JP2003222043A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼モードの切替過渡期に、燃焼安定性の低
下やエミッション性の悪化を防止しつつ、迅速に燃焼モ
ードの切替を行う。 【解決手段】 燃焼室内の空燃比が理論空燃比よりも大
きいリーン状態と略理論空燃比ないし理論空燃比よりも
小さいリッチ状態との切替過渡期に、ＥＧＲ弁付近のＥ
ＧＲガス中の空燃比に相当する還流ガス濃度を求める還
流ガス濃度検出手段（ＥＧＲ管内空燃比演算手段）６０
ｓと、この還流ガス濃度と上記切替過渡期における燃焼
室内の目標空燃比とを比較して上記還流ガス濃度が目標
空燃比よりも濃い場合にはＥＧＲ弁の開度を減少させる
方向に駆動し、上記還流ガス濃度が目標空燃比よりも薄
い場合にはＥＧＲ弁の開度を増大させる方向に駆動して
排気ガスの還流量を補正する排気還流量補正手段６０ｔ
とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内の空燃比
が理論空燃比よりも大きいリーン状態と略理論空燃比な
いし理論空燃比よりも小さいリッチ状態とに燃焼モード
を切り替えるように制御するモード切替手段と、少なく
とも燃焼室内の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン
状態の燃焼モードでＥＧＲ弁を所定量開弁して排気ガス
を還流させるように制御する排気還流量制御手段とを備
えたエンジンの制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平１１−２３６８５７
号公報に示されるように、エンジンの排気系から吸気系
への排気ガスの還流量を調節するＥＧＲ弁と、エンジン
の運転状態に応じて上記ＥＧＲ弁を開閉制御するととも
に、特定運転領域で燃焼室内の空燃比が理論空燃比より
もリーン側となるように運転状態を設定したエンジンに
おいて、エンジンの燃焼室への全吸入ガス量を検出する
全吸入ガス量検出手段と、排気ガスの還流量を求める手
段と、上記全吸入ガス量、排気ガスの還流量および空燃
比に基づき、還流排気ガス中に含まれる既燃ガスの全吸
入ガス量に対する割合を算出する既燃ガス割合演算手段
と、この既燃ガス割合演算手段により算出された既燃ガ
ス割合が運転状態に応じて設定された目標値と一致する
ように上記ＥＧＲ弁の開度を制御する制御手段を備えた
エンジンの制御装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記エンジンの制御装
置では、エンジンの運転状態が急変することのない通常
運転状態であれば、燃焼室内の空燃比がリーンに制御さ
れている状態で排気ガスの還流が行われる場合であって
も、ＮＯｘの低減作用や燃焼性等を適切に保つことがで
きる。しかし、エンジンの運転状態が急変する過渡期、
例えば燃焼室内の空燃比が理論空燃比よりも大きく、多
量の排気ガスが吸気通路に還流されるリーン状態と、略
理論空燃比ないし理論空燃比よりも小さく、排気ガスの
還流量が略０となるリッチ状態との間で、燃焼モードが
切り替えられる切替過渡期に、吸気通路に還流される排
気ガス中に含まれる既燃ガスの全吸入ガス量に対する割
合を適正に制御することができないという問題があっ
た。

【０００４】すなわち、上記燃焼モードの切替過渡期に
あっては、吸気系に還流される還流排気ガス中の空燃比
に対応する還流ガス濃度が刻々と変化するので、例えば
上記還流排気ガス中における還流ガス濃度が濃い状態に
ある均一燃焼モードから、還流排気ガス中における還流
ガス濃度が薄い状態にある成層燃焼モードへの切替時点
で、スロットル弁とＥＧＲ弁とを同時に開放状態に移行
させるように制御した場合には、図１３（ｂ）に示すよ
うに、上記燃焼モードの切替時点ｔ１から排気通路内等
に存在する多量の既燃ガス（ＣＯ₂）が吸気通路に還流
されて燃焼室内に導入される新気量（Ｏ₂）が不足し、
燃焼安定性が低下し易いという問題がある。

【０００５】上記公報に記載された従来技術では、均一
燃焼モードから成層燃焼モードへの切替を行う際に、Ｅ
ＧＲ弁を開放状態に移行させるのを待機しつつ、燃焼モ
ードの移行を実行してスロットル弁を開方向に駆動し、
スロットル弁の開度が充分に大きくなって燃焼モードの
移行が終了した時点で、上記ＥＧＲ弁を開放状態に移行
させることにより、多量の既燃ガスが吸気通路に還流さ
れるのを防止するようにしている。しかし、上記のよう
に構成した場合には、ＥＧＲ弁の開放操作を待機してい
る間に、吸気通路に還流される既燃ガスの濃度が低下し
てエミッション性が悪化するとともに、上記燃焼モード
の切替に要する時間が長くなるという問題がある。

【０００６】また、上記公報に記載された従来技術で
は、還流排気ガス中における還流ガス濃度が薄い状態に
ある成層燃焼モードから、還流排気ガス中における還流
ガス濃度が濃い状態にある均一燃焼モードへの切替過渡
期に、吸気通路に既燃ガスが過度に還流されるのを防止
するため、既燃ガス体積割合が移行先の燃焼モードでの
目標値になるようにＥＧＲ弁を閉止状態に移行させつ
つ、燃焼モードの移行を待機し、上記既燃ガス体積割合
が許容値よりも小さくなった時点で、燃焼モードの移行
を実行してスロットル弁を閉方向に駆動するようにして
いる。しかし、上記のように吸気量が多い成層燃焼モー
ドから、吸気量が比較的少ない均一燃焼モードへの切替
を行う際に、この燃焼モードの移行を待機しつつ、ＥＧ
Ｒ弁を閉止状態に移行させた場合には、上記燃焼モード
の移行を待機している間に、吸気通路に還流される既燃
ガスの濃度が低下してエミッション性が悪化するととも
に、燃焼モードの切替に要する時間が長くなるという問
題があった。

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑み、燃焼モード
の切替過渡期に、吸気通路に還流される排気ガス中の還
流ガス濃度を適正に制御して燃焼安定性の低下やエミッ
ション性の悪化を防止しつつ、迅速に燃焼モード切替を
行うことができるエンジンの制御装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
吸気通路の途中に設けられた吸気量調節手段と、燃料の
噴射量を調節する燃料噴射量調節手段と、上記吸気量調
節手段の動作に応じて圧力が変化する吸気通路に接続さ
れた排気還流通路と、この排気還流通路に設けられたＥ
ＧＲ弁と、燃焼室内の空燃比が理論空燃比よりも大きい
リーン状態と略理論空燃比ないし理論空燃比よりも小さ
いリッチ状態とに燃焼モードを切り替えるように制御す
るモード切替手段と、少なくとも燃焼室内の空燃比が理
論空燃比よりも大きいリーン状態の燃焼モードでＥＧＲ
弁を所定量開弁して排気ガスを還流させるように制御す
る排気還流量制御手段とを備えたエンジンの制御装置に
おいて、上記燃焼モードの切替過渡期に、ＥＧＲ弁付近
の還流排気ガス中の空燃比に相当する還流ガス濃度を求
める還流ガス濃度検出手段と、この還流ガス濃度と上記
切替過渡期における燃焼室内の目標空燃比とを比較して
上記還流ガス濃度が目標空燃比よりも濃い場合にはＥＧ
Ｒ弁の開度を減少させる方向に駆動し、上記還流ガス濃
度が目標空燃比よりも薄い場合にはＥＧＲ弁の開度を増
大させる方向に駆動して排気ガスの還流量を補正する排
気還流量補正手段とを備えたものである。

【０００９】上記構成によれば、上記燃焼モードの切替
過渡期に、ＥＧＲ弁付近の還流排気ガス中の空燃比に相
当する還流ガス濃度と、燃焼室内の目標空燃比とに基づ
き、ＥＧＲ弁の開度が補正されて排気還流通路から燃焼
室内に還流される排気ガスの還流量が適正に制御される
ことにより、燃焼安定性が確保されるとともに、エミッ
ション性が効果的に改善されることになる。

【００１０】請求項２に係る発明は、上記請求項１記載
のエンジンの制御装置において、少なくとも燃焼室内の
空燃比が略理論空燃比ないし理論空燃比よりも小さいリ
ッチ状態から、理論空燃比よりも大きいリーン状態への
燃焼モードの切替過渡期に、上記排気還流量補正手段に
よる補正を実行するように構成したものである。

【００１１】上記構成によれば、燃焼室内の空燃比が、
略理論空燃比ないし理論空燃比よりも小さいリッチ状態
に設定された均一燃焼モードから、燃焼室内の空燃比
が、理論空燃比よりも大きいリーン状態に設定された成
層燃焼モードへの切替過渡期の初期段階で、上記還流ガ
ス濃度が燃焼室内の目標空燃比よりも濃い値になった場
合に、上記ＥＧＲ弁の開度を減少させる方向に駆動する
補正が実行されるため、排気通路内に存在する多量の既
燃ガスが吸気通路に還流されることが防止されるととも
に、上記還流ガス濃度に対応した適量の排気ガスが吸気
通路に還流されることになる。

【００１２】請求項３に係る発明は、上記請求項１また
は２記載のエンジンの制御装置において、上記還流ガス
濃度検出手段により、燃焼室内の目標空燃比とＥＧＲ弁
の開度とに基づき、上記還流ガス濃度を算出するように
構成したものである。

【００１３】上記構成によれば、ＥＧＲ弁の開度に応じ
て変化する還流排気ガスの流動状態と、上記燃焼室内の
目標空燃比に応じて変化する還流排気ガスの空燃比に相
当する値とに基づき、上記ＥＧＲ弁付近の還流排気ガス
中の空燃比に相当する還流ガス濃度が正確に算出される
ことになる。

【００１４】請求項４に係る発明は、上記請求項３記載
のエンジンの制御装置において、上記還流ガス濃度検出
手段により、数サイクル前の目標空燃比から、排気還流
通路の接続部位における排気通路内の還流ガス濃度を算
出するとともに、上記排気還流通路の接続部位からＥＧ
Ｒ弁の設置部までのガス流動の一次遅れを加味してＥＧ
Ｒ弁付近の還流排気ガス中の還流ガス濃度を算出するよ
うに構成したものである。

【００１５】上記構成によれば、燃焼室から排気通路を
経て排気還流通路に導出された排気ガスが上記ＥＧＲ弁
の設置部に至るまでの時間のずれが考慮された状態で、
上記還流ガス濃度検出手段において、ＥＧＲ弁付近の還
流排気ガス中の空燃比に相当する還流ガス濃度が適正に
求められることになる。

【００１６】請求項５に係る発明は、上記請求項１ない
し４のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、
上記排気還流量制御手段により、補正後の最終目標ＥＧ
Ｒ流量と、吸気量調節手段の下流側における吸気圧力
と、排気圧力および排気温度とに基づいて、排気ガスの
還流量を確保するために必要な排気還流通路の有効流路
面積を算出し、この有効流路面積に基づいてＥＧＲ弁の
開度を設定するように構成したものである。

【００１７】上記構成によれば、燃焼室内に導入される
吸気の状態および排気通路内に導出される排気の状態に
対応した正確な排気還流制御が実行されて最適量の排気
ガスが吸気通路に還流されることになる。

【００１８】請求項６に係る発明は、上記請求項５記載
のエンジンの制御装置において、目標吸気流量と、吸気
量調節手段の下流部における吸気圧力および吸気温度
と、吸気量調節手段の上流側における吸気温度および大
気圧とに基づき、吸気量を確保するために必要な吸気通
路の有効流路面積を算出し、この有効流路面積から上記
吸気量調節手段の作動量を求める吸気量制御手段を備え
たものである。

