JP2007231883A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、複数の気筒を有する内燃機関の空燃比制御装置に関し、気筒毎の空燃比を簡単かつ高精度に制御することを目的とする。
【解決手段】燃料カット実行中に各気筒のクランク角毎の筒内圧を検出し（ステップ１０２）、そのうちの最大値を探すことで、モータリング時の圧縮上死点圧力に相当する最大筒内圧Ｐ_maxを気筒毎に取得する（ステップ１０４）。全気筒の最大筒内圧Ｐ_max(i)の平均値Ｐ_maxmeanを算出する（ステップ１０６）。内燃機関全体に対する目標噴射量を気筒間の最大筒内圧Ｐ_maxの比率で各気筒に分配するための燃料噴射量補正係数α(i)を、α(i)＝Ｐ_max(i)／Ｐ_maxmeanなる式に基づいて算出する（ステップ１０８）。
【選択図】図４

Description

この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に、複数の気筒を有する内燃機関の各気筒の空燃比を制御する装置として好適な内燃機関の空燃比制御装置に関する。

内燃機関システムにおいて、良好な排気浄化性能および燃費性能を得るためには、空燃比を精度良く制御することが重要である。このため、従来より、吸気通路に設けたエアフローメータで吸入空気量を検出し、その吸入空気量を目標空燃比で除することによって燃料噴射量を算出するとともに、排気通路に設けた空燃比センサで検出した空燃比と目標空燃比との偏差に基づく補正値を燃料噴射量にフィードバックすることで空燃比を制御する空燃比フィードバック制御が行われている。この従来の空燃比フィードバック制御によれば、内燃機関全体としての空燃比を正確に制御することができる。

特公平３−３９１８４号公報には、筒内圧センサを用いて空燃比等を制御する装置が開示されている。この装置では、まず、燃焼開始が圧縮上死点後になるように点火時期を遅角した状態で、圧縮行程および膨張行程の筒内圧を筒内圧センサによりクランク角毎に検出する。次いで、圧縮上死点より前の筒内圧力波形を圧縮上死点を介して対称に再現することで、全範囲のモータリング圧力波形を求める。そして、圧縮上死点後の筒内圧力波形から、上記モータリング圧力波形を引き算することによって、燃焼圧力の波形を求め、その燃焼圧力波形に基づいて、空燃比等を制御することとしている。

特公平３−３９１８４号公報 特開平６−１０１５６４号公報 特開２００５−２３８５０号公報

ところで、複数気筒を有する内燃機関の場合には、一般に、燃料を噴射するインジェクタが気筒毎に設けられている。そして、各気筒のインジェクタから燃料を噴射する場合、各気筒に吸入される空気量は等しいとの前提で、各気筒の目標噴射量は同じにされるのが普通である。

しかしながら、実際には、気筒毎の空気量は必ずしも均一ではなく、気筒間でばらつきが存在する。この原因は、吸気マニホールドの吸気管形状や吸気管長さが気筒毎に異なることなどであると考えられる。

