JP4831336B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比（気筒別空燃比）を推定又は計測する機能を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、特許文献１（特開２００５−２０７４０５号公報）に記載されているように、複数の気筒の排出ガスが合流する排気合流部に設置した１つの空燃比センサの出力に基づいて複数の気筒の空燃比を気筒毎に推定すると共に、気筒毎に空燃比の気筒間ばらつきを補正するための各気筒の空燃比補正量（気筒別空燃比補正量）を算出して、この気筒別空燃比補正量に基づいて複数の気筒の空燃比（燃料噴射量）を気筒毎に制御する気筒別空燃比制御を実施するようにしたものがある。
特開２００５−２０７４０５号公報

ところで、上述した気筒別空燃比制御システムでは、いずれかの気筒で燃料噴射弁の故障等によって空燃比制御が困難になると、その空燃比制御が困難な異常気筒の空燃比がリーン方向に大きくばらついてしまうことがあり、その結果、触媒に流入する排出ガス（つまり異常気筒の排出ガスと正常気筒の排出ガスが混合した排出ガス）の空燃比がリーン方向にずれることがある。もし、触媒に流入する排出ガスの空燃比がリーン方向にずれると、触媒に流入するリーン成分量（酸素量）が増加してＨＣ、ＣＯ等のリッチ成分の酸化反応が促進され、その反応熱で触媒が過熱状態になって損傷してしまう可能性がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、空燃比の異常な気筒の発生によって触媒が過熱状態になることを未然に防止することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比（以下「気筒別空燃比」という）を推定又は計測する気筒別空燃比検出手段と、空燃比センサの下流側に設置した排出ガス浄化用の触媒とを備えた内燃機関の制御装置において、気筒別空燃比がリーン方向に所定値以上大きくばらついているか否かで空燃比の異常な気筒（以下「異常気筒」という）の有無を異常気筒判定手段により判定すると共に、触媒が過熱状態になる可能性の有無を触媒過熱判定手段により判定し、前記異常気筒判定手段で異常気筒有りと判定され且つ前記触媒過熱判定手段で前記触媒が過熱状態になる可能性有りと判定されたときに内燃機関の出力及び／又は回転速度を制限する制限運転制御を制限運転制御手段により実行するようにしたものである。

この構成では、異常気筒有りと判定され且つ触媒が過熱状態になる可能性有りと判定されたときに内燃機関の出力や回転速度を制限する制限運転制御を実行するようにしたので、異常気筒の発生によって触媒に流入する排出ガスの空燃比がリーン方向（触媒に流入する酸素量が増加して酸化反応が促進される方向）にずれた場合でも、触媒が過熱状態になる可能性があれば、内燃機関の出力や回転速度を制限することで触媒に流入する排出ガス量（酸素量）を制限して、触媒が過熱状態（熱により損傷する状態）にならないように反応熱を抑制することができ、異常気筒の発生によって触媒が過熱状態になることを未然に防止することができる。

この場合、請求項１のように、触媒が過熱状態になる可能性の有無を触媒過熱判定手段により判定し、異常気筒有りと判定され且つ触媒が過熱状態になる可能性有りと判定されたときに制限運転制御を実行するようにすれば、異常気筒有りと判定され且つ触媒が過熱状態（熱により損傷する状態）になる可能性有りと判定された場合には、制限運転制御を実行して触媒が過熱状態になることを確実に防止することができ、異常気筒有りと判定されても触媒が過熱状態になる可能性無しと判定された場合には、制限運転制御を実行しないようにして制限運転制御によるドライバビリティの低下を回避することができる。

更に、請求項２のように、内燃機関の運転領域毎に異常気筒の有無を判定し、異常気筒有りと判定した運転領域で制限運転制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、異常気筒有りと判定した運転領域では制限運転制御を実行して触媒が過熱状態になることを確実に防止しながら、それ以外の運転領域では制限運転制御を実行しないようにして制限運転制御によるドライバビリティの低下を回避することができる。

