JP2015183630A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】吸排気系の経年劣化等の影響に依らずに、排気空燃比に基づいて各気筒群のスカベンジ量を評価し、スカベンジ量の気筒群間の差を抑制する。【解決手段】各バンク毎に、スカベンジが発生する同一運転条件下において、燃料噴射量を変更して、筒内圧センサーの検出値に基づく図示トルクが、最も大きくなる時の排気空燃比に基づいてスカベンジ量を算出する。そして、バンク間でスカベンジ量が異なる場合に、バンク間でのスカベンジ量の差が小さくなるように、該当するバンクのバルブオーバーラップ期間を制御する。【選択図】図４

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
従来、例えば特許文献１には、過給機付き直噴型内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、スロットルの動作に対する筒内空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化した物理モデル（エアモデル）を利用して、吸気弁を通過する空気の量に対する排気通路に吹き抜ける空気の量の割合（特許文献１において「スカベンジ割合」と称する）を取得することとしている。そして、取得したスカベンジ割合に基づいて目標排気空燃比を補正することによって筒内空燃比を算出することとしている。
特開２０１３−０２４２０３号公報
２つのバンクを有するＶ型内燃機関がそうであるように、２つの気筒群を備える内燃機関では、それぞれの排気通路に配置される触媒等の経年による詰まり、吸排気系部品の圧力損失のばらつき、過給機の経年劣化などの影響で、筒内に流入するガスの圧力（吸気圧力）や筒内から排出されたガスの圧力（排気圧力）が気筒群間で異なることがある。吸排気弁のバルブオーバーラップ期間が同一であっても吸気圧力と排気圧力との差が気筒群間で異なると、各気筒群の筒内を吹き抜けるガスの量（スカベンジ量）が気筒群間で異なってしまう。各気筒群のスカベンジ量の評価に関してこのような経年劣化等の影響が把握されていないと、各気筒群の筒内の空燃比が適切になるように燃料噴射量を調整することができず、その結果として、触媒床温の過上昇、トルクの低下、燃費の低下等を招くおそれがある。しかしながら、特許文献１に記載のエアモデルを用いる手法では、上記の経年劣化等の影響を把握しつつ、スカベンジ量を気筒群毎に求めることは困難である（より具体的には、演算負荷が高くなり、また算出精度が悪化するおそれがある）。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸排気系の経年劣化等の影響に依らずに排気空燃比に基づいて各気筒群のスカベンジ量を評価し、スカベンジ量の気筒群間の差を抑制することの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。
第１の発明は、第１気筒群および第２気筒群を備える内燃機関の制御装置であって、
吸入空気を過給する過給機と、
前記第１気筒群の各気筒および前記第２気筒群の各気筒に備えられ、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１気筒群に接続される第１排気通路と、
前記第２気筒群に接続される第２排気通路と、
前記第１排気通路を流れる排気ガスの空燃比を検出する第１空燃比センサーと、
前記第２排気通路を流れる排気ガスの空燃比を検出する第２空燃比センサーと、
前記第１気筒群の少なくとも１つの気筒および前記第２気筒群の少なくとも１つの気筒に備えられ、筒内圧力を検出する筒内圧センサーと、
前記第１気筒群の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重なる第１バルブオーバーラップ期間を調整可能な第１可変動弁機構と、
前記第２気筒群の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重なる第２バルブオーバーラップ期間を調整可能な第２可変動弁機構と、
前記第１可変動弁機構および前記第２可変動弁機構を制御する第１制御手段と、
を備え、
前記第１制御手段は、
燃焼室を介した吸気通路から排気通路への新気の吹き抜けが発生する同一運転条件下において前記第１気筒群の燃料噴射量を変更して前記第１気筒群の前記筒内圧センサーの検出値に基づく図示仕事もしくはその相関値が最も大きくなる時に前記第１気筒群から排出される排気ガスについての前記第１空燃比センサーの第１出力値もしくはその相関値を取得し、
前記同一運転条件下において前記第２気筒群の燃料噴射量を変更して前記第２気筒群の前記筒内圧センサーの検出値に基づく図示仕事もしくはその相関値が最も大きくなる時に前記第２気筒群から排出される排気ガスについての前記第２空燃比センサーの第２出力値もしくはその相関値を取得し、かつ、
取得した前記第１出力値と前記第２出力値との出力値差、もしくは、取得した前記第１出力値の相関値と前記第２出力値の相関値との相関値差が小さくなるように前記第１バルブオーバーラップ期間および前記第２バルブオーバーラップ期間のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする。
