(57)【要約】【課題】  燃焼状態の切替えに伴って発生するトルクショックを抑制するための点火時期調整制御における点火時期補正量や同調整制御の終了時期が、膨大な作業工数を必要としない新規な方法によって適切に決定される内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】  燃焼状態を切替え後の燃焼状態として定常運転した場合に燃焼状態の切替え前のトルクと同一のトルクを発生させる切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと切替え後点火時期Ｉｔｃａとを求める手段と、現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒを求める手段とを具備していて、燃焼状態の切替えが行われるときには、上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒとが逐次比較され、その結果に基づいて点火時期調整制御における点火時期補正量Ｉｔａと点火時期調整制御の終了時期とが決定される、内燃機関の制御装置が提供される。【選択図】      図３
2007071189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼状態の切替えが可能な内燃機関において燃焼状態の切替えに伴って発生するトルクショックを点火時期の調整制御によって抑制する内燃機関の制御装置であって、
燃焼状態を切替え後の燃焼状態として定常運転した場合に上記燃焼状態の切替え前のトルクと同一のトルクを発生させる切替え後収束吸気管内圧力と切替え後点火時期とを求める手段と、現在の吸気管内圧力を求める手段と、を具備すると共に、上記点火時期調整制御においては点火時期が上記切替え後点火時期を補正した点火時期にされるようになっていて、
上記燃焼状態の切替えが行われるときには、上記切替え後収束吸気管内圧力と、現在の吸気管内圧力とが逐次比較され、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と上記点火時期調整制御の終了時期とのうちの少なくとも一方が決定される、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
燃焼状態の切替えが可能な内燃機関において燃焼状態の切替えに伴って発生するトルクショックを点火時期の調整制御によって抑制する内燃機関の制御装置であって、
燃焼状態を切替え後の燃焼状態として定常運転した場合に上記燃焼状態の切替え前のトルクと同一のトルクを発生させる切替え後収束吸気管内圧力と切替え後点火時期とを求める手段と、吸気管内圧力の経時変化を推定する手段と、を具備すると共に、上記点火時期調整制御においては点火時期が上記切替え後点火時期を補正した点火時期にされるようになっていて、
上記燃焼状態の切替えが行われるときには、上記切替え後収束吸気管内圧力と、吸気管内圧力の推定経時変化とが比較され、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と上記点火時期補正制御の終了時期とのうちの少なくとも一方が決定される、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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費の向上等を目的として、機関負荷等に応じて気筒内における燃焼状態が切替えられるようになっている内燃機関が公知である。このような内燃機関としては、例えば、いわゆる成層燃焼（点火栓周りにのみ燃料が成層をなして存在するようにして行う燃焼）と均質燃焼（点火栓周りだけでなく、燃焼室全体に均一に燃料が存在するようにして行う燃焼）とが切替えられるもの等がある。
【０００３】
一方、このような内燃機関においては燃焼状態の切替えが行われるときにトルクショックが発生してしまう場合がある。これは、切替え前後の異なる燃焼状態において同じトルクを発生させるスロットル開度（吸入空気量）や点火時期が異なるためであり、また、燃焼状態の切替えが行われるときにスロットル開度や点火時期を変更しても、吸気管内圧力に関しては応答遅れが生じ、実際の吸入空気量はすぐには所望の値にならないためである。
【０００４】
そしてこのようなトルクショック発生の問題に対し、特許文献１には、負荷に応じて燃焼状態がリーン燃焼からストイキ燃焼へ切替えられる内燃機関において、燃焼状態が切替えられる際に応答性の高い点火時期の調整制御を実施してトルクショックの発生を抑制するようにした内燃機関の燃焼制御装置が開示されている。より詳細には、この燃焼制御装置では上記点火時期調整制御において、点火時期が予め定めた方法で求められた基本点火時期を補正した点火時期に制御されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０７８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のようにトルクショックを抑制すべく点火時期の調整制御を実施する場合、トルクショックの発生を確実に抑制するためには、上記点火時期調整制御における点火時期の調整の程度（すなわち、例えば上記基本点火時期に対する進角または遅角補正量）や上記点火時期調整制御の終了時期（すなわち、継続時間）を適切に設定する必要があるが、従来、これらについては、適合作業によって求めた値が用いられていた。すなわち具体的には、様々な燃焼状態の切替えパターンに対してこれらの値の適切な値が予め実験等によって求められてマップが作成され、そのマップに基づいて設定するようにしていた。
【０００７】
しかしながら、実際、この適合作業（もしくは上記マップの作成作業）には膨大な工数が必要であり、また、例えば内燃機関が排気ターボチャージャを具備している場合には、燃焼状態切替え時の排気ターボチャージャの回転数も上記点火時期調整制御における適切な点火時期の調整の程度や上記点火時期調整制御の適切な終了時期もしくは継続時間に影響を与えるため、作業工数は一層増大することになる。
