JP2008297933A - 燃料噴射量制御装置及び燃料噴射量制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】点火時期を遅角させる触媒暖機運転期間中の出力トルク変動の抑制を図った燃料噴射量制御装置及び燃料噴射量制御システムを提供する。
【解決手段】触媒装置を暖機させるべく点火時期を通常運転時の点火時期に比べて遅角させる触媒暖機運転期間中に、気筒の各々の燃焼に起因した回転クランク軸回転速度を算出する回転速度算出手段と、回転速度算出手段により算出された気筒毎のクランク軸回転速度に基づき、各々のクランク軸回転速度のばらつき量を算出するばらつき量算出手段と、ばらつき量算出手段により算出されたばらつき量を抑制するよう、気筒別噴射量を補正する気筒間補正手段（Ｓ４２,Ｓ４３）と、を備え、触媒暖機運転期間中には、気筒間補正手段により補正された気筒別噴射量に基づき燃料の噴射量を制御する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、複数気筒から構成される内燃機関に適用された燃料噴射量制御装置、及びその装置を備えた制御システムに関する。

エンジン（内燃機関）からの排気を浄化する触媒装置について、エンジン始動時等のように触媒が低温の場合には、浄化機能が十分に発揮されないことが従来より知られている。この対策として従来では、触媒が低温の場合には点火時期を遅角（例えばＴＤＣより１０〜２０℃Ａ遅角）させることにより、触媒の温度を上昇させて触媒装置を暖機させている（特許文献１参照）。
特開２００２−３５７１３６号公報

ところで、エンジンが複数の気筒から構成される場合において、各気筒に対する燃料噴射量等の条件を同じにしても、各気筒の固体差に起因して、膨張行程時にクランク軸に付与するトルクは異なる。その結果、クランク軸の出力トルクが変動することとなる。そして、上述のように触媒暖機を図るべく点火時期を遅角させると、燃焼状態が悪化することに伴い、前述の出力トルク変動が顕著に現れるとの知見を発明者らは得た。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、点火時期を遅角させる触媒暖機運転期間中の出力トルク変動の抑制を図った燃料噴射量制御装置及び燃料噴射量制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、多気筒内燃機関の気筒毎に噴射される燃料の気筒別噴射量を算出する噴射量算出手段を備え、前記噴射量算出手段により算出された前記気筒別噴射量に基づき燃料の噴射量を制御する燃料噴射量制御装置であって、排気を浄化する触媒装置を暖機させるべく点火時期を通常運転時の点火時期に比べて遅角させる触媒暖機運転期間中に、前記気筒の各々の燃焼に起因したクランク軸回転速度を算出する回転速度算出手段と、前記回転速度算出手段により算出された気筒毎のクランク軸回転速度に基づき、気筒毎のクランク軸回転速度のばらつき量を算出するばらつき量算出手段と、前記ばらつき量算出手段により算出されたばらつき量を抑制するよう、前記気筒別噴射量を補正する気筒間補正手段と、を備え、前記触媒暖機運転期間中には、前記気筒間補正手段により補正された気筒別噴射量に基づき燃料の噴射量を制御することを特徴とする。

これによれば、点火時期を遅角させる触媒暖機運転期間中において、クランク軸回転速度のばらつき量を抑制するよう気筒別噴射量が補正されるので、クランク軸回転速度のばらつきを抑制でき、触媒暖機運転期間中における出力トルク変動の抑制を図ることができる。具体例として、クランク軸回転速度が大きい気筒については気筒別噴射量を少なくするよう補正し、クランク軸回転速度が小さい気筒については気筒別噴射量を多くするよう補正することが挙げられ、これにより、ばらつき量を抑制するよう気筒別噴射量を補正できることとなる。

請求項２記載の発明は、前記気筒間補正手段は、前記ばらつき量算出手段により算出されたばらつき量が大きいほど、前記気筒別噴射量に対する補正の量を大きくすることを特徴とする。これによれば、ばらつき量の大きさにかかわらず気筒別噴射量に対する補正の量を一律にした場合に比べて、クランク軸回転速度のばらつき量をより一層低減できる。

請求項３記載の発明は、前記ばらつき量算出手段は、前記多気筒内燃機関の全気筒に対して共通の値に設定された目標回転速度と、前記回転速度算出手段により算出された気筒毎のクランク軸回転速度との差を、前記ばらつき量として前記気筒の各々について算出することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記目標回転速度は、前記回転速度算出手段により算出された気筒毎のクランク軸回転速度の平均値であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記気筒間補正手段による前記各気筒に対する補正の量の総和が予め設定された設定値となるように、前記気筒間補正手段は前記気筒別噴射量を補正することを特徴とする。なお、上記「補正の量」は、減少させる場合と増加させる場合とでプラスマイナスの符号を逆にして設定された値である。