更に、インジェクタの構成部品のばらつきなどによる個体差のために、インジェクタの噴射量特性についても、気筒間で多少のばらつきが存在する場合もある。

このようなことから、内燃機関全体としては目標空燃比に制御されていたとしても、気筒毎に見ると、目標空燃比からのずれ、つまり最適な空燃比からのずれが存在していることとなる。排気浄化性能や燃費性能の更なる向上を図るためには、このような気筒毎の空燃比のばらつきも抑えることが望ましい。また、気筒毎に空燃比がばらついていると、各気筒が発生するトルクが不均一となり、内燃機関全体としてのトルク変動が大きくなり易いという問題もある。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の気筒を有する内燃機関の気筒毎の空燃比を簡単かつ高精度に制御することのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比制御装置であって、
複数の気筒を有する内燃機関の気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
気筒毎に設けられ、筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
気筒毎に、前記筒内圧検出手段の検出信号に基づいて、吸気弁閉弁時以後かつ燃焼開始前の所定のピストン位置にあるときの筒内圧を所定ピストン位置筒内圧として取得する所定ピストン位置筒内圧取得手段と、
気筒間の前記所定ピストン位置筒内圧のばらつきが気筒間の空気量のばらつきに相当するものとして、各気筒の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関がファイアリング状態にあるかモータリング状態にあるかを検出する状態検出手段を更に備え、
前記筒内圧検出手段は、クランク角毎に筒内圧を検出可能であり、
前記所定ピストン位置筒内圧取得手段は、前記内燃機関がモータリング状態にあるときにクランク角毎に検出された筒内圧のうちの最大筒内圧を前記所定ピストン位置筒内圧として取得することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記燃料噴射量制御手段は、前記内燃機関全体として必要とされる総噴射量を気筒間の前記所定ピストン位置筒内圧の比率で各気筒に分配した値を気筒毎の目標噴射量として算出する気筒別目標噴射量算出手段を含むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記内燃機関がファイアリング状態にあるかモータリング状態にあるかを検出する状態検出手段を更に備え、
前記筒内圧検出手段は、クランク角毎に筒内圧を検出可能であり、
前記燃料噴射量制御手段は、
前記内燃機関がファイアリング状態にあるときに前記筒内圧検出手段により検出された各気筒のクランク角毎の筒内圧に基づいて、各気筒の熱発生量を算出する熱発生量算出手段と、
各気筒の前記熱発生量に基づいて、気筒毎の実際の燃料噴射量を算出する気筒別実噴射量算出手段と、
前記気筒別実噴射量算出手段により算出された気筒毎の実際の燃料噴射量が、前記気筒別目標噴射量算出手段により算出された気筒毎の目標噴射量にそれぞれ一致するように、各気筒の前記燃料噴射手段に対する噴射量指示値を補正する噴射量指示値補正手段と、
を含むことを特徴とする。

また、第５の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関がファイアリング状態にあるかモータリング状態にあるかを検出する状態検出手段を更に備え、
前記筒内圧検出手段は、クランク角毎に筒内圧を検出可能であり、
前記燃料噴射量制御手段は、
前記内燃機関がファイアリング状態にあるときに前記筒内圧検出手段により検出された各気筒のクランク角毎の筒内圧に基づいて、各気筒の熱発生量を算出する熱発生量算出手段と、
気筒間の前記熱発生量の比率が、気筒間の前記所定ピストン位置筒内圧の比率に一致するように、各気筒の前記燃料噴射手段に対する噴射量指示値を補正する噴射量指示値補正手段と、
を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、各気筒に設けられた筒内圧検出手段により、ピストンが所定位置にあるときの所定ピストン位置筒内圧を気筒毎に取得することができる。所定ピストン位置筒内圧は、その気筒に吸入された空気量に比例する。このため、気筒間の所定ピストン位置筒内圧のばらつきは、気筒間の空気量のばらつきに相当するものとして扱うことができる。第１の発明によれば、この考えに基づいて各気筒の燃料噴射量を制御することにより、気筒間の空気量のばらつきにかかわらず、気筒毎の空燃比を精度良く制御することができる。その結果、排気浄化性能および燃費性能の向上や、トルク変動の低減に寄与することができる。

第２の発明によれば、内燃機関が燃料カット状態などのモータリング状態にあるときに、クランク角毎に検出された筒内圧のうちの最大筒内圧を所定ピストン位置筒内圧として取得することができる。このような手法によれば、所定ピストン位置筒内圧として、圧縮上死点でのモータリング時筒内圧を簡単かつ高精度に計測することができる。

第３の発明によれば、内燃機関全体として必要とされる総噴射量を気筒間の所定ピストン位置筒内圧の比率で各気筒に分配した値を気筒毎の目標噴射量として算出することができる。これにより、気筒間の燃料噴射量の比率を気筒間の空気量の比率に等しくすることができるので、気筒間の空燃比のばらつきを抑制することができ、各気筒の空燃比を目標空燃比に正確に揃えることができる。

第４の発明によれば、内燃機関がファイアリング状態にあるときに検出された各気筒のクランク角毎の筒内圧に基づいて各気筒の熱発生量を算出し、その熱発生量に基づいて気筒毎の実際の燃料噴射量を算出することができる。そして、気筒毎の実際の燃料噴射量が、気筒間の空気量の比率に基づいて定められた気筒毎の目標噴射量に一致するように、各気筒の燃料噴射手段に対する噴射量指示値を補正することができる。このため、第４の発明によれば、燃料噴射手段の噴射量特性に気筒間でばらつき（個体差）があるような場合であっても、それに起因する気筒間の空燃比のばらつきを解消することができる。よって、各気筒の空燃比が何れも目標空燃比となるように、より正確に制御することができる。

