JP3897869B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転条件に応じて燃焼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、リーン空燃比での成層燃焼や理論空燃比（含むリッチ空燃比）での均一燃焼等、異なる燃焼状態を切り換えて制御する場合、燃焼状態の切り換え直後における最適燃焼状態については、電子制御化によって燃料噴射量や点火時期については要求値に対して急峻に変化させることが可能であるものの、空気やＥＧＲについては、アクチュエータの動作遅れや機械的応答限界、吸気チャンバの充填分による圧力応答遅れ等により、要求値が達成できない状態が発生する。
【０００６】
この空気・ＥＧＲの要求値が達成できないままで燃料噴射量や点火時期を要求通りとすると、成層燃焼の場合は結果としての空燃比が正常燃焼範囲の空燃比のリッチ限界を超え、均一あるいは予混合燃焼の場合にはリーン限界あるいはＥＧＲ限界を超えてしまう。このため、正常燃焼ができずに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、異なる燃焼状態を切り換える際に、燃焼状態を正常燃焼範囲に維持し、また、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変化させるエンジンの制御装置において、シリンダ流入量の初期設定値と、このシリンダ流入量の初期設定値と吸気系の制御結果としてのシリンダ流入量との一致度により、マップ設定値及び／又は計算によって求まる目標値への制御が可燃範囲で達成可能か否かを判断する手段と、上記目標値への制御が可燃範囲を外れ達成不可と判断されたとき、可燃範囲となる燃焼限界空燃比を設定する手段と、上記燃焼限界空燃比と基本燃料噴射量の初期設定値から求めた空燃比とを比較し、可燃範囲となる燃料噴射量を求め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、理論空燃比で換算したＥＧＲ率に基づいて上記燃焼限界空燃比を設定す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、基本燃料噴射量の初期設定値に対応する空燃比で換算したＥＧＲ率に基づいて上記燃焼限界空燃比を設定することを特徴とする。
【００１７】
すなわち、本発明では、マップ設定値及び／又は計算によって求まる目標値への制御が可燃範囲で達成可能か否かを、シリンダ流入量の初期設定値と、このシリンダ流入量の初期設定値と吸気系の制御結果としてのシリンダ流入量との一致度により判断し、目標値への制御が可燃範囲を外れ達成不可と判断されたときには、可燃範囲となる燃焼限界空燃比を設定し、この燃焼限界空燃比と基本燃料噴射量の初期設定値から求めた空燃比とを比較して可燃範囲となる燃料噴射量を求める。
【００１８】
この際、燃焼限界空燃比は、理論空燃比で換算したＥＧＲ率、あるいは、基本燃料噴射量の初期設定値に対応する空燃比で換算したＥＧＲ率に基づいて設定することが望ましい。
【００２０】
【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。図面は本発明の実施の一形態に係わり、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は可燃限界判定ルーチンのフローチャート、図８は点火時期補正ルーチンのフローチャート、図９はクランク角割込みルーチンのフローチャート、図１０は吸気系モデルの説明図、図１１は可燃限界算出モデルの説明図、図１２は均一燃焼リーン限界テーブルの説明図、図１３は成層燃焼リッチ限界テーブルの説明図、図１４は点火時期補正マップの説明図、図１５は点火時期補正の説明図、図１６は点火時期補正マップの説明図、図１７は気筒判別の説明図である。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
次に、本発明で採用する吸気系モデルは、図１０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。
【００３５】
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)
【００３６】
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)
【００３７】
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)
【００３８】
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)
【００３９】
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)
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
また、第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａでは、スロットルバルブ１ｂやＥＧＲバルブ１４による吸気系の制御結果として、マップ設定値や計算によって求まる空気量やＥＧＲ量の目標値への追従制御が達成できるか否かを判定する。そして、目標状態が達成できると判定したときには、通常制御における最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出し、リーン空燃比での成層燃焼←→ストイキオでの均一燃焼の切り換え等に目標状態が達成できないと判定したとき、可燃範囲での中間的な燃焼状態の制御を行うべく、可燃範囲となる最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出するとともに、空燃比切り換えに伴うトルクショックを緩和するための点火時期補正量ＩＧＮＴｍを算出する。
【００４４】
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、目標吸気・ＥＧＲ状態達成判定部５０、可燃限界設定部５１、最終基本噴射量算出部５２、トルク調整制御部５３から構成されており、目標吸気・ＥＧＲ状態達成判定部５０で、目標状態が達成できるか否かを判定し、目標状態が達成できないと判定したとき、可燃限界設定部５１で燃焼限界空燃比を算出し、最終基本噴射量算出部５２で可燃範囲となる燃料噴射量を求めて最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*として噴射パルス時間算出部４０へ出力するとともに、トルク調整制御部５３で中間燃焼におけるエンジン出力変動のトルクショックを抑えるための点火時期補正量ＩＧＮＴｍを算出し、点火時期設定部４３へ出力する。
【００４５】
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。
【００４６】
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初期設定値ＩＧＮＴiを設定し、以下の(11)式に示すように、この点火時期初期設定値ＩＧＮＴｍに点火時期補正量ＩＧＮＴｍを加えて最終的な点火時期ＩＧＮＴ*を求めると、点火信号発生部４４で、この最終的な点火時期ＩＧＮＴ*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。
ＩＧＮＴ*＝ＩＧＮＴi＋ＩＧＮＴｍ …(11)
【００４７】
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９のフローチャートに従って説明する。
【００４８】
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。
【００４９】
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９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。
【００５０】
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。
【００５１】
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９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。
【００５２】
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。
【００５３】
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初期設定値ＩＧＮＴiを設定すると、この点火時期初期設定値ＩＧＮＴiに、後述する図８の点火時期補正ルーチンによって算出された点火時期補正量ＩＧＮＴｍを加算して最終点火時期ＩＧＮＴ*を算出し（(11)式参照）、ルーチンを抜ける。
【００５４】
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(12)〜(14)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) …(12)
ｃe＝ａ／ｂe＝(Ｖｓ／(Ｒｅ・Ｔｍ))・ηv・(Ｎｅ・Ｌ／１２０) …(13)
ｄ ＝(Ｖｓ／(Ｒａ・Ｔｍ))・ηv …(14)
【００５５】
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、当量比設定値ｆａｉi（目標当量比）での目標ＥＧＲ率の初期値であるＥＧＲ初期設定値ＥＧＲi、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。尚、本発明におけるＥＧＲ率についての定義は後述する。
【００５６】
このステップS180における第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初期設定値ＥＧＲi、吸気系係数ｄ、理論空燃比ＡＢＦTから、以下の(16)〜(19)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 …(16)
Ｐｍｅｅ*i＝ＥＧＲi／(１−ＥＧＲi)・(Ｒｅ／Ｒａ)・Ｐｍｏ*i …(17)
Ｐｍ*i ＝Ｐｍｏ*i＋Ｐｍｅｅ*i …(18)
ｒｆａｉ ＝ｆａｉ／ｆａｉi …(19)
【００５７】
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(20)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) …(20)
但し、ｑ：加重平均係数
【００５８】
上記(20)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(21)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 …(21)
【００５９】
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(22)〜(27)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 …(22)
ｆ２＝(１／(ｒｆａｉ・ｂe・ｄｔ))・ｎ …(23)
