JP6414512B2 - 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係る。特に、本発明はＳ被毒回復制御の改良に関する。

従来、内燃機関（以下、エンジンという場合もある）の排気系に備えられた排気浄化触媒のＳ被毒を解消する制御として、特許文献１には、排気ガスの空燃比をリッチとリーンとの間で交互に切り替えるアクティブ空燃比制御が開示されている。

この特許文献１に開示されているアクティブ空燃比制御では、この制御期間中、一部の気筒の空燃比をリッチに維持すると共に他の気筒の空燃比をリーンに維持するインバランス制御を行っている。これにより、１サイクル中における排気ガスの空燃比をリッチとリーンとの間で変化させ、その度に排気浄化触媒での酸化還元反応が行われるようにしてＳ被毒を解消できるようにしている。

特開２０１２−２１９８０３号公報

ところが、特許文献１に開示されているインバランス制御にあっては、排気管の内部における排気ガス流れ方向に直交する仮想面内において、空燃比がリッチとなっている排気ガスが流れる領域と空燃比がリーンとなっている排気ガスが流れる領域とが存在し、この状態がＳ被毒回復制御の実施期間中継続されることになる。この場合、排気浄化触媒の内部においても、空燃比がリッチとなっている排気ガスが流れる領域と、空燃比がリーンとなっている排気ガスが流れる領域とが存在し、この状態が継続されてしまう。このような状況では、排気浄化触媒の一部分で劣化が進行してしまう可能性がある。例えば、排気浄化触媒の内部において、空燃比がリーンとなっている排気ガスが継続して流れる領域では温度が過上昇する場合があり、この領域で劣化が進行してしまう可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、Ｓ被毒回復制御を行う際に、排気浄化触媒の部分劣化を抑制できる内燃機関の制御装置を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、複数の気筒を備えた内燃機関に適用され、この内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化触媒の硫黄被毒を解消するための硫黄被毒回復制御を、前記複数の気筒のうち一部の気筒における空燃比を理論空燃比よりもリッチにすると共に他の気筒における空燃比を理論空燃比よりもリーンにするインバランス制御によって行う制御装置を前提とする。この制御装置に対し、前記硫黄被毒回復制御を実施する期間中、前記全ての気筒において、前記空燃比が理論空燃比よりもリッチになる状態とリーンになる状態との間で切り替わるように、複数回の燃焼行程が行われる所定期間毎に、前記空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒を切り替えていく空燃比変更部を備えさせ、前記所定期間において、前記空燃比が理論空燃比よりもリーンになる気筒の燃焼行程が連続する前記インバランス制御を実行すると共に、該インバランス制御の実行中にあっては、インバランス制御の非実行時に比べて前記内燃機関の吸気通路に備えられたスロットルバルブの開度を大きく設定する構成としている。

硫黄被毒回復制御を実施する期間中、全ての気筒において、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる状態とリーンになる状態との間で切り替わるように、複数回の燃焼行程が行われる所定期間毎に、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒を切り替えていくことにより、排気通路において空燃比がリッチとなっている排気ガスが流れる領域が所定期間毎に変更されていくことになる。つまり、空燃比がリーンとなっている排気ガスが流れていた領域には、前記切り替えに伴って、空燃比がリッチとなっている排気ガスが流れることになる。このため、排気浄化触媒の内部においても、空燃比がリッチとなっている排気ガスが流れる領域が所定期間毎に変更されていくことになる。従って、排気浄化触媒の内部において、一部の領域に、空燃比がリッチな排気ガスがＳ被毒回復制御の実施期間中継続して流れる状況や、空燃比がリーンな排気ガスがＳ被毒回復制御の実施期間中継続して流れる状況を生じさせないことができ、排気浄化触媒の一部分で劣化が進行してしまうことを抑制できる。

本発明では、硫黄被毒回復制御を実施する期間中、所定期間毎に、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒を切り替えていくようにしている。これにより、排気浄化触媒の内部において、一部の領域に、空燃比がリッチな排気ガスがＳ被毒回復制御の実施期間中継続して流れる状況や、空燃比がリーンな排気ガスがＳ被毒回復制御の実施期間中継続して流れる状況を生じさせないことができ、排気浄化触媒の一部分で劣化が進行してしまうことを抑制できる。

実施形態に係るエンジンの概略構成を示すシステム構成図である。 エンジンの１気筒のみを示す概略構成図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 インバランス制御実行フラグの切り替え動作の手順を示すフローチャート図である。 触媒における推定Ｓ堆積量の算出動作の手順を示すフローチャート図である。 触媒推定温度の算出動作の手順を示すフローチャート図である。 インバランス制御実行時における制御手順を示すフローチャート図である。 インバランス制御の実行時および非実行時それぞれにおけるエンジン負荷率と触媒推定温度との関係を示した触媒温度推定マップを示す図である。 インバランス制御の実行時において各気筒毎に設定される空燃比の推移を示す図である。 燃料増量補正マップを示す図である。 スロットル開度補正マップを示す図である。 インバランス制御の実行時における、車速、触媒推定温度、インバランス制御実行フラグ、リッチ気筒目標空燃比、リーン気筒目標空燃比それぞれの推移の一例を示すタイミングチャート図である。 変形例に係るインバランス制御の実行時において各気筒毎に設定される空燃比の推移を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車用４気筒ガソリンエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。

