JP4439345B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、インジェクタによる燃料噴射などを制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この制御装置では、気筒に吸入される吸入空気量Ｇａをエアフローメータで検出する。また、気筒に供給される総ガス量Ｇｆを、アクセルペダルの踏込み量および内燃機関の回転数をパラメータとして、あらかじめマップ化するとともに、内燃機関の運転中に検出されたこれらのパラメータに応じ、マップを検索することによって算出する。さらに、総ガス量Ｇｆと吸入空気量Ｇａとの差（Ｇｆ−Ｇａ）を、気筒に供給されるＥＧＲガス量Ｇｅとして算出する。

一方、排気マニホルドには、排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサが設けられている。そして、酸素濃度センサで検出した排ガス中の酸素濃度がＥＧＲガス中の酸素濃度に等しいとして、検出した排ガス中の酸素濃度とＥＧＲガス量Ｇｅから、ＥＧＲガス中の空気量を算出し、このＥＧＲガス中の空気量と吸入空気量Ｇａとの和を、気筒に供給される総空気量として算出するとともに、この総空気量と目標空燃比から燃料噴射量を算出する。このような制御により、ＥＧＲ動作が行われ、ＥＧＲガス中に余剰空気が含まれる場合でも、気筒に供給される実際の空気量に応じて燃料噴射量を制御することによって、空燃比を目標空燃比に精度良く制御するようにしている。

上述したように、この従来の制御装置では、排ガス中の酸素濃度を、気筒に供給されるＥＧＲガス中の酸素濃度に等しいとみなし、酸素濃度センサで検出した排ガス中の酸素濃度を、ＥＧＲガス中の空気量の推定、気筒内に供給される総空気量の推定、および燃料噴射量の算出に順次、用いている。しかし、酸素濃度センサが検出できる空燃比の範囲には限界があり、例えばディーゼルエンジンでは、空燃比の制御範囲が広いため、適用できる運転域が非常に狭くなってしまう。さらに、酸素濃度センサを設けた排気マニホルドと気筒との間が離れていて、ＥＧＲガスが排気マニホルドから気筒に供給されるまでに遅れを伴うことや、ＥＧＲ装置自体に動作遅れがあることから、気筒に供給されるＥＧＲガス中の実際の酸素濃度は、排ガス中の酸素濃度と必ずしも一致しない。このような酸素濃度のずれは、ＥＧＲガス量が大きく変化する場合、例えば内燃機関の過渡状態において特に大きくなる。また、例えばディーゼルエンジンでは通常、ガソリンエンジンと比較して、ＥＧＲガス量が非常に大きな値に設定されるため、過渡状態でのＥＧＲガス量の変化量も大きく、酸素濃度のずれも大きくなってしまう。その結果、この制御装置では、ＥＧＲガス中の空気量および気筒内に供給される総空気量を適切に推定できず、それに伴い、燃料噴射量も適正値からずれてしまい、空燃比を目標空燃比に精度良く制御することができない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の過渡状態においても、インジェクタによる燃料噴射を最適に制御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。

特開平８−６１１１２号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関の回転数Ｎｅおよび気筒３ａ内に存在する気筒内酸素量ｍo2に応じて、内燃機関３が定常状態のときの燃料噴射パラメータＱ* をあらかじめ設定する燃料噴射パラメータ設定手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２、図４）と、設定された燃料噴射パラメータＱ* を記憶する燃料噴射パラメータ記憶手段（ＥＣＵ２、Ｑ*i,jマップ）と、吸気系（吸気管４）を介して気筒３ａに空気を吸入し、インジェクタ６から噴射された燃料を気筒３ａ内に供給するとともに、内燃機関３から排出された排ガスの一部をＥＧＲ装置１４により吸気系にＥＧＲガスとして還流する内燃機関の制御装置であって、吸気系を介して気筒３ａに吸入される吸入空気量Ｆａを制御する吸入空気量制御手段（スロットル弁７、ＥＣＵ２）と、吸入空気量Ｆａを検出する吸入空気量検出手段（エアフローセンサ２７）と、ＥＧＲ装置１４によるＥＧＲガスの還流の応答遅れに応じて、ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲガス流量の予測値Ｆｅ_hat）を推定するＥＧＲガス流量推定手段（ＥＣＵ２、式（８））と、検出された吸入空気量Ｆａ、および推定されたＥＧＲガス流量に基づいて、気筒３ａ内に存在する酸素量ｍo2を推定する気筒内酸素量推定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ２２）と、内燃機関３の回転数Ｎｅを検出する回転数検出手段（クランク角センサ２２、ＥＣＵ２）と、内燃機関３が過渡状態で運転されているか否かを判別する過渡状態判別手段（ＥＣＵ２、図７のステップ７１）と、内燃機関３が過渡状態のときに、定常状態での気筒内不活性ガス量ｍintsに対する過渡状態での気筒内不活性ガス量ｍint のずれに応じて、気筒内酸素量ｍo2を補正する気筒内酸素量補正手段（ＥＣＵ２、図７のステップ７７、７８）と、燃料噴射パラメータＱ* を、内燃機関３が定常状態のときには、検出された内燃機関の回転数Ｎｅ、および推定された気筒内酸素量ｍo2に応じ、内燃機関３が過渡状態のときには、検出された内燃機関の回転数Ｎｅ、および補正された気筒内酸素量（仮想気筒内酸素量ｍo2v ）に応じ、燃料噴射パラメータ記憶手段から読み出すことによって決定する燃料噴射パラメータ決定手段（ＥＣＵ２、図７のステップ７４、７９、８０）と、決定された燃料噴射パラメータＱ* に基づいて、インジェクタ６を制御するインジェクタ制御手段（ＥＣＵ２）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、吸気系を介して気筒に吸入される吸入空気量を、吸入空気量制御手段によって制御するとともに、吸入空気量検出手段によって検出する。また、ＥＧＲガス流量推定手段により、吸気系に還流されるＥＧＲガスの流量を、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの還流の応答遅れに応じて推定する。そして、推定されたＥＧＲガス流量と検出された吸入空気量に基づいて、気筒内に存在する気筒内酸素量を推定する。さらに、推定された気筒内酸素量と検出された内燃機関の回転数に基づいて、燃料噴射パラメータを決定するとともに、決定した燃料噴射パラメータに基づいて、インジェクタを制御する。

以上のように、本発明では、気筒内に存在し、燃焼に寄与する気筒内酸素量を推定するとともに、推定した気筒内酸素量と内燃機関の回転数に基づいて、インジェクタによる燃料噴射を制御するための燃料噴射パラメータを決定する。また、気筒内酸素量を吸入空気量およびＥＧＲガス流量に基づいて推定するとともに、このＥＧＲ流量は、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの還流の応答遅れに応じて推定される。したがって、ＥＧＲガス流量が大きく変化する内燃機関の過渡状態においても、ＥＧＲ動作の応答遅れを反映させながら、気筒内に実際に存在する気筒内酸素量を精度良く推定できる。その結果、気筒内酸素量に応じて、燃料噴射パラメータを最適に決定でき、インジェクタによる燃料噴射を最適に制御することができる。
また、内燃機関の回転数および気筒内酸素量に応じた、内燃機関の定常状態における最適な燃料噴射パラメータを、例えばベンチ試験によってあらかじめ設定し、燃料噴射パラメータ記憶手段に記憶する。したがって、内燃機関の定常状態において、検出した内燃機関の回転数と推定した気筒内酸素量に応じ、燃料噴射パラメータ記憶手段から、該当する燃料噴射パラメータを読み出すことによって、最適な燃料噴射パラメータを容易に決定することができる。
さらに、内燃機関が過渡状態のときには、定常状態での気筒内不活性ガス量に対する過渡状態での気筒内不活性ガス量のずれに応じて、気筒内酸素量を補正するとともに、補正した気筒内酸素量を用いて、燃料噴射パラメータ記憶手段から燃料噴射パラメータを読み出し、決定する。これにより、定常状態用の燃料噴射パラメータを記憶した燃料噴射パラメータ記憶手段を、過渡状態においても共用でき、過渡状態用の燃料噴射パラメータを記憶する別個の記憶手段が不要になるので、その記憶容量の低減や制御プログラムの簡略化などを図ることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、燃料噴射パラメータＱ* は、インジェクタ６の噴射時間Ｄｅ、噴射タイミングＴＭｅおよび噴射圧力Ｐｅの少なくとも１つであることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の回転数および気筒内酸素量に基づいて、燃料噴射パラメータとして、インジェクタの噴射時間、噴射タイミングおよび噴射圧力の少なくとも１つを決定することによって、インジェクタによる燃料噴射を適切に制御できる。また、これらのパラメータの複数のものを組み合わせることによって、インジェクタによる燃料噴射をよりきめ細かく最適に制御することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、気筒内酸素量補正手段は、内燃機関３の過渡状態における気筒内酸素量ｍo2をそれと等価な定常状態における気筒内酸素量ｍo2v に変換するための補正関数ｆ(α,β)i,jを算出する補正関数算出手段（図７のステップ７７）を有し、算出された補正関数ｆ(α,β)i,jを用いて、気筒内酸素量ｍo2を補正する（図７のステップ７８）ことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度ＡＰ）を検出するアクセル踏込み量検出手段（アクセル開度センサ３０）と、内燃機関３の負荷（気筒内酸素量ｍo2）を検出する負荷検出手段（ＥＣＵ２、図１１のステップ１１１）をさらに備え、燃料噴射パラメータ決定手段は、検出された内燃機関の負荷が所定値（しきい値ｍo2c ）よりも大きいときには、内燃機関の回転数Ｎｅおよび気筒内酸素量ｍo2に代えて、内燃機関の回転数Ｎｅおよび検出されたアクセルペダルの踏込み量に基づいて、燃料噴射パラメータＱ* を決定する（図１１のステップ１１５、１１６）ことを特徴とする。