ｈ１＝ｃa …(24)
ｈ２＝ｃe／ｒｆａｉ …(25)
ｇ１＝ｍ／Ｎｅ …(26)
ｇ２＝ｍ／Ｎｅ …(27)
但し、ｄｔ：制御周期
ｎ ：重み係数（０＜ｎ＜１）
ｍ ：積分制御係数（ｍ≧０）
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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(28),(29)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(30)式によって算出される。
【００６５】
次に、上記(28)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(30)式で算出した新気分圧モデル値Ｐｆａを用い、以下の(31)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(32)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 …(31)
Ｐｍｅｅ＝Ｐｍ−Ｐｍｏ …(32)
【００６６】
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(33)式によって算出しても良い。
Ｐｍｏ＝Ｐｆａ＋Ｐｆｅａ・(Ｐｍ−Ｐｆａ)／(Ｐｆｅａ＋Ｐｆｅｅ)…(33)
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。
【００６７】
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(34)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。
【００６８】
上記(34)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(35)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 …(35)
【００６９】
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。
【００７０】
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(36)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 …(36)
【００７１】
その後、以下の(37)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。
【００７２】
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(38)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 …(38)
【００７３】
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(39)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 …(39)
【００７４】
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。
【００７５】
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(40)式によって算出する。
【００７６】
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(41)式によって算出する。
【００７７】
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(42)式により、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*を算出する。
【００７８】
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(43)式により、ＥＧＲガス有効成分分圧予測値Ｐｍｅｅ*を算出する。
【００７９】
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(44)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(45)式によって算出する。
Ｉｍｏ ＝Ｉｍｏ(-1)＋(Ｐｍｏ*−Ｐｍｏ)・ｄｔ …(44)
Ｉｍｅｅ＝Ｉｍｅｅ(-1)＋(Ｐｍｅｅ*−Ｐｍｅｅ)・ｄｔ …(45)
【００８０】
簡易的には、上記(40)式による空気有効成分分圧目標補正値Ｐｍｏｈ*、上記(41)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(46),(47)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 …(46)
Ｐｍｅｅｈ*＝Ｐｍｅｅ*i …(47)
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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(44)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(48)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(45)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(49)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) …(48)
Ｉｍｅｅ＝Ｉｍｅｅ(-1) …(49)
【００８４】
尚、以上の第２の吸気制御マネージャ３４ａ及びその処理は、省略することも可能であり、前述の(34)式によるＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値Ｑｅi、前述の(37)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(34'),(37')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。
【００８５】
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の処理を行う。この処理では、まず、目標吸気・ＥＧＲ状態達成判定部５０において、以下の条件に従い、現在の燃焼状態でマップ設定による目標値への制御が可能であるか否かを判定し、目標状態が達成できると判定されたときには通常制御に戻り、目標状態が達成できないと判定されたとき、可燃範囲での中間的な燃焼状態に制御する。この場合、達成不可判定時間が所定時間を超えた場合には、通常制御に戻ることを目的として達成不可状態であっても達成可とする。また、複数の条件を組み合わせて判定しても良く、その場合には、それぞれの判定結果についてＡＮＤ，ＯＲ等の論理条件を設定し、その論理的な結論に従って目標状態が達成できるか否かを判定する。
【００８６】
具体的には、筒内空燃比の初期設定値ＡＢＦi（＝ＡＢＦT／ｆａｉi）、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆi及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて以下の(50)式により求められる空気有効成分のシリンダ流入流量初期設定値Ｑｓｏiと、現在のシリンダ流入流量もしくは吸気系の状態推定によって求められる空気有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｏ（(5)式参照）との比較による一致度、及び、上記空気有効成分のシリンダ流入流量初期設定値ＱｓｏiとＥＧＲ初期設定値ＥＧＲiとを用いて以下の(51)式によって求められるＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量初期設定値Ｑｓｅｅiと、ＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｅ（(6)式参照）との比較による一致度を調べ、Ｑｓｏi≠ＱｓｏあるいはＱｓｅｅi≠Ｑｓｅｅのとき、目標状態の達成不可と判定する。
Ｑｓｏi ＝ＡＢＦi・Ｇｆi／１０００・Ｎｅ・Ｌ／１２０ …(50)
Ｑｓｅｅi＝Ｑｓｏi・ＥＧＲi／(ＥＧＲi−１) …(51)
【００８７】
この場合、空気有効成分のシリンダ流入流量の初期設定値Ｑｓｏiと推定値Ｑｓｏとの一致度、及び、ＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量の初期設定値Ｑｓｅｅiと推定値Ｑｓｅｅとの一致度を、割合や偏差で評価し、一致度が所定範囲であれば目標状態達成可と判断しても良い。
【００８８】
また、上記判定条件に代えて採用する判定条件、あるいは、上記判定条件と組み合わせる判定条件として、筒内空燃比の初期設定値ＡＢＦi、及び、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求まる空燃比換算値ＡＢＦｆiによる判定がある。この空燃比換算値ＡＢＦｆiは、燃焼後の不活性成分が基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiに対応するシリンダ流入空気量ＱａｆiとＥＧＲガス中の不活性成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｔとの和になる当量比ｆａｉｆiで換算した空燃比（ＡＢＦｆi＝ＡＢＦT／ｆａｉｆi）であり、この空燃比換算値ＡＢＦｆiによる判定では、以下の(52),(53)式に示すように、均一燃焼時、あるいは、成層燃焼時に、空燃比換算値ＡＢＦｆiが所定範囲内にあるとき、目標状態達成可と判定する。
均一燃焼時：ＡＢＦｆi≦(ＡＢＦiｋ＋Ｏｆｓｔｋ) …(52)
成層燃焼時：ＡＢＦｆi≦(ＡＢＦiｓ−Ｏｆｓｔｓ) …(53)
但し、ＡＢＦiｋ ：均一燃焼時の空燃比初期設定値
ＡＢＦiｓ ：成層燃焼時の空燃比初期設定値
Ｏｆｓｔｋ：均一燃焼時の中間燃焼リセット幅
Ｏｆｓｔｓ：成層燃焼時の中間燃焼リセット幅
【００８９】
以上により、目標状態が達成できると判定されたときには、後述するように、中間燃焼状態を示すフラグや噴射量補正状態を示すフラグをクリアし、最終基本噴射量算出部５２で基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから最終基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出して通常制御に戻り、目標状態が達成できないと判定されたとき、可燃範囲での中間的な燃焼状態に制御する。この中間的な燃焼状態への制御に際しては、まず、可燃限界設定部５１で燃焼限界空燃比ＡＢＦｌｍを算出し、最終基本噴射量算出部５２で、可燃範囲となる燃料噴射量Ｇｆｌｍを求めて最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*とするとともに、トルク調整制御部５３で、中間燃焼におけるエンジン出力変動のトルクショックを抑えるための点火時期補正量ＩＧＮＴｍを算出する。
