(57)【要約】    【課題】  定常的なリーン運転中に要求トルクが増加したときに、ＮＯｘ排出量の増加を抑制しつつ加速応答性を改善することができる車両の制御装置を提供する。    【解決手段】  車両の運転者のアクセルペダル操作に応じて目標空燃比ＡＦＣＭＤが設定され、目標空燃比ＡＦＣＭＤを所定リーン空燃比ＡＦＬＮに設定するリーン運転中に、運転者がアクセルペダルを踏み込んで加速要求を行ったときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤを加速要求に応じて低減する空燃比低減制御を実行する。空燃比低減制御では、要求トルクＴＲＱＣＭＤに応じて算出される目標空燃比ＡＦＣＭＤが制限空燃比ＡＦＬＭＴより小さいときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤを制限空燃比ＡＦＬＭＴに設定し、制限空燃比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。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を有する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に設定するリーン運転、及び前記リーン運転中に前記過給機による過給を行うリーン過給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、
前記要求トルクに基づいて前記混合気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
前記目標空燃比に基づいて前記機関へ燃料を供給する燃料供給手段とを備え、
前記目標空燃比設定手段は、
前記リーン運転の実行中に前記運転者が加速要求を行ったときは、前記目標空燃比を前記加速要求に応じて低減する空燃比低減制御を実行し、
該空燃比低減制御において前記目標空燃比が制限空燃比より小さいときは、前記目標空燃比を前記制限空燃比に修正し、
前記制限空燃比は、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車両の制御装置。
【請求項２】
前記制限空燃比は、前記機関の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１に記載の車両の制御装置。
【請求項３】
前記目標空燃比設定手段は、前記空燃比低減制御を実行しても、前記機関の出力トルクを前記要求トルクに一致させることができないと判定されるときは、前記目標空燃比を理論空燃比に変更することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の制御装置。
【請求項４】
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をさらに備え、
前記電動機制御手段は、前記目標空燃比が前記制限空燃比に修正されているときに、前記電動機の出力トルクを、前記機関の出力トルクと前記要求トルクとの差分だけ増加させるように前記電動機を制御することを特徴とする請求項１から３の何れか１項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、特に過給機を備え、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中に過給を行う内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気系にリーンＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置が示されている。この装置によれば、内燃機関の要求トルクが比較的大きい所定加速状態にあると判定されたときに、目標空燃比を理論空燃比よりリーン側域内の比較的リッチ域（空燃比が１６〜１９程度）に設定するとともに、排気還流を実行する制御が行われる。これによって、リーン運転中に加速要求がなれたときに空燃比をリーン側域内の比較的リッチ域に設定して、加速要求を満たすとともに、排気還流を実行することによって排気中のＨＣ量を増加させ、リーンＮＯｘ触媒による良好なＮＯｘ浄化率を維持し、空燃比の変更によってＮＯｘ排出量が増加することが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６８７６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された制御では所定加速状態では排気還流を実行することによって、リーンＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元を促進してＮＯｘ排出量が抑制されるが、排気還流を実行することによって、燃焼効率が低下する（燃費が悪化する）という課題がある。