JP3572783B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気管に設けた三元触媒の早期暖機を行うため燃料噴射量を所定期間毎（たとえば燃焼毎）に増減させる（つまり排気空燃比を理論空燃比に対してリッチ側とリーン側に交互に振る）操作によりリッチ燃焼とリーン燃焼を繰り返し、リッチ燃焼により一酸化炭素ＣＯと未燃炭化水素ＨＣを、リーン燃焼により酸素Ｏ２を多く生じさせ、両者の酸化反応により発生する熱で排気温度を上昇させるとともに、同じ点火時期ではリッチ気筒（空燃比がリッチ化される気筒）とリーン気筒（空燃比がリーン化される気筒）とで発生するトルクに差が生じるため、リッチ気筒の点火時期を、リッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同一となるようにリーン気筒より遅角させるようにした装置が提案されている（特開平４−３０８３１１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多気筒エンジンにおいて触媒が一部活性状態でかつアイドル時に三元触媒の早期暖機を行うため点火順序で１つおきの気筒をリッチ気筒、残りの気筒をリーン気筒として、排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振らすとともに、燃費向上の観点よりリーン気筒の点火時期をＭＢＴ（最大トルクの得られる最小の点火進角値のこと）付近に、さらに回転変動の防止の観点よりリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同じになるようにリッチ気筒の点火時期をリーン気筒よりも遅角させてそれぞれ設定した場合に、補機負荷の変動に伴うリッチ気筒とリーン気筒の間のトルク差によると思われる回転変動が生じた。これは発明者の実験によって初めて明らかになったことであり、その原因を解析してみたところ、図７に示すように補機負荷の加わらない状態でのアイドル負荷（基本設定点での基本噴射パルス幅Ｔｐ）に対してリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同一になるようにリッチ気筒の点火時期を設定していても、補機負荷の作動でアイドル回転数のフィードバック制御（アイドル回転数が補機負荷の作動状態に応じた目標値と一致するようにスロットルバルブをバイパスする補助空気量がフィードバック制御される）が働いて吸入空気量（つまり基本噴射パルス幅Ｔｐ）が増し、これによってリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒よりも相対的に大きくなるためであることがわかった。
【０００４】
これをさらに図８を参照して詳述すると、リッチ気筒の点火時期は最も燃焼のよくなるＭＢＴである位置Ｃからの差が大きい位置Ａにあるので、補機負荷の作動で吸入空気量が増加したときガス流動が強化されてＭＢＴが位置Ｃから位置Ｄへと遅角側にずれ、ＭＢＴとの点火時期差がＡＣからＢＤへと縮小する。つまりＭＢＴから離れた位置では、吸入空気量の増大により燃焼状態が大きく改善されるためトルクの増加代Ｂ−Ａが大きくなる。これに対してリーン気筒の点火時期はＭＢＴに近い位置Ｅにあり、ＭＢＴ付近では点火時期を変化させた場合のトルク感度が小さい（ＭＢＴ付近はもともと燃焼がよいので吸入空気量が増えても燃焼自体が大きく改善されることはない）ため、トルクの増加代Ｆ−Ｅは小さい。この結果、同じ吸入空気量の増加に対してリーン気筒のトルク増加代Ｆ−Ｅのほうがリッチ気筒のトルク増加代Ｂ−Ａより相対的に小さくなるのである。
【０００５】
なお、アイドル時は補機負荷の変動に伴うリッチ気筒とリーン気筒のトルク差が特に顕著に現れる運転条件であるが、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作をアイドル時以外の負荷領域にまで拡大して行うときにも、リッチ気筒とリーン気筒の間に負荷変動に伴うトルク差が生じる。
【０００６】
そこで本発明は、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う際にその空燃比振れ幅をエンジンの負荷に依存させることなく定める一方で、エンジンの基準負荷に対してリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同じになるようにリッチ気筒の点火時期をリーン気筒の設定空燃比に応じて設定するとともに、エンジン負荷が基準負荷と相違するときにはエンジン負荷に応じてリッチ気筒とリーン気筒の間に生じるトルク差をなくす向きにリッチ気筒の点火時期を補正することにより、空燃比振れ幅を固定した状態においてエンジン負荷が変化したときにも、エンジンの安定性を確保しつつ触媒の暖機を促進することを目的とする。
【０００７】
なお、従来例（特開平４−３０８３１１号公報）においては、空燃比の振れ幅を定める補正量ＴＤｉｔを
リーン気筒：ＴＤｉｔ＝１−ＫＤＩＴ×ＫＰＭ …（１１）
リッチ気筒：ＴＤｉｔ＝１＋ＫＤＩＴ×ＫＰＭ …（１２）
ただし、ＫＤＩＴ：冷却水温に応じた空燃比補正量
ＫＰＭ：吸気管圧力ＰＭに応じた補正量
の式により求めるとともに、リッチ気筒の点火時期遅角量ＡＲＥＴを、
ＡＲＥＴ＝ＫＲＥＴ×ＫＲＰＭ …（１３）
ただし、ＫＲＥＴ：冷却水温に応じた遅角量
ＫＲＰＭ：吸気管圧力ＰＭに応じた補正量
の式により求めており、（１３）式のＫＲＰＭにだけ着目すれば確かにエンジン負荷（吸気管圧力ＰＭ）に応じてリッチ気筒の点火時期を補正しているので、本発明の技術思想と同じようにみえる。
【０００８】
しかしながら、吸気管圧力ＰＭが最小のときに２つの補正量ＫＰＭ、ＫＲＰＭとも０とし、吸気管圧力ＰＭが最大となる付近で２つの補正量ＫＰＭ、ＫＲＰＭとも１に設定していることからもわかるように、従来例は、エンジン負荷が変化したときにはこれに応じて空燃比の振れ幅を変化させるものを前提として、その変化した空燃比振れ幅に対応させて点火時期を変化させているに過ぎず、空燃比振れ幅が同一の条件においてエンジン負荷が変化することによりリッチ気筒とリーン気筒の間にトルク差が生じる点については開示されていない。
【０００９】
これに対し本発明では、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う際にその空燃比振れ幅をエンジン負荷により変化させることは基本的になく、空燃比振れ幅を固定した状態においても、エンジン負荷の変化でリッチ気筒とリーン気筒の発生するトルクに差が生じることを防止することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、図９に示すように、排気通路に触媒を設ける一方で、リッチ気筒の空燃比制御量（たとえば目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲ）をエンジン負荷に依存させることなく設定する手段２１と、リーン気筒の空燃比制御量（たとえば目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬ）をエンジン負荷に依存させることなく設定する手段２２と、これらの空燃比制御量を用いて各気筒の空燃比を制御する手段２３と、前記リーン気筒の点火時期ＡＤＶＬをＭＢＴ付近に設定する手段２４と、エンジンの基準負荷に対して前記リッチ気筒の発生するトルクが前記リーン気筒と同じになるように前記リッチ気筒の点火時期ＡＤＶＲを前記リーン気筒の空燃比制御量ＴＦＢＹＡＬに応じて設定する手段２５と、エンジン負荷が前記基準負荷と相違するときエンジン負荷に応じて前記リッチ気筒とリーン気筒の間に生じるトルク差をなくす向きに前記リッチ気筒の点火時期ＡＤＶＲを補正（エンジン負荷が基準負荷より増加したときはその負荷増加分だけ遅角側に補正、この逆にエンジン負荷が基準負荷より減少したときはその負荷減少分だけ進角側に補正）する手段２６と、この補正されたリッチ気筒の点火時期と前記リーン気筒の点火時期ＡＤＶＬを用いて各気筒の点火を行う手段２７とを設けた。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において前記各気筒の空燃比制御量と点火時期の設定を所定の運転条件でだけ行う。
【００１２】
第３の発明では、第２の発明において前記所定の運転条件が、前記触媒が一部活性化したときである。
【００１３】
第４の発明では、第３の発明において前記触媒が一部活性化したかどうかをエンジンの冷却水温または前記触媒の温度に基づいて判定する。
【００１４】
第５の発明では、第２から第４までのいずれか一つの発明において前記所定の運転条件がアイドル時である。
【００１５】
第６の発明では、第１から第５までのいずれか一つの発明において前記リッチ気筒の点火時期の補正量が、前記エンジン負荷が前記基準負荷より大きいとき遅角側の、また前記エンジン負荷が前記基準負荷より小さいとき進角側の値である。
【００１６】
第７の発明では、第１から第６までのいずれか一つの発明において前記リーン気筒の空燃比制御量がリーン限界相当である。
【００１７】
第８の発明では、第７の発明において前記リーン限界相当の空燃比制御量がエンジンの冷却水温に応じた値である。
【００１８】
第９の発明では、第７または第８の発明において前記リーン気筒の点火時期が前記リーン限界相当の空燃比制御量に対するＭＢＴである。
【００１９】
第１０の発明では、第１から第９までのいずれか一つの発明において前記リッチ気筒の点火時期が前記リーン気筒の空燃比制御量に応じた値（リーン気筒の空燃比制御量がリッチ側になるほど進角する値）である。
【００２０】
第１１の発明では、第１から第１０までのいずれか一つの発明において前記リッチ気筒の空燃比制御量が固定値である。
【００２１】
第１２の発明では、第１から第１１までのいずれか一つの発明において前記空燃比制御手段２３が、図１０に示すように、ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を運転条件に応じて算出する手段３１と、この基本噴射量を前記リッチ気筒について増加し、前記リーン気筒について減少する手段３２と、この増加される噴射量の燃料を前記リッチ気筒の吸気管に、また減少される噴射量の燃料を前記リーン気筒の吸気管に供給する手段３３とからなる。
【００２２】
【作用】
第１の発明では、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う際に、エンジン負荷により燃焼自体は影響を受けるものの、冷却水温の影響に比べれば小さいため、リッチ気筒とリーン気筒の各空燃比制御量をエンジン負荷に依存させていない。この場合に、リーン気筒ではＭＢＴ付近の設定点火時期で、またリッチ気筒ではリーン気筒の空燃比制御量に応じた点火時期でそれぞれ点火が行われると、エンジンの基準負荷に対してはリッチ気筒とリーン気筒でトルク差を生じることがなく、触媒内での酸化反応熱の増加により触媒の暖機が促進される。
【００２３】
しかしながら、この状態で負荷変動が生じ、エンジン負荷が基準負荷より大きくなったときには、リッチ気筒とリーン気筒の各空燃比制御量が変わらない（したがって排気空燃比の振れ幅も変わらない）のに、負荷増加分だけリッチ気筒の発生トルクがリーン気筒より相対的に大きくなり（リーン気筒の発生トルクとの間に差が生じ）、エンジンの安定度が悪化する。
【００２４】
