JP5617616B2 - 多気筒内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は多気筒内燃機関の制御装置に係り、特に、排気通路内の排気ガスを吸気通路に環流させる外部ＥＧＲを実行可能な多気筒内燃機関の制御装置に関する。

外部ＥＧＲを実行することにより燃焼速度および燃焼温度を低下させ、ＮＯｘ発生量を抑制できることが知られている。また例えば触媒を備えた内燃機関において、排気中の有害成分を触媒により高効率で浄化するため、混合気ひいては排気ガスの空燃比を所定の目標空燃比に近づけるようにする空燃比フィードバック制御を行うことも知られている。

特開２００９−２０３８８１号公報

ところで、多気筒内燃機関において、例えば一部の気筒の燃料噴射系が故障するなどして、当該一部気筒の燃料噴射量が残部気筒の燃料噴射量より多くなり、気筒間の空燃比がばらつくことがある。このとき空燃比フィードバック制御が行われる結果、正常気筒の空燃比がリーン側に補正され、正常気筒から排出されるＮＯｘが増大する。

そこで、空燃比フィードバック制御の目標空燃比をリッチ側に補正し、正常気筒からのＮＯｘ排出量を抑制することが考えられる。

しかし、本発明者らの研究結果によれば、外部ＥＧＲが有りのときと無しのときとで同じようにリッチ補正を行うことは好ましくないことが判明した。

そこで本発明は、以上の事情に鑑みて創案され、その目的は、気筒間空燃比ばらつき発生時に好適なリッチ補正を行うことができる多気筒内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
排気通路内の排気ガスを吸気通路に環流させる外部ＥＧＲを実行するためのＥＧＲ手段と、
前記排気ガスの空燃比が所定の目標空燃比となるように空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段と、
一部気筒の空燃比が前記目標空燃比からリッチ側にずれるリッチずれを検出する検出手段と、
前記検出手段により前記リッチずれが検出されたとき、当該リッチずれの大きさを表すパラメータを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出されたパラメータに応じて前記目標空燃比をリッチ側に補正するリッチ補正手段と、
前記外部ＥＧＲの有無に応じて、前記リッチ補正を開始する前記パラメータの値を変更する変更手段と、
を備えたことを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置が提供される。

好ましくは、前記変更手段は、外部ＥＧＲ有りのときには無しのときより前記リッチ補正を開始するパラメータの値を大きくする。

好ましくは、前記変更手段は、前記リッチ補正におけるリッチ補正量を、前記外部ＥＧＲの有無と、前記パラメータの値とに応じて変更する。

好ましくは、前記変更手段は、同一のパラメータに対するリッチ補正量を、外部ＥＧＲ有りのときには無しのときより小さくする。

好ましくは、前記変更手段は、外部ＥＧＲ有りのとき、前記リッチ補正量を外部ＥＧＲ率に応じて変更する。

好ましくは、前記変更手段は、前記外部ＥＧＲ率が大であるほど前記リッチ補正量を小さくする。

好ましくは、前記制御装置は、吸気弁と排気弁のオーバーラップを可変にする可変手段をさらに備え、
前記変更手段は、外部ＥＧＲ無しのとき、前記リッチ補正量を前記オーバーラップに応じて変更する。

好ましくは、前記変更手段は、前記オーバーラップが大であるほど前記リッチ補正量を小さくする。

本発明によれば、気筒間空燃比ばらつき発生時に好適なリッチ補正を行うことができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。 触媒前センサおよび触媒後センサの出力特性を示すグラフである。 ＥＧＲ制御マップを示す。 空燃比ばらつき発生時における各気筒の空燃比を示すグラフである。 空燃比ばらつき発生時から所定時間、主空燃比フィードバック制御を行った後の各気筒の空燃比を示すグラフである。 空燃比に対するＮＯｘ排出量および燃焼変動の変化特性を示すグラフである。 インバランス率とリッチ補正量の関係を示すグラフである。 リッチずれが小のときのリッチ補正を説明するためのグラフである。 リッチずれが大のときのリッチ補正を説明するためのグラフである。 外部ＥＧＲ率とリッチ補正量の関係を示すグラフである。 オーバーラップとＮＯｘ排出量の関係を示すグラフである。 オーバーラップとリッチ補正量の関係を示すグラフである。 リッチ補正処理のフローチャートである。 触媒前センサの出力変化を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関の概略図である。図示されるように、内燃機関（エンジン）１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態の内燃機関１は自動車に搭載された多気筒内燃機関であり、より具体的には直列４気筒火花点火式内燃機関である。内燃機関１は＃１〜＃４気筒を備える。但し気筒数、形式等は特に限定されない。

図示しないが、内燃機関１のシリンダヘッドには吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが気筒ごとに配設されており、各吸気弁および各排気弁は、カムシャフトを含む動弁機構によって開閉駆動される。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。

