(57)【要約】【課題】複数の気筒間の空燃比のばらつきを適切に補正しながら、気筒間でばらつの少ない良好な燃焼状態を得ることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】本発明による内燃機関の制御装置では、各気筒３ａ内の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータ（実ＭＦＢ５０）を取得し（図４のステップ１４）、取得された燃焼状態パラメータが所定の目標値（目標ＭＦＢ５０）になるようにフィードバック制御によって、各気筒３ａの点火時期ＩＧを算出する（図３、図４）。また、算出された複数のすべての気筒３ａの点火時期ＩＧ（ｉ）に基づき、基準点火時期（点火時期平均値ＩＧＡＶＥ）を設定し（図５のステップ２２）、各気筒３ａの点火時期ＩＧが基準点火時期になるように、各気筒３ａの燃料噴射量ＧＦＵＥＬを補正する（図５、図８のステップ３４）。【選択図】図５
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【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燃焼状態を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記複数の気筒の各々について、当該各気筒内の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータを取得する燃焼状態パラメータ取得手段と、
前記取得された燃焼状態パラメータが所定の目標値になるようにフィードバック制御によって、前記各気筒の点火時期を算出する点火時期算出手段と、
前記算出された複数のすべての気筒の点火時期に基づき、基準点火時期を設定する基準点火時期設定手段と、
前記各気筒の点火時期が前記基準点火時期になるように、当該各気筒の燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、
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】
前記基準点火時期は、前記すべての気筒の点火時期の平均値であ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】
前記燃料噴射量補正手段は、
前記基準点火時期と前記各気筒の点火時期との差分を算出し、当該算出された差分がなくなるように気筒別燃料補正係数を算出し、当該算出された気筒別燃料補正係数を用いて、当該各気筒の燃料噴射量を補正することを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の排気通路に設けられ、空燃比を検出する空燃比検出手段をさらに備え、
前記燃料噴射量補正手段は、前記検出された空燃比が所定の目標空燃比になるように空燃比補正係数を算出し、当該算出された空燃比補正係数を用いて、前記すべての気筒の燃料噴射量を補正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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の燃焼状態を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置では、検出された内燃機関の回転数及び負荷率に基づき、最適点火時期（ＭＢＴ）に相当する点火時期ＳＡを、全気筒に対して一律に設定する。また、気筒ごとに、検出された筒内圧に基づき、質量燃焼割合（ＭＦＢ）が１０％になるクランク角ＣＡ１０（実ＣＡ１０）を算出し、さらに点火時期ＳＡから実ＣＡ１０までのクランク角期間を、実ＳＡ−ＣＡ１０として算出する。また、このクランク角期間の目標値である目標ＳＡ−ＣＡ１０を、エンジンの回転数及び負荷率に基づいて設定する。そして、気筒ごとに、実ＳＡ−ＣＡ１０が目標ＳＡ−ＣＡ１０になるようフィードバック制御によって、燃料噴射量を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９８７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の制御装置では、点火時期は、内燃機関の回転数及び負荷率に基づき、全気筒に対して一律に設定される。しかし、回転数及び負荷率が同じ条件で、それに基づいて同一の点火時期が設定されたとしても、各気筒における実際の燃焼状態は、燃焼に供される筒内ガスの状態などに応じて変化する。例えば筒内ガスの空燃比が目標空燃比に対してリーン側にずれた場合には、点火時期から着火するまでの着火遅れが大きくなるとともに、燃焼速度が低下する結果、燃焼期間が全体的に遅角側にずれるため、これを補償するために設定されるべき点火時期は進角側に移行する。このため、上記のように、全気筒の点火時期を内燃機関の回転数及び負荷率に基づいてフィードフォワード的に設定するだけでは、各気筒において必ずしも良好な燃焼状態を得ることができない。
【０００５】
また、従来の制御装置では、気筒間の空燃比のばらつきを補正するために、各気筒の実ＳＡ−ＣＡ１０が目標ＳＡ−ＣＡ１０になるようフィードバック制御によって、燃料噴射量が補正される。しかし、内燃機関における燃焼は、本来的に燃焼サイクルごとのばらつき（燃焼ばらつき）を伴うため、内燃機関が定常運転状態でかつ点火時期が一定の条件でも、燃焼サイクルごとに、着火遅れなどが大きく変動し、それに伴い、実ＣＡ１０が大きく変動し、実ＳＡ−ＣＡ１０の変動も大きくなる。この傾向は、リーン燃焼運転が行われている場合、筒内ガスが着火しにくく、燃焼が不安定になりやすいため、顕著になる。
