JP2002357147A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

エンジンの空燃比制御装置

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JP2002357147A JP2001362935A JP2001362935A JP2002357147A JP 2002357147 A JP2002357147 A JP 2002357147A JP 2001362935 A JP2001362935 A JP 2001362935A JP 2001362935 A JP2001362935 A JP 2001362935A JP 2002357147 A JP2002357147 A JP 2002357147A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】空気過剰率に対するエンジン発生トルクが非線
形である領域においても、目標空気過剰率の達成と目標
トルクを両立する。 【解決手段】エンジン目標トルクｔＴｅ、エンジン回転
速度Ｎｅ、目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲ、目標空気過剰率ｔλ
を読み込み（Ｓ５１）、エンジン運転状態に基づいて基
本目標吸気量ｔＱａｃｂを演算し（Ｓ５２）、目標ＥＧ
Ｒ率ｔＥＧＲに基づいてＥＧＲ補正係数ｋＱａｃｅｇｒ
を演算する（Ｓ５３）。また、目標空気過剰率ｔλに基
づいて、空気過剰率に対するエンジン発生トルクが非線
形である領域のトルク補正係数ＫＡを算出し（Ｓ５
４）、目標吸気量ｔＱａｃをｔＱａｃ＝ｔＱａｃｂ×ｋ
Ｑａｃｅｇｒ×ｔλ×ＫＡにより算出する（Ｓ５５）。
そして、目標吸気量ｔＱａｃに対して、前記目標空気過
剰率ｔλとなるように燃料噴射量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの空燃比
制御装置に関し、特に空燃比切換時の過渡性能を改善す
る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】リッチ燃焼時に生じたエンジン発生トル
クの低下を防止するものとして、例えば、特開平１１−
２９４１４５号公報に記載されたものがある。このもの
は、リッチ燃焼時におけるＮＯｘトラップ触媒再生時に
行う排気絞りによるトルク低下を防止するため、ＥＧＲ
弁開度を増大補正することでＥＧＲガスを増加させると
共に、燃焼噴射量を増量補正している。
【０００３】ところで、運転条件によって空燃比を制御
するエンジンにおいて、空気過剰率に対するエンジン発
生トルクが線形性を有さない領域（非線形領域）があ
り、この非線形領域においては、空気過剰率に基づいて
設定された燃料量を噴射しても燃費率が悪化し、実際の
エンジン発生トルクが低下するため（図２９参照）、こ
の低下分を補う必要がある。
【０００４】かかる場合も、上記のように燃料噴射量を
増量補正することによりトルクの低下分を補正すること
は可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、燃料の増量に
よって実際の空気過剰率がリッチ側にずれてしまうた
め、触媒再生等のため一時的に空気過剰率をリッチに制
御して運転する必要があるエンジンにおいては、本来達
成したいエンジンの目標運転条件からずれが発生するこ
とになり、目標空気過剰率の達成と目標トルクとを両立
させた制御ができない。この結果、ＰＭ、ＨＣといった
リッチ雰囲気化で発生する排気成分による排気性状の悪
化を招くといった問題がある。
【０００６】また、上記のように運転条件によって空燃
比を大きく切換えるエンジンにおいては、目標空気過剰
率の切換え直後の短い時間において、一時的に目標空気
過剰率と実際の空気過剰率との位相差によりパルス的な
トルクのスパイクが発生する領域があり、特に、前記触
媒の再生要求のために目標空気過剰率がステップ的に変
化する場合、空気の動きは、吸気系の容積に対してエン
ジンが消費する速度に支配される要素が大きいため、運
転条件から求められる目標空気過剰率のように急激には
変化することができないことから、目標空気過剰率と実
吸気量から求められる実際の空気過剰率との位相遅れが
大きくなる。
【０００７】この場合、前記エンジン発生トルクの低下
分を補正する燃料噴射量を目標空気過剰率から求めてい
ると、目標空気過剰率が非線形領域になったとしても、
実際の空気過剰率はまだ十分に下がりきらない場合も考
えられ、本来は実際の空気過剰率が非線形領域になって
から付加されるべき補正量が早く（すなわち、線形領域
にあるにもかかわらず）付加されて過補正となり、エン
ジン発生トルクにステップ的な段差が生じることにな
る。
【０００８】更に、ＥＧＲガス中には、前回の燃焼で消
費されなかった酸素が残留しており、この残留酸素が吸
気系に還流して再びシリンダ内に吸入されることで、見
かけ上、実際の吸入空気量が増加したような方向に作用
してしまい、たとえ吸気絞り弁の閉弁動作が閉弁指令に
対して遅れることなく行われたとしても、実際のシリン
ダ吸入空気量中の新気割合の値の位相は、目標空気過剰
率の変化に対して更に遅れを有するようになる。このた
め、上述したようなトルク段差が更に生じてしまうとい
った問題がある。
