(57)【要約】【課題】気筒群毎の燃焼方式切り替え後の出力が異なる場合でも、切り替え時の出力段差を抑制する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、例えばＶ型内燃機関など複数の気筒を備える気筒群（バンク）を複数備えるものであり、気筒群毎に独立して燃焼制御が可能に構成されている。燃焼制御手段は、各気筒群をストイキ燃焼から、バンク別リッチ／リーン制御に切り替えるなど、各気筒群が異なる燃焼方式となるように燃焼方式を切り替える場合、燃焼制御手段は、まず、燃焼方式の切り替え後の出力に対して所定範囲内となるように各気筒群の出力を変化させる。これは、例えば各気筒群毎に点火時期、又は、Ａ／Ｆと点火時期の両方を変化させることにより実施できる。そして、燃焼制御手段は、その後にＡ／Ｆを変更し、実際に燃焼方式を切り替える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒群を備える内燃機関の制御装置であって、
前記気筒群毎に燃焼を制御する燃焼制御手段を備え、
前記燃焼制御手段は、各気筒群が異なる燃焼方式となるように各気筒群の燃焼方式を切り替える場合には、燃焼方式の切り替え後の出力に対して所定範囲内となるように各気筒群の出力を変化させた後、燃焼方式を切り替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼制御手段は、各気筒群が異なる燃焼方式となるように各気筒群の燃焼方式を切り替える場合には、燃焼方式に関連する制御パラメータの値を各気筒群毎に独立に変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御パラメータは、燃料噴射時期、バルブタイミング、バルブリフト量及び噴射比率の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼制御手段は、前記燃焼方式の切り替えまでに、前記制御パラメータの値の変更を完了することを特徴とする請求項２又は３に記載の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、複数の気筒群を有する内燃機関において、気筒群毎に独立して燃焼方式を変更する制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるＶ型内燃機関など、複数の気筒群を有する内燃機関において、気筒群毎に燃焼方式を切り替える手法が知られている。特許文献１では、気筒別又は気筒グループ別に時間差をもって目標空燃比を切り替える際、一部の気筒の目標空燃比を切り替えた後、所定時間遅らせて他の気筒の目標空燃比を切り替えている。また、その切り替え中には、目標空燃比がリッチ側の気筒の点火時期を遅角してトルク変化を滑らかにすることが記載されている。
【０００３】
しかしながら、上記の文献では、気筒群毎に燃焼方式切り替え後の出力が異なる場合に関しては考慮されていない。
【０００４】
なお、多気筒内燃機関の目標空燃比の切り替え時に、排気浄化触媒の性能低下を防止する技術が特許文献２に記載されている。また、燃焼モード切り替え時に燃料供給量を徐々に変化させる手法が特許文献３に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２９５１５１号公報
【特許文献２】特開平７−２９３２９４号公報
【特許文献３】特許第２８９４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、気筒群毎に燃焼方式を制御可能な内燃機関において、気筒群毎の燃焼方式切り替え後の出力が異なる場合でも、切り替え時の出力段差を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、複数の気筒群を備える内燃機関の制御装置は、前記気筒群毎に燃焼を制御する燃焼制御手段を備え、前記燃焼制御手段は、各気筒群が異なる燃焼方式となるように各気筒群の燃焼方式を切り替える場合には、燃焼方式の切り替え後の出力に対して所定範囲内となるように各気筒群の出力を変化させた後、燃焼方式を切り替える。
