JP2005016328A - 複数の気筒を備える内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空燃比の気筒間差の抑制とトルク変動の抑制とを両立する。
【解決手段】内燃機関が備える複数の気筒の各燃焼条件を、複数の気筒の各吸気量に応じた次の制御で設定する。吸気量が最小となる気筒を基準気筒とし、基準気筒には理論空燃比を実現する燃料噴射量を設定する。その他の気筒は、基準気筒が発する基準トルクと同一のトルクを発生するような空燃比を、各気筒の吸気量に応じて設定する。この設定は、理論空燃比の所定の近傍外の空燃比（回避領域に属す空燃比）を除いて行う。空燃比の設定のみでは基準トルクを達成できない気筒については、点火時期の補正を更に行い、基準トルクとの差違を抑制する。このようにすることで、吸気量に気筒間差がある場合でも、空燃比の気筒間差の抑制とトルク変動の抑制とを両立できる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の気筒を備える内燃機関ないし、かかる内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、運転状態に応じて、バルブの開閉タイミングや開閉量などの開弁特性を変更可能な可変動弁系を備えるガソリンエンジンも提案されている。可変動弁系を備えるガソリンエンジンでは、吸気バルブの開弁特性を変更することにより、各気筒の吸気量を制御することができる（特許文献４などを参照）。
【０００３】
可変動弁系を有するガソリンエンジンでは、各気筒の吸気バルブの開弁特性に不均一な誤差が生じ得る。開弁特性のかかる気筒間差は、内燃機関の運転状態に弊害を生じさせる。例えば、作用角やリフト量が小さいとき等には、開弁特性の誤差は、吸気量に影響を与える。吸気量の誤差は、空燃比のずれを引き起こすため、エミッション増大等の弊害を生じさせる。
【０００４】
そこで、各気筒の吸気量にバラツキが生じた場合でも所望の燃焼状態を確保するため、吸気量に応じて、気筒ごとに燃料噴射量を決定する技術が提案されている。かかる技術としては、例えば、理論空燃比を実現する燃料噴射量（以下、基本噴射量と略称する）を、気筒ごとに決定する技術を挙げることができる（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特願２００２−２９７６９８
【特許文献２】
実開昭６３−２０２７５１号公報
【特許文献３】
特開平１１−６２６３９号公報
【特許文献４】
特開２００１−２６３０１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、全ての気筒で空燃比が同一となるように燃料噴射量を制御した場合、吸気量のバラツキに応じ、各気筒が発生するトルク（以下、「発生トルク」と呼ぶ）が不均一となる。発生トルクの不均一さは、エンジンの回転変動ないしトルク変動の要因となる。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、空燃比の気筒間差の抑制とトルク変動の抑制とを両立する技術の確立を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、次の構成を適用した。
本発明の制御装置は、
複数の気筒を有する内燃機関の運転を制御する制御装置であって、
前記各気筒が有する吸気バルブの開弁特性に関するパラメータを取得する取得部と、
燃料噴射量及び点火時期の少なくとも１つで特定される前記各気筒の燃焼条件を、前記パラメータに応じて、前記気筒ごとに決定する燃焼条件決定部と、
該決定された燃焼条件で前記気筒の運転を制御する制御部とを備え、
前記燃焼条件決定部は、前記パラメータ及び前記燃焼条件に応じた、前記気筒のトルク間の偏差が所定の許容範囲内となる条件下で前記決定を行うことを要旨とする。
【０００９】
このようにすることで、燃焼条件を気筒ごとに決定する場合でも、トルク変動を抑制することができる。上記制御においては、更に、空燃比の気筒間差を所定範囲内に抑制するように燃焼条件を設定することもできる。このようにすることで、空燃比の気筒間差の抑制とトルク変動の抑制とを両立することができる。
【００１０】
燃焼条件決定部は、パラメータ及び燃焼条件に応じて各気筒の発生トルクを推定することが望ましい。推定は、例えば、パラメータ及び燃焼条件と、発生トルクとの関係を表すマップや関数を用いて行うことができる。このようにすることで、発生トルク間の偏差を特定できる。燃焼条件決定部は、各気筒の発生トルクが全て同一となるように燃焼条件を決定してもよいし、一定範囲内の偏差を許容するものとしてもよい。一定範囲のトルクの偏差を許容することで、適用可能な燃焼条件の自由度が高まるため、開弁特性の気筒間差による弊害を十分に低減できる。また、内燃機関は、ディーゼルエンジンであってもよい。かかる場合、制御装置は、点火時期の代わりに、燃料噴射時期の制御を行うものとしてもよい。
