(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の吸気系に介装されたスロットル弁を駆動するスロットル弁駆動手段と、
機関に燃料を供給する燃料供給手段と、
アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、
機関への吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
検出されたアクセル操作量と検出された機関回転速度とに基づいて、基準空燃比／目標空燃比に相当する目標当量比を演算する目標当量比演算手段と、
機関の燃焼状態の切換指令及び前記目標当量比演算手段により演算された目標当量比に基づいて、成層燃焼及び均質燃焼に夫々対応した第１の燃焼効率を演算する第１の燃焼効率演算手段と、
前記目標当量比を第１の燃焼効率で除して、該目標当量比を補正する第１の目標当量比補正手段と、
前記第１の目標当量比補正手段により補正された目標当量比に対して、スロットル弁の位相遅れ補正処理を行う第２の目標当量比補正手段と、
前記切換指令より遅れて変化する実際の機関の燃焼状態及び前記第２の目標当量比補正手段によりスロットル弁の位相遅れ補正処理が行われた目標当量比に基づいて、成層燃焼及び均質燃焼に夫々対応した第２の燃焼効率を演算する第２の燃焼効率演算手段と、
前記第２の目標当量比補正手段により補正された目標当量比に、第２の燃焼効率を乗じて、該目標当量比を補正する第３の目標当量比補正手段と、
目標空燃比に対応した目標吸入空気量を演算する目標吸入空気量演算手段と、
前記目標吸入空気量と機関回転速度とに基づいて、目標スロットル弁開度を演算する目標スロットル弁開度演算手段と、
検出された吸入空気量と機関回転速度とに基づいて、基準空燃比に対応する基本燃料供給量を演算し、かつ該基本燃料供給量を前記第３の目標当量比補正手段により補正した目標当量比に基づいて補正して燃料供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記スロットル弁開度が演算された目標スロットル弁開度となるように、前記スロットル弁駆動手段を制御するスロットル弁開度制御手段と、
前記燃料供給量が演算された燃料供給量となるように、前記燃料供給手段を制御する燃料供給量制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記目標吸入空気量演算手段は、目標機関トルクと機関回転速度とに基づいて、目標空燃比に対応した目標吸入空気量を演算することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記目標機関トルクは、アクセル操作量と機関回転速度とに基づいて、若しくは外部からの指令により演算されることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
基準空燃比に対応した基準目標吸入空気量を演算する基準目標吸入空気量演算手段を含んで構成され、
前記目標吸入空気量演算手段は、前記基準目標吸入空気量を補正して目標空燃比に対応した目標吸入空気量を演算することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
基準目標吸入空気量演算手段は、検出されたアクセル操作量と検出された機関回転速度とに基づいて基準空燃比に対応した基準目標吸入空気量を演算し、
前記目標吸入空気量演算手段は、前記基準目標吸入空気量を目標当量比演算手段により演算された目標当量比で除して目標空燃比に対応した目標吸入空気量を演算することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記第１の燃焼効率と第２の燃焼効率は、夫々異なるタイミングで成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられて演算されることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記第１の燃焼効率は、成層燃焼と均質燃焼の切換指令タイミングに基づいて、成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられて演算されることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記第２の燃焼効率は、成層燃焼と均質燃焼の実際の切換タイミングに基づいて、成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられて演算されることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記成層燃焼と均質燃焼の実際の切換タイミングは、成層燃焼と均質燃焼の切換指令タイミングと第３の目標当量比補正手段により補正した目標当量比とに基づいて設定されることを特徴とする請求項８記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記第１の燃焼効率演算手段は、前記切換指令、前記目標当量比演算手段により演算された目標当量比、及び排気還流率に基づいて第１の燃焼効率を演算することを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記第２の燃焼効率演算手段は、実際の機関の燃焼状態、前記第２の目標当量比補正手段によりスロットル弁の位相遅れ処理が行われた目標当量比、及び排気還流率に基づいて第２の燃焼効率を演算することを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記内燃機関は、燃料噴射弁により、ピストン冠面とシリンダボア内周面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室内に燃料を直接噴射し、点火プラグによって火花点火を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であることを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
