(57)【要約】【課題】吸気バルブのリフト量が変更される多気筒内燃機関であっても、リッチ側気筒間ばらつきが生じているときの排気浄化性能を向上させることのできる燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１０は、吸気バルブ３０のリフト量を変更するリフト量可変機構４２を備えている。電子制御装置５０は、各気筒間での空燃比のばらつきである気筒間ばらつきを検出するとともにその気筒間ばらつきがリッチ側に偏倚しているときには燃料噴射量を増量補正する。この燃料噴射量の増量補正量を、吸気バルブ３０のリフト量が小さいときほど増大させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブのリフト量を変更するリフト量可変機構を有する多気筒内燃機関に適用されて、各気筒間での空燃比のばらつきである気筒間ばらつきを検出するとともに前記気筒間ばらつきがリッチ側に偏倚しているときには燃料噴射量を増量補正する燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射量の増量補正量を前記リフト量に基づいて可変設定する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記リフト量が小さいときほど前記増量補正量を増大させる
請求項１に記載の多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記リフト量が所定値以上に大きいときには、前記リフト量による前記増量補正量の可変設定を中止する
請求項１または２に記載の多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、実空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する空燃比制御が行われている。また、特許文献１に記載されているように、多気筒内燃機関の各気筒間での空燃比のばらつきである気筒間ばらつきを検出するといったことも行われている。
【０００３】
この気筒間ばらつきについて、例えば特定気筒の空燃比のみがリッチ側にずれており、他の気筒の空燃比は理論空燃比近傍に維持されている場合などのように、気筒間ばらつきがリッチ側に偏倚しているときには、上記空燃比制御を通じて燃料噴射量が減量される。これにより特定気筒の空燃比は理論空燃比近傍に近づくようになるが、それまで理論空燃比近傍に維持されていた他の気筒の空燃比はリーン化してしまう。その結果、排気通路に設けられた触媒の雰囲気もリーン化し、排気浄化性能が低下してしまうおそれがある。
【０００４】
そこで気筒間ばらつきがリッチ側に偏倚しているとき（以下、この状態をリッチ側気筒間ばらつきという）には、燃料噴射量を増量補正して触媒雰囲気のリーン化を抑えるようにすることで、上述した排気浄化性能の低下は抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０７４３８８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、吸気バルブのリフト量を変更するリフト量可変機構を有する多気筒内燃機関では、上述したリッチ側気筒間ばらつきの発生時における燃料増量補正をリフト量に応じて最適化しないと排気浄化性能が低下するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気バルブのリフト量が変更される多気筒内燃機関であっても、リッチ側気筒間ばらつきが生じているときの排気浄化性能を向上させることのできる多気筒内燃機関の燃料噴射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】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、吸気バルブのリフト量を変更するリフト量可変機構を有する多気筒内燃機関に適用されて、各気筒間での空燃比のばらつきである気筒間ばらつきを検出するとともに前記気筒間ばらつきがリッチ側に偏倚しているときには燃料噴射量を増量補正する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射量の増量補正量を前記リフト量に基づいて可変設定することをその要旨とする。
【０００９】
リフト量可変機構を有する多気筒内燃機関では、機械的誤差などにより各気筒でのリフト量がばらついている。そしてこのリフト量のばらつきによる各気筒への吸入空気量のばらつきは、リフト量が小さいときほど大きくなるため、理論空燃比からの実空燃比のずれ量はリフト量が小さいときほど大きくなる。従って、リッチ側気筒間ばらつきが生じているときの触媒雰囲気のリーン化を抑えるために燃料噴射量の増量補正を行う場合には、リフト量が小さいときほど増量補正量が大きくなるようにすることで、触媒雰囲気のリーン化を適切に抑えることが可能となり、排気浄化性能を向上させることができる。こうした知見に基づき、同構成では、可変とされる吸気バルブのリフト量に基づいて燃料噴射量の増量補正量を可変設定するようにしており、これによりリッチ側気筒間ばらつきの発生時における燃料増量補正をリフト量に応じて最適化させることができる。そのため、吸気バルブのリフト量が変更される多気筒内燃機関であっても、リッチ側気筒間ばらつきが生じているときの排気浄化性能を向上させることができるようになる。
