JP5983691B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート用燃料噴射弁と、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内用燃料噴射弁とを備えており、それら燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射割合を機関運転状態に応じて変更することにより燃料の噴射態様を変化させる内燃機関が知られている。

また、一般に内燃機関では、排気通路に設けられた触媒の排気浄化性能を発揮させるために、排気中の酸素濃度に対応した出力値を出力するセンサが設けられている。そして、センサの出力値が目標空燃比に対応した出力値となるように燃料噴射量を補正する空燃比制御が行われる。

ところで、上記空燃比制御を行っても、気筒間において空燃比にばらつきが起きることが知られている。そこで、気筒間において空燃比のばらつきが起きている場合、そのばらつき異常の原因が、吸気ポート用燃料噴射弁及び筒内用燃料噴射弁のいずれにあるのか識別し、さらには、そうしたばらつき異常の度合も算出する技術が知られている（例えば特許文献１など）。

特開２０１２−２３３４２５号公報 特開２００９−３０４５５号公報

一部の気筒の空燃比が他の気筒の空燃比に対して例えばリッチ側にずれると、気筒内から排出される水素の濃度が高くなるために、空燃比を検出するセンサが水素を検出してしまい、そのセンサの出力値は、実空燃比に応じた出力値よりもリッチ側にずれてしまうことが知られている（例えば特許文献２など）。

このようにしてセンサの出力値がリッチ側にずれてしまうと、上記空燃比制御では燃料噴射量が誤って減量補正されてしまい、実空燃比はリーン側にずれてしまう。そのため、気筒間ばらつきが起きており、空燃比を検出するセンサの出力値が実際の空燃比からずれてしまうときには、センサの出力値のずれ分だけ目標空燃比を補正することにより、上述した空燃比制御による燃料噴射量の誤補正を抑えることが好ましい。

ここで、センサの出力値のずれ分は、気筒間ばらつきの度合に応じて変化するのであるが、吸気ポート用燃料噴射弁と筒内用燃料噴射弁とを備える内燃機関の場合には、吸気ポート用燃料噴射弁から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合と、筒内用燃料噴射弁から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合とは異なっていることが多い。そのため、上述したような誤補正を抑えるための目標空燃比の補正を、燃料の噴射態様に合わせて適切に行わないと、燃料噴射量の誤補正を十分に抑えることができず、排気浄化性能に悪影響を与えるおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気ポート用燃料噴射弁と筒内用燃料噴射弁とを備える場合でも、気筒間ばらつきに起因した排気浄化性能の低下を抑えることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、複数の気筒のそれぞれに設けられた吸気ポート用燃料噴射弁及び筒内用燃料噴射弁と、排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、触媒よりも上流側の実空燃比に応じた出力値を出力する上流側センサとを、備えている。そして、吸気ポート用燃料噴射弁及び筒内用燃料噴射弁から噴射される総燃料量のうちで吸気ポート用燃料噴射弁及び筒内用燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の噴射割合を機関運転状態に応じて変更するとともに、上流側センサの出力値が目標空燃比に対応した出力値となるように総燃料量を補正することにより実空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御を実行する。この制御装置は、吸気ポート用燃料噴射弁から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合である第１ばらつき度合と、筒内用燃料噴射弁から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合である第２ばらつき度合とを検出する。そして、第１ばらつき度合に基づいて設定される第１補正値と、第２ばらつき度合に基づいて設定される第２補正値とで目標空燃比を補正する。そして、第１補正値による目標空燃比の補正量は吸気ポート用燃料噴射弁の噴射割合が多いときほど多くされ、第２補正値による目標空燃比の補正量は筒内用燃料噴射弁の噴射割合が多いときほど多くされる。なお、上記「目標空燃比に対応した出力値」とは、実空燃比と目標空燃比とが一致しているときに上流側センサから出力される出力値のことをいう。

上述した気筒間ばらつきによるセンサ出力値のずれは、吸気ポート用燃料噴射弁から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合である第１ばらつき度合や、筒内用燃料噴射弁から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合である第２ばらつき度合が大きいときほど大きくなる。また、そうした第１ばらつき度合や第２ばらつき度合がセンサ出力値のずれに与える影響は、吸気ポート用燃料噴射弁及び筒内用燃料噴射弁の噴射割合によっても変化する。

そこで構成では、空燃比制御における目標空燃比を、第１補正値及び第２補正値で補正するようにしている。第１補正値は、吸気ポート用燃料噴射弁から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合である第１ばらつき度合と吸気ポート用燃料噴射弁の噴射割合とに基づいて設定される。また、第２補正値は、筒内用燃料噴射弁から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合である第２ばらつき度合と筒内用燃料噴射弁の噴射割合とに基づいて設定される。そのため、目標空燃比は、上述した第１ばらつき度合、第２ばらつき度合、及び噴射割合に応じて補正されるようになる。従って、上述した誤補正を抑えるための目標空燃比の補正は、燃料の噴射態様や気筒間ばらつきの度合に合わせて適切に行われるようになり、燃料噴射量の誤補正による実空燃比のずれが好適に抑制される。そのため、同構成によれば、吸気ポート用燃料噴射弁と筒内用燃料噴射弁とを備える場合でも、気筒間ばらつきに起因した排気浄化性能の低下を抑えることができるようになる。

