(57)【要約】【課題】この発明は、過給リーン燃焼モード中に加速を行う場合でも、燃費及び応答性を良好に保持しつつ、排気エミッションも向上させることを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ５０は、理論空燃比の混合気を燃焼させるストイキ燃焼モードと、過給機３４により過給した状態でリーン空燃比の混合気を燃焼させる過給リーン燃焼モードとを切換可能に実行する。また、過給リーン燃焼モードの実行中に出力トルクを高める要求が生じた場合には、目標トルクを実現しかつ燃費を最適化する第１のリーン噴射量Ａと、実空気量に基いて空燃比をリーン空燃比と一致させる第２のリーン噴射量Ｂとを算出し、最終的な燃料噴射量Ｆをリーン噴射量Ａ，Ｂの間の値に設定する。これにより、過給リーン燃焼モード中に出力トルクを高める場合において、燃費を維持しつつ、応答性と排気エミッションとを両立させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気を過給する過給機と、
理論空燃比に相当する空燃比の混合気を燃焼させるストイキ燃焼モードと、前記過給機により過給した状態で理論空燃比よりも希薄なリーン空燃比の混合気を燃焼させる過給リーン燃焼モードとを実行する機能を有し、前記ストイキ燃焼モードと前記過給リーン燃焼モードとの間で燃焼モードを切換える燃焼切換手段と、
前記過給リーン燃焼モードの実行中に出力トルクを高める要求が生じた場合に、目標トルクの入力に基いて実空気量を増加させつつ、当該実空気量の増加に追従して燃料噴射量を設定する手段であって、前記目標トルクを実現しかつ燃費を最適化する第１の噴射量と、実空気量に基いて空燃比を前記リーン空燃比と一致させる第２の噴射量とを算出し、最終的な燃料噴射量を前記第１の噴射量と前記第２の噴射量との間の値に設定する噴射量設定手段と、
を備えた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、過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開平７−２７００３号公報）に開示されているように、空燃比を制御する内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、例えば空燃比をリーン空燃比からストイキ空燃比に変化させる場合に、まず、リーン空燃比とストイキ空燃比との間の空燃比を所定の時間だけ維持し、その後にストイキ空燃比を実現する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、過給機付きエンジン等では、特定の運転モード（過給リーン燃焼モード）において、過給運転を実行しつつ、リーン空燃比で燃焼制御を行う場合がある。過給リーン燃焼モードにおいて出力トルクを増加させる方法としては、次の２つの方法が考えられる。まず、第１の方法は、運転者の操作に応じてスロットル開度を大きくすることにより実空気量を増加させ、実空気量の増加に追従して燃料噴射量を増加させていくものである。しかし、この方法では、ターボラグ等の応答遅れが生じ易くなり、運転操作に対する応答性が低下する場合がある。
【０００５】
第２の方法は、運転者の操作に応じて、先に燃料噴射量を増加させ、燃料噴射量の増加に追従して実空気量を増加させていくものである。この方法では、例えば運転状態に応じて設定される最適な空燃比に基いて燃料噴射量を設定することができるので、燃費を良好に維持しつつ、出力トルクを応答性よく高めることができる。しかしながら、第２の方法では、燃料噴射量が実空気量よりも先行して増加する期間があるので、この期間等において空燃比の乱れが生じ、排気エミッションが低下する虞れがある。
【０００６】
このため、従来技術では、過給リーン燃焼モード中に出力トルクを高める場合に、燃費及び応答性を良好に保持しながら、これと並行して排気エミッションを向上させるのが難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、過給リーン燃焼モード中に加速を行う場合でも、燃費及び応答性を良好に保持しつつ、排気エミッションも向上させ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】
【０００８】
第１の発明は、吸入空気を過給する過給機と、
理論空燃比に相当する空燃比の混合気を燃焼させるストイキ燃焼モードと、前記過給機により過給した状態で理論空燃比よりも希薄なリーン空燃比の混合気を燃焼させる過給リーン燃焼モードとを実行する機能を有し、前記ストイキ燃焼モードと前記過給リーン燃焼モードとの間で燃焼モードを切換える燃焼切換手段と、
