JP4767130B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気の一部を吸気系に還流する排気還流装置を備える内燃機関の制御装置に関し、特に気筒内の酸素量を推定し、推定した酸素量に応じた燃料噴射制御を行うものに関する。

特許文献１には、検出される吸入空気量及び推定される還流排気量に応じて、気筒内の燃焼前の混合気中に含まれる酸素量（気筒内酸素量）を推定し、推定した気筒内酸素量に応じて、インジェクタによる燃料噴射制御パラメータを決定するようにした制御装置が示されている。

特開２００６−２９１７１号公報

上記特許文献１に示された制御装置では、過渡状態における制御が十分なものではないため、アイドル運転状態から通常運転状態（例えば２０００ｒｐｍ程度の回転数で一定のトルクを発生している状態）へ移行するとき、あるいは逆に通常運転状態からアイドル運転状態へ移行するときに、トルクショックが発生するという課題があった。
また上記過渡状態において、気筒内酸素量が不足気味となり、燃焼状態が不安定化することがあった。

本発明は上述した課題を解決すべくなされたものであり、アイドル運転状態から通常運転状態への移行時、あるいはその逆の移行時におけるトルクショックの発生を防止するとともに、燃焼状態をより安定化させ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、吸気系を介して気筒に吸入される空気量を制御する吸入空気量制御手段（７）と、前記気筒内に燃料を噴射するインジェクタ（６）と、排気の一部を前記吸気系に還流する排気還流装置（１４）とを備える内燃機関の制御装置において、前記吸入空気量（ＧＡ）を検出する吸入空気量検出手段（２７）と、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段（２２）と、前記機関の要求トルクを示すパラメータ（ＡＰ）及び前記機関回転数（ＮＥ）に応じて、前記吸入空気量制御手段（７）及び排気還流装置（１４）の制御パラメータを含む空気調節パラメータ（Ａ*）を算出する空気調節パラメータ算出手段と、前記排気還流装置（１４）により還流される排気量（ＧＥ）を算出する還流排気量算出手段と、前記検出された吸入空気量（ＧＡ）及び算出された還流排気量（ＧＥ）に基づいて、前記気筒内に存在する酸素量（Ｏ２）を算出する気筒内酸素量算出手段と、前記機関の通常運転状態において、前記気筒内酸素量（Ｏ２）及び前記機関回転数（ＮＥ）に応じて、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と、前記燃料噴射パラメータ（Ｑ*）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、前記機関の所定低負荷運転状態においては、前記空気調節パラメータ算出手段は前記空気調節パラメータ（Ａ*）を固定とし、前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記機関の要求トルクを示すパラメータ（ＡＰ）及び前記機関回転数（ＮＥ）に応じて前記燃料噴射パラメータ（Ｑ*）を決定し、前記所定低負荷運転状態は、前記機関のアイドル運転状態において前記機関により駆動させる車両のアクセルペダルが踏み込まれ、前記要求トルクを示すパラメータ（ＡＰ）が増加していく過渡運転状態であって前記機関回転数（ＮＥ）がアイドル回転数より高い運転状態、あるいは前記機関の通常の部分負荷運転状態から前記要求トルクを示すパラメータ（ＡＰ）が減少していく過渡運転状態であって前記機関回転数（ＮＥ）がアイドル回転数より高い運転状態であ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、燃料制御インデクス（ｋ）及び前記機関回転数（ＮＥ）に応じて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（Ｑ*）を決定し、前記燃料制御インデクス（ｋ）は、前記通常運転状態では前記気筒内酸素量（Ｏ２）に基づいて算出され、前記所定低負荷運転状態では前記要求トルクを示すパラメータ（ＡＰ）に基づいて算出されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記所定低負荷運転状態において前記要求トルクを示すパラメータ（ＡＰ）が増加するときは、前記気筒内酸素量（Ｏ２）が安定した燃焼状態を実現する最小酸素量（Ｏ２Ｃ）より大きく、かつ前記要求トルクを示すパラメータ（ＡＰ）が判定閾値（ＡＰＴＨ）より大きく、かつ前記要求トルクを示すパラメータ（ＡＰ）に応じて算出される燃料噴射量が前記気筒内酸素量（Ｏ２）に適した燃料噴射量と一致したとき、前記燃料噴射パラメータ算出手段は、前記要求トルクを示すパラメータ（ＡＰ）に応じた燃料噴射パラメータ（Ｑ*）の算出を、前記気筒内酸素量（Ｏ２）に応じた燃料噴射パラメータ（Ｑ*）の算出に切り換えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記通常運転状態において前記要求トルクを示すパラメータ（ＡＰ）が減少するときは、前記気筒内酸素量（Ｏ２）が安定した燃焼状態を実現する最小酸素量（Ｏ２Ｃ）に達したときに、前記機関の運転状態が前記所定低負荷運転状態に移行したと判定する判定手段を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、機関の要求トルクを示すパラメータ及び機関回転数に応じて、吸入空気量制御手段及び排気還流装置の制御パラメータを含む空気調節パラメータが算出される。機関の通常運転状態においては、気筒内酸素量及び機関回転数に応じて燃料噴射パラメータが決定され、決定された燃料噴射パラメータに基づいてインジェクタが制御される。機関の所定低負荷運転状態においては、空気調節パラメータが固定されるとともに、燃料噴射パラメータが機関の要求トルクを示すパラメータ及び機関回転数に応じて算出される。所定低負荷運転状態は、アイドル運転状態においてアクセルペダルが踏み込まれ、踏み込み量が増加していく過渡運転状態、あるいは通常の部分負荷運転状態からアクセルペダルを戻していく過渡運転状態に相当し、このような過渡運転状態では、安定な燃焼状態を実現するためには、気筒内酸素量を減少させないようにする（あるいは若干増加させる）必要があり、気筒内酸素量に応じて燃料噴射パラメータを決定すると燃料噴射量が過大となり、トルクショックを招く。空気調節パラメータを固定することにより、十分な気筒内酸素量が確保され、安定した燃焼状態を実現することができる。また要求トルクを示すパラメータに応じて燃料噴射パラメータを決定することにより、機関出力トルクの円滑な制御が可能なり、トルクショックの発生を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、燃料制御インデクス及び機関回転数に応じて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、燃料制御インデクスは、通常運転状態では気筒内酸素量に基づいて算出され、所定低負荷運転状態では要求トルクを示すパラメータに基づいて算出される。燃料制御インデクスを用い、機関運転状態に応じて燃料制御インデクスの算出手法を変更することにより、燃料噴射パラメータを決定するためのマップ及びマップ検索処理を機関運転状態にかかわらず共通化することができる。

請求項３に記載の発明によれば、所定低負荷運転状態において要求トルクを示すパラメータが増加するときは、気筒内酸素量が安定した燃焼状態を実現する最小酸素量より大きく、かつ要求トルクを示すパラメータが判定閾値より大きく、かつ要求トルクを示すパラメータに応じて算出される燃料噴射量が気筒内酸素量に適した燃料噴射量と一致したとき、要求トルクを示すパラメータに応じた燃料噴射パラメータの算出が、燃料制御インデクスに応じた燃料噴射パラメータの算出に切り換えられる。これにより、所定低負荷運転状態からより高負荷の運転状態へ移行する際のトルクショックを防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、通常運転状態において要求トルクを示すパラメータが減少するときは、気筒内酸素量が安定した燃焼状態を実現する最小酸素量に達したときに、機関の運転状態が所定低負荷運転状態に移行したと判定される。したがって、気筒内酸素量が最小酸素量に達したときに、所定低負荷運転状態に適した制御が開始され、必要な気筒内酸素量を確保して、安定した燃焼状態を維持することができる。

以下本発明の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、噴射時間（燃料噴射量）及び噴射時期（開弁タイミング）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。

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の回転速度（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。これにより、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、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および吸気温度センサ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「吸気圧」という）ＰＩを検出し、吸気温度センサ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「吸気温度」という）ＴＩ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、エンジン冷却水温センサ２６が取り付けられている。エンジン冷却水温センサ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「エンジン冷却水温」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内の排気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流量ＧＡ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のタービンブレード１０ｂの上流側との間には、排気還流管（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気還流制御弁（以下「ＥＧＲ制御弁」という）１４ｂによって、排気還流装置（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の排気の一部が還流排気として吸気管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、還流排気流量ＧＥ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、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１６、及びＮＯｘ吸収触媒１７が設けられている。酸化触媒１５は、排気中のＨＣおよびＣＯを酸化し、排気を浄化する。ＤＰＦ１６は、排気中のスートを捕集する。ＤＰＦ１６に捕集されたスートを燃焼させるために、排気温度を上昇させるＤＰＦ再生制御が適時実行される。ＮＯｘ吸収触媒１７は、排気中の酸素濃度が還元成分（ＣＯ，ＨＣ）濃度より高い酸化雰囲気下において、排気中のＮＯｘを吸収するとともに、吸収したＮＯｘを、排気中の還元成分濃度が酸素濃度より高い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、排気中の酸素濃度Ｏ２ＮＤを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この酸素濃度Ｏ２ＮＤに基づいて、燃焼室３ｄで形成される混合気の空燃比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「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、入出力インターフェース、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２２〜３０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の燃焼を制御する制御モードを決定するとともに、決定した制御モードに対応した吸入空気量及び排気還流量の制御並びに燃料噴射の制御を行う。

