(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲ率を調整するＥＧＲバルブを有し、理論空燃比近傍の第１空燃比による第１運転と、前記第１空燃比よりもリーンな第２空燃比による第２運転とを選択可能に構成され、前記第１運転時は前記第１空燃比を用いて算出された目標第１空気量を目標空気量として吸入空気量が制御され、前記第２運転時は前記第２空燃比を用いて算出された目標第２空気量を目標空気量として吸入空気量が制御される内燃機関の制御装置において、
前記第１運転時は、前記ＥＧＲバルブの開度を第１開度に制御し、
前記第２運転時は、前記ＥＧＲバルブの開度を前記第１開度よりも大きい第２開度に制御し、
前記第１運転から前記第２運転への切り替え期間であって、目標空気量が前記目標第２空気量となってから実空気量が前記目標第２空気量となるまでの期間は、空燃比を前記第１空燃比に制御し、点火時期を遅角し、そして前記ＥＧＲバルブの開度を前記第１開度よりも大きく且つ前記第２開度よりも小さい第３開度に制御する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
排気に含まれる未燃の空気の割合を新気率とし、
前記内燃機関が前記第１空燃比で運転されたときの前記新気率に対する前記内燃機関が前記第２空燃比で運転されたときの前記新気率の割合が大きいほど、前記第２開度と前記第３開度との差が大きくなるように制御する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
筒内に吸入される空気の量を変化させる第１アクチュエータと、筒内に燃料を供給する第２アクチュエータと、筒内の混合気に点火する第３アクチュエータと、ＥＧＲ率を調整する第４アクチュエータとを有し、第１空燃比による運転と前記第１空燃比よりもリーンな第２空燃比による運転とを選択可能に構成された内燃機関の制御装置において、
要求トルクを受信する要求トルク受信手段と、
空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータである仮想空燃比を用いて前記要求トルクを達成するための目標空気量を前記要求トルクから逆算する目標空気量算出手段と、
前記要求トルクの基準値以上への増大に応答して前記仮想空燃比を前記第１空燃比から前記第２空燃比へ切り替える仮想空燃比変更手段と、
前記仮想空燃比が前記第１空燃比から前記第２空燃比へ変更された後、目標空燃比を前記第１空燃比から前記第２空燃比へ切り替える目標空燃比切替手段と、
前記目標空気量に基づいて前記第１アクチュエータの操作量を決定し、前記操作量に従って前記第１アクチュエータを操作する第１アクチュエータ制御手段と、
前記目標空燃比に基づいて燃料供給量を決定し、前記燃料供給量に従って前記第２アクチュエータを操作する第２アクチュエータ制御手段と、
前記第１アクチュエータの操作量と前記目標空燃比とから推定されるトルクと前記要求トルクとに基づいて前記要求トルクを達成するための点火時期を決定し、前記点火時期に従って前記第３アクチュエータを操作する第３アクチュエータ制御手段と、
前記仮想空燃比と前記目標空燃比とに基づいて前記第４アクチュエータの操作量を決定し、前記操作量に従って前記第４アクチュエータを操作する第４アクチュエータ制御手段と、を備え、
前記第４アクチュエータ制御手段は、
前記仮想空燃比を用いて目標ＥＧＲ率を算出する目標ＥＧＲ率算出手段と、
排気中に含まれる未燃の空気の割合である新気率に対応するパラメータの値を用いて、前記目標ＥＧＲ率を達成するための前記第４アクチュエータの操作量を決定する手段と、
を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記第４アクチュエータ制御手段は、
前記目標空燃比の排気中の新気率に対する前記仮想空燃比の排気中の新気率の割合である余剰新気割合を前記新気率に対応するパラメータの値として算出するパラメータ値算出手段と、
前記仮想空燃比による燃焼のもとで前記目標ＥＧＲ率を達成するための前記第４アクチュエータの操作量を第１ベース操作量として算出する第１ベース操作量算出手段と、
前記余剰新気割合が大きいほどＥＧＲ率を下げる方向へ変化させるための前記第４アクチュエータの操作補正量を第１補正量として算出する第１補正量算出手段と、
前記第１ベース操作量に前記第１補正量を反映させた値を前記第４アクチュエータの操作量として決定する手段と、
を含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記新気率に対応するパラメータの値は前記目標空燃比の値を含み、
前記第４アクチュエータ制御手段は、
理論空燃比による燃焼のもとで前記目標ＥＧＲ率を達成するための前記第４アクチュエータの操作量を第２ベース操作量として算出する第２ベース操作量算出手段と、
前記目標空燃比がリーンであるほどＥＧＲ率を上げる方向へ変化させるための前記第４アクチュエータの操作補正量を第２補正量として算出する第２補正量算出手段と、
前記第２ベース操作量に前記第２補正量を反映させた値を前記第４アクチュエータの操作量として決定する手段と、
を含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記第４アクチュエータ制御手段は、
前記目標空燃比の排気中の新気率に対する前記仮想空燃比の排気中の新気率の割合である余剰新気割合を前記新気率に対応するパラメータの値として算出するパラメータ値算出手段と、
前記余剰新気割合が大きいほどＥＧＲ率を下げる方向へ変化させるための前記目標ＥＧＲ率の補正量を第３補正量として算出する第３補正量算出手段と、
前記第３補正量を用いて前記目標ＥＧＲ率を補正し、前記仮想空燃比のもとで補正後の前記目標ＥＧＲ率を達成するための前記第４アクチュエータの操作量を算出する第１操作量算出手段と、
を含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記新気率に対応するパラメータの値は前記目標空燃比の値を含み、
前記第４アクチュエータ制御手段は、
前記目標空燃比のもとで前記目標ＥＧＲ率を達成するための前記第４アクチュエータの操作量を算出する第２操作量算出手段と、
を含むことを特徴とする請求項３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、運転に用いる空燃比を少なくとも２つの空燃比の間で切り替え可能に構成された内燃機関の空気量、燃料供給量、点火時期、及びＥＧＲ率を統合制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本特開２００２−３３９７７８号公報には、内燃機関の燃焼方式を理論空燃比によるストイキ燃焼からリーン空燃比によるリーン燃焼へ、或いはリーン燃焼からストイキ燃焼へ切り替え可能な内燃機関における燃焼方式の切替制御に関する技術（以下、先行技術）が開示されている。この先行技術の内燃機関では、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態が切り替えられると、その時点でＥＧＲ率がストイキ燃焼に対応した値からリーン燃焼に対応した値へと切り替えられる。【０００３】
内燃機関の燃焼方式がストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替えられる運転条件の例としては、アイドル運転等の極低負荷のストイキ燃焼領域から低負荷のリーン燃焼領域に向かって加速する場合が挙げられる。このような空燃比の切替条件に上記先行技術を適用した場合、空燃比が理論空燃比からリーン空燃比へ切り替えられた時点で、ＥＧＲ率はストイキ燃焼に対応した値からリーン燃焼に対応した値へ切り替えられる。しかしながら、空燃比の切り替えを受けてＥＧＲ率が切り替えられた場合であっても、実際のＥＧＲ率は直ぐには変化しない。ＥＧＲ率を調整するアクチュエータであるＥＧＲバルブの応答遅れやＥＧＲバルブからスロットルまでのＥＧＲ経路の容積分の応答遅れが発生するからである。その結果、上記先行技術では加速時の空燃比の切り替え直後に実際のＥＧＲ率が不足してしまい燃焼悪化を招くという問題が生じうる。【０００４】
この問題の解決策として、例えば空燃比の切り替えに先立ってＥＧＲ率を切り替えることが考えられる。具体的には、加速時に空燃比をストイキ燃焼が行われる理論空燃比からリーン燃焼が行われるリーン空燃比に切り替える場合に、空燃比の切り替えに先立ってＥＧＲ率の目標値を理論空燃比に対応した値からリーン空燃比に対応した値に切り替えることが考えられる。この解決策によるＥＧＲ制御によれば、空燃比がリーン空燃比になるのに先立ってＥＧＲ率をリーン空燃比に対応した目標値に切り替えられるので、ＥＧＲ率の応答遅れ改善に一定の効果がある。【０００５】
しかしながら、上記解決策によるＥＧＲ制御では、ＥＧＲ率の目標値がリーン空燃比に対応した値であるにもかかわらずストイキ燃焼が行われている期間が存在する。ストイキ燃焼はリーン燃焼に比して排気中の新気の割合（新気率）が低い。このため、リーン空燃比に対応したＥＧＲ率を新気率を考慮した上で算出している場合には、上記期間においてＥＧＲ率が過多となり燃焼悪化によるトルク変動が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本特開２００２−３３９７７８号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、運転に用いる空燃比を少なくとも２つの空燃比の間で切り替え可能に構成された内燃機関において、ドライバの要求に応じてトルクを増大方向に変化させながら空燃比を応答良く切り替えると共に、ＥＧＲ率が過多となることを抑制することを課題とする。
【０００８】
本発明は内燃機関の制御装置の構成に適用することができる。以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の概要について説明する。ただし、以下に説明する本発明の内容から明らかであるように、本発明は内燃機関の制御方法の手順に適用することができるし、制御装置で実行されるプログラムのアルゴリズムに適用することもできる。
【０００９】
本発明に係る制御装置は、ＥＧＲ率を調整するＥＧＲバルブを有し、理論空燃比近傍の第１空燃比による第１運転と、第１空燃比よりもリーンな第２空燃比による第２運転とを選択可能に構成され、第１運転時は第１空燃比を用いて算出された目標第１空気量を目標空気量として吸入空気量が制御され、第２運転時は第２空燃比を用いて算出された目標第２空気量を目標空気量として吸入空気量が制御される内燃機関を制御対象とする。制御装置は、第１運転時はＥＧＲバルブの開度を第１開度に制御し、第２運転時はＥＧＲバルブの開度を第１開度よりも大きい第２開度に制御し、第１運転から第２運転への切り替え期間であって、目標空気量が目標第２空気量となってから実空気量が目標第２空気量となるまでの期間は、空燃比を第１空燃比に制御し、点火時期を遅角し、そしてＥＧＲバルブの開度を第１開度よりも大きく且つ第２開度よりも小さい第３開度に制御する。なお、本発明に係る制御装置が行うＥＧＲバルブの開度制御では、排気に含まれる未燃の空気の割合である新気率を考慮することが好ましい。具体的には、制御装置は、内燃機関が第１空燃比で運転されたときの新気率に対する内燃機関が第２空燃比で運転されたときの新気率の割合が大きいほど、第２開度と第３開度との差が大きくなるように制御する。
【００１０】
本発明に係る制御装置の構成及びその機能について更に詳しく説明する。本発明に係る制御装置は、４種類のアクチュエータを有し、第１空燃比による運転と第１空燃比よりもリーンな第２空燃比による運転とを選択可能に構成された内燃機関を制御対象とする。４種類のアクチュエータとは、空気量を変化させる第１アクチュエータ、筒内に燃料を供給する第２アクチュエータ、筒内の混合気に点火する第３アクチュエータ、そしてＥＧＲ率を調整する第４アクチュエータである。第１アクチュエータには、スロットル、吸気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構が含まれ、さらに内燃機関が過給エンジンであるならば、過給器の過給特性を変化させる過給特性可変アクチュエータ、具体的には、可変ノズルやウエストゲートバルブが第１アクチュエータに含まれる。第２アクチュエータは具体的には燃料を噴射するインジェクタであり、吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタとシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタとが含まれる。第３アクチュエータは具体的には点火装置である。第４アクチュエータは具体的にはＥＧＲバルブである。本発明に係る制御装置は、これら４種類のアクチュエータの協調操作によって内燃機関の空気量、燃料供給量、点火時期、及びＥＧＲ率を統合制御する。
【００１１】
本発明に係る制御装置はコンピュータによって具現化することができる。より詳しくは、種々の機能を実現するための処理を記述したプログラムを記憶したメモリと、同メモリからプログラムを読みだして実行するプロセッサとを備えたコンピュータによって本発明に係る制御装置を構成することができる。本発明に係る制御装置が備える機能には、上記４種類のアクチュエータの協調操作に用いる目標空気量、目標空燃比及び目標ＥＧＲ率を決定するための機能として、要求トルク受信機能、目標空燃比切替機能、目標空気量算出機能、仮想空燃比変更機能、及び目標ＥＧＲ率算出機能が含まれている。
【００１２】
要求トルク受信機能によれば、内燃機関に対する要求トルクが受信される。要求トルクはドライバによって操作されるアクセルペダルの開度に応答する信号に基づいて計算される。ドライバが内燃機関に対して減速を要求する場合には、ドライバがアクセルペダルを閉じる速度に応じて減少する要求トルクが得られる。ドライバが内燃機関に対して加速を要求する場合には、ドライバがアクセルペダルを開く速度に応じて増大する要求トルクが得られる。