また、過給機を備える内燃機関のリーン運転中に要求トルクが増加した場合には、目標過給圧を高めて吸入空気量を増加させる制御が行われるが、過給の遅れによって吸入空気量の増加が遅れるため、機関出力トルクの応答性（加速応答性）が不十分なものとなる傾向がある。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、定常的なリーン運転中に要求トルクが増加したときに、ＮＯｘ排出量の増加を抑制しつつ加速応答性を改善することができる車両の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】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、過給機（１２）を有する内燃機関（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）よりリーン側に設定するリーン運転、及び前記リーン運転中に前記過給機による過給を行うリーン過給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、前記要求トルク（ＴＲＱＣＭＤ）に基づいて前記混合気の目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）を設定する目標空燃比設定手段と、前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）に基づいて前記機関へ燃料を供給する燃料供給手段とを備え、前記目標空燃比設定手段は、前記リーン運転の実行中に前記運転者が加速要求を行ったときは、前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）を前記加速要求に応じて低減する空燃比低減制御を実行し、該空燃比低減制御において前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）が制限空燃比（ＡＦＬＭＴ）より小さいときは、前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）を前記制限空燃比（ＡＦＬＭＴ）に修正し、前記制限空燃比（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。
【０００７】
この構成によれば、車両の運転者の要求に基づいて要求トルクが設定されるとともに、要求トルクに基づいて目標空燃比が設定され、その目標空燃比に基づいて機関へ燃料が供給される。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の実行中に、運転者が加速要求を行ったときは、その加速要求に応じて目標空燃比を低減する空燃比低減制御が実行され、その空燃比低減制御において目標空燃比が制限空燃比より小さいときは、目標空燃比が制限空燃比に修正され、制限空燃比は、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。特許文献１に示されるように、目標空燃比が１６〜１９程度のリーン空燃比に設定されると、燃焼室から排出されるＮＯｘ量（フィードＮＯｘ量）あるいは排気系に設けられる排気浄化触媒下流側における排気中のＮＯｘ濃度が増加することから、例えば制限空燃比を２５程度に設定することによって、リーン運転中の加速時においてＮＯｘ排出量を抑制しつつ加速応答性を改善することができる。
【０００８】
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、前記制限空燃比（ＡＦＬＭＴ）は、前記機関の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（ＣＮＯｘＬＭＴ）以下となる最小の値（例えば「２５」）に設定されることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、制限空燃比が、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の値に設定されるので、目標空燃比が理論空燃比から制限空燃比の間の値、すなわち排気中のＮＯｘ濃度が増加す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。