(57)【要約】【課題】オーバーシュートまたはアンダーシュート時の出力変動を抑える。【解決手段】機関の実際の吸気量を検出する実吸気量検出手段と、機関の出力トルク要求値に応じて予め定めた関係に基づいて目標吸気量を設定する目標吸気量設定手段と、機関出力トルクに影響を与える吸気量以外の制御パラメータ、例えば空燃比または点火時期を変化させることにより機関出力トルクを制御する出力制御手段とを備えていて内燃機関制御装置であって、出力制御手段は、実際の機関出力トルクが出力トルク要求値に近づくように実吸気量と目標吸気量との差に応じて制御パラメータを制御する。内燃機関がさらに過給機（７０）と過給機下流側の排気通路に配置された触媒（１９）と過給機のコンプレッサからの空気の一部を二次空気として触媒に供給する二次空気供給手段（７４）とを具備し、二次空気供給手段によって触媒周りの排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持してもよい。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の実際の吸気量を検出する実吸気量検出手段と、機関の出力トルク要求値に応じて予め定めた関係に基づいて目標吸気量を設定する目標吸気量設定手段と、機関出力トルクに影響を与える吸気量以外の制御パラメータを変化させることにより機関出力トルクを制御する出力制御手段とを備えた内燃機関制御装置であって、
前記出力制御手段は、実際の機関出力トルクが前記出力トルク要求値に近づくように前記実吸気量と前記目標吸気量との差に応じて前記吸気量以外の制御パラメータを制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】
前記制御パラメータが空燃比である請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関が、さらに、排気通路に配置されるタービンと吸気通路に配置されるコンプレッサとを有する過給機と、前記過給機下流側の排気通路に配置された、酸化機能を有する触媒と、前記過給機の前記コンプレッサからの空気の一部を二次空気として前記触媒に供給する二次空気供給手段とを具備しており、
前記二次空気供給手段によって前記触媒まで空気を供給することにより前記触媒周りの排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持するようにした請求項１または２に記載の内燃機関制御装置。
【請求項４】
前記制御パラメータが点火時期である請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項５】
前記点火時期により制御する際に、前記点火時期を遅角限界値とＭＢＴとの間に設定するようにした請求項４に記載の内燃機関制御装置。
【請求項６】
前記遅角限界値を前記内燃機関の燃焼室内における空燃比に応じて定めるようにした請求項５に記載の内燃機関制御装置。
【請求項７】
機関の実際の吸気量を検出する実吸気量検出手段と、機関の出力トルク要求値に応じて予め定めた関係に基づいて目標吸気量を設定する目標吸気量設定手段と、排気通路に配置されるタービンと吸気通路に配置されるコンプレッサとを有する過給機と、機関出力トルクを制御する出力制御手段とを備えた内燃機関制御装置であって、
前記出力制御手段は、実際の機関出力トルクが前記出力トルク要求値に近づくように、燃料噴射量を前記目標吸気量に応じた値に固定するよう制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項８】
さらに、前記内燃機関の点火時期を制御することによって実際の機関出力トルクが前記出力トルク要求値に近づくようにした請求項７に記載の内燃機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、例えば過給機付内燃機関を制御するための内燃機関制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定した所定の空燃比で運転するようにした内燃機関が知られている。
【０００３】
このような内燃機関は燃料の少ないリーン側で燃焼を行うので燃費は良いものの、リーン状態を維持したまま燃料を増やすのは限界があるため、リーン空燃比燃焼を行う出力領域は比較的低い出力領域に限られる。このため、内燃機関で出力を上げるために内燃機関に過給機を設けている。この場合には排気ガスによって過給機のタービンを回転させることにより、吸気通路に配置された過給機のコンプレッサを駆動させ、これにより吸気量を増大させている。従って、吸気量を増大させつつ燃料も増大させることにより、リーン運転を行うことのできる出力範囲を拡大させられる。また、低出力範囲の場合でも過給を行うために電動モータによるアシストが行われている。
【０００４】
