JP2004076668A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】触媒昇温のための昇温制御時に一部の気筒でリーンな空燃比での成層燃焼を実行する際、空燃比を極力リーンにしつつそのリーン気筒でのリッチ失火やリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】昇温制御時のリーン気筒において、その空燃比の値を広範囲にわたり設定すると、製品ばらつき等により、点火時における点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が濃すぎたり薄すぎたりするようになる。このリーン気筒の空燃比がリッチ失火やリーン失火についての失火限界を越えると予測されるとき、点火時期及び燃料噴射時期が失火抑制側に補正される。これにより、昇温制御時のリーン気筒において、リッチ失火やリーン失火に対し必要とされる安全マージンが確保されるようになる。
【選択図】 図２
【解決手段】昇温制御時のリーン気筒において、その空燃比の値を広範囲にわたり設定すると、製品ばらつき等により、点火時における点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が濃すぎたり薄すぎたりするようになる。このリーン気筒の空燃比がリッチ失火やリーン失火についての失火限界を越えると予測されるとき、点火時期及び燃料噴射時期が失火抑制側に補正される。これにより、昇温制御時のリーン気筒において、リッチ失火やリーン失火に対し必要とされる安全マージンが確保されるようになる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車など車両に搭載される内燃機関においては、その排気通路に排気を浄化するための触媒として三元触媒やＮＯｘ 吸蔵還元触媒が設けられている。
【０００３】
上記三元触媒は、理論空燃比での混合気の燃焼時に、排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ ）について浄化を行うものである。また、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒は、三元触媒ではＮＯｘ についての浄化を行うことが困難な理論空燃比よりもリーンな空燃比での混合気の燃焼時に、排気中に含まれるＮＯｘ を吸蔵するものである。
【０００４】
ＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘ は、所定のタイミングを見計らって一時的に理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気を燃焼させる、いわゆるリッチスパイク制御を実行することで、排気中の炭化水素（ＨＣ）等と反応して窒素（Ｎ２ ）に還元される。こうした還元によりＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘ の飽和が防止される。
【０００５】
これら三元触媒及びＮＯｘ 吸蔵還元触媒については、触媒温度が低いとき排気浄化能力が低下するため、必要な排気浄化能力を確保できる程度まで昇温する必要がある。また、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒については、ＮＯｘ ばかりでなく硫黄酸化物（ＳＯｘ ）等も付着してＮＯｘ の吸蔵に悪影響を及ぼすため、当該ＳＯｘ を除去するために所定のタイミングを見計らって６００℃程度まで昇温する必要がある。なお、触媒を昇温させる方法としては、例えば特開２０００−３２０３７１公報に示されるものが知られている。
【０００６】
同公報には、一部の気筒での空燃比をリーンにするとともに他の気筒での空燃比をリッチにし、触媒に流入する排気中の酸素濃度から分かるエンジン全体としての空燃比が目標値となるよう、上記各気筒の空燃比をフィードバック制御する昇温制御を行うことが記載されている。こうした昇温制御を行うことにより、排気通路でリッチ気筒からの排気中に含まれるＨＣ及びＣＯが、リーン気筒からの排気中に含まれる酸素（Ｏ２ ）により燃焼し、触媒の温度が必要とされる値まで上昇させられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような昇温制御においては、空燃比をリッチ気筒では極力リッチとし、リーン気筒では極力リーンとすることが、排気通路での燃焼による触媒昇温を速やかなものとする上で要求される。そのため、リーン気筒では空燃比を大幅にリーンとすることが可能な成層燃焼を実行することが好ましい。こうした成層燃焼は、圧縮行程中に噴射された燃料をピストン頭部に当てて点火プラグ周りに集め、燃焼室内に点火プラグ周りに可燃混合気が存在する成層混合気を形成し、この成層混合気に対し点火を行うことで実現される。
【０００８】
ここで、成層燃焼が行われるリーン気筒においては、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度を適切なものとすることが、良好な混合気の燃焼を得る上で重要である。仮に、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が濃すぎるとリッチ失火を招き、薄すぎるとリーン失火を招くおそれがある。このため、上記リーン気筒については、その空燃比を点火時の点火プラグ周りの混合気の燃料濃度に起因してリッチ失火やリーン失火が生じることのないリーン側の値となるようにする必要がある。
【０００９】
しかし、失火を生じさせない上記空燃比の値については、製品ばらつき等を考慮するとある程度の幅しかとることができない。
すなわち、リーン気筒で成層燃焼が行われるときには、圧縮行程中に噴射された燃料がピストン頭部に当たって点火プラグ周りに集められるため、ピストン頭部の高さ位置が製品ばらつきにより変化すると、点火の際に点火プラグ周りに適正な濃度の混合気が存在しなくなる可能性がある。つまり、ピストン頭部の高さ位置のばらつきにより、噴射燃料がピストン頭部に当たって点火プラグ周りに達する時期が早すぎたり遅すぎたりすると、上記噴射燃料の拡散状態が不適切な状態で点火プラグ周りに達して点火が行われるようになる。
【００１０】
例えば、ピストン頭部の高さ位置が高い側にばらついたときには、噴射燃料がピストン頭部に当たってから点火プラグ周りに達するまでの時間が短くなることから、噴射燃料が拡散しないまま点火プラグ周りに達し、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が濃くなり易くなる。そのため、昇温制御時にエンジン全体としての空燃比が目標値となるよう各気筒の空燃比をフィードバック制御するが、この際にリーン気筒の空燃比がフィードバック制御によりリッチ側に大きく変動すると、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が濃くなり易くなる。このことから、リッチ失火が生じる可能性が高くなる。
【００１１】
また、ピストン頭部の高さ位置が低い側にばらついたときには、噴射燃料がピストン頭部に当たってから点火プラグに達するまでの時間が長くなることから、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ周りに達し、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が薄くなり易くなる。従って、リーン気筒の空燃比がフィードバック制御によりリーン側に大きく変動すると、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が薄くなり易くなることから、リーン失火が生じる可能性が高くなる。
【００１２】
以上のことから、昇温制御時に成層燃焼が行われるリーン気筒の空燃比の値については、製品ばらつき等による失火に対し必要な安全マージンを確保しようとすると、ある程度の幅しかとることができない。そして、このようにリーン気筒の空燃比の値が制限されると、空燃比の制御性が悪化し、特に、昇温制御においては、リーン気筒で空燃比を極力リーンとすることが触媒昇温を速やかなものとする上で要求されるが、この要求を満足することができなくなる。
【００１３】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、触媒昇温のための昇温制御時に一部の気筒でリーンな空燃比での成層燃焼を実行する際、空燃比を極力リーンにしつつそのリーン気筒での失火に対し必要な安全マージンを確保することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の昇温制御として、一部の気筒では圧縮行程での燃料噴射を行い空燃比をリーンにするとともに、一部の気筒では空燃比をリッチにし、前記触媒に流入する排気中の酸素濃度から分かる機関全体としての空燃比が目標値に近づくよう各気筒の空燃比をフィードバック制御する内燃機関の制御装置において、前記昇温制御時に空燃比がリーンとされる気筒で同空燃比が失火限界を越えると予測されるとき、その気筒での燃料噴射時期と点火時期との少なくとも一方を失火抑制側に補正する補正手段を備えた。
【００１５】
昇温制御時のリーン気筒において、製品ばらつき等により点火時における点火プラグ周りの混合気の燃料濃度が薄すぎるようになると、失火が生じるおそれがある。しかし、上記リーン気筒での空燃比が失火限界を越えると予測されるときには、その気筒での燃料噴射時期と点火時期との少なくとも一方の補正により失火抑制が図られる。従って、上記空燃比を極力リーンにしつつ上記リーン気筒での失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記補正手段は、前記昇温制御時に空燃比がリーンとされる気筒での空燃比がリーン失火の失火限界を越えると予測されるときには、前記燃料噴射時期の遅角補正と前記点火時期の進角補正との少なくとも一方を行い、前記空燃比がリッチ失火の失火限界を越えると予測されるときには、前記燃料噴射時期の進角補正と前記点火時期の遅角補正との少なくとも一方を行うものとした。
【００１７】
燃料噴射時期については、遅角させるほど噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ周りに達することになり、リーン失火の失火限界がよりリーン側に移行する。これとは逆に、燃料噴射時期を進角させる場合には、進角させるほど噴射燃料が拡散して点火プラグ周りに達することになり、リッチ失火の失火限界がよりリッチ側に移行することとなる。また、点火時期については、進角させるほど噴射燃料があまり拡散しない状態で点火が行われるようになり、リーン失火の失火限界がよりリーン側に移行する。これとは逆に、点火時期を遅角させる場合には、遅角させるほど噴射燃料が拡散した状態で点火が行われるようになり、リッチ失火の失火限界がよりリッチ側に移行することとなる。従って、上記のように燃料噴射時期と点火時期との少なくとも一方を補正することで、昇温制御時のリーン気筒でのリッチ失火やリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記補正手段は、前記機関全体としての空燃比がその平均値に対して所定値を越えた値を示していると判断されるとき、前記燃料噴射時期補正と前記点火時期補正との少なくとも一方を実行するものとした。
【００１９】
上記構成によれば、触媒に流入する排気中の酸素濃度から分かる機関全体としての空燃比が、その平均値に対し所定値を越えた値を示しているか否かに基づき、昇温制御時に空燃比がリーンとされる気筒で同空燃比が失火限界を越えるか否かを的確に予測することができる。従って、上記リーン気筒での失火が抑制される側への燃料噴射時期補正や点火時期補正を適切なタイミングで行うことができる。
【００２０】
請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明において、前記補正手段は、前記機関全体としての空燃比がその平均値に対して所定値を越えてリーン側にあるときには前記燃料噴射時期の遅角補正と前記点火時期の進角補正との少なくとも一方を行い、前記機関全体としての空燃比がその平均値に対して所定値を越えてリッチ側にあるときには前記燃料噴射時期の進角補正と前記点火時期の遅角補正との少なくとも一方を行うものとした。
【００２１】
上記構成によれば、触媒に流入する排気中の酸素濃度から分かる機関全体としての空燃比に基づき、昇温制御時に空燃比がリーンとされる気筒で同空燃比がリーン失火についての失火限界を越えるか否か、及び上記リーン気筒で空燃比がリッチ失火についての失火限界を越えるか否かを的確に予測することができる。従って、こうした予測に基づき上記リーン気筒での燃料噴射時期補正や点火時期補正を適切なタイミング行うことで、同気筒でのリッチ失火やリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明では、請求項３又は４記載の発明において、前記補正手段は、前記所定値を機関運転状態に応じて可変とするものとした。
機関高回転時には噴射燃料の燃焼室内での攪拌が進むことから、リーン失火についての失火限界がよりリッチ側に移行する。また、機関高負荷時には燃料噴射量が大となることから、リッチ失火についての失火限界がよりリーン側に移行する。このように機関回転速度及び機関負荷によってリーン失火及びリッチ失火についての失火限界が変化するため、これに対応して所定値を可変とすることで、昇温制御時のリーン気筒で空燃比が失火限界を越えるか否かを的確に予測することができる。
【００２３】
請求項６記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記補正手段は、前記燃料噴射時期の補正量、及び前記点火時期の補正量を、機関運転状態に応じて可変とするものとした。
【００２４】
上記のように機関回転速度及び機関負荷に応じてリーン気筒におけるリーン失火及びリッチ失火についての失火限界が変化するが、それに応じて適切な失火抑制のための燃料噴射時期補正や点火時期補正が行われるよう、燃料噴射及び点火時期の補正量を可変とすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車用の直列四気筒エンジンに適用した第１実施形態を図１〜図８に従って説明する。
【００２６】
図１に示されるエンジン１においては、各気筒＃１〜＃４の燃焼室２に吸気通路３から空気が吸入されるとともに燃料噴射弁４から燃焼室２内に燃料が噴射供給され、それら空気及び燃料からなる混合気に対し燃焼室２内で点火プラグ５による点火が行われる。この点火により燃焼室２内の混合気が燃焼し、そのときの燃焼エネルギによりエンジン１が駆動され、同エンジン１の出力軸であるクランクシャフト６が回転するようになる。また、燃焼室２で燃焼した後の混合気は、排気として排気通路７に送り出される。
【００２７】
エンジン１における混合気の燃焼形態は、エンジン運転状態に応じて、空気に対し燃料が均等に混合された均質混合気を燃焼させる「均質燃焼」と、点火プラグ５周りに可燃混合気が存在する成層混合気を燃焼させる「成層燃焼」との間で切り換えられる。例えば、高い出力が要求される高回転高負荷時には、各気筒＃１〜＃４に対しエンジン１の高出力を得やすい理論空燃比での均質燃焼が実行され、あまり高い出力が要求されない低回転低負荷時には、各気筒＃１〜＃４に対しエンジン１の燃費改善を図るべくリーンな空燃比での成層燃焼が実行される。
【００２８】
なお、上記成層燃焼時の成層混合気は、圧縮行程中に燃料噴射弁４から燃焼室２内に燃料噴射を行い、その噴射燃料をピストン（図示せず）の頭部に当てて点火プラグ５周りに到達させることによって形成される。そして、上記噴射燃料が点火プラグ５周りに到達することによって、同プラグ５周りに可燃混合気が存在するようになり、この状態での点火を行うこと成層混合気が燃焼して成層燃焼が行われるようになる。