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の車両の制御装置において、前記目標空燃比設定手段は、前記空燃比低減制御を実行しても、前記機関の出力トルク（ＴＲＱＡ）を前記要求トルク（ＴＲＱＣＭＤ）に一致させることができないと判定されるときは、前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）を理論空燃比（ＡＦＳＴ）に変更することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、空燃比低減制御を実行しても、前記機関の出力トルクを前記要求トルクに一致させることができないと判定されるとき、すなわち要求トルクの増加速度及び／または増加量が比較的大きく、空燃比低減制御では要求トルクを実現できないときは、目標空燃比が理論空燃比に変更されるので、ＮＯｘ排出量が増加する空燃比範囲を避けつつ機関出力トルクを要求トルクに一致させることが可能となる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項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（３０，６２）をさらに備え、前記電動機制御手段は、前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）が前記制限空燃比（ＡＦＬＭＴ）に修正されているときに、前記電動機（６１）の出力トルク（ＴＲＱＭＯＴ）を、前記機関の出力トルク（ＴＲＱＡＥ）と前記要求トルク（ＴＲＱＣＭＤ）との差分（ＤＴＲＱＬＮ）だけ増加させるように前記電動機（６１）を制御することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、目標空燃比が制限空燃比に修正されているときに、機関の出力トルクと要求トルクとの差分だけ、電動機出力トルクが増加するように電動機が制御されるので、ＮＯｘ排出量を抑制しつつ、機関出力トルクの不足分を電動機出力トルクで補うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す内燃機関の制御を行う制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】リーン運転中に過給を行う場合の課題を説明するための図である。
【図４】リーン運転中に運転者の加速要求がなされた場合における要求トルク（ＴＲＱＣＭＤ）の推移を示すタイムチャートである。
【図５】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６】本実施形態における空燃比制御を説明するためのタイムチャートである。
【図７】リーン運転中に加速要求が行われたときに実行される空燃比制御のフローチャートである。
【図８】図７の処理で実行される空燃比低減制御のフローチャートである。
【図９】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全体構成を模式的に示す図である。
【図１０】空燃比低減制御のフローチャートである（第２実施形態）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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の構成を模式的に示す図である。本実施形態の車両は、原動機として図１に示す内燃機関のみを備える。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、４つの気筒６を有し、各気筒６にはインジェクタ７、及び点火プラグ８が設けられている。インジェクタ７は、気筒６の燃焼室内に直接燃料を噴射する。
【００１６】
エンジン１は、吸気通路２、排気通路１０、及びターボチャージャ（過給機）１２を備えている。吸気通路２は、サージタンク４に接続され、サージタンク４は吸気マニホールド５を介して各気筒６の燃焼室に接続されている。吸気通路２には、加圧された空気を冷却するためのインタークーラ３及びスロットル弁１３が設けられ、スロットル弁１３は、スロットルアクチュエータ１３ａによって駆動可能に構成されている。サージタンク４には、吸気圧ＰＢを検出する吸気圧センサ２１が設けられ、吸気通路２には吸入空気量ＧＡＩＲを検出する吸入空気量センサ２２が設けられている。また排気通路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を検出する空燃比センサ２３が設けられている。
【００１７】
ターボチャージャ１２は、排気通路１０に設けられ、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービン１２１と、シャフト１２２を介してタービン１２１に連結されたコンプレッサ１２３とを備えている。コンプレッサ１２３は、吸気通路２に設けられ、エンジン１に吸入される空気の加圧（圧縮）を行う。
【００１８】
エンジン１の各気筒６の燃焼室は排気マニホールド９を介して排気通路１０に接続されている。排気通路１０には、タービン１２１をバイパスするバイパス通路１１が接続されており、バイパス通路１１には、バイパス通路１１を通過する排気の流量を制御するウエストゲート弁１４が設けられている。排気通路１０にはさらに排気浄化触媒（例えば三元触媒）１５が設けられている。