図３は、本実施形態における制御手順の概要を説明するためのフローチャートである。
先ずステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダル操作量ＡＰに応じて図４に示すｉテーブルを検索し、要求トルクインデクスｉを算出するとともに、エンジン回転数ＮＥに応じて回転数インデクスｊを算出する。図４のｉテーブルは、エンジン回転数ＮＥ１〜ＮＥ５（ＮＥ１＜ＮＥ２＜ＮＥ３＜ＮＥ４＜ＮＥ５）に対応して設定されており、アクセルペダル操作量ＡＰが一定であるとき、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど、要求トルクインデクスｉが減少するように設定されている。

ステップＳ１２では、要求トルクインデクスｉ及び回転数インデクスｊに応じて、図５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、対応する要求トルクインデクスｉ及び回転数インデクスｊ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。

ステップＳ１３では、空気調節パラメータＡ*に応じたアクチュエータ８、べーン開度制御弁１２、スワール制御弁１３、及びＥＧＲ制御弁１４ｂの駆動信号を出力する。

ステップＳ１４では、図６に示す手順で気筒内酸素量Ｏ２を算出する。図６のステップＳ３１では、吸入空気流量ＧＡ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＰＡＲマップを検索し、吸気管内の基準空気分圧ＰＡＲを算出する。ステップＳ３２では、吸入空気流量ＧＡ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＴＩＲマップを検索し、基準吸気温ＴＩＲを算出する。

ステップＳ３３では、下記式（１）により基準空気分圧ＰＡＲを吸気温度ＴＩ及び基準吸気温度ＴＩＲを用いて補正し、吸気管内の空気分圧ＰＡを算出するとともに、下記式（２）に吸入空気流量ＧＡ及びエンジン回転数ＮＥ（ｒｐｍ）を適用して、１ＴＤＣ期間（４気筒エンジンでは、クランク角１８０度の期間）内に気筒内に吸入される新気量ＭＡを算出する。式（２）のＫＣＶ１は換算係数である。
ＰＡ＝（ＴＩ／ＴＩＲ）×ＰＡＲ （１）
ＭＡ＝（ＧＡ／ＮＥ）×ＫＣＶ１ （２）

ステップＳ３４では、下記式（３）に吸気圧ＰＩ，空気分圧ＰＡ，及び新気量ＭＡを適用し、還流排気量ＭＥを算出する。

ここで、ＲＥＧＲ及びＲＡＩＲは、それぞれ還流される排気のガス定数及び空気のガス定数である。

式（３）は、下記式（４）を関係を用いることにより得られる。式（４）のＰＥは、吸気管内の還流排気分圧であり、ＶＩは吸気管容積である。

ステップＳ３５では、検出される酸素濃度Ｏ２ＮＤを下記式（５）に適用し、還流排気中の酸素濃度Ｏ２ＮＥを算出する。式（５）のＫＣＶ２は、分子数に基づく濃度を質量に基づく濃度に換算するための換算係数であり、排気の等価的な分子量と酸素の分子量との比（２８．８／３２）に設定される。排気の等価的な分子量は、空燃比にかかわらず空気の等価的な分子量とほぼ等しいので、「２８．８」が適用される。
Ｏ２ＮＥ＝Ｏ２ＮＤ×ＫＣＶ２ （５）

ステップＳ３６では、新気量ＭＡ、還流排気量ＭＥ、及び酸素濃度Ｏ２ＮＥを下記式（６））に適用して、気筒内酸素量Ｏ２を算出する。式（６）のＯ２ＮＡＩＲは空気中の酸素濃度（質量濃度）である。
Ｏ２＝Ｏ２ＮＡＩＲ×ＭＡ＋Ｏ２ＮＥ×ＭＥ （６）

図３に戻り、ステップＳ１５では、下記式（７）により燃料噴射前の気筒内酸素濃度Ｏ２Ｎを算出する。
Ｏ２Ｎ＝Ｏ２／（ＭＡ＋ＭＥ） （７）
ステップＳ１６では、圧縮端温度ＴＣＭＰを下記式（１１）により算出する。圧縮端温度ＴＣＭＰは、エンジンのピストン３ｂが圧縮上死点近傍に位置するときの気筒内温度の推定値である。式（１１）において吸気温度ＴＩは絶対温度に換算したものを適用する。
ＴＣＭＰ＝ＴＩ×ε^n-1 （１１）

ここでεは実圧縮比で、下記式（１２）に吸気温度ＴＩ、吸気圧ＰＩ、空気量ＭＡを適用して算出される。式（１２）のＲＡＩＲはガス定数、ＶＴＤＣは圧縮上死点における気筒容積である。
ε＝（ＲＡＩＲ×ＴＩ／ＰＩ）／（ＶＴＤＣ／ＭＡ） （１２）

また式（１１）のｎはポリトロープ指数であり、下記式（１３）に吸気温度ＴＩ，エンジン冷却水温ＴＷ及びエンジン回転数ＮＥを適用して算出される。式（１３）の係数ｋ０〜ｋ３は実験的に求められる。
ｎ＝ｋ０＋ｋ１×ＴＩ＋ｋ２×ＴＷ＋ｋ３×ＮＥ （１３）
なお、式（１１）において、式（１２）により算出される実圧縮比εに代えて機械的に決まる圧縮比εＭ（例えば１６．７）を適用するようにしてもよい。

ステップＳ１７では、気筒内酸素量Ｏ２に応じて燃料制御インデクスｋを算出する。

図７は、安定した燃焼状態が得られる気筒内酸素量Ｏ２と、燃料制御インデクスｋとの関係（エンジン回転数ＮＥは一定）を示す図であり、各曲線は右側から順にそれぞれ圧縮端温度ＴＣＭＰ１〜ＴＣＭＰ７（ＴＣＭＰ１＜ＴＣＭＰ２＜ＴＣＭＤ３＜ＴＣＭＰ４＜ＴＣＭＰ５＜ＴＣＭＰ６＜ＴＣＭＰ７）に対応する。圧縮端温度ＴＣＭＰが高い（ＴＣＭＰ＝ＴＣＭＰ７）ときは、気筒内酸素量Ｏ２にほぼ比例するように燃料制御インデクスｋを設定すればよいが、圧縮端温度ＴＣＭＰが低いときは、１つの気筒内酸素量Ｏ２に対して望ましい燃料制御インデクスｋの値は２つ存在する。そこで、本実施形態では、気筒内酸素量Ｏ２が最小となるポイントＰ１〜Ｐ７に対応する気筒内酸素量Ｏ２（安定した燃焼状態が得られる最小の気筒内酸素量）を臨界酸素量Ｏ２Ｃと定義するとともに、対応する燃料制御インデクスｋを臨界燃料制御インデクスｋＣと定義し、気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃ以上であるときは、気筒内酸素量Ｏ２に応じて燃料制御インデクスｋを算出するＯ２基準制御を実行し、気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃより小さいときは、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて燃料制御インデクスｋを算出するペダル基準制御を実行する。ペダル基準制御では、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど燃料制御インデクスｋが増加するように制御される。

気筒内酸素量Ｏ２が徐々に減少して臨界酸素量Ｏ２Ｃに達したときは、直ちにペダル基準制御に移行する。ペダル基準制御を実行しているときに、アクセルペダル操作量ＡＰが増加してＯ２基準制御へ移行するときは、トルクショックが起きない移行条件が満たされたときに制御の切換が行われる。

次にＯ２基準制御による燃料制御インデクスｋの算出方法を説明する。Ｏ２基準制御では、気筒内酸素量Ｏ２、エンジン回転数ＮＥ及び圧縮端温度ＴＣＭＰに応じて、図８に示す手順で燃料制御インデクスｋが算出される。
ステップＳ４１では、エンジン回転数ＮＥ及び気筒内酸素量Ｏ２に応じて、ＴＣＭＰＳマップを検索し、基準圧縮端温度ＴＣＭＰＳを算出する。ＴＣＭＰＳマップには、予めエンジン回転数ＮＥ及び気筒内酸素量Ｏ２に応じて定常状態における圧縮端温度ＴＣＭＰＳが設定されている。

