JP2008267253A

JP2008267253A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2008267253A
Application number: JP2007110471A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Wachi; 敏和知; Michikazu Makino; 倫和牧野; Toshikatsu Saito; 敏克齋藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-19
Also published as: DE102007055633A1; JP4583402B2; DE102007055633B4

Abstract

【課題】気筒間の出力差を抑制することができ、運転性を維持しつつ、良好に触媒の早期活性化を図ることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】機関１の排気を浄化する触媒15を備えた内燃機関の制御装置において、機関の運転状態を検出する運転状態検出手段ECUと、上記運転状態に応じて燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段ECUと、上記運転状態に応じて吸気量を設定する要求吸気量設定手段ECUと、機関の所定の気筒の吸入混合気の空燃比を機関の冷機時に所定空燃比に対してリッチ側に設定すると共に、他の気筒の空燃比を所定空燃比に対してリーン側に設定する空燃比設定手段ECUと、燃料供給量設定手段によって全気筒の燃料供給量を概ね均一となるように設定した状態で各気筒の空燃比が設定された値となるように要求吸気量を気筒毎に補正する気筒要求吸気量補正手段ECUとを設けた構成とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の制御装置、特に排気浄化触媒の早期活性化を図るための制御装置に関するものである。

内燃機関からの排気を浄化するために用いられる排気浄化触媒としての三元触媒は、一般にある温度以上となったときに活性化する。したがって機関冷機時には、触媒温度が低いため触媒は活性化されず、また触媒が活性化温度に達するまでは十分な排気浄化性能を発揮することができない。

ところで、触媒の早期活性化の方法としては、触媒に未燃成分（HC,CO）と酸素とを供給することで酸化反応を促進し、触媒の昇温を促し早期活性化するものや、触媒に流入する排気ガスの温度を上昇させることによって触媒に供給される熱量を増加させ、触媒の昇温を促す方法等が知られている。（例えば特許文献１参照）。

前者の酸化反応を促進させる方法としては、多気筒エンジンにおいて空燃比をリーンに設定する気筒と空燃比をリッチに設定する気筒とを設ける方法や、２次空気供給システムのように触媒の上流に酸素を供給する方法が知られている。後者の触媒への供給熱量を増加させる方法としては、燃焼安定限界を超えない範囲で点火時期を遅角設定し排気ガスの温度を上昇させて、触媒に供給する熱量を増加させるという方法等が知られている。

特開平９−７９０５７号公報

従来の内燃機関の制御装置における触媒の早期活性化方法は上記のように構成されているが、依然として、次のような課題が解決されていない。即ち、多気筒エンジンで各気筒の空燃比をリーンとリッチとに設定する方法では、各気筒に対する燃料供給量が異なることから発生トルクが気筒ごとに変動する（リッチ気筒は燃料供給量が多いのでトルクが大きく、リーン気筒は燃料供給量が少ないためトルクが少ない）という問題点があり、これに対して空燃比をリッチに設定した気筒の点火時期を遅角させて発生トルクを低下させトルク変動を吸収する方法が知られている。

また、空燃比をリッチに設定した気筒の吸気バルブを駆動するカムを開弁期間が小さなカムと切替えることで、吸気量を少なくし筒内圧力を小さくすることによりポンプ損失などを増大させ発生トルクを低下させて、リーン気筒とのトルク差を抑制する方法も提案されている。ところが、これらの方法によっても依然として次のような問題点が残っている。

即ち、空燃比をリッチに設定する気筒の燃料を増量補正、リーンに設定する気筒の燃料を減量補正することで、それぞれの気筒が所望の空燃比となるように燃料供給量を決定しており、これによって燃料供給量が気筒毎に異なることに起因してトルク差が発生している。このトルク差を吸収するために空燃比をリッチに設定した気筒の吸気量を減量しているが、空燃比をリッチに設定した気筒はもともと燃料供給量が増量補正されているので、吸気量を減量すると空燃比は更にリッチとなり、所望の空燃比から逸脱してしまう。