このとき第１の発明では、負荷増加分だけリッチ気筒の点火時期が遅角側に補正（リッチ気筒の発生トルクが抑制）されることから、リーン気筒とのトルク差がなくされ、エンジン回転が安定する。また、エンジン負荷が基準負荷より小さくなったときには、リッチ気筒とリーン気筒の各空燃比制御量が変わらないのに、負荷減少分だけリッチ気筒の発生トルクがリーン気筒より相対的に小さくなるが、このとき第１の発明では、負荷減少分だけリッチ気筒の点火時期が進角側に補正（リッチ気筒の発生トルクが増加）されることから、リーン気筒とのトルク差がなくされ、エンジン回転が安定する。つまり、基準負荷からの負荷変動が生じても、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、アイドル安定度を確保しつつ触媒の暖機を促進することが可能となる。
【００２５】
第５の発明では、各気筒の空燃比制御量と点火時期の設定を行う所定の運転条件がアイドル時であるので、補機負荷が加わっていないときのアイドル負荷を基準負荷として設定しておけば、補機負荷の作動によりエンジン負荷が基準負荷より大きくなると、その負荷増大分だけリッチ気筒の点火時期が遅角補正されることから、アイドル時に補機負荷の変動が生じるときにも、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、アイドル安定度を確保しつつ触媒の暖機を促進することが可能となる。
【００２６】
第７の発明では、リーン気筒の空燃比制御量がリーン限界相当であるので、燃費が向上する。
【００２７】
第８の発明では、リーン限界相当の空燃比制御量が冷却水温に応じた値であるので、冷却水温が相違してもリーン気筒の空燃比がリーン限界から外れることがなく、これによって冷却水温が相違しても最小の燃費でリーン気筒を運転することができる。
【００２８】
第９の発明では、リーン気筒の空燃比制御量がリーン限界相当であるのに合わせて、リーン気筒の点火時期がリーン限界相当の空燃比制御量に対するＭＢＴであるので、燃費が一段と向上する。
【００２９】
リーン気筒の発生するトルクはリーン気筒の空燃比制御量に応じて変化するのであるが、第１０の発明では、リッチ気筒の点火時期がリーン気筒の空燃比制御量に応じた値（リーン気筒の空燃比制御量がリッチ側になるほど進角する値）であるので、リーン気筒の空燃比制御量が変化する場合でもリッチ気筒とリーン気筒のトルク差を無くすことができる。
【００３０】
リッチ気筒の空燃比制御量によりリッチ側への排気空燃比の振れ幅（ＣＯ濃度）が定まり、リッチ気筒の空燃比制御量がリッチ側になるほどＣＯ濃度が高くなるのであるが、所定の値以上のＣＯ濃度を確保すれば触媒の温度上昇を促進できることが実験により明らかになったことから、第１１の発明によりリッチ気筒の空燃比制御量を固定値とすることで、リッチ気筒の空燃比制御量を与えるに際して冷却水温などをパラメータとするテーブル検索を行う必要がなく、マッチングの工数を減らすことができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体で、その吸気通路８にはスロットルバルブ５の下流に位置して燃料噴射弁７が設けられ、コントロールユニット（図ではＣ／Ｕで略記）２からの噴射信号により吸気中に燃料を噴射供給する。エンジンに供給される燃料流量は体積流量管理であり、噴射弁の開弁時間によってその流量を調整している。
【００３２】
一方、シリンダヘッドには燃焼室に臨んで点火プラグ１３の電極が設けられ、コントロールユニット２からの点火信号により所定のタイミングで点火コイルの一次電流が遮断されると、点火プラグ１３の電極に火花が飛んで、シリンダー内の混合気に着火される。この着火により燃焼したガスは、排気通路９に設けた触媒（三元触媒）１０によって浄化される。
【００３３】
コントロールユニット２にはクランク角センサ４からのＲｅｆ信号（４気筒では１８０°ごと、６気筒では１２０°ごとに発生）と１°信号、エアフローメータ６からの吸入空気量信号、排気通路９の三元触媒１０の上流側に設置したＯ２センサ３からの空燃比（酸素濃度）信号、水温センサー１１からのエンジン冷却水温信号等が入力され、これらに基づいてコントロールユニット２では燃料噴射量（空燃比）の制御を行う。
【００３４】
また、スロットルバルブ５をバイパスする通路１５にデューティ制御可能な補助空気弁１６が設けられ、コントロールユニット２により補助空気弁１６の開度が制御される。コントロールユニット２では、アイドル回転数フィードバック制御域で、冷却水温、始動後の経過時間、バッテリ電圧、パワステアリングスイッチ、エアコンスイッチなどからアイドル時に最適な目標回転数を定めており、実際の回転数がこの目標値から所定回転数（たとえば２５ｒｐｍ）以上離れたときには目標値に近づくように補助空気弁１６の開度を調整することで、アイドル回転数のフィードバック制御を行う。
【００３５】
さて、多気筒エンジンにおいて触媒が一部活性状態でかつアイドル時に三元触媒１０の早期暖機を行うため点火順序で１つおきの気筒をリッチ気筒、残りの気筒をリーン気筒として、エンジン負荷に依存させることなく排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振らす操作を行うとともに、燃費向上の観点よりリーン気筒の点火時期をＭＢＴ付近に、さらに回転変動の防止の観点よりエンジンの基準負荷に対してリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同じになるようにリッチ気筒の点火時期をリーン気筒よりも遅角させてそれぞれ設定した場合に、空燃比の振れ幅が同一の条件において補機負荷の作動によりエンジン負荷が基準負荷と異なることになったとき、リッチ気筒とリーン気筒の間のトルク差による回転変動が生じることが、発明者の実験によって初めて明らかになった。
【００３６】
これに対処するため本発明では、空燃比振れ幅をエンジンの負荷に依存させることなく定める一方で、エンジンの基準負荷に対してリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同じになるようにリッチ気筒の点火時期をリーン気筒の設定空燃比に応じて設定するとともに、エンジン負荷が基準負荷と相違するときにはエンジン負荷に応じてリッチ気筒とリーン気筒の間に生じるトルク差をなくす向きにリッチ気筒の点火時期を補正する。
【００３７】
コントロールユニットで実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００３８】
図２のフローチャートは、各気筒の燃料噴射弁７に与える燃料噴射パルス幅と各気筒の点火時期とを算出するためのもので、Ｒｅｆ信号に同期して実行する。
【００３９】
まずステップ１で冷却水温Ｔｗ、スロットルバルブ開度ＴＶＯ、クランク角センサ４により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、エアフローメータ６からの吸入空気量Ｑａを読み込み、ステップ２では
Ｔｐ＝（Ｑａ／Ｎｅ）×Ｋ …（１）
ただし、Ｋ：定数
の式によりほぼ理論空燃比の混合気が得られる基本噴射パルス幅Ｔｐを計算する。
【００４０】
ステップ３、４は排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う条件の判定を行う部分で、その条件の判定はステップ３、４の内容を一つずつチェックすることにより行い、２つとも満たされたときに条件の成立時と判断し、ひとつでも反するときは条件の非成立時と判断する。すなわち、
ステップ３：触媒１０が一部活性化している、
ステップ４：アイドル時である
ときに、条件の成立時であると判断してステップ９に進み、そうでなければステップ５に移行する。
【００４１】
ここで、触媒１０が一部活性化しているかどうかは、冷却水温（あるいは触媒１０温度）などから判断する。始動時の冷却水温より所定値（たとえば１０℃）以上高くなったときや始動からの経過時間が所定値（たとえば２０秒）以上になったとき触媒が一部活性化したと判断させることもできる。実験では常温（２０〜３０℃）での始動を想定していたので、冷却水温Ｔｗが所定の範囲（４０℃＜Ｔｗ＜６０℃）にあるとき触媒１０が一部活性化していると判断させた。
【００４２】
なお、触媒１０が未活性の状態では排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行ったとしても、リッチ気筒からのＣＯ、ＨＣとリーン気筒からのＯ２とが触媒１０内で酸化反応することなくそのまま排出される（発熱しない）ので、冷間始動直後で触媒が未活性状態のときには排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作は行わない。
【００４３】
アイドル時であるかどうかはスロットルバルブ開度ＴＶＯ（あるいはアイドルスイッチ）から判断する。ここで、アイドル状態であることを条件としたのは、アイドル時は排気量が少なく触媒１０の温度上昇にとって特に不利な条件であるので、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作により触媒１０の暖機を促進するためである。
【００４４】
条件の判定結果より、触媒１０が未活性状態（Ｔｗ≦４０℃）にあるときや触媒１０の活性化が終了（Ｔｗ≧６０℃）したとき、さらに触媒１０が一部活性化状態であるがアイドル時にないときにはステップ５以降に進んで空燃比と点火時期の各制御を従来と同様に行う。空燃比制御については、ステップ５で目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡを
ＴＦＢＹＡ＝ＫＡＳ＋ＫＴＷ＋ＫＭＲ …（２）
ただし、ＫＡＳ：始動後増量補正係数
ＫＴＷ：水温増量補正係数
ＫＭＲ：混合比補正係数
の式により算出する。
【００４５】
（２）式の各補正係数はいずれも公知で、ＫＡＳは冷却水温Ｔｗに応じた値を初期値として始動後時間とともに一定の割合で減少し最終的に０となる値、ＫＴＷは冷却水温Ｔｗに応じた値である。ＫＭＲは高負荷時に空燃比をリッチ側にするため１．０を超える値（それ以外では１．０）となる。
【００４６】
このようにして計算した目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡを用いてステップ６で
Ｔｉ（ｎ）＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×２＋Ｔｓ …（３）
ただし、Ｔｓ：バッテリ電圧に応じた無効噴射パルス幅
の式により気筒別の燃料噴射パルス幅Ｔｉ（ｎ）（ただしｎは気筒番号）を算出し、これをステップ８において燃料噴射制御用の出力レジスタに転送する。
【００４７】
ここで、燃料噴射はシーケンシャル噴射方式（エンジン２回転ごとに１回、各気筒とも排気行程を噴射タイミングとする方式）であるため、４気筒エンジン（点火順序を＃１−＃３−＃４−＃２とする）を例にとると、今回のＲｅｆ信号の入力で１番気筒の排気行程においてＴｉ（１）の燃料が供給されたとすれば、次回（つまり１回後）のＲｅｆ信号の入力で３番気筒の排気行程において、２回後のＲｅｆ信号の入力で４番気筒の排気行程において、３回後のＲｅｆ信号の入力で２番気筒の排気行程においてそれぞれＴｉ（３）、Ｔｉ（４）、Ｔｉ（２）の燃料が供給されるわけである。こうしたシーケンシャル噴射方式は、エンジンの始動時を含むすべての運転域で行われる。
【００４８】
また、ステップ７では回転数Ｎｅと基本噴射パルス幅Ｔｐとから所定のマップを検索して点火進角値ＭＡＤＶを求めこれを気筒別の点火進角値ＡＤＶ（ｎ）（ただしｎは気筒番号）に入れたあと、この点火進角値ＡＤＶ（ｎ）をステップ８において点火時期制御用の出力レジスタに転送する。ＭＡＤＶは燃費向上のためＭＢＴに設定している。
【００４９】