【００９０】
上記燃焼限界空燃比ＡＢＦｌｍは、均一燃焼では、ＥＧＲガスの増加に伴う比熱の増加等によってリーン限界が低下し、成層燃焼では、ＥＧＲガス中に含まれる空気成分やＥＧＲによるガス温度上昇等によってリッチ限界が改善する傾向にあるため、理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔあるいは空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆiを用い、均一燃焼で安定燃焼を確保可能なリーン側空燃比の限界値である均一燃焼可燃リーン限界空燃比ＡＢＦＬ＿ＫＥ、及び、成層燃焼で安定燃焼を確保可能なリッチ側空燃比の限界値である成層燃焼可燃リッチ限界空燃比ＡＢＦＲ＿ＳＥ（ＡＢＦＲ＿ＳＥ＞ＡＢＦＬ＿ＫＥ）を、燃焼限界空燃比ＡＢＦｌｍとして求める。
【００９１】
ここで、本発明における目標ＥＧＲ率（ＥＧＲ初期設定値）ＥＧＲi、理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔ、空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆiについて説明する。
【００９２】
通常、ＥＧＲ率はシリンダに流入する全体のガス量に対するＥＧＲガス量の比で表現されるが、本発明では、目標ＥＧＲ率ＥＧＲiを、シリンダに流入する全体のガス量に対するＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｅの比として定義する。また、理論空燃比では、ＥＧＲガス中の不活性成分と有効成分とが同じ値であるため、理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔを、シリンダに流入する全体のガス量に対するＥＧＲガス中の不活性成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｔの比として定義する。
【００９３】
図１１は、過渡時における各成分のシリンダ流入量と吸気管内の対応する分圧とを図示した可燃限界算出モデルであり、シリンダに流入する全体のガス量は、新気のシリンダ流入流量Ｑｓａ（吸気管内分圧Ｐｍａ）とＥＧＲガスのシリンダ流入流量Ｑｓｅ（吸気管内分圧Ｐｍｅ）との和として与えられる。シリンダに流入するＥＧＲガスの成分は、過不足空気成分Ｑｓｅａ（吸気管内の分圧Ｐｍｅａ）と有効成分Ｑｓｅｅ（吸気管内分圧Ｐｍｅｅ）とに分けられ、さらに、有効成分Ｑｓｅｅは、空気成分Ｑｓｅｅａと不活性成分Ｑｓｅｔとに分けられる。
【００９４】
新気のシリンダ流入流量Ｑｓａは、新気分圧Ｐｍａを用いて以下の(54)式によって求めることができ、また、吸気系の制御結果として得られるＥＧＲガスのシリンダ流入流量Ｑｓｅは、ＥＧＲガス中の空気過不足成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅａ（空気有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｏと新気のシリンダ流入流量Ｑｓａとの差として求めることができる）とＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｅとの和であることから、以下の(55)式によって求めることができる。
【００９５】
従って、目標ＥＧＲ率（ＥＧＲ初期設定値）ＥＧＲiは、以下の(56)式によって算出することができ、理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔは、以下の(57)式によって算出することができる。
【００９６】
また、燃焼後の不活性成分が基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiに対応するシリンダ流入空気量ＱａｆiとＥＧＲガス中の不活性成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｔとの和になる当量比ｆａｉｆiでの空燃比において、シリンダに流入する全体のガス量相当値を求め、この相当値に対するＥＧＲガス中の不活性成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｔの比で定義したＥＧＲ率ＥＧＲｆiを、空燃比換算値ＡＢＦｆiにおけるＥＧＲ率とする。
【００９７】
基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiに対応するシリンダ流入空気量Ｑａｆiは、以下の(58)式によって求めることができ、当量比ｆａｉｆiは以下の(59)式に示す関係となることから、ＥＧＲ率ＥＧＲｆiは以下の(60)式によって算出することができる。
Ｑａｆi ＝ＡＢＦT・Ｇｆi／１０００・Ｎｅ・Ｌ／１２０ …(58)
ｆａｉｆi＝(Ｑａｆi＋Ｑｓｅｔ）／(Ｑｓａ＋Ｑｓｅ） …(59)
ＥＧＲｆi＝Ｑｓｅｔ／(Ｑｓａ＋Ｑｓｅ)／ｆａｉｆi …(60)
【００９８】
以上の理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔ、あるいは空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆiを用い、上記均一燃焼可燃リーン限界空燃比ＡＢＦＬ＿ＫＥ、上記成層燃焼可燃リッチ限界空燃比ＡＢＦＲ＿ＳＥは、それぞれ、テーブル・マップ類を参照することで求めることができる。このテーブル・マップ類としては、図１２，１３に示すような特性の一次元テーブル、エンジン回転数Ｎｅと理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔ（あるいは空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆi）とを格子とするマップ、さらには、水温等の燃焼限界の支配因子と理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔ（あるいは空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆi）とを格子とするテーブル等を採用することができる。
【００９９】
但し、上述の理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔを用いて燃焼限界空燃比を求める場合、前述したように理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔがシリンダ流入ガス量全体に対する不活性成分割合を示すものであるため、空燃比の影響を受けることがないのに対し、上記ＥＧＲ率ＥＧＲｆiを用いて燃焼限界空燃比を求める場合には、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求まる空燃比換算値ＡＢＦｆiが、いわば仮の空燃比であるため、正確な燃焼限界を求めるには、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiに後述する可燃範囲となる燃料噴射量Ｇｆｌｍを代入して同様の処理を繰り返し、燃焼限界空燃比を求めた結果が収束するまで所定回数繰り返す必要がある。この繰り返し計算の回数は、必要とする誤差範囲に応じ、適宜、１回から所定回数までの回数が選択される。
【０１００】
次に、最終基本噴射量算出部５２での最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を求める処理について説明する。この処理では、図７の可燃限界判定ルーチンによって基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求めた空燃比換算値ＡＢＦｆiと上記均一燃焼可燃リーン限界空燃比ＡＢＦＬ＿ＫＥ、及び、成層燃焼可燃リッチ限界空燃比ＡＢＦＲ＿ＳＥとの関係から基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiが可燃範囲にあるか否かを判定し、その判定結果に応じて最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*が決定される。
【０１０１】
この可燃限界基本燃料噴射量算出ルーチンでは、まず、ステップS250で中間燃焼フラグがＯＮされているか否かを調べ、中間燃焼フラグがＯＮで現在の燃焼状態が成層燃焼と均一燃焼との切り換え状態にあるときには、ステップS253へ進み、中間燃焼フラグがＯＦＦのとき、ステップS251で成層燃焼から均一燃焼あるいは均一燃焼から成層燃焼への燃焼切換要求があるか否かを調べる。
【０１０２】
そして、上記ステップS251で、燃焼切換要求があるときには、ステップS252で中間燃焼フラグをＯＮして同様にステップS253へ進み、燃焼切換要求がなく、成層燃焼あるいは均一燃焼での定常状態であるときには、上記ステップS251からステップS254へ進んで、中間燃焼フラグ、噴射量補正フラグ、及び、Ｇｆ優先制御フラグを全てＯＦＦし、ルーチンを抜ける。
【０１０３】
上記中間燃焼フラグ、噴射量補正フラグ、及び、Ｇｆ優先制御フラグは、通常制御ルーチンで参照され、中間燃焼フラグＯＦＦ時には、均一燃焼か成層燃焼かの燃焼方式の選択・決定が行われて最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*が算出される。この最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*は、以下の(61)式に示すように、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*を用い、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、空燃比優先の制御とする。
Ｇｆ*＝ｄ・Ｐｍｏ*・ｆａｉi／ＡＢＦT …(61)
【０１０４】
尚、上記最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*は、実際の吸気管圧力の応答が制御目標値に対して遅れる場合があることを考慮し、空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏを用い、以下の(61')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 …(61')
【０１０５】
一方、上記ステップS250で中間燃焼フラグがＯＮで上記ステップS250からステップS253へ進んだとき、あるいは、中間燃焼フラグがＯＦＦであったにも拘わらず、燃焼切換要求が有り、ステップS250→ステップS251→ステップS252を経てステップS253へ進んだときには、前述の目標吸気・ＥＧＲ状態達成判定部５０の判定結果を参照し、目標吸気・ＥＧＲ状態が達成可か否かを調べる。
【０１０６】
