(57)【要約】【課題】  内燃機関の不整回転を抑制しつつ排気触媒を暖機することができる空燃比制御装置を提供する。【解決手段】  空燃比制御装置（１００）は、複数の気筒（６ａ〜６ｄ）を備える内燃機関と、内燃機関の各気筒の吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段（４ａ〜４ｄ）と、内燃機関の各気筒への供給燃料量を制御する供給燃料量制御手段（５ａ〜５ｄ）と、内燃機関の排気ガスが供給される排気触媒（７）と、内燃機関の少なくとも１つの気筒における燃焼がリッチ燃焼となりかつ内燃機関の少なくとも１つの気筒における燃焼がリーン燃焼となり、リッチ燃焼を行う気筒に吸入される空気量がリーン燃焼を行う気筒に吸入される空気量に比較して多くなるように吸入空気量制御手段および燃料供給手段を制御する、第１の制御を行う制御手段（２０）と、を備えることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を備える内燃機関と、
前記内燃機関の各気筒の吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
前記内燃機関の各気筒への供給燃料量を制御する供給燃料量制御手段と、
前記内燃機関の排気ガスが供給される排気触媒と、
前記内燃機関の少なくとも１つの気筒における燃焼がリッチ燃焼となりかつ前記内燃機関の少なくとも１つの気筒における燃焼がリーン燃焼となり、リッチ燃焼を行う気筒に吸入される空気量がリーン燃焼を行う気筒に吸入される空気量に比較して多くなるように前記吸入空気量制御手段および前記燃料供給手段を制御する、第１の制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の制御を行う際に、空燃比と発生トルクとの相関関係に基づいて前記内燃機関の各気筒の発生トルクが一定になるように前記吸入空気量制御手段および前記燃料供給手段を制御することを特徴とする請求項１記載の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記内燃機関に供給される空気の合計量と前記内燃機関に供給される燃料の合計量との比が理論空燃比になるように前記第１の制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記排気触媒が暖機過程にあるか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記排気触媒が暖機過程にあると前記判定手段により判定された場合に、前記第１の制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記排気触媒が暖機過程にあると前記判定手段により判定されなかった場合に、前記内燃機関の各気筒における空燃比が一定になるように前記エア供給手段および前記燃料供給手段を制御する、第２の制御を行うことを特徴とする請求項４記載の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記吸入空気量制御手段は、前記気筒の吸気管ごとに設けられたバルブであり、
前記制御手段は、前記バルブを個別に制御して前記各気筒に供給する空気の量を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記バルブを駆動する駆動部をさらに備え、
前記バルブは、互いに連動して動作することを特徴とする請求項６記載の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒型内燃機関においては、各気筒に接続される複数の吸気管のそれぞれに独立スロットルバルブが設けられていることがある（例えば、特許文献１参照）。この独立スロットル型の内燃機関は、アクセル開度に対する応答性が高く、高出力の発生に適している。
【０００３】
このような多気筒型内燃機関の各気筒における未燃燃料を用いて、排気触媒を暖機することができる。例えば、いずれかの気筒の燃焼をリッチ燃焼とし、他の気筒の燃焼をリーン燃焼とすることによって、排気触媒において未燃燃料を燃焼させて排気触媒を暖機することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２２４４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、リッチ燃焼とリーン燃焼とを同時に行うことによって、各気筒の発生トルクにばらつきが生じる。したがって、内燃機関の不整回転を引き起こす可能性がある。
【０００６】
本発明は、内燃機関の不整回転を抑制しつつ排気触媒を暖機することができる空燃比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】
