JP4577656B2 - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼モード切換要求に応じて燃焼モードをリーン燃焼とストイキ又はリッチ燃焼に切り換える内燃機関に過給機を搭載した過給機付き内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、車両に搭載される内燃機関においては、省燃費と高出力化とを両立させるために、リーン燃焼型内燃機関（リーンバーンエンジン又は筒内噴射エンジン）に排気タービン式過給機（いわゆるターボチャージャ）を搭載したものがある。この排気タービン式過給機の一般的な構成は、内燃機関の排気通路に設けた排気タービンと吸気通路に設けたコンプレッサとを連結し、排出ガスの運動エネルギーで排気タービンを回転駆動することでコンプレッサを回転駆動して吸入空気を過給するようにしている。

このような過給機付きリーン燃焼型内燃機関は、一般に、中・低負荷域ではリーン燃焼で運転し、高負荷域ではストイキ（理論空燃比）又はリッチ燃焼に切り換えるようにしている。

また、酸素が過剰に含まれた混合気を燃焼させるリーン燃焼時には、ストイキ燃焼時よりもＮＯｘ生成量が多くなるため、排出ガス浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下単に「ＮＯｘ触媒」という）を用いることが多い。このＮＯｘ触媒は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排出ガスの空燃比がリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化してパージ（放出）する特性を持っている。この特性から、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を維持するために、リーン燃焼運転中に間欠的にリッチ燃焼に切り換えてＮＯｘ触媒の吸蔵ＮＯｘをパージするようにしている（特許文献１：特開２００２−１３４２９号公報参照）。

また、ブレーキの制動力を増大させるブレーキブースタは、スロットルバルブの下流側に生じる吸気管負圧を駆動源としているが、リーン燃焼運転中は、スロットル開度が大きく開放されているため、ブレーキブースタに導入する吸気管負圧を十分に確保できなくなり、ブレーキブースタの制動倍力効果が低下する。そこで、ブレーキブースタの制動倍力効果を維持するために、リーン燃焼運転中に一時的にリッチ燃焼に切り換えてスロットル開度を閉じ側に制御することで、ブレーキブースタに導入する吸気管負圧を確保するブレーキ負圧制御を実行するようにしている（特許文献２：特開２００４−２４５１０８号公報参照）。

このように、リーン燃焼型内燃機関では、高負荷時、ＮＯｘパージ実行時、ブレーキ負圧確保時等に、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換えるようにしているが、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に瞬時に切り換えると、エンジントルクが急上昇してトルクショックが発生する。

この対策として、特許文献３（特許第３６３３３１２号公報）では、リーン燃焼からリッチ燃焼に切り換える際に、徐々に燃焼モードを切り換えると共に、点火時期の遅角を併用することで、エンジントルクの上昇を抑制してトルクショックを防止するようにしている。

しかし、リーン燃焼からリッチ燃焼への切り換えを徐々に行うと、リッチ燃焼への切り換えが遅れるため、要求トルク急増時や急加速時等のドライバビリティが悪化したり、ＮＯｘパージの開始が遅れてＮＯｘ排出量が増加したり、ブレーキ負圧の確保が遅れるという問題が発生する。

また、この特許文献３の燃焼モード切換技術を過給機付きリーン燃焼型内燃機関に適用することが考えられるが、この場合、リッチ燃焼への切り換え時のエンジントルクの上昇を抑制する手段として、点火時期の遅角を併用すると、点火時期の遅角により排出ガスの温度が上昇して排気タービンを回転駆動する排出ガスのエネルギが増大してしまい、その結果、排気タービンの回転速度が上昇して過給圧が上昇してしまい、エンジントルクの上昇を十分に抑制できない。

一方、特許文献４（特開２００２−３６４４１２号公報）には、過給機付きリーン燃焼型内燃機関において、過給機の排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブを設けたものが記載されている。この特許文献４のものは、リーン燃焼運転中に一時的にリッチ燃焼に切り換えてＮＯｘ触媒のＮＯｘパージを実行するときに、ＮＯｘ触媒へのＨＣ供給量を確保することを目的として、ウェイストゲートバルブを開放するようにしている。
特開２００２−１３４２９号公報（第１頁等） 特開２００４−２４５１０８号公報（第１頁等） 特許第３６３３３１２号公報（第５頁等） 特開２００２−３６４４１２号公報（第１頁等）

