JP4365626B2 - 多気筒エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒エンジンの空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガソリンエンジンでは、排気管に空燃比センサを備え、その出力信号に基づいて燃料噴射量を増減させるフィードバック補正が行われる。特に、三元触媒とＯ2センサとを備えたエンジンシステムでは、Ｏ2センサの出力信号に基づいて燃料噴射量を増減させ、排気空燃比をストイキ近傍に維持させることにより、三元触媒の浄化率を高め、テールパイプ排気をクリーンに保って排気浄化を図ることができる。
【０００３】
ここで、多気筒エンジンにおいて、各気筒の排気空燃比にばらつきが存在する場合には、全気筒による平均排気空燃比がストイキに維持されていたとしても、各気筒からはリッチ或いはリーンのいずれかに偏ったガスが排出されてしまう。そして、各気筒の排気が排気管内にて十分に混合されないままでは、リッチ状態の場合にはＨＣ、ＣＯが三元触媒を大量に通過する一方、リーン状態の場合にはＮＯｘが三元触媒を大量に通過するため、これらを有効に浄化させることができないという問題がある。
【０００４】
そこで、この状況を打開すべく、三元触媒の前に設けた空燃比センサの検出値から各気筒の排気空燃比のばらつきを推定して燃料噴射量を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
当該技術では、各気筒の排気空燃比自体をそれぞれ別個に推定し、各気筒間の排気空燃比のばらつきをなくした排気浄化を図っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−８２２２１号公報（段落番号００３５〜００３７、図５等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の技術では、気筒毎の排気空燃比をストイキに制御するものである。換言すれば、リッチ・リーンの度合を１気筒ずつ独立して検出し、この検出値とストイキとの偏差をフィードバックさせるとの、各気筒それぞれ別個の絶対値評価を行って排気空燃比のばらつきを是正している。
【０００７】
よって、全気筒からみれば平均排気空燃比をストイキに維持することが可能であるものの、これを達成するには、各気筒の排気空燃比を精度良く推定することが必要になるし、１気筒ずつ独立した修正の基準値が必要になり、これらの推定方法や基準値を適正に設定することが難しく、また、気筒間における排気空燃比のずれの抑制に対するチューニングが複雑になってしまうとの問題がある。
【０００８】
すなわち、前記従来の技術では、排気空燃比のずれを抑制させる制御を簡便に実現させる点については依然として課題が残されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、気筒間の排気空燃比のばらつきを比較的簡便な手法で修正することができる多気筒エンジンの空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の多気筒エンジンの空燃比制御装置は、多気筒エンジンの一対の気筒からの排気が流入する排気通路と、排気通路に配設された触媒コンバータと、触媒コンバータの排気上流側に配設され、排気空燃比に対応して検出出力を発生する空燃比検出手段と、空燃比検出手段からの検出出力に基づき燃料噴射量を制御して触媒コンバータに流入する排気の平均空燃比をストイキ近傍に調整する燃焼空燃比制御手段と、一の気筒について空燃比検出手段の検出出力がリッチ・リーンのうちで同じ側を２回続けて示す一方、その間に検出される他の気筒についての空燃比検出手段の出力が一の気筒とは異なる側を示すことが検出されたとき、一の気筒と他の気筒の排気空燃比間にばらつきがあることを判定する排気空燃比ばらつき判定手段とを備え、燃焼空燃比制御手段は、排気空燃比ばらつき判定手段によって排気空燃比のばらつきがあると判定されたとき、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比を維持しながらばらつきを減少させるべく、一の気筒への燃料噴射量と他の気筒への燃料噴射量とを互いに反対方向に等量補正するよう燃料噴射量を補正することを特徴としている。
【００１０】
したがって、請求項１記載の多気筒エンジンの空燃比制御装置によれば、空燃比検出手段の出力にて、一の気筒がリッチ・リーンの一方を示し、次いで他の気筒がリッチ・リーンの他方、すなわち一の気筒とは異なることを示し、さらに、当該一の気筒が前回と同じ側の検出出力を示したとき、つまり、例えば、一の気筒の排気空燃比が２回続けてリッチであるのに対し、その間における他の気筒の排気空燃比がリーンを示した場合には、排気空燃比ばらつき判定手段が一の気筒と他の気筒との間にはばらつきがあると判定する。そして、燃焼空燃比制御手段にて、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比が変わらないように維持しながら気筒間の排気空燃比のずれを減らすべく、一の気筒に対する燃料噴射量を補正（例えば減量）するとともに、他の気筒に対する燃料噴射量を一の気筒に対する燃料噴射量の補正とは反対側に等量補正（例えば減少分と同量の増量）するよう、燃料噴射量の補正が行われる。
【００１１】
よって、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比が変わらないように維持しながら、１気筒ずつの絶対値評価によって排気空燃比のばらつきを是正することなく、各気筒の状態を比較する相対値評価によって排気空燃比のばらつきを是正しているので、全体の平均排気空燃比を安定させたままばらつきを是正することが可能であるとともに、修正のための気筒毎の基準値が不要になり、気筒間における排気空燃比のずれの抑制に対するチューニングが容易になる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明では、排気空燃比ばらつき判定手段は、エンジンのアイドル時に限って、判定を実行することを特徴としている。
このように、ばらつき判定を低速低負荷で加減速のないアイドル時に限定すれば、エンジン回転速度が高速の場合の如く、一の気筒からの排気と他の気筒からの排気とが混ざり易くなってしまう場合に比し、排気の流れが安定して混ざらなくなり、ばらつき判定の精度や安定性が向上する。
【００１４】
さらに、請求項３記載の発明では、燃焼空燃比制御手段は、エンジンの燃料系のパージ作動中は、燃料噴射量の補正を禁止することを特徴としている。
このように、パージ作動中には燃焼空燃比制御の補正を禁止することから、パージガスが導入されることで排気空燃比が変動し易い時期に燃料噴射量が補正されて制御が発散するような事態が未然に防止される。
【００１５】
また、請求項４記載の発明では、補正された燃料噴射量を記憶して学習する燃焼空燃比学習手段をさらに備え、燃焼空燃比制御手段は、エンジンの吸入空気量が大きくなるに連れて燃焼空燃比学習手段により学習された燃料噴射量への依存度を下げることを特徴としている。
このように、例えば走行中等のオフアイドル時にも補正された燃料噴射量を反映させることができる一方、エンジン回転速度が高速の状態では排気空燃比にばらつきが少ないことを鑑み、吸入空気量が大きいほど補正された燃料噴射量の反映率を減らしているので、燃焼空燃比制御の最適化が図られ、制御の信頼性が向上する。
【００１６】
さらに、請求項５記載の発明では、空燃比検出手段は、排気空燃比のリッチ・リーンに応じてオン・オフを出力するＯ２センサであり、排気空燃比ばらつき判定手段は、排気空燃比が前記Ｏ２センサによる出力電圧の中央値よりも高いときにリッチ、低いときにリーンと判定し、判定結果に基づいて一の気筒と他の気筒との排気空燃比にばらつきがあることを検出することを特徴としている。
【００１７】
このように、安価なＯ2センサを用い、しかも、リニアＡ／Ｆセンサを用いる場合の如く継続した補正が行われないことから、制御ハンチングが起こり難くなり、燃焼空燃比制御の安定性がさらに向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る多気筒エンジンの空燃比制御装置が適用されるエンジンの概略構成図が示されており、以下図１に基づき本発明に係る多気筒エンジンの空燃比制御装置の構成を説明する。
【００１９】
当該実施形態に用いられる４気筒エンジン（以下、エンジン）１としては、例えば、吸気マニホールド１０を介した燃料噴射が実施可能なマルチポイントインジェクションエンジン（ＭＰＩ型エンジン）が採用される。
図１に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、４つの各気筒毎に略水平方向に吸気ポート４が形成されており、各吸気ポート４の燃焼室３側には、各吸気ポート４と燃焼室３との連通及び遮断を行う吸気弁８がそれぞれ設けられている。
【００２０】
