(57)【要約】【課題】空燃比切換時の機関出力トルク変動と排気性状の悪化を防止する。【解決手段】過給リーンバーンエンジン１の排気管１５にＮＯＸ吸蔵還元触媒１７を配置し排気浄化を行う。機関の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の吸蔵したＮＯＸを還元浄化するために、エンジンの運転空燃比を短時間リーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク操作を行う際に、リッチスパイクからリーン空燃比運転への復帰時に空燃比切り換えによる出力トルク変動を防止するために、空燃比切り換え開始から機関吸入空気量が所定値に到達するまで期間を理論空燃比で運転するとともに、必要に応じて点火時期を遅角する。【選択図】      図１
2005069029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関運転中に、運転空燃比を理論空燃比または所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比との間で切り換える内燃機関の制御装置であって、
前記空燃比切り換え時に機関吸入空気量を調節して切り換え後の空燃比における機関駆動力を調節し、
前記空燃比切り換え開始時から吸入空気量が予め定めた値に到達するまでの間、機関を理論空燃比で運転することにより空燃比切り換え時の機関出力変動を防止する、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
リッチ空燃比または理論空燃比からリーン空燃比への前記空燃比切り換え時の前記理論空燃比運転時に、機関吸入空気量が前記予め定めた値より小さい所定値以上になったときに更に機関点火時期の遅角を行う、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記機関は機関出力軸の回転を補助する電動アシストモーターと、該アシストモーターに電力を供給する蓄電池とを備え、
更に、蓄電池の充電量が予め定めた値以上の場合には、前記空燃比切り換え時に前記理論空燃比運転を行わず、前記電動アシストモーターにより機関出力軸の回転捕補助を行うとともに空燃比を直ちに切り換え後の空燃比に切り換え、前記蓄電池の充電量が前記予め定めた値以下の場合には、前記空燃比切り換え時に前記理論空燃比運転を行う、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳細には機関運転中に運転空燃比の切り換えを行う内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リーン空燃比の混合気での運転を行う内燃機関（リーンバーンエンジン）では、運転の大部分の運転領域でリーン空燃比の運転が行われる。また、リーン空燃比運転領域を拡大する目的で過給機を設けた過給リーンバーンエンジンでは、高負荷運転時にもリーン空燃比運転が可能となる。このため、過給リーンバーンエンジンでは、リーン空燃比混合気では燃焼が不安定になりやすい一部の軽負荷領域で理論空燃比混合気で運転を行う以外はほぼ全運転領域でリーン空燃比運転が行われる。このため、例えば軽負荷領域（理論空燃比運転領域）から加速のために機関負荷が増大したような場合等、機関運転中に理論空燃比からリーン空燃比への切り換えが生じる場合がある。
【０００３】
また、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸収または吸着により吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になったときに、排気中のＣＯ等の還元成分やＨＣ成分などにより吸蔵したＮＯＸを還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を排気浄化触媒として用いる場合には、リーン空燃比運転中にＮＯＸ吸蔵還元触媒が吸蔵したＮＯＸの量が増大する毎に運転空燃比を短時間リッチ空燃比に切り換えて運転を行い、ＮＯＸ吸蔵還元触媒にリッチ空燃比の排気を供給して触媒が吸蔵したＮＯＸを還元浄化するリッチスパイク操作を行う必要がある。
【０００４】
このため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒を排気浄化触媒として用いるリーンバーンエンジンではリッチスパイク操作実行毎に比較的頻繁に理論空燃比またはリッチ空燃比とリーン空燃比との間で運転空燃比の切り換えが行われる。
ところが、過給リーンバーンエンジンの場合、自然吸気の場合に較べて空燃比の切り換え時、特にリッチまたは理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時に機関出力トルクの変動が大きくなる問題が生じる。
