(57)【要約】【課題】  ドライバビリティが損なわれることを可及的に抑制しつつ空燃比を迅速にリーンリミット制御する。【解決手段】  暫定スロットル開度決定手段Ｂ２１は、アクセル操作量取得手段Ｂ１により取得されたアクセル操作量ＰＡに基づいて、暫定スロットル開度ＴＡtmpを決定する。暫定吸入空気量対応値決定手段Ｂ２２は、実際のスロットル開度がＴＡtmpに調整されたと仮定した場合の筒内吸入空気量に相当する値ＫＬtmpを求める。燃料噴射量算出手段Ｂ２４は、ＫＬtmpに基づいて燃料噴射量ＴＡＵを決定する。燃焼状態指標値取得手段Ｂ４は、燃焼割合ＭＦＢ30を取得する。目標スロットル開度決定手段Ｂ５は、暫定リーンリミット値取得手段Ｂ６によって取得されたフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffを用いつつ、ＭＦＢ30を目標燃焼割合ＭＦＢ30tgtに一致させるのに必要な目標スロットル開度ＴＡtgtを決定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の空燃比をリーンリミットに向けて制御する、空燃比制御装置であって、
アクセル操作量を取得する、アクセル操作量取得手段と、
前記アクセル操作量取得手段によって取得された前記アクセル操作量と所定の基準空燃比とに基づいて燃料噴射量を決定する、燃料噴射量決定手段と、
前記燃料噴射量決定手段によって決定された前記燃料噴射量の燃料を燃料噴射器に噴射させる、燃料噴射手段と、
前記燃料噴射器における前記燃料噴射量の前記燃料の噴射により前記内燃機関の気筒内に形成された燃料混合気の燃焼状態を示す燃焼状態指標値を取得する、燃焼状態指標値取得手段と、
前記リーンリミットの近傍と推定される暫定リーンリミット値を取得する、暫定リーンリミット値取得手段と、
前記燃焼状態指標値取得手段による前記燃焼状態指標値の取得値である燃焼状態指標取得値が所定の燃焼状態指標目標値と一致するように、前記暫定リーンリミット値と前記燃焼状態指標取得値と前記燃焼状態指標目標値とに基づいて、スロットルバルブの開度の目標値である目標スロットル開度を決定する、目標スロットル開度決定手段と、
前記スロットルバルブの前記開度が前記目標スロットル開度と一致するように、同スロットルバルブを制御する、スロットルバルブ制御手段と、
を備えたことを特徴とする、空燃比制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空燃比制御装置であって、
前記燃焼状態指標値取得手段は、前記気筒内の圧力に基づいて前記燃料混合気中の前記燃料の所定クランク角における燃焼割合を取得する燃焼割合取得手段であることを特徴とする、空燃比制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の空燃比制御装置であって、
前記暫定リーンリミット値取得手段は、複数の空燃比に対応する前記燃料混合気の状態を取得することで、前記暫定リーンリミット値を取得することを特徴とする、空燃比制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の空燃比制御装置であって、
前記暫定リーンリミット値取得手段は、複数の空燃比にて前記気筒内の圧力に基づいて圧縮行程及び膨張行程における比熱比を取得することで、空燃比変化に伴う前記圧縮行程及び前記膨張行程における比熱比の変化態様を推定し、この推定結果に基づいて前記暫定リーンリミット値を取得することを特徴とする、空燃比制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１項に記載の空燃比制御装置であって、
前記燃料噴射量決定手段は、
前記アクセル操作量が大きいほど大きくなる暫定スロットル開度を、前記アクセル操作量取得手段によって取得された前記アクセル操作量に基づいて決定する、暫定スロットル開度決定手段と、
実際の前記スロットルバルブの前記開度が前記暫定スロットル開度であると仮定した場合に前記気筒内に吸入される空気量に対応する値である暫定吸入空気量対応値を、前記暫定スロットル開度に基づいて推定する、空気量推定手段と、
前記空気量推定手段によって推定された前記暫定吸入空気量対応値に対応する量の空気が前記気筒内に吸入されると仮定した場合に同気筒内に形成される燃料混合気の空燃比が前記基準空燃比と一致するように、前記燃料噴射量を算出する、燃料噴射量算出手段と、
を含み、
前記目標スロットル開度決定手段は、
前記燃焼状態指標取得値を前記燃焼状態指標目標値と一致させるために前記気筒内に形成すべき前記燃料混合気の空燃比に対応する値である空燃比対応値を、前記燃焼状態指標取得値と前記燃焼状態指標目標値とに基づいて算出する、空燃比対応値算出手段と、
前記空気量推定手段によって推定された前記暫定吸入空気量対応値と、前記空燃比対応値とに基づいて、前記目標スロットル開度を算出する、目標スロットル開度算出手段と、
を含むことを特徴とする、空燃比制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載の空燃比制御装置であって、
前記内燃機関には複数の前記気筒が設けられていて、
前記暫定リーンリミット値取得手段は、複数の前記気筒のそれぞれについて前記暫定リーンリミット値を取得し、
前記目標スロットル開度決定手段は、複数の前記気筒に対応する複数の前記暫定リーンリミット値のうちの最低値に基づいて、前記目標スロットル開度を決定することを特徴とする、空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比をリーンリミット（正常に燃焼可能なリーン側の限界空燃比）に向けて制御する、空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置は、気筒内（燃焼室内）に供給される燃料混合気の空燃比を極力リーン側にフィードバック制御することで、燃費の向上やＮＯｘ（窒素酸化物）の低減を図るように構成されている。この種の装置としては、例えば、特開平５−３２１７２６号公報、特開２００４−１５６５０５号公報、特開２００７−３２５３１号公報、等に開示されたものが知られている。
【０００３】
特開平５−３２１７２６号公報等に開示されているように、この種の装置のほとんどのものは、トルク変動量を取得して、このトルク変動量に基づいて、燃料混合気の空燃比をリーン側にフィードバック制御するようになっている。具体的には、かかる装置は、取得した吸入空気量に基づいて燃料噴射量を決定するとともに、上述のトルク変動量が所定の判定値と一致するように前記燃料噴射量を変更することにより、空燃比を極力リーン側に移行させるようになっている。
【０００４】
また、特開２００７−３２５３１号公報に開示された装置は、上述の構成におけるトルク変動量に代えて、筒内圧センサの出力によって得られた筒内圧力に基づいて、リーンリミット制御を行うようになっている。具体的には、かかる装置においては、筒内圧力の最大値が生じるクランク角が所定範囲内にある場合は未だ前記リーンリミットに達していないと判断され、この場合、空燃比がさらにリーンとなるように前記燃料噴射量が制御される。
【特許文献１】特開平５−３２１７２６号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６５０５号公報