第５の発明によれば、内燃機関がファイアリング状態にあるときに検出された各気筒のクランク角毎の筒内圧に基づいて各気筒の熱発生量を算出し、その熱発生量の気筒間の比率が、所定ピストン位置筒内圧の気筒間の比率に一致するように、各気筒の燃料噴射手段に対する噴射量指示値を補正することができる。このため、第５の発明によれば、燃料噴射手段の噴射量特性に気筒間でばらつき（個体差）があるような場合であっても、気筒間の実際の燃料噴射量の比率を気筒間の空気量の比率に等しくすることができる。よって、各気筒の空燃比が何れも目標空燃比となるように、より正確に制御することができる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、複数の気筒を有する機関であり、図１はそのうちの一つの気筒のみを示した図である。本実施形態では、内燃機関１０は、＃１気筒〜＃４気筒を備えた４気筒機関であるものとする。

各気筒のピストン１１の往復運動によって回転するクランク軸の近傍には、クランク角センサ１２が設けられている。クランク角センサ１２は、クランク軸が所定回転角だけ回転する毎に、Hi出力とLo出力を反転させるセンサである。クランク角センサ１２の出力によれば、クランク角（クランク軸の回転位置）や、機関回転速度などを検知することができる。

内燃機関１０の各気筒の燃焼室には、図示しない吸気マニホールドおよび排気マニホールドを介して、吸気通路１４および排気通路１５が連通している。また、各気筒には、吸気弁１６と、排気弁１７と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ３０とがそれぞれ設けられている。更に、各気筒には、筒内圧センサ１８が設けられている。各気筒の筒内圧センサ１８によれば、気筒毎の筒内圧（燃焼室内の圧力）を検出することができる。

吸気通路１４の途中には、サージタンク２０が設けられている。また、吸気通路１４には、その内部を流通する空気量、つまり吸入空気量GAを検出するエアフローメータ２２が配置されている。エアフローメータ２２の下流には、スロットル弁２４が配置されている。スロットル弁２４は、図示しないスロットルモータに駆動されて開閉する電子制御スロットル弁である。スロットル弁２４の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ２６が組み付けられている。

また、内燃機関１０には、気筒毎に、吸気ポート内に燃料を噴射するためのインジェクタ２８が設けられている。なお、本発明における内燃機関は、このようなポート噴射式の内燃機関に限定されるものではない。すなわち、本発明における内燃機関は、燃料を筒内に直接噴射する筒内インジェクタを備えた筒内噴射式内燃機関であってもよいし、あるいは、ポート噴射と筒内噴射とを併用する内燃機関であってもよい。

排気通路１５には、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ３３が設置されている。また、排気通路１５には、排気ガスを浄化するための触媒３４が組み込まれている。

本実施形態のシステムは、更に、ECU(Electronic Control Unit)５０を備えている。ECU５０には、上述した各種のセンサからセンサ信号が供給されている。ECU５０は、それらのセンサ信号に基づいて、スロットル弁２４や、インジェクタ２８、点火プラグ３０などの各種アクチュエータを制御することができる。

（気筒間の空気量のばらつきの推定）
前述したように、内燃機関１０のような多気筒機関では、気筒毎の空気量に多少のばらつきが生ずるのが普通である。本実施形態では、気筒間の空気量のばらつきに起因する気筒毎の空燃比のずれを補正するため、各気筒に設けられた筒内圧センサ１８を利用して、気筒間の空気量のばらつきを推定することとした。

図２は、横軸に内燃機関１０のクランク角を、縦軸に筒内圧をとった図である。図２中、実線はファイアリング時の筒内圧であり、破線はモータリング時の筒内圧である。図２に示すように、モータリング時の筒内圧は、圧縮上死点（ＴＤＣ）において最大値Ｐ_maxをとる。図３（Ｂ）に示すように、気体の性質から、モータリング時の最大筒内圧Ｐ_maxと、その気筒に吸入された空気量とは比例関係にある。

