JP2010007673A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機関負荷の増減に伴う燃料噴射制御モードの変更を円滑に行い、僅かな負荷変化に起因する制御モードの過剰な切換、及び制御モードの切換に伴うトルクの変動を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 機関の第１運転領域では気筒内酸素量ｍO2に応じて燃料噴射パラメータＱ*を決定し、機関の第２運転領域ではアクセルペダル踏み込み量ＡＰに応じて燃料噴射パラメータＱ*を決定する。第１運転領域から第２運転領域に移行するときは、アクセルペダル踏み込み量ＡＰに応じて設定された第１移行制御用マップを用いて燃料噴射パラメータＱ*を決定し、第２運転領域から第１運転領域に移行するときは、気筒内酸素量ｍO2に応じて設定された第２移行制御用マップを用いて燃料噴射パラメータＱ*を決定する。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、排ガスの一部を吸気系に還流する排ガス還流装置を備えた内燃機関の制御装置に関し、特にインジェクタによる燃料噴射などの制御を行うものに関する。

排ガス中のＮＯｘ量を低減するために、排ガスを吸気系に比較的大量に還流し、燃焼室内における燃焼温度を低下させるようにした内燃機関が特許文献１に示されている。この内燃機関では、排気還流率が通常より高く設定され、燃焼室内に還流排ガスが比較的大量に供給される。これにより、燃焼室内における燃料及びその周囲のガス温度が、煤が生成される温度より低い温度に抑制され、煤の発生が阻止されるとともに、ＮＯｘの排出量が低減される。

特許第３１１６８７６号公報

特許文献１に示された低温の燃焼が可能であるのは、機関の負荷が低い状態に限られるので、機関負荷の増加に伴って機関の制御モード、特にインジェクタによる燃料噴射の制御モードを変更する必要がある。しかしながら、上記特許文献１では、機関負荷の増加時、あるいは高負荷状態から低温燃焼が可能な低負荷状態への移行時における燃料噴射の制御手法は示されていない。

