JP7251391B2

JP7251391B2 - エンジン制御装置

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Publication number: JP7251391B2
Application number: JP2019140611A
Authority: JP
Inventors: 紀仁花井; 貴之細木; 健次千田; 理人金子; 正晃山口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2023-04-04
Anticipated expiration: 2039-07-31
Also published as: JP2021025414A; US20210033059A1; US11149705B2

Description

本発明は、気筒間の空燃比のばらつきを検出するエンジン制御装置に関する。

複数の気筒を備えるエンジンでは、各気筒のインジェクタの噴射特性のばらつき等により、気筒間の空燃比のばらつきが、いわゆる空燃比インバランスが生じることがある。そして従来、エンジンに設けられた複数の気筒のうちのいずれかが他の気筒よりも空燃比がリッチ側にずれたリッチインバランスの状態にあるか否かを判定するエンジン制御装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。

特許文献１に記載のエンジン制御装置では、下記の態様でリッチインバランスの判定を行っている。まず、リッチインバランス判定の対象気筒のインジェクタには空燃比をストイキ空燃比よりもリーン側の空燃比とする量の燃料噴射を、それ以外の気筒のインジェクタには空燃比をストイキ空燃比とする量の燃料噴射を、それぞれ指令するリーンアクティブ制御を実施する。こうしたリーンアクティブ制御の開始前に対象気筒とそれ以外の気筒との間に空燃比のずれが無ければ、同制御の実施により気筒間の空燃比のずれが生じて、クランク軸の回転変動が増大する。これに対して、リーンアクティブ制御の開始前に対象気筒の空燃比がリッチ側にずれていれば、同制御の実施により対象気筒とそれ以外の気筒との空燃比のずれは縮小するため、クランク軸の回転変動が増大することは無い。よって、リーンアクティブ制御の実施中のクランク軸の回転変動量に基づき、対象気筒のリッチインバランスの有無を判定することが可能である。

特開２０１７－１１５５９２号公報

ところで、火花点火式のエンジンでは、ノッキングを抑制するため、点火時期のノック制御を行うことがある。ノック制御は、ノッキングが検知されていない間は点火時期を進角していき、ノッキングが検知されると点火時期を遅角することで、ノッキングを抑制可能な点火時期の進角限界に点火時期を制御している。こうした点火時期のノック制御を行うエンジンにおいて、上述のリーンアクティブ制御を実施してのリッチインバランス判定を行うと、下記の問題が生じる虞がある。

リーンアクティブ制御により対象気筒の空燃比がストイキ空燃比よりもリーン側の空燃比に変更されると、対象気筒では、燃焼が緩慢となってノッキングが発生し難くなる。そして、その結果、エンジン全体のノッキングの発生頻度が減少するため、リーンアクティブ制御の開始後、ノック制御により点火時期が進角されることがある。こうした場合、対象気筒の空燃比を元に戻すと、点火時期が過度に進角された状態となるため、リーンアクティブ制御の終了に応じてノッキングが発生する虞がある。

上記課題を解決するエンジン制御装置は、複数の気筒を有したエンジンの制御を行うエンジン制御装置であって、前記エンジンの点火時期を制御する制御部であって、ノッキングが検知されていない間は点火時期を進角させていき、かつノッキングが検知されたときに点火時期を遅角させることで、ノッキングを抑制可能な点火時期の進角限界であるトレースノック点に点火時期を調整するノック制御を行う点火時期制御部と、前記複数の気筒のうちの一つを判定の対象気筒とし、同対象気筒に対して他の気筒よりも少ない量の燃料噴射を指令するリーンアクティブ制御を実施するとともに、前記対象気筒の空燃比がリッチ側にずれたリッチインバランスの状態にあるか否かを判定するリッチインバランス判定部と、を備えており、インバランス率を、前記複数の気筒間の空燃比のばらつきが生じていない場合に値が０となり、前記対象気筒の空燃比がリッチ側にずれた場合に値が正の値になり、前記対象気筒の空燃比がリーン側にずれた場合に値が負の値になるものとし、前記対象気筒の前記インバランス率が０の状態で前記リーンアクティブ制御を実施したと仮定したときの前記インバランス率の値に対応するクランク軸の回転変動量よりも小さな値を正常判定値としたとき、前記リッチインバランス判定部は、前記リーンアクティブ制御の実施中の前記回転変動量が前記正常判定値以上の場合に、前記リッチインバランスの状態ではないと判定し、前記リーンアクティブ制御の実施中の前記回転変動量が前記正常判定値未満の場合に、前記リッチインバランスの状態にあると判定し、前記点火時期制御部は、前記リーンアクティブ制御の実施中であることを条件に、前記ノック制御での点火時期の進角補正量を、既定の上限ガード値以下に制限する進角制限処理を行う。

