(57)【要約】【課題】気筒間空燃比ばらつきが発生した状態で暖機中遅角制御を実行した場合の燃焼状態の安定化を図る。【解決手段】本発明に係る内燃機関の制御装置は、多気筒内燃機関の排気通路に設けられた触媒の暖機中に、点火時期を遅角する遅角制御を実行する遅角制御手段と、気筒間空燃比のばらつき度合いに相関するパラメータを検出する検出手段と、前記検出手段により、所定程度以上のばらつき度合いに相当するパラメータが検出されたとき、前記遅角制御における遅角量を減少する遅角量減少手段とを備える。【選択図】図８
2013133790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の排気通路に設けられた触媒の暖機中に、点火時期を遅角する遅角制御を実行する遅角制御手段と、
気筒間空燃比のばらつき度合いに相関するパラメータを検出する検出手段と、
前記検出手段により、所定程度以上のばらつき度合いに相当するパラメータが検出されたとき、前記遅角制御における遅角量を減少する遅角量減少手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記遅角量減少手段は、遅角量を減少する際、検出されたパラメータに応じて遅角量の減少量を変化させる
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】
前記遅角量減少手段は、遅角量を減少する際、検出されたパラメータが、気筒間空燃比のばらつき度合いが大きくなるような値であるほど、遅角量の減少量を多くする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記検出手段により検出されたパラメータに基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段をさらに備え、
前記遅角量減少手段は、前記異常検出手段によりばらつき異常が検出されたとき、遅角量を、ばらつき異常の無い正常時の遅角量に対し減少する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項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】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に内燃機関においては、触媒の暖機中に点火時期を遅角させる遅角制御を行っている。この遅角制御を行うと、筒内燃焼室から触媒に供給される未燃ガスの量が増加し、触媒でより多くの未燃ガスを酸化、燃焼させることができる。よって触媒の暖機を促進することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５７８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、多気筒内燃機関において、例えば一部の気筒の燃料噴射系が故障するなどして、気筒間の空燃比が比較的大きくばらつくことがある。
【０００５】
このような空燃比ばらつきが発生すると、空燃比がリッチの気筒とリーンの気筒とが混在する。そしてこのばらつき状態において前述のような暖機中遅角制御が実施されると次の問題が起こる。
【０００６】
すなわち、遅角制御により元々の燃焼状態が不安定であることに加え、リーン気筒では燃料量も不十分である。よってリーン気筒において燃焼状態がさらに不安定となり、エミッションや回転変動が悪化する。
【０００７】
そこで本発明は上記事情に鑑みて創案され、その目的は、気筒間空燃比ばらつきが発生した状態で暖機中遅角制御を実行した場合の燃焼状態の安定化を図り得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】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、
多気筒内燃機関の排気通路に設けられた触媒の暖機中に、点火時期を遅角する遅角制御を実行する遅角制御手段と、
気筒間空燃比のばらつき度合いに相関するパラメータを検出する検出手段と、
前記検出手段により、所定程度以上のばらつき度合いに相当するパラメータが検出されたとき、前記遅角制御における遅角量を減少する遅角量減少手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記遅角量減少手段は、遅角量を減少する際、検出されたパラメータに応じて遅角量の減少量を変化させる。
【００１０】
好ましくは、前記遅角量減少手段は、遅角量を減少する際、検出されたパラメータが、気筒間空燃比のばらつき度合いが大きくなるような値であるほど、遅角量の減少量を多くする。
