JP2006207476A - エンジンとその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数気筒を備えたエンジンの空燃比制御とドライバビリティの悪化抑制の両立を図る。
【解決手段】 ＃１〜＃４の各気筒について、＃１〜＃４の各気筒の回転数ピーク平均値npaveからの回転ズレに応じたトルクズレと、ストイキ空燃比aftgtからの排気Ａ／Ｆズレに応じたトルクズレとを求め、各気筒ごとに、この両トルクズレを修正するための吸入空気補正量qacor#1〜#4を算出する。そして、この吸入空気補正量qacor#1〜#4が反映した吸入空気量補正係数ka#1〜#4、燃料噴射量補正係数kf#1〜#4にて、＃１〜＃４の各気筒の目標吸入空気量qatgt#1〜#4、目標燃料噴射量qftg#1〜#4を算出し、この目標吸入空気量qatgt#1〜#4、目標燃料噴射量qftg#1〜#4となるよう、気筒ごとに電磁動弁駆動機構２００と燃料噴射弁１００とを制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複数気筒の各気筒について、吸入空気量を可変設定可能な吸気弁機構と、燃料噴射量を設定可能な燃料噴射機構とを備えたエンジンに関する。

近年では、環境保護の観点から、車両に対する排ガス規制の強化が望まれている。こうした要請に応えるため、吸気バルブの駆動量を変えて吸入空気量の調整を行ったより高精度な空燃比制御が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開平６−２１３０４４号公報 特開２００４−１１４３５号公報

これら特許文献の技術によれば、各気筒での空燃比のズレが是正されるよう、気筒ごとに吸入空気量や燃料噴射量を制御することから、排ガスの浄化効率が高まり好ましい。ところで、空燃比ズレ是正のためにこうした制御を行った場合であっても、気筒ごとの回転変動やトルク変動は起き得るので、ドライバビリティの悪化を来す可能性がある。また、各気筒でのピストンフリクションのバラツキや、エンジン補機（コンプレッサ等）駆動時のトルクリップルの状況によっても、ドライバビリティの悪化を来す可能性があるが、こうした点についての改善の余地が残されていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされ、複数気筒を備えたエンジンの空燃比制御とドライバビリティの悪化抑制の両立を図ることをその目的とする。

かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明のエンジンでは、複数気筒の各気筒について、吸入空気量を可変設定可能な吸気弁機構と、燃料噴射量を設定可能な燃料噴射機構とを備え、該燃料噴射機構と前記吸気弁機構を制御するに当たり、エンジンの出力状態を表す物理量を、複数気筒のそれぞれが燃料燃焼を伴う膨張行程にある爆発気筒である時において気筒ごとに検出すると共に、排気中の酸素濃度に基づいて、複数気筒のそれぞれが爆発気筒であるときの空燃比を気筒ごとに演算する。その上で、爆発気筒時における複数気筒それぞれの物理量偏差と空燃比偏差とがそれぞれ是正されるよう、複数気筒の各気筒についての吸気弁機構における吸入吸気量と燃料噴射機構における燃料噴射量を気筒ごとに補正制御する。

上記構成を有する本発明のエンジンでは、上記補正した吸入吸気量と燃料噴射量で複数気筒の各気筒において燃料爆発を行うので、複数気筒の各気筒が爆発気筒であるときにおける物理量偏差と空燃比偏差とが小さくなるような運転状況をもたらすことができる。このため、各気筒での空燃比の均一化と、各気筒での運転状態の安定化とが進むので、複数気筒を有するエンジン全体としての好適な空燃比制御とドライバビリティの悪化抑制を図ることができる。

以上説明した本発明のエンジンにおいて、複数気筒それぞれについてエンジンの出力状態を表す物理量と空燃比とを求めるに際し、エンジン回転角を検出し、その検出回転角度に基づいて爆発気筒を判別し、求めた物理量と空燃比を、判別した爆発気筒についてのものとするようにできる。そして、空燃比演算については、爆発気筒から酸素濃度検出個所に排気が達するまでの遅れを考慮することが好ましい。こうすれば、より正確な爆発気筒の空燃比を演算できるので、空燃比制御やドライバビリティの悪化抑制の上で望ましい。

また、エンジンの出力状態を表す物理量としてエンジンの回転数を検出し、複数気筒のそれぞれが爆発気筒であるときのエンジン回転数のピーク値を演算するようにすることもできる。こうすれば、各気筒が爆発気筒である場合のエンジン回転数のピーク値の偏差を小さくできるので、各気筒のエンジン回転状況を安定化でき、ドライバビリティの悪化抑制の上で好ましい。

本発明は、複数気筒の各気筒について、吸入空気量を可変設定可能な吸気弁機構と、燃料噴射量を設定可能な燃料噴射機構とを備えたエンジンの制御方法としても適用できる。

以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は実施例のエンジンが搭載されたシステムの概略構成を表すブロック図、図２は一つの気筒の縦断面の模式図である。

図示するように、本実施例のエンジン１０は、４つの気筒２０を有する４シリンダの４サイクルエンジンである。このエンジン１０は、主に、シリンダブロック３０，シリンダブロック３０内を往復運動するピストン４０，シリンダヘッド５０，シリンダヘッド５０に配置された吸気バルブ６０，排気バルブ７０等から構成されている。吸気バルブ６０，排気バルブ７０は、気筒２０毎にそれぞれ２個ずつ備えられた４バルブシステムである。各気筒２０には、シリンダブロック３０，シリンダヘッド５０，ピストン４０により囲まれた燃焼室８０が形成されている。シリンダヘッド５０には、点火プラグ８５が設けられ、燃焼室８０内で圧縮された混合気に点火を行う。

シリンダヘッド５０には、吸気ポート６５が設けられ、吸気マニホールド９０に接続している。吸気マニホールド９０内には、気筒２０ごとに吸気通路９５が形成され、燃料噴射弁１００を備えている。この燃料噴射弁１００は、運転状態に対応した燃料噴射量Ｔｆの燃料を各気筒２０に独立に噴射する。つまり、このエンジン１０は、気筒ごとに燃料噴射量Ｔｆが可変設定可能な独立噴射方式のエンジン構成を備える。