【０００８】
本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼状態の切替えが可能な内燃機関において上記燃焼状態の切替えに伴って発生するトルクショックを点火時期の調整制御によって抑制する内燃機関の制御装置であって、膨大な作業工数を必要としない新規な方法によって上記点火時期調整制御における点火時期の調整の程度（すなわち、点火時期補正量）と上記点火時期調整制御の終了時期とのうちの少なくとも一方が適切に決定される、内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の制御装置を提供する。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、燃焼状態の切替えが可能な内燃機関において燃焼状態の切替えに伴って発生するトルクショックを点火時期の調整制御によって抑制する内燃機関の制御装置であって、燃焼状態を切替え後の燃焼状態として定常運転した場合に上記燃焼状態の切替え前のトルクと同一のトルクを発生させる切替え後収束吸気管内圧力と切替え後点火時期とを求める手段と、現在の吸気管内圧力を求める手段と、を具備すると共に、上記点火時期調整制御においては点火時期が上記切替え後点火時期を補正した点火時期にされるようになっていて、上記燃焼状態の切替えが行われるときには、上記切替え後収束吸気管内圧力と、現在の吸気管内圧力とが逐次比較され、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と上記点火時期調整制御の終了時期とのうちの少なくとも一方が決定される、内燃機関の制御装置を提供する。
【００１１】
燃焼状態の切替えが可能な内燃機関において燃焼状態の切替えに伴って発生するトルクショックを上記のような点火時期の調整制御によって抑制する場合には、トルクショックの発生を確実に抑制するために、上記点火時期調整制御における点火時期の補正量や上記点火時期調整制御の終了時期（すなわち、継続時間）を適切に設定する必要があるが、従来、これらについては適合作業によって求めた値が用いられていた。すなわち具体的には、様々な燃焼状態の切替えパターンに対してこれらの値の適切な値が予め実験等によって求められてマップが作成され、そのマップに基づいて設定するようにしていた。
【００１２】
しかしながら、実際、この適合作業（もしくは上記マップの作成作業）には膨大な工数が必要であり、また、例えば内燃機関が排気ターボチャージャを具備している場合には、燃焼状態切替え時の排気ターボチャージャの回転数も上記点火時期調整制御における適切な点火時期補正量や上記点火時期調整制御の適切な終了時期に影響を与えるため、作業工数は一層増大することになる。
【００１３】
これに対し、請求項１に記載の発明では、上記燃焼状態の切替えが行われるときには、上記切替え後収束吸気管内圧力と、現在の吸気管内圧力とが逐次比較され、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と上記点火時期調整制御の終了時期とのうちの少なくとも一方が決定されるようになっている。
【００１４】
そしてこのようにすると、上記のようなマップを作成することなく上記点火時期調整制御における点火時期の補正量や上記点火時期調整制御の終了時期を適切に決定することが可能となる。つまり、請求項１に記載の発明の内燃機関の制御装置においては、膨大な作業工数を必要としない方法によって上記点火時期調整制御における点火時期の補正量や上記点火時期調整制御の終了時期（すなわち継続時間）を適切に決定することができる。
【００１５】
なおここで、上記現在の吸気管内圧力を求める手段は、現在の吸気管内圧力を直接測定する吸気管内圧力センサであっても良いし、また、物理モデルに基づいて現在の吸気管内圧力を算出する手段であっても良い。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、燃焼状態の切替えが可能な内燃機関において燃焼状態の切替えに伴って発生するトルクショックを点火時期の調整制御によって抑制する内燃機関の制御装置であって、燃焼状態を切替え後の燃焼状態として定常運転した場合に上記燃焼状態の切替え前のトルクと同一のトルクを発生させる切替え後収束吸気管内圧力と切替え後点火時期とを求める手段と、吸気管内圧力の経時変化を推定する手段と、を具備すると共に、上記点火時期調整制御においては点火時期が上記切替え後点火時期を補正した点火時期にされるようになっていて、上記燃焼状態の切替えが行われるときには、上記切替え後収束吸気管内圧力と、吸気管内圧力の推定経時変化とが比較され、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と上記点火時期補正制御の終了時期とのうちの少なくとも一方が決定される、内燃機関の制御装置を提供する。
【００１７】
請求項２に記載の発明では、上記燃焼状態の切替えが行われるときには、上記切替え後収束吸気管内圧力と、吸気管内圧力の推定経時変化とが比較され、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と上記点火時期調整制御の終了時期とのうちの少なくとも一方が決定されるようになっている。
【００１８】
そしてこのようにすると、請求項１に記載の発明の場合と同様、上述したようなマップを作成することなく上記点火時期調整制御における点火時期の補正量や上記点火時期調整制御の終了時期を適切に決定することが可能となる。つまり、請求項２に記載の発明の内燃機関の制御装置においても、膨大な作業工数を必要としない方法によって上記点火時期調整制御における点火時期の補正量や上記点火時期調整制御の終了時期（すなわち継続時間）が適切に決定される。
【発明の効果】
【００１９】
