JPH11236837A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクセル操作量とエンジン回転数とに基づい
て目標負荷を求め、それに基づいてエンジン出力に関係
する制御パラメータの値を決定するものにおいて、吸気
密度状態が変化した場合にも、エンジン出力に関係する
制御パラメータの制御性を良好に保つことができるよう
にする。 【解決手段】 アクセル操作量を検出するアクセル開度
センサ４３と、エンジン回転数を検出する回転数センサ
４２と、吸気の密度状態を検出する吸気密度状態検出手
段５１と、目標負荷設定手段５２とを備える。目標負荷
設定手段５２は、アクセル操作量及び回転数の検出値に
応じて求めた仮想体積効率に上記吸気密度状態に応じた
補正を加味することにより、仮想充填効率を演算し、こ
の仮想充填効率から目標図示平均有効圧力を求めるよう
になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクセル操作量等
に基づき目標負荷を求めてエンジン出力に関連するパラ
メータを制御する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８−３１２３９６号
公報に示されるように、特定運転域で成層燃焼等により
リーン運転を行うように空燃比が変更させるエンジンに
おいて、負荷の目標値に相当する値を求め、その目標値
に応じ、エンジン出力に関係する制御パラメータの値を
決定するようにしたエンジンの制御装置は知られてい
る。

【０００３】すなわち、上記公報に示されている制御装
置は、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式火花点
火式エンジンにおいて、圧縮行程噴射による成層燃焼で
空燃比を大幅なリーン状態とするモード、吸気行程噴射
による均一燃焼でリーン状態とするモード、理論空燃比
とするモード等の複数の運転モードを選択できるように
するとともに、負荷の目標値に相当する目標平均有効圧
力（正味平均有効圧力もしくは図示平均有効圧力）を吸
気管圧力やスロットル開度等から求め、その目標平均有
効圧力に応じ、目標空燃比、噴射時期、基本点火時期、
ＥＧＲバルブの弁開度等の制御パラメータの演算、制御
を行うようになっている。

【０００４】なお、上記公報に記載の装置では吸気管圧
力やスロットル開度等から負荷の目標値に相当する目標
平均有効圧力を求めているが、アクセル操作量とエンジ
ン回転数とに応じて目標負荷に相当する値を求めるよう
にすることも考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の装
置では、吸気管圧力やスロットル開度（あるいはアクセ
ル操作量及びエンジン回転数）と目標平均有効圧力等の
目標負荷との対応関係が予め台上テスト等により設定さ
れ、その対応関係から目標平均有効圧力等が求められる
が、この場合に従来では吸気密度状態が加味されていな
いため、大気圧や吸気温度の変化によって吸気密度状態
が変化したとき、エンジン出力に関係する制御パラメー
タの制御が必ずしも適正に行われなくなる場合がある。

【０００６】すなわち、後にも詳述するように、予め標
準的な吸気密度状態にあるときに台上テスト等で上記対
応関係を求めておいても、例えば標準的吸気密度状態と
比べて吸気密度が高くなったときは、それに伴ってエン
ジン出力を高め得る状態にあるにもかかわらず目標負荷
は変らないためにエンジン出力が制限されてしまい、ま
た、標準的吸気密度状態と比べて吸気密度が低くなった
ときは、スロットル全開時等に目標負荷に見合うエンジ
ン出力が得られず制御性が悪くなる。

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑み、吸気密度状
態が変化した場合にも、エンジン出力に関係する制御パ
ラメータの制御性を良好に保つ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】上記目的を達成するた
め、本発明は、エンジンの運転状態に応じて目標負荷を
設定し、この目標負荷に基づいてエンジン出力に関係す
る制御パラメータの値を決定するエンジンの制御装置で
あって、アクセル操作量もしくはこれに対応する値を検
出するアクセル操作量検出手段と、エンジン回転数を検
出する回転数検出手段と、吸気の密度状態を検出する吸
気密度状態検出手段と、目標負荷設定手段とを備え、こ
の目標負荷設定手段は、予め設定されたアクセル操作量
及びエンジン回転数と仮想体積効率との対応関係から上
記アクセル操作量検出手段及び回転数検出手段の出力に
応じて仮想体積効率を求め、その仮想体積効率に上記吸
気密度状態に応じた補正を加味することにより、空燃比
を所定値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である仮想充填効率を演算
し、この仮想充填効率に対応した値を目標負荷とするよ
うになっているものである。

【０００９】この装置によると、上記標準運転条件を想
定した場合の要求エンジントルクに見合う仮想充填効率
が演算されてそれに対応する値が目標負荷として求めら
れ、特に、予め設定された対応関係からアクセル操作量
及びエンジン回転数に応じて仮想体積効率が求められた
上で、これに吸気密度状態に応じた補正が加味されて仮
想充填効率が求められるため、吸気温度や大気圧の変化
等によって吸気密度状態が変化したときにそれに応じて
目標負荷が調整される。これに伴い、目標負荷に基づい
て決定される制御パラメータの値が吸気密度状態に応じ
て適正に調整されることとなる。

【００１０】上記目標負荷設定手段は、上記仮想充填効
率から図示平均有効圧力を求め、この図示平均有効圧力
を目標負荷とするようになっていることが好ましい。こ
のようにした場合、例えば正味平均有効圧力を目標負荷
とするような場合と比べると、減速運転時等にも目標負
荷とされる値が負になるようにことがなくて、目標負荷
に基づく制御パラメータの演算等に都合が良い。

【００１１】さらに目標負荷設定手段は、アイドル運転
時の負荷状態に応じて上記仮想充填効率を補正する補正
手段を含み、その補正を加味した仮想充填効率に対応す
る値を目標負荷とするようになっていれば、アイドル運
転時にエアコン等の負荷が加わったときにそれに応じて
目標負荷が補正される。

【００１２】また、上記仮想充填効率になまし処理を施
す手段を有して、なまし処理を施さない仮想充填効率に
対応する第１の目標負荷となまし処理を施した値に対応
する第２の目標負荷とを設定するように上記目標負荷設
定手段を構成するとともに、エンジン出力に関係する各
種制御パラメータのうちで制御信号に対する応答性の低
い低速応答系については第１の目標負荷を用いて制御パ
ラメータの値を決定し、制御信号に対する応答性の高い
高速応答系については第２の目標負荷を用いて制御パラ
メータの値を決定する制御手段を備えていることが好ま
しい。