各気筒２０の吸気マニホールド９０は、サージタンク１１０を介して、吸気ダクト１２０に接続している。吸気ダクト１２０には、エアフロメータ１１５が設けられ、吸入空気量Ｑを検出している。吸気ダクト１２０は、エアクリーナ１３０と接続し、エアクリーナ１３０でろ過した空気を取り込んでいる。エアフロメータ１１５は、混合気を適正にする空燃比制御のために吸入空気量Ｑを検出している。また、吸気ダクト１２０には、スロットルバルブ１４０が設けられ、エンジン１０に供給する空気量を調整している。

シリンダヘッド５０には、排気ポート７５が設けられ、排気マニホールド１６０に接続している。排気マニホールド１６０は、排気枝管１６０ａと排気枝管１６０ｂとから構成されており、互いに燃焼順序で干渉しない２つの気筒２０が１つの排気通路に接続しているいわゆるデュアルエギゾーストシステムである。排気枝管１６０ａ，１６０ｂ内には、各排気通路１０５が形成され、２つの排気通路１０５の合流端は、それぞれ触媒コンバータ１５０ａ，１５０ｂを介して、集合管１８０ａ，１８０ｂに接続している。集合管１８０ａ，１８０ｂは、触媒コンバータ１７５を介して、排気管１９０と接続している。

第１気筒と第４気筒からの排気は排気枝管１６０ａを通過し、合流して集合管１８０ａへと流れる。第３気筒と第２気筒からの排気は排気枝管１６０ｂを通過し、合流して集合管１８０ｂへと流れる。排気管１９０で全ての気筒２０からの排気が合流する。触媒コンバータ１５０ａ，１５０ｂ，１７５は、この排気を浄化して外部に排出している。排気マニホールド１６０には、酸素濃度センサ１７０が設けられ、排気中の酸素濃度を検出している。上記した種々のセンサは、後述するＥＣＵ２５０と電気的に接続している。

シリンダヘッド５０には、吸入空気量を可変設定可能な吸気弁機構としての電磁動弁駆動機構２００，２０１が各気筒ごとに設けられ、電磁力を利用して吸気バルブ６０および排気バルブ７０の開閉動作を行っている。図３はこの電磁動弁駆動機構２００の断面模式図である。なお、図３は吸気バルブ６０側の構造を示すが、排気バルブ７０側の構造も同様である。電磁動弁駆動機構２００は、主に、フランジ３４０，スプリング３２０，３３０，アッパ電磁コイル３００，ロア電磁コイル３１０，アーマチャ３５０およびシャフト３６０から構成されている。シャフト３６０は、吸気バルブ６０の一端と当接し、一体となって軸方向へ進退可能となっている。シャフト３６０の軸方向の上下位置には、スプリング３２０，３３０が設けられ、シャフト３６０を支持している。このスプリング３２０，３３０は、シャフト３６０を介して、吸気バルブ６０を開弁と閉弁の中立位置に保持している。シャフト３６０の中央付近には、軟磁性体からなるアーマチャ３５０が設けられている。フランジ３４０には、アッパ電磁コイル３００とロア電磁コイル３１０が設けられ、それぞれアーマチャ３５０の上側と下側に位置している。

アッパ電磁コイル３００に励磁電流を流すと電磁力が働き、アーマチャ３５０はアッパ電磁コイル３００側へ引き付けられる。アーマチャ３５０（すなわち、シャフト３６０）の動きに伴って、吸気バルブ６０は閉弁する。他方、ロア電磁コイル３１０に励磁電流を流すと電磁力が働き、アーマチャ３５０はロア電磁コイル３１０側へ引き付けられる。アーマチャ３５０の動きに伴って、吸気バルブ６０は開弁する。このように、アッパ電磁コイル３００，ロア電磁コイル３１０へ電流を流すタイミングを調整することで、バルブの開閉タイミングを制御している。ＥＣＵ２５０は、酸素濃度センサ１７０やエアフロメータ１１５等の検出信号に基づいて、後述するように、吸気バルブ６０および排気バルブ７０を開閉するタイミングを算出して、各電磁動弁駆動機構２００，２０１へ電流を流すタイミングを指示する。これにより、吸気バルブ６０のリフト量およびリフト時間（開弁時間）が定まり、それぞれの気筒２０の燃焼室８０に入り込む吸入空気量を可変設定できることになる。

ＥＣＵ２５０は、上述のバルブの開閉タイミングを制御するが、その他に種々の運転制御を行う。例えば、運転状態に対応した最適な燃焼状態となるように、燃料噴射量Ｔｆや噴射タイミング等の制御も併せて行っている。こうした制御を行うため、車両の状態を検出する以下のセンサと接続している。

アクセルペダルには、アクセルポジションセンサ１７２が設けられ、アクセル踏込量αに比例した電圧を出力する。クランク角センサ１７４は、クランクシャフトの回転角ＣＡを検出し、所定の回転角毎にパルス信号を出力する。また、エンジン１０のシリンダブロック３０には水温センサ１８２が設けられ、エンジン１０の冷却水温Ｔｗを検出している。

ＥＣＵ２５０は、アクセルペダルの踏込量α，スロットルバルブ１４０の開度θ，クランク角ＣＡからエンジン１０の回転数ＮＥ，水温Ｔｗ，吸入空気量Ｑ，酸素濃度センサ１７０の信号やその他、図示しない車速センサＶなどの車両の運転状態を判断する信号を入力し、燃料噴射弁１００に燃料噴射量τを指示する。この燃料噴射量τは、エアフロメータ１１５からの吸入空気量Ｑとクランク角センサ１７４からの信号ＣＡを基に噴射時間を設定し、例えば、水温センサ１８２によりエンジン１０が冷えた状態かどうか、酸素濃度センサ１７０により適切な空燃比かどうかなどの情報による補正の他、後述するトルクズレに基づく補正を加えた上で設定している。