【０００５】
機関出力トルクは燃焼室内で燃焼する燃料量により定まる。このため、加速時にリッチまたは理論空燃比からリーン空燃比に切り換える場合、機関出力トルクの変動を防止するためには（すなわち、燃料量を同一に維持するためには）、空燃比をリーンにするために大幅に機関の吸入空気量を増大する必要がある。また、理論空燃比運転領域からの加速などでは、燃料量を増大する必要があることから更に大幅に機関の吸入空気量を増大する必要がある。
【０００６】
このため、リーン空燃比への切り換え時にはスロットル弁開度は大きく増大する。ところが、過給リーンバーンエンジンでは、通常のスロットル弁開度変化に対する吸入空気量増大の応答遅れに加えて、過給圧の上昇遅れによるいわゆるターボラグのために吸入空気量増大の遅れが生じる。機関への燃料供給量は吸入空気量と空燃比とに応じて定まる。ところが、リーン空燃比への切り換え時には吸入空気量が切り換え後の目標値に到達するまでの間は機関への燃料供給量は実際の吸入空気量に対して空燃比をリーンに維持する量に制御されるため、切り換え後、吸入空気量が目標値に到達するまでは燃料供給量は切り換え前に較べて減少することになる。
【０００７】
このため、空燃比切り換え後には一時的に機関出力トルクが低下してしまい、車両搭載機関などでは車両加速性能の悪化、駆動力の変動などが生じ運転性能が悪化する問題がある。
機関出力トルクの不足を補う方法としては、例えばハイブリッド車などのように電動モーターとエンジンとの両方で車両を駆動することが可能な機関の場合には、機関出力トルクが不足するときに機関に加えて電動モーターを作動させて機関出力の不足を補うモーターアシスト運転が有効である。
【０００８】
ところが、ハイブリッド車両においても電動モーターに電力を供給する蓄電池（バッテリー）の充電量（ＳＯＣ）が低下するとモーターを運転することができなくなり、モーターアシスト運転を行うことはできなくなる。
リーンバーンエンジンに関するものではないが、ハイブリッド車両におけるＳＯＣ低下時にモーターアシスト運転ができなくなる問題の対策としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
【０００９】
特許文献１では、例えばハイブリッド車輌において、エンジンのみの走行、エンジンとモーターと両方での走行（モーターアシスト）、モーターのみの走行、エンジン走行時の充電、等の各運転モードにおいて、アクセル操作量などの運転条件が同じであれば車両の駆動力が常に一定になるように制御する場合に、ＳＯＣが低下してモーターアシストを行えない場合に、電子制御スロットル弁の特性や変速機の変速特性を変更することにより車輌の駆動力を常にほぼ一定に維持する制御装置を開示している。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−３７７６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１のように電子制御スロットル弁の特性や変速機の変速特性の変更などでは、比較的小さな駆動力増大しか得ることができない。このため、リーンバーンエンジン、特に過給リーンバーンエンジンにおけるリッチまたは理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時などのように、比較的急激かつ大幅なトルク変動を補うことはできず、バッテリーＳＯＣ低下等でモーターアシストを使用できない場合には車輌の運転性の低下を招く問題が生じてしまう。
【００１２】
ところで、実際にはリッチまたは理論空燃比からリーン空燃比に空燃比を切り換える際に、機関への燃料供給量が大きく変化しないように、吸入空気量の変化速度に合わせて目標空燃比を徐々に変化させれば、空燃比切り換えに伴う機関出力トルクの変動を小さくすることは可能である。
ところが、このように徐々に機関空燃比を変化させた場合には、機関空燃比はリッチまたは理論空燃比から切り換え後の目標リーン空燃比に至る間に中間の空燃比にとどまる時間が長くなる問題がある。排気浄化触媒としてＮＯＸ吸蔵還元触媒を使用している場合には、リーン空燃比では排気中のＮＯＸを吸収するが、実際には触媒のＮＯＸ吸蔵量が増大すると触媒のＮＯＸ吸蔵能力は低下する。このため、触媒のＮＯＸ吸蔵量が増大すると、理論空燃比に比較的近いリーン空燃比（例えば空燃比で１５から２０程度の、いわゆる弱リーン領域）の雰囲気では、機関のＮＯＸ排出量が増大するためにＮＯＸ吸蔵還元触媒からＮＯＸが浄化されないまま放出される場合がある。通常、リーン空燃比運転では目標空燃比は２０以上のいわゆる強リーン空燃比とされているが、リッチまたは理論空燃比からリーン空燃比への空燃比切り換え時にこの弱リーン空燃比領域にとどまる時間が長くなると、それだけ大気に放出されるＮＯＸ量が増大する可能性があるため、好ましくない。