気筒間ばらつきによる上流側センサの出力値のずれは、上述したように、気筒間ばらつきの度合によって変化する。さらに、気筒間ばらつきの度合が同じであっても、機関負荷や機関回転速度が異なると、排気中の水素濃度が上流側センサの出力値に与える影響は異なる傾向がある。そこで、目標空燃比を補正する上記第１補正値は、第１ばらつき度合及び機関負荷及び機関回転速度に基づいて設定することが好ましい。同様に、目標空燃比を補正する上記第２補正値も、第２ばらつき度合及び機関負荷及び機関回転速度に基づいて設定することが好ましい。

内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態にあって、これが適用される内燃機関の構造を示す模式図。 噴き分け領域を示す概念図。 気筒間ばらつきの度合に応じた空燃比変動の変化を示すタイムチャート。 ストイキ補正値による目標空燃比の補正処理手順を示すフローチャート。 ポート用ストイキ補正値のマップ構成図。 筒内用ストイキ補正値のマップ構成図。 インバランス率と反映率との関係を示すグラフ。

以下、内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。なお、この制御装置は、複数の気筒を備える、いわゆる多気筒内燃機関に適用される。

図１に示すように、内燃機関１１の各気筒１２内にはピストン１３が備えられている。ピストン１３は、内燃機関１１の出力軸であるクランクシャフト１５にコネクティングロッド１４を介して連結されており、コネクティングロッド１４によりピストン１３の往復運動がクランクシャフト１５の回転運動に変換される。

各気筒１２内にあってピストン１３の上方には燃焼室１６が区画形成されており、この燃焼室１６内に向けて燃料を噴射する筒内インジェクタ１７（筒内用燃料噴射弁）が設けられている。筒内インジェクタ１７には、周知の燃料供給機構を通じて所定の高圧燃料が供給される。そして、この筒内インジェクタ１７の開弁駆動により、燃料が燃焼室１６内に直接噴射供給されて、いわゆる筒内噴射が行われる。

また、燃焼室１６には、その内部に形成される燃料と空気とからなる混合気に対して点火を行う点火プラグ１８が取り付けられている。この点火プラグ１８による混合気への点火タイミングは、点火プラグ１８の上方に設けられたイグナイタ１９によって調整される。

燃焼室１６には、吸気通路２０及び排気通路２１が連通されている。そして、吸気通路２０の一部を構成する吸気ポート２０ａには、その吸気ポート２０ａ内に燃料を噴射するポートインジェクタ２２（吸気ポート用燃料噴射弁）が設けられている。このポートインジェクタ２２には、周知の機構を通じて所定圧の燃料が供給される。そして、このポートインジェクタ２２の開弁駆動に伴って、燃料が吸気ポート２０ａ内に噴射されて、いわゆるポート噴射が行われる。なお、吸気通路２０には燃焼室１６に導入される空気量を調量するスロットルバルブも設けられている。

排気通路２１の途中には、混合気の空燃比が所定範囲内の値となっているときに浄化機能を発揮する触媒１００が設けられている。より詳細には、混合気の空燃比が理論空燃比となっているときに、触媒１００では排気中の有害成分（主にＨＣ、ＣＯ、ＮＯx）が効果的に浄化される。

排気通路２１において、触媒１００よりも上流側の部位には、触媒１００よりも上流側の実空燃比である上流側実空燃比ＡＦｆに応じた出力値Ｖ１を出力する上流側センサ３５が設けられている。上流側センサ３５は、周知の空燃比センサであり、排気中の酸素濃度と密接な関係にある混合気の空燃比に比例した大きさの出力値Ｖ１を出力する。つまり、混合気の空燃比がリッチからリーンへと変化するにつれて、上流側センサ３５の出力値Ｖ１は直線状に大きくなっていく。

排気通路２１において、触媒１００よりも下流側の部位には、触媒１００よりも下流側の実空燃比である下流側実空燃比ＡＦｒに応じた出力値Ｖ２を出力する下流側センサ３６が設けられている。下流側センサ３６は、周知の酸素センサであり、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには１ボルト程度の出力電圧が得られ、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには０ボルト程度の出力電圧が得られる。また、理論空燃比近傍を境にして出力電圧が急変する特性を有している。従って、下流側センサ３６が下流側実空燃比ＡＦｒに応じた出力値Ｖ２を出力するといっても、同出力値Ｖ２は下流側実空燃比ＡＦｒの変化に応じて直線状に変化するわけではなく、出力値Ｖ２は、触媒１００よりも下流側の実空燃比が理論空燃比よりもリッチであるか、またはリーンであるかを判定するために用いられる。

内燃機関１１の各種制御は、制御装置３０によって行われる。制御装置３０は、機関制御に係る各種処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムや機関制御に必要な情報を記憶するメモリ、筒内インジェクタ１７やポートインジェクタ２２の駆動回路、並びにイグナイタ１９等の駆動回路等を備えて構成されている。

制御装置３０には、上記上流側センサ３５や下流側センサ３６の他にも、機関運転状態を検出する各種のセンサが接続されている。例えばクランクセンサ３１によってクランクシャフト１５のクランク角が検出され、これに基づいて機関回転速度ＮＥが算出される。またアクセルセンサ３３によって、アクセル操作量ＡＣＣＰが検出される。また、エアフロメータ３４によって吸入空気量ＧＡが検出される。そして、制御装置３０は、こうした各種センサの検出信号によって把握される内燃機関１１の運転状態に応じて、燃料噴射制御、空燃比制御、点火時期制御等をはじめとする各種制御を実施する。