【０００８】
上記の内燃機関の制御装置は、例えばＶ型内燃機関など、複数の気筒を備える気筒群（バンク）を複数備えるものであり、気筒群毎に独立して燃焼制御が可能に構成されている。燃焼制御は、主として空燃比（Ａ／Ｆ）、点火時期などを変更することにより実施される。燃焼制御手段は、各気筒群が異なる燃焼方式となるように燃焼方式を切り替えることができ、例えば各気筒群をストイキ燃焼から、バンク別リッチ／リーン制御に切り替えることが可能である。ここで、バンク別リッチ／リーン制御とは、一方の気筒群をリッチ燃焼させるとともに、他方の気筒群をリーン燃焼させるものであり、気筒群が異なる燃焼方式となる場合の一例である。
【０００９】
このように燃焼方式を切り替える場合、燃焼制御手段は、まず、燃焼方式の切り替え後の出力に対して所定範囲内となるように各気筒群の出力を変化させる。これは、例えば各気筒群毎に点火時期、又は、Ａ／Ｆと点火時期の両方を変化させることにより実施できる。そして、燃焼制御手段は、その後にＡ／Ｆを変更し、実際に燃焼方式を切り替える。
【００１０】
これにより、燃焼方式の実際の切り替え時には、各気筒群の出力は、切り替え後の出力と等しいか又は十分に近づいているので、実際の燃焼方式の切り替え前後で出力段差が発生し、運転者が違和感を憶えるなどの不具合が防止できる。
【００１１】
上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記燃焼制御手段は、各気筒群が異なる燃焼方式となるように各気筒群の燃焼方式を切り替える場合には、燃焼方式に関連する制御パラメータの値を各気筒群毎に独立に変更する。この態様では、各気筒群が異なる燃焼方式となるように燃焼方式が切り替えられる際には、各気筒群毎に独立に制御パラメータが変更される。好適な例では、制御パラメータは、燃料噴射時期、バルブタイミング、バルブリフト量及び噴射比率の少なくとも１つを含む。
【００１２】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記燃焼制御手段は、前記燃焼方式の切り替えまでに、前記制御パラメータの値の変更を完了する。この態様では、各気筒群が異なる燃焼方式となる以前に各制御パラメータが変更されるので、実際の燃焼方式の切り替え前後で内燃機関の燃焼を安定化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
（装置構成）
図１は、本発明の実施形態による内燃機関の制御装置の概略構成を示す。なお、図１において、実線の矢印は吸排気の流れを示し、破線の矢印は信号の入出力を示す。また、以下の説明では、左右の構成要素を区別する場合には参照符号に添え字「Ｌ」又は「Ｒ」を付し、左右の構成要素を区別しない場合には添え字を省略する。
【００１５】
内燃機関１は、左右のバンク（気筒群）２にそれぞれ３つずつの気筒（シリンダ）３が設けられたＶ型６気筒のエンジンとして構成されている。具体的に、左バンク２Ｌは３つの気筒３Ｌを備え、右バンク２Ｒは３つの気筒３Ｒを備える。
【００１６】
各気筒３に吸気を導くための吸気通路４には、スロットルバルブ１１、エアフローメータ１２、図示しないエアクリーナなどが設けられている。吸気通路４は吸気マニホールド５に接続されている。スロットルバルブ１１は、ＥＣＵ２０からの制御信号ＣＳ１に基づいてスロットル開度が制御され、吸気通路４に流れる吸気の流量を制御する。エアフローメータ１２は、スロットルバルブ１１の下流における吸気流量を検出し、その流量に対応する信号ＣＳ３をＥＣＵ２０へ供給する。
【００１７】
各気筒３には、燃料噴射弁１３が設けられている。燃料噴射弁１３は、ＥＣＵ２０からの制御信号ＣＳ２に基づいて、燃料噴射量が制御される。なお、燃料噴射弁１３は、ポート噴射型であっても、筒内噴射型であってもよい。
【００１８】