【００１１】
好ましくは、前記制御装置は、前記検出手段により検出されたパラメータに基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段をさらに備え、
前記遅角量減少手段は、前記異常検出手段によりばらつき異常が検出されたとき、遅角量を、ばらつき異常の無い正常時の遅角量に対し減少する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、気筒間空燃比ばらつきが発生した状態で暖機中遅角制御を実行した場合の燃焼状態の安定化を図ることができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】触媒前センサおよび触媒後センサの出力特性を示すグラフである。
【図３】遅角制御の概略図である。
【図４】気筒間空燃比ばらつき度合いに応じた排気空燃比の変動を示すグラフである。
【図５】図４のＵ部に相当する拡大図である。
【図６】インバランス割合と出力変動パラメータの関係を示すグラフである。
【図７】ばらつき異常検出ルーチンのフローチャートである。
【図８】遅角制御における各遅角量を示す図である。
【図９】増量係数算出マップを示す。
【図１０】増量係数と始動時水温の関係を示すマップである。
【図１１】増量係数と積算空気量の関係を示すマップである。
【図１２】減量係数算出マップを示す。
【図１３】遅角量算出ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の概略図である。図示されるように、内燃機関（エンジン）１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態の内燃機関１は自動車に搭載された多気筒内燃機関であり、より具体的には直列４気筒火花点火式内燃機関である。内燃機関１は＃１〜＃４気筒を備える。但し気筒数、形式等は特に限定されない。
【００１６】
図示しないが、内燃機関１のシリンダヘッドには吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが気筒ごとに配設されており、各吸気弁および各排気弁はカムシャフトによって開閉させられる。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
【００１７】
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管４を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式のスロットルバルブ１０とが組み込まれている。吸気ポート、枝管４、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００１８】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設されている。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁の開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストンで圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。なおインジェクタは燃焼室３内に燃料を直接噴射するものであってもよい。
【００１９】
一方、各気筒の排気ポートは排気マニフォールド１４に接続される。排気マニフォールド１４は、その上流部をなす気筒毎の枝管１４ａと、その下流部をなす排気集合部１４ｂとからなる。排気集合部１４ｂの下流側には排気管６が接続されている。排気ポート、排気マニフォールド１４及び排気管６により排気通路が形成される。
【００２０】
排気管６の上流側と下流側にはそれぞれ三元触媒からなる触媒、すなわち上流触媒１１と下流触媒１９が直列に取り付けられている。これら触媒１１，１９は酸素吸蔵能（Ｏ2ストレージ能）を有する。すなわち、触媒１１，１９は、排気ガスの空燃比がストイキ（理論空燃比、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）より大きい（リーンな）ときに排気ガス中の過剰酸素を吸蔵し、ＮＯｘを還元する。また触媒１１，１９は、排気ガスの空燃比がストイキより小さい（リッチな）ときに吸蔵酸素を放出し、排気ガス中のＨＣ，ＣＯを酸化する。
【００２１】
