(57)【要約】【課題】複数の気筒のそれぞれに複数の燃料噴射弁を有する内燃機関において、気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きいとき、好適に燃料噴射を行う。【解決手段】本発明の一態様の内燃機関の制御装置は、各気筒に対して設けられた第１燃料噴射弁および第２燃料噴射弁から第１の所定割合で燃料噴射を行い、それに伴う内燃機関の所定の出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す第１値ＸＡを算出すると共に、それらから第２の所定割合で燃料噴射を行い、同様に第２値ＸＢを算出する手段を有する。そして、制御装置は、第１値および第２値に基づいて、第１燃料噴射弁または第２燃料噴射弁の異常に関するモードなどから１つのモードを選択すると共に気筒間空燃比ばらつき度合いを表す値を算出して、これらに基づいて燃料量を算出する手段を有する。【選択図】図１１
2014190269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒のそれぞれに対して設けられた第１燃料噴射弁および第２燃料噴射弁から機関運転状態に応じて設定される噴射割合で所定燃料量の燃料を噴射する燃料噴射制御手段と、
第１の所定噴射割合で該第１燃料噴射弁および該第２燃料噴射弁からの燃料噴射が行われることに伴う内燃機関の所定の出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す第１値を算出する第１値算出手段と、
前記第１の所定噴射割合と異なる第２の所定噴射割合で該第１燃料噴射弁および該第２燃料噴射弁からの燃料噴射が行われることに伴う内燃機関の所定の出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す第２値を算出する第２値算出手段と、
該第１値算出手段により算出された第１値と該第２値算出手段により算出された第２値とに基づいて、複数の第１燃料噴射弁の少なくともいずれか１つの異常に関する第１モードと複数の第２燃料噴射弁の少なくともいずれか１つの異常に関する第２モードとを含む複数のモードから１つのモードを選択するモード選択手段と、
該第１値算出手段により算出された第１値と該第２値算出手段により算出された第２値とに基づいて気筒間空燃比ばらつき度合いを表すばらつき値を算出するばらつき値算出手段と、
排気通路の触媒の上下流側に設けられてそれぞれ排気の酸素の量に応じた出力を生じる触媒上流センサおよび触媒下流センサの出力に応じて空燃比が目標空燃比に追従するように、前記モード選択手段により選択された１つのモードと該ばらつき値算出手段により算出されたばらつき値とに基づいて補正しつつ、前記所定燃料量を算出する燃料量算出手段と
を備えた、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料量算出手段は、前記モード選択手段により前記第１モードまたは前記第２モードが選択されたとき、該選択されたモードに応じて、機関運転状態に応じて設定される噴射割合に基づき補正値を決定し、該補正値を用いて前記所定燃料量を算出する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料量算出手段は、前記ばらつき値に基づいて気筒関空燃比ばらつきの度合いが大きいほど前記目標空燃比よりもリッチな空燃比に空燃比がなるように前記補正値を決定し、該補正値を用いて前記所定燃料量を算出する、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃料量算出手段は、前記補正値で、前記触媒下流センサの出力値と所定の目標値との差に基づいて算出されるサブフィードバック量を補正し、該補正されたサブフィードバック量に基づいて前記所定燃料量を算出する、請求項２または請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃料量算出手段は、前記補正値で、前記目標空燃比を補正し、該補正された目標空燃比に基づいて前記所定燃料量を算出する、請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃料量算出手段は、機関運転状態に基づいて前記補正値を決定し、該補正値を用いて前記所定燃料量を算出する、請求項２から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記燃料量算出手段は、機関冷却水温および機関始動開始からの時間の少なくとも一方に基づいて前記補正値を決定し、該補正値を用いて前記所定燃料量を算出する、請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒のそれぞれに複数の燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、触媒を利用した排気浄化システムを備える内燃機関では、排気中有害成分の触媒による浄化を高効率で行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、そのような内燃機関では、排気通路の触媒つまり触媒浄化装置の上下流側に排気中の酸素の量に応じた出力を生じるセンサを設け、これらの出力に基づいて空燃比を目標空燃比に追従させるように空燃比フィードバック制御が実施されている。例えば、触媒の下流側に設けられたいわゆる酸素センサの出力に基づいて補正を行いつつ（サブフィードバック制御を行いつつ）、同触媒の上流側に設けられたいわゆる広域空燃比センサの出力に基づいて空燃比制御（メインフィードバック制御）が実行される。
【０００３】
一般に、このような内燃機関では、通常全気筒に対して同一の制御量を用いて空燃比制御を行うため、空燃比制御を実行したとしても実際の空燃比が気筒間でばらつくことがある。このときばらつきの程度が小さければ、空燃比フィードバック制御で吸収可能であり、また触媒でも排気中有害成分を浄化処理可能なので、エミッションに影響を与えず、特に問題とならない。しかし、例えば一部の気筒の燃料噴射系や吸気バルブの動弁機構が故障するなどして、気筒間の空燃比が大きくばらつくと、エミッションを悪化させてしまい、問題となる。そして、このように気筒間の空燃比が大きくばらつくと、排気中の水素成分の影響により、触媒上流側の空燃比センサは空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときと同様の出力を出す傾向が強く、空燃比制御により空燃比がリーン側へ変移し易く、このようなリーン側への偏りを抑制することが望まれる。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置は、触媒上流側の空燃比センサの出力値により表される空燃比が理論空燃比に設定された目標空燃比に一致するように、燃料噴射弁が噴射すべき燃料の量をフィードバック補正する構成を備えている。そして、さらに、この装置は、それぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比の気筒間における差が大きいほど大きくなる指標値を取得し、その取得された指標値が大きいほど空燃比が理論空燃比よりもよりリッチな空燃比となるように、燃料の量を増大補正する構成を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１５５０７３号
【特許文献２】特開２０１２−２３３４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、複数の気筒のそれぞれに複数の燃料噴射弁を有する内燃機関、例えば、各気筒に対して吸気通路噴射用燃料噴射弁（ポートインジェクタ）および筒内噴射用燃料噴射弁（筒内インジェクタ）を有する内燃機関においても、気筒間空燃比ばらつきの度合いを特定することができる（特許文献２を参照）。このような内燃機関では、ポートインジェクタにのみ異常があるときも、または、筒内インジェクタにのみ異常があるときも、気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなる。しかし、このときに、上記特許文献１の装置のように、気筒間空燃比ばらつきの度合いに応じて燃料量の増大補正を行い、その補正された量の燃料をそれらインジェクタで噴き分けることには問題がある。例えば、ポートインジェクタにのみ異常があるので気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなっているにもかかわらず、筒内インジェクタの噴射割合が高いときに、単に気筒間空燃比ばらつきの度合いに応じて燃料量の増大補正を行うと、燃料増大補正が過多になり、かえってエミッションが悪化してしまう。
【０００７】
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、複数の気筒のそれぞれに複数の燃料噴射弁を有する内燃機関において、気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きいとき、好適に燃料噴射を行う、内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、