【００１３】このようにすると、仮想充填効率が急激に
変化する過渡時に、それに対して低速応答系の制御に応
答遅れが生じる一方、高速応答系の制御はなまし処理さ
れた値に対応する第２の目標負荷に応じて行われること
で、空燃比を所定値に保つ標準運転条件と同等のエンジ
ントルク特性となり、標準運転条件ではありえない急激
なトルク変化が生じることが防止される。

【００１４】例えば、少なくとも吸入空気量及び燃料噴
射量を制御パラメータとし、吸入空気量については上記
第１の目標負荷を用いて制御値を決定することにより、
応答遅れを抑制する。燃料噴射量については上記第２の
目標負荷を用いて制御値を決定することにより、アクセ
ル操作量が急激に変化する過渡時に、標準運転条件では
ありえない急激なトルク変化が生じることがないように
燃料噴射量の変化が調整される。

【００１５】また、本発明の装置において、燃料噴射形
態が異なる複数の運転モードを有し、エンジンの運転状
態に応じて運転モードを変更するとともに、運転モード
別に制御パラメータを制御するものである場合、仮想充
填効率に対応した値とエンジン回転数とに応じて運転モ
ードを設定するようにしておけばよい。

【００１６】このようにすると、運転モードを設定する
場合にも吸気密度状態を加味した値である仮想充填効率
に対応した値が用いられることにより、運転モードの設
定、変更が吸気密度状態に応じて適切に調整される。

【００１７】また、本発明の装置は、少なくとも低負荷
低回転時に空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定され
るエンジンに適用されることが効果的である。とくに、
燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えるとと
もに、このインジェクタから圧縮行程で燃料を噴射させ
て成層燃焼を行わせる成層燃焼モードと吸気行程で燃料
を噴射させて均一燃焼を行わせる均一燃焼モードとに運
転モードを変更可能にして、低回転低負荷側の所定運転
領域では上記成層燃焼モード、別の運転領域では均一燃
焼モードとする運転モード設定手段を備えているものに
適用することが好ましい。

【００１８】このようにした場合、上記成層燃焼モー
ド、均一燃焼モード等の設定や、各モードでの空燃比、
吸入空気量、燃料噴射量等の制御が行われるときに、吸
気密度状態を加味した充填効率に対応する値が目標負荷
とされることにより、吸気密度状態に応じた調整が適切
に行われる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の吸気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１
０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には吸気ポート及び
排気ポートが開口し、これらのポートは吸気弁１７及び
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。

【００２０】上記燃焼室１５の中央部には点火プラグ２
０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２
２の先端部が臨み、このインジェクタ２２から燃焼室１
５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。

【００２１】上記エンジン本体１０には吸気通路２４及
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及びサージタンク３０が設けられている。サージ
タンク３０の下流には気筒別の独立吸気通路が設けら
れ、各独立吸気通路が吸気ポートに連通している。当実
施形態では、各独立吸気通路の下流側部分が第１，第２
の通路３１ａ，３１ｂに分岐し、その下流の２つの吸気
ポートが燃焼室に開口するとともに、第２の通路３１ｂ
にスワール生成用のコントロール弁３２（以下、Ｓ弁３
２と呼ぶ）が設けられている。

【００２２】上記Ｓ弁３２はアクチュエータ３３により
駆動されて開閉作動するもので、このＳ弁３２により第
２の通路３１ｂが閉じられたときは第１の通路３１ａを
通る吸気によって燃焼室１５内にスワールが生成され、
Ｓ弁３２が開かれるにつれてスワールが弱められるよう
になっている。

【００２３】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
とき還元させるＮＯｘ吸蔵触媒が用いられる。

【００２４】さらに、排気通路３４と吸気通路２４との
間には、排気ガスを還流させるためのＥＧＲ通路３７が
形成され、このＥＧＲ通路３７にＥＧＲ弁３８が介設さ
れている。

【００２５】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、スロットル開度を検出するスロット
ル開度センサ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、吸気温を検出する吸気温セン
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Ｏ₂ センサ４７、
ＥＧＲ弁のリフト量を検出するＥＧＲ弁リフトセンサ４
８、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。

【００２６】上記ＥＣＵ５０は、インジェクタ２２から
の燃料噴射量及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の制御を行ない、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、アクチュエータ３３に制御信号
を出力することによりＳ弁３２の制御も行なうようにな
っている。なお、この他にＥＧＲ弁３８の制御等も上記
ＥＣＵ５０により行なわれる。

【００２７】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
形態及び空燃比等が異なる各種運転モードが選択可能と
され、運転領域によって運転モードが変更されるように
なっている。

【００２８】具体的には、後にも説明するように、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（図８参照）。そして、成層燃
焼領域では、上記インジェクタ２２から圧縮行程で燃料
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、この場合、スロットル弁２８の開度が大
きくされて吸入空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３０以
上）とされる。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
焼領域のうちで比較的低負荷、低回転側の領域（成層燃
焼領域に隣接する領域）では空気過剰率λがλ＞１、つ
まり理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば２０〜２
５程度）とされ、高負荷側、高回転側の領域ではλ＝
１、つまり理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とされる。
なお、アクセル全開域やその付近の高負荷域及び高回転
域では、空燃比を理論空燃比よりもリッチ（λ＜１）に
設定してもよい。

【００２９】図２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、吸気温セ
ンサ４４及び大気圧センサ４５からの信号に基づいて吸
気密度状態を検出する吸気密度状態検出手段５１を有す
るとともに、アクセル開度センサ４３及びエンジン回転
数センサ４２からの信号に基づき、上記吸気密度状態を
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。

【００３０】上記目標負荷設定手段５２は、図３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及びアイドリング負荷補正手段５
２ｅを含んでいる。

【００３１】上記仮想体積効率演算手段５２ａは、アク
セル開度accel及びエンジン回転数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、かつ空燃比を所定値（具体的に
は理論空燃比）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及
びエンジン回転数ne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及びエンジン回転数neに応じた仮想体積
効率veimgが求められる。

【００３２】上記アクセル開度accel及びエンジン回転
数neと仮想体積効率veimgとの対応関係は例えば図７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が増加し、か
つ、エンジン低速側ほど大きめとなるように設定され
る。

【００３３】また、図３において上記仮想充填効率演算
手段５２ｂは、上記仮想体積効率veimgに対し、吸気密
度状態検出手段５１で求められた吸気の密度を加味して
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。

