(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の操作に応じて燃料噴射量およびスロットル開度を可変制御するエンジンの制御装置において、
エンジン回転数とアクセル開度とからエンジン出力状態に応じたパラメータの目標値を設定する手段と、
上記目標値に基づいて、基本燃料噴射量、ＥＧＲ率、及び、シリンダ内当量比を、それぞれ初期設定する手段と、
上記シリンダ内当量比の初期設定値から実際のＥＧＲガスの当量比を推定し、このＥＧＲガスの当量比の推定値と、上記シリンダ内当量比の初期設定値と、上記基本燃料噴射量の初期設定値と、上記ＥＧＲ率の初期設定値とに基づいて、吸気管圧力の空気有効成分分圧に対する制御目標値と、吸気管圧力のＥＧＲガス有効成分分圧に対する制御目標値とを、それぞれ設定する手段と、
スロットルバルブを通過する新気分と、ＥＧＲガス中の空気過不足成分とＥＧＲガス有効成分とを考慮した吸気系モデルに従い、ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧のモデル値とＥＧＲガス有効成分分圧のモデル値とを、上記ＥＧＲガスの当量比の推定値と上記シリンダ内当量比の初期設定値との比に基づいて算出する一方、新気分圧のモデル値を新気分の流量計測値に基づいて算出する手段と、
上記ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧のモデル値と上記新気分圧のモデル値とに基づいて空気有効成分分圧の推定値を算出し、この空気有効成分分圧の推定値と吸気管圧力とからＥＧＲガス有効成分分圧の推定値を算出する手段と、
上記ＥＧＲガス有効成分分圧の推定値と上記ＥＧＲガス有効成分分圧の制御目標値との偏差に基づいて、ＥＧＲガス流量の設定値を算出する手段と、
上記空気有効成分分圧の推定値と上記空気有効成分分圧の制御目標値との偏差、及び、上記ＥＧＲガス中の空気過不足成分に基づいて、上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する手段と、
上記ＥＧＲガス流量の設定値と吸気管圧力とに基づいて、ＥＧＲ量を調節するアクチュエータの操作量を算出する手段と、
上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値と吸気管圧力とに基づいて、スロットル開度を調節するアクチュエータの操作量を算出する手段と、
燃料を噴射するインジェクタに対する操作量を算出するための最終的な基本燃料噴射量を設定する手段とを備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
上記ＥＧＲガスの当量比の推定値を、空燃比センサの出力に基づいて求めることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
上記ＥＧＲガスの当量比の推定値を、上記シリンダ内当量比の初期設定値に対する一次遅れとして求めることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
上記ＥＧＲガスの当量比の推定値を、上記シリンダ内当量比の初期設定値の一次遅れと、吸気管圧力とエンジン回転数によって設定した無駄時間とにより求めることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
上記ＥＧＲガス流量の設定値を算出する際、ＥＧＲガス有効成分分圧の圧力応答予測値と上記ＥＧＲガス有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する際、空気有効成分分圧の圧力応答予測値と上記空気有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
上記ＥＧＲガス流量の設定値を算出する際、実現可能な最大ＥＧＲガス流量以下に制限することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
【請求項８】
上記最大ＥＧＲガス流量を、運転条件に応じて設定することを特徴とする請求項７記載のエンジンの制御装置。
【請求項９】
上記最大ＥＧＲガス流量を、１制御周期において制御可能な値とすることを特徴とする請求項７記載のエンジンの制御装置。
【請求項１０】
上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する際、実現可能な最大空気流量以下に制限することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１１】
上記最大空気流量を、運転条件に応じて設定することを特徴とする請求項１０記載のエンジンの制御装置。
【請求項１２】
上記最大空気流量を、１制御周期において制御可能な値とすることを特徴とする請求項１０記載のエンジンの制御装置。
【請求項１３】
上記最終的な基本燃料噴射量を、上記基本燃料噴射量の初期設定値とすることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１４】
上記最終的な基本燃料噴射量を、上記空気有効成分分圧の推定値に基づいて設定することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１５】
上記最終的な基本燃料噴射量を、上記空気有効成分分圧の圧力応答予測値に基づいて設定することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射制御、吸気制御、ＥＧＲ制御を総合的に行うエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、車両の制御に直接作用する物理量であるエンジン出力軸トルクを制御の基準量として燃料量と空気量とを決定し、運転者の要求出力に対する応答性を改善して良好な走行性能を得る技術が種々提案されており、例えば、特開平１−３１３６３６号公報には、エンジン出力軸トルクの目標値をアクセル操作量とエンジン回転数とから設定し、設定した目標トルクに応じて燃料噴射量を制御するととともに、アクチュエータによりスロットルバルブ開度を電子制御して吸入空気量を制御する技術が開示されている。
【０００３】
しかしながら、過渡運転時において、スロットルバルブ下流の吸気コレクタチャンバ等の容積を充填するための吸入空気の応答遅れの影響や、吸入空気量を変化させる装置の遅れの影響等により、スロットルバルブを制御している時点での目標トルクに対応した要求空気量と、実際にシリンダに吸入される空気量との間にずれがあるのに対し、燃料噴射量は目標トルクに対応して制御されるため、燃料と空気との間に過不足なく供給することが困難であった。
【０００４】
これに対処するに、特開平３−１８５２４８号公報には、吸入空気のコレクタチャンバ充填による吸入空気の遅れや吸入空気量を制御するアクチュエータの応答遅れに相当する位相遅れ補償を、目標軸トルクに対して、あるいは、燃料噴射量そのものに対して実施し、燃料の過不足を防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、スロットルバルブの操作結果として生じる実際の吸入空気量に対してフィードバックが行われないオープンループ制御であるため、スロットルバルブの個体間のバラツキによる流量偏差や、スロットルバルブの温度変化による開口面積の変化による流量変化、スロットルバルブのブローバイガス等によって生じるバルブ汚染による流量変化等に対応することができない。
【０００６】
また、排気ガスエミッションの低減のためにＥＧＲを併用するエンジンの場合、ＥＧＲバルブを通過するＥＧＲガスのコレクタチャンバへの充填分やＥＧＲバルブの応答遅れに対応して燃料や点火時期の位相遅れ補償を実施することも考えられるが、スロットルバルブの応答性とＥＧＲバルブの応答性が異なるため、定常運転時の最適値に基づく設定値、あるいは、この設定値から求まる目標空燃比やＥＧＲ率を、過渡状態下においても達成することは困難である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、運転者の操作に応じ、燃料噴射制御、吸気制御、ＥＧＲ制御を総合的に行うことで、燃料噴射量の最適化、吸入空気量の最適化、ＥＧＲ量の最適化を実現し、運転フィーリングの向上、排気ガスエミッションの低減を図ることのできるエンジンの制御装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、運転者の操作に応じて燃料噴射量およびスロットル開度を可変制御するエンジンの制御装置において、エンジン回転数とアクセル開度とからエンジン出力状態に応じたパラメータの目標値を設定する手段と、上記目標値に基づいて、基本燃料噴射量、ＥＧＲ率、及び、シリンダ内当量比を、それぞれ初期設定する手段と、上記シリンダ内当量比の初期設定値から実際のＥＧＲガスの当量比を推定し、このＥＧＲガスの当量比の推定値と、上記シリンダ内当量比の初期設定値と、上記基本燃料噴射量の初期設定値と、上記ＥＧＲ率の初期設定値とに基づいて、吸気管圧力の空気有効成分分圧に対する制御目標値と、吸気管圧力のＥＧＲガス有効成分分圧に対する制御目標値とを、それぞれ設