【０００９】以上のような問題は、通常運転で希薄混合
気で運転されているガソリン機関のリーンバーンエンジ
ンやディーゼルエンジンにおいて同様に表れるものであ
る。本発明は、以上のような問題に鑑みなされたもので
あって、空気過剰率に対するエンジン発生トルクが非線
形である領域においても、目標空気過剰率の達成と目標
トルクを両立できるエンジンの空燃比制御装置を提供す
ることを目的とする。また、空燃比の切換時、ＥＧＲ中
の新気分も含めた空気の位相遅れによる過補正を防止し
てトルク段差を防止することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に係
る発明は、エンジンの運転状態に基づいて基本目標吸気
量、目標空気過剰率及び目標ＥＧＲ率を算出すると共
に、空気過剰率に対するエンジン発生トルクの非線形性
を補正するトルク補正係数を算出し、前記基本目標吸気
量を、前記目標空気過剰率、目標ＥＧＲ率及びトルク補
正係数により補正して目標吸気量を算出し、算出した目
標吸気量に対して前記目標空気過剰率となるように燃料
噴射量を算出することを特徴とする。
【００１１】請求項２に係る発明は、前記トルク補正係
数は、前記目標空気過剰率に基づいて算出されることを
特徴とする。請求項３に係る発明は、前記トルク補正係
数は、検出した実際の空気過剰率に基づいて算出される
ことを特徴とする。
【００１２】請求項４に係る発明は、前記トルク補正係
数は、ＥＧＲガスの吸気系への導入量に対し、シリンダ
部の遅れによる補正を施して算出した実際のＥＧＲ量
に、ＥＧＲガス中の酸素濃度割合の算出値を乗じてＥＧ
Ｒガス中の新気量を算出し、該ＥＧＲガス中の新気量と
前記実際の吸入空気量とを加算して推定した空気過剰率
推定値に基づいて算出されることを特徴とする。
【００１３】請求項５に係る発明は、前記トルク補正係
数は、前記基本目標空気過剰率に対し、吸入空気量の変
化に対応して設定した遅れゲインと、ＥＧＲガス中の新
気量の変化に対応して設定した遅れゲインとを用いた１
次遅れの組み合わせ処理によって推定した空気過剰率推
定値に基づいて算出されることを特徴とする。
【００１４】請求項６に係る発明は、機関の燃焼室内に
流入する吸気量を制御する吸気量制御手段を備え、前記
吸気量が前記目標吸気量となるように前記吸気量制御手
段の制御量を算出することを特徴とする。請求項７に係
る発明は、前記吸気量制御手段が、吸気絞り弁とＥＧＲ
弁の少なくとも一方の開度を制御することにより、前記
吸気量を制御することを特徴とする。
【００１５】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、基本目標
吸気量を、目標ＥＧＲ率及び目標空気過剰率により補正
することにより、目標ＥＧＲ率や目標空気過剰率の変化
に対応した吸気量を設定することができる。更に、空気
過剰率に基づいて算出したトルク補正係数により補正す
ることにより、空気過剰率に対するエンジン発生トルク
が非線形である領域に目標空気過剰率が設定された場合
でも、低下したトルクに見合う分だけ、目標吸気量が増
量補正される。そして、その増加した空気量に対してそ
の時の目標空気過剰率になるように燃料噴射量を算出す
るので、目標空気過剰率を維持したままで間接的に燃料
量も増量補正される（図２９（Ｂ）参照）。
【００１６】これにより、空気過剰率とエンジン発生ト
ルクとの関係が非線形である領域においても目標空気過
剰率の達成と目標トルクとを両立させた制御が可能とな
る。請求項２に係る発明によれば、前記トルク補正係数
の算出に目標空気過剰率を用いることで、エンジントル
クやエンジン回転速度といったエンジン運転状態を検出
することにより、容易にトルク補正係数を算出できる。
【００１７】請求項３に係る発明によれば、前記トルク
補正係数の算出に実際の空気過剰率（ｒλ）を用いるこ
とで、実際の空気過剰率がトルク低下を伴う非線形領域
となってから前記トルク補正係数（ＫＡ）を算出するこ
とになるので、基本目標吸気量の過補正、トルク段差を
確実に防止できる（図３０参照）。
【００１８】すなわち、目標空気過剰率（ｔλ）が急激
に変化したり、残留酸素分を多く含むＥＧＲガスが大量
に吸気系に還流したりする場合であっても、実際にシリ
ンダ内に吸入されるＥＧＲガス中の新気相当分の変化も
含んでいる実際の空気過剰率（検出値）を用いて前記ト
ルク補正係数を算出するので、実際のトルク低下分の補
正要求とそれを補正するためのトルク補正係数の算出の
位相が合い、トルク段差が発生することはない。
【００１９】これにより、例えば、ＮＯｘトラップ触媒
のように定期的に空気過剰率をリッチにして排気中の酸
素分を無くし、かつ、還元剤としてＨＣ成分を供給する
ことで、触媒に吸着したＮＯｘを還元する要求のあるエ
ンジンであっても、トルク段差の発生を気にすることな
く目標空気過剰率を任意に変化させることができるの
で、従来は運転性確保のために限定されていた触媒の再
生運転頻度をより多く確保でき、排気性能を著しく向上
させることが可能となる。
【００２０】請求項４に係る発明によれば、シリンダ部
の遅れによる補正を施して実際のＥＧＲ量を高精度に算
出すると共に、目標空気過剰率の変化に対して徐々に変
化するＥＧＲガス中の酸素濃度割合を算出し、これを前
記実際のＥＧＲ量に乗じることによって、ＥＧＲガス中