−エンジン−
図１および図２は本実施形態に係るエンジン１の概略構成を示す図である。なお、図２ではエンジン１の１気筒の構成のみを示している。

これらの図に示すように、エンジン１は、火花点火式４気筒レシプロエンジンであり、各気筒１１（♯１〜♯４）毎に備えられたポート噴射式のインジェクタ１０ａを備え、このインジェクタ１０ａから噴射された燃料により混合気を生成するようになっている。

また、エンジン１の各気筒１１内にはピストン１３が設けられており、前記混合気の燃焼に伴ってこのピストン１３が気筒１１内で往復運動する。

前記各インジェクタ１０ａ，１０ａ，…は、それぞれデリバリパイプ１０ｂに接続されており、このデリバリパイプ１０ｂから燃料が供給されるようになっている。

また、インジェクタ１０ａによって燃焼室１２内に向けて噴射された燃料は、吸気通路１４の一部を構成するインテークマニホールド１４ａを通り、吸気バルブ１６の開弁動作に伴って燃焼室１２内へ導入される空気Ａと共に混合気を形成し、点火プラグ１５で着火されて燃焼する。混合気の燃焼圧力はピストン１３に伝えられ、ピストン１３を往復運動させる。

ピストン１３の往復運動はコネクティングロッド１３ａを介してクランクシャフト１８に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、エンジン１の出力として取り出される。

また、燃焼後の混合気は排気ガスＥｘとなり、排気バルブ１７の開弁動作に伴って排気通路１９の一部であるエキゾーストマニホールド１９ａへ排出される。エキゾーストマニホールド１９ａへ排出された排気ガスは、排気通路１９に排出され、三元触媒１９ｂ，１９ｃにおいて浄化された後、外部に放出される。

また、エンジン１は、吸気通路１４におけるエアクリーナ１４ｂの下流側に設けられたスロットルボディ８により吸入空気量が調整される。このスロットルボディ８は、スロットルバルブ８１と、このスロットルバルブ８１を開閉駆動するスロットルモータ８２と、スロットルバルブ８１の開度を検出するスロットル開度センサ１０３とを備えている。

ＥＣＵ１００は、ドライバ（運転者）により操作されるアクセルの開度を検知するアクセル開度センサ１０１からの出力を取得して、スロットルモータ８２に制御信号を送り、スロットル開度センサ１０３からのスロットルバルブ８１の開度のフィードバック信号に基づいて、スロットルバルブ８１を適切な開度に制御する。これにより、エンジン１の気筒１１内へ導入する空気Ａの量を制御する。

エンジン１の排気通路１９には２つの三元触媒１９ｂ，１９ｃが備えられている。これら三元触媒１９ｂ，１９ｃは、酸素を貯蔵（吸蔵）するＯ₂ストレージ機能（酸素貯蔵機能）を有しており、この酸素貯蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化することが可能となっている。即ち、エンジン１の空燃比がリーンとなって、三元触媒１９ｂ，１９ｃに流入する排気ガス中の酸素およびＮＯｘが増加すると、酸素の一部を三元触媒１９ｂ，１９ｃが吸蔵することでＮＯｘの還元・浄化を促進する。一方、エンジン１の空燃比がリッチになって、三元触媒１９ｂ，１９ｃに流入する排気ガスにＨＣ，ＣＯが多量に含まれると、三元触媒１９ｂ，１９ｃは内部に吸蔵している酸素分子を放出し、これらのＨＣ，ＣＯに酸素分子を与え、酸化・浄化を促進する。

これら三元触媒１９ｂ，１９ｃのうち上流側に位置している三元触媒はスタート触媒１９ｂである。このスタート触媒１９ｂは、排気通路１９の上流部分（燃焼室１２に近い部分）に設けられているため、エンジン１の始動後、短時間のうちに活性温度まで上昇するといった特徴がある。また、下流側に位置している三元触媒はアンダーフロア触媒１９ｃである。このアンダーフロア触媒１９ｃは、前記スタート触媒１９ｂで浄化することのできなかったＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化するためのものであり、車体を構成するフロアパネルの下側に配設されている。

前記排気通路１９におけるスタート触媒１９ｂの上流側には、Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）１１０が配置されている。このＡ／Ｆセンサ１１０は、例えば限界電流式の酸素濃度センサが適用されており、広い空燃比領域に亘って空燃比に対応した出力電圧を発生する構成となっている。

また、排気通路１９におけるスタート触媒１９ｂの下流側であって且つアンダーフロア触媒１９ｃの上流側には、Ｏ₂センサ（酸素センサ）１１１が配置されている。このＯ₂センサ１１１は、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサが適用されており、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化する構成となっている。なお、このスタート触媒１９ｂの下流側に配設されるセンサとしてはＡ／Ｆセンサであってもよい。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転制御を含む各種制御を実行する電子制御装置であって、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）およびバックアップＲＡＭなどを備えている。

ＥＣＵ１００には、図３に示すように、前記アクセル開度センサ１０１、クランクポジションセンサ１０２、スロットル開度センサ１０３、水温センサ１０４、エアフローメータ１０５、吸気温センサ１０６、前記Ａ／Ｆセンサ１１０、Ｏ₂センサ１１１等が接続されており、これらの各センサからの信号がＥＣＵ１００に入力されるようになっている。

