JP4470765B2 - 多気筒内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関の制御装置に関する。

吸気弁や排気弁の位相角、作用角およびリフト量を変更することができる可変動弁機構を有する多気筒内燃機関が知られている。斯かる可変動弁機構を有する多気筒内燃機関では、スロットル弁を用いずに小作用角・小リフト量で運転を行うことにより、スロットル弁の開度を小さくすることによって生じるポンプ損失を低減し、よって燃費を向上させることができる。

しかしながら、小作用角・小リフト量で運転を行うと、吸気弁の開弁時間が短くなったり吸気弁の開度が小さくなったりするため、例えば吸気弁近傍へのデポジットの付着や気筒間の吸気弁の作用角やリフト量の調整不良等により筒内充填空気量の気筒間バラツキが顕著に現れてしまう。このように筒内充填空気量の気筒間バラツキが大きくなると、気筒間で空燃比がばらついてしまい、排気エミッションの悪化やトルク変動を招いてしまう。

そこで、従来から筒内充填空気量の気筒間バラツキを考慮しつつ各気筒への筒内充填空気量を推定し、該推定した各気筒への筒内充填空気量に基づいて各気筒への燃料噴射量等の内燃機関の運転パラメータを制御する多気筒内燃機関の制御装置が知られている。

例えば、特許文献１に記載の制御装置では、スロットル開度センサ等の出力に基づいて算出されるスロットル通過空気量から、吸気圧センサ及び温度センサによって検出されるスロットル弁下流側吸気管内の空気の圧力及び温度に基づいて算出されるスロットル弁下流側吸気管内の空気の増加量を減算することによって各気筒への筒内充填空気量を算出している。そして、このように算出された各気筒への筒内充填空気量に基づいて筒内充填空気量の気筒間バラツキを推定すると共に、このバラツキに応じて各気筒への燃料噴射量を調整することによって各気筒に充填される混合気の空燃比がばらつくのを抑制している。

特開２００１−２３４７９８号公報 特開２００２−７０６３３号公報

上述したように、筒内充填空気量の気筒間バラツキを求めるためには、吸気管内の圧力を検出するための吸気圧センサが必要となる。斯かる吸気圧センサはアナログ的に吸気管内の圧力を検出することができるが、吸気圧センサの出力は電子制御ユニット（ＥＣＵ）に入力される際にはＡＤ変換機によりデジタルデータに変換される。従って、ＡＤ変換機の分解能によっては吸気圧を正確に検出することができない。このため吸気圧センサによって吸気圧を検出した場合、筒内充填空気量の気筒間バラツキを正確に推定することができないことがある。

そこで、本発明の目的は、吸気圧センサによって検出された吸気圧の値を直接用いることなく筒内充填空気量の気筒間バラツキを考慮して内燃機関を制御する多気筒内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、スロットル弁下流側における吸気圧を検出する吸気圧センサと、上記吸気圧センサの出力に基づいて、各気筒に対応する吸気弁の開弁に伴って吸気圧が降下するのにかかった降下時間を算出する降下時間算出手段と、上記降下時間算出手段によって算出された降下時間の気筒間バラツキを求める気筒間バラツキ求得手段と、上記気筒間バラツキ求得手段によって求められた上記降下時間の気筒間バラツキに基づいて内燃機関を制御する機関制御手段と、を具備する、多気筒内燃機関の制御装置が提供される。
一般に、吸気圧センサからの出力の分解能が低い場合であっても、上記降下時間はほぼ正確に算出することができる。すなわち、吸気圧センサによって検出された吸気圧に誤差があっても、この値から算出される降下時間の誤差は小さい。また、或る気筒の吸気弁開弁に伴う降下時間は、当該気筒の筒内充填空気量にほぼ比例する。従って、第１の発明によれば、吸気圧センサからの出力の分解能が低くても、比較的正確に降下時間を算出することができると共に、比較的正確に筒内充填空気量を推定することができる。さらに、筒内充填空気量の気筒間バラツキに関連した値である降下時間の気筒間バラツキに基づいて内燃機関が制御されるため、排気エミッションの悪化やトルク変動を抑制することができる。