【特許文献３】特開２００７−３２５３１号公報（段落［００９３］ないし［００９９］及び図１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この種の装置における従来のものは、リーンリミット制御の際、上述のように、取得された吸入空気量に基づいて決定される燃料噴射量を減量することにより、空燃比をリーン化している。よって、従来の装置においては、アクセル操作量が一定であっても、空燃比をリーン化する際に、燃焼に寄与する燃料の量が減少する。その結果、機関発生トルクが比較的大きく減少することとなり、運転者が違和感を覚えるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記課題に対処するようになされたものである。本発明の目的は、ドライバビリティが損なわれることを可及的に抑制しつつ空燃比を迅速にリーンリミット制御することが可能な、内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の空燃比制御装置は、内燃機関の空燃比をリーンリミットに向けて制御するように構成されていて、アクセル操作量取得手段と、燃料噴射量決定手段と、燃料噴射手段と、燃焼状態指標値取得手段と、暫定リーンリミット値取得手段と、目標スロットル開度決定手段と、スロットルバルブ制御手段と、を備えている。これらの各手段は、以下の如く動作するようになっている。
【０００８】
前記アクセル操作量取得手段は、アクセル操作量（運転者によるアクセルペダルの操作量）を取得する。前記燃料噴射量決定手段は、前記アクセル操作量取得手段によって取得された前記アクセル操作量と、所定の基準空燃比と、に基づいて、燃料噴射量を決定する。前記燃料噴射手段は、前記燃料噴射量決定手段によって決定された前記燃料噴射量の燃料を、燃料噴射器に噴射させる。
【０００９】
前記燃料噴射量決定手段は、暫定スロットル開度決定手段と、空気量推定手段と、燃料噴射量算出手段と、を含み得る。
【００１０】
前記暫定スロットル開度決定手段は、前記アクセル操作量取得手段によって取得された前記アクセル操作量に基づいて、暫定スロットル開度を決定する。この暫定スロットル開度は、前記アクセル操作量が大きいほど大きくなるように決定される。
【００１１】
前記空気量推定手段は、暫定吸入空気量対応値を、前記暫定スロットル開度に基づいて推定する。この暫定吸入空気量対応値は、実際の前記スロットルバルブの前記開度が前記暫定スロットル開度であると仮定した場合に、前記内燃機関の気筒内に吸入される空気量に対応する値である。この暫定吸入空気量対応値は、吸入空気量そのものであってもよく、吸入空気量に比例した値（例えば、各気筒の吸入空気量を各気筒の最大容積で除した値）であってもよい。
【００１２】
前記燃料噴射量算出手段は、前記空気量推定手段によって推定された前記暫定吸入空気量対応値に対応する量の空気が前記気筒内に吸入されると仮定した場合に同気筒内に形成される燃料混合気の空燃比が前記基準空燃比と一致するように、前記燃料噴射量を算出する。
【００１３】
前記燃焼状態指標値取得手段は、燃焼状態指標値を取得する。この燃焼状態指標値は、前記燃料噴射器における前記燃料噴射量の前記燃料の噴射により前記気筒内に形成された燃料混合気の燃焼状態（燃焼の進行状態）を示す値である。例えば、この燃焼状態指標値としては、所定クランク角における前記燃料混合気中の前記燃料の燃焼割合が用いられ得る。この燃料割合は、前記気筒内の圧力に基づいて取得される。この場合、前記燃焼状態指標値取得手段は、燃焼割合取得手段とも称され得る。
【００１４】
前記目標スロットル開度決定手段は、スロットルバルブの開度の目標値である目標スロットル開度を決定する。この目標スロットル開度は、前記燃焼状態指標値取得手段による前記燃焼状態指標値の取得値である燃焼状態指標取得値が所定の燃焼状態指標目標値と一致するように、前記燃焼状態指標取得値と前記燃焼状態指標目標値とに基づいて設定される。前記スロットルバルブ制御手段は、前記スロットルバルブの前記開度が前記目標スロットル開度と一致するように、同スロットルバルブを制御する。
【００１５】
前記目標スロットル開度決定手段は、空燃比対応値算出手段と、目標スロットル開度算出手段と、を備え得る。
【００１６】
前記空燃比対応値算出手段は、前記燃焼状態指標取得値と前記燃焼状態指標目標値とに基づいて、空燃比対応値を算出する。この空燃比対応値は、前記燃焼状態指標取得値を前記燃焼状態指標目標値と一致させるために前記気筒内に形成すべき前記燃料混合気の空燃比に対応する値である。なお、この空燃比対応値は、前記燃焼状態指標取得値を前記燃焼状態指標目標値と一致させるための空燃比（目標空燃比）そのものであってもよく、そのような空燃比を得るための空燃比の補正値であってもよい。
【００１７】
前記目標スロットル開度算出手段は、前記空気量推定手段によって推定された前記暫定吸入空気量対応値と、前記空燃比対応値とに基づいて、前記目標スロットル開度を算出する。
【００１８】
前記暫定リーンリミット値取得手段は、暫定リーンリミット値を取得する。この暫定リーンリミット値は、前記リーンリミットの近傍（好ましくは同リーンリミットよりも若干リッチ側）と推定される空燃比に対応する値である。本発明においては、この暫定リーンリミット値と、前記燃焼状態指標取得値と、前記燃焼状態指標目標値と、に基づいて、前記目標スロットル開度が設定される。すなわち、前記目標スロットル開度決定手段による、前記燃焼状態指標取得値と前記燃焼状態指標目標値とに基づく前記スロットルバルブの前記開度のフィードバック制御に対して、前記暫定リーンリミット値は、フィードフォワード値あるいは学習値として機能する。
【００１９】
例えば、前記暫定リーンリミット値取得手段は、複数の空燃比に対応する前記燃料混合気の状態を取得することで、前記暫定リーンリミット値を取得する。具体的には、前記暫定リーンリミット値取得手段は、複数の空燃比にて前記気筒内の圧力に基づいて少なくとも膨張行程（好ましくは圧縮行程及び膨張行程）における比熱比を取得することで、空燃比変化に伴う同行程における比熱比の変化態様を推定し、この推定結果に基づいて前記暫定リーンリミット値を取得する。なお、前記暫定リーンリミット値の取得は、例えば、前記内燃機関の始動後であって所定のリーンリミット制御条件の成立前に行われ得る。かかる暫定リーンリミット値の取得は、以下の知見に基づくものである。
【００２０】
すなわち、膨張行程においては、空燃比がリーンになるにつれて、燃焼が緩慢となってＮＯｘやＣＯ２等の熱容量の大きなガスが減少するとともに空気の割合が高くなる。よって、空燃比がリーンになるにつれて、前記気筒内のガス（以下、「筒内ガス」と称する。）の比熱比は、所定の態様で、空気の比熱比（約１．４０３）に近づく。ここで、空燃比がリーンになり過ぎた所定の領域においては、失火等が発生する。このため、空燃比変化に伴う前記筒内ガスの比熱比の変化の態様が、当該領域とそれ以外とで異なることとなる。例えば、失火が発生すると、膨張行程における前記筒内ガスの比熱比が、圧縮行程における未燃の燃料混合気の比熱比と等しくなる。そこで、例えば前記基準空燃比を変化させる等により燃料混合気の空燃比を複数に設定しつつ、膨張行程や圧縮行程における前記筒内ガスの比熱比を取得することで、空燃比変化に伴う前記筒内ガスの比熱比の変化態様を（関数近似等により）推定し、この推定結果に基づいて、前記暫定リーンリミット値が取得される。
