JP6805980B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の気筒から排出された排気を浄化対象とする触媒を備えた内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関では、燃焼室における混合気の空燃比を目標値に制御するべく燃料噴射量を調整する空燃比制御が行われている。この空燃比制御の１つとして、触媒の下流に設けられたセンサの検出値に基づき、触媒の雰囲気がストイキ雰囲気となるように空燃比を制御する空燃比制御、いわゆる空燃比のサブフィードバック制御が知られている。

また、例えば特許文献１には、４つの気筒の排気が流入する三元触媒を備えた内燃機関の制御装置が記載されている。この制御装置は、触媒の昇温制御として、内燃機関の１つの気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの３つの気筒の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする、パータベーション制御（ディザ制御）を実行する。これは、リッチ燃焼気筒から排出された排気中の未燃燃料成分や不完全燃焼成分をリーン燃焼気筒から排出された排気中の酸素によって酸化させ、その酸化熱によって三元触媒の温度を上昇させることを狙ったものである。

特開２０１２−５７４９２号公報

ところで、各気筒から排出される排気の上記センサへの当たりやすさは、排気通路の形状等を原因として特定の気筒から排出される排気が特に当たりやすくなっている場合がある。そのため、ディザ制御の実行中に、リッチ燃焼気筒及びリーン燃焼気筒に設定される気筒の組み合わせを変更する場合には、上記特定の気筒、いわばガス当たりの強い気筒から排出される排気がリッチな排気からリーンな排気に変わったり、逆にリーンな排気からリッチな排気に変わるようになる。このようにして上記センサに当たる排気がリッチやリーンに変化すると、上記サブフィードバック制御による空燃比制御の中心がストイキからずれるようになり、触媒の雰囲気を排気浄化に適した状態に維持することが困難になるおそれがある。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒の雰囲気を排気浄化に適した状態に維持することのできる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内燃機関の制御装置は、複数の気筒から排出された排気を浄化する触媒を備えた内燃機関を制御対象としている。そして、前記触媒の下流に設けられたセンサの検出値に基づいて前記触媒の雰囲気がストイキ雰囲気となるように空燃比を制御する空燃比制御と、前記触媒の昇温要求が生じた場合、前記複数の気筒のうちの一部の気筒であるリーン燃焼気筒における空燃比を前記複数の気筒における空燃比の平均値に対する目標値よりもリーンに制御し、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒であるリッチ燃焼気筒における空燃比を前記目標値よりもリッチに制御するように前記各気筒に対応する燃料噴射弁を操作するディザ制御と、を実行する。そしてこの制御装置は、前記リッチ燃焼気筒及び前記リーン燃焼気筒に設定される気筒の組み合わせが複数設定されており前記ディザ制御の実行中には前記気筒の組み合わせを所定期間毎に変更する変更処理部と、前記空燃比制御に対する補正値が前記気筒の組み合わせ毎に独立して設定されており前記気筒の組み合わせの変更に合わせて前記補正値を変更する補正値設定処理部とを備えている。

同構成によれば、リッチ燃焼気筒及びリーン燃焼気筒に設定される気筒の組み合わせが変更されると、そうした気筒の組み合わせの変更に合わせて上記空燃比制御に対する補正値も、変更後の気筒の組み合わせに応じた補正値に変更される。そのため、上記ディザ制御の実行によって触媒の雰囲気がストイキ雰囲気からずれることを上記補正値によって補償することができるようになり、これにより触媒の雰囲気を排気浄化に適した雰囲気に維持することができる。

一実施形態における制御装置及び内燃機関を示す模式図。 同実施形態における燃料噴射弁の操作信号の生成処理を示すブロック図。 同実施形態におけるディザ補正率及びストイキ補正値の推移を示すタイミングチャート。 同実施形態におけるストイキ補正値の算出手順を示すフローチャート。

以下、内燃機関の制御装置の一実施形態について、図１〜図４を参照しつつ説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は、直列に並んだ第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、及び第４気筒＃４といった４つの気筒を備えている。

