(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、前記内燃機関の冷間始動時に、前記複数の気筒の内、一部の気筒をリッチ運転するとともに、他の気筒をリーン運転するよう空燃比を制御する始動時空燃比制御手段と、前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを備え、前記始動時空燃比制御手段が、前記内燃機関の冷間始動時に、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは、該所定温度に到達した以降に設定する空燃比よりリッチに空燃比を設定する多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、
前記内燃機関から排出され前記排気浄化触媒へ流入する排気ガスの空燃比が該排気浄化触媒の暖機効率を略最高とするように、リーン運転する気筒から排出される空気量に応じてリッチ運転する気筒へ供給する燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を備えた、
ことを特徴とする多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の冷間始動時に、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは前記始動時空燃比制御手段により全気筒をリッチ運転させ、該排気浄化触媒の温度が該所定温度を超えてからは該始動時空燃比制御手段により一部の気筒のリーン運転を開始させるリーン開始制御手段を備えた請求項１に記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記始動時空燃比制御手段は、前記排気浄化触媒の温度に応じてリーン運転する気筒の数を徐々に増加する請求項２に記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記始動時空燃比制御手段は、前記内燃機関の負荷状態に応じてリーン運転する気筒の数を徐々に増加する請求項２に記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記始動時空燃比制御手段は、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が目標温度に到達したとき、リーン運転する気筒の数を減らす請求項３または４に記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記排気通路内の前記排気浄化触媒の下流に配置された第２排気浄化触媒と、
前記第２排気浄化触媒の温度を検出する第２温度検出手段と、
前記内燃機関が暖機状態か否かを判定する暖機判定手段と、
前記内燃機関の暖機状態および前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度に応じて前記複数の気筒の内、一部の気筒への燃料噴射を停止するよう制御する部分気筒停止制御手段とを備え、
部分気筒停止制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度と前記第２温度検出手段により検出された前記第２排気浄化触媒の温度とに基づいて、前記燃料噴射を停止する一部の気筒の数を可変する停止気筒数可変手段を備えた、
請求項１乃至５の何れか一つに記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関が暖機状態か否かを判定する暖機判定手段と、
前記内燃機関の暖機状態および前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度に応じて前記複数の気筒の内、一部の気筒への燃料噴射を停止するよう制御する部分気筒停止制御手段を備え、
前記部分気筒停止制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度に基づいて、前記停止した一部の気筒への燃料噴射を再開する、
請求項１乃至５の何れか一つに記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多気筒内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、機関始動時に一部の気筒への燃料供給を休止し、かつ触媒の早期活性化を実現する多気筒内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、多気筒内燃機関の冷間始動時に、一部の気筒への燃料噴射を休止（Ｆｕｅｌ  Ｃｕｔ）し、該気筒から排出される排気ガスを酸素濃度の高い燃料分を含まない２次空気として触媒コンバータへ供給し、触媒によるＨＣ、ＣＯの酸化反応を促進させ、触媒の早期活性化を図った制御が行われている。
【０００３】
例えば、特開平７−８３１４８号公報には、多気筒内燃機関において、機関の冷間始動時に、多気筒の内、一部の気筒を空燃比がリッチとなるリッチ運転し、他の気筒を空燃比がリーンとなるように燃料噴射量を減量またはフューエルカットを実行してリーン運転するとともに、リッチ運転する気筒に対しては点火時期を遅角補正し、リーン運転する気筒に対しては点火時期を進角補正する制御を各気筒交互に行うことにより、良好なアイドル安定性を確保しつつ触媒の早期活性化を促進する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平７−８３１４８号公報に開示された多気筒内燃機関の制御装置は、機関の冷間始動時に、一部の気筒でリーン運転するので、排気系が冷却されてしまい、触媒の活性開始温度、換言すれば触媒の反応促進温度に到達するまでの時間が遅くなるという問題がある。