ステップＳ４２では、エンジン回転数ＮＥ及び基準圧縮端温度ＴＣＭＰＳに応じてＯ２Ｃマップ及びｋＣマップを検索し、定常状態における臨界酸素量である基準臨界酸素量Ｏ２ＣＳ、及び定常状態における臨界燃料制御インデクスである基準臨界燃料制御インデクスｋＣＳを算出する。Ｏ２Ｃマップは、予めエンジン回転数ＮＥ及び圧縮端温度ＴＣＭＰに応じて臨界酸素量Ｏ２Ｃが設定されたマップであり、ｋＣマップは予めエンジン回転数ＮＥ及び圧縮端温度ＴＣＭＰに応じて、臨界燃料制御インデクスｋＣが設定されたマップである。

ステップＳ４３では、エンジン回転数ＮＥ及び図３のステップＳ１６で算出された圧縮端温度ＴＣＭＰに応じて、Ｏ２Ｃマップ及びｋＣマップを検索し、現在の運転状態に対応した臨界酸素量Ｏ２Ｃ及び臨界燃料制御インデクスｋＣを算出する。

ステップＳ４４では、基準臨界酸素量Ｏ２ＣＳ、臨界酸素量Ｏ２Ｃ、及び気筒内酸素量Ｏ２を下記式（２５）に適用し、等価酸素量Ｏ２ＥＱを算出する。式（２５）において、Ｏ２ＭＡＸはエンジン回転数ＮＥに応じて決まる最大酸素量である。等価酸素量Ｏ２ＥＱは、気筒内酸素量Ｏ２を基準圧縮端温度ＴＣＭＰＳにおける酸素量に換算したものに相当する。

ステップＳ４５では、エンジン回転数ＮＥ及び等価酸素量Ｏ２ＥＱに応じて、ｋＥＱマップを検索し、基準圧縮端温度ＴＣＭＰＳにおける等価燃料制御インデクスｋＥＱを算出する。ｋＥＱマップは、後述する図９の曲線Ｌ１に相当する関数ｋ＝ｆＬ１（Ｏ２）を、複数のエンジン回転数ＮＥに対応してマップ化したものであり、等価燃料制御インデクスｋＥＱは、ｆＬ１（Ｏ２ＥＱ）に相当する。

ステップＳ４６では、等価燃料制御インデクスｋＥＱ、基準臨界燃料制御インデクスｋＣＳ、及び臨界燃料制御インデクスｋＣを下記式（２６）に適用し、燃料制御インデクスｋを算出する。式（２６）のｋＭＡＸは、最大酸素量Ｏ２ＭＡＸに対応する燃料制御インデクスである。

図９は、図８の処理による燃料制御インデクスｋの算出手法の原理を説明するための図であり、図９に示す曲線Ｌ１は、基準圧縮端温度ＴＣＭＰＳ（エンジン回転数一定）に対応する気筒内酸素量Ｏ２と、燃料制御インデクスｋとの関係（「Ｏ２−ｋ曲線」という）を示し、曲線Ｌ２は、現在の圧縮端温度ＴＣＭＰに対応するＯ２−ｋ曲線を示す。曲線Ｌ２は、曲線Ｌ１の臨界点ＰＣＳを点ＰＣに移動させ、曲線の形状を相似的に変形すること（アイソモーフィック変形(Isomorphic Transformation)）により得られるものである。図８の処理により、定常状態における等価酸素量Ｏ２ＥＱ及び等価燃料制御インデクスｋＥＱ（点ＰＥＱ）が先ず算出され、これにアイソモーフィック変形を適用して、点ＰＰに対応する燃料制御インデクスｋが算出される。なお、最大酸素量Ｏ２ＭＡＸ（排気還流を行わない状態に相当する気筒内酸素量）に適した燃料制御インデクスｋＭＡＸは、圧縮端温度ＴＣＭＰに依存しない。

図１０は、エンジン冷却水温ＴＷが比較的低い状態（４０℃）における筒内圧ＰＣＹＬの推移を示す図であり、実線Ｌ１１は本実施形態に対応し、破線Ｌ１２圧縮端温度ＴＣＭＰを考慮せずに燃料制御インデクスｋの設定を行った場合に対応する。横軸は、クランク角度ＣＡである。本実施形態では、エンジン回転数ＮＥ及び気筒内酸素量Ｏ２だけでなく、圧縮端温度ＴＣＭＰに応じて燃料制御インデクスｋを算出するようにしたので、特にエンジン温度が低いときにエンジンの燃焼状態をより安定化することができる。

算出された燃料制御インデクスｋ及び回転数インデクスｊに応じて、後述する図３のステップＳ２２で燃料噴射パラメータＱ*が算出される。燃料噴射パラメータＱ*は、噴射圧力ＰＦ、パイロット噴射量ＱＩＰ、主噴射量ＱＩＭ、パイロット噴射時期ＴＭＰ、及び主噴射時期ＴＭＭによって構成される。シングル噴射の場合は、パイロット噴射量ＱＩＰは「０」となり、パイロット噴射は実行されない。燃料噴射量ＱＩＮＪ（＝ＱＩＰ＋ＱＩＭ）は、燃料制御インデクスｋが増加するほど増加するように設定されている

図３のステップＳ１８では、図１１に示す手順により、噴射時期補正量ＤＴＭを算出する。燃料噴射パラメータＱ*に含まれる主噴射時期ＴＭＭは、定常状態における気筒内の酸素濃度Ｏ２ＮＳに対応して設定されており、実際の酸素濃度Ｏ２Ｎの定常状態酸素濃度Ｏ２ＮＳからのずれが大きくなるほど、燃焼騒音が増加する傾向がある。そこで、本実施形態では、酸素濃度Ｏ２Ｎに応じて噴射時期補正量ＤＴＭを算出し、燃料噴射パラメータＱ*の主噴射時期ＴＭＭを補正する。酸素濃度Ｏ２Ｎの大きなずれは、フュエルカット運転の終了直後に発生しやすい。

図１１のステップＳ５１では、エンジン回転数ＮＥ、圧縮端温度ＴＣＭＰ、及び燃料制御インデクスｋに応じて、定常状態酸素濃度Ｏ２ＮＳを算出する。
具体的には、エンジン回転数ＮＥに応じて図１２に示すようなＯ２ＮＳマップを選択し、圧縮端温度ＴＣＭＰ及び燃料制御インデクスｋに応じてＯ２ＮＳマップを検索することにより、定常状態酸素濃度Ｏ２ＮＳを算出する。Ｏ２ＮＳマップは、圧縮端温度ＴＣＭＰが高くなるほど、定常状態酸素濃度Ｏ２ＮＳが低下するように設定されている。

ステップＳ５２では、エンジン回転数ＮＥに応じてＤＴＭ０マップを選択し、圧縮端温度ＴＣＭＰ及び燃料制御インデクスｋに応じて図１３に示すＤＴＭ０マップを検索して、排気還流を行わない状態（酸素濃度が空気の酸素濃度Ｏ２ＮＡＩＲに等しい状態）での噴射時期補正量（以下「ゼロＥＧＲ補正量」という）ＤＴＭ０を算出する。ゼロＥＧＲ補正量ＤＴＭ０は、噴射時期を遅角補正するように負の値をとり、ＤＴＭ０マップは、圧縮端温度ＴＣＭＰが高くなるほど、また燃料制御インデクスｋが減少するほど、ゼロＥＧＲ補正量ＤＴＭ０の絶対値が増加するように（遅角補正量が増加するように）設定されている。

ステップＳ５３では、酸素濃度Ｏ２Ｎ及びゼロＥＧＲ補正量ＤＴＭ０に応じて、噴射時期補正量ＤＴＭを算出する。この演算は、図１４に示すように単純な線形補間、または予め設定したＤＴＭテーブル（破線で示す）を検索することにより行う。

本実施形態では、燃料制御インデクスｋの値が比較的大きい所定範囲（例えば１１〜１４）では、ダブル噴射（パイロット噴射＋主噴射）が行われる。その場合には、噴射時期補正量ＤＴＭは主噴射時期の補正に適用される。
酸素濃度Ｏ２Ｎに応じて燃料噴射時期を補正することにより、特にフュエルカット運転終了直後において燃焼騒音を低減することができる。
なお、燃料噴射がシングル噴射であり、かつ補正量の絶対値｜ＤＴＭ｜が所定値以上であるときは、ダブル噴射に変更し、主噴射時期を噴射時期補正量ＤＴＭにより補正するようにしてもよい。