これによれば、気筒間補正手段によりばらつき量を抑制するよう気筒別噴射量を補正したことに伴い、噴射量補正後の空燃比が噴射量補正前の空燃比に比べて変化してしまうといった懸念を解消できる。例えば、気筒間補正手段による第１気筒に対する補正量がマイナス１０ｍｍ³であり、第２気筒に対する補正量がプラス８ｍｍ³である場合には、補正量の総和はマイナス２ｍｍ³となり、空燃比がリーン側に変化することが懸念されるが、上記発明によればこのような懸念を解消できる。

請求項６記載の発明は、前記設定値はゼロであることを特徴とするので、噴射量補正後の空燃比を噴射量補正前の空燃比と同一にできる。よって、触媒暖機運転期間における実際の空燃比がそれ以前の期間における実際の空燃比に対して異なる値となってしまうことを回避できる。

請求項７記載の発明は、排気状態を検出する検出センサからの検出値を取得し、前記取得した検出値に基づき実際の空燃比を算出する空燃比算出手段と、目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、を備え、前記気筒間補正手段は、前記空燃比算出手段にて算出された実際の空燃比が前記目標空燃比算出手段にて算出された目標空燃比に近づくように前記気筒別噴射量を補正することを特徴とする。これによれば、好適に設定された目標空燃比に実際の空燃比を近づけることができる。

請求項８記載の発明は、前記触媒装置の暖機が終了することに伴い前記触媒暖機運転期間が終了した後には、前記気筒間補正手段による補正を行うことなく、前記噴射量算出手段により算出された前記気筒別噴射量に基づき燃料の噴射量を制御することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、上述したいずれかの燃料噴射量制御装置と、燃料を噴射する燃料噴射装置及び排気を浄化する触媒装置の少なくとも一方と、を備えることを特徴とする燃料噴射量制御システムである。この燃料噴射量制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態にかかる筒内噴射式の内燃機関（エンジン１）と、エンジン１の運転状態を制御する電子制御装置（ＥＣＵ１０）とを示す、システム概要構成図である。そして、当該エンジン１は車両に搭載されて走行駆動源として機能するものである。また、本実施形態にかかるエンジン１は、多気筒の火花点火式レシプロエンジンを想定しているが、この図１においては、説明の便宜上１つのシリンダのみを図示している。

ＥＣＵ１０には、エアフロメータ１１、クランク角センサ１２、Ａ／Ｆセンサ１３及びＯ₂センサ１４等の各種センサから検出信号が入力される。そして、ＥＣＵ１０は、これらの検出信号の値に基づき燃料噴射弁２１、スロットルバルブ２２及び点火装置２３の作動を制御する。

燃料噴射弁２１は、複数の気筒毎に備えられており、ＥＣＵ１０からの指令信号に基づき噴射弁の開閉作動が制御される。そして、図示しない燃料タンクから燃料噴射弁２１に供給された燃料は、燃料噴射弁２１の開作動により燃焼室１ａに直接噴射される。なお、各燃料噴射弁２１による燃料噴射量は、各々の燃焼室１ａに対して独立して制御されている。

また、ＥＣＵ１０では、クランク角センサ１２の検出値により算出されるエンジン回転速度、吸気管２の吸気圧力、及びＡ／Ｆセンサ１３やＯ₂センサ１４の検出値等に基づき、上記燃料噴射量に関する指令信号を出力する。因みに、Ａ／Ｆセンサ１３やＯ₂センサ１４の検出値に基づき混合気がリーンの状態であると判定されれば燃料噴射量を増量補正する。一方、混合気がリッチの状態であると判定されれば燃料噴射量を減量補正する。

因みに、クランク角センサ１２は３０℃Ａ毎にサンプリング信号をＥＣＵ１０に出力し、ＥＣＵ１０はサンプリング信号を取得した時間間隔に基づきエンジン回転速度を算出している。

スロットルバルブ２２は、吸気管２における空気の流路面積を調整することにより吸気量を制御するバルブであり、電動モータにより駆動する電子制御式である。そして、ＥＣＵ１０からの指令信号に基づき電動モータの作動を制御することで吸気量を制御している。なお、本実施形態では、複数気筒に対して１つのスロットルバルブ２２を設けるように構成しているが、各々の気筒に対してスロットルバルブ２２を設けるように構成してもよく、この場合には、吸気量を各々の燃焼室１ａに対して独立して制御してもよい。

また、ＥＣＵ１０では、運転者によるアクセル操作量、クランク角センサ１２の検出値により算出されるエンジン回転速度及びエアフロメータ１１等の値に基づき、上記吸気量に関する指令信号を出力する。

因みに、吸気管２のうちスロットルバルブ２２の上流部分には、エアクリーナ４が設けられており、エアフロメータ１１は、エアクリーナ４を通じて吸入される新気量を検出するためのセンサである。

