JP2004270584A - 二次空気供給装置付き多気筒内燃機関及び多気筒内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの低減、レイアウトの自由度を向上し、燃料経済性の悪化、排気性能の悪化代を最小限にし、アイドル運転時のエンジン回転安定性も確保する二次空気供給装置付き多気筒内燃機関を提供する。
【解決手段】二次空気供給口３５より一部の気筒が属する排気通路にのみ二次空気を供給し、二次空気供給の気筒の燃料供給量を増加すると共に二次空気供給の気筒の点火時期を遅らせ、二次空気供給中の各気筒の発生トルクの均一化を図る。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車輌で使用される多気筒内燃機関および多気筒内燃機関の制御方法に関し、特に、排気系に二次空気を供給する型式の多気筒内燃機関および多気筒内燃機関の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（エンジン）において、排気系触媒の昇温特性の向上等のために、機関排気系に二次空気を供給し、未燃焼ガスを含んだ排気を二次燃焼させる二次空気供給装置が知られている。一般的な二次空気供給装置は、専用のエアポンプ等を備え付けて排気管内部へ圧縮空気を供給している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
二次空気供給装置は、気筒から排出される排気と、エアポンプによって排気系に送り込まれる空気とを混合して二次燃焼させる。二次燃焼の原理は、排気の熱エネルギと排気系に新規に供給される空気（二次空気）を用いて排気中の未燃焼ガス成分を燃焼させるものである。この二次燃焼によって排気管内部のガス温度が上昇し、結果として、排気管や排気浄化装置（触媒など）が急速に昇温し、急速暖機が行われる。
【０００４】
二次空気供給装置を自動車等の車輌で多く使用される複数の気筒を備えた多気筒内燃機関に適用した場合、従来、一般的には、二次空気供給通路は、複数気筒全ての排気ポート出口や排気マニホールドの集合部あるいは排気管等に接続され、全気筒に対して二次空気を供給している。排気の熱エネルギを最大限に有効利用するためには、二次空気は各気筒の排気ポートや各排気ポート毎の排気枝管に対して供給することが好ましい。
【０００５】
【特許文献１】
実開平０３−０８７９１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の二次空気供給装置では、二次空気供給通路が全気筒の排気ポートや排気通路に対して配設されるため、コスト高になり、レイアウトの自由度などでも問題がある。また、排気系に供給される二次空気量に応じて全気筒の空燃比を過多化しなければならないので、燃料経済性の悪化、排気性能の悪化代が大きいことや、アイドル運転時のエンジン回転安定性の確保が難しいなどの懸念がある。
【０００７】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、コストの低減、レイアウトの自由度を向上し、燃料経済性の悪化、排気性能の悪化代を最小限にし、アイドル運転時のエンジン回転安定性も確保する二次空気供給装置付き多気筒内燃機関および多気筒内燃機関の制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による二次空気供給装置付き多気筒内燃機関は、複数気筒を有する多気筒内燃機関において、一部の気筒に対してのみ二次空気を供給する二次空気供給手段と、前記二次空気供給手段による二次空気供給中に各気筒の発生トルクを均一化するトルク均一制御手段とを有する。
【０００９】
この発明による二次空気供給装置付き多気筒内燃機関によれば、一部の気筒に対してのみ二次空気を供給するから、二次空気供給に伴う燃料増量が全気筒に対して二次空気を供給する場合に比して少なくて済み、二次空気供給中における各気筒の発生トルクがトルク均一制御手段によって均一化され、アイドル運転時のエンジン回転の安定性が得られる。
【００１０】
この発明による二次空気供給装置付き多気筒内燃機関における前記トルク均一制御手段は、エンジンの運転状態に応じて複数気筒の燃料供給量をそれぞれ独立調整する燃料量調整手段と、前記複数気筒の点火時期をそれぞれ独立調整する点火時期調整手段とを備える。
