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JP6520910B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
内燃機関からの排気エミッションの悪化を抑制するために、触媒を活性化又は再生する温度にまで昇温させる昇温処理が知られている。例えば特許文献１には、昇温処理として、内燃機関の複数の気筒のうちの少なくとも一つの気筒での空燃比をリッチ空燃比にしたリッチ気筒に制御し、残りの他の気筒での空燃比をリーン空燃比にしたリーン気筒に制御することが記載されている。
また、その他の昇温処理として、内燃機関の気筒全体の空燃比をリッチ空燃比又はリーン空燃比に繰り返し切り替える処理も知られている。このような昇温処理では、リッチ空燃比に制御されている場合には内燃機関の回転数が増大し、リーン空燃比に制御されている場合には内燃機関の回転数が低下し、このような回転数の変動に起因して内燃機関の振動が増大してドライバビリティが低下する可能性がある。例えば特許文献２には、このようなドライバビリティの低下を抑制するために、空燃比がリッチ空燃比に制御された場合には、内燃機関の回転数の増大が抑制されるように点火時期を遅角補正し、空燃比がリーン空燃比に制御された場合には、内燃機関の回転数の低下が抑制されるように点火時期を進角補正することが記載されている。
特開２０１２−０５７４９２号公報 特開平６−１３７２４２号公報
特許文献１の昇温処理においても、リッチ気筒での発生トルクは増大し、リーン気筒での発生トルクが低下してトルク変動が発生し、内燃機関の振動が増大してドライバビリティが低下する可能性がある。このため、特許文献２のように、リッチ気筒の発生トルクの増大が抑制するように点火時期を遅角補正し、リーン気筒の発生トルクの低下を抑制するように点火時期を進角補正して、内燃機関の振動を抑制することが考えられる。しかしながら、内燃機関の振動を抑制するために、リッチ気筒及びリーン気筒間での発生トルクの差が十分に小さくなる程度にまでリッチ気筒での点火時期を遅角補正すると、リッチ気筒での発生トルクが大きく低下して、燃費が悪化する可能性がある。
そこで本発明は、ドライバビリティの低下を抑制しつつ燃費の低下も抑制された内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記目的は、車両の動力源である内燃機関が有する複数の気筒での各空燃比を理論空燃比に制御した際の各気筒の発生トルクが、最大となる理論最大発生トルクとなる場合での点火時期である理論ＭＢＴを算出する算出部と、複数の前記気筒のうち少なくとも一つの前記気筒を、空燃比が前記理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比であるリッチ気筒に制御し、前記少なくとも一つの前記気筒以外の前記気筒を、空燃比が前記理論空燃比よりも大きいリーン空燃比であるリーン気筒に制御して、排気を浄化する触媒を昇温させる昇温処理が実行中か否かを判定する判定部と、前記昇温処理の実行中の場合には、前記リッチ気筒の発生トルクが前記理論ＭＢＴでの前記リッチ気筒の発生トルクを超えるように、前記リッチ気筒での点火時期を前記理論ＭＢＴよりも遅角側に補正し、かつ、前記リーン気筒の発生トルクが前記理論ＭＢＴでの前記リーン気筒の発生トルクを超えるように、前記リーン気筒での点火時期を前記理論ＭＢＴよりも進角側に補正する第１点火補正部と、前記昇温処理の実行中であってかつ前記内燃機関が低負荷運転状態の場合には、前記リッチ気筒の発生トルクが前記理論最大発生トルク以下であって前記理論ＭＢＴでの前記リーン気筒の発生トルク以上となるように、前記リッチ気筒での点火時期を、前記第１点火補正部により補正される前記リッチ気筒での点火時期よりも更に遅角側に補正する第２点火補正部と、を備えた内燃機関の制御装置によって達成できる。
低負荷運転状態の場合とは、例えばアイドリング運転がなされている場合であり、運転者は昇温処理の実行に伴う内燃機関の振動を認識しやすいと考えられる。このため、低負荷運転状態で、リッチ気筒での発生トルクを低下させリーン気筒での発生トルクが増大するように各点火時期が補正されるので、リッチ気筒及びリーン気筒間での発生トルクの変動を抑制して、ドライバビリティの低下を抑制できる。また、この場合、リッチ気筒での発生トルクは低下して燃費は悪化するが、低負荷運転状態ではそもそも低燃費であるため、燃費の低下への影響は小さい。一方、低負荷運転状態ではない場合、例えば車両が高速で走行しているような中負荷や高負荷運転状態の場合には、低負荷運転状態の場合と比較して、運転者は昇温処理の実行に伴う内燃機関の振動を認識しにくいと考えられる。また、中負荷や高負荷運転状態では、内燃機関の出力を確保して燃費の低下を抑制することが望ましい。そのため、リッチ気筒及びリーン気筒の各発生トルクが増大するように各点火時期が補正され、燃費の低下を抑制できる。
前記第２点火補正部は、前記第１点火補正部により点火時期が補正された前記リーン気筒の発生トルクと、前記リッチ気筒での発生トルクとが一致するように、前記リッチ気筒での点火時期を補正してもよい。
前記昇温処理の実行中において、前記昇温処理の停止中の場合よりも前記内燃機関のスロットル開度を増大補正するスロットル開度補正部を備えてもよい。