上記エンジン制御装置では、リーンアクティブ制御の実施中のノック制御での点火時期の進角が制限される。そのため、リーンアクティブ制御によるリーン側への空燃比の変更により対象気筒でノッキングが発生し難くなって、エンジン全体のノッキングの発生頻度が減少しても、リーンアクティブ制御の開始後のノック制御による点火時期の進角が抑えられる。そのため、リーンアクティブ制御の終了時の点火時期が、同制御の開始前に比べて大幅に進角された状態となり難くなる。したがって、リーンアクティブ制御の終了後のノッキングの発生を抑制できる。

エンジン制御装置の一実施形態及びその適用対象となるエンジンの構成を模式的に示す図。インバランス率と回転変動量との関係を示すグラフ。上記実施形態のエンジン制御装置におけるリッチインバランス判定に係る処理の流れを示すフローチャート。同エンジン制御装置におけるノック制御に係る処理の流れを示すフローチャート。空燃比とトレースノック点との関係を示すグラフ。進角制限処理を実施しない場合のリッチインバランス判定時の制御態様の一例を示すタイムチャート。進角制御処理を実施する上記実施形態の場合のリッチインバランス判定時の制御態様の一例を示すタイムチャート。

以下、エンジン制御装置の一実施形態を、図１～図７を参照して詳細に説明する。本実施形態のエンジン制御装置は、車載用のエンジンに適用されている。
まず、図１を参照して本実施形態の適用対象となるエンジン１０の構成を説明する。エンジン１０は、複数の気筒１１を備えている。以下の説明では、エンジン１０の気筒数をＮと記載する。図１には、気筒数Ｎが４の場合のエンジン１０の構成が例として示されている。なお、以下の説明では、Ｎ個の気筒１１のそれぞれを、第１気筒、第２気筒、…、第Ｎ気筒と記載する。

エンジン１０の吸気通路１２には、吸気中の塵等の不純物をろ過するエアクリーナ１３が設けられている。また、吸気通路１２におけるエアクリーナ１３よりも下流側の部分には、同吸気通路１２内の吸気の流量である吸入空気量Ｇａを検出するエアフローメータ１４が設けられている。さらに、吸気通路１２におけるエアフローメータ１４よりも下流側の部分には、吸入空気量Ｇａを調節するための弁であるスロットルバルブ１５が設けられている。吸気通路１２は、スロットルバルブ１５よりも下流側の部分において４つに分岐されており、その分岐先で各気筒１１にそれぞれ接続されている。

なお、エンジン１０には、気筒１１に供給される燃料を噴射するインジェクタ１６が気筒毎に設けられている。そして、各気筒１１には、吸気通路１２を通じて導入された吸気とインジェクタ１６が噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火プラグ１７がそれぞれ設けられている。

一方、エンジン１０の排気通路１８には、排気浄化用の三元触媒装置１９が設けられている。三元触媒装置１９には、各気筒１１で燃焼される混合気の空燃比がストイキ空燃比である場合に排気の浄化効率が最大となる三元触媒が担持されている。なお、排気通路１８における三元触媒装置１９よりも上流側の部分、及び下流側の部分には、各気筒１１で燃焼された混合気の空燃比を検出するための空燃比センサが、すなわち触媒上流側空燃比センサ２０及び触媒下流側空燃比センサ２１がそれぞれ設置されている。

