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技術 エンジン制御装置

出願人 株式会社SUBARU
発明者 斎藤陽一
出願日 1998年11月17日 (22年3ヶ月経過) 出願番号 1998-326556
公開日 2000年6月6日 (20年8ヶ月経過) 公開番号 2000-154745
状態 特許登録済
技術分野 点火時期の電気的制御 内燃機関の複合的制御 内燃機関に供給する空気・燃料の電気的制御 内燃機関の複合的制御
主要キーワード 限界基準値 入力信号路 中間目標 目標補正値 移行度 算出用データ 不足成分 主演算装置
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課題

複数の燃焼形態にて運転可能なエンジンにおいて、燃焼形態をドライバに違和感を感じさせずに変更することができ、かつドライバの要求に対する出力トルク追従性を向上させ、運転フィーリングの向上を図ることができるエンジン制御装置を得ること。

解決手段

複数の定常燃焼形態を実現可能なエンジンの燃焼形態をエンジン運転中に状況に応じて他の定常燃焼形態に変更する場合に、変更前の定常燃焼形態と変更後の定常燃焼形態との間の中間的な燃焼形態である中間燃焼形態を実現して定常燃焼形態の変更を行う燃焼形態実施手段を設ける。燃焼形態実施手段は、燃焼形態を変更する場合は中間燃焼形態を実現し、燃焼形態が他の定常燃焼形態に移行するまでの間の適切な吸気EGR制御燃料噴射量制御燃料噴射時期制御、点火時期制御総合的に行なう。

概要

背景

従来より、車両用エンジンにおいて、燃費向上のためにエンジン回転数エンジン負荷に応じて複数の異なる燃焼形態切り替えエンジン運転を行うエンジン制御装置がある。

例えば、燃焼室内に直接燃料噴射する筒内噴射型エンジンにおいては、燃焼室内に点火時期寸前に燃料を噴射して点火プラグ周辺は濃い(リッチ)が燃焼室内全体では希薄リーン)である成層混合気を形成し燃焼させる成層燃焼が可能である。この成層燃焼運転によるポンピングロスの低減等により燃費低減を図ることができる。

しかし、成層燃焼は運転可能な領域が非常に狭く、高出力運転には不向きであるため、通常の走行を考慮すると、燃費低減効果は限られる。

そこで、成層燃焼よりも負荷の高い領域においても燃費を向上させる燃焼として、均一リーン燃焼が行われる場合がある。均一リーン燃焼とは、燃焼室内に均一で理論空燃比よりも薄い混合気を供給して希薄燃焼させるものであり、通常燃焼よりもポンピングロスを低減することができ、燃焼室内のかき混ぜ効果により理論熱効率の向上を図ることができる。これにより、燃費の低減効果を得ることができる。

しかし、成層燃焼や均一リーン燃焼等のリーン燃焼の場合には、排気ガス中に多量のO2 が存在するためNOxの還元反応が起こらず、これを三元触媒により浄化することは困難である。そこで、リーン燃焼を行うエンジン排気ガス浄化装置として、従来よりリーン燃焼によるNOxを一時的に吸蔵しておくことができるNOx吸蔵触媒が用いられている。

このようなエンジンでは、リーン燃焼時にNOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxを浄化させるために、一時的な均一リッチ燃焼運転が要求される。この均一リッチ燃焼運転により、排気ガス中にCO、HC、H2 を余分に発生させ、吸蔵されているNOxを浄化する。

また、リーン燃焼を行わない中高負荷側の運転領域において燃費を低減させるためにEGR運転が行われる。EGR運転は、燃焼室から排出された排気ガスの一部を吸気通路に導入する燃焼形態をいい、これにより、ポンピングロスの低減、冷却損失の低減、比熱比の増大を図ることができ、燃費の低減効果を得ることができる。しかし、EGRガスは、吸気通路内の負圧によってその流入量が異なるため、それに応じてEGRガス量を制御するEGRバルブを制御しなければならない。

このように、燃焼形態を他の燃焼形態に変更する場合に実行される燃料噴射量、噴射時期、点火時期、吸入空気量、EGR量等の制御はかなり複雑なものとなる。また、更に燃焼形態を変更する際にはエンジンの出力トルクに急激な変動を与えず、燃焼形態の変更制御を実行するのが望まれている。

従来、これらの制御は、まず最初に、ドライバスロットル操作と選択された燃焼形態に対応した吸入空気量を得ることができるスロットル開度位置スロットルバルブを制御する。次に、スロットルバルブの開度の変化によって変動した吸入空気量を計測し、その計測した吸入空気量に基づいた燃料噴射量や点火時期等の制御が実行されている。

これにより、実際の吸入空気量に対応した燃料噴射量、噴射時期、点火時期、EGR量の制御を行ない、エンジンの出力トルクに急激な変化を与えないように燃焼形態の切換を行う制御がなされている。

概要

複数の燃焼形態にて運転可能なエンジンにおいて、燃焼形態をドライバに違和感を感じさせずに変更することができ、かつドライバの要求に対する出力トルクの追従性を向上させ、運転フィーリングの向上を図ることができるエンジン制御装置を得ること。

複数の定常燃焼形態を実現可能なエンジンの燃焼形態をエンジン運転中に状況に応じて他の定常燃焼形態に変更する場合に、変更前の定常燃焼形態と変更後の定常燃焼形態との間の中間的な燃焼形態である中間燃焼形態を実現して定常燃焼形態の変更を行う燃焼形態実施手段を設ける。燃焼形態実施手段は、燃焼形態を変更する場合は中間燃焼形態を実現し、燃焼形態が他の定常燃焼形態に移行するまでの間の適切な吸気EGR制御燃料噴射量制御燃料噴射時期制御、点火時期制御総合的に行なう。

目的

本発明は、上述した不具合を解決すべくなされたものであり、その目的は、複数の燃焼形態にて運転可能なエンジンにおいて、燃焼形態をドライバに違和感を感じさせずに変更でき、かつドライバの要求に対する出力トルクの追従性を向上させ、運転フィーリングの向上を図ることができるエンジン制御装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

運転状況に応じてエンジン燃焼形態を変更する制御を行うエンジン制御装置において、空燃比が略一定の定常的な燃焼形態のうち空燃比の異なる複数の定常的な燃焼形態が設定されている定常燃焼形態と、前記複数の定常燃焼形態の一つをベース燃焼形態とし、ベース燃焼形態から他の定常燃焼形態へ変更する中間的な燃焼を行う中間燃焼形態と、を実現する燃焼形態実施手段を備えていることを特徴とするエンジン制御装置。

請求項2

前記複数の定常燃焼形態は、成層燃焼を行う成層燃焼形態と、均一燃焼理論空燃比よりも薄い混合気により燃焼を行う均一リーン燃焼形態と、均一燃焼で理論空燃比よりも濃い混合気により燃焼を行う均一リッチ燃焼形態と、理論空燃比近傍EGRガス環流を行う均一ストイキオEGR有り)燃焼形態又はEGRガスの環流を行わない均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態としたことを特徴とする請求項1に記載のエンジン制御装置。

請求項3

アクセルペダル踏込量エンジン回転数によりエンジンに要求される出力トルクを算出し目標トルクとして設定する目標トルク設定手段と、該目標トルクに基づいて求めたエンジン運転領域エンジン運転状況に応じて前記複数の定常燃焼形態から一つの定常燃焼形態を選択し目標燃焼形態として設定する目標燃焼形態設定手段と、現状の燃焼形態を把握する現状燃焼形態把握手段と、該把握した現状燃焼形態と前記目標燃焼形態とが同一の燃焼形態か否かを判断する判断手段と、を有し、前記燃焼形態実施手段は、前記現状燃焼形態と前記目標燃焼形態とが同一の燃焼形態である場合は前記目標燃焼形態として設定された定常燃焼形態を実現し、前記現状燃焼形態と前記目標燃焼形態とが異なる燃焼形態である場合は前記中間燃焼形態を実現することを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジン制御装置。

請求項4

前記燃焼形態実施手段は、前記定常燃焼形態又は中間燃焼形態を実現するための吸気制御及びEGR制御を行うスロットルバルブ制御手段とEGRバルブ制御手段の各制御値を算出する吸気・EGR制御値算出手段と、前記定常燃焼形態又は中間燃焼形態における目標空燃比を算出する最終目標空燃比算出手段と、前記定常燃焼形態又は中間燃焼形態における基本燃料噴射量を算出する最終基本燃料噴射量算出手段と、前記定常燃焼形態又は中間燃焼形態において実際に出力されると予測される出力トルクを予測トルクとして算出する予測トルク算出手段と、前記定常燃焼形態又は中間燃焼形態における燃料噴射時期を算出する最終基本燃料噴射時期算出手段と、前記定常燃焼形態又は中間燃焼形態における点火時期を算出する最終基本点火時期算出手段と、を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項5

前記吸気・EGR制御値算出手段は、前記目標トルクとエンジン回転数に基づき前記目標燃焼形態における基本燃料噴射量、EGR率、目標空燃比をそれぞれ初期設定する手段と、前記各初期設定値に基づいて前記吸気通路のスロットルバルブ制御手段の下流側に位置する吸気管内圧力応答値の空気有効成分分圧に対する制御目標値である空気有効成分分圧制目標値と、EGRガス有効成分分圧に対する制御目標値であるEGRガス有効成分分圧制御目標値を設定する手段と、前記各初期設定値と新気空気量計測値吸気管圧力値に基づいて前記吸気管内の圧力応答値の空気有効成分分圧を推定した値である空気有効成分分圧推定値と、EGRガス有効成分分圧を推定した値であるEGRガス有効成分分圧推定値を算出する手段と、前記スロットルバルブの制御値に基づいて前記吸気管内の圧力応答値の空気有効成分分圧を予測した値である空気有効成分分圧予測値とEGRガス有効成分分圧を予測した値であるEGRガス有効成分分圧予測値を算出する手段と、前記EGRガス有効成分分圧推定値とEGRガス有効成分分圧制御目標値との偏差に基づいてEGRガス流量設定値を算出する手段と、前記空気有効成分分圧の推定値と空気有効成分分圧制御目標値との偏差に基づいて前記スロットルバルブ制御手段のスロットルバルブ通過空気流量の設定値を算出する手段と、前記EGRガス流量の設定値と吸気管圧力とに基づいてEGRバルブのバルブ開度指示値を算出する手段と、前記スロットルバルブ通過空気流量の設定値と吸気管圧力に基づいて前記スロットルバルブ制御手段のスロットルバルブ開度指示値を算出する手段と、を備えていることを特徴とする請求項4に記載のエンジン制御装置。

請求項6

前記最終基本燃料噴射量算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が定常燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態における目標空燃比の初期設定値である目標燃焼形態目標空燃比初期設定値と、前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、を用いて、前記定常燃焼形態における基本燃料噴射量である最終基本燃料噴射量を算出することを特徴とする請求項5に記載のエンジン制御装置。

請求項7

前記予測トルク算出手段は、前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と前記目標燃焼形態における空気有効成分制御目標値との比により前記目標トルクを補正することにより、前記目標燃焼形態における前記予測トルクを算出することを特徴とする請求項5又は6に記載のエンジン制御装置。

請求項8

前記最終基本燃料噴射時期算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が定常燃焼形態である場合に、前記予測トルクとエンジン回転数に基づいて前記定常燃焼形態における基本燃料噴射時期である最終基本燃料噴射時期を算出することを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項9

前記最終基本点火時期算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が定常燃焼形態である場合に、前記予測トルクとエンジン回転数に基づいて前記定常燃焼形態における基本点火時期である最終基本点火時期を算出することを特徴とする請求項4〜8のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項10

前記燃焼形態実施手段は、前記中間燃焼形態における前記ベース燃焼形態から前記目標燃焼形態への移行度合を示す中間燃焼比率を算出する中間燃焼比率算出手段と、前記中間燃焼比率に基づいて前記中間燃焼形態の終了判定を行う中間燃焼形態終了判定手段と、を備えていることを特徴とする請求項4〜9のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項11

前記中間燃焼比率算出手段は、前記目標トルクに基づいて前記ベース燃焼形態の基本燃料噴射量、基本目標空燃比、基本EGR量の初期設定値をそれぞれ算出するベース燃焼形態初期設定値算出手段と、該算出された各初期設定値に基づいて前記ベース燃焼形態における前記吸気管内の圧力応答値の空気有効成分分圧に対する制御目標値である空気有効成分分圧制御目標値とEGRガス有効成分分圧に対する制御目標値であるEGRガス有効成分分圧制御目標値とを算出するベース燃焼形態制御目標値算出手段と、を有していることを特徴とする請求項10に記載のエンジン制御装置。

請求項12

前記中間燃焼比率算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態の空気有効成分分圧制御目標値と、前記ベース燃焼形態の空気有効成分分圧制御目標値と、前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方とに基づいて前記中間燃焼形態の中間燃焼比率であるリーン比率を算出することを特徴とする請求項10又は11に記載のエンジン制御装置。

請求項13

前記最終目標空燃比算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態の目標空燃比の初期設定値である目標燃焼形態目標空燃比初期設定値と、前記ベース燃焼形態の目標空燃比の初期設定値であるベース燃焼形態目標空燃比初期設定値とを前記リーン比率を用いて直線補間することにより前記中間目標燃焼形態の目標空燃比である最終目標空燃比を算出することを特徴とする請求項12に記載のエンジン制御装置。

請求項14

前記予測トルク算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記リーン比率が1以上である場合は、前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、前記燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの空気有効成分制御目標値とにより前記目標トルクを補正することにより前記中間燃焼形態の前記予測トルクを算出し、前記リーン比率が0以下である場合は前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、前記燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態であるときの空気有効成分制御目標値の初期設定値とにより前記目標トルクを補正することにより前記中間燃焼形態の前記予測トルクを算出し、前記リーン比率が0より大きく1より小さいときは、前記目標トルクを前記予測トルクとして算出することを特徴とする請求項12又は13に記載のエンジン制御装置。

請求項15

前記最終基本燃料噴射時期算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態における基本燃料噴射時期と前記ベース燃焼形態における基本燃料噴射時期とをリーン比率を用いて直線補間することにより前記中間燃焼形態の基本燃料噴射時期である最終基本燃料噴射時期を算出することを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項16

前記最終基本点火時期算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態における基本点火時期と前記ベース燃焼形態における基本点火時期とをリーン比率を用いて直線補間することにより前記中間燃焼形態の基本点火時期である最終基本点火時期を算出することを特徴とする請求項12〜15のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項17

前記中間燃焼終了判定手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記中間燃焼比率算出手段により算出された前記リーン比率が予め設定されている基準領域内のときは前記中間燃焼形態の続行を判定し、前記基準領域外のときは前記中間燃焼形態の終了を判定することを特徴とする請求項12〜16のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項18

前記中間燃焼比率算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記中間燃焼形態を開始してからの経過時間である中間燃焼開始後時間に応じて前記中間燃焼形態の中間燃焼比率であるリッチ比率を算出することを特徴とする請求項10又は11に記載のエンジン制御装置。

請求項19

前記最終目標空燃比算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態の目標空燃比の初期設定値である目標燃焼形態目標空燃比初期設定値と、前記ベース燃焼形態の目標空燃比の初期設定値であるベース燃焼形態目標空燃比初期設定値とを前記リッチ比率を用いて直線補間することにより前記中間目標燃焼形態の目標空燃比である最終目標空燃比を算出することを特徴とする請求項18に記載のエンジン制御装置。

請求項20

前記予測トルク算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、前記目標燃焼形態における空気有効成分制御目標値との比により前記目標トルクを補正することにより、前記中間目標燃焼形態の予測トルクを算出することを特徴とする請求項18又は19に記載のエンジン制御装置。

請求項21

前記最終基本燃料噴射時期算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態における基本燃料噴射時期と前記ベース燃焼形態における基本燃料噴射時期とをリッチ比率を用いて直線補間することにより前記中間燃焼形態の基本燃料噴射時期である最終基本燃料噴射時期を算出することを特徴とする請求項18〜20のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項22

前記最終基本点火時期算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態における基本点火時期と前記ベース燃焼形態における基本点火時期とをリッチ比率を用いて直線補間することにより前記中間燃焼形態の基本点火時期である最終基本点火時期を算出することを特徴とする請求項18〜21のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項23

前記中間燃焼終了判定手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記中間燃焼比率算出手段により算出されたリッチ比率が予め設定されている基準領域内のときは前記中間燃焼形態の続行を判定し、前記基準領域外のときは前記中間燃焼形態の終了を判定することを特徴とする請求項18〜22のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項24

前記中間燃焼比率算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、前記EGRガス有効成分分圧推定値又は前記EGRガス有効成分分圧予測値のいずれか一方と、予め設定されている空気有効成分の気体定数と、EGRガス有効成分の気体定数とに基づいて前記中間燃焼形態におけるEGR率である予測EGR率を算出し、該予測EGR率と前記均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態におけるEGR率とに基づいて、前記中間燃焼形態の中間燃焼比率であるEGR比率を算出することを特徴とする請求項10又は11に記載のエンジン制御装置。