【００１３】
目標空気量算出機能によれば、要求トルクを達成するための目標空気量が要求トルクから逆算される。目標空気量の計算には、空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータとして、空燃比に対応する値である仮想空燃比が用いられる。仮想空燃比は可変であり、仮想空燃比変更機能によって変更される。仮想空燃比変更機能によれば、要求トルクの基準値以上への増大に応答して空燃比に対応する値である仮想空燃比が第１空燃比から第１空燃比よりもリーンな第２空燃比へ切り替えられる。つまり、要求トルクが基準値以上に増大した場合には、目標空燃比が第１空燃比から第２空燃比に切り替えられるのに先行して、目標空気量の計算に用いられる空燃比が第１空燃比から第２空燃比へ切り替えられる。このような空燃比の切り替えが行われる条件としては、例えば、アイドル運転からの加速時が挙げられる。要求トルクの値が同じであるならば、仮想空燃比がリッチであるほど目標空気量は小さくなり、仮想空燃比がリーンであるほど目標空気量は大きくなる。なお、トルクに対する基準値は固定値でもよいが内燃機関の回転数或いはその他の条件に応じて適宜変更することが好ましい。
【００１４】
目標空燃比切替機能によれば、要求トルクが増大している過渡期では、要求トルクが基準値以上に増大したことを受けて仮想空燃比が第１空燃比から第１空燃比よりもリーンな第２空燃比へ変更された後、目標空燃比は第１空燃比から第１空燃比よりもリーンな第２空燃比へ切り替えられる。目標空燃比を第１空燃比から第２空燃比へ切り替える具体的なタイミングは、目標空気量と推定空気量との差が閾値以下になった時点であることが好ましい。また、パラメータの値が変更されてから一定時間が経過した時点で目標空燃比を第１空燃比から第２空燃比へ切り替えてもよい。
。
【００１５】
本発明に係る制御装置は、上記処理によって決定された目標空気量と目標空燃比と目標ＥＧＲ率に基づいて４種類のアクチュエータを協調操作する。本発明に係る制御装置が備える機能には、目標空気量と目標空燃比と目標ＥＧＲ率に基づいた協調操作のための機能として、第１アクチュエータ制御機能、第２アクチュエータ制御機能、第３アクチュエータ制御機能、及び第４アクチュエータ制御機能が含まれる。
【００１６】
第１アクチュエータ制御機能によれば、目標空気量に基づいて第１アクチュエータの操作量が決定される。そして、決定された操作量に従って第１アクチュエータの操作が行われる。第１アクチュエータの操作によって実際の空気量は目標空気量に追従するように変化する。
【００１７】
第２アクチュエータ制御機能によれば、目標空燃比に基づいて燃料供給量が決定される。そして、決定された燃料供給量に従って第２アクチュエータの操作が行われる。
【００１８】
第３アクチュエータ制御機能によれば、第１アクチュエータの操作量と目標空燃比とから推定されるトルクと要求トルクとに基づいて要求トルクを達成するための点火時期が決定される。そして、決定された点火時期に従って第３アクチュエータの操作が行われる。第１アクチュエータの操作量からは実際の空気量を推定することができ、推定空気量と目標空燃比とからトルクを推定することができる。第３アクチュエータの操作は、推定トルクの要求トルクに対する過剰分を点火時期によって補正するように行われる。
【００１９】
第４アクチュエータ制御機能によれば、仮想空燃比と目標空燃比とに基づいて第４アクチュエータの操作量が決定される。そして決定された操作量に従って第４アクチュエータの操作が行われる。第４アクチュエータの操作によって実際のＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率に追従するように変化する。
【００２０】
本発明に係る制御装置が備える第４アクチュエータ制御機能には、ＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率を算出する目標ＥＧＲ率算出機能が含まれていることが好ましい。目標ＥＧＲ率算出機能によれば、目標空気量算出機能に用いられた仮想空燃比が目標ＥＧＲ率の算出に用いられる。上述したとおり、仮想空燃比は可変であり、仮想空燃比変更機能によって変更される。仮想空燃比変更機能によれば、要求トルクの基準値以上への増大に応答して仮想空燃比は第１空燃比に対応する値から第２空燃比に対応する値へ切り替えられる。つまり、要求トルクが基準値以上に増大した場合には、目標空燃比が第１空燃比から第２空燃比に切り替えられるのに先行して、目標ＥＧＲ率が第１空燃比を用いて算出された値から第２空燃比を用いて算出された値に切り替えられる。
【００２１】
また、本発明に係る制御装置が備える第４アクチュエータ制御機能には、排気中に含まれる未燃の空気（酸素）の割合である新気率に対応するパラメータの値を算出するためのパラメータ値算出機能が含まれていることが好ましい。パラメータ値算出機能によれば、例えば目標空燃比での燃焼の新気率に対する仮想空燃比での燃焼の新気率の割合として定義される余剰空気割合がパラメータ値として算出される。余剰空気割合をパラメータの値として用いた場合、第４アクチュエータ制御機能によれば、余剰空気割合が大きいほどＥＧＲ率を下げる方向へ変化させるための第４アクチュエータの操作補正量が第１補正量として算出される。また、仮想空燃比のもとで目標ＥＧＲ率を達成するための第４アクチュエータの操作量が第１ベース操作量として算出される。そして、第１補正量を用いて第１ベース操作量が補正され、補正後の値が第４アクチュエータの操作量として決定される。
【００２２】
また、第４アクチュエータ制御機能に含まれる他の機能によれば、新気率に対応するパラメータは目標空燃比の値とすることもできる。この場合、目標空燃比の値がリーンであるほどＥＧＲ率を上げる方向へ変化させるための第４アクチュエータの操作補正量が第２補正量として算出される。そして、第２補正量を用いて第２ベース操作量が補正され、補正後の値が第４アクチュエータの操作量として決定される。
【００２３】
また、第４アクチュエータ制御機能に含まれる他の機能によれば、パラメータ算出機能によって算出されたパラメータの値である余剰空気割合を用いて余剰空気割合が大きいほどＥＧＲ率を下げる方向へ変化させるための第４アクチュエータの目標ＥＧＲ率の補正量が第３補正量として算出される。そして、第３補正量を用いて目標ＥＧＲ率が補正され、仮想空燃比のもとで補正後の目標ＥＧＲ率を達成するための第４のアクチュエータの操作量が算出され、この値が最終的な操作量として決定される。
【００２４】
更に、第４アクチュエータ制御機能に含まれる他の機能によれば、前述のように新気率に対応するパラメータを目標空燃比の値とした場合に、目標空燃比のもとで目標ＥＧＲ率を達成するための第４のアクチュエータの操作量が算出され、この値が最終的な操作量として決定される。
【００２５】
本発明に係る制御装置によれば、以上述べた機能を備えることにより、ドライバから与えられる要求トルクが増大している過渡期において、ドライバの要求に応じてトルクを滑らかに変化させながら空燃比を応答良く切り替えると共に、ＥＧＲ率が過多となることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る制御装置のロジックを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る制御装置の運転モードの切り替えのロジックを示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る制御装置のＥＧＲ開度算出のロジックを示すブロック図である。
【図４】比較例による加速時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る制御装置による加速時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係る制御装置のＥＧＲ開度算出のロジックを示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る制御装置による加速時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３に係る制御装置のＥＧＲ開度算出のロジックを示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る制御装置による加速時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る制御装置のＥＧＲ開度算出のロジックを示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る制御装置による加速時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態５に係る制御装置のロジックを示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係る制御装置で採られている運転領域の設定を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００２８】
本実施の形態において制御対象とされる内燃機関（以下、エンジン）は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。また、このエンジンはいわゆるリーンバーンエンジンであり、エンジンの運転モードとして、理論空燃比による第１運転を行うストイキモード（第１運転モード）と、理論空燃比よりもリーンな空燃比による第２運転を行うリーンモード（第２運転モード）とを選択可能に構成されている。
【００２９】
車両に搭載されているＥＣＵ（Electrical control Unit）は、エンジンに備えられる各種のアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。ＥＣＵにより操作されるアクチュエータには、空気量を変化させる第１アクチュエータであるスロットルと可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ）、筒内に燃料を供給する第２アクチュエータであるインジェクタ、筒内の混合気に点火する第３アクチュエータである点火装置、ＥＧＲ率を調整する第４アクチュエータであるＥＧＲバルブが含まれる。ＶＶＴは吸気バルブに対して設けられ、インジェクタは吸気ポートに設けられている。ＥＣＵはこれらのアクチュエータを操作してエンジンの運転を制御する。ＥＣＵによるエンジンの制御には、ストイキモードからリーンモードへ、或いは、リーンモードからストイキモードへの運転モードの切り替えが含まれている。
【００３０】
図１には、本実施の形態に係るＥＣＵのロジックがブロック図で示されている。ＥＣＵはエンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００を含む。エンジンコントローラ１００はエンジンを直接制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置に相当する。パワートレインマネージャ２００は、エンジンや電子制御式自動変速機、さらにはＶＳＣやＴＲＣ等の車両制御デバイスを含む駆動系全体を統合制御する制御装置である。エンジンコントローラ１００は、パワートレインマネージャ２００から受け取った信号に基づいてエンジンの運転を制御するように構成されている。エンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００は、いずれもソフトウェアによって実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムを読み出し、それをプロセッサによって実行することによって、エンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００のそれぞれの機能がＥＣＵにおいて実現される。なお、ＥＣＵがマルチコアプロセッサを備える場合には、エンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００のそれぞれを異なるコア或いはコアグループに割り当てることができる。
【００３１】
図１におけるパワートレインマネージャ２００を示すブロック内には、パワートレインマネージャ２００が備える種々の機能のうち、エンジンの制御に関係する機能の一部がブロックで表されている。これらブロックのそれぞれに演算ユニットが割り当てられている。ＥＣＵには各ブロックに対応するプログラムが用意され、それらがプロセッサによって実行されることで各演算ユニットの機能がＥＣＵにおいて実現される。なお、ＥＣＵがマルチコアプロセッサを備える場合には、パワートレインマネージャ２００を構成する演算ユニットを複数のコアに分散させて割り当てることができる。
【００３２】
演算ユニット２０２は要求第１トルクを計算してエンジンコントローラ１００に送信する。図中では、要求第１トルクは“TQ1r”と表記されている。第１トルクは、エンジンに求められる応答性が高くなく、今直ぐでなくとも近い将来に実現されればよい種類のトルクである。要求第１トルクは、パワートレインマネージャ２００がエンジンに対して要求する第１トルクの要求値であって、本発明における要求トルクに相当する。演算ユニット２０２には、図示しないアクセルポジションセンサから、アクセルペダルの開度に応答して出力される信号が入力されている。要求第１トルクはその信号に基づいて計算される。なお、要求第１トルクは軸トルクである。
【００３３】
