CN105020039B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

抑制因排出气体的热被排气通路夺走而导致的排放的恶化。在执行稀燃烧和浓燃烧按气缸交替地进行的A/F振动运转的发动机(8)中，在判断为催化剂(21)的上游侧的排气通路(18)内的浓气体和稀气体的反应状态不良的情况下，交替地变更进行稀燃烧的气缸和进行浓燃烧的气缸的分配，以使得：作为在排气通路(18)的距离中距离催化剂(21)最远的气缸的#1气缸(81)进行浓燃烧、且作为比该最远的气缸靠近催化剂(21)的#2气缸(82)进行稀燃烧。能够将对各气缸(81、82、83)的燃烧状态的分配变更为反应状态容易稳定的方式，由此，能够抑制因排出气体的热被排气通路(18)的第1分支(11a)夺走而导致的排放的恶化。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置，尤其涉及具有为了促进催化剂的预热而控制燃料喷射量的功能的装置。
背景技术
以往以来，在内燃机刚刚冷启动后进行燃料喷射量的控制，以使得排出气体净化用的催化剂的温度迅速地上升至活化温度。例如，在专利文献1所公开的装置中，若在内燃机的启动后催化剂上升至活性温度，则执行将燃料喷射量的增大和减少交替地反复的抖动(dither)控制(本说明书中的A/F振动运转)。
通过这样的抖动控制，当进行稀燃烧的氧供给、以及浓燃烧的可燃成分(CO(一氧化碳)等)的供给时，催化剂内或催化剂的入口附近的排气通路内的CO的氧化反应增加，利用该氧化反应的发热来加热催化剂，促进催化剂的预热。该抖动控制仅在催化剂温度为预定温度以上的情况下被允许，因此，抑制通过了催化剂的CO、HC等未燃成分蒙混过去。
在专利文献2所公开的装置中，为了使包含未燃烧气体的排出气体在排气通路内燃烧，仅在多个气缸中的一部分气缸的排气端口配置二次空气供给装置。供给二次空气的气缸被设定为哪个气缸都可以。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平8-158858号公报
专利文献2：日本特开2004-270584号公报
发明内容
发明要解决的问题
如专利文献1那样，在执行抖动控制的装置中，假设由在排气通路的距离中距催化剂最远的气缸执行稀燃烧，则来自该气缸的排气通路中的流出热量变小，因此，排出气体整体的温度降低变小。因此，能够增大向催化剂供给的排气能量。
然而，在环境气温低的情况下，来自该最远的气缸的热被排气通路夺走，温度的降低变大，因此排出气体整体的温度降低增大，催化剂内或催化剂的入口附近的排气通路内中的未燃成分的反应状态变得不稳定，因此催化剂温度降低，排放有可能恶化。
本发明是为了解决上述那样的课题而完成，其目的在于，抑制因排出气体的热被排气通路夺走而导致的排放的恶化。
用于解决课题的手段
本发明的第一方式为，
内燃机的控制装置，具备：内燃机，在排气通路具有催化剂装置；和控制器，被编程为控制所述内燃机，所述控制装置的特征在于，
所述控制器被进一步编程为：
执行在至少1个气缸中进行稀燃烧且在至少1个其他气缸中进行浓燃烧的A/F振动运转，
基于所述内燃机的排出气体的预定的物理量来检测比所述催化剂装置靠上游侧的所述排气通路内的检测点的浓气体与稀气体的反应状态，并且，
基于所述反应状态，将对所述各气缸中至少1个的燃烧状态的分配从稀燃烧向浓燃烧或者从浓燃烧向稀燃烧变更。
根据该方式，控制器检测催化剂装置的上游侧的排气通路内的检测点的浓气体和稀气体的反应状态，并且基于该反应状态，变更进行稀燃烧的气缸和进行浓燃烧的气缸的分配。因此，能够将对各气缸的燃烧状态的分配变更为反应状态容易稳定的方式，由此，能够抑制因排出气体的热被排气通路夺走而导致的排放的恶化。
特别优选，所述控制器被进一步编程为分配燃烧状态，以使得：在所述反应状态小于预定值的情况下，在排气通路的距离中距离所述催化剂装置最远的气缸进行浓燃烧且比该最远的气缸靠近所述催化剂装置的至少1个气缸进行稀燃烧。
本发明另一方式其特征在于，所述控制器被进一步编程为在吸入空气量比预定值大的情况下，禁止所述变更。
在吸入空气量多的情况下执行进行稀燃烧的气缸和进行浓燃烧的气缸的所述变更时，有可能产生显著的转矩变动。与此对照地，在该方式中，在吸入空气量比预定值大的情况下，禁止进行稀燃烧的气缸和进行浓燃烧的气缸的所述变更，因此能够抑制因该变更的转矩变动。
本发明的另一方式其特征在于，所述控制器被进一步编程为以所述反应状态成为第1基准值(th2)以上为条件，开始所述A/F振动运转。
在该方式中，由于以反应状态成为第1基准值(th2)以上为条件开始A/F振动运转，因此能够促进检测点的未燃成分的反应。由于检测点比催化剂位于上游，因此能够更迅速地使其温度上升。因此，根据该方式，与在催化剂或者其附近进行反应的情况相比，能够更早开始A/F振动运转。
本发明的另一方式其特征在于，所述内燃机还具备二次空气供给器，所述二次空气供给器向比所述检测点靠上游侧的排气通路供给二次空气，
所述控制器被进一步编程为控制来自所述二次空气供给部的二次空气的供给量，所述反应状态越高，则越增大所述二次空气的供给量。
在该方式中，通过增大二次空气的供给量，能够使催化剂的预热迅速化。另外，即使是排气合流部的温度比较低时也供给少量的二次空气，因此能够较早地开始二次空气的供给，由此能够使催化剂的预热迅速化。
本发明的另一方式其特征在于，所述控制器被进一步编程为在所述反应状态为第2基准值(th4)以下的情况下，使所述二次空气的供给量为第1供给量，在所述反应状态比第2基准值(th4)大的情况下，使所述二次空气的供给量为比所述第1供给量大的第2供给量。
