本發(fā)明涉及執(zhí)行內燃發(fā)動機的空氣量、燃料供給量和點火正時的集成控制的控制設備，該控制設備配置成能夠在至少兩個目標空燃比之間切換用于運轉的空燃比。

背景技術：

日本專利特開No.2002-89320公開了與能夠在稀空燃比與理論空燃比之間切換內燃發(fā)動機的運轉空燃比的內燃發(fā)動機中的空燃比切換控制有關的技術(以下稱為“現(xiàn)有技術”)。根據上述現(xiàn)有技術，當將空燃比從稀空燃比切換為理論空燃比時，執(zhí)行操作以使得空燃比在節(jié)氣門的作動開始之后逐漸切換。由于空燃比的切換由此與節(jié)氣門的控制對應地執(zhí)行，所以抑制了燃料控制的變化并且防止了發(fā)動機輸出轉矩的變動。

引用清單

專利文獻

[專利文獻1]

日本專利特開No.2002-89320

[專利文獻2]

日本專利特開No.6-264786

[專利文獻3]

日本專利特開No.6-257487

技術實現(xiàn)要素：

技術問題

如果如上述現(xiàn)有技術中那樣在切換空燃比時空燃比逐漸變化，則能在不執(zhí)行點火延遲控制的情況下切換空燃比。然而，如果空燃比從理論空燃比逐漸變成稀空燃比，則NOx排出量的增加將變成一個問題。即，NOx排出量有在16左右的弱稀空燃比達到峰值且此后隨著空燃比變成稀空燃比而減少的傾向。因此，如果空燃比從理論空燃比逐漸變成稀空燃比，則空燃比必須經過NOx排出量大的空燃比區(qū)域，并且因此排放性能的惡化變成一個問題。

因此，當切換空燃比時，可設想采取通過以分步方式將空燃比從理論空燃比變成稀空燃比來跳過NOx排出量大的空燃比區(qū)域的構型。根據此技術，在實現(xiàn)與稀空燃比對應的空氣量之后，能將空燃比從理論空燃比切換為稀空燃比，并且能通過對點火正時的延遲控制來抑制與空氣量的變化對應的轉矩級差。然而，點火正時的延遲伴隨著燃料消耗將下降的可能性。特別地，由于近年的稀燃發(fā)動機中的稀極限已增大，所以理論空燃比與稀空燃比之間的要求空氣量之差已變得極大。因此，當上述現(xiàn)有技術應用于這種稀燃發(fā)動機并且試圖借助于點火正時來抑制空氣量之差所引起的轉矩級差時，存在將需要長時間繼續(xù)大幅延遲點火正時的狀態(tài)的可能性，且因此存在燃料消耗性能的惡化和對催化劑的影響將屬于不能忽視的程度的風險。

鑒于上述問題設想了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個目的在于，在構造成能夠在至少兩個目標空燃比之間切換用于運轉的空燃比的內燃發(fā)動機中，在不產生轉矩變動的情況下切換空燃比，并且還抑制切換時的燃料消耗性能的惡化和排放性能的惡化。

問題的解決方案

為了解決上述問題，本發(fā)明的第一方面是一種用于內燃發(fā)動機的控制設備，所述控制設備配置成能夠選擇根據第一空燃比的運轉和根據比所述第一空燃比稀的第二空燃比的運轉，所述控制設備包括：

第一裝置，所述第一裝置用于在滿足將運轉模式從根據所述第一空燃比的運轉切換為根據所述第二空燃比的運轉的條件的情況下將所述內燃發(fā)動機控制成使EGR率以連續(xù)方式增加至切換時目標EGR率；和

第二裝置，所述第二裝置用于在滿足所述條件的情況下將所述內燃發(fā)動機控制成將空燃比維持于所述第一空燃比，直至EGR率達到所述切換時目標EGR率，并且響應于EGR率達到所述切換時目標EGR率而使空燃比以連續(xù)方式從所述第一空燃比朝所述第二空燃比改變。

本發(fā)明的第二方面是根據第一方面所述的用于內燃發(fā)動機的控制設備，其中，所述第一裝置包括用于將所述內燃發(fā)動機控制成使得所述內燃發(fā)動機響應于氣體-燃料比達到與所述第二空燃比的值相等的值而在將所述氣體-燃料比維持于所述第二空燃比的值的同時使EGR率以連續(xù)方式從所述切換時目標EGR率減小的裝置。

