JP5043165B2

JP5043165B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5043165B2
Application number: JP2010191479A
Authority: JP
Inventors: 洋輔小坂; 大輔塩見; 治郎高木; 昌也安形; 健太郎大沼; 志信落合
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: EP2522835A3; US20150184601A1; EP2522835B1; EP2522837A3; EP2522836A3; EP2522835A2; EP2423490A2; US9014950B2; EP2423490B1; US20120053822A1; EP2522836A2; EP2522836B1; EP2522837B1; US20150184608A1; US9109528B2; EP2522837A2; JP2012047135A; US9103291B2; US20150184602A1; US9115656B2

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に排気還流率を考慮して機関出力トルクと関連のある機関運転パラメータ（トルク関連パラメータ）を算出し、算出したトルク関連パラメータを用いて機関の制御を行うものに関する。

近年の内燃機関の制御装置においては、例えば特許文献１に示されるように、トルクデマンド（トルクベース）制御が適用されるようになっている。トルクデマンド制御では、運転者の要求トルクとともに、変速制御あるいはトラクション制御などにおいて必要とされる車両制御要求トルクを考慮して、機関の目標トルクを算出し、機関の実出力トルクを推定または検出して、実出力トルクが目標トルクと一致するように、機関の吸入空気量（燃料供給量）及び／または点火時期が制御される。

また特許文献２には、燃焼後に燃焼室内に残留する燃焼ガスの残留率である残留ガス率（内部排気還流率）を算出し、残留ガス率に応じて点火時期を制御する内燃機関の制御装置が示されている。この制御装置によれば、機関回転数、バルブオーバラップ量（吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間の重複期間）、吸気圧、排気温度、及び吸入空気量に基づいて残留ガス率が算出される。

また排気還流機構を備えた内燃機関の制御装置では、排気還流制御弁の開度に応じて、排気還流率（外部排気還流率）を算出するためのマップを用いて排気還流率を算出する手法が従来より使用されている。

特開２００６−２９１９４号公報特開２００３−２６９３０６号公報

トルクベース制御においては、機関運転パラメータに基づいて機関の実出力トルクを推定する演算処理が必要となる。特許文献１に示される装置では、吸気量、機関回転数、空燃比、点火時期、吸気弁の作動状態を示すパラメータに応じて、テーブルまたはマップ検索により、実出力トルクの推定演算が行われる。そのため、テーブルやマップの設定工数が大きいという課題がある。

また特許文献２に示された残留ガス率の算出手法は、算出に適用するパラメータが多く、テーブルやマップの設定工数が多くなるという課題がある。また、外部排気還流率の算出に適用される従来の手法において、種々の機関運転状態に対応して多くのマップが必要となる。