【０００６】
したがって、従来の制御装置のように実ＳＡ−ＣＡ１０のフィードバック制御によって燃料噴射量を補正しても、燃焼サイクルごとの実ＳＡ−ＣＡ１０の大きな変動が直接的に反映される結果、燃料噴射量もまた大きく変動し、その補正を適切に行えない。その結果、気筒間の空燃比のばらつきを適切に補正できず、空燃比のばらつきに起因する気筒間の燃焼状態のばらつきを解消できない。
【０００７】
なお、特許文献１には、上述した実ＣＡ１０の変動の影響を抑制するために、燃焼サイクルごとに算出された実ＳＡ−ＣＡ１０を、そのなまし処理を行った後にフィードバック制御に用いることも記載されている。しかし、その場合には、燃料噴射量の補正の安定性が得られる一方で、補正の応答性が低下する。このため、例えば内燃機関の目標空燃比や目標吸入空気量などが比較的大きく変化する過渡運転状態では、燃料噴射量の補正の遅れにより、実際の空燃比が理論空燃比と極リーンとの間の中間の空燃比領域に長く留まりやすくなり、それに伴い、ＮＯｘの排出量が増加するなど、排ガス特性の悪化を招くおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、気筒間の空燃比のばらつきを適切に補正しながら、気筒間でばらつの少ない良好な燃焼状態を得ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の気筒３ａを有する内燃機関３の燃焼状態を制御する内燃機関の制御装置であって、複数の気筒３ａの各々について、各気筒３ａ内の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータ（実施形態における（以下、本項において同じ）実ＭＦＢ５０）を取得する燃焼状態パラメータ取得手段（筒内圧センサ５１、クランク角センサ５２、ＥＣＵ２、図４のステップ１４）と、取得された燃焼状態パラメータが所定の目標値（目標ＭＦＢ５０）になるようにフィードバック制御によって、各気筒３ａの点火時期ＩＧを算出する点火時期算出手段（ＥＣＵ２、図３、図４）と、算出された複数のすべての気筒３ａの点火時期ＩＧ（ｉ）に基づき、基準点火時期（点火時期平均値ＩＧＡＶＥ）を設定する基準点火時期設定手段（ＥＣＵ２、図５のステップ２２）と、各気筒３ａの点火時期ＩＧが基準点火時期になるように、各気筒３ａの燃料噴射量ＧＦＵＥＬを補正する燃料噴射量補正手段（ＥＣＵ２、図５、図８のステップ３４）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この内燃機関の制御装置によれば、複数の気筒ごとに、各気筒内の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータを取得するとともに、取得された燃焼状態パラメータが所定の目標値になるようにフィードバック制御によって、各気筒の点火時期を算出する。また、算出されたすべての気筒の点火時期に基づき、基準点火時期を設定するとともに、各気筒の点火時期が基準点火時期になるように、各気筒の燃料噴射量を補正する。
【００１１】
前述したように、気筒内の空燃比（筒内ガスの空燃比）が変化すると、それに応じて点火時期からの着火遅れや燃焼速度などが変化し、燃焼状態が変化する。このため、燃焼状態パラメータのフィードバック制御によって算出される各気筒の点火時期には、その気筒の空燃比が反映される。また、基準点火時期は、算出された全気筒の点火時期に基づいて設定されるので、基準点火時期に対する各気筒の点火時期の乖離度合は、全気筒分の全体的な空燃比に対するその気筒の空燃比のずれを表す。したがって、各気筒の点火時期が基準点火時期になるように、その気筒の燃料噴射量を補正することによって、その気筒の空燃比のずれを補正し、気筒間の空燃比のばらつきを補正することができる。
【００１２】
また、前述した従来の制御装置と異なり、燃焼状態パラメータのフィードバック制御によって燃料噴射量を直接的に補正するのではなく、燃焼状態パラメータのフィードバック制御によって算出された、空燃比を反映する各気筒の点火時期を介し、この点火時期が基準点火時期になるように、燃料噴射量を補正する。したがって、燃焼サイクルごとの燃焼状態の変動が大きい場合でも、その影響が直接的に反映されることなく、平滑化された状態で、各気筒の燃料噴射量を適切に補正することができる。その結果、気筒間の空燃比のばらつきを適切に補正でき、その状態で、燃焼状態パラメータのフィードバック制御により各気筒の点火時期を算出することによって、気筒間でばらつきの少ない良好な燃焼状態を得ることができる。
【００１３】
また、燃料噴射量が上記のように適切に補正される結果、従来の制御装置において行われていた、燃焼状態パラメータの変動の影響を抑制するためのなまし処理は、基本的に不要になる。このため、なまし処理によって燃料噴射量の補正の応答性が低下し、実際の空燃比が中間の空燃比領域に長く留まるという事態を回避でき、それによる排ガス特性の悪化などの不具合を防止することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、基準点火時期は、すべての気筒３ａの点火時期ＩＧ（ｉ）の平均値（点火時期平均値ＩＧＡＶＥ）であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、基準点火時期として、全気筒の点火時期の平均値が用いられる。これにより、各気筒の点火時期の基準となる基準点火時期を、全気筒の点火時期の中心的な値に適切かつ容易に設定でき、したがって、点火時期の平均値と各気筒の点火時期との関係に基づいて、燃料噴射量の補正を適切かつ容易に行うことができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、燃料噴射量補正手段は、基準点火時期と各気筒３ａの点火時期ＩＧとの差分（点火時期差分ΔＩＧ）を算出し、算出された差分がなくなるように気筒別燃料補正係数ＫＪを算出し、算出された気筒別燃料補正係数ＫＪを用いて、各気筒３ａの燃料噴射量ＧＦＵＥＬを補正すること（図５のステップ２３〜２７、図８のステップ３４）を特徴とする。
