JPH11236845A - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転状態に応じて設定した目標負荷に基づい
てエンジンの吸入空気量を制御するものにおいて、リー
ン化による熱効率向上の影響を加味することでリーン運
転時にも目標負荷に対応した要求通りのトルク調整を行
うことができるようにする。 【解決手段】 吸入空気量制御用の目標空燃比設定手段
５４と、理論空燃比で運転される状態を想定した場合の
目標負荷に見合う仮想充填効率を求める手段と、この仮
想充填効率から目標空燃比の空気過剰率分とリーン化に
よる燃費改善効果分とを加味して目標充填効率を求める
目標充填効率演算手段５５と、その目標充填効率に応じ
て吸入空気量調節のためのスロットル弁の開度を演算す
るスロットル開度演算手段５６とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運転状態に応じて
設定した目標負荷に基づいて吸入空気量を制御するエン
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、空燃比の異なる複数の運転モー
ドを運転状態に応じて選択するとともに、負荷の目標値
に相当する値を求め、その目標値及び運転モードに応
じ、目標空燃比等を設定するとともに、吸入空気量を制
御するようにした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エンジ
ンは筒内噴射式火花点火式エンジンであって、燃焼室内
に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、また、空燃
比変更に応じた吸入空気量の制御のため、吸気通路のス
ロットル弁をバイパスする大径のバイパス通路に吸入空
気量調節用のバルブを備えており、このエンジンの制御
装置は、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可能としている。そして、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て目
標空燃比等を演算し、さらに、成層燃焼時等には空燃比
をリーンとしつつ目標平均有効圧力を確保すべく上記バ
ルブの開度を大きくして吸入空気量を多くするようにな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のこの種の装置で
は、目標空燃比がリーンにされるときに、その空気過剰
率（目標空燃比と理論空燃比との比率）に相当する分だ
け吸入空気量を増加させるように制御しているにすぎ
ず、リーン化による燃費改善効果が吸入空気量の制御に
反映されていなかったため、改善の余地が残されてい
た。

【０００５】つまり、吸入空気量等の制御条件を設定す
るにあたっては、予め、理論空燃比で目標負荷に対応す
るトルク特性が得られるような制御状態を基準にし、目
標空燃比をリーンにする場合に、上記の理論空燃比での
基準の制御状態と比べ、同等の燃料噴射量を確保すべく
空気過剰率（目標空燃比と理論空燃比との比率）に相当
する分だけ吸入空気量を増加させるように制御してい
る。しかし、成層燃焼等により空燃比をリーン化すると
熱効率が高められることで燃費が大幅に改善されるの
で、上記のようにリーン化に見合う分だけ吸入空気量を
増加して燃料噴射量を同等とすると、燃費改善効果分
（熱効率向上分）だけエンジントルクが高くなる。従っ
て、低負荷域等で必ずしも目標負荷に対応した要求通り
のトルク特性が得られなくなる場合がある。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑み、空燃比がリ
ーンとされる場合に、熱効率向上の影響を加味しつつ吸
入空気量を制御することにより、目標負荷に対応した要
求通りのトルク調整を行うことができるエンジンの吸気
制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【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、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の吸入空気量を制御する
エンジンの吸気制御装置であって、吸入空気量を調節す
る吸入空気量調節手段と、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、特定運転領
域で空燃比を理論空燃比よりもリーンにするように運転
状態に応じて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段
と、理論空燃比で運転される状態を想定した場合の目標
負荷に見合う充填効率もしくはこれに対応する値を吸気
充填状態仮想値として求める仮想値演算手段と、上記吸
気充填状態仮想値から、上記目標空燃比の空気過剰率分
と目標空燃比がリーンとされる時の理論空燃比に対する
燃費改善効果分とを加味して吸気充填状態目標値を求め
る目標値演算手段と、上記吸気充填状態目標値に応じて
上記吸入空気量調節手段を制御する手段とを備えたもの
である。