そのため、内部排気還流及び外部排気還流をともに考慮して排気還流率を算出し、排気還流率を考慮したトルクデマンド制御を実行するためには、さらに多くのテーブルやマップを必要とし、設定工数が膨大なものとなる。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、トルクデマンド制御において必要となるトルク関連パラメータを、比較的簡便な手法で排気還流率を考慮して正確に算出することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、吸気通路（２）内に設けられたスロットル弁（３）を備える内燃機関の制御装置において、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記機関の目標吸気量（ＧＡＤＲＶ）を算出する目標吸気量算出手段と、前記機関の吸気圧（ＨＰＢＡ）を推定する吸気圧推定手段と、前記スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量（ＧＡＷＯＴ）を、前記機関回転数（ＮＥ）に応じて算出する全開吸気量算出手段と、前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量（ＧＡＴＨ）を、前記全開吸気量（ＧＡＷＯＴ）及び前記吸気圧（ＨＰＢＡ）に応じて算出する理論吸気量算出手段と、前記理論吸気量（ＧＡＴＨ）及び目標吸気量（ＧＡＤＲＶ）を用いて排気還流率（ＲＥＧＲＴ）を算出する排気還流率算出手段と、前記目標吸気量（ＧＡＤＲＶ）及び排気還流率（ＲＥＧＲＴ）を用いて前記機関の目標出力トルク（ＴＲＱＤＲＶ）を算出する目標出力トルク算出手段と、前記目標出力トルク（ＴＲＱＤＲＶ）を用いて前記機関を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、吸気通路（２）内に設けられたスロットル弁（３）を備える内燃機関の制御装置において、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記機関の吸気圧（ＰＢＡ）を検出する吸気圧検出手段と、前記スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量（ＧＡＷＯＴ）を、前記機関回転数（ＮＥ）に応じて算出する全開吸気量算出手段と、前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量（ＧＡＴＨ）を、前記全開吸気量（ＧＡＷＯＴ）及び前記吸気圧（ＰＢＡ）に応じて算出する理論吸気量算出手段と、前記機関の実吸気量（ＧＡＩＲ，ＨＧＡＩＲ）を検出または推定する吸気量取得手段と、前記理論吸気量（ＧＡＴＨ）及び実吸気量（ＧＡＩＲ，ＨＧＡＩＲ）を用いて排気還流率（ＲＥＧＲＴ）を算出する排気還流率算出手段と、前記実吸気量（ＧＡＩＲ，ＨＧＡＩＲ）及び排気還流率（ＲＥＧＲＴ）を用いて前記機関の出力トルク（ＨＴＲＱ）を算出する出力トルク算出手段と、前記出力トルク（ＨＴＲＱ）を用いて前記機関を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、吸気通路（２）内に設けられたスロットル弁（３）を備える内燃機関の制御装置において、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記機関の目標出力トルク（ＴＲＱＣＭＤ）を算出する目標出力トルク算出手段と、前記機関の排気還流率（ＲＥＧＲＴＴＭＰ）を算出する排気還流率算出手段を有し、前記目標出力トルク（ＴＲＱＣＭＤ）及び排気還流率（ＲＥＧＲＴＴＭＰ）を用いて前記機関の目標吸気量（ＧＡＣＭＤ，ＧＡＣＭＤＭＩＤ）を算出する目標吸気量算出手段と、前記目標吸気量（ＧＡＣＭＤＤ）を用いて前記機関を制御する制御手段とを備え、前記排気還流率算出手段は、前記機関の吸気圧（ＨＰＢＡＴＭＰ）を推定する吸気圧推定手段と、前記スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量（ＧＡＷＯＴ）を、前記機関回転数（ＮＥ）に応じて算出する全開吸気量算出手段と、前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量（ＧＡＴＨＴＭＰ）を、前記全開吸気量（ＧＡＷＯＴ）及び前記吸気圧（ＨＰＢＡＴＭＰ）に応じて算出する理論吸気量算出手段とを有し、前記理論吸気量（ＧＡＴＨＴＭＰ）及び目標吸気量（ＧＡＣＭＤ，ＧＡＣＭＤＭＩＤ）を用いて前記排気還流率（ＲＥＧＲＴＴＭＰ）を算出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、前記目標吸気量算出手段は、仮目標吸気量（ＧＡＣＭＤＭＩＤ）の初期値設定を行った後に、該仮目標吸気量（ＧＡＣＭＤＭＩＤ）を前記機関に供給した場合における前記排気還流率である推定排気還流率（ＲＥＧＲＴＴＭＰ）を算出する第１ステップと、前記仮目標吸気量（ＧＡＣＭＤＭＩＤ）及び推定排気還流率（ＲＥＧＲＴＴＭＰ）に応じて前記機関の推定出力トルク（ＴＲＱＴＭＰ）を算出する第２ステップと、前記推定出力トルク（ＴＲＱＴＭＰ）が前記目標出力トルク（ＴＲＱＣＭＤ）に近づくように前記仮目標吸気量（ＧＡＣＭＤＭＩＤ）を修正する第３ステップとを、前記推定出力トルク（ＴＲＱＴＭＰ）と前記目標出力トルク（ＴＲＱＣＭＤ）との差（ＤＴＲＱ）が所定閾値（ＤＴＲＱＴＨ）以下となる収束時点まで繰り返し実行し、前記目標吸気量（ＧＡＣＭＤ）を、前記収束時点における仮目標吸気量（ＧＡＣＭＤＭＩＤ）に設定することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、吸気通路（２）内に設けられたスロットル弁（３）を備える内燃機関の制御装置において、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記機関の吸気圧（ＰＢＡ）を検出する吸気圧検出手段と、前記スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量（ＧＡＷＯＴ）を、前記機関回転数（ＮＥ）に応じて算出する全開吸気量算出手段と、前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量（ＧＡＴＨＴＭＰ）を、前記全開吸気量（ＧＡＷＯＴ）及び前記吸気圧（ＰＢＡ）に応じて算出する理論吸気量算出手段と、前記機関の実吸気量の推定値である推定吸気量（ＨＧＡＩＲ）を算出する推定吸気量算出手段と、前記理論吸気量（ＧＡＴＨＴＭＰ）及び推定吸気量（ＨＧＡＩＲ）を用いて排気還流率（ＲＥＧＲＴＴＭＰ）を算出する排気還流率算出手段と、前記機関の出力トルク（ＴＲＱＤＥＴ）を検出するトルク検出手段と、前記推定吸気量（ＨＧＡＩＲ）を用いて前記機関を制御する制御手段とを備え、前記推定吸気量算出手段は、検出される出力トルク（ＴＲＱＤＥＴ）及び前記排気還流率（ＲＥＧＲＴＴＭＰ）を用いて前記推定吸気量（ＨＧＡＩＲ）を算出することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、機関の目標吸気量が算出されるとともに、スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量が、機関回転数に応じて算出され、機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量が、全開吸気量及び吸気圧に応じて算出され、理論吸気量及び目標吸気量を用いて排気還流率が算出され、目標吸気量及び排気還流率を用いて機関の目標出力トルクが算出される。したがって、目標吸気量を目標出力トルクに変換する際に、機関運転状態に対応する多数のマップを予め設定しておく必要がなく、排気還流率を考慮した目標出力トルクを比較的簡便な手法で正確に算出することができる。その結果、算出された目標出力トルクを用いて機関を制御することにより、正確なトルク制御を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量が、機関回転数に応じて算出され、機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量が、全開吸気量及び吸気圧に応じて算出され、理論吸気量及び実吸気量を用いて排気還流率が算出され、実吸気量及び排気還流率を用いて機関の出力トルクが算出される。したがって、機関運転状態に対応する多数のマップを予め設定しておく必要がなく、排気還流率を考慮した機関出力トルクを比較的簡便な手法で正確に算出することができる。その結果、算出された機関出力トルクを用いて機関を制御することにより、正確なトルク制御を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、機関の目標出力トルクが算出されるとともに排気還流率が算出され、目標出力トルク及び排気還流率を用いて機関の目標吸気量が算出される。排気還流率は、以下のようにして算出される。すなわち、スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量が、機関回転数に応じて算出され、機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量が、全開吸気量及び吸気圧に応じて算出され、理論吸気量及び目標吸気量を用いて排気還流率が算出される。したがって、目標出力トルクを目標吸気量に変換する際に、機関運転状態に対応する多数のマップを予め設定しておく必要がなく、排気還流率を考慮した目標吸気量を比較的簡便な手法で正確に算出することができる。その結果、算出された目標吸気量を用いて機関を制御することにより、正確なトルク制御を行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、仮目標吸気量の初期値設定を行った後に、該仮目標吸気量を機関に供給した場合における排気還流率である推定排気還流率を算出する第１ステップと、仮目標吸気量及び推定排気還流率に応じて機関の推定出力トルクを算出する第２ステップと、推定出力トルクが目標出力トルクに近づくように仮目標吸気量を修正する第３ステップとが、推定出力トルクと目標出力トルクとの差が所定閾値以下となる収束時点まで繰り返し実行され、目標吸気量が、収束時点における仮目標吸気量に設定される。このように第１から第３ステップを繰り返して実行することにより、排気還流率を考慮した目標吸気量の設定を正確に行い、機関出力トルクを目標出力トルクと一致させる制御の制御応答性を向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、排気還流率が算出され、検出される出力トルク及び排気還流率を用いて、機関の実吸気量の推定値である推定吸気量が算出される。排気還流率は、以下のようにして算出される。すなわち、スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量が、機関回転数に応じて算出され、機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量が、全開吸気量及び吸気圧に応じて算出され、機関の実吸気量が推定され、理論吸気量及び推定吸気量を用いて排気還流率が算出される。したがって、機関運転状態に対応する多数のマップを予め設定しておく必要がなく、排気還流率を考慮した推定吸気量を、検出出力トルクに応じて比較的簡便な手法で正確に算出することができる。その結果、算出された推定吸気量を用いて機関を制御することにより、例えば吸気量センサを使用せずに、正確な空燃比制御を行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。吸気弁の作動位相の変化を示す図である。トルクデマンド制御を実行するモジュールの構成を示すブロック図である。全排気還流率（ＲＥＧＲＴ）の算出手法を説明するための図である。大気圧の変化に対する理論全開空気量（ＧＡＷＯＴ）の変化を説明するための図である。吸気温補正を説明するための図である。全排気還流率（ＲＥＧＲＴ）と最適点火時期（ＩＧＭＢＴ）との関係を示す図である。質量燃焼割合（ＲＣＭＢ）の推移を示す図である。全排気還流率（ＲＥＧＲＴ）とＥＧＲノッキング補正量（ＤＥＧＲＴ）との関係を示す図である。図３に示すドライバ要求吸気量算出部における演算処理のフローチャートである。図１０の処理で参照されるマップを示す図である。図３に示す吸気量-トルク変換部における演算処理のフローチャートである。図１２の処理で参照されるマップを示す図である。図１２の処理で実行される排気還流率算出処理のフローチャートである。図１２の処理で実行される点火時期遅角補正量算出処理のフローチャートである。図３に示すトルク-吸気量変換部における演算処理のフローチャートである。図１６の処理で実行される点火時期遅角補正量算出処理のフローチャートである。図１６の処理で実行される排気還流率算出処理のフローチャートである。目標吸気量（ＧＡＣＭＤ）の収束演算を説明するための図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図である。図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁及び排気弁と、これらを駆動するカムを備えるとともに、吸気弁を駆動するカムの、クランク軸回転角度を基準とした作動位相を連続的に変更するカム位相可変機構としての弁作動特性可変機構４０を備えている。弁作動特性可変機構４０により吸気弁を駆動するカムの作動位相が変更され、吸気弁の作動位相が変更される。