上記特許文献４には、ＮＯｘパージ実行時にウェイストゲートバルブを開放する理由に関して、ＮＯｘパージ実行時に排気タービンでリッチガスが撹拌されて再燃焼してＮＯｘ触媒に供給するＨＣ成分が減少するため、これを防止する手段として、ウェイストゲートバルブを開放してＮＯｘ触媒へのＨＣ供給量を確保することが記載されている。しかし、本発明者の研究結果によれば、ＮＯｘパージ実行時に排気タービンでリッチガスが撹拌されて再燃焼するという現象は発生しない。しかも、この特許文献４の技術は、ＮＯｘパージ実行時にＮＯｘ触媒へのＨＣ供給量を確保することを目的としてウェイストゲートバルブを開放するものであり、ＮＯｘパージ実行時のエンジントルク上昇を抑制する手段に関しては全く記載されていない。従って、この特許文献４の技術には、ＮＯｘパージ実行時（燃焼モード切換時）のトルクショックを防止するという技術思想は全くない。

本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、過給機付き内燃機関において、燃焼モードをリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際のトルクショックを防止しながら、ストイキ又はリッチ燃焼への切り換えを速やかに行うことができる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンによって吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機と、前記排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、燃焼モード切換要求に応じて内燃機関の燃焼モードをリーン燃焼とストイキ又はリッチ燃焼に切り換える燃焼モード切換手段とを備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際の内燃機関のトルク上昇を抑制するトルク上昇抑制手段を備え、前記トルク上昇抑制手段は、前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、点火時期を遅角すると共に前記ウェイストゲートバルブを前記点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放することを特徴とするものである。

この構成では、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、点火時期を遅角するため、排出ガスの温度が上昇するが、ウェイストゲートバルブを点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放するため、排気タービンをバイパスする排出ガス流量が増加して排気タービンを通過する排出ガス流量が減少する。これにより、点火時期の遅角による過給圧の上昇を抑えながら、点火時期の遅角により燃焼モード切換時のトルク上昇を応答良く抑制してトルクショックを防止できる。しかも、燃焼モードの切り換えを徐々に行う必要がないため、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼への切り換えを速やかに行うことができて、要求トルク増大時や加速時等のドライバビリティを向上させることができる。

また、コンプレッサの上流側と下流側とをバイパスさせる吸気バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブを備えた過給機付き内燃機関に本発明を適用する場合は、請求項２のように、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、点火時期を遅角すると共にエアバイパスバルブを点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放するようにすれば良い。この構成では、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、点火時期の遅角と共にエアバイパスバルブを点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放するため、点火時期の遅角による過給圧の上昇をエアバイパスバルブの開放により抑えながら、点火時期の遅角によりトルクショックを防止できると共に、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼への切り換えを速やかに行うことができる。

また、ウェイストゲートバルブとエアバイパスバルブの両方を備えた過給機付き内燃機関に本発明を適用する場合は、請求項３のように、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、点火時期を遅角すると共にウェイストゲートバルブとエアバイパスバルブの両方を点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放しても良いし、いずれか一方を点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放しても良い。

上述した請求項１乃至３に係る発明では、点火時期の遅角量に応じて排出ガスの温度上昇量ひいては過給圧上昇量が変化することに着目して、点火時期の遅角量に応じてウェイストゲートバルブ及び／又はエアバイパスバルブの開度を設定するため、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、ウェイストゲートバルブやエアバイパスバルブの開放により過給圧を必要以上に下げ過ぎてしまう事態を回避することができて、リーン燃焼復帰後に過給圧を速やかに上昇させることができ、過給効果による省燃費性能を高めることができる。

