
ＧＦＵＥＬＴＭＰ＝ＴＲＱＣＭＤ／ＫＧＦＴＲＱ                    （２ａ）
【００４４】
ステップＳ１９では、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤ、及び定常目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＳを下記式（４）に適用して、仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰを算出する。
ＡＦＣＭＤＴＭＰ＝（ＧＡＩＲＣＹＬ／ＧＡＩＲＣＭＤ）×ＡＦＣＭＤＳＳ  （４）
【００４５】
ステップＳ２０では仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰが切換空燃比ＡＦＬＭＴより小さいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわち図４の時刻ｔ１からｔ２までの期間または図５の時刻ｔ１０からｔ１１までの期間においては、目標空燃比ＡＦＣＭＤを仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰに設定するとともに燃料噴射量ＧＦＵＥＬを仮燃料噴射量ＧＦＵＥＬＴＭＰに設定し（ステップＳ２５）、点火時期ＩＧＣＭＤを最適点火時期ＩＧＭＡＰに設定する（ステップＳ２６）。最適点火時期ＩＧＭＡＰは、図示しない点火時期算出処理において公知に手法により算出される。
【００４６】
ステップＳ２０の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、すなわち図４の時刻ｔ０からｔ１までの期間または図５の時刻ｔ１１からｔ１２までの期間においては、目標空燃比ＡＦＣＭＤを理論空燃比ＡＦＳＴに設定する（ステップＳ２１）。目標空燃比ＡＦＣＭＤが仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰではなく理論空燃比ＡＦＳＴに設定されるため、ステップＳ２２では、仮燃料噴射量ＧＦＵＥＬＴＭＰを下記式（５）に適用して、燃料噴射量ＧＦＵＥＬを算出する。
ＧＦＵＥＬ＝（ＡＦＣＭＤＴＭＰ／ＡＦＣＭＤ）×ＧＦＵＥＬＴＭＰ      （５）
【００４７】
ステップＳ２３では、図９に示すＩＧＲＴＤ算出処理を実行し、遅角量ＩＧＲＴＤを算出し、ステップＳ２４では、点火時期ＩＧＣＭＤを最適点火時期ＩＧＭＡＰから遅角量ＩＧＲＴＤだけ減算した値に設定する。
【００４８】
図９のステップＳ３１では、ステップＳ２２で算出された燃料噴射量ＧＦＵＥＬを上記式（３）に適用してガス燃比ＧＦＲを算出する。ステップＳ３２では、ステップＳ１７と同様に、ガス燃比ＧＦＲ及びエンジン回転数ＮＥに応じてトルク変換係数ＫＧＦＴＲＱを算出する。
【００４９】
ステップＳ３３では、点火時期ＩＧＣＭＤを遅角することによるトルク低減率ＫＩＧＴＲＱＤＮを下記式（６）を用いて算出する。
ＫＩＧＴＲＱＤＮ＝ＴＲＱＣＭＤ×ＡＦＣＭＤ／（ＧＡＩＲＣＹＬ×ＫＧＦＴＲＱ）
（６）
【００５０】
点火時期ＩＧＣＭＤを最適点火時期ＩＧＭＡＰから遅角させて、実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致させる場合におけるトルク低減率ＫＩＧＴＲＱＤＮを用いると、要求トルクＴＲＱＣＭＤは下記式（７）で表すことができるので、式（７）を変形することにより、上記式（６）が得られる。式（７）のＧＡＩＲＣＹＬ／ＡＦＣＭＤは、燃料噴射量ＧＦＵＥＬと等しくなる。
ＴＲＱＣＭＤ＝ＧＡＩＲＣＹＬ／ＡＦＣＭＤ×ＫＧＦＴＲＱ×ＫＩＧＴＲＱＤＮ
（７）
【００５１】
ステップＳ３４では、トルク低減率ＫＩＧＴＲＱＤＮ及びエンジン回転数ＮＥに応じて図１０に示すＫＩＧＴＲＱＤＮマップを逆検索して、遅角量ＩＧＲＴＤを算出する。図１０において曲線Ｌ１１〜Ｌ１３は、それぞれ所定エンジン回転数ＮＥ１１，ＮＥ１２，及びＮＥ１３に対応する（ＮＥ１１＜ＮＥ１２＜ＮＥ１３）。ＫＩＧＴＲＱＤＮマップは、遅角量ＩＧＲＴＤが増加するほどトルク低減率ＫＩＧＴＲＱＤＮが減少し、かつエンジン回転数ＮＥが増加するほどトルク低減率ＫＩＧＴＲＱＤＮが増加するように設定されており、トルク低減率ＫＩＧＴＲＱＤＮは、「０」から「１」の間の値をとる。
【００５２】
図８及び図９に示す制御処理によって、図４及び図５に示す目標空燃比ＡＦＣＭＤの制御及び点火時期ＩＧＣＭＤの制御が実行される。
【００５３】
