(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃焼形態を備え、各燃焼形態に応じてスロットルバルブ制御手段により吸入空気量制御を実行する内燃機関の制御装置において、
燃焼形態の切り替え時に、切り替え前のスロットル開度から切り替え後の目標スロットル開度にステップ的に変化させるスロットル制御手段と、
燃焼形態切替過程の前記スロットルバルブの開度変化に基づいて燃焼形態切替前後の吸入空気量の変化量に対する燃料形態切替過程の吸入空気量の変化量の割合（以下、「吸入空気量の応答率」という）を算出する吸入空気量応答率算出手段を備え、
前記吸入空気量応答率算出手段により算出される吸入空気量の応答率に基づいて燃料噴射量と点火時期とを補正する補正手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
燃焼形態切替過程の吸入空気量の推定値を推定する吸入空気量推定手段を備え、
前記吸入空気量応答率算出手段は、前記燃焼形態切り替え前のスロットルバルブの開度に応じた吸入空気量と、
前記目標スロットル開度設定手段により設定される前記燃焼形態切り替え後のスロットルバルブ開度に応じた吸入空気量と、前記吸入空気量推定手段により推定される吸入空気量の推定値とに基づいて前記吸入空気量の応答率を算出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】
前記補正手段は、前記吸入空気量応答率と燃焼形態切り替え前後の燃料噴射量と点火時期とに基づいて前記燃料噴射量と前記点火時期との補正を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
燃焼形態に応じて内燃機関に排気ガスを再還流させる排気ガス還流量制御手段と、現在の排気ガス還流量と燃焼形態切り替え前後の前記排気ガス還流量制御手段による排気ガス還流量とに基づいて応答率を算出する排気還流ガス応答率算出手段とを備え、
前記補正手段は、前記吸入空気量応答率算出手段により算出される吸入空気量の応答率と前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される排気還流ガス量の応答率とに基づいて前記燃料噴射量と前記点火時期とを補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記排気ガス還流量制御手段は、燃焼形態の切り替えが要求されると、切り換え後の目標排気ガス還流量へステップ的に切り替えることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
点火時期を遅角することによりトルクを抑制する点火時期遅角手段を備え、
前記補正手段は、燃焼形態の切り替え過程にてトルクが増加するように前記吸入空気量応答率と前記排気還流ガス応答率とのいずれか一方の応答率に基づいて前記燃料噴射量と前記点火時期とを設定し、
前記点火時期遅角手段は、前記吸入空気量応答率と前記排気還流ガス応答率との偏差に基づいて点火時期の遅角量を設定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記燃料噴射量と前記点火時期との設定は、基本燃料噴射量と基本点火時期とを補正することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
内燃機関の吸気弁および／または排気弁の開閉タイミングを任意に設定する可変バルブタイミング機構を備え、
前記排気ガス還流量制御手段は、前記可変バルブタイミング機構により前記吸気弁および／または前記排気弁の開閉タイミングを任意に設定することによって内燃機関に排気ガスを再還流させることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
内燃機関の排気通路から内燃機関の吸気通路へ排気ガスを還流させる排気ガス還流通路と、前記排気ガス還流通路中に設けられる前記排気ガス還流通路の断面積を任意に設定可能にせしめる排気ガス還流弁とを備え、
前記排気ガス還流量制御手段は、前記排気ガス還流弁により内燃機関に再還流する排気ガス還流量を制御することを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記補正手段は、前記燃焼形態の切換えとして、リーン燃焼からストイキ燃焼、若しくはリッチ燃焼へと切換える場合は、前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される前記排気還流ガスの応答率と、
前記吸入空気量応答率算出により算出される前記吸入空気量の応答率とのうち、早い応答率をベースとして前記燃料噴射量と前記点火時期の補正を実行し、
前記補正された点火時期に対して、前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される前記排気還流ガスの応答率と、前記吸入空気量応答率算出により算出される前記吸入空気量の応答率との偏差に基づいて遅角補正することを特徴とする請求項８または請求項９のいずれか一方に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記補正手段は、前記前記燃焼形態の切換えとして、リッチ燃焼、若しくはストイキ燃焼からリーン燃焼へと燃焼形態が切換わる場合は、前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される前記排気還流ガスの応答率と、前記吸入空気量応答率算出により算出される前記吸入空気量の応答率とのうち、遅い応答率をベースとして前記燃料噴射量と前記点火時期の演算を実行し、
前記補正された点火時期に対して、前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される前記排気還流ガスの応答率と、前記吸入空気量応答率算出により算出される前記吸入空気量の応答率との偏差に基づいて遅角補正することを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記補正手段は、前記燃焼形態の切換え時に、前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される前記排気還流ガスの応答率と、前記吸入空気量応答率算出により算出される前記吸入空気量の応答率とのうち、トルクが増側となる応答率をベースとして前記燃料噴射量と前記点火時期の補正を実行し、
前記補正された点火時期に対して、前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される前記排気還流ガスの応答率と、前記吸入空気量応答率算出により算出される前記吸入空気量の応答率との偏差に基づいて遅角補正することを特徴とする請求項８または請求項９のいずれか一方に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記補正手段は、前記燃焼形態の切換えとして、リーン燃焼からストイキ燃焼、若しくはリッチ燃焼へと燃焼形態が切換える場合は、前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される排気還流ガスの応答率をベースとして前記燃料噴射量と前記点火時期の演算を実行し、
前記補正された点火時期に対して、前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される前記排気還流ガスの応答率と、前記吸入空気量応答率算出により算出される前記吸入空気量の応答率との偏差に基づいて遅角補正することを特徴とする請求項８または請求項９のいずれか一方に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
前記補正手段は、前記燃焼形態の切換えとして、リッチ燃焼、若しくはストイキ燃焼からリーン燃焼へと切換える場合は、前記吸入空気量応答率算出手段により算出される吸入空気の応答率をベースとして前記燃料噴射量と前記点火時期の補正を実行し、
前記補正された点火時期に対して、前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される前記排気還流ガスの応答率と、前記吸入空気量応答率算出により算出される前記吸入空気量の応答率との偏差に基づいて遅角補正することを特徴とする請求項８または請求項９または請求項１３のいずれか一つ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、空燃比をリーンでの燃焼とストイキでの燃焼およびストイキよりもリッチな燃焼とに切り換え可能な内燃機関の制御装置に関し、特に切り換える際のトルクショックを抑制する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、空燃比をストイキよりもリーンな空燃比で制御を行う内燃機関が提案されている。こうした内燃機関においては、その燃焼形態を内燃機関の負荷などの運転状態に応じて、リーン燃焼とストイキあるいはストイキよりもリッチな燃焼とを適宜切り換える制御を行っている。
【０００３】
燃焼形態を切り換える際には、空燃比や点火時期の変化に伴って内燃機関の出力トルクが急激に変化し、大きなトルクショックが発生する虞がある。そこで、燃焼形態を切り換える際のトルクショックを抑制するための技術として、特開平０４−０３６０４２号公報に開示される技術が知られている。該公報に開示される技術では、燃焼形態を切り換える際の空燃比と点火時期とを徐々に変化させることでトルクショックを抑制している。また、特開平０６−１０８８２４号公報に開示される技術では、リーン燃焼での制御からリッチ燃焼での制御へ切り換える際のトルクショックを点火時期を遅角させることで抑制するという技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リーン燃焼での制御を行う内燃機関は、燃費の向上を目的としており、エミッションとドライバビリティとが悪化しない条件で燃費を最大限に向上させることが求められている。
【０００５】
ところが、特開平０４−０３６０４２号公報の技術では燃焼形態を切り換える際の切り換え時間が長くなってしまうために、最もＮＯｘが発生する空燃比領域を通過する時間が長くなってしまいＮＯｘを多量に発生させてしまう。
【０００６】
また、特開平０６−１０８８２４号公報に開示される技術では、リーン燃焼かからリッチ燃焼へ切り換える際のトルクの増加分を点火遅角のみで抑制させるため、大きな点火遅角が必要となり燃焼が悪化してしまう。燃焼が悪化することで、この技術でも燃費が悪化する虞がある。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑見てなされたものであり、リーン燃焼とストイキまたはリッチ燃焼とで切り換える際のトルクショックを低減し、燃費の低下を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、内燃機関の燃焼として、複数の燃焼形態を備える内燃機関の制御装置において、吸入空気量を制御するためのスロットルバルブと、切り替え後の燃焼形態に基づいて目標スロットル開度を設定する目標スロットル開度設定手段と、前記目標スロットル開度設定手段により設定される目標スロットル開度に、燃焼形態切り替え前のスロットル開度からステップ的に変化させるスロットルバルブ切替制御手段と、燃焼形態切替過程の前記スロットルバルブの開度変化に基づいて燃焼形態切替前後の吸入空気量の変化量に対する燃料形態切替過程の吸入空気量の変化量の割合（以下、「吸入空気量の応答率」という）を算出する吸入空気量応答率算出手段を備え、前記吸入空気量応答率算出手段により算出される吸入空気量の応答率に基づいて燃料噴射量と点火時期とを補正する補正手段を備える。
【０００９】