【００２１】
前記内燃機関に複数の前記気筒が設けられている場合、前記暫定リーンリミット値取得手段が、複数の前記気筒のそれぞれについて前記暫定リーンリミット値を取得するとともに、前記目標スロットル開度決定手段が、複数の前記気筒に対応する複数の前記暫定リーンリミット値のうちの最低値に基づいて、前記目標スロットル開度を決定することが好適である。
【発明の効果】
【００２２】
上述の構成を備えた本発明の空燃比制御装置においては、アクセル操作量に応じた量の燃料が噴射されるとともに、前記燃焼状態指標取得値と前記燃焼状態指標目標値とに基づく前記スロットルバルブの前記開度のフィードバック制御によってリーンリミット制御が行われる。
【００２３】
したがって、本発明によれば、運転者の違和感を可及的に抑制しつつ、リーンバーン（リーンリミット）運転を行うことができる。また、過渡運転時等において吸入空気量を精度良く推定できない場合であっても、機関発生トルクの変動を抑制しながら空燃比をリーン化することができる。
【００２４】
ここで、本発明においては、前記暫定リーンリミット値を（フィードフォワード値あるいは学習値として）用いることで、リーンリミット制御の応答性が向上する。したがって、リーンリミット制御による燃費向上効果が、上述の従来技術よりもさらに良好に得られる。
【００２５】
また、前記内燃機関に複数の前記気筒が設けられている場合に、各気筒に対応する複数の前記暫定リーンリミット値のうちの最低値に基づいてリーンリミット制御が行われる。すなわち、複数の前記気筒のうちの、最も燃焼が緩慢なものを代表気筒とし、この代表気筒に基づいてリーンリミット制御が行われる。これにより、制御負荷（演算処理負荷）が軽減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態（本願の出願時点において出願人が最良と考えている実施形態）について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。実施形態に対する変形例（modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、首尾一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
【００２８】
＜システムの構成＞
図１は、ピストン往復動型の火花点火式複数気筒（４気筒）４サイクルエンジン１（以下、単に「エンジン１」と称する。）と、本発明の一実施形態である空燃比制御装置２（以下、単に「制御装置２」と称する。）と、を含むシステムＳ（車両）の概略構成を示す図である。なお、図１には、エンジン１の特定の気筒における、気筒配列方向と直交する面による断面図が示されている（他の気筒における構成も同様であるものとする。）。
【００２９】
＜＜エンジン＞＞
エンジン１は、シリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２と、を備えている。また、エンジン１には、吸気通路１３及び排気通路１４が接続されている。
【００３０】
シリンダブロック１１には、略円柱形状の貫通孔であるシリンダボア１１１が形成されている。上述の通り、このシリンダブロック１１には、複数のシリンダボア１１１が、気筒配列方向に沿って一列に配置されている。各シリンダボア１１１の内側には、ピストン１１２が、シリンダボア１１１の中心軸（以下、「シリンダ中心軸」と称する。）に沿って往復移動可能に収容されている。シリンダブロック１１の一端部（図中上端部）には、シリンダヘッド１２が接合されている。シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とは、図示しないボルト等によって互いに固定されている。
【００３１】
シリンダブロック１１内には、クランクシャフト１１３が、気筒配列方向と平行に配置されつつ、回転可能に支持されている。このクランクシャフト１１３は、ピストン１１２のシリンダ中心軸に沿った往復移動に基づいて回転駆動されるように、コンロッド１１４を介して、ピストン１１２と連結されている。
【００３２】
シリンダヘッド１２における、シリンダブロック１１側の端部（図中下端部）には、複数の凹部が、各シリンダボア１１１の一端部（図中上端部）に対応する位置に設けられている。すなわち、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１に接合及び固定された状態における、ピストン１１２の頂面よりもシリンダヘッド１２側（図中上側）のシリンダボア１１１の内側の空間と、上述の凹部の内側の空間と、によって、燃焼室ＣＣが形成されている。この燃焼室ＣＣに連通するように、シリンダヘッド１２には、吸気ポート１２１及び排気ポート１２２が形成されている。
【００３３】
シリンダヘッド１２には、吸気バルブ１２３と、排気バルブ１２４と、吸気バルブ制御装置１２５と、排気カムシャフト１２６と、点火プラグ１２７と、イグナイタ１２８と、インジェクタ１２９と、が備えられている。
【００３４】
吸気バルブ１２３は、吸気ポート１２１を開閉する（吸気ポート１２１と燃焼室ＣＣとの連通状態を制御する）ためのバルブである。排気バルブ１２４は、排気ポート１２２を開閉する（排気ポート１２２と燃焼室ＣＣとの連通状態を制御する）ためのバルブである。
【００３５】
吸気バルブ制御装置１２５は、吸気カム及び吸気カムシャフト（ともに不図示）、並びに両者の相対回転角度（位相角度）を油圧により調整・制御するための機構を備えていて、吸気バルブ１２３の開弁期間（開弁クランク角幅）を一定にしつつ開弁時期（吸気バルブ開弁時期）ＶＴを変更し得るように構成されている。かかる吸気バルブ制御装置１２５の具体的な構成については周知なので、その説明を省略する。排気カムシャフト１２６は、排気バルブ１２４を駆動するように構成されている。
【００３６】
点火プラグ１２７は、その先端部の火花発生電極が燃焼室ＣＣに露出するように設けられている。イグナイタ１２８は、点火プラグ１２７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを備えている。本発明の燃料噴射器に対応するインジェクタ１２９は、燃焼室ＣＣ内に供給するための燃料を、吸気ポート１２１内にて噴射し得るように構成されている。
【００３７】
＜＜＜吸排気通路＞＞＞
吸気ポート１２１には、インテークマニホールドやサージタンク等を含む吸気通路１３が接続されている。また、排気ポート１２２には、エキゾーストマニホールドを含む排気通路１４が接続されている。
【００３８】
吸気通路１３における、エアフィルタ１３１と吸気ポート１２１との間の位置には、吸気通路１３の開口断面積を可変とするためのスロットルバルブ１３２が介装されている。このスロットルバルブ１３２は、ＤＣモータからなるスロットルバルブアクチュエータ１３３によって回転駆動されるように構成されている。スロットルバルブアクチュエータ１３３は、目標スロットル開度ＴＡtgtを表す駆動信号が与えられたとき、スロットルバルブ１３２の実際の開度（スロットル開度ＴＡ）を目標スロットル開度ＴＡtgtに一致させるようになっている。
【００３９】
排気通路１４は、排気ポート１２２を介して燃焼室ＣＣから排出される排気ガスの通路である。この排気通路１４には、上流側触媒コンバータ１４１及び下流側触媒コンバータ１４２が介装されている。上流側触媒コンバータ１４１及び下流側触媒コンバータ１４２は、酸素吸蔵機能を有する三元触媒を内部に備えていて、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘを浄化可能に構成されている。