以上のように本実施形態では、車両の運転者の要求を示すアクセルペダル操作量ＡＰに応じて要求トルクＴＲＱＣＭＤが設定されるとともに、気筒空気量ＧＡＩＲＣＹＬに基づいて目標空燃比ＡＦＣＭＤが算出され、実際の空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＣＭＤと一致するようにインジェクタ６による燃料噴射量ＧＦＵＥＬが制御される。燃焼室内のガス量と燃料との比率を示す希釈度合パラメータとしてのガス燃比ＧＦＲが、燃焼室内の新気量を示す気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ、還流排気量ＧＥＧＲ、及び燃料噴射量ＧＦＵＥＬを用いて算出され、空燃比ＡＦを所定リーン空燃比ＡＦＬＮと理論空燃比ＡＦＳＴとの間で切り換える空燃比切換過渡制御では、ガス燃比ＧＦＲを用いて燃料噴射量ＧＦＵＥＬの算出が行われる。エンジン１の実出力トルクＴＲＱＡは基本的に燃料噴射量ＧＦＵＥＬに比例するが、エンジン回転数ＮＥ、空燃比ＡＦ、及び還流排気量ＧＥＧＲ（排気還流率ＲＥＧＲ）に依存して熱効率が変化するため、実出力トルクＴＲＱＡを正確に要求トルクＴＲＱＣＭＤと一致させるためには、熱効率の算出精度を高める必要がある。本発明の発明者の検討によれば、ガス燃比ＧＦＲと熱効率に相当するトルク変換係数ＫＧＦＴＲＱとの関係は、エンジン回転数ＮＥが一定の条件下では図７（ａ）に示すように１つの曲線で近似可能であることが確認されており、ガス燃比ＧＦＲを用いて燃料噴射量ＧＦＵＥＬを算出することによって、目標空燃比ＡＦＣＭＤ及び排気還流率ＲＥＧＲと、エンジン回転数ＮＥとに応じた複数のマップを用いることなく、実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致させる燃料噴射量ＧＦＵＥＬの算出を精度良く行うことができる。その結果、設計段階におけるマップ設定工数を大幅に低減しつつ、過渡状態における燃料供給制御を精度良く実行することが可能となる。
【００５４】
また空燃比切換過渡制御において気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに基づいて算出される仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰが切換空燃比ＡＦＬＭＴより小さいときに、目標空燃比ＡＦＣＭＤを理論空燃比ＡＦＳＴに設定し、実出力トルクＴＲＱＡが要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致するように点火時期ＩＧＣＭＤを最適点火時期ＩＧＭＡＰより遅角させる制御が行われる。一方、仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰが切換空燃比ＡＦＬＭＴ以上であるときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤは仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰに設定され、点火時期ＩＧＣＭＤを最適点火時期ＩＧＭＡＰに設定する制御が行われる。切換空燃比ＡＦＬＭＴは、リーン運転の定常状態で設定される所定リーン空燃比ＡＦＬＮより小さくかつ理論空燃比ＡＦＳＴより大きい値に設定される。すなわち、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに基づいて算出される仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰが切換空燃比ＡＦＬＭＴより小さいときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤが理論空燃比ＡＦＳＴに設定され、点火時期ＩＧＣＭＤを遅角することによって、実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致させる制御が行われる一方、仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰが切換空燃比ＡＦＬＭＴ以上であるときは、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＬＣＹＬに対応する仮目標空燃比ＡＦＣＭＤがそのまま目標空燃比ＡＦＣＭＤとして適用されるとともに、点火時期ＩＧＣＭＤが最適点火時期ＩＧＭＡＰに制御される。したがって、排気中のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが増加する第１リーン空燃比範囲ＲＬＮ１の空燃比に目標空燃比ＡＦＣＭＤが設定されることを回避し、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘの増加を抑制することができるとともに、点火時期ＩＧＣＭＤの遅角によってトルク変動を防止することができる。
【００５５】