の新気量を高精度に算出することができる。そして、該
ＥＧＲガス中の新気量と実際の吸入空気量とを加算する
ことにより、トータルの新気量を高精度に算出すること
ができる。
【００２１】これにより、ＥＧＲガス中の含まれる残留
酸素分やその吸入遅れを考慮した実機に近い空気過剰率
が、排気のＡ／Ｆセンサ等を用いることなく、より安価
に実際の空気過剰率を推定できるようになる。請求項５
に係る発明によれば、例えば、スロットル弁が閉じエン
ジンで空気が消費されることでシリンダに吸入される新
気量の変化の遅れは比較的小さいので、「速い成分用」
の遅れゲインとして設定する一方、ＥＧＲガス中の残留
酸素分の変化の遅れは比較的大きいので、「遅い成分
用」の遅れゲインとして設定する。そして、これらの遅
れゲインを用いて１次遅れの組み合わせ処理を行うこと
で、より簡単な式により、実際の空気過剰率を高精度に
推定することができる。
【００２２】請求項６に係る発明によれば、実吸気量が
目標空気量となるように吸気量制御手段の制御量を算出
するので、制御系を複雑化することなく、吸気量制御手
段から燃焼室までの間の吸気の遅れによる影響を抑制で
きる。すなわち、一般的な吸気量制御においては、運転
状態に基づき機関の要求する要求吸気量を算出し、燃焼
室内に流入する実際の吸気量が前記要求吸気量となるよ
うに吸気量制御手段の制御量を算出する。その際、吸気
量制御手段によって制御されてから燃焼室に流入するま
での吸気の輸送遅れを考慮して前記要求吸気量に対して
位相進み処理を施すこととなる。
【００２３】一方、請求項６に係る発明のように、前記
要求吸気量に代えて前記目標吸気量に基づき吸気量制御
手段の制御量を算出するようにすると、前記目標吸気量
自体が、前記要求吸気量に位相進み補償を施したものに
相当するため、新たに位相進み処理を設けることなく、
吸気の遅れの影響を抑制できる。請求項７に係る発明に
よれば、吸気絞り弁の開度を制御することにより直接的
に吸気量を制御でき、ＥＧＲ弁の開度を制御することに
より間接的に吸気量を制御できるので、吸気絞り弁とＥ
ＧＲ弁の少なくとも一方の開度を制御することで、吸気
量を前記目標吸気量へと制御できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。一実施形態のシステム構成を示す図
１において、過給機１は、エアクリーナ２でダストを除
去されて吸気通路３に吸入された空気を吸気コンプレッ
サ１Ａにより圧縮過給し、インタクーラ４で冷却した
後、下流側の吸気マニホールド５へ送り込む。
【００２５】一方、サプライポンプ６から圧送され、コ
モンレール７を経て高圧に貯留された燃料が、エンジン
８の各気筒の燃焼室に装着された燃料噴射弁（インジェ
クタ）９から燃焼室に向けて燃料が噴射され、該噴射さ
れた燃料は着火して燃焼される。また、排気マニホール
ド１０と前記吸気マニホールド５のコレクタ部５Ａとを
結んでＥＧＲバルブ１１を介装したＥＧＲ通路１２が接
続されると共に、前記吸気通路３の吸気コンプレッサ１
Ａの上流側に電子制御式スロットル弁１３が介装されて
おり、主としてアイドル時や低負荷時に、排気改善、騒
音対策のために前記スロットル弁１３を絞ると同時にＥ
ＧＲバルブ１１の開度を制御してＥＧＲ制御を行う。
【００２６】前記スロットル弁１３下流の各気筒に分岐
する吸気ポートには、スワールコントロールバルブ１４
が配設され、絞り量の制御によって、燃焼室内に運転状
態に応じて適度のスワールを形成する。燃焼後の排気
は、排気マニホールド１０より前記過給機１の排気ター
ビン１Ｂを回転駆動させた後、ＮＯｘトラップ触媒１５
により排気中のＮＯｘが捕集された後に大気中に放出さ
れる。排気タービン１Ｂは、可変ノズル式となって過給
圧を可変制御できるようになっている。
【００２７】エンジンの運転状態を検出する各種センサ
類として、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１
６、エンジン水温を検出する水温センサ１７、エンジン
回転速度を検出する回転速度センサ１８、アクセル開度
センサ１９等が設けられる。前記センサ類からの検出信
号は、コントロールユニット２０に入力され、該コント
ロールユニット２０は、各検出信号に基づいて検出され
た運転状態に応じて、ＥＧＲ制御、燃料噴射制御（空燃
比制御）、スワール制御を行う。
【００２８】そして、特に空気過剰率に対するエンジン
発生トルクが非線形である領域において、目標空気過剰
率を維持しつつ、目標トルクを確保するように空燃比制
御を行う。以下、前記コントロールユニット２０による
空燃比制御について説明する。なお、各フローは、回転
同期ＲＥＦ、もしくは１０ｍｓｅｃなどの時間周期で行
われる。
【００２９】まず、基本的なトルクデマンド制御に係る
部分について説明する。図２は、目標エンジントルクを
演算するフローである。ステップ（図ではＳと記す。以
下同様）１では、エンジン回転速度Ｎｅと、アクセル開
度ＡＰＯとを読み込む。ステップ２では、アクセル開度
ＡＰＯから、例えば図３に示すようなテーブルを補間計
算してアクセル開口面積Ａａｐｏを演算する。
【００３０】ステップ３では、次式により擬似吸気量比
（単位回転あたりの吸気量）Ａｄｎｖを演算する。 Ａｄｎｖ＝Ａａｐｏ／Ｎｅ／ＶＯＬ♯ ただし、ＶＯＬ
♯は排気量 ステップ４では、前記Ａｄｎｖから例えば図４に示すよ
