(57)【要約】  本発明の目的は、複数の気筒群で１つのスロットルを共有し、気筒群ごとに排気浄化触媒を有する内燃機関が気筒群ごとに異なる空燃比で運転される場合において、排気ガス性能の観点から要求される気筒群別の要求効率を精度良く実現できるようにすることである。この目的のため、本発明が提供する内燃機関の制御装置は、気筒群別要求効率に基づき決定した代表効率と気筒群別要求効率との効率比を算出し、気筒群ごとに要求トルクを効率比で除算することによって気筒群別要求トルクを算出する。そして、要求トルク、気筒群別要求効率に基づく代表効率、及び、気筒群別目標空燃比に基づく代表空燃比から算出される目標空気量に従ってスロットルの開度を制御するとともに、気筒群別要求トルクと推定潜在トルクとの比として算出される気筒群別目標効率に従って気筒群ごとに点火時期を制御する。
2013030990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒群で１つのスロットルを共有し、前記気筒群ごとに排気浄化触媒を有する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関に対するトルクの要求値（以下、要求トルク）を取得する手段と
前記内燃機関が潜在的に出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの比である効率の前記気筒群ごとの要求値（以下、気筒群別要求効率）を取得する手段と、
前記複数の気筒群のそれぞれにおける空燃比の目標値（以下、気筒群別目標空燃比）を決定する手段と、
前記気筒群別要求効率に基づいて代表効率を決定する手段と、
前記気筒群別目標空燃比に基づいて代表空燃比を決定する手段と、
前記要求トルクを前記代表効率で除算することにより潜在トルクの要求値（以下、要求潜在トルク）を算出する手段と、
最適点火時期における空気量とトルクとの関係を空燃比に関連付けて定めたデータに基づいて、前記代表空燃比のもとで前記要求潜在トルクを実現するための空気量の目標値（以下、目標空気量）を算出する手段と、
前記目標空気量に従って前記スロットルの開度を制御する手段と、
前記代表効率と前記気筒群別要求効率との効率比を算出し、前記気筒群ごとに前記要求トルクを前記効率比で除算することによって気筒群別要求トルクを算出する手段と、
前記最適点火時期と前記代表空燃比と実際のスロットル開度のもとで実現される潜在トルクの推定値（以下、推定潜在トルク）を算出する手段と、
前記気筒群別要求トルクと前記推定潜在トルクとの比を気筒群別目標効率として算出する手段と、
前記気筒群別目標効率に従って前記気筒群ごとに点火時期を制御する手段と、
前記気筒群別目標空燃比に従って各気筒の燃料噴射量を制御する手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記気筒群別目標空燃比を決定する手段は、前記気筒群のそれぞれに対する空燃比の要求値（以下、気筒群別要求空燃比）を取得し、前記気筒群別要求空燃比を今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比として決定し、前記代表空燃比を決定する手段は、今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比に基づいて前記代表空燃比を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記気筒群別目標空燃比を決定する手段は、前記気筒群別要求トルクと前記内燃機関の運転状態とに基づいて今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比を決定し、前記代表空燃比を決定する手段は、前回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比に基づいて前記代表空燃比を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記代表空燃比を決定する手段は、前記気筒群別目標空燃比のうちの最大値を前記代表空燃比として決定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記代表空燃比を決定する手段は、前記排気浄化触媒の推定温度が最も低い気筒群に対応する気筒群別目標空燃比を前記代表空燃比として決定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記代表効率を決定する手段は、前記気筒群別要求効率のうちの最大値を前記代表効率として決定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項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、複数の気筒群で１つのスロットルを共有し、気筒群ごとに排気浄化触媒を有する内燃機関に用いて好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の制御方法の１つとして、例えば特開２０１０−５３７０５号公報や特開２００９−０４７１０１号公報に開示されているように、トルクとともに効率及び空燃比を制御量として各アクチュエータの操作量を決定する方法が知られている。