(57)【要約】【課題】ＥＧＲ専用気筒を備える内燃機関に関し、排気空燃比の目標空燃比に対するずれが発生した場合に、そのずれを速やかに解消できるようにする。【解決手段】排気空燃比の目標空燃比に対するずれが発生した場合に、そのずれの大きさに応じてＥＧＲ専用気筒以外の気筒の燃料噴射量を補正する。そして、排気空燃比の目標空燃比に対するずれが基準値以下に収まった後、ＥＧＲ専用気筒を含む気筒間で燃料噴射量の比率を調整する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒のうちの一部をＥＧＲ専用気筒とする内燃機関の制御装置において、
吸入空気量に応じて前記ＥＧＲ専用気筒を含む各気筒の燃料噴射量を決定する燃料噴射量決定手段と、
排気空燃比の目標空燃比に対するずれが発生した場合に、前記ずれの大きさに応じて前記ＥＧＲ専用気筒以外の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】
前記燃料噴射量補正手段による補正開始から所定時間が経過した後、前記ＥＧＲ専用気筒を含む気筒間で燃料噴射量の比率を調整する噴射比率調整手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記所定時間は、排気空燃比の目標空燃比に対するずれが基準値以下に収まるまでの時間であることを特徴とする請求項２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、全ての排気ガスを吸気通路へ還流するＥＧＲ専用気筒を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１や特許文献２には、全ての排気ガスを吸気通路へ還流するＥＧＲ専用気筒を備えた内燃機関が開示されている。このような内燃機関によれば、ＥＧＲの導入性と燃焼耐性とを向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−１３２８６５号
【特許文献２】特開平１１−２５７１６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＥＧＲ専用気筒を備える内燃機関には、空燃比フィードバック制御が行われるときの排気空燃比の収束性が良くないという問題がある。この問題には、全ての排気ガスを吸気通路に還流するＥＧＲ専用気筒の存在が影響している。
【０００５】
燃料噴射量の補正結果は排気ガスを介して空燃比センサの出力信号に反映される。ＥＧＲ専用気筒ではない通常の気筒では、その排気ガスは各気筒の排気行程において排気通路に排出される。しかし、ＥＧＲ専用気筒では、その排気ガスは一旦吸気通路に戻された後、通常気筒の吸気行程、圧縮行程、爆発行程そして排気行程を経てから排気通路に排出される。このため、ＥＧＲ専用気筒における燃料噴射量の補正結果が空燃比センサの出力信号に反映されるまでには他の気筒よりも時間がかかり、その分、排気空燃比の目標空燃比に対するずれが解消されるまでに多くの時間を要することになる。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ＥＧＲ専用気筒を備える内燃機関に関し、排気空燃比の目標空燃比に対するずれが発生した場合に、そのずれを速やかに解消できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数の気筒のうちの一部をＥＧＲ専用気筒とする内燃機関の制御装置において、
吸入空気量に応じて前記ＥＧＲ専用気筒を含む各気筒の燃料噴射量を決定する燃料噴射量決定手段と、
排気空燃比の目標空燃比に対するずれが発生した場合に、前記ずれの大きさに応じて前記ＥＧＲ専用気筒以外の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している。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料噴射量補正手段による補正開始から所定時間が経過した後、前記ＥＧＲ専用気筒を含む気筒間で燃料噴射量の比率を調整する噴射比率調整手段、
をさらに備えることを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、
前記所定時間は、排気空燃比の目標空燃比に対するずれが基準値以下に収まるまでの時間であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、排気空燃比の目標空燃比に対するずれが発生した場合には、ＥＧＲ専用気筒以外の気筒の燃料噴射量が補正されることによって、排気空燃比のずれを速やかに解消することができる。
【００１１】
第２の発明によれば、ＥＧＲ専用気筒以外の気筒の燃料噴射量の補正の開始後、ある程度の時間が経ってから気筒間の噴射比率の調整が行われるので、ＥＧＲ専用気筒における燃料噴射量の変化が排気空燃比の収束性に影響を及ぼさないようにしつつ、各気筒の噴射比率を所望の比率に戻すことができる。
【００１２】