燃焼形態が切り替えられると、切り替え後の燃焼形態に応じて吸入空気量と燃料噴射量と点火時期とが変更される。燃焼形態の切り替え後の制御値に移行するまでの期間は、吸入空気量と燃料噴射量と点火時期とでそれぞれ異なる。この内で切り替え後の制御値に達する期間が遅いのは吸入空気量であり、上述のように吸入空気量を制御するためのスロットルバルブを燃焼形態切り替え後の制御値にステップ的に変更させることで、燃焼形態の切り替えを速やかに行うことができる。そして、このとき、燃焼形態切り替え過程の吸入空気量応答率に基づいて燃料噴射量と点火時期とを補正する。
【００１０】
このように、燃料噴射量と点火時期とを切り替え過程の吸入空気量応答率に基づいて補正するので大きな点火遅角制御を行わずにトルクショックを低減することができるので、燃焼を悪化させることを防止することができる。さらに、燃焼形態切り替え後の制御値にスロットルバルブをステップ的に変更するので、点火時期、燃料噴射に比して応答率の遅い吸入空気量を速やかに変更させることができる。すなわち、燃焼形態の切り替えをすみやかに行うことができるので、ＮＯｘが多量に発生する空燃比領域をすみやかに通過することができ、エミッションを低減することができる。
【００１１】
また、点火時期、燃料噴射量を燃焼形態切り替え過程の吸入空気量の応答率に基づいて補正するのでトルクショックを低減するために大きな点火遅角を必要としない。これにより燃焼が悪化することが防止される。
【００１２】
また、このとき請求項２の発明のように、吸入空気量の応答率は燃焼形態切り替え前後の吸入空気量と現在の吸入空気量の推定値とに基づいて算出されることで、精度よく燃料噴射量と点火時期とを補正することができる。
【００１３】
ところで、通常燃焼形態の切り替え前後では、燃料噴射量と点火時期とは異なるマップにより制御値を設定される。このため、燃焼形態の切り替え過程では吸入空気量の変化に対して精度良く燃料噴射量と点火時期を設定することが困難であった。そこで、請求項３の発明では、切り替え前後の燃料噴射量と点火時期と吸入空気量の変化とに応じて燃料噴射量と点火時期を補正するので燃焼形態の切り替えを精度良く実施することができる。
【００１４】
請求項４の発明では、請求項１乃至請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、燃焼形態に応じて内燃機関に排気ガスを再還流させる排気ガス還流量制御手段と、現在の排気ガス還流量と燃焼形態切り替え前後の前記排気ガス還流量制御手段による排気ガス還流量とに基づいて応答率を算出する排気還流ガス応答率算出手段とを備え、前記補正手段は、前記吸入空気量応答率算出手段により算出される吸入空気量の応答率と前記排気還流ガス応答率算出手段により算出される排気ガス還流量の応答率とに基づいて前記燃料噴射量と前記点火時期とを補正する。
【００１５】
一般的に排気ガス還流量制御手段においても、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期などと同様に燃焼形態に応じた制御値が設定される。このような排気ガス還流量制御手段においては、内燃機関に排気ガスと吸入空気とを導入した場合、燃焼が不安定になることが知られている。そこで、例えば、リーンな空燃比での燃焼は、燃焼が不安定になり易いので、理論空燃比よりもリーンな空燃比での燃焼を行う場合には、吸入空気量に対する排気ガス還流量の割合を低減して燃焼が不安定になることを防止している。
【００１６】
このような従来より知られるＥＧＲ制御において、燃焼形態が切り替えられると、その切り替え過程にて排気ガス還流量の応答率と吸入空気量との応答率とが異なるために、吸入空気量に対する排気ガス還流量の割合が増加することがある。このためトルクショックが生じてしまう虞がある。そこで請求項４の発明のように排気ガスと吸入空気との応答率に基づいて燃料噴射量と点火時期とを補正することで、トルクショックを低減することができ、精度良い燃焼形態切り替え制御を実施することができる。
【００１７】
なお、請求項５の発明のように排ガス還流量制御手段は燃焼形態が切り替えられた際に、ステップ的に燃焼形態切り替え後の目標値へ切り替えるものでも良い。このように吸入空気に加えて排ガス還流量もステップ的に切り換えることにより、切り替えが速やかに行われるので、例えば、リッチ燃焼からリーン燃焼やリーン燃焼からリッチ燃焼のような燃焼形態の切り替え時に、ＮＯｘの発生しやすい領域を速やかに通過することができるので、エミッションを低減することができる。
【００１８】
また、従来の技術としてトルクショックを低減するために点火遅角制御によりトルクを抑制する制御が開示されているが、前述のように燃焼形態の切り替えによっては、トルクの変動が落ち込む場合があり、点火遅角ではトルクショックを抑制することができないという虞もある。そこで、請求項６の発明のように、前記補正手段は、燃焼形態の切り替え過程にてトルクが増加するように前記吸入空気量応答率と前記排気ガス応答率とのいずれか一方の応答率に基づいて前記燃料噴射量と前記点火時期とを補正し、さらに、前記点火時期遅角手段により前記吸入空気量応答率と前記排気ガス応答率との偏差に基づいて点火時期の遅角量を設定するので、燃焼形態の切り替え時に発生するトルクショックを抑制することができる。
【００１９】
より詳細には請求項７の発明のように、補正手段は、基本燃料噴射量と基本点火時期を補正することにより、切り替え過程のいずれか一方の応答率に応じた燃料噴射量と点火時期とを設定する。
【００２０】
また、前述した排気ガス還流量の制御方法としては、請求項８の発明のように内燃機関の吸気弁および／または排気弁の開閉タイミングを任意に設定する可変バルブタイミング機構を備え、この可変バルブタイミング機構により内燃機関へ再還流する排気ガス還流量を制御しても良いし、請求項９の発明のように、内燃機関の排気通路から内燃機関の吸気通路へ排気ガスを還流させる排気ガス還流通路と、前記排気ガス還流通路中に設けられる前記排気ガス還流通路の断面積を任意に設定可能にせしめる排気ガス還流弁とを備え、前記排気ガス還流量制御手段は、前記排気ガス還流弁により内燃機関に再還流する排気ガス還流量を制御するようにしても良い。
【００２１】
請求項１０の発明によれば、補正手段は、リーン燃焼からストイキ燃焼、若しくはリッチ燃焼へと燃焼形態が切り替わるときには、吸入空気量の応答率と排気還流ガスの応答率とのうち、早い応答率をベースとして燃料噴射と点火時期との補正を実行する。これにより、燃焼形態の切換えにおいて、常にトルクを増加させる側に制御することができる。
【００２２】
そこで、早い応答率をベースとして補正された点火時期を、吸入空気量の応答率と排気還流ガスの応答率に基づいて遅角補正するので、燃焼の切換えを速やかに実行できるとともに、切換え時のトルクショックを抑制することができる。
【００２３】
また、請求項１１の発明のように、補正手段は、リッチ燃焼、若しくはストイキ燃焼からリーン燃焼へと燃焼形態が切り替わるときには、吸入空気量の応答率と排気還流ガスの応答率とのうち、遅い応答率をベースとして燃料噴射と点火時期との補正を実行する。これにより、燃焼形態の切換えにおいて、常にトルクを増加させる側に制御することができる。
【００２４】
そこで、遅い応答率をベースとして補正された点火時期を、吸入空気量の応答率と排気還流ガスの応答率に基づいて遅角補正するので、燃焼の切換えを速やかに実行できるとともに、切換え時のトルクショックを抑制することができる。
【００２５】
請求項１２の発明によれば、補正手段は、燃焼形態の切換え時に、排気還流ガスの応答率と、吸入空気量の応答率とのうち、トルクが増側となる応答率をベースとして燃料噴射量と点火時期の補正を実行する。これにより、燃焼形態の切換えにおいて、常にトルクを増加させる側に制御することができる。
【００２６】
そこで、補正された点火時期に対して、排気還流ガスの応答率と吸入空気量の応答率との偏差に基づいて遅角補正するので、燃焼形態の切換え時にトルクショックが発生することを抑制することができる。
【００２７】
ところで、燃焼形態の切換え時に生じる排気還流ガスと吸入空気との応答率の違いは、その燃焼形態の切換え途中において、概ね排気還流ガスの応答率の方が吸入空気の応答率に比して早い。これによって例えば、リーン燃焼からストイキ燃焼、若しくはリッチ燃焼へと燃焼形態が切り換えられる場合、吸入空気量をベースとして燃料噴射量と点火時期とを補正すると、切換え期間中にトルクの落ち込みが発生する割合が増加し、ドラビリが悪化してしまう。しかも、トルクの落ち込みは、点火時期制御による遅角補正ではトルクアップができない。従って、請求項１３の発明のように燃焼形態の切換えとして、リーン燃焼からストイキ燃焼、若しくはリッチ燃焼へと燃焼形態が切換わる場合は、排気還流ガスの応答率をベースとして燃料噴射量と点火時期の演算を実行する。これにより、リーン燃焼からストイキ燃焼、若しくはリッチ燃焼へと燃焼形態が切り換えられる場合には、排気還流ガスと吸入空気との応答差によって生じるトルクショックを増側にすることができ、更に、補正された点火時期に対して、ガスの応答率と、吸入空気量の応答率との偏差に基づいて遅角補正することで、概ね燃焼形態切換え時に発生するトルクショックを抑制することができる。
【００２８】
同様に、請求項１４の発明のように、リッチ燃焼、若しくはストイキ燃焼からリーン燃焼へと切換える場合は、吸入空気の応答率をベースとして燃料噴射量と点火時期の補正を実行する。これにより、リッチ燃焼、若しくはストイキ燃焼からリーン燃焼へと燃焼形態が切り換えられる場合には、排気還流ガスと吸入空気との応答差によって生じるトルクショックを増側にすることができ、更に、補正された点火時期に対して、ガスの応答率と吸入空気量の応答率との偏差に基づいて遅角補正することで、概ね燃焼形態切換え時に発生するトルクショックを抑制することができる。
【００２９】
【実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明を具体化した実施の形態を図面にしたがって説明する。図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概略構成図である。図１に示されるように、内燃機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン（以下、エンジン１という）として構成されている。吸入空気は上流からエアクリーナ２を介して吸気管３へ流入し、サージタンク５およびインテークマニホールド６を通過して、インテークマニホールド６内で各気筒毎の燃料噴射弁７から噴射された燃料と混合される。そして、所定空燃比の混合気として各気筒に供給される。内燃機関に流入する吸入空気量は、スロットルバルブ４の開度を調整することで制御される。スロットルアクチュエータ１５は、ＣＰＵ３０からの指令を受けて、運転状態に応じてスロットルバルブ４を所望の開度に駆動し、吸入空気量を調節する。
【００３０】
エンジン１の各気筒に設けられた点火プラグ８は点火コイル９にて発生された高電圧により前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼後に各気筒から排出される排出ガスは、エキゾーストマニホールド１１および排気管１２を経て、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの三成分を浄化するのための三元触媒１３と、排ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒１４とを通過した後、大気に排出される。
【００３１】
ここで、ＮＯｘ触媒１４は、主にリーン空燃比での燃焼時においてＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比での燃焼時において前記吸蔵したＮＯｘをリッチ成分（ＣＯ、ＨＣなど）で還元し放出する。また、三元触媒１３は、ＮＯｘ触媒１４に比べてその容量が小さく、エンジン１の低温始動後において早期に活性化されて有害ガスを浄化する触媒である。また、この三元触媒１３は酸素貯蔵能力を備えており、多少空燃比がずれた状態であっても貯蔵した酸素によりＨＣ、ＣＯを浄化することができる。
【００３２】