次に、こうしたエンジン１０に適用されるエンジン制御装置２２の構成を説明する。エンジン制御装置２２は、エンジン制御に係る各種の演算処理を行う演算回路、エンジン制御用のプログラムやデータが記憶された記憶回路を備える電子制御ユニットとして構成されている。エンジン制御装置２２には、上述のエアフローメータ１４、触媒上流側空燃比センサ２０、及び触媒下流側空燃比センサ２１に加えて、次のセンサが接続されている。すなわち、エンジン１０の出力軸であるクランク軸２３の回転角を検出するクランク角センサ２４、ノッキングに伴う振動を検知するノックセンサ２５、及び運転者のアクセルペダル２６の踏込量を検出するアクセルペダルセンサ２７である。そして、エンジン制御装置２２は、それらセンサの検出信号に基づき、スロットルバルブ１５の開度やインジェクタ１６の燃料噴射量、点火プラグ１７による混合気の点火時期等の制御を実施する。なお、エンジン制御装置２２は、クランク角センサ２４の検出信号からエンジン回転数ＮＥを演算している。

エンジン制御装置２２は、各気筒１１で燃焼する混合気の空燃比をストイキ空燃比に維持するための空燃比フィードバック制御をエンジン制御の一環として行っている。空燃比フィードバック制御は、触媒上流側空燃比センサ２０及び触媒下流側空燃比センサ２１による空燃比の検出値のストイキ空燃比からのずれを縮小するように各インジェクタ１６の燃料噴射量をフィードバック補正することで行われる。

（リッチインバランス判定）
上記のような空燃比フィードバック制御による燃料噴射量のフィードバック補正は、すべての気筒１１に対して一律に加えられる。一方、インジェクタ１６の噴射特性には個体差があり、各気筒１１のインジェクタ１６のそれぞれに同じ量の燃料噴射を指令しても、各気筒１１のインジェクタ１６が実際に噴射する燃料の量がばらつくことがある。そして、その結果、気筒間の空燃比のばらつきが生じてエンジン１０のエミッションが悪化することがある。

気筒間の空燃比のばらつき度合いを表す指標値として、インバランス率がある。インバランス率は、次のような値となる。ここで、気筒１１のうちの一つを対象気筒とし、空燃比がストイキ空燃比となる燃料噴射量をストイキ噴射量とする。そして、対象気筒以外の気筒の燃料噴射量はストイキ噴射量となっているものとする。このときの対象気筒の実際の燃料噴射量からストイキ噴射量を引いた差をストイキ噴射量で除算した商がインバランス率の値となる。よって、すべての気筒１１の燃料噴射量がストイキ噴射量である場合の、すなわち気筒間の空燃比のばらつきが生じていない場合のインバランス率の値は０となる。一方、対象気筒の空燃比がリッチ側にずれたリッチインバランスの状態にある場合のインバランス率の値は正の値となり、対象気筒の空燃比がリーン側にずれたリーンインバランスの状態にある場合のインバランス率の値は負の値となる。

図２に、インバランス率とクランク軸２３の回転変動量との関係を示す。なお、ここでは、下記の値をクランク軸２３の回転変動量としている。すなわち、ここでは、気筒間の空燃比のばらつきにより生じるクランク軸２３の回転変動の周波数をインバランス周波数としたときのクランク軸２３の回転速度のインバランス周波数成分の振幅を、クランク軸２３の回転変動量としている。

気筒間の空燃比のばらつきが生じると、各気筒１１での燃焼により発生するトルク、すなわち燃焼トルクにもばらつきが生じて、クランク軸２３の回転変動が大きくなる。そのため、インバランス率に対するクランク軸２３の回転変動量の変化傾向は次の通りとなる。すなわち、クランク軸２３の回転変動量は、インバランス率が０であって気筒間の空燃比のばらつきが無い場合には最小となり、インバランス率が０から離れていき、気筒間の空燃比のばらつきが大きくなるのに従って大きくなる。よって、クランク軸２３の回転変動量は、気筒間の空燃比のばらつき度合いの指標値となり得る。

なお、インバランス率を０から正の側に変化させていった場合には、インバランス率を０から負の側に変化させていった場合に比べて、クランク軸２３の回転変動量が緩やかに増加する。すなわち、リッチインバランスに対するクランク軸２３の回転変動量の感度はリーンインバランスの場合よりも低くなっている。本実施形態では、対象気筒に対して他の気筒よりも少ない量の燃料噴射を指令するリーンアクティブ制御を実施した上で、こうしたリッチインバランスの判定を行うようにしている。