【００１１】
本発明の内燃機関は、
複数の気筒を有する内燃機関であって、
上述の制御装置と
前記開弁特性を変化させる可変動弁系とを備えてもよい。
【００１２】
可変動弁系としては、揺動カム式、三次元カム式その他の種々の方式の可変動弁系を適用することができる。
【００１３】
可変動弁系を備える場合、本発明の内燃機関において、
前記取得部は、前記吸気バルブの作用角及びリフト量、並びに前記気筒の吸気圧、吸気量、及び空燃比、並びに前記内燃機関のトルク変動、並びに前記内燃機関の所定部位の温度のうち少なくとも１つを検出するものとしてもよい。
【００１４】
このようにすることで、制御装置は、各吸気バルブの開弁特性を推定できる。これにより、現実の開弁特性に応じた燃焼条件を選択できるため、所望の空燃比や、所望の発生トルクを精度よく実現することができる。制御装置は、可変動弁系に生じている熱ひずみを計測することで、開弁特性の気筒間差を推定するものとしてもよい。
【００１５】
可変動弁系を備える本発明の内燃機関において、燃焼条件決定部が燃焼条件を決定する態様には種々のものを適用できる。例えば、
前記パラメータは各気筒の吸気量を表し、
前記燃焼条件決定部は、吸気量が大きい気筒ほど空燃比が高くなるように、前記燃料噴射量を設定するものとしてもよい。
【００１６】
同じ空燃比が適用された場合の発生トルクは、吸気量が多いほど大きくなる。上記の制御装置によれば、かかる現象を考慮し、吸気量が大きい気筒ほど、空燃比を高く、即ちリーンにすることで、気筒間の発生トルクの偏差を小さくすることができる。
【００１７】
制御装置は、理論空燃比以上の空燃比、即ち理論空燃比よりリーンとなる領域の空燃比を設定するものとしてもよい。理論空燃比よりリーンとなる領域では、空燃比の変化に対する発生トルクの変化が大きい。このため、理論空燃比よりリーンとなる領域で空燃比を調整することで、広い範囲で発生トルクを変化させることができる。
【００１８】
可変動弁系を備える本発明の内燃機関において、
前記パラメータは各気筒の吸気量を表し、
前記燃焼条件決定部は、
吸気量が最大でない前記気筒のいずれかを基準気筒として設定する基準気筒設定部を有し、
該基準気筒に係る前記パラメータに応じ、該基準気筒以外の他の気筒の前記燃焼条件を決定するものとしてもよい。
【００１９】
一般に発生トルクは、燃料の量を増大したからといって無制限に増大する訳ではないため、吸気量が最大となる気筒の発生トルクは吸気量が小さい気筒では発生し得ない場合がある。吸気量が最大でない気筒を基準気筒とすることにより、基準気筒の発生トルク（以下、基準トルクと呼ぶ）をその他の各気筒で発生することができるため、気筒間のトルクのバランスを実現することができる。かかる観点から、基準気筒は、吸気量が最小の気筒であることが望ましい。なお、燃焼条件決定部は、基準気筒に係るパラメータから、他の気筒の燃焼条件を直接導いてもよい。また、基準気筒に係るパラメータから基準気筒の発生トルクを推定することで、基準気筒のトルクと同一等のトルクを発生するように、他の気筒の燃焼条件を決定するものとしてもよい。
【００２０】
本発明の制御装置において、
前記パラメータは各気筒の吸気量を表し、
前記燃焼条件決定部は、前記気筒の空燃比が所定の許容範囲内となる条件下で、前記パラメータに応じて前記燃料噴射量を決定する場合に有用性が高い。
【００２１】
燃料噴射量の変更は、発生トルクに大きな変化を生じさせ、ひいてはトルク変動をきたす。しかし、上述の制御装置によれば、空燃比の条件に応じて燃料噴射量を変更する場合でも、空燃比の条件とトルク変動の抑制とを両立できる。空燃比の許容範囲は、エミッション増大の弊害を回避可能な範囲に設定してもよい。
【００２２】
燃焼条件決定部は、燃料噴射量を基本噴射量に固定してもよい。かかる場合でも、点火時期の調整によりトルク変動を回避可能である。燃料噴射量が基本噴射量に固定されることで、エミッション量の低減を図り得る。また、燃焼条件決定部は、点火時期を所定の基本点火時期に固定し、燃料噴射量の調整によりトルク変動を回避するものとしてもよい。基本点火時期は、それを適用する場合に発生トルクが最大となる点火時期である。点火時期を基本点火時期に固定することで、排気温度の上昇を防ぎ得る。さらに、燃焼条件決定部は、トルク変動を回避するために、燃料噴射量及び点火時期の両者の調整を行うものとしてもよい。このようにすることで、エミッション増大と排気温度上昇との一方の突出を避け得る。また、発生トルクを大きく変更できる。なお、燃焼条件決定部は、燃料噴射量及び点火時期の一方を優先的に決定し、その決定結果に応じて他方を決定してもよい。
