(57)【要約】【課題】内燃機関において、空燃比変更時におけるトルク段差の発生を抑制すると共に制御時間を短縮してドライバビリティの向上を図る。【解決手段】吸入空気を圧縮して燃焼室１８に供給可能なターボ過給機４５を設け、ＥＣＵ５５によりエンジン運転状態に応じて、燃焼モードを無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換可能とし、ＥＣＵ５５は、この無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、点火時期を遅角し、実過給圧が燃焼モード変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード変更時に点火時期を進角すると共に実過給圧を目標過給圧に設定する。【選択図】        図１
2008157104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気を圧縮して燃焼室に供給可能な過給機と、過給圧を検出する過給圧検出手段と、空燃比を変更可能な空燃比変更手段と、点火時期を変更可能な点火時期変更手段と、前記空燃比変更手段によりストイキ空燃比からリーン空燃比に変更されるときに前記点火時期変更手段により点火時期を遅角する制御手段とを具えた内燃機関において、前記制御手段は、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、前記過給圧検出手段が検出した過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共に過給圧を目標過給圧に設定することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を一定値に維持したままで過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を大きくして過給圧を目標過給圧に設定することを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関において、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を大きくして過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を大きくして過給圧を目標過給圧に設定することを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記制御手段は、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するとき、前記空燃比変更制御中はストイキ空燃比を維持したまま点火時期を遅角し、空燃比変更後にリーン空燃比に変更すると共に点火時期を進角し、点火時期をＭＢＴに設定することを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転状態を無過給ストイキ燃焼モードと過給リーン燃焼モードとの間で切換可能な内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な筒内噴射式エンジンでは、リーン空燃比で均質燃焼を実現可能なリーン燃焼モードと、理論（ストイキ）空燃比で均質燃焼を実現可能なストイキ燃焼モードとが切換可能となっている。この場合、例えば、制御装置は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいた燃焼モードマップを有しており、エンジン運転状態に応じてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切換制御している。
【０００３】
このような燃焼モードを切換可能なエンジンにて、運転状態に応じてリーン空燃比とストイキ空燃比との間で切換えを行うとき、空燃比を大きく変化させると発生するトルクが異なることから、この空燃比の切換時に大きなトルク段差が発生し、ドライバビリティが悪化してしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、空燃比の変更時に発生するトルク段差を防止するため、従来は、点火時期を遅角する制御を実行している。例えば、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切換えられるとき、制御装置は、この切換制御中はストイキ空燃比で制御し、切換制御後にストイキからリーンに変更している。即ち、エンジン運転状態に応じてストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切換え指令が出されたとき、スロットル開度を大きくして吸入空気量を増加すると共に、燃料噴射量が増加する。このとき、点火時期を遅角することで、発生するトルクの増大を抑制し、所定期間の経過後に、点火時期を進角して運転状態に応じた点火時期とすると共に、燃料噴射量を減少することで、ストイキからリーンに変更している。
【０００５】
なお、このような内燃機関としては下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１１４１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、内燃機関にターボ過給機が装着されており、燃焼モードを無過給ストイキ燃焼モードと過給リーン燃焼モードとの間で切換えるときには、排気エネルギの上昇により過給圧が必要以上に高くなり、空燃比の切換制御の終了時にトルク段差が発生し、ドライバビリティが悪化してしまう。即ち、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードに切換わるとき、点火時期の遅角により排気ガス温度が上昇し、ターボ過給機により実過給圧が目標過給圧以上に上昇し、過給圧が必要以上に高くなってトルクが増大し、空燃比の切換制御の終了時に増大したトルクを減少させる必要から、制御時間が長くなったり、ここにトルク段差が発生するなどドライバビリティが悪化してしまうという問題が発生する。