本發(fā)明的第三方面是根據第一方面所述的用于內燃發(fā)動機的控制設備，其中：

所述第二裝置包括：

目標空燃比切換裝置，其用于響應于滿足所述條件而將目標空燃比從所述第一空燃比切換為所述第二空燃比，

目標空氣量計算裝置，其用于由目標轉矩基于所述目標空燃比來反算用于實現(xiàn)所述目標轉矩的目標空氣量，

第一致動器控制裝置，其用于基于所述目標空氣量來確定改變吸入氣缸內的空氣的量的第一致動器的操作量，并按照所述操作量來操作所述第一致動器，和

第二致動器控制裝置，其用于基于所述目標空燃比來確定燃料供給量，并按照所述燃料供給量操作將燃料供給到氣缸內的第二致動器；并且

所述目標空燃比切換裝置配置成在滿足所述條件的情況下將所述目標空燃比維持于所述第一空燃比，直至EGR率達到所述切換時目標EGR率，并使所述目標空燃比響應于EGR率達到所述切換時目標EGR率而以連續(xù)方式從所述第一空燃比朝所述第二空燃比改變。

本發(fā)明的第四方面是根據第三方面所述的用于內燃發(fā)動機的控制設備，其中：

所述第一裝置包括：

目標EGR率計算裝置，其用于按照所述內燃發(fā)動機的運轉條件來計算目標EGR率，和

第三致動器控制裝置，其用于基于所述目標EGR率來確定調節(jié)EGR率的第三致動器的操作量，并按照所述操作量來操作所述第三致動器；并且

所述目標EGR率計算裝置配置成響應于滿足所述條件而使所述目標EGR率以連續(xù)方式增加至所述切換時目標EGR率。

本發(fā)明的第五方面是根據第四方面所述的用于內燃發(fā)動機的控制設備，其中：

所述目標EGR率計算裝置配置成響應于氣體-燃料比達到與所述第二空燃比相等的值而使所述目標EGR率以連續(xù)方式從所述切換時目標EGR率減小；并且

所述目標空燃比切換裝置配置成響應于所述氣體-燃料比達到與所述第二空燃比相等的值而在從所述第一空燃比到所述第二空燃比的范圍內改變所述目標空燃比以使得所述氣體-燃料比被維持于所述第二空燃比。

本發(fā)明的第六方面是根據第一至第五方面中的任一項所述的用于內燃發(fā)動機的控制設備，其中，所述切換時目標EGR率是與EGR極限對應的EGR率。

本發(fā)明的第七方面是根據第一至第六方面中的任一項所述的用于內燃發(fā)動機的控制設備，還包括用于在不滿足目標轉矩的變化量在預定值以下的條件的情況下限制由所述第一裝置實行的控制的限制裝置。

本發(fā)明的有利效果

根據第一發(fā)明，在空燃比從第一空燃比切換到比第一空燃比稀的第二空燃比之前，EGR率以連續(xù)方式增加至切換時目標EGR率?？杖急缺痪S持于第一空燃比，直至EGR率達到切換時目標EGR率，并且然后響應于EGR率達到切換時目標EGR率而以連續(xù)方式朝第二空燃比改變。因此，由于空燃比在升高EGR率之后以連續(xù)方式從第一空燃比變成第二空燃比，所以在切換燃燒模式時可以有效地抑制NOx排出量。

根據第二發(fā)明，響應于氣體-燃料比達到與第二空燃比相等的值，EGR率在將氣體-燃料比維持于第二空燃比的同時減小。因此可以使空燃比從第一空燃比平滑地變成第二空燃比，而不產生轉矩級差。

根據第三發(fā)明，目標空燃比被維持于第一空燃比直至目標EGR率達到切換時目標EGR率，并且響應于目標EGR率達到切換時目標EGR率而以連續(xù)方式朝第二空燃比改變。因此，由于空燃比在升高EGR率之后以連續(xù)方式從第一空燃比變成第二空燃比，所以在切換燃燒模式時可以有效地抑制NOx排出量。

根據第四發(fā)明，在目標空燃比從第一空燃比切換為第二空燃比之前，目標EGR率以連續(xù)方式增加至切換時目標EGR率。因此，由于空燃比在升高EGR率之后以連續(xù)方式從第一空燃比變成第二空燃比，所以在切換燃燒模式時可以有效地抑制NOx排出量。

根據第五發(fā)明，響應于氣體-燃料比達到與第二空燃比相等的值，在將氣體-燃料比維持于第二空燃比的同時EGR率減小。因此可以使空燃比從第一空燃比平滑地變成第二空燃比，而不產生轉矩級差。

根據第六發(fā)明，由于空燃比在將EGR率升高至EGR極限之后以連續(xù)方式從第一空燃比變成第二空燃比，所以可以最大限度地抑制切換燃燒模式時的NOx排出量。

根據第七發(fā)明，在不滿足目標轉矩的變化量在預定值以下的條件的情況下，在空燃比的切換之前增加EGR率的上述控制的執(zhí)行被限制。結果，在目標轉矩快速變化的過渡時間，可以避免切換空燃比所需的時間延長且排放性能惡化的狀況。

附圖說明

圖1是示出根據本發(fā)明的第一實施方式的ECU的控制結構的框圖；

圖2是示出根據本發(fā)明的第一實施方式的ECU所采取的運轉范圍的設定的視圖；

圖3是示出在本發(fā)明的第一實施方式中執(zhí)行的用于切換燃燒模式的處理例程的流程圖；以及

圖4是示出根據本發(fā)明的第一實施方式的燃燒模式從理論燃燒向稀燃燒的切換的時間圖。

具體實施方式

[第一實施例]