エンジン１の吸気通路２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、その検出信号は電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給される。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。

排気通路２１と吸気通路２の間には、排気還流通路２２が設けられており、排気還流通路２２は、スロットル弁３の下流側において吸気通路２と接続されている。排気還流通路２２には、排気還流量を制御する排気還流制御弁２３が設けられており、排気還流制御弁２３はＥＣＵ５によりその作動が制御される。

吸気通路２には、エンジン１の吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ１３が設けられている。吸入空気流量センサ１３の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気通路２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。

エンジン１の各気筒の点火プラグ１５は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５は点火プラグ１５に点火信号を供給し、点火時期制御を行う。
スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１及び、エンジン１の吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転角度を検出するカム角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度及びカム軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、一定クランク角周期毎（例えば６度周期）に１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）と、クランク軸の所定角度位置を特定するパルスを発生する。また、カム角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を発生するとともに、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（以下「ＴＤＣパルス」という）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。なお、カム角度位置センサ１２より出力されるＴＤＣパルスと、クランク角度位置センサ１１より出力されるＣＲＫパルスとの相対関係からカム軸の実際の作動位相ＣＡＩＮが検出される。

エンジン１の適宜の位置に、高周波振動を検出するノックセンサ１４が装着されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。またＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

弁作動特性可変機構４０は、吸気弁の作動位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁を備えており、その電磁弁がＥＣＵ５により制御される。吸気弁の作動位相を示すパラメータとして、上記カム軸の作動位相ＣＡＩＮが用いられる（以下「吸気弁作動位相ＣＡＩＮ」という）。なお、弁作動特性可変機構４０の具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。

弁作動特性可変機構４０により、吸気弁は、図２に実線Ｌ２で示す特性を中心として、吸気弁作動位相ＣＡＩＮの変化に伴って破線Ｌ１で示す最進角位相から、一点鎖線Ｌ３で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。本実施形態では、吸気弁作動位相ＣＡＩＮは、最遅角位相を基準とした進角量として定義される。

ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、点火プラグ１５、排気還流制御弁２３、及び弁作動特性可変機構４０に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、点火時期制御、スロットル弁３の開度制御、エンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御、排気還流制御弁２３による排気還流制御、及び弁作動特性可変機構４０による弁作動特性の制御を行う。

本実施形態では、トルクデマンド制御によりエンジン１の出力トルクＴＲＱが目標トルクＴＲＱＣＭＤと一致するように、スロットル弁開度ＴＨが制御される。図３は、トルクデマンド制御を実行するトルクデマンド制御モジュールの構成を示すブロック図であり、この図に示す各ブロックの機能はＥＣＵ５のＣＰＵによる演算処理により実現される。

図３に示すトルクデマンド制御モジュールは、ドライバ要求吸気量算出部５１と、吸気量-トルク変換部５２と、目標トルク算出部５３と、トルク-吸気量変換部５４と、吸気量-スロットル弁開度変換部５５とを備えている。

ドライバ要求吸気量算出部５１は、図１０に示す処理を実行し、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、当該車両の運転者の意図するエンジン出力に対応する吸気量であるドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶを算出する。

吸気量-トルク変換部５２は、図１２に示す処理を実行し、ドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶをドライバ要求トルクＴＲＱＤＲＶに変換する。このとき、点火時期の遅角補正量及び排気還流率が考慮される。目標トルク算出部５３は、ドライバ要求トルクＴＲＱＤＲＶ及び他の制御ユニットからのトルク制御要求ＲＱＴＲＱに応じて、エンジン１の目標トルクＴＲＱＣＭＤを算出する。トルク制御要求ＲＱＴＲＱは、例えば変速機の制御を行う変速制御ユニットからのトルク低減要求、車両安定化制御ユニットからのトルク低減要求あるいは一時的なトルク増加要求などである。すなわち、目標トルク算出部５３は、目標トルクＴＲＱＣＭＤを基本的にはドライバ要求トルクＴＲＱＣＭＤに設定し、トルク制御要求ＲＱＴＲＱに応じた修正を行う。

トルク-吸気量変換部５４は、図１６に示す処理を実行し、目標トルクＴＲＱＣＭＤを目標吸気量ＧＡＣＭＤに変換する。このとき、点火時期の遅角補正量及び排気還流率が考慮される。吸気量-スロットル弁開度変換部５５は、公知の手法により、目標吸気量ＧＡＣＭＤを、スロットル弁３の目標開度である目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤに変換する。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤと一致するように、アクチュエータ７の駆動制御を行う。
吸気量-トルク変換部５２及びトルク-吸気量変換部５４では、排気還流率に応じた変換演算が行われるので、先ず図４〜図９を参照して本実施形態における排気還流率の算出手法を詳細に説明する。

図４は、本実施形態における全排気還流率（以下「全ＥＧＲ率」という）ＲＥＧＲＴの算出手法を説明するための図であり、吸気圧ＰＢＡと、エンジンに吸入されるガス量（空気量＋還流排気量）との関係（エンジン回転数ＮＥ及び吸気弁作動位相ＣＡＩＮは一定）を示す。全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴは、内部排気還流と排気還流通路２２を介した外部排気還流による全還流排気量の、全吸入ガス量（理論吸気量ＧＡＴＨ）に対する比率である（下記式（２）参照）。

この図において、動作点ＰＷＯＴは、スロットル弁３を全開とした状態に対応し、外部排気還流が行われず、かつ内部排気還流が無いと仮定した理想的な動作点を示す。動作点ＰＷＯＴでは、吸入空気量はエンジン回転数ＮＥ一定の条件下で最大となる。なお、スロットル弁３を全開とした状態においても実際には残留ガス率（内部排気還流率）が「０」となることはない。ただし、吸気圧ＰＢＡＷＯＴはほぼ大気圧ＰＡと等しくなるので、内部排気還流率は最小となる。動作点ＰＷＯＴと原点を通る直線ＬＴＨは、外部排気還流が行われず、かつ内部排気還流が無いと仮定した理想的な吸入空気量と吸気圧との関係を示す。以下この直線ＬＴＨを、「理論吸入空気量直線ＬＴＨ」という。また線Ｌ１１及びＬ１２は、ぞれぞれ内部排気還流のみを考慮したときの関係、及び内部排気還流及び外部排気還流をともに考慮したときの関係を示す。なお、線Ｌ１１及びＬ１２は、実際には直線とはならないが、説明のために直線で示している。

