JP3913986B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数気筒の排気系集合部に取り付けられた空燃比センサの出力値に基づいて各気筒毎の空燃比を検出し、全気筒の空燃比を目標値に均一化制御する内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に比較的容易な判別処理を用いて制御の信頼性を向上させた内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関（エンジン）の空燃比制御装置においては、排気系集合部に空燃比センサが設けられており、各気筒の排気ガスが排気系集合部を通過するタイミングに合わせてセンサ出力値（空燃比信号）を取り込み、空燃比信号に応じて各気筒の燃料噴射量を補正することにより、各気筒の空燃比を均一化制御する方法が知られている。
【０００３】
このとき、各気筒に対応する排気ガスの空燃比を正確に検出することが要求されるが、実際には、複数気筒の排気ガスが混合された状態で排気系集合部（空燃比センサ）を通過するので、空燃比検出情報は各気筒の空燃比の影響を含んでおり、各気筒毎に空燃比を検出することは難しいことが知られている。
【０００４】
また、特定気筒の検出値に対する他気筒の影響度合いは、運転状態（エンジン回転数や吸入空気量など）によっても異なるので、特定気筒に対応した空燃比を正確に検出することはさらに困難である。
【０００５】
さらに、空燃比センサは、実際に排気ガスが到達してから検出値として現れるまでに時間遅れ（いわゆる、応答遅れ）が存在するので、このような応答遅れも考慮する必要があり、各気筒に対応する空燃比を検出することは非常に困難なことになっている。
【０００６】
したがって、従来装置においては特定気筒に対応する空燃比を正確に検出することが難しく、十分に満足できる空燃比制御精度を実現することはできない。
このような問題に対処するため、従来から、たとえば特許第２６８９３６２号や特許第２７１７７４４号に参照されるような装置が提案されている。
【０００７】
上記特許に記載された装置においては、排気系への排気ガスの流通や空燃比センサの出力応答遅れなどの挙動を表現する数値モデルを構築し、この数値モデルに基づいてオブザーバを設計して気筒毎の空燃比を推定し、各気筒の空燃比を均一化している。
【０００８】
しかし、数値モデルを用いた場合、ＣＰＵ内部での演算が複雑になるので、処理時間が長くなり、ソフトウエア負荷が非常に大きくなってしまう。また、各要素の挙動を数式で表現しているので、運転状態の変動や部品製造上のバラツキなどの影響を受け易く、十分な制御精度を得ることはできない。
【０００９】
一方、たとえば特公平４−８６１６号公報に参照されるように、空燃比検出条件をアイドル状態のみに限定することにより、空燃比センサ出力値と各気筒の空燃比との対応付けを容易にして、各気筒の空燃比均一化制御を実現した装置も提案されている。
【００１０】
しかしながら、アイドル状態においては、燃焼状態が不安定でエンジンの回転変動が大きくなり易く空燃比検出精度が悪化する要因が多いうえ、排気ガス流量が少ない領域であることから、空燃比センサの応答性もさらに悪くなる。
【００１１】
したがって、アイドル状態で空燃比を検出しても、センサ出力の変動幅が小さくなってしまい、結局、各気筒に対応する空燃比情報を正確に検出することは困難である。
【００１２】
図１４は所定クランク角毎に空燃比を検出する方法を適用した従来装置による補正対象気筒判別動作を示す説明図であり、横軸は各気筒（＃１〜＃４）に対応した基準クランク角位置（ＴＤＣ）を示し、縦軸は空燃比センサの出力値（空燃比Ａ／Ｆ）の変動を示している。
【００１３】
図１４において、破線矢印は各気筒毎の空燃比検出タイミングを示し、空燃比センサ出力値（Ａ／Ｆ）は所定クランク角毎に読込まれる。
ここでは、＃３気筒の空燃比が他気筒よりもリッチ側にずれている場合を示している。
【００１４】
このような所定クランク角毎の検出方法によれば、実際には＃３気筒をリッチ側ピーク位相の対応気筒と認識すべきところを、たとえば図１４内の実線矢印で示すように＃３気筒よりも＃４気筒の方がリッチ側にずれている状態が発生し、＃４気筒を補正対象気筒と誤判定してしまうおそれがある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関の空燃比制御装置は以上のように、各種の挙動要因を数値モデル化した場合には、ソフトウエアの負荷が大きくなるうえ、数式では表現しきれない運転状態の変動や部品製造上のバラツキなどの影響を受けてしまい、十分な信頼性を実現することができないという問題点があった。
【００１６】
また、空燃比検出条件をアイドル状態に限定した場合には、燃焼状態が不安定なことから、エンジン回転変動が大きくなり検出精度が悪化するうえ、排気ガス流量の少ない領域であることから、センサ出力の変動幅が小さくなり、結局、各気筒に対応する空燃比情報を正確に検出することができないという問題点があった。
【００１７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、空燃比センサ出力値の変動に基づいて、他気筒よりも空燃比がずれている気筒を燃料量補正対象として特定することにより、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る内燃機関の空燃比制御装置は、複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁と、各気筒の排気系集合部に配置された空燃比センサと、各気筒のクランク角位相を検出するクランク角センサと、各気筒の全ての排気行程が含まれる空燃比検出期間を設定する空燃比検出期間設定手段と、空燃比検出期間中の空燃比センサの出力値を取り込み、空燃比変動によってリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相を検出するピーク位相検出手段と、ピーク位相に基づいて空燃比補正対象となる気筒を特定する空燃比補正気筒判別手段と、空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する気筒別空燃比補正手段とを備え、各気筒毎の空燃比を均一化する内燃機関の空燃比制御装置であって、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、空燃比補正気筒判別手段は、リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒とリーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続している場合に、第１および第２の気筒のうち排気行程順序が後に位置する一方の気筒のみを空燃比補正対象の気筒として特定するものである。
【００１９】
また、この発明の請求項２に係る内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１において、空燃比補正気筒判別手段は、第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続していない場合には、第１および第２の気筒を、それぞれ空燃比がリッチ側およびリーン側にずれている空燃比補正対象の気筒として特定するものである。
【００２０】
また、この発明の請求項３に係る内燃機関の空燃比制御装置は、複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁と、各気筒の排気系集合部に配置された空燃比センサと、各気筒のクランク角位相を検出するクランク角センサと、各気筒の全ての排気行程が含まれる空燃比検出期間を設定する空燃比検出期間設定手段と、空燃比検出期間中の空燃比センサの出力値を取り込み、空燃比変動によってリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相を検出するピーク位相検出手段と、ピーク位相に基づいて空燃比補正対象となる気筒を特定する空燃比補正気筒判別手段と、空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する気筒別空燃比補正手段とを備え、各気筒毎の空燃比を均一化する内燃機関の空燃比制御装置であって、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、空燃比補正気筒判別手段は、リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒とリーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ第１および第２の気筒が、第１および第２の気筒群として、それぞれ全気筒数の半数分ずつ交互に検出された場合に、第１および第２の気筒群のいずれか一方の気筒群を空燃比補正対象の気筒として判別するものである。
【００２１】
また、この発明の請求項４に係る内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１から請求項３までのいずれか１項において、気筒別空燃比補正手段は、空燃比補正対象となる気筒がリッチ側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を減量補正し、空燃比補正対象となる気筒がリーン側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を増量補正するものである。
【００２５】
また、この発明の請求項５に係る内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１から請求項４までのいずれか１項において、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、気筒別空燃比補正手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相に相当する空燃比センサの各出力値の偏差を求め、偏差が所定値以下となった場合に、燃料量の補正処理を停止するものである。
【００２６】
また、この発明の請求項６に係る内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１から請求項５までのいずれか１項において、空燃比補正気筒判別手段は、ピーク位相が各気筒のうちのどの気筒に対応するかを識別するためのウィンドウを設定するウィンドウ設定手段を含み、ウィンドウは、運転状態に応じて可変設定されるものである。
【００２７】
また、この発明の請求項７に係る内燃機関の空燃比制御装置は、請求項６において、ウィンドウ設定手段は、１つの気筒に対応して第１のウィンドウを設定するとともに、第１のウィンドウに各気筒のクランク角位相差を順次加算して全気筒に対応したウィンドウを設定するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
【００２９】
図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック構成図であり、４気筒エンジンの場合を示している。
図１において、内燃機関の本体を構成するエンジン１には、吸気管２および排気管３が設けられている。
【００３０】
エンジン１と吸気管２との接続部には、吸気マニホールド４が形成されており、吸入空気を各気筒（＃１〜＃４）に分配している。
エンジン１と排気管３との接続部には、排気マニホールド５が形成されており、排気ガスを一括に集合させて排出している。
【００３１】
吸気管２の上流側には、エンジン１の吸気量Ｑａを検出するエアフローセンサ６が設けられている。
【００３２】
エンジン１のクランク軸には、クランク角センサ７が設けられており、クランク角センサ７は、エンジン１の回転に同期したパルスからなるクランク角信号ＣＡを出力する。
【００３３】
クランク角信号ＣＡの各パルスは、各気筒毎の回転位置（位相）を示しており、各気筒のクランク角位相の検出やエンジン回転数の検出などに用いられる。
排気マニホールド５を介して集合された排気管３には、空燃比センサ８が設けられており、空燃比センサ８の出力値は、リニアの空燃比λを示している。
【００３４】
排気管３の下流側には、排気ガスを浄化するための触媒９が設けられている。吸気マニホールド４には、複数の気筒（＃１〜＃４）の各々に対応して設けられた燃料噴射弁１１〜１４が設けられている。
【００３５】