複数の気筒のそれぞれに対して設けられた第１燃料噴射弁および第２燃料噴射弁から機関運転状態に応じて設定される噴射割合で所定燃料量の燃料を噴射する燃料噴射制御手段と、
第１の所定噴射割合で該第１燃料噴射弁および該第２燃料噴射弁からの燃料噴射が行われることに伴う内燃機関の所定の出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す第１値を算出する第１値算出手段と、
前記第１の所定噴射割合と異なる第２の所定噴射割合で該第１燃料噴射弁および該第２燃料噴射弁からの燃料噴射が行われることに伴う内燃機関の所定の出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す第２値を算出する第２値算出手段と、
該第１値算出手段により算出された第１値と該第２値算出手段により算出された第２値とに基づいて、複数の第１燃料噴射弁の少なくともいずれか１つの異常に関する第１モードと複数の第２燃料噴射弁の少なくともいずれか１つの異常に関する第２モードとを含む複数のモードから１つのモードを選択するモード選択手段と、
該第１値算出手段により算出された第１値と該第２値算出手段により算出された第２値とに基づいて気筒間空燃比ばらつき度合いを表すばらつき値を算出するばらつき値算出手段と、
排気通路の触媒の前後に設けられてそれぞれ排気の酸素の量に応じた出力を生じる触媒上流センサおよび触媒下流センサの出力に応じて空燃比が目標空燃比に追従するように、前記モード選択手段により選択された１つのモードと該ばらつき値算出手段により算出されたばらつき値とに基づいて補正しつつ、前記所定燃料量を算出する燃料量算出手段と
を備えた、内燃機関の制御装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記燃料量算出手段は、前記モード選択手段により前記第１モードまたは前記第２モードが選択されたとき、該選択されたモードに応じて、機関運転状態に応じて設定される噴射割合に基づき補正値を決定し、該補正値を用いて前記所定燃料量を算出する。特に、前記燃料量算出手段は、前記ばらつき値に基づいて気筒関空燃比ばらつきの度合いが大きいほど前記目標空燃比よりもリッチな空燃比に空燃比がなるように前記補正値を決定し、該補正値を用いて前記所定燃料量を算出するとよい。
【００１０】
好ましくは、前記燃料量算出手段は、前記補正値で、前記触媒下流センサの出力値と所定の目標値との差に基づいて算出されるサブフィードバック量を補正し、該補正されたサブフィードバック量に基づいて前記所定燃料量を算出する。あるいは、前記燃料量算出手段は、前記補正値で、前記目標空燃比を補正し、該補正された目標空燃比に基づいて前記所定燃料量を算出するとよい。
【００１１】
さらに、好ましくは、前記燃料量算出手段は、機関運転状態に基づいて前記補正値を決定し、該補正値を用いて前記所定燃料量を算出する。この場合、前記燃料量算出手段は、機関冷却水温および機関始動開始からの時間の少なくとも一方に基づいて前記補正値を決定し、該補正値を用いて前記所定燃料量を算出するとよい。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成を有する本発明によれば、複数の第１燃料噴射弁の少なくともいずれか１つの異常に関する第１モードと複数の第２燃料噴射弁の少なくともいずれか１つの異常に関する第２モードとを含む複数のモードから１つのモードが選択され、気筒間空燃比ばらつき度合いを表すばらつき値が算出される。そして、触媒上流センサおよび触媒下流センサの出力に応じて空燃比が目標空燃比に追従するように、選択された１つのモードと算出されたばらつき値とに基づいて補正しつつ、所定燃料量が算出される。この結果、複数の気筒のそれぞれに対して設けられた第１燃料噴射弁および第２燃料噴射弁から機関運転状態に応じて設定される噴射割合でその所定燃料量の燃料が噴射される。このように、ばらつき値と選択モードに基づいて燃料噴射量が設定されるので、たとえ気筒間空燃比ばらつき度合いが大きくても、複数の燃料噴射弁からの燃料噴射を好適に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】触媒上流センサおよび触媒下流センサの出力特性を示すグラフである。
【図３】ポートインジェクタの燃料の噴射割合を表す図である。
【図４】インバランス割合と排気通路へ排出される水素量との関係を表したグラフである。
【図５】空燃比センサ出力の変動を示すタイムチャートである。
【図６】図５のＶI部に相当する拡大図である。
【図７】インバランス割合と空燃比変動パラメータとの関係を示すグラフである。
【図８】異常検出の原理を説明するための図である。
【図９】第１実施形態における、気筒間空燃比のばらつき度合いを表す値等の算出用のフローチャートである。
【図１０】エンジン回転速度および吸入空気量により補正係数を求めるためのグラフである。
【図１１】図９のフローチャートに関係するフローチャートであり、モード選択およびばらつき値算出用のフローチャートである。
【図１２】第１実施形態における、燃料噴射制御用のフローチャートである。
【図１３】第１実施形態における、メインフィードバック量算出用のフローチャートである。
【図１４】第１実施形態における、サブフィードバック量算出用のフローチャートである。
【図１５】第１実施形態における、サブフィードバック量の補正用のフローチャートである。
【図１６】本発明の第２実施形態における、目標空燃比の補正用のフローチャートである。
【図１７】本発明の第３実施形態における、第２サブ補正係数算出用モードを設定するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。まず、第１実施形態について説明する。
【００１５】
図１に本第１実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。図示される内燃機関（以下、エンジン）１はＶ型６気筒デュアル噴射式ガソリンエンジンである。各気筒＃１〜＃６に吸気通路噴射用燃料噴射弁（ポートインジェクタ）２と筒内噴射用燃料噴射弁（筒内インジェクタ）３とが設けられている。エンジン１は第１のバンク４と第２のバンク５とを有し、第１のバンク４には奇数番気筒すなわち＃１，＃３，＃５気筒が設けられ、第２のバンク５には偶数番気筒すなわち＃２，＃４，＃６気筒が設けられている。
【００１６】
ポートインジェクタ２は、いわゆる均質燃焼を実現するよう、対応気筒の吸気通路特に吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する。以下、ポートインジェクタを「ＰＦＩ」ともいう。他方、筒内インジェクタ３は、いわゆる成層燃焼を実現するよう、対応気筒の筒内（燃焼室内）に向けて燃料を直接噴射する。以下、筒内インジェクタを「ＤＩ」ともいう。
【００１７】
吸気を導入するための吸気通路７は、吸気ポート６の他、集合部としてのサージタンク８と、各気筒の吸気ポート６およびサージタンク８を結ぶ複数の吸気マニホールド９と、サージタンク８の上流側の吸気管１０とにより概ね形成されている。吸気管１０には、上流側から順にエアフローメータ１１と電子制御式スロットルバルブ１２とが設けられている。エアフローメータ１１は吸気流量に応じた大きさの信号を出力する。各気筒には、筒内の混合気に点火するための点火プラグ１３が設けられる。
【００１８】
排気を排出するための排気通路は、本実施形態の場合、第１のバンク４に対する第１の排気通路１４Ａと第２のバンク５に対する第２の排気通路１４Ｂとが別系統で設置されている。つまり排気系統はバンク毎に独立して２系統ある。両バンクについて排気系統の構成は同じなので、ここでは第１のバンク４についてのみ説明し、第２のバンク５については図中同一符号を付して説明を省略する。
【００１９】
第１の排気通路１４Ａは、＃１，＃３，＃５の各気筒の排気ポート１５と、これら排気ポート１５の排気ガスを集合させる排気マニホールド１６と、排気マニホールド１６の下流端に接続する排気管１７とにより概ね形成されている。そして排気管１７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（上流触媒浄化装置）１８と下流触媒（下流触媒浄化装置）１９が直列に設けられている。上流触媒１８の上流側および下流側に、それぞれ排気の酸素の量（酸素濃度または酸素分圧）に応じた出力を生じる（信号を出力する）センサ２０、２１が設けられている。センサ２０、２１は要するに空燃比を検出するためのセンサつまり空燃比センサであり、触媒上流センサ２０および触媒下流センサ２１とそれぞれ称される。このように、片バンクに対する排気通路の集合部には単一の触媒上流センサ２０が設置されている。特に、第１のバンク４に対する第１の排気通路１４Ａと、第２のバンク５に対する第２の排気通路１４Ｂとに、個別に触媒上流センサ２０が設置されている。
【００２０】