吸気弁および排気弁用の動弁機構として、各弁の開閉特性を変更するための可変バルブ機構２１が採用されている。吸気弁側については、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変更することにより、全気筒の吸気弁の開閉タイミングを一律に変更する可変バルブタイミング機構が設けられる。また排気弁側にも同様な可変バルブタイミング機構が設けられる。これら可変バルブタイミング機構により可変バルブ機構２１が構成されている。この可変バルブタイミング機構には周知の構造を採用できる。

この可変バルブ機構２１により、吸気弁と排気弁のオーバーラップが可変とされる。なお吸気弁と排気弁の一方側にのみ可変バルブタイミング機構を設けてオーバーラップを可変としてもよい。可変バルブ機構２１として、作用角やリフトを可変にするものを採用してもよい。

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管４を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式のスロットルバルブ１０とが組み込まれている。吸気ポート、枝管、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。

吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設されている。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁の開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストンで圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。

一方、各気筒の排気ポートは排気マニフォールド１４に接続される。排気マニフォールド１４は、その上流部をなす気筒毎の枝管１４ａと、その下流部をなす排気集合部１４ｂとからなる。排気集合部１４ｂの下流側には排気管６が接続されている。排気ポート、排気マニフォールド１４及び排気管６により排気通路が形成される。

排気管６の上流側と下流側にはそれぞれ三元触媒からなる触媒、すなわち上流触媒１１と下流触媒１９が直列に取り付けられている。上流触媒１１の上流側及び下流側にそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための第１及び第２の空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設置されている。これら触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８は、上流触媒１１の直前及び直後の位置に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。このように上流触媒１１の上流側の排気合流部に単一の触媒前センサ１７が設置されている。

エンジン１にはＥＧＲ装置２２が設けられる。ＥＧＲ装置２２は、排気通路内の排気ガスを吸気通路に環流させる外部ＥＧＲを実行するためのものである。ＥＧＲ装置２２は、排気マニフォールド１４の排気集合部１４ｂとサージタンク８を結ぶＥＧＲ通路２３と、ＥＧＲ通路２３に上流側から順に設けられたＥＧＲクーラ２４およびＥＧＲ弁２５とを備える。ＥＧＲクーラ２４は、排気通路から取り出した排気ガスすなわちＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁２５は、開閉作動してＥＧＲ通路２３を流れるＥＧＲガス流量を調節する。

上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、可変バルブ機構２１及びＥＧＲ弁２５は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１６、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、可変バルブ機構２１、ＥＧＲ弁２５を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、吸排気弁の開閉タイミングおよびオーバーラップ、ＥＧＲガス流量等を制御する。

ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１６からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出し、気筒判別を行うと共に、エンジン１の回転数を算出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。またＥＣＵ２０は、通常、アクセル開度に応じてスロットル開度を制御する。

触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能である。図２に触媒前センサ１７の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ１７は、排気空燃比に比例した大きさの電圧信号Ｖｆを出力する。排気空燃比がストイキ（理論空燃比、例えばＡ／Ｆ＝１４．５）であるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）である。

他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ₂センサからなり、ストイキを境に出力値が急変する特性を持つ。図２に触媒後センサ１８の出力特性を示す。図示するように、排気空燃比がストイキであるときの出力電圧、すなわちストイキ相当値はＶｒｅｆｒ（例えば０．４５Ｖ）である。触媒後センサ１８の出力電圧は所定の範囲（例えば０〜１Ｖ）内で変化する。排気空燃比がストイキよりリーンのとき、触媒後センサの出力電圧はストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより低くなり、排気空燃比がストイキよりリッチのとき、触媒後センサの出力電圧はストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。

上流触媒１１及び下流触媒１９は、それぞれに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ近傍のときに排気中の有害成分であるＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅（ウィンドウ）は比較的狭い。

そこで上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されるように、空燃比制御（ストイキ制御）がＥＣＵ２０により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ１７によって検出された排気空燃比を所定の目標空燃比であるストイキに一致させるような主空燃比制御（主空燃比フィードバック制御）と、触媒後センサ１８によって検出された排気空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。

他方、ＥＧＲ制御は次の方法で行われる。まずＥＣＵ２０は、検出した実際のエンジンパラメータ（例えば回転数と負荷）に基づき、図３に示すようなマップを参照して、ＥＧＲの実行可否を判断する。実際のエンジンパラメータがＥＧＲ実行領域Ｉにあるとき、ＥＣＵ２０はＥＧＲを実行すべきと判断し、ＥＧＲ弁２５を開弁する。他方、実際のエンジンパラメータがＥＧＲ非実行領域ＩＩにあるとき、ＥＣＵ２０はＥＧＲを実行すべきでないと判断し、ＥＧＲ弁２５を全閉とする。