【００４０】
＜制御装置＞
本発明の空燃比制御装置及びこれに含まれる各手段に対応する制御装置２は、電子制御装置２００を備えている。電子制御装置２００は、いわゆるマイクロコンピュータであって、ＣＰＵ２０１と、ＲＯＭ２０２と、ＲＡＭ２０３と、バックアップＲＡＭ２０４と、インターフェース２０５と、バス２０６と、を備えている。ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、バックアップＲＡＭ２０４、及びインターフェース２０５は、バス２０６によって互いに接続されている。
【００４１】
ＲＯＭ２０２には、ＣＰＵ２０１が実行するルーチン（プログラム）、及びこのルーチンの実行時に参照されるテーブル（ルックアップテーブル、マップ）やパラメータ、等が予め格納されている。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納し得るように構成されている。バックアップＲＡＭ２０４は、電源が投入された状態でＣＰＵ２０１がルーチンを実行する際にデータが格納されるとともに、この格納されたデータが電源遮断後も保持され得るように構成されている。
【００４２】
インターフェース２０５は、後述する各種のセンサと電気的に接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ２０１に伝達し得るように構成されている。また、インターフェース２０５は、吸気バルブ制御装置１２５、イグナイタ１２８、インジェクタ１２９、スロットルバルブアクチュエータ１３３、等の動作部と電気的に接続されていて、これらの動作部を動作させるための動作信号をＣＰＵ２０１からこれらの動作部に伝達し得るように構成されている。
【００４３】
すなわち、制御装置２は、インターフェース２０５を介して上述の各種のセンサからの信号を受け取るとともに、当該信号に応じたＣＰＵ２０１の演算結果に基づいて、上述の動作信号を各動作部に向けて送出するように構成されている。
【００４４】
＜＜各種センサ＞＞
制御装置２には、冷却水温センサ２１１、筒内圧センサ２１２、カムポジションセンサ２１３、クランクポジションセンサ２１４、エアフローメータ２１５、上流側空燃比センサ２１６ａ、下流側空燃比センサ２１６ｂ、スロットルポジションセンサ２１７、アクセル開度センサ２１８、等の各種のセンサが備えられている。
【００４５】
冷却水温センサ２１１及び筒内圧センサ２１２は、シリンダブロック１１に装着されている。冷却水温センサ２１１は、シリンダブロック１１内の冷却水温Ｔｗに対応する信号を出力するように構成されている。筒内圧センサ２１２は、燃焼室ＣＣ内の圧力（筒内圧Ｐｃ）に対応する信号を出力するように構成されている。
【００４６】
カムポジションセンサ２１３は、シリンダヘッド１２に装着されている。このカムポジションセンサ２１３は、吸気バルブ１２３を往復移動させるための上述の不図示の吸気カムシャフト（吸気バルブ制御装置１２５に含まれている）の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号（Ｇ２信号）を出力するように構成されている。
【００４７】
クランクポジションセンサ２１４は、シリンダブロック１１に装着されている。このクランクポジションセンサ２１４は、クランクシャフト１１３の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号を出力するように構成されている。すなわち、クランクポジションセンサ２１４は、エンジン回転数Ｎｅに対応する信号を出力するようになっている。また、カムポジションセンサ２１３及びクランクポジションセンサ２１４からの信号に基づいて、各気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角θが求められるようになっている。
【００４８】
エアフローメータ２１５は、吸気通路１３に装着されている。このエアフローメータ２１５は、吸気通路１３内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量である吸入空気流量Ｇａに対応する信号を出力するように構成されている。
【００４９】
上流側空燃比センサ２１６ａ及び下流側空燃比センサ２１６ｂは、排気通路１４に介装されている。上流側空燃比センサ２１６ａは、上流側触媒コンバータ１４１よりも排気ガスの流動方向における上流側に配置されている。下流側空燃比センサ２１６ｂは、上流側触媒コンバータ１４１と下流側触媒コンバータ１４２との間の位置に配置されている。上流側空燃比センサ２１６ａ及び下流側空燃比センサ２１６ｂは、酸素濃度センサであって、通過する排気ガスの酸素濃度（空燃比）に対応する信号をそれぞれ出力するように構成されている。
【００５０】
スロットルポジションセンサ２１７は、スロットルバルブ１３２に対応する位置に配置されている。このスロットルポジションセンサ２１７は、スロットルバルブ１３２の実際の回転位相（すなわちスロットル開度ＴＡ）に対応する信号を出力するように構成されている。
【００５１】
アクセル開度センサ２１８は、運転者によるアクセルペダル２２０の操作量（アクセル操作量ＰＡ）に対応する信号を出力するように構成されている。
【００５２】
＜制御系統の構成の概要＞
図２は、図１に示されている制御装置２の機能ブロック図である。以下、本実施形態における、燃料噴射量及びスロットル開度の制御系統の構成の概要について、図１及び図２を参照しつつ説明する。なお、本明細書においては、図２の機能ブロック図により示された各ブロックは、ＣＰＵ２０１が図示しない所定のプログラムを実行することにより実現されるものとする。
【００５３】
本実施形態の制御装置２は、アクセル操作量に基づいて燃料噴射量を決定するとともに、その燃料噴射量の燃料の噴射により形成される燃料混合気の空燃比がリーンリミットとなるようにリーンバーン運転時におけるスロットル開度を制御することで、エンジン１の空燃比をリーンリミットに向けて制御するようになっている。
【００５４】
より詳細に述べると、機能ブロック図である図２に概念的に示したように、本実施形態の制御装置２は、アクセル操作量取得手段Ｂ１、燃料噴射量決定手段Ｂ２、燃料噴射手段Ｂ３、燃焼状態指標値取得手段Ｂ４、目標スロットル開度決定手段Ｂ５、暫定リーンリミット値取得手段Ｂ６、及びスロットルバルブ制御手段Ｂ７を備えている。
【００５５】
アクセル操作量取得手段Ｂ１は、アクセル操作量ＰＡを、アクセル開度センサ２１８からの信号に基づいて取得するようになっている。
【００５６】
燃料噴射量決定手段Ｂ２は、暫定スロットル開度決定手段Ｂ２１、暫定吸入空気量対応値決定手段Ｂ２２、基準空燃比設定手段Ｂ２３、及び燃料噴射量算出手段Ｂ２４を含んでいる。この燃料噴射量決定手段Ｂ２は、アクセル操作量取得手段Ｂ１によって取得されたアクセル操作量ＰＡに基づいて燃料噴射量ＴＡＵを決定するようになっている。
【００５７】
暫定スロットル開度決定手段Ｂ２１は、アクセル操作量ＰＡと、スロットル開度テーブル（図２のMAPTAtmp(PA)を参照。）と、に基づいて、アクセル操作量ＰＡが大きいほど大きくなるように暫定スロットル開度ＴＡtmpを決定するようになっている。