【００３４】なまし処理手段５２ｃは、後述のように上
記仮想充填効率ceimgを一次遅れ補正によりなまし処理
する。また、目標図示平均有効圧力演算手段５２ｄは、
上記仮想充填効率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が演算される一方、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が演算される。

【００３５】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
算に先立って仮想充填効率ceimg及び同ceimgdを補正す
るようになっている。

【００３６】図２に示すＥＣＵ５０は、さらに、基本的
な運転モードmodsの設定を行う運転モード設定手段５３
を有している。

【００３７】運転モード設定手段５３は、第１の目標図
示平均有効圧力Piobjとエンジン回転数neとに応じて基
本的な運転モードmodsを設定する。すなわち、図８に示
すように、第１の目標図示平均有効圧力Piobjが所定の
低負荷側閾値より低く、かつ、エンジン回転数が低い領
域（成層燃焼領域）では成層燃焼モードとし、それ以外
の領域（均一燃焼領域）のうちで第１の目標図示平均有
効圧力Piobjが所定の高負荷側閾値より低く、かつ、エ
ンジン高回転域以外の領域ではλ＞１の均一燃焼モード
（以下、均一リーンモードと呼ぶ）とし、第１の目標図
示平均有効圧力Piobjが高負荷側閾値より高い領域及び
エンジン高回転域はλ＝１の均一燃焼運転モード（以
下、ストイキオモードと呼ぶ）とする。

【００３８】さらにＥＣＵ５０は、エンジン出力に関係
する各種制御パラメータの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
入空気量、ＥＧＲ弁３８で調節されるＥＧＲ量、Ｓ弁３
２で調節されるスワール、インジェクタ２２からの燃料
噴射量、燃料噴射時期及び点火プラグ２０の点火時期が
制御パラメータとされ、これら制御パラメータの値が目
標負荷及びエンジン回転数ne等に応じて決定される。こ
の場合、制御パラメータのうちで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。

【００３９】すなわち、上記各制御パラメータのうちで
吸入空気量、ＥＧＲ量及びスワールはそれぞれスロット
ル弁２８、ＥＧＲ弁３８及びＳ弁３２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
であるスロットル開度tvoobj、ＥＧＲ弁３８の制御量eg
robj及びＳ弁３２の開度は第１の目標図示平均有効圧力
Piobjとエンジン回転数ne等に応じて決定される。一
方、燃料噴射量、燃料噴射時期及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、燃料噴射時期及び点火時期は第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。

【００４０】具体的に説明すると、吸入空気量制御のた
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及びスロットル開度演算手段５６を有し
ている。上記目標空燃比設定手段５４は、吸入空気量制
御用の目標空燃比afwbを、上記運転モード設定手段５３
で設定される運転モード別に設定するものであり、図９
（ａ）に示すように、成層燃焼モード及び均一リーンモ
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、ストイキオモードでは目標空燃比af
wbを理論空燃比（λ＝１）とするようになっている。

【００４１】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を例えば次式により求める。

【００４２】

【数１】 ceobj＝ceimg×｛(afwb＋K3)／１４．７｝×K4 この演算式は、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／１４．
７）と燃費改善効果分とを加味して目標充填効率ceobj
を求めるようにしたものである。

【００４３】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。

【００４４】なお、後記の数７の式から、ceimg＝（Pio
bj−K1）／K2を上記の数１の式に代入した演算式によ
り、目標図示平均有効圧力Piobjを用いて目標充填効率c
eobjを求めるようにしてもよい。

【００４５】スロットル開度演算手段５６は、図４に示
すように、目標体積効率演算手段５６ａ及びスロットル
開度決定手段５６ｂを有し、上記目標充填効率から吸気
密度に応じた補正を行うことで目標体積効率veobjを求
め、この目標体積効率veobj及びエンジン回転数neに応
じてスロットル開度tvoobjを決定する。この際、体積効
率及びエンジン回転数とスロットル開度との対応関係は
ＥＧＲの有無によって異なるため、その各場合について
それぞれ上記対応関係を示すマップを予め作成し、ＥＧ
Ｒ判別手段５６ｃによるＥＧＲの有無の判別に応じてい
ずれかのマップから、目標体積効率veobjに応じたスロ
ットル開度tvoobjを求める。上記対応関係は、例えば、
ＥＧＲが行われていない場合に図１０中の実線、ＥＧＲ
が行われいる場合に図１０中の破線のようになる。つま
り、スロットル開度tvoobjは、目標体積効率veobjが大
きくなる程大きくされ、かつ、エンジン回転数が高くな
るほど大きめとされるとももに、ＥＧＲ有りの場合はＥ
ＧＲ無しの場合と比べて大きめとされる。

【００４６】さらに、図４に示す例では、ＥＧＲが行わ
れる場合の既燃ガス体積割合に応じた補正が行われる。
すなわち、成層燃焼モードにある場合のように空燃比が
リーンな状態でＥＧＲが行われる場合はＥＧＲガス中に
既燃ガスだけでなく空気（酸素）も多く存在し、その比
率が燃焼室１５に吸入される空気の量に影響するので、
既燃ガス体積割合演算手段５７により既燃ガス体積割合
が求められ、吸入空気量・ＥＧＲ補正手段５８により、
上記既燃ガス体積割合とその目標値との比較、及びエア
フローセンサ２６の出力に基づいて求められる実体積効
率veと目標体積効率veobjとの比較に基づき、スロット
ル開度の補正が行われ、これに関連してＥＧＲ弁制御量
の補正も行われる。なお、既燃ガス体積割合の目標値に
ついては、後述のＥＧＲ弁基本制御量のマップと同様の
マップ（図示せず）が予め作成され、このマップから読
み出される。

【００４７】ＥＧＲ量制御のための手段としてはＥＧＲ
弁基本制御量設定手段５９及びＥＧＲ弁制御量演算手段
６０を有している。上記ＥＧＲ弁基本制御量設定手段５
７は、ＥＧＲ弁３８の基本制御量pbaseを上記運転モー
ド設定手段５３で設定される運転モードmods別に設定す
るものであり、図９（ｂ）に示すように、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制
御量pbaseを求め、均一リーンモードでは基本制御量pba
seを「０」とし、ストイキオ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
基本制御量を求めるようになっている。