機関の運転状態に応じた目標機関トルクと目標空燃比とが得られるように、吸入空気量と燃料供給量とを制御し、
前記燃料供給量は、基準空燃比／目標空燃比に相当する目標当量比を、機関の燃焼状態の切換指令及び該目標当量比に基づいて演算された成層燃焼及び均質燃焼に夫々対応した第１の燃焼効率で除し、かつ目標スロットル弁開度と実スロットル弁開度の間の位相の遅れ分にて補正し、前記切換指令より遅れて変化する実際の機関の燃焼状態及び補正後の目標当量比に基づいて演算された成層燃焼及び均質燃焼に夫々対応した第２の燃焼効率を乗じて得た目標当量比に基づいて基本燃料供給量を補正することにより演算されることを特徴とする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、内燃機関の制御装置に関し、特に、トルク制御精度を向上する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関のトルク制御装置としては、例えば、特開昭６２−１１０５３６号公報に開示されたものがある。
このトルク制御装置は、目標スロットル弁開度を目標機関トルクと機関回転速度とから直接検索する構成となっている。
【０００３】
これは、所定の空燃比（例えば理論空燃比）を前提として設定されているためであり、空燃比を運転状態に応じて可変に制御する機関にはそのまま適用できない。
つまり、同一の機関運転性能、即ち、機関回転速度と機関トルクとを同一に維持しつつ空燃比を変化させるには、スロットル弁開度及び燃料供給量を共に変更する必要があり、例えば、空燃比がリーンのときは、理論空燃比のときと比較して必要吸入空気量は増大し、必要燃料供給量は減少するが、従来装置では、これに対処できない。
【０００４】
このような問題を解決する手法として、次のことが考えられる。
即ち、機関の目標空燃比と目標トルクとを両立させて制御させる目的に対応して、アクセル開度と機関回転速度とから理論空燃比時における基準目標空気量と目標当量比とを求め、これから目標空燃比に対応する目標空気量を得て、目標スロットル弁開度を求め、スロットル弁開度制御装置によりスロットル弁を駆動する一方、機関回転速度と実吸入空気量とから求めた基本燃料噴射パルス幅を前記目標当量比及び無効パルス幅で補正して得られた燃料噴射パルス幅で燃料噴射弁を駆動する。
【０００５】
この場合、同一の機関トルクを発生させるために必要とされる燃料量は空燃比によらず略一定であるが、リーン時には燃費率が改善され、空燃比が大きくなるほど必要な燃料量は少なくなるため、目標スロットル弁開度を、目標吸入空気量に燃費率補正係数を乗じて得られる第２の目標吸入空気量に応じて演算することにより、リーン化に伴い燃費率の改善に応じた補正を行う必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃焼室内の燃料濃度分布が不均質な成層燃焼と燃焼室内の燃料濃度分布が均質な均質燃焼とでは同一空燃比でも発生するトルクに差異がある（図１０参照）。
従って、上記のような技術にあっては、成層燃焼から均質燃焼へ、均質燃焼から成層燃焼へといった２つの燃焼パターンに跨がるような目標空燃比の変化時には、発生トルクを精度良く目標トルクに制御するできない。
【０００７】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、空燃比を目標値に維持しつつ、機関トルクを目標値に制御し得ると共に、目標空燃比の変化時にもより精度良く機関トルクを制御し得る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】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
機関の吸気系に介装されたスロットル弁を駆動するスロットル弁駆動手段と、
機関に燃料を供給する燃料供給手段と、
アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、
機関への吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
検出されたアクセル操作量と検出された機関回転速度とに基づいて、基準空燃比／目標空燃比に相当する目標当量比を演算する目標当量比演算手段と、
機関の燃焼状態の切換指令及び前記目標当量比演算手段により演算された目標当量比に基づいて、成層燃焼及び均質燃焼に夫々対応した第１の燃焼効率を演算する第１の燃焼効率演算手段と、
前記目標当量比を第１の燃焼効率で除して、該目標当量比を補正する第１の目標当量比補正手段と、
前記第１の目標当量比補正手段により補正された目標当量比に対して、スロットル弁の位相遅れ補正処理を行う第２の目標当量比補正手段と、
前記切換指令より遅れて変化する実際の機関の燃焼状態及び前記第２の目標当量比補正手段によりスロットル弁の位相遅れ補正処理が行われた目標当量比に基づいて、成層燃焼及び均質燃焼に夫々対応した第２の燃焼効率を演算する第２の燃焼効率演算手段と、
前記第２の目標当量比補正手段により補正された目標当量比に、第２の燃焼効率を乗じて、該目標当量比を補正する第３の目標当量比補正手段と、
目標空燃比に対応した目標吸入空気量を演算する目標吸入空気量演算手段と、
前記目標吸入空気量と機関回転速度とに基づいて、目標スロットル弁開度を演算する目標スロットル弁開度演算手段と、
検出された吸入空気量と機関回転速度とに基づいて、基準空燃比に対応する基本燃料供給量を演算し、かつ該基本燃料供給量を前記第３の目標当量比補正手段により補正した目標当量比に基づいて補正して燃料供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記スロットル弁開度が演算された目標スロットル弁開度となるように、前記スロットル弁駆動手段を制御するスロットル弁開度制御手段と、
前記燃料供給量が演算された燃料供給量となるように、前記燃料供給手段を制御する燃料供給量制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、