この結果、空燃比をリッチに設定した気筒から触媒に供給されるＨＣ,ＣＯの量が増加し、空燃比をリーンに設定した気筒から触媒に供給される酸素の量とのバランスが崩れ、触媒の昇温効果が低下するのみならず、過剰なＨＣ,ＣＯが大気中に排出されてしまう可能性が出てくる。また、燃料を増量して空燃比をリッチ化した気筒のトルクを低減させるために吸気量を減量すると、空燃比が更にリッチとなりリッチ側の燃焼安定限界を超えて機関発生トルクのサイクル変動が大きくなる恐れがあるため、吸気量を減量するにも限度があり、発生トルクを低下させられる幅も限られてしまう。発生トルクを均一にしながら、所望のリッチ空燃比、リーン空燃比とするのは現実的には難しいといえる。

２次空気供給システムにおいては、排気系に直接空気を送り込むために空気ポンプや空気弁などの追加部品が必要でコスト面など不利な部分が多い。また、排気系に空気を入れることで排気ガスの温度が下がってしまうので、化学反応を促進するために多量の空気を導入しようとすると排気ガスの温度が下がり過ぎてかえって化学反応が抑制されてしまうという問題点もある。点火時期の遅角によって排気ガス温度を上昇させる方法は、触媒の昇温効果の面で他の方法に及ばない。

この発明は上記のような問題点に対処するためになされたもので、十分に気筒間の出力差を抑制することができ、運転性を維持しつつ、良好に触媒の早期活性化を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、機関の排気を浄化する排気浄化触媒を備えた内燃機関の制御装置において、機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記運転状態検出手段によって検出された運転状態に応じて燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段と、上記運転状態検出手段によって検出された運転状態に応じて吸気量を設定する要求吸気量設定手段と、上記機関の気筒のうち、所定の気筒の吸入混合気の空燃比を上記機関の冷機時に所定空燃比に対してリッチ側に設定すると共に、他の気筒の空燃比を所定空燃比に対してリーン側に設定する空燃比設定手段と、上記燃料供給量設定手段によって全気筒の燃料供給量を概ね均一となるように設定した状態で各気筒の空燃比が設定された値となるように上記要求吸気量を気筒毎に補正する気筒要求吸気量補正手段とを設けたものである。

この発明に係る内燃機関の制御装置は上記のように構成されているため、触媒を通過する排気ガスが所定周期毎にリッチとリーンとを繰り返すことになり、触媒にHC,COと酸素とを供給して化学反応を促進させ触媒の昇温を促すことにより早期に活性状態にすると共に、気筒間の発生トルクの変動を引き起こす最も大きな要因となる各気筒への燃料供給量をほぼ均一としたので、運転性能に影響するようなトルクの変動を抑制することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による内燃機関制御装置の全体構成を示すブロック図である。ここでは、直列４気筒の内燃機関（エンジン）において、個別吸気量制御手段として、各気筒の吸気管内で独立に駆動されるスロットル弁を備えた装置に適用した例を示している。なお、図１では、代表例として第１気筒のみの構成を具体的に示しているが、他の第２気筒〜第４気筒（図示せず）についても、同様に構成されていることは言うまでもない。

図１において、エンジン１には、複数の気筒に対応して、個別に吸気管２が設けられている。各気筒の吸気管２には、それぞれ、吸気量を制限するスロットル弁３と、スロットル弁３を開閉駆動するスロットルアクチュエ−タ４と、スロットル弁３の開度θを検出するスロットル開度センサ５と、燃料噴射弁６とが設けられている。また、スロットルアクチュエ−タ４、燃料噴射弁６は、それぞれ電子制御装置（以下、ＥＣＵという）１０からの駆動信号Ｄ４、Ｄ６により駆動されるようになっている。

ＥＣＵ１０には、気筒識別手段（クランク角検出センサなど）１１からの気筒識別信号Ｃと、スロットル開度センサ５からの検出信号（スロットル開度）θと、他の各種センサ（図示せず）からの検出信号とが入力されている。クランク角検出センサ１１は、エンジン回転数Ｎｅを示すパルス信号も生成し、上述した気筒識別信号Ｃと共にＥＣＵ１０に入力している。