各吸気ポート４には吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０には、各気筒♯１〜♯４に燃料噴射を行う電磁式のインジェクタ１１がそれぞれ取り付けられており、インジェクタ１１には、燃料パイプ１２を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続される。そして、インジェクタ１１は、ピストン５の排気行程等で燃焼室３に向けて燃料を噴射する。
【００２１】
吸気マニホールド１０には吸気管１３の一端が接続されている。吸気管１３には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられ、スロットル弁１４近傍には、スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１５が設けられ、さらに、スロットル弁１４よりも上流側には、吸入空気量を検出するために、カルマン渦式のエアフローセンサ１６が設けられている。そして、新気は、吸気マニホールド１０を介して各気筒♯１〜♯４に吸入される。
【００２２】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ７が取り付けられており、点火プラグ７には高電圧を出力する点火コイル１７が接続され、吸気管１３からの新気とインジェクタ１１からの燃料とからなる混合気に対して燃焼室３内で火花点火を行う。
さらに、シリンダヘッド２には、４つの各気筒毎に略水平方向に排気ポート６が形成されており、各排気ポート６の燃焼室３側には、各排気ポート６と燃焼室３との連通及び遮断を行う排気弁９がそれぞれ設けられている。
【００２３】
各排気ポート６には排気マニホールド２０の一端がそれぞれ接続されている。この排気マニホールド２０には、ここでは、図２に示すようなデュアル型排気マニホールドシステムが採用される。
当該排気マニホールド２０では、第１気筒（♯１）からの排ガス流を構成させる第１分岐路２１と、第２気筒（♯２）からの排ガス流を構成させる第２分岐路２２と、第３気筒（♯３）からの排ガス流を構成させる第３分岐路２３と、第４気筒（♯４）からの排ガス流を構成させる第４分岐路２４とから構成され、燃焼順序が＃１、＃３、＃４、＃２の場合には、燃焼が連続しない♯１及び♯４を一方の気筒群とし、同じく点火順序が連続しない♯２及び♯３を他方の気筒群としてまとめ、第１通路２１からの排ガス流と第４通路２４からの排ガス流とを合流させるとともに、第２通路２２からの排ガス流と第３通路２３からの排ガス流とを合流させるよう構成される。これにより、当該排気マニホールド２０では、排気干渉が少なくされ、排気慣性或いは排気脈動の大きな効果が得られる。
【００２４】
排気マニホールド２０の他端には集合管２５を介して排気管３３が接続されており、集合管２５は、第１通路２１及び第４通路２４に連通する排気通路２６Ａ、２６Ｂと、第２通路２２及び第３通路２３に連通する排気通路２７Ａ、２６Ｂとの２本の管路（デュアル管路）から構成される。つまり、集合管２５は、＃１と＃４とからなる一方の気筒群からの排ガス流が排気通路２６Ａ、２６Ｂを流れ、＃２と＃３とからなる他方の気筒群からの排ガス流が排気通路２７Ａ、２７Ｂ集合管２２ｂを流れるよう構成されている。
【００２５】
また、排気通路２６Ａと排気通路２６Ｂとの間には、前段触媒コンバータとして三元触媒（マニホールドキャタライザコンバータ（ＭＣＣ））２８が介装され、同様に、排気通路２７Ａと排気通路２７Ｂとの間にも、三元触媒（ＭＣＣ）２９が介装されている。このように、ＭＣＣ２８、２９がエンジン１に近い位置に配設されることから、エンジン１が冷態状態であってもＭＣＣ２８、２９の早期活性化が図られ、排気物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）を運転状態に拘わらず良好に浄化可能になる。
【００２６】
そして、排気通路２６Ａ、すなわち、ＭＣＣ２８の排気上流側部分には、空燃比検出手段として排気空燃比のリッチ・リーンに応じてオン・オフを出力するＯ2センサ３０が、同じく排気通路２７Ａ、すなわち、ＭＣＣ２９の排気上流側部分にも、空燃比センサとしてＯ2センサ３１がそれぞれ一つずつ設けられており、排気中の酸素濃度ひいては排気空燃比を検出する。
【００２７】
排気管３３には、さらに、後段触媒コンバータとして三元触媒（アンダーフロアキャタライザコンバータ（ＵＣＣ））３５が介装されている。これにより、排気物質をより一層良好に浄化可能になる。
電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を備えており、当該ＥＣＵ４０により、エンジン１の総合的な制御が行われる。
【００２８】
ＥＣＵ４０の入力側には、上記ＴＰＳ１５、エアフローセンサ１６、Ｏ2センサ３０、３１の他、エンジン１の回転速度を検出するクランク角センサ１８やエンジン１の冷却水温を検出する水温センサ１９等の各種センサ類が接続されている。なお、クランク角センサ１８によってクランク角が検出されると、当該クランク角に基づいて現在の燃焼気筒も判別される。
【００２９】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上記インジェクタ１１、点火コイル１７、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期の各信号がそれぞれ出力される。これにより、インジェクタ１１からは適正量の燃料が適正時期で噴射され、点火プラグ１７により適正時期で火花点火が実施される。
【００３０】
特に、本発明の空燃比制御装置では、安価なＯ2センサ３０、３１を用いて簡便な、かつ、安定した判定方法により気筒間のばらつきが修正できるようにすべく、ＥＣＵ４０には、排気空燃比ばらつき判定部（排気空燃比ばらつき判定手段）４１と、燃焼空燃比制御部（燃焼空燃比制御手段）４２と、燃焼空燃比学習部（燃焼空燃比学習手段）４３とが備えられている。
【００３１】
排気空燃比ばらつき判定部４１では、一方の気筒群或いは他方の気筒群において、燃焼が連続しない気筒間の排気空燃比にばらつきがあるか否かを検出するものである。具体的には、一例として一方の気筒群について述べると、Ｏ2センサ３０により検出された一の気筒（例えば＃１）の排気空燃比が所定値に対し２回続けてリッチ・リーンのうちの同じ側の排気空燃比を示す一方、同じくＯ2センサ３０により検出された他の気筒（例えば＃４）の排気空燃比が、＃１による２回分の排気空燃比が検出される間に、＃１の排気空燃比とは異なる側の排気空燃比を示したとき、＃１と＃４との排気空燃比間にばらつきがあることを検出し、その結果を燃焼空燃比制御部４２に出力する。
【００３２】
燃焼空燃比制御部４２では、排気空燃比ばらつき判定部４１の出力信号に基づき、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比を維持するよう、燃料噴射量を補正するものである。上記と同様に一例として一方の気筒群について述べると、＃１への燃料噴射量を補正するとともに、＃４への燃料噴射量を、この＃１と＃４との平均排気空燃比を維持するように、＃１に対する補正とは反対側に補正し、その結果を燃焼空燃比学習部４３に出力する。
【００３３】
燃焼空燃比学習部４３では、燃焼空燃比制御部４２の出力信号に基づき、補正された燃料噴射量が所定の制限値以下であるときには、当該補正された燃料噴射量を記憶・学習するものであり、この学習値は次回の補正に用いられる。
図３を参照すると、本発明に係る空燃比制御装置における空燃比制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿い説明する。
【００３４】
上述と同様に、一例として一方の気筒群について述べると、まず、ステップＳ３０１では、排気空燃比ばらつき判定部４１にて、Ｏ2センサ３０の出力電圧を読み込み、＃１若しくは＃４の排気空燃比がリッチ又はリーンのいずれかであるかを認識してステップＳ３０２に進む。
この排気空燃比ばらつき判定部４１によるＯ2センサ３０の出力電圧の読み込みについては、図４に示されている。
【００３５】
図４（ａ）は、６秒間におけるＯ2センサ３０の出力電圧の変動を示し、同図（ｂ）は、（ａ）中のＢ部分について時間スケールを拡大して表示したものである。
本来、Ｏ2センサ３０の出力電圧は、各行程毎、本実施形態の例で述べれば＃１及び＃４に対してばらつくものではなく、時間経過に伴って緩やかに変動するものである。一方、＃１及び＃４の排気空燃比にばらつきがあると、同図（ａ）に示すように、Ｏ2センサ３０の出力電圧は、排気サイクルに同期して立ち上がり及び立ち下がりを繰り返す如くの周期的な変動が生じてしまう。そこで、本発明は、Ｏ2センサ３０の出力電圧が各行程毎にばらついていることに着目する。
【００３６】