前記目標吸入空気量演算手段は、目標機関トルクと機関回転速度とに基づいて、目標空燃比に対応した目標吸入空気量を演算することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、
前記目標機関トルクは、アクセル操作量と機関回転速度とに基づいて、若しくは外部からの指令により演算されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、
基準空燃比に対応した基準目標吸入空気量を演算する基準目標吸入空気量演算手段を含んで構成され、
前記目標吸入空気量演算手段は、前記基準目標吸入空気量を補正して目標空燃比に対応した目標吸入空気量を演算することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、
基準目標吸入空気量演算手段は、検出されたアクセル操作量と検出された機関回転速度とに基づいて基準空燃比に対応した基準目標吸入空気量を演算し、
前記目標吸入空気量演算手段は、前記基準目標吸入空気量を目標当量比演算手段により演算された目標当量比で除して目標空燃比に対応した目標吸入空気量を演算することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、
前記第１の燃焼効率と第２の燃焼効率は、夫々異なるタイミングで成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられて演算されることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、
前記第１の燃焼効率は、成層燃焼と均質燃焼の切換指令タイミングに基づいて、成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられて演算されることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に係る発明は、
前記第２の燃焼効率は、成層燃焼と均質燃焼の実際の切換タイミングに基づいて、成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられて演算されることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、
前記成層燃焼と均質燃焼の実際の切換タイミングは、成層燃焼と均質燃焼の切換指令タイミングと第３の目標当量比補正手段により補正した目標当量比とに基づいて設定されることを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に係る発明は、
前記第１の燃焼効率演算手段は、前記切換指令、前記目標当量比演算手段により演算された目標当量比、及び排気還流率に基づいて第１の燃焼効率を演算することを特徴とする。
請求項１１に係る発明は、
前記第２の燃焼効率演算手段は、実際の機関の燃焼状態、前記第２の目標当量比補正手段によりスロットル弁の位相遅れ処理が行われた目標当量比、及び排気還流率に基づいて第２の燃焼効率を演算することを特徴とする。
【００１５】
請求項１２に係る発明は、
前記内燃機関は、燃料噴射弁により、ピストン冠面とシリンダボア内周面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室内に燃料を直接噴射し、点火プラグによって火花点火を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であることを特徴とする。
【００１６】
請求項１３に係る発明は、
機関の運転状態に応じた目標機関トルクと目標空燃比とが得られるように、吸入空気量と燃料供給量とを制御し、
前記燃料供給量は、基準空燃比／目標空燃比に相当する目標当量比を、機関の燃焼状態の切換指令及び該目標当量比に基づいて演算された成層燃焼及び均質燃焼に夫々対応した第１の燃焼効率で除し、かつ目標スロットル弁開度と実スロットル弁開度の間の位相の遅れ分にて補正し、前記切換指令より遅れて変化する実際の機関の燃焼状態及び補正後の目標当量比に基づいて演算された成層燃焼及び均質燃焼に夫々対応した第２の燃焼効率を乗じて得た目標当量比に基づいて基本燃料供給量を補正することにより演算されることを特徴とする。
【００１７】
かかる本発明の作用について説明する。
請求項１に係る発明において、目標空燃比に対応した目標吸入空気量と機関回転速度とに基づいて、目標スロットル弁開度が演算され、検出された吸入空気量と機関回転速度とに基づいて演算される基本燃料供給量が目標当量比に基づいて補正され、燃料供給量が演算される。
【００１８】
そして、前記スロットル弁開度が演算された目標スロットル弁開度となるように、スロットル弁駆動手段が制御され、前記燃料供給量が演算された燃料供給量となるように、燃料供給手段が制御される。
従って、スロットル弁開度の制御による吸入空気量と、燃料供給量とが、夫々の目標値に制御され、目標空燃比を維持して排気浄化性能等を満たしつつ、必要な目標機関トルクを得て、良好な運転性能を確保することができる。
【００１９】
そして、目標空燃比が変化するときに、目標当量比（第１の目標当量比）を第１の燃焼効率で除する補正を行って第２の目標当量比を得え、この第２の目標当量比を、吸入空気量のシリンダ充填遅れ分等に見合うように位相遅れ補正して第３の目標当量比を得、更に、この第３の目標当量比を、第２の燃焼効率を乗じる補正を行って第４の目標当量比を得るようにし、この第４の目標当量比に応じて燃料を供給する。
【００２０】
従って、空燃比変化中の実機関トルクの乱れの発生を防止でき、機関トルクを精度良く制御することができる。
しかも、成層燃焼から均質燃焼へ、均質燃焼から成層燃焼へといった２つの燃焼パターンに跨がるような目標空燃比の変化時にも、トルク段差を解消でき、発生トルクを精度良く目標トルクに制御することができる。
【００２１】
請求項２に係る発明において、目標機関トルクと機関回転速度とに基づいて、目標空燃比に対応した目標吸入空気量が演算される。