【００５８】
本発明の空気量推定手段としての暫定吸入空気量対応値決定手段Ｂ２２は、暫定スロットル開度ＴＡtmpに基づいて、暫定吸入空気量対応値ＫＬtmpを推定するようになっている。この暫定吸入空気量対応値ＫＬtmpは、実際のスロットル開度ＴＡが暫定スロットル開度ＴＡtmpであると仮定した場合にシリンダボア１１１（燃焼室ＣＣ）内に吸入される吸入空気量（暫定筒内吸入空気量Ｍｃtmp）に対応する値である。ここでは、暫定吸入空気量対応値ＫＬtmpは、実際のスロットル開度ＴＡが暫定スロットル開度ＴＡtmpであると仮定した場合の暫定筒内吸入空気量Ｍｃtmpをその気筒の最大容積ｋにより除した値である（すなわち、ＫＬtmp＝Ｍｃtmp／ｋ）。以下、値ＫＬtmpは「暫定的負荷率ＫＬtmp」とも称呼されるものとする。
【００５９】
基準空燃比設定手段Ｂ２３は、運転状態に基づいて基準空燃比ＡＦｒを設定するようになっている。すなわち、基準空燃比設定手段Ｂ２３は、（１）暫定的負荷率ＫＬtmpが高い場合すなわち高負荷運転の場合（急加速時等）は基準空燃比ＡＦｒを理論空燃比stoichよりもリッチ側に設定し、（２）所定の空燃比フィードバック条件成立後であって所定のリーンリミット制御条件成立前に後述するフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffを取得する場合には理論空燃比stoichを中心として基準空燃比ＡＦｒを所定範囲で変化させるとともに、（３）それ以外の場合は原則として基準空燃比ＡＦｒを理論空燃比stoichに設定するようになっている。
【００６０】
燃料噴射量算出手段Ｂ２４は、暫定吸入空気量対応値ＫＬtmpに対応する量の空気（すなわち、暫定筒内吸入空気量Ｍｃtmp）が気筒内に吸入されると仮定した場合に、その気筒内に形成される燃料混合気の空燃比が基準空燃比ＡＦｒと一致するように燃料噴射量ＴＡＵを算出するようになっている。したがって、燃料噴射量算出手段Ｂ２４は、暫定吸入空気量対応値ＫＬtmpに対応する量の空気（すなわち、暫定筒内吸入空気量Ｍｃtmp＝ｋ・ＫＬtmp）を基準空燃比ＡＦｒで除することにより燃料噴射量ＴＡＵを算出する（すなわち、ＴＡＵ＝ｋ・ＫＬtmp／ＡＦｒ）ようになっている。
【００６１】
燃料噴射手段Ｂ３は、上述のようにして決定された燃料噴射量ＴＡＵに対応する量の燃料を、今回吸気行程を迎える気筒に対応するインジェクタ１２９に噴射させるようになっている。このように、本実施形態の制御装置２は、アクセル操作量ＰＡに基づいて燃料噴射量ＴＡＵを決定して、この燃料噴射量ＴＡＵの燃料をエンジン１に供給するようになっている。
【００６２】
燃焼状態指標値取得手段Ｂ４は、燃焼状態指標値（燃焼状態指標取得値）としての燃焼割合を、カムポジションセンサ２１３及びクランクポジションセンサ２１４からの信号に基づいて取得されるクランク角θと、筒内圧センサ２１２から取得される筒内圧Ｐｃと、に基づいて取得するようになっている。
【００６３】
ここで、図３Ａは、燃焼割合のクランク角に対する変化の様子を示したタイムチャートである。図３Ａにおいて、クランク角θにおける燃焼割合が、ＭＦＢθと表されている。燃焼割合ＭＦＢθは、燃焼行程にある気筒のクランク角θの経過に伴って、図３Ａに示したように変化する。この図３Ａから理解されるように、燃焼割合ＭＦＢθは、燃焼室ＣＣ内に形成された燃料混合気の燃焼状態（燃焼の進行の程度）を示す指標値である。
【００６４】
燃焼割合ＭＦＢθは、筒内圧Ｐｃから下記（１）式に従って比較的容易に求めることができる。なお、燃焼割合を求める手法の詳細は、例えば、特開２００６−１４４６４５号公報及び特開２００７−３２５３１号公報等に開示されている。
【数１】
2010007581.tif 000003
【００６５】
この（１）式は、発生した熱のうちピストン１１２に対する仕事に寄与した熱の積算量Ｑの変化パターンがＰｃ（θ）Ｖ（θ）κの変化パターンと概ね一致するという知見に基づいている。Ｐｃ（θ）はクランク角θにおける筒内圧、Ｖ（θ）はクランク角θにおける燃焼室ＣＣの容積、κは燃料混合気の平均的・典型的な比熱比（例えば１．３２）である。なお、（１）式の分母はＭＦＢの１００％に相当する値である。この（１）式においては、クランク角θは、圧縮上死点において０となり、圧縮上死点から圧縮上死点前に向って進角するほど絶対値が大きくなる負の値をとり、圧縮上死点から圧縮上死点後に向って遅角するほど絶対値が大きくなる正の値をとるように定義される。
【００６６】
（１）式において、クランク角θｓ（θｓ＜０）は、対象とする燃焼行程（膨張行程）に向う圧縮行程において吸気バルブ１２３及び排気バルブ１２４の両方が閉じた状態にあり且つ点火時期よりも十分に進角した時期（例えば、θｓ＝−３０°、すなわち、ＢＴＤＣ  ３０°ＣＡ）である。クランク角θｅ（θｅ＞０）は、対象とする燃焼行程における燃焼が実質的に終了する最も遅い時期よりも遅い所定の時期且つ排気バルブ開弁時期よりも進角した時期（例えば、θｅ＝６０°、すなわち、ＡＴＤＣ  ６０°ＣＡ）である。
【００６７】
図３Ｂは、種々の空燃比における燃焼割合の変化の様子を示したグラフである。図３Ｂにおいて、実線は、空燃比がリーンリミット（理論空燃比よりもリーンであって、それ以上リーンとなると燃焼が不安定になる空燃比）である場合、一点鎖線は、空燃比がリーンリミットよりもリッチである場合、破線は、空燃比がリーンリミットよりもさらにリーンである場合の、燃焼割合ＭＦＢθをそれぞれ示している。
【００６８】
図３Ｂにおける点Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３から理解されるように、燃料混合気の燃焼の後期に相当するθ＝ＡＴＤＣ  ３０°ＣＡ（圧縮上死点後３０°クランク角）における燃焼割合（以下、「燃焼割合ＭＦＢ30」と称する。）は、空燃比がリーンになるほど（空燃比が大きくなるほど）小さくなる。実験によれば、燃焼割合ＭＦＢ30が点Ｐ２に示した値（約９０％）以下となるような、空燃比が過度にリーンな領域では、燃焼が不安定になる。
【００６９】
そこで、燃焼状態指標値取得手段Ｂ４は、筒内圧センサ２１２から取得される筒内圧Ｐｃと、カムポジションセンサ２１３及びクランクポジションセンサ２１４からの信号に基づいて取得されるクランク角θと、下記（２）式と、を用いて、燃焼割合ＭＦＢ30を取得するようになっている。
【数２】
2010007581.tif 000004
【００７０】
そして、本実施形態の制御装置２は、燃焼状態指標値取得手段Ｂ４によって実際の燃焼割合ＭＦＢ30を取得するとともに、取得された燃焼割合ＭＦＢ30をリーンリミットに対応する目標燃焼割合ＭＦＢ30tgt（燃焼状態指標目標値）に一致させるべく、後述する目標スロットル開度決定手段Ｂ５及びスロットルバルブ制御手段Ｂ７によって空燃比をフィードバック制御するようになっている。
【００７１】
目標スロットル開度決定手段Ｂ５は、燃焼状態指標取得値としての燃焼割合ＭＦＢ30が燃焼状態指標目標値としての目標燃焼割合ＭＦＢ30tgtと一致するようにスロットルバルブ１３２の開度を調整することで、空燃比を調整するようになっている。具体的には、目標スロットル開度決定手段Ｂ５は、燃焼割合ＭＦＢ30と目標燃焼割合ＭＦＢ30tgtとに基づいて（実際には、偏差ΔＭＦＢ30＝（ＭＦＢ30−ＭＦＢ30tgt）に基づいて）、燃焼割合ＭＦＢ30と目標燃焼割合ＭＦＢ30tgtとの差（ΔＭＦＢ30）を「０」とするのに必要な空燃比を得るためのスロットルバルブ１３２の開度の最終的な目標値（目標スロットル開度ＴＡtgt）を決定するようになっている。
