(57)【要約】【課題】  ＥＧＲ導入による排気ガス中酸素濃度変化に対して空燃比フィードバック制御との干渉を回避し触媒での最良浄化効率の確保と、大量ＥＧＲ化によるＮＯｘ・燃費低減効果の両立を図ること。【解決手段】  ＥＧＲ付加時に空燃比補正量算出手段１０３が算出する空燃比補正量に基づきスロットル開度を開閉操作し、酸素濃度変化分を吸入空気量操作で補うようにして、ＥＧＲ有り無し時での排気ガス中の酸素濃度を一定（同等）とする。【選択図】  図１
2005030339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気量を調整するスロットル弁と、吸入空気量に応じて所望の燃料量を供給する燃料噴射弁と、排気ガスを吸気通路に再循環させるため吸気通路と排気通路を連通させる排気還流路と、該排気還流路を流れる還流排気ガス量を調整するＥＧＲ制御弁とを有するエンジンの制御装置であって、
エンジン運転状態から前記スロットル弁、前記燃料噴射弁、及び、前記ＥＧＲ制御弁の制御要求値を算出する制御量算出手段と、
ＥＧＲ付加による排気ガス内の酸素濃度変化分をスロットル弁制御による吸入空気量の操作によって補償する補正量を算出する補正量算出手段と、を有していることを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】
前記補正量算出手段は、目標空燃比を補正するものであることを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。
【請求項３】
前記補正量算出手段は、目標空燃比の補正量をエンジン運転状態から算出される目標ＥＧＲ量に応じて算出することを特徴とする請求項２記載のエンジン制御装置。
【請求項４】
前記制御量算出手段は、アクセル開度等のパラメータから要求空気量を算出する基本空気量算出手段と、要求空気量からエンジンの吸入空気量を制御するスロットル開度を算出するスロットル開度算出手段と、制御されたスロットル開度によりエンジンに吸入された吸入空気量、エンジン回転数、運転負荷等のパラメータから燃料噴射量を算出する基本噴射量算出手段と、排気ガス中の酸素濃度等から空燃比検出手段により得られた空燃比に基づき触媒での空燃比制御を行うためのフィードバック係数を演算する空燃比フィードバック算出手段と、算出した基本噴射量と空燃比フィードバック係数から燃料噴射弁による噴射量を決定する噴射パルス幅算出手段と、エンジンパラメータを用いて吸気通路に還流させる目標ＥＧＲ率（量）を算出する目標ＥＧＲ算出手段とを含み、
前記補正量算出手段は、前記目標ＥＧＲ算出手段により演算された目標ＥＧＲ率に基づき、該ＥＧＲ率による燃焼において排出される排気ガス中の酸素濃度変化分を補正するべく燃焼室内における吸入空気量と燃料噴射量の比である空燃比に対する補正量を算出することを特徴とする請求項２記載のエンジン制御装置。
【請求項５】
ＥＧＲ付加時に、排気ガス空燃比を触媒浄化効率が最良となる理論空燃比近傍となるように目標空燃比をＥＧＲ付加無しと比較して変化させることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン（内燃機関）の制御装置に関し、特に、排気ガス還流（ＥＧＲ）を行われるエンジンの空燃比制御を行う制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの排気ガスを吸気通路に再循環させ、排気ガスによってエンジン燃焼室における燃焼温度の上昇を抑制し、有害成分であるＮＯｘの低減を図る排気ガス還流（ＥＧＲ）システムが知られている。
【０００３】
ＥＧＲシステムは、エンジンの吸気通路と排気通路を連通させる排気還流路に、流量制御弁であるＥＧＲ制御弁を有し、ＥＧＲ制御弁の開度調節によって排気還流路の実効通路断面積を変更し、排気ガスの還流量（ＥＧＲ量）を調節している。ＥＧＲ制御弁は、エンジンの運転状態に応じて最適の排気ガス還流率、ＥＧＲ量を得るために、ステッピングモータ或いはデュティソレノイド等で駆動され、弁開度を定量的に制御される。
【０００４】