図３に戻り、ステップＳ１９では、上述した種々のパラメータに応じて制御モードを決定する。上記のエンジン３の主たる制御モードとして、アイドルモード（モード０）、低負荷モード（モード１）、通常モード（モード２）、及び再生リッチモード（モード３）が設けられ、さらに通常モードより燃料を増量する高負荷モード（モード２５）、減速時にＮＯｘ吸収触媒１７の再生（ＮＯｘの還元）を行うための減速リッチモード（モード１５）が設けられ、それらの制御モード間の移行用の制御モードとして、通常−低負荷移行モード（モード２１）、通常−リッチ移行モード（モード２３）、リッチ−通常移行モード（モード３２）、低負荷−減速リッチ移行モード（モード１７）、減速リッチ−低負荷移行モード（モード１６）、減速リッチ−アイドル移行モード（モード１４）が設けられている。図１５は、これらの制御モードの関係を示す状態遷移図である。

以下図１５を参照しつつ、各制御モードの概要を説明する。
１）通常モード（モード２）
通常モードでは、Ｏ２基準制御が行われる。空燃比は理論空燃比よりリーン側に設定され、排気還流率が大きくなるように制御される。空気調節パラメータＡ*は、要求トルクインデクスｉ及び回転数インデクスｊに応じて決定される。燃料噴射パラメータＱ*は、燃料制御インデクスｋ及び回転数インデクスｊに応じて決定される。

２）アイドルモード（モード０）
空気調節パラメータＡ*は、所望の空燃比（例えば１９〜２１）が実現されるように決定される。また燃料噴射パラメータＱ*は、Ｏ２基準制御ではなく、検出したエンジン回転数ＮＥが目標回転数（例えば６５０ｒｐｍ）と一致するようにフィードフォワード項とＰＩＤ項との組み合わせにより決定される。

３）低負荷モード（モード１）
この低負荷モードは、モード０からモード２への、またはその逆の移行時のトルクショックを無くすために設けられている。この低負荷モードは、エンジン３の出力トルクが負の値から「０」より若干大きな値の範囲内にあり、かつエンジン回転数ＮＥがアイドル回転数より高い所定低負荷運転状態において適用される。

空気調節パラメータＡ*は、固定された要求トルクインデクスｉによって決定される。このとき要求トルクインデクスｉの値は、燃料制御インデクスｋの所定範囲の値（例えば６〜１０）に対応して、安定した燃焼が確保されるように選択される。燃料噴射パラメータＱ*（燃料制御インデクスｋ）は、ペダル基準制御によって決定される。このとき、燃料制御インデクスｋは、Ｏ２基準制御によって算出される値（図３，ステップＳ１７で算出されるｋ値）を超えないように決定され、かつ燃料制御インデクスｋの気筒間の変化量Δｋが、所定リミット値ＤＫＬＭＴを超えないように制御される。これにより、良好な燃焼状態が実現されるとともに、円滑なトルク制御及び低トルク域での正確なトルク制御が可能となる。

４）再生リッチモード（モード３）
ＮＯｘ吸収触媒１７の再生を行うための制御モードである。空燃比は理論空燃比よりリッチ側となるように制御される。空気調節パラメータＡ*は、リッチモード用に設定されたマップを用いて、要求トルクインデクスｉ及び回転数インデクスｊに応じて決定される。燃料噴射パラメータＱ*は、リッチモード用に設定されたマップを用いて、燃料制御インデクスｋ及び回転数インデクスｊに応じて決定される。さらに、燃料噴射量ＱＩＮＪは、検出酸素濃度Ｏ２ＮＤから算出される検出空燃比ＡＦＤが、所望のリッチ空燃比ＡＦＲと一致するようにフィードバック制御される。

５）通常−リッチ移行モード（モード２３）
通常モードから再生リッチモードへ移行するときの制御モードである。空気調節パラメータＡ*は、リッチモード用に設定されたマップを用いて、要求トルクインデクスｉ及び回転数インデクスｊに応じて決定されるとともに、気筒内酸素量Ｏ２を目標値に制御する閉ループ制御も併用される。再生リッチモードに移行後の目標気筒内酸素量Ｏ２ＴＲが算出され、燃料噴射パラメータＱ*は、通常モードにおける移行直前の気筒内酸素量Ｏ２及び目標気筒内酸素量Ｏ２ＴＲに応じて、滑らかに変化するように算出される。

６）リッチ−通常移行モード（モード３２）
再生リッチモードから通常モードへ移行するときの制御モードである。空気調節パラメータＡ*は、通常モード用に設定されたマップを用いて、要求トルクインデクスｉ及び回転数インデクスｊに応じて決定されるとともに、気筒内酸素量Ｏ２を目標値に制御する閉ループ制御も併用される。通常モードに移行後の目標気筒内酸素量Ｏ２ＴＬが算出され、燃料噴射パラメータＱ*は、再生リッチモードにおける移行直前の気筒内酸素量Ｏ２及び目標気筒内酸素量Ｏ２ＴＬに応じて、滑らかに変化するように算出される。

７）高負荷モード（モード２５）
通常モードにおいて、アクセルペダル操作量ＡＰが大きい状態が継続した場合、Ｏ２基準制御のみではエンジントルクが運転者の要求に対して不足する。そこで、アクセルペダル操作量ＡＰが増加して、排気還流を停止する所定操作量ＡＰＨに達すると、通常モードから高負荷モードに移行する。

高負荷モードでは、空気調節パラメータＡ*は基本的には通常モードと同様に設定され、さらにタービンの目標ベーン開度ＶＯＲが増加方向に修正される。燃料噴射パラメータＱ*は、基本的には通常モードと同様に設定され、さらに燃料噴射量ＱＩＮＪが１０％程度増量される。

８）通常−低負荷移行モード（モード２１）
このモードは、アクセルペダル操作量ＡＰが「０」となったときに気筒内酸素量Ｏ２を迅速に減らし、エンジン回転数ＮＥが高すぎる状態を回避することを目的として設けられたものである。空気調節パラメータＡ*は、アクセルペダル操作量ＡＰが「０」である状態に対応して予め設定された特別の組み合わせ（本実施形態では、要求トルクインデクスｉの値１〜４が割り当てられている）が適用され、吸気圧ＰＩが少なくとも７０ｋＰａ程度確保されるように設定され、必要に応じて要求トルクインデクスｉの値が増減される。空気調節パラメータＡ*を構成する目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＲは、要求トルクインデクスｉが増加するほど減少するように設定され、目標スロットル弁開度ＴＨＲは、要求トルクインデクスｉが増加するほど増加するように設定される。

９）減速リッチモード（モード１５）
減速中のフュエルカットに代えて、燃料噴射が行われ、噴射した燃料が燃焼しないように、吸入空気制御、ＥＧＲ制御、及び燃料噴射制御が行われる。空気調節パラメータＡ*は、吸気圧ＰＩを大きく減少させるように設定された減速リッチモード用のマップを用いて算出される。燃料噴射パラメータＱ*は、減速リッチモード用のマップを用いて、燃料制御インデクスｋ及び回転数インデクスｊに応じて算出されるとともに、検出空燃比ＡＦＤが所定の目標空燃比と一致するように燃料噴射量ＱＩＮＪのフィードバック制御が行われる。

１０）低負荷−減速リッチ移行モード（モード１７）
吸気圧ＰＩが減速リッチモードへ移行するための閾値より低くなるように制御される。空気調節パラメータＡ*は、減速リッチモード用のマップを用いて算出され、燃料の供給は停止される。

１１）減速リッチ−低負荷移行モード（モード１６）
制御モードの移行に伴うトルクショックを回避するために、残留燃料を排出すべく最小限の掃気が行われる。空気調節パラメータＡ*は、減速リッチモード用のマップを用いて算出され、燃料の供給は停止される。

１２）減速リッチ−アイドル移行モード（モード１４）
制御モードの移行に伴うトルクショックを回避するために、残留燃料を排出すべく掃気が行われる。空気調節パラメータＡ*は、減速リッチモード用のマップを用いて算出され、燃料の供給は停止される。

次に制御モードの移行について、先ず概要を説明する。アイドルモード０においてアクセルペダルが踏み込まれると低負荷モード１を経由して通常モード２へ移行する。通常モード２でアクセルペダルがさらに大きく踏み込まれると高負荷モード２５に移行する。通常モード２でＮＯｘ吸収触媒１７の再生処理要求が出されたときは、通常−再生リッチ移行モード２３を経由して再生リッチモード３へ移行し、再生リッチモード３から再生リッチ−通常移行モード３２を経由して通常モード２に戻る、いわゆるリッチスパイク制御が行われる。通常モード２においてアクセルペダル操作量ＡＰが減少すると、通常−低負荷移行モード２１を経由して低負荷モード１へ移行し、アクセルペダル操作量ＡＰが所定値以下となるとアイドルモード０へ移行する。エンジン回転数ＮＥが十分高く、かつＮＯｘ吸収触媒１７の再生処理が必要な場合には、低負荷−減速リッチ移行モード１７を経由して減速リッチモード１５へ移行する。エンジン回転数ＮＥが低下すると、減速リッチ−低負荷移行モード１６を経由して低負荷モード１へ移行するか、または減速リッチ−アイドル移行モード１４を経由してアイドルモード０へ移行する。