ここで、気筒別の点火進角値ＡＤＶ（ｎ）は圧縮上死点前のクランク角であり、ＡＤＶ（ｎ）が出力レジスタに転送されたあと入出力インターフェースでは、Ｒｅｆ信号（たとえば圧縮上死点前の７０°で立ち上がる）より１°信号をカウントし、そのカウント数が７０−ＡＤＶ（ｎ）と一致したときｎ番気筒の点火コイルの一次電流を遮断する。
【００５０】
一方、触媒１０が一部活性化した状態にありかつアイドル時であればステップ９以降に進み、点火順序で一つ置きの気筒（たとえば１番気筒と４番気筒）の空燃比をリッチ化するとともに、その間の気筒（３番気筒と２番気筒）をリーン化することにより排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行い、さらにこのときのリッチ気筒とリーン気筒の各設定空燃比に合わせて点火時期を気筒別に設定する。
【００５１】
リーン気筒のときにはステップ９よりステップ１０に進み、図３を内容とするテーブルを検索してリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬを求め、このＴＦＢＹＡＬを用いステップ１１において
Ｔｉ（ｎ）＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡＬ×２＋Ｔｓ …（４）
の式によりリーン気筒の燃料噴射パルス幅を算出する。（４）式のＴＦＢＹＡＬは１．０より小さい値であり、リーン気筒ではＴＦＢＹＡＬによりＴｐを減量することによって排気空燃比をリーン側へ振れさせるのである（１．０−ＴＦＢＹＡＬの値によりリーン側への排気空燃比の振れ幅が定まる）。
【００５２】
さらに、ＴＦＢＹＡＬは燃焼可能な空燃比範囲のうちのリーン限界相当の値を設定している。リーン限界となる空燃比（後述するようにリーン限界時のＭＢＴも）は冷却水温Ｔｗに応じて変化する（冷却水温が高くなるほどリーン側にずれる）ので、これに合わせてＴＦＢＹＡＬの値を図３に示したように冷却水温Ｔｗが高くなるほど小さくしている。冷却水温によってリーン限界が変化する主な理由は、温度により燃料の気化状態が大きく変化し、低温時は燃料が気化しにくく燃焼が困難となるからである。
【００５３】
なお、負荷によっても燃焼自体は影響を受けるが、これは冷却水温の影響に比べれば小さい。また、燃焼が改善される高負荷時にはもともと発生トルクが大きく、かつ燃焼変動幅も大きくなるので、リーン限界は実質的にあまり変化しない。これらの結果より、エンジン負荷に応じてリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬを変化させる必要はない。なお、高負荷時に燃焼改善してもリーン限界が変化しない理由を詳述すると、リーン限界は安定度（Ｐｉの変動幅）によって決まるが、これは燃焼のバラツキ率とそのときの図示平均有効圧Ｐｉの大きさによって決まるものである。イメージとしては、
σＰｉ＝（係数）×（燃焼のバラツキ率）×Ｐｉ
ただし、σＰｉ：Ｐｉの変動幅
であり、この式において燃焼改善により燃焼のバラツキ率は小さくなるが、高負荷時はＰｉが大きくなるので、結果としてσＰｉはあまり変化しないのである。
【００５４】
ステップ１２では冷却水温Ｔｗから図４を内容とするテーブルを検索してリーン気筒の点火進角値ＡＤＶＬを求め、これをリーン気筒の点火進角値ＡＤＶ（ｎ）に入れる。
【００５５】
ここで、リーン気筒の設定空燃比（つまりＴＦＢＹＡＬ）はリーン限界であるため、これに合わせてリーン気筒の点火時期（つまりＡＤＶＬ）をリーン限界の空燃比に対するＭＢＴで設定している。前述のようにＴＦＢＹＡＬが冷却水温Ｔｗに応じて変化するので、図４に示すように、ＡＤＶＬの値は冷却水温Ｔｗが低いほど進角側の値になる。
【００５６】
次に、リッチ気筒のときにはステップ９よりステップ１３に進み、所定値Ｄをリッチ気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲに入れ、このＴＦＢＹＡＲを用いステップ１４において
Ｔｉ（ｎ）＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡＲ×２＋Ｔｓ …（５）
の式によりリッチ気筒の燃料噴射パルス幅を算出する。Ｄの値は１．０より大きな値であり、リッチ気筒ではＴＦＢＹＡＲによりＴｐを増量することによって排気空燃比をリッチ側へ振れさせるのである。
【００５７】
ここで、Ｄ−１．０の値によりリッチ側への排気空燃比の振れ幅（ＣＯ濃度）が定まり、Ｄの値を大きくするほどＣＯ濃度が高くなるのであるが、所定の値（触媒１０入口でたとえば１％程度）以上のＣＯ濃度を確保すれば触媒１０の温度上昇を促進できることが実験により明らかになったので、冷却水温Ｔｗやエンジン負荷に関係なくＤの値を固定値としている。なお、Ｄの値はエンジン機種と触媒容量に依存するため、エンジン機種や触媒容量が相違するときにはＤの値が異なってくることはいうまでもない。
【００５８】
ステップ１５ではリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬから図５を内容とするテーブルを検索してリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲを求める。
【００５９】
ここで、点火時期が同じであればリッチ気筒のほうがリーン気筒より大きなトルクが発生し、そのトルク段差により回転変動が生じるので、リッチ気筒とリーン気筒のトルク差を解消するためにはリーン気筒の発生するトルクと同じトルクがリッチ気筒においても発生するようにリッチ気筒の点火時期を設定しなければならない。この場合に、リーン気筒の発生するトルクはリーン気筒の設定空燃比（つまりＴＦＢＹＡＬ）に応じて変化するため、このＴＦＢＹＡＬに応じてリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲを設定することで、ＴＦＢＹＡＬが変化する場合でもリッチ気筒とリーン気筒のトルク差を無くすことができるのである。実際には、図５に示すようにリーン気筒の設定空燃比がリーン側になるほど（ＴＦＢＹＡＬが小さいほど）、ＡＤＶＲの値が遅角側になる。
【００６０】
ステップ１６では基本噴射パルス幅（負荷相当量）Ｔｐから図６を内容とするテーブルを検索して点火時期の補正量ＡＤＶＲＨを求め、この補正量ＡＤＶＲＨを上記のＡＤＶＲに加算した値をステップ１７においてリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶ（ｎ）に入れることにより、リッチ気筒の点火進角値を補正する。
【００６１】
ここで、点火時期補正量ＡＤＶＲＨは、リッチ気筒とリーン気筒の各設定空燃比（したがって排気空燃比の振れ幅）が同一の条件において、補機負荷（たとえばエアコン、パワステアリング、電気負荷等）の作動により作動後のＴｐが基本設定点でのＴｐ（補機負荷が加わってない状態でのアイドル時のＴｐ）と異なったときにリッチ気筒とリーン気筒の間にトルク差が生じてしまうので、そうならないようにしたものである。
【００６２】
具体的にはＡＤＶＲＨの値は、図６のように基本設定点でのＴｐ（補機負荷が加わってない状態でのアイドル時のＴｐ）のとき０であり、Ｔｐが基本設定点でのＴｐより大きい領域で負の値となり（ＡＤＶＲが遅角側に補正される）、また、Ｔｐが基本設定点でのＴｐより小さい領域で正の値となる（ＡＤＶＲが進角側に補正される）。たとえば、エアコン負荷がエンジンに加わることにより図７において基本設定点でのＴｐより所定値ΔＴｐだけＴｐが大きくなり、これに伴ってΔＴのトルク差が生じるものとすれば、図６において基本設定点でのＴｐにΔＴｐを加えた値のときのＡＤＶＲＨの値（つまりＡＤＶＲＨ１）でリッチ気筒の発生するトルクが基本設定点でのＴｐに対するときよりΔＴだけ少なくなるように、ＡＤＶＲＨ１の値をマッチングするのである。
【００６３】
次に、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う条件の成立時にも、ステップ８での操作により、リーン気筒では（４）式のＴｉ（ｎ）でリッチ気筒の排気行程において燃料噴射弁７が開かれ、点火進角値ＡＤＶＬを用いて点火が行われる。リッチ気筒では（５）式のＴｉ（ｎ）でリーン気筒の排気行程において燃料噴射弁７が開かれ、点火進角値ＡＤＶＲ＋ＡＤＶＲＨを用いて点火が行われる。
【００６４】
ここで本発明の実施形態の作用を説明する。
【００６５】
本発明の実施形態では、触媒１０が一部活性化状態にありかつアイドル時に排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う際に、冷却水温に依存するリーン限界にリーン気筒の設定空燃比を設定しているが、エンジン負荷に依存させてはいない。負荷によっても燃焼自体は影響を受けるものの、冷却水温の影響に比べれば小さく、また、燃焼が改善される高負荷時にはもともと発生トルクが大きく、かつ燃焼変動幅も大きくなるので、リーン限界が実質的にあまり変化しない。これらの結果より、エンジン負荷に応じてリーン気筒の設定空燃比（つまりＴＦＢＹＡＬ）を変化させる必要がないからである。
【００６６】
この場合に、リーン気筒ではＭＢＴ付近で、またリッチ気筒ではリーン気筒の設定空燃比（つまりＴＦＢＹＡＬ）に応じた点火時期（つまりＡＤＶＲ）でそれぞれ点火が行われると、基本設定点での負荷に対してはリッチ気筒とリーン気筒でトルク差を生じることがなく、触媒１０内での酸化反応熱の増加により触媒１０の暖機が促進される。
【００６７】
しかしながら、この状態でエアコン負荷やパワステアリング負荷がエンジンに加わったときには、リッチ気筒とリーン気筒の各設定空燃比が変わらない（したがって排気空燃比の振れ幅も変わらない）のに、アイドル回転数のフィードバック制御により補助空気弁１６が一定量だけ大きく開かれて吸入空気量（つまりＴｐ）が増加し、これによってリッチ気筒の発生トルクがリーン気筒より相対的に大きくなり（リーン気筒の発生トルクとの間に差が生じ）、エンジンの安定度が悪化する。
【００６８】
このとき、本発明の実施形態ではエアコン負荷やパワステアリング負荷が加わったことにより、Ｔｐが基本設定点から増加して点火時期補正量ＡＤＶＲＨが負で求められ、この点火時期補正量ＡＤＶＲＨにより基本設定点からのＴｐの増加分だけリッチ気筒の点火時期が遅角側に補正（リッチ気筒の発生トルクが抑制）されることから、リーン気筒とのトルク差がなくされ、エンジン回転が安定する。つまり、アイドル時に補機負荷が加わることにより負荷変動が生じてもエンジンの安定度の悪化なしに同じ排気空燃比の振れ幅で排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を継続することが可能となる。
【００６９】
なお、この状態でエアコン負荷やパワステアリング負荷がエンジンから切り離されたときには、補助空気弁１６の開度がエアコン負荷やパワステアリング負荷が加わる前の状態に戻り（つまり基本設定点でのＴｐに戻る）、再びリッチ気筒とリーン気筒の発生するトルクが一致する。このときには、点火時期補正量ＡＤＶＲＨが基本設定点でのＴｐに対する値（つまり０）となるので、リッチ気筒の発生するトルクを抑制することはない。
【００７０】