リーン側にある所定の空燃比で運転する際には排気ガス中のＨＣ、ＣＯの発生を抑えることができるが、排気通路に設けられた三元触媒によっては窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する）を浄化することができない。このため、排気ガスがリーン雰囲気にあるときにはＮＯｘを吸収、吸着またはその両方により吸蔵すると共にリッチ雰囲気にあるときには吸蔵したＮＯｘを放出（還元）するＮＯｘ吸蔵還元触媒、例えばＮＯｘ触媒を含む触媒コンバータが機関排気系に設けられている。触媒コンバータ内の触媒を活性温度まで迅速に上昇（触媒暖機）させるために始動時にはリッチ運転すると共に、過給機のコンプレッサからの空気の一部を二次空気として触媒コンバータに供給している（例えば、特許文献１参照。）。この場合には、触媒コンバータ内雰囲気を理論空燃比とすることができる。通常は二次空気用ポンプによって二次空気を触媒コンバータに供給しているが、前述した過給機を採用している場合には過給機、特にモータアシスト式過給機をポンプの代わりに使用できる。
【特許文献１】
特公平２−３５８６６号公報（第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常の内燃機関の場合にはスロットル開度を調整することのみによって吸気量を制御することが可能である。しかしながら、前述したような内燃機関の場合には機関回転数が過剰に上昇するのを避けるために、始動時等に過給機によって吸気圧力を上昇させるときにはサージタンク内が負圧になる程度にスロットル開度を調整している。すなわち前述したような内燃機関の場合には、それぞれが別個に変化しうるスロットル開度と過給圧との両方によって吸気量が定まる。特に、前述したように二次空気を触媒コンバータに供給している場合には過給圧は二次空気を供給することによっても変化する。従って、過給圧とスロットル開度との両方が比較的急速に変化する場合には吸気量を制御するのが極めて困難となり、これにより、実際の吸気量が目標吸気量を上回るオーバーシュートまたは目標空気量を下回るアンダーシュートが結果的に発生する。それゆえ、オーバーシュート時には出力が一時的に増大すると共にアンダーシュート時には出力が一時的に低下するという出力の変動が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、オーバーシュートまたはアンダーシュート時における出力の変動を抑えるように内燃機関を制御する内燃機関制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、機関の実際の吸気量を検出する実吸気量検出手段と、機関の出力トルク要求値に応じて予め定めた関係に基づいて目標吸気量を設定する目標吸気量設定手段と、機関出力トルクに影響を与える吸気量以外の制御パラメータを変化させることにより機関出力トルクを制御する出力制御手段とを備えた内燃機関制御装置であって、前記出力制御手段は、実際の機関出力トルクが前記出力トルク要求値に近づくように前記実吸気量と前記目標吸気量との差に応じて前記吸気量以外の制御パラメータを制御することを特徴とする内燃機関制御装置が提供される。
【０００８】
すなわち１番目の発明によって、実際の吸気量が目標吸気量よりも増大して燃料噴射量もこれに応じて増大するオーバーシュート時においては出力が増大するのを妨げるよう制御すると共に実際の吸気量が目標吸気量よりも低減して燃料噴射量もこれに応じて低減するアンダーシュート時においては出力が低減するのを妨げるよう制御することにより、出力変動を抑えることができる。
【０００９】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記制御パラメータが空燃比である。
すなわち２番目の発明によって、オーバーシュート時には燃料噴射量を低減させることにより空燃比をリーン側に移動させると共にアンダーシュート時には燃料噴射量を増大させることにより空燃比をリッチ側に移動させることにより、出力が変動するのを容易に妨げることができる。
【００１０】
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記内燃機関が、さらに、排気通路に配置されるタービンと吸気通路に配置されるコンプレッサとを有する過給機と、前記過給機下流側の排気通路に配置された、酸化機能を有する触媒と、前記過給機の前記コンプレッサからの空気の一部を二次空気として前記触媒に供給する二次空気供給手段とを具備しており、前記二次空気供給手段によって前記触媒まで空気を供給することにより前記触媒周りの排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持するようにした。
すなわち３番目の発明によって、触媒周りの排気ガスの空燃比が理論空燃比となるので、触媒周りの排気ガスの温度を高められ、触媒を活性温度まで容易に上昇させられると共にこれを維持することができる。