また、請求項４のように、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える条件は、(1) ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘをパージする必要があるとき、(2) ブレーキブースタの負圧を確保する必要があるとき、(3) 加速時、(4) 運転者が要求するトルクがストイキ又はリッチ燃焼領域に移行したとき、(5) ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上に上昇したときの少なくとも１つとすると良い。ここで、ＮＯｘ触媒の温度が高くなると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下して排出ガスの浄化率が低下するため、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ吸蔵能力を確保できない所定温度以上に上昇したときに、リーン燃焼からストイキ燃焼に切り換えれば、ＮＯｘ生成量を低減しながら、ＮＯｘ触媒の三元触媒機能により排出ガスを浄化することができる。

また、請求項５のように、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、運転者が所定加速度以上の加速を要求している場合は、ウェイストゲートバルブ及び／又はエアバイパスバルブの開放を禁止するようにしても良い。このようにすれば、運転者が急加速を要求している場合は、過給圧を効果的に上昇させて加速性を向上させることができる。

ところで、点火時期の遅角動作によるトルク抑制効果はほとんど時間遅れ無く現れるのに対して、ウェイストゲートバルブやエアバイパスバルブの開放動作の影響が過給圧の低下（排気タービンの回転速度低下）として現れるまでには時間遅れが生じる。この点を考慮して、請求項６のように、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、先にウェイストゲートバルブ及び／又はエアバイパスバルブを開放してから所定の遅れを持たせて点火時期を遅角するようにしても良い。このようにすれば、ウェイストゲートバルブやエアバイパスバルブの開放動作の影響が現れるまでの時間遅れ分だけ点火時期の遅角動作を遅らせて実行できるので、点火時期の遅角動作によるトルク抑制効果とウェイストゲートバルブやエアバイパスバルブの開放動作による過給圧低下効果とを完全に同期させて発生させることができ、トルクショック防止効果を高めることができる。

また、請求項７のように、ストイキ又はリッチ燃焼からリーン燃焼に復帰するときに、直ちにウェイストゲートバルブ及び／又はエアバイパスバルブの開度をリーン燃焼時の制御値に切り換えるようにしても良い。要するに、ウェイストゲートバルブやエアバイパスバルブを閉じてから過給圧が上昇するまでに応答遅れ（ターボラグ）があるため、リーン燃焼復帰時に直ちにウェイストゲートバルブやエアバイパスバルブの開度をリーン燃焼時の制御値に切り換えるようにすれば、リーン燃焼復帰後に過給圧を速やかに上昇させることができ、過給効果による省燃費性能を高めることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を過給機付きリーンバーンエンジンに適用して具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。リーン燃焼型内燃機関であるリーンバーンエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられている。このサージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２２（排気通路）には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒２３とＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下単に「ＮＯｘ触媒」という）４０が直列に配置され、上流側に位置する三元触媒２３の上流側には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４が設けられている。

また、エンジン１１には、排気タービン式過給機２５が搭載されている。この過給機２５は、排気管２２のうちの空燃比センサ２４と三元触媒２３との間に、排気タービン２６が配置され、吸気管１２のうちのエアフローメータ１４とスロットルバルブ１５との間に、コンプレッサ２７が配置されている。この過給機２５は、排気タービン２６とコンプレッサ２７とが連結され、排出ガスの運動エネルギーで排気タービン２６を回転駆動することでコンプレッサ２７を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。

更に、吸気管１２には、コンプレッサ２７をバイパスする吸気バイパス通路２８が設けられ、この吸気バイパス通路２８の途中に、吸気バイパス通路２８を開閉するエアバイパスバルブ（以下「ＡＢＶ」と表記する）２９が設けられている。このＡＢＶ２９は、ＡＢＶ用バキュームスイッチングバルブ（以下「ＡＢＶ用ＶＳＶ」と表記する）３０を制御することでＡＢＶ２９の開度が制御されるようになっている。また、吸気管１２のうちのコンプレッサ２７とスロットルバルブ１５との間には、過給機２５のコンプレッサ２７で加圧された吸入空気を冷却するインタークーラー（以下「ＩＣ」と表記する）３１が設けられている。

