(57)【要約】【課題】燃焼モードを正常に切り替える。【解決手段】エンジン２００の燃焼モードを、ストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの間で切り替える際、ＥＣＵ１００は、燃焼モード切り換え処理を実行する。当該処理においては、エンジン２００の目標トルクＴｒｒｅｆが、切り換え前の燃焼モードについて推定された切り換え前トルクに対し、切り換え後の燃焼モードについて推定された切り換え後トルクと当該切り換え前トルクとの差分に経過時間に応じて増加する寄与比率γを乗じてなる加算項が加算されることにより、最終的に切り換え後トルクに一致するように設定される。その結果、内的又は外的に、或いは経時的に吸入空気量のズレが生じたとしても、目標トルクと切り換え後トルクとの偏差に応じた点火時期の補正が有限の時間経過のうちに、且つトルクショックを伴うことなく終了し、燃焼モードが正常に切り替わる。【選択図】図８
2009024580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比により規定される燃焼モードの切り換えが可能な内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼モードの各々について前記内燃機関の運転条件に基づいて前記内燃機関のトルクを推定可能なトルク推定手段と、
前記燃焼モードが一の燃焼モードから他の燃焼モードへ切り替えられた場合に、前記内燃機関の目標トルクを、経過時間に応じて増加するように設定される寄与比率γ１と前記他の燃焼モードについて推定されたトルクたる切り換え後トルクとの積を含む第１項、及び前記寄与比率γ１の増加に伴って減少する寄与比率γ２と前記一の燃焼モードについて推定されたトルクたる切り換え前トルクとの積を含む第２項を含み、且つ前記経過時間に応じて前記目標トルクに対する前記切り換え後トルクの寄与が大きくなるように設定する目標トルク設定手段と、
前記設定された目標トルクと前記他の燃焼モードについて推定されたトルクとの偏差に応じて、トルクショックが緩和されるように前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記寄与比率γ１と前記寄与比率γ２との和は１である
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】
前記目標トルク設定手段は、前記第１項と前記第２項との和として前記目標トルクを設定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記目標トルク設定手段は、前記経過時間が所定値に達した時点で前記切り換え後トルクと一致するように前記目標トルクを設定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記寄与比率γ１は、前記経過時間と時定数とにより規定される一次遅れ要素に基づいて設定される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記寄与比率γ１は、予め定常状態において前記燃焼モードが切り替えられた場合の、前記切り換え前トルク及び前記切り換え後トルクの時間応答特性に基づいて設定される
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項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、例えばストイキ燃焼とリーン燃焼との間で燃焼モードを切り替え可能な、且つ内燃機関を目標トルクに応じて制御する所謂トルクデマンド制御を実行可能な内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、燃焼モードの切り換え時におけるトルク段差を抑制するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された内燃機関の制御装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、燃焼モードの切り換え後に、吸入空気量と目標吸入空気量との偏差が所定値未満となるまで点火遅角等のトルク補正を行うことによって、当該トルク段差の抑制が可能であるとされている。
【０００３】
尚、燃焼モードの切り換え時、切り換えの方向に応じて点火時期補正や当量比補正の切り換え時期を変更するものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７３１８４号公報
【特許文献２】特開平１１−２２６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば内燃機関を構成する各部の機械的なバラツキや、それらに生じる経時変化等により、吸入空気量と目標吸入空気量との偏差が所定未満に収束しない場合がある。そのような場合には、点火時期の遅角を含む点火時期の補正が終了することなく継続されるため、燃焼モードが正常に切り替わらずに、燃費が著しく悪化する可能性がある。即ち、従来の技術には、燃焼モードの切り換え時において燃費の悪化を招きかねないという技術的な問題点がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼モードを正常に切り替えることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、空燃比により規定される燃焼モードの切り換えが可能な内燃機関の制御装置であって、前記燃焼モードの各々について前記内燃機関の運転条件に基づいて前記内燃機関のトルクを推定可能なトルク推定手段と、前記燃焼モードが一の燃焼モードから他の燃焼モードへ切り替えられた場合に、前記内燃機関の目標トルクを、経過時間に応じて増加するように設定される寄与比率γ１と前記他の燃焼モードについて推定されたトルクたる切り換え後トルクとの積を含む第１項、及び前記寄与比率γ１の増加に伴って減少する寄与比率γ２と前記一の燃焼モードについて推定されたトルクたる切り換え前トルクとの積を含む第２項を含み、且つ前記経過時間に応じて前記目標トルクに対する前記切り換え後トルクの寄与が大きくなるように設定する目標トルク設定手段と、前記設定された目標トルクと前記他の燃焼モードについて推定されたトルクとの偏差に応じて、トルクショックが緩和されるように前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明における「内燃機関」とは、例えば複数の気筒を有し、当該各々の燃焼室において、例えばガソリン、アルコール或いはそれらの混合燃料等の各種燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する爆発力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等を適宜介し、例えば車両の車軸に対して動力として出力することが可能に構成された機関を包括する、例えば２サイクル或いは４サイクルレシプロエンジン等を含む概念であり、本発明では特に、燃焼モードとして、空燃比により規定される複数の燃焼モードを採ることが可能に構成された機関を指す。
【０００９】
ここで、「燃焼モード」とは、制御目標としての空燃比により主として規定される燃焼形態を指し、例えば、理論空燃比又は理論空燃比近傍の空燃比で実現される燃料（或いは混合気）のストイキ燃焼を伴うストイキ燃焼モード、理論空燃比よりもリーン側（即ち、高い側）で設定されるリーン空燃比で実現される燃料（或いは混合気）のリーン燃焼を伴うリーン燃焼モード、或いは理論空燃比よりもリッチ側（即ち、低い側）で設定されるリッチ空燃比で実現される燃料（或いは混合気）のリッチ燃焼を伴うリッチ燃焼モード等を適宜に含み得る概念である。好適な一形態として、これら燃焼モードの切り替えは、例えば内燃機関の負荷条件に応じてなされ、例えば高負荷領域（リーン燃焼時のトルクではドライバの要求トルクが満たし得ない、或いは当該要求トルクを満たすことに実践上無視し得ない不具合が伴い得る程度に負荷が高い領域）においてストイキ燃焼モードが、また低負荷領域（リーン燃焼時のトルクにより要求トルクを実践上問題無い範囲で満たし得る、或いはリーン燃焼による燃費向上の利益を実践上何らかの不具合を顕在化させることなく享受し得る程度に負荷が低い領域）においてリーン燃焼モードが、夫々選択され、実制御に供されてもよい。或いは、例えばリーン燃焼モードの実行期間中に、例えばＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）におけるＮＯｘ燃焼を促進する等の理由から（即ち、例えばＮＯｘ吸蔵量に応じて、或いはリーン燃焼モードが選択されている期間の長さに応じて）、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ或いはリッチ燃焼モードへ例えば一時的に切り替えられてもよい。