また図３に示すように、切換空燃比ＡＦＬＭＴは、排気浄化触媒１１の下流側において排気中に含まれるＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが、空燃比の減少に対応して増加する範囲内で許容限度ＣＮＯｘＬＭＴ以下となる最小値に設定されるので、目標空燃比ＡＦＣＭＤが理論空燃比ＡＦＳＴから切換空燃比ＡＦＬＭＴの間の値、すなわちＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが増加する範囲の値に設定されることが回避され、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを許容限度ＣＮＯｘＬＭＴ以下に抑制することができる。なお、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが空燃比の減少に対応して増加する範囲（図３に示す最大ＮＯｘ濃度となる空燃比よりリーン側の範囲）では、排気浄化触媒１１の浄化能力が無いため、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘは、排気浄化触媒１１の上流側のＮＯｘ濃度、すなわちエンジン１の燃焼室から排出される排気中のＮＯｘ濃度と同一となるため、切換空燃比ＡＦＬＭＴは、燃焼室から排出される排気中のＮＯｘ濃度が許容限度ＣＮＯｘＬＭＴ以下となる最小空燃比と定義することができる。
【００５６】
［変形例］
図１１は、図８に示す処理の変形例を示すフローチャートである。図１１の処理は、図８の処理にステップＳ２７を追加したものである。ステップＳ２７は、図６を参照して説明した制御を実現するためのステップであり、ステップＳ２４で遅角された点火時期ＩＧＣＭＤが遅角限界値ＩＧＲＴＤＬＭＴより小さいか否か（遅角側であるか否か）を判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ２５に進む。
【００５７】
したがって、点火時期遅角制御中に点火時期ＩＧＣＭＤが遅角限界値ＩＧＲＴＤＬＭＴより小さくなると、遅角制御を終了して、目標空燃比ＡＦＣＭＤを、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに対応した仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰに設定するとともに、点火時期ＩＧＣＭＤをその時点の気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに対応した最適点火時期ＩＧＭＡＰに設定する過渡制御が行われる。
【００５８】
この変形例では、仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰが切換空燃比ＡＦＬＭＴより小さい場合において、実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致させる点火時期ＩＧＣＭＤが遅角限界値ＩＧＲＴＤＬＭＴより遅角側となるときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤを仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰに設定し、点火時期ＩＧＣＭＤを最適点火時期ＩＧＭＡＰに設定する制御が行われる。点火時期ＩＧＣＭＤを遅角限界値ＩＧＲＴＤＬＭＴより遅角側に制御することはできない（失火あるいは燃焼の不安定化を招く）ため、その場合には算出される仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰをそのまま適用した燃料供給制御を実行することでトルク変動が防止される。
【００５９】
本実施形態では、アクセルセンサ２７及びＥＣＵ５が要求トルク設定手段を構成し、インジェクタ６及びＥＣＵ５が燃料量制御手段を構成し、ＥＣＵ５が、目標空燃比算出手段、希釈度合パラメータ算出手段、点火時期制御手段、及び修正手段を構成する。
【００６０】
［第２実施形態］
本実施形態は、原動機としてエンジン１及び電動機を備える車両に本発明を適用したものであり、以下に説明する点以外は第１実施形態と同一である。
【００６１】
図１２は車両駆動装置の全体構成を模式的に示す。この車両駆動装置は、上述したエンジン１と、原動機及び発電機としての機能を有する電動機（以下「モータ」という）６１と、エンジン１及び／またはモータ６１の駆動力を伝達するための変速機５２とを備え、エンジン１のクランク軸５１は変速機５２に接続され、変速機５２の出力軸５３、差動ギヤ機構５４、及び駆動軸５５を介して駆動輪５６を駆動するように構成されている。モータ６１は、パワードライブユニット（以下「ＰＤＵ」という）６２に接続されており、ＰＤＵ６２は高圧バッテリ６３に接続されている。変速機５２は、奇数変速段及び偶数変速段のそれぞれに対応する奇数段用クラッチ及び偶数段用クラッチを備えるツインクラッチ変速機である。車両駆動装置によれば、エンジン１のみを原動機として作動させるエンジンモード走行と、エンジン１及びモータ６１をともに原動機として作動させるハイブリッドモード走行とを行うことが可能であり、さらに変速機５２の２つのクラッチを共に解放状態とすることによって、モータ６１のみ原動機として作動させる電動モード走行を行うこともできるように構成されている。