なお、本実施形態では、他の気筒の燃料噴射量を既定量ΔＱだけ増量するとともに、対象気筒の燃料噴射量を「（Ｎ－１）・ΔＱ」だけ減量することで、各気筒１１の空燃比の平均値をストイキ空燃比とした状態でリーンアクティブ制御を実施している。上述のように「Ｎ」はエンジン１０の気筒数である。そして、リーンアクティブ制御の実施中のクランク軸２３の回転変動量が既定の正常判定値以上の場合には対象気筒がリッチインバランスの状態に無いと判定し、正常判定値未満の場合には対象気筒がリッチインバランスの状態にあると判定している。

ちなみに、リーンアクティブ制御の実施前からクランク軸２３の回転変動量が正常判定値以上の場合には、いずれか気筒がリーンインバランス又はリッチインバランスの状態にあることが明らかである。そのため、本実施形態ではそうした場合には、上記態様でのリッチインバランス判定は実施しないようにしている。

リーンアクティブ制御を実施すると対象気筒のインバランス率は負の側に変化する。このときのインバランス率の負の側への変化量を「ΔＲ」とする。対象気筒のインバランス率が０の状態でリーンアクティブ制御を実施した場合には、その実施後の対象気筒のインバランス率の値は「－ΔＲ」となる。本実施形態では、このときのクランク軸２３の回転変動量よりも若干小さい値を上述の正常判定値として設定している。

これに対して、インバランス率が正の値Ａとなったリッチインバランスの状態でリーンアクティブ制御を実施した場合には、その実施後の対象気筒のインバランス率は（Ａ－ΔＲ）となる。「Ａ≧ΔＲ」の場合、リーンアクティブ制御の実施中のインバランス率はその実施前よりも０に近づくため、クランク軸２３の回転変動量はリーンアクティブ制御の実施前よりも小さくなる。また、「Ａ＜ΔＲ」の場合には、リーンアクティブ制御の実施中のインバランス率は「－ΔＲ」よりも０に近い負の値となるため、クランク軸２３の回転変動量が正常判定値を超えることは無い。このように、リーンアクティブ制御の実施中のクランク軸２３の回転変動量が正常判定値未満であるか否かにより、対象気筒がリッチインバランスの状態にあるか否かを判定することができる。

図３に、こうしたリッチインバランス判定に係るエンジン制御装置２２の処理の流れを示す。なお、同図に示される一連の処理は、エンジン１０の始動完了と共に開始される。なお、本実施形態では、こうしたリッチインバランス判定を行うエンジン制御装置２２がリッチインバランス判定部に対応している。

エンジン１０の始動が完了すると、まずステップＳ１００において、リッチインバランス判定の実行条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１００）。そして、実行条件が成立していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に処理が進められる。これに対して、実行条件が成立していない場合（ＮＯ）には既定の時間が経過した後にステップＳ１００での判定が再び実施される。なお、リッチインバランス判定の実行条件は、エンジン回転数ＮＥや吸入空気量Ｇａ等のエンジン１０の運転状態量の値が安定していること、が含まれる。また、実行条件には、今回のエンジン１０の始動後にリッチインバランス判定が未だ完了していないこと、が含まれる。すなわち、本実施形態では、各気筒１１のリッチインバランス判定を１トリップに１回だけ行うようにしている。

ステップＳ１１０に処理が進められると、そのステップＳ１１０において判定の対象気筒の気筒番号ｉに値１が設定される。すなわち、このときには第１気筒が判定の対象気筒とされる。

続いてステップＳ１２０において、第ｉ気筒を対象としたリーンアクティブ制御が実施される。そして、次のステップＳ１３０において、リーンアクティブ制御の実施中のクランク軸２３の回転変動量の測定が行われる。

回転変動量の測定が完了すると、続くステップＳ１４０において、その回転変動量の測定値ΔＮＥが上述の正常判定値以上であるか否かが判定される。そして、測定値ΔＮＥが正常判定値以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１５０において対象気筒はリッチインバランスの状態に無いとの正常判定がなされた後にステップＳ１７０に処理が進められる。これに対して測定値ΔＮＥが正常判定値未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ１６０において対象気筒がリッチインバランスの状態にあるとの判定がなされた後、ステップＳ１７０に処理が進められる。