一方、排気管２２には、排気タービン２６をバイパスする排気バイパス通路３２が設けられ、この排気バイパス通路３２の途中に、排気バイパス通路３２を開閉するウェイストゲートバルブ（以下「ＷＧＶ」と表記する）３３が設けられている。このＷＧＶ３３は、ＷＧＶ用バキュームスイッチングバルブ（以下「ＷＧＶ用ＶＳＶ」と表記する）３４を制御してダイヤフラム式のアクチュエータ３５を制御することでＷＧＶ３３の開度が制御されるようになっている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３６や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３７が取り付けられている。このクランク角センサ３７の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３８に入力される。このＥＣＵ３８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図２乃至図４に示す各ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量、点火プラグ２１の点火時期、スロットル開度（吸入空気量）を制御すると共に、エンジン運転領域（例えば要求トルクとエンジン回転速度Ｎｅ）に応じてエンジン１１の燃焼モードをリーン燃焼とストイキ又はリッチ燃焼に切り換える燃焼モード切換手段として機能する。

更に、ＥＣＵ３８は、次の(1) 〜(5) のいずれかの条件が成立したときにエンジン１１の燃焼モードをリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える。
(1) ＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘをパージする必要があるとき（ＮＯｘパージ要求が発生したとき）
(2) ブレーキブースタ（図示せず）の負圧を確保する必要があるとき（ブレーキ負圧確保要求が発生したとき）
(3) 加速時
(4) ＮＯｘ触媒４０の温度がＮＯｘ吸蔵能力を確保できない所定温度以上に上昇したとき
(5) 運転者が要求する要求トルクがストイキ又はリッチ燃焼領域に移行したとき

また、ＥＣＵ３８は、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際のエンジントルク上昇（トルクショック）を抑制するトルク上昇抑制手段として機能し、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、点火時期を遅角すると共にＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の両方（又はいずれか一方）を予め設定された開度（全開又は所定開度）まで開放するようにしている。

この際、ＷＧＶ３３及び／又はＡＢＶ２９の開放するのと同時に、点火時期を遅角させるようにしても良いが、本実施例１では、ＷＧＶ３３やＡＢＶ２９の開放動作の影響が過給圧の低下（排気タービン２６の回転速度低下）として現れるまでの時間遅れを考慮して、先にＷＧＶ３３及び／又はＡＢＶ２９を開放してからその開放動作の影響が現れる時間遅れ分だけ遅れ（ディレイ）を持たせて点火時期を遅角するようにしている。このＷＧＶ３３やＡＢＶ２９の時間遅れと比べれば、点火時期の遅角動作の影響がエンジントルク抑制や排出ガスの温度上昇として現れるまでの時間遅れは非常に小さく、ほとんど無視できる程度のものである。

以上説明した本実施例１の燃焼モード切換制御は、ＥＣＵ３８によって図２乃至図４の各ルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。

［エンジン制御メインルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行される。本メインルーチンが起動されると、まずステップ１００で、アクセル開度とエンジン回転速度等に基づいて要求トルクを算出する。この後、ステップ２００に進み、図３の燃焼モード決定ルーチンを実行して燃焼モードを決定した後、ステップ３００に進み、図４の燃焼モード切換制御ルーチンを実行して、燃焼モード切換要求があれば、燃焼モード切換制御を実行し、次のステップ４００〜６００で、図示しない空気系制御ルーチン、燃料系制御ルーチン、点火系制御ルーチンを実行して、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを燃焼モードに応じた目標値で制御する。

［燃焼モード決定ルーチン］
図３の燃焼モード決定ルーチンは、図２のエンジン制御メインルーチンのステップ２００で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、要求燃焼モード判定マップを検索して現在のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてリーン燃焼とストイキ燃焼（又はリッチ燃焼）のいずれか一方を要求燃焼モードとして選択する。この要求燃焼モード判定マップは、低中回転、低中トルク領域では、燃費節減を優先してリーン燃焼が選択され、一方、高回転、高トルク領域では、エンジン出力を優先してストイキ燃焼（又はリッチ燃焼）が選択されるように設定されている。