そして、目標吸気・ＥＧＲ状態が達成可のときには、上記ステップS253から前述のステップS254を経てルーチンを抜け、目標吸気・ＥＧＲ状態が達成不可のとき、上記ステップS253からステップS255へ進んで基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求めた空燃比換算値ＡＢＦｆiと成層燃焼可燃リッチ限界空燃比ＡＢＦＲ＿ＳＥとを比較する。その結果、ＡＢＦｆi≧ＡＢＦＲ＿ＳＥの条件を満たすとき、ステップS256へ進んで均一燃焼のＧｆ優先制御フラグをＯＮしてＧｆ優先の制御とし、最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*として基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiを採用してルーチンを抜ける。
【０１０７】
尚、このＧｆ優先の制御とは、空燃比は初期設定値と異なるものの、出力（トルク）変化が少ない状態を目的とした制御であり、このときのＥＧＲ率は空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆiとなる。
【０１０８】
一方、上記ステップS255でＡＢＦｆi≧ＡＢＦＲ＿ＳＥの条件を満たさないときには、上記ステップS255からステップS257へ進み、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求めた空燃比換算値ＡＢＦｆiと均一燃焼可燃リーン限界空燃比ＡＢＦＬ＿ＫＥとを比較し、ＡＢＦｆi≦ＡＢＦＬ＿ＫＥの条件を満たすとき、ステップＳ258で成層燃焼のＧｆ優先制御フラグをＯＮしてＧｆ優先の制御とし、最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*として基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiを採用してルーチンを抜ける。
【０１０９】
また、上記ステップS257でＡＢＦｆi≦ＡＢＦＬ＿ＫＥの条件を満たさないとき、すなわち、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求めた空燃比換算値ＡＢＦｆiがＡＢＦＬ＿ＫＥ＜ＡＢＦｆi＜ＡＢＦＲ＿ＳＥのときには、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiでは可燃範囲に入らないことになり、このときには、上記ステップS257からステップS259へ進んで均一燃焼の可燃範囲となる燃料噴射量Ｇｆｌｍを算出し、この可燃範囲噴射量Ｇｆｌｍを最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*として、噴射量補正フラグをＯＮするとともにＧｆ優先制御フラグをＯＦＦして燃焼限界制御とし、ルーチンを抜ける。
【０１１０】
上記可燃範囲噴射量Ｇｆｌｍは、燃焼限界空燃比ＡＢＦｌｍに対応する燃焼限界当量比ｆａｉｌｍ相当時の燃料噴射量であり、この燃料噴射量の燃料当量分のシリンダ流入空気量をＱａｌｍとして、以下の(62)〜(64)式によって算出することができる。また、この燃焼限界制御時のＥＧＲ率は、以下の(65)式に示すＥＧＲ率ＥＧＲｌｍとなる。
ｆａｉｌｍ＝ＡＢＦT／ＡＢＦｌｍ …(62)
Ｑａｌｍ ＝ｆａｉｌｍ・(Ｑｓａ＋Ｑｓｅ）−Ｑｓｅｔ …(63)
Ｇｆｌｍ ＝Ｑａｌｍ・(１０００・１２０)／(ＡＢＦT・Ｎｅ・Ｌ） …(64)
ＥＧＲｌｍ＝Ｑｓｅｔ／(Ｑｓａ＋Ｑｓｅ)／ｆａｉｌｍ …(65)
【０１１１】
以上の処理における噴射量補正フラグ及びＧｆ優先制御フラグは、トルク調整制御部５３における図８の点火時期補正ルーチンで参照され、このルーチンでは、ステップS260で、噴射量補正フラグ及びＧｆ優先制御フラグが共にＯＦＦのときには、点火時期補正量ＩＧＮＴｍを算出することなくルーチンを抜け、噴射量補正フラグあるいはＧｆ優先制御フラグがＯＮのとき、ステップS261で中間燃焼におけるエンジン出力変動のトルクショックを抑えるための点火時期補正量ＩＧＮＴｍを算出してルーチンを抜ける。
【０１１２】
ここで、上記点火時期補正量ＩＧＮＴｍの算出処理の説明に先立ち、中間燃焼における燃料噴射量、空燃比、ＥＧＲ率等についてまとめると、中間燃焼時に選択された燃料噴射量、空燃比、ＥＧＲ率を、それぞれ、選択後燃料噴射量Ｇｆｓｅｌ、選択後相当空燃比ＡＢＦｓｅｌ、選択後相当ＥＧＲ率ＥＧＲｓｅｌとした場合、Ｇｆ優先制御時、燃焼限界制御に伴う噴射量補正時には、以下のようになる。
【０１１３】
そして、燃料噴射量変化率ＫＧｆｍを以下の(66)式で定義すると、点火時期補正量ＩＧＮＴｍは、この燃料噴射量変化率ＫＧｆｍと選択後相当空燃比ＡＢＦｓｅｌとを格子とする図１４に示すような点火時期補正マップ（ＩＧＮＴｍマップ）を参照することで、求めることができる。
ＫＧｆｍ ＝Ｇｆｓｅｌ／Ｇｆi …(66)
【０１１４】
上記ＩＧＮＴｍマップは、燃料噴射量変化率ＫＧｆｍの軸方向に対し、燃料噴射量変化率ＫＧｆｍが１のとき、すなわち、Ｇｆ優先制御時を補正量０として、変化率が大きいほど遅角量を増加させ、選択された空燃比ＡＢＦｓｅｌの軸方向に対しては、補正量０の基準値に対し、空燃比が大きいほど進角量を増加させるようになっている。
【０１１５】
また、上記ＩＧＮＴｍマップは、燃料噴射量変化率ＫＧｆｍと、以下の(67)式で定義される空燃比変化率ＫＡＢＦｍと格子とするマップとしても良い。
ＫＡＢＦｍ＝ＡＢＦｓｅｌ／ＡＢＦi …(67)
【０１１６】
さらに、点火時期補正量ＩＧＮＴｍは、以下に説明するように、燃料噴射量変化率ＫＧＦｍに基づく第１の補正量ＩＧＮＴｍ１と、空燃比とＥＧＲ率とに基づく第２の補正量ＩＧＮＴｍ２とを別々に求め、(68)式に示すように、これらの和として求めても良い。
ＩＧＮＴｍ＝ＩＧＮＴｍ１＋ＩＧＮＴｍ２ …(68)
【０１１７】
第１の補正量ＩＧＮＴｍ１は、燃料噴射量変化率ＫＧＦｍからテーブル参照などによって求めることができ、図１５に示すように、ＫＧＦｍ＝１のとき、すなわち、Ｇｆ優先制御時を補正量０として、燃料噴射量変化率が大きいほど遅角量を増加させる。
【０１１８】
また、第２の補正量ＩＧＮＴｍ２は、筒内空燃比の初期設定値ＡＢＦiとＥＧＲ初期設定値ＥＧＲiとから補正量ＩＧＮＴｍ2_1を求め、選択後相当空燃比ＡＢＦｓｅｌと選択後相当ＥＧＲ率ＥＧＲｓｅｌとから補正量ＩＧＮＴｍ2_2を求め、これらの差を第２の補正量ＩＧＮＴｍ２とする。
【０１１９】
各補正量ＩＧＮＴｍ2_1,ＧＮＴｍ2_2は、図１６に示すようなマップを参照して求めることができる。図１６では、補正量ＩＧＮＴｍ2_1に対するマップと、補正量ＧＮＴｍ2_2に対するマップとを、ＩＧＮＴｍ２マップとして代表して概念的に示しており（ＥＧＲ初期設定値ＥＧＲi及び選択後相当ＥＧＲ率ＥＧＲｓｅｌをＥＧＲで表記し、筒内空燃比の初期設定値ＡＢＦi及び選択後相当空燃比ＡＢＦｓｅｌをＡＢＦで表記する）、ＥＧＲ初期設定値ＥＧＲiあるいは選択後相当ＥＧＲ率ＥＧＲｓｅｌが基準値のときを補正量０としてＥＧＲ率が増加するほど進角量を増加させ、筒内空燃比の初期設定値ＡＢＦiあるいは選択後相当空燃比ＡＢＦｓｅｌが基準値のときを補正量０として空燃比が大きくなるほど進角量を増加させる。
【０１２０】
以上の定期処理ルーチンに対し、図９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。
【０１２１】
図１７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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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最終点火時期ＩＧＮＴ*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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
以上により、スロットルバルブ１ｂやＥＧＲバルブ１４等のアクチュエータの動作遅れや機械的応答限界、吸気チャンバの充填分による圧力応答遅れ、ＥＧＲガスの輸送遅れ等により、初期設定値に対する空燃比やＥＧＲの非追従が発生して要求値が達成できない状態が予想される場合には、燃焼状態を正常燃焼範囲に維持して適切な空燃比に切り換えることができ、燃焼悪化による排気ガスエミッションの悪化を防止することができるばかりでなく、空燃比を切り換える際に、エンジン出力変動によるトルクショックを緩和し、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
【０１２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、マップ設定値及び／又は計算によって求まる目標値への制御が可燃範囲で達成可能か否かを、シリンダ流入量の初期設定値と、このシリンダ流入量の初期設定値と吸気系の制御結果としてのシリンダ流入量との一致度により判断し、目標値への制御が可燃範囲を外れ達成不可と判断されたときには、可燃範囲となる燃焼限界空燃比を設定し、この燃焼限界空燃比と基本燃料噴射量の初期設定値から求めた空燃比とを比較して可燃範囲となる燃料噴射量を求めるため、アクチュエータの動作遅れや機械的応答限界、吸気チャンバの充填分による圧力応答遅れ、ＥＧＲガスの輸送遅れ等により、初期設定値に対する空燃比やＥＧＲの非追従が発生して要求値が達成できない状態が予想される場合にも、燃焼状態を正常燃焼範囲に維持して適切な空燃比に切り換えることができ、燃焼悪化による排気ガスエミッションの悪化を防止することができる。また、現在の空燃比から可燃範囲となる燃料噴射量による空燃比へ切り換える際に点火時期を補正することにより、エンジン出力変動によるトルクショックを緩和し、ドライバビリティの悪化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料・吸気・ＥＧＲ制御部のブロック図
【図２】第２の負荷・燃焼制御マネージャのブロック図
【図３】エンジン制御系の全体ブロック図
【図４】初期化ルーチンのフローチャート
【図５】定期処理ルーチンのフローチャート
【図６】燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンのフローチャート
【図７】可燃限界判定ルーチンのフローチャート
【図８】点火時期補正ルーチンのフローチャート
【図９】クランク角割込みルーチンのフローチャート
【図１０】吸気系モデルの説明図
【図１１】可燃限界算出モデルの説明図
【図１２】均一燃焼リーン限界テーブルの説明図
【図１３】成層燃焼リッチ限界テーブルの説明図
【図１４】点火時期補正マップの説明図
【図１５】点火時期補正の説明図
【図１６】点火時期補正マップの説明図
【図１７】気筒判別の説明図
【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
ＡＢＦｌｍ…燃焼限界空燃比
Ｇｆi …基本燃料噴射量初期設定値
Ｇｆｌｍ …可燃範囲噴射量
Ｑｓｏi …空気有効成分のシリンダ流入流量初期設定値
Ｑｓｏ …空気有効成分のシリンダ流入流量
Ｑｓｅｅi …ＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量初期設定値
Ｑｓｅｅ …ＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量
ＡＢＦi …筒内空燃比の初期設定値
ＡＢＦｆi …空燃比換算値
ＥＧＲｔ …理論空燃比換算ＥＧＲ率
ＥＧＲｆi …相当ＥＧＲ率
ＩＧＮＴｍ…点火時期補正量