以下將參照附圖說明本發(fā)明的第一實施方式。

作為本實施方式中的控制對象的內燃發(fā)動機(以下稱為“發(fā)動機”)是火花點火式四沖程往復發(fā)動機。此外，該發(fā)動機是所謂的“稀燃發(fā)動機”，其構造成能夠在根據理論空燃比(第一空燃比)執(zhí)行燃燒的理論配比模式與根據比理論空燃比稀的空燃比(第二空燃比)執(zhí)行燃燒的稀模式之間選擇發(fā)動機的燃燒模式。

裝設在車輛中的ECU(電子控制單元)通過致動設置在發(fā)動機中的各種類型的致動器來控制發(fā)動機的運轉。由ECU致動的致動器包括作為改變空氣量的第一致動器的節(jié)氣門、作為向氣缸內供給燃料的第二致動器的噴射器、作為調節(jié)EGR率的第三致動器的EGR閥、和作為點燃氣缸內的空燃混合物的第四致動器的點火裝置。噴射器設置在進氣口中。ECU致動這些致動器以控制發(fā)動機的運轉。ECU對發(fā)動機的控制包括將運轉模式從理論配比模式切換為稀模式，或從稀模式切換為理論配比模式。

在圖1中，在框圖中示出了根據本實施方式的ECU的邏輯。ECU包括發(fā)動機控制器100和動力傳動系管理裝置200。發(fā)動機控制器100是直接控制發(fā)動機的控制設備，并且對應于根據本發(fā)明的控制設備。動力傳動系管理裝置200是執(zhí)行包括發(fā)動機、電子控制的自動變速器以及諸如VSC和TRC的車輛控制設備的整個驅動系統(tǒng)的集成控制的控制設備。發(fā)動機控制器100配置成基于從動力傳動系管理裝置200接收的信號來控制發(fā)動機的運轉。發(fā)動機控制器100和動力傳動系管理裝置200各自都通過軟件實現(xiàn)。更具體地，發(fā)動機控制器100和動力傳動系管理裝置200的相應功能在ECU中通過讀取存儲在存儲器中的程序并使用處理器執(zhí)行這些程序來實現(xiàn)。

動力傳動系管理裝置200計算將來轉矩并且將計算出的值發(fā)送到發(fā)動機控制器100。用語“將來轉矩”指的是在動力傳動系管理裝置200對發(fā)動機要求的轉矩之中的以下類型的轉矩：其要求的發(fā)動機的響應性不高并且足以在不久的將來實現(xiàn)且不需要立即實現(xiàn)。動力傳動系管理裝置200基于加速器踏板的開度來計算要求轉矩。

動力傳動系管理裝置200還計算即時轉矩并且將計算出的值發(fā)送到發(fā)動機控制器100。用語“即時轉矩”指的是動力傳動系管理裝置200對發(fā)動機要求的轉矩之中的以下類型的轉矩：其緊急性或優(yōu)先度高于將來轉矩并且要求發(fā)動機的高響應性。即，即時轉矩屬于要求立即實現(xiàn)的類型。即時轉矩包括從車輛控制系統(tǒng)要求的轉矩，例如對于電控式自動變速器的變速控制所要求的轉矩、對于牽引力控制所要求的轉矩和對于防側滑控制所要求的轉矩。動力傳動系管理裝置200輸出與僅在已實際發(fā)生需要這種轉矩的事件的情況下希望實現(xiàn)的轉矩的大小對應的有效值。在未發(fā)生這種事件的期間，動力傳動系管理裝置200輸出無效值，即大于發(fā)動機能輸出的最大軸轉矩的值。

接下來將說明發(fā)動機控制器100的構型。發(fā)動機控制器100的構型被寬泛地分為功能部120、調停部140和實現(xiàn)部160。

功能部120計算并輸出關于發(fā)動機的各種控制參數?？刂茀蛋ɑ趶膭恿鲃酉倒芾硌b置200發(fā)送的要求值計算出的參數，和基于與發(fā)動機的運轉狀態(tài)有關的信息在功能部120內計算出的參數。更具體地，計算將來轉矩、將來空燃比(將來A/F)、要求效率、第一即時轉矩、第二即時轉矩和要求空燃比(要求A/F)作為控制參數。在這些參數之中，從動力傳動系管理裝置200發(fā)送的將來轉矩被按原樣用作將來轉矩，并且從動力傳動系管理裝置200發(fā)送的即時轉矩被按原樣用作第二即時轉矩。要求效率是點火正時效率的要求值，并且是用于計算目標空氣量的控制參數。在要求借助于MBT控制的高效率運轉的情況下要求效率被設定為其最大值1，而在要求低效率運轉以使催化劑升溫的情況下要求效率被設定為小于1的值。使用功能部120中包括的燃燒切換要求部122計算將來空燃比、第一即時轉矩和要求空燃比。

