JP3733622B2 - エンジンの気筒別燃焼制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの各気筒を空燃比を相対的にリッチ側とリーン側とにそれぞれ制御する２つのグループに分けて気筒別燃焼制御を行うエンジンの気筒別燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの気筒別燃焼制御装置として、エンジン始動直後などに排気浄化用触媒の早期活性化のため、エンジンの各気筒を空燃比を相対的にリッチ側とリーン側とにそれぞれ制御する２つのグループに分けてグループ毎に制御するものがある（特開平２−１９６２７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の気筒別燃焼制御装置にあっては、全気筒の排気ガス組成による気筒別燃焼制御となっていたため、各気筒の図示平均有効圧力（Ｐｉ）が一定にならず、エンジンの安定度が良好ではないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、エンジンの各気筒の空燃比を相対的にリッチ側とリーン側とに分けて制御するものの、各気筒間の図示平均有効圧力のばらつきをなくすことができるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１に示すように、エンジンの各気筒を空燃比を相対的にリッチ側とリーン側とにそれぞれ制御する２つのグループに分け、各グループ毎に燃料噴射量及び点火時期をそれぞれ設定する手段を備えるエンジンの気筒別燃焼制御装置において、各気筒の図示平均有効圧力を検出する図示平均有効圧力検出手段と、検出された図示平均有効圧力に基づいて、エンジンの安定度として、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動と、全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動とを検出する安定度検出手段と、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動が安定度限界となるように、リーン気筒グループの燃料噴射量を補正し、更に全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動が安定度限界となるように、リーン気筒グループの燃料噴射量を補正するリーン気筒燃料噴射量フィードバック補正手段と、リッチ気筒グループの図示平均有効圧力がリーン気筒グループの図示平均有効圧力と同じになるように、リッチ気筒グループの点火時期を補正するリッチ気筒点火時期フィードバック補正手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００６】
すなわち、各気筒の図示平均有効圧力を検出し、また、これに基づいて、エンジンの安定度として、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動と、全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動とを検出する。そして、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動が安定度限界となるように、更に全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動が安定限界となるように、リーン気筒グループの燃料噴射量をフィードバック補正して、リーン気筒グループの空燃比を安定度限界までリーン側に制御する。そして、この上で、リッチ気筒グループの図示平均有効圧力がリーン気筒グループの図示平均有効圧力と同じになるように、リッチ気筒グループの点火時期をフィードバック補正する。これにより、リーン気筒グループを安定度限界までリーン化した上で、各気筒間の図示平均有効圧力のばらつきをなくして、エンジンの安定度を良好なものとすることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明では、リーン気筒グループの気筒数をリッチ気筒グループの気筒数より多くしたことを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記図示平均有効圧力検出手段は、各気筒毎に筒内圧力センサを有し、各気筒毎に筒内圧力より図示平均有効圧力を算出するものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明では、前記図示平均有効圧力検出手段は、図 12に示すように、同一燃焼行程内で予め定めた第１のクランク角区間と第２のクランク角区間とでそれぞれ角速度を計測する角速度計測手段と、各気筒毎に燃焼行程における第２のクランク角区間の角速度と第１のクランク角区間の角速度との差として角加速度を算出する角加速度算出手段とを有し、各気筒毎に角加速度より図示平均有効圧力を算出するものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に係る発明では、請求項４に係る発明の場合に、前記角加速度算出手段により算出された角加速度を第１のクランク角区間の角速度により補正する角加速度補正手段を有することを特徴とする（図 12参照）。
請求項６に係る発明では、請求項４に係る発明の場合に、燃焼行程中の平均角速度を検出する平均角速度検出手段と、検出された平均角速度に応じて、平均角速度が大きくなるほど広くなるように前記角速度計測手段における第１及び第２のクランク角区間の区間幅を変更する計測区間幅変更手段とを有することを特徴とする（図 12参照）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は本発明の一実施例を示すシステム図である。先ず、これについて説明する。
車両に搭載されるエンジン１には、エアクリーナ２から吸気ダクト３、スロットル弁４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の各ブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁６が設けられている。
【００１１】
燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述するコントロールユニット12からの駆動パルス信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に調整された燃料をエンジン１に噴射供給する。
エンジン１の各燃焼室には点火栓７が設けられており、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。
【００１２】
そして、エンジン１からの排気は、排気マニホールド８、排気ダクト９、排気浄化用触媒（三元触媒）10及びマフラー11を介して大気中に放出される。
コントロールユニット12は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、後述のごとく演算処理して、燃料噴射弁６及び点火栓７の作動を制御する。
【００１３】
前記各種センサとしては、吸気ダクト３中にエアフローメータ13が設けられていて、エンジン１の吸入空気流量が検出される。
また、図示していないディストリビュータにクランク角センサ14が内蔵されていて、爆発間隔（ 180°）毎に各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）前の所定位置、例えばＢＴＤＣ 110°でＨレベルのパルスとなる基準信号ＲＥＦを出力すると共に、クランク角の単位角度（例えば１°）毎にＨレベルのパルスとなる単位信号ＰＯＳを出力する。尚、基準信号ＲＥＦのうち第１気筒に対応するもののパルス幅を変えるなどして、気筒判別可能としている。また、基準信号ＲＥＦの周期、又は一定時間内での単位信号ＰＯＳのカウント値より、エンジン回転数を算出可能である。