ここでいう効率とは、内燃機関が潜在的に出力しうるトルクに対する実際に出力されるトルクの比率を意味する。排気ガスを介して排気浄化触媒に供給される熱量は効率によって変化することから、効率を制御することによって排気浄化触媒の温度を制御することができる。これらの公報に開示された技術では、要求効率は直接にはスロットル開度を計算するために用いられている。具体的には、要求トルクを要求効率で除算した値に基づいて目標空気量が算出され、目標空気量に基づいてスロットル開度が決定される。そして、そのスロットル開度において実現されるトルクの推定値が最適点火時期を前提にして計算され、その推定値に対する要求トルクの比を目標効率として点火時期が決定される。このように決定されたスロットル開度と点火時期に従って各アクチュエータが操作されることによって、結果として要求どおりの効率が実現されることになる。【０００３】
ところで、一般的な車両用の内燃機関には、多数の気筒を有する多気筒内燃機関が含まれる。多気筒内燃機関では、気筒を複数の群に分けてそれら複数の気筒群ごとに排気浄化触媒が設置されている場合がある。例えば特開２０１０−０１９２２７号公報に記載されているＶ型の内燃機関では、左右のバンクごとに排気浄化触媒が設置されている。このような内燃機関では、排気ガス性能の観点からは気筒群ごとに効率を制御することが望ましい。排気管の形状は気筒群ごとに異なり、排気浄化触媒の暖機性能には気筒群間で差があるためである。【０００４】
しかしながら、上述の制御方法により実現可能な要求効率はあくまでも１つの値、つまり、内燃機関全体としての要求効率である。これは、上述の制御方法では、点火時期による効率の制御はスロットル開度による空気量の制御とセットで行われているためである。１つのスロットルを備える内燃機関の場合には、決定されるスロットル開度の値は１つであるため、それに対応して実現できる効率の値も１つである。したがって、スロットルが気筒群ごとに設けられている内燃機関であれば、気筒群ごとにスロットル開度を制御することができるので、異なる効率を気筒群ごとに実現することも可能である。ところが、一般的な多気筒内燃機関の多くは、複数の気筒群で１つのスロットルを共有している。そのような内燃機関に上述の制御方法を適用したところで、異なる効率を気筒群ごとに実現することは容易ではない。【０００５】
さらに、気筒群ごとに排気浄化触媒を有する多気筒内燃機関の場合、空燃比フィードバック制御は気筒群ごとに行われている。このため、そのような内燃機関では、効率だけでなく空燃比についても気筒群ごとに異なる値が要求されることになる。ところが、前述の特開２０１０−５３７０５号公報や特開２００９−０４７１０１号公報には、気筒群ごとに異なる空燃比で運転する場合の制御方法については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０５３７０５号公報
【特許文献２】特開２０１０−０１９２２７号公報
【特許文献３】特開２００９−０４７１０１号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、複数の気筒群で１つのスロットルを共有し、気筒群ごとに排気浄化触媒を有する内燃機関において、当該内燃機関が気筒群ごとに異なる空燃比で運転される場合に、排気ガス性能の観点から要求される気筒群別の要求効率を精度良く実現することのできる制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の１つの形態によれば、本制御装置は、内燃機関の制御量であるトルクと効率の各要求値を取得するとともに、同じく内燃機関の制御量である空燃比の目標値を決定する。ただし、本制御装置は、トルクについては内燃機関全体に対する１つの要求値（以下、要求トルク）を取得するのに対し、効率については気筒群ごとにその要求値（以下、気筒群別要求効率）を取得する。なお、本発明における“効率”は、内燃機関が潜在的に出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの比として定義される。また、本制御装置は、空燃比については気筒群ごとにその目標値（以下、気筒群別目標空燃比）を取得する。本制御装置は、取得した気筒群別要求効率に基づいて代表効率を決定するとともに、決定した気筒群別目標空燃比に基づいて代表空燃比を決定する。代表効率は、気筒群別要求効率の平均値や中央値としてもよいが、気筒群別要求効率のうちの最小値とすることがより好ましい。代表空燃比は、気筒群別目標空燃比の平均値や中央値としてもよいが、気筒群別目標空燃比のうちの最大値、すなわち、最リーン値とすることがより好ましい。
【０００９】
本制御装置は、要求トルク、気筒群別要求効率、気筒群別目標空燃比、代表効率及び代表空燃比に基づいて空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御を実施する。空気量制御では、まず、要求トルクを代表効率で除算することによって要求潜在トルクが算出される。そして、最適点火時期における空気量とトルクとの関係を空燃比に関連付けて定めたデータに基づいて、代表空燃比のもとで要求潜在トルクを実現するための空気量の目標値、すなわち、目標空気量が算出される。そして、この目標空気量に従ってスロットルの開度が制御される。点火時期制御では、まず、代表効率と気筒群別要求効率との効率比が算出され、気筒群ごとに要求トルクを効率比で除算することによって気筒群別要求トルクが算出される。また、それとは別に、最適点火時期と代表空燃比と実際のスロットル開度のもとで実現される潜在トルクの推定値、すなわち、推定潜在トルクの計算も行われる。そして、気筒群別要求トルクと推定潜在トルクとの比である気筒群別目標効率が算出され、気筒群別目標効率に従って気筒群ごとに点火時期が制御される。燃料噴射量制御では、気筒群別目標空燃比に従って各気筒の燃料噴射量の制御が行われる。