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、空燃比変更時におけるトルク段差の発生を抑制すると共に制御時間を短縮してドライバビリティの向上を図った内燃機関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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、吸入空気を圧縮して燃焼室に供給可能な過給機と、過給圧を検出する過給圧検出手段と、空燃比を変更可能な空燃比変更手段と、点火時期を変更可能な点火時期変更手段と、前記空燃比変更手段によりストイキ空燃比からリーン空燃比に変更されるときに前記点火時期変更手段により点火時期を遅角する制御手段とを具えた内燃機関において、前記制御手段は、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、前記過給圧検出手段が検出した過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共に過給圧を目標過給圧に設定することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の内燃機関では、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を一定値に維持したままで過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を大きくして過給圧を目標過給圧に設定することを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関では、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を大きくして過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を大きくして過給圧を目標過給圧に設定することを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関では、前記制御手段は、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するとき、前記空燃比変更制御中はストイキ空燃比を維持したまま点火時期を遅角し、空燃比変更後にリーン空燃比に変更すると共に点火時期を進角し、点火時期をＭＢＴに設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内燃機関によれば、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共に過給圧を目標過給圧に設定するので、空燃比の変更制御時における過給圧の必要以上の上昇を抑制してトルク段差の発生を抑制することができると共に、制御時間を短縮することができ、その結果、ドライバビリティを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関を表す直列４気筒エンジンの概略構成図、図２は、実施例１の直列４気筒エンジンにおける燃焼モードを表すモードマップ、図３は、実施例１の直列４気筒エンジンにおける燃焼モード切換制御を表すフローチャート、図４は、実施例１の直列４気筒エンジンにおける燃焼モード切換時のエンジン運転状態を表すタイムチャートである。
【００１６】
本実施例では、内燃機関として直列４気筒筒内噴射式エンジンを適用している。この直列４気筒エンジンにおいて、図１に示すように、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。
【００１７】
燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。
【００１８】
なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。
【００１９】
従って、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。
【００２０】
また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２７，２８となっている。この吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。
【００２１】
吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の下流側にスロットル弁３９を有する電子スロットル装置４０が設けられている。
【００２２】
排気ポート２０には、排気マニホールド４１を介して排気管４２が連結されており、この排気管４２には排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する三元触媒４３及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒４４が装着されている。この三元触媒４３は、空燃比（排気空燃比）がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理するものである。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４４は、空燃比（排気空燃比）がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを一旦吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したリッチ燃焼領域またはストイキ燃焼領域にあるときに、吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料によりＮＯｘを還元するものである。
【００２３】
そして、このエンジンには、排気ガスのエネルギによりタービンを回し、これに直結されたコンプレッサにより空気を燃焼室に押し込むターボ過給機４５が設けられている。このターボ過給機４５は、吸気管３７に設けられたコンプレッサ４６と排気管４２に設けられたタービン４７とが連結軸４８により一体に連結されて構成されている。そして、このターボ過給機４５におけるコンプレッサ４６の下流側における吸気管３７には、このコンプレッサ４６により圧縮して温度上昇した吸入空気を冷却するインタークーラ４９が設けられている。