【００６２】
モータ６２を正の駆動トルクで駆動するとき、すなわち高圧バッテリ６３から出力される電力でモータ６１を駆動するときは、高圧バッテリ６３から出力される電力は、ＰＤＵ６２を介してモータ６１に供給される。またモータ６１を負の駆動トルクで駆動するとき、すなわちモータ６１を回生動作させるときは、モータ６１により発電される電力がＰＤＵ６２を介して高圧バッテリ６３に供給され、高圧バッテリ６３が充電される。ＰＤＵ６２は、ＥＣＵ３０に接続され、モータ６１の動作制御を行うとともに、高圧バッテリ６３の充電及び放電の制御を行う。ＥＣＵ３０は、第１の実施形態におけるＥＣＵ５の機能に加えて、モータ６１の動作制御を行う。ＥＣＵ３０は、例えば第１実施形態のＥＣＵ５と、モータ制御ＥＣＵとを通信バスによって接続することによって構成される。
【００６３】
図１３は、本実施形態における過渡制御を説明するためのタイムチャートであり、図４と同様に目標空燃比ＡＦＣＭＤを理論空燃比ＡＦＳＴから所定リーン空燃比ＡＦＬＮに切り換えるときの動作例が示されている。図１３（ａ）には、一定の要求トルクＴＲＱＣＭＤが破線で示されており、実線は実出力トルクＴＲＱＡの推移を示す。また図１３（ｃ）に示す目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤ及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの推移は図４（ｃ）に示す推移と同一である。図１３（ｆ）は、モータ要求トルクＴＲＱＭＯＴの推移を示す。
【００６４】
本実施形態は、図１３（ａ）に示す時刻ｔ２０からｔ２１までの期間における、実出力トルクＴＲＱＡと要求トルクＴＲＱＣＭＤとの差分をモータ６１によって補填するようにしたものである。
【００６５】
時刻ｔ２０においてリーン運転要求フラグＦＬＥＡＮが「０」から「１」に変更されると、目標空燃比ＡＦＣＭＤは理論空燃比ＡＦＳＴから切換空燃比ＡＦＬＭＴに変更される。そのため燃料噴射量ＧＦＵＥＬが減少し、実出力トルクＴＲＱＡはトルク値ＴＲＱ１まで低下する。これに対応してモータ要求トルクＴＲＱＭＯＴをトルク差分ＤＴＲＱＥ（＝ＴＲＱ０−ＴＲＱ１）に設定する（図１３（ｆ））。その後、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの増加に対応して、実出力トルクＴＲＱＡが増加するので、その増加分だけモータ要求トルクＴＲＱＭＯＴを減少させる。
【００６６】
図１３（ｄ）に示す一点鎖線は、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに対応する仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰを示しており、時刻ｔ２１に仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰが切換空燃比ＡＦＬＭＴに達すると、実出力トルクＴＲＱＡは要求トルクＴＲＱＣＭＤと等しくなるので、モータ要求トルクＴＲＱＭＯＴを「０」とし、以後は気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの増加に対応させて目標空燃比ＡＦＣＭＤを増加させる空燃比漸増制御を実行する。時刻ｔ２２において、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに達すると、過渡制御を終了する。なお、点火時期ＩＧＣＭＤは図１３（ｅ）に示すように気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの増加に対応した最適点火時期ＩＧＭＡＰに設定する。
【００６７】
図１４は、本実施形態における空燃比切換過渡制御処理のフローチャートである。この処理は、図８に示す処理のステップＳ２１，Ｓ２３，及びＳ２４を削除し、ステップＳ４１〜４３を追加したものである。
【００６８】
ステップＳ２０の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤを切換空燃比ＡＦＬＭＴに設定し（ステップＳ４１）、ステップＳ２２でその目標空燃比ＡＦＣＭＤ（切換空燃比ＡＦＬＭＴ）に対応する燃料噴射量ＧＦＵＥＬを算出する。ステップＳ４２では、図１５に示すＴＲＱＭＯＴ算出処理を実行し、モータ要求トルクＴＲＱＭＯＴを算出する。
ステップＳ２０の答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ２５を実行後にモータ要求トルクＴＲＱＭＯＴを「０」に設定する（ステップＳ４３）。