また、制限運転制御の具体的な方法は、請求項３のように、スロットル開度を制御することで制限運転制御を実行するようにしても良い。例えば、内燃機関の出力や回転速度が所定値以上になったときに、スロットル開度を閉じ方向（吸入空気量の減少方向）に制御して内燃機関の出力や回転速度を低下させることで、内燃機関の出力や回転速度を所定値以下に制限することができる。

更に、請求項４のように、燃料カット制御を実施することで制限運転制御を実行するようにしても良いし、請求項５のように、点火カット制御を実施することで制限運転制御を実行するようにしても良い。例えば、内燃機関の出力や回転速度が所定値以上になったときに、燃料カット制御や点火カット制御を実施して内燃機関の出力や回転速度を低下させることで、内燃機関の出力や回転速度を所定値以下に制限することができる。

また、請求項６のように、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉特性を変化させる可変バルブ装置を備えたシステムの場合には、可変バルブ装置を制御することで制限運転制御を実行するようにしても良い。例えば、内燃機関の出力が所定値以上になったときに、可変バルブ装置で吸気バルブや排気バルブの開閉特性（開閉タイミング、リフト量、開弁期間等）を内燃機関の出力が低下する方向に変化させて内燃機関の出力を低下させることで、内燃機関の出力を所定値以下に制限することができる。

また、請求項７のように、変速装置の変速比を制御することで制限運転制御を実行するようにしても良い。例えば、内燃機関の回転速度が所定値以上になったときに、変速装置の変速比を内燃機関の回転速度が低下する方向に変化させて内燃機関の回転速度を低下させることで、内燃機関の回転速度を所定値以下に制限することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図３に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関である例えば直列４気筒のエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。エンジン運転中は、燃料タンク２１内の燃料が燃料ポンプ２２によりデリバリパイプ２３に送られ、各気筒の噴射タイミング毎に各気筒の燃料噴射弁２０から燃料が噴射される。デリバリパイプ２３には、燃料圧力（燃圧）を検出する燃圧センサ２４が取り付けられている。

また、エンジン１１には、吸気バルブ２５と排気バルブ２６の開閉タイミングをそれぞれ可変する可変バルブタイミング機構２７，２８が設けられている。更に、エンジン１１には、吸気カム軸２９と排気カム軸３０の回転に同期してカム角信号を出力する吸気カム角センサ３１と排気カム角センサ３２が設けられ、エンジン１１のクランク軸の回転に同期して所定クランク角毎（例えば３０℃Ａ毎）にクランク角信号のパルスを出力するクランク角センサ３３が設けられている。

一方、エンジン１１の各気筒の排気マニホールド３５が合流する排気合流部３６には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ３７が設置され、この空燃比センサ３７の下流側に排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒３８が設けられている。

上記空燃比センサ３７等の各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）４０に入力される。このＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて各気筒の燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火時期を制御する。

本実施例１では、ＥＣＵ４０は、図２の気筒別空燃比制御ルーチンを実行することで、エンジン運転中に後述する気筒別空燃比推定モデルを用いて空燃比センサ３７の検出値（排気合流部３６を流れる排出ガスの実空燃比）に基づいて各気筒の空燃比（気筒別空燃比）を推定し、全気筒の推定空燃比の平均値を算出して、その平均値を基準空燃比（全気筒の目標空燃比）に設定すると共に、各気筒の推定空燃比（気筒別推定空燃比）と基準空燃比との偏差を各気筒毎に算出して、その偏差が小さくなるように各気筒の燃料噴射量に対する燃料補正係数（気筒別空燃比補正量）を算出すると共に、この気筒別空燃比補正量をなまし処理等により学習して、気筒別空燃比補正量とその学習値に基づいて各気筒の燃料噴射量を補正することで、各気筒に供給する混合気の空燃比を各気筒毎に補正して気筒間の空燃比ばらつきを少なくするように制御する（以下、この制御を気筒別空燃比制御という）。この際、気筒別空燃比補正量をなまし処理等により学習して、その学習値をＥＣＵ４０のバックアップＲＡＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリ（図示せず）に気筒毎に更新記憶する。尚、気筒別空燃比の推定が困難（気筒別空燃比補正量の算出が困難）となる運転条件では、気筒別空燃比補正量の学習値を用いて気筒別空燃比制御を実施するようにしても良い。