本発明は、機関負荷の増減に伴う燃料噴射制御モードの変更を円滑に行い、僅かな負荷変化に起因する制御モードの過剰な切換、及び制御モードの切換に伴うトルクの変動を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、吸気系（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前記気筒（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排気還流装置（１４）により前記吸気系（４）に還流排ガスとして還流する内燃機関の制御装置において、前記吸気系（４）を介して前記気筒（３ａ）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（２，７）と、前記吸入空気量（Ｆａ）を検出する吸入空気量検出手段（２７）と、前記排気還流装置（１４）による還流排ガスの流量（Ｆｅ）を推定する還流排ガス流量推定手段（２）と、前記検出された吸入空気量（Ｆａ）、及び前記推定された還流排ガス流量（Ｆｅ）に基づいて、前記気筒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（２）と、前記機関の回転数（Ｎｅ）を検出する回転数検出手段（２２）と、前記機関（３）により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（ＡＰ）を検出するアクセル踏み込み量検出手段（３０）と、前記機関の第１運転領域では、該検出された機関回転数（Ｎｅ）、及び前記推定された気筒内酸素量（ｍo2）に応じて第１燃料噴射パラメータマップ（Ｑ*Ｏ２ＳＴＤマップ）を検索することにより、燃料噴射パラメータ（Ｑ*）を決定し、前記第１運転領域より高負荷側の第２運転領域では、該検出された機関回転数（Ｎｅ）、及び前記アクセルペダル踏み込み量（ＡＰ）に応じて第２燃料噴射パラメータマップ（Ｑ*ＰＤＳＴＤマップ）を検索することにより、前記燃料噴射パラメータ（Ｑ*）を決定する燃料噴射パラメータ決定手段（２）と、該決定された燃料噴射パラメータ（Ｑ*）に基づいて、前記インジェクタ（６）を制御するインジェクタ制御手段（２）とを備え、前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記第１燃料噴射パラメータマップ（Ｑ*Ｏ２ＳＴＤマップ）から前記第２燃料噴射パラメータマップ（Ｑ*ＰＤＳＴＤマップ）へ切り換えるときは、前記アクセルペダル踏み込み量（ＡＰ）に応じて前記燃料噴射パラメータが設定された第１移行制御用マップ（Ｑ*Ｏ２ＰＤマップ）を使用する一方、前記第２燃料噴射パラメータマップ（Ｑ*ＰＤＳＴＤマップ）から前記第１燃料噴射パラメータマップ（Ｑ*Ｏ２ＳＴＤマップ）へ切り換えるときは、前記気筒内酸素量（ｍo2）に応じて前記燃料噴射パラメータが設定された第２移行制御用マップ（Ｑ*ＰＤＯ２マップ）を使用して、前記燃料噴射パラメータ（Ｑ*）を決定することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記第１移行制御用マップ（Ｑ*Ｏ２ＰＤマップ）を使用するときは、前記気筒内酸素量（ｍo2）が所定酸素量閾値（ｍo2c）に達した時点の前記アクセルペダル踏み込み量の値（ＡＰｃ）に応じて、検出されるアクセルペダル踏み込み量（ＡＰ）を修正し、修正後のアクセルペダル踏み込み量（ＡＰＭ）に応じて前記第１移行制御用マップ（Ｑ*Ｏ２ＰＤマップ）を検索する一方、前記第２移行制御用マップ（Ｑ*ＰＤＯ２マップ）を使用するときは、前記アクセルペダル踏み込み量（ＡＰ）が所定アクセルペダル踏み込み量閾値（ＡＰＥＧＲＺ）に達した時点の気筒内酸素量の値（ｍo2EGRZ）に応じて、前記気筒内酸素量（ｍo2）を修正し、修正後の気筒内酸素量（ｍo2M）に応じて前記第２移行制御用マップ（Ｑ*ＰＤＯ２マップ）を検索することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、機関の第１運転領域では、検出された機関回転数、及び推定された気筒内酸素量に応じて第１燃料噴射パラメータマップを検索することにより、燃料噴射パラメータが決定され、第１運転領域より高負荷側の第２運転領域では、検出された機関回転数及びアクセルペダル踏み込み量に応じて第２燃料噴射パラメータマップを検索することにより、燃料噴射パラメータが決定される。使用する燃料噴射パラメータマップを、第１燃料噴射パラメータマップから第２燃料噴射パラメータマップへ切り換えるときは、アクセルペダル踏み込み量に応じて設定された第１移行制御用マップが使用される一方、第２燃料噴射パラメータマップから前記第１燃料噴射パラメータマップへ切り換えるときは、気筒内酸素量に応じて設定された第２移行制御用マップが使用される。したがって、第１及び第２移行制御用マップを適切に設定することにより、円滑な切換が行われ、トルク変動や僅かな機関負荷変化に起因する過剰な切換を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、第１移行制御用マップを使用するときは、気筒内酸素量が所定酸素量閾値に達した時点のアクセルペダル踏み込み量の値に応じて、検出されるアクセルペダル踏み込み量が修正され、修正後のアクセルペダル踏み込み量に応じて第１移行制御用マップが検索される一方、第２移行制御用マップを使用するときは、アクセルペダル踏み込み量が所定アクセルペダル踏み込み量閾値に達した時点の気筒内酸素量の値に応じて気筒内酸素量が修正され、修正後の気筒内酸素量に応じて第２移行制御用マップが検索される。したがって、第１及び第２移行制御用マップをそれぞれ１つずつ設けておくだけで、様々な運転状態における燃料噴射パラメータマップの切換を円滑に行うことができる。

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。 Ａ*マップを示す図である。 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及びβi,jの設定処理を示すフローチャートである。 燃料パラメータＱ*の設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。 燃料噴射制御の制御領域を示す図である。 酸素基準低温燃焼制御と酸素基準通常燃焼制御との間の移行制御を説明するための図である。 酸素基準通常燃焼制御とペダル基準通常燃焼制御との間の移行制御を説明するための図である。