制御装置３０は、筒内インジェクタ１７及びポートインジェクタ２２による燃料の噴き分けを実施して噴射態様を変化させる。
図２に示すように、例えば、低回転低負荷領域ではポートインジェクタ２２によるポート噴射のみを行い、中負荷中回転領域ではポートインジェクタ２２及び筒内インジェクタ１７の双方を用いたポート噴射及び筒内噴射を行う。そして、高負荷高回転領域では筒内インジェクタ１７による筒内噴射のみを行う。なお、図２に示す噴き分け領域は一例であり、適宜変更することができる。

上述した燃料の噴き分けは、機関運転状態に基づいて設定される燃料噴射量Ｑのうちでポートインジェクタ２２から噴射させる燃料量の割合を示すポート噴射割合Ｒｐを種々変更することにより実行される。

ポート噴射割合Ｒｐは、機関負荷ＫＬや機関回転速度ＮＥ等の機関運転状態に基づき「０≦Ｒｐ≦１」の範囲内で可変設定され、燃料噴射量Ｑに対してポート噴射割合Ｒｐを乗算した結果得られる燃料量がポートインジェクタ２２の燃料噴射量として設定される。一方、「１」からポート噴射割合Ｒｐを減じた値が、燃料噴射量Ｑのうちで筒内インジェクタ１７から噴射させる燃料量の割合を示す筒内噴射割合Ｒｄとして算出される（Ｒｄ＝１−Ｒｐ）。そして、燃料噴射量Ｑに対して筒内噴射割合Ｒｄを乗算した結果得られる燃料量が筒内インジェクタ１７の燃料噴射量として設定される。

先の図２に示した例の場合には、低負荷低回転領域では、ポート噴射割合Ｒｐは「１」に、筒内噴射割合Ｒｄは「０」に設定される。また、中負荷中回転領域では、ポート噴射割合Ｒｐは「０＜Ｒｐ＜１」の範囲内で可変設定され、これに伴い筒内噴射割合Ｒｄも可変設定される。そして、高負荷高回転領域では、ポート噴射割合Ｒｐは「０」に、筒内噴射割合Ｒｄは「１」に設定される。このように本実施形態では、機関運転状態に応じてポート噴射割合Ｒｐを可変設定することにより、自ずと筒内噴射割合Ｒｄも可変設定される。

また、制御装置３０は、内燃機関１１の各気筒間において空燃比のばらつきが生じていないかどうかを監視している。より詳細には、そうした空燃比のばらつきを生じさせる原因の１つは、気筒間での燃料噴射量のばらつきであり、こうした燃料噴射量の気筒間ばらつきを示す指標値であるインバランス率ＩＭＢを把握するようにしている。

図３は、４気筒エンジンの全気筒において燃焼が一巡する１サイクル（７２０°ＣＡ）毎の空燃比の変動を示しており、特に、ある気筒の燃料噴射量を意図的にずらして、燃料噴射量の気筒間ばらつきを発生させた場合に、上流側センサ３５によって検出される上流側実空燃比ＡＦｆの変動態様を示す。なお、図３に示す実線Ｌ１は、気筒間ばらつきが発生していないときの上流側実空燃比ＡＦｆの変動を示す。また、一点鎖線Ｌ２は、ある気筒の燃料噴射量を所定量Ａ１だけずらして気筒間ばらつきを発生させたときの上流側実空燃比ＡＦｆの変動を示す。そして、二点鎖線Ｌ３は、ある気筒の燃料噴射量を、上記所定量Ａ１よりも多い所定量Ａ２だけずらして気筒間ばらつきを発生させたときの上流側実空燃比ＡＦｆの変動を示す。

この図３の実線Ｌ１に示すように、上流側実空燃比ＡＦｆは、内燃機関１１の１サイクルを１周期として、周期的な変動を繰り返す。そして、一点鎖線Ｌ２に示すように、燃料噴射量の気筒間ばらつきが発生して気筒間の空燃比に違いが生じると、１サイクル内での上流側実空燃比ＡＦｆの変動量は大きくなる。そして、一点鎖線Ｌ２及び二点鎖線Ｌ３に示すように、気筒間での燃料噴射量のずれが多いほど、つまり燃料噴射量の気筒間ばらつきの度合が大きいときほど、上流側実空燃比ＡＦｆの変動量は大きくなる。

そこで、本実施形態では、上流側実空燃比ＡＦｆの変動量に相関する値（例えば、上流側センサ３５から出力される信号の傾きの大きさや、上流側実空燃比ＡＦｆの変化速度、あるいは所定期間内での上流側実空燃比ＡＦｆの変化量など）に基づき、上記気筒間ばらつきの度合を示すインバランス率ＩＭＢを検出するようにしている。より詳細には、上述したような上流側実空燃比ＡＦｆの変動量に関する値を検出し、その検出された値に基づき、同変動量が大きいときほどインバランス率ＩＭＢの値が大きくなるようにしている。

また、本実施形態では、インバランス率ＩＭＢの精度を高めるために、急激な加速及び減速を除く運転状態において、インバランス率ＩＭＢの検出を複数回実行し、その検出された複数のインバランス率ＩＭＢを平均化して最終的なインバランス率ＩＭＢを算出するようにしている。ちなみに、こうした平均化による最終的なインバランス率ＩＭＢの算出は一例であり、他の態様にて最終的なインバランス率ＩＭＢの算出を行ってもよい。