各種センサ信号としては、冷却水温センサからの水温信号（エンジン１の冷却水温Tw）、吸気温センサからの吸気温信号（吸気温Ta）、エアフローセンサからの吸気量信号（吸気量Qa）、アクセルポジションセンサからのアクセルポジション信号（アクセルペダル踏み込み量α）などがあり、それぞれの信号が図１に示すようにＥＣＵ１０に入力されている。

また、エンジン１には、吸気管２への連通を開閉する吸気バルブ１２と、排気通路７への連通を開閉する排気バルブ１３と、気筒ごとの点火制御を行なう点火プラグ１４とが設けられている。点火プラグ１４は、ＥＣＵ１０からの点火信号Ｄ１４により駆動される。
さらに、排気通路７の下流側には、大気中に排出される排気ガスを浄化するための触媒コンバータ（以下、単に触媒という）１５が設けられている。

ここで、実施の形態１において、ＥＣＵ１０が行なう燃料噴射量設定、点火時期設定及び気筒ごとの吸気量設定の処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。これらの処理は所定の周期ごとに繰り返し実行されるものである。
まずステップＳ１０１で、各種センサ類の入力信号から機関回転速度Ne，アクセルペダル踏み込み量α、冷却水温Tw，吸気量Qa，充填効率Ec等を算出する。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で算出した各種情報にもとづいて、現在の運転状態でエンジンが発生することを期待されている駆動力にあたる要求トルク（要求Tq）を算出する。ここでは機関回転速度Ne，アクセルペダル踏み込み量α、冷却水温Twを引数とする関数Ftq(Ne,α,Tw)として算出する。具体的にはNeとαを引数とするMAPから基本となる要求トルクを算出すると共に、Twを引数とするMAPから水温補正係数を算出し、要求トルクと水温補正係数との乗算により要求Tqを算出する方法が一般に用いられている。

そしてステップＳ１0３では、この要求Tqからエンジンの吸気量制御をする上で基礎となる充填効率の制御目標値（目標基本Ec）を算出する。これはNe、要求Tq、Twを引数とする関数Fec(Ne,目標Tq,Tw)として算出され、例えばNeと要求Tqを引数とするMAPから読み出した値とTwを引数とするMAPから読み出した補正係数との乗算で算出するなどの方法がある。

ステップＳ１０４では、触媒昇温制御を実施する条件が成立しているかどうかを判断する。ここでは冷却水温Twが図３に記載の所定値Tw1とTwhとの間にある（Tw1≦Tw≦Twh）ことを判定し、YESの場合には触媒昇温制御実施条件が成立しているとして触媒昇温制御を行なうべく、ステップＳ１０５以下へ進む。NOの場合には、触媒昇温制御実施条件が成立していないと判断して、通常制御を行なうべくステップＳ１１２へ進む。

この実施の形態では上述のように、機関冷却水温を触媒昇温制御の実施条件としたが、触媒の温度を測定するセンサや触媒前後の排気ガス温度を検出する温度センサを装備して、これらの出力値を実施条件として用いる方法もある。

ステップＳ１０５以下が、この発明に関係する触媒昇温制御の処理について説明している部分である。ステップＳ１０５では、空燃比をリーンにする気筒、リッチにする気筒それぞれの目標空燃比を設定する。例えば図３に示すように機関冷却水温Twに応じて目標空燃比を設定する。次にステップＳ１０６で空燃比をリーンにする気筒とリッチにする気筒を設定する。例えば図４に示すように空燃比をリーンにする気筒とリッチにする気筒とを設定する。

ここで、空燃比の設定と、空燃比をリーンにする気筒とリッチにする気筒との設定について少し詳細に説明する。触媒昇温制御を実施する条件の中でも比較的高温側（Twm≦Tw≦Twh）では、図３に示すように、リーン側の目標空燃比とリッチ側の目標空燃比とは、それぞれの理論空燃比との差が等しくなるように設定してある。つまり、空燃比をリーンにした気筒で増量補正する吸気量と空燃比をリッチにした気筒で減量補正する吸気量とが等しくなるような設定としている。

