(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
理論空燃比よりもリーン側に設定された限界目標空燃比で内燃機関が運転されるように前記内燃機関の空燃比を制御する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の点火時期を補正する点火時期補正手段と、前記内燃機関の燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合に、前記点火時期補正手段にて点火時期が補正された後に前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が増量補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御する運転状態制御手段と、を備え、
前記運転状態制御手段は、空燃比をリーン側に変化させる必要が生じた場合、前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が減量補正された後に前記点火時期補正手段にて点火時期が進角側に補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御するとともに、点火時期が補正されてから燃料噴射量の補正が開始されるまでの間、及び燃料噴射量が補正されてから点火時期の補正が開始されるまでの間に、処理を所定時間待つ待ち処理を実行し、
点火時期が補正されてから燃料噴射量の補正が開始されるまでの所定時間に比べて、燃料噴射量が補正されてから点火時期の補正が開始されるまでの間の所定時間が長く設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記運転状態制御手段は、空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合、前記点火時期補正手段にて点火時期が遅角側に補正された後に前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が増量補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、理論空燃比よりもリーン側に設定された限界目標空燃比で運転される希薄燃焼内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
希薄燃焼内燃機関の制御装置として、内燃機関の空燃比を現状よりもリーン側若しくはリッチ側に変更する場合、燃料噴射量を変更した後に点火時期を変更するものが知られている（特許文献１）。また、理論空燃比よりもリーン側に設定されたリーン領域からリッチ側に設定されたリッチ領域へ運転状態を切り替える場合に、切り替え前の点火時期を切り替え後所定時間経過するまで維持するようにした制御装置がある（特許文献２）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２１０１６５号公報
【特許文献２】特開平６ー１９３５３９号公報
【特許文献３】国際公開第００／３９４４４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、排気中の有害物質（例えば窒素酸化物）の排出及び内燃機関のトルク変動の増加を抑制できる最適な点火時期は、空燃比がリッチ側に変化するほど遅角側に変化する傾向がある。上述した特許文献の制御装置によれば、燃料噴射量を変えてから点火時期を変更するため、空燃比をリッチ側に変更する過程で点火時期が進角側にずれた過渡的な過進角状態になるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、過渡的な過進角状態を回避して排気中の有害物質の排出を抑制できる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】
本発明の内燃機関の制御装置は、理論空燃比よりもリーン側に設定された限界目標空燃比で内燃機関が運転されるように前記内燃機関の空燃比を制御する内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の点火時期を補正する点火時期補正手段と、前記内燃機関の燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合に、前記点火時期補正手段にて点火時期が補正された後に前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が増量補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御する運転状態制御手段と、を備え、前記運転状態制御手段は、空燃比をリーン側に変化させる必要が生じた場合、前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が減量補正された後に前記点火時期補正手段にて点火時期が進角側