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第１排気通路に配置された第１タービンを備える第１ターボ過給機と、
前記第２排気通路に配置された第２タービンを備える第２ターボ過給機と、
前記第１タービンをバイパスする第１排気バイパス通路と、
前記第２タービンをバイパスする第２排気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路を開閉する第１ウェイストゲートバルブと、
前記第２排気バイパス通路を開閉する第２ウェイストゲートバルブと、
前記第１ウェイストゲートバルブおよび前記第２ウェイストゲートバルブを制御する第２制御手段と、
を備え、
前記第２制御手段は、
前記第１制御手段によって前記出力値差もしくは前記相関値差が小さくなるように前記第１バルブオーバーラップ期間および前記第２バルブオーバーラップ期間のうちの少なくとも一方が制御された後に、前記第１気筒群の前記筒内圧センサーの検出値に基づく第１図示仕事もしくはその相関値と、前記第２気筒群の前記筒内圧センサーの検出値に基づく第２図示仕事もしくはその相関値とを取得し、かつ、
取得した前記第１図示仕事と前記第２図示仕事との差、もしくは、取得した第１図示仕事の相関値と前記第２図示仕事の相関値との差が小さくなるように前記第１ウェイストゲートバルブおよび前記第２ウェイストゲートバルブのうちの少なくとも一方の開度を制御することを特徴とする。
第１の発明によれば、新気の吹き抜けが発生する同一運転条件下において図示仕事もしくはその相関値が最大となるように燃料噴射量を調整することで、吸排気系の経年劣化等の影響に依らずに、各気筒群の筒内の燃焼状態を、筒内の空燃比が出力空燃比（ガソリンであれば１２．５）で同一となっている燃焼状態で揃えることが可能となる。これにより、各気筒群から排出される排気ガスについての空燃比センサーの出力値もしくはその相関値の比較によって、上記影響に依らずに気筒群間でスカベンジ量を精度良く比較できるようになる。そのうえで、本発明によれば、上記出力値差もしくは上記相関値差が生じている場合（すなわち、気筒群間でスカベンジ量が異なっている場合）に、バルブオーバーラップ期間の調整によってスカベンジ量の気筒群間の差を抑制することが可能となる。
第２の発明によれば、スカベンジ量の気筒群間の差の抑制のためのバルブオーバーラップ期間の調整に伴う気筒群間のトルク変動を抑制することができる。
本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 燃焼温度と当量比との関係を表した図である。 空燃比の変化に対する図示トルクの変化を表した図である。 本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
実施の形態１．
［内燃機関のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、内燃機関１０は、一例としてＶ型のガソリンエンジンであり、より具体的には、３つの気筒を有する第１バンク１０ａおよび３つの気筒を有する第２バンク１０ｂという２つのバンク（気筒群）を備えている。なお、各バンク１０ａ、１０ｂにそれぞれ備えられる構成要素に関しては、以下、符号の末尾に「ａ」または「ｂ」を付してバンク１０ａ、１０ｂの何れに属するものであるかを明記しているが、特に区別する必要のない場合には、末尾の「ａ」または「ｂ」を省略している。
内燃機関１０は、各気筒内に空気を取り込むための吸気通路１２と、各気筒内から排出される排気ガスが流れる排気通路１４とを備えている。より具体的には、吸気通路１２は、第１吸気通路１２ａと、第２吸気通路１２ｂと、第１吸気通路１２ａと第２吸気通路１２ｂとが合流した後の一本の合流後吸気通路１２ｃとを備えている。排気通路１４は、第１バンク１０ａから排出される排気ガスが流れる第１排気通路１４ａと、第２バンク１０ｂから排出される排気ガスが流れる第２排気通路１４ｂとを備えている。なお、ここでは、一本の合流後吸気通路１２ｃから双方のバンク１０ａおよび１０ｂに空気が取り込まれる構成を例に挙げたが、バンク毎に独立して空気が取り込まれる吸気通路を備えていてもよい。
第１吸気通路１２ａの入口近傍には、第１吸気通路１２ａに吸入される空気の流量に応じた信号を出力する第１エアフローメーター１６ａが設けられている。第１エアフローメーター１６ａの下流には、第１ターボ過給機１８ａの第１コンプレッサー１８ａ１が配置されている。第１ターボ過給機１８ａは、第１コンプレッサー１８ａ１と一体的に連結され、排気ガスの排気エネルギによって作動する第１タービン１８ａ２を備えている。第１コンプレッサー１８ａ１の下流側の第１吸気通路１２ａには、第１コンプレッサー１８ａ１により圧縮された空気を冷却する第１インタークーラー２０ａが配置されている。同様に、第２吸気通路１２ｂには、上流側から順に、第２エアフローメーター１６ｂ、第２コンプレッサー１８ｂ１と第２タービン１８ｂ２とを有する第２ターボ過給機１８ｂ、および第２インタークーラー２０ｂが配置されている。