【００２４】
シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ５０が装着されており、このインジェクタ５０は、吸気ポート１９側に位置して水平上端から下方に所定角度傾斜して配置されている。各気筒に装着されるインジェクタ５０はデリバリパイプ５１に連結され、このデリバリパイプ５１には、高圧燃料供給管５２を介して高圧燃料ポンプ５３が連結され、所定圧の燃料を供給可能となっている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ５４が装着されている。
【００２５】
車両には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５５が搭載されており、このＥＣＵ５５は、インジェクタ５０の燃料噴射タイミングや点火プラグ５４の点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、吸気温度、過給圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。即ち、吸気管３７の上流側にはエアフローセンサ５６及び吸気温センサ５７が装着され、計測した吸入空気量及び吸気温度をＥＣＵ５５に出力している。また、サージタンク３６には過給圧センサ５８が装着され、計測した過給圧をＥＣＵ５５に出力している。電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５９が設けられ、アクセルペダルにはアクセルポジションセンサ６０が設けられており、現在のスロットル開度及びアクセル開度をＥＣＵ５５に出力している。更に、クランクシャフト１６にはクランク角センサ６１が設けられ、検出したクランク角度をＥＣＵ５５に出力し、ＥＣＵ５５はクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック１１には水温センサ６２が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ５５に出力している。
【００２６】
また、排気管４２における三元触媒４３より上流側に、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ６３が設けられている。このＡ／Ｆセンサ６３は、燃焼室１８から排気ポート２０及び排気マニホールド４１を通して排気管４２に排気された排気ガスの排気空燃比を検出し、検出した排気空燃比をＥＣＵ５５に出力している。ＥＣＵ５５は、Ａ／Ｆセンサ６３が検出した排気空燃比をフィードバックし、エンジン運転状態に応じて設定された目標空燃比と比較することで、燃料噴射量を補正している。
【００２７】
また、ＥＣＵ５５は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。
【００２８】
ところで、本実施例の直接４気筒エンジンにて、ＥＣＵ５５は、エンジン運転状態に応じてリーン空燃比で均質燃焼を実現可能なリーン燃焼モードと、理論（ストイキ）空燃比で均質燃焼を実現可能なストイキ燃焼モードとを切換可能となっている。この場合、ＥＣＵ５５は、図２に示すように、エンジン回転数及びエンジン負荷（空気量）に基づいた燃焼モードマップを有しており、この燃焼モードマップを用いてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切換制御している。この場合、エンジンの燃焼モードがストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切換わるとき、図２に実線で表すストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの切換境界線Ｌ1が設定されると共に、この切換境界線Ｌ1より外側、つまり、ストイキ燃焼モード側に切換制御開始境界線Ｌ2が設定されている。
【００２９】
そして、ＥＣＵ５５が、燃焼モードマップを用いてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切換制御するとき、この切換制御中はストイキ空燃比で制御し、切換制御後に空燃比を変更している。即ち、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切換えるとき、点火時期を遅角することで発生するトルクの増大を抑制すると共に、空気量を変更すると共に燃料量を変更することでストイキ空燃比を維持し、所定期間の経過した切換制御終了後に、点火時期を進角して運転状態に応じた点火時期に変更すると共に、空気量及び燃料量を変更することでストイキ空燃比からリーン空燃比に変更している。
【００３０】
ところが、エンジンにターボ過給機が装着されている場合、燃焼モードを無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードに切換えるとき、排気エネルギの上昇により過給圧が必要以上に高くなり、空燃比の切換制御の終了時にトルク段差が発生し、この過給圧を減少させる必要から制御時間が長くなり、ドライバビリティが悪化してしまう。
【００３１】
そこで、実施例１の内燃機関にて、ＥＣＵ５５は、無過給ストイキ燃焼モード（ストイキ空燃比）から過給リーン燃焼モード（リーン空燃比）に変更して点火時期を遅角するとき、過給圧センサ５８が検出した過給圧が燃焼モード（空燃比）変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード（空燃比）時に点火時期を進角すると共に過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。なお、本実施例では、過給圧を検出する過給圧検出手段として過給圧センサ５８を適用し、空燃比を変更可能な空燃比変更手段、点火時期を変更可能な点火時期変更手段、空燃比変更手段によりストイキ空燃比からリーン空燃比に変更されるときに点火時期変更手段により点火時期を遅角する制御手段として、ＥＣＵ５５を適用している。