【０００８】この吸気制御装置によると、目標空燃比が
理論空燃比よりもリーンにされる運転領域において、理
論空燃比で運転される状態を想定した場合の目標負荷に
見合う充填効率もしくはこれに対応する値に基づき、目
標空燃比の空気過剰率分とリーン化による燃費改善効果
分とを加味した吸気充填状態目標値が求められることに
より、その目標空燃比の空気過剰率分と燃費改善効果分
とに見合うように吸入空気量が調整される。従って、リ
ーン運転で熱効率が向上されている状態での負荷が、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
るように、吸入空気量が適正に制御される。

【０００９】本発明の装置における仮想値演算手段及び
目標値演算手段の一例として、仮想値演算手段は理論空
燃比での標準運転状態を想定した場合の目標負荷に見合
う充填効率である仮想充填効率を求め、上記目標値演算
手段は上記仮想充填効率から吸気充填状態目標値として
の目標充填効率を求めるようになっている。この場合に
上記目標値演算手段は、仮想充填効率に、目標空燃比の
空気過剰率と、理論空燃比に対する燃費改善率に対応す
る係数とを乗じることにより、目標充填効率を算出する
ようにしておけばよい。

【００１０】このようにすれば、理論空燃比で運転され
る状態を想定した場合の目標負荷に対応する仮想充填効
率から、リーン運転時の目標充填効率が演算される際
に、燃費改善率が反映されることにより、目標充填効率
が適正に求められる。

【００１１】本発明の装置において吸入空気量調節手段
を制御する手段は、目標充填効率に基づき吸気密度に応
じた補正を加味して目標体積効率を求め、この目標体積
効率に応じて吸入空気量調節手段の制御量を決定するよ
うになっていることが好ましい。このようにすると、大
気圧や吸気温度の変化によって吸気密度が変化したとき
にも、吸入空気量の制御が適正に行われる。

【００１２】また、吸入空気量調節手段を制御する手段
は、吸気充填状態目標値に応じて求める吸入空気量調節
手段の制御量を、排気ガスを吸気系に還流させる排気ガ
ス還流装置の作動時と停止時に応じて変更するようにな
っていることが好ましい。このようにすると、排気ガス
の還流が行われているときに、これが吸気の流入に影響
することに対し、それに応じて吸入空気量が調整され
る。

【００１３】また、吸入空気量制御用の目標空燃比設定
手段とは別に、燃料噴射量制御用の目標空燃比設定手段
を備えるとともに、この燃料噴射量制御用の目標空燃比
設定手段により設定された目標空燃比と実際の充填効率
とに応じてインジェクタからの燃料噴射量を制御する手
段を備え、吸入空気量制御用の目標空燃比設定手段は理
論空燃比よりもリーン側の空燃比から理論空燃比までの
範囲で目標空燃比を運転状態に応じて設定し、燃料噴射
量制御用の目標空燃比設定手段は理論空燃比よりもリー
ン側からリッチ側にまでわたる範囲で目標空燃比を運転
状態に応じて設定するようになっていることが望まし
い。

【００１４】このようにすれば、実際の空燃比は燃料噴
射量制御用の目標空燃比と実際の充填効率とに応じた燃
料噴射量の制御によって理論空燃比よりもリーン側から
リッチ側にまでわたって制御されるが、吸入空気量制御
用の目標空燃比が理論空燃比よりもリッチとされること
がないので、空燃比をリッチとする高負荷域で、吸入空
気量が空燃比のリッチ化のために減少されてしまうとい
うような不適正な制御が確実に防止される。

【００１５】また、本発明の装置は、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、少なくとも
低負荷低回転域では上記インジェクタから圧縮行程で燃
料を噴射させる成層燃焼状態とされ、この成層燃焼状態
において空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定される
ようになっているエンジンに適用されることが好まし
い。

【００１６】このようにすると、少なくとも低負荷低回
転域で上記成層燃焼状態とされることにより大幅なリー
ン化が可能となり、しかも、燃費効果分が加味されて吸
入空気量が制御されることにより、大きな燃費改善効果
が得られながら、その燃費改善効果による影響下でも実
際の負荷が目標負荷に対応するように吸入空気量が適正
に制御される。

【００１７】

【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。

【００１８】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。

【００１９】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が設けられており、上記ス
ロットル弁２８及びこれを駆動するモータ２７により吸
入空気量調節手段が構成されている。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３１
ａ，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３２と呼ぶ）
が設けられている。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】なまし処理手段５２ｃは、上記仮想充填効
率ceimgを次式のような一次遅れ補正によりなまし処理
する。