この場合、請求項３に係る発明において、目標機関トルクは、アクセル操作量と機関回転速度とに基づいて、若しくは外部からの指令により演算される。
請求項４に係る発明において、目標機関トルクを目標空燃比で得るための目標吸入空気量を求めるのに際して、一旦基準空燃比で目標機関トルクを得られる基準目標吸入空気量が演算され、この基準目標吸入空気量が補正される結果、演算に必要なデータ量が少なくて済む。
【００２２】
この場合、請求項５に係る発明において、検出されたアクセル操作量と検出された機関回転速度とに基づいて基準空燃比に対応した基準目標吸入空気量が演算され、この基準目標吸入空気量が目標当量比で除されて、目標空燃比に対応した目標吸入空気量が演算される。
請求項６〜８に係る発明において、第１の燃焼効率は、成層燃焼と均質燃焼の切換指令タイミングに基づいて、第２の燃焼効率は、成層燃焼と均質燃焼の実際の切換タイミングに基づいて、成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられて演算され、この結果、第１の燃焼効率と第２の燃焼効率は、夫々異なるタイミングで成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられる。
【００２３】
この場合、請求項９に係る発明において、成層燃焼と均質燃焼の実際の切換タイミングは、成層燃焼と均質燃焼の切換指令タイミングと第３の目標当量比補正手段により補正した目標当量比とに基づいて設定される。
請求項１０及び１１に係る発明において、第１の燃焼効率は、切換指令、目標当量比演算手段により演算された目標当量比、及び排気還流率に基づいて、第２の燃焼効率は、実際の機関の燃焼状態、第２の目標当量比補正手段によりスロットル弁の位相遅れ処理が行われた目標当量比、及び排気還流率に基づいて、夫々演算される。
【００２４】
請求項１２に係る発明において、燃料噴射弁により、ピストン冠面とシリンダボア内周面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室内に燃料が直接噴射され、燃料は点火プラグによって火花点火される。
請求項１３に係る発明において、スロットル弁開度の制御による吸入空気量と、燃料供給量とが、夫々の目標値に制御され、目標空燃比を維持して排気浄化性能等を満たしつつ、必要な目標機関トルクを得て、良好な運転性能を確保することができる。
【００２５】
そして、目標空燃比が変化するときに、空燃比変化中の実機関トルクの乱れの発生を防止でき、機関トルクを精度良く制御することができ、特に、成層燃焼から均質燃焼へ、均質燃焼から成層燃焼へといった２つの燃焼パターンに跨がるような目標空燃比の変化時にも、トルク段差を解消でき、発生トルクを精度良く目標トルクに制御することができる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１及び１３に係る発明によれば、スロットル弁開度の制御による吸入空気量と、燃料供給量とを、夫々の目標値に制御でき、目標空燃比を維持して排気浄化性能等を満たしつつ、必要な目標機関トルクを得て、良好な運転性能を確保することができると共に、目標空燃比が変化するときにも、機関トルクを精度良く制御でき、特に、成層燃焼から均質燃焼へ、均質燃焼から成層燃焼へといった２つの燃焼パターンに跨がるような目標空燃比の変化時にも、トルク段差を解消でき、発生トルクを精度良く目標トルクに制御することができる。
【００２７】
請求項２に係る発明によれば、目標機関トルクと機関回転速度とに基づいて、目標空燃比に対応した目標吸入空気量を容易に演算できる。
特に、請求項３に係る発明によれば、目標機関トルクを、アクセル操作量と機関回転速度とに基づいて、若しくは外部からの指令により容易に演算できる。
請求項４に係る発明によれば、目標吸入空気量を求めるのに際して、演算に必要なデータ量が少なくて済む。
【００２８】
特に、請求項５に係る発明によれば、基準目標吸入空気量と目標当量比とにより、目標空燃比に対応した目標吸入空気量を容易に演算できる。
請求項６〜８に係る発明によれば、第１の燃焼効率は、成層燃焼と均質燃焼の切換指令タイミングに基づいて、第２の燃焼効率は、成層燃焼と均質燃焼の実際の切換タイミングに基づいて、成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられて演算される等、第１の燃焼効率と第２の燃焼効率は、夫々異なるタイミングで成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられる結果、均質燃焼から成層燃焼へといった２つの燃焼パターンに跨がるような目標空燃比の変化時にも、トルク段差を効果的に解消できる。
【００２９】
この場合、請求項９に係る発明によれば、成層燃焼と均質燃焼の実際の切換タイミングを、成層燃焼と均質燃焼の切換指令タイミングと第３の目標当量比補正手段により補正した目標当量比とに基づいて容易に設定できる。
請求項１０及び１１に係る発明によれば、第１の燃焼効率は、切換指令、目標当量比演算手段により演算された目標当量比、及び排気還流率に基づいて、第２の燃焼効率は、実際の機関の燃焼状態、第２の目標当量比補正手段によりスロットル弁の位相遅れ処理が行われた目標当量比、及び排気還流率に基づいて、夫々演算でき、発生トルクをより精度良く目標トルクに制御することができる。
【００３０】
請求項１２に係る発明によれば、筒内直接噴射式火花点火内燃機関によるトルク制御性を向上できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図２は、本発明に係る内燃機関の一実施形態としての筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシステム図である。
この図において、各気筒の燃焼室１はシリンダヘッド２とピストン３との間に形成されている。シリンダヘッド２側には中心部に点火栓４が配置されると共に、これを囲んで、吸気通路５と連通する吸気ポート６及び排気通路７と連通する排気ポート８が形成され、夫々に吸気弁９及び排気弁１０が装備されている。