内燃機関の負荷が高いときには、吸入空気量に対するトルクの変化が大きくなるため、吸入空気量に基づいて推定される気筒内酸素量に応じて燃料噴射パラメータを決定すると、吸入空気量検出手段の公差に対するトルクのばらつきが大きくなることによって、内燃機関の出力トルクが不安定になるおそれがある。さらに、ディーゼル機関の場合には、高負荷域（例えばＥＧＲ＝０％、スロットル開度＝１００％）では、運転者が気筒内酸素量を変化させる手段をもたないため、運転者の意志に応じてトルクを変化させることができない。この構成によれば、内燃機関の負荷が所定値よりも大きい高負荷のときには、気筒内酸素量を用いずに、これに代わるアクセルペダルの踏込み量と内燃機関の回転数に基づいて、燃料噴射パラメータを決定する。したがって、高負荷時に、吸入空気量検出手段の公差に対するトルクのばらつきの影響を受けることなく、内燃機関の出力トルクを実際の要求トルクに応じて精度良く制御でき、それにより、良好な運転性を確保することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関３の燃焼状態（燃焼パラメータ）を検出する燃焼状態検出手段（筒内圧センサ２１、ＥＣＵ２）と、検出された内燃機関３の燃焼状態に応じて、燃料噴射パラメータを補正する燃料噴射パラメータ補正手段（ＥＣＵ２、図１２）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の燃焼状態を検出するとともに、検出した内燃機関の実際の燃焼状態に応じて、燃料噴射パラメータを補正する。したがって、インジェクタの公差、吸入空気量検出手段の公差や、ＥＧＲガス流量推定手段によるＥＧＲガス流量の推定誤差などによる影響を補償しながら、燃料噴射パラメータを最適化することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、補正された燃料噴射パラメータＱ* を記憶する補正燃料噴射パラメータ記憶手段（ＥＣＵ２、Ｑ*i,jマップ、図２０のステップ２０３）をさらに備え、燃料噴射パラメータ決定手段は、補正燃料噴射パラメータ記憶手段から補正燃料噴射パラメータを読み出すことによって、燃料噴射パラメータＱ* を決定する（図７のステップ７５）ことを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の燃焼状態に応じて補正した補正燃料噴射パラメータを、補正燃料噴射パラメータ記憶手段に記憶し、そこから補正燃料噴射パラメータを読み出すことによって、燃料噴射パラメータを決定する。したがって、インジェクタを含む燃料噴射系の経時変化などを補償し、最適な燃料噴射パラメータを随時、学習しながら、燃料噴射パラメータを決定することができる。

請求項７に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、排ガス中の酸素濃度λを検出する酸素濃度検出手段（酸素濃度センサ２９）と、検出された酸素濃度λに応じて、吸入空気量Ｆａを補正する吸入空気量補正手段（スロットル弁７、ＥＣＵ２、図２５のステップ２５２）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、検出された排ガス中の酸素濃度に応じて吸入空気量を補正するので、内燃機関で燃焼されるガスの空燃比を所望の空燃比に精度良く制御することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃの間には、燃焼室３ｄが形成されている。燃焼室３ｄには、吸気管４（吸気系）および排気管５が接続されており、これらの吸気ポートおよび排気ポートには、吸気弁および排気弁（いずれも図示せず）がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド３ｃには、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６および筒内圧センサ２１が、燃焼室３ｄに臨むように取り付けられている。

インジェクタ６は、シリンダヘッド３ｃの中央に配置されており、コモンレールを介して高圧ポンプ（いずれも図示せず）に接続されている。燃料タンク（図示せず）の燃料は、高圧ポンプで昇圧された後、コモンレールを介してインジェクタ６に送られ、インジェクタ６から燃焼室３ｄに噴射される。インジェクタ６の噴射圧力Ｐｅ、噴射時間（開弁時間）Ｄｅおよび噴射タイミング（開弁タイミング）ＴＭｅは、ＥＣＵ２からの制御信号によって制御される。

筒内圧センサ２１（燃焼状態検出手段）は、例えば圧電素子タイプのものであり、燃焼室３ｄ内の圧力（以下「筒内圧」という）Ｐの変化に応じて、圧電素子（図示せず）が変位することにより、筒内圧Ｐの変化量ΔＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この検出信号を積分することによって、筒内圧Ｐを求める。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｅには、マグネットロータ２２ａが取り付けられている。このマグネットロータ２２ａとＭＲＥピックアップ２２ｂによって、クランク角センサ２２（回転数検出手段）が構成されている。クランク角センサ２２は、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０度）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）Ｎｅを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０度ごとに出力される。

吸気管４の吸気マニホルド４ａの集合部よりも上流側には、スロットル弁７（吸入量制御手段、吸入空気量補正手段）が設けられており、スロットル弁７には、これを駆動するアクチュエータ８が連結されている。アクチュエータ８は、モータやギヤ機構（いずれも図示せず）などで構成されており、その動作がＥＣＵ２からの制御信号で制御されることにより、スロットル弁７の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨが変化し、それに応じて、燃焼室３ｄに吸入される吸入空気量が制御される。スロットル弁開度ＴＨは、スロットル弁開度センサ２３によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

吸気マニホルド４ａには、吸気圧センサ２４および吸気温センサ２５が設けられている。吸気圧センサ２４は、吸気マニホルド４ａ内の圧力（以下「インマニ圧」という）Ｐｉを検出し、吸気温センサ２５は、サーミスタなどで構成され、吸気マニホルド４ａ内の温度（以下「インマニ温度」という）Ｔｓを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。エンジン３の本体には、エンジン水温センサ２６が取り付けられている。エンジン水温センサ２６は、サーミスタなどで構成され、エンジン３の本体内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）Ｔｗを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、吸気管４には過給装置９が設けられている。過給装置９は、ターボチャージャ式の過給機１０と、これに連結されたアクチュエータ１１と、ベーン開度制御弁１２を備えている。過給機１０は、吸気管４のスロットル弁７よりも上流側に設けられた回転自在のコンプレッサブレード１０ａと、排気管５の途中に設けられたタービンブレード１０ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン１０ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード１０ａ，１０ｂを一体に連結するシャフト１０ｄを有している。過給機１０は、排気管５内の排ガスによってタービンブレード１０ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード１０ａが回転駆動されることによって、過給動作を行う。

各可変ベーン１０ｃは、アクチュエータ１１に連結されており、その開度（以下「ベーン開度」という）がアクチュエータ１１を介して制御される。アクチュエータ１１は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、負圧ポンプ（図示せず）に接続されていて、その途中に前記ベーン開度制御弁１２が設けられている。負圧ポンプは、エンジン３を動力源として作動し、発生した負圧をアクチュエータ１１に供給する。ベーン開度制御弁１２は、電磁弁で構成されており、その弁開度がＥＣＵ２からの制御信号で制御されることにより、アクチュエータ１１に供給される負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン１０ｃのベーン開度が変化することによって、過給圧が制御される。

また、吸気管４の過給機１０よりも上流側には、エアフローセンサ２７（吸入空気量検出手段）が設けられている。エアフローセンサ２７は、吸気管４内を流れる吸入空気量Ｆａを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、吸気管４の吸気マニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路４ｂとバイパス通路４ｃに仕切られている。バイパス通路４ｃには、燃焼室３ｄ内にスワールを発生させるためのスワール装置１３が設けられている。スワール装置１３は、スワール弁１３ａ、これを駆動するアクチュエータ１３ｂ、およびスワール制御弁１３ｃを備えている。アクチュエータ１３ｂおよびスワール制御弁１３ｃはそれぞれ、過給装置９のアクチュエータ１１およびベーン開度制御弁１２と同様に構成されており、スワール制御弁１３ｃは前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁１３ｃの弁開度がＥＣＵ２からの制御信号で制御されることにより、アクチュエータ１３ｂに供給される負圧が変化し、スワール弁１３ａの開度が変化することによって、スワールの強さが制御される。

また、吸気マニホルド４ａのスワール通路４ｂの集合部の部分と、排気管５の後述する酸化触媒１５のすぐ下流側との間には、ＥＧＲ管１４ａが接続されており、このＥＧＲ管１４ａとその途中に設けられたＥＧＲ制御弁１４ｂによって、ＥＧＲ装置１４が構成されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気管４に還流される。ＥＧＲ制御弁１４ｂは、リニア電磁弁で構成されており、その開度（以下「ＥＧＲ弁開度」という）ＬＥがＥＣＵ２からの制御信号に応じて制御されることによって、ＥＧＲガス流量Ｆｅが制御される。ＥＧＲ弁開度ＬＥは、ＥＧＲ弁開度センサ２８によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、排気管５の過給機１０よりも下流側には、上流側から順に、酸化触媒１５およびＮＯｘ吸収触媒１６が設けられている。酸化触媒１５は、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化し、排ガスを浄化する。また、ＮＯｘ吸収触媒１６は、リーンな酸化雰囲気下において、排ガス中のＮＯｘを吸収するとともに、吸収したＮＯｘを、リッチな還元雰囲気下において還元する。

さらに、排気管５の過給機１０と酸化触媒１５との間には、酸素濃度センサ２９が設けられている。酸素濃度センサ２９（酸素濃度検出手段）は、排ガス中の酸素濃度λをリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この酸素濃度λに基づいて、燃焼室３ｄで燃焼されるガスの空燃比Ａ／Ｆを算出する。ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ３０（アクセル踏込み量検出手段）から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、本実施形態において、吸入空気量制御手段、ＥＧＲガス流量推定手段、気筒内酸素量推定手段、回転数検出手段、燃料噴射パラメータ決定手段、インジェクタ制御手段、燃料噴射パラメータ設定手段、燃料噴射パラメータ記憶手段、過渡状態判別手段、気筒内酸素量補正手段、負荷検出手段、燃焼状態検出手段、燃料噴射パラメータ補正手段、補正燃料噴射パラメータ記憶手段、および吸入空気量補正手段を構成するものである。ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種センサ２１〜３０からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、各種の演算処理を実行する。具体的には、上記の検出信号からエンジン３の運転状態を判別し、その判別結果に基づいてエンジン３の燃焼モードを決定するとともに、決定した燃焼モードなどに応じ、スロットル弁開度ＴＨを介して吸入空気量を制御するとともに、インジェクタ６による燃料噴射などを制御する。

上記のエンジン３の燃焼モードは、低温燃焼モードと、それ以外の通常燃焼モードに大別される。低温燃焼モードは、エンジン３の暖機終了後、低負荷域で実行されるものであり、一方、通常燃焼モードは、それよりも高い負荷域で実行される。また、両燃焼モードでは、空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御したリーン運転が通常、行われるとともに、ＮＯｘ吸収触媒１６に吸収されたＮＯｘを還元するため、あるいはＮＯｘ吸収触媒１６に付着した燃料中のイオウを脱離するために、空燃比を理論空燃比よりもリッチ化するリッチ運転が適宜、行われる。

以下、ＥＣＵ２で実行される処理について説明する。図３は、燃料噴射制御に用いられる気筒内状態パラメータ[Ｏ２]の算出処理を示している。この気筒内状態パラメータ[Ｏ２]は、燃料の噴射直前における気筒３ａ内の状態を表すものであり、気筒内酸素量ｍo2、気筒内不活性ガス量ｍint および実インマニ温度Ｔｉの計３つのパラメータで構成される。この気筒内酸素量ｍo2は、燃料の噴射前に気筒３ａ内に存在する酸素の量を表し、気筒内不活性ガス量ｍint は、燃料の噴射前に気筒３ａ内に存在する不活性ガス（酸素以外の燃焼に寄与しないガス）の量を表し、また、実インマニ温度Ｔｉは、吸気マニホルド４ａの実際の温度を表す。このうち、気筒内酸素量ｍo2は、燃焼に主要な影響を及ぼす主パラメータである。これに対し、気筒内不活性ガス量ｍint および実インマニ温度Ｔｉは、気筒内酸素量ｍo2を補完する副パラメータであり、エンジン３の定常状態では、気筒内酸素量ｍo2に応じてほぼ一義的に定まるとともに、過渡状態では、後述するように、気筒内酸素量ｍo2を補正するのに用いられる。