【００１１】
４番目の発明によれば、１番目の発明において、前記制御パラメータが点火時期である。
すなわち４番目の発明によって、オーバーシュート時には点火時期を遅角側に移動させると共にアンダーシュート時には点火時期を進角側に移動させることにより、出力が変動するのを容易に妨げることができる。
【００１２】
５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記点火時期により制御する際に、前記点火時期を遅角限界値とＭＢＴとの間に設定するようにした。
すなわち５番目の発明によって、初期設定の点火時期を進角側または遅角側に変更することができる。
【００１３】
６番目の発明によれば、５番目の発明において、前記遅角限界値を前記内燃機関の燃焼室内における空燃比に応じて定めるようにした。
すなわち６番目の発明によって、空燃比がリーン側に在る場合には遅角限界値を低く設定すると共にリッチ側に在る場合には遅角限界値を高く設定することにより、安定した燃焼を行うことができる。
【００１４】
７番目の発明によれば、機関の実際の吸気量を検出する実吸気量検出手段と、機関の出力トルク要求値に応じて予め定めた関係に基づいて目標吸気量を設定する目標吸気量設定手段と、排気通路に配置されるタービンと吸気通路に配置されるコンプレッサとを有する過給機と、機関出力トルクを制御する出力制御手段とを備えた内燃機関制御装置であって、前記出力制御手段は、実際の機関出力トルクが前記出力トルク要求値に近づくように、燃料噴射量を前記目標吸気量に応じた値に固定するよう制御することを特徴とする内燃機関制御装置が提供される。
【００１５】
すなわち７番目の発明によって、実際の吸気量が目標吸気量よりも増大するオーバーシュート時においても燃料噴射量を目標吸気量に応じた値に固定するようにすることにより、増大した吸気量に応じて燃料噴射量を増大させたときよりも出力を低くする。同様に実際の吸気量が目標吸気量よりも低減するアンダーシュート時においても燃料噴射量を目標吸気量に応じた値に固定することにより、低減した吸気量に応じて燃料噴射量を低減させたときよりも出力を高くする。これにより、オーバーシュートおよびアンダーシュート時に出力が変動するのを結果的に妨げることができる。
【００１６】
８番目の発明によれば、７番目の発明において、さらに、前記内燃機関の点火時期を制御することによって実際の機関出力トルクが前記出力トルク要求値に近づくようにした。
すなわち８番目の発明によって、出力が変動するのをさらに妨げることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明を適用する４ストローク圧縮着火式内燃機関を示している。
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３Ａを介してインタークーラ７５に連結されており、インタークーラ７５は枝管７３を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ７０のコンプレッサ７１の出口部に連結される。コンプレッサ７１の入口部は空気吸込管１３Ｂを介してエアクリーナ１４に連結され、空気吸込管１３Ｂ内にはステップモータ１５により駆動されるスロットル弁１６が配置される。排気ターボチャージャ７０は図示しないモータにより駆動可能な電動ターボでありうる。
【００１８】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１７および排気管１８Ａを介して排気ターボチャージャ７０の排気タービン７２の入口部に連結され、排気タービン７２の出口部は排気管１８Ｂを介して触媒１９を内蔵した触媒コンバータ２０に連結される。排気管１８Ｂ内には空燃比センサ２１が配置される。さらに図示されるように、吸気ダクト１３Ａから延びる別の枝管７４が排気ガスの流れに対して触媒コンバータ２０の上流に接続されており、これによりコンプレッサからの空気の一部を二次空気として触媒コンバータ２０に供給できる。この枝管７４にはエアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）７６が設けられている。
【００１９】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２５を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２６に連結される。このコモンレール２６内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２７から燃料が供給され、コモンレール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２６にはコモンレール２６内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２８が取付けられ、燃料圧センサ２８の出力信号に基づいてコモンレール２６内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２７の吐出量が制御される。
