(57)【要約】【課題】内燃機関にトルクの変動を生じさせることなく、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼モードを切り替える。【解決手段】要求トルクの増大要求を受けてリーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り替える条件と、要求トルクと筒内に吸入される空気量から推定される推定トルクとの差が所定値以上である条件とが満たされた場合に、目標空燃比をリーン空燃比からストイキ空燃比に切り替えると共に要求トルクを推定トルクまで一時的に低下させ、その後低下させた目標トルクを要求トルクへ向かって徐変させるように内燃機関を制御する。【選択図】図５
2015117604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン空燃比によるリーン燃焼とストイキ空燃比によるストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能に構成され、前記内燃機関へ要求される要求トルクを実現するための制御用パラメータとして少なくとも目標トルク及び目標空燃比を決定し、決定された目標トルク及び目標空燃比に基づいてアクチュエータを制御する過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記要求トルクの増大要求を受けて前記リーン燃焼から前記ストイキ燃焼へ燃焼モードを切り替える条件と、前記要求トルクと筒内に吸入される空気量から推定される推定トルクとの差が所定値以上である条件とが満たされた場合に、前記目標空燃比を前記リーン空燃比から前記ストイキ空燃比に切り替えると共に前記目標トルクを前記推定トルクまで一時的に低下させ、その後低下させた前記目標トルクを前記要求トルクへ向かって徐変させるように前記内燃機関を制御する手段を備えることを特徴とする過給機付き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、リーン燃焼とストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能な過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−１６２４８１号公報には、複数の気筒郡のうちの一部の気筒群の気筒からの排気ガスのみが過給機を駆動するのに利用されるように構成された過給機付き内燃機関が開示されている。この内燃機関では、要求トルクに応じて、過給機からの空気が供給される第１気筒郡の気筒の空燃比と上記過給機からの空気が供給されない第２気筒郡の気筒の空燃比とを、それぞれ異なる空燃比に設定可能に構成されている。例えば、この内燃機関では、気筒郡間の発生トルク差を低減するために、要求トルクが所定の基準トルク以下である場合には、第２気筒群の気筒の空燃比がリーンにされると共に第１気筒群の気筒の空燃比が比較的理論空燃比に近いリーン空燃比にされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６２４８１号公報
【特許文献２】特開２００５−２０７３９８号公報
【特許文献３】特開２００９−２４５８０号公報
【特許文献４】特開２０００−２３０４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リーン燃焼とストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能な過給機付き内燃機関では、目標トルクに応じて空燃比の切り替えが行われる。ここで、リーン空燃比に制御されている場合において、目標トルクの増大要求を受けて未過給領域から過給領域へ移行されると、過給応答遅れによって実際のトルクと目標トルクとが乖離することが起きる。このような状態のときに目標トルクの増大要求を受けてリーン燃焼からストイキ燃焼への切り替えが行われると、目標空気量が急減して実際のトルクが目標トルクに急に追従する結果、トルク変動が生じてしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、内燃機関にトルク変動を生じさせることなくリーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り替えることのできる過給機付き内燃機関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】