【００１０】
尚、本発明に係る「燃焼モード」とは、空燃比により規定される限りにおいて、例えば、燃焼に供される混合気の状態を含んで規定されてもよく、例えば、リーン燃焼を採れば、均質リーン燃焼及び成層リーン燃焼等が含まれてもよい。従って、本発明に係る内燃機関における燃料の噴射形態は、所謂ポート噴射及び筒内噴射のいずれであってもよく、また他の噴射形態であってもよい。
【００１１】
一方、本発明に係る内燃機関は、その動作状態が目標トルクに基づいて制御される。目標トルクは、例えば、アクセルペダルの操作量（以下、適宜「アクセル開度」と称する）等、目標トルクと相関を有し得るものとして定められた各種の指標値に基づいて直接的に、例えば予め然るべき記憶手段に記憶されたマップを参照することにより、或いは例えば予め実験的に、経験的に、理論的に、又はシミュレーション等に基づいて少なくとも実践上過不足ない程度にドライバの要求するトルクと整合する目標トルクを導出し得るよう定められた数値演算式、論理演算式又はアルゴリズム等に従った各種数値演算や論理演算の結果として設定される。或いは、これら各種指標値に基づいて間接的に、例えば目標トルクと相関するドライバ要求加速度等の算出、導出又は推定等を経て設定されてもよい。目標トルクが設定されると、例えば電子制御式スロットル装置等の駆動制御を介して、当該目標トルクが出力されるようにスロットルバルブの開度（以下、適宜「スロットル開度」と称する）等が調整され、吸入空気量が目標値に制御され、内燃機関の機関出力トルク（以下、適宜「実トルク」と称する）は、目標トルクに追従せしめられる。即ち、所謂トルクデマンド方式の制御が実行される。
【００１２】
ここで、燃焼モードの切り替え要求自体は、目標トルクの変化とは無関係に発生し得る（無論、燃焼モードが負荷条件に応じて切り替わるならば、負荷条件と対応する目標トルクと全く無関係ではない）から、目標トルクに変化がない運転状態であっても燃焼モードが切り替わることがある。燃焼モードの切り替わりには目標空燃比の変化が伴うから、燃焼モードの切り替わり時には必然的に、その時点での吸入空気量に応じて燃料噴射量の増加制御（例えば、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへの切り替え時）又は減少制御（例えば、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの切り替え時）が行われる。
【００１３】
一方で、燃料噴射量は、実トルクと関係するから、燃料噴射量の増減が伴う場合、燃焼モードの切り替わり前後において実トルクの急激な変化が生じ、所謂トルクショック（トルク段差とも称される）として顕在化し易い。無論、燃焼モードが切り替えられる場合、例えばスロットル開度の制御等により、吸入空気量が切り替え後の燃焼モードの空燃比に対応する量まで増減制御され、然るべき時間経過の後には切り替え後の燃焼モードに対応する実トルクは、目標トルク、或いは目標トルク近傍の値に収束するが、一般的に、スロットル開度の変化に対して吸入空気量の応答性は悪い（少なくとも燃料噴射量の応答速度と較べれば遅い）から、スロットル開度のみにより実トルクを目標トルクに正確に追従させることには実践上の困難が伴い得る。尚、このような問題は、目標トルクが上述したように不変である場合に比較的顕著であるが、目標トルクの連続性を担保する観点からみれば、少なくとも刹那的にみて燃焼モードの切り替わり時点において目標トルクは連続であるべきであり、目標トルクの変化が緩慢であるにせよ生じている状況、或いは目標トルクが激しく変化している状況であったとしても本質的には変わりなく生じ得る。
【００１４】
そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置には、夫々が例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として一体に又は別体に構成される、トルク推定手段及び点火時期制御手段が備わる。
【００１５】
トルク推定手段は、例えばＡＦＭ（Air Flow Meter）等の各種検出手段により検出される又は推定される吸入空気量（即ち、内燃機関の負荷に対応する指標値）又は係る吸入空気量から算出される実負荷率、機関回転速度、燃料噴射量、及び固定値又は可変な値として設定される、基準となる点火時期（以下、適宜「ベース点火時期」と称する）等に基づいて、予め設定され然るべき記憶手段に記憶されてなるマップ等から該当する数値を選択すること等によって、或いはその都度然るべきアルゴリズムや算出式に従った論理演算や数値演算を行うこと等によって、内燃機関の実トルクを推定する。このような実トルクの推定は、予め設定される燃焼モードの各々について、何ら変わりなく実行可能であり、現時点で選択されていない燃焼モードに対応するトルク（この場合、厳密には実トルクではなく、言わば仮想的な実トルクである）も同様に推定可能である。
【００１６】
このように、その時点での内燃機関の実トルクが推定されれば、この推定される実トルクと目標トルクとの差分は、即ちトルクショックそのもの、或いはトルクショックを好適に表す指標値の一となる。ここで、点火時期制御手段は、目標トルクと推定された実トルクとの偏差に応じて点火時期を制御する。例えば、実トルクが目標トルクよりも大きい場合、実トルクを目標トルクへ近付けるべく、例えば点火時期を遅角する点火時期遅角制御が実行される。点火時期を遅角する（実践上、不具合が顕在化しない制御範囲で遅角する）ことによって実トルクは少なくとも減少する。また、例えば実トルクが目標トルクよりも小さい場合、実トルクを目標トルクへ近づけるべく、例えば点火時期を進角する点火時期進角制御が実行される。点火時期を進角する（実践上、不具合が顕在化しない制御範囲で進角する）ことによって実トルクは少なくとも増加する。このような点火時期制御手段によるトルクショックの緩和制御により、燃焼モードの切り替わり時におけるトルクショックは、少なくとも実践上ドライバに不快感を与えることのない程度に低減される。
【００１７】
一方、例えば、吸気管、吸気ポート、スロットルバルブ或いは吸気バルブ等、内燃機関を構成する各種の装置、部材又は部品には、例えばその形状、寸法又は動作状態（動作量、動作させるための制御量及び動作範囲等を含む）を含む物理的な、機械的な、機構的な又は電気的な状態に少なくとも幾らかなりのバラツキ（即ち、個体差）があり、また、内燃機関の使用条件によっては、経時的に物理的、機械的、機構的又は電気的な各種の不具合（故障、損傷又は損壊等を含む）が生じることもある。このような、内的又は外的を問わない何らかの要因により、例えば同一アクセル開度に対する吸入空気量相互間に有意な差が生じる場合、或いは同一スロットル開度に対する吸入空気量相互間に有意な差が生じる場合、燃焼モードの切り替え時に最終的に到達する吸入空気量（即ち、点火時期によるトルクショックの緩和制御を除けば、一義的に実トルクである）の、目標吸入空気量（即ち、同様に一義的に目標トルクである）への収束精度が低下する。
【００１８】
このような場合、上述した点火時期によるトルクショック緩和制御の要否を規定する条件が、少なくともトルクショックを顕在化させないように定められる限りにおいては、当該トルクショックの緩和制御を終了することが難しくなる。従って、例えば、点火時期の遅角制御が、或いは点火時期の進角制御が終了することなく継続され、燃焼モードが正常に切り替わらないことになる。例えば、燃焼モードの切り換え時点（当該切り換え時点により一義的に定まる時点であってもよい）から点火時期の調整を伴わずに内燃機関を動作させることが可能となった時点（当該時点により一義的に定まる時点であってもよい）をして燃焼モードの切り換え期間と定義するならば、このような内燃機関に生じる内的又は外的な要因による吸入空気量のズレは、燃焼モードの切り換え期間を終了させ難い方向に作用する。このように燃焼モードの切り替え期間が継続すると、点火時期が遅角側に補正されるにせよ進角側に補正されるにせよ、ベース点火時期がＭＢＴに設定されていれば顕著に、またそうでないにしろ幾らかなり、燃費或いはエミッションの悪化が伴い得る。
【００１９】
そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置には、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される目標トルク設定手段が備わり、係る問題が好適に解決される構成となっている。即ち、目標トルク設定手段は、燃焼モードが一の燃焼モードから他の燃焼モードへ切り替えられた場合に、目標トルクを、寄与比率γ１と切り換え後トルク（即ち、ここでは他の燃焼モードについて推定されたトルク）との積を含む、好適には当該積そのものである第１項、及び寄与比率γ２と切り換え前トルク（即ち、ここでは一の燃焼モードについて推定されたトルク）との積を含む、好適な一形態としては当該積そのものである第２項を含むように設定する。
【００２０】
ここで、寄与比率γ１とは、燃焼モードの切り替え期間に対応する経過時間（好適な一形態としては、切り替え時点からの経過時間）に応じて増加する可変な値であり、且つ設定されるべき目標トルクに対する、切り換え後トルクの寄与の度合いを規定し得る値を包括する概念である。また、寄与比率γ２とは、寄与比率γ１の増加に伴って減少する、好適には寄与比率γ１と一義的な関係を有する値であり、寄与比率γ１とγ２とは、好適にはいずれか一方が定まれば一義的に他方が定まる対応関係にある。比率であることに鑑みれば、好適にはこれらの総和は１であるが、設定された目標トルクが実践上何らかの不具合を顕在化させない限りにおいて、寄与比率γ１とγ２との総和は１でなくてもよく、また必ずしも一義的な関係を有しておらずともよい。例えばこれらは相互に一対多、多対一又は多対多に対応する関係であってもよい。
【００２１】
この寄与比率γ１及びγ２は、或いはγ１及びγ２のうち一方（一方が定まれば他方が定まる場合）は、例えば、然るべき記憶手段に上記経過時間に対応付けられる形で記憶されている場合には、当該経過時間に対応する一の値を選択的に取得することにより目標トルクの設定に供されてもよいし、その都度、予め実験的に、経験的に、理論的に、又はシミュレーション等に基づいて当該寄与比率を実践上過不足なく設定し得るように定められた数値演算式、論理演算式又はアルゴリズムに従った数値演算又は論理演算の結果として個別具体的に目標トルクの設定に供されてもよい。
【００２２】
ここで特に、目標トルク設定手段は、内燃機関の目標トルクを、上述した経過時間に応じて目標トルクに対する切り換え後トルクの寄与が大きくなるように設定する。即ち、目標トルクは、第１項及び第２項がどのように目標トルクに対し影響しているかによらず、少なくとも経過時間に応じて段階的に又は連続的に、切り換え後トルクに漸近又は収束するように設定される。このように、本発明に係る内燃機関の制御装置において、目標トルクは、切り換え前トルク、切り換え後トルク及びこれらの寄与の度合いを規定する時間関数としての寄与比率によって一定又は不定の周期で段階的に、又は連続的に設定される。従って、目標トルクと切り換え後トルクの収束値とが実践的に見て看過し得ない程度に乖離している場合であっても、目標トルク（或いは切り換え後トルク）を、切り換え後トルクに（或いは目標トルクに）厳密に、又は実質的に、或いは現実的に一致させることが可能となる。
【００２３】
このため、上述した点火時期制御手段によるトルク調整は、有限の時間範囲の内に終了する。言い換えれば、燃焼モードの切り換え期間を有限の時間範囲として設定することが可能となる。即ち、一の燃焼モードを、トルク調整を伴わない他の燃焼モードに切り替えること、即ち燃焼モードを正常に切り替えることが可能となるのである。本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、このように点火時期によるトルク調整が有限の時間範囲において終了することにより、点火時期の遅角又は進角等による燃費やエミッションの悪化を効果的に抑制するといった実践上極めて高い利益が提供される。
【００２４】
尚、本発明に係る目標トルク設定手段は、このような燃焼モードの切り換え時における目標トルクに加えて、燃焼モードの切り換えがなされない期間における目標トルク（例えば、上述したような、アクセル開度やドライバ要求加速度等に基づいた目標トルク）の設定を行ってもよい。即ち、本発明に係る目標トルク設定手段の動作は、内燃機関の目標トルクを設定する設定手段の動作の一部であってもよい。
【００２５】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記寄与比率γ１と前記寄与比率γ２との和は１である。
【００２６】
この態様によれば、寄与比率γ１とγ２との和が１であるため、目標トルクを、切り換え時点における実トルクに対応するトルク、好適な一形態としては切り換え時点における実トルクから、切り換え後トルクに対応するトルク、好適な一形態としては切り換え後トルクまで、実践上の有意性を担保しつつ変化させることが可能となる。
【００２７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記目標トルク設定手段は、前記第１項と前記第２項との和として前記目標トルクを設定する。
【００２８】
この態様によれば、目標トルクが、第１項と第２項との和として設定されるため、目標トルクを、切り換え時点における実トルクに対応するトルク（好適には、切り換え時点における実トルク）から、切り換え後トルクに対応するトルク（好適には切り換え後トルク）まで、実践上の有意性を担保しつつ変化させることが可能となる。
【００２９】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記目標トルク設定手段は、前記経過時間が所定値に達した時点で前記切り換え後トルクと一致するように前記目標トルクを設定する。
【００３０】
この態様によれば、経過時間が所定値に達した時点で目標トルクが切り換え後トルクに一致するため、例えば燃焼モードの切り換えに伴うトルクショックを好適に緩和しつつ、燃焼モードの切り換え期間（即ち、点火時期制御によるトルク調整を伴う期間）を可及的に短縮化するといったことが可能となる。より定性的に言えば、この態様によれば、トルクショックの軽減と燃費及びエミッションの悪化抑制とを相互に協調的に実現することが可能となり、実践上極めて有益である。
【００３１】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記寄与比率γ１は、前記経過時間と時定数とにより規定される一次遅れ要素に基づいて設定される。
【００３２】
この態様によれば、寄与比率γ１が（寄与比率γ１がγ２と一義的であればγ２であってもよい）、経過時間と時定数（即ち、約０．６３）とにより規定される一次遅れ要素に基づいて設定されるため、寄与比率γ１（場合によってはγ２）を数値演算の結果として簡便に且つ有意に導出することが可能となる。
【００３３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記寄与比率γ１は、予め定常状態において前記燃焼モードが切り替えられた場合の、前記切り換え前トルク及び前記切り換え後トルクの時間応答特性に基づいて設定される。
【００３４】
この態様によれば、寄与比率γ１（寄与比率γ１がγ２と一義的であればγ２であってもよい）が、定常時における切り換え前トルク及び切り換え後トルクの時間応答に基づいて設定されるため、定常走行時（即ち、本来目標トルクの変化が生じない状況）、且つ切り換え後トルクが有限の時間経過の後に燃焼モードの切り換え時点におけるトルクに収束する場合において、目標トルクを物理的に、実質的又は現実的にみて一定の値に維持することが可能となる。従って、吸入空気量の特性（例えば、スロットル開度に対する吸入空気量或いはその時間応答等）が、内燃機関の個体差或いは内的又は外的な要因による経時的な変化等により、事前の適合から乖離しているか否かとは関係なく、燃焼モードの切り換えを、トルクショックを顕在化させることなく、且つ有限の時間で終了させることが可能となる。
【００３５】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の模式図である。
【００３７】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００、エンジン２００、ブレーキペダル３００、ブレーキペダルセンサ３１０、アクセルペダル４００及びアクセルポジションセンサ４１０を備える。