請求項25

前記最終目標空燃比算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態の目標空燃比の初期設定値である目標燃焼形態目標空燃比初期設定値を前記中間目標燃焼形態の目標空燃比である最終目標空燃比として算出することを特徴とする請求項24に記載のエンジン制御装置。

請求項26

前記予測トルク算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、前記目標燃焼形態における空気有効成分制御目標値との比により前記目標トルクを補正することにより、前記中間目標燃焼形態の予測トルクを算出することを特徴とする請求項24又は25に記載のエンジン制御装置。

請求項27

前記最終基本燃料噴射時期算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態における基本燃料噴射時期と前記ベース燃焼形態における基本燃料噴射時期とをEGR比率を用いて直線補間することにより前記中間燃焼形態の基本燃料噴射時期である最終基本燃料噴射時期を算出することを特徴とする請求項24〜26のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項28

前記最終基本点火時期算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態における基本点火時期と前記ベース燃焼形態における基本点火時期とをEGR比率を用いて直線補間することにより前記中間燃焼形態の基本点火時期である最終基本点火時期を算出することを特徴とする請求項24〜27のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項29

前記中間燃焼終了判定手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記中間燃焼比率算出手段により算出された前記EGR比率が予め設定されている基準領域内のときは前記中間燃焼形態の続行を判定し、前記基準領域外のときは前記中間燃焼形態の終了を判定することを特徴とする請求項24〜28のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項30

前記中間燃焼比率算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態の空気有効成分分圧制御目標値と、前記ベース燃焼形態の空気有効成分分圧制御目標値と、前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方とに基づいて前記中間燃焼形態の中間燃焼比率である成層比率を算出することを特徴とする請求項10又は11に記載のエンジン制御装置。

請求項31

前記最終目標空燃比算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態の目標空燃比の初期設定値である目標燃焼形態目標空燃比初期設定値と、前記ベース燃焼形態の目標空燃比の初期設定値であるベース燃焼形態目標空燃比初期設定値とを前記成層比率を用いて直線補間することにより前記中間目標燃焼形態の仮の目標空燃比である仮目標空燃比を算出し、該仮目標空燃比が予め設定されている成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側である場合は前記仮目標空燃比を前記中間燃焼形態における最終目標空燃比として算出し、該仮目標空燃比が前記成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側である場合は前記燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの目標空燃比の初期設定値を前記中間燃焼形態における最終目標空燃比として算出することを特徴とする請求項30に記載のエンジン制御装置。

請求項32

前記予測トルク算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記仮目標空燃比が前記成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側でかつ成層比率が1以上であるときは前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、前記成層燃焼形態における空気有効成分分圧制御目標値との比により前記目標トルクを補正することにより前記中間目標燃焼形態の予測トルクを算出し、前記仮目標空燃比が前記成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときは前記目標トルクを前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と前記燃焼形態が均一リーンであるときの空気有効成分制御目標値の比により前記目標トルクを補正することにより前記中間目標燃焼形態の予測トルクを算出することを特徴とする請求項30又は31に記載のエンジン制御装置。

請求項33

前記最終基本燃料噴射時期算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記仮目標空燃比が前記成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側であるときは前記燃焼形態が成層燃焼形態であるときの基本燃料噴射時期を前記中間燃焼形態の基本燃料噴射時期である最終基本燃料噴射時期として算出し、前記仮目標空燃比が前記成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときは前記燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの基本燃料噴射時期を前記中間燃焼形態の基本燃料噴射時期である最終基本燃料噴射時期として算出することを特徴とする請求項30〜32のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項34

前記最終基本点火時期算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記仮目標空燃比が前記成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側であるときは前記燃焼形態が成層燃焼形態であるときの基本点火時期を前記中間燃焼形態の基本点火時期である最終基本点火時期として算出し、前記仮目標空燃比が前記成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときは前記燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの基本点火時期を前記中間燃焼形態の基本点火時期である最終基本点火時期として算出することを特徴とする請求項30〜33のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項35

前記中間燃焼終了判定手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合は、前記目標燃焼形態が前記成層燃焼形態であり、前記ベース燃焼形態が前記均一リーン燃焼形態であるときは、前記中間燃焼比率算出手段により算出された前記成層比率が予め設定されている基準領域内のときは前記中間燃焼形態の続行を判定し、前記基準領域以外のときは前記中間燃焼形態の終了を判定し、前記目標燃焼形態が前記均一リーン燃焼形態であり、前記ベース燃焼形態が前記成層燃焼形態であるときは、前記仮目標空燃比が前記成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側であるときには前記中間燃焼形態の続行を判定し、前記仮目標空燃比が前記成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときには前記中間燃焼形態の終了を判定することを特徴とする請求項30〜34のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項36

前記最終基本燃料噴射量算出手段は、前記燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が中間燃焼形態である場合は、前記空気有効成分分圧推定値又は前記空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と前記中間燃焼形態における最終目標空燃比とに基づいて前記中間燃焼形態の基本燃料噴射量である最終基本燃料噴射量を算出することを特徴とする請求項12〜35のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項37

前記空気有効成分分圧は、前記エンジン運転領域が中・低負荷運転領域内にある場合には前記空気有効成分分圧予測値が用いられ、高負荷運転領域にある場合には前記空気有効成分分圧推定値が用いられることを特徴とする請求項6〜36のいずれかに記載のエンジン制御装置。

請求項38

前記EGRガス有効成分分圧は、前記エンジン運転領域が中・低負荷運転領域内にある場合には前記EGRガス有効成分分圧予測値が用いられ、高負荷運転領域にある場合には前記EGRガス有効成分分圧推定値が用いられることを特徴とする請求項24〜29、37のいずれかに記載のエンジン制御装置。

技術分野

0001

本発明はエンジン制御装置に関し、特に、同一の運転領域にて複数の異なる燃焼形態を実現できるエンジン制御装置に関する。

背景技術

0002

従来より、車両用エンジンにおいて、燃費向上のためにエンジン回転数エンジン負荷に応じて複数の異なる燃焼形態を切り替えエンジン運転を行うエンジン制御装置がある。

0003

例えば、燃焼室内に直接燃料噴射する筒内噴射型エンジンにおいては、燃焼室内に点火時期寸前に燃料を噴射して点火プラグ周辺は濃い(リッチ)が燃焼室内全体では希薄リーン)である成層混合気を形成し燃焼させる成層燃焼が可能である。この成層燃焼運転によるポンピングロスの低減等により燃費低減を図ることができる。

0004

しかし、成層燃焼は運転可能な領域が非常に狭く、高出力運転には不向きであるため、通常の走行を考慮すると、燃費低減効果は限られる。

0005

そこで、成層燃焼よりも負荷の高い領域においても燃費を向上させる燃焼として、均一リーン燃焼が行われる場合がある。均一リーン燃焼とは、燃焼室内に均一で理論空燃比よりも薄い混合気を供給して希薄燃焼させるものであり、通常燃焼よりもポンピングロスを低減することができ、燃焼室内のかき混ぜ効果により理論熱効率の向上を図ることができる。これにより、燃費の低減効果を得ることができる。

0006

しかし、成層燃焼や均一リーン燃焼等のリーン燃焼の場合には、排気ガス中に多量のO2 が存在するためNOxの還元反応が起こらず、これを三元触媒により浄化することは困難である。そこで、リーン燃焼を行うエンジン排気ガス浄化装置として、従来よりリーン燃焼によるNOxを一時的に吸蔵しておくことができるNOx吸蔵触媒が用いられている。

0007

このようなエンジンでは、リーン燃焼時にNOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxを浄化させるために、一時的な均一リッチ燃焼運転が要求される。この均一リッチ燃焼運転により、排気ガス中にCO、HC、H2 を余分に発生させ、吸蔵されているNOxを浄化する。

0008

また、リーン燃焼を行わない中高負荷側の運転領域において燃費を低減させるためにEGR運転が行われる。EGR運転は、燃焼室から排出された排気ガスの一部を吸気通路に導入する燃焼形態をいい、これにより、ポンピングロスの低減、冷却損失の低減、比熱比の増大を図ることができ、燃費の低減効果を得ることができる。しかし、EGRガスは、吸気通路内の負圧によってその流入量が異なるため、それに応じてEGRガス量を制御するEGRバルブを制御しなければならない。

0009

このように、燃焼形態を他の燃焼形態に変更する場合に実行される燃料噴射量、噴射時期、点火時期、吸入空気量、EGR量等の制御はかなり複雑なものとなる。また、更に燃焼形態を変更する際にはエンジンの出力トルクに急激な変動を与えず、燃焼形態の変更制御を実行するのが望まれている。

0010

従来、これらの制御は、まず最初に、ドライバスロットル操作と選択された燃焼形態に対応した吸入空気量を得ることができるスロットル開度位置スロットルバルブを制御する。次に、スロットルバルブの開度の変化によって変動した吸入空気量を計測し、その計測した吸入空気量に基づいた燃料噴射量や点火時期等の制御が実行されている。

0011

これにより、実際の吸入空気量に対応した燃料噴射量、噴射時期、点火時期、EGR量の制御を行ない、エンジンの出力トルクに急激な変化を与えないように燃焼形態の切換を行う制御がなされている。

発明が解決しようとする課題

0012

しかし、このように実際の吸入空気量の変化を計測し、これを基準とした燃料噴射量や点火時期等の制御を行っていたのでは、変化した吸入空気量を検出するまでの間、若しくは変化中の吸入空気量に正確に対応した燃料噴射量や点火時期等の制御を行うことが困難であった。

0013

特に、燃焼形態を変更する場合に、燃焼形態相互間にて空燃比やEGR量が大きく異なるときには、スロットルバルブやEGRバルブは瞬時にその開度位置を変更しなければならないが、吸気通路に設けられたスロットルバルブとエンジンの燃焼室との間の距離や、吸気通路内の負圧、スロットルバルブやEGRバルブのアクチュエータを駆動する際の応答性等の問題から、実際に変化した吸入空気が燃焼室内に吸入されるまでには時間差が生じ、その間の正確な燃料噴射量や点火時期等の制御が困難であった。

0014

このような場合に、吸入空気量を予め予測し、この予測した値に対して燃料噴射量や点火時期の制御を行う方法も考えられるが、温度変化気圧変化に応じて種々変化する吸入空気の状態変化を予測することは困難であり、また、予測した吸入空気量では実際と異なり正確に対応した制御を行うことが困難であった。

0015

したがって、燃焼形態の変更時において実際に実現される出力トルクと適合せず、混合気の生成不良による出力損失未燃ガスの生成、点火時期のズレによりトルクの滑らかなつながり阻害し、エンジン出力のもたつき感やトルクショック等を生じさせ、ドライバの意思とエンジン出力とがかけ離れてドライバに違和感を感じさせるおそれがあり、ドライバの要求に常に対応した出力を得ることが困難であった。

0016

本発明は、上述した不具合を解決すべくなされたものであり、その目的は、複数の燃焼形態にて運転可能なエンジンにおいて、燃焼形態をドライバに違和感を感じさせずに変更でき、かつドライバの要求に対する出力トルクの追従性を向上させ、運転フィーリングの向上を図ることができるエンジン制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0017

上記不具合を解決するために、本発明の請求項1にかかるエンジン制御装置は、運転状況に応じてエンジンの燃焼形態を変更する制御を行うエンジン制御装置において、空燃比が略一定の定常的な燃焼形態のうち空燃比の異なる複数の定常的な燃焼形態が設定されている定常燃焼形態と、複数の定常燃焼形態の一つをベース燃焼形態とし、ベース燃焼形態から他の定常燃焼形態へ変更する中間的な燃焼を行う中間燃焼形態と、を実現する燃焼形態実施手段を備える。

0018

これによれば、運転状況に応じた定常燃焼形態が実現され、運転状況の変更に応じて定常燃焼形態が他の定常燃焼形態に変更される際に中間燃焼形態が実現される。したがって、燃焼形態の変更途中においても目標トルクを基準とした積極的なエンジン制御が行われ、出力トルクの滑らかなつながりが実現され、ドライバの要求に応じたエンジン出力を得ることができる。

0019

尚、定常燃焼形態とは、目標空燃比目標EGR率が略一定の燃焼形態をいう。また、中間燃焼形態とは、定常燃焼形態間の中間的な燃焼形態をいい、目標空燃比や目標EGR率が時間経過と共に変動する燃焼形態をいう。

0020

請求項2にかかる発明は、前記複数の定常燃焼形態が、成層燃焼形態を行う成層燃焼形態と、均一燃焼で理論空燃比よりも薄い混合気により燃焼を行う均一リーン燃焼形態と、均一燃焼で理論空燃比よりも濃い混合気により燃焼を行う均一リッチ燃焼形態と、理論空燃比近傍でEGRガスの環流を行う均一ストイキオEGR有り)燃焼形態又はEGRガスの環流を行わない均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態としたことを特徴とする。これによれば、運転状況に応じて上記5種類の定常燃焼形態が実現され、それぞれの燃焼形態により燃費向上、出力向上排気ガス浄化等の各目的を達成することができる。

0021

請求項3にかかる発明は、アクセルペダル踏込量とエンジン回転数によりエンジンに要求される出力トルクを算出し目標トルクとして設定する目標トルク設定手段と、目標トルクに基づいて求めたエンジン運転領域とエンジン運転状況に応じて前記複数の定常燃焼形態から一つの定常燃焼形態を選択し目標燃焼形態として設定する目標燃焼形態設定手段と、現状の燃焼形態を把握する現状燃焼形態把握手段と、その把握した現状燃焼形態と前記目標燃焼形態とが同一の燃焼形態か否かを判断する判断手段とを有しており、燃焼形態実施手段は、現状燃焼形態と目標燃焼形態とが同一の燃焼形態である場合は目標燃焼形態として設定された定常燃焼形態を実現し、現状燃焼形態と目標燃焼形態とが異なる燃焼形態である場合は中間燃焼形態を実現することを特徴とする。これによれば、エンジン運転領域とエンジン運転状態とに応じて燃焼形態が選択され、定常燃焼形態若しくは中間燃焼形態が実現される。

0022

請求項4に記載の発明は、前記燃焼形態実施手段が、定常燃焼形態又は中間燃焼形態を実現するための吸気制御及びEGR制御を行うスロットルバルブ制御手段とEGRバルブ制御手段の各制御値を算出する吸気・EGR制御値算出手段と、定常燃焼形態又は中間燃焼形態における目標空燃比を算出する最終目標空燃比算出手段と、定常燃焼形態又は中間燃焼形態における基本燃料噴射量を算出する最終基本燃料噴射量算出手段と、定常燃焼形態又は中間燃焼形態において実際に出力されると予測される出力トルクを予測トルクとして算出する予測トルク算出手段と、定常燃焼形態又は中間燃焼形態における燃料噴射時期を算出する最終基本燃料噴射時期算出手段と、定常燃焼形態又は中間燃焼形態における点火時期を算出する最終基本点火時期算出手段とを備える。

0023

これによれば、上記各算出手段により各制御値が算出され、これら各制御値を用いて現状の燃焼形態を実現するための吸入空気量、EGR量、燃料噴射量、点火時期、燃料噴射時期の制御が行われる。これにより、実際に出力される出力トルクに適合した制御を行うことができ、ドライバの要求に常に対応した出力を得ることができる。

0024

したがって、ドライバの意思とエンジン出力との相違を感じさせることがなく、ドライバの要求に対する出力トルクの追従性を向上させることができる。また、ドライバに違和感を与えることなく、燃焼形態を他の燃焼形態に切り換えることができる。

0025

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の吸気・EGR制御値算出手段が目標トルクとエンジン回転数に基づき目標燃焼形態における基本燃料噴射量、EGR率、目標空燃比をそれぞれ初期設定する手段と、各初期設定値に基づいて前記吸気通路のスロットルバルブ制御手段の下流側に位置する吸気管内圧力応答値の空気有効成分分圧に対する制御目標値である空気有効成分分圧制目標値と、EGRガス有効成分分圧に対する制御目標値であるEGRガス有効成分分圧制御目標値を設定する手段と、各初期設定値と新気空気量計測値吸気管圧力値に基づいて前記吸気管内の圧力応答値の空気有効成分分圧を推定した値である空気有効成分分圧推定値と、EGRガス有効成分分圧を推定した値であるEGRガス有効成分分圧推定値を算出する手段と、スロットルバルブの制御値に基づいて前記吸気管内の圧力応答値の空気有効成分分圧を予測した値である空気有効成分分圧予測値とEGRガス有効成分分圧を予測した値であるEGRガス有効成分分圧予測値を算出する手段と、EGRガス有効成分分圧推定値とEGRガス有効成分分圧制御目標値との偏差に基づいてEGRガス流量設定値を算出する手段と、空気有効成分分圧の推定値と空気有効成分分圧制御目標値との偏差に基づいて前記スロットルバルブ制御手段のスロットルバルブ通過空気流量の設定値を算出する手段と、EGRガス流量の設定値と吸気管圧力とに基づいてEGRバルブのバルブ開度指示値を算出する手段と、スロットルバルブ通過空気流量の設定値と吸気管圧力に基づいて前記スロットルバルブ制御手段のスロットルバルブ開度指示値を算出する手段と、を備えていることを特徴とする。