【００１９】上記構成によれば、外気の状態等に対応し
た正確な吸気量制御が実行されるとともに、上記排気還
流量制御手段において実行される排気還流制御と、上記
吸気量制御手段において実行される吸気量制御とが、同
一条件下で実行されることにより、排気ガスの還流量が
最適値に設定されてエミッション性が改善されつつ、燃
費性能がさらに効果的に制御されることになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るエンジンの
制御装置を筒内噴射火花点火式エンジンに適用した場合
の全体構造を概略的に示したものである。この図におい
て、エンジン本体１０は複数の気筒１２を有し、各気筒
１２には、そのシリンダボアに挿入されたピストン１４
の上方に燃焼室１５が形成されており、この燃焼室１５
には吸気ポートおよび排気ポートが開口し、これらのポ
ートは吸気弁１７および排気弁１８によってそれぞれ開
閉されるようになっている。

【００２１】上記燃焼室１５の中央上方部には点火プラ
グ２０が配設され、そのプラグ先端が燃焼室１５内に臨
んでいる。また、燃焼室１５内には側方からインジェク
タ２２の先端部が臨み、このインジェクタ２２から燃焼
室１５内に直接燃料が噴射されるようになっている。上
記インジェクタ２２には図外の高圧燃料ポンプ、プレッ
シャレギュレータ等を具備する燃料回路が接続され、各
気筒のインジェクタ２２に燃料が供給されるとともにそ
の燃圧が圧縮行程における筒内圧力よりも高い所定圧力
となるように燃料回路が構成されている。

【００２２】上記エンジン本体１０には吸気通路２４お
よび排気通路３４が接続されている。上記吸気通路２４
には、その上流側から順に、エアクリーナ２５、エアフ
ローセンサ２６、モータ２７により駆動されるスロット
ル弁２８およびサージタンク３０が設けられており、上
記スロットル弁２８およびこれを駆動するモータ２７に
より吸気量調節手段が構成されている。

【００２３】上記吸気通路２４には、上記スロットル弁
２８の設置部をバイパスするバイパスエア通路１９およ
びＩＳＣ通路２３が設けられている。上記バイパスエア
通路１９には、冷間時に開く温度感応型のバイパスエア
弁２９が設けられ、上記ＩＳＣ通路２３には、アイドル
時等に吸気量を調節するためのＩＳＣ弁３６が設けら
れ、これらのバイパスエア弁２９およびＩＳＣ弁３６に
よっても吸気量が調節されるようになっている。

【００２４】また、上記排気通路３４には排気ガス浄化
用の触媒３５が設けられている。当実施形態のエンジン
に設けられる触媒３５は、リーン運転状態でもＮＯｘ浄
化性能を有するものであり、例えばリーン運転状態のと
きに排気中のＮＯｘを吸蔵して、そのＮＯｘを理論空燃
比もしくはこれよりリッチな空燃比の運転状態となった
ときに還元させるＮＯｘ吸蔵触媒が用いられる。

【００２５】さらに、排気通路３４には、上記スロット
ル弁２８からなる吸気量調節手段の動作に応じて圧力が
変化する吸気通路、つまりスロットル弁２８の下流側部
に位置する吸気通路２４に接続されたＥＧＲ通路３７か
らなる排気還流通路が設けられ、このＥＧＲ通路３７
に、ＥＧＲ流量（排気ガスの還流量）を調節する排気ガ
ス還流調節手段としてのＥＧＲ弁３８が介設されてい
る。

【００２６】このエンジンには、上記エアフローセンサ
２６の他、サージタンク３０内の吸気負圧を検出するブ
ーストセンサ４０、スロットル弁２８の開度を検出する
スロットル弁開度センサ４１、エンジン回転数を検出す
る回転数センサ４２、アクセル開度（アクセル操作量）
を検出するアクセル開度センサ４３、吸気温度を検出す
る吸気温度センサ４４、大気圧を検出する大気圧センサ
４５、エンジン冷却水温を検出する水温センサ４６、排
気ガス中の酸素濃度の検出によって空燃比を検出するＯ
₂センサ４７、ＥＧＲ弁３８のリフト量（制御量）を検
出するＥＧＲ弁リフトセンサ４８、インジェクタ２２に
与えられる燃料の燃圧を検出する燃圧センサ４９、排気
通路３４内における排気圧力を検出する排気圧センサ７
０等のセンサ類が装備され、これらセンサの出力信号
（検出信号）がＥＣＵ（コントロールユニット）５０に
入力されている。

【００２７】上記ＥＣＵ５０は、インジェクタ２２から
の燃料噴射量および噴射タイミングを制御するととも
に、スロットル弁２８を駆動するモータ２７に制御信号
を出力することによりスロットル弁２８の制御を行い、
また点火回路２１に制御信号を出力することにより点火
時期を制御し、さらに上記ＩＳＣ弁３６およびＥＧＲ弁
３８の制御も行うように構成されている。

【００２８】当実施形態の筒内噴射式エンジンの基本的
な制御としては、上記インジェクタ２２からの燃料噴射
形態（噴射時期および空燃比等）が異なる燃焼モードが
選択可能とされ、運転領域によって燃焼モードが変更さ
れるようになっている。

【００２９】具体的には、図２に示すように、低負荷低
回転側の所定領域が成層燃焼領域、それ以外の領域が均
一燃焼領域とされる。そして、成層燃焼領域では、上記
インジェクタ２２から圧縮行程の後期に燃料が噴射され
ることにより、点火プラグ２０付近に混合気が偏在する
成層状態で燃焼が行なわれるような成層燃焼モードとさ
れる。この成層燃焼モードでは、スロットル弁２８の開
度が大きくされて吸気量が多くされることにより燃焼室
全体の空燃比としては大幅なリーン状態（例えばＡ／Ｆ
が３０以上）とされる。

【００３０】一方、均一燃焼領域では、上記インジェク
タ２２から吸気行程の前期に燃料が噴射されることによ
り、燃焼室１５全体に均一に混合気が拡散する状態で燃
焼が行なわれる均一燃焼モードとされる。この均一燃焼
モードでは、燃焼室全体の空燃比が、略理論空燃比（λ
≒１）ないし理論空燃比よりも小さいリッチ状態（λ＜
１）に設定されるようになっている。

【００３１】図３は、上記ＥＣＵ５０に機能的に含まれ
る手段の構成を示している。上記ＥＣＵ５０は、吸気温
度センサ４４および大気圧センサ４５からの信号等に基
づいてエアフロー部の吸気密度ganmaおよび吸気ポート
部の吸気密度ganmapを検出する吸気密度検出手段５１を
有するとともに、上記エンジン回転数センサ４２および
アクセル開度センサ４３からの信号に基づき、上記吸気
密度の状態を加味して、目標負荷に相当する値を設定す
る目標負荷設定手段５２を有している。

【００３２】上記目標負荷設定手段５２は、図４に示す
ように、仮想体積効率演算手段５２ａ、仮想充填効率演
算手段５２ｂ、なまし処理手段５２ｃ、目標図示平均有
効圧力演算手段５２ｄおよびアイドリング負荷補正手段
５２ｅを含んでいる。

【００３３】上記仮想体積効率演算手段５２ａは、アク
セル開度accelおよびエンジン回転数neに応じて仮想体
積効率veimgを求める。この場合、予めベンチテスト等
により標準大気状態下で、かつ空燃比を理論空燃比に保
った標準運転条件下において要求される出力性能が得ら
れるように、アクセル開度accelおよびエンジン回転数n
eと仮想体積効率veimgとの対応関係が定められ、その対
応関係がマップとしてＥＣＵ５０内のメモリに記憶され
ており、このメモリから実際のアクセル開度accelおよ
びエンジン回転数neに対応した仮想体積効率veimgが求
められる。

【００３４】上記アクセル開度accelおよびエンジン回
転数neと仮想体積効率veimgとの対応関係は、例えば図
５に示すようになる。すなわち、仮想体積効率veimg
は、アクセル開度accelが大きくなるにつれて増加し、
かつ、エンジン低速側ほど大きめとなるように設定され
ている。

【００３５】また、図４において仮想充填効率演算手段
５２ｂは、上記仮想体積効率veimgに対し、吸気密度検
出手段５１で求められた吸気密度を加味して仮想充填効
率ceimgを求める。これにより、空燃比を理論空燃比に
保つ標準運転条件を想定した場合の要求エンジントルク
に見合う充填効率が仮想充填効率ceimgとして求められ
る。

【００３６】なまし処理手段５２ｃは、上記仮想充填効
率ceimgを、次式（１）に基づく一次遅れ補正によりな
まし処理するように構成されている。

【００３７】 ceimgd＝（１−α）・ceimg＋α・ceimgd[i-1] …（１） なお、上記演算式（１）において、ceimgd[i-1]はceimg
dの前回値、αは係数（０＜α＜１）である。

【００３８】また、目標図示平均有効圧力演算手段５２
ｄは、上記仮想充填効率ceimgからこれに対応した値で
ある目標図示平均有効圧力を求め、これを目標負荷とす
る。この場合、なまし処理されない仮想充填効率ceimg
から第１の目標図示平均有効圧力Piobjが、また、なま
し処理された仮想充填効率ceimgdから第２の目標図示平
均有効圧力Piobjdが、それぞれ次式（２ａ），（２ｂ）
に基づいて演算される。

【００３９】Piobj＝K1×ceimg＋K2… （２ａ） Piobjd＝K1×ceimgd＋K2 …（２ｂ） アイドリング負荷補正手段５２ｅは、アイドル運転時に
エアコン等の外部負荷が加わったときなどにそれに見合
う程度にエンジントルクを高めるべくアイドリング負荷
補正値を求め、目標図示平均有効圧力の演算に先立って
上記仮想充填効率ceimg，ceimgdを補正するようになっ
ている。

【００４０】図３に示すＥＣＵ５０は、さらに基本的な
燃焼モードmodsを設定し、必要に応じてエンジンの燃焼
モードを切り替える制御を実行する燃焼モード設定手段
５３からなるモード切替手段を有している。

【００４１】燃焼モード設定手段５３は、上記目標負荷
図示平均有効圧力演算手段５２ｄにおいて求められた第
１の目標図示平均有効圧力Piobjとエンジン回転数neと
に応じて基本的な燃焼モードmodsを設定する。すなわ
ち、図２に示すように、第１の目標図示平均有効圧力Pi
objが所定の低負荷側閾値より低く、かつ、エンジン回
転数neが低い領域（成層燃焼領域）では成層燃焼モード
に設定され、それ以外の領域（均一燃焼領域）では、均
一燃焼モードに設定される。また、上記成層燃焼領域に
おいても、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元さ
せるため、上記燃焼室１５内の空燃比を一時的にリッチ
にして均一燃焼モードとするいわゆるリッチスパイク制
御が実行される。

【００４２】さらにＥＣＵ５０は、エンジン出力に関係
する各種制御値を決定する制御手段を有し、当実施形態
では、スロットル弁２８で調節される吸気量、ＥＧＲ弁
３８で調節されるＥＧＲ流量、インジェクタ２２からの
燃料噴射量、燃料噴射時期および点火プラグ２０の点火
時期が制御対象とされ、これら制御対象の制御値が目標
負荷およびエンジン回転数ne等に応じて決定される。こ
の場合、制御対象のうちの低速応答系の制御値を決定す
るための目標負荷としては第１の目標図示平均有効圧力
Piobjが用いられ、高速応答系の制御値を決定するため
の目標負荷としては第２の目標図示平均有効圧力Piobjd
が用いられる。

【００４３】すなわち、上記各制御対象のうちで吸気
量、ＥＧＲ流量およびスワールはそれぞれスロットル弁
２８およびＥＧＲ弁３８の作動に対する応答性が比較的
低い低速応答系であって、これらの制御量である目標ス
ロットル弁開度tvoobjおよびＥＧＲ弁３８の目標制御量
は第１の目標図示平均有効圧力Piobjとエンジン回転数n
e等に応じて決定される。一方、燃料噴射量、燃料噴射
時期および点火時期は制御信号に速やかに応答する高速
応答系であって、これら燃料噴射量、燃料噴射時期およ
び点火時期は第２の目標図示平均有効圧力Piobjdとエン
ジン回転数ne等に応じて決定されるようになっている。