吸気圧がＰＢＡ１である状態に対応する、理論吸入空気量直線ＬＴＨ上のガス量を「理論吸気量ＧＡＴＨ」とすると、理論吸気量ＧＡＴＨは、下記式（１）で表される。式（１）のＧＡＣＹＬは吸入空気量（新気量）であり、ＧＥＧＲＩＮ，ＧＥＧＲＥＸ，及びＧＥＧＲＴは、それぞれ内部還流排気量、外部還流排気量、及び全還流排気量である。
ＧＡＴＨ＝ＧＡＣＹＬ＋ＧＥＧＲＩＮ＋ＧＥＧＲＥＸ
＝ＧＡＣＹＬ＋ＧＥＧＲＴ（１）
したがって、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴは、下記式（２）により算出される。
ＲＥＧＲＴ＝ＧＥＧＲＴ／ＧＡＴＨ
＝（ＧＡＴＨ−ＧＡＣＹＬ）／ＧＡＴＨ（２）

図５は、大気圧が変化した場合を説明するための図であり、全開動作点ＰＷＯＴ１が基準状態に対応する動作点であり、吸気圧ＰＢＡが基準吸気圧ＰＢＡＳＴＤ（例えば１００ｋＰａ（７５０ｍｍＨｇ））である状態に相当する。当該車両が高地に移動し大気圧が低下するのに伴って、動作点ＰＷＯＴ１は理論吸入空気量直線ＬＴＨ上を、動作点ＰＷＯＴ２，ＰＷＯＴ３のように移動する。各動作点ＰＷＯＴ１〜ＰＷＯＴ３から出発する曲線Ｌ２１〜Ｌ２３は、それぞれ内部排気還流を考慮した（外部排気還流を行わない場合の）吸入空気量ＧＡＣＹＬを示す。

このように本実施形態では、大気圧変化に対して理論吸入空気量直線ＬＴＨを変更する必要がなく、高地においても正確な全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを算出することができる。

ただし、吸気温ＴＡの変化に伴う空気密度補正を行う必要があり、検出される吸気温ＴＡに応じて下記式（３）による補正を行う。式（３）のＴＡＳＴＤは、基準状態の吸気温（例えば２５℃）であり、ＧＡＷＯＴＳＴＤは、基準状態における全開動作点ＰＷＯＴに対応する吸入空気量であり、以下「基準理論全開空気量ＧＡＷＯＴＳＴＤ」という。またＧＡＷＯＴは、検出される吸気温ＴＡの運転状態における全開動作点ＰＷＯＴに対応する吸入空気量であり、「理論全開空気量ＧＡＷＯＴ」という。「ｎ」は、実験により「０」から「１」の間の値に設定される定数であり、例えば「０．５」に設定される。

図６に示す直線ＬＴＨＳＴＤが基準状態における理論吸入空気量直線であり、直線ＬＴＨが検出吸気温ＴＡに対応する理論吸入空気量直線である。なお図６は、検出吸気温ＴＡが基準吸気温ＴＡＳＴＤより高い例に対応する。

図７は、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと、最適点火時期ＩＧＭＢＴとの関係（エンジン回転数ＮＥは一定）を示す図である。最適点火時期ＩＧＭＢＴは、エンジン出力トルクが最大となる点火時期である。この図において、記号●及び○は、吸気弁作動位相ＣＡＩＮが０度の運転状態に対応し、記号■及び□は、吸気弁作動位相ＣＡＩＮが２０度の運転状態に対応し、記号▲及び△は、吸気弁作動位相ＣＡＩＮが４５度の運転状態に対応する。また記号●，■及び▲は、外部排気還流を行わない場合（内部排気還流のみ）に対応し、記号○，□及び△は、外部排気還流を行った場合（内部排気還流＋外部排気還流）に対応する。

図７から、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと、最適点火時期ＩＧＭＢＴとの関係が、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮ、あるいは外部排気還流の有無に依存せず、曲線Ｌ３１で代表させることが可能であることが確認される。したがって、エンジン回転数ＮＥ及び全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに応じて設定された最適点火時期算出マップ（ＩＧＭＢＴマップ）を１つ設けておくことにより、すべての運転状態に対応した最適点火時期の設定を行うことが可能となる。よって、マップ設定工数を大幅に低減することができる。

図８は、燃焼室内に吸入された混合気の質量燃焼割合ＲＣＭＢの変化特性（横軸はクランク角度ＣＡ）を示す図である。同図（ａ）は、充填効率ηｃを一定として、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを変化させたときの特性を示しており、曲線Ｌ４１〜Ｌ４３は、それぞれ、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが６．３％，１６．２％，及び２６．３％である運転状態に対応する。曲線Ｌ４１が最も燃焼速度が速いことを意味する。すなわち、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴは、混合気の燃焼速度を変化させる主要因であることが確認される。

一方図８（ｂ）は、全ＥＧＲ率を一定として充填効率ηｃを変化させたときの特性（実線、破線、及び一点鎖線）を示している。図に示す実線、破線、及び一点鎖線は、ほとんど重なっており、充填効率ηｃを変化させても混合気の燃焼速度はほとんど変化しないことが確認できる。したがって、最適点火時期ＩＧＭＢＴを充填効率ηｃ（吸入新気量）ではなく、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに応じて設定することが適切であることが確認できる。

図９は、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと、点火時期のＥＧＲノック補正量ＤＥＧＲＴとの関係（エンジン回転数ＮＥは一定）を示す図である。ＥＧＲノック補正量ＤＥＧＲＴは、ノック補正量ＩＧＫＮＯＣＫの算出に適用される点火時期補正量（進角補正量）であり、還流排気量の変化に対応した補正を行うために適用される。この図に示す記号○，□及び△は、充填効率ηｃが異なる状態に対応するデータを示しており、充填効率ηｃに依存しないことが確認できる。したがって、エンジン回転数ＮＥが一定の状態では、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと、ＥＧＲノック補正量ＤＥＧＲＴとの関係は、曲線Ｌ５１で代表させることができる。よって、ＥＧＲノック補正量ＤＥＧＲＴは、エンジン回転数ＮＥ及び全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに応じて設定されたＤＥＧＲＴマップを用いることにより、適切に設定することができる。なお、曲線Ｌ５１で示される関係は、基本的には吸気弁作動位相ＣＡＩＮに依存しないが、エンジン特性のばらつきなどによって吸気弁作動位相ＣＡＩＮに応じた修正が必要となることも考えられる。そのような場合には、吸気弁作動位相ＣＡＩＮに応じた複数のテーブルを設けるか、あるいは吸気弁作動位相ＣＡＩＮに応じた補正を行うようにしてもよい。