各センサ６〜８から出力される吸気量Ｑａ、クランク角信号ＣＡおよび空燃比λは、運転状態を示す情報として、マイクロコンピュータからなるＥＣＵ２０に入力される。これにより、各燃料噴射弁１１〜１４は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵの制御下で、運転状態に応じたタイミングで駆動される。
【００３６】
ＥＣＵ２０は、ピーク位相検出手段２１、空燃比検出期間設定手段２２、ウィンドウ設定手段２３、対応気筒識別手段２４、空燃比補正気筒判別手段２５、および、＃１〜＃４気筒補正手段３１〜３４を備えている。
【００３７】
エアフローセンサ６からの吸気量Ｑａはウィンドウ設定手段２３に入力され、クランク角センサ７からのクランク角信号ＣＡは、ピーク位相検出手段２１、空燃比検出期間設定手段２２およびウィンドウ設定手段２３に入力され、空燃比センサ８からの空燃比λは、ピーク位相検出手段２１に入力されている。
【００３８】
ピーク位相検出手段２１は、空燃比検出期間中（後述する）に入力されるクランク角信号ＣＡ（クランク角位相）および空燃比λ（空燃比センサ８の出力値）に基づいて、空燃比変動でリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相Ｐλ（リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相）を検出する。
【００３９】
空燃比検出期間設定手段２２は、クランク角信号ＣＡに基づいて、全気筒（＃１〜＃４）の検出サイクル分に相当する空燃比検出期間Ｔを設定し、空燃比検出期間Ｔの終了判定信号を出力する。
【００４０】
空燃比検出期間Ｔは、エンジン１が４ストロークエンジンの場合、エンジン１の２回転分（７２０°）に相当し、各気筒の全ての排気行程が含まれる。
【００４１】
ウィンドウ設定手段２３は、運転状態（吸気量Ｑａなど）に基づいて、ピーク位相が各気筒のどの気筒に対応するかを識別するためのウィンドウＷ（各気筒毎に対応してピークが出現すると予想される位相範囲）を設定する。すなわち、ウィンドウＷとして、ウィンドウＷの中心クランク角ＰＣＡおよびウィンドウ幅ＰＣＷを設定する。
【００４２】
対応気筒識別手段２４は、空燃比検出期間Ｔ内且つ各気筒毎のウィンドウＷ内で検出されたピーク位相Ｐλに基づいて、ピーク位相Ｐλに対応した気筒を識別する。
【００４３】
空燃比補正気筒判別手段２５は、ピーク位相Ｐλに基づいて対応気筒識別手段２４で識別された対応気筒を、空燃比が他の気筒よりもずれていて燃料量を補正すべき気筒（補正対象気筒）として特定する。
【００４４】
＃１〜＃４気筒補正手段３１〜３４は、気筒別空燃比（燃料量）補正手段を構成しており、燃料噴射弁１１〜１４の開弁駆動時間を補正制御して、空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する。
【００４５】
すなわち、＃１〜＃４気筒補正手段３１〜３４は、各気筒毎の空燃比を均一化するために、空燃比補正対象となる気筒がリッチ側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を減量補正し、空燃比補正対象となる気筒がリーン側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を増量補正する。
【００４６】
次に、図２〜図５のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による動作について詳細に説明する。
図２は全体の処理ルーチンを示し、所定時間毎に実行される。
【００４７】
図２において、まず、ピーク位相検出手段２１は、空燃比λを読込み、リッチ側およびリーン側のピーク位相を検出し（ステップＳ１、Ｓ２）、全気筒分の排気行程が終了する区間に相当する空燃比検出期間Ｔが終了したか否か（空燃比検出期間Ｔにわたってピーク位相Ｐλの検出が実行されたか否か）を判定する（ステップＳ３）。
【００４８】
ステップＳ３において、空燃比検出期間Ｔが終了していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、図２の処理ルーチンを抜け出てピーク位相Ｐλの検出処理（ステップＳ１、Ｓ２）を繰り返す。
【００４９】
ピーク位相検出ステップＳ１、Ｓ２は、気筒別空燃比補正手段３１〜３４による燃料量の補正制御実行中には常に実行される。
【００５０】
一方、ステップＳ３において、空燃比検出期間Ｔが終了した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、対応気筒識別手段２４は、リッチ側およびリーン側のピーク位相に対応する気筒を特定する（ステップＳ４、Ｓ５）。
【００５１】
続いて、空燃比補正気筒判別手段２５は、空燃比補正対象となる気筒を判別し（ステップＳ６）、各気筒補正手段３１〜３４は、補正対象気筒の燃料量を補正し（ステップＳ７）、図２の処理ルーチンを抜け出る。
【００５２】
図３はリッチ側ピーク位相の検出動作（図２内のステップＳ１）を具体的に示す処理ルーチンである。
図３において、まず、空燃比センサ８の出力値（空燃比λ）を読込み（ステップＳ１１）、前回値よりも今回値の方がリッチか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００５３】
ステップＳ１２において、空燃比λの今回値が前回値よりもリッチである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、リッチ側への変化フラグＦを「１」にセットし（ステップＳ１３）、今回値が前回値よりもリッチではない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、リッチ側への変化フラグＦを「０」にクリアする（ステップＳ１４）。
【００５４】
続いて、変化フラグＦが「１」から「０」に変化したか否かを判定し（ステップＳ１５）、変化フラグＦが「１」から「０」に変化した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、前回値検出時のクランク角をリッチ側のピーク位相として記憶し（ステップＳ１６）、空燃比λの今回値を前回値として更新記憶し（ステップＳ１７）、図３の処理ルーチンを抜け出る。
【００５５】
一方、ステップＳ１５において、変化フラグＦが「１」から「０」に変化していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１６を実行せずに図３の処理ルーチンを抜け出る。
【００５６】
なお、リーン側ピーク位相の検出動作（図２内のステップＳ２）の詳細については、図３と同様であり、各ステップＳ１２〜Ｓ１４およびＳ１６内の「リッチ」という表現を「リーン」に置き換えるのみでよいので、ここでは省略する。
【００５７】
図４はリッチ側ピーク位相の対応気筒識別動作（図２内のステップＳ４）を具体的に示す処理ルーチンである。
図４において、まず、対応気筒識別手段２４は、エンジン１の運転状態として、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷（充填効率など）ＣＥを読込む（ステップＳ２１）。
【００５８】
続いて、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＣＥに基づくマップ演算により、＃１気筒に対応したピーク位相検出用のウィンドウＷの中心位相（クランク角位置）ＰＣＡを求める（ステップＳ２２）。
【００５９】
同様に、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＣＥに基づくマップ演算により、＃１気筒に対応したピーク位相検出用のウィンドウＷの幅（中心位相からの距離）ＰＣＷを求める（ステップＳ２３）。
【００６０】
次に、今回検出されたリッチ側ピーク位相が＃１気筒のウィンドウＷ内に存在するか否かを判定し（ステップＳ２４）、ＰＣＡ−ＰＣＷ≦リッチ側ピーク位相≦ＰＣＡ＋ＰＣＷ（すなわち、ＹＥＳ）と判別されれば、＃１気筒をリッチ側ピーク位相の対応気筒と判定して（ステップＳ２５）、図４の処理ルーチンを終了する。
【００６１】
また、ステップＳ２４において、リッチ側ピーク位相が＃１気筒のウィンドウＷ内に存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、次の制御気筒（＃３気筒）のウィンドウＷ（＃１気筒よりもクランク角１８０°だけ加算シフトされたウィンドウ）内にリッチ側ピーク位相が存在するか否かを判定する（ステップＳ２６）。
【００６２】
ステップＳ２６において、ＰＣＡ＋１８０−ＰＣＷ≦リッチ側ピーク位相≦ＰＣＡ＋１８０＋ＰＣＷ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、＃３気筒をリッチ側ピーク位相の対応気筒として判別する（ステップＳ２７）。
【００６３】
また、ステップＳ２６において、リッチ側ピーク位相が＃３気筒のウィンドウＷ内に存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、次の制御気筒（＃４気筒）のウィンドウＷ（＃１気筒よりもクランク角３６０°だけ加算シフトされたウィンドウ）を設定し、＃４気筒に対して同様の判定処理（ステップＳ２８、Ｓ２９）を実行する。
【００６４】
以下、同様に、ステップＳ２８において、リッチ側ピーク位相が＃４気筒のウィンドウＷ内に存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、＃２気筒のウィンドウＷ（＃１気筒よりもクランク角５４０°だけ加算シフトされたウィンドウ）を設定し、＃２気筒に対して同様の判定処理（ステップＳ３０、Ｓ３１）を実行する。
【００６５】
最後に、ステップＳ３０において、リッチ側ピーク位相が＃２気筒のウィンドウＷ内に存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、今回検出されたリッチ側ピーク位相に対応する気筒は無しと判別して（ステップＳ３２）、図４の処理ルーチンを終了する。
【００６６】
こうして、検出されたリッチ側ピーク位相がどの気筒に対応するか、または、対応する気筒が存在しないかを判別することができる。
なお、リーン側ピーク位相に対する対応気筒識別動作（図２内のステップＳ５）の詳細については、図４内の「リッチ」という表現を「リーン」に置き換えるのみでよいので、ここでは省略する。
【００６７】
図５は燃料量の補正対象となる気筒の判別動作（図２内のステップＳ６）を具体的に示す処理ルーチンである。
【００６８】
図５において、まず、空燃比補正気筒判別手段２５は、リッチ側ピーク位相に対応する気筒が存在するか否かを判定し（ステップＳ４１）、対応気筒が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、燃料量減量の補正対象気筒は無しと判別する（ステップＳ４２）。
【００６９】
また、ステップＳ４１において、リッチ側ピーク位相の対応気筒が存在する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、その対応気筒を燃料量減量の補正対象気筒と判別する（ステップＳ４３）。
【００７０】
次に、リーン側ピーク位相に対応する気筒が存在するか否かを判定し（ステップＳ４４）、対応気筒が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、燃料量増量の補正対象気筒は無しと判別する（ステップＳ４５）。
【００７１】
また、ステップＳ４４において、リーン側ピーク位相の対応気筒が存在する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、その対応気筒を燃料量増量の補正対象気筒と判別して（ステップＳ４６）、図５の処理ルーチンを抜け出る。
【００７２】
こうして、空燃比補正気筒判別手段２５による判別結果が得られると、各気筒補正手段３１〜３４は、補正対象気筒の燃料噴射弁１１〜１４の補正駆動を行い、燃料量を補正して各気筒の空燃比の均一化制御を実行し、一連の処理を終了する。
【００７３】
このように、各気筒の排気行程が含まれる所定期間に検出された空燃比λのピーク位相Ｐλから空燃比λを補正すべき気筒を特定し、特定気筒の燃料量を補正して各気筒毎の空燃比を均一化制御することができる。
【００７４】
したがって、ＣＰＵ２０における演算負荷の増大を招くことなく、運転状態の変動などの影響を受けずに、各気筒の空燃比の均一化制御を良好に実行することができる。
【００７５】