第１吸気通路１２ａと第２吸気通路１２ｂとは、第１および第２インタークーラー２０ａ、２０ｂの下流において合流している。第１吸気通路１２ａと第２吸気通路１２ｂとの合流部には、合流後吸気通路１２ｃを流れる空気の量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ２２が配置されている。また、内燃機関１０の各気筒には、筒内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁２４と、混合気に点火するための点火装置２６とが配置されている。さらに、各気筒には、筒内圧力を検出するための筒内圧センサー２８が配置されている。
また、内燃機関１０は、第１バンク１０ａの各気筒の吸気弁（図示省略）の開弁特性を可変とする第１吸気可変動弁機構３０ａと、第１バンク１０ａの各気筒の排気弁（図示省略）の開弁特性を可変とする第１排気可変動弁機構３２ａとを備えている。より具体的には、ここでは、これらの可変動弁機構３０ａ、３２ａは、クランク軸（図示省略）の回転位相に対するカム軸（図示省略）の回転位相を変化させることにより、作用角は固定で吸気弁や排気弁の開閉時期を所定の可変範囲内で連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構であるものとする。また、第１バンク１０ａの吸気カム軸および排気カム軸（ともに図示省略）の近傍には、それぞれのカム軸の回転角度、すなわち、吸気カム角および排気カム角を検出するための第１吸気カム角センサー３４ａおよび第１排気カム角センサー３６ａがそれぞれ配置されている。第２バンク１０ｂに対しても、同様に、第２吸気可変動弁機構３０ｂ、第２排気可変動弁機構３２ｂ、第２吸気カム角センサー３４ｂおよび第２排気カム角センサー３６ｂが備えられている。
第１タービン１８ａ２よりも上流側の第１排気通路１４ａには、その位置での排気ガスの空燃比（排気空燃比）を検出するための第１空燃比センサー３８ａが配置されており、同様に、第２排気通路１４ｂには第２空燃比センサー３８ｂが配置されている。これらの空燃比センサー３８ａ、３８ｂは、排気空燃比に対してほぼリニアな出力を発するセンサーである。
第１タービン１８ａ２よりも下流側の第１排気通路１４ａには、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒（ここでは三元触媒）として、２つの第１上流触媒４０ａおよび第１下流触媒４２ａが直列に配置されており、同様に、第２排気通路１４ｂには、２つの第２上流触媒４０ｂおよび第２下流触媒４２ｂが直列に配置されている。
また、第１排気通路１４ａには、第１タービン１８ａ２をバイパスして第１タービン１８ａ２の入口側と出口側とを接続する第１排気バイパス通路４８ａが接続されている。第１排気バイパス通路４８ａの途中には、第１排気バイパス通路４８ａを開閉する第１ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）５０ａが設置されている。同様に、第２排気通路１４ｂに対しても、第２排気バイパス通路４８ｂおよび第２ＷＧＶ５０ｂが設置されている。
さらに、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit) ６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力部には、上述したエアフローメーター１６、筒内圧センサー２８、吸気カム角センサー３４、排気カム角センサー３６および空燃比センサー３８に加え、クランク角度およびエンジン回転数を検出するためのクランク角センサー６２等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサーが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力部には、上述したスロットルバルブ２２、燃料噴射弁２４、点火装置２６、吸気可変動弁機構３０、排気可変動弁機構３２およびＷＧＶ５０等の内燃機関１０の運転を制御するための各種のアクチュエーターが電気的に接続されている。ＥＣＵ６０は、上記各種センサーの出力と所定のプログラムとに基づいて上記各種のアクチュエーターを駆動することにより、燃料噴射制御および点火制御等の所定のエンジン制御を行うものである。また、ＥＣＵ６０は、筒内圧センサー２８の出力信号をクランク角度と同期させてＡＤ変換して取得する機能を有している。これにより、ＡＤ変換の分解能が許す範囲で、任意のクランク角タイミングにおける筒内圧力を検出することができる。さらに、ＥＣＵ６０は、クランク角度の位置によって決まる筒内容積の値をクランク角度に応じて算出する機能を有している。
［燃焼室を介した吸気通路から排気通路への新気の吹き抜けによるスカベンジ効果］