ここで、上記立ち上がり及び立ち下がりによる出力電圧の変動をクランク角センサ１８で検出されるクランク角信号と合わせて検討すると、同図（ｂ）に示すように、まず、クランク角約３６０゜毎に上記立ち上がり及び立ち下がりが生じていることが分かる（ＳＧＣ）。また、歯欠けの位置から７５゜Ｂ近傍の出力電圧が＃１及び＃４の排気空燃比を顕著に表していると考えられる（ＳＧＴ）。さらに、排ガス流が燃焼室３からＯ2センサ３０に至るまでの応答遅れを鑑みれば、＃１からの排ガス流が第１通路２１を介して排気通路２６ＡのＯ2センサ３０に到達するまでの時間と、＃４からの排ガス流が第４通路２４を介して排気通路２６ＡのＯ2センサ３０に到達するまでの時間とは、ともに約１回転半後のクランク角に相当するので、上記７５゜Ｂ近傍の出力電圧は、＃１及び＃４の前回の燃焼時における排気空燃比を代表していると擬制できる。
【００３７】
そこで、排気空燃比ばらつき判定部４１では、７５゜Ｂ近傍のＯ2センサ３０による出力電圧に基づいて＃１及び＃４の排気空燃比を検出し、この検出値が出力電圧の所定値の一例である中央値（０．５Ｖ）よりも高いときにリッチ、低いときにリーンと判定する。このように、７５゜Ｂ近傍の出力電圧だけを用いて燃焼噴射量の補正を行わせれば、制御ハンチングが起こり難くなる。なお、上記中央値（０．５Ｖ）とは、Ｏ2センサ３０の出力電圧（約０．２〜０．９Ｖ）の中央値付近のことであり、特性の安定を考慮して決定されたものである。
【００３８】
続いてステップＳ３０２では、燃焼空燃比制御部４２にて、水温センサ１９等に基づきエンジン１のアイドル時であるか否かを判別する。そして、アイドル時であると判定、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０３に進む。このように、燃焼噴射量の補正を低速低負荷で加減速のないアイドル時に限定すれば、＃１と＃４とからの排ガス流が混合されることがなくなる。なお、ステップＳ３０２にてオフアイドル時であると判定されたときにはステップＳ３０８に進む。
【００３９】
ステップＳ３０３では、燃焼空燃比制御部４２にて、燃料タンク内から蒸発したガスのパージを行っていないか否かを判別する。そして、パージ禁止時であると判定、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０４に進む。このように、燃焼噴射量の補正をパージ禁止時に限定すれば、蒸発ガスの導入による排気空燃比の変動が防止される。
【００４０】
ステップＳ３０４では、排気空燃比ばらつき判定部４１にて、一の気筒と他の気筒とによるリッチ・リーンの判定結果の反転が２回連続して生じているか否かを判別する。換言すれば、ステップＳ３０１にて現在（前回の燃焼時）の＃１及び＃４の状態が認識されている。再び図４（ｂ）の例でみれば、＃４はリーン、＃１はリッチと認識されており、＃４の排気空燃比と＃１の排気空燃比とは、異なる判定結果が示されている。そこで、図示の例で云えば、この判定結果と、既に検出された以前（前々回の燃焼時）の＃１の判定結果、又は、これから検出される以後（今回の燃焼時）の＃４の判定結果とから、＃１と＃４との判定結果においてリッチ・リーンの反転が２回連続して生じているか否かを判別する。
【００４１】
より具体的には、排気空燃比ばらつき判定部４１では、前々回の燃焼時の＃１の判定結果と前回の燃焼時の＃４の判定結果との間にリッチ・リーンの反転があり、かつ、この前回の燃焼時の＃４の判定結果と前回の燃焼時の＃１の判定結果との間にリッチ・リーンの反転があるか否かを判別する。そして、リッチ・リーンの反転が２回連続していると判定、すなわち、ＹＥＳのときには＃１と＃４の間の排気空燃比にばらつきがあることから、この結果を燃焼空燃比制御部４２に出力し、ステップＳ３０５に進む。
【００４２】
ステップＳ３０５では、燃焼空燃比制御部４２にて、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比を維持するよう、一の気筒への燃料噴射量をフィードバック補正するとともに、他の気筒への燃料噴射量を一の気筒に対する補正とは反対側の燃料噴射量にフィードバック補正し、この結果を燃焼空燃比学習部４３に出力してステップＳ３０６に進む。図示の例で云えば、＃１はリッチ、＃４はリーン側にずれていると認識されるので、＃１への燃焼噴射量を減量し、＃４への燃焼噴射量を増量する補正を行う。このとき、＃４への燃焼噴射量の増量分は、＃１への燃焼噴射量の減量分に等しくされる。このように、＃１と＃４とを比較する相対値評価によって排気空燃比のばらつきを是正すれば、修正のための気筒毎の基準値を用いることなく、＃１及び＃４による平均排気空燃比が例えばストイキに維持される。
【００４３】
ステップＳ３０６では、燃焼空燃比学習部４３にて、フィードバック補正された燃料噴射量（補正値）が所定の制限値以下であるか否かを判別する。所定の制限値とは、上記排気空燃比のばらつきの是正が燃料噴射量を積分修正して行われることを鑑みたものであり、過度の補正値とならないように設定されている。これによりフェールセーフが図られる。そして、補正値が所定の制限値以下であると判定、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０７に進み、上記補正値を学習値として記憶・学習し、このルーチンを抜ける。
【００４４】
なお、ステップＳ３０３、ステップＳ３０４、及びステップＳ３０６にて、それぞれ、パージ禁止時でない、リッチ・リーンの反転が２回連続していない、及び補正値が所定の制限値以下でないと判定されたときには、このルーチンを抜ける。また、上記学習値は、車載バッテリがオフにされるまで維持される。
一方、ステップＳ３０８では、ステップＳ３０２にてオフアイドル時であると判定されていることから、燃焼空燃比学習部４３による学習値への依存度を下げることとする。つまり、図５に示すように、ＥＣＵ４０に記憶されているマップを用い、エアフローセンサ１６による吸入空気量に基づいて、学習値の反映率を決定してから上記ステップ３０３に進んでいる。これは、例えば走行中等のオフアイドル時にも補正された燃料噴射量を反映させるのであるが、エンジン回転速度が高速の状態では、もはや排気空燃比のばらつきが少ないからである。これにより制御の最適化が図られる。
【００４５】
図６は、本発明の空燃比制御装置における空燃比制御のタイミングチャートである。当該タイミングチャートでも、上述した一例としての一方の気筒群について説明する。
排気空燃比ばらつき判定部４１では、＃１及び＃４の排気行程後であってＯ2センサ３０に届くまでの７５゜Ｂのタイミングの出力電圧を検出し、＃１及び＃４の排気空燃比をこのタイミング毎に逐次認識する。そして、＃１の判定結果と＃４の判定結果とにおいてリッチ・リーンの反転が生じているかを判別する。
【００４６】
Ｏ2センサ３０の出力電圧は、図示のように、まず＃１ではリッチＲ（Ａ）、次の＃４でもリッチＲ（Ｂ）であり、反転は生じていない。しかし、次の＃１ではリーンＬ（Ｃ）となり、先程の＃４のリッチＲ（Ｂ）との間に反転が生じている。これが１回目の反転とされる。そして、次の＃４ではリッチＲ（Ｄ）であり、先程の＃１のリーンＬ（Ｃ）との間に反転が生じており、反転が２回連続して生じている。よって、この場合には、＃４が２回続けてリッチである一方、その間の＃１がリーンであることから、リッチＲ（Ｂ）を示した＃４がリッチ側にずれていると判断される。
【００４７】
そして、燃焼空燃比制御部４２では、＃４のリッチＲ（Ｄ）時点にて、＃４への燃料噴射量を所定量減量し、燃焼空燃比学習部４３では、その値を記憶・学習する（＃４学習値（Ｂ））。このとき、＃１への燃料噴射量を同量だけ増量する。
次いで、＃１ではリーンＬ（Ｅ）となり、＃４のリッチＲ（Ｄ）との間に反転が生じている。そして、＃１のリーンＬ（Ｃ）からみれば反転が２回連続して生じている。よって、この場合には、リーンＬ（Ｃ）を示した＃１がリーン側にずれていると判断され、＃１のリーンＬ（Ｅ）時点にて、＃１への燃料噴射量を所定量増量する（＃１学習値（Ｃ））。このとき、＃４への燃料噴射量を同量だけ減量する。そして、この学習値は前回の学習値にそれぞれ積み重ねられる。
【００４８】
以降、反転が２回連続している場合には、所定の制限値を超えない限り、＃４学習値（Ｄ）、＃１学習値（Ｅ）、＃４学習値（Ｆ）及び＃１学習値（Ｇ）に示す如くの学習が行われる。なお、＃４にてリーンＬ（Ｊ）の時点、また、＃１にてリーンＬ（Ｋ）の時点では、いずれも反転が２回連続していないことから、燃料噴射量の補正は行われていない。このような燃料噴射量の補正を行うことにより、Ｏ2センサ３０の出力電圧は、＃１及び＃４に対して中央値を横切らない。換言すれば、Ｏ2センサ３０の出力電圧は、排気サイクルに同期した立ち上がり及び立ち下がりの繰り返しを示さず、時間経過に伴って緩やかに変動するようになる。
【００４９】
このように、上記立ち上がり及び立ち下がりの繰り返しがなくなってから暫くすると、Ｏ2センサ３０の出力電圧が再び立ち上がり及び立ち下がりを繰り返すことがある。
図示の例でみれば、＃１ではリーンＬ（Ｌ）、次の＃４でもリーンＬ（Ｍ）であり、このときには反転は生じていないが、次の＃１ではリッチＲ（Ｎ）となり、＃４のリーンＬ（Ｍ）との間に反転が生じ、さらに、次の＃４ではリーンＬ（Ｏ）であり、反転が２回連続して生じている。よって、この場合には、＃４がリーン側にずれていると判断され、＃４のリーンＬ（Ｏ）時点にて、＃４への燃料噴射量を増量する（＃４学習値（Ｍ））。このとき、＃１への燃料噴射量を同量だけ減量する。この学習値は、これまでの学習値にそれぞれ積み重ねられる。