燃燒切換要求部122基于將來轉矩和發(fā)動機轉速(即發(fā)動機回轉速度)來作出與燃燒模式的切換有關的判斷。圖2示出根據本實施方式的運轉范圍的設定。運轉范圍由轉矩和發(fā)動機轉速限定。根據圖2，在低-中速和低-中負荷區(qū)域內設定選擇稀模式的稀模式區(qū)域。燃燒切換要求部122基于圖2所示的關系來判斷燃燒模式，并按照判斷結果來計算與空氣量、點火正時、EGR率和燃料噴射各者有關的控制參數。將來空燃比是與空氣量和EGR率有關的控制參數。第一即時轉矩是與點火正時有關的控制參數。要求空燃比是與燃料噴射有關的控制參數。將來空燃比是提供空氣量向轉矩的變換效率的參數，并用于計算目標空氣量和目標EGR率。采取這樣的構型，即，在滿足將燃燒模式從理論燃燒切換為稀燃燒的條件的情況下，將來空燃比從理論空燃比切換為稀空燃比。第一即時轉矩是用于切換燃燒模式的即時轉矩的目標值，并用于在切換燃燒模式時切換點火正時效率的計算。盡管第一即時轉矩通常是無效值，但第一即時轉矩在滿足切換燃燒模式的條件的情況下被設定為與將來轉矩相等的值。要求空燃比是與燃料噴射有關的控制參數，并且被設定為與將來空燃比相等的值。因此，在滿足將燃燒模式從理論燃燒切換為稀燃燒的條件的情況下，與將來空燃比相似，要求空燃比從理論空燃比切換為稀空燃比。

此外，在燃燒切換要求部122中，于在滿足將燃燒模式從理論燃燒切換為稀燃燒的條件之后正在執(zhí)行用于切換燃燒模式的計算處理的期間，指示燃燒模式的切換正在進行中的第一標記信號被設定為“on”。此外，在燃燒切換要求部122中，在后述的目標轉矩的變化量在預定值以下的期間，指示發(fā)動機的運轉條件穩(wěn)定的第二標記信號被設定為“on”。注意，關于用于與第二標記有關的判定的預定值，能使用用于判定發(fā)動機的運轉條件穩(wěn)定或者發(fā)動機處于逐漸加速或減速的過程中的目標轉矩的變化量作為預定的閾值。在第一標記信號和第二標記信號兩者都是“on”的情況下，燃燒切換要求部122執(zhí)行后述的燃燒模式的特征切換。

從具有上述構型的功能部120輸出的控制參數被輸入到調停部140。具體地，調停部140包括將來轉矩調停部142、效率調停部144和即時轉矩調停部146。將來轉矩調停部142執(zhí)行對從功能部120輸入的將來轉矩和與將來轉矩的類別相同的另一轉矩的調停處理，并輸出作為調停處理的結果獲得的轉矩作為關于發(fā)動機的目標轉矩。基本上，目標轉矩的值與將來轉矩相同。在將來轉矩調停部142中使用最小值選擇(MIN選擇)作為調停方法。

效率調停部144執(zhí)行對從功能部120輸入的要求效率轉矩和類別與要求效率轉矩相同的另一效率的調停處理，并輸出作為調停處理的結果獲得的效率作為關于發(fā)動機的最終要求效率。在效率調停部144中使用最小值選擇作為調停方法。從燃料消耗性能的觀點看，優(yōu)選點火正時效率是作為其最大值的1。因此，從效率調停部144輸出的要求效率的值基本上為1，并且僅在已發(fā)生某種類型的事件例如暖機要求的情況下選擇小于1的值。

即時轉矩調停部146執(zhí)行對從功能部120輸入的第一即時轉矩和第二即時轉矩的調停處理，并輸出作為調停處理的結果獲得的即時轉矩作為關于發(fā)動機的最終即時轉矩。在即時轉矩調停部146中使用最小值選擇作為調停方法?；旧?，第一即時轉矩和第二即時轉矩各自都是無效值，并僅在已發(fā)生特定事件的情況下切換為顯示希望實現(xiàn)的轉矩的大小的有效值。因此，從即時轉矩調停部146輸出的即時轉矩也基本上是無效值，并且僅在已發(fā)生某種類型的事件的情況下選擇有效值。在已滿足切換燃燒模式的條件的情況下，第一即時轉矩從無效值切換為將來轉矩的值，以由此使從即時轉矩調停部146輸出的即時轉矩是與將來轉矩相同的值。

作為相應調停處理的結果獲得的目標轉矩、要求效率和即時轉矩從如上所述構成的調停部140輸出。此外，從功能部120輸入調停部140的將來空燃比、稀氣缸的數量和要求空燃比按原樣從調停部140輸出。