うなテーブルを補間計算して負荷割合相当値Ｑｈ0を演
算する。
【００３１】ステップ５では、例えば図５に示すような
目標エンジントルクマップを、エンジン回転速度Ｎｅ、
負荷割合相当値Ｑｈ0を用いて、補間計算して目標エン
ジントルクｔＴｅを演算して処理を終了する。次に、目
標ＥＧＲ率ｔＥＧＲを演算するフローを図６に従って説
明する。ステップ１１では、エンジン回転速度Ｎｅ、目
標エンジントルクｔＴｅ、エンジン水温Ｔｗを読み込
む。
【００３２】ステップ１２では、エンジン回転速度Ｎ
ｅ、目標エンジントルクｔＴｅから、図７に示すような
マップを検索して、基本目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲｂを演算
する。ステップ１３では、エンジン水温Ｔｗから、図８
に示すようなマップを検索して、目標ＥＧＲ率補正係数
Ｋｅｇｒ＿ｔｗを演算する。ステップ１４では、基本目
標ＥＧＲ率ｔＥＧＲｂと目標ＥＧＲ率補正係数Ｋｅｇｒ
＿ｔｗとを乗じて、目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲを演算する。
【００３３】次に、本発明に関係する主な制御部分につ
いて図９以下を用いて説明する。図９は、目標空気過剰
率ｔλを演算するフローを示す。まずステップ２１で
は、エンジン回転速度Ｎｅ、目標エンジントルクｔＴ
ｅ、エンジン水温Ｔｗを読み込む。ステップ２２では、
エンジン回転速度Ｎｅ、目標エンジントルクｔＴｅか
ら、図１０に示すような基本目標空気過剰率マップを検
索して、基本目標空気過剰率ｔλｂを演算する。このマ
ップは、図１０に示すように、エンジン回転速度Ｎｅが
高くなるほど、また目標トルクｔＴｅが大きくなるほど
空気過剰率が小さく（Ａ／Ｆが濃く）なるような設定と
している。
【００３４】ステップ２３では、エンジン水温Ｔｗか
ら、図１１に示しすようなテーブルを検索して水温補正
係数ＨＯＳ＿ｔλを演算する。このテーブルは、低温時
は増大するフリクションや安定化のため空気過剰率を大
きくして空気を増大させるような設定としている。ステ
ップ２４では、次式のように、前記水温補正係数ＨＯＳ
＿ｔλを乗じることにより前記基本目標空気過剰率ｔλ
ｂを補正して、目標空気過剰率ｔλを算出し、処理を終
了する。
【００３５】ｔλ＝ｔλｂ×ＨＯＳ＿ｔλ 次に、前記目標空気過剰率ｔλ、すなわち、所望の目標
空燃比が達成されるように目標燃料噴射量を算出するた
めの各フローを順次説明する。図１２は、目標当量比ｔ
ＦＢＹＡを演算するフローである。ステップ４１では、
実ＥＧＲ率ｒＥＧＲ、目標空気過剰率ｔλを読み込む。
【００３６】ステップ４２では、目標当量比ｔＦＢＹＡ
を、以下のように演算して処理を終了する。空気過剰率
を物理的な式で示すと以下のようになる。 空気過剰率＝［吸入新気量×（１＋ＥＧＲ率×ＥＧＲガ
ス酸素割合）］／（燃料噴射量×理論空燃比） これを変形した次式によって、目標当量比ｔＦＢＹＡを
演算する。
【００３７】ｔＦＢＹＡ＝［ｔλ＋ｒＥＧＲ×（ｔλ−
１）］／（ｔλ）2 図１３は、目標吸気量ｔＱａｃを演算するフローであ
る。ステップ５１でエンジン回転速度Ｎｅ、目標エンジ
ントルクｔＴｅ、目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲ、目標空気過剰
率ｔλを読込む。ステップ５２では、エンジン回転速度
Ｎｅ、目標エンジントルクｔＴｅから、基本目標吸気量
ｔＱａｃｂを、例えば図１４に示すようなマップを補間
計算して設定する。
【００３８】ステップ５３では、ＥＧＲ補正係数ｋＱａ
ｃｅｇｒを次式によって算出する。 ｋＱａｃｅｇｒ＝１／（１＋ｔＥＧＲ） ステップ５４では、前記目標空気過剰率ｔλに基づい
て、空気過剰率に対するエンジン発生トルクが非線形で
ある領域の場合に、エンジン発生トルクの低下分を補正
するトルク補正係数ＫＡを、例えば、図１５に示すよう
なテーブルを検索して演算する。このテーブルは、目標
空気過剰率ｔλが小さくなるに従ってトルク補正係数Ｋ
Ａが大きくなる特性としてある。
【００３９】なお、本実施形態では、単に目標空気過剰
率ｔλに対するテーブル（図１５）を参照して前記トル
ク補正係数ＫＡを求めるようにしているが、実機のエン
ジン特性によっては、エンジン回転格子等を設けたマッ
プを参照するようにしてもよく、これにより、より精度
の高い補正率を得ることができる。ステップ５５では、
次式によって目標吸気量ｔＱａｃを演算し、処理を終了
する。
【００４０】 ｔＱａｃ＝ｔＱａｃｂ×ｋＱａｃｅｇｒ×ｔλ×ＫＡ 以上のように、目標空気過剰率ｔλに基づいて設定され
るトルク補正係数ＫＡを基本目標吸気量ｔＱａｃｂに反
映させて目標吸気量ｔＱａｃを演算する構成としている
ので、目標空気過剰率ｔλが、空気過剰率とエンジン発
生トルクとの関係が非線形である領域に設定された場合
でも、エンジン発生トルクに低下分を空気の増量によっ
て補正でき、かつ、目標空気過剰率ｔλのずれも防止で
きる。
【００４１】図１６は、目標燃料噴射量ｔＱｆを演算す
るフローである。ステップ６１では、目標吸気量ｔＱａ
ｃ、目標当量比ｔＦＢＹＡを読み込む。ステップ６２で
は、次式によって目標燃料噴射量ｔＱｆを演算し、処理
を終了する。 ｔＱｆ＝ｔＱａｃ×ｔＦＢＹＡ／ＢＬＡＭＢ♯ このようにして得られた目標燃料噴射量ｔＱｆに応じて