【００１４】
また、排気マニホールド８の集合部に空燃比センサとしての酸素センサ15が設けられていて、排気空燃比に応じた信号を出力する。
また、エンジン１のウォータジャケット内に臨ませて水温センサ16が設けられていて、冷却水温度が検出される。
また、スロットル弁４にスロットルセンサ17が取付けられていて、スロットル開度が検出される。アイドル状態はアイドルスイッチ18により検出される。
【００１５】
また、排気浄化用触媒10内に臨ませて触媒温度センサ19が設けられていて、触媒温度（触媒担体温度）が検出される。
また、各気筒毎に、点火栓７の取付座金として、筒内圧力センサ20が設けられていて、各気筒の筒内圧力（燃焼圧力）が検出される。
次に、コントロールユニット12の演算処理内容、特に本発明に係る気筒別燃焼制御の演算処理内容について、図３〜図６のフローチャートにより説明する。
【００１６】
尚、本実施例は、４気筒エンジンにおいて、リッチ気筒を２気筒、リーン気筒を２気筒としたものとする。
図３は気筒別燃焼制御ルーチンのフローチャートである。
ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下同様）では、クランク角センサからの信号に基づいて検出されるエンジン回転数から、エンジンが回転中か否かを判定する。そして、回転中であれば、ステップ２へ進み、停止していれば、本ルーチンを終了する。
【００１７】
ステップ２では、エンジンが気筒別燃焼制御を行うべき条件にあるか否かを判定する。具体的には、触媒温度センサにより検出される触媒温度を読込んで、基準温度（例えば 200℃）以下であれば、気筒別燃焼制御を行うべき条件であるとして、ステップ３へ進み、行うべき条件になければ、本ルーチンを終了する。
ステップ３では、酸素センサを用いた空燃比フィードバック制御を停止し、気筒別燃焼制御の初期設定、すわなち、リッチ気筒の燃料噴射量、リーン気筒の燃料噴射量、リッチ気筒の点火時期、リーン気筒の点火時期の初期設定を行う。
【００１８】
リッチ気筒の燃料噴射量は、次のように設定する。ＣＯ、Ｏ2 濃度と触媒低温活性（触媒活性温度）との関係は図７に示すようであり、ＣＯ濃度はＡ１を境にそれ以上であれば余り影響しなくなっていることから、リッチ気筒の燃料噴射量は、全気筒合計時の排気ガス中ＣＯ濃度がＡ１以上になるように設定する。詳しくは、空燃比とＣＯ濃度との関係は図８に示すような関係にあるので、ＣＯ濃度がＡ１となるような目標空燃比になるように、エアフローメータにより検出される吸入空気流量とエンジン回転数とから、次式により、リッチ気筒の燃料噴射量Ｆrichを演算する。
【００１９】
Ｆrich＝（Ｑ／Ｎ）×ＫＭＲ×ＣＯＥＦ
ここで、Ｑは吸入空気流量、Ｎはエンジン回転数、ＫＭＲは目標空燃比による補正係数、ＣＯＥＦは水温補正等の各種補正係数である。
リーン気筒の燃料噴射量は、リッチ気筒の燃料噴射量を基に、相対的にリーン側になるように、設定する。具体的には、次式により、リーン気筒の燃料噴射量Ｆleanを演算する。
【００２０】
Ｆlean＝Ｆrich×Ｋ１ （但し、Ｋ１はリーン化補正係数）
リッチ気筒の点火時期及びリーン気筒の点火時期は、ＭＢＴに合わせて設定する。
ステップ４では、リーン気筒の燃料噴射量のフィードバック補正を行う。
このフィードバック補正の詳細を図４のフローチャートに示す。
【００２１】
先ずステップ41では、別ルーチンにより検出されている各気筒毎の図示平均有効圧力Ｐｉを読込む。
ここで、図示平均有効圧力Ｐｉは、所定のサンプリング角度毎に実行される図６のＰｉ検出ルーチンにより検出されている。すなわち、図６のＰｉ検出ルーチンにおいては、ステップ101 で燃焼行程における所定の積算開始角〜終了角までの積算区間か否かを判定し、積算区間であれば、ステップ102 で筒内圧力センサにより検出される筒内圧力（燃焼圧力）を読込んで、ステップ103 でその筒内圧力を積算する。そして、ステップ104 で積算終了角と判定されると、ステップ105 でそのときの積算値を図示平均有効圧力Ｐｉとして検出し、ステップ106 で次回のために積算値をクリアする。
【００２２】
尚、図示平均有効圧力Ｐｉは各気筒毎に所定のサンプリング数ｎ（例えば20程度）記憶し、新たに１つ検出される毎に、一番古い値を捨てて、次々と更新していく。
次にステップ42では、リーン気筒の図示平均有効圧力Ｐｉのサイクル変動σＰｉを演算する。
【００２３】
ここで、図示平均有効圧力Ｐｉのサイクル変動σＰｉは、次式により、演算する。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ここで、ｎはサンプリング数、ＭＰｉはｎ個のＰｉの平均値である。
次にステップ43では、リーン気筒のＰｉのサイクル変動σＰｉを安定度限界値γと比較して、リーン気筒σＰｉ＜γであれば、安定度限界まで余裕があるので、ステップ44へ進み、リーン気筒の燃料噴射量Ｆleanを所定量ΔＦ減少させて（Ｆlean＝Ｆlean−ΔＦ）、ステップ41へ戻る。
【００２６】
リーン気筒σＰｉ＜γでない場合は、ステップ45へ進んで、リーン気筒σＰｉ＝γか否かを判定し、リーン気筒σＰｉ＝γであれば、目標とする安定度限界であるので、本サブルーチンを終了する。リーン気筒σＰｉ＝γでない場合（リーン気筒σＰｉ＞γの場合）は、安定度限界を超えてしまったので、ステップ46へ進み、リーン気筒の燃料噴射量Ｆleanを所定量ΔＦ増大させて（Ｆlean＝Ｆlean＋ΔＦ）、ステップ41へ戻る。
【００２７】
尚、ステップ42の部分が安定度（詳しくはリーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動）検出手段に相当し、ステップ43〜46の部分がリーン気筒燃料噴射量フィードバック補正手段に相当する。
図３に戻って、ステップ５では、リッチ気筒の点火時期のフィードバック補正を行う。
このフィードバック補正の詳細を図５のフローチャートに示す。
【００２８】
先ずステップ51では、別ルーチンにより検出されている各気筒毎の図示平均有効圧力Ｐｉを読込む。
次にステップ52では、リッチ気筒の図示平均有効圧力Ｐｉとリーン気筒の図示平均有効圧力Ｐｉとを比較し、リッチ気筒Ｐｉ＞リーン気筒Ｐｉであれば、ステップ53へ進み、両者が等しくなるように、リッチ気筒の点火時期を所定量遅角側に補正して（ＡＤＶ＝ＡＤＶ−ΔＡ）、ステップ51へ戻る。
【００２９】
リッチ気筒Ｐｉ＞リーン気筒Ｐｉでない場合は、ステップ54へ進んで、リッチ気筒Ｐｉ＝リーン気筒Ｐｉか否かを判定し、リッチ気筒Ｐｉ＝リーン気筒Ｐｉであれば、点火時期の修正の必要はないため、本サブルーチンを終了する。リッチ気筒Ｐｉ＝リーン気筒Ｐｉでない場合（リッチ気筒Ｐｉ＜リーン気筒Ｐｉの場合）は、ステップ55へ進み、再修正のため、リッチ気筒の点火時期を所定量進角側に補正して（ＡＤＶ＝ＡＤＶ＋ΔＡ）、ステップ51へ戻る。
【００３０】
尚、ステップ52〜55の部分がリッチ気筒点火時期フィードバック補正手段に相当する。
このように、リーン気筒の燃料噴射量については、リーン気筒のＰｉのサイクル変動σＰｉを演算し、演算結果からフィードバック補正を行う。これは、リーン気筒のＰｉのサイクル変動と全気筒のＰｉのサイクル変動（平均）との関係が図９に示すようになっているので、エンジンの安定度限界はリーン気筒のＰｉのサイクル変動を安定度限界に合わせることで決まる。よって、リーン気筒のＰｉのサイクル変動を安定度ぎりぎりに制御することになる。これは触媒の低温活性向上にはＣＯ、Ｏ2 の量（排気ガス中の濃度）が関係しているためであり、共に高濃度であるほどに触媒の低温活性が向上するので、ここではＯ2 の量を増やすために、できるだけ空燃比をリーン側に制御する。これにより、リーン気筒の空燃比が決定され、リッチ気筒で合わせるＰｉが図10に示すように決定される。