この後、ステップ２０２に進み、要求燃焼モードがストイキ燃焼（又はリッチ燃焼）であるか否かを判定し、要求燃焼モードがストイキ燃焼（又はリッチ燃焼）であれば、ステップ２０３に進み、現在の実燃焼モードがストイキ又はリッチ燃焼であるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードがストイキ又はリッチ燃焼でなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０４に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０５に進み、ストイキ又はリッチ燃焼に切り換える。一方、現在の実燃焼モードがストイキ又はリッチ燃焼であれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０４を飛び越して、ステップ２０５に進み、燃焼モードをストイキ又はリッチ燃焼に維持する。

上記ステップ２０２で、要求燃焼モードがストイキ燃焼（又はリッチ燃焼）でないと判定されれば、ステップ２０６に進み、ストイキ又はリッチ燃焼への燃焼モード切換要求が発生しているか否かを判定する。このストイキ又はリッチ燃焼への燃焼モード切換要求は、次の(1) 〜(4) のいずれかの条件が成立したときに発生する。

(1) ＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘをパージする必要があるとき（ＮＯｘパージ要求が発生したとき）
(2) ブレーキブースタ（図示せず）の負圧を確保する必要があるとき（ブレーキ負圧確保要求が発生したとき）
(3) 加速時
(4) ＮＯｘ触媒４０の温度がＮＯｘ吸蔵能力を確保できない所定温度以上に上昇したとき

上記ステップ２０６で、燃焼モード切換要求が発生していると判定されれば、ステップ２０３以降の処理を実行し、燃焼モードをストイキ又はリッチ燃焼に切り換える（又は維持する）。

これに対して、上記ステップ２０６で、燃焼モード切換要求が発生していないと判定されれば、ステップ２０７に進み、現在の実燃焼モードがリーン燃焼であるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードがリーン燃焼でなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０８に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０９に進み、リーン燃焼に切り換える。一方、現在の実燃焼モードがリーン燃焼であれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０８を飛び越して、ステップ２０９に進み、燃焼モードをリーン燃焼に維持する。

［燃焼モード切換制御ルーチン］
図４の燃焼モード切換制御ルーチンは、図２のエンジン制御メインルーチンのステップ３００で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、燃焼モード切換中フラグがＯＮであるか否かによってストイキ又はリッチ燃焼への燃焼モード切換中であるか否かを判定し、燃焼モード切換中フラグがＯＮ（ストイキ又はリッチ燃焼への燃焼モード切換中）であれば、ステップ３１１に進み、空燃比Ａ／Ｆが所定空燃比よりもリッチになったか否かでストイキ又はリッチ燃焼への燃焼モード切換が終了したか否かを判定する。そして、空燃比Ａ／Ｆが所定空燃比よりもリッチになった時点で、ステップ３１２に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦにリセットして燃焼モード切換制御を終了する。

一方、上記ステップ３０１で、燃焼モード切換中フラグがＯＦＦ（燃焼モード切換中でない）と判定されれば、ステップ３０２に進み、現在の実燃焼モードがリーン燃焼であるか否かを判定する。その結果、現在の実燃焼モードがリッチ燃焼と判定されれば、ステップ３０３に進み、リーン燃焼への切換要求が有るか否かを判定し、リーン燃焼への切換要求がなければ、そのまま本ルーチンを終了し、リーン燃焼への切換要求が有れば、ステップ３０４に進み、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の閉要求を出力する。これにより、ストイキ又はリッチ燃焼からリーン燃焼に切り換える場合は、リーン燃焼への切り換えと同時にＷＧＶ３３とＡＢＶ２９を閉じて、過給圧を速やかに上昇させる。

また、上記ステップ３０２で、現在の実燃焼モードがリーン燃焼と判定されれば、ステップ３０５に進み、ストイキ又はリッチ燃焼への切換要求が有るか否かを判定し、ストイキ又はリッチ燃焼への切換要求がなければ、そのまま本ルーチンを終了し、ストイキ又はリッチ燃焼への切換要求が有れば、ステップ３０６に進み、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開要求を出力する。これにより、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える場合は、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放動作の影響が過給圧の低下（排気タービン２６の回転速度低下）として現れるまでの時間遅れを考慮して、点火時期を遅角する前に、先にＷＧＶ３３とＡＢＶ２９を予め設定された開度（全開又は所定開度）まで開放する。