次に制御の移行条件を詳細に説明する。
Ａ）現在の制御モードがアイドルモード０であるとき
i) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」より大きく、かつ気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃより小さいか、燃料制御インデクスｋ（前回値）が気筒内酸素量Ｏ２によって決まる値（図３のステップＳ１７で算出される値であり、以下「Ｏ２基準値」という）ｋＯ２より小さいか、または燃料制御インデクスｋ（前回値）が臨界燃料制御インデクスｋＣより小さいとき、低負荷モード１へ移行する。

ii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」より大きく、かつ気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃより大きく、かつ燃料制御インデクスｋ（前回値）がＯ２基準値ｋＯ２より大きく、かつ燃料制御インデクスｋ（前回値）が臨界燃料制御インデクスｋＣより大きいとき、直接通常モード２へ移行する。

Ｂ）現在の制御モードが低負荷モード１であるとき
i) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、かつ燃料制御インデクスｋ（前回値）が最小値ｋＭＩＮ（例えば「１」）より小さく、かつ減速リッチ制御準備フラグＦＤＲＲが「０」であるとき、またはエンジン回転数ＮＥが減速リッチモード１５における最小値（以下「モード１５最小回転数」という）ＮＥＭＩＮ１５（例えば１２００ｒｐｍ）より低いとき、アイドルモード０へ移行する。減速リッチ制御準備フラグＦＤＲＲは、減速リッチ制御を実行するための前処理が完了すると「１」に設定される。

ii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」より大きく、かつ燃料制御インデクスｋがＯ２基準値ｋＯ２より大きく、かつ燃料制御インデクスｋが臨界燃料制御インデクスｋＣより大きく、かつ要求トルクインデクスｉ（前回値）がアクセルペダル操作量ＡＰにほぼ比例して算出されるペダル基準の要求トルクインデクスｉＰＤＬより小さいとき、通常モード２へ移行する。

iii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、かつ燃料制御インデクスｋ（前回値）が最小値ｋＭＩＮより小さく、かつエンジン回転数ＮＥがモード１５最小回転数ＮＥＭＩＮ１５より高く、かつ減速リッチ実行フラグＦＤＲＥが「１」であり、かつ減速リッチ制御準備フラグＦＤＲＲが「１」であり、かつクラッチオンフラグＦＣＬＯＮが「１」であるとき、低負荷−減速リッチ移行モード１７へ移行する。減速リッチ実行フラグＦＤＲＥは、減速リッチ制御を実行するとき「１」に設定され、クラッチオンフラグＦＣＬＯＮは、当該車両のクラッチが接続されているとき、「１」に設定される。

Ｃ）現在の制御モードが通常モード２であるとき
i) 気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃより小さいとき、低負荷モード１へ移行する。
ii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、かつ気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃより大きいとき、通常−低負荷移行モード２１へ移行する。

iii) 要求トルクインデクスｉ（前回値）がゼロＥＧＲ閾値ｉＥＧＲ０より大きく、かつ燃料制御インデクスｋ（前回値）が定常状態における基準値（以下「定常状態基準値」という）ｋＳより小さいとき、高負荷モード２５へ移行する。ゼロＥＧＲ閾値ｉＥＧＲ０は、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＲを「０」とする要求トルクインデクスｉの最小値である。

iv) 要求トルクインデクスｉが再生リッチモード３における最小値（以下「モード３最小値」という）ｉＭＩＮ３（安定したリッチ燃焼が可能な最小トルクに対応した要求トルクインデクスｉの値に設定される）より大きく、かつ再生リッチモードにおける最大値（以下「モード３最大値」という）ｉＭＡＸ３（スモークが許容できる最大トルクに対応した要求トルクインデクスｉの値に設定される）より小さく、かつリッチリーンフラグＦＲＬが「１」であり、かつエンジン回転数ＮＥが再生リッチモードにおける最小値（以下「モード３最小回転数」という）ＮＥＭＩＮ３（安定燃焼可能な最小回転数）より高く、かつ再生リッチモードにおける最大値（以下「モード３最大回転数」という）ＮＥＭＡＸ３（安定燃焼可能な最大回転数）より低いとき、通常−再生リッチ移行モード２３へ移行する。リッチリーンフラグＦＲＬは、空燃比を理論空燃比よりリッチ側に制御するとき「１」に設定され、リーン側に制御するとき「０」に設定される。

Ｄ）現在の制御モードが通常−再生リッチ移行モード２３であるとき
i) 要求トルクインデクスｉがモード３最小値ｉＭＩＮ３より大きく、かつモード３最大値ｉＭＡＸ３より小さく、かつ気筒内酸素量Ｏ２が再生リッチモードに適した所定範囲内にあり、かつエンジン回転数ＮＥがモード３最小回転数ＮＥＭＩＮ３より高く、かつモード３最大回転数ＮＥＭＡＸ３より低く、かつ検出空燃比ＡＦＤが再生リッチモードにおける目標値の近傍にあるとき、再生リッチモード３に移行する。

ii) 上記i)の要求トルクインデクスｉ及びエンジン回転数ＮＥについての少なくとも１つの条件が満たされなくなったとき、またはリッチパルスフラグＦＲＰが「０」となったとき、またはリッチリーンフラグＦＲＬが「０」となったときは、先ず再生リッチモード３へ移行する（その後直ちに再生リッチ−通常移行モード３２へ移行する）。リッチパルスフラグＦＲＰは、空燃比を理論空燃比よりリッチ側に制御するパルスが出力されているとき「１」に設定される。

Ｅ）現在の制御モードが再生リッチモード３であるとき
i) 要求トルクインデクスｉがモード３最小値ｉＭＩＮ３より小さいとき若しくはモード３最大値ｉＭＡＸ３より大きいとき、またはリッチパルスフラグＦＲＰが「０」であるとき、またはリッチリーンフラグＦＲＬが「０」であるとき、またはエンジン回転数ＮＥがモード３最小回転数ＮＥＭＩＮ３より低いとき若しくはモード３最大回転数ＮＥＭＡＸ３より高いとき、または気筒内酸素量Ｏ２が再生リッチモード３に適した所定範囲内にないとき、再生リッチ−通常移行モード３２へ移行する。

Ｆ）現在の制御モードが再生リッチ−通常移行モード３２であるとき
気筒内酸素量Ｏ２がリーン定常状態値Ｏ２ＬＳに近づいたとき、すなわちエンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダル操作量ＡＰと、算出された気筒内酸素量Ｏ２との関係が、定常状態における関係（マップ設定値）に近づいたとき、または要求トルクインデクスｉがモード３最小値ｉＭＩＮ３より小さいとき若しくはモード３最大値ｉＭＡＸ３より大きいとき、またはエンジン回転数ＮＥがモード３最小回転数ＮＥＭＩＮ３より低いとき若しくはモード３最大回転数ＮＥＭＡＸ３より高いとき、またはリッチパルスフラグＦＲＰが「０」であるとき、またはリーン時間比率ＲＬＴが最大リーン時間比率ＲＬＴＭＡＸを超えたとき、すなわちリッチパルスの発生期間がＮＯｘ還元（ＮＯｘ吸収触媒の再生処理）に十分な時間に達したとき、通常モード２へ移行する。

Ｇ）現在の制御モードが高負荷モード２５であるとき
要求トルクインデクスｉ（前回値）がゼロＥＧＲ閾値ｉＥＧＲ０より小さいとき、または燃料制御インデクスｋ（前回値）が定常状態基準値ｋＳより大きいとき、通常モード２へ移行する。

Ｈ）現在の制御モードが通常−低負荷移行モード２１であるとき
i) 気筒内酸素量Ｏ２がモード２１における目標値（以下「モード２１目標値」という）Ｏ２Ｔ２１より小さいとき、低負荷モード１へ移行する。
ii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」より大きく、かつ気筒内酸素量Ｏ２がモード２１目標値Ｏ２Ｔ２１より大きいとき、通常モード２へ移行する。

Ｉ）現在の制御モードが低負荷−減速リッチ移行モード１７であるとき
i) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」でなくなったとき、低負荷モード１へ移行する。

ii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、かつエンジン回転数ＮＥが最小減速リッチ回転数ＮＥＤＲＭＩＮ（例えば１４００ｒｐｍ）より低いとき若しくは減速リッチ実行フラグＦＤＲＥが「０」であるとき、またはクラッチオンフラグＦＣＬＯＮが「０」であるとき、アイドルモード０に移行する。

iii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、かつ吸気圧ＰＩが減速リッチモードに適した所定範囲内にあるとき、減速リッチモード１５に移行する。