【００４４】具体的に説明すると、吸気量制御のための
手段としては目標空燃比設定手段５４、目標充填効率演
算手段５５およびスロットル弁開度演算手段５６を有し
ている。上記目標空燃比設定手段５４は、吸気量制御用
の目標空燃比afwbを、上記燃焼モード設定手段５３で設
定される燃焼モード別に設定するものであり、成層燃焼
モードでは第１の目標図示平均有効圧力Piobjとエンジ
ン回転数neとに応じ、予め作成されているマップから目
標空燃比afwbを求め、均一燃焼モードでは目標空燃比af
wbを、例えば理論空燃比（λ＝１）とするようになって
いる。

【００４５】上記目標充填効率演算手段５５は、第１の
目標図示平均有効圧力Piobjもしくはこれに対応する仮
想充填効率ceimgと上記目標空燃比afwbとから、目標充
填効率ceobjを例えば次式（３）により求める。

【００４６】 ceobj＝ceimg×｛(afwb＋K3)／１４．７｝×K4 …（３） この演算式（３）は、仮想充填効率ceimgから、リーン
運転される場合の目標空燃比の空気過剰率分（afwb／１
４．７）と燃費改善効果分とを加味して目標充填効率ce
objを求めるようにしたものである。

【００４７】つまり、上記仮想充填効率ceimgは理論空
燃比で運転される状態を想定した目標負荷に対応する値
であり、これに対し、リーン運転時に同等の燃料噴射量
を確保するには上記空気過剰率分を加味する必要がある
が、このようにして理論空燃比の場合と同等の燃料噴射
量を確保すると、リーン運転時は熱効率が高められて燃
費が改善されるので、その分だけトルクが理論空燃比の
場合と比べて高くなってしまう。そこで、目標負荷に対
応するトルクを得るため、上記空気過剰率分を加味する
ほかに、燃費改善効果分も加味するようにしたものであ
って、上記式中のK3，K4が燃費改善効果分を加味するた
めの係数であり、燃費改善効果分に見合う程度に目標充
填効率を減少方向に補正すべく、予め係数K3，K4が設定
されている。

【００４８】なお、前記の式（２ａ）から、ceimg＝（P
iobj−K1）／K2を求め、この値を上記式（３）に代入す
ることにより求められた演算式から、目標図示平均有効
圧力Piobjに対応した目標充填効率ceobjを算出するよう
にしてもよい。

【００４９】上記スロットル弁開度演算手段５６は、図
６に示すように、目標体積効率演算手段５６ａと、目標
吸気流量演算手段５６ｂと、吸気量補正手段５６ｃと、
最終目標吸気量演算手段５６ｄと、トータル体積効率演
算手段５６ｅと、予測吸気圧設定手段５６ｆと、基本新
気量側有効流路面積演算手段５６ｇと、スロットル弁漏
れ有効流路面積演算手段５６ｈと、バイパスエア弁流量
設定手段５６ｉと、バイパスエア弁有効流路面積演算手
段５６ｊと、ＩＳＣ弁有効流路面積演算手段５６ｋと、
目標スロットル弁有効流路面積演算手段５６ｌと、吸気
損失補正係数設定手段５６ｍと、最終スロットル弁有効
流路面積演算手段５６ｎと、目標スロットル弁開度設定
手段５６ｏとを有している。

【００５０】上記目標体積効率演算手段５６ａは、目標
充填効率演算手段５５において求められた目標充填効率
ceimgから、吸気密度検出手段５１において求められ吸
気ポート部の吸気密度ganmapに応じた補正を行うことで
目標体積効率veobjを求めるように構成されている。

【００５１】目標吸気流量演算手段５６ｂは、上記目標
体積効率演算手段５６ａにおいて求められた目標体積効
率veobjと、エンジン回転数neと、上記吸気密度検出手
段５１において求められたエアフロー部（スロットル弁
２８の上流部）の吸気密度ganmaおよび吸気ポート部の
吸気密度ganmapとに基づき、燃焼室１５内に供給される
空気量の目標値である目標吸気流量qair0を、次式
（４）により演算するようになっている。

【００５２】 qair0＝veobj×ne×KUVC×ganmap／（120×ganma） …（４） なお、上記式（４）において、KUVCはエンジン排気量で
ある。

【００５３】吸気量補正手段５６ｃは、後述する実ＥＧ
Ｒ流量演算手段６０ｚおよびＥＧＲ管空燃比演算手段６
０ｓにおいて求められた実ＥＧＲ流量qegr0およびＥＧ
Ｒ管内空燃比afwegrと、上記目標空燃比演算手段５４に
おいて求められた吸気量制御用の目標空燃比afwbと、上
記吸気密度演算手段５１および後述するＥＧＲ気体密度
演算手段６０ｑにより求められた吸気ポート部の吸気密
度ganmapおよびＥＧＲ管内気体密度ganmarとに基づき、
ＥＧＲ通路３７を介して燃焼室１５内に還流されるＥＧ
Ｒガス中の還流ガス濃度に応じたＥＧＲ空燃比補正流量
qairexを、次式（５）により演算するようになってい
る。

【００５４】 qairex＝qegr0×（1−afwb／afwegr）×ganmar／ganma …（５） また、最終目標吸気量演算手段５６ｄは、上記目標吸気
流量演算手段５６ｂにおいて求められた目標吸気流量qa
ir0から、吸気量補正手段５６ｃにおいて求められたＥ
ＧＲ空燃比補正流量qairexを減算する補正を行うことに
より、ＥＧＲ空燃比に基づく補正後の最終目標吸気流量
（qair＝qair0−qairex）を算出するように構成されて
いる。この結果、上記吸気量補正手段５６ｃにより、Ｅ
ＧＲガス中の還流ガス濃度に基づいてスロットル弁２８
からなる吸気量調節手段の駆動量が補正されることにな
る。

【００５５】例えば、均一燃焼モードから成層燃焼モー
ドへの燃焼モードの切替過渡期にあって、上記ＥＧＲ管
内空燃比afwegrに対する上記目標空燃比afwbの比率が１
より大きい（afwb／afwegr＞１）場合、つまり燃焼室１
５内の空燃比が既にλ＞１になるとともに、ＥＧＲ通路
３７内におけるＥＧＲガスの濃度が未だλ≦１の状態に
あって、ＥＧＲ弁付近のＥＧＲガス中の空燃比afwegrに
相当する還流ガス濃度が、上記目標空燃比afwbよりも濃
い場合には、上記吸気量補正手段５６ｃにおいて求めら
れるＥＧＲ空燃比補正流量qairexが−の値となる。この
ため、上記目標吸気流量qairを増大させる補正が行われ
てスロットル弁２８が開方向に駆動されることになる。

【００５６】一方、成層燃焼モードから均一燃焼モード
への燃焼モードの切替過渡期にあって、上記ＥＧＲ管内
空燃比afwegrに対する上記目標空燃比afwbの比率が１よ
り小さい（afwb／afwegr＜１）場合、つまり燃焼室１５
内の空燃比が既にλ≦１になるとともに、ＥＧＲ通路３
７内におけるＥＧＲガスの濃度が未だλ＞１の状態にあ
って、ＥＧＲ弁３８付近のＥＧＲガス中の空燃比afwegr
に相当する還流ガス濃度が、吸気量制御用の目標空燃比
afwbよりも薄い場合には、上記ＥＧＲ空燃比補正流量qa
irexが＋の値となるため、スロットル弁２８を閉方向に
駆動する補正が行われることになる。

【００５７】また、上記トータル体積効率演算手段５６
ｅは、目標体積効率演算手段５６ａにおいて求められた
目標体積効率veobjと、後述するＥＧＲ体積効率演算手
段６０ｋにおいて求められたＥＧＲ体積効率veegrとを
加算することにより、燃焼室１５内に導入される吸気の
トータル体積効率vetotal（＝veobj＋veegr）を演算す
るようになっている。

【００５８】予測吸気圧設定手段５６ｆは、上記吸気の
トータル体積効率vetotalとエンジン回転数neとをパラ
メータとして予め設定されたマップから、現在の運転状
態に対応した予測吸気圧boostest、つまりエアポート部
における吸気圧の予測値を読み出して設定するように構
成されている。

【００５９】基本新気量側有効流路面積演算手段５６ｇ
は、上記最終目標吸気量演算手段５６ｄにおいて目標吸
気量qair0を補正することにより求められた補正後の最
終目標吸気流量qairと、エアフロー部の吸気密度ganma
と、上記予測吸気圧設定手段５６ｆにおいて求められた
予測吸気圧boostestとに応じ、次式（６）に基づいて新
気量を確保するために必要な基本新気側有効流路面積ea
airを算出するものである。

【００６０】 eaair＝QAREACNV×qair／√（２×（−boostest）×ganma） …（６） この演算式（６）は、ベルヌーイの定理に基づくもので
あり、上記QAREACNVは単位調整変数である。

【００６１】スロットル弁漏れ有効流路面積演算手段５
６ｈは、スロットル弁２８の全閉時における吸気の漏れ
流量KGQLEAKと、ベンチテストデータに対応したスロッ
トル弁２８の上流部と下流部との差圧KGTVOPBと、ベン
チテストデータに対応したスロットル弁設置部の吸気密
度KGTVOGNとに応じ、次式（７）に基づいてスロットル
弁漏れ有効流路面積ealeakを算出するように構成されて
いる。

【００６２】 ealeak＝QAREACNV×KGQLEAK／√（２×KGTVOPB×KGTVOGN） …（７） この演算式（７）において、QAREACNVは単位調整変数で
ある。

【００６３】バイパスエア弁流量設定手段５６ｉは、予
め設定されたマップから、現在のエンジン冷却水温thw
に対応したバイパスエア弁流量qbacv、つまりバイパス
エア通路を通過する空気量を読み出して設定するもので
ある。上記マップは、エンジン冷却水温thwをパラメー
タとし、このエンジン冷却水温thwが高いほど、バイパ
スエア弁流量qbacvが小さな値となるように設定されて
いる。

【００６４】バイパスエア弁有効流路面積演算手段５６
ｊは、上記バイパスエア弁流量qbacvと、ベンチテスト
データに対応したスロットル弁２８の上流部と下流部と
の差圧KGTVOPBと、ベンチテストデータに対応したスロ
ットル弁設置部の吸気密度KGTVOGNとに応じ、次式
（８）に基づいてバイパスエア弁有効流路面積eabacvを
算出するように構成されている。

【００６５】 eabacv＝QAREACNV×qbacv／√（２×KGTVOPB×KGTVOGN） …（８） 上記演算式（８）において、QAREACNVは単位調整変数で
ある。

【００６６】ＩＳＣ弁有効流路面積演算手段５６ｋは、
図外のアイドルスピード制御手段により設定されたＩＳ
Ｃ通路を通過する吸気量の目標値であるＩＳＣ目標吸気
流量qiscと、ベンチテストデータに対応したスロットル
弁２８の上流部と下流部との差圧KGTVOPBと、ベンチテ
ストデータに対応したスロットル弁設置部の吸気密度KG
TVOGNとに応じ、次式（９）に基づいてＩＳＣ弁有効流
路面積eaiscvを算出するように構成されている。

【００６７】 eaiscv＝QAREACNV×qisc／√（２×KGTVOPB×KGTVOGN） …（９） 上記演算式（９）において、QAREACNVは単位調整変数で
ある。

【００６８】目標スロットル弁有効流路面積演算手段５
６ｌは、上記基本新気側有効流路面積演算手段５６ｇに
おいて求められた基本新気側有効流路面積eaairと、上
記スロットル弁漏れ有効流路面積演算手段５６ｈにおい
て求められたスロットル弁漏れ有効流路面積ealeakと、
上記バイパスエア弁有効流路面積演算手段５６ｊにおい
て求められたバイパスエア弁有効流路面積eabacvと、上
記ＩＳＣ弁有効流路面積演算手段５６ｋにおいて求めら
れたＩＳＣ弁有効流路面積eaiscvとに応じ、次式（１
０）に基づいて目標スロットル弁有効流路面積（吸気通
路２４の有効流路面積）eatvoを算出するものである。