そして、次のステップ３０７で、ディレイ時間カウンタをインクリメントして、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放動作開始からのディレイ時間をカウントし、次のステップ３０８で、ディレイ時間カウンタでカウントしたディレイ時間が所定時間Ｋを超えたか否かを判定する。ここで、所定時間Ｋは、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放動作の影響が過給圧の低下（排気タービン２６の回転速度低下）として現れるまでの遅れ時間に相当する時間に設定されている。そして、上記ステップ３０８で、ディレイ時間カウンタでカウントしたディレイ時間が所定時間Ｋ未満と判定されれば、ストイキ又はリッチ燃焼への切換を開始せずに本ルーチンを終了し、リーン燃焼を継続する。

その後、ディレイ時間カウンタでカウントしたディレイ時間が所定時間Ｋを超えた時点で、ステップ３０８で「Ｙｅｓ」と判定されてステップ３０９に進み、スロットル開度を閉じてリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換えると共に、このストイキ又はリッチ燃焼への切り換えと同時に点火時期を遅角する。そして、次のステップ３１０で、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼への燃焼モード切換中であることを表示する。

この後、ステップ３１１に進み、空燃比Ａ／Ｆが所定空燃比よりもリッチになったか否かでストイキ又はリッチ燃焼への燃焼モード切換が終了したか否かを判定する。そして、空燃比Ａ／Ｆが所定空燃比よりもリッチになった時点で、ステップ３１２に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦにリセットして燃焼モード切換制御を終了する。

以上説明した本実施例１の燃焼モード切換制御の一例を図５のタイムチャートを用いて説明する。図５のタイムチャートは、ＮＯｘパージ要求に応じて燃焼モードをリーン燃焼からリッチ燃焼に切り換えるときの制御例を示している。要求燃焼モードがリーン燃焼からリッチ燃焼に切り換わった時点ｔ1 で、直ちにＷＧＶ３３とＡＢＶ２９を予め設定された開度（全開又は所定開度）まで開放する。

このＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放動作開始後、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放動作の影響が過給圧の低下（排気タービン２６の回転速度低下）として現れるまでの遅れ時間分に相当する時間Ｋが経過した時点ｔ2 で、スロットル開度を閉じてリーン燃焼からリッチ燃焼に切り換えると共に、このリッチ燃焼への切り換えと同時に点火時期を遅角して、燃焼モード切換時のエンジントルク上昇を抑制してトルクショックを防止する。尚、点火時期の遅角量は、燃焼安定性を確保できる範囲内で燃焼モード切換時のエンジントルク上昇を抑制するのに必要な遅角量に設定される。

従来は、燃焼モードをリーン燃焼からリッチ燃焼に切り換えた後も、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９が閉弁状態に維持されるため、リッチ燃焼への切り換え時のエンジントルクの上昇を抑制する手段として、点火時期を遅角すると、排出ガスの温度が上昇して排気タービンを回転駆動する排出ガスのエネルギが増大してしまい、その結果、本実施例１よりも排気タービン２６の回転速度が上昇して過給圧が上昇してしまい、エンジントルクの上昇を十分に抑制することができない。

これに対して、本実施例１では、燃焼モードをリーン燃焼からリッチ燃焼に切り換える際に、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９を開放した上で、点火時期を遅角するため、点火時期の遅角による過給圧の上昇をＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放動作により抑えながら、点火時期の遅角により燃焼モード切換時のエンジントルク上昇を応答良く抑制してトルクショックを防止できる。

また、本実施例１では、要求燃焼モードがリーン燃焼からリッチ燃焼に切り換わった時点ｔ1 で、直ちにＷＧＶ３３とＡＢＶ２９を開放し、その後、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放動作の影響が過給圧の低下（排気タービン２６の回転速度低下）として現れるまでの遅れ時間分に相当する時間Ｋが経過した時点ｔ2 で、点火時期を遅角するようにしたので、点火時期の遅角動作によるトルク抑制効果とＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放動作による過給圧低下効果とを完全に同期させて発生させることができ、トルクショック防止効果を高めることができる。但し、本発明は、燃焼モードをリーン燃焼からリッチ燃焼に切り換える際に、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９を開放するのと同時に点火時期を遅角するようにしても良い。

