JP2010001861A

JP2010001861A - 多気筒エンジンの空燃比制御方法

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Publication number: JP2010001861A
Application number: JP2008163195A
Authority: JP
Inventors: Hajime Suetsugu; 元末次
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-06-23
Also published as: JP5157672B2

Abstract

【課題】可変バルブ機構を備えた多気筒エンジンに生じ得る気筒間の空燃比のばらつきを効果的に抑制する。
【解決手段】吸気バルブ１５の開閉特性を変更する可変バルブ機構２０を備えた多気筒エンジンの空燃比を制御するにあたり、各気筒１１〜１４から排出された排気ガスに基づいて気筒１１〜１４ごとの空燃比を個別に検出する処理（Ｓ９）と、検出された各気筒１１〜１４の空燃比に基づいて、気筒１１〜１４ごとに設けられた燃料噴射弁２５からの燃料の噴射量を、気筒１１〜１４間の空燃比のばらつきが減少するように制御する処理（Ｓ１５）とを行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、吸気バルブの開閉特性を変更する可変バルブ機構を備えた多気筒エンジンの空燃比を制御する方法に関する。

従来、下記特許文献１に示されるように、多気筒エンジン（多気筒内燃機関）の各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁と、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段とを備えた多気筒エンジンの燃料供給装置において、上記燃料噴射量設定手段により設定された燃料噴射量を気筒ごとの空燃比のばらつきに応じて補正するとともに、この補正された量の燃料を上記燃料噴射弁によりそれぞれの気筒に供給することが行われている。

より具体的に、この特許文献１に開示された燃料供給装置では、各気筒に対応した燃料噴射量補正係数をエンジンのコントロールユニットにあらかじめ記憶させておき、この補正係数を用いて、全気筒に対し共通に算出された燃料噴射量を個別に補正することにより、それぞれの気筒に対し適切な燃料噴射量を供給し、空燃比のばらつきを抑制するようにしている。
実開平１−５８７４４号公報

ところで、最近のエンジンでは、吸排気バルブの開閉特性（バルブのリフト量や開閉タイミング）を変更する可変バルブ機構が装備されることが多くなっており、このような可変バルブ機構を備えたエンジンでは、可変バルブ機構の製造誤差や経年劣化等に起因して、気筒間で吸気量のばらつきが生じることが懸念される。しかしながら、このような可変バルブ機構の製造誤差等に起因した吸気量のばらつきは、エンジンの個体ごとに異なると考えられ、また経時的にも変化するはずである。したがって、気筒ごとにあらかじめ補正係数を決定しておく上記特許文献１の手法では、上記のような吸気量の誤差に起因した空燃比のばらつきを抑制することは困難であり、燃焼状態が気筒間で異なることによるエミッション性の悪化等を招くおそれがあった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、可変バルブ機構を備えた多気筒エンジンに生じ得る気筒間の空燃比のばらつきを効果的に抑制することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、吸気バルブの開閉特性を変更する可変バルブ機構を備えた多気筒エンジンの空燃比を制御する方法であって、各気筒から排出された排気ガスに基づいて気筒ごとの空燃比を個別に検出する空燃比検出処理と、この空燃比検出処理で検出された各気筒の空燃比に基づいて、気筒ごとに設けられた燃料噴射弁からの燃料の噴射量を、気筒間の空燃比のばらつきが減少するように制御する噴射量制御処理とを含むことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、各気筒から排出された排気ガスに基づき個別に空燃比を検出し、この検出空燃比のばらつきに基づいて各気筒への燃料噴射量を制御するようにしたため、可変バルブ機構の製造誤差や経年劣化等による吸気バルブの開閉特性の相違に起因して各気筒への吸入空気量にばらつきが生じている場合でも、それに合わせて各気筒への燃料噴射量を個別に調整することにより、気筒間の空燃比のばらつきを効果的に抑制することができ、燃焼状態の均一化によるエミッション性の改善等を図ることができる。

上記噴射量制御処理では、上記空燃比検出処理で検出された各気筒の空燃比がそれぞれ所望の空燃比となるように、上記燃料噴射弁からの燃料の噴射量を制御することが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、各気筒の空燃比をエンジンの設計上最適な値に維持することにより、エミッション性のさらなる改善等を図ることができる。

上記可変バルブ機構として、エンジンの運転状態に応じて吸気バルブのリフト量を変更する可変バルブリフト機構を備えたものを用いた場合、この可変バルブリフト機構により吸気バルブのリフト量が相対的に小さく設定される低リフト領域にあるときに、上記空燃比検出処理を実行して気筒ごとの空燃比を検出することが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、吸気バルブのリフト量が小さく各気筒への吸入空気量がばらつき易い状況下で気筒ごとの空燃比を検出し、その検出空燃比に基づいて各気筒への燃料噴射量を制御することにより、吸入空気量がばらつき易い状況下でもそのばらつきに応じた適正量の燃料を供給することができ、気筒間の空燃比のばらつきをより効果的に抑制できるという利点がある。