上流触媒１１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第１及び第２の空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設置されている。これら触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８は、上流触媒１１の直前及び直後の位置に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。このように上流触媒１１の上流側の排気合流部に単一の触媒前センサ１７が設置されている。
【００２２】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１６、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
【００２３】
スロットルバルブ１０にはスロットル開度センサ（図示せず）が設けられ、スロットル開度センサからの信号がＥＣＵ２０に送られる。ＥＣＵ２０は、通常、アクセル開度に応じて定まる目標スロットル開度に、スロットルバルブ１０の開度（スロットル開度）をフィードバック制御する。
【００２４】
ＥＣＵ２０は、エアフローメータ５からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量である吸入空気量すなわち吸気流量を検出する。そしてＥＣＵ２０は、検出したアクセル開度、スロットル開度および吸入空気量の少なくとも一つに基づき、エンジン１の負荷を検出する。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１６からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン１の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。
【００２６】
またＥＣＵ２０には、内燃機関１の冷却水の温度（水温）を検出する水温センサ２１が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、水温センサ２１からの信号に基づき水温を検出する。
【００２７】
触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能である。図２に触媒前センサ１７の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ１７は、排気空燃比に比例した大きさの電圧信号Ｖｆを出力する。排気空燃比がストイキであるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）である。
【００２８】
他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ2センサからなり、ストイキを境に出力値が急変する特性を持つ。図２に触媒後センサ１８の出力特性を示す。図示するように、排気空燃比がストイキであるときの出力電圧、すなわちストイキ相当値はＶｒｅｆｒ（例えば０．４５Ｖ）である。触媒後センサ１８の出力電圧は所定の範囲（例えば０〜１Ｖ）内で変化する。排気空燃比がストイキよりリーンのとき、触媒後センサの出力電圧はストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより低くなり、排気空燃比がストイキよりリッチのとき、触媒後センサの出力電圧はストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。
【００２９】
上流触媒１１及び下流触媒１９は、それぞれに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ近傍のときに排気中の有害成分であるＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅（ウィンドウ）は比較的狭い。
【００３０】
そこで通常運転時、上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比であるストイキに近づくよう、空燃比フィードバック制御がＥＣＵ２０により実行される。この空燃比フィードバック制御は、触媒前センサ１７によって検出された空燃比をストイキに近づけるようなメイン空燃比フィードバック制御と、触媒後センサ１８によって検出された空燃比をストイキに近づけるようなサブ空燃比フィードバック制御とからなる。
【００３１】
なお、このように目標空燃比をストイキとする空燃比フィードバック制御をストイキ制御という。ストイキは基準空燃比をなす。
【００３２】