【０００７】
本発明に係る空燃比制御装置は、複数の気筒を備える内燃機関と、内燃機関の各気筒の吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、内燃機関の各気筒への供給燃料量を制御する供給燃料量制御手段と、内燃機関の排気ガスが供給される排気触媒と、内燃機関の少なくとも１つの気筒における燃焼がリッチ燃焼となりかつ内燃機関の少なくとも１つの気筒における燃焼がリーン燃焼となり、リッチ燃焼を行う気筒に吸入される空気量がリーン燃焼を行う気筒に吸入される空気量に比較して多くなるように吸入空気量制御手段および燃料供給手段を制御する、第１の制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る空燃比制御装置においては、内燃機関の少なくとも１つの気筒における燃焼がリッチ燃焼となりかつ内燃機関の少なくとも１つの気筒における燃焼がリーン燃焼となり、さらに、リーン燃焼を行う気筒に吸入される空気量がリッチ燃焼を行う気筒に吸入される空気量に比較して多くなる。この場合、リッチ燃焼を行う気筒においては燃料の一部が未燃となる。したがって、リッチ燃焼を行う気筒から排気触媒に未燃燃料が供給される。また、リーン燃焼を行う気筒においてはエアの一部が燃焼に用いられない。したがって、リーン燃焼を行う気筒から排気触媒に余剰エアが供給される。その結果、排気触媒においては、未燃燃料および余剰エアが燃焼反応を起こす。この場合、燃焼熱によって排気触媒が効率よく暖機される。また、リーン燃焼を行う気筒に吸入される空気量がリッチ燃焼を行う気筒に吸入される空気量に比較して多くなることから、各気筒における発生トルクのばらつきを抑制することができる。それにより、内燃機関の不整回転を抑制することができる。
【０００９】
制御手段は、第１の制御を行う際に、空燃比と発生トルクとの相関関係に基づいて内燃機関の各気筒の発生トルクが一定になるように吸入空気量制御手段および燃料供給手段を制御してもよい。この場合、内燃機関の不整回転をより抑制することができる。
【００１０】
制御手段は、内燃機関に供給される空気の合計量と内燃機関に供給される燃料の合計量との比が理論空燃比になるように前記第１の制御を行ってもよい。この場合、排気触媒における燃焼が完全燃焼になる。したがって、排気触媒の暖機効率が向上する。
【００１１】
排気触媒が暖機過程にあるか否かを判定する判定手段をさらに備え、制御手段は、排気触媒が暖機過程にあると判定手段により判定された場合に、第１の制御を行ってもよい。また、制御手段は、排気触媒が暖機過程にあると判定手段により判定されなかった場合に、内燃機関の各気筒における空燃比が一定になるように吸入空気量制御手段および供給燃料量制御手段を制御する、第２の制御を行ってもよい。この場合、排気触媒における余分な燃焼を抑制することができる。したがって、排気触媒が過度に暖機されることを防止することができる。
【００１２】
吸入空気量制御手段は、気筒の吸気管ごとに設けられたバルブであり、制御手段は、バルブを個別に制御して各気筒に吸入される空気の量を制御してもよい。この場合、各気筒に吸入される空気量を個別に調整することができる。また、バルブを駆動する駆動部をさらに備え、バルブは、互いに連動して動作してもよい。この場合、バルブを駆動させる駆動部を１つにすることができる。それにより、構成を簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内燃機関の不整回転を抑制しつつ排気触媒を暖機することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の第１実施例に係る空燃比制御装置１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、空燃比制御装置１００は、エアクリーナ１、エアフローメータ２、サージタンク３、複数の独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄ、複数のインジェクタ５ａ〜５ｄ、複数の気筒６ａ〜６ｄ、排気触媒７、車速センサ８、アクセル開度センサ９、温度センサ１０および制御部２０を含む。
【００１６】