【００７２】
より詳細には、目標スロットル開度決定手段Ｂ５は、空燃比対応値算出手段Ｂ５１と、目標スロットル開度算出手段Ｂ５２と、を含んでいる。
【００７３】
空燃比対応値算出手段Ｂ５１は、空燃比対応値ＡＦＬを、燃焼割合ＭＦＢ30と目標燃焼割合ＭＦＢ30tgtとに基づいて算出するようになっている。この空燃比対応値ＡＦＬは、燃焼割合ＭＦＢ30を目標燃焼割合ＭＦＢ30tgtと一致させるために燃焼室ＣＣ内に形成すべき燃料混合気の空燃比に対応する値である。
【００７４】
目標スロットル開度算出手段Ｂ５２は、燃料噴射量算出手段Ｂ２４によって算出されている燃料噴射量ＴＡＵに対応する暫定的負荷率ＫＬtmpと、上述の空燃比対応値ＡＦＬとに基いて、その燃料噴射量ＴＡＵに対して空燃比対応値ＡＦＬに対応する燃料混合気の空燃比を得るために必要な目標スロットル開度ＴＡtgtを算出するようになっている。
【００７５】
ここで、本実施形態においては、目標スロットル開度決定手段Ｂ５は、燃焼割合ＭＦＢ30、目標燃焼割合ＭＦＢ30tgt、及び暫定的負荷率ＫＬtmpに加えて、暫定リーンリミット値取得手段Ｂ６によって取得された暫定リーンリミット値としてのフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffに基づいて、目標スロットル開度ＴＡtgtを算出するようになっている。
【００７６】
暫定リーンリミット値取得手段Ｂ６は、基準空燃比設定手段Ｂ２３によって理論空燃比stoichを中心として基準空燃比ＡＦｒを所定範囲で変化させた際の、燃焼室ＣＣ内のガス（筒内ガス）の比熱比の変化態様に基づいて、フィードフォワード学習値Ａ／Ｆffを取得するようになっている。
【００７７】
図４は、空燃比変化に伴う筒内ガスの比熱比の変化を示すグラフである。図４の一番目のグラフに示されているように、圧縮行程においては、空燃比がリーンになるにつれて燃料混合気中の空気の割合が増大する。よって、圧縮行程における筒内ガス（燃焼室ＣＣ内の未燃の燃料混合気）の比熱比は、空燃比がリーンになるにつれて増大し、空気の比熱比（約１．４０３）に漸近する。
【００７８】
点火後の膨張行程においても、空燃比がリーンになるにつれて燃料混合気中の空気の割合が増大する。また、膨張行程においては、空燃比がリーンになるにつれて燃焼が緩慢となり、ＣＯ２（比熱比κ＝１．３０）やＮＯｘ（ＮＯの比熱比κ＝１．４００）等の熱容量の大きなガスが減少する。このため、図４の二番目のグラフにおける二点鎖線で示されているように、膨張行程においても、空燃比がリーンになるにつれて、筒内ガスの比熱比が、空気の比熱比（約１．４０３）に漸近する（なお、このグラフにおいては、縦軸については、空燃比がリーンになるにつれて筒内ガスの比熱比が空気のそれに漸近することを示しているだけであって、縦軸における上にいくほど比熱比が高くなることまでは示していないものとする。）。
【００７９】
ここで、空燃比がリーンリミットよりもさらにリーン側に移行すると、失火等が発生する。よって、点火後の膨張行程においては、空燃比変化に伴う比熱比の測定値（図中黒丸）の変化の態様が、リーンリミットよりもリッチ側とリーン側とで異なることとなる。例えば、失火が発生すると、膨張行程における比熱比が、圧縮行程における比熱比に近づく（場合によっては等しくなる）。
【００８０】
そこで、本実施形態の制御装置２は、基準空燃比設定手段Ｂ２３によって基準空燃比ＡＦｒを変化させることで、複数の空燃比で膨張行程や圧縮行程における筒内ガスの比熱比を測定し（図中白丸及び黒丸参照）、この測定値に基づいて、暫定リーンリミット値取得手段Ｂ６が、空燃比変化に伴う筒内ガスの比熱比の変化態様を推定する（図中二点鎖線及び実線の曲線参照）ことで、フィードフォワード学習値Ａ／Ｆffを取得するようになっている。そして、目標スロットル開度決定手段Ｂ５、暫定リーンリミット値取得手段Ｂ６、及びスロットルバルブ制御手段Ｂ７は、スロットル開度ＴＡのフィードバック制御に対して、フィードフォワード学習値Ａ／Ｆffを用いたフィードフォワード制御を適用することで、リーンリミット制御の応答性を高めるようになっている。
【００８１】
例えば、図４の二番目のグラフにおける、膨張行程の比熱比κexpの測定値（図中黒丸）に基づいて、最小自乗法等により近似関数ｆκexp（Ａ／Ｆ）を取得し、この近似関数ｆκexp（Ａ／Ｆ）に基づいて、フィードフォワード学習値Ａ／Ｆffが取得され得る。
【００８２】
具体的には、図４の二番目のグラフに示されているように、近似関数ｆκexp（Ａ／Ｆ）と、空気の比熱比κair＝１．４０３を示す水平線と、の交点に対応する空燃比Ａ／Ｆを得ることで、あるいは、これに所定の処理（１未満の安全係数を乗じたり所定数を減じたりする処理等）を施すことで、フィードフォワード学習値Ａ／Ｆffが取得され得る。
【００８３】
あるいは、図４の一番目のグラフに示されているように、圧縮行程の比熱比κcompの測定値（図中白丸）に基づいて、最小自乗法等により近似関数ｆκcomp（Ａ／Ｆ）を取得し、この近似関数ｆcomp（Ａ／Ｆ）と近似関数ｆκexp（Ａ／Ｆ）とが相似形の変化をすることを仮定して、リッチ側の空燃比における膨張行程の比熱比κexpの測定値（図４の二番目のグラフにおける左側３個分程度の黒丸）と近似関数ｆκcomp（Ａ／Ｆ）とに基づいて近似関数ｆκexp（Ａ／Ｆ）を取得し（図４の二番目のグラフにおける二点鎖線参照）、この近似関数ｆκexp（Ａ／Ｆ）と膨張行程の比熱比κexpの測定値との偏差が所定範囲を超えた時点に対応する空燃比Ａ／Ｆを得ることで、あるいは、これに上述のような所定の処理を施すことで、フィードフォワード学習値Ａ／Ｆffが取得され得る。
【００８４】
あるいは、圧縮行程の比熱比κcompの測定値（図中白丸）に基づく近似関数ｆκcomp（Ａ／Ｆ）と、膨張行程の比熱比κexpの測定値（図中黒丸）に基づく近似関数ｆκexp（Ａ／Ｆ）と、の交点に対応する空燃比Ａ／Ｆを得ることで、あるいは、これに上述のような所定の処理を施すことで、フィードフォワード学習値Ａ／Ｆffが取得され得る。
【００８５】
なお、図４の三番目のグラフにて、膨張行程の比熱比κexpが空気の比熱比κair＝１．４０３以上の値を示す理由は、以下の通りである。すなわち、燃料の燃焼によって、熱容量の大きいＣＯ２やＮＯｘが発生する。また、燃焼の熱エネルギーにより、燃焼室ＣＣ内の温度が上昇し、分子の運動速度が上昇する。
【００８６】
ここで、比熱比κの取得手法の詳細は、以下の通りである（詳細は特開２００５−７６６１３号公報等参照）。
【００８７】
圧縮行程の場合、吸気バルブ１２３が閉じた直後の所定のクランク角θ１における筒内圧Ｐ１と、点火直前の所定のクランク角θ２における筒内圧Ｐ２とが測定される。また、各クランク角θ１，θ２における筒内容積Ｖ１，Ｖ２は、クランク角とピストン位置との関係に基づいて機構的に一義的に定まる。圧縮行程を断熱行程と仮定すると、ＰＶκの値が一定となるという関係が成立するため、圧縮行程の比熱比の測定値κcompは、以下の（３）式によって算出される。
κcomp＝log（Ｐ２／Ｐ１）／log（Ｖ２／Ｖ１）・・・（３）
【００８８】