また、本実施形態の内燃機関１１は、ポートインジェクタ２２と筒内インジェクタ１７とを備えるようにしている。そのため、インバランス率ＩＭＢとして、ポートインジェクタ２２から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合を示すポートインバランス率ＩＭＢｐと、筒内インジェクタ１７から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合を示す筒内インバランス率ＩＭＢｄとをそれぞれ検出するようにしている。なお、ポートインバランス率ＩＭＢｐは上記第１ばらつき度合に相当し、筒内インバランス率ＩＭＢｄは上記第２ばらつき度合に相当する。

こうしたポートインバランス率ＩＭＢｐの検出は、ポート噴射のみが行われているときに行うことが望ましいが、ポート噴射及び筒内噴射が併用されているときには、例えば、その併用時に検出されたインバランス率ＩＭＢをポート噴射割合Ｒｐに応じて補正することにより、ポートインバランス率ＩＭＢｐを検出することができる。同様に、筒内インバランス率ＩＭＢｄの検出も、筒内噴射のみが行われているときに行うことが望ましいが、ポート噴射及び筒内噴射が併用されているときには、例えば、その併用時に検出されたインバランス率ＩＭＢを筒内噴射割合Ｒｄに応じて補正することにより、筒内インバランス率ＩＭＢｄを検出することができる。

ちなみに、こうした気筒間ばらつきの度合を検出する技術は、既に周知である。例えば、上述した上流側実空燃比ＡＦｆの変動量の他にも、気筒間ばらつきの度合が大きくなるほど、内燃機関の回転変動は大きくなることが知られている。また、一部の気筒の空燃比が他の気筒の空燃比に対してリッチ側にずれるほど、気筒内から排出される水素の濃度は高くなることが知られている。また、このようにして水素濃度が高くなると、空燃比を検出するセンサが水素を検出してしまい、そのセンサの出力値は、実際の空燃比に応じた出力値よりもリッチ側にずれるようになることも知られている。従って、そうした周知技術を使って気筒間ばらつきの度合を検出してもよい。

また、制御装置３０は、内燃機関１１の空燃比制御を行うことにより、触媒１００による排気の浄化が適切に行われる。なお、本実施形態の空燃比制御において、上流側実空燃比ＡＦｆの目標空燃比である上流側目標空燃比ＡＦｆｐや、下流側実空燃比ＡＦｒの目標空燃比である下流側目標空燃比ＡＦｒｐは、基本的に理論空燃比が設定される。

この空燃比制御は、上流側センサ３５の出力値Ｖ１が、上流側目標空燃比ＡＦｆｐに対応した出力値となるように燃料噴射量を補正するメインフィードバック補正と、下流側センサ３６の出力値Ｖ２が下流側目標空燃比ＡＦｒｐに対応した出力値となるように、メインフィードバック補正にて補正された燃料噴射量を補正するサブフィードバック補正とで構成されている。なお、上記「上流側目標空燃比ＡＦｆｐに対応した出力値」とは、上流側目標空燃比ＡＦｆｐと上流側実空燃比ＡＦｆとが一致しているときの上流側センサ３５の出力値Ｖ１のことをいう。また、上記「下流側目標空燃比ＡＦｒｐに対応した出力値」とは、下流側目標空燃比ＡＦｒｐと下流側実空燃比ＡＦｒとが一致しているときの下流側センサ３６の出力値Ｖ２のことをいう。

このメインフィードバック補正は、触媒１００の上流側に設けられた上流側センサ３５の出力値Ｖ１に基づき、ポートインジェクタ２２及び筒内インジェクタ１７から噴射される総燃料量である上記燃料噴射量Ｑを補正することにより、上流側センサ３５によって検出される上流側実空燃比ＡＦｆは上流側目標空燃比ＡＦｆｐに近づくように制御される。

メインフィードバック補正では、上流側実空燃比ＡＦｆと上流側目標空燃比ＡＦｆｐとの偏差、予め実験的に求められた比例ゲイン、積分ゲイン、及び微分ゲインから、比例項や、学習値としての積分項及び微分項がそれぞれ算出される。そして、現在設定されている燃料噴射量に対する補正値を比例項、積分項、及び微分項の和から算出するＰＩＤ制御が実施される。なお、メインフィードバック補正は、比例項及び積分項に基づいて補正量を算出するＰＩ制御などのフィードバック制御でもよい。

サブフィードバック補正は、触媒１００の下流側に設けられた下流側センサ３６の出力値Ｖ２に基づき、メインフィードバック補正により算出される補正値をさらに補正する制御である。本実施形態では、制御装置３０は、下流側センサ３６の出力値Ｖ２と、下流側目標空燃比ＡＦｒｐに対応した下流側センサ３６の出力値とが一致するように、それら各出力値の偏差に基づいてＰＩＤ制御、あるいはＰＩ制御などのフィードバック制御が実行される。

ところで、上述したように、気筒間ばらつきが発生すると、気筒内から排出される水素の濃度が高くなるために、上流側センサ３５が水素を検出してしまい、上流側センサ３５の出力値Ｖ１は、上流側実空燃比ＡＦｆに応じた出力値よりもリッチ側にずれてしまう。このようにして上流側センサ３５の出力値Ｖ１がリッチ側にずれてしまうと、上記空燃比制御では燃料噴射量が誤って減量補正されてしまうため、上流側実空燃比ＡＦｆはリーン側にずれてしまい、触媒１００の排気浄化性能が低下してしまう。ちなみに、排気に含まれる水素は触媒１００を通過すると酸化される。そのため下流側センサ３６の出力値Ｖ２は、上流側センサ３５の出力値Ｖ１とは異なり、実際の空燃比に応じた正しい出力値になる。従って、上記理由により、上流側実空燃比ＡＦｆが目標空燃比に対してリーン側へと誤って補正される場合でも、下流側センサ３６は下流側実空燃比ＡＦｒを正しく検出し、その出力値Ｖ２は、リーンを示す。