上記低リフト領域に対応するエンジンの運転領域は、低回転・低負荷域であることが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、エンジンの出力がそれ程必要ないときに吸気バルブのリフト量を小さくして吸入空気量を減らし、ポンピングロスの低減による燃費の向上等を図りつつ、各気筒への燃料噴射量を適正に制御して空燃比のばらつきを抑制できるという利点がある。

上記構成において、エンジンの運転状態が、上記低リフト領域に対応する領域以外にある場合には、上記低リフト領域のときに検出された各気筒の空燃比と上記所望の空燃比とのずれ量に基づいて、現在の運転状態に対応する空燃比のずれ量を推定し、そのずれ量が減少するように、上記噴射量制御処理での燃料の噴射量を決定することが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、吸気バルブのリフト量がある程度大きいために吸入空気量のばらつきが小さいと予想される状況下で、推定値に基づいた比較的簡便な方法で燃料の噴射量を制御することにより、状況に応じた必要な精度で効率よく空燃比の均一化を図ることができるという利点がある。

以上説明したように、本発明の多気筒エンジンの空燃比制御方法によれば、可変バルブ機構を備えた多気筒エンジンに生じ得る気筒間の空燃比のばらつきを効果的に抑制することができる。

図１および図２は、本発明にかかる多気筒エンジンの空燃比制御方法が適用されるエンジンの一例を示す概略図である。本図に示されるエンジンは直列４気筒型エンジンであり、そのエンジン本体１には、４つの気筒１１〜１４が列状に並ぶように設けられている。各気筒１１〜１４にはそれぞれピストン３が装填されており、このピストン３の上方に燃焼室５が形成されている。なお、図２において符号６は、上記ピストン３の上下動に応じて回転するクランクシャフトである。

上記エンジン本体１の各気筒１１〜１４には、燃焼室５の頂部付近に開口する吸気ポート７および排気ポート８が、気筒１１〜１４ごとに２つずつ設けられている。上記吸気ポート７および排気ポート８には、吸気通路２３および排気通路２４の各端部がそれぞれ接続されており、これら吸排気通路２３，２４と各気筒１１〜１４の燃焼室５とが、上記吸気ポート７および排気ポート８を介して互いに連通している。なお、図１では、排気通路２４のみを図示して吸気通路２３については図示を省略している。

また、上記各気筒１１〜１４には、吸気ポート７および排気ポート８をそれぞれ開閉するための吸気バルブ１５および排気バルブ１６が設けられている。これら吸排気バルブ１５，１６は、エンジン本体１の上部に配設されたカムシャフト１７，１８等からなる動弁機構によってそれぞれ開閉駆動される。

上記カムシャフト１７，１８のうち、上記吸気バルブ１５および排気バルブ１６の位置に対応した軸方向の複数個所には、吸気カム１７ａおよび排気カム１８ａが取り付けられており、これら各カム１７ａ，１８ａが上記カムシャフト１７，１８を中心に揺動もしくは回転することにより、上記吸排気バルブ１５，１６が開閉方向に往復駆動されるようになっている。なお、上記カムシャフト１７，１８は、図外のカムチェーン等を介してクランクシャフト６と連動連結されており、クランクシャフト６に対し１／２の速度で回転駆動される。

上記吸排気バルブ１５，１６を開閉するための動弁機構のうち、吸気バルブ１５用の動弁機構には、その開閉特性を変更するための可変バルブ機構２０が採用されている。具体的に、当実施形態のエンジンには、上記クランクシャフト６に対するカムシャフト１７の回転位相を変更することにより、上記吸気バルブ１５の開閉タイミング（位相角度）をエンジンの運転状態に応じて変更する可変バルブタイミング（Variable Camshaft Timing）機構としてのＶＣＴ２１と、上記カムシャフト１７に取り付けられた吸気カム１７ａの揺動軌跡を各種リンク等の作動に応じて変更することにより、上記吸気バルブ１５のリフト量（開弁量）をエンジンの運転状態に応じて無段階で変更する可変バルブリフト（Variable Valve Event）機構としてのＶＶＥ２２とが装備されており、これらＶＣＴ２１およびＶＶＥ２２により、上記可変バルブ機構２０が構成されている。なお、上記ＶＣＴ２１およびＶＶＥ２２には、従来周知のものを適用可能であり、その具体例としては、例えば特開２００６−９７６４７号公報に開示されたものが挙げられる。

図３は、上記可変バルブ機構２０が採用された動弁機構により開閉される吸気バルブ１５の開閉特性を示す図である。具体的に、図３では、クランク角と吸気バルブ１５のリフト量との関係を示しており、横軸の「ＴＤＣ」はピストン３が上死点にあるときのクランク角を、「ＢＤＣ」はピストン３が下死点にあるときのクランク角をそれぞれ示している。