この処理ではまず、吸気温センサ２５で検出されたインマニ温度Ｔｓから、実インマニ温度Ｔｉを次式（１）によって算出する（ステップ３１）。
Ｔｉ ＝ Ｔｓ（τo・ｓ＋１） ・・・（１）
ここで、τo ：吸気温センサの時定数
ｓ ：ラプラス変換演算子
このような算出によって、吸気温センサ２５の検出結果に基づき、その応答遅れを補償しながら、実インマニ温度Ｔi をリアルタイムで正しく推定することができる。

次に、気筒内酸素量ｍo2を推定によって算出する（ステップ３２）。この算出は、エアフローセンサ２７で検出された吸入空気量Ｆａ、吸気圧センサ２４で検出されたインマニ圧Ｐｉ、およびステップ３１で推定された実インマニ温度Ｔｉに応じ、さらに後述するＥＧＲモデルを用いて、次の手順で行われる。
Ａ．ＥＧＲ率Ｒi の推定
Ｂ．気筒内酸素量ｍo2の推定

Ａ．ＥＧＲ率Ｒｉの推定
ＥＧＲ率Ｒｉの基本式は、次式（２）で与えられる。
Ｒｉ ＝ Ｆｅ_hat／Ｆｉ ・・・（２）
ここで、Ｆｉは、気筒に流入する総ガス流量、Ｆｅ_hatは、気筒３ａに流入するＥＧＲガス流量の予測値（推定したＥＧＲガス流量）であり、リーン運転とリッチ運転の間の過渡状態におけるＥＧＲ装置１４の応答遅れを考慮して求められる。
式（２）中の総ガス流量Ｆｉは、周知のスピードデンシティの式から、次式（３）で算出される。
Ｆｉ ＝ Ｎｅ・Ｖｄ・Ｐｉ・ηｖ ／（６０×２Ｒ・Ｔｉ） ・・・（３）
ここで、Ｎｅ：エンジン回転数（ｒｐｍ）
Ｖｄ：エンジンの押しのけ容積
Ｐｉ：インマニ圧
ηｖ：エンジンの体積効率
Ｒ ：気体定数
Ｔｉ：インマニ温度
なお、上記の体積効率ηｖは、例えば、実験結果に基づいてあらかじめ設定したマップから、エンジン回転数Ｎｅおよびインマニ圧Ｐｉに応じてマップ値を求めるとともに、求めたマップ値を実インマニ温度Ｔｉに応じて補正することによって求められる。

一方、吸気マニホルド４ａに対して、一定温度の条件の下で、理想気体の法則を適用すると、ＥＧＲガス流量Ｆｅ、吸入空気量Ｆａおよび総ガス流量Ｆｉの間には、次式（４）の関係が成立する。
ｄＰｉ／ｄｔ ＝ (Ｒ・Ｔｉ／Ｖｉ)・(Ｆｅ＋Ｆａ−Ｆｉ) ・・・（４）
ここで、Ｖｉ：インマニ容積
式（４）をＥＧＲガス流量Ｆｅについて解くと、次式（５）が得られる。
Ｆｅ ＝ (ｄＰｉ／ｄｔ)・Ｖｉ／(Ｒ・Ｔｉ)−Ｆａ＋Ｆｉ ・・・（５）
また、ラプラス変換演算子ｓを導入し（ｄＰｉ／ｄｔ＝ｓＰｉ）、式（５）を書き換えると、次式（６）が得られる。
Ｆｅ ＝ ｓ・Ｐｉ・Ｖｉ／(Ｒ・Ｔｉ)−Ｆａ＋Ｆｉ ・・・（６）
一方、ＥＧＲガス流量の予測値Ｆｅ_hatは、ＥＧＲ装置１４の応答の一次遅れを考慮すると、次式（７）で表される。
Ｆｅ_hat ＝ (１／(τｓ＋１))・Ｆｅ ・・・（７）
したがって、ＥＧＲガス流量の予測値Ｆｅ_hatは、両式（６）（７）から、次式（８）のように求められる。
Ｆｅ_hat ＝ (ｓ・Ｐｉ／(τｓ＋１))(Ｖｉ／(Ｒ・Ｔｉ))
−(１／(τｓ＋１))・Ｆａ＋(１／(τｓ＋１))・Ｆｉ
・・・（８）
ここで、ｓ・Ｐｉ／(τｓ＋１)は、数値差分フィルタｓ／（τｓ＋１）を用いた ｄＰｉ／ｄｔの近似値であり、時定数τは、実験結果に基づいて決定される。

したがって、式（３）で算出した総ガス流量Ｆｉと、式（８）で算出した過渡状態でのＥＧＲガス流量の予測値Ｆｅ_hatを、式（２）に代入することによって、過渡状態でのＥＧＲ率Ｒｉを算出することができる。
また、定常状態では、次式（９）が成立するので、
Ｆｅ_hat ＝ Ｆｅ ＝ Ｆｉ−Ｆａ ・・・（９）
この式（９）と式（２）から、定常状態でのＥＧＲ率Ｒｉは次式（１０）によって算出される。
Ｒｉ ＝ (Ｆｉ−Ｆａ)／Ｆｉ ・・・（１０）

Ｂ．気筒内酸素量ｍo2の推定
次いで、上記のようにして求めた総ガス流量ＦｉおよびＥＧＲ率Ｒｉなどに基づいて、気筒内酸素量ｍo2を推定する。
気筒内酸素量ｍ_O2の基本式は、次式（１１）で与えられる。
ｍo2 ＝ ｍa×φ(Ｏ２)a ＋ ｍe×φ(Ｏ２)e ・・・（１１）
ここで、ｍa ：各燃焼サイクルにおいて気筒に流入する空気量
ｍe ：各燃焼サイクルにおいて気筒に流入するＥＧＲガス量
φ(Ｏ２)a ：空気中の酸素濃度（定数）
φ(Ｏ２)e ：ＥＧＲガス中の酸素濃度

式（１１）の空気量ｍa およびＥＧＲガス量ｍe は、総ガス流量ＦｉおよびＥＧＲ率Ｒｉから、それぞれ次式（１２）（１３）によって算出される。
ｍa ＝ (Ｆｉ×(１−Ｒｉ)×６０×２)／(Ｎｅ×ｎcyl) ・・・（１２）
ｍe ＝ (Ｆｉ×Ｒｉ×６０×２)／(Ｎｅ×ｎcyl) ・・・（１３）
ここで、ｎcyl ：エンジンの気筒数
また、ＥＧＲガス中の酸素濃度φ(Ｏ２)e は、ＥＧＲ装置１４の応答遅れを考慮すると、次式（１４）によって算出できる。

ここで、添え字ｉは燃焼サイクルを表し、ａ₀，ａ₁，ａ₂，・・・ａ_nは、実験結果に基づき、エンジン３の運転状態および排気マニホルドの容積によって決定される重み係数である。
また、φ(Ｏ２)exh は、排ガス中の酸素濃度であり、リーン運転においては、次式（１５）によって算出される。

ここで、ｍf は気筒に噴射される燃料量、Ｌstは、燃料のタイプに応じて決定される理論空燃比である。すなわち、式（１５）中のｍf ×Ｌst×φ(Ｏ２)a は、リーン運転において噴射燃料量ｍf の完全燃焼により消費される酸素量に相当する。なお、式（１４）（１５）によれば、ＥＧＲガス中の酸素濃度φ(Ｏ２)e を算出するには、排ガス中の酸素濃度φ(Ｏ２)exh の初期値が必要である。このφ(Ｏ２)exh の初期値は、例えば、エンジン３の始動直後にＥＧＲ動作を停止するという条件が設定されている場合には、φ(Ｏ２)e ＝０であることから、そのときの吸入空気量Ｆａおよび燃料噴射量ｍf などに応じ、式（１４）などを用いて求めることができる。

したがって、式（１４）で算出したＥＧＲガス中の酸素濃度φ(Ｏ２)e と、式（１２）（１３）で算出した空気量ｍa およびＥＧＲガス量ｍe を、式（１１）に代入することによって、リーン運転での気筒内酸素量ｍo2を算出することができる。また、リッチ運転では、気筒内酸素が燃焼によって完全に消費されることで、φ(Ｏ２)exh ＝０になるので、これを式（１４）に代入することによって、ＥＧＲガス中の酸素濃度φ(Ｏ２)e が求められ、気筒内酸素量ｍo2を算出することができる。

図３に戻り、前記ステップ３２に続くステップ３３では、気筒内不活性ガス量ｍint を算出する。前述したように、気筒内不活性ガスは、気筒３ａ内に存在するガスのうちの、酸素以外のガスであるので、気筒内不活性ガス量ｍint は、ステップ３２で求めた気筒内酸素量ｍo2を用いて、次式（１６）によって算出される。
ｍint ＝ (ｍa＋ｍe)−ｍo2 ・・・（１６）

次いで、ステップ３１〜３３でそれぞれ推定した実インマニ温度Ｔｉ、気筒内酸素量ｍo2および気筒内不活性ガス量ｍint を１組として、気筒内状態パラメータ[Ｏ２]を決定し（ステップ３４）、本処理を終了する。

以上から明らかなように、この気筒内状態パラメータ[Ｏ２]の算出処理では、エアフローセンサ２７で検出された吸入空気量Ｆａ、吸気圧センサ２４で検出されたインマニ圧Ｐｉ、吸気温センサ２５で検出されたインマニ温度Ｔｓ、およびＥＧＲモデルを用い、過渡状態を含むすべての運転状態において、気筒内酸素量ｍo2、気筒内不活性ガス量ｍint および実インマニ温度Ｔｉが推定される。そして、これらの３つのパラメータを１組として、燃料の噴射直前における気筒３ａ内の状態を表す気筒内状態パラメータ[Ｏ２]が決定される。なお、気筒内状態パラメータ[Ｏ２]は、上記のように燃料の噴射直前における気筒３ａ内の状態を表すので、これにエンジン水温Ｔｗを含めてもよい。

図４は、Ｑ*i,jマップの設定処理を示している。このＱ*i,jマップは、定常状態において、気筒内状態パラメータ[Ｏ２]およびエンジン回転数Ｎｅに対して最適な燃料噴射パラメータＱ*i,jを定めるものである。燃料噴射パラメータＱ*i,jは、インジェクタ６の噴射圧力Ｐｅ、噴射時間Ｄｅおよび噴射タイミングＴＭｅの計３つの制御パラメータで構成され、添え字ｉは、気筒内状態パラメータ[Ｏ２]の番地を、添え字ｊは、エンジン回転数Ｎｅの番地を、それぞれ表す。この設定処理は、ベンチ試験においてあらかじめ実行される。