また、ＥＣＵ１００には、スロットルモータ８２、インジェクタ１０ａ、点火プラグ１５の点火タイミングを調整するイグナイタ１５ａなどが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１のスロットル開度制御（吸入空気量制御）、燃料噴射量制御、および、点火時期制御などのエンジン１の各種制御を実行する。また、ＥＣＵ１００は、Ａ／Ｆセンサ１１０およびＯ₂センサ１１１の出力に基づいて空燃比フィードバック制御（ストイキ制御）を実行する。この空燃比フィードバック制御にあっては、Ａ／Ｆセンサ１１０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メインフィードバック制御と、Ｏ₂センサ１１１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サブフィードバック制御とが行われる。

−Ｓ被毒回復制御−
次に、本実施形態の特徴であるＳ被毒回復制御について説明する。ここでは、前記スタート触媒１９ｂに対するＳ被毒回復制御を例に挙げて説明する。

燃料中には硫黄成分が含まれている場合が多い。このため、エンジン１の運転中には、ＳＯ₂やＳＯ₃などといった硫黄酸化物（ＳＯｘ）が生成され、これが排気中に含まれることになる。このＳＯｘは触媒１９ｂに吸収される。そして、触媒１９ｂに吸収されたＳＯｘは、エンジン運転時間の経過とともに硫酸塩等の化学的に安定した物質となって触媒１９ｂに徐々に蓄積されるため、いわゆる硫黄被毒（以下、「Ｓ被毒」という場合もある）が生じることになる。

Ｓ被毒が進行すると、触媒１９ｂによる酸素の吸蔵量の限界値や酸素の吸蔵効率が低下し、結果として排気浄化効率が低下する。これを解消するため、エンジン運転中の所定のタイミングでＳＯｘを触媒１９ｂから放出させる（Ｓ被毒を解消する）Ｓ被毒回復制御が行われる。

このＳ被毒回復制御は、エンジンの運転状態の履歴に基づいて触媒１９ｂのＳＯｘ堆積量（Ｓ堆積量）を算出し、そのＳ堆積量の積算値が所定値に達したこと、および、触媒温度が所定の範囲内に達したことを条件に実行される。このＳ被毒回復制御では、排気ガスの空燃比をリッチとリーンとの間で変化させ、触媒１９ｂでの酸化還元反応（いわゆる触媒１９ｂでの後燃え）を行わせることで触媒温度を上昇させると共に、その高温環境下で、触媒１９ｂの周りをリッチ雰囲気とすることで触媒１９ｂからの硫黄成分の放出およびその還元を促進するものである。

また、本実施形態におけるＳ被毒回復制御では、エンジン１の複数（４つ）の気筒のうち一部の気筒における空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）よりもリッチにすると共に他の気筒における空燃比を理論空燃比よりもリーンにするインバランス制御を行うものとなっている。つまり、一部の気筒におけるインジェクタ１０ａからの燃料噴射量を増量（理論空燃比が得られる燃料噴射量よりも増量）することで、その気筒の空燃比をリッチ（例えば、空燃比＝９〜１２程度）にすると共に、他の気筒におけるインジェクタ１０ａからの燃料噴射量を減量（理論空燃比が得られる燃料噴射量よりも減量）することで、その気筒の空燃比をリーン（例えば、空燃比＝１５〜１６程度）にする。

そして、本実施形態におけるインバランス制御の特徴としては、この制御を実施する期間中、全ての気筒１１（♯１〜♯４）において、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる状態とリーンになる状態との間で切り替わるように、複数回の燃焼行程が行われる所定期間毎に、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒１１を切り替えていくようにしている。この空燃比を切り替えていく制御は、前記ＥＣＵ１００において行われる。このため、このＥＣＵ１００において、空燃比を切り替えていく制御（複数回の燃焼行程が行われる所定期間毎に、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒を切り替えていく制御）を実施する機能部分が本発明でいう空燃比変更部に相当することになる。

以下、Ｓ被毒回復制御の具体的な制御手順についてフローチャートを用いて説明する。図４はＳ被毒回復制御（インバランス制御によるＳ被毒回復制御）を実施するか否かに当たって切り替えられるインバランス制御実行フラグの切り替え動作の手順を示すフローチャートである。図５は触媒１９ｂにおける硫黄分の堆積量（推定Ｓ堆積量）の算出動作の手順を示すフローチャートである。図６は触媒１９ｂの温度（触媒推定温度）の算出動作の手順を示すフローチャートである。図７はインバランス制御実行時における制御手順を示すフローチャートである。

（インバランス制御実行フラグの切り替え動作）
インバランス制御実行フラグは、「ＯＮ」である場合にインバランス制御（Ｓ被毒回復制御）を実行し、「ＯＦＦ」である場合にインバランス制御を非実行とするためのフラグである。

このインバランス制御実行フラグの切り替え動作では、図４のフローチャートに示すように、先ず、ステップＳＴ１１でインバランス制御が既に実行されているか否かを判定する。具体的には、インバランス制御実行フラグが既に「ＯＮ」となっており、インバランス制御が実行されているか否かを判定する。

インバランス制御が実行されておらず、ステップＳＴ１１でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１２に移り、触媒１９ｂにおける硫黄分の堆積量（推定Ｓ堆積量）が所定値Ａ以上となっているか否かを判定する。この所定値Ａとしては例えば２００ｍｇが挙げられる。この所定値Ａは、Ｓ被毒回復制御を必要とするＳ堆積量として予め設定されている。前記の値は、これに限定されるものではなく、触媒１９ｂの容量等に応じて適宜設定される。

ここで、図５のフローチャートを用いて推定Ｓ堆積量の算出動作について説明する。また、図６のフローチャートを用いて触媒１９ｂの温度（触媒推定温度）の算出動作について説明する。