【００３１】
この後、各気筒の図示平均有効圧力Ｐｉを検出し、その検出結果より、リッチ気筒のＰｉがリーン気筒のＰｉと同じになるように、リッチ気筒の点火時期をフィードバック制御する（図11参照）。
【００３２】
図３に戻って、ステップ61では、図６のルーチンにより検出されている各気筒毎の図示平均有効圧力Ｐｉを読込む。
ステップ62では、全気筒の図示平均有効圧力Ｐｉのサイクル変動（平均）σＰｉを演算する。
【００３３】
ステップ63では、全気筒のＰｉのサイクル変動σＰｉを安定度限界値αと比較して、全気筒σＰｉ＜αであれば、まだリーン気筒の空燃比をリーン側に制御できる余裕があるということなので、ステップ64へ進んで、リーン気筒の燃料噴射量Ｆleanを所定量ΔＦ減少させ（Ｆlean＝Ｆlean−ΔＦ）、ステップ５へ戻って、再びリッチ気筒の点火時期フィードバック補正を行う。
【００３４】
全気筒σＰｉ＜αでない場合は、ステップ65へ進んで、全気筒σＰｉ＝αか否かを判定し、全気筒σＰｉ＝αであれば、目標とする安定度限界であるので、本ルーチンを終了する。全気筒σＰｉ＝αでない場合（全気筒σＰｉ＞αの場合）は、全気筒のＰｉのサイクル変動が安定度限界を超えてしまったので、ステップ66へ進んで、リーン気筒の燃料噴射量Ｆleanを所定量ΔＦ増大させ（Ｆlean＝Ｆlean＋ΔＦ）、ステップ５へ戻って、再びリッチ気筒の点火時期フィードバック補正を行う。
【００３５】
これにより、より良くエンジンを安定度限界に制御した上で、ＣＯ、Ｏ2 濃度を確保することにより、触媒の活性を早めることができる。
尚、ステップ62の部分も安定度（詳しくは全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動）検出手段に相当し、ステップ63〜66の部分もリーン気筒燃料噴射量フィードバック補正手段に相当する。
また、以上の実施例においては、リッチ気筒の数とリーン気筒の数を同数に設定したが、リーン気筒の数がリッチ気筒の数より多くなるように、例えば４気筒エンジンであれば、リッチ気筒を１気筒、リーン気筒を３気筒、６気筒エンジンであれば、リッチ気筒を２気筒、リーン気筒を４気筒に設定して、同様に制御を行うようにしてもよい。
【００３６】
これによれば、リーン気筒の空燃比を安定度限界までリーン化したときのＯ2 排出量を多くすることができ、触媒の低温活性をより向上できるという効果が得られる。
次に、本発明の他の実施例を説明する。
以上の実施例においては、図示平均有効圧力検出手段として、各気筒毎に筒内圧力センサを有し、各気筒毎に筒内圧力より図示平均有効圧力Ｐｉを算出しているが、筒内圧力センサを用いることなく、図示平均有効圧力を検出するようにした実施例について説明する。
【００３７】
すなわち、特開平２−６４２５２号公報に開示されているように、同一燃焼行程内で予め定めた第１のクランク角区間と第２のクランク角区間とでそれぞれ角速度を計測し、各気筒毎に燃焼行程における第２のクランク角区間の角速度と第１のクランク角区間の角速度との差として角加速度を算出し、各気筒毎に角加速度より図示平均有効圧力を算出する。
【００３８】
但し、前記公報に記載の技術では、角速度の計測区間幅は固定された構成となっているため、計測された角速度は回転数による影響を受け易いという問題点がある。
そこで、以下に述べる実施例では、機関回転数の変化による角加速度の変動成分を取除き、精度良く気筒毎の燃焼状態を検出できるようにしている。
【００３９】
具体的には、角加速度算出手段により算出された角加速度を第１のクランク角区間の角速度により補正、具体的には回転レベルが大のときに角加速度が小さくなるように補正することで、回転数の変化による角加速度の変動成分を取除くことができるようにしている。
この場合の図示平均有効圧力の検出について、図 13 〜図 14のフローチャートにより説明する。
【００４０】
図 13は角速度計測用ルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは単位信号ＰＯＳの発生毎に実行される。
ステップ201 では、基準信号ＲＥＦの立上がり（Ｌ→Ｈ）か否かを判定し、立上がりの場合は、ステップ202 で、気筒判別を行うと共に、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮをリセットし（ＰＯＳＮ＝０）、また第１計測終了フラグＦＬＧ１及び第２計測終了フラグＦＬＧ２をそれぞれクリアする（ＦＬＧ１＝０，ＦＬＧ２＝０）。立上がりでない場合は、ステップ203 で、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮをカウントアップする（ＰＯＳＮ＝ＰＯＳＮ＋１）。
【００４１】
ステップ204 では、第１計測終了フラグＦＬＧ１の値を判定し、ＦＬＧ１＝０の場合は、ステップ205 へ進む。
ステップ205 では、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮを予め定めた第１のクランク角区間（以下第１区間という）の開始角ＯＭＧＳ１（θ１）と比較し、ＰＯＳＮ＜ＯＭＧＳ１の場合は、ステップ206 へ進み、タイマＴＭＰＯＳをクリアして（ＴＭＰＯＳ＝０）、本ルーチンを終了する。
【００４２】
ＰＯＳＮ≧ＯＭＧＳ１の場合は、ステップ207 へ進んで、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮを第１区間の終了角ＯＭＧＥ１（θ２）と比較し、ＰＯＳＮ＜ＯＭＧＥ１の場合は、本ルーチンを終了する。ここで、タイマＴＭＰＯＳはコントロールユニットに内蔵されたフリーランニングタイマであり、内容をクリアしない限り内蔵クロックに同期してカウントアップされる。従って、この間に、タイマＴＭＰＯＳは第１区間の開始角ＯＭＧＳ１からの時間を計時する。
【００４３】
ＰＯＳＮ≧ＯＭＧＥ１になった場合は、ステップ208 へ進んで、タイマＴＭＰＯＳの値を読込み、これを第１時間計測値Ｔ１i とする。このＴ１i は、第１区間の開始角から終了角までの時間計測値であり、添字のｉは気筒判別結果に従って気筒毎に計測することを意味する。そして、第１計測終了フラグＦＬＧ１をセットして（ＦＬＧ１＝１）、本ルーチンを終了する。
【００４４】
第１計測終了フラグＦＬＧ１のセット（ＦＬＧ１＝１）後は、ステップ204 からステップ209 へ進む。
ステップ209 では、第２計測終了フラグＦＬＧ２の値を判定し、ＦＬＧ２＝０の場合は、ステップ210 へ進む。
ステップ210 では、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮを予め定めた第２のクランク角区間（以下第２区間という）の開始角ＯＭＧＳ２と比較し、ＰＯＳＮ＜ＯＭＧＳ２の場合は、ステップ211 へ進み、タイマＴＭＰＯＳをクリアして（ＴＭＰＯＳ＝０）、本ルーチンを終了する。
【００４５】
ＰＯＳＮ≧ＯＭＧＳ２の場合は、ステップ212 へ進んで、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮを第２区間の終了角ＯＭＧＥ２と比較し、ＰＯＳＮ＜ＯＭＧＥ２の場合は、本ルーチンを終了する。この間に、タイマＴＭＰＯＳは第２区間の開始角ＯＭＧＳ２からの時間を計時する。
ＰＯＳＮ≧ＯＭＧＥ２になった場合は、ステップ213 へ進み、タイマＴＭＰＯＳの値を読込んで、これを第２時間計測値Ｔ２i とする。このＴ２i は、第２区間の開始角から終了角までの時間計測値であり、添字のｉは気筒判別結果に従って気筒毎に計測することを意味する。そして、第２計測終了フラグＦＬＧ２をセットして（ＦＬＧ２＝１）、本ルーチンを終了する。
【００４６】