ここで、空燃比センサ３７の検出値（排気合流部３６を流れる排出ガスの実空燃比）に基づいて各気筒の空燃比を推定するモデル（以下「気筒別空燃比推定モデル」という）の具体例を説明する。

排気合流部３６におけるガス交換に着目して、空燃比センサ３７の検出値を、排気合流部３６における各気筒の推定空燃比の履歴と空燃比センサ３７の検出値の履歴とにそれぞれ所定の重みを乗じて加算したものとしてモデル化し、該モデルを用いて各気筒の空燃比を推定するようにしている。この際、オブザーバとしてはカルマンフィルタを用いる。

より具体的には、排気合流部３６におけるガス交換のモデルを次の（１）式にて近似する。
ｙs(t)＝ｋ1 ×ｕ(t-1) ＋ｋ2 ×ｕ(t-2) −ｋ3 ×ｙs(t-1)−ｋ4 ×ｙs(t-2)
……（１）
ここで、ｙs は空燃比センサ３７の検出値、ｕは排気合流部３６に流入するガスの空燃比、ｋ1 〜ｋ4 は定数である。

排気系では、排気合流部３６におけるガス流入及び混合の一次遅れ要素と、空燃比センサ３７の応答遅れによる一次遅れ要素とが存在する。そこで、上記（１）式では、これらの一次遅れ要素を考慮して過去２回分の履歴を参照することとしている。

上記（１）式を状態空間モデルに変換すると、次の（２ａ）、（２ｂ）式が導き出される。
Ｘ(t+1) ＝Ａ・Ｘ(t) ＋Ｂ・ｕ(t) ＋Ｗ(t) ……（２ａ）
Ｙ(t) ＝Ｃ・Ｘ(t) ＋Ｄ・ｕ(t) ……（２ｂ）
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはモデルのパラメータ、Ｙは空燃比センサ３７の検出値、Ｘは状態変数としての各気筒の推定空燃比、Ｗはノイズである。

更に、上記（２ａ）、（２ｂ）式によりカルマンフィルタを設計すると、次の（３）式が得られる。
Ｘ＾(k+1｜k)＝Ａ・Ｘ＾(k｜k-1)＋Ｋ｛Ｙ(k) −Ｃ・Ａ・Ｘ＾(k｜k-1)｝ ……（３） ここで、Ｘ＾（エックスハット）は各気筒の推定空燃比、Ｋはカルマンゲインである。Ｘ＾(k+1｜k)の意味は、時間(k) の推定値により次の時間(k+1) の推定値を求めることを表す。

以上のようにして、気筒別空燃比推定モデルをカルマンフィルタ型オブザーバにて構成することにより、燃焼サイクルの進行に伴って各気筒の空燃比を順次推定することができる。

ところで、上述した気筒別空燃比制御システムでは、いずれかの気筒で燃料噴射弁２０の故障等によって空燃比制御が困難になると、その空燃比制御が困難な異常気筒の空燃比がリーン方向に大きくばらついてしまうことがあり、その結果、触媒３８に流入する排出ガス（つまり異常気筒の排出ガスと正常気筒の排出ガスが混合した排出ガス）の空燃比がリーン方向にずれることがある。もし、触媒３８に流入する排出ガスの空燃比がリーン方向にずれると、触媒３８に流入するリーン成分量（酸素量）が増加してＨＣ、ＣＯ等のリッチ成分の酸化反応が促進され、その反応熱で触媒３８が過熱状態になって損傷してしまう可能性がある。

そこで、本実施例１では、ＥＣＵ４０は、気筒別空燃比に基づいて空燃比がリーン方向に大きくばらついたリーン異常気筒の有無を判定し、リーン異常気筒有りと判定されたときに、エンジン出力を制限する制限運転制御を実行することで、触媒３８に流入する排出ガス量（酸素量）を制限して触媒３８が過熱状態になるほどの反応熱が発生しないようにしている。