次に、本実施例のエンジン１０が行うエンジン制御について説明する。図４は４つの気筒２０（＃１〜＃４）ごとのエンジン回転角（クランクシャフトの回転角ＣＡ）と燃焼行程との関係等を示す説明図である。図示するように、それぞれの気筒２０は、膨張・排気・吸気・圧縮の各行程を回転角に応じて繰り返し、燃料燃焼を伴う膨張行程にある爆発気筒は、＃１、＃３、＃４、＃２の順に推移する。そして、クランク角センサ１７４や酸素濃度センサ１７０からの検出信号に基づきＥＣＵ２５０が算出するエンジン回転数ＮＥと空燃比（排気Ａ／Ｆ）は、図示するように推移する。つまり、爆発気筒が＃１の気筒２０であるとすると、その時のエンジン回転角におけるエンジン回転数ＮＥは爆発気筒である＃１の気筒２０に対応付けることができ、排気Ａ／Ｆはこの＃１の気筒２０より先に爆発気筒であった＃２の気筒２０に対応付けることができる。排気Ａ／Ｆと爆発気筒のズレが起きるのは、それぞれの気筒が位相をずらして上記の４行程を繰り返していることに基づく。

図５は爆発気筒に対応付けてエンジン回転数のピーク値を検出するための回転数検出処理のフローチャート、図６は爆発気筒に対応付けて排気Ａ／Ｆを検出するための排気Ａ／Ｆ検出処理のフローチャートである。

ＥＣＵ２５０は、図５に示す回転数検出処理を所定時間ごとに繰り返し実行し、まず、クランク角センサ１７４のセンサ出力を入力して、現在のエンジン回転数t_neと、エンジン回転角t_ca（クランク角）を算出する（ステップＳ１００）。ＥＣＵ２５０は、このエンジン回転数t_neとエンジン回転角t_caとから、爆発気筒の判別、判別した爆発気筒に対応するエンジン回転数ピーク値を算出すべく、ステップＳ１１０以降の処理を実行する。

ステップＳ１１０では、今回のステップＳ１００で求めたエンジン回転数t_neを前回のエンジン回転数neoldと対比し、今回のエンジン回転数t_neが前回のエンジン回転数neoldを超えていれば、ステップＳ１１５にて、今回のエンジン回転数t_neを前回のエンジン回転数neoldにセットし、一旦本ルーチンを終了する。つまり、ステップＳ１１０で肯定判定する状況は、エンジン回転数が上昇過程（例えば、図４におけるポイントＡ）であるので、現在のエンジン回転数t_neが前回のエンジン回転数neoldにその処理の都度置き換わることになり、次回以降の処理にてエンジン回転数ピーク値が算出される。

ステップＳ１１０での否定判定を下した状況は、その時のエンジン回転数t_neが前回までのエンジン回転数neoldを超える状況からエンジン回転数neold以下に推移したことになる。よって、この時のエンジン回転数t_neは回転数ピーク値となることから、このときの気筒の判別を行う。つまり、続くステップＳ１２０にて、現在のエンジン回転角t_caが＃１の気筒２０が図４の膨張行程の始期・終期のエンジン回転角KNC#1L〜KNC#1Hに属するか否かを判定する。ここで、肯定判定すれば、現在のエンジン回転数は＃１の気筒２０の膨張に伴うものと言えるので、この＃１の気筒２０（爆発気筒）の回転数ピーク値np#1に、現在のエンジン回転数t_neが前回のエンジン回転数neoldに一致したとして、この前回のエンジン回転数neoldをセットする（ステップＳ１２５）。ＥＣＵ２５０はこの＃１の気筒２０の回転数ピーク値np#1を更新記憶する。

ステップＳ１２０で否定判定を下した状況は、その時の爆発気筒は＃１の気筒２０以外となる。よって、＃２〜＃４のいずれの気筒２０が爆発気筒であるかを、ステップＳ１２０と同様にして、ステップＳ１３０、１４０、１５０で判定する。そして、これらステップで爆発気筒を判定すると、その爆発気筒（＃２〜＃４の気筒２０）に対応付けて、回転数ピーク値np#2〜np#4に、エンジン回転数neoldをセットして（ステップＳ１３５〜１５５）、これら回転数ピーク値を気筒に関連付けて更新記憶する。

このようにして＃１〜＃４の爆発気筒に対する回転数ピーク値をセットすると、ステップＳ１６０では、これら４つの爆発気筒の回転数ピーク値からの回転数ピーク平均値npaveの算出と、前回算出した回転数ピーク平均値と今回算出の回転数ピーク値の偏差Δnpaveのピーク値推移指数dlneへのセット、エンジン回転数neoldへの値ゼロのセットを行い、次回以降の爆発気筒ごとのエンジン回転数ピーク値算出に備える。ＥＣＵ２５０は、回転数ピーク平均値npaveやピーク値推移指数dlneについてもこれを更新記憶する。このピーク値推移指数dlneは、エンジン１０の運転状況、例えば、加速状況、減速状況、定常走行状況等を表す。

ＥＣＵ２５０は、爆発気筒に対する回転数ピーク値算出の他、爆発気筒に対する排気Ａ／Ｆの算出も行う。ＥＣＵ２５０は、図６に示す排気Ａ／Ｆ検出処理を所定時間ごとに繰り返し実行し、まず、クランク角センサ１７４と酸素濃度センサ１７０のセンサ出力を入力して、現在のエンジン回転角t_caと、排気Ａ／Ｆt_afを算出する（ステップＳ２００）。

ＥＣＵ２５０は、続くステップＳ２１０以降の処理にて、ステップＳ２００の排気Ａ／Ｆt_afが＃１〜＃４のどの気筒２０のものであるかを判定する。そのために、まず、＃１の気筒２０が爆発気筒である場合にこの＃１の気筒２０の排気行程において排出された排気が酸素濃度センサ１７０に到達するエンジン回転角範囲と、現在のエンジン回転角t_caとを比較する（ステップＳ２１０）。＃１の気筒２０からの排気が酸素濃度センサ１７０に到達するエンジン回転角範囲は、酸素濃度センサ１７０が各気筒の燃焼室から離れた排気マニホールド１６０の設置されていることによる排気の遅れによって、＃１の気筒２０が爆発気筒である場合における排気行程のエンジン回転角範囲とずれる。よって、このズレを見越して、現在のエンジン回転角t_caの比較対象となるエンジン回転角KAC#1L〜KAC#1Hを＃１の気筒２０について定め、対比する。他の気筒についても同様である。