【００１３】
従って、空燃比切り換え時にはできるだけ空燃比が弱リーン空燃比領域にとどまることを避ける必要があり、空燃比を徐々に変化させて機関出力トルクの変動抑制する対応策は採用することができない。
本発明は、上記問題に鑑み、リーンバーンエンジンでの空燃比の切り換え、特にリッチまたは理論空燃比からリーン空燃比への切り換えの際に機関出力トルクの低下を防止し、車輌の運転性の低下を生じることを防止するとともに、排気空燃比が弱リーン空燃比領域にとどまる時間を短縮して空燃比切り換えによる排気性状の悪化を防止可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、機関運転中に、運転空燃比を理論空燃比または所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比との間で切り換える内燃機関の制御装置であって、前記空燃比切り換え時に機関吸入空気量を調節して切り換え後の空燃比における機関駆動力を調節し、前記空燃比切り換え開始時から吸入空気量が予め定めた値に到達するまでの間、機関を理論空燃比で運転することにより空燃比切り換え時の機関出力変動を防止する、内燃機関の制御装置が提供される。
【００１５】
すなわち、請求項１の発明では、空燃比切り換え時に切り換え開始と同時に機関空燃比が切り換え後の目標空燃比（例えば、強リーン空燃比）になるように機関への燃料供給量を制御するのではなく、切り換え初期の機関吸入空気量が充分に増大していない間は機関空燃比が理論空燃比になるように機関への燃料供給量を制御する。これにより、空燃比切り換え時の機関出力トルクの低下が抑制される。
【００１６】
また、本発明では、空燃比切り換え時の上記理論空燃比運転は、目標リーン空燃比に切り換えを行った場合に機関出力トルクの低下幅が許容できる程度まで吸入空気量が増大したときに中止され、空燃比は理論空燃比から目標リーン空燃比に切り換える。これにより、機関が中間空燃比（例えば弱リーン空燃比）で運転される時間が最小になり、ＮＯＸ吸蔵還元触媒を用いた場合にも排気性状の悪化が防止される。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、リッチ空燃比または理論空燃比からリーン空燃比への前記空燃比切り換え時の前記理論空燃比運転時に、機関吸入空気量が前記予め定めた値より小さい所定値以上になったときに更に機関点火時期の遅角を行う、請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００１８】
請求項２の発明では更に、機関吸入空気量が所定値以上になったときには機関点火時期の遅角を行う。これにより、更にリーン空燃比への切り換え時に理論空燃比運転を行うことにより機関出力トルクが大幅に増大することが防止される。点火時期の遅角を開始する上記所定値は、例えば機関を理論空燃比で運転する場合に、運転者のアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）に応じて設定される目標吸入空気量とされる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、前記機関は機関出力軸の回転を補助する電動アシストモーターと、該アシストモーターに電力を供給する蓄電池とを備え、更に、蓄電池の充電量が予め定めた値以上の場合には、前記空燃比切り換え時に前記理論空燃比運転を行わず、前記電動アシストモーターにより機関出力軸の回転捕補助を行うとともに空燃比を直ちに切り換え後の空燃比に切り換え、前記蓄電池の充電量が前記予め定めた値以下の場合には、前記空燃比切り換え時に前記理論空燃比運転を行う、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２０】
すなわち、請求項３の発明では、ハイブリッド車両用機関などのように電動アシストモーターを備えた機関で空燃比の切り換えを行う場合に、バッテリのＳＯＣが十分に高い場合には空燃比切り換え時にモーターアシストを行うことにより機関出力トルクの変動（低下）を防止し、ＳＯＣが低下してモーターアシストを使えない場合にのみ空燃比切り換え時に請求項１または２の空燃比を一時的に理論空燃比に保持する制御を行う。
これにより、ハイブリッド車両においてもＳＯＣの有無にかかわらず、空燃比切り換え時のトルク変動と排気ガス性状の悪化との両方が防止される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明をハイブリッド車用内燃機関に適用した場合の構成概略を示す図である。