前記過給リーン燃焼モードの実行中に出力トルクを高める要求が生じた場合に、目標トルクの入力に基いて実空気量を増加させつつ、当該実空気量の増加に追従して燃料噴射量を設定する手段であって、前記目標トルクを実現しかつ燃費を最適化する第１の噴射量と、実空気量に基いて空燃比を前記リーン空燃比と一致させる第２の噴射量とを算出し、最終的な燃料噴射量を前記第１の噴射量と前記第２の噴射量との間の値に設定する噴射量設定手段と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、内燃機関の応答性のみを重視した場合と比較して排気エミッションを良好に保持し、また、排気エミッションのみを重視した場合と比較して応答性を向上させることができ、この状態で出力トルクを高めることができる。従って、過給リーン燃焼モード中に出力トルクを高める場合において、燃費を維持しつつ、応答性と排気エミッションとを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための構成図である。
【図２】過給リーン燃焼モード中に実行される噴射量設定制御を示す制御ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】噴射量設定制御を実行した場合におけるエンジンの各パラメータの挙動を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための構成図である。本実施の形態のシステムは、過給機付きの内燃機関であるエンジン１０を備えている。なお、図１では、エンジン１０の１気筒のみを例示している。エンジン１０の筒内に設けられたピストン１２は、クランク軸１４に連結され、筒内に燃焼室１６を形成している。また、エンジン１０は、燃焼室１６内に空気を吸込む吸気通路１８と、吸気通路１８を流れる吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２０と、燃焼室１６内の排気ガスが排出される排気通路２２と、排気ガスを浄化する触媒２４とを備えている。触媒２４は、ＮＯｘを吸蔵及び還元するＮＯｘ触媒、三元触媒等により構成されている。
【００１２】
また、エンジン１０の各気筒は、吸気通路１８内に燃料を噴射する燃料噴射弁２６、点火プラグ２８、吸気バルブ３０、排気バルブ３２等を備えている。また、エンジン１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機３４を搭載している。過給機３４は、排気通路２２に設けられたタービン３４ａと、吸気通路１８に設けられたコンプレッサ３４ｂとにより構成されている。また、排気通路２２には、タービン３４ａをバイパスして排気ガスを流通させるウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）３６が設けられている。
【００１３】
本実施の形態のシステムは、エンジン１０の運転状態を検出するセンサ系統と、センサ系統の出力に基いてエンジン１０を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。センサ系統には、エンジン１０の回転数（機関回転数）及びクランク角を検出するための信号を出力するクランク角センサ４０、吸入空気量を検出するエアフローセンサ４２、排気空燃比を検出する空燃比センサ４４等により構成されている。ＥＣＵ５０は、センサ系統の出力に基いて吸入空気量（実空気量）、機関回転数、機関負荷等を算出し、これらの算出結果に基いてスロットルバルブ２０、燃料噴射弁２６、点火プラグ２８、ＷＧＶ３６等のアクチュエータを駆動する。これにより、ＥＣＵ５０は、燃焼室１６内（筒内）で混合気を燃焼させつつ、エンジン１０の運転状態を制御することができる。また、ＥＣＵ５０は、以下に述べる燃焼切換制御と噴射量設定制御とを実行する。
【００１４】
［実施の形態１の特徴］
燃焼切換制御は、エンジン１０の運転状態に基いて混合気の燃焼モードを切換えるもので、この燃焼モードには、少なくともストイキ燃焼モードと過給リーン燃焼モードとが含まれる。ストイキ燃焼モードは、理論空燃比（ストイキ）またはそれに近い空燃比をもつ混合気を生成し、当該混合気を燃焼させるモードである。また、過給リーン燃焼モードは、過給機３４により吸入空気を過給した状態で、ストイキよりも希薄な空燃比であるリーン空燃比をもつ混合気を生成し、当該混合気を燃焼させるモードである。
【００１５】
次に、過給リーン燃焼モード中に実行される噴射量設定制御について説明する。図２は、噴射量設定制御を示す制御ブロック図である。この図において、「ＴＱ」、「ＫＬ」は、それぞれ「トルク」、「負荷（機関負荷）」を表している。噴射量設定制御は、運転者のアクセル操作等に応じて入力された目標トルクに基いて、第１，第２のリーン噴射量Ａ，Ｂを算出し、これらのリーン噴射量Ａ，Ｂに基いて最終的な燃料噴射量を設定するものである。なお、リーン噴射量Ａ，Ｂは、第１，第２の噴射量に相当している。
【００１６】
具体的に説明すると、第１のリーン噴射量Ａを算出する処理では、図２中の上側に示すように、まず、目標トルクに基いて、ストイキ状態での要求負荷に相当するストイキ要求負荷を算出する。ストイキ状態での空燃比は一定値（＝理論空燃比）とみなすことができるので、データマップ等を使用しなくても、ストイキ要求負荷を求めることができる。次に、ストイキ要求負荷に基いてストイキ噴射量を算出し、ストイキ噴射量の算出値に対して予め定められたリーン化補正を行うことにより、第１のリーン噴射量Ａを算出する。リーン化補正の具体例としては、１よりも小さな補正係数（例えば、０．９）をストイキ噴射量に乗算する等の方法がある。