ステップＳ２１０で肯定判定を下した状況は、現在の排気Ａ／Ｆt_afは、爆発気筒であった＃１の気筒２０の排気行程に伴うものとなる。本ルーチンの処理は、この排気行程の間（詳しくは、現在のエンジン回転角t_caがエンジン回転角KAC#1L〜KAC#1Hに含まれる間）に繰り返し実行されることから、＃１の気筒２０の排気行程における排気Ａ／Ｆの平均値を求めるべく、以下の処理を行う。

ステップＳ２１０の肯定判定に続いては、＃１の気筒２０に対応するカウンタcac#1の値がゼロか否かを判定し（ステップＳ２１５）、カウンタcac#1＝０であれば、現在の排気Ａ／Ｆt_afを、後述の処理に用いる＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1にセットする（ステップＳ２２０）。一方、カウンタcac#1≠０であれば、下記式のように、現在の排気Ａ／Ｆt_afをも考慮しつつ平均化した排気Ａ／Ｆ値を＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1にセットする（ステップＳ２２５）。ＥＣＵ２５０はこの＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1を更新記憶する。

(t_af+ cac#1 ＊ af#1)/( cac#1+1) → af#1

こうして＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1を更新記憶すると、カウンタcac#1を値１だけインクリメントすると共に、他の気筒（＃２〜＃４）についてのカウンタcac#2〜カウンタcac#4に値ゼロをセットする（ステップＳ２３０）。つまり、現在のエンジン回転角t_caが＃１の気筒２０のエンジン回転角KAC#1L〜KAC#1Hに含まれる間においては、カウンタcac#1を値１だけインクリメントしつつステップＳ２２５にて＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1を平均化して算出し、他の気筒については、それぞれの気筒での排気Ａ／Ｆaf#2〜af#4の算出に備えてカウンタのリセットを行う。

ＥＣＵ２５０は、現在のエンジン回転角t_caが＃１の気筒２０のエンジン回転角KAC#1L〜KAC#1Hから逸脱すると、ステップＳ２１０で否定判定を下して、今度は＃２の気筒２０についての排気Ａ／Ｆaf#2の平均化算出を、＃１の気筒等同様にして行う（ステップＳ２４０〜２６０）。＃３と＃４の気筒２０についても同様である（ステップＳ２７０〜２９０，ステップＳ３００〜３２０）。

これにより、＃１〜＃４のそれぞれの気筒２０が爆発気筒を経て排気行程にある間において、それぞれの気筒についての排気Ａ／Ｆaf#1〜af#4が算出され、更新記憶されることになる。

ＥＣＵ２５０は、こうして＃１〜＃４の気筒２０が爆発気筒であるごとに各気筒について算出した回転数ピーク値np#1〜np#4と排気Ａ／Ｆaf#1〜af#4に基づいて、各気筒ごとの吸入空気量と燃料噴射量の補正制御を行う。図７は＃１の気筒２０について行う吸入空気量と燃料噴射量の補正係数算出処理を表すフローチャートである。

図７に示す補正係数算出処理では、まず、ステップＳ４００にて、クランク角センサ１７４からの現在のエンジン回転角t_caに基づいて、＃１の気筒２０についての補正係数演算時期であるか否かを判定する。この判定には、図５のステップＳ１１０にて説明した＃１の気筒２０の膨張行程の始期・終期のエンジン回転角KNC#1L〜KNC#1Hに相当するエンジン回転角KCT#1L〜KCT#1Hを用いた。このエンジン回転角KCT#1L〜KCT#1Hは、膨張行程の始期・終期のエンジン回転角KNC#1L〜KNC#1Hとはその回転角範囲が若干ずれており、膨張行程における点火プラグ８５の点火時期タイミング、吸気バルブ６０や燃料噴射弁１００の駆動タイミング・応答遅れ等を考慮して定められている。

ステップＳ４００で肯定判定すると、先に説明した図５や図６の回転数検出処理・排気Ａ／Ｆ検出処理にて求めた種々の制御パラメータ（npave、np#1、af#1、dlne）と、図示しない空燃比制御での制御パラメータ（ストイキ空燃比aftgt、基本吸入空気量qabase）を読み込む（ステップＳ４１０）。こうしたパラメータ読み込みに続き、ＥＣＵ２５０は、それ以降の処理にて補正係数を算出する。本実施例では、排気Ａ／Ｆやエンジン回転数（ピーク値）の気筒ごとのバラツキ（偏差）は、共にエンジントルクのズレとしてエンジン１０の運転状況に影響することから、ステップＳ４２０の処理では、トルクズレ量を反映したマップを参照することとした。

ステップＳ４２０では、次の＜１＞〜＜３＞の手順でトルクズレを求める。即ち、＜１＞＃１の気筒２０の回転ズレt_mapAに、＃１〜＃４の各気筒の回転数ピーク平均値npaveと＃１の気筒２０の回転数ピーク値np#1との差分（npave−np#1）をセットする。図８は＃１の気筒２０における回転ズレt_mapAを回転ズレに起因するトルクズレtdif1#1に対応付けたマップを表す説明図である。図８に示すように、回転ズレt_mapAに対応するトルクズレtdif1#1は、＃１の気筒２０の回転数ピーク値np#1が回転数ピーク平均値npaveに勝って回転ズレt_mapAが−側の値となるほど小さくなる関係にあり、エンジン１０の回転数ごとに用意されている。つまり、＃１の気筒２０の回転数ピーク値np#1が回転数ピーク平均値npaveより大きければ、回転数ピーク平均値npaveでのトルク以上のトルクを生じることからトルクを低減するよう、トルクズレtdif1#1はマイナス側の数値となる。ＥＣＵ２５０は、エンジン回転数に応じたこの図８を参照して、＃１の気筒２０の回転ズレt_mapAに対応するトルクズレtdif1#1を求める。