この処理ではまず、アクセル開度ＡＰ、ベーン開度制御弁１２の開度やＥＧＲ弁開度ＬＥなどをある一定の値に制御しながら、燃料噴射パラメータＱ* 、すなわち噴射圧力Ｐｅ、噴射時間Ｔｅおよび噴射タイミングＴＭｅをチューニングする（ステップ４１）。次いで、この状態で、燃焼状態が最適になったか否かを判定する（ステップ４２）。この判定は、適当な所定の１つの基準、例えば、ＮＯｘの排出量が最小（ＮＯｘベスト）、燃費が最良（燃費ベスト）、または出力が最大（出力ベスト）などの基準に基づいて行われる。あるいは、これらの複数の基準ごとに、判定を行い、燃料噴射パラメータＱ* を設定してもよい。

ステップ４２の答がＹｅｓで、燃焼状態が最適になったときには、そのときのエンジン回転数Ｎｅおよび気筒内状態パラメータ[Ｏ２]に対応する番地ｉ，ｊに対し、そのときの燃料噴射パラメータＱ* を割り当てる（ステップ４３）。これにより、１つの燃料噴射パラメータＱ*i,jが決定される。次いで、Ｎｅ値および[Ｏ２]値のすべての番地ｉ，ｊに対して、燃料噴射パラメータＱ* の割当てが完了したか否かを判別する（ステップ４４）。この答がＮｏのときには、前記ステップ４１〜４３を繰り返し、Ｙｅｓになったときに、本処理を終了する。これにより、図５に示すようなＱ*i,jマップが得られ、エンジン回転数Ｎｅおよび気筒内状態パラメータ[Ｏ２]に対応するすべての番地ｉ，ｊに対して、燃料噴射パラメータＱ*i,jが割り当てられる。

したがって、エンジン３の定常状態において、エンジン回転数Ｎｅおよび気筒内状態パラメータ[Ｏ２]が求まれば、それらの番地ｉ，ｊに対応する燃料噴射パラメータＱ*i,jをＱ*i,jマップから読み出すことによって、そのときの燃焼室３ｄの状態に最適な燃料噴射パラメータＱ* 、すなわち噴射圧力Ｐｅ、噴射時間Ｔｅおよび噴射タイミングＴＭｅを、一義的に決定することができる。また、燃料噴射パラメータＱ*i,jが決定されると、そのときに得られるエンジン３のトルクＴも、番地ｉ，ｊを関数として一義的に決定され、決定したトルクＴi,j は、Ｔi,j マップとして記憶される（図示せず）。

なお、これらのＱ*i,jマップおよびＴi,j マップは、リーン運転用およびリッチ運転用に別個に設定され、リッチ運転用のマップはさらに、ＮＯｘ還元用およびイオウ脱離用に別個に設定される。また、本実施形態のエンジン制御では、燃料噴射パラメータＱ* およびトルクＴを含むすべての制御パラメータが、番地ｉ，ｊを基準として設定される。

上記のＱ*i,jマップは、エンジン３が定常状態にあることを前提にして設定されている。これは、定常状態であれば、ある気筒内酸素量ｍo2に対して、気筒内不活性ガス量ｍint および実インマニ温度Ｔｉがほぼ一義的に定まり、三者間の関係がほぼ一定とみなせることから、これらの三者によって代表される燃焼室３ｄの状態に対し、最適な燃料噴射パラメータＱ* もまた一義的に定まるためである。しかし、過渡状態では、上記の三者の関係が定常状態からずれてしまい、例えば気筒内酸素量ｍo2が同じであっても、気筒内不活性ガス量ｍint および実インマニ温度Ｔｉが定常状態とは異なる値になるため、それに応じて燃焼状態も変化する。このため、過渡状態では、Ｑ*i,jマップを参照しただけでは、最適な燃料噴射パラメータＱ* を求めることができない。

以上の観点から、過渡状態において気筒内不活性ガス量ｍint および実インマニ温度Ｔｉのずれが燃焼に及ぼす影響を定量的に補償するために、次式(１７)で表される補正関数ｆ(α,β)i,jが導入される。
ｆ(α,β)i,j ＝ (ｍint／ｍints)^-αi,j×(Ｔｉ／Ｔｉs)^βi,j ・・・（１７）
この補正関数ｆ(α,β)i,jは、次式（１８）に示すように、過渡状態における実際の気筒内酸素量ｍo2を、それと等価な定常状態での気筒内酸素量（以下「仮想気筒内酸素量」という）ｍo2v に変換するのに用いられる。
ｍo2v ＝ ｍo2 ×ｆ(α,β)i,j ・・・（１８）
式（１７）中のｍints、Ｔｉs はそれぞれ、定常状態における気筒内不活性ガス量および実インマニ温度である。また、同式中のｍint 、Ｔｉはそれぞれ、前述した手法によって算出される過渡状態での実際の気筒内不活性ガス量および実インマニ温度である。すなわち、同式中の第１項(ｍint／ｍints)^-αi,j は、気筒内不活性ガス量のずれによる燃焼への影響度合を表し、第２項(Ｔｉ／Ｔｉs)^βi,jは、 インマニ温度のずれによる燃焼への影響度合を表す。また、αi,j、βi,jは、これらの影響度合を規定するための補正変数である。このため、ＥＧＲ装置１４が停止されていて、気筒内不活性ガス量の影響がないとみなされる運転状態では、補正変数αは値０に設定される。

図６は、補正変数αi,j、βi,jの設定処理を示している。この処理は、前述したＱ*i,jマップの設定処理と同様、ベンチ試験においてあらかじめ実行される。この処理ではまず、エンジン３が一定のエンジン回転数Ｎｅおよび気筒内状態パラメータ[Ｏ２]で運転されている定常状態から、ベーン開度制御弁１２の開度および／またはＥＧＲ弁開度ＬＥを変化させることによって、気筒内不活性ガス量ｍint のみをオフセットする（ステップ６１）。次いで、このオフセット状態で、燃料噴射パラメータＱ* をチューニングしながら、燃焼状態が最適になったか否かを判定する（ステップ６２）。この判定は、Ｑ*i,jマップの設定に用いた前述した基準と同じ基準に基づいて行われる。

ステップ６２の答がＹｅｓになったときには、そのときの燃焼状態に最も近い定常状態での燃焼状態を、仮想燃焼状態として、Ｑ*i,jマップから選択する（ステップ６３）。この選択は、例えば、Ｑ*i,jマップ上の各番地ｉ，ｊにおける熱発生率の近似関数をあらかじめ求めておき、オフセット前のエンジン回転数Ｎe に相当する番地ｉ上において、そのときの熱発生率に最も近い近似関数値を有する番地ｊを特定することによって行われる。このように番地ｊ，ｊが特定されると、気筒内状態パラメータ[Ｏ２]もまた特定され、そのうちの気筒内酸素量ｍo2が仮想気筒内酸素量ｍo2v として求められる。

次いで、補正変数αを算出する（ステップ６４）。この算出は次のようにして行われる。すなわち、上記ステップ６３で仮想気筒内酸素量ｍo2v が求められ、気筒内酸素量ｍo2は、式（１１）から随時、算出されるので、これらのｍo2v 値、ｍo2値と式（１８）から、次式（１９）によって、補正関数ｆ(α,β)i,jが求められる。
ｆ(α,β)i,j ＝ ｍo2v／ｍo2 ・・・（１９）
一方、式（１７）中の気筒内不活性ガス量ｍint は式（１６）によって随時、算出され、定常状態での気筒内不活性ガス量ｍintsは、オフセット前の番地ｊから既知であるとともに、Ｔｉ／Ｔｉs は、実インマニ温度Ｔi をオフセットしていないことから、値１に等しい。したがって、次式（２０）が成立し、この式（２０）と式（１９）から、補正変数αを算出することができる。
ｆ(α,β)i,j ＝ (ｍint／ｍints)^-αi,j ・・・（２０）

次いで、補正変数βを算出するために、定常状態から、ベーン開度制御弁１２の開度および／またはＥＧＲ弁開度ＬＥを変化させることによって、実インマニ温度Ｔｉのみをオフセットする（ステップ６５）。以下、ステップ６２〜６４と同様にして、燃焼状態が最適になったか否かを判定し（ステップ６６）、最適な燃焼状態に最も近い定常での燃焼状態を仮想燃焼状態として選択する（ステップ６７）とともに、選択した仮想燃焼状態と式（１７）（１８）から、補正変数βを算出する（ステップ６８）。以上により、１つ番地ｉ，ｊに対して補正関数α、βが設定される。次いで、Ｎｅ値および[Ｏ２]値のすべての番地ｉ，ｊに対して、補正関数α、βの算出が完了したか否かを判別する（ステップ６９）。この答がＮｏのときには、前記ステップ６１〜６８を繰り返し、Ｙｅｓになったときに、本処理を終了する。以上により、すべての番地ｉ，ｊに対して、補正変数α、βが設定され、αi,j マップおよびβi,j マップとして記憶されるとともに、αi,jおよびβi,jに応じて補正関数ｆ(α,β)i,jが設定される。

図７は、以上のようにしてあらかじめ設定したＱ*i,jマップおよび補正関数ｆ(α,β)i,jを用い、エンジン３の運転中において燃料噴射パラメータＱ*i,jを決定する処理を示す。まず、エンジン３が過渡状態にあるか否かを判別する（ステップ７１）。この答がＮｏで、エンジン３が定常状態のときには、前述した手法によって、定常状態での気筒内状態パラメータ[Ｏ２]s （気筒内酸素量ｍo2s 、気筒内不活性ガス量ｍints および実インマニ温度Ｔｉs）を算出する（ステップ７２）。次に、エンジン回転数Ｎｅおよび算出した気筒内状態パラメータ[Ｏ２]に対応する番地ｉ，ｊを決定する（ステップ７３）とともに、決定した番地ｉ，ｊに対応する燃料噴射パラメータＱ*i,jをＱ*i,jマップから読み出し、燃料噴射パラメータＱ* として決定する（ステップ７４）。また、αi,j マップおよびβi,jを検索することによって、補正変数α、βを決定する（ステップ７５）。

前記ステップ７１の答がＹｅｓで、エンジン３が定常状態から過渡状態に移行したときには、過渡状態での気筒内状態パラメータ[Ｏ２]（ｍo2、ｍint およびＴｉ）を算出する（ステップ７６）。そして、算出したｍint 値およびＴｉ値、ステップ７２で算出した定常状態でのｍints値およびＴｉs 値と、ステップ７４で決定した補正変数α、βを用い、式（１７）によって、補正関数ｆ(α,β) を算出する（ステップ７７）。次いで、算出した補正関数ｆ(α,β) と、ステップ７６で算出した気筒内酸素量ｍo2を用い、式（１８）によって、仮想気筒内酸素量ｍo2v を算出する（ステップ７８）。これにより、過渡状態における実際の気筒内酸素量ｍo2が、定常状態における仮想気筒内酸素量ｍo2v に変換される。次に、同じ番地ｉ上において、算出した仮想気筒内酸素量ｍo2v に最も近い気筒内酸素量ｍo2を含む気筒内状態パラメータ[Ｏ２]を選択し、それに対応する番地ｉ，ｊを仮想番地ｉ，ｊｖとして決定する（ステップ７９）。これにより、図８に示すように、Ｑ*i,jマップ上において、気筒内状態パラメータ[Ｏ２]の番地が定常状態のｊから仮想番地ｊｖに移動する。そして、仮想番地ｉ，ｊｖに対応する燃料噴射パラメータＱ*i,jv をＱ*i,jマップから読み出し、燃料噴射パラメータＱ* として決定する（ステップ８０）。また、燃料噴射パラメータＱ*i,jv が決定されると、そのときに得られるエンジン３のトルクＴは、Ｔi,j マップから、Ｔ＝Ｔi,jvとして決定することができる。