【００１９】
図２は、エンジン１の制御を行う制御系の構成を示すブロック図であり、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０には、上述した吸気圧センサ２１、吸入空気量センサ２２、及び空燃比センサ２３の他、エンジン１のクランク軸の回転角度ＣＡを検出するクランク角センサ２４、エンジン１により駆動される車両の運転者によるアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２５、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２６、及び図示しない他のセンサが接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ２０に供給される。アクセルペダル操作量ＡＰは、車両運転者の要求を示すパラメータである。ＥＣＵ２０の出力側には、インジェクタ７、点火プラグ８、スロットルアクチュエータ１３ａ、及びＷＧ弁１４が接続されている。クランク角センサ２４の検出出力に基づいて、燃料噴射時期、点火時期などの各種タイミング制御が行われるとともに、エンジン回転数ＮＥが算出される。
【００２０】
ＥＣＵ２０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７による燃料噴射制御、点火プラグ８による点火制御、ＷＧ弁１４によるタービン駆動制御（過給制御）、スロットル弁１３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が目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと一致するように、スロットル弁１３による吸入空気量制御が行われる。
【００２１】
インジェクタ７による燃料噴射量（質量）ＧＩＮＪは、吸入空気量ＧＡＩＲを用いて算出される基本燃料量ＧＩＮＪＢを、目標当量比ＫＣＭＤ及び空燃比センサ２３により検出される空燃比ＡＦに応じた空燃比補正係数ＫＡＦを用いて補正することによって制御される。空燃比補正係数ＫＡＦは、検出される空燃比ＡＦ（当量比ＫＡＣＴ）が目標空燃比ＡＦＣＭＤ（目標当量比ＫＣＭＤ）と一致するように算出される。当量比は、空燃比ＡＦの逆数に比例し、空燃比ＡＦが理論空燃比（１４．７）と等しいときに「１．０」をとるパラメータである。なお、燃料噴射量ＧＩＮＪ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７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ＧＩＮＪとなるように制御される。燃料噴射量ＧＩＮＪは下記式（１）を用いて算出される。
ＧＩＮＪ＝ＧＩＮＪＢ×ＫＣＭＤ×ＫＡＦ×ＫＴＯＴＡＬ          （１）
【００２２】
ＧＩＮＪＢは、吸入空気量ＧＡＩＲに応じて混合気の空燃比が理論空燃比ＡＦＳＴ（＝１４．７）となるように算出される基本燃料量であり、目標当量比ＫＣＭＤは目標空燃比ＡＦＣＭＤを用いて下記式（２）で示される。ＫＴＯＴＡＬは、目標当量比ＫＣＭＤ及び空燃比補正係数ＫＡＦ以外の補正係数（例えばエンジン冷却水温に応じた補正係数など）の積である。
ＫＣＭＤ＝ＡＦＳＴ／ＡＦＣＭＤ                                （２）
【００２３】
図３は、目標空燃比ＡＦＣＭＤを理論空燃比よりリーン側の所定リーン空燃比ＡＦＬＮ（例えば「３０」程度）に設定するリーン運転中にターボチャージャ１２による過給を行う場合の課題を説明するための図である。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】
図３（ａ）は、上記リーン運転中に目標吸気圧ＰＢＣＭＤをステップ状に増加させたときの、過給圧ＰＢの応答特性（立ち上り特性）を示し、図３（ｂ）は吸入空気圧（コンプレッサ上流側圧）ＰＩＮと、定常的に達成可能な最大過給圧（定常最大過給圧）ＰＢＳＴＭＡＸとの関係を示す。なお、本明細書における「定常的なリーン運転」は、目標空燃比ＡＦＣＭＤを所定リーン空燃比ＡＦＬＮに設定する運転を意味するものとする。
【００２５】
図３（ａ）に示す４つの曲線が過給圧ＰＢの推移を示し、それぞれエンジン回転数ＮＥがＮＥ１〜ＮＥ４（ＮＥ４＞ＮＥ３＞ＮＥ２＞ＮＥ１，ＮＥ１は１５００ｒｐｍ程度であり、ＮＥ４は３０００ｒｐｍ程度である）である場合に対応する。また図３（ｂ）に示す２つの曲線はそれぞれエンジン回転数ＮＥがそれぞれＮＥ４，ＮＥ２である場合に対応し、ＰＡＴＭは大気圧である。この図から明らかなように、エンジン回転数ＮＥが低い状態では、定常最大過給圧ＰＢＳＴＭＡＸが低下し、かつ過給圧ＰＢのステップ応答遅れが大きくなる。そのためエンジン回転数ＮＥが比較的低い定常運転状態において加速要求がなされると、吸入空気量ＧＡＩＲの増加遅れを招き、加速時における実出力トルクＴＲＱＡの応答性を悪化させる。