前記燃料噴射弁９を制御して燃料噴射量を制御する。
【００４２】以上のように、目標ＥＧＲ率および目標空
気過剰率に基づいて、ＥＧＲガス中の新気量を考慮した
目標当量比を算出し、該目標当量比を用いて目標燃料噴
射量を算出して燃料噴射量を制御することにより、目標
空気過剰率と目標ＥＧＲ率とがどのように変化しても、
常に目標のＥＧＲ率と空気過剰率とが達成できる。これ
により、空気過剰率に対するエンジン発生トルクの非線
形性を補正し、目標空気過剰率の達成と目標トルクとを
両立した制御が可能となる。
【００４３】ここで、前記目標吸気量ｔＱａｃに従って
行う吸気量制御について説明する。かかる制御は、実際
の吸気量ｒＱａｃを、前記目標吸気量ｔＱａｃになるよ
うに前記スロットル弁１３又はＥＧＲバルブ１１の少な
くとも一方の開度を制御することにより行う。まず、ス
ロットル弁１３の開度を制御することにより、吸気量
（新気量）を直接制御する場合について説明する。
【００４４】図３１は、スロットル弁１３の開度を演算
するフローである。ステップ１６０では、前記目標吸気
量ｔＱａｃと実吸気量ｒＱａｃとの偏差ｄｅｌｔＱａｃ
を、次式に従って演算する。 ｄｅｌｔＱａｃ＝ｔＱａｃ−ｒＱａｃ ステップ１６１では、前記偏差ｄｅｌｔＱａｃに基づ
き、次式に従って目標スロットル開度ｔＴＰＯを演算す
る。
【００４５】 ｔＴＰＯ＝（Ｋｐ×ｄｅｌｔＱａｃ）＋（Ｋｉ×Ｙ） 但し、Ｋｐ、Ｋｉは制御ゲインである。また、Ｙは次式
に従って演算する。 Ｙ＝Ｙ（-1）＋ｄｅｌｔＱａｃ×Δｔ 但し、Ｙ（-1）はＹの前回値を表すものとし、初期値Ｙ
（0）＝０とする。
【００４６】すなわち、比例積分（ＰＩ）制御によって
前記目標スロットル開度ｔＴＰＯを演算するのである
が、前記ＰＩゲインＫｐ、Ｋｉは、それぞれ定数として
与えてもよく、あるいは、運転状態に応じて変化する値
として与えてもよい。なお、上記方法では、ＰＩ制御の
みによりスロットル開度を演算しているが、フィードフ
ォワード制御と組み合せるようにしてもよい。
【００４７】次に、ＥＧＲバルブ１１の開度を制御する
ことにより、吸気量（新気量）を間接的に制御する場合
について説明する。こちらは、筒内の作動ガス量（吸気
量＋ＥＧＲガス量）を一定としつつ、ＥＧＲガス量を制
御することで、間接的に吸気量を制御するものである。
図３２は、ＥＧＲバルブ１１の開度を演算するフローで
ある。
【００４８】ステップ１７０では、図３１におけるステ
ップ１６０と同様に、前記目標吸気量ｔＱａｃと実吸気
量ｒＱａｃの偏差ｄｅｌｔＱａｃを次式に従って演算す
る。 ｄｅｌｔＱａｃ＝ｔＱａｃ−ｒＱａｃ ステップ１７１では、前記偏差ｄｅｌｔＱａｃに基づ
き、次式に従って目標ＥＧＲ開度ｔＥＧＲｖを演算す
る。
【００４９】ｔＥＧＲｖ＝[Ｋｐ2×（−ｄｅｌｔＱａ
ｃ）]＋（Ｋｉ2×Ｘ） 但し、Ｋｐ2、Ｋｉ2は、制御ゲインである。また、Ｘ
は、次式に従って演算する。 Ｘ＝Ｘ（-1）＋（−ｄｅｌｔＱａｃ）×Δｔ 但し、Ｘ（-1）は、Ｘの前回値を表すものとし、初期値
Ｘ（0）＝０とする。
【００５０】すなわち、前記目標スロットル開度ｔＴＰ
Ｏを演算する場合と同様に、比例積分（ＰＩ）制御によ
って前記目標ＥＧＲ開度ｔＥＧＲｖを演算するのである
が、この場合においても、前記ＰＩゲインＫｐ2、Ｋｉ2
は、それぞれ定数として与えてもよく、あるいは、運転
状態に応じて変化する値として与えてもよい。なお、Ｅ
ＧＲバルブ１１で吸気量を制御する場合（すなわち、間
接的に吸気量を制御する場合）は、ＥＧＲバルブ１１を
閉じる方向に制御することで吸気量を増加させることに
なるため、図３１のステップ１６１に対して、前記ｄｅ
ｌｔＱａｃにマイナスを付けて演算を行うようにしてい
る。
【００５１】また、上記方法では、ＰＩ制御のみにより
ＥＧＲバルブ１１の開度を演算しているが、フィードフ
ォワード制御と組み合せるようにしてもよい。なお、上
記ＰＩゲインＫｐ、Ｋｉ、Ｋｐ2、Ｋｉ2は、０以上の値
であることを想定している。次に、上記制御で必要とし
た各値を求めるフローについて説明する。
【００５２】まず、前記実際の吸気量（新気量）を求め
るための各フローを順次説明する。図１７は、吸入空気
量を検出するフローである。ステップ７１では、エアフ
ローメータ１４の出力電圧Ｕｓを読み込む。ステップ７
２では、図１８に示したようなリニアライズテーブルで
Ｕｓから吸入空気量Ｑａｓ０＿ｄへ変換する。
【００５３】ステップ７３では、加重平均処理を行って
Ｑａｓ０として、処理を終了する。図１９は、コレクタ
吸入空気量Ｑａｃｎを演算するフローである。ステップ
８１では、エンジン回転速度Ｎｅを読み込む。ステップ
８２では、前記検出吸気量Ｑａｓ０を用いて次式によっ
て、１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃ０を演算す
る。
【００５４】Ｑａｃ０＝Ｑａｓ０×ＫＣＯＮ／Ｎｅ ＫＣＯＮ：定数（４気筒の場合３０、６気筒の場合２
０） ステップ８３では、吸入空気量Ｑａｃ０に対して空気の
輸送遅れ分の遅れ処理（吸気量検知手段からコレクタま
での輸送遅れ）を行い、その結果をＱａｃｎとして処理
を終了する。
【００５５】図２０は、シリンダ吸気量ｒＱａｃを演算
するフローである。ステップ９１では、コレクタ吸入新
気量Ｑａｃｎ、コレクタ容量分の吸気輸送遅れ時定数相