上述した構成を有する可変動弁機構３０、３２によれば、吸気弁の開閉時期の進角値と排気弁の開閉時期の遅角値のうちの少なくとも一方を変更することにより、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を増減することができる。ターボ過給機１８を備える本実施形態の内燃機関１０では、低回転高負荷領域においてターボ過給機１８による過給によって（スロットルバルブ２２よりも下流の）吸気圧力が排気圧力（排気マニホールド圧力）よりも高くなる。このような圧力条件が成立する低回転高負荷領域においてバルブオーバーラップ期間が設定されていると、新気（吸気）が燃焼室を介して吸気通路１２から排気通路１４に向けて吹き抜けるという現象（以下、単に「スカベンジ」と称する）が生ずる。このような新気の吹き抜けが発生していると、通常であれば燃焼室のすきま容積分は少なくとも存在してしまう筒内の残留ガスを、吸気通路１２からの新気を用いて押し出すことによって掃気し、新気に置き換えることができる（スカベンジ効果）。これにより、内燃機関１０のトルク向上および過給レスポンス向上などの効果を得ることができる。このため、本実施形態では、吸気圧力が排気圧力よりも高くなる低回転高負荷領域においてスカベンジ効果の利用のためにバルブオーバーラップ期間が設定される。なお、以下、このスカベンジ効果により排気通路１４に吹き抜ける新気の量を「スカベンジ量」と称する。
［各バンクのスカベンジ量の評価手法］
Ｖ型の内燃機関１０のバンク１０ａ、１０ｂがそうであるように、２つの気筒群を備える内燃機関では、それぞれの排気通路に配置される触媒等の経年による詰まり、吸排気系部品の圧力損失のばらつき、過給機の経年劣化などの影響で、筒内に流入するガスの圧力（吸気圧力）や筒内から排出されたガスの圧力（排気圧力）が気筒群間で異なることがある。バルブオーバーラップ期間が同一であっても吸気圧力（より具体的には、吸気マニホールド圧力、すなわち、過給圧）と排気圧力（より具体的には、排気マニホールド圧力）との差が気筒群間で異なると、スカベンジ量が気筒群間で異なってしまう。
スカベンジ量の推定に関し、このような経年劣化等の影響が把握されていないと、各気筒群の筒内の空燃比が適切になるように燃料噴射量を調整することができなくなる。その結果として、内燃機関の運転状態（エンジン回転数とエンジン負荷率）とバルブオーバーラップ期間との関係での基準のスカベンジ量（新品の内燃機関を対象として事前に適合された適正量）よりも実際に発生したスカベンジ量が多いと、次のような問題が生ずる。すなわち、過剰な掃気によって燃焼室を吹き抜けた新気に含まれる酸素は、触媒によって捕捉（吸蔵）される。また、新気の吹き抜けが発生している場合において実際に筒内に充填される空気の量（筒内充填空気量）は、吸気弁を通過して筒内に流入する空気の量（吸気弁通過空気量）からスカベンジ量を引いた量である。そうであるのに、吸気弁通過空気量との関係で特定される空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されていると、筒内の燃焼時の空燃比は、理論空燃比よりもリッチな値となってしまう。その結果、その後に筒内から排出されたリッチガス（燃え残った未燃燃料を含み、理論空燃比よりもリッチなガス）が触媒に流入し、このリッチガス中の未燃燃料が触媒に捕捉されていた酸素と酸化反応を起こすこととなる。これにより、触媒床温の過上昇を招いてしまうおそれがある。さらには燃費の低下を招くおそれがある。一方、基準のスカベンジ量よりも実際のスカベンジ量が少ないと、触媒での新気と未燃燃料との酸化反応は抑制されるが、スカベンジ量の不足によって過給レスポンスの低下や燃費の低下を招くおそれがある。そこで、本実施形態では、吸排気系の経年劣化等の影響に依らずに各気筒群のスカベンジ量を推定するために、以下に説明する手法を用いることとした。
図２は、燃焼温度と当量比との関係を表した図である。図３は、空燃比の変化に対する図示トルクの変化を表した図である。筒内での炭化水素系の燃料の実際の燃焼は熱解離を伴う。その結果、図２に示すように、実際の燃焼での燃焼温度の最大値（破線）は、熱解離がないとした場合（実線）と比べて低くなり、燃焼温度の最大値は空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の値（ガソリンの場合には、１２．５（当量比では約１．１８））を示す際に得られる。それに伴い、図３に示すように、燃焼によって生じる内燃機関１０のトルク（図示トルク）の最大値も、燃焼温度が最大となる時の空燃比である１２．５（いわゆる、出力空燃比）において得られるようになる。
本実施形態の内燃機関１０は筒内圧センサー２８を備えているので、筒内圧センサー２８の検出値を利用して図示トルクを算出することができる。より具体的には、筒内圧センサー２８によって取得される１サイクル中の筒内圧力Ｐの履歴と筒内容積Ｖの変化ｄＶとを利用して、これらの積を１サイクルに渡って積分することで次の（１）式のように図示仕事を算出することができる。図示仕事は、筒内の作動流体がピストンに対して１サイクル中に行う仕事量である。
図示仕事＝∫Ｐ・ｄＶ ・・・（１）
そして、（１）式によって算出された図示仕事を行程容積で除することによって、図示平均有効圧を算出することができる。図示トルクは、既知の関係式を用いて図示平均有効圧から換算して求めることができる。
そこで、本実施形態では、スカベンジ（新気の吹き抜け）が発生する同一運転条件下においてバンク単位で燃料噴射量をサイクル毎に変更した際に筒内圧センサー２８の検出値に基づく図示トルクが最も大きくなる時の排気空燃比をバンク毎に取得することとした。ここでいうスカベンジが発生する同一運転条件とは、吸気圧力が排気圧力よりも高くなり、かつバルブオーバーラップ期間が設定される低回転高負荷領域を利用する運転条件であって、定常的な運転条件（特に、図示トルクの算出を行うサイクル中にエンジン回転数およびエンジン負荷率が変化しない運転条件）のことである。