【００６９】 eatvo＝eaair−ealeak−eabacv−eaiscv …（１０） 吸気損失補正係数設定手段５６ｍは、上記目標スロット
ル弁有効流路面積eatvoおよびエンジン回転数neをパラ
メータとして予め設定されたマップから、現在の目標ス
ロットル弁有効流路面積eatvoおよびエンジン回転数ne
に対応した吸気損失補正係数ealost、つまり吸気抵抗に
応じた吸気損失を補填するための係数を読み出して設定
するように構成されている。

【００７０】また、最終スロットル弁有効流路面積演算
手段５６ｎは、上記目標スロットル弁有効流路面積演算
手段５６ｌにおいて求められた目標スロットル弁有効流
路面積eatvoに、上記吸気損失補正係数ealostを掛け合
わせることにより、吸気量を確保するために必要な最終
スロットル弁有効流路面積eatvof（＝eatvo×ealost）
を算出するように構成されている。

【００７１】目標スロットル弁開度設定手段５６ｏは、
上記最終スロットル弁有効流路面積eatvofをパラメータ
として予め設定されたマップから、現在の最終スロット
ル弁有効流路面積eatvofに対応した目標スロットル弁開
度tvoobjを読み出して設定するものである。

【００７２】また、上記ＥＣＵ５０には、ＥＧＲ流量制
御のための手段としてＥＧＲ弁基本制御量設定手段５９
およびＥＧＲ弁制御量演算手段６０が設けられている。
上記ＥＧＲ弁基本制御量設定手段５９は、ＥＧＲ弁３８
の基本制御量を上記燃焼モード設定手段５３で設定され
る燃焼モードmods別に設定するものであり、例えば成層
燃焼モードでは第１の目標図示平均有効圧力piobjとエ
ンジン回転数neとに応じ、予めベンチテスト等に基づい
て作成されたマップから基本ＥＧＲ弁ステップ数（ＥＧ
Ｒ弁３８を駆動するステップモータの制御値）pbaseを
求め、均一燃焼モードではエアフローセンサ２６の出力
に基づいて求められる実充填効率ceとエンジン回転数ne
とに応じ、予め作成されているマップから基本ＥＧＲ弁
ステップ数pbaseを求める。

【００７３】上記ＥＧＲ弁制御量演算手段６０には、図
７に示すように、基本吸気圧設定手段６０ａと、基本排
気圧設定手段６０ｂと、基本排気温度設定手段６０ｃ
と、ＥＧＲ基本流量設定手段６０ｄと、排気温度低下率
設定手段６０ｅと、ＥＧＲ基本差圧設定手段６０ｆと、
ＥＧＲ基本温度設定手段６０ｇと、ＥＧＲ基本気体密度
設定手段６０ｈと、目標ＥＧＲ流量演算手段６０ｉと、
ＥＧＲ管内遅れ係数設定手段６０ｊと、ＥＧＲ体積効率
演算手段６０ｋとが設けられている。

【００７４】また、上記ＥＧＲ弁制御量演算手段６０に
は、図８に示すように、実ＥＧＲステップ数演算手段６
０ｌと、実ＥＧＲ基本流量設定手段６０ｍと、排気温度
低下率設定手段６０ｏと、ＥＧＲ温度演算手段６０ｐ
と、ＥＧＲ気体密度演算手段６０ｑと、排気管内空燃比
演算手段６０ｒと、ＥＧＲ管内空燃比演算手段６０ｓ
と、排気還流量補正手段６０ｔと、最終ＥＧＲ流量演算
手段６０ｕと、基本ＥＧＲ弁有効流路面積演算手段６０
ｖと、最終ＥＧＲ弁流量演算手段６０ｗと、目標ＥＧＲ
ステップ数設定手段６０ｘと、実ＥＧＲ差圧演算手段６
０ｙと、実ＥＧＲ流量演算手段６０ｚとが設けられてい
る。

【００７５】図７に示す基本吸気圧設定手段６０ａは、
吸気通路２４内における吸気圧の基準値を上記燃焼モー
ド設定手段５３で設定される燃焼モードmods別に求める
ものであり、例えば成層燃焼モードでは第１の目標図示
平均有効圧力piobjとエンジン回転数neとに応じ、ベン
チテスト等により予め作成されたマップから基本吸気圧
boostbを求め、均一燃焼モードではエアフローセンサ２
６の出力に基づいて求められる実充填効率ceとエンジン
回転数neとに応じ、予め作成されているマップから基本
吸気圧boostbを求めるように構成されている。

【００７６】基本排気圧設定手段６０ｂは、排気通路３
４内における排気圧の基準値を上記燃焼モード設定手段
５３で設定される燃焼モードmods別に求めるものであ
り、例えば成層燃焼モードでは第１の目標図示平均有効
圧力piobjとエンジン回転数neとに応じ、ベンチテスト
等に基づいて予め作成されたマップから基本排気圧pexb
seを求め、均一燃焼モードではエアフローセンサ２６の
出力に基づいて求められる実充填効率ceとエンジン回転
数neとに応じ、予め作成されているマップから基本排気
圧pexbseを求めるように構成されている。

【００７７】基本排気温度設定手段６０ｃは、排気通路
３４内における排気温度の基準値を上記燃焼モード設定
手段５３で設定される燃焼モードmods別に求めるもので
あり、例えば成層燃焼モードでは第１の目標図示平均有
効圧力piobjとエンジン回転数neとに応じ、予め作成さ
れているマップから基本排気温度thexbを求め、均一燃
焼モードではエアフローセンサ２６の出力に基づいて求
められる実充填効率ceとエンジン回転数neとに応じ、予
め作成されているマップから基本排気温度thexbを求め
るように構成されている。

【００７８】ＥＧＲ基本流量設定手段６０ｄは、予め設
定されたマップから、上記ＥＧＲ弁基本制御量設定手段
５９において設定された現在の基本ＥＧＲ弁ステップ数
pbaseに対応したＥＧＲ基本流量qegrbse、つまりＥＧＲ
弁３８の基本開度に対応したＥＧＲ流量の基準値を読み
出すものである。上記マップは、基本ＥＧＲ弁ステップ
数pbaseをパラメータとし、この基本ＥＧＲ弁ステップ
数pbaseが高いほど、ＥＧＲ基本流量qegrbseが大きな値
となるように設定されている。

【００７９】排気温度低下率設定手段６０ｅは、予め設
定されたマップから、上記ＥＧＲ基本流量設定手段６０
ｄにおいて求められた現在のＥＧＲ基本流量qegrbseに
対応した排気温度の低下率、つまりベンチテストデータ
に対応した排気温度低下率rthexbを読み出して設定する
ものである。上記マップは、ＥＧＲ基本流量qegrbseを
パラメータとし、このＥＧＲ基本流量qegrbseが大きい
ほど、上記排気温度低下率rthexbが大きな値となるよう
に設定されている。

【００８０】ＥＧＲ基本差圧演算手段６０ｆは、上記基
本排気圧設定手段６０ｂにおいて求められた基本排気圧
pexbseと、基本吸気圧設定手段６０ａにおいて求められ
た基本吸気圧boostbとに基づき、ベンチテストデータに
対応したＥＧＲ基本差圧dpegrb（＝pexbse−boostb）を
算出するように構成されている。

【００８１】ＥＧＲ基本温度設定手段６０ｇは、上記基
本排気温度設定手段６０ｃにおいて求められた基本排気
温度thexbと、排気温度低下率設定手段６０ｅにおいて
設定された排気温度低下率rthexbとに基づき、ＥＧＲ通
路３７内におけるＥＧＲガス温度の基準値に相当するＥ
ＧＲ基本温度thegrb（＝thexb×rthexb）を算出するも
のである。

【００８２】ＥＧＲ基本気体密度設定手段６０ｈは、上
記ＥＧＲ基本温度設定手段６０ｇにおいて求められたＥ
ＧＲ基本温度thegrbと、大気圧atpと、上記基本排気圧
設定手段６０ｂにおいて求められた基本排気圧pexbseと
に応じ、次式（１１）に基づいてＥＧＲ基本気体密度ga
nmaexbを算出するものである。

【００８３】 ganmaexb＝1.2931／1000×273／（273＋thegrb）×（atp＋pexbse）／760 … （１１） 上記演算式（１１）における数値1.29311／1000は、空
気の標準気体密度に相当するものである。

【００８４】目標ＥＧＲ流量演算手段６０ｉは、上記Ｅ
ＧＲ基本流量設定手段６０ｄにおいて設定されたＥＧＲ
基本流量qegrbseと、上記ＥＧＲ基本差圧設定手段６０
ｆにおいて設定されたＥＧＲ基本差圧dpegrbと、上記Ｅ
ＧＲ基本気体密度ganmaexbとに応じ、次式（１２）に基
づいて目標ＥＧＲ流量qegrobj0を算出するように構成さ
れている。

【００８５】 qegrobj0＝qegrbse×√（２×dpegrb×KREGRVGN／ganmaexb×KREGRVPB） … （１２） 上記演算式（１２）において、KREGRVGNは、上記ベンチ
テストデータに対応したＥＧＲガスの気体密度、KREGRV
PBは、ベンチテストデータに対応したＥＧＲ弁３８の上
流側圧力と下流側圧力との差圧である。

【００８６】ＥＧＲ管内遅れ係数設定手段６０ｊは、予
め設定されたマップから、ＥＧＲ弁３８の基本開度に対
応したＥＧＲ管内空燃比遅れ係数KCCR、つまりＥＧＲ通
路３７の上流端部における還流排気ガスの状態と、上記
ＧＲ弁３８の設置部における還流排気ガスの状態との差
を考慮して、後述するＥＧＲ管内空燃比afwegrを正確に
求めるための係数を、読み出して設定するものである。
上記マップは、目標ＥＧＲ流量qegrobj0をパラメータと
し、この目標ＥＧＲ流量qegrobj0が大きいほど、上記Ｅ
ＧＲ管内空燃比遅れ係数KCCRが大きな値となるように設
定されている。

【００８７】ＥＧＲ体積効率演算手段６０ｋは、上記目
標ＥＧＲ流量qegrobj0と、ＥＧＲ基本気体密度設定手段
６０ｈにおいて求められたＥＧＲ基本気体密度ganmaexb
と、エンジン回転数neと、エンジン排気量KUVCと、ポー
ト吸気密度ganmapとに応じ、次式（１３）に基づいてＥ
ＧＲ体積効率veegrを演算により求めるように構成され
ている。

【００８８】 veegr＝１２０×qegrobj0×ganmaexb／（ne×KUVC×ganmap） …（１３） 図８に示す実ＥＧＲステップ数演算手段６０ｌは、前回
の制御時に求められた目標ＥＧＲ弁ステップ数pt′と、
前回の制御時における実ＥＧＲ弁ステップ数egrp′とに
基づき、ＥＧＲ弁３８を駆動する際の応答遅れを加味し
た現時点のＥＧＲ弁ポジションに対応した実ＥＧＲ弁ス
テップ数egrpを求めるものである。

【００８９】実ＥＧＲ基本流量設定手段６０ｍは、予め
設定されたマップから、上記実ＥＧＲステップ数演算手
段６０ｌにおいて求められた現在の実ＥＧＲ弁ステップ
数egrpに対応した実ＥＧＲ基本流量qegrを読み出して設
定するものである。上記マップは、実ＥＧＲ弁ステップ
数egrpをパラメータとし、この実ＥＧＲ弁ステップ数eg
rpが大きいほど、上記実ＥＧＲ基本流量qegrが大きな値
となるように設定されている。

【００９０】排気温度低下率設定手段６０ｏは、予め設
定されたマップから、現在の実ＥＧＲ基本流量qegrに対
応した排気温度低下率rthexを読み出して設定するよう
になっている。上記マップは、実ＥＧＲ基本流量qegrを
パラメータとし、この実ＥＧＲ基本流量qegrが大きいほ
ど、上記排気温度低下率rthexが大きな値に設定されて
いる。

【００９１】ＥＧＲ温度演算手段６０ｐは、排気通路３
４に設置された排気温度センサ７１により検出された排
気温度thexと、上記排気温度低下率設定手段６０ｏにお
いて求められた排気温度低下率rthexとに基づき、排気
通路３４から吸気通路２４に還流される排気ガスの温
度、つまりＥＧＲ温度thegr（＝thex×rthex）を算出す
るように構成されている。