【００３３】

【数１】 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。

【００３４】また、目標図示平均有効圧力演算手段５２
ｄ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、また、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、それぞれ次のように演算される。

【００３５】

【数２】Piobj＝K1×ceimg＋K2 Piobjd＝K1×ceimgd＋K2 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（目標値演算手段）及びスロットル開度
演算手段５６（吸気充填状態目標値に応じて吸入空気量
調節手段を制御する手段）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afwb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、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を例えば後記の数８式によりを求める。

【００４２】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を有している。そして、後に詳述す
るように上記目標充填効率ceobjから吸気密度補正を加
味して目標体積効率veobjを求め、この目標体積効率veo
bj及びエンジン回転数neに応じてスロットル開度tvoobj
を決定し、この際、ＥＧＲ判別手段５６ｃの判別に応
じ、ＥＧＲが行われている場合と行われていない場合と
によって異なるマップから、スロットル開度tvoobjを求
めるようにしている。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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）。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】

【数３】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であ
る。

【００５１】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afwbd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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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rqbasep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。

【００５８】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

【００５９】

【数４】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

【００６０】

【数５】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】

【数６】 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、主として吸入空気量の制御に関連する処
理をフローチャートで示している。

【００７３】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。

【００７４】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。なお、前述のようにエアコン等による
アイドリング負荷が加わるような場合には、仮想充填効
率にアイドリング負荷補正値を加算する補正を行うよう
にすればよい。

【００７５】さらにステップＳ４で、仮想充填効率ceim
g（必要に応じてアイドリング負荷補正を加味した値）
から次式のような変換が行われることにより、目標図示
平均有効圧力Piobjが求められる。

【００７６】

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

【００７７】次にステップＳ５で、吸入空気量制御用の
目標空燃比afwbが算出される。つまり、上記目標図示平
均有効圧力Piobjとエンジン回転数neとに応じて図８に
示す運転モードmodsのマップから運転モードが設定さ
れ、それに基づき、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目標図示平均有効圧力Pi
objとエンジン回転数neとに応じてマップから目標空燃
比afwbが求められ、ストイキオモードでは目標空燃比af
wbが理論空燃比とされる。

【００７８】ステップＳ６では、仮想充填効率ceimgと
目標空燃比afwbとから、目標充填効率ceobjを次式のよ
うに演算する。

【００７９】

【数８】 ceobj＝ceimg×｛(afwb＋Ｋ３)／１４．７｝×Ｋ４ この演算式は、後に詳述するように、仮想充填効率ceim
g（吸気充填状態仮想値）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
うにしたものであり、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Ｋ
３，Ｋ４が設定されている。なお、上記演算式におい
て、仮想充填効率ceimgの替りにこれに対応する値を用
いてもよく、例えば、第１の目標図示平均有効圧力Piob
jを用いて、数７の式からceimg＝（Piobj−K1）／K2を
上記の数８の式に代入した演算式によって目標充填効率
ceobjを求めるようにしてもよい。

【００８０】上記ステップＳ６に続くステップＳ７で
は、上記目標充填効率ceimg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が行われるこ
とにより、目標体積効率veobjが算出される。

【００８１】さらに、ステップＳ８でＥＧＲが行われて
いるか否かが判定され、その判定結果に応じ、ＥＧＲあ
りの場合のマップもしくはＥＧＲなしの場合のマップの
いずれかから目標スロットル開度tvoobjが求められる
（ステップＳ９，Ｓ１０）。すなわち、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が予め作成され、ＥＧＲ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に応じた目標スロッ
トル開度tvoobjが求められる。

【００８２】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ＥＧＲ無しの場合
と比べて大きめとされる。なお、フローチャート中には
示さないが、ＥＧＲが行われている場合に、ＥＧＲあり
の場合のマップから目標スロットル開度tvoobjを求める
ことに加え、前述のようにＥＧＲ中の既燃ガスの全吸入
空気量に対する体積割合を求め、その既燃ガス体積割合
に応じて目標スロットル開度tvoobjを補正することが望
ましい。