【００５０】
次いで、＃１ではリッチＲ（Ｐ）であり、＃４のリーンＬ（Ｏ）との間に反転が生じ、＃１のリッチＲ（Ｎ）からみれば反転が２回連続して生じている。よって、この場合には、＃１がリッチ側にずれていると判断され、＃１のリッチＲ（Ｐ）時点にて、＃１への燃料噴射量を減量する（＃１学習値（Ｃ））。このとき、＃４への燃料噴射量を同量だけ増量する。この場合にも前回の学習値にそれぞれ積み重ねられる。
【００５１】
そして以降、反転が２回連続している場合には、＃４学習値（Ｏ）、＃１学習値（Ｐ）、＃４学習値（Ｑ）及び＃１学習値（Ｒ）に示す如く学習が行われる。なお、＃４にてリッチＲ（Ｕ）の時点、また、＃１にてリッチＲ（Ｖ）の時点では、いずれも反転が２回連続しないことから、燃料噴射量の補正は行われない。このような燃料噴射量の補正を行うことにより、Ｏ2センサ３０の出力電圧は、排気サイクルに同期した立ち上がり及び立ち下がりの繰り返しをせず、時間経過に伴って緩やかに変動するようになる。
【００５２】
以上のように、本実施態様では、デュアル型排気マニホールド２０に複数の触媒コンバータ２８、２９及びＯ2センサ３０、３１を並列に設けた多気筒エンジンの空燃比制御装置であって、気筒間の相対値評価によって燃料噴射量が補正されるので、排気空燃比のずれの抑制に対するチューニングが容易化される。
また、Ｏ2センサの出力電圧がその中央値を横切る場合の電圧だけに基づいて燃料噴射量の補正の判断がなされるので、補正の判断が継続される場合に比して、制御の安定性を良好化できる。
【００５３】
しかも、Ｏ2センサを用いれば、コストアップなく上記制御が可能になり、さらに、アイドル時に気筒間の排気空燃比のばらつきを学習補正し、これをオフアイドル時でも適切に反映させることから、触媒浄化率を高く維持できる。これは、むしろ触媒貴金属を少なくできることに繋がり、この点からもコスト低減に繋がる。
【００５４】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施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の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、Ｏ2センサを用い、この構成によればリニアＡ／Ｆセンサよりも安価で済む等の効果を奏するが、上記空燃比制御はリニアＡ／Ｆセンサを用いて行われても良く、この場合にも上記と同様に、排気空燃比のずれの抑制に対するチューニングを容易化できるとの効果を奏する。
【００５５】
また、上記実施形態では、デュアル型排気マニホールドの４気筒エンジンの例が示されているが、必ずしもこの例に限定されるものではなく、シングル型排気マニホールドのエンジンであっても適用できるし、他の各種の多気筒エンジンにも適用することができる。例えば、Ｖ型６気筒の片バンクの如く、１つの触媒が３つの気筒の排ガス流を受け持つ場合であったとしても、同様の原理で補正する。つまり、一方の気筒群において、燃焼の順序が＃１、＃３、＃５の順の例で示せば、＃１がリッチ、次いで＃３がリーン、さらに＃５がリーンとなり、そして＃１がリッチになった時点にて、＃１がリッチ側にずれていると判断され、＃１の燃料噴射量をＸ（％）減量する。このとき、＃３及び＃５の燃料噴射量をＸ／２（％）増量する。これにより、気筒間の排気空燃比のずれが減少するとともに、全気筒の平均排気空燃比が変わらない。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、請求項１記載の本発明の多気筒エンジンの空燃比制御装置によれば、空燃比検出手段の出力にて、一の気筒がリッチ・リーンの一方を示し、次いで他の気筒がリッチ・リーンの他方、すなわち一の気筒とは異なることを示し、さらに、当該一の気筒が前回と同じ側の検出出力を示したとき、つまり、例えば、一の気筒の排気空燃比が２回続けてリッチであるのに対し、その間における他の気筒の排気空燃比がリーンを示した場合には、排気空燃比ばらつき判定手段が一の気筒と他の気筒との間にはばらつきがあると判定する。そして、燃焼空燃比制御手段にて、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比が変わらないように維持しながら気筒間の排気空燃比のずれを減らすべく、一の気筒に対する燃料噴射量を補正（例えば減量）するとともに、他の気筒に対する燃料噴射量を一の気筒に対する燃料噴射量の補正とは反対側に等量補正（例えば減少分と同量の増量）するよう、燃料噴射量の補正が行われる。
【００５７】
よって、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比が変わらないように維持しながら、１気筒ずつの絶対値評価によって排気空燃比のばらつきを是正することなく、各気筒の状態を比較する相対値評価によって排気空燃比のばらつきを是正しているので、全体の平均排気空燃比を安定させたままばらつきを是正することが可能であるとともに、修正のための気筒毎の基準値が不要になり、気筒間における排気空燃比のずれの抑制に対するチューニングを容易にすることができる。
【００５８】
また、請求項２記載の発明によれば、ばらつき判定を低速低負荷で加減速のないアイドル時に限定すれば、エンジン回転速度が高速の場合の如く、一の気筒からの排気と他の気筒からの排気とが混ざり易くなってしまう場合に比し、排気の流れが安定して混ざらなくなり、ばらつき判定の精度や安定性を向上できる。
【００５９】
さらに、請求項３記載の発明によれば、パージ作動中には燃焼空燃比制御の補正を禁止することから、パージガスが導入されることで排気空燃比が変動し易い時期に燃料噴射量が補正されて制御が発散するような事態を未然に防止できる。
また、請求項４記載の発明によれば、例えば走行中等のオフアイドル時にも補正された燃料噴射量を反映させることができる一方、エンジン回転速度が高速の状態では排気空燃比にばらつきが少ないことを鑑み、吸入空気量が大きいほど補正された燃料噴射量の反映率を減らしているので、燃焼空燃比制御の最適化が図られ、制御の信頼性を向上できる。
【００６０】
さらに、請求項５記載の発明によれば、安価なＯ２センサを用い、しかも、リニアＡ／Ｆセンサを用いる場合の如く継続した補正が行われないことから、制御ハンチングが起こり難くなり、燃焼空燃比制御の安定性がさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る多気筒エンジンの空燃比制御装置が適用されるエンジンの概略構成図である。
【図２】図１のデュアル型排気マニホールドのシステム図である。
【図３】図１の空燃比制御装置における空燃比制御のフローチャートである。
【図４】図１の空燃比制御装置におけるセンサ電圧の挙動を示す図である。
【図５】図１の空燃比制御装置における吸入空気量と学習された燃料噴射量への依存度との関係を示す図である。
【図６】図１の空燃比制御装置における空燃比制御のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
７ 点火プラグ
１１ インジェクタ
１６ エアフローセンサ
１８ クランク角センサ
１９ 水温センサ
２０ 排気マニホールド
２６Ａ 排気通路
２７Ａ 排気通路
２８ 三元触媒（ＭＣＣ）
２９ 三元触媒（ＭＣＣ）
３０ Ｏ2センサ（空燃比検出手段）
３１ Ｏ2センサ（空燃比検出手段）
４０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
４１ 排気空燃比ばらつき判定部（排気空燃比ばらつき判定手段）
４２ 燃焼空燃比制御部（燃焼空燃比制御手段）
４３ 燃焼空燃比学習部（燃焼空燃比学習手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒エンジンの空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガソリンエンジンでは、排気管に空燃比センサを備え、その出力信号に基づいて燃料噴射量を増減させるフィードバック補正が行われる。特に、三元触媒とＯ2センサとを備えたエンジンシステムでは、Ｏ2センサの出力信号に基づいて燃料噴射量を増減させ、排気空燃比をストイキ近傍に維持させることにより、三元触媒の浄化率を高め、テールパイプ排気をクリーンに保って排気浄化を図ることができる。
【０００３】
ここで、多気筒エンジンにおいて、各気筒の排気空燃比にばらつきが存在する場合には、全気筒による平均排気空燃比がストイキに維持されていたとしても、各気筒からはリッチ或いはリーンのいずれかに偏ったガスが排出されてしまう。そして、各気筒の排気が排気管内にて十分に混合されないままでは、リッチ状態の場合にはＨＣ、ＣＯが三元触媒を大量に通過する一方、リーン状態の場合にはＮＯｘが三元触媒を大量に通過するため、これらを有効に浄化させることができないという問題がある。
【０００４】