排気管３には、排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒を備えた上流側触媒装置５及び下流側触媒装置６が設置されている。上流側触媒装置５は、排気管３のうち下流側触媒装置６の上流側に設置されており、下流側触媒装置６の触媒が温度上昇して活性化するまでの間、下流側触媒装置６による浄化作用を補助するための装置である。

上述したＡ／Ｆセンサ１３は上流側触媒装置５の上流側に設置され、上述したＯ₂センサ１４は、上流側触媒装置５の下流側かつ下流側触媒装置６の上流側に設置されている。因みに、Ａ／Ｆセンサ１３は、排気中の酸素濃度に応じた酸素濃度検出信号を出力することで、混合気の空燃比をリニアに検出可能な酸素濃度センサである。また、Ｏ₂センサ１４は、排気中の酸素濃度が所定値よりも多いか少ないかを検出することで、混合気が所定値に対してリッチ及びリーンのいずれであるかを２値検出するセンサである。

ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、上記各種センサから逐次入力される検出信号に基づいて上記各種アクチュエータを駆動することによりエンジン１を制御するものである。このＥＣＵ１０に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、メインメモリとしてのＲＡＭ、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）等といった各種の演算装置及び記憶装置によって構成されている。そして、ＲＯＭには、燃料噴射量制御、吸気量制御、点火時期制御等に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップが、またデータ保存用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）には、エンジン１のダイアグデータをはじめとする各種データが、それぞれ予め格納されている。

次に、本実施形態にかかる触媒暖機制御の処理手順を、図２を用いて説明する。なお、この触媒暖機制御処理は、ＥＣＵ１０のマイクロコンピュータにより、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして起動し、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、触媒暖機運転の実行条件が成立しているか否かを判定する。ここで、触媒暖機運転とは、上流側触媒装置５の触媒を温度上昇させて活性化させるための運転のことである。そしてステップＳ１０では、上流側触媒装置５の触媒温度を検出する触媒温度検出センサ１５により取得された値に基づき、触媒の温度が予め設定された閾値よりも低いことを触媒暖機運転の実行条件としている。

そして、触媒暖機運転の実行条件が成立していると判定された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）にはステップＳ１１にて触媒暖機運転を実行し、成立していないと判定された場合（Ｓ１０：ＮＯ）には一連の処理を一旦終了させる。ステップＳ１１における触媒暖機運転では、点火装置２３による点火時期を通常運転時の点火時期に比べて遅角させる。通常運転時の点火時期は、エンジン１のピストンが上死点に到達した時期（ＴＤＣ）からノックが発生しない程度に進角させた時期に制御されている。また、触媒暖機運転時の点火時期は、ＴＤＣよりも遅角させた時期（例えばＴＤＣから１０〜２０℃Ａ遅角した時期）に制御されている。

このように点火時期を遅角させることにより、燃焼期間が遅角され、その結果、燃焼室１ａ又は排気管３内の火炎により触媒の温度が上昇し、上流側触媒装置５に対する暖機運転がなされる。なお、燃料噴射弁２１による燃料噴射時期に関し、触媒暖機運転の実行の際には、膨張行程又は排気行程で追加燃料を噴射することで、燃焼室１ａ又は排気管３にて前記追加燃料を燃焼させ、さらなる触媒温度上昇を図るようにしてもよい。

このようなステップＳ１１による触媒暖機運転が実行されると触媒の温度が上昇し、前記閾値よりも触媒温度が高くなると、ステップＳ１０による暖機運転実行条件が成立しなくなる（Ｓ１０：ＮＯ）。つまり、触媒暖機運転が終了したとみなして一連の処理を終了させる。

ところで、各気筒に対する燃料噴射量等の条件を同じにしても、各気筒の固体差に起因して、膨張行程時にクランク軸１ｂに付与するトルクは異なる。その結果、クランク軸１ｂの出力トルクが変動することとなる。そして、上述のように触媒暖機を図るべく点火時期を遅角させると、燃焼状態が悪化することに伴い、前述の出力トルク変動が顕著に現れる。

そして、以下に説明する触媒暖機時燃料噴射量制御は、このように点火時期を遅角させる触媒暖機運転を実行することに伴い、出力トルク変動が顕著に現れてしまうことを抑制するための制御である。

以下、本実施形態にかかる触媒暖機時燃料噴射量制御の処理手順を、図３〜図７を用いて説明する。なお、図３に示す処理は、ＥＣＵ１０のマイクロコンピュータにより、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして起動し、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ２０において、前述したステップＳ１１による点火遅角制御が実施中であるか否かを判定する。点火遅角制御が実施中であると判定（Ｓ１１：ＹＥＳ）された場合には、後述するステップＳ２２〜Ｓ２５により、前記トルク変動を抑制するための気筒間ばらつき補正量を算出し、点火遅角制御が実施中でないと判定（Ｓ１１：ＮＯ）された場合には、ステップＳ２１に進み、気筒間ばらつき補正量をゼロに設定して一連の処理を終了する。