ステップＳ１７０に処理が進められると、そのステップＳ１７０においてリッチインバランス判定の対象気筒の気筒番号ｉがエンジン１０の気筒数Ｎと同じ値となっているか否かが、すなわちエンジン１０のすべての気筒１１のリッチインバランス判定が完了したか否かが判定される。すべての気筒１１の判定が完了した場合（ＹＥＳ）には、今回のトリップにおけるリッチインバランス判定に係る処理が終了される。これに対して、エンジン１０のすべての気筒１１のリッチインバランス判定が完了していない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１８０において判定の対象気筒の気筒番号ｉを１加増した後にステップＳ１２０に処理が戻される。

（ノック制御）
ところで、エンジン制御装置２２は、エンジン１０の運転中に、点火時期のノック制御を行っている。ノック制御は、ノックセンサ２５によりノッキングが検知されていない間は点火時期を進角させていき、かつノッキングが検知されたときに点火時期を遅角させることで、ノッキングを抑制可能な点火時期の進角限界であるノック限界点火時期に点火時期を調整する制御となっている。

図４に、ノック制御に係るエンジン制御装置２２の処理のフローチャートを示す。なお、エンジン制御装置２２は、エンジン１０の運転中、既定の制御周期毎に本フローチャートの処理を繰り返し実行している。

今回の制御周期におけるノック制御に係る処理が開始されると、まずステップＳ２００において、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン負荷率ＫＬに基づき、最適点火時期Ambt、ノック限界点火時期Aknk、及び最大遅角点火時期Akmfがそれぞれ算出される。ここでは、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン負荷率ＫＬをエンジン１０の現在の動作点を既定するパラメータとして用いている。なお、最適点火時期Ambtは、現在のエンジン１０の動作点において最大の燃焼トルクが得られる点火時期を、ノック限界点火時期Aknkは現在のエンジン１０の動作点においてノッキングを抑制可能な点火時期の進角限界の指標値を、それぞれ示している。また、最大遅角点火時期Akmfは、現在のエンジン１０の動作点において確実にノッキングが発生しない状態となる点火時期の進角限界の指標値を示している。

続いて、ステップＳ２１０において、最適点火時期Ambt及びノック限界点火時期Aknkのうち、より遅角側の時期が基本点火時期Abseの値として設定される。また、ステップＳ２１０では、基本点火時期Abseから最大遅角点火時期Akmfまでの点火時期の遅角量が最大遅角量Akmaxの値として設定される。

続くステップＳ２２０では、ノックセンサ２５によりノッキングが検知されているか否かが判定される。そして、ノッキングが検知されている場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２３０において、ノック制御による点火時期の進角補正量であるノック制御量Akcsの値が、更新前の値よりも既定の遅角量α分減少された値に更新された後、ステップＳ２５０に処理が進められる。また、ノッキングが検知されていない場合（ＮＯ）には、ステップＳ２４０において、ノック制御量Akcsの値が、更新前の値よりも既定の進角量β分加増された値に更新された後、ステップＳ２５０に処理が進められる。なお、遅角量αの値には、進角量βよりも大きい値が設定されている。

ステップＳ２５０に処理が進められると、そのステップＳ２５０において上述したリーンアクティブ制御の実施中であるか否かが判定される。そして、リーンアクティブ制御の実施中でない場合（ＮＯ）にはステップＳ２６０に、実施中の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２９０に、それぞれ処理が進められる。

リーンアクティブ制御が実施されておらず（Ｓ２５０：ＮＯ）、ステップＳ２６０に処理が進められた場合には、そのステップＳ２６０においてノック制御量Akcsの徐変値Akcssmの算出が行われる。そして、続くステップＳ２７０において、徐変値Akcssmの絶対値が既定の更新判定値ε以上であるか否かが判定される。ここで、徐変値Akcssmの絶対値が更新判定値ε以上の場合（Ｓ２７０：ＹＥＳ）には、ステップＳ２８０においてノック制御による点火時期の調整量の学習値であるノック学習値Agknkの値の更新と、ノック制御量Akcsの値の更新と、が行われた後にステップＳ３００に処理が進められる。これに対して、徐変値Akcssmの絶対値が更新判定値ε未満の場合（Ｓ２７０：ＮＯ）には、ステップＳ２８０の処理をスキップしてそのままステップＳ３００に処理が進められる。なお、ステップＳ２８０においてノック学習値Agknkの値は、０を超過、かつ１未満の定数ζを徐変値Akcssmに乗算した積を更新前の値に加算した値に更新される。また、ステップＳ２８０においてノック制御量Akcsの値は、定数ζと徐変値Akcssmとの積を更新前の値から減算した値に更新される。