各バンク２Ｌ、２Ｒの排気マニホールド６Ｌ、６Ｒは、それぞれ排気通路７Ｌ、７Ｒに接続されている。排気通路７Ｌにはスタート触媒１５Ｌが設けられ、排気通路７Ｒにはスタート触媒１５Ｒが設けられている。排気通路７Ｌと７Ｒは、各スタート触媒１５Ｌ、１５Ｒの下流において合流し、共通排気通路８に接続されている。共通排気通路８には、アンダーフロア（ＵＦ）触媒１６が設けられている。なお、スタート触媒１５及びＵＦ触媒の種類は特に限定されるものではないが、好適な例では、スタート触媒１５として三元触媒を、ＵＦ触媒１６としてＮＯｘ吸蔵還元触媒を使用することができる。
【００１９】
ＥＣＵ２０は、内燃機関１の各部を制御する。特にＥＣＵ２０は、本発明における燃焼制御手段として機能し、後述するように、気筒群別リッチ／リーン制御、ストイキ制御などの内燃機関１の燃焼方式（燃焼モード）に応じて各気筒群２の空燃比（Ａ／Ｆ）、点火時期などを制御する。なお、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ１２から出力される検出信号ＣＳ３などに基づいて、制御信号ＣＳ１及びＣＳ２を出力し、スロットルバルブ１１の開度及び燃料噴射弁１３からの燃料噴射量などを調整することにより、各バンク２の空燃比を制御する。
【００２０】
（燃焼方式切替制御）
次に、実施形態による燃焼方式切替制御について説明する。燃焼方式（燃焼モード）とは、ストイキ燃焼、バンク別リッチ／リーン燃焼（以下、「バンク別ＲＬ燃焼」とも記す。）など内燃機関の燃焼状態を指す。燃焼方式の切り替えとは、これら異なる燃焼方式間の変更を意味し、具体的には、バンク毎にＡ／Ｆや点火時期などを変更することを指す。具体的に、ストイキ燃焼モードでは、両バンク２Ｒ、２Ｌは、ともにストイキ（理論空燃比）にて燃焼する。一方、バンク別ＲＬ燃焼モードでは、一方のバンク２はリッチ状態で燃焼し、他方のバンク２はリーン状態で燃焼する。なお、バンク別ＲＬ燃焼は、一方のバンク２の空燃比をリッチに設定するとともに、他方のバンク２の空燃比をリーンに設定し、リッチな排気とリーンな排気を共通排気通路８上のＵＦ触媒１６で合流させることによってＵＦ触媒を昇温するものであり、ＵＦ触媒の暖機時の他、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄（Ｓ）被毒回復などの目的などでも実行される。
【００２１】
図２に、基本的な燃焼方式切替制御のタイミングチャートを示す。この例は、内燃機関をストイキ燃焼からバンク別ＲＬ燃焼へ切り替えるものである。内燃機関１は、最初、ストイキ燃焼状態にある。時刻ｔ１でバンク別ＲＬ燃焼への燃焼方式の切替条件が成立し、燃焼方式切替フラグは切替要求状態となる。なお、バンク別ＲＬ燃焼への燃焼方式の切替条件は、例えば前述のようにＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒回復処理の実行条件が具備された時に成立する。また、本例では、燃焼方式の切り替え完了後は、右バンク２ＲはＡ／Ｆがリッチ状態で燃焼し（以下、「リッチ燃焼バンク」と呼ぶ。）、左バンク２ＬはＡ／Ｆがリーン状態で燃焼する（以下、「リーン燃焼バンク」と呼ぶ。）ものとする。
【００２２】
一般的に、バンク別ＲＬ燃焼状態では、ストイキ燃焼状態と比較して、リーン燃焼バンクの出力が低下する。また、リッチ燃焼バンクは、Ａ／Ｆがリッチになるため出力は増加することになるが、実際にはバンク毎の出力をほぼ同一とすることが要求されるため、点火時期を遅角させて出力を低下させる。ここで、燃焼安定性が不安定となるため、リッチ燃焼バンクの点火時期の遅角量には限界がある。よって、バンク別ＲＬ燃焼状態では、ストイキ燃焼状態と比べて総出力は低下するので、その分を補うためにスロットル開度を増加させ、吸入空気量を増加させることが行われる。
【００２３】