【００１０】
このようにして空気量、点火時期及び燃料噴射量の各制御が行われることで、本制御装置によれば、気筒群ごとに異なる空燃比で運転しながら、排気ガス性能の観点から要求される気筒群別の要求効率を精度良く実現することができる。
【００１１】
なお、気筒群別目標空燃比の決定方法に関しては、次に述べる２つの好ましい方法がある。第１の好ましい方法によれば、気筒群のそれぞれに対する空燃比の要求値、すなわち、気筒群別要求空燃比が取得される。そして、気筒群別要求空燃比が今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比として決定されるとともに、決定された今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比に基づいて代表空燃比が決定される。この方法によれば、気筒群別の要求効率に加えて、空燃比についても気筒群別にその要求値を精度良く実現することができる。
【００１２】
気筒群別目標空燃比の決定に関する第２の好ましい方法によれば、気筒群別要求トルクと内燃機関の運転状態とに基づいて今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比が決定されるとともに、前回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比に基づいて代表空燃比が決定される。この方法によれば、要求トルクと気筒群別の要求効率を精度良く実現することができる。なお、この方法を選択する場合には、排気浄化触媒の推定温度が最も低い気筒群、つまり、排気浄化触媒の活性が最も遅れている気筒群に対応する気筒群別目標空燃比を代表空燃比として決定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関の制御システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御装置で行われる実現モードの選択のための処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態の制御装置の実現モード１における構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態の制御装置の実現モード２における構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態の制御装置の実現モード３における構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態の内燃機関（以下、エンジン）の制御システムを示すブロック図である。このシステムは、エンジン２とそれを制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０並びにエンジン２の運転状態や運転条件に関する情報を取得するための各種のセンサを含んでいる。本実施の形態おいて制御対象とされるエンジン２は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンであり、且つ、左右のバンクを有するＶ型エンジンである。このエンジン２では、バンクごとに排気マニホールドが取り付けられ、排気マニホールドごとに排気ガスを浄化するための排気浄化触媒が設置されている。一方、左右のバンクの吸気マニホールドは一体化されて、その上流には左右のバンクで共通のスロットル４が設置されている。
【００１６】
本実施の形態の制御装置はＥＣＵ１０の機能の一部として実現される。ＥＣＵ１０は各種のセンサ値を取り込み、それらに基づきエンジン２に備えられるアクチュエータを操作することでエンジン２の運転を制御する。ＥＣＵ１０が操作可能なアクチュエータには、スロットル４の他、点火装置、燃料噴射装置、可変バルブタイミング機構、ＥＧＲ装置等が含まれる。ただし、本実施の形態において制御装置としてのＥＣＵ１０が操作するのは、スロットル４と左右バンクの点火装置６Ｌ，６Ｒ及び燃料噴射装置８Ｌ，８Ｒである。ＥＣＵ１０はこれらのアクチュエータを操作してエンジン２の運転を制御する。
【００１７】
ＥＣＵ１０は、エンジン２の制御量として、トルク、効率及び空燃比を使用する。ここでいうトルクはより厳密にはエンジンが発生させる図示トルクを意味する。空燃比は燃焼に供される混合気の空燃比を意味する。そして、本明細書における効率はエンジンが潜在的に出力しうるトルク（潜在トルク）に対する実際に出力されるトルクの割合を意味する。ＥＣＵ１０は、取り込んだ各種センサ値に基づいてこれらの要求値を決定する。ただし、エンジン２は左右のバンクごとに排気浄化触媒を備えているので、効率と空燃比に関してはバンクごとに異なる値が要求される。効率と空燃比は何れも排気浄化触媒の浄化性能に影響するためである。したがって、ＥＣＵ１０は、トルク、左バンク効率、右バンク効率、左バンク空燃比及び右バンク空燃比についてそれぞれの要求値を決定し、それらを実現するようにエンジン２の空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御を実施する。