在该方式中，通过简单的结构能够得到本发明所期望的效果。
本发明的另一方式其特征在于，
所述二次空气供给器仅设置于排气通路中的从各气缸向排气合流部延伸的多个支管中的一部分。
在该方式中，二次空气供给单元的占有空间少，因此在占空因数方面是有利的。
本发明中的所述物理量也可以是被分配稀燃烧的气缸和被分配浓燃烧的气缸之间的排气空燃比的变动程度。优选，所述控制器被进一步编程为在排气空燃比的变动程度比基准值大的情况下，检测为反应状态小于预定值。
所述物理量也可以是排气温度。优选，所述控制器被进一步编程为在排气温度比基准值低的情况下，检测为反应状态小于预定值。
优选，所述检测点设置于排气通路中的来自各气缸的分支路合流的排气合流部。
附图说明
图1是表示应用了本发明的第1实施方式的内燃机的控制装置的车辆的结构的概念图。
图2是表示发动机的概略结构的概念图。
图3是表示A/F振动运转的执行期间的要求A/F的变化的一例的时间图。
图4是表示本发明的第1实施方式中的催化剂预热处理的流程图。
图5是表示变更气缸的分配的情况下的分配状态的概念图。
图6是表示本发明的第1实施方式中的各参数的变化的一例的时间图。
图7是表示本发明的第1实施方式中的检测A/F的变化的一例的时间图。
图8是表示排气合流部的温度和来自催化剂的CO/NOx/HC的排出量的关系的图。
图9是表示本发明的第2实施方式中的催化剂预热处理的流程图。
图10是表示本发明的第2实施方式中的各参数的变化的一例的时间图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的优选的实施方式。
[整体结构]
图1是表示应用了本发明的第1实施方式的内燃机的控制装置的车辆的结构的概略图。此外，在图1中，实线箭头表示气体的流动，虚线箭头表示信号的输入和输出。
在图1中，车辆具备：空气过滤器(AC)2、进气通路3、涡轮增压器4、中间冷却器(IC)5、节气门6、调压箱(surge tank)7、发动机(内燃机)8、排气通路18、旁路通路19、废气旁通阀20、三元催化剂21、空气流量计31、水温传感器32、氧传感器33、A/F传感器34、排气压传感器35、加速开度传感器36、曲轴转角传感器37、进气温度传感器38、ECU(ElectronicControl Unit)50。发动机8是直列3气缸往复式汽油发动机。但是，本发明能够应用于其他形式的多气缸内燃机，例如如果是V型6气缸发动机，则能够独立地应用于2个组(即气缸组)这两方。
空气过滤器2对从外部取得的空气(进气)进行过滤，供给至进气通路3。在进气通路3中配设涡轮增压器4的压缩机4a，进气通过压缩机4a的旋转而被压缩(被增压)。在进气通路3中还设置对进气进行冷却的中间冷却器5和调整向发动机8供给的进气量的节气门6。
在通过了节气门6的进气被暂时储存形成于进气通路3上的调压箱7内之后，通过进气歧管(manifold)9，流入到发动机8具有的多个气缸81、82、83内。发动机8通过在气缸内燃烧将所供给的进气和燃料混合而成的混合气体而产生动力。通过发动机8内的燃烧产生的排出气体通过排气歧管11，排出到排气通路18。通过从ECU50供给的控制信号，进行发动机8的各种控制，这样的控制包含点火正时、燃料喷射量、燃料的喷射正时。
参照图2，说明发动机8的具体的结构。发动机8主要具有：气缸(cylinder)81、燃料喷射阀10、火花塞12、进气阀13、排气阀14。此外，发动机8具有多个气缸81、82、83，但是在图2中，为了便于说明，仅说明1个气缸81。其他气缸82、83以及其周围的结构与气缸81以及其周围的结构相同。
燃料喷射阀10设置于气缸81，对气缸81的燃烧室81a内直接喷射(筒内喷射)燃料。燃料喷射阀10由从ECU50供给的控制信号控制。即，由ECU50执行燃料喷射量的控制等。此外，也可以取代进行筒内喷射(直喷)的燃料喷射阀10将进行端口喷射的燃料喷射阀用于发动机8、或者除了燃料喷射阀10之外还将进行端口喷射的燃料喷射阀用于发动机8。
自进气通路3向气缸81的燃烧室81a供给进气，并且从燃料喷射阀10供给燃料。在燃烧室81a内，通过火花塞12的点火而点着，所供给的进气和燃料的混合气体燃烧。在该情况下，活塞81b因燃烧而进行往复运动，该往复运动经由连杆81c传递到曲轴(未图示)，曲轴旋转。此外，火花塞12由从ECU50供给的控制信号控制。即，由ECU50执行点火正时的控制。
进而，在气缸81配设进气阀13和排气阀14。进气阀13通过开闭来控制进气通路3和燃烧室81a的连通/切断。另外，排气阀14通过开闭来控制排气通路18和燃烧室81a的连通/切断。
返回至图1说明车辆具有的其他结构要素。自发动机8排出的排出气体使设置于排气通路18的涡轮增压器4的涡轮4b旋转。这样的涡轮4b的旋转转矩被传递到涡轮增压器4内的压缩机4a而使该压缩机4a旋转，由此，通过涡轮增压器4的进气被压缩(被增压)。
排气通路18连接着使涡轮增压器4的上游侧和下游侧旁通的旁路通路19。在该旁路通路19上设置有废气旁通阀20。在废气旁通阀20为完全关闭时，排出气体流入到涡轮增压器4，而不流向旁路通路19。相反地，在废气旁通阀20为完全打开时，排出气体也流向旁路通路19。因此，能抑制压缩机4a的转速的上升，能抑制涡轮增压器4产生的增压。废气旁通阀20的开闭的控制由ECU50进行。
在排气通路18上还设置有具有净化排出气体的功能的三元催化剂21。具体而言，三元催化剂21是将白金和铑等贵金属作为活性成分的催化剂，具有除去排出气体中的氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、碳化氢(HC)等的功能。另外，三元催化剂21根据其温度，排出气体的净化能力发生变化。详细而言，在三元催化剂21处于活性温度附近的温度时，排出气体的净化能力变高。因此，在冷启动时等的低温时，需要使三元催化剂21的温度上升至活性温度。此外，催化剂的种类不限于三元催化剂21，能够利用各种催化剂，特别优选需要预热的催化剂。
