JP2009074516A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼状態を良好な状態に維持し且つ発生トルクの急激な変動を招くことなく、空燃比を限界リーン空燃比に変更することができる内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】暫定スロットル弁開度決定手段Ｂ２１はアクセル操作量取得手段Ｂ１により取得されたアクセルペダル操作量ＰＡに基づいて暫定スロットル弁開度ＴＡｚを決定する。暫定吸入空気量対応値決定手段Ｂ２２は、実際のスロットル弁開度が暫定スロットル弁開度ＴＡｚに調整されたと仮定した場合の筒内吸入空気量に相当する値ＫＬｚを求め、燃料噴射量算出手段Ｂ２３は値ＫＬｚに基づいて燃料噴射量ＴＡＵを決定する。第１燃焼状態指標値取得手段Ｂ４は第１燃焼割合ＭＦＢθ１を取得し、最終目標スロットル弁開度決定手段Ｂ５は第１燃焼割合ＭＦＢθ１を第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔに一致させるのに必要なスロットル弁開度（最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔ）を決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、過渡運転時であっても気筒内に形成される混合気を適切な範囲において希薄化することが可能な内燃機関の制御装置に関する。

従来から、内燃機関のトルク変動量を取得し、そのトルク変動量が目標トルク変動量になるように機関の気筒内に形成される混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きい適値（リーン空燃比）にフィードバック制御する内燃機関の制御装置が知られている。このような装置は、吸入空気量を取得し、その取得した吸入空気量に基いて燃料噴射量を決定するとともに、決定した燃料噴射量を変更することにより空燃比をリーン空燃比に変更している。更に詳細には、従来の装置は、アクセル操作量に基いて目標スロットル弁開度を決定し、実際のスロットル弁開度をその目標スロットル弁開度に一致させるとともに、トルク変動量を監視しながら前記燃料噴射量を減少することにより空燃比を出来るだけリーンな空燃比に移行させる制御（以下、「リーンリミット制御」とも称呼される。）を実行するようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開平５−３２１７２６号公報

しかしながら、従来の装置は燃料噴射量を減少させることにより空燃比をリーン空燃比に変更しているので、アクセル操作量が一定であっても、空燃比がよりリーンな空燃比に変更される際に燃焼に寄与する燃料の量が減少し、その結果、機関発生トルクが比較的大きく減少するために運転者が違和感を覚えるという問題がある。更に、従来の装置においては、取得された吸入空気量に基づいて決定される燃料噴射量を減量することにより空燃比をリーン空燃比に移行させている。従って、特に、過渡運転時において吸入空気量が精度良く取得できない場合、空燃比が過度にリーンになって失火が発生する場合、又は、失火が発生しないまでも燃焼が不安定となって機関発生トルクの変動が大きくなる場合がある。従って、従来の装置は、比較的軽負荷であって定常運転状態である場合に限り、リーンリミット制御を実行している。その結果、空燃比をリーン空燃比に設定することができる運転状態が限られ、更に燃費を向上させることが難しいという問題がある。

本発明は上記課題に対処するようになされたものである。本発明の目的の一つは、定常運転状態のみならず過渡運転状態においても機関の運転状態（混合気の燃焼状態）を安定させながら空燃比をリーン化することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の内燃機関の制御装置は、
アクセル操作量を取得するアクセル操作量取得手段と、
前記取得されたアクセル操作量に基いて燃料噴射量を決定する燃料噴射量決定手段と、
前記決定された燃料噴射量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
を備えている。

即ち、この制御装置によれば、アクセル操作量に応じた量の燃料が噴射される。この「アクセル操作量に応じた量の燃料」は、少なくともアクセル操作量に基いて決定される機関に要求されるトルク（機関要求トルク）を機関が発生するために必要とする量の燃料であってもよい。代替として、この「アクセル操作量に応じた量の燃料」は、スロットル弁の開度をアクセル操作量が大きいほど大きくなるように制御すると仮定した場合において、アクセル操作量から推定される機関の気筒内に吸入される吸入空気量と、所定の目標空燃比（例えば、理論空燃比）と、に基いて、その目標空燃比が得られるように定められる量の燃料であってもよい。

更に、本発明の内燃機関の制御装置は、
前記機関の気筒内に形成された混合気の燃焼状態を示す第１燃焼状態指標値を取得する第１燃焼状態指標値取得手段と、
前記取得された第１燃焼状態指標値が第１目標燃焼状態指標値と一致するように同取得された第１燃焼状態指標値と同第１目標燃焼状態指標値とに基づいてスロットル弁開度の最終的な目標値である最終目標スロットル弁開度を決定する最終目標スロットル弁開度決定手段と、
前記スロットル弁の開度が前記決定された最終目標スロットル弁開度と一致するように同スロットル弁を制御するスロットル弁制御手段と、
を備える。

上記第１燃焼状態指標値は、後述する燃焼割合（ＭＦＢ）及び図示熱量の割合等により代表されるような「混合気の燃焼の状態（燃焼の進行状態）」を表す値である。空燃比をリーン化すれば第１燃焼状態指標値は変化する。従って、本発明の制御装置は、この第１燃焼状態指標値を取得し、取得された第１燃焼状態指標値を第１目標燃焼状態指標値と一致させるようにスロットル弁開度を制御する。即ち、本発明の制御装置は、アクセル操作量により定まる燃料噴射量を変更することなく、取得された第１燃焼状態指標値を第１目標燃焼状態指標値と一致させるようにスロットル弁開度を増大することによって空燃比をリーン化する。

この結果、空燃比がよりリーンな空燃比に変更される際、燃焼に寄与する燃料の量が低下しないので、機関発生トルクが比較的大きく減少することに起因して運転者が違和感を覚えるという問題を回避することができる。しかも、過渡運転時等において吸入空気量を精度良く推定できない場合であっても、第１燃焼状態指標値が第１目標燃焼指標値と一致するようにスロットル弁開度が制御されるから、機関発生トルクの変動を小さくしながら空燃比をリーン化することができる。

本発明の内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射量決定手段は、
前記取得されたアクセル操作量に基づいて同取得されたアクセル操作量が大きいほど大きくなるように暫定スロットル弁開度を決定する暫定スロットル弁開度決定手段と、
実際のスロットル弁開度が前記決定された暫定スロットル弁開度であると仮定した場合に前記機関の気筒内に吸入される吸入空気量に対応する値である暫定吸入空気量対応値を同決定された暫定スロットル弁開度に基いて推定する推定手段と、
前記推定された暫定吸入空気量対応値に対応する量の空気が前記気筒内に吸入されると仮定した場合に同気筒内に形成される混合気の空燃比が暫定目標空燃比と一致するように燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
を含むことが好適である。

上記推定手段により推定される暫定吸入空気量は、吸入空気量そのものであってもよく、吸入空気量に比例した値（例えば、各気筒の吸入空気量を各気筒の最大容積で除した値）であってもよい。上記推定手段は、内燃機関の気筒に吸入される空気の挙動を物理法則に則って表した周知の「空気モデル」を用いることにより暫定吸入空気量を暫定吸入空気量対応値として推定するように構成されていてもよい。或は、上記推定手段は、スロットル弁開度と吸入空気量との関係を予め規定したルックアップテーブル（マップ）及び関数等を用いることにより暫定吸入空気量を暫定吸入空気量対応値として推定するように構成されていてもよい。