【００８３】目標スロットル開度tvoobjが求められた後
は、ステップＳ１１で、目標スロットル開度tvoobjに応
じた制御信号がスロットル弁駆動用のモータ２７に出力
されることにより、目標スロットル開度tvoobjとなるよ
うにスロットル弁２８が制御される。

【００８４】以上のような装置によると、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、吸入空気量等の
制御パラメータが制御される。

【００８５】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
ンモードでは要求されるトルクを確保しつつ空燃比をリ
ーンとすべくスロットル開度を大きくして吸入空気量を
増加させる等、運転モード別に目標負荷等に応じて吸入
空気量等が制御される。

【００８６】目標負荷設定手段５２によって目標負荷が
求められる際には、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。

【００８７】つまり、吸気密度状態に応じた補正を行わ
ずに、予め標準的な吸気密度状態にあるときに台上テス
ト等で調べたアクセル操作量accel及びエンジン回転数n
eと目標負荷との対応関係に基づいて目標負荷を求める
だけでは、吸気密度が高くなったとき、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う。また、吸気密
度が低くなったときには、スロットル全開時等に目標負
荷に見合うエンジントルクが得られず、スロットル開度
が大きい領域で実際の負荷（エンジントルク）が頭打ち
の状態となって制御性が悪くなる。

【００８８】これに対し、当実施形態のように吸気密度
状態を加味して求めた仮想充填効率ceimgから目標負荷
（目標図示平均有効圧力）を算出すれば、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
とにより、効果的にエンジン出力に関連する制御パラメ
ータが制御される。

【００８９】さらに上記目標負荷設定手段５２におい
て、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
を行うようにすれば、アイドル運転時にエアコン等の負
荷が加わったときにはそれに応じて目標平均有効圧力が
高められ、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。

【００９０】そして、吸入空気量の制御としては、目標
図示平均有効圧力Piobj及びエンジン回転数neに応じ、
運転モード設定手段５３により設定された運転モード別
に、吸入空気量制御用の目標空燃比が設定されるととも
に、仮想充填効率ceimgに基づき、目標空燃比の空気過
剰率分と理論空燃比に対する燃費改善効果分とを加味し
て目標充填効率ceobjが求められ、それに基づいてスロ
ットル開度が制御されるため、目標空燃比が理論空燃比
よりもリーンとされる成層燃焼モードや均一リーンモー
ドでも、吸入空気量が目標負荷に応じて適正に制御され
る。この作用を、図１３〜図１５を参照しつつ具体的に
説明する。

【００９１】図１３は空燃比と燃費との関係を示し、こ
の図に示すように、空燃比が理論空燃比よりもリーンに
されると、熱効率が向上されるため、理論空燃比と比べ
て燃費が改善され、燃焼安定性が損なわれない限り空燃
比がリーンになるほど燃費が改善される。このようにリ
ーン化により燃費が改善されることは従来から知られて
いる。

【００９２】図１４は空燃比と充填効率ce、燃料流量及
びエンジントルクとの関係を示すものであって、この図
において、実線は、目標空燃比afwbが理論空燃比以上に
設定される場合の空気過剰率分のみを加味して吸入空気
量を調整した場合を示している。すなわち、目標空燃比
afwbの空気過剰率分のみを加味して仮想充填効率ceimg
から目標充填効率ceobj´を求めるとすると、目標充填
効率ceobj´は

【００９３】

【数９】ceobj´＝ceimg×afwb／１４．７ となり、目標空燃比afwbがリーンになるにつれて空気過
剰率に対応する割合で充填効率が増加する一方、燃料噴
射量は変化しない。しかし、燃費改善効果分だけ、トル
クは理論空燃比のときと比べて増加する。図１４中のΔ
Ｔはトルク増加分である。

【００９４】これに対し、図１５に示す如く燃費改善効
果に見合うように、目標空燃比afwbの逆数の一次関数と
なるような燃料流量係数ＣＢＩを設定し、目標充填効率
ceobjを