0026

これによれば、目標トルクとエンジン回転数で表される運転領域毎に目標燃焼形態においての基本燃料噴射量、EGR率、目標空燃比が初期設定され、各初期設定値に基づいて吸気通路のスロットルバルブ制御手段の下流側に位置する吸気管内の圧力応答値の空気有効成分分圧に対する制御目標値である空気有効成分分圧制御目標値と、EGRガス有効成分分圧に対する制御目標値であるEGRガス有効成分分圧制御目標値が設定される。

0027

そして、各初期設定値と新気空気量計測値と吸気管圧力値に基づいて吸気管内の圧力応答値の空気有効成分分圧を推定した値である空気有効成分分圧推定値と、EGRガス有効成分分圧を推定した値であるEGRガス有効成分分圧推定値が算出され、スロットルバルブの制御値に基づいて前記吸気管内の圧力応答値の空気有効成分分圧を予測した値である空気有効成分分圧予測値とEGRガス有効成分分圧を予測した値であるEGRガス有効成分分圧予測値が算出される。

0028

それから、EGRガス有効成分分圧推定値とEGRガス有効成分分圧制御目標値との偏差に基づいてEGRガス流量の設定値が算出され、空気有効成分分圧の推定値と空気有効成分分圧制御目標値との偏差に基づいてスロットルバルブ制御手段のスロットルバルブ通過空気流量の設定値が算出される。

0029

そして、EGRガス流量の設定値と吸気管圧力とに基づいてEGRバルブのバルブ開度指示値が算出され、スロットルバルブ通過空気流量の設定値と吸気管圧力に基づいて前記スロットルバルブ制御手段のスロットルバルブ開度指示値が算出される。

0030

したがって、上記算出された制御値を用いてスロットルバルブ制御手段とEGRバルブ制御手段を制御することにより、空気有効成分とEGRガス有効成分とを推定しながら吸気・EGR制御を行うことができ、実際の吸入空気量に対するフィードバックを行うため、チャンバー遅れやアクチュエータ遅れを補償する吸気・EGR制御を行うことができる。

0031

請求項6に記載の発明は、最終基本燃料噴射量算出手段が、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が定常燃焼形態である場合は、目標燃焼形態における目標空燃比の初期設定値である目標燃焼形態目標空燃比初期設定値と、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方とを用いて、定常燃焼形態における基本燃料噴射量である最終基本燃料噴射量を算出することを特徴とする。

0032

これによれば、最終基本燃料噴射量は、現在の実際の空気有効成分分圧と目標燃焼形態の目標空燃比とを用いて算出される。したがって、エンジンのシリンダ内に実際に吸入される吸入空気量に対応した燃料量を噴射をすることができ、定常燃焼形態の目標空燃比を正確に実現することができる。

0033

請求項7に記載の発明は、予測トルク算出手段が、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と目標燃焼形態における空気有効成分制御目標値との比により目標トルクを補正することにより、燃焼形態における予測トルクを算出することを特徴とする。

0034

これによれば、予測トルクは、現在の実際の空気有効成分分圧と目標トルクを出力するのに必要とされる空気有効成分分圧との比を用いて目標トルクを補正することにより算出される。ここで、予測トルクとは、目標トルクに対して過渡運転時にスロットルバルブ等の制御時から遅れて実際に実現される出力トルクを、吸入空気量の変化やスロットルバルブの制御量に基づいて予測した出力トルクをいう。したがって、現状において目標トルクに対して実際に実現される予測トルクを算出することができる。

0035

請求項8に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が定常燃焼形態である場合に、最終基本燃料噴射時期算出手段が予測トルクとエンジン回転数に基づいて定常燃焼形態における基本燃料噴射時期である最終基本燃料噴射時期を算出することを特徴とする。これによれば、定常燃焼形態における最終基本燃料噴射時期は、予測トルクとエンジン回転数とに基づいて算出される。これにより、定常燃焼形態において実際に実現される出力トルクに適合した燃料噴射時期にて燃料噴射を行うことができ、燃料噴射時期の早出遅延を防止して混合気の生成不良による出力損失や未燃ガスの生成等を防止することができる。

0036

請求項9に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が定常燃焼形態である場合に、最終基本点火時期算出手段が予測トルクとエンジン回転数に基づいて定常燃焼形態における基本点火時期である最終基本点火時期を算出することを特徴とする。これによれば、定常燃焼形態における最終基本点火時期は、予測トルクとエンジン回転数とに基づいて算出される。これにより、定常燃焼形態において、実際に実現できる出力トルクに適合した点火時期にて点火を行うことができ、点火時期のズレによるノッキングの発生等を防止することができる。

0037

請求項10に記載の発明は、前記燃焼形態実施手段が、中間燃焼形態におけるベース燃焼形態から目標燃焼形態への移行度合を示す中間燃焼比率を算出する中間燃焼比率算出手段と、中間燃焼比率に基づいて中間燃焼形態の終了判定を行う中間燃焼形態終了判定手段とを備える。これによれば、中間燃焼形態を実現するために必要とされる中間燃焼比率と中間燃焼形態を実現するための最終基本目標空燃比が算出される。また、中間燃焼比率に基づいて中間燃焼形態が終了したか否かが判定される。

0038

請求項11に記載の発明は、前記中間燃焼比率算出手段が、目標トルクに基づいてベース燃焼形態の基本燃料噴射量、基本目標空燃比、基本EGR量の初期設定値をそれぞれ算出するベース燃焼形態初期設定値算出手段と、該算出された各初期設定値に基づいて前記ベース燃焼形態における前記吸気管内の圧力応答値の空気有効成分分圧に対する制御目標値である空気有効成分分圧制御目標値とEGRガス有効成分分圧に対する制御目標値であるEGRガス有効成分分圧制御目標値とを算出するベース燃焼形態制御目標値算出手段と、を有していることを特徴とする。

0039

これによれば、ベース燃焼形態初期設定値算出手段によりベース燃焼形態における基本燃料噴射量初期設定値、基本目標空燃比初期設定値、基本EGR量初期設定値が算出され、ベース燃焼形態制御目標値算出手段によりベース燃焼形態における空気有効成分分圧制御目標値とEGRガス有効成分分圧制御目標値が算出される。

0040

請求項12、18、24、30に記載の発明は、中間燃焼比率算出手段が中間燃焼形態の中間燃焼比率を算出することを特徴とする。請求項12に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、中間燃焼比率算出手段は、目標燃焼形態の空気有効成分分圧制御目標値とベース燃焼形態の空気有効成分分圧制御目標値、及び空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、を用いて中間燃焼比率であるリーン比率を算出することを特徴とする。

0041

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態におけるリーン比率は、目標燃焼形態若しくはベース燃焼形態となる均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態の各空気有効成分分圧制御目標値と、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、を用いて算出される。

0042

請求項18に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、中間燃焼比率算出手段は、中間燃焼形態を開始してからの経過時間である中間燃焼開始後時間に基づいて中間燃焼形態の中間燃焼比率であるリッチ比率を算出することを特徴とする。これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態におけるリッチ比率は、中間燃焼開始後時間に基づいて算出される。これは、均一リッチ燃焼形態の場合は、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比による燃焼形態であり、中間燃焼形態の移行度合は直接燃料噴射量に依存されるためである。

0043

請求項24に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態の間の中間燃焼形態である場合、中間燃焼比率算出手段は、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、EGRガス有効成分分圧推定値又はEGRガス有効成分分圧予測値のいずれか一方と、予め設定されている空気有効成分の気体定数と、EGRガス有効成分の気体定数とに基づいて中間燃焼形態のEGR率である予測EGR率を算出し、この予測EGR率と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態におけるEGR率初期設定値とに基づいて、中間燃焼形態の中間燃焼比率であるEGR比率を算出することを特徴とする。

0044

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態の間の中間燃焼形態における予測EGR率は、空気有効成分分圧、EGRガス有効成分分圧、空気有効成分分圧の気体定数、EGRガス有効成分の気体定数とに基づいて算出される。ここで算出される予測EGR率は、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態の間の中間燃焼形態におけるEGR率である。

0045

また、EGR比率は、予測EGR率と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態におけるEGR率初期設定値とに基づいて算出される。EGR比率は、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態の間の中間燃焼形態の中間燃焼比率である。

0046

請求項30に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、中間燃焼比率算出手段は、目標燃焼形態の空気有効成分分圧制御目標値とベース燃焼形態の空気有効成分分圧制御目標値と、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方とを用いて中間燃焼形態の中間燃焼比率である成層比率を算出することを特徴とする。

0047

これによれば、成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態における成層比率は、目標燃焼形態若しくはベース燃焼形態となる成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態の各空気有効成分分圧制御目標値と、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、を用いて算出される。

0048

請求項13、19、25、31に記載の発明は、最終目標空燃比算出手段が中間燃焼形態の目標空燃比である最終目標空燃比を算出することを特徴とする。請求項13に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終目標空燃比算出手段は、目標燃焼形態の目標空燃比の初期設定値である目標燃焼形態目標空燃比初期設定値と、ベース燃焼形態の目標空燃比の初期設定値であるベース燃焼形態目標空燃比初期設定値とをリーン比率を用いて直線補間することにより最終目標空燃比を算出することを特徴とする。

0049

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終目標空燃比は、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態の目標燃焼形態目標空燃比初期設定値と均一リーン燃焼形態の目標燃焼形態目標空燃比初期設定値を、リーン比率を用いて直線補間することにより算出される。

0050

請求項19に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終目標空燃比算出手段は、目標燃焼形態の目標空燃比の初期設定値である目標燃焼形態目標空燃比初期設定値と、ベース燃焼形態の目標空燃比の初期設定値であるベース燃焼形態目標空燃比初期設定値とをリッチ比率を用いて直線補間することにより中間目標燃焼形態の目標空燃比である最終目標空燃比を算出することを特徴とする。

0051

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終目標空燃比は、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態の目標燃焼形態目標空燃比初期設定値と均一リッチ燃焼形態の目標燃焼形態目標空燃比初期設定値とを、リッチ比率を用いて直線補間することにより算出される。

0052

請求項25に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終目標空燃比算出手段は、目標燃焼形態の目標空燃比の初期設定値である目標燃焼形態目標空燃比初期設定値を中間目標燃焼形態の目標空燃比である最終目標空燃比として算出することを特徴とする。

0053

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終目標空燃比は、目標燃焼形態となる均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態又は均一リッチ燃焼形態の目標燃焼形態目標空燃比初期設定値とされる。これは、空燃比が、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間では変化しないためである。

0054

請求項31に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終目標空燃比算出手段は、目標燃焼形態の目標空燃比の初期設定値である目標燃焼形態目標空燃比初期設定値と、ベース燃焼形態の目標空燃比の初期設定値であるベース燃焼形態目標空燃比初期設定値とを成層比率を用いて直線補間することにより中間目標燃焼形態の仮の目標空燃比である仮目標空燃比を算出する。

0055

そして、予め設定されている成層燃焼リッチ限界空燃比と比較し、算出した仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側である場合は仮目標空燃比を中間燃焼形態における最終目標空燃比として算出し、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側である場合は燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの目標空燃比の初期設定値を中間燃焼形態における最終目標空燃比として算出することを特徴とする。

0056

これによれば、一旦、仮目標空燃比が算出され、その仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側の場合は仮目標空燃比が最終目標空燃比として設定される。また、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側の場合は燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの目標空燃比の初期設定値が最終目標空燃比として設定される。

0057

請求項14に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合において、予測トルク算出手段は、リーン比率が1以上である場合は、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの空気有効成分制御目標値とにより目標トルクを補正することにより予測トルクを算出する。

0058

また、リーン比率が0以下である場合は、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態であるときの空気有効成分制御目標値の初期設定値とにより目標トルクを補正することにより予測トルクを算出する。そして、リーン比率が0より大きく1より小さい場合は、目標トルクの値を予測トルクの値とする。

0059

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態における予測トルクは、リーン比率が1以上である場合は、空気有効成分分圧と、燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの空気有効成分制御目標値とによって、目標トルクを補正することにより算出される。

0060

また、リーン比率が0以下である場合は、空気有効成分分圧と、燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態であるときの空気有効成分制御目標値の初期設定値とによって、目標トルクを補正することにより算出される。更に、リーン比率が0より大きく1より小さい場合は、目標トルクの値が予測トルクの値とされる。

0061

請求項20に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、予測トルク算出手段は、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、目標燃焼形態における空気有効成分制御目標値との比により目標トルクを補正することにより、予測トルクを算出する。これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態における予測トルクは、空気有効成分分圧と、目標燃焼形態となる均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態又は均一リッチ燃焼形態の空気有効成分制御目標値との比により目標トルクを補正することにより算出される。

0062

請求項26に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、予測トルク算出手段は、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、目標燃焼形態における空気有効成分制御目標値との比により目標トルクを補正することにより、予測トルクを算出する。これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態における予測トルクは、空気有効成分分圧と、目標燃焼形態となる均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態又は均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態の空気有効成分制御目標値との比により目標トルクを補正することにより算出される。

0063

請求項32に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、予測トルク算出手段は、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側でかつ成層比率が1以上であるときは空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と、成層燃焼形態における空気有効成分分圧制御目標値との比により目標トルクを補正することにより予測トルクを算出する。

0064

また、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときは目標トルクを空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と燃焼形態が均一リーンであるときの空気有効成分制御目標値の比により目標トルクを補正することにより予測トルクを算出する。

0065

これによれば、成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態における予測トルクは、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側でかつ成層比率が1以上であるときは、空気有効成分分圧と成層燃焼形態における空気有効成分分圧制御目標値との比により目標トルクを補正することにより算出される。

0066

また、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときは、目標トルクを空気有効成分分圧と燃焼形態が均一リーンであるときの空気有効成分制御目標値との比により目標トルクを補正することにより算出される。

0067

請求項15、21、27、33に記載の発明は、最終基本燃料噴射時期算出手段が中間燃焼形態の基本燃料噴射時期である最終基本燃料噴射時期を算出することを特徴とする。請求項15に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終基本燃料噴射時期算出手段は、目標燃焼形態における基本燃料噴射時期とベース燃焼形態における基本燃料噴射時期とをリーン比率を用いて直線補間することにより最終基本燃料噴射時期を算出する。

0068

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終基本燃料噴射時期は、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態の基本燃料噴射時期と均一リーン燃焼形態の基本燃料噴射時期をリーン比率を用いて直線補間することにより算出される。

0069

請求項21に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終基本燃料噴射時期算出手段は、目標燃焼形態における基本燃料噴射時期とベース燃焼形態における基本燃料噴射時期とをリッチ比率を用いて直線補間することにより最終基本燃料噴射時期を算出する。

0070

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終基本燃料噴射時期は、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態の基本燃料噴射時期と均一リッチ燃焼形態の基本燃料噴射時期をリッチ比率を用いて直線補間することにより算出される。

0071

請求項27に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終基本燃料噴射時期算出手段は、目標燃焼形態における基本燃料噴射時期とベース燃焼形態における基本燃料噴射時期とをEGR比率を用いて直線補間することにより最終基本燃料噴射時期を算出する。

0072

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終基本燃料噴射時期は、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態の基本燃料噴射時期と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態の基本燃料噴射時期をEGR比率を用いて直線補間することにより算出される。

0073

請求項33に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終基本燃料噴射時期算出手段は、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側であるときは燃焼形態が成層燃焼形態であるときの基本燃料噴射時期を最終基本燃料噴射時期として算出する。そして、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときは燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの基本燃料噴射時期を最終基本燃料噴射時期として算出する。

0074

これによれば、成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終基本燃料噴射時期は、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側であるときは燃焼形態が成層燃焼形態であるときの基本燃料噴射時期が算出され、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときは燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの基本燃料噴射時期が最終基本燃料噴射時期として算出される。

0075

請求項16、22、28、34に記載の発明は、最終基本点火時期算出手段が中間燃焼形態の基本点火時期である最終基本点火時期を算出することを特徴とする。請求項16に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終基本点火時期算出手段は、目標燃焼形態における基本点火時期とベース燃焼形態における基本点火時期とをリーン比率を用いて直線補間することにより最終基本点火時期を算出する。

0076

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終基本点火時期は、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態における基本点火時期と均一リーン燃焼形態における基本点火時期とをリーン比率を用いて直線補間することにより算出される。

0077

請求項22に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終基本点火時期算出手段は、目標燃焼形態における基本点火時期とベース燃焼形態における基本点火時期とをリッチ比率を用いて直線補間することにより最終基本点火時期を算出する。