【００１７】
前述したように、基準点火時期と各気筒の点火時期との差分は、全気筒の空燃比に対するその気筒の空燃比のずれを表す。したがって、この差分がなくなるように気筒別燃料補正係数を算出し、気筒別燃料補正係数を用いて各気筒の燃料噴射量を補正することにより、その気筒の空燃比のずれを適切に補正し、気筒間の空燃比のばらつきを適切に補正することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関３の排気通路７に設けられ、空燃比（実当量比ＫＡＣＴ）を検出する空燃比検出手段（ＬＡＦセンサ５６）をさらに備え、燃料噴射量補正手段は、検出された空燃比が所定の目標空燃比（目標当量比ＫＣＭＤ）になるように空燃比補正係数ＫＡＦＦＢを算出し、算出された空燃比補正係数ＫＡＦＦＢを用いて、すべての気筒３ａの燃料噴射量ＧＦＵＥＬを補正すること（図８）を特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、上述した請求項３による気筒別燃料補正係数を用いた各気筒の燃料噴射量の補正に加えて、排気通路に設けられた空燃比検出手段によって検出された空燃比が目標空燃比になるように空燃比補正係数を算出し、空燃比補正係数を用いて、すべての気筒の燃料噴射量が補正される。これにより、各気筒において、空燃比が目標空燃比にばらつきなく制御された状態で、目標空燃比に見合ったより良好な燃焼状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】制御装置を示すブロック図である。
【図３】点火時期の制御処理のメインフローを示すフローチャートである。
【図４】図３の制御処理のうちの点火時期のフィードバック補正項の算出処理を示すフローチャートである。
【図５】気筒間の空燃比のばらつき補正処理を示すフローチャートである。
【図６】気筒別燃料補正係数の算出に用いられる空燃比係数を求めるためのテーブルである。
【図７】当量比と点火時期との一般的な関係を示す図である。
【図８】燃料噴射量の制御処理を示すフローチャートである。
【図９】実施形態による動作例を、比較例とともに模式的に示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、本発明を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えば４つの気筒３ａを有するガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に動力源として搭載されている。また、エンジン３は、筒内ガスの空燃比を理論空燃比に制御するストイキ燃焼運転に加えて、燃費の向上などのために、空燃比を理論空燃比に対して若干リーンから極リーンまでの空燃比領域に制御するリーン燃焼運転を行うように構成されている。
【００２２】
なお、上記の「筒内ガス」は、気筒３ａ内に充填され、燃焼に供されるガス全般を指し、後述するＥＧＲが実行されていない場合には、燃料と空気との混合気に相当し、実行されている場合には、ＥＧＲガスをさらに含むものである。
【００２３】
各気筒３ａには、燃料噴射弁４と点火プラグ５が設けられている。燃料噴射弁４は、燃料を燃焼室（図示せず）に直接、噴射する直噴タイプのものである。点火プラグ５は、放電による火花を燃焼室内に発生させることによって、筒内ガスを着火・燃焼させる。燃料噴射弁４の燃料噴射量ＧＦＵＥＬ及び点火プラグ５の点火時期ＩＧは、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２からの制御信号によって制御される（図２参照）。
【００２４】
また、各気筒３ａには、気筒３ａ内の圧力（筒内圧）を検出する筒内圧センサ５１（図２参照）が設けられている。筒内圧センサ５１は、例えば、燃焼室に臨み、筒内圧をピックアップする圧力検出素子（図示せず）や、圧力検出素子からの信号を増幅し、出力する増幅回路（図示せず）などを燃料噴射弁４に一体に組み付けた、噴射弁一体型のものである。筒内圧センサ５１で検出された筒内圧ＰＣＹＬを表す検出信号は、ＥＣＵ２に入力される。
【００２５】
また、エンジン３は、ターボチャージャ１１及びＥＧＲ装置１２を備える。ターボチャージャ１１は、吸気通路６に設けられたコンプレッサ２１と、排気通路７に設けられ、シャフト２２を介してコンプレッサ２１に一体に連結されたタービン２３を有する。排気通路７を流れる排ガスによってタービン２３が駆動され、それと一体にコンプレッサ２１が回転することによって、吸気が過給される。
【００２６】
吸気通路６には、上流側から順に、吸気絞り弁２５、上記ターボチャージャ１１のコンプレッサ２１、過給によって昇温した吸気を冷却するためのインタークーラ２６、及びスロットル弁２７が設けられている。吸気絞り弁２５は、その下流側にＥＧＲ装置１２によるＥＧＲガスを導入するための負圧を発生させるものであり、その開度は、ＥＣＵ２からの制御信号に応じ、ＬＰアクチュエータ２５ａ（図２参照）を介して制御される。
【００２７】