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転条件に応じて燃焼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、リーン空燃比での成層燃焼や理論空燃比（含むリッチ空燃比）での均一燃焼等、異なる燃焼状態を切り換えて制御する場合、燃焼状態の切り換え直後における最適燃焼状態については、電子制御化によって燃料噴射量や点火時期については要求値に対して急峻に変化させることが可能であるものの、空気やＥＧＲについては、アクチュエータの動作遅れや機械的応答限界、吸気チャンバの充填分による圧力応答遅れ等により、要求値が達成できない状態が発生する。
【０００６】
この空気・ＥＧＲの要求値が達成できないままで燃料噴射量や点火時期を要求通りとすると、成層燃焼の場合は結果としての空燃比が正常燃焼範囲の空燃比のリッチ限界を超え、均一あるいは予混合燃焼の場合にはリーン限界あるいはＥＧＲ限界を超えてしまう。このため、正常燃焼ができずに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、異なる燃焼状態を切り換える際に、燃焼状態を正常燃焼範囲に維持し、また、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変化させるエンジンの制御装置において、シリンダ流入量の初期設定値と、このシリンダ流入量の初期設定値と吸気系の制御結果としてのシリンダ流入量との一致度により、マップ設定値及び／又は計算によって求まる目標値への制御が可燃範囲で達成可能か否かを判断する手段と、上記目標値への制御が可燃範囲を外れ達成不可と判断されたとき、可燃範囲となる燃焼限界空燃比を設定する手段と、上記燃焼限界空燃比と基本燃料噴射量の初期設定値から求めた空燃比とを比較し、可燃範囲となる燃料噴射量を求め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、理論空燃比で換算したＥＧＲ率に基づいて上記燃焼限界空燃比を設定す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、基本燃料噴射量の初期設定値に対応する空燃比で換算したＥＧＲ率に基づいて上記燃焼限界空燃比を設定することを特徴とする。
【００１７】
すなわち、本発明では、マップ設定値及び／又は計算によって求まる目標値への制御が可燃範囲で達成可能か否かを、シリンダ流入量の初期設定値と、このシリンダ流入量の初期設定値と吸気系の制御結果としてのシリンダ流入量との一致度により判断し、目標値への制御が可燃範囲を外れ達成不可と判断されたときには、可燃範囲となる燃焼限界空燃比を設定し、この燃焼限界空燃比と基本燃料噴射量の初期設定値から求めた空燃比とを比較して可燃範囲となる燃料噴射量を求める。
【００１８】
この際、燃焼限界空燃比は、理論空燃比で換算したＥＧＲ率、あるいは、基本燃料噴射量の初期設定値に対応する空燃比で換算したＥＧＲ率に基づいて設定することが望ましい。
【００２０】
【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。図面は本発明の実施の一形態に係わり、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は可燃限界判定ルーチンのフローチャート、図８は点火時期補正ルーチンのフローチャート、図９はクランク角割込みルーチンのフローチャート、図１０は吸気系モデルの説明図、図１１は可燃限界算出モデルの説明図、図１２は均一燃焼リーン限界テーブルの説明図、図１３は成層燃焼リッチ限界テーブルの説明図、図１４は点火時期補正マップの説明図、図１５は点火時期補正の説明図、図１６は点火時期補正マップの説明図、図１７は気筒判別の説明図である。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
次に、本発明で採用する吸気系モデルは、図１０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。
【００３５】
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)
【００３６】
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)
【００３７】
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)
【００３８】
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)
【００３９】
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)
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
また、第２の負荷・燃焼制御マネージャ３２ａでは、スロットルバルブ１ｂやＥＧＲバルブ１４による吸気系の制御結果として、マップ設定値や計算によって求まる空気量やＥＧＲ量の目標値への追従制御が達成できるか否かを判定する。そして、目標状態が達成できると判定したときには、通常制御における最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出し、リーン空燃比での成層燃焼←→ストイキオでの均一燃焼の切り換え等に目標状態が達成できないと判定したとき、可燃範囲での中間的な燃焼状態の制御を行うべく、可燃範囲となる最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出するとともに、空燃比切り換えに伴うトルクショックを緩和するための点火時期補正量ＩＧＮＴｍを算出する。
【００４４】
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、目標吸気・ＥＧＲ状態達成判定部５０、可燃限界設定部５１、最終基本噴射量算出部５２、トルク調整制御部５３から構成されており、目標吸気・ＥＧＲ状態達成判定部５０で、目標状態が達成できるか否かを判定し、目標状態が達成できないと判定したとき、可燃限界設定部５１で燃焼限界空燃比を算出し、最終基本噴射量算出部５２で可燃範囲となる燃料噴射量を求めて最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*として噴射パルス時間算出部４０へ出力するとともに、トルク調整制御部５３で中間燃焼におけるエンジン出力変動のトルクショックを抑えるための点火時期補正量ＩＧＮＴｍを算出し、点火時期設定部４３へ出力する。
【００４５】
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。
【００４６】
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初期設定値ＩＧＮＴiを設定し、以下の(11)式に示すように、この点火時期初期設定値ＩＧＮＴｍに点火時期補正量ＩＧＮＴｍを加えて最終的な点火時期ＩＧＮＴ*を求めると、点火信号発生部４４で、この最終的な点火時期ＩＧＮＴ*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。
ＩＧＮＴ*＝ＩＧＮＴi＋ＩＧＮＴｍ …(11)
【００４７】
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９のフローチャートに従って説明する。
【００４８】
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。
【００４９】
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９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。
【００５０】
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。
【００５１】
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９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。
【００５２】
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。
【００５３】
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初期設定値ＩＧＮＴiを設定すると、この点火時期初期設定値ＩＧＮＴiに、後述する図８の点火時期補正ルーチンによって算出された点火時期補正量ＩＧＮＴｍを加算して最終点火時期ＩＧＮＴ*を算出し（(11)式参照）、ルーチンを抜ける。
【００５４】
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(12)〜(14)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) …(12)
ｃe＝ａ／ｂe＝(Ｖｓ／(Ｒｅ・Ｔｍ))・ηv・(Ｎｅ・Ｌ／１２０) …(13)
ｄ ＝(Ｖｓ／(Ｒａ・Ｔｍ))・ηv …(14)
【００５５】
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、当量比設定値ｆａｉi（目標当量比）での目標ＥＧＲ率の初期値であるＥＧＲ初期設定値ＥＧＲi、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。尚、本発明におけるＥＧＲ率についての定義は後述する。
【００５６】
このステップS180における第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初期設定値ＥＧＲi、吸気系係数ｄ、理論空燃比ＡＢＦTから、以下の(16)〜(19)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 …(16)
Ｐｍｅｅ*i＝ＥＧＲi／(１−ＥＧＲi)・(Ｒｅ／Ｒａ)・Ｐｍｏ*i …(17)
Ｐｍ*i ＝Ｐｍｏ*i＋Ｐｍｅｅ*i …(18)
ｒｆａｉ ＝ｆａｉ／ｆａｉi …(19)
【００５７】
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(20)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) …(20)
但し、ｑ：加重平均係数
【００５８】
上記(20)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(21)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 …(21)
【００５９】
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(22)〜(27)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 …(22)
ｆ２＝(１／(ｒｆａｉ・ｂe・ｄｔ))・ｎ …(23)
ｈ１＝ｃa …(24)
ｈ２＝ｃe／ｒｆａｉ …(25)
ｇ１＝ｍ／Ｎｅ …(26)
ｇ２＝ｍ／Ｎｅ …(27)