図示トルクが最大値を示す燃焼状態は、例えば、上記同一運転条件下において図示トルクの最大値が得られるまで燃料噴射量を徐々に変更しながら図示トルクを算出していくことによって得ることができる。あるいは、例えば、次のような手法を用いてもよい。すなわち、図示トルクと空燃比との関係を表す曲線は図３に示すように２次曲線となる。ここでは、エンジン負荷率（すなわち、吸入空気量）が同一となる定常的な運転条件を想定しているので、図示トルクと燃料噴射量との関係を示す曲線も同様に２次曲線となる。そこで、燃料噴射量を変化させながら図示トルクを少なくとも３点取得し、図示トルクと燃料噴射量との関係を示すＸＹ平面上で上記３点が乗る２次曲線上で図示トルクが最大となる時の燃料噴射量を推定する。そして、このように推定された燃料噴射量を用いて燃料噴射を実行することで図示トルクが最大値となる燃焼状態が得られるようになっていてもよい。また、当該燃焼状態が得られたサイクルにおいて筒内から排出された排気ガスの排気空燃比は、当該排気ガスが空燃比センサー３８に到達した時の空燃比センサー３８の出力値に基づいて取得することができる。なお、筒内から排出された排気ガスが空燃比センサー３８に到達するタイミングは、排気弁から空燃比センサー３８までの排気通路１４上の距離と排気ガスの輸送時間とに基づいて推定可能であり、排気ガスの輸送時間は、例えば、エンジン回転数等に基づいて推定可能である。
スカベンジ発生時の筒内の空燃比は本来的には未知である。しかしながら、図示トルクが最も大きくなる時の筒内の空燃比は化学的に１２．５（出力空燃比）であると分かる。本実施形態の手法によれば、このことを利用して、上述した吸排気系の経年劣化等の影響を受けずに、筒内の空燃比が出力空燃比である時の排気空燃比を取得することが可能となる。
そのうえで、本実施形態では、図示トルクが最大値を示す時（すなわち、筒内の空燃比が出力空燃比である時）の排気空燃比を利用して、スカベンジ量の程度を示すスカベンジ割合が算出される。ここで用いるスカベンジ割合は、次の（２）式に示すように、排気空燃比と出力空燃比との差を出力空燃比で除することによって得られる。
スカベンジ割合＝（排気空燃比−出力空燃比）／出力空燃比×１００ ・・・（２）
すなわち、ここでいうスカベンジ割合は、筒内に充填される空気の量に対するスカベンジ量の割合に相当するものである。例えば、検出した排気空燃比が１５．５である場合には、出力空燃比として１２．５を用いるとスカベンジ割合は２４％となる。また、吸気弁通過空気量はエアフローメーター１６を用いて取得することができるので、吸気弁通過空気量と上記スカベンジ割合とに基づいて、スカベンジ量を算出することもできる。
以上説明した手法によれば、上記同一運転条件下において図示トルクが最大値を示す際の排気空燃比を筒内圧センサー２８と空燃比センサー３８とを用いて取得できれば、スカベンジ割合やスカベンジ量を推定することができる。また、出力空燃比は、上述した吸排気系の経年劣化等の影響を受けないので化学的に１２．５近傍で変化しない。このため、当該影響を受けずにスカベンジ割合やスカベンジ量を推定することが可能となる。
［バンク毎のスカベンジ量の制御］
上述したスカベンジ割合（量）の推定手法によれば、上記同一運転条件下において図示トルクが最大となるように燃料噴射量を調整することで、吸排気系の経年劣化等の影響に依らずに、各バンク１０ａ、１０ｂの筒内の燃焼状態を、筒内の空燃比が１２．５（出力空燃比）で同一となっている燃焼状態で揃えることが可能となる。これにより、各バンク１０ａ、１０ｂの排気空燃比（空燃比センサー値）の比較によって、バンク間でスカベンジ量を精度良く比較できるようになる。そのうえで、本実施形態では、スカベンジ量の推定値にバンク間で差が生じている場合には、当該差が小さくなるように、何れか一方のバンク１０ａまたは１０ｂのバルブオーバーラップ期間を調整することとした。
より具体的には、排気温度が所定値以下である場合においてバンク間でスカベンジ量に差が生じている場合には、相対的にスカベンジ量の少ないバンク１０ａまたは１０ｂのスカベンジ量をもう一方のバンク１０ｂまたは１０ａのスカベンジ量に一致させるために、該当するバンク１０ａまたは１０ｂのバルブオーバーラップ期間を拡大することとした。一方、排気温度が高い状況下において上記のようにバルブオーバーラップ期間を拡大してスカベンジ量を増やしてしまうと、触媒温度が所定温度範囲（触媒が新品である状態で想定した触媒の適正温度範囲）を超えて上昇してしまうおそれがある。そこで、排気温度が上記所定値よりも高い場合においてバンク間でスカベンジ量に差が生じている場合には、相対的にスカベンジ量が多いバンク１０ａまたは１０ｂのスカベンジ量をもう一方のバンク１０ｂまたは１０ａのスカベンジ量に一致させるために、該当するバンク１０ａまたは１０ｂのバルブオーバーラップ期間を縮小することとした。排気温度の上記所定値とは、スカベンジの増量に伴う触媒温度の過上昇を回避するための排気温度の閾値として事前に決定された値である。