なお、上記動作においては特に説明しなかったが、気筒別空燃比補正手段３１〜３４は、リッチ側およびリーン側のピーク位相に相当する各空燃比の偏差を常に求めており、各ピーク間の空燃比偏差が所定値以下となった場合に、均一化制御が十分に達成されたものとして燃料量の補正処理を停止する。
【００７６】
また、ウィンドウ設定手段２３は、空燃比検出期間設定手段２２内に含まれてもよく、各気筒に対応したウィンドウＷは、運転状態に応じて可変設定されてもよい。
【００７７】
また、ウィンドウ設定手段２３は、最初に＃１気筒に対応した第１のウィンドウを設定し、第１のウィンドウに各気筒のクランク角位相差１８０°を順次加算して全気筒に対応したウィンドウを設定したが（図４参照）、各気筒のウィンドウＷを個別にマップ演算してもよい。
【００７８】
さらに、上記実施の形態１では、リッチ側およびリーン側の両方のピーク位相を検出して、各対応気筒の燃料量を減量および増量する場合について説明したが、リッチ側またはリーン側の一方のみのピーク位相を検出して、対応気筒の燃料量を減量または増量の一方のみの補正を実行してもよい。
【００７９】
図６はこの発明の実施の形態１に関連した他の動作を示すフローチャートであり、リッチ側ピーク位相の対応気筒のみに対して燃料量の減量補正を実行した場合を示している。
【００８０】
図６において、ステップＳ４Ａ、Ｓ７Ａは、前述（図２参照）のステップＳ４、Ｓ７にそれぞれ対応しており、ステップＳ１、Ｓ３は前述と同様の処理である。
【００８１】
この場合、ピーク位相検出手段２１は、リッチ側ピーク位相のみを検出し（ステップＳ１）、空燃比補正気筒判別手段２５は、空燃比検出期間Ｔが終了した時点で（ステップＳ３）、リッチ側ピーク位相の対応気筒を補正対象気筒と判別し（ステップＳ４Ａ）、各気筒補正手段３１〜３４を介して燃料量を減量補正する（ステップＳ７Ａ）。
【００８２】
図６のように、リッチ側の最大空燃比を示す１つの気筒の燃料量を減量補正することによっても、補正を繰り返し実行するうちに、各気筒の空燃比は均一化されるので、前述と同様の作用効果を奏する。
また、この場合、１つの気筒のみを補正対象としているので、ＣＰＵ負荷の増大を最小に抑制することができる
【００８３】
なお、リッチ側ピーク位相に対応した１つの気筒のみを空燃比補正対象としたが、逆に、１つの気筒のみの空燃比がリーン側にずれていることを想定して、リーン側の最大空燃比を示す１つの気筒の燃料量を増量補正しても、同様に、各気筒の空燃比を均一化制御することができる。
【００８４】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、リッチ側またはリーン側のピーク位相に対応した１つの気筒に基づいて補正対象気筒を判別したが、リッチ側およびリーン側のピーク位相に対応した２つの気筒に基づいて補正対象気筒を判別してもよい。
【００８５】
図７はこの発明の実施の形態２による動作を示すフローチャートであり、リッチ側およびリーン側のピーク位相に対応した２つの気筒の排気行程順序が連続しているか否かに基づいて補正対象気筒を判別する場合を示している。
【００８６】
図７において、ステップＳ４１Ａ〜Ｓ４６Ａ、Ｓ４３Ｂ、Ｓ４６Ｂは、それぞれ、前述（図５参照）のステップＳ４１〜Ｓ４６、Ｓ４３、Ｓ４６と同様の処理である。
【００８７】
この場合、対応気筒識別手段２４は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相に対応する第１および第２の気筒が両方とも存在するか否かを判定し（ステップＳ４１Ａ、Ｓ４４Ａ）、少なくとも一方が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判別されれば、図７の処理ルーチンを抜け出る。
【００８８】
また、ステップＳ４１ＡおよびＳ４４Ａにおいて、第１および第２の気筒が有り（すなわち、ＹＥＳ）と判別されれば、続いて、空燃比補正気筒判別手段２５は、第１および第２の気筒の排気行程順序が連続しているか否かを判定する（ステップＳ５１）。
【００８９】
ステップＳ５１において、第１および第２の気筒の排気行程順序が連続する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、第２の気筒よりも第１の気筒の方が排気行程順序が後であるか否かを判定する（ステップＳ５２）。
【００９０】
ステップＳ５２において、第１の気筒の方が排気行程順序が後（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、第１の気筒を燃料量減量の補正対象気筒と判別し（ステップＳ４３Ａ）、燃料量増量の補正対象気筒は無しと判別して（ステップＳ４５Ａ）、図７の処理ルーチンを抜け出る。
【００９１】
また、ステップＳ５２において、第２の気筒の方が排気行程順序が後（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、燃料量減量の補正対象気筒は無しと判別し（ステップＳ４２Ａ）、第２の気筒を燃料量増量の補正対象気筒と判別して（ステップＳ４６Ａ）、図７の処理ルーチンを抜け出る。
【００９２】
一方、ステップＳ５１において、第１および第２の気筒の排気行程順序が連続しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、第１の気筒を燃料量減量の補正対象気筒と判別し（ステップＳ４３Ｂ）、第２の気筒を燃料量増量の補正対象気筒と判別して（ステップＳ４６Ｂ）、図７の処理ルーチンを抜け出る。
【００９３】
このように、空燃比補正気筒判別手段２５は、リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒とリーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続している場合には、第１および第２の気筒のうち排気行程順序が後に位置する一方の気筒のみを空燃比補正対象の気筒として特定する。
【００９４】
また、空燃比補正気筒判別手段２５は、第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続していない場合には、第１および第２の気筒を、それぞれ空燃比がリッチ側およびリーン側にずれている空燃比補正対象の気筒として特定、気筒別空燃比補正手段３１〜３４は、第１および第２の気筒の燃料量を同時に補正する。
【００９５】
これにより、エンジン１の運転状態の変動などの影響を受け難く、さらに正確に各気筒の空燃比の均一化を行うことができる。
【００９６】
次に、図８〜図１１を参照しながら、この発明の実施の形態２による空燃比制御動作について、さらに具体的に説明する。
図８はピーク位相の検出原理を模式的に示す説明図であり、横軸は各気筒に対応した基準クランク角位置（ＴＤＣ）を示し、縦軸は実際の空燃比Ａ／Ｆ（λ）の変動および空燃比センサ８の検出値の変動を示している。
【００９７】
すなわち、図８内の一点鎖線で示す曲線は、排気管３内の実際の空燃比の変化を示し、実線で示す曲線は、空燃比センサ８の出力値の変化を示している。
【００９８】
また、各空燃比波形の上部に記載されたブロックは、各気筒（＃１、＃３、＃４、＃２）の排気行程（排気バルブ開放）タイミングを示しており、各排気行程の一部は、前後の制御気筒と互いにオーバラップしている。
図８に示す４気筒分の排気行程を含む期間が前述の空燃比検出期間Ｔとなる。
【００９９】
また、斜線が付された（この場合、＃３気筒の）ブロックは、他の気筒の空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）よりもリッチ側（Ａ／Ｆ＝１３．０）に空燃比がずれた気筒である。
【０１００】
＃３気筒に起因したリッチ側ピーク位相（一点鎖線参照）は、排気ガスの移動時間に相当する遅れ時間ＴＥの経過後に出現する。
【０１０１】
また、排気行程のオーバラップ制御や排気管３の形状などの影響により、ピーク位相の前後には、互いに干渉する変化時間Ｔｏが現れる。
さらに、空燃比センサ８の出力値は、上記干渉の影響のみならず、センサ応答遅れなどにより、実線のように変化する。
【０１０２】
図９は空燃比センサ８の出力値のピーク位相検出動作を示す説明図であり、各ピーク位相に対応する２つの気筒の排気行程順序が連続する場合（図７内のステップＳ５１、Ｓ５２、Ｓ４３Ａ、Ｓ４５Ａに対応）の動作を示し、矢印は検出されたピーク位相を示している。
【０１０３】
図９において、各気筒毎に対応してウィンドウＷが設定されており、検出されたピーク位相が各ウィンドウＷ内に入っている否かを判定するようになっているので、従来装置（図１４参照）のように、気筒毎の空燃比が誤検出されることはない。
【０１０４】
すなわち、リッチ側のピークが検出された時点で、クランク角に相当する位相をリッチ側ピーク位相として記憶し、このピーク位相が各気筒毎に対応したウィンドウＷに入っている否かを判定し、ピーク位相の対応気筒を特定する。
【０１０５】
この場合、リーン側ピーク位相の対応気筒としては＃１気筒が特定され、リッチ側ピーク位相の対応気筒としては、＃１気筒に続く＃３気筒が特定される。
したがって、排気行程順序が後に位置する＃３気筒のみが補正対象気筒となり、燃料量が減量補正される。
【０１０６】
図１０および図１１は、各ピーク位相に対応する２つの気筒の排気行程順序が連続しない場合（図７内のステップＳ５１、Ｓ４３Ｂ、Ｓ４６Ｂに対応）の動作を示している。
【０１０７】
図１０は＃３気筒および＃４気筒がリッチ側に空燃比がずれた場合を示し、図１１は＃３気筒がリッチ側に、＃２気筒（交叉斜線参照）がリーン側に空燃比がずれた場合を示している。
【０１０８】
図１０において、リーン側ピーク位相の対応気筒としては＃１気筒が特定され、リッチ側ピーク位相の対応気筒としては、＃１気筒よりも排気行程順序が２回後の＃４気筒が特定される。
したがって、＃１気筒は燃料量が増量補正されるとともに、＃４気筒は燃料量が減量補正される。
【０１０９】
また、図１１において、リーン側ピーク位相の対応気筒としては＃２気筒が特定され、リッチ側ピーク位相の対応気筒としては、＃２気筒よりも排気行程順序が２回後の＃３気筒が特定される。
したがって、＃２気筒の燃料量が増量補正されるとともに、＃３気筒の燃料量が減量補正される。
【０１１０】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態２では、リッチ側およびリーン側のピーク位相に対応した各気筒の排気行程順序に基づいて、１つの気筒または２つの気筒を補正対象気筒と特定したが、複数ずつの気筒を補正対象気筒と特定してもよい。
【０１１１】
図１２はこの発明の実施の形態３による動作を示すフローチャートであり、リッチ側およびリーン側のピーク位相に対応した２つの気筒群の排気行程順序が交互になっているか否かに基づいて補正対象気筒を判別する場合を示している。
【０１１２】
図７において、ステップＳ４１Ｃ、Ｓ４３Ｃ〜Ｓ４５Ｃは、それぞれ、前述（図５参照）のステップＳ４１、Ｓ４３〜Ｓ４５と同様の処理である。
【０１１３】
この場合、対応気筒識別手段２４は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相に対応する第１および第２の気筒群が全気筒数の半数分ずつ存在するか否かを判定し（ステップＳ４１Ｃ、Ｓ４４Ｃ）、少なくとも一方が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判別されれば、図１２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１１４】
また、ステップＳ４１ＣおよびＳ４４Ｃにおいて、全気筒の半数分ずつの第１および第２の気筒群が有り（すなわち、ＹＥＳ）と判別されれば、続いて、空燃比補正気筒判別手段２５は、第１および第２の気筒群の排気行程順序が交互であるか否かを判定する（ステップＳ６１）。
【０１１５】
ステップＳ６１において、全気筒の半数分ずつの第１および第２の気筒群の排気行程順序が交互である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、第１の気筒群の全てを燃料量減量の補正対象気筒と判別し（ステップＳ４３Ｃ）、燃料量増量の補正対象気筒は無しと判別して（ステップＳ４５Ｃ）、図１２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１１６】