近年においては、強化される排気ガス規制・燃費規制の対応として、ＥＧＲ量の大容量化が要求されており、燃焼促進、燃焼改善を実現し、大量ＥＧＲ化と燃焼安定性確保との両立が必要とされている。
【０００５】
また、エンジンから排出される排気ガスの低減と併せて、排出された排気ガスが３元触媒の浄化（転化）効率の最良となる空燃比（理論空燃比近傍）となるように、Ｏ２センサ等、酸素濃度に応じた信号を発生するセンサの検出値を用いた空燃比フィードバック制御システムが知られている。
【０００６】
ＥＧＲは、燃料と新気吸入空気とからなる混合気に、排気ガスを混ぜることで燃焼温度を抑制すると同時に、不活性成分により燃焼速度を低下させ、燃焼安定性の悪化及びトルク低下を招く。このため、燃焼室内ガス流動の強化・多点点火等による燃焼期間の短縮、急速燃焼化が有効となる。これらは、燃焼室内に存在する、より多くの酸素成分と燃料成分との反応を促進させることになる。
【０００７】
如何に、大量ＥＧＲ時にトルク・燃焼安定性を確保するかは、前述のように、酸素成分の反応促進であるため、結果的にＥＧＲ無し時の排気ガス中の酸素濃度と比較すると、大量ＥＧＲ時は反応促進分だけ酸素濃度が低下する可能性がある。
【０００８】
また、排気ガス中にも前回燃焼で反応していない酸素成分が存在しており、大量ＥＧＲ化による反応促進が施されたとしても、結果的にＥＧＲ無し時に比べ酸素濃度が逆に増加する可能性もあり得る。
【０００９】
ここで、前述の空燃比フィードバック制御は、排気ガス中の酸素濃度を検出し、３元触媒の浄化効率が最良となる空燃比とするべく、例えば、理論空燃比付近でセンサ起電力が急変するＯ２センサを用いた場合では、前記起電力が比較電圧より大きければリッチ（濃い状態）、逆に小さければリーン（薄い状態）と判定する。この判定からフィードバック係数の増減を繰り返し行い、燃料噴射量を制御することで、触媒の働きを常に最大限に活用する空燃比を維持するように動作させている。
【００１０】
しかし、大量ＥＧＲ化により、ＥＧＲ無しでの燃焼に比べて排気ガス中の酸素濃度が変化（増減）すると、空燃比フィードバック制御では、触媒の最大活用を目的として理論空燃比近傍となるようにフィードバック係数を増減して燃料噴射量を変化させるが、同一空気量で燃料噴射量を変化させることは、燃焼室内の空燃比を変化させることになる。これは、トルク変化を生じる原因になり、またＥＧＲ量と空燃比の組み合わせ（適合値）がずれることが懸念される。
【００１１】
このため、大量ＥＧＲ時に空燃比フィードバック制御を停止（禁止）することが考えられるが、空燃比フィードバック制御を停止すると、排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比近傍から外れ、触媒機能が低下することになる。このように、大量ＥＧＲと空燃比フィードバック制御が干渉することが考えられ、それぞれの排気ガス・燃費低減の効果代が低下することが懸念される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＥＧＲ導入による排気ガス中酸素濃度変化に対して空燃比フィードバック制御との干渉を回避し、触媒での最良浄化効率の確保と、大量ＥＧＲ化によるＮＯｘ・燃費低減効果の両立を図るエンジン制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によるエンジン制御装置は、吸入空気量を調整するスロットル弁と、吸入空気量に応じて所望の燃料量を供給する燃料噴射弁と、排気ガスを吸気通路に再循環させるため吸気通路と排気通路を連通させる排気還流路と、排気還流路を流れる還流排気ガス量を調整するＥＧＲ制御弁とを有するエンジンの制御装置において、エンジン運転状態から前記スロットル弁、前記燃料噴射弁、前記ＥＧＲ制御弁の制御要求値を算出する制御量算出手段と、ＥＧＲ付加による排気ガス内の酸素濃度変化分をスロットル弁制御による吸入空気量の操作によって補償する補正量を算出する補正量算出手段とを有していることを特徴とする。
【００１４】
この発明によるエンジン制御装置の前記補正量算出手段は、目標空燃比を補正するものであり、補正量算出手段は、目標空燃比の補正量をエンジン運転状態から算出される目標ＥＧＲ量に応じて算出する。