上記図３の特性図において、リフトカーブＬ１は、吸気バルブ１５のリフト量が最も小さいときの最小リフト制御状態を示しており、リフトカーブＬ２は、吸気バルブ１５のリフト量が最も大きいときの最大リフト制御状態を示している。上記ＶＣＴ２１およびＶＶＥ２２からなる可変バルブ機構２０は、上記吸気バルブ１５の開閉特性を、エンジンの運転状態に応じて、上記２つのリフトカーブＬ１，Ｌ２の間で連続的に変化させる。すなわち、ＶＶＥ２２が吸気バルブ１５のリフト量を変化させ、ＶＣＴ２１が吸気バルブ１５の開閉タイミングを変化させることにより、吸気バルブ１５の開閉特性が図３に示すような範囲内で連続的に変化するようになっている。なお、図３の例では、バルブリフト量が小さくなるにつれて、リフトピークの位置が徐々に進角側にずれるように制御される。

図３において符号Ｓで示す領域は、吸気バルブ１５のリフト量が相対的に小さく設定される低リフト領域を表わしている。また図４は、エンジンの運転状態と各種制御形態との対応関係を説明するための図である。これらの図によると、上記吸気バルブ１５の開閉特性が低リフト領域Ｓに設定されるのは、エンジンが低回転かつ低負荷域にあるときである。すなわち、エンジンの低回転・低負荷域で吸気バルブ１５の開閉特性を低リフト領域Ｓに設定することにより、吸入空気量を減らしてポンピングロスを低減し、燃費の向上等を図るようにしている。

再び図１および図２に戻って、エンジンの全体構成について説明する。上記エンジン本体１には、燃焼室５の側方から内部に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２５と、この燃料噴射弁２５から噴射された燃料と吸入空気との混合気を燃焼室５内で着火させるための点火プラグ２６とが（いずれも図２参照）、気筒１１〜１４ごとにそれぞれ１つずつ設けられている。なお、上記燃焼噴射弁２５からの燃料噴射量は、後述するＥＣＵ５０によって個別に制御され、燃料の噴射量を気筒１１〜１４ごとに適宜増減し得るように構成されている。

また、上記エンジン本体１には、クランクシャフト６の回転角度を検出するためのクランク角センサ２８と、吸気側のカムシャフト１７の回転角度を検出するためのカム角センサ２９とが設けられている。これら各センサ２８，２９は、例えば、クランクシャフト６またはカムシャフト１７と一体に回転するパルサ（外周に歯を有した円板状の部材）の歯の通過を電磁的に読み取ることにより、クランクシャフト６またはカムシャフト１７の回転角度を検出する電磁式の角度センサとして構成されている。なお、エンジン本体１には、さらに、エンジンの冷却水の温度を検出するための水温センサ３０が設けられている。

上記吸気通路２３には、その内部を通過して燃焼室５に導入される吸入空気の流量（吸入空気量）を検出するためのエアフローセンサ３１と、吸入空気量を調節するためのスロットルバルブ３３とが、上流側から順に設けられている。なお、図１および図２において符号３５は、吸入空気の脈動を低減するためのサージタンクである。

上記排気通路２４の途中部には、従来周知の三元触媒が内蔵された触媒コンバータ３７が設けられており、上記排気通路２４を通じて導出された排気ガス中の有害成分（ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘ）が、上記触媒コンバータ３７内の３元触媒によって浄化されるようになっている。また、上記触媒コンバータ３７の上流側には、エンジンの空燃比を算出するために排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ３９が設けられている。このＯ₂センサ３９は、例えば、酸素濃度の変化を電圧値の変化として検出し、その電圧信号を後述するＥＣＵ５０に出力するいわゆるリニア酸素センサとして構成されている。

次に、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンには、従来周知のＣＰＵや各種メモリ等からなるＥＣＵ５０が設けられており、このＥＣＵ５０により、エンジンの動作が統括的に制御されるようになっている。具体的に、ＥＣＵ５０は、上記クランク角センサ２８、カム角センサ２９、エアフローセンサ３１、Ｏ₂センサ３９等の各種センサ類からの検出信号を受け付けるとともに、それによって得られる各種制御情報に基づいて、燃料噴射弁２５から噴射される燃料噴射量の制御、点火プラグ２６の点火時期の制御、吸気バルブ１５の開閉タイミングやリフト量の制御等の、種々の制御動作を実行するように構成されている。

上記ＥＣＵ５０は、その機能要素として、運転状態判別部５１、バルブ制御部５２、気筒別空燃比検出部５３、および燃料噴射量制御部５４を有している。

上記運転状態判別部５１は、エアフローセンサ３１から入力される吸入空気量の検出値や、クランク角センサ２８からの入力信号に基づき算出されるエンジン回転速度（ｒｐｍ）等に基づいて、エンジンの運転状態を判別するものである。