第３の発明によれば、排気空燃比のずれを速やかに解消した後に各気筒の噴射比率を所望の比率に戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態の制御装置が適用される内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態にて実行される気筒毎に燃料噴射量を決定するためのルーチン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による空燃比制御の内容について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態の制御装置による空燃比制御の効果について説明するための図である。
【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１乃至図４の各図を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態の制御装置が適用される内燃機関の構成を示す概略図である。本実施の形態の内燃機関の本体（以下、エンジン本体）２には、４つの気筒が直列に配置されている。図中に示す＃１，＃２，＃３，＃４は気筒毎に付けられた気筒番号である。＃１〜＃４気筒のうち外側にある＃４気筒は、後述するようにＥＧＲ専用気筒として構成されている。
【００１６】
本実施の形態の内燃機関の吸気系には、エンジン本体２に接続される吸気マニホールド１０と、吸気マニホールド１０に接続される吸気通路４が備えられる。空気は大気中から吸気通路４に取り込まれ、吸気マニホールド１０を介して＃１〜＃４気筒に分配される。吸気通路４の入口には、エアクリーナ２８が取り付けられている。エアクリーナ２８の下流には、吸気通路４に吸入される空気量に応じた信号を出力するエアフローメータ２６が設けられている。また、吸気マニホールド１０の上流には、スロットル８が設けられている。
【００１７】
本実施の形態の内燃機関の排気系には、エンジン本体２に接続される排気マニホールド１８と、排気マニホールド１８に接続される排気通路２０が備えられる。排気マニホールド１８はエンジン本体２に設けられた＃１〜＃４気筒のうち、＃４気筒以外の＃１〜＃３気筒の排気ポートに接続されている。＃１〜＃３気筒から排出される排気ガスは排気マニホールド１８に集められ、排気マニホールド１８を介して排気通路２０へ排出される。排気通路２０の途中には、排気ガスの空燃比（排気空燃比）に応じた信号を出力する空燃比センサ２４が設けられている。
【００１８】
＃４気筒の排気ポートはＥＧＲ通路１４によって吸気マニホールド１０のサージタンクに接続されている。これにより＃４気筒はＥＧＲ専用気筒として機能し、＃４気筒から排出される排気ガスは全て吸気マニホールド１０に還流される。また、ＥＧＲ通路１４にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１６が設けられている。このようなＥＧＲシステムを備えることにより、本実施の形態の内燃機関は全域に渡ってほぼＥＧＲ率２５％で運転することができる。
【００１９】
なお、本実施の形態の内燃機関はターボ過給機３０を備えたターボエンジンでもある。エアフローメータ２６からスロットル８に至る吸気通路４の途中には、ターボ過給機３０のコンプレッサ３２が設けられている。コンプレッサ３２の下流にはインタークーラ６も設けられている。排気マニホールド１８から空燃比センサ２４に至る排気通路２０の途中には、ターボ過給機３０のタービン３４が設けられている。また、このタービン３４をバイパスする通路が設けられ、その通路にはウエイストゲートバルブ２２が取り付けられている。
【００２０】
本実施の形態の制御装置は、以上のような構成を有する内燃機関を制御する。本実施の形態の制御装置による内燃機関の制御には、排気空燃比を目標空燃比に一致させるための空燃比制御が含まれる。本実施の形態の空燃比制御では、エアフローメータ２６の出力信号から吸入空気量が特定され、吸入空気量から総燃料噴射量が算出される。そして、総燃料噴射量と各気筒の噴射比率とから各気筒の燃料噴射量が算出される。
【００２１】
本実施の形態の空燃比制御には、空燃比センサ２４の出力信号を用いた空燃比フィードバック制御が含まれる。空燃比フィードバック制御では、空燃比センサ２４の出力信号から特定される排気空燃比の目標空燃比に対するずれの大きさが算出され、そのずれの大きさに応じて燃料噴射量が補正される。ただし、＃４気筒はＥＧＲ専用気筒であるため、＃４気筒における燃料噴射量の補正結果が空燃比センサ２４の出力信号に反映されるまでには＃１〜＃３気筒よりも時間がかかる。
【００２２】
そこで、本実施の形態の空燃比フィードバック制御では、排気空燃比の目標空燃比に対するずれが発生した場合には、ＥＧＲ専用気筒である＃４気筒の燃料噴射量は補正すること無く、＃１〜＃３気筒のみ燃料噴射量の補正を行う。具体的には、図２のフローチャートに示すルーチンに従って各気筒の燃料噴射量の計算が行われる。
【００２３】
図２に示すルーチンの最初のステップＳ１では、エアフローメータ２６により計測された吸入空気量(Ga)から総燃料噴射量(Gf)が算出される。総燃料噴射量(Gf)は吸入空気量(Ga)の関数として定義されている。次のステップＳ２では、予め用意された計算式若しくはマップを用いて、エンジン回転数(NE)と吸入空気量(Ga)とから＃４気筒の噴射比率(k4)が決定される。
【００２４】