【００２９】
エンジン１の排気通路７には、理論空燃比での混合気の燃焼時に排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ ）について浄化を行う三元触媒８が設けられている。また、排気通路７において三元触媒８よりも下流には、同三元触媒８では排気中のＮＯｘ について浄化を行うことが困難なリーンな空燃比での混合気の燃焼時に、排気中のＮＯｘ について浄化を行うＮＯｘ 吸蔵還元触媒９が設けられている。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９は、リーンな空燃比の混合気の燃焼時に排気中のＮＯｘ を一時的に吸蔵し、理論空燃比よりもリッチな空燃比での混合気の燃焼が行われたとき、上記吸蔵したＮＯｘ を排気中のＨＣ等によって窒素（Ｎ２ ）に還元する。
【００３０】
エンジン１において、燃料噴射弁４から噴射される燃料量、及び点火プラグ５による点火の時期は、エンジン１を運転制御すべく自動車に搭載された電子制御装置１０によって制御される。また、電子制御装置１０には、以下に示される各種センサからの検出信号が入力される。
【００３１】
・自動車の運転者によって操作されるアクセルペダル１１の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ１２。
・吸気通路３の上流部分に設けられ、アクセル踏込量等に基づき開閉されるスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ１４。
【００３２】
・吸気通路３におけるスロットルバルブ１３よりも下流側の圧力（吸気圧）を検出するバキュームセンサ１５。
・クランクシャフト６の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ１６。
【００３３】
・排気通路７においてＮＯｘ 吸蔵還元触媒９の上流を通過する排気中の酸素濃度に対応した信号を出力する酸素（Ｏ２ ）センサ１７。
等々からの信号が入力される。
【００３４】
電子制御装置１０は、リーンな空燃比での混合気の燃焼時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒９に吸蔵されるＮＯｘ が飽和しないよう、所定のタイミングを見計らって上記ＮＯｘ をＮＯｘ 吸蔵還元触媒９から除去するためのリッチスパイク制御を実行する。このリッチスパイク制御においては、一時的に理論空燃比よりもリッチな空燃比での混合気の燃焼（リッチ燃焼）が行われ、このリッチ燃焼中の排気に含まれるＨＣ等により上記ＮＯｘ がＮ２ に還元されてＮＯｘ 吸蔵還元触媒９から除去される。
【００３５】
また、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９には、ＮＯｘ だけでなく硫黄酸化物（ＳＯｘ ）等も吸蔵されることとなる。この場合、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９において、本来ＮＯｘ が吸蔵されるべきところにＳＯｘ 等が吸蔵されるため、ＮＯｘ 吸蔵能力が低下することとなる。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９に吸蔵されたＳＯｘ 等を離脱させるには、同触媒９を６００℃程度まで昇温した状態で排気中の酸素濃度を低下させる必要がある。電子制御装置１０は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９を上記のように昇温させるべく、一部の気筒での空燃比をリッチにするとともに他の気筒での空燃比をリーンにする昇温制御を実行する。
【００３６】
ここで、上記昇温制御について詳しく説明する。
こうした昇温制御は、以下に示される［１］、［２］の条件、即ち、
［１］エンジン運転状態が昇温制御を必要としない運転域にあること、
［２］ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９におけるＳＯｘ 吸蔵量Ｓｉ が上限値に達していること、
といった条件がすべて成立したときに実行される。
【００３７】
上記［２］で用いられるＳＯｘ 吸蔵量Ｓｉ は、燃料噴射弁４からの燃料噴射に対応した所定周期毎に以下の式（１）を用いて算出される。
Ｓｉ ＝Ｓｉ−１ ＋ＳＵ＋ＳＤ …（１）
Ｓｉ ：今回のＳＯｘ 吸蔵量
Ｓｉ−１ ：前回のＳＯｘ 吸蔵量
ＳＵ ：ＳＯｘ 増加量
ＳＤ ：ＳＯｘ 減少量
式（１）において、前回のＳＯｘ 吸蔵量Ｓｉ−１ は、所定周期毎に算出されるＳＯｘ 吸蔵量において、今回のＳＯｘ 吸蔵量Ｓｉ を算出する一回前の算出タイミングで算出されたものであり、初回のＳＯｘ 吸蔵量Ｓｉ の算出時には初期値として「０」に設定されるものである。
【００３８】
式（１）のＳＯｘ 増加量ＳＵは、一回の燃料噴射での燃料に含まれる硫黄（Ｓ）によるＳＯｘ 吸蔵量の増加分を表している。このＳＯｘ 増加量ＳＵを算出するために、まず所定周期毎に算出される燃料噴射量（一回の燃料噴射で噴射される燃料量）の指令値である最終燃料噴射量に対し、予め定められた値である燃料中の硫黄濃度Ｎを「１００」で除算した値（「Ｎ／１００」）が乗算される。その結果として得られる値は上記一回の燃料噴射で噴射される燃料に含まれる硫黄量に対応した値となり、この値に対し硫黄量というパラメータをＳＯｘ 吸蔵量というパラメータに変換するための係数Ｋを乗算することで、上記ＳＯｘ 増加量ＳＵ求められる。
【００３９】
上記係数Ｋは、エンジン回転速度ＮＥや負荷率ＫＬといったエンジン運転状態から推定されるエンジン全体としての空燃比と、所定の計算式から算出されるＮＯｘ 吸蔵還元触媒９の触媒温度とに基づきマップを参照して求められる。こうして求められる係数Ｋは、上記空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値であるとき、リーンになるほど且つ触媒温度が高くなるほど大きくなる。
【００４０】
なお、上記空燃比を推定するのに用いられるエンジン回転速度ＮＥは、クランクポジションセンサ１６からの検出信号に基づき求められる。また、同じく空燃比の推定に用いられる負荷率ＫＬは、エンジン１の最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値であって、エンジン回転速度ＮＥとエンジン１の吸入空気量に関係するパラメータに基づき求められる。こうしたパラメータとしては、例えば、アクセルポジションセンサ１２の検出信号に基づき求められるアクセル踏込量、スロットルポジションセンサ１４の検出信号に基づき求められるスロットル開度、及びバキュームセンサ１５の検出信号に基づき求められる吸気圧等が用いられる。
【００４１】
また、上記触媒温度を算出するための計算式では、エンジン回転速度ＮＥと負荷率ＫＬとが用いられる。
式（１）のＳＯｘ 減少量ＳＤは、上記空燃比及び触媒温度に基づきマップから求められ、その空燃比及び触媒温度であるときのＳＯｘ 吸蔵量の減少分、即ちＮＯｘ 吸蔵還元触媒９からのＳＯｘ の離脱量を表している。そして、ＳＯｘ 減少量ＳＤは、上記空燃比がリッチ側の値であるときには触媒温度が高く且つリッチになるほど「０」よりも小さい値になり、上記空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値であるときには「０」に維持される。
【００４２】
上記［１］、［２］の各条件が全て成立して昇温制御が開始されると、例えば一番気筒＃１及び四番気筒＃４といった一部の気筒では、空燃比をリッチにし易い混合気の燃焼形態として均質燃焼が実行されるとともに、空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるよう燃料噴射量が調整される。また、二番気筒＃２及び三番気筒＃３といった他の気筒については、空燃比をリーンにし易い成層燃焼が実行されるとともに、空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるよう燃料噴射量が調整される。
【００４３】
各気筒＃１〜＃４での空燃比が上記のようにリッチ側又はリーン側に変更されると、排気通路７で一番及び四番気筒＃１，＃４（リッチ気筒）からの排気中に含まれるＨＣ及びＣＯが、二番及び三番気筒＃２，＃３（リーン気筒）からの排気中に含まれるＯ２ によって燃焼する。その結果、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９が６００℃程度まで昇温されるようになる。
【００４４】
次に、昇温制御中におけるリッチ気筒及びリーン気筒での燃料噴射量制御について説明する。
リッチ気筒での燃料噴射量制御には燃料噴射量の指令値として最終燃料噴射量ＱｆｉｎＲが用いられ、リーン気筒での燃料噴射量制御には燃料噴射量の指令値として最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬが用いられる。即ち、リッチ気筒では最終燃料噴射量ＱｆｉｎＲに基づき燃料噴射弁４が駆動され、当該最終燃料噴射量ＱｆｉｎＲに対応した量の燃料が燃焼室２内に噴射される。これにより、リッチ気筒の空燃比が理論空燃比よりもリッチにされる。また、リーン気筒では最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬに基づき燃料噴射弁４が駆動され、当該最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬに対応した量の燃料が燃焼室２内に噴射される。これにより、リーン気筒での空燃比が理論空燃比よりもリーンにされる。
【００４５】
リッチ気筒用の最終燃料噴射量ＱｆｉｎＲは例えば以下の式（２）によって算出され、リーン気筒用の最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬは例えば以下の式（３）によって算出される。
【００４６】
ＱｆｉｎＲ＝Ｑｂｓｅ ・（１＋ＫＣ）・ＦＡＦ・Ａ…（２）
ＱｆｉｎＬ＝Ｑｂｓｅ ・（１−ＫＣ）・ＦＡＦ・Ａ…（３）
ＱｆｉｎＲ：最終燃料噴射量（リッチ気筒用）
ＱｆｉｎＬ：最終燃料噴射量（リーン気筒用）
Ｑｂｓｅ ：基本燃料噴射量
ＫＣ ：変更係数
ＦＡＦ：フィードバック補正係数
Ａ ：その他の補正係数
式（２），（３）において、基本燃料噴射量Ｑｂｓｅ は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき求められるものである。また、変更係数ＫＣは、リッチ気筒の空燃比をリッチにすべく最終燃料噴射量ＱｆｉｎＲを大きくするとともに、リーン気筒の空燃比をリーンにすべくリーン気筒用の最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬを小さくするためのものである。
【００４７】
式（２），（３）のフィードバック補正係数ＦＡＦは、エンジン全体としての空燃比が目標値（本実施形態では理論空燃比）となるよう、リッチ気筒及びリーン気筒での燃料噴射量を補正するためのものである。即ち、フィードバック補正係数ＦＡＦは、各気筒＃１〜＃４から触媒８，９に流れる排気中の酸素濃度に応じた酸素センサ１７からの出力信号に応じて「１．０」を中心に増減させられる。このフィードバック補正係数ＦＡＦによる燃料噴射量補正により、エンジン全体として空燃比が理論空燃比に近づけられるようフィードバック制御される。
【００４８】
ここで、上記フィードバック補正係数ＦＡＦの酸素センサ１７からの信号に応じた推移を図２に示す。
触媒８，９に流入する排気中の酸素濃度が濃いときにはエンジン全体としての空燃比がリーン側の値になり、酸素センサ１７からの検出信号が理論空燃比に対応する値よりもリーン側の値（リーン信号）となる。このとき、フィードバック補正係数ＦＡＦは、リッチ気筒及びリーン気筒の燃料噴射量を増量補正すべく徐々に大きくされる。これにより、エンジン全体としての空燃比がリッチ側に変化して理論空燃比へと近づくようになる。
【００４９】
また、触媒８，９に流入する排気中の酸素濃度が薄いときにはエンジン全体としての空燃比がリッチ側の値になり、酸素センサ１７からの検出信号が理論空燃比に対応する値よりもリッチ側の値（リッチ信号）となる。このとき、フィードバック補正係数ＦＡＦは、リッチ気筒及びリーン気筒の燃料噴射量を減量補正すべく徐々に小さくされる。これにより、エンジン全体としての空燃比がリーン側に変化して理論空燃比へと近づくようになる。
【００５０】
また、フィードバック補正係数ＦＡＦにおいては、酸素センサ１７からの検出信号がリーン信号からリッチ信号へと反転したときには所定量だけ小さくされ、リッチ信号からリーン信号へと反転したときには所定量だけ小さくされる。
【００５１】
ところで、上記昇温制御において成層燃焼が行われるリーン気筒にあっては、燃焼室２内で流動する可燃混合気が点火プラグ５周りに存在する状態で点火を行うことが良好な燃焼を得る上で重要となる。仮に、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が濃すぎるとリッチ失火を起こし、薄すぎるとリーン失火を起こすおそれがある。このため、上記リーン気筒については、その空燃比を点火時の点火プラグ５周りの混合気の燃料濃度に起因してリッチ失火やリーン失火が生じることのないリーン側の値となるようにしている。
【００５２】
ここで、リーン気筒における空燃比と、同気筒でのリッチ失火及びリーン失火との関係について、図３及び図４を参照して説明する。
図３において、実線Ｌ１は点火時期に応じた空燃比のリーン側についての失火限界（リーン限界）を示し、実線Ｌ２は点火時期に応じた空燃比のリッチ側についての失火限界（リッチ限界）を示している。同図から分かるように、リッチ限界及びリーン限界は点火時期が遅角するほど、リッチ側（図中下側）に移行することとなる。これは、点火時期が遅角するほど、燃料噴射が行われてから点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が薄くなるためである。
【００５３】
また、図４において、実線Ｌ３は燃料噴射時期に応じた空燃比のリーン限界を示し、実線Ｌ４は燃料噴射時期に応じた空燃比のリッチ限界を示している。同図から分かるように、リッチ限界及びリーン限界は燃料噴射時期が進角するほど、リッチ側（図中下側）に移行することとなる。これは、燃料噴射時期が進角するほど、燃料噴射が行われてから点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が薄くなるためである。
【００５４】
そこで昇温制御中に成層燃焼が行われるリーン気筒においては、その空燃比が点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度に起因して失火が生じることのないリーン限界（Ｌ１，Ｌ３）とリッチ限界（Ｌ２，Ｌ４）との間の値となるようにされる。即ち、上記リーン気筒の空燃比がリーン限界とリッチ限界との間の値をとるように上記変更係数ＫＣが設定され、上記リーン気筒での燃料噴射量（最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬ）が求められる。
【００５５】
なお、リーン気筒の空燃比は、フィードバック補正係数ＦＡＦやその他の補正係数Ａによる燃料噴射量補正によって変動する。従って、上記変更係数ＫＣとしては、リーン気筒の空燃比が変動したとしても、図３及び図４に斜線で示される領域内にその空燃比を収めることのできる値に設定される。
【００５６】