0078

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終基本点火時期は、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態における基本点火時期と均一リッチ燃焼形態における基本点火時期とをリッチ比率を用いて直線補間することにより最終基本点火時期を算出する。

0079

請求項28に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終基本点火時期算出手段は、目標燃焼形態における基本点火時期とベース燃焼形態における基本点火時期とをEGR比率を用いて直線補間することにより最終基本点火時期を算出する。

0080

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終基本点火時期は、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態における基本点火時期と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態における基本点火時期とをEGR比率を用いて直線補間することにより最終基本点火時期を算出する。

0081

請求項34に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、最終基本点火時期算出手段は、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側であるときは燃焼形態が成層燃焼形態であるときの基本点火時期を最終基本点火時期とする。また、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときは燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの基本点火時期を最終基本点火時期とする。

0082

これによれば、成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態における最終基本点火時期は、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側であるときは燃焼形態が成層燃焼形態であるときの基本点火時期が最終基本点火時期とされ、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときは燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるときの基本点火時期が最終基本点火時期とされる。

0083

請求項17、23、29、35に記載の発明は、中間燃焼形態終了判定手段が燃焼形態が中間燃焼形態の終了により目標燃焼形態に完全に移行したか否かの判定を行うことを特徴とする。請求項17に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、中間燃焼終了判定手段は、リーン比率が予め設定されている基準領域内のときは中間燃焼形態の続行中と判定し、基準領域外のときは中間燃焼形態の終了と判定する。

0084

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態が終了したか否かは、リーン比率が予め設定されている基準領域内にあるか否かにより判定され、基準領域内のときは続行中と判定され、基準領域外のときは終了と判定される。

0085

請求項23に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、中間燃焼終了判定手段は、リッチ比率が予め設定されている基準領域内のときは中間燃焼形態の続行中と判定し、基準領域外のときは中間燃焼形態の終了と判定する。

0086

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一リッチ燃焼形態との間の中間燃焼形態が終了したか否かは、リッチ比率が予め設定されている基準領域内にあるか否かにより判定され、基準領域内のときは続行中と判定され、基準領域外のときは終了と判定される。

0087

請求項29に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、中間燃焼終了判定手段は、EGR比率が予め設定されている基準領域内のときは中間燃焼形態の続行中と判定し、基準領域外のときは中間燃焼形態の終了と判定する。

0088

これによれば、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態と均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態との間の中間燃焼形態が終了したか否かは、EGR比率が予め設定されている基準領域内にあるか否かにより判定され、基準領域内のときは続行中と判定され、基準領域外のときは終了と判定される。

0089

請求項35に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態である場合、中間燃焼終了判定手段は、目標燃焼形態が成層燃焼形態でベース燃焼形態が均一リーン燃焼形態であるとき、成層比率が予め設定されている基準領域内の場合は中間燃焼形態の続行中と判定し、基準領域以外の場合は中間燃焼形態の終了と判定する。

0090

また、目標燃焼形態が均一リーン燃焼形態でベース燃焼形態が成層燃焼形態であるとき、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側である場合には中間燃焼形態の続行中と判定し、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側である場合には中間燃焼形態の終了と判定する。

0091

これによれば、成層燃焼形態と均一リーン燃焼形態との間の中間燃焼形態が終了したか否かは、目標燃焼形態が成層燃焼形態でベース燃焼形態が均一リーン燃焼形態である場合は、成層比率が予め設定されている基準領域内にあるか否かにより判定され、基準領域内のときは続行中と判定され、基準領域外のときは終了と判定される。

0092

また、目標燃焼形態が均一リーン燃焼形態でベース燃焼形態が成層燃焼形態である場合は、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリーン側であるときは中間燃焼形態の続行中と判定され、仮目標空燃比が成層燃焼リッチ限界空燃比よりもリッチ側であるときは中間燃焼形態の終了と判定される。

0093

請求項36に記載の発明は、燃焼形態実施手段により実現される燃焼形態が中間燃焼形態である場合、最終基本燃料噴射量算出手段は、空気有効成分分圧推定値又は空気有効成分分圧予測値のいずれか一方と中間燃焼形態における最終目標空燃比とに基づいて最終基本燃料噴射量を算出する。これによれば、中間燃焼形態における最終基本燃料噴射量は、空気有効成分分圧と中間燃焼形態における最終目標空燃比とに基づいて算出される。

0094

請求項37に記載の発明は、エンジン運転領域が中・低負荷運転領域内にある場合には空気有効成分分圧に空気有効成分分圧予測値が用いられ、高負荷運転領域にある場合には空気有効成分分圧推定値が用いられる。

0095

これによれば、高負荷運転領域においては絶対的な精度が高い空気有効成分分圧推定値を用い、中・低負荷運転領域においては吸入空気量の過渡的な変化における精度が高い空気有効成分分圧予測値を用いる。したがって、運転領域に応じて精度の良い空気有効成分分圧を使用することができ、これに基づき算出される各制御値の精度をより高いものとすることができる。

0096

請求項38に記載の発明は、エンジン運転領域が中・低負荷運転領域内にある場合にはEGRガス有効成分分圧にEGRガス有効成分分圧予測値が用いられ、高負荷運転領域にある場合にはEGRガス有効成分分圧推定値が用いられる。これによれば、高負荷運転領域においてはEGRガス有効成分分圧推定値が用いられ、中・低負荷運転領域においてはEGRガス有効成分分圧予測値が用いられる。

発明を実施するための最良の形態

0097

以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて詳細に説明する。

0098

図1は、本発明にかかるエンジン制御装置が適用されるエンジンの全体構成説明図である。本実施の形態におけるエンジン1は、自動車用エンジン、例えば水平対向型エンジンであり、シリンダ内に直接燃料を噴射する筒内噴射式エンジンである。

0099

図示したように、エンジン1には吸気通路2及び排気通路3が各々連通されている。吸気通路2の上流端は、吸気チャンバ4を介して図示していない車体前方に開口しており、下流端サージタンク5から分岐した吸気管6によりエンジン1に接続され、吸気ポート7を介して各燃焼室8と連通している。

0100

吸気通路2の上流側位置には、空気中の塵埃を除去するエアクリーナ12が設けられ、その下流側位置には吸気通路2内を通過してエンジンに吸入される吸入空気量Qを制御するスロットルバルブ14が設けられている。スロットルバルブ14は、後述する電子制御ユニットからの制御信号に基づいてバルブ開度を変化させるスロットルアクチュエータ15と連結されており、電子制御スロットル(以下、単にETCという)16を構成している。

0101

一方、排気通路3の上流側には各排気ポート10を介して各燃焼室8に連通する排気管11が設けられており、排気通路3の下流側には車体後部に取付けられるマフラ9が接続されている。また、排気管11とマフラ9との間には排気ガスの浄化を行う、例えばNOx吸蔵触媒22が介装されている。

0102

そして、排気管11と吸気管6の集合部との間を連通するEGR通路24は、吸気管6及び排気管11よりも小径流路面積をもって形成されており、このEGR通路24の途中にはステッピングモータ駆動源として開閉制御され、EGR通路24の流路面積を変化させるEGRバルブ25が取付けられている。

0103

また、シリンダヘッド26には、燃焼室8内に臨んで点火プラグ28とインジェクタ19が設けられている。点火プラグ28は、イグナイタ27及びイグニッションコイル29を介して給電された高電圧によって、燃焼室8内の混合気に所定の点火時期にて強制着火する。インジェクタ19は、燃料噴射方向ピストンに向けて設けられており、燃料ポンプ20から燃料配管21を介して圧送供給された燃料を微粒化して燃焼室内に直接噴射する。

0104

なお、図中、30はエンジンのクランク軸が所定のクランク軸角度をなす毎にパルス信号を出力するクランク角センサ、31はエンジンの冷却水温を検出する水温センサ、32は図示しないアクセルペダルの踏込量に応じた電圧信号を出力するアクセル開度センサを示す。

0105

また、33は吸気管6内に生じた圧力に応じた電圧信号を出力する吸気管圧力センサ、34は吸気管6内のガス温度に応じた電圧信号を出力する吸気管温度センサ、35はNOx吸蔵触媒22の上流側における排気ガス中の空燃比を電圧信号に変換して出力する空燃比センサ、36はスロットルバルブ14を通過する空気流量を計測する吸入空気量センサを示す。

0106

また、37は車両の走行速度を検出する車速センサ、38はマスターバッグ(図示せず)の内圧を検出するマスターバッグ内圧センサを示す。その他、本図に示された部材のうち本願発明の機能と直接関連を有しないものについてはその説明を省略する。

0107

そして、上記各センサからの検出信号は電子制御ユニット(以下、単にECUという)40に入力され、ECU40からは各部材への駆動制御信号が出力される。図2は、ECU40の概略構成説明図である。ECU40は、図示したように、各センサからの信号を入力する入力インタフェース40a、各部材への駆動制御信号を出力する出力インタフェース40b、主演算装置としてのCPU40c、各部材を制御する制御プログラムや予め設定された固定データを記憶するROM40d、各センサからの検出信号等を格納するRAM40e、さらに学習データ等を格納するバックアップRAM40f、タイマ40g等をバスライン40hで相互に接続してなるマイクロコンピュータシステムとして構成されている。

0108

図3は、図2のECU40がその内部にてエンジン制御に関して実現する各機能を示したものであり、エンジン運転状態を検出するための上記各センサが接続されるとともに、エンジン制御のための各種アクチュエータ類が接続されている。

0109

ECU40にはエンジン運転状態検出手段としてクランク角センサ30、水温センサ31、アクセル開度センサ32、吸気管圧力センサ33、吸気管温度センサ34、空燃比センサ35、吸入空気量センサ36、車速センサ37、マスターバッグ内圧センサ38の各入力信号路が接続されており、また、イグナイタ27、インジェクタ19、ETC16、EGRバルブ25への出力信号路が接続されている。

0110

ECU40の内部には、各センサ類からの信号を処理してエンジン運転状態を検出する各種パラメータを算出する機能として、エンジン回転数算出部43、冷却水温算出部44、アクセル開度算出部45、マニホールド全圧算出部46、吸入管内ガス温度算出部47、空燃比算出部48、スロットル通過空気流量算出部49、マスターバッグ内圧算出部42、車速算出部41を備えている。

0111

エンジン回転数算出部43ではクランク角センサ30からの出力パルス信号に基づいてエンジン回転数Neが算出され、アクセル開度算出部45では、アクセル開度センサ32の出力電圧値に基づいてアクセルペダル(図示せず)の踏込量(アクセル操作量)Sが算出され、マニホールド全圧算出部46では、吸気管圧力センサ33の出力電圧値に基づいて吸気管圧力であるマニホールド全圧Pmが算出される。

0112

吸入管内ガス温度算出部47では、吸気管温度センサ34の出力電圧値に基づいて吸気管内のガス温度である吸気管内ガス温度Tmが算出され、空燃比算出部48では空燃比センサ35の出力電圧値に基づいて空燃比λが算出される。スロットル通過空気流量算出部49では、吸入空気量センサ36の出力電圧値に基づいてスロットルバルブ14を通過するスロットル通過空気流量計測値Qaveが算出される。

0113

車速算出部41では、車速センサ37の検出値に基づいて車両走行速度Vが算出される。また、マスターバッグ内圧算出部42では、マスターバッグ内圧センサ38によって、ブレーキ倍力装置に用いられているマスターバッグ(図示せず)内の負圧力が算出される。

0114

また、ECU40内部には、上述の各センサにより検出したデータに基づいてエンジン1の制御を行う機能を有するメイン制御部50と、メイン制御部50からの出力データに基づいて算出した燃料噴射時期及び燃料噴射量に応じた噴射パルス信号をインジェクタ19に出力する燃料噴射制御を行う噴射制御部70と、後述する予測トルクに基づいて点火時期を算出し、これに応じた点火信号を発生させイグナイタ27に出力する点火時期制御を行う点火制御部75が設けられている。

0115

次に、メイン制御部50が有する制御機能について詳細に説明する。図4は、メイン制御部50が有する燃焼形態の選択制御機能を説明するためのブロック図、図5は、エンジン1により実現される燃焼形態を図式化して示した説明図である。メイン制御部50はその内部機能として図4に示したように、最終目標燃焼形態設定手段51、中間目標燃焼形態設定手段52、中間燃焼形態終了判定手段53、現状燃焼形態把握手段55を備えている。

0116

最終目標燃焼形態設定手段51は、エンジン運転状態やドライバの要求トルク等の種々の条件により複数の定常的な燃焼形態の内から最も最適なものを選択し、最終目標燃焼形態として設定する。最終目標燃焼形態設定手段51には、エンジン回転数Ne、冷却水温度Tw、始動後時間Tas、マスターバッグ内圧回復要求信号Cm、リッチ運転要求信号Cr、及び目標トルクTeiが入力され、最終目標燃焼形態は中間目標燃焼形態設定手段52に出力される。

0117

ここで、定常的な燃焼形態とは、空燃比が略一定である燃焼形態(以下、単に「定常燃焼形態」という)であり、図5に示したように、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSN、均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態KSE、均一リーン燃焼形態KL、成層燃焼形態SL、均一リッチ燃焼形態KRの5つの定常燃焼形態の5種類が設定されている。

0118

均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNは、燃焼室8内に均一に分布形成された理論空燃比の混合気に点火を行うことにより燃焼させる燃焼形態をいい、この混合気にEGRガスを含有させたのが均一ストイキオ(EGRガス有り)燃焼形態KSEである。均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態は、主として中・高負荷運転領域において実現される燃焼形態であり、エンジン冷間始動時においても用いられる。

0119

また、均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態KSEは、主として、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNよりも低負荷の運転領域において実現される燃焼形態であり、EGRガスを混合気内混入することによって比熱比の低減等を図ることができ、燃費向上を図ることができる。

0120

均一リーン燃焼形態KLは、燃焼室8内に均一に分布形成された均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNよりもリーン側の空燃比を有する混合気に点火を行うことによりリーン燃焼させる燃焼形態をいう。この燃焼形態は、主として低負荷運転領域において実現される燃焼形態であり、希薄燃焼によって均一ストイキオ燃焼形態よりも燃費の向上を図ることができる。

0121

均一リッチ燃焼形態KRは、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNよりもリッチ側の空燃比を有する混合気に点火を行うことにより燃焼させる燃焼形態をいう。この燃焼形態は、主としてNOx吸蔵触媒に吸蔵したNOxを浄化する際に実現される燃焼形態であり、これにより、排気ガス中にCOやHC等を余分に発生させ吸蔵したNOxを還元することができる。

0122

成層燃焼形態SLは、圧縮行程時の点火直前に燃焼室8内に局所的に濃く、しかし燃焼室8内全体では均一リーン燃焼形態よりもリーン側の空燃比を有するように形成された成層混合気に点火を行うことにより成層燃焼させる燃焼形態をいう。この燃焼形態は、主として極低負荷運転領域において実現される燃焼形態であり、極希薄燃焼させることにより均一リーン燃焼形態KLよりも更に燃費向上を図ることができる。

0123

そして、図4に示したように、最終目標燃焼形態設定手段51に入力され、これらの定常燃焼形態を選択するための判断基準となる目標トルクTeiは、エンジンに要求される出力トルクであり、後述する目標トルク算出手段にてアクセルペダルの踏込量とエンジン回転数Neとに基づいてデータマップを参照することによって算出される。

0124

マスターバッグ内圧回復要求信号Cmは、ブレーキ倍力装置のマスターバッグ内の負圧力が所定値以下の場合にECU40内にて出力される信号で、この信号を入力した場合に、最終目標燃焼形態51はマスターバッグ内の負圧力を回復することができる燃焼形態を最終目標燃焼形態として設定する。

0125

リッチ運転要求信号Crは、NOx吸蔵触媒22によるNOxの吸蔵量が所定値を超えた場合にECU40内にて出力される信号で、例えば、リーン運転(均一リーン燃焼形態若しくは成層燃焼形態による燃焼)を行った積算時間とエンジン運転状態とにより求められる。この信号を入力した場合には、NOxを浄化するための燃焼形態が最終目標燃焼形態として選択される。

0126

中間目標燃焼形態設定手段52は、現状燃焼形態と最終目標燃焼形態に基づいてECU40のROM40d内に予めストアされている中間目標燃焼形態指示テーブルを参照することにより現状燃焼形態と最終目標燃焼形態との間の中継点的な目標とする定常燃焼形態を選択し、中間目標燃焼形態として設定する。

0127

以下に示す表1〜3は、中間目標燃焼形態指示テーブルを表にして示したものである。中間目標燃焼形態設定手段52は、現状燃焼形態と最終目標燃焼形態とに基づいてこれを参照することにより、第1中間目標燃焼形態と第2中間目標燃焼形態とを設定する。

