(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転条件に応じて空燃比制御状態を変化させるエンジンの制御装置において、
吸気管内圧力の空気有効成分分圧とエンジン出力目標値に対応する基本燃料噴射量の初期設定値とに基づいて、筒内空燃比の基準値を設定する手段と、
複数の制御領域に対し、それぞれの領域における空燃比の制御限界を設定する手段と、
上記筒内空燃比の基準値と上記空燃比の制御限界とに基づいて、現在の空燃比制御状態を判定する手段と、
上記空燃比制御状態の判定結果に応じて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】
上記空気有効成分分圧を、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を用いて予測した圧力応答値とす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】
上記空気有効成分分圧を、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を用いて計算した現在の空気有効成分分圧の推定値とす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】
上記制御空燃比限界値を、予め設定した固定値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
上記制御空燃比限界値を、エンジン回転数に応じて設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
上記最終的な基本燃料噴射量を、上記空燃比制御状態の判定結果に応じて、上記エンジン出力目標値に対応する基本燃料噴射量の初期設定値、あるいは、上記空気有効成分分圧と上記制御空燃比限界値とに基づく基本燃料噴射量、あるいは、上記空気有効成分分圧と筒内空燃比の初期設定値とに基づく基本燃料噴射量とす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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転条件に応じて空燃比制御状態を変化させるエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のエンジンでは、筒内噴射による混合気の成層化や空気流動の強化等によって大幅な空燃比のリーン化やＥＧＲ限界の向上を達成しており、このようなエンジンでは、主に燃費改善を目的としたリーン空燃比あるいはＥＧＲ付加状態と、空気利用率の向上を目的とした理論空燃比の状態（ＮＯｘ吸蔵触媒におけるＮＯｘの離脱と還元処理を目的としたオーバーリッチ状態を含む）とを選択的に用いる等して広範な空燃比での制御を可能としている。
【０００３】
すなわち、主に燃費改善を目的とする燃焼状態では、空燃比のリーン化によって理論熱効率を改善し、また、ＥＧＲ付加によってポンプ損失、冷却損失等を改善することができるが、一方、エンジン出力性能の観点からは、空気利用率を向上させることが重要であり、このためには、空気と燃料との比を理論空燃比近傍にする必要があり、この理論空燃比近傍の燃焼では、筒内で均一に混合した燃料に点火する均一燃焼となる。
【０００４】
この場合、排気浄化は、リーン空燃比あるいはＥＧＲ付加による燃焼状態では、ＥＧＲ付加によるエンジン出口のＮＯｘ低減、酸化触媒による一酸化炭素や未燃炭化水素の酸化処理、酸化雰囲気中でもＮＯｘを還元できるリーンＮＯｘ触媒、あるいはＮＯｘ吸蔵触媒等によって行い、理論空燃比近傍の燃焼状態では、三元触媒による排気浄化処理を主として、ＥＧＲ付加によるエンジン出口のＮＯｘ低減処理、さらには、ＮＯｘ吸蔵触媒を利用して排気浄化を行い、ＮＯｘ吸蔵触媒では、リーン状態で吸着したＮＯｘを一時的にオーバーリッチ状態にすることで、ＮＯｘの離脱と還元処理を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リーン領域と理論空燃比領域（含むリッチ域）とを広範囲に制御する場合、排気ガス、特にＮＯｘについて考慮すると、ＮＯｘは理論空燃比域から多少リーンな空燃比で増大するため、排気ガス抑制上、この空燃比域は使用しないことが望ましい。
【０００６】
また、均一燃焼と成層燃焼とを切り換える場合、一般的に、均一燃焼では、リーン側の燃焼限界空燃比が存在し、成層燃焼では、リッチ側の燃焼限界空燃比が存在するため、リーン側燃焼限界空燃比とリッチ側限界空燃比とが相互に連続する空燃比を形成できない場合、制御上、燃料噴射量等の演算が可能であっても、実際のエンジンからみると燃焼限界空燃比から外れてしまうことになり、失火が発生して排気ガスエミッションの悪化を招くばかりでなく、空燃比切り換え時のエンジン出力変動によってトルクショックが発生し、ドライバビリティの悪化を招く。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、排気ガスエミッションの悪化や燃焼悪化が予想される空燃比制御域を回避するとともに、異なる空燃比の制御領域へ切り換える際の出力トルクショックを最小限に抑え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、運転条件に応じて空燃比制御状態を切り換えるエンジンの制御装置において、吸気管内圧力の空気有効成分分圧とエンジン出力目標値に対応する基本燃料噴射量の初期設定値とに基づいて、筒内空燃比の基準値を設定する手段と、複数の制御領域に対し、それぞれの領域における空燃比の制御限界を設定する手段と、上記筒内空燃比の基準値と上記空燃比の制御限界とに基づいて、現在の空燃比制御状態を判定する手段と、上記空燃比制御状態の判定結果に応じて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。