ただし、リーン気筒で成層燃焼が行われるときには、圧縮行程中に噴射された燃料がピストン頭部に当たって点火プラグ５周りに集められる。このため、ピストン頭部の高さ位置が製品ばらつきにより変化すると、噴射燃料がピストン頭部に当たって点火プラグ５周りに達する時期も変化し、これが点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度に影響を及ぼすこととなる。
【００５７】
例えば、ピストン頭部の高さ位置が高い側にばらついたときには噴射燃料がピストン頭部に当たってから点火プラグ５周りに達するまでの時間が短くなることから、噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ５周りに達して点火が行われ、点火時期を進角させたときや燃料噴射時期を遅角させたときと似た状態となる。成層燃焼が行われるリーン気筒において、点火時期の変化は図３の斜線で示される領域内での左右方向の変化で表され、燃料噴射時期の変化は図４の斜線で示される領域内での左右方向の変化で表される。従って、ピストン頭部の高さ位置が高い側にばらつくことは、点火時期進角（図３の斜線で示される領域内での左側への変位）や燃料噴射時期遅角（図４の斜線で示される領域内での左側への変位）と同じ状態となる。このため、リーン気筒における空燃比のリッチ限界がリーン側に変化し、リーン気筒の空燃比がフィードバック制御に伴う変動によってリッチ限界（Ｌ２，Ｌ４）を越えてリーンになり易くなる。
【００５８】
また、ピストン頭部の高さ位置が低い側にばらついたときには噴射燃料がピストン頭部に当たってから点火プラグ５周りに達するまでの時間が長くなることから、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われ、点火時期を遅角させたときや燃料噴射時期を進角させたときと似た状態となる。従って、ピストン頭部の高さ位置が低い側にばらつくことは、点火時期遅角（図３の斜線で示される領域内での右側への変位）や燃料噴射時期進角（図４の斜線で示される領域内での右側への変位）と同じ状態となる。このため、空燃比のリーン限界がリッチ側に変化し、リーン気筒における空燃比がフィードバック制御に伴う変動によってリーン限界（Ｌ１，Ｌ３）を越えてリーンになり易くなる。
【００５９】
以上のことから、昇温制御時に成層燃焼が行われるリーン気筒の空燃比の値については、製品ばらつき等による失火に対し必要な安全マージンを確保しようとすると、ある程度の幅しかとることができない。即ち、リーン気筒の空燃比の値は、図３においては、破線Ｌ５で示される値により上限が制限され、破線Ｌ６で示される値により下限が制限される。また、リーン気筒の空燃比の値は、図４においては、破線Ｌ７で示される値により上限が制限され、破線Ｌ８で示される値により下限が制限される。そして、このようにリーン気筒の空燃比の値が制限されると、空燃比の制御性が悪化し、特に、昇温制御においては、リーン気筒で空燃比を極力リーンとすることが触媒昇温を速やかなものとする上で要求されるが、この要求を満足することができなくなる。
【００６０】
そこで本実施形態では、上記リーン気筒で空燃比がリッチ限界を越えてリッチになる、或いはリーン限界を越えてリーンになる、と予測されるとき、点火時期と燃料噴射時期とを失火抑制側に補正する。これにより、上記リーン気筒の空燃比を極力リーンにしつつ上記リーン気筒でのリッチ失火やリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することができるようになる。
【００６１】
次に、上記点火時期及び燃料噴射時期の失火抑制側への補正の概要について、図２〜図６を参照して説明する。
昇温制御中において、図２に示されるように変化するフィードバック補正係数ＦＡＦが、その平均値ＦＡＦＡＶに対し所定値ａを越えてリーン側に変化すると、リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えると予測される。上記所定値ａの大きさは、こうした予測が的確に行われるような大きさに設定される。なお、上記フィードバック補正係数ＦＡＦの平均値ＦＡＦＡＶとしては、例えば酸素センサ１７からの検出信号が反転したときのフィードバック補正係数ＦＡＦと、酸素センサ１７からの検出信号が次回に判定したときのフィードバック補正係数ＦＡＦとを平均することによって得られる値が用いられる。
【００６２】
上記のようにリーン気筒の空燃比がリーン限界を越えると予測されるときには、同空燃比が図３及び図４の斜線で示される領域においてリーン側の部分、例えば図３の破線Ｌ５及び図４の破線Ｌ７よりも上側の部分に位置することとなる。そして、この状態にあって、リーン失火の抑制を図るべく、点火時期が進角側に補正されるとともに燃料噴射時期が遅角側に補正される。
【００６３】
図３に斜線で示されるリーン気筒における空燃比の変動領域のうち、破線Ｌ５よりもリーン側（上側）の部分は、上記点火時期の進角補正によって図５に示されるように進角側（左側）に変位し、リーン限界（Ｌ１）から離れた状態となる。これは、点火時期が進角側に補正されると、燃料噴射が行われてから点火までの時間が短くなり、噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が過度に薄くなることが抑制されるためである。
【００６４】
また、図４に斜線で示されるリーン気筒における空燃比の変動領域のうち、破線Ｌ７よりもリーン側（上側）の部分は、上記燃料噴射時期の遅角補正によって図６に示されるように遅角側（左側）に変位し、リーン限界（Ｌ３）から離れた状態となる。これは、燃料噴射時期が遅角側に補正されると、燃料噴射が行われてから点火までの時間が短くなり、噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が過度に薄くなることが抑制されるためである。
【００６５】
上述した点火時期の進角補正及び燃料噴射時期の遅角補正により、リーン気筒における空燃比の変動領域におけるリーン限界寄りの部分を、当該リーン限界から離れた状態とすることができるため、同リーン気筒におけるリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することができるようになる。
【００６６】
一方、昇温制御中において、図２に示されるように変化するフィードバック補正係数ＦＡＦが、その平均値ＦＡＦＡＶに対し所定値ａを越えてリッチ側に変化するとき、リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えると予測される。
【００６７】
このようにリーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えると予測されるときには、同空燃比が図３及び図４の斜線で示される領域においてリッチ側の部分、例えば図３の破線Ｌ６及び図４の破線Ｌ８よりも下側の部分に位置することとなる。そして、この状態にあって、リッチ失火の抑制を図るべく、点火時期が遅角側に補正されるとともに燃料噴射時期が進角側に補正される。
【００６８】
図３に斜線で示されるリーン気筒における空燃比の変動領域のうち、破線Ｌ６よりもリッチ側（下側）の部分は、上記点火時期の遅角補正によって図５に示されるように遅角側（右側）に変位し、リッチ限界（Ｌ２）から離れた状態となる。これは、点火時期が遅角側に補正されると、燃料噴射が行われてから点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が過度に濃くなることが抑制されるためである。
【００６９】
図４に斜線で示されるリーン気筒における空燃比の変動領域のうち、破線Ｌ８よりもリッチ側（下側）の部分は、上記燃料噴射時期の進角補正によって図６に示されるように進角側（右側）に変位し、リッチ限界（Ｌ４）から離れた状態となる。これは、燃料噴射時期が進角側に補正される場合にも、燃料噴射が行われてから点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が過度に濃くなることが抑制されるためである。
【００７０】
上述した点火時期の遅角補正及び燃料噴射時期の進角補正により、リーン気筒における空燃比の変動領域におけるリッチ限界寄りの部分を、当該リッチ限界から離れた状態とすることができるため、同リーン気筒におけるリッチ失火に対し必要な安全マージンを確保することができるようになる。
【００７１】
次に、上記昇温制御が行われるときのリーン気筒における点火時期制御、及び燃料噴射時期制御について説明する。
上記点火時期制御は以下の式（４）から算出される最終点火時期ＡｆＬに基づき点火プラグ５の点火時期を制御することによって実現され、上記燃料噴射時期制御は以下の式（５）から算出される最終燃料噴射時期ＩｆＬに基づき燃料噴射弁４の燃料噴射時期を制御することによって実現される。
【００７２】
ＡｆＬ＝ＡｂＬ＋ΔＡ …（４）
ＡｆＬ：最終点火時期
ＡｂＬ：基本点火時期
ΔＡ：補正量
ＩｆＬ＝ＩｂＬ＋ΔＩ …（５）
ＩｆＬ：最終燃料噴射時期
ＩｂＬ：基本燃料噴射時期
ΔＩ：補正量
ここで、上記最終点火時期ＡｆＬ、及び最終燃料噴射時期ＩｆＬを算出する手順について、点火・噴射時期算出ルーチンを示す図７のフローチャートを参照して説明する。同ルーチンは、電子制御装置１０を通じて例えば所定クランク角毎の角度割り込みにて実行される。
【００７３】
点火・噴射時期算出ルーチンにおいては、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９からＳＯｘ を離脱させるための昇温制御中であるとき（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、上記最終点火時期ＡｆＬ及び最終燃料噴射時期ＩｆＬを算出するための処理（Ｓ１０２〜Ｓ１０６）が実行される。
【００７４】
この処理として、まず負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥ等に基づき、基本点火時期ＡｂＬ及び基本燃料噴射時期ＩｂＬが順次算出される（Ｓ１０２，Ｓ１０３）。続いて、リーン気筒におけるリッチ失火やリーン失火を抑制するための点火時期補正に用いられる補正量ΔＡ、及び上記失火抑制のための燃料噴射時期補正に用いられる補正量ΔＩの算出が行われる（Ｓ１０４）。その後、上記式（４）及び式（５）を用いて最終点火時期ＡｆＬ及び最終燃料噴射時期ＩｆＬが順次算出される（Ｓ１０５，Ｓ１０６）。
【００７５】
リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えてリーンになると予測されるとき、上記補正量ΔＡは最終点火時期ＡｆＬを進角側に移行させる値となるように算出され、上記補正量ΔＩは最終燃料噴射時期ＩｆＬを遅角側に移行させる値となるように算出される。そして、上記最終点火時期ＡｆＬに基づく点火時期制御、及び上記最終燃料噴射時期ＩｆＬに基づく燃料噴射時期制御により、リーン気筒でのリーン失火に対し必要な安全マージンが確保されるようになる。
【００７６】
また、リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えてリッチになると予測されるとき、上記補正量ΔＡは最終点火時期ＡｆＬを遅角側に移行させる値となるように算出され、上記補正量ΔＩは最終燃料噴射時期ＩｆＬを進角側に移行させる値となるように算出される。そして、上記最終点火時期ＡｆＬに基づく点火時期制御、及び上記最終燃料噴射時期ＩｆＬに基づく燃料噴射時期制御により、リーン気筒でのリッチ失火に対し必要な安全マージンが確保されるようになる。
【００７７】
次に、点火・噴射時期算出ルーチンにおけるステップＳ１０４の処理について、補正量算出ルーチンを示す図８のフローチャートを参照して詳しく説明する。この補正量算出ルーチンは、電子制御装置１０を通じて点火・噴射時期算出ルーチンのステップＳ１０４（図７）に進む毎に実行される。
【００７８】
補正量算出ルーチンにおいては、まず負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき上述した所定値ａが算出される（Ｓ２０１）。こうして算出された所定値ａは、負荷率ＫＬが大となるほど小さくなるとともに、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど小さくなる。そして、上記所定値ａは、リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えてリーンになるか否かを予測するための処理（Ｓ２０２）、及びリーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えてリッチになるか否かを予測するための処理（Ｓ２０５）で用いられる。
【００７９】
ステップＳ２０２の処理では、フィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶに所定値ａを加算した値よりも大きいか否かが判断される。フィードバック補正係数ＦＡＦは、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９に流入する排気中の酸素濃度に応じた酸素センサ１７からの出力信号に基づき変化する。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９に流入する排気中の酸素濃度はエンジン全体としての空燃比に対応した値であることから、上記フィードバック補正係数ＦＡＦについてはエンジン全体としての空燃比に対応する値として用いることができる。
【００８０】
従って、上記ステップＳ２０２の判断処理では、エンジン全体としての空燃比がその平均値に対し所定値を越えてリーン側になるか否かの判断が行われていることになり、ここで肯定判定であればリーン気筒の空燃比がリーン限界を越えると予測される。なお、上記所定値ａはエンジン回転速度ＮＥが大となるほど小さくなる。そのため、上記リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えるとの予測は、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、エンジン全体としての空燃比がリッチ寄りのときになされることとなる。
【００８１】
エンジン回転速度ＮＥが大になると、ピストンの動きが速くなって燃焼室２内のガスが大きく流動し、噴射燃料の燃焼室２内での攪拌が進むことから、点火時の点火プラグ５周りの混合気の燃料濃度が薄くなり、リーン限界がよりリッチ側に移行する。このことを考慮して、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど所定値ａが小さくされ、リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えるとの予測がよりリッチな空燃比のときになされるようにしているのである。
【００８２】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされると、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき、補正量ΔＡが点火時期を進角させる値として算出される（Ｓ２０３）。こうして算出される補正量ΔＡは、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、点火時期をより進角させる値をとるようになる。点火時期が進角すると、燃料噴射から点火までの時間が短くなり、噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りの燃料濃度が薄くなるのを抑制することができる。
【００８３】