前記スロットル開度補正部は、前記低負荷運転状態の場合の方が、前記低負荷運転状態ではない場合よりも、前記スロットル開度の増大量を大きく補正してもよい。
前記第１点火補正部は、前記リーン気筒での点火時期を、前記リーン気筒の発生トルクが最大となる点火時期に補正してもよい。
前記第１点火補正部は、前記リッチ気筒での点火時期を、前記リッチ気筒の発生トルクが最大となる点火時期に補正してもよい。
本発明によれば、ドライバビリティの低下を抑制しつつ燃費の低下も抑制された内燃機関の制御装置を提供できる。
図１は、車両の概略構成図である。 図２は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示すフローチャートである。 図３は、点火時期を補正するためのマップの一例である。 図４Ａ〜図４Ｄは、気筒の各発生トルクを示したグラフの一例である。 図５は、ＥＣＵが実行するスロットル開度補正の一例を示したフローチャートである。 図６は、要求トルクに対応した目標スロットル開度を規定したマップの一例である。 図７は、要求トルクに対応した目標スロットル開度を規定したマップの変形例である。 図８は、昇温処理が実行される場合を示したタイミングチャートの一例である。
図１は、車両１の概略構成図である。車両１には、走行のための動力源としてエンジン２０が搭載され、エンジン２０からの排気を浄化する三元触媒３１も搭載されている。エンジン２０は、シリンダブロック２１の上部に配置されたシリンダヘッド２２の燃焼室２３内で混合気を燃焼させて、ピストン２４を往復動させる。エンジン２０は、４つの気筒を有した直列４気筒エンジンであるが、複数の気筒を有していればこれに限定されない。
エンジン２０のシリンダヘッド２２には、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに設けられている。また、シリンダヘッド２２の頂部には、燃焼室２３内の混合気に点火するための点火プラグ２７が気筒ごとに取り付けられている。
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介してサージタンク１８に接続されている。サージタンク１８の上流側には吸気管１０が接続されており、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１９が設けられている。そして吸気管１０には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１５と、電子制御式のスロットルバルブ１３とが設けられている。
また、各気筒の吸気ポートには、燃料を吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁１２が設置されている。燃料噴射弁１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室２３に吸入され、ピストン２４で圧縮され、点火プラグ２７で点火燃焼させられる。尚、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁１２の代わりに、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を設けてもよいし、吸気ポート内及び気筒内にそれぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁の双方を備えていてもよい。
一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気管３０に接続されている。排気管３０には、三元触媒３１が設けられている。三元触媒３１は、酸素吸蔵能を有し、ＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを浄化する。三元触媒３１は、例えば、コージェライト等の基材、特にはハニカム基材上に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の触媒担体と、当該触媒担体上に担持された白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属とを含む１つ又は複数の触媒層を形成したものである。三元触媒３１は、エンジン２０が有する複数の気筒から排出された排気を浄化する触媒の一例であって、酸化触媒や、酸化触媒でコートされたガソリンパティキュレートフィルターであってもよい。
三元触媒３１の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３３が設置されている。空燃比センサ３３は、いわゆる広域空燃比センサであり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。
車両１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することによりエンジン２０を制御し、エンジン２０の制御装置の一例である。またＥＣＵ５０は、後述する所定の制御を実行する。この制御は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭにより機能的に実現される、ＥＣＵ５０の算出部、判定部、第１及び第２点火補正部、及びスロットル開度補正部により実現される。詳しくは後述する。