請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記空気有効成分分圧を、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ガス中の有効成分とを考慮した吸気系モデルを用いて予測した圧力応答値とすることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記空気有効成分分圧を、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ガス中の有効成分とを考慮した吸気系モデルを用いて計算した現在の空気有効成分分圧の推定値とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載の発明において、上記制御空燃比限界値を、予め設定した固定値とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載の発明において、上記制御空燃比限界値を、エンジン回転数に応じて設定することを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５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、上記空燃比制御状態の判定結果に応じて、上記エンジン出力目標値に対応する基本燃料噴射量の初期設定値、あるいは、上記空気有効成分分圧と上記制御空燃比限界値とに基づく基本燃料噴射量、あるいは、上記空気有効成分分圧と筒内空燃比の初期設定値とに基づく基本燃料噴射量とすることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、本発明では、吸気管内圧力の空気有効成分分圧とエンジン出力目標値に対応する基本燃料噴射量の初期設定値とに基づいて筒内空燃比の基準値を設定するとともに、複数の制御領域に対し、それぞれの領域における空燃比の制御限界を設定する。そして、運転条件に応じて空燃比制御状態を切り換える場合、筒内空燃比の基準値と空燃比の制御限界とに基づいて現在の空燃比制御状態を判定し、この判定結果に応じて最終的な基本燃料噴射量を設定する。
【００１４】
この際、空気有効成分分圧を、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ガス中の有効成分とを考慮した吸気系モデルを用いて予測した圧力応答値、あるいは、この吸気系モデルを用いて計算した現在の空気有効成分分圧の推定値とすることが望ましい。
【００１５】
また、制御空燃比限界値は予め設定した固定値あるいはエンジン回転数に応じて設定することが望ましく、最終的な基本燃料噴射量は、現在の空燃比制御状態の判定結果に応じて、エンジン出力目標値に対応する基本燃料噴射量の初期設定値、あるいは、上記空気有効成分分圧と上記制御空燃比限界値とに基づく基本燃料噴射量、あるいは、上記空気有効成分分圧と筒内空燃比の初期設定値とに基づく基本燃料噴射量とすることが望ましい。
【００１６】
【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１０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は第２の負荷・燃焼制御マネージャのブロック図、図３はエンジン制御系の全体ブロック図、図４は初期化ルーチンのフローチャート、図５は定期処理ルーチンのフローチャート、図６は燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンのフローチャート、図７は負荷・燃焼制御処理ルーチンのフローチャート、図８はクランク角割込みルーチンのフローチャート、図９は吸気系モデルの説明図、図１０は燃焼形態と空燃比制御との関係を示す説明図、図１１は気筒判別の説明図である。
【００１７】
図３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、本形態では、筒内噴射エンジン等のように、リーン空燃比による成層燃焼からストイキオ近傍の空燃比による均一燃焼まで広範囲に渡る空燃比での燃焼を行うエンジンに適用され、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、第１の吸気制御マネージャ３４、第２の吸気制御マネージャ３４ａ、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。
【００２５】
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、第１の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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
また、過不足成分は、上記有効成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。
【００３０】
次に、本発明で採用する吸気系モデルは、図９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。
【００３１】
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)
【００３２】
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)
【００３３】
上記(1)式におけるＥＧＲガス中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)
【００３４】
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)
【００３５】
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)
0003762063.tif 000002
【００３６】
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初期設定値Ｑｅiを算出し、さらに、ＥＧＲバルブ通過ガス流量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初期設定値Ｑａiを算出する。
【００３７】
この際、第２の吸気制御マネージャ３４ａで、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とＥＧＲガス有効成分分圧推定値との誤差の時間積分値、及び、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と空気有効成分分圧推定値との誤差の時間積分値を算出し、Ｆ／Ｂ制御部３６では、これらの誤差の時間積分値に基づいて、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を算出するようにしており、外乱に対する目標値の追従性及びＦ／Ｂ制御精度を向上させる。