エンジン回転速度ＮＥが大となるほどリーン気筒における空燃比のリーン限界がよりリッチ側に移行することは上述したとおりであるが、このことは点火時期の補正量ΔＡがエンジン回転速度ＮＥに応じて上記のように可変とされることによって対処される。即ち、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、補正量ΔＡが点火時期をより進角させる値をとることになって点火時期が進角させられるため、エンジン回転速度ＮＥに関係なくリーン気筒において上記リーン限界に対する安全マージンを確保することができる。
【００８４】
上記のように点火時期の補正量ΔＡの算出が行われた後、続いて負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき、補正量ΔＩが燃料噴射時期を遅角させる値として算出される（Ｓ２０４）。こうして算出される補正量ΔＩは、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、燃料噴射時期をより遅角させる値をとるようになる。燃料噴射時期が遅角すると、燃料噴射から点火までの時間が短くなり、噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りの燃料濃度が薄くなるのを抑制することができる。
【００８５】
エンジン回転速度ＮＥが大となるほどリーン気筒における空燃比のリーン限界がよりリッチ側に移行するが、このことは燃料噴射時期の補正量ΔＩがエンジン回転速度ＮＥに応じて上記のように可変とされることによっても対処される。即ち、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、補正量ΔＩが燃料噴射時期をより遅角させる値をとることになって燃料噴射時期が遅角させられるため、エンジン回転速度ＮＥに関係なくリーン気筒において上記リーン限界に対する安全マージンを確保することができる。
【００８６】
一方、上記ステップＳ２０２で否定判定がなされると、ステップＳ２０５に進む。このステップＳ２０５の処理では、フィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶから所定値ａを減算した値よりも小さいか否かが判断される。当該判断処理では、エンジン全体としての空燃比が平均値に対し所定値を越えてリッチ側になるか否かの判断が行われていることになり、ここで肯定判定であればリーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えると予測される。なお、上記所定値ａは負荷率ＫＬが大となるほど小さくなる。そのため、上記リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えるとの予測は、負荷率ＫＬが大となるほど、エンジン全体としての空燃比がリーン寄りのときになされることとなる。
【００８７】
負荷率ＫＬが大になると、燃料噴射量が増加することから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の空燃比が濃くなり、リッチ限界がよりリーン側に移行する。このことを考慮して、負荷率ＫＬが大となるほど所定値ａが小さくされ、リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えるとの予測がよりリーンな空燃比のときになされるようにしているのである。
【００８８】
ステップＳ２０５で肯定判定がなされると、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度に基づき補正量ΔＡが点火時期を進角させる値として算出される（Ｓ２０６）。こうして算出される補正量ΔＡは、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、点火時期をより遅角させる値をとるようになる。点火時期が遅角すると、燃料噴射から点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りの燃料濃度が濃くなるのを抑制することができる。
【００８９】
負荷率ＫＬが大となるほどリーン気筒における空燃比のリッチ限界がよりリーン側に移行することは上述したとおりであるが、このことは点火時期の補正量ΔＡが負荷率ＫＬに応じて上記のように可変とされることによって対処される。即ち、負荷率ＫＬが大となるほど、補正量ΔＡが点火時期をより遅角させる値をとることになって点火時期が遅角させられるため、負荷率ＫＬに関係なくリーン気筒において上記リッチ限界に対する安全マージンを確保することができる。
【００９０】
上記のように点火時期の補正量ΔＡの算出が行われた後、続いて負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき、補正量ΔＩが燃料噴射時期を進角させる値として算出される（Ｓ２０７）。こうして算出される補正量ΔＩは、負荷率ＫＬが大となるほど、燃料噴射時期をより進角させる値をとるようになる。燃料噴射時期が進角すると、燃料噴射から点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りの燃料濃度が濃くなるのを抑制することができる。
【００９１】
負荷率ＫＬが大となるほどリーン気筒における空燃比のリッチ限界がよりリーン側に移行するが、このことは燃料噴射時期の補正量ΔＩが負荷率ＫＬに応じて上記のように可変とされることによっても対処される。即ち、負荷率ＫＬが大となるほど、補正量ΔＩが燃料噴射時期をより進角させる値をとることになって燃料噴射時期が進角させられるため、負荷率ＫＬに関係なくリーン気筒において上記リッチ限界に対する安全マージンを確保することができる。
【００９２】
一方、上記ステップＳ２０５で否定判定がなされると、リーン気筒での空燃比がリーン限界やリッチ限界を越えることはないと予測され、点火時期の補正量ΔＡ、及び燃料噴射時期の補正量ΔＩが順次「０」とされる（Ｓ２０８，Ｓ２０９）。この場合、リッチ失火やリーン失火を抑制するための補正量ΔＡに基づく点火時期補正、及び補正量ΔＩに基づく燃料噴射時期補正が行われることはなくなる。
【００９３】
上記のように点火時期の補正量ΔＡ、及び燃料噴射時期の補正量ΔＩが算出されると、処理が点火・噴射時期算出ルーチン（図７）に戻される。
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
【００９４】
（１）昇温制御時のリーン気筒において、その空燃比の値を広範囲にわたり設定すると、製品ばらつき等により、点火時における点火プラグ周りの混合気の燃料濃度が濃すぎたり薄すぎたりするようになり、リッチ失火やリーン失火を招くおそれがある。しかし、上記リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えると予測されるときには、点火時期の進角補正及び燃料噴射時期の遅角補正が行われる。これにより、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が薄くなりすぎることは抑制され、空燃比を極力リーンにしつつリーン気筒でのリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。また、上記リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えると予測されるときには、点火時期の遅角補正及び燃料噴射時期の進角補正が行われる。これにより、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が濃くなりすぎることは抑制され、リーン気筒でのリッチ失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【００９５】
（２）上記リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えるとの予測については、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９に流入する排気中の酸素濃度（エンジン全体の空燃比）に対応して推移するフィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶに対し所定値ａを越えてリーン側にあることに基づきなされる。また、リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えるとの予測については、上記フィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶに対し所定値ａを越えてリッチ側にあることに基づきなされる。このようにしてリーン気筒の空燃比がリーン限界、或いはリッチ限界を越えるとの予測を的確に行うことができるようになる。従って、同予測に基づく失火抑制のための点火時期補正及び燃料噴射時期補正を適切なタイミングで行うことができ、上記リーン気筒でのリーン失火やリッチ失火に対する必要な安全マージンを確保することができる。
【００９６】
（３）上記予測に用いられる所定値ａは、負荷率ＫＬが大となるほど小さくなるとともに、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど小さくなるように算出される。負荷率ＫＬが大になると燃料噴射量が増加することから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料が濃くなり、リッチ限界がよりリーン側に移行する。この場合、所定値ａが小さくされることから、フィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶからあまりリッチ側に離れていない段階で、リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えるとの予測がなされるため、その予測を負荷率ＫＬの大小に関係なく適切に行うことができるようになる。また、エンジン回転速度ＮＥが大になると、ピストンの動きが速くなって燃焼室２内のガスが大きく流動し、噴射燃料の燃焼室２内での攪拌が進むことから、点火時の点火プラグ５周りの混合気の燃料濃度が薄くなり、リーン限界がよりリッチ側に移行する。この場合、所定値ａが小さくされることから、フィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶからあまりリーン側に離れていない段階で、リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えるとの予測がなされるため、その予測をエンジン回転速度ＮＥに関係なく適切に行うことができるようになる。
【００９７】
（４）上記リーン気筒のリーン限界及びリッチ限界は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに応じて変化するが、それに対応して失火抑制のための点火時期補正の補正量ΔＡ、及び燃料噴射時期補正の補正量ΔＩが可変とされる。即ち、負荷率ＫＬが大となってリーン気筒のリッチ限界がリーン側に大きく移行するほど、上記補正量ΔＡが点火時期を大きく遅角補正する値にされるとともに、上記補正量ΔＩが燃料噴射時期を大きく進角補正する値にされる。また、エンジン回転速度ＮＥが大となってリーン気筒のリーン限界がリッチ側に大きく移行するほど、上記補正量ΔＡが点火時期を大きく進角補正する値にされるとともに、上記補正量ΔＩが燃料噴射時期を大きく遅角補正する値にされる。このように点火時期の補正量ΔＡ、及び燃料噴射時期の補正量ΔＩを可変とすることで、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに関係なく上記リーン気筒におけるリーン限界及びリッチ限界に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【００９８】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・リーン気筒でのリッチ失火やリーン失火を抑制するために点火時期と燃料噴射時期との両方を補正したが、いずれか一方のみを失火抑制側に補正するだけでもよい。
【００９９】
・また、昇温制御においては、空燃比をリーン気筒では極力リーンとすることが、触媒昇温を速やかなものとする上で要求される。従って、リーン気筒でのリッチ失火とリーン失火との双方を抑制するために点火時期や燃料噴射時期を補正したが、リッチ失火に対しては空燃比の値を制限することでこれに対処し、リーン失火に対してのみこれを抑制するために点火時期や燃料噴射時期を補正するようにしてもよい。このことによっても、リーン気筒の空燃比を極力リーンにしつつリーン気筒での失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【０１００】
・リーン気筒の空燃比がリッチ限界やリーン限界を越えるか否かの予測に用いられる所定値ａについては、リッチ限界を越えるか否かの予測とリーン限界を越えるか否かの予測とで共通した値として可変設定した。この所定値ａをリッチ限界を越えるか否かの予測とリーン限界を越えるか否かの予測とで各別の値に設定するようにしてもよい。この場合、リッチ限界を越えるか否かを予測に用いられる所定値については、機関負荷に応じて可変設定し、リーン限界を越えるか否かの予測に用いられる所定値については、機関回転速度に応じて可変設定することが考えられる。これにより、上記のようにリッチ失火及びリーン失火についての失火限界が変化したとしても、昇温制御時のリーン気筒で空燃比が失火限界を越えるか否かを的確に予測することができる。
【０１０１】
・また、上記所定値ａについては、必ずしも可変とする必要はなく固定値とすることもできる。
・点火時期の補正量ΔＡ、及び燃料噴射時期の補正量ΔＩについても、必ずしも可変とする必要はなく固定値とすることもできる。
【０１０２】
・上記実施形態では、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９からＳＯｘ を離脱させるための昇温制御に本発明を適用したが、これに代えて触媒が冷えた状態にあるときに排気浄化能力を速やかに確保するために触媒を昇温する昇温制御に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図２】酸素センサからの信号に応じたフィードバック補正係数の変化を示すタイムチャート。
【図３】昇温制御中におけるリーン気筒の空燃比及び点火時期と、リッチ失火及びリーン失火との関係を示す説明図。
【図４】昇温制御中におけるリーン気筒の空燃比及び燃料噴射時期と、リッチ失火及びリーン失火との関係を示す説明図。
【図５】昇温制御中のリーン気筒において、リッチ失火及びリーン失火抑制のための点火時期補正が行われた状態での同気筒の空燃比及び点火時期と、リッチ失火及びリーン失火との関係を示す説明図。
【図６】昇温制御中のリーン気筒において、リッチ失火及びリーン失火抑制のための燃料噴射時期補正が行われた状態での同気筒の空燃比及び燃料噴射時期と、リッチ失火及びリーン失火との関係を示す説明図。
【図７】昇温制御中のリーン気筒における最終点火時期、及び最終燃料噴射時期の算出手順を示すフローチャート。
【図８】点火時期の補正量、及び燃料噴射時期の補正量の算出手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、２…燃焼室、３…吸気通路、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…クランクシャフト、７…排気通路、８…三元触媒、９…ＮＯｘ 吸蔵還元触媒、１０…電子制御装置（補正手段）、１１…アクセルペダル、１２…アクセルポジションセンサ、１３…スロットルバルブ、１４…スロットルポジションセンサ、１５…バキュームセンサ、１６…クランクポジションセンサ、１７…酸素センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車など車両に搭載される内燃機関においては、その排気通路に排気を浄化するための触媒として三元触媒やＮＯｘ 吸蔵還元触媒が設けられている。