【００３２】
燃料供給手段としての燃料噴射弁（インジェクタ）１１は、各気筒毎に、燃焼室１内に直接燃料を噴射するように備えられており、燃料は全気筒共通の燃料ギャラリより供給される。
かかる燃料噴射弁１１は、コントロールユニット１２からの噴射パルス信号により通電されて開弁し、通電停止され閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、噴射パルス信号のパルス幅により燃料噴射量（燃料供給量）が制御される。
【００３３】
前記コントロールユニット１２には、燃料噴射量等の制御のために、クランク角センサ１３からの機関回転速度信号、アクセルセンサ１４からのアクセル開度信号、吸気通路５に配設されたエアフローメータ１５からの吸入空気流量信号、シリンダブロック１６に装着された水温センサ１７からの冷却水温度信号、排気通路７に介装された酸素センサ（Ｏ２  センサ）１８からの酸素濃度信号等が入力されている。
【００３４】
ここで、アクセル操作量検出手段としての前記アクセルセンサ１４は、運転者によって踏み込まれたアクセルペダルの踏み込み量を、運転者が所望する機関負荷（機関トルク）として検出する。
機関回転速度検出手段としての前記クランク角センサ１３は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、ポジション信号の単位時間当たりの発生数を計測することにより、或いは基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度を検出できる。
【００３５】
吸入空気量検出手段としての前記エアフローメータ１５は、機関への吸入空気量（単位時間当たりの吸入空気量）を検出する。
吸気通路５には、スロットル弁１９が介装され、該スロットル弁１９の開度を電子制御可能なスロットル弁開度駆動手段としてのスロットルアクチュエータ２０が備えられている。
【００３６】
コントロールユニット１２は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じてスロットルアクチュエータ２０を介してスロットル弁１９の開度を制御し、前述したように、燃料噴射弁１１を駆動して燃料噴射量を制御し、かつ点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓４を点火させる制御を実行する。
【００３７】
図３は、本発明の一実施形態の機能構成を示している。
基準目標吸入空気量演算手段を構成する基準目標吸入空気量演算部Ａには、アクセル操作量ＡＰＳと、機関回転速度Ｎｅとが入力され、該入力値で定まる運転状態に見合った目標機関トルクが基準空燃比としての理論空燃比で得られる吸入空気量に相当する値として、基準目標吸入空気量ｔＴＰが演算される。
【００３８】
具体的には予め実験的に得られた基準目標吸入空気量ｔＴＰのデータを、アクセル操作量ＡＰＳと、機関回転速度Ｎｅとをパラメータとするマップに記憶しておき、該マップから検索するようにする。
前記基準目標吸入空気量ｔＴＰとしては、１吸気行程毎の吸入空気量に対応する基本燃料噴射量（パルス幅）の他、１吸気行程毎の吸入空気量そのものを用いてもよい。
【００３９】
目標当量比演算手段を構成する目標当量比演算部Ｂには、アクセル操作量ＡＰＳと機関回転速度Ｎｅとが入力され、運転状態に見合った目標空燃比に応じて目標当量比ｔＤＭＬ（後述する第１の目標当量比）が演算される。この目標当量比ｔＤＭＬは、基本的に基準空燃比（理論空燃比）／目標空燃比として演算されるが、この値を冷却水温度Ｔｗによって補正しても良い。
【００４０】
目標吸入空気量演算手段としての目標吸入空気量演算部Ｃでは、前記基準目標吸入空気量ｔＴＰを、前記目標当量比ｔＤＭＬで除して、目標空燃比に対応した目標吸入空気量ｔＴＰ′を演算する。この目標空燃比に対応した目標吸入空気量ｔＴＰ′とは、目標空燃比で目標機関トルクが得られるように決定される吸入空気量である。
【００４１】
目標スロットル弁開度演算手段としての目標スロットル弁開度演算部Ｄには、前記目標吸入空気量ｔＴＰ′と機関回転速度Ｎｅとが入力され、目標スロットル弁開度ｔＴＰＳが演算される。この目標スロットル弁開度ｔＴＰＳは、目標吸入空気量ｔＴＰ′が得られるようなスロットル弁開度である。
目標スロットル弁開度ｔＴＰＳの信号は、スロットル弁開度制御部Ｈを介してスロットルアクチュエータ２０に入力され、これによって、スロットルアクチュエータ２０は、スロットル弁１９を目標スロットル弁開度ｔＴＰＳになるように駆動する。
【００４２】
次に、燃料供給量について説明すると、燃料供給量演算手段を構成する基本燃料供給量演算部Ｅ１と補正演算部Ｅ２とによって燃料供給量が演算される。
基本燃料供給量演算部Ｅ１には、エアフローメータ１５で検出された単位時間当たりの吸入空気量Ｑと、機関回転速度Ｎｅとが入力され、これらによって理論空燃比（基準空燃比）時における１吸気行程当たりの吸入空気量に対応する基本燃料噴射パルス幅ＴＰが演算される。
【００４３】
補正演算部Ｅ２は、前記基本燃料噴射パルス幅ＴＰに、目標当量比ｔＤＭＬ′′′（後述する第４の目標当量比）を乗じて実効燃料噴射パルス幅ＴＥを演算し、この実効燃料噴射パルス幅ＴＥにバッテリ電圧に応じた無効パルス幅ＴＳを加算して、最終的な燃料噴射パルス幅ＴＩを演算する。
そして、燃料噴射パルス幅ＴＩを持つ噴射パルス信号が、燃料供給制御部Ｉを介して燃料噴射弁１１に出力され、該燃料噴射弁１１が駆動されて目標空燃比に対応した燃料量が機関に噴射供給される。
【００４４】