各請求項に記載の発明は、燃焼状態の切替えが可能な内燃機関において上記燃焼状態の切替えに伴って発生するトルクショックを点火時期の調整制御によって抑制する場合において、膨大な作業工数を必要としない新規な方法によって上記点火時期調整制御における点火時期の調整の程度（すなわち、点火時期補正量）と上記点火時期調整制御の終了時期とのうちの少なくとも一方を適切に決定するという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の内燃機関の制御装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。なお、本発明は別の火花点火式内燃機関に適用してもよい。
【００２１】
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、６ｂは点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。シリンダブロック２には内燃機関を冷却するための冷却水の温度を検出するための水温センサ５０が取り付けられている。また、ピストン４の頂面には燃料噴射弁６の下方から点火プラグ６ｂの下方まで延びるキャビティ４ａが形成されている。
【００２２】
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に連結される。サージタンク１２にはサージタンク１２内の圧力、すなわち吸気管内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ２４が取り付けられている。サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。
【００２３】
吸気ダクト１３内には、ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置される。さらに、吸気ダクト１３周りには、吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置（インタークーラ）１８が配置される。図１に示した内燃機関では、インタークーラ１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。
【００２４】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結される。排気タービン２１の出口は排気管２０を介して排気浄化装置２２に連結される。
【００２５】
また、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるデリバリパイプ２７に連結される。デリバリパイプ２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給される。デリバリパイプ２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。デリバリパイプ２７にはデリバリパイプ２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取り付けられる。燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてデリバリパイプ２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２６】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入力ポート及び出力ポートを双方向性バスで相互に接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなる。上述した吸気管内圧力センサ２４、燃料圧センサ２９、水温センサ５０等の出力信号はＥＣＵ３０に入力されるようになっている。
【００２７】
また、アクセルペダル４０には負荷センサ４１が接続されており、負荷センサ４１の出力信号はＥＣＵ３０に入力されるようになっている。更に、クランク角センサ４２は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスがＥＣＵ３０に入力される。ＥＣＵ３０ではこのクランク角センサ４２の出力パルスから機関回転数Ｎｅが計算される。
【００２８】
一方、上述した燃料噴射弁６、点火栓６ｂ、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、及び燃料ポンプ２８等はＥＣＵ３０に接続されており、ＥＣＵ３０からの信号によって制御される。すなわち、ＥＣＵ３０は、上述したような各種センサからの信号に基づいて内燃機関の制御に必要な各種計算を実施すると共に、その結果に基づいて各作動装置を駆動して内燃機関を制御するようになっている。なお、後述する燃焼状態の切替え時における点火時期調整制御に関連する各種の計算及び制御についてもＥＣＵ３０によって行われる。
【００２９】
次に、本実施形態の内燃機関において行われる基本的な運転制御について説明する。すなわち、この内燃機関の運転は図２に示したマップ（燃焼状態切替えマップ）に基づいて制御される。図２において、横軸は機関回転数Ｎｅであり、縦軸は要求トルクＬであり、内燃機関の運転はこれら機関回転数Ｎｅと要求トルクＬとに基づいて制御される。すなわち、図２に示した機関回転数Ｎｅが比較的小さく且つ要求トルクＬが比較的小さい領域Ｓでは、点火栓６ｂ周りにのみ燃料が成層をなして存在するように燃料噴射弁６から燃料を噴射し、この燃料を点火栓６ｂによって点火して燃焼せしめるといういわゆる成層燃焼が実行されるように、内燃機関の運転が制御される。
【００３０】
一方、図２に示した領域Ｓ以外の領域Ｈでは、点火栓６ｂ周りだけでなく、燃焼室５全体に均一に燃料が存在するように燃料噴射弁６から燃料を噴射し、この燃料を点火栓６ｂによって点火して燃焼せしめるといういわゆる均質燃焼が実行されるように、内燃機関の運転が制御される。なお、成層燃焼が実行されているときの燃焼空燃比（すなわち、燃焼室５内の平均空燃比）はリーンであり、均質燃焼が実行されているときの燃焼空燃比はリーンまたは理論空燃比である。
【００３１】