【００１０】
燃料噴射量の増量補正量をリフト量に基づいて可変設定する際には、請求項２に記載の発明によるように、前記リフト量が小さいときほど前記増量補正量を増大させる、という構成を採用することにより、増量補正量の可変設定を最適化することができる。
【００１１】
他方、吸気バルブのリフト量のばらつきによる各気筒への吸入空気量のばらつきは、リフト量が大きいときほど小さくなるため、理論空燃比からの実空燃比のずれ量もリフト量が大きくなるほど小さくなる。そこで、請求項３に記載の発明によるように、前記リフト量が所定値以上に大きいときには、前記リフト量による前記増量補正量の可変設定を中止する、という構成を採用することにより、増量補正量の可変設定を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明にかかる多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置を具体化した一実施形態にあって、これが適用されるエンジンの構造を示す模式図。
【図２】リフト量可変機構の作動に基づく吸気バルブのリフト量の変化態様を示すグラフ。
【図３】排気通路における空燃比センサおよび酸素センサの配設位置を示す略図。
【図４】噴射補正量の算出処理についてその手順を示すフローチャート。
【図５】吸気バルブのリフト量、実空燃比のずれ量、及びリッチ化補正係数の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２にはスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４には、スロットルモータ１６が連結されている。そして、このスロットルモータ１６の駆動制御を通じてスロットルバルブ１４の開度（スロットル開度ＴＡ）が調節され、これにより吸気通路１２を通じて燃焼室１８内に吸入される空気の量が調節される。また、上記吸気通路１２には燃料噴射バルブ２０が設けられている。この燃料噴射バルブ２０は吸気通路１２内に燃料を噴射する。さらに、内燃機関１０の排気通路２８には排気浄化触媒３４が設けられている。
【００１４】
内燃機関１０の燃焼室１８においては、吸入空気と噴射燃料とからなる混合気に対して点火プラグ２２による点火が行われる。この点火動作によって混合気が燃焼してピストン２４が往復移動し、クランクシャフト２６が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として燃焼室１８から排気通路２８に送り出され、上記排気浄化触媒３４を通じて浄化された後に同排気通路２８外へと放出される。
【００１５】
内燃機関１０において、吸気通路１２と燃焼室１８との間は吸気バルブ３０の開閉動作によって連通・遮断される。また、吸気バルブ３０はクランクシャフト２６の回転が伝達される吸気カムシャフト３２の回転に伴って開閉動作する。さらに、吸気バルブ３０と吸気カムシャフト３２との間にはリフト量可変機構４２が設けられている。このリフト量可変機構４２は、吸気バルブ３０のリフト量ＶＬ（詳しくは、最大リフト量）を機関運転条件に応じて変更するものであり、電動モータ等のアクチュエータ４４の駆動制御を通じて作動する。図２に示すように、このリフト量可変機構４２の作動により、吸気バルブ３０のリフト量ＶＬは開弁期間（リフト作用角）と同期して変化し、例えばリフト作用角が小さくなるほどリフト量ＶＬも小さくなる。
【００１６】
内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが設けられている。各種センサとしては、例えばクランクシャフト２６の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するためのクランクセンサ５２や、吸気通路１２を通過する空気の量（吸入空気量ＧＡ）を検出するための吸気量センサ５４、アクセルペダル３６の踏み込み量ＡＣを検出するためのアクセルセンサ５６が設けられている。また、スロットル開度ＴＡを検出するためのスロットルセンサ５８や、吸気バルブ３０のリフト量ＶＬ（正確には、リフト量可変機構４２の作動量）を検出するためのリフト量センサ６０が設けられている。その他、排気通路２８における上記排気浄化触媒３４よりも上流側の部分（詳しくは、排気マニホールド）に設けられて排気の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ６２や、排気通路２８における上記排気浄化触媒３４よりも下流側に設けられて排気の酸素濃度に応じた信号を出力する酸素センサ６４等も設けられている。
