JP2011117341A - 内燃機関装置、それを備えた車両および内燃機関装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の燃焼室のうちの少なくとも何れか一つから排出される排ガスの空燃比が他の燃焼室から排出される排ガスの空燃比から逸脱する空燃比インバランスの発生に起因したエミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】空燃比インバランスが発生していないと判断されたときには、触媒後空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔａｇとの差である触媒後空燃比差ΔＡＦｒに基づいて燃焼室２３への燃料噴射量に対する補正量であるサブ空燃比補正量ｑｒが値ｑ０および値−ｑ０とにより規定されるガード範囲内に収まるように設定され（Ｓ３００，Ｓ３２０）、空燃比インバランスが発生していると判断されたときには、サブ空燃比補正量ｑｒが値ｑ０および値−ｑ０とにより規定されるガード範囲外の値となることを許容されながら触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇに基づいて設定される（Ｓ３３０，Ｓ３２０）。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関装置、それを備えた車両および内燃機関装置の制御方法に関する。

従来、水素を浄化可能な触媒要素の上下流側にそれぞれ第１の空燃比センサと第２の空燃比センサとを有し、第１の空燃比センサの出力に基づいて主空燃比制御を実行すると共に第２の空燃比センサの出力に基づいて補助空燃比制御を実行する内燃機関装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この内燃機関装置では、補助空燃比制御のための制御量ΔＶｒｇが所定速度で更新されると共に、当該制御量ΔＶｒｇが所定の異常判定値ΔＶｒｇｓに達したときに複数の気筒間における空燃比のばらつき（空燃比インバランス）が発生したと判断される。そして、当該空燃比のばらつきが発生したと判断されたときには、制御量ΔＶｒｇのガード範囲が異常判定値ΔＶｒｇｓを含むように拡大されると共に、制御量ΔＶｒｇの更新速度が増加される。これにより、上記ガード範囲と、制御量ΔＶｒｇの比較対象である異常判定値ΔＶｒｇｓとが干渉してしまって制御量ΔＶｒｇが異常判定値ΔＶｒｇｓに到達できなくなってしまうのを抑制すると共に、空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定するのに要する時間が長くなるのを抑制することができる。

特開２００９−７４３８８号公報

しかしながら、上記従来の内燃機関装置は、空燃比のばらつきが発生したと一旦判断されたときに、あくまで制御量ΔＶｒｇと異常判定値ΔＶｒｇｓとの比較により複数の気筒間における空燃比のばらつきが発生したか否かを判定可能とするために制御量ΔＶｒｇのガード範囲を異常判定値ΔＶｒｇｓを含むように拡大するものである。このため、空燃比のばらつきが発生したと判断されたときに異常判定値ΔＶｒｇｓを含むように拡大されたガード範囲内で制御量ΔＶｒｇを設定して燃料噴射量を調整しても、拡大されたガード範囲が空燃比のばらつき発生時におけるエミッションの悪化を抑制し得るものになっているとは限らないことから、却ってエミッションの悪化を招くおそれもある。

そこで、本発明による内燃機関装置、それを備えた車両および内燃機関装置の制御方法は、複数の燃焼室のうちの少なくとも何れか一つの燃焼室から排出される排ガスの空燃比が他の燃焼室から排出される排ガスの空燃比から逸脱した状態である空燃比インバランスの発生に起因したエミッションの悪化を抑制することを主目的とする。

本発明による内燃機関装置、それを備えた車両および内燃機関装置の制御方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明による内燃機関装置は、
複数の燃焼室を有する内燃機関と、前記複数の燃焼室から排出される排ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、該浄化装置の上流側における前記排ガスの空燃比である第１空燃比を取得する第１空燃比取得手段と、該浄化装置の下流側における前記排ガスの空燃比である第２空燃比を取得する第２空燃比取得手段とを備える内燃機関装置であって、
前記第１空燃比取得手段により取得された第１空燃比と所定の目標空燃比との差である第１空燃比差に基づいて前記燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第１補正量を設定する第１補正量設定手段と、
前記第１空燃比差、前記内燃機関の回転数の所定時間内における変動量あるいは前記内燃機関の出力軸が所定角度だけ回転するのに要する時間に基づいて前記複数の燃焼室のうちの少なくとも何れか一つの燃焼室から排出される排ガスの空燃比が他の燃焼室から排出される排ガスの空燃比から逸脱した状態である空燃比インバランスの発生の有無を判定する空燃比インバランス判定手段と、
前記空燃比インバランス判定手段により前記空燃比インバランスが発生していないと判断されたときには、前記第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比と前記目標空燃比との差である第２空燃比差に基づいて前記燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第２補正量を所定のガード範囲内に収まるように設定し、前記空燃比インバランス判定手段により前記空燃比インバランスが発生していると判断されたときには、前記第２補正量が前記ガード範囲外の値となることを許容しながら前記第２空燃比差に基づいて該第２補正量を設定する第２補正量設定手段と、
前記第１および第２補正量に基づいて前記燃料供給量の指令値を設定する指令燃料供給量設定手段と、
を備えるものである。