以上のように本実施形態の内燃機関では要求トルク等に応じて気筒内における燃焼状態が成層燃焼と均質燃焼とで切替えられるようになっている。燃焼状態が異なると、内燃機関の発生トルクとスロットル開度（吸入空気量）や点火時期といった機関制御パラメータとの関係が異なるため、本実施形態では燃焼状態毎に発生トルクと機関制御パラメータとの関係が予め求められてＥＣＵ３０に記憶されている。そして基本的には、その時の燃焼状態に対応した上記関係を用いて内燃機関を制御し要求トルクを発生するようにしている。
【００３２】
すなわち、より具体的には、本実施形態では燃焼状態を上記成層燃焼として定常運転した場合の発生トルクと収束吸気管内圧力及び点火時期との関係を表す制御マップＳと、燃焼状態を上記均質燃焼として定常運転した場合の発生トルクと収束吸気管内圧力及び点火時期との関係を表す制御マップＨとが予め求められてＥＣＵ３０に記憶されている。そして基本的には、その時の燃焼状態（すなわち、その時の機関回転数Ｎｅと要求トルクＬで特定される運転状態の属する上記領域ＳまたはＨ）に対応した制御マップを用いて内燃機関を制御し、要求トルクを発生するようにしている。なおここで、収束吸気管内圧力については所望の収束吸気管内圧力を実現するようにスロットル開度が制御される。
【００３３】
ところで、本実施形態のように燃焼状態の切替えが可能な内燃機関においては燃焼状態の切替えに伴ってトルクショックが発生する場合がある。これは簡単に言えば、切替え前後の異なる燃焼状態において同じトルクを発生させるスロットル開度（吸入空気量）や点火時期が異なるためであり、また、燃焼状態の切替えが行われるときにスロットル開度や点火時期を変更しても、吸気管内圧力に関しては応答遅れが生じ、実際の吸入空気量はすぐには所望の値にならないためである。
【００３４】
このようなトルクショック発生の問題に対しては従来より、燃焼状態の切替え時に応答性の高い点火時期の調整制御を実施してトルクショックの発生を抑制する方法が提案されている。すなわち例えば、上記点火時期調整制御においては、点火時期が、切替え後の燃焼状態に対応した発生トルクと機関制御パラメータとの関係から求められる点火時期（すなわち、燃焼状態の切替え完了後に取るべき点火時期（基本点火時期））を補正した点火時期に制御されるようになっている。
【００３５】
本実施形態においても上記燃焼状態の切替えに伴って発生するトルクショックが点火時期の調整制御によって抑制されるようになっており、詳細には後述するが本実施形態における点火時期の調整制御では、点火時期が、切替え後の燃焼状態に対応した制御マップから求められる点火時期を基本点火時期として、それを補正した点火時期に制御されるようになっている。
【００３６】
一方、上記のようにトルクショックを抑制すべく点火時期の調整制御を実施する場合、トルクショックの発生を確実に抑制するためには、上記点火時期調整制御における点火時期の調整の程度（すなわち、例えば上記基本点火時期に対する進角または遅角補正量）や上記点火時期調整制御の終了時期（すなわち継続時間）を適切に設定する必要がある。そして、従来、これらについては適合作業によって求めた値が用いられていた。すなわち具体的には、様々な燃焼状態の切替えパターンに対してこれらの値の適切な値が予め実験等によって求められてマップが作成され、そのマップに基づいて設定するようにしていた。
【００３７】
ところが、実際、この適合作業（もしくは上記マップの作成作業）には膨大な工数が必要であり、また、例えば内燃機関が排気ターボチャージャを具備している場合には、燃焼状態切替え時の排気ターボチャージャの回転数も上記点火時期調整制御における適切な点火時期の調整の程度や上記点火時期調整制御の適切な終了時期に影響を与えるため、作業工数は一層増大することになる。
【００３８】
本実施形態では、このような点に鑑み、以下で説明するような制御を実施することで、上述したような点火時期調整制御のためのマップを作成することなく、すなわち、膨大な作業工数を必要とせずに上記点火時期調整制御における点火時期の調整の程度（すなわち、点火時期補正量）や上記点火時期調整制御の終了時期を適切に決定できるようになっている。
【００３９】
すなわち、より詳細には本実施形態では、上記燃焼状態の切替えが行われるときに、切替え後の燃焼状態に対応する制御マップから求められる燃焼状態の切替え前のトルクと同一のトルクを発生させる吸気管内圧力（すなわち、切替え後収束吸気管内圧力）と現在の吸気管内圧力とが逐次比較されるようになっている。そして、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における点火時期の基本点火時期に対する補正量（すなわち、切替え後の燃焼状態に対応する制御マップから求められる燃焼状態の切替え前のトルクと同一のトルクを発生させる点火時期（すなわち、切替え後点火時期）に対する補正量）と上記点火時期調整制御の終了時期とが決定されるようになっている。
【００４０】
以下、図３を参照しつつ本実施形態において上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と上記点火時期調整制御の終了時期とを決定するために実施される制御について説明する。図３は、この制御を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、この制御ルーチンは燃焼状態の切替えが開始されると同時にスタートされる。
【００４１】
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１において燃焼状態の切替え後の収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと燃焼状態の切替え後の点火時期Ｉｔｃａが求められる。すなわち、本実施形態では、切替え後の燃焼状態に対応する制御マップに基づいて、燃焼状態の切替え前のトルクと同一のトルクを発生させる吸気管内圧力と点火時期とが求められる。なお、他の実施形態においては、物理モデルを用いる公知の手法によって上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと切替え後点火時期Ｉｔｃａを求めるようにしても良い。すなわちこの場合、物理モデルを用いる公知の手法によって切替え後の燃焼状態において燃焼状態の切替え前のトルクと同一のトルクを発生させる吸気管内圧力と点火時期とが算出される。