【００２３】
このように、本発明の制御装置が燃焼条件を決定する方法には種々の態様を採り得る。ここで、本発明の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態に関する所定の情報を取得する運転状態取得部を備え、
前記燃焼条件決定部は前記燃焼条件の決定方法を、前記取得された情報に応じ、予め用意された複数の異なる態様の中で切り替えるものとしてもよい。
【００２４】
このようにすることで、内燃機関の運転状態に応じ、異なる燃焼条件を使い分けることができる。
【００２５】
制御装置は、触媒が劣化していない場合等、エミッション増大の問題が生じにくい場合には、点火時期を基本点火時期に固定し、燃料噴射量のみを調整するものとしてもよい。
【００２６】
また、作用角等のバラツキが小さい場合や、作用角等が大きい場合などにはトルク変動の問題は生じにくい。制御装置は、トルク変動の問題が生じにくい場合には、燃料噴射量及び点火時期の一方のみを調整し、トルク変動の問題が生じ易いときには両者の調整を行うものとしてもよい。また、制御装置は、トルク変動の問題が生じにくい場合には、トルクの偏差に関する条件を考慮しないものとしてもよい。例えば、トルク変動の問題が生じにくい場合には、排気浄化度を確保するため、燃料噴射量を基本噴射量に固定するものとしてもよい。
【００２７】
制御装置は、内燃機関のアイドル時には点火時期のみの調整を行い、軽負荷時には燃料噴射量及び点火時期の両者の調整を行うものとしてもよい。
【００２８】
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。また、本発明は、内燃機関の制御装置、内燃機関としての態様の他、内燃機関の運転方法や制御方法など種々の態様で構成することが可能である。いずれの構成においても上述した各態様を適宜適用可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．全体構成：
Ｂ．機能ブロック構成：
Ｃ．処理：
Ｄ．変形例１；許容範囲：
Ｅ．変形例２；決定態様：
Ｆ．変形例３；モード切替：
【００３０】
Ａ．全体構成：
図１は、実施例のガソリンエンジン１０００の全体構成を示す説明図である。図１では、４つの気筒２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃが設けられたガソリンエンジン１０００のシリンダブロック５００を示している。気筒２００は２つの吸気バルブ１３１，１３１ａを有している。他の気筒２００ａ，２００ｂ，２００ｃも同様に、２つの吸気バルブを有している。ガソリンエンジン１０００には、各気筒の吸気バルブの作用角およびリフト量を連動して変更する可変動弁系が設けられている。
【００３１】
吸気マニホールド５４０は、気筒２００、２００ａ，２００ｂ，２００ｃに空気を供給する。吸気マニホールド５４０は、気筒２００の吸気ポート５１１、および他の気筒２００ａ，２００ｂ，２００ｃの吸気ポートに連通しており、吸気マニホールド５４０を通った空気はこれらの吸気ポートから各気筒に吸気される。サージタンク５０は、吸気マニホールド５４０の上流に設けられている。サージタンク５０は、吸気脈動を防止する沈静槽である。サージタンク５０には、吸気マニホールド５４０を介して４つの気筒に流入する吸気の圧力を計測する吸気圧センサ５１が設けられている。
【００３２】
インジェクタ５２０，５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃは各々、４つの気筒の吸気ポート内を通過する吸気に燃料を噴射する。気筒２００の吸気ポート５１１を通過して燃焼室１４０に流入した混合気は、スパークプラグ６００の火花によって燃焼する。他の気筒２００ａ，２００ｂ，２００ｃに流入する各混合気も同様である。燃焼により生じる排気は、排気マニホールド７００よりシリンダブロック５００の外部に排出される。
【００３３】
図２は、吸気バルブ１３１を駆動する駆動機構１００を示す説明図である。駆動機構１００は、図２下段で示すように、駆動機構１００は、ステムエンド１３０により吸気バルブ１３１の弁開・弁閉を行う。
【００３４】
図２の上段では、駆動機構１００の詳細を示している。吸気カムシャフト１１０及び吸気カム１１１は、ガソリンエンジン１０００のクランクシャフトに連動して回転する。揺動カム１５０は入力部１０３及び出力部１０４を有する。揺動カム１５０は、吸気カム１１１の回転に応じて揺動する。揺動カム１５０の揺動により、駆動力が、ロッカーアーム１２０、ステムエンド１３０、吸気バルブ１３１の順序で伝達されることで、吸気バルブ１３１が弁開する。
【００３５】