その後、要求燃焼モードがリッチ燃焼からリーン燃焼に切り換わった時点ｔ3 で、スロットル開度を開いてリッチ燃焼からリーン燃焼に切り換えると共に、このリーン燃焼への切り換えと同時に点火時期を進角し、且つ、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開度をリーン燃焼時の制御値まで閉じる。これにより、リーン燃焼への切り換え時に排気タービン２６の回転速度を速やかに上昇させて過給圧を速やかに上昇させることができ、過給効果による省燃費性能を高めることができる。

上記実施例１では、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９を予め設定された開度（全開又は所定開度）まで開放するようにしたが、図６及び図７に示す本発明の実施例２では、点火時期の遅角量に応じて排出ガスの温度上昇量ひいては過給圧上昇量が変化することに着目して、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９を点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放するようにしている。

本実施例２で実行する図６の燃焼モード切換制御ルーチンは、上記実施例１で説明した図４の燃焼モード切換制御ルーチンのステップ３０６の処理をステップ３０６ａ、３０６ｂの処理に変更したものであり、これ以外の各ステップの処理は同じである。

図６の燃焼モード切換制御ルーチンでは、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼への切換要求が発生したときに、ステップ３０５で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ３０６ａに進み、燃焼モード切換時の点火遅角量を読み込む。この後、ステップ３０６ｂに進み、点火遅角量をパラメータとするＷＧＶ開度／ＡＢＶ開度設定マップを参照して、燃焼モード切換時の点火遅角量に応じたＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開度を設定する。このＷＧＶ開度／ＡＢＶ開度設定マップの特性は、点火遅角量が大きくなるほど排出ガスの温度上昇量が大きくなることを考慮して、点火遅角量が大きくなるほどＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開度を大きくするように設定されている。

そして、図７に示すように、要求燃焼モードがリーン燃焼からリッチ燃焼に切り換わった時点ｔ1 で、直ちにＷＧＶ３３とＡＢＶ２９を上記ステップ３０６ｂで設定した開度まで開放する。その後の処理は、前記実施例１と同じである。

以上説明した本実施例２によれば、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９を点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放するようにしたので、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放により過給圧を必要以上に下げ過ぎてしまう事態を回避することができて、リーン燃焼復帰後に過給圧を速やかに上昇させることができ、過給効果による省燃費性能を高めることができる。

本発明の実施例２では、図８の燃焼モード切換制御ルーチンを実行することで、運転者が要求する要求加速度が所定加速度Ａｃよりも大きい場合は、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放を禁止して燃焼モードをリーン燃焼からリッチ燃焼に切り換える。

図８の燃焼モード切換制御ルーチンは、前記実施例１で説明した図４の燃焼モード切換制御ルーチンのステップ３０２とステップ３０５との間にステップ３０２ａの処理を追加したものであり、これ以外の各ステップの処理は同じである。

本ルーチンでは、燃焼モード切換中フラグがＯＦＦで、且つ、現在の実燃焼モードがリーン燃焼である場合に、ステップ３０１とステップ３０２を経てステップ３０２ａへ進み、運転者が要求する要求加速度が所定加速度Ａｃよりも大きいか否かを判定する。その結果、要求加速度が所定加速度Ａｃ以下と判定されれば、ステップ３０５に進み、前記実施例１と同様の処理を実行するが、要求加速度が所定加速度Ａｃよりも大きいと判定されれば、ステップ３０５〜３０８を飛び越してステップ３０９に進む。これにより、運転者が要求する要求加速度が所定加速度Ａｃよりも大きい場合は、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放を禁止して、直ちに燃焼モードをリーン燃焼からリッチ燃焼に切り換える。このようにすれば、運転者が急加速を要求している場合は、過給圧を効果的に上昇させて加速性を向上させることができる。

尚、運転者が要求する要求加速度が所定加速度Ａｃよりも大きい場合は、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の開放を禁止すると共に、点火時期の遅角も禁止するようにしても良い。
以上説明した各実施例１〜３では、リーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９の両方を開放するようにしたが、ＷＧＶ３３とＡＢＶ２９のいずれか一方のみを開放するようにしても良い。また、吸排気系からＷＧＶ３３とＡＢＶ２９のいずれか一方を省略した構成としても良い。