一方、リーンアクティブ制御が実施中であり（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、ステップＳ２９０に処理が進められた場合には、そのステップＳ２９０において、ノック制御量Akcsの上限ガード処理が行われた後、ステップＳ３００に処理が進められる。なお、ステップＳ２９０での上限ガード処理では、ノック制御量Akcsの値が既定の上限ガード値γ未満の値であった場合にはノック制御量Akcsの値はそのまま維持される。これに対して、ノック制御量Akcsの値が上限ガード値γ以上の値であった場合にはその上限ガード値γがノック制御量Akcsの値として再設定される。本実施形態では、エンジン１０の始動後にノック制御を開始する際にノック制御量Akcsの初期値として設定されている値を上限ガード値γの値として設定している。なお、ノック制御量Akcsの初期値には、上述の更新判定値εよりも絶対値が小さい値がその値として設定されている。

ステップＳ３００に処理が進められると、そのステップＳ３００において、最大遅角量Akmaxの値からノック学習値Agknkの値を減算し、更にその差からノック制御量Akcsの値を減算した値が、ノック遅角量RTの値として算出される（Aknk＝Akmax－Agknk－Akcs）。そして、続くステップＳ３１０において、基本点火時期Abseからノック遅角量RTを引いた差（Abse－Aknk）が、点火時期の制御指令値である要求点火時期Aopの値として設定された後、今回の制御周期におけるノック制御に係る処理が終了される。その後、エンジン制御装置２２は、要求点火時期Aopの値が示す時期に混合気の点火が行われるように、各気筒１１の点火プラグ１７の火花放電の時期を制御する。すなわち、ステップＳ３１０で算出した要求点火時期Aopを各気筒１１の点火時期としている。

こうしたノック制御において要求点火時期Aopは、最大遅角点火時期Akmfよりもノック制御量Akcsとノック学習値Agknkとの和の分だけ進角側の時期に設定される。本実施形態では、こうした最大遅角点火時期Akmfに対する要求点火時期Aopの進角量をノッキングの検知の有無に応じて減増することで、ノック制御が行われている。

一方、リーンアクティブ制御の実施中（Ｓ２５０：ＹＥＳ）には、上限ガード値γ以下の値となるようにノック制御量Akcsの上限ガード処理が実施される（Ｓ２９０）。加えて、リーンアクティブ制御の実施中には、ステップＳ２８０の処理がスキップされてノック学習値Agknkの値が更新されなくなる。すなわち、リーンアクティブ制御の実施中は、ノック学習値Agknkの学習が停止される。これにより、最大遅角点火時期Akmfに対する要求点火時期Aopの進角量に上限値が設定されることになる。このように本実施形態では、リーンアクティブ制御の実施中にノック制御での点火時期の進角を制限する進角制限処理が行われている。なお、本実施形態では、上述のノック制御、及び進角制限処理を行うエンジン制御装置２２が点火時期制御部に対応している。

（実施形態の作用）
以上に説明したように、本実施形態におけるエンジン制御装置２２は、ノッキングが検知されていない間は点火時期を進角させていき、かつノッキングが検知されたときに点火時期を遅角させることで、ノッキングを抑制可能な点火時期の進角限界であるトレースノック点に点火時期を調整するノック制御を行っている。ちなみに、ノック制御は、ノック制御用の点火時期の進角補正量であるノック制御量Akcsの値をノッキングの検知の有無に応じて更新することで行われている。さらに、ノック制御による点火時期の調整量をノック学習値Agknkとして学習してもいる。また、エンジン制御装置２２は、リッチインバランス判定に際してリーンアクティブ制御を実施している。リーンアクティブ制御では、判定の対象気筒に対して他の気筒よりも少ない量の燃料噴射が指令される。このときの対象気筒がリッチインバランスの状態に無かった場合には、リーンアクティブ制御の実施中の対象気筒の空燃比はストイキ空燃比よりもリーン側の空燃比となる。