図９は、リーン運転からリッチ運転への移行時に実行される燃料噴射制御を含む制御処理を示している。この処理ではまず、今回がリーン運転からリッチ運転に移行した直後のループであるか否かを判別する（ステップ９１）。この答がＹｅｓで、移行直後のときには、リッチ運転用のＴRi,jマップ上において、エンジン回転数Ｎｅが移行直前と同じで、かつ移行直前のトルクＴLi,jv と同じトルク値を有する番地ｉ，ｊを特定し、その番地ｉ，ｊのトルクＴRi,j(＝ＴLi,jv）を移行先の目標トルクとして設定する（ステップ９２）。このように移行先の番地ｉ，ｊが特定されると、それに応じて、目標燃料噴射パラメータＱ*Ri,j や目標気筒内酸素量ｍo2R なども自動的に定まる。

次いで、ステップ９２で設定した目標トルクＴRi,jに応じて、目標スロットル開度ＴＨR と、移行期間に相当するオーバーシュート時間ＴＭosを設定する（ステップ９３）とともに、これらの設定に従って、スロットル弁７を駆動した後、ステップ９４に進む。また、前記ステップ９１の答がＮｏで、移行直後でないときには、ステップ９２、９３をスキップし、ステップ９４に進む。このステップ９４では、実際の気筒内酸素量ｍo2を算出し、次いで、算出した気筒内酸素量ｍo2を補正関数ｆ(α,β)i,jで補正することによって、仮想気筒内酸素量ｍo2v を算出する（ステップ９５）。

次に、算出した仮想気筒内酸素量ｍo2v が、ステップ９２で求めた目標気筒内酸素量ｍo2R にほぼ等しくなったか否かを判別する（ステップ９６）。この答がＮｏのときには、リッチ運転への移行中であるとして、仮想気筒内酸素量ｍo2v に応じ、リッチ運転用のＱ*Ri,j マップから検索したマップ値Ｑ*Ri,jvを目標として、燃料噴射を制御する（ステップ９７）。一方、ステップ９６の答がＹｅｓで、仮想気筒内酸素量ｍo2v が目標気筒内酸素量ｍo2R にほぼ等しくなったときには、移行期間が終了したとして、スロットル開度ＴＨを目標スロットル開度ＴＨR に設定する（ステップ９８）とともに、燃料噴射パラメータＱ* を目標燃料噴射パラメータＱ*Ri,j に設定する（ステップ９９）。次いで、酸素濃度センサ２９の検出結果に応じ、スロットル開度ＴＨや過給圧などを微調整することによって、空燃比Ａ／Ｆを調整し（ステップ１００）、本処理を終了する。移行期間が終了した後には、リッチ運転用のＱ*Ri,j マップに基づき、エンジン回転数Ｎｅおよび気筒内状態パラメータ[Ｏ２]に応じた定常状態での燃料噴射制御が行われる。

図１０は、上述した図９の場合とは逆に、リッチ運転からリーン運転への移行時に実行される燃料噴射制御を含む制御処理を示している。この処理は、リッチ／リーンの関係が逆である以外は、図９の処理と基本的に同様にして行われる。すなわち、リッチ運転からリーン運転への移行直後に（ステップ１０１：Ｙｅｓ）、リーン運転用のＴLi,jマップ上において、エンジン回転数Ｎｅが同じで、かつ移行直前のトルクＴRi,jv と同じトルクＴLi,jを、リーン運転での目標トルクとして設定する（ステップ１０２）。番地ｉ，ｊの特定によって、目標燃料噴射パラメータＱ*Li,j や目標気筒内酸素量ｍo2L なども自動的に定まる。

次いで、目標トルクＴLi,jに応じて、目標スロットル開度ＴＨL およびオーバーシュート時間ＴＭosを設定し（ステップ１０３）、これらの設定に従って、スロットル弁７を駆動する。次に、実際の気筒内酸素量ｍo2を算出する（ステップ１０４）とともに、算出した気筒内酸素量ｍo2を補正関数ｆ(α,β)i,jで補正し、仮想気筒内酸素量ｍo2v を算出する（ステップ１０５）。

仮想気筒内酸素量ｍo2v が目標気筒内酸素量ｍo2L に達しておらず（ステップ１０６：Ｎｏ）、移行中のときには、仮想気筒内酸素量ｍo2v に応じ、リーン運転用のＱ*Li,j マップから検索したマップ値Ｑ*Li,jvを目標として、燃料噴射を制御する（ステップ１０７）。一方、仮想気筒内酸素量ｍo2v が目標気筒内酸素量ｍo2L とほぼ等しくなり（ステップ１０６：Ｙｅｓ）、移行期間が終了したときには、スロットル開度ＴＨを目標スロットル開度ＴＨL に制御する（ステップ１０８）とともに、燃料噴射パラメータＱ* を目標燃料噴射パラメータＱ*Li,j に設定し（ステップ１０９）、本処理を終了する。移行期間が終了した後には、リーン運転用のＱ*Li,j マップに基づき、エンジン回転数Ｎｅおよび気筒内状態パラメータ[Ｏ２]に応じた定常状態での燃料噴射制御が行われる。

以上のように、本実施形態では、定常状態用のＱ*i,jマップをあらかじめ設定するとともに、エンジン３の過渡状態では、実際の気筒内酸素量ｍo2を含む気筒内状態パラメータ[Ｏ２]を随時、算出し、これを補正関数ｆ(α,β)i,jで補正することによって、過渡状態での実際の気筒内酸素量ｍo2を、定常状態での仮想気筒内酸素量ｍo2v に変換する。そして、変換した仮想気筒内酸素量ｍo2v に応じ、定常状態用のＱ*i,jマップを用いて、燃料噴射パラメータＱ*i,jv を決定する。

したがって、過渡状態において、ＥＧＲ装置１４の応答遅れなどによる気筒内不活性ガス量ｍint および実インマニ温度Ｔｉのずれが燃焼に及ぼす影響を定量的に補償しながら、実際の燃焼状態に最適な燃料噴射パラメータＱ* を精度良く決定することができる。また、定常状態用のＱ*i,jマップを過渡状態において共用できる結果、過渡状態用のマップがまったく不要になり、例えば、過渡状態における気筒内不活性ガス量ｍint および実インマニ温度Ｔｉのずれの度合に応じた多数のマップを用意する必要がなくなるので、制御プログラムを簡略化できるとともに、エンジン３のチューニングの容易化などを図ることができる。

これまでに述べた燃料噴射パラメータＱ* の決定手法では、エアフローセンサ２７で検出された吸入空気量Ｆａなどに基づいて、気筒内酸素量ｍo2を含む気筒内状態パラメータ[Ｏ２]を算出し、この気筒内状態パラメータ[Ｏ２]などに基づいて、燃料噴射パラメータＱ* を決定し、さらにトルクＴを求める。一方、エンジン３が高負荷のときには、吸入空気量Ｆａに対するトルクの変化が大きくなるため、上記の手法で燃料噴射パラメータＱ* を決定すると、エアフローセンサ２７の公差に対するトルクのばらつきが大きくなることによって、エンジン３の出力トルクが不安定になり、トルク段差などが生じるおそれがある。

このため、本実施形態では、燃料噴射パラメータＱ* の決定手法を、エンジン３の負荷に応じて切り換えるように構成されており、図１１はそのための処理を示している。この処理ではまず、エンジン３の負荷を表す負荷パラメータとして、気筒内酸素量ｍo2を算出する（ステップ１１１）。次いで、算出した気筒内酸素量ｍo2が、所定のしきい値ｍo2c よりも大きいか否かを判別する（ステップ１１２）。この答がＮｏで、ｍo2≦ｍo2c のときには、エンジン３の負荷が高くないとして、前述した手法により、エンジン回転数Ｎｅおよび気筒内状態パラメータ[Ｏ２]に応じて、Ｑ*i,jマップからマップ値Ｑ*i,jを決定し（ステップ１１３）、燃料噴射パラメータＱ* として設定する（ステップ１１４）。

一方、前記ステップ１１２の答がＹｅｓで、ｍo2＞ｍo2c のときには、エンジン３の負荷が高いとして、エンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度ＡＰに応じて、要求トルクＴｄを算出する（ステップ１１５）。次いで、算出した要求トルクＴｄに応じて、燃料噴射パラメータＱ* を決定し（ステップ１１６）、本処理を終了する。以上のように、エンジン３が高負荷のときには、気筒内状態パラメータ[Ｏ２]を介さずに、エンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度ＡＰから直接、燃料噴射パラメータＱ* を決定する。したがって、高負荷時に、エアフローセンサ２７の公差に対するトルクのばらつきの影響を受けることなく、エンジン３の出力トルクを実際の要求トルクＴｄに応じて精度良く制御でき、それにより、良好な運転性を確保することができる。

次に、図１２〜図１７を参照して、筒内圧センサ２１で検出された筒内圧Ｐに応じて燃料噴射パラメータＱ* を補正する筒内圧フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御について説明する。この筒内圧Ｆ／Ｂ制御は、インジェクタ６を含む燃料噴射系、特に燃料噴射量の大きな公差、エアフローセンサ２７の公差や、気筒内状態パラメータ[Ｏ２]を求めるためのＥＧＲモデルの誤差などを、筒内圧Ｐにより随時、補償することによって、燃料噴射パラメータＱ* の最適化を図るためのものである。このため、筒内圧Ｆ／Ｂ制御では、燃焼状態を表す燃焼パラメータの許容範囲（許容最大値、許容最小値）が、番地ｉ，ｊごとにあらかじめ設定されている。また、エンジン３の運転中に、検出された筒内圧Ｐから燃焼パラメータを抽出するとともに、抽出した燃焼パラメータが許容範囲から外れているときに、Ｑ*i,jマップ上の燃料噴射パラメータＱ*i,jが書き換えられ、更新される。

図１２および図１３は、低温燃焼モードでパイロット噴射を行わない場合の筒内圧Ｆ／Ｂ制御を示している。この場合には、燃焼パラメータとして、図１３に示すような定点差圧ΔＰ６および最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθが用いられる。定点差圧ΔＰ６は、クランク角θがＴＤＣ後の定点（この場合には６度）にあるときの筒内圧Ｐの値Ｐ６と、ＴＤＣ時の値Ｐ０との差（＝Ｐ６−Ｐ０）である。なお、クランク角θの２つの定点として、上記以外の適当な角度を用いてもよい。また、最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθは、ＴＤＣ後におけるクランク角θに対する筒内圧Ｐの上昇率の最大値である。