上記暫定目標空燃比は、例えば、理論空燃比であってもよく、その他の所定の空燃比であってもよい。
上記燃料噴射算出手段は、例えば、暫定吸入空気量対応値に対応する暫定吸入空気量（暫定吸入空気量対応値により示される暫定吸入空気量）を暫定目標空燃比によって除した値に基づいて燃料噴射量を算出するように構成されていてもよく、その暫定吸入空気量対応値と燃料噴射量との関係（暫定目標空燃比の下における暫定吸入空気量対応値と燃料噴射量との関係）を予め規定したルックアップテーブルや関数を用いることにより燃料噴射量を算出するように構成されていてもよい。

これによれば、実際のスロットル弁開度が「アクセル操作量の増大に伴って増大する暫定スロットル弁開度」に一致するように制御されると仮定した場合において、気筒内に形成される混合気の空燃比が暫定目標空燃比と一致するように燃料噴射量が算出される。この結果、アクセル操作量の増大に伴って機関要求トルクが増大するほど、より多くの量の燃料が噴射される。

更に、本発明の内燃機関の制御装置において、
前記最終目標スロットル弁開度決定手段は、
前記取得された第１燃焼状態指標値を前記第１目標燃焼状態指標値と一致させるための空燃比に対応する値である空燃比対応値を同取得された第１燃焼状態指標値と同第１目標燃焼状態指標値とに基づいて算出する空燃比対応値算出手段と、
前記算出された燃料噴射量に対応する値と前記取得された空燃比対応値とに基いて前記最終目標スロットル弁開度を算出する最終目標スロットル弁開度算出手段と、
を含むことが好適である。

上記「空燃比対応値」は、第１燃焼状態指標値を第１目標燃焼状態指標値と一致させるための目標空燃比（最終目標空燃比）であってもよく、そのような最終目標空燃比を得るための空燃比の補正値であってもよい。
上記「算出された燃料噴射量に対応する値」は、燃料噴射量算出手段により算出された燃料噴射量そのものであってもよく、燃料噴射量算出手段により算出された燃料噴射量を算出する基礎となった吸入空気量（吸入空気量と比例する値である負荷率を含む吸入空気量に対応する値、例えば、上記暫定吸入空気量対応値）等であってもよい。
そして、「第１燃焼状態指標値を第１目標燃焼状態指標値に一致させるための最終目標スロットル弁開度」が、前記算出された燃料噴射量に対応する値と前記取得された空燃比対応値とに基いて算出される。

これによれば、燃料噴射量を変更することなく、スロットル弁開度を上記のように算出される最終目標スロットル弁開度に一致させることにより、空燃比を適切なリーン空燃比（燃焼状態が許容される範囲内であるような状態となる空燃比のうちの出来るだけリーンな空燃比、即ち、第１燃焼状態指標値を第１目標燃焼状態指標値に一致させるためのリーン空燃比）に容易に設定することができる。

上記第１燃焼状態指標値取得手段は、前記第１燃焼状態指標値として、前記内燃機関のクランク角θが所定の第１クランク角（θ＝θ１）であるときの実際の燃焼割合（ＭＦＢ）を取得するように構成されることが好適である。これによれば、燃焼状態を良好に表す燃焼状態指標値を確実に取得することができる。この第１クランク角はθ１、実際の燃焼の中期乃至後期におけるクランク角であり、空燃比が狙いとするリーン空燃比であれば第１クランク角における燃焼割合が所定値となり、空燃比が同狙いとするリーン空燃比よりリッチ側の空燃比であれば第１クランク角θ１における燃焼割合が所定値より大きな値となるように設定されている。第１クランク角θ１は例えば圧縮上死点後３０°クランク角である（ＡＴＤＣ ３０°クランク角）。

燃焼割合ＭＦＢは機関の燃焼状態を示す燃焼状態指標値である。燃焼割合ＭＦＢは図示熱量の割合と実質的に等価な値である。図示熱量の割合は、一回の燃焼行程に関して、「燃焼室において燃焼した総ての燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の総量Ｑtotalに対する、所定のタイミング（所定のクランク角）までに同燃焼室において燃焼した燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の積算量Ｑsumの割合Ｑsum／Ｑtotal」と定義される。燃焼割合ＭＦＢは、「燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対する、所定のタイミング（所定のクランク角）までに同燃焼室において燃焼した燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の積算量の割合」と定義される。

燃焼割合ＭＦＢは気筒内の圧力（以下、「筒内圧」と称呼する。）から下記（１）式に従って比較的容易に求めることができる。燃焼割合ＭＦＢは所定のタイミングを表すクランク角θに対応して求められる。クランク角θにおける燃焼割合ＭＦＢをＭＦＢθと表す。従って、第１燃焼状態指標値はクランク角θを第１クランク角θ１に設定した燃焼割合である。なお、燃焼割合ＭＦＢを求める手法の詳細は、例えば、特開２００６−１４４６４５号公報及び特開２００７−３２５３１号公報等に開示されている。

上記（１）式は、発生した熱のうちピストンに対する仕事に寄与した熱の積算量Ｑの変化パターンがＰｃ（θ）Ｖ（θ）^κの変化パターンと概ね一致するという知見に基いている。Ｐｃ（θ）はクランク角θにおける筒内圧、Ｖ（θ）はクランク角θにおける燃焼室２５の容積、κは混合ガスの比熱比（例えば、１．３２）である。なお、（１）式の分母はＭＦＢの１００％に相当する値である。

上記（１）式のクランク角θは圧縮上死点において０となり、圧縮上死点から圧縮上死点前に向って進角するほど絶対値が大きくなる負の値をとり、圧縮上死点から圧縮上死点後に向って遅角するほど絶対値が大きくなる正の値をとるように定義される。（１）式において、クランク角θｓ（θｓ＜０）は、対象とする燃焼行程（膨張行程）に向う圧縮行程において吸気弁３２及び排気弁３５の両方が閉じた状態にあり且つ点火時期よりも十分に進角した時期（例えば、θｓ＝−３０°、即ち、ＢＴＤＣ ３０°クランク角）である。クランク角θｅ（θｅ＞０）は、対象とする燃焼行程における燃焼が実質的に終了する最も遅い時期よりも遅い所定の時期且つ排気弁開弁時期よりも進角した時期（例えば、θｅ＝６０°、即ち、ＡＴＤＣ ６０°クランク角）である。なお、（１）式におけるＰｃ（θｅ）・Ｖｃ（θｅ）^κを、クランク角θｓからクランク角θｅまでの間のＰｃ（θ）・Ｖｃ（θ）^κの最大値に置換してもよい。

また、上記第１燃焼状態指標値取得手段は、第１燃焼状態指標値として、クランク角θが第１クランク角θ１であるときの燃焼割合ＭＦＢθ（θ＝θ１）を下記（２）式により表されるＷｉｅｂｅ関数と呼ばれる燃焼モデル（例えば、特開２００６−９７２０号公報を参照。）により求めるように構成してもよい。（２）式において、パラメータｃ及びパラメータｄはそれぞれ所定の一定値である。また、（２）式のパラメータαｉは点火時期に基いて変化し、パラメータαｂは吸気弁と排気弁とが同時に開弁するバルブオーバーラップ期間に基いて変化するように設定されていることが望ましい。

このように、第１燃焼状態指標値として、内燃機関のクランク角が所定の第１クランク角であるときの実際の燃焼割合を用いれば、同機関の燃焼状態を不安定にさせることなく、空燃比を所望のリーン空燃比（燃焼が安定している範囲内において極力リーン側の空燃比、即ち、限界リーン空燃比）に容易に制御することができる。

更に、本発明の内燃機関の制御装置は、
前記機関の気筒内に形成された混合気の燃焼状態を示す第２燃焼状態指標値を取得する第２燃焼状態指標値取得手段と、
前記第２燃焼状態指標値が第２目標燃焼状態指標値と一致するように点火時期を制御する点火時期制御手段と、
を備えることが好適である。