上記の目的を達成するため、第１の発明に係る制御装置は、リーン空燃比によるリーン燃焼とストイキ空燃比によるストイキ燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能に構成され、目標トルクを実現するための制御用パラメータとして少なくとも目標空気量及び目標空燃比を決定し、決定された目標空気量及び目標空燃比に基づいてアクチュエータを制御する過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記目標トルクの増大要求を受けて前記リーン燃焼から前記ストイキ燃焼へ燃焼モードを切り替える条件と、前記目標トルクと筒内に吸入される空気量から推定される推定トルクとの差が所定値以上である条件とが満たされた場合に、前記目標空燃比を前記リーン空燃比から前記ストイキ空燃比に切り替えると共に前記目標トルクを前記推定トルクまで一時的に低下させ、その後低下された目標トルクが本来の前記目標トルクへ向かって徐変されるように前記内燃機関を制御する手段を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、目標トルクと筒内に吸入される空気量から推定される推定トルクとが乖離している状態で目標空燃比をリーン空燃比からストイキ空燃比に切り替える場合に、目標トルクが推定トルクまで一時的に低下させられ、その後低下された目標トルクが本来の目標トルクへ向かって徐変されるように内燃機関が制御される。これにより、空燃比の切り替えのタイミングにおける推定トルクと目標トルクとの差が解消されるので、トルク変動を発生させることなくリーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り替えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１のＥＣＵの制御構造を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１のＥＣＵで採られている運転領域の設定を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１で実行される将来トルクの修正処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１の比較例によるストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替えを示すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１によるストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替えを示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２で実行される将来トルクの修正処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２によるストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替えを示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００１０】
本実施の形態において制御対象とされる内燃機関（以下、エンジン）は、過給機付きのエンジンであり、また火花点火式の多気筒４サイクルレシプロエンジンである。また、このエンジンは、いわゆるリーンバーンエンジンであり、エンジンの燃焼モードとして、理論空燃比による燃焼を行うストイキモードと、理論空燃比よりもリーンな空燃比による燃焼を行うリーンモードとを選択可能に構成されている。
【００１１】
車両に搭載されているＥＣＵ（Electrical control Unit）は、エンジンに備えられる各種のアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。ＥＣＵにより操作されるアクチュエータには、空気量を変化させるスロットルと可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ）、過給圧を変化させるウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）、筒内に燃料を供給するインジェクタ、筒内の混合気に点火する点火装置が含まれる。ＶＶＴは吸気バルブに対して設けられ、インジェクタは吸気ポートに設けられている。ＥＣＵはこれらのアクチュエータを操作してエンジンの運転を制御する。ＥＣＵによるエンジンの制御には、ストイキモードからリーンモードへ、或いは、リーンモードからストイキモードへの運転モードの切り替えが含まれている。
【００１２】