当値Ｋｋｉｎを読み込む。ステップ９２では、次式によ
って加重平均処理を行ってｒＱａｃとし、処理を終了す
る。
【００５６】ｒＱａｃ＝Ｑａｃ×Ｋｋｉｎ＋Ｑａｃ（n-
1）×（１−Ｋｋｉｎ） 図２１は、実ＥＧＲ量ｒＱｅｃを演算するフローであ
る。ステップ１０１では、コレクタ吸入新気量Ｑａｃ
ｎ、目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲ、吸気輸送遅れ時定数相当値
Ｋｋｉｎを読み込む。ステップ１０２では、次式により
コレクタ入口ＥＧＲ量Ｑｅｃ０を演算する。
【００５７】Ｑｅｃ０＝Ｑａｃｎ×ｔＥＧＲ ステップ１０３では、前記吸気輸送遅れ時定数相当値Ｋ
ｋｉｎを用いて次式によって遅れ処理を行い、実ＥＧＲ
量ｒＱｅｃとして処理を終了する。 ｒＱｅｃ＝Ｑｅｃ０×Ｋｋｉｎ×ＫＥ♯＋Ｑｅｃ(n-1)
×（１−Ｋｋｉｎ×ＫＥ♯） 図２２は、実ＥＧＲ率ｒＥＧＲを演算するフローであ
る。
【００５８】ステップ１１１では、シリンダ吸気量ｒＱ
ａｃ、シリンダＥＧＲ量ｒＱｅｃを読み込む。ステップ
１１２では、次式によって実ＥＧＲ率ｒＥＧＲを演算
し、処理を終了する。 ｒＥＧＲ＝ｒＱｅｃ／ｒＱａｃ 図２３は、前記遅れ処理時定数相当値Ｋｋｉｎを演算す
るフローである。
【００５９】なお、Ｋｋｉｎの初期値は１とする。ステ
ップ１２１では、エンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射量ｔ
Ｑｆ、実ＥＧＲ率ｒＥＧＲを読み込む。ステップ１２２
では、エンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射量ｔＱｆから、
例えば図２４に示すようなマップを検索して体積効率相
当基本値Ｋｉｎｂを演算する。
【００６０】ステップ１２３では、次式によって体積効
率相当値ＥＧＲ補正を行ってＫｉｎｃを演算する。これ
はＥＧＲによって体積効率が減少する補正を行ったもの
である。 Ｋｉｎｃ＝Ｋｉｎｂ／（１＋ｒＥＧＲ／１００） ステップ１２４では、次式によって吸気遅れ時定数相当
値Ｋｋｉｎを演算して、処理を終了する。なおこの式は
コレクタ内吸気状態、シリンダ吸入状態を物理的に想定
し得られるものである。
【００６１】Ｋｋｉｎ＝１／[ＫＶＯＬ♯／（Ｋｉｎｃ
×Ｎｅ×ＤＴ♯）＋１] ただし、ＫＶＯＬ♯＝１２０×ＶＣ／ＶＥ ＶＣ：コレクタ容積 ＶＥ：排気量 ＤＴ♯：サンプリング時間（演算タイミング） 次に、前記トルク補正係数ＫＡを、ＥＧＲガス中の酸素
濃度も考慮して算出した実空気過剰率推定値ｒλに基づ
いて求める第２実施形態について説明する。
【００６２】図２５は、実空気過剰率推定値ｒλの演算
フローである。ステップ１３１では、次式によりシリン
ダ当りの吸入ＥＧＲ量Ｑｅｃｎを算出する。 Ｑｅｃｎ＝（ｒＱｅｃ／Ｎｅ）×ＫＣ ただし、ｒＱｅｃ：ＥＧＲガス総量 ＫＣ：補正用の固定ゲイン ステップ１３２では、一次遅れ処理をして、次式により
シリンダに吸入されるＥＧＲ量Ｑｅｃを算出する。
【００６３】Ｑｅｃ＝Ｑｅｃ（−１）×（１−ＫＶ１）
＋Ｑｅｃｎ×ＫＶ１ ただし、ＫＶ１：遅れ時定数 ステップ１３３では、ＥＧＲガス中に残留している酸素
濃度割合Ｋｏ２を次式により算出する。 Ｋｏ２＝〔（ｒλ（−１）−１）／ｒλ（−１）〕×
（ＫＯＲ×（Ｚ−ｎ））×（１／（Ｔｓ＋１）） ここで、（ｒλ―１）／ｒλはＥＧＲガス内に残ってい
る新気分の割合をしめし、ＫＯＲ×（Ｚ−ｎ）はｎ回分
のデットタイムを、（１／（Ｔｓ＋１））は一次遅れ処
理を示している。
【００６４】ステップ１３４では、次式のように、前記
酸素濃度割合Ｋｏ２に、前記シリンダに吸入されるＥＧ
Ｒ量Ｑｅｃを乗じてＥＧＲガス中の新気相当量を求め、
更にシリンダ吸入新気量ｒＱａｃを加算することで、ト
ータルの新気相当量Ｑａｅｃを算出する。 Ｑａｅｃ＝ｒＱａｃ＋Ｑｅｃ×Ｋｏ２ ステップ１３５では、次式のように、前記トータルの新
気相当量Ｑａｅｃを目標燃料噴射量ｔＱｆで除算して空
燃比（Ａ／Ｆ）相当を求め、さらに理論空燃比１４.６
で除算して空気過剰率相当値に変換した値を実空気過剰
率推定値ｒλとする。
【００６５】ｒλ＝Ｑａｅｃ／ｔＱｆ／１４.６ このようにして求めた実空気過剰率推定値ｒλは、新気
中の酸素分やＥＧＲガス中の残留酸素分を考慮した上
で、インテークマニホールド内におけるＥＧＲガスの拡
散や吸入遅れ分も考慮されているので、実際にシリンダ
に吸入される新気分の変化を表したものとなっている。
【００６６】そして、前記図１３に示すフローチャート
のステップ５４において、目標空気過剰率ｔλに代え
て、この実空気過剰率推定値ｒλにより前記トルク補正
係数ＫＡをテーブル検索することにより、目標空気過剰
率ｔλが、空気過剰率とエンジン発生トルクの関係が線
形である領域から非線形領域へ急激に変化した場合であ
っても、実際の空気過剰率の変化に応じたトルク補正係
数を得ることができるので、目標空気過剰率に対する実
際の空気過剰率の遅れによる過補正（実際の空気過剰率
がまだ線形領域にある場合の補正）を防止して、トルク
段差の発生を確実に防ぐことができる。
【００６７】次に、前記実空気過剰率推定値ｒλをより
簡単な式により算出するようにした第３実施形態につい
て説明する。本実施形態は、実空気過剰率推定値ｒλを
複数の遅れゲインとその補正係数の組み合わせで算出す
るようにしたものである。図２６に本実施形態における