【００６９】
図１５のステップＳ５１では、ステップＳ２２で算出された燃料噴射量ＧＦＵＥＬを上記式（３）に適用して、ガス燃比ＧＦＲを算出し、ステップＳ５２では、ステップＳ１７と同様にトルク変換係数ＫＧＦＴＲＱを算出する。ステップＳ５３では、下記式（８）によってエンジン１の推定出力トルクＴＲＱＥＮＧＥＳＴを算出する。
ＴＲＱＥＮＧＥＳＴ＝ＧＡＩＲＣＹＬ／ＡＦＣＭＤ×ＫＧＦＴＲＱ        （８）
【００７０】
ステップＳ５４では、下記式（９）によりモータ要求トルクＴＲＱＭＯＴを算出する。
ＴＲＱＭＯＴ＝ＴＲＱＣＭＤ−ＴＲＱＥＮＧＥＳＴ                      （９）
【００７１】
以上のように本実施形態では、過渡制御において算出される仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰが切換空燃比ＡＦＬＭＴより小さいときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤを切換空燃比ＡＦＬＭＴに設定するとともに、モータ要求トルクＴＲＱＭＯＴを、エンジン１の推定出力トルクＴＲＱＥＮＧＥＳＴと要求トルクＴＲＱＣＭＤとの差分に設定するエンジン出力トルク補填を実行する一方、仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰが切換空燃比ＡＦＬＭＴ以上であるときは目標空燃比ＡＦＣＭＤを仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰに設定し、モータ６１によるエンジン出力トルク補填を実行しない制御が行われる。したがって、ＮＯｘ排出量が増加する第１リーン空燃比範囲ＲＬＮ１内に目標空燃比ＡＦＣＭＤが設定されることを回避し、しかも点火時期ＩＧＣＭＤを最適点火時期ＩＧＭＡＰに維持しつつ、ＮＯｘ排出量の増加及びトルク変動を防止することができる。
【００７２】
本実施形態では、アクセルセンサ２７及びＥＣＵ３０が要求トルク設定手段を構成し、インジェクタ６及びＥＣＵ３０が燃料量制御手段を構成し、ＥＣＵ３０が、目標空燃比算出手段、希釈度合パラメータ算出手段、及び修正手段を構成し、ＥＣＵ３０及びＰＤＵ６２が電動機制御手段を構成する。
【００７３】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、過渡制御中に算出される仮目標空燃比ＡＦＣＭＤＴＭＰが切換空燃比ＡＦＬＭＴより小さいときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤを理論空燃比ＡＦＳＴに設定するようにしたが、理論空燃比ＡＦＳＴそのものではなく理論空燃比ＡＦＳＴの近傍の値に設定するようにしてもよい。理論空燃比近傍の範囲は、例えば理論空燃比ＡＦＳＴから図３に示す空燃比ＡＦＳＴＬ（ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが許容限度ＣＮＯｘＬＭＴ以下となる範囲）とする。
【００７４】
また上述した第２実施形態では、過渡制御開始時におけるモータ要求トルクＴＲＱＭＯＴが「０」である例を示したが、その時点でモータ６１を駆動している場合には、トルク差分（ＴＲＱＣＭＤ−ＴＲＱＥＮＧＥＳＴ）だけモータ要求トルクＴＲＱＭＯＴを増加させるエンジン出力トルク補填を実行する。これによって、過渡制御中におけるエンジン１の実出力トルクＴＲＱＡの減少分をモータ６１の出力トルクの増加分で補填することができる。
【００７５】
また上述した実施形態では燃焼室内に燃料を噴射する直噴インジェクタを有する内燃機関を原動機として備える車両の制御装置に本発明を適用した例を示したが、本発明は吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射インジェクタを備える内燃機関、あるいは直噴インジェクタ及びポート噴射インジェクタをともに備える内燃機関を原動機として備える車両の制御装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１  内燃機関
３  スロットル弁
５，３０  電子制御ユニット（要求トルク設定手段、目標空燃比算出手段、燃料量制御手段、希釈度合パラメータ算出手段、点火時期制御手段、修正手段、電動機制御手段）
６  インジェクタ（燃料量制御手段）
８  点火プラグ
１０  排気通路
１１  排気浄化触媒
２１  吸入空気量センサ
２４  吸気圧センサ
２６  アクセルセンサ（要求トルク設定手段）
６１  電動機
６２  パワードライブユニット（電動機制御手段）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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