図１には、本実施の形態に係るＥＣＵのロジックがブロック図で示されている。ＥＣＵは、エンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００を含む。エンジンコントローラ１００は、エンジンを直接制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置に相当する。パワートレインマネージャ２００は、エンジンや電子制御式自動変速機、さらにはＶＳＣやＴＲＣ等の車両制御デバイスを含む駆動系全体を統合制御する制御装置である。エンジンコントローラ１００は、パワートレインマネージャ２００から受け取った信号に基づいてエンジンの運転を制御するように構成されている。エンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００は、いずれもソフトウェアによって実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムを読み出し、それをプロセッサによって実行することによって、エンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００のそれぞれの機能がＥＣＵにおいて実現される。
【００１３】
パワートレインマネージャ２００は、将来トルクを計算してエンジンコントローラ１００に送信する。将来トルクは、パワートレインマネージャ２００がエンジンに対して要求する要求トルクのうち、エンジンに求められる応答性が高くなく、今直ぐでなくとも近い将来に実現されればよい種類のトルクである。パワートレインマネージャ２００は、アクセルペダルの開度に基づいて要求トルクを計算する。
【００１４】
また、パワートレインマネージャ２００は、直近トルクを計算してエンジンコントローラ１００に送信する。直近トルクは、パワートレインマネージャ２００がエンジンに対して要求する要求トルクのうち、将来トルクよりも緊急性或いは優先度が高くエンジンに高い応答性が求められる種類のトルク、すなわち、今直ぐに実現することが求められる種類のトルクである。直近トルクには、電子制御式自動変速機の変速制御のために要求されるトルク、トラクション制御のために要求されるトルク、横滑り防止制御のために要求されるトルク等、車両制御システムから要求されるトルクが含まれている。パワートレインマネージャ２００は、実際にそのようなトルクが必要となるイベントが発生した場合のみ、実現したいトルクの大きさに応じた有効値を出力し、そのようなイベントが発生していない間は無効値、つまり、エンジンが出力しうる最大軸トルクよりも大きい値を出力する。
【００１５】
次に、エンジンコントローラ１００の構成について説明する。エンジンコントローラ１００は、大きく分けて機能部１２０、調停部１４０、実現部１６０から構成されている。
【００１６】
機能部１２０は、エンジンに対する種々の制御用パラメータを計算して出力する。制御用パラメータには、パワートレインマネージャ２００から送信された要求値に基づいて計算されるものと、エンジンの運転状態に関する情報に基づいて機能部１２０の内部で計算されるものとが含まれる。具体的には、制御用パラメータとして、将来トルク、修正将来トルク（修正将来Ａ／Ｆ）、将来空燃比（将来Ａ／Ｆ）、要求効率、直近トルク、及び要求空燃比（要求Ａ／Ｆ）が算出される。このうち、将来トルクには、パワートレインマネージャ２００から送信された将来トルクがそのまま用いられ、直近トルクには、パワートレインマネージャ２００から送信された直近トルクがそのまま用いられる。要求効率は、点火時期効率の要求値であって、目標空気量の計算に使用される制御用パラメータである。ＭＢＴによる高効率の運転を要求する場合には要求効率は最大値の１にされ、触媒の暖機のための低効率の運転を要求する場合には要求効率は１より小さい値にされる。将来空燃比、修正将来空燃比、及び要求空燃比は、機能部１２０に含まれる演算ユニット１２２にて計算される。
【００１７】
演算ユニット１２２は、燃焼モードの切替えを将来トルクとエンジン回転数とに基づいて判断し、その判断結果に応じて空気量と燃料噴射のそれぞれに関係する制御用パラメータを計算する。空気量に関係する制御用パラメータは将来空燃比であり、燃料噴射に関係する制御用パラメータは要求空燃比である。将来空燃比は、トルクの空気量への変換効率を与えるパラメータであって、目標空気量の計算に使用される。燃焼モードをストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える条件が満たされた場合には、将来空燃比が理論空燃比からリーン空燃比に切り替えられるようになっている。
【００１８】
図２には本実施の形態における運転領域の設定が示されている。運転領域はトルクとエンジン回転数とで特定される。ＥＣＵには、この図に示すような運転領域の設定がマップにされて記憶されている。ＥＣＵは、そのマップに従って燃焼モードの切り替えを実行している。より詳しくは、演算ユニット１２２は、トルクに対する基準値を算出する。基準値はリーンモードとストイキモードとの境目となるトルクであり、燃費性能や排気ガス性能さらにはドライバビリティの観点から最適な値がエンジン回転数ごとに適合されている。演算ユニット１２２は予め用意されたマップを参照してエンジン回転数に適した基準値を算出する。そして、演算ユニット１２２は、入力される将来トルクが基準値を超えた場合に、リーン空燃比からストイキ空燃比へ将来空燃比を切り替える。
【００１９】