また本実施形態では、上流触媒１１の暖機中に点火時期を遅角する遅角制御がＥＣＵ２０により実行される。すなわち、図３に示すように、遅角制御中において点火時期は、上流触媒１１が暖機後若しくは暖機終了後であるという前提の下で設定される基本点火時期θｉｇ１に対し、クランク角θの進行方向に遅角量Ａだけ遅角された点火時期θｉｇ２に設定される。この点火時期の遅角は、同一の遅角量Ａを用いて全気筒に対し一律に行われる。
【００３３】
上流触媒１１が暖機中か否かの判断については後述する。基本点火時期θｉｇ１は、エンジン１の回転数および負荷に基づき所定のマップ（関数でもよい。以下同様）を利用して設定される。
【００３４】
さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒（特に１気筒）の燃料噴射系等が故障し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生する場合がある。例えば＃１気筒のインジェクタ１２が故障し、＃１気筒が他の＃２、＃３及び＃４気筒よりも燃料噴射量が多くなり、その空燃比が大きくリッチ側にずれる場合等である。
【００３５】
なお、このときでも前述のストイキ制御により比較的大きな補正量を与えれば、触媒前センサ１７に供給されるトータルガスの空燃比をストイキに制御できる場合がある。しかし、気筒別に見ると、＃１気筒がストイキより大きくリッチ、＃２、＃３及び＃４気筒がストイキより若干リーンであり、全体のバランスとしてストイキとなっているに過ぎず、エミッション上好ましくないことは明らかである。よってかかる気筒間空燃比ばらつき異常をオンボードで検出する装置（異常検出手段）が本実施形態においても装備されている。
【００３６】
ところで、気筒間空燃比ばらつきが発生すると、空燃比がリッチの気筒とリーンの気筒とが混在する。そしてこのばらつき状態において前述の遅角制御が実施されると次の問題が起こる。
【００３７】
すなわち、遅角制御により元々の燃焼状態が不安定であることに加え、リーン気筒では燃料量も不十分である。よってリーン気筒において燃焼状態がさらに不安定となり、エミッションや回転変動が悪化する。
【００３８】
そこでこの問題を解決するため、本実施形態においては、気筒間空燃比のばらつき度合いに相関するパラメータを検出し、所定程度以上のばらつき度合いに相当するパラメータが検出されたとき、そのようなパラメータが検出されない場合に比べ、遅角制御における遅角量を減少する。
【００３９】
気筒間空燃比ばらつきが発生すると触媒温度が上昇する傾向にある。従ってこの上昇分、遅角量を減少することによって、同等の触媒暖機性能を確保しつつ、リーン気筒における燃焼状態を向上することが出来る。結果的に、気筒間空燃比ばらつきが発生した状態で暖機中遅角制御を実行した場合の燃焼状態の安定化を図ることができる。そしてエミッションや回転変動の悪化を抑制することができる。
【００４０】
ここで、気筒間空燃比ばらつきが発生した場合の触媒温度上昇について説明する。図４に示すように、気筒間空燃比ばらつきが発生すると、１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）間での排気空燃比の変動が大きくなる。（Ｂ）の空燃比線図ａ，ｂ，ｃはそれぞればらつき無し、１気筒のみ２０％のインバランス割合でリッチずれ、及び１気筒のみ５０％のインバランス割合でリッチずれの場合の、触媒前センサ１７による検出空燃比Ａ／Ｆを示す。見られるように、ばらつき度合いが大きくなるほど空燃比変動の振幅が大きくなる。
【００４１】
ここでインバランス割合（％）とは、気筒間空燃比のばらつき度合いに相関する一つのパラメータである。即ち、インバランス割合とは、全気筒のうちある１気筒のみが燃料噴射量ズレを起こしている場合に、その燃料噴射量ズレを起こしている気筒（インバランス気筒）の燃料噴射量がどれくらいの割合で、燃料噴射量ズレを起こしていない気筒（バランス気筒）の燃料噴射量即ち基準噴射量からズレているかを示す値である。インバランス割合をＩＢ、インバランス気筒の燃料噴射量をＱｉｂ、バランス気筒の燃料噴射量即ち基準噴射量をＱｓとすると、ＩＢ＝（Ｑｉｂ−Ｑｓ）／Ｑｓで表される。インバランス割合ＩＢが大きいほど、インバランス気筒のバランス気筒に対する燃料噴射量ズレが大きく、空燃比ばらつき度合いは大きい。
【００４２】
気筒間空燃比ばらつきが発生し、図４に示したような１エンジンサイクル間における排気空燃比の変動が生じると、上流触媒１１において短い周期で酸化還元反応が繰り返され、上流触媒１１の活性が促進される。その結果、気筒間空燃比ばらつきが無いときに比べ、上流触媒１１の温度が上昇する。
【００４３】