【００４２】
ステップ１０１において上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと切替え後点火時期Ｉｔｃａが求められるとステップ１０３に進む。ステップ１０３においては、その時の、すなわち現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒが求められる。本実施形態では、この吸気管内圧力Ｐｍｐｒはサージタンク１２に取り付けられている吸気管内圧力センサ２４によって求められる。なお、他の実施形態では、この吸気管内圧力Ｐｍｐｒを物理モデルを用いる公知の手法によって求めるようにしても良い。
【００４３】
ステップ１０３において現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒが求められるとステップ１０５に進む。ステップ１０５では、上記現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒと上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａとの差ΔＰｍが算出される（すなわち、ΔＰｍ＝Ｐｍｐｒ−Ｐｍｃａ）。ステップ１０５で上記圧力差ΔＰｍが算出されるとステップ１０７に進む。ステップ１０７では、上記圧力差ΔＰｍの大きさ、すなわち上記圧力差ΔＰｍの絶対値が予め定めた基準値Ｃｐｍ以下であるか否かが判定される。
【００４４】
なお、後の説明から明らかになるが、このステップ１０７における判定は、燃焼状態の切替えに伴って発生するトルクショックを抑制するための上記点火時期調整制御を実施するか否かの判定であり、したがってこの判定に用いられる上記基準値Ｃｐｍは、現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒと上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａとの差ΔＰｍの絶対値がその値まで小さくなれば上記点火時期調整制御を実施する必要が無いと考えられる値である。この基準値Ｃｐｍは、このような趣旨に基づいて予め実験等によって定められる。
【００４５】
ステップ１０７において上記圧力差ΔＰｍの絶対値が上記予め定めた基準値Ｃｐｍより大きいと判定される場合は上記点火時期調整制御を実施する必要があると判定される場合であり、この場合にはステップ１０９に進む。ステップ１０９では、ステップ１０１において求められた上記切替え後点火時期Ｉｔｃａに対する点火時期の補正量Ｉｔａが決定される。本実施形態においては、この点火時期補正量Ｉｔａはステップ１０５で求められた上記圧力差ΔＰｍに応じて決定されるようになっている。点火時期補正量Ｉｔａと圧力差ΔＰｍとの関係は予め適切に定められている。本実施形態では、上記圧力差ΔＰｍの値が大きいほど上記点火時期補正量Ｉｔａの値が大きくなり、その結果、点火時期Ｉｔが大きく遅角されるようになっている。
【００４６】
ステップ１０９で上記点火時期補正量Ｉｔａが決定されるとステップ１１１に進む。ステップ１１１においては上記切替え後点火時期Ｉｔｃａが上記点火時期補正量Ｉｔａで補正されて点火時期Ｉｔが決定される。ステップ１１１で上記点火時期Ｉｔが決定されると点火時期が上記点火時期Ｉｔになるように制御される。そしてステップ１１１の後にはステップ１０３に進み、そこからの制御が繰り返される。
【００４７】
一方、ステップ１０７において上記圧力差ΔＰｍの絶対値が上記予め定めた基準値Ｃｐｍ以下であると判定される場合は上記点火時期調整制御を実施する必要が無いと判定される場合であり、この場合にはステップ１１３に進む。ステップ１１３に進むと点火時期Ｉｔが上記切替え後点火時期Ｉｔｃａとされ、点火時期が上記切替え後点火時期Ｉｔｃａになるように制御されて本制御ルーチンが終了する。本制御ルーチンが終了すると、切替え後の制御マップに基づいた通常の制御が再開される。
【００４８】
以上の説明から明らかなように、図３に示した制御ルーチンが実施される場合には、上記燃焼状態の切替えが行われるときに、上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと、現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒとが逐次比較され、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期Ｉｔｃａに対する補正量Ｉｔａが決定されるようになっている。
【００４９】
また、ステップ１０７における判定は、上述したように上記点火時期調整制御を実施するか否かの判定であるが、それは上記点火時期調整制御が既に実施されている場合には、同点火時期調整制御を終了するか否かの判定である。したがって、ステップ１０７における判定によって上記点火時期調整制御の終了時期が決定されていると言え、また、上記点火時期調整制御が内燃機関の燃焼状態の切替え操作の開始と同時に開始されるとすれば、上記点火時期調整制御の継続時間が決定されているとも言える。
【００５０】
つまり、図３に示した制御ルーチンが実施される場合には、上記燃焼状態の切替えが行われるときに、上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと、現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒとが逐次比較され、その結果に基づいて上記点火時期調整制御の終了時期（もしくは継続時間）が決定されていると言える。
【００５１】
そして以上の説明から理解されるように、図３に示した制御ルーチンが実施される本実施形態においては、上述したような点火時期調整制御のためのマップを作成することなく、すなわち、膨大な作業工数を必要とせずに上記点火時期調整制御における点火時期の調整の程度（すなわち、点火時期補正量）や上記点火時期調整制御の終了時期を適切に決定できるようになっている。