第２の発明では、第１の発明において、上記機関制御手段は、上記気筒間バラツキ求得手段によって求められた上記降下時間の気筒間バラツキに基づいて筒内充填空気量の気筒間バラツキを推定し、該推定された筒内充填空気量の気筒間バラツキに基づいて内燃機関を制御する。

第３の発明では、第１の発明において、上記気筒間バラツキ求得手段は、全ての気筒に対応する降下時間のうち最大値と最小値との差分を気筒間バラツキとして求める。

第４の発明では、第１の発明において、上記気筒間バラツキ求得手段は、全ての気筒に対応する降下時間の平均値と、降下時間算出手段によって算出された各気筒に対応する降下時間との差分を気筒間バラツキとして求める。

第５の発明では、第１の発明において、上記気筒間バラツキ求得手段は、降下時間に気筒間バラツキが無いと仮定した場合に降下時間以外の内燃機関の運転パラメータに基づいて予想される予想降下時間と、降下時間算出手段によって算出された各気筒に対応する降下時間との差分を気筒間バラツキとして求める。

本発明によれば、吸気圧センサによって検出された吸気圧の値を直接用いることなく筒内充填空気量の気筒間バラツキを考慮して内燃機関を制御する多気筒内燃機関の制御装置が提供される。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に適用することも可能である。

図１に示したように、本実施形態では、例えば八つの気筒を備えた機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２内で往復動するピストン３と、シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド４とを具備する。ピストン３とシリンダヘッド４との間には燃焼室５が形成される。シリンダヘッド４には各気筒毎に吸気弁６と、吸気ポート７と、排気弁８と、排気ポート９とが配置される。さらに、図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。また、ピストン３の頂面には燃料噴射弁１１の下方から点火プラグ１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。

各気筒の吸気ポート７は吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気管１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。なお、本明細書では、スロットル弁１８下流の吸気管１５、サージタンク１４、吸気枝管１３、及び吸気ポート７から成る吸気通路の部分、すなわちスロットル弁１８から吸気弁６までの吸気通路の部分を「吸気管部分」ＩＭと称する。一方、各気筒の排気ポート９は排気枝管及び排気管１９を介して排気浄化装置２０を内蔵した触媒コンバータ２１に連結され、この触媒コンバータ２１はマフラ（図示せず）を介して大気に連通される。また、各気筒の吸気弁６は吸気弁駆動装置（可変動弁機構）２２により開閉弁駆動される。吸気弁駆動装置２２は、吸気弁６の作用角及びリフト量を変更することができる。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータから成り、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を具備する。スロットル弁１８上流の吸気管１５には吸気管１５を通過する空気（吸気ガス）の流量を検出するためのエアフロメータ４０が配置される。また、サージタンク１４には、吸気管部分ＩＭ内の空気の圧力（以下、「吸気圧」と称す）Ｐｍを検出するための吸気圧センサ４１が配置される。更に、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、スロットル弁１８にはスロットル弁１８の開度を検出するためのスロットル開度センサ（図示せず）が設けられる。これらセンサ４０、４１、４３の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。更に、入力ポート３６にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４４が接続される。ＣＰＵ３５ではクランク角センサ４４の出力パルスに基づいて機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１７、及び吸気弁駆動装置２２にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット３１からの出力に基づいて制御される。

図２は、吸気弁駆動装置２２が作動されるのに伴って吸気弁６の作用角及びリフト量が変化する様子を示した図である。図２に示すように、吸気弁駆動装置２２によって吸気弁６の作用角及びリフト量が連続的に変更せしめられる。特に、本実施形態の吸気弁駆動装置２２によれば、吸気弁６の作用角が増加せしめられるのに伴って吸気弁６の作用角が増加せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。