上記バルブ制御部５２は、上記運転状態判別部５１によって判別されたエンジンの運転状態に基づき、その運転状態に応じた適正な開閉特性で上記吸気バルブ１５が作動するように、上記可変バルブ機構２０を制御するものである。例えば、エンジンの運転状態が低回転・低負荷域にあるときには、上記可変バルブ機構２０のＶＣＴ２１およびＶＶＥ２２に、上記吸気バルブ１５のリフト量を小さくし、かつリフトピーク位置を進角側にずらすような制御を行わせることにより、上記吸気バルブ１５の開閉特性を図３の低リフト領域Ｓの範囲に設定する。

上記気筒別空燃比検出部５３は、上記クランク角センサ２８、カム角センサ２９、およびＯ₂センサ３９から入力される検出信号に基づいて、各気筒１１〜１４ごとの空燃比を個別に検出するものである。具体的に、上記気筒別空燃比検出部５３は、クランクシャフト６が１回転する度に（つまり半行程おきに）クランク角センサ２８から入力される基準信号と、上記クランクシャフト６の１／２の速度で回転するカムシャフト１７が１回転する度に（つまり１行程おきに）カム角センサ２９から入力される基準信号との時期的な関係に基づいて、上記各気筒１１〜１４のうち何番目の気筒が排気行程にあるかを特定する。そして、ある特定の気筒が排気行程にあると判断されたときに（より正確には排気行程が開始されてから所定の遅れ時間が経過したときに）、上記Ｏ₂センサ３９から入力される酸素濃度の値に基づいて空燃比を算出し、このときの空燃比を、上記特定の気筒の空燃比として記憶する。

上記燃料噴射量制御部５４は、燃料噴射弁２５から各気筒１１〜１４の燃焼室５に噴射される燃料の量を、気筒１１〜１４ごとに個別に制御するものである。具体的に、燃料噴射量制御部５４は、上記気筒別空燃比検出部５３で検出された各気筒１１〜１４の空燃比に基づいて、各気筒１１〜１４の空燃比のばらつきを調べ、ばらつきがある場合には、燃料噴射弁２５から各気筒１１〜１４に対し次回噴射される燃料の量を、上記空燃比のばらつきを減少させる方向に補正する。なお、詳細は後述するが、当実施形態では、各気筒１１〜１４の空燃比がそれぞれ理論空燃比に一致するように上記燃料噴射弁２５からの燃料噴射量を調整することにより、上記各気筒１１〜１４の空燃比のばらつきを減少させるようにしている。

ただし、当実施形態において、上記のような燃料噴射量の補正制御は、図４に示すように、エンジンの運転状態が全負荷ラインＡＬの近傍を除いた運転領域Ｔにあるときにのみ実行される。すなわち、全負荷ラインＡＬの近傍（つまり運転領域Ｔよりも外側の領域）では、エンジンの出力を稼ぐことが優先され、より多くの燃料が噴射されて空燃比がリッチ寄りに設定されるため、各気筒１１〜１４の空燃比を理論空燃比に一致させるように燃料噴射量を補正するといった上記のような制御を行う必要はない。そこで、上記のような燃料噴射量の補正制御は、エンジンの全負荷ラインＡＬの近傍を除いた上記運転領域Ｔでのみ実行される。ただし、エンジンの運転状態が上記運転領域Ｔにある場合でも、例えばエンジンの冷間時には、空燃比がリッチ寄りに設定されるため、やはり燃料噴射量の補正制御は実行されない。なお、以下では、上記のように理論空燃比を目標として燃料噴射量を補正する制御が実行される運転領域Ｔを、理論空燃比領域Ｔと称する。

次に、燃料噴射量の補正制御のより具体的な内容について説明する。当実施形態では、燃料の噴射量を決定するにあたり、エンジンの運転状態に応じた２種類の制御手法を使い分けるようにしている。すなわち、エンジンの運転状態が上記理論空燃比領域Ｔの範囲内にある場合でも、吸気バルブ１５のリフト量が小さくなる低リフト領域Ｓの範囲内であるか否かによって（つまりエンジンが低回転・低負荷域であるか否かによって）、制御の具体的手法が以下の（Ａ）（Ｂ）のように異なる。

（Ａ）低リフト領域Ｓのとき
まず、エンジンの運転状態が、上記吸気バルブ１５のリフト量が小さくなる低リフト領域Ｓに対応する領域にあるときの制御内容について説明する。この場合、燃料噴射量制御部５４は、上記気筒別空燃比検出部５３によって実際に検出された各気筒１１〜１４の空燃比に基づいて、燃料噴射弁２５からの燃料噴射量を決定する。例えば、エンジンの回転速度が上記低リフト領域Ｓに対応する低めの回転速度にあったときに、上記気筒別空燃比検出部５３によって検出された各気筒１１〜１４の空燃比が、図５に示すようなばらつきをもっていたとする（横軸の番号＃１〜＃４は気筒番号を表わしている）。すると、上記燃料噴射量制御部５４は、このようにして得られた各気筒１１〜１４の空燃比のばらつきを、次に各気筒１１〜１４に対し噴射すべき燃料の量を決定する際に補正することにより、各気筒１１〜１４の空燃比が理論空燃比の近傍で一定になるように制御する。なお、以下では、図５中の気筒番号＃１〜＃４と、図１および図２に示した気筒１１〜１４との対応関係として、気筒１１を１番気筒（＃１）、気筒１２を２番気筒（＃２）、気筒１３を３番気筒（＃３）、気筒１４を４番気筒（＃４）とする。