【００１７】
図３に示すように、内燃機関１０は４つの気筒♯１，♯２，♯３，♯４を有するものであり、上記空燃比センサ６２としては各気筒♯１〜♯４から延びる排気通路２８が合流された部分（詳しくは排気マニホールド）に全気筒共通のものが設けられている。
【００１８】
上記空燃比センサ６２は、周知の限界電流式酸素センサである。この限界電流式酸素センサは、濃淡電池式酸素センサの検出部に拡散律速層と呼ばれるセラミック層を備えることにより排気中の酸素濃度に応じた出力電流が得られるセンサであり、排気中の酸素濃度と密接な関係にある混合気の空燃比が理論空燃比である場合には、その出力電流が「０」になる。また、混合気の空燃比がリッチになるにつれて出力電流は負の方向に大きくなり、同空燃比がリーンになるにつれて出力電流は正の方向に大きくなる。したがって、この空燃比センサ６２の出力信号に基づき、混合気の空燃比についてそのリーン度合いやリッチ度合いを検出することができる。
【００１９】
また酸素センサ６４は、周知の濃淡電池式の酸素センサである。この濃淡電池式酸素センサからは排気の酸素濃度が、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときの濃度である場合には１ボルト程度の出力電圧が得られ、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときの濃度である場合には０ボルト程度の出力電圧が得られる。また濃淡電池式酸素センサの出力電圧は排気の酸素濃度が、混合気の空燃比が理論空燃比近傍であるときの濃度であるときに大きく変化する。したがって、こうした酸素センサ６４の出力信号に基づき、排気浄化触媒３４下流側の排気がリーンに対応する性状であるか、或いはリッチに対応する性状であるかを検出することができる。
【００２０】
この酸素センサ６４は、排気浄化触媒３４での排気浄化作用の状態を監視するために同排気浄化触媒３４の下流側に設けられている。すなわち、排気浄化触媒３４での還元作用が促進されており排気中に酸素が放出されているときには、酸素センサ６４の出力信号がリーンに対応する値となる。一方、排気浄化触媒３４での酸化作用が促進されており排気中の酸素が消費されているときには、酸素センサ６４の出力信号がリッチに対応する値となる。こうした酸素センサ６４の検出結果に基づいて排気浄化作用の状態が監視される。
【００２１】
マイクロコンピュータを有する電子制御装置５０は、各種センサの検出信号を取り込むとともに各種演算を行い、その演算結果に基づいてスロットルモータ１６の駆動制御（スロットル制御）や燃料噴射バルブ２０の駆動制御（燃料噴射制御）、アクチュエータ４４の駆動制御（リフト量変更制御）等といった各種制御を実行する。
【００２２】
本実施形態では、燃焼室１８内に吸入される吸入空気量ＧＡが、スロットル制御およびリフト量変更制御を通じて次のように調節される。すなわち、アクセルペダル３６の踏み込み量ＡＣや機関回転速度ＮＥに基づいて吸入空気量ＧＡについての制御目標値（目標吸入空気量ＧＡｐ）が算出され、その目標吸入空気量ＧＡｐと実際の吸入空気量ＧＡとが一致するようにスロットル制御およびリフト量変更制御が実行される。なお、このスロットル制御およびリフト量変更制御の実行に際し、暖機未完了時には（例えば冷却水温度＜所定温度）、リフト量ＶＬが大リフト作用角で固定される一方、スロットル開度ＴＡが変更されて吸入空気量ＧＡが調節される。一方、暖機完了時には（例えば冷却水温≧所定温度）、スロットル開度ＴＡはほぼ全開にされてリフト量ＶＬの変更によって吸入空気量ＧＡが調節される。このときには基本的に、内燃機関１０の運転状態に適した目標吸入空気量ＧＡｐが大きいときほど吸気バルブ３０のリフト量ＶＬは大きくなるように設定される。
【００２３】
また本実施形態では、スロットル制御及びリフト量変更制御を通じて調節される吸入空気量ＧＡに応じて燃料噴射量が調節される。具体的には、吸入空気量ＧＡに対し、混合気の空燃比が理論空燃比になる燃料量が燃料噴射量指令値（目標噴射量Ｔｑ）として算出される。そして目標噴射量Ｔｑと等しい量の燃料が噴射されるように燃料噴射バルブ２０が駆動される。これにより、燃焼室１８で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比にある程度近づけることができる。
【００２４】
ここで排気浄化触媒３４は、理論空燃比近傍での燃焼が行われる状態において排気中のＨＣやＣＯを酸化するとともに同排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化する作用を有しており、特に混合気の空燃比が理論空燃比近傍の比率となる狭い範囲（ウインドウ）において排気中の主要有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）のすべてを効率的に浄化する。そのため排気浄化触媒３４を有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記ウインドウの中心に合わせ込むべく、同空燃比を厳密に調節することが必要となる。