0128

0129

0130

ID=000005HE=110 WI=137 LX=0365 LY=0300
現状燃焼形態把握手段55は、第1現状燃焼形態把握手段56、中間目標燃焼形態更新手段54、第2現状燃焼形態把握手段57により構成されている。第1現状燃焼形態把握手段56は、中間目標燃焼形態設定手段52により第1中間目標燃焼形態及び第2中間目標燃焼形態を設定した際に、現状燃焼形態の把握を行う。

0131

そして、現状燃焼形態が定常燃焼形態であるときは、現状燃焼形態と第1中間目標燃焼形態との比較を行い、現状燃焼形態と第1中間目標燃焼形態が異なる燃焼形態であるときは、現状燃焼形態と第1中間目標燃焼形態との間の中間的な燃焼形態である中間燃焼形態を現状燃焼形態として把握する。

0132

また、現状燃焼形態と第1中間目標燃焼形態が同一の燃焼形態であるときは、第1中間目標燃焼形態である定常燃焼形態を現状燃焼形態として把握する。これにより、現状燃焼形態が中間燃焼形態であると把握されている場合は燃焼形態の変更制御中であると判断され、現状燃焼形態が定常燃焼形態であると把握されている場合は、その定常燃焼形態を維持したエンジン制御中であると判断される。尚、中間燃焼形態とは、現状燃焼形態と第1中間目標燃焼形態の間の中間的な燃焼形態で空燃比若しくはEGR量が時間と共に漸次遷移する燃焼形態をいう。

0133

中間燃焼形態終了判定手段53は、現状燃焼形態と第1中間目標燃焼形態との間の中間燃焼形態の実現の続行か終了かの判定を行う。この判定により、燃焼形態が第1中間目標燃焼形態と同一の燃焼形態となったか否かを判断することができる。ここで、終了判定は、後述する中間燃焼比率RATIOに基づいて行われる。

0134

中間目標燃焼形態更新手段54は、中間燃焼形態終了判定手段53より中間燃焼形態の終了判定が入力された際に、第1中間目標燃焼形態と第2中間目標燃焼形態の更新を行う。これにより、更新前の第2中間目標燃焼形態が新たな第1中間目標燃焼形態とされ、更新前の最終目標燃焼形態が新たな第2中間目標燃焼形態とされる。尚、最終目標燃焼形態は、最終目標燃焼形態設定手段51により現在と異なる新たな最終目標燃焼形態が設定されるまで当初に設定された最終目標燃焼形態が維持される。

0135

第2現状燃焼形態把握手段57は、中間目標燃焼形態更新手段54により第1中間目標燃焼形態及び第2中間目標燃焼形態を更新したときに、更新前の第1中間目標燃焼形態と更新した後の第1中間目標燃焼形態との比較を行う。そして、両者の燃焼形態が一致する場合は更新後の第1中間目標燃焼形態である定常燃焼形態を現状燃焼形態として把握する。

0136

また、更新前の第1中間目標燃焼形態と更新後の第1中間目標燃焼形態とが異なる燃焼形態である場合は、更新前の第1中間目標燃焼形態と更新後の第1中間目標燃焼形態の間の中間燃焼形態を現状燃焼形態として把握する。

0137

これにより、現状燃焼形態が中間燃焼形態であると把握されている場合は、燃焼形態を第1中間目標燃焼形態に変更する制御が行われる。また、現状燃焼形態が定常燃焼形態であると把握されている場合は、現状の燃焼形態を維持する制御が行われる。

0138

次に、第1中間目標燃焼形態により目標トルクTeiを実現するための吸気・EGR制御機能について説明する。図6は、ETC16とEGRバルブ25の制御値の算出機能と、中間燃焼比率RATIOの算出機能を説明するためのブロック図である。これらの機能は、図示したように、目標トルク設定手段61、第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62、第1中間目標燃焼形態制御目標値算出手段63、推定値算出手段64、フィードバック制御量算出手段65、予測値算出手段66、ETC開度指示値算出手段67、EGRバルブ開度指示値算出手段68、ベース燃焼形態初期設定値算出手段72、ベース燃焼形態制御目標値算出手段73、中間燃焼比率算出手段74により構成されている。

0139

目標トルク設定手段61は、エンジン回転数Neとアクセル開度Sをパラメータとするデータマップを備えており、このデータマップを補間計算付にて参照することにより目標トルクTeiを設定する。目標トルクTeiは、運転者がエンジンに要求する出力トルクとして認識され、ここで設定された目標トルクTeiを第1目標燃焼形態にて出力するように吸気・EGR制御がなされる。

0140

第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62は、第1中間目標燃焼形態における基本燃料噴射量、基本EGR量、基本目標空燃比の初期設定値である第1中間目標燃焼形態燃料噴射量初期設定値Gfi、第1中間目標燃焼形態EGR量初期設定値(EGR率)EGRi、第1中間目標燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFiを算出する。

0141

ECU40のROM40d内には、基本燃料噴射量の初期設定値を算出するための基本燃料噴射量初期設定値算出用データマップ、基本EGR量の初期設定値を算出するための基本EGR量初期設定値算出用データマップ、基本目標空燃比の初期設定値を算出するための基本目標空燃比初期設定値算出用データマップが各燃焼形態毎に予めストアされている。

0142

これらのデータマップの中から第1中間目標燃焼形態として設定されている燃焼形態の初期設定値データマップを目標トルクTeiとエンジン回転数Neをパラメータとしてそれぞれ補間計算付にて参照することにより、第1中間目標燃焼形態燃料噴射量初期設定値Gfi、第1中間目標燃焼形態EGR量初期設定値(EGR率)EGRi、第1中間目標燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFiが算出される。

0143

ここで、算出される上記各初期設定値は、エンジン1が第1中間目標燃焼形態において目標トルクTeiを実現する際に要求される燃料噴射量、EGR量、目標空燃比となる。

0144

第1中間目標燃焼形態制御目標値算出手段63は、第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62にて算出された第1中間目標燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFi、第1中間目標燃焼形態燃料噴射量初期設定値Gfi、第1中間目標燃焼形態EGR量初期設定値(EGR率)EGRiを用いることにより、吸気管6内の圧力応答値に対する制御目標値を空気有効成分分圧とEGRガス有効成分分圧とに分けて算出し、それぞれ第1中間目標燃焼形態の制御目標値として設定する。

0145

ここで設定される第1中間目標燃焼形態空気有効成分分圧制御目標値Pmosiと第1中間目標燃焼形態EGRガス有効成分分圧制御目標値Pmeesiは、エンジンが第1中間目標燃焼形態において目標トルクTeiを実現する際に要求される吸気管6内の圧力応答値の空気有効成分分圧とEGRガス有効成分分圧である。

0146

推定値算出手段64は、マニホールド全圧Pm、吸気温度Tm、吸入空気量Qaveに基づいて吸気管6内の実際の圧力応答値である空気有効成分分圧とEGRガス有効成分分圧を算出し、それぞれ有効成分分圧推定値として設定する。ここで設定される空気有効成分分圧推定値PmoとEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeは、吸入空気量センサ等のセンサ値に基づいて算出される値である。

0147

フィードバック制御量算出手段65は、EGRガス有効成分分圧推定値PmeeとEGRガス有効成分分圧制御目標値Pmeesiとの偏差をフィードバックすることにより、EGRバルブ25を通過させるEGR量であるEGRバルブ通過ガス流量設定値Qeを算出する。また、EGRバルブ通過ガス流量設定値Qeに含まれる空気有効成分Qea、及び、空気有効成分分圧推定値Pmoと空気有効成分分圧制御目標値Pmosiとの偏差をフィードバックすることにより、スロットルバルブ14を通過させる通過空気流量であるスロットルバルブ通過空気流量設定値Qaを算出する。

0148

ここで、有効成分、過不足成分について説明する。まず、有効成分とは、目標値(初期設定値)に呼応するための成分を示し、EGRガス有効成分は、制御空燃比当量(理論空燃比)であれば、EGRガス中の非空気成分である不活性成分(理論空燃比での既燃ガスに相当する成分;H2O 、CO2 、N2等からなる)と同じ値である。しかし、制御空燃比がリーンの場合には、当量比分の空気を含み、EGRガス中の空気成分に不活性成分を加えた値となる。

0149

また、過不足分とは、有効分に対する過不足分を示し、定常状態では目標当量比排気当量比とが同じであるため、過不足は生じないが、過渡的にはこれから制御しようとする目標当量比と現在還流されてくるEGRガスの排気当量比とが一致しないことが多く、目標当量比>排気当量比の場合には、還流されてくるEGRガス中に過剰空気を生じる。従って、この過剰・不足空気分をスロットルバルブ・EGRバルブの制御により目標状態に制御するのである。

0150

図7は、本発明で採用する吸気系モデルを示したものである。図示したように、エンジン1の吸気管6の上流に設けられたスロットルバルブ14を通過する新気分の流量(スロットル通過空気流量)Qaと、排気管11から吸気管6へのEGR通路24に介装されたEGRバルブ25を通過するEGRガス流量(EGRバルブ通過ガス流量)Qeとが吸気管6内に供給され、エンジン1のシリンダに流入している(シリンダ流入ガス量Qs)とする吸気系モデルであり、スロットル通過空気流量QaとEGRバルブ通過ガス流量Qeとによって吸気管容積充填する分の空気量を見込むことにより、アクセル操作量とエンジン回転数Neから設定した目標トルクTeiを実現することができる。

0151

吸気管6内の空気有効成分は、スロットルバルブ14を通過する新気分の空気有効成分と、EGRバルブ25を通過するEGRガス中の空気過不足成分との和から、シリンダ内へ流入する空気有効成分を除いたものであり、スロットル通過空気流量Qa、EGRガス中の空気過不足成分のEGRバルブ通過流量Qea、吸気管6a内の空気有効成分のシリンダ流入流量Qso、吸気管容積Vm、吸気管内ガス温度Tm、空気有効成分の気体定数Raを用いて気体状態方程式を適用すると、吸気管6内の空気有効成分分圧Pmoの時間変化量dPmo/dtは、以下の(1) 式にて表すことができる。

0152

dPmo/dt=(Qa+Qea-Qso)・Ra・Tm/Vm ……(1)
また、吸気管6内のEGRガス有効成分は、EGRバルブ25を通過するEGRガス有効成分からシリンダ内へ流入するEGRガス有効成分を除いたものであり、同様に、吸気管6内のEGRガス有効成分分圧の時間変化量dPmee/dtは、EGRガス有効成分のEGRバルブ通過流量Qee、EGRガス有効成分のシリンダ流入流量Qsee、EGRガス有効成分の気体定数Reにより、以下の(2) 式で表すことができる。

0153

dPmee/dt=(Qee-Qsee)・Re・Tm/Vm ……(2)
上記(1)式におけるEGRガスの空気過不足成分のEGRバルブ通過流量Qea、上記(2)式におけるEGRガス有効成分のEGRバルブ通過流量Qeeは、EGRバルブ通過ガス流量Qeに、EGRバルブ25入口におけるEGRガスの当量比FAIと目標当量比FAIIとの比を適用することにより、それぞれ、以下の(3)、(4)式のように表すことができる。

0154

Qea=(1-FAI/FAII)・Qe ……(3)
Qee=(FAI/FAII)・Qe ……(4)
また、上記(1)式における空気有効成分のシリンダ流入流量Qso、上記(2)式におけるEGRガス有効成分のシリンダ流入流量Qseeは、それぞれ、1気筒当たりのストローク容積Vs、体積効率ηv、エンジンの気筒数Lを用いて、以下の(5)、(6)式で表すことができる。

0155

Qso=((Pmo・Vs)/(Ra・Tm))・ ηv・(Ne・L/120) ……(5)
Qsee=((Pmee・Vs)/(Re・Tm))・ ηv・(Ne・L/120) ……(6)
したがって、上記(1)、(2)式に上記(3)〜(6)式を適用して式中の一部を以下の(7)〜(9)式で示す係数a、ba、beで置き換え、上記(1)、(2)式をマトリックス形式記述すると、以下の(10)式で示すことができる。

0156

a=(Vs/Vm)・ηv・(Ne・L/120) ……(7)
ba=Ra・Tm/Vm ……(8)
be=Re・Tm/Vm ……(9)

0157

ID=000006HE=010 WI=096 LX=0570 LY=2100
フィードバック制御量算出手段65は、以上の吸気系モデルを用いることにより、吸気管6内の空気有効成分分圧推定値Pmo及びEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeの時間変化量に基づいて、スロットル通過空気流量QaとEGRバルブ通過ガス流量Qeとを算出する。

0158

図6に示した予測値算出手段66は、理論的計算値に基づいて吸気管6内の実際の圧力応答値である空気有効成分分圧値とEGRガス有効成分分圧値を算出し、それぞれの有効成分分圧予測値として設定する。ここで設定される空気有効成分分圧予測値PmosとEGRガス有効成分分圧予測値Pmeesは、ETC16及びEGRバルブ25の制御値から予測されるスロットル通過空気流量とEGRバルブ通過ガス流量に基づいて算出される値である。空気有効成分分圧予測値PmosとEGRガス有効成分分圧予測値Pmeesは、フィードバック制御量算出手段65にてスロットル通過空気流量QaとEGRバルブ通過ガス流量Qeの補正値として用いられ、また、後述する予測トルクTesの算出や燃焼形態を実現する基本燃料噴射量Gfssの算出にも用いられる。

0159

ETC開度指示値算出手段67は、吸気管6のマニホールド全圧Pmとスロットル通過空気流量Qaとに基づいてETC16の制御量であるETC開度指示値Saを算出する。EGRバルブ開度指示値算出手段68は、マニホールド全圧PmとEGRバルブ通過ガス流量Qeとに基づいてEGRバルブ25の制御量であるEGRバルブ開度指示値Seを算出する。これらETC開度指示値SaとEGRバルブ開度指示値Seを受けたETC16及びEGRバルブ25は、所定の開度位置に制御され、吸気通路2及びEGR通路24内を所定の開口面積に調整する。

0160

ベース燃焼形態初期設定値算出手段72は、第1中間目標燃焼形態に向かう中間燃焼形態を実現する前の定常燃焼形態(以下、単に「ベース燃焼形態」という)における基本燃料噴射量、基本EGR量、基本目標空燃比の初期設定値であるベース燃焼形態燃料噴射量初期設定値Gfib、ベース燃焼形態EGR量初期設定値(EGR率)EGRib、ベース燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFibを算出する。

0161

これらの初期設定値は、ベース燃焼形態として設定されている定常燃焼形態の基本燃料噴射量初期設定値算出用データマップ、基本EGR量初期設定値算出用データマップ、基本目標空燃比初期設定値算出用データマップを目標トルクTeiとエンジン回転数Neをパラメータとしてそれぞれ補間計算付にて参照することにより算出される。

0162

ここで、算出されるベース燃焼形態燃料噴射量初期設定値Gfib、ベース燃焼形態EGR量初期設定値(EGR率)EGRib、ベース燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFibは、ベース燃焼形態においてエンジン1が目標トルクTeiを出力するために要求する値である。

0163

ベース燃焼形態制御目標値算出手段73は、ベース燃焼形態初期設定値算出手段72にて算出されたベース燃焼形態燃料噴射量初期設定値Gfib、ベース燃焼形態EGR量初期設定値(EGR率)EGRib、ベース燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFibを用いることにより、吸気管6内の圧力応答目標値を空気有効成分分圧とEGRガス有効成分分圧とに分けて算出し、それぞれベース燃焼形態の制御目標値として設定する。

0164

ここで設定されるベース燃焼形態空気有効成分分圧制御目標値Pmosibとベース燃焼形態EGRガス有効成分分圧制御目標値Pmeesibは、エンジン1がベース燃焼形態において目標トルクTeiを実現する際に要求される空気有効成分分圧とEGRガス有効成分分圧である。

0165

中間燃焼比率算出手段74は、中間燃焼比率RATIOを算出する。中間燃焼比率RATIOとは、現状の燃焼室内の状態が変更前の定常燃焼形態から変更後の中間燃焼形態へ移行する間のどの中間燃焼形態を実現できるかを示す比率であり、中間燃焼形態の目標燃焼形態への移行度合を0〜1の値により示すものである。上記各定常燃焼形態間の燃焼形態の移行度合として、成層比率SRATIO、リーン比率LRATIO、EGR比率ERATIO、リッチ比率RRATIOが算出される。

0166

成層比率SRATIOは、成層燃焼形態SLと均一リーン燃焼形態KLとの間の中間燃焼形態を実現する際に求められ、リーン比率LRATIOは、均一リーン燃焼形態KLと均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNとの間の中間燃焼形態を実現する際に求められる。

0167

また、EGR比率ERATIOは、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNと均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態KSEとの間の中間燃焼形態を実現する際に求められ、リッチ比率RRATIOは、均一リッチ燃焼形態KRと均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNとの間の中間燃焼形態を実現する際に求められる。