【００２６】
そこで本実施形態では、エンジン１により駆動される車両が例えば車速８０ｋｍ／ｈ、エンジン回転数ＮＥ＝ＮＥ２（例えば２０００ｒｐｍ）程度でクルーズ走行している状態でアクセルペダルが踏み込まれた状態における実出力トルクＴＲＱＡの応答特性を改善するための空燃比制御を実行する。
【００２７】
図４は、リーン運転中に運転者による加速要求がなされたときにおける要求トルクＴＲＱＣＭＤの推移を示すタイムチャートであり、実線Ｌ１〜Ｌ４は、運転者の加速要求（アクセルペダルの踏み込み）に対応する要求トルクＴＲＱＣＭＤの増加特性を示し、破線Ｌ１１はリーン運転中にターボチャージャ１２による過給を行って達成可能な最大トルク（リーン過給最大トルク）ＴＬＮＭＡＸを示している。したがって、実線Ｌ１で示されるように要求トルクＴＲＱＣＭＤが破線Ｌ１１を超えるときは（領域Ｒ１に入るとき）、リーン運転では実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致させることはできないため、目標空燃比ＡＦＣＭＤを理論空燃比ＡＦＳＴに設定するストイキ運転に移行する。
【００２８】
破線Ｌ１４は、所定リーン空燃比ＡＦＬＮを維持したまま達成可能なトルク増加特性（以下「リーン過給応答特性」という）を示す。破線Ｌ１３は破線Ｌ１４で示すリーン過給応答特性に、所定トルク増加分を加算したトルク増加特性を示し、この所定トルク増加分は、実際のトルク増加特性に応答遅れがあっても、その応答遅れが当該車両使用者にとって許容可能と想定されるトルク増加特性に対応するものである。破線Ｌ１２は、目標空燃比ＡＦＣＭＤを所定リーン空燃比ＡＦＬＮより小さくかつ理論空燃比ＡＦＳＴより大きい範囲の値、より具体的には後述する制限空燃比ＡＦＬＭＴまで低減させるリッチ化（以下「リーン範囲リッチ化」という）を行うことによって、達成可能な最大トルクを示している。
【００２９】
実線Ｌ２で示すように要求トルクＴＲＱＣＭＤがリーン過給最大トルクＴＬＮＭＡＸ以下であっても破線Ｌ１２を超えるときは（領域Ｒ２に入るときは）、ストイキ運転に移行する必要がある。また、実線Ｌ３で示されるように要求トルクＴＲＱＣＭＤが破線Ｌ１２とＬ１３の間の領域Ｒ３内に留まるときは、リーン範囲リッチ化を行うことによって、実出力トルクＴＲＱＡの立ち上り特性を改善し、実線Ｌ４で示されるように破線Ｌ１３とＬ１４の間の領域Ｒ４内に留まるとき、リーン範囲リッチ化を行うことなく目標空燃比ＡＦＣＭＤを所定リーン空燃比ＡＦＬＮに維持する。
【００３０】
図５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１５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」）から制限空燃比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、上述したリーン範囲リッチ化は第２リーン空燃比範囲ＲＬＮ２内で実行する必要がある。
【００３１】
図６は、本実施形態における空燃比制御を説明するためのタイムチャートであり、図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ要求トルクＴＲＱＣＭＤ（破線）及び実出力トルクＴＲＱＡ（実線）、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤ（破線）及び実際の吸入空気量ＧＡＩＲ（実線）、及び目標空燃比ＡＦＣＭＤ（実線）の推移を示す。なお、図６（ａ）及び（ｂ）において実線と破線が重なる部分では実線のみ示されている。
【００３２】
図６には、目標空燃比ＡＦＣＭＤを所定リーン空燃比ＡＦＬＮに設定し、ターボチャージャ１２による過給を行っているリーン過給運転中の時刻ｔ１において、アクセルペダルが踏み込まれて要求トルクＴＲＱＣＭＤ（図６（ａ）の破線）が増加し始める動作例示されている。
【００３３】
要求トルクＴＲＱＣＭＤの増加に伴って目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤも増加するが、過給応答遅れに起因して実際の吸入空気量ＧＡＩＲは、実線で示すように目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤより遅れて増加する。このとき目標空燃比ＡＦＣＭＤを図６（ｃ）に一点鎖線で示すように所定リーン空燃比ＡＦＬＮに維持すると、実出力トルクＴＲＱＡは、図６（ａ）に一点鎖線で示すように吸入空気量ＧＡＩＲの増加遅れと同様に要求トルクＴＲＱＣＭＤに遅れて追従する。時刻ｔ２以後は吸入空気量ＧＡＩＲは目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと一致する状態となる。
【００３４】