上述のポートインジェクタ２、筒内インジェクタ３、スロットルバルブ１２および点火プラグ１３等は、制御手段としての機能を担う電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００に電気的に接続されている。なお、図１では、見易くするために、これらの接続を示す線を省略している。ＥＣＵ１００は、何れも図示されない演算装置としてのＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを含む記憶装置、入出力ポート等を含むものである。またＥＣＵ１００には、（図では接続を示す複数の線は示されないが）前述のエアフローメータ１１、触媒上流センサ２０、触媒下流センサ２１のほか、エンジン１のクランク角を検出するためのクランク角センサ２２、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ２３、エンジン１の冷却水の温度を検出するための水温センサ２４、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。ＥＣＵ１００は、各種センサの出力つまり検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、ポートインジェクタ２、筒内インジェクタ３、スロットルバルブ１２および点火プラグ１３等を制御し、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、点火時期等を制御する。またＥＣＵ１００は、クランク角センサ２２の出力に基づきエンジン１のクランク角を検出すると共に、エンジンの回転速度を計算する。ここでエンジンの回転速度としては１分当たりの回転数（ｒｐｍ）を用いる。このように、ここでは、クランク角センサ２２はエンジン回転速度センサとして用いられる。
【００２１】
なお、ＥＣＵ１００は、上記説明から理解できるように、燃料噴射制御手段、吸入空気制御手段、点火制御手段の各手段の機能を担い、以下に説明するように空燃比制御手段の機能も担う。そして、ＥＣＵ１００は、第１値算出手段、第２値算出手段、モード選択手段、ばらつき値算出手段、燃料量算出手段の各機能も担う。これら手段は互いに関連付けられている。なお、燃料量算出手段は燃料噴射制御手段に含まれることもでき、また、燃料量算出手段および燃料噴射制御手段は空燃比制御手段に含まれる。
【００２２】
触媒上流センサ２０はいわゆる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に触媒上流センサ２０の出力特性を示す。図示するように、触媒上流センサ２０は、排気の空燃比に比例した大きさの電圧信号Ｖｆを出力する。排気空燃比が理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）であるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）である。
【００２３】
他方、触媒下流センサ２１はいわゆる酸素（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に触媒下流センサ２１の出力特性を示す。図示するように、排気の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。触媒下流センサ２１の出力電圧は所定の範囲（例えば０〜１（Ｖ））内で変化する。排気空燃比がストイキよりリーンのとき、触媒下流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、触媒下流センサの出力電圧はストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。
【００２４】
上流触媒１８および下流触媒１９は、それぞれに流入する排気の空燃比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。
【００２５】
そこで、エンジン１の通常運転時、上流触媒１８に流入する排気の空燃比をストイキ近傍に制御するための空燃比制御（ストイキ制御）がＥＣＵ１００により実行される。この空燃比制御は、触媒上流センサ２０によって検出された排気の空燃比が所定の目標空燃比であるストイキになるように混合気の空燃比（具体的には燃料噴射量）をフィードバック制御するメイン空燃比制御（メインフィードバック制御）と、触媒下流センサ２１によって検出された排気の空燃比がストイキになるように混合気の空燃比（具体的には燃料噴射量）をフィードバック制御する補助空燃比制御（サブフィードバック制御）とからなる。具体的には、メインフィードバック制御では、触媒上流センサ２０の出力に基づいて検出される現状の空燃比を所定の目標空燃比に追従させるために、補正値を演算して、この補正値に基づいてポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３からの燃料噴射量を調整するような制御が実行される。そして、さらにサブフィードバック制御では、触媒下流センサ２１の出力に基づいて、別の補正値を演算し、メインフィードバック制御にて得られた上記補正値を修正するような制御が実行される。ただし、本実施形態において、上記所定の目標空燃比つまり空燃比の基準値はストイキであり、このストイキに相当する燃料噴射量が燃料噴射量の基準である。ただし、空燃比および燃料噴射量の基準値は他の値とすることもできる。なお、空燃比制御においては、各気筒に対し同一の制御量が一律に用いられる。
【００２６】
このような空燃比制御はバンク毎に行われる。すなわち、第１のバンク４側の触媒上流センサ２０および触媒下流センサ２１の出力に基づいて、第１のバンク４に属する＃１，＃３，＃５気筒の空燃比制御が行われる。他方、第２のバンク５側の触媒上流センサ２０および触媒下流センサ２１の出力に基づいて、第２のバンク５に属する＃２，＃４，＃６気筒の空燃比制御が行われる。
【００２７】
またここでは、１気筒で１噴射サイクル中に噴射される全燃料噴射量を、所定の噴射割合α，βに応じて、ポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３に分担させる噴き分けが行われる。このときＥＣＵ１００は、噴射割合α，βに応じて、ポートインジェクタ２から噴射される燃料量（ポート噴射量）と、筒内インジェクタ３から噴射される燃料量（筒内噴射量）とを設定し、これら燃料量に応じて各インジェクタ２、３を通電制御する。噴射割合α，βは、ここでは全燃料噴射量に対するポート噴射量または筒内噴射量の百分率値をいい、０〜１００の値を持つ（β＝１００−α）。全燃料噴射量をＱｔとした場合、ポート噴射量Ｑｐはα×Ｑｔ／１００で表され、筒内噴射量Ｑｄはβ×Ｑｔ／１００で表され、両者の噴射割合はＱｐ：Ｑｄ＝α：βである。このように噴射割合α，βはポートインジェクタ２と筒内インジェクタ３、もしくはポート噴射量Ｑｐと筒内噴射量Ｑｄとの噴射割合を規定する値である。全燃料噴射量は、ＥＣＵ１００により、エンジン運転状態等に基づいて、以下に説明するようにして設定される。
【００２８】
図３に、噴射割合αを設定するためのマップ化されたデータを示す。図示するように、噴射割合αは、エンジン運転状態、つまりエンジン回転速度Ｎｅと負荷ＫＬで規定される各領域に応じてα１からα４まで変化する。例えばα１＝０、α２＝３５、α３＝５０、α４＝７０であるが、これらの値や領域分けは任意に変更可能である。この例では、低回転高負荷側に向かうほどポート噴射量の割合が増加する。またα＝α１（＝０）の領域での噴き分けでは、筒内噴射のみ（β＝１００）で燃料が供給される。噴射割合α，βは、両バンクの各気筒に対し同一の値が用いられる。すなわち噴射割合α，βについてはバンク毎の設定はなされない。
【００２９】
さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒のインジェクタが故障し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生したとする。例えば＃１気筒が他の＃２〜＃６気筒よりも燃料噴射量が多くなり、＃１気筒の空燃比が他の＃２〜＃６気筒の空燃比よりも大きくリッチ側にずれる場合である。このとき、＃１気筒を含む第１のバンク４について、前述の空燃比制御により比較的大きな補正量を与えれば、トータル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、＃３，＃５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。
【００３０】
また、燃焼室に供給される燃料は炭素と水素との化合物である。したがって、燃焼に供される混合気の空燃比がストイキよりもリッチ側の空燃比であると、リッチ側の空燃比であるほど、生成したＨＣ、ＣＯ、Ｈ２などの中間生成物としての未燃物が酸素と結合する、つまり酸化燃焼する確率が急激に小さくなる。この結果、リッチ側の空燃比であるほど、それら未燃物が燃焼室から排出される量が増す。これは、上記のごとく燃料噴射量が他の正常な気筒よりも多くなった気筒（リッチインバランス気筒）でも同様であり、図４に示される。