演算ユニット２０４は要求第２トルクを計算してエンジンコントローラ１００に送信する。図中では、要求第２トルクは“TQ2r”と表記されている。第２トルクは、第１トルクよりも緊急性或いは優先度が高くエンジンに高い応答性が求められる種類のトルク、すなわち、今直ぐに実現することが求められる種類のトルクである。ここで言う応答性とはトルクを一時的に低下させるときの応答性を意味する。要求第２トルクは、パワートレインマネージャ２００がエンジンに対して要求する第２トルクの要求値である。演算ユニット２０４で算出される要求第２トルクには、電子制御式自動変速機の変速制御のために要求されるトルク、トラクション制御のために要求されるトルク、横滑り防止制御のために要求されるトルク等、車両制御システムから要求されるトルクが含まれている。第１トルクが定常的に或いは長期間にわたってエンジンに求められるトルクであるのに対し、第２トルクはエンジンに対して突発的に或いは短期間の間に求められるトルクであるという側面を持つ。このため、演算ユニット２０４は、実際にそのようなトルクが必要となるイベントが発生した場合のみ、実現したいトルクの大きさに応じた有効値を出力し、そのようなイベントが発生していない間は無効値を出力する。無効値はエンジンが出力しうる最大軸トルクよりも大きい値に設定されている。
【００３４】
演算ユニット２０６は自動変速機の変速比を算出し、図示しない変速機コントローラに変速比を指示する信号を送信する。変速機コントローラはパワートレインマネージャ２００やエンジンコントローラ１００と同様にＥＣＵの１つの機能として実現されている。演算ユニット２０６には、エンジンコントローラ１００からフラグ信号が入力される。図中では、フラグ信号は“FLG”と表記されている。フラグ信号は運転モードの切り替え中であることを示す信号である。フラグ信号がオンの間、演算ユニット２０６は自動変速機の変速比を固定する。つまり、運転モードの切り替えを行なっている間は、エンジンの運転状態が大きく変化しないように自動変速機による変速比の変更を禁止することが行われる。
【００３５】
演算ユニット２０８は、所定の条件が満たされたことに応答して、運転モードの切り替えの中止を指示する中止信号をエンジンコントローラ１００に送信する。図中では、中止信号は“Stop”と表記されている。所定の条件とは、エンジンの運転状態を大きく変化させる要求がパワートレインマネージャ２００から出されることである。例えば、自動変速機の変速比を変更する場合や、触媒の暖機のためにエンジンに対して点火時期や燃料噴射量に関する特別な要求が出される場合には、演算ユニット２０８から中止信号が出力される。
【００３６】
次に、エンジンコントローラ１００の構成について説明する。エンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００との間にはインタフェース１０１、１０２、１０３、１０４が設定されている。インタフェース１０１は本発明における要求トルク受信手段に相当し、インタフェース１０１では要求第１トルクの受け渡しが行われる。インタフェース１０２では中止信号の受け渡しが行われる。インタフェース１０３ではフラグ信号の受け渡しが行われる。そして、インタフェース１０４では要求第２トルクの受け渡しが行われる。
【００３７】
図１におけるエンジンコントローラ１００を示すブロック内には、エンジンコントローラ１００が備える種々の機能のうち、４種のアクチュエータ、すなわち、第１アクチュエータであるスロットル２及びＶＶＴ８、第２アクチュエータであるインジェクタ４、第３アクチュエータである点火装置６、及び第４アクチュエータであるＥＧＲバルブ１２の協調操作に関係する機能がブロックで表されている。これらブロックのそれぞれに演算ユニットが割り当てられている。ＥＣＵには各ブロックに対応するプログラムが用意され、それらがプロセッサによって実行されることで各演算ユニットの機能がＥＣＵにおいて実現される。なお、ＥＣＵがマルチコアプロセッサを備える場合には、エンジンコントローラ１００を構成する演算ユニットを複数のコアに分散させて割り当てることができる。
【００３８】
エンジンコントローラ１００は、大きく分けて３つの大演算ユニット１２０、１４０、１６０から構成されている。大演算ユニット１２０はエンジンに対する種々の制御用パラメータの値を計算する。制御用パラメータにはエンジンに対する各種制御量の目標値が含まれる。さらに、目標値には、パワートレインマネージャ２００から送信された要求値に基づいて計算されるものと、エンジンの運転状態に関する情報に基づいて大演算ユニット１２０の内部で計算されるものとが含まれる。なお、要求値はエンジンの状態を考慮することなくパワートレインマネージャ２００から一方的に要求される制御量の値であるのに対し、目標値はエンジンの状態によって決まる実現可能な範囲に基づいて設定される制御量の値である。大演算ユニット１２０は、より具体的には、４つの演算ユニット１２２、１２４、１２６、１２８から構成されている。
【００３９】
演算ユニット１２２は、エンジンに対する制御用パラメータとして、目標空燃比、仮想空燃比、切替用目標効率、及び切替用目標第２トルクを計算する。図中では、目標空燃比は“AFt”と表記され、仮想空燃比は“AFh”と表記され、切替用目標効率は“ηtc”と表記され、切替用目標第２トルクは“TQ2c”と表記されている。目標空燃比は、エンジンに実現される空燃比の目標値であって、燃料噴射量の計算に使用される。一方、仮想空燃比は、空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータであって、目標空気量の計算に使用される。切替用目標効率は、運転モードの切り替えのための点火時期効率の目標値であって、目標空気量の計算に使用される。点火時期効率とは、点火時期が最適点火時期であるときに出力しうるトルクに対する実際に出力されるトルクの割合を意味し、点火時期が最適点火時期のときに最大値である１になる。なお、最適点火時期とは、基本的にはＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）を意味し、トレースノック点火時期が設定されている場合には、ＭＢＴとトレースノック点火時期のうちより遅角側にある点火時期を意味する。切替用目標第２トルクは、運転モードの切り替えのための第２トルクの目標値であって、運転モードの切り替え時において点火時期効率の計算の切り替えに用いられる。演算ユニット１２２で計算されるこれら制御用パラメータの値の組み合わせによって、運転モードの切り替えが実行される。演算ユニット１２２で行われる処理の内容と運転モードの切り替えとの関係については後で詳しく説明する。
【００４０】
演算ユニット１２２には、パワートレインマネージャ２００から与えられた要求第１トルク、要求第２トルク、中止信号の他、エンジン回転数等のエンジンの運転状態に関する様々な情報が入力されている。このうち運転モードの切り替えのタイミングの判断に用いられる情報は要求第１トルクである。要求第２トルクと中止信号は運転モードの切り替えが許可されているのか禁止されているのかを判断するための情報として用いられる。中止信号が入力されているとき、及び、有効な値の要求第２トルクが入力されているときには、演算ユニット１２２は運転モードの切り替えに関わる処理は実行しない。また、演算ユニット１２２は、運転モードの切り替え中、つまり、運転モードの切り替えのための計算処理を実行している間は、前述のフラグ信号をパワートレインマネージャ２００に送信する。
【００４１】
演算ユニット１２４は、エンジンに対する制御用パラメータとして、現在のエンジンの運転状態を維持するか或いは予定されている所定の運転状態を実現させるために必要とされるトルクのうち、第１トルクに分類されるトルクを計算する。ここでは、演算ユニット１２４で計算されるトルクをその他第１トルクと呼ぶ。図中では、その他第１トルクは“TQ1etc”と表記されている。その他第１トルクには、エンジンがアイドル状態にある場合において所定のアイドル回転数を維持するために必要なトルクのうち、空気量の制御のみによって達成可能な変動の範囲にあるトルクが含まれる。演算ユニット１２４は、実際にそのようなトルクが必要になった場合のみ有効値を出力し、そのようなトルクが必要のない間は無効値を算出する。無効値はエンジンが出力しうる最大図示トルクよりも大きい値に設定されている。
【００４２】
演算ユニット１２６は、エンジンに対する制御用パラメータとして、現在のエンジンの運転状態を維持するか或いは予定されている所定の運転状態を実現させるために必要とされるトルクのうち、第２トルクに分類されるトルクを計算する。ここでは、演算ユニット１２６で計算されるトルクをその他第２トルクと呼ぶ。図中では、その他第２トルクは“TQ2etc”と表記されている。その他第２トルクには、エンジンがアイドル状態にある場合において所定のアイドル回転数を維持するために必要なトルクのうち、その達成のためには点火時期の制御が必要となるトルクが含まれる。演算ユニット１２６は、実際にそのようなトルクが必要になった場合のみ有効値を出力し、そのようなトルクが必要のない間は無効値を算出する。無効値はエンジンが出力しうる最大図示トルクよりも大きい値に設定されている。
【００４３】
演算ユニット１２８は、エンジンに対する制御用パラメータとして、現在のエンジンの運転状態を維持するか或いは予定されている所定の運転状態を実現させるために必要とされる点火時期効率を計算する。ここでは、演算ユニット１２８で計算される点火時期効率をその他効率と呼ぶ。図中では、その他効率は“ηetc”と表記されている。その他効率には、エンジンの始動時において排気浄化用触媒を暖機するために必要な点火時期効率が含まれる。点火時期効率を低くするほど、燃料の燃焼によって発生したエネルギのうちトルクに変換されるエネルギは少なくなり、その分多くのエネルギが排気ガスとともに排気通路に排出されて排気浄化用触媒の暖機に用いられることになる。なお、そのような効率の実現が必要のない間は、演算ユニット１２８から出力される効率の値は最大値である１に保持される。
【００４４】
以上のように構成される大演算ユニット１２０からは、要求第１トルク、その他第１トルク、目標空燃比、仮想空燃比、切替用目標効率、その他効率、要求第２トルク、切替用目標第２トルク、その他第２トルクが出力される。これらの制御用パラメータは大演算ユニット１４０に入力される。なお、パワートレインマネージャ２００から与えられる要求第１トルクと要求第２トルクは軸トルクであるが、大演算ユニット１２０ではこれらを図示トルクに補正することが行われている。要求トルクの図示トルクへの補正はフリクショントルク、補機駆動トルク及びポンプロスを要求トルクに対して加算或いは減算することによって行われる。なお、大演算ユニット１２０の内部で計算される切替用目標第２トルク等のトルクについては、いずれも図示トルクとして計算されている。
【００４５】
次に、大演算ユニット１４０について説明する。上述のように、大演算ユニット１２０からは様々なエンジン制御用パラメータが送られてくる。このうち、要求第１トルクとその他第１トルクとは同じカテゴリに属する制御量に対する要求であり、同時には成立し得ない。同様に、要求第２トルクとその他第２トルクと切替用目標第２トルクとは同じカテゴリに属する制御量に対する要求であり、同時には成立し得ない。同様に、切替用目標効率とその他効率とは同じカテゴリに属する制御量に対する要求であり、同時には成立し得ない。このため、制御量のカテゴリ毎に調停という処理が必要となる。ここでいう調停とは、例えば最大値選択、最小値選択、平均、或いは重ね合わせ等、複数の数値から１つの数値を得るための計算処理であり、複数種類の計算処理を適宜に組み合わせたものとすることもできる。このような調停を制御量のカテゴリごとに実施するため、大演算ユニット１４０には３つの演算ユニット１４２、１４４、１４６が用意されている。
【００４６】
演算ユニット１４２は第１トルクを調停するように構成されている。演算ユニット１４２には要求第１トルクとその他第１トルクとが入力される。演算ユニット１４２はそれらを調停し、調停されたトルクを最終的に決定された目標第１トルクとして出力する。図中では、最終的に決定された目標第１トルクは“TQ1t”と表記されている。演算ユニット１４２における調停方法としては最小値選択が用いられる。したがって、演算ユニット１２４から有効値が出力されていない場合は、パワートレインマネージャ２００から与えられた要求第１トルクが目標第１トルクとして算出される。
【００４７】
演算ユニット１４４は点火時期効率を調停するように構成されている。演算ユニット１４４には切替用目標効率とその他効率とが入力される。演算ユニット１４４はそれらを調停し、調停された効率を最終的に決定された目標効率として出力する。図中では、最終的に決定された目標効率は“ηt”と表記されている。演算ユニット１４４における調停方法としては最小値選択が用いられる。燃費性能の観点からは、点火時期効率は最大値である１になっていることが好ましい。このため、特別なイベントのない限り、演算ユニット１２２で計算される切替用目標効率も演算ユニット１２８で計算されるその他効率も最大値である１に保持されている。したがって、演算ユニット１４４から出される目標効率の値は基本的には１であり、何らかのイベントが発生した場合のみ１よりも小さい値が選択される。
【００４８】
演算ユニット１４６は第２トルクを調停するように構成されている。演算ユニット１４６には要求第２トルクとその他第２トルクと切替用目標第２トルクとが入力される。演算ユニット１４６はそれらを調停し、調停されたトルクを最終的に決定された目標第２トルクとして出力する。図中では、最終的に決定された目標第２トルクは“TQ2t”と表記されている。演算ユニット１４６における調停方法としては最小値選択が用いられる。第２トルクは切替用目標第２トルクも含めて基本的には無効値であり、特定のイベントが発生した場合のみ実現したいトルクの大きさを示す有効値に切り替えられる。したがって、演算ユニット１４６から出力される目標第２トルクも基本的には無効値であり、何らかのイベントが発生した場合のみ有効値が選択される。
【００４９】
以上のように構成される大演算ユニット１４０からは、目標第１トルク、目標効率、仮想空燃比、目標空燃比、及び目標第２トルクが出力される。これらの制御用パラメータは大演算ユニット１６０に入力される。
【００５０】