推定Ｓ堆積量の算出動作（図５のフローチャート）は、触媒１９ｂの温度（触媒推定温度）に基づいて推定Ｓ堆積量を算出する。硫黄分の堆積は、触媒１９ｂの温度が所定値以下である場合に生じ、触媒１９ｂの温度が所定値を超えている場合には前述したように硫黄分が触媒１９ｂから放出されやすくなる。そこで、以下の推定Ｓ堆積量の算出動作では、この触媒１９ｂの温度に基づいて硫黄分の堆積量（Ｓ堆積量）を推定する。

具体的には、先ず、ステップＳＴ２１において、触媒１９ｂの温度（触媒推定温度；後述する触媒推定温度算出動作（図６に示したフローチャート）によって得られた触媒推定温度）が所定値ａ以下であるか否かを判定する。この所定値ａとしては例えば６００℃が挙げられる。この値はこれに限定されるものではなく適宜設定される。

触媒推定温度が所定値ａ以下であり、ステップＳＴ２１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２２に移り、以下の式（１）で推定Ｓ堆積加算量を算出する。

推定Ｓ堆積加算量＝空気量×Ｓ加算係数 …（１）
この空気量は前記エアフローメータ１０５によって検出される。また、Ｓ加算係数としては例えば「０．００１」に設定されている。この値はこれに限定されるものではなく、適宜設定される。

このようにして推定Ｓ堆積加算量を算出した後、ステップＳＴ２３に移り、前回ルーチンで算出されていた推定Ｓ堆積量（推定Ｓ堆積量の前回値）に、今回算出された推定Ｓ堆積加算量を加算し、これを現在の推定Ｓ堆積量として設定する。

一方、触媒推定温度が所定値ａを超えており、ステップＳＴ２１でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ２４に移り、触媒１９ｂの温度（触媒推定温度）が所定値ｆ以下であるか否かを判定する。この所定値ｆとしては例えば７３０℃が挙げられる。この値はこれに限定されるものではなく適宜設定される。

触媒推定温度が所定値ｆ以下であり、ステップＳＴ２４でＹＥＳ判定された場合には、そのままリターンされる。つまり、触媒推定温度としては、触媒１９ｂに硫黄が堆積されたり、触媒１９ｂから硫黄が放出されたりする温度にはなっていないと判断し、現在の推定Ｓ堆積量を変更することなくリターンされる。

一方、触媒推定温度が所定値ｆを超えており、ステップＳＴ２４でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ２５に移り、以下の式（２）で推定Ｓ堆積減算量を算出する。

推定Ｓ堆積減算量＝空気量×Ｓ減算係数 …（２）
Ｓ減算係数は、前記Ｓ加算係数よりも大きな値であって、例えば「０．００５」に設定されている。この値はこれに限定されるものではなく、適宜設定される。

このようにして推定Ｓ堆積減算量を算出した後、ステップＳＴ２６に移り、前回ルーチンで算出されていた推定Ｓ堆積量（推定Ｓ堆積量の前回値）から、今回算出された推定Ｓ堆積減算量を減算し、これを現在の推定Ｓ堆積量として設定する。

以上の動作が繰り返されることにより、推定Ｓ堆積量が算出されていく。

また、触媒推定温度の算出動作（図６のフローチャート）では、ステップＳＴ３１でインバランス制御が既に実行されているか否かを判定する。具体的には、インバランス制御実行フラグが既に「ＯＮ」となっており、インバランス制御が実行されているか否かを判定する。

インバランス制御が実行されておらず、ステップＳＴ３１でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ３２に移り、現在のエンジン回転速度やエンジン負荷率をパラメータとする触媒温度推定マップを利用して触媒推定温度を求めてリターンされる。エンジン回転速度は、前記クランクポジションセンサ１０２からの出力信号に基づいて算出される。また、エンジン負荷率は、前記アクセル開度センサ１０１からの出力信号に基づいて算出される。

一方、インバランス制御が実行されており、ステップＳＴ３１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ３３に移り、前記触媒温度推定マップによって、インバランス制御の実行に伴う温度上昇分が加算された触媒推定温度を求めてリターンされる。

図８は、インバランス制御の実行時および非実行時それぞれにおけるエンジン負荷率と触媒推定温度との関係を規定する触媒温度推定マップを示している。この触媒温度推定マップは、実験またはシミュレーションに基づいて作成されてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。この図８に示すように、インバランス制御の実行時および非実行時の何れにおいてもエンジン負荷率が高いほど触媒推定温度は高い値として求められる。また、同一エンジン負荷率の場合、インバランス制御の非実行時に比べてインバランス制御実行時の方が触媒推定温度は高い値（インバランス制御の実行に伴う温度上昇分だけ高い値；例えば１００〜１５０℃程度高い値）として求められる。なお、これは、エンジン回転速度と触媒推定温度との関係（エンジン回転速度と触媒推定温度との関係を規定する図示しない触媒温度推定マップ）においても同様である。このようなマップ（図８に示したエンジン負荷率と触媒推定温度との関係を規定する触媒温度推定マップ、および、エンジン回転速度と触媒推定温度との関係を規定する触媒温度推定マップ）を利用することで（例えば各マップで得られた値の平均値を求めて）、インバランス制御の実行時および非実行時それぞれにおいて触媒推定温度を求めるようになっている。