この内燃機関装置では、第１空燃比取得手段により取得された第１空燃比と目標空燃比との差である第１空燃比差に基づいて燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第１補正量が設定されると共に、第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比と目標空燃比との差である第２空燃比差に基づいて燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第２補正量が設定され、第１および第２補正量に基づいて燃焼室への燃料供給量の指令値が設定される。更に、この内燃機関装置では、第１空燃比差、内燃機関の回転数の所定時間内における変動量あるいは内燃機関の出力軸が所定角度だけ回転するのに要する時間に基づいて空燃比インバランスの発生の有無が判定される。そして、空燃比インバランスが発生していないと判断されたときには、第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比と目標空燃比との差である第２空燃比差に基づいて燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第２補正量が所定のガード範囲内に収まるように設定され、空燃比インバランスが発生していると判断されたときには、第２補正量が上記ガード範囲外の値となることを許容しながら第２空燃比差に基づいて当該第２補正量を設定する。このように、第１空燃比差、内燃機関の回転数の所定時間内における変動量である回転変動量あるいは内燃機関の出力軸が所定角度だけ回転するのに要する時間に基づいて空燃比インバランスの発生の有無を判定すれば、空燃比インバランスの発生の有無を判定可能とするという観点から第２補正量を設定するためのガード範囲を設定する必要がなくなる。また、空燃比インバランスが発生していると判断されたときに、第２補正量がガード範囲外の値となることを許容しながら第２空燃比差に基づいて当該第２補正量を設定することにより、空燃比インバランスが発生していないことを前提としたガード範囲により制限されることなく、空燃比インバランスが発生した状態でエミッションを悪化させないように第２補正量をより適正に設定することが可能となる。従って、この内燃機関装置では、空燃比インバランスの発生に起因したエミッションの悪化を良好に抑制することが可能となる。なお、目標空燃比は、一定値であってもよく、変動値であってもよい。

また、前記第２補正量設定手段は、前記空燃比インバランス判定手段により前記空燃比インバランスが発生していると判断されたときに、前記ガード範囲よりも広い第２のガード範囲を設定し、前記第２補正量を前記第２のガード範囲内に収まるように設定するものであってもよい。これにより、第２のガード範囲により第２補正量が必要以上に大きくなったり小さくなったりすることを抑制して、第２補正量の急増または急減によりエミッションを却って悪化させてしまうのを抑制することができる。

更に、前記空燃比インバランス判定手段は、前記第１空燃比差、前記変動量あるいは前記時間が所定の正常範囲外の値となるときに前記空燃比インバランスが発生していると判断するものであってもよく、前記第２補正量設定手段は、前記空燃比インバランス判定手段により前記空燃比インバランスが発生していると判断されたときに、前記第２のガード範囲を前記第１空燃比差、前記変動量あるいは前記時間に応じて拡大するものであってもよい。これにより、空燃比インバランスが発生した状態でエミッションを悪化させないように第２のガード範囲をより適正に拡大することが可能となる。

本発明による車両は、上記何れかの内燃機関装置と、前記内燃機関の出力軸に連結された駆動軸と、該駆動軸に連結された駆動輪とを備えるものである。かかる車両は、内燃機関装置のみを走行用動力の発生源として備える車両であってもよく、内燃機関装置と電動機とを走行用動力の発生源として備えるハイブリッド車両であってもよい。

本発明による内燃機関装置の制御方法は、
複数の燃焼室を有する内燃機関と、前記複数の燃焼室から排出される排ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、該浄化装置の上流側における前記排ガスの空燃比である第１空燃比を取得する第１空燃比取得手段と、該浄化装置の下流側における前記排ガスの空燃比である第２空燃比を取得する第２空燃比取得手段と、前記第１空燃比取得手段により取得された第１空燃比と所定の目標空燃比との差である第１空燃比差に基づいて前記燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第１補正量を設定する第１補正量設定手段と、前記第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比と前記目標空燃比との差である第２空燃比差に基づいて前記燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第２補正量を設定する第２補正量設定手段と、前記第１および第２補正量に基づいて前記燃料供給量の指令値を設定する指令燃料供給量設定手段とを備える内燃機関装置の制御方法であって、
前記第１空燃比差または前記内燃機関の回転数の所定時間内における変動量に基づいて前記複数の燃焼室のうちの少なくとも何れか一つの燃焼室から排出される排ガスの空燃比が他の燃焼室から排出される排ガスの空燃比から逸脱した状態である空燃比インバランスが発生していないと判断されたときには、前記第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比と前記目標空燃比との差である第２空燃比差に基づいて前記燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第２補正量を所定のガード範囲内に収まるように設定し、前記空燃比インバランスが発生していると判断されたときには、前記第２補正量が前記ガード範囲外の値となることを許容しながら前記第２空燃比差に基づいて該第２補正量を設定する、
ものである。

この方法によれば、空燃比インバランスの発生に起因したエミッションの悪化を抑制することが可能となる。

本発明の実施例に係る内燃機関装置２０の概略構成図である。 燃料噴射量設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 主空燃比補正係数設定用マップの一例を示す説明図である。 サブ空燃比補正量設定ルーチンの一例を示すフローチャートである サブ空燃比補正量設定用マップの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係る内燃機関装置２０の概略構成図である。同図に示す内燃機関装置２０は、エンジンと電動機とを走行用動力の発生源として備えるハイブリッド車両やエンジンのみを走行用動力の発生源として備える車両に搭載されるものであり、内燃機関として構成されたエンジン２２を含む。エンジン２２は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料と空気との混合気を複数（実施例では４個）の燃焼室２３内で爆発燃焼させ、混合気の爆発燃焼に伴う図示しないピストンの往復運動を図示しないクランクシャフトの回転運動へと変換することにより動力を出力する。