【００１７】
このようにして算出された第１のリーン噴射量Ａは、ストイキ状態での目標負荷から求めたストイキ噴射量に対して、リーン状態での燃費向上率を乗算したものとなる。即ち、第１のリーン噴射量Ａは、目標トルクを実現してエンジン１０の応答性を確保しつつ、燃費を最適化した噴射量となる。なお、上記演算処理において、例えばリーン化補正の補正係数を０．９とすることは、燃費向上率を１０％に設定することに相当している。また、本発明では、必要に応じて、上記補正係数を０．９以外の値に設定してもよい。
【００１８】
一方、第２のリーン噴射量Ｂを算出する処理では、図２中の下側に示すように、まず、目標トルクに基いて、リーン状態での要求負荷に相当するリーン要求負荷を算出する。続いて、実負荷がリーン要求負荷と一致するようにアクチュエータを駆動した状態で、センサ系統の出力に基いて実負荷を検出する。そして、実負荷を目標Ａ／Ｆで除算することにより、第２のリーン噴射量Ｂを算出する。
【００１９】
なお、前記アクチュエータとしては、例えばスロットルバルブ２０の開度を変化させるスロットルアクチュエータ（ＴＡ）、バルブタイミングを変化させるＶＶＴ、過給圧を変化させるＷＧＶ３６等を用いることができる。この結果、第２のリーン噴射量Ｂは、実際の吸入空気量（実空気量）に基いて実空燃比をリーン空燃比と一致させ、排気エミッションを向上させる噴射量となる。また、第２のリーン噴射量Ｂは、後述の図４に示すように、第１のリーン噴射量Ａと比較して小さな値となる（Ａ＞Ｂ）。
【００２０】
次に、噴射量設定制御では、過給リーン燃焼モード中に出力トルクを高める要求が生じた場合に、最終的な燃料噴射量Ｆを第１のリーン噴射量Ａと第２のリーン噴射量Ｂとの間の値に設定する。即ち、これら３つの噴射量Ａ，Ｂ，ＦがＡ≧Ｆ≧Ｂの大小関係を満たすように、最終的な燃料噴射量Ｆを設定する。
【００２１】
従って、噴射量設定制御によれば、目標トルクの入力に基いて実空気量を増加させると共に当該実空気量の増加に追従して燃料噴射量を増加させるときに、当該燃料噴射量Ｆをリーン噴射量Ａ，Ｂの間の値に設定することができる。これにより、エンジン１０の応答性及び燃費を向上しつつ、排気エミッションを良好に保持することができる。
【００２２】
また、上述した噴射量設定制御を行う場合には、（１）リーン領域であるか否か（２）過給領域であるか否か（３）ＮＯｘ触媒の浄化能力に余裕があるか否か等の条件に基いて、噴射量設定制御を実行するか否かを切換える構成としてもよい。この構成の具体例については、図３で説明する。
【００２３】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図３を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジン１０の運転中に繰り返し実行されるものとする。図３に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、空燃比センサ４４の出力等に基いて、現在の運転領域がリーン領域であるか否かを判定する。ステップ１００の判定が成立した場合には、ステップ１０２に移行し、ステップ１００の判定が不成立の場合には、後述のステップ１１２に移行する。
【００２４】
次に、ステップ１０２では、加速時（出力トルクを高める要求の発生時）であるか否かを判定し、ステップ１０４では、現在の運転領域が過給機３４を作動させる過給領域であるか否かを判定する。なお、ステップ１０２の判定処理は、アクセル開度の変化、要求トルクの未達成状態等に基いて行われる。ステップ１０２，１０４の判定が何れも成立した場合には、ステップ１０６に移行する。一方、ステップ１０２，１０４の何れかで判定が不成立の場合には、後述のステップ１１０に移行する。
【００２５】
次に、ステップ１０６では、ＮＯｘ触媒の浄化能力に余裕があるか否かを判定する。この判定処理は、触媒２４の暖機が完了しているか否かに基いて実行してもよい。具体的に述べると、ステップ１０６では、例えばＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ量を数値として計数するＮＯｘカウンタが基準値以下であり、かつ、触媒２４の温度（床温）が基準温度以上である場合に、ステップ１０６の判定が成立したとみなす構成としてもよい。ステップ１０６の判定が成立した場合には、ステップ１０８に移行し、ステップ１０６の判定が不成立の場合には、ステップ１１２に移行する。
【００２６】