図１０は、図３に示すドライバ要求吸気量算出部５１において実行される処理のフローチャートである。この処理は所定時間（例えば１０ミリ秒）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。

ステップＳ１１では、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて図１１に示すＫＧＡＤＲＶマップを検索し、ドライバ要求係数ＫＧＡＤＲＶを算出する。ドライバ要求係数ＫＧＡＤＲＶは、制御可能な全吸気量に対する、当該車両の運転者が要求するエンジン出力（アクセルペダル操作量ＡＰ）を得るために割り当てる吸気量の比率を示す係数であり、０から１の間の値に設定される。ＫＧＡＤＲＶマップは、基本的にはアクセルペダル操作量ＡＰが増加するほどドライバ要求係数ＫＧＡＤＲＶが増加するように設定されている。図１１に示す線Ｌ６１〜Ｌ６３は、所定エンジン回転数ＮＥ６１，ＮＥ６２，及びＮＥ６３に対応する（ＮＥ６１＞ＮＥ６２＞ＮＥ６３）。

ステップＳ１２では、スロットル弁３を全開とした状態における吸気量である最大吸気量ＧＡＭＡＸを、大気圧ＰＡ及び吸気温ＴＡに応じたマップ（図示せず）を検索することにより算出する。

ステップＳ１３では、アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であるときに、エンジン１の回転を維持するために必要とされる最小トルクＴＲＱＭＩＮを得るための吸気量である最小吸気量ＧＡＭＩＮを算出する。最小トルクＴＲＱＭＩＮは、通常はエンジン１の摩擦損失及びポンピング損失の合計に相当し、公知の手法で算出される。

ステップＳ１４では、ドライバ要求係数ＫＧＡＤＲＶ、最大吸気量ＧＡＭＡＸ、及び最小吸気量ＧＡＭＩＮを、下記式（４）に適用し、基本ドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶＢを算出する。
ＧＡＤＲＶＢ＝ＫＧＡＤＲＶ×（ＧＡＭＡＸ−ＧＡＭＩＮ）（４）

ステップＳ１５では、基本ドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶＢ及び最小吸気量ＧＡＭＩＮを下記式（５）に適用し、ドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶを算出する。
ＧＡＤＲＶ＝ＧＡＤＲＶＢ＋ＧＡＭＩＮ（５）

図１２は、図３に示す吸気量-トルク変換部５２における演算処理のフローチャートである。この処理は所定時間（例えば１０ミリ秒）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。

ステップＳ３０では、エンジン回転数ＮＥ及びドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶに応じて、ＨＰＢＡマップを検索し、推定吸気圧ＨＰＢＡを算出する。ＨＰＢＡマップは、図１３（ａ）に示すように、推定吸気圧ＨＰＢＡがドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶにほぼ比例するように設定されている。

ステップＳ３１では、図１４に示す第１全ＥＧＲ率算出処理を実行する。図１４のステップＳ２１では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気弁作動位相ＣＡＩＮに応じて設定されたＧＡＷＯＴＳＴＤマップ（図示せず）を検索し、基準理論全開空気量ＧＡＷＯＴＳＴＤを算出する。ステップＳ２２では、上記式（３）による吸気温ＴＡに応じた補正を行い、理論全開空気量ＧＡＷＯＴを算出する。

ステップＳ２３では、推定吸気圧ＨＰＢＡを下記式（１１）に適用し、理論吸気量ＧＡＴＨを算出する。
ＧＡＴＨ＝ＧＡＷＯＴ×ＨＰＢＡ／ＰＢＡＳＴＤ（１１）
ステップＳ２４では、ドライバ要求空気量ＧＡＤＲＶ［ｇ／ｓｅｃ］を下記式（１２）に適用し、１つの気筒の１吸気行程における吸気量ＧＡＣＹＬに変換する。式（１２）のＫＣは、変換係数である。
ＧＡＣＹＬ＝ＧＡＤＲＶ×ＫＣ／ＮＥ（１２）

ステップＳ２５では、前記式（２）により、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを算出する。

図１２に戻り、ステップＳ３２では、エンジン回転数ＮＥ及び全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに応じて、図１３（ｂ）に示すＫＴＥＧＲマップを検索し、ＥＧＲ補正変換係数ＫＴＥＧＲを算出する。図１３（ｂ）において曲線Ｌ７１〜Ｌ７３は、それぞれ所定エンジン回転数ＮＥ７１，ＮＥ７２，及びＮＥ７３に対応する（ＮＥ７１＜ＮＥ７２＜ＮＥ７３）。すなわちＫＴＥＧＲマップは、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが０．１程度より大きい範囲では、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが増加するほどＥＧＲ補正変換係数ＫＴＥＧＲが減少し、かつエンジン回転数ＮＥが増加するほどＥＧＲ補正変換係数ＫＴＥＧＲが増加するように設定されている。なお、本実施形態では、ＥＧＲ補正変換係数ＫＴＥＧＲは、排気還流率が増加することによるトルクの減少を補正する補正係数に、空気流量［ｇ／ｓｅｃ］をトルク［Ｎｍ］に変換する変換係数を乗算したものとして定義されている。

ステップＳ３３では、図１５に示すＤＩＧＲＴＤ算出処理を実行し、点火時期の遅角補正量ＤＩＧＲＴＤを算出する。

図１５のステップＳ４１では、エンジン１におけるノッキングの発生状況に応じてノック補正量ＩＧＫＮＯＣＫを算出する。すなわち、ノック補正量ＩＧＫＮＯＣＫは、ノックセンサ１４の出力に基づいてノッキングが検出されると所定増加量だけ増量され、ノッキングが検出されない期間中は徐々に減量される。ノッキングの検出手法及びノック補正量ＩＧＫＮＯＣＫの算出手法は例えば特開２００４−３５３４７３号公報に示されるような公知の手法が適用される。ただし、本実施形態では、上述したＥＧＲノック補正量ＤＥＧＲＴによる補正が行われる。

ステップＳ４２では、下記式（１３）により、ノック補正量ＩＧＫＮＯＣＫの移動平均値（以下「平均化ノック補正量」という）ＩＧＫＮＫＡＶを算出する。式（１３）の「ｋ」は、ノック補正量ＩＧＫＮＯＣＫの算出周期で離散化した離散化時刻であり、現在値を「０」として時刻が過去に遡るほど増加する。またＮＡＶは、例えば「１０」に設定される所定値である。