以下本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
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、図２に示される電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２からの制御信号によって制御される。以下の説明では図２も合わせて参照する。

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、マグネットロー夕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）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、夕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、べーン開度制御弁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。

各可変べーン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）ＶＯ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、その途中に前記べーン開度制御弁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、可変べーン１０ｃのべーン開度ＶＯ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ＳＶＯ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、排ガス還流管（以下「ＥＧＲ管」という）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排ガス還流制御弁（以下「ＥＧＲ制御弁」という）１４ｂによって、排ガス還流装置（以下「ＥＧＲ装置」という）１４が構成されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が還流排ガスとして吸気管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、還流排ガス流量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（アクセル踏み込み量検出手段）から、エンジン３により駆動される車両のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（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の一部、還流排ガス流量推定手段、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、及び空気調節パラメータ算出手段を構成する。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、ー方、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。低温燃焼モードでは、以下に説明する主として気筒内酸素量及びエンジン回転数Ｎｅに基づく燃料噴射制御（以下「Ｏ２基準ＬＴＣ制御」という）が実行され、通常燃焼モードでは、スロットル弁開度ＴＨ及びＥＧＲ弁開度ＬＥの変更により吸入空気量の制御が可能な低負荷側で、主として気筒内酸素量及びエンジン回転数Ｎｅに基づく燃料噴射制御（以下「Ｏ２基準ＳＴＤ制御」という）が実行され、スロットル弁７を全開とし、ＥＧＲ制御弁１４ｂを全閉とする高負荷側で、アクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数Ｎｅに基づく燃料噴射制御（以下「ペダル基準ＳＴＤ制御」という）が実行される。

以下、ＥＣＵ２で実行される処理について説明する。ＥＣＵ２は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰに応じて図３に示すＡ*マップを検索し、空気調節パラメータＡ*を決定する。空気調節パラメータＡ*は、目標スロットル弁開度ＴＨＲ、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＲ、目標ベーン開度ＶＯＲ及び目標スワール弁開度ＳＶＯＲを要素とするベクトルである。Ａ*マップ上の番地ｉ，ｊの格子点には、対応するエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰに適した目標スロットル弁開度ＴＨＲ、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＲ、目標ベーン開度ＶＯＲ及び目標スワール弁開度ＳＶＯが設定されている。そしてＥＣＵ２は、実際のスロットル弁開度ＴＨ，ＥＧＲ弁開度ＬＥ，ベーン開度ＶＯ，及びスワール弁開度ＳＶＯが、Ａ*マップから検索された目標開度となるように対応するアクチュエータを駆動する。これにより、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰに応じた吸入空気量、還流排ガス流量、過給圧、及びスワールの制御が行われる。

なお、Ａ*マップは、上述したＯ２基準ＬＴＣ制御、Ｏ２基準ＳＴＤ制御、及びペダル基準ＳＴＤ制御のそれぞれに対応して設けられており、さらにこれらの各制御毎に、通常リーン運転用マップ、ＰＭ（Particulate Matter）酸化用マップ、ＮＯｘ還元用マップ、及びイオウ脱離用マップが設定されている。通常リーン運転用マップ、ＰＭ酸化用マップ、ＮＯｘ還元用マップ、及びイオウ脱離用マップを用いたときの設定空燃比をそれぞれＡ／ＦLN，Ａ／ＦLP，Ａ／ＦRN，及びＡ／ＦRSとすると、Ａ／ＦLN＞Ａ／ＦLP＞Ａ／ＦRS＞Ａ／ＦRNなる関係が成立する。