この場合、各気筒の空燃比は図４（ｂ）に示すように、リッチにする気筒とリーンにする気筒とが交互になるように設定し、未燃成分（HC，CO）とそれに見合った量（理論空燃比相当）となる酸素とが交互に触媒に導入されるようにすることで酸化反応を促進し、触媒の昇温を促進する効果が得られる。

一方、低温側（Tw1≦Tw≦Twm）では、図３に示すように、リーン側の目標空燃比と理論空燃比との差が、リッチ側の目標空燃比と理論空燃比との差よりも小さく（リーン側がリッチ側の約半分に）設定してある。これは機関低温時には燃焼安定限界となるリーン側の空燃比が小さく（理論空燃比に近く）、リーン度合いを大きく設定できないためである。

この場合は図４（ａ）に示すように、１つの気筒の空燃比をリッチに設定した後、２つの気筒の空燃比をリーンに設定するようにしている。こうすることで、空燃比をリッチにした気筒から排出される未燃成分の量に対して、続くリーンにした２気筒分を合わせた酸素の量が理論空燃比相当となるように設定している。

ステップS１０７では空燃比をリッチ化する気筒の目標空燃比RTAFとステップＳ１０３で求めた目標基本Ecとから、吸入混合気の空燃比が目標空燃比RTAFとなる充填効率（リッチ化気筒目標Ec）を算出する。具体的には目標基本Ecは理論空燃比を想定して設定しているので、目標空燃比RTAFと理論空燃比との比を演算して、目標基本Ecに乗算することで算出できる。

例えば、目標基本Ec＝25％、RTAF＝12.5、理論空燃比＝14.7とした場合、リッチ化気筒目標Ec＝25％×12.5÷14.7＝21.26％となり、結果として吸気量を減量補正することになる。ステップＳ１０８では目標空燃比をリーンにした気筒の制御目標充填効率であるリーン化気筒目標Ecを算出する。このリーン化気筒目標Ｅｃは、ステップＳ１０７と同様に、リーン化する気筒の目標空燃比LTAFと理論空燃比との比を演算して目標基本Ecに乗算することで算出できる。

ステップＳ１０９では目標基本Ec、Neを引数とする関数Fqf(目標基本Ec,Ne)として基本燃料供給量を算出する。通常の制御であれば後述するステップＳ１１３のようにステップＳ１０１で求めたEcを用いて算出するが、ここでは目標基本Ecを用いる。これはこの発明の特徴である各気筒への燃料供給量を均一としつつ気筒ごとの吸気量を増減補正して目標とする空燃比が得られるようにするため、各気筒の実際の吸気量を表す充填効率Ecに応じて燃料供給量を決定するのではなく気筒ごとに増減補正する前の吸気量に応じて燃料供給量を決定する必要があるためである。こうすることによって各気筒の燃料供給量をほぼ均一とすることができ、トルク変動を抑制することにつながるのである。そしてこの基本燃料供給量に水温補正や空燃比帰還補正学習値などの各種補正を行って最終的な燃料供給量を決定する。ここでは各種補正係数をまとめたCtotalという係数を基本燃料供給量に乗算して求めることとする。

ステップＳ１１０で空燃比をリッチにした気筒について、またステップＳ１１１で空燃比をリーンにした気筒について、それぞれの点火時期を算出する。まず基本となる点火時期を、充填効率Ec，機関回転数Ne，機関冷却水温度Twを引数とする関数Figt(Ec,Ne,Tw)として算出する。具体的にはEc，Neを引数としてMAP検索により求めた値に、Twを引数とするMAP検索で求めた補正係数を乗算することにより算出する。

このようにして求めた基本点火時期に対して空燃比をリッチにした気筒、空燃比をリーンにした気筒それぞれの点火時期遅角補正量を求めて遅角補正し、最終的な点火時期IGTr（空燃比をリッチにした気筒）をステップS１１０で、またIGTl（空燃比をリーンにした気筒）をステップＳ１１１でそれぞれ算出する。ここではリッチ気筒、リーン気筒それぞれの燃焼安定限界まで遅角されるように設定する。こうすることで排気ガスの温度が高くなり触媒に供給する熱量が増大するので、触媒の昇温効果が更に大きくなる。