【００４８】また、ＥＧＲ弁制御量演算手段６０は、上
記基本制御量pbaseに対し、吸入空気量・ＥＧＲ補正手
段５８による補正を加味して、最終的なＥＧＲ弁制御量
egrobjを求める（図４参照）。

【００４９】Ｓ弁開度制御のための手段としてはＳ弁開
度設定手段６１を有している。このＳ弁開度設定手段６
１は、Ｓ弁開度を上記運転モード設定手段５３で設定さ
れる運転モードmods別に、各モードで要求されるスワー
ルが得られるように設定するものであり、図９（ｃ）に
示すように、成層燃焼モード及び均一リーンモードでは
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Ｓ弁開度scvo
bjを求め、ストイキオモードでは実充填効率ceとエンジ
ン回転数neに応じ、予め作成されているマップからＳ弁
開度scvobjを求めるようになっている。

【００５０】インジェクタ２２からの燃料噴射を制御す
る手段としては、目標空燃比作成手段６２、運転モード
設定手段６３、分割比設定手段６４、噴射量演算手段６
５、噴射時期設定手段６６及び噴射制御手段６７を有す
る。

【００５１】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５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
のため吸入空気量制御用の目標空燃比afwbと上記演算手
段６２ａで演算された目標空燃比afw0との偏差dafwb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。

【００５２】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、次式のように
目標空燃比afw0を演算する。

【００５３】

【数２】afw0＝14.7×K1×ce／｛K4×（Piobjd−K2）｝
−K3［＝14.7×ce／（K4×ceimgd）−K3］ この演算式は、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ceimg
d）と、前記の燃費改善効果分を加味する係数Ｋ３，Ｋ
４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もの
である。

【００５４】また、上記設定手段６２ｂは、目標空燃比
afwbdを、運転モード設定手段６３で設定される運転モ
ードmodf別に設定するものであり、図１２（ａ）に示す
ように、成層燃焼モード及び均一リーンモードでは第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、ストイキオモードでは目標空燃比afwbdを理論
空燃比（λ＝１）とするようになっている。なお、必要
に応じ、ストイキオモードの領域でも特に高負荷、高回
転側では空燃比を目標空燃比afwbを理論空燃比よりもリ
ッチとしてもよく、この場合、このモードはλ≦１のモ
ードとなる。

【００５５】最終的な目標空燃比afwの決定手段６２ｄ
は、上記偏差dafwbが大きくなる過渡時には演算手段６
２ａ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が小さい定常時には設定手段６
２ｂで設定された目標空燃比afwbdを最終的な目標空燃
比afwとする。

【００５６】図５中の８０は、後述のような過渡時の点
火時期補正のための空燃比偏差dafwbd，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
ードがストイキオモードでない場合はdafwbd＝afwbd−a
fwを演算し、ストイキオモードの場合はdafw0＝afw0−a
fwを演算するようになっている。

【００５７】なお、目標空燃比作成手段６２をこのよう
に構成しているのは後述の如く出力上の要求とエミッシ
ョン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、常に演算手段６２ａで求められた目標空燃比afw0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。

【００５８】運転モード設定手段６３は、高速系の制御
パラメータを決定するために用いる運転モード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、図１１に示すよう
に、上記演算手段６２ａで演算された目標空燃比afw0が
均一リーン下限側基準値（例えば１８程度）より小さい
値となる場合はストイキオモード（もしくはλ≦１のモ
ード）とし、上記目標空燃比afw0が均一リーン下限側基
準値とこれよりも大きい均一リーン上限側基準値との間
の値となる場合は均一リーンモードとし、上記目標空燃
比afw0が均一リーン上限側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。

【００５９】なお、均一リーンモードと成層燃焼モード
との間で運転モードmodfが変更される過渡時には、均一
リーン上限側基準値付近（ハッチング部分）で一時的に
分割噴射モードを選択するようにしてもよい。この分割
噴射モードとは、燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分
割して行うものであり、圧縮行程噴射の成層燃焼モード
から吸気行程噴射の均一リーンモードへのモード変更や
これとは逆のモード変更が行われるときに、分割噴射モ
ードを経由するようにすれば、急激な燃焼状態の変化が
避けられる。

【００６０】分割比設定手段６４は、運転モード設定手
段６３により設定される運転モードmodfに応じて吸気行
程噴射と圧縮行程噴射の分割比を設定するものであっ
て、成層燃焼モードでは吸気行程噴射割合を０％とし、
均一リーンモード及びストイキオモードでは吸気行程噴
射割合rqbasepを１００％とする。なお、上記分割噴射
モードが選択されるときは、目標空燃比afw及びエンジ
ン回転数neに応じて分割比を設定すればよい。

【００６１】噴射量演算手段６５は、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afwと、分
割比設定手段６４により設定された噴射割合rqbasepと
に基づいて燃料噴射量を演算する。具体的には、これら
の値と換算用の係数KGKFとから吸気行程噴射及び圧縮行
程噴射の各基本噴射量qbasep，qbasedを

【００６２】

【数３】qbasep＝KGKF×（ce／afw）×rqbasep qbased＝KGKF×ce(i)／afw(i-1)−qbasep(i-1) と演算し、さらに、燃圧に応じた吸気行程噴射、圧縮行
程噴射の各補正値cdpfp，cdpfdとその他の各種補正値ct
otalを加味して、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の各最
終噴射量qinjp，qinjdを

【００６３】

【数４】qinjp＝qbasep×cdpfp×（１＋ctotal） qinjd＝qbased×cdpfd×（１＋ctotal(i-1)） と演算し、この最終燃料噴射量qinjp，qinjdに比例した
噴射パルス幅Tiを求める。なお、圧縮行程噴射の基本噴
射量qbased及び最終噴射量qinjdについての演算式中のc
e(i)は充填効率の今回値（圧縮行程噴射直前の吸入空気
量検出値に基づく値）を意味し、afw(i-1)，qbasep(i-
1)，ctotal(i-1)はそれぞれ目標空燃比、吸気行程噴射
基本噴射量及び補正値の前回値（吸気行程噴射直前の検
出に基づく値）を意味する。このように圧縮行程噴射の
演算で目標空燃比等に前回値を用いているのは、目標空
燃比等に今回値（圧縮行程噴射直前の検出値に基づく
値）を用いると、吸気行程噴射時と圧縮行程噴射時とで
運転モード、空燃比等が変動して整合性が得られなくな
る場合があるからである。