これによれば、第２燃焼状態指標値が第２目標燃焼状態指標値と一致するように点火時期が制御される。第１燃焼状態指標値とは異なる第２燃焼状態指標値を第２目標燃焼状態指標値となるように点火時期を制御することにより、内燃機関に個体差がある場合でも、点火時期が個々の機関に応じて適切に制御される。その結果、燃焼効率が改善され、内燃機関の出力トルクを増大させることができる。即ち、上記構成によれば、機関の個体差が存在していても、燃焼状態を安定化させた状態を維持しながら混合気の空燃比をリーン化し、且つ、その混合気を効率良く燃焼させることができる。

ところで、第２の所定クランク角（第２クランク角θ２）における第２燃焼割合ＭＦＢθ２を求め、この第２燃焼割合ＭＦＢθ２が目標値（例えば５０％〜６０％のうちの所定値）になるように点火時期ＳＡを制御することにより、燃焼効率が改善され、内燃機関の出力トルクを増大させることができる。この第２クランク角θ２は一般に圧縮上死点後８°クランク角（ＡＴＤＣ ８°クランク角）である。一方、前述した第１クランク角θ１は燃焼の中〜後期の所定クランク角であり、例えば、圧縮上死点後３０°クランク角（ＡＴＤＣ ３０°クランク角）である。

そこで、前記第２燃焼状態指標値取得手段は、前記第２燃焼状態指標値として、前記内燃機関のクランク角が前記第１クランク角よりも進角側の第２クランク角であるときの実際の燃焼割合を取得するように構成されていることが好適である。

これによれば、より簡単に第２燃焼状態指標値を取得することができる。この場合においても、燃焼割合ＭＦＢθ（θ＝θ２）は上記（１）又は上記（２）式を用いることにより容易に求めることができる。

以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「本制御装置」と称呼することもある。）について図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１は、本制御装置をピストン往復動型の火花点火式多気筒（４気筒）４サイクル内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定の気筒の断面のみを図示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。

この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０と、を含んでいる。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これによりクランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を開閉駆動する吸気弁制御装置３３、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。

吸気弁制御装置３３は、インテークカムシャフトとインテークカム（図示せず）との相対回転角度（位相角度）を油圧により調整・制御する周知の構成を備え、吸気弁３２の開弁時期（吸気弁開弁時期）ＶＴを変更することができるようになっている。本例において、吸気弁の開弁期間（開弁クランク角幅）は一定である。従って、吸気弁開弁時期が所定角度だけ進角又は遅角させられると、吸気弁閉弁時期も同所定角度だけ進角又は遅角させられる。

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３及びスロットル弁駆動手段（スロットル弁制御手段）を構成するＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａを備えている。スロットル弁アクチュエータ４３ａは、最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔを表す駆動信号が与えられたとき、スロットル弁４３の実際の開度ＴＡを最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔに一致させるようになっている。

排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、上流側の三元触媒５３及び下流側の三元触媒５４を備えている。上流側の三元触媒５３は、エキゾーストパイプ５２に配設されている。下流側の三元触媒５４は、上流側の三元触媒５３の下流においてエキゾーストパイプ５２に配設されている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、各気筒に設けられた筒内圧センサ６５、冷却水温センサ６６、第１触媒５３の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６７、第１触媒５３の下流であって第２触媒５４の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６８及びアクセル操作量センサ６９を備えている。

熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量Ｇａを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。この信号はＧ２信号とも称呼される。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０度回転する毎にパルスを出力するようになっている。クランクポジションセンサ６４から出力されるパルスはエンジン回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基いて、機関１０の絶対的なクランク角及び各気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角θが求められるようになっている。筒内圧センサ６５は、筒内圧センサ６５が取り付けられた燃焼室２５内の圧力を検出し、その燃焼室２５内の圧力である筒内圧Ｐｃを表す信号を出力するようになっている。

上流側空燃比センサ６７及び下流側空燃比センサ６８は、触媒５３の上下流の空燃比を検出し、その上下流の空燃比を表す信号をそれぞれ出力するようになっている。アクセル操作量センサ６９は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、アクセルペダル８１の操作量ＰＡを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置７０は、ＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６９と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６９からの信号を供給するようになっている。インターフェース７５は、ＣＰＵ７１の指示に応じて吸気弁制御装置３３、インジェクタ３９及びスロットル弁アクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するとともに、イグナイタ３８に点火信号を送出するようになっている。

（制御の概要１：燃料噴射量及びスロットル弁開度の制御）
次に、上記のように構成された本制御装置により行われる燃料噴射量及びスロットル弁開度の制御の概要について説明する。本制御装置は、アクセル操作量に基づいて燃料噴射量を決定し、その燃料噴射量の燃料により形成される混合気の空燃比がリーン空燃比（限界リーン空燃比）となるようにスロットル弁開度を制御する。スロットル弁開度は、第１燃焼状態指標値としての第１燃焼割合ＭＦＢθ１が第１目標燃焼状態指標値としての第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔとなるように決定された最終スロットル弁開度に一致せしめられる。

より詳細に述べると、機能ブロック図である図２に概念的に示したように、本制御装置は、アクセル操作量取得手段Ｂ１、燃料噴射量決定手段Ｂ２及び燃料噴射手段Ｂ３を備えている。なお、本明細書において機能ブロック図により示された各ブロックの機能は、ＣＰＵ７１が図示しない所定のプログラムを実行することにより達成される。

アクセル操作量取得手段Ｂ１は、運転者により操作されるアクセルペダル８１の操作量ＰＡをアクセル操作量センサ６９からの信号に基づいて取得するようになっている。

燃料噴射量決定手段Ｂ２は、暫定スロットル弁開度決定手段Ｂ２１、暫定吸入空気量対応値決定手段Ｂ２２及び燃料噴射量算出手段Ｂ２３を含んでいる。燃料噴射量決定手段Ｂ２は、暫定スロットル弁開度決定手段Ｂ２１、暫定吸入空気量対応値決定手段Ｂ２２及び燃料噴射量算出手段Ｂ２３を用い、アクセル操作量取得手段Ｂ１によって取得されたアクセルペダル操作量ＰＡに基いて燃料噴射量ＴＡＵを決定するようになっている。

暫定スロットル弁開度決定手段Ｂ２１は、取得されたアクセルペダル操作量ＰＡとスロットル弁開度テーブル（図２のMAPTAz(PA)を参照。）とに基づいて、取得されたアクセルペダル操作量ＰＡが大きいほど大きくなるように暫定スロットル弁開度ＴＡｚを決定するようになっている。

暫定吸入空気量対応値決定手段Ｂ２２は、少なくとも決定された暫定スロットル弁開度ＴＡｚに基いて暫定吸入空気量対応値ＫＬｚを推定するようになっている。この暫定吸入空気量対応値ＫＬｚは、実際のスロットル弁開度が前記決定された暫定スロットル弁開度ＴＡｚであると仮定した場合に機関１０の気筒（燃焼室２５）内に吸入される吸入空気量（暫定筒内吸入空気量）Ｍｃｚに対応する値である。ここでは、暫定吸入空気量対応値ＫＬｚは、実際のスロットル弁開度が前記決定された暫定スロットル弁開度ＴＡｚであると仮定した場合の暫定筒内吸入空気量Ｍｃｚをその気筒の最大容積ｋにより除した値である（即ち、ＫＬｚ＝Ｍｃｚ／ｋ）。以下、値ＫＬｚは「暫定的な負荷率ＫＬｚ」とも称呼される。