【００３８】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジン２００の動作全体を制御する電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。
【００３９】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「トルク推定手段」、「目標トルク設定手段」及び「点火時期制御手段」の夫々一例として機能する一体の電子制御ユニットであるが、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成は、これに限定されるものではなく、例えば複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００４０】
エンジン２００は、車両の動力源として機能するガソリンエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。エンジン２００は、シリンダ２０１内にその一部たる点火プラグの一部が露出してなる点火装置２０２の点火動作により混合気を爆発させると共に、爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。また、クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。クランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２０６によって検出されたクランクシャフト２０５の回転位置に基づいて、点火装置２０２の点火時期等を制御することが可能に構成されている。また、ＥＣＵ１００は、クランクシャフト２０５の回転位置に基づいてエンジン２００の機関回転数ＮＥを算出することが可能に構成されている。以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。
【００４１】
シリンダ２０１内における燃料の燃焼に際し、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２１３において、インジェクタ２１４から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。燃料は、燃料タンク２１５に貯留されており、低圧ポンプ２１７の作用によりデリバリパイプ２１６を介してインジェクタ２１４に圧送供給されている。インジェクタ２１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、この供給される燃料を、ＥＣＵ１００の制御に従って吸気ポート２１３に噴射することが可能に構成されている。
【００４２】
尚、本実施形態におけるインジェクタ２１４は、吸気ポート２１３に燃料を噴射する所謂ポート噴射型の燃料噴射装置として構成されているが、これは一例に過ぎず、例えば低圧ポンプ２１７に接続された高圧ポンプ及びコモンレール等により高温高圧のシリンダ２０１内に直接燃料を噴射する、所謂筒内直噴インジェクタとして構成されていてもよい。
【００４３】
シリンダ２０１内部と吸気管２０７とは、吸気バルブ２１８の開閉によって連通状態が制御されている。シリンダ２０１内部で燃焼した混合気は排気となり吸気バルブ２１８の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１９の開弁時に排気ポート２２０を介して排気管２２１に導かれる。
【００４４】
吸気管２０７上には、クリーナ２０８が配設されており、外部から吸入される空気が浄化される構成となっている。クリーナ２０８の下流側（シリンダ側）には、エアフローメータ２０９が配設されている。エアフローメータ２０９は、ホットワイヤー式と称される形態を有しており、吸入された空気の質量流量（即ち、吸入空気量）を直接検出することが可能に構成されている。尚、エアフローメータ２０９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気の質量流量は、ＥＣＵ１００によって絶えず或いは一定又は不定の周期で把握される構成となっている。
【００４５】
吸気管２０７におけるエアフローメータ２０９の下流側には、シリンダ２０１内部へ吸入される吸入空気に係る吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２１０が配設されている。このスロットルバルブ２１０には、スロットルポジションセンサ２１２が電気的に接続されており、その開度たるスロットル開度ＴＨＲを検出することが可能に構成されている。尚、スロットルポジションセンサ２１２は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたスロットル開度ＴＨＲは絶えず、或いは一定又は不定の周期でＥＣＵ１００に把握される構成となっている。
【００４６】
一方、ＥＣＵ１００は、後述するアクセルポジションセンサ４１０によって検出されるアクセル開度に基づいてスロットルバルブモータ２１１の駆動状態を制御する。スロットルバルブ２１０は、係るスロットルバルブモータ２１１の駆動力によって駆動される構成となっている。尚、スロットルバルブ２１０は、ＥＣＵ１００により制御されたスロットルバルブモータ２１１の駆動力により駆動される電子制御式のスロットルバルブであり、スロットル開度は、ＥＣＵ１００によって、ドライバの意思（即ち、アクセル開度）とは無関係に制御され得る。
【００４７】
排気管２２１には、三元触媒２２３が設置されている。三元触媒２２３は、エンジン２００から排出されるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化することが可能な触媒である。
【００４８】
三元触媒２２３の下流側には、ＮＯｘの浄化に供されるＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）が設けられている。ＮＳＲ触媒は、後述する燃焼モードとしてリーン燃焼モードが選択される期間において、三元触媒２２３により浄化できないＮＯｘを吸蔵すると共に、適宜行われるリッチスパイク制御（空燃比リッチ制御）において吸蔵されたＮＯｘを排気中のＨＣによりＮ２に還元することが可能に構成される。
【００４９】
排気管２２１における三元触媒２２３の上流側には、空燃比センサ２２２が配設されている。空燃比センサ２２２は、排気ポート２２０を介して排出される排気ガス中の酸素濃度に基づいて、エンジン２００の空燃比を検出することが可能に構成されている。空燃比センサ２２２は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された空燃比は、絶えずＥＣＵ１００によって把握される構成となっている。
【００５０】
また、シリンダ２０１を収容するシリンダブロックに設置されたウォータージャケットには、エンジン２００を冷却するための冷却水の温度を検出するための温度センサ２２４が配設されている。温度センサ２２４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたエンジン冷却水温は、ＥＣＵ１００によって絶えず或いは一定又は不定の周期で把握される構成となっている。
【００５１】
ブレーキペダル３００は、ドライバにより操作されるペダルであり、車両は、このブレーキペダルが操作された場合に制動される構成となっている。このブレーキペダル３００の操作量たるブレーキ操作量は、ブレーキペダル３００の近傍に配されたブレーキペダルセンサ３１０により検出される構成となっている。また、ブレーキペダルセンサ３１０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたブレーキ操作量は、ＥＣＵ１００により絶えず、或いは一定又は不定の周期で把握される構成となっている。
【００５２】
尚、ＥＣＵ１００には、車両の個々の車輪に制動力を付与する図示せぬ制動装置の制御系、例えばブレーキアクチュエータ等が電気的に接続されており、ブレーキペダルセンサ３１０によって検出されたブレーキ操作量に応じて制動力が制御される構成となっている。
【００５３】
アクセルペダル４００は、ドライバにより操作されるペダルである。アクセルペダル４００は、ドライバが車速を調整する際に、或いは加速を求める際に顕著に操作されるペダルであり、その操作量たるアクセル開度は、上述したようにスロットルバルブ２１０の開度が制御される際に使用される。また、アクセルペダル４００の近傍には、アクセルポジションセンサ４１０が設置されており、アクセル開度がリアルタイムに検出される構成となっている。アクセルポジションセンサ４１０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度はＥＣＵ１００によって絶えず或いは一定又は不定の周期で把握される構成となっている。