【００５２】
図４は、本実施形態において均質燃焼から成層燃焼への燃焼状態の切替えが行われた場合の、スロットル開度θｔ、吸気管内圧力Ｐｍ、点火時期Ｉｔ、及び発生トルクＴｑの経時変化の一例を示したものである。なお、図中には上記点火時期調整制御を実施しない場合の点火時期Ｉｔと発生トルクＴｑの経時変化が点線で示されている。
【００５３】
この例では、均質燃焼が行われている燃焼状態の切替え前におけるスロットル開度θｔはθｔｈであり、それによって吸気管内圧力ＰｍはＰｍｈとなっている。また、その時の点火時期ＩｔはＩｔｈである。そして、このように吸気管内圧力Ｐｍ及び点火時期Ｉｔを制御することで内燃機関の発生トルクＴｑはＴｑｘとなっている。
【００５４】
一方、燃焼状態の切替え後に（すなわち成層燃焼を行う場合に）燃焼状態の切替え前のトルクＴｑｘと同一のトルクを発生させる吸気管内圧力Ｐｍ及び点火時期Ｉｔは、上述した制御マップＳを用いて求められ、それぞれＰｍｓ及びＩｔｓである。なおこの場合、スロットル開度θｔは吸気管内圧力ＰｍをＰｍｓとするスロットル開度θｔｓに制御されることになる。
【００５５】
この図の例では、時刻ｔ１において機関の運転状態が上述した領域Ｈから領域Ｓに移動することが検出され、均質燃焼から成層燃焼への燃焼状態の切替え操作が開始されている。つまり、時刻ｔ１においてスロットル開度θｔと点火時期Ｉｔの制御が開始されている。
【００５６】
より詳細には、スロットル開度θｔは、時刻ｔ１に上記スロットル開度θｔｈから制御され、瞬時に上記スロットル開度θｔｓにされている。そしてこれに伴って吸気管内圧力Ｐｍも時刻ｔ１に上記吸気管内圧力Ｐｍｈから変化が始まっているが、応答遅れがあるため、時刻ｔ２に上記吸気管内圧力Ｐｍｓとなっている。
【００５７】
点火時期Ｉｔについては、時刻ｔ１から上記点火時期調整制御が開始され、この図の例では、発生トルクＴｑが変化しないように上述した吸気管内圧力Ｐｍの応答遅れに対応するかたちで徐々に遅角されている。そして、時刻ｔ２になって吸気管内圧力ＰｍがＰｍｓになると、燃料噴射制御が切替えられると共に、点火時期Ｉｔが上記点火時期Ｉｔｓとされている。
【００５８】
つまり、図４においては時刻ｔ１までが均質燃焼の状態であり、時刻ｔ１からｔ２までが燃焼状態の切替え期間であり、時刻ｔ２からが成層燃焼の状態である。そして、この図に示されているように、本実施形態によれば燃焼状態の切替え時におけるトルクショックの発生を抑制することができる。
【００５９】
なお、上述の実施形態においては、上記燃焼状態の切替えが行われるときに、上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと、現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒとが逐次比較され、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における上記補正量Ｉｔａと上記点火時期調整制御の終了時期（もしくは継続時間）とが決定されるようになっていたが、他の実施形態では、これらのうちの何れか一方のみが決定されるようになっていても良い。
【００６０】
すなわち例えば、図３を参照して説明した制御において、ステップ１０９で圧力差ΔＰｍに応じて決定されていた点火時期補正量Ｉｔａを、同圧力差ΔＰｍの正負の符号毎もしくは切替え後の燃焼状態毎に予め定められた一定値としても良い（あるいは、その一定値から予め定めた一定割合で徐々に少なくなるようにしても良い）。つまり、この場合には、上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒとの逐次比較の結果に基づいて上記点火時期調整制御の終了時期（もしくは継続時間）のみが決定されることになる。
【００６１】
あるいは、上記点火時期補正量Ｉｔａは上記圧力差ΔＰｍに応じて決定されるようにする一方、上記点火時期調整制御の終了時期（もしくは継続時間）は予め定めておくようにしても良い。すなわち、この場合、上記点火時期調整制御においては点火時期が上記切替え後点火時期Ｉｔｃａを上記圧力差ΔＰｍに応じて決定される上記点火時期補正量Ｉｔａで補正した点火時期Ｉｔとされ、予め定めた終了時期が到来したとき（もしくは予め定めた継続時間が経過したとき）に上記点火時期調整制御が終了する。
【００６２】
つまり、この場合には、上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒとの逐次比較の結果に基づいて上記点火時期調整制御における上記補正量Ｉｔａのみが決定されることになる。ただし、上記終了時期が遅めに設定されている場合（もしくは上記継続時間が長めに設定されている場合）には、上記終了時期が到来する前（もしくは上記継続時間が経過する前）に、上記圧力差ΔＰｍに応じて決定される上記点火時期補正量Ｉｔａがゼロとなって上記点火時期調整制御が実質的に終了する場合もある。
【００６３】
次に本発明の別の実施形態について説明する。この実施形態は、図１に示した構成によって実施し得るものである。また、この実施形態は上述の実施形態と共通する部分を多く有しており、これら共通する部分については原則として説明を省略する。
【００６４】
この実施形態では、上記燃焼状態の切替えが行われるときに、吸気管内圧力の経時変化が推定され、その吸気管内圧力の推定経時変化と上記切替え後収束吸気管内圧力とが比較されて、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と上記点火時期補正制御の終了時期とが決定されるようになっている。そしてこのようにすることによって、上述した実施形態の場合と同様、点火時期調整制御のためのマップを作成することなく、すなわち、膨大な作業工数を必要とせずに上記点火時期調整制御における点火時期の調整の程度（すなわち、点火時期補正量）と上記点火時期調整制御の終了時期とを適切に決定することができる。