大演算ユニット１６０はエンジンの逆モデルに相当し、マップや関数で表された複数のモデルで構成されている。協調操作のための各アクチュエータ２、４、６、８、１２の操作量は大演算ユニット１６０で算出される。大演算ユニット１４０から入力される制御用パラメータのうち、目標第１トルクと目標第２トルクとは何れもエンジンに対するトルクの目標値として扱われる。ただし、目標第２トルクは目標第１トルクに優先する。大演算ユニット１６０では、目標第２トルクが有効値である場合には目標第２トルクを達成するように、目標第２トルクが無効値である場合には目標第１トルクを達成するように、各アクチュエータ２、４、６、８、１２の操作量の計算が行われる。操作量の計算は、目標トルクと同時に目標空燃比、目標効率及び目標ＥＧＲ率も達成されるように行われる。つまり、本実施の形態に係る制御装置では、エンジンの制御量としてトルク、効率、空燃比及びＥＧＲ率が用いられ、これら４種類の制御量の目標値に基づいて空気量制御、点火時期制御、燃料噴射量制御、及びＥＧＲ制御が実施される。
【００５１】
大演算ユニット１６０は複数の演算ユニット１６２、１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、１７４、１７６、１７８、１９２から構成される。これらの演算ユニットのうち空気量制御に関係するものは演算ユニット１６２、１６４、１６６、１７８であり、点火時期制御に関係するものは演算ユニット１６８、１７０、１７２であり、燃料噴射量制御に関係するものは演算ユニット１７４、１７６であり、ＥＧＲ制御に関係するものは演算ユニット１９２である。以下、空気量制御に関係する演算ユニットから順に、各演算ユニットの機能について説明する。
【００５２】
演算ユニット１６２には目標第１トルクと目標効率と仮想空燃比とが入力される。演算ユニット１６２は本発明における目標空気量算出手段に相当し、目標効率と仮想空燃比とを用いて、目標第１トルクを達成するための目標空気量を目標第１トルクから逆算する。この計算では、目標効率及び仮想空燃比は空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータとして用いられる。なお、本発明においては空気量とは筒内に吸入される空気の量であり、それを無次元化した充填効率或いは負荷率は本発明における空気量の均等の範囲内にある。
【００５３】
演算ユニット１６２は、まず、目標第１トルクを目標効率で除算することによって空気量制御用目標トルクを算出する。目標効率が１よりも小さい場合には、空気量制御用目標トルクは目標第１トルクよりも大きくなる。これは目標第１トルクよりも大きなトルクを潜在的に出力可能にしておくことがアクチュエータ２、８による空気量制御に求められていることを意味する。一方、目標効率が１である場合には、目標第１トルクがそのまま空気量制御用目標トルクとして算出される。
【００５４】
演算ユニット１６２は、次に、トルク−空気量変換マップを用いて空気量制御用目標トルクを目標空気量に変換する。トルク−空気量変換マップは、点火時期が最適点火時期であることを前提にして、トルクと空気量とがエンジン回転数及び空燃比を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。このマップはエンジンを試験して得られたデータに基づいて作成されている。トルク−空気量変換マップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。空燃比に関しては仮想空燃比がマップ検索に用いられる。したがって、演算ユニット１６２では、仮想空燃比のもとで空気量制御用目標トルクの実現に必要な空気量が目標空気量として算出される。図中では、目標空気量は“KLt”と表記されている。
【００５５】
演算ユニット１６４は目標空気量から吸気管圧の目標値である目標吸気管圧を逆算する。目標吸気管圧の計算では、吸気バルブを通って筒内に取り込まれる空気量と吸気管圧との関係を記述したマップが用いられる。空気量と吸気管圧との関係はバルブタイミングによって変化するため、目標吸気管圧の計算では現在のバルブタイミングから上記マップのパラメータ値が決定される。図中では、目標吸気管圧は“Pmt”と表記されている。
【００５６】
演算ユニット１６６は目標吸気管圧に基づいてスロットル開度の目標値である目標スロットル開度を算出する。目標スロットル開度の計算では、エアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルはスロットル２の動作に対する吸気管圧の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標吸気管圧を達成するための目標スロットル開度を目標吸気管圧から逆算することができる。図中では、目標スロットル開度は“TA”と表記されている。演算ユニット１６６で計算された目標スロットル開度はスロットル２を駆動する信号に変換されてＥＣＵのインタフェース１１１を介してスロットル２へ送信される。演算ユニット１６４、１６６は本発明における第１アクチュエータ制御手段に相当する。
【００５７】
演算ユニット１７８は目標空気量に基づいてバルブタイミングの目標値である目標バルブタイミングを算出する。目標バルブタイミングの計算には、空気量とバルブタイミングとをエンジン回転数を引数にして関連付けられたマップが用いられる。目標バルブタイミングは、現在のエンジン回転数のもと目標空気量を達成するのに最適なＶＶＴ８の変位角であり、その具体的な値は空気量ごと及びエンジン回転数ごとの適合によって決定されている。ただし、目標空気量が速い速度で大きく増大する加速時には、実空気量を最大の速度で増大させて目標空気量に追従させるべく、マップから決定されるバルブタイミングよりも進角側に目標バルブタイミングを補正することが行われる。図中では、目標バルブタイミングは“VT”と表記されている。演算ユニット１７８で計算された目標バルブタイミングはＶＶＴ８を駆動する信号に変換されてＥＣＵのインタフェース１１２を介してＶＶＴ８へ送信される。演算ユニット１７８もまた本発明における第１アクチュエータ制御手段に相当する。
【００５８】
次に、点火時期制御に関係する演算ユニットの機能について説明する。演算ユニット１６８は、上述の空気量制御によって実現される実際のスロットル開度及びバルブタイミングに基づいて推定トルクを算出する。本明細書における推定トルクとは、現在のスロットル開度及びバルブタイミングと目標空燃比とのもとで点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるトルクを意味する。演算ユニット１６８は、まず、前述のエアモデルの順モデルを用いてスロットル開度の計測値とバルブタイミングの計測値とから推定空気量を算出する。推定空気量は現在のスロットル開度とバルブタイミングとによって実際に実現されている空気量の推定値である。次に、トルク−空気量変換マップを用いて推定空気量を推定トルクに変換する。トルク−空気量変換マップの検索では目標空燃比が検索キーとして用いられる。図中では、推定トルクは“TQe”と表記されている。
【００５９】
演算ユニット１７０には目標第２トルクと推定トルクとが入力される。演算ユニット１７０は、目標第２トルクと推定トルクとに基づいて点火時期効率の指示値である指示点火時期効率を算出する。指示点火時期効率は、推定トルクに対する目標第２トルクの比率として表される。ただし、指示点火時期効率には上限が定められており、推定トルクに対する目標第２トルクの比率が１を超える場合には指示点火時期効率の値は１にされる。図中では、指示点火時期効率は“ηi”と表記されている。
【００６０】
演算ユニット１７２は指示点火時期効率から点火時期を算出する。詳しくは、エンジン回転数、要求トルク、空燃比等のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、指示点火時期効率から最適点火時期に対する遅角量を算出する。指示点火時期効率が１であれば遅角量をゼロとし、指示点火時期効率が１よりも小さいほど遅角量を大きくする。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な点火時期として算出する。最適点火時期の計算には、最適点火時期と各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。遅角量の計算には、遅角量と点火時期効率及び各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。それらマップの検索では目標空燃比が検索キーとして用いられる。図中では、点火時期は“SA”と表記されている。演算ユニット１７２で計算された点火時期は点火装置６を駆動する信号に変換されてＥＣＵのインタフェース１１３を介して点火装置６へ送信される。演算ユニット１６８、１７０、１７２は本発明における第３アクチュエータ制御手段に相当する。
【００６１】
次に、燃料噴射量制御に関係する演算ユニットの機能について説明する。演算ユニット１７４は、前述のエアモデルの順モデルを用いてスロットル開度の計測値とバルブタイミングの計測値とから推定空気量を算出する。演算ユニット１７４で算出される推定空気量は、好ましくは、吸気バルブが閉じるタイミングで予測される空気量である。将来における空気量は、例えば、目標スロットル開度の計算から出力までにディレイ時間を設定することによって、目標スロットル開度から予測することができる。図中では、推定空気量は“KLe”と表記されている。
【００６２】
演算ユニット１７４は目標空燃比と推定空気量とから目標空燃比の達成に必要な燃料噴射量、すなわち、燃料供給量を計算する。燃料噴射量の計算は各気筒において燃料噴射量の算出タイミングが到来したときに実行される。図中では、燃料噴射量は“TAU”と表記されている。演算ユニット１７４で計算された燃料噴射量はインジェクタ４を駆動する信号に変換されてＥＣＵのインタフェース１１４を介してインジェクタ４へ送信される。演算ユニット１７４、１７６は本発明における第２アクチュエータ制御手段に相当する。
【００６３】
次に、ＥＧＲ制御に関係する演算ユニットの機能について説明する。演算ユニット１９２は、仮想空燃比及び目標空燃比に基づいてＥＧＲバルブ１２の開度であるＥＧＲ開度を算出する。図中では、ＥＧＲ開度は“EGRv”と表記されている。演算ユニット１９２で計算されたＥＧＲ開度はＥＧＲバルブ１２を駆動する信号に変換されてＥＣＵのインタフェース１１６を介してＥＧＲバルブ１２へ送信される。演算ユニット１９２は本発明における第４アクチュエータ制御手段に相当する。なお、ＥＧＲバルブ１２の操作量としては、ＥＧＲ開度ではなく、ＥＧＲバルブ１２を駆動するソレノイドのデューティ比であってもよい。演算ユニット１９２で行われる処理の内容については後で詳しく説明する。
【００６４】
以上が本実施の形態に係るＥＣＵのロジックの概要である。次に、本実施の形態に係るＥＣＵの要部である演算ユニット１２２について詳細に説明する。
【００６５】
図２には、演算ユニット１２２のロジックがブロック図で示されている。図２における演算ユニット１２２を示すブロック内には、演算ユニット１２２が備える種々の機能のうち、運転モードの切り替えに関係する機能がブロックで表されている。これらブロックのそれぞれに演算ユニットが割り当てられている。ＥＣＵには各ブロックに対応するプログラムが用意され、それらがプロセッサによって実行されることで各演算ユニットの機能がＥＣＵにおいて実現される。なお、ＥＣＵがマルチコアプロセッサを備える場合には、演算ユニット１２２を構成する演算ユニット４０２、４０４、４０６、４０８を複数のコアに分散させて割り当てることができる。
【００６６】
まず、演算ユニット４０２について説明する。演算ユニット４０２はトルクに対する基準値を算出する。基準値は極低負荷領域のストイキモードと低負荷領域のリーンモードとの境目となるトルクであり、燃費性能や排気ガス性能さらにはドライバビリティの観点から最適な値がエンジン回転数ごとに適合されている。演算ユニット４０２は予め用意されたマップを参照してエンジン回転数に適した基準値を算出する。図中では基準値は“Ref”と表記されている。
【００６７】
次に、演算ユニット４０４について説明する。演算ユニット４０４には要求第１トルクが入力されている。さらに、演算ユニット４０２で算出された基準値が演算ユニット４０４に対して設定されている。演算ユニット４０４は、入力される要求第１トルクと基準値との関係に基づいて目標空気量の計算に用いられる仮想空燃比の値を変更する。より詳しくは、演算ユニット４０４は、第１空燃比から第２空燃比へ或いは第２空燃比から第１空燃比へ仮想空燃比を切り替える。第１空燃比は理論空燃比（例えば、14.5）である。図中では第１空燃比は“AF1”と表記されている。第２空燃比は第１空燃比よりもリーンな空燃比であり、ある一定値（例えば、22.0）に設定されている。図中では第２空燃比は“AF2”と表記されている。演算ユニット４０４は本発明における仮想空燃比変更手段に相当する。
【００６８】
要求第１トルクが基準値より小さい間は、演算ユニット４０４は、要求第１トルクが基準値より小さいことに応答して仮想空燃比を第１空燃比に設定する。ドライバの加速要求に応じて要求第１トルクが増大し、やがて要求第１トルクが基準値を上回ると、演算ユニット４０４は、要求第１トルクの基準値以上への増大に応答して仮想空燃比を第１空燃比から第２空燃比へ切り替える。一方、要求第１トルクが基準値より大きい間は、演算ユニット４０４は、要求第１トルクが基準値より大きいことに応答して仮想空燃比を第２空燃比に設定する。ドライバの減速要求に応じて要求第１トルクが減少し、やがて要求第１トルクが基準値を下回ると、演算ユニット４０４は、要求第１トルクの基準値以下への減少に応答して仮想空燃比を第２空燃比から第１空燃比へ切り替える。
【００６９】