【００１５】
この発明によるエンジン制御装置の前記制御量算出手段は、アクセル開度等のパラメータから要求空気量を算出する基本空気量算出手段と、要求空気量からエンジンの吸入空気量を制御するスロットル開度を算出するスロットル開度算出手段と、制御されたスロットル開度によりエンジンに吸入された吸入空気量、エンジン回転数、運転負荷等のパラメータから燃料噴射量を算出する基本噴射量算出手段と、排気ガス中の酸素濃度等から空燃比検出手段により得られた空燃比に基づき触媒での空燃比制御を行うためのフィードバック係数を演算する空燃比フィードバック算出手段と、算出した基本噴射量と空燃比フィードバック係数から燃料噴射弁による噴射量を決定する噴射パルス幅算出手段と、エンジンパラメータを用いて吸気通路に還流させる目標ＥＧＲ率（量）を算出する目標ＥＧＲ算出手段とを含み、前記補正量算出手段は、前記目標ＥＧＲ算出手段により演算された目標ＥＧＲ率に基づき、該ＥＧＲ率による燃焼において排出される排気ガス中の酸素濃度変化分を補正するべく燃焼室内における吸入空気量と燃料噴射量の比である空燃比に対する補正量を算出することを特徴とする。
【００１６】
この発明によるエンジン制御装置は、ＥＧＲ付加時に、排気ガス空燃比を触媒浄化効率が最良となる理論空燃比近傍となるように目標空燃比をＥＧＲ付加無しと比較して変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるエンジン制御装置は、例えば、大量ＥＧＲ時に排気ガス中の酸素濃度が低下する場合、還流するＥＧＲ量に応じ酸素濃度低下分を補うだけの空燃比補正量を求め、その補正量分だけスロットル開度を開き方向（吸入空気量増加）に操作し、且つ吸入空気量から算出される燃料噴射量は空燃比補正量分だけ減らすように制御させる（結果シリンダ内における空燃比はＥＧＲ無し時よりリーン側となる）。
【００１８】
このように酸素濃度低下分を空気量操作により補い、排気ガス中の酸素濃度をＥＧＲ無し時と同等とすることで、空燃比フィードバック制御との干渉（濃度低下分の燃料量減量）を回避可能となり、触媒での最良浄化効率の確保と大量ＥＧＲ化によるＮＯｘ・燃費低減の両立を図ることが可能となる。
【００１９】
すなわち、本発明によるエンジン制御装置は、ＥＧＲ無しに対し、ＥＧＲ付加による排気ガス中の酸素濃度変化分を目標ＥＧＲ量に応じて算出すると共に、その変化分を補うため目標空燃比（当量比）を補正し、結果吸入空気量操作を行うことで、空燃比フィードバック制御との干渉（燃料量操作によるトルク変化）を回避し、且つＥＧＲ無し時同等の触媒浄化効率の確保する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のエンジン制御装置の最良の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
まず、図１は、本実施形態によるエンジン制御装置のエンジンシステムの全体構成であり、該図１において、筒内噴射エンジン１０は燃焼室１１を有する。燃焼室１１に導入される吸入空気は、エアクリーナ１２の入口部１３から取り入れられ、エンジン１０の運転状態計測手段の一つである空気流量計（エアフローセンサ）１４を通り、吸気流量を制御する電制スロットル弁１５を収容したスロットルボディ１６を通ってコレクタ１７に入る。
【００２１】
エアフローセンサ１４は、吸気流量を表す信号をエンジン制御装置であるコントロールユニット（ＥＣＵ）５０に出力する。スロットルボディ１６には、電制スロットル弁１５の開度を検出するエンジンの運転状態計測手段の一つであるスロットルセンサ１８が取り付けられている。スロットルセンサ１８は、スロットル弁開度を表す信号をコントロールユニット５０に出力する。
【００２２】
コレクタ１７に吸入された空気は、排気管２９と吸気管２３とを連通する排気還流路２１から還流するＥＧＲガスと混合され、エンジン１０の各燃焼室１１の吸気ポート２２に接続された吸気管２３に分配された後、各燃焼室１１内に導かれる。
【００２３】