空气流量计31设置于进气通路3，检测吸入空气量KL。水温传感器32检测对发动机8进行冷却的冷却水的温度(以下称为“发动机水温”。)。氧传感器33设置在排气通路18上，检测排出气体中的氧浓度。氧传感器33具有以理论空燃比(stoichiometric)为界而输出值骤变的特性，在排气空燃比大致比理论空燃比稀时，输出电压变得低于理论空燃比相当值，在排气空燃比比理论空燃比浓时，输出电压变得高于理论空燃比相当值。A/F传感器34设置在排气通路18中的三元催化剂21的上游侧的端部的附近B，检测排出气体的空燃比。A/F传感器34例如是使用了氧化锆元件的杯式的传感器，将与检测出的排气空燃比大致成比例的大小的电压信号输出。
排气温度传感器35由热电偶等构成，检测排气合流部A的温度Tex。这里所称的排气合流部A是指，排气歧管11中的从整个气缸起的支管的合流点或者其下游侧、且旁路通路19的分支点或者比该分支点靠上游侧的区域。
加速开度传感器36检测驾驶员操作的加速开度。曲轴转角传感器37设置在发动机8的曲轴的附近，并且检测曲轴转角。进气温度传感器38设置在调压箱7，并且检测进气温度。这些各种传感器检测出的检测值作为检测信号提供给ECU50。
在发动机8中，作为二次空气供给单元而设置有二次空气供给通路41。二次空气供给通路41连接着进行空气压缩的气泵42、和二次空气调整阀43。气泵42连接着从比压缩机4a靠上游侧的进气通路3分支的空气取入通路44。二次空气调整阀43由ECU50根据发动机的运转状态、或者排气净化装置的状态而控制，由此，控制二次空气供给的接通、断开以及流量。
通过气泵42压缩后的空气，通过二次空气调整阀43对其流量进行计量，通过二次空气供给通路41，作为二次空气自二次空气供给口45向排气通路18喷射供给。
二次空气供给通路41的前端仅将二次空气供给到从#3气缸83起的排气通路、即排气歧管11中的通到#3气缸83的支管。#3气缸83是在排气通路的距离中最靠近催化剂21的气缸。为了尽量对高温的排出气体喷射二次空气来使排出气体中的未燃烧成分燃烧，优选二次空气供给通路41尽可能设置在接近排气端口的位置。
此外，由于设为将二次空气供给到在排气通路18的距离中最靠近催化剂21的气缸即#3气缸83，因此能够对来自所有气缸的排出气体合流的集合部的附近进行适当地加热，能够促进该集合部的附近的CO和O2的反应(氧化反应)。然而，二次空气供给对象的气缸可以是#3气缸83以外的气缸，而且也可以使二次空气供给对象的气缸增加至多个或者所有气缸。在将二次空气仅供给到特定气缸(一部分气缸)的情况下，二次空气供给通路41连接在从各气缸81～83的排气端口至与排气通路18中的其他气缸的合流部之间。
ECU50包含未图示的CPU、ROM、RAM、以及A/D变换器等而构成。ECU50基于从车辆内的各种传感器供给的输出，进行车辆内的控制。在本实施方式中，ECU50主要进行对废气旁通阀20的控制、以及对燃料喷射阀10的控制。具体而言，ECU50在预定的预热执行条件成立的情况下，首先将废气旁通阀20设为开状态，实施点火正时的延迟，并且在必要的情况下，执行向使用了二次空气供给通路41的排气通路18的二次空气的供给。进而，ECU50在必要的情况下，执行由使空燃比振动的方式实现的运转(以下称为“A/F振动运转”。)，以使得稀燃烧和浓燃烧交替地切换。进行这样的A/F振动运转，是为了在适当地抑制从催化剂的CO或HC等蒙混过去的同时提前预热催化剂。另外，ECU50在A/F振动运转的执行期间，基于增压器4的上游侧的浓气体和稀气体的反应状态，控制浓燃烧时和稀燃烧时的空燃比的振幅(以下称为“空燃比振幅量”。)。
[A/F振动运转]
接着，说明上述的ECU50执行的A/F振动运转。在本实施方式中，在冷启动时等，以提前预热催化剂21为目的，执行A/F振动运转。
在此，参照图3说明基本的A/F振动运转。图3中，横轴表示时间，纵轴表示空燃比(A/F)。此外，图3是执行了A/F振动运转时的目标空燃比的变化的图。
如图3所示，在A/F振动运转中，进行使空燃比振动的控制，以使得：按照气缸81、82、83的每一个且按照点火顺序，稀燃烧和浓燃烧交替地切换。在本实施方式中，在作为基本状态的第1运转状态中，将#1气缸81的空燃比AF1设为稀、将#2气缸82的空燃比AF2设为浓、将#3气缸83的空燃比AF3设为理论空燃比。空燃比的振动通过燃料喷射量的增减来进行。在将空燃比设为稀的气缸(稀气缸)、和设为浓的气缸(浓气缸)中，将空燃比(A/F)设为隔着理论空燃比值(例如重量比为14.5～15之间的任意的值)大致对称的值。但是，也可以运转以使得空燃比隔着理论空燃比值以外的基准空燃比进行振动。
在燃烧不良时所执行的第2运转状态中，以稀气缸和浓气缸的分配反转的方式进行变更，将#1气缸81的空燃比AF1设为浓、将#2气缸82的空燃比AF2设为稀、将#3气缸83的空燃比AF3设为理论空燃比。
在这些第1以及第2运转状态的任意一个中都进行二次空气的供给的情况下，将作为二次空气供给气缸的#3气缸83的空燃比AF3设为浓。在第1运转状态中供给二次空气的情况下的#3气缸83的空燃比AF3，如图3中用双点划线AI所示那样。
在执行了这样的A/F振动运转的情况下，在正进行稀燃烧时，稀气体(O2(氧)等)被供给到排气通路18、而且在进行浓燃烧时，浓气体(CO(一氧化碳)等)被供给到排气通路18。由此，能够使排气通路18内的CO和O2的反应(氧化反应)增加，利用该氧化反应产生的发热对三元催化剂21进行加热，能够促进催化剂的预热(以下有时将这样的排气通路18内的反应称为“后燃”)。