ＥＣＵ５０には、上述の点火プラグ２７、スロットルバルブ１３及び燃料噴射弁１２等が電気的に接続されている。またＥＣＵ５０には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１、スロットルバルブ１３のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１４、吸入空気量を検出するエアフローメータ１５、空燃比センサ３３、クランクシャフト２６のクランク角を検出するクランク角センサ２５、エンジン２０の冷却水の温度を検出する水温センサ２９や、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、燃料噴射弁１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
次に、ＥＣＵ５０による目標空燃比の設定について説明する。エンジン２０の状態に応じて目標空燃比が設定される。目標空燃比は、過渡的ではない定常的な通常運転状態では、理論空燃比に設定される。目標空燃比が設定されると、空燃比センサ３３により検出された空燃比が目標空燃比に一致するように、各気筒への燃料噴射量がフィードバック制御される。
また、ＥＣＵ５０は、三元触媒３１が活性化する温度や、三元触媒３１に堆積した硫黄化合物（ＳＯＸ）が離脱する再生する温度にまで三元触媒３１を昇温させる昇温処理を実行する。昇温処理では、複数の気筒のうち一つ気筒での空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に制御され、残りの他の３つの気筒での空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御される、いわゆるディザ制御が実行される。
昇温処理での空燃比の制御は、具体的には、一の気筒での空燃比を、上述した目標空燃比に対応した燃料噴射量よりも所定の割合で増量補正をしてリッチ空燃比に制御し、残りの他の気筒での空燃比を、目標空燃比に対応した燃料噴射量よりも所定の割合だけ減量補正してリーン空燃比に制御される。また、増減割合が例えば２０％の場合には、１の気筒での空燃比は、目標空燃比に対応した燃料噴射量に対して１５％増量補正によりリッチ空燃比に制御され、残りの他の３つの気筒での各空燃比は、燃料噴射量に対して５％減量補正をしてリーン空燃比に制御される。このように増量割合と減量割合が規定されることにより、全気筒の空燃比の平均は理論空燃比に維持される。このようにして昇温処理が実行されると、リッチ空燃比に制御された気筒から排出された余剰燃料が、三元触媒３１に付着し、リーン空燃比から排出された排気によるリーン雰囲気下で燃焼する。これにより三元触媒３１が昇温される。尚、昇温処理の実行が開始されると、昇温実行フラグがＯＦＦからＯＮに切り替えられる。
尚、昇温処理での燃料噴射量に対する増減割合は、エンジン２０の運転状態に応じて変更されてもよい。例えば、エンジン２０が回転数及び負荷が、中回転及び中負荷域で増減割合が増大し、低負荷及び低回転域や高負荷及び高回転域で増減割合が減少するように制御されてもよい。また、昇温処理では、全気筒の空燃比の平均が理論空燃比となるように増量割合及び減量割合が制御されるが、平均の空燃比が理論空燃比を含む所定の範囲内にあり三元触媒３１を昇温できれば、これに限定されない。
尚、本実施例では、昇温処理において、直列に並んだ４つの気筒♯１〜♯４のうち気筒♯１での空燃比がリッチ空燃比に制御され、残りの他の気筒♯２〜♯４での各空燃比はリーン空燃比に制御される。本明細書では、昇温処理においてリッチ空燃比に制御される気筒♯１をリッチ気筒♯１と称し、リーン空燃比に制御される気筒♯２〜♯４をリーン気筒♯２〜♯４と称する。
また、ＥＣＵ５０は、このような昇温処理の実行に併せて、点火時期を補正しスロットル開度を増大補正する制御を実行する。この制御について以下に説明する。
図２は、ＥＣＵ５０が実行する制御の一例を示したフローチャートである。図２のフローチャートは、所定期間毎に繰り返し実行される。まず、エンジン２０の回転数と負荷とから、通常点火時期が算出される（ステップＳ１）。エンジン２０の回転数は、クランク角センサ２５の検出値に基づいて取得され、エンジン２０の負荷はエアフローメータ１５の検出値に基づいて取得される。通常点火時期とは、昇温処理が実行されていない状態での点火時期であり、各気筒での発生トルクが最大となるＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）である。ＭＢＴは、空燃比に応じて異なる時期となり、通常運転状態では全気筒が同じ点火時期に制御される。本実施例では、通常運転時の目標空燃比が理論空燃比に制御される場合について説明し、理論空燃比で発生トルクが最大となるＭＢＴを理論ＭＢＴと称する。ステップＳ１の処理は、車両１の動力源であるエンジン２０が有する複数の気筒♯１〜♯４での各空燃比を理論空燃比に制御した際の各気筒の発生トルクが、最大となる理論最大発生トルクとなる場合での点火時期である理論ＭＢＴを算出する算出部が実行する処理の一例である。