【００１１】
これにより、二次空気を供給する一部の気筒（対象気筒）と二次空気を供給しない気筒（対象外気筒）とで、燃料供給量、点火時期を個別に制御することができる。
【００１２】
この場合、燃料量調整手段は、二次空気を供給する一部の気筒（対象気筒）に供給する燃料量を、二次空気を供給しない気筒（対象外気筒）とは異なる値、具体的には、二次空気を供給する対象気筒に供給する燃料量を二次空気を供給しない対象外気筒と比べて理論空燃比より過多に設定する。これにより、二次空気を供給する対象気筒の排気ガスの未燃焼成分が増加し、二次空気供給による排気温度の上昇が効果的に行われる。
【００１３】
点火時期調整手段は、二次空気を供給する一部の気筒（対象気筒）の点火時期を、二次空気を供給しない気筒（対象外気筒）とは異なる値に調整、具体的には、二次空気を供給する対象気筒に供給する点火時期を二次空気を供給しない対象外気筒と比べて遅角点火時期に設定する。
【００１４】
これにより、理論空燃比より過多の空燃比を設定されたことによる対象気筒の発生トルクの増加が相殺され、気筒相互で発生トルクの均一化が図られ、二次空気供給中のアイドル運転時のエンジン回転の安定性が得られる。
【００１５】
遅角量は各気筒の発生トルクに応じてリアルタイムに適正値に設定することができ、各気筒の発生トルクは、エンジンの運転状態のうち、エンジン回転速度から複数気筒間の回転速度偏差を演算することによって簡便に推定することができる。
【００１６】
この発明による二次空気供給装置付き多気筒内燃機関における二次空気供給手段は、前記複数気筒のうち、１個の気筒に属する排気通路にのみ二次空気を供給する二次空気供給口を有し、１個の気筒に属する排気通路に限って二次空気を供給する。また、二次空気供給手段は、二次空気供給対象の気筒に属する排気ポートに近接して配設された二次空気供給口を有する。これにより高温の排気ガスに対して二次空気を噴射して排気ガス中の未燃焼成分を効果的に燃焼させることができる。
【００１７】
また、二次空気供給手段は、二次空気流量を調整する二次空気調整弁を有しており、二次空気調整弁は、エンジンの運転状態あるいは排気浄化装置の状態に応じて二次空気流量を最適値に調整することができる。
【００１８】
この発明による二次空気供給装置付き多気筒内燃機関は、運転安定性の確保や排気浄化装置の劣化防止のために、エンジンの運転状態あるいは排気浄化装置の状態に応じて前記二次空気供給手段、前記トルク均一制御手段の動作を停止する。
【００１９】
この発明による多気筒内燃機関の制御方法は、多気筒内燃機関の一部の気筒に対してのみ二次空気を供給し、二次空気供給対象の気筒の燃料量を二次空気を供給しない気筒の燃料量より増加させ、二次空気供給対象の気筒の点火時期を二次空気を供給しない気筒の点火時期より遅角させる。
【００２０】
これにより、二次空気供給に伴う燃料増量が全気筒に対して二次空気を供給する場合に比して少なくて済み、二次空気供給中における各気筒の発生トルクが点火時期によって均一化され、アイドル運転時のエンジン回転の安定性が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
図１、図２は、本実施形態の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関を示している。本実施形態の多気筒内燃機関は直列４気筒の内燃機関である。
【００２２】
多気筒内燃機関は、エンジン本体１に、４個の燃焼室（シリンダ）１ａ、１ｂ１ｃ、１ｄを有している。以下、燃焼室１ａは第１気筒、燃焼室１ｂは第２気筒、燃焼室１ｃは第３気筒、燃焼室１ｄは第４気筒として説明することがある。
【００２３】
エンジン本体１には、各気筒１ａ〜１ｄ毎に個別に、吸気ポート２、排気ポート３が各々形成されている。吸気ポート２は吸気弁４によって開閉され、排気ポート３は排気弁５によって開閉される。エンジン本体１には各気筒１ａ〜１ｄ毎に点火プラグ１５が取り付けられている。
【００２４】
エンジン本体１には、各気筒１ａ〜１ｄに空気を供給するために、各気筒１ａ〜１ｄの吸気ポート２に連通する吸気通路（吸気マニホールド、吸気管）６が接続されている。吸気通路６には、エアクリーナ７、吸入空気量を調整するスロットル弁８、スロットル弁８の上流側と下流側とを連結するバイパス通路９、バイパス通路９を流れる吸入空気量を調整するＩＳＣバルブ１０が設置されている。なお、スロットル弁８は、電子制御式モータ駆動スロットル弁でもよく、この場合には、バイパス通路９、ＩＳＣバルブ１０を省略することも可能である。