【００９５】

【数１０】 ceobj＝ceimg×（afwb／１４．７）×ＣＢＩ とすると、図１４中に破線で示すように、空燃比のリー
ン化に応じた充填効率の増加の割合が実線のものと比べ
て小さくなり、燃料噴射量はリーン化につれて減少す
る。そして、燃費改善効果によるトルク上昇が燃料噴射
量の減少により相殺されるため、空燃比をリーン化した
ときにもトルクは理論空燃比のときと同程度となり、理
論空燃比からリーン空燃比にわたり、目標負荷に対応す
るようにトルクを制御し得ることとなる。

【００９６】ところで、上記の数１０式の中の燃料流量
係数ＣＢＩは空燃比に応じて変化するが、目標空燃比af
wbの逆数の一次関数であるので、

【００９７】

【数１１】ＣＢＩ＝Ａ×（Ｂ＋１／afwb） とおきかえることができ、これを数１０式に代入すると

【００９８】

【数１２】ceobj＝ceimg×（afwb／１４．７）×｛Ａ×
（Ｂ＋１／afwb）｝ となり、さらにＫ３＝１／Ｂ、Ｋ４＝Ａ×Ｂとおくと、
数１２は前記の数８となる。つまり、数８の演算式は、
上記燃料流量係数ＣＢＩを定数である２つの係数Ｋ３，
Ｋ４でおきかえて数１０を表したものである。

【００９９】このようにして燃費改善効果分を加味した
目標充填効率ceobjが求められ、さらに当実施形態で
は、目標充填効率ceobjから吸気密度に応じた補正が加
味されて目標体積効率veobjが求められ、それに応じて
スロットル開度が制御される。従って、吸気温度や大気
圧の変化によって吸気密度が変化した場合でも、それに
応じ、目標充填効率ceobjが得られるようにスロットル
開度が調整される。

【０１００】さらに、目標体積効率veobjから目標スロ
ットル開度tvoobjを求める際には、ＥＧＲが行われてい
るときとＥＧＲが行われていないときとで異なるマップ
から目標スロットル開度tvoobjが求められるため、ＥＧ
Ｒの影響に応じた調整が行われて、吸入空気量が適正に
制御される。

【０１０１】また、上記目標図示平均有効圧力等に基づ
いて、各種制御パラメータを制御するにあたり、制御信
号に対する応答速度が低い上記吸入空気量やＥＧＲ、ス
ワールの制御には第１の目標図示平均有効圧力Piobjが
用いられるが、制御信号に対する応答速度が高い燃料噴
射量、噴射時期及び点火時期の制御には、なまし処理し
た仮想充填効率ceimgdに基づく第２の目標図示平均有効
圧力Piobjd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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】さらに、高速応答系に対しては目標空燃比
作成手段６２で噴射量等制御用の目標空燃比が求められ
るとともに、運転モード設定手段６３で目標空燃比に応
じた運転モードmodfの設定が行われ、それに基づいた制
御が行われることにより、燃料噴射量、噴射時期及び点
火時期は実充填効率等の状態に応じて適正に制御され
る。

【０１０６】すなわち、図２中の運転モード設定手段５
３においては、図８に示すように運転モードmodsが第１
の目標図示平均有効圧力Piobjとエンジン回転数neとに
応じて設定されるが、高速応答系の制御のための運転モ
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１１のように運転モードが設定され
る。

【０１０７】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が、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。

【０１０８】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３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。

【０１０９】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。

【０１１０】なお、数３の演算式は、前記の数８におけ
る目標充填効率ceobjを実充填効率ceにおきかえるとと
もに、afwbをafw0におきかえることにより得られるもの
であり、従って、この目標空燃比afw0の演算において
も、燃費改善効果分が加味されている。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】例えば、高速応答系の制御のための図１１
に示す運転モードmodfの設定においてストイキオモード
を同図中に括弧書きで示すようにλ≦１のストイキオ・
リッチモードとし、このモードでは設定手段６２ｂで設
定される目標空燃比afwdbを図１２中に括弧書きで示す
ように理論空燃比からこれよりリッチ側にまでわたって
変更し、つまりこのモードされる領域のうちでも特に高
負荷側、高回転側では空燃比が理論空燃比よりもリッチ
となるようにしてもよい。ただしこの場合も、吸入空気
量制御用の目標空燃比設定手段５４においては目標空燃
比afwbの下限(リッチ側限界)を理論空燃比までにとどめ
る方が制御上都合がよい。