【００３８】
そして、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へ出力するとともに、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。
【００３９】
また、第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａでは、最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を設定して噴射パルス時間算出部４０へ出力する。この最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*は、制御上の演算可能な値ではなく、燃焼が悪化しない範囲の空燃比に応じた値として算出することで、実際のエンジンの燃焼限界空燃比から外れることを回避し、排気ガスエミッションの悪化、リーン領域とストイキオ領域（含むリッチ域）との空燃比制御域の切り換え時に発生するトルクショック等を防止し、広範囲に渡る空燃比制御に対処する。
【００４０】
このため、上記第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａは、図２に示すように、筒内空燃比基準値算出部５０、制御空燃比限界算出部５１、空燃比制御判定部５２、最終基本噴射量算出部５３から構成されており、筒内空燃比基準値算出部５０で空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*に基づいて筒内空燃比の基準値を算出するとともに、制御空燃比限界算出部５１で、リーン領域とストイキオ（含むリッチ）領域とに対し、それぞれの制御限界を定める制御空燃比限界値を算出し、空燃比制御判定部５２で現在の空燃比制御状態が、リーン空燃比制御時、ストイキオ（含むリッチ）空燃比制御時、空燃比切り換え制御時のいずれに該当するかを判定し、空燃比切り換え制御時には、筒内空燃比基準値と制御空燃比限界値との関係から更に細かく制御状態を判定する。そして、この判定結果に応じ、最終基本噴射量算出部５３で最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出して噴射パルス時間算出部４０へ出力する。
【００４１】
噴射パルス時間算出部４０では、上記第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａで算出した基本燃料噴射量Ｇｆ*からインジェクタ１０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。
【００４２】
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。
【００４３】
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４〜図８のフローチャートに従って説明する。
【００４４】
図４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。
【００４５】
そして、システムイニシャライズ後、図５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８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。
【００４６】
図５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。
【００４７】
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８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。
【００４８】
ステップS110では、燃料・吸気・ＥＧＲ制御部３０の処理として図６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。
【００４９】
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S110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。
【００５０】
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６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。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)
【００５１】
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で第１の吸気制御マネージャ３４による処理を行う。
【００５２】
この第１の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)
【００５３】
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
【００５４】
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)
【００５５】
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／(ｒｆａｉ・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）
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
次いで、前述の第１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、前述の第１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。
【００６０】
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)を用いて以下の(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を用いて以下の(29)式によって算出される。
0003762063.tif 000003
【００６１】
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)