【００２５】
エンジン本体１には、燃料量調整手段として、各吸気ポート２毎に燃料噴射弁１１が取り付けられている。燃料噴射弁１１は、気筒数と同数設けられており、各気筒１ａ〜１ｄに対して燃料を個別に噴射供給する。これにより、各気筒１ａ〜１ｄの燃料供給量をそれぞれ独立調整することができる。
【００２６】
また、吸気通路６には、スロットル弁８の開度を検出するスロットル開度センサ１２、スロットル弁８の下流の吸気管内圧力を検出する吸気圧力センサ１３、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ１４が設けられている。エンジン本体１には、クランク角度を検出するクランク角センサ１６、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１７が取り付けられている
点火時期調整手段として、通電電流を遮断するイグナイタと高電圧を発生する点火コイル１８と、点火コイル１８で発生した高電圧を各気筒の点火プラグ１５に配電するディストリビュータ１９とが設けられている。なお、点火コイル１８およびディストリビュータ１９は、多気筒内燃機関の場合、気筒毎の点火コイルと配電時間を制御するトランジスタを備えた直接配電式としてもよい。
【００２７】
エンジン本体１には各気筒１ａ〜１ｄの排気ポート３に連通する排気通路（排気マニホールド、排気管）２０が接続されている。排気通路２０には機関燃焼室から排出される排気ガスを浄化・還元する排気浄化装置（触媒コンバータ）２１が接続されている。
【００２８】
排気通路２０には、排気ガスの酸素濃度を検出する排気センサ（Ｏ２センサ或いは排気ガスの空燃比を直接測定する空燃比センサ、或いはその組合せ）２２、排気ガス温度を検出する排気温度センサ２３が取り付けられている。排気センサ２２は、排気浄化装置２１の上流側あるいは下流側に設置されるものであり、その組合せや配置位置を限定しない。ただし、本実施形態においては、排気浄化装置２１の上流側にＯ２センサを設置した例について説明する。
【００２９】
多気筒内燃機関はマイクロコンピュータによる電子制御方式のエンジン制御装置（ＥＣＵ）２４を有する。ＥＣＵ２４は、バッテリ２５から電源を受給し、前述の各種検出装置（センサ）より検出信号を入力し、演算処理を行い、制御信号をＩＳＣバルブ１０、燃料噴射弁１１、点火コイル１８へ出力し、エンジン制御（空燃比制御、点火時期制御）を行う。
【００３０】
吸気通路６より導入された空気は、スロットル弁８により調整された流量と、バイパス通路９に配設されたＩＳＣバルブ１０により調整された流量とを含めて各燃焼室１ａ〜１ｄに供給される。
【００３１】
吸気通路６に設置された吸気圧力センサ１３および吸気温度センサ１４からの情報とクランク角センサ１６からの情報（エンジン回転速度）により、ＥＣＵ２４内で燃料噴射量の最適値が計算され、その結果に基づいて燃料噴射弁１１より燃料が供給される。燃料は、空気と混じり合い、混合気として燃焼室１ａ〜１ｄ内に供給される。
【００３２】
また、クランク角センサ１６からの情報によってＥＣＵ２４内で点火時期の最適値が計算され、その結果に基づいて点火コイル１８に点火信号が出力される。点火信号はディストリビュータ１９（或いはイグナイタ）により気筒毎に分配され、最適点火時期にて各気筒の点火プラグ１５の火花放電が行われる。
【００３３】
各燃焼室１ａ〜１ｄで燃焼した混合気は、排気通路２０より排気ガスとなって外部に排出される。この時、排気センサ２２により検出される排気ガス中の酸素量と、排気温度センサ２３により検出される排気温度に基づいて、ＥＣＵ２４の演算処理により燃料噴射量の補正制御が行われる。
【００３４】
エンジン本体１には、二次空気供給手段として、二次空気供給通路３１が設けられている。二次空気供給通路３１には、空気圧縮を行うエアポンプ３２と、二次空気調整弁３３が接続されている。エアポンプ３２には吸気通路６から分岐した空気取入通路３４が接続されている。二次空気調整弁３３は、エンジンの運転状態、あるいは排気浄化装置の状態に応じて二次空気供給のオン・オフ、および二次空気流量を制御する。