そして、ピストン１１が上死点にあるときの筒内容積（燃焼室容積）は各気筒とも同じであるから、モータリング時の最大筒内圧Ｐ_maxの気筒間の比率は、気筒間の空気量の比率と等しい。そこで、本実施形態では、図３（Ａ）に示すように、モータリング時の最大筒内圧Ｐ_maxを＃１〜＃４の各気筒について計測し、その最大筒内圧Ｐ_maxの気筒間のばらつきが、気筒間の空気量のばらつきに相当するものとして、各気筒の燃料噴射量を補正することとした。

モータリング時の最大筒内圧Ｐ_maxは、次のようにして計測することができる。本実施形態のシステムでは、内燃機関１０の減速時等に、燃料カットを行う。燃料カット時には、インジェクタ２８からの燃料噴射が停止され、筒内での燃焼が発生しなくなるので、内燃機関１０はモータリング状態となる。そこで、燃料カット時に筒内圧センサ１８によってクランク角毎に筒内圧を検出し、そのうちの最大値を選定することで、最大筒内圧Ｐ_maxを求めることができる。

なお、燃料カット時に最大筒内圧Ｐ_maxを計測する場合には、スロットル弁２４を全開または所定の開度に開いておくものとする。

以下、上述した機能を実現するための具体的処理について説明する。図４は、ECU５０が、気筒間の空気量のばらつきを推定し、その推定結果に基づいて、気筒間の空燃比のばらつきを補正するための燃料噴射量補正係数を算出するために実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎に実行されるものとする。

図４に示すルーチンによれば、まず、燃料カットの実行中であるか否かが判別される（ステップ１００）。その判別の結果、燃料カットが実行されていなかった場合には、内燃機関１０がファイアリング状態にあると判断できる。この場合には、今回の処理サイクルがそのまま終了される。一方、燃料カットの実行中であると判別された場合には、内燃機関１０がモータリング状態にあると判断できる。この場合には、次に、各気筒について、筒内圧センサ１８により、クランク角毎の筒内圧が検出される（ステップ１０２）。

続いて、気筒毎に、上記ステップ１０２で検出されたクランク角毎の筒内圧のうちの最大値が、その気筒の最大筒内圧Ｐ_maxとして取得される（ステップ１０４）。ここで、以下、気筒毎の物理量を記号で表す場合に、「ｉ」を気筒番号として、(i)を付加して表記することにする。例えば、ｉ番気筒（＃ｉ気筒）の最大筒内圧Ｐ_maxを表す場合、Ｐ_max(i)と表記する。

上記ステップ１０４の処理に続いて、各気筒の最大筒内圧Ｐ_max(i)の平均値Ｐ_maxmeanが算出される（ステップ１０６）。具体的には、＃１〜＃４の最大筒内圧Ｐ_max(i)の算術平均値が、最大筒内圧平均値Ｐ_maxmeanとされる。

そして、上記ステップ１０４で取得された気筒毎の最大筒内圧Ｐ_max(i)と、上記ステップ１０６で算出された最大筒内圧平均値Ｐ_maxmeanとに基づき、気筒毎に、燃料噴射量補正係数α(i)が次式により算出される（ステップ１０８）。
α(i)＝Ｐ_max(i)／Ｐ_maxmean ・・・（１）

本実施形態において、ECU５０は、公知の空燃比フィードバック制御により内燃機関１０全体に対する総噴射量を算出し、その総噴射量を気筒数で割った値を各気筒のインジェクタ２８からの目標噴射量として算出している。そして、本実施形態では、その目標噴射量に、上記ステップ１０８で算出された気筒毎の燃料噴射量補正係数α(i)を乗ずることにより、気筒毎に目標噴射量を補正することとしている。

以上のような処理によれば、内燃機関１０全体として必要とされている総噴射量を、気筒間の最大筒内圧Ｐ_maxの比率で、つまり気筒間の空気量の比率で分配した値を、各気筒の目標噴射量とすることができる。これにより、内燃機関１０全体の空燃比はそのままで、各気筒の空燃比が均一となるように各気筒の目標噴射量を設定することができる。このため、気筒間の空燃比ばらつきを精度良く補正することができる。