ＥＧＲを実行すべきと判断したとき、ＥＣＵ２０は、エンジンパラメータおよび目標ＥＧＲ率の関係を予め定めたマップ（図示せず）に従い、目標ＥＧＲ率を決定する。そしてこの決定した目標ＥＧＲ率が実際に実現されるように、ＥＧＲ弁２５の開度を制御する。

ＥＧＲの有無に応じて、燃料噴射量、燃料噴射時期および点火時期決定用マップが切り替えられ、同一のエンジンパラメータに対するそれぞれの値は、ＥＧＲ無しのときと有りのときとで変更される。

ところで、上述したように、本実施形態の如き多気筒内燃機関にあっては、例えば全気筒のうちの一部の気筒（特に１気筒）の燃料噴射系（特にインジェクタ１２）が故障するなどして、当該一部気筒の燃料噴射量が残部気筒の燃料噴射量よりも多くなり、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生する場合がある。例えば＃１気筒が他の＃２、＃３、＃４気筒よりも燃料噴射量が多くなり、その空燃比が大きくリッチ側にずれる場合等である。

このときでも、前述の主空燃比フィードバック制御により比較的大きな補正量を与えれば、触媒前センサ１７に供給されるトータルガス（全気筒の排気ガスが合流してなるガス）の空燃比をストイキに制御できる場合がある。しかし、気筒別に見ると、＃１気筒がストイキより大きくリッチ、＃２、＃３及び＃４気筒がストイキよりリーンであり、全体のバランスとしてストイキとなっているに過ぎず、エミッション上好ましくないことは明らかである。

図４には空燃比ばらつき発生時における各気筒の空燃比Ａ／Ｆを示す。この例では、＃１気筒において異常が発生し、例えば燃料噴射量が過剰となる結果、空燃比がストイキから大きくリッチ側にずれている。すなわち＃１気筒においてリッチずれが生じている。

他方、円内に示される残部の＃２，＃３，＃４気筒は正常であり、空燃比がストイキとなっている。すなわち＃２，＃３，＃４気筒においてはリッチずれが生じていない。

＃１気筒では、インバランス率で＋２０％のリッチずれが生じている。ここでインバランス率（％）とは、基準となる空燃比（本実施形態では目標空燃比であるストイキ）に対する空燃比ずれの大きさを表すパラメータである。インバランス率をＩＢ、空燃比ずれを起こしている気筒（インバランス気筒）の空燃比をＺｉｂ、基準空燃比をＺｂとすると、インバランス率ＩＢは次式（１）で表される。

インバランス率ＩＢの絶対値が大きいほど空燃比ずれが大きく、空燃比ばらつき度合いは大きい。

リッチずれ気筒である＃１気筒の空燃比は１４．５×０．８＝１１．６である。これに対し、正常気筒（＃２，＃３，＃４気筒）においてはインバランス率が０％、空燃比が１４．５である。

図５には、空燃比ばらつき発生時から所定時間、主空燃比フィードバック制御を行った後の各気筒の空燃比Ａ／Ｆを示す。主空燃比フィードバック制御を行った結果、各気筒の空燃比がインバランス率で５％ずつリーン側に補正され、＃１気筒の空燃比は１２．２に、正常気筒の空燃比は１５．３に変化する。

すると正常気筒の空燃比がストイキよりリーンになるので、正常気筒からのＮＯｘ排出量が増加し、これが問題となる。

図６には、空燃比Ａ／Ｆに対するＮＯｘ排出量および燃焼変動の変化特性を示す。線Ａは外部ＥＧＲ無しの場合のＮＯｘ排出量変化特性、線Ｂは外部ＥＧＲ有りの場合のＮＯｘ排出量変化特性、線Ｃは外部ＥＧＲ無しの場合の燃焼変動変化特性、線Ｄは外部ＥＧＲ有りの場合の燃焼変動変化特性を示す。

ここで燃焼変動とは、各気筒間の燃焼状態の変化をいい、これはエンジンのトルク変動となって現れる。各気筒の燃焼状態は均一であるのが望ましく、このときエンジンのトルク変動は少なく、燃焼変動は良好な状態である。これに対し、燃焼変動が悪い状態とは、各気筒の燃焼状態が不均一でばらついており、エンジンのトルク変動が増加した状態である。空燃比ばらつきが生じると、各気筒の燃焼状態もばらつき、燃焼変動が悪化する。

線Ａ（破線）に示すように、ＥＧＲ無しの場合のＮＯｘ排出量変化特性は、ストイキよりリーンな所定空燃比において極大ピークを持つような特性である。そして線Ｂ（実線）に示すように、外部ＥＧＲ有りの場合のＮＯｘ排出量変化特性は、線Ａをそのまま低ＮＯｘ側に平行移動したような特性である。外部ＥＧＲ実行の結果、燃焼速度および燃焼温度が低下し、ＮＯｘ排出量が低減されるからである。