本実施形態では、上述した気筒間ばらつきによる上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれに起因した燃料噴射量の誤補正を抑え、これにより触媒１００に流入する排気の空燃比が理論空燃比となるように上流側目標空燃比ＡＦｆｐを補正する値として、ストイキ補正値ＳＨを算出するようにしている。このストイキ補正値ＳＨは、基本的に理論空燃比とされる上流側目標空燃比ＡＦｆｐを、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比となるように補正する値であり、上流側目標空燃比ＡＦｆｐがリッチ側に補正されると、空燃比制御により補正される燃料噴射量Ｑは、そうした上流側目標空燃比ＡＦｆｐのリッチ側への補正前と比較して増量される。こうした燃料噴射量Ｑの増量により、上述した燃料噴射量の誤った減量補正が抑えられて上流側実空燃比ＡＦｆはリッチ側に戻るようになり、触媒１００に流入する排気の空燃比は理論空燃比に調整される。このようにストイキ補正値ＳＨは、上流側目標空燃比ＡＦｆｐをリッチ側に補正する値であって、上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれに起因してリーン化する触媒１００の雰囲気を理論空燃比にするために必要な補正値である。

以下、このストイキ補正値ＳＨによる上流側目標空燃比ＡＦｆｐの補正処理について、図４〜図７を参照して説明する。なお、本処理は、制御装置３０によって所定周期毎に繰り返し実行される。

図４に示すように、本処理が開始されるとまず、ポートインバランス率ＩＭＢｐ及び筒内インバランス率ＩＭＢｄの学習がともに完了しているか否かが判定される（Ｓ１００）。ポートインバランス率ＩＭＢｐの学習完了とは、上述したように、複数回に渡って検出されたポートインバランス率ＩＭＢｐの平均化が完了している状態のことを言う。同様に、筒内インバランス率ＩＭＢｄの学習完了も、上述したように、複数回に渡って検出された筒内インバランス率ＩＭＢｄの平均化が完了している状態のことを言う。

そして、ポートインバランス率ＩＭＢｐ及び筒内インバランス率ＩＭＢｄの学習がともに完了していないときには（Ｓ１００：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。
一方、ポートインバランス率ＩＭＢｐ及び筒内インバランス率ＩＭＢｄの学習がともに完了しているときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいてポート用ストイキベース値ＳＢＡｐ及び筒内用ストイキベース値ＳＢＡｄがそれぞれ設定される（Ｓ１１０）。

図５に示すように、ポート用ストイキベース値ＳＢＡｐは、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいてマップから求められる。なお、マップとは異なる態様、例えば関数式などからポート用ストイキベース値ＳＢＡｐを求めてもよい。

このポート用ストイキベース値ＳＢＡｐは、ポートインジェクタ２２から噴射される燃料量の気筒間ばらつきによる上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれに起因してリーン化する触媒１００の雰囲気を理論空燃比にするために必要なストイキ補正値ＳＨの基本値である。より詳細には、ポートインバランス率ＩＭＢｐが予め定められた基準インバランス率ＫＩＭＢであるときのストイキ補正値ＳＨである。ここで、気筒間ばらつきの度合が同じであっても、機関負荷ＫＬや機関回転速度ＮＥが異なると、排気中の水素濃度が上流側センサ３５の出力値Ｖ１に与える影響は異なるようになる。そこで、本実施形態のポート用ストイキベース値ＳＢＡｐは、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいて可変設定される。

筒内用ストイキベース値ＳＢＡｄも、ポート用ストイキベース値ＳＢＡｐと同様な態様にて設定される。
図６に示すように、筒内用ストイキベース値ＳＢＡｄも、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいてマップから求められる。なお、マップとは異なる態様、例えば関数式などから筒内用ストイキベース値ＳＢＡｄを求めてもよい。

この筒内用ストイキベース値ＳＢＡｄは、筒内インジェクタ１７から噴射される燃料量の気筒間ばらつきによる上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれに起因してリーン化する触媒１００の雰囲気を理論空燃比にするために必要なストイキ補正値ＳＨの基本値である。より詳細には、筒内インバランス率ＩＭＢｄが予め定められた基準インバランス率ＫＩＭＢであるときのストイキ補正値ＳＨである。ここで、上述したように、気筒間ばらつきの度合が同じであっても、機関負荷ＫＬや機関回転速度ＮＥが異なると、排気中の水素濃度が上流側センサ３５の出力値Ｖ１に与える影響は異なるようになる。そこで、筒内用ストイキベース値ＳＢＡｄも、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいて可変設定される。

また、上述した気筒間ばらつきによる上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれは、気筒間ばらつきの度合によって変化する。より具体的には、そうした出力値Ｖ１のずれは、ポートインバランス率ＩＭＢｐや筒内インバランス率ＩＭＢｄが大きいときほど大きくなる。そこで、ポートインバランス率ＩＭＢｐが基準インバランス率ＫＩＭＢであるときのストイキ補正値ＳＨとして設定されている上記ポート用ストイキベース値ＳＢＡｐを、様々なポートインバランス率ＩＭＢｐに応じたストイキ補正値ＳＨに変換するためのポート用反映率Ｋｐが、ポートインバランス率ＩＭＢｐに基づいて設定される（Ｓ１２０）。