【００５４】
＜実施形態の動作＞
以下に、上記構成を有する本実施形態に係るエンジンシステム１０の動作について説明する。
【００５５】
＜燃焼モードの概要＞
エンジン２００では、空燃比２０以上（一例であり、限定されない）のリーン空燃比を目標空燃比とするリーン燃焼モードと、空燃比１４．８のストイキ空燃比を含み、且つ燃焼性やトルク特性を勘案した調整を可能とする空燃比範囲（即ち、一時的に空燃比リッチな状況が必要となる場合に選択される１２〜１３前後の空燃比を含む範囲）に属する空燃比を目標空燃比とするストイキ燃焼モードとの二種類の燃焼モードが適宜切り替えられつつ実制御に供される構成となっている。
【００５６】
ＥＣＵ１００は、空燃比センサ２２２により検出されるエンジン２００の空燃比を参照して、燃料噴射量のフィードバック制御を行い、空燃比が、その時点で選択されている燃焼モードに対応する空燃比となるようにインジェクタ２１４を介した燃料噴射量を制御する。尚、このような空燃比の制御は無論、エンジン２００に備わる複数のシリンダ２０１の各々について実現される。
【００５７】
一方、本実施形態において、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の車速及びアクセル開度に基づいてこれら燃焼モードを選択する。基本的には、低負荷走行時にリーン燃焼モードが、また高負荷走行時にストイキ燃焼モードが、夫々選択される。尚、リーン燃焼モードにおいては、上述したようにＮＳＲ触媒２２５にＮＯｘが吸蔵されるため、適宜空燃比がストイキ空燃比よりもリッチ側に設定され、吸蔵されたＮＯｘが燃焼せしめられる。このような一時的な空燃比のリッチ制御は、ストイキ燃焼モードの一部として実現される。
【００５８】
尚、本発明に係る内燃機関が採り得る燃焼モードの種類は、ここに例示するものに限定されず、多種多様な形態を採ってよい。また、燃焼モード相互間の切り換え条件も、何ら限定されず、例えば公知の各種条件が採用されてよい。
【００５９】
＜トルクデマンド制御＞
エンジンシステム１０では、エンジン２００の動作状態が、目標トルクに応じてＥＣＵ１００により制御され、所謂トルクデマンド制御が実行される。ここで、図２を参照し、トルクデマンド制御の詳細について説明する。ここに、図２は、トルクデマンド制御のロジックを概念的に表してなるブロック図である。
【００６０】
図２において、ＥＣＵ１００には、スロットル開度マップ１０１、トルクマップ１０２及び遅角量マップ１０４の三種類のマップが格納されている。
【００６１】
スロットル開度マップ１０１は、エンジン２００のスロットル開度指示値ｔｈｒがエンジン２００の目標トルクＴｒｒｅｆに対応付けられて設定されてなるマップである。ＥＣＵ１００は、目標トルクＴｒｒｅｆを算出し、スロットル開度マップ１０１から、算出された目標トルクＴｒｒｅｆに対応する値を選択的に取得することにより、スロットル開度指示値ｔｈｒを決定する。ＥＣＵ１００は、この決定されたスロットル開度指示値ｔｈｒに基づいて上述したようにスロットルバルブモータ２１１を制御し、スロットルバルブ２１０の開閉状態（即ち、スロットル開度）を制御する。
【００６２】
尚、この際、ＥＣＵ１００は、アクセルポジションセンサ４１０を介して取得されるアクセル開度に基づいてドライバが要求する前後加速度を算出し、係る前後加速度に基づいて目標トルクＴｒｒｅｆを算出する。目標トルクＴｒｒｅｆは、ドライバが要求する要求トルクであり、エンジン２００から出力されるべきトルクの目標値を表す。算出された目標トルクＴｒｒｅｆの値は、スロットル開度指示値ｔｈｒの決定に供されると共に、後述する加減算器１０３に出力される。
【００６３】
トルクマップ１０２は、エンジン２００により出力されている実トルクの推定値を表す推定トルクＴｒｍｅｓの値が格納されたマップである。トルクマップ１０２には、後述する燃焼モードの各々について、エアフローメータ２０９により検出される吸入空気量（或いは、吸入空気量と機関最大吸入空気量とに基づいて算出される実負荷率等、エンジン負荷に対応する各種指標値であってもよい）、クランクポジションセンサ２０６の出力信号から算出される機関回転速度ＮＥ、インジェクタ２１４から噴射される燃料の噴射量、及びＲＯＭに格納された点火装置２０２のベース点火時期ＰＧＢＳＥ（即ち、これらは夫々本発明に係る「内燃機関の運転条件」の一例である）に対応付けられる形で、推定トルクＴｒｍｅｓの値が格納されている。ＥＣＵ１００は、トルクマップ１０２から、現時点のこれら運転条件に対応する値を選択的に取得することにより推定トルクＴｒｍｅｓの値を取得する。取得された推定トルクＴｒｍｅｓの値は、加減算器１０３に出力される。この際、ベース点火時期ＰＧＢＳＥの値は、推定トルクＴｒｍｅｓの取得に供されると共に、後述する加減算器１０５に出力される。
【００６４】
尚、推定トルクＴｒｍｅｓの取得方法（即ち、エンジン２００における実トルクの推定方法）は、ここに例示するマップを使用した手法に限定されない。例えば、予め燃焼モードの各々について、又は燃焼モードに対応する空燃比を代入すべき一の演算要素として、予め実験的に、経験的に、又は理論的にエンジン２００の実トルクを実践上不足の無い程度に導出し得るものとして定められた各種の数値演算式、論理演算式、アルゴリズム或いはシミュレーションモデルに、例えば上述したような運転条件に対応する各種指標値（場合により燃焼モードに対応する空燃比を含む）を代入すること等によりなされる数値演算や論理演算の結果として、推定トルクＴｒｍｅｓが算出されてもよい。
【００６５】
加減算器１０３では、目標トルクＴｒｒｅｆの値から推定トルクＴｒｍｅｓの値が減算される。この結果、加減算器１０３からは、「Ｔｒｒｅｆ−Ｔｒｍｅｓ」に相当するトルク偏差ΔＴｒの値が遅角量マップ１０４に出力される。
【００６６】
遅角量マップ１０４は、点火装置２０２の点火時期をベース点火時期ＰＧＢＳＥに対しどれだけ遅角させるかを表す遅角量ＤＬが、係るトルク偏差ΔＴｒの値に対応付けられて格納されている。点火時期の遅角によりエンジン２００の実トルクは低下するから、遅角量マップ１０４には、当該偏差の値が負である場合（即ち、推定トルクＴｒｍｅｓが目標トルクＴｒｒｅｆよりも大きい場合）についてのみ有意な遅角量が設定されている。その他の場合については、遅角量はゼロに設定される。
【００６７】
ＥＣＵ１００は、遅角量マップ１０４から該当する遅角量ＤＬを選択して加減算器１０５に出力する。加減算器１０５には、既に述べたようにベース点火時期ＰＧＢＳＥの値が出力されており、加減算器１０５は、「ＰＧＢＳＥ−ＤＬ」に相当する減算処理を行って、最終的な点火時期ＰＧを決定し、点火時期ＰＧに対応する点火時期指示値ｐｇを算出する。ＥＣＵ１００は、この決定された点火時期指示値ｐｇに基づいて点火装置２０２を制御し、エンジン２００の点火時期をこの決定された点火時期ＰＧに制御する。
【００６８】
このように、エンジンシステム１０では、ベース点火時期ＰＧＢＳＥに対するエンジン２００の実トルクを表す推定トルクＴｒｍｅｓが目標トルクＴｒｒｅｆよりも大きい場合について点火時期の遅角量ＤＬが設定され、点火時期が遅角される。即ち、本発明に係る「点火時期を制御する」動作の一例たる点火時期の遅角制御が実行される。この結果、エンジン２００の実トルクを目標トルクＴｒｒｅｆに追従させることが可能となり、ドライバビリティを含む快適性の向上が図られる。
【００６９】
尚、本発明に係る「点火時期を制御する」動作としては、このような点火時期の遅角のみでなく、点火時期の進角制御も含まれる。従って、図示は省略するが、ＥＣＵ１００には、遅角量マップ１０４と同等の進角量マップが格納される。この進角量マップには、例えば点火装置２０２の点火時期をベース点火時期ＰＧＢＳＥに対しどれだけ進角させるかを表す進角量が、上述したトルク偏差ΔＴｒの値に対応付けられて格納されている。点火時期の進角によりエンジン２００の実トルクは上昇するから、進角量マップには、当該偏差の値が正である場合（即ち、推定トルクＴｒｍｅｓが目標トルクＴｒｒｅｆよりも小さい場合）についてのみ有意な進角量が設定されている。その他の場合については、進角はゼロに設定される。
【００７０】
＜燃焼モードの切り換え制御＞