但し、ｄｔ：制御周期
ｎ ：重み係数（０＜ｎ＜１）
ｍ ：積分制御係数（ｍ≧０）
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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(28),(29)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(30)式によって算出される。
次に、上記(28)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(30)式で算出した新気分圧モデル値Ｐｆａを用い、以下の(31)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(32)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 …(31)
Ｐｍｅｅ＝Ｐｍ−Ｐｍｏ …(32)
【００６６】
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(33)式によって算出しても良い。
Ｐｍｏ＝Ｐｆａ＋Ｐｆｅａ・(Ｐｍ−Ｐｆａ)／(Ｐｆｅａ＋Ｐｆｅｅ)…(33)
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。
【００６７】
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(34)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。
上記(34)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(35)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 …(35)
【００６９】
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。
【００７０】
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(36)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 …(36)
【００７１】
その後、以下の(37)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。
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(38)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 …(38)
【００７３】
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(39)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 …(39)
【００７４】
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。
【００７５】
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(40)式によって算出する。
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(41)式によって算出する。
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(42)式により、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*を算出する。
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(43)式により、ＥＧＲガス有効成分分圧予測値Ｐｍｅｅ*を算出する。
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(44)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(45)式によって算出する。
Ｉｍｏ ＝Ｉｍｏ(-1)＋(Ｐｍｏ*−Ｐｍｏ)・ｄｔ …(44)
Ｉｍｅｅ＝Ｉｍｅｅ(-1)＋(Ｐｍｅｅ*−Ｐｍｅｅ)・ｄｔ …(45)
【００８０】
簡易的には、上記(40)式による空気有効成分分圧目標補正値Ｐｍｏｈ*、上記(41)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(46),(47)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 …(46)
Ｐｍｅｅｈ*＝Ｐｍｅｅ*i …(47)
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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(44)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(48)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(45)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(49)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) …(48)
Ｉｍｅｅ＝Ｉｍｅｅ(-1) …(49)
【００８４】
尚、以上の第２の吸気制御マネージャ３４ａ及びその処理は、省略することも可能であり、前述の(34)式によるＥＧＲバルブ通過ガス流量初期設定値Ｑｅi、前述の(37)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(34'),(37')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。
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の処理を行う。この処理では、まず、目標吸気・ＥＧＲ状態達成判定部５０において、以下の条件に従い、現在の燃焼状態でマップ設定による目標値への制御が可能であるか否かを判定し、目標状態が達成できると判定されたときには通常制御に戻り、目標状態が達成できないと判定されたとき、可燃範囲での中間的な燃焼状態に制御する。この場合、達成不可判定時間が所定時間を超えた場合には、通常制御に戻ることを目的として達成不可状態であっても達成可とする。また、複数の条件を組み合わせて判定しても良く、その場合には、それぞれの判定結果についてＡＮＤ，ＯＲ等の論理条件を設定し、その論理的な結論に従って目標状態が達成できるか否かを判定する。
【００８６】
具体的には、筒内空燃比の初期設定値ＡＢＦi（＝ＡＢＦT／ｆａｉi）、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆi及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて以下の(50)式により求められる空気有効成分のシリンダ流入流量初期設定値Ｑｓｏiと、現在のシリンダ流入流量もしくは吸気系の状態推定によって求められる空気有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｏ（(5)式参照）との比較による一致度、及び、上記空気有効成分のシリンダ流入流量初期設定値ＱｓｏiとＥＧＲ初期設定値ＥＧＲiとを用いて以下の(51)式によって求められるＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量初期設定値Ｑｓｅｅiと、ＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｅ（(6)式参照）との比較による一致度を調べ、Ｑｓｏi≠ＱｓｏあるいはＱｓｅｅi≠Ｑｓｅｅのとき、目標状態の達成不可と判定する。
Ｑｓｏi ＝ＡＢＦi・Ｇｆi／１０００・Ｎｅ・Ｌ／１２０ …(50)
Ｑｓｅｅi＝Ｑｓｏi・ＥＧＲi／(ＥＧＲi−１) …(51)
【００８７】
この場合、空気有効成分のシリンダ流入流量の初期設定値Ｑｓｏiと推定値Ｑｓｏとの一致度、及び、ＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量の初期設定値Ｑｓｅｅiと推定値Ｑｓｅｅとの一致度を、割合や偏差で評価し、一致度が所定範囲であれば目標状態達成可と判断しても良い。
【００８８】
また、上記判定条件に代えて採用する判定条件、あるいは、上記判定条件と組み合わせる判定条件として、筒内空燃比の初期設定値ＡＢＦi、及び、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求まる空燃比換算値ＡＢＦｆiによる判定がある。この空燃比換算値ＡＢＦｆiは、燃焼後の不活性成分が基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiに対応するシリンダ流入空気量ＱａｆiとＥＧＲガス中の不活性成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｔとの和になる当量比ｆａｉｆiで換算した空燃比（ＡＢＦｆi＝ＡＢＦT／ｆａｉｆi）であり、この空燃比換算値ＡＢＦｆiによる判定では、以下の(52),(53)式に示すように、均一燃焼時、あるいは、成層燃焼時に、空燃比換算値ＡＢＦｆiが所定範囲内にあるとき、目標状態達成可と判定する。
均一燃焼時：ＡＢＦｆi≦(ＡＢＦiｋ＋Ｏｆｓｔｋ) …(52)
成層燃焼時：ＡＢＦｆi≦(ＡＢＦiｓ−Ｏｆｓｔｓ) …(53)
但し、ＡＢＦiｋ ：均一燃焼時の空燃比初期設定値
ＡＢＦiｓ ：成層燃焼時の空燃比初期設定値
Ｏｆｓｔｋ：均一燃焼時の中間燃焼リセット幅
Ｏｆｓｔｓ：成層燃焼時の中間燃焼リセット幅
【００８９】
以上により、目標状態が達成できると判定されたときには、後述するように、中間燃焼状態を示すフラグや噴射量補正状態を示すフラグをクリアし、最終基本噴射量算出部５２で基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから最終基本燃料噴射量Ｇｆ*を算出して通常制御に戻り、目標状態が達成できないと判定されたとき、可燃範囲での中間的な燃焼状態に制御する。この中間的な燃焼状態への制御に際しては、まず、可燃限界設定部５１で燃焼限界空燃比ＡＢＦｌｍを算出し、最終基本噴射量算出部５２で、可燃範囲となる燃料噴射量Ｇｆｌｍを求めて最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*とするとともに、トルク調整制御部５３で、中間燃焼におけるエンジン出力変動のトルクショックを抑えるための点火時期補正量ＩＧＮＴｍを算出する。
【００９０】