そこで、この状況を打開すべく、三元触媒の前に設けた空燃比センサの検出値から各気筒の排気空燃比のばらつきを推定して燃料噴射量を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
当該技術では、各気筒の排気空燃比自体をそれぞれ別個に推定し、各気筒間の排気空燃比のばらつきをなくした排気浄化を図っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−８２２２１号公報（段落番号００３５〜００３７、図５等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の技術では、気筒毎の排気空燃比をストイキに制御するものである。換言すれば、リッチ・リーンの度合を１気筒ずつ独立して検出し、この検出値とストイキとの偏差をフィードバックさせるとの、各気筒それぞれ別個の絶対値評価を行って排気空燃比のばらつきを是正している。
【０００７】
よって、全気筒からみれば平均排気空燃比をストイキに維持することが可能であるものの、これを達成するには、各気筒の排気空燃比を精度良く推定することが必要になるし、１気筒ずつ独立した修正の基準値が必要になり、これらの推定方法や基準値を適正に設定することが難しく、また、気筒間における排気空燃比のずれの抑制に対するチューニングが複雑になってしまうとの問題がある。
【０００８】
すなわち、前記従来の技術では、排気空燃比のずれを抑制させる制御を簡便に実現させる点については依然として課題が残されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、気筒間の排気空燃比のばらつきを比較的簡便な手法で修正することができる多気筒エンジンの空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の多気筒エンジンの空燃比制御装置は、多気筒エンジンの一対の気筒からの排気が流入する排気通路と、排気通路に配設された触媒コンバータと、触媒コンバータの排気上流側に配設され、排気空燃比に対応して検出出力を発生する空燃比検出手段と、空燃比検出手段からの検出出力に基づき燃料噴射量を制御して触媒コンバータに流入する排気の平均空燃比をストイキ近傍に調整する燃焼空燃比制御手段と、一の気筒について空燃比検出手段の検出出力がリッチ・リーンのうちで同じ側を２回続けて示す一方、その間に検出される他の気筒についての空燃比検出手段の出力が一の気筒とは異なる側を示すことが検出されたとき、一の気筒と他の気筒の排気空燃比間にばらつきがあることを判定する排気空燃比ばらつき判定手段とを備え、燃焼空燃比制御手段は、排気空燃比ばらつき判定手段によって排気空燃比のばらつきがあると判定されたとき、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比を維持しながらばらつきを減少させるべく、一の気筒への燃料噴射量と他の気筒への燃料噴射量とを互いに反対方向に等量補正するよう燃料噴射量を補正することを特徴としている。
【００１０】
したがって、請求項１記載の多気筒エンジンの空燃比制御装置によれば、空燃比検出手段の出力にて、一の気筒がリッチ・リーンの一方を示し、次いで他の気筒がリッチ・リーンの他方、すなわち一の気筒とは異なることを示し、さらに、当該一の気筒が前回と同じ側の検出出力を示したとき、つまり、例えば、一の気筒の排気空燃比が２回続けてリッチであるのに対し、その間における他の気筒の排気空燃比がリーンを示した場合には、排気空燃比ばらつき判定手段が一の気筒と他の気筒との間にはばらつきがあると判定する。そして、燃焼空燃比制御手段にて、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比が変わらないように維持しながら気筒間の排気空燃比のずれを減らすべく、一の気筒に対する燃料噴射量を補正（例えば減量）するとともに、他の気筒に対する燃料噴射量を一の気筒に対する燃料噴射量の補正とは反対側に等量補正（例えば減少分と同量の増量）するよう、燃料噴射量の補正が行われる。
【００１１】
よって、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比が変わらないように維持しながら、１気筒ずつの絶対値評価によって排気空燃比のばらつきを是正することなく、各気筒の状態を比較する相対値評価によって排気空燃比のばらつきを是正しているので、全体の平均排気空燃比を安定させたままばらつきを是正することが可能であるとともに、修正のための気筒毎の基準値が不要になり、気筒間における排気空燃比のずれの抑制に対するチューニングが容易になる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明では、排気空燃比ばらつき判定手段は、エンジンのアイドル時に限って、判定を実行することを特徴としている。
このように、ばらつき判定を低速低負荷で加減速のないアイドル時に限定すれば、エンジン回転速度が高速の場合の如く、一の気筒からの排気と他の気筒からの排気とが混ざり易くなってしまう場合に比し、排気の流れが安定して混ざらなくなり、ばらつき判定の精度や安定性が向上する。
【００１４】
さらに、請求項３記載の発明では、燃焼空燃比制御手段は、エンジンの燃料系のパージ作動中は、燃料噴射量の補正を禁止することを特徴としている。
このように、パージ作動中には燃焼空燃比制御の補正を禁止することから、パージガスが導入されることで排気空燃比が変動し易い時期に燃料噴射量が補正されて制御が発散するような事態が未然に防止される。
【００１５】
また、請求項４記載の発明では、補正された燃料噴射量を記憶して学習する燃焼空燃比学習手段をさらに備え、燃焼空燃比制御手段は、エンジンの吸入空気量が大きくなるに連れて燃焼空燃比学習手段により学習された燃料噴射量への依存度を下げることを特徴としている。
このように、例えば走行中等のオフアイドル時にも補正された燃料噴射量を反映させることができる一方、エンジン回転速度が高速の状態では排気空燃比にばらつきが少ないことを鑑み、吸入空気量が大きいほど補正された燃料噴射量の反映率を減らしているので、燃焼空燃比制御の最適化が図られ、制御の信頼性が向上する。
【００１６】
さらに、請求項５記載の発明では、空燃比検出手段は、排気空燃比のリッチ・リーンに応じてオン・オフを出力するＯ２センサであり、排気空燃比ばらつき判定手段は、排気空燃比が前記Ｏ２センサによる出力電圧の中央値よりも高いときにリッチ、低いときにリーンと判定し、判定結果に基づいて一の気筒と他の気筒との排気空燃比にばらつきがあることを検出することを特徴としている。
【００１７】
このように、安価なＯ2センサを用い、しかも、リニアＡ／Ｆセンサを用いる場合の如く継続した補正が行われないことから、制御ハンチングが起こり難くなり、燃焼空燃比制御の安定性がさらに向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る多気筒エンジンの空燃比制御装置が適用されるエンジンの概略構成図が示されており、以下図１に基づき本発明に係る多気筒エンジンの空燃比制御装置の構成を説明する。
【００１９】
当該実施形態に用いられる４気筒エンジン（以下、エンジン）１としては、例えば、吸気マニホールド１０を介した燃料噴射が実施可能なマルチポイントインジェクションエンジン（ＭＰＩ型エンジン）が採用される。
図１に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、４つの各気筒毎に略水平方向に吸気ポート４が形成されており、各吸気ポート４の燃焼室３側には、各吸気ポート４と燃焼室３との連通及び遮断を行う吸気弁８がそれぞれ設けられている。
【００２０】
各吸気ポート４には吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０には、各気筒♯１〜♯４に燃料噴射を行う電磁式のインジェクタ１１がそれぞれ取り付けられており、インジェクタ１１には、燃料パイプ１２を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続される。そして、インジェクタ１１は、ピストン５の排気行程等で燃焼室３に向けて燃料を噴射する。
【００２１】
吸気マニホールド１０には吸気管１３の一端が接続されている。吸気管１３には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられ、スロットル弁１４近傍には、スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１５が設けられ、さらに、スロットル弁１４よりも上流側には、吸入空気量を検出するために、カルマン渦式のエアフローセンサ１６が設けられている。そして、新気は、吸気マニホールド１０を介して各気筒♯１〜♯４に吸入される。
【００２２】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ７が取り付けられており、点火プラグ７には高電圧を出力する点火コイル１７が接続され、吸気管１３からの新気とインジェクタ１１からの燃料とからなる混合気に対して燃焼室３内で火花点火を行う。