ステップＳ２２（ばらつき量算出手段）では、図４に示すサブルーチン処理により、気筒の各々の燃焼に起因したクランク軸１ｂの角速度（回転速度）の誤差量w＿err(n)を算出する。すなわち、まずステップＳ３０において、各気筒の角速度w(n)を算出する。なお、前記(n)は、気筒番号ｎを示すものであり、例えば４気筒エンジン１の場合には、１番気筒の角速度をw(1)、２番気筒の角速度をw(2)、３番気筒の角速度をw(3)、４番気筒の角速度をw(4)、と表現する。

ここで、上述の如くクランク軸１ｂの出力トルクは各気筒の固体差に起因して変動するため、クランク軸１ｂの回転速度も変動する（図５参照）。図５に現れている１番目の回転速度のピーク値は１番気筒の燃焼に起因したピーク値であり、２番目のピーク値は次に燃焼する気筒（例えば３番気筒）の燃焼に起因したピーク値であり、以降、順次燃焼する気筒の燃焼に起因したピーク値である。

そして、ステップＳ３０では、１８０℃Ａ期間のうち前記ピーク値が出現する時期を含む所定期間Ｔ１において、クランク角センサ１２の検出値に基づきクランク軸１ｂの角速度を算出し、連続して現れる各ピーク値について算出した角速度を、各気筒の角速度w(n)として算出している。

次に、ステップＳ３１に進み、点火遅角制御の実施を開始した時点から所定の検出時間Ｔ２（サンプリング期間）が経過したか否かを判定する。経過時間Ｔ２が経過したと判定（Ｓ３１：ＹＥＳ）された場合にはステップＳ３２に進み、経過時間Ｔ２が経過していないと判定（Ｓ３１：ＮＯ）された場合には、図４に示す一連の処理を一旦終了する。つまり、経過時間Ｔ２が経過するまでの間、ステップＳ３０による各気筒の角速度w(n)検出処理が実施されることとなる。

続くステップＳ３２では、経過時間Ｔ２中に検出された各気筒の角速度w(n)について、各気筒の平均角速度w＿avg(n)を算出する。そして、各気筒の平均角速度w＿avg(n)の全体平均値w＿allavgを算出する。つまり、全気筒平均値w＿allavgはΣw＿avg(n)／ｎとの式により算出される。

続くステップＳ３３では、全気筒の平均値w＿allavgに対する各気筒の平均角速度w＿avg(n)である、誤差w＿err(n)を算出する（図６参照）。なお、各気筒の平均角速度w＿avg(n)が全気筒平均値w＿allavgよりも大きい場合には誤差w＿err(n)の値をプラスとし、平均角速度w＿avg(n)が全気筒平均値w＿allavgよりも小さい場合には誤差w＿err(n)の値をマイナスとして設定している。例えば図６に示す＃２気筒の場合には、誤差w＿err(2)＝w＿allavg−w＿avg(2)で表され、誤差w＿err(2)の値はマイナスとなる。また、例えば図６に示す＃３気筒の場合には、誤差w＿err(3)＝w＿allavg−w＿avg(3)で表され、誤差w＿err(3)の値はプラスとなる。このように、ステップＳ３３の処理により、各気筒の誤差w＿err(n)が算出される。

次に、図３に示すステップＳ２３において、ステップＳ３３の処理にて算出された各気筒の誤差w＿err(n)の値に基づき、各気筒に対して回転ばらつきの有無を判定する。具体的には、誤差w＿err(n)の値が予め設定された上限値w＿max又は下限値w＿minを超えているか否かを判定する。そして、誤差w＿err(n)の値が上限値w＿max又は下限値w＿minを超えていると判定された場合には、その気筒についてばらつき有りと判定して処理はステップＳ２５に進む。例えば、図６に示す＃２気筒の場合には、誤差w＿err(2)の値の絶対値が上限値w＿maxを超えて大きいので、ばらつき有りと判定される。また、図６に示す＃３気筒の場合には、誤差w＿err(3)の値の絶対値が下限値w＿minを超えて大きいので、ばらつき有りと判定される。

ステップＳ２５では、図７（ａ）に示すサブルーチン処理により、各々の気筒に対して、１燃焼サイクルあたりに噴射される量としての燃料噴射量Atau(n)を算出する。すなわち、まずステップＳ４０において、Ａ／Ｆセンサ１３が活性化しているか否かを判定する。つまり、Ａ／Ｆセンサ１３は低温度の状態では正確な検出値を出力することができないので、正確な検出値を出力できる程度に活性化しているか否かをステップＳ４０にて判定している。Ａ／Ｆセンサ１３の温度が予め設定された温度以上であればＡ／Ｆセンサ１３が活性化していると判定（Ｓ４０：ＹＥＳ）し、処理はステップＳ４１に進む。