【０００５】
それゆえ、本発明は上記問題を解決し、機関始動時に一部の気筒への燃料供給を休止し、かつ触媒の早期活性化を実現する多気筒内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決する本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、前記内燃機関の冷間始動時に、前記複数の気筒の内、一部の気筒をリッチ運転するとともに、他の気筒をリーン運転するよう空燃比を制御する始動時空燃比制御手段と、前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを備え、前記始動時空燃比制御手段が、前記内燃機関の冷間始動時に、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは、該所定温度に到達した以降に設定する空燃比よりリッチに空燃比を設定する多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記内燃機関から排出され前記排気浄化触媒へ流入する排気ガスの空燃比が該排気浄化触媒の暖機効率を略最高とするように、リーン運転する気筒から排出される空気量（酸素量）に応じてリッチ運転する気筒へ供給する燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を備えた、ことを特徴とする。
上記構成により、排気浄化触媒の活性開始温度に到達するまでは活性開始温度に到達した以降より空燃比がリッチとなるように各気筒での燃料噴射を実行するので、機関始動時の空気量が減少し排気浄化触媒の空冷が回避される。
また、上記燃料噴射量補正手段により、排気浄化触媒の暖機効率を略最高とする空燃比の排気ガスを排気浄化触媒へ流入させるので、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮する。
なお、上記リーン運転は内燃機関の燃料噴射量を減少する方法または燃料噴射を中止する方法で運転されることである。
本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記内燃機関の冷間始動時に、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは前記始動時空燃比制御手段により全気筒をリッチ運転させ、該排気浄化触媒の温度が該所定温度を超えてからは該始動時空燃比制御手段により一部の気筒のリーン運転を開始させるリーン開始制御手段を備える。
【０００７】
上記構成により、排気浄化触媒の活性開始温度に到達するまでは暖機を行うため全気筒で燃料増量噴射し活性開始温度に到達してからは一部気筒をリッチ運転するとともに他の気筒をリーン運転することを開始するので、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮する。
本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記始動時空燃比制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて、例えば内燃機関の負荷状態または排気浄化装置の温度に応じてリーン運転する気筒の数を徐々に増加する。
【０００８】
上記始動時空燃比制御手段により、活性開始温度に到達してから複数の気筒のリーン運転を同時に開始せずに、リーン運転する気筒の数を徐々に増加するので、排気浄化触媒への急激な２次空気の流入による排気浄化触媒の温度低下を防止し、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮する。
本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記始動時空燃比制御手段は、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が目標温度に到達したとき、リーン運転する気筒の数を減らす。
【０００９】
上記始動時空燃比制御手段により、排気浄化触媒の温度が目標温度に到達したとき、リーン運転する気筒の数を減らすので、排気浄化触媒の過昇温による劣化を防止する。
【００１０】
本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記排気通路内の前記排気浄化触媒の下流に配置された第２排気浄化触媒と、前記第２排気浄化触媒の温度を検出する第２温度検出手段と、前記内燃機関が暖機状態か否かを判定する暖機判定手段と、前記内燃機関の暖機状態および前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度に応じて前記複数の気筒の内、一部の気筒への燃料噴射を停止するよう制御する部分気筒停止制御手段とを備え、部分気筒停止制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度と前記第２温度検出手段により検出された前記第２排気浄化触媒の温度とに基づいて、前記燃料噴射を停止する一部の気筒の数を可変する停止気筒数可変手段を備えるよう構成する。