エンジン２２では、図１からわかるように、エアクリーナ２４により清浄された空気がスロットルバルブ２５を介して吸気管（吸気マニホールド）２６内に取り入れられ、吸入空気には燃料噴射弁２７からガソリン等の燃料が噴射される。こうして得られる空気と燃料との混合気は、例えば可変バルブタイミング機構である図示しない動弁機構により駆動される図示しない吸気バルブを介して各燃焼室２３に吸入されると共に点火プラグ２８からの電気火花によって爆発燃焼させられる。エンジン２２からの排ガスは、図示しない排気バルブや排気管（排気マニホールド）２９を介して一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害成分を浄化する排ガス浄化触媒（三元触媒）３０ｃを含む浄化装置３０へと送出され、浄化装置３０にて浄化された後、外部へと排出される。

上述のように構成されるエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）７０により制御される。エンジンＥＣＵ７０は、図１に示すように、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に各種処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６、計時指令に応じて計時処理を実行するタイマ７８、図示しない入出力ポートおよび通信ポート等を含む。そして、エンジンＥＣＵ７０には、エンジン２２の状態等を検出する各種センサからの信号が図示しない入力ポートを介して入力される。例えば、エンジンＥＣＵ７０には、クランクシャフトの回転位置を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する図示しない水温センサからの冷却水温度、燃焼室２３内の圧力を検出する筒内圧センサからの筒内圧力、吸気バルブや排気バルブを駆動する動弁機構に含まれるカムシャフト（何れも図示省略）の回転位置を検出する図示しないカムポジションセンサからのカムポジション、スロットルバルブ２５の弁体位置を検出する図示しないスロットルバルブポジションセンサからのスロットルポジション、エンジン２２の負荷としての吸入空気量を検出するエアフローメータ８１からの吸入空気量Ｇａ、吸気管２６内の圧力（負圧）を検出する吸気圧センサ８２からの吸気圧、排気管２９の浄化装置３０の上流側に配置された触媒前空燃比センサ８３からの触媒前空燃比ＡＦｆ、排気管２９の浄化装置３０の下流側に配置された触媒後空燃比センサ８４からの触媒後空燃比ＡＦｒ等が入力ポートを介して入力される。ここで、浄化装置３０の上流側に配置される触媒前空燃比センサ８３は、いわゆる広域空燃比センサとして構成されており、浄化装置３０の上流側における排ガスの比較的広範囲にわたる空燃比を連続的に検出すると共に検出した空燃比（それに応じた電圧）を触媒前空燃比ＡＦｆとして出力可能なものである。また、浄化装置３０の下流側に配置される触媒後空燃比センサ８４は、理論空燃比（ストイキオメトリ）を境に出力値が急変する、いわゆる酸素センサとして構成されており、浄化装置３０の下流側における排ガスの酸素濃度を連続的に検出して当該酸素濃度に応じた空燃比（それに応じた電圧）を触媒後空燃比ＡＦｆとして出力可能なものである。そして、エンジンＥＣＵ７０は、エンジン２２を駆動するための様々な制御信号を図示しない出力ポートを介して出力する。例えば、エンジンＥＣＵ７０は、スロットルバルブ２５を開閉する図示しないスロットルモータへの駆動信号や各燃料噴射弁２７への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル（点火プラグ２８）への制御信号、動弁機構への制御信号等を出力ポートを介して出力する。また、エンジンＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサからのクランクポジションを用いてエンジン２２の回転数Ｎｅ等を算出する。

次に、上述のように構成された実施例の内燃機関装置２０におけるエンジン２２の燃料噴射量の設定手順について説明する。図２は、エンジン２２が始動された後に実施例のエンジンＥＣＵ７０により所定時間おきに実行される燃料噴射量設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

図２のルーチンの開始に際して、エンジンＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、エアフローメータ８１からの吸入空気量Ｇａや触媒前空燃比センサ８３からの触媒前空燃比ＡＦｆ、サブ空燃比補正量ｑｒといった制御に必要なデータの入力処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、サブ空燃比補正量ｑｒは、別途実行される後述のサブ空燃比補正量設定ルーチンを経て触媒後空燃比センサ８４により検出される触媒後空燃比ＡＦｒが予め定められた目標空燃比ＡＦｔａｇに一致するように設定されてＲＡＭ７６の所定領域に格納されるものである。ステップＳ１００のデータ入力処理の後、入力した吸入空気量Ｇａを予め定められた目標空燃比ＡＦｔａｇで除することにより全燃焼室２３に供給されるべき燃料の基本値である基本燃料噴射量Ｑｂを計算する（ステップＳ１１０）。ここで、実施例では、理論空燃比（ストイキオメトリ＝１４．６）が目標空燃比ＡＦｔａｇとして定められており、基本燃料噴射量Ｑｂは、ステップＳ１１０にて各燃焼室２３内の混合気の空燃比が理論空燃比となるように計算される。