一方、ステップＳ６１において、第１および第２の気筒群の排気行程順序が交互でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ４３ＣおよびＳ４５Ｃを実行せずに、直ちに図１２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１１７】
なお、ここでは、空燃比補正気筒判別手段２５は、リッチ側ピーク位相に対応した第１の気筒群のみを補正対象気筒としたが、リーン側ピーク位相に対応した第２の気筒群を空燃比補正対象気筒としてもよい。
【０１１８】
これにより、リッチ側またはリーン側のいずれか一方のピーク位相に対応した全ての気筒の燃料量を同時に補正することができる。
【０１１９】
次に、図１３を参照しながら、この発明の実施の形態３による空燃比制御動作について、さらに具体的に説明する。
図１３は＃３気筒および＃２気筒がリッチ側に空燃比がずれた場合を示している。この場合、ピーク位相は、空燃比検出期間Ｔにおいて、空燃比の検出値が極大または極小となる位相に対応する。
【０１２０】
図１３においては、リーン側ピーク位相の対応気筒としては、＃４気筒および＃１気筒が特定され、リッチ側ピーク位相の対応気筒としては、＃２気筒および＃３気筒が特定される。
【０１２１】
したがって、空燃比検出期間Ｔ内において、リッチ側およびリーン側の各ピーク位相に対応する気筒が、全気筒の半数分ずつ交互に特定されるので、リッチ側ピーク位相に対応した第１の気筒群（＃２気筒および＃３気筒）は、燃料量が減量補正されるとともに、リーン側ピーク位相に対応した第２の気筒群（＃４気筒および＃１気筒）は、燃料量が増量補正される。
【０１２２】
これにより、前述と同様の作用効果を奏するとともに、さらに速やかに各気筒の空燃比の均一化を行うことができる。
なお、上記各実施の形態１〜３を任意に組み合わせることにより、さらに相乗的な作用効果を奏することは言うまでもない。
【０１２３】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁と、各気筒の排気系集合部に配置された空燃比センサと、各気筒のクランク角位相を検出するクランク角センサと、各気筒の全ての排気行程が含まれる空燃比検出期間を設定する空燃比検出期間設定手段と、空燃比検出期間中の空燃比センサの出力値を取り込み、空燃比変動によってリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相を検出するピーク位相検出手段と、ピーク位相に基づいて空燃比補正対象となる気筒を特定する空燃比補正気筒判別手段と、空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する気筒別空燃比補正手段とを備え、各気筒毎の空燃比を均一化する内燃機関の空燃比制御装置であって、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、空燃比補正気筒判別手段は、リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒とリーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続している場合に、第１および第２の気筒のうち排気行程順序が後に位置する一方の気筒のみを空燃比補正対象の気筒として特定し、空燃比センサの出力値の変動に基づいて、他気筒によりも空燃比がずれている気筒を燃料量補正対象として特定するようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１２４】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１において、空燃比補正気筒判別手段は、第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続していない場合には、第１および第２の気筒を、それぞれ空燃比がリッチ側およびリーン側にずれている空燃比補正対象の気筒として特定するので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１２５】
また、この発明の請求項３によれば、複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁と、各気筒の排気系集合部に配置された空燃比センサと、各気筒のクランク角位相を検出するクランク角センサと、各気筒の全ての排気行程が含まれる空燃比検出期間を設定する空燃比検出期間設定手段と、空燃比検出期間中の空燃比センサの出力値を取り込み、空燃比変動によってリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相を検出するピーク位相検出手段と、ピーク位相に基づいて空燃比補正対象となる気筒を特定する空燃比補正気筒判別手段と、空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する気筒別空燃比補正手段とを備え、各気筒毎の空燃比を均一化する内燃機関の空燃比制御装置であって、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、空燃比補正気筒判別手段は、リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒とリーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ第１および第２の気筒が、第１および第２の気筒群として、それぞれ全気筒数の半数分ずつ交互に検出された場合に、第１および第２の気筒群のいずれか一方の気筒群を空燃比補正対象の気筒として判別するようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１２６】
また、この発明の請求項４によれば、請求項１から請求項３までのいずれか１項において、気筒別空燃比補正手段は、空燃比補正対象となる気筒がリッチ側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を減量補正し、空燃比補正対象となる気筒がリーン側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を増量補正するようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１３０】
また、この発明の請求項５によれば、請求項１から請求項４までのいずれか１項において、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、気筒別空燃比補正手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相に相当する空燃比センサの各出力値の偏差を求め、偏差が所定値以下となった場合に、燃料量の補正処理を停止するようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１３１】
また、この発明の請求項６によれば、請求項１から請求項５までのいずれか１項において、空燃比補正気筒判別手段は、ピーク位相が各気筒のうちのどの気筒に対応するかを識別するためのウィンドウを設定するウィンドウ設定手段を含み、ウィンドウは、運転状態に応じて可変設定されるようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１３２】
また、この発明の請求項７によれば、請求項６において、ウィンドウ設定手段は、１つの気筒に対応して第１のウィンドウを設定するとともに、第１のウィンドウに各気筒のクランク角位相差を順次加算して全気筒に対応したウィンドウを設定するようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による概略動作を示すフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態１によるピーク位相検出動作を示すフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態１による対応気筒識別動作を示すフローチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態１による補正対象気筒判別動作を示すフローチャートである。
【図６】 この発明の実施の形態１に関連した他の補正対象気筒判別動作を示すフローチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態２による補正対象気筒判別動作を示すフローチャートである。
【図８】 この発明の実施の形態２による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態２による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【図１０】 この発明の実施の形態２による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【図１１】 この発明の実施の形態２による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【図１２】 この発明の実施の形態３による補正対象気筒判別動作を示すフローチャートである。
【図１３】 この発明の実施の形態３による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【図１４】 従来の内燃機関の空燃比制御装置による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン、２ 吸気管、３ 排気管、５ 排気マニホールド、６ エアフローセンサ、７ クランク角センサ、８ 空燃比センサ、１１〜１４ 燃料噴射弁、２０ ＥＣＵ、２１ ピーク位相検出手段、２２ 空燃比検出期間設定手段、２３ ウィンドウ設定手段、２５ 空燃比補正気筒判別手段、３１〜３４ 気筒別空燃比補正手段、ＣＡ クランク角信号、Ｔ 空燃比検出期間、λ 空燃比、Ｐλ ピーク位相、Ｗ ウィンドウ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数気筒の排気系集合部に取り付けられた空燃比センサの出力値に基づいて各気筒毎の空燃比を検出し、全気筒の空燃比を目標値に均一化制御する内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に比較的容易な判別処理を用いて制御の信頼性を向上させた内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関（エンジン）の空燃比制御装置においては、排気系集合部に空燃比センサが設けられており、各気筒の排気ガスが排気系集合部を通過するタイミングに合わせてセンサ出力値（空燃比信号）を取り込み、空燃比信号に応じて各気筒の燃料噴射量を補正することにより、各気筒の空燃比を均一化制御する方法が知られている。
【０００３】
このとき、各気筒に対応する排気ガスの空燃比を正確に検出することが要求されるが、実際には、複数気筒の排気ガスが混合された状態で排気系集合部（空燃比センサ）を通過するので、空燃比検出情報は各気筒の空燃比の影響を含んでおり、各気筒毎に空燃比を検出することは難しいことが知られている。
【０００４】
また、特定気筒の検出値に対する他気筒の影響度合いは、運転状態（エンジン回転数や吸入空気量など）によっても異なるので、特定気筒に対応した空燃比を正確に検出することはさらに困難である。
【０００５】
さらに、空燃比センサは、実際に排気ガスが到達してから検出値として現れるまでに時間遅れ（いわゆる、応答遅れ）が存在するので、このような応答遅れも考慮する必要があり、各気筒に対応する空燃比を検出することは非常に困難なことになっている。
【０００６】
したがって、従来装置においては特定気筒に対応する空燃比を正確に検出することが難しく、十分に満足できる空燃比制御精度を実現することはできない。
このような問題に対処するため、従来から、たとえば特許第２６８９３６２号や特許第２７１７７４４号に参照されるような装置が提案されている。
【０００７】
上記特許に記載された装置においては、排気系への排気ガスの流通や空燃比センサの出力応答遅れなどの挙動を表現する数値モデルを構築し、この数値モデルに基づいてオブザーバを設計して気筒毎の空燃比を推定し、各気筒の空燃比を均一化している。
【０００８】
しかし、数値モデルを用いた場合、ＣＰＵ内部での演算が複雑になるので、処理時間が長くなり、ソフトウエア負荷が非常に大きくなってしまう。また、各要素の挙動を数式で表現しているので、運転状態の変動や部品製造上のバラツキなどの影響を受け易く、十分な制御精度を得ることはできない。