上記燃焼限界空燃比ＡＢＦｌｍは、均一燃焼では、ＥＧＲガスの増加に伴う比熱の増加等によってリーン限界が低下し、成層燃焼では、ＥＧＲガス中に含まれる空気成分やＥＧＲによるガス温度上昇等によってリッチ限界が改善する傾向にあるため、理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔあるいは空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆiを用い、均一燃焼で安定燃焼を確保可能なリーン側空燃比の限界値である均一燃焼可燃リーン限界空燃比ＡＢＦＬ＿ＫＥ、及び、成層燃焼で安定燃焼を確保可能なリッチ側空燃比の限界値である成層燃焼可燃リッチ限界空燃比ＡＢＦＲ＿ＳＥ（ＡＢＦＲ＿ＳＥ＞ＡＢＦＬ＿ＫＥ）を、燃焼限界空燃比ＡＢＦｌｍとして求める。
【００９１】
ここで、本発明における目標ＥＧＲ率（ＥＧＲ初期設定値）ＥＧＲi、理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔ、空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆiについて説明する。
【００９２】
通常、ＥＧＲ率はシリンダに流入する全体のガス量に対するＥＧＲガス量の比で表現されるが、本発明では、目標ＥＧＲ率ＥＧＲiを、シリンダに流入する全体のガス量に対するＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｅの比として定義する。また、理論空燃比では、ＥＧＲガス中の不活性成分と有効成分とが同じ値であるため、理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔを、シリンダに流入する全体のガス量に対するＥＧＲガス中の不活性成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｔの比として定義する。
【００９３】
図１１は、過渡時における各成分のシリンダ流入量と吸気管内の対応する分圧とを図示した可燃限界算出モデルであり、シリンダに流入する全体のガス量は、新気のシリンダ流入流量Ｑｓａ（吸気管内分圧Ｐｍａ）とＥＧＲガスのシリンダ流入流量Ｑｓｅ（吸気管内分圧Ｐｍｅ）との和として与えられる。シリンダに流入するＥＧＲガスの成分は、過不足空気成分Ｑｓｅａ（吸気管内の分圧Ｐｍｅａ）と有効成分Ｑｓｅｅ（吸気管内分圧Ｐｍｅｅ）とに分けられ、さらに、有効成分Ｑｓｅｅは、空気成分Ｑｓｅｅａと不活性成分Ｑｓｅｔとに分けられる。
【００９４】
新気のシリンダ流入流量Ｑｓａは、新気分圧Ｐｍａを用いて以下の(54)式によって求めることができ、また、吸気系の制御結果として得られるＥＧＲガスのシリンダ流入流量Ｑｓｅは、ＥＧＲガス中の空気過不足成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅａ（空気有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｏと新気のシリンダ流入流量Ｑｓａとの差として求めることができる）とＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｅとの和であることから、以下の(55)式によって求めることができる。
従って、目標ＥＧＲ率（ＥＧＲ初期設定値）ＥＧＲiは、以下の(56)式によって算出することができ、理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔは、以下の(57)式によって算出することができる。
また、燃焼後の不活性成分が基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiに対応するシリンダ流入空気量ＱａｆiとＥＧＲガス中の不活性成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｔとの和になる当量比ｆａｉｆiでの空燃比において、シリンダに流入する全体のガス量相当値を求め、この相当値に対するＥＧＲガス中の不活性成分のシリンダ流入流量Ｑｓｅｔの比で定義したＥＧＲ率ＥＧＲｆiを、空燃比換算値ＡＢＦｆiにおけるＥＧＲ率とする。
【００９７】
基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiに対応するシリンダ流入空気量Ｑａｆiは、以下の(58)式によって求めることができ、当量比ｆａｉｆiは以下の(59)式に示す関係となることから、ＥＧＲ率ＥＧＲｆiは以下の(60)式によって算出することができる。
Ｑａｆi ＝ＡＢＦT・Ｇｆi／１０００・Ｎｅ・Ｌ／１２０ …(58)
ｆａｉｆi＝(Ｑａｆi＋Ｑｓｅｔ）／(Ｑｓａ＋Ｑｓｅ） …(59)
ＥＧＲｆi＝Ｑｓｅｔ／(Ｑｓａ＋Ｑｓｅ)／ｆａｉｆi …(60)
【００９８】
以上の理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔ、あるいは空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆiを用い、上記均一燃焼可燃リーン限界空燃比ＡＢＦＬ＿ＫＥ、上記成層燃焼可燃リッチ限界空燃比ＡＢＦＲ＿ＳＥは、それぞれ、テーブル・マップ類を参照することで求めることができる。このテーブル・マップ類としては、図１２，１３に示すような特性の一次元テーブル、エンジン回転数Ｎｅと理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔ（あるいは空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆi）とを格子とするマップ、さらには、水温等の燃焼限界の支配因子と理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔ（あるいは空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆi）とを格子とするテーブル等を採用することができる。
【００９９】
但し、上述の理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔを用いて燃焼限界空燃比を求める場合、前述したように理論空燃比換算ＥＧＲ率ＥＧＲｔがシリンダ流入ガス量全体に対する不活性成分割合を示すものであるため、空燃比の影響を受けることがないのに対し、上記ＥＧＲ率ＥＧＲｆiを用いて燃焼限界空燃比を求める場合には、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求まる空燃比換算値ＡＢＦｆiが、いわば仮の空燃比であるため、正確な燃焼限界を求めるには、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiに後述する可燃範囲となる燃料噴射量Ｇｆｌｍを代入して同様の処理を繰り返し、燃焼限界空燃比を求めた結果が収束するまで所定回数繰り返す必要がある。この繰り返し計算の回数は、必要とする誤差範囲に応じ、適宜、１回から所定回数までの回数が選択される。
【０１００】
次に、最終基本噴射量算出部５２での最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*を求める処理について説明する。この処理では、図７の可燃限界判定ルーチンによって基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求めた空燃比換算値ＡＢＦｆiと上記均一燃焼可燃リーン限界空燃比ＡＢＦＬ＿ＫＥ、及び、成層燃焼可燃リッチ限界空燃比ＡＢＦＲ＿ＳＥとの関係から基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiが可燃範囲にあるか否かを判定し、その判定結果に応じて最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*が決定される。
【０１０１】
この可燃限界基本燃料噴射量算出ルーチンでは、まず、ステップS250で中間燃焼フラグがＯＮされているか否かを調べ、中間燃焼フラグがＯＮで現在の燃焼状態が成層燃焼と均一燃焼との切り換え状態にあるときには、ステップS253へ進み、中間燃焼フラグがＯＦＦのとき、ステップS251で成層燃焼から均一燃焼あるいは均一燃焼から成層燃焼への燃焼切換要求があるか否かを調べる。
【０１０２】
そして、上記ステップS251で、燃焼切換要求があるときには、ステップS252で中間燃焼フラグをＯＮして同様にステップS253へ進み、燃焼切換要求がなく、成層燃焼あるいは均一燃焼での定常状態であるときには、上記ステップS251からステップS254へ進んで、中間燃焼フラグ、噴射量補正フラグ、及び、Ｇｆ優先制御フラグを全てＯＦＦし、ルーチンを抜ける。
【０１０３】
上記中間燃焼フラグ、噴射量補正フラグ、及び、Ｇｆ優先制御フラグは、通常制御ルーチンで参照され、中間燃焼フラグＯＦＦ時には、均一燃焼か成層燃焼かの燃焼方式の選択・決定が行われて最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*が算出される。この最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*は、以下の(61)式に示すように、空気有効成分分圧予測値Ｐｍｏ*を用い、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、空燃比優先の制御とする。
Ｇｆ*＝ｄ・Ｐｍｏ*・ｆａｉi／ＡＢＦT …(61)
【０１０４】
尚、上記最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*は、実際の吸気管圧力の応答が制御目標値に対して遅れる場合があることを考慮し、空気有効成分分圧推定値Ｐｍｏを用い、以下の(61')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 …(61')
【０１０５】
一方、上記ステップS250で中間燃焼フラグがＯＮで上記ステップS250からステップS253へ進んだとき、あるいは、中間燃焼フラグがＯＦＦであったにも拘わらず、燃焼切換要求が有り、ステップS250→ステップS251→ステップS252を経てステップS253へ進んだときには、前述の目標吸気・ＥＧＲ状態達成判定部５０の判定結果を参照し、目標吸気・ＥＧＲ状態が達成可か否かを調べる。
【０１０６】
そして、目標吸気・ＥＧＲ状態が達成可のときには、上記ステップS253から前述のステップS254を経てルーチンを抜け、目標吸気・ＥＧＲ状態が達成不可のとき、上記ステップS253からステップS255へ進んで基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求めた空燃比換算値ＡＢＦｆiと成層燃焼可燃リッチ限界空燃比ＡＢＦＲ＿ＳＥとを比較する。その結果、ＡＢＦｆi≧ＡＢＦＲ＿ＳＥの条件を満たすとき、ステップS256へ進んで均一燃焼のＧｆ優先制御フラグをＯＮしてＧｆ優先の制御とし、最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*として基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiを採用してルーチンを抜ける。
【０１０７】
尚、このＧｆ優先の制御とは、空燃比は初期設定値と異なるものの、出力（トルク）変化が少ない状態を目的とした制御であり、このときのＥＧＲ率は空燃比換算値ＡＢＦｆi時の相当ＥＧＲ率ＥＧＲｆiとなる。
【０１０８】