【００３５】
エアポンプ３２によって圧縮された空気は、二次空気調整弁３３により流量を計量され、二次空気供給通路３１を通り、二次空気供給口３５より二次空気として排気通路２０へ噴射供給される。
【００３６】
二次空気供給通路３１の先端がなす二次空気供給口３５は、本実施形態では、図２によく示されているように、二次空気を第１気筒１ａに属する排気通路にのみ供給する。したがって、本実施形態では、二次空気を供給する気筒（以下、対象気筒）は第１気筒１ａで、二次空気を供給しない気筒（以下、対象外気筒）は第２気筒１ｂ、第３気筒１ｃ、第４気筒１ｄとなる。
【００３７】
二次空気供給口３５は、できるだけ高温の排気ガスに対して二次空気を噴射して排気ガス中の未燃焼成分を燃焼させるために、図２に示されているように、可能な限り排気ポート３に近接した位置に設置されることが望ましい。
【００３８】
なお、二次空気供給対象の気筒は第１気筒１ａに限定されたものではなく、他の気筒でもよく、また、二次空気供給対象の気筒を２〜３気筒に増加させてもよい。ただし、特定気筒（一部気筒）にのみ、二次空気を供給するために、二次空気供給通路３１は、各気筒１ａ〜１ｄの排気ポート３から、排気通路２０における他気筒との集合部２０Ａまでの間に接続するものとする。
【００３９】
エアポンプ３２は、空気を圧縮生成可能であれば、電動、エンジン駆動、気筒休止などによる生成であってもよい。また、二次空気取入通路３４は吸気通路６とは別に空気取入口を設けられているものでもよい。また、二次空気調整弁３３はリードバルブ機構のような単純な構造としてもよい。
【００４０】
ＥＣＵ２４は、二次空気供給中に各気筒の発生トルクを均一化するトルク均一制御手段として、二次空気供給時には、二次空気を供給する対象気筒（第１気筒１ａ）に供給する燃料量を、二次空気を供給しない対象外気筒（第２気筒１ｂ〜第４気筒１ｄ）と比べて理論空燃比より過多に設定する燃料量制御を行うと共に、対象気筒（第１気筒１ａ）の点火時期を対象外気筒（第２気筒１ｂ〜第４気筒１ｄ）と比べて遅角設定する制御を行う。
【００４１】
これにより、二次空気供給中は、第２気筒１ｂ〜第４気筒１ｄには理論空燃比の混合気が供給され、第１気筒１ａには理論空燃比より濃いリッチ空燃比の混合気が供給される。なお、二次空気供給停止時には、全ての気筒１ａ〜１ｄに対して理論空燃比の混合気が供給される。
【００４２】
各気筒１ａ〜１ｄの発生トルクは、エンジンの運転状態のうち、エンジン回転速度から複数気筒間の回転速度偏差を演算することによって推定することができ、これに応じて二次空気供給中の対象気筒（第１気筒１ａ）の点火時期の遅角量を設定することができる。
【００４３】
本発明による多気筒内燃機関の具体的な制御方法の一例を図３の制御チャートを参照して説明する。なお、図３において、＃１〜＃４は第１気筒１ａ〜第４気筒１ｄの個別の特性を示している。
【００４４】
エンジン始動直後、時点Ｔ１で、符合Ａで示されているように、全気筒１ａ〜１ｄの点火時期の遅角制御を行う。これは、エンジンの排気温度を上昇させる既知の技術であり、全気筒１ａ〜１ｄに対して実施する。
【００４５】
次いで、対象気筒（第１気筒１ａ）に対する二次空気の供給を開始する。所定量の二次空気供給が行われた時点Ｔ２において、符合Ｂで示されているように、対象気筒（第１気筒１ａ）に限って燃料量を増加すると共に、符合Ｃで示されているように、対象気筒（第１気筒１ａ）に限って点火時期を現在の点火遅角制御値よりさらに遅角させる制御を行う。
【００４６】
なお、二次空気供給の開始時期は、時点Ｔ２において、対象気筒の燃料量調整および点火時期調整と同時期としてもよく、時点Ｔ１と時点Ｔ２に制御の開始時期を限定するものでもない。
【００４７】
二次空気供給、燃料量調整や点火時期遅角制御は、エンジン回転速度の変化代、例えば急激な点火時期変化に伴う回転変動などの現象に応じて段階動作とすることが望ましく、これによりアイドル時の回転安定性を確保する。つまり、燃料、点火、二次空気の変化が、エンジン回転速度に対し影響が大きい場合には、これらを徐々に動作させ、逆に影響が小さい場合には、これらの急激に動作させてもよい。
【００４８】