次にＥＣＵ２による燃料噴射制御について説明する。図４は、Ｏ２基準ＬＴＣ制御及びＯ２基準ＳＴＤ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に流入する還流排ガス流量の予測値（推定した還流排ガス流量）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、還流排ガス流量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）を還流排ガス流量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、還流排ガス流量の予測値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、還流排ガス流量の予測値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還流排ガス流量の予測値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ｍo2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還流排ガス量
φ(Ｏ２)a ：空気中の酸素濃度（定数）
φ(Ｏ２)e ：還流排ガス中の酸素濃度
式（１１）の空気量ｍa および還流排ガス量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、還流排ガス中の酸素濃度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、ｉは燃焼サイクルを表す添え字であり（累乗を意味するものではない）、ａ0，ａ1，ａ2，…ａn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、還流排ガス中の酸素濃度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）で算出した還流排ガス中の酸素濃度φ(Ｏ２)e と、式（１２）（１３）で算出した空気量ｍa および還流排ガス量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、還流排ガス中の酸素濃度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４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５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、エンジン回転数Ｎｅの番地を、添え字ｊは、気筒内状態パラメータ［Ｏ２］の番地を、それぞれ表す。この設定処理は、ベンチ試験（ベンチマーク試験）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（調整）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６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ている。リーン運転用マップとしては、通常リーン運転用マップ及びＰＭ（Particulate Matter）酸化用マップが設けられ、リッチ運転用マップとしては、ＮＯｘ還元用マップおよびイオウ脱離用マップが設けられている。通常リーン運転用マップ、ＰＭ酸化用マップ、ＮＯｘ還元用マップ、及びイオウ脱離用マップを用いたときの設定空燃比をそれぞれＡ／ＦLN，Ａ／ＦLP，Ａ／ＦRN，及びＡ／ＦRSとすると、Ａ／ＦLN＞Ａ／ＦLP＞Ａ／ＦRS＞Ａ／ＦRNなる関係が成立する。

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７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（少量変化させる）（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ｉ，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、べーン開度制御弁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８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７５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９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１０は、エンジン３の２つの燃焼モード、すなわち低温燃焼モード及び通常燃焼モードに対応した制御領域を、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰに応じた要求トルクＴｄにより定義される座標平面上に示したものである。低負荷側から順にＯ２基準ＬＴＣ制御領域、Ｏ２基準ＳＴＤ制御領域、及びペダル基準ＳＴＤ制御領域が設定されている。すなわち、Ｏ２基準ＬＴＣ制御領域、Ｏ２基準ＳＴＤ制御領域、及びペダル基準ＳＴＤ制御領域は、それぞれエンジン３の低負荷運転領域、中負荷運転領域、及び高負荷運転領域に対応している。またＯ２基準ＬＴＣ制御領域が低温燃焼モードに対応し、Ｏ２基準ＳＴＤ制御領域及びペダル基準ＳＴＤ制御領域が、通常燃焼モードに対応する。図１０に示される曲線ＬＴＨは、スロットル弁７が全開でＥＧＲ弁１４ｂが全閉である状態、すなわち空気調節パラメータＡ*の変更により吸入空気量をこれ以上増加させることができない状態に対応している。

Ｏ２基準ＬＴＣ制御領域及びＯ２基準ＳＴＤ制御領域では、上述したエンジン回転数Ｎｅ及び気筒内状態パラメータ［Ｏ２］に基づく燃料噴射パラメータＱ*の算出が行われる。以下の説明では、Ｏ２基準ＬＴＣ制御領域で使用される燃料噴射パラメータ算出マップを「Ｑ*Ｏ２ＬＴＣマップ」といい、Ｏ２基準ＳＴＤ制御領域で使用される燃料噴射パラメータ算出マップを「Ｑ*Ｏ２ＳＴＤマップ」という。また、Ｏ２基準ＬＴＣ制御領域及びＯ２基準ＳＴＤ制御領域では、これらの制御領域に対応した空気調整パラメータＡ*を算出するためのマップが設定されており、Ｏ２基準ＬＴＣ制御領域で使用される空気調整パラメータ算出マップを「Ａ*ＬＴＣマップ」といい、Ｏ２基準ＳＴＤ制御領域で使用される空気調整パラメータ算出マップを「Ａ*ＳＴＤマップ」という。Ａ*ＬＴＣマップは、Ａ*ＳＴＤマップと比較すると、ＥＧＲ率がより大きくなるように設定されている。