ステップＳ４３では、推定吸気圧ＨＰＢＡ及びエンジン回転数ＮＥに応じたマップ検索により、推定基本遅角補正量ＤＩＧＲＳＶを算出する。吸気圧が高い高負荷運転状態では、ノック限界点火時期（ノッキングが発生し易くなる点火時期範囲の下限値）ＩＧＫＮＫが最適点火時期ＩＧＭＢＴより小さく（遅角側）なるため、推定基本遅角補正量ＤＩＧＲＳＶを、点火時期ＩＧＬＯＧの算出に適用することにより、ノッキングの発生が防止される。

ステップＳ４４では、エンジン冷却水温ＴＷに応じて冷却水温補正量ＩＧＴＷ算出するとともに、吸気温ＴＡに応じて吸気温補正量ＩＧＴＡを算出する。ステップＳ４５では、平均化ノック補正量ＩＧＫＮＫＡＶ、推定基本遅角補正量ＤＩＧＲＳＶ、冷却水温補正量ＩＧＴＷ算出、及び吸気温補正量ＩＧＴＡを下記式（１４）に適用し、推定遅角補正量ＤＩＧＲＴＤを算出する。
ＤＩＧＲＴＤ＝ＤＩＧＲＳＶ＋ＩＧＴＷ＋ＩＧＴＡ＋ＩＧＫＮＫＡＶ（１４）

図１２に戻りステップＳ３４では、エンジン回転数ＮＥ及び推定遅角補正量ＤＩＧＲＴＤに応じて図１３（ｃ）に示すＫＴＲＴＤマップを検索し、点火時期遅角補正係数ＫＴＲＴＤを算出する。図１３（ｃ）において曲線Ｌ８１〜Ｌ８３は、それぞれ所定エンジン回転数ＮＥ８１，ＮＥ８２，及びＮＥ８３に対応する（ＮＥ８１＜ＮＥ８２＜ＮＥ８３）。すなわち点火時期遅角補正係数ＫＴＲＴＤは、点火時期ＩＧＬＯＧが最適点火時期ＩＧＭＢＴより遅角側の値に設定されることによるトルク減少量を補正する係数である。ＫＴＲＴＤマップは、推定遅角補正量ＩＧＲＴＤが増加するほど点火時期遅角補正係数ＫＴＲＴＤが減少し、かつエンジン回転数ＮＥが増加するほど点火時期遅角補正係数ＫＴＲＴＤが増加するように設定されている。点火時期遅角補正係数ＫＴＲＴＤは、「０」から「１」の間の値をとる。

ステップＳ３５では、ドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶ、ＥＧＲ補正変換係数ＫＴＥＧＲ、及び点火時期遅角補正係数ＫＴＲＴＤを下記式（１５）に適用し、ドライバ要求トルクＴＲＱＤＲＶを算出する。
ＴＲＱＤＲＶ＝ＧＡＤＲＶ×ＫＴＥＧＲ×ＫＴＲＴＤ（１５）

図１２の処理（図１４及び図１５の処理を含む）によれば、スロットル弁３を全開にした状態に対応する吸気量である理論全開空気量ＧＡＷＯＴが、吸気弁作動位相ＣＡＩＮ及びエンジン回転数ＮＥに応じて算出され、排気還流が行われない状態に対応する理論吸気量ＧＡＴＨが、理論全開空気量ＧＡＷＯＴ及び推定吸気圧ＨＰＢＡに応じて算出され、理論吸気量ＧＡＴＨ及びドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶを用いて全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが算出される。そして、ドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶが、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを用いてドライバ要求トルクＴＲＱＤＲＶに変換される。したがって、ドライバ要求吸気量ＧＡＤＲＶをドライバ要求トルクＴＲＱＤＲＶに変換する際に、エンジン運転状態に対応する多数のマップを予め設定しておく必要がなく、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを考慮したドライバ要求トルクＴＲＱＤＲＶを比較的簡便な手法で正確に算出することができる。

図１６は、図３に示すトルク-吸気量変換部５４における演算処理のフローチャートである。この処理は、所定時間（例えば１０ミリ秒）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。

ステップＳ５１では、下側目標吸気量ＧＡＣＭＤＬＯを「０」に設定するとともに、上側目標吸気量ＧＡＣＭＤＨＩを下記式（２１）により算出する。式（２１）のＧＡＩＲＭＡＸは、吸気量の最大値であり、ΔＧＡＩＲは微少加算値である。
ＧＡＣＭＤＨＩ＝ＧＡＩＲＭＡＸ＋ΔＧＡＩＲ（２１）

ステップＳ５２ではインデクスパラメータｉを「１」に設定する。ステップＳ５３では、下記式（２２）により、下側目標吸気量ＧＡＣＭＤＬＯと上側目標吸気量ＧＡＣＭＤＨＩの平均値として中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤを算出する。
ＧＡＣＭＤＭＩＤ＝（ＧＡＣＭＤＬＯ＋ＧＡＣＭＤＨＩ）／２（２２）

ステップＳ５４では、ＨＰＢＡマップ（図１３（ａ））を使用し、エンジン回転数ＮＥ及び中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤに応じて、仮推定吸気圧ＨＰＢＡＴＭＰを算出する。ステップＳ５５では、図１７に示すＤＩＧＲＴＤＴＭＰ算出処理を実行し、点火時期の仮推定遅角補正量ＤＩＧＲＴＤＴＭＰを算出する。

図１７の処理は、図１５に示すＤＩＧＲＴＤ算出処理のステップＳ４３及びＳ４５を、それぞれステップＳ４３ａ及びＳ４５ａに代えたものである。
ステップＳ４３ａでは、図１５のステップＳ４３と同様にして、仮推定吸気圧ＨＰＢＡＴＭＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて仮推定基本遅角補正量ＤＩＧＲＳＶＴＭＰを算出する。

ステップＳ４５ａでは、仮推定基本遅角補正量ＤＩＧＲＳＶＴＭＰを下記式（１４ａ）に適用し、仮推定遅角補正量ＤＩＧＲＴＤＴＭＰを算出する。
ＤＩＧＲＴＤＴＭＰ＝ＤＩＧＲＳＶＴＭＰ＋ＩＧＴＷ＋ＩＧＴＡ＋ＩＧＫＮＫＡＶ
（１４ａ）

図１６に戻り、ステップＳ５６では、図１３（ｃ）に示すＫＴＲＴＤマップを使用して、エンジン回転数ＮＥ及び仮推定遅角補正量ＤＩＧＲＴＤＴＭＰに応じて、仮点火時期遅角補正係数ＫＴＲＴＤＴＭＰを算出する。

ステップＳ５７では、図１８に示す第２全ＥＧＲ率算出処理を実行する。図１８の処理は、図１４に示す第１全ＥＧＲ率算出処理のステップＳ２３〜Ｓ２５を、それぞれステップＳ２３ａ〜Ｓ２５ａに代えたものである。