【００６２】
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。
【００６３】
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、及び、後述する第２の吸気制御マネージャ３４ａの処理によって算出される１制御周期前のＥＧＲガス有効成分分圧誤差の時間積分値（１制御周期前のＥＧＲガス有効成分分圧予測値Ｐｍｅｅ*(-1)と１制御周期前のＥＧＲガス有効成分分圧推定値Ｐｍｅｅ(-1)との誤差の時間積分値）Ｉｍｅｅ(-1)に基づき、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)＋ｇ２・Ｉｍｅｅ(-1)…(33)
【００６４】
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)
【００６５】
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。
【００６６】
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)
【００６７】
その後、以下の(36)式に従って、上記ＥＧＲバルブ通過ガス流量設定値Ｑｅ、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を用い、同様に、後述する第２の吸気制御マネージャ３４ａの処理で算出される１制御周期前の空気有効成分分圧の誤差の時間積分値（１制御周期前の空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*(-1)と１制御周期前の空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏ(-1)との誤差の時間積分値）Ｉｍｏ(-1)を加味してスロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiを算出する。
0003762063.tif 000004
【００６８】
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。
０≦Ｑａ≦(Ｑａ)max  …(37)
【００６９】
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)
【００７０】
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。
【００７１】
ステップS230では、第２の吸気制御マネージャ３４ａによる処理として、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(39)式によって算出する。
0003762063.tif 000005
【００７２】
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(40)式によって算出する。
Ｐｍｅｅｈ*＝(１／ｆ２)・(Ｑｅ＋(ｆ２−ｈ２)・Ｐｍｅｅ−ｇ２・Ｉｍｅｅ(-1))…(40)
【００７３】
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(41)式により、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*を算出する。
0003762063.tif 000006
【００７４】
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(42)式により、ＥＧＲガス有効成分分圧予測値Ｐｍｅｅ*を算出する。
0003762063.tif 000007
【００７５】
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(43)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(44)式によって算出する。
Ｉｍｏ  ＝Ｉｍｏ(-1)＋(Ｐｍｏ*−Ｐｍｏ)・ｄｔ        …(43)
Ｉｍｅｅ＝Ｉｍｅｅ(-1)＋(Ｐｍｅｅ*−Ｐｍｅｅ)・ｄｔ  …(44)
【００７６】
簡易的には、上記(39)式による空気有効成分分圧目標補正値Ｐｍｏｈ*、上記(40)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(45),(46)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          …(45)
Ｐｍｅｅｈ*＝Ｐｍｅｅ*i        …(46)
【００７７】
この場合、前述のＦ／Ｂ制御部３６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。
【００７８】
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。
【００７９】
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(47)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(44)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(48)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)          …(47)
Ｉｍｅｅ＝Ｉｍｅｅ(-1)        …(48)
【００８０】
その後、ステップS240へ進み、第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａの処理として図７の負荷・燃焼制御ルーチンを実行し、空燃比制御状態に応じた最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を設定する。以下、この負荷・燃焼制御ルーチンについて説明する。
【００８１】
このルーチンでは、ステップS250で、筒内空燃比基準値算出部５０の処理として、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆi、理論空燃比ＡＢＦT、当量比設定値ｆａｉi、吸気系係数ｄから、以下の(49)式で示す筒内空燃比基準値ＡＢＦｂを算出する。