【０００３】
上記三元触媒は、理論空燃比での混合気の燃焼時に、排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ ）について浄化を行うものである。また、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒は、三元触媒ではＮＯｘ についての浄化を行うことが困難な理論空燃比よりもリーンな空燃比での混合気の燃焼時に、排気中に含まれるＮＯｘ を吸蔵するものである。
【０００４】
ＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘ は、所定のタイミングを見計らって一時的に理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気を燃焼させる、いわゆるリッチスパイク制御を実行することで、排気中の炭化水素（ＨＣ）等と反応して窒素（Ｎ２ ）に還元される。こうした還元によりＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘ の飽和が防止される。
【０００５】
これら三元触媒及びＮＯｘ 吸蔵還元触媒については、触媒温度が低いとき排気浄化能力が低下するため、必要な排気浄化能力を確保できる程度まで昇温する必要がある。また、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒については、ＮＯｘ ばかりでなく硫黄酸化物（ＳＯｘ ）等も付着してＮＯｘ の吸蔵に悪影響を及ぼすため、当該ＳＯｘ を除去するために所定のタイミングを見計らって６００℃程度まで昇温する必要がある。なお、触媒を昇温させる方法としては、例えば特開２０００−３２０３７１公報に示されるものが知られている。
【０００６】
同公報には、一部の気筒での空燃比をリーンにするとともに他の気筒での空燃比をリッチにし、触媒に流入する排気中の酸素濃度から分かるエンジン全体としての空燃比が目標値となるよう、上記各気筒の空燃比をフィードバック制御する昇温制御を行うことが記載されている。こうした昇温制御を行うことにより、排気通路でリッチ気筒からの排気中に含まれるＨＣ及びＣＯが、リーン気筒からの排気中に含まれる酸素（Ｏ２ ）により燃焼し、触媒の温度が必要とされる値まで上昇させられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような昇温制御においては、空燃比をリッチ気筒では極力リッチとし、リーン気筒では極力リーンとすることが、排気通路での燃焼による触媒昇温を速やかなものとする上で要求される。そのため、リーン気筒では空燃比を大幅にリーンとすることが可能な成層燃焼を実行することが好ましい。こうした成層燃焼は、圧縮行程中に噴射された燃料をピストン頭部に当てて点火プラグ周りに集め、燃焼室内に点火プラグ周りに可燃混合気が存在する成層混合気を形成し、この成層混合気に対し点火を行うことで実現される。
【０００８】
ここで、成層燃焼が行われるリーン気筒においては、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度を適切なものとすることが、良好な混合気の燃焼を得る上で重要である。仮に、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が濃すぎるとリッチ失火を招き、薄すぎるとリーン失火を招くおそれがある。このため、上記リーン気筒については、その空燃比を点火時の点火プラグ周りの混合気の燃料濃度に起因してリッチ失火やリーン失火が生じることのないリーン側の値となるようにする必要がある。
【０００９】
しかし、失火を生じさせない上記空燃比の値については、製品ばらつき等を考慮するとある程度の幅しかとることができない。
すなわち、リーン気筒で成層燃焼が行われるときには、圧縮行程中に噴射された燃料がピストン頭部に当たって点火プラグ周りに集められるため、ピストン頭部の高さ位置が製品ばらつきにより変化すると、点火の際に点火プラグ周りに適正な濃度の混合気が存在しなくなる可能性がある。つまり、ピストン頭部の高さ位置のばらつきにより、噴射燃料がピストン頭部に当たって点火プラグ周りに達する時期が早すぎたり遅すぎたりすると、上記噴射燃料の拡散状態が不適切な状態で点火プラグ周りに達して点火が行われるようになる。
【００１０】
例えば、ピストン頭部の高さ位置が高い側にばらついたときには、噴射燃料がピストン頭部に当たってから点火プラグ周りに達するまでの時間が短くなることから、噴射燃料が拡散しないまま点火プラグ周りに達し、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が濃くなり易くなる。そのため、昇温制御時にエンジン全体としての空燃比が目標値となるよう各気筒の空燃比をフィードバック制御するが、この際にリーン気筒の空燃比がフィードバック制御によりリッチ側に大きく変動すると、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が濃くなり易くなる。このことから、リッチ失火が生じる可能性が高くなる。
【００１１】
また、ピストン頭部の高さ位置が低い側にばらついたときには、噴射燃料がピストン頭部に当たってから点火プラグに達するまでの時間が長くなることから、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ周りに達し、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が薄くなり易くなる。従って、リーン気筒の空燃比がフィードバック制御によりリーン側に大きく変動すると、点火時の点火プラグ周りに存在する混合気の燃料濃度が薄くなり易くなることから、リーン失火が生じる可能性が高くなる。
【００１２】
以上のことから、昇温制御時に成層燃焼が行われるリーン気筒の空燃比の値については、製品ばらつき等による失火に対し必要な安全マージンを確保しようとすると、ある程度の幅しかとることができない。そして、このようにリーン気筒の空燃比の値が制限されると、空燃比の制御性が悪化し、特に、昇温制御においては、リーン気筒で空燃比を極力リーンとすることが触媒昇温を速やかなものとする上で要求されるが、この要求を満足することができなくなる。
【００１３】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、触媒昇温のための昇温制御時に一部の気筒でリーンな空燃比での成層燃焼を実行する際、空燃比を極力リーンにしつつそのリーン気筒での失火に対し必要な安全マージンを確保することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の昇温制御として、一部の気筒では圧縮行程での燃料噴射を行い空燃比をリーンにするとともに、一部の気筒では空燃比をリッチにし、前記触媒に流入する排気中の酸素濃度から分かる機関全体としての空燃比が目標値に近づくよう各気筒の空燃比をフィードバック制御する内燃機関の制御装置において、前記昇温制御時に空燃比がリーンとされる気筒で同空燃比が失火限界を越えると予測されるとき、その気筒での燃料噴射時期と点火時期との少なくとも一方を失火抑制側に補正する補正手段を備えた。
【００１５】
昇温制御時のリーン気筒において、製品ばらつき等により点火時における点火プラグ周りの混合気の燃料濃度が薄すぎるようになると、失火が生じるおそれがある。しかし、上記リーン気筒での空燃比が失火限界を越えると予測されるときには、その気筒での燃料噴射時期と点火時期との少なくとも一方の補正により失火抑制が図られる。従って、上記空燃比を極力リーンにしつつ上記リーン気筒での失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記補正手段は、前記昇温制御時に空燃比がリーンとされる気筒での空燃比がリーン失火の失火限界を越えると予測されるときには、前記燃料噴射時期の遅角補正と前記点火時期の進角補正との少なくとも一方を行い、前記空燃比がリッチ失火の失火限界を越えると予測されるときには、前記燃料噴射時期の進角補正と前記点火時期の遅角補正との少なくとも一方を行うものとした。
【００１７】
燃料噴射時期については、遅角させるほど噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ周りに達することになり、リーン失火の失火限界がよりリーン側に移行する。これとは逆に、燃料噴射時期を進角させる場合には、進角させるほど噴射燃料が拡散して点火プラグ周りに達することになり、リッチ失火の失火限界がよりリッチ側に移行することとなる。また、点火時期については、進角させるほど噴射燃料があまり拡散しない状態で点火が行われるようになり、リーン失火の失火限界がよりリーン側に移行する。これとは逆に、点火時期を遅角させる場合には、遅角させるほど噴射燃料が拡散した状態で点火が行われるようになり、リッチ失火の失火限界がよりリッチ側に移行することとなる。従って、上記のように燃料噴射時期と点火時期との少なくとも一方を補正することで、昇温制御時のリーン気筒でのリッチ失火やリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記補正手段は、前記機関全体としての空燃比がその平均値に対して所定値を越えた値を示していると判断されるとき、前記燃料噴射時期補正と前記点火時期補正との少なくとも一方を実行するものとした。
【００１９】
上記構成によれば、触媒に流入する排気中の酸素濃度から分かる機関全体としての空燃比が、その平均値に対し所定値を越えた値を示しているか否かに基づき、昇温制御時に空燃比がリーンとされる気筒で同空燃比が失火限界を越えるか否かを的確に予測することができる。従って、上記リーン気筒での失火が抑制される側への燃料噴射時期補正や点火時期補正を適切なタイミングで行うことができる。
【００２０】
請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明において、前記補正手段は、前記機関全体としての空燃比がその平均値に対して所定値を越えてリーン側にあるときには前記燃料噴射時期の遅角補正と前記点火時期の進角補正との少なくとも一方を行い、前記機関全体としての空燃比がその平均値に対して所定値を越えてリッチ側にあるときには前記燃料噴射時期の進角補正と前記点火時期の遅角補正との少なくとも一方を行うものとした。
【００２１】
上記構成によれば、触媒に流入する排気中の酸素濃度から分かる機関全体としての空燃比に基づき、昇温制御時に空燃比がリーンとされる気筒で同空燃比がリーン失火についての失火限界を越えるか否か、及び上記リーン気筒で空燃比がリッチ失火についての失火限界を越えるか否かを的確に予測することができる。従って、こうした予測に基づき上記リーン気筒での燃料噴射時期補正や点火時期補正を適切なタイミング行うことで、同気筒でのリッチ失火やリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明では、請求項３又は４記載の発明において、前記補正手段は、前記所定値を機関運転状態に応じて可変とするものとした。
機関高回転時には噴射燃料の燃焼室内での攪拌が進むことから、リーン失火についての失火限界がよりリッチ側に移行する。また、機関高負荷時には燃料噴射量が大となることから、リッチ失火についての失火限界がよりリーン側に移行する。このように機関回転速度及び機関負荷によってリーン失火及びリッチ失火についての失火限界が変化するため、これに対応して所定値を可変とすることで、昇温制御時のリーン気筒で空燃比が失火限界を越えるか否かを的確に予測することができる。
【００２３】
請求項６記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記補正手段は、前記燃料噴射時期の補正量、及び前記点火時期の補正量を、機関運転状態に応じて可変とするものとした。
【００２４】
上記のように機関回転速度及び機関負荷に応じてリーン気筒におけるリーン失火及びリッチ失火についての失火限界が変化するが、それに応じて適切な失火抑制のための燃料噴射時期補正や点火時期補正が行われるよう、燃料噴射及び点火時期の補正量を可変とすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車用の直列四気筒エンジンに適用した第１実施形態を図１〜図８に従って説明する。
【００２６】
図１に示されるエンジン１においては、各気筒＃１〜＃４の燃焼室２に吸気通路３から空気が吸入されるとともに燃料噴射弁４から燃焼室２内に燃料が噴射供給され、それら空気及び燃料からなる混合気に対し燃焼室２内で点火プラグ５による点火が行われる。この点火により燃焼室２内の混合気が燃焼し、そのときの燃焼エネルギによりエンジン１が駆動され、同エンジン１の出力軸であるクランクシャフト６が回転するようになる。また、燃焼室２で燃焼した後の混合気は、排気として排気通路７に送り出される。
【００２７】
エンジン１における混合気の燃焼形態は、エンジン運転状態に応じて、空気に対し燃料が均等に混合された均質混合気を燃焼させる「均質燃焼」と、点火プラグ５周りに可燃混合気が存在する成層混合気を燃焼させる「成層燃焼」との間で切り換えられる。例えば、高い出力が要求される高回転高負荷時には、各気筒＃１〜＃４に対しエンジン１の高出力を得やすい理論空燃比での均質燃焼が実行され、あまり高い出力が要求されない低回転低負荷時には、各気筒＃１〜＃４に対しエンジン１の燃費改善を図るべくリーンな空燃比での成層燃焼が実行される。
【００２８】
なお、上記成層燃焼時の成層混合気は、圧縮行程中に燃料噴射弁４から燃焼室２内に燃料噴射を行い、その噴射燃料をピストン（図示せず）の頭部に当てて点火プラグ５周りに到達させることによって形成される。そして、上記噴射燃料が点火プラグ５周りに到達することによって、同プラグ５周りに可燃混合気が存在するようになり、この状態での点火を行うこと成層混合気が燃焼して成層燃焼が行われるようになる。
【００２９】
エンジン１の排気通路７には、理論空燃比での混合気の燃焼時に排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ ）について浄化を行う三元触媒８が設けられている。また、排気通路７において三元触媒８よりも下流には、同三元触媒８では排気中のＮＯｘ について浄化を行うことが困難なリーンな空燃比での混合気の燃焼時に、排気中のＮＯｘ について浄化を行うＮＯｘ 吸蔵還元触媒９が設けられている。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９は、リーンな空燃比の混合気の燃焼時に排気中のＮＯｘ を一時的に吸蔵し、理論空燃比よりもリッチな空燃比での混合気の燃焼が行われたとき、上記吸蔵したＮＯｘ を排気中のＨＣ等によって窒素（Ｎ２ ）に還元する。
【００３０】
エンジン１において、燃料噴射弁４から噴射される燃料量、及び点火プラグ５による点火の時期は、エンジン１を運転制御すべく自動車に搭載された電子制御装置１０によって制御される。また、電子制御装置１０には、以下に示される各種センサからの検出信号が入力される。
【００３１】
・自動車の運転者によって操作されるアクセルペダル１１の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ１２。
・吸気通路３の上流部分に設けられ、アクセル踏込量等に基づき開閉されるスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ１４。
【００３２】
・吸気通路３におけるスロットルバルブ１３よりも下流側の圧力（吸気圧）を検出するバキュームセンサ１５。