＜ステップＳ４１,Ｓ４２について＞
ステップＳ４１では、各気筒に対する燃料補正量Aafを、Ａ／Ｆセンサ１３の検出値により算出された実空燃比A/F及び目標空燃比αの偏差（A/F−α）に基づき算出する。つまり、Kaf（A/F−α）との式により燃料補正量Aafを算出する。なお、図７（ｂ）に示すように、Kafは空燃比制御用の燃料補正ゲインであり、前記偏差（A/F−α）の値に応じてKafを異なる値に設定してもよいし、前記偏差（A/F−α）の値にかかわらずKafを固定値に設定してもよい。

続くステップＳ４２では、気筒別の燃料噴射量Atau(n)を、気筒別燃料噴射量の前回値Atau0(n)と、ステップＳ３３にて算出された誤差量w＿err(n)と、ステップＳ４１にて算出された燃料補正量Aafとに基づき算出する。つまり、Atau0(n)＋（Ktau×w＿err(n)）＋Aafとの式により気筒別の燃料噴射量Atau(n)を算出する。なお、図７（ｂ）に示すようにKtauは角速度制御用の燃料補正ゲインであり、この補正ゲインKtauは、図７（ｃ）に示すように誤差量w＿err(n)に応じて異なる値に設定している。

具体的には、w＿err(n)がプラスの値である場合には、w＿err(n)の値が大きいほど補正ゲインKtauを大きく設定し、w＿err(n)がマイナスの値である場合には、w＿err(n)の値が小さいほど補正ゲインKtauを大きく設定している。因みに、空燃比制御用の燃料補正ゲインKafの算出に用いるマップ、及び角速度制御用の燃料補正ゲインKtauの算出に用いる図７（ｃ）に示すマップは、上述のＲＯＭに記憶されている。

そして、ステップＳ４２における算出式では、（Ktau×w＿err(n)）の項を有するので、気筒間の角速度ばらつき量は抑制される。例えば、図６に示す＃２気筒の場合には、（Ktau×w＿err(2)）の項により、燃料噴射量Atau(2)は、w＿allavg＋w＿err(2)の値からw＿allavgの値に補正されることとなる。また、図６に示す＃３気筒の場合には、（Ktau×w＿err(3)）の項により、燃料噴射量Atau(3)は、w＿allavg＋w＿err(3)の値からw＿allavgの値に補正されることとなる。

したがって、ステップＳ４２は、（Ktau×w＿err(n)）の項を有することにより、気筒間の角速度ばらつき量を抑制するよう気筒別燃料噴射量Atau(n)を補正する、気筒間補正手段として機能することとなる。

ところで、ステップＳ４２における算出式においてAafの項を削除すると、上記ばらつき量は抑制されるものの、（Ktau×w＿err(n)）の項により補正した結果、全気筒全体としての燃料噴射量が増大又は減少することが有り得る。例えば、図６に示すように＃２気筒については噴射量を減量するようにばらつき補正し、＃３気筒について噴射量を増量するようにばらつき補正した場合において、＃２気筒にかかる減量補正量が＃３気筒にかかる増量補正量よりも多いと、全体平均値w＿allavgが図６中のβに示す値に低下することが懸念される。そして、このように全体平均値w＿allavgが変化すると、ばらつき補正を行った結果、空燃比が変動するといった不具合が懸念される。

この点を鑑み、ステップＳ４２における算出式では、空燃比制御用の燃料補正量Aafの項を有するので、上述の如く全体平均値w＿allavgがβに低下したとしても、ステップＳ４１にてＡ／Ｆセンサ１３の検出値に基づき算出される燃料補正量Aafが加算された結果、実空燃比A/Fは目標空燃比αに近づくようにフィードバック制御される。

したがって、ステップＳ４１,Ｓ４２は、空燃比制御用の燃料補正量Aafの項を有することにより、実空燃比A/Fが目標空燃比αに近づくよう気筒別燃料噴射量Atau(n)を補正する、空燃比補正手段として機能することとなる。

＜ステップＳ４３,Ｓ４４,Ｓ４５について＞
一方、Ａ／Ｆセンサ１３の温度が予め設定された温度よりも低ければＡ／Ｆセンサ１３が活性化していないと判定（Ｓ４０：ＮＯ）し、処理はステップＳ４３に進む。以下のステップＳ４３,Ｓ４４,Ｓ４５は、Ａ／Ｆセンサ１３の検出値を用いることなく上述の空燃比補正手段と同等の機能を発揮させるための処理である。