要求空燃比は、燃料噴射に関連する制御用パラメータであって将来空燃比と同値とされる。したがって、燃焼モードをストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える条件が満たされた場合には、要求空燃比は将来空燃比と同様に理論空燃比からリーン空燃比に切り替えられるようになっている。
【００２０】
更に、演算ユニット１２２は、燃焼モードの切替えの判断結果に応じて修正将来トルクを計算する。修正将来トルクは、目標トルクおよび推定トルクに基づいて、将来トルクの値を修正した値である。従って、修正将来トルクもまた空気量に関連する制御用パラメータである。演算ユニット１２２は、燃焼モードがストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替わる条件、及び将来トルクと推定トルクとの差が所定以上である条件が成立した場合に、推定トルクの値とされた修正将来トルクを出力し、その後将来トルクの値に近づくように修正将来トルクの値を徐変する処理を行う。
【００２１】
演算ユニット１２２で行われる将来トルクの修正処理の内容と燃焼モードの切り替えとの関係について図３を用いて詳しく説明する。図３は、演算ユニット１２２により実行される将来トルクの修正処理のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンの最初のステップであるステップＳ１００では、演算ユニット１２２は、燃焼モードの切り替えが行われる条件が満たされたか否かを判定する。この条件が成立した場合、ステップＳ１０２の処理を行う。ステップＳ１０２では、演算ユニット１２２は、将来トルクと推定トルクとの差が所定値より大きい条件が成立しているか否かを判定する。この条件が成立しない場合、その後のステップをスキップして本ルーチンを終了する。一方、上記ステップＳ１０２の条件が成立した場合、ステップＳ１０４の処理を行う。ステップＳ１０４では、将来トルク修正部１３０は、推定トルク＋αの値を修正将来トルクとして出力して本ルーチンを終了する。なおαの値はゼロでもよいが、トルク段差がドライバビリティの観点から問題とならない範囲で任意に設定することができる。
【００２２】
また、上記ステップＳ１００における条件が成立しない場合、ステップＳ１０６の処理を行う。ステップＳ１０６では、演算ユニット１２２は、将来トルクと修正将来トルクとが同値でない条件が成立するか否かを判定する。この条件が成立する場合、ステップＳ１０８の処理を行う。ステップＳ１０８では、修正将来トルクが将来トルクに徐々に近づくように徐変した値を出力する。一方、ステップＳ１０６における条件が成立しない場合、ステップＳ１０８による修正将来トルクの徐変処理が完了したと判断して、その後のステップＳ１０８をスキップして本ルーチンを終了する。
【００２３】
再び図１に戻ってエンジンコントローラ１００の構成に関する説明を続ける。上記構成を有する機能部１２０から出力された制御用パラメータは、調停部１４０に入力される。調停部１４０は、詳しくは、将来トルク調停部１４２、効率調停部１４４、直近トルク調停部１４６、及び空燃比調停部１４８を含んでいる。将来トルク調停部１４２は、機能部１２０から入力された将来トルクと修正将来トルクとそれと同じカテゴリのその他のトルクとを調停し、調停されたトルクをエンジンに対する目標トルクとして出力する。修正将来トルクは基本的に無効値であり、特定の条件が成立した場合のみ実現したいトルクの大きさを示す有効値に切り替えられる。従って、将来トルク調停部１４２から出力される目標トルクも基本的には将来トルクと同値であり、特定の条件が成立した場合のみ将来トルクの値よりも小さい修正将来トルクの値が選択される。将来トルク調停部１４２における調停方法としては最小値選択が用いられる。
【００２４】
効率調停部１４４は、機能部１２０から入力された要求効率トルクとそれと同じカテゴリのその他の効率とを調停し、調停された効率をエンジンに対する最終的な要求効率として出力する。効率調停部１４４における調停方法としては最小値選択が用いられる。燃費性能の観点からは、点火時期効率は最大値である１になっていることが好ましい。このため、効率調停部１４４から出される要求効率の値は、基本的には１であり、暖機要求等の何らかのイベントが発生した場合のみ１よりも小さい値が選択される。
【００２５】
直近トルク調停部１４６は、直近トルクとそれと同じカテゴリのその他のトルクと目標トルクとを調停し、調停された直近トルクをエンジンに対する最終的な直近トルクとして出力する。直近トルク調停部１４６における調停方法としては最小値選択が用いられる。直近トルクとその他のトルクは、どちらも基本的には無効値であり、特定のイベントが発生した場合のみ実現したいトルクの大きさを示す有効値に切り替えられる。したがって、直近トルク調停部１４６から出力される直近トルクは基本的には目標トルクと同値であり、目標トルクよりも小さいトルクを実現したい何らかのイベントが発生した場合のみ有効値が選択される。
【００２６】