図７に示すように、ポートインバランス率ＩＭＢｐが基準インバランス率ＫＩＭＢと一致しているときには、ポート用反映率Ｋｐは「１」に設定される。そして、ポートインバランス率ＩＭＢｐが基準インバランス率ＫＩＭＢよりも高くなるに伴って、ポート用反映率Ｋｐは徐々に「１」よりも大きい値となるように可変設定される。また、ポートインバランス率ＩＭＢｐが基準インバランス率ＫＩＭＢよりも低くなるに伴って、ポート用反映率Ｋｐは徐々に「１」よりも小さい値となるように可変設定される。こうした設定により、ポートインバランス率ＩＭＢｐが高くなるほどポート用反映率Ｋｐは大きい値へと徐々に変化する。

同様に、筒内インバランス率ＩＭＢｄが基準インバランス率ＫＩＭＢであるときのストイキ補正値ＳＨとして設定されている上記筒内用ストイキベース値ＳＢＡｄを、様々な筒内インバランス率ＩＭＢｄに応じたストイキ補正値ＳＨに変換するための筒内用反映率Ｋｄが、筒内インバランス率ＩＭＢｄに基づいて設定される（Ｓ１３０）。

先の図７に示すように、筒内インバランス率ＩＭＢｄが基準インバランス率ＫＩＭＢと一致しているときには、筒内用反映率Ｋｄは「１」に設定される。そして、筒内インバランス率ＩＭＢｄが基準インバランス率ＫＩＭＢよりも高くなるに伴って、筒内用反映率Ｋｄは徐々に「１」よりも大きい値となるように可変設定される。また、筒内インバランス率ＩＭＢｄが基準インバランス率ＫＩＭＢよりも低くなるに伴って、筒内用反映率Ｋｄは徐々に「１」よりも小さい値となるように可変設定される。こうした設定により、筒内インバランス率ＩＭＢｄが高くなるほど筒内用反映率Ｋｄは大きい値へと徐々に変化する。

次に、ポート用ストイキベース値ＳＢＡｐにポート用反映率Ｋｐが乗算されることにより、現状のポートインバランス率ＩＭＢｐ、機関負荷ＫＬ、及び機関回転速度ＮＥに応じたポート用ストイキ補正値ＳＨｐが算出される（Ｓ１４０）。ここで、上述したように、ポートインバランス率ＩＭＢｐが高くなるほどポート用反映率Ｋｐは大きい値へと徐々に変化するため、ポートインバランス率ＩＭＢｐが高いときほどポート用ストイキ補正値ＳＨｐの値は大きくなる。なお、ポート用ストイキ補正値ＳＨｐは上記第１補正値に相当する。

同様に、筒内用ストイキベース値ＳＢＡｄに筒内用反映率Ｋｄが乗算されることにより、現状の筒内インバランス率ＩＭＢｄ、機関負荷ＫＬ、及び機関回転速度ＮＥに応じた筒内用ストイキ補正値ＳＨｄが算出される（Ｓ１５０）。ここで、上述したように、筒内インバランス率ＩＭＢｄが高くなるほど筒内用反映率Ｋｄは大きい値へと徐々に変化するため、筒内インバランス率ＩＭＢｄが高いときほど筒内用ストイキ補正値ＳＨｄの値は大きくなる。なお、筒内用ストイキ補正値ＳＨｄは上記第２補正値に相当する。

次に、現在設定されているポート噴射割合Ｒｐが読み込まれ（Ｓ１６０）、次に、次式（１）に基づいて最終的なストイキ補正値ＳＨが算出される（Ｓ１７０）。

ＳＨ＝ＳＨｐ×Ｒｐ＋ＳＨｄ×（１−Ｒｐ） …（１）
ＳＨ：ストイキ補正値
ＳＨｐ：ポート用ストイキ補正値
ＳＨｄ：筒内用ストイキ補正値
Ｒｐ：ポート噴射割合
１−Ｒｐ＝Ｒｄ：筒内噴射割合

式（１）から分かるように、ストイキ補正値ＳＨは、ポート用ストイキ補正値ＳＨｐ及び筒内用ストイキ補正値ＳＨｄに対して燃料の噴射割合を反映させた加重平均値として算出される。

次に、現在設定されている上流側目標空燃比ＡＦｆｐに対してストイキ補正値ＳＨが乗算されることにより、上流側目標空燃比ＡＦｆｐはリッチ側に補正されて（Ｓ１８０）、本処理は一旦終了される。

このようにして上流側目標空燃比ＡＦｆｐがリッチ側に補正されると、その補正前に比較して上流側実空燃比ＡＦｆはリッチ側の値になるように燃料噴射量Ｑが増量補正される。従って、上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれに起因してリーン化する触媒１００の雰囲気は、理論空燃比の雰囲気へと変化する。