此外，在至少一部分气缸中进行稀燃烧、并且在至少1个其他的气缸中进行浓燃烧，由此，A/F振动运转成立。优选稀燃烧和浓燃烧交替地进行。在发动机8为4气缸、#4气缸为二次空气供给气缸、且点火顺序为气缸号为“#1-#3-#4-#2”的情况下，能够以例如“使#1气缸为浓、使#3气缸为稀、使#4气缸为理论空燃比、使#2气缸为稀”的方式分配空燃比或者燃烧方式。另外，也可以取代稀燃烧和浓燃烧按照点火顺序、按每1个气缸切换的结构，设为按多个气缸进行切换的结构。
在本实施方式中，在涡轮增压器4的上游侧的温度超过了预定的基准值的情况下、即涡轮增压器4的上游侧的温度达到了能够燃烧CO左右的温度时，ECU50开始A/F振动运转的执行。这样，以增压器4的上游侧的温度超过了预定的基准值为条件开始A/F振动运转，由此使通过A/F振动运转产生的CO在增压器4的上游侧的区域A(参照图1)中能够以更高概略燃烧(即，能够以更高的概率使CO和O2反应即后燃)。
空燃比振幅量也可以基于增压器4的上游侧的排气通路18内的温度变更。具体而言，ECU50能够根据增压器4的上游侧的温度，设定稀气缸和浓气缸中的燃料喷射量分别与两者的中央值之间形成的差。例如，在增压器4的上游侧的温度变低时，通过将空燃比振幅量变更为更小的值，能够将增压器4的上游侧的反应维持在适当的状态。
在本实施方式中，将排气温度传感器35设置在排气合流部A，直接检测排气合流部A的温度Tex。其中，温度T也可以基于表示车辆的运转状态的参数、例如空气流量计31检测出的吸入空气量的累计值、以及燃料喷射量中的至少1个来推定。推定值能够基于缸压、环境气温Ta、发动机水温、进气温度、运转模式(要求负荷以及发动机转速的随时间的变化)、催化剂入口排气温度、以及排气合流部A的压力中至少1个来校正。缸压能够通过设置在燃烧室内的缸压传感器(未图示)检测。发动机水温能够通过水温传感器32检测。进气温度能够通过进气温度传感器38检测。催化剂入口排气温度能够通过设置在三元催化剂21的上游侧的端部的附近B的催化剂入口排气温传感器(未图示)检测。排气合流部A的压力能够通过设置在排气合流部A的压力传感器(未图示)检测。
[催化剂预热处理]
图4是表示第1实施方式中的催化剂预热处理的例程的流程图。该处理以存在基于未图示的点火开关的操作输入以及曲轴转角传感器37的输入的发动机8的启动判定为条件在ECU50中执行，且包含前述的A/F振动运转。
首先，在步骤S10中，ECU50判定是否有催化剂的快速预热要求。该判定例如基于发动机水温是否低于预定的基准值进行，在低的情况下，判断为有快速预热要求。此外，该判定能够基于发动机水温、发动机油温、催化剂温度(均为检测值或推定值)中的至少1个进行。在没有快速预热要求的情况下(步骤S10：否)，处理跳过该例程。
在有快速预热要求的情况下(步骤S10：是)，预定的催化剂预热要求标记开启(on)，处理进入步骤S20。在步骤S20中，ECU50基于进气温度传感器38检测出的进气温度，算出环境气温Ta。环境气温Ta越低，则由于从在排气通路18的距离中距离催化剂21最远的#1气缸81的排气通路、即排气歧管11的第1分支11a(参照图1)的温度越降低，所以排出气体整体的温度降低越增大，催化剂21内、催化剂21的入口附近的排气通路18内的未燃成分的反应状态变得不稳定，因此催化剂温度越降低，排放有可能恶化。
接着，在步骤S30中，ECU50响应催化剂预热要求标记的开启动作，开始点火延迟。ECU50使火花塞12的点火正时延迟(延缓)至压缩上死点以后的预定的曲轴转角。通过该点火延迟，在较靠近排气行程的压缩上死点以后进行燃烧，将温度高的排出气体导向催化剂，能够促进催化剂的活化。
接着，在步骤S40中，ECU50判定是否有二次空气要求。该判定例如基于环境气温Ta是否低于预先确定的第1基准温度th1进行，在低的情况下，判断为有二次空气要求。在没有二次空气要求的情况下(步骤S40：否)，跳过以下的步骤S50～S70的处理。
在环境气温Ta低于第1基准温度th1、且有二次空气要求的情况下(步骤S40：是)，处理进入步骤S50。在步骤S50中，ECU50执行二次空气的供给。这里的二次空气的供给量被设为，与使来自设置了二次空气供给通路41的#3气缸83的包含未燃烧气体的排出气体燃烧相适合的量、即相当于单一气缸的量。通过该二次空气的供给，使包含了未燃烧气体的排出气体在排气通路18内燃烧，通到#3气缸83的支管的温度上升。
接着，在步骤S60中，ECU50判定增压器4以及废气旁通阀20的上游侧即排气合流部A的温度Tex是否高于预先确定的第2基准温度th2。在该时刻使废气旁通阀20保持为开而开始了A/F振动运转的情况下，该第2基准温度th2被确定为，在排气合流部A中、排出气体中的CO的燃烧(O2和CO的反应)以作为热源能够允许的最低程度进行这样的温度。在排气合流部A的温度Tex为第2基准温度th2以下的情况下(步骤S60：否)，反复步骤S50的处理，并且继续进行点火延迟状态下的二次空气的供给，直至温度Tex变得高于第2基准温度th2为止。
在排气合流部A的温度Tex高于第2基准温度th2的情况下(步骤S60：是)，预定的A/F振动运转要求标记开启，处理进入步骤S70。在该情况下，若开始A/F振动运转，则能够期待在排气合流部A适当地进行CO的燃烧(O2和CO的反应)。因此，ECU50接下来对A/F振动运转要求标记的开启动作进行响应，开始A/F振动运转的执行(步骤S70)。