空燃比調停部１４８は、要求空燃比とそれと同じカテゴリのその他の空燃比とを調停し、調停された要求空燃比をエンジンに対する最終的な目標空燃比として出力する。
【００２７】
以上のように構成される調停部１４０からは、調停された目標トルク、要求効率、及び直近トルクが出力される。また、機能部１２０から調停部１４０に入力された将来空燃比、リーン気筒数、及び要求空燃比がそのまま調停部１４０から出力される。
【００２８】
実現部１６０は、エンジンの逆モデルに相当し、マップや関数で表された複数のモデルで構成されている。協調操作のための各アクチュエータ２、４、６、８、１０の操作量は、実現部１６０で算出される。実現部１６０は、複数の演算ユニット１６２、１６４、１６６、１６８、１７０、１７４、１７６，１７８、１８０、１８２から構成される。これらの演算ユニットのうち空気量制御に関係するものは演算ユニット１６２、１６４、１６６、１６８、１７０であり、点火時期制御に関係するものは演算ユニット１７２、１７４、１７６、１８０、１８２であり、燃料噴射量制御に関係するものは演算ユニット１７８である。以下、空気量制御に関係する演算ユニットから順に、各演算ユニットの機能について説明する。
【００２９】
演算ユニット１６２には、目標トルクと要求効率と将来空燃比とが入力される。演算ユニット１６２は、要求効率と将来空燃比とを用いて、目標トルクを達成するための目標空気量を目標トルクから逆算する。この計算では、要求効率及び将来空燃比は空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータとして用いられる。演算ユニット１６２は、まず、目標トルクを要求効率で除算することによって空気量制御用目標トルクを算出する。演算ユニット１６２は、次に、トルク−空気量変換マップを用いて空気量制御用目標トルクを目標空気量に変換する。トルク−空気量変換マップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。空燃比に関しては将来空燃比がマップ検索に用いられる。したがって、演算ユニット１６２では、将来空燃比のもとで空気量制御用目標トルクの実現に必要な空気量が目標空気量（目標ＫＬ）として算出される。
【００３０】
演算ユニット１６４は、目標空気量から吸気管圧の目標値である目標吸気管圧（目標Ｐｍ）を逆算する。目標吸気管圧の計算では、吸気バルブを通って筒内に取り込まれる空気量と吸気管圧との関係を記述したマップが用いられる。空気量と吸気管圧との関係はバルブタイミングによって変化するため、目標吸気管圧の計算では現在のバルブタイミングから上記マップのパラメータ値が決定される。
【００３１】
演算ユニット１６６は、目標吸気管圧に基づいてスロットル開度の目標値である目標スロットル開度（ＴＡ）を算出する。目標スロットル開度の計算では、エアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルはスロットル２の動作に対する吸気管圧の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標吸気管圧を達成するための目標スロットル開度を目標吸気管圧から逆算することができる。演算ユニット１６６で計算された目標スロットル開度は、スロットル２を駆動する信号に変換されてスロットル２へ送信される。
【００３２】
演算ユニット１６８は、目標空気量に基づいてバルブタイミングの目標値である目標バルブタイミング（ＶＴ）を算出する。目標バルブタイミングの計算には、空気量とバルブタイミングとをエンジン回転数を引数にして関連付けられたマップが用いられる。演算ユニット１６８で計算された目標バルブタイミングは、ＶＶＴ８を駆動する信号に変換されてＶＶＴ８へ送信される。
【００３３】
また、目標吸気管圧の計算と並行して、演算ユニット１６４は、目標空気量から目標過給圧（Ｐｃｔ）を逆算する。目標過給圧の計算では、まず、目標吸気管圧を計算する場合と共通の方法にて、目標空気量が吸気管圧に変換される。そして、目標空気量を変換して得られた吸気管圧にリザーブ圧が加算され、その合計値が目標過給圧として算出される。リザーブ圧は吸気管圧に対する過給圧の最低限のマージンである。なお、リザーブ圧は固定値でもよいが、例えば吸気管圧に連動させて変化させることもできる。
【００３４】
演算ユニット１７０は、目標過給圧に基づいてウエストゲートバルブ開度の目標値である目標ウエストゲートバルブ開度（ＷＧＶ）を算出する。目標ウエストゲートバルブ開度の計算では、過給圧とウエストゲートバルブ開度とを関連付けるマップ或いはモデルが用いられる。演算ユニット１８６で計算された目標ウエストゲートバルブ開度はＷＧＶ１０を駆動する信号に変換されてＷＧＶ１０へ送信される。
【００３５】