図１において、１００はハイブリッド車両全体、１０１は車両１００の車体、１０３は車輪、１０は車両１００の車体１０１に搭載された動力ユニットを示す。
動力ユニット１０は、内燃機関１、機関１の出力軸に動力切り替え機構３を介して連結されたモータージェネレータ（モーター兼発電機）５、モータージェネレータ５がジェネレータとして作動しているときにその出力電力（交流電力）を直流電力に変換してバッテリー９を充電するとともに、モータージェネレータ５がモータとして作動するときにバッテリー９からの直流電流を任意の電圧と周波数とを有する交流電力に変換してモータージェネレータ５に供給するコンバータ付きインバータ７とを備えている。
【００２２】
本実施形態では、内燃機関１は４気筒４サイクル過給ガソリン機関とされ、リッチ空燃比からリーン空燃比まで広い空燃比範囲で運転可能な、過給リーンバーンエンジンとされている。
機関１の出力軸とモータージェネレータ５の入出力軸とは、動力切り換え機構３を介して、車両１００の車輪１０３を駆動するトランスミッション２に連結されている。
【００２３】
動力機構３はトランスミッション２と機関１出力軸、モータージェネレータ５の入出力軸との相互の連結と遮断とを行う。すなわち、動力切り換え機構３は、内燃機関１出力軸のみ、或いはモータージェネレータ５入出力軸のみ、若しくは両方を同時にトランスミッション２に接続し車輪１０３を駆動すること、或いは、内燃機関１の出力軸とモータージェネレータ５の入出力軸とを、トランスミッション２から遮断した状態で接続し、モータージェネレータ５による発電や機関１の始動時クランキングなどを行うことを可能とするものである。
【００２４】
本実施形態では、内燃機関１の排気管１５にはＮＯＸ吸蔵還元触媒１７が配置されている。ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７は、機関１の排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸ成分を吸収または吸着、若しくはその両方により触媒内に吸蔵し、機関１の排気空燃比がリッチになったときに排気中のＨＣ成分やＣＯ等の還元成分を用いて吸蔵したＮＯＸを還元浄化する触媒である。
【００２５】
図１に３０で示すのは、機関１の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施形態では公知の構成のマイクロコンピュータとされ、前述の動力切り換え機構３やモータージェネレータ５、コンバータ付きインバータ７等の各機器の作動モードを制御している他、本実施形態では後述する空燃比の切り換え時のトルク変動抑制制御を行っている。
【００２６】
図２に示すように、ＥＣＵ３０の入出力ポートにはこれらの制御を実行するため、機関１の吸気通路に配置されたエアフローメータ３０１から機関吸入空気量に対応した信号が、また、アクセルペダル（図示せず）近傍に配置されたアクセル開度センサ３０３から車両運転者のアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）を表す信号と、機関吸気通路のスロットル弁（図示せず）近傍に配置されたスロットル開度センサ３０５からスロットル弁開度を表す信号が、それぞれ入力されている。
【００２７】
更にＥＣＵ３０には、機関１のクランク軸（図示せず）近傍に設けられたクランク角センサ３０７からクランク軸回転速度に対応したパルス信号と、機関排気通路に設けられた排気空燃比センサ３０９から機関排気空燃比（運転空燃比）を表す信号が入力されている他、バッテリコントローラー３１１からバッテリの充電状態（ＳＯＣ）を表す信号が、それぞれ入力されている。
【００２８】
また、ＥＣＵ３０の入出力ポートは、機関１の燃料噴射弁３３１、点火回路３３３に接続され、機関１の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期をそれぞれ制御している他、機関１の電子制御スロットル弁３３５のアクチュエータに接続されている。
電子制御スロットル弁３３５は、ステッパモータ等のアクチュエータを備え、アクセルペダルと機械的に連結されることなく、ＥＣＵ３０からの指令に応じた開度をとることができるスロットル弁である。
【００２９】
更に、ＥＣＵ３０の入出力ポートは、ハイブリッド制御コンピュータ３４０に接続されている。ハイブリッド制御コンピュータ３４０は、ＥＣＵ３０からの指令に応じて動力ユニット１０のモータージェネレータ５や動力切り換え機構３を制御し、ハイブリッド車両１００の走行モード（エンジン走行、モーターアシスト走行、モーター走行、充電走行など）の切り換え制御を行う他、本実施形態では、後述するように機関１の空燃比切り換え時に行うモーターアシスト運転の制御を行っている。