【０００９】
一方、たとえば特公平４−８６１６号公報に参照されるように、空燃比検出条件をアイドル状態のみに限定することにより、空燃比センサ出力値と各気筒の空燃比との対応付けを容易にして、各気筒の空燃比均一化制御を実現した装置も提案されている。
【００１０】
しかしながら、アイドル状態においては、燃焼状態が不安定でエンジンの回転変動が大きくなり易く空燃比検出精度が悪化する要因が多いうえ、排気ガス流量が少ない領域であることから、空燃比センサの応答性もさらに悪くなる。
【００１１】
したがって、アイドル状態で空燃比を検出しても、センサ出力の変動幅が小さくなってしまい、結局、各気筒に対応する空燃比情報を正確に検出することは困難である。
【００１２】
図１４は所定クランク角毎に空燃比を検出する方法を適用した従来装置による補正対象気筒判別動作を示す説明図であり、横軸は各気筒（＃１〜＃４）に対応した基準クランク角位置（ＴＤＣ）を示し、縦軸は空燃比センサの出力値（空燃比Ａ／Ｆ）の変動を示している。
【００１３】
図１４において、破線矢印は各気筒毎の空燃比検出タイミングを示し、空燃比センサ出力値（Ａ／Ｆ）は所定クランク角毎に読込まれる。
ここでは、＃３気筒の空燃比が他気筒よりもリッチ側にずれている場合を示している。
【００１４】
このような所定クランク角毎の検出方法によれば、実際には＃３気筒をリッチ側ピーク位相の対応気筒と認識すべきところを、たとえば図１４内の実線矢印で示すように＃３気筒よりも＃４気筒の方がリッチ側にずれている状態が発生し、＃４気筒を補正対象気筒と誤判定してしまうおそれがある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関の空燃比制御装置は以上のように、各種の挙動要因を数値モデル化した場合には、ソフトウエアの負荷が大きくなるうえ、数式では表現しきれない運転状態の変動や部品製造上のバラツキなどの影響を受けてしまい、十分な信頼性を実現することができないという問題点があった。
【００１６】
また、空燃比検出条件をアイドル状態に限定した場合には、燃焼状態が不安定なことから、エンジン回転変動が大きくなり検出精度が悪化するうえ、排気ガス流量の少ない領域であることから、センサ出力の変動幅が小さくなり、結局、各気筒に対応する空燃比情報を正確に検出することができないという問題点があった。
【００１７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、空燃比センサ出力値の変動に基づいて、他気筒よりも空燃比がずれている気筒を燃料量補正対象として特定することにより、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る内燃機関の空燃比制御装置は、複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁と、各気筒の排気系集合部に配置された空燃比センサと、各気筒のクランク角位相を検出するクランク角センサと、各気筒の全ての排気行程が含まれる空燃比検出期間を設定する空燃比検出期間設定手段と、空燃比検出期間中の空燃比センサの出力値を取り込み、空燃比変動によってリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相を検出するピーク位相検出手段と、ピーク位相に基づいて空燃比補正対象となる気筒を特定する空燃比補正気筒判別手段と、空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する気筒別空燃比補正手段とを備え、各気筒毎の空燃比を均一化する内燃機関の空燃比制御装置であって、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、空燃比補正気筒判別手段は、リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒とリーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続している場合に、第１および第２の気筒のうち排気行程順序が後に位置する一方の気筒のみを空燃比補正対象の気筒として特定するものである。
【００１９】
また、この発明の請求項２に係る内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１において、空燃比補正気筒判別手段は、第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続していない場合には、第１および第２の気筒を、それぞれ空燃比がリッチ側およびリーン側にずれている空燃比補正対象の気筒として特定するものである。
【００２０】
また、この発明の請求項３に係る内燃機関の空燃比制御装置は、複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁と、各気筒の排気系集合部に配置された空燃比センサと、各気筒のクランク角位相を検出するクランク角センサと、各気筒の全ての排気行程が含まれる空燃比検出期間を設定する空燃比検出期間設定手段と、空燃比検出期間中の空燃比センサの出力値を取り込み、空燃比変動によってリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相を検出するピーク位相検出手段と、ピーク位相に基づいて空燃比補正対象となる気筒を特定する空燃比補正気筒判別手段と、空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する気筒別空燃比補正手段とを備え、各気筒毎の空燃比を均一化する内燃機関の空燃比制御装置であって、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、空燃比補正気筒判別手段は、リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒とリーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ第１および第２の気筒が、第１および第２の気筒群として、それぞれ全気筒数の半数分ずつ交互に検出された場合に、第１および第２の気筒群のいずれか一方の気筒群を空燃比補正対象の気筒として判別するものである。
【００２１】
また、この発明の請求項４に係る内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１から請求項３までのいずれか１項において、気筒別空燃比補正手段は、空燃比補正対象となる気筒がリッチ側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を減量補正し、空燃比補正対象となる気筒がリーン側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を増量補正するものである。
【００２５】
また、この発明の請求項５に係る内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１から請求項４までのいずれか１項において、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、気筒別空燃比補正手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相に相当する空燃比センサの各出力値の偏差を求め、偏差が所定値以下となった場合に、燃料量の補正処理を停止するものである。
【００２６】
また、この発明の請求項６に係る内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１から請求項５までのいずれか１項において、空燃比補正気筒判別手段は、ピーク位相が各気筒のうちのどの気筒に対応するかを識別するためのウィンドウを設定するウィンドウ設定手段を含み、ウィンドウは、運転状態に応じて可変設定されるものである。
【００２７】
また、この発明の請求項７に係る内燃機関の空燃比制御装置は、請求項６において、ウィンドウ設定手段は、１つの気筒に対応して第１のウィンドウを設定するとともに、第１のウィンドウに各気筒のクランク角位相差を順次加算して全気筒に対応したウィンドウを設定するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
【００２９】
図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック構成図であり、４気筒エンジンの場合を示している。
図１において、内燃機関の本体を構成するエンジン１には、吸気管２および排気管３が設けられている。
【００３０】
エンジン１と吸気管２との接続部には、吸気マニホールド４が形成されており、吸入空気を各気筒（＃１〜＃４）に分配している。
エンジン１と排気管３との接続部には、排気マニホールド５が形成されており、排気ガスを一括に集合させて排出している。
【００３１】
吸気管２の上流側には、エンジン１の吸気量Ｑａを検出するエアフローセンサ６が設けられている。
【００３２】
エンジン１のクランク軸には、クランク角センサ７が設けられており、クランク角センサ７は、エンジン１の回転に同期したパルスからなるクランク角信号ＣＡを出力する。
【００３３】
クランク角信号ＣＡの各パルスは、各気筒毎の回転位置（位相）を示しており、各気筒のクランク角位相の検出やエンジン回転数の検出などに用いられる。
排気マニホールド５を介して集合された排気管３には、空燃比センサ８が設けられており、空燃比センサ８の出力値は、リニアの空燃比λを示している。
【００３４】
排気管３の下流側には、排気ガスを浄化するための触媒９が設けられている。吸気マニホールド４には、複数の気筒（＃１〜＃４）の各々に対応して設けられた燃料噴射弁１１〜１４が設けられている。
【００３５】
各センサ６〜８から出力される吸気量Ｑａ、クランク角信号ＣＡおよび空燃比λは、運転状態を示す情報として、マイクロコンピュータからなるＥＣＵ２０に入力される。これにより、各燃料噴射弁１１〜１４は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵの制御下で、運転状態に応じたタイミングで駆動される。
【００３６】
ＥＣＵ２０は、ピーク位相検出手段２１、空燃比検出期間設定手段２２、ウィンドウ設定手段２３、対応気筒識別手段２４、空燃比補正気筒判別手段２５、および、＃１〜＃４気筒補正手段３１〜３４を備えている。
【００３７】
エアフローセンサ６からの吸気量Ｑａはウィンドウ設定手段２３に入力され、クランク角センサ７からのクランク角信号ＣＡは、ピーク位相検出手段２１、空燃比検出期間設定手段２２およびウィンドウ設定手段２３に入力され、空燃比センサ８からの空燃比λは、ピーク位相検出手段２１に入力されている。
【００３８】
ピーク位相検出手段２１は、空燃比検出期間中（後述する）に入力されるクランク角信号ＣＡ（クランク角位相）および空燃比λ（空燃比センサ８の出力値）に基づいて、空燃比変動でリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相Ｐλ（リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相）を検出する。
【００３９】
空燃比検出期間設定手段２２は、クランク角信号ＣＡに基づいて、全気筒（＃１〜＃４）の検出サイクル分に相当する空燃比検出期間Ｔを設定し、空燃比検出期間Ｔの終了判定信号を出力する。
【００４０】
空燃比検出期間Ｔは、エンジン１が４ストロークエンジンの場合、エンジン１の２回転分（７２０°）に相当し、各気筒の全ての排気行程が含まれる。
【００４１】
ウィンドウ設定手段２３は、運転状態（吸気量Ｑａなど）に基づいて、ピーク位相が各気筒のどの気筒に対応するかを識別するためのウィンドウＷ（各気筒毎に対応してピークが出現すると予想される位相範囲）を設定する。すなわち、ウィンドウＷとして、ウィンドウＷの中心クランク角ＰＣＡおよびウィンドウ幅ＰＣＷを設定する。
【００４２】
対応気筒識別手段２４は、空燃比検出期間Ｔ内且つ各気筒毎のウィンドウＷ内で検出されたピーク位相Ｐλに基づいて、ピーク位相Ｐλに対応した気筒を識別する。
【００４３】
空燃比補正気筒判別手段２５は、ピーク位相Ｐλに基づいて対応気筒識別手段２４で識別された対応気筒を、空燃比が他の気筒よりもずれていて燃料量を補正すべき気筒（補正対象気筒）として特定する。
【００４４】