また、バンク間のスカベンジ量の調整のために上記のバルブオーバーラップ期間の調整を行うと、筒内に流入する空気量が変化し、筒内で発生するトルクが変化してしまう。そこで、本実施形態では、バルブオーバーラップ期間の調整後に、バンク間で図示トルクが異なっているか否かが判定される。そして、バンク間で図示トルクに差が生じている場合には、当該差が小さくなるように、対象となるＷＧＶ５０が制御される。
図４は、上述した特徴的な制御を実現するためにＥＣＵ６０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンの処理は、スカベンジが発生する定常的な運転条件下において起動されて実行されるものとする。具体的には、例えば、スカベンジが発生する低回転高負荷領域（過給域）を事前に定めてＥＣＵ６０に記憶させておき、本ルーチンは、当該低回転高負荷領域において定常的な運転がなされる場合に実行されるものとすることができる。また、本ルーチンは、本ルーチンの実行のために上記運転条件を意図的に作り出した状態で実行されるものであってもよい。
図４に示すルーチンでは、ＥＣＵ６０は、先ず、ステップ１００において、上記同一運転条件下において図示トルクが最大値を示す時の排気空燃比の値を空燃比センサー３８を用いてバンク毎に取得する。各バンク１０ａ、１０ｂにおける図示トルクの算出は、任意の１つの気筒にて代表して行われるものであってもよいし、各バンク１０ａ、１０ｂに属する複数気筒の平均値であってもよい。
次に、ＥＣＵ６０は、ステップ１０２に進み、取得した排気空燃比と上記（２）式に基づいて、スカベンジ量をバンク毎に算出する。次いで、ＥＣＵ６０は、ステップ１０４に進み、バンク間でスカベンジ量が異なっているか否かを判定する。その結果、本判定が不成立となる場合には、本ルーチンの処理は速やかに終了される。
一方、バンク間でスカベンジ量が異なっていると判定した場合には、ＥＣＵ６０は、ステップ１０６に進み、排気温度が上記所定値よりも高いか否かを判定する。本ステップ１０６で用いる排気温度の所定値は、スカベンジの増量に伴う触媒温度の上昇と触媒温度の上記所定温度範囲とを考慮して事前に定められた値である。
ステップ１０６において排気温度が上記所定値以下であると判定した場合には、ＥＣＵ６０は、ステップ１０８に進み、スカベンジ量が相対的に少ないバンク１０ａまたは１０ｂのスカベンジ量をもう一方のバンク１０ｂまたは１０ａのスカベンジ量に一致させるために、該当するバンク１０ａまたは１０ｂのバルブオーバーラップ期間を拡大する。具体的には、例えば、もう一方のバンク１０ｂまたは１０ａのスカベンジ量に近づけるために、該当するバンク１０ａまたは１０ｂのバルブオーバーラップ期間が所定量だけ拡大される。この場合のバルブオーバーラップ期間の調整は、作用角は固定で開閉時期を調整する可変動弁機構３０、３２を用いたものに限らない。例えば、吸気弁および排気弁のうちの少なくとも一方の作用角を可変とする可変動弁機構を備えている場合には、バルブオーバーラップ期間を調整するために、作用角の調整によって吸気弁の開き時期および排気弁の閉じ時期のうちの少なくとも一方が調整されるようになっていてもよい。
一方、ステップ１０６において排気温度が上記所定値よりも高いと判定した場合には、ＥＣＵ６０は、ステップ１１０に進み、スカベンジ量が相対的に多いバンク１０ａまたは１０ｂのスカベンジ量をもう一方のバンク１０ｂまたは１０ａのスカベンジ量に一致させるために、該当するバンク１０ａまたは１０ｂのバルブオーバーラップ期間を（例えば、所定量だけ）縮小する。
ステップ１０８または１１０の処理を実行した後には、ＥＣＵ６０は、ステップ１１２に進み、バンク毎に図示トルクを算出したうえでバンク間で図示トルクが異なっているか否かを判定する。ステップ１１２の判定が不成立となる場合には、本ルーチンの処理は速やかに終了される。一方、バンク間で図示トルクが異なっていると判定した場合には、ＥＣＵ６０は、ステップ１１４に進み、バンク間の図示トルクの差が小さくなるように、対象となるＷＧＶ５０を制御する。具体的には、例えば、ステップ１０８または１１０の処理によるスカベンジ量の調整に伴う吸入空気量の変化分を相殺するためのＷＧＶ５０の一方もしくは双方の開度調整が行われる。例えば、ある量の吸入空気量を取り戻す場合には、ＷＧＶ５０が所定開度だけ閉じられる。
ステップ１１４の処理を実行した後には、ＥＣＵ６０は、ステップ１００および１０２と同様のステップ１１６および１１８の処理を順に実行し、スカベンジ量をバンク毎に取得する。次いで、ＥＣＵ６０は、ステップ１２０に進み、バンク間でスカベンジ量が異なっているか否かを再び判定する。本判定が不成立となる場合には、ステップ１０６以降の処理が繰り返し実行される。一方、本判定が成立した場合、すなわち、各バンク１０ａ、１０ｂの図示トルクを一致させた状態で各バンク１０ａ、１０ｂのスカベンジ量を一致させることができた場合には、本ルーチンの制御が終了される。