図５において、例えば１番気筒１１（＃１）は、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側にずれているため、上記燃料噴射量制御部５４は、次に１番気筒１１に燃料を噴射する際に、上記ずれ量の分だけ噴射量を減ずることにより、同気筒１１の空燃比を理論空燃比に一致させるように制御する。これに対し、例えば３番気筒１３（＃３）は、空燃比が理論空燃比よりもリーン側にずれているため、次に同気筒１３に対し燃料を噴射する際には、このずれ量の分だけ噴射量が増やされる。そして、このようにして燃料の噴射量が各気筒１１〜１４ごとに補正されることにより、次回行われる燃焼からは、各気筒１１〜１４の空燃比がより理論空燃比に近づき、気筒１１〜１４間の空燃比のばらつきが減少することになる。

（Ｂ）低リフト領域Ｓ以外のとき
次に、エンジンの運転状態が、上記低リフト領域Ｓに対応する領域以外（より具体的には理論空燃比領域Ｔから低リフト領域Ｓを除いた領域）にある場合、つまり、吸気バルブ１５のリフト量が中・高程度に設定されるような運転領域にある場合の制御内容について説明する。この場合、燃料噴射量制御部５４は、上記低リフト領域Ｓのときに検出された各気筒１１〜１４の空燃比と理論空燃比とのずれ量に基づいて、現在の運転状態に対応する空燃比のずれ量を推定し、その推定されたずれ量が減少するように、上記燃料噴射弁２５からの燃料噴射量を制御する。

図６は、空燃比の推定をどのように行うかを説明するための図である。本図において、横軸はエンジン回転速度を、縦軸は各気筒１１〜１４の空燃比と理論空燃比とのずれ量をそれぞれ示している。また、図中の一点鎖線のラインＸは、低リフト領域Ｓの上限を示すものであり、このラインＸよりも左側（回転速度の低い側）にあたる低リフト領域Ｓに付された複数のプロットは、上記気筒別空燃比検出部５３によって実際に検出された各気筒１１〜１４の空燃比と理論空燃比とのずれ量のデータを示している。

エンジンの運転状態が、上記低リフト領域Ｓに対応する領域以外（つまりラインＸよりも右側の領域）にあるとき、燃料噴射量制御部５４は、上記低リフト領域Ｓのときに検出された各気筒１１〜１４の空燃比と理論空燃比とのずれ量のデータから、エンジンの回転速度に対する空燃比のずれ量の変化傾向（つまり低リフト領域Ｓ内のプロットを結んだ折れ線の変化傾向）を調べ、その傾向に基づいて、図中破線で示すように、ある特定の回転速度での空燃比のずれ量を、気筒１１〜１４ごとに推定する。そして、このようにして得られた各気筒１１〜１４の空燃比のずれ量の推定値に基づいて、次の燃料噴射時に各気筒１１〜１４に対し噴射すべき噴射の量を調整する。これにより、次回行われる燃焼からは、各気筒１１〜１４の空燃比がより理論空燃比に近づき、気筒１１〜１４間の空燃比のばらつきが減少することになる。

次に、以上のように構成されたＥＣＵ５０によって行われる制御動作の具体的内容を、図７のフローチャートに基づき説明する。なお、ここでは、本発明の空燃比制御方法に関係する部分として、各気筒１１〜１４への燃料の噴射量を決定するための制御動作についてのみ説明する。

図７のフローチャートに示す処理がスタートすると、ＥＣＵ５０は、まず、クランク角センサ２８、エアフローセンサ３１、および水温センサ３０等から入力される検出信号に基づいて、エンジン回転速度、吸入空気量、および冷却水温等の各種状態量を読み込む処理を実行する（ステップＳ１）。

次いで、ＥＣＵ５０は、上記ステップＳ１で読み込んだ各種状態量に基づいて、吸気バルブ１５の開閉特性を決定する処理を実行する（ステップＳ３）。具体的には、エンジンの回転速度と、吸入空気量に基づくエンジン負荷と、エンジンの冷却水温とに基づいて、現時点でのエンジンの運転状態を把握し、その運転状態に適した吸気バルブ１５の開閉特性を決定する。

次いで、ＥＣＵ５０は、上記各種状態量から特定される現在の運転状態に基づいて、各気筒１１〜１４の空燃比を理論空燃比に一致させるように燃料噴射量を制御すべき条件（理論空燃比制御条件）が成立しているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ５）。具体的には、現時点でのエンジンの運転状態が、図４に示した理論空燃比領域Ｔに対応する運転状態であり、かつ、エンジンの冷却水温が所定の閾値よりも高い（つまり冷間状態でない）という条件が成立した場合に、上記理論空燃比制御条件が成立したものと判定する。