これに対し、線Ｃ（破線）に示すように、外部ＥＧＲ無しの場合の燃焼変動変化特性は、ストイキにおいて極小ピークを持つような特性である。そして線Ｄ（実線）に示すように、外部ＥＧＲ有りの場合の燃焼変動変化特性は、線Ｃをそのまま燃焼変動悪化方向に平行移動したような特性である。外部ＥＧＲ実行の結果、燃焼速度および燃焼温度が低下し、燃焼状態が不安定になるからである。

例えば線Ａに着目して、線上のプロットａ１（白丸）は、図４に示したような正常気筒のストイキ時におけるＮＯｘ排出量を示す。これに対し、線上のプロットａ２（白丸）は、図５に示したような正常気筒のリーン時におけるＮＯｘ排出量を示す。これからも分かるように、空燃比ばらつき発生後に主空燃比フィードバック制御を行うと正常気筒のＮＯｘ排出量が増加する。

なお、触媒１１，１９の特性上、ストイキに対するリーン側の浄化ウィンドウはリッチ側の浄化ウィンドウより狭いので、排気空燃比のリーンずれが起こると触媒１１，１９のＮＯｘ浄化率が顕著に低下してしまう。

そこで、かかる正常気筒のＮＯｘ排出量増加を抑制するため、主（および補助）空燃比フィードバック制御の目標空燃比を若干リッチ側に補正し（すなわち弱リッチ補正し）、全気筒の平均的な空燃比をストイキよりも若干リッチとする。こうすれば、正常気筒の空燃比を、リッチ補正しない場合に比べてリッチ側にすることができ、ＮＯｘ排出量の増加を抑制することができる。

図６において、線Ａ上のプロットａ３（白星）は、外部ＥＧＲ無しで且つ目標空燃比をストイキよりも若干リッチな所定値Ｚ１（例えば１４．３）に補正した場合の全気筒からのＮＯｘ排出量を便宜的に示す。また線Ｃ上のプロットｃ３（白星）は、外部ＥＧＲ無しで且つ当該所定値Ｚ１にリッチ補正した場合の全気筒での燃焼変動を便宜的に示す。見られるように、全気筒での燃焼変動は、その許容限界αよりも良好側である。

ところで、本発明者らの研究結果によれば、外部ＥＧＲ有りのときにも外部ＥＧＲ無しのときと同じようにリッチ補正を行うことは好ましくないことが判明した。

すなわち、図６において、線Ｂ上のプロットｂ１（黒丸），ｂ２（黒丸），ｂ３（黒星）はそれぞれ線Ａ上のプロットａ１，ａ２，ａ３に対応する。また、線Ｄ上のプロットｄ３（黒星）は線Ｃ上のプロットｃ３に対応する。プロットｄ３に示すように、外部ＥＧＲ有りで且つ目標空燃比を外部ＥＧＲ無しのときと同じ値Ｚ１に補正した場合、全気筒での燃焼変動は、燃焼変動の許容限界αよりさらに悪化してしまう。そしてトルク変動も許容できないレベルとなり、振動が増大しドライバビリティが悪化する。またエミッションも同時に悪化する。

つまり、外部ＥＧＲ有りのときにも外部ＥＧＲ無しのときと同じ量のリッチ補正を行ってしまうと、燃焼変動が許容限界αを超えてしまうという不具合がある。

そこでかかる問題を解決し、気筒間空燃比ばらつき発生時に好適なリッチ補正を行うべく、本実施形態では以下に述べるようなリッチ補正を行う。

概略的に述べると、外部ＥＧＲの有無に応じて、リッチ補正を開始するインバランス率の値を変更する。より具体的には、外部ＥＧＲ有りのときには無しのときより、リッチ補正を開始するインバランス率の値を大きくする。

この点を図７を用いて説明する。図７は、インバランス率ＩＢとリッチ補正量Ｘの関係を示す。図中、線Ｅ（破線）はＥＧＲ無しのときの関係を示し、線Ｆ（実線）はＥＧＲ有りのときの関係を示す。これらの関係はマップ（関数でもよい。以下同様）の形式でＥＣＵ２０に予め記憶される。

本実施形態では、ＥＣＵ２０が、一部気筒（特に１気筒）の空燃比がストイキからリッチ側にずれるリッチずれを検出すると共に、このリッチずれを検出したとき、リッチずれの大きさを表すパラメータであるインバランス率ＩＢを算出する。例えば図４に示したような＃１気筒のリッチずれが発生したとき、ＥＣＵ２０は、後述の方法で当該リッチずれを検出し、後述の方法で＃１気筒のインバランス率ＩＢを算出する。