＜２＞＃１の気筒２０のＡ／Ｆズレt_mapBに、＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1とストイキ空燃比aftgtとの差分（aftgt −af#1）をセットする。図９は＃１の気筒２０における排気Ａ／Ｆズレt_mapBを排気Ａ／Ｆズレに起因するトルクズレtdif2#1に対応付けたマップを表す説明図である。図９に示すように、排気Ａ／Ｆズレt_mapBに対応するトルクズレtdif2#1は、＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1がストイキ空燃比aftgtに勝って排気Ａ／Ｆズレt_mapBが−側の値となるほど大きくなる関係にある。つまり、＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1がストイキ空燃比aftgtより大きければ、ストイキ空燃比aftgtでのトルクより小さいトルクを生じることからトルク増大を図るよう、トルクズレtdif2#1はプラス側の数値となる。しかも、排気Ａ／Ｆズレt_mapBに対応するトルク感度（トルクのズレ程度）は、エンジン負荷に応じて相違し、高負荷であればトルク感度も大きくなる。よって、ＥＣＵ２５０は、負荷に応じて用意された図９を参照して、＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆズレt_mapBに対応するトルクズレtdif2#1を求める。

＜３＞＃１の気筒２０のトルクズレtdif#1に、回転ズレから求めたトルクズレtdif1#1と排気Ａ／Ｆズレから求めたトルクズレtdif2#1との差分（tdif1#1−tdif2#1）をセットする。図１０は＃１の気筒２０における吸入空気補正量qacor#1をトルクズレtdif#1に起因する吸入空気補正量qacor#1に対応付けたマップを表す説明図である。この図１０のマップは、次の点を考慮して定めた。

＜２＞で説明した＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆズレt_mapBに対応するトルクズレtdif2#1は、排ガス性状確保のため、回転ズレt_mapAに拘わらず修正が必要であり、トルクズレtdif2#1がなくなるよう燃料噴射量を補正する。そして、この排気Ａ／Ｆズレt_mapBに対応するトルクズレtdif2#1での燃料噴射量補正を行った上で、未だ残存するトルクのズレ量、即ち上記のトルクズレtdif#1（＝tdif1#1−tdif2#1）の修正に要する吸入空気補正量qacor#1を、図１０のマップとして定めた。つまり、回転ズレから求めたトルクズレtdif1#1と排気Ａ／Ｆズレから求めたトルクズレtdif2#1との差分がゼロであれば、燃料噴射量を修正（補正）するだけでトルクのズレと回転のズレが共に解消するため吸入空気補正量は値０とされ、上記した差分に応じて増減することになる。

続くステップＳ４３０では、ＥＣＵ２５０は、既述したようにエンジン１０の運転状況を表すピーク値推移指数dlne（ステップＳ１６０参照）に基づいて、エンジン１０の運転状況が定常走行状態にあるか否かを判定する。ここで否定判定した場合は、エンジン１０が加減速状況等の過渡状況にあるので、一旦本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ４３０で肯定判定すると、ＥＣＵ２５０は、吸入空気量補正係数ka#1、燃料噴射量補正係数kf#1を、ステップＳ４２０で算出した吸入空気補正量qacor#1や＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1等を用いて、次のようにして算出する（ステップＳ４４０）。

（qabase＋qacor#1）／qabase → ka#1 ；
ka#1 ＊ af#1／aftgt → kf#1 ；

ＥＣＵ２５０は、この算出した吸入空気量補正係数ka#1、燃料噴射量補正係数kf#1を更新記憶し、本ルーチンは終了する。つまり、吸入空気量補正係数ka#1と燃料噴射量補正係数kf#1は、エンジン１０の運転状況が所定の定常走行状態である場合において、ステップＳ４２０で定めたトルクズレ修正のための吸入空気補正量qacor#1を用いて更新記憶される。本実施例では、これら補正係数を、その時のエンジン１０の回転数領域に応じて更新記憶する。図１１は吸入空気量補正係数ka#1と燃料噴射量補正係数kf#1の更新記憶の様子を説明するための説明図である。この図１１に示すように、エンジン回転数領域を低回転数域、中回転数域、高回転数域に所定範囲で区分けし、各回転域において、吸入空気量補正係数ka#1と燃料噴射量補正係数kf#1を更新記憶する。例えば、ステップＳ４３０での肯定判定（定常走行状態）が低回転数域でのものであれば、ステップＳ４４０で算出した吸入空気量補正係数ka#1と燃料噴射量補正係数kf#1を、低回転数域に対応する補正係数（ka#1L; kf#1L）として更新記憶する。

ＥＣＵ２５０は、上記した＃１の気筒２０についての吸入空気量補正係数ka#1と燃料噴射量補正係数kf#1の算出手法を用いて、＃２〜＃４の気筒２０についても吸入空気量補正係数ka#2〜4と燃料噴射量補正係数kf#2〜4を求める。そして、実際の吸入空気量・燃料噴射量算出を行う。図１２は＃１の気筒２０について行う目標吸入空気量と目標燃料噴射量の算出処理を表すフローチャートである。

図示するように、ＥＣＵ２５０は、まず、クランク角センサ１７４のセンサ出力を入力して、現在のエンジン回転数t_neを算出する（ステップＳ５００）。次いで、ＥＣＵ２５０は、このエンジン回転数t_neに対応する吸入空気量補正係数ka#1と燃料噴射量補正係数kf#1や（図１１参照）、図示しない他の制御での制御パラメータ（基本吸入空気量qabase、基本燃料噴射量qfbase）を読み込み（ステップＳ５１０）、これらから下記式に従って＃１の気筒２０に対する目標吸入空気量qatgt#1、目標燃料噴射量qftg#1を算出する（ステップＳ５２０）。

qabase ＊ ka#1 → qatgt#1 ；
qfbase ＊ kf#1 → qftg#1 ；

そして、ＥＣＵ２５０は、上記算出した目標吸入空気量qatgt#1の空気が＃１の気筒２０に吸入されるよう、電磁動弁駆動機構２００におけるアッパ電磁コイル３００やロア電磁コイル３１０を励磁制御すると共に、目標燃料噴射量qftg#1の燃料が＃１の気筒２０に噴射されるよう、燃料噴射弁１００を駆動制御する。具体的には、ＥＣＵ２５０は、吸気バルブ６０（図３参照）のリフト量やリフト時間、燃料噴射弁１００の噴射時間等を定めて、電磁動弁駆動機構２００や燃料噴射弁１００を制御する。ＥＣＵ２５０は、上記した＃１の気筒２０の場合と同様にして、＃２〜＃４の気筒２０についても目標吸入空気量qatgt#2〜4と目標燃料噴射量qftg#2〜4を算出し、それぞれの気筒について電磁動弁駆動機構２００と燃料噴射弁１００を制御する。