上記ステップＳ５でＹＥＳと判定されて理論空燃比制御条件が成立していることが確認された場合、ＥＣＵ５０は、次のステップＳ７に移行して、上記ステップＳ３で決定された吸気バルブ１５の開閉特性が、バルブリフト量が小さい低リフト領域Ｓの範囲内にあるか否か、すなわち、現在の運転状態が上記低リフト領域Ｓに対応する低回転・低負荷域にあるか否かを判定する処理を実行する。

そして、このステップＳ７でＹＥＳと判定されて低リフト領域Ｓの範囲内であることが確認された場合、ＥＣＵ５０は、次のステップＳ９に移行して、各気筒１１〜１４の空燃比を個別に検出する処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ５０は、上記クランク角センサ２８およびカム角センサ２９からの入力信号に基づいて、上記各気筒１１〜１４のうち何番目の気筒が排気行程にあるかを特定するとともに、そのときのＯ₂センサ３９の検出値（つまり排気ガスの酸素濃度）に基づいて、上記排気行程にある気筒の空燃比を算出する。そして、他の気筒についても同様の処理を実行することにより、全ての気筒１１〜１４の空燃比をそれぞれ個別に検出する。

次いで、ＥＣＵ５０は、上記ステップＳ９で検出された各気筒１１〜１４の空燃比を、理論空燃比と比較して両者の差をとることにより、図５に示すように、検出空燃比と理論空燃比とのずれ量を気筒１１〜１４ごとに算出するとともに、このずれ量に基づいて、後述するステップＳ１５で燃料噴射量を決定する際に加味されるフィードバック補正値を演算し、これを記憶する処理を実行する（ステップＳ１１）。

さらに、ＥＣＵ５０は、上記フィードバック補正値を直近の複数回にわたってサンプリングするとともに、その平均値に基づいて噴射量の学習補正値を演算し、これを記憶する処理を実行する（ステップＳ１３）。なお、上記フィードバック補正値が気筒１１〜１４ごとに個別に算出されるため、この学習補正値も、気筒１１〜１４ごとに独立した値として算出される。また、この学習補正値は、フィードバック補正値が所定数サンプリングされるごとに演算され、順次更新されていく。

以上のようにしてフィードバック補正値および学習補正値の算出が終了すると、ＥＣＵ５０は、次のステップＳ１５に移行して、各気筒１１〜１４に対し噴射すべき燃料の量を算出し、その分の燃料を各気筒１１〜１４の燃料噴射弁２５から噴射させる処理を実行する。具体的には、上記ステップＳ１で取得された吸入空気量、エンジン回転速度、および冷却水温等に応じて所定の制御マップから求まる基本噴射量に、上記ステップＳ１１，Ｓ１３で算出されたフィードバック補正値や学習補正値を加算する等によって得られた値を、上記燃料噴射弁２５から各気筒１１〜１４の燃焼室５に対し噴射すべき燃料の量として算出し、その分の燃料を次回の燃料噴射時に上記燃料噴射弁２５から噴射させる。このときの噴射量は、これまでに検出された各気筒１１〜１４の空燃比のずれを反映したものであるから、次回の燃料噴射では、上記空燃比のずれが修正され、その結果、各気筒１１〜１４間の空燃比のばらつきが減少することになる。

一方、上記ステップＳ７でＮＯと判定されて現在の運転状態が上記低リフト領域Ｓの範囲外（つまり図４に示した理論空燃比領域Ｔから上記低リフト領域Ｓを除いた領域）にあることが確認された場合、ＥＣＵ５０は、図６に示すように、低リフト領域Ｓのときに検出された各気筒１１〜１４の空燃比のずれ量（空燃比の実測値と理論空燃比とのずれ量）に基づいて、現在の運転状態に対応する各気筒１１〜１４の空燃比のずれ量、すなわち、現在の運転状態から定まる基本噴射量だけ燃料を噴射させたときの各気筒１１〜１４の空燃比が理論空燃比に対しどの程度ずれるかを推定する処理を実行する（ステップＳ１７）。

なお、このステップＳ１７において、低リフト領域Ｓのときの各気筒１１〜１４の空燃比のずれ量は、例えば、上記ステップＳ１３で記憶された学習補正値をエンジン回転速度等の条件ごとに読み出すことにより、求めることができる。すなわち、学習補正値は、これまでに検出された各気筒１１〜１４の空燃比と理論空燃比とのずれ量に応じて演算される値であるため、この学習補正値を読み出せば、その値に基づいて、低リフト領域Ｓのときの各気筒１１〜１４の空燃比のずれ量を逆算により求めることができる。そして、このようにして得られた低リフト領域Ｓのときの空燃比のずれ量に基づいて、上記低リフト領域Ｓから外れた現在の運転状態に対応する空燃比のずれ量が、図６で説明したような手法により推定される。