0168

次に、現状燃焼形態にて目標トルクTeiを実現するための燃料噴射量の算出機能について説明する。図8図9は、燃焼室8内の目標空燃比である最終目標空燃比及び最終的にインジェクタから噴射する燃料量である最終基本燃料噴射量を算出する機能を説明するためのブロック図である。

0169

図8は、通常の燃焼形態(定常燃焼形態若しくは中間燃焼形態)における最終目標空燃比と最終基本燃料噴射量の算出機能を説明するブロック図であり、図9は、均一リーン燃焼形態と成層燃焼形態と間の中間燃焼形態のみにおける最終目標空燃比と最終基本燃料噴射量の算出機能を説明するブロック図である。

0170

まず最初に、通常の燃焼形態における場合について説明すると、図8に示したように、これらの機能は、最終目標空燃比算出手段81と最終基本燃料噴射量算出手段82とにより構成されている。

0171

最終目標空燃比算出手段81は、第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62による第1中間目標燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFi、ベース燃焼形態初期設定値算出手段72によるベース目標空燃比初期設定値ABFib、中間燃焼比率算出手段74による中間燃焼比率RATIOに基づいて、最終目標空燃比ABFifを算出する。これにより、通常の燃焼形態にて目標トルクTeiを実現するための燃焼室8内の空燃比を算出する。

0172

最終基本燃料噴射量算出手段82は、最終目標空燃比算出手段81による最終目標空燃比ABFifと燃焼室8内に実際に吸入される吸入空気量GOSを用いて、インジェクタ19から実際に噴射する燃料噴射量である最終基本燃料噴射量Gfssを算出する。

0173

次に、均一リーン燃焼形態KLと成層燃焼形態SL間の中間燃焼形態の場合について説明すると、図9に示したように、図8の構成に仮目標空燃比算出手段83、中間燃焼時均一成層切り替え手段84が追加され構成されている。

0174

仮目標空燃比算出手段83は、現状燃焼形態把握手段55により現状燃焼形態が均一リーン燃焼形態と成層燃焼形態間の中間燃焼形態であるとの判断を入力した場合に、中間燃焼比率算出手段74により算出した成層比率SRATIO、第1中間目標燃焼形態の初期設定値算出手段62により算出した第1中間目標燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFi、ベース燃焼形態初期設定値算出手段72により算出したベース燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFibを用いて燃焼室8内の仮想上の目標空燃比である仮目標空燃比ABFifiを算出する。

0175

中間燃焼時均一成層切り替え手段84は、均一リーン燃焼形態と成層燃焼形態間の中間燃焼形態を成層燃焼運転又は均一燃焼運転のいずれにより行うかを選択し設定する。

0176

これは、仮目標空燃比ABFifiが所定の限界値よりもリッチ側にある場合には、成層燃焼形態によるエンジン運転、すなわち成層燃焼運転を行うことが困難であるため、燃焼形態を強制的に均一リーン燃焼形態に切り換えて均一燃焼運転により行う必要があるからである。

0177

ここで、成層燃焼形態のリッチ側の限界値である成層燃焼リッチ限界空燃比ABFrsの算出は、中間燃焼時均一成層切り替え手段84により、ECU40のROM40d内に予め設定されている成層燃焼リッチ限界空燃比算出用データ格子をエンジン回転数Neに基づいて補間計算付にて参照することにより行われる。

0178

最終目標空燃比算出手段81は、燃焼形態が均一リーン燃焼形態KLと成層燃焼形態SLと間の中間燃焼形態であるときは、中間燃焼時均一成層切り替え手段からの指示に応じて最終目標空燃比ABFifを算出する。

0179

次に、基本燃料噴射時期の算出機能について説明する。燃料噴射時期の算出は、図3に示したように、ECU40の燃料噴射制御部70内に構成された噴射時期算出手段71によって行われる。図10は、噴射時期算出手段71が有する機能を説明するブロック図である。燃料噴射時期の算出機能は、図示したように、予測トルク算出手段91、第1中間目標燃焼形態基本燃料噴射時期算出手段92、ベース燃焼形態基本燃料噴射時期算出手段93、最終基本燃料噴射時期算出手段94により構成されている。

0180

予測トルク算出手段91は、目標トルクTeiに対して実際に実現される出力トルクを予測した値である予測トルクTesを算出する。燃料噴射時期は、目標トルクTeiに対してではなく、予測トルクTesに応じた燃料噴射時期に制御される。これにより、燃料噴射時期のズレによる不具合を防止することができる。

0181

予測トルク算出手段91は、図示したように、目標トルク設定手段61、推定値算出手段64、予測値算出手段66、第1中間目標燃焼形態制御目標値算出手段63、ベース燃焼形態制御目標値算出手段73、中間目標燃焼形態設定手段52、現状燃焼形態把握手段55、中間燃焼比率算出手段74と接続されており、目標トルクTei、空気有効成分分圧推定値Pmo、空気有効成分分圧予測値Pmos、空気有効成分分圧制御目標値Pmosi、ベース空気有効成分分圧制御目標値Pmosib、中間燃焼比率RATIO等のデータに基づいて、予測トルクTesを算出する。

0182

第1中間目標燃焼形態基本燃料噴射時期算出手段92は、第1中間目標燃焼形態における基本燃料噴射時期(以下、「第1中間目標燃焼形態基本燃料噴射時期」という)TJiを算出する。ベース燃焼形態基本燃料噴射時期算出手段93は、燃焼形態がベース燃焼形態における基本燃料噴射時期(以下、「ベース燃焼形態基本燃料噴射時期」という)TJbを算出する。

0183

ECU40のROM40d内には、予測トルクTesとエンジン回転数Neとをパラメータとする各定常燃焼形態毎の基本燃料噴射時期算出用データマップが予めストアされている。基本燃料噴射時期は、これを補間計算付にて参照することによりその燃焼形態における基本燃料噴射時期を算出する。このようにして算出された第1中間目標燃焼形態基本燃料噴射時期TJiとベース燃焼形態基本燃料噴射時期TJbは、最終基本燃料噴射時期算出手段94へ出力される。

0184

最終基本燃料噴射時期算出手段94は、ベース燃焼形態基本燃料噴射時期TJbと第1中間目標燃焼形態基本燃料噴射時期TJiとを中間燃焼比率RATIOで直線補間することにより、その現状燃焼形態における最終的な基本燃料噴射時期である最終基本燃料噴射時期TJを算出する。尚、中間燃焼時均一成層切り替え手段84からの切り替え指令が入力された場合は、ROM40d内に別途設けられている専用の最終基本燃料噴射時期算出用データマップを参照することにより算出される。

0185

また、燃料噴射制御部70は、図3に示したように、噴射時期算出手段71の他に、メイン制御部50により算出された最終基本燃料噴射量Gfssを噴射させるためのインジェクタ19の駆動時間を算出する噴射パルス時間算出手段72と、噴射パルス時間及び噴射時期に基づいて噴射パルスを発生させる噴射パルス発生手段73とを備えている。

0186

噴射パルス時間算出手段72は、図3に示したように、メイン制御部50で設定した最終基本燃料噴射量Gfssからインジェクタ19に対する操作量としての噴射パルス時間Toutを算出する。噴射パルス発生手段73は、噴射パルス時間Toutと最終基本燃料噴射時期TJとを用いて噴射パルス発生タイマを予め定めた特定のクランク角度でセットし、所定のタイミングで噴射パルスをインジェクタ10へ出力する。

0187

次に、点火時期の算出機能について説明する。点火時期の算出は、ECU40の点火時期制御部75内の点火時期設定手段76によって行われる。図11は、点火時期設定手段76が有する機能を説明するブロック図である。点火時期の算出機能は、図示したように、予測トルク算出手段91、第1中間目標燃焼形態基本点火時期算出手段95、ベース燃焼形態基本点火時期算出手段96、最終基本点火時期算出手段97により構成されている。

0188

第1中間目標燃焼形態基本点火時期算出手段95は、第1中間目標燃焼形態における基本点火時期(以下、「第1中間目標燃焼形態基本点火時期」という)IGiを算出する。ベース燃焼形態基本点火時期算出手段93は、燃焼形態がベース燃焼形態における基本点火時期(以下、「ベース燃焼形態基本点火時期」という)IGbを算出する。

0189

ECU40のROM40d内には、予測トルクTesとエンジン回転数Neとをパラメータとする各定常燃焼形態毎の基本点火時期算出用データマップが予めストアされており、これを補間計算付にて参照することによりその燃焼形態における予測トルクTesに応じた基本点火時期を算出する。このようにして算出された第1中間目標燃焼形態基本点火時期IGiとベース燃焼形態基本点火時期IGbは、最終基本点火時期算出手段97へ出力される。

0190

最終基本点火時期算出手段97は、ベース燃焼形態基本点火時期IGbと第1中間目標燃焼形態基本点火時期IGiとを中間燃焼比率RATIOで直線補間することにより、その現状燃焼形態における最終的な基本点火時期である最終基本点火時期TJを算出する。尚、中間燃焼時均一成層切り替え手段84からの切り替え指令が入力された場合は、ROM40d内に別途設けられている専用の最終基本点火時期算出用データマップを参照することによって最終点火時期を算出する。

0191

尚、点火時期制御部75は、図3に示したように、点火時期設定部76の他に点火時期に基づいて点火信号を発生させる点火信号発生部77を備えている。点火信号発生手段77は、点火時期IGを用いて予め定めた特定のクランク角度で点火パルス発生タイマをセットし、所定のタイミングで点火信号をイグナイタ27に出力し、イグニッションコイル29を介して点火プラグ28に放電を行わせる。

0192

次に、上記構成のエンジン装置により実施されるエンジン制御について、図12図20フローチャートに基づいて説明する。図12は、図示しないイグニッションスイッチがONされ、ECU40に電源が供給されてシステムリセットされたとき、割り込み実行される初期化ルーチンである。まず最初に、S1でCPU40cを初期設定すると、S2で制御データを初期設定し、S3で吸気管容積Vm、1気筒当たりのストローク容積Vs、エンジンの気筒数L、空気有効成分の気体定数Ra、EGRガス有効成分の気体定数Re等の吸気系定数を設定し、本ルーチンを抜ける(リターン)。

0193

図13は、図12の初期化ルーチンによりシステムイニシャライズした後に実行されるルーチンプログラムであり、状況に応じた燃焼形態の設定と、その燃焼形態による目標トルクTeiを実現する吸気・EGR量、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期の制御値の算出を行うプログラム全体の概要を示したフローチャートである。これらの制御値に基づいて各アクチュエータ類を制御することにより、状況に応じた燃焼形態を実現でき、該燃焼形態により目標トルクTeiを得るエンジン制御を行うことができる。

0194

本フローチャートによれば、まず最初にS10で各センサからの検出信号に基づいて、アクセル開度S、マニホールド全圧Pm、吸気管6内のガス温度Tm、スロットル通過空気流量計測値Qave、空燃比λ、エンジン回転数Ne、冷却水温Tw等のエンジン運転状態が算出される。

0195

そして、S20では目標トルクTeiが算出される。目標トルクTeiは、S10にて算出したアクセルペダルの踏込量Sとエンジン回転数Neを用いて目標トルク算出用データマップを補間計算付で参照することにより算出される。ここで算出される目標トルクTeiは、ドライバがエンジンに要求する出力としてとらえることができ、S30〜S50にて設定される燃焼形態をS60以降の制御により実現することにより、この目標トルクTeiを達成するための制御が行われる。

0196

S30では、最終目標燃焼形態設定手段51により運転領域とエンジン動作状態に応じた最終目標燃焼形態が設定される。最終目標燃焼形態は、前述の5種類の定常燃焼形態から最も適したものが選択され、設定される。

0197

図14は、最終目標燃焼形態の選択設定ルーチンを示したフローチャートである。S301では、S10及びS20で検出又は算出した冷却水温度Tw、始動後時間Tas、マスターバッグ内圧回復要求信号Cm、リッチ運転要求Cr、目標トルクTei、エンジン回転数Neを読み込む。

0198

次に、S302では、冷却水温度TwとECU40のROM40d内に予め設定されている設定値との比較が行われ、冷却水温度Twの方が低い場合(NO)には低水温であると判断される。これから、エンジンが暖機運転中であると判断することができ、暖機運転に適した定常燃焼形態を最終目標燃焼形態として選択すべくS309へ移行する。また、冷却水温度Twの方が高い場合(YES)には高水温であると判断され、更に他の判断を行うべくS303へ移行する。

0199

S303では、エンジン始動後から計測された経過時間である始動後時間TasとECU40のROM40d内に予め設定されている基準値との比較が行われる。これにより、始動後時間Tasが基準値に満たない場合(NO)にはエンジン始動後間もない暖機運転中であると判断し、暖機運転に適した定常燃焼形態を最終目標燃焼形態として選択すべく、S309へ移行する。また、始動後時間Tasが基準値以上である場合(YES)は、暖機運転は終了しており、暖機運転を行うために最終目標燃焼形態を選択する必要はないとして、S304へ移行する。

0200

S304では、マスターバッグ回復要求信号Cmの有無が判断される。このマスターバッグ回復要求信号Cmが出力されると、マスターバッグ内の負圧力が弱く、その状態ではブレーキ操作力補助することが困難であると判断される。

0201

ここで、マスターバッグ回復要求信号Cmが出力されている場合(YES)には、マスターバッグ内の負圧力を所定値以上に回復させるのに適した定常燃焼形態を最終目標燃焼形態として選択すべくS309へ移行する。また、マスターバッグ回復要求信号Cmがない場合(NO)にはマスターバッグ内の負圧力を確保するために最終目標燃焼形態を選択する必要はないとしてS305へ移行する。

0202

S305では、リッチ運転要求信号Crの有無が判断される。このリッチ運転要求信号Crは、例えば、リーン運転(均一リーン燃焼形態若しくは成層燃焼形態の実現)を行った積算時間とエンジン動作状態とに基づいて求められ、この信号が出力されると、NOx吸蔵触媒22は所定の限界基準値を超える量のNOxを吸蔵しており、更にリーン運転が行われた場合にNOxの吸蔵に支障を来すおそれがあると判断することができる。

0203

ここで、リッチ運転要求信号Crがある場合(YES)には、これを浄化させることができる燃焼形態を実現すべく、これを最終目標燃焼形態として選択するためにS313へ移行する。また、リッチ運転要求信号Crがない場合(NO)にはNOx吸蔵触媒22のNOx吸蔵分を浄化させるための定常燃焼形態を最終目標燃焼形態として選択する必要はないとしてS306へ移行する。

0204

S306〜S308では、エンジンの運転領域の判定が行われ、これらの判定に基づいてS310〜S312によりそれぞれの運転領域に応じた最適な定常燃焼形態が最終目標燃焼形態として選択される。S306で行われる運転領域判定1は、現在のエンジン運転の領域が極低負荷運転領域内にあるか否かが判断され、極低負荷運転領域にある場合(YES)はこれに適した定常燃焼形態を最終目標燃焼形態として選択すべくS312に移行する。また、極低負荷運転領域にない場合(NO)は更にその運転領域を詳細に判断すべくS307へ移行する。

0205

S307で行われる運転領域判定2は、現在のエンジン運転領域が低負荷運転領域内にあるか否かが判断され、低負荷運転領域にある場合(YES)はこれに適した定常燃焼形態を最終目標燃焼形態として選択すべくS311に移行する。また、低負荷運転領域にない場合(NO)はその運転領域を更に詳細に判断すべくS308へ移行する。

0206

S308で行われる運転領域判定3は、現在のエンジン運転領域が中負荷運転領域にあるか否かが判断され、中負荷運転領域にある場合(YES)はこれに適した定常燃焼形態を最終目標燃焼形態として選択すべくS310へ移行する。また、中負荷運転領域にない場合(NO)には運転領域が高負荷運転領域であると判断され、高負荷を出力することができる定常燃焼形態を最終目標燃焼形態として選択するためにS309へ移行する。

0207

S309では、最終目標燃焼形として均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNが選択され、S310では、均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態KSEが、S311では、均一リーン燃焼形態KLが、S312では成層燃焼形態SLが、S313では均一リッチ燃焼形態KRが選択される。

0208

尚、S304にてマスターバッグ回復要求信号Cmがあった場合にS309の均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNが選択されるのは、この定常燃焼形態が他の定常燃焼形態と比較して吸気管6内を高い負圧状態にすることが可能であり、マスターバッグ内の負圧力を回復することができるからである。

0209

このように、上述のS301〜S313の制御ルーチンが実行されることによりS30では運転領域及びエンジン動作状態に応じた最終目標燃焼形態が設定される。

0210

S40では、中間目標燃焼形態設定手段52により中間目標燃焼形態の設定が行われる。ここで、中間目標燃焼形態は、第1中間目標燃焼形態と、第2中間目標燃焼形態とが設定される。