以上により、同一燃焼行程で予め定めた第１区間と第２区間とでそれぞれ時間Ｔ１i ，Ｔ２i が計測される（図 15参照）。
図 14は角加速度算出ルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは基準信号ＲＥＦの発生毎に実行される。
ステップ221 では、気筒判別を行う。
【００４７】
ステップ222 では、第１区間の時間Ｔ１i より、第１区間の角速度ω１i ＝Ｋ／Ｔ１i を求め、また、第２区間の時間Ｔ２i より、第２区間の角速度ω２i ＝Ｋ／Ｔ２i を求める。尚、Ｋは第１区間及び第２区間の区間幅である。この部分が角速度計測手段に相当する。
ステップ223 では、第２区間の角速度ω２i と第１区間の角速度ω１i との差として、次式のごとく、角加速度Δωi を算出する。この部分が角加速度算出手段に相当する。
【００４８】
Δωi ＝ω２i −ω１i
ステップ224 では、第１区間の角速度ω１i により、次式に従って、角加速度Δωi の大きさに補正を加え、行程毎の角速度変動の影響を取除く。この部分が角加速度補正手段に相当する。
Δωi ＝Δωi ×（Ｊ／ω１i ）
ここで、Ｊは正規化定数である。
【００４９】
正規化定数Ｊについては、可変とするとよい。具体的には、燃焼行程中の平均角速度に相当するものとして、基準信号ＲＥＦの周期、すなわち燃焼行程 180°ＣＡ間の時間Ｔref を読込み、この時間Ｔref から、図 16の検索テーブルを参照して、正規化定数Ｊを設定する。この場合、時間Ｔref が大きくなるに従って、正規化定数Ｊを小さく切換える。
【００５０】
ステップ225 では、角加速度ωi に基づいて、図示平均有効圧力Ｐｉ＝ｆ（ωi ）を算出する。
次に図 17のフローチャートについて説明する。
この実施例は、計測された角加速度に補正を加えるのではなく、計測時間幅を拡大・縮小することにより、検出値そのものを増減して、回転変動によるゲインの変化を取除くものであり、図 14のルーチンに代えて、図 17のルーチンを実行する。
【００５１】
図 17のルーチンは基準信号ＲＲＦの発生に同期して実行される。
ステップ301 では、燃焼行程中の平均角速度に相当するものとして、基準信号ＲＥＦの周期、すなわち燃焼行程 180°ＣＡ間の時間Ｔref を読込む。これはエンジン回転数を算出するために計測されているものである。この部分が平均角速度検出手段に相当する。
【００５２】
ステップ302 では、時間Ｔref の前回値（Ｔref-old ）から、図 18の検索テーブルを参照して、第１区間（θ１〜θ２）及び第２区間（θ３〜θ４）を定める定数ＯＭＧＳ１，ＯＭＧＥ１，ＯＭＧＳ２，ＯＭＧＥ２をそれぞれ設定する。ここでは、時間Ｔref が大きくなるに従って、計測区間幅を広くする。この部分が計測区間幅変更手段に相当する。
【００５３】
ステップ303 では、次回のため、今回のＴref をＴref-old に代入する。
以降は、図 14のルーチンと同様に、ステップ221 〜225 を実行するが、ステップ224 はなく、角加速度の補正は行わない。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、リーン気筒を安定度限界までリーン化して、触媒の低温活性効果を確保した上で、リッチ気筒の点火時期制御により、各気筒間の図示平均有効圧力のばらつきをなくして、エンジンの安定度を良好なものとすることができるという効果が得られる。
【００５５】
また、エンジンの安定度として、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動を検出して、これが安定度限界となるように制御することで、エンジンの安定度を十分に確保できるという効果が得られる。
また、エンジンの安定度として、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動の他、全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動を検出して、最終的には全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動が安定度限界となるように制御することで、よりリーン化して、触媒の低温活性をより向上できるという効果が得られる。
【００５６】
請求項２に係る発明によれば、リーン気筒の気筒数の方を多くすることで、リーン化時のＯ2 排出量を多くして、触媒の低温活性をより向上できるという効果が得られる。
請求項３に係る発明によれば、筒内圧力センサを用いて、図示平均有効圧力を正確に求めることができるという効果が得られる。
【００５７】
請求項４に係る発明によれば、筒内圧力センサを用いることなく、角加速度の検出から、図示平均有効圧力を推定的に求めることができるという効果が得られる。
請求項５に係る発明によれば、角加速度の補正により、回転数の変化による角加速度の変動成分を取除くことができ、精度の良い検出が可能になるという効果が得られる。
【００５８】
請求項６に係る発明によれば、計測区間幅の拡大・縮小により、回転数の変化による角加速度の変動成分を取除くことができ、精度の良い検出が可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】 本発明の一実施例を示すシステム図
【図３】 気筒別燃焼制御ルーチンのフローチャート
【図４】 リーン気筒燃料噴射量フィードバック補正のフローチャート
【図５】 リッチ気筒点火時期フィードバック補正のフローチャート
【図６】 Ｐｉ検出ルーチンのフローチャート
【図７】 ＣＯ、Ｏ2 濃度における触媒活性温度の特性図
【図８】 空燃比とＣＯ濃度との関係図
【図９】 リーン気筒のサイクル変動と全気筒のサイクル変動との関係図
【図10】 空燃比とＰｉとの関係図
【図11】 点火時期とＰｉとの関係図
【図 12 】 他の実施例の図示平均有効圧力の検出の機能ブロック図
【図 13 】 角速度計測用ルーチンのフローチャート
【図 14 】 角加速度算出ルーチンのフローチャート
【図 15 】 クランク角センサ信号等の説明図
【図 16 】 正規化定数検索テーブルを示す図
【図 17 】 更に他の実施例の角加速度算出ルーチンのフローチャート
【図 18 】 計測区間定数検索テーブルを示す図
【符号の説明】
１ エンジン
６ 燃料噴射弁
７ 点火栓
10 排気浄化用触媒
12 コントロールユニット
14 クランク角センサ
19 触媒温度センサ
20 筒内圧力センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの各気筒を空燃比を相対的にリッチ側とリーン側とにそれぞれ制御する２つのグループに分けて気筒別燃焼制御を行うエンジンの気筒別燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの気筒別燃焼制御装置として、エンジン始動直後などに排気浄化用触媒の早期活性化のため、エンジンの各気筒を空燃比を相対的にリッチ側とリーン側とにそれぞれ制御する２つのグループに分けてグループ毎に制御するものがある（特開平２−１９６２７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の気筒別燃焼制御装置にあっては、全気筒の排気ガス組成による気筒別燃焼制御となっていたため、各気筒の図示平均有効圧力（Ｐｉ）が一定にならず、エンジンの安定度が良好ではないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、エンジンの各気筒の空燃比を相対的にリッチ側とリーン側とに分けて制御するものの、各気筒間の図示平均有効圧力のばらつきをなくすことができるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１に示すように