定する手段と、スロットルバルブを通過する新気分と、ＥＧＲガス中の空気過不足成分とＥＧＲガス有効成分とを考慮した吸気系モデルに従い、ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧のモデル値とＥＧＲガス有効成分分圧のモデル値とを、上記ＥＧＲガスの当量比の推定値と上記シリンダ内当量比の初期設定値との比に基づいて算出する一方、新気分圧のモデル値を新気分の流量計測値に基づいて算出する手段と、上記ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧のモデル値と上記新気分圧のモデル値とに基づいて空気有効成分分圧の推定値を算出し、この空気有効成分分圧の推定値と吸気管圧力とからＥＧＲガス有効成分分圧の推定値を算出する手段と、上記ＥＧＲガス有効成分分圧の推定値と上記ＥＧＲガス有効成分分圧の制御目標値との偏差に基づいて、ＥＧＲガス流量の設定値を算出する手段と、上記空気有効成分分圧の推定値と上記空気有効成分分圧の制御目標値との偏差、及び、上記ＥＧＲガス中の空気過不足成分に基づいて、上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する手段と、上記ＥＧＲガス流量の設定値と吸気管圧力とに基づいて、ＥＧＲ量を調節するアクチュエータの操作量を算出する手段と、上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値と吸気管圧力とに基づいて、スロットル開度を調節するアクチュエータの操作量を算出する手段と、
燃料を噴射するインジェクタに対する操作量を算出するための最終的な基本燃料噴射量を設定する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記ＥＧＲガスの当量比の推定値を、空燃比センサの出力に基づいて求めることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記ＥＧＲガスの当量比の推定値を、上記シリンダ内当量比の初期設定値に対する一次遅れとして求めることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記ＥＧＲガスの当量比の推定値を、上記シリンダ内当量比の初期設定値の一次遅れと、吸気管圧力とエンジン回転数によって設定した無駄時間とにより求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載の発明において、上記ＥＧＲガス流量の設定値を算出する際、ＥＧＲガス有効成分分圧の圧力応答予測値と上記ＥＧＲガス有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する際、空気有効成分分圧の圧力応答予測値と上記空気有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一に記載の発明において、上記ＥＧＲガス流量の設定値を算出する際、実現可能な最大ＥＧＲガス流量以下に制限することを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、上記最大ＥＧＲガス流量を、運転条件に応じて設定することを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、請求項７記載の発明において、上記最大ＥＧＲガス流量を、１制御周期において制御可能な値とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一に記載の発明において、上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する際、実現可能な最大空気流量以下に制限することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、上記最大空気流量を、運転条件に応じて設定することを特徴とする。
【００１９】
請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の発明において、上記最大空気流量を、１制御周期において制御可能な値とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか一に記載の発明において、上記最終的な基本燃料噴射量を、上記基本燃料噴射量の初期設定値とすることを特徴とする。
【００２１】
請求項１４記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか一に記載の発明において、上記最終的な基本燃料噴射量を、上記空気有効成分分圧の推定値に基づいて設定することを特徴とする。
【００２２】
請求項１５記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか一に記載の発明において、上記最終的な基本燃料噴射量を、上記空気有効成分分圧の圧力応答予測値に基づいて設定することを特徴とする。
【００２３】
すなわち、本発明では、エンジン回転数と運転者の操作によるアクセル開度とからエンジントルク等のエンジン出力状態に応じたパラメータの目標値を設定すると、この目標値に基づいて、基本燃料噴射量、ＥＧＲ率、及び、シリンダ内当量比を、それぞれ初期設定し、シリンダ内当量比の初期設定値から実際のＥＧＲガスの当量比を推定し、このＥＧＲガスの当量比の推定値と、シリンダ内当量比の初期設定値と、基本燃料噴射量の初期設定値と、ＥＧＲ率の初期設定値とに基づいて、吸気管圧力の空気有効成分分圧に対する制御目標値と、吸気管圧力のＥＧＲガス有効成分分圧に対する制御目標値とを、それぞれ設定する。
【００２４】
次に、スロットルバルブを通過する新気分とＥＧＲガス中の空気過不足成分とＥＧＲガスの有効成分とを考慮した吸気系モデルを用い、ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧のモデル値とＥＧＲガス有効成分分圧のモデル値とをＥＧＲガスの当量比の推定値と上記シリンダ内当量比の初期設定値との比に基づいて算出し、新気分圧のモデル値を新気分の流量計測値に基づいて算出する。
【００２５】
さらに、ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧のモデル値と新気分圧のモデル値とから空気有効成分分圧の推定値を算出し、この空気有効成分分圧の推定値と吸気管圧力とからＥＧＲガス有効成分分圧の推定値を算出し、このＥＧＲガス有効成分分圧の推定値とＥＧＲガス有効成分分圧の制御目標値との偏差に基づいて、ＥＧＲガス流量の設定値を算出するとともに、空気有効成分分圧の推定値と空気有効成分分圧の制御目標値との偏差、及び、ＥＧＲガス中の空気過不足成分に基づいて、スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する。
【００２６】
そして、ＥＧＲガス流量の設定値と吸気管圧力とに基づいてＥＧＲ量を調節するアクチュエータの操作量を算出するとともに、スロットルバルブを通過する空気流量の設定値と吸気管圧力とに基づいてスロットル開度を調節するアクチュエータの操作量を算出し、燃料を噴射するインジェクタに対する操作量を算出するための最終的な基本燃料噴射量を設定し、燃料噴射制御、吸気制御、ＥＧＲ制御を総合的に行う。
【００２７】
この場合、ＥＧＲガスの当量比の推定値は、空燃比センサの出力に基づいて求めても良く、シリンダ内当量比の初期設定値に対する一次遅れとして、あるいは、シリンダ内当量比の初期設定値の一次遅れと、吸気管圧力とエンジン回転数によって設定した無駄時間とにより求めても良い。
【００２８】
また、ＥＧＲガス流量の設定値を算出する際には、ＥＧＲガス有効成分分圧の圧力応答予測値とＥＧＲガス有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることが望ましく、スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する際には、空気有効成分分圧の圧力応答予測値と空気有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることが望ましい。
【００２９】
また、ＥＧＲガス流量の設定値は、実現可能な最大ＥＧＲガス流量以下に制限することが望ましく、この最大ＥＧＲガス流量は、運転条件に応じて設定された値、あるいは、１制御周期において制御可能な値が採用可能である。
【００３０】
同様に、スロットルバルブを通過する空気流量の設定値は、実現可能な最大空気流量以下に制限することが望ましく、この最大空気流量は、運転条件に応じて設定された値、あるいは１制御周期において制御可能な値が採用可能である。
【００３１】