【００２０】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。空燃比センサ２１の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力され、燃料圧センサ２８の出力信号も対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。機関本体１には機関冷却水温を検出するための温度センサ２９が取付けられ、この温度センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、少なくとも一つの吸気枝管１１内には吸入空気の温度を検出するための温度センサ４４が取付けられ、この温度センサ４４の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、触媒１９上流の排気通路内には触媒１９に流入する排気ガスの酸素濃度を検出するためのＯ２  センサ４５が配置され、触媒１９下流の排気通路内には触媒１９から流出した排気ガスの酸素濃度を検出するためのＯ２  センサ４６が配置される。これらＯ２  センサ４５，４６の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２１】
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。更に入力ポート３５には車速を表わす車速センサ４３の出力パルスが入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、電気モータ１５、燃料ポンプ２７およびＡＳＶ７６に接続される。
【００２２】
触媒１９としては例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いることができる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は燃焼室５内における平均空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、燃焼室５内における平均空燃比がリッチになるとＮＯｘを放出する機能を有する。このＮＯｘ吸蔵還元触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。
【００２３】
図２は、このような内燃機関において加速を行う場合の状態を示す図である。図２に示されるように、はじめに時刻ｔ０においてアクセルペダルを踏み込むと、内燃機関の吸気側に位置するスロットル弁がわずかに遅れて開くようになる。これによって吸気量が高まり、また燃料もこれに応じて多量に噴射されるので、結果的に多量の排気ガスが排出されるようになる。前述したように過給機が設けられているので、発生した多量の排気ガスによって過給機の排気タービンが通常よりも高速で回転するようになり、これにより過給圧力がさらに高まる。従って、図２において実線で示す吸気量は点線で示す目標吸気量を上回るようになる。図示されるように過給圧力がピークとなる時刻ｔ１において電動式過給機のタービン回転数を低下するよう制御する。このとき吸気量は小ピークＡとなる。時刻ｔ１以降は過給圧力は徐々に低下するものの、吸気量はその後も増大を続ける。次いで時刻ｔ２においてスロットル開度が閉側に作用し、スロットル開度は点線で示す見込み制御値を下回るようになる。従って、吸気量は時刻ｔ２におけるピークから大幅に減少し、点線で示す目標吸気量に近づくようになる。従って、図示されるように実際の空気量が目標吸気量を大幅に上回ってから下降するオーバーシュートが生じている。燃料噴射量は機関吸気量に応じて定まるので、オーバーシュートによって実際の空気量が目標吸気量を上回る場合には燃料噴射量も増大され、出力が上昇するという出力の変動が生じる。
【００２４】
図３は、このような内燃機関において加速を行う場合の状態を示す別の図である。同様に時刻ｔ０においてアクセルペダルを踏み込むと、内燃機関の吸気側に位置するスロットル弁がわずかに遅れて開くようになる。この場合には実線で示す実際の吸気量が点線で示す目標吸気量を下回るようになる。次いで時刻ｔ４においてスロットル開度が開側に作用し、スロットル開度は点線で示す見込み制御値を上回るようになる。従って、実際の吸気量は時刻ｔ４から徐々に増加するようになり、最終的に目標吸気量に近づくようになる。それゆえ、この場合には実際の空気量が目標吸気量を下回ってからこれに近づくアンダーシュートが生じている。燃料噴射量は機関吸気量に応じて定まるので、アンダーシュートによって実際の空気量が目標吸気量を下回る場合には燃料噴射量も低減され、出力が低下するという出力の変動が生じる。