燃料噴射量算出手段Ｂ２３は、暫定吸入空気量対応値ＫＬｚに対応する量の空気（即ち、暫定筒内吸入空気量Ｍｃｚ）が気筒内に吸入されると仮定した場合に、その気筒内に形成される混合気の空燃比が暫定目標空燃比ABYFzと一致するように燃料噴射量ＴＡＵを算出するようになっている。本例において、暫定目標空燃比ABYFzは理論空燃比stoichである。従って、燃料噴射量算出手段Ｂ２３は、暫定吸入空気量対応値ＫＬｚに対応する量の空気（即ち、暫定筒内吸入空気量Ｍｃｚ＝ｋ・ＫＬｚ）を暫定目標空燃比ABYFzである理論空燃比stoichで除することにより燃料噴射量ＴＡＵを算出する（即ち、ＴＡＵ＝ｋ・ＫＬｚ／stoich）。

燃料噴射手段Ｂ３はインジェクタ３９を含んでいる。燃料噴射手段Ｂ３は決定された燃料噴射量ＴＡＵの燃料を吸気行程を迎える気筒に対して備えられているインジェクタ３９から噴射するようになっている。

このように、本制御装置は、アクセルペダル操作量ＰＡに基づいて燃料噴射量ＴＡＵを決定し、その決定した燃料噴射量ＴＡＵの燃料を機関１０に供給するようになっている。

本制御装置は、更に、第１燃焼状態指標値取得手段Ｂ４、最終目標スロットル弁開度決定手段Ｂ５及びスロットル弁制御手段Ｂ６を備えている。

第１燃焼状態指標値取得手段Ｂ４は、第１燃焼状態指標値としての第１燃焼割合ＭＦＢθ１を、少なくとも筒内圧センサ６５から取得される筒内圧Ｐｃに基づいて取得するようになっている。前述した燃焼割合ＭＦＢθは、燃焼行程にある気筒のクランク角θの経過に伴って図３に示したように変化する。図３から理解されるように、燃焼割合ＭＦＢθは「機関１０の気筒（燃焼室２５）内に形成された混合気の燃焼状態（燃焼の進行の程度）を示す指標値」である。従って、第１燃焼割合ＭＦＢθ１は、「燃焼行程にある気筒のクランク角θが第１クランク角θ１にあるときの、その気筒内に形成された混合気の燃焼状態（燃焼の進行の程度）を示す第１の指標値」と言うことができる。

より詳細に述べると、第１燃焼状態指標値取得手段Ｂ４は、筒内圧センサ６５から取得される筒内圧Ｐｃと、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基いて取得されるクランク角θと、上述した（１）式と、を用いて、第１燃焼割合ＭＦＢθ１を取得するように構成されている。第１クランク角θ１は、燃焼の中期乃至後期における所定のクランク角である。本例において、第１クランク角θ１は、圧縮上死点後３０°クランク角である（θ１＝ＡＴＤＣ ３０°クランク角）。このＡＴＤＣ ３０°クランク角の第１燃焼割合ＭＦＢθ１を「３０°燃焼割合ＭＦＢ３０（又は、単に、「燃焼割合ＭＦＢ３０」）」とも称呼する。

図４は空燃比を種々の空燃比に設定した各場合の燃焼割合ＭＦＢθの変化の様子を示したグラフである。図４において、実線は空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であって、それ以上リーンな空燃比であると燃焼が不安定になる空燃比（この空燃比を「限界リーン空燃比」とも言う。）である場合の燃焼割合ＭＦＢθを示している。一点鎖線は空燃比が限界リーン空燃比よりもリッチな空燃比である場合の燃焼割合ＭＦＢθを示している。破線は空燃比が限界リーン空燃比よりもリーンな空燃比である場合の燃焼割合ＭＦＢθを示している。

図４の点Ｐ１、点Ｐ２及び点Ｐ３から理解されるように、第１燃焼割合ＭＦＢθ１（＝燃焼割合ＭＦＢ３０）は空燃比がリーンな空燃比になるほど（空燃比が大きくなるほど）小さくなる。実験によれば、第１燃焼割合ＭＦＢθ１が点Ｐ２に示した値以下となると、空燃比が過度に大きいために燃焼が不安定になる。そこで、本制御装置は、第１燃焼割合ＭＦＢθ１の目標値である第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔを点Ｐ２により示される燃焼割合ＭＦＢθの値に設定する。第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔは本例においては９０％に設定されている。そして、本制御装置は、実際の第１燃焼割合ＭＦＢθ１を取得し、取得された第１燃焼割合ＭＦＢθ１が限界リーン空燃比に対応する第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔに一致するように空燃比をフィードバック制御する。なお、第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔは機関１０に応じて、種々の値（例えば、８５〜９７％の範囲内の値）に設定される。

具体的に述べると、最終目標スロットル弁開度決定手段Ｂ５は、取得された第１燃焼状態指標値としての第１燃焼割合ＭＦＢθ１（＝燃焼割合ＭＦＢ３０）が第１目標燃焼状態指標値としての第１目標燃焼割合ＭＦＢθｔｇｔ（＝燃焼割合ＭＦＢ３０ｔｇｔ）と一致するように、空燃比を調整する。このとき、最終目標スロットル弁開度決定手段Ｂ５は、燃料噴射量ＴＡＵを変更せず、スロットル弁開度を変更する。即ち、最終目標スロットル弁開度決定手段Ｂ５は、第１燃焼割合ＭＦＢθ１と第１目標燃焼割合ＭＦＢθｔｇｔとに基づいて（実際には、差ΔＭＦＢ３０＝（ＭＦＢ３０−ＭＦＢ３０ｔｇｔ）に基づいて）、これらの差（ΔＭＦＢ３０）を「０」とするのに必要な空燃比を得るためのスロットル弁開度の最終的な目標値（最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔ）を決定する。

より詳細には、最終目標スロットル弁開度決定手段Ｂ５は、空燃比対応値算出手段Ｂ５１と、最終目標スロットル弁開度算出手段Ｂ５２と、を含んでいる。

空燃比対応値算出手段Ｂ５１は、取得された第１燃焼状態指標値としての第１燃焼割合ＭＦＢθ１（燃焼割合ＭＦＢ３０）を第１目標燃焼状態指標値としての第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔ（目標燃焼割合ＭＦＢ３０ｔｇｔ）と一致させるための空燃比に対応する値ＡＦＬ（この値を「空燃比対応値ＡＦＬ」と称呼する。）を、取得された第１燃焼割合ＭＦＢθ１と、第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔと、に基づいて算出する。本例における空燃比対応値は、機関１０に供給される混合気の目標空燃比ＡＦＬである。なお、空燃比対応値は、例えば、目標空燃比を表すための「理論空燃比に対する比率」であってもよい。

例えば、空燃比対応値算出手段Ｂ５１は、第１燃焼割合ＭＦＢθ１（燃焼割合ＭＦＢ３０）が第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔ（目標燃焼割合ＭＦＢ３０ｔｇｔ）より小さいとき、空燃比をリッチ側に移行させるように空燃比対応値ＡＦＬを修正（減少）する。一方、空燃比対応値算出手段Ｂ５１は、第１燃焼割合ＭＦＢθ１が第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔより大きいとき、空燃比をリーン側に移行させるように空燃比対応値ＡＦＬを修正（増大）する。

最終目標スロットル弁開度算出手段Ｂ５２は、燃料噴射量算出手段Ｂ２３によって算出されている燃料噴射量ＴＡＵに対応する値である「暫定的な負荷率ＫＬｚ」と、取得された空燃比対応値である「目標空燃比ＡＦＬ」とに基いて、その燃料噴射量ＴＡＵに対して目標空燃比ＡＦＬを得るために必要な最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔを算出するようになっている。