またペダル基準ＳＴＤ制御領域では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰに応じた燃料噴射パラメータ算出マップが用いられる。以下このマップを、「Ｑ*ＰＤＳＴＤマップ」という。

Ｑ*Ｏ２ＬＴＣマップ、Ｑ*Ｏ２ＳＴＤマップ、及びＱ*ＰＤＳＴＤマップは、それぞれのマップの設定値に応じた燃料噴射によって実現される空燃比が、互いに異なるように設定されている。

次にＯ２基準ＬＴＣ制御からＯ２基準ＳＴＤ制御へ移行するときの移行制御、及びＯ２基準ＳＴＤ制御からＯ２基準ＬＴＣ制御へ移行するときの移行制御について説明する。図１１は、この移行制御を説明するための図であり、Ｏ２基準ＬＴＣ制御を実行している場合において、実線Ｌ１で示されるように、要求トルクＴｄ（アクセル開度ＡＰ）の増加に伴って気筒内酸素量ｍo2が増加していくときには、気筒内酸素量ｍo2が、第１Ａ*切換閾値Ｏｘｙ１に達した時点で、空気調節パラメータＡ*を算出するマップを、Ａ*ＬＴＣマップからＡ*ＳＴＤマップに切り換える。そしてエンジン３の出力トルクをほぼ一定値ＴＨに維持しつつ、気筒内酸素量ｍo2を増加させる。このとき、燃料噴射パラメータＱ*は、出力トルクがほぼ一定値ＴＨとなるようにＱ*Ｏ２ＬＴＣマップを用いて決定される。

気筒内酸素量ｍo2が増加して、第１Ｑ*マップ切換閾値Ｏｘｙ３（＞Ｏｘｙ１）に達すると、燃料噴射パラメータＱ*を算出するマップを、Ｑ*Ｏ２ＬＴＣマップからＱ*Ｏ２ＳＴＤマップに切り換える。

一方Ｏ２基準ＳＴＤ制御を実行している場合において、破線Ｌ２で示されるように、要求トルクＴｄの減少に伴って気筒内酸素量ｍo2が減少していくときには、気筒内酸素量ｍo2が、出力トルクＴＨより小さい出力トルクＴＬに対応する第２Ａ*切換閾値Ｏｘｙ２に達した時点で、空気調節パラメータＡ*を算出するマップを、Ａ*ＳＴＤマップからＡ*ＬＴＣマップに切り換える。そしてエンジン３の出力トルクをほぼ一定値ＴＬに維持しつつ、気筒内酸素量ｍo2を減少させる。このとき、燃料噴射パラメータＱ*は出力トルクがほぼ一定値ＴＬとなるようにＱ*Ｏ２ＳＴＤマップを用いて決定される。ここで第２Ａ*切換閾値Ｏｘｙ２は、第１Ｑ*マップ切換閾値Ｏｘｙ３より小さな値に設定される。

気筒内酸素量ｍo2が減少して、第２Ｑ*マップ切換閾値Ｏｘｙ４（＜Ｏｘｙ２）に達すると、燃料噴射パラメータＱ*を算出するマップを、Ｑ*Ｏ２ＳＴＤマップからＱ*Ｏ２ＬＴＣマップに切り換える。ここで第２Ｑ*切換閾値Ｏｘｙ４は、第１Ａ*切換閾値Ｏｘｙ１より小さな値に設定される。