実空気過剰率推定値ｒλの算出フローを示す。ステップ
１４１からステップ１４４は、前記図９に示した目標空
気過剰率ｔλ演算フローのステップステップ２１からス
テップ２４と同様である。ただし、本フローでは、ステ
ップ１４４の計算結果をｔλ０に格納することとする。
【００６８】ステップ１４５では、エンジン回転速度Ｎ
ｅにより、遅れゲインの回転補正係数ＨＯＳ＿Ｎｅを例
えば図２７に示すテーブルを参照して設定する。ステッ
プ１４６では、目標空気過剰率ｔλにより、遅れゲイン
の空気過剰率補正係数ＨＯＳ＿λを例えば図２８に示す
テーブルを参照して設定する。ステップ１４７では、次
式により、「速い」遅れゲインＧＡＩＮ１を前記回転補
正係数ＨＯＳ＿Ｎｅと空気過剰率補正係数ＨＯＳ＿λに
より補正する。
【００６９】 ＧＡＩＮ１１＝ＧＡＩＮ１×ＨＯＳ＿Ｎｅ×ＨＯＳ＿λ ステップ１４８では、次式により、「遅い」遅れゲイン
ＧＡＩＮ２を前記回転補正係数ＨＯＳ＿Ｎｅと空気過剰
率補正係数ＨＯＳ＿λにより補正する。 ＧＡＩＮ１２＝ＧＡＩＮ２×ＨＯＳ＿Ｎｅ×ＨＯＳ＿λ ここで、前記速い遅れゲインは、スロットル弁１３が閉
じ、エンジンで空気が消費されることで新気が変化する
のを想定した遅れゲインの「速い成分」であり、前記遅
い遅れゲインは、ＥＧＲガス中の残留酸素分の変化を想
定した遅れゲインの「遅い成分」である。
【００７０】ステップ１４９では、次式により、ステッ
プ１４４で格納したｔλ０に対して、前記ＧＡＩＮ１１
により「速い」遅れゲイン処理を行う。 ｔλ１＝ｔλ１（−１）×（１−ＧＡＩＮ１１）＋ｔλ
０×ＧＡＩＮ１１ ステップ１５０では、ステップ１４９で「速い」遅れゲ
イン処理がなされたｔλ０（すなわち、ｔλ１）に対し
て、次式により、前記ＧＡＩＮ１２により「遅い」遅れ
ゲイン処理を行い、実空気過剰率推定値ｒλを求める。
【００７１】ｒλ＝ｔλ（−１）×（１−ＧＡＩＮ１
２）＋ｔλ１×ＧＡＩＮ１２ 以上のように、より簡単な式により実空気過剰率推定値
ｔλを算出できる。そして、前記第２実施形態と同様
に、前記図１３に示すフローチャートのステップ５４に
おいて、目標空気過剰率ｔλに代えて、この実空気過剰
率推定値ｒλにより前記トルク補正係数ＫＡをテーブル
検索することにより、目標空気過剰率ｔλが、空気過剰
率とエンジン発生トルクの関係が線形である領域から非
線形領域へ急激に変化した場合であっても、実際の空気
過剰率の変化に応じたトルク補正係数を得ることができ
るので、目標空気過剰率に対する実際の空気過剰率の遅
れによる過補正（実際の空気過剰率がまだ線形領域にあ
る場合の補正）を防止して、トルク段差の発生を確実に
防ぐことができる。
【００７２】なお、酸素濃度センサ２１を設けた場合に
は、前記実空気過剰率推定値ｒλに代えて、酸素濃度セ
ンサ２１により検出した実際の空気過剰率（実空気過剰
率）により前記トルク補正係数ＫＡをテーブル検索する
ようにしてもよい。これによっても、目標空気過剰率に
対する実際の空気過剰率の遅れによる過補正を確実に防
止できる。
【００７３】以上の実施形態で示した本発明の効果を図
２９、３０に示す。本発明によれば、空気過剰率に対す
るエンジン発生トルクが非線形である領域においても、
トルク補正係数ＫＡにより、エンジン運転状態に基づい
て設定される基本目標吸気量ｔＱａｃｂを増量補正して
目標吸気量ｔＱａｃを算出し、該目標吸気量に対して目
標空気過剰率となるように目標燃料噴射量ｔＱｆを設定
するので、目標空気過剰率を保ったまま間接的に燃料の
増量補正され、要求トルクを達成できる（図２９）。
【００７４】また、トルク補正係数ＫＡを、目標空気過
剰率ｔλに代えて、実際の空気過剰率又はＥＧＲガス中
の残留酸素分も考慮した実空気過剰率推定値（ｒλ）に
基づいて算出することで、基本目標吸気量ｔＱａｃｂの
過補正による過剰トルクの発生を防止して、トルク段差
を生じないように吸気量ｔＱａｃ、燃料噴射量ｔＱｆを
設定してできる（図３０）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のシステム構成図。
【図２】目標エンジントルク演算ルーチンを示すフロー
チャート。
【図３】アクセル開度−開口面積変換テーブル例を示す
図。
【図４】擬似吸気比−負荷割合変換テーブル例を示す
図。
【図５】目標エンジントルクマップ例を示す図。
【図６】目標ＥＧＲ率演算ルーチンを示すフローチャー
ト。
【図７】基本目標ＥＧＲ率マップ例を示す図。
【図８】目標ＥＧＲ率水温補正係数テーブル例を示す
図。
【図９】目標空気過剰率演算ルーチンを示すフローチャ
ート。
【図１０】基本目標目標空気過剰率の基本値マップ例を
示す図。
【図１１】基本目標目標空気過剰率の基本値の水温補正
係数テーブル例を示す図。
【図１２】目標当量比演算ルーチンを示すフローチャー
ト。
【図１３】目標吸気量演算ルーチンを示すフローチャー
ト。
【図１４】基本目標吸気量マップ例を示す図。
【図１５】空気過剰率トルク補正係数マップ例を示す
図。
【図１６】目標燃料噴射量演算ルーチンを示すフローチ
ャート。
【図１７】吸入空気量検出ルーチンを示すフローチャー
ト。
【図１８】エアフローメータ出力電圧−吸入空気流量の
変換テーブルを示す図。
【図１９】コレクタ吸入空気量演算ルーチンを示すフロ
ーチャート。
【図２０】シリンダ吸気量演算ルーチンを示すフローチ
ャート。