一方、前記目標当量比演算部Ｂにて演算された目標当量比ｔＤＭＬ（第１の目標当量比）を第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１で除する補正を行って第２の目標当量比ｔＤＭＬ′を得る第１の目標当量比補正手段としての第１の目標当量比補正部Ｇ１と、第１の目標当量比補正部Ｇ１により補正された第２の目標当量比ｔＤＭＬ′を、吸入空気量のシリンダ充填遅れ分等に見合った位相遅れ補正して第３の目標当量比ｔＤＭＬ′′を得る第２の目標当量比補正手段としての第２の目標当量比補正部Ｇ２と、第２の目標当量比補正部Ｇ２により補正された第３の目標当量比ｔＤＭＬ′′に、第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２を乗じる補正を行って第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′を得る第３の目標当量比補正手段としての第３の目標当量比補正部Ｇ３と、が設けられている。
【００４５】
ここで、前記第２の目標当量比補正部Ｇ２は、第２の目標当量比ｔＤＭＬ′に対して、位相遅れ補正処理を行うが、これは、スロットル弁の動作遅れや吸入空気量のシリンダ充填遅れ等により吸入空気量の変化に遅れを生じるのに対し、燃料供給量はほとんど遅れなく目標当量比の変化に追従できるため、実際の当量比が目標当量比の変化に対して遅れを生じるため、この遅れに見合うように位相遅れ補正を行うものである。
【００４６】
前記第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１と第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２は、夫々異なるタイミングに基づいて、成層燃焼用の燃焼効率と均質燃焼用の燃焼効率とに切り換えられて設定される。
本実施形態において、第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１は、成層燃焼と均質燃焼の切換指令タイミングに基づいて、成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられて設定され、第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２は、成層燃焼と均質燃焼の実際の切換タイミングに基づいて、成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換えられて設定される。
【００４７】
即ち、図４に示すように、燃焼切換指令手段としての燃焼切換指令部Ｋ１と第１の燃焼効率演算手段としての第１の燃焼効率演算部Ｊ１が設けられ、燃焼切換指令部Ｋ１からの燃焼切換指令フラグＦＳＴＲに基づいて、第１の燃焼効率演算部Ｊ１は、第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１を成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換え、かつ第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１を目標当量比演算部Ｂにより演算された目標当量比ｔＤＭＬに基づいて演算する。
【００４８】
又、燃焼切換手段としての燃焼切換部Ｋ２と第２の燃焼効率演算手段としての第２の燃焼効率演算部Ｊ２が設けられ、燃焼切換部Ｋ２からの燃焼切換フラグＦＳＴＲｒに基づいて、第２の燃焼効率演算部Ｊ２は、第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２を成層燃焼用の値と均質燃焼用の値とに切り換え、かつ第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２を第２の目標当量比補正部Ｇ２により補正された目標当量比（第３の目標当量比ｔＤＭＬ′′）に基づいて演算する。
【００４９】
図５（Ａ），（Ｂ）は、第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１を目標当量比ｔＤＭＬをパラメータとして演算し、第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２を第３の目標当量比ｔＤＭＬ’’をパラメータとして演算する場合の機能構成図であり、第１の燃焼効率演算部Ｊ１は、目標当量比ｔＤＭＬと成層燃焼，均質燃焼で第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１を割り付けたマップを設け、該マップから第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１を検索するようにする。
【００５０】
又、第２の燃焼効率演算部Ｊ２は、第３の目標当量比ｔＤＭＬ’’と成層燃焼，均質燃焼で第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２を割り付けたマップを設け、該マップから第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２を検索するようにする。
ここで、燃焼切換部Ｋ２において、成層燃焼と均質燃焼の実際の切換タイミングは、成層燃焼と均質燃焼の切換指令タイミングと補正した目標当量比（第４の目標当量比ｔＤＭＬ’’’）とに基づいて設定される。
【００５１】
この燃焼切換部Ｋ２の機能を図７のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ１（図では、Ｓ１と略記する。以下同様）では、前回の燃焼状態について判定する。即ち、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒが１（成層燃焼）であるか否かが判定され、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒが１（成層燃焼）である場合には、ステップ２に進み、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒが１（成層燃焼）ではない場合、即ち、均質燃焼である場合には、ステップ３に進む。
【００５２】
ステップ２では、燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが１（成層燃焼指令）であるか否かが判定され、燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが１（成層燃焼指令）である場合には、燃焼切換が不要であるから、ステップ１に戻る。
燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが１（成層燃焼指令）ではない場合、即ち、均質燃焼指令がある場合には、ステップ４に進む。
【００５３】
ステップ４では、第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′が所定値以上であるか否かが判定され、所定値以上であれば、均質燃焼であるから、ステップ５に進んで、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒを０（均質燃焼）にセットする。
第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′が所定値未満であれば、成層燃焼のままステップ１に戻る。
【００５４】
一方、現在均質燃焼であると判定された後のステップ３では、燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが０（均質燃焼指令）であるか否かが判定され、燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが０（均質燃焼指令）である場合には、燃焼切換がなされないため、ステップ１に戻る。
燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが０（均質燃焼指令）ではない場合、即ち、成層燃焼指令がある場合には、ステップ６に進む。
【００５５】
ステップ６では、第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′が所定値以下であるか否かが判定され、所定値以下であれば、成層燃焼であるから、ステップ７に進んで、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒを１（成層燃焼）にセットする。
第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′が所定値を越えているのであれば、均質燃焼のまま、ステップ１に戻る。
【００５６】
尚、上記ステップ４，６における第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′の判定値にヒステリシスを設けるようにしても良い。
図８（Ａ）は、第１の燃焼効率演算部において成層用の燃焼効率と均質用の燃焼効率の切換機能を示すフローチャートであり、ステップ１１では、燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが１（成層燃焼指令）であるか否かが判定され、燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが１（成層燃焼指令）である場合には、ステップ１２に進んで、ＩＴＡＦ１を成層燃焼用に設定し、燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが１（成層燃焼指令）ではない、即ち、燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが０（均質燃焼指令）である場合には、ステップ１３に進んで、ＩＴＡＦ１を均質燃焼用に設定する。
【００５７】
図８（Ｂ）は、第２の燃焼効率演算部において成層用の燃焼効率と均質用の燃焼効率の切換機能を示すフローチャートであり、ステップ２１では、図７のフローチャートの結果に基づいて、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒが１（成層燃焼指令）であるか否かが判定され、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒが１（成層燃焼指令）である場合には、ステップ２２に進んで、ＩＴＡＦ２を成層燃焼用に設定し、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒが１（成層燃焼指令）ではない、即ち、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒが０（均質燃焼指令）である場合には、ステップ２３に進んで、ＩＴＡＦ１を均質燃焼用に設定する。
【００５８】
図９は、（Ａ）の燃焼切換指令フラグＦＳＴＲと燃焼切換フラグＦＳＴＲｒ、（Ｂ）の目標当量比（ｔＤＭＬ，ｔＤＭＬ′，ｔＤＭＬ′′）、（Ｃ）の燃焼効率ＩＴＡＦ１，ＩＴＡＦ２、（Ｄ）の従来と本発明の最終的な目標当量比ｔＤＭＬ（本発明は第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′）及び（Ｅ）の従来と本発明の機関トルクの関係を時間変化に基づいて表したタイムチャートであり、例として、成層燃焼から均質燃焼に切り換わる時間経過を示している。
【００５９】
即ち、（Ａ）において、燃焼切換指令フラグＦＳＴＲは１（成層燃焼）から０（均質燃焼）に変化し、この変化より遅れて、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒは１（成層燃焼）から０（均質燃焼）に変化している。従って、（Ｃ）において、第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１は、燃焼切換指令フラグＦＳＴＲが１（成層燃焼）から０（均質燃焼）の変化のタイミングで、成層用から均質用に値が切り換わり、第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２は、燃焼切換フラグＦＳＴＲｒが１（成層燃焼）から０（均質燃焼）の変化のタイミングで、成層用から均質用に値が切り換わっている。
【００６０】