スロットル弁２７は、吸気通路６の吸気マニホルド６ａよりも上流側に配置されている。スロットル弁２７の開度は、ＥＣＵ２からの制御信号に応じ、ＴＨアクチュエータ２７ａ（図２参照）を介して制御され、それにより、気筒３ａに充填される筒内ガス量が制御される。
【００２８】
排気通路７のタービン２３よりも下流側には、三元触媒２８が設けられている。三元触媒２８は、活性状態において、排ガス中のＨＣやＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。
【００２９】
ＥＧＲ装置１２は、気筒３ａから排気通路７に排出された排ガスの一部を、ＥＧＲ通路４１を介して、ＥＧＲガスとして吸気通路６に還流させる排ガス再循環（ＥＧＲ）を行う。図１に示すように、ＥＧＲ通路４１は、排気通路７のタービン２３及び三元触媒２８よりも下流側と、吸気通路６のコンプレッサ２１と吸気絞り弁２５との間に接続されている。この構成により、ＥＧＲガスは、排ガスがタービン２３に対して仕事を行った後の比較的低圧の状態で、吸気通路６に還流する。すなわち、ＥＧＲ装置１２は、いわゆる低圧ＥＧＲ装置として構成されている。
【００３０】
ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲ弁４２と、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３が設けられている。ＥＧＲ弁４２の開度は、ＥＣＵ２からの制御信号に応じ、ＥＧＲアクチュエータ４２ａ（図２参照）を介して制御され、それによりＥＧＲ量が制御される。
【００３１】
また、エンジン３には、その運転状態を検出するために、前述した筒内圧センサ５１の他に、以下のような各種のセンサが設けられており、それらの検出信号はＥＣＵ２に入力される（図２参照）。
【００３２】
クランク角センサ５２は、クランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、所定のクランク角度ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号を出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角度（例えば０．５度）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。
【００３３】
ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいて、エンジン３のピストン（図示せず）が吸気行程の開始時の上死点（吸気ＴＤＣ）付近のクランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角度１８０度ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＴＤＣ信号及びＣＲＫ信号に応じて、気筒３ａごとに、クランク角ＣＡを、ＴＤＣ信号の出力タイミングを基準（＝０）とし、進角側を正として算出する（ＢＴＤＣ）。
【００３４】
また、吸気通路６には、吸気絞り弁２５の上流側にエアフローセンサ５３が設けられ、スロットル弁２７の下流側の吸気チャンバ６ｂに、吸気圧センサ５４及び吸気温センサ５５が設けられている。エアフローセンサ５３は、気筒３ａに吸入される空気（新気）の量（吸入空気量）ＧＡＩＲを検出し、吸気圧センサ５４は、吸気圧ＰＢＡを絶対圧として検出し、吸気温センサ５５は、気筒３ａに吸入される、ＥＧＲガスを含む吸気の温度（吸気温）ＴＡを検出する。
【００３５】
排気通路７のタービン２３と三元触媒２８との間には、ＬＡＦセンサ５６が設けられている。ＬＡＦセンサ５６は、理論空燃比を含む広い空燃比領域において、三元触媒２８に流入する排ガス中の酸素濃度を連続的に検出し、その検出信号を出力する。ＥＣＵ２は、この検出信号に基づき、全気筒３ａ分の筒内ガス全体の実際の空燃比を表す実当量比ＫＡＣＴを算出する。
【００３６】
さらに、水温センサ５７は、エンジン３を冷却する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号を出力し、アクセル開度センサ５８は、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号を出力する。
【００３７】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ５１〜５８の検出信号などに応じて、目標となるエンジン３の運転状態や燃焼状態を設定するとともに、設定した運転状態や燃焼状態などが得られるように、燃料噴射量ＧＦＵＥＬ及び点火時期ＩＧなどの制御処理を実行する。
【００３８】
本実施形態では、ＥＣＵ２によって、燃焼状態パラメータ取得手段、点火時期算出手段、基準点火時期設定手段、及び燃料噴射量補正手段が構成されている。
【００３９】
図３は、ＥＣＵ２で実行される点火時期ＩＧの制御処理のメインフローを示す。本処理は、燃焼状態を表す燃焼状態パラメータとして、ＭＦＢ５０（質量燃焼割合（ＭＦＢ）が５０％になるクランク角）を用い、ＭＦＢ５０の実際値である実ＭＦＢ５０が目標値である目標ＭＦＢ５０になるようにフィードバック制御によって、気筒３ａごとに点火時期ＩＧを算出するものである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して気筒３ａごとに実行される。
【００４０】