次に、点火時期制御に関係する演算ユニットの機能について説明する。演算ユニット１８０は、エアモデルの順モデルを用いてスロットル開度の計測値とバルブタイミングの計測値とＷＧＶ開度の計測値とエアフローメータの計測値とから推定空気量を算出する。推定空気量（推定ＫＬ）は現在のスロットル開度とバルブタイミングとＷＧＶ開度とによって実際に実現されている空気量の推定値である。次に、トルク−空気量変換マップを用いて推定空気量を推定トルクに変換する。トルク−空気量変換マップの検索では目標空燃比が検索キーとして用いられる。
【００３６】
演算ユニット１８２は、推定空気量に基づいて推定トルクを算出する。本明細書における推定トルクとは、現在のスロットル開度及びバルブタイミングとＷＧＶ開度と目標空燃比とのもとで点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるトルクを意味する。演算ユニット１８２は、トルク−空気量変換マップを用いて推定空気量を推定トルクに変換する。トルク−空気量変換マップの検索では目標空燃比が検索キーとして用いられる。
【００３７】
また、推定トルクの計算と並行して、演算ユニット１８２は、推定空気量に基づいて推定リーントルクを算出する。本明細書における推定リーントルクとは、現在のスロットル開度及びバルブタイミングとＷＧＶ開度とリーン空燃比とのもとで点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるトルクを意味する。演算ユニット１８２は、トルク−空気量変換マップを用いて推定空気量を推定リーントルクに変換する。トルク−空気量変換マップの検索ではリーン空燃比が検索キーとして用いられる。
【００３８】
演算ユニット１７４には直近トルクと推定トルクとが入力される。演算ユニット１７０は、直近トルクと推定トルクとに基づいて点火時期効率の指示値である指示点火時期効率（ηi）を算出する。指示点火時期効率は、推定トルクに対する直近トルクの比率として表される。ただし、指示点火時期効率には上限が定められており、推定トルクに対する目標第２トルクの比率が１を超える場合には指示点火時期効率の値は１にされる。
【００３９】
演算ユニット１７６は指示点火時期効率から点火時期（ＳＡ）を算出する。詳しくは、エンジン回転数、要求トルク、空燃比等のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、指示点火時期効率から最適点火時期に対する遅角量を算出する。指示点火時期効率が１であれば遅角量をゼロとし、指示点火時期効率が１よりも小さいほど遅角量を大きくする。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な点火時期として算出する。なお、最適点火時期の計算には、最適点火時期と各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。遅角量の計算には、遅角量と点火時期効率及び各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。それらマップの検索では目標空燃比が検索キーとして用いられる。演算ユニット１７６で計算された点火時期は点火装置６を駆動する信号に変換されて点火装置６へ送信される。
【００４０】
次に、燃料噴射量制御に関係する演算ユニットの機能について説明する。演算ユニット１７８は、目標空燃比と推定空気量とに基づき要求空燃比の達成に必要な燃料噴射量、すなわち、燃料供給量を計算する。推定空気量は吸気バルブが閉じるタイミングで予測される空気量であり、前述のエアモデルの順モデルを用いてスロットル開度及びバルブタイミングに基づき算出される。演算ユニット１７８で計算された燃料噴射量は、インジェクタ４を駆動する信号に変換されてインジェクタ４へ送信される。
【００４１】
以上が本実施の形態に係るＥＣＵのロジックである。次に、上述のロジックにしたがってエンジン制御を実行した場合の制御結果について図を用いて説明する。
【００４２】
まず、本実施の形態で採用されたロジックに対する比較例による制御結果から説明する。比較例による制御結果は、本実施の形態の演算ユニット１２２に相当する演算ユニットにおいて修正将来トルクの計算を行わない場合のものである。つまり、比較例では燃焼モードをリーン燃焼からストイキ燃焼へ切り替えるときに将来トルクを目標トルクとして用いた場合の制御結果を示している。本発明は比較例が有する懸念を解消したものであるから、比較例による制御結果とそこに存在する懸念について予め明らかにしておくことで、本実施の形態で採用されたロジックが有する利点はより明確になるものと思われる。
【００４３】
図４は、本実施の形態の比較例によるストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替え制御の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。図４において、１段目のチャートはトルクの時間変化を示している。このチャートには、目標トルク、実トルク、及び将来トルクが描かれている。２段目のチャートは空気量の時間変化を示している。このチャートには、目標空気量と実空気量とが描かれている。３段目のチャートは過給圧の時間変化を示している。このチャートには目標過給圧と実過給圧とが描かれている。４段目のチャートは点火時期効率の時間変化を示している。５段目のチャートは点火時期の時間変化を示している。６段目のチャートは空燃比の時間変化を示している。このチャートには、目標空燃比と実空燃比とが描かれている。