ところで、多気筒内燃機関においては、弁部分に関する組み付け公差や機差、或いは弁部分の磨耗やデポジットの付着等のために、気筒間の筒内充填空気量にバラツキが生じ、それによりトルク変動が発生したり、混合気の空燃比が気筒間でばらつくことにより排気エミッションが悪化したりする問題がある。このような問題は、本実施形態のような作用角等を制御して筒内充填空気量を制御するタイプの多気筒内燃機関においても同様に生じる場合があり、特にその影響は筒内充填空気量が少なくなるような作用角及びリフト量である場合ほど、すなわち、例えば吸気弁６の作用角及びリフト量が小さい場合ほど大きくなることがわかっている。

そこで、本実施形態では、筒内充填空気量の気筒間バラツキを直接的にまたは間接的に推定し、推定した筒内充填空気量の気筒間バラツキの影響を小さくするように、または推定した筒内充填空気量の気筒間バラツキを補償するように多気筒内燃機関の制御を行うことにより、トルク変動の発生や排気エミッションの悪化を抑制することとしている。

まず、本実施形態において、筒内充填空気量の気筒間バラツキを直接的または間接的に推定する方法について説明する。本実施形態では、筒内充填空気量の気筒間バラツキを推定するにあたって、各気筒に対応する吸気弁の開弁に伴って吸気圧が降下するのにかかった降下時間（以下、単に「降下時間」と称す）Δｔｄｗｎｉを利用している。そこで、図３及び図４を参照して、この降下時間について説明する。

図３は、圧力センサ４１により例えば一定時間間隔で７２０°クランク角に亘って検出された吸気圧Ｐｍを示している。図３に示した多気筒内燃機関における吸気順序は、＃１−＃８−＃４−＃３−＃６−＃５−＃７−＃２である。図３において、ＯＰｉ（ｉ＝１，２，…，８）はｉ番気筒の吸気弁６の開閉弁期間を表しており、０°クランク角は１番気筒＃１の吸気上死点を表している。図３からわかるように、或る気筒への吸気が開始されると、上昇していた吸気圧Ｐｍが低下し始め、斯くして吸気圧Ｐｍに上向きのピークが生ずる。吸気圧Ｐｍは更に低下した後に再び上昇し、斯くして吸気圧Ｐｍに下向きのピークが生ずる。このように、吸気圧Ｐｍには上向きのピークと下向きのピークとが交互に生ずることになる。図３には、ｉ番気筒の吸気弁６が開弁することにより吸気圧Ｐｍに生ずる上向きのピークがＵＰｉで、下向きのピークがＤＮｉでそれぞれ示されている。

図４に示されるように、上向きのピークＵＰｉにおける吸気圧Ｐｍを最大値Ｐｍｍａｘｉ、下向きのピークＤＮｉにおける吸気圧Ｐｍを最小値Ｐｍｍｉｎｉと称すると、ｉ番気筒への吸気が行われることにより吸気圧Ｐｍが最大値Ｐｍｍａｘｉから最小値Ｐｍｍｉｎｉまで低下する。従って、この場合の吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉは次式（１）で表される。
ΔＰｍｄｗｎｉ＝Ｐｍｍａｘｉ−Ｐｍｍｉｎｉ …（１）

一方、図４に示されるように、上向きのピークＵＰｉにおいて吸気圧Ｐｍが最大値Ｐｍｍａｘｉをとる時刻をｔｍａｘｉ、下向きのピークＤＮｉにおいて吸気圧Ｐｍが最小値Ｐｍｍｉｎｉをとる時刻をｔｍｉｎｉと称すると、吸気圧Ｐｍが最大値Ｐｍｍａｘｉから最小値Ｐｍｍｉｎｉまで降下するのにかかる時間（降下時間）Δｔｄｗｎｉは次式（２）で表される。
Δｔｄｗｎｉ＝ｔｍｉｎｉ−ｔｍａｘｉ …（２）