次に、昇温実行フラグに基づいて、昇温処理が実行中であるか否かが判定される（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理は、複数の気筒♯１〜♯４のうち少なくとも一つの気筒♯１を、空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比であるリッチ気筒に制御し、少なくとも一つの気筒♯１以外の気筒♯２〜♯４を、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比であるリーン気筒に制御して、排気を浄化する三元触媒３１を昇温させる昇温処理が実行中か否かを判定する判定部が実行する処理の一例である。否定判定の場合には、各気筒の点火時期は、ステップＳ１で算出されたＭＢＴに設定される（ステップＳ５）。具体的には、理論ＭＢＴに設定される。これにより、昇温処理が実行されていない状態での燃費の低下が抑制されている。
ステップＳ３で肯定判定の場合、第１点火補正が実行される（ステップＳ７）。第１点火補正とは、リッチ気筒及びリーン気筒の各発生トルクを確保するために各点火時期の補正である。
第１点火補正について説明する。図３は、点火時期を補正するためのマップの一例である。このマップは予め実験により取得されＥＣＵ５０のメモリに記憶されている。横軸は点火時期を示し、理論ＭＢＴよりも右側が進角側を示し、左側が遅角側を示している。縦軸は、各気筒の発生トルクを示している。曲線ＳＣ、ＲＣ、及びＬＣは、点火時期に応じた、空燃比が理論空燃比に制御された気筒での発生トルク、リッチ気筒♯１での発生トルク、及びリーン気筒♯２〜４の各発生トルクをそれぞれ示す。図３のマップには、理解を容易にするために、理論ＭＢＴ、リーンＭＢＴ、リッチＭＢＴ、点火時期Ｉ１〜Ｉ５、及びトルクＴ１〜Ｔ５を示している。点火時期は、理論ＭＢＴからリーンＭＢＴ、点火時期Ｉ１の順に進角側となり、理論ＭＢＴからリッチＭＢＴ、点火時期Ｉ２〜Ｉ５の順に遅角側となる。トルクＴ１〜Ｔ５は、この順に小さくなる。尚、図３のマップは、エンジン２０の回転数及び負荷が所定の状態でのマップであり、エンジン２０の回転数及び負荷毎の複数のマップがＥＣＵ５０のメモリに記憶されている。また、図３には、曲線ＲＣ及びＬＣはそれぞれ一つのみを示しているが、実際には、上述した制御される増減割合の数だけそれぞれ規定されている。
理論ＭＢＴは、上述したように理論空燃比での気筒の発生トルクが最大となるトルクＴ３をとる点火時期である。換言すれば、トルクＴ３は、空燃比を理論空燃比に制御した際の各気筒の発生トルクが、最大となる理論最大発生トルクの一例である。リッチＭＢＴは、リッチ気筒♯１での発生トルクが最大となるトルクＴ１をとる点火時期である。リーンＭＢＴは、リーン気筒♯２〜♯４の各発生トルクが最大となるトルクＴ４をとる点火時期である。リッチ気筒♯１での点火時期が理論ＭＢＴに設定された場合での発生トルクは、トルクＴ１未満のトルクＴ２となる。リーン気筒♯２〜♯４の各点火時期が理論ＭＢＴに設定された場合の各発生トルクは、トルクＴ４未満のトルクＴ５をとる。点火時期Ｉ１は、リーンＭＢＴよりも進角側であってリーン気筒♯２〜♯４の各発生トルクがトルクＴ５となる点火時期である。点火時期Ｉ２〜Ｉ５は、それぞれ、リッチ気筒♯１の発生トルクがトルクＴ２〜Ｔ５となる点火時期である。また、直線ＭＣは、空燃比毎の発生トルクの最大値を通過する線分であり、理論ＭＢＴ、リッチＭＢＴ、及びリーンＭＢＴを含む総称であるＭＢＴを示す。曲線ＳＣ、ＲＣ、及びＬＣに示すように、何れの空燃比の場合も、点火時期がＭＢＴから同一の角度だけずれた場合のトルクの低下量は、ＭＢＴから遅角側にずれる場合よりも、進角側にずれる場合の方が大きい。
図４Ａ〜図４Ｄは、気筒♯１〜♯４の各発生トルクを示したグラフの一例である。図４Ａは、昇温処理が停止中の通常運転状態でのグラフである。図４Ｂは、昇温処理の実行中であり第１点火補正が実行されていない状態でのグラフである。図４Ｃは、昇温処理が実行中であり第１点火補正が実行済みの状態でのグラフである。尚、図４Ｄは、昇温処理が実行中であり第１点火補正に加えて後述する第２点火補正が実行済みの状態でのグラフであり、詳しくは後述する。
図４Ａ〜図４Ｄのそれぞれには、アクセル開度センサ１１の検出値等に基づいてエンジン２０に要求される要求トルク値Ｒ、発生トルクの平均値である平均トルク値を示している。また、図４Ｂ〜図４Ｄには、要求トルク値Ｒからの各平均トルク値の低下量ΔＴ０〜ΔＴ２をそれぞれ示している。図４Ａ〜図４Ｄの各状態は、運転者の操作によってエンジン２０に要求される運転状態は同じであり、要求トルク値Ｒは全て同じ値である。また、図４Ａ〜図４Ｄには、図３の例に示したトルクＴ１〜Ｔ５を適宜示している。
図４Ａに示すように、昇温処理の停止中である通常運転状態では、平均トルク値は要求トルク値Ｒに一致しており、このように予めスロットル開度や燃料噴射量が制御されている。この場合、平均トルク値及び要求トルク値Ｒは、図３の例ではトルクＴ３となる。
これに対して、昇温処理の実行中であって第１点火補正が実行されてない場合では、図３及び図４Ｂに示すように、リッチ気筒♯１及びリーン気筒♯２〜♯４の何れの点火時期も理論ＭＢＴに制御され、各発生トルクは、リッチ気筒♯１はトルクＴ２、リーン気筒♯２〜♯４はそれぞれトルクＴ５となる。また、図４Ｂに示すように、平均トルク値は低下量ΔＴ０だけ要求トルク値Ｒよりも低下する。この理由は、リッチ気筒♯１の発生トルクの増大分に相当するトルクＴ２及びＴ３の差分は、リーン気筒♯２〜♯４の各発生トルクの低下分に相当するトルクＴ３及びＴ５の差分よりも小さく、更に、リッチ気筒♯１は一つだけであるのに対してリーン気筒♯２〜♯４は３つだからである。