＃１〜＃４気筒補正手段３１〜３４は、気筒別空燃比（燃料量）補正手段を構成しており、燃料噴射弁１１〜１４の開弁駆動時間を補正制御して、空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する。
【００４５】
すなわち、＃１〜＃４気筒補正手段３１〜３４は、各気筒毎の空燃比を均一化するために、空燃比補正対象となる気筒がリッチ側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を減量補正し、空燃比補正対象となる気筒がリーン側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を増量補正する。
【００４６】
次に、図２〜図５のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による動作について詳細に説明する。
図２は全体の処理ルーチンを示し、所定時間毎に実行される。
【００４７】
図２において、まず、ピーク位相検出手段２１は、空燃比λを読込み、リッチ側およびリーン側のピーク位相を検出し（ステップＳ１、Ｓ２）、全気筒分の排気行程が終了する区間に相当する空燃比検出期間Ｔが終了したか否か（空燃比検出期間Ｔにわたってピーク位相Ｐλの検出が実行されたか否か）を判定する（ステップＳ３）。
【００４８】
ステップＳ３において、空燃比検出期間Ｔが終了していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、図２の処理ルーチンを抜け出てピーク位相Ｐλの検出処理（ステップＳ１、Ｓ２）を繰り返す。
【００４９】
ピーク位相検出ステップＳ１、Ｓ２は、気筒別空燃比補正手段３１〜３４による燃料量の補正制御実行中には常に実行される。
【００５０】
一方、ステップＳ３において、空燃比検出期間Ｔが終了した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、対応気筒識別手段２４は、リッチ側およびリーン側のピーク位相に対応する気筒を特定する（ステップＳ４、Ｓ５）。
【００５１】
続いて、空燃比補正気筒判別手段２５は、空燃比補正対象となる気筒を判別し（ステップＳ６）、各気筒補正手段３１〜３４は、補正対象気筒の燃料量を補正し（ステップＳ７）、図２の処理ルーチンを抜け出る。
【００５２】
図３はリッチ側ピーク位相の検出動作（図２内のステップＳ１）を具体的に示す処理ルーチンである。
図３において、まず、空燃比センサ８の出力値（空燃比λ）を読込み（ステップＳ１１）、前回値よりも今回値の方がリッチか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００５３】
ステップＳ１２において、空燃比λの今回値が前回値よりもリッチである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、リッチ側への変化フラグＦを「１」にセットし（ステップＳ１３）、今回値が前回値よりもリッチではない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、リッチ側への変化フラグＦを「０」にクリアする（ステップＳ１４）。
【００５４】
続いて、変化フラグＦが「１」から「０」に変化したか否かを判定し（ステップＳ１５）、変化フラグＦが「１」から「０」に変化した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、前回値検出時のクランク角をリッチ側のピーク位相として記憶し（ステップＳ１６）、空燃比λの今回値を前回値として更新記憶し（ステップＳ１７）、図３の処理ルーチンを抜け出る。
【００５５】
一方、ステップＳ１５において、変化フラグＦが「１」から「０」に変化していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１６を実行せずに図３の処理ルーチンを抜け出る。
【００５６】
なお、リーン側ピーク位相の検出動作（図２内のステップＳ２）の詳細については、図３と同様であり、各ステップＳ１２〜Ｓ１４およびＳ１６内の「リッチ」という表現を「リーン」に置き換えるのみでよいので、ここでは省略する。
【００５７】
図４はリッチ側ピーク位相の対応気筒識別動作（図２内のステップＳ４）を具体的に示す処理ルーチンである。
図４において、まず、対応気筒識別手段２４は、エンジン１の運転状態として、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷（充填効率など）ＣＥを読込む（ステップＳ２１）。
【００５８】
続いて、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＣＥに基づくマップ演算により、＃１気筒に対応したピーク位相検出用のウィンドウＷの中心位相（クランク角位置）ＰＣＡを求める（ステップＳ２２）。
【００５９】
同様に、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＣＥに基づくマップ演算により、＃１気筒に対応したピーク位相検出用のウィンドウＷの幅（中心位相からの距離）ＰＣＷを求める（ステップＳ２３）。
【００６０】
次に、今回検出されたリッチ側ピーク位相が＃１気筒のウィンドウＷ内に存在するか否かを判定し（ステップＳ２４）、ＰＣＡ−ＰＣＷ≦リッチ側ピーク位相≦ＰＣＡ＋ＰＣＷ（すなわち、ＹＥＳ）と判別されれば、＃１気筒をリッチ側ピーク位相の対応気筒と判定して（ステップＳ２５）、図４の処理ルーチンを終了する。
【００６１】
また、ステップＳ２４において、リッチ側ピーク位相が＃１気筒のウィンドウＷ内に存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、次の制御気筒（＃３気筒）のウィンドウＷ（＃１気筒よりもクランク角１８０°だけ加算シフトされたウィンドウ）内にリッチ側ピーク位相が存在するか否かを判定する（ステップＳ２６）。
【００６２】
ステップＳ２６において、ＰＣＡ＋１８０−ＰＣＷ≦リッチ側ピーク位相≦ＰＣＡ＋１８０＋ＰＣＷ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、＃３気筒をリッチ側ピーク位相の対応気筒として判別する（ステップＳ２７）。
【００６３】
また、ステップＳ２６において、リッチ側ピーク位相が＃３気筒のウィンドウＷ内に存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、次の制御気筒（＃４気筒）のウィンドウＷ（＃１気筒よりもクランク角３６０°だけ加算シフトされたウィンドウ）を設定し、＃４気筒に対して同様の判定処理（ステップＳ２８、Ｓ２９）を実行する。
【００６４】
以下、同様に、ステップＳ２８において、リッチ側ピーク位相が＃４気筒のウィンドウＷ内に存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、＃２気筒のウィンドウＷ（＃１気筒よりもクランク角５４０°だけ加算シフトされたウィンドウ）を設定し、＃２気筒に対して同様の判定処理（ステップＳ３０、Ｓ３１）を実行する。
【００６５】
最後に、ステップＳ３０において、リッチ側ピーク位相が＃２気筒のウィンドウＷ内に存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、今回検出されたリッチ側ピーク位相に対応する気筒は無しと判別して（ステップＳ３２）、図４の処理ルーチンを終了する。
【００６６】
こうして、検出されたリッチ側ピーク位相がどの気筒に対応するか、または、対応する気筒が存在しないかを判別することができる。
なお、リーン側ピーク位相に対する対応気筒識別動作（図２内のステップＳ５）の詳細については、図４内の「リッチ」という表現を「リーン」に置き換えるのみでよいので、ここでは省略する。
【００６７】
図５は燃料量の補正対象となる気筒の判別動作（図２内のステップＳ６）を具体的に示す処理ルーチンである。
【００６８】
図５において、まず、空燃比補正気筒判別手段２５は、リッチ側ピーク位相に対応する気筒が存在するか否かを判定し（ステップＳ４１）、対応気筒が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、燃料量減量の補正対象気筒は無しと判別する（ステップＳ４２）。
【００６９】
また、ステップＳ４１において、リッチ側ピーク位相の対応気筒が存在する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、その対応気筒を燃料量減量の補正対象気筒と判別する（ステップＳ４３）。
【００７０】
次に、リーン側ピーク位相に対応する気筒が存在するか否かを判定し（ステップＳ４４）、対応気筒が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、燃料量増量の補正対象気筒は無しと判別する（ステップＳ４５）。
【００７１】
また、ステップＳ４４において、リーン側ピーク位相の対応気筒が存在する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、その対応気筒を燃料量増量の補正対象気筒と判別して（ステップＳ４６）、図５の処理ルーチンを抜け出る。
【００７２】
こうして、空燃比補正気筒判別手段２５による判別結果が得られると、各気筒補正手段３１〜３４は、補正対象気筒の燃料噴射弁１１〜１４の補正駆動を行い、燃料量を補正して各気筒の空燃比の均一化制御を実行し、一連の処理を終了する。
【００７３】
このように、各気筒の排気行程が含まれる所定期間に検出された空燃比λのピーク位相Ｐλから空燃比λを補正すべき気筒を特定し、特定気筒の燃料量を補正して各気筒毎の空燃比を均一化制御することができる。
【００７４】
したがって、ＣＰＵ２０における演算負荷の増大を招くことなく、運転状態の変動などの影響を受けずに、各気筒の空燃比の均一化制御を良好に実行することができる。
【００７５】
なお、上記動作においては特に説明しなかったが、気筒別空燃比補正手段３１〜３４は、リッチ側およびリーン側のピーク位相に相当する各空燃比の偏差を常に求めており、各ピーク間の空燃比偏差が所定値以下となった場合に、均一化制御が十分に達成されたものとして燃料量の補正処理を停止する。
【００７６】
また、ウィンドウ設定手段２３は、空燃比検出期間設定手段２２内に含まれてもよく、各気筒に対応したウィンドウＷは、運転状態に応じて可変設定されてもよい。
【００７７】
また、ウィンドウ設定手段２３は、最初に＃１気筒に対応した第１のウィンドウを設定し、第１のウィンドウに各気筒のクランク角位相差１８０°を順次加算して全気筒に対応したウィンドウを設定したが（図４参照）、各気筒のウィンドウＷを個別にマップ演算してもよい。
【００７８】
さらに、上記実施の形態１では、リッチ側およびリーン側の両方のピーク位相を検出して、各対応気筒の燃料量を減量および増量する場合について説明したが、リッチ側またはリーン側の一方のみのピーク位相を検出して、対応気筒の燃料量を減量または増量の一方のみの補正を実行してもよい。
【００７９】
図６はこの発明の実施の形態１に関連した他の動作を示すフローチャートであり、リッチ側ピーク位相の対応気筒のみに対して燃料量の減量補正を実行した場合を示している。
【００８０】
図６において、ステップＳ４Ａ、Ｓ７Ａは、前述（図２参照）のステップＳ４、Ｓ７にそれぞれ対応しており、ステップＳ１、Ｓ３は前述と同様の処理である。
【００８１】
この場合、ピーク位相検出手段２１は、リッチ側ピーク位相のみを検出し（ステップＳ１）、空燃比補正気筒判別手段２５は、空燃比検出期間Ｔが終了した時点で（ステップＳ３）、リッチ側ピーク位相の対応気筒を補正対象気筒と判別し（ステップＳ４Ａ）、各気筒補正手段３１〜３４を介して燃料量を減量補正する（ステップＳ７Ａ）。
【００８２】
図６のように、リッチ側の最大空燃比を示す１つの気筒の燃料量を減量補正することによっても、補正を繰り返し実行するうちに、各気筒の空燃比は均一化されるので、前述と同様の作用効果を奏する。
また、この場合、１つの気筒のみを補正対象としているので、ＣＰＵ負荷の増大を最小に抑制することができる
【００８３】
なお、リッチ側ピーク位相に対応した１つの気筒のみを空燃比補正対象としたが、逆に、１つの気筒のみの空燃比がリーン側にずれていることを想定して、リーン側の最大空燃比を示す１つの気筒の燃料量を増量補正しても、同様に、各気筒の空燃比を均一化制御することができる。