次のステップＳ３では、排気空燃比の目標空燃比に対するずれの大きさ(ΔA/F)が所定値を超えているかどうか判定される。ずれの大きさ(ΔA/F)が所定値以下であれば、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、予め用意された計算式若しくはマップを用いて、＃４気筒の噴射比率(k4)から＃１〜＃３気筒の噴射比率(k13)が決定される。そして、次のステップＳ６では、＃４気筒の噴射比率(k4)と総燃料噴射量(Gf)とから＃４気筒の燃料噴射量(Gf4)が算出されるとともに、ステップＳ４で決定された＃１〜＃３気筒の噴射比率(k13)と総燃料噴射量(Gf)とから＃１〜＃３気筒の燃料噴射量(Gf13)が算出される。
【００２５】
一方、排気空燃比の目標空燃比に対するずれの大きさ(ΔA/F)が所定値を超えた場合には、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、予め用意された計算式若しくはマップを用いて、ずれの大きさ(ΔA/F)と吸入空気量(Ga)とから空燃比補正量(k_AF)が決定される。そして、予め用意された計算式若しくはマップを用いて、＃４気筒の噴射比率(k4)と空燃比補正量(k_AF)とから＃１〜＃３気筒の噴射比率(k13)が決定される。次のステップＳ６では、＃４気筒の噴射比率(k4)と総燃料噴射量(Gf)とから＃４気筒の燃料噴射量(Gf4)が算出されるとともに、ステップＳ５で決定された＃１〜＃３気筒の噴射比率(k13)と総燃料噴射量(Gf)とから＃１〜＃３気筒の燃料噴射量(Gf13)が算出される。
【００２６】
以上のルーチンによれば、排気空燃比の目標空燃比に対するずれが発生したときには、ＥＧＲ専用気筒ではない＃１〜＃３気筒の燃料噴射量にのみ空燃比補正量が反映される。＃１〜＃３気筒における燃料噴射量の補正結果は、ＥＧＲ専用気筒である＃４気筒のそれと比較して、空燃比センサ２４の出力信号に反映されるまでの時間が短い。したがって、排気空燃比の目標空燃比に対するずれは速やかに解消されることになる。
【００２７】
本実施の形態の空燃比制御によれば、排気空燃比と目標空燃比とのずれが解消された後、さらに、＃１〜＃４気筒間で噴射比率を調整することが行われる。具体的には、排気空燃比を目標空燃比に維持しつつ各気筒の噴射比率を補正前の噴射比率に戻すように、＃１〜＃３気筒の燃料噴射量が増量されるとともに＃４気筒の燃料噴射量が減量される。或いは、＃１〜＃３気筒の燃料噴射量が減量されるとともに＃４気筒の燃料噴射量が減量される。
【００２８】
図３は、縦軸に＃１〜＃３気筒の噴射補正量をとり、横軸に＃４気筒の噴射補正量をとったグラフである。以上説明した本実施の形態の空燃比制御の内容は、このグラフ上の軌跡で表すことができる。ここでは、内燃機関の最初の状態を原点（Ａ点）にとる。この状態において線ｂ―ｂで示す目標空燃比に対して排気空燃比のずれが生じたとする。この場合、前述の空燃比フィードバック制御によれば、＃４気筒の噴射補正量はゼロのまま、＃１〜＃３気筒のみ燃料噴射量の補正が行われる。この補正によって内燃機関の状態はＣ点に移行し、排気空燃比の目標空燃比に対するずれは解消される。しかし、Ｃ点では、＃１〜＃３気筒と＃４気筒との間で噴射比率にずれが生じることになる。そこで、噴射比率が最初の噴射比率と等しくなるように、＃１〜＃３気筒の噴射補正量を減らしながら＃４気筒の噴射補正量を増やしていくことが行われる。この噴射補正量の調整によって内燃機関の状態は目標空燃比を維持しながらＢ点に移行する。
【００２９】
図４は、本実施の形態の空燃比制御により得られる効果について説明するための図である。図４の中段には＃１〜＃３気筒の噴射補正量の時間変化を示し、下段には＃４気筒の噴射補正量の時間変化を示している。そして、図４の上段には、本実施の形態の空燃比制御により実現される排気空燃比の時間変化を示している。また、各段の実線は本実施の形態で得られる制御結果であり、破線は比較例としての従来の制御方法による制御結果である。ここでいう従来の制御方法とは、排気空燃比の目標空燃比に対するずれが発生した場合に、ＥＧＲ専用気筒を含む全ての気筒の燃料噴射量を一律に補正する方法である。その場合、図３のグラフ上では、内燃機関の状態は噴射比率を維持しながらＡ点からＢ点へ直接に移行することになる。実線で示す排気空燃比の時間変化と、破線で示す排気空燃比の時間変化とを比較して分かるように、本実施の形態の空燃比制御によれば、従来の制御方法に比較して、排気空燃比の目標空燃比に対するずれを速やかに解消することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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。
【符号の説明】
【００３１】
２  エンジン本体
４  吸気通路
６  インタークーラ
８  スロットル
１０  吸気マニホールド
１２  ＥＧＲ専用気筒
１４  ＥＧＲ通路
１６  ＥＧＲクーラ
１８  排気マニホールド
２０  排気通路
２２  ウエイストゲートバルブ
２４  空燃比センサ
２６  エアフローメータ
２８  エアクリーナ
３０  ターボ過給機
３２  コンプレッサ
３４  タービン
＃１，＃２，＃３，＃４  気筒番号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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