このようにして算出される降下時間Δｔｄｗｎｉと、各気筒への筒内充填空気量との間には一定の関係があることが本願発明者の研究によりわかっている。より具体的には、降下時間Δｔｄｗｎｉと各気筒への筒内充填空気量とは図５に示したようにほぼ比例関係にあると考えられる。つまり、或る気筒に対応する吸気弁開弁に伴う降下時間Δｔｄｗｎｉが短い場合には当該気筒への筒内充填空気量が少ないことを意味しており、逆に或る気筒に対応する吸気弁開弁に伴う降下時間Δｔｄｗｎｉが長い場合には、当該気筒への筒内充填空気量が多いことを意味している。従って、降下時間Δｔｄｗｎｉの気筒間バラツキは、筒内充填空気量の気筒間バラツキを表していると言える。換言すると、降下時間Δｔｄｗｎｉの気筒間バラツキを求めることができれば、筒内充填空気量の気筒間バラツキを推定することができる。

なお、吸気圧センサ４１からの出力に基づく上記降下時間Δｔｄｗｎｉの算出および降下時間Δｔｄｗｎｉの気筒間バラツキの求得はＥＣＵ３１によって行われるため、ＥＣＵ３１を降下時間算出手段及び気筒間バラツキ求得手段と称することができる。

ところで、吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉは、吸気管部分ＩＭ内にスロットル弁１８を介して空気がスロットル弁通過空気流量ｍｔだけ流入し、ｉ番気筒への吸気が行われると吸気管部分ＩＭから各吸気弁６を介し空気が筒内吸入空気流量ｍｃｉだけ流出することを考えた場合に、流出分である筒内吸入空気流量ｍｃｉが流入分であるスロットル弁通過空気流量ｍｔを一時的に超過することで低下した吸気管部分ＩＭ内の圧力の低下量である。吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉが斯かる物理的特性を示すことから、吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉは各気筒毎の筒内充填空気量に応じて変化すると考えられる。このため、吸気圧センサ４１の出力に基づいて吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉを算出し、この吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉの値に基づいて筒内充填空気量の気筒間バラツキを推定することができるとも考えられる。

ところが、吸気圧センサ４１によって吸気管部分の吸気圧Ｐｍを検出する場合、吸気圧センサ４１のアナログ信号はＡＤ変換器３６によってデジタル信号に変換される。従って、吸気圧センサ４１によって検出された吸気圧データは、ＥＣＵ３１に入力される際にはデジタル信号となっている。ここで、ＡＤ変換器３６には分解能があり、吸気圧データを一定の値毎にしか出力することができない。

図６は、実線で示したような吸気圧の変化を吸気圧センサ４１によって検出した場合に、吸気圧センサ４１からＥＣＵ３１に入力される吸気圧をプロットしたものの例である。図６からわかるように、上向きのピークＵＰｉ近傍において、吸気圧センサ４１からの入力値（プロット）と実際の吸気圧（実線）との間にはずれΔＤＦｉが生じることがある。これは、ＡＤ変換器３６の分解能が低いことによって生じるものである。一方、下向きのピークＤＮｉ近傍においても、同様に吸気圧センサ４１からの入力値と実際の吸気圧との間にもずれが生じることがあるが、図示した例では下向きのピークＤＮｉ近傍では入力値と実際の吸気圧との間にずれは生じていない。このため、図６に示したように、吸気圧センサ４１からの入力値から算出される吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉは、実際の吸気圧低下量よりもずれΔＤＦｉ分だけ小さい値となっている。このため、吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉに基づいて筒内充填空気量の気筒間バラツキを推定すると、推定された気筒間バラツキに大きな誤差がでてしまう。

一方、降下時間ΔｔｄｗｎｉについてはＡＤ変換器３６の分解能が低い場合であっても、比較的正確に算出することができる。すなわち、ＡＤ変換器３６の分解能が低い場合、上向きのピークＵＰｉ近傍及び下向きのピークＤＮｉ近傍では吸気圧センサ４１からの入力値は、図６に示したように一定期間に亘って同一となる。この場合、入力値が同一となっている期間の中央の時期、またはこの期間の中央近傍における検出タイミングを吸気圧Ｐｍが最大又は最小となる時刻として検出すると、検出された吸気圧Ｐｍが最大となる時刻と実際に吸気圧Ｐｍが最大となる時刻との間にほとんど誤差がなく、同様に検出された吸気圧Ｐｍが最小となる時刻と実際に吸気圧Ｐｍが最小となる時刻との間にもほとんど誤差がない。このため、これら検出値から算出される降下時間Δｔｄｗｎｉについても実際の降下時間Δｔｄｗｎｉとほぼ同様な値となる。従って、降下時間Δｔｄｗｎｉの検出については、吸気圧センサ４１からＥＣＵへの入力における分解能の影響をあまり受けずに比較的正確に検出を行うことができる。