次に、演算ユニット４０６について説明する。演算ユニット４０６は本発明における目標空燃比切替手段に相当する。演算ユニット４０６には、目標空燃比の既定値として、ストイキモードにおいて用いる第１空燃比とリーンモードにおいて用いる第２空燃比とが予め設定されている。演算ユニット４０６には演算ユニット４０４で決定された仮想空燃比と、演算ユニット１６２で算出された目標空気量の前回ステップ値と、演算ユニット１７４で算出された推定空気量の前回ステップ値とが入力されている。
【００７０】
まず、ドライバの加速要求に応じて要求第１トルクが増大している状況での目標空燃比の切り替えについて説明する。演算ユニット４０６は、演算ユニット４０４から入力される仮想空燃比が第１空燃比から第２空燃比へ切り替えられたことを検知すると、目標空気量と推定空気量との差を計算する。そして、目標空気量に推定空気量が十分近づいたら、具体的には、目標空気量と推定空気量との差が所定の閾値以下になったら、目標空燃比を第１空燃比から第２空燃比へ切り替える。つまり、要求第１トルクが増大している加速時には、仮想空燃比の第１空燃比から第２空燃比への切り替えの後、目標空燃比の第１空燃比から第２空燃比への切り替えが行われる。目標空燃比の切り替えにより、運転モードはストイキモードからリーンモードへ切り替わる。
【００７１】
ドライバの減速要求に応じて要求第１トルクが減少している状況での目標空燃比の切り替えについて説明する。演算ユニット４０６は、演算ユニット４０４から入力される仮想空燃比が第２空燃比から第１空燃比へ切り替えられたことを検知すると、それに応答して目標空燃比を第２空燃比から第１空燃比へ切り替える。つまり、要求第１トルクが減少している減速時には、仮想空燃比の第２空燃比から第１空燃比への切り替えと同時に、目標空燃比の第２空燃比から第１空燃比への切り替えが行われる。目標空燃比の切り替えにより、運転モードはリーンモードからストイキモードへ切り替わる。
【００７２】
最後に、演算ユニット４０８について説明する。演算ユニット４０８は切替用目標第２トルクを計算する。前述のように、切替用目標第２トルクは要求第２トルクやその他第２トルクとともに演算ユニット１４６に入力され、その中の最小値が演算ユニット１４６で選択される。要求第２トルクやその他第２トルクは通常は無効値であり、特定のイベントが発生した場合のみ有効値に切り替えられる。切替用目標第２トルクについても同様であり、演算ユニット４３０は通常は切替用目標第２トルクの出力値を無効値にしている。
【００７３】
演算ユニット４０８には要求第１トルク、目標空燃比、及び仮想空燃比が入力されている。演算ユニット４０４、４０６のロジックによれば、目標空燃比と仮想空燃比とは運転モードの切り替え前は一致し、切り替え処理の完了後も一致する。しかし、運転モードの切り替え処理の途中では、目標空燃比と仮想空燃比との間には乖離が生じる。演算ユニット４０８は、目標空燃比と仮想空燃比との間に乖離が生じている間に限り、有効値を持つ切替用目標第２トルクを算出する。ここで、切替用目標第２トルクの有効値として用いられるのが要求第１トルクである。つまり、目標空燃比と仮想空燃比との間に乖離が生じている間は、演算ユニット４０８からは切替用目標第２トルクとして要求第１トルクが出力される。
【００７４】
以上が演算ユニット１２２のロジック、すなわち、本実施の形態で採用されている運転モードの切り替えのロジックの詳細である。次に、本実施の形態に係るＥＣＵの要部である演算ユニット１９２について詳細に説明する。
【００７５】
図３には、演算ユニット１９２のロジックがブロック図で示されている。図３における演算ユニット１９２を示すブロック内には、演算ユニット１９２が備える種々の機能のうち、ＥＧＲ開度の算出に関係する機能がブロックで表されている。これらブロックのそれぞれに演算ユニットが割り当てられている。ＥＣＵには各ブロックに対応するプログラムが用意され、それらがプロセッサによって実行されることで各演算ユニットの機能がＥＣＵにおいて実現される。なお、ＥＣＵがマルチコアプロセッサを備える場合には、演算ユニット１９２を構成する演算ユニット５０２、５０４、５０６を複数のコアに分散させて割り当てることができる。
【００７６】
まず、演算ユニット５０２について説明する。演算ユニット５０２はさらに２つの演算ユニット５０８、５１０から構成されている。演算ユニット５０２には仮想空燃比が入力される。演算ユニット５０８は本発明における目標ＥＧＲ率算出手段に相当し、仮想空燃比のもとで排気エミッションや燃費等を最適化するための目標ＥＧＲ率を計算する。なお、本発明においてはＥＧＲ率とは吸気バルブから筒内へ吸入される空気に占めるＥＧＲガスの割合であり、吸気バルブから筒内へ吸入されるＥＧＲガスの量を示すＥＧＲ量は本発明におけるＥＧＲ率の均等の範囲内にある。
【００７７】
演算ユニット５０８は、ＥＧＲ率マップを用いて目標ＥＧＲ率を計算する。ＥＧＲ率マップは、ＥＧＲ率がエンジン回転数、空気量及び空燃比を含むエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。このマップは空気量、エンジン回転数及び空燃比ごとの適合によって決定されている。ＥＧＲ率マップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。空燃比に関しては仮想空燃比がマップ検索に用いられる。したがって、演算ユニット５０８では、仮想空燃比のもとで必要とされるＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率として算出される。図中では、目標ＥＧＲ率は“EGRt”と表記されている。
【００７８】
演算ユニット５１０は目標ＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲバルブ開度のベースとなる第１ベース開度を算出する。第１ベース開度の計算では、ＥＧＲバルブの動作に対するＥＧＲ率の応答を流体力学等に基づいてモデル化した数式やマップを用いることができる。なお、ＥＧＲ率はエンジン回転数や空気量、更には空燃比の影響を受けるので、第１ベース開度の計算ではそれらをパラメータとして使用する。空燃比に関しては仮想空燃比が第１ベース開度の計算に用いられる。図中では、第１ベース開度は“EGRvb1”と表記されている。演算ユニット５１０は本発明における第１ベース操作量算出手段に相当する。
【００７９】
なお、演算ユニット５０２はＥＧＲ開度マップを用いて第１ベース開度を直接計算するように構成されていてもよい。ＥＧＲ開度マップは、ＥＧＲ開度がエンジン回転数、空気量及び空燃比を含むエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。空燃比に関しては仮想空燃比がマップ検索に用いられる。このような構成によれば、目標ＥＧＲ率を算出することなく、仮想空燃比のもとで必要とされるＥＧＲ開度が第１ベース開度として算出される。
【００８０】
演算ユニット５０４は、排気中に含まれる未燃の空気の割合である新気率に対応するパラメータである余剰新気割合を計算する。図中では余剰新気割合は“Ratio”と表記されている。余剰新気割合は、仮想空燃比の値を目標空燃比の値で除算することで算出される値であり、目標空燃比と仮想空燃比とが同値の場合には１となる。演算ユニット５０４は、演算ユニット１２２から入力される仮想空燃比と目標空燃比を用いて余剰新気割合を計算し、演算ユニット５０６へ出力する。演算ユニット５０４は本発明におけるパラメータ値算出手段に相当する。
【００８１】
演算ユニット５０６は余剰新気割合を用いて第１ベース開度の補正量である第１開度補正量を計算する。図中では第１開度補正量は“EGRvc1”と表記されている。第１開度補正量の計算では補正量マップが使用される。補正量マップは余剰新気割合と第１開度補正量とがエンジン回転数及び空気量を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。具体的には、このマップによれば、余剰新気割合が１以下である間、つまり仮想空燃比が目標空燃比よりも小さい或いは同値である間は、演算ユニット５０６からは第１開度補正量として無効値が出力される。また、余剰新気割合が１より大きい間、つまり仮想空燃比が目標空燃比よりも大きい間は、演算ユニット５０６からは余剰新気割合が大きな値であるほどＥＧＲ率をより下げる方向へ補正するための値が第１開度補正量として出力される。演算ユニット５０６は本発明における第１補正量算出手段に相当する。演算ユニット５０６で計算された第１開度補正量は演算ユニット５１０で計算された第１ベース開度に加算されて最終的なＥＧＲ開度が算出される。なお、余剰新気割合が１以下である間は、演算ユニット５０６からは第１開度補正量として無効値ではなく０の値が出力されていてもよい。算出されたＥＧＲ開度はＥＧＲバルブ１２を駆動する信号に変換されてＥＣＵのインタフェース１１６を介してＥＧＲバルブ１２へ送信される。なお、ＥＧＲバルブ１２の操作量としては、ＥＧＲバルブ開度ではなく、ＥＧＲバルブ１２を駆動するソレノイドのデューティ比であってもよい。次に、上述のロジックにしたがってエンジン制御を実行した場合の制御結果について、そのイメージを示すタイムチャートに基づいて説明する。
【００８２】
まず、本実施の形態で採用されたロジックに対する比較例による制御結果から説明する。比較例による制御結果は、仮想空燃比のもとで目標ＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲ開度を計算した場合のものである。つまり、比較例におけるＥＧＲ開度算出のロジックは、本実施の形態の演算ユニット１９２において第１開度補正量を用いた補正を行わずに第１ベース開度を最終的なＥＧＲ開度として出力する構成を採用したものである。本発明は比較例が有する懸念を解消したものであるから、比較例による制御結果とそこに存在する懸念について予め明らかにしておくことで、本実施の形態で採用されたロジックが有する利点はより明確になるものと思われる。
【００８３】
図４は、比較例による加速時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。図４の１段目のチャートは要求トルクと実トルクの時間変化を示している。２段目のチャートは目標空気量と実空気量の時間変化を示している。３段目のチャートは点火時期の時間変化を示している。４段目のチャートは目標空燃比と目標空気量計算用のパラメータである仮想空燃比の時間変化を示している。仮想空燃比は空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータであり、仮想空燃比のもとで要求トルクを達成するのに必要な空気量が目標空気量となっている。比較例では目標空燃比と仮想空燃比はともに第１空燃比（理論空燃比）と第２空燃比（リーン空燃比）との間でステップ的に切り替えられる。また、このチャートにはこれらの空燃比とともに実空燃比の時間変化が示されている。５段目のチャートは目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率の時間変化を示している。６段目のチャートはＥＧＲガス中に含まれる未燃の空気の割合である新気率の時間変化を示している。そして、７段目のチャートはＥＧＲ開度の時間変化を示している。
【００８４】
図４に示す制御結果について考察する。比較例によれば、加速時には目標空燃比の第１空燃比から第２空燃比への切り替えに先立って仮想空燃比が第１空燃比から第２空燃比へ切り替えられる。この切り替えによって目標空気量は第２空燃比に応じた空気量までステップ的に増大し、実空気量も目標空気量に追従するように大きく増大する。
【００８５】
また、比較例によれば、仮想空燃比が第１空燃比から第２空燃比へ切り替えられることによって目標ＥＧＲ率が第２空燃比に応じたＥＧＲ率までステップ的に増大する。そして、目標ＥＧＲ率の増大を受けてＥＧＲ開度は開側にステップ的に変化する。しかし、ＥＧＲ率が変化するまでには応答遅れがあるため、実際のＥＧＲ率はステップ的には増大せず、目標ＥＧＲ率に遅れて増大していく。比較例によれば、目標空燃比の切り替えに先立って目標ＥＧＲ率が増大されるのでＥＧＲ率の応答遅れが改善される。
【００８６】
ところが、比較例では、仮想空燃比が第１空燃比から第２空燃比へ切り替えられてから目標空燃比が第１空燃比から第２空燃比へ切り替えられるまでの間は、目標ＥＧＲ率は第２空燃比であるリーン空燃比に対応したＥＧＲ率に制御されているにもかかわらず、実際の空燃比は第１空燃比である理論空燃比に制御されている。このため、この間に還流されるＥＧＲガスの新気率は目標ＥＧＲ率を計算する際に前提としていた値、すなわちリーン空燃比のもとでの値よりも小さい値になってしまう。その結果、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率を超えてオーバーシュートすることで、燃焼悪化によるトルク変動が懸念される。
【００８７】
図４に示す比較例における上記の懸念は、本実施の形態で採用されたロジックによれば次のように解決される。
【００８８】
図５は、本実施の形態に係るＥＣＵによる加速時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。図５において、１段目のチャートはトルクの時間変化を示している。前述のように“TQ1r”は要求第１トルクであり、“TQ2c”は切替用目標第２トルクであり、“TQe”は推定トルクである。なお、ここでは要求第１トルクが最終的な目標第１トルクになっており、切替用目標第２トルクが最終的な目標第２トルクになっているものとする。また、これらのトルクとは別に、チャートには実トルクが点線で表されている。ただし、実トルクは実際のエンジン制御では計測されない。チャートに描かれている実トルクの線は試験結果に裏付けされたイメージ線である。
【００８９】
図５における２段目のチャートは空気量の時間変化を示している。前述のように“KLt”は目標空気量であり、“KLe”は推定空気量である。チャートにはこれらの空気量とともに実空気量が点線で表されている。ただし、実空気量は実際のエンジン制御では計測されない。チャートに描かれている実空気量の線は試験結果に裏付けされたイメージ線である。