スロットル弁制御手段Ｂ６は、スロットル弁アクチュエータ４３ａを含み、そのスロットル弁アクチュエータ４３ａを用いて、スロットル弁の実際の開度が決定された最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔと一致するようにスロットル弁４３を制御する。

本制御装置は、上述のような燃料噴射量及びスロットル弁開度の制御を行うので、空燃比がよりリーンな空燃比に変更される際、燃焼に寄与する燃料の量が低下しない。従って、機関発生トルクが比較的大きく減少することに起因して運転者が違和感を覚えるという問題を回避することができる。しかも、過渡運転時等において筒内吸入空気量を精度良く推定できない場合であっても、第１燃焼状態指標値（ＭＦＢθ１）が第１目標燃焼指標値（ＭＦＢθ１ｔｇｔ）と一致するようにスロットル弁開度が制御されるから、機関発生トルクの変動を小さくしながら空燃比をリーン化することができる。なお、このような制御は、アクセルペダル操作量ＰＡに応じたトルクを機関に出力させることを空燃比の制御よりも優先するので、トルクデマンド制御とも称呼される。

（制御の概要２：点火時期制御）
次に、本制御装置により行われる点火時期制御の概要について説明する。図５は、点火時期ＳＡと、機関１０のクランク角θが所定の第２クランク角（θ＝θ２）であるときの実際の燃焼割合ＭＦＢθ２と、機関１０の発生トルクＴＲＱと、の関係を示したグラフである。燃焼割合ＭＦＢθ２（第２燃焼割合ＭＦＢθ２）は、「機関１０の気筒（燃焼室２５）内に形成された混合気の燃焼状態（燃焼の進行の程度）を示す第２の指標値」である。第２クランク角θ２は、第１クランク角θ１よりも進角側の（即ち、燃焼の初期における）クランク角である。本例において、第２クランク角θ２は圧縮上死点後８°クランク角（ＡＴＤＣ ８°クランク角）である。このＡＴＤＣ ８°クランク角の燃焼割合ＭＦＢθ２を「８°燃焼割合ＭＦＢ８（又は、単に、「燃焼割合ＭＦＢ８」）」とも称呼する。図５から理解されるように、発生トルクＴＲＱが最大となる８°燃焼割合ＭＦＢ８は約５０％（図５の領域Ａを参照。）である。換言すると、燃焼割合ＭＦＢ８を５０％に一致させるように点火時期を制御することにより、機関１０の発生トルクを最大にすることができる。

図６は燃料噴射量及び筒内吸入空気量を一定（即ち、空燃比を一定）にした場合において、点火時期ＳＡを変更したときの燃焼割合ＭＦＢθの変化の様子を示したグラフである。図６において、実線は点火時期を所定の点火時期に設定した場合の燃焼割合ＭＦＢθを示している。一点鎖線は点火時期を所定の点火時期よりも進角側の点火時期に設定した場合の燃焼割合ＭＦＢθを示している。破線は点火時期を所定の点火時期よりも遅角側の点火時期に設定した場合の燃焼割合ＭＦＢθを示している。図６の点Ｐ４、点Ｐ５及び点Ｐ６から理解されるように、点火時期ＳＡを遅角するほど第２燃焼割合ＭＦＢθ２（＝燃焼割合ＭＦＢ８）は減少し、点火時期ＳＡを進角するほど第２燃焼割合ＭＦＢθ２（＝燃焼割合ＭＦＢ８）は増大する。

そこで、本制御装置は、第２燃焼状態指標値としての第２燃焼割合ＭＦＢθ２である「燃焼割合ＭＦＢ８」が、最大トルクの得られる第２目標燃焼状態指標値としての「第２目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔ（例えば、５０％近傍の値）」と一致するように点火時期ＳＡをフィードバック制御する。

具体的に述べると、本制御装置は、機能ブロック図である図７に概念的に示したように、第２燃焼状態指標値取得手段Ｃ１と点火時期制御手段Ｃ２とを備えている。

第２燃焼状態指標値取得手段Ｃ１は、第２燃焼状態指標値としての第２燃焼割合ＭＦＢθ２（第２燃焼割合ＭＦＢ８）を、少なくとも筒内圧センサ６５から取得される筒内圧Ｐｃに基づいて取得するようになっている。

より詳細に述べると、第２燃焼状態指標値取得手段Ｃ１は、筒内圧センサ６５から取得される筒内圧Ｐｃと、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基いて取得されるクランク角θと、上述した（１）式と、を用いて、機関１０のクランク角θが所定の第２クランク角（θ＝θ２＝８°）であるときの実際の「第２燃焼割合ＭＦＢθ２」を取得するように構成されている。

点火時期制御手段Ｃ２は、取得された第２燃焼状態指標値（燃焼割合ＭＦＢ８）が第２目標燃焼状態指標値（目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔであり、本例では、５０％）と一致するように点火時期ＳＡをフィードバック制御する。即ち、前回の点火時期により点火を行なった結果として得られた燃焼割合ＭＦＢ８が目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔよりも小さければ、点火時期制御手段Ｃ２は今回の点火時期ＳＡを「前回の点火時期を所定進角量だけ進角させた点火時期」に設定する。反対に、前回の点火時期により点火を行なった結果として得られた燃焼割合ＭＦＢ８が目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔよりも大きければ、点火時期制御手段Ｃ２は今回の点火時期ＳＡを「前回の点火時期を所定遅角量だけ遅角させた点火時期」に設定する。

この結果、本制御装置によれば、機関１０が製造上の個体差を有している場合であっても、点火時期が個々の機関１０に応じて適切に制御される。従って、燃焼効率が改善され、機関１０の出力トルクを増大させることができる。即ち、本制御装置によれば、機関１０の個体差が存在していても、安定した燃焼状態を維持しながら混合気の空燃比を限界リーン空燃比に制御し、且つ、その混合気を効率良く燃焼させることができる。

（具体的な制御１：燃料噴射量及びスロットル弁開度の制御）
次に、本制御装置による実際の燃料噴射量及びスロットル弁開度の制御の詳細内容について説明する。図８は本制御装置の機能ブロック図である。以下、各機能について順に説明を加える。

本制御装置は、燃料噴射量ＴＡＵを決定するために、暫定スロットル弁開度決定部Ｄ１、吸気管部内圧力算出部Ｄ２、負荷率算出部Ｄ３及び燃料噴射量算出部Ｄ４を備えている。

暫定スロットル弁開度決定部Ｄ１は、アクセル操作量センサ６９からアクセルペダル操作量ＰＡを取得し、取得したアクセルペダル操作量ＰＡとブロックＤ１内に記載したスロットル弁開度テーブル（図２のMAPTAz(PA)）とに基づいて暫定スロットル弁開度ＴＡｚを決定する。このスロットル弁開度テーブルMAPTAz(PA)によれば、暫定スロットル弁開度ＴＡｚはアクセルペダル操作量ＰＡが大きくなるほど大きくなるように決定される。