排気還流路２１には、ステッピングモータ或いはデュティソレノイド等により駆動される電動式のＥＧＲ制御弁２４が設けられている。吸気管２３側に導入されるＥＧＲガス量はＥＧＲ制御弁２４の弁開度により定量的に調節され、ＥＧＲ制御弁２４はコントロールユニット５０が出力する制御信号に基づき弁開度を制御される。
【００２４】
ガソリン等の燃料は、燃料タンクから燃料ポンプにより一次加圧されて燃料圧力レギュレータにより一定の圧力（例えば３ｋｇ／ｃｍ２）に調圧され、更に、高圧燃料ポンプによって高い圧力に二次加圧（例えば５０ｋｇ／ｃｍ２）されてコモンレールへ圧送される。この燃料供給系は、筒内噴射エンジン用のものとして、周知のものであるから、図示を省略する。
【００２５】
高圧燃料は各燃焼室１１毎に設けられているインジェクタ（燃料噴射弁）２５から燃焼室１１内に直接噴射される。燃焼室１１に噴射された燃料は、点火コイル２６によって高電圧化された電圧を印加される点火プラグ２７で着火される。燃焼室１１の既燃焼ガス（排気ガス）は、排気ポート２８より、排気管２９、三元触媒コンバータ３０へ排出される。
【００２６】
エンジン１０のクランクシャフト３１の回転と位相を検出するために、クランク角センサ３２が設けられている。クランク角センサ３２は検出信号をコントロールユニット５０に出力する。排気管２９の触媒コンバータ３０より上流側には空燃比センサ３３が設けられている。空燃比センサ３３は、排気ガス中の酸素濃度等を検出し、検出信号をコントロールユニット５０に出力する。
【００２７】
コントロールユニット５０は、マイクロコンピュータ式のものであり、図２に示されているように、ＭＰＵ５１と、ＲＯＭ５２と、ＲＡＭ５３と、Ａ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ５４とにより構成されている。
【００２８】
コントロールユニット５０は、エンジンの運転状態を計測（検出）する手段であるエアフローセンサ１４、スロットセンサ１８、クランク角センサ３２、空燃比センサ３３、冷却水温度センサ３４、アクセルセンサ３６、スタータスイッチ３７といった各種のセンサ等からの信号を入力し、所定の各種演算処理を実行し、演算結果として得られた内容に基づき、ＥＧＲ制御弁２４、各インジェクタ２５、点火コイル２６及び電制スロットル駆動モータ３５に対し、所定の制御信号を出力し、ＥＧＲ制御、燃料噴射量制御、点火時期制御及び電制スロットル制御を実行するものである。
【００２９】
次に、本発明によるエンジン制御装置の一実施例を図３を参照して説明する。
エンジン制御装置は、基本空気量算出手段１０１と、スロットル開度算出手段１０２と、空燃比補正量算出手段１０３と、目標ＥＧＲ算出手段１０４と、基本噴射量算出手段１０５と、噴射パルス幅算出手段１０６と、空燃比フィードバック算出手段１０７とを含む。これら各算出手段は、コントロールユニット５０のＭＰＵ５１がコンピュータ用プログラムを実行することにより、具現される。
【００３０】
ここで、基本空気量算出手段１０１、スロットル開度算出手段１０２と、目標ＥＧＲ算出手段１０４、基本噴射量算出手段１０５と、噴射パルス幅算出手段１０６、空燃比フィードバック算出手段１０７が制御量算出手段をなす。
【００３１】
基本空気量算出手段１０１は、アクセル開度、アイドル要求空気量等のパラメータから要求空気量ＴＱＡを算出する。スロットル開度算出手段１０２は、算出された要求空気量ＴＱＡを基にスロットル開度ＴＶＯを算出する。このスロットル開度ＴＶＯに応じて電制スロットル駆動モータ３５が駆動され、電制スロットル弁１５の開度が調節されることにより、エンジン１０に吸入される空気量が制御される。
【００３２】
基本噴射量算出手段１０５は、制御されたスロットル開度にてエンジン１０に吸入された吸入空気量の検出値とエンジン回転数、運転負荷、水温等のパラメータから、理論空燃比（ストイキ）を実現する基本噴射量ＴＰの演算を行う。
【００３３】
空燃比フィードバック算出手段１０７は、Ｏ２センサ、リニアＡ／Ｆセンサといった排気ガス中の酸素濃度等から実空燃比を検出する空燃比センサ３３の出力信号に基づき、３元触媒でのＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ浄化効率を最良に保つべく排気ガスが理論空燃比近傍となるように空燃比フィードバック係数Ａｌｐｈａの演算を行う。