このように本実施形態では、Ｏ２基準ＬＴＣ制御からＯ２基準ＳＴＤ制御へ移行する場合には、気筒内酸素量ｍo2が第１Ａ*切換閾値Ｏｘｙ１に達したときに、空気調節パラメータＡ*の算出に使用するマップが切り換えられ、次いでエンジン出力トルクをほぼ一定に維持しつつ気筒内酸素量（吸入空気量）を増加させ、気筒内酸素量ｍo2が第１Ｑ*切換閾値Ｏｘｙ３に達したときに、燃料噴射パラメータＱ*の算出に使用するマップが切り換えられる。またＯ２基準ＳＴＤ制御からＯ２基準ＬＴＣ制御へ移行する場合には、気筒内酸素量ｍo2が第２Ａ*切換閾値Ｏｘｙ２に達したときに、空気調節パラメータＡ*の算出に使用するマップが切り換えられ、次いでエンジン出力トルクをほぼ一定に維持しつつ気筒内酸素量（吸入空気量）を減少させ、気筒内酸素量ｍo2が第２Ｑ*切換閾値Ｏｘｙ４に達したときに、燃料噴射パラメータＱ*の算出に使用するマップが切り換えられる。これにより、Ｏ２基準ＬＴＣ制御からＯ２基準ＳＴＤ制御への移行を、トルク変動を伴わずに円滑に行うことができるとともに、僅かなアクセル操作に起因する過剰な制御モードの切換を防止することができる。

なお、第１及び第２Ａ*切換閾値Ｏｘｙ１，Ｏｘｙ２、並びに第１及び第２Ｑ*切換閾値Ｏｘｙ３，Ｏｘｙ４は、ベンチ試験により最適な値に設定される。また、気筒内酸素量ｍo2を第１Ａ*切換閾値Ｏｘｙ１から第１Ｑ*切換閾値Ｏｘｙ３まで増加させるのに要する時間を短縮するためには、空気調節パラメータＡ*を適度なオーバシュートを付けて変更することが望ましい。気筒内酸素量ｍo2を第２Ａ*切換閾値Ｏｘｙ２から第２Ｑ*切換閾値Ｏｘｙ４まで減少させるのに要する時間を短縮する場合も同様である。

次にＯ２基準ＳＴＤ制御と、ペダル基準ＳＴＤ制御との間の移行制御について説明する。
図１２（ａ）は、Ｏ２基準ＳＴＤ制御からペダル基準ＳＴＤ制御への移行制御（加速時の移行制御）を説明するための図であり、Ｏ２基準ＳＴＤ制御領域と、ペダル基準ＳＴＤ制御領域との間に第１移行制御領域が設定されている。この第１移行制御領域では、基本的には実線Ｌ３で示す第１移行制御用基準マップ（以下「Ｑ*Ｏ２ＰＤマップ」という）を用いて、燃料噴射パラメータＱ*を算出する。Ｑ*Ｏ２ＰＤマップは、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰに応じて設定されたマップであり、点Ｐ１に対応する基準アクセル開度ＡＰＢから、点Ｐ２に対応するゼロＥＧＲ開度ＡＰＥＧＲＺまでのアクセル開度ＡＰについて設定されている。基準アクセル開度ＡＰＢは、基準としたエンジン運転状態（以下「基準運転状態」という）において、気筒内酸素量ｍo2が臨界酸素量ｍo2cとなるアクセル開度ＡＰであり、ゼロＥＧＲ開度ＡＰＥＧＲＺは、基準運転状態において、ＥＧＲ弁１４ｂを全閉とするアクセル開度ＡＰである。臨界酸素量ｍo2cは、Ｏ２基準ＳＴＤ制御領域における最大の気筒内酸素量ｍo2であり、臨界酸素量ｍo2cに対応する燃料噴射パラメータＱ*が臨界燃料噴射パラメータＱ*cである。

実際のエンジン運転状態は、基準運転状態からずれるので、気筒内酸素量ｍo2が臨界酸素量ｍo2cに達するアクセル開度（以下「臨界アクセル開度」という）ＡＰｃは、例えば図１２（ａ）に示すように、基準アクセル開度ＡＰＢと異なる値をとる。したがって、この場合には実線Ｌ３で示すＱ*Ｏ２ＰＤマップをそのまま参照することはできない。そこで、本実施形態では、第１移行制御領域におけるアクセル開度ＡＰを、マップ検索用開度ＡＰＭに変換し、マップ検索用開度ＡＰＭ及びエンジン回転数Ｎｅに応じて、Ｑ*Ｏ２ＰＤマップを検索するようにしている。これにより、実質的に破線Ｌ４で示す補正マップを用いることと等価となる。