また、本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記内燃機関が暖機状態か否かを判定する暖機判定手段と、前記内燃機関の暖機状態および前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度に応じて前記複数の気筒の内、一部の気筒への燃料噴射を停止するよう制御する部分気筒停止制御手段を備え、前記部分気筒停止制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度に基づいて、前記停止した一部の気筒への燃料噴射を再開するよう構成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置の第１実施形態の概略構成図である。図中、参照番号１は機関、２は吸気マニホールド、３は排気マニホールド、４は燃料噴射弁、５は排気マニホールド３内に配設され、機関１の始動時に早期に活性化される排気浄化用の触媒コンバータ、６は排気マニホルド３に接続された排気管、７は排気管６の途中に設けられＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの３成分を同時に浄化する三元触媒を内蔵した主触媒としての触媒コンバータ、８は排気マニホールド３内の触媒コンバータ５上流に配設され、機関１から排出された排気ガス中の酸素濃度から空燃比を検出する第１空燃比センサ、９は排気管６内の触媒コンバータ７下流に配設され、機関１から排出され触媒コンバータ７を通過した排気ガス中の酸素濃度から空燃比を検出する第２空燃比センサ、１１は触媒コンバータ５通過後の排気ガスの温度Ｔｅｘを検出する排気温センサ、２０は電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。
【００１２】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０は、例えばデジタルコンピュータからなり、機関１の冷間始動時に機関１の複数の気筒の内、一部の気筒をリッチ運転するとともに他の気筒をリーン運転するよう空燃比を制御する始動時空燃比制御手段を機能させるものである。ＥＣＵ２０は、図示しない双方向性バスによって相互に接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｂ．（バッテリバックアップ）ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポートおよび出力ポートを具備する。
【００１３】
吸気マニホールド２は図示しない吸気管に接続されており、吸気管の先端にはエアフローメータ（図示せず）が配設されている。エアフローメータは吸入空気量に比例したアナログの出力電圧を発生し、この出力電圧はＥＣＵ２０内のＡ／Ｄ変換器（図示せず）を介して入力ポートに入力される。
機関１のウォータジャケット（図示せず）に配設される水温センサ１３は機関１の冷却水温ＴＨＷを検出し、その水温ＴＨＷに比例したアナログ電圧をＡ／Ｄ変換器を介して入力ポートに入力する。
【００１４】
機関１のディストリビュータ（図示せず）には２つのクランク角センサ１４Ａ、１４Ｂが設けられ、クランク角センサ１４Ａはクランク角に換算して７２０°ＣＡ毎の基準位置を検出して出力パルス信号を発生し、クランク角センサ１４Ｂはクランク角に換算して３０°ＣＡ毎の位置を検出して出力パルス信号を発生する。これらの出力パルス信号は入力ポートに入力され、クランク角センサ１４Ｂの出力パルス信号はＣＰＵの割込端子にも入力される。クランク角センサ１４Ａ、１４Ｂの出力パルス信号から、例えば機関１の回転数ＮＥが演算される。一方、出力ポートはＥＣＵ２０内の駆動回路（図示せず）を介して燃料噴射弁４に接続されている。燃料噴射弁４から吸気マニホルド２内へ噴射される燃料噴射量は、空燃比が目標空燃比、本実施形態では理論空燃比になるように燃料噴射弁４を駆動回路により開弁する時間を可変することにより制御される。
【００１５】
なお、ＣＰＵの割込は、Ａ／Ｄ変換器によるＡ／Ｄ変換終了時やクランク角センサ１４Ｂの出力パルス信号の受信時に発生する。Ａ／Ｄ変換器を介して入力ポートへ入力されたデジタルデータはＡ／Ｄ変換毎に読取られＲＡＭに格納される。機関１の回転数ＮＥもクランク角センサ１４Ｂの出力パルス信号がＣＰＵの割込端子に入力される毎に演算されＲＡＭに格納される。つまり、ＲＡＭに格納される機関１のデータは絶えず更新される。
【００１６】
次に、ＥＣＵ２０により達成される本発明による部分気筒停止制御のフローチャートを以下詳細に説明する。
図２は第１の部分気筒停止制御のフローチャートである。本制御は図１に示す第１実施形態に適用される。また、本制御ルーチンは所定の周期、例えば１００ｍｓ毎に実行される。先ず、ステップ２０１では、機関１の水温ＴＨＷが所定の温度範囲内（α＜ＴＨＷ＜β）か否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ２０２へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ２０５へ進む。ここで、αは０°Ｃにβは８０°Ｃに設定され、水温ＴＨＷが０°Ｃ以下の極低温下では機関を搭載した車両のドライバビリティを重視するため部分気筒停止制御を行わない。また、水温ＴＨＷが８０°Ｃ以上の機関の暖機完了後では触媒コンバータ５も暖機完了しているので部分気筒停止制御を行わない。
【００１７】
以下、図２以降の説明において、単に触媒と記すものは触媒コンバータ５に内臓された触媒を示す。
ステップ２０２では、触媒コンバータ５から排出される触媒出ガスの排気温Ｔｅｘが第１の所定温度γ（γは例えば１８０°Ｃ）を以上となったか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ２０３へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ２０５へ進む。ここで、γを１８０°Ｃとするのは、触媒の温度が略２００°Ｃのときの触媒出ガスの排気温度が約１８０°Ｃと推定されるからであり、触媒は約２００°Ｃに到達すると、触媒の各部分でＨＣを酸化させる排気浄化の反応を開始するからである。ステップ２０３では、排気温Ｔｅｘが第２の所定温度η（ηは例えば７００°Ｃ）を超えたか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ２０５へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ２０４へ進む。ここで、η＝７００°Ｃは触媒が十分活性化されたとみなされるときの排気温度である。