【００３０】
次に、本実施形態における空燃比の切り換えについて説明する。
本実施形態では、機関１は過給機の回転数が低い一部の軽負荷運転領域で理論空燃比運転が行われる他、ほぼ他の全部の領域でリーン空燃比（空燃比２０以上）の運転が行われる。
従って、軽負荷領域からの加速時などでは機関出力トルクの増大のため理論空燃比からリーン空燃比への運転空燃比の切り換えが行われる。
このような加速のためのリーン空燃比切り換えにおいては、切り換え後に速やかに機関出力トルクを増大させる必要がある。
【００３１】
また、本実施形態では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７が使用されているが、機関がリーン空燃比で運転されると、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７にはリーン空燃比の排気が流入し、排気中のＮＯＸ成分がＮＯＸ吸蔵還元触媒１７に吸蔵されるため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のＮＯＸ吸蔵量が増大する。
【００３２】
このため、機関１のリーン空燃比運転がある程度続きＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のＮＯＸ吸蔵量が所定のレベルまで増大すると、ＥＣＵ３０は機関１を短時間リッチ空燃比で運転し、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７にリッチ空燃比の排気を供給するリッチスパイク操作を行うことにより触媒１７に吸蔵されたＮＯＸを還元浄化することが必要となる。すなわち、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のリッチスパイク実行時には機関の空燃比はリーン空燃比とリッチ空燃比との間で切り換えられる。
【００３３】
この場合、リッチスパイク操作時終了後はリーン空燃比運転が再開されるためリッチ空燃比からリーン空燃比への切り換えが行われるが、この切り換え時には切り換えの前後で機関出力トルクは同一になることが好ましい。
前述したように、リッチ空燃比または理論空燃比からリーン空燃比への切り換え（復帰）時に、同一の機関出力トルク（燃料量）を維持するためには機関吸入空気量を大幅に増大する必要がある。また、加速時等のように切り換え後に機関出力を増大させるためには、更に吸入空気量を増大させる必要がある。
【００３４】
ところが、特に本実施形態のように過給リーンバーンエンジンを使用しているような場合には、通常の吸気系の応答遅れに加えてターボラグによる遅れが生じ、比較的緩やかにしか吸入空気量が増大しない。
このため、切り換え直後は目標リーン空燃比を維持するために燃料量が低減されてしまい、機関出力トルクが減少してしまう問題が生じる。図３は加速時の理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時を例にとって上記機関出力トルク低下を説明するタイミング図である。
【００３５】
図３において、カーブＡは加速時のスロットル弁開度ＴＡの変化、Ｂは吸入空気量Ｇａの変化、Ｃは燃量噴射補正量ＦＡＦの変化を示す。本実施形態では、ＥＣＵ３０は、機関吸入空気量Ｇａに応じて機関への燃料噴射量ＱＩＮＪを決定している。すなわち、本実施形態では、燃料噴射量ＱＩＮＪは、ＱＩＮＪ＝Ｇａ×ＦＡＦとして算出される。機関空燃比は、燃料噴射補正量ＦＡＦの値を変化させることにより調節される。
【００３６】
例えば理論空燃比（空燃比Ａ／Ｆ＝１４．６）運転におけるＦＡＦの値をＦＡＦＳとすると、リーン空燃比運転（Ａ／Ｆ＝２５）におけるＦＡＦの値ＦＡＦＬはＦＡＦＬ＝（１４．６／２５）ＦＡＦＳとなる。
また、図３のカーブＤ及びＤＬは機関出力トルクＴＱの変化を示し、カーブＤは加速時の理想的なトルク変化（上昇）、カーブＤＬは実際のトルク変化を、それぞれ示している。
【００３７】
更に、カーブＥは機関空燃比Ａ／Ｆの変化を示す。
カーブＡからＥは理論空燃比運転からの加速時のリーン空燃比への切り換えを示しており、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．６）で定常運転中に、横軸（時間軸）ｔｓ点で加速がスタートした場合を示している。
加速が開始されると（ｔｓ）、スロットル弁開度ＴＡ（カーブＡ）は切り換え後の目標開度ＴＡ０までステップ状に増大され、同時に燃料噴射補正量ＦＡＦは、ＦＡＦＳからＦＡＦＬにステップ状に低減される（カーブＣ）。また、スロットル弁開度ＴＡが増大したため、機関吸入空気量Ｇａは増大を始めるが、ターボラグなどのため、その増大速度は比較的遅く、スロットル弁開度ＴＡに対応する目標吸入空気量Ｇａ０に到達するのは時点ｔｅになる（カーブＢ）。