また、最終的な基本燃料噴射量は、基本燃料噴射量の初期設定値をそのまま採用しても良く、空気有効成分分圧の推定値あるいは空気有効成分分圧の圧力応答予測値に基づいて設定しても良い。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図８は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は燃料・吸気・ＥＧＲ制御部のブロック図、図２はエンジン制御系の全体ブロック図、図３は初期化ルーチンのフローチャート、図４は定期処理ルーチンのフローチャート、図５は燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンのフローチャート、図６はクランク角割込みルーチンのフローチャート、図７は吸気系モデルの説明図、図８は気筒判別の説明図である。
【００３３】
図２は、燃料噴射制御、吸気制御、ＥＧＲ制御を総合的に行うエンジン制御系を示し、各種制御量を演算するマイクロコンピュータからなるメイン制御ユニット２０に、エンジン運転状態を検出するための各種センサ類が接続されるとともに、エンジン制御のための各種アクチュエータ類が接続されている。
【００３４】
上記メイン制御ユニット２０に接続されるセンサ類としては、所定のクランク角毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２、このクランク角センサ２から出力されるパルス信号間で発生する気筒判別のためのパルス信号を出力する気筒判別センサ３、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じた電圧信号を出力するアクセル開度センサ４、吸気管内圧力に応じた電圧信号を出力する吸気管圧力センサ５、吸気管内のガス温度に応じた電圧信号を出力する吸気管温度センサ６、空燃比を検出する空燃比センサ７、スロットル通過空気流量を計測する吸入空気量センサ８等がある。
【００３５】
また、上記メイン制御ユニット２０に接続されるアクチュエータ類としては、燃料を噴射する各気筒のインジェクタ１０、気筒毎の点火プラグ１２に連設される点火コイル１１等があり、さらに、スロットル開度を可変するためのスロットルアクチュエータ１３、及び、ＥＧＲ量を可変するためのＥＧＲバルブ１４が接続されている。
【００３６】
上記メイン制御ユニット２０は、各センサ類からの信号を処理してエンジン運転状態を表す各種パラメータを算出する機能として、気筒判別部２１、クランク角度判定部２２、クランク角度パルス発生間隔時間算出部２３、エンジン回転数算出部２４、アクセル開度算出部２５、マニホルド全圧算出部２６、吸気管内ガス温度算出部２７、空燃比算出部２８、スロットル通過空気流量算出部２９を有し、さらに、エンジン制御の中枢となる燃料・吸気・ＥＧＲ制御部３０を有し、制御量出力に係わる機能として、噴射パルス時間算出部４０、噴射時期設定部４１、噴射パルス発生部４２、点火時期設定部４３、及び、点火信号発生部４４の各機能を有している。
【００３７】
すなわち、気筒判別部２１で、クランク角センサ２からの出力パルス信号（クランクパルス）と気筒判別センサ３からの出力パルス信号（気筒判別パルス）との入力パターンによって気筒判別を行い、気筒判別した特定気筒の所定クランク角度位置を基準クランク位置として、順次入力されるクランクパルスに対応するクランク角度位置をクランク角度判定部２２で判定する。また、クランク角度パルス発生間隔時間算出部２３では、クランクパルスの入力間隔時間を計時して所定クランク角度間の経過時間を算出し、エンジン回転数算出部２４で１８０°ＣＡの経過時間からエンジン回転数Ｎｅを算出する。
【００３８】
また、アクセル開度算出部２５でアクセル開度センサ４の出力電圧値に基づいてアクセル開度（アクセル踏み込み量）Ｓを算出し、マニホルド全圧算出部２６で吸気管圧力センサ５の出力電圧値に基づいて吸気管圧力（以下、マニホルド全圧と称する）Ｐｍを算出する。
【００３９】
さらに、吸気管内ガス温度算出部２７で吸気管温度センサ６の出力電圧値に基づいて吸気管内ガス温度Ｔｍを算出し、空燃比算出部２８で空燃比センサ７の出力電圧に基づいて空燃比λを算出し、スロットル通過空気流量算出部２９で吸入空気量センサ８からの出力に基づいてスロットル通過空気流量計測値Ｑａｖｅを算出する。
【００４０】
一方、燃料・吸気・ＥＧＲ制御部３０は、詳細には、図１に示すように、目標トルク設定部３１、第１の負荷・燃焼制御マネージャ３２、第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａ、吸気系係数算出部３３、吸気制御マネージャ３４、制御係数算出部３５、Ｆ／Ｂ制御部３６、電子制御スロットル（ＥＴＣ）指示部３７、及び、ＥＧＲ指示部３８から構成されている。
【００４１】
目標トルク設定部３１では、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｓとに基づいて目標エンジントルクＴｅiを設定し、第１の負荷・燃焼制御マネージャ３２で目標エンジントルクＴｅiに対応した基本燃料噴射量及びＥＧＲ設定値（ＥＧＲ率）を初期設定すると、吸気制御マネージャ３４で基本燃料噴射量及びＥＧＲ設定値から吸気管内の圧力目標値を空気有効成分分圧とＥＧＲガス有効成分分圧とに分けて設定する。
【００４２】
そして、Ｆ／Ｂ制御部３６で、以下の吸気系モデルに従い、空気有効成分分圧の推定値及びＥＧＲガス有効成分分圧の推定値を算出し、ＥＧＲガス有効成分分圧の推定値とＥＧＲガス有効成分分圧の制御目標値との偏差に基づいてＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅを算出するとともに、空気有効成分分圧の推定値と空気有効成分分圧の制御目標値との偏差、及び、ＥＧＲガス中の空気過不足成分に基づいて、スロットルバルブ通過空気流量設定値Ｑａを算出する。
【００４３】
尚、各パラメータに付加する添字は、iが初期設定値、*が目標値、(-k)がｋ制御周期前の値（例えば、添字(-1)で１制御周期前の値）であることを表す。
【００４４】
ここで、有効成分、過不足成分について説明する。まず、有効成分とは、目標値（初期設定値）に呼応するための成分を示し、ＥＧＲガス有効成分は、制御空燃比が当量（理論空燃比）であれば、ＥＧＲガス中の非空気成分である不活性成分（理論空燃比での既燃ガスに相当する成分；Ｈ2０，ＣＯ2，Ｎ2等からなる）と同じ値であるが、制御空燃比がリーンの場合、当量比分の空気を含み、ＥＧＲガス中の空気成分に不活性成分を加えた値となる。
【００４５】
また、過不足成分は、有効分に対する過不足分を示し、定常状態では目標当量比と排気当量比とが同じであるため、過不足は生じないが、過渡的には、これから制御しようとする目標当量比と現在還流されてくるＥＧＲガスの排気当量比とが一致しないことが多く、目標当量比＞排気当量比の場合には、還流されてくるＥＧＲガス中に過剰空気を生じ、目標当量比＜排気当量比の場合には、還流されてくるＥＧＲガス中に不足空気を生じる。従って、この過剰・不足空気分をスロットルバルブ・ＥＧＲバルブ制御で目標状態に制御するのである。
【００４６】
次に、本発明で採用する吸気系モデルは、図７に示すように、エンジン１の吸気管１ａに介装されたスロットルバルブ１ｂを通過する新気分の流量（スロットル通過空気流量）Ｑａと、排気管１ｃから吸気管１ａへの排気還流管１ｄに介装されたＥＧＲバルブ１４を通過するＥＧＲガス流量（ＥＧＲバルブ通過ガス流量）Ｑｅとが吸気管１ａ内に供給され、エンジン１のシリンダに流出している（シリンダ流入ガス量Ｑｓ）とする吸気系モデルであり、スロットル通過空気流量ＱａとＥＧＲバルブ通過ガス流量Ｑｅとによって吸気管容積を充填する分の空気量を見込むことにより、アクセル操作量とエンジン回転数から設定した目標トルクを過渡的に遅れなく実現することができる。
【００４７】
吸気管内の空気有効成分は、スロットルバルブ１ｂを通過する新気分と、ＥＧＲバルブ１４を通過するＥＧＲガス中の空気過不足成分との和から、シリンダ内へ流入する空気有効成分を除いたものであり、スロットル通過空気流量Ｑａ、ＥＧＲガス中の空気過不足成分のＥＧＲバルブ通過流量Ｑｅａ、吸気管内の空気有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｏ、吸気管容積Ｖｍ、吸気管内ガス温度Ｔｍ、空気有効成分の気体定数Ｒａを用いて気体の状態方程式を適用すると、吸気管内の空気有効成分分圧Ｐｍｏの時間変化量ｄＰｍｏ／ｄｔは、以下の(1)式で表すことができる。
ｄＰｍｏ／ｄｔ＝(Ｑａ＋Ｑｅａ−Ｑｓｏ)・Ｒａ・Ｔｍ／Ｖｍ    …(1)
【００４８】
また、吸気管内のＥＧＲガス有効成分は、ＥＧＲバルブ１４を通過するＥＧＲガス有効成分からシリンダ内へ流入するＥＧＲガス有効成分を除いたものであり、同様に、吸気管内のＥＧＲガス有効成分分圧Ｐｍｅｅの時間変化量ｄＰｍｅｅ／ｄｔは、ＥＧＲガス有効成分のＥＧＲバルブ通過流量Ｑｅｅ、ＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｅ、ＥＧＲガス有効成分の気体定数Ｒｅにより、以下の(2)式で表すことができる。
ｄＰｍｅｅ／ｄｔ＝(Ｑｅｅ−Ｑｓｅｅ)・Ｒｅ・Ｔｍ／Ｖｍ      …(2)
【００４９】
上記(1)式におけるＥＧＲガスの空気過不足成分のＥＧＲバルブ通過流量Ｑｅａ、上記(2)式におけるＥＧＲガス有効成分のＥＧＲバルブ通過流量Ｑｅｅは、ＥＧＲバルブ通過ガス流量Ｑｅに、ＥＧＲバルブ１４入口におけるＥＧＲガスの当量比Φとシリンダ内当量比の初期設定値である目標当量比Φiとの比を適用することにより、それぞれ、以下の(3),(4)式のように表すことができる。