次いで、ステップＳ１００にて入力した触媒前空燃比ＡＦから目標空燃比ＡＦｔａｇを減じて触媒前空燃比差ΔＡＦｆを計算し（ステップＳ１２０）、計算した触媒前空燃比差ΔＡＦｆに基づいて主空燃比補正係数ｋｆを設定する（ステップＳ１３０）。実施例では、主空燃比補正係数ｋｆを設定するために、触媒前空燃比差ΔＡＦｆと主空燃比補正係数ｋｆとの関係が予め定められて主空燃比補正係数設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶されている。図３に主空燃比補正係数設定用マップの一例を示す。同図に示す主空燃比補正係数設定用マップは、基本的に、触媒前空燃比差ΔＡＦｆが大きいほど（ΔＡＦｆ＞０）、すなわち実際の触媒前空燃比ＡＦｆが目標空燃比ＡＦｔａｇ（理論空燃比）からリーン側に離れるほど触媒前空燃比センサ８３により検出される触媒前空燃比ＡＦｆが目標空燃比ＡＦｔａｇに近づくように主空燃比補正係数ｋｆを大きくすると共に、触媒前空燃比差ΔＡＦｆが小さいほど（ΔＡＦｆ＜０）、すなわち実際の触媒前空燃比ＡＦｆが理論空燃比からリッチ側に離れるほど触媒前空燃比センサ８３により検出される触媒前空燃比ＡＦｆが目標空燃比ＡＦｔａｇに近づくように主空燃比補正係数ｋｆを小さく（負側に大きく）するものとされている。更に、実施例では、触媒前空燃比差ΔＡＦｆの上限ΔＡＦｆｈおよび下限ΔＡＦｆｌと、当該上限ΔＡＦｆｈに対応した上限ガード値ｋｆｈと、当該下限ΔＡＦｆｌに対応した下限ガード値ｋｆｌとが予め定められている。そして、ステップＳ１３０では、主空燃比補正係数設定用マップから導出した触媒前空燃比差ΔＡＦｆに対応する仮の値を上限ガード値ｋｆｈと下限ガード値ｋｆｌとで制限することにより主空燃比補正係数ｋｆが設定される。すなわち、触媒前空燃比差ΔＡＦｆが下限ΔＡＦｆｈを下回っていると、主空燃比補正係数ｋｆは下限ガード値ｋｆｌに固定され、触媒前空燃比差ΔＡＦｆが下限ΔＡＦｆｌから上限ΔＡＦｆｈまでの範囲内に含まれると、主空燃比補正係数ｋｆは触媒前空燃比差ΔＡＦｆが大きくなるにつれて負の値から正の値へと徐々に大きくなり、触媒前空燃比差ΔＡＦｆが上限ΔＡＦｆｈを超えると、主空燃比補正係数ｋｆは上限ガード値ｋｆｈに固定されることになる。

ステップＳ１３０にて主空燃比補正係数ｋｆを設定したならば、冷却水温度や補機バッテリ電圧等に基づく他の補正量ｑｘを設定した上で（ステップＳ１４０）、ステップＳ１００にて入力した吸入空気量Ｇａと主空燃比補正係数ｋｆとの積と、ステップＳ１００にて入力したサブ空燃比補正量ｑｒと、ステップＳ１４０にて設定した補正量ｑｘとの和を最終的な燃料噴射量の指令値である指令燃料噴射量Ｑ＊として設定し（ステップＳ１５０）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。これにより、指令燃料噴射量Ｑ＊は、触媒前空燃比センサ８３により検出される触媒前空燃比ＡＦｆが目標空燃比ＡＦｔａｇに一致すると共に触媒後空燃比センサ８４により検出される触媒後空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｔａｇに一致するように設定（フィードバック制御）されることになる。そして、ステップＳ１５０にて設定された指令燃料噴射量Ｑ＊は、全燃焼室２３に対して一律に適用され、１エンジンサイクルの間、指令燃料噴射量Ｑ＊に合致した量の燃料が各燃焼室２３に燃料噴射弁２７から順次噴射されることになる。また、上述のように、触媒前空燃比差ΔＡＦｆの上限ΔＡＦｆｈおよび下限ΔＡＦｆｌを規定すると共に、主空燃比補正係数ｋｆを上限ΔＡＦｆｈに対応した上限ガード値ｋｆｈと下限ΔＡＦｆｌに対応した下限ガード値ｋｆｌとの範囲内に収まるように設定すれば、燃料噴射弁を含む燃料噴射系統や吸気系統等における何らかの異常により触媒前空燃比差ΔＡＦｆが極端に大きくなったり小さくなったりしたときに、主空燃比補正係数ｋｆすなわち指令燃料噴射量Ｑ＊が極端に大きくなったり小さくなったりすることを抑制して、触媒前空燃比差ΔＡＦｆの極端な大小に起因したエミッションの悪化を抑制することが可能となる。

引き続き、上述のサブ空燃比補正量ｑｒを設定するためのサブ空燃比補正量設定ルーチンについて説明する。図４は、実施例のエンジンＥＣＵ７０により所定時間おきに実行されるサブ空燃比補正量設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

図４のルーチンの開始に際して、エンジンＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、触媒前空燃比センサ８３からの触媒前空燃比ＡＦｆ、触媒後空燃比センサ８４からの触媒後空燃比ＡＦｒといったといった制御に必要なデータの入力処理を実行する（ステップＳ２００）。ステップＳ２００のデータ入力処理の後、入力した触媒前空燃比ＡＦｆから目標空燃比ＡＦｔａｇ（理論空燃比）を減じて触媒前空燃比差ΔＡＦｆを計算する（ステップＳ２１０）。更に、ステップＳ２００にて入力した触媒後空燃比ＡＦｒから目標空燃比ＡＦｔａｇ（理論空燃比）を減じて触媒後空燃比差ΔＡＦｒを計算すると共に（ステップＳ２２０）、計算した触媒後空燃比差ΔＡＦｒをそれまでに計算されている触媒後空燃比差積算値ＩＡＦｒに加算することにより当該触媒後空燃比差積算値ＩＡＦｒを更新する（ステップＳ２３０）。次いで、所定のフラグＦが値０であるか否かを判定し（ステップＳ２４０）、フラグＦが値０であれば、タイマ７８をＯＮすると共にフラグＦを値１に設定する（ステップＳ２５０）。なお、ステップＳ２４０にてフラグＦが値１であると判断された場合、ステップＳ２５０の処理はスキップされる。ステップＳ２４０またはＳ２５０の処理の後、タイマ７８の計時時間ｔが所定時間ｔｒｅｆであるか否かを判定し（ステップＳ２６０）、計時時間ｔが所定時間ｔｒｅｆ未満であれば、サブ空燃比補正量ｑｒを本ルーチンの前回実行時に設定された値に保持し（ステップＳ２７０）、再度ステップＳ２００以降の処理を実行する。なお、所定時間ｔｒｅｆは、１エンジンサイクルよりも充分に長い時間に定められる。