なお、最大筒内圧Ｐ_maxを計測する方法は、上述したようにクランク角毎に計測した筒内圧のうちの最大値を選定する方法に限定されるものではない。つまり、モータリング時の最大筒内圧Ｐ_maxは圧縮上死点で生ずるので、対象とする気筒のピストン１１が圧縮上死点に来るクランク角に同期して、その時点の筒内圧センサ１８の信号をサンプリングすることにより、最大筒内圧Ｐ_maxを求めるようにしてもよい。

ところで、図２に示すように、筒内の燃焼は、圧縮上死点前から始まるのが普通である。このため、内燃機関１０がファイアリング状態にある場合には、圧縮上死点における筒内圧は、燃焼熱によって、モータリング時の圧力よりも高くなる。しかしながら、点火時期を通常よりも遅角すれば、燃焼開始点を圧縮上死点より後にすることも可能である。この場合には、ファイアリング状態であっても、圧縮上死点での筒内圧をモータリング時の圧力と同じにすることができる。よって、ピストン１１が圧縮上死点に来るクランク角に同期して筒内圧を検出する方法によって最大筒内圧Ｐ_maxを求めることにする場合には、内燃機関１０のモータリング時（燃料カット時）でなく、ファイアリング時であっても最大筒内圧Ｐ_maxを計測することが可能となる。このため、この場合には、モータリング時か、ファイアリング時かにかかわらずに、最大筒内圧Ｐ_maxを計測するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、圧縮上死点で発生する最大筒内圧Ｐ_maxの気筒間のばらつきに基づいて気筒間の空気量のばらつきを推定しているが、この推定の基礎とする筒内圧は最大筒内圧Ｐ_maxに限定されるものではない。つまり、圧縮上死点でなくても、燃焼開始前であって筒内容積が同じになった状態で各気筒の筒内圧を比較すれば、気筒間の空気量のばらつきを推定することが可能である。よって、吸気弁１６の閉弁後かつ点火前の範囲内でピストン１１の位置を予め任意に決めておき、各気筒のピストン１１がその所定位置に来るタイミングで各気筒の筒内圧を検出し、その検出された筒内圧の気筒間のばらつきを気筒間の空気量のばらつきとして扱うようにしてもよい。

（気筒間のインジェクタ噴射量のばらつきの推定）
ECU５０からインジェクタ２８に出される噴射量指示値と、インジェクタ２８から実際に噴射される燃料の量との誤差が無視できる場合には、上述した処理を行うことにより、気筒間の空燃比のばらつきを正確に補正し、各気筒の空燃比を均一にすることができる。

しかしながら、インジェクタ２８の構成部品のばらつきによる個体差などに起因して、気筒間でインジェクタ２８の噴射量特性に多少のばらつきが存在する場合もある。そのような場合には、インジェクタ２８の個体差まで考慮して燃料噴射量を補正した方が、気筒毎の空燃比をより正確に制御することが可能となる。そこで、本実施形態では、以下のような手法により、インジェクタ２８の個体差に起因する誤差を補正することとした。

まず、内燃機関１０のファイアリング状態において、気筒毎に、筒内圧センサ１８により、筒内圧をクランク角毎に検出する。この場合、１サイクル全体に渡って筒内圧を検出してもよく、あるいは、燃焼期間を含む範囲のみの筒内圧を検出してもよい。筒内圧をクランク角毎に検出したら、エネルギー保存則を表す次式に基づいて、熱発生率を算出する。

上記（２）式中、Ｐは筒内圧、Ｑは熱発生量、Ｖは筒内容積、θはクランク角、κは筒内ガスの比熱比、をそれぞれ表す。ＶおよびdＶ/dθは、クランク角θに応じて幾何学的に決まる値である。また、比熱比κは、既知の値である。よって、クランク角毎の筒内圧Ｐを検出すれば、上記（２）式に従って、クランク角毎の熱発生率dＱ/dθを算出することができる。