【００１８】
ステップ２０１〜２０３の実行により、機関の冷却水温ＴＨＷがα＜ＴＨＷ＜βかつ排気温Ｔｅｘがγ≦Ｔｅｘ≦ηと判定されたとき、すなわち機関の暖機が完了しておらず、かつ触媒が排気浄化の反応を開始してから十分活性化されるまでの間と判定されたときに、ステップ２０４へ進み、部分気筒停止制御を実行する。一方、ステップ２０１〜２０３の実行により、機関の冷却水温ＴＨＷがＴＨＷ≦αまたはβ≦ＴＨＷか、あるいは排気温ＴｅｘがＴｅｘ＜γまたはη＜Ｔｅｘと判定されたとき、すなわち機関が極低温のときかまたは暖機完了したとき、あるいは触媒が排気浄化の反応を開始する前かまたは触媒が十分活性化されたと判定されたとき、ステップ２０５へ進み、部分気筒停止制御を禁止する。
【００１９】
図３は機関始動時の部分気筒停止と触媒温度変化との関係を示す図である。横軸は機関の始動開始からの経過時間を示し、縦軸は触媒コンバータ５内に設けられた触媒の温度を示す。図３は機関がＦＩ（Ｆｉｒｓｔ  Ｉｄｌｉｎｇ）放置、すなわち機関の始動開始後アイドル回転数のまま放置されたときの触媒温度の変化の実験結果を示す。曲線３１は部分気筒停止制御を全く実行しない場合の、曲線３２は機関の始動開始から部分気筒停止制御を実行し続けた場合の、曲線３３は機関の始動開始から時刻ｔ１まで部分気筒停止制御を実行せずに時刻ｔ１から部分気筒停止制御を実行した場合の、それぞれの触媒の温度変化を示す。この時刻ｔ１は触媒が約２００°Ｃの温度になり触媒の各部分でＨＣを酸化させる排気浄化の反応を開始する時刻である。
【００２０】
曲線３１と３２を比較すると、部分気筒停止制御を実行しない曲線３１の方が部分気筒停止制御を実行する曲線３２より早くに２００°Ｃの触媒温度に到達することが判る。一方、触媒の温度が２００°Ｃに到達すると部分気筒停止制御を実行して２次空気を触媒へ供給する方が所謂「後燃え」現象により触媒の温度が２００°Ｃから急上昇し、触媒の５０％浄化温度、すなわち触媒の浄化反応が触媒の５０％の部分で反応しているときの触媒温度としての３５０°Ｃには曲線３２の方が曲線３１より早くに到達することが判る。以下、触媒の温度が後燃え現象により急上昇を開始する温度２００°Ｃを触媒の反応促進温度と呼ぶ。
【００２１】
次に、曲線３１、３２および３３を比較すると、２００°Ｃの触媒温度に到達する時刻は曲線３１と３３ともに同時であるが、曲線３３は触媒温度２００°Ｃから急上昇し、触媒の５０％浄化温度３５０°Ｃへ曲線３１、３２より早くに到達することが判る。
図４は第２の部分気筒停止制御のフローチャートである。本制御は図１に示す第１実施形態において排気温センサ１１が設けられてない実施形態に適用されるものである。本制御では、機関から排出される排気ガスの温度を検出する排気温センサの代わりに、触媒温度を機関の始動開始から機関へ吸入される空気量の積算値（以下、積算空気量と記す）ｓｕｍｇａ  から予測する。
【００２２】
本制御ルーチンは所定の周期、例えば１００ｍｓ毎に実行される。先ず、ステップ４０１では、図２のステップ２０１と同様に機関１の水温ＴＨＷが所定の温度範囲内（α＜ＴＨＷ＜β）か否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ４０２へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ４０７へ進む。ここで、積算空気量と触媒温度との関係を示すマップについて説明する。
【００２３】
図５は機関の積算空気量と触媒温度との関係を示すマップである。図５において横軸は機関の始動開始から機関へ吸入される積算空気量ｓｕｍｇａ  を示し、縦軸はｓｕｍｇａ  の変化に応じて変化する触媒温度の測定結果による実験値を示す。ｓｕｍｇａ  ＝εは触媒が部分的に排気浄化の反応を開始する温度２００°Ｃに到達した時の積算空気量であり、ｓｕｍｇａ  ＝κは触媒が十分活性化される温度７００°Ｃに到達した時の積算空気量である。このように実験値から求められた機関の積算空気量と触媒温度との関係を示すマップはＲＯＭに格納される。
【００２４】
再び図４のフローチャートに戻る。ステップ４０２では、積算空気量  ｓｕｍｇａが触媒温度７００°Ｃに相当する所定量κを超えたか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときは触媒が十分活性化される温度に到達したとみなしてステップ４０８へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ４０３へ進む。
ステップ４０３では、積算空気量  ｓｕｍｇａが触媒温度２００°Ｃに相当する所定量ε以上となったか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときは触媒が部分的に排気浄化の反応を開始する温度に到達したとみなしてステップ４０４へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ４０７へ進む。
【００２５】
ステップ４０４では、部分気筒停止制御が所定時間δ、例えば５０秒だけ実行されたか否かを  ＣＦＣＡＴ＞δ（＝５００）から判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ４０７へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ４０５へ進む。ステップ４０５では、部分気筒停止制御時間計測用のカウンタ  ＣＦＣＡＴに１を加算してステップ４０６へ進む。