一方、ステップＳ２６０にて計時時間ｔが所定時間ｔｒｅｆ以上であると判断された場合には、ステップＳ２３０にて更新された触媒後空燃比差積算値ＩＡＦｒを触媒後空燃比差ΔＡＦｒの実質的な時間平均値である触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇとして設定した上で（ステップＳ２８０）、ステップＳ２１０にて計算した触媒前空燃比差ΔＡＦｆが予め定められた正常範囲内に含まれているか否かを判定する（ステップＳ２９０）。実施例では、すべての燃焼室２３内で概ね良好に燃焼が実行されているときの触媒前空燃比差ΔＡＦｆの範囲が実験・解析により求められ、求められた範囲が当該正常範囲として定められている。そして、ステップＳ２９０にて触媒前空燃比差ΔＡＦｆが予め定められた正常範囲内に含まれていると判断された場合には、すべての燃焼室２３内で概ね良好に燃焼が実行されているときのサブ空燃比補正量ｑｒの上限値である上限ガード値ｑｒｈを予め定められた値ｑ０（正の値）に設定すると共に、すべての燃焼室２３内で概ね良好に燃焼が実行されているときのサブ空燃比補正量ｑｒの下限値である下限ガード値ｑｒｌを値−ｑ０に設定する（ステップＳ３００）。ステップＳ３００にて用いられる値ｑ０は、すべての燃焼室２３内で概ね良好に燃焼が実行されているときに上限ガード値ｑｒｈと下限ガード値ｑｒｌとがエミッションを悪化させないガード範囲を規定するように実験・解析を経て定められる。

ステップＳ３００の処理の後、ステップＳ２８０にて設定した触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇとステップＳ２９０にて設定した上限ガード値ｑｒｈおよび下限ガード値ｑｈｌとに基づいてサブ空燃比補正量ｑｒを設定する（ステップＳ３１０）。実施例では、サブ空燃比補正量ｑｒを設定するために、触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇとサブ空燃比補正量ｑｒとの関係が予め定められてサブ空燃比補正量設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶されている。図５にサブ空燃比補正量設定用マップの一例を示す。同図に示すサブ空燃比補正量設定用マップは、基本的に、触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇが大きいほど（ΔＡＦｒｇ＞０）、すなわち実際の触媒後空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｔａｇ（理論空燃比）からリーン側に離れるほど触媒後空燃比センサ８４により検出される触媒後空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｔａｇに近づくようにサブ空燃比補正量ｑｒを大きくすると共に、触媒後空燃比差ΔＡＦｒが小さいほど（ΔＡＦｆ＜０）、すなわち実際の触媒後空燃比ＡＦｒが理論空燃比からリッチ側に離れるほど触媒後空燃比センサ８４により検出される触媒後空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｔａｇに近づくようにサブ空燃比補正量ｑｒを小さく（負側に大きく）するものとされている。そして、ステップＳ３１０では、サブ空燃比補正量設定用マップから導出した触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇに対応する仮の値を上限ガード値ｑｒｈと下限ガード値ｑｒｌとで制限することによりサブ空燃比補正量ｑｒが設定される。すなわち、触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇがその下限ΔＡＦｒｇｈを下回っていると、サブ空燃比補正量ｑｒは下限ガード値ｑｒｌに固定され、触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇが下限ΔＡＦｒｇｌから上限ΔＡＦｒｇｈまでの範囲内に含まれると、サブ空燃比補正量ｑｒは触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇが大きくなるにつれて負の値から正の値へと徐々に大きくなり、触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇが上限ΔＡＦｒｇｈを超えると、サブ空燃比補正量ｑｒは上限ガード値ｑｒｈに固定されることになる。これにより、実施例の内燃機関装置２０では、所定時間ｔｒｅｆおきに触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇが設定されると共にサブ空燃比補正量ｑｒが設定されることになる。こうしてステップＳ３１０にてサブ空燃比補正量ｑｒが設定されると、タイマ７８がオフされると共に上記フラグＦが値０に設定され、更に触媒後空燃比差積算値ＩＡＦｒが値０にリセットされ（ステップＳ３２０）、再度ステップＳ２００以降の処理が実行されることになる。