支持パイプ１０１の内部は中空である。支持パイプ１０１は内部に、ｚ軸方向（支持パイプ１０１の軸方向）に移動可能に制御シャフト１０２を有する。図１に示すように、制御シャフト１０２は、アクチュエータ１６０によりｚ軸方向に移動させられる。
【００３６】
スライダギア１５０ａは、支持パイプ１０１の外周に設けられている。スライダギア１５０ａは、支持パイプ１０１に対して、ｚ軸方向の相対移動と、ｚ軸方向を軸とした相対回転との両者が可能である。スライダギア１５０ａは、揺動カム１５０と共に、ｚ軸を軸として揺動する。スライダギア１５０ａは、制御シャフト１０２のｚ軸方向の移動に追従して移動する。
【００３７】
スライダギア１５０ａと、入力部１０３及び出力部１０４とは、それぞれ、互いに勘合するヘリカルスプライン溝により接合する。入力部１０３及び出力部１０４は、ｚ軸方向に移動できないものとなっている点で、スライダギア１５０ａと相違する。このため、スライダギア１５０ａがｚ軸方向に移動すると、入力部１０３及び出力部１０４はｚ軸を軸として揺動する。入力部１０３及び出力部１０４が有する溝はネジ方向が逆となっている。このため、両者の揺動の方向は逆方向である。
【００３８】
以上説明したように駆動機構１００が構成されているため、アクチュエータ１６０が制御シャフト１０２を移動させることで、吸気バルブ１３１の開弁特性が変化する。
【００３９】
気筒２００以外の気筒２００ａ，２００ｂ，２００ｃも、駆動機構１００と同様の駆動機構を有する。アクチュエータ１６０により移動させられる制御シャフト１０２及び支持パイプ１０１は、４つの駆動機構１００等を貫通する。支持パイプ１０１には、各気筒ごとに４つのスライダギアが組みつけられている。アクチュエータ１６０は、４つの駆動機構１００等を貫通する制御シャフト１０２をｚ軸方向に移動することで、各気筒２００等の開弁特性を連動して変化させる。
【００４０】
なお、図１，図２に示した可変動弁系は例示である。可変動弁系としては、揺動カム式、三次元カム式その他の種々の方式の多様な可変動弁系を適用することができる。例えば、４つの気筒２００等の開弁特性を個別に変更する可変動弁系を適用してもよい。
【００４１】
浄化装置７０、温度センサ７１、及び酸素センサ８１，８２については、変形例で説明する。
【００４２】
次に、図１に示した制御装置３００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えるコンピュータである。制御装置３００は、ガソリンエンジン１０００の各部を制御することで、ガソリンエンジン１０００の運転を制御する。例えば、インジェクタ５２０等の燃料噴射量や、スパークプラグ６００等の点火時期、アクチュエータ１６０による制御シャフト１０２の移動をそれぞれ制御する。かかる制御を行うために制御装置３００は、ガソリンエンジン１０００に設けられた種々のセンサ類から情報を取得する。例えば、アクセル開度の情報や、吸気圧センサ５１が検出する吸気圧の情報を取得する。
【００４３】
Ｂ．機能ブロック構成：
図３は、制御装置３００が実現する機能ブロックの構成を示す説明図である。
運転制御部３１０は、アクセル開度に基づいてＡＣＴ設定部３１１を参照することで目標作用角を決定する。ＡＣＴ設定部３１１は、アクセル開度と目標作用角を対応付けたマップを記憶している。運転制御部３１０は、ＡＣＴ制御部３１２を用いてアクチュエータ１６０に目標作用角を指示する。
【００４４】
作用角把握部３１２ｄは、４つの気筒の現実の吸気量（以下、「実吸気量」と呼ぶ）を各々検知する。作用角把握部３１２ｄは、例えば吸気圧センサ５１など、ガソリンエンジン１０００に設けられたセンサ類等を用いて実吸気量を特定する。また、作用角把握部３１２ｄは、吸気量と作用角を対応付けたマップを予め保持している。作用角把握部３１２ｄは、このマップを参照することで、検知した実吸気量に応じて各気筒の現実の作用角（以下、「実作用角」と呼ぶ）を特定することができる。
【００４５】
なお、作用角把握部３１２ｄは、スロットル開度、制御シャフト１０２の位置、各気筒の吸気圧・空燃比、などに基づいて実吸気量を特定してもよい。また、作用角把握部３１２は、ガソリンエンジン１０００のトルク変動ないし回転変動の状態に応じて実吸気量を特定してもよい。作用角把握部３１２ｄは、吸気量を測定するいわゆるエアーフローメータを用いてもよいし、いわゆる空燃比センサを用いてもよい。作用角把握部３１２ｄは、実吸気量を正確に推定するために、吸気や冷却水の温度を参酌してもよいし、制御シャフト１０２の熱ひずみの計測結果を参酌してもよい。
【００４６】
運転制御部３１０は、各気筒の燃料噴射量の目標値（以下、「目標噴射量」と呼ぶ）、点火時期の目標値（以下、「目標点火時期」と呼ぶ）を気筒ごとに決定する。運転制御部３１０は、噴射制御部３１５を用いて各インジェクタに目標噴射量を指示し、点火制御部３１６を用いて各スパークプラグに目標点火時期を指示する。