以上説明したように、本実施例のエンジン１０では、＃１〜＃４のそれぞれの気筒２０について、＃１〜＃４の各気筒の回転数ピーク平均値npaveからの回転ズレに応じたトルクズレ（図８）と、ストイキ空燃比aftgtからの排気Ａ／Ｆズレに応じたトルクズレ（図９）とを求め、各気筒ごとに、この両トルクズレを修正するための吸入空気補正量qacor#1〜#4を算出する（ステップＳ４２０）。

そして、この吸入空気補正量qacor#1〜#4が反映した吸入空気量補正係数ka#1〜#4、燃料噴射量補正係数kf#1〜#4にて、＃１〜＃４のそれぞれの気筒２０の目標吸入空気量qatgt#1〜#4、目標燃料噴射量qftg#1〜#4を算出し（ステップＳ５２０）、この目標吸入空気量qatgt#1〜#4、目標燃料噴射量qftg#1〜#4となるよう、気筒ごとに電磁動弁駆動機構２００と燃料噴射弁１００とを制御する。従って、本実施例の１０によれば、＃１〜＃４のそれぞれの気筒２０について、＃１〜＃４の各気筒の回転数ピーク平均値npaveになるよう回転ズレを矯正しつつ、排気Ａ／Ｆについても各気筒でストイキの空燃比となるようにできる。この結果、＃１〜＃４のそれぞれの気筒２０での空燃比均一化と、各気筒でのエンジン運転状態の安定化とを両立できるので、＃１〜＃４の４気筒を有するエンジン１０全体としての好適な空燃比制御とドライバビリティの悪化抑制を図ることができる。

しかも、本実施例では、＃１〜＃４のそれぞれの気筒２０での排気Ａ／Ｆやエンジン回転数（ピーク値）のバラツキ（偏差）を、トルクズレ量に換算して（ステップＳ４２０、図８〜図９）、このトルクズレ量にて、吸入空気補正量qacor#1〜#4、延いては吸入空気量補正係数ka#1〜#4、燃料噴射量補正係数kf#1〜#4、および目標吸入空気量qatgt#1〜#4、目標燃料噴射量qftg#1〜#4を求めた。よって、排気Ａ／Ｆやエンジン回転数（ピーク値）のバラツキ（偏差）以外の要因、例えば、各気筒でのピストンフリクションのバラツキや、エンジン補機（コンプレッサ等）駆動時のトルクリップルによるトルクズレに対しても、各気筒においてトルクズレ解消を図ることが可能となる。この結果、ドライバビリティの悪化抑制においてより効果的となる。

また、本実施例では、＃１〜＃４のそれぞれの気筒２０について排気Ａ／Ｆを求めるに際し、例えば＃１の気筒２０が爆発気筒である場合にこの＃１の気筒２０の排気行程において排出された排気が酸素濃度センサ１７０に到達するエンジン回転角範囲を、各気筒の燃焼室から酸素濃度センサ１７０までの隔たりによる排気の遅れを考慮して定め、現在のエンジン回転角t_caをこの回転角範囲と対比して、爆発気筒の判別とその気筒についての排気Ａ／Ｆを演算した。このため、爆発気筒の判別・当該爆発気筒の排気Ａ／Ｆ演算の精度が高まり、空燃比制御やドライバビリティの悪化抑制の上でより好ましい。

更に、＃１〜＃４のそれぞれの気筒２０についての回転ズレから求めたトルクズレtdif1#1〜#4と排気Ａ／Ｆズレから求めたトルクズレtdif2#1〜#4とが反映した気筒ごとのトルクズレtdif#1〜#4を、吸入空気補正量qacor#1〜#4に対応させるに当たっては、排気Ａ／Ｆズレt_mapBに対応するトルクズレtdif2#1〜#4については、当該トルクズレを修正するようにした上で、回転ズレに対応するトルクズレtdif1#1〜#4をも修正するようにした。よって、排気Ａ／Ｆズレt_mapBに対応するトルクズレtdif2#1〜#4については常に補正できるので、排ガス性状確保の点から好ましい。

また、次のような利点もある。ステップＳ４４０での各気筒についての吸入空気量補正係数ka#1〜#4、燃料噴射量補正係数kf#1〜#4の算出に際しては、エンジン１０が定常走行状態にある場合に補正係数算出を行う。また、このため、加減速走行といった過渡的な運転状態における上記補正係数算出は行わないので、更新記憶する補正係数のトルクズレ解消に対する整合性が高まる。

しかも、これら補正係数の更新記憶に際しては、エンジン回転数領域を低回転数域、中回転数域、高回転数域に所定範囲で区分けし、各回転域に対応付けて吸入空気量補正係数ka#1と燃料噴射量補正係数kf#1を更新記憶する。そして、この回転数域ごとの補正係数をその時の回転数に応じて用いるので、より正確な吸入空気量・燃料噴射量の補正が可能となり、好ましい。

本発明は、各気筒ごとの電磁動弁駆動機構２００により吸入空気量を気筒ごとに補正する構成の他、次のような機構についても適用できる。図１３は気筒ごとの吸気通路９５において吸入空気量を可変制御するエンジン構成を模式的に示す説明図である。この実施例では、吸入空気量調整機構が相違する他は、先に説明した実施例のエンジン１０の構成と変わるものではない。

図示するように、この実施例では、各気筒ごとの吸気通路９５、詳しくは気筒が有する吸気ボートごとの吸気通路９５ａ、９５ｂにバルブ４２０を備え、当該バルブによる通路開口面積の調整により、気筒への吸入空気量を可変制御する。バルブ４２０は、ＥＣＵ２５０により駆動制御されるアクチュエータ４００に連結されている。