實現(xiàn)部160對應于發(fā)動機的逆模型，并由通過脈譜圖或函數表示的多個模型構成。用于協(xié)調操作的各致動器2、4、6和8的操作量由實現(xiàn)部160計算。實現(xiàn)部160包括多個運算單元162、164、170、172、174、180和182。在這些運算單元之中，運算單元162和164涉及空氣量控制，運算單元170和172涉及點火正時控制，運算單元174涉及燃料噴射量控制，并且運算單元180和182涉及EGR控制。以下將從涉及空氣量控制的運算單元開始依次詳細說明各運算單元的功能。

目標轉矩、要求效率和將來空燃比被輸入運算單元162。運算單元162使用要求效率和將來空燃比來由目標轉矩反算用于實現(xiàn)目標轉矩的目標空氣量。在該計算中，使用要求效率和將來空燃比作為提供空氣量向轉矩的變換效率的參數。運算單元162首先通過將目標第一轉矩除以要求效率來計算用于空氣量控制的目標轉矩。接下來，運算單元162利用轉矩-空氣量變換脈譜圖將用于空氣量控制的目標轉矩變換為目標空氣量。使用發(fā)動機狀態(tài)量的實際值或目標值來檢索轉矩-空氣量變換脈譜圖。關于空燃比，使用將來空燃比來檢索脈譜圖。因此，在運算單元162中，計算在將來空燃比下實現(xiàn)用于空氣量控制的目標轉矩所需的空氣量作為目標空氣量。圖中，將目標空氣量描述為“KLt”。

運算單元164首先由目標空氣量和后述的目標EGR率反算作為進氣管壓力目標值的目標進氣管壓力(目標Pm)。使用描述經進氣門吸入氣缸內的空氣量與進氣管壓力之間的關系的脈譜圖來計算目標進氣管壓力?？諝饬颗c進氣管壓力之間的關系根據EGR率而變化。因此，當計算目標進氣管壓力時，基于當前EGR率來確定上述脈譜圖的參數值。接下來，運算單元164基于目標進氣管壓力來計算作為節(jié)氣門開度的目標值的目標節(jié)氣門開度。圖中將目標節(jié)氣門開度描述為“TA”。使用空氣模型的逆模型來計算目標節(jié)氣門開度?？諝饽Ｐ褪亲鳛槟M進氣管壓力對節(jié)氣門2的操作的響應特性的結果獲得的物理模型。因此，能利用其逆模型由目標進氣管壓力反算實現(xiàn)目標進氣管壓力所需的目標節(jié)氣門開度。由運算單元164計算出的目標節(jié)氣門開度被變換為用于驅動節(jié)氣門2的信號，并且該信號被發(fā)送到節(jié)氣門2。運算單元162和164對應于根據本發(fā)明的第一致動器控制裝置。

接下來將說明與點火正時控制有關的運算單元的功能。運算單元168基于通過上述空氣量控制實現(xiàn)的實際節(jié)氣門開度和氣門正時來計算推定轉矩。本說明書中所用的用語“推定轉矩”指的是在點火正時基于當前節(jié)氣門開度和氣門正時以及目標空燃比而被設定為最佳點火正時的情況下能輸出的轉矩。運算單元168首先利用上述空氣模型的正模型基于節(jié)氣門開度的測定值和氣門正時的測定值來計算推定空氣量。推定空氣量是通過當前節(jié)氣門開度和氣門正時實際地實現(xiàn)的空氣量的推定值。接下來，運算單元168利用轉矩-空氣量變換脈譜圖將推定空氣量變換為推定轉矩。當檢索轉矩-空氣量變換脈譜圖時使用目標空燃比作為檢索關鍵字。

即時轉矩和推定轉矩被輸入運算單元170。運算單元170基于即時轉矩和推定轉矩來計算作為點火正時效率的指示值的指示點火正時效率。指示點火正時效率被表示為即時轉矩關于推定轉矩的比率。然而，對指示點火正時效率限定上限，并且在即時轉矩相對于推定轉矩的比率超過1的情況下將指示點火正時效率的值設定為1。指示點火正時效率在圖中被表示為“ηi”。

運算單元172基于指示點火正時效率來計算點火正時。更具體地，運算單元172基于發(fā)動機狀態(tài)量例如發(fā)動機轉速、要求轉矩和空燃比來計算最佳點火正時，并基于指示點火正時效率來計算相對于最佳點火正時的延遲量。當指示點火正時效率為1時，將延遲量設定為零，并且延遲量隨著指示點火正時效率從1減小而逐漸增大。運算單元172然后計算延遲量與最佳點火正時相加的結果作為最終點火正時?？墒褂脤⒆罴腰c火正時和各種發(fā)動機狀態(tài)量相關聯(lián)的脈譜圖來計算最佳點火正時?？墒褂脤⒀舆t量、點火正時效率和各種發(fā)動機狀態(tài)量相關聯(lián)的脈譜圖來計算延遲量。使用目標空燃比作為檢索這些脈譜圖的檢索關鍵字。圖中將點火正時表示為“SA”。由運算單元172計算出的點火正時被變換為用于驅動點火裝置8的信號，并且該信號被發(fā)送到點火裝置8。