まずステップＳ４３（気筒間補正手段）では、回転ばらつき抑制用の燃料補正量Atau1(n)を、ステップＳ３３にて算出された誤差量w＿err(n)に基づき算出する。つまり、Ktau×w＿err(n)との式により燃料補正量Atau1(n)を算出する。なお、図７（ｂ）に示すようにKtauは角速度制御用の燃料補正ゲインであり、この補正ゲインKtauは、前述のステップＳ４２と同様にして図７（ｃ）に示すように誤差量w＿err(n)に応じて異なる値に設定している。

続くステップＳ４４では、空燃比制御用の燃料補正量Aafを、ステップＳ４３にて算出したAtau1(n)の全気筒の総和を気筒数ｎで除算することにより算出する。つまり、空燃比制御用の燃料補正量AafはΣAtau1(n)／ｎとの式により算出される。

例えば図６に示す場合において、＃２気筒の燃料補正量Atau1(2)がマイナス１０ｍｍ³、＃３気筒の燃料補正量Atau1(3)がプラス８ｍｍ³、＃１,＃４気筒の燃料補正量Atau1(1),Atau1(4)が０ｍｍ³であり、４気筒エンジンである場合（ｎ＝４）には、ΣAtau1(n)／ｎ＝（−１０＋８）／４＝−０．５となる。よって、空燃比制御用の燃料補正量Aafは各気筒共通に−０．５（ｍｍ³）となる。

続くステップＳ４５では、気筒別の燃料噴射量Atau(n)を、気筒別燃料噴射量の前回値Atau0(n)と、ステップＳ４３にて算出された回転ばらつき抑制用の燃料補正量Atau1(n)と、ステップＳ４４にて算出された空燃比制御用の燃料補正量Aafとに基づき算出する。つまり、Atau0(n)＋Atau1(n)−Aafとの式により気筒別の燃料噴射量Atau(n)を算出する。

そして、ステップＳ４５における算出式では、（Ktau×w＿err(n)）の項を有する算出式により算出された回転ばらつき抑制用の燃料補正量Atau1(n)の項を有するので、ステップＳ４２と同様にして気筒間の角速度ばらつき量は抑制される。よって、ステップＳ４３,Ｓ４５は、気筒間の角速度ばらつき量を抑制するよう気筒別燃料噴射量Atau(n)を補正する、気筒間補正手段として機能することとなる。

また、ステップＳ４５における算出式では、空燃比制御用の燃料補正量Aafの項を有するので、上述の如く全体平均値w＿allavgがβに低下することを抑制できる。よって、ステップＳ４４,Ｓ４５は、空燃比制御用の燃料補正量Aafの項を有することにより、実空燃比が目標空燃比αに近づくよう気筒別燃料噴射量Atau(n)を補正する、空燃比補正手段として機能することとなる。

一方、図３のステップＳ２３において回転ばらつき無しと判定された場合には、図３のステップＳ２４に進み、気筒別燃料噴射量の前回値Atau0(n)を持続して今回値Atau(n)とする。

以上に説明したように、ステップＳ４２又はステップＳ４５において気筒別燃料噴射量Atau(n)を算出する処理がなされると、図７の一連の処理を終了する。そして、ＥＣＵ１０は、このようにして算出された気筒別燃料噴射量Atau(n)に基づき、図示しない他の処理にて燃料噴射弁２１の作動を制御する。

図８（ａ）（ｂ）に、気筒別燃料噴射量Atau(n)に基づき燃料噴射弁２１の作動を制御した場合における、一態様を例示する。

図８（ａ）は、クランク軸１ｂの回転速度の変化及び点火時期の変化を示すタイミングチャートであり、ｔ１の時点までは通常運転時の点火時期に制御されている。つまり、前述の如くＴＤＣからノックが発生しない程度に進角させた時期に制御されている。そして、ｔ１の時点で触媒暖機運転が実行されることに伴い、遅角（例えばＴＤＣから１０〜２０℃Ａ遅角した時期に点火時期を遅角させている。

図８（ｂ）は、図８（ａ）のｔ１時点以降におけるクランク軸１ｂの回転速度、トルク変化及び実空燃比の変化を示すタイミングチャートである。ｔ１の時点からｔ２の時点までの期間Ｔ２において、各気筒の角速度w(n)を検出する図４の処理が実施される。また、図８（ｂ）に示すように、触媒暖機運転が実行されることに起因して、ｔ１の時点からｔ２の時点までは回転速度及びトルクが大きく変動している。因みに、実空燃比が変動しているのは、Ａ／Ｆセンサ１３により目標空燃比となるようにフィードバック制御する際のハンチングによるものである。