【００２５】
以下、そうした空燃比制御の概要について説明する。
先ず、上記空燃比センサ６２によって混合気の実際の空燃比が検出され、この実際の空燃比と目標空燃比（ここでは理論空燃比）との乖離度合いに基づいてフィードバック補正量ＭＦＢが算出されるとともに、同フィードバック補正量ＭＦＢに基づいて上記目標噴射量Ｔｑが補正される。このフィードバック補正量ＭＦＢに基づくフィードバック制御を通じて、実際の空燃比が目標空燃比と一致するように燃料噴射量が調節される。
【００２６】
また上記酸素センサ６４の検出結果から排気浄化触媒３４が酸素吸蔵状態および酸素放出状態のいずれの状態であるかが推定され、この推定結果に基づいて上記目標噴射量Ｔｑに対して、さらなる補正が行われる。具体的には、目標噴射量Ｔｑを増減補正するためのサブフィードバック補正量ＳＦＢａが設定される。そして、酸素センサ６４の出力信号がリッチを示す値であるときには、燃料噴射量が少しずつ減少するように上記サブフィードバック補正量ＳＦＢａがその算出周期毎に一定量αずつ減量される。一方、酸素センサ６４の出力信号がリーンを示す値であるときには、燃料噴射量が少しずつ増加するようにサブフィードバック補正量ＳＦＢａがその算出周期毎に一定量αずつ増量される。こうしたサブフィードバック補正量ＳＦＢａに基づくサブフィードバック制御（サブ空燃比制御）を通じて、排気浄化触媒３４の実際の浄化状態に応じて燃料噴射量が調節されて、同排気浄化触媒３４の浄化作用が的確に発揮される。
【００２７】
他方、電子制御装置５０は、各気筒（♯１，♯２，♯３，♯４）間での空燃比にばらつきが生じていないかどうかを監視している。例えば本実施形態では、空燃比センサ６２の出力信号の変動についてその傾きの大きさを算出し、算出された傾きの大きさが所定を超える場合に気筒間ばらつきが発生していると判定するようにしている。また、空燃比センサ６２の出力信号の変動パターンに基づき、気筒間ばらつきがリッチ側に偏倚しているのか、あるいはリーン側に偏倚しているのかについても判定するようにしている。なお、気筒間ばらつきの検出は、この他の周知の方法（例えば特開２００３−１３８９６２号公報に記載の方法など）で行うことも可能である。
【００２８】
そして、気筒間ばらつきがリッチ側に偏倚している場合、つまり特定気筒の空燃比が他の気筒の空燃比に比してリッチ側にずれており、リッチ側気筒ばらつきが発生している場合には、上記空燃比制御を通じて燃料噴射量が減量される。これにより特定気筒の空燃比は理論空燃比近傍に近づくようになるが、それまで理論空燃比近傍に維持されていた他の気筒の空燃比はリーン化してしまう。その結果、排気浄化触媒３４の雰囲気もリーン化し、排気浄化性能が低下してしまうおそれがある。
【００２９】
そこで電子制御装置５０は、空燃比制御による燃料噴射量の補正に加えて、さらにリッチ側気筒間ばらつきを検出したときには、燃料噴射量を増量補正して空燃比をリッチ化することで触媒雰囲気のリーン化を抑え、これにより排気浄化性能の低下を抑えるようにしている。この燃料噴射量の増量補正に用いる噴射補正量Ｈの算出は以下のように行われる。
【００３０】
図４に、噴射補正量Ｈの算出についてその処理手順を示す。なお、この処理は電子制御装置５０によって所定周期ごとに繰り返し実行される。
本処理が開始されるとまず、リッチ側気筒間ばらつきが発生しているか否かが判定される（Ｓ１００）。そしてリッチ側気筒間ばらつきが発生している場合には、現在のリフト量ＶＬ、機関回転速度ＮＥ、機関負荷ＫＬに基づいてリッチ化補正係数ＲＫが算出される（Ｓ１１０）。
【００３１】
このリッチ化補正係数ＲＫは、リッチ側気筒間ばらつきが発生しているときの燃料噴射量の増量補正値として許容される最大補正量を「気筒間ばらつき反映量Ｍ」としたときに、この気筒間ばらつき反映量Ｍに乗算される値であり、「０以上１以下」の範囲で可変設定される。そして、リフト量ＶＬに基づくリッチ化補正係数ＲＫの算出は次の理由により行われる。
【００３２】
すなわちリフト量可変機構４２を有するエンジン１０では、個体差や経時劣化、あるいは組み付け誤差といった機械的誤差などにより各気筒でのリフト量ＶＬがばらつく。そしてリフト量ＶＬのばらつきによる各気筒への吸入空気量のばらつきは、リフト量ＶＬが小さいときほど大きくなり、図５に示すように、理論空燃比からの実空燃比のずれ量はリフト量ＶＬが小さいときほど大きくなる。従って、リッチ側気筒間ばらつきが生じているときの触媒雰囲気のリーン化を抑えるために燃料噴射量の増量補正を行う場合には、リフト量ＶＬが小さいときほど増量補正量が大きくなるようにすることで、触媒雰囲気のリーン化を適切に抑えることが可能となり、排気浄化性能を向上させることができる。そこで、本実施形態では、先の図５に示すように、リフト量ＶＬが小さいときほどリッチ化補正係数ＲＫが大きくなるようにしている。
【００３３】