【００６４】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で設定される運転モード別
に設定するものであり、図１２（ｂ）に示すように、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、均一リ
ーンモードでは充填効率とエンジン回転数とに応じて予
め作成されているマップから吸気行程噴射用の噴射時期
thtinjpを求め、ストイキオ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。

【００６５】なお、演算処理の便宜上、噴射時期のデー
タとしては常にthtinjdとthtinjpの両方になんらかの値
を与えるようになっていて、成層燃焼モードでは圧縮行
程噴射用の噴射時期thtinjdをマップにより与えるとと
もに吸気行程噴射用の噴射時期thtinjpに固定値をセッ
トする（ただし、吸気行程噴射割合rqbasepは０％なの
で実際には吸気行程噴射は行われない）。均一リーンモ
ードやストイキオモードでは吸気行程噴射用の噴射時期
thtinjpをマップまたはテーブルにより与えるとともに
圧縮行程用の噴射時期thtinjdに固定値（例えば圧縮行
程初期の一定時期）をセットし、不足分追加噴射時に利
用する。

【００６６】また、分割噴射モードとされる場合は、圧
縮行程噴射用の噴射時期thtinjdとして成層燃焼モード
におけるデータを流用するとともに、目標空燃比afw及
びエンジン回転数neに応じて予め作成されているマップ
から吸気行程噴射用の噴射時期thtinjpを求める。

【００６７】上記噴射制御手段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。

【００６８】また、点火時期を制御する手段としては、
基本点火時期及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。

【００６９】上記設定手段６８は、上記運転モード設定
手段６３で設定される運転モード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。

【００７０】設定手段６８による設定を具体的に説明す
ると、図１２（ｃ）に示すように、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dafw
bd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−afw）
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Piobj
d及びエンジン回転数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。

【００７１】均一リーンモードでは、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、上記目標空燃比
偏差dafwbd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。

【００７２】ストイキオモードでは、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及びエンジン水温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、後述のように目標空燃比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Ｎ
Ｏｘ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。

【００７３】なお、分割噴射モードとされる場合は目標
空燃比afwに応じて予め作成されているテーブルから基
本噴射時期thtigbを求める。

【００７４】上記点火時期演算手段６９は、上記設定手
段６８で設定された基本噴射量thtigb及び各種補正値か
ら点火時期thtigを次式のように求める。

【００７５】

【数５】 thtig＝thtigb−（thtigwd＋thtigwe＋thtigwc） 図６は上記ＥＣＵ５０により行われる各種演算、制御等
の処理のうち、主として目標負荷設定手段５２としての
機能を果たす処理をフローチャートで示している。

【００７６】このフローチャートがスタートすると、先
ずステップＳ１でアクセル開度、エンジン回転数、吸気
温及び大気圧の各検出データが読み込まれる。続いてス
テップＳ２で、アクセル開度及びエンジン回転数に応じ
て仮想体積効率veimgが、前述の如く、例えば図７に示
すような対応関係を定めたマップから求められる。

【００７７】次にステップＳ３で、上記仮想体積効率ve
imgに基づき、吸気温度及び大気圧から求められる吸気
密度に応じた補正を行うことにより、仮想充填効率ceim
gが求められる。さらにステップＳ４で、仮想充填効率c
eimgのなまし値（一次遅れ補正値）ceimgdが次式によっ
て算出される。

【００７８】

【数６】 ceimgd＝（１−α）・ceimg＋α・ceimgd[i-1] なお、ceimgd[i-1]はceimgdの前回値、αは係数（０＜
α＜１）である。

【００７９】続いてステップＳ５で、なまし値つまりな
まし後の仮想充填効率と、なまし処理を行っていない仮
想充填効率とにつき、それぞれアイドリング負荷補正値
を加算する補正が行われる。

【００８０】次にステップＳ６で、なまし後の仮想充填
効率ceimgd及びなまし処理を行っていない仮想充填効率
ceimg（いずれもアイドリング負荷補正を加味した値）
からそれぞれ次式のような変換が行われることにより、
第１及び第２の目標図示平均有効圧力Piobj，Piobjdが
求められる。

【００８１】

【数７】Piobj＝K1×ceimg＋K2 Piobjd＝K1×ceimgd＋Ｋ２ なお、Ｋ１，Ｋ２は換算用の係数である。

【００８２】そしてステップＳ７で、第２の目標図示平
均有効圧力Ｐｉｏｂｊｄを用いた燃料噴射及び点火進角
が行われる一方、第１の目標図示平均有効圧力Piobjを
用いた吸入空気量、ＥＧＲ量、及びスワール比の制御が
行われる。

【００８３】以上のような当実施形態の装置によると、
目標負荷に相当する目標図示平均有効圧力とエンジン回
転数とに応じて運転モードが設定されるとともに、目標
図示平均有効圧力もしくは仮想充填効率等に基づき、空
燃比、吸入空気量、燃料噴射量等のエンジン出力に関係
する制御パラメータが制御される。

【００８４】すなわち、当実施形態の筒内噴射式エンジ
ンでは、運転モードとして成層燃焼モード、均一リーン
モード及びストイキオモードが運転状態に応じて設定さ
れ、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圧縮行程噴射により点火プラ
グ回りに混合気が偏在する状態とされて成層燃焼が行わ
れることにより、燃費が大幅に改善される。また、均一
リーンモードでは、吸気行程噴射により均一燃焼が行わ
れ、かつ、この状態での燃焼が可能な範囲で空燃比がリ
ーンにされる。そして、上記成層燃焼モードや均一リー
ンモードでは、要求トルクを満足しつつ空燃比をリーン
とすべくスロットル開度が大きくされ、スロットル開度
や吸入空気量等で負荷を調べるわけにはいかないので、
エンジン出力に関係する制御パラメータの制御にあたっ
て、アクセル操作量accelとエンジン回転数neとに基づ
いて目標負荷が演算される。

【００８５】とくに目標負荷設定手段５２によって目標
負荷が求められる際に、先ずアクセル操作量accelとエ
ンジン回転数neとに応じて理論空燃比状態を想定した仮
想体積効率veimgがマップから求められ、さらに吸気密
度状態に応じた補正が行われて仮想充填効率ceimgが求
められ、この仮想充填効率ceimgから目標負荷に相当す
る目標図示平均有効圧力が求められるようになっている
ので、大気圧や吸気温度の変化によって吸気密度状態が
変化した場合でも、アクセル操作量等に基づく目標負荷
の算出及び目標負荷等に応じた制御が適正に行われる。
この作用を、図１３を参照しつつ説明する。