Ｊ）現在の制御モードが減速リッチモード１５であるとき
i) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」でないとき、またはアクセルペダル操作量ＡＰが「０」でなく、かつ減速リッチ実行フラグＦＤＲＥが「０」であるとき、減速リッチ−低負荷移行モード１６に移行する。

ii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、かつ減速リッチモードの実行時間ＴＤＲＥが所定時間ＴＤＲＥＦを超えたとき、またはエンジン回転数ＮＥがモード１５最小回転数ＮＥＭＩＮ１５より低いとき、または減速リッチ実行フラグＦＤＲＥが「０」であるとき、またはクラッチオンフラグＦＣＬＯＮが「０」であるとき、減速リッチ−アイドル移行モード１４へ移行する。

Ｋ）現在の制御モードが減速リッチ−低負荷移行モード１６であるとき
i) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」でなく、かつエンジン回転数ＮＥが最小掃気回転数ＮＥＳＬＭＩＮ（例えば１４００ｒｐｍ）より低いとき、低負荷モード１へ移行する。

ii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」でなく、かつ掃気カウンタＣＳＣの値が「１」より小さいとき、すなわち必要な掃気が終了し、掃気カウンタＣＳＣの値が掃気実行を指示する「１」でなくなったとき、低負荷モード１へ移行する。掃気カウンタＣＳＣは、モード移行時のトルク変動を防止するための所定遅延時間が経過したとき「１」以外の値に設定される。

iii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であるとき、減速リッチ−アイドル移行モード１４へ移行する。

Ｌ）現在の制御モードが減速リッチ−アイドルモード１４であるとき
i) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」でないとき、減速リッチ−低負荷移行モード１６へ移行する

ii) アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、かつ掃気実行時間ＴＳＣＡＶが所定時間ＴＳＲＥＦを超えたとき、またはエンジン回転数ＮＥが最小減速リッチ回転数ＮＥＤＲＭＩＮより低いとき、またはクラッチオンフラグＦＣＬＯＮが「０」であるとき、アイドルモード０へ移行する。

図３に戻り、ステップＳ１９で制御モードが決定されると、ステップＳ２０で決定された制御モードが通常モード２であるか否かを判別する。その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、燃料制御インデクスｋ及び回転数インデクスｊに応じて図１６に示すＱ*マップを検索し、燃料制御パラメータＱ*を算出する（ステップＳ２２）。このとき、ステップＳ１８で算出した噴射時期補正量ＤＴＭが適用される。次いで、燃料噴射パラメータＱ*に応じた燃料噴射を実行する（ステップＳ２３）。Ｑ*マップ上の番地ｋ，ｊの格子点には、対応する燃料制御インデクスｋ及び回転数インデクスｊに適した噴射圧力ＰＦ、パイロット噴射量ＱＩＰ、主噴射量ＱＩＭ、パイロット噴射時期ＴＭＰ、及び主噴射時期ＴＭＭが設定されている。

ステップＳ２０の答が否定（ＮＯ）、すなわち制御モードが通常モード２以外の制御モードであるときは、要求トルクインデクスｉ及び／または燃料制御インデクスｋを対応する制御モードに適した値に修正し（ステップＳ２１）、修正した要求トルクインデクスｉに応じた空気調節パラメータＡ*の算出（ステップＳ１２）、及び修正した燃料制御インデクスｋに応じた燃料噴射パラメータＱ*の算出が行われる（ステップＳ２２）。なお、要求トルクインデクスｉまたは燃料制御インデクスｋが修正されたなかったときは、そのまま空気調節パラメータＡ*の算出または燃料噴射パラメータＱ*の算出に適用される。

次に低負荷モード１についてより詳細に説明する。
エンジンの低負荷運転状態では、Ｏ２基準制御をそのまま適用すると、燃焼状態が不安定化するため、本実施形態では、低負荷モード１では、ペダル基準制御により燃料制御インデクスｋが決定される。

図１７は、アクセルペダル操作量ＡＰと、要求トルクインデクスｉとの関係を示す図であり、点ＰＣＲは、気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃに達した状態に対応する。すなわち、アクセルペダル操作量ＡＰが減少して、臨界値ＡＰＣＲに達するまでは、要求トルクインデクスｉはアクセルペダル操作量ＡＰにほぼ比例するように設定され、臨界値ＡＰＣＲに達すると、その臨界値ＡＰＣＲに対応する値ｉ０に固定される。これにより、安定した燃焼状態を実現するための酸素量が確保される。なお、アクセルペダル操作量ＡＰが「０」になると、要求トルクインデクスｉは、アイドル用の所定値ｉＩＤＬに設定される。

図１８は、アクセルペダル操作量ＡＰと、燃料制御インデクスｋとの関係を示す図であり、実線ＬＡ１，ＬＢ１，ＬＣ１はそれぞれ異なる運転状態に対応して、通常モード２においてアクセルペダル操作量ＡＰが減少していく過程に対応する。例えば実線ＬＡ１で示される例について説明すると、通常モード２においてアクセルペダル操作量ＡＰが減少し、気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃに達すると（点Ｐａ）、燃料制御インデクスｋは臨界燃料制御インデクスｋＣとなり、低負荷モード１へ移行する。低負荷モード１では、実線ＬＡ２で示されるように、アクセルペダル操作量ＡＰに比例するように、燃料制御インデクスｋが設定される。

このように、気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃに達したときは、要求トルクインデクスｉを値ｉ０に固定することにより、気筒内酸素量Ｏ２を臨界酸素量Ｏ２Ｃより減少させないようにするとともに、燃料制御インデクスｋをアクセルペダル操作量ＡＰに比例するように設定することにより、燃焼の不安定化を防止しつつ、アイドルモード０に円滑に（トルクショックなしに）移行することができる。

低負荷モード１に移行すると、要求トルクインデクスｉは吸入酸素量（気筒内酸素量Ｏ２）が増加するように制御されるので、対応するＯ２基準の燃料制御インデクスｋを示す破線ＬＡ３は、実線ＬＡ１を左方向に移動させた曲線となる。すなわち、低負荷モード１から通常モード２へ戻るときは、実線ＬＡ１ではなく、破線ＬＡ３に沿ったＯ２基準制御に移行する。

そして低負荷モード１に移行後、アクセルペダル操作量ＡＰが「０」となる前に増加し始めると、点Ｐａでは通常モード２へ移行せず、i)ペダル基準で算出される燃料制御インデクスｋＰＤＬがＯ２基準で算出される燃料制御インデクスｋＯ２より大きく、かつii)燃料制御インデクスｋＰＤＬが臨界燃料制御インデクスｋＣより大きく、かつiii)アクセルペダル操作量ＡＰにほぼ比例して算出される要求トルクインデクスｉが、低負荷モード１における固定値ｉ０以上であるという条件が満たされる点Ｐａ’において、通常モード２へ移行する。これにより、低負荷モード１から通常モード２へ、トルクショックなしに移行することができる。その後は、破線ＬＡ３に示すようにＯ２基準制御により、燃料制御インデクスｋが算出される。実線ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＣ１，ＬＣ３，及び破線ＬＢ３，ＬＣ３で示される例においても同様である。なお、実線ＬＡ２，ＬＢ２，ＬＣ２の傾きは、エンジン回転数ＮＥに応じて最適な特性が得られるように設定される。

上述した低負荷モード１から通常モード２への移行条件は、上記３条件i)〜iii)が同時に満たされるのではなく、通常は要求トルクインデクスｉに関する条件iii)が先に満たされ、最後にペダル基準で算出される燃料制御インデクスｋＰＤＬが、Ｏ２基準で算出される燃料制御インデクスｋＯ２に達した時点で成立する。したがって、燃料噴射パラメータＱ*が急変することがなく、トルクショックの発生を防止することができる。

また低負荷モード１においてアクセルペダル操作量ＡＰが「０」となってから（すなわち、低負荷−減速リッチ移行モード１７、減速リッチ−低負荷移行モード１６、またはアイドルモード０から）、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するときは、要求トルクインデクスｉは、エンジン回転数ＮＥに応じて決まる固定値ｉ１に設定され、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて決まるペダル基準のｉ値が固定値ｉ１に達すると（図１７，点ＰＴ）、通常のペダル基準の設定に移行する。また燃料制御インデクスｋは、図１８の原点Ｏから実線ＬＳ１に示すようにペダル基準制御により算出され、点ＰＳに達すると、通常モード２へ移行する。要求トルクインデクスｉがアクセルペダル操作量ＡＰにほぼ比例する値に設定されるようになった後に、燃料制御インデクスｋの算出がＯ２基準に切り換えられ、通常モード２へ移行する。したがって、この場合もトルクショックは発生しない。