そして、角速度w(n)を検出する処理が終了してｔ２の時点に至ると、図７の処理により算出された気筒別燃料噴射量Atau(n)に基づく燃料噴射が実施される。ここで、図８（ｂ）中の符号ＮＥ,ＴＫに示す実線は、気筒別燃料噴射量Atau(n)に基づく燃料噴射が実施された場合の回転速度及びトルクの試験結果を示し、符号ＮＥ’,ＴＫ’に示す実線は、空燃比制御用の燃料補正量Aafによる空燃比補正及び誤差量w＿err(n)によるばらつき補正がなされていない場合の燃料噴射が実施された場合の回転速度及びトルクの試験結果を示す。

これらの試験結果は、誤差量w＿err(n)によるばらつき補正が実施されたことにより、回転速度及びトルクの変動が抑制されることを実証している。また、ばらつき補正の実施を開始したｔ２時点以降において実空燃比の変動に変化が生じていないことから、燃料補正量Aafによる空燃比補正により、ばらつき補正実施の前後において空燃比が変動していないことを実証している。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）触媒暖機運転期間中において、各気筒の角速度w(n)を検出し、その検出結果から角速度の誤差量w＿err(n)を算出し、その誤差量w＿err(n)に応じた回転ばらつき抑制用の補正量（Ktau×w＿err(n)）を算出し、その補正量（Ktau×w＿err(n)）に基づき気筒別燃料噴射量の前回値Atau0(n)を補正して気筒別燃料噴射量Atau(n)を算出する。これにより、点火時期を遅角させる触媒暖機運転期間中であっても、クランク軸１ｂの回転速度のばらつきを抑制でき、ひいては、図８（ｂ）中の符号ＮＥ,ＴＫに示すようにクランク軸１ｂの回転速度及びトルクの変動を抑制できる。

（２）触媒暖機運転期間中において、Ａ／Ｆセンサ１３が活性化していれば、実空燃比A/F及び目標空燃比αの偏差（A/F−α）に基づき空燃比制御用の燃料補正量Aafを算出し、その補正量Aafに基づき気筒別燃料噴射量の前回値Atau0(n)を補正して気筒別燃料噴射量Atau(n)を算出する。これにより、回転ばらつき抑制用の補正量（Ktau×w＿err(n)）による補正を行った後の空燃比が噴射量補正前の空燃比に比べて変化してしまうことを抑制できる。

（３）触媒暖機運転期間中において、Ａ／Ｆセンサ１３が活性化していなければ、回転ばらつき抑制用の燃料補正量Atau1(n)を誤差量w＿err(n)に基づき算出し、その補正量Atau1(n)の全気筒の総和を気筒数ｎで除算することにより得られた値を空燃比制御用の燃料補正量Aafとして算出する。そして、その補正量Aafに基づき気筒別燃料噴射量の前回値Atau0(n)を補正して気筒別燃料噴射量Atau(n)を算出する。これによれば、Ａ／Ｆセンサ１３が活性化していない場合であっても、回転ばらつき抑制用の補正量（Ktau×w＿err(n)）による補正を行った後の空燃比が噴射量補正前の空燃比に比べて変化してしまうことを抑制できる。

（４）上述の回転ばらつき抑制用の補正量（Ktau×w＿err(n)）の絶対値は、角速度の誤差量w＿err(n)の絶対値が大きいほど大きい値に設定されるので、ばらつき量が大きいほど、気筒別燃料噴射量の前回値Atau0(n)に対する補正量はを大きくなる。よって、ばらつき量の大きさにかかわらず回転ばらつき抑制用の補正量を一律にした場合に比べて、クランク軸１ｂの回転速度のばらつきをより一層低減できる。

（５）各気筒のばらつき量としての誤差w＿err(n)を、各気筒の平均角速度w＿avg(n)に基づき算出する。よって、各気筒の角速度w(n)に基づき誤差w＿err(n)を算出する場合に比べて、誤差w＿err(n)の値が大きく変動することを抑制でき、ひいては、回転ばらつき抑制用の補正量（Ktau×w＿err(n)）が大きく変動することを抑制できる。

（６）上記誤差w＿err(n)を、各気筒の平均角速度w＿avg(n)の全体平均値w＿allavgを基準に算出する。よって、他の値を基準に算出した場合に比べて、各気筒に対する補正量（Ktau×w＿err(n)）の総和をゼロに近づけることができる。そのため、回転ばらつき抑制用の補正量（Ktau×w＿err(n)）による補正を行った後の空燃比が噴射量補正前の空燃比に比べて変化してしまうことを抑制できる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・触媒暖機運転における点火時期の遅角量に応じて、回転ばらつき抑制用の補正量を異なる値に設定してもよい。例えば、遅角量が大きいほど角速度制御用の燃料補正ゲインKtauを大きくする又は小さくするように設定してもよく、或いは、点火時期の遅角量に応じて、図７（ｃ）に示すマップの傾きを変更させてもよい。

・誤差量w＿err(n)がプラスの場合とマイナスの場合とで、回転ばらつき抑制用の補正量を異なる値に設定してもよい。例えば、w＿err(n)がプラスの場合には、燃料補正ゲインKtauを大きくする又は小さくするように設定してもよく、或いは、点火時期の遅角量に応じて、図７（ｃ）に示すマップの傾きを変更させてもよい。