【００６５】
以下、図５を参照しつつ本実施形態において上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と上記点火時期調整制御の終了時期とを決定するために実施される制御について説明する。図５は、この制御を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、この制御ルーチンは燃焼状態の切替えが開始されると同時にスタートされる。
【００６６】
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ２０１において燃焼状態の切替え後の収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと燃焼状態の切替え後の点火時期Ｉｔｃａが求められる。このステップ２０１における制御は、上述した実施形態におけるステップ１０１における制御と同様である。すなわち、切替え後の燃焼状態に対応する制御マップに基づいて、燃焼状態の切替え前のトルクと同一のトルクを発生させる吸気管内圧力と点火時期とが求められる。なお、上述した実施形態の場合と同様、物理モデルを用いる公知の手法によって上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと切替え後点火時期Ｉｔｃａを求めるようにしても良い。
【００６７】
ステップ２０１において上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａと切替え後点火時期Ｉｔｃａが求められるとステップ２０３に進む。ステップ２０３においては、その後の吸気管内圧力の経時変化ｃＰｍが推定される。本実施形態においてこの吸気管内圧力の経時変化ｃＰｍの推定は、物理モデルを用いる公知の手法によって行われ、吸気管内圧力がステップ２０１で求められた切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａになるまでの経時変化が推定される。なお、他の実施形態では吸気管内圧力の経時変化ｃＰｍについて予め求めてマップ化しておき、ステップ２０３ではその時の燃焼状態の切替えの状態に基づいて該当する経時変化をそのマップから選択するようにしても良い。
【００６８】
ステップ２０３において上記吸気管内圧力の経時変化ｃＰｍが推定されるとステップ２０５に進み、上記点火時期調整制御の終了時期Ｔｒｍが決定される。この終了時期Ｔｒｍは、ステップ２０３にて推定された上記吸気管内圧力の経時変化ｃＰｍにおいて吸気管内圧力がステップ２０１で求められた切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａになる時期とされる。
【００６９】
ステップ２０５において上記点火時期調整制御の終了時期Ｔｒｍが決定されると、ステップ２０７に進む。ステップ２０７では、点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量が決定される。特に本実施形態では、ステップ２０１で求められた切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａとステップ２０３で推定された吸気管内圧力の経時変化ｃＰｍとの比較に基づいて、点火時期調整制御における上記補正量の経時変化ｃＩｔａが求められるようになっている。
【００７０】
ステップ２０７において上記点火時期調整制御における上記補正量の経時変化ｃＩｔａが決定されるとステップ２０９に進む。ステップ２０９においては、上記点火時期調整制御における補正後の点火時期が決定される。特に本実施形態では、上記切替え後点火時期Ｉｔｃａがステップ２０７で求められた上記補正量の経時変化ｃＩｔａで補正されて上記点火時期調整制御における点火時期の経時変化ｃＩｔが求められる。ステップ２０９で上記点火時期調整制御における点火時期の経時変化ｃＩｔが決定されると、それにしたがって点火時期が制御され、本制御ルーチンが終了する。
【００７１】
以上の説明から明らかなように、図５に示した制御ルーチンが実施される場合には、上記燃焼状態の切替えが行われるときに、吸気管内圧力の経時変化ｃＰｍが推定され、その吸気管内圧力の推定経時変化ｃＰｍと上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａとが比較されて、その結果に基づいて上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と上記点火時期補正制御の終了時期Ｔｒｍとが決定されるようになっている。そして上述したように、このようにすることによって点火時期調整制御のためのマップを作成することなく、すなわち、膨大な作業工数を必要とせずに上記点火時期調整制御における点火時期の調整の程度（すなわち、点火時期補正量）と上記点火時期調整制御の終了時期とを適切に決定することができる。
【００７２】
なお、上述の実施形態においては、上記燃焼状態の切替えが行われるときに、吸気管内圧力の推定経時変化ｃＰｍと上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａとが比較されて、その結果に基づいて点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量と点火時期補正制御の終了時期Ｔｒｍとが決定されるようになっていたが、他の実施形態では、これらのうちの何れか一方のみが決定されるようになっていても良い。
【００７３】
すなわち例えば、吸気管内圧力の経時変化ｃＰｍを推定した結果として吸気管内圧力が切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａになる時期のみを推定して上記点火時期補正制御の終了時期Ｔｒｍを決定し、上記点火時期調整制御における点火時期の上記切替え後点火時期に対する補正量については、切替え後の燃焼状態毎に予め定められた一定値とするようにしても良い（もしくは、その一定値から予め定めた一定割合で徐々に少なくなるようにしても良い）。