【００８４】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、リッチ側またはリーン側のピーク位相に対応した１つの気筒に基づいて補正対象気筒を判別したが、リッチ側およびリーン側のピーク位相に対応した２つの気筒に基づいて補正対象気筒を判別してもよい。
【００８５】
図７はこの発明の実施の形態２による動作を示すフローチャートであり、リッチ側およびリーン側のピーク位相に対応した２つの気筒の排気行程順序が連続しているか否かに基づいて補正対象気筒を判別する場合を示している。
【００８６】
図７において、ステップＳ４１Ａ〜Ｓ４６Ａ、Ｓ４３Ｂ、Ｓ４６Ｂは、それぞれ、前述（図５参照）のステップＳ４１〜Ｓ４６、Ｓ４３、Ｓ４６と同様の処理である。
【００８７】
この場合、対応気筒識別手段２４は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相に対応する第１および第２の気筒が両方とも存在するか否かを判定し（ステップＳ４１Ａ、Ｓ４４Ａ）、少なくとも一方が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判別されれば、図７の処理ルーチンを抜け出る。
【００８８】
また、ステップＳ４１ＡおよびＳ４４Ａにおいて、第１および第２の気筒が有り（すなわち、ＹＥＳ）と判別されれば、続いて、空燃比補正気筒判別手段２５は、第１および第２の気筒の排気行程順序が連続しているか否かを判定する（ステップＳ５１）。
【００８９】
ステップＳ５１において、第１および第２の気筒の排気行程順序が連続する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、第２の気筒よりも第１の気筒の方が排気行程順序が後であるか否かを判定する（ステップＳ５２）。
【００９０】
ステップＳ５２において、第１の気筒の方が排気行程順序が後（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、第１の気筒を燃料量減量の補正対象気筒と判別し（ステップＳ４３Ａ）、燃料量増量の補正対象気筒は無しと判別して（ステップＳ４５Ａ）、図７の処理ルーチンを抜け出る。
【００９１】
また、ステップＳ５２において、第２の気筒の方が排気行程順序が後（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、燃料量減量の補正対象気筒は無しと判別し（ステップＳ４２Ａ）、第２の気筒を燃料量増量の補正対象気筒と判別して（ステップＳ４６Ａ）、図７の処理ルーチンを抜け出る。
【００９２】
一方、ステップＳ５１において、第１および第２の気筒の排気行程順序が連続しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、第１の気筒を燃料量減量の補正対象気筒と判別し（ステップＳ４３Ｂ）、第２の気筒を燃料量増量の補正対象気筒と判別して（ステップＳ４６Ｂ）、図７の処理ルーチンを抜け出る。
【００９３】
このように、空燃比補正気筒判別手段２５は、リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒とリーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続している場合には、第１および第２の気筒のうち排気行程順序が後に位置する一方の気筒のみを空燃比補正対象の気筒として特定する。
【００９４】
また、空燃比補正気筒判別手段２５は、第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続していない場合には、第１および第２の気筒を、それぞれ空燃比がリッチ側およびリーン側にずれている空燃比補正対象の気筒として特定、気筒別空燃比補正手段３１〜３４は、第１および第２の気筒の燃料量を同時に補正する。
【００９５】
これにより、エンジン１の運転状態の変動などの影響を受け難く、さらに正確に各気筒の空燃比の均一化を行うことができる。
【００９６】
次に、図８〜図１１を参照しながら、この発明の実施の形態２による空燃比制御動作について、さらに具体的に説明する。
図８はピーク位相の検出原理を模式的に示す説明図であり、横軸は各気筒に対応した基準クランク角位置（ＴＤＣ）を示し、縦軸は実際の空燃比Ａ／Ｆ（λ）の変動および空燃比センサ８の検出値の変動を示している。
【００９７】
すなわち、図８内の一点鎖線で示す曲線は、排気管３内の実際の空燃比の変化を示し、実線で示す曲線は、空燃比センサ８の出力値の変化を示している。
【００９８】
また、各空燃比波形の上部に記載されたブロックは、各気筒（＃１、＃３、＃４、＃２）の排気行程（排気バルブ開放）タイミングを示しており、各排気行程の一部は、前後の制御気筒と互いにオーバラップしている。
図８に示す４気筒分の排気行程を含む期間が前述の空燃比検出期間Ｔとなる。
【００９９】
また、斜線が付された（この場合、＃３気筒の）ブロックは、他の気筒の空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）よりもリッチ側（Ａ／Ｆ＝１３．０）に空燃比がずれた気筒である。
【０１００】
＃３気筒に起因したリッチ側ピーク位相（一点鎖線参照）は、排気ガスの移動時間に相当する遅れ時間ＴＥの経過後に出現する。
【０１０１】
また、排気行程のオーバラップ制御や排気管３の形状などの影響により、ピーク位相の前後には、互いに干渉する変化時間Ｔｏが現れる。
さらに、空燃比センサ８の出力値は、上記干渉の影響のみならず、センサ応答遅れなどにより、実線のように変化する。
【０１０２】
図９は空燃比センサ８の出力値のピーク位相検出動作を示す説明図であり、各ピーク位相に対応する２つの気筒の排気行程順序が連続する場合（図７内のステップＳ５１、Ｓ５２、Ｓ４３Ａ、Ｓ４５Ａに対応）の動作を示し、矢印は検出されたピーク位相を示している。
【０１０３】
図９において、各気筒毎に対応してウィンドウＷが設定されており、検出されたピーク位相が各ウィンドウＷ内に入っている否かを判定するようになっているので、従来装置（図１４参照）のように、気筒毎の空燃比が誤検出されることはない。
【０１０４】
すなわち、リッチ側のピークが検出された時点で、クランク角に相当する位相をリッチ側ピーク位相として記憶し、このピーク位相が各気筒毎に対応したウィンドウＷに入っている否かを判定し、ピーク位相の対応気筒を特定する。
【０１０５】
この場合、リーン側ピーク位相の対応気筒としては＃１気筒が特定され、リッチ側ピーク位相の対応気筒としては、＃１気筒に続く＃３気筒が特定される。
したがって、排気行程順序が後に位置する＃３気筒のみが補正対象気筒となり、燃料量が減量補正される。
【０１０６】
図１０および図１１は、各ピーク位相に対応する２つの気筒の排気行程順序が連続しない場合（図７内のステップＳ５１、Ｓ４３Ｂ、Ｓ４６Ｂに対応）の動作を示している。
【０１０７】
図１０は＃３気筒および＃４気筒がリッチ側に空燃比がずれた場合を示し、図１１は＃３気筒がリッチ側に、＃２気筒（交叉斜線参照）がリーン側に空燃比がずれた場合を示している。
【０１０８】
図１０において、リーン側ピーク位相の対応気筒としては＃１気筒が特定され、リッチ側ピーク位相の対応気筒としては、＃１気筒よりも排気行程順序が２回後の＃４気筒が特定される。
したがって、＃１気筒は燃料量が増量補正されるとともに、＃４気筒は燃料量が減量補正される。
【０１０９】
また、図１１において、リーン側ピーク位相の対応気筒としては＃２気筒が特定され、リッチ側ピーク位相の対応気筒としては、＃２気筒よりも排気行程順序が２回後の＃３気筒が特定される。
したがって、＃２気筒の燃料量が増量補正されるとともに、＃３気筒の燃料量が減量補正される。
【０１１０】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態２では、リッチ側およびリーン側のピーク位相に対応した各気筒の排気行程順序に基づいて、１つの気筒または２つの気筒を補正対象気筒と特定したが、複数ずつの気筒を補正対象気筒と特定してもよい。
【０１１１】
図１２はこの発明の実施の形態３による動作を示すフローチャートであり、リッチ側およびリーン側のピーク位相に対応した２つの気筒群の排気行程順序が交互になっているか否かに基づいて補正対象気筒を判別する場合を示している。
【０１１２】
図７において、ステップＳ４１Ｃ、Ｓ４３Ｃ〜Ｓ４５Ｃは、それぞれ、前述（図５参照）のステップＳ４１、Ｓ４３〜Ｓ４５と同様の処理である。
【０１１３】
この場合、対応気筒識別手段２４は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相に対応する第１および第２の気筒群が全気筒数の半数分ずつ存在するか否かを判定し（ステップＳ４１Ｃ、Ｓ４４Ｃ）、少なくとも一方が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判別されれば、図１２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１１４】
また、ステップＳ４１ＣおよびＳ４４Ｃにおいて、全気筒の半数分ずつの第１および第２の気筒群が有り（すなわち、ＹＥＳ）と判別されれば、続いて、空燃比補正気筒判別手段２５は、第１および第２の気筒群の排気行程順序が交互であるか否かを判定する（ステップＳ６１）。
【０１１５】
ステップＳ６１において、全気筒の半数分ずつの第１および第２の気筒群の排気行程順序が交互である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、第１の気筒群の全てを燃料量減量の補正対象気筒と判別し（ステップＳ４３Ｃ）、燃料量増量の補正対象気筒は無しと判別して（ステップＳ４５Ｃ）、図１２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１１６】
一方、ステップＳ６１において、第１および第２の気筒群の排気行程順序が交互でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ４３ＣおよびＳ４５Ｃを実行せずに、直ちに図１２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１１７】
なお、ここでは、空燃比補正気筒判別手段２５は、リッチ側ピーク位相に対応した第１の気筒群のみを補正対象気筒としたが、リーン側ピーク位相に対応した第２の気筒群を空燃比補正対象気筒としてもよい。
【０１１８】
これにより、リッチ側またはリーン側のいずれか一方のピーク位相に対応した全ての気筒の燃料量を同時に補正することができる。
【０１１９】
次に、図１３を参照しながら、この発明の実施の形態３による空燃比制御動作について、さらに具体的に説明する。
図１３は＃３気筒および＃２気筒がリッチ側に空燃比がずれた場合を示している。この場合、ピーク位相は、空燃比検出期間Ｔにおいて、空燃比の検出値が極大または極小となる位相に対応する。
【０１２０】
図１３においては、リーン側ピーク位相の対応気筒としては、＃４気筒および＃１気筒が特定され、リッチ側ピーク位相の対応気筒としては、＃２気筒および＃３気筒が特定される。
【０１２１】
したがって、空燃比検出期間Ｔ内において、リッチ側およびリーン側の各ピーク位相に対応する気筒が、全気筒の半数分ずつ交互に特定されるので、リッチ側ピーク位相に対応した第１の気筒群（＃２気筒および＃３気筒）は、燃料量が減量補正されるとともに、リーン側ピーク位相に対応した第２の気筒群（＃４気筒および＃１気筒）は、燃料量が増量補正される。
【０１２２】
これにより、前述と同様の作用効果を奏するとともに、さらに速やかに各気筒の空燃比の均一化を行うことができる。
なお、上記各実施の形態１〜３を任意に組み合わせることにより、さらに相乗的な作用効果を奏することは言うまでもない。