内燃機関１０の吸気通路１２の空気は、第１気筒＃１〜第４気筒＃４のそれぞれの燃焼室１４に吸入される。
燃焼室１４には燃料噴射弁１６が突出しており、燃料噴射弁１６から噴射された燃料と、吸気通路１２から燃焼室１４に吸入された空気との混合気は、点火プラグ１８の火花放電による着火を介して燃焼される。なお、本実施形態では、気筒の点火順序が、第１気筒＃１→第３気筒＃３→第４気筒＃４→第２気筒＃２の順になっている。

燃焼された混合気は、排気として排気通路２０に排出される。排気通路２０には、排気を浄化する三元触媒２２が設けられている。
制御装置３０は、内燃機関１０の各種制御を実行するために燃料噴射弁１６や点火プラグ１８等の各種アクチュエータを操作する。制御装置３０は、各種制御を行うために、三元触媒２２の上流に設けられた第１空燃比センサ４０によって検出される上流空燃比Ａｆ１や、三元触媒２２の下流に設けられた第２空燃比センサ５０によって検出される下流空燃比Ａｆ２を参照する。また、制御装置３０は、各種制御を行うために、回転速度センサ４２によって検出される機関回転速度ＮＥ、エアフローメータ４４によって検出される吸入空気量Ｇａ、水温センサ４６によって検出される冷却水温ＴＨＷ等も参照する。制御装置３０は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）３２やメモリ３４等を備えており、メモリ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が実行することにより、内燃機関１０の各種制御を実施する。

図２に、メモリ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が実行することにより実現される処理の一部を示す。
ベース噴射量算出処理部Ｍ１０は、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づき、燃焼室１４における混合気の空燃比を目標値Ａｆｐに制御するための開ループ操作量として、ベース噴射量Ｑｂを算出する。ここで、本実施形態では、目標値Ａｆｐを理論空燃比としている。また、本実施形態では、機関負荷ＫＬとして、現在の機関回転速度ＮＥにおける燃焼室１４への充填空気量の基準値に対する実際の充填空気量の割合である機関負荷率を使用している。この機関負荷率は、吸入空気量Ｇａ及び機関回転速度ＮＥに基づき算出される。

目標値設定処理部Ｍ１２は、燃焼室１４における混合気の空燃比の目標値Ａｆｐを設定する。この目標値設定処理部Ｍ１２では、後述のサブフィードバック処理部Ｍ６０で算出されるサブ補正値ＳＢ及び後述のストイキ補正値設定処理部Ｍ７０で設定されるストイキ補正値ＳＨがともに反映された目標値Ａｆｐが算出される。

上記サブフィードバック処理部Ｍ６０は、三元触媒２２の下流に設けられた第２空燃比センサ５０によって検出される下流空燃比Ａｆ２に基づき、いわゆる空燃比のサブフィードバック制御を行うためのサブ補正値ＳＢを算出する。本実施形態では、理論空燃比から下流空燃比Ａｆ２を減算した値を入力とする比例要素、積分要素、及び微分要素の各出力値の和を、上記目標値Ａｆｐを補正するためのサブ補正値ＳＢとして算出する。下流空燃比Ａｆ２が理論空燃比よりもリーンな値の場合には、このサブ補正値ＳＢによって目標値Ａｆｐが補正前と比べてリッチ側の値となるように修正される。逆に、下流空燃比Ａｆ２が理論空燃比よりもリッチな値の場合には、サブ補正値ＳＢによって目標値Ａｆｐが補正前と比べてリーン側の値となるように修正される。こうしたサブ補正値ＳＢによる目標値Ａｆｐの補正により、三元触媒２２の雰囲気がストイキ雰囲気に維持されるようになり、三元触媒２２の排気浄化性能が十分に発揮される。