さらに、シリンダヘッド２には、４つの各気筒毎に略水平方向に排気ポート６が形成されており、各排気ポート６の燃焼室３側には、各排気ポート６と燃焼室３との連通及び遮断を行う排気弁９がそれぞれ設けられている。
【００２３】
各排気ポート６には排気マニホールド２０の一端がそれぞれ接続されている。この排気マニホールド２０には、ここでは、図２に示すようなデュアル型排気マニホールドシステムが採用される。
当該排気マニホールド２０では、第１気筒（♯１）からの排ガス流を構成させる第１分岐路２１と、第２気筒（♯２）からの排ガス流を構成させる第２分岐路２２と、第３気筒（♯３）からの排ガス流を構成させる第３分岐路２３と、第４気筒（♯４）からの排ガス流を構成させる第４分岐路２４とから構成され、燃焼順序が＃１、＃３、＃４、＃２の場合には、燃焼が連続しない♯１及び♯４を一方の気筒群とし、同じく点火順序が連続しない♯２及び♯３を他方の気筒群としてまとめ、第１通路２１からの排ガス流と第４通路２４からの排ガス流とを合流させるとともに、第２通路２２からの排ガス流と第３通路２３からの排ガス流とを合流させるよう構成される。これにより、当該排気マニホールド２０では、排気干渉が少なくされ、排気慣性或いは排気脈動の大きな効果が得られる。
【００２４】
排気マニホールド２０の他端には集合管２５を介して排気管３３が接続されており、集合管２５は、第１通路２１及び第４通路２４に連通する排気通路２６Ａ、２６Ｂと、第２通路２２及び第３通路２３に連通する排気通路２７Ａ、２６Ｂとの２本の管路（デュアル管路）から構成される。つまり、集合管２５は、＃１と＃４とからなる一方の気筒群からの排ガス流が排気通路２６Ａ、２６Ｂを流れ、＃２と＃３とからなる他方の気筒群からの排ガス流が排気通路２７Ａ、２７Ｂ集合管２２ｂを流れるよう構成されている。
【００２５】
また、排気通路２６Ａと排気通路２６Ｂとの間には、前段触媒コンバータとして三元触媒（マニホールドキャタライザコンバータ（ＭＣＣ））２８が介装され、同様に、排気通路２７Ａと排気通路２７Ｂとの間にも、三元触媒（ＭＣＣ）２９が介装されている。このように、ＭＣＣ２８、２９がエンジン１に近い位置に配設されることから、エンジン１が冷態状態であってもＭＣＣ２８、２９の早期活性化が図られ、排気物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）を運転状態に拘わらず良好に浄化可能になる。
【００２６】
そして、排気通路２６Ａ、すなわち、ＭＣＣ２８の排気上流側部分には、空燃比検出手段として排気空燃比のリッチ・リーンに応じてオン・オフを出力するＯ2センサ３０が、同じく排気通路２７Ａ、すなわち、ＭＣＣ２９の排気上流側部分にも、空燃比センサとしてＯ2センサ３１がそれぞれ一つずつ設けられており、排気中の酸素濃度ひいては排気空燃比を検出する。
【００２７】
排気管３３には、さらに、後段触媒コンバータとして三元触媒（アンダーフロアキャタライザコンバータ（ＵＣＣ））３５が介装されている。これにより、排気物質をより一層良好に浄化可能になる。
電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を備えており、当該ＥＣＵ４０により、エンジン１の総合的な制御が行われる。
【００２８】
ＥＣＵ４０の入力側には、上記ＴＰＳ１５、エアフローセンサ１６、Ｏ2センサ３０、３１の他、エンジン１の回転速度を検出するクランク角センサ１８やエンジン１の冷却水温を検出する水温センサ１９等の各種センサ類が接続されている。なお、クランク角センサ１８によってクランク角が検出されると、当該クランク角に基づいて現在の燃焼気筒も判別される。
【００２９】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上記インジェクタ１１、点火コイル１７、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期の各信号がそれぞれ出力される。これにより、インジェクタ１１からは適正量の燃料が適正時期で噴射され、点火プラグ１７により適正時期で火花点火が実施される。
【００３０】
特に、本発明の空燃比制御装置では、安価なＯ2センサ３０、３１を用いて簡便な、かつ、安定した判定方法により気筒間のばらつきが修正できるようにすべく、ＥＣＵ４０には、排気空燃比ばらつき判定部（排気空燃比ばらつき判定手段）４１と、燃焼空燃比制御部（燃焼空燃比制御手段）４２と、燃焼空燃比学習部（燃焼空燃比学習手段）４３とが備えられている。
【００３１】
排気空燃比ばらつき判定部４１では、一方の気筒群或いは他方の気筒群において、燃焼が連続しない気筒間の排気空燃比にばらつきがあるか否かを検出するものである。具体的には、一例として一方の気筒群について述べると、Ｏ2センサ３０により検出された一の気筒（例えば＃１）の排気空燃比が所定値に対し２回続けてリッチ・リーンのうちの同じ側の排気空燃比を示す一方、同じくＯ2センサ３０により検出された他の気筒（例えば＃４）の排気空燃比が、＃１による２回分の排気空燃比が検出される間に、＃１の排気空燃比とは異なる側の排気空燃比を示したとき、＃１と＃４との排気空燃比間にばらつきがあることを検出し、その結果を燃焼空燃比制御部４２に出力する。
【００３２】
燃焼空燃比制御部４２では、排気空燃比ばらつき判定部４１の出力信号に基づき、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比を維持するよう、燃料噴射量を補正するものである。上記と同様に一例として一方の気筒群について述べると、＃１への燃料噴射量を補正するとともに、＃４への燃料噴射量を、この＃１と＃４との平均排気空燃比を維持するように、＃１に対する補正とは反対側に補正し、その結果を燃焼空燃比学習部４３に出力する。
【００３３】
燃焼空燃比学習部４３では、燃焼空燃比制御部４２の出力信号に基づき、補正された燃料噴射量が所定の制限値以下であるときには、当該補正された燃料噴射量を記憶・学習するものであり、この学習値は次回の補正に用いられる。
図３を参照すると、本発明に係る空燃比制御装置における空燃比制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿い説明する。
【００３４】
上述と同様に、一例として一方の気筒群について述べると、まず、ステップＳ３０１では、排気空燃比ばらつき判定部４１にて、Ｏ2センサ３０の出力電圧を読み込み、＃１若しくは＃４の排気空燃比がリッチ又はリーンのいずれかであるかを認識してステップＳ３０２に進む。
この排気空燃比ばらつき判定部４１によるＯ2センサ３０の出力電圧の読み込みについては、図４に示されている。
【００３５】
図４（ａ）は、６秒間におけるＯ2センサ３０の出力電圧の変動を示し、同図（ｂ）は、（ａ）中のＢ部分について時間スケールを拡大して表示したものである。
本来、Ｏ2センサ３０の出力電圧は、各行程毎、本実施形態の例で述べれば＃１及び＃４に対してばらつくものではなく、時間経過に伴って緩やかに変動するものである。一方、＃１及び＃４の排気空燃比にばらつきがあると、同図（ａ）に示すように、Ｏ2センサ３０の出力電圧は、排気サイクルに同期して立ち上がり及び立ち下がりを繰り返す如くの周期的な変動が生じてしまう。そこで、本発明は、Ｏ2センサ３０の出力電圧が各行程毎にばらついていることに着目する。
【００３６】
ここで、上記立ち上がり及び立ち下がりによる出力電圧の変動をクランク角センサ１８で検出されるクランク角信号と合わせて検討すると、同図（ｂ）に示すように、まず、クランク角約３６０゜毎に上記立ち上がり及び立ち下がりが生じていることが分かる（ＳＧＣ）。また、歯欠けの位置から７５゜Ｂ近傍の出力電圧が＃１及び＃４の排気空燃比を顕著に表していると考えられる（ＳＧＴ）。さらに、排ガス流が燃焼室３からＯ2センサ３０に至るまでの応答遅れを鑑みれば、＃１からの排ガス流が第１通路２１を介して排気通路２６ＡのＯ2センサ３０に到達するまでの時間と、＃４からの排ガス流が第４通路２４を介して排気通路２６ＡのＯ2センサ３０に到達するまでの時間とは、ともに約１回転半後のクランク角に相当するので、上記７５゜Ｂ近傍の出力電圧は、＃１及び＃４の前回の燃焼時における排気空燃比を代表していると擬制できる。
【００３７】
そこで、排気空燃比ばらつき判定部４１では、７５゜Ｂ近傍のＯ2センサ３０による出力電圧に基づいて＃１及び＃４の排気空燃比を検出し、この検出値が出力電圧の所定値の一例である中央値（０．５Ｖ）よりも高いときにリッチ、低いときにリーンと判定する。このように、７５゜Ｂ近傍の出力電圧だけを用いて燃焼噴射量の補正を行わせれば、制御ハンチングが起こり難くなる。なお、上記中央値（０．５Ｖ）とは、Ｏ2センサ３０の出力電圧（約０．２〜０．９Ｖ）の中央値付近のことであり、特性の安定を考慮して決定されたものである。
【００３８】