図２に示すように、熱発生率dＱ/dθは、燃焼開始に伴って０から立ち上がり、燃焼終了に伴って０に戻る。そして、熱発生率dＱ/dθを燃焼期間に渡って積分した値、つまり図２中の熱発生率のグラフ（一点鎖線）が囲む面積の値は、その気筒内の総熱発生量Ｑ_maxに相当する。よって、上記（２）式により算出されたクランク角毎の熱発生率dＱ/dθを積算すれば、総熱発生量Ｑ_maxを算出することができる。

なお、燃焼終了点を過ぎると、筒内ガスからシリンダ壁などに熱が逃げることにより、熱発生率dＱ/dθが負の値となる。このため、総熱発生量Ｑ_maxの算出に際しては、クランク角毎の熱発生率dＱ/dθを積算していき、その積算値が減少に転じる直前の値、つまり最大値を総熱発生量Ｑ_maxとすればよい。

以上のような処理を気筒毎に行うことにより、気筒毎の総熱発生量Ｑ_max(i)を算出することができる。そして、各気筒のインジェクタ２８から実際に噴射された燃料の量をｑ(i)とすると、次式が成り立つ。
Ｑ_max(i)＝ｋ＊lhv＊ｑ(i) ・・・（３）

上記（３）式中、lhvは、燃料の低位発熱量を表す。低位発熱量lhvは、単位量の燃料が完全燃焼したときの全発熱量から、燃料中に含まれる水分や燃焼によって生じた水分を蒸発させるための潜熱を差し引いた残りの熱量である。この低位発熱量lhvは、燃料の物性値であり、既知の値である。実噴射量ｑ(i)にこの低位発熱量lhvを乗じた値、つまりlhv＊ｑ(i)は、気筒内に供給された燃料が完全燃焼した場合に実質的に発生し得る熱量に相当する。

また、上記（３）式中、ｋは、気筒内で燃料が燃焼したときの熱発生効率を表す。内燃機関１０における燃焼では、冷却損失や燃料の燃え残りなどに起因して、何らかの熱損失を伴うのが普通である。このため、気筒内に供給された燃料が持つ熱量lhv＊ｑ(i)が全部そのまま熱発生量Ｑに変換されることは実際上はあり得ない。熱発生効率ｋは、このことを考慮するため補正係数であり、０＜ｋ＜１なる範囲の数である。この熱発生効率ｋをlhv＊ｑ(i)に乗じた値が、実際の総熱発生量Ｑ_max(i)に相当すると考えることができるので、上記（３）式が成立する。

熱発生効率ｋは、内燃機関１０の運転条件に応じて変化する。本実施形態では、運転条件と熱発生効率ｋとの関係が予め調べてあり、その関係がマップまたは演算式などの形でECU５０に記憶されているものとする。これにより、ECU５０は、運転条件に基づいて、熱発生効率ｋを算出することができる。

よって、上記（３）式を用いれば、各気筒の総熱発生量Ｑ_max(i)から、各気筒の実噴射量ｑ(i)を算出することができる。各気筒の実噴射量ｑ(i)がそれぞれ各気筒の目標噴射量に一致していれば、気筒毎の空燃比にずれはなく、正確な空燃比が実現されていると判断できる。

一方、実噴射量ｑ(i)が目標噴射量に一致していない気筒がある場合には、その気筒の空燃比にずれが生じていると判断できる。そこで、この場合には、その気筒の実噴射量ｑ(i)が目標噴射量に一致するまで、その気筒のインジェクタ２８に対する噴射量指示値を微調整することとした。

以下、上述した機能を実現するための具体的処理について説明する。図５は、ECU５０が、インジェクタ２８のばらつきに起因する気筒間の空燃比のばらつきを補正するために実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、前述した図４に示すルーチンの処理によって気筒毎の燃料噴射量補正係数α(i)が算出された後に、実行されるものとする。

図５に示すルーチンによれば、まず、内燃機関１０がファイアリング状態であって、かつ定常運転状態であるか否かが判別される（ステップ１１０）。内燃機関１０が過渡運転状態にあるときには、燃料噴射量が刻々と変わるので、本ルーチンの燃料噴射量補正処理を精度良く行うことが困難である。このため、ステップ１１０において、内燃機関１０が定常運転状態にないと判別された場合には、そのまま今回の処理サイクルが終了される。