以上の動作が繰り返されることにより、触媒推定温度が算出されていく。

図４（インバランス制御実行フラグの切り替え動作）に戻り、ステップＳＴ１２において触媒１９ｂの推定Ｓ堆積量（図５に示した算出動作によって求められた推定Ｓ堆積量）が所定値Ａ未満である場合には、ステップＳＴ１２でＮＯ判定され、そのままリターンされる。つまり、触媒１９ｂの推定Ｓ堆積量は比較的少なく、未だＳ被毒回復制御（インバランス制御によるＳ被毒回復制御）は必要ないとしてリターンされる。

一方、触媒１９ｂの推定Ｓ堆積量が所定値Ａ以上となっており、ステップＳＴ１２でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１３に移り、触媒１９ｂの温度（触媒推定温度；図６に示した算出動作によって求められた触媒推定温度）が所定値ｂ以上で且つ所定値ｃ以下の範囲内となっているか否かを判定する。この所定値ｂとしては例えば６５０℃が挙げられる。また、所定値ｃとしては例えば７００℃が挙げられる。これらの値はこれに限定されるものではなく適宜設定される。

触媒推定温度が前記範囲内（ｂ≦触媒推定温度≦ｃ）でない場合には、ステップＳＴ１３でＮＯ判定され、そのままリターンされる。つまり、触媒推定温度がＳ被毒回復制御を実施できる温度にはない（ｂ＞触媒推定温度の場合）、または、インバランス制御を実施しなくても触媒１９ｂから硫黄が放出される可能性がある（触媒推定温度＞ｃの場合）としてリターンされる。

一方、触媒推定温度が前記範囲内（ｂ≦触媒推定温度≦ｃ）にある場合には、ステップＳＴ１３でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ１７に移り、インバランス制御実行フラグを「ＯＮ」に切り替えてリターンされる。つまり、触媒推定温度が、インバランス制御によってＳ被毒を解消できる温度範囲内にあるとして、インバランス制御を実施するべくインバランス制御実行フラグを「ＯＮ」に切り替える。

前記ステップＳＴ１１の判定において、インバランス制御が既に実行されており、ＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１４に移り、触媒１９ｂの推定Ｓ堆積量が所定値Ｂ以上となっているか否かを判定する。この所定値Ｂとしては例えば５０ｍｇが挙げられる。この値はこれに限定されるものではなく、触媒１９ｂの容量等に応じて適宜設定される。

触媒１９ｂの推定Ｓ堆積量が所定値Ｂ未満である場合には、ステップＳＴ１４でＮＯ判定され、ステップＳＴ１５において、インバランス制御実行フラグを「ＯＦＦ」に切り替えた後、リターンされる。つまり、インバランス制御によるＳ被毒回復制御の実施によって推定Ｓ堆積量が少なくなり、Ｓ被毒回復制御を終了させるべく、インバランス制御実行フラグを「ＯＦＦ」に切り替える。

一方、触媒１９ｂの推定Ｓ堆積量が所定値Ｂ以上であり、ステップＳＴ１４でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１６に移り、触媒推定温度が所定値ｄ以上で且つ所定値ｅ以下の範囲内となっているか否かを判定する。この所定値ｄとしては例えば６００℃が挙げられる。また、所定値ｅとしては例えば８５０℃が挙げられる。これらの値はこれに限定されるものではなく適宜設定される。

触媒推定温度が前記範囲内（ｄ≦触媒推定温度≦ｅ）でない場合には、ステップＳＴ１６でＮＯ判定され、ステップＳＴ１５において、インバランス制御実行フラグを「ＯＦＦ」に切り替えた後、リターンされる。つまり、触媒推定温度がＳ被毒回復制御を効果的に実施できる温度にはない（ｄ＞触媒推定温度の場合）、または、触媒推定温度が過上昇する可能性があるとして（触媒推定温度＞ｅの場合）、Ｓ被毒回復制御を停止させるべく、インバランス制御実行フラグを「ＯＦＦ」に切り替える。

一方、触媒推定温度が前記範囲内（ｄ≦触媒推定温度≦ｅ）にある場合には、ステップＳＴ１６でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ１７に移り、インバランス制御実行フラグを「ＯＮ」にしてリターンされる。つまり、触媒１９ｂの推定Ｓ堆積量が未だ多く、且つ触媒推定温度が、インバランス制御によってＳ被毒を解消できる温度範囲内にあるとして、インバランス制御を継続するべくインバランス制御実行フラグを「ＯＮ」にする。

以上のようにして、インバランス制御実行フラグの切り替え動作が行われる。

次に、図７のフローチャートを用いてインバランス制御の手順について説明する。

このインバランス制御では、先ず、ステップＳＴ４１でインバランス制御が既に実行されているか否かを判定する。具体的には、前記インバランス制御実行フラグが「ＯＮ」となっており、インバランス制御が実行されているか否かを判定する。

インバランス制御が実行されておらず、ステップＳＴ４１でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ４２に移り、エンジンの通常制御を実施する。つまり、燃料噴射制御にあっては、エンジン回転速度やエンジン負荷率等に応じた燃料噴射量が、前述したメインフィードバック制御およびサブフィードバック制御によって各インジェクタ１０ａから燃焼室１２内に向けて噴射される。