ステップＳ２３ａでは、仮推定吸気圧ＨＰＢＡＴＭＰを下記式（１１ａ）に適用し、仮理論吸気量ＧＡＴＨＴＭＰを算出する。
ＧＡＴＨＴＭＰ＝ＧＡＷＯＴ×ＨＰＢＡＴＭＰ／ＰＢＡＳＴＤ（１１ａ）
ステップＳ２４ａでは、中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤ［ｇ／ｓｅｃ］を下記式（１２ａ）に適用し、１つの気筒の１吸気行程における仮吸気量ＧＡＣＹＬＴＭＰに変換する。
ＧＡＣＹＬＴＭＰ＝ＧＡＣＭＤＭＩＤ×ＫＣ／ＮＥ（１２ａ）

ステップＳ２５ａでは、下記式（２ａ）により、仮全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴＴＭＰを算出する。
ＲＥＧＲＴＴＭＰ＝（ＧＡＴＨＴＭＰ−ＧＡＣＹＬＴＭＰ）／ＧＡＴＨＴＭＰ
（２ａ）

図１６に戻り、ステップＳ５８では、図１３（ｂ）に示すＫＴＥＧＲマップを使用し、仮全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴＴＭＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、仮ＥＧＲ補正変換係数ＫＴＥＧＲＴＭＰを算出する。

ステップＳ５９では、中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤ、仮ＥＧＲ補正変換係数ＫＴＥＧＲＴＭＰ、及び仮点火時期遅角補正係数ＫＴＲＴＤＴＭＰを下記式（１５ａ）に適用し、仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰを算出する。
ＴＲＱＴＭＰ＝ＧＡＣＭＤＭＩＤ×ＫＴＥＧＲＴＭＰ×ＫＴＲＴＤＴＭＰ
（１５ａ）

ステップＳ６０では、仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰが目標トルクＴＲＱＣＭＤと等しいか否かを判別する。通常、最初はこの答は否定（ＮＯ）となるので、インデクスパラメータｉがその最大値ＩＭＡＸ（例えば１５）と等しいか否かを判別する。最大値ＩＭＡＸは、仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰ及び目標トルクＴＲＱＣＭＤを表す数値のビット数に依存するパラメータであり、１５ビットで表す場合には、最大値ＩＭＡＸは「１５」に設定される。

ステップＳ６１の答は最初は否定（ＮＯ）となるので、ステップＳ６２に進み、仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰが目標トルクＴＲＱＣＭＤより大きいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、上側目標吸気量ＧＡＣＭＤＨＩを中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤに設定する（ステップＳ６３）一方、ＴＲＱＴＭＰ≦ＴＲＱＣＭＤであるときは、下側目標吸気量ＧＡＣＭＤＬＯを中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤに設定する（ステップＳ６４）。次いでインデクスパラメータｉを「１」だけ増加させ（ステップＳ６５）、ステップＳ５３に戻る。

ステップＳ５３〜Ｓ６５の演算を繰り返すことにより、仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰは、例えば図１９に示すように目標トルクＴＲＱＣＭＤに収束していく。図１９には４回の演算の収束する例が示されている。

仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰが目標トルクＴＲＱＣＭＤに収束し、ステップＳ６０の答が肯定（ＹＥＳ）となったとき、またはインデクスパラメータｉが最大値ＩＭＡＸに達したときは、ステップＳ６６に進み、下記式（２３）により、目標吸気量ＧＡＣＭＤを算出する。式（２３）は、中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤについて、最大吸気量ＧＡＩＲＭＡＸを超えないようにリミット処理演算を行って目標吸気量ＧＡＣＭＤを算出するものである。
ＧＡＣＭＤ＝ｍｉｎ（ＧＡＣＭＤＭＩＤ，ＧＡＩＲＭＡＸ）（２３）

図１６の処理によれば、全排気還流率ＲＥＧＲＴ及び点火時期の遅角補正量ＤＩＧＲＴＤを考慮した収束演算によって、目標吸気量ＧＡＣＭＤの算出が行われる。すなわち、仮の目標吸気量である中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤを用いて、仮ＥＧＲ補正変換係数ＫＴＥＧＲＴＭＰ及び仮推定遅角補正量ＤＩＧＲＴＤＴＭＰが算出され、排気還流及び点火時期の遅角補正による出力トルクの減少を考慮して仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰが算出され、仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰが目標トルクＴＲＱＣＭＤに収束する方向に、中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤが更新され、目標吸気量ＧＡＣＭＤが、仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰが目標トルクＴＲＱＣＭＤに収束した時点の中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤに設定される。これにより、排気還流及び点火時期の遅角補正量を考慮した適切な目標吸気量ＧＡＣＭＤの設定を行うことができ、エンジン出力トルクを目標トルクＴＲＱＣＭＤと一致させる制御の制御応答性を向上させることができる。

またトルク-吸気量変換部５４においても、吸気量-トルク変換部５２と同様の手法により、仮全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴＴＭＰが算出されるので、目標トルクＴＲＱＣＭＤを目標吸気量ＧＡＣＭＤに変換する際に、エンジン運転状態に対応する多数のマップを予め設定しておく必要がなく、全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを考慮した目標吸気量ＧＡＣＭＤを比較的簡便な手法で正確に算出することができる。

なお、図１６の処理では、仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰが目標トルクＴＲＱＣＭＤと一致した時点を収束時点としたが、仮推定出力トルクＴＲＱＴＭＰと目標トルクＴＲＱＣＭＤの差ＤＴＲＱが所定閾値ＤＴＲＱＴＨ以下となった時点を収束時点として、目標吸気量ＧＡＣＭＤを、その収束時点における中間目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤに設定するようにしてもよい。

本実施形態では、クランク角度位置センサ１１が回転数検出手段に相当し、吸気圧センサ８が吸気圧検出手段に相当し、ＥＣＵ５が、目標吸気量算出手段、吸気圧推定手段、全開吸気量算出手段、理論吸気量算出手段、排気還流率算出手段、目標出力トルク算出手段、及び制御手段を構成する。すなわち、図１０の処理が請求項１の目標吸気量算出手段に相当し、図１２のステップＳ３２及び図１６のステップＳ５４が、それぞれ請求項１及び３の吸気圧推定手段に相当し、図１４及び図１８のステップＳ２２が、それぞれ請求項１及び３の全開吸気量算出手段に相当し、図１４のステップＳ２３及び図１８のステップＳ２３ａが、それぞれ請求項１及び３の理論吸気量算出手段に相当し、図１４のステップＳ２４及びＳ２５が請求項１の排気還流率算出手段に相当し、図１８のステップＳ２４ａ及び２５ａが、請求項３の排気還流率算出手段に相当し、図１２のステップＳ３１及びＳ３５が請求項１の目標出力トルク算出手段に相当し、図３の目標トルク算出部５３が請求項３の目標出力トルク算出手段に相当し、図１６の処理が、請求項３の目標吸気量算出手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、例えば以下に説明するような変形が可能である。
（変形例１）
上述した吸気量-トルク変換部５２における演算において、推定吸気圧ＨＰＢＡ及びドライバ目標吸気量ＧＡＤＲＶを、それぞれ検出吸気圧ＰＢＡ及び検出吸入空気流量ＧＡＩＲに代えることにより、エンジン１の推定出力トルクＨＴＲＱを算出することができる。