また、燃料量調整と点火時期遅角制御の調整値（制御値）は、失火限界近くで可能な量の未燃焼ガスを排気管に供給可能な値とする。これにより、多量の未燃焼ガスと二次空気が混合して二次燃焼し、排気管内で大きな熱エネルギーを生成し、排気系の暖機を効果的に早めることができる。
【００４９】
なお、図３の最下段に前記制御中における触媒温度の推移を示す。破線はエンジン始動後に全気筒に対して既知技術の点火時期遅角制御のみを実施した場合の特性を、実線は同様の制御に加え、本実施形態に示した二次空気供給を適用した場合の特性を示している。本実施形態に示した二次空気供給を適用すると、二次空気供給を行わない場合に比して触媒温度が経過時間に伴って上昇する度合いが大きいこと、すなわち、触媒温度の上昇が速いことがわかる。
【００５０】
また、二次空気供給後に、対象気筒の点火時期の遅角量を増加することにより、燃料量の増加に伴い発生するであろう対象気筒のトルク増加分を相殺することができる。
【００５１】
図４（ａ）は燃料量（空燃比）とエンジンの発生トルクとの関係を、図４（ｂ）は点火時期とエンジンの発生トルクとの関係を各々示している。一般的には、空燃比が理論空燃比よりも濃厚になると、エンジン発生トルクは増加する傾向にある。また、点火時期がピストン上死点よりも遅角側になると、エンジン発生トルクは減少する傾向にある。
【００５２】
本実施形態によれば、二次空気を供給する対象気筒（第１気筒１ａ）には排気系へ未燃焼分を供給するために、対象外気筒（第２気筒１ｂ〜第４気筒１ｄ）に比べ、燃料量を過多にする必要がある。これにより、対象気筒（第１気筒１ａ）の発生トルクは増加する。燃料量過多によるトルク増加は対象気筒（第１気筒１ａ）のみであるため、対象外気筒（第２気筒１ｂ〜第４気筒１ｄ）とで相互のトルクバランスが崩れ、結果として、アイドル時などでは、回転安定性が損なわれて不快な振動が発生してしまう。
【００５３】
そこで、本実施形態では、対象気筒（第１気筒１ａ）の点火時期を、対象外気筒（第２気筒１ｂ〜第４気筒１ｄ）に比べ、遅角側に調整することで、発生トルクを減少させ、全気筒で発生されるトルクを均一化するように制御を行う。この結果、対象気筒、即ち本実施形態における１番気筒１ａと、対象外気筒、即ち本実施形態における第２番気筒１ｂ〜第４番気筒１ｄとのトルクバランスが図られ、アイドル時の回転安定性が確保される。
【００５４】
排気浄化装置（触媒コンバータ）２１の上流側に排気温度センサ２３が設置されているから、触媒温度を排気温度センサ２３の出力値で代用することができる。そこで、触媒がある所定温度以上で急激に劣化が促進されることを抑制するため、あらかじめ排気温度センサ２３の出力値と実際の触媒温度との相関を取っておき、触媒温度が所定温度以上となる前に、二次空気供給を停止し、触媒の劣化を事前に防ぐことができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、排気温度センサ２３を設置して触媒温度を代用しているが、排気温度センサ２３を持たない場合には、その他エンジンの運転状態を検出する手段を用いて触媒温度を推定し、同様に触媒の高温劣化を未然に防止するも考えられる。触媒温度の推定は、エンジン始動後経過時間、エンジン水温、吸気温度、圧力センサ出力を元に演算されるエンジン吸入空気量の積算値、あるいはエンジン運転状態検出値の組合せなどにより行うことができる。
【００５６】
また、二次空気供給は、本実施形態では、エンジン始動から所定時間内のアイドル状態での実施を提案している。二次空気供給中に、走行状態へ移行した場合には、エンジンの運転状態が大きく変化することが予測され、先に述べた二次空気供給の対象気筒と対象外気筒とのトルクバランスの均一化が困難となることが考えられるので、直ちに二次空気供給を停止することが望ましい。ただし、走行状態に至っても、緩慢あるいは定常的なエンジンの運転状態であれば実施可能であることも予測されるので、この限りではない。
つぎに、ＥＣＵ２４によるエンジン制御を図５に示しているフローチャートを参照して説明する。
【００５７】
（ステップ１）
エンジンの運転状態検出結果より、二次空気供給が実施可能な状態か否かを判定する。例えば、エンジン回転数＝所定値以内、エンジン水温≦所定値、排気温度≦所定値、エンジン始動後経過時間≧所定値、アイドリング状態であるか、などの条件を判定するようにし、エンジンの運転状態が、定常で、かつ排気浄化装置２１の温度が低い状態を検出できるように設定する。