【００２６】
ステップ４０１でＮＯと判別されたときやステップ４０３でＮＯと判別されたとき、ステップ４０７へ進みカウンタ  ＣＦＣＡＴを０にリセットする。このカウンタ  ＣＦＣＡＴを用いる理由は、図５で示した機関の積算空気量  ｓｕｍｇａと触媒温度との関係は部分気筒停止制御を実行していないときの全気筒運転時の実験結果を用いているので、ε≦ｓｕｍｇａ  ≦κの部分気筒停止制御の実行中は  ｓｕｍｇａから触媒温度を予測できないからである。
【００２７】
ステップ４０１〜４０４の実行により、機関の冷却水温ＴＨＷがα＜ＴＨＷ＜βかつ積算空気量ｓｕｍｇａ  がε≦ｓｕｍｇａ  ≦κと判定されたとき、すなわち機関の暖機が完了しておらず、触媒が排気浄化の反応を開始してから十分活性化されるまでの間であって、かつ部分気筒停止制御時間  ＣＦＣＡＴが  ＣＦＣＡＴ≦δと判定されたとき、ステップ４０６へ進み、部分気筒停止制御を実行する。一方、ステップ４０１〜４０４の実行により、機関の冷却水温ＴＨＷがＴＨＷ≦αまたはβ≦ＴＨＷか、あるいは積算空気量ｓｕｍｇａ  がｓｕｍｇａ  ＜εまたはκ＜ｓｕｍｇａ  のとき、すなわち機関が極低温のときか暖機完了したと判定されたときか、あるいは触媒が排気浄化の反応を開始する前かまたは触媒が十分活性化されたと判定されたとき、ステップ４０８へ進み、部分気筒停止制御を禁止する。
【００２８】
次に、部分気筒停止制御を実行する気筒の数を機関の運転状態、例えば触媒の温度変化を考慮して変更する実施形態について以下に説明する。
図６は機関始動時の段階的部分気筒停止制御と触媒温度変化との関係を示す図である。図６は多気筒機関、例えば６気筒の機関の始動時を示し、図中、曲線６１は部分気筒停止を実行しないときの触媒の温度変化を示し、曲線６２は２気筒を同時に停止したときの触媒の温度変化を示し、曲線６３は１気筒だけ停止したときの触媒の温度変化を示し、曲線６４は１気筒停止し所定時間経過後に２気筒を停止したときの触媒の温度変化を示す。
【００２９】
曲線６２、６３および６４を比較すると、時刻ｔ１に触媒の温度が反応促進温度２００°Ｃに到達した後、曲線６２の２気筒同時停止制御の場合は、時刻ｔ１から触媒へ過剰の２次空気が供給されるので、触媒の温度は一定期間低下した後再び上昇し、やがて触媒の５０％浄化温度３５０°Ｃに到達する。曲線６３の１気筒停止制御の場合は、時刻ｔ１からの触媒への２次空気の供給により触媒の温度は短時間低下するものの即座に再上昇する。しかしながら、曲線６２の２気筒同時停止制御と比して機関の始動を開始してから触媒の温度が５０％浄化温度３５０°Ｃに到達するまでの時間は長くなることが判る。しかるに、曲線６４の時刻ｔ１に１気筒を停止した後時刻ｔ２に２気筒を停止するような段階的気筒停止制御の場合は、時刻ｔ１からの触媒への２次空気の供給により触媒の温度は短時間低下するものの即座に再上昇する。次いで触媒の温度が反応促進温度２００°Ｃを少し超えた、例えば２２０°Ｃに到達する時刻ｔ２から停止する気筒の数を増やして触媒へ供給する２次空気の量を増量することにより触媒の温度が５０％浄化温度３５０°Ｃに到達するまでの時間は曲線６２や６３の場合と比して短くなることが判る。
【００３０】
次に、上述の段階的部分気筒停止制御をフローチャートを用いて説明する。
図７は第３の部分気筒停止制御のフローチャートである。本制御は図１に示す第１実施形態に適用される。また、本制御ルーチンは所定の周期、例えば１００ｍｓ毎に実行される。先ず、ステップ７０１では、図２のステップ２０１と同様に機関１の水温ＴＨＷが所定の温度範囲内（α＜ＴＨＷ＜β）か否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ７０２へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ７０８へ進む。
【００３１】
ステップ７０２では、触媒出ガスの排気温Ｔｅｘが第２の所定温度η（ηは例えば７００°Ｃ）を超えたか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ７０８へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ７０３へ進む。ここで、η＝７００°Ｃは触媒が十分活性化されたとみなされるときの触媒出ガスの排気温度である。ステップ７０３では、１気筒停止制御実行中か否かをフラグにより判定し、ＹＥＳと判定されたときはステップ７０４へ進み、ＮＯと判定されたときはステップ７０６へ進む。
【００３２】
ステップ７０４では、触媒出ガスの排気温Ｔｅｘが第１の所定温度γ（γは例えば１８０°Ｃ）以上となったか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ７０５へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ７０８へ進む。ここで、γを１８０°Ｃとするのは、触媒の温度が略２００°Ｃのときの触媒出ガスの排気温度が約１８０°Ｃと推定されるからであり、触媒は約２００°Ｃに到達すると、触媒の各部分でＨＣを酸化させる排気浄化の反応を開始するからである。
【００３３】
ステップ７０６では、排気温Ｔｅｘが第３の所定温度δ（＝２２０°Ｃ）を超えたか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ７０７へ進み、その判別結果がＮＯのときは本ルーチンを終了する。ここで、第３の所定温度δ＝２２０°Ｃは、時刻ｔ１から１気筒停止制御による２次空気供給により触媒の浄化反応が開始された後触媒の温度が反応促進温度２００°Ｃを少し超えたことを確認できる温度として設定したものである。