吸気管３には吸入空気量を検出するエアフロメータ２１が設けられている。また、スロットル弁４には同弁４の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出するためのスロットルセンサ２３が設けられ、このスロットルセンサ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信号を出力する。スロットルセンサ２３はアイドルスイッチを内蔵しており、スロットル弁４が略全閉である旨の検出信号を出力する。さらにスロットル弁４はスロットルアクチュエータ１５により駆動される。スロットルアクチュエータ１５としては周知のＤＣモータ、トルクモータ等が用いられる。
【００３３】
エンジン１のシリンダブロックには水温センサ２４が設けられ、この水温センサ２４はエンジン１内を循環する冷却水の温度（冷却水温Ｔｈｗ）を検出する。エンジン１のクランクケースにはエンジン１の回転速度（エンジン回転速度Ｎｅ）を検出するための回転速度センサ２５が設けられている。
【００３４】
さらに、前記排気管１２において三元触媒１３の上流には、限界電流式のＡ／Ｆセンサ２７が配設されており、同センサ２７はエンジン１から排出される排ガスの酸素濃度（或いは、未燃ガス中のＣＯ濃度）に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力する。なお、Ａ／Ｆセンサ２７は、素子部（固体電解質および拡散抵抗層）の活性化を図るためのヒータ４７を備える。Ａ／Ｆセンサ２７としては、断面コップ形状に形成された素子部を有するコップ型センサや、あるいは板状の素子部とヒータ４７とが積層されて成る積層型センサが適用できる。
【００３５】
ＥＣＵ３０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ（いずれも図示しない）などを中心に論理演算回路として構成され、前記各センサの検出信号に基づいて燃料噴射量、点火時期Ｉｇなどの制御信号を算出し、さらにそれらの制御信号を燃料噴射弁７、点火コイル９にそれぞれ出力する。
【００３６】
また、ＥＣＵ３０内のＣＰＵは、Ａ／Ｆセンサ２７のヒータ通電量をデューティ制御して同センサ２７を活性状態で維持する。本実施の形態では、Ａ／Ｆセンサ２７のヒータ４７に対して必要な電力量を供給し、当該センサ２７の素子温を活性温度域で保持するようにしている。なお、本実施の形態の構成では、ＮＯｘ触媒１４を三元触媒１３の下流側に配設した従来より知られるリーンバーンエンジンについて説明したが、燃焼形態を切り替える構成であれば、これに限るものではない。例えば、スワールコントロールバルブを用いた直噴エンジンやピストンの形状をタンブル流が生じるように構成した直噴エンジンなどであっても良い。
【００３７】
次に、上述の如く構成される空燃比制御システムの作動を図２から図１３のフローチャートを用いて説明する。
【００３８】
＜燃焼形態算出ルーチン＞
本実施の形態では、運転領域によって異なる燃焼形態により内燃機関の燃焼を行う。燃焼形態としては、例えば、理論空然比にて燃焼を行うストイキ燃焼と、リーン空燃比での燃焼を行うリーン燃焼と、リッチ空燃比での燃焼を行うリッチ燃焼との３つの燃焼である。この３つの燃焼形態を運転条件や運転領域により切り換える際に最適な制御を実現する。
【００３９】
図２のフローチャートは、例えば４気筒４サイクルエンジンの場合には、１８０°ＣＡ毎に起動されるプログラムであり、本ルーチンでは、運転領域と運転条件とに応じた燃焼形態を算出するための処理を実施する。まず、ステップＳ１００にて、運転領域に関係するパラメータとして、例えば、図３に示されるようにエンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡとにより決定されるマップなどによって運転領域のフラグＦＡＲＥＡを設定する。エンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡとが小さいとき、すなわちアイドル運転時などの低負荷運転領域であるときには、運転領域のフラグＦＡＲＥＡをストイキ燃焼領域を示す０とする。同様に、エンジン回転速度ＮＥが高く、吸入空気量ＱＡが中程度である高負荷運転領域であるようなときにも運転領域のフラグＦＡＲＥＡを０とする。エンジン回転速度ＮＥ，吸入空気量ＱＡともに中程度である定常負荷運転領域では、運転状態のフラグＦＡＲＥＡにリーン燃焼領域を示す１を入力する。また、エンジン回転速度ＮＥ，吸入空気量ＱＡともに大きい高負荷運転領域の場合には、運転領域のフラグＦＡＲＥＡにリッチ燃焼領域を示す２を入力する。このようにして設定されるフラグＦＡＲＥＡと、運転条件とに基づいてステップＳ１１０以降の処理では、燃焼形態を決定するための処理を実施する。
【００４０】
ステップＳ１１０では、運転領域のフラグＦＡＲＥＡが２であるか否か、または、ＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘを還元・放出するためのリッチパージを行うか否かが判定される。運転領域のフラグＦＡＲＥＡが２であることは、高負荷運転領域であることを示し、高負荷運転領域時ではリッチ空燃比での燃焼としてリッチ燃焼が行われる。ＮＯｘを還元・放出するためのリッチパージについてもリッチ燃焼が行われる。すなわち、上記どちらかの条件を満たせば、ステップＳ１２０へ進み、リッチ燃焼を実行するためにフラグＦＭＯＤＥに２を入力し、本ルーチンを終了する。
【００４１】
一方、運転領域ＦＡＲＥＡが２ではなく、ＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘを還元放出するためのリッチパージの実行条件でもないときには、ステップＳ１３０に進み、水温センサ２５により検出される内燃機関の冷却水温ＴＨＷが所定温度ＫＴＨＷ以上であるか否かが判定される。内燃機関の冷却水温ＴＨＷが所定水温以上であることは、内燃機関が冷間始動から暖機が完了していることを示す。
【００４２】
ここで、冷却水温ＴＨＷが所定水温ＫＴＨＷ以上である場合には、内燃機関の暖機が完了しているとして、ステップＳ１４０へ進む。ステップＳ１４０では、定常負荷運転領域であるため、燃費の低減などの観点からリーン空燃比での燃焼を実施するためにフラグＦＭＯＤＥに１を入力して、本ルーチンを終了する。また、ステップＳ１３０において、冷却水温ＴＨＷが所定水温ＫＴＨＷよりも小さい場合、また、ステップＳ１４０において、運転領域のフラグＦＡＲＥＡが１ではないときには、ステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０では、運転領域のフラグＦＡＲＥＡが０であるため、理論空燃比付近でのストイキ燃焼を実施するためにフラグＦＭＯＤＥに０を入力し、本ルーチンを終了する。
【００４３】
つぎに説明する処理では、これらの燃焼形態に応じた目標スロットル開度を算出する処理を説明する。
【００４４】
＜目標スロットル開度算出ルーチン＞
図４は目標スロットル開度を算出するためのフローチャートであり、まず、ステップＳ２１０では、燃焼形態がストイキ燃焼以外であるか否かを判定する。実際には、前述したそれぞれの燃焼形態に対応したフラグＦＭＯＤＥが０以外であることを判定する。この条件を満たさない場合、すなわち、ストイキ燃焼を実施することを示すフラグＦＭＯＤＥ＝０である場合は、ステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０では、目標スロットル開度ＴＡＴＧを図示しないエンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡとのマップから呼び出し、呼び出した値をストイキ燃焼での目標スロットル開度ＴＡＴＧとして本ルーチンを終了する。
【００４５】
一方、ステップＳ２１０にて燃焼形態がストイキ燃焼以外である場合、すなわち、燃焼形態に対応するフラグＦＭＯＤＥが０以外の値である場合には、ステップＳ２２０とステップＳ２３０との処理にてそれぞれの燃焼形態に応じた目標スロットル開度ＴＡＴＧを設定する。ステップＳ２２０では、燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥに応じて燃焼形態に応じたマップを選択する。このマップは、エンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡとをパラメータとして運転状態に応じた目標スロットル開度の補正量ＦＴＡを算出する。そして、ステップＳ２３０において、目標スロットル開度ＴＡＴＧは、ストイキ燃焼での目標スロットルバルブ開度ＴＡFMODE=0にステップＳ２２０にて設定した燃焼形態に応じて設定される補正量ＦＴＡを加算して設定される。
【００４６】
例えば、補正量ＦＴＡの算出方法としては、燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥが１である場合、すなわち、燃焼形態がリーン燃焼である場合には、図５に示すエンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡとのマップから目標スロットル開度ＴＡの補正量ＦＴＡを呼び出す。また、同様に燃焼形態がリッチ燃焼（ＦＭＯＤＥ＝２）である場合には、図６に示すエンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡとのマップから目標スロットル開度ＴＡの補正量ＦＴＡを呼び出す。
【００４７】
このようにして、それぞれの燃焼形態に応じた目標スロットル開度ＴＡＴＧを設定すると、つぎに、吸入空気量ＱＡの応答率を算出する。
【００４８】
＜吸入空気量応答率算出ルーチン＞
吸入空気量ＱＡの応答率とは、燃焼形態が切り換えられる際にスロットルバルブ４が燃焼形態切り替え後の目標値にステップ的に変更された場合に、吸入空気量がスロットル開度に応じた目標吸入空気量に到達するまでの値である。本ルーチンでは、この応答率を算出するための処理が実施される。図７のフローチャートを用いて以下に詳細に説明する。
【００４９】
まず、ステップＳ３１０にて燃焼形態が変化したか否かを判定する。判定条件としては、今回の燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥが前回の燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥと異なるかである。前回の燃焼形態と今回の燃焼形態とが異なる場合、すなわち、燃焼形態が切り替えられたときにはステップＳ３２０へ進む。ステップＳ３２０では、前回の吸入空気量ＱＡ（前回ＦＭＯＤＥ）に現在の吸入空気量ＱＡを入力する。そして、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰに０を入力し、本ルーチンを終了する。ステップＳ３２０とステップＳ３３０との処理は、燃焼形態が変更される毎に起動される初期設定を行う処理である。
【００５０】
一方、ステップＳ３１０にて、燃焼形態が変更されていないと判定されると、ステップＳ３４０に進む。ステップＳ３４０では、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰが１．０であるか否かが判定される。ここで、燃焼形態の切り替えが終了すると、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰは１．０となるため、そのまま本ルーチンを終了する。一方、吸入空気量ＱＡＲＥＳＰが１．０でない場合は、燃焼形態の切り替え途中であるので、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰを算出するためにステップＳ３５０以降の処理に進む。この処理は、応答率ＱＡＲＥＳＰが１．０になるまで繰り返し行われる処理であり、燃焼形態が変化して目標吸入空気量ＱＡになるまでの吸入空気量の応答率を算出する処理である。
【００５１】