に補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御するとともに、点火時期が補正されてから燃料噴射量の補正が開始されるまでの間、及び燃料噴射量が補正されてから点火時期の補正が開始されるまでの間に、処理を所定時間待つ待ち処理を実行し、点火時期が補正されてから燃料噴射量の補正が開始されるまでの所定時間に比べて、燃料噴射量が補正されてから点火時期の補正が開始されるまでの間の所定時間が長く設定されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この発明によれば、空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合には、点火時期が補正された後に燃料噴射量が増量補正されるので、点火時期の過渡的な過進角状態を回避することができ排気中の有害物質の排出を抑制できる。また、空燃比をリーン側に変化させる場合に、燃料噴射量が減量補正された後に点火時期が進角側に補正されるので、リーン側へ空燃比を変化させる過程においても、点火時期の過渡的な過進角状態を回避することができる。更に、空燃比をリッチ側に変化させる場合には、点火時期が補正されてから所定時間経過後に燃料噴射量が増量補正され、空燃比をリーン側に変化させる場合には、燃料噴射量が補正されてから所定時間経過後に点火時期が補正される。しかも、点火時期が補正されてから燃料噴射量の補正が開始されるまでの待ち時間に比べて、燃料噴射量が補正されてから点火時期の補正が開始されるまでの間の待ち時間が長く設定されているので、燃料噴射量の補正に対する応答性が点火時期の補正に対する応答性よりも劣ることをカバーできる。従って、点火時期の過渡的な過進角状態を確実に回避できる。
【０００８】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記運転状態制御手段は、空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合、前記点火時期補正手段にて点火時期が遅角側に補正された後に前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が増量補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御してもよい（請求項２）。この場合、点火時期が遅角側に補正されるので、空燃比をリッチ側に変化させる過程で、より確実に点火時期の過渡的な過進角状態を回避できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、空燃比をリッチ側に変化させる過程で、点火時期が補正された後に燃料噴射量が増量補正されるので、点火時期の過渡的な過進角状態を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は本発明の内燃機関の制御装置を搭載した車両の全体構成を示している。車両１は複数種類の動力源を組み合わせたハイブリッド車両であり、走行用の動力源として直列４気筒の火花点火型ガソリンエンジン（以下単にエンジンという。）３と２つのモータジェネレータ（以下ＭＧと称する。）４、５とを備えている。エンジン３の吸気通路１０には、空気濾過用のエアクリーナ１２、及び空気流量を調整可能なスロットルバルブ１３がそれぞれ設けられ、排気通路１１にはエンジン３の空燃比（Ａ／Ｆ）に対応した信号を出力するＡ／Ｆセンサ１４、排気ガス中の有害成分を浄化する周知の三元触媒１５、１６がそれぞれ設けられている。排気通路１１の上流側の触媒１５は下流側の触媒１６よりも容量が小さく、主として始動時の暖機用の触媒として機能する。エンジン３とＭＧ４、５とはそれぞれの出力軸が動力分割機構６に接続されている。ＭＧ４は固定子４０と回転子４１とを有し三相交流電力で駆動されて主に電動機として機能する。ＭＧ５もＭＧ４と略同様の構成であるが、固定子５０と回転子５１とを有しエンジン３の動力を受けて発電する三相交流発電機として主に機能する。ＭＧ４及びＭＧ５はモータ用制御装置２１を介してバッテリ１８に接続される。モータ用制御装置２１はインバータを備え、インバータはバッテリ１８の直流電流を交流電流に変換してＭＧ４に供給し、ＭＧ５が発電した交流電流を直流電流に変換してバッテリ１８に蓄電する。
【００１３】
動力分割機構６はサンギア６０、リングギア６１、プラネタリギア６２、及びプラネタリキャリア６３を備えた遊星歯車機構であり、プラネタリギア６２はサンギア６０及びリングギア６１のそれぞれと噛み合って、プラネタリキャリア６３に回転自在に連結される。サンギア６０はＭＧ５の回転子５１と一体回転可能に連結され、リングギア６１はＭＧ４の回転子４１と一体回転可能に連結される。プラネタリキャリア６３はエンジン３のクランクシャフト８と連結される。動力分割機構６から取り出された動力は減速機構７を介して駆動輪９に伝達される。
【００１４】