【００８６】図１３（ａ）はスロットル開度と充填効率
との関係を示すものであって、実線Ａ０は標準的な密度
状態にある場合、Ａ１は吸気温度が低い場合や大気圧が
高い場合のように吸気密度が高くなる場合、Ａ２は吸気
温度が高い場合や大気圧が低い場合のように吸気密度が
低くなる場合であり、この図のように、同じスロットル
開度でも吸気密度が高くなると充填効率が増大し、吸気
密度が低くなると充填効率が低減する。

【００８７】図１３（ｂ）はアクセル操作量と負荷との
関係を示すものであって、実線Ｂ０は標準的な密度状態
にある場合の関係を示している。そして、吸気密度状態
を加味しない従来の装置によると、アクセル操作量と目
標負荷との関係が常にこの実線Ｂ０のように設定され、
吸気密度が高くなって充填効率が増大し得る状態でも負
荷が制限されてしまうが、当実施形態の装置では、吸気
密度が高くなるとそれに応じて目標図示平均有効圧力
（目標負荷）が高められるので、一点鎖線Ｂ１のように
吸気密度に応じて負荷が高められる。

【００８８】また、吸気密度が低くなった場合に、吸気
密度状態を加味しない従来の装置によると、目標負荷は
実線Ｂ０のように設定されるが、標準的な密度状態にあ
る場合と比べて最大充填効率が低下するために目標負荷
が高くなったときに実際の負荷は目標負荷にまで達し得
ず、破線Ｂ２´のように負荷が頭打ちの状態となる。従
って、例えば成層燃焼もしくは均一リーンの運転モード
からλ＝１のストイキオモードに変更される場合、標準
的な密度状態にあるときには１３図（ｃ）中の実線のよ
うに負荷がリニアに変化するように制御される状態に設
定されていても、吸気密度が低下したときに、リーン運
転内での高負荷側で破線のように充填効率及び負荷が頭
打ちの状態となることにより、λ＝１の空燃比に切り替
ったときに負荷が急変し、トルクショックが生じる。

【００８９】これに対し、当実施形態の装置では、吸気
密度が低くなった場合に、それに応じて目標負荷が一点
鎖線Ｂ２のように調整されることにより、この場合もア
クセル操作量が充分に大きくなるまでアクセル操作量に
応じて連続的に負荷が変化するような対応関係が得ら
れ、従来のように負荷が頭打ちの状態となることがな
く、モード移行時にも負荷がスムーズに変化し、トルク
ショックが軽減されることとなる。

【００９０】さらに上記目標負荷設定手段５２において
は、仮想充填効率の演算後に、アイドリング負荷補正手
段５２ｅによりアイドリング時の負荷状態に応じた補正
を行っているため、アイドル運転時にエアコン等の負荷
が加わったときにはそれに応じて目標平均有効圧力が高
められ、それに伴い、目標平均有効圧力に基づいて制御
される吸入空気量、燃料噴射量等が増加して、アイドリ
ング負荷に見合う程度にエンジン出力が調整される。

【００９１】また、上記目標負荷設定手段５２のなまし
処理手段５２ｃ及び図示平均有効圧力演算手段５２ｄに
より、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が演算されるとともに、
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が演算され、目標負荷及びエンジ
ン回転数等に基づいて制御パラメータの値を決定する際
に、高速応答系の制御パラメータである燃料噴射量、噴
射時期、点火時期に対しては第２の目標図示平均有効圧
力Piobjdが用いられ、低速応答系の制御パラメータであ
るスロットル開度、ＥＧＲ弁の制御量、Ｓ弁の開度に対
しては第１の目標図示平均有効圧力Piobjが用いられる
ことにより、各制御パラメータの作動のタイミングが適
正に調整される。

【００９２】すなわち、大部分の運転領域で空燃比が理
論空燃比とされる標準運転条件が保たれつつアクセル操
作量に対応してスロットル開度が変化するような一般の
エンジンでは、加速時等にアクセル操作量及びそれに対
応するスロットル開度が急激に変化しても、吸入空気量
の変化には遅れがあり、エンジン出力の変化は吸入空気
量の変化に対応したものとなるので、それを模擬した出
力制御を行うためには、なまし処理した仮想充填効率ce
imgdに基づく第２の目標図示平均有効圧力Piobjdが実際
に要求される目標負荷に相当する。

【００９３】そして、高速応答系である燃料噴射量、噴
射時期、点火時期は、仮になまし処理していない仮想充
填効率ceimgに基づく第１の目標図示平均有効圧力Piobj
に応じて制御されると、標準運転条件ではありえない急
激なトルク変化が生じてドライバビリティ（走行フィー
リング）の悪化や駆動系の信頼性の低下を招く懸念があ
る。一方、低速応答系であるスロットル開度、ＥＧＲ弁
の制御量及びＳ弁の開度については、目標負荷の変化に
対して吸入空気量、ＥＧＲ量及びスワール比の変化にあ
る程度の遅れを有し、つまり仮想充填効率の変化に対し
て吸入空気量等の変化が緩慢になる傾向がある。

【００９４】そこで、低速応答系はなまし処理していな
い仮想充填効率ceimgに基づく第１の目標図示平均有効
圧力Piobjに応じて制御されることにより、実際に要求
される目標負荷の変化に対する吸入空気量等の変化の遅
れが低減される一方、高速応答系は、実際に要求される
目標負荷に相当する第２の目標図示平均有効圧力Piobjd
に応じて制御されることにより、標準運転条件で運転さ
れるような場合と同様の良好なドライバビリティが得ら
れるように各制御パラメータの作動のタイミングが調整
される。

【００９５】さらに、各制御パラメータは運転モード別
に演算されるが、その運転モードの設定及び運転モード
別の制御パラメータの演算の際にも、上記第１，第２の
目標図示平均有効圧力Piobj，Piobjdが効果的に使い分
けられる。しかも、燃料噴射量、噴射時期及び点火時期
については、実充填効率等の状態に応じて適正に制御さ
れる。

