(57)【要約】【課題】Ｖ型エンジンにおいて、気筒間の空燃比インバランス異常の際のエミッションの増加を抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】第１および第２のバンク４，５に空燃比のインバランス異常が発生したかを判断し、インバランス異常が発生したバンクの目標空燃比を、エミッションの増加を抑制するように変更する際に、インバランス異常が発生したバンクの前段触媒１８と後段触媒３０の双方により排気ガスの浄化が行われるように、第１および第２のバンクの両方の目標空燃比を変更する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の気筒群と、第１および第２の気筒群の排気通路にそれぞれ設けられた前段触媒と、第１および第２の気筒群の排気通路にそれぞれ設けられた空燃比センサと、前記第１および第２の排気通路の合流通路に設けられた後段触媒と、を有する内燃機関の制御装置であって、
前記第１および第２の気筒群からの排気ガスの前記空燃比センサにより検出される空燃比が目標空燃比に追従するように、前記第１および第２の気筒群への燃料噴射量を制御する空燃比制御手段と、
前記第１および第２の気筒群に空燃比のインバランス異常が発生したかを判断する判断手段と、
前記第１および第２の気筒群のうち、前記インバランス異常が発生した気筒群の前記目標空燃比を、エミッションの増加を抑制するように変更する補正手段と、を有し、
前記補正手段は、前記インバランス異常が発生した気筒群の前段触媒と前記後段触媒の双方により排気ガスの浄化が行われるように、前記第１および第２の気筒群の両方の前記目標空燃比を変更する、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記第１および第２の気筒群の双方において、前記目標空燃比を同じ向きに変更する、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】
第１および第２の気筒群と、第１および第２の気筒群の排気通路にそれぞれ設けられた前段触媒と、第１および第２の気筒群の排気通路にそれぞれ設けられた空燃比センサと、前記第１および第２の排気通路の合流通路に設けられた後段触媒とを有する内燃機関の制御方法であって、
前記第１および第２の気筒群からの排気ガスの前記空燃比センサにより検出される空燃比が目標空燃比に追従するように、前記第１および第２の気筒群への燃料噴射量を制御するステップと、
前記第１および第２の気筒群に空燃比のインバランス異常が発生したかを判断するステップと、
前記第１および第２の気筒群のうち、前記インバランス異常が発生した気筒群の前記目標空燃比を、エミッションの増加を抑制するように変更するステップと、を有し、
前記変更ステップは、前記インバランス異常が発生した気筒群の前段触媒と前記後段触媒の双方により排気ガスの浄化が行われるように、前記第１および第２の気筒群の両方の前記目標空燃比を変更するステップを含む、ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｖ型エンジンなどにおける空燃比のインバランス異常時のエミッションの増加を抑制できる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関において、気筒間の空燃比インバランス異常によりエミッションが増加する場合、エミッションの排出量が所定値を越える前に異常を検出する必要がある。従来において、エミッションの増加を抑制するために、例えば、理論空燃比からの空燃比の変化率ΔＡ／Ｆやエンジン回転数の変化率ΔＮＥに基づいて、空燃比のインバランス率（異常発生気筒のインバランスの程度）を推定し、推定したインバランス率に応じて空燃比フィードバック制御における目標空燃比を変更する技術が開示されている。具体的には、例えば、ＮＯｘを抑制するために、目標空燃比を理論空燃比（ストイキ）からわずかにリッチ側に変更する（特許文献１等参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０３０４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、Ｖ型エンジンの場合には、インバランス異常と推定したバンクの各気筒の目標空燃比をリッチ側にわずかに変更し、正常なバンクの各気筒の目標空燃比は変更しない。これは、異常の発生したバンクのＮＯｘを抑制しつつ、正常バンクからのＨＣ、ＣＯの増加を回避するためである。