点火時期を燃焼安定限界まで遅角設定するための遅角補正量はEc，Ne，Twを引数とする関数Fretr(Ec,Ne,Tw) ,Fretl(Ec,Ne,Tw)としているが、これらの3つの引数によるMAP検索などにより求めるものとする。燃焼安定限界となる点火時期はEc，Ne，Twの他に空燃比が大きく影響するが、実施の形態１においては各気筒の空燃比はステップS１０５においてTwに対して一意に決定するようにしているので、ここではTwのみを引数として使用すれば空燃比による影響も考慮した遅角補正量の設定が可能となる。

点火時期を燃焼安定限界まで遅角設定するための遅角補正量を求めるMAPの値は、車両開発段階での車両試験やエンジン単体での試験などによって決定すればよい。具体的には、各気筒の空燃比を図３、図４に示す空燃比に設定した上で、点火時期を基本点火時期から徐々に遅角させていき、エンジンの振動や回転変動が許容値を超えてしまう点火時期を調べる。この時の点火時期から若干（例えばクランク角で３度程度）進角側の点火時期設定となるように、遅角補正量を求めるMAPの値を設定すればよい。

また、上記のように予め遅角補正量を設定する以外にも、気筒内で混合気が燃焼する時に発生するイオン電流を検出するセンサや、気筒内の圧力を検出するセンサを装備し、これらのセンサの検出値にもとづいて燃焼安定限界を検出する方法やエンジンの回転速度の変動等から燃焼安定限界を検出する方法も考案されており、これらを用いれば、車両運転中に基本点火時期から徐々に遅角していって燃焼安定限界を検出した時点でそれ以上遅角しないように構成することも可能である。

ステップS１０４で触媒昇温制御実施条件が成立していると判断された場合は、以上のステップＳ１０５〜Ｓ１１１の処理によって触媒昇温制御を実施する際の各気筒の目標充填効率、燃料供給量、点火時期が決定される。そして最後にステップＳ１１５ヘ進んで、各気筒に対応して設置されているスロットル弁を制御するための目標スロットル開度（目標Th）を各気筒の制御目標充填効率である目標Ec、機関回転数Neの関数Fth（目標Ec、Ne）として算出して全ての処理を終了する。目標Thの算出は目標EcとNeを引数とするMAP検索等の方法が一般的である。

一方、ステップS１０４で触媒昇温制御実施条件が成立していないと判断された場合は、通常の吸気、燃料、点火時期制御をステップS１１２〜S１１４に従って処理することになる。ステップS１１２で各気筒の目標Ｅｃを設定するが、ここでは各気筒の目標空燃比を個別に設定しないので、目標基本Ecをそのまま代入する。次にステップS１１３で燃料供給量を算出する。ここでは充填効率Ec、機関回転数Neを引数として、ステップＳ１０９と同様に、関数Fqf(Ec,Ne)から算出した値に、水温補正や空燃比帰還補正値、空燃比帰還補正学習値などの各種補正としてCtotalを乗算して最終的な燃料供給量を決定する。

ステップS１１４ではステップＳ１１０と同様に充填効率Ec，機関回転数Ne，機関冷却水温度Twを引数とする関数Figt(Ec,Ne,Tw)として点火時期IGTを算出する。ここでは遅角補正を行なわないのでこの値がそのまま点火時期となる。最後はステップS１１５に進み各気筒に対応するスロットル弁の目標開度を算出して全ての処理を終了する。

実施の形態１は上記のように構成され、気筒間に空燃比差を設けて触媒の酸化反応を促進し、触媒温度の昇温を促して早期活性化を図るようにした場合において、各気筒への燃料供給量をほぼ均一とした状態で気筒ごとに吸気量を増減補正することにり気筒間に空燃比差を設けるようにしたので、各気筒の内部へ投入されるエネルギー量が均一となり、従来装置に比してより一層出力段差の抑制効果を高めることができる。また、併せて、点火時期も遅角させるようにして排気温度を高めるようにしたので、さらに触媒の昇温を促す効果が期待でき、早期活性化をより一層促進することができる。