吸気管部内圧力算出部Ｄ２は、暫定スロットル弁開度決定部Ｄ１によって決定された暫定スロットル弁開度ＴＡｚと、クランクポジションセンサ６４から出力されるパルスに基づいて別途求められるエンジン回転速度ＮＥと、吸気弁開弁時期ＶＴと、を入力する。更に、吸気管部内圧力算出部Ｄ２は、暫定スロットル弁開度ＴＡｚ、エンジン回転速度ＮＥ及び吸気弁開弁時期ＶＴと、スロットル弁４３よりも下流の吸気管内部の圧力（吸気管部内圧力）Ｐｉｍと、の関係を規定する吸気管部内圧力テーブルを備えている。この吸気管部内圧力テーブルは予め実験により定められている。そして、吸気管部内圧力算出部Ｄ２は、入力した暫定スロットル弁開度ＴＡｚ、入力したエンジン回転速度ＮＥ及び入力した吸気弁開弁時期ＶＴと、吸気管部内圧力テーブルと、に基づいて吸気管部内圧力Ｐｉｍを算出する。

負荷率算出部Ｄ３は、吸気管部内圧力算出部Ｄ２により算出された吸気管部内圧力Ｐｉｍと、エンジン回転速度ＮＥと、吸気弁開弁時期ＶＴと、を入力する。負荷率算出部Ｄ３は、「エンジン回転速度ＮＥ及び吸気弁開弁時期ＶＴと、定数ａと、との関係」を規定する第１テーブルを備えている。更に、負荷率算出部Ｄ３は、「エンジン回転速度ＮＥ及び吸気弁開弁時期ＶＴと、定数ｂと、との関係」を規定する第２テーブルを備えている。

そして、負荷率算出部Ｄ３は、入力したエンジン回転速度ＮＥ及び入力した吸気弁開弁時期ＶＴと、第１テーブルと、から定数ａを決定する。同様に、負荷率算出部Ｄ３は、入力したエンジン回転速度ＮＥ及び入力した吸気弁開弁時期ＶＴと、第２テーブルと、から定数ｂを決定する。最後に、負荷率算出部Ｄ３は、決定した定数ａ、決定した定数ｂ及び入力した吸気管部内圧力Ｐｉｍを下記の（３）式に代入することにより、暫定的な負荷率（負荷、充填率）ＫＬｚを算出する。この暫定的な負荷率ＫＬｚは暫定筒内吸入空気量Ｍｃｚを表すので、暫定吸入空気量対応値とも称呼される。
ＫＬｚ＝（ａ・Ｐｉｍ−ｂ）／ｋ …（３）

この（３）式は、「吸気行程における気筒内の圧力は吸気弁３２の上流の圧力、即ち、吸気管部内圧力Ｐｉｍとみなすことができるので、筒内吸入空気量Ｍｃは吸気弁閉弁時の吸気管部内圧力Ｐｉｍに比例すると考えることができる。」との考えに基づいた経験式（実験的に定められた式）である。なお、（３）式において、値ｂは「気筒内に残存していた既燃ガス量」を反映した正の値であり、値ｋは所定の定数（例えば、各気筒の最大容積を表す値）である。（３）式は大気温度（吸気温度）と吸気管部内の空気の温度とは便宜上等しいと仮定している。

なお、吸気管部内圧力算出部Ｄ２及び負荷率算出部Ｄ３は、空気の挙動を物理法則に則って記述した周知の空気モデル（スロットル弁モデル及び吸気管モデル等）により、吸気管部内圧力Ｐｉｍ及び負荷率ＫＬｚを算出するように構成されていてもよい。このような空気モデルは、例えば、特許第３９０１０６８、特開２００１−４１０９５号公報、特開２００３−１８４６１３号公報、特開２００７-０１６６６０号公報及び特開２００４−１７６６３８号公報等に詳細に開示されている。

燃料噴射量算出部Ｄ４は、負荷率算出部Ｄ３により算出された暫定的な負荷率ＫＬｚと、暫定目標空燃比ABYFz（この例においては、暫定目標空燃比ABYFz＝理論空燃比stoich）と、を下記の（４）式に代入して燃料噴射量を算出する。
ＴＡＵ＝ｋ・ＫＬｚ／stoich …（４）

この（４）式により求められる燃料噴射量ＴＡＵは、負荷率（暫定吸入空気量対応値）ＫＬｚに対応する量の空気（即ち、暫定筒内吸入空気量Ｍｃｚ）が気筒内に吸入されると仮定した場合に、その気筒内に形成される混合気の空燃比を暫定目標空燃比ABYFzと一致させる燃料量である。

そして、燃料噴射量ＴＡＵの燃料が燃料噴射手段を構成するインジェクタ３９であって吸気行程を迎える気筒に対応しているインジェクタ３９から噴射される。

更に、本制御装置は、スロットル弁開度を制御するために、３０°燃焼割合ＭＦＢ３０取得部Ｅ１、フィードバック部Ｅ２、目標負荷率算出部Ｅ３、目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４及び最終目標スロットル弁開度算出部Ｅ５を備えている。

３０°燃焼割合ＭＦＢ３０取得部Ｅ１は、第１燃焼状態指標値としての３０°燃焼割合ＭＦＢ３０を上記（１）式に従った下記の（５）式に基づいて求める。このとき、３０°燃焼割合ＭＦＢ３０取得部Ｅ１は、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基いて別途算出されている「ある気筒のクランク角θ」が３０°クランク角（ＡＴＤＣ ３０°クランク角）になったとき、その気筒の筒内圧センサ６５から取得される筒内圧Ｐｃを、（５）式におけるＰｃ（３０°）として使用する。（５）式のＶ（３０°）は予めＲＯＭ７２に記憶されている。

同様に、３０°燃焼割合ＭＦＢ３０取得部Ｅ１は、別途算出されている「ある気筒のクランク角θ」がθｓ（ＢＴＤＣ ３０°クランク角）になったとき、その気筒の筒内圧センサ６５から取得される筒内圧Ｐｃを、（５）式におけるＰｃ（θｓ）として使用する。（５）式のＶ（θｓ）は予めＲＯＭ７２に記憶されている。更に、３０°燃焼割合ＭＦＢ３０取得部Ｅ１は、別途算出されている「ある気筒のクランク角θ」がθｓ（ＡＴＤＣ ６０°クランク角）になったとき、その気筒の筒内圧センサ６５から取得される筒内圧Ｐｃを、（５）式におけるＰｃ（θｅ）として使用する。（５）式のＶ（θｅ）は予めＲＯＭ７２に記憶されている。

フィードバック部Ｅ２は周知の比例積分制御（ＰＩ制御）に従ったフィードバック制御を行い、燃焼割合ＭＦＢ３０を目標燃焼割合ＭＦＢ３０ｔｇｔと一致させるための空燃比対応値ＡＦＬを算出する。本例における空燃比対応値ＡＦＬは目標空燃比である。なお、図４を参照しながら説明したように、目標燃焼割合ＭＦＢ３０ｔｇｔは本例においては９０％に設定されている。燃焼割合ＭＦＢ３０が９０％以下であることは、空燃比が過度に大きくなっている（限界リーン空燃比よりもリーン側に移行しすぎている）ために燃焼が不安定になる虞がある。一方、燃焼割合ＭＦＢ３０が９０％より大きいことは、燃焼を不安定することなく空燃比を更にリーンにし得ることを意味する。

従って、フィードバック部Ｅ２は、燃焼割合ＭＦＢ３０が９０％より小さいとき、空燃比をリッチ側に移行させるように空燃比対応値ＡＦＬを修正する。即ち、フィードバック部Ｅ２は目標空燃比である空燃比対応値ＡＦＬを小さくする。一方、フィードバック部Ｅ２は、燃焼割合ＭＦＢ３０が９０％より大きいとき、空燃比をリーン側に移行させるように空燃比対応値ＡＦＬを修正する。即ち、フィードバック部Ｅ２は目標空燃比である空燃比対応値ＡＦＬを大きくする。