如上述那样，在A/F振动运转中，稀燃烧和浓燃烧交替地进行。空燃比振幅量在A/F振动运转的开始之后立即从作为初始值的0开始逐渐扩大，例如被设为固定的目标值。另外，在A/F振动运转期间，使浓气缸的点火正时延迟，使稀气缸的点火正时提前，以使得：补偿浓气缸和稀气缸的转矩差而将转矩平均化。
接着，在步骤S80～S100中，ECU50判定排气通路18内的浓气体和稀气体的反应状态是否因第1分支11a中的温度因环境气温低而降低而变得不良。这里所使用的判断基准为以下的3个。
(i)催化剂21的上游侧的端部的附近B的空燃比差分值ΔA/F是否比基准差分值大(步骤S80)。如图7所示，在排气合流部A中良好地进行CO的燃烧(O2和CO的反应)的情况下，作为其下游侧的A/F传感器34的设置点(三元催化剂21的上游侧的端部的附近B)的空燃比的振幅变得比较小。因此，基于由A/F传感器34检测的空燃比的振幅、即被分配了稀燃烧的气缸和被分配了浓燃烧的气缸之间的排气空燃比的变动程度，能够判断在排气合流部A中的反应是否良好进行。该情况下的空燃比的检测点优选为排气合流部A或者比排气合流部A靠下游侧、且比三元催化剂21靠上游侧的点。具体而言，ECU50例如基于曲轴转角传感器37的检测值，按邻接气缸间的点火间隔读入A/F传感器34的检测值，从最近的值中减去前次的值，算出空燃比差分值ΔA/F，判断该绝对值是否比预先确定的基准差分值大。在肯定的情况下、即空燃比差分值ΔA/F的绝对值比基准差分值大的情况下，可以说排气合流部A中的反应(后燃)不良。在否定的情况下，排气合流部A中的反应(后燃)成为良好，因此跳过步骤S90～S120。
(ii)环境气温Ta是否比预先确定的第3基准温度th3低(步骤S90)。该第3基准温度th3是用于确定反应不良的原因在于环境气温低的情况的值。第3基准温度th3也可以为与上述的第1基准温度相同的值，也可以为不同的值。在肯定的情况下、即环境气温Ta比预先确定的第3基准温度th3低的情况下，可以说反应不良的原因在于环境气温低。在否定的情况下，反应不良的原因不是环境气温低，因此跳过步骤S100以及S120。
(iii)在排气通路18的距离中距离催化剂21最远的#1气缸81是否被选择作为稀气缸(步骤S100)。在肯定的情况下，可以说反应不良的原因在于从最远的#1气缸81起的排气通路即第1分支11a中的温度的降低。在否定的情况下，反应不良的原因不是第1分支11a中的温度的降低，因此跳过下一步骤S120。
并且，在这些判断基准(i)-(iii)的全部为肯定的情况下，排气通路18内的浓气体和稀气体的反应状态因第1分支11a中的温度因环境气温低而降低而变得恶化。因此，处理进入步骤S110。
在步骤S110中，ECU50判断空气流量计31检测出的当前的吸入空气量KL是否为预先确定的基准空气量以下。在步骤S110中为肯定、即吸入空气量KL为基准空气量以下的情况下，处理进入步骤S120。
在步骤S120中，ECU50变更对气缸81、82的燃烧状态的分配。即，对各#1气缸81、#2气缸82分配燃烧状态，以使得：在初始状态下作为稀气缸的#1气缸81进行浓燃烧，在初始状态下作为浓气缸的#2气缸82进行稀燃烧。此外，关于在初始状态下作为二次空气供给气缸的#3气缸83，不进行分配的变更。
在步骤S110中为否定、即吸入空气量KL比基准空气量大的情况下(步骤S110：否)，不进行步骤S120中的气缸的分配的变更，使空燃比的振幅减少至预定值(步骤S140)。
如图5所示，在3气缸的发动机8中，例如在第1循环和第2循环之间进行步骤S120中的气缸的分配的变更时，在第1循环中的#2气缸中的浓燃烧之后，隔着#3气缸中的理论空燃比燃烧，再次进行#1气缸中的浓燃烧。在吸入空气量KL比较小的低负荷运转时，即使有这样的浓燃烧的连续(或者稀燃烧的连续)，上述的点火正时的控制也相互作用，可以说旋转变动在允许范围内。但是，在吸入空气量KL比较大的高负荷运转时，旋转变动有可能变得显著。
因此，在本实施方式中，在吸入空气量KL比基准空气量大的情况下，不进行步骤S120中的气缸的分配的变更、且使空燃比的振幅减少至预定值(步骤S140)，通过后者，能够改善排气通路18内的浓气体和稀气体的反应状态。这样的处理不仅能够应用于3气缸发动机，也同样能够应用于具有4气缸以上的发动机，例如关于V型6气缸的发动机的各组，能够与另一组独立地应用。
最后，ECU50判断催化剂预热是否完成(S130)。该判断例如能够基于空气流量计31检测出的吸入空气量的累计值、以及催化剂温度的推定值或者(基于热电偶等的)检测值中的至少1个进行，在达到了各个预定的基准值的情况下被肯定，本例程结束。在步骤S130中为否定的情况下，在直至该判断变为肯定的期间、即直至催化剂预热结束为止的期间，反复执行从步骤S70至S120以及S140的处理。
图6是表示执行以上的催化剂预热处理时的各部分的动作状态的定时图。在图6中，首先，根据曲轴转角传感器37的输入算出的发动机转速超过了启动判定基准值，由此在进行发动机8已启动之意的判定(i)时，基于发动机水温，进行有快速预热要求之意的判断(ii)(S10)。以这里的肯定判断为条件，催化剂预热要求标记开启(iii)。该标记表示催化剂预热要求成立，维持至催化剂预热的结束。
响应催化剂预热要求标记的开启动作，开始点火正时的延迟(iv)(S30)。在有二次空气要求的情况下(步骤S40：是)，执行二次空气的供给(v)(S50)。该二次空气的供给的结果，排气温度Tex如图6中的实线(a)那样迅速地增大。此外，如果是不进行二次空气的供给的装置，则认为排气温度Tex如图6中的曲线(c)那样比较缓慢地增大。