【００４４】
このタイムチャートによれば、目標トルクが徐々に増大し目標過給圧が過給域を超えると、過給応答遅れの影響によって実過給圧は目標過給圧から乖離する。これに伴い、実空気量が目標空気量よりも低くなるため、実トルクが目標トルクから乖離して小さな値となる。このとき、燃焼モードのリーンモードからストイキモードへの切替条件が成立されると、目標空燃比が離散的にストイキ空燃比へ減少させられる。
【００４５】
エンジンを加速させるように増大を続けていた目標空気量は、目標空燃比の減少及び目標トルクの減少を受けて離散的に減少する。また、これに伴い目標過給圧も未過給域まで離散的に減少する。この際、目標空気量が実空気量を飛び越して離散的に減少するため、これまで実現されていなかった目標空気量が突然実現されてしまう。点火時期の遅角によって実トルクは目標トルクに維持されるため、燃焼モードの切り替え時にトルク段差が発生してしまう。
【００４６】
図４に示す比較例における上記の懸念は、本実施の形態で採用されたロジックによれば次のように解決される。
【００４７】
図５は、本実施の形態によるストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替え制御の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。図５において、１〜６段目のチャートに描かれている項目は図４と共通する。
【００４８】
このタイムチャートによれば、目標トルクが徐々に増大し目標過給圧が過給域を超えると、過給応答遅れの影響によって実過給圧は目標過給圧から乖離する。これに伴い、実空気量が目標空気量よりも低くなるため、実トルクが目標トルクから乖離して小さな値となる。このとき、燃焼モードのリーンモードからストイキモードへの切替条件及び将来トルク（目標トルク）と推定トルク（実トルク）との差が所定値以上である条件が成立されると、目標トルクが修正将来トルクの値（すなわち推定トルク＋αの値）に離散的に減少させられると同時に、目標空燃比が離散的にストイキ空燃比へ減少させられる。
【００４９】
エンジンを加速させるように増大を続けていた目標空気量は、目標空燃比の減少及び目標トルクの減少を受けて離散的に減少する。また、これに伴い目標過給圧も未過給域まで離散的に減少する。この際、目標空気量が実空気量を飛び越して離散的に減少するが、目標トルクと推定トルクとの差を補償するべく、点火時期効率が１よりも小さい値に設定されて点火時期の遅角が行われる。点火時期の遅角によって実トルクは目標トルクに維持される。
【００５０】
その後、修正将来トルクは将来トルクに近づくように徐々に変化し、やがて将来トルクの値に一致する。それまでの間、目標トルクは修正将来トルクの値とされるため、目標空気量は連続的に増大する。実空気量は目標空気量に向かって一旦減少するが、目標空気量は増大に伴って増大に転じ、やがて目標空気量に追従する。目標空気量が実空気量よりも小さい間は点火時期の遅角によって実トルクは目標トルクに維持される。実空気量が目標空気量に追従した後は、点火時期効率が１に設定されて点火時期は運転条件から定まる最適点火時期に制御される。
【００５１】
以上のように、本実施の形態で採用されたロジックによれば、エンジンにトルクの変動を生じさせることなくリーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り替えることができる。特に目標過給圧が過給域となるリーン燃焼から目標過給圧が未過給域となるストイキ燃焼へ燃焼モードを切り替える場合には大きなトルク変動が生じるので、本実施の形態で採用されたロジックによってこのトルク変動を有効に抑制することが可能となる。
【００５２】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。
【００５３】
実施の形態２と実施の形態１とは演算ユニット１２２のロジックに違いがある。ＥＣＵの全体のロジックは実施の形態１と共通であり、本実施の形態に係るＥＣＵのロジックも図１にて表すことができる。
【００５４】
本実施の形態では、リーン燃焼からストイキ燃焼へ運転モードを切り替える条件が満たされた場合において、トルクダウンとなる直近トルクが発生している場合に、実施の形態１で採用されたロジックによる修正将来トルクの計算を行わないで目標トルクを将来トルクの値に維持する。また、実施の形態１で採用されたロジックによる修正将来トルクの徐変処理を行っている間にトルクダウンとなる直近トルクが発生した場合には、実施の形態１で採用されたロジックによる修正将来トルクの計算を終了して目標トルクを将来トルクの値に戻す。これにより、無駄なトルク応答性の悪化を防止することが可能となる。