・クランクシャフト６の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ１６。
【００３３】
・排気通路７においてＮＯｘ 吸蔵還元触媒９の上流を通過する排気中の酸素濃度に対応した信号を出力する酸素（Ｏ２ ）センサ１７。
等々からの信号が入力される。
【００３４】
電子制御装置１０は、リーンな空燃比での混合気の燃焼時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒９に吸蔵されるＮＯｘ が飽和しないよう、所定のタイミングを見計らって上記ＮＯｘ をＮＯｘ 吸蔵還元触媒９から除去するためのリッチスパイク制御を実行する。このリッチスパイク制御においては、一時的に理論空燃比よりもリッチな空燃比での混合気の燃焼（リッチ燃焼）が行われ、このリッチ燃焼中の排気に含まれるＨＣ等により上記ＮＯｘ がＮ２ に還元されてＮＯｘ 吸蔵還元触媒９から除去される。
【００３５】
また、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９には、ＮＯｘ だけでなく硫黄酸化物（ＳＯｘ ）等も吸蔵されることとなる。この場合、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９において、本来ＮＯｘ が吸蔵されるべきところにＳＯｘ 等が吸蔵されるため、ＮＯｘ 吸蔵能力が低下することとなる。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９に吸蔵されたＳＯｘ 等を離脱させるには、同触媒９を６００℃程度まで昇温した状態で排気中の酸素濃度を低下させる必要がある。電子制御装置１０は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９を上記のように昇温させるべく、一部の気筒での空燃比をリッチにするとともに他の気筒での空燃比をリーンにする昇温制御を実行する。
【００３６】
ここで、上記昇温制御について詳しく説明する。
こうした昇温制御は、以下に示される［１］、［２］の条件、即ち、
［１］エンジン運転状態が昇温制御を必要としない運転域にあること、
［２］ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９におけるＳＯｘ 吸蔵量Ｓｉ が上限値に達していること、
といった条件がすべて成立したときに実行される。
【００３７】
上記［２］で用いられるＳＯｘ 吸蔵量Ｓｉ は、燃料噴射弁４からの燃料噴射に対応した所定周期毎に以下の式（１）を用いて算出される。
Ｓｉ ＝Ｓｉ−１ ＋ＳＵ＋ＳＤ …（１）
Ｓｉ ：今回のＳＯｘ 吸蔵量
Ｓｉ−１ ：前回のＳＯｘ 吸蔵量
ＳＵ ：ＳＯｘ 増加量
ＳＤ ：ＳＯｘ 減少量
式（１）において、前回のＳＯｘ 吸蔵量Ｓｉ−１ は、所定周期毎に算出されるＳＯｘ 吸蔵量において、今回のＳＯｘ 吸蔵量Ｓｉ を算出する一回前の算出タイミングで算出されたものであり、初回のＳＯｘ 吸蔵量Ｓｉ の算出時には初期値として「０」に設定されるものである。
【００３８】
式（１）のＳＯｘ 増加量ＳＵは、一回の燃料噴射での燃料に含まれる硫黄（Ｓ）によるＳＯｘ 吸蔵量の増加分を表している。このＳＯｘ 増加量ＳＵを算出するために、まず所定周期毎に算出される燃料噴射量（一回の燃料噴射で噴射される燃料量）の指令値である最終燃料噴射量に対し、予め定められた値である燃料中の硫黄濃度Ｎを「１００」で除算した値（「Ｎ／１００」）が乗算される。その結果として得られる値は上記一回の燃料噴射で噴射される燃料に含まれる硫黄量に対応した値となり、この値に対し硫黄量というパラメータをＳＯｘ 吸蔵量というパラメータに変換するための係数Ｋを乗算することで、上記ＳＯｘ 増加量ＳＵ求められる。
【００３９】
上記係数Ｋは、エンジン回転速度ＮＥや負荷率ＫＬといったエンジン運転状態から推定されるエンジン全体としての空燃比と、所定の計算式から算出されるＮＯｘ 吸蔵還元触媒９の触媒温度とに基づきマップを参照して求められる。こうして求められる係数Ｋは、上記空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値であるとき、リーンになるほど且つ触媒温度が高くなるほど大きくなる。
【００４０】
なお、上記空燃比を推定するのに用いられるエンジン回転速度ＮＥは、クランクポジションセンサ１６からの検出信号に基づき求められる。また、同じく空燃比の推定に用いられる負荷率ＫＬは、エンジン１の最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値であって、エンジン回転速度ＮＥとエンジン１の吸入空気量に関係するパラメータに基づき求められる。こうしたパラメータとしては、例えば、アクセルポジションセンサ１２の検出信号に基づき求められるアクセル踏込量、スロットルポジションセンサ１４の検出信号に基づき求められるスロットル開度、及びバキュームセンサ１５の検出信号に基づき求められる吸気圧等が用いられる。
【００４１】
また、上記触媒温度を算出するための計算式では、エンジン回転速度ＮＥと負荷率ＫＬとが用いられる。
式（１）のＳＯｘ 減少量ＳＤは、上記空燃比及び触媒温度に基づきマップから求められ、その空燃比及び触媒温度であるときのＳＯｘ 吸蔵量の減少分、即ちＮＯｘ 吸蔵還元触媒９からのＳＯｘ の離脱量を表している。そして、ＳＯｘ 減少量ＳＤは、上記空燃比がリッチ側の値であるときには触媒温度が高く且つリッチになるほど「０」よりも小さい値になり、上記空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値であるときには「０」に維持される。
【００４２】
上記［１］、［２］の各条件が全て成立して昇温制御が開始されると、例えば一番気筒＃１及び四番気筒＃４といった一部の気筒では、空燃比をリッチにし易い混合気の燃焼形態として均質燃焼が実行されるとともに、空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるよう燃料噴射量が調整される。また、二番気筒＃２及び三番気筒＃３といった他の気筒については、空燃比をリーンにし易い成層燃焼が実行されるとともに、空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるよう燃料噴射量が調整される。
【００４３】
各気筒＃１〜＃４での空燃比が上記のようにリッチ側又はリーン側に変更されると、排気通路７で一番及び四番気筒＃１，＃４（リッチ気筒）からの排気中に含まれるＨＣ及びＣＯが、二番及び三番気筒＃２，＃３（リーン気筒）からの排気中に含まれるＯ２ によって燃焼する。その結果、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９が６００℃程度まで昇温されるようになる。
【００４４】
次に、昇温制御中におけるリッチ気筒及びリーン気筒での燃料噴射量制御について説明する。
リッチ気筒での燃料噴射量制御には燃料噴射量の指令値として最終燃料噴射量ＱｆｉｎＲが用いられ、リーン気筒での燃料噴射量制御には燃料噴射量の指令値として最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬが用いられる。即ち、リッチ気筒では最終燃料噴射量ＱｆｉｎＲに基づき燃料噴射弁４が駆動され、当該最終燃料噴射量ＱｆｉｎＲに対応した量の燃料が燃焼室２内に噴射される。これにより、リッチ気筒の空燃比が理論空燃比よりもリッチにされる。また、リーン気筒では最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬに基づき燃料噴射弁４が駆動され、当該最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬに対応した量の燃料が燃焼室２内に噴射される。これにより、リーン気筒での空燃比が理論空燃比よりもリーンにされる。
【００４５】
リッチ気筒用の最終燃料噴射量ＱｆｉｎＲは例えば以下の式（２）によって算出され、リーン気筒用の最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬは例えば以下の式（３）によって算出される。
【００４６】
ＱｆｉｎＲ＝Ｑｂｓｅ ・（１＋ＫＣ）・ＦＡＦ・Ａ…（２）
ＱｆｉｎＬ＝Ｑｂｓｅ ・（１−ＫＣ）・ＦＡＦ・Ａ…（３）
ＱｆｉｎＲ：最終燃料噴射量（リッチ気筒用）
ＱｆｉｎＬ：最終燃料噴射量（リーン気筒用）
Ｑｂｓｅ ：基本燃料噴射量
ＫＣ ：変更係数
ＦＡＦ：フィードバック補正係数
Ａ ：その他の補正係数
式（２），（３）において、基本燃料噴射量Ｑｂｓｅ は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき求められるものである。また、変更係数ＫＣは、リッチ気筒の空燃比をリッチにすべく最終燃料噴射量ＱｆｉｎＲを大きくするとともに、リーン気筒の空燃比をリーンにすべくリーン気筒用の最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬを小さくするためのものである。
【００４７】
式（２），（３）のフィードバック補正係数ＦＡＦは、エンジン全体としての空燃比が目標値（本実施形態では理論空燃比）となるよう、リッチ気筒及びリーン気筒での燃料噴射量を補正するためのものである。即ち、フィードバック補正係数ＦＡＦは、各気筒＃１〜＃４から触媒８，９に流れる排気中の酸素濃度に応じた酸素センサ１７からの出力信号に応じて「１．０」を中心に増減させられる。このフィードバック補正係数ＦＡＦによる燃料噴射量補正により、エンジン全体として空燃比が理論空燃比に近づけられるようフィードバック制御される。
【００４８】
ここで、上記フィードバック補正係数ＦＡＦの酸素センサ１７からの信号に応じた推移を図２に示す。
触媒８，９に流入する排気中の酸素濃度が濃いときにはエンジン全体としての空燃比がリーン側の値になり、酸素センサ１７からの検出信号が理論空燃比に対応する値よりもリーン側の値（リーン信号）となる。このとき、フィードバック補正係数ＦＡＦは、リッチ気筒及びリーン気筒の燃料噴射量を増量補正すべく徐々に大きくされる。これにより、エンジン全体としての空燃比がリッチ側に変化して理論空燃比へと近づくようになる。
【００４９】
また、触媒８，９に流入する排気中の酸素濃度が薄いときにはエンジン全体としての空燃比がリッチ側の値になり、酸素センサ１７からの検出信号が理論空燃比に対応する値よりもリッチ側の値（リッチ信号）となる。このとき、フィードバック補正係数ＦＡＦは、リッチ気筒及びリーン気筒の燃料噴射量を減量補正すべく徐々に小さくされる。これにより、エンジン全体としての空燃比がリーン側に変化して理論空燃比へと近づくようになる。
【００５０】
また、フィードバック補正係数ＦＡＦにおいては、酸素センサ１７からの検出信号がリーン信号からリッチ信号へと反転したときには所定量だけ小さくされ、リッチ信号からリーン信号へと反転したときには所定量だけ小さくされる。
【００５１】
ところで、上記昇温制御において成層燃焼が行われるリーン気筒にあっては、燃焼室２内で流動する可燃混合気が点火プラグ５周りに存在する状態で点火を行うことが良好な燃焼を得る上で重要となる。仮に、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が濃すぎるとリッチ失火を起こし、薄すぎるとリーン失火を起こすおそれがある。このため、上記リーン気筒については、その空燃比を点火時の点火プラグ５周りの混合気の燃料濃度に起因してリッチ失火やリーン失火が生じることのないリーン側の値となるようにしている。
【００５２】
ここで、リーン気筒における空燃比と、同気筒でのリッチ失火及びリーン失火との関係について、図３及び図４を参照して説明する。
図３において、実線Ｌ１は点火時期に応じた空燃比のリーン側についての失火限界（リーン限界）を示し、実線Ｌ２は点火時期に応じた空燃比のリッチ側についての失火限界（リッチ限界）を示している。同図から分かるように、リッチ限界及びリーン限界は点火時期が遅角するほど、リッチ側（図中下側）に移行することとなる。これは、点火時期が遅角するほど、燃料噴射が行われてから点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が薄くなるためである。
【００５３】
また、図４において、実線Ｌ３は燃料噴射時期に応じた空燃比のリーン限界を示し、実線Ｌ４は燃料噴射時期に応じた空燃比のリッチ限界を示している。同図から分かるように、リッチ限界及びリーン限界は燃料噴射時期が進角するほど、リッチ側（図中下側）に移行することとなる。これは、燃料噴射時期が進角するほど、燃料噴射が行われてから点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が薄くなるためである。
【００５４】
そこで昇温制御中に成層燃焼が行われるリーン気筒においては、その空燃比が点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度に起因して失火が生じることのないリーン限界（Ｌ１，Ｌ３）とリッチ限界（Ｌ２，Ｌ４）との間の値となるようにされる。即ち、上記リーン気筒の空燃比がリーン限界とリッチ限界との間の値をとるように上記変更係数ＫＣが設定され、上記リーン気筒での燃料噴射量（最終燃料噴射量ＱｆｉｎＬ）が求められる。
【００５５】
なお、リーン気筒の空燃比は、フィードバック補正係数ＦＡＦやその他の補正係数Ａによる燃料噴射量補正によって変動する。従って、上記変更係数ＫＣとしては、リーン気筒の空燃比が変動したとしても、図３及び図４に斜線で示される領域内にその空燃比を収めることのできる値に設定される。
【００５６】
ただし、リーン気筒で成層燃焼が行われるときには、圧縮行程中に噴射された燃料がピストン頭部に当たって点火プラグ５周りに集められる。このため、ピストン頭部の高さ位置が製品ばらつきにより変化すると、噴射燃料がピストン頭部に当たって点火プラグ５周りに達する時期も変化し、これが点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度に影響を及ぼすこととなる。
【００５７】
例えば、ピストン頭部の高さ位置が高い側にばらついたときには噴射燃料がピストン頭部に当たってから点火プラグ５周りに達するまでの時間が短くなることから、噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ５周りに達して点火が行われ、点火時期を進角させたときや燃料噴射時期を遅角させたときと似た状態となる。成層燃焼が行われるリーン気筒において、点火時期の変化は図３の斜線で示される領域内での左右方向の変化で表され、燃料噴射時期の変化は図４の斜線で示される領域内での左右方向の変化で表される。従って、ピストン頭部の高さ位置が高い側にばらつくことは、点火時期進角（図３の斜線で示される領域内での左側への変位）や燃料噴射時期遅角（図４の斜線で示される領域内での左側への変位）と同じ状態となる。このため、リーン気筒における空燃比のリッチ限界がリーン側に変化し、リーン気筒の空燃比がフィードバック制御に伴う変動によってリッチ限界（Ｌ２，Ｌ４）を越えてリーンになり易くなる。
【００５８】
また、ピストン頭部の高さ位置が低い側にばらついたときには噴射燃料がピストン頭部に当たってから点火プラグ５周りに達するまでの時間が長くなることから、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われ、点火時期を遅角させたときや燃料噴射時期を進角させたときと似た状態となる。従って、ピストン頭部の高さ位置が低い側にばらつくことは、点火時期遅角（図３の斜線で示される領域内での右側への変位）や燃料噴射時期進角（図４の斜線で示される領域内での右側への変位）と同じ状態となる。このため、空燃比のリーン限界がリッチ側に変化し、リーン気筒における空燃比がフィードバック制御に伴う変動によってリーン限界（Ｌ１，Ｌ３）を越えてリーンになり易くなる。