本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、点火時期ＩＧの基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥを算出する。この基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥは、後述するフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢに対して、フィードフォワード項を構成するものである。基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥの算出は、例えば、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって行われる。また、要求トルクＴＲＱＣＭＤは、アクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて算出される。
【００４１】
次に、ステップ２において、点火時期ＩＧのフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢを算出する。次に、ステップ３に進み、基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥにフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢを加算することによって、点火時期ＩＧを算出し、本処理を終了する。
【００４２】
図４は、上記ステップ２におけるフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢの算出処理のサブルーチンを示す。本処理では、まずステップ１１において、フィードバック制御フラグＦ＿ＩＧＦＢが「１」であるか否かを判別する。このフラグＦ＿ＩＧＦＢは、点火時期ＩＧによるＭＦＢ５０のフィードバック制御の実行条件が成立しているときに、「１」にセットされるものである。このステップ１１の答えがＮＯのときには、フィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢを値０に設定し（ステップ１２）、本処理を終了する。
【００４３】
一方、ステップ１１の答えがＹＥＳで、ＭＦＢ５０のフィードバック制御の実行条件が成立しているときには、ステップ１３において、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、目標ＭＦＢ５０を算出する。
【００４４】
次に、ステップ１４において、実ＭＦＢ５０を算出する。この実ＭＦＢ５０の算出は、筒内圧センサ５１の検出結果に基づき、例えば次のようにして行われる。まず、筒内圧センサ５１の検出結果に基づいて筒内圧ＰＣＹＬを算出するとともに、筒内圧ＰＣＹＬとクランク角ＣＡに基づいて、筒内容積変化率、筒内容積及び筒内圧変化率を算出する。次に、算出した４つのパラメータと比熱比を用い、所定の式によって、熱発生率ｄＱθを算出するとともに、熱発生率ｄＱθを積分することによって、熱発生量を算出する。そして、１燃焼サイクルにおいて、算出した熱発生量が総熱発生量の５０％になったときのクランク角ＣＡを、実ＭＦＢ５０として算出する。
【００４５】
次のステップ１５では、目標ＭＦＢ５０と実ＭＦＢ５０との今回の偏差ｅ（ｎ）を算出する。また、この偏差（ｅ）をその積算値の前回値Σｅ（ｎ−１）に加算することによって、今回の積算値Σｅ（ｎ）を算出する（ステップ１６）。また、今回の偏差ｅ（ｎ）と前回の偏差ｅ（ｎ−１）との差を、偏差変化量Δｅ(n)として算出する（ステップ１７）。
【００４６】
そして、所定のＰ項ゲインＫＰ、Ｉ項ゲインＫＩ及びＤ項ゲインＫＤを用い、次式（１）によって、フィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢを算出し（ステップ１８）、本処理を終了する。
ＩＧ＿ＦＢ  ＝  ＫＰ・ｅ（ｎ）＋ＫＩ・Σｅ（ｎ）＋ＫＤ・Δｅ（ｎ）
・・・（１）
【００４７】
次に、図５を参照しながら、気筒間の空燃比のばらつき補正処理について説明する。この処理は、上述したＭＦＢ５０のフィードバック制御によって算出された点火時期ＩＧに基づき、気筒３ａ間の空燃比のばらつきを補正するための気筒別燃料補正係数ＫＪを算出するものである。本処理もまた、ＴＤＣ信号の発生に同期して気筒３ａごとに実行される。
【００４８】
本処理では、まずステップ２１において、前記フィードバック制御フラグＦ＿ＩＧＦＢが「１」であるか否かを判別する。この答えがＮＯで、点火時期ＩＧによるＭＦＢ５０のフィードバック制御が実行されていないときには、そのまま本処理を終了する。
【００４９】
一方、上記ステップ２１の答えがＹＥＳのときには、ステップ２２において、図４の処理によって算出された最新の４気筒分の点火時期ＩＧ（ｉ）（ｉ＝１〜４）を相加平均することによって、点火時期平均値ＩＧＡＶＥを算出する。
【００５０】
次に、算出した点火時期平均値ＩＧＡＶＥと前記ステップ３で算出された当該気筒３ａの点火時期ＩＧとの差を、点火時期差分ΔＩＧとして算出する（ステップ２３）。また、この点火時期差分ΔＩＧの絶対値｜ΔＩＧ｜が、所定のしきい値ΔＩＧＭＩＮ（例えば０．５度）以上であるか否かを判別する（ステップ２４）。この答えがＮＯで、｜ΔＩＧ｜＜ΔＩＧＭＩＮのときには、全気筒３ａの平均的な空燃比に対する当該気筒３ａの空燃比のずれが小さいと判定して、空燃比のばらつき補正を行わないものとし、そのまま本処理を終了する。
【００５１】