0211

図15は、S40にて中間目標燃焼形態設定手段52により行われる中間目標燃焼形態の設定を行う制御ルーチンを示したフローチャートである。まず最初に、S401ではS30にて設定された最終目標燃焼形態の読み込みが行われ、S402では現状燃焼形態把握手段55により把握されている現状燃焼形態が読み込まれる。そして、S403では最終目標燃焼形態と現状燃焼形態とに基づいて中間燃焼形態指示テーブル(表1〜3参照)の参照が行われ、第1中間目標燃焼形態と第2中間目標燃焼形態の設定が行われる。そして、本ルーチンを抜ける(リターン)。このように、S40では第1中間目標燃焼形態と第2中間目標燃焼形態の設定が行われる。

0212

S50では、第1現状燃焼形態把握手段56により現状燃焼形態の把握が行われ、S60以降ではS50にて把握された現状燃焼形態を実現するエンジン制御が行われる。すなわち、ここで現状燃焼形態が中間燃焼形態であると把握されるとS60以降では中間燃焼形態を実現するエンジン制御が行われ、現状燃焼形態が定常燃焼形態であると把握されるとS60以降では定常燃焼形態を実現するエンジン制御が行われる。

0213

図16は、S50にて第1現状燃焼形態把握手段56により行われる現状燃焼形態の把握設定の制御ルーチンを示したフローチャートである。まず最初に、S501にて、S402にて読み込まれた現状燃焼形態が定常燃焼形態であるか否かが判断され、定常燃焼形態である場合(YES)はその定常燃焼形態を実現するのか、又は他の定常燃焼形態との間の中間燃焼形態を実現する必要があるのかを判断すべく、S502へ移行する。また、S501にて定常燃焼形態ではない(NO)と判断された場合は、そのまま本ルーチンを抜ける(リターン)。この判断により、その定常燃焼形態を実現するためのエンジン制御が行われる。

0214

S502では、現状燃焼形態と第1中間目標燃焼形態とが同一の燃焼形態であるか否かが判断される。ここで、現状燃焼形態と第1中間目標燃焼形態とが異なる燃焼形態である場合(NO)は、現状燃焼形態と第1中間目標燃焼形態との間の中間燃焼形態を実現する必要があると把握してS503へ移行する。

0215

S503では、現状燃焼形態を第1中間燃焼形態との間の中間燃焼形態と把握する処理がなされ、本ルーチンを抜ける(リターン)。これにより、現状燃焼形態は、第1中間目標燃焼形態との間の中間燃焼形態と把握され、この把握された中間燃焼形態を実現するためのエンジン制御が行われる。

0216

また、現状燃焼形態と第1中間目標燃焼形態とが同一の燃焼形態である場合(YES)は、本ルーチンを抜ける(リターン)。これにより、現状燃焼形態は第1中間目標燃焼形態の定常燃焼形態と把握され、この把握された定常燃焼形態を実現するためのエンジン制御が行われる。

0217

S60以降では、S50にて把握された現状燃焼形態、すなわち定常燃焼形態、若しくは中間燃焼形態により、S20にて設定された目標トルクTeiを達成するエンジン制御が行われる。

0218

S60では、S50にて把握された燃焼形態にて目標トルクTeiを実現するための吸気・EGR制御を行うために、ETC16及びEGRバルブ25の制御量の算出が行われる。

0219

図17は、S60にてETC16とEGRバルブ25の制御量の算出ルーチンを示したフローチャートである。まず最初に、S601では吸気系係数の算出が行われる。ここでは、エンジン回転数Neとマニホールド全圧Pmをパラメータとするデータマップを参照することにより現在のエンジン運転状態における体積効率ηvが算出される。そして、次に、以下の(11)〜(13)式により吸気系係数ca、ce、dが算出される。

0220

ca=a/ba=(Vs/(Ra・Tm))・ ηv・(Ne・L/120) …(11)
ce=a/be=(Vs/(Re・Tm))・ ηv・(Ne・L/120) …(12)
d=(Vs/(Ra・Tm))・ ηv …(13)
ここで、a、ba、beは、前述の(7) 〜(9) 式により算出された吸気系係数であり、吸気管容積Vm、1気筒当たりのストローク容積Vs、エンジンの気筒数L、空気有効成分の気体定数Ra、EGRガス有効成分の気体定数Reは、S3(図12参照)にて設定された吸気系定数である。

0221

次に、S602では、第1中間目標燃焼形態基本燃料噴射量、第1中間目標燃焼形態基本EGR量、第1中間目標燃焼形態基本目標空燃比の初期設定値の算出が行われる。ここで、第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62は、第1中間目標燃焼形態として設定されている定常燃焼形態の初期設定値算出用データマップを目標トルクTeiとエンジン回転数Neを用いて補間計算付にてそれぞれ参照することにより、第1中間目標燃焼形態燃料噴射量初期設定値Gfi、第1中間目標燃焼形態EGR量初期設定値EGRi、第1中間目標燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFiを算出する。

0222

S603では、第1中間目標燃焼形態における空気有効成分分圧制御目標値PmosiとEGRガス有効成分分圧の制御目標値Pmeesiが算出される。ここで、第1中間目標燃焼形態制御目標値設定手段63は、まず最初に、S602にて設定した第1中間目標燃焼形態燃料噴射量初期設定値GFiと第1中間目標燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFiを用いて、以下の(14)式により、1気筒当たりのシリンダ流入空気量の初期設定値であるシリンダ流入空気量初期設定値GOiを求める。

0223

GOi=GFi ×ABFi ……(14)
そして、このシリンダ流入空気量初期設定値GOiと吸気系係数dから、以下の(15)式により、第1中間目標燃焼形態における空気有効成分分圧制御目標値である第1中間目標燃焼形態空気有効成分分圧制御目標値Pmosiを算出する。

0224

Pmosi =(1/d)・GOi ……(15)
また、S602にて設定した第1中間目標燃焼形態EGR量初期設定値EGRiと空気有効成分の気体定数Ra、EGRガス有効成分の気体定数Re、第1中間目標燃焼形態空気有効成分分圧制御目標値Pmosiを用いて、以下の(16)式により、第1中間目標燃焼形態におけるEGRガス有効成分分圧制御目標値である第1中間目標燃焼形態EGRガス有効成分分圧制御目標値Pmeesiを算出する。

0225

Pmeesi=EGRi/(1-EGRi)×(Re/Ra) ×Pmosi ……(16)
更に、第1中間目標燃焼形態制御目標値設定手段63は、理論空燃比ABFtと第1中間目標燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFiを用いて、以下の(17)式により、目標当量比FAIiを算出する。

0226

FAIi=ABFt/ABFi ……(17)
そして、EGRバルブ25入口におけるEGRガスの当量比を推定した排気当量比FAIを算出する。排気当量比FAIは、空燃比センサ35が広域型空比センサである場合、実際の空燃比λより算出した当量比算出値を用いることで最も優れた精度を得ることができるが、以下の(18)式に示すように、EGR通路24で発生する燃焼ガス輸送遅れ時間を考慮し、k制御周期前の目標当量比FAIi(-k)から加重平均により、目標当量比FAIiの一次遅れで排気当量比FAIを算出しても良い。

0227

FAI=(1-q)・FAI(-1)+q・FAIi(-k) …(18)
但し、q:加重平均係数
上記(18)式による加重平均で排気当量比FAIを求める場合、加重平均係数qを予め設定した定数としても良いが、厳密には、燃焼ガスの輸送遅れ時間は運転条件によって変化するため、一次遅れを運転条件で最適に設定できるよう、加重平均係数qをマニホールド全圧Pmより設定し、k制御周期前の目標当量比FAIi(-k)は、エンジン回転数Neとマニホールド全圧Pmとにより設定した無駄時間に相当するk制御周期前の値とすることが望ましい。

0228

尚、簡易的には、以下の(19)式に示すように、目標当量比FAIiを、そのまま排気当量比FAIとして設定しても良い。

0229

fai=FAIi …(19)
そして、以下の(20)式により排気当量比FAIと目標当量比FAIiとの比を、当量比係数rfaiとして算出する。

0230

rfai=FAI/FAIi …(20)
S604では、センサ検出値に基づいた圧力応答値である空気有効成分分圧推定値とEGRガス有効成分分圧推定値の算出が行われる。ここで、フィードバック制御量算出手段65は、まず最初に、空気有効成分分圧及びEGRガス有効成分分圧の各時間変化量を推定するため、吸気系モデルに従って、EGRガスの空気過不足成分分圧モデル値Pfea及びEGRガス有効成分分圧モデル値Pfeeを当量比係数rfaiに基づいて算出し、実際に計測したスロットル通過空気流量によって吸入空気分の新気分圧モデル値Pfaを算出する。

0231

そして、EGRガスの空気過不足成分分圧モデル値Pfeaと新気分圧モデル値Pfaとの和を空気有効成分分圧推定値Pmoとして算出し、EGRガスの空気過不足成分分圧モデル値Pfea、EGRガス有効成分分圧モデル値Pfee、新気分圧モデル値Pfaの総和を吸気管内圧力実測値であるマニホールド全圧Pmと一致させるべく、マニホールド全圧Pmから空気有効成分分圧推定値Pmoを減算した値をEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeとして算出する。

0232

ここで、当量比係数rfaiを用いることによりEGRガス有効成分分圧の推定精度を高めることができると同時に、実際の吸入空気量から求めた新気分圧モデル値Pfaを修正することなく各分圧の総和をマニホールド全圧Pmに一致させることによりEGR分のモデル誤差を修正し、吸気温度、大気圧バルブクリアランス等の影響を排除して空気有効成分分圧の推定精度を向上させることができる。

0233

具体的には、EGRガスの空気過不足成分分圧モデル値Pfea、EGRガス有効成分分圧モデル値Pfeeは、吸気系係数a、ba、be、当量比係数rfai、1制御周期前のEGRバルブ通過ガス流量設定値Qe(-1)、1制御周期前のEGRガスのPfea(-1)、1制御周期前のPfee(-1)を用いて、以下の(21)、(22)式により算出される。

0234

Pfea=(1-a・dt)・Pfea(-1)+(ba・dt)・(1-rfai)・Qe(-1) …(21)
Pfee=(1-a・dt)・Pfee(-1)+(be・dt)・(rfai)・Qe(-1) …(22)
また、吸入空気の新気分圧モデル値Pfaは、吸入空気量センサ8によって実際に計測したスロットル通過空気流量計測値Qaveを用い、以下の(23)式によって算出される。

0235

Pfa =(1-a・dt)・Pfa(-1)+(ba・dt)・Qave …(23)
そして、空気有効成分分圧推定値PmoとEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeは、以下の(24)式と(25)式により算出される。

0236

Pmo =Pfa+(Pfe/(Pfea+Pfee))×Pfea …(24)
Pmee=Pm-Pmo …(25)
但し、(Pfea+Pfee)=0 でEGRが実施されていないときには、(Pm-Pfa)=0であり、Pmo=Pfa とする。

0237

S605では、空気有効成分分圧推定値PmoとEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeとに基づいたスロットル通過空気流量設定値Qa、EGRバルブ通過ガス流量設定値Qeの算出が行われる。ここでは、まず最初にフィードバック制御部65の処理によりフィードバック制御係数が算出される。具体的には、吸気系係数ba、be、ca、ceと当量比係数rfaiを用いて、以下の(26)〜(31)式によりフィードバック係数f1、f2、h1、h2、g1、g2が算出される。

0238

f1=(1/(ba・dt))・n …(26)
f2=(1/(rfai・be・dt))・n …(27)
h1=ca …(28)
h2=ce/rfai …(29)
g1=m/Ne …(30)
g2=m/Ne …(31)
但し、dt:制御周期
n:重み係数(0<n<1)
m:積分制御係数(m≧0)
そして、上述の吸気系モデルに従い、フィードバック制御量算出手段65の処理により、EGRバルブ通過ガス流量初期設定値Qeiとスロットル通過空気流量初期設定値Qaiが算出される。

0239

ここで、EGRバルブ通過ガス流量初期設定値Qeiは、第1中間目標燃焼形態の制御目標値設定手段63により算出したEGRガス有効成分分圧目標値初期設定値PmeesiとEGRガス有効成分分圧推定値Pmee、及び、1制御周期前に後述するS606にて算出されたEGRガス有効成分分圧誤差時間積分値Imee(-1)とを用いて、以下の(32)式により算出される。

0240

Qei=h2・Pmeesi-f2・Pmee+g2・Imee(-1) …(32)
上記(32)式で算出したEGRバルブ通過ガス流量初期設定値Qeiは、必ずしも実現可能な値ではないこともあるため、以下の(33)式の範囲(0以上最大流量(Qe)MAX 以下の範囲)に飽和させて制御可能(実現可能)な流量とし、この流量をEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeを用いたEGRバルブ通過ガス流量Qeとする。

0241

0≦Qe≦(Qe)MAX …(33)
上記最大EGRバルブ通過ガス流量(Qe)MAX は、マニホールド全圧Pmに基づいてデータマップを参照すること等により設定される。

0242

更には、EGRバルブ通過ガス流量を制御する場合、制御することのできる(変化させることのできる)流量は、マニホールド全圧Pmと1制御周期前のEGRバルブ通過ガス流量Qe(-1)とによって制限されるため、マニホールド全圧Pmと1制御周期前のEGRバルブ指示値Se(-1)とから最大EGRバルブ通過ガス流量変化量(ΔQe)MAX を設定し、この最大EGRバルブ通過ガス流量変化量(ΔQe)MAX と1制御周期前のEGRバルブ通過ガス流量Qe(-1)とによって以下の(34)式で算出した最大EGRバルブ通過ガス流量(Qe)MAX を用いることで、より正確なフィードバック制御を実現することができる。

0243

(Qe)MAX =Qe(-1)+ (ΔQe)MAX …(34)
そして、スロットル通過空気流量初期設定値Qaiは、EGRバルブ通過ガス流量Qe、及び前述の第1中間目標燃焼形態の制御目標値算出手段63による処理で算出した空気有効成分分圧制御目標値Pmosiと空気有効成分分圧推定値Pmo、及び、1制御周期前に後述するS606にて算出された空気有効成分分圧誤差の時間積分値Imo(-1)とを用いて、以下の(35)式により算出される。

0244

Qai=h1・Pmosi-f1・Pmo-(1-rfai)・Qe+g1・Imo(-1) …(35)
そして、算出したスロットル通過空気流量初期設定値Qaiを以下の(36)式の範囲(0以上最大流量(Qa)MAX 以下の範囲)に飽和させてスロットル通過空気流量Qaを定める。

0245

0≦Qa≦(Qa)MAX …(36)
この場合においても、上記最大EGRバルブ通過ガス流量(Qe)MAX の場合と同様、上記最大スロットル通過空気流量(Qa)MAX は、予め設定した定数としてもよく、制御可能な流量を考慮してマニホールド全圧Pmに基づいてマップ参照等により設定した値を用いても良い。

0246

更に、マニホールド全圧Pmと1制御周期前のスロットルアクチュエータ指示値Sa(-1)とによって最大スロットル通過空気流量変化量(ΔQa)MAX を設定し、この最大スロットル通過空気流量変化量(ΔQa)MAX と1制御周期前のスロットル通過空気流量Qa(-1)とによって以下の(37)式で算出した最大スロットル通過空気流量(Qa)MAX を用いても良い。

0247

(Qa)MAX =Qa(-1)+(ΔQa)MAX …(37)
S606では、理論値に基づいた圧力応答値である空気有効成分分圧予測値とEGRガス有効成分分圧予測値の算出が行われる。ここで、予測値算出手段66は、1制御周期前の空気有効成分分圧予測値Pmos(-1)と空気有効成分分圧目標補正値Pmohsとを用いて、以下の(38)式により空気有効成分分圧予測値Pmosを算出する。

0248

Pmos =(1-n)・Pmos(-1)+n・Pmohs …(38)
そして、1制御周期前のEGRガス有効成分分圧予測値Pmees(-1)とEGRガス有効成分分圧目標補正値Pmeehsとを用いて、以下の(39)式によりEGRガス有効成分分圧予測値Pmeesを算出する。

0249

Pmees=(1-n)・Pmees(-1)+n・Pmeehs …(39)
上記(38)、(39)式における空気有効成分分圧目標補正値Pmohsは、スロットル通過空気流量Qaに相当する圧力目標値であり、EGRガス有効成分分圧目標補正値Pmeehsは、EGRバルブ通過ガス流量Qeに相当する圧力目標値であり、以下の(40)、(41)式により算出される。

0250

Pmohs =(1/h1)・(Qa+(1-rfai)・Qe+f1・Pmo-g1・Imo) …(40)


Pmeehs=(1/h2)・(Qe+f2・Pmee-g2・Imee) …(41)
上記(40)、(41)式における空気有効成分分圧誤差の時間積分値Imo、及び、EGRガス有効成分分圧誤差の時間積分値Imeeは、以下の(42)、(43)式によって算出される。