【００５９】
以上のことから、昇温制御時に成層燃焼が行われるリーン気筒の空燃比の値については、製品ばらつき等による失火に対し必要な安全マージンを確保しようとすると、ある程度の幅しかとることができない。即ち、リーン気筒の空燃比の値は、図３においては、破線Ｌ５で示される値により上限が制限され、破線Ｌ６で示される値により下限が制限される。また、リーン気筒の空燃比の値は、図４においては、破線Ｌ７で示される値により上限が制限され、破線Ｌ８で示される値により下限が制限される。そして、このようにリーン気筒の空燃比の値が制限されると、空燃比の制御性が悪化し、特に、昇温制御においては、リーン気筒で空燃比を極力リーンとすることが触媒昇温を速やかなものとする上で要求されるが、この要求を満足することができなくなる。
【００６０】
そこで本実施形態では、上記リーン気筒で空燃比がリッチ限界を越えてリッチになる、或いはリーン限界を越えてリーンになる、と予測されるとき、点火時期と燃料噴射時期とを失火抑制側に補正する。これにより、上記リーン気筒の空燃比を極力リーンにしつつ上記リーン気筒でのリッチ失火やリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することができるようになる。
【００６１】
次に、上記点火時期及び燃料噴射時期の失火抑制側への補正の概要について、図２〜図６を参照して説明する。
昇温制御中において、図２に示されるように変化するフィードバック補正係数ＦＡＦが、その平均値ＦＡＦＡＶに対し所定値ａを越えてリーン側に変化すると、リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えると予測される。上記所定値ａの大きさは、こうした予測が的確に行われるような大きさに設定される。なお、上記フィードバック補正係数ＦＡＦの平均値ＦＡＦＡＶとしては、例えば酸素センサ１７からの検出信号が反転したときのフィードバック補正係数ＦＡＦと、酸素センサ１７からの検出信号が次回に判定したときのフィードバック補正係数ＦＡＦとを平均することによって得られる値が用いられる。
【００６２】
上記のようにリーン気筒の空燃比がリーン限界を越えると予測されるときには、同空燃比が図３及び図４の斜線で示される領域においてリーン側の部分、例えば図３の破線Ｌ５及び図４の破線Ｌ７よりも上側の部分に位置することとなる。そして、この状態にあって、リーン失火の抑制を図るべく、点火時期が進角側に補正されるとともに燃料噴射時期が遅角側に補正される。
【００６３】
図３に斜線で示されるリーン気筒における空燃比の変動領域のうち、破線Ｌ５よりもリーン側（上側）の部分は、上記点火時期の進角補正によって図５に示されるように進角側（左側）に変位し、リーン限界（Ｌ１）から離れた状態となる。これは、点火時期が進角側に補正されると、燃料噴射が行われてから点火までの時間が短くなり、噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が過度に薄くなることが抑制されるためである。
【００６４】
また、図４に斜線で示されるリーン気筒における空燃比の変動領域のうち、破線Ｌ７よりもリーン側（上側）の部分は、上記燃料噴射時期の遅角補正によって図６に示されるように遅角側（左側）に変位し、リーン限界（Ｌ３）から離れた状態となる。これは、燃料噴射時期が遅角側に補正されると、燃料噴射が行われてから点火までの時間が短くなり、噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が過度に薄くなることが抑制されるためである。
【００６５】
上述した点火時期の進角補正及び燃料噴射時期の遅角補正により、リーン気筒における空燃比の変動領域におけるリーン限界寄りの部分を、当該リーン限界から離れた状態とすることができるため、同リーン気筒におけるリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することができるようになる。
【００６６】
一方、昇温制御中において、図２に示されるように変化するフィードバック補正係数ＦＡＦが、その平均値ＦＡＦＡＶに対し所定値ａを越えてリッチ側に変化するとき、リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えると予測される。
【００６７】
このようにリーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えると予測されるときには、同空燃比が図３及び図４の斜線で示される領域においてリッチ側の部分、例えば図３の破線Ｌ６及び図４の破線Ｌ８よりも下側の部分に位置することとなる。そして、この状態にあって、リッチ失火の抑制を図るべく、点火時期が遅角側に補正されるとともに燃料噴射時期が進角側に補正される。
【００６８】
図３に斜線で示されるリーン気筒における空燃比の変動領域のうち、破線Ｌ６よりもリッチ側（下側）の部分は、上記点火時期の遅角補正によって図５に示されるように遅角側（右側）に変位し、リッチ限界（Ｌ２）から離れた状態となる。これは、点火時期が遅角側に補正されると、燃料噴射が行われてから点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が過度に濃くなることが抑制されるためである。
【００６９】
図４に斜線で示されるリーン気筒における空燃比の変動領域のうち、破線Ｌ８よりもリッチ側（下側）の部分は、上記燃料噴射時期の進角補正によって図６に示されるように進角側（右側）に変位し、リッチ限界（Ｌ４）から離れた状態となる。これは、燃料噴射時期が進角側に補正される場合にも、燃料噴射が行われてから点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が過度に濃くなることが抑制されるためである。
【００７０】
上述した点火時期の遅角補正及び燃料噴射時期の進角補正により、リーン気筒における空燃比の変動領域におけるリッチ限界寄りの部分を、当該リッチ限界から離れた状態とすることができるため、同リーン気筒におけるリッチ失火に対し必要な安全マージンを確保することができるようになる。
【００７１】
次に、上記昇温制御が行われるときのリーン気筒における点火時期制御、及び燃料噴射時期制御について説明する。
上記点火時期制御は以下の式（４）から算出される最終点火時期ＡｆＬに基づき点火プラグ５の点火時期を制御することによって実現され、上記燃料噴射時期制御は以下の式（５）から算出される最終燃料噴射時期ＩｆＬに基づき燃料噴射弁４の燃料噴射時期を制御することによって実現される。
【００７２】
ＡｆＬ＝ＡｂＬ＋ΔＡ …（４）
ＡｆＬ：最終点火時期
ＡｂＬ：基本点火時期
ΔＡ：補正量
ＩｆＬ＝ＩｂＬ＋ΔＩ …（５）
ＩｆＬ：最終燃料噴射時期
ＩｂＬ：基本燃料噴射時期
ΔＩ：補正量
ここで、上記最終点火時期ＡｆＬ、及び最終燃料噴射時期ＩｆＬを算出する手順について、点火・噴射時期算出ルーチンを示す図７のフローチャートを参照して説明する。同ルーチンは、電子制御装置１０を通じて例えば所定クランク角毎の角度割り込みにて実行される。
【００７３】
点火・噴射時期算出ルーチンにおいては、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９からＳＯｘ を離脱させるための昇温制御中であるとき（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、上記最終点火時期ＡｆＬ及び最終燃料噴射時期ＩｆＬを算出するための処理（Ｓ１０２〜Ｓ１０６）が実行される。
【００７４】
この処理として、まず負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥ等に基づき、基本点火時期ＡｂＬ及び基本燃料噴射時期ＩｂＬが順次算出される（Ｓ１０２，Ｓ１０３）。続いて、リーン気筒におけるリッチ失火やリーン失火を抑制するための点火時期補正に用いられる補正量ΔＡ、及び上記失火抑制のための燃料噴射時期補正に用いられる補正量ΔＩの算出が行われる（Ｓ１０４）。その後、上記式（４）及び式（５）を用いて最終点火時期ＡｆＬ及び最終燃料噴射時期ＩｆＬが順次算出される（Ｓ１０５，Ｓ１０６）。
【００７５】
リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えてリーンになると予測されるとき、上記補正量ΔＡは最終点火時期ＡｆＬを進角側に移行させる値となるように算出され、上記補正量ΔＩは最終燃料噴射時期ＩｆＬを遅角側に移行させる値となるように算出される。そして、上記最終点火時期ＡｆＬに基づく点火時期制御、及び上記最終燃料噴射時期ＩｆＬに基づく燃料噴射時期制御により、リーン気筒でのリーン失火に対し必要な安全マージンが確保されるようになる。
【００７６】
また、リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えてリッチになると予測されるとき、上記補正量ΔＡは最終点火時期ＡｆＬを遅角側に移行させる値となるように算出され、上記補正量ΔＩは最終燃料噴射時期ＩｆＬを進角側に移行させる値となるように算出される。そして、上記最終点火時期ＡｆＬに基づく点火時期制御、及び上記最終燃料噴射時期ＩｆＬに基づく燃料噴射時期制御により、リーン気筒でのリッチ失火に対し必要な安全マージンが確保されるようになる。
【００７７】
次に、点火・噴射時期算出ルーチンにおけるステップＳ１０４の処理について、補正量算出ルーチンを示す図８のフローチャートを参照して詳しく説明する。この補正量算出ルーチンは、電子制御装置１０を通じて点火・噴射時期算出ルーチンのステップＳ１０４（図７）に進む毎に実行される。
【００７８】
補正量算出ルーチンにおいては、まず負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき上述した所定値ａが算出される（Ｓ２０１）。こうして算出された所定値ａは、負荷率ＫＬが大となるほど小さくなるとともに、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど小さくなる。そして、上記所定値ａは、リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えてリーンになるか否かを予測するための処理（Ｓ２０２）、及びリーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えてリッチになるか否かを予測するための処理（Ｓ２０５）で用いられる。
【００７９】
ステップＳ２０２の処理では、フィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶに所定値ａを加算した値よりも大きいか否かが判断される。フィードバック補正係数ＦＡＦは、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９に流入する排気中の酸素濃度に応じた酸素センサ１７からの出力信号に基づき変化する。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９に流入する排気中の酸素濃度はエンジン全体としての空燃比に対応した値であることから、上記フィードバック補正係数ＦＡＦについてはエンジン全体としての空燃比に対応する値として用いることができる。
【００８０】
従って、上記ステップＳ２０２の判断処理では、エンジン全体としての空燃比がその平均値に対し所定値を越えてリーン側になるか否かの判断が行われていることになり、ここで肯定判定であればリーン気筒の空燃比がリーン限界を越えると予測される。なお、上記所定値ａはエンジン回転速度ＮＥが大となるほど小さくなる。そのため、上記リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えるとの予測は、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、エンジン全体としての空燃比がリッチ寄りのときになされることとなる。
【００８１】
エンジン回転速度ＮＥが大になると、ピストンの動きが速くなって燃焼室２内のガスが大きく流動し、噴射燃料の燃焼室２内での攪拌が進むことから、点火時の点火プラグ５周りの混合気の燃料濃度が薄くなり、リーン限界がよりリッチ側に移行する。このことを考慮して、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど所定値ａが小さくされ、リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えるとの予測がよりリッチな空燃比のときになされるようにしているのである。
【００８２】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされると、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき、補正量ΔＡが点火時期を進角させる値として算出される（Ｓ２０３）。こうして算出される補正量ΔＡは、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、点火時期をより進角させる値をとるようになる。点火時期が進角すると、燃料噴射から点火までの時間が短くなり、噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りの燃料濃度が薄くなるのを抑制することができる。
【００８３】
エンジン回転速度ＮＥが大となるほどリーン気筒における空燃比のリーン限界がよりリッチ側に移行することは上述したとおりであるが、このことは点火時期の補正量ΔＡがエンジン回転速度ＮＥに応じて上記のように可変とされることによって対処される。即ち、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、補正量ΔＡが点火時期をより進角させる値をとることになって点火時期が進角させられるため、エンジン回転速度ＮＥに関係なくリーン気筒において上記リーン限界に対する安全マージンを確保することができる。
【００８４】
上記のように点火時期の補正量ΔＡの算出が行われた後、続いて負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき、補正量ΔＩが燃料噴射時期を遅角させる値として算出される（Ｓ２０４）。こうして算出される補正量ΔＩは、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、燃料噴射時期をより遅角させる値をとるようになる。燃料噴射時期が遅角すると、燃料噴射から点火までの時間が短くなり、噴射燃料があまり拡散しないまま点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りの燃料濃度が薄くなるのを抑制することができる。
【００８５】
エンジン回転速度ＮＥが大となるほどリーン気筒における空燃比のリーン限界がよりリッチ側に移行するが、このことは燃料噴射時期の補正量ΔＩがエンジン回転速度ＮＥに応じて上記のように可変とされることによっても対処される。即ち、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、補正量ΔＩが燃料噴射時期をより遅角させる値をとることになって燃料噴射時期が遅角させられるため、エンジン回転速度ＮＥに関係なくリーン気筒において上記リーン限界に対する安全マージンを確保することができる。
【００８６】