【００４７】
運転制御部３１０は、基本記憶部３１３ａと回避記憶部３１４と総合記憶部３１３ｂとを参照することで目標噴射量及び目標点火時期を決定する。基本記憶部３１３ａ及び総合記憶部３１３ｂは、各気筒の発生トルクに関するトルク情報を記憶し、回避記憶部３１４は排気浄化度の観点から回避されるべき空燃比の範囲を、回避情報として記憶する。
【００４８】
図４は、基本記憶部３１３ａ及び回避記憶部３１４が有するマップを示す説明図である。
基本記憶部３１３ａは、気筒の実作用角ごとに、空燃比及び発生トルクの関係を記憶している。図４では、気筒２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃの実作用角に対応する４通りの関係を例示している。このマップで記憶されているトルクは、点火時期を基本点火時期とした場合のトルクである。基本点火時期は、それを適用する場合に発生トルクが最大となる点火時期である。なお、基本記憶部３１３ａは、空燃比ではなく燃料噴射量に応じて、発生トルクを記憶するものとしてもよい。後述の回避記憶部３１４も同様である。
【００４９】
図４の場合、実作用角が最小の気筒は気筒２００であり、気筒２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃの順序で実作用角が大きい。実作用角の小さい気筒ほど実吸気量が少ないため、同じ空燃比でも発生トルクが小さい（図４の四角印を参照）。実作用角が同じであれば、各気筒の発生トルクは、空燃比がリーンになるほど小さく、リッチになるほど大きい。ただし、理論空燃比よりもリッチな空燃比の範囲では、空燃比を変化させても発生トルクはあまり変化しない。
【００５０】
回避記憶部３１４は、エミッション量が許容範囲を越える空燃比の領域（以下、回避領域と呼ぶ）を記憶している（図４の下段）。
【００５１】
図５は、総合記憶部３１３ｂが有するマップを示す説明図である。総合記憶部３１３ｂは、点火時期と発生トルクの関係を表すマップを記憶している。このマップは、燃料噴射量及び実作用角の組ごとに用意されている。図示する通り、発生トルクは、基本点火時期から遅角又は進角側に点火時期がずれる程減少する。
【００５２】
実施例では、トルク情報を記憶する２つのマップを用意し、基本記憶部３１３ａ及び総合記憶部３１３ｂに分散して記憶するものとしたが、かかる場合に限定されることはない。気筒の実作用角、燃料噴射量（若しくは空燃比）、及び点火時期に対して、発生トルクを与える多元的な１つのマップのみによってトルク情報を記憶するものとしてもよい。なお、制御装置３００は、発生トルクを導出可能な計算式を記憶しているものとしてもよい。
【００５３】
Ｃ．処理：
図６は、運転制御処理を示すフローチャートである。制御装置３００は、図６の処理を行うことで、気筒ごとに目標噴射量及び目標点火時期を決定し、その結果に基づいてガソリンエンジン１０００を運転する。
【００５４】
ステップＳａ１で制御装置３００は、吸気圧センサ５１等を用いて、４つの気筒２００等の実吸気量及び実作用角を特定する。ステップＳａ２で制御装置３００は、実作用角が最小の気筒を基準気筒として特定する。図４の例では、（１）に示すように気筒２００が基準気筒として特定される。ステップＳａ３で制御装置３００は、基準気筒２００の目標噴射量を、理論空燃比を実現するように基本噴射量と決定する。ステップＳａ４で制御装置３００は、基準気筒２００の空燃比及び作用角に応じて基本記憶部３１３ａを参照することで、基準気筒２００が発生する基準トルクを特定する（図４の（２）参照）。
【００５５】
ステップＳａ５で制御装置３００は、基準トルクと同一のトルクを発生するよう、基準気筒２００以外の気筒２００ａ，２００ｂ，２００ｃの目標噴射量を決定する（図４の（３）参照）。ステップＳａ６で制御装置３００は、各気筒の空燃比が回避領域に属するか否かを調べる。図４（４）に示す例では、気筒２００ａの空燃比は回避領域に属さないが、気筒２００ｂ，２００ｃの空燃比は回避領域に属すと判断される。
【００５６】
ステップＳａ７で制御装置３００は，空燃比が回避領域に属する気筒（以下、回避気筒と呼ぶ）２００ｂ，２００ｃについて、目標噴射量の修正・再決定を行う。具体的には、回避領域外の空燃比のうちで、基準トルクに最も近いトルクを発生させる空燃比を実現するような目標噴射量に修正する（図４の（５）参照）。
【００５７】
ステップＳａ８で制御装置３００は、空燃比が回避領域に属さない気筒（以下、非回避気筒と呼ぶ）２００，２００ａの目標点火時期を、基本点火時期と決定する（図５の（６）参照）。基本点火時期を適用した場合、図５に示す通り、非回避気筒２００，２００ａの発生トルクは基準トルクとなる。図６のステップＳａ９で制御装置３００は、回避気筒２００ｂ，２００ｃの点火時期を、基準トルクと同一のトルクが発生するように決定する（図５の（７）参照）。