算出した推定出力トルクＨＴＲＱは、例えばエンジン１により駆動される車両のトラクション制御、あるいは車両走行安定化制御に適用することができる。
この変形例によれば、エンジン運転状態に対応する多数のマップを予め設定しておく必要がなく、排気還流率を考慮した推定エンジン出力トルクを比較的簡便な手法で正確に算出することができる。この変形例は請求項２の発明に相当する。

なお、スロットル弁開度ＴＨ，大気圧ＰＡ，及び吸気圧ＰＢＡに応じて推定吸気流量ＨＧＡＩＲを算出し、検出吸入空気流量ＧＡＩＲに代えて、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを用いて全ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを算出するようにしてもよい。この変形例では、吸入空気流量センサ１３または推定吸気流量ＨＧＡＩＲの算出処理が、吸気量取得手段に相当する。

（変形例２）
上述したトルク-吸気量変換部５４における演算において、仮推定吸気圧ＨＰＢＡＴＭＰ及び目標トルクＴＲＱＣＭＤを、それぞれ検出吸気圧ＰＢＡ及び検出出力トルクＴＲＱＤＥＴに代え、収束時点における仮目標吸気量ＧＡＣＭＤＭＩＤを推定吸気量ＨＧＡＩＲとすることにより、エンジン１の推定吸気量（実吸気量の推定値）ＨＧＡＩＲを算出することができる。エンジン１の出力トルクは、公知のトルクセンサ（例えば特公平５−２６０１９号公報）により検出することができる。

算出した推定吸気量ＨＧＡＩＲを用いることにより、吸気流量センサを不要とすることができる。また吸気流量センサを用いる場合には、吸気流量センサの故障判定、あるいは検出精度の経時劣化の判定に、推定吸気量ＨＧＡＩＲを適用することができる。

この変形例によれば、エンジン運転状態に対応する多数のマップを予め設定しておく必要がなく、排気還流率を考慮したエンジンの推定吸気量ＨＧＡＩＲを比較的簡便な手法で正確に算出することができる。この変形例は請求項５の発明に相当する。

（他の変形例）
また上述した実施形態では、排気還流通路２２による外部排気還流が行われる内燃機関の制御に本発明を適用した例を示したが、外部排気還流が行われない（内部排気還流のみが行われる）内燃機関の制御にも本発明は適用可能である。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

１内燃機関
２吸気通路
３スロットル弁
５電子制御ユニット（目標吸気量算出手段、吸気圧推定手段、全開吸気量算出手段、理論吸気量算出手段、排気還流率算出手段、目標出力トルク算出手段、制御手段）
８吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
１１クランク角度位置センサ（回転数検出手段）

Claims

吸気通路内に設けられたスロットル弁を備える内燃機関の制御装置において、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記機関の目標吸気量を算出する目標吸気量算出手段と、
前記機関の吸気圧を推定する吸気圧推定手段と、
前記スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量を、前記機関回転数に応じて算出する全開吸気量算出手段と、
前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量を、前記全開吸気量及び前記吸気圧に応じて算出する理論吸気量算出手段と、
前記理論吸気量及び目標吸気量を用いて排気還流率を算出する排気還流率算出手段と、
前記目標吸気量及び排気還流率を用いて前記機関の目標出力トルクを算出する目標出力トルク算出手段と、
前記目標出力トルクを用いて前記機関を制御する制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
吸気通路内に設けられたスロットル弁を備える内燃機関の制御装置において、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
前記スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量を、前記機関回転数に応じて算出する全開吸気量算出手段と、
前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量を、前記全開吸気量及び前記吸気圧に応じて算出する理論吸気量算出手段と、
前記機関の実吸気量を検出または推定する吸気量取得手段と、
前記理論吸気量及び実吸気量を用いて排気還流率を算出する排気還流率算出手段と、
前記実吸気量及び排気還流率を用いて前記機関の出力トルクを算出する出力トルク算出手段と、
前記出力トルクを用いて前記機関を制御する制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
吸気通路内に設けられたスロットル弁を備える内燃機関の制御装置において、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記機関の目標出力トルクを算出する目標出力トルク算出手段と、
前記機関の排気還流率を算出する排気還流率算出手段を有し、前記目標出力トルク及び排気還流率を用いて前記機関の目標吸気量を算出する目標吸気量算出手段と、
前記目標吸気量を用いて前記機関を制御する制御手段とを備え、
前記排気還流率算出手段は、
前記機関の吸気圧を推定する吸気圧推定手段と、
前記スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量を、前記機関回転数に応じて算出する全開吸気量算出手段と、
前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量を、前記全開吸気量及び前記吸気圧に応じて算出する理論吸気量算出手段とを有し、
前記理論吸気量及び目標吸気量を用いて前記排気還流率を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記目標吸気量算出手段は、仮目標吸気量の初期値設定を行った後に、
該仮目標吸気量を前記機関に供給した場合における前記排気還流率である推定排気還流率を算出する第１ステップと、
前記仮目標吸気量及び推定排気還流率に応じて前記機関の推定出力トルクを算出する第２ステップと、
前記推定出力トルクが前記目標出力トルクに近づくように前記仮目標吸気量を修正する第３ステップとを、
前記推定出力トルクと前記目標出力トルクとの差が所定閾値以下となる収束時点まで繰り返し実行し、前記目標吸気量を、前記収束時点における仮目標吸気量に設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
吸気通路内に設けられたスロットル弁を備える内燃機関の制御装置において、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
前記スロットル弁を全開にした状態に対応する吸気量である全開吸気量を、前記機関回転数に応じて算出する全開吸気量算出手段と、
前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸気量を、前記全開吸気量及び前記吸気圧に応じて算出する理論吸気量算出手段と、
前記機関の実吸気量の推定値である推定吸気量を算出する推定吸気量算出手段と、
前記理論吸気量及び推定吸気量を用いて排気還流率を算出する排気還流率算出手段と、
前記機関の出力トルクを検出するトルク検出手段と、
前記推定吸気量を用いて前記機関を制御する制御手段とを備え、
前記推定吸気量算出手段は、検出される出力トルク及び前記排気還流率を用いて前記推定吸気量を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。