このように、吸気圧センサ４１の分解能が低くても降下時間Δｔｄｗｎｉは比較的正確に検出可能であり、また、各気筒の吸気弁開弁に対応する降下時間Δｔｄｗｎｉは当該気筒への筒内充填空気量とほぼ比例関係にあるため、本発明によれば比較的正確に筒内充填空気量の気筒間バラツキを推定することができる。

次に、筒内充填空気量の気筒間バラツキの指標となる降下時間Δｔｄｗｎｉの気筒間バラツキの検出結果を利用して、筒内充填空気量の気筒間バラツキが小さくなるようにまたは推定した筒内充填空気量の気筒間バラツキを補償するように多気筒内燃機関を制御するための方法について説明する。

まず、降下時間Δｔｄｗｎｉの気筒間バラツキの検出結果を利用して、筒内充填空気量の気筒間バラツキが小さくなるように多気筒内燃機関を制御するための方法について説明する。図７（ａ）は、一例として、或る多気筒内燃機関において上述したように吸気圧センサ４１の出力に基づいて算出された降下時間Δｔｄｗｎｉを気筒毎に示したものである。降下時間Δｔｄｗｎｉは気筒毎に異なる値となっており、この多気筒内燃機関では降下時間Δｔｄｗｎｉが気筒間でばらついていることがわかる。すなわち、この多気筒内燃機関では、筒内充填空気量に気筒間でバラツキが生じていることがわかる。

本実施形態では、気筒間でばらついている降下時間Δｔｄｗｎｉの最大値Δｔｄｗｎｍａｘ（図７（ａ）の場合には１番気筒の降下時間Δｔｄｗｎ１）と降下時間Δｔｄｗｎｉの最小値Δｔｄｗｎｍｉｎ（図７（ａ）の場合にはｉ番気筒のΔｔｄｗｎｉ）との間の降下時間の差分ΔＴｍｍを算出する。このようにして算出された差分ΔＴｍｍは筒内充填空気量の最大値と最小値との差分に対応した値となっており、よって差分ΔＴｍｍが大きいほど筒内充填空気量の気筒間バラツキが大きいことを意味している。

そこで、本実施形態では、筒内充填空気量の気筒間バラツキの指標である降下時間の差分ΔＴｍｍに基づいて内燃機関を制御する。上述したように、デポジットの付着や公差、機差による筒内充填空気量の気筒間バラツキは作用角又はリフト量が小さい場合に顕著となる。すなわち、デポジットの付着程度や公差、機差が同じであっても、筒内充填空気量の気筒間バラツキは作用角及びリフト量が小さいときに大きくなり、排気エミッションの悪化やトルク変動が大きなものとなる。そこで、本実施形態では、降下時間の差分ΔＴｍｍに応じて作用角の制御許可範囲、すなわち吸気弁駆動装置２２によって調整することが許容される吸気弁６の作用角の範囲を変更するようにしている。

図８は、降下時間の差分ΔＴｍｍと作用角の制御許可範囲との関係を表した図である。図中、斜線部分が作用角の制御許可範囲を示している。例えば、図８（ａ）に示したように、降下時間の差分ΔＴｍｍが比較的小さい場合、作用角が小さくても筒内充填空気量の気筒間バラツキは小さいと考えられるため、作用角が比較的小さい範囲まで作用角の制御を許可している。よって、作用角は広い範囲で変更せしめられる。一方、図８（ｂ）に示したように、降下時間の差分ΔＴｍｍが比較的大きい場合、作用角を小さくすると筒内充填空気量の気筒間バラツキが大きなものとなってしまうため、作用角が一定値よりも小さくなってしまうことを禁止している。よって、作用角は制限された狭い範囲内で制御されることとなる。