第１点火補正の実行により、リッチ気筒♯１の点火時期はリッチＭＢＴに補正され、リーン気筒♯２〜♯４の各点火時期はリーンＭＢＴに補正される。このため図３及び図４Ｃに示すように、リッチ気筒♯１での発生トルクはトルクＴ２からトルクＴ１に増大し、リーン気筒♯２〜♯４の各発生トルクはトルクＴ５からトルクＴ４へ増大する。このため、低下量ΔＴ０よりも小さい低下量ΔＴ１となり、昇温処理の実行に伴うエンジン２０の出力の低下が抑制され、燃費の低下が抑制されている。尚、第１点火補正が実行されると第１点火補正フラグがＯＮに切り替えられ、再度本制御が実行されステップＳ３で否定判定された場合には、第１点火補正が停止され、第１点火補正がＯＦＦに切り替えられる。また、図４Ｃに示したように、第１点火補正がなされても、平均トルク値は要求トルク値Ｒ未満のままである。この点については後述する。
上記の第１点火補正では、リッチ気筒♯１の点火時期がリッチＭＢＴに補正され、リーン気筒♯２〜♯４の各点火時期がリーンＭＢＴに補正されるがこれに限定されない。例えば、リッチ気筒♯１の発生トルクがトルクＴ２を超える範囲内で、リッチ気筒♯１の点火時期を理論ＭＢＴよりも遅角側に補正してもよい。具体的には、リッチ気筒♯１の点火時期を理論ＭＢＴ及び点火時期Ｉ２を含まない理論ＭＢＴから点火時期Ｉ２までの区間に補正されていればよい。リッチ気筒♯１での点火時期が理論ＭＢＴに設定された場合での発生トルクよりも増大さえすれば、昇温処理の実行に伴うエンジン２０の出力の低下を抑制でき、燃費の低下を抑制できるからである。同様に、リーン気筒♯２〜♯４の各発生トルクがトルクＴ５を超える範囲内で、リーン気筒♯２〜♯４の各点火時期を理論ＭＢＴよりも進角側に補正すればよい。具体的には、リーン気筒♯２〜♯４の各点火時期を理論ＭＢＴ及び点火時期Ｉ１は含まない理論ＭＢＴから点火時期Ｉ１までの区間に補正されていればよい。この場合も、リーン気筒♯２〜♯４での各点火時期が理論ＭＢＴに設定された場合よりも各発生トルクが増大さえすれば、昇温処理の実行に伴うエンジン２０の出力の低下を抑制でき、燃費の低下を抑制できるからである。
尚、ステップＳ７の処理は、昇温処理の実行中の場合には、リッチ気筒♯１の発生トルクが理論ＭＢＴでのリッチ気筒の発生トルクＴ２を超えるように、リッチ気筒♯１での点火時期を理論ＭＢＴよりも遅角側に補正し、かつ、リーン気筒♯２〜♯４の各発生トルクが理論ＭＢＴでのリーン気筒♯２〜♯４の各発生トルクを超えるように、リーン気筒♯２〜♯４での点火時期を理論ＭＢＴよりも進角側に補正する第１点火補正部が実行する処理の一例である。
次に、水温センサ２９からの検出値に基づいて、エンジン２０が冷間状態にあるか否かが判定される（ステップＳ９）。具体的には、水温センサ２９の検出値である冷却水の温度が所定温度以下の場合にはエンジン２０は冷間状態であると判定される。エンジン２０が冷間状態で昇温処理が実行される場合とは、エンジン２０の冷間始動時に三元触媒３１を活性化温度にまで早期に昇温させる場合である。また、エンジン２０は冷間状態ではなく昇温処理が実行される場合とは、三元触媒３１を再生温度にまで昇温させる場合である。
ステップＳ９で肯定判定の場合には、水温センサ２９の検出値、即ち冷却水の温度に基づいて点火時期を補正する冷間点火補正が実行される（ステップＳ１１）。ここで、冷間状態でのＭＢＴは、冷間状態ではない場合のＭＢＴよりも進角側にずれる。冷間状態では、エンジン２０の温度が低いため、燃料の燃焼速度が低下し、その分ＭＢＴが進角側にずれるからである。また、燃料の燃焼速度の低下度合は、空燃比がリーン側であるほど大きい。従って、冷却水の温度が低いほど、及び空燃比がリーン側であるほど、点火時期の進角補正量が増大するように規定されたマップ又は算出式に基づいて、リッチ気筒♯１の点火時期が冷間状態でのリッチＭＢＴに補正され、リーン気筒♯２〜♯４の各点火時期が冷間状態でのリーンＭＢＴに補正される。これにより、冷間状態においても発生トルクの低下が抑制されている。ステップＳ９で否定判定の場合には、上記の冷間点火補正は実行されない。
尚、ステップＳ５の処理の実行後にステップＳ９及びＳ１１と同様の処理が実行されない理由は、冷間状態では三元触媒３１を暖機するために昇温処理が実行され、昇温処理が停止中の場合には、冷間状態ではない状態又は冷間状態を既に脱した状態が多いからである。尚、上記の記載は、ステップＳ５の実行後にステップＳ９及びＳ１１の実行を排除する趣旨ではない。
次に、エンジン２０が低負荷運転状態であるか否かが判定される（ステップＳ１３）。低負荷運転状態とは、例えばアイドリング運転状態や、斜面を下っている運転状態が相当する。具体的には、エアフローメータ１５の検出値が示す吸入空気量が所定量以下の場合には低負荷運転状態であると判定される。ステップＳ１３で肯定判定の場合には、第２点火補正が実行され（ステップＳ１５）、否定判定の場合には、第２点火補正は実行されない。
尚、ステップＳ１３で肯定判定の場合には、低負荷判定フラグがＯＮに切り替えられ、再度本制御がステップＳ１から実行されてステップＳ３又はＳ１３で否定判定された場合には、低負荷判定フラグはＯＦＦに切り替えられる。また、第２点火補正が実行されると、第２点火補正フラグはＯＮに切り替えられ、再度本制御がステップＳ１から実行されてステップＳ３又はＳ１３で否定判定された場合には、第２点火補正は実行されずに、第２点火補正フラグはＯＦＦに切り替えられる。