また、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づくリッチ化補正係数ＲＫの算出は次の理由により行われる。すなわち各気筒の燃焼室１８に分配される吸入空気量、つまり各気筒への吸気分配量が異なると、これもリフト量ＶＬのばらつきによる各気筒への吸入空気量のばらつきと同じような現象になる。つまり吸気分配量のばらつきが大きいときほど理論空燃比からの実空燃比のずれ量は大きくなり、燃料噴射量の増量補正量を大きくすることが望ましい。そこで、本実施形態では、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬと各気筒への吸気分配量との関係を予めの実験等で求めておき、吸気分配量のばらつきが大きいときほどリッチ化補正係数ＲＫが大きくなるようにしている。
【００３４】
これらリフト量ＶＬ、機関回転速度ＮＥ、及び機関負荷ＫＬに基づいてリッチ化補正係数ＲＫが算出されると、ステップＳ１２０では、燃料噴射量を増量補正する噴射補正量Ｈの算出が行われる。この噴射補正量Ｈは、気筒間ばらつき反映量Ｍにリッチ化補正係数ＲＫを乗算することで算出される。そして本処理は一旦終了される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば次の効果を得ることができる。
（１）気筒間ばらつきがリッチ側に偏倚しているときには、燃料噴射量を増量補正するようにしており、この増量補正量（噴射補正量Ｈ）を吸気バルブのリフト量ＶＬに基づいて可変設定するようにしている。より具体的にはリフト量ＶＬが小さいときほど増量補正量（噴射補正量Ｈ）が増大されるように、リフト量ＶＬに応じてリッチ化補正係数ＲＫを変化させるようにしている。従って、リッチ側気筒間ばらつきが生じているときの触媒雰囲気のリーン化を適切に抑えることが可能となり、排気浄化性能を向上させることができる。
（２）リッチ化補正係数ＲＫの可変設定に際しては、リフト量ＶＬに加えて各気筒への吸気分配量も加味するようにしている。従って、各気筒に吸入される空気量のばらつきの大きさに起因する触媒雰囲気のリーン化をより適切に抑えることができる。
【００３６】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・吸気バルブのリフト量ＶＬのばらつきによる各気筒への吸入空気量のばらつきは、リフト量ＶＬが大きいときほど小さくなるため、理論空燃比からの実空燃比のずれ量もリフト量ＶＬが大きくなるほど小さくなる。そこでリフト量ＶＬが所定値以上に大きく、リフト量ＶＬが実空燃比のずれ量に与える影響が十分に低いときには、リフト量ＶＬによる燃料噴射量の増量補正量（噴射補正量Ｈ）の可変設定を中止するようにしてもよい。つまり、リフト量ＶＬが所定値以上に大きいときには上記リッチ化補正係数ＲＫを所定の一定値に設定するようにしてもよい。この場合には増量補正量の可変設定を簡素化することができる。
【００３７】
その他、上記実施形態から把握することができる技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１項に記載の多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記増量補正量は、各気筒への吸気分配量に応じて変更されることを特徴とする多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【００３８】
この装置によれば、増量補正量の算出に際して、リフト量ＶＬに加えて各気筒への吸気分配量も加味される。従って、各気筒に吸入される空気量のばらつきの大きさに起因する触媒雰囲気のリーン化をより適切に抑えることができる。
（ロ）上記（イ）に記載の多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記吸気分配量に応じた前記増量補正量は、機関回転速度及び機関負荷に基づいて算出されることを特徴とする多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【００３９】
この装置によれば、上記吸気分配量を検出するためのセンサ等を別途設けることなく、吸気分配量に応じた増量補正量の可変設定を行うことができるようになる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…スロットルモータ、１８…燃焼室、２０…燃料噴射バルブ、２２…点火プラグ、２４…ピストン、２６…クランクシャフト、２８…排気通路、３０…吸気バルブ、３２…吸気カムシャフト、３４…排気浄化触媒、３６…アクセルペダル、４２…リフト量可変機構、４４…アクチュエータ、５０…電子制御装置、５２…クランクセンサ、５４…吸気量センサ、５６…アクセルセンサ、５８…スロットルセンサ、６０…リフト量センサ、６２…空燃比センサ、６４…酸素センサ。
【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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