目標負荷率算出部Ｅ３は、負荷率算出部Ｄ３により算出された暫定的な負荷率ＫＬｚと、フィードバック部Ｅ２により算出された目標空燃比ＡＦＬと、を入力する。目標負荷率算出部Ｅ３は、入力した暫定的な負荷率ＫＬｚ及び目標空燃比ＡＦＬを下記の（６）式に代入することにより目標負荷率ＫＬｔｇｔを算出する。
ＫＬｔｇｔ＝ＫＬｚ・ＡＦＬ／stoich …（６）

ここで（６）式について説明を加える。
空燃比対応値ＡＦＬである目標空燃比ＡＦＬを得るために必要な筒内吸入空気量をＭｃｔｇｔとすると、次の（７）式が成立する。
ＡＦＬ＝Ｍｃｔｇｔ／ＴＡＵ …（７）
目標負荷率ＫＬｔｇｔと筒内吸入空気量Ｍｃｔｇｔとの関係は上記（４）式（ＴＡＵ＝ｋ・ＫＬｚ／stoich）からも明らかなように次の（８）式により表される。
Ｍｃｔｇｔ＝ｋ・ＫＬｔｇｔ …（８）
（７）式と（８）式とから、次の（９）式が得られる。
ＫＬｔｇｔ＝ＡＦＬ・ＴＡＵ／ｋ …（９）
一方、燃料噴射量ＴＡＵは燃料噴射量算出部Ｄ４により上記（４）式に従って求められている。
従って、（９）式と（４）式とから上記（６）式が得られる。

目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４は、負荷率算出部Ｄ３と同様に、「エンジン回転速度ＮＥ及び吸気弁開弁時期ＶＴと、定数ａと、との関係」を規定する第１テーブル、及び、「エンジン回転速度ＮＥ及び吸気弁開弁時期ＶＴと、定数ｂと、との関係」を規定する第２テーブルを備えている。目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４は、エンジン回転速度ＮＥと、吸気弁開弁時期ＶＴと、目標負荷率算出部Ｅ３により算出された目標負荷率ＫＬｔｇｔと、を入力する。

そして、目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４は、入力したエンジン回転速度ＮＥ及び入力した吸気弁開弁時期ＶＴと、第１テーブルと、から定数ａを決定する。同様に、目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４は、入力したエンジン回転速度ＮＥ及び入力した吸気弁開弁時期ＶＴと、第２テーブルと、から定数ｂを決定する。最後に、目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４は、決定した定数ａ、決定した定数ｂ及び入力した目標負荷率ＫＬｔｇｔを、上記（３）式と等価な式である下記の（１０）式に代入することにより、目標吸気管部内圧力Ｐｉｍｔｇｔを算出する。
Ｐｉｍｔｇｔ＝（ｋ・ＫＬｔｇｔ＋ｂ）／ａ …（１０）

最終目標スロットル弁開度算出部Ｅ５は、エンジン回転速度ＮＥと、吸気弁開弁時期ＶＴと、目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４により算出された目標吸気管部内圧力Ｐｉｍｔｇｔと、を入力する。最終目標スロットル弁開度算出部Ｅ５は、「目標吸気管部内圧力Ｐｉｍｔｇｔ、エンジン回転速度ＮＥ及び吸気弁開弁時期ＶＴ」と「最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔ」との関係を規定する「最終目標スロットル弁開度算出テーブル」を備えている。この最終目標スロットル弁開度算出テーブルも実験的に求められる。

そして、最終目標スロットル弁開度算出部Ｅ５は、入力したエンジン回転速度ＮＥ、入力した吸気弁開弁時期ＶＴ及び入力した目標吸気管部内圧力Ｐｉｍｔｇｔを、最終目標スロットル弁開度算出テーブルに適用することにより、最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔを算出する。これにより、上記燃料噴射量ＴＡＵの燃料が供給されている場合に、上記空燃比対応値ＡＦＬ（目標空燃比ＡＦＬ）を得るために必要な筒内吸入空気量Ｍｃｔｇｔを得るための最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔが算出される。

そして、本制御装置は、スロットル弁４３の開度が最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔと一致するようにスロットル弁アクチュエータ４３ａを制御する。

なお、暫定スロットル弁開度決定部Ｄ１は暫定スロットル弁開度決定手段Ｂ２１に対応している。吸気管部内圧力算出部Ｄ２及び負荷率算出部Ｄ３は暫定吸入空気量対応値決定手段Ｂ２２に対応している。燃料噴射量算出部Ｄ４は燃料噴射量算出手段Ｂ２３に対応している。更に、暫定スロットル弁開度決定部Ｄ１、吸気管部内圧力算出部Ｄ２、負荷率算出部Ｄ３及び燃料噴射量算出部Ｄ４により、燃料噴射量決定手段Ｂ２が構成されている。

また、３０°燃焼割合ＭＦＢ３０取得部Ｅ１は第１燃焼状態指標値取得手段Ｂ４に対応している。フィードバック部Ｅ２は空燃比対応値算出手段Ｂ５１に対応している。目標負荷率算出部Ｅ３、目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４及び最終目標スロットル弁開度算出部Ｅ５は、最終目標スロットル弁開度算出手段Ｂ５２を構成している。更に、フィードバック部Ｅ２、目標負荷率算出部Ｅ３、目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４及び最終目標スロットル弁開度算出部Ｅ５は、最終目標スロットル弁開度決定手段Ｂ５を構成している。

また、目標負荷率算出部Ｅ３、目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４及び最終目標スロットル弁開度算出部Ｅ５は、上述した周知の空気モデルの逆モデルを用いて最終目標スロットル弁開度ＴＡｔｇｔを算出してもよい。

（具体的な制御２：点火時期制御）
次に、本制御装置による実際の点火時期制御の詳細内容について説明する。図９は本制御装置の点火時期制御に係る機能ブロック図である。以下、各機能について順に説明を加える。

本制御装置は、点火時期ＳＡを決定するために、８°燃焼割合ＭＦＢ８取得部Ｆ１及び点火時期フィードバック部Ｆ２を備えている。

８°燃焼割合ＭＦＢ８取得部Ｆ１は、第２燃焼状態指標値としての８°燃焼割合ＭＦＢ８を上記（１）式に従った下記の（１１）式に基づいて求める。このとき、８°燃焼割合ＭＦＢ８取得部Ｆ１は、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基いて別途算出されている「ある気筒のクランク角θ」が８°クランク角（ＡＴＤＣ８°クランク角）になったとき、その気筒の筒内圧センサ６５から取得される筒内圧Ｐｃを、（１１）式におけるＰｃ（８°）（即ち、Ｐｃ（θ２））として使用する。（１１）式のＶ（８°）は予めＲＯＭ７２に記憶されている。

同様に、８°燃焼割合ＭＦＢ８取得部Ｆ１は、別途算出されている「ある気筒のクランク角θ」がθｓ（ＢＴＤＣ ３０°クランク角）になったとき、その気筒の筒内圧センサ６５から取得される筒内圧Ｐｃを、（１１）式におけるＰｃ（θｓ）として使用する。（１１）式のＶ（θｓ）は予めＲＯＭ７２に記憶されている。更に、８°燃焼割合ＭＦＢ８取得部Ｆ１は、別途算出されている「ある気筒のクランク角θ」がθｓ（ＡＴＤＣ ６０°クランク角）になったとき、その気筒の筒内圧センサ６５から取得される筒内圧Ｐｃを、（１１）式におけるＰｃ（θｅ）として使用する。（１１）式のＶ（θｅ）は予めＲＯＭ７２に記憶されている。