【０００５】
しかしながら、インバランス異常を検出し、異常の発生したバンクのみの目標空燃比をリッチ側に補正しすぎると、異常側バンクの排気通路に設けられた三元触媒を通過するＨＣ、ＣＯが増加してしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、Ｖ型エンジンにおいて、気筒間の空燃比インバランス異常の際のエミッションの増加を抑制できる内燃機関の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】
【０００７】
本発明の内燃機関の制御装置は、第１および第２の気筒群と、第１および第２の気筒群の排気通路にそれぞれ設けられた前段触媒と、第１および第２の気筒群の排気通路にそれぞれ設けられた空燃比センサと、前記第１および第２の排気通路の合流通路に設けられた後段触媒と、を有する内燃機関の制御装置であって、前記第１および第２の気筒群からの排気ガスの前記空燃比センサにより検出される空燃比が目標空燃比に追従するように、前記第１および第２の気筒群への燃料噴射量を制御する空燃比制御手段と、前記第１および第２の気筒群に空燃比のインバランス異常が発生したかを判断する判断手段と、前記第１および第２の気筒群のうち、前記インバランス異常が発生した気筒群の前記目標空燃比を、エミッションの増加を抑制するように変更する補正手段と、を有し、前記補正手段は、前記インバランス異常が発生した気筒群の前段触媒と前記後段触媒の双方により排気ガスの浄化が行われるように、前記第１および第２の気筒群の両方の前記目標空燃比を変更する、ことを特徴とする
【０００８】
前記補正手段は、前記第１および第２の気筒群の双方において、前記目標空燃比を同じ向きに変更する。
【０００９】
本発明の内燃機関の制御方法は、第１および第２の気筒群と、第１および第２の気筒群の排気通路にそれぞれ設けられた前段触媒と、第１および第２の気筒群の排気通路にそれぞれ設けられた空燃比センサと、前記第１および第２の排気通路の合流通路に設けられた後段触媒とを有する内燃機関の制御方法であって、前記第１および第２の気筒群からの排気ガスの前記空燃比センサにより検出される空燃比が目標空燃比に追従するように、前記第１および第２の気筒群への燃料噴射量を制御するステップと、前記第１および第２の気筒群に空燃比のインバランス異常が発生したかを判断するステップと、前記第１および第２の気筒群のうち、前記インバランス異常が発生した気筒群の前記目標空燃比を、エミッションの増加を抑制するように変更するステップと、を有し、前記変更ステップは、前記インバランス異常が発生した気筒群の前段触媒と前記後段触媒の双方により排気ガスの浄化が行われるように、前記第１および第２の気筒群の両方の前記目標空燃比を変更するステップを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｖ型エンジンなどの２つの気筒群を有する内燃機関において、気筒間の空燃比インバランス異常の際のエミッションの増加を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用される内燃機関システムの一例を示す概略図である。
【図２】ＥＣＵにおける補正処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】インバランス率の推定方法を示す図である。
【図４】インバランス率推定値から空燃比補正量を決定する方法を示す図である。
【図５】空燃比インバランス発生時のＡ／Ｆ波形の一例を示す図である。
【図６】空燃比と、前段触媒（三元触媒）および後段触媒（三元触媒）のエミッション転化率との関係を示すグラフである。
【図７】目標空燃比をリッチ側に補正しすぎた場合に生じる問題を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明が適用される多気筒内燃機関システムの一例を示す概略図である。
【００１４】
図１に本実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。図示される内燃機関（エンジン）１はＶ型６気筒ガソリンエンジンである。各気筒＃１〜＃６には、インジェクタ２が設けられている。エンジン１は第１のバンク４と第２のバンク５とを有し、第１のバンク４には奇数番気筒すなわち＃１，＃３，＃５気筒が設けられ、第２のバンク５には偶数番気筒すなわち＃２，＃４，＃６気筒が設けられている。＃１，＃３，＃５気筒が第１の気筒群を構成し、＃２，＃４，＃６気筒が第２の気筒群を構成する。