このようにして、本発明の実施形態では触媒１０が一部活性化した状態かつアイドル時に排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振る操作を行う際に、リッチ気筒とリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲ、ＴＦＢＹＡＬをエンジン負荷に依存させることなく設定する一方で、リーン気筒の点火進角値ＡＤＶＬをＭＢＴ付近に、また基本設定点でのＴｐに対してリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同じになるようにリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲをリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬに応じてそれぞれ設定し、補機負荷の作動によりＴｐが基本設定点でのＴｐより大きくなるときにはその大きくなったＴｐの分だけリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲを遅角補正するようにしたので、排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振らせている場合に、補機負荷が加わることによる負荷変動が生じるときにも、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、アイドル安定度を確保しつつ触媒１０の暖機を促進することが可能となる。
【００７１】
また、リーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬをリーン限界相当の値に設定するので、燃費が向上する。また、リーン限界相当の値を冷却水温に応じて設定するため、冷却水温が相違してもリーン限界から外れることがなく、これによって冷却水温が相違しても最小の燃費でリーン気筒を運転することができる。さらに、リーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬをリーン限界相当の値に設定したのに合わせて、リーン気筒の点火進角値ＡＤＶＬをリーン限界の空燃比に対するＭＢＴで設定しているので、燃費が一段と向上する。
【００７２】
また、リーン気筒の発生するトルクはリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬに応じて変化するため、このリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬに応じてリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲを設定することで、リーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬが変化する場合でもリッチ気筒とリーン気筒のトルク差を無くすことができる。
【００７３】
また、リッチ気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲによりリッチ側への排気空燃比の振れ幅（ＣＯ濃度）が定まり、リッチ気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲをリッチ側に大きく設定するほどＣＯ濃度が高くなるのであるが、所定の値（触媒１０入口でたとえば１％程度）以上のＣＯ濃度を確保すれば触媒１０の温度上昇を促進できることが実験により明らかになったことから、本発明の実施形態ではリッチ気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲを固定値Ｄに設定しており、これによってＴＦＢＹＡＲを与えるに際して冷却水温などをパラメータとするテーブル検索を行う必要がなく、マッチングの工数を減らすことができる。
【００７４】
実施形態では、アイドル時に限って排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振る操作を行ったが、本発明はアイドル時以外の負荷領域にも拡大することができる。このときには、アイドル時でない所定の負荷条件でのＴｐを基本設定点でのＴｐとして設定し、外乱（たとえば低速での歩道の段差乗り越え時の外部からの負荷入力などがある）などの影響でエンジン負荷がこの基本設定点でのＴｐから増大したときには、その負荷増大分だけリッチ気筒の点火時期を遅角補正（この逆にエンジン負荷が基準設定点での負荷より減少したときにはその負荷減少分だけ点火時期を進角補正）することで、エンジン負荷に依存させることなく排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振らせている場合に、エンジン負荷が基本設定点での負荷より変化したときにも、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、エンジンの安定度を確保しつつ触媒１０の暖機を促進することが可能となる。
【００７５】
実施形態では、排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振る操作を行うに際して、４気筒のうち２気筒をリッチ気筒に、残りの２気筒をリーン気筒にする場合で説明したが、Ｏ２濃度を高くするため１気筒のみをリッチ気筒、残り３気筒をリーン気筒としてもよい。さらに、４つの気筒のそれぞれに、点火順序に合わせてリッチ気筒、ストイキ気筒（リーンでもリッチでもない気筒のこと）、リーン気筒、通常気筒と割り振っておくこともできる。
【００７６】
実施形態では、触媒１０の一部活性化したかどうかを冷却水温や触媒温度に基づいて判定する場合で説明したが、これに限られるものでなく、公知の各種の活性化判定方法を用いることができる。
【００７７】
【発明の効果】
エンジン負荷に依存させることなく排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う一方、リーン気筒でＭＢＴ付近の設定点火時期により、またリッチ気筒でリーン気筒の空燃比制御量に応じた点火時期により点火を行う場合に、負荷変動が生じ、エンジン負荷が基準負荷と異なったときには、リッチ気筒とリーン気筒の各空燃比制御量が変わらない（したがって排気空燃比の振れ幅も変わらない）のに、基準負荷との相違分だけリッチ気筒とリーン気筒の間にトルク差が生じてエンジンの安定度が悪化するのであるが、このとき第１の発明では、基準負荷との相違分だけリッチ気筒の点火時期が補正されることから、リーン気筒とのトルク差がなくされ、エンジン回転が安定するのであり、これによって、基準負荷からの負荷変動が生じても、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、アイドル安定度を確保しつつ触媒の暖機を促進することができる。
【００７８】
第５の発明では、各気筒の空燃比制御量と点火時期の設定を行う所定の運転条件がアイドル時であるので、補機負荷が加わっていないときのアイドル負荷を基準負荷として設定しておけば、補機負荷の作動によりエンジン負荷が基準負荷より大きくなると、その負荷増大分だけリッチ気筒の点火時期が遅角補正されることから、アイドル時に補機負荷の変動が生じるときにも、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、アイドル安定度を確保しつつ触媒の暖機を促進することができる。
【００７９】
第７の発明では、リーン気筒の空燃比制御量がリーン限界相当であるので、燃費が向上する。
【００８０】
第８の発明では、リーン限界相当の空燃比制御量が冷却水温に応じた値であるので、冷却水温が相違してもリーン気筒の空燃比がリーン限界から外れることがなく、これによって冷却水温が相違しても最小の燃費でリーン気筒を運転することができる。
【００８１】
第９の発明では、リーン気筒の空燃比制御量がリーン限界相当であるのに合わせて、リーン気筒の点火時期がリーン限界相当の空燃比制御量に対するＭＢＴであるので、燃費が一段と向上する。
【００８２】
リーン気筒の発生するトルクはリーン気筒の空燃比制御量に応じて変化するのであるが、第１０の発明ではリッチ気筒の点火時期がリーン気筒の空燃比制御量に応じた値であるので、リーン気筒の空燃比制御量が変化する場合でもリッチ気筒とリーン気筒のトルク差を無くすことができる。
【００８３】
リッチ気筒の空燃比制御量によりリッチ側への排気空燃比の振れ幅が定まり、リッチ気筒の空燃比制御量がリッチ側になるほどＣＯ濃度が高くなるのであるが、所定の値以上のＣＯ濃度を確保すれば触媒の温度上昇を促進できることが実験により明らかになったことから、第１１の発明によりリッチ気筒の空燃比制御量を固定値とすることで、リッチ気筒の空燃比制御量を与えるに際して冷却水温などをパラメータとするテーブル検索を行う必要がなく、マッチングの工数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図である。
【図２】燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅の気筒別算出と点火進角値の気筒別算出を説明するためのフローチャートである。
【図３】冷却水温Ｔｗに対するリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬの特性図である。
【図４】冷却水温Ｔｗに対するリーン気筒の点火進角値ＡＤＶＬの特性図である。
【図５】リーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬに対するリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲの特性図である。
【図６】基本噴射パルス幅Ｔｐに対する点火時期補正量ＡＤＶＲＨの特性図である。
【図７】従来例の負荷に対するリッチ気筒とリーン気筒の各発生トルクの特性図である。
【図８】吸入空気量の増加前後でのリッチ気筒とリーン気筒の各トルク変化を示す特性図である。
【図９】第１の発明のクレーム対応図である。
【図１０】第１２の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ コントロールユニット
４ クランク角センサ
６ エアフローメータ
７ 燃料噴射弁
１０ 三元触媒
１３ 点火プラグ
１６ 補助空気弁
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気管に設けた三元触媒の早期暖機を行うため燃料噴射量を所定期間毎（たとえば燃焼毎）に増減させる（つまり排気空燃比を理論空燃比に対してリッチ側とリーン側に交互に振る）操作によりリッチ燃焼とリーン燃焼を繰り返し、リッチ燃焼により一酸化炭素ＣＯと未燃炭化水素ＨＣを、リーン燃焼により酸素Ｏ２を多く生じさせ、両者の酸化反応により発生する熱で排気温度を上昇させるとともに、同じ点火時期ではリッチ気筒（空燃比がリッチ化される気筒）とリーン気筒（空燃比がリーン化される気筒）とで発生するトルクに差が生じるため、リッチ気筒の点火時期を、リッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同一となるようにリーン気筒より遅角させるようにした装置が提案されている（特開平４−３０８３１１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多気筒エンジンにおいて触媒が一部活性状態でかつアイドル時に三元触媒の早期暖機を行うため点火順序で１つおきの気筒をリッチ気筒、残りの気筒をリーン気筒として、排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振らすとともに、燃費向上の観点よりリーン気筒の点火時期をＭＢＴ（最大トルクの得られる最小の点火進角値のこと）付近に、さらに回転変動の防止の観点よりリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同じになるようにリッチ気筒の点火時期をリーン気筒よりも遅角させてそれぞれ設定した場合に、補機負荷の変動に伴うリッチ気筒とリーン気筒の間のトルク差によると思われる回転変動が生じた。これは発明者の実験によって初めて明らかになったことであり、その原因を解析してみたところ、図７に示すように補機負荷の加わらない状態でのアイドル負荷（基本設定点での基本噴射パルス幅Ｔｐ）に対してリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同一になるようにリッチ気筒の点火時期を設定していても、補機負荷の作動でアイドル回転数のフィードバック制御（アイドル回転数が補機負荷の作動状態に応じた目標値と一致するようにスロットルバルブをバイパスする補助空気量がフィードバック制御される）が働いて吸入空気量（つまり基本噴射パルス幅Ｔｐ）が増し、これによってリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒よりも相対的に大きくなるためであることがわかった。