続いてステップＳ３０２では、燃焼空燃比制御部４２にて、水温センサ１９等に基づきエンジン１のアイドル時であるか否かを判別する。そして、アイドル時であると判定、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０３に進む。このように、燃焼噴射量の補正を低速低負荷で加減速のないアイドル時に限定すれば、＃１と＃４とからの排ガス流が混合されることがなくなる。なお、ステップＳ３０２にてオフアイドル時であると判定されたときにはステップＳ３０８に進む。
【００３９】
ステップＳ３０３では、燃焼空燃比制御部４２にて、燃料タンク内から蒸発したガスのパージを行っていないか否かを判別する。そして、パージ禁止時であると判定、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０４に進む。このように、燃焼噴射量の補正をパージ禁止時に限定すれば、蒸発ガスの導入による排気空燃比の変動が防止される。
【００４０】
ステップＳ３０４では、排気空燃比ばらつき判定部４１にて、一の気筒と他の気筒とによるリッチ・リーンの判定結果の反転が２回連続して生じているか否かを判別する。換言すれば、ステップＳ３０１にて現在（前回の燃焼時）の＃１及び＃４の状態が認識されている。再び図４（ｂ）の例でみれば、＃４はリーン、＃１はリッチと認識されており、＃４の排気空燃比と＃１の排気空燃比とは、異なる判定結果が示されている。そこで、図示の例で云えば、この判定結果と、既に検出された以前（前々回の燃焼時）の＃１の判定結果、又は、これから検出される以後（今回の燃焼時）の＃４の判定結果とから、＃１と＃４との判定結果においてリッチ・リーンの反転が２回連続して生じているか否かを判別する。
【００４１】
より具体的には、排気空燃比ばらつき判定部４１では、前々回の燃焼時の＃１の判定結果と前回の燃焼時の＃４の判定結果との間にリッチ・リーンの反転があり、かつ、この前回の燃焼時の＃４の判定結果と前回の燃焼時の＃１の判定結果との間にリッチ・リーンの反転があるか否かを判別する。そして、リッチ・リーンの反転が２回連続していると判定、すなわち、ＹＥＳのときには＃１と＃４の間の排気空燃比にばらつきがあることから、この結果を燃焼空燃比制御部４２に出力し、ステップＳ３０５に進む。
【００４２】
ステップＳ３０５では、燃焼空燃比制御部４２にて、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比を維持するよう、一の気筒への燃料噴射量をフィードバック補正するとともに、他の気筒への燃料噴射量を一の気筒に対する補正とは反対側の燃料噴射量にフィードバック補正し、この結果を燃焼空燃比学習部４３に出力してステップＳ３０６に進む。図示の例で云えば、＃１はリッチ、＃４はリーン側にずれていると認識されるので、＃１への燃焼噴射量を減量し、＃４への燃焼噴射量を増量する補正を行う。このとき、＃４への燃焼噴射量の増量分は、＃１への燃焼噴射量の減量分に等しくされる。このように、＃１と＃４とを比較する相対値評価によって排気空燃比のばらつきを是正すれば、修正のための気筒毎の基準値を用いることなく、＃１及び＃４による平均排気空燃比が例えばストイキに維持される。
【００４３】
ステップＳ３０６では、燃焼空燃比学習部４３にて、フィードバック補正された燃料噴射量（補正値）が所定の制限値以下であるか否かを判別する。所定の制限値とは、上記排気空燃比のばらつきの是正が燃料噴射量を積分修正して行われることを鑑みたものであり、過度の補正値とならないように設定されている。これによりフェールセーフが図られる。そして、補正値が所定の制限値以下であると判定、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０７に進み、上記補正値を学習値として記憶・学習し、このルーチンを抜ける。
【００４４】
なお、ステップＳ３０３、ステップＳ３０４、及びステップＳ３０６にて、それぞれ、パージ禁止時でない、リッチ・リーンの反転が２回連続していない、及び補正値が所定の制限値以下でないと判定されたときには、このルーチンを抜ける。また、上記学習値は、車載バッテリがオフにされるまで維持される。
一方、ステップＳ３０８では、ステップＳ３０２にてオフアイドル時であると判定されていることから、燃焼空燃比学習部４３による学習値への依存度を下げることとする。つまり、図５に示すように、ＥＣＵ４０に記憶されているマップを用い、エアフローセンサ１６による吸入空気量に基づいて、学習値の反映率を決定してから上記ステップ３０３に進んでいる。これは、例えば走行中等のオフアイドル時にも補正された燃料噴射量を反映させるのであるが、エンジン回転速度が高速の状態では、もはや排気空燃比のばらつきが少ないからである。これにより制御の最適化が図られる。
【００４５】
図６は、本発明の空燃比制御装置における空燃比制御のタイミングチャートである。当該タイミングチャートでも、上述した一例としての一方の気筒群について説明する。
排気空燃比ばらつき判定部４１では、＃１及び＃４の排気行程後であってＯ2センサ３０に届くまでの７５゜Ｂのタイミングの出力電圧を検出し、＃１及び＃４の排気空燃比をこのタイミング毎に逐次認識する。そして、＃１の判定結果と＃４の判定結果とにおいてリッチ・リーンの反転が生じているかを判別する。
【００４６】
Ｏ2センサ３０の出力電圧は、図示のように、まず＃１ではリッチＲ（Ａ）、次の＃４でもリッチＲ（Ｂ）であり、反転は生じていない。しかし、次の＃１ではリーンＬ（Ｃ）となり、先程の＃４のリッチＲ（Ｂ）との間に反転が生じている。これが１回目の反転とされる。そして、次の＃４ではリッチＲ（Ｄ）であり、先程の＃１のリーンＬ（Ｃ）との間に反転が生じており、反転が２回連続して生じている。よって、この場合には、＃４が２回続けてリッチである一方、その間の＃１がリーンであることから、リッチＲ（Ｂ）を示した＃４がリッチ側にずれていると判断される。
【００４７】
そして、燃焼空燃比制御部４２では、＃４のリッチＲ（Ｄ）時点にて、＃４への燃料噴射量を所定量減量し、燃焼空燃比学習部４３では、その値を記憶・学習する（＃４学習値（Ｂ））。このとき、＃１への燃料噴射量を同量だけ増量する。
次いで、＃１ではリーンＬ（Ｅ）となり、＃４のリッチＲ（Ｄ）との間に反転が生じている。そして、＃１のリーンＬ（Ｃ）からみれば反転が２回連続して生じている。よって、この場合には、リーンＬ（Ｃ）を示した＃１がリーン側にずれていると判断され、＃１のリーンＬ（Ｅ）時点にて、＃１への燃料噴射量を所定量増量する（＃１学習値（Ｃ））。このとき、＃４への燃料噴射量を同量だけ減量する。そして、この学習値は前回の学習値にそれぞれ積み重ねられる。
【００４８】
以降、反転が２回連続している場合には、所定の制限値を超えない限り、＃４学習値（Ｄ）、＃１学習値（Ｅ）、＃４学習値（Ｆ）及び＃１学習値（Ｇ）に示す如くの学習が行われる。なお、＃４にてリーンＬ（Ｊ）の時点、また、＃１にてリーンＬ（Ｋ）の時点では、いずれも反転が２回連続していないことから、燃料噴射量の補正は行われていない。このような燃料噴射量の補正を行うことにより、Ｏ2センサ３０の出力電圧は、＃１及び＃４に対して中央値を横切らない。換言すれば、Ｏ2センサ３０の出力電圧は、排気サイクルに同期した立ち上がり及び立ち下がりの繰り返しを示さず、時間経過に伴って緩やかに変動するようになる。
【００４９】
このように、上記立ち上がり及び立ち下がりの繰り返しがなくなってから暫くすると、Ｏ2センサ３０の出力電圧が再び立ち上がり及び立ち下がりを繰り返すことがある。
図示の例でみれば、＃１ではリーンＬ（Ｌ）、次の＃４でもリーンＬ（Ｍ）であり、このときには反転は生じていないが、次の＃１ではリッチＲ（Ｎ）となり、＃４のリーンＬ（Ｍ）との間に反転が生じ、さらに、次の＃４ではリーンＬ（Ｏ）であり、反転が２回連続して生じている。よって、この場合には、＃４がリーン側にずれていると判断され、＃４のリーンＬ（Ｏ）時点にて、＃４への燃料噴射量を増量する（＃４学習値（Ｍ））。このとき、＃１への燃料噴射量を同量だけ減量する。この学習値は、これまでの学習値にそれぞれ積み重ねられる。
【００５０】
次いで、＃１ではリッチＲ（Ｐ）であり、＃４のリーンＬ（Ｏ）との間に反転が生じ、＃１のリッチＲ（Ｎ）からみれば反転が２回連続して生じている。よって、この場合には、＃１がリッチ側にずれていると判断され、＃１のリッチＲ（Ｐ）時点にて、＃１への燃料噴射量を減量する（＃１学習値（Ｃ））。このとき、＃４への燃料噴射量を同量だけ増量する。この場合にも前回の学習値にそれぞれ積み重ねられる。
【００５１】
そして以降、反転が２回連続している場合には、＃４学習値（Ｏ）、＃１学習値（Ｐ）、＃４学習値（Ｑ）及び＃１学習値（Ｒ）に示す如く学習が行われる。なお、＃４にてリッチＲ（Ｕ）の時点、また、＃１にてリッチＲ（Ｖ）の時点では、いずれも反転が２回連続しないことから、燃料噴射量の補正は行われない。このような燃料噴射量の補正を行うことにより、Ｏ2センサ３０の出力電圧は、排気サイクルに同期した立ち上がり及び立ち下がりの繰り返しをせず、時間経過に伴って緩やかに変動するようになる。
【００５２】
以上のように、本実施態様では、デュアル型排気マニホールド２０に複数の触媒コンバータ２８、２９及びＯ2センサ３０、３１を並列に設けた多気筒エンジンの空燃比制御装置であって、気筒間の相対値評価によって燃料噴射量が補正されるので、排気空燃比のずれの抑制に対するチューニングが容易化される。