以上説明した本実施形態によれば、次の作用効果を得ることができる。
（１）空燃比制御で補正される燃料噴射量Ｑは、ポート用ストイキ補正値ＳＨｐ及び筒内用ストイキ補正値ＳＨｄを使ったストイキ補正値ＳＨによる上流側目標空燃比ＡＦｆｐのリッチ側への補正を通じて増量補正される。ここで、ポート用ストイキ補正値ＳＨｐには、ポートインジェクタ２２から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合を示すポートインバランス率ＩＭＢｐとポート噴射割合Ｒｐとが反映される。また、筒内用ストイキ補正値ＳＨｄには、筒内インジェクタ１７から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合を示す筒内インバランス率ＩＭＢｄと筒内噴射割合Ｒｄとが反映される。そのため、上流側目標空燃比ＡＦｆｐは、上述したポートインバランス率ＩＭＢｐ、筒内インバランス率ＩＭＢｄ、及び燃料の噴射割合に応じて補正されるようになる。従って、誤った燃料噴射量の補正を抑えるための上流側目標空燃比ＡＦｆｐの補正は、燃料の噴射態様と気筒間ばらつきの度合に合わせて適切に行われるようになり、燃料噴射量の誤補正による実空燃比のずれが好適に抑制される。そのため、ポートインジェクタ２２及び筒内インジェクタ１７を備える場合でも、気筒間ばらつきに起因した排気浄化性能の低下が抑えられるようになる。

また、上述したように、ポートインバランス率ＩＭＢｐや筒内インバランス率ＩＭＢｄがセンサ出力値のずれに与える影響は、ポートインジェクタ２２及び筒内インジェクタ１７の噴射割合によっても変化するが、本実施形態では、そうした噴射割合の変化に合わせてポート用ストイキ補正値ＳＨｐや筒内用ストイキ補正値ＳＨｄが可変設定される。そのため、ポートインジェクタ２２及び筒内インジェクタ１７の双方から燃料が噴射されている状態、つまり燃料の噴き分けが実行されている状態でも、上流側目標空燃比ＡＦｆｐは適切に補正されるようになる。従って、ポートインジェクタ２２及び筒内インジェクタ１７の双方から燃料が噴射されている状態でも、気筒間ばらつきに起因した排気浄化性能の低下を抑えることができる。

（２）気筒間ばらつきによる上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれは、上述したように気筒間ばらつきの度合によって変化する。さらに、気筒間ばらつきの度合が同じであっても、機関負荷ＫＬや機関回転速度ＮＥが異なると、排気中の水素濃度が上流側センサ３５の出力値Ｖ１に与える影響は異なるようになる。そこで、上流側目標空燃比ＡＦｆｐを補正するポート用ストイキ補正値ＳＨｐは、ポートインバランス率ＩＭＢｐ及び機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて可変設定される。同様に、上流側目標空燃比ＡＦｆｐを補正する筒内用ストイキ補正値ＳＨｄも、筒内インバランス率ＩＭＢｄ及び機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて可変設定される。従って、気筒間ばらつきの度合や、機関負荷ＫＬ、あるいは機関回転速度ＮＥが変化しても、触媒１００が理論空燃比の雰囲気になるように上流側目標空燃比ＡＦｆｐは適切に補正される。

（３）気筒間ばらつきが起きているときの排気浄化性能を好適に維持することができる。そのため、排気浄化性能を好適に維持することができない場合と比較して、排気浄化性能に悪影響を与えると判定するためのインバランス率ＩＭＢの異常判定値（ポートインバランス率ＩＭＢｐや筒内インバランス率ＩＭＢｄの異常判定値）を高い値に設定することができる。従って、正常時と異常時とのインバランス率ＩＭＢの差異が明瞭になり、インバランス率ＩＭＢの異常判定精度を高めることができる。

（４）上述したように、正常時と異常時とのインバランス率ＩＭＢの差異が明瞭になるため、インバランス率ＩＭＢの検出に用いる上流側センサ３５の応答性が比較的遅い場合でも、インバランス率ＩＭＢの異常判定を適切に行うことができる。従って、応答性の高い上流側センサ３５を選別して使用することによるコスト上昇や、上流側センサ３５の応答性を高めるためのコスト上昇などを抑えることができる。

また、排気通路の通路断面積を狭くすれば、単位時間当たりの排気流量が増大するため、上流側センサ３５の応答性が高まるようになる。しかし、排気通路での圧損が増大するため、機関出力に悪影響を与えるおそれがある。この点、上記実施形態によれば、上流側センサ３５の応答性が比較的遅い場合でも、インバランス率ＩＭＢの異常判定を適切に行うことができるため、排気通路の通路断面積を狭くすることによる上記不都合の発生も抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・インバランス率が基準インバランス率ＫＩＭＢであるときのストイキ補正値ＳＨとして設定されている基本値を、様々なインバランス率に応じたストイキ補正値ＳＨに変換するためにポート用反映率Ｋｐや筒内用反映率Ｋｄを設定するようにしたが、この他の態様で、様々なインバランス率に応じたストイキ補正値ＳＨを設定するようにしてもよい。例えば、先の図５に示したようなマップを様々なポートインバランス率ＩＭＢｐ毎に設定しておくようにしてもよい。つまり機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいてポート用ストイキ補正値ＳＨｐを設定するマップを、様々なポートインバランス率ＩＭＢｐ毎に設定しておくようにしてもよい。また、ポートインバランス率ＩＭＢｐ、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥを変数とする関数式からポート用ストイキ補正値ＳＨｐを算出するようにしてもよい。

同様に、先の図６に示したようなマップを様々な筒内インバランス率ＩＭＢｄ毎に設定しておくようにしてもよい。つまり機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて筒内用ストイキ補正値ＳＨｄを設定するマップを、様々な筒内インバランス率ＩＭＢｄ毎に設定しておくようにしてもよい。また、筒内インバランス率ＩＭＢｄ、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥを変数とする関数式から筒内用ストイキ補正値ＳＨｄを算出するようにしてもよい。