【００２５】
図４は本発明の第一の実施形態に基づく内燃機関制御装置を説明するフローチャートである。本発明の内燃機関制御装置はアイドル状態からの加速時に行われるものである。はじめにステップ１０１において加速時における目標吸気量を算出する。ステップ１０１においては図１に示すアクセルペダル４０に接続された負荷センサ４１より検出されるアクセル踏み込み量、クランク角センサ４２から検出される機関回転速度Ｎ、車速センサ４３から検出される車速、温度センサ２９から検出される機関水温などに基づいて操作者の要求する目標トルク（目標出力）が算出され、次いでこの目標トルクより目標吸気量が算出される。次いでステップ１０２において実際の吸気量を算出する。ステップ１０２においては例えばサージタンク１２に設けられた圧力センサ（図示しない）により計測されたサージタンク１２内の圧力と前述した機関回転速度Ｎから実際の吸気量が算出される。ここで、実際の吸気量はエアクリーナ１４とコンプレッサ７１との間に設けられたエアフロメータ（図示しない）により計測することも考えられる。しかしながら、枝管７４を配置する場合にはエアフロメータで計測した後の空気の一部が枝管７４に流れ、正確な吸気量が得られないので、サージタンク１２内の圧力と機関回転速度とから実際の吸気量を算出するのが好ましい。当然のことながら、ステップ１０１、１０２の順番を変更することもできる。
【００２６】
次いでステップ１０３においてはステップ１０１で算出した目標吸気量とステップ１０２で算出した実際の吸気量との間の差Ｘ（Ｘ＝（実際の吸気量）−（目標吸気量））を求め、この差Ｘが所定の値ａ、ｂ（ａ＜ｂ）の間に存在するか否か（ａ≦Ｘ≦ｂ）が判断される。ここで所定の値ａは通常の運転状態にあると判断される差Ｘの下限値であり、所定の値ｂは通常の運転状態にあると判断される差Ｘの上限値である。そして、Ｘが所定の値ａ、ｂの間に存在する場合（ＹＥＳ）には、許容範囲であってオーバーシュートまたはアンダーシュートのいずれにも該当しないと判断してステップを終了する。一方、Ｘが所定の値ａ、ｂの間に存在しない場合（ＮＯ）には、ステップ１０４において、さらに、Ｘが所定の値ｂより大きいか否か（Ｘ＞ｂ）が判断される。
【００２７】
ステップ１０４においてＸ＞ｂである場合（ＹＥＳ）には、オーバーシュートが生じていると判断されてステップ１０５においてオーバーシュートに基づく出力変動を抑えるよう処理される。なお、前述したようにオーバーシュートが生じた場合には増大した吸気量（Ｘに相当しうる）に応じた分だけ、燃料噴射量が増大されるので、燃焼室５内の空燃比は所定の空燃比に維持されている。従って、この場合には燃料を増量した分だけ出力が増大する出力変動が生じている。
【００２８】
本実施形態においてはオーバーシュートが生じたと判断された場合に、燃料噴射量を低減するようにしている。図５（ａ）は燃料噴射量のマップを示す図である。オーバーシュート時に採用される燃料噴射量が図５（ａ）に示されるように実際の空気量と目標空気量との間の差Ｘと機関回転数Ｙと機関負荷Ｚとの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。図５（ａ）においては一つのマップのみを例示しているが、変更される加速度に応じて異なる複数のマップがＲＯＭ３２内に予め記憶されている。同様に、後述するアンダーシュートの際に使用される複数の別のマップもＲＯＭ３２内に予め記憶されている。
【００２９】
本実施形態においてはオーバーシュート時にステップ１０５において、図５（ａ）に示されるようなマップから選択した新たな燃料噴射量になるように燃料噴射量が低減され、次いでこのルーチンを終了する。これにより、燃焼室５内の空燃比がリーン側にシフトするようになる。そして、燃料を低減することによって機関の出力も低下し、これにより、出力変動を抑えることができる。
【００３０】
一方、ステップ１０４においてＸ＞ｂでない場合（ＮＯ）、すなわちＸ＜ａである場合はステップ１０６に進んで処理が継続される。すなわちステップ１０４においてアンダーシュートが生じていると判断された場合には、ステップ１０６においてアンダーシュートに基づく出力変動を抑えるよう処理される。なお、前述したようにアンダーシュートが生じた場合には減少した吸気量（Ｘに相当しうる、この場合のＸは負の値）に応じた分だけ、燃料噴射量が低減されるので、燃焼室５内の空燃比は所定の空燃比に維持されている。従って、この場合には燃料を減少した分だけ出力も低減させる出力変動が生じている。
【００３１】
本実施形態においてはアンダーシュートが生じたと判断された場合に、燃料噴射量を増大するようにしている。図５（ａ）を参照して前述したように、実際の空気量と目標空気量との間の差Ｘと機関回転数Ｙと機関負荷Ｚとの関数としてのＲＯＭ３２内に記憶されたアンダーシュート用のマップを使用する。