【００９０】
図５における３段目のチャートは切替用目標効率の時間変化を示している。前述のように“ηtc”は切替用目標効率である。なお、ここでは切替用目標効率が最終的な目標効率になっているものとする。
【００９１】
図５における４段目のチャートは指示点火時期効率の時間変化を示している。前述のように“ηi”は指示点火時期効率である。
【００９２】
図５における５段目のチャートは点火時期の時間変化を示している。前述のように“SA”は点火時期である。
【００９３】
図５における６段目のチャートは空燃比の時間変化を示している。前述のように“Aft”は目標空燃比であり、“AFh”は仮想空燃比である。また、チャートにはこれらの空燃比とともに実空燃比の時間変化が点線で表されている。
【００９４】
図５における７段目のチャートは、ＥＧＲ率の時間変化を示している。前述のように“EGRt”は目標ＥＧＲ率である。チャートにはこの目標ＥＧＲ率とともに実ＥＧＲ率が実線で表されている。ただし、実ＥＧＲ率は実際のエンジン制御では計測されない。チャートに描かれている実ＥＧＲ率の線は試験結果に裏付けされたイメージ線である。
【００９５】
図５における８段目のチャートは、ＥＧＲガスの新気率の時間変化を示している。なお、ここでいうＥＧＲガスの新気率はＥＧＲガス中の未燃の空気の割合を示している。ただし、新気率は実際のエンジン制御では計測されない。チャートに描かれている新気率の線は試験結果に裏付けされたイメージ線である。
【００９６】
図５における９段目のチャートは、ＥＧＲ開度の時間変化を示している。前述のように“EGRvb1”はベース開度であり、“EGRv”はＥＧＲ開度である。
【００９７】
図５に基づいて加速時の制御結果を説明する。加速時、要求第１トルクが“Ref”で表記される基準値のレベルまで増大するまでは、目標空燃比と仮想空燃比とはともに理論空燃比である第１空燃比に維持される。よって、要求第１トルクと仮想空燃比とから算出されるこの間の目標空気量、すなわち、第１空燃比を用いて算出される目標空気量（目標第１空気量）は、要求第１トルクの増大に連動して増大していく。この間の切替用目標第２トルクは、目標空燃比と仮想空燃比とが一致していることに応答して無効値とされる。切替用目標第２トルクが無効値であるならば指示点火時期効率は１になるため、点火時期は最適点火時期に維持される。なお、チャートでは点火時期が要求第１トルクの減少に応じて変化しているが、これは最適点火時期がエンジン回転数や空気量によって変化することに対応した変化である。
【００９８】
要求第１トルクが基準値まで増大するまでは、第１ベース開度は仮想空燃比である第１空燃比を用いて算出される。また、この間の第１開度補正量は、目標空燃比が第１空燃比であることに応答して無効値とされる。その結果、この間のＥＧＲ開度は第１ベース開度の値に維持される。
【００９９】
前述のとおり、要求第１トルクが基準値のレベルまで増大するまでの間は、目標空燃比と仮想空燃比とはともに理論空燃比である第１空燃比に維持される。よって、この間の第１ベース開度は仮想空燃比である理論空燃比を用いて算出される。また、この間の余剰新気割合は、目標空燃比と仮想空燃比とが一致していることに応答して１とされる。余剰新気割合が１であるならば、第１開度補正量は無効値に維持される。その結果、この間のＥＧＲ開度は第１ベース開度の値に維持される。
【０１００】
要求第１トルクが基準値を上回ると、仮想空燃比のみが第１空燃比から第２空燃比へ切り替えられる。つまり、目標空燃比は理論空燃比に維持される一方で、仮想空燃比はステップ的にリーン化される。リーンな空燃比である第２空燃比による運転は、理論空燃比である第１空燃比による運転で必要な空気量よりも多くの空気量を必要とする。このため、目標空気量の計算に用いる仮想空燃比がステップ的に第２空燃比に切り替えられることで、その切り替えの時点において目標空気量も目標第１空気量から第２空燃比に対応する目標空気量（第２目標空気量）までステップ的に増大することになる。しかし、アクチュエータが動作して空気量が変化するまでには応答遅れがあるため、実際の空気量及びその推定値である推定空気量はステップ的には増大せず、目標空気量に遅れて増大していく。実空気量及び推定空気量は目標空気量にしだいに収束していき、やがて、目標空気量と推定空気量との差は閾値以下になる。この時点において目標空燃比は第１空燃比から第２空燃比に切り替えられる。
【０１０１】
要求第１トルクが基準値を上回り目標空燃比と仮想空燃比とが乖離してから目標空燃比と仮想空燃比とが再び一致するまでの間、切替用目標第２トルクは有効値である要求第１トルクと同値とされる。一方、仮想空燃比を前提とする推定トルクは、目標空気量の計算に使用される仮想空燃比が目標空燃比よりもリーン化されたことにともない、目標空燃比を前提とする要求第１トルクよりも大きな値になる。その結果、推定トルクに対する切替用目標第２トルクの比率である指示点火時期効率は１よりも小さい値になる。そして、指示点火時期効率が１よりも小さくなることに応答して、点火時期は最適点火時期よりも遅角される。その結果、空気量の過剰によるトルクの増加は点火時期の遅角によるトルクの減少によって相殺され、実トルクの要求第１トルクからの乖離は防がれる。
【０１０２】
また、要求第１トルクが基準値を上回ると、目標ＥＧＲ率の計算に用いる仮想空燃比がステップ的に第２空燃比に切り替えられることで、その切り替えの時点において目標ＥＧＲ率もステップ的に増大することになる。目標ＥＧＲ率がステップ的に増大すると、その増大時点において第１ベース開度もステップ的に増大する。
【０１０３】
具体的には、要求第１トルクが基準値を上回り目標空燃比と仮想空燃比とが乖離してから目標空燃比と仮想空燃比とが再び一致するまでの間、余剰新気割合は１より大きい値とされる。そして、余剰新気割合が１よりも大きくなることに応答して、第１開度補正量は余剰新気割合の値に対応した値（負値）とされる。その結果、この間のＥＧＲ開度は、第１ベース開度の値に第１開度補正量（負値）を加算した値とされる。
【０１０４】
要求第１トルクが基準値を上回り目標空燃比と仮想空燃比とが乖離してから目標空燃比と仮想空燃比とが再び一致した後は、余剰新気割合は目標空燃比と仮想空燃比とが一致していることに応答して再び１とされる。余剰新気割合が１であるならば、第１開度補正量は再び無効値に維持される。その結果、この間のＥＧＲ開度は第１ベース開度の値に維持される。
【０１０５】
アクチュエータであるＥＧＲバルブはＥＧＲ開度に基づいて動作する。しかし、ＥＧＲ率が変化するまでには応答遅れがあるため、実際のＥＧＲ率はステップ的には増大せず、目標ＥＧＲ率に遅れて増大していく。実ＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率にしだいに収束していき、やがては目標ＥＧＲ率に追従する。この際、第１開度補正量が有効値である間は、余剰新気割合に対応してＥＧＲ開度が実ＥＧＲ率を減少させる方向に補正される。これにより、実ＥＧＲ率が増大方向にオーバーシュートして燃焼が悪化する事態が有効に抑制される。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態で採用されたロジックによれば、ドライバの加速要求に見合ったトルクの滑らかな増大を達成しつつ空燃比を理論空燃比である第１空燃比から理論空燃比よりリーンな空燃比である第２空燃比へ応答良く切り替えることができる。また、本実施の形態で採用されたロジックによれば、空燃比を理論空燃比である第１空燃比から理論空燃比よりリーンな空燃比である第２空燃比へ切り替える場合のＥＧＲ率の過多を有効に抑制することができる。
【０１０７】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。
【０１０８】
実施の形態２と実施の形態１とは演算ユニット１９２のロジックに違いがある。ＥＣＵの全体のロジックは実施の形態１と共通であり、本実施の形態に係るＥＣＵのロジックも図１にて表すことができる。
【０１０９】
図６には、本実施の形態に係る演算ユニット１９２のロジックがブロック図で示されている。本実施の形態に係る演算ユニット１９２は、演算ユニット５２０、５２２を含んでいる。
【０１１０】
まず、演算ユニット５２０について説明する。演算ユニット５２０は実施の形態１に係る演算ユニット５０２に代えて設けられている。演算ユニット５２０はさらに２つの演算ユニット５０８、５２４から構成されている。このうち演算ユニット５０８は実施の形態１に係る演算ユニットのものと共通であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１１１】
演算ユニット５２４は目標ＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲバルブ開度のベースとなる第２ベース開度を算出する。第２ベース開度の計算では、ＥＧＲバルブの動作に対するＥＧＲ率の応答を流体力学等に基づいてモデル化した数式やマップを用いることができる。なお、ＥＧＲ率はエンジン回転数や空気量、更には空燃比の影響を受けるので、第２ベース開度の計算ではそれらをパラメータとして使用する。空燃比に関しては理論空燃比が第２ベース開度の計算に用いられる。つまり、演算ユニット５２４からは理論空燃比のもとで目標ＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲ開度が第２ベース開度として算出される。図中では、第２ベース開度は“EGRvb2”と表記されている。演算ユニット５２４は本発明における目標第２ベース操作量算出手段に相当する。
【０１１２】
演算ユニット５２２は目標空燃比を用いて第２ベース開度の補正量である第２開度補正量を計算する。図中では第２開度補正量は“EGRvc2”と表記されている。第２開度補正量の計算では補正量マップが使用される。補正量マップは目標空燃比と第２開度補正量とがエンジン回転数及び空気量を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。具体的には、このマップによれば、目標空燃比が第１空燃比（理論空燃比）である間は、演算ユニット５２２からは第２開度補正量として無効値が出力される。また、目標空燃比が第２空燃比（リーン空燃比）である間は、演算ユニット５２２からは目標空燃比の値がリーンであるほどＥＧＲ率をより上げる方向へ補正するための値が第２開度補正量として出力される。演算ユニット５２２は本発明における第２補正量算出手段に相当する。演算ユニット５２２で計算された第２開度補正量は演算ユニット５２０で計算された第２ベース開度に加算されて最終的なＥＧＲ開度が算出される。これにより、ＥＧＲ開度はＥＧＲガス中の新気率が反映された開度となる。なお、目標空燃比が第１空燃比である間は、演算ユニット５２２からは第２開度補正量として無効値ではなく０の値が出力されていてもよい。算出されたＥＧＲ開度はＥＧＲバルブ１２を駆動する信号に変換されてＥＣＵのインタフェース１１６を介してＥＧＲバルブ１２へ送信される。なお、ＥＧＲバルブ１２の操作量としては、ＥＧＲバルブ開度ではなく、ＥＧＲバルブ１２を駆動するソレノイドのデューティ比であってもよい。
【０１１３】
次に、上述のロジックにしたがってエンジン制御を実行した場合の制御結果について、そのイメージを示すタイムチャートに基づいて説明する。
【０１１４】
図７は、本実施の形態に係るＥＣＵによる加速時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。図７のタイムチャートは複数段のチャートから構成されているが、各チャートに示されている内容は９段目のＥＧＲ開度の時間変化を除いて図５のタイムチャートの場合と共通である。図７における９段目のチャートは、ＥＧＲ開度の時間変化を示している。前述のように“EGRvb2”は第２ベース開度であり、“EGRv”はＥＧＲ開度である。
【０１１５】
要求第１トルクが基準値のレベルまで増大するまでの間は、目標空燃比と仮想空燃比とはともに理論空燃比である第１空燃比に維持される。よって、この間の第２ベース開度は理論空燃比を用いて算出される。また、この間の第２開度補正量は、目標空燃比が理論空燃比であることに応答して無効値とされる。その結果、この間のＥＧＲ開度は第２ベース開度の値に維持される。
【０１１６】
要求第１トルクが基準値を上回ると、目標ＥＧＲ率の計算に用いる仮想空燃比がステップ的に第２空燃比に切り替えられることで、その切り替えの時点において目標ＥＧＲ率もステップ的に増大することになる。目標ＥＧＲ率がステップ的に増大すると、その増大時点において第２ベース開度もステップ的に増大する。ただし、第２ベース開度の計算では空燃比に関するパラメータとして常に理論空燃比が用いられる。
【０１１７】
また、要求第１トルクが基準値を上回り目標空燃比が第１空燃比から第２空燃比に切り替えられるまでの間は、第２開度補正量は目標空燃比が理論空燃比であることに応答して無効値とされる。その結果、この間のＥＧＲ開度は第２ベース開度の値に維持される。
【０１１８】
要求第１トルクが基準値を上回り目標空燃比と仮想空燃比とが乖離してから目標空燃比と仮想空燃比とが再び一致した後は、第２開度補正量は目標空燃比がリーン空燃比であることに応答してＥＧＲ率をより上げる方向へ補正するための値（正値）となる。その結果、この間のＥＧＲ開度は第２ベース開度の値に第２開度補正量の値（正値）を加算した値に維持される。
【０１１９】
リーン空燃比である第２空燃比による運転は理論空燃比である第１空燃比による運転に比して排気中の新気率が高い。このため、本実施の形態で採用されたロジックによれば、理論空燃比のもとで目標ＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲ開度を算出し実ＥＧＲ率の過多を回避することとしている。しかし、ＥＧＲ開度を算出する際に常に理論空燃比を前提とするのでは、リーン空燃比による運転時にＥＧＲ率が不足することになる。そこで、本実施の形態で採用されたロジックによれば、目標空燃比が理論空燃比からリーン空燃比に切り替えられると、ＥＧＲ開度がＥＧＲ率を上げる方向に補正される。これにより、目標空燃比の切り替えの時点においてＥＧＲ開度がステップ的に増大し、それに伴って実ＥＧＲ率が不足することは有効に防がれる。