【００３４】
噴射パルス幅算出手段１０６は、空燃比フィードバック係数Ａｌｐｈａを基本噴射量ＴＰに対する増減補正値として用いて燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。この燃料噴射パルス幅Ｔｉに応じたインジェクタ駆動によりインジェクタ２５より燃料噴射が行われる。
【００３５】
目標ＥＧＲ算出手段１０４は、各種エンジンパラメータを用いて吸気通路１９に還流させる目標ＥＧＲ率（量）ＴＥＧＲを算出する。この目標ＥＧＲ率ＴＥＧＲに応じたＥＧＲ制御弁２４の駆動により、目標ＥＧＲ率ＴＥＧＲによるＥＧＲが行われる。
【００３６】
空燃比補正量算出手段１０３は、目標ＥＧＲ算出手段１０４により演算された目標ＥＧＲ率ＴＥＧＲに基づき、該ＥＧＲ率による燃焼において排出される排気ガス中の酸素濃度変化分を補正するべく、燃焼室１１内における吸入空気量と燃料噴射量の比である目標空燃比（当量比）に対して空燃比補正量ＱＨＯＳを算出する。
【００３７】
空燃比補正量算出手段１０３によって算出された空燃比補正量ＱＨＯＳをもってスロットル開度算出手段１０２及び噴射パルス幅算出手段１０６にて算出されるスロットル開度ＴＶＯ、燃料噴射パルス幅Ｔｉを操作することにより、ＥＧＲ有り時とＥＧＲ無し時での排気ガス中の酸素濃度が一定となるように、制御（補正）を行う。
【００３８】
本発明の特徴である排気ガス中酸素濃度を一定（同等）とする具体例として、大量ＥＧＲ時に排気ガス中の酸素濃度が低下する場合について説明する。空燃比補正量算出手段１０３は、還流するＥＧＲ率（量）ＴＥＧＲに応じて酸素濃度低下分を補う空燃比補正量ＱＨＯＳを算出する。その空燃比補正量ＱＨＯＳによりスロットル開度は開き方向（吸入空気量を増加させて酸素成分を補充）に操作される。
【００３９】
ここで、本構成は、吸入空気量を基に燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出するため、空気量増加によりパルス幅も増えてしまうと酸素濃度は変わらないため、燃料噴射パルス幅は該空燃比補正量ＱＨＯＳ分だけ減量する（ＥＧＲ無し時と同一噴射量となる）構成としている。
【００４０】
これにより、従来は、ＥＧＲ有無に拘わらず、排気ガス中の酸素濃度補正は空燃比フィードバック制御による燃料噴射量の増減補正で行われていたものに対し、本発明では、ＥＧＲ付加による酸素濃度変化分は目標空燃比を補正してスロットル開度調節による空気量操作により酸素濃度変化をキャンセルする。これにより、排気ガス中の酸素濃度は、ＥＧＲ有り、無しで同等となるため、空燃比フィードバック制御との干渉（燃料噴射量の増減補正によるトルク変化）を回避でき、且つＥＧＲ無し時と同等の触媒浄化効率を確保することができる。
【００４１】
図４は３元触媒における排気成分の浄化率の一例を示している。排気ガス中に含まれる有害成分であるＨＣ（未燃炭化物）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を清浄化するために触媒が付加されており、３元触媒は１つの触媒により理論空燃比近傍でＨＣ、ＣＯのＣＯ２、Ｈ２Ｏへの酸化反応と、ＮＯｘのＮ２への還元反応を同時に行うものである。
【００４２】
酸化反応は排気ガスを酸化雰囲気即ちリーン空燃比にすることで、ＨＣ、ＣＯ浄化率が最良となるのに対し、ＮＯｘ還元反応は排気ガスが還元雰囲気、即ちリッチ空燃比で最良となる。
【００４３】
よって上記排気３成分を同時に高い浄化率で反応させるためには、排気ガス空燃比を理論空燃比近傍の狭い範囲で厳密に制御する必要がある。このため、排気ガス中の空燃比を検出して燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御等の閉ループ制御が一般的に行われる。
【００４４】
空燃比センサ３３に該当するような排気ガス中の空燃比を検出するセンサとしてＯ２センサがある。図５にＯ２センサの空燃比に対する起電力特性を示す。Ｏ２センサは、酸素濃度が低い排気ガス中（理論空燃比よりリッチ空燃比域）では、１［ｖ］前後の起電力を発生し、逆に酸素濃度の高い排気ガス中（リーン空燃比域）では、ほとんど電圧を発生せず、理論空燃比近傍においてその起電力が急変する特性を有する。