具体的には、検出されるアクセル開度ＡＰを、例えば下記式（２１）により、マップ検索用開度ＡＰＭに変換し、Ｑ*Ｏ２ＰＤマップの検索を行って、燃料噴射パラメータＱ*を算出する。そして、アクセル開度ＡＰがゼロＥＧＲ開度ＡＰＥＧＲＺに達すると、燃料噴射制御は、第１移行制御からペダル基準ＳＴＤ制御に切り換えられる。

この第１移行制御によれば、アクセルペダルが踏み込まれていく加速時に、Ｏ２基準ＳＴＤ制御からペダル基準ＳＴＤ制御へ円滑に移行させることができる。また、気筒内酸素量ｍo2が臨界酸素量ｍo2cとなったときのアクセル開度である臨界アクセル開度ＡＰｃに応じて、検出されるアクセル開度ＡＰをマップ検索用開度ＡＰＭに変換して、Ｑ*Ｏ２ＰＤマップ検索を行うようにしたので、エンジン運転状態が基準運転状態からずれていても、円滑な移行が可能となる。

図１２（ｂ）は、ペダル基準ＳＴＤ制御からＯ２基準ＳＴＤ制御への移行制御（減速時の移行制御）を説明するための図であり、Ｏ２基準ＳＴＤ制御領域と、ペダル基準ＳＴＤ制御領域との間に第２移行制御領域が設定されている。この第２移行制御領域では、基本的には実線Ｌ５で示す第２移行制御基準マップ（以下「Ｑ*ＰＤＯ２マップ」という）を用いて、燃料噴射パラメータＱ*を算出する。Ｑ*ＰＤＯ２マップは、エンジン回転数Ｎｅ及び気筒内酸素量ｍo2に応じて設定されたマップであり、点Ｐ３に対応する基準ゼロＥＧＲ酸素量ｍo2EGRBから、点Ｐ４に対応する臨界酸素量ｍo2cまでの気筒内酸素量ｍo2について設定されている。基準ゼロＥＧＲ酸素量ｍo2EGRBは、基準運転状態において、アクセル開度ＡＰがゼロＥＧＲ開度ＡＰＥＧＲＺであるときの気筒内酸素量ｍo2である。

実際のエンジン運転状態は、基準運転状態からずれるので、アクセル開度ＡＰがゼロＥＧＲ開度ＡＰＥＧＲＺとなったときの気筒内酸素量（以下「ゼロＥＧＲ酸素量」という）ｍo2EGRZは、例えば図に示すように基準ゼロＥＧＲ酸素量ｍo2EGRBと異なる値をとる。したがって、この場合には実線Ｌ５で示すＱ*ＰＤＯ２マップをそのまま参照することはできない。そこで、本実施形態では、第２移行制御領域における気筒内酸素量ｍo2を、マップ検索用酸素量ｍo2Mに変換し、マップ検索用酸素量ｍo2M及びエンジン回転数Ｎｅに応じて、Ｑ*ＰＤＯ２マップを検索するようにしている。これにより、実質的に破線Ｌ６で示す補正マップを用いることと等価となる。

具体的には、算出される気筒内酸素量ｍo2を、例えば下記式（２２）により、マップ検索用酸素量ｍo2Mに変換し、Ｑ*ＰＤＯ２マップの検索を行って、燃料噴射パラメータＱ*を算出する。そして、気筒内酸素量ｍo2が臨界酸素量ｍo2cに達すると、燃料噴射制御は、第２移行制御からＯ２基準ＳＴＤ制御に切り換えられる。

この第２移行制御によれば、アクセルペダルが戻されている減速時に、ペダル基準ＳＴＤ制御からＯ２基準ＳＴＤ制御へ円滑に移行させることができる。また、アクセル開度ＡＰがゼロＥＧＲ開度ＡＰＥＧＲＺcとなったときの気筒内酸素量であるゼロＥＧＲ酸素量ｍo2EGRZに応じて、随時算出される気筒内酸素量ｍo2をマップ検索用酸素量ｍo2Mに変換して、Ｑ*ＰＤＯ２マップ検索を行うようにしたので、エンジン運転状態が基準運転状態からずれていても、円滑な移行が可能となる。