エアクリーナ１は、内部の吸気通路を横断するエアクリーナエレメントを含む。エアクリーナ１の一端は外気に通じ、エアクリーナ１の他端は配管２１を介してサージタンク３に通じている。エアフローメータ２は、配管２１に介挿されている。サージタンク３と気筒６ａ〜６ｄとは、それぞれ、独立吸気管２２ａ〜２２ｄによって接続されている。独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄは、独立吸気管２２ａ〜２２ｄのそれぞれに介挿されている。また、独立吸気管２２ａ〜２２ｄのそれぞれにおいて、独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄよりも下流側にインジェクタ５ａ〜５ｄが設けられている。独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄは、例えば、バタフライバルブからなる。
【００１７】
気筒６ａ，６ｃと排気触媒７とは配管２３を介して接続されており、気筒６ｂ，６ｄと排気触媒７とは配管２４を介して接続されている。排気触媒７は、外気にも通じている。車速センサ８は、空燃比制御装置１００が搭載される自動車の車速を検出するためのセンサである。アクセル開度センサ９は、アクセルの開度を検出するセンサである。温度センサ１０は、気筒６ａ〜６ｄが含まれる内燃機関の冷却水の温度を検出するためのセンサである。
【００１８】
制御部２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。制御部２０は、エアフローメータ２、車速センサ８、アクセル開度センサ９および温度センサ１０の検出結果に基づいて、独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄおよびインジェクタ５ａ〜５ｄを制御する。詳細は、後述する。
【００１９】
続いて、空燃比制御装置１００の動作の概略について説明する。まず、エアクリーナ１に吸気されたエアは、エアクリーナエレメントによって浄化され、配管２１に供給される。エアフローメータ２は、配管２１を流動するエア量を検出し、その検出結果を制御部２０に与える。配管２１を流動するエアは、サージタンク３において一時的に蓄えられた後に、複数の吸気管２２ａ〜２２ｄに供給される。
【００２０】
独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄは、制御部２０の指示に従って、吸気管２２ａ〜２２ｄのそれぞれを流動するエア量を個別に調整する。独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄを通過したエアは、気筒６ａ〜６ｄのそれぞれに供給される。また、インジェクタ５ａ〜５ｄは、制御部２０の指示に従って、各気筒６ａ〜６ｄにおける燃焼に必要な量の燃料を各気筒６ａ〜６ｄに供給する。各気筒６ａ〜６ｄにおける燃焼によって発生した排気ガスは、配管２３，２４を介して排気触媒７に供給される。排気触媒７に供給された排気ガスは、排気触媒７によって浄化され、外部に排出される。
【００２１】
車速センサ８は、車速を検出して、その検出結果を制御部２０に与える。アクセル開度センサ９は、アクセルの開度を検出して、その検出結果を制御部２０に与える。温度センサ１０は、冷却水の温度を検出して、その検出結果を制御部２０に与える。
【００２２】
以下、制御部２０による制御の詳細について説明する。まず、制御部２０は、排気触媒７が暖機過程にあるか否かを判定する。例えば、各気筒６ａ〜６ｄがアイドリングの状態にありかつ冷却水の温度が所定値（例えば、６０℃）に到達していない場合に、排気触媒７が暖機過程にあると判定することができる。本実施例においては、車速がゼロでありかつアクセル開度がゼロである場合にアイドリングの状態にあると判定される。
【００２３】
排気触媒７が暖機過程にあると判定された場合、制御部２０は、以下の制御を行う。まず、制御部２０は、気筒６ａ，６ｃにおける燃焼がリッチ燃焼になるように独立スロットルバルブ４ａ，４ｃおよびインジェクタ５ａ，５ｃを制御する。また、制御部２０は、気筒６ｂ，６ｄにおける燃焼がリーン燃焼になるように独立スロットルバルブ４ｂ，４ｄおよびインジェクタ５ｂ，５ｄを制御する。
【００２４】
なお、制御部２０は、気筒６ｂ，６ｄに吸入されるエア量が気筒６ａ，６ｃに吸入されるエア量に比較して多くなりかつ各気筒６ａ〜６ｄに供給されるエア量と燃料量との比が理論空燃比になるように、独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄおよびインジェクタ５ａ〜５ｄを制御する。
【００２５】
この場合、気筒６ａ，６ｃにおける燃焼がリッチ燃焼であることから、気筒６ａ，６ｃにおいては燃料の一部が未燃となる。したがって、気筒６ａ，６ｃから排気触媒７に未燃燃料が供給される。また、気筒６ｂ，６ｄにおける燃焼がリーン燃焼であることから、気筒６ｂ，６ｄにおいてはエアの一部が燃焼に用いられない。したがって、気筒６ｂ，６ｄから排気触媒７に余剰エアが供給される。排気触媒７においては、未燃燃料および余剰エアが燃焼反応を起こす。この場合、燃焼熱によって排気触媒７が効率よく暖機される。また、各気筒６ａ〜６ｄに供給されるエア量と燃料量との比が理論空燃比になることから、排気触媒７における燃焼は完全燃焼になる。したがって、排気触媒７の暖機効率がさらに向上する。