また、ステップＳ２９０にて触媒前空燃比差ΔＡＦｆが予め定められた正常範囲内に含まれていないと判断された場合には、例えば複数の燃焼室２３のうちの少なくとも何れか一つの燃焼室２３における混合気の不完全燃焼（局所的なリッチまたはリーン状態）等に起因して当該何れか一つの燃焼室２３から排出される排ガスの空燃比が他の燃焼室２３から排出される排ガスの空燃比からリッチ側あるいはリーン側に逸脱した状態である空燃比インバランスが発生しているとみなして、ステップＳ２２０にて計算された触媒前空燃比ΔＡＦｆに基づいてサブ空燃比補正量ｑｒの上限値である上限ガード値ｑｒｈと下限値である下限ガード値ｑｒｌとを設定する（ステップＳ３３０）。実施例では、触媒前空燃比差ΔＡＦｆが正常範囲内に含まれていないときにサブ空燃比補正量ｑｒの上限値である上限ガード値ｑｒｈと下限値である下限ガード値ｑｒｌとを設定するために、ステップＳ２２０にて計算された触媒前空燃比差ΔＡＦｆと上限ガード値ｑｒｈおよび下限ガード値ｑｒｌとの関係が予め定められて図示しない上下限ガード値設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶されている。そして、ステップＳ３３０では、触媒前空燃比差ΔＡＦｆが正の値である場合すなわち実際の触媒前空燃比ＡＦｆが目標空燃比ＡＦｔａｇ（理論空燃比）からリーン側に離れている場合、上下限ガード値設定用マップから導出した触媒前空燃比差ΔＡＦｆに対応した値を上限ガード値ｑｒｈとして設定すると共に値ｑｒｈに値−１を乗じた値を下限ガード値ｑｒｌとして設定する。また、ステップＳ３３０では、触媒前空燃比差ΔＡＦｆが負の値である場合すなわち実際の触媒前空燃比ＡＦｆが目標空燃比ＡＦｔａｇ（理論空燃比）からリッチ側に離れている場合、上下限ガード値設定用マップから導出した触媒前空燃比差ΔＡＦｆに対応した値を下限ガード値ｑｒｌとして設定すると共に値ｑｒｌに値−１を乗じた値を上限ガード値ｑｒｈとして設定する。実施例の上下限ガード値設定用マップは、空燃比インバランスが発生した状態であってもエミッションを良好に保つことができるように予め実験・解析により求められるものであり、触媒前空燃比差ΔＡＦｆが正常範囲外にあるときに触媒前空燃比差ΔＡＦｆが大きいほど（ΔＡＦｆ＞０）上限ガード値ｑｒｈを大きい値に設定すると共に触媒前空燃比差ΔＡＦｆが小さいほど（ΔＡＦｆ＜０）下限ガード値ｑｒｌを小さい値に設定し、かつ上限ガード値ｑｒｈおよび下限ガード値ｑｒｌの絶対値を上記値ｑ０よりも大きい値に設定するものとされる。

これにより、ステップＳ２９０にて触媒前空燃比差ΔＡＦｆが正常範囲内に含まれていないと判断され、空燃比インバランスが発生しているとみなされる場合には、上限ガード値ｑｒｈと下限ガード値ｑｒｌとにより規定されるガード範囲が触媒前空燃比差ΔＡＦｆが正常範囲内に含まれる場合すなわち空燃比インバランスが発生していないとみなされる場合に値ｑ０と値−ｑ０とにより規定されるガード範囲に比べて拡大されることになる。そして、ステップＳ３３０の処理の後、上述のステップＳ３１０およびＳ３２０の処理が実行され、それにより、空燃比インバランスが発生しているとみなされたときには、サブ空燃比補正量ｑｒが値ｑ０と値−ｑ０とにより規定されるガード範囲外の値となることを許容されながら触媒後空燃比差ΔＡＦｒすなわち触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇに基づいて設定されることになる。

以上説明したように、実施例の内燃機関装置２０では、触媒前空燃比センサ８３により取得された触媒前空燃比ＡＦｆと目標空燃比ＡＦｔａｇとの差である触媒前空燃比差ΔＡＦｆに基づいて燃焼室２３への燃料噴射量に対する補正量（Ｇａ×ｋｆ）を定めるための主空燃比補正係数ｋｆが設定されると共に（図２のステップＳ１３０）、触媒後空燃比センサ８４により取得された触媒後空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔａｇとの差である触媒後空燃比差ΔＡＦｒに基づいて燃焼室２３への燃料噴射量に対する補正量であるサブ空燃比補正量ｑｒが設定され（図４）、主空燃比補正係数ｋｆに基づく補正量（Ｇａ×ｋｆ）とサブ空燃比補正量ｑｒとに基づいて燃焼室２３への燃料噴射量の指令値である指令燃料噴射量Ｑ＊が設定される（図２のステップＳ１５０）。更に、実施例の内燃機関装置２０では、触媒前空燃比差ΔＡＦｆに基づいて空燃比インバランスの発生の有無が判定される（図４のステップＳ２９０）。そして、空燃比インバランスが発生していないと判断されたときには、触媒後空燃比センサ８４により取得された触媒後空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔａｇとの差である触媒後空燃比差ΔＡＦｒに基づいて燃焼室２３への燃料噴射量に対する補正量であるサブ空燃比補正量ｑｒが値ｑ０および値−ｑ０とにより規定されるガード範囲内に収まるように設定され（図４のステップＳ３００およびＳ３２０）、空燃比インバランスが発生していると判断されたときには、サブ空燃比補正量ｑｒが値ｑ０および値−ｑ０とにより規定されるガード範囲外の値となることを許容されながら触媒後空燃比差ΔＡＦｒすなわち触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇに基づいて設定される（ステップＳ３３０およびＳ３２０）。