【００５８】
ステップＳａ１０で制御装置３００は、気筒ごとに決定した目標噴射量及び目標点火時期を適用して運転制御を行う。
【００５９】
以上説明したガソリンエンジン１０００は、空燃比が統一されるよう各気筒の運転を制御するのではなく、各気筒で発生されるトルクの大きさ、および排出されるエミッションを考慮して、空燃比および点火時期を統合的に決定する。この結果、気筒間で実吸気量にバラツキが存在する場合でも、排気浄化度の確保とトルク変動の抑制とを両立できる。
【００６０】
なお、実施例では、ガソリンエンジンを例に挙げて説明を行ったが、実施例に説明した技術をディーゼルエンジンに適用することも可能である。ディーゼルエンジンの運転を制御する場合、点火時期の代わりに燃料噴射時期を制御するものとしてもよい。また、上述の技術は、理論空燃比よりもリーンな空燃比でいわゆる希薄燃焼を行う運転に用いてもよい。さらに、制御装置３００は、内燃機関が有する触媒の劣化度に応じて回避領域（図４を参照）を修正するものとしてもよい。
【００６１】
Ｄ．変形例１；許容範囲：
実施例では、４つの気筒の全てで同一のトルクを発生するように燃料噴射量等を決定していたが、かかる場合に限定されることはない。以下では、４つの気筒の発生トルクが、所定の許容範囲に収まるように燃料噴射量等を決定する場合を説明する。
【００６２】
図７は、微小なトルク変動を許容する場合の処理を概念的に示す説明図である。図７のマップは、図４で示した基本記憶部３１３ａのマップに相当する。図７では、発生トルクの許容範囲を示している。図示する許容範囲は、発生トルクの所定の許容幅ｄが特定する。許容幅ｄは、基本記憶部３１３ａに予め設定されている。許容幅ｄは、基準気筒からの発生トルクの差が、基準気筒以外の全ての気筒でｄ以内となれば、トルク変動が問題とならない最大値が設定されている。
【００６３】
図６のステップＳａ５で制御装置３００は、基準気筒２００以外の気筒２００ａ等の目標噴射量を、その気筒の発生トルクが許容範囲内となるように決定する。すなわち、制御装置３００は、破線で特定する空燃比の領域（許容領域）内部の空燃比を実現するように目標噴射量を決定する。
【００６４】
以上説明したようにすることで、トルク変動が生じない範囲で、排気の浄化度が最も高まる燃焼条件を適用することができる。
【００６５】
なお、実吸気量が最小の気筒と、２番目に小さい気筒との吸気量の差が所定値以下である場合等には、吸気量が２番目に小さい気筒を基準気筒としてもよい。また、基準トルクとして、実吸気量が最小の気筒と、２番目に小さい気筒との発生トルクの中間値（例えば平均値）等を採用することがあってもよい。
【００６６】
Ｅ．変形例２；決定態様：
実施例では、目標噴射量の調整のみでは十分にトルクの偏差が抑制できない場合にのみ、点火時期の調整も行うものとした。すなわち、目標噴射量の調整を優先的に行うものとしていた。これに対し、目標点火時期の調整を目標噴射量の調整よりも優先的に行ってもよい。
【００６７】
図８は、目標点火時期の調整を優先する場合の処理を示す説明図である。図８の説明図は、実施例における図４の説明図に相当する。図８の場合、基本記憶部３１３ａは、基本噴射量を適用した場合の発生トルクを、点火時期ごとに記憶するマップを保持する。回避記憶部３１４は、排気温度に問題が生じる点火時期の領域を回避領域として記憶している。
【００６８】
図８の場合の運転制御処理は、実施例の場合（図６）と原則同様である。図６のステップＳａ１〜Ｓａ４では、実施例の場合と同様に、実吸気量が最小の基準気筒２００に、基本点火時期及び基本噴射量を適用した場合の発生トルクを基準トルクとして決定する。ステップＳａ５では、基準トルクに応じて、基準気筒以外の気筒の目標点火時期を決定する点で、目標噴射量を決定していた実施例の場合と相違する（図８の（３）参照）。ステップＳａ６では、ステップＳａ５で決定した各点火時期が回避領域に属すか否かを調べる（図８の（４）参照）。ステップＳａ７では、回避気筒２００ｂ，２００ｃの目標点火時期を修正・決定する（図８の（５）参照）。この後、制御装置３００は、非回避気筒２００，２００ａの目標噴射量を基本噴射量と決定する（ステップＳａ８）。また、回避気筒２００ｂ，２００ｃの目標噴射量を、実施例の図５の場合と同様に、基準トルクと同一のトルクが各気筒で発生するように決定する（ステップＳａ９）。
【００６９】
なお、目標噴射量等の決定では、目標噴射量又は目標点火時期の一方を優先的に調整する場合に限らず、双方を統合的に調整してもかまわない。後者の方法としては例えば、基本噴射量からの燃料噴射量のズレ量と、基本点火時期からの点火時期のズレ量とを各々ａＸ及びｂＸとする場合（ａ，ｂ：所定の定数、Ｘ：変数）を挙げられる。かかる場合、変数Ｘを変化させることで、目標噴射量及び目標点火時期を調整することができる。