在排气合流部A的温度Tex比第2基准温度th2大时(vi)，A/F振动运转要求标记开启(vii)，该标记维持至催化剂预热的结束为止。响应于该A/F振动运转要求标记的开启动作，开始A/F振动运转(viii)(S70)。具体而言，空燃比振幅量(即稀气缸和浓气缸的空燃比分别相对于两者的中央值形成的差)从0逐渐扩大，设为固定的目标值。在空燃比振幅量的渐增的同时，稀气缸的点火正时逐渐提前，浓气缸的点火正时逐渐延迟(ix)。该A/F振动运转的结果，排气温度Tex如图6中的实线(a)那样进一步增大。
相对于此，在排气合流部A中的浓气体和稀气体的反应状态因第1分支11a中的温度因环境气温低而降低而变为不良的情况下，排气温度Tex如图6中的点划线(b)那样，即使是A/F振动运转的开始后也不增大。并且，在步骤S80～S100的全部为肯定的情况下、即进行了反应状态不良判定的情况下(x)，变更进行稀燃烧的气缸和进行浓燃烧的气缸的分配(xi)(S120)。其结果，排气温度Tex变得开始上升(点划线(b))。
在判断为催化剂预热已完成(xii)时(S130)，催化剂预热要求标记以及A/F振动运转要求标记关闭，使A/F振动运转结束。以上的处理的结果，催化剂温度如图6中的实线(d)那样迅速地增大。此外，如果是不进行A/F振动运转的装置，则认为催化剂温度如图6中的曲线(e)那样比较缓慢地增大。
如以上那样，在第1实施方式中，在执行按气缸交替地进行稀燃烧和浓燃烧的A/F振动运转(步骤S70)的发动机8中，基于排出气体的预定的物理量，检测催化剂21的上游侧的排气通路18内的浓气体和稀气体的反应状态(步骤S80～S100)。ECU50在基于该反应状态判断为反应状态不良的情况下，交替地变更进行稀燃烧的气缸和进行浓燃烧的气缸的分配，以使得：在排气通路18的距离中距离催化剂21最远的气缸即#1气缸81进行浓燃烧，且比该最远的气缸靠近催化剂21的气缸即#2气缸82进行稀燃烧(步骤S120)。因此，能够将对各气缸81、82、83的燃烧状态的分配变更为反应状态容易稳定的方式，由此，能够抑制因排出气体的热被排气通路18的第1分支11a夺走而导致排放的恶化。
另外，在本实施方式中，在吸入空气量KL比基准空气量大的情况下(步骤S110：否)，禁止步骤S120中的气缸的分配的变更，因此能够抑制因该变更的转矩变动。
另外，在本实施方式中，以排气合流部A的温度Tex成为基准值以上为条件(步骤S60)，开始A/F振动运转(步骤S70)，因此能够促进排气合流部A的未燃成分的反应。排气合流部A位于比催化剂21的上游侧的端部的附近B靠上游，因此能够更迅速地使该温度Tex上升。因此，根据该方式，与在催化剂21或者其上游侧的端部的附近B进行反应的情况相比能够在较早的正时开始A/F振动运转。
[第2实施方式]
接着说明本发明的第2实施方式。为了使催化剂的预热迅速，从二次空气供给通路41供给二次空气是有利的。为了使所供给的二次空气升温，优选二次空气供给通路41在排气通路中设置在作为尽可能靠近气缸的地点的支管。但是，将二次空气供给通路设置在全部的支管，有时从设置空间的制约来讲是不当的。仅对一部分气缸、例如单一的气缸设置二次空气供给通路，从该二次空气供给通路也能够供给相当于整个气缸量的量的二次空气。但是，在该情况下，在排气通路内如果没有充足的温度场，则CO和O2不反应(氧化反应)，排气气体温度降低，排放有可能恶化。
例如，如图8所示，在3气缸发动机中供给与3气缸量相当的量的二次空气的情况下，在温度比某一值th4高的区域中，与不进行二次空气的供给的情况(f)相比，能够显著降低CO、NOx、HC的排出量(g)。但是，在温度比th4低的区域中，CO、NOx、HC的排出量(g)与不进行二次空气的供给的情况(f)相比会变大。
因此，在第2实施方式中，在通过执行A/F振动运转使排气通路内的温度迅速地上升、且能够使二次空气与未燃成分有效地反应的温度区域中，通过增大二次空气的供给量，使催化剂的预热迅速化。第2实施方式的机械性的结构与上述第1实施方式中的结构同样，因此省略其详细的说明。
图9是表示第2实施方式中的催化剂预热处理的例程的流程图。以有基于未图示的点火开关的操作输入以及曲轴转角传感器37的输入的发动机8的启动判定为条件，在ECU50中执行该处理。
首先，在步骤S210中，ECU50判定是否有催化剂的快速预热要求。在有快速预热要求的情况下，预定的催化剂预热要求标记开启，处理进入步骤S220。在步骤S220中，ECU50基于进气温度传感器38检测出的进气温度，算出环境气温Ta。接着，在步骤S230中，ECU50响应催化剂预热要求标记的开启动作，开始点火延迟。接着，在步骤S240中，ECU50判定是否有二次空气要求。在有二次空气要求的情况下，ECU50执行二次空气的供给(步骤S250)。在供给二次空气的情况下，为了通过未燃烧气体促进排气通路内的温度上升，将向#3气缸供给的混合气体设为浓。二次空气的供给量被设为，与使来自设置了二次空气供给通路41的#3气缸83的包含了未燃烧气体的排出气体燃烧相适合的量、即与单一气缸相当的量。通过该二次空气的供给，使包含了未燃烧气体的排出气体在排气通路18内燃烧，通到#3气缸83的支管的温度上升。
接着，在步骤S260中，ECU50判定作为增压器4以及废气旁通阀20的上游侧的排气合流部A的温度Tex是否比预先确定的第2基准温度th2高。在排气合流部A的温度Tex为第2基准温度th2以下的情况下(步骤S260：否)，反复进行步骤S250的处理，并在点火延迟状态下的运转、以及相应的情况下继续进行二次空气的供给，直至温度Tex变得比第2基准温度th2高。这些从步骤S210至S260的处理，除了在步骤S240中为否定的(即没有二次空气要求)情况下，处理转移至步骤S260、以及在步骤S260为否定的(即排气温度Tex为th2以下)情况下处理转移至步骤S240之外，与从上述第1实施方式中的步骤S10至S60的处理同样。