エンジン２００の燃焼モードは、上述したように主としてエンジン負荷に応じて切り替わる。ここで、図３を参照し、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替わる際のエンジン２００のトルクの推移について説明する。ここに、図３は、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替わる際のエンジン２００の動作状態を表すタイミングチャートである。尚、これ以降は、特に断りのない限り、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替わる場合について説明することとする。即ち、本実施形態では、リーン燃焼モードが本発明における「一の燃焼モード」に、同様にストイキ燃焼モードが「他の燃焼モード」に夫々相当する。
【００７１】
図３において、横軸は時刻であり、縦軸の系列には、上段から順にスロットル開度ＴＨＲ、吸入空気量ＧＡ、エンジン２００のトルク及び点火時期ＰＧの時間応答特性が表されている。尚、スロットル開度ＴＨＲとは、上述したスロットル開度指示値ｔｈｒに基づいた制御を経た実際のスロットルバルブ２１０の開度であり、点火時期ＰＧとは、上述した点火時期指示値ｐｇに基づいた点火時期制御を経た点火装置２０２の実際の点火時期である。
【００７２】
図３には、トルクの応答特性として、目標トルクＴｒｒｅｆの時間応答特性たる図示ＰＲＦ＿Ｔｒｒｅｆ１（図示破線参照）、ベース点火時期ＰＧＢＳＥにおける（即ち、点火時期の遅角を伴わない）ストイキ燃焼モードについての推定トルクＴｒｍｅｓの時間応答特性たる図示ＰＲＦ＿ＴｒＳＴ１（実線参照）、及びベース点火時期ＰＧＢＳＥにおける（即ち、点火時期の遅角を伴わない）リーン燃焼モードについての推定トルクＴｒｍｅｓの時間応答特性たる図示ＰＲＦ＿ＴｒＬＮ１（鎖線参照）の三種類の時間応答特性が示される。
【００７３】
図３において、例えば車両が定常走行中である等して、目標トルクＴｒｒｅｆがＴｒ０で一定であるとする。このように目標トルクが一定である状況において、時刻Ｔ０に燃焼モードがストイキ燃焼モードに切り替えられたとする。この場合、時刻Ｔ０以降、ＰＲＦ＿ＴｒＳＴ１は、本発明に係る「切り換え後トルク」の時間応答特性に、ＰＲＦ＿ＴｒＬＮ１は、本発明に係る「切り換え前トルク」の時間応答特性に夫々対応する。尚、時刻Ｔ０以降に、ＰＲＦ＿ＴｒＳＴ１及びＰＲＦ＿ＴｒＬＮ１により表される、ベース点火時期にＰＧＢＳＥにおけるエンジン２００の推定トルクＴｒｍｅｓを、これ以降夫々「切り換え後トルクＴｒＳＴ」及び「切り換え前トルクＴｒＬＮ」と称することとする。
【００７４】
燃焼モードがストイキ燃焼モードへ切り替わると、目標空燃比が低くなるため、吸入空気量が過剰となる。このため、ＥＣＵ１００は、上述したスロットル開度指示値ｔｈｒの変更を経て、スロットル開度ＴＨＲを時刻Ｔ０以前のＴＨＲ１からストイキ燃焼モードにおいてエンジントルクを目標トルクＴｒ０に収束させるためのＴＨＲ０まで減少させ、吸入空気量ＧＡを、ＧＡ１からＧＡ０へと変化させる。
【００７５】
ところが、スロットル開度ＴＨＲの変化に対し、吸入空気量ＧＡの時間応答は緩慢であり、スロットル開度ＴＨＲの変化に対し実際に吸入空気量ＧＡがＧＡ０まで変化するには、実践上無視し得ない時間遅延が生じる。図３では、そのような時間遅延により、時刻Ｔ０から相応の時間経過を経た時刻Ｔ１において吸入空気量がＧＡ０に収束する様子が示される。
【００７６】
一方、このように吸入空気量ＧＡの変化が緩慢であるのに対し、目標空燃比自体は、時刻Ｔ０においてストイキ燃焼モードに対応する値へ瞬時的に切り替わるため、何らの対策もなされなければ、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１に至る期間において、実トルクは切り換え後トルクＴｒＳＴとなり、当該期間において目標トルクに対し明らかに過剰となる。即ち、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１に至る期間においてドライバにより知覚可能なトルクショックが生じることとなる。
【００７７】
そこで、ＥＣＵ１００は、吸入空気量ＧＡの減少制御及びそれに伴う燃料噴射量の制御に連動して、トルク偏差ΔＴｒ（即ち、切り換え後トルクＴｒＳＴと目標トルクＴｒｒｅｆとの偏差）に応じて点火時期ＰＧを遅角する。即ち、点火時期ＰＧは、ベース点火時期ＰＧＢＳＥから時刻Ｔ０においてＰＧＤＬ１まで遅角され、時刻Ｔ１にかけて徐々に遅角量ＤＬが減少せしめられることにより、時刻Ｔ１において再びベース点火時期ＰＧＢＳＥに復帰する。このような点火時期ＰＧの制御に伴い、図３において不図示の実トルクは、目標トルクＴｒｒｅｆに一致する。
【００７８】
＜燃焼モード切り換え処理の詳細＞
一方、例えばスロットルバルブ２１０等、吸入空気量と相関を有する、エンジン２００を構成する各種の装置、部材又は部品には、例えばその形状、寸法又は動作状態（動作量、動作させるための制御量及び動作範囲等を含む）を含む物理的な、機械的な、機構的な又は電気的な状態に少なくとも幾らかなりのバラツキ（即ち、個体差）があり、また、エンジン２００の使用条件によっては、経時的に物理的、機械的、機構的又は電気的な各種の不具合（故障、損傷又は損壊等を含む）が生じることもある。このような、内的又は外的を問わない何らかの要因により、或いは経時的な要因により、例えば同一アクセル開度に対する吸入空気量相互間に有意な差が生じる場合、或いは同一スロットル開度に対する吸入空気量相互間に有意な差が生じる場合、燃焼モードを切り替えた際に最終的に到達する吸入空気量（即ち、切り換え後トルクＴｒＳＴと相関する）の、目標吸入空気量（即ち、目標トルクと相関する）への収束精度が低下する。
【００７９】
このような場合に生じる問題について、図４を参照して説明する。ここに、図４は、吸入空気量が目標値に収束しない場合のエンジン２００の動作状態を表すタイミングチャートである。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００８０】
図４において、吸入空気量ＧＡが、何らかの原因により時刻Ｔ１にＧＡ２（ＧＡ０＜ＧＡ２＜ＧＡ１）に収束したとする。この場合、切り換え後トルクＴｒＳＴの時間応答は、図示ＰＲＦ＿ＴｒＳＴ２（実線参照）となり（同様に、切り換え前トルクＴｒＬＮの時間応答は、図示ＰＲＦ＿ＴｒＬＮ２（鎖線参照）となる）、切り換え後トルクＴｒＳＴの収束値は、Ｔｒ３（Ｔｒ０＜Ｔｒ３＜Ｔｒ１）となる。即ち、時刻Ｔ１以降においても、目標トルクＴｒｒｅｆとのトルク偏差ΔＴｒ（即ち、Ｔｒ３−Ｔｒ０に相当するトルク偏差）が解消されない。
【００８１】
従って、点火時期ＰＧは、時刻Ｔ１以降もベース点火時期ＰＧＢＳＥに収束することなく一定量遅角された状態を維持し、図示ＰＧＤＬ２（ＰＧＤＬ１＜ＰＧＤＬ２＜ＰＧＢＳＥ：尚、遅角側を小とする）に収束する。ここで、点火時期の遅角は、エンジン２００の発するエネルギを敢えて非効率に取り出している状態に相当するから、このように点火時期の遅角制御が継続される場合、即ち、燃焼モードの切り換えが終了しない場合、エンジン２００の燃費及びエミッションは著しく悪化する可能性がある。
【００８２】
ところが、燃焼モードの切り換え時点（ここでは、時刻Ｔ０）においては、例えばスロットルバルブ２１０のバラツキや経年変化等に起因するこの種の吸入空気量のズレの度合いが不明であり、切り換え後トルクＴｒＳＴが最終的に如何なる値に収束するかが不明である。これに対し、時刻Ｔ１において吸入空気量ＧＡを更に減少せしめるべくスロットル開度ＴＨＲの調整を行っても、最終的に切り換え後トルクＴｒＳＴが目標トルクＴｒｒｅｆに収束するのに要する時間が長大化し、結局その期間について点火時期の遅角制御が継続することによって、燃費及びエミッションの悪化が避け難い。一方で、このような燃費及びエミッションの悪化を嫌って時刻Ｔ１において点火時期の遅角を強制的に終了すれば、即ち、トルク偏差ΔＴｒに対応するトルクショックがドライバにより知覚され、ドライバビリティの悪化が回避され難い。
【００８３】
そこで、本実施形態において、ＥＣＵ１００は、燃焼モード切り換え処理を実行し、燃焼モードの切り換え時における目標トルクＴｒｒｅｆを、このような問題が生じることの無いように設定する。
【００８４】
ここで、図５を参照し、燃焼モード切り換え処理の詳細について説明することとする。ここに、図５は、燃焼モード切り換え処理のフローチャートである。尚、燃焼モード切り替え処理は、燃焼モードの切り替え時点において起動し、ＥＣＵ１００の制御クロックに同期した所定の周期毎に繰り返し実行されると共に、燃焼モードの切り替え期間が終了した時点で終了する処理である。