膨張行程の比熱比の測定値κexpも、点火後の所定のクランク角θ３における筒内圧Ｐ３，筒内容積Ｖ３、及び排気バルブ１２４が開く直前の所定のクランク角θ４における筒内圧Ｐ４，筒内容積Ｖ４、に基づいて、上記（３）式と同様の、以下の（４）式よって算出される。
κexp＝log（Ｐ４／Ｐ３）／log（Ｖ４／Ｖ３）・・・（４）
【００８９】
スロットルバルブ制御手段Ｂ７は、スロットルバルブアクチュエータ１３３を用いて、スロットルバルブ１３２の実際の開度（スロットル開度ＴＡ）が、決定された目標スロットル開度ＴＡtgtと一致するように、スロットルバルブ１３２を制御するようになっている。
【００９０】
＜動作の具体例＞
次に、本実施形態の制御装置２によって実行される動作の具体例について、フローチャートを用いて説明する。
【００９１】
図５は、ある気筒におけるフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffを取得するためのルーチン５００の一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、「ステップ」は“Ｓ”と略称されている（図面でも「ステップ」は“Ｓ”と略記されている。）。ＣＰＵ２０１は、図５に示されているフィードフォワード学習値取得ルーチン５００を、所定タイミング毎に実行する。
【００９２】
本ルーチンが起動されると、まず、Ｓ５１０にて、所定の空燃比フィードバック条件が成立しているか否かが判定される。この空燃比フィードバック条件は、例えば、（１）冷却水温Ｔｗが４０℃以上、（２）上流側空燃比センサ２１６ａ及び下流側空燃比センサ２１６ｂが活性状態、等である。空燃比フィードバック条件が成立していない場合（Ｓ５１０＝Ｎｏ）、以降のすべての処理がスキップされて、本ルーチンが一旦終了する。
【００９３】
空燃比フィードバック条件が成立している場合（Ｓ５１０＝Ｙｅｓ）、処理がＳ５２０に進行し、所定のリーンリミット制御条件が成立しているか否かが判定される。このリーンリミット制御条件は、例えば、（１）冷却水温Ｔｗが７０℃以上、（２）上述のような高負荷運転でない、等である。
【００９４】
エンジン１の始動後、最初に空燃比フィードバック条件が成立した場合、このＳ５２０の判定はＹｅｓとなり、処理がＳ５３０に進行する（なお、リーンリミット制御条件の成立後は、取得済みのフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffに基づいてリーンリミット制御が行われるため、Ｓ５２０の判定がＮｏとなり、以降のすべての処理がスキップされて、本ルーチンが一旦終了する。）
【００９５】
所定のリーンリミット制御条件が成立前である場合（Ｓ５２０＝Ｙｅｓ）、処理がＳ５３０に進行し、所定の複数の空燃比における、κcomp及びκexpの測定値の取得（図４参照）が完了しているか否かが判定される。所定の複数の空燃比のうち、κcomp及びκexpの測定値の取得が完了していないものがある場合（Ｓ５３０＝Ｎｏ）、以降のすべての処理がスキップされて、本ルーチンが一旦終了する。
【００９６】
κcomp及びκexpの取得が完了している場合（Ｓ５３０＝Ｙｅｓ）、処理がＳ５４０に進行し、かかる測定値に基づいて、近似関数ｆcomp（Ａ／Ｆ）やｆκexp（Ａ／Ｆ）が取得される。続いて、処理がＳ５５０に進行し、上述のようにしてフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffが取得・更新され、本ルーチンが一旦終了する。
【００９７】
図６は、スロットル開度ＴＡを制御するためのルーチン６００の一例を示すフローチャートである。ＣＰＵ２０１は、図６に示されているスロットル制御ルーチン６００を、所定タイミング毎に実行する。
【００９８】
本ルーチンが起動されると、まず、Ｓ６１０にて、上述のリーンリミット制御条件が成立しているか否かが判定される。リーンリミット制御条件が成立していない場合（Ｓ６１０＝Ｎｏ）、処理がＳ６２０に進行し、通常の（リーンリミット制御でない）スロットル開度ＴＡの制御が行われ、本ルーチンが一旦終了する。
【００９９】
リーンリミット制御条件が成立している場合（Ｓ６１０＝Ｙｅｓ）、処理がＳ６３０に進行し、すべての気筒におけるフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffが取得・更新済みであるか否かが判定される。すべての気筒についてフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffが取得・更新される前は（Ｓ６３０＝Ｎｏ）、処理がＳ６２０に進行し、通常の（リーンリミットでない）スロットル開度ＴＡの制御が行われ、本ルーチンが一旦終了する。一方、すべての気筒についてフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffが取得・更新済みである場合（Ｓ６３０＝Ｙｅｓ）、処理がＳ６４０に進行し、複数の気筒に対応するフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffのうちの最低値に基づいて、リーンリミット制御が行われ、本ルーチンが一旦終了する。
【０１００】
＜実施形態の構成による効果＞
以上説明したように、本実施形態の制御装置２においては、リーンバーン（リーンリミット）運転のために空燃比がよりリーンに変更される際に、燃焼に寄与する燃料の量が減少されない。したがって、機関発生トルクが比較的大きく減少することに起因して運転者が違和感を覚えるという問題を回避することができる。
【０１０１】
しかも、過渡運転時等において筒内吸入空気量Ｍｃを精度良く推定できない場合であっても、燃焼状態指標取得値（ＭＦＢ30）が燃焼状態指標目標値（ＭＦＢ30tgt）と一致するようにスロットル開度ＴＡが制御される。よって、機関発生トルクの変動を小さくしながら空燃比がリーン化される。
【０１０２】
また、本実施形態の制御装置２においては、スロットル開度ＴＡのフィードバック制御によるリーンリミット制御に際し、空燃比変化に伴う比熱比の変化態様に基づいて取得されたフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffを用いてフィードフォワード制御が行われる。したがって、図７に示されているように、フィードフォワードを行わない場合（図中二点鎖線参照）よりも、本実施形態の制御（図中実線参照）の方が、応答性が良好となる。
【０１０３】
さらに、本実施形態の制御装置２においては、各気筒に対応する複数のフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffのうちの最低値に基づいてリーンリミット制御が行われる。すなわち、複数気筒のうちの、最も燃焼が緩慢なものを代表気筒とし、この代表気筒に基づいてリーンリミット制御が行われる。これにより、制御負荷（演算処理負荷）が軽減される。
【０１０４】
＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が本願の出願時点において最良であると考えた本発明の具体的構成例を単に例示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態によって何ら限定されるべきものではない。よって、上述の実施形態に示された具体的構成に対して、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは、当然である。