【０００４】
これをさらに図８を参照して詳述すると、リッチ気筒の点火時期は最も燃焼のよくなるＭＢＴである位置Ｃからの差が大きい位置Ａにあるので、補機負荷の作動で吸入空気量が増加したときガス流動が強化されてＭＢＴが位置Ｃから位置Ｄへと遅角側にずれ、ＭＢＴとの点火時期差がＡＣからＢＤへと縮小する。つまりＭＢＴから離れた位置では、吸入空気量の増大により燃焼状態が大きく改善されるためトルクの増加代Ｂ−Ａが大きくなる。これに対してリーン気筒の点火時期はＭＢＴに近い位置Ｅにあり、ＭＢＴ付近では点火時期を変化させた場合のトルク感度が小さい（ＭＢＴ付近はもともと燃焼がよいので吸入空気量が増えても燃焼自体が大きく改善されることはない）ため、トルクの増加代Ｆ−Ｅは小さい。この結果、同じ吸入空気量の増加に対してリーン気筒のトルク増加代Ｆ−Ｅのほうがリッチ気筒のトルク増加代Ｂ−Ａより相対的に小さくなるのである。
【０００５】
なお、アイドル時は補機負荷の変動に伴うリッチ気筒とリーン気筒のトルク差が特に顕著に現れる運転条件であるが、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作をアイドル時以外の負荷領域にまで拡大して行うときにも、リッチ気筒とリーン気筒の間に負荷変動に伴うトルク差が生じる。
【０００６】
そこで本発明は、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う際にその空燃比振れ幅をエンジンの負荷に依存させることなく定める一方で、エンジンの基準負荷に対してリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同じになるようにリッチ気筒の点火時期をリーン気筒の設定空燃比に応じて設定するとともに、エンジン負荷が基準負荷と相違するときにはエンジン負荷に応じてリッチ気筒とリーン気筒の間に生じるトルク差をなくす向きにリッチ気筒の点火時期を補正することにより、空燃比振れ幅を固定した状態においてエンジン負荷が変化したときにも、エンジンの安定性を確保しつつ触媒の暖機を促進することを目的とする。
【０００７】
なお、従来例（特開平４−３０８３１１号公報）においては、空燃比の振れ幅を定める補正量ＴＤｉｔを
リーン気筒：ＴＤｉｔ＝１−ＫＤＩＴ×ＫＰＭ …（１１）
リッチ気筒：ＴＤｉｔ＝１＋ＫＤＩＴ×ＫＰＭ …（１２）
ただし、ＫＤＩＴ：冷却水温に応じた空燃比補正量
ＫＰＭ：吸気管圧力ＰＭに応じた補正量
の式により求めるとともに、リッチ気筒の点火時期遅角量ＡＲＥＴを、
ＡＲＥＴ＝ＫＲＥＴ×ＫＲＰＭ …（１３）
ただし、ＫＲＥＴ：冷却水温に応じた遅角量
ＫＲＰＭ：吸気管圧力ＰＭに応じた補正量
の式により求めており、（１３）式のＫＲＰＭにだけ着目すれば確かにエンジン負荷（吸気管圧力ＰＭ）に応じてリッチ気筒の点火時期を補正しているので、本発明の技術思想と同じようにみえる。
【０００８】
しかしながら、吸気管圧力ＰＭが最小のときに２つの補正量ＫＰＭ、ＫＲＰＭとも０とし、吸気管圧力ＰＭが最大となる付近で２つの補正量ＫＰＭ、ＫＲＰＭとも１に設定していることからもわかるように、従来例は、エンジン負荷が変化したときにはこれに応じて空燃比の振れ幅を変化させるものを前提として、その変化した空燃比振れ幅に対応させて点火時期を変化させているに過ぎず、空燃比振れ幅が同一の条件においてエンジン負荷が変化することによりリッチ気筒とリーン気筒の間にトルク差が生じる点については開示されていない。
【０００９】
これに対し本発明では、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う際にその空燃比振れ幅をエンジン負荷により変化させることは基本的になく、空燃比振れ幅を固定した状態においても、エンジン負荷の変化でリッチ気筒とリーン気筒の発生するトルクに差が生じることを防止することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、図９に示すように、排気通路に触媒を設ける一方で、リッチ気筒の空燃比制御量（たとえば目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲ）をエンジン負荷に依存させることなく設定する手段２１と、リーン気筒の空燃比制御量（たとえば目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬ）をエンジン負荷に依存させることなく設定する手段２２と、これらの空燃比制御量を用いて各気筒の空燃比を制御する手段２３と、前記リーン気筒の点火時期ＡＤＶＬをＭＢＴ付近に設定する手段２４と、エンジンの基準負荷に対して前記リッチ気筒の発生するトルクが前記リーン気筒と同じになるように前記リッチ気筒の点火時期ＡＤＶＲを前記リーン気筒の空燃比制御量ＴＦＢＹＡＬに応じて設定する手段２５と、エンジン負荷が前記基準負荷と相違するときエンジン負荷に応じて前記リッチ気筒とリーン気筒の間に生じるトルク差をなくす向きに前記リッチ気筒の点火時期ＡＤＶＲを補正（エンジン負荷が基準負荷より増加したときはその負荷増加分だけ遅角側に補正、この逆にエンジン負荷が基準負荷より減少したときはその負荷減少分だけ進角側に補正）する手段２６と、この補正されたリッチ気筒の点火時期と前記リーン気筒の点火時期ＡＤＶＬを用いて各気筒の点火を行う手段２７とを設けた。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において前記各気筒の空燃比制御量と点火時期の設定を所定の運転条件でだけ行う。
【００１２】
第３の発明では、第２の発明において前記所定の運転条件が、前記触媒が一部活性化したときである。
【００１３】
第４の発明では、第３の発明において前記触媒が一部活性化したかどうかをエンジンの冷却水温または前記触媒の温度に基づいて判定する。
【００１４】
第５の発明では、第２から第４までのいずれか一つの発明において前記所定の運転条件がアイドル時である。
【００１５】
第６の発明では、第１から第５までのいずれか一つの発明において前記リッチ気筒の点火時期の補正量が、前記エンジン負荷が前記基準負荷より大きいとき遅角側の、また前記エンジン負荷が前記基準負荷より小さいとき進角側の値である。
【００１６】
第７の発明では、第１から第６までのいずれか一つの発明において前記リーン気筒の空燃比制御量がリーン限界相当である。
【００１７】
第８の発明では、第７の発明において前記リーン限界相当の空燃比制御量がエンジンの冷却水温に応じた値である。
【００１８】
第９の発明では、第７または第８の発明において前記リーン気筒の点火時期が前記リーン限界相当の空燃比制御量に対するＭＢＴである。
【００１９】
第１０の発明では、第１から第９までのいずれか一つの発明において前記リッチ気筒の点火時期が前記リーン気筒の空燃比制御量に応じた値（リーン気筒の空燃比制御量がリッチ側になるほど進角する値）である。
【００２０】
第１１の発明では、第１から第１０までのいずれか一つの発明において前記リッチ気筒の空燃比制御量が固定値である。
【００２１】
第１２の発明では、第１から第１１までのいずれか一つの発明において前記空燃比制御手段２３が、図１０に示すように、ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を運転条件に応じて算出する手段３１と、この基本噴射量を前記リッチ気筒について増加し、前記リーン気筒について減少する手段３２と、この増加される噴射量の燃料を前記リッチ気筒の吸気管に、また減少される噴射量の燃料を前記リーン気筒の吸気管に供給する手段３３とからなる。
【００２２】
【作用】
第１の発明では、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う際に、エンジン負荷により燃焼自体は影響を受けるものの、冷却水温の影響に比べれば小さいため、リッチ気筒とリーン気筒の各空燃比制御量をエンジン負荷に依存させていない。この場合に、リーン気筒ではＭＢＴ付近の設定点火時期で、またリッチ気筒ではリーン気筒の空燃比制御量に応じた点火時期でそれぞれ点火が行われると、エンジンの基準負荷に対してはリッチ気筒とリーン気筒でトルク差を生じることがなく、触媒内での酸化反応熱の増加により触媒の暖機が促進される。
【００２３】
しかしながら、この状態で負荷変動が生じ、エンジン負荷が基準負荷より大きくなったときには、リッチ気筒とリーン気筒の各空燃比制御量が変わらない（したがって排気空燃比の振れ幅も変わらない）のに、負荷増加分だけリッチ気筒の発生トルクがリーン気筒より相対的に大きくなり（リーン気筒の発生トルクとの間に差が生じ）、エンジンの安定度が悪化する。
【００２４】
このとき第１の発明では、負荷増加分だけリッチ気筒の点火時期が遅角側に補正（リッチ気筒の発生トルクが抑制）されることから、リーン気筒とのトルク差がなくされ、エンジン回転が安定する。また、エンジン負荷が基準負荷より小さくなったときには、リッチ気筒とリーン気筒の各空燃比制御量が変わらないのに、負荷減少分だけリッチ気筒の発生トルクがリーン気筒より相対的に小さくなるが、このとき第１の発明では、負荷減少分だけリッチ気筒の点火時期が進角側に補正（リッチ気筒の発生トルクが増加）されることから、リーン気筒とのトルク差がなくされ、エンジン回転が安定する。つまり、基準負荷からの負荷変動が生じても、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、アイドル安定度を確保しつつ触媒の暖機を促進することが可能となる。
【００２５】
第５の発明では、各気筒の空燃比制御量と点火時期の設定を行う所定の運転条件がアイドル時であるので、補機負荷が加わっていないときのアイドル負荷を基準負荷として設定しておけば、補機負荷の作動によりエンジン負荷が基準負荷より大きくなると、その負荷増大分だけリッチ気筒の点火時期が遅角補正されることから、アイドル時に補機負荷の変動が生じるときにも、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、アイドル安定度を確保しつつ触媒の暖機を促進することが可能となる。
【００２６】
第７の発明では、リーン気筒の空燃比制御量がリーン限界相当であるので、燃費が向上する。
【００２７】
第８の発明では、リーン限界相当の空燃比制御量が冷却水温に応じた値であるので、冷却水温が相違してもリーン気筒の空燃比がリーン限界から外れることがなく、これによって冷却水温が相違しても最小の燃費でリーン気筒を運転することができる。
【００２８】
第９の発明では、リーン気筒の空燃比制御量がリーン限界相当であるのに合わせて、リーン気筒の点火時期がリーン限界相当の空燃比制御量に対するＭＢＴであるので、燃費が一段と向上する。