次いでＥＣＵ２０は、図７に示すような関係（マップ）から、インバランス率ＩＢに対応したリッチ補正量Ｘを算出する。

そしてＥＣＵ２０は、取得したリッチ補正量Ｘをストイキ（１４．５）から減じて新たな目標空燃比とし、目標空燃比をリッチ側に補正する。リッチ補正量Ｘは例えば１より小さい値である。

図７の線Ｅから分かるように、ＥＧＲ無しのとき、インバランス率ＩＢがゼロから第１所定値Ｙ１未満の範囲内でリッチ補正量Ｘはゼロである。第１所定値Ｙ１はゼロより僅かに大きい値であり、当該範囲は誤差を許容するための所謂不感帯である。但しこのような不感帯を無くすこともできる。そしてインバランス率ＩＢが第１所定値Ｙ１以上となるとリッチ補正量Ｘはゼロより大きくなる。この第１所定値Ｙ１が、ＥＧＲ無しのときにリッチ補正を開始するインバランス率の値、すなわちＥＧＲ無しのときの補正開始値である。インバランス率ＩＢが第１所定値Ｙ１から大きくなるにつれ、リッチ補正量Ｘが大きくなり、目標空燃比はよりリッチ側に補正される。

これに対し、図７の線Ｆから分かるように、ＥＧＲ有りのときにも無しのときと同様の傾向があるが、下記の点で無しのときと異なる。すなわち、インバランス率ＩＢがゼロから第２所定値Ｙ２未満の範囲内でリッチ補正量Ｘはゼロであるが、第２所定値Ｙ２は第１所定値Ｙ１と異なり、第２所定値Ｙ２は第１所定値Ｙ１より大きい。そしてインバランス率ＩＢが第２所定値Ｙ２以上となるとリッチ補正量Ｘはゼロより大きくなる。第２所定値Ｙ２が、ＥＧＲ有りのときにリッチ補正を開始するインバランス率の値、すなわちＥＧＲ有りのときの補正開始値である。

よって、ＥＧＲ有りのときには無しのときより大きなリッチずれが生じるまで、補正は行われない。よってリッチずれが比較的小さいとき、具体的にはインバランス率ＩＢが第２所定値Ｙ２未満のとき、補正は停止される。

また、インバランス率ＩＢが第２所定値Ｙ２から大きくなるにつれ、リッチ補正量Ｘも大きくなるが、このとき、同一のインバランス率ＩＢに対するリッチ補正量Ｘは、ＥＧＲ無しのときより小さい。従って、インバランス率ＩＢが同一である場合、ＥＧＲ有りのときには無しのときよりも目標空燃比がより小さくリッチ側に補正される。

このようなリッチ補正を行うと、ＥＧＲ有りのときには図８および図９に示す通りとなる。

まず図８に示すように、リッチずれが小すなわちインバランス率ＩＢが小（ＩＢ＜Ｙ２）のとき、正常気筒のＮＯｘ排出量に関するプロットは、主空燃比フィードバック制御の結果、ストイキ時のｂ１から若干リーン側にずれたｂ２に移動する。このとき正常気筒のＮＯｘ排出量は、ＥＧＲ無し且つストイキ時のプロットａ１で示されるＮＯｘ排出量よりも少ない。また少なくとも正常気筒の燃焼変動はプロットｄ２で示されるように燃焼変動の許容限界α以下である。従ってＮＯｘ排出量および燃焼変動ともに、問題視するレベルにならないので、この場合、リッチ補正は行われず、リッチ補正は停止される。

次に図９に示すように、リッチずれが大すなわちインバランス率ＩＢが大（ＩＢ≧Ｙ２）のとき、正常気筒のＮＯｘ排出量に関するプロットは、主空燃比フィードバック制御の結果、ストイキ時のｂ１から大きくリーン側にずれたｂ２に移動する。このとき正常気筒のＮＯｘ排出量は、ＥＧＲ無し且つストイキ時のプロットａ１で示されるＮＯｘ排出量より多くなる。また仮に、ＥＧＲ無しのときと同じ量だけリッチ補正を行い、目標空燃比をストイキから大きくリッチ側にずれた値Ｚ１にしてしまうと、全気筒での燃焼変動が、仮想プロットｄ３に示すように燃焼変動の許容限界αを超えてしまう。なおＥＧＲ無しのときには、値Ｚ１にするリッチ補正は、プロットａ３，ｃ３に示すように問題とならない。

しかしながら、本実施形態では、ＥＧＲ無しのときより少ない量しかリッチ補正を行わず、目標空燃比を、値Ｚ１よりも小さくストイキからずれた値Ｚ２にする。すると全気筒での燃焼変動が、プロットｄ４に示すように燃焼変動の許容限界α以下となり、燃焼変動を許容範囲内に抑制することが可能である。なお値Ｚ２のときの全気筒でのＮＯｘ排出量をプロットｂ４で便宜的に示す。