Ｑｅａ＝(１−Φ／Φi)・Ｑｅ      …(3)
Ｑｅｅ＝(Φ／Φi)・Ｑｅ          …(4)
【００５０】
また、上記(1)式における空気有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｏ、上記(2)式におけるＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｅは、それぞれ、１気筒当たりのストローク容積Ｖｓ、体積効率ηv、エンジンの気筒数Ｌを用いて、以下の(5),(6)式で表すことができる。
Ｑｓｏ＝((Ｐｍｏ・Ｖｓ)／(Ｒａ・Ｔｍ))・ηv・(Ｎｅ・Ｌ／１２０)     …(5)
Ｑｓｅｅ＝((Ｐｍｅｅ・Ｖｓ)／(Ｒｅ・Ｔｍ))・ηv・(Ｎｅ・Ｌ／１２０) …(6)
【００５１】
従って、上記(1),(2)式に上記(3)〜(5)式を適用して式中の一部を以下の(7)〜(9)式で示す係数ａ，ｂa，ｂeで置き換え、上記(1),(2)式をマトリックス形式で記述すると、以下の(10)式で示すようになり、スロットル通過空気流量Ｑａ、ＥＧＲバルブ通過ガス流量Ｑｅ、及び、ＥＧＲガスの当量比Φと目標当量比Φiとの比に基づいて、吸気管内の状態を空気有効成分分圧Ｐｍｏの時間変化量とＥＧＲガス有効成分分圧Ｐｍｅｅの時間変化量とによって表現することができる。
ａ ＝(Ｖｓ／Ｖｍ)・ηv・(Ｎｅ・Ｌ／１２０)                     …(7)
ｂa＝Ｒａ・Ｔｍ／Ｖｍ                                        …(8)
ｂe＝Ｒｅ・Ｔｍ／Ｖｍ                                        …(9)
0003762062.tif 000002
【００５２】
以上の吸気系モデルを用いることにより、吸気管内の空気有効成分分圧Ｐｍｏ及びＥＧＲガス有効成分分圧Ｐｍｅｅの時間変化量に基づいて、スロットル通過空気流量ＱａとＥＧＲバルブ通過ガス流量Ｑｅとを算出することができ、Ｆ／Ｂ制御部３６では、吸気管内のＥＧＲガス有効成分分圧の目標値と、ＥＧＲガス有効成分分圧の計算値であるＥＧＲガス有効成分分圧推定値との偏差をフィードバックしてＥＧＲバルブ通過ガス流量Ｑｅを設定し、さらに、このＥＧＲバルブ通過ガス流量Ｑｅに含まれる空気有効成分、及び、吸気管内の空気有効成分分圧の目標値と空気有効成分分圧の計算値である空気有効成分分圧推定値との偏差をフィードバックし、スロットル通過空気流量Ｑａを設定する。
【００５３】
そして、第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａでインジェクタ１０に対する操作量を算出するための最終的な基本燃料噴射量を設定して噴射パルス時間算出部４０へ出力するとともに、ＥＴＣ指示部３７で、マニホルド全圧Ｐｍとスロットル通過空気流量設定値Ｑａとから、制御対象であるスロットルアクチュエータ１３に対する操作量としてのスロットルアクチュエータ指示値Ｓａを設定してスロットルアクチュエータ１３へ出力し、また、ＥＧＲ指示部３８で、マニホルド全圧ＰｍとＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅとから、ＥＧＲバルブ１４に対する操作量としてのＥＧＲバルブ指示値Ｓｅを設定してＥＧＲバルブ１４へ出力する。尚、吸気系係数算出部３３、制御係数算出部３５は、それぞれ、吸気系モデルの係数、フィードバック制御の係数を算出する。
【００５４】
噴射パルス時間算出部４０では、上記燃料・吸気・ＥＧＲ制御部３０で設定した基本燃料噴射量Ｇｆ*からインジェクタ１０に対する操作量としての噴射パルス時間Ｔｏｕｔを算出し、この噴射パルス時間Ｔｏｕｔと噴射時期設定部４１で設定した噴射時期Ｔｉｎｊとに従い、噴射パルス発生部４２で噴射パルス発生タイマを予め定めた特定のクランク角度でセットし、所定のタイミングで噴射パルスをインジェクタ１０へ出力する。
【００５５】
また、点火時期設定部４３では、エンジン回転数Ｎｅと目標エンジントルクＴｅiとに基づいて点火時期Ｔｉｇを設定し、点火信号発生部４４で、この点火時期Ｔｉｇに従い、予め定めた特定のクランク角度で点火パルス発生タイマをセットし、所定のタイミングで点火信号を点火コイル１１に出力し、点火プラグ１２を放電させる。
【００５６】
以下、上記メイン制御ユニット２０によって実行される燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理について、図３〜図６のフローチャートに従って説明する。
【００５７】
図３は、図示しないイグニッションスイッチがＯＮされ、メイン制御ユニット２０に電源が供給されてシステムがリセットされたとき、割込み実行される初期化ルーチンであり、まず、ステップS10でＣＰＵを初期設定すると、ステップS20で制御データを初期設定し、ステップS30で、吸気管容積Ｖｍ、１気筒当たりのストローク容積Ｖｓ、エンジンの気筒数Ｌ、空気有効成分の気体定数Ｒａ、ＥＧＲガス有効成分の気体定数Ｒｅ等の吸気系定数を設定してルーチンを抜ける。
【００５８】
そして、システムイニシャライズ後、図４に示す定期処理ルーチンが一定時間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に実行されるとともに、図６に示すクランク角割込みルーチンがクランクパルス入力毎に割込み実行される。
【００５９】
図４の定期処理ルーチンでは、まず、ステップS50で、アクセル開度算出部２５の処理として、アクセル開度センサ４の出力をＡ／Ｄ変換してアクセル開度Ｓを算出し、ステップS60で、マニホルド全圧算出部２６の処理として、吸気管圧力センサ５の出力をＡ／Ｄ変換してマニホルド全圧Ｐｍを算出する。さらに、ステップS70で、吸気管内ガス温度算出部２７の処理として、吸気管温度センサ６の出力をＡ／Ｄ変換して吸気管内のガス温度Ｔｍを算出する。
【００６０】
次に、ステップS80へ進み、スロットル通過空気流量算出部２９の処理として、吸入空気量センサ８の出力をＡ／Ｄ変換し、スロットル通過空気流量計測値Ｑａｖｅを算出すると、ステップS90で、空燃比算出部２８の処理として、空燃比センサ７の出力をＡ／Ｄ変換して空燃比λを算出し、ステップS100で、エンジン回転数算出部２４の処理として、後述する図６のクランク角割込みルーチンで算出された１８０°ＣＡの経過時間からエンジン回転数Ｎｅを算出してステップS110へ進む。
【００６１】
ステップS110では、燃料・吸気・ＥＧＲ制御部３０の処理として図５の燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンを実行し、目標エンジントルクＴｅiを基準として、基本燃料噴射量Ｇｆ*、スロットルアクチュエータ指示値Ｓａ、ＥＧＲバルブ指示値Ｓｅを算出する。
【００６２】
その後、ステップS120へ進み、噴射パルス時間算出部４０の処理として、上記ステップS100で算出した基本燃料噴射量Ｇｆ*を、各種補正項や無効分を加えて噴射パルス時間Ｔｏｕｔに換算し、また、噴射時期設定部４１の処理として、エンジン回転数Ｎｅと目標エンジントルクＴｅiを格子とするマップを参照して噴射時期Ｔｉｎｊを設定すると、ステップS130で、点火時期設定部４３の処理としてエンジン回転数Ｎｅと目標エンジントルクＴｅiとを格子とするマップを参照して点火時期Ｔｉｇを設定し、ルーチンを抜ける。
【００６３】
次に、上記ステップS110における燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンについて図５に基づき説明する。このルーチンでは、ステップS150で、目標トルク設定部３１の処理としてエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｓとを格子とするマップを参照して目標エンジントルクＴｅiを設定し、ステップS160で吸気系係数算出部３３の処理を行う。
【００６４】
この吸気系係数算出処理では、まず、エンジン回転数Ｎｅとマニホルド全圧Ｐｍとに基づいて体積効率ηvを設定し、エンジン回転数Ｎｅ、吸気管内のガス温度Ｔｍ、体積効率ηv、吸気系定数Ｖｍ,Ｖｓ,Ｌ,Ｒａ,Ｒｅにより、前述の(7)〜(9)式による吸気系係数ａ,ｂa,ｂe、及び、以下の(11)〜(13)式による吸気系係数ｃa,ｃe,ｄを算出する。
ｃa＝ａ／ｂa＝(Ｖｓ／(Ｒａ・Ｔｍ))・ηv・(Ｎｅ・Ｌ／１２０)  …(11)
ｃe＝ａ／ｂe＝(Ｖｓ／(Ｒｅ・Ｔｍ))・ηv・(Ｎｅ・Ｌ／１２０)  …(12)
ｄ ＝(Ｖｓ／(Ｒａ・Ｔｍ))・ηv                             …(13)
【００６５】
続くステップS170では、第１の負荷・燃焼制御マネージャ３２の処理として、エンジン回転数Ｎｅと目標エンジントルクＴｅiとに基づいて、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆi、ＥＧＲ設定値ＥＧＲＳi、シリンダ内当量比設定値ｆａｉiを、それぞれマップ参照により設定し、ステップS180で吸気制御マネージャ３４による処理を行う。
【００６６】