【図２１】実ＥＧＲ量演算ルーチンを示すフローチャー
ト。
【図２２】実ＥＧＲ率演算ルーチンを示すフローチャー
ト。
【図２３】吸気遅れ時定数相当値Ｋｋｉｎ演算ルーチン
を示すフローチャート。
【図２４】体積効率相当値マップ例を示す図。
【図２５】第２の実施形態における実空気過剰率推定値
ｒλの算出ルーチンを示すフローチャート。
【図２６】遅れゲインの回転補正係数テーブル例を示す
図。
【図２７】遅れゲインの空気過剰率補正係数テーブルを
示す図。
【図２８】第３の実施形態における実空気過剰率推定値
ｒλの算出ルーチンを示すフローチャート。
【図２９】本発明の効果を示す図。
【図３０】同じく本発明の効果を示す図。
【図３１】目標スロットル開度演算ルーチンを示すフロ
ーチャート。
【図３２】目標ＥＧＲバルブ開度演算ルーチンを示すフ
ローチャート。
【符号の説明】
５ 吸気マニホールド ８ エンジン ９ 燃料噴射弁 １０ 排気マニホールド １１ ＥＧＲバルブ １２ ＥＧＲ通路 １３ スロットル弁 １５ ＮＯｘトラップ触媒 １６ エアフローメータ １７ 水温センサ １８ 回転速度センサ １９ アクセル開度センサ ２０ コントロールユニット ２１ 酸素濃度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０Ｅ 41/04 ３８０ 41/04 ３８０Ｂ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｋ ３０１Ｎ ３０１Ｗ 45/00 ３６８ 45/00 ３６８Ｆ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｇ ５５０Ｒ ５７０ ５７０Ｊ (72)発明者 糸山 浩之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 石野 武 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 長村 謙介 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G062 AA01 AA06 BA02 BA04 BA06 CA00 EA04 GA01 GA04 GA05 GA06 GA15 GA17 3G084 AA01 BA09 BA13 DA11 EB08 EB13 FA07 FA10 FA20 FA33 3G092 AA02 AA18 BA04 BB02 DC08 EB02 EB03 EC02 EC09 FA04 HA01Z HE01Z HE08Z HF08Z 3G301 LA00 LA03 MA01 MA12 NB18

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンの運転状態に基づいて基本目標吸
    気量、目標空気過剰率及び目標ＥＧＲ率を算出すると共
    に、空気過剰率に対するエンジン発生トルクの非線形性
    を補正するトルク補正係数を算出し、 前記基本目標吸気量を、前記目標空気過剰率、目標ＥＧ
    Ｒ率及びトルク補正係数により補正して目標吸気量を算
    出し、 算出した目標吸気量に対して前記目標空気過剰率となる
    ように燃料噴射量を算出することを特徴とするエンジン
    の空燃比制御装置。
  2. 【請求項２】前記トルク補正係数は、前記目標空気過剰
    率に基づいて算出されることを特徴とする請求項１記載
    のエンジンの空燃比制御装置。
  3. 【請求項３】前記トルク補正係数は、検出した実際の空
    気過剰率に基づいて算出されることを特徴とする請求項
    １記載のエンジンの空燃比制御装置。
  4. 【請求項４】前記トルク補正係数は、ＥＧＲガスの吸気
    系への導入量に対し、シリンダ部の遅れによる補正を施
    して算出した実際のＥＧＲ量に、ＥＧＲガス中の酸素濃
    度割合の算出値を乗じてＥＧＲガス中の新気量を算出
    し、該ＥＧＲガス中の新気量と実際の吸入空気量とを加
    算して推定した空気過剰率推定値に基づいて算出される
    ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの空燃比制御
    装置。
  5. 【請求項５】前記トルク補正係数は、前記基本目標空気
    過剰率に対し、吸入空気量の変化に対応して設定した遅
    れゲインと、ＥＧＲガス中の新気量の変化に対応して設
    定した遅れゲインとを用いた１次遅れの組み合わせ処理
    によって推定した空気過剰率推定値に基づいて算出され
    ることを特徴とする請求項１記載のエンジンの空燃比制
    御装置。
  6. 【請求項６】機関の燃焼室内に流入する吸気量を制御す
    る吸気量制御手段を備え、 前記吸気量が前記目標吸気量となるように前記吸気量制
    御手段の制御量を算出することを特徴とする請求項１記
    載のエンジンの空燃比制御装置。
  7. 【請求項７】前記吸気量制御手段は、吸気絞り弁とＥＧ
    Ｒ弁の少なくとも一方の開度を制御することにより、前
    記吸気量を制御することを特徴とする請求項６記載のエ
    ンジンの空燃比制御装置。
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