【００９２】ＥＧＲ気体密度演算手段６０ｑは、排気通
路３４に設置された排気圧センサ７０により検出された
排気圧力pexと、上記ＥＧＲ温度演算手段６０ｐにおい
て求められたＥＧＲ温度thegrと、大気圧atpとに応じ、
次式（１４）に基づいてＥＧＲ気体密度ganmarを算出す
るように構成されている。

【００９３】 ganmar＝1.2931／1000×273／（273＋thegr）×（atp＋pex）／760…（１４） 排気管内空燃比演算手段６０ｒは、３行程前の目標空燃
比afw3oと、前回の制御時に求められた排気管内空燃比a
fwex′とに基づき、次式（１５）により上記ＥＧＲ通路
３７の接続部位における排気通路３４内の還流ガス濃度
に対応した値である排気管内空燃比afwexを演算により
算出するものである。

【００９４】 afwex＝KRAFWEX×afw3o＋（１．０−KRAFWEX）×afwex′ …（１５） 上記演算式（１５）において、KRAFWEXは、重み付けの
ためのフィルター係数である。

【００９５】ＥＧＲ管内空燃比演算手段６０ｓは、上記
ＥＧＲ管内遅れ係数設定手段６０ｊにおいて設定された
ＥＧＲ管内空燃比遅れ係数KCCRと、上記排気管内空燃比
演算手段６０ｒにおいて求められた排気管内空燃比afwe
xと、前回の制御時に算出されたＥＧＲ管内空燃比afweg
r′とに基づき、次式（１６）によりＥＧＲ弁３８の付
近におけるＥＧＲガス中の空燃比に相当するＥＧＲ管内
空燃比afwegrを算出するように構成されている。

【００９６】 afwegr＝KCCR×afwex＋（１．０−KCCR）×afwegr′ …（１６） 排気還流量補正手段６０ｔは、上記ＥＧＲ管内空燃比演
算手段６０ｓにおいて求められたＥＧＲ管内空燃比afwe
grと、上記目標空燃比設定手段５２において設定された
最終目標空燃比afwとに基づき、ＥＧＲ空燃比補正量caf
wegr（＝afwegr／afw）を算出するように構成されてい
る。このＥＧＲ空燃比補正量cafwegrは、ＥＧＲガス中
の還流ガス濃度に基づいてＥＧＲ弁２８の開度を補正す
るために使用される。

【００９７】例えば、均一燃焼モードから成層燃焼モー
ドへの燃焼モードの切替過渡期にあって、上記最終目標
空燃比afwに対するＥＧＲ管内空燃比afwegrの比率が１
より小さい（afwegr／afw＜１）場合、つまり燃焼室１
５内の空燃比が既にλ＞１になるとともに、ＥＧＲ通路
３７内の空燃比が未だλ１≦の状態にあって、ＥＧＲ弁
付近のＥＧＲガス中の空燃比afwegrに相当する還流ガス
濃度が、上記最終目標空燃比afwよりも濃い場合には、
ＥＧＲ空燃比補正量cafwegr（＝afwegr／afw）が１より
も小さな値となる。

【００９８】一方、成層燃焼モードから均一燃焼モード
への燃焼モードの切替過渡期にあって、上記最終目標空
燃比afwに対するＥＧＲ管内空燃比afwegrの比率が１よ
り大きい（afwegr／afw＞１）場合、つまり燃焼室１５
内の空燃比がλ≦１であるとともに、ＥＧＲ通路３７内
の空燃比がλ＞１であって、ＥＧＲ弁付近のＥＧＲガス
中の空燃比afwegrに相当する還流ガス濃度が、上記最終
目標空燃比afwよりも薄い場合には、ＥＧＲ空燃比補正
量cafwegr（＝afwegr／afw）が１よりも大きな値とな
る。

【００９９】最終ＥＧＲ流量演算手段６０ｕは、上記目
標ＥＧＲ流量演算手段６０ｉにおいて求められた目標Ｅ
ＧＲ流量qegrobj0と、上記排気還流量補正手段６０ｔに
おいて求められたＥＧＲ空燃比補正量cafwegrとに基づ
き、最終目標ＥＧＲ流量qegrobj（＝qegrobj0×cafweg
r）、つまり補正された目標ＥＧＲ量を、演算により求
めるように構成されている。

【０１００】基本ＥＧＲ弁有効流路面積演算手段６０ｖ
は、上記最終ＥＧＲ流量演算手段６０ｕで求められた最
終目標ＥＧＲ流量qegrobjと、排気圧センサ７０により
検出された排気通路３４内における排気圧力pexと、上
記予測吸気圧設定手段５６ｆで求められた予測吸気圧bo
ostestと、上記ＥＧＲ気体密度演算手段６０ｑで求めら
れたＥＧＲ気体密度ganmarとに応じ、次式（１７）に基
づいて排気ガスの還流量を確保するために必要な基本Ｅ
ＧＲ弁有効流路面積（ＥＧＲ通路３７の有効流路面積）
eaegrvを算出するものである。

【０１０１】 eaegrv＝QAREACNV×qegrobj／√（２×（pex−boostest）×ganmar）…（17） 上記演算式において、QAREACNVは単位調整変数である。

【０１０２】最終ＥＧＲ弁流量演算手段６０ｗは、上記
基本ＥＧＲ弁有効流路面積演算手段６０ｖにおいて求め
られた基本ＥＧＲ弁有効流路面積eaegrvと、ベンチテス
トデータに対応したスロットル弁２８の上流部と下流部
との差圧KRGTVOPBと、ベンチテストデータに対応したス
ロットル弁設置部の吸気密度KRGTVOGNとに応じ、下記式
（１８）に基づいて最終ＥＧＲ流量qegrvを算出するよ
うに構成されている。

【０１０３】 qegrv＝eaegrv／QAREACNV×√（２×KRGTVOPB×KRGTVOGN） …（１８） 上記演算式（１８）において、QAREACNVは単位調整変数
である。

【０１０４】目標ＥＧＲステップ数設定手段６０ｘは、
上記最終ＥＧＲ流量qegrvをパラメータとして予め設定
されたマップから、上記最終ＥＧＲ弁流量演算手段６０
ｗにおいて求められた最終ＥＧＲ流量qegrvに対応した
目標ＥＧＲ弁ステップ数ptを読み出して設定するもので
ある。なお、上記最終ＥＧＲ弁流量演算手段６０ｗを省
略し、基本ＥＧＲ弁有効流路面積演算手段６０ｖで求め
られた基本ＥＧＲ弁有効流路面積eaegrvに基づき、上記
目標ＥＧＲ弁ステップ数ptを読み出して設定するように
してもよい。

【０１０５】また、実ＥＧＲ差圧演算手段６０ｙは、上
記排気圧センサ７０により検出された排気圧力pexと、
上記ブーストセンサ４０により検出された吸気圧力boos
tとに基づき、実ＥＧＲ差圧dpegr（＝pex−boost）を算
出するものである。

【０１０６】実ＥＧＲ流量演算手段６０ｚは、上記実Ｅ
ＧＲ基本流量設定手段６０ｍにおいて求められた実ＥＧ
Ｒ基本流量qegrと、上記実ＥＧＲ差圧演算手段６０ｙに
おいて求められた実ＥＧＲ差圧dpegrと、上記ＥＧＲ気
体密度演算手段６０ｑにおいて求められたＥＧＲ気体密
度ganmarと、上記ベンチテストデータに対応したＥＧＲ
ガスの気体密度KREGRVGNと、ベンチテストデータに対応
したＥＧＲ弁３８の上流側圧力と下流側圧力との差圧KR
EGRVPBとに基づき、下記式（１９）により実ＥＧＲ流量
qegr0を算出するものである。

【０１０７】 qegr0＝qegr×√（２×dpegr×KREGRVGN）／（ganmar×KREGRVPB）…（１９） また、上記ＥＣＵ５０には、インジェクタ２２からの燃
料噴射を制御する手段として、目標空燃比作成手段６
２、運転モード設定手段６３、噴射量演算手段６５、噴
射時期設定手段６６および噴射制御手段６７が設けられ
ている。

【０１０８】上記目標空燃比作成手段６２は、燃料噴射
量等の制御に用いる目標空燃比を求めるものであり、よ
り具体的には図９に示すように、主として過渡時に利用
される目標空燃比afw0を演算する目標空燃比演算手段６
２ａと、主として定常時に利用される目標空燃比afwbd
を設定する目標空燃比設定手段６２ｂと、過渡状態検出
のため吸気量制御用の目標空燃比afwbと上記目標空燃比
演算手段６２ａで演算された目標空燃比afw0との偏差da
fwbを演算する手段６２ｃと、最終的な目標空燃比afwの
決定手段６２ｄとを有している。

【０１０９】上記目標空燃比演算手段６２ａは、第２の
目標図示平均有効圧力Piobjdもしくはこれに対応する仮
想充填効率ceimgdと実充填効率ceとから、下記の演算式
（２０ａ），（２０ｂ）基づいて目標空燃比afw0を算出
する。

【０１１０】 afw0＝14.7×K1×ce／｛K4×（Piobjd−K2）｝−K3 …（２０ａ） ［＝14.7×ce／（K4×ceimgd）−K3］ …（２０ｂ） 上記演算式は、理論空燃比と、実充填効率ceと、第２の
目標平均有効圧力Piobjdもしくは仮想充填効率ceimgd
と、前記の燃費改善効果分を加味する係数K2，K3，K4と
を用い、実充填効率の下で目標負荷に対応するトルクが
得られるような空燃比を求めるようにしたものである。

【０１１１】また、上記目標空燃比設定手段６２ｂは、
目標空燃比afwbdを、運転モード設定手段６３で設定さ
れる燃焼モードmodf別に設定するものであり、成層燃焼
モードでは第２の目標図示平均有効圧力Piobjdとエンジ
ン回転数neとに応じ、予め作成されているマップから目
標空燃比afwbdを求め、均一燃焼モードでは目標空燃比a
fwbdを、理論空燃比（λ＝１）または理論空燃比よりも
リッチ（λ≦１）とするようになっている。

【０１１２】最終的な目標空燃比afwの決定手段６２ｄ
は、上記偏差演算手段６２ｃにおいて求められた偏差da
fwbが大きくなる過渡時に、目標空燃比演算手段６２ａ
で演算された目標空燃比afw0を最終的な目標空燃比afw
とし、上記偏差dafwbが小さい定常時に、設定手段６２
ｂで設定された目標空燃比afwbdを最終的な目標空燃比a
fwとする。

【０１１３】なお、目標空燃比作成手段６２を、上記の
ように構成しているのは出力上の要求とエミッション性
とを満足するためであるが、より簡単な構成としては上
記設定手段６２ｂ及び偏差演算手段６２ｃを省略し、常
に目標空燃比演算手段６２ａで求められた目標空燃比af
w0を燃料噴射量制御用等の最終的な目標空燃比とするよ
うにしてもよい。

【０１１４】図９中の演算手段８０は、燃焼モードの過
渡切替時における点火時期補正のための空燃比偏差dafw
bd，dafw0を演算する手段であり、運転モード設定手段
６３で設定されるモードmodfが均一燃焼モードでない場
合は、上記定常時用の目標空燃比afwbdに基づいてdafwb
d（＝afwbd−afw）を算出し、均一燃焼モードの場合
は、燃料噴射量等制御用の目標空燃比afw0に基づいてda
fw0（＝afw0−afw）を算出するようになっている。

【０１１５】運転モード設定手段６３は、高速応答系の
制御値を決定するために用いる燃焼モードmodfを、燃料
噴射量等制御用の目標空燃比afw0とエンジン回転数neと
に応じて設定する。すなわち、上記目標空燃比演算手段
６２ａで演算された目標空燃比afw0が均一下限基準値
（例えばＡ／Ｆ＝１８）より小さい値となる場合は均一
燃焼モードとし、上記目標空燃比afw0が均一下限基準値
よりも大きい値となるときは成層燃焼モードとするよう
になっている。