以上説明した図４に示すルーチンによれば、吸排気系の経年劣化等の影響に依らずに排気空燃比に基づいて各気筒群のスカベンジ量を評価（監視）することができる。そして、バンク間でスカベンジ量に差が認められる場合には、バンク単位でバルブオーバーラップ期間を調整することによってスカベンジ量のバンク間の差を（より具体的には、上記影響に起因する差を含めて）抑制することができる。より具体的には、排気温度が上記所定値以下の場合（換言すると、適正な排気温度範囲の上限値に対して排気温度に余裕がある場合）には、スカベンジ量が相対的に少ないバンク１０ａまたは１０ｂのスカベンジ量がもう一方のバンク１０ｂまたは１０ａのスカベンジ量に一致するようにバルブオーバーラップ期間が調整される。これにより、筒内の空燃比をバンク間で揃えた状態で高いトルクを実現できるようになる。その結果、例えば、触媒の詰まりによって一方のバンク１０ａまたは１０ｂのスカベンジ量が低下しているような状況下では、経年的なトルク低下を解消して当初（新品時）のトルクに近いトルクを引き出せるようになる。また、排気温度が上記所定値よりも高い場合には、スカベンジ量が相対的に多いバンク１０ａまたは１０ｂのスカベンジ量がもう一方のバンク１０ｂまたは１０ａのスカベンジ量に一致するようにバルブオーバーラップ期間が調整される。これにより、スカベンジ量を増やしてしまうと触媒温度の過上昇が懸念される状況下において、双方のバンク１０ａおよび１０ｂの排気温度を低温側のバンク１０ａまたは１０ｂの値に揃えることができる。
また、上記ルーチンによれば、バルブオーバーラップ期間の調整によるスカベンジ量の調整がなされた後にバンク間で図示トルクが揃うようにＷＧＶ５０が制御される。これにより、バルブオーバーラップ期間の調整に伴うバンク間のトルク変動を抑制することができる。
ところで、上述した実施の形態１においては、筒内の空燃比が出力空燃比となる燃焼状態を得るために、筒内圧センサー２８の検出値に基づく図示トルクを用いることとしている。しかしながら、本発明において同じ目的で使用される値は、筒内圧センサー２８の検出値に基づいて算出される図示仕事自体であってもよい。また、上記の目的のために図示トルク以外で用いることのできる値としては、例えば、図示平均有効圧が挙げられる。
また、上述した実施の形態１においては、図示トルクが最大値を示す時に取得された空燃比センサー３８の出力値に基づいてスカベンジ量を算出し、バンク間でスカベンジ量を比較することとしている。しかしながら、本発明におけるバンク間でのスカベンジ量の比較は、必ずしもスカベンジ量自体を算出したうえで行うものに限らず、例えば、空燃比センサー３８の出力値（電圧値）をバンク間で直接的に比較するものであってもよい。或いは、空燃比センサー３８の出力値の相関値をバンク間で比較するものであってもよい。ここでいう相関値には、実施の形態１で説明したスカベンジ量やスカベンジ割合だけでなく、例えば、出力値に基づいて算出される空燃比指標値（空燃比、空気過剰率または当量比）が該当する。
また、上述した実施の形態１においては、バンク間のスカベンジ量（排気空燃比）の差が小さくなるように、相対的にスカベンジ量が多い（もしくは少ない）一方のバンク１０ａまたは１０ｂのスカベンジ量と一致するように他方のバンク１０ｂまたは１０ａのスカベンジ量を調整することとしている。しかしながら、本発明におけるスカベンジ量の調整のためのバルブオーバーラップ期間の調整は、上記の態様以外に、次のようなものであってもよい。すなわち、例えば、運転条件に応じた空燃比センサー３８の出力値もしくはその相関値の適正値をＥＣＵ６０に記憶しておく。そして、同一運転条件下において取得した各バンク１０ａおよび１０ｂの空燃比センサー３８の出力値もしくはその相関値のそれぞれと上記適正値との差が無くなるように、各バンク１０ａおよび１０ｂのバルブオーバーラップ期間を調整するものであってもよい。或いは、例えば、同一運転条件下において取得した各バンク１０ａおよび１０ｂの空燃比センサー３８の出力値もしくはその相関値の平均値を目標値として、各バンク１０ａおよび１０ｂのバルブオーバーラップ期間を調整するものであってもよい。
また、上述した実施の形態１においては、２つのバンク１０ａおよび１０ｂを備えるＶ型の内燃機関１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の対象となる内燃機関は、２つの気筒群を有し、それぞれの気筒群に接続される排気通路のそれぞれに触媒やタービン等の圧力損失を生じさせる機器が独立して備える内燃機関であれば、上述したＶ型に限らず、直列型や水平対向型であってもよい。
また、上述した実施の形態１においては、ターボ過給機１８を備える内燃機関１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における内燃機関が備える過給機は、上記の構成のものに限らず、例えば、内燃機関のクランク軸からの動力を利用するものであってもよく、或いは、電動モータを利用するものであってもよい。
なお、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ１００〜１１０、および１１６〜１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１制御手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ６０が上記ステップ１１２および１１４の処理を実行することにより前記第２の発明における「第２制御手段」が実現されている。