吸気制御マネージャ３４による処理では、まず、先に設定したシリンダ内当量比設定値ｆａｉiからＥＧＲバルブ１４入口におけるＥＧＲガスの当量比を推定した当量比推定値ｆａｉを求める。そして、当量比推定値ｆａｉ、当量比設定値ｆａｉi、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆi、ＥＧＲ設定値ＥＧＲＳi、吸気系係数ｄ、理論空燃比ＡＢＦTから、以下の(15)〜(17)式により、空気有効成分分圧目標値初期設定値Ｐｍｏ*i、ＥＧＲガス有効成分分圧目標値初期設定値Ｐｍｅｅ*i、マニホルド全圧目標値初期設定値Ｐｍ*iを算出し、また、以下の(18)式による当量比推定値ｆａｉと当量比設定値ｆａｉiとの比を、当量比係数ｒｆａｉとして算出する。
Ｐｍｏ*i  ＝(１／ｄ)・Ｇｆi・ＡＢＦT／ｆａｉi                   …(15)
Ｐｍｅｅ*i＝ＥＧＲＳi／(１−ＥＧＲＳi)・(Ｒｅ／Ｒａ)・Ｐｍｏ*i  …(16)
Ｐｍ*i    ＝Ｐｍｏ*i＋Ｐｍｅｅ*i                              …(17)
ｒｆａｉ  ＝ｆａｉ／ｆａｉi                                   …(18)
【００６７】
上記当量比推定値ｆａｉは、空燃比センサ７が広域型空燃比センサである場合、実際の空燃比λより算出した当量比算出値を用いることで最も優れた精度を得ることができるが、以下の(19)式に示すように、ＥＧＲの配管等で発生する燃焼ガスの輸送遅れ時間を考慮し、ｋ制御周期前の当量比設定値ｆａｉi(-k)から加重平均により、当量比設定値ｆａｉiの一次遅れで当量比推定値ｆａｉを算出しても良い。
ｆａｉ＝(１−ｑ)・ｆａｉ(-1)＋ｑ・ｆａｉi(-k)                …(19)
但し、ｑ：加重平均係数
【００６８】
上記(19)式による加重平均で当量比推定値ｆａｉを求める場合、加重平均係数ｑを予め設定した定数としても良いが、厳密には、燃焼ガスの輸送遅れ時間は運転条件によって変化するため、一次遅れを運転条件で最適に設定できるよう、加重平均係数ｑをマニホルド全圧Ｐｍより設定し、ｋ制御周期前の当量比設定値ｆａｉi(-k)は、エンジン回転数Ｎｅとマニホルド全圧Ｐｍとにより設定した無駄時間に相当するｋ御周期前の値とすることが望ましい。
尚、簡易的には、以下の(20)式に示すように、当量比設定値ｆａｉiを、そのまま当量比推定値ｆａｉとして設定しても良い。
ｆａｉ＝ｆａｉi        …(20)
【００６９】
その後、ステップS190へ進み、制御係数算出部３５の処理として、吸気系係数ｂa,ｂe,ｃa,ｃeと当量比係数ｒｆａｉとにより、以下の(21)〜(26)式で示すフィードバック係数ｆ１，ｆ２，ｈ１，ｈ２，ｇ１，ｇ２を算出する。
ｆ１＝(１／(ｂa・ｄｔ))・ｎ                     …(21)
ｆ２＝(１／(fｒｆａｉ・ｂe・ｄｔ))・ｎ           …(22)
ｈ１＝ｃa                                     …(23)
ｈ２＝ｃe／ｒｆａｉ                           …(24)
ｇ１＝ｍ／Ｎｅ                                …(25)
ｇ２＝ｍ／Ｎｅ                                …(26)
但し、ｄｔ：制御周期
ｎ  ：重み係数（０＜ｎ＜１）
ｍ  ：積分制御係数（ｍ≧０）
【００７０】
次いで、ステップS200へ進み、前述した吸気系モデルに従い、スロットル通過空気流量設定値Ｑａ、ＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅを算出するＦ／Ｂ制御部３６の処理を行う。この処理では、まず、空気有効成分分圧及びＥＧＲガス有効成分分圧の各時間変化量を推定するため、吸気系モデルに従って、ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧モデル値Ｐｆｅａ及びＥＧＲガス有効成分分圧モデル値Ｐｆｅｅを当量比係数ｒｆａｉに基づいて算出し、また、実際に計測したスロットル通過空気流量によって吸入空気分の新気分圧モデル値Ｐｆａを算出する。
【００７１】
そして、ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧モデル値Ｐｆｅａと新気分圧モデル値Ｐｆａとの和を空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏとして算出し、各分圧モデル値Ｐｆｅａ，Ｐｆｅｅ，Ｐｆａの総和を吸気管圧力の実測値であるマニホルド全圧Ｐｍと一致させるべく、マニホルド全圧Ｐｍから空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏを減算した値をＥＧＲガス有効成分分圧推定値Ｐｍｅｅとして算出する。
【００７２】
すなわち、当量比係数ｒfaｉを用いることでＥＧＲガス有効成分分圧の推定精度を高めるとともに、実際の吸入空気量から求めた新気分圧モデル値Ｐｆａを修正することなく各分圧の総和をマニホルド全圧Ｐｍに一致させることでＥＧＲ分のモデル誤差を修正し、吸気温度、大気圧、バルブクリアランス等の影響を排除して空気有効成分分圧の推定精度を向上させる。
【００７３】
次いで、前述の吸気制御マネージャ３４による処理で算出したＥＧＲガス有効成分分圧目標値初期設定値Ｐｍｅｅ*iとＥＧＲガス有効成分分圧推定値Ｐｍｅｅとの偏差をフィードバックしてＥＧＲバルブ通過ガス流量Ｑｅを求め、さらに、このＥＧＲバルブ通過ガス流量Ｑｅを用い、同様に、前述の吸気制御マネージャ３４による処理で算出した空気有効成分分圧目標値初期設定値Ｐｍｏ*iと空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏとの偏差をフィードバックし、スロットル通過空気流量Ｑａを求める。
【００７４】
具体的には、ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧モデル値Ｐｆｅａ、ＥＧＲガス有効成分分圧モデル値Ｐｆｅｅは、吸気系係数ａ,ｂa,ｂｅ、当量比係数ｒｆａｉ、１制御周期前のＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅ(-1)、１制御周期前のＥＧＲガスの空気過不足成分分圧モデル値Ｐｆｅａ(-1)、１制御周期前のＥＧＲガス有効成分分圧モデル値Ｐｆｅｅ(-1)を用い、以下の(27),(28)式により算出され、また、吸入空気の新気分圧モデル値Ｐｆａは、吸入空気量センサ８によって実際に計測したスロットル通過空気流量計測値Ｑａｖｅを用い、以下の(29)式によって算出される。
0003762062.tif 000003
【００７５】
次に、上記(27)で算出したＥＧＲガスの空気過不足成分分圧モデル値Ｐｆｅａ、上記(29)式で算出した新気分圧モデル値Ｐｆａを用い、以下の(30)式により空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏを算出し、さらに、この空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏと吸気管圧力センサ５で計測したマニホルド全圧Ｐｍとから、以下の(31)式によりＥＧＲガス有効成分分圧推定値Ｐｍｅｅを算出する。
Ｐｍｏ＝Ｐｆａ＋Ｐｆｅａ        …(30)
Ｐｍｅｅ＝Ｐｍ−Ｐｍｏ          …(31)
【００７６】
尚、空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏは、マニホルド全圧Ｐｍから新気分圧モデル値Ｐｆａを減算したＥＧＲガス分圧と、ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧モデル値ＰｆｅａとＥＧＲガス有効成分分圧モデル値Ｐｆｅｅとの和として導かれるＥＧＲガス分圧との比によってＥＧＲガスの空気過不足成分分圧モデル値Ｐｆｅａを修正した以下の(32)式によって算出しても良い。
Ｐｍｏ＝Ｐｆａ＋Ｐｆｅａ・(Ｐｍ−Ｐｆａ)／(Ｐｆｅａ＋Ｐｆｅｅ)…(32)
但し、(Ｐｆｅａ＋Ｐｆｅｅ)＝０でＥＧＲが実施されていないときには、(Ｐｍ−Ｐｆａ)＝０であり、Ｐｍｏ＝Ｐｆａとする。
【００７７】
そして、ＥＧＲガス有効成分分圧目標値初期設定値Ｐｍｅｅ*i、ＥＧＲガス有効成分分圧推定値Ｐｍｅｅ、フィードバック係数ｆ２，ｈ２，ｇ２を用い、以下の(33)式により、ＥＧＲガス有効成分分圧の目標値と推定値との偏差に応じてＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値Ｑｅiを算出する。
Ｑｅi＝ｈ２・Ｐｍｅｅ＋ｆ２・(Ｐｍｅｅ*i−Ｐｍｅｅ)            …(33)
【００７８】
上記(33)式で算出したＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値Ｑｅiは、必ずしも実現可能な値ではないこともあるため、以下の(34)式の範囲（０以上最大流量(Ｑｅ)max以下の範囲）に飽和させて制御可能（実現可能）な流量とし、この流量を最終的なＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅとする。