【００１８】
ところが、本実施の形態のエンジン２の場合、上記の全ての制御量の要求値を同時に実現することはできない。点火時期及び燃料噴射量についてはバンクごとに制御可能であるが、エンジン２は左右のバンクで１つのスロットル４を共有しているため、空気量についてはバンクごとの制御が不可能だからである。上記の全ての制御量の要求値を同時に実現するためには、バンクごとに独立して空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御を実施できなければならない。
【００１９】
このため、ＥＣＵ１０は、上記の全ての制御量について要求値の実現をはかるのではなく、より優先度の高い制御量についてのみ要求値の実現をはかるように設計されている。具体的には、ＥＣＵ１０は、優先される制御量に違いが有る３つの実現モードを有している。そのうちの実現モード１は、左右バンクの効率及び空燃比の実現を優先するモードである。実現モード２は、トルクと左右バンクの空燃比の実現を優先するモードである。そして、実現モード３は、トルクと左右バンクの効率の実現を優先するモードである。どの実現モードを選択するか、つまり、どの制御量の実現を優先するかはエンジン２の運転状態や運転条件によって決まる。本実施の形態の場合、ＥＣＵ１０は、主として排気浄化触媒の劣化度とその推定温度とに基づいて実施する実現モードを決定する。
【００２０】
図２は、ＥＣＵ１０が行う実現モードの選択のための処理を示すフローチャートである。最初のステップＳ１では、ＥＣＵ１０は、排気浄化触媒の劣化度が所定の判定値１よりも大きいかどうか、つまり、判定値１を超えて排気浄化触媒の劣化が進んでいるかどうか判定する。排気浄化触媒の劣化度を計算する方法には限定はない。例えば、空燃比フィードバック制御における下流側酸素センサの出力値の反転周期から排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を算出し、酸素吸蔵能力の大きさから劣化度を計算することでもよい。劣化が進んだ排気浄化触媒では酸素吸蔵能力が低下しているため、要求されている空燃比をそのまま実現しないと排気ガス性能が著しく悪化してしまう。そこで、排気浄化触媒の劣化度が判定値１よりも大きい場合、ＥＣＵ１０は実現モード２を選択してトルクと左右バンクの空燃比の実現を優先する（ステップＳ６）。
【００２１】
排気浄化触媒の劣化度が判定値１以下の場合、ＥＣＵ１０は、次のステップＳ２の判定を行う。ステップＳ２では、ＥＣＵ１０は、排気浄化触媒の劣化度が所定の判定値２よりも小さいかどうか、つまり、排気浄化触媒が劣化の進んでいない新しい触媒かどうか判定する。当然のことながら判定値２は判定値１よりも小さい値である。排気浄化触媒の活性後において排気ガス性能の観点から要求される空燃比は基本的にストイキであり、リッチ或いはリーンの要求は酸素吸蔵能力を適正化することを目的とした要求である。しかし、新しい触媒は酸素吸蔵能力が大きいため、多少、空燃比が要求値と異なったとしても、リッチ／リーンの方向さえ要求値と同じであるならば排気エミッションが大きく悪化することはない。そこで、排気浄化触媒の劣化度が判定値２より小さい場合、ＥＣＵ１０は実現モード３を選択してトルクと左右バンクの効率の実現を優先する（ステップＳ７）。
【００２２】
排気浄化触媒の劣化度が判定値２以上の場合、ＥＣＵ１０は、次のステップＳ３の判定を行う。ステップＳ３では、ＥＣＵ１０は、排気浄化触媒の推定温度が所定の判定値３よりも小さいかどうか、つまり、排気浄化触媒が未活性かどうか判定する。排気浄化触媒の温度を推定する方法には限定はない。例えば、排気浄化触媒の床温から推定してもよいし、排気ガスの温度から推定してもよい。排気浄化触媒が未活性の場合、その浄化能力や酸素吸蔵能力には期待ができない。この場合、空燃比によって排気ガス性能が決まってしまうことから、触媒未活性時の排気ガス性能の悪化を防ぐのであれば、効率ではなくて空燃比を優先すべきである。しかし、排気浄化触媒の推定温度が判定値３よりも小さい場合、ＥＣＵ１０は実現モード３を選択してトルクと左右バンクの効率の実現を優先する（ステップＳ７）。この場合、空燃比よりも効率の実現を優先することで一時的には排気ガス性能が低下する。しかし、排気浄化触媒の暖機を早期に完了することにより、トータルでの排気ガス性能の低下をより抑えることができる。
【００２３】
排気浄化触媒の推定温度が判定値３以上の場合、ＥＣＵ１０は、次のステップＳ４の判定とステップＳ５の判定を行う。ステップＳ４では、ＥＣＵ１０は左右バンクの要求空燃比の差が所定の判定値４よりも小さいかどうか判定する。また、ステップＳ５では、ＥＣＵ１０は左右バンクの要求効率の差が所定の判定値５よりも小さいかどうか判定する。空燃比や効率はトルクに影響するため、左右のバンク間でそれらに差がある場合には左右のバンク間でトルク差が生じるおそれがある。しかし、バンク間の空燃比の差や効率の差がある程度小さいのであれば、その差によって生じるトルク差は僅かであり、結果としてドライバビリティへの影響も小さい。そこで、バンク間の要求空燃比の差が判定値４よりも小さい場合、若しくは、バンク間の要求効率の差が判定値５よりも小さい場合、ＥＣＵ１０は実現モード１を選択して左右バンクの効率と空燃比の実現を優先する（ステップＳ８）。これにより、バンクごとの要求空燃比と要求効率をともにそのまま実現させ、燃費性能と排気ガス性能の最適化を図ることができる。