一方、インバランス制御が既に実行されており、ステップＳＴ４１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ４３に移り、リッチ気筒変更処理（本発明でいう空燃比変更部による制御（複数回の燃焼行程が行われる所定期間毎に、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒を切り替えていく制御））を実施する。このリッチ気筒変更処理は、前述したように、複数回の燃焼行程が行われる所定期間毎に、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒１１を切り替えていくものである。つまり、この所定期間毎に、複数の気筒１１（♯１〜♯４）のうち空燃比をリッチ（理論空燃比よりもリッチ）にする気筒を変更する処理である。本実施形態におけるインバランス制御では、４つの気筒のうち１つの気筒のみに対して空燃比をリッチに設定し、他の３つの気筒に対しては空燃比をリーンに設定するものとなっている。そして、このステップＳＴ４３では、この所定期間の終了時期を迎えたタイミングで、それまで空燃比がリッチに設定されていた気筒の空燃比をリーンにすると共に、他の気筒（それまで空燃比がリーンに設定されていた気筒）のうちの１つの気筒の空燃比をリッチにする。このようにして空燃比を変更した後、ステップＳＴ４４に移る。

以下では、空燃比がリッチに設定される気筒を「リッチ気筒」と呼び、空燃比がリーンに設定される気筒を「リーン気筒」と呼ぶこととする。つまり、このリッチ気筒変更処理では、所定期間の終了時期を迎えたタイミングで、「リッチ気筒」であった１つの気筒を「リーン気筒」に切り替えると共に、「リーン気筒」であった３つの気筒のうちの１つの気筒を「リッチ気筒」に切り替える。例えば第１番気筒（♯１）のみがリッチ気筒であった場合には、第３番気筒（♯３）のみがリッチ気筒となるように気筒の変更処理（リッチ気筒変更処理）を実施する。

図９は、このインバランス制御の実行時において各気筒毎に設定される空燃比の推移を示す図である。この図９では、縦軸が各気筒１１（♯１〜♯４）であり、横軸が時間（各気筒１１が順に燃焼行程を迎える時間）となっている。また、この図９では、リッチ気筒の燃焼タイミングを「リッチ」と表記し、リーン気筒の燃焼タイミングを「リーン」と表記している。

この図９に示すように、リッチ気筒変更処理では、連続する５回の燃焼行程を１つの制御単位とし、この制御単位において、１つの燃焼行程をリッチに設定し、４つの燃焼行程をリーンに設定している。

具体的には、第１番気筒（♯１）→第３番気筒（♯３）→第４番気筒（♯４）→第２番気筒（♯２）→第１番気筒（♯１）の順で燃焼行程を迎える場合に、第１回目の第１番気筒（♯１）の燃焼行程での空燃比をリッチにする。つまり、この第１番気筒（♯１）をリッチ気筒に設定する。その後の第３番気筒（♯３）、第４番気筒（♯４）、第２番気筒（♯２）、第１番気筒（♯１）それぞれの燃焼行程での空燃比をリーンにする。つまり、これらの気筒をリーン気筒に設定する。

また、その後に連続する５回の燃焼行程の制御単位に対しては、第３番気筒（♯３）→第４番気筒（♯４）→第２番気筒（♯２）→第１番気筒（♯１）→第３番気筒（♯３）の順で燃焼行程を迎えることになるが、この場合には、第１回目の第３番気筒（♯３）の燃焼行程での空燃比をリッチにする。つまり、この第３番気筒（♯３）をリッチ気筒に設定する。その後の第４番気筒（♯４）、第２番気筒（♯２）、第１番気筒（♯１）、第３番気筒（♯３）それぞれの燃焼行程での空燃比をリーンにする。つまり、これらの気筒をリーン気筒に設定する。

このようにして、５回の燃焼行程の制御単位毎に、リッチ気筒を、第１番気筒（♯１）、第３番気筒（♯３）、第４番気筒（♯４）、第２番気筒（♯２）の順で切り替えていくことになる（このリッチ気筒変更処理が、本発明でいう空燃比変更部によって行われる「硫黄被毒回復制御を実施する期間中、全ての気筒において、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる状態とリーンになる状態との間で切り替わるように、複数回の燃焼行程が行われる所定期間毎に、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒を切り替えていく」動作に相当する）。

また、本実施形態では、リッチ気筒に対して噴射する燃料の噴射量のうち理論空燃比を得るための燃料噴射量に対する余剰分をＱｒとし、リーン気筒に対して噴射する燃料の噴射量において理論空燃比を得るための燃料噴射量に対する不足分をＱｌとした場合、以下の式（３）が成り立つように設定されている。

Ｑｒ＝４×Ｑｌ …（３）
このように、５回の燃焼行程の制御単位毎において、理論空燃比を得るための燃料噴射量に対する余剰分と不足分の総量とが互いに相殺されて、この５回の燃焼行程の制御単位全体としての総燃料噴射量は、理論空燃比が得られる量となるように、各気筒の燃料噴射量が設定される。一例として、リッチ気筒における余剰分（理論空燃比を得るための燃料噴射量に対する余剰分）は２０ｍｍ³に設定され、リーン気筒における不足分（理論空燃比を得るための燃料噴射量に対する不足分）はそれぞれ５ｍｍ³に設定されている。これら値はこれに限定されるものではなく、適宜設定される。

ステップＳＴ４４では、前記リッチ気筒変更処理に伴って、燃料増量補正処理を実施する。前記インバランス制御を実行した場合、排気ガス中の水素量の変動の影響によってＡ／Ｆセンサ１１０の出力値にズレが生じる可能性がある。例えば、排気ガス中の水素量の変動に伴って、実際の空燃比よりもリッチとなる出力値がＡ／Ｆセンサ１１０から出力されてしまう可能性がある。