０≦Ｑｅ≦(Ｑｅ)max        …(34)
【００７９】
この場合、上記最大ＥＧＲバルブ通過ガス流量(Ｑｅ)maxは、予め実験等によって求めた定数としても良いが、制御可能なＥＧＲバルブ通過ガス流量はマニホルド全圧Ｐｍに依存するため、マニホルド全圧Ｐｍに基づいてマップ参照等により設定した値を用いることで、正確なＦ／Ｂ制御を実現することができる。
【００８０】
さらには、ＥＧＲバルブ通過ガス流量を制御する場合、制御することのできる（変化させることのできる）流量は、マニホルド全圧Ｐｍと１制御周期前のＥＧＲバルブ通過ガス流量Ｑｅ(-1)とによって制限されるため、マニホルド全圧Ｐｍと１制御周期前のＥＧＲバルブ指示値Ｓｅ(-1)とから最大ＥＧＲバルブ通過ガス流量変化量(ΔＱｅ)maxを設定し、この最大ＥＧＲバルブ通過ガス流量変化量(ΔＱｅ)maxと１制御周期前のＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅ(-1)とによって以下の(35)式で算出した最大ＥＧＲバルブ通過ガス流量(Ｑｅ)maxを用いることで、より正確なＦ／Ｂ制御を実現することができる。
(Ｑｅ)max＝Ｑｅ(-1)＋(ΔＱｅ)max        …(35)
【００８１】
その後、上記ＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅを用い、空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏ、空気有効成分分圧目標値初期設定値Ｐｍｏ*i、当量比係数ｒｆａｉ、フィードバック係数ｆ１，ｈ１，ｇ１により、以下の(36)式に従ってスロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiを算出する。そして、算出したスロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiを以下の(37)式の範囲（０以上最大流量(Ｑａ)max以下の範囲）に飽和させてスロットル通過空気流量設定値Ｑａを定める。
Ｑａi＝ｈ１・Ｐｍｏ＋ｆ１・(Ｐｍｏ*i−Ｐｍｏ)−(１−ｒｆａｉ)・Ｑｅ…(36)
０≦Ｑａ≦(Ｑａ)max                                            …(37)
【００８２】
この場合においても、上記最大ＥＧＲバルブ通過ガス流量(Ｑｅ)maxの場合と同様、上記最大スロットル通過空気流量(Ｑａ)maxは、予め設定した定数としても良く、制御可能な流量を考慮してマニホルド全圧Ｐｍに基づいてマップ参照等により設定した値を用いても良い。さらに、マニホルド全圧Ｐｍと１制御周期前のスロットルアクチュエータ指示値Ｓａ(-1)とによって最大スロットル通過空気流量変化量(ΔＱａ)maxを設定し、この最大スロットル通過空気流量変化量(ΔＱａ)maxと１制御周期前のスロットル通過空気流量設定値Ｑａ(-1)とによって以下の(38)式で算出した最大スロットル通過空気流量(Ｑａ)maxを用いても良い。
(Ｑａ)max＝Ｑａ(-1)＋(ΔＱａ)max        …(38)
【００８３】
以上により、上記ステップS200でのＦ／Ｂ制御部３６の処理が済むと、次にステップS210へ進み、ＥＴＣ指示部３７の処理として、上記ステップS200で算出したスロットル通過空気流量Ｑａとマニホルド全圧Ｐｍとに基づいて、マップ参照によりスロットルアクチュエータ指示値Ｓａを算出する。さらに、ステップS220で、ＥＧＲ指示部３８の処理として、上記ステップS200で算出したＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅとマニホルド全圧Ｐｍとに基づいて、マップ参照によりＥＧＲバルブ指示値Ｓｅを算出し、ステップS230へ進む。
【００８４】
ステップS230では、第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａの処理として最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を設定し、ルーチンを抜ける。この最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*は、以下の(39)式に示すように、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiを、そのまま採用して燃料優先の制御としても良く、空気の検出遅れによる燃料量の制御遅れを回避して運転者のアクセル操作に追従したエンジントルクを発生させ、運転者の要求出力に対する応答性を向上することができる。
Ｇｆ*＝Ｇｆi        …(39)
【００８５】
また、この場合、実際には吸気管圧力の応答は制御目標値に対して遅れが発生することがあるため、空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏ、当量比設定値ｆａｉi、吸気系係数ｄ、及び、理論空燃比ＡＢＦTを用い、以下の(40)式に示すように、現実的な吸気管圧力に従ってＤ−ジェトロ的に最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出しても良く、過渡時の空燃比制御性を向上することができる。
Ｇｆ*＝ｄ・Ｐｍｏ・ｆａｉi／ＡＢＦT         …(40)
以上の定期処理ルーチンに対し、図６のクランク角割込みルーチンでは、まず、ステップS300で、気筒判別部２１による処理として、クランク角センサ２からのクランクパルス間で発生する気筒判別センサ３からの気筒判別パルスの数に従って現在の気筒を判別し、さらに、引続き発生しているクランクパルスの数に従って以降の気筒を判別する処理を行い、ステップS310で、クランク角度判定部２２によるクランク角度判別処理を行う。
【００８６】
図８に示すように、本形態では、各気筒のＢＴＤＣ９７°，６５°，１０°ＣＡ毎にクランク角センサ２からクランクパルスが出力され、気筒判別センサからは、＃３気筒のＢＴＤＣ９７°と前の点火気筒である＃１気筒のＢＴＤＣ１０°との間で３個の気筒判別パルス、＃４気筒のＢＴＤＣ９７°と前の点火気筒である＃２気筒のＢＴＤＣ１０°との間で２個の気筒判別パルス、＃１，＃２気筒のＢＴＤＣ９７°と前の点火気筒のＢＴＤＣ１０°との間で１個の気筒判別パルスが出力される。
【００８７】
従って、気筒判別パルスが入力される毎に、そのパルス数をカウントし、３個の気筒判別パルスが入力された後のクランクパルスは、＃３気筒のＢＴＤＣ９７°のクランクパルス、２個の気筒判別パルスが入力された後のクランクパルスは＃４気筒のＢＴＤＣ９７°のクランクパルス、１個の気筒判別パルスが入力された後のクランクパルスは＃１気筒あるいは＃２気筒のＢＴＤＣ９７°クランクパルスであり、前の気筒判別が＃４気筒であれば＃１気筒、前の気筒判別が＃３気筒であれば＃２気筒と判別する。
【００８８】
また、ＢＴＤＣ６５°，ＢＴＤＣ１０°のクランク位置は、ＢＴＤＣ９７°のクランクパルスからのパルス数で判定し、＃１気筒のＢＴＤＣ９７°のクランクパルスを０（基準位置）としてクランクパルスが入力される毎に１，２，３，…と順次カウントアップし、基準位置からのカウント値に応じてクランク位置を判別する。
【００８９】
続くステップS320では、クランク角度パルス発生間隔時間算出部２３の処理として、前回のクランク割込み発生から今回のクランクパルス割込み発生までの経過時間すなわち、前回のクランクパルス入力から今回のクランクパルス入力までの経過時間を計時し、ＢＴＤＣ１０°のクランクパルス入力からＢＴＤＣ９７°のクランクパルス入力までのクランク角度９３°分の経過時間をＭＴ９３、ＢＴＤＣ９７°のクランクパルス入力からＢＴＤＣ６５°のクランクパルス入力までのクランク角度３２°分の経過時間をＭＴ３２、ＢＴＤＣ６５°のクランクパルス入力からＢＴＤＣ１０°のクランクパルス入力までのクランク角度５５°分の経過時間をＭＴ５５としてメモリにストアする。各経過時間ＭＴ９３，ＭＴ，３２，ＭＴ５５の合計が１８０°ＣＡの経過時間としてエンジン回転数Ｎｅの算出に用いられる。
【００９０】
ステップS330では、噴射時期設定部４１、点火時期設定部４３の処理を行い、噴射時期、点火時期を決定する。すなわち、定期処理ルーチンで設定された噴射時期Ｔｉｎｊを、予め定めた特定のクランク角からの噴射タイミングに換算するとともに、同じく定期処理ルーチンで設定された点火時期Ｔｉｇを、予め定めた特定のクランク角からの点火タイミングに換算する。
【００９１】
そして、ステップS340で、噴射パルス発生部４２の処理として、今回のクランク角割込みが予め定めた特定のクランク角度における割込みであるとき、噴射パルス発生タイマをセットし、さらに、ステップS350で、点火信号発生部４４の処理として、同様に、今回のクランク角割込みが予め定めた特定のクランク角度における割込みであるとき、点火パルス発生タイマをセットし、ルーチンを抜ける。その結果、上記ステップS330で決定した噴射タイミングで噴射パルス発生タイマから噴射パルスがインジェクタ１０に出力されて燃料が噴射され、上記ステップS330で決定した点火タイミングで点火パルス発生タイマから点火パルスが点火コイル１１に出力され、点火プラグ１２による点火が行われる。