フィードバック処理部Ｍ１４は、第１空燃比センサ４０によって検出される上流空燃比Ａｆ１を目標値Ａｆｐにフィードバック制御するためのフィードバック補正値ＫＡＦを算出する。本実施形態では、目標値Ａｆｐから上流空燃比Ａｆ１を減算した値を入力とする比例要素、積分要素、及び微分要素の各出力値の和を、フィードバック補正値ＫＡＦとする。

フィードバック補正処理部Ｍ１６は、ベース噴射量Ｑｂにフィードバック補正値ＫＡＦを乗算することによって、ベース噴射量Ｑｂを補正する。
要求値出力処理部Ｍ２０は、三元触媒２２の昇温要求が生じた場合、内燃機関１０の各気筒＃１〜＃４における空燃比の平均値を目標値Ａｆｐとしつつも、気筒間で空燃比を異ならせるディザ制御の噴射量補正要求値αを算出する。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、複数の気筒のうちの１つの気筒を、空燃比を目標値Ａｆｐよりもリッチとするリッチ燃焼気筒＃Ｒとし、残りの各気筒を、空燃比を目標値Ａｆｐよりもリーンとするリーン燃焼気筒＃Ｌとする。そして、リッチ燃焼気筒＃Ｒにおける噴射量を、上記フィードバック補正処理部Ｍ１６の出力値の「１＋α」倍にする。また、リーン燃焼気筒＃Ｌにおける噴射量を、上記フィードバック補正処理部Ｍ１６の出力値の「１−（α／３）」倍にする。

この要求値出力処理部Ｍ２０は、冷却水温ＴＨＷが所定温度Ｔｗｔｈ以下であることと、内燃機関１０が始動してからの吸入空気量Ｇａの積算値ＩｎＧが第１閾値ＩｎｔｈＬ以上であることとの論理積が真である場合、ディザ制御の実行条件が成立していると判定する。

ここで、冷却水温ＴＨＷが所定温度Ｔｗｔｈ以下である旨の条件は、内燃機関１０の冷間始動時であって三元触媒２２の昇温要求があると判定するための条件である。一方、積算値ＩｎＧが第１閾値ＩｎｔｈＬ以上である旨の条件は、三元触媒２２の上流側の端部の温度が、触媒活性温度に達していることを判定するための条件である。この条件は、リッチ燃焼気筒から排出された排気中の未燃燃料成分や不完全燃焼成分と、リーン燃焼気筒から排出された排気中の酸素との反応を三元触媒２２によって促進し、効果的に三元触媒２２を昇温するための条件である。ちなみに、積算値ＩｎＧは、内燃機関１０の始動時以降において燃焼室１４において混合気が燃焼することにより生じた熱エネルギの総量と相関を有する量として利用している。また、本実施形態では、三元触媒２２が全体に渡って活性温度となるまでの期間においてディザ制御を実行する。

そして、ディザ制御の上記実行条件が成立している場合には、要求値出力処理部Ｍ２０は、上記噴射量補正要求値αを算出する。具体的には、ＣＰＵ３２は、機関回転速度ＮＥ、機関負荷ＫＬ、及び冷却水温ＴＨＷに応じて噴射量補正要求値αを可変設定する。ここで、ＣＰＵ３２は、冷却水温ＴＨＷが低い場合には高い場合よりも、噴射量補正要求値αを大きい値に設定する。これは、冷却水温ＴＨＷが低い場合には、高い場合と比べて三元触媒２２の昇温速度を速くする要求が生じるためである。また、ＣＰＵ３２は、機関回転速度ＮＥが低い場合には、高い場合と比べて噴射量補正要求値αを大きい値に設定する。これは、機関回転速度ＮＥが低い場合には、単位時間当たりの燃焼サイクル数が少なくなることから、機関回転速度ＮＥが高い場合と比較して、ディザ制御による三元触媒２２の温度上昇速度が遅くなることを考慮したものである。また、ＣＰＵ３２は、機関負荷ＫＬが高い場合には、低い場合と比べて噴射量補正要求値αを大きい値に設定する。これは、機関負荷ＫＬが低い場合よりも高い場合の方が、混合気の燃焼安定性が高いため、リーン燃焼気筒のリーン化度合い及びリッチ燃焼気筒のリッチ化度合いを大きくしても、燃焼が安定するためである。