ステップＳ３５０では、図９に示すマップにより、目標スロットル開度ＴＡＴＧとエンジン回転速度ＮＥとに基づいて燃焼形態切り替え後の吸入空気量ＱＡFMODEを算出し、ステップＳ３６０へ進む。ステップＳ３６０では、（１）式にて吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰを算出する。
【００５２】
（１）式
0003966002.tif 000002
ＱＡ前回FMODEは、ステップＳ３２０にて設定された値であり、燃焼形態が変更される前の吸入空気量である。（１）式の分母では、ＱＡ前回FMODEと切り換え後の燃焼形態での目標吸入空気量ＱＡFMODEとの偏差を算出する。そして、分子では、これに対する現在の吸入空気量の変化率を算出することで、燃焼形態切り替え後の目標スロットル開度ＴＡＴＧに対する吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰを算出している。なお、現在の吸入空気量は、スロットルセンサ２３により検出されるスロットル開度と、エンジン回転速度ＮＥとから推定（吸入空気量推定手段）される。
【００５３】
つぎに、ステップＳ３７０では、このようにして算出された吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰが１００％付近であるか否かを判定する。判定条件としては、例えば、応答率ＱＡＲＥＳＰ＞０．９５の条件が成立するか否かが判定される。この判定条件を満たす場合には、ステップＳ３６０にて算出された応答率ＱＡＲＥＳＰを図示しないメモリにストアして本ルーチンを終了し、また、上記条件を満たす場合は、ステップＳ３８０にて、吸入空気量が燃焼形態切り替え後の目標吸入空気量に到達したとして、応答率ＱＡＲＥＳＰに１．０を入力して本ルーチンを終了する。
【００５４】
このように、本ルーチンでは、燃焼形態の切り替えが検出されると、（１）式にしたがって切り替え後の目標吸入空気量に対する現在の吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰを算出する。つぎに、このようにして算出される吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰに応じた燃料噴射量の算出処理を示すフローチャート（図８）を説明する。
【００５５】
＜燃料噴射量算出ルーチン＞
まず、ステップＳ４１０では、エンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡと燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥとから図１０に示すマップにより燃料噴射量ＴＰMODEを呼び出す。燃料噴射量ＴＰMODEは、それぞれの燃焼形態に応じた基本噴射量を示し、図１０のマップには３つの燃焼形態に応じたマップがあり、燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥ毎にそれぞれの燃料噴射量ＴＰＭＯＤＥを設定する。図１０（ａ）は燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥ＝０のとき、図１０（ｂ）はＦＭＯＤＥ＝１のとき、図１０（ｃ）はＦＭＯＤＥ＝２のときをそれぞれ示している。
【００５６】
つぎに、ステップＳ４２０にて吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰが１．０であるか否かが判定される。応答率ＱＡＲＥＳＰが１．０であれば、ステップＳ４７０に進み、基本噴射量ＴＰには、ステップＳ４１０にて算出された燃焼形態に応じて設定される燃料噴射量ＴＰMODEが入力される。一方、応答率ＱＡＲＥＳＰが１．０でないと判定されると、ステップＳ４３０以降の処理へ進む。ステップＳ４３０では、空燃比のフィードバック制御を禁止するために、空燃比補正係数ＦＡＦに１．０を入力する。空燃比フィードバック制御は目標空燃比との偏差に応じて空燃比をフィードバックし、目標空燃比にて制御するものであり、従来より知られるものを用いることが好ましい。そして、ステップＳ４４０では、燃焼形態が変化したか否かを判定する。判定条件としては、今回の燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥと前回の燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥが同一であるか否かである。
【００５７】
ステップＳ４４０にて前回のフラグＦＭＯＤＥが今回のフラグＦＭＯＤＥと同一であると判定されると、ステップＳ４５０をバイパスしてステップＳ４６０へ進む。一方、前回のフラグＦＭＯＤＥが今回のフラグＦＭＯＤＥと異なれば、ステップＳ４５０へ進み、基本燃料噴射量ＴＰ前回FMODEに前回の燃焼形態に応じた基本燃料噴射量ＴＰMODEを入力し、ステップＳ４６０へ進む。ステップＳ４６０では、燃焼形態切り換え中の基本噴射量ＴＰを（２）式にしたがって算出する。
【００５８】
（２）式
ＴＰ＝ＴＰ前回FMODE＋ＱＡＲＥＳＰ×（ＴＰMODE−ＴＰ前回FMODE）
（２）式において、ＴＰMODE−ＴＰ前回FMODEは、前回と今回の燃焼形態の変化に伴う基本噴射量の変化量を示し、この変化量に応答率ＱＡＲＥＳＰを乗じることで、燃焼形態切り替え中の吸入空気量応答率に応じた基本噴射量の補正量を算出することができる。
【００５９】
そして、ステップＳ４７０では、燃料噴射量ＴＡＵを（３）式にしたがって算出する。
【００６０】
（３）式
ＴＡＵ＝ＴＰ×ＦＲＩＣＨ×ＦＡＦ＋ＦＷＥＴ
（３）式において、ＦＲＩＣＨは、エンジン始動後の補正係数であり、たとえば、暖機増量補正係数などが挙げられる。また、ＦＷＥＴは、過渡補正係数であり、過渡運転時などに設定される補正係数である。これらの補正係数としては、従来より知られる補正係数で良い。
【００６１】
つぎに、図７のフローチャートで算出される吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰに基づいて点火時期ＥＳＡを算出する処理を図１１のフローチャートにしたがって説明する。
【００６２】
＜点火時期算出ルーチン＞
まず、ステップＳ５１０にて、エンジン回転速度ＮＥ、吸入空気量ＱＡ、燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥに基づいて図１２に示すマップから点火時期ＥＳＡMODEを呼び出す。点火時期ＥＳＡMODEは、それぞれの燃焼形態に応じた基本点火時期を示す値であり、図１２（ａ）のマップでは、ストイキ燃焼（ＦＭＯＤＥ＝０）での吸入空気量ＱＡとエンジン回転速度ＮＥとに応じた基本点火時期がマップ化されている。同様に、図１２（ｂ）ではリーン燃焼（ＦＭＯＤＥ＝１）、図１２（ｃ）ではリッチ燃焼（ＦＭＯＤＥ＝２）に応じたそれぞれの点火時期ＥＳＡMODEがマップ化されている。
【００６３】
このようにして、燃焼形態に応じた点火時期ＥＳＡMODEが呼び出されると、ステップＳ５２０へ進む。ステップＳ５２０では、吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰが１．０であるか否かが判定される。すなわち、これは燃焼形態が変更され、吸入空気量ＱＡが切り替え中であるかを判定している。ここで、切り替え中ではない（ＱＡＲＥＳＰ＝１．０）であると判定されると、ステップＳ５７０に進み、基本点火時期ＥＳＡＢＡＳＥにステップＳ５１０にて呼び出される燃焼形態に応じた点火時期ＥＳＡMODEを入力し、ステップＳ５６０へ進む。一方、ステップＳ５２０にて切り替え中である（ＱＡＲＥＳＰ？１．０）と判定されるとステップＳ５３０以降の処理へ進む。
【００６４】
ステップＳ５３０以降の処理では、切り替え中の吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰに応じて基本点火時期ＥＳＡＢＳＥを算出するための処理である。まず、ステップＳ５３０では、燃焼形態が変更されたか否かを燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥが前回のＦＭＯＤＥと同一であるか否かにより判定する。燃焼形態が切り換えられた直後であれば、ＥＳＡＢＳＥ前回FMODEに燃焼形態切り替え前の基本点火時期ＥＳＡＢＳＥを設定し、ステップＳ５５０へ進む。また、ステップＳ５３０にて否定判定された場合には、ステップＳ５４０をバイパスしてステップＳ５５０へ進む。ステップＳ５５０では、燃焼形態が切り替え中での基本点火時期を（４）式にしたがって算出する。
【００６５】
（４）式
ＥＳＡＢＳＥ＝ＥＳＡＢＳＥ前回FMODE＋ＱＡＲＥＳＰ×（ＥＳＡMODE−ＥＳＡＢＳＥ前回FMODE
ＥＳＡMODE−ＥＳＡＢＳＥ前回FMODEは、切り替え前の基本点火時期と切り替え後の基本点火時期との偏差であり、この値に吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰを乗じることにより、前回の基本点火時期に対する補正量を算出している。そして、（４）式のようにすることで、切り替え中の吸入空気量ＱＡに応じた基本点火時期を正確に算出することができる。
【００６６】
つぎに、ステップＳ５６０にて行われる点火時期ＥＳＡの算出処理について説明する。ステップＳ５６０では、ステップＳ５７０で算出される燃焼形態に応じた基本点火時期ＥＳＡＢＳＥやステップＳ５５０で算出される切り替え中の吸入空気量に応じた基本点火時期ＥＳＡＢＳＥに応じて点火時期ＥＳＡを（５）式にしたがって算出する。
【００６７】
（５）式
ＥＳＡ＝ＥＳＡＢＳＥ＋ＦＥＳＡ
ここで、ＦＥＳＡは、暖機補正や過渡補正などの従来より知られる補正係数を示す。
【００６８】
本実施の形態を行った場合のタイミングチャートを図１３を用いて説明する。図１３では、燃焼形態がストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えられた場合（ＦＭＯＤＥ＝０？ＦＭＯＤＥ＝１）が示してある。図１３（ａ）のように、時刻ｔ１にて、燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥが０から１へと切り替えられると、図１３（ｂ）のように燃焼形態に応じて目標スロットル開度ＴＡＴＧがステップ的に設定される。燃焼室内に流入する吸入空気量ＱＡは、設定されたスロットル開度に対して遅れを生じるために図１３（ｃ）に示すように時刻ｔ１から所定時間後の時刻ｔ２にて吸入空気量ＱＡが増加し始める。このため吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰは０から１．０へと図１３（ｄ）に示すように変化する。
【００６９】
以降の説明では、図中の一点鎖線を従来技術として実線を本実施の形態の技術として説明する。従来の技術では、図１３（ｅ），（ｆ）に示すように、時刻ｔ１にて燃焼形態が切り替えられると、すぐに燃料噴射量ＴＡＵと点火時期ＥＳＡとを切り替え後の目標値へと変更する。ところが、図１３（ｃ）に示すように燃焼室内に流入する吸入空気量ＱＡは、設定される目標スロットル開度ＴＡＴＧに対して遅れをもつ。このため燃料噴射量ＴＡＵと点火時期ＥＳＡとが切り替え途中の吸入空気量ＱＡに対して適性な値に設定されないために図１３（ｇ）に示すようにエンジン回転速度ＮＥ（トルク）に回転変動を生じさせてしまう。
【００７０】
これに対して本実施の形態では、実線に示すように、図１３（ｄ）に示すように最も応答率が遅い吸入空気量ＱＡＲＥＳＰに応じて図１３（ｅ），（ｆ）に示すように燃料噴射量ＴＡＵと点火時期ＥＳＡとを設定する。このため燃焼形態の切り替え途中の吸入空気量ＱＡに応じた精度良い燃料噴射量と点火時期との制御を実施することができ、図１３（ｇ）に示すようにエンジン回転速度ＮＥ（トルク）に変動を生じることを防止することができる。このため、大きな点火遅角を行うことなく、トルク変動を防止することができるので燃焼が不安定になることを防止することができる。さらに本実施の形態において、リーン燃焼の空燃比を図２８に示すようにＮＯｘが多量に発生してしまう空燃比１８よりもリーンな空燃比で制御するのが好ましい。この場合、切り替えが速やかに行われることでＮＯｘが多量に発生する空燃比領域（１６〜１８）を速やかに通過することができるので、よりＮＯｘ発生量を低減することができる。例えば、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵・吸着されているＮＯｘが所定量に達したときに、リッチ燃焼ガスを供給することでＮＯｘ触媒内のＮＯｘを還元・放出するシステムでは、切り替え時のＮＯｘ発生量を抑制することができるので、リーン燃焼時間が短くなることが抑制され、燃費が悪化することが抑制される。