接下來將說明與燃料噴射量控制有關的運算單元的功能。對于各氣缸，運算單元174基于要求空燃比和推定空氣量來計算實現(xiàn)要求空燃比所需的燃料噴射量，即燃料供給量。推定空氣量是預測在進氣門關閉的時點出現(xiàn)的空氣量，并利用上述空氣模型的正模型基于節(jié)氣門開度和氣門正時來計算。由運算單元174計算出的用于各氣缸的燃料噴射量被變換為用于驅動噴射器4的信號，并且該信號被發(fā)送到噴射器4。運算單元174對應于根據本發(fā)明的第二致動器控制裝置。

接下來將說明與EGR控制有關的運算單元的功能。將來空燃比被輸入運算單元180。運算單元180對應于根據本發(fā)明的目標EGR率計算裝置，并利用將來空燃比計算用于使排氣排放或燃料消耗等最優(yōu)化的目標EGR率。注意，在本發(fā)明中，EGR率指EGR氣體占從進氣門吸入氣缸內的空氣的比例，并且表示從進氣門吸入氣缸內的EGR氣體的量的EGR量在本發(fā)明中處于與EGR率相等的范圍內。

運算單元180利用EGR率脈譜圖計算EGR率。EGR率脈譜圖是EGR率與作為關鍵字的包含發(fā)動機轉速、空氣量和空燃比的發(fā)動機狀態(tài)量相關的脈譜圖。通過各空氣量、發(fā)動機轉速和空燃比的適配來確定該脈譜圖。使用發(fā)動機狀態(tài)量的實際值或目標值來檢索EGR率脈譜圖。關于空燃比，使用將來空燃比來檢索脈譜圖。因此，在運算單元180中，計算在目標空燃比下需要的EGR率作為目標EGR率。圖中，目標EGR率被表示為“EGRt”。

此外，第一標記信號和第二標記信號被輸入運算單元180。運算單元180在第一標記信號和第二標記信號兩者都為“on”的情況下執(zhí)行計算以獲得后述的目標EGR率。

運算單元182基于目標EGR率來計算作為EGR閥的開度的目標值的目標EGR閥開度?？墒褂米鳛榛诹黧w力學等模擬EGR率對EGR閥的動作的響應的結果而獲得的脈譜圖或公式來計算目標EGR閥開度。注意，由于EGR率受發(fā)動機轉速和空氣量影響，所以這些被用作用于計算目標EGR閥開度的參數。目標EGR閥開度在圖中被表示為“EGRv”。由運算單元182計算出的目標EGR閥開度被變換為用于驅動EGR閥6的信號，并且該信號被發(fā)送到EGR閥6。運算單元182對應于根據本發(fā)明的第三致動器控制裝置。注意，也可采用驅動EGR閥6的電磁閥的占空比而不是EGR閥的開度作為EGR閥6的操作量。

以上是根據本實施方式的ECU的基本邏輯。接下來將利用附圖說明根據本實施方式的ECU的特征邏輯。

在根據本實施方式的ECU中，當燃燒模式要從理論配比模式切換為稀模式時，空燃比逐漸變化以使得不出現(xiàn)轉矩級差。然而，當在切換燃燒模式時空燃比逐漸變化時，NOx排出量的增加變成一個問題。即，NOx排出量有在16左右的弱稀空燃比達到峰值且此后隨著空燃比朝稀側變化而減少的傾向。因此，如果空燃比從理論空燃比逐漸變成稀空燃比，則空燃比必須經過NOx排出量大的空燃比區(qū)域，并且排放性能的惡化變成一個問題。

根據本實施方式的ECU的特征與抑制由于利用EGR的上述燃燒模式的切換而出現(xiàn)的NOx排出量的增加的邏輯有關。具體地，NOx排出量由于EGR所引起的燃燒溫度的下降而減少。因此，在燃燒模式要從理論燃燒切換為稀燃燒的情況下，本實施方式的ECU在空燃比的切換之前執(zhí)行增大EGR的處理。由此可以在抑制NOx排出量的同時切換燃燒模式。

然而，EGR控制的響應性不良。因此，當試圖在目標轉矩快速變化的過渡時間執(zhí)行上述EGR控制時，燃燒模式的切換所需的時間延長，并且相反存在控制將引起NOx排出量的增加和點火延遲量的增加的風險。因此，希望上述EGR控制在要求轉矩逐漸變化的逐漸減速時或在穩(wěn)態(tài)運轉期間執(zhí)行。

以下將利用流程圖詳細說明根據本實施方式的ECU在穩(wěn)態(tài)運轉期間執(zhí)行的用于將燃燒模式從理論配比模式切換為稀模式的動作。圖3是示出根據本實施方式的ECU在穩(wěn)態(tài)運轉期間執(zhí)行的用于將燃燒模式從理論配比模式切換為稀模式的例程的流程圖。注意，假設圖3所示的控制例程在發(fā)動機10的運轉期間被反復執(zhí)行。