【００３２】
本実施形態においてはアンダーシュート時にステップ１０６において、図５（ａ）に示されるようなマップから選択した新たな燃料噴射量になるように燃料噴射量が増大され、次いでこのルーチンを終了する。これにより、燃焼室５内の空燃比がリッチ側にシフトするようになる。そして、燃料を増大することによって機関の出力も増大し、これにより、出力変動を抑えることができる。
【００３３】
図６は図４に示す実施形態に類似する他の実施形態に基づく内燃機関制御装置を説明するフローチャートである。図６のステップ１１１からステップ１１６については、図４に示すステップ１０１からステップ１０６と同様であるので説明を省略する。図１に示すような内燃機関においては、過給機７０のコンプレッサ７１からの空気の一部を枝管７４に通して触媒コンバータ２０の上流まで供給することにより、触媒コンバータ２０内の空燃比を理論空燃比に維持するようになっている。しかしながら、図４のステップ１０５、１０６に示すように燃料噴射量を増減する場合には触媒コンバータ２０内の空燃比が当然に変化する。すなわち、触媒コンバータ２０内の空燃比はオーバーシュート時にはリーン側にシフトすると共にアンダーシュート時にはリッチ側にシフトする。従って、この場合には触媒コンバータ２０内の空燃比を理論空燃比に維持することができず、触媒温度を活性温度まで迅速に上昇させるのが困難となる。このことを妨げるために、図６に示すステップ１１７およびステップ１１８において枝管７４に流れる空気量を調整するようにしている。
【００３４】
はじめにオーバーシュート時について説明する。前述したようにステップ１１５において燃料噴射量の低減により燃焼室５内の空燃比をリーン側にシフトすることによって、出力が増大しないようにする。次いで、ステップ１１７において以下の式より、枝管７４を通って触媒コンバータ２０に流れる空気量についての補正量（以下、「ＡＩ補正量」と称する）を算出する。
【００３５】
（ＡＩ補正量）＝（機関吸入空気量）×（空燃比補正量）／（理論空燃比）
【００３６】
ここで「ＡＩ補正量」はコンプレッサ７１から枝管７４を通って触媒コンバータ２０の上流まで供給される空気の補正量（ｇ／ｓ）であり、枝管７４に設けられたＡＳＶ７６によって調整する。「機関吸入空気量」は機関に吸入された空気量であり、枝管７４を通る空気量に基づく誤差を排除するために、サージタンク１２に設けられた圧力センサ（図示しない）からの圧力および前述した機関回転速度Ｎから算出される。「空燃比補正量」はステップ１１５においてリーン側にシフトした空燃比のシフト量である。次いで「理論空燃比」は理論上燃料と酸素とが完全燃焼物に転じるときの空燃比であり、燃料の種類に応じて異なるものの概ね１４．５から１５．０の範囲にありうる。
【００３７】
ステップ１１７において前述した式よりＡＩ補正量を算出し、次いでステップ１１９において枝管７４を通る空気量をＡＳＶ７６によってこのＡＩ補正量に基づいて調整する。オーバーシュート時にはＡＩ補正量に基づいて、ステップ１１９において枝管７４を通って触媒コンバータ２０上流に供給される空気量が低減されるように調整され、次いでこのルーチンを終了する。これにより、触媒コンバータ２０内の空燃比が理論空燃比になるように維持され、従って、触媒温度を活性温度まで迅速に上昇させられるようになる。
【００３８】
同様にアンダーシュート時においてもステップ１１６において空燃比をリッチ側にシフトした後に、ステップ１１８においてＡＩ補正量が算出される。次いでステップ１２０において枝管７４を通って触媒コンバータ２０上流に供給される空気量が増大するように調整され、次いでこのルーチンを終了する。これにより、触媒コンバータ２０内の空燃比が理論空燃比になるように維持され、従って、触媒温度を活性温度まで迅速に上昇させられるようになる。
【００３９】
図６に示す実施形態の場合にステップ１１９およびステップ１２０においてＡＩ量を変更しているが、触媒コンバータ２０内における実際の空燃比が理論空燃比とは異なる可能性がある。従って、これらステップ１１９、１２０においてＡＩ量（触媒コンバータ２０に供給される空気量）を変更した後に、触媒コンバータ２０内における実際の空燃比に基づいてＡＩ量をさらに変更するようにしてもよい。すなわち、ステップ１１９またはステップ１２０の後に、Ｏ２  センサ４６で検出した酸素濃度に基づいて触媒コンバータ２０内の実際の空燃比を概算する。次いで、この実際の空燃比が理論空燃比からずれていた場合には、実際の空燃比が理論空燃比となるようにＡＳＶ７６によってＡＩ量をさらに変更する。これにより、触媒コンバータ２０内の空燃比を理論空燃比に確実に近づけることができる。この場合、ステップ１１９またはステップ１２０においてＡＩ量をおおまかに変更した後に実際の空燃比に基づいてＡＩ量を変更しているので、触媒コンバータ２０内の空燃比を迅速かつ精密に調整することができる。