【００３４】
ステップ７０１〜７０４および７０６の実行により、機関の冷却水温ＴＨＷがα＜ＴＨＷ＜βかつ排気温Ｔｅｘがγ≦Ｔｅｘ≦δと判定されたとき、すなわち機関の暖機が完了しておらず、かつ触媒が排気浄化の反応を開始した後であって触媒の温度が反応促進温度２００°Ｃを少し超えるまでの間であると判定されたとき、ステップ７０５へ進み、１気筒停止制御を実行し、機関の冷却水温ＴＨＷがα＜ＴＨＷ＜βかつ排気温Ｔｅｘがδ≦Ｔｅｘ≦ηと判定されたとき、すなわち機関の暖機が完了しておらず、かつ触媒の温度が反応促進温度２００°Ｃ以上であって触媒が十分活性化されるまでの間と判定されたとき、ステップ７０７へ進み、２気筒停止制御を実行する。一方、ステップ７０１〜７０４および７０６の実行により、機関の冷却水温ＴＨＷがＴＨＷ≦αまたはβ≦ＴＨＷか、あるいは排気温ＴｅｘがＴｅｘ＜γまたはη＜Ｔｅｘと判定されたとき、すなわち機関が極低温のときかまたは暖機完了したとき、あるいは触媒が排気浄化の反応を開始する前かまたは触媒が十分活性化されたと判定されたとき、ステップ７０８へ進み、部分気筒停止制御を禁止する。
【００３５】
上述の第３の部分気筒停止制御において、停止する気筒の数を１気筒から２気筒へ増加する際に、機関の運転状態として触媒の温度が反応促進温度を超えて上昇したことを確認することを条件としたが、これに代えて機関の運転状態として負荷を条件とし、機関の負荷状態に応じて停止する気筒の数を変更してもよい。この場合、機関の負荷が高負荷な程高トルクを必要とするので停止する気筒の数を少なく設定する。
【００３６】
また、図７を用いて上述した第３の部分気筒停止制御は、排気温センサにより検出された触媒の推定温度に基づき部分気筒停止制御を実行するものであるが、この第３の部分気筒停止制御は排気温センサに変えて積算空気量から推定した触媒の温度に基づいて部分気筒停止制御を実行してもよい。
また、上述の第３の部分気筒停止制御は６気筒機関において２気筒まで停止する例で説明したが、例えば８気筒機関において３気筒まで停止したり、１２気筒機関において４気筒まで停止したりするなど、停止する気筒の数は使用する機関に応じて適宜選択できる。
【００３７】
図８は本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置の第２実施形態の概略構成図である。図８に示す第２実施形態の概略構成図は、排気温センサ１２が排気管６内の触媒コンバータ７の下流に配設された点を除き図１に示す第１実施形態の概略構成図と同一である。
図９は第４の部分気筒停止制御のフローチャートである。本制御は図８に示す第２実施形態に適用される。第４の部分気筒停止制御は、第１触媒（Ｓ／Ｃ）が暖機されてから第２触媒（Ｍ／Ｃ）が暖機されるまでの間、部分気筒停止制御を実行する気筒の数が多過ぎると第１触媒としてのスタート・キャタリスト（Ｓ／Ｃ）の温度がＯＴ（Over Temperature）を超え、その結果オーバーヒートして劣化する恐れがあるので、これを防止すべく部分気筒停止制御を実行する気筒の数を最適制御しつつ第２触媒としてのメイン・キャタリスト（Ｍ／Ｃ）が暖機されるまで部分気筒停止制御を行うものである。
【００３８】
本制御ルーチンは所定の周期、例えば１００ｍｓ毎に実行される。先ず、ステップ９０１では、図２のステップ２０１と同様に機関１の水温ＴＨＷが所定の温度範囲内（α＜ＴＨＷ＜β）か否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ９０２へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ９１１へ進む。
ステップ９０２では、部分気筒停止制御を実行中か否かをフラグにより判定し、ＹＥＳと判定されたときはステップ９０６へ進み、ＮＯと判定されたときはステップ９０３へ進む。ステップ９０３では、第１触媒（Ｓ／Ｃ）出ガスの第１排気温Ｔｅｘ１が第１の所定温度γ（＝１８０°Ｃ）以上となったか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ９０４へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ９１１へ進む。ここで、γを１８０°Ｃとするのは、第１触媒（Ｓ／Ｃ）の温度が略２００°Ｃのときの第１触媒出ガスの排気温度が約１８０°Ｃと推定されるからであり、第１触媒は約２００°Ｃに到達すると、第１触媒の各部分でＨＣを酸化させる排気浄化の反応を開始するからである。
【００３９】
ステップ９０４では、第２触媒（Ｍ／Ｃ）の出ガスの第２排気温Ｔｅｘ２が第５の所定温度θ（＝６００°Ｃ）を超えたか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ９１１へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ９０５へ進む。ここで、θ＝６００°Ｃは第２触媒が十分活性化されたとみなされるときの第２触媒出ガスの排気温度である。
【００４０】
ステップ９０６では、第１排気温Ｔｅｘ１が第３の所定温度δ（＝２２０°Ｃ）を超えたか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ９０７へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ９０４へ進む。ここで、第３の所定温度δは時刻ｔ１から１気筒停止制御による２次空気供給により第１触媒の浄化反応が開始されてから第１触媒の温度が上昇し始めたことを確認できる温度として、例えば２２０°Ｃを設定する。
【００４１】