【００８５】
図５において、ＥＣＵ１００は、上述したように燃焼モード切り換え時のスロットル制御を実行する（ステップＳ１０１）。本実施形態では、即ち、スロットル開度ＴＨＲを閉じ側に制御する。スロットル開度ＴＨＲの制御がなされると、ＥＣＵ１００は、ストイキ燃焼モードにおいて点火時期がベース点火時期ＰＧＢＳＥに制御された場合のトルクに相当する切り換え後トルクＴｒＳＴを推定する（ステップＳ１０２）と共に、同様にリーン燃焼モードにおいて点火時期がベース点火時期ＰＧＢＳＥに制御された場合のトルクに相当する切り換え前トルクＴｒＬＮを推定する（ステップＳ１０３）。切り換え後トルクＴｒＳＴ及び切り換え前トルクＴｒＬＮが推定されると、ＥＣＵ１００は、目標トルクＴｒｒｅｆを算出する（ステップＳ１０４）。
【００８６】
ここで、本実施形態において、燃焼モード切り換え時の目標トルクＴｒｒｅｆは、下記（１）式に従って算出される。
【００８７】
Ｔｒｒｅｆ＝ＴｒＬＮ＋（ＴｒＳＴ−ＴｒＬＮ）×γ・・・（１）
ここで、γは、目標トルクＴｒｒｅｆに対する切り替え後トルクＴｒＳＴの寄与の度合いを規定する、０〜１までの値を採る寄与比率であり、本発明に係る「寄与比率γ１」の一例である。係る（１）式に従うことにより、目標トルクＴｒｒｅｆは、切り換え前トルクＴｒＬＮに対し、切り換え後トルクＴｒＳＴと切り換え前トルクＴｒＬＮとの差分に寄与比率γを乗じた加算項を加算したものとして設定される。
【００８８】
従って、当該加算項がゼロである場合（即ち、寄与比率γがゼロである場合）には目標トルクＴｒｒｅｆは切り換え前トルクＴｒＬＮに一致し、寄与比率γが１であれば、目標トルクＴｒｒｅｆは切り替え後トルクＴｒＳＴに一致する。
【００８９】
ここで、（１）を変形すれば、下記（２）式が得られる。
【００９０】
Ｔｒｒｅｆ＝ＴｒＳＴ×γ＋（１−γ）ＴｒＬＮ・・・（２）
この（２）式から明らかなように、寄与比率γは、本発明に係る「寄与比率γ１」の一例であり、また「１−γ」は、本発明に係る「寄与比率γ２」の一例である。また、（２）式の第１項は、本発明に係る「第１項」の一例であり、また（２）式における第２項は、本発明に係る「第２項」の一例である。即ち、目標トルクＴｒｒｅｆは、別の見方をすれば、切り換え後トルクＴｒＳＴ及び切り換え前トルクＴｒＬＮを、夫々寄与比率γ１及びγ２に応じた度合いで反映させることによって算出される。寄与比率γ１（即ち、寄与比率γ）が大きければ、目標トルクＴｒｒｅｆに対する切り換え後トルクＴｒＳＴの寄与は大きくなり、それに伴い、切り換え前トルクＴｒＬＮの寄与は小さくなる。
【００９１】
ここで、図６を参照し、寄与比率γの詳細について説明する。ここに、図６は、定常運転時における切り換え後トルクＴｒＳＴ及び切り換え前トルクＴｒＬＮの時間応答特性を表す模式図である。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００９２】
図６において、ＰＲＦ＿ＴｒＳＴ１及びＰＲＦ＿ＴｒＬＮ１の夫々について、燃焼モードの切り換え時点を基準時刻（即ち、ゼロ）とした場合の、２０ｍｓｅｃ経過する毎のトルクの値がプロットされる。即ち、ＰＲＦ＿ＴｒＳＴ１について、時刻０、２０（ｍｓｅｃ）、・・・、１００（ｍｓｅｃ）に対応する図示白丸ｍ１、ｍ２、・・・、ｍ６が、またＰＲＦ＿ＴｒＬＮ１について、時刻０、２０（ｍｓｅｃ）、・・・、１００（ｍｓｅｃ）に対応する図示白丸ｎ１、ｎ２、・・・、ｎ６である。
【００９３】
ここで、寄与比率γは、ＰＲＦ＿Ｔｒｒｅｆ１により表される、定常状態における本来の目標トルク（即ち、吸入空気量のズレが生じない場合の目標トルクであり、定常状態においては燃焼モードの切り換え前後において変化しない）に対する、切り換え後トルクＴｒＳＴ及び切り換え前トルクＴｒＬＮの相対的な乖離の度合いを正規化して表した場合に、切り換え後トルクＴｒＳＴについて得られた当該正規化された値を１から減じてなる値として設定される。
【００９４】
例えば、基準時刻において、目標トルクＴｒｒｅｆは、切り換え前トルクＴｒＬＮと一致しているため、正規化された乖離の度合いとしては、切り換え前トルクＴｒＬＮについて０であり、切り換え後トルクＴｒＳＴについて１となる。従って、寄与比率γは０となる。寄与比率γが０であるということは、即ち、切り換え後トルクＴｒＳＴが目標トルクＴｒｒｅｆの算出に反映されないことを意味する。
【００９５】
また、例えば、時刻１００（ｍｓｅｃ）（厳密には、基準時刻から１００ｍｓｅｃが経過した時刻）において、目標トルクＴｒｒｅｆは、切り換え後トルクＴｒＳＴと一致するため、正規化された乖離の度合いとしては、切り換え前トルクＴｒＬＮについて０であり、切り換え後トルクＴｒＳＴについて０となる。従って、寄与比率γは１となる。寄与比率γが１であるということは、即ち、切り換え前トルクＴｒＬＮが目標トルクＴｒｒｅｆの算出に反映されないことを意味する。
【００９６】
寄与比率γは、切り換え後トルクＴｒＳＴ及び切り換え前トルクＴｒＬＮのこのような定常時間応答に基づいて、エンジン２００における内的又は外的な或いは経時的な要因による吸入空気量のズレが生じていない場合（即ち、切り換え後トルクＴｒＳＴが、有限の経過時間の後に、燃焼モードの切り替え時点における目標トルクＴｒｒｅｆに収束する場合）に、算出される目標トルクＴｒｒｅｆが、当該燃焼モードの切り換え時点における目標トルクを維持し得るように定められ、予めＲＯＭに固定値として記憶されている。尚、図６に例示する時間周期は、ＥＣＵ１００の動作周期と対応する周期となっており、例えばＥＣＵ１００の構成及び電気的な制御形態に応じて、各種の態様を採り得る趣旨である。
【００９７】
ここで、図７を参照し、このようにＲＯＭに格納される寄与比率γについて説明する。ここに、図７は、寄与比率γと経過時間との対応関係を表す表である。
【００９８】
図７に示すように、寄与比率γは、初期値がゼロであり、経過時間に応じて増加し、最終的に１となる。これに伴い、本発明に係る寄与比率γ２の一例たる１−γの値は、初期値が１であり、最終的に０となる。
【００９９】
図５に戻り、ステップＳ１０４に係る処理において、ＥＣＵ１００は、燃焼モードの切り替え時点から起動する内蔵タイマによりカウントされる経過時間に対応する寄与比率γの値をＲＯＭから取得すると共に、切り替え前トルクＴｒＬＮ及び切り替え後トルクＴｒＳＴを夫々算出し、上記（１）式に代入することにより、目標トルクＴｒｒｅｆを算出する。
【０１００】
目標トルクＴｒｒｅｆが算出されると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０４に係る処理の実行過程において得られた寄与比率γが１であるか否か、即ち、目標トルクＴｒｒｅｆが切り替え後トルクＴｒＳＴと一致するか否かを判別する（ステップＳ１０５）。
【０１０１】
寄与比率γが１である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、目標トルクＴｒｒｅｆは切り替え後トルクＴｒＳＴに一致するため、点火時期の遅角制御の実行条件を規定するトルク偏差ΔＴｒはゼロとなり、当該遅角制御は終了し、点火時期はベース点火時期ＰＧＢＳＥに復帰する（ステップＳ１０６）。従って、燃焼モードは完全にストイキ燃焼モードに切り替わり、燃焼モードの切り替えが完了する。
【０１０２】
一方、寄与比率γが１でない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、算出された目標トルクＴｒｒｅｆと切り替え後トルクＴｒＳＴとの偏差たるトルク偏差ΔＴｒに応じた点火時期の遅角制御を継続する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０６又はステップＳ１０７に係る処理が実行されると、燃焼モード切り替え処理は終了する。既に述べたように、燃焼モード切り替え処理は、点火時期の遅角によるトルクショック低減処理が実行されている期間中は、繰り返し実行され、燃焼モードの切り替えが完了した時点で終了する。このため、ステップＳ１０６に係る処理を経て燃焼モード切り替え処理が終了した場合、次なる燃焼モードの切り替えタイミングまで、燃焼モード切り替え処理は行われない。
【０１０３】
ここで、図８を参照し、本実施形態に係る燃焼モード切り替え処理の効果について説明する。ここに、図８は、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替わる際のエンジン２００の動作状態を本実施形態に係る燃焼モード切り替え処理が適用された場合について表すタイミングチャートである。尚、同図において、図４と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１０４】