図１２の制御処理では、まず最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθが、そのときの番地ｉ，ｊに対して設定されている所定の許容最大値ｄＰ／ｄθmax よりも大きいか否かを判別する（ステップ１２１）。この答がＹｅｓで、ｄＰ／ｄθ＞ｄＰ／ｄθmax のときには、そのときの燃料噴射パラメータＱ*i,jのうち、噴射時間Ｄｅが小さすぎるとして、これを増大側に補正するために、Ｄｅ値に所定値ΔＤｅを加算した値を新たな噴射時間Ｄｅとし、更新する（ステップ１２２）。次に、噴射時間Ｄｅの増減回数をカウントする増減カウンタＮｄをインクリメントする（ステップ１２３）。前記ステップ１２１の答がＮｏのときには、最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθが所定の許容最小値ｄＰ／ｄθmin よりも小さいか否かを判別する（ステップ１２４）。この答がＹｅｓで、ｄＰ／ｄθ＜ｄＰ／ｄθmin のときには、噴射時間Ｄｅが大きすぎるとして、これを減少側に補正するために、Ｄｅ値から所定値ΔＤｅを減算した値を新たな噴射時間Ｄｅとし、更新する（ステップ１２５）。次に、増減カウンタＮｄをデクリメントする（ステップ１２６）。一方、前記ステップ１２１の答がＮｏで、ｄＰ／ｄθmin ≦ｄＰ／ｄθ≦ｄＰ／ｄθmax のときには、最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθが許容範囲内にあるとして、噴射時間Ｄｅを補正せず、ステップ１２７に進む。

このステップ１２７では、定点差圧ΔＰ６が所定の許容最大値ΔＰ６max よりも大きいか否かを判別する。この答がＹｅｓで、ΔＰ６＞ΔＰ６max のときには、燃料噴射パラメータＱ*i,jのうち、噴射タイミングＴＭｅが早すぎるとして、これを遅角側に補正するために、ＴＭｅ値から所定値ΔＴＭｅを減算した値を新たな噴射タイミングＴＭｅとし、更新する（ステップ１２８）。前記ステップ１２７の答がＮｏのときには、定点差圧ΔＰ６が所定の許容最小値ΔＰ６min よりも小さいか否かを判別する（ステップ１２９）。この答がＹｅｓで、ΔＰ６＜ΔＰ６min のときには、噴射タイミングＴＭｅが遅すぎるとして、これを進角側に補正するために、ＴＭｅ値に所定値ΔＴＭｅを加算した値を新たな噴射タイミングＴＭｅとし、更新する（ステップ１３０）。一方、前記ステップ１２９の答がＮｏで、ΔＰ６min ≦ΔＰ６≦ΔＰ６max のときには、定点差圧ΔＰ６が許容範囲内にあるとして、噴射タイミングＴＭｅを補正せず、そのまま本処理を終了する。

以上のように、低温燃焼モードでパイロット噴射を行わない場合には、燃焼パラメータである最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθを、番地ｉ，ｊごとに設定した許容最大・最小値ｄＰ／ｄθmax 、ｄＰ／ｄθmin と比較することによって、噴射時間Ｄｅを随時、最適化することができる。また、もう１つの燃焼パラメータである定点差圧ΔＰ６を、番地ｉ，ｊごとの許容最大・最小値ΔＰ６max 、ΔＰ６min と比較することによって、噴射タイミングＴＭｅを随時、最適化することができる。

図１４〜図１６は、通常燃焼モードでパイロット噴射が行う場合の筒内圧Ｆ／Ｂ制御を示している。この場合には、図１６に示すように、燃焼パラメータとして、低温燃焼モードの場合と同様の、２定点（ＴＤＣ後４度、ＴＤＣ）間の定点差圧ΔＰ４および最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθに加えて、ピーク差圧ΔＰp が用いられる。このピーク差圧ΔＰp は、筒内圧ＰのＴＤＣ後におけるピーク値Ｐp と、ＴＤＣ時の値Ｐ０との差（＝Ｐp −Ｐ０）である。

図１４および図１５に示す制御処理では、まずステップ１４１〜１６６において、定点差圧ΔＰ４および最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθに応じて、パイロット噴射の噴射時間Ｄｅpiおよび噴射タイミングＴＭｅpiと、メイン噴射の噴射タイミングＴＭｅmaを補正し、次いで、ステップ１６７〜１７２において、検出されたピーク差圧ΔＰp に応じて、メイン噴射の噴射時間Ｄｅmaを補正する。

まずステップ１４１では、定点差圧ΔＰ４が許容最小値ΔＰ４min よりも小さいか否かを判別する。この答がＹｅｓのときには、最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθが許容最小値ｄＰ／ｄθmin よりも小さいか否かを判別する（ステップ１４２）。この答がＹｅｓで、ΔＰ４＜ΔＰ４min かつｄＰ／ｄθ＜ｄＰ／ｄθmin のとき、すなわち定点差圧ΔＰ４および最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθがいずれも過小のときには、パイロット噴射およびメイン噴射の噴射タイミングＴＭｅpi、ＴＭｅmaがいずれも早すぎるとして、これらを遅角側に補正するために、ＴＭｅpi値およびＴＭｅmaからそれぞれ所定値ΔＴＭｅを減算した値を、新たな噴射タイミングＴＭｅpi、ＴＭｅmaとし、更新する（ステップ１４３）。

前記ステップ１４２の答がＮｏのときには、最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθが許容最大値ｄＰ／ｄθmax よりも大きいか否かを判別する（ステップ１４４）。この答がＹｅｓで、ΔＰ４＞ΔＰ４min かつｄＰ／ｄθ＞ｄＰ／ｄθmax のとき、すなわち定点差圧ΔＰ４が過小で、最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθが過大のときには、パイロット噴射の噴射時間Ｄｅpiが小さすぎるとして、これを増大側に補正するために、Ｄｅpi値にパイロット噴射用の所定値ΔＤｅpiを加算した値を新たな噴射時間Ｄｅpiとし、更新する（ステップ１４５）とともに、増減カウンタＮｄをインクリメントする（ステップ１４６）。また、前記ステップ１４４の答がＮｏで、最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθが許容範囲内にあるときには、パイロット噴射およびメイン噴射の噴射タイミングＴＭｅpi、ＴＭｅmaがいずれも早すぎるとともに、パイロット噴射の噴射時間Ｄｅpiが小さすぎるとして、ＴＭｅpi値およびＴＭｅma値を遅角側に補正する（ステップ１４７）とともに、Ｄｅpi値を増大側に補正し（ステップ１４８）、増減カウンタＮｄをインクリメントする（ステップ１４６）。

一方、前記ステップ１４１の答がＮｏのときには、定点差圧ΔＰ４が許容最大値ΔＰ４max よりも大きいか否かを判別する（ステップ１５０）。この答がＹｅｓで、ΔＰ４＞ΔＰ４max が成立し、定点差圧ΔＰ４が過大のときには、以降のステップ１５１〜１５８において、上述した定点差圧ΔＰ４が過小の場合と同様にして、最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθに応じた補正を行う。具体的には、ｄＰ／ｄθ＞ｄＰ／ｄθmax で（ステップ１５１：Ｙｅｓ）、ｄＰ／ｄθ値が過大のときには、パイロット噴射およびメイン噴射の噴射タイミングＴＭｅpi、ＴＭｅmaがいずれも遅すぎるとして、これらを進角側に補正するために、ＴＭｅpi値およびＴＭｅmaにそれぞれ所定値ΔＴＭｅを加算した値を、新たな噴射タイミングＴＭｅpi、ＴＭｅmaとし、更新する（ステップ１５２）。また、ｄＰ／ｄθ＜ｄＰ／ｄθmin で（ステップ１５３：Ｙｅｓ）、ｄＰ／ｄθ値が過小のときには、パイロット噴射の噴射時間Ｄｅpiが大きすぎるとして、これを減少側に補正するために、Ｄｅpi値から所定値ΔＤｅpiを加算した値を、新たな噴射時間Ｄｅpiとし、更新する（ステップ１５４）とともに、増減カウンタＮｄをデクリメントする（ステップ１５５）。さらに、最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθが許容範囲内にあるときには（ステップ１５３：Ｎｏ）、パイロット噴射およびメイン噴射の噴射タイミングＴＭｅpi、ＴＭｅmaがいずれも遅すぎるとともに、パイロット噴射の噴射時間Ｄｅpiが大きすぎるとして、ＴＭｅpi値およびＴＭｅma値を進角側に補正する（ステップ１５６）とともに、Ｄｅpi値を減少側に補正し（ステップ１５７）、増減カウンタＮｄをデクリメントする（ステップ１５８）。

さらに、前記ステップ１５０の答がＮｏで、定点差圧ΔＰ４が許容範囲内にあるときには、ステップ１５９〜１６６において、最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθに応じた補正を行う。具体的には、ｄＰ／ｄθ＜ｄＰ／ｄθmin で（ステップ１５９：Ｙｅｓ）、ｄＰ／ｄθ値が過小のときには、パイロット噴射およびメイン噴射の噴射タイミングＴＭｅpi、ＴＭｅmaがいずれも早すぎるとともに、パイロット噴射の噴射時間Ｄｅpiが大きすぎるとして、ＴＭｅpi値およびＴＭｅma値を遅角側に補正する（ステップ１６０）とともに、Ｄｅpi値を減少側に補正し（ステップ１６１）、増減カウンタＮｄをデクリメントする（ステップ１１６２）。逆に、ｄＰ／ｄθ＞ｄＰ／ｄθmax で（ステップ１６３：Ｙｅｓ）、ｄＰ／ｄθ値が過大のときには、パイロット噴射およびメイン噴射の噴射タイミングＴＭｅpi、ＴＭｅmaがいずれも遅すぎるとともに、パイロット噴射の噴射時間Ｄｅpiが小さすぎるとして、ＴＭｅpi値およびＴＭｅma値を進角側に補正する（ステップ１６４）とともに、Ｄｅpi値を増大側に補正し（ステップ１６５）、増減カウンタＮｄをインクリメントする（ステップ１６６）。また、ステップ１６３の答がＮｏのとき、すなわち定点差圧ΔＰ４および最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθがいずれも許容範囲内にあるときには、補正を行わず、次のステップ１６７に進む。