根據圖3所示的例程，首先，判定指示從理論配比模式向稀模式的切換正在進行中的第一標記是否被設定為“on”(步驟S100)。如果上述步驟S100中的判定結果為第一標記是“off”，則本例程立即結束。相反，如果步驟S100中的判定結果為第一標記是“on”，則處理轉入下一步驟以判定指示要求轉矩的變化量在預定值以下的第二標記是否為“on”(步驟S102)。如果上述步驟S102中的判定結果為第二標記是“off”，則判定為當前狀態(tài)是過渡時的狀態(tài)，且因此本例程立即結束。

相反，如果上述步驟S102中的判定結果為第二標記是“on”，則判定為當前運轉狀態(tài)是穩(wěn)定狀態(tài)，并且處理轉入執(zhí)行用于使EGR率上升的處理的下一步驟(步驟S104)。這種情況下，具體地，響應于第一標記信號和第二標記信號兩者都是“on”的事實，運算單元180將目標EGR從先前值增加預定量并輸出得到的目標EGR值。

接下來將節(jié)氣門操作至打開側(步驟106)。具體地，響應于第一標記信號和第二標記信號兩者都是“on”的事實，燃燒切換要求部122將將來空燃比維持在其先前值。結果，運算單元162輸出被維持在理論空燃比的目標空燃比。作為目標EGR率上升并且目標空氣量被維持的結果，運算單元164將目標節(jié)氣門開度TA向打開側調節(jié)并輸出調節(jié)值。

接下來，判定在上述步驟S104中設定的當前目標EGR率是否為基于當前運轉條件而確定的EGR率的極限值(步驟S108)。極限值是事先從失火和催化劑性能的觀點確定的EGR率的極限值，并且針對每個運轉條件讀入事先規(guī)定的值。如果因此判定為目標EGR率尚未達到極限值，則處理返回上述步驟S104，其中將目標EGR量進一步增大預定量。通過反復執(zhí)行上述從步驟S104至步驟S108的處理，EGR率在實際空燃比被維持在理論空燃比的狀態(tài)下以連續(xù)方式接近EGR率的極限值。

隨后，當在上述步驟S108中判定為目標EGR率已達到EGR率的極限值時，處理轉入下一步驟，其中增大空氣量(步驟S110)。這種情況下，具體地，響應于目標EGR率達到EGR率的極限值，運算單元180將目標EGR率維持在極限值。此外，響應于目標EGR率達到EGR率的極限值，燃燒切換要求部122輸出向稀空燃比側變化預定量的將來空燃比。結果，在運算單元162中計算出的目標空氣量沿空氣量根據目標空燃比的變化而增大的方向變化。注意，將來空燃比的變化量是在實際空氣量可以充分跟隨蹤目標空氣量的范圍內設定的。

接下來，判定氣體-燃料比(G/F)是否已變成與被當作目標的稀空燃比(目標稀空燃比)的值相等的值(步驟S112)。這里提到的氣體-燃料比(G/F)代表流入氣缸內的氣體(即新鮮空氣+EGR氣體)與向相關氣缸內的燃料噴射量之比。結果，在判定為氣體-燃料比(G/F)尚未變成與目標稀空燃比的值相等的值的情況下，處理再次轉入步驟S110并且增大空氣量。通過反復執(zhí)行上述從步驟S110至步驟S112的處理，實際空燃比在EGR率被維持在EGR極限值的狀態(tài)下以連續(xù)方式接近稀空燃比。隨后，當在上述步驟S112中判定為氣體-燃料比(G/F)已達到與被當作目標的稀空燃比的值相等值時，處理轉入下一步驟，其中執(zhí)行處理以在將氣體-燃料比(G/F)維持在稀空燃比的值的同時將目標EGR率降至0％(步驟S114)。這種情況下，具體地，響應于氣體-燃料比(G/F)達到與被當作目標的稀空燃比的值相等的值，燃燒切換要求部122以及運算單元180和162計算其相應輸出，以使得在維持氣體-燃料比(G/F)的同時EGR率在實際空氣量可以充分跟隨目標空氣量的范圍內以連續(xù)方式下降。

如以上說明的，根據第一實施方式的控制設備，在EGR率被維持在EGR率的極限值的狀態(tài)下空燃比以連續(xù)方式從理論空燃比變成稀空燃比。由此可以在抑制NOx排出量的同時將燃燒模式從理論燃燒切換為稀燃燒。