【０１１６】噴射量演算手段６５は、上記エアフローセ
ンサ２６の出力から求められた充填効率ceと、上記目標
空燃比作成手段６２により求められた目標空燃比afw0と
に基づいて燃料噴射量を算出するとともに、これに対応
した噴射パルスＴｉを求めるものである。

【０１１７】噴射時期設定手段６６は、燃料噴射時期を
上記運転モード設定手段６３で設定される燃焼モード別
に設定するものであり、成層燃焼モードでは第２の目標
図示平均有効圧力Piobjdとエンジン回転数neとに応じて
予め作成されているマップから圧縮行程噴射用の噴射時
期thtinjdを求め、均一燃焼モードではエンジン回転数n
eに応じて予め作成されているテーブルから吸気行程噴
射用の噴射時期thtinjpを求める。

【０１１８】噴射制御手段６７は、上記噴射時期設定手
段６６により設定された噴射時期に、上記噴射量演算手
段６５により演算された噴射パルス幅Tiに相当する時間
だけインジェクタ２２を作動させるように、噴射パルス
を出力する。

【０１１９】また、点火時期を制御する手段としては、
基本点火時期および補正量を設定する設定手段６８と、
点火時期演算手段６９を有する。

【０１２０】上記基本点火時期および補正量の設定手段
６８は、上記運転モード設定手段６３で設定される燃焼
モードmodf別に基本点火時期thtigbや、各種の点火時期
補正値を設定する。

【０１２１】上記基本点火時期および補正量の設定手段
６８による設定を具体的に説明すると、成層燃焼モード
では、第２の目標図示平均有効圧力Piobjdとエンジン回
転数neとに応じて予め作成されているマップから基本点
火時期thtigbを求めるとともに、上記目標空燃比偏差da
fwbdに応じた補正値thtigwdを予め作成されているテー
ブルから求める。目標空燃比偏差dafwbd（＝afwbd−af
w）に応じた補正は、基本点火時期thtigbが予め定常運
転時の目標空燃比afwbdにおける目標図示平均有効圧力P
iobjdおよびエンジン回転数neに応じて定められている
のに対し、過渡時にはafw0が最終的な目標空燃比afwと
されて定常時とは空燃比のずれが生じるので、それに見
合うように点火時期を調整するものである。

【０１２２】均一燃焼モードでは、充填効率ceとエンジ
ン回転数neとに応じて予め作成されているマップから基
本点火時期thtigbを求めるとともに、ＥＧＲ時の補正値
thtigweを充填効率ceとエンジン回転数neとに応じて予
め作成されているマップから求め、上記目標空燃比偏差
dafw0に応じた補正値thtigwdおよびエンジン水温thwに
応じた冷間時補正値thtigwcをそれぞれ予め作成されて
いるテーブルから求める。目標空燃比偏差dafw0（＝afw
0−afw）に応じた補正は、目標空燃比afw0が理論空燃比
よりリーン側の所定値以下となったときＮＯｘ発生量が
増大する空燃比を通ることを避けるために最終的な目標
空燃比afwが理論空燃比とされる場合に、その空燃比変
更に見合うように点火時期を調整するものである。

【０１２３】点火時期演算手段６９は、上記基本点火時
期および補正量の設定手段６８において設定された基本
噴射量thtigbおよび各種補正値から点火時期thtigを次
式（２１）のように求める。

【０１２４】 thtig＝thtigb−（thtigwd＋thtigwe＋thtigwc） …（２１） 図１０は、上記ＥＣＵ５０により行われる各種演算、制
御等の処理のうち、主として上記ＥＧＲ弁制御量演算手
段６０において実行される制御動作をフローチャートで
示したものである。

【０１２５】このフローチャートがスタートすると、ま
ず上記目標ＥＧＲ流量演算手段６０ｉにおいて、上記基
本ＥＧＲ弁ステップ数pbaseに対応したＥＧＲ基本流量q
egrbseと、基本吸気圧boostbおよび基本排気圧pexbseに
対応したＥＧＲ基本差圧dpegrbと、基本排気温度thexb
等に対応したＥＧＲ基本気体密度ganmaexb等に応じ、上
記式（１２）に基づいて、目標ＥＧＲ流量qegrobj0が算
出される（ステップＳ１）。次いで、３行程前の目標空
燃比afw3oが読み出されるとともに（ステップＳ２）、
上記排気管内空燃比演算手段６０ｒにおいて、上記３行
程前の目標空燃比afw3o等に応じ、上記式（１５）に基
づいて排気管内空燃比afwexが算出される（ステップＳ
３）。

【０１２６】また、上記ＥＧＲ管内遅れ係数設定手段６
０ｊにおいて、上記目標ＥＧＲ流量qegrobj0に基づき、
ＥＧＲ管内空燃比遅れ係数KCCRが設定された後（ステッ
プＳ４）、上記ＥＧＲ管内空燃比演算手段６０ｓにおい
て、上記ＥＧＲ管内空燃比遅れ係数KCCRおよび排気管内
空燃比afwex等に応じ、上記式（１６）に基づいてＥＧ
Ｒ管内空燃比afwegrが算出される（ステップＳ５）。

【０１２７】さらに、上記排気還流量補正手段６０ｔに
おいて、上記ＥＧＲ管内空燃比afwegrと、最終目標空燃
比afwとに基づき、ＥＧＲ空燃比補正量cafwegr（＝afwe
gr／afw）が算出された後（ステップＳ６）、このＥＧ
Ｒ空燃比補正量cafwegrと、上記目標ＥＧＲ流量qegrobj
0とに基づき、上記最終ＥＧＲ流量演算手段６０ｕにお
いて、最終目標ＥＧＲ流量qegrobj（＝qegrobj0×cafwe
gr）が算出される（ステップＳ７）。

【０１２８】そして、上記基本ＥＧＲ弁有効流路面積演
算手段６０ｖにおいて、上記最終目標ＥＧＲ流量qegrob
j、排気圧力pexの検出値、予測吸気圧boostestおよびＥ
ＧＲ気体密度ganmarに応じ、上記式（１７）に基づいて
基本ＥＧＲ弁有効流路面積eaegrvが算出されるとともに
（ステップＳ８）、この基本ＥＧＲ弁有効流路面積eaeg
rv等に応じ、上記式（１８）に基づいて最終ＥＧＲ流量
qegrvが、上記最終ＥＧＲ弁流量演算手段６０ｗにより
算出される（ステップＳ９）。

【０１２９】さらに、上記目標ＥＧＲステップ数設定手
段６０ｘにおいて、上記最終ＥＧＲ流量qegrvに対応し
た目標ＥＧＲ弁ステップ数ptを設定した後（ステップＳ
１０）、この目標ＥＧＲ弁ステップ数ptに対応した制御
信号をステップモータからなるＥＧＲ弁３８用のアクチ
ュエータに出力することにより、このＥＧＲ弁３８を駆
動してその開度を制御する（ステップＳ１１）。

【０１３０】次に、上記スロットル弁開度演算手段５６
等において実行される制御動作を、図１１に示すフロー
チャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタート
すると、まず目標体積効率演算手段６０ａにおいて、エ
ンジン回転数neおよび目標充填効率ceimgに応じ、目標
体積効率veobjを算出するとともに（ステップＳ２
１）、上記目標吸気流量演算手段５６ｂにおいて、目標
体積効率veobj、エンジン回転数neおよび各吸気密度gan
map，ganma等に応じ、上記式（４）に基づいて目標吸気
量qair0を算出する（ステップＳ２２）。

【０１３１】次いで、上記実ＥＧＲ基本流量設定手段６
０ｍにおいて、実ＥＧＲ弁ステップ数egrpに基づき、実
ＥＧＲ基本流量qegrを設定するとともに（ステップＳ２
３）、上記実ＥＧＲ差圧演算手段６０ｙにおいて、排気
圧力pexの検出値と、吸気圧力boostの検出値との偏差か
らなる実ＥＧＲ差圧dpegr（＝pex−boost）を算出した
後（ステップＳ２４）、この実ＥＧＲ差圧dpegr、上記
実ＥＧＲ基本流量qegrおよびＥＧＲ気体密度ganmr等に
応じ、上記式（１９）に基づいて上記実ＥＧＲ流量演算
手段６０ｚにより、実ＥＧＲ流量qegr0を算出する（ス
テップＳ２５）。

【０１３２】また、排気管内空燃比演算手段６０ｒにお
いて、３行程前の目標空燃比afw3oおよび上記実ＥＧＲ
差圧dpegr等に応じ、式（１５）に基づいて排気管内空
燃比afwexを算出した後（ステップＳ２６）、この排気
管内空燃比afwexおよびＥＧＲ管内遅れ係数KCCR等に応
じ、上記式（１６）に基づいてＥＧＲ管内空燃比演算手
段６０ｓによりＥＧＲ管内空燃比afwegrを算出する（ス
テップＳ２７）。

【０１３３】次いで、吸気量補正手段５６ｃにおいて、
上記実ＥＧＲ流量演算手段６０ｚにより算出された実Ｅ
ＧＲ流量qegr0、吸気量制御用の目標空燃比afwbおよび
上記実ＥＧＲ管内空燃比afwegr等に応じ、上記式（５）
基づいてＥＧＲ空燃比補正流量qairexを算出した後（ス
テップＳ２８）、上記目標吸気流量演算手段５６ｂで算
出された目標吸気流量qair0を、上記ＥＧＲ空燃比補正
流量qairexに基づいて補正することにより、補正後の最
終目標吸気流量qair（＝qair0−qairex）を算出する
（ステップＳ２９）。

【０１３４】また、基本新気側有効流路演算手段５６ｇ
において、上記補正後の最終目標吸気流量qair、エアフ
ロー部の吸気密度ganmapおよび予測吸気圧boostest等に
応じ、上記式（６）に基づいて基本新気側有効流路面積
eaairを算出した後（ステップＳ３０）、目標スロット
ル弁有効流路面積演算手段５６ｌにおいて、上記基本新
気側有効流路面積eaair、スロットル弁漏れ有効流路面
積ealeak、バイパスエア弁有効流路面積eabacvおよびＩ
ＳＣ弁有効流路面積eaiscvに応じ、上記式（１０）に基
づいて目標スロットル弁有効流路面積eatvoを算出する
（ステップＳ３１）。

【０１３５】さらに、吸気損失補正係数設定手段５６ｍ
において、上記目標スロットル弁有効流路面積eatvoお
よびエンジン回転数neに対応した吸気損失補正係数ealo
stを設定するとともに（ステップＳ３２）、最終スロッ
トル弁有効流路面積演算手段５６ｎにおいて、上記目標
スロットル弁有効流路面積eatvoと、上記吸気損失補正
係数ealostとに基づき、最終スロットル弁有効流路面積
eatvof（＝eatvo×ealost）を算出する（ステップＳ３
３）。

【０１３６】次いで、目標スロットル弁開度設定手段５
６ｏにおいて、上記最終スロットル弁有効流路面積eatv
ofに対応した目標スロットル弁開度tvoobjを設定した後
（ステップＳ３４）、この目標スロットル弁開度tvoobj
に対応した制御信号を上記スロットル弁駆動用のモータ
２７に出力することにより、スロットル弁２８を駆動し
てその開度を制御する（ステップＳ３５）。

【０１３７】以上のような制御装置を備えた当実施形態
の筒内噴射式エンジンでは、燃焼モードとして成層燃焼
モードと均一燃焼モードとが運転状態に応じて設定され
る。そして、成層燃焼モードでは空燃比が理論空燃比と
比べて大幅にリーンとされた状態で成層燃焼が行われる
ことにより燃費が大幅に改善され、均一燃焼モードで
は、空燃比が略理論空燃比ないし理論空燃比よりも小さ
いリッチとされた状態で吸気行程噴射により均一燃焼が
行われる。また、排気通路３４内の排気ガスの一部が、
上記ＥＧＲ通路３７を介して吸気通路２４に還流される
とともに、このＥＧＲ通路３７に設けられたＥＧＲ弁３
８の開度が運転状態に応じて制御されることにより、エ
ミッション性を良好状態に維持するように排気ガスの還
流量が調節される。