このステップ１６７では、ピーク差圧ΔＰp が許容最小値ΔＰpminよりも小さいか否かを判別する。この答がＹｅｓで、ΔＰp ＜ΔＰpminのときには、メイン噴射の噴射時間Ｄｅmaが小さすぎるとして、これを増大側に補正するために、Ｄｅma値にメイン噴射用の所定値ΔＤｅmaを加算した値を新たな噴射時間Ｄｅmaとし、更新する（ステップ１６８）とともに、増減カウンタＮｄをインクリメントする（ステップ１６９）。一方、ステップ１６７の答がＮｏのときには、ピーク差圧ΔＰp が許容最大値ΔＰpmaxよりも大きいか否かを判別する（ステップ１７０）。この答がＹｅｓで、ΔＰp ＞ΔＰpmaxのときには、メイン噴射の噴射時間Ｄｅmaが大きすぎるとして、これを減少側に補正するために、Ｄｅma値から所定値ΔＤｅmaを減算した値を新たな噴射時間Ｄｅmaとし、更新する（ステップ１７１）とともに、増減カウンタＮｄをデクリメントする（ステップ１７２）。また、ステップ１７０の答がＮｏで、ピーク差圧ΔＰp が許容範囲内にあるときには、噴射時間Ｄｅmaの補正を行わず、そのまま本処理を終了する。

以上のように、通常燃焼モードでパイロット噴射を行う場合には、定点差圧ΔＰ４および最大圧力上昇率ｄＰ／ｄθを、それらの許容最大・最小値ΔＰ４max 、ΔＰ４min およびｄＰ／ｄθmax 、ｄＰ／ｄθmin とそれぞれ比較することによって、パイロット噴射の噴射タイミングＴＭｅpiおよび噴射時間Ｄｅpiおよびメイン噴射の噴射タイミングＴＭｅmaを随時、最適化することができる。また、ピーク差圧ΔＰp を、許容最大・最小値ΔＰpmax、ΔＰpminと比較することによって、メイン噴射の噴射時間Ｄｅmaを随時、最適化することができる。

図１７は、通常燃焼モードでパイロット噴射を行わない場合の筒内圧Ｆ／Ｂ制御を示している。この場合には、燃焼パラメータとして、上述したパイロット噴射を行う場合に用いた定点差圧ΔＰ４およびピーク差圧Ｐp が用いられる。この処理ではまず、定点差圧ΔＰ４が許容最大値ΔＰ４max よりも大きいか否かを判別する（ステップ１８１）。この答がＹｅｓで、ΔＰ４＞ΔＰ４max のときには、噴射タイミングＴＭｅが早すぎるとして、ＴＭｅ値から所定値ΔＴＭｅを減算した値を新たな噴射タイミングＴＭｅとし、更新する（ステップ１８２）。ステップ１８１の答がＮｏのときには、定点差圧ΔＰ４が許容最小値ΔＰ４min よりも小さいか否かを判別する（ステップ１８３）。この答がＹｅｓで、ΔＰ４＜ΔＰ４min のときには、噴射タイミングＴＭｅが遅すぎるとして、ＴＭｅ値に所定値ΔＴＭｅを加算した値を新たな噴射タイミングＴＭｅとし、更新する（ステップ１８４）。また、前記ステップ１８３の答がＮｏで、定点差圧ΔＰ４が許容範囲内にあるときには、噴射タイミングＴＭｅの補正を行わず、ステップ１８５に進む。

このステップ１８５では、ピーク差圧ΔＰｐが許容最大値ΔＰｐmax よりも大きいか否かを判別する。この答がＹｅｓで、ΔＰｐ＞ΔＰｐmax のときには、噴射時間Ｄｅが大きすぎるとして、Ｄｅ値から所定値ΔＤｅを減算した値を新たな噴射時間Ｄｅとし、更新する（ステップ１８６）とともに、増減カウンタＮｄをデクリメントする（ステップ１８７）。ステップ１８５の答がＮｏのときには、ピーク差圧ΔＰｐが許容最小値ΔＰｐmin よりも小さいか否かを判別する（ステップ１８８）。この答がＹｅｓで、ΔＰｐ＜ΔＰｐmin のときには、噴射時間Ｄｅが小さすぎるとして、Ｄｅ値に所定値ΔＤｅを加算した値を新たな噴射時間Ｄｅとし、更新する（ステップ１８９）とともに、増減カウンタＮｄをインクリメントする（ステップ１９０）。また、ステップ１８８の答がＮｏで、ピーク差圧ΔＰｐが許容範囲内にあるときには、噴射時間Ｄｅの補正を行わず、そのまま本処理を終了する。

以上のように、通常燃焼モードでパイロット噴射を行わない場合には、定点差圧ΔＰ４を許容最大・最小値ΔＰ４max、ΔＰ４minと比較することによって、噴射タイミングＴＭｅを随時、最適化することができる。また、ピーク差圧ΔＰp を許容最大・最小値ΔＰpmax、ΔＰpminと比較することによって、噴射時間Ｄｅを随時、最適化することができる。

図１８および図１９は、筒内圧センサ２１を校正する処理を示している。この校正処理は、筒内圧センサ２１の製造誤差や経年変化などによるゲインのばらつきやずれを、オンボードで補償するものである。

この処理ではまず、クランク角θの２つの定点θ２、θ１でそれぞれ検出された筒内圧Ｐの値Ｐ２、Ｐ１の差（Ｐ２−Ｐ１）を、検出差圧ΔＰとして算出する（ステップ１９１）。これらの定点θ１、θ２は、筒内圧Ｐへの燃料の噴射や燃焼などの影響ができるだけ小さいクランク角θに設定することが好ましく、本例ではそれぞれＴＤＣ前７０度、４０度に設定されている。次に、インマニ圧Ｐｉ、実インマニ温度Ｔｉおよびエンジン水温Ｔｗに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、理想差圧ΔＰidを決定する（ステップ１９２）。インマニ圧Ｐｉ、実インマニ温度Ｔｉおよびエンジン水温Ｔｗが定まれば、筒内圧Ｐはクランク角θに対してほぼ一義的に定まる。このような観点から、このマップは、２つの定点θ１、θ２において、Ｐｉ値、Ｔｉ値およびＴｗ値と筒内圧Ｐとの関係をベンチ試験によってあらかじめ求め、両定点θ２、θ１間の差圧を、得られるべき理想差圧ΔＰidとして定めたものである。

次いで、理想差圧ΔＰidと検出差圧ΔＰとの差の絶対値が、判定値Ｐref よりも大きいか否かを判別する（ステップ１９３）。この答がＮｏで、｜ΔＰid−ΔＰ｜≦Ｐref のときには、筒内圧センサ２１のゲインのずれやばらつきが小さく、許容範囲内にあるとして、その補正を行わず、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ１９３の答がＹｅｓで、｜ΔＰid−ΔＰ｜＞Ｐref のときには、筒内圧センサ２１のゲインのずれやばらつきが大きいとして、筒内圧センサ２１のゲインＧｐを、初期ゲインＧｐo に理想差圧ΔＰidと検出差圧ΔＰとの比（ΔＰid／ΔＰ）を乗算した値に補正し（ステップ１９４）、本処理を終了する。

以上の処理により、筒内圧センサ２１のゲインＧｐのばらつきやずれを、自身の検出結果を用いて、オンボードで適切に補償することができる。また、前述したように、筒内圧Ｆ／Ｂ制御は、基本的に筒内圧センサ２１の検出結果の定点間での差分に基づいて行われる。これに対し、この処理では、筒内圧センサ２１の検出結果の絶対値ではなく、ゲインＧｐを補正するので、筒内圧センサ２１のドリフトの影響を受けることなく、筒内圧Ｆ／Ｂ制御を精度良く行うことができる。

次に、図２０〜図２４を参照しながら、燃料噴射パラメータＱ* の学習制御について説明する。この学習制御は、前述した筒内圧Ｆ／Ｂ制御の結果などに基づき、Ｑ*i,jマップを定期的に書き換え、更新することによって、インジェクタ６を含む燃料噴射系の経時変化などを補償し、噴射量および噴射タイミングを適正化するとともに、それに応じて補正関数ｆ(α,β)i,jを更新し、その適正化を図るためのものである。

図２０はこの学習制御の処理を示している。まずステップ２０１では、燃料噴射パラメータＱ*i,jの噴射時間Ｄｅを算出する。この算出は、図２１のサブルーチンに従って行われる。なお、この算出の前提として、図２２に示すような噴射量Ｑｆと発生熱量∫ｄＱ／ｄθとの関係を表すＱｆ−∫ｄＱ／ｄθ特性が、例えば完全燃焼状態の通常燃焼モードでのベンチ試験によって、あらかじめ得られているものとする。また、この発生熱量∫ｄＱ／ｄθは、例えば次式（２１）によって、エンジン３の運転中に随時、算出されているものとする。
∫ｄＱ／ｄθ ＝ ∫[１／(κ−１){κＰｄＶ＋ＶｄＰ｝] ・・・（２１）
ここで、κは、比熱比である。

まず、図２１のステップ２１１では、噴射時間Ｄｅと増減カウンタのカウント値Ｎｄとの関係を表すＤｅ−Ｎｄ特性を決定する。前述したように、このカウント値Ｎｄは、筒内圧Ｆ／Ｂ制御において、番地ｉ，ｊごとに、Ｑ*i,jマップ上の噴射時間Ｄｅから、噴射時間Ｄｅを所定値ΔＤｅずつ増大させるごとにインクリメントされ、減少させるごとにデクリメントされる。したがって、カウント値Ｎｄは、当初のＱ*i,jマップ上の値からの噴射時間Ｄｅのずれ量を表す。具体的には、図２３に示すように、それぞれの噴射時間Ｄｅに対してカウント値Ｎｄをプロットし、これらを統計処理することによって、Ｄｅ−Ｎｄ特性が求められる。このような統計処理により、データに含まれるエラーの影響を排除しながら、噴射時間Ｄｅの実際のずれを適正に表すＤｅ−Ｎｄ特性を得ることができる。

次に、ステップ２１１で求めたＤｅ−Ｎｄ特性を用いて、噴射時間Ｄｅと燃料噴射量Ｑｆとの関係を表すＤｅ−Ｑｆ特性を更新する（ステップ２１２）。具体的には、図２４に示すように、算出した発生熱量∫ｄＱ／ｄθおよび図２２のＱｆ−∫ｄＱ／ｄθ特性から換算した噴射量Ｑｆを横軸とし、噴射時間Ｄｅを縦軸とするＤｅ−Ｑｆテーブルに、Ｄｅ−Ｎｄ特性を重ね合わせることによって、Ｄｅ−Ｑｆ特性が書き換えられ、更新される。

次いで、更新したＤｅ−Ｑｆ特性を用いて、噴射時間Ｄｅを決定する（ステップ２１３）。具体的には、図２４に示すように、燃料噴射パラメータＱ*i,jの各噴射時間Ｄｅを、更新前のＤｅ−Ｑｆ特性と同じ噴射量Ｑｆを有する、更新したＤｅ−Ｑｆ特性上の値Ｄｅ１に変更する。次に、カウント値Ｎｄを初期化し（ステップ２１４）、本サブルーチンを終了する。