、エンジンの各気筒を空燃比を相対的にリッチ側とリーン側とにそれぞれ制御する２つのグループに分け、各グループ毎に燃料噴射量及び点火時期をそれぞれ設定する手段を備えるエンジンの気筒別燃焼制御装置において、各気筒の図示平均有効圧力を検出する図示平均有効圧力検出手段と、検出された図示平均有効圧力に基づいて、エンジンの安定度として、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動と、全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動とを検出する安定度検出手段と、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動が安定度限界となるように、リーン気筒グループの燃料噴射量を補正し、更に全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動が安定度限界となるように、リーン気筒グループの燃料噴射量を補正するリーン気筒燃料噴射量フィードバック補正手段と、リッチ気筒グループの図示平均有効圧力がリーン気筒グループの図示平均有効圧力と同じになるように、リッチ気筒グループの点火時期を補正するリッチ気筒点火時期フィードバック補正手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００６】
すなわち、各気筒の図示平均有効圧力を検出し、また、これに基づいて、エンジンの安定度として、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動と、全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動とを検出する。そして、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動が安定度限界となるように、更に全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動が安定限界となるように、リーン気筒グループの燃料噴射量をフィードバック補正して、リーン気筒グループの空燃比を安定度限界までリーン側に制御する。そして、この上で、リッチ気筒グループの図示平均有効圧力がリーン気筒グループの図示平均有効圧力と同じになるように、リッチ気筒グループの点火時期をフィードバック補正する。これにより、リーン気筒グループを安定度限界までリーン化した上で、各気筒間の図示平均有効圧力のばらつきをなくして、エンジンの安定度を良好なものとすることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明では、リーン気筒グループの気筒数をリッチ気筒グループの気筒数より多くしたことを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記図示平均有効圧力検出手段は、各気筒毎に筒内圧力センサを有し、各気筒毎に筒内圧力より図示平均有効圧力を算出するものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明では、前記図示平均有効圧力検出手段は、図 12に示すように、同一燃焼行程内で予め定めた第１のクランク角区間と第２のクランク角区間とでそれぞれ角速度を計測する角速度計測手段と、各気筒毎に燃焼行程における第２のクランク角区間の角速度と第１のクランク角区間の角速度との差として角加速度を算出する角加速度算出手段とを有し、各気筒毎に角加速度より図示平均有効圧力を算出するものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に係る発明では、請求項４に係る発明の場合に、前記角加速度算出手段により算出された角加速度を第１のクランク角区間の角速度により補正する角加速度補正手段を有することを特徴とする（図 12参照）。
請求項６に係る発明では、請求項４に係る発明の場合に、燃焼行程中の平均角速度を検出する平均角速度検出手段と、検出された平均角速度に応じて、平均角速度が大きくなるほど広くなるように前記角速度計測手段における第１及び第２のクランク角区間の区間幅を変更する計測区間幅変更手段とを有することを特徴とする（図 12参照）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は本発明の一実施例を示すシステム図である。先ず、これについて説明する。
車両に搭載されるエンジン１には、エアクリーナ２から吸気ダクト３、スロットル弁４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の各ブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁６が設けられている。
【００１１】
燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述するコントロールユニット12からの駆動パルス信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に調整された燃料をエンジン１に噴射供給する。
エンジン１の各燃焼室には点火栓７が設けられており、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。
【００１２】
そして、エンジン１からの排気は、排気マニホールド８、排気ダクト９、排気浄化用触媒（三元触媒）10及びマフラー11を介して大気中に放出される。
コントロールユニット12は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、後述のごとく演算処理して、燃料噴射弁６及び点火栓７の作動を制御する。
【００１３】
前記各種センサとしては、吸気ダクト３中にエアフローメータ13が設けられていて、エンジン１の吸入空気流量が検出される。
また、図示していないディストリビュータにクランク角センサ14が内蔵されていて、爆発間隔（ 180°）毎に各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）前の所定位置、例えばＢＴＤＣ 110°でＨレベルのパルスとなる基準信号ＲＥＦを出力すると共に、クランク角の単位角度（例えば１°）毎にＨレベルのパルスとなる単位信号ＰＯＳを出力する。尚、基準信号ＲＥＦのうち第１気筒に対応するもののパルス幅を変えるなどして、気筒判別可能としている。また、基準信号ＲＥＦの周期、又は一定時間内での単位信号ＰＯＳのカウント値より、エンジン回転数を算出可能である。
【００１４】
また、排気マニホールド８の集合部に空燃比センサとしての酸素センサ15が設けられていて、排気空燃比に応じた信号を出力する。
また、エンジン１のウォータジャケット内に臨ませて水温センサ16が設けられていて、冷却水温度が検出される。
また、スロットル弁４にスロットルセンサ17が取付けられていて、スロットル開度が検出される。アイドル状態はアイドルスイッチ18により検出される。
【００１５】
また、排気浄化用触媒10内に臨ませて触媒温度センサ19が設けられていて、触媒温度（触媒担体温度）が検出される。
また、各気筒毎に、点火栓７の取付座金として、筒内圧力センサ20が設けられていて、各気筒の筒内圧力（燃焼圧力）が検出される。
次に、コントロールユニット12の演算処理内容、特に本発明に係る気筒別燃焼制御の演算処理内容について、図３〜図６のフローチャートにより説明する。
【００１６】
尚、本実施例は、４気筒エンジンにおいて、リッチ気筒を２気筒、リーン気筒を２気筒としたものとする。
図３は気筒別燃焼制御ルーチンのフローチャートである。
ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下同様）では、クランク角センサからの信号に基づいて検出されるエンジン回転数から、エンジンが回転中か否かを判定する。そして、回転中であれば、ステップ２へ進み、停止していれば、本ルーチンを終了する。
【００１７】
ステップ２では、エンジンが気筒別燃焼制御を行うべき条件にあるか否かを判定する。具体的には、触媒温度センサにより検出される触媒温度を読込んで、基準温度（例えば 200℃）以下であれば、気筒別燃焼制御を行うべき条件であるとして、ステップ３へ進み、行うべき条件になければ、本ルーチンを終了する。
ステップ３では、酸素センサを用いた空燃比フィードバック制御を停止し、気筒別燃焼制御の初期設定、すわなち、リッチ気筒の燃料噴射量、リーン気筒の燃料噴射量、リッチ気筒の点火時期、リーン気筒の点火時期の初期設定を行う。
【００１８】
リッチ気筒の燃料噴射量は、次のように設定する。ＣＯ、Ｏ2 濃度と触媒低温活性（触媒活性温度）との関係は図７に示すようであり、ＣＯ濃度はＡ１を境にそれ以上であれば余り影響しなくなっていることから、リッチ気筒の燃料噴射量は、全気筒合計時の排気ガス中ＣＯ濃度がＡ１以上になるように設定する。詳しくは、空燃比とＣＯ濃度との関係は図８に示すような関係にあるので、ＣＯ濃度がＡ１となるような目標空燃比になるように、エアフローメータにより検出される吸入空気流量とエンジン回転数とから、次式により、リッチ気筒の燃料噴射量Ｆrichを演算する。
【００１９】
Ｆrich＝（Ｑ／Ｎ）×ＫＭＲ×ＣＯＥＦ
ここで、Ｑは吸入空気流量、Ｎはエンジン回転数、ＫＭＲは目標空燃比による補正係数、ＣＯＥＦは水温補正等の各種補正係数である。
リーン気筒の燃料噴射量は、リッチ気筒の燃料噴射量を基に、相対的にリーン側になるように、設定する。具体的には、次式により、リーン気筒の燃料噴射量Ｆleanを演算する。
【００２０】
Ｆlean＝Ｆrich×Ｋ１ （但し、Ｋ１はリーン化補正係数）
リッチ気筒の点火時期及びリーン気筒の点火時期は、ＭＢＴに合わせて設定する。
ステップ４では、リーン気筒の燃料噴射量のフィードバック補正を行う。
このフィードバック補正の詳細を図４のフローチャートに示す。
【００２１】
先ずステップ41では、別ルーチンにより検出されている各気筒毎の図示平均有効圧力Ｐｉを読込む。
ここで、図示平均有効圧力Ｐｉは、所定のサンプリング角度毎に実行される図６のＰｉ検出ルーチンにより検出されている。すなわち、図６のＰｉ検出ルーチンにおいては、ステップ101 で燃焼行程における所定の積算開始角〜終了角までの積算区間か否かを判定し、積算区間であれば、ステップ102 で筒内圧力センサにより検出される筒内圧力（燃焼圧力）を読込んで、ステップ103 でその筒内圧力を積算する。そして、ステップ104 で積算終了角と判定されると、ステップ105 でそのときの積算値を図示平均有効圧力Ｐｉとして検出し、ステップ106 で次回のために積算値をクリアする。
【００２２】
尚、図示平均有効圧力Ｐｉは各気筒毎に所定のサンプリング数ｎ（例えば20程度）記憶し、新たに１つ検出される毎に、一番古い値を捨てて、次々と更新していく。
次にステップ42では、リーン気筒の図示平均有効圧力Ｐｉのサイクル変動σＰｉを演算する。
【００２３】
ここで、図示平均有効圧力Ｐｉのサイクル変動σＰｉは、次式により、演算する。
【００２４】
【数１】
ここで、ｎはサンプリング数、ＭＰｉはｎ個のＰｉの平均値である。
次にステップ43では、リーン気筒のＰｉのサイクル変動σＰｉを安定度限界値γと比較して、リーン気筒σＰｉ＜γであれば、安定度限界まで余裕があるので、ステップ44へ進み、リーン気筒の燃料噴射量Ｆleanを所定量ΔＦ減少させて（Ｆlean＝Ｆlean−ΔＦ）、ステップ41へ戻る。
【００２６】
リーン気筒σＰｉ＜γでない場合は、ステップ45へ進んで、リーン気筒σＰｉ＝γか否かを判定し、リーン気筒σＰｉ＝γであれば、目標とする安定度限界であるので、本サブルーチンを終了する。リーン気筒σＰｉ＝γでない場合（リーン気筒σＰｉ＞γの場合）は、安定度限界を超えてしまったので、ステップ46へ進み、リーン気筒の燃料噴射量Ｆleanを所定量ΔＦ増大させて（Ｆlean＝Ｆlean＋ΔＦ）、ステップ41へ戻る。
【００２７】
尚、ステップ42の部分が安定度（詳しくはリーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動）検出手段に相当し、ステップ43〜46の部分がリーン気筒燃料噴射量フィードバック補正手段に相当する。
図３に戻って、ステップ５では、リッチ気筒の点火時期のフィードバック補正を行う。
このフィードバック補正の詳細を図５のフローチャートに示す。
【００２８】
先ずステップ51では、別ルーチンにより検出されている各気筒毎の図示平均有効圧力Ｐｉを読込む。
次にステップ52では、リッチ気筒の図示平均有効圧力Ｐｉとリーン気筒の図示平均有効圧力Ｐｉとを比較し、リッチ気筒Ｐｉ＞リーン気筒Ｐｉであれば、ステップ53へ進み、両者が等しくなるように、リッチ気筒の点火時期を所定量遅角側に補正して（ＡＤＶ＝ＡＤＶ−ΔＡ）、ステップ51へ戻る。
【００２９】
リッチ気筒Ｐｉ＞リーン気筒Ｐｉでない場合は、ステップ54へ進んで、リッチ気筒Ｐｉ＝リーン気筒Ｐｉか否かを判定し、リッチ気筒Ｐｉ＝リーン気筒Ｐｉであれば、点火時期の修正の必要はないため、本サブルーチンを終了する。リッチ気筒Ｐｉ＝リーン気筒Ｐｉでない場合（リッチ気筒Ｐｉ＜リーン気筒Ｐｉの場合）は、ステップ55へ進み、再修正のため、リッチ気筒の点火時期を所定量進角側に補正して（ＡＤＶ＝ＡＤＶ＋ΔＡ）、ステップ51へ戻る。
【００３０】
尚、ステップ52〜55の部分がリッチ気筒点火時期フィードバック補正手段に相当する。
このように、リーン気筒の燃料噴射量については、リーン気筒のＰｉのサイクル変動σＰｉを演算し、演算結果からフィードバック補正を行う。これは、リーン気筒のＰｉのサイクル変動と全気筒のＰｉのサイクル変動（平均）との関係が図９に示すようになっているので、エンジンの安定度限界はリーン気筒のＰｉのサイクル変動を安定度限界に合わせることで決まる。よって、リーン気筒のＰｉのサイクル変動を安定度ぎりぎりに制御することになる。これは触媒の低温活性向上にはＣＯ、Ｏ2 の量（排気ガス中の濃度）が関係しているためであり、共に高濃度であるほどに触媒の低温活性が向上するので、ここではＯ2 の量を増やすために、できるだけ空燃比をリーン側に制御する。これにより、リーン気筒の空燃比が決定され、リッチ気筒で合わせるＰｉが図10に示すように決定される。
【００３１】
この後、各気筒の図示平均有効圧力Ｐｉを検出し、その検出結果より、リッチ気筒のＰｉがリーン気筒のＰｉと同じになるように、リッチ気筒の点火時期をフィードバック制御する（図11参照）。
【００３２】
図３に戻って、ステップ61では、図６のルーチンにより検出されている各気筒毎の図示平均有効圧力Ｐｉを読込む。
ステップ62では、全気筒の図示平均有効圧力Ｐｉのサイクル変動（平均）σＰｉを演算する。
【００３３】
ステップ63では、全気筒のＰｉのサイクル変動σＰｉを安定度限界値αと比較して、全気筒σＰｉ＜αであれば、まだリーン気筒の空燃比をリーン側に制御できる余裕があるということなので、ステップ64へ進んで、リーン気筒の燃料噴射量Ｆleanを所定量ΔＦ減少させ（Ｆlean＝Ｆlean−ΔＦ）、ステップ５へ戻って、再びリッチ気筒の点火時期フィードバック補正を行う。
【００３４】
全気筒σＰｉ＜αでない場合は、ステップ65へ進んで、全気筒σＰｉ＝αか否かを判定し、全気筒σＰｉ＝αであれば、目標とする安定度限界であるので、本ルーチンを終了する。全気筒σＰｉ＝αでない場合（全気筒σＰｉ＞αの場合）は、全気筒のＰｉのサイクル変動が安定度限界を超えてしまったので、ステップ66へ進んで、リーン気筒の燃料噴射量Ｆleanを所定量ΔＦ増大させ（Ｆlean＝Ｆlean＋ΔＦ）、ステップ５へ戻って、再びリッチ気筒の点火時期フィードバック補正を行う。