・上述した下流側センサ３６の出力値Ｖ２は、排気中の水素濃度の影響を受けることなく、触媒１００の実際の雰囲気が反映される。そのため、上記ストイキ補正値ＳＨを、下流側センサ３６の出力値Ｖ２に応じて更に補正するようにしてもよい。この場合には、触媒１００の実際の雰囲気がストイキ補正値ＳＨに反映されるため、触媒１００の雰囲気をより適切に理論空燃比の雰囲気にすることができる。

・気筒間ばらつきの度合、機関負荷ＫＬ、及び機関回転速度ＮＥに基づいてポート用ストイキ補正値ＳＨｐや、筒内用ストイキ補正値ＳＨｄを算出し、それら各値を使ってストイキ補正値ＳＨを算出するようにした。この他、上述したように、上述した下流側センサ３６の出力値Ｖ２は、気筒から排出される水素の濃度の影響を受けることなく、触媒１００の実際の雰囲気が反映される。そこで、下流側センサ３６の出力値Ｖ２に基づいてストイキ補正値ＳＨを設定するようにしてもよい。この場合にも、触媒１００の実際の雰囲気がストイキ補正値ＳＨに反映されるため、触媒１００の雰囲気をより適切に理論空燃比の雰囲気にすることができる。

・上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれは、気筒から排出される水素の濃度に応じて変化する。そこで、触媒１００の上流側に気筒から排出された水素の濃度を検出するセンサを設ける。そして、そのセンサにて検出される水素濃度に基づいてストイキ補正値ＳＨを設定するようにしてもよい。この場合には、排気に含まれる実際の水素濃度に応じて、つまり上流側センサ３５の出力値Ｖ１の実際のずれ度合に応じてストイキ補正値ＳＨが設定されるため、この変形例の場合にも、触媒１００の雰囲気をより適切に理論空燃比の雰囲気にすることができる。

・上述したストイキ補正値ＳＨは、上流側目標空燃比ＡＦｆｐをリッチ側に補正する値であって、上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれに起因してリーン化する触媒１００の雰囲気を理論空燃比にするために必要な補正値であった。

一方、上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれに起因して触媒１００の雰囲気がリッチ化する場合には、上流側目標空燃比ＡＦｆｐをリーン側に補正する値となるようにストイキ補正値ＳＨを変更する。より具体的には、上記ポート用ストイキベース値ＳＢＡｐを、ポートインジェクタ２２から噴射される燃料量の気筒間ばらつきによる上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれに起因してリッチ化する触媒１００の雰囲気を理論空燃比にするために必要なストイキ補正値ＳＨの基本値にする。同様に、上記筒内用ストイキベース値ＳＢＡｄを、筒内インジェクタ１７から噴射される燃料量の気筒間ばらつきによる上流側センサ３５の出力値Ｖ１のずれに起因してリッチ化する触媒１００の雰囲気を理論空燃比にするために必要なストイキ補正値ＳＨの基本値にする。そして、上記実施形態と同様な態様にてストイキ補正値ＳＨを算出するようにすれば、上記実施形態に準じた作用効果を得ることができる。

・下流側センサ３６を、上流側センサ３５と同様な空燃比センサにしてもよい。
・気筒間ばらつきの原因になっているインジェクタを個別に特定することが可能な場合には、上述したような上流側目標空燃比ＡＦｆｐに対する補正量を、個々のインジェクタ毎に異ならせるようにしてもよい。

１１…内燃機関、１２…気筒、１３…ピストン、１４…コネクティングロッド、１５…クランクシャフト、１６…燃焼室、１７…筒内インジェクタ、１８…点火プラグ、１９…イグナイタ、２０…吸気通路、２０ａ…吸気ポート、２１…排気通路、２２…ポートインジェクタ、３０…制御装置、３１…クランクセンサ、３３…アクセルセンサ、３４…エアフロメータ、３５…上流側センサ、３６…下流側センサ、１００…触媒。

Claims (3)

1. 複数の気筒のそれぞれに設けられた吸気ポート用燃料噴射弁及び筒内用燃料噴射弁と、排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、前記触媒よりも上流側の実空燃比に応じた出力値を出力する上流側センサとを、備えており、前記吸気ポート用燃料噴射弁及び前記筒内用燃料噴射弁から噴射される総燃料量のうちで前記吸気ポート用燃料噴射弁及び前記筒内用燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の噴射割合を機関運転状態に応じて変更するとともに、前記上流側センサの出力値が目標空燃比に対応した出力値となるように前記総燃料量を補正することにより実空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御を実行する内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気ポート用燃料噴射弁から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合である第１ばらつき度合及び前記筒内用燃料噴射弁から噴射される燃料量の気筒間ばらつきの度合である第２ばらつき度合を検出し、
   前記第１ばらつき度合に基づいて設定される第１補正値と前記第２ばらつき度合に基づいて設定される第２補正値とで前記目標空燃比を補正するとともに、
   前記第１補正値による前記目標空燃比の補正量は、前記吸気ポート用燃料噴射弁の噴射割合が多いときほど多くされ、前記第２補正値による前記目標空燃比の補正量は、前記筒内用燃料噴射弁の噴射割合が多いときほど多くされる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記第１補正値は、前記第１ばらつき度合及び機関負荷及び機関回転速度に基づいて設定される
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第２補正値は、前記第２ばらつき度合及び機関負荷及び機関回転速度に基づいて設定される
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。