そこで本実施形態では、目標空燃比ＡＦＣＭＤを実線で示すように減少させる空燃比低減制御を実行することによって、実出力トルクＴＲＱＡを実線で示すように要求トルクＴＲＱＣＭＤに近づける空燃比制御が実行される。ただし、制限空燃比ＡＦＬＭＴより小さな値に設定すると、フィードＮＯｘ量が増加し、排気浄化触媒下流側におけるＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが増加するため、目標空燃比ＡＦＣＭＤは制限空燃比ＡＦＬＭＴより小さくならないように設定される。これによって、リーン過給運転中に運転者の加速要求が行われたときに、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを許容限度ＣＮＯｘＬＭＴ以下に抑制しつつ実出力トルクＴＲＱＡの増加遅れ（加速応答遅れ）を改善することができる。
【００３５】
図７はリーン運転中に上述した加速要求が行われたときに実行される空燃比制御処理のフローチャートであり、この処理は一定時間ＴＣＡＬ毎に実行される。図７に示す処理は、要求トルクＴＲＱＣＭＤが増加している期間中のみ実行される。
【００３６】
ステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥに応じてリーン過給最大トルクＴＬＮＭＡＸを算出するとともに、エンジン回転数ＮＥ及び図７の処理の開始時点からの経過時間ＴＡＣＣＬに応じて、図４の破線Ｌ１２に対応する第１境界トルクＴＲＱＢ１と、破線Ｌ１３に対応する第２境界トルクＴＲＱＢ２とを算出する。具体的には、エンジン回転数ＮＥ及び経過時間ＴＡＣＣＬに応じて、図４に示す破線Ｌ１４に相当するリーン過給応答特性が予め設定されたマップを検索することによって、リーン過給応答トルクＴＲＱＬＮを算出し、そのリーン過給応答トルクＴＲＱＬＮに、リーン範囲リッチ化を行うことによって増加可能なリッチ化トルク増加分ＤＴＲＱ１を加算することによって、第１境界トルクＴＲＱＢ１を算出し、さらにリーン過給応答トルクＴＲＱＬＮに、図４を参照して説明した所定トルク増加分ＤＴＲＱ２を加算することにより、第２境界トルクＴＲＱＢ２を算出する。リッチ化トルク増加分ＤＴＲＱ１は、リーン過給応答トルクＴＲＱＬＮに応じて算出される。リーン過給最大トルクＴＬＮＭＡＸ及びリーン過給応答トルクＴＲＱＬＮは、上述したようにエンジン回転数ＮＥが高いほど増加するように設定される。
【００３７】
ステップＳ１２では、要求トルクＴＲＱＣＭＤがリーン過給最大トルクＴＬＮＭＡＸより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ストイキ運転へ移行する（ステップＳ１７）。ステップＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、要求トルクＴＲＱＣＭＤが第２境界トルクＴＲＱＢ２以下であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤを所定リーン空燃比ＡＦＬＮに維持してリーン運転を継続する（ステップＳ１５）。
【００３８】
ステップＳ１３の答が否定（ＮＯ）であるときは、要求トルクＴＲＱＣＭＤが第１境界トルクＴＲＱＢ１以下であるか否かを判別する（ステップＳ１４）。その答が肯定（ＹＥＳ）であるとき、すなわち要求トルクＴＲＱＣＭＤが図４の破線Ｌ１２とＬ１３の間の値であるときは、図７に示す空燃比低減制御を実行し、上述したリーン範囲リッチ化を行う（ステップＳ１６）。ステップＳ１４の答が否定（ＮＯ）であるときは、ストイキ運転へ移行する（ステップＳ１７）。
【００３９】
図８は図７のステップＳ１７で実行される空燃比低減制御のフローチャートである。
ステップＳ２１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。
【００４０】
ステップＳ２２では、下記式（３）に要求トルクＴＲＱＣＭＤ及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬを適用して、仮目標空燃比ＡＦＴＭＰを算出する。
ＡＦＴＭＰ＝（ＧＡＩＲＣＹＬ／ＴＲＱＣＭＤ）×ＫＴＲＱ      （３）
ここでＫＴＲＱは、燃料噴射量ＧＩＮＪをエンジン１の出力トルクに変換するトルク変換係数であり、エンジン回転数ＮＥ及び仮目標空燃比ＡＦＴＭＰの前回値に応じてマップ検索により算出される。仮目標空燃比ＡＦＴＭＰの初期値は、所定リーン空燃比ＡＦＬＮである。なお、式（３）は、点火時期がトルクが最大となる最適点火時期に設定されていることを前提とした演算式である。
【００４１】
式（３）を用いると、要求トルクＴＲＱＣＭＤが増加するほど仮目標空燃比ＡＦＴＭＰが減少し、要求トルクＴＲＱＣＭＤを実現するための仮目標空燃比ＡＦＴＭＰが得られる。
【００４２】