【００３５】
これにより、より良くエンジンを安定度限界に制御した上で、ＣＯ、Ｏ2 濃度を確保することにより、触媒の活性を早めることができる。
尚、ステップ62の部分も安定度（詳しくは全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動）検出手段に相当し、ステップ63〜66の部分もリーン気筒燃料噴射量フィードバック補正手段に相当する。
また、以上の実施例においては、リッチ気筒の数とリーン気筒の数を同数に設定したが、リーン気筒の数がリッチ気筒の数より多くなるように、例えば４気筒エンジンであれば、リッチ気筒を１気筒、リーン気筒を３気筒、６気筒エンジンであれば、リッチ気筒を２気筒、リーン気筒を４気筒に設定して、同様に制御を行うようにしてもよい。
【００３６】
これによれば、リーン気筒の空燃比を安定度限界までリーン化したときのＯ2 排出量を多くすることができ、触媒の低温活性をより向上できるという効果が得られる。
次に、本発明の他の実施例を説明する。
以上の実施例においては、図示平均有効圧力検出手段として、各気筒毎に筒内圧力センサを有し、各気筒毎に筒内圧力より図示平均有効圧力Ｐｉを算出しているが、筒内圧力センサを用いることなく、図示平均有効圧力を検出するようにした実施例について説明する。
【００３７】
すなわち、特開平２−６４２５２号公報に開示されているように、同一燃焼行程内で予め定めた第１のクランク角区間と第２のクランク角区間とでそれぞれ角速度を計測し、各気筒毎に燃焼行程における第２のクランク角区間の角速度と第１のクランク角区間の角速度との差として角加速度を算出し、各気筒毎に角加速度より図示平均有効圧力を算出する。
【００３８】
但し、前記公報に記載の技術では、角速度の計測区間幅は固定された構成となっているため、計測された角速度は回転数による影響を受け易いという問題点がある。
そこで、以下に述べる実施例では、機関回転数の変化による角加速度の変動成分を取除き、精度良く気筒毎の燃焼状態を検出できるようにしている。
【００３９】
具体的には、角加速度算出手段により算出された角加速度を第１のクランク角区間の角速度により補正、具体的には回転レベルが大のときに角加速度が小さくなるように補正することで、回転数の変化による角加速度の変動成分を取除くことができるようにしている。
この場合の図示平均有効圧力の検出について、図 13 〜図 14のフローチャートにより説明する。
【００４０】
図 13は角速度計測用ルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは単位信号ＰＯＳの発生毎に実行される。
ステップ201 では、基準信号ＲＥＦの立上がり（Ｌ→Ｈ）か否かを判定し、立上がりの場合は、ステップ202 で、気筒判別を行うと共に、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮをリセットし（ＰＯＳＮ＝０）、また第１計測終了フラグＦＬＧ１及び第２計測終了フラグＦＬＧ２をそれぞれクリアする（ＦＬＧ１＝０，ＦＬＧ２＝０）。立上がりでない場合は、ステップ203 で、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮをカウントアップする（ＰＯＳＮ＝ＰＯＳＮ＋１）。
【００４１】
ステップ204 では、第１計測終了フラグＦＬＧ１の値を判定し、ＦＬＧ１＝０の場合は、ステップ205 へ進む。
ステップ205 では、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮを予め定めた第１のクランク角区間（以下第１区間という）の開始角ＯＭＧＳ１（θ１）と比較し、ＰＯＳＮ＜ＯＭＧＳ１の場合は、ステップ206 へ進み、タイマＴＭＰＯＳをクリアして（ＴＭＰＯＳ＝０）、本ルーチンを終了する。
【００４２】
ＰＯＳＮ≧ＯＭＧＳ１の場合は、ステップ207 へ進んで、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮを第１区間の終了角ＯＭＧＥ１（θ２）と比較し、ＰＯＳＮ＜ＯＭＧＥ１の場合は、本ルーチンを終了する。ここで、タイマＴＭＰＯＳはコントロールユニットに内蔵されたフリーランニングタイマであり、内容をクリアしない限り内蔵クロックに同期してカウントアップされる。従って、この間に、タイマＴＭＰＯＳは第１区間の開始角ＯＭＧＳ１からの時間を計時する。
【００４３】
ＰＯＳＮ≧ＯＭＧＥ１になった場合は、ステップ208 へ進んで、タイマＴＭＰＯＳの値を読込み、これを第１時間計測値Ｔ１i とする。このＴ１i は、第１区間の開始角から終了角までの時間計測値であり、添字のｉは気筒判別結果に従って気筒毎に計測することを意味する。そして、第１計測終了フラグＦＬＧ１をセットして（ＦＬＧ１＝１）、本ルーチンを終了する。
【００４４】
第１計測終了フラグＦＬＧ１のセット（ＦＬＧ１＝１）後は、ステップ204 からステップ209 へ進む。
ステップ209 では、第２計測終了フラグＦＬＧ２の値を判定し、ＦＬＧ２＝０の場合は、ステップ210 へ進む。
ステップ210 では、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮを予め定めた第２のクランク角区間（以下第２区間という）の開始角ＯＭＧＳ２と比較し、ＰＯＳＮ＜ＯＭＧＳ２の場合は、ステップ211 へ進み、タイマＴＭＰＯＳをクリアして（ＴＭＰＯＳ＝０）、本ルーチンを終了する。
【００４５】
ＰＯＳＮ≧ＯＭＧＳ２の場合は、ステップ212 へ進んで、基準信号からの経過角度ＰＯＳＮを第２区間の終了角ＯＭＧＥ２と比較し、ＰＯＳＮ＜ＯＭＧＥ２の場合は、本ルーチンを終了する。この間に、タイマＴＭＰＯＳは第２区間の開始角ＯＭＧＳ２からの時間を計時する。
ＰＯＳＮ≧ＯＭＧＥ２になった場合は、ステップ213 へ進み、タイマＴＭＰＯＳの値を読込んで、これを第２時間計測値Ｔ２i とする。このＴ２i は、第２区間の開始角から終了角までの時間計測値であり、添字のｉは気筒判別結果に従って気筒毎に計測することを意味する。そして、第２計測終了フラグＦＬＧ２をセットして（ＦＬＧ２＝１）、本ルーチンを終了する。
【００４６】
以上により、同一燃焼行程で予め定めた第１区間と第２区間とでそれぞれ時間Ｔ１i ，Ｔ２i が計測される（図 15参照）。
図 14は角加速度算出ルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは基準信号ＲＥＦの発生毎に実行される。
ステップ221 では、気筒判別を行う。
【００４７】
ステップ222 では、第１区間の時間Ｔ１i より、第１区間の角速度ω１i ＝Ｋ／Ｔ１i を求め、また、第２区間の時間Ｔ２i より、第２区間の角速度ω２i ＝Ｋ／Ｔ２i を求める。尚、Ｋは第１区間及び第２区間の区間幅である。この部分が角速度計測手段に相当する。
ステップ223 では、第２区間の角速度ω２i と第１区間の角速度ω１i との差として、次式のごとく、角加速度Δωi を算出する。この部分が角加速度算出手段に相当する。
【００４８】
Δωi ＝ω２i −ω１i
ステップ224 では、第１区間の角速度ω１i により、次式に従って、角加速度Δωi の大きさに補正を加え、行程毎の角速度変動の影響を取除く。この部分が角加速度補正手段に相当する。
Δωi ＝Δωi ×（Ｊ／ω１i ）
ここで、Ｊは正規化定数である。
【００４９】
正規化定数Ｊについては、可変とするとよい。具体的には、燃焼行程中の平均角速度に相当するものとして、基準信号ＲＥＦの周期、すなわち燃焼行程 180°ＣＡ間の時間Ｔref を読込み、この時間Ｔref から、図 16の検索テーブルを参照して、正規化定数Ｊを設定する。この場合、時間Ｔref が大きくなるに従って、正規化定数Ｊを小さく切換える。