【００７４】
なお、以上の実施形態の説明においては、燃焼状態がいわゆる成層燃焼と均質燃焼とで切替えられる内燃機関を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち本発明は、例えば、燃焼空燃比がリーンである燃焼（リーン燃焼）と燃焼空燃比が理論空燃比である燃焼（ストイキ燃焼）とが切替えられる内燃機関や、吸気ポート内に燃料を噴射して行う燃焼（ポート噴射燃焼）と筒内に直接燃料を噴射して行う燃焼（直噴燃焼）とが切替えられる内燃機関等、種々の燃焼状態切替え可能な内燃機関に適用可能である。
【００７５】
最後に、上述した各実施形態において上記吸気管内圧力やその経時変化を算出するため等に使用することのできる物理モデルを使った手法について説明する。この手法は基本的に公知のものであると考えられるので、ここでは簡単に説明する。
【００７６】
すなわち、物理モデルを使った手法で各種の状態量を算出する場合には、通常、図１に示したような内燃機関の構成が部分毎にモデル化され、あるモデルで算出した状態量を別のモデルで用いることで各モデルが結合されて内燃機関全体のモデルが構築される。
【００７７】
図６は、図１に示した内燃機関の構成をモデル化した場合の一例について示している。この例では、コンプレッサモデルＭ１、コンプレッサ下流吸気管モデルＭ２、インタークーラモデルＭ３、インタークーラ下流吸気管モデルＭ４、スロットルモデルＭ５、スロットル下流吸気管モデルＭ６、シリンダモデルＭ７、排気管モデルＭ８、タービンモデルＭ９、及びターボチャージャシャフトモデルＭ１０といった１０個の部分モデルによって内燃機関全体のモデルが構成されている。
【００７８】
ここでは各モデルで用いられる数式等の詳細な説明については省略するが、これら部分モデルのうち、コンプレッサモデルＭ１、インタークーラモデルＭ３、スロットルモデルＭ５、シリンダモデルＭ７、及びタービンモデルＭ９は、当該部分に対して上下流の部分におけるガスの圧力、上流の部分におけるガスの密度及び温度等に基づいて当該部分を流れるガスの質量流量及びエンタルピ等を算出するものである。
【００７９】
また、コンプレッサ下流吸気管モデルＭ２、インタークーラ下流吸気管モデルＭ４、スロットル下流吸気管モデルＭ６、及び排気管モデルＭ８は、当該部分に対して上下流の部分を流れるガスの質量流量及びエンタルピ等を用い、質量保存則、エネルギ保存則及び状態方程式等に基づいて当該部分におけるガスの圧力、密度、温度及び当該部分内にあるガスの質量を算出するものである。
【００８０】
更に、ターボチャージャシャフトモデルＭ１０はターボチャージャ１４のタービン２１がターボチャージャシャフトに及ぼす機械エネルギとターボチャージャ１４のコンプレッサ１５がターボチャージャシャフトから受け取る機械エネルギとに基づいてターボチャージャシャフトの角速度を算出するものである。なお、タービン２１がターボチャージャシャフトに及ぼす機械エネルギについては上記タービンモデルＭ９により、また、コンプレッサ１５がターボチャージャシャフトから受け取る機械エネルギについては上記コンプレッサモデルＭ１により、それぞれ算出される。
【００８１】
図６に示したように各部分モデルを用いて内燃機関全体のモデルを構成すると、スロットル開度、燃料噴射量、機関回転数等の所定の入力値を与え、必要な場合にはセンサからの実測値を与えれば、あるモデルで算出した値を別のモデルで用いるようにして各部分におけるガスの圧力や温度等の状態量を次々に算出していくことができる。なお、コンプレッサ上流やタービン下流、並びにモデル化された各部分におけるガスの圧力や温度等の初期値としては大気圧や大気温度等を用いることができる。
【００８２】
したがって、例えば上述した本発明の実施形態で用いられていたスロットル弁開度変更後の吸気管内圧力（すなわち、現在の吸気管内圧力Ｐｍｐｒ）やその経時変化ｃＰｍ等は、上記スロットル下流吸気管モデルＭ６で算出されるガスの圧力やその経時変化として求めることができる。また、適切に条件を設定することで上記切替え後収束吸気管内圧力Ｐｍｃａや切替え後点火時期Ｉｔｃａも求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態の内燃機関の制御装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。
【図２】内燃機関の運転制御に用いられるマップを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態において実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態において均質燃焼から成層燃焼への燃焼状態の切替えが行われた場合の、スロットル開度θｔ、吸気管内圧力Ｐｍ、点火時期Ｉｔ、及び発生トルクＴｑの経時変化の一例を示した図である。
【図５】本発明の他の実施形態において実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図１に示した内燃機関の構成をモデル化した場合の一例について示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１    機関本体
２    シリンダブロック
４    ピストン
５    燃焼室
６    電気制御式燃料噴射弁
６ｂ    点火栓
７    吸気弁
８    吸気ポート
９    排気弁
１０    排気ポート
１４    排気ターボチャージャ
１７    スロットル弁
２４    吸気管内圧力センサ
５０    水温センサ
【図１】
2007071189.tif 000003
【図２】
2007071189.tif 000004
【図３】
2007071189.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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