【００３１】
図４は、リッチ側の空燃比またはインバランス割合に対する、水素の排出量の変化を示すグラフである。インバランス割合（％）とは、気筒間空燃比のばらつき度合いつまりインバランス度合いを表す一つのパラメータである。すなわち、インバランス割合とは、全気筒のうちある１気筒のみが燃料噴射量ずれを起こしている場合に、その燃料噴射量ずれを起こしている気筒（インバランス気筒）の燃料噴射量がどれくらいの割合で、燃料噴射量ずれを起こしていない気筒（バランス気筒）の燃料噴射量からずれているかを示す値である。インバランス割合をＩＢ、インバランス気筒の燃料噴射量をＱｉｂ、バランス気筒の燃料噴射量つまり基準燃料噴射量をＱｓとすると、ＩＢ＝（Ｑｉｂ−Ｑｓ）／Ｑｓ×１００で表される。インバランス割合ＩＢまたはその絶対値が大きいほど、インバランス気筒のバランス気筒に対する燃料噴射量ずれが大きく、気筒間空燃比ばらつきの度合いは大きい。したがって、図４から、気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなるほど、水素の排出量が増すことが分かる。
【００３２】
一方、空燃比センサである触媒上流センサ２０は、一般に拡散抵抗層を備え、その拡散抵抗層を通過して触媒上流センサ２０の排気側電極層（検出素子表面）に到達した酸素の量（酸素濃度または酸素分圧）に応じた出力を発生する。しかし、触媒上流センサ２０の出力は、さらに、拡散抵抗層を通過した未燃物の量（濃度または分圧）にも応じたものである。
【００３３】
水素は、ＨＣ、ＣＯなどに比べて小さい分子である。したがって、水素は他の未燃物に比べて、触媒上流センサ２０の拡散抵抗層を拡散し易い。つまり、その拡散抵抗層において、水素の優先的な拡散が発生する。
【００３４】
気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなると、この水素の優先的な拡散に起因して、触媒上流センサ２０の出力は、真の空燃比よりもリッチ側の空燃比に対応するものになる。したがって、真の空燃比よりもリッチ側の空燃比が触媒上流センサ２０の出力に基づいて検出されるので、上記空燃比フィードバック制御により、気筒間空燃比ばらつきが無いまたはほとんど無い場合に比べて、より大きなリーン側への補正が行われる。
【００３５】
この傾向は、インバランス気筒の燃料噴射量がバランス気筒の燃料噴射量よりも多い場合はもとより、インバランス気筒の燃料噴射量がバランス気筒の燃料噴射量よりも少ない場合でも同様である。インバランス気筒の燃料噴射量がバランス気筒の燃料噴射量よりも少ない場合には、インバランス気筒の燃料噴射量の不足分を補うように、空燃比フィードバック制御により他のバランス気筒の燃料噴射量が増やされる。したがって、バランス気筒からは、気筒関空燃比ばらつきが無いまたはほとんど無い場合に比べて、多くの水素が排出される。この水素に起因して、触媒上流センサ２０は、真の空燃比よりもリッチ側の空燃比に対応した出力を生じる傾向が高まる。
【００３６】
そこで、後で詳しく述べるように、ここでは、気筒間空燃比ばらつきの度合いを調べ、その度合いが高いほど、上記リーン側への変移を防ぐように、リッチ化補正を行う、燃料噴射制御または空燃比制御が行われる。
【００３７】
さらに、エンジン１では、気筒ごとに、ポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３が備えられているので、気筒間空燃比ばらつきの原因がこれらのどちらであるのかにも基づいてリッチ化補正を行う。例えば、ポートインジェクタ２にのみ異常があるので気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなっているにもかかわらず、筒内インジェクタ３の噴射割合が高いときに、気筒間空燃比ばらつきの度合いに応じて燃料量の増大補正つまりリッチ化補正を行うと、燃料が過多になる。これは、噴射割合αが上記α１（＝０）に設定されるエンジン運転状態のときを考えると容易に理解できる。この場合、全燃料は筒内インジェクタ３のみから噴射されることになるので、ポートインジェクタ２の異常による気筒間空燃比ばらつきの度合いは実質的に考慮される必要がない。
【００３８】
以下、気筒間空燃比ばらつきの度合い、および、その原因に基づく、本第１実施形態での空燃比制御、換言すると、燃料噴射制御について説明する。まず、エンジン１での気筒関空燃比ばらつきの度合いの検出に関して説明する。
【００３９】
図５は、本実施形態のエンジン１とは異なる直列４気筒エンジンにおける空燃比センサ出力の変動を示す。図示するように、空燃比センサの出力に基づいて検出される排気空燃比Ａ／Ｆは、１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）を１周期として周期的に変動する傾向にある。そして気筒間空燃比ばらつきが発生すると、１エンジンサイクル内での変動が大きくなる。（Ｂ）の空燃比線図ａ、ｂ、ｃはそれぞればらつき無し、１気筒のみ２０％のインバランス割合でリッチずれ、および１気筒のみ５０％のインバランス割合でリッチずれの場合を示す。見られるように、ばらつき度合いが大きくなるほど空燃比変動の振幅が大きくなる。本実施形態のようなＶ型６気筒エンジンでも、片バンクについて同様の傾向がある。
【００４０】
上の説明から理解されるように、気筒間空燃比のばらつき度合いが大きくなると空燃比センサである触媒上流センサ２０の出力の変動が大きくなる。そこでこの出力変動に基づいてばらつきの度合いを検出することが可能である。
【００４１】
ここで、気筒間空燃比ばらつきの種類としては、１気筒の燃料噴射量がリッチ側（過剰側）にずれているリッチずれと、１気筒の燃料噴射量がリーン側（過少側）にずれているリーンずれとがある。しかし、本実施形態では、リッチずれおよびリーンずれを区別せず、広く気筒間空燃比ばらつきを検出する。
【００４２】
そのようなばらつきの検出に際しては、空燃比センサ出力の変動度合いに相関するパラメータである空燃比変動パラメータを算出すると共に、それを評価するために求めた空燃比変動パラメータを所定の判定値と比較する。なお、この所定の判定値は、気筒間空燃比ばらつきの度合いが無視できないほどに大きい、つまり異常と判定されるべき程度のものであるか否かを判定するための閾値である。ここでこの検出はバンク毎に、対応する空燃比センサである触媒上流センサ２０の出力を用いて行う。
【００４３】
以下、空燃比変動パラメータの算出方法を説明する。図６は、図５のＶＩ部に相当する拡大図であり、特に１エンジンサイクル内の触媒上流センサ出力の変動を示す。触媒上流センサ出力としては、触媒上流センサ２０の出力電圧Ｖｆを空燃比Ａ／Ｆに換算した値を用いる。ただし触媒上流センサ２０の出力電圧Ｖｆを直接用いることも可能である。
【００４４】
図６（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ１００は、１エンジンサイクル内において、所定のサンプル周期τ（単位時間、例えば４ｍｓ）毎に、触媒上流センサ２０の出力Ａ／Ｆの値を取得する。そして今回のタイミング（第２のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆｎと、前回のタイミング（第１のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆｎ−１との差ΔＡ／Ｆｎを次式（１）により求める。この差ΔＡ／Ｆｎは、今回のタイミングにおける微分値あるいは傾きと言い換えることができる。
ΔＡ／Ｆｎ＝Ａ／Ｆｎ−Ａ／Ｆｎ−１    （１）
最も単純には、この差ΔＡ／Ｆｎまたはその大きさ（絶対値）が触媒上流センサ出力の変動を表す。変動度合いが大きくなるほど空燃比線図の傾きが大きくなり、差の絶対値｜ΔＡ／Ｆｎ｜が大きくなるからである。そこで所定の１タイミングにおける差ΔＡ／Ｆｎまたはその大きさを空燃比変動パラメータとすることができる。
【００４５】
ただし、本実施形態では差ΔＡ／Ｆの絶対値｜ΔＡ／Ｆ｜を用い、精度向上のため、複数の差の絶対値｜ΔＡ／Ｆｎ｜の平均値を空燃比変動パラメータとする。本実施形態では、１エンジンサイクル内において、各タイミングに関して差の絶対値｜ΔＡ／Ｆｎ｜を求め、それを積算し、最終積算値をサンプル数Ｎで除し、１エンジンサイクル内の差の絶対値｜ΔＡ／Ｆｎ｜の平均値を求める。そしてさらに、Ｍエンジンサイクル分（例えばＭ＝１００）だけ差の絶対値｜ΔＡ／Ｆｎ｜の平均値を積算し、最終積算値をサイクル数Ｍで除し、Ｍエンジンサイクル内の差の絶対値｜ΔＡ／Ｆｎ｜の平均値を求める。こうして求められた最終的な平均値を空燃比変動パラメータとし、以下「Ｘ」で表示する。
【００４６】
触媒上流センサ出力の変動度合いが大きいほど空燃比変動パラメータＸは大きくなる。そこで空燃比変動パラメータＸが所定の判定値以上であれば異常ありと判定され、空燃比変動パラメータＸが所定の判定値より小さければ異常なし、すなわち正常と判定される。なお、ＥＣＵ１００の気筒判別機能により、点火気筒とこれに対応する空燃比変動パラメータＸとの関連付けは可能である。
【００４７】