以上説明した気筒別空燃比制御と制限運転制御は、ＥＣＵ４０によって図２及び図３の各ルーチンに従って実行される。以下、各ルーチンの処理内容を説明する。

［気筒別空燃比制御ルーチン］
図２に示す気筒別空燃比制御ルーチンは、クランク角センサ３３の出力パルスに同期して所定クランク角毎（例えば３０℃Ａ毎）に起動される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、空燃比センサ３７の出力（空燃比検出値）を読み込む。この後、ステップ１０２に進み、前記気筒別空燃比推定モデルを用いて今回の空燃比推定対象となる気筒の空燃比を空燃比センサ３７の検出値に基づいて推定する。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいう気筒別空燃比検出手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０３に進み、全気筒の推定空燃比の平均値を算出して、その平均値を基準空燃比（全気筒の目標空燃比）に設定する。この後、ステップ１０４に進み、各気筒の推定空燃比と基準空燃比との偏差を算出して、その偏差が小さくなるように気筒別空燃比補正量（各気筒の燃料補正量）を算出する。

この後、ステップ１０５に進み、各気筒の気筒別空燃比補正量に基づいて各気筒の燃料噴射量を補正することで、各気筒に供給する混合気の空燃比を各気筒毎に補正して気筒間の空燃比ばらつきを少なくするように制御する気筒別空燃比制御を実行する。

この後、ステップ１０６に進み、各気筒の推定空燃比と基準空燃比との偏差がリーン側異常判定値よりも大きいか否かを判定し、推定空燃比と基準空燃比との偏差がリーン側異常判定値よりも大きい気筒（つまり空燃比がリーン方向に大きくばらついた気筒）をリーン異常気筒として検出する。この後、ステップ１０７に進み、上記ステップ１０６の検出結果に基づいてリーン異常気筒が有るか否かを判定する。これらのステップ１０６，１０７の処理が特許請求の範囲でいう異常気筒判定手段としての役割を果たす。

このステップ１０７で、リーン異常気筒無しと判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０７で、リーン異常気筒有りと判定された場合には、ステップ１０８に進み、後述する図３の制限運転制御ルーチンを実行することで、エンジン出力を制限する制限運転制御を実行して、触媒３８に流入する排出ガス量（酸素量）を制限して触媒３８が過熱状態になるほどの反応熱が発生しないようにする。

［制限運転制御ルーチン］
図３に示す制限運転制御ルーチンは、前記図２の気筒別空燃比制御ルーチンのステップ１０８で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう制限運転制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、エンジン出力が所定値以上であるか否かを判定する。この場合、エンジン出力と相関関係のある情報（例えば、吸入空気量、吸気管圧力、筒内圧力、充填空気率、エンジン軸トルク等）のうちの１つ又は２つ以上に基づいて推定したエンジン出力が所定値以上であるか否かを判定するようにしても良い。或は、エンジン出力と相関関係のある情報のうちの１つ又は２つ以上が所定値以上であるか否かによって、エンジン出力が所定値以上であるか否かを判定するようにしても良い。

このステップ２０１で、エンジン出力が所定値よりも小さいと判定された場合には、エンジン出力を制限することなく、そのまま本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ２０１で、エンジン出力が所定値以上であると判定された場合には、ステップ２０２ａに進み、スロットル開度を閉じ方向（吸入空気量の減少方向）に制御してエンジン出力を低下させることで、エンジン出力を所定値以下に制限する。これにより、触媒３８に流入する排出ガス量（酸素量）を制限して触媒３８が過熱状態になるような反応熱が発生しないようにする。

尚、ステップ２０２ａの処理に代えて、ステップ２０２ｂの処理を実行して、可変バルブタイミング機構２７，２８で吸気バルブ２５や排気バルブ２６のバルブタイミング（開閉タイミング）をエンジン出力低下方向に変化させてエンジン出力を低下させることで、エンジン出力を所定値以下に制限するようにしても良い。