【０１２０】
以上のように、本実施の形態で採用されたロジックによれば、ドライバの加速要求に見合ったトルクの滑らかな増大を達成しつつ空燃比を理論空燃比である第１空燃比から理論空燃比よりリーンな空燃比である第２空燃比へ応答良く切り替えることができる。また、本実施の形態で採用されたロジックによれば、空燃比を理論空燃比である第１空燃比から理論空燃比よりリーンな空燃比である第２空燃比へ切り替える場合のＥＧＲ率の過多を有効に抑制することができる。
【０１２１】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について図を参照して説明する。
【０１２２】
実施の形態３と実施の形態１とは演算ユニット１９２のロジックに違いがある。ＥＣＵの全体のロジックは実施の形態１と共通であり、本実施の形態に係るＥＣＵのロジックも図１にて表すことができる。
【０１２３】
図８には、本実施の形態に係る演算ユニット１９２のロジックがブロック図で示されている。本実施の形態に係る演算ユニット１９２は、演算ユニット５０４、５３０、５３２を含んでいる。このうち演算ユニット５０４は実施の形態１に係る演算ユニットのものと共通であるので、その詳細な説明は省略する。以下では、実施の形態１との相違点である演算ユニット５３０、５３２について説明する。
【０１２４】
まず、演算ユニット５３０について説明する。演算ユニット５３０は実施の形態１に係る演算ユニット５０２に代えて設けられている。演算ユニット５３０はさらに２つの演算ユニット５３４、５３６から構成されている。演算ユニット５３４、５３６は実施の形態１に係る演算ユニット５０８、５１０に代えて設けられている。
【０１２５】
演算ユニット５３４は、ＥＧＲ率マップを用いて目標ベースＥＧＲ率を計算する。ＥＧＲ率マップは、ＥＧＲ率がエンジン回転数、空気量及び空燃比を含むエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。このマップは空気量、エンジン回転数及び空燃比ごとの適合によって決定されている。ＥＧＲ率マップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。空燃比に関しては仮想空燃比がマップ検索に用いられる。したがって、演算ユニット５３４は、仮想空燃比のもとで必要とされるＥＧＲ率が目標ベースＥＧＲ率として算出される。図中では、目標ベースＥＧＲ率は“EGRtb”と表記されている。演算ユニット５３４は本発明における目標ＥＧＲ率算出手段に相当する。
【０１２６】
演算ユニット５３６は目標ＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲ開度を算出する。ＥＧＲ開度の計算では、ＥＧＲバルブの動作に対するＥＧＲ率の応答を流体力学等に基づいてモデル化した数式やマップを用いることができる。なお、ＥＧＲ率はエンジン回転数や空気量、更には空燃比の影響を受けるので、ＥＧＲ開度の計算ではそれらをパラメータとして使用する。空燃比に関しては仮想空燃比がＥＧＲ開度の計算に用いられる。図中では、ＥＧＲ開度は“EGRv”と表記されている。演算ユニット５３６は本発明における第１操作量算出手段に相当する。
【０１２７】
次に、演算ユニット５３２について説明する。演算ユニット５３２は実施の形態１に係る演算ユニット５０６に代えて設けられている。演算ユニット５３２は余剰新気割合を用いて目標ベースＥＧＲ率の補正量であるＥＧＲ率補正量を計算する。図中ではＥＧＲ率補正量は“EGRtc”と表記されている。ＥＧＲ率補正量の計算では補正量マップが使用される。補正量マップは余剰新気割合とＥＧＲ率補正量とがエンジン回転数及び空気量を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。具体的には、このマップによれば、余剰新気割合が１以下である間、つまり仮想空燃比が目標空燃比よりも小さい或いは同値である間は、演算ユニット５３２からはＥＧＲ補正量として無効値が出力される。また、余剰新気割合が１より大きい間、つまり仮想空燃比が目標空燃比よりも大きい間は、演算ユニット５３２からは余剰新気割合の値が大きな値であるほどＥＧＲ率をより下げる方向へ補正するための値がＥＧＲ率補正量として出力される。演算ユニット５３２は本発明における第３補正量算出手段に相当する。演算ユニット５３２で計算されたＥＧＲ率補正量は演算ユニット５３４で計算された目標ベースＥＧＲ率に加算されて最終的な目標ＥＧＲ率が算出される。なお、余剰新気割合が１以下である間は、演算ユニット５３２からはＥＧＲ率補正量として無効値ではなく０の値が出力されていてもよい。次に、上述のロジックにしたがってエンジン制御を実行した場合の制御結果について、そのイメージを示すタイムチャートに基づいて説明する。
【０１２８】
図９は、本実施の形態に係るＥＣＵによる加速時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。図９のタイムチャートは複数段のチャートから構成されているが、各チャートに示されている内容は７段目のＥＧＲ率の時間変化と９段目のＥＧＲ開度の時間変化を除いて図５のタイムチャートの場合と共通である。図９における７段目のチャートは、ＥＧＲ率の時間変化を示している。前述のように“EGRtb”は目標ベースＥＧＲ率であり、“EGRt”は目標ＥＧＲ率である。また、図９における９段目のチャートは、ＥＧＲ開度の時間変化を示している。前述のように“EGRv”はＥＧＲ開度である。
【０１２９】
要求第１トルクが基準値のレベルまで増大するまでの間は、目標空燃比と仮想空燃比とはともに理論空燃比である第１空燃比に維持される。よって、この間の目標ベースＥＧＲ率は仮想空燃比である理論空燃比を用いて算出される。また、この間の余剰新気割合は、目標空燃比と仮想空燃比とが一致していることに応答して１とされる。余剰新気割合が１であるならば、ＥＧＲ率補正量は無効値に維持される。その結果、この間の目標ＥＧＲ率は理論空燃比に対応した目標ベースＥＧＲ率の値に維持される。
【０１３０】
要求第１トルクが基準値を上回ると、目標ベースＥＧＲ率の計算に用いる仮想空燃比がステップ的にリーン空燃比である第２空燃比に切り替えられることで、その切り替えの時点において目標ベースＥＧＲ率もステップ的にリーン空燃比である第２空燃比に対応した値に増大することになる。また、この間の余剰新気割合は目標空燃比と仮想空燃比とが乖離していることに応答して１より大きい値とされる。そして、余剰新気割合が１よりも大きくなることに応答して、ＥＧＲ率補正量は余剰新気割合の値に対応した値（負値）とされる。その結果、この間の目標ＥＧＲ率は、リーン空燃比に対応した目標ベースＥＧＲ率の値にＥＧＲ率補正量（負値）を加算した値とされる。
【０１３１】
要求第１トルクが基準値を上回り目標空燃比と仮想空燃比とが乖離してから目標空燃比と仮想空燃比とが再び一致した後は、余剰新気割合は目標空燃比と仮想空燃比とが一致していることに応答して再び１とされる。余剰新気割合が１であるならば、ＥＧＲ率補正量は再び無効値に維持される。その結果、この間の目標ＥＧＲ率はリーン空燃比に対応した目標ベースＥＧＲ率の値に維持される。
【０１３２】
アクチュエータであるＥＧＲバルブはＥＧＲ開度に基づいて動作する。しかし、ＥＧＲ率が変化するまでには応答遅れがあるため、実際のＥＧＲ率はステップ的には増大せず、目標ＥＧＲ率に遅れて増大していく。実ＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率にしだいに収束していき、やがては目標ＥＧＲ率に追従する。この際、ＥＧＲ率補正量が有効値である間は、余剰新気割合に対応して目標ベースＥＧＲ率が実ＥＧＲ率を減少させる方向に補正される。これにより、実ＥＧＲ率が増大方向にオーバーシュートして燃焼が悪化する事態が有効に抑制される。
【０１３３】
以上のように、本実施の形態で採用されたロジックによれば、ドライバの加速要求に見合ったトルクの滑らかな増大を達成しつつ空燃比を理論空燃比である第１空燃比から理論空燃比よりリーンな空燃比である第２空燃比へ応答良く切り替えることができる。また、本実施の形態で採用されたロジックによれば、空燃比を理論空燃比である第１空燃比から理論空燃比よりリーンな空燃比である第２空燃比へ切り替える場合のＥＧＲ率の過多を有効に抑制することができる。
【０１３４】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について図を参照して説明する。
【０１３５】
実施の形態４と実施の形態１とは演算ユニット１９２のロジックに違いがある。ＥＣＵの全体のロジックは実施の形態１と共通であり、本実施の形態に係るＥＣＵのロジックも図１にて表すことができる。
【０１３６】
図１０には、本実施の形態に係る演算ユニット１９２のロジックがブロック図で示されている。本実施の形態に係る演算ユニット１９２は、演算ユニット５４０を含んでいる。演算ユニット５４０は実施の形態１に係る演算ユニット５０２に代えて設けられている。演算ユニット５４０はさらに２つの演算ユニット５０８、５４２から構成されている。このうち演算ユニット５０８は実施の形態１に係る演算ユニットのものと共通であるので、その詳細な説明は省略する。以下では、実施の形態１との相違点である演算ユニット５４２について説明する。
【０１３７】
演算ユニット５４２は実施の形態１に係る演算ユニット５１０に代えて設けられている。演算ユニット５４２は目標ＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲ開度を算出する。ＥＧＲ開度の計算では、ＥＧＲバルブの動作に対するＥＧＲ率の応答を流体力学等に基づいてモデル化した数式やマップを用いることができる。なお、ＥＧＲ率はエンジン回転数や空気量、更には空燃比の影響を受けるので、ＥＧＲ開度の計算ではそれらをパラメータとして使用する。空燃比に関しては目標空燃比がＥＧＲ開度の計算に用いられる。したがって、演算ユニット５４２は、目標空燃比のもとで目標ＥＧＲ率を達成するために必要とされるＥＧＲ開度が算出される。図中では、ＥＧＲ開度は“EGRv”と表記されている。演算ユニット５４２は本発明における第２操作量算出手段に相当する。次に、上述のロジックにしたがってエンジン制御を実行した場合の制御結果について、そのイメージを示すタイムチャートに基づいて説明する。
【０１３８】
図１１は、本実施の形態に係るＥＣＵによる加速時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。図１１のタイムチャートは複数段のチャートから構成されているが、各チャートに示されている内容は９段目のＥＧＲ開度の時間変化を除いて図５のタイムチャートの場合と共通である。図１１における９段目のチャートは、ＥＧＲ開度の時間変化を示している。前述のように“EGRv”はＥＧＲ開度である。
【０１３９】
要求第１トルクが基準値のレベルまで増大するまでの間は、目標空燃比と仮想空燃比とはともに理論空燃比である第１空燃比に維持される。よって、この間の目標ＥＧＲ率は仮想空燃比の値である理論空燃比に対応した値に維持され、ＥＧＲ開度は目標空燃比の値である理論空燃比に対応した値に維持される。つまり、この間のＥＧＲ開度は、理論空燃比のもとで目標ＥＧＲ率を達成するための値に維持される。
【０１４０】
要求第１トルクが基準値を上回ると、目標ＥＧＲ率の計算に用いる仮想空燃比がステップ的に第２空燃比に切り替えられることで、その切り替えの時点において目標ＥＧＲ率もリーン空燃比である第２空燃比に対応した値にステップ的に増大することになる。目標ＥＧＲ率がステップ的に増大すると、その増大時点においてＥＧＲ開度もステップ的に増大する。ただし、この間のＥＧＲ開度の算出には、この間の目標空燃比の値である理論空燃比が用いられる。つまり、この間のＥＧＲ開度は、理論空燃比のもとでリーン空燃比に対応した目標ＥＧＲ率を達成するための値に維持される。
【０１４１】
要求第１トルクが基準値を上回り目標空燃比と仮想空燃比とが乖離してから目標空燃比と仮想空燃比とが再び一致した後も、目標ＥＧＲ率は引き続きこの間の仮想空燃比の値であるリーン空燃比に対応した値に維持される。一方、この間のＥＧＲ開度は、目標空燃比が理論空燃比からリーン空燃比に切り替えられたことに応答して、リーン空燃比に対応した値が算出される。つまり、この間のＥＧＲ開度は、リーン空燃比のもとでリーン空燃比に対応した目標ＥＧＲ率を達成するための値に維持される。
【０１４２】
アクチュエータであるＥＧＲバルブはＥＧＲ開度に基づいて動作する。しかし、目標ＥＧＲ率が変化してから実際のＥＧＲ率が変化するまでには応答遅れがある。このため、本実施の形態で採用されたロジックによれば、仮想空燃比を用いて目標ＥＧＲ率を算出し実ＥＧＲ率の応答遅れを抑制することとしている。しかし、リーン空燃比である第２空燃比による運転は理論空燃比である第１空燃比による運転に比して排気中の新気率が高い。このため、ＥＧＲ開度を算出する際に仮想空燃比をパラメータとして用いると、目標空燃比が理論空燃比であるにもかかわらず仮想空燃比がリーン空燃比である間において、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも増大してしまう。本実施の形態で採用されたロジックによれば、ＥＧＲ開度を算出する際に目標空燃比が空燃比のパラメータとして用いられるので、実際の空燃比のもとで目標ＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲ開度が算出される。これにより、実ＥＧＲ率が過多となる事態は有効に防がれる。
【０１４３】