0251

Imo =Imo(-1) +(Pmos(-k) -Pmo )・dt …(42)
Imee=Imee(-1)+(Pmees(-k)-Pmee)・dt …(43)
S607では、ETC16のETC開度指示値Saの算出が行われる。ここで、ETC開度指示値算出手段67は、S605にて求めたスロットル通過空気流量Qaとマニホールド全圧Pmとを用いてETC開度指示値Saを算出し、制御信号としてETC16に出力する。

0252

S608では、EGRバルブ25のバルブ開度指示値Seの算出が行われる。ここで、EGRバルブ開度指示値算出手段68は、S605にて求めたEGRバルブ通過ガス流量Qeとマニホールド全圧Pmとを用いてEGRバルブ開度指示値Seを算出し、制御信号としてEGRバルブ25に出力する。

0253

このS607及びS608の制御処理により算出された制御値によって、ETC16及びEGRバルブ25は、現状燃焼形態による目標トルクTeiを実現するための吸入空気量及びEGR量を得ることができる開度位置に制御される。

0254

次に、S70〜S100では、現状燃焼形態が中間燃焼形態と把握されている場合に、その中間燃焼形態を実現するための中間燃焼比率RATIOが算出される。S70では、ベース燃焼形態燃料噴射量初期設定値Gfib、ベース燃焼形態EGR量初期設定値(EGR率)EGRib、ベース燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFibが算出される。

0255

ここでは、ベース燃焼形態初期設定値算出手段72により、ベース燃焼形態として設定されている定常燃焼形態の初期設定値算出用データマップが目標トルクTeiとエンジン回転数Neを用いて補間計算付にてそれぞれ参照され、ベース燃焼形態燃料噴射量初期設定値Gfib、ベース燃焼形態EGR量初期設定値EGRib、ベース燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFibが算出される。

0256

S80では、ベース燃焼形態における空気有効成分分圧制御目標値PmosibとEGRガス有効成分分圧の制御目標値Pmeesibが算出される。ここで、ベース燃焼形態制御目標値設定手段73は、まず最初に、S70にて設定した第ベース燃焼形態燃料噴射量初期設定値GFibとベース燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFibを用いて、以下の(44)式により、ベース燃焼形態における1気筒当たりのシリンダ流入空気量の初期設定値であるベース燃焼形態シリンダ流入空気量初期設定値GOibを求める。

0257

GOib=GFib ×ABFib ……(44)
そして、このベース燃焼形態シリンダ流入空気量初期設定値GOibと吸気系係数dから、以下の(45)式により、ベース燃焼形態における空気有効成分分圧制御目標値であるベース燃焼形態空気有効成分分圧制御目標値Pmosibを算出する。

0258

Pmosib =(1/d)・GOib ……(45)
また、S70にて設定したベース燃焼形態EGR量初期設定値EGRibと空気有効成分の気体定数Ra、EGRガス有効成分の気体定数Re、ベース燃焼形態空気有効成分分圧制御目標値Pmosibを用いて、以下の(46)式により、ベース燃焼形態におけるEGRガス有効成分分圧制御目標値であるベース燃焼形態EGRガス有効成分分圧制御目標値Pmeesibを算出する。

0259

Pmeesib=EGRib/(1-EGRib) ×(Re/Ra) ×Pmosib ……(46)
S90では、燃料噴射制御方式の決定が行われる。燃料噴射制御方式にはLジェトロ型燃料噴射制御方式とA/F優先型燃料噴射制御方式の2種類があり、所定条件に応じてこれらの制御方式の一方を選択することにより、S100にて算出される中間燃焼比率RATIOや最終燃料噴射量等の制御値の精度をより高いものとすることができる。

0260

燃料噴射制御方式の決定は、図18に示した燃料噴射制御方式決定ルーチンによって行われる。まず最初に、S900では吸気管6内の圧力状態に基づいた判定が行われ、S10にて検出したマニホールド全圧PmとECU40のROM40d内に予め設定されているマニホールド基準圧PmLMとの比較判定が行われる。ここで、マニホールド全圧Pmがマニホールド基準圧PmLM以下の低い負圧状態にあると判定された場合(NO)は、更にアクセルペダルの操作状態に基づいた判断をすべくS901へ移行する。

0261

S901では、アクセルペダルの踏込量Sが予め設定された所定量よりも大きく踏み込まれた操作状態にあるか否かが判定される。ここで、踏込量Sが基準アクセル踏込量SLM以下である場合(NO)には、エンジン運転状態が中・低負荷運転領域内にあると判断され、中・低負荷運転領域に適した燃料噴射制御方式を選択すべくS902へ移行する。S902では、エンジン運転状態が中・低負荷運転領域内にあると判断され、燃料噴射制御方式はA/F優先型燃料噴射制御方式が選択され、本ルーチンを抜ける。

0262

また、S900にてマニホールド全圧Pmがマニホールド基準圧PmLMよりも高い負圧状態にあると判定された場合(YES)、又は、S901にてアクセル踏込量SがECU40のROM40d内に予め設定されている基準アクセル踏込量SLMよりも大きい(YES)場合には、エンジン運転状態が高負荷運転領域内にあると判断され、高負荷運転に応じた燃料噴射制御方式を選択すべくS903へ移行する。

0263

S903では、高負荷運転に適した燃料噴射制御方式としてLジェトロ型燃料噴射制御方式が選択され、本ルーチンを抜ける(リターン)。上記制御によりLジェトロ型燃料噴射制御方式とA/F優先型燃料噴射制御方式のいずれか一方の燃料噴射制御方式を選択した後にS100(図13)へ移行する。

0264

S100では、中間燃焼比率RATIOの算出が行われる。中間燃焼比率RATIOは、中間燃焼比率算出手段74により各中間燃焼形態毎に設定されている中間燃焼比率算出式に基づいて算出される。以下に、中間燃焼比率RATIOの算出について各定常燃焼形態間の中間燃焼形態毎に説明する。

0265

まず最初に成層燃焼形態SLと均一リーン燃焼形態KLとの間の中間燃焼形態の中間燃焼比率である成層比率SRATIOは、実際の圧力応答値の空気有効成分分圧(以下、単に「実空気有効成分分圧」という。)Px、均一リーン燃焼形態KLにおける空気有効成分分圧制御目標値PmosiKL、成層燃焼形態SLにおける空気有効成分分圧制御目標値PmosiSLを用いて、以下の(47)式により算出される。

0266

SRATIO=(Px-PmosiKL)/(PmosiSL-PmosiKL) ……(47)
すなわち、上記(47)式により、成層比率SRATIOは、ベース燃焼形態と第1中間目標燃焼形態の空気有効成分分圧と実空気有効成分分圧との関係から求められる。

0267

上記(47)式において、実空気有効成分分圧Pxには、S90にて選択された燃料噴射制御方式がLジェトロ型燃料噴射方式である場合は空気有効成分分圧推定値Pmoが用いられ、A/F優先型燃料噴射方式である場合は空気有効成分分圧予測値Pmosが用いられる(以下、実空気有効成分分圧Pxについて同じ)。

0268

また、均一リーン燃焼形態KLと均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNとの間の中間燃焼形態の中間燃焼比率であるリーン比率LRATIOは、実空気有効成分分圧Px、均一リーン燃焼形態KLにおける空気有効成分分圧制御目標値PmosiKL、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNにおける空気有効成分分圧制御目標値PmosiKSN を用いて、以下の(48)式により算出される。

0269

LRATIO=(Px-PmosiKSN)/(PmosiKL-PmosiKSN) ……(48)
すなわち、リーン比率LRATIOは、ベース燃焼形態と第1中間目標燃焼形態の空気有効成分分圧と、実空気有効成分分圧との関係から算出される。

0270

均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNと均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態KSEとの間の中間燃焼形態の中間燃焼比率であるEGR比率ERATIOは、実空気有効成分分圧Pxと吸気管6内の実際の圧力応答値のEGRガス有効成分分圧(以下、単に「実EGRガス有効成分分圧」という)Pyを用いて以下の(49)式により算出した予測EGR率EGRsと、均一ストイキオ(EGR有り)燃焼形態KSEのEGR量初期設定値EGRiを用いて、以下の(50)式により算出される。

0271

EGRS=(Py/Re)/(Px/Ra+Py/Re) ……(49)
ERATIO=EGRS/EGRi ……(50)
上記(49)式において、実EGRガス有効成分分圧Pyには、S90にて選択された燃料噴射制御方式がLジェトロ型燃料噴射方式である場合はEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeが用いられ、A/F優先型燃料噴射方式である場合はEGRガス有効成分分圧予測値Pmeesが用いられる。(以下、実EGRガス有効成分分圧Pyについて同じ)。

0272

ここで、上記(47)、(48)、(49)式において、実空気有効成分分圧Pxと実EGRガス有効成分分圧Pyとに用いる圧力応答値をS90にて選択した燃料噴射制御方式に応じて選択する理由について、以下に簡単に説明する。

0273

空気有効成分分圧推定値Pmoは、吸気管圧力センサ33や吸入空気量センサ36等のセンサ類により検出したセンサ検出値を用いて算出されるため、センサ遅れやセンサ信号ノイズ処理による検出遅れがあり、特に中・低負荷運転時において過渡的に吸入空気量の変化があった場合に検出遅れを生じやすく、検出遅れ分の誤差が空燃比の誤差に繋がるおそれがあるという特徴を有している。

0274

しかし、空気有効成分分圧推定値Pmoは、センサ類により実際に検出したセンサ検出値を用いて求めているために絶対的な精度が高く、また、高負荷運転領域においては吸気管6のスロットルバルブ前後の差圧(以下、単に吸気管差圧という)が小さいため、検出遅れ分の誤差を許容することができるという利点を有している。

0275

一方、空気有効成分分圧予測値Pmosは、ETC16及びEGRバルブ25の開度指示値に基づいた理論的な計算値に基づいて算出されるため、空気有効成分分圧推定値Pmoのようなセンサによる検出遅れが無く、吸入空気量の過渡的な変化における精度が良いという利点を有している。

0276

しかし、高負荷運転時においては吸気管差圧は小さいため、ETC16によりスロットルバルブ14のスロットル開度を精密に開度制御しても計算値通りの吸入空気量をシリンダ内に吸入させることが困難であり、このような場合に吸入空気量の誤差を含み易く、空燃比の誤差に繋がるおそれがあるという特徴を有している。

0277

したがって、高負荷運転領域であるLジェトロ型燃料噴射制御方式ではより絶対的な精度が高い空気有効成分分圧推定値Pmoを用い、中・低負荷運転領域であるA/F優先型燃料噴射制御方式では、吸入空気量の過渡的な変化における精度が良くまた検出遅れによる誤差が生じない空気有効成分分圧予測値Pmosを用いることとしたものである。

0278

均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNと均一リッチ燃焼形態KRとの間の中間燃焼形態の中間燃焼比率であるリッチ比率RRATIOは、上記各中間燃焼比率の算出方法とは異なり、以下の方法により算出される。これは、均一リッチ燃焼形態の場合は、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比による燃焼形態であり、中間燃焼形態の移行の度合は直接燃料噴射量に依存されるためである。

0279

リッチ比率RRATIOは、均一リッチ燃焼形態KRと均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSNとの間の中間燃焼形態の開始後の時間に応じてリッチ比率を算出する。具体的には、以下の(51)式により算出される。

0280

RRATIO=RRATIO+DR ……(51)
(但し、DR:開始後時間補正係数
すなわち、リッチ比率RRATIOは、ECU40のROM40d内に予め設定されている定数に補正係数を考慮することにより算出される。

0281

S110では、現状燃焼形態を実現する最終目標空燃比ABFifの算出が行われる。ここで算出される最終目標空燃比ABFifとは、ドライバが要求する目標トルクTeiを実現するための現状燃焼形態における目標空燃比をいい、第1中間目標燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFiとベース燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFibと中間燃焼比率RATIOとに基づいて算出される。

0282

図19は、最終目標空燃比算出手段81により行われる最終目標空燃比ABFifの算出ルーチンを示したフローチャートである。まず最初に、S1101では現状燃焼形態が定常燃焼形態であるか否かが判断される。ここで、定常燃焼形態である場合(YES)はその定常燃焼形態を実現する最終目標空燃比ABFifを算出すべく、S1107へ移行する。

0283

S1107では、定常燃焼形態を実現する最終目標空燃比ABFifの算出が行われる。最終目標空燃比ABFifは、第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62によりその定常燃焼形態の初期設定値データマップを補間計算付にて参照することによって算出された第1中間燃焼形態目標空燃比初期設定値ABFiとされる。これは、以下の(52)式によって示される。

0284

ABFif=ABFi ……(52)
したがって、例えば、第1現状燃焼形態把握手段56により把握された現状燃焼形態が成層燃焼形態SLであった場合は第1中間目標燃焼形態も成層燃焼形態SLであるため(第1現状燃焼形態把握手段56の処理参照)、第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62により成層燃焼形態SLの目標空燃比算出用データマップを参照することにより算出した成層燃焼形態における目標空燃比初期設定値ABFiSLが最終目標燃焼形態ABFifと設定される。

0285

同様に、第1現状燃焼形態把握手段56により把握された現状燃焼形態が均一リーン燃焼形態KLであった場合には、第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62により均一リーン燃焼形態の目標空燃比算出用データマップが参照され、均一リーン燃焼形態における目標空燃比初期設定値ABFiKLが最終目標燃焼形態ABFifと設定される。

0286

また、現状燃焼形態が均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSN、均一ストイキオ(EGRなし)燃焼形態KSE、均一リッチ燃焼形態KRの定常燃焼形態である場合にも同様であるので、その説明は省略する。

0287

そして、S1101にて、現状燃焼形態が定常燃焼形態でない(NO)と判断された場合は、S1102に移行し、S1102にて、第1現状燃焼形態把握手段56により把握された現状燃焼形態が均一リーン燃焼形態KLと成層燃焼形態SLとの間の中間燃焼形態であるか否かが判断される。

0288

ここで、現状燃焼形態が均一リーン燃焼形態KLと成層燃焼形態SLとの間の中間燃焼形態である場合(YES)は、これを実現する最終目標空燃比ABFifを算出すべく、S1103以降へ移行する。

0289

S1103では、均一リーン燃焼形態KLと成層燃焼形態SLとの間の中間燃焼形態における計算上の空燃比である仮目標空燃比の算出が行われる。仮目標空燃比ABFifiは、均一リーン燃焼形態KLにおける目標空燃比ABFiKLと、成層燃焼形態SLにおける目標空燃比ABFiSLと、成層比率SRATIOとを用いて、以下の(53)式により算出される。

0290

ABFifi=SRATIO ×ABFiSL+(1-SRATIO) ×ABFiKL ……(53)
ここで、成層燃焼形態SLの目標空燃比ABFiSLは、成層燃焼形態SLの目標空燃比算出用データマップを参照することにより算出される。成層燃焼形態SLが第1中間目標燃焼形態とされた場合は、第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62により、ベース燃焼形態とされた場合はベース燃焼形態初期設定値算出手段72により算出される。

0291

また、均一リーン燃焼形態KLの目標空燃比ABFiKLは、均一リーン燃焼形態KLの目標空燃比算出用データマップを参照することにより算出される。均一リーン燃焼形態KLが第1中間目標燃焼形態形態とされた場合は、第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62により、ベース燃焼形態とされた場合はベース燃焼形態初期設定値算出手段72により算出される。

0292

次に、S1104では、上記S1103にて算出した仮目標空燃比ABFifiと成層燃焼リッチ限界空燃比ABFrsとの比較が行なわれる。これにより、中間燃焼形態を成層燃焼運転又は均一燃焼運転のいずれにより行うかが選択設定される。

0293

ここで、仮目標空燃比ABFifiが成層燃焼リッチ限界空燃比ABFrsよりも大きい(ABFifi>ABFrs)場合(YES)は、成層燃焼リッチ限界よりもリーン側の目標空燃比であるため、成層燃焼運転により仮目標空燃比の実現が可能であるとして、S1106へ移行する。そして、S1106では、仮目標空燃比ABFifiを最終目標空燃比ABFifとする処理がなされる。

0294

また、仮目標空燃比ABFifiが成層燃焼リッチ限界空燃比ABFrs以下(ABFifi≦ABFrs)である場合(NO)は、成層燃焼リッチ限界空燃比ABFrsよりもリッチ側の目標空燃比であるため、成層燃焼形態による成層燃焼運転を実現できない。したがって、このような場合は、運転方法を均一燃焼運転に切り換えて目標トルクTeiを実現する必要がある。

0295

そこで、均一リーン燃焼形態により目標トルクTeiを実現することができる目標空燃比を最終目標空燃比ABFifとして設定すべく、S1105に移行する。

0296

S1105では、最終目標空燃比ABFifの算出が行われる。ここでは、第1中間目標燃焼形態初期設定値算出手段62、若しくはベース燃焼形態初期設定値算出手段72により、目標空燃比算出用データマップが参照されることにより均一リーン燃焼形態KLにおける目標空燃比ABFiKLが算出され、最終目標空燃比ABFifと設定される。

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