なお、上記実施形態では、降下時間の差分ΔＴｍｍに基づいて吸気弁６の作用角を変更しているが、降下時間の差分ΔＴｍｍに基づいて変更される制御パラメータは吸気弁６の作用角に限られず、吸気弁６のリフト量、スロットル開度等他の制御パラメータが変更されてもよい。

次に、降下時間Δｔｄｗｎｉの気筒間バラツキの検出結果を利用して、筒内充填空気量の気筒間バラツキを補償するように多気筒内燃機関を制御するための方法について説明する。

ところで、本実施形態の多気筒内燃機関では、ｉ番気筒（ｉ＝１，２，…，８）の燃料噴射量（燃料噴射時間）ＴＡＵｉは例えば次式（３）に基づいて算出される。
ＴＡＵｉ＝ＴＡＵｂ・ηｉ・ｋ …（３）
ここでＴＡＵｂは基本燃料噴射量、ηｉはｉ番気筒の空気量バラツキ補正係数、ｋはその他の補正係数をそれぞれ表している。

基本燃料噴射量ＴＡＵｂは空燃比を目標空燃比に一致させるために必要な燃料噴射量である。この基本燃料噴射量ＴＡＵｂは、機関運転状態に関するパラメータ（例えば、機関負荷及び機関回転数ＮＥ等。以下、「運転パラメータ」と称す）の関数として予め求められてマップの形でＲＯＭ３２内に記憶されているか、或いは運転パラメータに基づいて数式により算出される。また、補正係数ｋは空燃比補正係数、加速増量補正係数等をひとまとめにして表したものであり、補正する必要がないときには１．０とされる。

ｉ番気筒において吸気弁閉弁時に筒内に充填されている空気の量を筒内充填空気量Ｍｃｉと称すると、空気量バラツキ補正係数ηｉは筒内充填空気量Ｍｃｉの気筒間のバラツキを補償するためのものである。ｉ番気筒の空気量バラツキ補正係数ηｉは例えば次式（４）のように表せる値であり、各気筒の筒内充填空気量のバラツキ度合いを示している。
ηｉ＝Ｍｃｉ／Ｍｃａｖｅ …（４）
ここで、Ｍｃａｖｅは全気筒の筒内充填空気量Ｍｃｉの平均値（＝ΣＭｃｉ／８。「８」は気筒数を表す）を表している。この平均値Ｍｃａｖｅは、例えば、筒内充填空気量に気筒間バラツキがないと仮定してスロットル開度、作用角や大気温等に基づいて数式やマップ等から算出される値である。

従って、空気量バラツキ補正係数ηｉを算出することができれば、筒内充填空気量の気筒間バラツキを補償して、全ての気筒について混合気の空燃比を等しくすることができる。

本実施形態では、空気量バラツキ補正係数ηｉを降下時間Δｔｄｗｎｉの気筒間バラツキから算出している。図７（ｂ）を参照して空気量バラツキ補正係数ηｉの算出方法について説明する。

空気量バラツキ補正係数ηｉの算出にあたっては、まず吸気圧センサ４１の出力から算出された降下時間Δｔｄｗｎｉを１サイクルに亘って全気筒分を合計し、これを気筒数で除算することで降下時間の全気筒平均値Δｔｄｗｎａｖｅ（図７（ｂ）参照）を算出する。そして、各気筒毎に算出された降下時間Δｔｄｗｎｉから降下時間の全気筒平均値Δｔｄｗｎａｖｅを減算して、各気筒毎に降下時間と全気筒平均値との差分ΔＴａｖｅｉを算出する。このようにして算出された降下時間の全気筒平均値Δｔｄｗｎａｖｅと各気筒の差分ΔＴａｖｅｉとに基づいてｉ番気筒の空気量バラツキ補正係数ηｉは下記式（５）により算出される。
ηｉ＝（Δｔｄｗｎａｖｅ＋ΔＴａｖｅｉ＋ａ）／（Δｔｄｗｎａｖｅ＋ａ） …（５）
ここで、ａはスロットル開度や内燃機関周辺の大気温度等のパラメータに基づいて定まる定数であり、これらパラメータに基づいたマップとしてＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に保存されるか、またはこれらパラメータから数式によって算出される。