【００２９】
リーン気筒の発生するトルクはリーン気筒の空燃比制御量に応じて変化するのであるが、第１０の発明では、リッチ気筒の点火時期がリーン気筒の空燃比制御量に応じた値（リーン気筒の空燃比制御量がリッチ側になるほど進角する値）であるので、リーン気筒の空燃比制御量が変化する場合でもリッチ気筒とリーン気筒のトルク差を無くすことができる。
【００３０】
リッチ気筒の空燃比制御量によりリッチ側への排気空燃比の振れ幅（ＣＯ濃度）が定まり、リッチ気筒の空燃比制御量がリッチ側になるほどＣＯ濃度が高くなるのであるが、所定の値以上のＣＯ濃度を確保すれば触媒の温度上昇を促進できることが実験により明らかになったことから、第１１の発明によりリッチ気筒の空燃比制御量を固定値とすることで、リッチ気筒の空燃比制御量を与えるに際して冷却水温などをパラメータとするテーブル検索を行う必要がなく、マッチングの工数を減らすことができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体で、その吸気通路８にはスロットルバルブ５の下流に位置して燃料噴射弁７が設けられ、コントロールユニット（図ではＣ／Ｕで略記）２からの噴射信号により吸気中に燃料を噴射供給する。エンジンに供給される燃料流量は体積流量管理であり、噴射弁の開弁時間によってその流量を調整している。
【００３２】
一方、シリンダヘッドには燃焼室に臨んで点火プラグ１３の電極が設けられ、コントロールユニット２からの点火信号により所定のタイミングで点火コイルの一次電流が遮断されると、点火プラグ１３の電極に火花が飛んで、シリンダー内の混合気に着火される。この着火により燃焼したガスは、排気通路９に設けた触媒（三元触媒）１０によって浄化される。
【００３３】
コントロールユニット２にはクランク角センサ４からのＲｅｆ信号（４気筒では１８０°ごと、６気筒では１２０°ごとに発生）と１°信号、エアフローメータ６からの吸入空気量信号、排気通路９の三元触媒１０の上流側に設置したＯ２センサ３からの空燃比（酸素濃度）信号、水温センサー１１からのエンジン冷却水温信号等が入力され、これらに基づいてコントロールユニット２では燃料噴射量（空燃比）の制御を行う。
【００３４】
また、スロットルバルブ５をバイパスする通路１５にデューティ制御可能な補助空気弁１６が設けられ、コントロールユニット２により補助空気弁１６の開度が制御される。コントロールユニット２では、アイドル回転数フィードバック制御域で、冷却水温、始動後の経過時間、バッテリ電圧、パワステアリングスイッチ、エアコンスイッチなどからアイドル時に最適な目標回転数を定めており、実際の回転数がこの目標値から所定回転数（たとえば２５ｒｐｍ）以上離れたときには目標値に近づくように補助空気弁１６の開度を調整することで、アイドル回転数のフィードバック制御を行う。
【００３５】
さて、多気筒エンジンにおいて触媒が一部活性状態でかつアイドル時に三元触媒１０の早期暖機を行うため点火順序で１つおきの気筒をリッチ気筒、残りの気筒をリーン気筒として、エンジン負荷に依存させることなく排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振らす操作を行うとともに、燃費向上の観点よりリーン気筒の点火時期をＭＢＴ付近に、さらに回転変動の防止の観点よりエンジンの基準負荷に対してリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同じになるようにリッチ気筒の点火時期をリーン気筒よりも遅角させてそれぞれ設定した場合に、空燃比の振れ幅が同一の条件において補機負荷の作動によりエンジン負荷が基準負荷と異なることになったとき、リッチ気筒とリーン気筒の間のトルク差による回転変動が生じることが、発明者の実験によって初めて明らかになった。
【００３６】
これに対処するため本発明では、空燃比振れ幅をエンジンの負荷に依存させることなく定める一方で、エンジンの基準負荷に対してリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同じになるようにリッチ気筒の点火時期をリーン気筒の設定空燃比に応じて設定するとともに、エンジン負荷が基準負荷と相違するときにはエンジン負荷に応じてリッチ気筒とリーン気筒の間に生じるトルク差をなくす向きにリッチ気筒の点火時期を補正する。
【００３７】
コントロールユニットで実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００３８】
図２のフローチャートは、各気筒の燃料噴射弁７に与える燃料噴射パルス幅と各気筒の点火時期とを算出するためのもので、Ｒｅｆ信号に同期して実行する。
【００３９】
まずステップ１で冷却水温Ｔｗ、スロットルバルブ開度ＴＶＯ、クランク角センサ４により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、エアフローメータ６からの吸入空気量Ｑａを読み込み、ステップ２では
Ｔｐ＝（Ｑａ／Ｎｅ）×Ｋ …（１）
ただし、Ｋ：定数
の式によりほぼ理論空燃比の混合気が得られる基本噴射パルス幅Ｔｐを計算する。
【００４０】
ステップ３、４は排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う条件の判定を行う部分で、その条件の判定はステップ３、４の内容を一つずつチェックすることにより行い、２つとも満たされたときに条件の成立時と判断し、ひとつでも反するときは条件の非成立時と判断する。すなわち、
ステップ３：触媒１０が一部活性化している、
ステップ４：アイドル時である
ときに、条件の成立時であると判断してステップ９に進み、そうでなければステップ５に移行する。
【００４１】
ここで、触媒１０が一部活性化しているかどうかは、冷却水温（あるいは触媒１０温度）などから判断する。始動時の冷却水温より所定値（たとえば１０℃）以上高くなったときや始動からの経過時間が所定値（たとえば２０秒）以上になったとき触媒が一部活性化したと判断させることもできる。実験では常温（２０〜３０℃）での始動を想定していたので、冷却水温Ｔｗが所定の範囲（４０℃＜Ｔｗ＜６０℃）にあるとき触媒１０が一部活性化していると判断させた。
【００４２】
なお、触媒１０が未活性の状態では排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行ったとしても、リッチ気筒からのＣＯ、ＨＣとリーン気筒からのＯ２とが触媒１０内で酸化反応することなくそのまま排出される（発熱しない）ので、冷間始動直後で触媒が未活性状態のときには排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作は行わない。
【００４３】
アイドル時であるかどうかはスロットルバルブ開度ＴＶＯ（あるいはアイドルスイッチ）から判断する。ここで、アイドル状態であることを条件としたのは、アイドル時は排気量が少なく触媒１０の温度上昇にとって特に不利な条件であるので、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作により触媒１０の暖機を促進するためである。
【００４４】
条件の判定結果より、触媒１０が未活性状態（Ｔｗ≦４０℃）にあるときや触媒１０の活性化が終了（Ｔｗ≧６０℃）したとき、さらに触媒１０が一部活性化状態であるがアイドル時にないときにはステップ５以降に進んで空燃比と点火時期の各制御を従来と同様に行う。空燃比制御については、ステップ５で目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡを
ＴＦＢＹＡ＝ＫＡＳ＋ＫＴＷ＋ＫＭＲ …（２）
ただし、ＫＡＳ：始動後増量補正係数
ＫＴＷ：水温増量補正係数
ＫＭＲ：混合比補正係数
の式により算出する。
【００４５】
（２）式の各補正係数はいずれも公知で、ＫＡＳは冷却水温Ｔｗに応じた値を初期値として始動後時間とともに一定の割合で減少し最終的に０となる値、ＫＴＷは冷却水温Ｔｗに応じた値である。ＫＭＲは高負荷時に空燃比をリッチ側にするため１．０を超える値（それ以外では１．０）となる。
【００４６】
このようにして計算した目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡを用いてステップ６で
Ｔｉ（ｎ）＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×２＋Ｔｓ …（３）
ただし、Ｔｓ：バッテリ電圧に応じた無効噴射パルス幅
の式により気筒別の燃料噴射パルス幅Ｔｉ（ｎ）（ただしｎは気筒番号）を算出し、これをステップ８において燃料噴射制御用の出力レジスタに転送する。
【００４７】
ここで、燃料噴射はシーケンシャル噴射方式（エンジン２回転ごとに１回、各気筒とも排気行程を噴射タイミングとする方式）であるため、４気筒エンジン（点火順序を＃１−＃３−＃４−＃２とする）を例にとると、今回のＲｅｆ信号の入力で１番気筒の排気行程においてＴｉ（１）の燃料が供給されたとすれば、次回（つまり１回後）のＲｅｆ信号の入力で３番気筒の排気行程において、２回後のＲｅｆ信号の入力で４番気筒の排気行程において、３回後のＲｅｆ信号の入力で２番気筒の排気行程においてそれぞれＴｉ（３）、Ｔｉ（４）、Ｔｉ（２）の燃料が供給されるわけである。こうしたシーケンシャル噴射方式は、エンジンの始動時を含むすべての運転域で行われる。
【００４８】
また、ステップ７では回転数Ｎｅと基本噴射パルス幅Ｔｐとから所定のマップを検索して点火進角値ＭＡＤＶを求めこれを気筒別の点火進角値ＡＤＶ（ｎ）（ただしｎは気筒番号）に入れたあと、この点火進角値ＡＤＶ（ｎ）をステップ８において点火時期制御用の出力レジスタに転送する。ＭＡＤＶは燃費向上のためＭＢＴに設定している。
【００４９】
ここで、気筒別の点火進角値ＡＤＶ（ｎ）は圧縮上死点前のクランク角であり、ＡＤＶ（ｎ）が出力レジスタに転送されたあと入出力インターフェースでは、Ｒｅｆ信号（たとえば圧縮上死点前の７０°で立ち上がる）より１°信号をカウントし、そのカウント数が７０−ＡＤＶ（ｎ）と一致したときｎ番気筒の点火コイルの一次電流を遮断する。
【００５０】
一方、触媒１０が一部活性化した状態にありかつアイドル時であればステップ９以降に進み、点火順序で一つ置きの気筒（たとえば１番気筒と４番気筒）の空燃比をリッチ化するとともに、その間の気筒（３番気筒と２番気筒）をリーン化することにより排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行い、さらにこのときのリッチ気筒とリーン気筒の各設定空燃比に合わせて点火時期を気筒別に設定する。
【００５１】
リーン気筒のときにはステップ９よりステップ１０に進み、図３を内容とするテーブルを検索してリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬを求め、このＴＦＢＹＡＬを用いステップ１１において
Ｔｉ（ｎ）＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡＬ×２＋Ｔｓ …（４）
の式によりリーン気筒の燃料噴射パルス幅を算出する。（４）式のＴＦＢＹＡＬは１．０より小さい値であり、リーン気筒ではＴＦＢＹＡＬによりＴｐを減量することによって排気空燃比をリーン側へ振れさせるのである（１．０−ＴＦＢＹＡＬの値によりリーン側への排気空燃比の振れ幅が定まる）。
【００５２】