次に高負荷モード２５についてより詳細に説明する。この制御モードの目的は、アクセルペダルが大きく踏み込まれたときに、運転者の要求にしたがって気筒内酸素量Ｏ２を迅速に増加させることである。このモードでは、スロットル弁７はほぼ全開状態であり、ＥＧＲ制御弁１４ｂは全閉状態である。そこで、気筒内酸素量Ｏ２の増量は、目標ベーン開度ＶＯＲ（ベーン開度ＶＯ）を増加させること及び燃料噴射量ＱＩＮＪを増加させることにより行われる（以下「ブートストラップ制御」という）。燃料噴射量ＱＩＮＪを増量することにより、タービンへ供給される熱量が増加し、それによってベーン開度ＶＯを増加させることによる酸素供給量の増量効果を高めることができる。

目標ベーン開度ＶＯＲは、気筒内酸素量Ｏ２が、目標気筒内酸素量Ｏ２Ｔ２５に一致するようにＰＩＤ制御により決定される。空気調節パラメータＡ*は、基本的には通常モード２と同様に、要求トルクインデクスｉ及び回転数インデクスｊに応じて決定されるが、目標ベーン開度ＶＯＲは、ＰＩＤ制御により算出されたものに変更される。

また燃料噴射パラメータＱ*は、基本的には通常モード２と同様に燃料制御インデクスｋ及び回転数インデクスｊに応じて算出されるが、燃料噴射量ＱＩＮＪが所定増量割合ＲＱＡＤ（例えば１０％）だけ増加するように、燃料制御インデクスｋが修正される（すなわち、燃料噴射量ＱＩＮＪが所定増量割合ＲＱＡＤだけ大きい燃料噴射パラメータＱ*に対応する燃料制御インデクスｋ’に変更される）。所定増量割合ＲＱＡＤを例えば１０％程度とすることにより、加速時におけるスートの発生量を抑制しつつ、良好な運転性（運転者の加速要求に沿ったエンジン回転数ＮＥの増加特性）を得ることができる。なお、所定増量割合ＲＱＡＤは、対象となるエンジン及び車両についての実験によって、スート発生量が所定限界値ＱＳＴＬＭＴ以下となるように最適な値を選択することが望ましい。所定限界値ＱＳＴＬＭＴは、ＤＰＦ１６の能力、スート排出量の規制値などを考慮して決定される。

ブートストラップ制御により、燃料噴射量ＱＩＮＪは気筒内酸素量Ｏ２に適した量より若干増量され、その燃料増量とベーン開度ＶＯの増量とによって気筒内酸素量Ｏ２が増加し、次の噴射タイミングでさらに燃料噴射量ＱＩＮＪが増量され、気筒内酸素量Ｏ２が増加するというように、わずかな燃料増量で気筒内酸素量Ｏ２を段階的且つ速やかに増加させ、スートの発生量を抑制しつつ、良好な加速性を得ることができる。

図１９及び図２０は、高負荷モード２５においてアクセルペダル操作量ＡＰが急激に「０」まで減少した場合におけるエンジン運転パラメータの推移、並びに要求トルクインデクスｉ及び燃料制御インデクスｋの推移を示すタイムチャートである。

制御モードが高負荷モード２５である状態で、時刻ｔ１においてアクセルペダルが戻され、通常モード２に移行する。このとき、ブートストラップ制御が終了するため、燃料制御インデクスｋが通常モード２のレベルまで減少する。時刻ｔ１直後（０．１秒程度後）の時刻ｔ２に通常−低負荷移行モード２１に移行する。通常−低負荷移行モード２１において、要求トルクインデクスｉは徐々に減少するように設定され、ｉ値の減少に伴って吸入空気流量ＧＡ及び気筒内酸素量Ｏ２が減少する。時刻ｔ３において気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃに達し、低負荷モード１へ移行する。低負荷モード１では、要求トルクインデクスｉは一定値に維持されるように制御され、燃料制御インデクスｋは徐々に減少するように制御され、気筒内酸素量Ｏ２は、ぼぼ臨界酸素量Ｏ２Ｃに維持される。吸気圧ＰＩは、通常−低負荷移行モード２１の後半から低下し始め、時刻ｔ３の近傍で急減する。時刻ｔ４において、アイドルモード０に移行する。時刻ｔ１から時刻ｔ４までの時間は、約１．２秒程度である。このように、通常−低負荷移行モード２１において気筒内酸素量Ｏ２が急激に減少するように制御されるので、エンジン回転数ＮＥを通常−低負荷移行モード２１の途中から緩やかに減少させ、不必要なエンジン回転数ＮＥの上昇を防止することができる。

図２１及び図２２は、通常モード２においてアクセルペダルの戻し操作が開始された場合におけるエンジン運転パラメータの推移、並びに要求トルクインデクスｉ及び燃料制御インデクスｋの推移を示すタイムチャートであり、通常モード２においてアクセルペダル操作量ＡＰが徐々に減少し、時刻ｔ３１に低負荷モード１に移行し、時刻ｔ３２に低負荷モード１からアイドルモード０に移行した作動例に対応する。

通常モード２では、アクセルペダル操作量ＡＰの減少に対応して要求トルクインデクスｉが減少し、吸入空気流量ＧＡ及び気筒内酸素量Ｏ２が減少する。気筒内酸素量Ｏ２の減少に対応して、燃料制御インデクスｋが減少する。気筒内酸素量Ｏ２が臨界酸素量Ｏ２Ｃまで減少すると（時刻ｔ３１）、低負荷モード１に移行する。低負荷モード１では、要求トルクインデクスｉが固定値に維持される。これにより、気筒内酸素量Ｏ２は徐々に増加する。また燃料制御インデクスｋはアクセルペダル操作量ＡＰの減少に対応して減少する。アクセルペダル操作量ＡＰが「０」となった後、燃料制御インデクスｋが最小値ｋＭＩＮに達すると、アイドルモード０に移行する（時刻ｔ３２）。

なお図示例では、クラッチの接続状態が維持されるため、エンジン回転数ＮＥは、エンジン３により駆動される車両の速度（車速）ＶＰの変化に対応して緩やかに変化する。制御モードの移行時にエンジン回転数ＮＥの変動が発生しておらず、トルクショックのない円滑な制御が実現されている。

図２３及び図２４は、アイドルモード０からアクセルペダル操作量ＡＰが徐々に増加した場合におけるエンジン運転パラメータの推移、並びに要求トルクインデクスｉ及び燃料制御インデクスｋの推移を示すタイムチャートであり、時刻ｔ４１にアクセルペダルの踏み込みが開始されて低負荷モード１に移行し、アクセルペダル操作量ＡＰが徐々に増加して時刻ｔ４２に通常モード２に移行した作動例に対応する。

低負荷モード１では、要求トルクインデクスｉは当初は固定値ｉ１に維持され、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出されるｉ値（ｉＰＤＬ）が固定値ｉ１を超えると（時刻ｔ４１ａ）、ペダル基準値ｉＰＤＬに設定され、アクセルペダル操作量ＡＰの増加に伴って増加する。また燃料制御インデクスｋは、アクセルペダル操作量ＡＰの増加に伴って（比例して）増加する。時刻ｔ４２において、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出されるｋ値と、気筒内酸素量Ｏ２に応じて算出されるｋ値とが一致し、低負荷モード１から通常モード２に移行する。通常モード２へ移行後は、燃料制御インデクスｋは、気筒内酸素量Ｏ２に応じた値に設定される。

上述した制御により、気筒内酸素量Ｏ２は常に臨界酸素量Ｏ２Ｃより大きな値となり、安定した燃焼が確保される。この図示例でも、クラッチの接続状態が維持されるため、エンジン回転数ＮＥは車速ＶＰの変化に対応して緩やかに変化する。制御モードの移行時にエンジン回転数ＮＥの変動が発生しておらず、トルクショックのない円滑な制御が実現されている。

図２５及び図２６は、急加速時のエンジン運転パラメータ及び車速ＶＰの推移を示し、図２５はブートストラップ制御を実行した場合に対応し、図２６はブートストラップ制御を実行しない場合に対応する。また、図２７はブートストラップ制御実行時の要求トルクインデクスｉ及び燃料制御インデクスｋの推移を示す。

ブートストラップ制御を実行した場合には、図２５に示すように時刻ｔ１１において、アクセルペダルが踏み込まれると、高負荷モード２５に移行し、要求トルクインデクスｉが急激に増加する。ベーン開度ＶＯの開度制御が行われるとともに、燃料制御インデクスｋは気筒内酸素量Ｏ２に対応する値より少し大きな値に変更される。したがって、吸気圧ＰＩ及び吸入空気流量ＧＡが急激に増加し、気筒内酸素量Ｏ２が急激に増加する。その結果、車速ＶＰが速やかに上昇し、良好な加速性が得られる。時刻ｔ１２にアクセルペダルが戻されると、通常モード２に移行し、吸気圧ＰＩ、吸入空気流量ＧＡ、及び気筒内酸素量Ｏ２は急減し、車速ＶＰが徐々に低下する。時刻ｔ１１からｔ１２までの時間は、１０秒程度であり、車速ＶＰは５５ｋｍ／ｈから１１０ｋｍ／ｈに増加する。