このようにして算出されたｉ番気筒の空気量バラツキ補正係数ηｉを用いて、ｉ番気筒への燃料噴射量ＴＡＵｉは上記式（３）によって算出される。これにより、ｉ番気筒への燃料噴射量ＴＡＵｉは筒内充填空気量の気筒間バラツキを考慮して算出されるため、全ての気筒について筒内充填空気量に対する燃料噴射量の割合、すなわち全ての気筒について混合気の空燃比がほぼ等しいものとなり、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

ただし、全ての気筒について混合気の空燃比がほぼ等しいものとなったとしても、気筒間で筒内充填空気量及び燃料噴射量が異なるため、各気筒での燃焼によって発生するトルクも気筒間で異なるものとなり、トルク変動が発生する。

そこで、本実施形態では、点火栓１０による点火時期を調整することで、全ての気筒について燃焼によって発生するトルクが等しくなるようにしている。

図９は、点火時期とトルクとの関係を示している。図９からわかるように、或る一定の点火時期よりも遅角側の領域（通常、内燃機関の運転において用いられる領域）では、点火時期の遅角に伴って燃焼によって発生するトルクが小さくなる。従って本実施形態では、筒内充填空気量及び燃料噴射量の少ない気筒では点火時期を進角させて、当該気筒における燃焼によって発生するトルクを大きくすると共に、筒内充填空気量及び燃料噴射量の多い気筒では点火時期を遅角させて、当該気筒における燃焼によって発生するトルクを小さくするようにしている。

図１０は、燃料噴射量及び点火時期の調整により空燃比及びトルクを調整可能であることを説明するための図であり、図中の実線は筒内充填空気量及び点火時期が同一の場合における空燃比とトルクとの関係を示している。

例えば、図中の黒丸ｘに空燃比及びトルクを合わせたい場合について考える。一般に、筒内充填空気量が他の気筒よりも多い気筒では、燃料噴射量を補正しないと他の気筒に比べて空燃比がリーンになると共に燃焼可能な酸素が多いため、燃焼により発生するトルクも僅かに大きくなる（図中の点ｙ）。この状態から混合気の空燃比が他の気筒の空燃比と等しくなるように燃料噴射量を調整すると、混合気の空燃比は他の気筒と等しくなっていながら燃焼により発生するトルクが他の気筒よりも大きなものとなる（図中の点ｙ’）。そこで、当該気筒における点火時期を遅角させることによりトルクを小さくする。これにより、筒内充填空気量が他の気筒よりも多くなる気筒においても混合気の空燃比及び燃焼により発生するトルクを他の気筒と等しくすることができる。

逆に、筒内充填空気量が他の気筒よりも少ない気筒では、燃料噴射量等を補正しないと他の気筒に比べて空燃比がリッチになると共に燃焼可能な酸素が少ないため燃焼により発生するトルクが小さくなる（図中の点ｚ）。この状態から空燃比が他の気筒の空燃比と等しくなるように燃料噴射量を調整すると、混合気の空燃比は他の気筒と等しくなっていながら燃焼により発生するトルクが他の気筒よりも小さなものとなる（図中の点ｚ’）。そこで、当該気筒における点火時期を進角させることによりトルクを大きくする。これにより、筒内充填空気量が他の気筒よりも少なくなる気筒においても混合気の空燃比及び燃焼により発生するトルクを他の気筒と等しくすることができる。

空気量バラツキ補正係数ηｉは、別の算出方法によっても降下時間Δｔｄｗｎｉの気筒間バラツキから算出することができる。図７（ｃ）を参照して、空気量バラツキ補正係数ηｉの別の算出方法について説明する。