また、可変バルブリフト機構を備えたシステムの場合には、吸気バルブ２５や排気バルブ２６のリフト量をエンジン出力低下方向に変化させて、エンジン出力を所定値以下に制限するようにしても良い。或は、可変バルブ作用角機構を備えたシステムの場合には、吸気バルブ２５や排気バルブ２６の作用角（開弁期間）をエンジン出力低下方向に変化させて、エンジン出力を所定値以下に制限するようにしても良い。

また、ステップ２０２ａの処理に代えて、ステップ２０２ｃの処理を実行して、燃料カット制御を実施してエンジン出力を低下させることで、エンジン出力を所定値以下に制限するようにしても良い。

また、ステップ２０２ａの処理に代えて、ステップ２０２ｄの処理を実行して、点火カット制御を実施してエンジン出力を低下させることで、エンジン出力を所定値以下に制限するようにしても良い。
また、ステップ２０２ａ〜２０２ｄの処理のうちの２つ以上の処理を組み合わせて実行するようにしても良い。

以上説明した本実施例１では、リーン異常気筒有りと判定されたときに、エンジン出力を制限する制限運転制御を実行するようにしたので、異常気筒の発生によって触媒３８に流入する排出ガスの空燃比がリーン方向（触媒３８に流入する酸素量が増加して酸化反応が促進される方向）にずれた場合でも、エンジン出力を制限することで触媒３８に流入する排出ガス量（酸素量）を制限して触媒３８が過熱状態になるような反応熱が発生しないようにすることができ、異常気筒の発生によって触媒３８が過熱状態になることを未然に防止することができる。

次に、図４を用いて本発明の実施例２を説明する。
前記実施例１では、リーン異常気筒有りと判定されたときに、エンジン出力を制限する制限運転制御を実行するようにしたが、本実施例２では、リーン異常気筒有りと判定されたときに、図４に示す制限運転制御ルーチンを実行することで、エンジン回転速度を制限する制限運転制御を実行するようにしている。

図４に示す制限運転制御ルーチンでは、まず、ステップ３０１で、エンジン回転速度が所定値以上であるか否かを判定する。尚、エンジン回転速度と相関関係のある情報（例えば車速等）が所定値以上であるか否かによって、エンジン回転速度が所定値以上であるか否かを判定するようにしても良い。

このステップ３０１で、エンジン回転速度が所定値よりも低いと判定された場合には、エンジン回転速度を制限することなく、そのまま本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ３０１で、エンジン回転速度が所定値以上であると判定された場合には、ステップ３０２ａに進み、スロットル開度を閉じ方向（吸入空気量の減少方向）に制御してエンジン回転速度を低下させることで、エンジン回転速度を所定値以下に制限する。これにより、触媒３８に流入する排出ガス量（酸素量）を制限して触媒３８が過熱状態になるような反応熱が発生しないようにする。

尚、ステップ３０２ａの処理に代えて、ステップ３０２ｂの処理を実行して、変速機のギヤをシフトアップして変速比をエンジン回転速度低下方向に変化させてエンジン回転速度を低下させることで、エンジン回転速度を所定値以下に制限するようにしても良い。

また、ステップ３０２ａの処理に代えて、ステップ３０２ｃの処理を実行して、燃料カット制御を実施してエンジン回転速度を低下させることで、エンジン回転速度を所定値以下に制限するようにしても良い。

また、ステップ３０２ａの処理に代えて、ステップ３０２ｄの処理を実行して、点火カット制御を実施してエンジン回転速度を低下させることで、エンジン回転速度を所定値以下に制限するようにしても良い。

また、ステップ３０２ａ〜３０２ｄの処理のうちの２つ以上の処理を組み合わせて実行するようにしても良い。
以上説明した本実施例２でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、図５乃至図８を用いて本発明の実施例３を説明する。
本実施例３では、図５に示す気筒別空燃比制御ルーチンを実行することで、エンジン運転領域毎にリーン異常気筒の有無を判定し、リーン異常気筒有りと判定された運転領域で制限運転制御を実行するようにしている。