一方、上記ステップ２４の答えがＹＥＳで、｜ΔＩＧ｜≧ΔＩＧＭＩＮのときには、当該気筒３ａの空燃比のずれが大きいと判定し、ステップ２５以降に進む。まずステップ２５では、その時点で設定されている目標当量比ＫＣＭＤに応じ、図６に示すテーブルを検索することによって、空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦを算出する。この空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦは、筒内ガスの当量比ＫＡＦと点火時期ＩＧの間に、図７に示すような線形に近い関係が認められることから、点火時期ＩＧに対する当量比ＫＡＦの傾き（ΔＫＡＦ／ΔＩＧ）（負値）を空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦと定義したものである。
【００５２】
図７は、エンジン回転数ＮＥが一定の条件で、エンジン３の出力トルク（負荷）が一定になるようにＭＦＢ５０を制御したときの、当量比ＫＡＦと点火時期ＩＧとの関係の一例を示したものである。同図に示すように、筒内ガスの空燃比がリーンであるほど（当量比ＫＡＦが小さいほど）、点火時期ＩＧはより進角側になる（より大きな値になる）という特性を有する。これは、空燃比がリーンであるほど、点火後の着火遅れが大きくなり、また燃焼速度が小さくなることなどから、ＭＦＢ５０を達成する点火時期ＩＧが進角側に移行するためである。
【００５３】
また、点火時期ＩＧに対する当量比ＫＡＦの傾きは、理論空燃比よりもリーン側のある値ＫＡＦＲ（例えば０．７５）付近を境として異なり、この値ＫＡＦＲよりもリッチ側ではより大きく、リーン側ではより小さいという特性が認められる。なお、エンジン回転数ＮＥやエンジン３の負荷が異なる場合には、この傾きの大きさが若干変化するものの、上記と同様の特性が得られることが確認されている。
【００５４】
図６のテーブルは、このような特性に基づき、目標当量比ＫＣＭＤに対して空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦを設定したものである。このテーブルでは、空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦは、負値として規定されており、上記の値ＫＡＦＲをしきい値として用い、目標当量比ＫＣＭＤが値１．０としきい値ＫＡＦＲの間では、絶対値がより大きな第１所定値Ｃ＿ＫＡＦ１に設定され、しきい値ＫＡＦＲよりもリーン側では、絶対値がより小さな第２所定値Ｃ＿ＫＡＦ２に設定されている。
【００５５】
図５に戻り、前記ステップ２５に続くステップ２６では、次式（２）により、ステップ２３で算出した点火時期差分ΔＩＧに空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦを乗算することによって、気筒別燃料補正係数ＫＪの増減割合ＫＪ＿ＴＥＭＰを算出する。
ＫＪ＿ＴＥＭＰ  ＝  ΔＩＧ・Ｃ＿ＫＡＦ                      ・・・（２）
【００５６】
次に、算出した増減割合ＫＪ＿ＴＥＭＰを用い、次式（３）によって、今回の気筒別燃料補正係数ＫＪを算出し（ステップ２７）、本処理を終了する。
ＫＪ  ＝  ＫＪ０・（１＋ＫＪ＿ＴＥＭＰ）                    ・・・（３）
ここで、右辺のＫＪ０は、気筒別燃料補正係数ＫＪの前回値である。
【００５７】
前記式（２）に示すように、増減割合ＫＪ＿ＴＥＭＰは、点火時期差分ΔＩＧと空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦに比例するように算出される。また、空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦが負値であることから、点火時期差分ΔＩＧが正の場合、すなわち当該気筒３ａの点火時期ＩＧが点火時期平均値ＩＧＡＶＥに対して遅角側にずれていることで、当該気筒３ａの当量比ＫＡＦがリッチ側にずれていると推定される場合には、増減割合ＫＪ＿ＴＥＭＰは負値として（減少項として）算出される。
【００５８】
逆に、点火時期差分ΔＩＧが負の場合、すなわち当該気筒３ａの点火時期ＩＧが点火時期平均値ＩＧＡＶＥに対して進角側にずれていることで、当該気筒３ａの当量比ＫＡＦがリーン側にずれていると推定される場合には、増減割合ＫＪ＿ＴＥＭＰは正値として（増加項として）算出される。したがって、このように算出された増減割合ＫＪ＿ＴＥＭＰを前記式（３）に適用し、気筒別燃料補正係数ＫＪを算出することによって、当該気筒３ａにおける当量比ＫＡＦのずれを、その大きさ及び方向を含めて補償するように、気筒別燃料補正係数ＫＪを適切に設定することができる。
【００５９】
図８は、ＥＣＵ２で実行される燃料噴射量ＧＦＵＥＬの制御処理を示す。本処理もまた、ＴＤＣ信号の発生に同期して気筒３ａごとに実行される。
【００６０】
本処理では、まずステップ３１において、燃料噴射量ＧＦＵＥＬの基本値である基本燃料噴射量ＦＵＥＬ＿ＢＡＳＥを算出する。その算出は、例えば吸入空気量ＧＡＩＲに応じ、所定のテーブル（図示せず）を検索することによって行われる。また、このテーブルは、筒内ガスの空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００６１】
次に、目標当量比ＫＣＭＤとＬＡＦセンサ５６で検出された実当量比ＫＡＣＴとの偏差を、当量比偏差ΔＫＡＦとして算出する（ステップ３２）。
【００６２】
次に、算出した当量比偏差ΔＫＡＦに応じ、ＰＩＤフィードバック制御などにより、実当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤになるように、空燃比補正係数ＫＡＦＦＢを算出する（ステップ３３）。