リッチ補正係数算出処理部Ｍ２２は、噴射量補正要求値αに「１」を加算して、リッチ燃焼気筒＃Ｒに関し、フィードバック補正処理部Ｍ１６の出力値を補正する補正係数であるリッチ補正係数ＲＨを算出する。

乗算処理部Ｍ２４は、噴射量補正要求値αを「−１／３」倍する。
リーン補正係数算出処理部Ｍ２６は、乗算処理部Ｍ２４の出力値「−α／３」に「１」を加算して、リーン燃焼気筒＃Ｌに関し、フィードバック補正処理部Ｍ１６の出力値を補正する補正係数であるリーン補正係数ＬＨを算出する。

ディザ補正処理部Ｍ２８は、フィードバック補正処理部Ｍ１６の出力値にリッチ補正係数ＲＨ（＝１＋α）を乗算することによって、リッチ燃焼気筒＃Ｒの噴射量指令値であるリッチ気筒噴射量指令値Ｑｐ（Ｒ）を算出する。

ディザ補正処理部Ｍ３０は、フィードバック補正処理部Ｍ１６の出力値にリーン補正係数ＬＨ（＝１−（α／３））を乗算することによって、リーン燃焼気筒＃Ｌの噴射量指令値であるリーン気筒噴射量指令値Ｑｐ（Ｌ）を算出する。

リッチ燃焼気筒変更処理部Ｍ４０は、リッチ燃焼気筒＃Ｒに設定する気筒を変更する。
図３に示すように、本実施形態では、リッチ燃焼気筒＃Ｒに設定された気筒において、燃焼行程の実施回数が規定値に達するまでの期間（図３に示すリッチ気筒保持期間ＨＰ）が経過すると、リッチ気筒変更期間ＣＰを介して、リッチ燃焼気筒＃Ｒは別の気筒に変更される。

例えば本実施形態では、気筒の点火順にリッチ燃焼気筒＃Ｒが変更される。従って、リッチ燃焼気筒＃Ｒは、第１気筒＃１→第３気筒＃３→第４気筒＃４→第２気筒＃２の順に繰り返し変更される。このリッチ燃焼気筒変更処理部Ｍ４０は、リッチ燃焼気筒＃Ｒの設定に合わせてリーン燃焼気筒＃Ｌの設定も行う。本実施形態では、ディザ制御の実施により、リッチ燃焼気筒＃Ｒ及びリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせは次の４通りになる。

・第１気筒＃１がリッチ燃焼気筒＃Ｒになり、第２気筒＃２及び第３気筒＃３及び第４気筒＃４がリーン燃焼気筒＃Ｌになる組み合わせ。
・第２気筒＃２がリッチ燃焼気筒＃Ｒになり、第１気筒＃１及び第３気筒＃３及び第４気筒＃４がリーン燃焼気筒＃Ｌになる組み合わせ。

・第３気筒＃３がリッチ燃焼気筒＃Ｒになり、第１気筒＃１及び第２気筒＃２及び第４気筒＃４がリーン燃焼気筒＃Ｌになる組み合わせ。
・第４気筒＃４がリッチ燃焼気筒＃Ｒになり、第１気筒＃１及び第２気筒＃２及び第３気筒＃３がリーン燃焼気筒＃Ｌになる組み合わせ。

また、先の図３に示すように、上記リッチ気筒変更期間ＣＰでは、リッチ燃焼気筒＃Ｒの変更による出力トルクの急変を避けるために、各気筒におけるディザ補正率の変更が徐々に行われる。なお、ディザ補正率とは、ディザ制御によって補正されるベース噴射量Ｑｂの増減割合のことをいい、リッチ燃焼気筒＃Ｒにおけるディザ補正率は「噴射量補正要求値α×１００％」、リーン燃焼気筒＃Ｌにおけるディザ補正率は「−（噴射量補正要求値α／３）×１００％」で表される値である。