このようにして各気筒１１〜１４の空燃比のずれ量が推定されると、ＥＣＵ５０は、現在の運転状態から制御マップ等に基づき求まる基本噴射量に、上記空燃比のずれ量の推定値に基づいて演算される燃料噴射量の補正値を加算する等により、各気筒１１〜１４に対し噴射すべき燃料の量を求め、その分の燃料を次回の燃料噴射時に燃料噴射弁２５から噴射させる処理を実行する（ステップＳ１５）。

なお、以上説明した図７のフローチャートでは、ステップＳ９が本発明にかかる空燃比検出処理に相当し、ステップＳ１５が本発明にかかる噴射量制御処理に相当する。

以上説明したように、上記実施形態では、吸気バルブ１５の開閉特性を変更する可変バルブ機構２０を備えた多気筒エンジンの空燃比を制御するにあたり、各気筒１１〜１４から排出された排気ガスに基づいて気筒１１〜１４ごとの空燃比を個別に検出する処理（ステップＳ９）と、検出された各気筒１１〜１４の空燃比に基づいて、気筒１１〜１４ごとに設けられた燃料噴射弁２５からの燃料の噴射量を、気筒１１〜１４間の空燃比のばらつきが減少するように制御する処理（ステップＳ１５）とを行うようにしたため、可変バルブ機構２０を備えた多気筒エンジンに生じ得る気筒１１〜１４間の空燃比のばらつきを効果的に抑制できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、各気筒１１〜１４からの排気ガス（より具体的には排気ガス中の酸素濃度）に基づき個別に空燃比を検出し、この検出空燃比のばらつきに基づいて各気筒１１〜１４への燃料噴射量を制御するようにしたため、可変バルブ機構２０の製造誤差や経年劣化等による吸気バルブ１５の開閉特性の相違に起因して各気筒１１〜１４への吸入空気量にばらつきが生じている場合でも、それに合わせて各気筒１１〜１４への燃料噴射量を個別に調整することにより、気筒１１〜１４間の空燃比のばらつきを効果的に抑制することができ、燃焼状態の均一化によるエミッション性の改善等を図ることができる。

特に、上記実施形態では、検出された各気筒１１〜１４の空燃比がそれぞれ理論空燃比となるように、上記燃料噴射弁２５からの燃料の噴射量を制御するようにしたため、各気筒１１〜１４においてそれぞれ理想的な燃焼を行わせることができ、その燃焼によって生じた各気筒１１〜１４からの排気ガスを、例えば理論空燃比で最も優れた性能を発揮する下流側の三元触媒（触媒コンバータ３７）により十分に浄化することができ、エミッション性をより効果的に向上させることができるという利点がある。

また、上記実施形態では、可変バルブ機構２０として、エンジンの運転状態に応じて吸気バルブ１５のリフト量を変更するＶＶＥ２２（可変バルブリフト機構）を備えたものを用い、このＶＶＥ２２により吸気バルブ１５のリフト量が相対的に小さく設定される低リフト領域Ｓにあるとき（ステップＳ７でＹＥＳのとき）に、気筒別空燃比検出部５３によって気筒１１〜１４ごとの空燃比を検出する処理（ステップＳ９）を実行するようにしたため、気筒１１〜１４間の空燃比のばらつきをより効果的に抑制できるという利点がある。

すなわち、上記のような方法によれば、吸気バルブ１５のリフト量が小さく各気筒１１〜１４への吸入空気量がばらつき易い状況下で気筒１１〜１４ごとの空燃比を検出し、その検出空燃比に基づいて各気筒１１〜１４への燃料噴射量を制御することにより、吸入空気量がばらつき易い状況下でもそのばらつきに応じた適正量の燃料を供給することができ、気筒１１〜１４間の空燃比のばらつきをより効果的に抑制することができる。

さらに、上記実施形態では、上記低リフト領域Ｓに対応するエンジンの運転領域が、低回転・低負荷域とされているため、エンジンの出力がそれ程必要ないときに吸気バルブ１５のリフト量を小さくして吸入空気量を減らし、ポンピングロスの低減による燃費の向上等を図りつつ、各気筒１１〜１４への燃料噴射量を適正に制御して空燃比のばらつきを抑制できるという利点がある。

また、上記実施形態では、エンジンの運転状態が上記低リフト領域Ｓに対応する領域以外にある場合（ステップＳ７でＮＯの場合）には、上記低リフト領域Ｓのときに検出された各気筒１１〜１４の空燃比と理論空燃比とのずれ量に基づいて、現在の運転状態に対応する空燃比のずれ量を推定し（ステップＳ１７）、そのずれ量が減少するように、上記燃料噴射弁２５からの燃料の噴射量を決定するようにしたため（ステップＳ１５）、吸気バルブ１５のリフト量がある程度大きいために吸入空気量のばらつきが小さいと予想される状況下で、推定値に基づいた比較的簡便な方法で燃料の噴射量を制御することにより、状況に応じた必要な精度で効率よく空燃比の均一化を図ることができるという利点がある。