【００４５】
このＯ２センサによる空燃比フィードバック制御を図６に示されているタイムチャートを用いて説明する。この空燃比フィードバック制御は、空燃比フィードバック算出手段１０７が、Ｏ２センサの特性を用いて空燃比フィードバック係数Ａｌｐｈａを増減する。一般的な動作として、Ｏ２センサ出力値が高い（リッチ状態判定）時にはフィードバック係数Ａｌｐｈａを比例分（Ｐ分）と積分分（Ｉ分）により減量補正を行い、図中ｅ点においてＯ２センサ出力値が反転（リッチ状態からリーン状態へ判定）すると、同様に、Ｐ分、Ｉ分で増量補正を行う（図中ｆ、ｇ点移行も同様に繰り返される）。
【００４６】
前述のように、Ｏ２センサは理論空燃比近傍でその出力値が急変（反転）するため、このようなフィードバック係数Ａｌｐｈａの増減補正で、燃料噴射量を制御することで、常に排気ガス空燃比を３元触媒の排気浄化率の高い空燃比範囲に保つことが可能となる。
【００４７】
図７はＧ／Ｆに対するＮＯｘ排出量の関係の一例を示している。Ｇ／Ｆは燃料以外の供給全作動ガス重量（Ｇ）／燃量重量（Ｆ）である。具体的には、Ｇは吸入空気量＋ＥＧＲガス量となり、ＥＧＲ無しの場合にはＧ／Ｆ＝Ａ／Ｆ（空燃比）となる。
【００４８】
ＮＯｘ排出量は、ＥＧＲ無しでは、理論空燃比（ストイキ）の若干リーン側で最大となる。Ｇ／Ｆ（Ａ／Ｆ）を大きくしていくと、燃焼ガス温度が低下するため、ＮＯｘ排出（生成）量が低下する。
【００４９】
ここで、空燃比一定で、ＥＧＲ量にてＧ／Ｆをリーン化（ａ、ｂ点を基準にＥＧＲを付加）すると、ＥＧＲによる不活性成分のため燃焼ガス温度が低下していき、結果的にＥＧＲ無しに比べ、同一Ｇ／Ｆでみると、ＥＧＲ有りとした方がＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００５０】
図８は作動ガス量、燃焼ガス最高温度とＮＯｘ濃度（生成量）の関係例を示している。ＥＧＲにより作動ガス量を増やす（リーン化）ことで、ガス比熱比増加及び不活性成分による燃焼速度低下によって、結果的に燃焼ガスの最高温度が低下していく。ＮＯｘ排出量は、図示されているように、燃焼ガス温度に比例的に生成され、燃焼ガス温度が高いほど排出量は多くなる。よって、ＥＧＲでの燃焼温度抑制によりＮＯｘ低減が実現されている。
【００５１】
同様に、図９はＧ／Ｆに対する燃料消費率（ＢＳＦＣ）の関係を示している。ＥＧＲにより作動ガスが増えると、ポンプ損失及び前述の燃焼温度低下による冷却損失の低減が図られるため、出力は増加する。これを出力一定でみれば、この分、ＥＧＲ無し時（図中ｘ線）に比べ燃料消費が低減される（図中ｙ線）。
【００５２】
但し、ＥＧＲを付加することは、不活性成分による燃焼悪化要因を併せ持つことであり、図中ｙ線のように、ＥＧＲでＧ／Ｆリーン化をしていくと、あるＧ／Ｆから燃焼悪化による出力（トルク）・燃焼安定性の低下が現れ、結果的に燃料消費が悪化することとなる。よってＥＧＲによるＮＯｘ低減（リーン化）と燃費向上のためには、空気流動強化等の燃焼改善策を施し、図中ｚ線のように領域を拡大することが望まれる。
【００５３】
図１０はＥＧＲ率に対する排気ガス中酸素濃度の関係の一例を示している。上述したように、大量ＥＧＲ時には、不活性成分が増加するため、燃焼安定性・トルク確保には燃焼促進する必要がある。
【００５４】
図１０は一例として、燃焼時に、より多くの酸素成分と燃料成分を反応させることで、等トルクを得る場合を示しており、ＥＧＲ率を増やしていくにつれて排気ガス中の酸素成分は、燃焼促進による酸素成分の反応分だけ低下することになる。
【００５５】
本発明は、ＥＧＲ付加時の排気ガス中の酸素濃度がＥＧＲ無し時に比べ、変化（増減）する分を補償するものであり、１実施例として、燃焼促進による酸素反応によりＥＧＲ無しと比較してＥＧＲ付加時での排気ガス中の酸素濃度が低下する場合について以下に述べる。
【００５６】
図１１は空燃比フィードバック制御無し時でのＥＧＲ付加タイムチャート例を示している。当量比（空燃比）はストイキ固定であり、吸入空気量、燃料噴射量は一定である。