アクチュエータ４００は、図示しないロッドを有し、ＥＣＵ２５０と電気的に接続されている。アクチュエータ４００は、ＥＣＵ２５０からの指令に従ってロッドを伸縮する。ロッドの一端は、図示しないリンクを介してバルブ４２０と連結している。つまり、ＥＣＵ２５０からの指令により、アクチュエータ４００はロッドの伸縮動作をして、それに伴ってバルブ４２０は短ブランチ側の通路の開度を調整し、気筒への吸入空気量を可変制御する。こうした構成のエンジンであっても、先に説明した実施例と同様にして、目標吸入空気量qatgt#1〜#4、目標燃料噴射量qftg#1〜#4となるよう、気筒ごとに上記のバルブ４２０（アクチュエータ４００）と燃料噴射弁１００とを制御する。

上記の実施例では、ステップＳ４２０における吸入空気補正量qacor#1の算出に際し、マップを参照するようにしたが、次のような手法を取ることもできる。

＜１＞の＃１の気筒２０の回転ズレt_mapAに対応するトルクズレtdif1#1は、次のように直接演算算出してもよい。＃１の気筒２０においてトルクＴが所定のクランク角度θの間作用して、エンジン１０が外部に仕事Ｗをなし、クランクの角速度がω１〜ω２に変わったとする。そうすると、これらの変数の間には、次の関係が成立する。なお、式中のＩは慣性モーメントである。

Ｔ ＊ θ＝Ｗ ＋ Ｉ ＊ （ω２^２ − ω１^２）／２

この式を、＃１〜＃４の各気筒の例えば回転数ピーク平均値npaveの回転状況と、＃１の気筒２０の回転数ピーク値np#1の回転状況に適用すると、次のようになる。

Ｔave ＊θ＝Ｗ ＋ Ｉ ＊ （ωave^２ − ω１^２）／２ ；
Ｔ#1 ＊ θ＝Ｗ ＋ Ｉ ＊ （ω#1^２ − ω１^２）／２ ；

つまり、回転数ピーク平均値npaveの回転状況をもたらす気筒２０では、そのトルクはＴaveとなり、回転数ピーク値np#1の回転状況をもたらす気筒２０では、そのトルクはＴ#1となる。よって、この両者の差（Ｔave−Ｔ#1）は、＃１の気筒２０の回転ズレt_mapAに対応するトルクズレtdif1#1そのものとなる。

tdif1#1＝Ｔave−Ｔ#1＝Ｋ１ ＊ （ωave^２ − ω#1^２） ；
Ｋ１は、慣性モーメントＩをも考慮した係数である。

ところで、角速度ωave、ω#1は、＃１〜＃４の各気筒の回転数ピーク平均値npave、＃１の気筒２０の回転数ピーク値np#1に変換可能であることから、上記のtdif1#1は、係数Ｋ１および速度変換の換算関数をも考慮した係数Ｋntを用いて次のように表され、回転数ピーク平均値npaveと回転数ピーク値np#1から演算できる。この係数Ｋntは、＃１〜＃４の気筒によらず同じ値となる。

tdif1#1＝Ｔave−Ｔ#1＝Ｋntx＊（npave^２ − np#1^２） ；

＜２＞の＃１の気筒２０のＡ／Ｆズレt_mapBに対応するトルクズレtdif2#1についても、発生トルクＴｒｑと空燃比や吸入空気量Ｇｎとの関係を利用して次のように算出することができる。図１４は＃１の気筒２０についての吸入空気補正量qacor#1の算出に用いる発生トルクＴｒｑと空燃比の関係を示す説明図である。

この図１４に示すように、ストイキ空燃比aftgt（理論空燃比）の時のトルクを１とした場合の各空燃比のトルク比は、理論空燃比の前後の実用上の空燃比範囲においては比例的に減少する状況にあり、空燃比１２．５（出力空燃比）の時に最大となる。そして、この図１４に示すトルク比のグラフは、回転数によらずほぼ同じとなり、実用上の空燃比範囲は、出力空燃比よりリーン側である。

この図１４に示すグラフから、＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1に対応するトルク比tratio#1と、ストイキ空燃比aftgtに対応するトルク比tratioave を求める。次いで、発生トルクＴｒｑと吸入空気量Ｇｎとの関係は、上記した実用上の空燃比範囲では、既述した比例関係にあることから、その係数をＫtqとすると、ストイキ空燃比aftgtに対応する基本吸入空気量qabaseに係数をＫtqを乗算して（Ｋtq ＊ qabase）、これをストイキ空燃比aftgtに対応するトルクｔｒｑaveとする。

Ｋtq ＊ qabase＝ｔｒｑave ；

そして、このトルクｔｒｑaveに、＃１の気筒２０の排気Ａ／Ｆaf#1に対応するトルク比tratio#1とストイキ空燃比aftgtに対応するトルク比tratioaveの差分（tratio#1−tratioave）を乗じて、これを＃１の気筒２０における排気Ａ／Ｆズレに起因するトルクズレtdif2#1とする。

tdif2#1＝ｔｒｑave ＊ （tratio#1−tratioave） ；

その後、＜３＞の＃１の気筒２０におけるトルクズレtdif#1を、上記のように求めたトルクズレtdif1#1とトルクズレtdif2#1との差分（tdif1#1−tdif2#1）とし、このトルクズレtdif#1を、発生トルクＴｒｑと吸入空気量Ｇｎとの関係を規定する係数Ｋtqで除算して、トルクズレtdif#1に起因する吸入空気補正量qacor#1を求める。

qacor#1＝tdif#1／Ｋtq＝（tdif1#1−tdif2#1）／Ｋtq ；

こうして吸入空気補正量qacor#1を算出した後は、既述した手順で各気筒ごとに吸入空気量と燃料噴射量をそれぞれ補正する。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、図１０では、単調減少の一次関数的な関係を例示したが、回転ズレから求めたトルクズレtdif1#1と排気Ａ／Ｆズレから求めたトルクズレtdif2#1との差分がゼロの時を境に、トルクズレtdif#1の＋側と−側とでそれぞれ傾きが相違する折れ線状のマップとすることもできる。