【００２６】
さらに、リーン燃焼を行う気筒６ｂ，６ｄに吸入されるエア量がリッチ燃焼を行う気筒６ａ，６ｃに吸入されるエア量に比較して多くなることから、リーン燃焼を行う気筒６ｂ，６ｄにおける発生トルクをリッチ燃焼を行う気筒６ａ，６ｃにおける発生トルクに近づけることができる。それにより、各気筒における発生トルクのばらつきを抑制することができる。その結果、気筒６ａ〜６ｄからなる内燃機関の不整回転を抑制することができる。
【００２７】
なお、各気筒６ａ〜６ｄにおいて発生するトルク量が等しくなることによって、内燃機関の不整回転をさらに抑制することができる。以下、詳細を説明する。
【００２８】
図２は、空燃比と単位空気量あたりのトルクとの関係を示す図である。図２の縦軸は単位空気量あたりのトルクを示し、図２の横軸は空燃比を示す。図２に示すように、空燃比が増加するにつれて単位空気量あたりのトルクは減少する。ここで、気筒６ａ，６ｃにおける空燃比および単位空気量あたりのトルクをそれぞれＲｒｉｃｈ、τｒｉｃｈとし、気筒６ｂ，６ｄにおける空燃比および単位空気量あたりのトルクをＲｌｅａｎ、τｌｅａｎとする。
【００２９】
この場合、気筒６ａ，６ｃにおいて発生するトルクと気筒６ｂ，６ｄにおいて発生するトルクとを等しくするためには、下記の式（１）に従う必要がある。なお、式（１）において、Ａｒｉｃｈは気筒６ａ，６ｃに供給するエア量を示し、Ａｌｅａｎは気筒６ｂ，６ｄに供給するエア量を示す。
Ａｒｉｃｈ  ×  τｒｉｃｈ  ＝  Ａｌｅａｎ  ×  τｌｅａｎ  （１）
【００３０】
以上のことから、式（１）を満足するように独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄおよびインジェクタ５ａ〜５ｄを制御することによって、各気筒６ａ〜６ｄにおいて発生するトルクを等しくすることができる。この場合、気筒６ａ〜６ｄからなる内燃機関の不整回転を抑制することができる。なお、制御部２０は、図２の関係を記憶していてもよく、外部記憶装置から読み込んでもよい。また、空燃比ＲｒｉｃｈおよびＲｌｅａｎは、あらかじめ所定値に設定されていてもよい。
【００３１】
また、気筒６ａ，６ｃに供給される燃料量をＦｒｉｃｈとし、気筒６ｂ，６ｄに供給される燃料量をＦｌｅａｎとすると、下記式（２）および（３）が成立する。
Ａｒｉｃｈ／Ｆｒｉｃｈ  ＝  Ｒｒｉｃｈ  （２）
Ａｌｅａｎ／Ｆｌｅａｎ  ＝  Ｒｌｅａｎ  （３）
【００３２】
また、理論空燃比をＲとすると、下記式（４）が成立する。
（Ａｒｉｃｈ  ＋  Ａｌｅａｎ）／（Ｆｒｉｃｈ＋Ｆｌｅａｎ）  ＝  Ｒ  （５）
【００３３】
したがって、ＦｒｉｃｈとＦｌｅａｎとの間には、下記式（６）が成立する。
Ｆｒｉｃｈ  ＝  （Ｒ−Ｒｌｅａｎ）／（Ｒｒｉｃｈ−Ｒ）・Ｆｌｅａｎ  （６）
【００３４】
以上のことから、式（６）を満足するように独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄおよびインジェクタ５ａ〜５ｄを制御することによって、排気触媒７における燃焼を完全燃焼にすることができる。なお、本実施例においては、リッチ空燃比Ｒｒｉｃｈは例えば１２．５であり、リーン空燃比Ｒｌｅａｎは例えば１６．５であり、理論空燃比Ｒは例えば１４．５である。
【００３５】
図３は、制御部２０が各部を制御する際に実行するフローチャートの一例を示す図である。制御部２０は、所定の周期で下記フローチャートを実行する。図３に示すように、制御部２０は、まず、気筒６ａ〜６ｄを含む内燃機関がアイドリングの状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。この場合、制御部２０は、車速センサ８およびアクセル開度センサ９の検出結果を用いて、車速がゼロであってアクセル開度がゼロであるか否かにより判定する。
【００３６】
ステップＳ１においてアイドリングの状態にあると判定された場合、制御部２０は、冷却水が所定の温度未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。この場合制御部２０は、温度センサ１０の検出結果を用いて判定する。ステップＳ２において冷却水が所定の温度未満であると判定された場合、制御部２０は、気筒６ａ，６ｃにおける燃焼がリッチ燃焼になり、気筒６ｂ，６ｄにおける燃焼がリーン燃焼になり、各気筒において発生するトルクが一定になり、かつ、気筒６ａ〜６ｄ全体の空燃比が理論空燃比になるように、独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄおよびインジェクタ５ａ〜５ｄを制御する（ステップＳ３）。その後、制御部２０は、動作を終了する。