図１の車両１では、主に電動機として機能するＭＧ４とエンジン３とのそれぞれの駆動力配分が制御されてエネルギー効率が最適となるように運転される。例えば、エンジン３の効率が低下する低負荷領域ではエンジン３を停止してＭＧ４の動力のみを利用する運転モードが用いられる。また、エンジン３だけではトルクが不足する場合はＭＧ４によりアシストして駆動輪９を駆動する運転モードが用いられる。更に、バッテリの蓄電量が不足しているときは、エンジン３でＭＧ５を駆動して発電し、その発電した電力を利用してＭＧ４により駆動輪９を駆動する運転モードを用いることもできる。また、エンジン３は、燃費の低減を図るため通常燃焼モードと理論空燃比よりもリーン側に設定された限界目標空燃比で運転される希薄燃焼モードとの間で、運転モードが適宜に切り替えられる。希薄燃焼モードではリーン側に設定された限界目標空燃比で運転されるように空燃比が制御される。
【００１５】
エンジン３やモータ用制御装置２１（ＭＧ４、ＭＧ５）に対する制御は制御装置２０により行われる。制御装置２０はマイクロプロセッサとＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置とを組み合わせたコンピュータとして構成され、種々のセンサの出力信号を参照しつつ所定のプログラムに従ってモータ用制御装置２１によるＭＧ４、５の動作制御、エンジン３の燃料噴射装置（不図示）による燃料噴射の制御、エンジン３の点火装置（不図示）による点火時期の制御等の各種制御を実行する。
【００１６】
制御装置２０が参照するセンサは必要に応じて適宜定めてよいが、本実施形態に関連して参照されるセンサとしては、Ａ／Ｆセンサ１４、エンジン３の機関回転数（回転速度）やクランク角を検出できるクランク位置センサ２３、図示しないがエンジン３の気筒内圧力を検出する燃焼圧センサ、エンジン３の冷却水温を検出できる冷却水温センサ等がある。また、上述した希薄燃焼モードによる運転時に実行される空燃比制御では、エンジン３のトルク変動が考慮されるが、このトルク変動はＭＧ５のトルク反力を検出し、このトルク反力に基づいて算出される。
【００１７】
次に、図２〜図４を参照して制御装置２０がエンジン３に対して行う制御の概要を説明する。図２（ａ）はエンジン３の点火時期に対する窒素酸化物（ＮＯｘ）の関係を示し、図２（ｂ）はエンジン３の点火時期に対するエンジン３のトルク変動量の関係を示している。図２（ａ）及び（ｂ）は、共に同一のＡ／Ｆに対するものである。これらの図から明らかなように、点火時期が早いほど、即ち点火時期が進角側に変化するほどＮＯｘ排出量が増大し、トルク変動が小さくなる。逆に、点火時期が遅いほど、即ち点火時期が遅角側に変化するほどＮＯｘ排出量が減少し、トルク変動が大きくなる。このように、ＮＯｘ排出量とトルク変動量は点火時期の変化に応じて相反する傾向を示すため、ＮＯｘ排出量とトルク変動量の増大をそれぞれ抑制する観点からＡ／Ｆ毎に最適な点火時期Ｔｍを設定できる。本実施形態ではトルク変動量が０．４Ｎｍ以下になるように最適な点火時期ＴｍがＡ／Ｆ毎に設定されている。
【００１８】
図３は最適な点火時期ＴｍとＡ／Ｆとの関係を示している。制御装置２０は希薄燃焼モードにおいて、限界目標空燃比の変化に応じて最適な点火時期Ｔｍとなるように点火時期を補正する。例えば、限界目標空燃比がリッチ側へ変化し、運転状態をａ１１からａ２２へ変化させる際には、制御装置２０はまずＡ／Ｆを維持しつつ点火時期をａ１１からａ１２へ向かって遅角側に補正し、その後Ａ／Ｆをａ１２からａ２２へ向かってリッチ側に補正する。また、限界目標空燃比がリーン側に変化し、運転状態をａ１１からａ３３へ変化させる際には、制御装置２０はまず点火時期を維持しつつＡ／Ｆをａ１１からａ３１へ向かってリーン側に補正し、その後点火時期をａ３１からａ３３に向かって進角側に補正する。このように、運転状態をａ１１からａ２２へ、又はａ１１からａ３３へ変化させる過程で、過進角状態のａ２１やａ１３を避けることができる。そのため過渡的な過進角状態を回避でき、ＮＯｘ排出量の増大を抑制できる。
【００１９】
図４は以上の制御を実現するために制御装置２０が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムは制御装置２０のＲＯＭに格納されており、所定のタイミングで読み出されて繰り返し実行される。まず、ステップＳ１において、エンジン３が希薄燃焼モードによる運転中（リーン運転中）か否かを判定する。リーン運転中でない場合は今回のルーチンを終了する。一方、リーン運転中であるときは、ステップＳ２に進みトルク変動レベルが所定レベルＴｈよりも大きいか否かを判定する。トルク変動はＭＧ５より得たトルク反力に基づいて算出される。所定レベルＴｈは、クランク位置センサ２３の出力に基づいてエンジン３の機関回転数が大きくなるほど大きな値に設定される。
【００２０】