【００７１】
本実施の形態において、スロットルバルブ制御手段は図４のフローチャートに、吸入空気量応答率算出手段は図７のフローチャートに、補正手段は図８と図１１とのフローチャートに、吸入空気量推定手段はスロットルセンサ２３により検出されるスロットル開度とエンジン回転速度ＮＥとにより推定する手段に、それぞれ相当し、機能する。
【００７２】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、燃焼形態を切り替える際に、切換え途中の吸入空気量を推定し、推定した値と燃焼形態切り替え前後の目標値とから吸入空気量の応答率を算出した。そして、この吸入空気量の応答率に基づいて点火時期と燃料噴射量との制御を行うことでトルク変動を抑制した。本実施の形態の内燃機関の制御装置では、第１の実施の形態に加えて更に、可変バルブタイミングコントロールシステム（以下、ＶＶＴと称する。）機構を備え、燃焼形態が変更されることにより、ＶＶＴの目標値が切り替えられても本実施の形態の制御を行うことで、トルクショックを抑制するのでエンジン回転速度ＮＥの変動を抑制することができる。なお、本実施の形態では、ＶＶＴは燃焼室内に再流入する排気ガス量（以下、内部ＥＧＲ量と称する。）を制御するために用いられる。ＶＶＴの制御方法としては、排気ガス量を制御するために、例えば、排気ＶＶＴを進角制御することにより、内部ＥＧＲ量を増加させても良いし、吸気ＶＶＴと排気ＶＶＴとのオーバーラップ量を増加させることで内部ＥＧＲ量を増加させても良く、運転状態などによって適宜制御されれば良い。
【００７３】
以下、本実施の形態の制御原理を説明する。ＶＶＴにより、燃焼室内のＥＧＲ量の制御を実施している場合、吸入空気量のみの燃焼に比して、内部ＥＧＲ量が増加すると燃焼によるトルクが減少する。このため燃焼形態の切り替え時に第１の実施の形態のように吸入空気量のみに応じて燃料噴射量と点火時期との制御量を設定していると所望のトルクが得られなくなりエンジン回転速度ＮＥに変動が生じてしまう。これは、切り替え時の吸入空気量の応答率に対して、ＶＶＴによる内部ＥＧＲ量の応答率が異なることが原因である。
【００７４】
特に、従来技術のようにリーン燃焼からストイキ燃焼（以下、リーン？ストイキと称する。）への切り替え制御と、ストイキ燃焼からリーン燃焼（以下、ストイキ？リーンと称する。）への切り替え制御とを点火時期遅角にのみで行う場合には、点火時期遅角はトルクを抑制することはできてもトルクを増加させることはできない。そのためトルク誤差が減少する場合には、減少したトルクを点火遅角では補償することができないために、エンジン回転速度ＮＥの落ち込みを防止することはできないという問題点がある。
【００７５】
以下では、ストイキ燃焼に対してリーン燃焼では、吸入空気量が増加され、ＥＧＲ量は低減されることと、燃料噴射量と点火時期とは第１の実施の形態同様に吸入空気量の応答率に応じて設定されることを前提とする。そして、この前提条件にてリーン？ストイキの切り替え時における吸入空気量とＶＶＴによる内部ＥＧＲ量との応答率の関係を図１４を用いて概略的に説明する。ここで応答率とは、切り替え後の目標値に対する変化率を示しており、吸気負荷率は吸入空気量の変化率を、ＥＧＲ率はＶＶＴによる排ガス量の変化率をそれぞれ示している。図１４（ａ）に示すように、燃焼形態が時刻ｔ１において切り替えられると、吸入空気量ＱＡは、ＥＧＲ率に比して変化率が遅れてしまう。そのため、大きな応答差が生じることとなる。このような応答差を生ずるため、リーン燃焼からストイキ燃焼への切り替え時には、吸入空気量に対してＥＧＲ量の応答率の方が早いため吸入空気量に対するＥＧＲ量の割合が増加する。これにより、図１４（ｂ）に示すようにトルクの減少によって、エンジン回転速度ＮＥが低下してしまう。このため、第一の実施の形態においてＶＶＴによる内部ＥＧＲ制御を行った場合に点火遅角のみで切り替え制御では、このトルク減少分を補正することはできないという問題がある。
【００７６】
また、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切り替え時には、吸入空気量に対するＥＧＲ量の割合が減少してしまうため燃焼によるトルクが増加してしまう。そのため、リーン燃焼からストイキ燃焼への切り替えでは、トルクの増加によって、エンジン回転速度ＮＥが上昇してしまう。
【００７７】
そこで、本実施の形態では、リーン？ストイキ切り替え時の制御では、吸入空気と内部ＥＧＲとのうちで早い応答率をベースとし、燃料噴射量と点火時期とを算出する。これにより応答率の差によって発生するトルク変化を増加する側へ制御することができる。そして、このとき吸入空気と内部ＥＧＲとの応答差によって生じるトルク過剰分を点火時期遅角により減少させることができる。一方、ストイキ？リーン切り替え時の制御では、吸入空気と内部ＥＧＲとのうちで遅い応答率をベースとして燃料噴射量と点火時期とを演算するので、吸入空気と内部ＥＧＲとの応答差により発生するトルク変動を増加側に制御することができる。これにより、切り替え時のトルク変動を点火時期遅角により抑制することができる。
【００７８】
このような原理によって、吸入空気と内部ＥＧＲとの応答差によって生じるトルク変動を、燃焼形態の切り替え過程で必ずトルク増側に制御することができるので、このトルクの増分を点火時期遅角により補償することができる。なお、第一の実施の形態のように、いずれか一方の応答率に基づいて基本燃料噴射量と基本点火時期を設定するので、大きなトルクショックは発生しない。発生するトルクショックは、応答差によって生ずるトルク変動のみなので、トルクショックを低減するための点火時期遅角も小さな遅角量で行うことができ、燃焼を大きく悪化することも抑制することができる。
【００７９】
以下、上述の原理に基づいて行われる本実施の形態の制御を図面にしたがって詳細に説明する。ここでは、内部ＥＧＲの制御を排気ＶＶＴの進角制御により算出する。まずは、ＶＶＴの進角量を算出するフローチャートを図１５を用いて説明する。
【００８０】
＜目標ＶＶＴ進角量算出ルーチン＞
本ルーチンは、１燃焼タイミング毎に起動されるプログラムであり、４気筒４サイクルエンジンの場合、１８０°ＣＡ毎に起動される。本ルーチンが呼び出されると、ステップＳ６００にて、燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥ毎にエンジン回転速度ＮＥ，吸入空気量ＱＡに応じて定められる目標ＶＶＴ進角量ＶＴＴのマップを検索する。図１６（ａ）は、ストイキ燃焼を示すＦＭＯＤＥ＝０のマップであり、エンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡとに対応した目標ＶＶＴ進角量ＶＴＴが格納されている。同様に、図１６（ｂ），（ｃ）は、それぞれ燃焼形態ＦＭＯＤＥ＝１，ＦＭＯＤＥ＝２に対応したマップである。このように燃焼形態に応じたマップを呼び出し、吸入空気量ＱＡとエンジン回転速度ＮＥとに応じた目標ＶＶＴ進角量ＶＴＴを呼び出すことにより、運転状態に応じたＥＧＲ量を設定し、本ルーチンを終了する。
【００８１】
つぎに、燃焼形態が切り替えられる際に、ＶＶＴによるＥＧＲ量の変化率、すなわちＥＧＲ量の応答率を算出するルーチンを図１７のフローチャートにしたがって説明する。
【００８２】
＜ＥＧＲ量応答率算出ルーチン＞
本ルーチンは、１燃焼タイミング毎に起動されるプログラムであり、４気筒４サイクルのエンジンの場合、１８０°ＣＡ毎に起動されるプログラムである。本ルーチンが呼び出されると、まず、ステップＳ７１０にて、燃焼形態が変化したか否かが判定される。判定方法としては、燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥの今回値が前回のＦＭＯＤＥと同一か否かを判定する。異なる場合には、燃焼形態が変化したことを示すため、ステップＳ７２０とステップＳ７３０との処理へ移行する。この処理は、燃焼形態の切り替え直後に行われる初期設定である。
【００８３】
ステップＳ７２０では、ＶＶＴ前回FMODEに図１５のステップＳ６００にて算出される目標ＶＶＴ進角量ＶＴＴを入力する。そして、ステップＳ７３０にて、ＶＶＴによる内部ＥＧＲの応答率ＥＧＲＥＳＰに０を入力し、本ルーチンを終了する。このように初期設定が行われると、ステップＳ７１０では次の燃焼形態の切り替えが行われるまで否定判定されることとなり、ステップＳ７４０以降の処理を繰り返す。ステップＳ７４０では、ＶＶＴによる内部ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰが１．０であるか否かが判定される。内部ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰが１．０であることは、燃焼形態の切り替えが終了したことをしめすため、ステップＳ７４０が否定判定され、そのまま本ルーチンを終了する。
【００８４】
一方、ステップＳ７４０にて、ＶＶＴによる内部ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰが１．０ではないと判定されると、燃焼形態の切り替え途中であるとして、ステップＳ７５０に進む。ステップＳ７５０では、（６）式にしたがってＶＶＴによるＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰを算出する。
【００８５】
（６）式
0003966002.tif 000003
（６）式において、分母は切り替え前の燃焼形態におけるＶＶＴの進角量ＶＶＴ前回FMODEと切り替え後の目標ＶＶＴ進角量ＶＴＴとの偏差である。分子では、現在のＶＶＴの実進角量と切り替え前の燃焼形態におけるＶＶＴの進角量ＶＶＴ前回FMODEとの偏差を求め、燃焼形態の切り替え途中の内部ＥＧＲ量の応答率を算出する。このようにしてステップＳ７５０にて、ＶＶＴによる内部ＥＧＲ量の応答率を算出すると、つぎにステップＳ７６０に進む。ステップＳ７６０では、算出したＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰが１００％付近であるか否かを判定する。例えば、応答率ＥＧＲＥＳＰ＞０．９５の条件を満たすか否かで判定すれば良く、この条件を満たす場合には、ステップＳ７６０は肯定判定されて、ステップＳ７７０へ進み、ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰに１．０を入力し、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ７６０にて算出された応答率ＥＧＲＥＳＰが０．９５以下である場合は、そのまま本ルーチンを終了する。本実施の形態では、このようにして、（６）式に基づいて燃焼形態の切換え途中のＶＶＴによるＥＧＲ量の応答率を算出する。
【００８６】
このようにして、ＶＶＴによる内部ＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ１と、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰ（第１の実施の形態、図７のフローチャート）とをそれぞれ算出すると、算出された２つのの応答率に基づいて基本燃料噴射量ＴＰと基本点火時期ＥＳＡＢＳＥとを適宜制御する。まずは、燃料噴射量ＴＡＵと点火時期ＥＳＡとを設定する際に必要な、応答率ＲＥＳＰを算出する処理を図２４のフローチャートを用いて説明する。なお、本ルーチンは、図２２のステップＳ１０６０のサブルーチンである。