図２０に戻り、ステップ２０１に続くステップ２０２では、燃料噴射パラメータＱ*i,jの噴射タイミングＴＭｅを算出する。図示しないが、この噴射タイミングＴＭｅの算出は、噴射時間Ｄｅの算出の場合と同様、筒内圧Ｆ／Ｂ制御において、番地ｉ，ｊごとに、噴射タイミングＴＭｅを所定値ΔＴＭｅずつ進角・遅角させるごとにそれぞれインクリメント・デクリメントされる増減カウンタのカウント値Ｎｔを求め、記憶しておき、これを統計処理を施しながら、噴射タイミングＴＭｅとカウント値Ｎｔとの関係を表すＴＭｅ−Ｎｔ特性を決定することによって行われる。

次いで、ステップ２０１、２０２でそれぞれ決定した噴射時間Ｄｅおよび噴射タイミングＴＭｅを用い、Ｑ*i,jマップ上のすべての燃料噴射パラメータＱ*i,jを書き換えることによって、Ｑ*i,jマップを更新する（ステップ２０３）。これにより、経時変化などによるインジェクタ６を含む燃料噴射系の特性のずれを補償しながら、燃料噴射パラメータＱ*i,jを適正化することができる。次に、補正変数αi,j 、βi,j を書き換えることによって、補正関数ｆ(α,β)i,jを更新し（ステップ２０４）、本処理を終了する。上記のように燃料噴射パラメータをＱ*i,jが書き換えられると、実際の気筒内酸素量ｍo2と定常状態での仮想気筒内酸素量ｍo2v との関係が変化するので、それに応じて、補正関数ｆ(α,β)i,jを更新することによって、仮想気筒内酸素量ｍo2v を適正に求めることができる。

図２５は、リッチ運転において実行される空燃比のフィードバック制御処理を示している。この処理はではまず、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて、目標空燃比Ａ／Ｆobj を設定する（ステップ２５１）。次に、酸素濃度センサ２９で検出された空燃比Ａ／Ｆに応じ、この検出空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比Ａ／Ｆobj になるように、フィードバック制御によってスロットル開度ＴＨを設定し（ステップ２５２）、本処理を終了する。以上のように、前述した燃料噴射パラメータＱ*i,jの制御に加え、検出された空燃比Ａ／Ｆに応じ、スロットル開度ＴＨをフィードバック制御し、吸入空気量Ｆａを補正することによって、実際の空燃比Ａ／Ｆを目標空燃比Ａ／Ｆobj に精度良く制御することができる。なお、上述したスロットル開度ＴＨの制御に代えて又はこれとともに、ＥＧＲ制御弁１４ｂの開度をフィードバック制御することによって、吸入空気量Ｆａを補正してもよい。

図２６は、前述した燃料噴射パラメータＱ* 以外の制御パラメータなどの学習制御処理を示している。この学習制御は、吸入空気量ＦａおよびＥＧＲガス流量Ｆｅを最適化するためのものであり、燃料噴射パラメータＱ*i,jの学習制御において、Ｄｅ−Ｑｆ特性が更新され、最適化されたときに実行される。そのステップ２６１では、酸素濃度センサ２９で検出された空燃比Ａ／Ｆ、および更新したＤｅ−Ｑｆ特性に応じて、エアフローセンサ２７の出力特性を校正する。次に、スロットル弁開度ＴＨおよびＥＧＲ弁開度ＬＥをそれぞれ制御するためのマップ（図示せず）を書き換える（ステップ２６２）。また、過渡状態でのオーバーシュート時間ＴＭosを書き換え（ステップ２６３）、本処理を終了する。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、ＥＧＲガス流量の予測値Ｆｅ_hatの算出を、ＥＧＲ装置１４の応答の一次遅れのみを考慮して行っているが、他の適当なモデルを採用してもよいことはもちろんである。また、燃料噴射パラメータＱ* を設定する際の最適な燃焼状態を、ベンチ試験によって求めているが、これを適当な燃焼モデルを用いて行ってもよい。さらに、筒内圧Ｆ／Ｂ制御において、燃料噴射パラメータＱ* のうち、噴射時間Ｄｅおよび噴射タイミングＴＭｅを補正しているが、これらに加えて又はこれらに代えて、噴射圧力Ｐｅを補正してもよい。

また、燃料噴射パラメータＱ* は、噴射時間Ｄｅ、噴射タイミングＴＭｅおよび噴射圧力Ｐｅで構成されているが、これらの１つまたは２つであってもよい。さらに、実施形態は、ディーゼルエンジンの例であるが、本発明は、これに限らず、他のタイプの内燃機関、例えばガソリンエンジンに適用してもよいことはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明を適用した制御装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。 制御装置を示すブロック図である。 気筒内状態パラメータの算出処理を示すフローチャートである。 Ｑ*i,jマップの設定処理を示すフローチャートである。 Ｑ*i,jマップを示す図である。 補正変数αi,j、βi,jの設定処理を示すフローチャートである。 燃料噴射パラメータＱ* の決定処理を示すフローチャートである。 仮想番地ｉ、ｊｖを求める方法を説明する図である。 リーン運転からリッチ運転への移行時に実行される制御処理を示すフローチャートである。 リッチ運転からリーン運転への移行時に実行される制御処理を示すフローチャートである。 燃料噴射パラメータＱ* の切換処理を示すフローチャートである。 低温燃焼モードでパイロット噴射を行わない場合の筒内圧フィードバック制御処理を示すフローチャートである。 図１２の処理で用いられる燃焼パラメータを説明する図である。 通常燃焼モードでパイロット噴射が行う場合の筒内圧フィードバック制御処理を示すフローチャートである。 図１５の処理の続きの部分を示すフローチャートである。 図１４および図１５の処理で用いられる燃焼パラメータを説明する図である。 通常燃焼モードでパイロット噴射が行わない場合の筒内圧フィードバック制御処理を示すフローチャートである。 筒内圧センサの校正処理を示すフローチャートである。 図１８の処理で用いられるパラメータを説明する図である。 燃料噴射パラメータＱ* の学習制御処理を示すフローチャートである。 噴射時間Ｄｅの算出サブルーチンを示すフローチャートである。 噴射量と発生熱量との関係を示す図である。 噴射時間と増減カウンタのカウント値との関係を示す図である。 噴射時間と噴射量との関係を示す図である。 空燃比のフィードバック制御処理を示すフローチャートである。 燃料噴射パラメータＱ* 以外の制御パラメータなどの学習制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

２ ＥＣＵ（吸入空気量制御手段、ＥＧＲガス流量推定手段、気筒内
酸素量推定手段、回転数検出手段、燃料噴射パラメータ決定手段、
インジェクタ制御手段、燃料噴射パラメータ設定手段、燃料噴射
パラメータ記憶手段、過渡状態判別手段、気筒内酸素量補正手段、
負荷検出手段、燃焼状態検出手段、燃料噴射パラメータ補正手段、
補正燃料噴射パラメータ記憶手段、および吸入空気量補正手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
４ 吸気管（吸気系）
６ インジェクタ
７ スロットル弁（吸気空気量制御手段、吸気空気量補正手段）
１４ ＥＧＲ装置
２１ 筒内圧センサ（燃焼状態検出手段）
２２ クランク角センサ（回転数検出手段）
２７ エアーフローセンサ（吸気空気量検出手段）
２９ 酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段）
３０ アクセル開度センサ（アクセル踏込み量検出手段）
Ｆａ 吸入空気量
Ｆｅ_hat ＥＧＲガス流量の予測値（推定したＥＧＲガス流量）
ｍo2 気筒内酸素量
Ｎｅ エンジン回転数（内燃機関の回転数）
Ｑ* 燃料噴射パラメータ
Ｄｅ 噴射時間
ＴＭｅ 噴射タイミング
Ｐｅ 噴射圧力
ｍo2v 仮想気筒内酸素量（補正された気筒内酸素量）
ＡＰ アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）
ｍo2c しきい値（所定値）
ΔＰ６ 定点差圧（燃焼状態）
ｄＰ／ｄθ 最大圧力上昇率（燃焼状態）
ΔＰ４ 定点差圧（燃焼状態）
ΔＰｐ ピーク差圧（燃焼状態）
λ 排ガスの酸素濃度

Claims (7)

1. 吸気系を介して気筒に空気を吸入し、インジェクタから噴射された燃料を前記気筒内に供給するとともに、内燃機関から排出された排ガスの一部をＥＧＲ装置により前記吸気系にＥＧＲガスとして還流する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の回転数および前記気筒内に存在する気筒内酸素量に応じて、前記内燃機関が定常状態のときの燃料噴射パラメータをあらかじめ設定する燃料噴射パラメータ設定手段と、
   当該設定された燃料噴射パラメータを記憶する燃料噴射パラメータ記憶手段と、
   前記吸気系を介して前記気筒に吸入される吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
   前記吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの還流の応答遅れに応じて、ＥＧＲガスの流量を推定するＥＧＲガス流量推定手段と、
   前記検出された吸入空気量、および前記推定されたＥＧＲガス流量に基づいて、前記気筒内酸素量を推定する気筒内酸素量推定手段と、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記内燃機関が過渡状態で運転されているか否かを判別する過渡状態判別手段と、
   前記内燃機関が過渡状態のときに、前記定常状態での気筒内不活性ガス量に対する前記過渡状態での気筒内不活性ガス量のずれに応じて、前記気筒内酸素量を補正する気筒内酸素量補正手段と、
   前記燃料噴射パラメータを、前記内燃機関が定常状態のときには、前記検出された内燃機関の回転数、および前記推定された気筒内酸素量に応じ、前記内燃機関が過渡状態のときには、前記検出された内燃機関の回転数、および前記補正された気筒内酸素量に応じ、前記燃料噴射パラメータ記憶手段から読み出すことによって決定する燃料噴射パラメータ決定手段と、
   当該決定された燃料噴射パラメータに基づいて、前記インジェクタを制御するインジェクタ制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射パラメータは、前記インジェクタの噴射時間、噴射タイミングおよび噴射圧力の少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記気筒内酸素量補正手段は、
   前記内燃機関の前記過渡状態における気筒内酸素量をそれと等価な前記定常状態における前記気筒内酸素量に変換するための補正関数を算出する補正関数算出手段を有し、
   当該算出された補正関数を用いて、前記気筒内酸素量を補正することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル踏込み量検出手段と、
   前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、
   前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記検出された内燃機関の負荷が所定値よりも大きいときには、前記内燃機関の回転数および前記気筒内酸素量に代えて、前記内燃機関の回転数および前記検出されたアクセルペダルの踏込み量に基づいて、前記燃料噴射パラメータを決定することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
   当該検出された内燃機関の燃焼状態に応じて、前記燃料噴射パラメータを補正する燃料噴射パラメータ補正手段と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記補正された燃料噴射パラメータを記憶する補正燃料噴射パラメータ記憶手段をさらに備え、
   前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記補正燃料噴射パラメータ記憶手段から補正燃料噴射パラメータを読み出すことによって、燃料噴射パラメータを決定することを特徴とする、請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
   当該検出された酸素濃度に応じて、前記吸入空気量を補正する吸入空気量補正手段と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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