トルク変動のレベルが所定レベルＴｈを超えている場合には、ステップＳ３〜Ｓ５の処理を実行しＡ／Ｆをリッチ側に補正して燃焼の安定化を図る。ステップＳ３では点火時期を遅角側に補正する。この補正値は、Ａ／Ｆの変化量に補正値が対応付けられたマップを制御装置２０のＲＯＭに予め記憶させておき、このマップを参照することで取得できる。次にステップＳ４では待ち処理を行う。制御装置２０はステップＳ３の実行からの経過時間を計測するタイマを有している。このタイマ値が所定時間Ｄ１を超えるまではステップＳ５の処理の開始が規制される。所定時間Ｄ１はエンジン３の負荷（燃料噴射量、機関回転数）によって変化する値であり、負荷が大きいほど点火時期の補正に対する応答性が向上するので、負荷が大きいときほど短い時間に設定される。ステップＳ４において所定時間Ｄ１の経過が判定された場合には、ステップＳ５に進みエンジン３の燃料噴射量を増量補正しステップＳ１に処理を戻す。燃料噴射量の補正値はトルク変動レベルに応じて設定される。
【００２１】
一方、トルク変動レベルが所定レベルＴｈ以下であるときは、エンジン３の燃焼状態が良好と評価できるので、ステップＳ６〜Ｓ８の処理を実行して空燃比を更にリーン側に補正する。ステップＳ６ではエンジン３の燃料噴射量を減量補正する。この補正量は予め定めておいてもよいし、エンジン３の運転状態に応じて変化させてもよい。次にステップＳ７で待ち処理を行う。この所定時間Ｄ２は、燃料噴射量の補正に対する応答性が点火時期の補正に対する応答性よりも劣るため、ステップＳ４の所定時間Ｄ１よりも長く設定される。次に、ステップＳ８で点火時期を進角側に補正し処理をステップＳ１に戻す。
【００２２】
図４の制御によれば、トルク変動レベルに基づいてＡ／Ｆが適宜に補正され、そして点火時期についてもＡ／Ｆに応じた最適な点火時期に補正される。更に、Ａ／Ｆがリッチ側に補正される場合には点火時期が遅角側に補正されてから燃料噴射量が増量補正され、反対に、Ａ／Ｆがリーン側に補正される場合には燃料噴射量が減量補正されてから点火時期が進角側へ補正される。しかも、点火時期の補正後、所定時間Ｄ１経過してから燃料噴射量が補正され、また、燃料噴射量の補正後、所定時間Ｄ２経過してから点火時期が補正される。そして、これらの所定時間Ｄ１、Ｄ２は点火時期の補正に対する応答及び燃料噴射量の補正に対する応答を考慮してそれぞれ設定されている。従って、点火時期の過渡的な過進角状態を確実に回避できる。
【００２３】
図４のルーチンを制御装置２０が実行することにより、制御装置２０が本発明の運転状態制御手段として、図４のステップＳ３又はＳ８を実行することにより制御装置２０が本発明の点火時期補正手段として、図４のステップＳ５又はＳ６を実行することにより制御装置２０が本発明の燃料噴射量補正手段として、それぞれ機能する。また、図４のステップＳ２のトルク変動レベルが所定レベルを超えることが本発明における空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合に相当し、トルク変動レベルが所定レベル以下であることが本発明における空燃比をリーン側に変化させる場合に相当する。
【００２４】
本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態で実施してもよい。以上の形態では、いわゆるハイブリッド車両に搭載される内燃機関の制御装置として本発明を実施したが、本発明は理論空燃比よりもリーン側にＡ／Ｆが制御される内燃機関であれば、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関以外にも適用できる。Ａ／Ｆをリッチ側又はリーン側に変化させる必要性は種々の場合が想定されるので、トルク変動のレベルが所定レベルを超えた場合、又は所定レベル以下である場合に制限されるものではない。
【００２５】
トルク変動レベルを検出する方法は、ＭＧ５のトルク反力に基づくものに制限されるものではなく、例えば燃焼圧センサが検出する圧力変化から推定してもよいし、トルク変動を直接検出できるトルクセンサを設け、このセンサからトルク変動レベルを検出してもよい。
【００２６】
上述した実施形態では、内燃機関の点火時期及び燃料噴射量の補正に関して、内燃機関のトルク変動の増加及び排気中の有害成分の排出が抑制されるように空燃比の変化に応じて点火時期を補正するとともに、内燃機関のトルク変動のレベルに応じて燃料噴射量を補正する形態を説明したが、本発明は点火時期及び燃料噴射量の補正の形態に制限はない。従って、点火時期及び燃料噴射量が何らかの目的で補正される内燃機関であれば、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置を搭載した車両の全体構成を示した図。
【図２】ＮＯｘ排出量及びトルク変動量と点火時期との関係を示した図。
【図３】最適な点火時期とＡ／Ｆとの関係を示した図。
【図４】本発明の実施形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【符号の説明】
【００２８】
３  火花点火型ガソリンエンジン（内燃機関）
２０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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