【０１３８】そして、上記ＥＧＲ管内空燃比演算手段６
０ｓからなる還流ガス濃度検出手段により、ＥＧＲ弁３
８付近のＥＧＲガス中の空燃比に相当する還流ガス濃
度、つまりＥＧＲ管内空燃比afwegrを求めるとともに、
このＥＧＲ管内空燃比afwegrと、上記切替過渡期におけ
る燃焼室１５内の目標空燃比（最終目標空燃比）afwと
を上記排気還流量補正手段６０ｔにおいて比較し、ＥＧ
Ｒ管内空燃比afwegrが目標空燃比afwよりも濃い場合に
はＥＧＲ弁３８を閉方向に駆動し、ＥＧＲ管内空燃比af
wegrが上記最終目標空燃比afwよりも薄い場合にはＥＧ
Ｒ弁３８を開方向に駆動して排気ガスの還流量を補正す
るように構成したため、上記燃焼モードの切替過渡期
に、吸気通路２４に還流される排気ガス中の還流ガス濃
度を適正に制御することができる。

【０１３９】例えば燃焼室１５内の空燃比が、略理論空
燃比ないし理論空燃比よりも小さいリーン状態に設定さ
れた均一燃焼モードから、燃焼室１５内の空燃比が、理
論空燃比よりも大きいリーンに設定された成層燃焼モー
ドに運転状態が変化した場合には、この時点から燃焼室
１５内の最終目標空燃比afwが急上昇するため、これに
対応して図１２（ａ）に示すように、上記燃焼モードの
切替時点ｔ１で、スロットル弁２８の開度ＴＶＯを増大
させる制御が実行される。この結果、上記燃焼室１５内
の空燃比Ａ／Ｆは、図１２（ｂ）に示すように、上記燃
焼モードの変化時点ｔ１の直後に上昇し始める。これに
対し、ＥＧＲ弁３８の近傍におけるＥＧＲガスの空燃比
に対応する還流ガス濃度、つまり上記ＥＧＲ管内空燃比
演算手段６０ｓにおいて求められるＥＧＲ管内空燃比af
wegrは、所定の時間差をもって変化し、上記切替時点ｔ
１から所定時間が経過した時点ｔ２で、上昇し始めるこ
とになる。

【０１４０】上記均一燃焼モードから成層燃焼モードへ
の切替過渡期における初期段階では、上記ＥＧＲ管内空
燃比afwegrが燃焼室１５内の最終目標空燃比afwよりも
濃い状態（afwegr／afw＜１）にあるので、図１２
（ｃ）の実線で示すように、上記ＥＧＲ弁３８の開度Ｅ
ＧＲＶＯを減少させる方向に駆動する補正が実行される
ことになる。このため、上記燃焼モードの切替時点ｔ１
で、スロットル弁２８を開放操作するのと同時に、ＥＧ
Ｒ弁３８を開放状態に移行させるように構成した一般的
な制御例（図１２（ｃ）の破線参照）のように、排気通
路３４内に存在する多量の既燃ガス（ＣＯ₂）が吸気通
路２４に還流されることにより、燃焼室１５内に導入さ
れる新気量（Ｏ₂）が不足するという事態（図１３
（ｂ）参照）が生じるのを防止しつつ、図１３（ａ）に
示すように、上記還流ガス濃度（ＥＧＲ管内空燃比afwe
gr）に対応した適量の排気ガスを還流することができ
る。

【０１４１】したがって、上記燃焼モードの切替過渡期
に燃焼室１５内の新気量が不足するという事態の発生を
防止して燃焼安定性を良好状態に維持することができ
る。しかも、上記均一燃焼モードから成層燃焼モードへ
の切替時に、スロットル弁２８の開度が充分に充分に大
きくなって燃焼モードの移行が終了するまで、ＥＧＲ弁
３８を開放状態に移行させるのを待機するように構成し
た従来技術のように、吸気通路２４内に還流される排気
ガス量が不足することに起因してエミッション性が低下
するという事態を生じることがなく、適正量の排気ガス
を吸気通路２４に還流することにより、エミッション性
を改善できるという利点がある。

【０１４２】逆に、燃焼室１５内の空燃比が、理論空燃
比よりも大きいリーン状態に設定された成層燃焼モード
から、燃焼室１５内の空燃比が、略理論空燃比ないし理
論空燃比よりも小さいリーン状態に設定された均一燃焼
モードへの切替過渡期における初期段階では、上記ＥＧ
Ｒ管内空燃比afwegrによって表されるＥＧＲ弁３８の近
傍における排気ガス中の還流ガス濃度が燃焼室１５内の
最終目標空燃比afwよりも薄い値になる（afwegr／afw＞
１）傾向があるので、上記ＥＧＲ弁３８の開度を増大さ
せる補正が実行されることになる。

【０１４３】したがって、図１４（ｂ）に示すように、
上記成層燃焼モードから均一燃焼モードへの切替時点ｔ
２で、ＥＧＲ弁３８を閉じる方向に駆動するとともに、
このＥＧＲ弁３８の閉止操作が終了した時点ｔ３で、ス
ロットル弁２８を閉じる方向に駆動するように構成した
従来技術のように、上記ＥＧＲ弁３８の閉止操作に応じ
てＥＧＲ通路３７から吸気通路２４に還流される排気ガ
ス量が急減してエミッション性が悪化するとともに、燃
焼モードの切替に長時間を要するという事態を生じるこ
とがなく、図１４（ａ）に示すように、上記燃焼モード
の切替過渡期に適量の排気ガスを吸気通路２４に還流さ
せることにより、エミッション性を改善しつつ、上記燃
焼モードの切替を迅速に行うことができるという利点が
ある。

【０１４４】特に、上記実施形態では、燃焼モードの切
替過渡期に、排気還流制御弁付近のＥＧＲガス中の還流
ガス濃度、つまり上記ＥＧＲ管内空燃比演算手段６０ｓ
からなる還流ガス濃度検出手段により求められるＥＧＲ
管内空燃比afwegrと、上記吸気量制御用の空燃比afwbと
を還流排気量補正手段６０ｔにおいて比較し、上記ＥＧ
Ｒ管内空燃比afwegrが目標空燃比afwbよりも濃い場合
（afwegr／afwb＜１）には、吸気量を増大させる方向に
スロットル弁２８を駆動し、上記ＥＧＲ管内空燃比afwe
grが目標空燃比afwrよりも薄い場合（afwegr／afwb＞
１）には吸気量を減少させる方向に上記スロットル弁２
８からなる吸気量調節手段を駆動して吸気量を補正する
ように構成したため、上記燃焼モードの切替過渡期に、
燃焼室１５内の空燃比制御を、より適正に実行できると
いう利点がある。

【０１４５】例えば燃焼室１５内の空燃比が、略理論空
燃比ないし理論空燃比よりも小さいリーン状態に設定さ
れた均一燃焼モードから、燃焼室１５内の空燃比が、理
論空燃比よりも大きいリーン状態に設定された成層燃焼
モードへの切替過渡期の初期段階では、上記目標空燃比
afwbが急上昇するのに対し、上記ＥＧＲ管内空燃比afwe
grは、所定の時間差をもって上昇し始めるため、図１２
（ａ）の破線で示す一般的な制御に比べ、同実線で示す
ように、スロットル弁２８の開度を増大させる補正が実
行され、これによって図１３（ａ）に示すように、燃焼
室１５内に供給される新気量を充分に確保して燃焼安定
性を向上させることができる。しかも、上記スロットル
弁２８の開度を増大させる補正が行われて燃焼室１５内
に供給される新気量が増加すると、これに対応してＥＧ
Ｒ通路３７から吸気通路２４内に還流される排気ガス量
が低減されるため、上記燃焼モードの切替過渡期におけ
る燃焼安定性が、さらに効果的に向上することになる。

【０１４６】一方、燃焼室１５内の空燃比が理論空燃比
よりもリーン状態に設定された成層燃焼モードから、上
記空燃比がリーン状態に設定された均一燃焼モードへの
切替過渡期の初期段階では、図１４（ａ）に示すよう
に、スロットル弁２８の開度を減少させて新気量を減少
させる補正が実行されることにより、上記均一燃焼モー
ドに早期に移行させることができる。しかも、上記のよ
うにスロットル弁２８の開度を減少させる補正が行われ
ることにより、ＥＧＲ通路３７を介して吸気通路２４内
に還流される排気ガス量が増大されるため、上記燃焼モ
ードの切替過渡期におけるエミッション性を効果的に改
善することができる。

【０１４７】また、上記実施形態では、還流ガス濃度検
出手段を構成する上記ＥＧＲ管内空燃比演算手段６０ｓ
において、燃焼室１５内の目標空燃比と、ＥＧＲ弁３８
の開度に基づき、ＥＧＲ弁３８付近のＥＧＲガス中の空
燃比に対応する還流ガス濃度、つまりＥＧＲ管内空燃比
afwegrを算出して求めるように構成したため、上記燃焼
モードの切替過渡期における上記ＥＧＲ管内空燃比afwe
grを正確に求めることができる。

【０１４８】具体的には、上記排気管内空燃比演算手段
６０ｒにおいて求められた排気通路３４内の還流ガス濃
度、つまり３サイクル前の目標空燃比afw3oに基づいて
算出されたＥＧＲ通路３７の接続部位における排気管内
空燃比afwexと、上記ＥＧＲ管内遅れ係数設定手段６０
ｊにより求められた上記接続部位からＥＧＲ弁３８付近
までの一次遅れに対応した値、つまりＥＧＲ弁３８の開
度に対応した目標ＥＧＲ流量qegrobj0に基づいて求めら
れたＥＧＲ管内空燃比遅れ係数KCCRとに応じ、上記ＥＧ
Ｒ弁３８の付近におけるＥＧＲガス中の空燃比に相当す
るＥＧＲ管内空燃比afwegrを算出するように構成したた
め、上記燃焼モードの切替過渡期に刻々と変化する上記
ＥＧＲ管内空燃比afwegrを、その変化状態に対応させて
正確に求めることができる。

【０１４９】すなわち、燃焼室１５内において発生した
燃焼ガスが、排気通路３４に導出されて上記ＥＧＲ通路
３７の接続部位に到達するまでに所定時間を要するの
で、燃焼モードの切替過渡期には、その時点の燃焼室１
５内における空燃比と、上記ＥＧＲ通路３７の接続部位
における既燃ガスの空燃比に相当する値との間に、所定
のずれが生じることになる。このため、上記のように数
サイクル前、例えば３サイクル前の目標空燃比afw3oに
基づいて上記ＥＧＲ通路３７の接続部位における既燃ガ
スの濃度を算出するように構成することにより、上記ず
れを解消して上記部位の還流ガス濃度を正確に求めるこ
とができる。

【０１５０】また、上記還流ガスがＥＧＲ通路３７の接
続部位からＥＧＲ弁３８の設置部に到達するまでの時間
は、ＥＧＲ弁３８の開度に対応した排気ガスの還流量に
応じて変化するため、上記ＥＧＲ管内遅れ係数設定手段
６０ｊにおいて上記排気ガスの還流量に対応したＥＧＲ
管内空燃比遅れ係数KCCRを求め、この係数KCCRに基づい
て上記ＥＧＲガス中の空燃比に相当するＥＧＲ管内空燃
比afwegrを算出することにより、上記燃焼モードの切替
過渡期に刻々と変化する還流ガス濃度を正確に検出する
ことができる。

【０１５１】さらに、上記実施形態に示すように、排気
還流量制御手段６０において、補正後の最終目標ＥＧＲ
流量qegrobjと、スロットル弁（吸気量調節手段）２８
の下流側における吸気圧力boostestと、排気圧力pexお
よび排気温度thex等に応じて求められたＥＧＲ気体密度
ganmarとに基づいて、排気ガスの還流量を確保するため
に必要な基本ＥＧＲ弁有効流路面積（ＥＧＲ通路３７の
有効流路面積）eaegrvを算出し、この基本ＥＧＲ弁有効
流路面積eaegrvに基づいてＥＧＲ弁３８の開度を設定す
るための目標ＥＧＲ弁ステップ数ptを算出するように構
成した場合には、燃焼室１５内に導入される吸気の状態
および排気通路３４内に導出される排気の状態に対応し
た正確な排気還流制御を実行して最適量の排気ガスを吸
気通路２４に還流できるという利点がある。