ここで、図中ｄ点において目標ＥＧＲ率を例として０（ＯＦＦ：ＥＧＲ無し）から５０％としてＥＧＲ付加を開始する。上述したようにＥＧＲ付加時の燃焼促進により、排気ガス中の酸素（Ｏ２）濃度は、ＥＧＲ無し（ｄ点以前）時に比較して低下していく。
【００５７】
酸素濃度低下するということは、排気ガス空燃比がリッチ状態となるため、図４に示した３元触媒の浄化特性から、ＨＣ、ＣＯ浄化率は図示されているように、リッチシフト分、低下する。これは、ＥＧＲ付加によって燃焼で発生するＮＯｘを低減しているはずが、結果的に、触媒としては、ＨＣ、ＣＯ浄化率を犠牲にしていることになる。
【００５８】
このため、触媒浄化率を確保するべく、空燃比フィードバック制御を動作させた場合の制御特性を例を図１２に示す。図１２は空燃比フィードバック制御有りでのＥＧＲ付加タイムチャートである。
【００５９】
ＥＧＲ無し（ＥＧＲ率０％時）において、触媒浄化率が最良となる理論空燃比近傍で空燃比フィードバック係数は動作している。図中ｈ点にて、ＥＧＲ付加を開始すると、排気ガス中酸素（Ｏ２）濃度か低下するため、Ｏ２センサ等の酸素濃度を用いた空燃比検出値はリッチ状態と判定することになる。
【００６０】
よって空燃比フィードバック係数Ａｌｐｈａは、燃料減量方向に補正を開始し、排気ガス中の酸素濃度のリーン化を図り、ＥＧＲ付加による酸素濃度低下分をフィードバック係数で補償することになる。この動作により、排気ガス中の酸素濃度は、ＥＧＲ無し時と同等となるようにフィードバックが行われるため、３元触媒のＨＣ、ＣＯ浄化率もＥＧＲ無し時と同等の性能を確保することができる。
【００６１】
しかし、空燃比フィードバック制御により燃料を減量してリーン化（酸素濃度の補償）を行うため、図示されているように、燃料噴射量はＥＧＲ無しに対して少なくなり、同一空気量での燃料減量はトルク低下そのものであり、ＥＧＲ付加時にトルク低下が発生してしまうことになる。
【００６２】
図１１、１２に示すように、ＥＧＲ性能を重視すれば、ＨＣ、ＣＯ浄化率が低下し、且つそれを補うために空燃比フィードバック制御で、燃料補正を行うと、ＥＧＲ付加時のトルクが低下することになる。本発明の意図するところは、このＥＧＲ性能と触媒浄化率確保の両立を図ることである。
【００６３】
本発明では、ＥＧＲ付加による酸素濃度変化分、本実施例では低下分を、吸入空気量の操作で補償することで、空燃比フィードバックによる燃料量の減量でのトルク低下を回避し、且つ触媒でのＨＣ、ＣＯ浄化率の確保を実現するものである。
【００６４】
図１３はＥＧＲ率、酸素濃度補償量、当量比操作量の関係例を示している。ＥＧＲ付加による酸素濃度低下分に対するその補償代を目標ＥＧＲ率から予め設定したテーブルもしくはマップにより算出する。算出した酸素濃度補償量を満足する当量比を同様に予め設定したテーブル、マップ等により求める。図では、ＥＧＲ無し時を基準としたＥＧＲ付加による酸素濃度低下分を補償量としており、その分を補うために当量比（空燃比）をリーン化するものである。
【００６５】
この処理は、空燃比補正量算出手段１０３で行わるものであり、ここでは、空燃比補正量をストイキ時１．０とした当量比補正量で代用して述べる（当量比＜１．０はリーン空燃比を意味する）。
【００６６】
この当量比（空燃比）操作を実施したＥＧＲ付加例を図１４に示すタイムチャートを用いて説明する。ＥＧＲ付加タイミングであるｋ点において、ＥＧＲ率に応じて求めた当量比操作量で当量比を変化（この場合、リーン化）させる。
本実施例ではスロットル開度算出手段１０２によってＥＧＲによる酸素濃度補償分だけスロットル開度を開き方向に補正することになる。
【００６７】
また、本実施例の制御ブロック図（図３）では、吸入空気量を基準に燃料噴射量を算出する仕様としているため、スロットル開度による吸入空気量が増えた分だけ燃料量も増量してしまうため、噴射パルス幅算出手段１０６では、当量比操作分だけ燃料量を減量して見かけ上燃料量をＥＧＲ有り無しで一定となるように補正を行うようにし、目標空燃比の操作を空気量操作にて実現する。
【００６８】