【００１５】
インジェクタ２は、対応気筒の吸気通路特に吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する。吸気を導入するための吸気通路７は、吸気ポート６の他、サージタンク８と、各気筒の吸気ポート６およびサージタンク８を結ぶ複数の吸気マニホールド９と、サージタンク８の上流側の吸気管１０とを含む。吸気管１０には、上流側から順にエアフローメータ１１と電子制御式スロットルバルブ１２とが設けられている。エアフローメータ１１は吸気流量に応じた大きさの信号を出力する。各気筒には、筒内の混合気に点火するための点火プラグ１３が設けられる。
【００１６】
排気ガスを排出するための排気通路は、本実施形態の場合、第１のバンク４に対する第１の排気通路１４Ａと、第２のバンク５に対する第２の排気通路１４Ｂとが別々に設けられ、これらが共通排気通路１９に合流する。
【００１７】
第１の排気通路１４Ａは、＃１，＃３，＃５の各気筒の排気ポート１５と、これら排気ポート１５の排気ガスを集合させる排気マニホールド１６と、排気マニホールド１６の下流端に接続する排気管１７とを含む。第２の排気通路１４Ｂは、＃２，＃４，＃６の各気筒の排気ポート１５と、これら排気ポート１５の排気ガスを集合させる排気マニホールド１６と、排気マニホールド１６の下流端に接続する排気管１７とを含む。両バンクの排気管１７には三元触媒からなる前段触媒１８がそれぞれ設けられている。前段触媒１８の上流側及び下流側にそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ、即ち触媒前センサ２０及び触媒後センサ２１が設置されている。これらセンサは排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。共通排気通路１９には、三元触媒からなる後段触媒３０が設けられている。
【００１８】
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等のハードウエアと所要のソフトウエアから構成され、内燃機関を総合的に制御する。具体的には、ＥＣＵ１００には、インジェクタ２、スロットルバルブ１２、点火プラグ１３が電気的接続されているとともに、エアフローメータ１１、触媒前センサ２０、触媒後センサ２１、エンジン１のクランク角を検出するためのクランク角センサ２２が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ１００は、各種センサの検出値等に基づいて、インジェクタ２、スロットルバルブ１２及び点火プラグ１３を制御し、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、点火時期を制御する。
【００１９】
ＥＣＵ１００は、特に、燃料噴射量については、触媒前センサ２０および触媒後センサ２１により検出される空燃比が目標空燃比になるように、空燃比フィードバック制御を実行する。なお、空燃比フィードバック制御は、周知の構成であるので、詳細説明は省略する。また、ＥＣＵ１００は、後述するように、触媒前センサ２０および触媒後センサ２１により検出される空燃比から、第１のバンク４および第２のバンク５の各々の気筒群において、空燃比のインバランス異常が発生したかを判断する。そして、インバランス異常が発生した気筒群の目標空燃比を、エミッションの増加を抑制するように変更する補正処理を実行する。
【００２０】
次に、ＥＣＵ１００による上記した空燃比インバランス異常の検出および目標空燃比の補正処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。
【００２１】
まず、インバランス率を推定する（ステップＳ１）。インバランス率は、第１のバンク４および第２のバンク５の各々の気筒群において発生した空燃比インバランス異常の程度であり、インバランス率は、空燃比インバランス異常の程度を反映するように定義すればよい。例えば、ストイキからの乖離度合いなどである。ここで、図５に空燃比インバランス発生時のＡ／Ｆ波形の例を示す。図５に示す空燃比Ａ／Ｆの波形は、♯１の気筒に異常がある場合のものである。図５に示すように、インバランス異常の程度が大きいほど、単位時間当たりの空燃比Ａ／Ｆの傾き量（変動率）ΔＡ／Ｆの絶対値が大きくなる。
【００２２】