図５に示す気筒別空燃比制御ルーチンでは、空燃比センサ３７の検出値に基づいて各気筒の推定空燃比と基準空燃比を算出した後、各気筒の推定空燃比と基準空燃比との偏差を算出して、その偏差が小さくなるように気筒別空燃比補正量（各気筒の燃料補正量）を算出する（ステップ４０１〜４０４）。

この後、各気筒の気筒別空燃比補正量に基づいて各気筒の燃料噴射量を補正することで、各気筒に供給する混合気の空燃比を各気筒毎に補正して気筒間の空燃比ばらつきを少なくするように制御する気筒別空燃比制御を実行する（ステップ４０５）。

この後、ステップ４０６に進み、各気筒の推定空燃比と基準空燃比との偏差がリーン側異常判定値よりも大きいか否かを判定し、推定空燃比と基準空燃比との偏差がリーン側異常判定値よりも大きい気筒（つまり空燃比がリーン方向に大きくばらついた気筒）をリーン異常気筒として検出する。その際、例えば図６に示すように、エンジン回転速度と負荷とに応じて区分された複数のエンジン運転領域毎にリーン異常気筒を検出し、リーン異常気筒を検出したエンジン運転領域を異常検出運転領域とする。

この後、ステップ４０７に進み、上記ステップ４０６の検出結果に基づいて、いずれかのエンジン運転領域おいてリーン異常気筒が有るか否かを判定し、いずれかのエンジン運転領域おいてリーン異常気筒有りと判定された場合には、ステップ４０８に進み、現在のエンジン運転領域が異常検出運転領域（リーン異常気筒有りと判定されたエンジン運転領域）であるか否かを判定する。

このステップ４０８で、現在のエンジン運転領域が異常検出運転領域であると判定された場合には、ステップ４０９に進み、触媒３８が過熱状態（熱により損傷する状態）になる可能性の有無を、例えば、次の(1) と(2) の条件のうちのいずれか一方でも満たすか否かによって判定する。このステップ４０９の処理が特許請求の範囲でいう触媒過熱判定手段としての役割を果たす。
(1) リーン異常気筒が２つ以上有ること
(2) 触媒３８が過熱状態になる可能性の高い運転領域（例えば図７に示す高回転運転領域や高負荷運転領域）であること

上記(1) ，(2) の条件のうちのいずれか一方を満たせば、触媒３８が過熱状態になる可能性有りと判定するが、上記(1) ，(2) の条件を両方とも満たさなければ、触媒３８が過熱状態になる可能性無しと判定する。

つまり、リーン異常気筒が２つ以上有ると、触媒３８に流入する排出ガスの空燃比がリーン方向に大きくずれて、触媒３８に流入する酸素量が増加して酸化反応が促進され、その反応熱で触媒３８が過熱状態になる可能性が高くなるため、リーン異常気筒が２つ以上有るときには触媒３８が過熱状態になる可能性有りと判定することができる。

また、エンジン１１の吸入空気量が多い高回転運転領域や高負荷運転領域では触媒３８に流入する排出ガス量が増加するため、リーン異常気筒が１つでも触媒３８に流入する酸素量が増加して酸化反応が促進され、その反応熱で触媒３８が過熱状態になる可能性が高くなる。従って、高回転運転領域や高負荷運転領域では触媒３８が過熱状態になる可能性有りと判定することができる。

上記ステップ４０８で現在のエンジン運転領域が異常検出運転領域であると判定され、且つ、上記ステップ４０９で触媒３８が過熱状態になる可能性有りと判定された場合には、ステップ４１０に進み、前述した図３又は図４の制限運転制御ルーチンを実行することで、エンジン出力又はエンジン回転速度を制限する制限運転制御を実行して、触媒３８に流入する排出ガス量（酸素量）を制限して触媒３８が過熱状態になるような反応熱が発生しないようにすると共に、エンジン運転領域が異常検出運転領域外になるようにする。