なお、触媒上流センサ出力Ａ／Ｆは増加する場合と減少する場合とがあるので、これら各場合の一方についてだけ差ΔＡ／Ｆｎ（＝Ａ／Ｆｎ−Ａ／Ｆｎ−１）あるいはその平均値を求め、これを変動パラメータとすることができる。特に１気筒のみリッチずれの場合、当該１気筒に対応した排気を触媒上流センサ２０が受けたときにその出力が急速にリッチ側に変化（すなわち急減）するので、減少側のみの値をリッチずれ検出のために用いることも可能である（リッチインバランス判定）。この場合には、図６のグラフにおける右下がりの領域のみを、リッチずれ検出のために利用することになる。これに限定されず、リーンずれ検出のために増加側の値のみを用いることも可能である。
【００４８】
図７には、インバランス割合ＩＢと空燃比変動パラメータＸとの関係を示す。図示されるように、インバランス割合ＩＢと空燃比変動パラメータＸとの間には強い相関性があり、インバランス割合ＩＢが増加するほど空燃比変動パラメータＸも増加する。ここで図中のＩＢ１は、正常と異常の境目であるクライテリアに相当するインバランス割合ＩＢの値であり、上記所定の判定値に対応し、例えば６０（％）である。
【００４９】
以下、図８を用いて本実施形態の気筒間空燃比ばらつきの評価原理を説明する。本実施形態では空燃比変動パラメータＸを用い、かつ噴射割合α，βを変更して、吸気系の故障等に起因する空燃比ずれすなわち吸気系異常をも検出するようにしている。図８中左側の状態Ｉは、ポートインジェクタ２の噴射割合αが４０％（＝Ａ）の場合である。また図８中右側の状態ＩＩは、ポートインジェクタ２の噴射割合αが８０％（＝Ｂ＞Ａ）の場合である。状態Ｉから状態ＩＩに変わると、噴射割合αは４０％から８０％に変化し、筒内インジェクタ３の噴射割合は６０％から２０％に減少し、ポート噴射量割合が増大する。ここでは仮に、判定値Ｚをインバランス割合２０％相当の値として定める。図示される波形は片バンクの触媒上流センサ２０の出力波形を模式的に表したものである。すなわちここでは片バンクのみに着目する。他方のバンクについての検出は同時であっても別タイミングであってもよい。
【００５０】
図８（ａ）は、いずれの気筒のポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３にも異常が生じておらず、また吸気系にも異常が生じていない正常時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合０％相当の空燃比変動パラメータＸAが得られ、状態ＩＩでもインバランス割合０％相当の空燃比変動パラメータＸBが得られる。ＸA≦ＺかつＸB≦Ｚであり、この場合には正常と判定する。
【００５１】
図８（ｂ）は、いずれの気筒のポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３にも異常が生じていないが、吸気系にインバランス割合５０％相当の異常が生じている吸気系異常５０％時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合５０％相当の空燃比変動パラメータＸＡが得られ、状態ＩＩでもインバランス割合５０％相当の空燃比変動パラメータＸＢが得られる。ＸＡ＞ＺかつＸＢ＞Ｚであり、さらに｜ＸＡ−ＸＢ｜＜Ｙ（Ｙは所定値）の場合には、つまり、空燃比変動パラメータＸＡ、ＸＢが共に大きく、それらの値の差が所定範囲内にあるときには、吸気系異常と判定する。なお状態Ｉと状態ＩＩとで空燃比変動パラメータＸの値が大きく変わらない理由は、ポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３が正常なので空燃比が噴射割合α、βの変化の影響を受けないからである。
【００５２】
図８（ｃ）は、１気筒の筒内インジェクタ（ＤＩ）３にインバランス割合５０％相当の異常が生じており、残りの筒内インジェクタ３およびポートインジェクタ２には異常が生じておらず、吸気系にも異常が生じていないＤＩ異常５０％時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合３０％相当の空燃比変動パラメータＸＡが得られる。なぜなら筒内インジェクタ３の噴射割合は（１００−４０）＝６０（％）であり、５０％×６０％＝３０％、つまり筒内インジェクタ３の異常の影響が噴き分けの結果減じられてしまうからである。他方、状態ＩＩではインバランス割合１０％相当の空燃比変動パラメータＸBが得られる。なぜなら筒内インジェクタ３の噴射割合は（１００−８０）＝２０（％）であり、５０％×２０％＝１０％だからである。ＸＡ＞ＺかつＸＢ≦Ｚであり、この場合には少なくともいずれかの筒内インジェクタに異常があると判定する。
【００５３】
図８（ｄ）は、１気筒のポートインジェクタ２にインバランス割合５０％相当の異常が生じており、残りのポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３には異常が生じておらず、吸気系にも異常が生じていないＰＦＩ異常５０％時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合２０％相当の空燃比変動パラメータＸＡが得られる。なぜならポートインジェクタ２の噴射割合は４０であり、５０％×４０％＝２０％、つまりポートインジェクタ２の異常の影響が噴き分けの結果減じられてしまうからである。他方、状態ＩＩではインバランス割合４０％相当の空燃比変動パラメータＸＢが得られる。なぜならポートインジェクタ２の噴射割合は８０％であり、５０％×８０％＝４０％だからである。ＸＡ≦Ｚ且つＸＢ＞Ｚであり、この場合にはＰＦＩ異常と判定する。
【００５４】
上記の原理にしたがい、本実施形態では、各バンクに関する気筒間空燃比のばらつき度合いを表すばらつき値およびその原因に相当するモード選択が行われる。図９は本実施形態におけるばらつき値等算出処理のフローチャートを示す。この処理はＥＣＵ１００によって、所定のタイミングで行われる。例えば、エンジン始動後、所定時間経過していて（エンジン暖機が完了していて）、吸入空気量が所定範囲内にあり、エンジン回転速度が所定回転速度範囲内にあり、燃料カット中でないとき、図９の処理は実行される。ただし、図９の処理は、急激な加速および急激な減速時には行われないとよい。特に、図９の処理は、ここでは、エンジン始動後、早い時期に、イグニッションがＯＦＦにされるまでに一回のみ行われる。ただし、エンジン始動後、図９の処理が繰り返し行われてもよい。また、以下の図９の処理では、燃料噴射割合が異なるときのセンサ出力が用いられるので、図９の処理は例えば車速がゼロであるときに行われてもよく、連続して行われなくてもよく、断続的に行われてもよい。
【００５５】
まず、ステップＳ９０１で、ＥＣＵ１００は、噴射割合α，βを第１の所定噴射割合Ａ：Ｂ（例えば０：１００）として、ポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３から燃料を噴射させる。なお、この例の場合、筒内インジェクタ３のみから燃料が噴射される。そして、ステップＳ９０３で、この噴射割合で燃料を噴射したことに伴う空燃比センサである触媒上流センサ２０の出力に基づいて、上で述べたようにして空燃比変動パラメータＸが算出される。なお、ステップＳ９０１とステップＳ９０３とは連続して行われてもよいが、実質的に並行して行われてもよい。
【００５６】
次ぐステップＳ９０５では、ステップＳ９０３で算出された空燃比変動パラメータＸに対する補正が行われる。ステップＳ９０１で第１の所定噴射割合で燃料噴射が行われたときの（またはステップＳ９０３でのパラメータ算出のための触媒上流センサ２０の出力取得時における）、平均的なエンジン回転速度ＮＥおよび吸入空気量ＧＡに基づき、ステップＳ９０３で算出された空燃比変動パラメータＸに対して補正が行われる。まず、それらのエンジン回転速度ＮＥおよび吸入空気量ＧＡに基づき、マップ化されたデータ（図１０）を検索することで補正係数が算出される。なお、そのデータに基づく演算を行うことで補正係数が算出されてもよい。一般に、低回転かつ高空気量であるほど、空燃比変動パラメータＸは大きい値になる。したがって、これらエンジン回転速度ＮＥおよび吸入空気量ＧＡの影響をキャンセルするように、図１０に示す当該マップでは、低回転かつ高空気量であるほど小さくなる補正係数γが設定されている。そして、算出された補正係数γは、ステップＳ９０３で算出された空燃比変動パラメータＸにかけられる。したがって、空燃比変動パラメータＸから、エンジン回転速度ＮＥおよび吸入空気量ＧＡの影響が排除される。こうして補正されることで、補正後の空燃比変動パラメータである、第１空燃比変動パラメータＸＡが算出される。なお、ここで算出される第１空燃比変動パラメータＸＡは、本発明の第１値に対応する。
【００５７】
次にＥＣＵ１００は、ステップＳ９０７で、噴射割合α，βを第２の所定噴射割合Ｃ：Ｄ（例えば７０：３０）として、ポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３から燃料を噴射させる。そして、ステップＳ９０９で、この噴射割合で燃料を噴射したことに伴う触媒上流センサ２０の出力に基づいて、空燃比変動パラメータＸが算出される。
【００５８】