点火時期フィードバック部Ｆ２は、周知の比例積分制御（ＰＩ制御）に従ったフィードバック制御を行い、燃焼割合ＭＦＢ８を目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔと一致させるための点火時期ＳＡを算出する。目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔは本例において５０％に設定されている。なお、目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔは、運転状態量に応じて変更されてもよい。目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔは、機関の燃焼効率が良く、且つ、ＨＣやＣＯ等の排出量が低い値となり、且つ、ノッキング等によるトルク変動等が発生しないような値に設定される。

そして、本制御装置は、点火時期フィードバック部Ｆ２により算出された点火時期ＳＡにて点火が行われるようにイグナイタ３８に点火信号（点火指示信号）を送出し、点火プラグ３７から火花を発生させる。この結果、本制御装置は、機関１０が製造上の個体差を有している場合であっても、個々の機関１０が最大トルクを発生するような点火時期ＳＡにて点火を実行することができる。即ち、本制御装置によれば、機関１０の個体差が存在していても、安定した燃焼状態を維持しながら混合気の空燃比を限界リーン空燃比に制御し、且つ、その混合気を効率良く燃焼させることができる。

なお、８°燃焼割合ＭＦＢ８取得部Ｆ１は第２燃焼状態指標値取得手段Ｃ１に対応している。点火時期フィードバック部Ｆ２は点火時期制御手段Ｃ２に対応している。

以上、説明したように、本制御装置によれば、空燃比がよりリーンな空燃比に変更される際、燃焼に寄与する燃料の量である燃料噴射量ＴＡＵが低下しないので、機関発生トルクが比較的大きく減少することに起因して運転者が違和感を覚えるという問題を回避することができる。しかも、過渡運転時等において吸入空気量を精度良く推定できない場合であっても、第１燃焼状態指標値（第１燃焼割合ＭＦＢθ１）が第１目標燃焼指標値（第１目標燃焼割合ＭＦＢθ１ｔｇｔ）と一致するようにスロットル弁開度が制御されるから、機関発生トルクの変動を小さくしながら空燃比をリーン化することができる。

本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態は、燃焼割合ＭＦＢ（従って、図示熱量の割合Ｑsum／Ｑtotal）を筒内圧に基いて取得していたが、燃焼割合ＭＦＢを上記（２）式に示したWiebe関数と呼ばれる燃焼モデル（例えば、特開２００６−９７２０号公報を参照。）により求めるように構成することもできる。また、上記実施形態は、燃焼割合ＭＦＢ８による点火時期フィードバック制御を実行していたが、この点火時期フィードバック制御を実行しなくてもよい。

また、吸気弁開弁時期ＶＴは、機関１０の運転状態（例えば、目標負荷率ＫＬｔｇｔ及びエンジン回転速度ＮＥ等）に基づいて変更されてもよく、一定であってもよい。吸気弁開弁時期ＶＴが一定である場合、吸気管部内圧力算出部Ｄ２、負荷率算出部Ｄ３、目標吸気管部内圧力算出部Ｅ４及び最終目標スロットル弁開度算出部Ｅ５等は、吸気弁開弁時期ＶＴを入力しなくてもよく、それぞれの算出部が求めるべき値を吸気弁開弁時期ＶＴに基づくことなく算出してもよい。更に、上記第１クランク角θ１はＡＴＤＣ ３０°クランク角に限定されない。同様に、上記第２クランク角θ２は、ＡＴＤＣ ８°クランク角に限定されない。

更に、上記燃料噴射量決定手段Ｂ２は、少なくとも取得されたアクセル操作量ＰＡ（好ましくは、更に、取得されたエンジン回転速度ＮＥ）に基いて機関に要求されるトルク（機関要求トルク）を所定のテーブル等により算出し、その機関要求トルクを機関１０が発生するために必要とする燃料量を燃料噴射量ＴＡＵとして決定するように構成されることもできる。

本発明の実施形態に係る制御装置を適用した内燃機関の概略図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。 燃焼割合のクランク角に対する変化の様子を示したタイムチャートである。 空燃比を変更した各場合における、燃焼割合のクランク角に対する変化の様子を示したタイムチャートである。 点火時期と、クランク角が所定の第２クランク角であるときの実際の燃焼割合と、機関の発生トルクと、の関係を示したグラフである。 点火時期を変更した各場合における、燃焼割合のクランク角に対する変化の様子を示したタイムチャートである。 本発明の実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の詳細な機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の詳細な機能ブロック図である。

符号の説明

１０…内燃機関、２０…シリンダブロック部、２５…燃焼室、３０…シリンダヘッド部、３７…点火プラグ、３８…イグナイタ、３９…インジェクタ、４０…吸気系統、４３…スロットル弁、４３ａ…スロットル弁アクチュエータ、５０…排気系統、６３…カムポジションセンサ、６４…クランクポジションセンサ、６５…筒内圧センサ、６９…アクセル操作量センサ、７０…電気制御装置。

Claims (5)

1. 内燃機関の制御装置であって、
   アクセル操作量を取得するアクセル操作量取得手段と、
   前記取得されたアクセル操作量に基いて燃料噴射量を決定する燃料噴射量決定手段と、
   前記決定された燃料噴射量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   前記機関の気筒内に形成された混合気の燃焼状態を示す第１燃焼状態指標値を取得する第１燃焼状態指標値取得手段と、
   前記取得された第１燃焼状態指標値が第１目標燃焼状態指標値と一致するように同取得された第１燃焼状態指標値と同第１目標燃焼状態指標値とに基づいてスロットル弁開度の最終的な目標値である最終目標スロットル弁開度を決定する最終目標スロットル弁開度決定手段と、
   前記スロットル弁の開度が前記決定された最終目標スロットル弁開度と一致するように同スロットル弁を制御するスロットル弁制御手段と、
   を備えた内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記燃料噴射量決定手段は、
   前記取得されたアクセル操作量に基づいて同取得されたアクセル操作量が大きいほど大きくなるように暫定スロットル弁開度を決定する暫定スロットル弁開度決定手段と、
   実際のスロットル弁開度が前記決定された暫定スロットル弁開度であると仮定した場合に前記機関の気筒内に吸入される吸入空気量に対応する値である暫定吸入空気量対応値を同決定された暫定スロットル弁開度に基いて推定する推定手段と、
   前記推定された暫定吸入空気量対応値に対応する量の空気が前記気筒内に吸入されると仮定した場合に同気筒内に形成される混合気の空燃比が暫定目標空燃比と一致するように燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
   を含み、
   前記最終目標スロットル弁開度決定手段は、
   前記取得された第１燃焼状態指標値を前記第１目標燃焼状態指標値と一致させるための空燃比に対応する値である空燃比対応値を同取得された第１燃焼状態指標値と同第１目標燃焼状態指標値とに基づいて算出する空燃比対応値算出手段と、
   前記算出された燃料噴射量に対応する値と前記取得された空燃比対応値とに基いて前記最終目標スロットル弁開度を算出する最終目標スロットル弁開度算出手段と、
   を含む内燃機関の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記第１燃焼状態指標値取得手段は、前記第１燃焼状態指標値として、前記内燃機関のクランク角が所定の第１クランク角であるときの実際の燃焼割合を取得するように構成された内燃機関の制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記機関の気筒内に形成された混合気の燃焼状態を示す第２燃焼状態指標値を取得する第２燃焼状態指標値取得手段と、
   前記第２燃焼状態指標値が第２目標燃焼状態指標値と一致するように点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   を備えた内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記第２燃焼状態指標値取得手段は、前記第２燃焼状態指標値として、前記内燃機関のクランク角が前記第１クランク角よりも進角側の第２クランク角であるときの実際の燃焼割合を取得するように構成された内燃機関の制御装置。

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