本算出方法においては、まず降下時間に気筒間バラツキが無いと仮定した場合に降下時間以外の内燃機関の運転パラメータ（例えば、機関回転数、機関負荷等）に基づいて予想される予想降下時間Δｔｄｗｎｘ（図７（ｃ）参照）を算出する。そして、各気筒毎に算出された降下時間Δｔｄｗｎｉから降下時間の全気筒平均値Δｔｄｗｎｘを減算して、各気筒毎に降下時間と全気筒平均値との差分ΔＴｘｉを算出する。このようにして算出された降下時間の全気筒平均値Δｔｄｗｎｘと各気筒の差分ΔＴｘｉとに基づいてｉ番気筒の空気量バラツキ補正係数ηｉは下記式（６）により算出される。
ηｉ＝（Δｔｄｗｎｘ＋ΔＴｘｉ＋ａ）／（Δｔｄｗｎｘ＋ａ） …（６）
ここで、ａは式５における定数ａと同様な値である。

そして、本実施形態でも、このようにして算出されたｉ番気筒の空気量バラツキ補正係数ηｉを用いて、上記実施形態と同様にｉ番気筒への燃料噴射量ＴＡＵｉが上記式（３）によって算出される。これにより、ｉ番気筒への燃料噴射量ＴＡＵｉは筒内充填空気量の気筒間バラツキを考慮して算出されるため、全ての気筒について筒内充填空気量に対する燃料噴射量の割合、すなわち全ての気筒について混合気の空燃比がほぼ等しいものとなる。

本発明が適用される多気筒内燃機関の全体図である。 吸気弁の作用角及びリフト量が変更される様子を示す図である。 吸気圧Ｐｍの検出結果を示す図である。 降下時間Δｔｄｗｎｉを説明するためのタイムチャートである。 降下時間と各気筒への筒内充填空気量との関係を示す図である。 吸気圧センサからＥＣＵへの入力値を示す図である。 吸気圧センサの出力に基づいて算出された降下時間Δｔｄｗｎｉを気筒毎に示した図である。 降下時間の差分ΔＴｍｍと作用角の制御可能範囲との関係を表した図である。 点火栓の点火時期と燃焼により発生するトルクとの関係を示した図である。 混合気の空燃比と燃焼により発生するトルクとの関係を示した図である。

符号の説明

１ 機関本体
６ 吸気弁
１０ 燃料噴射弁
１８ スロットル弁
２２ 吸気弁駆動装置
３１ ＥＣＵ
４０ エアフロメータ
４１ 吸気圧センサ
ＩＭ 吸気管部分

Claims (5)

1. スロットル弁下流側における吸気圧を検出する吸気圧センサと、
   上記吸気圧センサの出力に基づいて、各気筒に対応する吸気弁の開弁に伴って吸気圧が降下するのにかかった降下時間を算出する降下時間算出手段と、
   上記降下時間算出手段によって算出された降下時間の気筒間バラツキを求める気筒間バラツキ求得手段と、
   上記気筒間バラツキ求得手段によって求められた上記降下時間の気筒間バラツキに基づいて内燃機関を制御する機関制御手段と、を具備する、多気筒内燃機関の制御装置。
2. 上記機関制御手段は、上記気筒間バラツキ求得手段によって求められた上記降下時間の気筒間バラツキに基づいて筒内充填空気量の気筒間バラツキを推定し、該推定された筒内充填空気量の気筒間バラツキに基づいて内燃機関を制御する、請求項１に記載の多気筒内燃機関の制御装置。
3. 上記気筒間バラツキ求得手段は、全ての気筒に対応する降下時間のうち最大値と最小値との差分を気筒間バラツキとして求める、請求項１に記載の多気筒内燃機関の制御装置。
4. 上記気筒間バラツキ求得手段は、全ての気筒に対応する降下時間の平均値と、降下時間算出手段によって算出された各気筒に対応する降下時間との差分を気筒間バラツキとして求める、請求項１に記載の多気筒内燃機関の制御装置。
5. 上記気筒間バラツキ求得手段は、降下時間に気筒間バラツキが無いと仮定した場合に降下時間以外の内燃機関の運転パラメータに基づいて予想される予想降下時間と、降下時間算出手段によって算出された各気筒に対応する降下時間との差分を気筒間バラツキとして求める請求項１に記載の多気筒内燃機関の制御装置。

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