特に、上記実施形態のように、低リフト領域Ｓがエンジンの低回転・低負荷域に設定されている場合には、上記低リフト領域Ｓ以外の領域では、エンジンの回転速度が高いために燃料噴射量を決定するのにかなり高速な演算処理が要求されるが、上記のように推定値を用いるようにすれば、気筒１１〜１４ごとに空燃比を検出してその値に基づき燃料噴射量を演算する場合よりも処理スピードをより高めることができ、エンジンの回転速度に応じたより高速な処理スピードで燃料噴射量を適正に演算できるという利点がある。

なお、上記実施形態では、各気筒１１〜１４の空燃比がそれぞれ理論空燃比となるように、上記燃料噴射弁２５からの燃料の噴射量を制御するようにしたが、例えば希薄燃焼を行わせることで燃費の改善等を狙ったいわゆるリーンバーンエンジンのように、当初から理論空燃比とは異なる空燃比で燃焼を行わせるように設計されたエンジンについては、その設計上の空燃比に上記各気筒１１〜１４の空燃比が一致するように燃料噴射量を制御すればよい。そして、その燃焼によって生じた排気ガスは、例えばリーンバーンに適合するように成分が調製された触媒（例えばＨＣやＮＯｘ吸蔵材として機能する貴金属担持ゼオライト等を含む触媒）により、十分に浄化することが可能である。

また、上記実施形態では、本発明の空燃比制御方法を、直列４気筒型エンジンに採用した場合を例にあげて説明したが、本発明は、例えばＶ型６気筒エンジン等の、他の型式の多気筒エンジンにも好適に適用することができる。

さらに、上記実施形態では、排気通路２４に設けられた単一のＯ₂センサ３９を用いて各気筒１１〜１４の空燃比を検出するようにしたが、上記排気通路２４のうち、各気筒１１〜１４から独立に延びる枝管部分にそれぞれＯ₂センサを設け、これら複数のＯ₂センサを用いて各気筒１１〜１４の空燃比を検出するようにしてもよい。

本発明にかかる多気筒エンジンの空燃比制御方法が適用されるエンジンの一例を示す概略平面図である。上記エンジンの概略側面図である。可変バルブ機構を含む動弁機構により開閉される吸気バルブの開閉特性を示す図である。エンジンの運転状態と各種制御形態との対応関係を示す図である。各気筒の検出空燃比のばらつきを例示する図である。低リフト領域以外での空燃比を推定するための手法を説明するための図である。ＥＣＵによる制御動作の具体的内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１１〜１４気筒
１５吸気バルブ
２０可変バルブ機構
２２ＶＶＥ（可変バルブリフト機構）
２５燃料噴射弁
Ｓ低リフト領域

Claims

吸気バルブの開閉特性を変更する可変バルブ機構を備えた多気筒エンジンの空燃比を制御する方法であって、
各気筒から排出された排気ガスに基づいて気筒ごとの空燃比を個別に検出する空燃比検出処理と、
この空燃比検出処理で検出された各気筒の空燃比に基づいて、気筒ごとに設けられた燃料噴射弁からの燃料の噴射量を、気筒間の空燃比のばらつきが減少するように制御する噴射量制御処理とを含むことを特徴とする多気筒エンジンの空燃比制御方法。
請求項１記載の多気筒エンジンの空燃比制御方法において、
上記噴射量制御処理では、上記空燃比検出処理で検出された各気筒の空燃比がそれぞれ所望の空燃比となるように、上記燃料噴射弁からの燃料の噴射量を制御することを特徴とする多気筒エンジンの空燃比制御方法。
請求項２記載の多気筒エンジンの空燃比制御方法において、
上記可変バルブ機構として、エンジンの運転状態に応じて吸気バルブのリフト量を変更する可変バルブリフト機構を備えたものを用い、
この可変バルブリフト機構により吸気バルブのリフト量が相対的に小さく設定される低リフト領域にあるときに、上記空燃比検出処理を実行して気筒ごとの空燃比を検出することを特徴とする多気筒エンジンの空燃比制御方法。
請求項３記載の多気筒エンジンの空燃比制御方法において、
上記低リフト領域に対応するエンジンの運転領域が、低回転・低負荷域であることを特徴とする多気筒エンジンの空燃比制御方法。
請求項３または４記載の多気筒エンジンの空燃比制御方法において、
エンジンの運転状態が、上記低リフト領域に対応する領域以外にある場合には、上記低リフト領域のときに検出された各気筒の空燃比と上記所望の空燃比とのずれ量に基づいて、現在の運転状態に対応する空燃比のずれ量を推定し、そのずれ量が減少するように、上記噴射量制御処理での燃料の噴射量を決定することを特徴とする多気筒エンジンの空燃比制御方法。