一方、上記ステップ４０８で現在のエンジン運転領域が異常検出運転領域ではないと判定された場合、又は、上記ステップ４０９で触媒３８が過熱状態になる可能性無しと判定された場合には、制限運転制御を実行することなく、そのまま本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例３の制御例を図８のタイムチャートを用いて説明する。
＃１気筒〜＃４気筒のうちの＃１気筒の燃料噴射弁２０の故障等によって＃１気筒の空燃比がリーン方向に大きくばらつくと、＃１気筒の推定空燃比と基準空燃比との偏差がリーン側異常判定値よりも大きくなった時点ｔ1 で、リーン異常気筒有りと判定し、更に、＃２気筒の推定空燃比と基準空燃比との偏差がリーン側異常判定値よりも大きくなってリーン異常気筒が２つになった時点ｔ2 で、触媒３８が過熱状態（熱により損傷する状態）になる可能性有りと判定する。この後、エンジン出力が所定値以上であると判定された時点ｔ3 で、エンジン出力を制限する制限運転制御を開始して、触媒３８に流入する排出ガス量（酸素量）を制限して触媒３８が過熱状態になるような反応熱が発生しないようにする。

以上説明した本実施例３では、リーン異常気筒有りと判定されたときに、異常検出運転領域であると判定され且つ触媒３８が過熱状態になる可能性有りと判定された場合に、制限運転制御を実行するようにしたので、触媒３８が過熱状態になることを確実に防止することができ、更に、異常気筒有りと判定されても触媒３８が過熱状態になる可能性無しと判定された場合や、異常検出運転領域以外の運転領域では、制限運転制御を実行しないようにしたので、制限運転制御によるドライバビリティの低下を回避することができる。

尚、上記各実施例１〜３では、制限運転制御の際に、エンジン出力とエンジン回転速度のうちのいずれか一方のみを制限するようにしたが、エンジン出力とエンジン回転速度を両方とも制限するようにしても良い。

また、上記各実施例１〜３では、排気合流部に設置した１つの空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を推定するシステムに本発明を適用したが、各気筒の排気マニホールドにそれぞれ空燃比センサを設置し、各気筒の空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を計測するシステムに本発明を適用しても良い。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 実施例１の気筒別空燃比制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の制限運転制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の制限運転制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例３の気筒別空燃比制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 異常検出運転領域を説明する図である。 触媒が過熱状態になる可能性の高い運転領域を説明する図である。 本実施例３の制御例を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、３５…排気マニホールド、３６…排気合流部、３７…空燃比センサ、３８…触媒、４０…ＥＣＵ（気筒別空燃比検出手段，異常気筒判定手段，制限運転制御手段，触媒過熱判定手段）

Claims (7)

1. 内燃機関の排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比（以下「気筒別空燃比」という）を推定又は計測する気筒別空燃比検出手段と、前記空燃比センサの下流側に設置した排出ガス浄化用の触媒とを備えた内燃機関の制御装置において、
   前記気筒別空燃比がリーン方向に所定値以上大きくばらついているか否かで空燃比の異常な気筒（以下「異常気筒」という）の有無を判定する異常気筒判定手段と、
   前記触媒が過熱状態になる可能性の有無を判定する触媒過熱判定手段と、
   前記異常気筒判定手段で前記異常気筒有りと判定され且つ前記触媒過熱判定手段で前記触媒が過熱状態になる可能性有りと判定されたときに内燃機関の出力及び／又は回転速度を制限する制限運転制御を実行する制限運転制御手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記異常気筒判定手段は、内燃機関の運転領域毎に前記異常気筒の有無を判定し、
   前記制限運転制御手段は、前記異常気筒判定手段で前記異常気筒有りと判定された運転領域で前記制限運転制御を実行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。
3. 前記制限運転制御手段は、スロットル開度を制御することで前記制限運転制御を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制限運転制御手段は、燃料カット制御を実施することで前記制限運転制御を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制限運転制御手段は、点火カット制御を実施することで前記制限運転制御を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉特性を変化させる可変バルブ装置を備え、
   前記制限運転制御手段は、前記可変バルブ装置を制御することで前記制限運転制御を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制限運転制御手段は、変速装置の変速比を制御することで前記制限運転制御を実行することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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