【００７０】
運転制御部３１０は、目標噴射量及び目標点火時期の一方のみを調整し、他方は基本噴射量又は基本点火時期に常に固定するものとしてもよい。例えば、回避領域を全く設定せずに実施例の処理を行うことで、点火時期を常に基本点火時期に固定する場合である。
【００７１】
Ｆ．変形例３；モード切替：
上記に種々説明したように、目標噴射量及び目標点火時期の決定態様は、種々の態様を採ることができる。制御装置３００は、このような複数の決定態様のうちから１つを選択して実行するものとしてもよい。
【００７２】
図１に示したように、ガソリンエンジン１０００には、触媒を有する浄化装置７０が設けられている。浄化装置７０は排気を浄化し、エミッションを低減する。実施例の浄化装置７０は排気中の酸素を貯蔵したり放出したりしつつ、比較的広い空燃比の範囲で高い浄化率を実現する。浄化装置７０の性能は、触媒の温度や、触媒の酸素貯蔵量により変化する。
【００７３】
浄化装置７０には、触媒の温度を検出する温度センサ７１が設けられている。また、浄化装置７０の上流側および下流側に設けられた２つの酸素センサ８１，８２（図１）は各々、浄化装置７０に流入し又は流出する排気に含む酸素量を検出する。触媒への酸素の貯蔵状況に応じ、２つの酸素センサ８１，８２の測定結果には差異が生じる。
【００７４】
制御装置３００は、触媒の温度や、２つの酸素センサ８１，８２の応答差に応じ、浄化装置７０の性能を推定することができる。なお、触媒の性能は、酸素以外の物質の貯蔵・吸蔵状況に応じても変化し得るため、制御装置３００は、酸素以外の物質の貯蔵・吸蔵状況を検出したり推定したりするものとしてもよい。また、制御装置３００は、浄化装置７０の経時的な性能低下を把握可能であるものとしてもよい。
【００７５】
図９は、モード切り替えを行う運転制御処理を示すフローチャートである。
ステップＳｂ１で制御装置３００は、触媒が劣化しているか否かを調べる。制御装置３００は、触媒が劣化しているか否かに応じ（ステップＳｂ２）、ステップＳｂ３１又はステップＳｂ３２の運転制御処理の一方を選択的に実行する。
【００７６】
触媒が劣化していない場合の制御装置３００は、目標噴射量のみを調整するモードで運転制御処理を行う（ステップＳｂ３１）。この場合、点火時期は基本点火時期に固定される。一方、触媒が劣化している場合、ステップＳｂ３２において制御装置３００は、燃料噴射量だけでなく点火時期も調整する運転制御処理を行う。ステップＳｂ３２では、各気筒の吸気量が同じ状態でステップＳｂ３１を実行する場合よりも、基本噴射量に近い燃料噴射量が適用される。
【００７７】
以上の処理によれば、触媒の性能に応じ、異なる燃焼条件を使い分けることができる。
【００７８】
制御装置３００が運転制御処理を選択する基準は、触媒の性能に関する基準に限らず種々の基準を適用することができる。例えば、吸気量、発生トルク、作用角、若しくはこれらの不均一さ、又はエミッション量、排気の温度、内燃機関の負荷などを基準にしてもよい。また、トルク変動の回避の困難さや、排気の浄化度の確保の困難さに関する種々の情報を基準としてもよい。
【００７９】
制御装置３００は、触媒が劣化していない場合等、エミッション増大の問題が生じにくい場合には燃料噴射量のみを調整するものとしてもよい。同様に、排気温度の上昇の問題が生じにくい場合には点火時期のみを調整するものとしてもよい。
【００８０】
制御装置３００は、作用角・吸気量等のバラツキが小さいときや、作用角が大きいとき等、トルク変動の問題が生じにくいときには、燃料噴射量及び点火時期の一方のみを調整し、トルク変動の問題が生じ易いときには両者の調整を行うものとしてもよい。制御装置３００は、トルク変動の問題が生じにくい場合には、トルク変動の問題を考慮せず、排気浄化度の確保のみを考慮して燃料噴射量や点火時期を決定するものとしてもよい。例えば、トルク変動の問題が生じにくい場合には、排気浄化度を確保するために、全ての気筒の空燃比が均一となるように燃料噴射量を制御するものとしてもよい。
【００８１】
制御装置３００は、内燃機関のアイドル時には点火時期のみの調整を行い、軽負荷時には燃料噴射量及び点火時期の両者の調整を行うものとしてもよい。
【００８２】
以上、実施例に基づき本発明にかかる、内燃機関及び内燃機関の制御装置を説明してきたが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のガソリンエンジン１０００の全体構成を示す説明図である。
【図２】吸気バルブ１３１を駆動する駆動機構１００を示す説明図である。
【図３】制御装置３００が実現する機能ブロックの構成を示す説明図である。