在排气合流部A的温度Tex比第2基准温度th2高的情况下(步骤S260：是)，预定的A/F振动运转要求标记开启，处理进入步骤S270。在步骤S270中，ECU50响应A/F振动运转要求标记的开启动作，开始A/F振动运转的执行。A/F振动运转中的空燃比，在其初始状态，#1气缸81被设定为浓、#2气缸82被设定为稀、#3气缸83被设定为理论空燃比。响应二次空气要求，提供给#3气缸的混合气体被设为浓。
在第2实施方式中，空燃比振幅量被设为固定值。但是，空燃比振幅量也可以与第1实施方式同样，在A/F振动运转的开始后立即从作为初始值的0开始逐渐扩大。在A/F振动运转期间，使浓气缸的点火正时延迟，使稀气缸的点火正时提前，以补偿浓气缸和稀气缸的转矩差，将转矩平均化。
接着，在步骤S280～S300中，ECU50判定排气通路18内中的浓气体和稀气体的反应状态是否因第1分支11a中的温度因环境气温低而降低而变得不良。这些步骤S280～S300中的处理与上述第1实施方式中的步骤S80～S100中的处理同样。
接着，在步骤S310～S330中，ECU50根据吸入空气量KL，选择性地执行对于气缸81、82的燃烧状态的分配的变更、或者空燃比的振幅的减少。这些步骤S310～S330中的处理与上述第1实施方式中的步骤S110、S120、S140中的处理同样。
接着，在步骤S340中，ECU50判定排气合流部A的温度Tex是否比预先确定的第4基准温度th4高。该第4基准温度th4被设为，在比预先确定的第4基准温度th4高的温度区域中，供给了与使来自全部3个气缸的包含未燃烧气体的排出气体燃烧相适合的量的二次空气(即3气缸量的二次空气)的情况下，能够使未燃烧气体充分燃烧的温度。在排气合流部A的温度Tex为第4基准温度th4以下的情况下(步骤S340：否)，继续执行步骤S270的A/F振动运转，并继续进行点火延迟状态下的二次空气的供给，直至温度Tex变得比第4基准温度th4高为止。
在步骤S340中为肯定、即排气合流部A的温度Tex比第4基准温度th4高的情况下，供给3气缸量的二次空气(步骤S350)。在该情况下，为了通过未燃烧气体促进排气通路内的温度上升，提供给作为浓气缸的#1气缸81以及作为二次空气供给气缸的#3气缸83的混合气体的空燃比被进一步设为浓。所供给的二次空气的量被设为与该混合气体的浓化对应的量。通过二次空气的供给，使包含未燃烧气体的排出气体在排气通路18内燃烧，排气合流部A的温度Tex进而上升。
最后，ECU50判断催化剂预热是否完成(S360)。该判断例如能够基于空气流量计31检测出的吸入空气量的累计值、以及催化剂温度的推定值或者(基于热电偶等的)检测值中的至少1个进行，在分别达到了预定的基准值的情况下被肯定，本例程结束。在步骤S360中为否定的情况下，在直至该判断变为肯定为止的期间、即直至催化剂预热结束为止的期间，反复执行从步骤S240至S350的处理。
图10是表示执行以上的催化剂预热处理时的各部分的动作状态的定时图。横轴表示发动机启动后的经过时间。在图10中，首先在时刻t1有二次空气要求的情况下(步骤S240：是)，对#3气缸83的支管执行二次空气的供给(i)(S250)。此时，该#3气缸83的空燃比(图中标记为“1次A/F”)被设为浓(ii)。点火延迟(S230)以及二次空气的供给(S250)的结果，排气温度Tex如图10中的实线(h1)那样迅速地增大。
在时刻t2，在排气合流部A的温度Tex变为比第2基准温度th2大时(iii)，A/F振动运转要求标记开启，开始A/F振动运转(iv)(S270)。具体而言，空燃比振幅量(即稀气缸和浓气缸的空燃比分别相对于两者的中央值形成的差)从0开始分步扩大而被设为目标值。在空燃比振幅量的增大的同时，作为稀气缸的#2气缸82的点火正时提前，作为浓气缸的#1气缸81的点火正时延迟。该A/F振动运转的结果，排气温度Tex如图10中的实线(h2)那样进一步增大。
然后，在时刻t3，在排气合流部A的温度Tex比第4基准温度th4高的情况下(v)，供给3气缸量的二次空气(步骤S350，vi)。此时，向作为浓气缸的#1气缸81以及作为二次空气供给气缸的#3气缸83供给的混合气体的空燃比进一步设为浓(vii)。因此，混合气体的3气缸平均的空燃比从理论空燃比变更为浓。通过二次空气的供给，使包含未燃烧气体的排出气体在排气通路18内燃烧，排气合流部A的温度Tex进一步上升(h3)。此外，如果是不进行3气缸量的二次空气的供给(步骤S350)的装置，则认为排气温度Tex如图10中的曲线(h4)那样比较缓慢地增大。在这些二次空气的供给量的变化(i，vi)的整个前后，图中标记为“2次A/F”的催化剂到达气体的空燃比以理论空燃比或者弱稀而被设为恒定。
以上的处理的结果，使催化剂温度如图10中的实线(j1)那样，从3气缸量的二次空气的供给的开始进一步增大。此外，如果是不进行3气缸量的二次空气的供给(步骤S350)的装置，则认为催化剂温度如图10中的曲线(j2)那样比较缓慢地增大。其结果，从三元催化剂21的CO、NOx、HC的排出量(k)与不进行3气缸量的二次空气的供给的情况(m)相比，进一步降低。
如以上这样，在第2实施方式中，如下这样构成装置：反应状态越高，则越增大二次空气的供给量。因此，通过增大二次空气的供给量，能够使催化剂的预热迅速化。另外，即使是排气合流部A的温度Tex比较低时，也供给少量的二次空气，因此能够比较早地开始二次空气的供给，由此能够使催化剂的预热迅速化。