このことを利用して、検出した空燃比から各バンクの空燃比の変動率ΔＡ／Ｆを算出する。そして、算出した空燃比の変動率ΔＡ／Ｆからインバランス率を推定する。例えば、図３に示すように、空燃比の変動率ΔＡ／Ｆとインバランス率の推定値Ｉｂとの関係をあらかじめ規定しておくことにより、インバランス率の推定値Ｉｂを決定することができる。なお、ある気筒に空燃比異常が発生すると、１サイクルにおけるエンジン回転数ＮＥも変動するので、インバランス率の推定値Ｉｂは、空燃比の変動率ΔＡ／Ｆの代わりに、エンジン回転数ＮＥの変動率ΔＮＥを用いても推定可能である。
【００２３】
次に、ステップＳ１において算出したインバランス率の推定値Ｉｂが、空燃比フィードバック制御における目標空燃比を変更すべき値であるか、すなわち、空燃比インバランス異常が発生しているかを判断する（ステップＳ２）。例えば、インバランス率の推定値Ｉｂが所定値Ｉ１を越えている場合には、空燃比フィードバック制御における目標空燃比を変更（補正）すべきであると判断することができる。
【００２４】
次に、ステップＳ２おいて、目標空燃比の変更が必要ないと判断した場合には、処理を終了し、変更が必要と判断した場合には、この空燃比インバランス異常が発生している気筒を含むバンクの目標空燃比を、エミッションの増加を抑制するように変更する（ステップＳ３）。さらに、本実施形態では、ステップＳ３の処理に加えて、正常な気筒のバンクの目標空燃比を、ステップＳ３における向きと同じ向きに変更して、後段触媒３０の雰囲気も変更する（ステップＳ４）。すなわち、２つの前段触媒１８のうち、インバランス異常が発生したバンク（気筒群）側の前段触媒１８と、２つのバンクに共通に使用される後段触媒３０の双方により、排気ガスの浄化が行われるように、両方のバンク４，５（第１および第２の気筒群の両方）の目標空燃比を変更する。
【００２５】
具体的には、目標空燃比の補正が必要な場合において、例えば、図５に示すように、空燃比Ａ／Ｆがリーン側に移動している場合には、エミッションの増加を抑制するためには、両方のバンク４，５の目標空燃比をリッチ側に変更する必要がある。このため、例えば、図６に示すように、現在のバンク４，５の目標空燃比をＴ０とすると、各バンク４，５の目標空燃比をＴ０からそれぞれわずかにリッチ側のＴＡ，ＴＢに補正する。補正する際の補正量の大きさは、例えば、図４に示すように、インバランス率の推定値Ｉｂの大きさに応じて、あらかじめ定めておくことができる。
【００２６】
ここで、仮に、第１のバンク４に空燃比インバランス異常が発生し、第２のバンク５が正常であるとすると、第１のバンク４の目標空燃比をＴＡ、第２のバンク５の目標空燃比をＴＢに補正したとする。このとき、図６からわかるように、第１のバンク４側の前段触媒１８および後段触媒３０の双方におけるＮＯの転化率は、略１００パーセントが得られ、ＣＯ、ＨＣの転化率も数十パーセント程度の比較的高い転化率が得られる。すなわち、前段触媒１８および後段触媒３０の双方を用いて排気ガスを浄化することにより、排気ガスのより高い浄化率が得られることがわかる。
【００２７】
一方、前段触媒１８のみを用いて、第１のバンク４において発生した空燃比インバランス異常によるエミッション増加を抑制しようとすると、図７に示すように、第１のバンク４の目標空燃比をＴ０からＴ３へと、リッチ側に大きく変更する必要がある場合も発生する。目標空燃比をリッチ側に大きく変更すると、図７からわかるように、ＣＯ、ＨＣの転化率が図６の場合と比べて大きく低下し、エミッションが増加してしまう可能性がある。
【００２８】
以上のように、本実施形態では、一方のバンクに異常が発生した場合であっても、両方のバンク４，５の目標空燃比を変更することで、前段触媒１８および後段触媒３０の双方を有効に利用することができ、空燃比のインバランス異常によるエミッション増加を抑制できる。
【００２９】
上記実施形態では、目標空燃比をリッチ側に補正する場合について説明したが、異常が発生した場合のバンク全体の空燃比に応じて、リーン側へ補正することも当然可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  内燃機関
２  インジェクタ
４  第１のバンク（第１の気筒群）
５  第２のバンク（第２の気筒群）
１８  前段触媒（三元触媒）
３０  後段触媒（三元触媒）
２０，２１  空燃比センサ
１００  ＥＣＵ
♯１〜♯６  気筒
【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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