なお、実施の形態１では、点火時期の遅角制御も併せて行なう構成について説明したが、気筒ごとの吸気量増減補正のみを行なうようにしても触媒の昇温効果は十分に得られ、各気筒の点火時期を燃焼安定限界近くまで遅角することによるトルク変動要因が無くなることから機関のトルク変動をさらに良好に抑制することができるので、吸気量制御のみを行なわせる構成としてもよい。

また、実施の形態１において、空燃比をリッチにした気筒、リーンにした気筒に関わらず点火時期を燃焼安定限界まで遅角させた場合において、トルク変動抑制効果を優先させたい時には、空燃比をリッチにした気筒、リーンにした気筒いずれか一方の気筒を燃焼安定限界まで遅角させ、他方の気筒の点火時期を各気筒の発生トルクが等しくなるような時期に設定してもよい。具体的には、図２に示すフローチャートのステップS１１０，１１１における点火時期の遅角補正量を算出する関数Fretr(Ec,Ne,Tw) ,Fretl(Ec,Ne,Tw)に相当するMAPの値を以下のような方法で設定することで容易に実現できる。

車両開発段階におけるエンジン単体での試験などの際に空燃比をリッチにして点火時期を燃焼安定限界まで遅角させた場合の機関発生トルクと空燃比をリーンにして点火時期を燃焼安定限界まで遅角させた場合の機関発生トルクとを比較して、発生トルクが大きかった方の空燃比にした気筒の点火時期が燃焼安定限界となるように遅角補正量算出用のMAPの値を設定する。そして点火時期を燃焼安定限界まで遅角させた場合の発生トルクが小さかった方は、点火時期を燃焼安定限界よりも進角側にする（遅角量を小さくする）ことで発生トルクを増大させ、両者の発生トルクの差がより小さくなる点火時期となるように遅角補正量算出用のMAPの値を設定する。このようにして空燃比をリッチにした気筒、リーンにした気筒それぞれの点火時期の遅角補正量を算出するMAPの値を設定しておけば、機関のトルク変動を非常に小さくすることができ、トルク変動の抑制効果と触媒の早期活性化の効果を最大限に引き出すことが可能となる。

さらに、実施の形態１では、空燃比をリッチにした気筒で減量補正する吸気量と、リーンにした気筒で増量補正する吸気量とが全体として等しくなるような空燃比設定としたが、例えばリッチ側の空燃比を若干理論空燃比に近い値として、触媒に流入する排気ガス全体として若干酸素過剰となるような空燃比設定としてもよい。具体的には、図２のフローチャートのステップS１０５において図３のリッチ側の目標空燃比RTAFを若干（例えば空燃比で0.6程度）理論空燃比に近い側（図３では上方）に設定したり、ステップS１０７でリッチ化気筒目標Ecを算出する際にRTAFに所定の係数（例えば1.05程度）を乗算してから演算したりすることで実現できる。

触媒が低温で不活性な状態にある時は酸素過剰雰囲気とした方が酸化反応の活性化が早まることが知られており、これにより機関冷機始動直後に問題となる未燃成分（HC，CO）の大気への放出量をより少なくする効果が期待できる。この場合、NOxの還元反応の活性化が遅れる懸念があるが、機関冷機状態ではNOxの排出量は元々少ないため、未燃成分の酸化反応促進を優先させることによる排気ガスの浄化への効果は大きい。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。内燃機関制御装置の全体構成については、図１のブロック図に示す実施の形態１と同一であるため、図示及び説明を省略する。

実施の形態１では空燃比をリッチに設定した気筒の吸気量を減量補正する一方、空燃比をリーンに設定した気筒の吸気量を増量補正することで、各気筒の空燃比が所望の空燃比となるようにしたが、実施の形態２では、各気筒の燃料供給量を概ね均一としながらも空燃比がリッチとなるような燃料供給量に設定する。そのうえで、触媒の早期活性化を促すために所定周期ごとに触媒に流入する排ガスがリッチとリーンとを繰返すようにするために、空燃比をリーンに設定した気筒の吸気量を増量し、空燃比がリッチになるような燃料供給量とした気筒に対して、吸気量を増量補正した結果空燃比がリーンとなるようにするものである。