【００３８】
このため、加速開始時（ｔｓ）には、吸入空気量Ｇａは増大していないにもかかわらず、ＦＡＦがステップ状にＦＡＦＬまで低下するため燃料噴射量は大幅に低下して、機関出力トルクＴＱは大幅に落ち込む（カーブＤＬ）。
その後、時間の経過とともに吸入空気量Ｇａは増大し、それとともに実際の機関出力ＴＱも増大して時点ｔｅで目標トルクに到達するものの、スムーズな加速を得るために必要なトルク変化（カーブＤ）と比較するとトルクの低下が大きくなり目標トルクに到達する時間も長くなる。
【００３９】
但し、この場合には空燃比Ａ／Ｆは、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．６）からリーン空燃比（Ａ／Ｆ＝２５）にステップ状に切り換えられ、中間の空燃比にとどまる時間は最小となる（カーブＥ）。
前述したように、図３の場合でもステップ状に空燃比を切り換えるのではなく、吸入空気量Ｇａの増大に応じて徐々に空燃比を切り換えれば機関出力トルクの変動は防止される。しかし、本実施形態ではＮＯＸ吸蔵還元触媒１７を用いた排気浄化を行っているため、弱リーン空燃比（Ａ／Ｆ＝１５〜２０程度）の空燃比では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７から未浄化のＮＯＸが放出される可能性がある。このため、空燃比切り換えの際には空燃比が中間の弱リーン空燃比にとどまる時間を可能な限り短くするために、カーブＥに示したようにステップ状に空燃比を理論空燃比から強リーン空燃比（Ａ／Ｆ＝２５）に切り換えているのである。
【００４０】
本実施形態では、バッテリＳＯＣが十分に高い場合には、上記空燃比切り換え時にモータージェネレータ５を作動させてモーターアシストを行ない、車両１００の駆動トルクが理想的カーブＤに一致するようにしている。すなわち、機関出力トルクの不足分（斜線部分）をモータージェネレータ５出力で補うことにより、駆動トルクの変動を抑制しスムーズな加速を得るようにしている。
【００４１】
ところが、バッテリＳＯＣが不足するような場合には、モーターアシストを行うことができないため、車両駆動トルクにはカーブＤＬのようにトルク変動が生じる問題がある。
本実施形態ではリーン空燃比への切り換え時に運転空燃比を所定時間理論空燃比に維持することにより、モータアシストを行えない場合にもトルク変動を抑制することを可能としている。
【００４２】
図４は、本実施形態におけるモーターアシストなしの空燃比切り換え操作を説明する図３と同様なタイミング図である。図４において、カーブＡからＥは図３と同様、それぞれスロットル弁開度ＴＡ、吸入空気量Ｇａ、燃料噴射補正量ＦＡＦ、機関出力トルクＴＱ、空燃比Ａ／Ｆを表している他、カーブＩは機関の点火時期を示している。また、機関出力トルクカーブにおいて、Ｄは理想的な出力トルク変化、ＤＬは図３と同じ従来の実際のトルク変化を表し、ＤＳは本実施形態の機関出力トルク変化を示す。
【００４３】
図４の加速では、加速開始時ｔｓにスロットル弁開度ＴＡをＴＡ０までステップ状に増大するが、燃料補正量ＦＡＦは理論空燃比相当値ＦＡＦＳにセットされる（カーブＣ）。
このため、本実施形態では切り換え時に空燃比がリーンにならないため燃料噴射量は低下しない。従って、実際の機関出力トルクＤＳは低下することなく増大し、従来のトルク変化ＤＬより大きくなり、理想的なトルク変化よりやや高くなる。
【００４４】
ところが、ＦＡＦを理論空燃比相当値ＦＡＦＳに維持したまま吸入空気量Ｇａが増大すると、機関の出力トルクが過大になり、運転者の予期した以上の駆動トルクがでてしまう。そこで、本実施形態では時点ｔ１になるとカーブＩに示すように点火時期の遅角を開始する。
ここで、時点ｔ１は、機関吸入空気量Ｇａが理論空燃比相当空気量Ｇａｓに到達した時点である（カーブＢ）。
【００４５】
前述したように本実施形態では電子制御スロットル弁が使用されており、スロットル弁開度はアクセルペダルとは機械的に連結されていない。本実施形態ではスロットル弁開度は運転者のアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）と機関回転数と、機関運転空燃比とに応じて予め設定されている。この場合、アクセル開度、機関回転数が同一であっても理論空燃比運転の場合にはスロットル弁開度は小さく設定され吸入空気量は小さくなるが、燃料噴射量はアクセル開度と機関回転数とが同一であれば機関空燃比にかかわらずほぼ同じになる。
【００４６】