一方、ステップ１１０においてファイアリング状態かつ定常運転状態にあると判別された場合には、次に、各気筒の筒内圧センサ１８により、各気筒の筒内圧がクランク角毎に検出される（ステップ１１２）。そして、気筒毎に、ステップ１１２で算出された筒内圧を上記（２）式に代入して熱発生率dＱ/dθを算出し、その熱発生率dＱ/dθを積分することにより、気筒毎の総熱発生量Ｑ_max(i)が算出される（ステップ１１４）。

続いて、内燃機関１０の現在の運転状態に基づいて熱発生効率ｋが算出され、その熱発生効率ｋと、上記ステップ１１４で算出された各気筒の総熱発生量Ｑ_max(i)とに基づき、上記（３）式の関係に従って、各気筒の実噴射量ｑ(i)が算出される（ステップ１１６）。そして、算出された各気筒の実噴射量ｑ(i)が、各気筒の目標噴射量に一致しているか否かが判別される（ステップ１１８）。各気筒の目標噴射量とは、前述した図４のルーチンの処理で算出された気筒毎の燃料噴射量補正係数α(i)を乗ずることにより、気筒間の空気量のばらつきを反映させて、気筒毎に算出された値のことである。

上記ステップ１１８において、各気筒共、実噴射量ｑ(i)がその気筒の目標噴射量に一致していると判別された場合には、何れの気筒においても空燃比が目標空燃比に精度良く一致しており、気筒間で空燃比のばらつきはないと判断できる。この場合には、本ルーチンの処理が終了される。

これに対し、上記ステップ１１８において、実噴射量ｑ(i)がその気筒の目標噴射量に一致していない気筒があると判別された場合には、その気筒のインジェクタ２８の噴射量特性のばらつき（個体差）に起因する空燃比のずれが生じていると判断できる。この場合には、その気筒の実噴射量ｑ(i)を目標噴射量に一致させるべく、その気筒のインジェクタ２８に対する噴射量指示値が、実噴射量ｑ(i)と目標噴射量との偏差に応じて増量方向または減量方向に修整され（ステップ１２０）、その後、ステップ１１０以下の処理が再度行われる。

このようにして、定常運転状態が継続されている場合には、各気筒の実噴射量ｑ(i)が各気筒の目標噴射量に一致するまで、ステップ１２０を通るループの処理が繰り返し実行される。よって、図５に示すルーチンの処理によれば、インジェクタ２８の噴射量特性に気筒間でばらつきがあった場合であっても、そのばらつきに起因する気筒間の空燃比ずれを精度良く補正することができ、空燃比を気筒間で均一にすることができる。

なお、上述した実施形態では、気筒毎の実噴射量ｑ(i)を算出し、それらが気筒毎の目標噴射量に一致するように制御しているが、インジェクタ２８のばらつきによる気筒間の空燃比ばらつきを補正する手法は、そのような手法に限定されるものではない。例えば、上記ステップ１１４で算出される総熱発生量Ｑ_max(i)の気筒間の比率が、図４のステップ１０４で算出される最大筒内圧Ｐ_max(i)の気筒間の比率に一致すれば、実際の燃料噴射量の気筒間比率が空気量の気筒間比率に一致していることになるので、各気筒の空燃比が均一になっていることになる。そこで、総熱発生量Ｑ_max(i)の気筒間の比率が、最大筒内圧Ｐ_max(i)の気筒間の比率に一致するように、各気筒のインジェクタ２８に対する噴射量指示値を補正するように制御してもよい。そのような制御によっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施形態では、各気筒の空燃比を同じ空燃比に制御する場合について説明したが、本発明は、そのような場合の制御に限定されるものではない。例えば、排気浄化触媒の硫黄被毒再生時などにおいて、リッチ空燃比にする気筒と、リーン空燃比にする気筒とを意識的に混在させる制御が行われる場合がある。そのような制御を行う場合にも、本発明を適用することにより、気筒間の空気量のばらつきやインジェクタ２８のばらつきによる空燃比誤差を精度良く補正することができ、気筒毎の空燃比を気筒毎の目標空燃比に正確に一致させることが可能となる。