ステップ９０７では、第１触媒の出ガスの第１排気温Ｔｅｘ１が第４の所定温度λ（＝７００°Ｃ）を超えたか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ９０４へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ９１０へ進む。ここで、η＝７００°Ｃは第１触媒が十分活性化されたとみなされかつ第１触媒をＯＴから保護できる温度のときの第１触媒出ガスの排気温度である。
【００４２】
ステップ９０５では１気筒停止制御を実行し、ステップ９１０では２気筒停止制御を実行し、ステップ９１１では部分気筒停止制御を禁止する。
図９を用いて説明した第４の部分気筒停止制御は、第１および第２排気温センサにより検出された第１および第２触媒の各推定温度に基づき部分気筒停止制御を実行するものであるが、この第４の部分気筒停止制御はこれら排気温センサに代えて機関の積算空気量から推定した各触媒の温度に基づいて第４の部分気筒停止制御と同様な制御を実行してもよい。
【００４３】
また、上述の第４の部分気筒停止制御は６気筒機関において２気筒まで停止する例で説明したが、例えば８気筒機関において３気筒まで停止したり、１２気筒機関において４気筒まで停止したりするなど、停止する気筒の数は使用する機関に応じて適宜選択できる。
図１０は多気筒機関の始動時における各触媒の温度変化を示す図であり、（Ａ）はＳ／Ｃの温度変化を示す図であり、（Ｂ）はＭ／Ｃの温度変化を示す図である。図１０において横軸は時間を示し、縦軸は各触媒の温度を示す。
【００４４】
図１０の（Ａ）において、曲線１０１は前述の第３の部分気筒停止制御を実行したときのＳ／Ｃの温度変化を示し、曲線１０２はＳ／Ｃが過昇温（ＯＴ）しないように前述の第４の部分気筒停止制御を実行したときのＳ／Ｃの温度変化を示し、曲線１０３は前述の第３の部分気筒停止制御を実行しＳ／Ｃの暖機完了を確認した後に部分気筒停止制御を禁止したときのＳ／Ｃの温度変化を示し、曲線１０４は１気筒停止制御のみを実行したときのＳ／Ｃの温度変化を示し、曲線１０５は、部分気筒停止制御を全く行わないときのＳ／Ｃの温度変化を示し、曲線１０６はＳ／Ｃが触媒の反応促進温度（２００°Ｃ）に到達した後２気筒停止制御を実行したときのＳ／Ｃの温度変化を示す。
【００４５】
一方、図１０の（Ｂ）において、曲線１１２はＳ／ＣがＯＴしないように第４の部分気筒停止制御を実行したときのＭ／Ｃの温度変化を示し、曲線１１３は第３の部分気筒停止制御を実行しＳ／Ｃの暖機完了を確認した後に部分気筒停止制御を禁止したときのＭ／Ｃの温度変化を示し、曲線１１５は部分気筒停止制御を全く行わないときのＭ／Ｃの温度変化を示す。
【００４６】
図１１は触媒入ガスの空燃比と触媒温度との関係を示すマップである。図１１において横軸は機関から排出された排気ガスが第１触媒へ流入する直前の第１触媒入ガスの空燃比を示し、縦軸は第１触媒の温度を示す。図１１から、第１触媒入ガスの空燃比が理論空燃比（１４．６）のとき、第１触媒の反応が最も活性化されるので第１触媒の温度も最も高いことが判る。
【００４７】
したがって、部分気筒停止制御実行中の機関へ供給する燃料噴射量は、第１触媒入ガスの空燃比が理論空燃比になるように休止中の気筒の数、言い換えるなら休止気筒から排出される空気量（酸素量）に応じて決定されることが第１触媒の早期活性化に必要である。このため、部分気筒停止制御実行中に、休止せずに噴射を実行する稼働気筒から機関へ供給する燃料噴射量を算出するためには、稼働気筒の空燃比を休止中の気筒の数に応じて次式のように算出することが必要である。８気筒機関を例にとって下記のように算出された空燃比に応じて燃料噴射量を算出し、燃料噴射を実行すれば、第１触媒入ガスの空燃比は理論空燃比となり、第１触媒の早期暖機が達成される。
【００４８】
休止気筒が１つのとき稼働気筒の空燃比は１４．６×（７／８）＝１２．８に、休止気筒が２つのとき稼働気筒の空燃比は１４．６×（６／８）＝１１．０に、休止気筒が３つのとき稼働気筒の空燃比は１４．６×（５／８）＝９．１に、休止気筒が４つのとき稼働気筒の空燃比は１４．６×（４／８）＝７．３に、それぞれ設定する。
【００４９】
図１２は第５の部分気筒停止制御のフローチャートである。本制御は図１に示す第１実施形態に適用される。本制御は、部分気筒停止制御により第１触媒が暖機されても排気系、例えば排気マニホルドが十分に暖機されていない場合や排気マニホルドが暖機されていてもアイドル等により機関から排出される排気ガスの温度が低い場合に、部分気筒停止制御を禁止してしまうと第１触媒の熱が排気系に奪われ、第１触媒の温度低下を招く恐れがある。これを防止するため、この第５の部分気筒停止制御では、第１触媒の再冷却防止のため、第１触媒出ガス温度が低下したとき、再び部分気筒停止制御を実行するものである。本制御ルーチンは所定の周期、例えば１００ｍｓ毎に実行される。先ず、ステップ１２０１では、図２のステップ２０１と同様に機関１の水温ＴＨＷが所定の温度範囲内（α＜ＴＨＷ＜β）か否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ１２０２へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ１２０４へ進む。
【００５０】
次いで、ステップ１２０２では、部分気筒停止制御を実行中か否かをフラグにより判定し、部分気筒停止制御を実行中と判定されたときはステップ１２０５へ進み、部分気筒停止制御を禁止中と判定されたときはステップ１２０３へ進む。ステップ１２０３では、第１触媒出ガスの排気温Ｔｅｘがκ１（κ１＝５００°Ｃ）より大か否かを判別し、Ｔｅｘ＞κ１のときはステップ１２０４へ進み、Ｔｅｘ≦κ１のときはステップ１２０８へ進む。ステップ１２０３で排気温Ｔｅｘがκ１以下に低下したと判別されたときはステップ１２０８で１気筒停止制御を実行して第１触媒の再冷却を防止する。