【００８７】
＜ＲＥＳＰ算出ルーチン＞
図２４のフローチャートでは、まずステップＳ１３１０にて、燃焼形態がどのように切り替わったのかを判定する。ここで、ストイキまたはリッチ燃焼からリーン燃焼へ切り替えが行われたと判定（ＦＭＯＤＥ？前回ＦＭＯＤＥ、かつ、ＦＭＯＤＥ＝１）すると、ステップＳ１３２０へ進む。ステップＳ１３２０では、内部ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＲＥＳＰ１と吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰとのどちらの応答率が早いかを判定する。
【００８８】
燃焼形態の切り替えがリーン燃焼への切り替えであるので、内部ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰ１が吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰよりも応答率が早く、吸入空気量ＱＡに対してＥＧＲ量の増加割合が小さくなり、トルクが増加する。このため、トルクを増加側へ制御するためには吸入空気量の応答率をベースとすると良い。しかし、発明者等の実験により、ストイキ燃焼または、リッチ燃焼からリーン燃焼への切り替え時であってもＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰ１よりも吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰの方が早い場合があることが確認されている。このことを考慮して、本実施の形態では、応答率が遅い方を選択することにより、ストイキ燃焼またはリッチ燃焼からリーン燃焼への切り替え時にはトルクが増加するように制御している。
【００８９】
すなわち、ステップＳ１３２０にて、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰの方が早いと判定されると、ステップＳ１３３０に進み、燃料噴射量ＴＡＵと点火時期ＥＳＡとを補正するための応答率として応答率ＲＥＳＰに内部ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰ１を入力し、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１３２０にて吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰの方が遅いと判定されると、ステップＳ１３４０に進み、応答率ＲＥＳＰに吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰを入力し、本ルーチンを終了する。
【００９０】
以上のように、ストイキ燃焼またはリッチ燃焼からリーン燃焼に切り換えられた場合には応答率ＲＥＳＰに、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰ，ＥＧＲ応答率ＥＧＲＥＳＰ１のいずれか早い方が選択される。つぎの説明では、ステップＳ１３１０にて否定判定され、ステップＳ１３５０以降の処理について説明する。
【００９１】
ステップＳ１３５０では、燃焼形態がリーン燃焼からストイキ燃焼またはリッチ燃焼への切り替えであるか否かを判定する。判定条件としては、ＦＭＯＤＥ？前回ＦＭＯＤＥ、かつ、前回ＦＭＯＤＥ＝１を満たすか否かである。この条件を満たすとき、すなわち、リーン燃焼からリッチ燃焼またはストイキ燃焼への切り替え時であるときには、ステップＳ１３６０へと進む。
【００９２】
ステップＳ１３６０では、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰとＶＶＴによる内部ＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ１とでどちらの応答率が早いかが判定される。このステップにて、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰの方が早い場合には、ステップＳ１３７０へ進み、ＲＥＳＰに吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰを入力する。ＶＶＴによるＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰ１である場合には、ステップＳ１３９０へ進み、ＲＥＳＰにＶＶＴによるＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ１を入力する。このようにして、応答率を選択すると、このまま本ルーチンを終了する。
【００９３】
一方、ステップＳ１３６０にて、否定判定されると、すなわち、ストイキ燃焼からリッチ燃焼への切り替えと、リッチ燃焼からストイキ燃焼への切り替え時では、ステップＳ１３９０へ進み、ＲＥＳＰにＶＶＴによるＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ１を入力して、本ルーチンを終了する。なお、ストイキ燃焼からリッチ燃焼への切り替えと、リッチ燃焼からストイキ燃焼への切り替え時であっても、燃焼形態の切り替え時に応答差によって生じるトルクショックがトルク増となるように応答率を選択しても良い。
【００９４】
以上のように、燃焼形態の切り替えに応じた応答率を選択すると、つぎに、選択された応答率ＲＥＳＰに応じて設定される点火時期ＥＳＡと燃料噴射量ＴＡＵとの処理を説明する。
【００９５】
＜燃料噴射量算出ルーチン＞
図２２は、燃料噴射量を算出するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１０では、エンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡと燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥとから燃料噴射量ＴＰMODEを算出する。燃料噴射量ＴＰMODEは、それぞれの燃焼形態での基本噴射量に相当する。具体的な算出方法については、第１の実施の形態の図８のフローチャート、ステップＳ４１０と同様の手法で良い。そして、ステップＳ１０２０では、燃焼形態の切り替えを判定する。すなわち、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰが１．０であるか否かで、燃焼形態が切り替えられてから、切り替えが終了するまでの期間であるかを判定する。ここで、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰが１．０であると判定されると、ステップＳ１０９０へ進み、基本噴射量ＴＰにステップＳ１０１０で算出した燃料噴射量ＴＰMODEを入力し、ステップＳ１０８０へ進む。
【００９６】
一方、吸入空気量応答率が０から１．０未満であると判定されると、ステップＳ１０３０以降の処理へと進む。ステップＳ１０３０以降の処理では、燃焼形態切り替え途中の基本燃料噴射量ＴＰを算出する。まず、ステップＳ１０３０にて空燃比フィードバック制御の実行を禁止するために、空燃比補正係数ＦＡＦに１．０を入力し、ステップＳ１０４０へ進む。ステップＳ１０４０は、燃焼形態の切り替え直後であるか否かを判定するためにＦＭＯＤＥが前回ＦＭＯＤＥと同一であるか否かを判定する。異なる場合には、切り替え直後であるためステップＳ１０５０の初期設定を行う。ステップＳ１０５０では、初期設定としてＴＰ前回FMODEに前回の基本噴射量ＴＰを入力し、ステップＳ１０６０へ進む。
【００９７】
一方、ＦＭＯＤＥと前回ＦＭＯＤＥとが同一である場合には、燃焼形態の切り替え途中であるために、初期設定を行うためのステップＳ１０５０をバイパスして、ステップＳ１０６０へ進む。ステップＳ１０６０では、前述した選択された応答率ＲＥＳＰが呼び出される。そして、呼び出された応答率ＲＥＳＰに応じて（７）式に示すように基本燃料噴射量ＴＰの補正を行う。
【００９８】
（７）式
ＴＰ＝ＴＰ前回FMODE＋ＲＥＳＰ×（ＴＰMODE−ＴＰ前回FMODE）
（７）式では、燃焼形態切り替え前後の基本噴射量に応答率を乗じた値を補正値として算出し、燃焼形態切り替え前の基本噴射量ＴＰ前回FMODEに加算することで、応答率ＲＥＳＰに応じた燃焼形態切り替え途中の基本燃料噴射量ＴＰを算出している。
【００９９】
このように、ステップＳ１０７０とステップＳ１０９０とで設定された基本噴射量ＴＰに基づいてステップＳ１０８０にて、燃料噴射量ＴＡＵを（８）式にしたがって算出する。
【０１００】
（８）式
ＴＡＵ＝ＴＰ×ＦＲＩＣＨ×ＦＡＦ＋ＦＷＥＴ
（８）式において、ＴＰはステップＳ１０７０とステップＳ１０９０とで設定された基本噴射量ＴＰであり、ＦＲＩＣＨは始動後補正や暖機補正などの補正係数であり、ＦＷＥＴは過渡の運転状態に対応した補正係数である。
【０１０１】
＜点火時期算出ルーチン＞
図２３は、点火時期を算出するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１１１０では、エンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡと燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥとから基本点火時期ＥＳＡＭＯＤＥを算出する。基本点火時期ＥＳＡMODEは、それぞれの燃焼形態での基本点火時期に相当する。具体的な算出方法については、第１の実施の形態の図８のフローチャート、ステップＳ４１０と同様の手法で良い。そして、ステップＳ１１２０では、燃焼形態の切り替えを判定する。すなわち、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰが１．０であるか否かで、燃焼形態が切り替えられてから、切り替えが終了するまでの期間であるかを判定する。ここで、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰが１．０であると判定されると、ステップＳ１２００へ進み、基本点火時期ＥＳＡＢＳＥにステップＳ１１１０で算出した基本点火時期ＥＳＡMODEを入力し、ステップＳ１２００へ進む。
【０１０２】
一方、吸入空気量応答率が０から１．０未満であると判定されると、ステップＳ１１３０以降の処理へと進む。ステップＳ１０３０以降の処理では、燃焼形態切り替え途中の基本点火時期ＥＳＡＢＳＥを算出する。まず、ステップＳ１１３０では、燃焼形態の切り替え直後であるか否かを判定するためにＦＭＯＤＥが前回ＦＭＯＤＥと同一であるか否かを判定する。異なる場合には、切り替え直後であるためステップＳ１１４０の初期設定を行う。ステップＳ１１４０では、初期設定としてＥＳＡＢＳＥ前回FMODEに前回の基本点火時期ＥＳＡＢＳＥを入力し、ステップＳ１１５０へ進む。
【０１０３】
一方、ＦＭＯＤＥと前回ＦＭＯＤＥとが同一である場合には、燃焼形態の切り替え途中であるために、初期設定を行うためのステップＳ１１４０をバイパスして、ステップＳ１１５０へ進む。ステップＳ１１５０では、前述した選択された応答率ＲＥＳＰが呼び出される。そして、ステップＳ１１６０にて、呼び出された応答率ＲＥＳＰに応じて（９）式に示すように基本燃料噴射量ＴＰの補正を行う。
【０１０４】
（９）式
ＥＳＡＢＳＥ＝ＥＳＡＢＳＥ前回FMODE＋ＲＥＳＰ×（ＥＳＡMODE−ＥＳＡＢＳＥ前回FMODE）
（９）式では、燃焼形態切り替え前後の基本点火時期に応答率を乗じた値を補正値として算出し、燃焼形態切り替え前の基本点火時期ＥＳＡＢＳＥ前回FMODEに加算することで、応答率ＲＥＳＰに応じた燃焼形態切り替え途中の基本基本点火時期ＥＳＡＢＳＥを算出している。
【０１０５】