【００４０】
図７は本発明の第二の実施形態に基づく内燃機関制御装置を説明するフローチャートである。図７のステップ１２１からステップ１２４については、図４に示すステップ１０１からステップ１０４と同様であるので説明を省略する。図８は図７に示す実施形態における点火時期を説明するための図である。図７に示す実施形態のステップ１２４においてＸ＞ｂ（ＹＥＳ）、すなわちオーバーシュートであると判断された場合には、ステップ１２５に進む。ステップ１２５においては点火時期を遅角側に移動させ、次いでこのルーチンを終了する。図５（ｂ）は点火時期のマップを示す図である。オーバーシュートであると判断された場合の点火時期が図５（ｂ）に示されるように実際の空気量と目標空気量との間の差Ｘと機関回転数Ｙと機関負荷Ｚとの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。図５（ｂ）においては一つのマップのみを例示しているが、変更される加速度に応じて異なる複数のマップがＲＯＭ３２内に予め記憶されている。同様に、後述するアンダーシュートの際に使用される複数の別のマップもＲＯＭ３２内に予め記憶されている。
【００４１】
本実施形態においてはオーバーシュート時にステップ１２５において、図５（ｂ）に示されるようなマップから選択した新たな点火時期になるように点火時期が変更される。図８に示されるように内燃機関の出力特性は点火時期に応じて変化し、点火時期を遅角限界値から進角側に移動させると、出力は上昇し、次いで下降する。この出力特性曲線の頂点付近は比較的平坦となっており、点火時期を進角側に移動させた際にこの平坦部分に至る直前の点火時期をＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）と呼ぶ。図８から分かるように、オーバーシュート時には出力が増大するものの、点火時期を遅角側に変更することによって出力が低下するように制御することができる。また、点火時期を遅角側に移動させることにより排気温度が上昇するので触媒コンバータ２０内の触媒１９の温度を活性温度まで迅速に上昇させることができる。
【００４２】
一方、ステップ１２４においてＸ＞ｂでない場合（ＮＯ）、すなわちアンダーシュートが生じていると判断された場合には、ステップ１２６においてアンダーシュートに基づく出力変動を抑えるよう処理され、次いでこのルーチンを終了する。この場合には図５（ｂ）に示すのと同様なアンダーシュート用のマップより得られた新たな点火時期になるように点火時期を進角側に変更する。従って、アンダーシュート時には出力が低下するものの、点火時期を進角側に変更することによって出力が増大するように制御することができる（図８を参照されたい）。
【００４３】
図７に示す実施形態においてはオーバーシュート時およびアンダーシュート時において初期の点火時期を遅角側または進角側にそれぞれ移動させている。従って、点火時期を遅角側および進角側の両方に移動させられるように、初期の点火時期を設定する必要がある。従って、図７に示すステップ１２５およびステップ１２６において初期の点火時期を移動させる際に初期の点火時期を図８に示されるようにＭＢＴと遅角限界値との間の領域Ｚの範囲内に設定する。すなわち下限である遅角限界値および上限である進角限界値の両方を越えることがないように、初期の点火時期を領域Ｚ内に設定するのが好ましい。特に、初期の点火時期を遅角限界値とＭＢＴとの間のほぼ中間位置に設定するのが好ましい。この場合には点火時期を遅角側および進角側に比較的広範囲に移動させられるので、比較的大きなオーバーシュートまたはアンダーシュートが生じた場合であっても対処することが可能となる。また、初期の点火時期をＭＢＴと進角側限界値との間に設定することも可能であるが、この場合にはノッキングが発生しうるので、初期の点火時期を遅角側限界値とＭＢＴとの間に設定するのが好ましい。
【００４４】
図９は空燃比と点火時期遅角限界値との関係を示す図である。図９に示されるように点火時期の遅角限界値はＸ軸の空燃比Ａ／Ｆの値に応じて異なっており、遅角限界値は空燃比がリッチ側にあるときは大きくてリーン側に向かって次第に小さくなる。そして、図示されるような遅角量が遅角限界値よりも小さい領域Ｉでは燃焼室５における燃焼が安定しているが、遅角量が遅角限界値を越える領域ＩＩでは燃焼は不安定になる。それゆえ、遅角限界値を燃焼室の空燃比に応じた値に設定するのが好ましい。すなわち、例えば空燃比がリッチ側の或る値Ａ１である場合には比較的大きい遅角限界値Ｂ１を採用する一方で、空燃比がリーン側の或る値Ａ２である場合には比較的小さい遅角限界値Ｂ２を採用する。これにより、空燃比が異なる場合であっても燃焼を安定させつつ、出力変動を抑えることができる。
【００４５】