また、Ｏ2センサの出力電圧がその中央値を横切る場合の電圧だけに基づいて燃料噴射量の補正の判断がなされるので、補正の判断が継続される場合に比して、制御の安定性を良好化できる。
【００５３】
しかも、Ｏ2センサを用いれば、コストアップなく上記制御が可能になり、さらに、アイドル時に気筒間の排気空燃比のばらつきを学習補正し、これをオフアイドル時でも適切に反映させることから、触媒浄化率を高く維持できる。これは、むしろ触媒貴金属を少なくできることに繋がり、この点からもコスト低減に繋がる。
【００５４】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施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の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、Ｏ2センサを用い、この構成によればリニアＡ／Ｆセンサよりも安価で済む等の効果を奏するが、上記空燃比制御はリニアＡ／Ｆセンサを用いて行われても良く、この場合にも上記と同様に、排気空燃比のずれの抑制に対するチューニングを容易化できるとの効果を奏する。
【００５５】
また、上記実施形態では、デュアル型排気マニホールドの４気筒エンジンの例が示されているが、必ずしもこの例に限定されるものではなく、シングル型排気マニホールドのエンジンであっても適用できるし、他の各種の多気筒エンジンにも適用することができる。例えば、Ｖ型６気筒の片バンクの如く、１つの触媒が３つの気筒の排ガス流を受け持つ場合であったとしても、同様の原理で補正する。つまり、一方の気筒群において、燃焼の順序が＃１、＃３、＃５の順の例で示せば、＃１がリッチ、次いで＃３がリーン、さらに＃５がリーンとなり、そして＃１がリッチになった時点にて、＃１がリッチ側にずれていると判断され、＃１の燃料噴射量をＸ（％）減量する。このとき、＃３及び＃５の燃料噴射量をＸ／２（％）増量する。これにより、気筒間の排気空燃比のずれが減少するとともに、全気筒の平均排気空燃比が変わらない。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、請求項１記載の本発明の多気筒エンジンの空燃比制御装置によれば、空燃比検出手段の出力にて、一の気筒がリッチ・リーンの一方を示し、次いで他の気筒がリッチ・リーンの他方、すなわち一の気筒とは異なることを示し、さらに、当該一の気筒が前回と同じ側の検出出力を示したとき、つまり、例えば、一の気筒の排気空燃比が２回続けてリッチであるのに対し、その間における他の気筒の排気空燃比がリーンを示した場合には、排気空燃比ばらつき判定手段が一の気筒と他の気筒との間にはばらつきがあると判定する。そして、燃焼空燃比制御手段にて、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比が変わらないように維持しながら気筒間の排気空燃比のずれを減らすべく、一の気筒に対する燃料噴射量を補正（例えば減量）するとともに、他の気筒に対する燃料噴射量を一の気筒に対する燃料噴射量の補正とは反対側に等量補正（例えば減少分と同量の増量）するよう、燃料噴射量の補正が行われる。
【００５７】
よって、一の気筒と他の気筒との平均排気空燃比が変わらないように維持しながら、１気筒ずつの絶対値評価によって排気空燃比のばらつきを是正することなく、各気筒の状態を比較する相対値評価によって排気空燃比のばらつきを是正しているので、全体の平均排気空燃比を安定させたままばらつきを是正することが可能であるとともに、修正のための気筒毎の基準値が不要になり、気筒間における排気空燃比のずれの抑制に対するチューニングを容易にすることができる。
【００５８】
また、請求項２記載の発明によれば、ばらつき判定を低速低負荷で加減速のないアイドル時に限定すれば、エンジン回転速度が高速の場合の如く、一の気筒からの排気と他の気筒からの排気とが混ざり易くなってしまう場合に比し、排気の流れが安定して混ざらなくなり、ばらつき判定の精度や安定性を向上できる。
【００５９】
さらに、請求項３記載の発明によれば、パージ作動中には燃焼空燃比制御の補正を禁止することから、パージガスが導入されることで排気空燃比が変動し易い時期に燃料噴射量が補正されて制御が発散するような事態を未然に防止できる。
また、請求項４記載の発明によれば、例えば走行中等のオフアイドル時にも補正された燃料噴射量を反映させることができる一方、エンジン回転速度が高速の状態では排気空燃比にばらつきが少ないことを鑑み、吸入空気量が大きいほど補正された燃料噴射量の反映率を減らしているので、燃焼空燃比制御の最適化が図られ、制御の信頼性を向上できる。
【００６０】
さらに、請求項５記載の発明によれば、安価なＯ２センサを用い、しかも、リニアＡ／Ｆセンサを用いる場合の如く継続した補正が行われないことから、制御ハンチングが起こり難くなり、燃焼空燃比制御の安定性がさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る多気筒エンジンの空燃比制御装置が適用されるエンジンの概略構成図である。
【図２】図１のデュアル型排気マニホールドのシステム図である。
【図３】図１の空燃比制御装置における空燃比制御のフローチャートである。
【図４】図１の空燃比制御装置におけるセンサ電圧の挙動を示す図である。
【図５】図１の空燃比制御装置における吸入空気量と学習された燃料噴射量への依存度との関係を示す図である。
【図６】図１の空燃比制御装置における空燃比制御のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
７ 点火プラグ
１１ インジェクタ
１６ エアフローセンサ
１８ クランク角センサ
１９ 水温センサ
２０ 排気マニホールド
２６Ａ 排気通路
２７Ａ 排気通路
２８ 三元触媒（ＭＣＣ）
２９ 三元触媒（ＭＣＣ）
３０ Ｏ2センサ（空燃比検出手段）
３１ Ｏ2センサ（空燃比検出手段）
４０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
４１ 排気空燃比ばらつき判定部（排気空燃比ばらつき判定手段）
４２ 燃焼空燃比制御部（燃焼空燃比制御手段）
４３ 燃焼空燃比学習部（燃焼空燃比学習手段）
Claims (5)
- 多気筒エンジンの一対の気筒からの排気が流入する排気通路と、
該排気通路に配設された触媒コンバータと、
該触媒コンバータの排気上流側に配設され、排気空燃比に対応して検出出力を発生する空燃比検出手段と、
該空燃比検出手段からの検出出力に基づき燃料噴射量を制御して前記触媒コンバータに流入する排気の平均空燃比をストイキ近傍に調整する燃焼空燃比制御手段と、
一の気筒について前記空燃比検出手段の検出出力がリッチ・リーンのうちで同じ側を２回続けて示す一方、その間に検出される他の気筒についての前記空燃比検出手段の出力が該一の気筒とは異なる側を示すことが検出されたとき、該一の気筒と前記他の気筒の排気空燃比間にばらつきがあることを判定する排気空燃比ばらつき判定手段とを備え、
前記燃焼空燃比制御手段は、前記排気空燃比ばらつき判定手段によって前記排気空燃比のばらつきがあると判定されたとき、前記一の気筒と前記他の気筒との平均排気空燃比を維持しながら前記ばらつきを減少させるべく、前記一の気筒への燃料噴射量と前記他の気筒への燃料噴射量とを互いに反対方向に等量補正するよう燃料噴射量を補正することを特徴とする多気筒エンジンの空燃比制御装置。 - 前記排気空燃比ばらつき判定手段は、前記エンジンのアイドル時に限って、前記判定を実行することを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジンの空燃比制御装置。
- 前記燃焼空燃比制御手段は、前記エンジンの燃料系のパージ作動中は、前記燃料噴射量の補正を禁止することを特徴とする請求項１又は２記載の多気筒エンジンの空燃比制御装置。
- 前記補正された燃料噴射量を記憶して学習する燃焼空燃比学習手段をさらに備え、
前記燃焼空燃比制御手段は、前記エンジンの吸入空気量が大きくなるに連れて前記燃焼空燃比学習手段により学習された燃料噴射量への依存度を下げることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の多気筒エンジンの空燃比制御装置。 - 前記空燃比検出手段は、排気空燃比のリッチ・リーンに応じてオン・オフを出力するＯ２センサであり、前記排気空燃比ばらつき判定手段は、前記排気空燃比が前記Ｏ２センサによる出力電圧の中央値よりも高いときにリッチ、低いときにリーンと判定し、該判定結果に基づいて前記一の気筒と前記他の気筒との排気空燃比にばらつきがあることを検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の多気筒エンジンの空燃比制御装置。
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