そして、ステップＳ９１１で、ステップＳ９０９で算出された空燃比変動パラメータに対して、ステップＳ９０５と同様に、エンジン回転速度ＮＥおよび吸入空気量ＧＡに基づき算出される補正係数（図１０参照）で、補正が行われる。こうして補正されることで、補正後の空燃比変動パラメータである、第２空燃比変動パラメータＸＢが算出される。ここで算出される第２空燃比変動パラメータＸＢは、本発明の第２値に対応する。なお、ステップＳ９１１の補正は上記ステップＳ９０５の補正と実質的に同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００５９】
このようにして第１および第２空燃比変動パラメータＸＡ、ＸＢが算出されると、ＥＣＵ１００はこれらを用いて、ステップＳ９１３で異常判定およびばらつき値の算出を行う。
【００６０】
ステップＳ９１３での異常判定（モード選択）およびばらつき値算出の処理手順は、図１１に示されている。図１１において、ＥＣＵ１００はまず、ステップＳ１１０１で、第１空燃比変動パラメータＸＡが所定の判定値Ｚより大きいか否かを判定する。そして、ステップＳ１１０１で肯定判定の場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０３で、第１空燃比変動パラメータＸＡと第２空燃比変動パラメータＸＢとの比較を行う。この比較は、吸気系異常つまり空気量異常があるか否かを判別することに対応し、具体的には第２空燃比変動パラメータＸＢが、第１空燃比変動パラメータＸＡと予め実験により定められている所定値との積（ＸＡ×所定値）以上であるか否かが判別される。つまり、この積（ＸＡ×所定値）は、吸気系異常が生じているときに第２空燃比変動パラメータＸＢがとり得る値の範囲の下限値として算出される。なお、この所定値は、第１空燃比変動パラメータＸＡと第２空燃比変動パラメータＸＢとが共に大きく、これらパラメータの差の絶対値（｜ＸＡ−ＸＢ｜）が所定の範囲内にあることを判別するように設定されるとよい。ステップＳ１１０３で肯定判定されると、吸気系異常（すなわち空気量異常）と判定されて、ステップＳ１１０５で吸気系異常モードが設定される。そして、ステップＳ１１０７で吸気系異常モード設定時用のばらつき値の算出が行われる。具体的には、第１空燃比変動パラメータＸＡと、第２空燃比変動パラメータＸＢをポートインジェクタの噴射割合に着目して正規化処理することで得られた値（ＸＢ×１／０．７）とのうち、大きい方が選択されて、空燃比変動パラメータとしてのばらつき値として算出される。
【００６１】
これに対して、ステップＳ１１０３で否定判定されると、ステップＳ１１０９で少なくともいずれか１つの筒内インジェクタ３に異常があると判定されたとしてＤＩ単独異常モードが設定される。つまりＤＩ単独異常モードは、複数の筒内インジェクタの少なくともいずれか１つの異常に関するモードである。そして、ステップＳ１１１１でＤＩ単独異常モード設定時用のばらつき値として、第１空燃比変動パラメータＸＡが算出設定される。一方、ステップＳ１１０１で否定判定されると、ステップＳ１１１３で第２空燃比変動パラメータＸＢが所定の判定値Ｚより大きいか否かが判定される。なお、ステップＳ１１１３の所定の判定値はここではステップＳ１１０１の所定の判定値と同じであるが、異なってもよい。ステップＳ１１１３で肯定判定されると、ステップＳ１１１５で少なくともいずれか１つのポートインジェクタ２に異常があると判定されたとしてＰＦＩ単独異常モードが設定される。つまりＰＦＩ単独異常モードは、複数のポートインジェクタの少なくともいずれか１つの異常に関するモードである。そして、ステップＳ１１１７でＰＦＩ単独異常モード設定時用のばらつき値として、第２空燃比変動パラメータＸＢを正規化処理した値（ＸＢ×１／０．７）が算出設定される。
【００６２】
これに対して、ステップＳ１１１３で否定判定されると、ステップＳ１１１９でいずれのインジェクタにも異常がなくまた吸気系異常もないと判定されたとして正常モードが設定される。この場合、吸気系異常モードが設定されたときのステップＳ１１０７と同様にして、ステップＳ１１２１で、ばらつき値が算出設定される。
【００６３】
以上の処理によって得られたばらつき値は記憶装置に記憶されて、気筒間空燃比ばらつき度合いを表すばらつき値として各種制御の演算に用いられる。ただし、このようにして、ばらつき値が算出される前は、つまり、初期状態では、ばらつき値としてゼロが設定されている。なお、以前のエンジン運転中に算出されて用いられたばらつき値が記憶装置に記憶格納されている場合には、エンジン始動時に、そのばらつき値が読み込まれて初期値として設定されてもよい。この場合、エンジン始動後に新たに算出された値により、ばらつき値は更新される。
【００６４】
なお、上記演算式および演算方法は一例に過ぎず、他の演算式や演算方法が用いられることも可能である。
【００６５】
以上、気筒間空燃比ばらつきの度合いを表すばらつき値の算出、および、その原因の特定に相当するモード決定（選択）を説明した。次に、これらに基づく（これらを用いた）、本第１実施形態での空燃比制御、換言すると、燃料噴射制御が説明される。なお、以下に燃料噴射制御が説明されるが、上記演算は、以下に説明される制御と並行して行なわれる。また、以下では、上記のごとく算出された値は「ばらつき値ＸＩ」と記載される。
【００６６】
本第１実施形態では、ばらつき値ＸＩに基づいて気筒間空燃比ばらつき度合いが大きいほどよりリッチ化補正を進めるように、かつ、上で選択決定されたモードに基づいてポートインジェクタ２と筒内インジェクタ３とのうちの異常のあるいずれか一方からの燃料噴射量の偏りによる空燃比ずれを軽減するように、ポートインジェクタ２と筒内インジェクタ３とから噴射される全燃料噴射量が決定される。以下、図１２から図１５のフローチャートに基づいて、燃料噴射量の算出を含む燃料噴射制御について説明する。
【００６７】
図１２は、燃料噴射制御ルーチンであり、任意の気筒のクランク角度が所定クランク角度となる毎に、その気筒に対して繰り返し実行される。所定クランク角度は、例えば吸気上死点前９０°クランク角度である。
【００６８】
任意の気筒のクランク角度が所定クランク角度と一致すると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２０１で、前提条件が成立しているか否かを判定する。ここでは燃料カットを行う条件が成立していないことが条件として定められている。つまり、燃料カットが行われないとき、ステップＳ１２０１で肯定判定されて、ステップＳ１２０３へ進む。
【００６９】
ステップＳ１２０３では、エアフローメータ１１の出力とクランク角センサ２２の出力と、予めストイキに設定されている目標空燃比とに基づいて、予め設定されているデータを検索したり、予め設定されている演算を行ったりすることで、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅが算出される。
【００７０】
次ぐステップＳ１２０５では、算出された基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅがメインフィードバック量ＤＦｉにより補正され、指示燃料噴射量Ｆｉが設定される。具体的には、ここでは、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅにメインフィードバック量ＤＦｉが加算される。
【００７１】
こうして算出された指示燃料噴射量Ｆｉがポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３から噴射される燃料の全量または総量（所定量）とされ、ステップＳ１２０７で、ＥＣＵ１００は、ポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３に、噴射制御信号を出力する。なお、ポートインジェクタ２および筒内インジェクタ３からは、それぞれ、そのときのエンジン運転状態に応じて上記のごとく設定される噴射割合で、その所定量の燃料が吹き分け噴射される。つまり、エンジン運転状態に基づいて、ポートインジェクタ２からの燃料噴射割合が３５％、筒内インジェクタ３からの燃料噴射割合が６５％に設定された場合には、指示燃料噴射量Ｆｉの３５％分の燃料がポートインジェクタ２から噴射され、残りの燃料が筒内インジェクタ３から噴射される。
【００７２】
次に、上記ステップＳ１２０５で用いられるメインフィードバック量ＤＦｉの算出について図１３のフローチャートに基づいて説明する。このメインフィードバック量ＤＦｉの算出は、実質的に、上記メインフィードバック制御に相当する。なお、図１３のルーチンは所定時間の経過毎に繰り返し実行される。
【００７３】
ステップＳ１３０１では、メインフィードバック条件が成立しているか否かが判定される。メインフィードバック条件として、ここでは触媒上流センサ２０が活性化していること、エンジン負荷（例えば吸入空気量）が所定負荷以下であること、燃料カット中でないことが定められていて、これらが全て成立するときステップＳ１３０１で肯定判定される。
【００７４】