このようにして、ステップＳ１２００とステップＳ１１６０との処理で基本点火時期ＥＳＡＢＳＥが設定される。これまでの説明では、燃料噴射量と点火時期とが応答率ＲＥＳＰに基づいて設定されることについて記述した。この設定の目的は、燃焼形態の切り替え時に、内部ＥＧＲと吸入空気量との応答差によって生じるトルク変動を必ずトルク増となるように制御することである。そこで、この応答差によって生ずるトルクを低減すためにステップＳ１１７０とステップＳ１１８０との処理では、ＥＧＲ応答率ＥＧＲＥＳＰ１と吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰとの応答差に基づいて、トルクを低減するための点火遅角補正量を設定する。まず、ステップＳ１１７０では、（１０）式にしたがって吸入空気量とＥＧＲ量との応答差ＤＲＥＳＰを算出する。
【０１０６】
（１０）式
ＤＲＥＳＰ＝｜ＱＡＲＥＳＰ−ＥＧＲＥＳＰ１｜
（１０）式では、吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰとＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰ１とからトルクショックの原因である応答差ＤＲＥＳＰを算出する。そして、ステップＳ１１８０では、点火遅角補正量ＥＳＡＲＴＤを算出する。算出方法としては、例えば、応答差ＤＲＥＳＰ、吸入空気量ＱＡ、エンジン回転速度ＮＥとから図２５に示すマップに基づいて点火遅角補正量を設定する。図２５のマップでは、エンジン回転速度ＮＥの領域毎にマップをもつ。マップ特性としては、応答差ＤＲＥＳＰが大きいほど点火遅角補正量ＥＳＡＲＴＤを大きく設定し、同様に、吸入空気量ＱＡとエンジン回転速度ＮＥが大きいほど点火遅角補正量ＥＳＡＲＴＤを大きく設定する。
【０１０７】
そして、ステップＳ１１９０では、設定された基本点火時期ＥＳＡＢＳＥと点火遅角補正量ＥＳＡＲＴＤとに基づいて（１１）式にしたがって点火時期ＥＳＡを算出する。
【０１０８】
（１１）式
ＥＳＡ＝ＥＳＡＢＳＥ＋ＦＥＳＡ−ＥＳＡＲＴＤ
（１１）式において、ＥＳＡＢＳＥは、ステップＳ１１６０とステップＳ１２００とのいずれか一方で設定された基本点火時期ＥＳＡＢＳＥであり、ＦＥＳＡは暖機補正や過渡補正などの補正係数である。そして、ＥＳＡＲＴＤは、ステップＳ１１８０にて算出した点火遅角補正量である。
【０１０９】
つぎに、このようにして行われる本実施の形態を図２６に示すタイミングチャートを用いて説明する。図２６のタイミングチャートは、燃焼形態の切り替え時に即座に燃料噴射量ＴＡＵと点火時期ＥＳＡとを切り替え後の目標値に制御した場合（以下、従来技術と称する。）が一点鎖線で記してあり、本発明が実線で示してある。まず、図２６（ａ）では燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥが記してあり、時刻ｔ１のときに、燃焼形態がストイキ燃焼（ＦＭＯＤＥ＝１）からリーン燃焼（ＦＭＯＤＥ＝０）へと切り替わっている。この燃焼形態の切り替えを受けて図２６（ｂ）では、吸入空気量ＱＡを制御するための目標スロットル開度ＴＡＴＧがステップ的に切り換えられる。同様に、図２６（ｄ）に示すようにＶＶＴの目標進角量ＶＴＴもステップ的に切り換えられる。このとき、燃焼形態の切り替えがリーン燃焼からストイキ燃焼であるため、スロットル開度は吸入空気量を減量するべく開側へ設定され、ＶＶＴはＥＧＲ量を減少させるために目標進角量ＶＴＴは、ストイキ燃焼での進角量よりも小さな進角量へ設定させる。
【０１１０】
このように、目標スロットル開度ＴＡＴＧ、ＶＶＴの目標進角量ＶＴＴが設定されるので、図２６（ｃ）のように吸入空気量ＱＡは目標スロットル開度ＴＡＴＧに対して遅れを持って追従する。実際には、時刻ｔ２になると徐々に吸入空気量ＱＡが増加を始める。図２６（ｅ）に示すようにＶＶＴの実開度も目標進角量ＶＴＴに遅れて追従する。図２６（ｆ）と図２６（ｇ）とでは、ＶＶＴの目標進角量とスロットル開度との変化に追従する吸入空気量の応答率ＱＡＲＥＳＰと内部ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰ１とを示す。吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰに比して、ＶＶＴによる内部ＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ１の方が早い。
【０１１１】
このとき、従来技術では、図２６（ｈ），（ｉ）に示すように燃焼形態の切り替え直後に、図中の一点鎖線に示されるように燃料噴射量ＴＡＵと点火時期ＥＳＡとは燃焼形態切り替え後の目標値に即座に切りかえられる。このため、従来技術では、燃料噴射量ＴＡＵと点火時期ＥＳＡとがリーン燃焼での目標値へと切り替えられても吸入空気量の応答率が遅いために吸入空気量が不足して図２６（ｌ）の一点鎖線のようにエンジン回転速度ＮＥ（トルク）が減少してしまう。
【０１１２】
しかし、本実施の形態のように、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰとＥＧＲ応答率ＥＧＲＥＳＰ１とで応答率の遅い方を選択し、選択された応答率を応答率ＲＥＳＰとする。点火時期ＥＳＡと燃料噴射量ＴＡＵとは応答率ＲＥＳＰをベースとして補正される。これにより、ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰ１と吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰとの応答差によって生じるトルク差は、トルクが増える方向へ発生するため、さらに、点火遅角制御によってトルクショックを抑制することができる。点火遅角量ＥＳＡＲＴＤは、図２６（ｊ）に示すように上述の応答差に基づいたマップ等より設定される。
【０１１３】
このように制御するので、吸入空気量ＱＡが切り替え後の目標値に到達する時刻ｔ３までのトルクショックを低減し、なめらかな切り替え制御を実施することができる。
【０１１４】
つぎに、図２７のタイミングチャートを用いてリーン燃焼からリッチ燃焼への本実施の形態と従来技術との切り替え制御を説明する。従来技術では、燃焼形態の切り替え時に即座に燃料噴射量ＴＡＵと点火時期ＥＳＡとを切り替え後の目標値に制御した場合が一点鎖線で記してあり、本発明が実線で示してある。まず、図２７（ａ）では、燃焼形態を示すフラグが時刻ｔ１にてリーン燃焼（ＦＭＯＤＥ＝１）からストイキ燃焼（ＦＭＯＤＥ＝０）へと切り替わる。これに伴って、目標吸入空気量とＶＶＴの目標進角量が設定される。すなわち、図２７（ｂ）に示すように目標スロットル開度ＴＡＴＧが閉じ側へステップ的に設定される。これは、リーン燃焼では大きな吸入空気量を必要とするからである。同様に、図２７（ｄ）に示すように、ＥＧＲ量を制御するためのＶＶＴの目標進角量ＶＴＴがステップ的に設定される。
【０１１５】
これらの目標値に応じて、図２７（ｃ）に示すように吸入空気量ＱＡが時刻ｔ２になると徐々に減量され始める。また、図２７（ｅ）に示すように実ＶＶＴ開度が時刻ｔ１から徐々に進角され始める。このとき、従来技術では、燃焼形態が切り替わると、図２７（ｈ），（ｉ）に示すように燃料噴射量ＴＡＵと基本点火時期ＥＳＡとを切り替え後の目標値へと即座に切りかえる。リーン燃焼からストイキ燃焼への切り替えでは吸入空気量が徐々に減量されるので、切り替え直後は、吸入空気量が多い状態で点火時期ＥＳＡと燃料噴射量ＴＡＵとがストイキ燃焼での制御値になるため、図２７（ｌ）に示すようにエンジン回転速度ＮＥ（トルク）が増大してしまう。このトルクショックを低減するためには大きな点火遅角が必要であるため、燃焼が不安定になってしまう。
【０１１６】
しかし、本実施の形態においては、図２７（ｆ），（ｇ）に示すような吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰ，ＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ１とを算出し、この２つの応答率のうち早い応答率を応答率ＲＥＳＰとする。燃料噴射量ＴＡＵと基本点火時期ＥＳＡとは、この応答率ＲＥＳＰをベースとして図２７（ｈ），（ｉ）の実線にて示すように補正される。さらに、このとき、２つの応答率の応答差によるトルクショックは、トルクが増加する側の応答率が選択されているため、点火遅角制御により応答差により生ずるトルクショックを抑制することができる。
【０１１７】
点火遅角量は、図２７（ｊ）に示すように２つの応答差に基づいてマップなどにより設定される。そして、これらの燃料噴射量ＴＡＵと基本点火時期ＥＳＡとを補正し、図２７（ｋ）のように応答差に応じて点火遅角量を設定する。このように、制御するので図２７（ｌ）に示すように吸入空気量ＱＡが燃焼形態切り替え後の目標値に到達する時刻ｔ３までのトルクショックを抑制することができる。
【０１１８】
以上のように、本実施の形態では、ＶＶＴによるＥＧＲ量の応答率と吸入空気量応答率とを選択し、燃料噴射量と点火時期とをいずれかの応答率をベースに補正する。これにより、燃焼形態切り替え時のトルクショックを抑制すると共に、ＥＧＲ量の応答率と吸入空気量の応答率との応答差によって生じるトルクショックをトルクが増加するようにすることができる。このため増加分のトルクを点火遅角制御を実施することでトルクショックを低減することができる。また、スロットル開度、ＶＶＴは、ステップ的に変化させるので燃焼形態の切り替えを速やかに通過させることができる。特に、成層燃焼を行う場合の空燃比にてリーン燃焼が制御される場合には、ストイキ燃焼またはリッチ燃焼への切り替え時にＮＯｘが発生し易い空燃比領域を通過する。しかし、上述のように速やかにＮＯｘが発生する空燃比領域を通過することができるので、ＮＯｘの発生量を抑制することができエミッションを低減することができる。
【０１１９】
本実施の形態において、吸入空気量応答率算出手段は図７のフローチャートに、排気ガス量制御手段は図１５のフローチャートに、排気ガス量応答率算出手段は、図１７のフローチャートに、補正手段は図２２と図２３のステップＳ１１１０からＳ１１６０までのフローチャートに、点火時期遅角手段は図２３のステップＳ１１７０からステップＳ１１９０の処理に、それぞれ相当し、機能する。
【０１２０】
本実施の形態では、吸入空気の応答率とＥＧＲガスの応答率とを演算し、燃焼形態に応じて早い応答率、遅い応答率を適宜選択して、吸入空気とＥＧＲガスとの応答差によって燃焼形態の切換え時に発生するトルクショックを常に増側に制御していた。しかしながら、燃焼形態の切換え時において、吸入空気とＥＧＲガスとの応答率の早い遅いの関係は切換え初期を除けば図１４に示すように概ね同じである。従って、リーン燃焼からストイキ燃焼、若しくはリッチ燃焼へと切り換えるときには、ＥＧＲガスの応答率をベースとし、リッチ燃焼、若しくはストイキ燃焼からリーン燃焼へと切り換えるときには、吸入空気の応答率をベースとして燃料噴射制御と点火時期制御を実施すれば良い。
【０１２１】
具体的には、燃焼形態切替前後のマップ間を適宜の関数により補間し、ベースとして選択された応答率によって、補間値を選び出す。例えば、リーン燃焼時の燃料噴射量Ｑ（Ｌ）と、ストイキ燃焼時の燃料噴射量Ｑ（Ｓ）とを直線補間し、ＥＧＲガスの応答率が５０％のときには、（Ｑ（Ｓ）−Ｑ（Ｌ））×０．５＋Ｑ（Ｓ）の燃料噴射量が求められる。
【０１２２】
更に、燃焼形態の切替過程においては、点火時期を遅角方向へ補正してもよい。遅角補正量は、それぞれ（吸入空気とＥＧＲガス）の応答率の差に応じて設定することができる。トルクは燃焼形態の切替時に概ね増加しようとするが、点火時期の遅角補正により、トルク増加分を抑制でき、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。」
＜第３の実施の形態＞
第２の実施の形態の説明では、吸入空気量の応答率とＶＶＴによる内部ＥＧＲ量の応答率とについて記述した。本実施の形態では、燃焼室内に排気ガスを再還流させる手段としてＥＧＲシステムを用いている。本実施の形態では、ＥＧＲシステムによる外部ＥＧＲ量の制御を適用した、燃焼形態切換え途中の制御を説明する。