以上のように、本実施の形態で採用されたロジックによれば、ドライバの加速要求に見合ったトルクの滑らかな増大を達成しつつ空燃比を理論空燃比である第１空燃比から理論空燃比よりリーンな空燃比である第２空燃比へ応答良く切り替えることができる。また、本実施の形態で採用されたロジックによれば、空燃比を理論空燃比である第１空燃比から理論空燃比よりリーンな空燃比である第２空燃比へ切り替える場合のＥＧＲ率の過多を有効に抑制することができる。
【０１４４】
［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５について図を参照して説明する。
【０１４５】
本実施の形態において制御対象とされるエンジンは、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンであり、且つ、ターボ過給器を備えた過給リーンバーンエンジンである。このエンジンの運転を制御するＥＣＵにより操作されるアクチュエータには、スロットル、ＶＶＴ、点火装置、インジェクタ、及びＥＧＲバルブに加えて、ターボ過給器に設けられたウエストゲートバルブ（以下、ＷＧＶ）が含まれる。ＷＧＶは、ターボ過給器の過給特性を変化させる過給特性可変アクチュエータである。ターボ過給器の過給特性は空気量を変化させることから、ＷＧＶは、スロットルやＶＶＴと同じく、空気量を変化させる第１アクチュエータに含まれる。
【０１４６】
図１２には、本実施の形態に係るＥＣＵのロジックがブロック図で示されている。ＥＣＵはエンジンコントローラ１００とパワートレインマネージャ２００を含む。パワートレインマネージャ２００を示すブロック内には、パワートレインマネージャ２００が備える種々の機能がブロックで表されている。このうち実施の形態１に係るＥＣＵのものと共通する機能を示すブロックには、共通の符号が付されている。また、エンジンコントローラ１００を示すブロック内には、エンジンコントローラ１００が備える種々の機能のうち、アクチュエータの協調操作に関係する機能がブロックで表されている。このうち実施の形態１に係るＥＣＵのものと共通する機能を示すブロックには、共通の符号が付されている。以下では、実施の形態１との相違点、すなわち、過給リーンバーンエンジンの制御に特有の機能を示すブロックを中心に説明する。
【０１４７】
本実施の形態に係るパワートレインマネージャ２００は、実施の形態１と共通する演算ユニット２０２、２０４、２０６、２０８に加えて演算ユニット２１０を備える。演算ユニット２１０は要求第３トルクを計算してエンジンコントローラ１００に送信する。図中では、要求第３トルクは“TQ3r”と表記されている。第３トルクは第１トルクと同じように定常的に或いは長期間にわたってエンジンに求められるトルクである。第３トルクと第１トルクとの関係は、第１トルクと第２トルクとの関係に類似する。つまり、第１トルクの側から見た場合、第１トルクは、第３トルクよりも緊急性或いは優先度が高くエンジンに高い応答性が求められる種類のトルク、すなわち、より早い時期に実現することが求められる種類のトルクである。要求第３トルクは、パワートレインマネージャ２００がエンジンに対して要求する第３トルクの要求値である。パワートレインマネージャ２００で計算される３種類の要求トルクを緊急性或いは優先度が高い順、つまり、エンジンに求められる応答性が高い順に並べると、要求第２トルク、要求第１トルク、要求第３トルクの順になる。演算ユニット２１０は、アクセルペダルの開度に応答する信号に基づいて要求第３トルクを計算する。本実施の形態では、要求第３トルクは要求第１トルクとともに本発明における要求トルクに相当する。要求第１トルクから一時的なトルクダウン方向のパルス成分を除去したものを要求第３トルクとすることもできる。
【０１４８】
本実施の形態に係るエンジンコントローラ１００は、実施の形態１と同様に３つの大演算ユニット１２０、１４０、１６０から構成されている。大演算ユニット１２０は、実施の形態１と共通する演算ユニット１２２、１２４、１２６、１２８に加えて演算ユニット１３０を備える。演算ユニット１３０は、エンジンに対する制御用パラメータとして、現在のエンジンの運転状態を維持するか或いは予定されている所定の運転状態を実現させるために必要とされるトルクのうち、第３トルクに分類されるトルクを計算する。ここでは、演算ユニット１３０で計算されるトルクをその他第３トルクと呼ぶ。図中では、その他第３トルクは“TQ3etc”と表記されている。演算ユニット１３０は、実際にそのようなトルクが必要になった場合のみ有効値を出力し、そのようなトルクが必要のない間は無効値を算出する。無効値はエンジンが出力しうる最大図示トルクよりも大きい値に設定されている。
【０１４９】
本実施の形態に係る大演算ユニット１４０は、実施の形態１と共通する演算ユニット１４２、１４４、１４６に加えて演算ユニット１４８を備える。演算ユニット１４８は第３トルクを調停するように構成されている。演算ユニット１４８には要求第３トルクとその他第３トルクとが入力される。演算ユニット１４８はそれらを調停し、調停されたトルクを最終的に決定された目標第３トルクとして出力する。図中では、最終的に決定された目標第３トルクは“TQ3t”と表記されている。演算ユニット１４８における調停方法としては最小値選択が用いられる。したがって、演算ユニット１３０から有効値が出力されていない場合は、パワートレインマネージャ２００から与えられた要求第３トルクが目標第３トルクとして算出される。
【０１５０】
本実施の形態に係る大演算ユニット１６０は、大演算ユニット１４０から入力される目標第１トルク、目標第２トルク、及び目標第３トルクの何れもエンジンに対するトルクの目標値として扱う。このため、本実施の形態に係る大演算ユニット１６０は、実施の形態１に係る演算ユニット１６２に代えて演算ユニット１８２を備え、実施の形態１に係る演算ユニット１６４に代えて演算ユニット１８４を備える。
【０１５１】
演算ユニット１８２には目標第１トルクと目標第３トルクとが入力され、さらに目標効率と仮想空燃比とが入力される。演算ユニット１８２は本発明における目標空気量算出手段に相当する。演算ユニット１８２は、実施の形態１に係る演算ユニット１６２と共通の方法により、目標効率と仮想空燃比とを用いて、目標第１トルクを達成するための目標空気量（以下、目標第１空気量）を目標第１トルクから逆算する。図中では、目標第１空気量は“KL1t”と表記されている。本実施の形態では、演算ユニット１７８による目標バルブタイミングの計算には、目標第１空気量が用いられる。
【０１５２】
また、目標第１空気量の計算と並行して、演算ユニット１８２は、目標効率と仮想空燃比とを用いて、目標第３トルクを達成するための目標空気量（以下、目標第３空気量）を目標第３トルクから逆算する。図中では、目標第３空気量は“KL3t”と表記されている。目標第３空気量の計算でも、目標効率及び仮想空燃比は空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータとして用いられる。目標第１空気量の計算において仮想空燃比の値が実施の形態１のように変更されるのであれば、目標第３空気量の計算においても仮想空燃比の値は同様に変更される。
【０１５３】
演算ユニット１８４は、実施の形態１に係る演算ユニット１６４と共通の方法により、目標第１空気量から目標吸気管圧を逆算する。図中では、目標吸気管圧は“Pmt”と表記されている。目標吸気管圧は演算ユニット１６６による目標スロットル開度の計算に用いられる。
【０１５４】
また、目標吸気管圧の計算と並行して、演算ユニット１８４は、目標第３空気量から目標過給圧を逆算する。図中では、目標過給圧は“Pct”と表記されている。目標過給圧の計算では、まず、目標吸気管圧を計算する場合と共通の方法にて、目標第３空気量が吸気管圧に変換される。そして、目標第３空気量を変換して得られた吸気管圧にリザーブ圧が加算され、その合計値が目標過給圧として算出される。リザーブ圧は吸気管圧に対する過給圧の最低限のマージンである。なお、リザーブ圧は固定値でもよいが、例えば吸気管圧に連動させて変化させることもできる。
【０１５５】
本実施の形態に係る大演算ユニット１６０は演算ユニット１８６をさらに備える。演算ユニット１８６は目標過給圧に基づいてウエストゲートバルブ開度の目標値である目標ウエストゲートバルブ開度を算出する。図中では、目標ウエストゲートバルブ開度は“WGV”と表記されている。目標ウエストゲートバルブ開度の計算では、過給圧とウエストゲートバルブ開度とを関連付けるマップ或いはモデルが用いられる。演算ユニット１８６で計算された目標ウエストゲートバルブ開度はＷＧＶ１０を駆動する信号に変換されてＥＣＵのインタフェース１１５を介してＷＧＶ１０へ送信される。演算ユニット１８６もまた本発明における第１アクチュエータ制御手段に相当する。なお、ＷＧＶ１０の操作量としては、ウエストゲートバルブ開度ではなく、ＷＧＶ１０を駆動するソレノイドのデューティ比であってもよい。
【０１５６】
以上のように構成されるＥＣＵによれば、ＷＧＶ１０を含む複数のアクチュエータ２、４、６、８、１０、１２を協調操作することにより、ドライバの要求に応じてトルクを滑らかに変化させながら空燃比を応答良く切り替えると共に、実ＥＧＲ率が過多となるという課題を過給リーンバーンエンジンにおいても達成することができる。なお、図１３には本実施の形態における運転領域の設定が示されている。運転領域は吸気管圧とエンジン回転数とで特定される。この図によれば、低中回転・低中負荷域にリーンモードが選択されるリーンモード領域が設定されている。この図からは、アイドル運転等の極低回転・極低負荷域からの加速時にはリーンモードからストイキモードへ運転モードが切り替えられることが分かる。ＥＣＵには、この図に示すような運転領域の設定がマップにされて記憶されている。ＥＣＵは、そのマップに従って運転モードの切り替えを実行している。
【０１５７】
［その他］
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、以下のような変形例を採用してもよい。
【０１５８】
実施の形態１において目標空気量の計算に用いている空燃比（仮想空燃比）は当量比に代えることができる。当量比も、空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータであり、且つ、空燃比に対応するパラメータに該当する。同様に空気過剰率を空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータとして用いることができる。
【０１５９】
目標空気量の計算に用いるパラメータとして、点火時期に対応するパラメータを用いることもできる。点火時期が最適点火時期よりも遅角されるほど同一空気量で発生するトルクは低下することから、点火時期に対応するパラメータは空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータに該当する。例えば、目標空気量の計算に使用するトルク−空気量変換マップを点火時期毎に用意しておき、マップの検索に用いる点火時期の値を運転モードの切り替えに応答して変更すればよい。具体的には、要求第１トルクが減少している減速時には、要求第１トルクが基準値より大きい間はマップの検索に用いる点火時期は最適点火時期とし、要求トルクの基準値以下への減少に応答してマップの検索に用いる点火時期を最適点火時期よりも遅角する。この場合、マップの検索に用いる空燃比は目標空燃比とする。
【０１６０】
筒内に吸入される空気の量を変化させる第１アクチュエータとしては、吸気バルブのリフト量を可変にする可変リフト量機構を用いることもできる。可変リフト量機構はスロットルやＶＶＴ等の他の第１アクチュエータと併用することができる。
【０１６１】
ターボ過給器の過給特性を変化させる第１アクチュエータとしては、可変ノズルを用いることもできる。また、電動モータによるアシストのあるターボ過給器ならば、その電動モータを第３アクチュエータとして用いることもできる。
【０１６２】
本発明の実施においては、第２アクチュエータとしてのインジェクタはポートインジェクタには限定されない。燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内インジェクタを用いることもできるし、ポートインジェクタと筒内インジェクタの両方が併用されていてもよい。
【０１６３】
第１空燃比は理論空燃比には限定されない。理論空燃比よりもリーンな空燃比を第１空燃比に設定し、第１空燃比よりもさらにリーンな空燃比を第２空燃比に設定することもできる。
【符号の説明】
【０１６４】
２  スロットル
４  インジェクタ
６  点火装置
８  可変バルブタイミング機構
１０  ウエストゲートバルブ
１２  ＥＧＲバルブ
１００  エンジンコントローラ
１０５  要求トルク受信手段としてのインタフェース
２００  パワートレインマネージャ
１６２；１８２  目標空気量算出手段としての演算ユニット
１６４、１６６；１７８  第１アクチュエータ制御手段としての演算ユニット
１７４、１７６  第２アクチュエータ制御手段としての演算ユニット
１６８、１７０、１７２  第３アクチュエータ制御手段としての演算ユニット
１９２  第４アクチュエータ制御手段としての演算ユニット
４０４  仮想空燃比変更手段としての演算ユニット
４０６  目標空燃比切替手段としての演算ユニット
５０４  パラメータ値算出手段としての演算ユニット
５０６  第１補正量算出手段としての演算ユニット
５０８；５３４  目標ＥＧＲ率算出手段としての演算ユニット
５１０  第１ベース操作量算出手段としての演算ユニット
５２２  第２補正量算出手段としての演算ユニット
５２４  第２ベース操作量算出手段としての演算ユニット
５３２  第３補正量算出手段としての演算ユニット
５３６  第１操作量算出手段としての演算ユニット
５４２  第２操作量算出手段としての演算ユニット
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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