ＡＢＦｂ＝ｄ・Ｐｍｏ*／Ｇｆi        …(49)
【００８２】
次いで、ステップS260へ進み、制御空燃比限界算出部５１の処理として、リーン側空燃比の下限値ＡＢＦＲ＿Ｓ、ストイキオ側空燃比の上限値ＡＢＦＬ＿Ｋを各領域における燃焼悪化限界の制御空燃比限界値として算出する。これらの制御空燃比限界値は、簡易的には、予め設定した固定値で与えても良いが、エンジン回転数Ｎｅを格子とする１次元テーブルで各々与えた設定値とすることにより、運転条件によって変化する燃焼可能な空燃比の制御範囲を、運転条件に応じて最適に設定することができる。
【００８３】
その後、ステップS270へ進み、空燃比制御判定部５２の処理として、現在の空燃比制御状態が、リーン空燃比制御時かストイキオ（含むリッチ）空燃比制御時か、あるいは、空燃比切り換え制御時かを判定し、空燃比切り換え制御時には、さらに、筒内空燃比基準値ＡＢＦｂの制御空燃比限界値に対する関係から３つの空燃比制御状態を判定して、以下の(ａ)〜（ｅ）に示すように、それぞれを第１〜第５の空燃比制御状態とする。
0003762063.tif 000008
【００８４】
そして、上記ステップS270から最終基本噴射量算出部５３の処理であるステップS280へ進み、判定した空燃比制御状態に応じて、以下の(50)〜(54)式に示すように、最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出し、ルーチンを抜ける。
第１の空燃比制御時：  Ｇｆ*＝ｄ・Ｐｍｏ*／ＡＢＦi          …(50)
第２の空燃比制御時：  Ｇｆ*＝Ｇｆi                        …(51)
第３の空燃比制御時：  Ｇｆ*＝ｄ・Ｐｍｏ*／ＡＢＦＬ＿Ｋ     …(52)
第４の空燃比制御時：  Ｇｆ*＝Ｇｆi                        …(53)
第５の空燃比制御時：  Ｇｆ*＝ｄ・Ｐｍｏ*／ＡＢＦi          …(54)
但し、ＡＢＦi：筒内空燃比の初期設定値（＝ＡＢＦT／ｆａｉ）
【００８５】
例えば、筒内噴射エンジン等において、リーン空燃比による成層燃焼領域と、リッチ域を含むストイキオによる均一燃焼領域とを運転条件に応じて切り換えるような場合、図１０に示すように、成層燃焼領域でのベース制御では、上記(50)式に示す第１の空燃比制御とし、均一燃焼領域でのベース制御では、上記(54)式に示す第５の空燃比制御とする。
【００８６】
すなわち、ベース制御では、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で、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も追従性の良い高精度の空燃比優先型制御とする。
【００８７】
また、成層燃焼から均一燃焼への切り換え過渡時の中間燃焼期間では、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*に基づいて算出した筒内空燃比基準値ＡＢＦｂがリーン側空燃比の下限値（すなわち成層リッチ側限界空燃比）ＡＢＦＲ＿Ｓより上にある当初の状態では、成層燃焼でのベース制御（第１の空燃比制御）から第２の空燃比制御へ移行し、上記(51)式に示すように、最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiとする燃料優先型の制御とし、空気の検出遅れによる燃料量の制御遅れを回避する。
【００８８】
次に、筒内空燃比基準値ＡＢＦｂがリーン側空燃比の下限値ＡＢＦＲ＿Ｓとストイキオ側空燃比の上限値（すなわち均一リーン側限界空燃比）ＡＢＦＬ＿Ｋとの間の範囲に入ると、燃料優先型の第２の空燃比制御から第３の空燃比制御へ以降し、上記(52)式に示すように、ストイキオ側空燃比の上限値ＡＢＦＬ＿Ｋによって最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を増量して実際の筒内空燃比を均一リーン側限界までステップ的に小さくし、均一リーン側限界成層燃焼のリッチ側限界と均一燃焼のリーン側限界との間の空燃比を回避する空燃比優先型の制御とする。
【００８９】
そして、筒内空燃比基準値ＡＢＦｂがストイキオ側空燃比の上限値ＡＢＦＬ＿Ｋより低くなると、空燃比優先型の第３の空燃比制御から第４の空燃比制御へ移行し、上記(53)式に示すように、再び、最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiとする燃料優先型の制御として、筒内空燃比基準値ＡＢＦｂが成層燃焼から均一燃焼への燃焼切換指示に対応して初期設定された初期設定値ＡＢＦiに達したとき、均一燃焼のベース制御である空燃比優先型の第５の空燃比制御へ切り換える。
【００９０】
同様に、均一燃焼から成層燃焼への切り換え過渡時の中間燃焼期間では、筒内空燃比基準値ＡＢＦｂがストイキオ側空燃比の上限値ＡＢＦＬ＿Ｋより下にある当初の状態では、均一燃焼でのベース制御（第５の空燃比制御）から燃料優先型の第４の空燃比制御へ移行し、筒内空燃比基準値ＡＢＦｂがストイキオ側空燃比の上限値ＡＢＦＬ＿Ｋとリーン側空燃比の下限値ＡＢＦＲ＿Ｓとの間の範囲に入ると、燃料優先型の第４の空燃比制御から空燃比優先型の第３の空燃比制御へ移行して筒内空燃比を均一燃焼のリーン側限界から成層燃焼のリッチ側限界へステップ的に移行させる。
【００９１】
そして、筒内空燃比基準値ＡＢＦｂがリーン側空燃比の下限値ＡＢＦＲ＿Ｓよりも上になると、空燃比優先型の第３の空燃比制御から燃料優先型の第２の空燃比制御へ移行し、筒内空燃比基準値ＡＢＦｂが均一燃焼から成層燃焼への燃焼切換指示に対応して初期設定された初期設定値ＡＢＦiに達したとき、成層燃焼のベース制御である空燃比優先型の第１の空燃比制御へ切り換える。
【００９２】
これにより、均一リーン側限界成層燃焼のリッチ側限界と均一燃焼のリーン側限界との間の空燃比を使用することがなく、燃焼悪化を未然に回避して排気エミッションの悪化を防止することができるとともに、空燃比切り換え時の過渡的な状態においても、空燃比を優先して最終的な基本燃料噴射量を算出するため、出力トルクショックを最小限に抑えることが可能となる。
【００９３】
以上の定期処理ルーチンに対し、図８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。
【００９４】
図１１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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