このように本実施形態によれば、外部ＥＧＲの有無に応じて補正開始値をＹ１とＹ２の間で変更する。よって、外部ＥＧＲの有無に応じた好適なリッチ補正を行うと共に、外部ＥＧＲの有無に応じて補正開始タイミングを変更することができ、リッチ補正実行時におけるＮＯｘ排出量と燃焼変動を適切なバランスで両立することが可能である。

また、外部ＥＧＲ有りのときの補正開始値Ｙ２を、外部ＥＧＲ無しのときの補正開始値Ｙ１より大きくする。よって、外部ＥＧＲ有りのときには無しのときより補正開始タイミングを遅らせ、外部ＥＧＲ有り且つインバランス率小（ＩＢ＜Ｙ）のとき補正を停止することができ、これによってもリッチ補正実行時におけるＮＯｘ排出量と燃焼変動をより適切なバランスで両立することができる。

また、リッチ補正におけるリッチ補正量を、外部ＥＧＲの有無と、インバランス率の値とに応じて変更する。そして同一のインバランス率に対するリッチ補正量を、外部ＥＧＲ有りのときには無しのときより小さくする。よって、外部ＥＧＲ有りのときには無しのときより目標空燃比をリーン側にし（図９のＺ１，Ｚ２参照）、過剰なリッチ化を防止して燃焼変動の悪化を防止することができる。

ところで、図６に示したような特性線Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤはＥＧＲ率に応じて変化する。よって図７に示したような関係ないしマップも、ＥＧＲ率に応じて変更するのが好ましく、本実施形態ではかかる変更が行われる。

例えば、図６に示すように、外部ＥＧＲ有りのときのＮＯｘ排出量特性線Ｂは、外部ＥＧＲ率が小であるほど、外部ＥＧＲ無しのときのＮＯｘ排出量特性線Ａに近づくよう図の上側に平行移動し（図中Ｂ１参照）、外部ＥＧＲ率が大であるほど、外部ＥＧＲ無しのときのＮＯｘ排出量特性線Ａから離れるよう図の下側に平行移動する（図中Ｂ２参照）。

従って、図７に示すように、外部ＥＧＲ有りのときの線Ｆは、外部ＥＧＲ率が小であるほど、外部ＥＧＲ無しのときの線Ｅに近づくよう図の上側に平行移動され（図中Ｆ１参照）、外部ＥＧＲ率が大であるほど、外部ＥＧＲ無しのときの線Ｅから離れるよう図の下側に平行移動される（図中Ｆ２参照）。

この結果、外部ＥＧＲ有りのとき、外部ＥＧＲ率が大であるほどリッチ補正量Ｘは小さくされる。すなわち、同一のインバランス率ＩＢに対し、外部ＥＧＲ率が大であるほどリッチ補正量Ｘは小さくなるよう変更ないし補正され、外部ＥＧＲ率が小であるほどリッチ補正量Ｘは大きくなるよう変更ないし補正される。

このような変更ないし補正の様子を示したのが図１０である。図示されるように、外部ＥＧＲ率が増大するにつれリッチ補正量Ｘは減少される。

なお、かかる変更に際しては、外部ＥＧＲ率と、リッチ補正量Ｘを補正する補正値との関係を予めマップ化し、実際の外部ＥＧＲ率（具体的には目標ＥＧＲ率）に対応した補正値をマップから算出し、当該補正値により図７における基準の線Ｆを補正してもよい。

他方、図６に示すように、外部ＥＧＲ有りのときの燃焼変動特性線Ｄは、外部ＥＧＲ率が小であるほど、外部ＥＧＲ無しのときの燃焼変動特性線Ｃに近づくよう図の下側に平行移動し（図中Ｄ１参照）、外部ＥＧＲ率が大であるほど、外部ＥＧＲ無しのときの燃焼変動特性線Ｃから離れるよう図の上側に平行移動する（図中Ｄ２参照）。この結果、外部ＥＧＲ率が小であるほど、ストイキからずれたときの燃焼変動のマージン（許容限界α以下となる範囲）が増え、補正開始値Ｙ２を小さくし（補正開始タイミングを早め）、同一のインバランス率に対しリッチ補正量Ｘを増大することができる。この点、図７に示すような線Ｆ１とも整合している。すなわち、外部ＥＧＲ率が小であるほど、補正開始値Ｙ２は小さくなり、同一のインバランス率に対するリッチ補正量Ｘは増大する。