【００３２】
この場合、ＥＣＵ５５は、エンジン運転状態に応じて目標過給圧を設定するが、この目標過給圧は、エンジン運転状態（例えば、アクセル開度）に基づいて設定される要求過給圧より所定量低く設定されている。
【００３３】
また、ＥＣＵ５５は、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードに変更３９５６のススロットル開度を一定値に維持したままで、過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード（空燃比）変更時に点火時期を進角すると共、にスロットル開度を大きくして過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。
【００３４】
この場合、そして、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードに変更するとき、燃焼モードの変更制御中はストイキ空燃比を維持したまま点火時期を遅角し、燃焼モード変更後にリーン空燃比に変更すると共に点火時期を進角し、点火時期をＭＢＴに設定するようにしている。
【００３５】
ここで、上述した本実施例の直列４気筒エンジンにおいて、燃焼モード切換制御について、図３のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【００３６】
本実施例の直列４気筒エンジンにおいて、図３に示すように、ステップＳ１１にて、エンジン運転状態に基づいて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求があるかどうかを判定する。具体的には、エンジン回転数及びエンジン負荷（空気量）に基づいて、無過給ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モード側へ変更するとき、切換制御開始境界線Ｌ2を越えたかどうかを判定する。ここで、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換要求がないと判定されたら、ステップＳ１７にて、ＥＣＵ５５は、通常の点火時期遅角制御を実行する。
【００３７】
一方、ステップＳ１１にて、ＥＣＵ５５が、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求がある、つまり、切換制御開始境界線Ｌ2を越えたと判定されたら、ステップＳ１２にて、過給圧センサ５８により実過給圧を検出すると共に、エンジン運転状態に基づいてリーン目標過給圧を算出する。この場合、アクセルポジションセンサ６０が検出したアクセル開度に基づいて算出したリーン要求過給圧から予め設定された所定値を減算することでリーン目標過給圧を算出する。この無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換えるとき、この切換制御中は、点火時期を遅角することでトルクの増大を抑制すると共に、排気温度の上昇によりターボ過給機４５が稼動して過給圧が上昇（空気量が増加）するため、ストイキ空燃比が維持される。
【００３８】
そして、ステップＳ１３にて、ＥＣＵ５５は、点火時期遅角制御を実行し、ステップＳ１４にて、ＥＣＵ５５は、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換信号が入力されたかどうかを判定する。具体的には、エンジン回転数及びエンジン負荷（空気量）に基づいて、無過給ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モード側へ変更するとき、切換境界線Ｌ1を越えたかどうかを判定する。ここで、切換境界線Ｌ1を越えていないと判定されたときは、ステップＳ１３〜Ｓ１４の処理を繰り返し実行する。そして、ステップＳ１４にて、切換境界線Ｌ1を越えたと判定されたら、ステップＳ１５にて、点火時期を進角する。その後、ステップＳ１６にて、リーン目標過給圧に応じてスロットル開度を補正し、燃焼モード切換制御を終了する。
【００３９】
また、ここで、本実施例の直列４気筒エンジンにおいて、燃焼モード切換制御に伴うエンジン運転状態の変化ついて、図４のタイムチャートに基づいて具体的に説明する。
【００４０】
本実施例の直列４気筒エンジンにおいて、図４に示すように、時間ｔ1にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求、つまり、切換制御開始境界線Ｌ2を越えると、点火時期を徐々に遅角していく。すると、この点火時期により排気ガスの熱量が増加して排気ガス温度が上昇し、ターボ過給機４５が稼動することから、タービン回転数が上昇して実過給圧が上昇し、吸入空気量が増加するが、ストイキ空燃比を維持するために燃料噴射量を増加する。
【００４１】
そして、時間ｔ2にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換信号が入力、つまり、切換境界線Ｌ1を越えると、点火時期を所定値まで遅角した後、点火時期を進角してエンジン運転状態に応じた点火時期に設定する。また、このとき、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために、スロットル開度をエンジン運転状態に応じた目標スロットル開度まで増加すると共に、燃料噴射量を減少する。その後、時間ｔ3にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの燃焼モード切換制御が完了する。
【００４２】
このように実施例１の内燃機関にあっては、直列４気筒エンジンにて、吸入空気を圧縮して燃焼室１８に供給可能なターボ過給機４５を設け、ＥＣＵ５５によりエンジン運転状態に応じて、燃焼モードを無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換可能とし、ＥＣＵ５５は、この無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、点火時期を遅角し、実過給圧が燃焼モード変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード変更時に点火時期を進角すると共に実過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。