次に、ステップ１０８では、前記第１，第２のリーン噴射量Ａ，Ｂの平均値を算出し、この平均値を最終的な燃料噴射量Ｆに設定する（Ｆ＝（Ａ＋Ｂ）／２）。これにより、ステップ１０８では、リーン領域及び過給領域であり、かつ、加速時である場合に実行される場合に、燃料噴射量Ｆを第１のリーン噴射量Ａと第２のリーン噴射量Ｂとの間の値に設定することができる。特に、過給領域では、リーン燃焼を実施していると、排気エネルギが低いためにターボラグが発生し易い。このため、ステップ１０８では、燃料噴射量Ｆをリーン噴射量Ａ，Ｂの間の値に設定し、ターボラグを抑制することができる。なお、ステップ１０８では、燃料噴射量Ｆをリーン噴射量Ａ，Ｂの平均値に設定する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、燃料噴射量Ｆがリーン噴射量Ａとリーン噴射量Ｂとの間の値に設定されるのであれば、他の各種の設定方法を用いてよい。
【００２７】
また、ステップ１１０では、加速時ではない場合、及び、過給領域ではない場合において、最終的な燃料噴射量Ｆを第２のリーン噴射量Ｂに設定する。これらの場合には、リッチな混合気が不要であるから、第２のリーン噴射量Ｂを用いることにより、排気エミッションを良好に保持することができる。
【００２８】
また、ステップ１１２では、リーン領域ではない場合、及び、ＮＯｘ触媒の浄化能力に余裕がない場合において、最終的な燃料噴射量Ｆをストイキ噴射量に設定する。ストイキ噴射量は、空燃比をストイキに保持するためのストイキ噴射量として算出される。なお、ステップ１１２では、最終的な燃料噴射量Ｆを、以下に述べる第１，第２の方法の何れにより設定してもよい。第１の方法は、運転者の操作に応じてスロットル開度を大きくすることにより実空気量を増加させ、当該実空気量の増加に追従して燃料噴射量を増加させていく方法である。第２の方法は、運転者の操作に応じて先に燃料噴射量を増加させ、当該燃料噴射量の増加に追従して実空気量を増加させていく方法である。なお、本実施の形態において、図３中のステップ１００〜１０６は、燃焼切換手段の具体例を示し、ステップ１０８〜１１２は、噴射量設定手段の具体例を示している。
【００２９】
次に、図４を参照して、噴射量設定制御の効果について説明する。図４は、噴射量設定制御を実行した場合におけるエンジンの各パラメータの挙動を示すタイミングチャートである。この図において、太線は、最終的な燃料噴射量Ｆをリーン噴射量Ａ，Ｂの平均値とした場合の特性線を示し、細線は、燃料噴射量Ｆをリーン噴射量Ａに設定した場合の特性線を示している。また、点線は、燃料噴射量Ｆをリーン噴射量Ｂに設定した場合の特性線を示している。
【００３０】
まず、図４中に細線で示すように、車両または運転者の加速要求が生じたときに、エンジン１０の応答性を重視して目標トルクを急激に増加させ、燃料噴射量Ｆとしてリーン噴射量Ａを用いた場合には、これに伴って過給圧及び燃料噴射量が急激に増加する。この結果、空燃比がストイキからリッチ側に大きく変化するので、エンジン１０のＮＯｘ排出量が増加し、ＮＯｘカウンタ値の増加速度が大きくなる。また、図４中に点線で示すように、排気エミッションを重視して目標トルクを緩やかに増加させ、燃料噴射量Ｆとしてリーン噴射量Ｂを用いた場合には、過給圧及び燃料噴射量の増加も相対的に緩やかとなる。この結果、空燃比がストイキに近い値に保持されるので、エンジン１０のＮＯｘ排出量は定常時と同等となり、ＮＯｘの排出が抑制される。
【００３１】
これに対し、本実施の形態では、加速要求に対して目標トルクをある程度緩やかに増加させながら、燃料噴射量Ｆをリーン噴射量Ａ，Ｂの平均値に設定しているので、図４中に太線で示すように、過給圧及び燃料噴射量を適度に小さくして、空燃比がリッチ側に大きく変化するのを回避することができる。これにより、エンジン１０の応答性を確保しつつ、排気エミッションを良好に排出することができる。
【００３２】
即ち、本実施の形態によれば、エンジン１０の応答性を重視しつつ燃費を最適にした状態で目標トルクを出力する場合に必要な第１のリーン噴射量Ａと、実空気量に基いて空燃比を予め設定されたリーン空燃比に制御するために必要な第２のリーン噴射量Ｂとに基いて、最終的な燃料噴射量をリーン噴射量Ａとリーン噴射量Ｂとの間の値に設定することができる。これにより、応答性のみを重視した場合と比較して排気エミッションを良好に保持し、また、排気エミッションのみを重視した場合と比較して応答性を向上させることができ、この状態で出力トルクを高めることができる。従って、過給リーン燃焼モード中に出力トルクを高める場合において、燃費を維持しつつ、応答性と排気エミッションとを両立させることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  ピストン
１６  燃焼室
１８  吸気通路
２０  スロットルバルブ
２２  排気通路
２６  燃料噴射弁
３４  過給機
３６  ウェイストゲートバルブ
４０  クランク角センサ
４２  エアフローセンサ
４４  空燃比センサ
５０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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