実施の形態２の特徴を、ECU１０が行なう燃料噴射量設定、点火時期設定及び気筒ごとの吸気量設定の処理について図５に示すフローチャートを用いて説明する。

図５のフローチャートは、実施の形態１における図２のフローチャートの一部を変更した形となっており、図２と同内容のステップについては図２のステップ番号と同じステップ番号を付して説明を省略する。図２と異なるステップはステップＳ２０７〜Ｓ２０９である。即ち、機関冷機状態において空燃比を気筒ごとに設定する処理のなかで、空燃比をリッチ化する気筒の目標充填効率（リッチ化気筒目標Ec）及び空燃比をリーン化する気筒の目標充填効率（リーン化気筒目標Ｅｃ）を算出するステップと各気筒への燃料供給量（Ｑfuel）を算出するステップとが相違している。以下、この変更されたステップでの処理について説明する。

まず、実施の形態１の図２と同様にステップS１０１〜S１０６で運転状態を示す各種変数を算出し、触媒の昇温制御を実施すべき条件であった場合、空燃比をリッチ化する気筒とリーン化する気筒双方の目標空燃比を算出し、それぞれの目標空燃比とする気筒を決定する。そしてステップS２０７で空燃比をリッチ化する気筒の目標充填効率を算出する。この点は図２のステップS１０７と同様であるが、算出の方法が異なる。実施の形態２では、各気筒の燃料供給量は後述するステップＳ２０９で算出しているが、目標基本Ecに対して空燃比がリッチになるように燃料供給量を算出している。このため、ステップS２０７では空燃比をリッチ化する気筒のリッチ化気筒目標Eｃは目標基本Ｅｃをそのまま代入すればよい。

次にステップＳ２０８にて空燃比をリーン化する気筒の目標充填効率であるリーン化気筒目標Ｅｃを算出する。上述のように、燃料の供給量は空燃比がリッチとなるように設定してあるため、その分を考慮してなお空燃比がリーンとなるように、目標基本Ecを増量補正してリーン化気筒目標Ecを算出する必要がある。具体的には目標基本Ecであれば空燃比をリッチ化する気筒の目標空燃比であるRTAFとなるように燃料供給量を決めるので（ステップＳ２０９で後述）、空燃比をリーン化する気筒の目標空燃比であるLTAFとRTAFとの比を演算して、これを目標基本Ｅｃに乗算することによって算出するようにしている。例えば、目標基本Ec＝25％、RTAF＝１３、LTAF＝16.5とした場合、リッチ化気筒目標Ec＝25％×16.5÷13＝31.73％となり、結果として吸気量を増量補正することになる。

そして、ステップＳ２０９にて各気筒への燃料供給量を算出する。このステップも図２のステップＳ１０９とは算出の方法が異なるだけである。図２において燃料供給量は目標基本Ecに対して理論空燃比となるような設定であったので、これと同様に算出した燃料供給量に対して空燃比がリッチとなるように補正演算することにする。具体的には目標基本Ec、Neを引数とする関数Fqf(目標基本Ec,Ne)として基本燃料供給量を算出し、これに理論空燃比とリッチ側の目標空燃比RTAFとの比を乗算して、そこに各種補正係数Ctotalを乗算して算出する。

その後はステップS１１０，S１１１にて各気筒の点火時期を算出し、ステップS１１５で各気筒に対応するスロットルの目標開度を算出して処理を終了する。また、ステップS１０４にて触媒の昇温制御を実施すべき条件が成立していなかった場合は、ステップＳ１１２〜Ｓ１１４により図２と同一の処理を行なうことになる。

一般に機関冷機時は燃焼が不安定になりやすく、特に吸気量が小さいと不安定になりやすいことが知られている。よって吸気量を減量補正すると、吸気量が小さくなり過ぎて燃焼が不安定になりトルク変動を誘発する懸念がある。これに対して、実施の形態２のように構成すれば、燃料供給量を一律増量補正して基本となる空燃比をリッチ化しつつ空燃比をリーン化する気筒だけ吸気量を増やすことになるので、空燃比をリッチ化する気筒の吸気量を減量補正すること無しに触媒を早期に活性化するための昇温促進制御を行なえるので、吸気量が小さくなり過ぎて燃焼が不安定になる懸念を払拭できるという効果が得られる。