【００９６】すなわち、図２中における運転モード設定
手段５３においては、図８に示すように成層燃焼モード
とされる領域、均一リーンモードとされる領域及びスト
イキオモードとされる領域が設定され、定常的な運転状
態において各領域で各モードが有効に達成されるように
設定されており、低速応答系ではこの設定に基づいて運
転モード別にスロットル開度、ＥＧＲ弁制御量及びＳ弁
開度が決定される。一方、運転モード設定手段６３にお
いては、噴射量等制御用の目標空燃比作成手段６２の演
算手段６２ａで演算される目標空燃比afw0に応じて図１
１のように運転モードが設定され、高速応答系ではこの
設定に基づいて運転モード別に燃料噴射量、噴射時期及
び点火時期が設定される。

【００９７】そして、定常運転状態では図１１における
成層燃焼、均一リーン及びストイキオの各モードの領域
が図８における成層燃焼、均一リーン及びストイキオの
各モードの領域にそれぞれ対応する。しかし、目標負荷
が変化するとき、図８に示す設定による運転モードの移
行に対し、図１１に示す設定による運転モードの移行は
実充填効率の変化の応答遅れに対応してずれる。

【００９８】例えば図８中の成層燃焼領域にある状態か
らアクセル操作により目標図示平均有効圧力Piobjが増
加してこの領域を超えたときに、低速応答系は図８の設
定に従って成層燃焼モードでの制御から均一リーンモー
ドでの制御の移行され、吸入空気量制御用の目標空燃比
afwbが変更されることによりスロットル開度tvoobjが変
えられるが、それに応じた実充填効率ceの変化には応答
遅れがある。この実充填効率ceと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とに
基づき、前記の数２の演算式により実充填効率ceで目標
負荷に満足するように燃料噴射量制御用の目標空燃比af
w0が求められ、この目標空燃比afw0に応じて図１１のよ
うに運転モードが設定されることにより、この設定に従
ったモード移行が実充填効率ceの変化に応じて行われ
る。

【００９９】燃料噴射量、噴射時期及び点火時期が図１
１に示す運転モードの設定に基づいて行われることによ
り、吸入空気量制御用の目標空燃比afwbが図８に示す設
定での均一リーンモードの目標空燃比に変更されてから
も、燃料噴射量制御用の目標空燃比afw0がafwbに近づく
まで、すなわち実充填効率ceが目標値に近づくまでは、
燃料噴射量が実充填効率に応じて調整されつつ、噴射時
期及び点火時期が成層燃焼モードで制御され、つまり圧
縮行程噴射による成層燃焼が行われる。そして、燃料噴
射量制御用の目標空燃比afw0がafwbに近づいてから、す
なわち実充填効率ceが目標値に近づいてから、実質的に
均一リーンモードに移行するように噴射時期等が変更さ
れる。このようにして、実質的な運転モードの移行が実
充填効率ceの変化に対応して適切に行われる。

【０１００】また、噴射量等制御用の目標空燃比作成手
段６２においては、当実施形態のように上記目標空燃比
afw0の演算手段６２ａに加えて目標空燃比afwbdの設定
手段６２ｃ、偏差dafwbの演算手段６２ｃ及び最終目標
空燃比afwの決定手段６２ｄを設けておくと、ＮＯｘの
増大が避けられつつ空燃比の制御が適切に行われる。

【０１０１】具体的に説明すると、例えば均一リーンモ
ードからストイキオモードへの移行時には、充填効率の
変化に応じ、上記演算手段６２ａにより演算される目標
空燃比afw0がリーンモードの空燃比から次第にリッチ側
に変化し、この場合に上記偏差dafwbが大きいときはこ
の目標空燃比afw0が最終空燃比afwとされるが、目標空
燃比afw0が所定値（例えば１７程度）以下となって、設
定手段６２ｃで設定されるストイキオモードの目標空燃
比afwbd(理論空燃比)との偏差dafwbが小さくなると、ス
トイキオモードの目標空燃比afwbdである理論空燃比が
最終空燃比とされる。

【０１０２】従って、できるだけ目標負荷に対応してト
ルクが滑らかに変化するように噴射量等制御用の目標空
燃比が調整されつつ、ＮＯｘ発生量が増大する空燃比
（１６付近）を通ることが避けられ、ＮＯｘ発生量が低
減されてエミッションが良好に保たれることとなる。

【０１０３】なお、本発明の装置の具体的構造は上記実
施形態に限定されず、種々変更可能である。

【０１０４】例えば、上記実施形態では仮想体積効率に
吸気密度状態に応じた補正を加味して仮想充填効率を求
めた後、その仮想充填効率に対応する値として図示平均
有効圧力を求め、これを目標負荷としているが、仮想充
填効率そのものを目標負荷に相当する値とし、モードの
設定や制御パラメータの値の決定の際に図示平均有効圧
力に替えて用いるようにしてもよい。また、正味平均有
効圧力を目標値とすることも考えられるが、このように
すると、正味平均有効圧力は減速時等に負の値となるこ
とがあって、目標負荷に相当する値が負になると制御パ
ラメータの値の演算等が難しくなり、これと比べ、図示
平均有効圧力は常に正の値となり、かつ、気筒内の燃焼
そのもののによる仕事に対応するものなので、燃焼に関
連する吸入空気量、燃料噴射量等の制御パラメータの値
の演算等が容易になる。

【０１０５】また、上記実施形態では筒内噴射式エンジ
ンに適用しているが、これ以外にも、例えば吸気ポート
にインジェクタを設けているエンジンで、低速低負荷時
にスワール生成しつつリーンバーンを行い、かつ、目標
負荷を設定してそれに基づきスロットル開度、燃料噴射
量等の制御を行うようにしたもの等にも本発明を適用す
ることができる。

【０１０６】また、目標負荷に基づいて設定される運転
モードや目標空燃比に応じて吸入空気量を制御するため
に作動される吸入空気量調節手段として、上記実施形態
ではモータ２７で駆動されるスロットル弁２８を用いて
いるが、スロットル弁をアクセルペダルに機械的に連動
させておく一方、スロットル弁をバイパスするバイパス
通路に吸入空気量調節用のコントロール弁を設け、これ
を制御するようにしてもよい。このような場合に、アク
セル操作量に対応する値の検出手段として、アクセル開
度センサ４３の替りに、アクセルペダルに機械的に連動
したスロットル弁の開度を検出するスロットル開度セン
サを用いるようにしてもよい。