【００５８】
例えば、三元触媒の活性温度以下とほぼ等価な運転状態を包括できるように設定することが望ましい。ここで、ほぼ等価な運転状態とは、触媒の温度を直接検出できない場合に、エンジン水温や排気温度、またエンジン始動後の経過時間などで推測した運転状態（≒触媒温度）とすることを指す。また、実測された排気温度、あるいは前記推定した運転状態により触媒温度が過度に高温となった場合には、即座に前記二次空気供給装置の実行を停止することとする。
【００５９】
ステップ１で二次空気供給装置が実施可能であると判定されれば、ステップ２へ、実施不可能であると判定されれば、ステップ６へ移行し、ステップ６では、二次空気供給中であれば、その制御を停止し、制御フローを終了する。
【００６０】
（ステップ２）
既知技術の点火時期遅角制御により全気筒の点火時期遅角を行う。具体的には、図２で示した直列４気筒内燃機関の場合、第１気筒１ａ〜〜第４気筒１ｄの全ての気筒の点火時期を遅角する。例えば、該点火時期は、アイドルの安定性を確保できる範囲で、排気温度が最大となるように設定する。エンジンの圧縮行程以降に燃焼時期を遅らせ、通常よりも後燃えをさせることが重要であるので、ＡＴＤＣ点火となるような設定が好ましい。
【００６１】
しかし、急激に点火時期を遅角させると、エンジン回転速度の落ち込みが発生する場合があるので、段階的に遅角量を増加させることが望ましい。また、すでに述べたが、アイドルの安定性を損なわないためにも、失火を伴うような大幅な点火時期の遅角は避けなければならない。
【００６２】
なお、本実施形態では説明を省いているが、点火時期の遅角に伴うエンジン回転速度の低下を補うために、ＩＳＣバルブ１０よるアイドル空気量の増加補正が必要である。その後、ステップ３へ進む。
【００６３】
（ステップ３）
二次空気供給を実施する。具体的には、二次空気調整弁３３により調整された流量の圧縮空気（二次空気）を二次空気供給通路３１の先端の二次空気供給口３５より排気通路２０へ供給する。この二次空気供給は、本実施形態の場合、図２で示したように、第１気筒１ａに属する排気通路に対してのみ行われ、他の気筒に属する排気通路へは供給を行わないものとする。この二次空気の供給は、直接的にアイドル安定性への影響が考えられないので、ステップ２と同一時刻に実施してもよい。
【００６４】
（ステップ４）
排気通路２０への未燃焼ガス排出量を増加させるために燃料量を増加させる。具体的には、ステップ３で述べた通り、二次空気が供給される気筒は第１気筒１ａに属する排気通路のみであるので、該燃料増量は同じく第１気筒１ａに対して燃料供給を行う燃料噴射弁１１にのみ適用する。例えば、より多くの未燃焼分を含んだ排気ガスを排気通路２０へ供給するため、他の気筒へ供給される燃料量と比べ、１０〜２０％程度の増量を行う。
【００６５】
以上、ステップ１からステップ４にかけて述べた制御を行うことで、二次空気を供給される排気通路へ未燃焼ガスと空気を供給することで行われ、排気通路内で二次燃焼が行われる。その結果、排気通路の下流側に設置された排気浄化装置（触媒コンバータ）２１を急速に昇温させることが可能となる。
【００６６】
（ステップ５）
燃料の増量により変化したトルク変化を抑制するために、点火時期を調整する。図４を用いて述べたトルク特性に基づき、対象気筒である第１気筒１ａに燃料増量を実施した場合、他の気筒に比べて混合比（空燃比）が変化するために発生トルクが変化する。具体的には、同一の点火時期で燃料量が増加すると、トルクが増加し、その結果、アイドルの安定性が損なわれるという懸念があるので、燃料増量に併せて点火時期を遅角制御し、対象気筒である第１気筒１ａの発生トルクを下げることにより、他の対象外気筒とのトルク差を平滑化する。これによりアイドル安定性が向上する。
【００６７】
より具体的な実施例としては、ステップ５の点火時期調整は、エンジン本体１に配設された各種センサにより検出される運転状態を用いてＥＣＵ２４による演算処理により、対象気筒である第１気筒１ａの点火時期を最適値に調整する。具体的には、クランク角センサ１６の出力より気筒間のエンジン回転速度の偏差を求め、間接的に全気筒のトルク変化を演算する。その後、特にエンジン回転速度の偏差が大きい、即ち、第１気筒１ａに当たる気筒のトルク変化が小さくなるように点火時期を演算し、第１気筒１ａの点火時期を調整する。その結果、対象気筒に行われた燃料増量によるトルク増加が抑制され、対象外気筒との回転速度偏差も小さくなり、アイドル安定性が確保された運転状態が得られる。