・各気筒のばらつき量としての誤差w＿err(n)を、各気筒の平均角速度w＿avg(n)に基づき算出することに替えて、各気筒の角速度w(n)に基づき算出するようにしてもよい。

・各気筒のばらつき量としての誤差w＿err(n)を、各気筒の平均角速度w＿avg(n)の全体平均値w＿allavgを基準に算出することに替えて、予め設定された他の値を基準に算出してもよい。なお、前記他の値は、例えばエンジン回転速度や目標空燃比等に基づき算出するようにしてもよい。

・本発明が適用される内燃機関（エンジン１）は、燃焼室１ａに燃料を直接噴射する直噴式エンジンに限られるものではなく、例えば吸気管２内に燃料を噴射するポート噴射式エンジンであってもよい。

本発明の一実施形態にかかるエンジン、及びエンジンの運転状態を制御するＥＣＵとを示すシステム概要構成図。 同実施形態にかかるＥＣＵによる触媒暖機制御の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかるＥＣＵによる触媒暖機時燃料噴射量制御の処理手順を示すフローチャート。 図３に示すフローチャートのサブルーチン処理である、気筒間角速度誤差を算出する処理手順を示すフローチャート。 各気筒の角速度w(n)を検出する検出期間を示す説明図。 各気筒の平均角速度w＿avg(n)、全気筒平均値w＿allavg、及び誤差w＿err(n)等を示す説明図。 図３に示すフローチャートのサブルーチン処理である燃料噴射量算出処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかる気筒別燃料噴射量Atau(n)に基づき燃料噴射弁の作動を制御した場合における、一態様としてのタイミングチャート。

符号の説明

１…エンジン、１ｂ…クランク軸、５…サブ触媒装置、６…メイン触媒装置、１０…ＥＣＵ（燃料噴射量制御装置）、Ｓ２２…ばらつき量算出手段、Ｓ２５…気筒間補正手段。

Claims (9)

1. 多気筒内燃機関の気筒毎に噴射される燃料の気筒別噴射量を算出する噴射量算出手段を備え、前記噴射量算出手段により算出された前記気筒別噴射量に基づき燃料の噴射量を制御する燃料噴射量制御装置であって、
   排気を浄化する触媒装置を暖機させるべく点火時期を通常運転時の点火時期に比べて遅角させる触媒暖機運転期間中に、前記気筒の各々の燃焼に起因したクランク軸回転速度を算出する回転速度算出手段と、
   前記回転速度算出手段により算出された気筒毎のクランク軸回転速度に基づき、気筒毎のクランク軸回転速度のばらつき量を算出するばらつき量算出手段と、
   前記ばらつき量算出手段により算出されたばらつき量を抑制するよう、前記気筒別噴射量を補正する気筒間補正手段と、
   を備え、
   前記触媒暖機運転期間中には、前記気筒間補正手段により補正された気筒別噴射量に基づき燃料の噴射量を制御することを特徴とする燃料噴射量制御装置。
2. 前記気筒間補正手段は、前記ばらつき量算出手段により算出されたばらつき量が大きいほど、前記気筒別噴射量に対する補正の量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射量制御装置。
3. 前記ばらつき量算出手段は、前記多気筒内燃機関の全気筒に対して共通の値に設定された目標回転速度と、前記回転速度算出手段により算出された気筒毎のクランク軸回転速度との差を、前記ばらつき量として前記気筒の各々について算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射量制御装置。
4. 前記目標回転速度は、前記回転速度算出手段により算出された気筒毎のクランク軸回転速度の平均値であることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射量制御装置。
5. 前記気筒間補正手段による前記各気筒に対する補正の量の総和が予め設定された設定値となるように、前記気筒間補正手段は前記気筒別噴射量を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料噴射量制御装置。
6. 前記設定値はゼロであることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射量制御装置。
7. 排気状態を検出する検出センサからの検出値を取得し、前記取得した検出値に基づき実際の空燃比を算出する空燃比算出手段と、
   目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、
   を備え、
   前記気筒間補正手段は、前記空燃比算出手段にて算出された実際の空燃比が前記目標空燃比算出手段にて算出された目標空燃比に近づくように前記気筒別噴射量を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料噴射量制御装置。
8. 前記触媒装置の暖機が終了することに伴い前記触媒暖機運転期間が終了した後には、前記気筒間補正手段による補正を行うことなく、前記噴射量算出手段により算出された前記気筒別噴射量に基づき燃料の噴射量を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料噴射量制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の燃料噴射量制御装置と、
   燃料を噴射する燃料噴射装置及び排気を浄化する触媒装置の少なくとも一方と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射量制御システム。

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