具体的には、図２において、時刻ｔ１で燃焼方式の切替要求状態となると、まず、ＥＣＵ２０はスロットルバルブ１１を制御し、スロットル開度を増加させる。これにより、以後、吸入空気量が徐々に増加する。また、ＥＣＵ２０は、リッチ燃焼バンクである右バンク２Ｒの点火時期を徐々に遅角側に変更するとともに、リーン燃焼バンクである左バンク２Ｌの点火時期も徐々に遅角側に変更する。そして、燃焼方式切替フラグが切替完了を示す時刻ｔ２以降は、ＥＣＵ２０は、リッチ燃焼バンクである右バンク２ＲのＡ／Ｆをリッチ（本例では１２．０）に変更するとともに、点火時期を進角側へ進める。また、リーン燃焼バンクである左バンク２ＬのＡ／Ｆをリーン（本例では１７．０）に変更するとともに、点火時期を進角側へ進める。
【００２４】
しかし、この制御では、図２の破線部Ｘ１及びＸ２に示すように、バンク別ＲＬ制御への切り替えを行う時刻ｔ２において、両バンク２ともに出力が瞬時に変化するため、出力の段差が発生し、運転者が違和感を感じる。
【００２５】
そこで、本発明では、バンク別ＲＬ燃焼への燃焼方式の切り替え前に、各バンクの出力を、切替完了後の出力に近づけておく。これにより、バンク別ＲＬ燃焼への燃焼方式の実際の切り替え時に生じる出力の段差を防止する。
【００２６】
図３に、本発明による燃焼方式切替制御のタイミングチャートを示す。なお、比較のため、図２に示した基本的な燃焼方式切替制御における各バンク２の点火時期及び出力のグラフを破線で示す。
【００２７】
図示のように、本実施形態の制御では、バンク別ＲＬ燃焼状態への実際の切り替え時、即ち時刻ｔ２より前の段階で、リッチ燃焼バンクである右バンク２Ｒの点火時期の遅角量を減らすとともに、リーン燃焼バンクである左バンク２Ｌの点火時期の遅角量を増加させる。リッチ燃焼バンクでは、遅角量を減らすので点火時期はより進角側となり、出力は大きくなる。即ち、バンク別ＲＬ燃焼状態への実際の切り替え前に、リッチ燃焼バンクの出力は、切り替え後の出力に近い値となる。また、リーン燃焼バンクでは、遅角量を増加させるので点火時期はより遅角側となり、出力は小さくなる。即ち、バンク別ＲＬ燃焼状態への実際の切り替え前に、リーン燃焼バンクの出力は、切り替え後の出力に近い値となる。従って、図３中の破線部Ｘ３及びＸ４に示すように、時刻ｔ２におけるバンク別ＲＬ燃焼への実際の切り替え時に各バンクに発生する出力段差をゼロ又は十分に小さくすることができる。なお、上記以外の制御については、図２に示した基本的な燃焼方式切替制御と同様である。
【００２８】
このように、本実施形態では、ストイキ燃焼からバンク別ＲＬ燃焼へ燃焼方式を切り替える場合、実際にＡ／Ｆを変更してバンク別ＲＬ燃焼へと燃焼方式を切り替える以前に、各バンクの出力が、切り替え後の出力と等しく又は十分に近づくように点火時期を制御する。そして、各バンクの出力が、切り替え後の出力と等しく又は十分に近づいた後で、Ａ／Ｆを変更し、バンク別ＲＬ燃焼へ燃焼方式を変更する。よって、バンク別ＲＬ燃焼への切り替え時における出力段差を抑制することができる。
【００２９】
上記の例では、実際にバンク別ＲＬ燃焼へと燃焼方式を切り替える以前に、点火時期の制御により各バンクの出力を調整している。その代わり、Ａ／Ｆを変化させて、各バンクの出力を調整してもよい。但し、その場合には、Ａ／Ｆの変更に伴って、対応する点火時期の変更も必要となる。即ち、Ａ／Ｆと点火時期の両方を制御することにより、各バンクの出力を、燃焼方式切り替え後の出力に近づくように調整してもよい。
【００３０】
次に、燃焼方式の切り替えに伴う、Ａ／Ｆや点火時期以外の制御パラメータの変更について説明する。上記のように、ストイキ燃焼からバンク別ＲＬ制御へ燃焼方式を切り替える際には、切り替え前後でバンク毎に制御パラメータの値が異なる場合がある。ここで、制御パラメータとは、例えば燃料噴射時期、バルブタイミングやバルブリフト量などの可変動弁系の設定、燃料の噴射比率などである。なお、燃料の噴射比率とは、１サイクルに燃料噴射を行う回数（例えば、圧縮行程と吸気行程の２回など）、燃料噴射を行う箇所（例えば、ポート噴射と筒内噴射を同時に行う場合は２カ所など）などにより決まる。
【００３１】
このような場合、本実施形態では、各制御パラメータの値の変更を左右のバンク毎に独立して行う。図４に、各バンクの制御パラメータの値を変更する例を示す。なお、図４は、制御パラメータの値の変化を模式的に示すグラフが追加されている以外は、図３と同様である。右バンクでは、制御パラメータの値を、切り替え後の値まで徐々に低下させている。左バンクでは、制御パラメータの値を、切り替え後の値まで徐々に増加させている。