【０１２３】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁と、各気筒の排気系集合部に配置された空燃比センサと、各気筒のクランク角位相を検出するクランク角センサと、各気筒の全ての排気行程が含まれる空燃比検出期間を設定する空燃比検出期間設定手段と、空燃比検出期間中の空燃比センサの出力値を取り込み、空燃比変動によってリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相を検出するピーク位相検出手段と、ピーク位相に基づいて空燃比補正対象となる気筒を特定する空燃比補正気筒判別手段と、空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する気筒別空燃比補正手段とを備え、各気筒毎の空燃比を均一化する内燃機関の空燃比制御装置であって、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、空燃比補正気筒判別手段は、リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒とリーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続している場合に、第１および第２の気筒のうち排気行程順序が後に位置する一方の気筒のみを空燃比補正対象の気筒として特定し、空燃比センサの出力値の変動に基づいて、他気筒によりも空燃比がずれている気筒を燃料量補正対象として特定するようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１２４】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１において、空燃比補正気筒判別手段は、第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続していない場合には、第１および第２の気筒を、それぞれ空燃比がリッチ側およびリーン側にずれている空燃比補正対象の気筒として特定するので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１２５】
また、この発明の請求項３によれば、複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁と、各気筒の排気系集合部に配置された空燃比センサと、各気筒のクランク角位相を検出するクランク角センサと、各気筒の全ての排気行程が含まれる空燃比検出期間を設定する空燃比検出期間設定手段と、空燃比検出期間中の空燃比センサの出力値を取り込み、空燃比変動によってリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相を検出するピーク位相検出手段と、ピーク位相に基づいて空燃比補正対象となる気筒を特定する空燃比補正気筒判別手段と、空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する気筒別空燃比補正手段とを備え、各気筒毎の空燃比を均一化する内燃機関の空燃比制御装置であって、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、空燃比補正気筒判別手段は、リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒とリーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ第１および第２の気筒が、第１および第２の気筒群として、それぞれ全気筒数の半数分ずつ交互に検出された場合に、第１および第２の気筒群のいずれか一方の気筒群を空燃比補正対象の気筒として判別するようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１２６】
また、この発明の請求項４によれば、請求項１から請求項３までのいずれか１項において、気筒別空燃比補正手段は、空燃比補正対象となる気筒がリッチ側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を減量補正し、空燃比補正対象となる気筒がリーン側ピーク位相に対応する場合には、燃料量を増量補正するようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１３０】
また、この発明の請求項５によれば、請求項１から請求項４までのいずれか１項において、ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、気筒別空燃比補正手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相に相当する空燃比センサの各出力値の偏差を求め、偏差が所定値以下となった場合に、燃料量の補正処理を停止するようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１３１】
また、この発明の請求項６によれば、請求項１から請求項５までのいずれか１項において、空燃比補正気筒判別手段は、ピーク位相が各気筒のうちのどの気筒に対応するかを識別するためのウィンドウを設定するウィンドウ設定手段を含み、ウィンドウは、運転状態に応じて可変設定されるようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【０１３２】
また、この発明の請求項７によれば、請求項６において、ウィンドウ設定手段は、１つの気筒に対応して第１のウィンドウを設定するとともに、第１のウィンドウに各気筒のクランク角位相差を順次加算して全気筒に対応したウィンドウを設定するようにしたので、ＣＰＵ演算負荷の増大を招くことなく、また、運転状態の変動などの影響を受けることなく、各気筒の空燃比を高精度に均一化することのできる内燃機関の空燃比制御装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による概略動作を示すフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態１によるピーク位相検出動作を示すフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態１による対応気筒識別動作を示すフローチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態１による補正対象気筒判別動作を示すフローチャートである。
【図６】 この発明の実施の形態１に関連した他の補正対象気筒判別動作を示すフローチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態２による補正対象気筒判別動作を示すフローチャートである。
【図８】 この発明の実施の形態２による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態２による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【図１０】 この発明の実施の形態２による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【図１１】 この発明の実施の形態２による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【図１２】 この発明の実施の形態３による補正対象気筒判別動作を示すフローチャートである。
【図１３】 この発明の実施の形態３による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【図１４】 従来の内燃機関の空燃比制御装置による補正対象気筒判別動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン、２ 吸気管、３ 排気管、５ 排気マニホールド、６ エアフローセンサ、７ クランク角センサ、８ 空燃比センサ、１１〜１４ 燃料噴射弁、２０ ＥＣＵ、２１ ピーク位相検出手段、２２ 空燃比検出期間設定手段、２３ ウィンドウ設定手段、２５ 空燃比補正気筒判別手段、３１〜３４ 気筒別空燃比補正手段、ＣＡ クランク角信号、Ｔ 空燃比検出期間、λ 空燃比、Ｐλ ピーク位相、Ｗ ウィンドウ。
Claims (7)
- 複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁と、
前記各気筒の排気系集合部に配置された空燃比センサと、
前記各気筒のクランク角位相を検出するクランク角センサと、
前記各気筒の全ての排気行程が含まれる空燃比検出期間を設定する空燃比検出期間設定手段と、
前記空燃比検出期間中の前記空燃比センサの出力値を取り込み、空燃比変動によってリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相を検出するピーク位相検出手段と、
前記ピーク位相に基づいて空燃比補正対象となる気筒を特定する空燃比補正気筒判別手段と、
前記空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する気筒別空燃比補正手段とを備え、
前記各気筒毎の空燃比を均一化する内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、
前記空燃比補正気筒判別手段は、前記リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒と前記リーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ前記第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続している場合に、前記第１および第２の気筒のうち排気行程順序が後に位置する一方の気筒のみを前記空燃比補正対象の気筒として特定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記空燃比補正気筒判別手段は、前記第１および第２の気筒の各排気行程の順序が連続していない場合には、前記第１および第２の気筒を、それぞれ空燃比がリッチ側およびリーン側にずれている空燃比補正対象の気筒として特定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁と、
前記各気筒の排気系集合部に配置された空燃比センサと、
前記各気筒のクランク角位相を検出するクランク角センサと、
前記各気筒の全ての排気行程が含まれる空燃比検出期間を設定する空燃比検出期間設定手段と、
前記空燃比検出期間中の前記空燃比センサの出力値を取り込み、空燃比変動によってリッチ側またはリーン側に最大となるピーク位相を検出するピーク位相検出手段と、
前記ピーク位相に基づいて空燃比補正対象となる気筒を特定する空燃比補正気筒判別手段と、
前記空燃比補正対象となる気筒の燃料量を補正する気筒別空燃比補正手段とを備え、
前記各気筒毎の空燃比を均一化する内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、
前記空燃比補正気筒判別手段は、前記リッチ側ピーク位相に対応する第１の気筒と前記リーン側ピーク位相に対応する第２の気筒とが判別され、且つ前記第１および第２の気筒が、第１および第２の気筒群として、それぞれ全気筒数の半数分ずつ交互に検出された場合に、前記第１および第２の気筒群のいずれか一方の気筒群を空燃比補正対象の気筒として判別することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記気筒別空燃比補正手段は、
前記空燃比補正対象となる気筒がリッチ側ピーク位相に対応する場合には、前記燃料量を減量補正し、
前記空燃比補正対象となる気筒がリーン側ピーク位相に対応する場合には、前記燃料量を増量補正することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記ピーク位相検出手段は、リッチ側ピーク位相およびリーン側ピーク位相を検出し、
前記気筒別空燃比補正手段は、前記リッチ側ピーク位相および前記リーン側ピーク位相に相当する前記空燃比センサの各出力値の偏差を求め、前記偏差が所定値以下となった場合に、前記燃料量の補正処理を停止することを特徴とする請求項１から請求項４までのい ずれか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記空燃比補正気筒判別手段は、前記ピーク位相が前記各気筒のうちのどの気筒に対応するかを識別するためのウィンドウを設定するウィンドウ設定手段を含み、
前記ウィンドウは、運転状態に応じて可変設定されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記ウィンドウ設定手段は、１つの気筒に対応して第１のウィンドウを設定するとともに、前記第１のウィンドウに前記各気筒のクランク角位相差を順次加算して全気筒に対応したウィンドウを設定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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