【図４】基本記憶部３１３ａ及び回避記憶部３１４が有するマップを示す説明図である。
【図５】総合記憶部３１３ｂが有するマップを示す説明図である。
【図６】運転制御処理を示すフローチャートである。
【図７】微小なトルク変動を許容する場合の処理を概念的に示す説明図である。
【図８】目標点火時期の調整を優先する場合の処理を示す説明図である。
【図９】モード切り替えを行う運転制御処理を示すフローチェートである。
【符号の説明】
１０００…ガソリンエンジン
５００…シリンダブロック
６００，６００ａ，６００ｂ，６００ｃ…スパークプラグ
２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ…気筒
５０…サージタンク
５１…吸気圧センサ
３００…制御装置
５４０…吸気マニホールド
７００…排気マニホールド
５１１…吸気ポート
５２０，５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃ…インジェクタ
１００…駆動機構
１０１…支持パイプ
１０２…制御シャフト
１０３…入力部
１０４…出力部
１１０…吸気カムシャフト
１１１…吸気カム
１２０…ロッカーアーム
１３０…ステムエンド
１３１，１３１ａ…吸気バルブ
１４０…燃焼室
１５０…揺動カム
１５０ａ…スライダギア
１６０…アクチュエータ
２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ…気筒
３１０…運転制御部
３１１…ＡＣＴ設定部
３１２…ＡＣＴ制御部
３１２ｄ…作用角把握部
３１３ａ…噴射量記憶部
３１３ｂ…点火時期記憶部
３１４…回避記憶部
３１５…噴射制御部
３１６…点火制御部
７０…浄化装置
７１…温度センサ
８１，８２…酸素センサ

Claims (8)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の運転を制御する制御装置であって、
   前記各気筒が有する吸気バルブの開弁特性に関するパラメータを取得する取得部と、
   燃料噴射量及び点火時期の少なくとも１つで特定される前記各気筒の燃焼条件を、前記パラメータに応じて、前記気筒ごとに決定する燃焼条件決定部と、
   該決定された燃焼条件で前記気筒の運転を制御する制御部とを備え、
   前記燃焼条件決定部は、前記パラメータ及び前記燃焼条件に応じた、前記気筒のトルク間の偏差が所定の許容範囲内となる条件下で前記決定を行う制御装置。
2. 複数の気筒を有する内燃機関であって、
   請求項１記載の制御装置と、
   前記開弁特性を変化させる可変動弁系とを備える内燃機関。
3. 請求項２記載の内燃機関であって、
   前記取得部は、前記吸気バルブの作用角及びリフト量、並びに前記気筒の吸気圧、吸気量、及び空燃比、並びに前記内燃機関のトルク変動、並びに前記内燃機関の所定部位の温度のうち少なくとも１つを検出する内燃機関。
4. 請求項２記載の内燃機関であって、
   前記パラメータは各気筒の吸気量を表し、
   前記燃焼条件決定部は、吸気量が大きい気筒ほど空燃比が高くなるように、前記燃料噴射量を設定する内燃機関。
5. 請求項２記載の内燃機関であって、
   前記パラメータは各気筒の吸気量を表し、
   前記燃焼条件決定部は、
   吸気量が最大でない前記気筒のいずれかを基準気筒として設定する基準気筒設定部を有し、
   該基準気筒に係る前記パラメータに応じ、該基準気筒以外の他の気筒の前記燃焼条件を決定する内燃機関。
6. 請求項１記載の制御装置であって、
   前記パラメータは各気筒の吸気量を表し、
   前記燃焼条件決定部は、前記気筒の空燃比が所定の許容範囲内となる条件下で、前記パラメータに応じて前記燃料噴射量を決定する制御装置。
7. 請求項１記載の制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に関する所定の情報を取得する運転状態取得部を備え、
   前記燃焼条件決定部は前記燃焼条件の決定方法を、前記取得された情報に応じ、予め用意された複数の異なる態様の中で切り替える制御装置。
8. 複数の気筒を有する内燃機関の運転を制御する制御方法であって、
   前記各気筒が有する吸気バルブの開弁特性に関するパラメータを取得する工程と、
   燃料噴射量及び点火時期の少なくとも１つで特定される前記各気筒の燃焼条件を、前記パラメータに応じ、前記気筒ごとに決定する工程と、
   該決定された燃焼条件で前記気筒の運転を制御する工程とを備え、
   前記燃焼条件の決定は、前記パラメータ及び前記燃焼条件に応じた、前記気筒間のトルクの偏差が、所定の許容範囲内となる条件下で行う制御方法。

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