【００５５】
本実施の形態２の演算ユニット１２２で行われる将来トルクの修正処理の内容と燃焼モードの切り替えとの関係について図６を用いて詳しく説明する。図６は、演算ユニット１２２により実行される将来トルクの修正処理のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンにおけるステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６及びＳ１０８の処理は、図３に示す同ステップの処理と同様であるので説明は省略する。図６のルーチンのステップＳ１００にて燃焼モードの切り替えが行われる条件が成立した場合、ステップＳ１０１の処理を行う。ステップＳ１０１では、演算ユニット１２２は、直近トルク＜推定トルク−βの条件が成立するか否かを判定する。なおβの値はゼロでもよい。この条件が成立する場合、その後のステップをスキップして本ルーチンを終了する。一方、上記ステップＳ１０１の条件が成立しない場合、ステップＳ１０２の処理を行う。
【００５６】
また、演算ユニット１２２は、ステップＳ１０６にて将来トルクと修正将来トルクとが同値でない条件が成立するか否かを判定する。この条件が成立する場合、ステップＳ１０７の処理を行う。ステップＳ１０７では、ステップＳ１０１と同様の条件が成立するか否かを判定する。この条件が成立する場合、その後のステップをスキップして本ルーチンを終了する。一方、上記ステップＳ１０７の条件が成立しない場合、ステップＳ１０８の処理を行う。
【００５７】
次に、上述のロジックにしたがってエンジン制御を実行した場合の制御結果について図を用いて説明する。
【００５８】
図７は、本実施の形態によるストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼モードの切り替え制御の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。図７において、１〜６段目のチャートに描かれている項目は図５と共通する。
【００５９】
このタイムチャートによれば、目標トルクが徐々に増大し目標過給圧が過給域を超えると、過給応答遅れの影響によって実過給圧は目標過給圧から乖離する。これに伴い、実空気量が目標空気量よりも低くなるため、実トルクが目標トルクから乖離して小さな値となる。このとき、燃焼モードのリーンモードからストイキモードへの切替条件及び将来トルク（目標トルク）と推定トルク（実トルク）との差が所定値以上である条件が成立されると、目標トルクが修正将来トルクの値（すなわち推定トルク＋αの値）に離散的に減少させられると同時に、目標空燃比が離散的にストイキ空燃比へ減少させられる。
【００６０】
エンジンを加速させるように増大を続けていた目標空気量は、目標空燃比の減少及び目標トルクの減少を受けて離散的に減少する。また、これに伴い目標過給圧も未過給域まで離散的に減少する。この際、目標空気量が実空気量を飛び越して離散的に減少するが、目標トルクと推定トルクとの差を補償するべく、点火時期効率が１よりも小さい値に設定されて点火時期の遅角が行われる。点火時期の遅角によって実トルクは目標トルクに維持される。
【００６１】
その後、修正将来トルクは将来トルクに近づくように徐々に変化する。ここで直近トルクがトルクダウンとなる有効値に切り替えられた場合、目標トルクが将来トルクの値に離散的に増大する。これを受けて目標空気量及び目標過給圧は離散的に増大し、実空気量及び軸過給圧はこれらに追従するようにそれぞれ連続的に増大する。この間、直近トルクと推定トルクとの差を補償するように点火時期効率が調整され、点火時期の遅角によって実トルクは直近トルクに維持される。その後直近トルクが無効値に切り替えられるまでの間、実空気量は目標空気量に向けて増大し、やがては追従する。直近トルクが無効値に切り替えられると、点火時期効率が１に設定されて点火時期は運転条件から定まる最適点火時期に制御される。これにより、実トルクは目標トルクに速やかに追従する。
【００６２】
以上のように、本実施の形態で採用されたロジックによれば、リーン燃焼からストイキ燃焼へ燃焼モードを切り替えるときの直近トルクによるトルク応答性を高めることができる。
【符号の説明】
【００６３】
２  スロットル
４  インジェクタ
６  点火装置
８  可変バルブタイミング機構
１０  ＷＧＶ
１００  エンジンコントローラ
２００  パワートレインマネージャ
１２２  演算ユニット
【図１】
2015117604.tif 000003
【図２】
2015117604.tif 000004
【図３】
2015117604.tif 000005
【図４】
2015117604.tif 000006
【図５】
2015117604.tif 000007
【図６】
2015117604.tif 000008
【図７】
2015117604.tif 000009