理論空燃比相当空気量Ｇａｓは、目標リーン空燃比におけるスロットル弁開度（カーブＡ）と同じアクセル開度で理論空燃比運転を行った場合の目標吸入空気量である。前述したように、機関の燃料噴射量が同一であれば理論空燃比運転であろうとリーン空燃比運転であろうと機関出力トルクはほぼ同一となる。理論空燃比相当空気量は、加速時の目標リーン空燃比における目標吸入空気量Ｇａ０で機関に噴射される燃料量と同じ量の燃料で理論空燃比運転をした時の吸入空気量である。
【００４７】
言い換えれば、吸入空気量Ｇａｓで理論空燃比運転を行った場合の機関出力トルクはリーン空燃比運転時の目標吸入空気量Ｇａ０でリーン空燃比運転を行った場合の機関出力トルクとほぼ同一となる。
すなわち、本実施形態では加速開始後も理論空燃比運転を続けるため、機関吸入空気量が目標Ｇａ０より小さいＧａｓに到達した時点ｔ１で、リーン空燃比運転での最終到達目標トルクＴＱ０（カーブＤＳ）に到達してしまい、これ以上吸入空気量が増大すると機関出力トルクが過大になってしまう。
これを防止するため、本実施形態では加速開始後も理論空燃比運転を続けるものの、吸入空気量が理論空燃比相当空気量Ｇａｓに到達した時点（ｔ１）からは点火時期ＩＧの遅角を開始するととにも吸入空気量Ｇａの増大に応じて遅角量を増大させて、理論空燃比運転時の機関出力トルクが最終到達目標トルクＴＱ０以上にならないようにトルク制御を行っているのである。
【００４８】
これにより、時点ｔ１以後は、吸入空気量Ｇａが増大しても機関出力トルクはほぼ最終到達目標トルクＴＱ０に維持されるようになる。
この状態で時点ｔ２になると、点火時期の遅角は中止され燃料補正量ＦＡＦは理論空燃比相当値ＦＡＦＳとリーン空燃比相当値ＦＡＦＬとの間の所定値ＦＡＦ２までステップ状に低減される。ここで、ＦＡＦ２は弱リーン空燃比よりやや高い空燃比を得ることができる値とされ、時点ｔ２は吸入空気量Ｇａの値が燃料噴射補正量と点火時期とをステップ状に変化させても、変化前後の機関出力トルク変動が許容範囲内になる時点であり、詳細には実際の機関を用いた実験により決定される。
【００４９】
すなわち、時点ｔ２では点火時期遅角が中止されるとともに、燃料噴射補正量ＦＡＦがステップ状に低減されるが、機関出力トルクＤＳはほとんど変化せず、更に空燃比Ａ／Ｆ（カーブＥ）は理論空燃比から弱リーン空燃比よりやや高い空燃比までステップ状に変化する。
そして、その後燃料噴射補正量ＦＡＦは吸入空気量Ｇａの増大に応じて徐々に低減され、吸入空気量が最終目標空気量Ｇａ０に到達した時点ｔｅでリーン空燃比相当値ＦＡＦＬになり（カーブＣ）、空燃比はリーン運転目標空燃比である強リーン空燃比（Ａ／Ｆ＝２５）に到達する。
【００５０】
図４に示すように、本実施形態では、加速の際の理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時に、切り換え開始時から機関吸入空気量が所定値に到達するまで（時点ｔ２）理論空燃比運転を継続するとともに、空気量が理論空燃比相当空気量Ｇａｓに到達後（時点ｔ１）は点火時期を遅角することにより、モーターアシストを行うことなく空燃比切り換え時の機関出力変動と排気性状の悪化とを防止している。
【００５１】
次に、図５はＮＯＸ吸蔵還元触媒１７の吸蔵ＮＯＸ還元のためのリッチスパイク操作終了時のリッチ空燃比からリーン空燃比への切り換え操作を示す、図４と同様なタイミング図である。
図５に示すように、リッチスパイク操作実行中（時点ｔｓ以前）には、吸入空気量Ｇａは理論空燃比運転を行う場合と同一に維持され、燃料噴射補正量ＦＡＦがリッチ空燃比相当値ＦＡＦＲにセットされ（カーブＣ）、機関運転空燃比Ａ／Ｆは、例えば１３程度のリッチ空燃比に維持される。この場合、燃料増大に伴う機関出力増大を防止するために、点火時期ＩＧは遅角保持されている（カーブＩ）。
【００５２】
この状態でリッチスパイクが終了すると（時点ｔｓ）、スロットル弁開度はステップ状にリーン空燃比運転時の目標開度ＴＡ０まで増大され（カーブＡ）、吸入空気量Ｇａは理論空燃比相当空気量Ｇａｓから増大を開始する（カーブＢ）。そして、燃料噴射補正量ＦＡＦはリッチ空燃比相当値ＦＡＦＲから理論空燃比相当値ＦＡＦＳにステップ状に低減され（カーブＣ）、空燃比Ａ／Ｆは理論空燃比になる（カーブＥ）。また、この状態では空気量は既に理論空燃比相当値Ｇａｓになっているため、機関点火時期ＩＧは一旦遅角量をゼロに戻されたあと、空気量Ｇａの増大に応じて遅角量が増大していく（カーブＩ）。
【００５３】
これにより、機関出力トルクＴＱはほぼ一定値ＴＱ０に維持される（カーブＤＳ）。図５のカーブＤＬはリッチスパイク終了時に直ちに燃料噴射補正量をリーン空燃比相当値ＦＡＦＬまでステップ状に低減した場合を示している。この場合、大きなトルク変動が生じるが、本実施形態（カーブＤＳ）ではこのトルク変動が生じることが防止される。