上流触媒１１（下流触媒１９も同様）は酸素吸蔵能（Ｏ2ストレージ能）を有し、供給された排気ガスの空燃比がストイキよりリーンのときに排気ガス中の過剰酸素を吸着保持する一方、供給された排気ガスの空燃比がストイキよりリッチのときには吸着保持していた酸素を放出する。このときの酸素吸着が酸化反応、酸素放出が還元反応である。図４に示したように、気筒間空燃比ばらつきが発生すると上流触媒１１に供給される排気ガスの空燃比が１エンジンサイクル間でリーン、リッチと変化するので、その度に酸化還元反応が行われ、上流触媒１１の温度が上昇する。
【００４４】
次に、本実施形態において使用される、空燃比ばらつき度合いに相関する別のパラメータを説明する。以下、前述のインバランス割合は単に説明目的のためだけに用いる。
【００４５】
図４から理解されるように、インバランス割合が大きいほど、すなわち空燃比ばらつき度合いが大きいほど、触媒前センサ１７の出力変動が大きくなる。
【００４６】
よってこの特性を利用し、本実施形態では、触媒前センサ１７の出力変動度合いに相関する出力変動パラメータＸを、空燃比ばらつき度合いに相関するパラメータとして用い、且つ出力変動パラメータＸを検出若しくは算出する。
【００４７】
以下に出力変動パラメータＸの算出方法を説明する。図５は図４のＵ部に相当する拡大図であり、特に１エンジンサイクル内の触媒前センサ出力の変動を簡略的に示す。触媒前センサ出力としては、触媒前センサ１７の出力電圧Ｖｆを空燃比Ａ／Ｆに換算した値を用いる。但し触媒前センサ１７の出力電圧Ｖｆを直接用いることも可能である。
【００４８】
図５（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ２０は、１エンジンサイクル内において、所定のサンプル周期τ毎に、触媒前センサ出力Ａ／Ｆの値を取得する。そして今回（ｎ）のタイミングで取得した値Ａ／Ｆnと、前回（ｎ−１）のタイミングで取得した値Ａ／Ｆn-1との差の絶対値（出力差という）ΔＡ／Ｆnを次式（１）により求める。この出力差ΔＡ／Ｆnは今回のタイミングにおける微分値あるいは傾きと言い換えることができる。
【００４９】
【数１】
2013133790.tif 000003
【００５０】
最も単純には、この出力差ΔＡ／Ｆnが触媒前センサ出力の変動を表す。変動度合いが大きくなるほど空燃比線図の傾きが大きくなり、出力差ΔＡ／Ｆnが大きくなるからである。そこで所定の１タイミングにおける出力差ΔＡ／Ｆnの値を出力変動パラメータとすることができる。
【００５１】
但し、本実施形態では精度向上のため、複数の出力差ΔＡ／Ｆnの平均値を出力変動パラメータＸとする。本実施形態では、１エンジンサイクルの間、各タイミング毎に出力差ΔＡ／Ｆnを積算し、最終積算値をサンプル数Ｎで除し、１エンジンサイクル内の差ΔＡ／Ｆnの平均値を求める。そしてさらに、Ｍエンジンサイクル分（例えばＭ＝１００）だけ出力差ΔＡ／Ｆnの平均値を積算し、最終積算値をサイクル数Ｍで除し、Ｍエンジンサイクル内の出力差ΔＡ／Ｆnの平均値を求める。こうして求められた最終的な平均値を出力変動パラメータＸとする。触媒前センサ出力の変動度合いが大きくなるほど出力変動パラメータＸは大きくなる。
【００５２】
なお、触媒前センサ出力Ａ／Ｆは増加する場合と減少する場合とがあるので、これら各場合の一方についてだけ上記出力差ΔＡ／Ｆnあるいはその平均値を求め、これを出力変動パラメータとしても良い。特に１気筒のみリッチずれの場合、当該１気筒に対応した排気ガスを触媒前センサが受けた時にその出力が急速に減少（リッチ側に変化）する傾向があるので、減少側のみの値をリッチずれ検出のために用いることも可能である。もっとも、これに限定されず、増加側の値のみを用いることも可能である。
【００５３】
また、触媒前センサ出力の変動度合いに相関する如何なる値をも出力変動パラメータとすることができる。例えば、１エンジンサイクル内における触媒前センサ出力の最大ピークと最小ピークの差（所謂ピークトゥピーク; peak to peak）、または２階微分値の最大ピークまたは最小ピークの絶対値に基づいて、出力変動パラメータを算出することもできる。触媒前センサ出力の変動度合いが大きいほど、触媒前センサ出力の最大ピークと最小ピークの差は大きくなり、また２階微分値の最大ピークまたは最小ピークの絶対値も大きくなるからである。
【００５４】
図６には、インバランス割合ＩＢ（％）と出力変動パラメータＸの関係を示す。図示されるように、インバランス割合ＩＢと出力変動パラメータＸの間には強い相関関係があり、インバランス割合ＩＢの絶対値が増加するほど空燃比変動パラメータＸも増加する。
【００５５】