【００３７】
ステップＳ１においてアイドリングの状態にあると判定されなかった場合、制御部２０は、各気筒における空燃比が均一になるように、独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄおよびインジェクタ５ａ〜５ｄを制御する（ステップＳ４）。その後、制御部２０は、動作を終了する。なお、ステップＳ２において冷却水が所定の温度未満であると判定されなかった場合、制御部２０は、ステップＳ４の動作を行う。
【００３８】
このように、制御部２０が図３のフローチャートに従って制御することによって、各気筒において発生するトルクを一定に保つことができる。それにより、気筒６ａ〜６ｄを含む内燃機関の不整回転を抑制することができる。また、排気触媒７の暖機効率を向上させることができる。
【００３９】
本実施例においては、独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄが吸入空気量制御手段またはバルブに相当し、インジェクタ５ａ〜５ｄが供給燃料量制御手段に相当し、制御部２０が制御手段および判定手段に相当する。
【実施例２】
【００４０】
図４は、本発明の第２実施例に係る空燃比制御装置１００ａの全体構成を示す模式図である。図４に示すように、空燃比制御装置１００ａが図１の空燃比制御装置１００と異なる点は、独立スロットルバルブ制御用のモータ１１をさらに備えている点である。本実施例においては、モータ１１と独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄとが１本の軸によって接続されている。したがって、独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄは、互いに連動して動作する。この場合、例えば、独立スロットルバルブ４ａ，４ｃの開度を独立スロットルバルブ４ｂ，４ｄの開度よりも小さく設定しておくことにより、気筒６ａ，６ｃにおける燃焼をリッチ燃焼としかつ気筒６ｂ，６ｄにおける燃焼をリーン燃焼とすることができる。
【００４１】
図５は、気筒ごとの燃焼行程と独立スロットルバルブの開度との関係を示す図である。なお、開度の欄においては、横軸が時間を示し、縦軸が開度を示している。図５に示すように、気筒６ａ、気筒６ｃ、気筒６ｄ、気筒６ｂの順に燃焼行程が進行する。また、独立スロットルバルブ４ａ，４ｃの開度を小さく設定し、独立スロットルバルブ４ｂ，４ｄの開度を大きく設定してある。
【００４２】
以上のように、モータを複数備えていなくても、独立スロットルバルブ４ａ〜４ｄを制御することができる。したがって、本発明に係る空燃比制御装置の構成を簡素化することができる。
【００４３】
なお、上記実施例においては気筒が４つ設けられていたが、それに限られない。気筒は複数設けられていればよく、少なくとも１つの気筒においてリッチ燃焼が行われ、少なくとも１つの気筒においてリーン燃焼が行われ、かつ、それぞれの気筒における発生トルクが一定であれば本発明の効果が得られる。また、各気筒への吸気量の合計と燃料供給量との比が理論空燃比であることが好ましい。
【００４４】
本実施例においては、モータ１１が駆動部に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施例に係る空燃比制御装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】空燃比と単位空気量あたりのトルクとの関係を示す図である。
【図３】制御部が各部を制御する際に実行するフローチャートの一例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る空燃比制御装置の全体構成を示す模式図である。
【図５】気筒ごとの燃焼行程と独立スロットルバルブの開度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
４ａ〜４ｄ  独立スロットルバルブ
５ａ〜５ｄ  インジェクタ
６ａ〜６ｄ  気筒
７  排気触媒
８  車速センサ
９  アクセル開度センサ
１０  温度センサ
１１  モータ
２０  制御部
１００，１００ａ  空燃比制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007224851.tif 000006
【図５】
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