【００２４】
バンク間の要求空燃比の差が判定値４以上であり、かつ、バンク間の要求効率の差が判定値５以上の場合、ＥＣＵ１０は実現モード２或いは３を選択する。つまり、少なくともトルクの実現を優先する実現モードを選択する。実現モード２と実現モード３のどちらを選択するかは、排気浄化触媒の状態以外のエンジン２の運転状態や運転条件に応じて決めればよい。例えば、空燃比を周期的に振動させる要求がある場合には、実現モード２を選択すればよく、リザーブトルクの確保のために効率を一時的に下げることが要求されている場合には、実現モード３を選択すればよい。
【００２５】
以下、各実現モードにおいてＥＣＵ１０がとる制御構造について説明する。
【００２６】
図３−図５は、各実現モードおいてＥＣＵ１０がとる制御構造を示すブロック図である。図３は実現モード１に対応する制御構造を示し、図４は実現モード２に対応する制御構造を示し、そして、図５は実現モード３に対応する制御構造を示している。図３−図５においてＥＣＵ１０を構成している各要素は、ＥＣＵ１０が有する種々の機能的な要素のうち、スロットル４、左右バンクの点火装置６Ｌ，６Ｒ及び燃料噴射装置８Ｌ，８Ｒの操作による空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御に関係する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図３−図５は、ＥＣＵ１０がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。
【００２７】
エンジンの制御装置として機能する場合、ＥＣＵ１０は大きく分けて２つの部分、すなわち、要求調停部２０と要求実現部３０とを含んだ制御構造をとる。その制御構造における信号の伝達系統の上流側に要求調停部２０が位置し、下流側に要求実現部３０が位置している。前述のアクチュエータ４，６Ｌ，６Ｒ，８Ｌ，８Ｒには要求実現部３０から操作信号が出力されている。なお、図３−図５中に矢印で示すブロック間の伝達信号とは別に、ＥＣＵ１０の中では種々の信号が流れている。そのような信号の一例が、エンジンの運転条件や運転状態に関するエンジン情報を含んだ信号である。エンジン情報には、エンジン回転数、スロットル開度センサの出力値、空燃比センサの出力値、現時点の実点火時期、冷却水温度、吸気弁及び排気弁のバルブタイミング等が含まれる。
【００２８】
まず、要求調停部２０について説明する。エンジンにはドライバビリティ、燃費性能、排気ガス性能といった様々な性能が要求される。それらはエンジンの制御量に関する要求となって発生する。ところが、１つの制御量に関して複数の要求が発生した場合、それらを全て同時に完全に実現することはできない。このため、制御量ごとに要求の調停という処理が必要となる。ここでいう調停とは、例えば最大値選択、最小値選択、平均、或いは重ね合わせ等、複数の数値から１つの数値を得るための計算処理であり、複数種類の計算処理を適宜に組み合わせたものとすることもできる。このような調停を制御量ごとに実施するため、要求調停部２０は３つの調停要素２２，２４，２６を備えている。調停要素２２は、トルクに関する様々な要求を集めて調停し、その調停結果に基づいて要求トルク“trqrq”を出力する。調停要素２４は、効率に関する様々な要求を左右のバンクごとに集めて調停し、その調停結果に基づいて左バンクの要求効率“ηrqL”と右バンクの要求効率“ηrqR”とを別々に出力する。そして、調停要素２６は、空燃比に関する様々な要求を左右のバンクごとに集めて調停し、その調停結果に基づいて左バンクの要求空燃比“afrqL”と右バンクの要求空燃比“afrqR”とを別々に出力する。
【００２９】
要求実現部３０はマップや関数で表された複数の統計モデルや物理モデルを含んでいる。要求実現部３０は、要求調停部２０から入力される各種の要求制御量に基づき、それらの実現に必要な各アクチュエータの操作量を算出する。要求実現部３０により算出される操作量は、スロットル４を操作するためのスロットル開度“TA”、左バンクの点火装置６Ｌを操作するための点火時期“SAL”、右バンクの点火装置６Ｒを操作するための点火時期“SAR”、左バンクの燃料噴射装置８Ｌを操作するための燃料噴射量“TauL”、そして、右バンクの燃料噴射装置８Ｒを操作するための燃料噴射量“TauR”である。これらの操作量を算出するため、要求実現部３０は複数の計算要素を備えている。ただし、図３−図５の比較から分かるように、要求実現部３０の構成は実現モードによって異なる。ＥＣＵ１０は、選択された実現モードに応じて要求実現部３０の構成を変化させている。
【００３０】
［実現モード１の説明］