【０１０７】

【発明の効果】以上のように本発明は、アクセル操作量
及びエンジン回転数の検出値に応じて求めた仮想体積効
率に吸気密度状態に応じた補正を加味することにより、
空燃比を所定値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である仮想充填効率
を演算し、この仮想充填効率に対応した値を目標負荷と
するように構成しているため、目標負荷が適正に求めら
れ、特に、現実の吸気密度状態に応じた補正が加味され
た値が目標負荷として求められる。従って、吸気温度や
大気圧の変化等によって吸気密度状態が変化したときに
も、それに応じて目標負荷が調整されることにより、目
標負荷に基づいて決定される制御パラメータの値を適正
に調整することができ、エンジン出力の制御を吸気密度
状態に適合させて効果的に行うことができる。

【０１０８】とくに、燃焼室に直接燃料を噴射するイン
ジェクタを備え、圧縮行程噴射で成層燃焼を行わせる成
層燃焼モードと吸気行程噴射で均一燃焼を行わせる均一
燃焼モードとに運転モードを変更可能にしたものに適用
した場合、上記成層燃焼モード、均一燃焼モード等の運
転モードの設定や、各モードでの制御パラメータの設
定、制御を、吸気密度状態に応じた補正を加味した目標
負荷に基づいて、効果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一実施形態を示す全体概略図で
ある。

【図２】ＥＣＵの機能的構成を示すブロック図である。

【図３】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４】図２中のスロットル開度演算手段等の具体的構
成を示すブロック図である。

【図５】図２中の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６】制御の具体例を示すフローチャートである。

【図７】アクセル操作量及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８】運転モードの領域設定を示す説明図である。

【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は吸入空気量制御用の目標
空燃比、ＥＧＲ弁基本制御量及びＳ弁開度のそれぞれに
ついて、運転モード別に設定されたマップ等を示す図で
ある。

【図１０】目標体積効率とスロットル開度との対応関係
を示す説明図である。

【図１１】燃料噴射量等の演算の際に用いる運転モード
の設定を示す説明図である。

【図１２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は燃料噴射量等制御用の
目標空燃比、噴射時期及び点火時期のそれぞれについ
て、運転モード別に設定されたマップ等を示す図であ
る。

【図１３】吸気密度が変化した場合の影響を示すための
ものであって（ａ）スロットル開度と充填効率との関係
の説明図、（ｂ）はアクセル操作量と負荷との関係の説
明図、（ｃ）はモード変更時の負荷の時間的変化を示す
説明図である。

【符号の説明】

１０ エンジン本体 １５ 燃焼室 ２２ インジェクタ ２８ スロットル弁 ５０ ＥＣＵ ５１ 吸気密度状態検出手段 ５２ 目標負荷設定手段 ５３ 運転モード設定手段 ５４ 吸入空気量制御用の目標空燃比設定手段 ５５ 目標充填効率演算手段 ５６ スロットル開度演算手段 ６２ 噴射量等制御用の目標空燃比作成手段 ６３ 運転モード設定手段 ６５ 噴射量演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鐵野 雅之 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 間宮 清孝 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 西村 博文 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの運転状態に応じて目標負荷を
   設定し、この目標負荷に基づいてエンジン出力に関係す
   る制御パラメータの値を決定するエンジンの制御装置で
   あって、アクセル操作量もしくはこれに対応する値を検
   出するアクセル操作量検出手段と、エンジン回転数を検
   出する回転数検出手段と、吸気の密度状態を検出する吸
   気密度状態検出手段と、目標負荷設定手段とを備え、こ
   の目標負荷設定手段は、予め設定されたアクセル操作量
   及びエンジン回転数と仮想体積効率との対応関係から上
   記アクセル操作量検出手段及び回転数検出手段の出力に
   応じて仮想体積効率を求め、その仮想体積効率に上記吸
   気密度状態に応じた補正を加味することにより、空燃比
   を所定値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である仮想充填効率を演算
   し、この仮想充填効率に対応した値を目標負荷とするよ
   うになっていることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 【請求項２】 上記目標負荷設定手段は、上記仮想充填
   効率から図示平均有効圧力を求め、この図示平均有効圧
   力を目標負荷とするようになっていることを特徴とする
   請求項１記載のエンジンの制御装置。
3. 【請求項３】 上記目標負荷設定手段は、アイドル運転
   時の負荷状態に応じて上記仮想充填効率を補正する補正
   手段を含み、その補正を加味した仮想充填効率に対応す
   る値を目標負荷とするようになっていることを特徴とす
   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】 上記仮想充填効率になまし処理を施す手
   段を有して、なまし処理を施さない仮想充填効率に対応
   する第１の目標負荷となまし処理を施した値に対応する
   第２の目標負荷とを設定するように上記目標負荷設定手
   段を構成するとともに、エンジン出力に関係する各種制
   御パラメータのうちで制御信号に対する応答性の低い低
   速応答系については第１の目標負荷を用いて制御パラメ
   ータの値を決定し、制御信号に対する応答性の高い高速
   応答系については第２の目標負荷を用いて制御パラメー
   タの値を決定する制御手段を備えていることを特徴とす
   る請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジンの制御装
   置。
5. 【請求項５】 上記制御手段は、少なくとも吸入空気量
   及び燃料噴射量を制御パラメータとし、吸入空気量につ
   いては上記第１の目標負荷を用いて制御値を決定し、燃
   料噴射量については上記第２の目標負荷を用いて制御値
   を決定するようになっていることを特徴とする請求項４
   記載のエンジンの制御装置。
6. 【請求項６】 燃料噴射形態が異なる複数の運転モード
   を有し、エンジンの運転状態に応じて運転モードを変更
   するとともに、運転モード別に制御パラメータを制御す
   るものであって、仮想充填効率に対応した値とエンジン
   回転数とに応じて運転モードを設定することを特徴とす
   る請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジンの制御装
   置。
7. 【請求項７】 少なくとも低負荷低回転時に空燃比が理
   論空燃比よりもリーンに設定されるようになっているこ
   とを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のエン
   ジンの制御装置。
8. 【請求項８】 燃焼室に直接燃料を噴射するインジェク
   タを備えるとともに、このインジェクタから圧縮行程で
   燃料を噴射させて成層燃焼を行わせる成層燃焼モードと
   吸気行程で燃料を噴射させて均一燃焼を行わせる均一燃
   焼モードとに運転モードを変更可能にして、低回転低負
   荷側の所定運転領域では上記成層燃焼モード、別の運転
   領域では均一燃焼モードとする運転モード設定手段を備
   えることを特徴とする請求項７記載のエンジンの制御装
   置。