第２点火補正について、図３及び図４Ｄを用いて説明する。第２点火補正では、リッチ気筒♯１の点火時期は、図３に示すように、リッチＭＢＴよりも更に遅角側に補正され、リーン気筒♯２〜♯４での各発生トルクの最大トルクＴ４と同じトルクがリッチ気筒♯１の発生トルクとなる点火時期Ｉ４に補正される。これにより、図４Ｄに示すように、リッチ気筒♯１及びリーン気筒♯２〜♯４間でのトルク変動が抑制され、昇温処理に起因するエンジン２０の振動が抑制されてドライバビリティの低下が抑制される。
また、図４Ｄに示したように、第２点火補正の実行による低下量ΔＴ２は、第１点火補正の実行時での低下量ΔＴ１よりも更に増大する。しかしながら低負荷運転状態ではそもそも低燃費であるため、燃費の低下への影響は小さい。また、第１及び第２点火補正の何れも、点火時期のみが補正され、燃料噴射量は削減されていない。このため、昇温処理の実行による三元触媒３１の昇温性への悪影響も抑制されている。
第２点火補正においては、リッチ気筒♯１の点火時期を点火時期Ｉ４に補正することに限定されない。具体的には、リッチ気筒♯１の点火時期を点火時期Ｉ３から点火時期Ｉ５までの区間に補正されてもよい。この区間内にリッチ気筒♯１の点火時期が補正されていれば、リッチ気筒♯１及びリーン気筒♯２〜♯４の発生トルクの差を小さくでき、ドライバビリティの低下を抑制できるからである。また、リッチ気筒♯１の点火時期を点火時期Ｉ３から点火時期Ｉ４までの区間内に補正されてもよい。これにより、リッチ気筒♯１の発生トルクを低下させすぎないことにより、エンジン２０の出力を確保して燃費の低下も抑制できるからである。従って、例えばリッチ気筒♯１の点火時期を、点火時期Ｉ３から点火時期Ｉ４までの区間内であって、低負荷運転状態でのドライバビリティの低下の抑制と燃費の低下の抑制とを両立できる時期に補正されてもよい。また、リーン気筒♯２〜♯４の各点火時期が理論ＭＢＴから点火時期Ｉ１の間に補正されている場合には、ドラバビリティの低下を抑制する観点からは、リッチ気筒♯１の発生トルクとリーン気筒♯２〜♯４の各発生トルクとが一致するように、リッチ気筒♯１の点火時期が補正されてもよい。
尚、第２点火補正において、リッチ気筒♯１の点火時期を理論ＭＢＴよりも遅角側ではなく進角側に補正することにより、リッチ気筒♯１及びリーン気筒♯２〜♯４の発生トルクの差を小さくすることも考えられる。しかしながら、発生トルクの差が小さくなる程度にまでリッチ気筒♯１の点火時期を進角側に大きく補正すると、失火の発生や燃焼に伴うノイズ音が増大する可能性がある。そのため、リッチ気筒♯１の点火時期を遅角側へと補正することにより、失火の発生を抑制し燃焼に伴うノイズ音の増大も抑制されている。
ステップＳ１５の処理は、昇温処理の実行中であってかつエンジン２０が低負荷運転状態の場合には、ステップＳ７による補正に加えて、リッチ気筒♯１の発生トルクがトルクＴ３以下であって理論ＭＢＴでのリーン気筒♯２〜♯４の各発生トルクＴ５以上となるように、リッチ気筒♯１での点火時期を更に遅角側に補正する第２点火補正部が実行する処理の一例である。
次に、スロットル開度を増大補正するスロットル開度補正が実行される（ステップＳ１７）。スロットル開度補正は、昇温処理の実行に伴うエンジン２０の出力の低下を補償するための処理である。この処理の実行により、昇温処理の実行に伴うトルクの低下を抑制でき、燃費の低下が抑制される。ステップＳ１７の処理の実行後に本制御は終了する。ステップＳ１７の処理は、昇温処理の実行中において、昇温処理の停止中の場合よりもエンジン２０のスロットル開度を増大補正するスロットル開度補正部が実行する処理の一例である。スロットル開度補正についての詳細は、後述する。
以上のように、昇温処理の実行中において低負荷運転状態では、第１及び第２点火補正が実行され、低負荷運転状態ではない場合には、第１点火補正のみが実行される。低負荷運転状態では、運転者は振動を昇温処理の実行に伴うエンジン２０の振動を認識しやすく、昇温処理の影響によるドライバビリティの低下への影響の方が、燃費の低下への影響よりも大きい。このため、低負荷運転状態では、ドライバビリティを優先して第１及び第２点火補正が実行される。一方、低負荷運転状態ではない場合、例えば車両１が高速で走行しているような中負荷や高負荷運転状態の場合には、低負荷運転状態の場合と比較して、運転者は昇温処理の実行に伴うエンジン２０の振動を認識しにくいと考えられる。また、中負荷や高負荷運転状態では、エンジン２０の出力を十分に確保して燃費の低下を抑制することが望ましい。そのため、昇温処理の実行中において低負荷運転状態ではない場合には、燃費を優先して第１点火補正が実行される。以上のように、ドライバリティの低下の抑制しつつ燃費の低下が抑制されている。
次に、スロットル開度補正の具体的な内容を、図４Ｃ、図４Ｄ、及び図５を参照して説明する。図５は、ＥＣＵ５０が実行するスロットル開度補正の一例を示したフローチャートである。