【００９２】
以上により、目標エンジントルクに対応した燃料噴射量に対し、空気有効成分とＥＧＲガス有効成分とを推定しながら吸気制御及びＥＧＲ制御を行い、スロットルバルブ下流の吸気管容積を充填する際の吸入空気及びＥＧＲガスの応答遅れ、スロットル系及びＥＧＲ系のハード的な応答遅れを補償し、且つ、スロットル系とＥＧＲ系とで異なる応答性の影響を除去することができ、さらに、スロットル系の操作結果として生じる実際の吸入空気量に対するフィードバックを行うことで、スロットルバルブの個体間のバラツキによる流量偏差や、スロットルバルブの温度変化による開口面積の変化による流量変化、スロットルバルブのブローバイガス等によって生じるバルブ汚染による流量変化等を未然に回避し、制御応答性を向上し、アクセル操作に対する追従性を向上することができる。
【００９３】
すなわち、運転者の操作に応じ、燃料噴射制御、吸気制御、ＥＧＲ制御を総合的に行うことで、燃料噴射量の最適化、吸入空気量の最適化、ＥＧＲ量の最適化を実現し、運転フィーリングの向上、排気ガスエミッションの低減を図ることができるとともに、ストイキオ領域に限らずリーン領域も含めて広範な空燃比での制御性を向上することができ、運転条件に応じた自由な空燃比制御を実現することができるのである。
【００９４】
図９及び図１０は本発明の実施の第２形態に係わり、図９は燃料・吸気・ＥＧＲ制御部のブロック図、図１０は燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンのフローチャートである。
【００９５】
本形態は、前述の第１形態に対し、図９に示すように、燃料・吸気・ＥＧＲ制御部３０において、第１形態のＦ／Ｂ制御部３６、第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａの処理内容を若干変更し、それぞれ、Ｆ／Ｂ制御部３６Ａ、第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ｂとするとともに、第１形態の吸気マネージャ３４を第１の吸気マネージャ３４として、この第１の吸気制御マネージャ３４に、第２の吸気制御マネージャ３４ａを追加したものである。
【００９６】
すなわち、本形態では、第２の吸気制御マネージャ３４ａにおいて、ＥＧＲガス有効成分分圧の理論的な圧力応答予測値であるＥＧＲガス有効成分分圧予測値Ｐｍｅｅ*、空気有効成分分圧の理論的な圧力応答予測値である空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*を算出し、Ｆ／Ｂ制御部３６Ａで、ＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値Ｑｅiを算出する際、ＥＧＲガス有効成分分圧予測値Ｐｍｅｅ*とＥＧＲガス有効成分分圧推定値Ｐｍｅｅとの誤差の時間積分値を用い、また、スロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiを算出する際、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*と空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏとの誤差の時間積分値を用いるようにしている。さらに、第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ｂで、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*を用いて最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出する。
【００９７】
本形態では、図５に示す第１形態の燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンに対し、図１０に示すように、ステップS200における処理の内容をＦ／Ｂ制御部３６による処理からＦ／Ｂ制御部３６Ａによる処理に変更するとともに、ステップS230における処理の内容を第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａによる処理から第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ｂによる処理に変更し、ステップS220のＥＧＲ指示部３８によるＥＧＲバルブ指示値算出処理とステップS230の第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ｂによる最終的な基本燃料噴射量の算出処理との間に、第２の吸気制御マネージャ３４ａの処理を行うステップS225を挿入する。
【００９８】
ステップS200のＦ／Ｂ制御部３６Ａによる処理では、第１形態と同様にして、空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏ、ＥＧＲガス有効成分分圧推定値Ｐｍｅｅを算出し、その後、ＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値Ｑｅi、スロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiを算出するが、この際、第１形態に対し、以下の(41),(42)式に示すように、それぞれ、１制御周期前のＥＧＲガス有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｅｅ(-1)、空気有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｏ(-1)を加える。
0003762062.tif 000004
上記(41),(42)式で算出したＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値Ｑｅi、スロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiは、第１形態と同様、０から最大流量の範囲に飽和させ、ＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅ、スロットル通過空気流量設定値Ｑａとする。
【００９９】
一方、ステップS225における第２の吸気制御マネージャ３４ａによる処理では、まず、空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏ、スロットル通過空気流量設定値Ｑａ、ＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅ、当量比係数ｒｆａｉ、１制御周期前の空気有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｏ(-1)、フィードバック係数ｆ１，ｈ１，ｇ１により、設定されたスロットル通過空気流量に相当する圧力目標値である空気有効成分分圧目標補正値Ｐｍｏｈ*を以下の(43)式によって算出する。
0003762062.tif 000005
【０１００】
さらに、ＥＧＲガス有効成分分圧推定値Ｐｍｅｅ、ＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅ、１制御周期前のＥＧＲガス有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｅｅ(-1)、フィードバック係数ｆ２，ｈ２，ｇ２により、設定されたＥＧＲバルブ通過ガス流量に相当する圧力目標値であるＥＧＲガス有効成分分圧目標補正値Ｐｍｅｅｈ*を以下の(44)式によって算出する。
Ｐｍｅｅｈ*＝(１／ｆ２)・(Ｑｅ＋(ｆ２−ｈ２)・Ｐｍｅｅ−ｇ２・Ｉｍｅｅ(-1))…(44)
【０１０１】
次いで、空気有効成分分圧目標補正値Ｐｍｏｈ*、１制御周期前の空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*(-1)、フィードバック係数ｆ１、吸気系係数ｂaを用い、以下の(45)式により、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*を算出する。
0003762062.tif 000006
【０１０２】
また、ＥＧＲガス有効成分分圧目標補正値Ｐｍｅｅｈ*、１制御周期前のＥＧＲガス有効成分分圧予測値Ｐｍｅｅ*(-1)、当量比推定値ｆａｉ、フィードバック係数ｆ２、吸気系係数ｂeを用い、以下の(46)式により、ＥＧＲガス有効成分分圧予測値Ｐｍｅｅ*を算出する。
0003762062.tif 000007
【０１０３】
そして、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*と空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏとの誤差の時間積分値Ｉｍｏを、以下の(47)式によって算出するとともに、ＥＧＲガス有効成分分圧予測値Ｐｍｅｅ*とＥＧＲガス有効成分分圧推定値Ｐｍｅｅとの誤差の時間積分値Ｉｍｅｅを、以下の(48)式によって算出する。