図３を参照し、実現モード１における要求実現部３０の構成と処理の内容について説明する。実現モード１では、左バンクの要求効率“ηrqL”と右バンクの要求効率“ηrqR”のうちの最小値が代表効率“ηrep”として決定される。また、左バンクの要求空燃比“afrqL”と右バンクの要求空燃比“afrqR”のうちの最大値、すなわち、最リーン値が代表空燃比“afrep”として決定される。実現モード１では、アクチュエータ４，６Ｌ，６Ｒ，８Ｌ，８Ｒの操作量を計算するための情報として、要求トルク“trqrq”、左バンク要求効率“ηrqL”、右バンク要求効率“ηrqR”、左バンク要求空燃比“afrqL”、右バンク要求空燃比“afrqR”、代表効率“ηrep”及び代表空燃比“afrep”が用いられる。
【００３１】
まず、実現モード１におけるスロットル開度の計算に関して説明する。スロットル開度の計算に用いるための主たる情報は要求トルク“trqrq”である。ただし、要求トルク“trqrq”を直接スロットル開度に変換するのではない。要求トルク“trqrq”を代表効率“ηrep”で除算することによって、要求潜在トルクである空気量制御用トルク“trqair”が算出される。代表効率が１よりも小さい場合には、空気量制御用トルクは要求トルクよりも大きくなる。これは要求トルクよりも大きなトルクを潜在的に出力可能にしておくことがスロットル４による空気量制御に求められていることを意味する。
【００３２】
空気量制御用トルク“trqair”は、目標空気量算出部３２によって目標空気量“KL”に変換される。ここでいう空気量とは筒内に吸入される空気量を意味する（それを無次元化した充填効率或いは負荷率を代わりに用いることもできる）。その変換に用いられるマップは、点火時期が最適点火時期（ＭＢＴとトレースノック点火時期のうち、より遅角側の点火時期）であることを前提にして、トルクと空気量とがエンジン回転数及び空燃比を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。このマップはエンジンを試験して得られたデータに基づいて作成されている。トルク−空気量変換マップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。ただし、空燃比に関しては前述の代表空燃比“afrep”がマップ検索に用いられる。したがって、目標空気量算出部３２では、代表空燃比“afrep”のもとで空気量制御用トルク“trqair”の実現に必要な空気量が目標空気量“KL”として算出される。
【００３３】
目標空気量“KL”は、スロットル開度算出部３４によってスロットル開度“TA”に変換される。その変換にはエアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルはスロットル４の動作に対する空気量の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標空気量“KL”の達成に必要なスロットル開度“TA”を逆算することができる。ＥＣＵ１０によるスロットル４の操作は、スロットル開度算出部３４で算出されたスロットル開度“TA”に従って行われる。
【００３４】
次に、実現モード１における点火時期の計算に関して説明する。点火時期の計算には、推定トルク算出部４０で算出される推定トルク“tqest”が用いられる。推定トルク算出部４０は、上述のスロットル開度制御によって実現される実際のスロットル開度に基づいて推定トルクを算出する。本明細書における推定トルクとは、現在のスロットル開度と代表空燃比“afrep”のもとで点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるトルク、すなわち、エンジンが潜在的に出力しうる潜在トルクの推定値である。推定トルク算出部４０は、まず、前述のエアモデルの順モデルを用いてスロットル開度を推定空気量に変換する。推定空気量は現在のスロットル開度によって実際に実現されている空気量の推定値である。次に、トルク−空気量変換マップを用いて推定空気量を推定トルク“tqest”に変換する。このトルク−空気量変換マップの検索では、前述の代表空燃比“afrep”が検索キーとして用いられる。
【００３５】
点火時期の計算は左右のバンク毎に行われる。左バンクの点火時期の計算では、まず、左バンク要求効率“ηrqL”に対する代表効率“ηrep”の比が計算される。次に、その効率比で要求トルク“trqrq”を除算することによって、左バンク要求トルク“trqL”が算出される。そして、左バンク要求トルク“trqL”と推定トルク“tqest”との比が左バンク目標効率“ηtaL”として算出される。一方、右バンクの点火時期の計算では、まず、右バンク要求効率“ηrqR”に対する代表効率“ηrep”の比が計算される。次に、その効率比で要求トルク“trqrq”を除算することによって、右バンク要求トルク“trqR”が算出される。そして、右バンク要求トルク“trqR”と推定トルク“tqest”との比が右バンク目標効率“ηtaR”として算出される。
【００３６】
各バンクの点火時期“SAL，SAR”は、対応する目標効率“ηtaL，ηtaR”に基づいて決定される。左バンク点火時期算出部３６Ｌは、エンジン回転数等のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、左バンク目標効率“ηtaL”から最適点火時期に対する遅角量を算出する。左バンク目標効率“ηtaL”が１であれば遅角量をゼロとし、１よりも小さいほど遅角量を大きくする。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な左バンク点火時期“ηtaL”として算出する。一方、右バンク点火時期算出部３６Ｒは、右バンク目標効率“ηtaR”から最適点火時期に対する遅角量を算出する。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な右バンク点火時期“ηtaR”として算出する。ＥＣＵ１０による各バンクの点火装置６Ｌ，６Ｒの操作は、対応する点火時期算出部３６Ｌ，３６Ｒで算出された点火時期“SAL，SAR”に従って行われる。