【００５１】
ステップ１２０５では、１気筒停止制御を実行中か否かをフラグにより判定し、１気筒停止制御を実行中と判定されたときはステップ１２０６へ進み、１気筒停止制御を実行中でなく２気筒停止制御を実行中と判定されたときはステップ１２０９へ進む。ステップ１２０６では、第１触媒出ガスの排気温Ｔｅｘがκ２（κ２＝７００°Ｃ）より大か否かを判別し、Ｔｅｘ＞κ２のときはステップ１２０４へ進み、Ｔｅｘ≦κ２のときはステップ１２０７へ進む。ここで、κ２は１気筒停止制御実行時に第１触媒（Ｓ／Ｃ）が過昇温（ＯＴ）とならないように設定される第１触媒出ガスの排気温度である。
【００５２】
ステップ１２０７では、第１触媒出ガスの排気温Ｔｅｘがκ３（κ３＝６００°Ｃ）より大か否かを判別し、Ｔｅｘ＞κ３のときはステップ１２０８へ進み、Ｔｅｘ≦κ３のときはステップ１２０９へ進む。ステップ１２０７で排気温Ｔｅｘがκ３以下に低下したと判別されたときはステップ１２１０で２気筒停止制御を実行して第１触媒の再冷却を防止する。
【００５３】
ステップ１２０９では、第１触媒出ガスの排気温Ｔｅｘがκ４（κ４＝８００°Ｃ）より大か否かを判別し、Ｔｅｘ＞κ４のときはステップ１２０８へ進み、Ｔｅｘ≦κ４のときはステップ１２１０へ進む。ここで、κ４は２気筒停止制御実行時に第１触媒（Ｓ／Ｃ）が過昇温（ＯＴ）とならないように設定される第１触媒出ガスの排気温度である。
【００５４】
ステップ１２０４では、部分気筒停止制御を禁止し、ステップ１２０８では１気筒停止制御を実行し、ステップ１２１０では２気筒停止制御を実行する。
上述した実施形態において、触媒コンバータ５、７は、電気加熱式触媒（ＥＨＣ）を設けた触媒コンバータであってもよい。
また、上述した実施形態では、一部気筒の燃料の噴射を中止する部分気筒停止制御により、リーン運転を実行する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は燃料噴射量を減少して気筒から排出される酸素量を多くすることでリーン運転を実行してもよい。また、本発明は希薄燃焼内燃機関や筒内噴射式内燃機関に適用してもよい。
本発明はまた、上述した実施形態の他に、排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは、複数気筒の内、一部の気筒を弱リーンとするとともに、他の気筒をリッチとし、所定温度に到達した以降には、前記一部の気筒を強リーンとすることを許可する実施形態としてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多気筒内燃機関の空燃比制御装置によれば、排気浄化触媒の活性開始温度に到達するまでは暖機増量により全気筒から燃料噴射し活性開始温度に到達してからは一部気筒によるリーン運転を開始するので、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮でき、機関から排出される排気エミッションの触媒による浄化を早期に開始できる。
また、本発明の多気筒内燃機関の空燃比制御装置における燃料噴射量補正手段は、排気浄化触媒の暖機効率を略最高とする空燃比の排気ガスを排気浄化触媒へ流入させるので、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮できる。
【００５６】
また、本発明の多気筒内燃機関の空燃比制御装置における始動時空燃比制御手段は、活性開始温度に到達してから複数の気筒のリーン運転を同時に開始せずに、リーン運転する気筒の数を徐々に増加するので、排気浄化触媒への急激な２次空気の流入による排気浄化触媒の温度低下を防止し、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮できる。
【００５７】
また、本発明の多気筒内燃機関の空燃比制御装置における始動時空燃比制御手段は、排気浄化触媒の温度が目標温度に到達したとき、リーン運転する気筒の数を減らすので、排気浄化触媒の過昇温による劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置の第１実施形態の概略構成図である。
【図２】第１の部分気筒停止制御のフローチャートである。
【図３】機関始動時の部分気筒停止と触媒温度変化との関係を示す図である。
【図４】第２の部分気筒停止制御のフローチャートである。
【図５】機関の積算空気量と触媒温度との関係を示すマップである。
【図６】機関始動時の段階的部分気筒停止制御と触媒温度変化との関係を示す図である。
【図７】第３の部分気筒停止制御のフローチャートである。
【図８】本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置の第２実施形態の概略構成図である。
【図９】第４の部分気筒停止制御のフローチャートである。
【図１０】多気筒機関の始動時における各触媒の温度変化を示す図であり、（Ａ）はＳ／Ｃの温度変化を示す図であり、（Ｂ）はＭ／Ｃの温度変化を示す図である。
【図１１】触媒入ガスの空燃比と触媒温度との関係を示すマップである。
【図１２】第５の部分気筒停止制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１…多気筒機関
２…吸気マニホルド
３…排気マニホルド
４…燃料噴射弁
５…第１触媒（Ｓ／Ｃ）コンバータ
６…排気管
７…第２触媒（Ｍ／Ｃ）コンバータ
８、９…空燃比センサ
１１、１２…排気温センサ
２０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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