図８において、図４と同様に、エンジン２００に生じる内的又は外的な或いは経時的な要因により吸入空気量Ｇａが目標値たるＧａ０まで減少することなくＧａ２に収束した場合、本実施形態に係る燃焼モード切り替え処理が適用されると、目標トルクＴｒｒｅｆは、図示ＰＲＦ＿Ｔｒｒｅｆ２（破線参照）に示すように、燃焼モードの切り替え開始時刻たる時刻Ｔ０において、ＰＲＦ＿ＴｒＬＮ２上の値（即ち、Ｔｒ０）から、経過時間に応じてＰＲＦ＿ＴｒＳＴ２により規定される切り替え後トルクＴｒＳＴに漸近する。その結果、時刻Ｔ１において、ＰＲＦ＿Ｔｒｒｅｆ２とＰＲＦ＿ＴｒＳＴ２とは整合し、目標トルクＴｒｒｅｆは、切り換え後トルクＴｒＳＴ２の収束値であるＴｒ３に設定される。これに伴い、点火時期ＰＧはベース点火時期ＰＧＢＳＥに復帰して燃焼モードの切り替え期間が終了する。即ち、燃焼モードが有限の時間経過の後に正常に切り替わる。
【０１０５】
このように、本実施形態に係る燃焼モード切り替え処理によれば、エンジン２００において、個体差によって、又は経時的な変化によって、或いは何らかの内的な又は外的な要因によって吸入空気量の目標値に対するズレが生じたとしても、寄与比率γが１に設定される有限な時間経過の後に、目標トルクＴｒｒｅｆと切り替え後トルクＴｒＳＴとが必ず一致する。このため、点火時期の遅角制御は、同様に有限の時間経過の後に必ず終了し、燃焼モードを正常に切り替えることが可能となるのである。
【０１０６】
また、この際、寄与比率γを、時間経過に応じて段階的に又は連続的に増加する関数として設定しておくことにより、燃焼モードの切り替え期間中における目標トルクＴｒｒｅｆの推移が連続的となり、燃焼モードの切り替え期間が終了する際にトルクショックが発生することが防止される。
【０１０７】
尚、本実施形態におけるエンジン２００は、目標トルクに応じてその動作状態が制御される、所謂トルクデマンド型の制御形態を採るが、燃焼モードの切り替え期間において、目標トルクが設定される限りにおいて、必ずしも、エンジン２００の動作期間の全域にわたってこのような目標トルクが設定される必要はない。
【０１０８】
また、上記（１）式（或いは（２）式）は、目標トルクＴｒｒｅｆを算出するための式の一例に過ぎず、燃焼モードの切り換え期間において、トルクショックを低減し（少なくともドライバが許容し得る範囲に収まるように低減し、或いは少なくともドライバによる知覚がなされない程度に低減し）、且つ点火時期の補正（ここでは、遅角）が継続されることによる燃費やエミッションの悪化を顕在化させない有限の時間範囲内で切り換え後トルクＴｒＳＴに一致するように、又は実質的に若しくは現実的に一致しているとみなし得る値に収束するように、或いは実質的に若しくは現実的に一致している場合と同等の利益が享受され得る値に収束するように目標トルクＴｒｒｅｆを設定し得る限りにおいて、何ら限定されない趣旨である。
【０１０９】
また、本実施形態では、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替わる場合についてのみ説明したが、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへ燃焼モードが切り替えられる場合についても、上述した制御及び処理を基本的に適用可能である。但し、この場合、燃焼モードの切り換え時点において吸入空気量が不足するため、スロットル開度は開き側に制御され、切り換え期間中のトルク不足（言わば、負のトルク段差）を低減すべく点火時期は進角側に制御される。
【０１１０】
＜第２実施形態＞
目標トルクＴｒｒｅｆの設定態様は、第１実施形態のものに限定されない。ここで、図９を参照し、このような趣旨に基づいた本発明の第２実施形態について説明する。ここに、図９は、本発明の第２実施形態に係る燃焼モード切り替え処理のフローチャートである。尚、同図において、図５と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１１１】
図９において、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４に係る処理により、夫々切り換え後トルクＴｒＳＴ（即ち、ストイキ燃焼モードにおけるトルク）及び切り換え前トルクＴｒＬＮ（即ち、リーン燃焼モードにおけるトルク）を推定すると、ＥＣＵ１００は、下記（３）式に従って、目標トルクＴｒｒｅｆを算出する（ステップＳ２０１）。
【０１１２】
Ｔｒｒｅｆ＝ＴｒＬＮ＋（ＴｒＳＴ−ＴｒＬＮ）×（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））・・・（３）
ここで、ｔは、燃焼モード切り換え時点からの経過時間であり、τは時定数である。即ち、上記式における（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））は、所謂一次遅れ要素を表す項であり、本発明に係る「寄与比率γ１」の他の例たる寄与比率である（以下、「寄与比率γ」と称する）。
【０１１３】
このように一次遅れ要素としての寄与比率γに基づいて目標トルクＴｒｒｅｆが設定される場合、目標トルクＴｒｒｅｆを燃焼モードの切り換え時点の目標トルク（即ち、リーン燃焼モードのトルク）から、最終目標としての目標トルク（即ち、ストイキ燃焼モードのトルク）まで経過時間に応じて連続的に変化させることが可能となり、図８と同様の目標トルクＴｒｒｅｆの時間応答を得ることが可能となる。
【０１１４】
但し、（３）式において寄与比率γ（即ち、一次遅れ要素）は、その性質上、１にはならないため、ＥＣＵ１００は、寄与比率γが、判断基準値（ここでは、０．９８とする）以上であるか否かを判別する（ステップＳ２０２）。寄与比率γが０，９８未満である場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、点火時期の遅角によるトルク補正を継続し（ステップＳ１０７）、寄与比率γが０．９８以上となった場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、点火時期をベース点火時期ＰＧＢＳＥに戻し、燃焼モードの切り換えが完了する（ステップＳ１０６）。
【０１１５】
ここで特に、ステップＳ１０６に係る処理が実行される場合、寄与比率が１にならないため、上記判断基準値に応じて厳密にはトルクショックが発生する。従って、判断基準値は、燃焼モードの切り換え期間を冗長に長大化させることなく、且つ燃焼モードの切り換え完了時におけるトルクショックが少なくともドライバに知覚されることのない程度に低減される値として設定される。
【０１１６】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの模式図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおいて実行されるトルクデマンド制御のロジックを概念的に表してなるブロック図である。
【図３】燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替わる際のエンジンの動作状態を表すタイミングチャートである。
【図４】吸入空気量が目標値に収束しない場合のエンジンの動作状態を表すタイミングチャートである。
【図５】燃焼モード切り換え処理のフローチャートである。
【図６】定常運転時における切り換え後トルクＴｒＳＴ及び切り換え前トルクＴｒＬＮの時間応答特性を表す模式図である。
【図７】寄与比率γと経過時間との対応関係を表す表である。
【図８】燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替わる際のエンジンの動作状態を本実施形態に係る燃焼モード切り替え処理が適用された場合について表すタイミングチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る燃焼モードの切り換え処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２…点火装置、２０９…エアフローメータ、２１０…スロットルバルブ。
【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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