【００３７】
最後に、実現モード１における燃料噴射量の計算に関して説明する。実現モード１では、燃料噴射量の計算は左右のバンク別に要求される要求空燃比“afrqL，afrqR”に基づいて気筒ごと行われる。左バンク燃料噴射量算出部３８Ｌは、左バンク要求空燃比“afrqL”をそのまま左バンクの目標空燃比“aftaL”とし、左バンク目標空燃比“aftaL”と対象気筒の吸気弁閉じタイミングでの予測空気量とから左バンク各気筒の燃料噴射量“TauL”を算出する。右バンク燃料噴射量算出部３８Ｒは、右バンク要求空燃比“afrqR”をそのまま右バンクの目標空燃比“aftaR”とし、右バンク目標空燃比“aftaR”と対象気筒の吸気弁閉じタイミングでの予測空気量とから右バンク各気筒の燃料噴射量“TauR”を算出する。ＥＣＵ１０による各バンクの燃料噴射装置８Ｌ，８Ｒの操作は、対応する燃料噴射量算出部３８Ｌ，３８Ｒで算出された燃料噴射量“TauL，TauR”に従って行われる。
【００３８】
［実現モード２の説明］
次に、図４を参照し、実現モード２における要求実現部３０の構成と処理の内容について説明する。実現モード２では、左バンクの要求効率“ηrqL”と右バンクの要求効率“ηrqR”のうちの最小値が代表効率“ηrep”として選択される。また、左バンクの要求空燃比“afrqL”と右バンクの要求空燃比“afrqR”のうちの最大値が代表空燃比“afrep”として決定される。実現モード２では、アクチュエータ４，６Ｌ，６Ｒ，８Ｌ，８Ｒの操作量を計算するための情報として、要求トルク“trqrq”、左バンク要求空燃比“afrqL”、右バンク要求空燃比“afrqR”、代表効率“ηrep”及び代表空燃比“afrep”が用いられる。なお、実現モード２では、操作量の計算にはバンク別の要求効率“ηrqL，ηrqR”は直接には用いられない。
【００３９】
実現モード２におけるスロットル開度の計算では、要求トルク“trqrq”を代表効率“ηrep”で除算することによって空気量制御用トルク“trqair”が算出される。空気量制御用トルク“trqair”は、目標空気量算出部３２によって目標空気量“KL”に変換される。その変換では、代表空燃比“afrep”がトルク−空気量変換マップの検索のためのキーとして用いられる。そして、目標空気量“KL”は、スロットル開度算出部３４によってスロットル開度“TA”に変換される。
【００４０】
実現モード２における点火時期の計算では、点火時期の計算に用いられる推定トルクが左右のバンクごとに算出される。推定トルク算出部４０は、左バンク要求空燃比“afrqL”を用いて左バンク推定トルク“tqestL”を算出し、右バンク要求空燃比“afrqR”を用いて右バンク推定トルク“tqestR”を算出する。詳しくは、トルク−空気量変換マップを用いて推定空気量を推定トルクに変換する際、左バンク推定トルク“tqestL”の計算では左バンク要求空燃比“afrqL”が検索キーとして用いられ、右バンク要求空燃比“afrqR”の計算では右バンク推定トルク“tqestR”が検索キーとして用いられる。
【００４１】
左バンクの点火時期の計算では、要求トルク“trq”と左バンク推定トルク“tqestL”との比が左バンク目標効率“ηtaL”として算出される。そして、左バンク点火時期算出部３６Ｌにおいて、左バンク目標効率“ηtaLに基づいて左バンク点火時期“SAL”が算出される。一方、右バンクの点火時期の計算では、要求トルク“trq”と右バンク推定トルク“tqestR”との比が右バンク目標効率“ηtaR”として算出される。そして、右バンク点火時期算出部３６Ｒにおいて、右バンク目標効率“ηtaR”から右バンク点火時期“SAR”が算出される。
【００４２】
実現モード２における燃料噴射量の計算は、実現モード１の場合と同じく、左右のバンク別に要求される要求空燃比“afrqL，afrqR”に基づいて気筒ごとに行われる。すなわち、左バンク燃料噴射量算出部３８Ｌでは、左バンク要求空燃比“afrqL”がそのまま左バンクの目標空燃比“aftaL”として用いられ、その目標空燃比“aftaL”を実現するように左バンクの各気筒の燃料噴射量“TauL”が算出される。右バンク燃料噴射量算出部３８Ｒでは、右バンク要求空燃比“afrqR”がそのまま右バンクの目標空燃比“aftaR”として用いられ、その目標空燃比“aftaR”を実現するように右バンクの各気筒の燃料噴射量“TauR”が算出される。
【００４３】
［実現モード３の説明］
次に、図５を参照し、実現モード３における要求実現部３０の構成と処理の内容について説明する。実現モード３では、実現モード１の場合と同じく、左バンクの要求効率“ηrqL”と右バンクの要求効率“ηrqR”のうちの最小値が代表効率“ηrep”として決定される。一方、空燃比に関しては、実現モード１の場合とは異なり、後述する目標空燃比算出部４２で算出される左バンク目標空燃比“aftaL”の前回値と右バンク目標空燃比“aftaR”の前回値のうちの最大値が代表空燃比“afrep”として決定される。実現モード３では、アクチュエータ４，６Ｌ，６Ｒ，８Ｌ，８Ｒの操作量を計算するための情報として、要求トルク“trqrq”、左バンク要求効率“ηrqL”、右バンク要求効率“ηrqR”、代表効率“ηrep”及び代表空燃比“afrep”が用いられる。