さらに、ＴＦＢＹＡＬは燃焼可能な空燃比範囲のうちのリーン限界相当の値を設定している。リーン限界となる空燃比（後述するようにリーン限界時のＭＢＴも）は冷却水温Ｔｗに応じて変化する（冷却水温が高くなるほどリーン側にずれる）ので、これに合わせてＴＦＢＹＡＬの値を図３に示したように冷却水温Ｔｗが高くなるほど小さくしている。冷却水温によってリーン限界が変化する主な理由は、温度により燃料の気化状態が大きく変化し、低温時は燃料が気化しにくく燃焼が困難となるからである。
【００５３】
なお、負荷によっても燃焼自体は影響を受けるが、これは冷却水温の影響に比べれば小さい。また、燃焼が改善される高負荷時にはもともと発生トルクが大きく、かつ燃焼変動幅も大きくなるので、リーン限界は実質的にあまり変化しない。これらの結果より、エンジン負荷に応じてリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬを変化させる必要はない。なお、高負荷時に燃焼改善してもリーン限界が変化しない理由を詳述すると、リーン限界は安定度（Ｐｉの変動幅）によって決まるが、これは燃焼のバラツキ率とそのときの図示平均有効圧Ｐｉの大きさによって決まるものである。イメージとしては、
σＰｉ＝（係数）×（燃焼のバラツキ率）×Ｐｉ
ただし、σＰｉ：Ｐｉの変動幅
であり、この式において燃焼改善により燃焼のバラツキ率は小さくなるが、高負荷時はＰｉが大きくなるので、結果としてσＰｉはあまり変化しないのである。
【００５４】
ステップ１２では冷却水温Ｔｗから図４を内容とするテーブルを検索してリーン気筒の点火進角値ＡＤＶＬを求め、これをリーン気筒の点火進角値ＡＤＶ（ｎ）に入れる。
【００５５】
ここで、リーン気筒の設定空燃比（つまりＴＦＢＹＡＬ）はリーン限界であるため、これに合わせてリーン気筒の点火時期（つまりＡＤＶＬ）をリーン限界の空燃比に対するＭＢＴで設定している。前述のようにＴＦＢＹＡＬが冷却水温Ｔｗに応じて変化するので、図４に示すように、ＡＤＶＬの値は冷却水温Ｔｗが低いほど進角側の値になる。
【００５６】
次に、リッチ気筒のときにはステップ９よりステップ１３に進み、所定値Ｄをリッチ気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲに入れ、このＴＦＢＹＡＲを用いステップ１４において
Ｔｉ（ｎ）＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡＲ×２＋Ｔｓ …（５）
の式によりリッチ気筒の燃料噴射パルス幅を算出する。Ｄの値は１．０より大きな値であり、リッチ気筒ではＴＦＢＹＡＲによりＴｐを増量することによって排気空燃比をリッチ側へ振れさせるのである。
【００５７】
ここで、Ｄ−１．０の値によりリッチ側への排気空燃比の振れ幅（ＣＯ濃度）が定まり、Ｄの値を大きくするほどＣＯ濃度が高くなるのであるが、所定の値（触媒１０入口でたとえば１％程度）以上のＣＯ濃度を確保すれば触媒１０の温度上昇を促進できることが実験により明らかになったので、冷却水温Ｔｗやエンジン負荷に関係なくＤの値を固定値としている。なお、Ｄの値はエンジン機種と触媒容量に依存するため、エンジン機種や触媒容量が相違するときにはＤの値が異なってくることはいうまでもない。
【００５８】
ステップ１５ではリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬから図５を内容とするテーブルを検索してリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲを求める。
【００５９】
ここで、点火時期が同じであればリッチ気筒のほうがリーン気筒より大きなトルクが発生し、そのトルク段差により回転変動が生じるので、リッチ気筒とリーン気筒のトルク差を解消するためにはリーン気筒の発生するトルクと同じトルクがリッチ気筒においても発生するようにリッチ気筒の点火時期を設定しなければならない。この場合に、リーン気筒の発生するトルクはリーン気筒の設定空燃比（つまりＴＦＢＹＡＬ）に応じて変化するため、このＴＦＢＹＡＬに応じてリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲを設定することで、ＴＦＢＹＡＬが変化する場合でもリッチ気筒とリーン気筒のトルク差を無くすことができるのである。実際には、図５に示すようにリーン気筒の設定空燃比がリーン側になるほど（ＴＦＢＹＡＬが小さいほど）、ＡＤＶＲの値が遅角側になる。
【００６０】
ステップ１６では基本噴射パルス幅（負荷相当量）Ｔｐから図６を内容とするテーブルを検索して点火時期の補正量ＡＤＶＲＨを求め、この補正量ＡＤＶＲＨを上記のＡＤＶＲに加算した値をステップ１７においてリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶ（ｎ）に入れることにより、リッチ気筒の点火進角値を補正する。
【００６１】
ここで、点火時期補正量ＡＤＶＲＨは、リッチ気筒とリーン気筒の各設定空燃比（したがって排気空燃比の振れ幅）が同一の条件において、補機負荷（たとえばエアコン、パワステアリング、電気負荷等）の作動により作動後のＴｐが基本設定点でのＴｐ（補機負荷が加わってない状態でのアイドル時のＴｐ）と異なったときにリッチ気筒とリーン気筒の間にトルク差が生じてしまうので、そうならないようにしたものである。
【００６２】
具体的にはＡＤＶＲＨの値は、図６のように基本設定点でのＴｐ（補機負荷が加わってない状態でのアイドル時のＴｐ）のとき０であり、Ｔｐが基本設定点でのＴｐより大きい領域で負の値となり（ＡＤＶＲが遅角側に補正される）、また、Ｔｐが基本設定点でのＴｐより小さい領域で正の値となる（ＡＤＶＲが進角側に補正される）。たとえば、エアコン負荷がエンジンに加わることにより図７において基本設定点でのＴｐより所定値ΔＴｐだけＴｐが大きくなり、これに伴ってΔＴのトルク差が生じるものとすれば、図６において基本設定点でのＴｐにΔＴｐを加えた値のときのＡＤＶＲＨの値（つまりＡＤＶＲＨ１）でリッチ気筒の発生するトルクが基本設定点でのＴｐに対するときよりΔＴだけ少なくなるように、ＡＤＶＲＨ１の値をマッチングするのである。
【００６３】
次に、排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う条件の成立時にも、ステップ８での操作により、リーン気筒では（４）式のＴｉ（ｎ）でリッチ気筒の排気行程において燃料噴射弁７が開かれ、点火進角値ＡＤＶＬを用いて点火が行われる。リッチ気筒では（５）式のＴｉ（ｎ）でリーン気筒の排気行程において燃料噴射弁７が開かれ、点火進角値ＡＤＶＲ＋ＡＤＶＲＨを用いて点火が行われる。
【００６４】
ここで本発明の実施形態の作用を説明する。
【００６５】
本発明の実施形態では、触媒１０が一部活性化状態にありかつアイドル時に排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う際に、冷却水温に依存するリーン限界にリーン気筒の設定空燃比を設定しているが、エンジン負荷に依存させてはいない。負荷によっても燃焼自体は影響を受けるものの、冷却水温の影響に比べれば小さく、また、燃焼が改善される高負荷時にはもともと発生トルクが大きく、かつ燃焼変動幅も大きくなるので、リーン限界が実質的にあまり変化しない。これらの結果より、エンジン負荷に応じてリーン気筒の設定空燃比（つまりＴＦＢＹＡＬ）を変化させる必要がないからである。
【００６６】
この場合に、リーン気筒ではＭＢＴ付近で、またリッチ気筒ではリーン気筒の設定空燃比（つまりＴＦＢＹＡＬ）に応じた点火時期（つまりＡＤＶＲ）でそれぞれ点火が行われると、基本設定点での負荷に対してはリッチ気筒とリーン気筒でトルク差を生じることがなく、触媒１０内での酸化反応熱の増加により触媒１０の暖機が促進される。
【００６７】
しかしながら、この状態でエアコン負荷やパワステアリング負荷がエンジンに加わったときには、リッチ気筒とリーン気筒の各設定空燃比が変わらない（したがって排気空燃比の振れ幅も変わらない）のに、アイドル回転数のフィードバック制御により補助空気弁１６が一定量だけ大きく開かれて吸入空気量（つまりＴｐ）が増加し、これによってリッチ気筒の発生トルクがリーン気筒より相対的に大きくなり（リーン気筒の発生トルクとの間に差が生じ）、エンジンの安定度が悪化する。
【００６８】
このとき、本発明の実施形態ではエアコン負荷やパワステアリング負荷が加わったことにより、Ｔｐが基本設定点から増加して点火時期補正量ＡＤＶＲＨが負で求められ、この点火時期補正量ＡＤＶＲＨにより基本設定点からのＴｐの増加分だけリッチ気筒の点火時期が遅角側に補正（リッチ気筒の発生トルクが抑制）されることから、リーン気筒とのトルク差がなくされ、エンジン回転が安定する。つまり、アイドル時に補機負荷が加わることにより負荷変動が生じてもエンジンの安定度の悪化なしに同じ排気空燃比の振れ幅で排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を継続することが可能となる。
【００６９】
なお、この状態でエアコン負荷やパワステアリング負荷がエンジンから切り離されたときには、補助空気弁１６の開度がエアコン負荷やパワステアリング負荷が加わる前の状態に戻り（つまり基本設定点でのＴｐに戻る）、再びリッチ気筒とリーン気筒の発生するトルクが一致する。このときには、点火時期補正量ＡＤＶＲＨが基本設定点でのＴｐに対する値（つまり０）となるので、リッチ気筒の発生するトルクを抑制することはない。
【００７０】
このようにして、本発明の実施形態では触媒１０が一部活性化した状態かつアイドル時に排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振る操作を行う際に、リッチ気筒とリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲ、ＴＦＢＹＡＬをエンジン負荷に依存させることなく設定する一方で、リーン気筒の点火進角値ＡＤＶＬをＭＢＴ付近に、また基本設定点でのＴｐに対してリッチ気筒の発生するトルクがリーン気筒と同じになるようにリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲをリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬに応じてそれぞれ設定し、補機負荷の作動によりＴｐが基本設定点でのＴｐより大きくなるときにはその大きくなったＴｐの分だけリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲを遅角補正するようにしたので、排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振らせている場合に、補機負荷が加わることによる負荷変動が生じるときにも、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、アイドル安定度を確保しつつ触媒１０の暖機を促進することが可能となる。
【００７１】
また、リーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬをリーン限界相当の値に設定するので、燃費が向上する。また、リーン限界相当の値を冷却水温に応じて設定するため、冷却水温が相違してもリーン限界から外れることがなく、これによって冷却水温が相違しても最小の燃費でリーン気筒を運転することができる。さらに、リーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬをリーン限界相当の値に設定したのに合わせて、リーン気筒の点火進角値ＡＤＶＬをリーン限界の空燃比に対するＭＢＴで設定しているので、燃費が一段と向上する。
【００７２】