【００６８】
なお、点火時期調整は、前述のように失火を伴う点火時期にならないよう調整する必要があり、クランク角センサ１６より求められたエンジン回転速度の偏差により帰還制御することが望ましく、該帰還制御によりエンジン毎の特性差や、失火限界の差を吸収することができる。
【００６９】
また、点火時期の帰還制御をもってしても、エンジン回転速度偏差が平滑化されない場合には、燃料増量値を調整してアイドル安定性を向上させる方法も考えられる。なお、二次空気供給を実施してもアイドル安定性が確保される場合には、帰還制御を省き、制御構成を簡略化してもよい。
【００７０】
以上、ステップ１の二次空気供給装置実施判定部で実施可能であると判定されている間は、ステップ２の点火時期遅角制御と、ステップ３の二次空気供給と、ステップ４の燃料量調整と、ステップ５の点火時期調整を実行することにより、対象気筒から排出される燃料過多の排気ガス、即ち未燃焼成分を多く含んだ未燃ガスと、エアポンプ３２から供給される二次空気が排気通路で混合され、対象気筒からの排出ガスに含まれる未燃焼ガスが排気通路内で二次燃焼し、この二次燃焼によって、未燃ガスと二次空気が混合される領域より下流側に位置する排気浄化装置（触媒コンバータ）２１の温度が上昇し、触媒の活性時間を短縮できる。
【００７１】
本実施形態では、二次燃焼のための燃料増加量は、全気筒の排気通路に対して二次空気供給を行うことに応じて全気筒の燃料供給量を増加する場合に比して少なくて済み、また、対象気筒に対する燃料増量を実施したことにより発生するトルク変化は、点火時期の帰還制御により平滑化するから、特に、冷機時に、エンジンを始動した場合に、少ない燃料増量で、触媒の早期活性が実現可能となり、アイドルの安定化も確保できる。
【００７２】
上述したように、本発明による二次空気供給装置付き二次空気供給装置は、特に、冷機時エンジン始動後に、一部の気筒に供給される燃料量を増加させ、また点火時期を遅角させ、該気筒に属する排気管に二次空気を供給することで、排気ガスに含まれる未燃焼ガスを二次燃焼させることが可能となり、排気浄化装置（触媒コンバータ）の温度を急速に高めて活性化し、排気ガス浄化性能を早期に発揮させることができる。
【００７３】
また、該気筒の点火時期を最適化することで、燃料増量に伴うトルク変化を抑制させることが可能となり、アイドル安定性を損なわないエンジン運転性を得ることができる。また、前記二次空気供給通路の設置を最小限に収めることができるので、コストの低減、及びレイアウトの自由度も向上できる。
【００７４】
以上、本発明の一実施形態の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、他例のエンジンにも適用が可能であり、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明による二次空気供給装置付き二次空気供給装置は、一部の気筒にのみ二次空気を供給し、二次空気供給中に各気筒の発生トルクを均一化するから、燃料経済性の悪化、排気性能の悪化代を最小限にし、アイドル運転時時のエンジン回転安定性を確保して排気浄化装置の温度を急速に高めて活性化し、排気ガス浄化性能を早期に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の二次空気供給装置を備えた多気筒内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態の二次空気供給装置を備えた多気筒内燃機関の気筒配列をを示す図。
【図３】二次空気供給装置を備えた４気筒内燃機関の制御チャート。
【図４】（ａ）は空燃比とエンジンの発生トルクの関係を示すグラフ、（ｂ）は点火時期とエンジンの発生トルクの関係を示すグラフ。
【図５】本発明の一実施形態の二次空気供給装置を備えた多気筒内燃機関の制御フローを示すフローチャート。
【符号の説明】
１ エンジン本体
１ａ 第１気筒
１ｂ 第２気筒
１ｃ 第３気筒
１ｄ 第４気筒
２ 吸気ポート
３ 排気ポート
６ 吸気通路
１１ 燃料噴射弁
１５ 点火プラグ
１８ 点火コイル
１９ ディストリビュータ
２０ 排気通路
２１ 排気浄化装置