次に、図６に示すように、外部ＥＧＲ無しのときのＮＯｘ排出量特性線Ａは、オーバーラップ（ＯＬ）が小であるほど、外部ＥＧＲ有りのときのＮＯｘ排出量特性線Ｂから離れるよう図の上側に平行移動し（図中Ａ１参照）、オーバーラップが大であるほど、外部ＥＧＲ有りのときのＮＯｘ排出量特性線Ｂに近づくよう図の下側に平行移動する（図中Ａ２参照）。

図１１に示すように、オーバーラップ（ＯＬ）が大であるほど、内部ＥＧＲ率が増加し、ＮＯｘ排出量は減少する。よって上記のような特性となる。

従って、図７に示すように、外部ＥＧＲ無しのときの線Ｅは、オーバーラップが小であるほど、外部ＥＧＲ有りのときの線Ｆから離れるよう図の上側に平行移動され（図中Ｅ１参照）、オーバーラップが大であるほど、外部ＥＧＲ有りのときの線Ｆに近づくよう図の下側に平行移動される（図中Ｅ２参照）。

この結果、外部ＥＧＲ無しのとき、オーバーラップが大であるほどリッチ補正量Ｘは小さくされる。すなわち、同一のインバランス率ＩＢに対し、オーバーラップが大であるほどリッチ補正量Ｘは小さくなるよう変更ないし補正され、オーバーラップが小であるほどリッチ補正量Ｘは大きくなるよう変更ないし補正される。

このような変更ないし補正の様子を示したのが図１２である。図示されるように、オーバーラップが増大するにつれリッチ補正量Ｘは減少される。

なお、かかる変更に際しては、オーバーラップと、リッチ補正量Ｘを補正する補正値との関係を予めマップ化し、実際のオーバーラップに対応した補正値をマップから算出し、当該補正値により図７における基準の線Ｅを補正してもよい。

他方、図６に示すように、外部ＥＧＲ無しのときの燃焼変動特性線Ｃは、オーバーラップが小であるほど、外部ＥＧＲ有りのときの燃焼変動特性線Ｄから離れるよう図の下側に平行移動し（図中Ｃ１参照）、オーバーラップが大であるほど、外部ＥＧＲ有りのときの燃焼変動特性線Ｄに近づくよう図の上側に平行移動する（図中Ｃ２参照）。なお、外部ＥＧＲ無しのときには、ストイキからずれたときの燃焼変動のマージンが元々十分にあるので、かかる特性線の変更が燃焼変動の悪化につながることは殆ど無い。

なお、ＥＧＲ有りのとき、オーバーラップに基づくリッチ補正量の変更ないし補正を併せて行ってもよい。

次に、図１３を参照してリッチ補正処理を説明する。このリッチ補正処理はＥＣＵ２０が所定の演算周期（例えば４ｍｓ）毎に繰り返し実行する。

まずステップＳ１０１では、エンジン１の運転条件を表す各種パラメータの値を取得する。このパラメータには少なくともエンジン回転数、エンジン負荷、水温、目標ＥＧＲ率、オーバーラップが含まれる。エンジン負荷はアクセル開度または吸入空気量に基づいて算出可能である。

次にステップＳ１０２において、図４に示したような、一部気筒（特に１気筒）のストイキからのリッチずれが検出されたか否かが判断される。
このリッチずれの検出は次の方法で行う。本実施形態では、触媒前センサ１７の出力に基づき各気筒の空燃比を個別に検出するようになっている。各気筒から排出された排気ガスは時間遅れを伴って次々と触媒前センサ１７に接触し、これに応答して触媒前センサ１７の出力も、各気筒の排気ガスの空燃比に相当する値に変化する。

図１４はこのような触媒前センサ１７の出力変化を空燃比Ａ／Ｆに換算して示す。ＥＣＵ２０は、現在の触媒前センサ１７の出力がどの気筒の排気ガスに基づくものであるかを自身の気筒判別機能等により把握する。そして１単位である１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）内に、ストイキからリッチ側に大きく（すなわち所定値以上）ずれたセンサ出力があった場合、このセンサ出力に対応する気筒にリッチずれが発生したと判断する。逆にストイキからリッチ側に大きくずれたセンサ出力がない場合、リッチずれは発生してないと判断する。

ステップＳ１０２において、リッチずれが検出されてなければ処理が終了され、他方リッチずれが検出されたならばステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、リッチずれが発生した気筒のインバランス率が算出される。具体的には、図１４に示すように、リッチずれ気筒に対応するセンサ出力の最もリッチ側のピークが検出され、このピークの換算空燃比とストイキの差ΔＺに基づいて、式：ＩＢ＝ΔＺ／１４．５（％）からインバランス率ＩＢが算出される。