実施例のエンジンが搭載されたシステムの概略構成を表すブロック図である。 一つの気筒の縦断面の模式図である。 気筒ごとの電磁動弁駆動機構２００の断面模式図である。 ４つの気筒２０（＃１〜＃４）ごとのエンジン回転角（クランクシャフトの回転角ＣＡ）と燃焼行程との関係等を示す説明図である。 爆発気筒に対応付けてエンジン回転数のピーク値を検出するための回転数検出処理のフローチャートである。 爆発気筒に対応付けて排気Ａ／Ｆを検出するための排気Ａ／Ｆ検出処理のフローチャートである。 ＃１の気筒２０について行う吸入空気量と燃料噴射量の補正係数算出処理を表すフローチャートである。 ＃１の気筒２０における回転ズレt_mapAを回転ズレに起因するトルクズレtdif1#1に対応付けたマップを表す説明図である。 ＃１の気筒２０における排気Ａ／Ｆズレt_mapBを排気Ａ／Ｆズレに起因するトルクズレtdif2#1に対応付けたマップを表す説明図である。 ＃１の気筒２０における吸入空気補正量qacor#1をトルクズレtdif#1に起因する吸入空気補正量qacor#1に対応付けたマップを表す説明図である。 吸入空気量補正係数ka#1と燃料噴射量補正係数kf#1の更新記憶の様子を説明するための説明図である。 ＃１の気筒２０について行う目標吸入空気量と目標燃料噴射量の算出処理を表すフローチャートである。 気筒ごとの吸気通路９５において吸入空気量を可変制御するエンジン構成を模式的に示す説明図である。 ＃１の気筒２０についての吸入空気補正量qacor#1の算出に用いる発生トルクＴｒｑと空燃比の関係を示す説明図である。

符号の説明

１０...エンジン
２０...気筒
３０...シリンダブロック
４０...ピストン
５０...シリンダヘッド
６０...吸気バルブ
６５...吸気ポート
７０...排気バルブ
７５...排気ポート
８０...燃焼室
８５...点火プラグ
９０...吸気マニホールド
９５...吸気通路
９５ａ、９５ｂ...吸気通路
１００...燃料噴射弁
１０５...排気通路
１１０...サージタンク
１１５...エアフロメータ
１２０...吸気ダクト
１３０...エアクリーナ
１４０...スロットルバルブ
１５０ａ，１５０ｂ...触媒コンバータ
１６０...排気マニホールド
１６０ａ，１６０ｂ...排気枝管
１７０...酸素濃度センサ
１７２...アクセルポジションセンサ
１７４...クランク角センサ
１７５...触媒コンバータ
１８０ａ，１８０ｂ...集合管
１８２...水温センサ
１９０...排気管
２００，２０１...電磁動弁駆動機構
３００...アッパ電磁コイル
３１０...ロア電磁コイル
３２０，３３０...スプリング
３４０...フランジ
３５０...アーマチャ
３６０...シャフト
４２０...バルブ
４００...アクチュエータ

Claims (5)

1. 複数気筒の各気筒について、吸入空気量を可変設定可能な吸気弁機構と、燃料噴射量を設定可能な燃料噴射機構とを備え、該燃料噴射機構と前記吸気弁機構を制御するエンジンであって、
   エンジンの出力状態を表す物理量を、前記複数気筒のそれぞれが燃料燃焼を伴う膨張行程にある爆発気筒である時において気筒ごとに検出する出力状態検出手段と、
   排気中の酸素濃度に基づいて、前記複数気筒のそれぞれが前記爆発気筒であるときの空燃比を気筒ごとに演算する空燃比演算手段と、
   前記複数気筒のそれぞれが前記爆発気筒であるときの前記物理量の偏差と前記空燃比の偏差とがそれぞれ是正されるよう、前記複数気筒の各気筒についての前記吸気弁機構における吸入吸気量と前記燃料噴射機構における燃料噴射量を気筒ごとに補正制御する制御実行部とを有する
   エンジン。
2. 請求項１記載のエンジンであって、
   エンジン回転角を検出する回転角検出手段とを備え、
   前記出力状態検出手段は、
   前記検出したエンジン回転角度に基づいて前記爆発気筒を判別し、該判別した爆発気筒について前記物理量を検出し、
   前記空燃比演算は、
   前記検出したエンジン回転角度に基づいて前記爆発気筒を判別し、該判別した爆発気筒について前記空燃比を演算する
   エンジン。
3. 請求項２記載のエンジンであって、
   前記空燃比演算は、
   前記爆発気筒から前記排気中酸素濃度の検出個所に排気が達するまでの遅れを考慮して、前記複数気筒のそれぞれが前記爆発気筒であるときの前記空燃比を演算する、
   エンジン。
4. 請求項１ないし請求項３いずれか記載のエンジンであって、
   前記出力状態検出手段は、
   前記物理量としてエンジンの回転数を検出し、前記複数気筒のそれぞれが前記爆発気筒であるときの前記物理量をエンジン回転数のピーク値として演算する、
   エンジン。
5. 複数気筒の各気筒について、吸入空気量を可変設定可能な吸気弁機構と、燃料噴射量を設定可能な燃料噴射機構とを備えたエンジンの制御方法であって、
   エンジンの出力状態を表す物理量を、前記複数気筒のそれぞれが燃料燃焼を伴う膨張行程にある爆発気筒である時において気筒ごとに検出する工程と、
   排気中の酸素濃度に基づいて、前記複数気筒のそれぞれが前記爆発気筒であるときの空燃比を気筒ごとに演算する工程と、
   前記複数気筒のそれぞれが前記爆発気筒であるときの前記物理量の偏差と前記空燃比の偏差とがそれぞれ是正されるよう、前記複数気筒の各気筒についての前記吸気弁機構における吸入吸気量と前記燃料噴射機構における燃料噴射量を気筒ごとに補正制御する工程とを有する
   エンジンの制御方法。

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