【００３２】
また、図４に示すように、この制御パラメータの変更は、バンク別ＲＬ燃焼への切り替えの前に、即ちストイキ燃焼を行っている時刻ｔ２までに完了することが好ましい。この理由は以下の通りである。上記の制御パラメータは定常運転状態で最適化されているため、燃料方式の切り替え時（即ち時刻ｔ２）に瞬時に変化させた場合は、噴射燃料の筒内壁面付着量、ポート壁温、筒内温度、吸入空気温度などが安定するまでの間は必ずしも安定的な運転が保証されない場合がある。このため、比較的冗長性の高いストイキ燃焼中に制御パラメータを燃焼方式切り替え後の値に変化させておくことにより、燃焼方式切り替え前後における内燃機関の燃焼を安定させることが可能となる。
【００３３】
なお、この観点から、制御パラメータの値の変更は、燃焼方式の切り替え時までに完了しておればよく、図４に例示するようにストイキ燃焼中に徐々に変化させてもよく、ストイキ燃焼中の特定のタイミングで瞬時に変更してもよい。
【００３４】
図５に、本実施形態による燃料方式切替制御のフローチャートを示す。この制御は、ＥＣＵ２０が予め内部に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
【００３５】
まず、ＥＣＵ２０は、バンク別ＲＬ制御の実行条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１）。図３及び図４の例では、時刻ｔ１でバンク別ＲＬ制御の実行条件が成立している。バンク別ＲＬ制御の実行条件が成立した場合、ＥＣＵ２０はスロットルバルブ１１を制御して、図３に示すようにスロットル開度を増加する（ステップＳ２）。これにより、以後の吸入空気量は徐々に増加する。また、ＥＣＵ２０は、図３に示すように、リッチ燃焼バンクである右バンクの点火時期、及び、リーン燃焼バンクである左バンクの点火時期をそれぞれ遅角側へ変更する（ステップＳ３）。さらに、図４に示すように、ＥＣＵ２０は、制御パラメータの値を、燃焼方式切り替え後の値に変更する（ステップＳ４）。そして、各バンクの出力が燃焼方式切り替え後の出力に等しくなる又は十分に近づくと、時刻ｔ２においてＥＣＵ２０は両バンクのＡ／Ｆを変更し（ステップＳ６）、以後、バンク別ＲＬ燃焼を実行する。
【００３６】
なお、ステップＳ５の判断は、ＥＣＵ２０がＡ／Ｆ、点火時期などに基づいて、現在及び燃焼方式切り替え後の各バンクの出力を計算し、各バンクについて現在の出力が燃料方式切り替え後の出力の所定範囲内となったか否かを判断することにより実行することができる。また、その代わりに、Ａ／Ｆ、点火時期などに基づいて、各バンクの出力が燃料方式切り替え後の出力の所定範囲内になるのに要する時間を予め算出しておき、その時間が経過したときに、各バンクの出力が切り替え後の出力に近づいたと判定することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態による内燃機関の制御装置の概略構成を示す。
【図２】基本的な燃焼方式切替制御のタイミングチャート例である。
【図３】実施形態による燃焼方式切替制御のタイミングチャートである。
【図４】実施形態による燃焼方式切替制御のタイミングチャートである。
【図５】実施形態による燃焼方式切替制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１  内燃機関（エンジン）
２Ｌ、２Ｒ  バンク（気筒群）
３Ｌ、３Ｒ  気筒
４  吸気通路
５  吸気マニホールド
６  排気マニホールド
７Ｌ、７Ｒ  排気通路
８  共通排気通路
１５Ｌ、１５Ｒ  スタート触媒
１６  ＵＦ触媒
【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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