一方、上記ステップＳ２０２で否定判定がなされると、ステップＳ２０５に進む。このステップＳ２０５の処理では、フィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶから所定値ａを減算した値よりも小さいか否かが判断される。当該判断処理では、エンジン全体としての空燃比が平均値に対し所定値を越えてリッチ側になるか否かの判断が行われていることになり、ここで肯定判定であればリーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えると予測される。なお、上記所定値ａは負荷率ＫＬが大となるほど小さくなる。そのため、上記リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えるとの予測は、負荷率ＫＬが大となるほど、エンジン全体としての空燃比がリーン寄りのときになされることとなる。
【００８７】
負荷率ＫＬが大になると、燃料噴射量が増加することから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の空燃比が濃くなり、リッチ限界がよりリーン側に移行する。このことを考慮して、負荷率ＫＬが大となるほど所定値ａが小さくされ、リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えるとの予測がよりリーンな空燃比のときになされるようにしているのである。
【００８８】
ステップＳ２０５で肯定判定がなされると、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度に基づき補正量ΔＡが点火時期を進角させる値として算出される（Ｓ２０６）。こうして算出される補正量ΔＡは、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど、点火時期をより遅角させる値をとるようになる。点火時期が遅角すると、燃料噴射から点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りの燃料濃度が濃くなるのを抑制することができる。
【００８９】
負荷率ＫＬが大となるほどリーン気筒における空燃比のリッチ限界がよりリーン側に移行することは上述したとおりであるが、このことは点火時期の補正量ΔＡが負荷率ＫＬに応じて上記のように可変とされることによって対処される。即ち、負荷率ＫＬが大となるほど、補正量ΔＡが点火時期をより遅角させる値をとることになって点火時期が遅角させられるため、負荷率ＫＬに関係なくリーン気筒において上記リッチ限界に対する安全マージンを確保することができる。
【００９０】
上記のように点火時期の補正量ΔＡの算出が行われた後、続いて負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき、補正量ΔＩが燃料噴射時期を進角させる値として算出される（Ｓ２０７）。こうして算出される補正量ΔＩは、負荷率ＫＬが大となるほど、燃料噴射時期をより進角させる値をとるようになる。燃料噴射時期が進角すると、燃料噴射から点火までの時間が長くなり、噴射燃料が拡散した状態で点火プラグ５周りに達して点火が行われることから、点火時の点火プラグ５周りの燃料濃度が濃くなるのを抑制することができる。
【００９１】
負荷率ＫＬが大となるほどリーン気筒における空燃比のリッチ限界がよりリーン側に移行するが、このことは燃料噴射時期の補正量ΔＩが負荷率ＫＬに応じて上記のように可変とされることによっても対処される。即ち、負荷率ＫＬが大となるほど、補正量ΔＩが燃料噴射時期をより進角させる値をとることになって燃料噴射時期が進角させられるため、負荷率ＫＬに関係なくリーン気筒において上記リッチ限界に対する安全マージンを確保することができる。
【００９２】
一方、上記ステップＳ２０５で否定判定がなされると、リーン気筒での空燃比がリーン限界やリッチ限界を越えることはないと予測され、点火時期の補正量ΔＡ、及び燃料噴射時期の補正量ΔＩが順次「０」とされる（Ｓ２０８，Ｓ２０９）。この場合、リッチ失火やリーン失火を抑制するための補正量ΔＡに基づく点火時期補正、及び補正量ΔＩに基づく燃料噴射時期補正が行われることはなくなる。
【００９３】
上記のように点火時期の補正量ΔＡ、及び燃料噴射時期の補正量ΔＩが算出されると、処理が点火・噴射時期算出ルーチン（図７）に戻される。
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
【００９４】
（１）昇温制御時のリーン気筒において、その空燃比の値を広範囲にわたり設定すると、製品ばらつき等により、点火時における点火プラグ周りの混合気の燃料濃度が濃すぎたり薄すぎたりするようになり、リッチ失火やリーン失火を招くおそれがある。しかし、上記リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えると予測されるときには、点火時期の進角補正及び燃料噴射時期の遅角補正が行われる。これにより、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が薄くなりすぎることは抑制され、空燃比を極力リーンにしつつリーン気筒でのリーン失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。また、上記リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えると予測されるときには、点火時期の遅角補正及び燃料噴射時期の進角補正が行われる。これにより、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が濃くなりすぎることは抑制され、リーン気筒でのリッチ失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【００９５】
（２）上記リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えるとの予測については、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９に流入する排気中の酸素濃度（エンジン全体の空燃比）に対応して推移するフィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶに対し所定値ａを越えてリーン側にあることに基づきなされる。また、リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えるとの予測については、上記フィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶに対し所定値ａを越えてリッチ側にあることに基づきなされる。このようにしてリーン気筒の空燃比がリーン限界、或いはリッチ限界を越えるとの予測を的確に行うことができるようになる。従って、同予測に基づく失火抑制のための点火時期補正及び燃料噴射時期補正を適切なタイミングで行うことができ、上記リーン気筒でのリーン失火やリッチ失火に対する必要な安全マージンを確保することができる。
【００９６】
（３）上記予測に用いられる所定値ａは、負荷率ＫＬが大となるほど小さくなるとともに、エンジン回転速度ＮＥが大となるほど小さくなるように算出される。負荷率ＫＬが大になると燃料噴射量が増加することから、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料が濃くなり、リッチ限界がよりリーン側に移行する。この場合、所定値ａが小さくされることから、フィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶからあまりリッチ側に離れていない段階で、リーン気筒の空燃比がリッチ限界を越えるとの予測がなされるため、その予測を負荷率ＫＬの大小に関係なく適切に行うことができるようになる。また、エンジン回転速度ＮＥが大になると、ピストンの動きが速くなって燃焼室２内のガスが大きく流動し、噴射燃料の燃焼室２内での攪拌が進むことから、点火時の点火プラグ５周りの混合気の燃料濃度が薄くなり、リーン限界がよりリッチ側に移行する。この場合、所定値ａが小さくされることから、フィードバック補正係数ＦＡＦがその平均値ＦＡＦＡＶからあまりリーン側に離れていない段階で、リーン気筒の空燃比がリーン限界を越えるとの予測がなされるため、その予測をエンジン回転速度ＮＥに関係なく適切に行うことができるようになる。
【００９７】
（４）上記リーン気筒のリーン限界及びリッチ限界は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに応じて変化するが、それに対応して失火抑制のための点火時期補正の補正量ΔＡ、及び燃料噴射時期補正の補正量ΔＩが可変とされる。即ち、負荷率ＫＬが大となってリーン気筒のリッチ限界がリーン側に大きく移行するほど、上記補正量ΔＡが点火時期を大きく遅角補正する値にされるとともに、上記補正量ΔＩが燃料噴射時期を大きく進角補正する値にされる。また、エンジン回転速度ＮＥが大となってリーン気筒のリーン限界がリッチ側に大きく移行するほど、上記補正量ΔＡが点火時期を大きく進角補正する値にされるとともに、上記補正量ΔＩが燃料噴射時期を大きく遅角補正する値にされる。このように点火時期の補正量ΔＡ、及び燃料噴射時期の補正量ΔＩを可変とすることで、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに関係なく上記リーン気筒におけるリーン限界及びリッチ限界に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【００９８】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・リーン気筒でのリッチ失火やリーン失火を抑制するために点火時期と燃料噴射時期との両方を補正したが、いずれか一方のみを失火抑制側に補正するだけでもよい。
【００９９】
・また、昇温制御においては、空燃比をリーン気筒では極力リーンとすることが、触媒昇温を速やかなものとする上で要求される。従って、リーン気筒でのリッチ失火とリーン失火との双方を抑制するために点火時期や燃料噴射時期を補正したが、リッチ失火に対しては空燃比の値を制限することでこれに対処し、リーン失火に対してのみこれを抑制するために点火時期や燃料噴射時期を補正するようにしてもよい。このことによっても、リーン気筒の空燃比を極力リーンにしつつリーン気筒での失火に対し必要な安全マージンを確保することができる。
【０１００】
・リーン気筒の空燃比がリッチ限界やリーン限界を越えるか否かの予測に用いられる所定値ａについては、リッチ限界を越えるか否かの予測とリーン限界を越えるか否かの予測とで共通した値として可変設定した。この所定値ａをリッチ限界を越えるか否かの予測とリーン限界を越えるか否かの予測とで各別の値に設定するようにしてもよい。この場合、リッチ限界を越えるか否かを予測に用いられる所定値については、機関負荷に応じて可変設定し、リーン限界を越えるか否かの予測に用いられる所定値については、機関回転速度に応じて可変設定することが考えられる。これにより、上記のようにリッチ失火及びリーン失火についての失火限界が変化したとしても、昇温制御時のリーン気筒で空燃比が失火限界を越えるか否かを的確に予測することができる。
【０１０１】
・また、上記所定値ａについては、必ずしも可変とする必要はなく固定値とすることもできる。
・点火時期の補正量ΔＡ、及び燃料噴射時期の補正量ΔＩについても、必ずしも可変とする必要はなく固定値とすることもできる。
【０１０２】
・上記実施形態では、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒９からＳＯｘ を離脱させるための昇温制御に本発明を適用したが、これに代えて触媒が冷えた状態にあるときに排気浄化能力を速やかに確保するために触媒を昇温する昇温制御に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図２】酸素センサからの信号に応じたフィードバック補正係数の変化を示すタイムチャート。
【図３】昇温制御中におけるリーン気筒の空燃比及び点火時期と、リッチ失火及びリーン失火との関係を示す説明図。
【図４】昇温制御中におけるリーン気筒の空燃比及び燃料噴射時期と、リッチ失火及びリーン失火との関係を示す説明図。
【図５】昇温制御中のリーン気筒において、リッチ失火及びリーン失火抑制のための点火時期補正が行われた状態での同気筒の空燃比及び点火時期と、リッチ失火及びリーン失火との関係を示す説明図。
【図６】昇温制御中のリーン気筒において、リッチ失火及びリーン失火抑制のための燃料噴射時期補正が行われた状態での同気筒の空燃比及び燃料噴射時期と、リッチ失火及びリーン失火との関係を示す説明図。
【図７】昇温制御中のリーン気筒における最終点火時期、及び最終燃料噴射時期の算出手順を示すフローチャート。
【図８】点火時期の補正量、及び燃料噴射時期の補正量の算出手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、２…燃焼室、３…吸気通路、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…クランクシャフト、７…排気通路、８…三元触媒、９…ＮＯｘ 吸蔵還元触媒、１０…電子制御装置（補正手段）、１１…アクセルペダル、１２…アクセルポジションセンサ、１３…スロットルバルブ、１４…スロットルポジションセンサ、１５…バキュームセンサ、１６…クランクポジションセンサ、１７…酸素センサ。
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路に設けられた触媒の昇温制御として、一部の気筒では圧縮行程での燃料噴射を行い空燃比をリーンにするとともに、一部の気筒では空燃比をリッチにし、前記触媒に流入する排気中の酸素濃度から分かる機関全体としての空燃比が目標値に近づくよう各気筒の空燃比をフィードバック制御する内燃機関の制御装置において、
前記昇温制御時に空燃比がリーンとされる気筒で同空燃比が失火限界を越えると予測されるとき、その気筒での燃料噴射時期と点火時期との少なくとも一方を失火抑制側に補正する補正手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記補正手段は、前記昇温制御時に空燃比がリーンとされる気筒での空燃比がリーン失火の失火限界を越えると予測されるときには、前記燃料噴射時期の遅角補正と前記点火時期の進角補正との少なくとも一方を行い、前記空燃比がリッチ失火の失火限界を越えると予測されるときには、前記燃料噴射時期の進角補正と前記点火時期の遅角補正との少なくとも一方を行う
請求項１記載の内燃機関の制御装置。 - 前記補正手段は、前記機関全体としての空燃比がその平均値に対して所定値を越えた値を示していると判断されるとき、前記燃料噴射時期補正と前記点火時期補正との少なくとも一方を実行する
請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。 - 前記補正手段は、前記機関全体としての空燃比がその平均値に対して所定値を越えてリーン側にあるときには前記燃料噴射時期の遅角補正と前記点火時期の進角補正との少なくとも一方を行い、前記機関全体としての空燃比がその平均値に対して所定値を越えてリッチ側にあるときには前記燃料噴射時期の進角補正と前記点火時期の遅角補正との少なくとも一方を行う
請求項３記載の内燃機関の制御装置。 - 前記補正手段は、前記所定値を機関運転状態に応じて可変とする
請求項３又は４記載の内燃機関の制御装置。 - 前記補正手段は、前記燃料噴射時期の補正量、及び前記点火時期の補正量を、機関運転状態に応じて可変とする
請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
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