另外，在第2实施方式中，构成为，在反应状态为第4基准温度(th4)以下的情况下，在使二次空气的供给量为第1供给量、反应状态比第4基准温度(th4)大的情况下，使二次空气的供给量为比第1供给量大的第2供给量。因此，能够通过简易的结构，得到本发明所期望的效果。
另外，在第2实施方式中，将二次空气供给通路41仅设置在排气通路中的从各气缸向排气合流部A延伸的多个支管中的一部分，因此二次空气供给通路41的占有空间少，在占空因数(space factor)方面是有利的。
本发明不仅限于上述方式，包含在由权利要求书规定的本发明的思想的所有的变形例和应用例、均等物，包含在本发明中。因此，本发明不应限定性地解释，也能够应用在归属于本发明的思想的范围内的其他任意的技术中。
例如，在上述各实施方式中，仅针对一部分的气缸81、82，变更(交替)了燃烧状态的分配，但是也可以针对全部气缸变更(交替)该分配。在上述实施方式中，响应快速预热要求而执行了点火延迟(S30)，但是执行点火延迟在本发明中不是必须的。在上述各实施方式中，基于排出气体中的空燃比的变动(从A/F传感器34的检测值得到的空燃比差分值ΔA/F)，检测出排气合流部A中的浓气体和稀气体的反应状态(步骤S80、S280)，但是该反应状态也可以通过将排气温度Tex与预定的基准值比较来检测。在该情况下，在排气温度Tex比预定的基准值低的情况下，能够判断为反应状态不良。在该情况下的排气温度Tex的检测点，优选为排气合流部A或者比其靠下游侧、且比三元催化剂21靠上游侧的点。
在第2实施方式中，将二次空气的供给量在“关闭”、“1气缸量”、“3气缸量”之间离散地或者分步进行变更，二次空气的供给量也可以在这些之间比例性地或者连续性地变更。与此对应，各气缸的空燃比也能够比例性或者连续性地变更。
在上述各实施方式中，仅在单一的气缸设置了二次空气供给通路41，但是二次空气供给通路41也可以设置于2个以上的气缸。
在上述各实施方式中，作为催化剂使用了三元催化剂21，但是本发明也可以应用其他种类的催化剂、特别是需要至活化温度的加热处理的各种催化剂。在上述实施方式中，对具备增压器4、旁路通路19以及废气旁通阀20的发动机8应用了本发明，但是这都不是必须的。在上述实施方式中，将本发明应用于汽油内燃机，但是本发明也能够应用于柴油发动机、气体燃料发动机等使用汽油以外的燃料的内燃机，该结构也属于本发明的范畴。
标号说明
8 发动机
10 燃料喷射阀
11a 第1分支
18 排气通路
19 旁路通路
20 废气旁通阀
21 三元催化剂
31 空气流量计
34A/F 传感器
35 排气温度传感器
50 ECU
81、82、83 气缸
A 排气合流部

Claims (9)

1.一种内燃机的控制装置，具备：内燃机，在排气通路具有催化剂装置；和控制器，被编程为控制所述内燃机，所述控制装置的特征在于，
所述控制器被进一步编程为：
执行在至少1个气缸中进行稀燃烧且在至少1个其他气缸中进行浓燃烧的A/F振动运转，
基于所述内燃机的排出气体的预定的物理量来检测比所述催化剂装置靠上游侧的所述排气通路内的检测点的浓气体与稀气体的反应状态，并且，
基于所述反应状态，将对所述各气缸中至少1个的燃烧状态的分配从稀燃烧向浓燃烧或者从浓燃烧向稀燃烧变更，
所述内燃机还具备二次空气供给器，所述二次空气供给器向比所述检测点靠上游侧的排气通路供给二次空气，
所述控制器被进一步编程为控制来自所述二次空气供给部的二次空气的供给量，所述反应状态越高，则越增大所述二次空气的供给量。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述控制器被进一步编程为分配燃烧状态，以使得：在所述反应状态小于预定值的情况下，在排气通路的距离中距离所述催化剂装置最远的气缸进行浓燃烧且比该最远的气缸靠近所述催化剂装置的至少1个气缸进行稀燃烧。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述控制器被进一步编程为在吸入空气量比预定值大的情况下，禁止所述变更。
4.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述控制器被进一步编程为以所述反应状态成为第1基准值(th2)以上为条件，开始所述A/F振动运转。
5.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述控制器被进一步编程为在所述反应状态为第2基准值(th4)以下的情况下，使所述二次空气的供给量为第1供给量，在所述反应状态比第2基准值(th4)大的情况下，使所述二次空气的供给量为比所述第1供给量大的第2供给量。
6.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述二次空气供给器仅设置于排气通路中的从各气缸向排气合流部延伸的多个支管中的一部分。
7.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述物理量是被分配稀燃烧的气缸和被分配浓燃烧的气缸之间的排气空燃比的变动程度，
所述控制器被进一步编程为在排气空燃比的变动程度比基准值大的情况下，检测为反应状态小于预定值。
8.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述物理量是排气温度，
所述控制器被进一步编程为在排气温度比基准值低的情况下，检测为反应状态小于预定值。
9.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述检测点设置于排气通路中的来自各气缸的支管合流的排气合流部。
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