ステップＳ１３０１で肯定判定されると、ステップＳ１３０３で、フィードバック制御用出力値Ｖｆｃが取得される。フィードバック制御用出力値Ｖｆｃは、触媒上流センサ２０の出力値Ｖｆと触媒下流センサ２１の出力に基づいて後述するように算出される（補正後の）サブフィードバック量Ｖｒｆとの和として算出される。
【００７５】
次ぐステップＳ１３０５では、ステップＳ１３０３で算出されたフィードバック制御用出力値Ｖｆｃで、図２に表した如きマップ化されたデータを適用することにより、フィードバック制御用空燃比ａｆが算出される。
【００７６】
そして、ステップＳ１３０７では、そのとき（現時点）よりもＮサイクル前の時点において燃焼室に実際に供給された燃料の量である、燃料噴射量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）が求められる。すなわち現時点よりもＮサイクル前の時点における吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）をフィードバック制御用空燃比ａｆにより除することにより、燃料噴射量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）が求められる。このように、現時点からＮサイクル前の吸入空気量をフィードバック制御用空燃比ａｆにより除するのは、触媒上流センサ２０に到達する排気と検出値とを適切に関係付けるためである。
【００７７】
次ぐステップＳ１３０９では、現時点よりもＮサイクル前の時点において燃焼室に供給されるべきであった燃料量である目標燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）が、上記吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を目標空燃比ａｂｙｆｒで除することにより、算出される。
【００７８】
そして、ステップＳ１３１１で、燃料噴射量偏差ＤＦｃが、目標燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から燃料噴射量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じることにより、算出される。この燃料噴射量偏差ＤＦｃは、Ｎストローク前の時点で供給された燃料の過不足分を表す値となる。
【００７９】
そして、ステップＳ１３１３で、メインフィードバック量ＤＦｉが算出される。メインフィードバック量ＤＦｉは、予め設定されている比例ゲインＧｐと燃料噴射量偏差ＤＦｃとの積と、予め設定されている積分ゲインＧｉと燃料噴射量偏差の積分値ＳＤＦｃとの積との和として算出される。
【００８０】
次ぐステップＳ１３１５では、その時点における積分値ＳＤＦｃに上記ステップＳ１３１１で算出された燃料噴射量偏差ＤＦｃを加えることにより、新たな積分値ＳＤＦｃが算出される。
【００８１】
一方、ステップＳ１３０１で否定判定されると、ステップＳ１３１７でメインフィードバック量ＤＦｉがゼロに設定される。そして、ステップＳ１３１９で積分値ＳＤＦｃがゼロにされる。したがって、ステップＳ１３０１で否定判定されるとき、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅのメインフィードバック量ＤＦｉによるステップＳ１２０５の補正は実質的に行われない。
【００８２】
次に、上記ステップＳ１３０３で用いられる、触媒下流センサ２１の出力に基づいて算出される（補正後の）サブフィードバック量Ｖｒｆの算出について図１４および図１５のフローチャートに基づいて説明する。このサブフィードバック量Ｖｒｆの算出は、実質的に、上記サブフィードバック制御に相当する。なお、図１４および図１５のルーチンは所定時間の経過毎に繰り返し実行される。
【００８３】
ステップＳ１４０１ではサブフィードバック条件が成立しているか否かが判定される。サブフィードバック条件として、メインフィードバック条件が成立していること、および、触媒下流センサ２１が活性化していることが定められていて、これらが全て成立するときステップＳ１４０１で肯定判定される。
【００８４】
次ぐ、ステップＳ１４０３では、触媒下流センサ２１の目標値Ｖｒｒｅｆ（ここではストイキ相当値Ｖｒｅｆｒ）と触媒下流センサ２１の出力Ｖｒとの差である出力偏差量ＤＶｒが算出される。
【００８５】
そして、ステップＳ１４０５では、サブフィードバック量Ｖｒｆｂが算出される。なお、ここで算出されるサブフィードバック量Ｖｒｆｂは図１５のフローにしたがって補正される。サブフィードバック量Ｖｒｆｂは、予め設定されている比例ゲインＫｐと出力偏差量ＤＶｒとの積と、予め設定されている積分ゲインＫｉと出力偏差量の積分値ＳＤＶｒとの積と、そして、予め設定されている微分ゲインＫｄと出力偏差量の微分値ＤＤＶｒとの積との和として算出される。
【００８６】
そして、次ぐステップＳ１４０７では、その時点における出力偏差量の積分値ＳＤＶｒに上記ステップＳ１４０３で算出された出力偏差量ＤＶｒを加算することにより、新たな出力偏差量の積分値ＳＤＶｒが算出される。
【００８７】
次ぐステップＳ１４０９では、上記ステップＳ１４０３で算出された出力偏差量ＤＶｒから本ルーチンを前回実行した際に算出された出力偏差量である前回出力偏差量ＤＶｒｏｌｄを減じることにより、新たな出力偏差量の微分値ＤＤＶｒが算出される。
【００８８】
そして、ステップＳ１４１１では、上記ステップＳ１４０３で算出された出力偏差量ＤＶｒが前回出力偏差量ＤＶｒｏｌｄとして格納される。
【００８９】
次ぐ、ステップＳ１４１３では、サブフィードバック学習値Ｖｒｆｂｇが出力偏差量の積分値ＳＤＶｒを用いて更新される（Ｖｒｆｂｇ←α・Ｖｒｆｂｇ＋（１−α）・Ｋｉ・ＳＤＶｒ）。なお、値αは、０以上１未満の任意の値である。
【００９０】
一方、ステップＳ１４０１でサブフィードバック条件が成立していないので否定判定されると、ステップＳ１４１５でサブフィードバック量Ｖｒｆｂとしてサブフィードバック学習値Ｖｒｆｂｇが設定される。そして次ぐステップＳ１４１７で出力偏差量の積分値ＳＤＶｒがゼロにされる。
【００９１】
こうしてステップＳ１４０５またはＳ１４１５で算出されたサブフィードバック量Ｖｒｆｂが図１５のフローにしたがって補正される。
【００９２】
まず、ステップＳ１５０１では、第１サブ補正係数ｄＶｓｂ１が、上記のごとく算出された「ばらつき値ＸＩ」に基づいて予め設定されている所定の演算を行うことで算出される。第１サブ補正係数ｄＶｓｂ１は、ばらつき値ＸＩに基づいて、気筒間空燃比ばらつきの度合いが高いほど、より空燃比のリッチ化補正を促す値になるように算出される。例えば、第１サブ補正係数ｄＶｓｂ１として、気筒間空燃比ばらつき度合いが低く正常なときにはゼロが算出され、気筒間空燃比ばらつき度合いが中程度であるときには０．５が算出され、気筒間空燃比ばらつき度合いが極めて高いときには１が算出される。なお、ＤＩ単独異常モードまたはＰＦＩ単独異常モードが設定されているときには、第１サブ補正係数ｄＶｓｂ１はゼロ以外の値にされる。
【００９３】
次に、ステップＳ１５０３では、第２サブ補正係数ｄＶｓｂ２が、エンジン運転状態、具体的にはエンジン負荷としての吸入空気量Ｇａおよびエンジン回転速度Ｎｅに基づいて予め設定されている所定の演算を行うことで算出される。第２サブ補正係数ｄＶｓｂ２は、例えば、吸入空気量が多いほど、より空燃比のリッチ化を促す値になるように算出される。これは、吸入空気量が多いほど、気筒間空燃比ばらつきの度合いが高いときに、その影響が触媒上流センサ２０等の出力に出やすいからである。なお、第２サブ補正係数ｄＶｓｂ２は、吸入空気量のみに基づいて演算されることで算出されてもよく、吸入空気量の代わりにまたはそれと共にエンジン負荷を表す他の値に基づいて算出されてもよい。例えば、吸気圧センサが設けられている場合には、そのセンサの出力に基づいて第２サブ補正係数ｄＶｓｂ２が算出されてもよい。
【００９４】
次に、ステップＳ１５０５では、予め設定されている演算を行うことで第３サブ補正係数ｄＶｓｂ３が算出される。この第３サブ補正係数ｄＶｓｂ３は、上記のごとく設定されたモードに応じて算出される。モードには、吸気系異常モード（Ｓ１１０５）、ＤＩ単独異常モード（Ｓ１１０９）、ＰＦＩ単独異常モード（Ｓ１１１５）、および、正常モード（Ｓ１１１９）がある。このうち、吸気系異常モードまたは正常モードが設定されているとき、第３サブ補正係数ｄＶｓｂ３として１が算出設定される。また、ＤＩ単独異常モードが設定されているとき、第３サブ補正係数ｄＶｓｂ３として、エンジン運転状態に応じて設定される筒内インジェクタ噴射割合に基づく値、具体的には筒内インジェクタ噴射割合を１００で除した値が算出される。そして、ＰＦＩ単独異常モードが設定されているとき、第３サブ補正係数ｄＶｓｂ３として、エンジン運転状態に応じて設定される燃料噴射割合のポートインジェクタ噴射割合に基づく値、具体的にはポートインジェクタ噴射割合を１００で除した値が算出される。
【００９５】
そして、ステップＳ１５０７では、ステップＳ１５０１からＳ１５０５で算出された第１〜第３サブ補正係数ｄＶｓｂ１、ｄＶｓｂ２、ｄＶｓｂ３の積としてサブ補正係数ｄＶｓｂが算出される。