まず、エンジン２０の回転数やアクセル開度センサ１１の検出値に基づいて、エンジン２０への要求トルク値が算出される（ステップＳ２１）。次に、昇温処理の実行による要求トルク値に対する平均トルク値の低下量が算出される（ステップＳ２３）。具体的には、第１点火補正のみが実行された場合では、第１点火補正のみの実行による低下量を規定した第１低下量マップに基づいて、低下量が算出される。第１及び第２点火補正の双方が実行された場合では、第１及び第２点火補正の双方の実行による低下量を規定した第２低下量マップに基づいて、低下量が算出される。図４Ｃの例では低下量ΔＴ１であり、図４Ｄの例では低下量ΔＴ２が算出される。第１及び第２点火補正の実行状態の有無については、上述した第１及び第２点火補正フラグに基づいて判断される。
第１及び第２低下量マップは、予め実験により算出されてＥＣＵ５０のメモリに記憶されている。この第１及び第２低下量マップはそれぞれ、エンジン２０の回転数と負荷と昇温処理でのリッチ気筒♯１での燃料噴射量の増量割合とに、低下量が対応付けられた３次元マップである。このマップでは、例えばエンジン２０の回転数が高いほど、負荷が大きいほど、及び増量割合が大きいほど、低下量は大きくなるように規定されている。
尚、上記マップは、燃料噴射量に対する増量割合に対応付けされているが、リッチ気筒♯１の発生トルクの低下量のみを規定しているものではなく、全気筒の発生トルクの平均値である平均トルク値の要求トルク値に対する低下量を規定している。
また、リッチ気筒♯１に制御するための上述した燃料噴射量の増加割合が定まれば、リーン気筒♯２〜♯４に制御するための減量割合も一律に定まる。このため、上記のマップは、増量割合毎に規定されたものに限定されず、例えば、減量割合毎に規定されていてもよいし、増量割合と減量割合との合計毎に規定されていてもよい。また、昇温処理での空燃比が燃料噴射量の増減割合の変更により制御されるものではなく、気筒毎の目標空燃比が直接リッチ空燃比又はリーン空燃比に変更される場合には、リッチ空燃比又はリーン空燃比毎に対応付けされていてもよい。
次に、要求トルク値に、算出された発生トルクの低下量を加算する（ステップＳ２５）。次に、加算された値に対応する目標スロットル開度が算出され設定される（ステップＳ２７）。図６は、要求トルクに対応した目標スロットル開度を規定したマップの一例である。横軸は要求トルクを示し、縦軸は目標スロットル開度を示す。このマップは、予め実験により取得され、ＥＣＵ５０のメモリに記憶されている。このマップは、昇温処理の実行中にのみ利用されるものではなく、昇温処理の停止中においても目標スロットル開度を算出、設定のために用いられる。図６の例では、図４Ａに示したように昇温処理の停止中では、要求トルク値Ｒに対応した目標スロットル開度Ｓ０が設定される。昇温処理の実行中であって第１点火補正が実行された状態では、図４Ｃに示した低下量ΔＴ１を要求トルク値Ｒに加算した値に対応した目標スロットル開度Ｓ１が算出、設定される。昇温処理の実行中であって第２点火補正が実行された状態では、図４Ｄに示した低下量ΔＴ２を要求トルク値Ｒに加算した値に対応した目標スロットル開度Ｓ２が算出され、設定される。上述したように低下量ΔＴ２の方が低下量ΔＴ１よりも大きいため、算出される目標スロットル開度Ｓ２の方が目標スロットル開度Ｓ１よりも大きい。このように算出された目標スロットル開度に設定されることにより、昇温処理の実行に伴うエンジン２０の出力の低下が補償される。更に、昇温処理の実行開始時や停止時でのトルクショックをも抑制できる。
次に、スロットル開度補正の変形例について説明する。スロットル開度補正の変形例では、ステップＳ２３及びＳ２５の処理を実行することなく、要求トルク値から直ちに目標スロットル開度が算出、設定される。図７は、要求トルクに対応した目標スロットル開度を規定したマップの変形例である。図７では、横軸は要求トルクを示し、縦軸は目標スロットル開度を示す。このマップは、予め実験により取得され、ＥＣＵ５０のメモリに記憶されている。このマップについても、昇温処理の実行中にのみ利用されるものではなく、昇温処理の停止中においても目標スロットル開度を算出、設定のために用いられる。直線Ｃ０は、昇温処理の停止中の状態での要求トルクに応じた目標スロットル開度を規定した線分である。直線Ｃ１は、昇温処理の実行中であり第１点火補正が実行された状態での要求トルクに応じた目標スロットル開度を規定した線分である。直線Ｃ２は、昇温処理の実行中であり第１及び第２点火補正の双方が実行された状態での要求トルクに応じた目標スロットル開度を規定した線分である。直線Ｃ１及びＣ２は、それぞれ、低下量ΔＴ１及びΔＴ２が予め加味された目標スロットル開度となるように規定されている。従って、例えば要求トルク値Ｒの場合には、各直線Ｃ０〜Ｃ２のそれぞれにより、目標スロットル開度Ｓ０〜Ｓ２が算出される。尚、このように、要求トルク値Ｒから直ちに目標スロットル開度Ｓ１及びＳ２を算出できるため、ＥＣＵ５０の処理負荷が低減されている。
図８は、昇温処理が実行される場合を示したタイミングチャートの一例である。本タイミングチャートでは、エンジン２０の負荷、低負荷判定フラグ、昇温実行フラグ、第１及び第２点火補正フラグ、点火時期、スロットル開度補正量を示す。スロットル開度補正量は、スロットル開度補正が実行されなかった場合でのスロットル開度に対する補正後のスロットル開度の増大量を示している。尚、図８のタイミングチャートは、図３に対応させている。