【０１５２】また、上記実施形態では、スロットル弁開
度演算手段５６からなる吸気量制御手段において、目標
吸気流量qairと、スロットル弁２８の下流部における予
測吸気圧boostestと、吸気量調節手段の上流側における
吸気温度および大気圧とに応じて求められたエアフロー
部の吸気密度ganmaとに基づき、吸気量を確保するため
に必要な基本新気側有効流路面積（吸気通路２４の有効
流路面積）eaairを算出し、この基本新気側有効流路面
積eaairから上記スロットル弁２８の作動量を設定する
ための目標スロットル弁開度tvoobjを求めるように構成
したため、外気の状態等に対応した正確な吸気量制御を
実行することができる。

【０１５３】しかも、上記排気還流量制御手段６０にお
いて実行される排気還流制御と、上記スロットル弁開度
演算手段５６において実行される吸気量制御とを、同一
条件下で協調して実行することができるため、各アクチ
ュエータの作動特性の相違や、環境変化に対応させて適
正に空燃比制御を実行することができるとともに、排気
ガスの還流量を最適値に設定してエミッション性を改善
しつつ、燃費性能をさらに効果的に向上させることがで
きるという利点がある。

【０１５４】なお、上記実施形態では、吸気量制御手段
によりスロットル弁２８からなる吸気量調節手段の作動
量を制御して吸気通路２４から燃焼室１５内に導入され
る吸気量を調節するようにした例について説明したが、
上記スロットル弁２８に代え、アイドル時等に吸気量を
調節するためのＩＳＣ弁３６の開度を調節し、あるいは
図外のＶＶＬ（バルブリフト量調節手段）により吸気弁
１７のリフト量を調節することにより、上記吸気量を調
節することも可能である。

【０１５５】また、上記ＥＧＲ管内空燃比演算手段６０
ｓからなる還流ガス濃度検出手段により、ＥＧＲ弁付近
のＥＧＲガス中の空燃比に相当する還流ガス濃度を算出
して求めるように構成された上記実施形態に代え、ＥＧ
Ｒ通路３７に設けられたＯ₂センサ等により上記還流ガ
ス濃度を直接検出するようにしてもよい。

【０１５６】上記実施形態では、燃焼モードの切替過渡
期であるか否かに拘わらず、上記還流排気量補正手段６
０ｔにより、還流ガス濃度に応じた排気ガスの還流量の
補正を行うように構成した例について説明したが、リッ
チ状態の燃焼モードからリーン状態の燃焼モードへの切
替時にのみに上記排気ガスの還流量の補正を実行し、あ
るいはリッチ状態のモードからリーン状態の燃焼モード
への切替時およびリーン状態のモードからリッチ状態の
燃焼モードへの切替時にのみに上記排気ガスの還流量の
補正を実行するように構成してもよい。

【０１５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、吸気通路
の途中に設けられた吸気量調節手段と、燃料の噴射量を
調節する燃料噴射量調節手段と、上記吸気量調節手段の
動作に応じて圧力が変化する吸気通路に接続された排気
還流通路と、この排気還流通路に設けられたＥＧＲ弁
と、燃焼室内の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン
状態と略理論空燃比ないし理論空燃比よりも小さいリッ
チ状態とに燃焼モードを切り替えるように制御するモー
ド切替手段と、少なくとも燃焼室内の空燃比が理論空燃
比よりも大きいリーン状態の燃焼モードでＥＧＲ弁を所
定量開弁して排気ガスを還流させるように制御する排気
還流量制御手段とを備えたエンジンの制御装置におい
て、上記燃焼モードの切替過渡期に、ＥＧＲ弁付近のＥ
ＧＲガス中の空燃比に相当する還流ガス濃度を求める還
流ガス濃度検出手段と、この還流ガス濃度と上記切替過
渡期における燃焼室内の目標空燃比とを比較して上記還
流ガス濃度が目標空燃比よりも濃い場合にはＥＧＲ弁の
開度を減少させる方向に駆動し、上記還流ガス濃度が目
標空燃比よりも薄い場合にはＥＧＲ弁の開度を増大させ
る方向に駆動して排気ガスの還流量を補正する排気還流
量補正手段とを設けたため、上記燃焼モードの切替過渡
期に、吸気通路に還流される排気ガス中の還流ガス濃度
を適正に制御して、燃焼安定性を確保するとともに、エ
ミッション性を効果的に改善しつつ、上記燃焼モードの
切替を迅速に行うことができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態を
示す全体概略図である。

【図２】燃焼モードの領域設定を示す説明図である。

【図３】ＥＣＵの機能的構成を示すブロック図である。

【図４】図２中の目標負荷設定手段の具体的構成を示す
ブロック図である。

【図５】アクセル操作量およびエンジン回転数と仮想体
積効率との対応関係を示す説明図である。

【図６】スロットル弁開度演算手段の具体的構成を示す
ブロック図である。

【図７】ＥＧＲ弁制御量演算手段の具体的構成を示すブ
ロック図である。

【図８】ＥＧＲ弁制御量演算手段の具体的構成を示すブ
ロック図である。

【図９】噴射量等制御用の目標空燃比作成手段の具体的
構成を示すブロック図である。

【図１０】ＥＧＲ弁の開度制御動作を示すフローチャー
トである。

【図１１】スロットル弁の開度制御動作を示すフローチ
ャートである。

【図１２】弁開度と空燃比の変化状態を示すタイムチャ
ートである。

【図１３】均一燃焼モードから成層燃焼モードへの切替
時における気筒内充填量の変化状態を示すタイムチャー
トである。

【図１４】成層燃焼モードから均一燃焼モードへの切替
時における気筒内充填量の変化状態を示すタイムチャー
トである。

【符号の説明】

１０ エンジン本体 １５ 燃焼室 ２４ スロットル弁（吸気量調節手段） ３７ ＥＧＲ通路（排気還流通路） ３８ ＥＧＲ弁 ５０ ＥＣＵ ５３ 燃焼モード設定手段（モード切替手段） ５６ スロットル弁開度演算手段（吸気量制御手段） ６０ ＥＧＲ弁制御手段（排気還流量制御手段） ６０ｓ 還流ガス濃度検出手段（ＥＧＲ管内空燃比演算
手段） ６０ｔ 排気還流量補正手段

───────────────────────────────────────────────────── 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 9/02 ３５１ Ｆ０２Ｄ 9/02 ３５１Ｍ 11/10 11/10 Ｆ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ａ ３０１Ｅ 41/02 ３０１ 41/02 ３０１Ｅ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｅ ３０１Ｋ ３０１Ｎ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ ５５０Ｍ ５５０Ｒ Ｆターム(参考） 3G062 AA03 AA07 BA02 BA04 BA05 BA06 CA03 CA06 DA01 DA02 EA04 EA10 ED01 ED04 ED10 FA02 FA05 FA06 FA09 FA23 GA01 GA02 GA04 GA06 GA08 GA12 GA13 GA15 GA17 GA21 GA22 3G065 AA04 AA11 CA12 DA05 DA06 DA15 EA02 EA03 EA07 EA10 FA12 GA00 GA01 GA05 GA06 GA09 GA10 GA14 GA26 GA27 GA41 GA46 HA06 HA21 HA22 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 AA03 AA04 BA05 BA06 BA09 BA13 BA15 BA20 CA02 CA03 CA04 DA10 EA04 EA11 EB08 EB12 EB25 EC01 EC03 FA00 FA01 FA02 FA07 FA10 FA11 FA20 FA29 FA33 FA37 3G092 AA06 AA09 AA13 AA17 BA01 BA04 BB01 BB06 BB08 DC03 DC04 DC08 DE03S DG04 DG07 EA01 EA02 EA06 EB01 EB05 EC01 EC09 FA15 GA02 GA03 GA16 HA01X HA01Z HA04Z HA05Z HA06X HB03X HB03Z HD01Z HD05X HD05Z HD07X HD07Z HD08Z HE01Z HE08Z HF03Z HF08Z 3G301 HA04 HA06 HA13 HA16 JA21 KA05 KA06 KA23 LA03 LA04 LB04 LC03 LC06 MA01 MA11 MA18 NA01 NB03 NC02 ND01 NE01 NE06 NE14 NE15 PA01A PA01Z PA07Z PA09Z PA10Z PA11A PA11Z PB08A PB08Z PD02A PD02Z PD11Z PD14Z PD15A PD15Z PE01Z PE08Z PF03Z PF11Z

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気通路の途中に設けられた吸気量調節
   手段と、燃料の噴射量を調節する燃料噴射量調節手段
   と、上記吸気量調節手段の動作に応じて圧力が変化する
   吸気通路に接続された排気還流通路と、この排気還流通
   路に設けられたＥＧＲ弁と、燃焼室内の空燃比が理論空
   燃比よりも大きいリーン状態と略理論空燃比ないし理論
   空燃比よりも小さいリッチ状態とに燃焼モードを切り替
   えるように制御するモード切替手段と、少なくとも燃焼
   室内の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態の燃
   焼モードでＥＧＲ弁を所定量開弁して排気ガスを還流さ
   せるように制御する排気還流量制御手段とを備えたエン
   ジンの制御装置において、上記燃焼モードの切替過渡期
   に、ＥＧＲ弁付近の還流排気ガス中の空燃比に相当する
   還流ガス濃度を求める還流ガス濃度検出手段と、この還
   流ガス濃度と上記切替過渡期における燃焼室内の目標空
   燃比とを比較して上記還流ガス濃度が目標空燃比よりも
   濃い場合にはＥＧＲ弁の開度を減少させる方向に駆動
   し、上記還流ガス濃度が目標空燃比よりも薄い場合には
   ＥＧＲ弁の開度を増大させる方向に駆動して排気ガスの
   還流量を補正する排気還流量補正手段とを備えたことを
   特徴とするエンジンの制御装置。
2. 【請求項２】 少なくとも燃焼室内の空燃比が略理論空
   燃比ないし理論空燃比よりも小さいリッチ状態から、理
   論空燃比よりも大きいリーン状態への燃焼モードの切替
   過渡期に、上記排気還流量補正手段による補正を実行す
   るように構成したことを特徴とする請求項１記載のエン
   ジンの制御装置。
3. 【請求項３】 上記還流ガス濃度検出手段は、燃焼室内
   の目標空燃比とＥＧＲ弁の開度とに基づき、上記還流ガ
   ス濃度を算出することを特徴とする請求項１または２記
   載のエンジンの制御装置。
4. 【請求項４】 上記還流ガス濃度検出手段は、数サイク
   ル前の目標空燃比から、排気還流通路の接続部位におけ
   る排気通路内の還流ガス濃度を算出するとともに、上記
   排気還流通路の接続部位からＥＧＲ弁の設置部までのガ
   ス流動の一次遅れを加味してＥＧＲ弁付近の還流排気ガ
   ス中の還流ガス濃度を算出することを特徴とする請求項
   ３記載のエンジンの制御装置。
5. 【請求項５】 上記排気還流量制御手段は、補正後の最
   終目標ＥＧＲ流量と、吸気量調節手段の下流側における
   吸気圧力と、排気圧力および排気温度とに基づいて、排
   気ガスの還流量を確保するために必要な排気還流通路の
   有効流路面積を算出し、この有効流路面積に基づいてＥ
   ＧＲ弁の開度を設定することを特徴とする請求項１ない
   し４のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
6. 【請求項６】 目標吸気流量と、吸気量調節手段の下流
   部における吸気圧力および吸気温度と、吸気量調節手段
   の上流側における吸気温度および大気圧とに基づき、吸
   気量を確保するために必要な吸気通路の有効流路面積を
   算出し、この有効流路面積から上記吸気量調節手段の作
   動量を求める吸気量制御手段を備えたことを特徴とする
   請求項５記載のエンジンの制御装置。