【００９６】
この算出されたサブ補正係数ｄＶｓｂは、ステップＳ１５０９で、上記ステップＳ１４０５またはステップＳ１４１５で算出されたサブフィードバック量Ｖｒｆｂに加えられる。こうして補正後サブフィードバック量Ｖｒｆが算出される。この補正後サブフィードバック量Ｖｒｆは上記ステップＳ１３０３で使用される。
【００９７】
以上述べたように、本第１実施形態によれば、気筒間空燃比ばらつき度合いを表すばらつき値ＸＩと選択モードとに基づいて、さらにエンジン運転状態に基づいて、サブフィードバック量が補正されて、空燃比フィードバック制御が行われ、全燃料噴射量が設定される。したがって、気筒間空燃比ばらつき度合いに応じてリッチ化補正を行うと共に、ポートインジェクタ２と筒内インジェクタ３とのいずれかに異常があると判断されたときに、その異常のモードに応じた燃料噴射補正が行われる。よって、好適に、空燃比を目標空燃比に追従させることができる。
【００９８】
次に、本発明に係る第２実施形態が説明される。以下、第１実施形態との顕著な相違点のみ、第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態のエンジンの構成は、上記エンジン１の構成と概ね同じであるので、その説明は省略される。
【００９９】
第１実施形態では、気筒間空燃比ばらつき度合いを表すばらつき値ＸＩと選択モードとに基づいてサブフィードバック量が補正されたが、第２実施形態では、気筒間空燃比ばらつき度合いを表すばらつき値ＸＩと選択モードとに基づいて目標空燃比が補正される。つまり、第２実施形態では、上記ステップＳ１４０５またはＳ１４１５で算出されるサブフィードバック量Ｖｒｆｂが図１５のフローにしたがって補正されずに、そのまま、上記ステップＳ１３０３でサブフィードバック量Ｖｒｆとして用いられる。目標空燃比の補正を図１６のフローチャートに基づいて説明する。
【０１００】
ステップＳ１６０１では第１補正係数ｄａｆ１がばらつき値ＸＩに基づいて算出され、次ぐステップＳ１６０３ではエンジン運転状態に応じた第２補正係数ｄａｆ２が算出され、そしてステップＳ１６０５では選択設定されているモードに応じた第３補正係数ｄａｆ３が算出される。そして、これら第１から第３補正係数ｄａｆ１、ｄａｆ２、ｄａｆ３の積が補正係数ｄａｆとしてステップＳ１６０７で算出される。これにより、気筒間空燃比ばらつき度合いを表すばらつき値ＸＩと、選択モードと、さらにエンジン運転状態とに基づく補正係数ｄａｆが算出される。補正係数ｄａｆは、気筒間空燃比ばらつき度合いに応じてリッチ化補正を行うと共に、ポートインジェクタ２と筒内インジェクタ３とのいずれかに異常があると判断されたときに、その異常のモードに応じて燃料噴射量を変更するための値として算出される。なお、これらステップＳ１６０１からＳ１６０７は上記ステップＳ１５０１からＳ１５０７にそれぞれ相当する。ただし、ステップＳ１６０１からＳ１６０７で算出される補正係数は、目標空燃比の補正に適した値であり、ステップＳ１５０１からＳ１５０７に関して上述された傾向を有する。
【０１０１】
そして、ステップＳ１６０９で、ここでは基本設定されている基準目標空燃比としてのストイキｓｔｏｉｃｉに補正係数ｄａｆが加算されて、気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きいほど基準目標空燃比からよりリッチ側（選択モードに応じた分だけリッチ側）の目標空燃比ａｂｙｆｒが算出設定される。つまり、気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きいほど基準目標空燃比からよりリッチ側の目標空燃比ａｂｙｆｒが算出されるように、補正係数ｄａｆとして負の値が算出される。補正係数ｄａｆは、第１から第３補正係数ｄａｆ１、ｄａｆ２、ｄａｆ３の積であり、例えばこれら第１から第３補正係数のうちのいずれか１つが負の値であることで負の値とされる。好ましくは、ばらつき値ＸＩに基づいて算出される第１補正係数ｄａｆ１は、ばらつき値に基づいて気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きいほど、大きさが大きな負の値とされる。そして、このようにして設定された目標空燃比ａｂｙｆｒに基づいて上記ステップＳ１２０３で基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅが算出される。
【０１０２】
このように、目標空燃比を補正することでも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第２実施形態においても第１実施形態で説明された変更が矛盾しない範囲で許容される。
【０１０３】
次に、本発明に係る第３実施形態が説明される。以下、第１実施形態との顕著な相違点のみ、第３実施形態を説明する。ただし、以下に説明される第３実施形態は、第２実施形態のステップＳ１６０３での第２補正係数ｄａｆ２の算出にも、同様に適用され得る。なお、第３実施形態のエンジンの構成は、上記エンジン１の構成と概ね同じであるので、その説明は省略される。
【０１０４】
第３実施形態では、第２サブ補正係数を求めるための演算式またはデータが、エンジン冷却水温で切り替えられる。これは、ウェットやベーパなどによって燃料の燃焼状態が変わるので、それに伴い、空燃比制御においてリッチ化を促す程度も変化するからである。これを図１７に基づいて説明する。
【０１０５】
ステップＳ１７０１では、水温センサ２４の出力に基づいて検出された冷却水温Ｔが所定温度を超えている否かが判定される。ステップＳ１７０１で否定判定されるとステップＳ１７０３で低温モードが設定されて、上記ステップＳ１５０３の演算では、低温モードに応じた演算式またはデータが第２サブ補正係数を算出するために用いられる。一方、ステップＳ１７０１で肯定判定されるとステップＳ１７０５で高温モードが設定されて、上記ステップＳ１５０３の演算では、高温モードに応じた演算式またはデータが第２サブ補正係数を算出するために用いられる。
【０１０６】
以上述べたように、エンジン冷却水温に応じて第２サブ補正係数を算出し、サブ補正係数を決定することで、より好適に空燃比制御を行うことが可能になる。
【０１０７】
なお、本第３実施形態では、高温モードと低温モードとの２つのモードが切り替えられたが、より細分化された多くのモードが採用されてもよい。また、第２サブ補正係数を求めるための演算式またはデータを、エンジン冷却水温に加えてさらに、あるいはその代わりに、エンジン始動後からの時間で切り替えてもよい。これは、エンジン冷却水温での上記切り替えと同様の理由による。なお、エンジン始動後からの時間は、ＥＣＵ１００が担う時間計測手段により計測され得る。
【０１０８】
上で説明した第１〜第３実施形態のエンジンでは、各気筒に対してポートインジェクタと筒内インジェクタとが設けられていた。しかし、例えば、各気筒に対して第１の筒内インジェクタと第２の筒内インジェクタとが設けられているエンジンにも第１から第３実施形態は同様に適用可能である。つまり、上記各実施形態におけるポートインジェクタは第１の筒内インジェクタと第２の筒内インジェクタとのうちのいずれか一方に置き換えられることができ、上記各実施形態における筒内インジェクタは第１の筒内インジェクタと第２の筒内インジェクタとのうちのいずれか他方に置き換えられることができる。また、上記実施形態のエンジンはガソリンエンジンであったが、本発明は燃料をガソリンとするエンジンに用いられることに限定されず、他の種類の燃料（ガソリンとの混合燃料を含む）を用いるエンジンにも同様に適用され得る。なお、本発明は、複数の気筒の各々に対して複数の燃料噴射弁を有する種々のエンジンに適用され得、適用されるエンジンの気筒配列形式などを限定しない。例えば、本発明は直列４気筒エンジンにも適用されることができる。
【０１０９】
また、気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値（第１値、第２値またはばらつき値）として、空燃比センサ（空燃比検出手段）である触媒上流センサ２０の出力に基づいて上記演算方法と異なる方法により算出された値が用いられてもよい。例えば、所定期間における触媒上流センサ２０の出力の最大値と最小値とに基づいて第１値と第２値とが算出されて、ばらつき値が算出されてもよい。また、エンジンのクランク角度の変化に基づいて算出される値が、気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値として用いられてもよい。
【０１１０】
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。
【符号の説明】
【０１１１】
１  内燃機関（エンジン）
２  吸気通路噴射用燃料噴射弁（ポートインジェクタ）
３  筒内噴射用燃料噴射弁（筒内インジェクタ）
１８  触媒
２０  触媒上流センサ
２１  触媒下流センサ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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