第１移行制御または第２移行制御の実行中にアクセルペダルが停止したときは、その停止した時点の燃料噴射パラメータＱ*が保持され、アクセルペダルが次に動き始めたときには、アクセル開度ＡＰの時間微分値の極性に応じて、以後の移行制御の向きが決定される。すなわち第１移行制御実行中にアクセルペダルが停止し、次にアクセル開度ＡＰがまた増加を始めれば、点Ｐ２に向かう移行制御が続行される一方、停止後アクセル開度ＡＰが減少し始めたときは、点Ｐ１に戻る移行制御が実行される。また第２移行制御実行中にアクセルペダルが停止し、次にアクセル開度ＡＰがまた減少を始めれば、点Ｐ４に向かう移行制御が続行される一方、停止後アクセル開度ＡＰが増加し始めたときは、点Ｐ３に戻る移行制御が実行される。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、燃料噴射パラメータＱ*は、噴射時間Ｄｅ、噴射タイミングＴＭｅ及び噴射圧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、上述した実施形態ではディーゼルエンジンの制御に本発明を適用した例を示したが、本発明は、ガソリンエンジンの制御にも適用可能である。

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

２ 電子制御ユニット（吸入空気量制御手段、還流排ガス流量推定手段、気筒内酸素量推定手段、燃料噴射パラメータ決定手段、インジェクタ制御手段、空気調節パラメータ算出手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
４ 吸気管（吸気系）
６ インジェクタ
７ スロットル弁（吸入空気量制御手段）
１４ 排ガス還流装置
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（吸入空気量検出手段）
３０ アクセル開度センサ（アクセル踏み込み量検出手段）

Claims (2)

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排気還流装置により前記吸気系に還流排ガスとして還流する内燃機関の制御装置において、
   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、
   前記排気還流装置による還流排ガスの流量を推定する還流排ガス流量推定手段と、
   前記検出された吸入空気量、及び前記推定された還流排ガス流量に基づいて、前記気筒内に存在する酸素量を推定する気筒内酸素量推定手段と、
   前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記機関により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル踏み込み量検出手段と、
   前記機関の第１運転領域では、該検出された機関回転数、及び前記推定された気筒内酸素量に応じて第１燃料噴射パラメータマップを検索することにより、燃料噴射パラメータを決定し、前記第１運転領域より高負荷側の第２運転領域では、該検出された機関回転数、及び前記アクセルペダル踏み込み量に応じて第２燃料噴射パラメータマップを検索することにより、前記燃料噴射パラメータを決定する燃料噴射パラメータ決定手段と、
   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、
   前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記第１燃料噴射パラメータマップから前記第２燃料噴射パラメータマップへ切り換えるときは、前記アクセルペダル踏み込み量に応じて前記燃料噴射パラメータが設定された第１移行制御用マップを使用する一方、前記第２燃料噴射パラメータマップから前記第１燃料噴射パラメータマップへ切り換えるときは、前記気筒内酸素量に応じて前記燃料噴射パラメータが設定された第２移行制御用マップを使用して、前記燃料噴射パラメータを決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記第１移行制御用マップを使用するときは、前記気筒内酸素量が所定酸素量閾値に達した時点の前記アクセルペダル踏み込み量の値に応じて、検出されるアクセルペダル踏み込み量を修正し、修正後のアクセルペダル踏み込み量に応じて前記第１移行制御用マップを検索する一方、前記第２移行制御用マップを使用するときは、前記アクセルペダル踏み込み量が所定アクセルペダル踏み込み量閾値に達した時点の気筒内酸素量の値に応じて、前記気筒内酸素量を修正し、修正後の気筒内酸素量に応じて前記第２移行制御用マップを検索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。

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