本実施形態では、算出された出力変動パラメータＸに基づき気筒間空燃比ばらつき異常が検出される。より詳細には、算出された出力変動パラメータＸを所定の判定値αと比較して、気筒間空燃比ばらつき異常の有無が判定される。図６に示すように、算出された出力変動パラメータＸが判定値α以上であればばらつき異常あり（異常）、算出された出力変動パラメータＸが判定値αより小さければばらつき異常なし（正常）と判定される。
【００５６】
そして本実施形態では、ばらつき異常ありと判定された場合のみ、前述の遅角量減少を実行する。
【００５７】
但し、ばらつき異常の検出は任意であり省略可能である。ばらつき異常検出の有無に拘わらず、所定値以上の出力変動パラメータＸが検出された場合に遅角量減少を実行することができる。
【００５８】
図６に示すように、判定値αは、負のインバランス割合ＩＢ１および正のインバランス割合ＩＢ２に対応する値である。つまり本実施形態では、ＩＢ１以下のインバランス割合ＩＢに相当する出力変動パラメータＸが検出された場合と、ＩＢ２以上のインバランス割合ＩＢに相当する出力変動パラメータＸが検出された場合とに、所定程度以上のばらつき度合いに相当する出力変動パラメータＸが検出されたとして、遅角量減少が実行される。
【００５９】
以下、図７を参照してばらつき異常検出ルーチンを説明する。このルーチンはＥＣＵ２０によりサンプル周期τ毎に繰り返し実行される。
【００６０】
まずステップＳ１０１では、異常検出を行うのに適した所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。この前提条件は、例えば次の各条件が成立したときに成立する。
（１）エンジンの暖機が終了している。ＥＣＵ２０は、水温センサ２１により検出された水温が所定値（例えば７５℃）以上であるとき暖機終了と判断する。
（２）触媒前センサ１７および触媒後センサ１８が活性化している。ＥＣＵ２０は、両センサのインピーダンスがそれぞれ所定の活性温度相当の値になっているとき、両センサが活性化していると判断する。
（３）上流触媒１１および下流触媒１９が活性化している。ＥＣＵ２０は、別途推定した上流触媒１１および下流触媒１９の温度がそれぞれ所定の活性温度相当の値になっているとき、両触媒が活性化していると判断する。
（４）エンジンが定常運転中である。ＥＣＵ２０は、所定期間内において検出された吸入空気量Ｇａの変動幅が所定値以内であるときエンジンが定常運転中であると判断する。
（５）エアフローメータ５により検出された吸入空気量Ｇａが所定値（例えば２０（ｇ／ｓ））以上である。
（６）ストイキ制御中である。
【００６１】
前提条件が成立していない場合にはルーチンが終了される。他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ１０２に進んで異常検出が実質的に開始または実行される。
【００６２】
ステップＳ１０２において、今回のサンプル時期ｎないしタイミングにおける触媒前センサ出力Ａ／Ｆnが取得される。なお触媒前センサ出力Ａ／Ｆnは触媒前センサ１７の出力電圧Ｖｆを空燃比に換算した値である。
【００６３】
ステップＳ１０３において、今回のタイミングにおけるセンサ出力差ΔＡ／Ｆnが前式（１）より算出される。
【００６４】
ステップＳ１０４において、センサ出力差ΔＡ／Ｆnが積算され、すなわち今回のタイミングにおける積算センサ出力差ΣΔＡ／Ｆnが次式（２）より算出される。
【００６５】
【数２】
2013133790.tif 000004
【００６６】
ステップＳ１０５において、１エンジンサイクルが終了したか否かが判断される。終了してなければルーチンが終了され、終了した場合にはステップＳ１０６に進む。
【００６７】
ステップＳ１０６では、今回の１エンジンサイクル終了時点における最終的な積算センサ出力差ΣΔＡ／Ｆnがサンプル数Ｎで除して平均化され、平均センサ出力差Ｒmが算出される。
【００６８】
そしてステップＳ１０７において、平均センサ出力差Ｒmが積算され、すなわち今回のエンジンサイクル終了時点における積算平均センサ出力差ΣＲmが次式（３）より算出される。
【００６９】
【数３】
2013133790.tif 000005
【００７０】
次に、ステップＳ１０８において、Ｍエンジンサイクル（但しＭは２以上の整数で、例えば１００）が終了したか否かが判断される。終了してなければルーチンが終了され、終了した場合にはステップＳ１０９に進む。
【００７１】
ステップＳ１０９では、Ｍエンジンサイクル終了時点における最終的な積算平均センサ出力差ΣＲmがサイクル数Ｍで除して平均化され、出力変動パラメータＸが算出される。すなわち、複数（Ｎ×Ｍ個）のセンサ出力差ΔＡ／Ｆnの平均値が最終的な出力変動パラメータＸとして算出される。
【００７２】