このように、触媒前空燃比差ΔＡＦｆに基づいて空燃比インバランスの発生の有無を判定すれば、空燃比インバランスの発生の有無を判定可能とするという観点からサブ空燃比補正量ｑｒを設定するためのガード範囲を設定する必要がなくなる。また、空燃比インバランスが発生していると判断されたときに、サブ空燃比補正量ｑｒが値ｑ０および値−ｑ０とにより規定されるガード範囲外の値となることを許容しながら触媒後空燃比差ΔＡＦｒすなわち触媒後空燃比差学習値ΔＡＦｒｇに基づいて当該サブ空燃比補正量ｑｒを設定することにより、空燃比インバランスが発生していないことを前提とした値ｑ０および値−ｑ０とにより規定されるガード範囲により制限されることなく、空燃比インバランスが発生した状態でエミッションを悪化させないようにサブ空燃比補正量ｑｒをより適正に設定することが可能となる。従って、実施例の内燃機関装置２０では、空燃比インバランスの発生に起因したエミッションの悪化を良好に抑制することが可能となる。

また、上記実施例では、触媒前空燃比差ΔＡＦｆに基づいて空燃比インバランスが発生していると判断されたときに、値ｑ０および値−ｑ０とにより規定されるガード範囲よりも広いガード範囲が設定されることになる（図４のステップＳ３３０）。そして、サブ空燃比補正量ｑｒを当該広いガード範囲内に収まるように設定すれば、当該広いガード範囲によりサブ空燃比補正量ｑｒが必要以上に大きくなったり小さくなったりすることを抑制し、サブ空燃比補正量ｑｒの急増または急減によりエミッションを却って悪化させてしまうのを（例えばＮＯｘの発生を）抑制することができる。更に、上記実施例では、触媒前空燃比差ΔＡＦｆが所定の正常範囲外の値となるときに空燃比インバランスが発生していると判断されると共に、空燃比インバランスが発生していると判断されたときに、サブ空燃比補正量ｑｒを設定するためのガード範囲が触媒前空燃比差ΔＡＦｆに応じて拡大される（図４のステップＳ３３０）。これにより、空燃比インバランスが発生した状態でエミッションを悪化させないようにサブ空燃比補正量ｑｒを設定するためのガード範囲をより適正に拡大することが可能となる。

なお、上記実施例では、触媒前空燃比差ΔＡＦｆに基づいて空燃比インバランスの発生の有無を判定しているが、これに限られるものではない。すなわち、図４のステップＳ２９０では、エンジン２２の回転数Ｎｅの所定時間内における変動量、あるいはエンジン２２のクランクシャフトが所定角度（例えば３０°ＣＡ）だけ回転するのに要する時間が予め定められた正常範囲内に含まれているか否かを調べることにより、空燃比インバランスの発生の有無を判定してもよい。そして、図４のステップＳ３３０では、エンジン２２の回転数Ｎｅの所定時間内における変動量、あるいはエンジン２２のクランクシャフトが所定角度（例えば３０°ＣＡ）だけ回転するのに要する時間に基づいてサブ空燃比補正量ｑｒの上限値である上限ガード値ｑｒｈと下限値である下限ガード値ｑｒｌとを設定してもよい。こうしても、空燃比インバランスの発生の有無を良好に判定すると共に空燃比インバランスの発生時における上限ガード値ｑｒｈと下限ガード値ｑｒｌとをより適正に設定することができる。

ここで、上記実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明しておく。すなわち、上記実施例等では、複数の燃焼室２３を有するエンジン２２が「内燃機関」に相当し、複数の燃焼室２３から排出される排ガスを浄化するための浄化触媒３０ｃを含む浄化装置３０が「浄化装置」に相当し、浄化装置３０の上流側における排ガスの空燃比である触媒前空燃比ＡＦｆを取得する触媒前空燃比センサ８３が「第１空燃比取得手段」に相当し、浄化装置３０の下流側における排ガスの空燃比である触媒後空燃比ＡＦｒを取得する触媒後空燃比センサ８４が「第２空燃比取得手段」に相当し、内燃機関装置２０が「内燃機関装置」に相当し、図２のステップＳ１１０〜Ｓ１３０およびステップＳ１５０の処理を実行するエンジンＥＣＵ７０が「第１補正量設定手段」に相当し、図４のステップＳ２１０およびＳ２８０等の処理を実行するエンジンＥＣＵ７０が「空燃比インバランス判定手段」に相当し、図４のステップＳ３００，Ｓ３１０およびＳ３３０の処理を実行するエンジンＥＣＵ７０が「第２補正量設定手段」に相当し、図２のステップＳ１５０の処理を実行するエンジンＥＣＵ７０が「指令燃料供給量設定手段」に相当する。