この点を考慮し、このステップＳＴ４４では、吸入空気量に応じて燃料噴射量を増量補正し、前記Ａ／Ｆセンサ１１０の出力値にズレが生じても、実際の空燃比が適正に得られるようにしている。

図１０は、この燃料増量補正処理を実施する際に参照される燃料増量補正マップを示す図である。この燃料増量補正マップは、吸入空気量が多いほど、燃料噴射量の増量補正を多く設定するものとなっており、実験またはシミュレーションに基づいて作成されてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。このため、実際に各インジェクタ１０ａから噴射される燃料量としては、前記リッチ気筒変更処理（ステップＳＴ４３）で設定された燃料噴射量に、この燃料増量補正処理（ステップＳＴ４４）で設定された燃料噴射補正量を加算した量となる。

ステップＳＴ４５では、前記リッチ気筒変更処理に伴って、スロットル開度補正処理を実施する。前記インバランス制御を実行した場合、リーン気筒での燃焼行程が４回連続するため、エンジン１のトルクが低下する可能性がある。この点を考慮し、このステップＳＴ４５では、インバランス制御の実行時には、インバランス制御の非実行時に比べてスロットル開度を大きくする（吸入空気量を多くする）ように補正し、ドライバの要求トルクが得られるようにしている。

図１１は、このスロットル開度補正処理を実施する際に参照されるスロットル開度補正マップを示す図である。この図１１に示すように、インバランス制御の実行時および非実行時の何れにおいても要求トルクが高いほどスロットル開度は大きな値（吸入空気量が多くなる値）として求められる。また、同一要求トルクの場合、インバランス制御の非実行時に比べてインバランス制御実行時の方がスロットル開度は大きな値（吸入空気量が多くなる値）として求められる。つまり、インバランス制御の非実行時に比べてインバランス制御実行時の方がスロットル開度が大きくなるように補正される。このスロットル開度補正マップも、実験またはシミュレーションに基づいて作成されてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

以上の動作が繰り返されることにより、インバランス制御（Ｓ被毒回復制御）を実施する期間中、全ての気筒１１（♯１〜♯４）において、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる状態とリーンになる状態との間で切り替わるように、複数回の燃焼行程（本実施形態では５回の燃焼行程）が行われる所定期間毎に、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒１１を切り替えていくと共に、それに伴って、燃料増量補正処理およびスロットル開度の補正処理が行われることになる。

このようなインバランス制御が行われるため、前記ＥＣＵ１００によって本発明に係る内燃機関の制御装置が構成される。この制御装置は、前記アクセル開度センサ１０１、クランクポジションセンサ１０２、エアフローメータ１０５等からの各信号を入力信号として受信する構成となっている。また、この制御装置は、各インジェクタ１０ａに燃料噴射量信号を出力信号として出力する構成となっている。

このように本実施形態では、全ての気筒１１（♯１〜♯４）において、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる状態とリーンになる状態との間で切り替わるように、複数回の燃焼行程が行われる所定期間毎に、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒を切り替えていくことにより、排気通路１９において空燃比がリッチとなっている排気ガスが流れる領域が所定期間毎に変更されていくことになる。つまり、空燃比がリーンとなっている排気ガスが流れていた領域には、前記リッチ気筒が切り替えられることに伴って、空燃比がリッチとなっている排気ガスが流れることになる。このため、触媒１９ｂの内部においても、空燃比がリッチとなっている排気ガスが流れる領域が所定期間毎に変更されていくことになる。従って、触媒１９ｂの内部において、一部の領域に、空燃比がリッチな排気ガスがＳ被毒回復制御の実施期間中継続して流れる状況や、空燃比がリーンな排気ガスがＳ被毒回復制御の実施期間中継続して流れる状況を生じさせないことができ、触媒１９ｂの一部分で劣化が進行してしまうことを抑制できる。

図１２は、前記インバランス制御の実行時における、車速、触媒推定温度、インバランス制御実行フラグ、リッチ気筒目標空燃比、リーン気筒目標空燃比それぞれの推移の一例を示すタイミングチャート図である。

この図１２では、タイミングＴ１において触媒推定温度が所定値（インバランス制御を実行する温度：前記温度ｂ）に達したことで、インバランス制御実行フラグが「ＯＮ」となってインバランス制御が開始している。これにより、触媒１９ｂの温度は、このインバランス制御の実行に伴う上昇分（１サイクル中における排気ガスの空燃比がリッチとリーンとの間で変化し、触媒１９ｂでの酸化還元反応が行われることによる上昇分）だけ上昇している。図中における触媒推定温度の破線はインバランス制御を実施しなかった場合の温度の推移であり、実線はインバランス制御を実施した場合の温度の推移である。

また、この図１２では、タイミングＴ２において触媒推定温度が所定値（インバランス制御を停止する温度：前記温度ｄ）まで低下したことで、インバランス制御実行フラグが「ＯＦＦ」となってインバランス制御が終了している。

−変形例−
次に、変形例について説明する。本変形例は、インバランス制御の実行時において各気筒毎に設定される空燃比が前記実施形態のものとは異なっている。その他の構成および制御は、前記実施形態のものと同様である。このため、ここでは、インバランス制御の実行時において各気筒毎に設定される空燃比について主に説明する。

図１３は、本変形例のインバランス制御の実行時において各気筒毎に設定される空燃比の推移を示す図である。この図１３では、前述した図９と同様に、縦軸が各気筒１１（♯１〜♯４）であり、横軸が時間（各気筒１１が順に燃焼行程を迎える時間）となっている。また、この図１３でも、リッチ気筒の燃焼タイミングを「リッチ」と表記し、リーン気筒の燃焼タイミングを「リーン」と表記している。