この算出もしくは検出された出力変動パラメータＸは学習値としてＥＣＵ２０に記憶される。
【００７３】
次いで、ステップＳ１１０において、出力変動パラメータＸが判定値αと比較される。
【００７４】
出力変動パラメータＸが判定値α以上である場合、ステップＳ１１１に進んでばらつき異常有り、すなわち異常と判定され、ルーチンが終了される。なお異常判定と同時に、異常の事実をユーザに知らせるべくチェックランプ等の警告装置を起動するのが好ましい。
【００７５】
他方、出力変動パラメータＸが判定値α未満である場合、ステップＳ１１２に進んでばらつき異常無し、すなわち正常と判定され、ルーチンが終了される。これら正常または異常に関する情報もＥＣＵ２０に記憶される。
【００７６】
次に、本実施形態における触媒暖機中の点火時期遅角制御を詳細に説明する。
【００７７】
図８に、遅角制御における各遅角量を示す。まず（Ａ）はベース遅角量Ａ０を示し、この値はＥＣＵ２０に予め記憶されている。詳しくは後述するが、ベース遅角量Ａ０は、アイドルのオン・オフ状態および変速機ポジションに応じて異なる値に設定される。なお本実施形態の車両は、トルクコンバータおよび自動変速機を有するオートマチック車である。
【００７８】
次に（Ｂ）は、比較例として、遅角量を減少しない場合の暖機遅角量すなわち標準遅角量Ａ１を示し、標準遅角量Ａ１は式：Ａ１＝Ａ０×Ｂｍａｐから算出される。Ｂｍａｐは増量係数であり、図９に示すような所定の２次元マップを用いて、始動時水温Ｔｗと積算空気量ΣＧａに基づき算出される。
【００７９】
始動時水温Ｔｗとは、エンジン１が始動された時点、例えばエンジン１の完爆判定時点において水温センサ２１により検出された水温のことである。また積算空気量ΣＧａとは、エンジン１が始動された時点から積算される吸入空気量Ｇａの積算値のことである。
【００８０】
図１０に示すように、増量係数Ｂｍａｐは、始動時水温Ｔｗ１が所定値Ｔｗ１以上のとき一定値としての１であり、始動時水温Ｔｗ１が所定値Ｔｗ１未満のとき始動時水温Ｔｗの低下につれ増大する。
【００８１】
また図１１に示すように、増量係数Ｂｍａｐは、積算空気量ΣＧａが所定値ΣＧａ１以上のとき一定値としての１であり、積算空気量ΣＧａが所定値ΣＧａ１未満のとき積算空気量ΣＧａの低下につれ増大する。
【００８２】
これらの特性を１枚のマップに纏めたのが図９である。この図９のマップに従えば、始動時水温Ｔｗ１が低いほど、また積算空気量ΣＧａが少ないほど、大きい増量係数Ｂｍａｐが得られ、標準遅角量Ａ１はベース遅角量Ａ０に対しより増大される。
【００８３】
具体的な制御の態様については、エンジン始動時点で始動時水温Ｔｗが例えば図示の如きＴｗ２に決まり、エンジン運転時間の経過につれ積算空気量ΣＧａがＴｗ＝Ｔｗ２のライン上で増加する。これに伴って増量係数Ｂｍａｐが徐々に低下していく。そしてＢｍａｐ＝１となるような積算空気量ΣＧａ２に達した時点で、標準遅角量Ａ１はベース遅角量Ａ０に等しくなり、ベース遅角量Ａ０に対する遅角量の増量は行われなくなる。そしてこの時点で上流触媒１１の暖機が終了したと判断される。要するに、ベース遅角量Ａ０に対する遅角量の増量が行われている間が上流触媒１１の暖機中である。
【００８４】
次に（Ｃ）は、本実施形態の一例として、遅角量を減少可能な場合の暖機遅角量Ａ２を示す。暖機遅角量Ａ２は式：Ａ２＝Ａ０×Ｂｍａｐ×Ｃｍａｐ＝Ａ１×Ｃｍａｐから算出される。Ｃｍａｐは減量係数であり、図１２に示すような所定の１次元マップを用いて、既に検出もしくは算出された出力変動パラメータＸに基づき算出される。
【００８５】
図１２に示すように、減量係数Ｃｍａｐは、出力変動パラメータＸが前述の判定値α未満のとき一定値としての１であり、出力変動パラメータＸが判定値α以上のとき出力変動パラメータＸの増大につれ低下する。減量係数Ｃｍａｐの最大値は１であり、減量係数Ｃｍａｐの最小値はゼロとすることができる。
【００８６】
すなわちこれは、検出された出力変動パラメータＸが判定値α以上であり且つばらつき異常が検出された異常時に、遅角量が標準遅角量Ａ１に対し減少されることを意味する。このとき、標準遅角量Ａ１に対する遅角量の減少量は、検出された出力変動パラメータＸに応じて変化し、特に出力変動パラメータＸが大きい値であるほど多くなる。
【００８７】
前述したように、出力変動パラメータＸが大きい値であるほど、空燃比ばらつき度合いが大きく、上流触媒１１の温度は上昇する傾向にある。よって遅角量減少量を出力変動パラメータＸに応じて変化させ、特に出力変動パラメータＸが大きい値であるほど多くすることによって、触媒温度上昇分に見合った適切な量だけ遅角量を減少することができる。よって遅角量減少量を最適化し、触媒暖機性能とリーン気筒における燃焼状態安定化を好適に両立することが可能である。