１０ 内燃機関
１０ａ 第１バンク
１０ｂ 第２バンク
１２ 吸気通路
１４ａ 第１排気通路
１４ｂ 第２排気通路
１６ａ、１６ｂ エアフローメーター
１８ａ 第１ターボ過給機
１８ａ１ 第１コンプレッサー
１８ａ２ 第１タービン
１８ｂ 第２ターボ過給機
１８ｂ１ 第２コンプレッサー
１８ｂ２ 第２タービン
２０ａ、２０ｂ インタークーラー
２２ スロットルバルブ
２４ 燃料噴射弁
２６ 点火装置
２８ 筒内圧センサー
３０ａ、３０ｂ 吸気可変動弁機構
３２ａ、３２ｂ 排気可変動弁機構
３４ａ、３４ｂ 吸気カム角センサー
３６ａ、３６ｂ 排気カム角センサー
３８ａ、３８ｂ 空燃比センサー
４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ 触媒
４６、４６ｂ マフラー
４８ａ、４８ｂ 排気バイパス通路
５０ａ 第１ウェイストゲートバルブ（第１ＷＧＶ）
５０ｂ 第２ウェイストゲートバルブ（第２ＷＧＶ）
６０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６２ クランク角センサー

Claims (2)

  1. 第１気筒群および第２気筒群を備える内燃機関の制御装置であって、
    吸入空気を過給する過給機と、
    前記第１気筒群の各気筒および前記第２気筒群の各気筒に備えられ、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
    前記第１気筒群に接続される第１排気通路と、
    前記第２気筒群に接続される第２排気通路と、
    前記第１排気通路を流れる排気ガスの空燃比を検出する第１空燃比センサーと、
    前記第２排気通路を流れる排気ガスの空燃比を検出する第２空燃比センサーと、
    前記第１気筒群の少なくとも１つの気筒および前記第２気筒群の少なくとも１つの気筒に備えられ、筒内圧力を検出する筒内圧センサーと、
    前記第１気筒群の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重なる第１バルブオーバーラップ期間を調整可能な第１可変動弁機構と、
    前記第２気筒群の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重なる第２バルブオーバーラップ期間を調整可能な第２可変動弁機構と、
    前記第１可変動弁機構および前記第２可変動弁機構を制御する第１制御手段と、
    を備え、
    前記第１制御手段は、
    燃焼室を介した吸気通路から排気通路への新気の吹き抜けが発生する同一運転条件下において前記第１気筒群の燃料噴射量を変更して前記第１気筒群の前記筒内圧センサーの検出値に基づく図示仕事もしくはその相関値が最も大きくなる時に前記第１気筒群から排出される排気ガスについての前記第１空燃比センサーの第１出力値もしくはその相関値を取得し、
    前記同一運転条件下において前記第２気筒群の燃料噴射量を変更して前記第２気筒群の前記筒内圧センサーの検出値に基づく図示仕事もしくはその相関値が最も大きくなる時に前記第２気筒群から排出される排気ガスについての前記第２空燃比センサーの第２出力値もしくはその相関値を取得し、かつ、
    取得した前記第１出力値と前記第２出力値との出力値差、もしくは、取得した前記第１出力値の相関値と前記第２出力値の相関値との相関値差が小さくなるように前記第１バルブオーバーラップ期間および前記第２バルブオーバーラップ期間のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記第１排気通路に配置された第１タービンを備える第１ターボ過給機と、
    前記第２排気通路に配置された第２タービンを備える第２ターボ過給機と、
    前記第１タービンをバイパスする第１排気バイパス通路と、
    前記第２タービンをバイパスする第２排気バイパス通路と、
    前記第１排気バイパス通路を開閉する第１ウェイストゲートバルブと、
    前記第２排気バイパス通路を開閉する第２ウェイストゲートバルブと、
    前記第１ウェイストゲートバルブおよび前記第２ウェイストゲートバルブを制御する第２制御手段と、
    を備え、
    前記第２制御手段は、
    前記第１制御手段によって前記出力値差もしくは前記相関値差が小さくなるように前記第１バルブオーバーラップ期間および前記第２バルブオーバーラップ期間のうちの少なくとも一方が制御された後に、前記第１気筒群の前記筒内圧センサーの検出値に基づく第１図示仕事もしくはその相関値と、前記第２気筒群の前記筒内圧センサーの検出値に基づく第２図示仕事もしくはその相関値とを取得し、かつ、
    取得した前記第１図示仕事と前記第２図示仕事との差、もしくは、取得した第１図示仕事の相関値と前記第２図示仕事の相関値との差が小さくなるように前記第１ウェイストゲートバルブおよび前記第２ウェイストゲートバルブのうちの少なくとも一方の開度を制御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。
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