【００６３】
最後に、次式（４）により、基本燃料噴射量ＦＵＥＬ＿ＢＡＳＥに、目標当量比ＫＣＭＤ、空燃比補正係数ＫＡＦＦＢ、及び気筒別燃料補正係数ＫＪを乗算することによって、当該気筒３ａの燃料噴射量ＧＦＵＥＬを算出し（ステップ３４）、本処理を終了する。
ＧＦＵＥＬ  ＝  ＦＵＥＬ＿ＢＡＳＥ・ＫＣＭＤ・ＫＡＦＦＢ・ＫＪ
・・・（４）
【００６４】
以上の制御により、気筒別燃料補正係数ＫＪが適用されることによって、気筒３ａごとに空燃比のずれが補正され、それにより、気筒３ａ間の空燃比のばらつきがなくなるように補正される。また、空燃比補正係数ＫＡＦＦＢが適用されることによって、実当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤになるように、すなわち全気筒３ａ分の全体的な空燃比が目標空燃比になるように制御される。
【００６５】
次に、図９を参照しながら、上述した実施形態によって得られる動作例を、比較例とともに説明する。図９は、４つの気筒３ａ（１〜４番気筒）のうち、４番気筒の空燃比がリーン側にずれた場合を例にとり、その場合の１〜４番気筒の当量比ＫＡＦ１〜４及び点火時期ＩＧ１〜４の推移を、実施形態（実線）と比較例（破線）について示したものである。また、比較例は、前述した実施形態による制御のうち、図３の点火時期制御と、実当量比ＫＡＣＴを目標当量比ＫＣＭＤに収束させる空燃比フィードバック制御を行う一方、図５の空燃比のばらつき補正を行わない例である。
【００６６】
図９に示すように、１〜４番気筒の当量比ＫＡＦ１〜４がいずれも目標当量比ＫＣＭＤ付近に制御されている状態から、ｔ１〜ｔ２の間において、４番気筒の空燃比がリーン側に徐々にずれ、当量比ＫＡＦ４が低下すると、４番気筒の点火時期ＩＧ４は、ＭＦＢ５０のフィードバック制御により、進角側に移行し、当量比ＫＡＦ４に応じた値に制御される。
【００６７】
この場合、比較例では、空燃比のばらつき補正が行われないので、４番気筒の当量比ＫＡＦ４は低下したままであり、それに伴い点火時期ＩＧ４も進角側に維持される（ｔ２以降）。一方、１〜３番気筒の当量比ＫＡＦ１〜３は、実当量比ＫＡＣＴの空燃比フィードバック制御によって、目標当量比ＫＣＭＤ付近から若干、リッチ側に補正され、それに応じて点火時期ＩＧ１〜３は若干、遅角側に制御される。以上の結果、４番気筒では、実ＭＦＢ５０は目標ＭＦＢ５０に制御されるものの、当量比ＫＡＦ４の低下により、１〜３番気筒よりも出力トルクが小さいため、エンジン３のトルク変動などの不具合が生じるおそれがある。
【００６８】
これに対し、実施形態では、４番気筒の当量比ＫＡＦ４が低下すると、ＭＦＢ５０のフィードバック制御によって算出された点火時期ＩＧ４に基づき、空燃比のばらつき補正が実行される。これにより、４番気筒の当量比ＫＡＦ４が目標当量比ＫＣＭＤの付近に復帰するように補正され（ｔ２〜ｔ３）、気筒３ａ間の空燃比のばらつきが解消される。また、この当量比ＫＡＦ４の補正に伴い、進角側に制御されていた点火時期ＩＧ４が遅角側に戻されることで、気筒３ａ間の点火時期ＩＧのばらつきも解消され、その結果、１〜４番気筒の間でばらつきの少ない良好な燃焼状態を確保することができる。
【００６９】
以上のように、本実施形態によれば、燃焼状態パラメータとしてＭＦＢ５０を用い、気筒３ａごとに実ＭＦＢ５０を算出し、実ＭＦＢ５０が目標ＭＦＢ５０になるようにフィードバック制御によって、各気筒３ａの点火時期ＩＧを算出する。このように算出される各気筒３ａの点火時期ＩＧには、その気筒３ａの空燃比が反映される。したがって、算出された点火時期ＩＧが点火時期平均値ＩＧＡＶＥになるように、その気筒３ａの燃料噴射量ＧＦＵＥＬを補正することによって、その気筒３ａの空燃比のずれを補正し、気筒３ａ間の空燃比のばらつきを補正できる。
【００７０】
また、従来の制御装置と異なり、燃焼状態パラメータのフィードバック制御によって燃料噴射量を直接的に補正するのではなく、ＭＦＢ５０のフィードバック制御によって算出された、空燃比を反映する各気筒３ａの点火時期ＩＧが点火時期平均値ＩＧＡＶＥになるように、燃料噴射量ＧＦＵＥＬを補正する。これにより、算出された実ＭＦＢ５０の変動が大きい場合でも、その影響が直接的に反映されることなく、平滑化された状態で、各気筒３ａの燃料噴射量ＧＦＵＥＬを適切に補正し、気筒３ａ間の空燃比のばらつきを適切に補正することができる。そして、その状態で、実ＭＦＢ５０が目標ＭＦＢ５０になるように、各気筒３ａの点火時期ＩＧを算出するので、気筒３ａ間でばらつきの少ない良好な燃焼状態を得ることができる。
【００７１】
また、点火時期ＩＧの基準となる基準点火時期として、点火時期平均値ＩＧＡＶＥを、最新の燃焼サイクルで得られたすべての気筒３ａの点火時期ＩＧ（ｉ）を相加平均することによって算出する。これにより、基準点火時期の設定を適切かつ容易に行えるとともに、点火時期平均値ＩＧＡＶＥと各気筒３ａの点火時期ＩＧとの関係に基づいて、燃料噴射量ＧＦＵＥＬの補正を適切かつ容易に行うことができる。
【００７２】
さらに、点火時期平均値ＩＧＡＶＥと各気筒３ａの点火時期ＩＧとの差分を、点火時期差分ΔＩＧとして算出し、目標当量比ＫＣＭＤに応じて空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦを算出するとともに、算出された点火時期差分ΔＩＧと空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦを用い、気筒別燃料補正係数ＫＪを前述したようにして算出する。そして、気筒別燃料補正係数ＫＪを基本燃料噴射量ＦＵＥＬ＿ＢＡＳＥに乗算することによって、点火時期差分ΔＩＧがなくなるように燃料噴射量ＧＦＵＥＬを補正するので、その気筒３ａの空燃比のずれを適切に補正し、気筒３ａ間の空燃比のばらつきを適切に補正することができる。