ステップＳ２３では、仮目標空燃比ＡＦＴＭＰが制限空燃比ＡＦＬＭＴより小さいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）あるときは目標空燃比ＡＦＣＭＤを制限空燃比ＡＦＬＭＴに設定する（ステップＳ２４）。一方ステップＳ２３の答が否定（ＮＯ）であるときは、仮目標空燃比ＡＦＴＭＰが所定リーン空燃比ＡＦＬＮ以上であるか否かを判別する（ステップＳ２５）。この答が否定（ＮＯ）であるときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤを仮目標空燃比ＡＦＴＭＰに設定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２５の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤを所定リーン空燃比ＡＦＬＮに設定する（ステップＳ２７）。
【００４３】
図７及び図８の処理によって、図６（ｃ）に実線で示すように目標空燃比ＡＦＣＭＤが設定され、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを許容限度ＣＮＯｘＬＭＴ以下に抑制しつつ、吸入空気量ＧＡＩＲの立ち上りの遅れに起因する実出力トルクＴＲＱＡの応答遅れを改善することができる。
【００４４】
以上のように本実施形態では、車両の運転者のアクセルペダル操作に応じて目標空燃比ＡＦＣＭＤが設定され、その目標空燃比ＡＦＣＭＤに基づいてインジェクタ７によってエンジン１へ燃料が供給される。目標空燃比ＡＦＣＭＤを所定リーン空燃比ＡＦＬＮに設定するリーン運転（ターボチャージャ１２による過給をすでに行っている場合を含む）の実行中に、運転者がアクセルペダルを踏み込んで加速要求を行ったときは、要求トルクＴＲＱＣＭＤに応じて目標空燃比ＡＦＣＭＤを低減する空燃比低減制御が実行される。空燃比低減制御において、要求トルクＴＲＱＣＭＤに応じて算出される仮目標空燃比ＡＦＴＭＰが制限空燃比ＡＦＬＭＴより小さいときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤが制限空燃比ＡＦＬＭＴに修正され、制限空燃比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。図５に示すように、目標空燃比ＡＦＣＭＤが理論空燃比ＡＦＳＴより少しリーン側の値ＡＦＳＴＬから制限空燃比ＡＦＬＭＴまで第１リーン空燃比範囲ＲＬＮ１内のリーン空燃比に設定されると、フィードＮＯｘ量が増加し、排気浄化触媒１５の下流側におけるＮＯｘ濃度ＣＮＯｘも増加することから、例えば制限空燃比ＡＦＬＭＴを２５程度に設定することによって、リーン運転中の加速時においてＮＯｘ排出量を抑制しつつ加速応答性を改善することができる。
【００４５】
また制限空燃比ＡＦＬＭＴが、図５に示すように排気浄化触媒１５の下流側において排気中に含まれるＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが、空燃比ＡＦの減少に対応して増加する範囲で許容限度ＣＮＯｘＬＭＴ以下となる最小の値に設定されるので、目標空燃比ＡＦＣＭＤが第１リーン空燃比範囲ＲＬＮ１内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５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１５の浄化能力が無いため、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘは、排気浄化触媒１５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。したがって、制限空燃比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できる。
【００４６】
また、要求トルクＴＲＱＣＭＤの増加特性が図４に実線Ｌ１またはＬ２で示す特性である場合、すなわち空燃比低減制御を実行しても、実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致させることができないと判定されるとき（要求トルクＴＲＱＣＭＤの増加速度及び／または増加量が比較的大きく、空燃比低減制御では要求トルクＴＲＱＣＭＤを実現できないとき）は、目標空燃比ＡＦＣＭＤが理論空燃比ＡＦＳＴに変更されるので、ＮＯｘ排出量が増加する空燃比範囲を避けつつ実出力トルクＴＲＱＡを要求トルクＴＲＱＣＭＤに一致させることが可能となる。
【００４７】
本実施形態では、ＥＣＵ２０及びアクセルセンサ２５が要求トルク設定手段、及び目標空燃比設定手段を構成し、ＥＣＵ２０及びインジェクタ７が燃料供給手段を構成する。
【００４８】
［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。
【００４９】