【００５０】
ステップ225 では、角加速度ωi に基づいて、図示平均有効圧力Ｐｉ＝ｆ（ωi ）を算出する。
次に図 17のフローチャートについて説明する。
この実施例は、計測された角加速度に補正を加えるのではなく、計測時間幅を拡大・縮小することにより、検出値そのものを増減して、回転変動によるゲインの変化を取除くものであり、図 14のルーチンに代えて、図 17のルーチンを実行する。
【００５１】
図 17のルーチンは基準信号ＲＲＦの発生に同期して実行される。
ステップ301 では、燃焼行程中の平均角速度に相当するものとして、基準信号ＲＥＦの周期、すなわち燃焼行程 180°ＣＡ間の時間Ｔref を読込む。これはエンジン回転数を算出するために計測されているものである。この部分が平均角速度検出手段に相当する。
【００５２】
ステップ302 では、時間Ｔref の前回値（Ｔref-old ）から、図 18の検索テーブルを参照して、第１区間（θ１〜θ２）及び第２区間（θ３〜θ４）を定める定数ＯＭＧＳ１，ＯＭＧＥ１，ＯＭＧＳ２，ＯＭＧＥ２をそれぞれ設定する。ここでは、時間Ｔref が大きくなるに従って、計測区間幅を広くする。この部分が計測区間幅変更手段に相当する。
【００５３】
ステップ303 では、次回のため、今回のＴref をＴref-old に代入する。
以降は、図 14のルーチンと同様に、ステップ221 〜225 を実行するが、ステップ224 はなく、角加速度の補正は行わない。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、リーン気筒を安定度限界までリーン化して、触媒の低温活性効果を確保した上で、リッチ気筒の点火時期制御により、各気筒間の図示平均有効圧力のばらつきをなくして、エンジンの安定度を良好なものとすることができるという効果が得られる。
【００５５】
また、エンジンの安定度として、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動を検出して、これが安定度限界となるように制御することで、エンジンの安定度を十分に確保できるという効果が得られる。
また、エンジンの安定度として、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動の他、全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動を検出して、最終的には全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動が安定度限界となるように制御することで、よりリーン化して、触媒の低温活性をより向上できるという効果が得られる。
【００５６】
請求項２に係る発明によれば、リーン気筒の気筒数の方を多くすることで、リーン化時のＯ2 排出量を多くして、触媒の低温活性をより向上できるという効果が得られる。
請求項３に係る発明によれば、筒内圧力センサを用いて、図示平均有効圧力を正確に求めることができるという効果が得られる。
【００５７】
請求項４に係る発明によれば、筒内圧力センサを用いることなく、角加速度の検出から、図示平均有効圧力を推定的に求めることができるという効果が得られる。
請求項５に係る発明によれば、角加速度の補正により、回転数の変化による角加速度の変動成分を取除くことができ、精度の良い検出が可能になるという効果が得られる。
【００５８】
請求項６に係る発明によれば、計測区間幅の拡大・縮小により、回転数の変化による角加速度の変動成分を取除くことができ、精度の良い検出が可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】 本発明の一実施例を示すシステム図
【図３】 気筒別燃焼制御ルーチンのフローチャート
【図４】 リーン気筒燃料噴射量フィードバック補正のフローチャート
【図５】 リッチ気筒点火時期フィードバック補正のフローチャート
【図６】 Ｐｉ検出ルーチンのフローチャート
【図７】 ＣＯ、Ｏ2 濃度における触媒活性温度の特性図
【図８】 空燃比とＣＯ濃度との関係図
【図９】 リーン気筒のサイクル変動と全気筒のサイクル変動との関係図
【図10】 空燃比とＰｉとの関係図
【図11】 点火時期とＰｉとの関係図
【図 12 】 他の実施例の図示平均有効圧力の検出の機能ブロック図
【図 13 】 角速度計測用ルーチンのフローチャート
【図 14 】 角加速度算出ルーチンのフローチャート
【図 15 】 クランク角センサ信号等の説明図
【図 16 】 正規化定数検索テーブルを示す図
【図 17 】 更に他の実施例の角加速度算出ルーチンのフローチャート
【図 18 】 計測区間定数検索テーブルを示す図
【符号の説明】
１ エンジン
６ 燃料噴射弁
７ 点火栓
10 排気浄化用触媒
12 コントロールユニット
14 クランク角センサ
19 触媒温度センサ
20 筒内圧力センサ
Claims (6)
- エンジンの各気筒を空燃比を相対的にリッチ側とリーン側とにそれぞれ制御する２つのグループに分け、各グループ毎に燃料噴射量及び点火時期をそれぞれ設定する手段を備えるエンジンの気筒別燃焼制御装置において、
各気筒の図示平均有効圧力を検出する図示平均有効圧力検出手段と、
検出された図示平均有効圧力に基づいて、エンジンの安定度として、リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動と、全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動とを検出する安定度検出手段と、
リーン気筒グループの図示平均有効圧力のサイクル変動が安定度限界となるように、リーン気筒グループの燃料噴射量を補正し、更に全気筒の図示平均有効圧力のサイクル変動が安定度限界となるように、リーン気筒グループの燃料噴射量を補正するリーン気筒燃料噴射量フィードバック補正手段と、
リッチ気筒グループの図示平均有効圧力がリーン気筒グループの図示平均有効圧力と同じになるように、リッチ気筒グループの点火時期を補正するリッチ気筒点火時期フィードバック補正手段と、
を設けたことを特徴とするエンジンの気筒別燃焼制御装置。 - リーン気筒グループの気筒数をリッチ気筒グループの気筒数より多くしたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの気筒別燃焼制御装置。
- 前記図示平均有効圧力検出手段は、各気筒毎に筒内圧力センサを有し、各気筒毎に筒内圧力より図示平均有効圧力を算出するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの気筒別燃焼制御装置。
- 前記図示平均有効圧力検出手段は、
同一燃焼行程内で予め定めた第１のクランク角区間と第２のクランク角区間とでそれぞれ角速度を計測する角速度計測手段と、
各気筒毎に燃焼行程における第２のクランク角区間の角速度と第１のクランク角区間の角速度との差として角加速度を算出する角加速度算出手段とを有し、
各気筒毎に角加速度より図示平均有効圧力を算出するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの気筒別燃焼制御装置。 - 前記角加速度算出手段により算出された角加速度を第１のクランク角区間の角速度により補正する角加速度補正手段を有することを特徴とする請求項４記載のエンジンの気筒別燃焼制御装置。
- 燃焼行程中の平均角速度を検出する平均角速度検出手段と、検出された平均角速度に応じて、平均角速度が大きくなるほど広くなるように前記角速度計測手段における第１及び第２のクランク角区間の区間幅を変更する計測区間幅変更手段とを有することを特徴とする請求項４記載のエンジンの気筒別燃焼制御装置。
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