【００４３】
従って、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、点火時期を遅角することで、必要以上のトルクの増大を抑制することができ、実過給圧が燃焼モード変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定することで、点火時期の遅角による必要以上の過給圧の増大、トルクの増大を抑制することができ、燃焼モード変更時におけるトルク段差の発生を抑制することで、ドライバビリティを向上することができる。また、燃焼モードへ切換時に、ターボ過給機４５が稼動することで、過給圧が上昇して空気量が増加するため、切換制御時間を短縮することができる。
【００４４】
この場合、目標過給圧を、アクセル開度などの運転状態に基づいて設定される要求過給圧より所定量低く設定しており、点火時期の遅角による必要以上の過給圧の増大、トルクの増大を適正に抑制することができる。
【００４５】
また、実施例１の内燃機関にて、ＥＣＵ５５は、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を一定値に維持したままで、過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定している。従って、点火時期の遅角による過給圧の増大、トルクの増大を適正に抑制することができる。
【００４６】
また、実施例１の内燃機関にて、ＥＣＵ５５は、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、燃焼モード変更制御中はストイキ空燃比を維持したまま点火時期を遅角し、空燃比変更後にリーン空燃比に変更すると共に点火時期を進角し、点火時期をＭＢＴに設定するようにしている。従って、燃焼モードの切換後の空燃比を所望のリーン空燃比に適正に変更することができる。
【実施例２】
【００４７】
図５は、本発明の実施例２に係る内燃機関を表す直列４気筒エンジンにおける燃焼モード切換制御を表すフローチャート、図６は、実施例１の直列４気筒エンジンにおける燃焼モード切換時のエンジン運転状態を表すタイムチャートである。なお、本実施例の内燃機関における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１及び図２を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４８】
本実施例の内燃機関としての直列４気筒筒内噴射式エンジンにて、図１及び図２に示すように、ＥＣＵ５５は、無過給ストイキ燃焼モード（ストイキ空燃比）から過給リーン燃焼モード（リーン空燃比）に変更して点火時期を遅角するとき、過給圧センサ５８が検出した過給圧が燃焼モード（空燃比）変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード（空燃比）時に点火時期を進角すると共に過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。
【００４９】
この場合、ＥＣＵ５５は、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードに変更するために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を大きくして過給圧が燃焼モード（空燃比）変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード（空燃比）変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を更に大きくして過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。
【００５０】
ここで、上述した本実施例の直列４気筒エンジンにおいて、燃焼モード切換制御について、図５のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【００５１】
本実施例の直列４気筒エンジンにおいて、図５に示すように、ステップＳ２１にて、エンジン運転状態に基づいて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求があるかどうかを判定し、具体的には、無過給ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モード側へ変更するとき、切換制御開始境界線Ｌ2を越えたかどうかを判定する。ここで、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換要求がないと判定されたら、ステップＳ２８にて、ＥＣＵ５５は、通常の点火時期遅角制御を実行する。
【００５２】
一方、ステップＳ２１にて、ＥＣＵ５５が、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求がある、つまり、切換制御開始境界線Ｌ2を越えたと判定されたら、ステップＳ２２にて、過給圧センサ５８により実過給圧を検出すると共に、エンジン運転状態に基づいてリーン目標過給圧を算出する。この無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換えるとき、この切換制御中は、点火時期を遅角することでトルクの増大を抑制し、電子スロットル装置４０を制御してスロットル開度を大きくすると共に、排気温度の上昇によりターボ過給機４５が稼動して過給圧が上昇（空気量が増加）するため、ストイキ空燃比が維持される。
【００５３】