図１２は本発明の実施の第２形態に係わり、第２の負荷・燃焼制御マネージャのブロック図である。
【０１０１】
本形態は、前述の第１形態における第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａの処理を変更し、筒内空燃比基準値ＡＢＦｂや最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出する際に、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*に代えて空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏを採用するものである。
【０１０２】
このため、本形態の第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ｂでは、図１２に示すように、第１形態に対し、筒内空燃比基準値算出部５０、最終基本噴射量算出部５３を、それぞれ、筒内空燃比基準値算出部５０Ａ、最終基本噴射量算出部５３Ａとし、図７の負荷・燃焼制御ルーチンにおけるステップS250で、筒内空燃比基準値算出部５０Ａの処理として、空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏ、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆi、理論空燃比ＡＢＦT、当量比設定値ｆａｉi、吸気系係数ｄから、以下の(55)式によって筒内空燃比基準値ＡＢＦｂを算出する。
ＡＢＦｂ＝ｄ・Ｐｍｏ／Ｇｆi        …(55)
【０１０３】
また、ステップS280における最終基本噴射量算出部５３Ａの処理として、判定した空燃比制御状態に応じ、以下の(56)〜(60)式に示すように、最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出する。
第１の空燃比制御時：  Ｇｆ*＝ｄ・Ｐｍｏ・ｆａｉ／ＡＢＦT  …(56)
第２の空燃比制御時：  Ｇｆ*＝Ｇｆi                      …(57)
第３の空燃比制御時：  Ｇｆ*＝ｄ・Ｐｍｏ／ＡＢＦＬ＿Ｋ    …(58)
第４の空燃比制御時：  Ｇｆ*＝Ｇｆi                      …(59)
第５の空燃比制御時：  Ｇｆ*＝ｄ・Ｐｍｏ・ｆａｉ／ＡＢＦT  …(60)
【０１０４】
尚、本形態では、第２の吸気制御マネージャ３４ａ及びその処理を省略することも可能であり、前述の(33)式によるＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値Ｑｅi、前述の(36)式によるスロットル通過空気流量初期設定値Ｑａiは、それぞれ、以下の(33'),(36')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に係わる項ｇ２・Ｉｍｅｅ、空気有効成分分圧誤差の時間積分値Ｉｍｏに係わる項ｇ１・Ｉｍｏを除いた値としても良い。
Ｑｅi＝ｈ２・Ｐｍｅｅ＋ｆ２・(Ｐｍｅｅ*i−Ｐｍｅｅ)            …(33')
Ｑａi＝ｈ１・Ｐｍｏ＋ｆ１・(Ｐｍｏ*i−Ｐｍｏ)−(１−ｒｆａｉ)・Ｑｅ…(36')
【０１０５】
本形態においても、前述の第１形態と同様、燃焼限界を超えた空燃比を使用することがないため、排気ガスエミッションの悪化を防止することができ、また、空燃比切り換え時の過渡的な状態においても空燃比を優先した最終的な基本燃料噴射量として出力トルクショックを最小限に抑えることができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、吸気管内圧力の空気有効成分分圧とエンジン出力目標値に対応する基本燃料噴射量の初期設定値とに基づいて筒内空燃比の基準値を設定するとともに、複数の制御領域に対し、それぞれの領域における空燃比の制御限界を設定し、運転条件に応じて空燃比制御状態を切り換える場合、筒内空燃比の基準値と空燃比の制御限界とに基づいて現在の空燃比制御状態を判定し、この判定結果に応じて最終的な基本燃料噴射量を設定するため、排気ガスエミッションの悪化や燃焼悪化が予想される空燃比制御域を回避して排気ガスエミッションの悪化を未然に防止し、異なる空燃比の制御領域へ切り換える際にも、空燃比を優先して最終的な基本燃料噴射量として出力トルクショックを最小限に抑え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、第２の負荷・燃焼制御マネージャのブロック図
【図３】同上、エンジン制御系の全体ブロック図
【図４】同上、初期化ルーチンのフローチャート
【図５】同上、定期処理ルーチンのフローチャート
【図６】同上、燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンのフローチャート
【図７】同上、負荷・燃焼制御処理ルーチンのフローチャート
【図８】同上、クランク角割込みルーチンのフローチャート
【図９】同上、吸気系モデルの説明図
【図１０】同上、燃焼形態と空燃比制御との関係を示す説明図
【図１１】同上、気筒判別の説明図
【図１２】本発明の実施の第２形態に係わり、第２の負荷・燃焼制御マネージャのブロック図
【符号の説明】
１                        …エンジン
１ｂ                      …スロットルバルブ
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
Ｐｍｏ*                   …空気有効成分分圧予測値
Ｐｍｏ                    …空気有効成分分圧推定値
ＡＢＦｂ                  …筒内空燃比の基準値
ＡＢＦi                   …筒内空燃比の初期設定値
ＡＢＦＲ＿Ｓ，ＡＢＦＬ＿Ｋ…制御空燃比限界値
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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【図１１】
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【図１２】
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