また、リーン気筒の発生するトルクはリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬに応じて変化するため、このリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬに応じてリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲを設定することで、リーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬが変化する場合でもリッチ気筒とリーン気筒のトルク差を無くすことができる。
【００７３】
また、リッチ気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲによりリッチ側への排気空燃比の振れ幅（ＣＯ濃度）が定まり、リッチ気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲをリッチ側に大きく設定するほどＣＯ濃度が高くなるのであるが、所定の値（触媒１０入口でたとえば１％程度）以上のＣＯ濃度を確保すれば触媒１０の温度上昇を促進できることが実験により明らかになったことから、本発明の実施形態ではリッチ気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＲを固定値Ｄに設定しており、これによってＴＦＢＹＡＲを与えるに際して冷却水温などをパラメータとするテーブル検索を行う必要がなく、マッチングの工数を減らすことができる。
【００７４】
実施形態では、アイドル時に限って排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振る操作を行ったが、本発明はアイドル時以外の負荷領域にも拡大することができる。このときには、アイドル時でない所定の負荷条件でのＴｐを基本設定点でのＴｐとして設定し、外乱（たとえば低速での歩道の段差乗り越え時の外部からの負荷入力などがある）などの影響でエンジン負荷がこの基本設定点でのＴｐから増大したときには、その負荷増大分だけリッチ気筒の点火時期を遅角補正（この逆にエンジン負荷が基準設定点での負荷より減少したときにはその負荷減少分だけ点火時期を進角補正）することで、エンジン負荷に依存させることなく排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振らせている場合に、エンジン負荷が基本設定点での負荷より変化したときにも、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、エンジンの安定度を確保しつつ触媒１０の暖機を促進することが可能となる。
【００７５】
実施形態では、排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振る操作を行うに際して、４気筒のうち２気筒をリッチ気筒に、残りの２気筒をリーン気筒にする場合で説明したが、Ｏ２濃度を高くするため１気筒のみをリッチ気筒、残り３気筒をリーン気筒としてもよい。さらに、４つの気筒のそれぞれに、点火順序に合わせてリッチ気筒、ストイキ気筒（リーンでもリッチでもない気筒のこと）、リーン気筒、通常気筒と割り振っておくこともできる。
【００７６】
実施形態では、触媒１０の一部活性化したかどうかを冷却水温や触媒温度に基づいて判定する場合で説明したが、これに限られるものでなく、公知の各種の活性化判定方法を用いることができる。
【００７７】
【発明の効果】
エンジン負荷に依存させることなく排気空燃比をリッチ側とリーン側に交互に振る操作を行う一方、リーン気筒でＭＢＴ付近の設定点火時期により、またリッチ気筒でリーン気筒の空燃比制御量に応じた点火時期により点火を行う場合に、負荷変動が生じ、エンジン負荷が基準負荷と異なったときには、リッチ気筒とリーン気筒の各空燃比制御量が変わらない（したがって排気空燃比の振れ幅も変わらない）のに、基準負荷との相違分だけリッチ気筒とリーン気筒の間にトルク差が生じてエンジンの安定度が悪化するのであるが、このとき第１の発明では、基準負荷との相違分だけリッチ気筒の点火時期が補正されることから、リーン気筒とのトルク差がなくされ、エンジン回転が安定するのであり、これによって、基準負荷からの負荷変動が生じても、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、アイドル安定度を確保しつつ触媒の暖機を促進することができる。
【００７８】
第５の発明では、各気筒の空燃比制御量と点火時期の設定を行う所定の運転条件がアイドル時であるので、補機負荷が加わっていないときのアイドル負荷を基準負荷として設定しておけば、補機負荷の作動によりエンジン負荷が基準負荷より大きくなると、その負荷増大分だけリッチ気筒の点火時期が遅角補正されることから、アイドル時に補機負荷の変動が生じるときにも、排気空燃比の振れ幅を変えることなく、アイドル安定度を確保しつつ触媒の暖機を促進することができる。
【００７９】
第７の発明では、リーン気筒の空燃比制御量がリーン限界相当であるので、燃費が向上する。
【００８０】
第８の発明では、リーン限界相当の空燃比制御量が冷却水温に応じた値であるので、冷却水温が相違してもリーン気筒の空燃比がリーン限界から外れることがなく、これによって冷却水温が相違しても最小の燃費でリーン気筒を運転することができる。
【００８１】
第９の発明では、リーン気筒の空燃比制御量がリーン限界相当であるのに合わせて、リーン気筒の点火時期がリーン限界相当の空燃比制御量に対するＭＢＴであるので、燃費が一段と向上する。
【００８２】
リーン気筒の発生するトルクはリーン気筒の空燃比制御量に応じて変化するのであるが、第１０の発明ではリッチ気筒の点火時期がリーン気筒の空燃比制御量に応じた値であるので、リーン気筒の空燃比制御量が変化する場合でもリッチ気筒とリーン気筒のトルク差を無くすことができる。
【００８３】
リッチ気筒の空燃比制御量によりリッチ側への排気空燃比の振れ幅が定まり、リッチ気筒の空燃比制御量がリッチ側になるほどＣＯ濃度が高くなるのであるが、所定の値以上のＣＯ濃度を確保すれば触媒の温度上昇を促進できることが実験により明らかになったことから、第１１の発明によりリッチ気筒の空燃比制御量を固定値とすることで、リッチ気筒の空燃比制御量を与えるに際して冷却水温などをパラメータとするテーブル検索を行う必要がなく、マッチングの工数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図である。
【図２】燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅の気筒別算出と点火進角値の気筒別算出を説明するためのフローチャートである。
【図３】冷却水温Ｔｗに対するリーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬの特性図である。
【図４】冷却水温Ｔｗに対するリーン気筒の点火進角値ＡＤＶＬの特性図である。
【図５】リーン気筒の目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡＬに対するリッチ気筒の点火進角値ＡＤＶＲの特性図である。
【図６】基本噴射パルス幅Ｔｐに対する点火時期補正量ＡＤＶＲＨの特性図である。
【図７】従来例の負荷に対するリッチ気筒とリーン気筒の各発生トルクの特性図である。
【図８】吸入空気量の増加前後でのリッチ気筒とリーン気筒の各トルク変化を示す特性図である。
【図９】第１の発明のクレーム対応図である。
【図１０】第１２の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ コントロールユニット
４ クランク角センサ
６ エアフローメータ
７ 燃料噴射弁
１０ 三元触媒
１３ 点火プラグ
１６ 補助空気弁
Claims (12)
- 排気通路に触媒を設ける一方で、
リッチ気筒の空燃比制御量をエンジン負荷に依存させることなく設定する手段と、
リーン気筒の空燃比制御量をエンジン負荷に依存させることなく設定する手段と、
これらの空燃比制御量を用いて各気筒の空燃比を制御する手段と、
前記リーン気筒の点火時期をＭＢＴ付近に設定する手段と、
エンジンの基準負荷に対して前記リッチ気筒の発生するトルクが前記リーン気筒と同じになるように前記リッチ気筒の点火時期を前記リーン気筒の空燃比制御量に応じて設定する手段と、
エンジン負荷が前記基準負荷と相違するときエンジン負荷に応じて前記リッチ気筒とリーン気筒の間に生じるトルク差をなくす向きに前記リッチ気筒の点火時期を補正する手段と、
この補正されたリッチ気筒の点火時期と前記リーン気筒の点火時期を用いて各気筒の点火を行う手段と
を設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 前記各気筒の空燃比制御量と点火時期の設定を所定の運転条件でだけ行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記所定の運転条件は前記触媒が一部活性化したときであることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記触媒が一部活性化したかどうかをエンジンの冷却水温または前記触媒の温度に基づいて判定することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記所定の運転条件はアイドル時であることを特徴とする請求項２から４までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記リッチ気筒の点火時期の補正量は、前記エンジン負荷が前記基準負荷より大きいとき遅角側の、また前記エンジン負荷が前記基準負荷より小さいとき進角側の値であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記リーン気筒の空燃比制御量はリーン限界相当であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記リーン限界相当の空燃比制御量はエンジンの冷却水温に応じた値であることを特徴とする請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記リーン気筒の点火時期は前記リーン限界相当の空燃比制御量に対するＭＢＴであることを特徴とする請求項７または８に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記リッチ気筒の点火時期は前記リーン気筒の空燃比制御量に応じた値であることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記リッチ気筒の空燃比制御量は固定値であることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記空燃比制御手段は、ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を運転条件に応じて算出する手段と、この基本噴射量を前記リッチ気筒について増加し、前記リーン気筒について減少する手段と、この増加される噴射量の燃料を前記リッチ気筒の吸気管に、また減少される噴射量の燃料を前記リーン気筒の吸気管に供給する手段とからなることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
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