図９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。
【００５０】
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ＥＣＵ２０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ＥＣＵ２０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。
【００５１】
図１０は、本実施形態における空燃比低減制御のフローチャートである。図１０に示す制御は、図８に示す制御にステップＳ２８及びＳ２９を追加したものである。
ステップＳ２３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標空燃比ＡＦＣＭＤは制限空燃比ＡＦＬＭＴに設定される（ステップＳ２４）ので、図６（ａ）に示すように実出力トルクＴＲＱＡは要求トルクＴＲＱＣＭＤより若干小さくなる。本実施形態では、そのとき不足するトルク差分ＤＴＲＱＬＮをモータ６１を駆動することよって補う。
【００５２】
すなわち、ステップＳ２８ではトルク差分ＤＴＲＱＬＮを下記式（４）により算出する。式（４）のＴＲＱＡＥは推定出力トルクであり、下記式（５）により算出される。
ＤＴＲＱＬＮ＝ＴＲＱＣＭＤ−ＴＲＱＡＥ                    （４）
ＴＲＱＡＥ＝（ＧＡＩＲＣＹＬ／ＡＦＬＭＴ）×ＫＴＲＱ      （５）
【００５３】
ステップＳ２９では、モータ要求トルクＴＲＱＭＯＴを下記式（６）によって更新する。モータ６１を駆動していていないときは、式（６）の右辺のＴＲＱＭＯＴは「０」であり、モータ要求トルクＴＲＱＭＯＴはトルク差分ＤＴＲＱＬＮに設定される。
ＴＲＱＭＯＴ＝ＴＲＱＭＯＴ＋ＤＴＲＱＬＮ                （６）
【００５４】
本実施形態によれば、目標空燃比ＡＦＣＭＤが制限空燃比ＡＦＬＭＴに修正されているときに、実出力トルクＴＲＱＡと要求トルクＴＲＱＣＭＤとの差分に相当するトルクＤＴＲＱＬＮを加算して出力するようにモータ６１が制御されるので、排気中のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを抑制しつつ、エンジン１の実出力トルクＴＲＱＡの不足分をモータ出力トルクで補うことが可能となる。
【００５５】
本実施形態では、ＥＣＵ３０及びアクセルセンサ２５が要求トルク設定手段及び目標空燃比設定手段を構成し、ＥＣＵ３０及びインジェクタ７が燃料供給手段を構成し、ＥＣＵ３０及びＰＤＵ６２が電動機制御手段を構成する。
【００５６】
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。
【００５７】
図６には、時刻ｔ１より前からターボチャージャ１２による過給を行っている動作例を示したが、本発明は過給を行っていない定常リーン運転中において加速要求が行われ、過給を開始しつつ吸入空気量を増加させる場合にも適用可能である。
【００５８】
また図７（及び図１０）に示す処理のステップＳ１１では、図４に破線Ｌ１４で示すリーン過給応答トルクＴＲＱＬＮを、エンジン回転数ＮＥ及び経過時間ＴＡＣＣＬに応じて予め設定されたマップを検索することにより算出するようにしたが、これに限るものではなく、例えば排気温度ＴＥＸを検出し、検出される吸入空気量ＧＡＩＲ及び排気温度ＴＥＸに応じてリーン過給応答トルクＴＲＱＬＮを算出するようにしてもよい。具体的には、検出される吸入空気量ＧＡＩＲ及び排気温度ＴＥＸに応じて排気エネルギを示すパラメータを算出し、この排気エネルギパラメータに応じてターボチャージャ１２による過給圧上昇特性を推定し、推定される過給圧上昇特性から吸入空気量増加特性を求め、その吸入空気量増加特性を出力トルク増加特性に換算することによって、リーン過給応答トルクＴＲＱＬＮを算出するようにしてもよい。あるいは、過給圧ＰＢを検出し、検出される過給圧ＰＢの増加特性を出力トルク増加特性に換算することによって、リーン過給応答トルクＴＲＱＬＮを算出するようにしてもよい。
【００５９】
また空燃比低減制御における仮目標空燃比ＡＦＴＭＰの算出は、簡易的に下記式（７）を用いてもよい。
ＡＦＴＭＰ＝ＡＦＬＮ×ＧＡＩＲ／ＧＡＩＲＣＭＤ          （７）
【符号の説明】
【００６０】
１  内燃機関
７  インジェクタ
１２  ターボチャージャ（過給機）
１４  ウエストゲート弁
２０，３０  電子制御ユニット（要求トルク設定手段，目標空燃比設定手段，電動機制御手段）
２２  吸入空気量センサ
２３  空燃比センサ
２４  クランク角センサ
２５  アクセルセンサ
６１  モータ（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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