Ｉｍｏ  ＝Ｉｍｏ(-1)＋(Ｐｍｏ*−Ｐｍｏ)・ｄｔ        …(47)
Ｉｍｅｅ＝Ｉｍｅｅ(-1)＋(Ｐｍｅｅ*−Ｐｍｅｅ)・ｄｔ  …(48)
【０１０４】
簡易的には、上記(43)式による空気有効成分分圧目標補正値Ｐｍｏｈ*、上記(44)式によるＥＧＲガス有効成分分圧目標補正値Ｐｍｅｅｈ*は、それぞれ、以下の(49),(50)式に示すように、空気有効成分分圧目標値初期設定値Ｐｍｏ*i、ＥＧＲガス有効成分分圧目標値初期設定値Ｐｍｅｅ*iとすることも可能であり、制御精度が若干落ちるもののＣＰＵの計算負荷を大きく軽減することができる。
Ｐｍｏｈ*  ＝Ｐｍｏ*i          …(49)
Ｐｍｅｅｈ*＝Ｐｍｅｅ*i        …(50)
【０１０５】
この場合、Ｆ／Ｂ制御部３６Ａによる処理において、ＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値Ｑｅi、スロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiを、それぞれ、０から最大流量の範囲に飽和させる際、初期設定値と最大流量との大小関係に応じ、それぞれ飽和フラグＥ，Ａをセット／クリアするようにし、第２の吸気制御マネージャ３４ａによる処理で、各飽和フラグの値に応じて空気有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｏ、ＥＧＲガス有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｅｅを設定するようにしても良く、制御精度をある程度確保しつつ計算負荷を軽減することができる。
【０１０６】
すなわち、ＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値ＱｅiとＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅとが等しいとき飽和フラグＥをクリアし、ＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値ＱｅiとＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅとが異なるとき飽和フラグＥをセットする。また、スロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiとスロットル通過空気流量設定値Ｑａとが等しいとき飽和フラグＡをクリアし、スロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiとスロットル通過空気流量設定値Ｑａとが異なるとき飽和フラグＡをセットする。
【０１０７】
そして、飽和フラグＡ，Ｅが共にクリアされているとき、上記(47)式によって空気有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｏを算出し、飽和フラグＡ，Ｅのいずれか一方がセットされているときには、以下の(51)式に示すように、空気有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｏを１制御周期前の値とする。また、飽和フラグＥがクリアされているとき、上記(48)式によってＥＧＲガス有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｅｅを算出し、飽和フラグＥがセットされているときには、以下の(52)式に示すように、ＥＧＲガス有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｅｅを１制御周期前の値とする。
Ｉｍｏ  ＝Ｉｍｏ(-1)          …(51)
Ｉｍｅｅ＝Ｉｍｅｅ(-1)        …(52)
【０１０８】
また、ステップS230の第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ｂによる処理では、第２の吸気制御マネージャ３４ａで算出した空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*、当量比設定値ｆａｉi、吸気系係数ｄ、理論空燃比ＡＢＦTを用い、以下の(53)式に従って、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出する。
Ｇｆ*＝ｄ・Ｐｍｏ*・ｆａｉi／ＡＢＦT        …(53)
【０１０９】
この最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*の算出処理に関しては、本形態の第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ｂによる空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*を用いずに、第１形態の第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａによる処理を採用することも可能であるが、本形態のように、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*を用いて現在の制御操作量に対する吸気管圧力の応答値を理論的に予測することにより、スロットル系やＥＧＲ系のハード的な動作遅れや処理計算時間の遅れによって実際の吸気系に生じる遅れを回避し、脈動の影響等を除去して空気量の過渡的な変化に対する追従性を向上し、空燃比優先の高精度の制御を実現することができる。
【０１１０】
また、本形態では、前述の第１形態に対し、スロットル系の操作結果として生じる実際の吸入空気量に対するフィードバックを行う際、ＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値Ｑｅi及びスロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiを、制御誤差の積分値Ｉｍｅｅ，Ｉｍｏを用いて算出するため、外乱に対する目標値の追従性が向上し、Ｆ／Ｂ制御精度を向上することができる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、目標エンジントルク等のエンジン出力状態に応じたパラメータの目標値に対応した燃料噴射量に対し、空気有効成分とＥＧＲ有効成分とを推定しながら吸気制御及びＥＧＲ制御を行い、且つ、スロットル系の操作結果として生じる実際の吸入空気量に対するフィードバックを行うため、スロットルバルブ下流の吸気管容積を充填する際の吸入空気及びＥＧＲガスの応答遅れ、スロットル系及びＥＧＲ系のハード的な応答遅れを補償するとともに、スロットル系とＥＧＲ系とで異なる応答性の影響を除去し、スロットルバルブの個体間のバラツキによる流量偏差や、スロットルバルブの温度変化による開口面積の変化による流量変化、スロットルバルブのブローバイガス等によって生じるバルブ汚染による流量変化等を未然に回避することができる。
【０１１２】
すなわち、運転者の操作に応じ、燃料噴射制御、吸気制御、ＥＧＲ制御を総合的に行い、燃料噴射量の最適化、吸入空気量の最適化、ＥＧＲ量の最適化を実現することができ、制御応答性を向上してアクセル操作に対する追従性を向上し、運転フィーリングの向上、排気ガスエミッションの低減を図ることができる等優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、燃料・吸気・ＥＧＲ制御部のブロック図
【図２】同上、エンジン制御系の全体ブロック図
【図３】同上、初期化ルーチンのフローチャート
【図４】同上、定期処理ルーチンのフローチャート
【図５】同上、燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンのフローチャート
【図６】同上、クランク角割込みルーチンのフローチャート
【図７】同上、吸気系モデルの説明図
【図８】同上、気筒判別の説明図
【図９】本発明の実施の第２形態に係わり、燃料・吸気・ＥＧＲ制御部のブロック図
【図１０】同上、燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１      …エンジン
１ｂ    …スロットルバルブ
１０    …インジェクタ
１３    …スロットルアクチュエータ
１４    …ＥＧＲバルブ
Ｔｅi   …目標エンジントルク
Ｇｆi   …基本燃料噴射量初期設定値
ｆａｉi …シリンダ内当量比設定値
ｆａｉ  …当量比推定値
ｒｆａｉ…当量比係数
Ｐｆｅａ…ＥＧＲガスの空気過不足成分分圧モデル値
Ｐｆｅｅ…ＥＧＲガス有効成分分圧モデル値
Ｐｆａ  …新気分圧モデル値
Ｐｍｏ  …空気有効成分分圧推定値
Ｐｍｅｅ…ＥＧＲガス有効成分分圧推定値
Ｑｅ    …ＥＧＲバルブ通過ガス流量
Ｑａ    …スロットル通過空気流量
Ｇｆ*   …最終的な基本燃料噴射量
【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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