２４ エンジン制御装置（ＥＣＵ）
３２ エアポンプ
３１ 二次空気供給通路
３３ 二次空気調整弁
３５ 二次空気供給口

Claims (14)

1. 複数気筒を有する多気筒内燃機関において、一部の気筒に対してのみ二次空気を供給する二次空気供給手段と、前記二次空気供給手段による二次空気供給中に各気筒の発生トルクを均一化するトルク均一制御手段と、を有することを特徴とする二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
2. 前記トルク均一制御手段は、エンジンの運転状態に応じて複数気筒の燃料供給量をそれぞれ独立調整する燃料量調整手段と、前記複数気筒の点火時期をそれぞれ独立調整する点火時期調整手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
3. 前記燃料量調整手段は、二次空気を供給する一部の気筒（対象気筒）に供給する燃料量を、二次空気を供給しない気筒（対象外気筒）とは異なる値に調整することを特徴とする請求項２に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
4. 前記燃料供給量調整手段は、二次空気を供給する対象気筒に供給する燃料量を二次空気を供給しない対象外気筒と比べて理論空燃比より過多に設定することを特徴とする請求項３に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
5. 前記点火時期調整手段は、二次空気を供給する一部の気筒（対象気筒）の点火時期を、二次空気を供給しない気筒（対象外気筒）とは異なる値に調整することを特徴とする請求項２から４の何れか一項に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
6. 前記点火時期調整手段は、二次空気を供給する対象気筒に供給する点火時期を二次空気を供給しない対象外気筒と比べて遅角点火時期に設定する請求項５記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
7. 各気筒の発生トルクに応じて遅角量を設定することを特徴とする請求項６に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
8. 各気筒の発生トルクは、エンジンの運転状態のうち、エンジン回転速度から複数気筒間の回転速度偏差を演算することによって推定することを特徴とする請求項７に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
9. 前記二次空気供給手段は、前記複数気筒のうち、１個の気筒に属する排気通路にのみ二次空気を供給する二次空気供給口を有することを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
10. 前記二次空気供給手段は、二次空気供給対象の気筒に属する排気ポートに近接して配設された二次空気供給口を有することを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
11. 前記二次空気供給手段は、二次空気流量を調整する二次空気調整弁を有していることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
12. 前記二次空気調整弁は、エンジンの運転状態あるいは排気浄化装置の状態に応じて流量を調整することを特徴とする請求項１１に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
13. エンジンの運転状態あるいは排気浄化装置の状態に応じて前記二次空気供給手段、前記トルク均一制御手段の動作を停止することを特徴とする請求項１から１２の何れか一項に記載の二次空気供給装置付き多気筒内燃機関。
14. 多気筒内燃機関の一部の気筒に対してのみ二次空気を供給し、二次空気供給対象の気筒の燃料量を二次空気を供給しない気筒の燃料量より増加させ、二次空気供給対象の気筒の点火時期を二次空気を供給しない気筒の点火時期より遅角させることを特徴とする多気筒内燃機関の制御方法。

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