図５に、空燃比とトレースノック点との関係を示す。トレースノック点は、ノッキングが発生していない状態から点火時期を進角させていったときにノックセンサ２５によりノッキングが検知されるようになる点火時期を示している。気筒１１内での燃焼は、空燃比がリーン側に変化するほど緩慢となり、ノッキングが発生し難い状態となる。そのため、同図に示すように、ストイキ空燃比ＳＴよりもリーン側の空燃比の範囲では、空燃比がリーン側に向かうほど、トレースノック点は進角側に変化する。したがって、リーンアクティブ制御により判定の対象気筒の空燃比がストイキ空燃比ＳＴよりもリーン側の空燃比となると、対象気筒ではノッキングが発生し難くなる。

図６に、こうしたリーンアクティブ制御の実施中に進角制限処理を行わずに通常通りのノック制御を実施した場合のリッチインバランス判定時の点火時期等の推移を示す。なお、同図６及び後述の図７では、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン負荷率ＫＬが一定であるものとして、すなわちエンジン１０の運転状態による点火時期の変化は無いものとして、点火時期の推移が示されている。

時刻ｔ１にリーンアクティブ制御が開始されると、判定の対象気筒の燃料噴射量が減量される。このとき、判定の対象気筒がリッチインバランスの状態でなければ、同気筒の空燃比はストイキ空燃比ＳＴよりもリーン側の空燃比となり、ノッキングが発生し難い状態となる。なお、このときの他の気筒の空燃比はストイキ空燃比ＳＴよりも若干リッチ側の空燃比とされるが、この空燃比の変化が該当気筒のノッキングの発生頻度に与える影響は限られたものとなる。そのため、エンジン全体のノッキングの発生頻度は、リーンアクティブ制御の開始と共に低下することになる。ノック制御では、ノッキングが検知されていない間は点火時期を進角量βずつ進角するとともに、ノッキングが検知されたときに点火時期を遅角量α分遅角している。そのため、ノッキングの発生頻度が低下すると、点火時期はノック制御により進角されることになる。

その後の時刻ｔ２にリーンアクティブ制御が終了されると、対象気筒の空燃比がストイキ空燃比ＳＴに戻される。リーンアクティブ制御の実施中に進角された点火時期は、対象気筒の空燃比がストイキ空燃比ＳＴに戻された状態では、ノッキングを抑制可能な時期よりも進角側の時期となる。そのため、リーンアクティブ制御の終了と共にノッキングが多発する虞がある。

図７には、進角制御処理を実施する本実施形態の場合のリッチインバランス判定時の点火時期等の推移を示す。上述のように本実施形態では、リーンアクティブ制御の実施中にノック制御による点火時期の進角を制限している。そのため、時刻ｔ１におけるリーンアクティブ制御の開始後も点火時期が進角されることは無い。そのため、時刻ｔ２にリーンアクティブ制御が終了して対象気筒の空燃比がストイキ空燃比ＳＴに戻された状態でノッキングを抑制可能な時期に点火時期が留められる。したがって、リッチインバランス判定後のノッキングの発生が抑えられる。

以上の本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、リッチインバランス判定のためのリーンアクティブ制御の実施中に、ノック制御による点火時期の進角を制限している。そのため、リーンアクティブ制御の実施中に点火時期がノック制御により進角されてしまい、同制御終了後のノッキングの発生を招来する状況となることが抑制される。

（２）本実施形態では、リーンアクティブ制御の実施中のノック制御による点火時期の進角制限処理を、ノック制御量Akcsの上限ガードにより行っている。そしてこれにより、ノック制御での点火時期の進角を制限しつつも、ノック制御での点火時期の遅角については、進角制限処理が行われていないときと同様に実施している。そのため、進角制限処理の実施中も、ノッキングが検知されたときには点火時期を遅角してノッキングの発生を抑えられる。