また、実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせて、燃料の供給量を空燃比がリッチになるように設定しつつ、その空燃比は空燃比をリッチ化する気筒の目標空燃比よりも若干理論空燃比に近い値として、空燃比をリッチ化する気筒の吸気量を若干減量補正し、空燃比をリーン化する気筒は吸気量を大きく増量するような構成にしても同様の効果を得ることが出来る。

上記各実施の形態では各気筒の吸気管にスロットル弁を設けた構成を前提として説明したが、例えば、吸気バルブ１２を電磁式のアクチュエータで直接駆動してバルブリフト量や開弁期間を連続的に可変する機構を用いても、気筒ごとに吸気量を増減補正して気筒間に空燃比差を設けることができるので、上述した各実施の形態と同様な効果を期待することができる。

また、例えば特開２００４−１７６６４４の図２,図３に記載されているような全気筒の吸気バルブの最大バルブリフト量と開弁期間を一括して連続的に可変する機構を用いても、各気筒の吸気行程に対応する期間ごとに設定する目標バルブリフト量を、気筒ごとに増減補正した吸気量に対応する値に設定すれば、やはり同様に気筒ごとに吸気量を増減補正して気筒間に空燃比差を設けることができるので、上述した各実施の形態と同様な効果を期待することができる。

この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の全体構成を示すブロック図である。実施の形態１における内燃機関の制御手順を説明するためのフローチャートである。実施の形態１におけるリッチ気筒、リーン気筒の空燃比特性を示す説明図である。実施の形態１における各気筒の空燃比設定の一例を示す図である。実施の形態２における内燃機関の制御手順を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１エンジン、２吸気管、３スロットル弁、
４スロットルアクチュエ−タ、５スロットル開度センサ、６燃料噴射弁、
７排気通路、８クランク軸、９エアフローセンサ、１０ＥＣＵ、
１１クランク角検出センサ、１２吸気バルブ、１３排気バルブ、
１４点火プラグ、１５触媒。

Claims

機関の排気を浄化する排気浄化触媒を備えた内燃機関の制御装置において、機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記運転状態検出手段によって検出された運転状態に応じて燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段と、上記運転状態検出手段によって検出された運転状態に応じて吸気量を設定する要求吸気量設定手段と、上記機関の気筒のうち、所定の気筒の吸入混合気の空燃比を上記機関の冷機時に所定空燃比に対してリッチ側に設定すると共に、他の気筒の空燃比を所定空燃比に対してリーン側に設定する空燃比設定手段と、上記燃料供給量設定手段によって全気筒の燃料供給量を概ね均一となるように設定した状態で各気筒の空燃比が設定された値となるように上記要求吸気量を気筒毎に補正する気筒要求吸気量補正手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
上記空燃比が所定空燃比に対してリッチ側に設定された気筒とリーン側に設定された気筒のそれぞれの点火時期を遅角側の燃焼安定限界付近に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
上記空燃比が所定空燃比に対してリッチ側に設定された気筒とリーン側に設定された気筒のうち、発生トルクが大きくなる方の気筒の点火時期を、遅角側の燃焼安定限界付近に設定すると共に、他方の気筒の点火時期を、遅角側の燃焼安定限界よりも進角側に設定して気筒間の出力差を抑制するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
上記気筒要求吸気量補正手段は、空燃比が所定空燃比に対してリッチ側に設定された気筒で減量補正する吸気量と、空燃比が所定空燃比に対してリーン側に設定された気筒で増量補正する吸気量とが等しくなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
上記気筒要求吸気量補正手段は、空燃比が所定空燃比に対してリッチ側に設定された気筒で減量補正する空気量よりも空燃比が所定空燃比に対してリーン側に設定された気筒で増量補正する空気量の方が多くなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
上記燃料供給量設定手段は、機関冷機時に、上記要求吸気量設定手段によって設定された吸気量に対して空燃比がリッチとなるように燃料供給量を設定し、気筒要求吸気量補正手段は、リーン側に設定される気筒の要求吸気量を増量補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。