その他、本発明は、過給機付きの筒内噴射エンジンにも適用して実施できる。この場合、リーン燃焼（成層燃焼：圧縮行程噴射）からストイキ又はリッチ燃焼（均質燃焼：吸気行程噴射）に切り換える際に、上記各実施例１〜３と同様に、ＷＧＶ３３及び／又はＡＢＶ２９を開放すると共に点火時期を遅角するようにようにすれば良い。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 実施例１のエンジン制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の燃焼モード決定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の燃焼モード切換制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の制御例を示すタイムチャートである。 実施例２の燃焼モード切換制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の制御例を示すタイムチャートである。 実施例３の燃焼モード切換制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…リーンバーンエンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、１４…エアフローメータ、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管（排気通路）、２３…三元触媒、２４…空燃比センサ、２５…過給機、２６…排気タービン、２７…コンプレッサ、２８…吸気バイパス通路、２９…ＡＢＶ（エアバイパスバルブ）、３１…ＩＣ（インタークーラー）、３２…排気バイパス通路、３３…ＷＧＶ（ウェイストゲートバルブ）、３８…ＥＣＵ（燃焼モード切換手段，トルク上昇抑制手段）、４０…ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵型触媒）

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンによって吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機と、前記排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、燃焼モード切換要求に応じて内燃機関の燃焼モードをリーン燃焼とストイキ又はリッチ燃焼に切り換える燃焼モード切換手段とを備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際の内燃機関のトルク上昇を抑制するトルク上昇抑制手段を備え、
   前記トルク上昇抑制手段は、前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、点火時期を遅角すると共に前記ウェイストゲートバルブを前記点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンによって吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機と、前記コンプレッサの上流側と下流側とをバイパスさせる吸気バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブと、燃焼モード切換要求に応じて内燃機関の燃焼モードをリーン燃焼とストイキ又はリッチ燃焼に切り換える燃焼モード切換手段とを備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際の内燃機関のトルク上昇を抑制するトルク上昇抑制手段を備え、
   前記トルク上昇抑制手段は、前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、点火時期を遅角すると共に前記エアバイパスバルブを前記点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンによって吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機と、前記排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、前記コンプレッサの上流側と下流側とをバイパスさせる吸気バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブと、燃焼モード切換要求に応じて内燃機関の燃焼モードをリーン燃焼とストイキ又はリッチ燃焼に切り換える燃焼モード切換手段とを備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際の内燃機関のトルク上昇を抑制するトルク上昇抑制手段を備え、
   前記トルク上昇抑制手段は、前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、点火時期を遅角すると共に前記ウェイストゲートバルブ及び／又は前記エアバイパスバルブを前記点火時期の遅角量に応じて設定した開度まで開放することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える条件は、(1) 排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵型触媒に吸蔵されたＮＯｘをパージする必要があるとき、(2) ブレーキブースタの負圧を確保する必要があるとき、(3) 加速時、(4) 運転者が要求するトルクがストイキ又はリッチ燃焼領域に移行したとき、(5) 前記ＮＯｘ吸蔵型触媒の温度が所定温度以上に上昇したときの少なくとも１つであることを特徴とする請求項３に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
5. 前記トルク上昇抑制手段は、前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、運転者が所定加速度以上の加速を要求している場合は、前記ウェイストゲートバルブ及び／又は前記エアバイパスバルブの開放を禁止することを特徴とする請求項３又は４に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
6. 前記トルク上昇抑制手段は、前記燃焼モード切換手段によりリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り換える際に、先に前記ウェイストゲートバルブ及び／又は前記エアバイパスバルブを開放してから所定の遅れを持たせて点火時期を遅角することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
7. 前記燃焼モード切換手段は、ストイキ又はリッチ燃焼からリーン燃焼に復帰するときに、直ちに前記ウェイストゲートバルブ及び／又は前記エアバイパスバルブの開度をリーン燃焼時の制御値に切り換える請求項３乃至６のいずれかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。

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