図１０は本発明のさらに別の実施形態に基づく内燃機関制御装置を説明するフローチャートである。図１０のステップ１３１からステップ１３３については、図４に示すステップ１０１からステップ１０３と同様であるので説明を省略する。前述した実施形態においては燃料噴射量はオーバーシュート時には増大されると共にアンダーシュート時には低減されている。これに対し、本実施形態においてステップ１３３で実際の空気量と目標空気量との間の差が所定の範囲内（ａ≦Ｘ≦ｂ）に存在しないと判断された場合（ＮＯ）には、ステップ１３４において燃料噴射量はステップ１３１で算出された目標吸気量に応じた値に固定され、次いでこのルーチンを終了する。すなわち、本実施形態においては吸気量の増減を伴うオーバーシュートまたはアンダーシュートが生じた場合でも、吸気量の増減に応じて燃料を増減させることはない。従って、オーバーシュート時には空燃比はリーン側にシフトするものの、出力が増大するのを妨げることができ、アンダーシュート時には空燃比はリッチ側にシフトするものの出力が低下するのを避けることができ、結果的に出力の変動を抑えることができる。
【００４６】
次いで、例えばオーバーシュート時には出力が増大しないために過給機７０のタービン回転数も低下し、これによってコンプレッサ７１からの吸気量も低下する。従って、空燃比は一時的にリーン側にシフトするものの、吸気量の低下に伴って次第に或る空燃比に帰結することとなる。同様に、アンダーシュート時においては空燃比が一時的にリッチ側にシフトするものの、吸気量の増加に伴って次第に或る空燃比に帰結することとなる。最終的に落ち着いた空燃比における出力が目標の出力とは異なる場合には、図８に示すようなトルクと点火時期との関係に基づいて、目標の出力となるように点火時期を遅角側または進角側に移動させる。これにより、オーバーシュートまたはアンダーシュート時における出力の変動をさらに抑えることができる。
【００４７】
当然のことながら、前述した実施形態のいくつかを組み合わせることは本発明の範囲に含まれる。
【００４８】
【発明の効果】
１番目に記載の発明によれば、吸気量以外の制御パラメータを制御することによってオーバーシュートまたはアンダーシュート時における出力変動を抑えることができるという効果を奏しうる。
さらに、２番目の発明によれば、制御パラメータとして空燃比を採用することにより出力変動を容易に抑えることができるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、触媒周りの排気ガスの温度を高められ、触媒を該触媒の活性温度に維持することができるという効果を奏しうる。
【００４９】
さらに、４番目の発明によれば、制御パラメータとして点火時期を採用することにより出力変動を容易に抑えることができるという効果を奏しうる。
さらに、５番目の発明によれば、初期設定の点火時期を進角側または遅角側に変更することができるという効果を奏しうる。
さらに、６番目の発明によれば、安定した燃焼を行うことができるという効果を奏しうる。
【００５０】
さらに、７番目の発明によれば、燃料噴射量を固定することにより出力が変動するのを結果的に抑えることができるという効果を奏しうる。
さらに、８番目の発明によれば、出力が変動するのをさらに妨げることができるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する４ストローク圧縮着火式内燃機関を示している。
【図２】内燃機関において加速を行う場合の状態を示す図である。
【図３】内燃機関において加速を行う場合の状態を示す別の図である。
【図４】第一の実施形態に基づく内燃機関制御装置を説明するフローチャートである。
【図５】（ａ）燃料噴射量のマップを示す図である。
（ｂ）点火時期のマップを示す図である。
【図６】図４に示す実施形態に類似する他の実施形態に基づく内燃機関制御装置を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第二の実施形態に基づく内燃機関制御装置を説明するフローチャートである。
【図８】図７に示す実施形態における点火時期を説明するための図である。
【図９】空燃比と点火時期遅角限界値との関係を示す図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態に基づく内燃機関制御装置を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁
１３Ｂ…空気吸込管
１６…スロットル弁
１８Ｂ…排気管
１９…触媒
２０…触媒コンバータ
７０…過給機
７１…コンプレッサ
７２…排気タービン
７４…枝管
７６…エアスイッチングバルブ
【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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