【０１０５】
以下、変形例について幾つか例示する。ここで、以下の変形例の説明において、上述の実施形態における各構成要素と同様の構成・機能を有する構成要素については、当該変形例においても同一の名称及び同一の符号が付されているものとする。そして、当該構成要素の説明については、上述の実施形態における説明が、矛盾しない範囲で適宜援用され得るものとする。
【０１０６】
もっとも、変形例とて、下記のものに限定されるものではないことは、いうまでもない。本発明を、上述の実施形態や下記変形例の記載に基づいて限定解釈することは、（特に先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
【０１０７】
また、上述の実施形態の構成、及び下記の各変形例に記載された構成は、技術的に矛盾しない範囲において、適宜複合して適用され得ることも、いうまでもない。
【０１０８】
（１）本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他の任意のタイプの内燃機関に適用され得る。気筒数、気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）、燃料噴射方式（ポート噴射、筒内直接噴射）も、特に限定はない。その他、本発明は、上述の実施形態で示された具体的機械構成に何ら限定されるものではない。
【０１０９】
（２）また、本発明は、上述の実施形態で示された具体的制御系及び制御動作に何ら限定されるものではない。
【０１１０】
例えば、本発明は、アクセル操作量ＰＡに基づいて決定された燃料噴射量ＴＡＵは、空燃比のリーン（リミット）制御の際に、全く減量されてはならないことを意味しない。例えば、運転者に違和感を与えない（最低限必要なトルクが得られる）範囲内において、燃料噴射量の減少が行われても、本発明の範囲から逸脱しない。
【０１１１】
目標燃焼割合ＭＦＢ30tgtは、エンジン１の構造に応じて、種々の値（例えば、８５〜９７％の範囲内の値）に設定され得る。
【０１１２】
上述の実施形態における空燃比対応値ＡＦＬは、エンジン１に供給される燃料混合気の空燃比に対応する値であった。もっとも、本発明はこれに限定されない。例えば、空燃比対応値は、理論空燃比に対する比率であってもよい。
【０１１３】
燃焼割合を求めるための所定のクランク角θは、ＡＴＤＣ  ３０°ＣＡに限定されない。また、燃焼割合は、例えば、Ｗｉｅｂｅ関数と呼ばれる燃焼モデル（例えば、特開２００６−９７２０号公報を参照。）に基づく式等、上記（１）式以外の式によって求められてもよい。
【０１１４】
複数の空燃比にて圧縮行程の比熱比κcomp及び膨張行程の比熱比κexpの測定値を取得する場合の、空燃比変化は、強制的な空燃比変化（いわゆる空燃比アクティブ制御）に限定されない。例えば、空燃比フィードバック条件の成立後であってリーンリミット制御条件の成立前におけるエンジン１の運転状態に応じて適宜制御された空燃比（例えば、上流側触媒コンバータ１４１等の早期暖機のための理論空燃比からのシフト）に対応して、圧縮行程の比熱比κcomp及び膨張行程の比熱比κexpの測定値を取得することが可能である。これにより、燃費低減効果がさらに高まる。
【０１１５】
圧縮行程の比熱比κcompの測定値及びこれに基づく近似関数ｆκcomp（Ａ／Ｆ）を用いずに、膨張行程の比熱比κexpの測定値及びこれに基づく近似関数ｆκexp（Ａ／Ｆ）によってフィードフォワード学習値Ａ／Ｆffが取得される場合、圧縮行程の比熱比κcompの測定値及びこれに基づく近似関数ｆκcomp（Ａ／Ｆ）の取得は省略され得る。
【０１１６】
空燃比変化に伴う膨張行程の比熱比κexpの変化の特異点（交点等）に対応する空燃比に対して、上述のような所定の処理（１未満の安全係数を乗じたり所定数を減じたりする処理等）を施すことで、フィードフォワード学習値Ａ／Ｆffが、リーンリミットの近傍であってこれよりも若干リッチ側に設定される。これにより、フィードフォワードで応答性を良好にしつつ、失火等が発生しないような良好なリーンリミット制御が行われ得る。
【０１１７】
（３）その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】ピストン往復動型の火花点火式複数気筒（４気筒）４サイクルエンジンと、本発明の一実施形態である空燃比制御装置と、を含むシステム（車両）の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示されている制御装置の機能ブロック図である。
【図３Ａ】燃焼割合のクランク角に対する変化の様子を示したタイムチャートである。
【図３Ｂ】種々の空燃比における燃焼割合の変化の様子を示したグラフである。
【図４】空燃比変化に伴う筒内ガス（燃焼室ＣＣ内のガス）の比熱比の変化を示すグラフである。
【図５】図２に示されている制御装置によって実行されるフィードフォワード学習値取得ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】図２に示されている制御装置によって実行されるスロットル制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態による効果を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１１９】
Ｓ…システム                                １…エンジン
１１…シリンダブロック                      １１１…シリンダボア
１１２…ピストン                            １１３…クランクシャフト
１２…シリンダヘッド                        １２９…インジェクタ
１３…吸気通路                              １４…排気通路
１３２…スロットルバルブ                    ３３…スロットルバルブアクチュエータ
２…空燃比制御装置                          ２００…電子制御装置
２０１…ＣＰＵ                              ２１２…筒内圧センサ
２１４…クランクポジションセンサ            ２１７…スロットルポジションセンサ
２１８…アクセル開度センサ                  ２２０…アクセルペダル
Ｂ１…アクセル操作量取得手段                Ｂ２…燃料噴射量決定手段
Ｂ２１…暫定スロットル開度決定手段          Ｂ２２…暫定吸入空気量対応値決定手段
Ｂ２３…基準空燃比設定手段                  Ｂ２４…燃料噴射量算出手段
Ｂ３…燃料噴射手段                          Ｂ４…燃焼状態指標値取得手段
Ｂ５…目標スロットル開度決定手段            Ｂ５１…空燃比対応値算出手段
Ｂ５２…目標スロットル開度算出手段          Ｂ６…暫定リーンリミット値取得手段
Ｂ７…スロットルバルブ制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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