【０１１６】つまり、吸入空気量制御用の目標空燃比af
wbを高負荷側でリッチにすると、それに基づいて前述の
ような演算で求められるスロットル開度はリッチ化分だ
け吸入空気量を減少させるべく小さくされ、トルクを高
めようとする要求に反する制御が行われてしまうので、
吸入空気量制御用の目標空燃比は理論空燃比までにとど
める。そして、このようにしても、噴射量等制御用の目
標空燃比afw0をリッチにすれば、その目標空燃比afw0と
実充填効率ceとに応じた燃料噴射量の制御により、実際
の空燃比はリッチにすることができる。

【０１１７】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
にスワールを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。

【０１１８】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。

【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】空燃比と燃費との関係を示す説明図である。

【図１４】目標空燃比に応じて吸入空気量の制御を行う
場合の空燃比と充填効率、燃料噴射量及びトルクとの関
係を示す説明図である。

【図１５】目標空燃比と燃料流量係数との関係を示す説
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 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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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の吸入空気量を制御する
   エンジンの吸気制御装置であって、吸入空気量を調節す
   る吸入空気量調節手段と、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、特定運転領
   域で空燃比を理論空燃比よりもリーンにするように運転
   状態に応じて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段
   と、理論空燃比で運転される状態を想定した場合の目標
   負荷に見合う充填効率もしくはこれに対応する値を吸気
   充填状態仮想値として求める仮想値演算手段と、上記吸
   気充填状態仮想値から、上記目標空燃比の空気過剰率分
   と目標空燃比がリーンとされる時の理論空燃比に対する
   燃費改善効果分とを加味して吸気充填状態目標値を求め
   る目標値演算手段と、上記吸気充填状態目標値に応じて
   上記吸入空気量調節手段を制御する手段とを備えたこと
   を特徴とするエンジンの吸気制御装置。
2. 【請求項２】 仮想値演算手段は理論空燃比での標準運
   転状態を想定した場合の目標負荷に見合う充填効率であ
   る仮想充填効率を求め、上記目標値演算手段は上記仮想
   充填効率から吸気充填状態目標値としての目標充填効率
   を求めるようになっていることを特徴とする請求項１記
   載のエンジンの吸気制御装置。
3. 【請求項３】 上記目標値演算手段は、仮想充填効率
   に、目標空燃比の空気過剰率と、理論空燃比に対する燃
   費改善率に対応する係数とを乗じることにより、目標充
   填効率を算出することを特徴とする請求項２記載のエン
   ジンの吸気制御装置。
4. 【請求項４】 吸入空気量調節手段を制御する手段は、
   目標充填効率に基づき吸気密度に応じた補正を加味して
   目標体積効率を求め、この目標体積効率に応じて吸入空
   気量調節手段の制御量を決定するようになっていること
   を特徴とする請求項２または３記載のエンジンの吸気制
   御装置。
5. 【請求項５】 吸入空気量調節手段を制御する手段は、
   吸気充填状態目標値に応じて求める吸入空気量調節手段
   の制御量を、排気ガスを吸気系に還流させる排気ガス還
   流装置の作動時と停止時に応じて変更するようになって
   いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載
   のエンジンの吸気制御装置。
6. 【請求項６】 吸入空気量制御用の目標空燃比設定手段
   とは別に、燃料噴射量制御用の目標空燃比設定手段を備
   えるとともに、この燃料噴射量制御用の目標空燃比設定
   手段により設定された目標空燃比と実際の充填効率とに
   応じてインジェクタからの燃料噴射量を制御する手段を
   備え、吸入空気量制御用の目標空燃比設定手段は理論空
   燃比よりもリーン側の空燃比から理論空燃比までの範囲
   で目標空燃比を運転状態に応じて設定し、燃料噴射量制
   御用の目標空燃比設定手段は理論空燃比よりもリーン側
   からリッチ側にまでわたる範囲で目標空燃比を運転状態
   に応じて設定するようになってい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吸気制御装
   置。
7. 【請求項７】 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、少なくとも低負荷低回転域では上
   記インジェクタから圧縮行程で燃料を噴射させる成層燃
   焼状態とされ、この成層燃焼状態において空燃比が理論
   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
   ンの吸気制御装置。