圖4是示出根據本實施方式的用于將燃燒模式從理論燃燒切換為稀燃燒的控制的結果的圖像的時間圖。在圖4中，第一層級上的圖示出轉矩的時間變化。該圖中顯示了目標轉矩和實際轉矩。第二層級上的圖示出節(jié)氣門開度的時間變化。第三層級上的圖示出空氣量的時間變化。該圖中示出了目標空氣量KLt和實際空氣量。第四層級上的圖示出點火正時效率的時間變化。第五層級上的圖示出點火正時的時間變化。第六層級上的圖示出空燃比的時間變化。該圖中顯示了將來空燃比和實際空燃比。第七層級上的圖示出EGR率的時間變化。該圖中顯示了目標EGR率EGRt和實際EGR率。此外，在該圖中，對應于EGR極限的EGR率由雙點劃線表示。第八層級上的圖示出氣體-燃料比的時間變化。最后，第九層級上的圖示出燃料噴射量的時間變化。

根據該時間圖，當在時刻t1判定為第一標記和第二標記是“on”時，使目標EGR率以連續(xù)方式增大。在此期間，作為將將來轉矩、目標空氣量和要求空燃比維持于其在理論燃燒時的相應值的結果，使節(jié)氣門開度TA逐漸增大。

當在時刻t2目標EGR率達到EGR極限時，目標EGR率被維持在EGR極限的值。在此期間，使要求空燃比以連續(xù)方式變成稀空燃比側，并且目標空氣量也增大。注意，由于在此期間的目標空氣量在不偏離實際空氣量的范圍內增大，所以指示點火正時效率ηi實質上被維持為1，并且不執(zhí)行點火正時的延遲控制。

當在時刻t3氣體-燃料比(G/F)達到與在稀模式下運轉時的稀空燃比相等的值時，目標EGR率以連續(xù)方式減小。在此期間，由于氣體-燃料比維持在恒定值，所以目標空氣量和要求空燃比以連續(xù)方式接近其在以稀模式運轉時的相應值。隨后，當在時刻t4目標EGR率達到0％時，目標空氣量和要求空燃比各自達到其在稀模式下的運轉時的相應值，并且因此從理論配比模式向稀模式的切換完成。

注意，在上述第一實施方式的控制設備中，將來空燃比對應于本發(fā)明的“目標空燃比”，燃燒切換要求部122對應于本發(fā)明的“目標空燃比切換裝置”，運算單元162對應于本發(fā)明的“目標空氣量計算裝置”，運算單元180對應于本發(fā)明的“目標EGR率計算裝置”，運算單元164對應于本發(fā)明的“第一致動器控制裝置”，運算單元174對應于本發(fā)明的“第二致動器控制裝置”，并且運算單元182對應于本發(fā)明的“第三致動器控制裝置”。此外，在上述第一實施方式的控制設備中，本發(fā)明的“限制裝置”通過ECU執(zhí)行上述步驟S102中的處理來實現(xiàn)。此外，本發(fā)明的“第一裝置”通過ECU執(zhí)行上述步驟S100和S104中的處理來實現(xiàn)。另外，本發(fā)明的“第二裝置”通過ECU執(zhí)行上述步驟S100和S106中的處理來實現(xiàn)。此外，本發(fā)明的“第二裝置”通過ECU執(zhí)行上述步驟S108和S110中的處理來實現(xiàn)。另外，本發(fā)明的“第一裝置”通過ECU執(zhí)行上述步驟S112和S114中的處理來實現(xiàn)。

[其它實施方式]

本發(fā)明不限于上述實施方式，并且可以做出各種改型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，可采用以下說明的改型。

根據本實施方式中采用的邏輯，當在穩(wěn)態(tài)運轉期間從理論配比模式切換為稀模式時，EGR率在空燃比的切換之前增大至EGR率的極限值。然而，EGR率不必一定增大至極限值，并且基于與NOx排出量的關系適當地設定切換時目標EGR率即可。

實施方式中用于計算目標空氣量的空燃比(假想空燃比)可使用當量比代替。當量比也是提供空氣量向轉矩的變換效率的參數，并且對應于與空燃比對應的參數。同樣，可以使用空氣過剩率作為提供空氣量向轉矩的變換效率的參數。

第一空燃比不限于理論空燃比。也可采取第一空燃比被設定為比理論空燃比稀的空燃比且第二空燃比被設定為比第一空燃比稀的空燃比的構型。

根據本實施方式中采用的邏輯，當氣體-燃料比(G/F)達到與以稀模式運轉時的稀空燃比相等的值時，使目標EGR率以連續(xù)方式降低至0％。然而，作為目標EGR率的降低目標的值不限于0％，并且使目標EGR率減小至與稀空燃比被切換時的運轉條件對應的目標EGR率即可。

附圖標記列表

2 節(jié)氣門

4 噴射器

6 EGR閥

8 點火裝置

100 發(fā)動機控制器

200 動力傳動系管理裝置

180 作為目標EGR率計算裝置的運算單元

162 作為目標空氣量計算裝置的運算單元

164 作為第一致動器控制裝置的運算單元

174 作為第二致動器控制裝置的運算單元

182 作為第三致動器控制裝置的運算單元

122 作為目標空燃比切換裝置的運算單元