【００５４】
なお、本実施形態においても、時点ｔ１になると点火時期の遅角は中止され、燃料噴射補正量ＦＡＦは、理論空燃比相当値から図４と同じＦＡＦ２までステップ状に低減され、その後吸入空気量Ｇａの増大に応じてリーン空燃比相当値ＦＡＦＬまで徐々に低減される。すなわち、本実施形態においても、時点ｔ１からｔｅまでの期間には、図４の時点ｔ２からｔｅまでの期間と同一の操作が行われるのである。
【００５５】
これにより、本実施形態においてもモーターアシストが得られない場合の理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時に機関出力トルク変動と排気性状の悪化とを防止することが可能となる。
図６は、ＥＣＵ３０により実行される本実施形態の空燃比切り換え操作を説明するフローチャートである。本実施形態では、リッチまたは理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時に、バッテリＳＯＣが所定値以上である場合にはモータージェネレータ５を作動させてモーターアシストを行いながら空燃比の切り換えを実行し、ＳＯＣが所定値以下である場合には、図４、図５で説明した空燃比切り換え制御を行う。
【００５６】
図６の切り換え操作では、まずステップ６０１で現在リッチ空燃比または理論空燃比で機関が運転されているか否かが判断される。リッチ空燃比または理論空燃比で運転されていない場合には、リーン空燃比への切り換えは生じないため、本操作は直ちに終了する。
また、現在機関がリッチ空燃比またはリーン空燃比で運転されている場合には、次にステップ６０３で現在リーン空燃比への切り換えが要求されているか否か（例えば加速開始、リッチスパイク終了等）が判定され、リーン空燃比への切り換え要求がない場合にはそのまま本操作を終了する。
【００５７】
ステップ６０３でリーン空燃比への切り換え要求がある場合は、次にステップ６０５で現在バッテリＳＯＣが所定値ＳＯＣ０以下になっているか否かを判定する。ＳＯＣ０は、モータージェネレータ５を使用可能なＳＯＣの下限値である。
ステップ６０５でＳＯＣ≧ＳＯＣ０であった場合、すなわち空燃比切り換え時にモータージェネレータ５を使用することができる場合には、次にステップ６０７に進み、リーン空燃比への切り換えを行うとともにモーターアシスト操作を行う。これにより、図３に示したように、機関空燃比は直ちにリーン空燃比運転目標値に切り換えられ、機関出力は大きく変動するもののモータージェネレータ５によるトルクが加わるため、全体として図３カーブＤに示すような理想的な駆動力変化を得ることができる。
【００５８】
ステップ６０５でＳＯＣ＜ＳＯＣ０であった場合、すなわちバッテリの充電量が低くモーターアシストを使うことができない場合には、次にステップ６０９に進み、図４、図５に示したように、モーターアシストを行うことなく理論空燃比での運転を介してリーン空燃比への切り換えを行う。これにより、モーターアシストが得られない場合であっても、空燃比切り換えに伴う出力トルクの変動と排気性状の悪化が防止される。
【００５９】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、モーターアシストを用いずに空燃比切り換え時の機関出力トルク変動と排気ガス性状の悪化を防止可能とする、共通の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をハイブリッド車用内燃機関に適用した場合の実施形態の全体構成概略を示す図である。
【図２】電子制御ユニット（ＥＣＵ）の入力と出力とを説明する図である。
【図３】モーターアシストを伴う空燃比切り換えを説明する図である。
【図４】モーターアシストを用いない理論空燃比からリーン空燃比への空燃比切り換え操作を説明する図である。
【図５】モーターアシストを用いないリッチ空燃比からリーン空燃比への空燃比切り換え操作を説明する図である。
【図６】本実施形態の空燃比切り換え制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関
３…動力切り換え機構
５…モータージェネレータ
９…バッテリー
１７…ＮＯＸ吸蔵還元触媒
３０…電子制御ユニット（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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【図５】
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【図６】
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