一方、上記ステップS255でＡＢＦｆi≧ＡＢＦＲ＿ＳＥの条件を満たさないときには、上記ステップS255からステップS257へ進み、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求めた空燃比換算値ＡＢＦｆiと均一燃焼可燃リーン限界空燃比ＡＢＦＬ＿ＫＥとを比較し、ＡＢＦｆi≦ＡＢＦＬ＿ＫＥの条件を満たすとき、ステップＳ258で成層燃焼のＧｆ優先制御フラグをＯＮしてＧｆ優先の制御とし、最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*として基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiを採用してルーチンを抜ける。
【０１０９】
また、上記ステップS257でＡＢＦｆi≦ＡＢＦＬ＿ＫＥの条件を満たさないとき、すなわち、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiから求めた空燃比換算値ＡＢＦｆiがＡＢＦＬ＿ＫＥ＜ＡＢＦｆi＜ＡＢＦＲ＿ＳＥのときには、基本燃料噴射量初期設定値Ｇｆiでは可燃範囲に入らないことになり、このときには、上記ステップS257からステップS259へ進んで均一燃焼の可燃範囲となる燃料噴射量Ｇｆｌｍを算出し、この可燃範囲噴射量Ｇｆｌｍを最終的な基本燃料噴射量Ｇｆ*として、噴射量補正フラグをＯＮするとともにＧｆ優先制御フラグをＯＦＦして燃焼限界制御とし、ルーチンを抜ける。
【０１１０】
上記可燃範囲噴射量Ｇｆｌｍは、燃焼限界空燃比ＡＢＦｌｍに対応する燃焼限界当量比ｆａｉｌｍ相当時の燃料噴射量であり、この燃料噴射量の燃料当量分のシリンダ流入空気量をＱａｌｍとして、以下の(62)〜(64)式によって算出することができる。また、この燃焼限界制御時のＥＧＲ率は、以下の(65)式に示すＥＧＲ率ＥＧＲｌｍとなる。
ｆａｉｌｍ＝ＡＢＦT／ＡＢＦｌｍ …(62)
Ｑａｌｍ ＝ｆａｉｌｍ・(Ｑｓａ＋Ｑｓｅ）−Ｑｓｅｔ …(63)
Ｇｆｌｍ ＝Ｑａｌｍ・(１０００・１２０)／(ＡＢＦT・Ｎｅ・Ｌ） …(64)
ＥＧＲｌｍ＝Ｑｓｅｔ／(Ｑｓａ＋Ｑｓｅ)／ｆａｉｌｍ …(65)
【０１１１】
以上の処理における噴射量補正フラグ及びＧｆ優先制御フラグは、トルク調整制御部５３における図８の点火時期補正ルーチンで参照され、このルーチンでは、ステップS260で、噴射量補正フラグ及びＧｆ優先制御フラグが共にＯＦＦのときには、点火時期補正量ＩＧＮＴｍを算出することなくルーチンを抜け、噴射量補正フラグあるいはＧｆ優先制御フラグがＯＮのとき、ステップS261で中間燃焼におけるエンジン出力変動のトルクショックを抑えるための点火時期補正量ＩＧＮＴｍを算出してルーチンを抜ける。
【０１１２】
ここで、上記点火時期補正量ＩＧＮＴｍの算出処理の説明に先立ち、中間燃焼における燃料噴射量、空燃比、ＥＧＲ率等についてまとめると、中間燃焼時に選択された燃料噴射量、空燃比、ＥＧＲ率を、それぞれ、選択後燃料噴射量Ｇｆｓｅｌ、選択後相当空燃比ＡＢＦｓｅｌ、選択後相当ＥＧＲ率ＥＧＲｓｅｌとした場合、Ｇｆ優先制御時、燃焼限界制御に伴う噴射量補正時には、以下のようになる。
そして、燃料噴射量変化率ＫＧｆｍを以下の(66)式で定義すると、点火時期補正量ＩＧＮＴｍは、この燃料噴射量変化率ＫＧｆｍと選択後相当空燃比ＡＢＦｓｅｌとを格子とする図１４に示すような点火時期補正マップ（ＩＧＮＴｍマップ）を参照することで、求めることができる。
ＫＧｆｍ ＝Ｇｆｓｅｌ／Ｇｆi …(66)
【０１１４】
上記ＩＧＮＴｍマップは、燃料噴射量変化率ＫＧｆｍの軸方向に対し、燃料噴射量変化率ＫＧｆｍが１のとき、すなわち、Ｇｆ優先制御時を補正量０として、変化率が大きいほど遅角量を増加させ、選択された空燃比ＡＢＦｓｅｌの軸方向に対しては、補正量０の基準値に対し、空燃比が大きいほど進角量を増加させるようになっている。
【０１１５】
また、上記ＩＧＮＴｍマップは、燃料噴射量変化率ＫＧｆｍと、以下の(67)式で定義される空燃比変化率ＫＡＢＦｍと格子とするマップとしても良い。
ＫＡＢＦｍ＝ＡＢＦｓｅｌ／ＡＢＦi …(67)
【０１１６】
さらに、点火時期補正量ＩＧＮＴｍは、以下に説明するように、燃料噴射量変化率ＫＧＦｍに基づく第１の補正量ＩＧＮＴｍ１と、空燃比とＥＧＲ率とに基づく第２の補正量ＩＧＮＴｍ２とを別々に求め、(68)式に示すように、これらの和として求めても良い。
ＩＧＮＴｍ＝ＩＧＮＴｍ１＋ＩＧＮＴｍ２ …(68)
【０１１７】
第１の補正量ＩＧＮＴｍ１は、燃料噴射量変化率ＫＧＦｍからテーブル参照などによって求めることができ、図１５に示すように、ＫＧＦｍ＝１のとき、すなわち、Ｇｆ優先制御時を補正量０として、燃料噴射量変化率が大きいほど遅角量を増加させる。
【０１１８】
また、第２の補正量ＩＧＮＴｍ２は、筒内空燃比の初期設定値ＡＢＦiとＥＧＲ初期設定値ＥＧＲiとから補正量ＩＧＮＴｍ2_1を求め、選択後相当空燃比ＡＢＦｓｅｌと選択後相当ＥＧＲ率ＥＧＲｓｅｌとから補正量ＩＧＮＴｍ2_2を求め、これらの差を第２の補正量ＩＧＮＴｍ２とする。
【０１１９】
各補正量ＩＧＮＴｍ2_1,ＧＮＴｍ2_2は、図１６に示すようなマップを参照して求めることができる。図１６では、補正量ＩＧＮＴｍ2_1に対するマップと、補正量ＧＮＴｍ2_2に対するマップとを、ＩＧＮＴｍ２マップとして代表して概念的に示しており（ＥＧＲ初期設定値ＥＧＲi及び選択後相当ＥＧＲ率ＥＧＲｓｅｌをＥＧＲで表記し、筒内空燃比の初期設定値ＡＢＦi及び選択後相当空燃比ＡＢＦｓｅｌをＡＢＦで表記する）、ＥＧＲ初期設定値ＥＧＲiあるいは選択後相当ＥＧＲ率ＥＧＲｓｅｌが基準値のときを補正量０としてＥＧＲ率が増加するほど進角量を増加させ、筒内空燃比の初期設定値ＡＢＦiあるいは選択後相当空燃比ＡＢＦｓｅｌが基準値のときを補正量０として空燃比が大きくなるほど進角量を増加させる。
【０１２０】
以上の定期処理ルーチンに対し、図９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。
【０１２１】
図１７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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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最終点火時期ＩＧＮＴ*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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
以上により、スロットルバルブ１ｂやＥＧＲバルブ１４等のアクチュエータの動作遅れや機械的応答限界、吸気チャンバの充填分による圧力応答遅れ、ＥＧＲガスの輸送遅れ等により、初期設定値に対する空燃比やＥＧＲの非追従が発生して要求値が達成できない状態が予想される場合には、燃焼状態を正常燃焼範囲に維持して適切な空燃比に切り換えることができ、燃焼悪化による排気ガスエミッションの悪化を防止することができるばかりでなく、空燃比を切り換える際に、エンジン出力変動によるトルクショックを緩和し、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
【０１２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、マップ設定値及び／又は計算によって求まる目標値への制御が可燃範囲で達成可能か否かを、シリンダ流入量の初期設定値と、このシリンダ流入量の初期設定値と吸気系の制御結果としてのシリンダ流入量との一致度により判断し、目標値への制御が可燃範囲を外れ達成不可と判断されたときには、可燃範囲となる燃焼限界空燃比を設定し、この燃焼限界空燃比と基本燃料噴射量の初期設定値から求めた空燃比とを比較して可燃範囲となる燃料噴射量を求めるため、アクチュエータの動作遅れや機械的応答限界、吸気チャンバの充填分による圧力応答遅れ、ＥＧＲガスの輸送遅れ等により、初期設定値に対する空燃比やＥＧＲの非追従が発生して要求値が達成できない状態が予想される場合にも、燃焼状態を正常燃焼範囲に維持して適切な空燃比に切り換えることができ、燃焼悪化による排気ガスエミッションの悪化を防止することができる。また、現在の空燃比から可燃範囲となる燃料噴射量による空燃比へ切り換える際に点火時期を補正することにより、エンジン出力変動によるトルクショックを緩和し、ドライバビリティの悪化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料・吸気・ＥＧＲ制御部のブロック図
【図２】第２の負荷・燃焼制御マネージャのブロック図
【図３】エンジン制御系の全体ブロック図
【図４】初期化ルーチンのフローチャート
【図５】定期処理ルーチンのフローチャート
【図６】燃料・吸気・ＥＧＲ制御処理ルーチンのフローチャート
【図７】可燃限界判定ルーチンのフローチャート
【図８】点火時期補正ルーチンのフローチャート
【図９】クランク角割込みルーチンのフローチャート
【図１０】吸気系モデルの説明図
【図１１】可燃限界算出モデルの説明図
【図１２】均一燃焼リーン限界テーブルの説明図
【図１３】成層燃焼リッチ限界テーブルの説明図
【図１４】点火時期補正マップの説明図
【図１５】点火時期補正の説明図
【図１６】点火時期補正マップの説明図
【図１７】気筒判別の説明図
【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
ＡＢＦｌｍ…燃焼限界空燃比
Ｇｆi …基本燃料噴射量初期設定値
Ｇｆｌｍ …可燃範囲噴射量
Ｑｓｏi …空気有効成分のシリンダ流入流量初期設定値
Ｑｓｏ …空気有効成分のシリンダ流入流量
Ｑｓｅｅi …ＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量初期設定値
Ｑｓｅｅ …ＥＧＲガス有効成分のシリンダ流入流量
ＡＢＦi …筒内空燃比の初期設定値
ＡＢＦｆi …空燃比換算値
ＥＧＲｔ …理論空燃比換算ＥＧＲ率
ＥＧＲｆi …相当ＥＧＲ率
ＩＧＮＴｍ…点火時期補正量
Claims (3)
- 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、
シリンダ流入量の初期設定値と、このシリンダ流入量の初期設定値と吸気系の制御結果としてのシリンダ流入量との一致度により、マップ設定値及び／又は計算によって求まる目標値への制御が可燃範囲で達成可能か否かを判断する手段と、
上記目標値への制御が可燃範囲を外れ達成不可と判断されたとき、可燃範囲となる燃焼限界空燃比を設定する手段と、
上記燃焼限界空燃比と基本燃料噴射量の初期設定値から求めた空燃比とを比較し、可燃範囲となる燃料噴射量を求め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。 - 理論空燃比で換算したＥＧＲ率に基づいて上記燃焼限界空燃比を設定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。
- 基本燃料噴射量の初期設定値に対応する空燃比で換算したＥＧＲ率に基づいて上記燃焼限界空燃比を設定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。
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