なお、上述した実施の形態１においては、インジェクタ２８が前記第１の発明における「燃料噴射手段」に、筒内圧センサ１８が前記第１の発明における「筒内圧検出手段」に、圧縮上死点における最大筒内圧Ｐ_max(i)が前記第１の発明における「所定ピストン位置筒内圧」に、それぞれ相当している。また、ECU５０が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより前記第１および第２の発明における「所定ピストン位置筒内圧取得手段」が、上記ステップ１０６〜１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料噴射量制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ECU５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第２の発明における「状態検出手段」が、上記ステップ１０８の処理で算出された燃料噴射量補正係数α(i)を用いて気筒毎の燃料噴射量を算出することにより前記第３の発明における「気筒別目標噴射量算出手段」が、それぞれ実現されている。また、ECU５０が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第４および第５の発明における「状態検出手段」が、上記ステップ１１２および１１４の処理を実行することにより前記第４および第５の発明における「熱発生量算出手段」が、上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第４の発明における「気筒別実噴射量算出手段」が、上記ステップ１１８および１２０の処理を実行することにより前記第４および第５の発明における「噴射量指示値補正手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 横軸に内燃機関のクランク角を、縦軸に筒内圧をとった図である。 （Ａ）は気筒毎の最大筒内圧Ｐ_maxを示すグラフであり、（Ｂ）は最大筒内圧Ｐ_maxと空気量との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ クランク角センサ
１６ 吸気弁
１８ 筒内圧センサ
２４ スロットル弁
２８ インジェクタ
３０ 点火プラグ
３３ 空燃比センサ
３４ 触媒
５０ ECU(Electronic Control Unit)

Claims (5)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
   気筒毎に設けられ、筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
   気筒毎に、前記筒内圧検出手段の検出信号に基づいて、吸気弁閉弁時以後かつ燃焼開始前の所定のピストン位置にあるときの筒内圧を所定ピストン位置筒内圧として取得する所定ピストン位置筒内圧取得手段と、
   気筒間の前記所定ピストン位置筒内圧のばらつきが気筒間の空気量のばらつきに相当するものとして、各気筒の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記内燃機関がファイアリング状態にあるかモータリング状態にあるかを検出する状態検出手段を更に備え、
   前記筒内圧検出手段は、クランク角毎に筒内圧を検出可能であり、
   前記所定ピストン位置筒内圧取得手段は、前記内燃機関がモータリング状態にあるときにクランク角毎に検出された筒内圧のうちの最大筒内圧を前記所定ピストン位置筒内圧として取得することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記燃料噴射量制御手段は、前記内燃機関全体として必要とされる総噴射量を気筒間の前記所定ピストン位置筒内圧の比率で各気筒に分配した値を気筒毎の目標噴射量として算出する気筒別目標噴射量算出手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記内燃機関がファイアリング状態にあるかモータリング状態にあるかを検出する状態検出手段を更に備え、
   前記筒内圧検出手段は、クランク角毎に筒内圧を検出可能であり、
   前記燃料噴射量制御手段は、
   前記内燃機関がファイアリング状態にあるときに前記筒内圧検出手段により検出された各気筒のクランク角毎の筒内圧に基づいて、各気筒の熱発生量を算出する熱発生量算出手段と、
   各気筒の前記熱発生量に基づいて、気筒毎の実際の燃料噴射量を算出する気筒別実噴射量算出手段と、
   前記気筒別実噴射量算出手段により算出された気筒毎の実際の燃料噴射量が、前記気筒別目標噴射量算出手段により算出された気筒毎の目標噴射量にそれぞれ一致するように、各気筒の前記燃料噴射手段に対する噴射量指示値を補正する噴射量指示値補正手段と、
   を含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 前記内燃機関がファイアリング状態にあるかモータリング状態にあるかを検出する状態検出手段を更に備え、
   前記筒内圧検出手段は、クランク角毎に筒内圧を検出可能であり、
   前記燃料噴射量制御手段は、
   前記内燃機関がファイアリング状態にあるときに前記筒内圧検出手段により検出された各気筒のクランク角毎の筒内圧に基づいて、各気筒の熱発生量を算出する熱発生量算出手段と、
   気筒間の前記熱発生量の比率が、気筒間の前記所定ピストン位置筒内圧の比率に一致するように、各気筒の前記燃料噴射手段に対する噴射量指示値を補正する噴射量指示値補正手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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