【０１２３】
まず、図２９に示される概略構成図を用いてＥＧＲシステムについて簡単に説明する。なお、図１と同様の構成については、説明を省略する。ＥＧＲシステムは、排気通路１２から排気ガスを吸気通路へ供給するためのＥＧＲ通路１７が備えられる。そして、吸気通路へのＥＧＲ供給量は、制御バルブ１５のバルブ開度を調整することにより制御する。このようなＥＧＲシステムによる外部ＥＧＲ量の応答率と、吸入空気量の応答率とでは、吸入空気量の応答率に比してＥＧＲシステムによる排ガス量の応答率の方が遅い。なお、この応答率の関係は、切り替え直後では運転状態などにより変化する。以降では、第２の実施の形態と異なる部分について説明する。
【０１２４】
＜目標ＥＧＲ弁開度算出ルーチン＞
まず、ＥＧＲによる外部ＥＧＲ量の応答率を算出するための処理について、図１８のフローチャートにしたがって説明する。ＥＧＲシステムには、ＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ弁１５が設けられており、吸気管圧力とＥＧＲ弁開度とに基づいて所望の外部ＥＧＲ量を制御することができる。まず、ステップＳ８００にて、燃焼形態毎に運転状態に応じたＥＧＲ弁１５の弁開度を算出する。図１９（ａ）は、燃焼形態としてストイキ燃焼での目標ＥＧＲ弁開度がエンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡとに応じたマップである。図１９（ｂ），（ｃ）は、燃焼形態がそれぞれリーン燃焼，リッチ燃焼での目標ＥＧＲ弁開度のマップである。このようなマップから、燃焼形態と運転状態に応じた目標ＥＧＲ弁開度を算出し、本ルーチンを終了する。
【０１２５】
このようにＥＧＲシステムでは、目標ＥＧＲ弁開度を設定し、運転状態に応じたＥＧＲ量を制御している。つぎに、燃焼形態が切り替えられたときのＥＧＲシステムによるＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２を算出する処理を図２０にしたがって説明する。
【０１２６】
＜ＥＧＲ量応答率算出ルーチン２＞
まず、ステップＳ９１０にて、図２１に示すようにＥＧＲ弁開度、吸入空気量ＱＡなどからＥＧＲ量ＥＧＲを推定する。もしくは、吸入空気量ＱＡから吸気管圧力を算出し、吸気管圧力とＥＧＲ弁開度とからＥＧＲ量ＥＧＲを推定する。そして、ステップＳ９２０にて、燃焼形態が変更されたか否かが判定される。判定条件としては、燃焼形態を示すフラグＦＭＯＤＥの前回値と今回値とが同一であるか否かが判定される。ここで、燃焼形態が変更されたと判定されると、ステップＳ９２０が肯定判定されて、ステップＳ９３０とステップＳ９４０との外部ＥＧＲ量応答率算出のための初期設定が行われる。
【０１２７】
ステップＳ９３０では、ステップＳ９１０で算出されたＥＧＲ量ＥＧＲをＥＧＲ（前回ＦＭＯＤＥ）に入力し、ステップＳ９４０へ進む。ステップＳ９４０では、ＥＧＲシステムによる外部ＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２に０を入力し、本ルーチンを終了する。この初期設定の処理は、燃焼形態が切り替えられた直後に行われ、それ以降の切り替え途中では、ステップＳ９２０が否定判定されてステップＳ９５０へ進む。ステップＳ９５０では、外部ＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２が１．０か否かが判定される。ＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２が１．０とは、燃焼形態の切り替え制御が終了したことを示すため、ステップＳ９５０にて否定判定されてそのまま本ルーチンを終了する。
【０１２８】
一方、ステップＳ９５０にてＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２が１．０ではないと判定されると、燃焼形態の切り替え途中であると判定し、ステップＳ９６０以降の外部ＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２の算出処理を実施する。ステップＳ９６０では、図１８のフローチャートで設定した目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＴＧと燃焼形態切り替え後の目標吸入空気量とから目標ＥＧＲ量ＥＧＲ（ＦＭＯＤＥ）を推定する。そして、ステップＳ９７０に進み、ＥＧＲシステムのＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２を（１２）式にしたがって算出する。
【０１２９】
（１２）式
0003966002.tif 000004
（１２）式において、分母は、燃焼形態の切り替え前後で変化するＥＧＲ量を示し、分子はそれに対する現在の推定ＥＧＲ変化量を示す。このようにＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２を算出すると、ステップＳ９８０に進む。ステップＳ９８０では、算出された外部ＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２が１００％付近であるか否かが判定される。判定条件としては、例えば、ＥＧＲＥＳＰ２＞０．９５の条件を満たすか否かであり、この条件を満たす場合には、燃焼形態の切り替えが終了したとして、ステップＳ９９０に進み、ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰ２に１．０を入力し、本ルーチンを終了する。一方、上述の判定条件を満たさない場合には、燃焼形態の切り替え途中であるとして、ステップＳ９７０で算出した外部ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰ２をそのままにして、本ルーチンを終了する。
【０１３０】
このようにＥＧＲシステムによる外部ＥＧＲ量の応答率ＥＧＲＥＳＰ２を算出すると、第２の実施の形態図２４にて説明した応答率ＲＥＳＰルーチンにおいて、燃焼形態の切り替えに応じて、吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰとＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２とが選択されて応答率ＲＥＳＰに入力される。
【０１３１】
そして、ここで設定された応答率ＲＥＳＰに基づいて基本燃料噴射量ＴＰと基本点火時期ＥＳＡＢＳＥとを補正するので、燃焼形態切り替え途中のトルクショックを低減することができる。なお、燃焼形態の切り替え過程において、ＥＧＲ量応答率ＥＧＲＥＳＰ２と吸入空気量応答率ＱＡＲＥＳＰとの応答差によって生じるトルクショックは、必ずトルクが増加する側に制御される。これにより、点火遅角によりトルクショックを抑制することができるので、第２の実施の形態同様、燃焼形態の切り替えをなめらかに実施することができる。
【０１３２】
また、成層燃焼のように空燃比を１８よりもリーンな燃焼にて制御するものでは、リッチ空燃比やリーン空燃比へと燃焼形態を切り替える際に、ＮＯｘを多量に発生する空燃比領域を通過するが、すみやかに燃焼形態の切り替えを実施することができるので、ＮＯｘが多量に発生することを抑制することができる。
【０１３３】
本実施の形態では、吸入空気の応答率と外部ＥＧＲガスの応答率とを演算し、燃焼形態に応じて早い応答率、遅い応答率を適宜選択して、吸入空気と外部ＥＧＲガスとの応答差によって燃焼形態の切換え時に発生するトルクショックを常に増側に制御していた。しかしながら、燃焼形態の切換え時において、吸入空気とＥＧＲガスとの応答率の早い遅いの関係は切換え初期を除けば図１４に示すように概ね同じである。従って、リーン燃焼からストイキ燃焼、若しくはリッチ燃焼へと切り換えるときには、吸入空気の応答率をベースとし、リッチ燃焼、若しくはストイキ燃焼からリーン燃焼へと切り換えるときには、外部ＥＧＲガスの応答率をベースとして燃料噴射制御と点火時期制御を実施すれば良い。
【０１３４】
具体的には、第２実施例で述べたと同様の手法を用いることができる。更に、点火時期制御に関しては、第２実施例で述べたと同様の手法により、トルク増加を抑制してもよい。
【０１３５】
本実施の形態において、排気ガス制御手段は図１８のフローチャートに相当し、機能する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の概略構成図。
【図２】燃焼形態を算出するためのフローチャート。
【図３】運転領域毎に燃焼形態を設定するマップ。
【図４】目標スロットル開度を設定するためのフローチャート。
【図５】燃焼形態がリッチでの目標スロットル開度補正量のマップ。
【図６】燃焼形態がリーンでの目標スロットル開度補正量のマップ。
【図７】吸入空気量応答率を算出するためのフローチャート。
【図８】第１の実施の形態における燃料噴射量の算出をするためのフローチャート。
【図９】燃焼形態切り替え後の目標スロットル開度を設定するためのマップ。
【図１０】燃焼形態に応じた基本燃料噴射量を算出するためのマップ。
【図１１】第１の実施の形態における点火時期の算出をするためのフローチャート。
【図１２】燃焼形態に応じた基本点火時期を算出するためのマップ。
【図１３】第１の実施の形態を実施したときのタイミングチャート。
【図１４】（ａ）リーン燃焼からストイキ燃焼への切り替え時の吸入空気量とＥＧＲ量との応答率を示す図。（ｂ）リーン燃焼からストイキ燃焼への切り替え時のエンジン回転速度ＮＥの変動を示す図。
【図１５】第２の実施の形態における目標ＶＶＴ進角量を算出するためのフローチャート。
【図１６】エンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡとからそれぞれの燃焼形態に応じたＶＶＴの目標進角量を設定するためのマップ。
【図１７】第２の実施の形態において、内部ＥＧＲ量の応答率を算出するためのフローチャート。
【図１８】第３の実施の形態における目標ＥＧＲ弁開度を設定するためのフローチャート。
【図１９】第３の実施の形態において、エンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＱＡとからそれぞれの燃焼形態に応じた目標ＥＧＲ弁開度を設定するためのフローチャート。
【図２０】第３の実施の形態において、外部ＥＧＲ量の応答率を算出するためのフローチャート。
【図２１】第３の実施の形態において、ＥＧＲ弁開度と吸入空気量とからＥＧＲ量を推定するためのマップ。
【図２２】応答率ＲＥＳＰをベースに燃料噴射量を算出するためのフローチャート。
【図２３】応答率ＲＥＳＰをベースに点火時期を算出するためのフローチャート。
【図２４】応答率ＲＥＳＰを算出するためのフローチャート。
【図２５】応答率の応答差と吸入空気量ＱＡとにより点火時期の遅角量を運転領域毎に設定するためのマップ。
【図２６】第２の実施の形態をリーン燃焼からストイキ燃焼またはリッチ燃焼への切り替え時に実施したときのタイミングチャート。
【図２７】第２の実施の形態をストイキ燃焼またはリッチ燃焼からリーン燃焼への切り替え時に実施したときのタイミングチャート。
【図２８】第２の実施の形態の概略構成図。
【図２９】第３の実施の形態の概略構成図。
【図３０】空燃比に対するＮＯｘ発生量を示す特性図。
【符号の説明】
１・・・エンジン、
４・・・スロットルバルブ、
７・・・燃料噴射弁、
８・・・点火コイル、
１３・・・三元触媒、
１４・・・ＮＯｘ触媒、
１５・・・スロットルアクチュエータ、
１６・・・可変バルブタイミング機構、
１７・・・ＥＧＲ通路、
１８・・・制御弁、
２１・・・エアフロメータ、
２３・・・スロットルセンサ、
２４・・・水温センサ、
２５・・・回転速度センサ、
２７・・・Ａ／Ｆセンサ。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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