これにより、ＥＧＲ付加後の酸素濃度低下分が吸入空気量の操作にて補われ、図示されているように、排気ガス中の酸素濃度低下は発生しないことになる。よって、空燃比フィードバック制御による燃料量の減量はなく、触媒でのＨＣ、ＣＯ浄化率低下及びトルク低下を回避することが可能となる。
【００６９】
図１５は本発明によるエンジン制御のフローチャートである。目標ＥＧＲ算出手段１０４においてエンジン回転数、負荷、水温等から目標ＥＧＲ率を算出する（処理１５１）。空燃比補正量算出手段１０３では、算出した目標ＥＧＲ率が所定値以上であれば（処理１５２）、目標ＥＧＲ率に基づいた酸素濃度補正量をマップ、テーブル、計算式等から算出し（処理１５３）、その算出値とエンジン回転数等と制御パラメータから当量比（空燃比）補正量を算出する（処理１５４）。
目標ＥＧＲが所定値以下の場合、即ち空気量補正による酸素濃度補償を行わない場合には、処理１５８にて当量比は１．０（ストイキ保持）としておく。
【００７０】
スロットル開度算出手段１０２では、当量比補正量とアクセル開度、ＩＳＣ要求からなる基本空気量から要求空気量を算出し（処理１５５）、その空気量を満足するスロットル開度司令値を処理１５６で求め、スロットル開度制御アクチュエータ（電制スロットル駆動モータ３５）に信号を出力する。
【００７１】
一方、燃料噴射パルス幅算出手段１０６は、当量比補正量分だけ空気量のみを増やすように、上記スロットル開度により得られた吸入空気量を基準とし、当量比補正量を加味して噴射パルス幅を演算し（処理１５７）、実質燃料噴射量は変わらないように制御する。
このように動作させることで、ＥＧＲ付加時の酸素濃度変化分を燃料量ではなく、空気量で補償し、ＥＧＲと触媒浄化率確保の両立を実現できることになる。
【００７２】
以上、本発明の制御装置の実施例について詳述したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明によるエンジン制御装置及び方法を適用されるエンジンの全体構成を示す図。
【図２】本発明によるエンジン制御装置及び方法を適用されるエンジン筒内噴射エンジンの制御系を示すブロック図。
【図３】本発明によるエンジン制御装置の一つの実施例を示すブロック図。
【図４】３元触媒における排気成分の浄化特性を示すグラフ。
【図５】Ｏ２センサの空燃比に対する起電力特性を示すグラフ。
【図６】Ｏ２センサによる空燃比フィードバック制御を示すタイムチャート。
【図７】Ｇ／Ｆに対するＮＯｘ排出量の関係を示すグラフ。
【図８】作動ガス量、燃焼ガス最高温度とＮＯｘ濃度（生成量）の関係を示すグラフ。
【図９】Ｇ／Ｆに対する燃料消費率（ＢＳＦＣ）の関係を示すグラフ。
【図１０】ＥＧＲ率に対する排気ガス中酸素濃度の関係を示すグラフ。
【図１１】空燃比フィードバック制御無し時でのＥＧＲ付加時の特性を示すタイムチャート。
【図１２】空燃比フィードバック制御有りでのＥＧＲ付加時の特性を示すタイムチャート。
【図１３】ＥＧＲ率、酸素濃度補償量、当量比操作量の関係を示すグラフ。
【図１４】当量比（空燃比）操作を実施したＥＧＲ付加時の特性を示すタイムチャート。
【図１５】本発明によるエンジン制御装置の制御フローチャート。
【符号の説明】
【００７４】
１０  筒内噴射エンジン
１１  燃焼室
１５  電制スロットル弁
２１  排気還流路
２４  ＥＧＲ制御弁
２５  インジェクタ
２７  点火プラグ
３３  空燃比センサ
３５  電制スロットル駆動モータ
５０  コントロールユニット
１０１  基本空気量算出手段
１０２  スロットル開度算出手段
１０３  空燃比補正量算出手段
１０４  目標ＥＧＲ算出手段
１０５  基本噴射量算出手段
１０６  噴射パルス幅算出手段
１０７  空燃比フィードバック算出手段
【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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【図１４】
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【図１５】
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