なお、インバランス率は、主空燃比フィードバック制御の補正量に基づいて算出することも可能である。すなわち、リッチずれが発生すると図５に示したように主空燃比フィードバック制御によって全体の空燃比がリーン側に補正される。リッチずれが大きくなるほど、リーン補正量が大きくなるので、このリーン補正量に基づいてインバランス率を算出することが可能である。例えば、全体としてインバランス率５％相当のリーン補正を行った場合、リッチずれ気筒におけるインバランス率は５×４＝２０％として算出可能である。リーン補正量とインバランス率の関係を予めマップ形式でＥＣＵ２０に記憶しておき、このマップから、実際のリーン補正量に対応したインバランス率を算出するのも好ましい。

次に、ステップＳ１０４では、現在のエンジン運転条件が図３に示したようなＥＧＲ実行領域Ｉにあるか否かが判断される。
ＥＧＲ実行領域Ｉにある場合、すなわち外部ＥＧＲ有りの場合、ステップＳ１０５に進んで、ステップＳ１０３で算出されたインバランス率とステップＳ１０１で取得された目標ＥＧＲ率との値に基づき、図７の線Ｆ（またはＦ１，Ｆ２）の関係に従って、リッチ補正量Ｘが算出される。

他方、ＥＧＲ実行領域Ｉにない場合、すなわち外部ＥＧＲ無しの場合、ステップＳ１０６に進んで、ステップＳ１０３で算出されたインバランス率とステップＳ１０１で取得されたオーバーラップとの値に基づき、図７の線Ｅ（またはＥ１，Ｅ２）の関係に従って、リッチ補正量Ｘが算出される。

こうしてリッチ補正量Ｘが算出されたら、ステップＳ１０７に進み、目標空燃比がリッチ補正される。すなわちストイキ（１４．５）からリッチ補正量Ｘを減じて得られる値が補正後の目標空燃比とされる。

こうして処理が終了され、以降、補正後の目標空燃比を用いて主・補助空燃比フィードバック制御が実行される。これによりＮＯｘ排出量と燃焼変動を好適にバランスさせつつ空燃比フィードバック制御を行うことができ、エミッションとドライバビリティを好適に両立させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、外部ＥＧＲ率およびオーバーラップの少なくとも一方に基づくリッチ補正量の変更を省略した実施形態も可能である。目標空燃比は必ずしもストイキに一致させる必要はなく、適宜変更可能ある。また、リッチずれの大きさを表すパラメータもインバランス率以外のパラメータを採用することが可能である。例えば、リッチずれが大きいほど、１エンジンサイクルを１周期としたサイン波状の空燃比センサ出力変動が大きくなることがあるので、この出力変動に基づく値（傾き、振幅、ピーク差等）を当該パラメータとすることも可能である。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関（エンジン）
２ インジェクタ
１１ 上流触媒
１７ 触媒前センサ
１８ 触媒後センサ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１ 可変バルブ機構
２２ ＥＧＲ装置

Claims (8)

1. 排気通路内の排気ガスを吸気通路に環流させる外部ＥＧＲを実行するためのＥＧＲ手段と、
   前記排気ガスの空燃比が所定の目標空燃比となるように空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段と、
   一部気筒の空燃比が前記目標空燃比からリッチ側にずれるリッチずれを検出する検出手段と、
   前記検出手段により前記リッチずれが検出されたとき、当該リッチずれの大きさを表すパラメータを算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出されたパラメータに応じて前記目標空燃比をリッチ側に補正するリッチ補正手段と、
   前記外部ＥＧＲの有無に応じて、前記リッチ補正を開始する前記パラメータの値を変更する変更手段と、
   を備えたことを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置。
2. 前記変更手段は、外部ＥＧＲ有りのときには無しのときより前記リッチ補正を開始するパラメータの値を大きくする
   ことを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の制御装置。
3. 前記変更手段は、前記リッチ補正におけるリッチ補正量を、前記外部ＥＧＲの有無と、前記パラメータの値とに応じて変更する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒内燃機関の制御装置。
4. 前記変更手段は、同一のパラメータに対するリッチ補正量を、外部ＥＧＲ有りのときには無しのときより小さくする
   ことを特徴とする請求項３に記載の多気筒内燃機関の制御装置。
5. 前記変更手段は、外部ＥＧＲ有りのとき、前記リッチ補正量を外部ＥＧＲ率に応じて変更する
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の多気筒内燃機関の制御装置。
6. 前記変更手段は、前記外部ＥＧＲ率が大であるほど前記リッチ補正量を小さくする
   ことを特徴とする請求項５に記載の多気筒内燃機関の制御装置。
7. 吸気弁と排気弁のオーバーラップを可変にする可変手段をさらに備え、
   前記変更手段は、外部ＥＧＲ無しのとき、前記リッチ補正量を前記オーバーラップに応じて変更する
   ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置。
8. 前記変更手段は、前記オーバーラップが大であるほど前記リッチ補正量を小さくする
   ことを特徴とする請求項７に記載の多気筒内燃機関の制御装置。

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