この図１３に示すように、本変形例におけるリッチ気筒変更処理では、連続する１０回の燃焼行程を１つの制御単位とし、この制御単位において、２つの燃焼行程をリッチに設定し、８つの燃焼行程をリーンに設定している。

具体的には、第１番気筒（♯１）→第３番気筒（♯３）→第４番気筒（♯４）→第２番気筒（♯２）→第１番気筒（♯１）→第３番気筒（♯３）→第４番気筒（♯４）→第２番気筒（♯２）→第１番気筒（♯１）→第３番気筒（♯３）の順で燃焼行程を迎える場合に、第１回目の第１番気筒（♯１）の燃焼行程での空燃比および第１回目の第３番気筒（♯３）の燃焼行程での空燃比それぞれをリッチにする。つまり、この第１番気筒（♯１）および第３番気筒（♯３）をそれぞれリッチ気筒に設定する。その後の第４番気筒（♯４）〜第３番気筒（♯３）までの８回の燃焼行程での空燃比をリーンにする。つまり、これらの気筒をリーン気筒に設定する。

また、その後に連続する１０回の燃焼行程の制御単位に対しては、第１回目の第４番気筒（♯４）の燃焼行程での空燃比および第１回目の第２番気筒（♯２）の燃焼行程での空燃比それぞれをリッチにする。つまり、この第４番気筒（♯４）および第２番気筒（♯２）をそれぞれリッチ気筒に設定する。その後の各気筒の燃焼行程での空燃比をリーンにする。つまり、これらの気筒をリーン気筒に設定する。

このようにして、１０回の燃焼行程の制御単位毎に、第１番気筒（♯１）および第３番気筒（♯３）をそれぞれリッチ気筒にする状態と、第４番気筒（♯４）および第２番気筒（♯２）をそれぞれリッチ気筒にする状態とを切り替えていくことになる（このリッチ気筒変更処理が、本発明でいう空燃比変更部によって行われる「硫黄被毒回復制御を実施する期間中、全ての気筒において、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる状態とリーンになる状態との間で切り替わるように、複数回の燃焼行程が行われる所定期間毎に、空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒を切り替えていく」動作に相当する）。

本変形例においても、前述した実施形態の場合と同様の作用効果を奏することができる。つまり、触媒１９ｂの内部において、一部の領域に、空燃比がリッチな排気ガスがＳ被毒回復制御の実施期間中継続して流れる状況や、空燃比がリーンな排気ガスがＳ被毒回復制御の実施期間中継続して流れる状況を生じさせないことができ、触媒１９ｂの一部分で劣化が進行してしまうことを抑制できる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態では、連続する５回の燃焼行程を１つの制御単位とし、この制御単位において、１つの燃焼行程をリッチに設定し、４つの燃焼行程をリーンに設定していた。また、前記変形例では、連続する１０回の燃焼行程を１つの制御単位とし、この制御単位において、２つの燃焼行程をリッチに設定し、８つの燃焼行程をリーンに設定していた。本発明は、これに限らず、気筒数とは異なる数の燃焼行程を１つの制御単位として、この制御単位において、リッチ気筒を切り替えるものであればよい。

また、前記実施形態および変形例では、自動車用４気筒ガソリンエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車以外のものに搭載されるエンジンに対しても適用することが可能である。また、気筒数やエンジンの形式（Ｖ型や水平対向型等）は特に限定されるものではない。なお、Ｖ型エンジンに適用される場合には、各バンクそれぞれにおいて前述したインバランス制御が独立して行われることになる。

また、前記実施形態および変形例ではコンベンショナル車両（駆動力源としてエンジンのみを搭載した車両）に本発明を適用した場合について説明したが、ハイブリッド車両（駆動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載した車両）に対しても本発明は適用可能である。

また、前記実施形態および変形例ではスタート触媒１９ｂに対するＳ被毒回復制御を例に挙げて説明したが、アンダーフロア触媒１９ｃに対するＳ被毒回復制御に対しても本発明は適用が可能である。

本発明は、車両に搭載されたエンジンのＳ被毒回復制御に適用可能である。

１ エンジン（内燃機関）
１１ 気筒
１９ 排気通路
１９ｂ，１９ｃ 三元触媒（排気浄化触媒）
１００ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 複数の気筒を備えた内燃機関に適用され、この内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化触媒の硫黄被毒を解消するための硫黄被毒回復制御を、前記複数の気筒のうち一部の気筒における空燃比を理論空燃比よりもリッチにすると共に他の気筒における空燃比を理論空燃比よりもリーンにするインバランス制御によって行う制御装置において、
   前記硫黄被毒回復制御を実施する期間中、前記全ての気筒において、前記空燃比が理論空燃比よりもリッチになる状態とリーンになる状態との間で切り替わるように、複数回の燃焼行程が行われる所定期間毎に、前記空燃比が理論空燃比よりもリッチになる気筒を切り替えていく空燃比変更部を備えており、
   前記所定期間において、前記空燃比が理論空燃比よりもリーンになる気筒の燃焼行程が連続する前記インバランス制御を実行すると共に、該インバランス制御の実行中にあっては、インバランス制御の非実行時に比べて前記内燃機関の吸気通路に備えられたスロットルバルブの開度を大きく設定する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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