これに対し、図２６に示す例では、時刻ｔ２１にアクセルペダルが踏み込まれると、吸気圧ＰＩ及び吸入空気流量ＧＡは、緩やかに増加する。時刻ｔ２２において、吸気圧ＰＩ、吸入空気流量ＧＡ、及び気筒内酸素量Ｏ２が最大となるが、このときのレベルは、ブートストラップ制御を実行したときの値の６５％程度である。このため、車速ＶＰは緩やかに上昇する。時刻ｔ２１からｔ２２までの時間は、３３秒程度であり、車速ＶＰは６０ｋｍ／ｈから１１０ｋｍ／ｈに増加する。すなわち、ブートストラップ制御を実行しない場合には加速性が非常に低い。

本実施形態では、スロットル弁７及び過給装置９が吸入空気量制御手段に相当し、エアフローセンサ２７が吸入空気量検出手段に相当し、クランク角センサ２２が回転数検出手段に相当する。またＥＣＵ２が、空気調節パラメータ算出手段、還流排気量算出手段、気筒内酸素量算出手段、燃料噴射パラメータ決定手段、インジェクタ制御手段、及び判定手段を構成する。

なお、上述した実施形態では、低負荷モード１から通常モード２への移行条件として、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて要求トルクインデクスｉＰＤＬが固定値ｉ１を超えているという条件を用いたが、これに代えて、アクセルペダル操作量ＡＰが判定閾値ＡＰＴＨを超えているという条件を用いてもよい。その場合、固定値ｉ１に対応するアクセルペダル操作量は、エンジン回転数ＮＥに応じて変化するので、判定閾値ＡＰはエンジン回転数ＮＥに応じて設定する。

また、上述した実施形態では、通常モード２から高負荷モード２５への移行条件として、要求トルクインデクスｉがゼロＥＧＲ閾値ｉＥＧＲ０より大きく、かつ燃料制御インデクスｋが定常状態基準値ｋＳより小さいという条件を用いたが、これに代えて、アクセルペダル操作量ＡＰが高負荷判定閾値ＡＰＨＬＴＨを超えているという条件を用いてもよい。高負荷判定閾値ＡＰＨＬＴＨは、ゼロＥＧＲ閾値ｉＥＧＲ０に対応するアクセルペダル操作量である。

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。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及び周辺装置の構成を示す図である。 図１に示す内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 図２に示す制御装置による制御処理の概要を示すフローチャートである。 要求トルクインデクス（ｉ）を算出するためのテーブルを示す図である。 空気調節パラメータ（Ａ*）を算出するためのマップを示す図である。 気筒内酸素量（Ｏ２）を算出する手順を示すフローチャートである。 気筒内酸素量（Ｏ２）と燃料制御インデクス（ｋ）との関係を示す図である。 燃料制御インデクス（ｋ）を算出する手順を示すフローチャートである。 燃料制御インデクス（ｋ）を算出する手法を説明するための図である。 筒内圧（ＰＣＹＬ）の推移を示す図である。 燃料噴射時期補正量（ＤＴＭ）を算出する手順を示す図である。 燃料制御インデクス（ｋ）と定常状態酸素濃度（Ｏ２ＮＳ）との関係を示す図である。 燃料噴射時期のゼロＥＧＲ補正量（ＤＴＭ０）を算出するためのマップを示す図である。 酸素濃度（Ｏ２Ｎ）と燃料噴射時期補正量（ＤＴＭ）の関係を示す図である。 機関の制御モードの関係を示す状態遷移図である。 燃料制御パラメータ（Ｑ*）を算出するためのマップを示す図である。 低負荷モードにおける要求トルクインデクス（ｉ）の設定を説明するための図である。 通常モードから低負荷モードへの移行及び低負荷モードから通常モードへの移行を説明するための図である。 高負荷モードからアイドルモードへの移行時における機関運転パラメータ（ＰＩ，ＧＡ，Ｏ２，ＮＥ）の推移を示すタイムチャートである。 高負荷モードからアイドルモードへの移行時における制御パラメータ（ｉ，ｋ）の推移を示すタイムチャートである。 通常モードからアイドルモードへの移行時における機関運転パラメータ（ＡＰ，ＧＡ，Ｏ２，ＮＥ）の推移を示すタイムチャートである。 通常モードからアイドルモードへの移行時における制御パラメータ（ｉ，ｋ）の推移を示すタイムチャートである。 アイドルモードから通常モードへの移行時における機関運転パラメータ（ＡＰ，ＧＡ，Ｏ２，ＮＥ）の推移を示すタイムチャートである。 アイドルモードから通常モードへの移行時における制御パラメータ（ｉ，ｋ）の推移を示すタイムチャートである。 加速時にブートストラップ制御を実行した場合における機関運転パラメータ（ＰＩ，ＧＡ，Ｏ２）及び車速（ＶＰ）の推移を示すタイムチャートである。 加速時にブートストラップ制御を実行しない場合における機関運転パラメータ（ＰＩ，ＧＡ，Ｏ２）及び車速（ＶＰ）の推移を示すタイムチャートである。 加速時にブートストラップ制御を実行した場合における制御パラメータ（ｉ，ｋ）の推移を示すタイムチャートである。

符号の説明

２ 電子制御ユニット（空気調節パラメータ算出手段、還流排気量算出手段、気筒内酸素量算出手段、燃料噴射パラメータ決定手段、インジェクタ制御手段、判定手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
４ 吸気管
６ インジェクタ
７ スロットル弁（吸入空気量制御手段）
９ 過給装置（吸入空気量制御手段）
１４ 排気還流装置
２２ クランク角センサ（回転数検出手段）
２７ エアフローセンサ（吸入空気量検出手段）

Claims (4)

1. 吸気系を介して気筒に吸入される空気量を制御する吸入空気量制御手段と、前記気筒内に燃料を噴射するインジェクタと、排気の一部を前記吸気系に還流する排気還流装置とを備える内燃機関の制御装置において、
   前記吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記機関の要求トルクを示すパラメータ及び前記機関回転数に応じて、前記吸入空気量制御手段及び排気還流装置の制御パラメータを含む空気調節パラメータを算出する空気調節パラメータ算出手段と、
   前記排気還流装置により還流される排気量を算出する還流排気量算出手段と、
   前記検出された吸入空気量及び算出された還流排気量に基づいて、前記気筒内に存在する酸素量を算出する気筒内酸素量算出手段と、
   前記機関の通常運転状態において、前記気筒内酸素量及び前記機関回転数に応じて、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、
   前記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、
   前記機関の所定低負荷運転状態においては、前記空気調節パラメータ算出手段は前記空気調節パラメータを固定とし、前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記機関の要求トルクを示すパラメータ及び前記機関回転数に応じて前記燃料噴射パラメータを決定し、
   前記所定低負荷運転状態は、前記機関のアイドル運転状態において前記機関により駆動させる車両のアクセルペダルが踏み込まれ、前記要求トルクを示すパラメータが増加していく過渡運転状態であって前記機関回転数がアイドル回転数より高い運転状態、あるいは前記機関の通常の部分負荷運転状態から前記要求トルクを示すパラメータが減少していく過渡運転状態であって前記機関回転数がアイドル回転数より高い運転状態であ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、燃料制御インデクス及び前記機関回転数に応じて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し、
   前記燃料制御インデクスは、前記通常運転状態では前記気筒内酸素量に基づいて算出され、前記所定低負荷運転状態では前記要求トルクを示すパラメータに基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記所定低負荷運転状態において前記要求トルクを示すパラメータが増加するときは、前記気筒内酸素量が安定した燃焼状態を実現する最小酸素量より大きく、かつ前記要求トルクを示すパラメータが判定閾値より大きく、かつ前記要求トルクを示すパラメータに応じて算出される燃料噴射量が前記気筒内酸素量に適した燃料噴射量と一致したとき、前記燃料噴射パラメータ算出手段は、前記要求トルクを示すパラメータに応じた燃料噴射パラメータの算出を、前記気筒内酸素量に応じた燃料噴射パラメータの算出に切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記通常運転状態において前記要求トルクを示すパラメータが減少するときは、前記気筒内酸素量が安定した燃焼状態を実現する最小酸素量に達したときに、前記機関の運転状態が前記所定低負荷運転状態に移行したと判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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