【００７３】
また、ＬＡＦセンサ５６で検出された実当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤになるようにフィードバック制御によって、空燃比補正係数ＫＡＦＦＢを算出し、この空燃比補正係数ＫＡＦＦＢを用いて、すべての気筒３ａの燃料噴射量ＧＦＵＥＬを補正するので、各気筒３ａにおいて、空燃比が目標空燃比にばらつきなく制御された状態で、目標空燃比に見合ったより良好な燃焼状態を得ることができる。
【００７４】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、燃焼状態を表す燃焼状態パラメータとして、ＭＦＢ５０を用いているが、これに限らず、他のパラメータを用いてもよい。例えば、質量燃焼割合が５０％以外の所定割合になるクランク角（例えば１０％になるＭＦＢ１０）や、所定のクランク角までに発生する質量燃焼割合を用いてもよい。あるいは、筒内圧ＰＣＹＬの最大値である最大筒内圧ＰＣＹＬＭＡＸや、筒内圧ＰＣＹＬが最大になるクランク角である最大筒内圧角などを用いることも可能である。
【００７５】
また、燃焼状態パラメータとして、上述したような筒内圧センサ５１の検出結果から得られるパラメータに代えて、他の適当なセンサの検出結果を用いてもよい。例えばイオン電流センサで検出される各気筒３ａ内のイオン電流を燃焼状態パラメータとして用いることが可能であり、その場合には、例えば、検出されたイオン電流が失火が発生しないような目標値になるようにフィードバック制御によって、点火時期を算出するとともに、算出された点火時期を用いて、実施形態と同様の制御を行えばよい。
【００７６】
さらに、実施形態では、点火時期ＩＧの基準となる基準点火時期として点火時期平均値ＩＧＡＶＥを用い、この点火時期平均値ＩＧＡＶＥを、各気筒３ａについて最新の燃焼サイクルで得られた全気筒３ａの点火時期ＩＧを相加平均することによって算出しているが、これに限らない。例えば、これに代えて、各気筒３ａについて最新を含む所定の複数の燃焼サイクルで得られた全気筒３ａの点火時期ＩＧの相加平均値（移動平均値）を用いてもよく、又はそれらの加重平均値を用いてもよい。
【００７７】
また、気筒別燃料補正係数ＫＪの算出に用いられる空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦは、点火時期ＩＧに対する当量比ＫＡＦの傾きを定義したものであり、前述したように、この傾きは、主として当量比ＫＡＦに応じて変化するとともに（図７）、エンジン回転数ＮＥやエンジン３の負荷に応じても若干変化する。これに対し、実施形態では、空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦは、目標当量比ＫＣＭＤのみをパラメータとして設定されている（図６参照）。これは、気筒別燃料補正係数ＫＪは、その気筒３ａの空燃比のずれを補正するようにフィードバック的に繰り返し用いられるため、空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦを目標当量比ＣＭＤのみに応じて簡略的に設定しても、空燃比のずれを補正する上で問題ないことが確認されているためである。このため、気筒別燃料補正係数ＫＪをより厳密に算出するために、空燃比係数Ｃ＿ＫＡＦを、エンジン回転数ＮＥやエンジン３の負荷にさらに応じて設定することも可能である。
【００７８】
また、実施形態では、点火時期ＩＧによるＭＦＢ５０のフィードバック制御、及び空燃比補正係数ＫＡＦＦＢを用いた空燃比フィードバック制御を、いずれもＰＩＤ制御によって行っているが、これに代えて、ＳＴＲ（セルフ・チューニング・レギュレータ）などによる現代制御を用いて行ってもよい。
【００７９】
また、実施形態は、本発明を車両用のガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限定されず、他の形式のエンジン、例えばディーゼルエンジンや、他の用途のエンジン、例えばクランクシャフトを鉛直方向に配置した船外機のような船舶推進機用エンジンなどに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
２  ＥＣＵ（燃焼状態パラメータ取得手段、点火時期算出手段、
基準点火時期設定手段、燃料噴射量補正手段）
３  内燃機関
３ａ  気筒
７  排気通路
５１  筒内圧センサ（燃焼状態パラメータ取得手段）
５２  クランク角センサ（燃焼状態パラメータ取得手段）
５６  ＬＡＦセンサ（空燃比検出手段）
実ＭＦＢ５０  （燃焼状態パラメータ）
目標ＭＦＢ５０  （燃焼状態パラメータの目標値）
ＩＧ  各気筒の点火時期
ＩＧ（ｉ）すべての気筒の点火時期
ＩＧＡＶＥ  点火時期平均値（基準点火時期）
ＧＦＵＥＬ  各気筒の燃料噴射量
ΔＩＧ  点火時期差分（基準点火時期と各気筒の点火時期との差分）
ＫＪ  気筒別燃料補正係数
ＫＡＣＴ  実当量比（検出された空燃比）
ＫＣＭＤ  目標当量比（目標空燃比）
ＫＡＦＦＢ  空燃比補正係数
ＰＣＹＬ  筒内圧（気筒内の圧力）
【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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