このように第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２が、成層用から均質用に値が切り換わる結果、目標当量比ｔＤＭＬ（第１の目標当量比）を第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１で除して得た第２の目標当量比ｔＤＭＬ′を更に位相遅れ補正して得た第３の目標当量比ｔＤＭＬ′′に第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２を乗じることにより得られる第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′は、図の（Ｄ）に示すように、成層用から均質用用への第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２の変化によって、急激に低下しその後徐々に大きくなる変化となる（燃焼効率の差分だけ、燃焼切り換え時にリーンとなる）。
【００６１】
このような第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′の変化によって、図の（Ｅ）に示すように従来生じていた機関トルクのはみ出し部分がなくなり、本発明制御におおいては、機関トルクがフラットに制御される。
以上説明した本発明の実施形態によると、スロットル弁開度の制御による吸入空気量と、燃料供給量とが、夫々の目標値に制御されることにより、目標空燃比を維持して排気浄化性能等を満たしつつ、必要な目標機関トルクを得て、良好な運転性能を確保することができる。
【００６２】
そして、目標空燃比が変化するときに、目標当量比ｔＤＭＬ（第１の目標当量比）を第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１で除する補正を行って第２の目標当量比ｔＤＭＬ′を得え、この第２の目標当量比ｔＤＭＬ′を、位相遅れ補正して第３の目標当量比ｔＤＭＬ′′を得、更に、この第３の目標当量比ｔＤＭＬ′′に、第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２を乗じる補正を行って第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′を得るようにし、この第４の目標当量比ｔＤＭＬ′′′に応じて燃料を供給するようにしたから、空燃比変化中の実機関トルクの乱れの発生を防止でき、機関トルクを精度良く制御することができる。
【００６３】
しかも、成層燃焼から均質燃焼へ、均質燃焼から成層燃焼へといった２つの燃焼パターンに跨がるような目標空燃比の変化時にも、図９で説明したように、トルク段差を解消でき、発生トルクを精度良く目標トルクに制御することができる。
【００６４】
上記の実施形態においては、第１の燃焼効率を目標当量比をパラメータとして演算し、第２の燃焼効率を目標当量比をパラメータとして演算する例について説明したが、第１の燃焼効率を目標当量比及び排気還流率（ＥＧＲ率）をパラメータとして演算し、第２の燃焼効率を目標当量比及び排気還流率（ＥＧＲ率）をパラメータとして演算するようにしても良い。
【００６５】
図６は、この実施形態の機能構成図であり、第１の燃焼効率演算部Ｊ１は、成層と均質の各燃焼毎に、目標当量比、ＥＧＲ率で第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１を割り付けた２つのマップを設け、燃焼状態にて各マップを切り換え、切り換えられたマップから第１の燃焼効率ＩＴＡＦ１を検索するようにする。
又、第２の燃焼効率演算部Ｊ２は、成層と均質の各燃焼毎に、第３の目標当量比、ＥＧＲ率で第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２を割り付けた２つのマップを設け、燃焼状態にて各マップを切り換え、切り換えられたマップから第２の燃焼効率ＩＴＡＦ２を検索するようにする。
【００６６】
この実施形態においては、第１の燃焼効率及び第２の燃焼効率を、目標当量比のみならず排気還流率（ＥＧＲ率）をパラメータとして演算するようにしたから、発生トルクをより精度良く目標トルクに制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の制御装置のクレーム対応図
【図２】同上の内燃機関の制御装置の一実施形態のシステム図
【図３】本発明の一実施形態の機能構成図
【図４】同上の実施形態における燃焼効率の演算機能構成図
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、第１の燃焼効率及び第２の燃焼効率を目標当量比をパラメータとして演算する場合の機能構成図
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、第１の燃焼効率及び第２の燃焼効率を目標当量比及びＥＧＲ率をパラメータとして演算する場合の機能構成図
【図７】燃焼切換部の機能を説明するフローチャート
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、成層用の燃焼効率と均質用の燃焼効率の切換機能を示すフローチャート
【図９】本発明の制御内容を説明するタイムチャート
【図１０】従来の問題点を説明する特性図
【符号の説明】
１  燃焼室
１１  燃料噴射弁（インジェクタ）
１２  コントロールユニット
１３  クランク角センサ
１４  アクセルセンサ
１５  エアフローメータ
１９  スロットル弁
２０  スロットルアクチュエータ
Ａ  基準目標吸入空気量演算部
Ｂ  目標当量比演算部
Ｃ  目標吸入空気量演算部
Ｄ  目標スロットル弁開度演算部
Ｅ１  基本燃料供給量演算部
Ｅ２  補正演算部
Ｇ１  第１の目標当量比補正部
Ｇ２  第２の目標当量比補正部
Ｇ３  第３の目標当量比補正部
Ｊ１  第１の燃焼効率演算部
Ｊ２  第２の燃焼効率演算部
Ｋ１  燃焼切換指令部
Ｋ２  燃焼切換部
【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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