（３）進角制限処理の実施中のノック制御量Akcsの値の挙動は、本来とは異なる挙動を示すため、そうしたノック制御量Akcsの徐変値Akcssmに基づき学習が行われると、ノック学習値Agknkに不適切な値が学習される虞がある。その点、本実施形態では、リーンアクティブ制御の実施中にはノック学習値Agknkの学習を停止しているため、進角制限処理によるノック学習値Agknkの誤学習を防止できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、リーンアクティブ制御の実施中のノック制御による点火時期の進角制限処理を、ノック制御量Akcsの上限ガードにより行っていた。こうした進角制限処理を、それ以外の態様で行うようにしてもよい。例えば、リーンアクティブ制御の開始時の要求点火時期Aopやノック学習値Agknk等に基づき、要求点火時期Aopの設定範囲の進角側の限界値を設定することで進角制限処理を行うようにしてもよい。また、リーンアクティブ制御の実施中には、実施中でない場合に比べて、ノッキングが検知されていない期間のノック制御量Akcsの増加速度を低くすることで、進角制限処理を行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、リーンアクティブ制御の実施中にノック学習値Agknkの学習を停止していたが、同制御の実施中も学習を継続するようにしてもよい。進角制限処理を実施しなければリーンアクティブ制御の実施中にノック制御により点火時期が過度に進角されてしまい、その状況で学習を継続すれば、本来あるべき値から大きく逸脱した値がノック学習値Agknkの値として学習されてしまう虞がある。これに対して、進角制限処理を実施すれば、リーンアクティブ制御の実施中に学習を継続したとしても、本来あるべき値からのノック学習値Agknkの値の逸脱は限られたものとなる。

・リーンアクティブ制御の実施態様は適宜変更してもよい。例えば上記実施形態では、リッチインバランス判定の対象気筒の燃料噴射量の減量と共に他の気筒の燃料噴射量を増量してリーンアクティブ制御を実施していたが、他の気筒の燃料噴射量の増量は行わずに対象気筒の燃料噴射量を減量するだけでリーンアクティブ制御を行うようにしてもよい。また、対象気筒の燃料噴射量を段階的に減量しながらリーンアクティブ制御を行うようにしてもよい。

１０…エンジン、１１…気筒、１２…吸気通路、１３…エアクリーナ、１４…エアフローメータ、１５…スロットルバルブ、１６…インジェクタ、１７…点火プラグ、１８…排気通路、１９…三元触媒装置、２０…触媒上流側空燃比センサ、２１…触媒下流側空燃比センサ、２２…エンジン制御装置、２３…クランク軸、２４…クランク角センサ、２５…ノックセンサ、２６…アクセルペダル、２７…アクセルペダルセンサ。

Claims

複数の気筒を有したエンジンの制御を行うエンジン制御装置であって、
前記エンジンの点火時期を制御する制御部であって、ノッキングが検知されていない間は点火時期を進角させていき、かつノッキングが検知されたときに点火時期を遅角させることで、ノッキングを抑制可能な点火時期の進角限界であるトレースノック点に点火時期を調整するノック制御を行う点火時期制御部と、
前記複数の気筒のうちの一つを判定の対象気筒とし、同対象気筒に対して他の気筒よりも少ない量の燃料噴射を指令するリーンアクティブ制御を実施するとともに、前記対象気筒の空燃比がリッチ側にずれたリッチインバランスの状態にあるか否かを判定するリッチインバランス判定部と、
を備えており、
インバランス率を、前記複数の気筒間の空燃比のばらつきが生じていない場合に値が０となり、前記対象気筒の空燃比がリッチ側にずれた場合に値が正の値になり、前記対象気筒の空燃比がリーン側にずれた場合に値が負の値になるものとし、
前記対象気筒の前記インバランス率が０の状態で前記リーンアクティブ制御を実施したと仮定したときの前記インバランス率の値に対応するクランク軸の回転変動量よりも小さな値を正常判定値としたとき、
前記リッチインバランス判定部は、前記リーンアクティブ制御の実施中の前記回転変動量が前記正常判定値以上の場合に、前記リッチインバランスの状態ではないと判定し、前記リーンアクティブ制御の実施中の前記回転変動量が前記正常判定値未満の場合に、前記リッチインバランスの状態にあると判定し、
前記点火時期制御部は、前記リーンアクティブ制御の実施中であることを条件に、前記ノック制御での点火時期の進角補正量を、既定の上限ガード値以下に制限する進角制限処理を行う
エンジン制御装置。
前記点火時期制御部は、前記ノック制御での点火時期の遅角を、前記進角制限処理が行われている間も同進角制限処理が行われていないときと同様に実施する請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記点火時期制御部は、ノッキングが検知されている場合に前記進角補正量を減少された値に更新し、ノッキングが検知されていない場合に前記進角補正量を加増された値に更新し、前記進角制限処理の実施中はノッキングが検知されているか否かに基づく前記進角補正量の更新を停止する請求項１又は２に記載のエンジン制御装置。