そして、ステップＳ２３にて、ＥＣＵ５５は、点火時期遅角制御を実行し、ステップＳ２４にて、ＥＣＵ５５は、電子スロットル装置４０を制御してスロットル開度を調整、つまり、大きくする。ステップＳ２５では、ＥＣＵ５５が、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換信号が入力されたかどうかを判定、具体的には、エンジン回転数及びエンジン負荷（空気量）に基づいて、無過給ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モード側へ変更するとき、切換境界線Ｌ1を越えたかどうかを判定する。ここで、切換境界線Ｌ1を越えていないと判定されたときは、ステップＳ２３〜Ｓ１５の処理を繰り返し実行する。そして、ステップＳ２５にて、切換境界線Ｌ1を越えたと判定されたら、ステップＳ２６にて、点火時期を進角する。その後、ステップＳ２７にて、リーン目標過給圧に応じてスロットル開度を補正し、燃焼モード切換制御を終了する。
【００５４】
また、ここで、本実施例の直列４気筒エンジンにおいて、燃焼モード切換制御に伴うエンジン運転状態の変化ついて、図６のタイムチャートに基づいて具体的に説明する。
【００５５】
本実施例の直列４気筒エンジンにおいて、図６に示すように、時間ｔ1にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求、つまり、切換制御開始境界線Ｌ2を越えると、スロットル開度を徐々に大きくすると共に、点火時期を徐々に遅角していく。すると、この点火時期により排気ガスの熱量が増加して排気ガス温度が上昇し、ターボ過給機４５が稼動することから、また、スロットル開度が大きくなることから、タービン回転数が上昇して実過給圧が上昇し、吸入空気量が増加するが、ストイキ空燃比を維持するために燃料噴射量を増加する。
【００５６】
そして、時間ｔ2にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換信号が入力、つまり、切換境界線Ｌ1を越えると、点火時期を所定値まで遅角した後、点火時期を進角してエンジン運転状態に応じた点火時期に設定する。また、このとき、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために、スロットル開度をエンジン運転状態に応じた目標スロットル開度まで増加すると共に、燃料噴射量を減少する。その後、時間ｔ4にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの燃焼モード切換制御が完了する。
【００５７】
このように実施例２の内燃機関にあっては、直列４気筒エンジンにて、吸入空気を圧縮して燃焼室１８に供給可能なターボ過給機４５を設け、ＥＣＵ５５によりエンジン運転状態に応じて、燃焼モードを無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換可能とし、ＥＣＵ５５は、この無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、スロットル開度を大きくすると共に点火時期を遅角し、実過給圧が燃焼モード変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を更に大きくして過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。
【００５８】
従って、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、点火時期を遅角することで、必要以上のトルクの増大を抑制することができ、実過給圧が燃焼モード変更後の目標過給圧に近づくようにスロットル開度及び点火時期の遅角量を設定することで、点火時期の遅角による必要以上の過給圧の増大、トルクの増大を抑制することができ、燃焼モード変更時におけるトルク段差の発生を抑制することで、ドライバビリティを向上することができる。また、燃焼モードへ切換時に、スロットル開度を増加すると共にターボ過給機４５が稼動することで、過給圧が上昇して空気量が増加するため、切換制御時間を更に短縮することができる。
【００５９】
なお、上述した各実施例では、内燃機関として筒内噴射式直列４気筒エンジンを適用したが、エンジン形式や気筒数などは実施例に限定されるものではなく、また、ポート噴射式の内燃機関であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、空燃比変更時におけるトルク段差の発生を抑制すると共に制御時間を短縮してドライバビリティの向上を図るものであり、いずれの内燃機関にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関を表す直列４気筒エンジンの概略構成図である。
【図２】実施例１の直列４気筒エンジンにおける燃焼モードを表すモードマップである。
【図３】実施例１の直列４気筒エンジンにおける燃焼モード切換制御を表すフローチャートである。
【図４】実施例１の直列４気筒エンジンにおける燃焼モード切換時のエンジン運転状態を表すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係る内燃機関を表す直列４気筒エンジンにおける燃焼モード切換制御を表すフローチャートである。
【図６】実施例１の直列４気筒エンジンにおける燃焼モード切換時のエンジン運転状態を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１８  燃焼室
１９  吸気ポート
２０  排気ポート
２１  吸気弁
２２  排気弁
３７  吸気管
４０  電子スロットル装置
４２  排気管
４３  三元触媒
４４  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
４５  ターボ過給機
５０  インジェクタ
５４  点火プラグ
５５  電子制御ユニット、ＥＣＵ（制御手段、空燃比変更手段、点火時期変更手段）
５６  エアフローセンサ（空気量検出手段）
５８  過給圧センサ（過給圧検出手段）
５９  スロットルポジションセンサ
６０  アクセルポジションセンサ
６１  クランク角センサ
【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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