【００４４】
実現モード３におけるスロットル開度の計算では、要求トルク“trqrq”を代表効率“ηrep”で除算することによって空気量制御用トルク“trqair”が算出される。空気量制御用トルク“trqair”は、目標空気量算出部３２によって目標空気量“KL”に変換される。その変換では、代表空燃比“afrep”がトルク−空気量変換マップの検索のためのキーとして用いられる。そして、目標空気量“KL”は、スロットル開度算出部３４によってスロットル開度“TA”に変換される。
【００４５】
実現モード３における点火時期の計算は、実現モード１の場合と同じく、左右のバンクごとに行われる。左バンクの点火時期の計算では、左バンク要求効率“ηrqL”に対する代表効率“ηrep”の比で要求トルク“trqrq”を除算することによって、左バンク要求トルク“trqL”が算出される。そして、左バンク要求トルク“trqL”と推定トルク“tqest”との比が左バンク目標効率“ηtaL”として算出される。推定トルク“tqest”は、実現モード１の場合と同じく、推定トルク算出部４０により代表空燃比“afrep”を用いて算出される。左バンク点火時期算出部３６Ｌでは、このようにして得られた左バンク目標効率“ηtaL”に基づいて左バンク点火時期“SAL”が算出される。一方、右バンクの点火時期の計算では、右バンク要求効率“ηrqR”に対する代表効率“ηrep”の比で要求トルク“trqrq”を除算することによって、右バンク要求トルク“trqR”が算出される。そして、右バンク要求トルク“trqR”と推定トルク“tqest”との比が右バンク目標効率“ηtaR”として算出される。右バンク点火時期算出部３６Ｒでは、このようにして得られた右バンク目標効率“ηtaR”に基づいて右バンク点火時期“SAR”が算出される。
【００４６】
最後に、実現モード３における燃料噴射量の計算に関して説明する。実現モード３では、目標空燃比算出部４２によって左右のバンク別に目標空燃比“aftaL，aftaR”が算出される。目標空燃比算出部４２による目標空燃比“aftaL，aftaR”の計算では、要求調停部２０の調停要素２６から出力される要求空燃比は用いられない。詳しくは、目標空燃比算出部４２は、要求トルク、空気量（負荷）、点火時期及び回転数等のエンジン２の運転状態に関する情報を空燃比に関連付けたマップを有している。目標空燃比算出部４２は、このマップを用いて左バンク要求トルク“trqL”を左バンクの目標空燃比“aftaL”に変換するとともに、右バンク要求トルク“trqR”を右バンクの目標空燃比“aftaR”に変換する。こうして得られた目標空燃比“aftaL，aftaR”の前回タイムステップにおける値は、前述の代表空燃比“afrep”の決定に用いられている。一方、目標空燃比“aftaL，aftaR”の今回タイムステップにおける値は、燃料噴射量算出部３８Ｌ，３８Ｒによる燃料噴射量の計算に用いられる。左バンク燃料噴射量算出部３８Ｌは、左バンク目標空燃比“aftaL”から左バンクの各気筒の燃料噴射量“TauL”を算出する。そして、右バンク燃料噴射量算出部３８Ｒは、得られた右バンク目標空燃比“aftaR”から右バンクの各気筒の燃料噴射量“TauR”を算出する。
【００４７】
以上が本発明の実施の形態についての説明である。ただし、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、実現モード１−３において、代表効率は左右バンクの要求効率の平均値とすることもできる。また、実現モード１に関しては、代表空燃比は左右バンクの要求空燃比の平均値とすることもできる。実現モード３に関しては、左右バンクの目標空燃比の前回値の平均値を代表空燃比とすることもできる。さらに、実現モード３に関しては、排気浄化触媒の暖機が未完了のバンクにおける目標空燃比の前回値を代表空燃比としてもよい。或いは、排気浄化触媒の活性が低いほうのバンクにおける目標空燃比の前回値を代表空燃比としてもよい。排気浄化触媒の暖機が未完了かどうかの判定や、排気浄化触媒の活性度の判定は排気浄化触媒の推定温度に基づいて行うことができる。排気浄化触媒の推定温度が最も低いバンクにおける目標空燃比の前回値を代表空燃比とすることもできる。
【符号の説明】
【００４８】
２  エンジン
４  スロットル
６Ｌ，６Ｒ  点火装置
８Ｌ，８Ｒ  燃料噴射装置
１０  ＥＣＵ
２０  要求調停部
２２，２４，２６  調停要素
３０  要求実現部
３２  目標空気量算出部
３４  スロットル開度算出部
３６Ｌ，３６Ｒ  点火時期算出部
３８Ｌ，３８Ｒ  燃料噴射量算出部
４０  推定潜在トルク算出部
４２  目標空燃比算出部
【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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【国際調査報告】
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