ただし、「内燃機関装置」は、複数の燃焼室を有する内燃機関と、複数の燃焼室から排出される排ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、浄化装置の上流側における排ガスの空燃比である第１空燃比を取得する第１空燃比取得手段と、該浄化装置の下流側における排ガスの空燃比である第２空燃比を取得する第２空燃比取得手段とを備えるものであれば、如何なる形式のものであってもよい。「第１補正量設定手段」は、第１空燃比取得手段により取得された第１空燃比と所定の目標空燃比との差である第１空燃比差に基づいて燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第１補正量を設定するものであれば、如何なる形式のものであってもよい。「空燃比インバランス判定手段」は、第１空燃比差、内燃機関の回転数の所定時間内における変動量あるいは内燃機関の出力軸が所定角度だけ回転するのに要する時間に基づいて複数の燃焼室のうちの少なくとも何れか一つの燃焼室から排出される排ガスの空燃比が他の燃焼室から排出される排ガスの空燃比から逸脱した状態である空燃比インバランスの発生の有無を判定するものであれば、如何なる形式のものであってもよい。「第２補正量設定手段」は、空燃比インバランスが発生していないと判断されたときに第２空燃比と目標空燃比との差である第２空燃比差に基づいて燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第２補正量を所定のガード範囲内に収まるように設定し、空燃比インバランスが発生していると判断されたときに第２補正量がガード範囲外の値となることを許容しながら第２空燃比差に基づいて当該第２補正量を設定するものであれば、如何なる形式のものであってもよい。指令燃料供給量設定手段は、第１および第２補正量に基づいて燃料供給量の指令値を設定するものであれば、如何なる形式のものであってもよい。何れにしても、これら実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何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内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

本発明は、内燃機関装置や車両の製造産業等において利用可能である。

２０ 内燃機関装置、２２ エンジン、２３ 燃焼室、２４ エアクリーナ、２５ スロットルバルブ、２６ 吸気管、２７ 燃料噴射弁、２８ 点火プラグ、２９ 排気管、３０ 浄化装置、３０ｃ 浄化触媒、７０ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、７８ タイマ、８１ エアフローメータ、８２ 吸気圧センサ、８３ 触媒前空燃比センサ、８４ 触媒後空燃比センサ。

Claims (5)

1. 複数の燃焼室を有する内燃機関と、前記複数の燃焼室から排出される排ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、該浄化装置の上流側における前記排ガスの空燃比である第１空燃比を取得する第１空燃比取得手段と、該浄化装置の下流側における前記排ガスの空燃比である第２空燃比を取得する第２空燃比取得手段とを備える内燃機関装置であって、
   前記第１空燃比取得手段により取得された第１空燃比と所定の目標空燃比との差である第１空燃比差に基づいて前記燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第１補正量を設定する第１補正量設定手段と、
   前記第１空燃比差、前記内燃機関の回転数の所定時間内における変動量あるいは前記内燃機関の出力軸が所定角度だけ回転するのに要する時間に基づいて前記複数の燃焼室のうちの少なくとも何れか一つの燃焼室から排出される排ガスの空燃比が他の燃焼室から排出される排ガスの空燃比から逸脱した状態である空燃比インバランスの発生の有無を判定する空燃比インバランス判定手段と、
   前記空燃比インバランス判定手段により前記空燃比インバランスが発生していないと判断されたときには、前記第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比と前記目標空燃比との差である第２空燃比差に基づいて前記燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第２補正量を所定のガード範囲内に収まるように設定し、前記空燃比インバランス判定手段により前記空燃比インバランスが発生していると判断されたときには、前記第２補正量が前記ガード範囲外の値となることを許容しながら前記第２空燃比差に基づいて該第２補正量を設定する第２補正量設定手段と、
   前記第１および第２補正量に基づいて前記燃料供給量の指令値を設定する指令燃料供給量設定手段と、
   を備える内燃機関装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関装置において、
   前記第２補正量設定手段は、前記空燃比インバランス判定手段により前記空燃比インバランスが発生していると判断されたときに、前記ガード範囲よりも広い第２のガード範囲を設定し、前記第２補正量を前記第２のガード範囲内に収まるように設定する内燃機関装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関装置において、
   前記空燃比インバランス判定手段は、前記第１空燃比差、前記変動量あるいは前記時間が所定の正常範囲外の値となるときに前記空燃比インバランスが発生していると判断し、
   前記第２補正量設定手段は、前記空燃比インバランス判定手段により前記空燃比インバランスが発生していると判断されたときに、前記第２のガード範囲を前記第１空燃比差、前記変動量あるいは前記時間に応じて拡大する内燃機関装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関装置と、前記内燃機関の出力軸に連結された駆動軸と、該駆動軸に連結された駆動輪とを備える車両。
5. 複数の燃焼室を有する内燃機関と、前記複数の燃焼室から排出される排ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、該浄化装置の上流側における前記排ガスの空燃比である第１空燃比を取得する第１空燃比取得手段と、該浄化装置の下流側における前記排ガスの空燃比である第２空燃比を取得する第２空燃比取得手段と、前記第１空燃比取得手段により取得された第１空燃比と所定の目標空燃比との差である第１空燃比差に基づいて前記燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第１補正量を設定する第１補正量設定手段と、前記第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比と前記目標空燃比との差である第２空燃比差に基づいて前記燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第２補正量を設定する第２補正量設定手段と、前記第１および第２補正量に基づいて前記燃料供給量の指令値を設定する指令燃料供給量設定手段とを備える内燃機関装置の制御方法であって、
   前記第１空燃比差または前記内燃機関の回転数の所定時間内における変動量に基づいて前記複数の燃焼室のうちの少なくとも何れか一つの燃焼室から排出される排ガスの空燃比が他の燃焼室から排出される排ガスの空燃比から逸脱した状態である空燃比インバランスが発生していないと判断されたときには、前記第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比と前記目標空燃比との差である第２空燃比差に基づいて前記燃焼室への燃料供給量に対する補正量である第２補正量を所定のガード範囲内に収まるように設定し、前記空燃比インバランスが発生していると判断されたときには、前記第２補正量が前記ガード範囲外の値となることを許容しながら前記第２空燃比差に基づいて該第２補正量を設定する、
   内燃機関装置の制御方法。

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