【００８８】
他方、図１２に示すマップによれば、検出された出力変動パラメータＸが判定値α未満であり且つばらつき異常が検出されない正常時に、遅角量が標準遅角量Ａ１に対し減少されず、標準遅角量Ａ１と等しくされる。この場合、空燃比ばらつきに起因する上流触媒１１の温度上昇が実質的に期待できず、遅角量減少を行ってしまうと触媒暖機性能が損なわれるので、遅角量減少は行わない。またリーン気筒が実質的に発生していないので、遅角量減少を行わなくても燃焼状態悪化が生じない。
【００８９】
つまり、ばらつき異常の無い正常時には暖機遅角量Ａ２が標準遅角量Ａ１と等しくされ、ばらつき異常が検出されたときには暖機遅角量Ａ２が標準遅角量Ａ１に対し減少される。
【００９０】
次に、図１３を参照して、本実施形態における遅角量算出ルーチンを説明する。このルーチンはＥＣＵ２０によりサンプル周期τ毎に繰り返し実行される。
【００９１】
まずステップＳ２０１では、アイドルオンか否か、すなわちエンジンがアイドル運転中か否かが判断される。アイドル運転中である場合はステップＳ２０２に進み、アイドル運転中でない場合（アイドルオフの場合）はステップＳ２０５に進む。
【００９２】
ステップＳ２０２では、自動変速機が、非駆動ポジションであるニュートラル（Ｎ）またはパーキング（Ｐ）レンジにあるか否かが判断される。
ＮまたはＰレンジにある場合、ステップＳ２０３において、暖機遅角量Ａ２が式：Ａ２＝Ａ０ｎ×Ｂｍａｐ×Ｃｍａｐから算出される。ここで、Ａ０ｎは、アイドルオンで非駆動ポジションの場合に最適となるよう予め定められたベース遅角量である。減量係数Ｃｍａｐは、ＥＣＵ２０に記憶された最新の学習値である出力変動パラメータＸの値に基づき、図１２のマップに従って算出される。増量係数Ｂｍａｐは、エンジン始動時に定まる始動時水温Ｔｗと、現在の積算空気量ΣＧａとの値に基づき、図９のマップに従って算出される。減量係数Ｃｍａｐが乗算されるので、ばらつき異常が検出された場合には遅角量が標準遅角量Ａ１から減少されることとなる。
【００９３】
他方、ステップＳ２０２においてＮまたはＰレンジにない場合、すなわち自動変速機が駆動ポジションであるドライブ（Ｄ）またはリバース（Ｒ）レンジにある場合には、暖機遅角量Ａ２が式：Ａ２＝Ａ０ｄ×Ｂｍａｐ×Ｃｍａｐから算出される。Ａ０ｄは、アイドルオンで駆動ポジションの場合に最適となるよう予め定められたベース遅角量である。減量係数Ｃｍａｐおよび増量係数Ｂｍａｐの算出方法は前記同様である。
【００９４】
一方、ステップＳ２０５では、暖機遅角量Ａ２が式：Ａ２＝Ａ０ｆ×Ｂｍａｐ×Ｃｍａｐから算出される。Ａ０ｆは、アイドルオフの場合に最適となるよう予め定められたベース遅角量である。減量係数Ｃｍａｐおよび増量係数Ｂｍａｐの算出方法は前記同様である。
【００９５】
以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。上記の数値はあくまで例示であり、適宜変更が可能である。
【００９６】
上記実施形態は、ばらつき異常検出の有無に応じて遅角量減少を実行・不実行とするものであった。しかしながら、ばらつき異常検出の有無とは無関係に遅角量減少を行ってもよい。具体的には、遅角量減少の実行の是非を定めるしきい値を、ばらつき異常検出の判定値αと異なる値に設定してもよい。
【００９７】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１  内燃機関（エンジン）
５  エアフローメータ
１０  スロットルバルブ
１１  上流触媒
１２  インジェクタ
１５  アクセル開度センサ
１６  クランク角センサ
１７  触媒前センサ
１８  触媒後センサ
１９  下流触媒
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１  水温センサ
【図１】
2013133790.tif 000006
【図２】
2013133790.tif 000007
【図３】
2013133790.tif 000008
【図４】
2013133790.tif 000009
【図５】
2013133790.tif 000010
【図６】
2013133790.tif 000011
【図７】
2013133790.tif 000012
【図８】
2013133790.tif 000013
【図９】
2013133790.tif 000014
【図１０】
2013133790.tif 000015
【図１１】
2013133790.tif 000016
【図１２】
2013133790.tif 000017
【図１３】
2013133790.tif 000018