時刻ｔ１で昇温実行フラグがＯＦＦからＯＮに切り替えられると、リッチ気筒♯１での点火時期はリッチＭＢＴに補正され、リーン気筒♯２〜♯４での各点火時期はリーンＭＢＴに補正され、第１点火補正フラグがＯＦＦからＯＮに切り替えられる。また、時刻ｔ１では、エンジン２０は高負荷運転状態にあり、低負荷判定フラグはＯＦＦに維持される。また、スロットル開度補正量も、第１点火補正に対応した発生トルクの低下量に対応した開度だけ増大される。このため、高負荷運転状態でのエンジン２０のトルクの低下を抑制しつつ昇温処理が継続される。
時刻ｔ２で、昇温実行フラグがＯＮに維持されたままエンジン２０が低負荷運転状態となると、低負荷判定フラグがＯＦＦからＯＮに切り替えられ、第２点火補正フラグがＯＦＦからＯＮに切り替えられる。これにより、リッチ気筒♯１の点火時期が更に遅角されて点火時期Ｉ４に設定される。また、スロットル開度補正量も、更に増大され、第１及び第２点火補正に対応した発生トルクの低下量に対応した開度だけ増大される。これにより、ドライバビリティの低下を抑制しつつ昇温処理が継続される。
時刻ｔ３で昇温処理が停止されると、昇温実行フラグはＯＮからＯＦＦに切り替えられ、低負荷判定フラグ、第１及び第２点火補正フラグはＯＮからＯＦＦに切り替えられる。また、スロットル開度補正量もゼロに戻される。
以上のようにして、点火時期の補正によりドライバビリティの低下を抑制しつつ燃費の低下も抑制され、更にスロットル開度の補正により昇温処理の実行に伴うエンジン２０の出力の低下も抑制されている。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
上記実施例では、昇温処理において、目標空燃比を実現する燃料噴射量に対して増量補正又は減量補正により昇温処理でのリッチ空燃比及びリーン空燃比を実現していたが、これに限定されない。即ち、昇温処理において、何れか一の気筒の目標空燃比をリッチ空燃比に設定し、残りの他の気筒の目標空燃比をリーン空燃比に直接設定してもよい。
上記実施例では直列４気筒のエンジンを内燃機関の一例として説明したが、バンク毎に触媒を有するＶ型の多気筒エンジンであってもよい。この場合、昇温処理では、各々のバンクで、少なくとも一つの気筒をリッチ気筒に制御し、残りの他の気筒をリーン気筒に制御する。この場合、バンク間でのトルク変動を抑制するために、リッチ気筒及びリーン気筒に制御される気筒数は両バンクで同じであり、リッチ気筒での空燃比及び点火時期も両バンクで同じであり、リーン気筒の空燃比及び点火時期も両バンクで同じであることが望ましい。
１ 車両
２０ エンジン（内燃機関）
３１ 三元触媒（触媒）
５０ ＥＣＵ（算出部、判定部、第１及び第２点火補正部、スロットル開度補正部）

Claims (6)

  1. 車両の動力源である内燃機関が有する複数の気筒での各空燃比を理論空燃比に制御した際の各気筒の発生トルクが、最大となる理論最大発生トルクとなる場合での点火時期である理論ＭＢＴを算出する算出部と、
    複数の前記気筒のうち少なくとも一つの前記気筒を、空燃比が前記理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比であるリッチ気筒に制御し、前記少なくとも一つの前記気筒以外の前記気筒を、空燃比が前記理論空燃比よりも大きいリーン空燃比であるリーン気筒に制御して、排気を浄化する触媒を昇温させる昇温処理が実行中か否かを判定する判定部と、
    前記昇温処理の実行中の場合には、前記リッチ気筒の発生トルクが前記理論ＭＢＴでの前記リッチ気筒の発生トルクを超えるように、前記リッチ気筒での点火時期を前記理論ＭＢＴよりも遅角側に補正し、かつ、前記リーン気筒の発生トルクが前記理論ＭＢＴでの前記リーン気筒の発生トルクを超えるように、前記リーン気筒での点火時期を前記理論ＭＢＴよりも進角側に補正する第１点火補正部と、
    前記昇温処理の実行中であってかつ前記内燃機関が低負荷運転状態の場合には、前記リッチ気筒の発生トルクが前記理論最大発生トルク以下であって前記理論ＭＢＴでの前記リーン気筒の発生トルク以上となるように、前記リッチ気筒での点火時期を、前記第１点火補正部により補正される前記リッチ気筒での点火時期よりも更に遅角側に補正する第２点火補正部と、を備えた内燃機関の制御装置。
  2. 前記第２点火補正部は、前記第１点火補正部により点火時期が補正された前記リーン気筒の発生トルクと、前記リッチ気筒での発生トルクとが一致するように、前記リッチ気筒での点火時期を補正する、請求項１の内燃機関の制御装置。
  3. 前記昇温処理の実行中において、前記昇温処理の停止中の場合よりも前記内燃機関のスロットル開度を増大補正するスロットル開度補正部を備えた、請求項１又は２の内燃機関の制御装置。
  4. 前記スロットル開度補正部は、前記低負荷運転状態の場合の方が、前記低負荷運転状態ではない場合よりも、前記スロットル開度の増大量を大きく補正する、請求項３の内燃機関の制御装置。
  5. 前記第１点火補正部は、前記リーン気筒での点火時期を、前記リーン気筒の発生トルクが最大となる点火時期に補正する、請求項１乃至４の何れかの内燃機関の制御装置。
  6. 前記第１点火補正部は、前記リッチ気筒での点火時期を、前記リッチ気筒の発生トルクが最大となる点火時期に補正する、請求項１乃至５の何れかの内燃機関の制御装置。
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