各気筒におけるディザ補正率の変更を徐々に行うために、リッチ気筒変更期間ＣＰにおいて上記要求値出力処理部Ｍ２０は、現在の機関運転状態（機関回転速度ＮＥ、機関負荷ＫＬ、冷却水温ＴＨＷ）に応じて設定される噴射量補正要求値αを徐々に変更する減少徐変処理及び増大徐変処理を実施する。より詳細には、現在の機関運転状態に応じて設定される噴射量補正要求値αを徐変前要求値αｂとしたときに、この徐変前要求値αｂを「０」に向けて徐々に小さくする処理として上記減少徐変処理を施す。そして、減少徐変処理が施された後の値を徐変後要求値αａとしたときに、この徐変後要求値αａを噴射量補正要求値αとして出力することにより、各気筒のディザ補正率を「０％」に近づけていく。

そして、徐変後要求値αａが「０」になると、つまり各気筒のディザ補正率が「０％」になると、リッチ燃焼気筒変更処理部Ｍ４０は、リッチ燃焼気筒＃Ｒに設定される気筒を変更する。例えば、第１気筒＃１がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されていた場合、徐変後要求値αａが「０」になることでディザ補正率が「０％」になると（図３の時刻ｔ１）、リッチ燃焼気筒＃Ｒは第１気筒＃１から第３気筒＃３に変更されて、第１気筒＃１はリーン燃焼気筒＃Ｌに変更される。

また、徐変後要求値αａが「０」になると、上記要求値出力処理部Ｍ２０は、現在の機関運転状態（機関回転速度ＮＥ、機関負荷ＫＬ、冷却水温ＴＨＷ）に応じて設定される噴射量補正要求値αを徐変前要求値αｂとしたときに、「０」になった噴射量補正要求値αが徐変前要求値αｂに戻るように徐々に大きくする処理として上記増大徐変処理を施す。そして、この増大徐変処理が施された後の値を徐変後要求値αａとしたときに、この徐変後要求値αａを噴射量補正要求値αとして出力することにより、リッチ燃焼気筒＃Ｒに設定された気筒のディザ補正率を機関運転状態に応じた「α×１００％」の値へと徐々に戻すとともに、リーン燃焼気筒＃Ｌに設定された気筒のディザ補正率も機関運転状態に応じた「−（α／３）×１００％」の値へと徐々に戻していく。

また、要求値出力処理部Ｍ２０は、上記減少徐変処理及び上記増大徐変処理の実行中において、上記徐変後要求値αａを上記徐変前要求値αｂで除した値を徐変率ＲＺ（＝αａ／αｂ）として算出し、ストイキ補正値設定処理部Ｍ７０に出力する。この徐変率ＲＺは、減少徐変処理が開始されると「１」から「０」へと徐々に変化していき、増大徐変処理が開始されると「０」から「１」へと徐々に変化していく。

上記ストイキ補正値設定処理部Ｍ７０は、リッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されている気筒番号、機関回転速度ＮＥ、及び機関負荷ＫＬなどに基づいてストイキ補正値ＳＨを設定する。このストイキ補正値ＳＨとは、以下に説明する値である。

各気筒から排出される排気の上記第２空燃比センサ５０への当たりやすさ、いわば各気筒のガス当たりは、排気通路の形状等を原因として特定の気筒から排出される排気が特に当たりやすくなっている場合がある。従って、リッチ燃焼気筒＃Ｒから排出される排気が第２空燃比センサ５０に当たりやすい場合には、下流空燃比Ａｆ２はリッチ寄りの値になるため、上記サブフィードバック制御を通じて空燃比の目標値Ａｆｐはリーン寄りの値に補正される。このようにして目標値Ａｆｐがリーン寄りの値に補正されると、空燃比の制御中心がリーン側になるために、三元触媒２２はリーン雰囲気になりやすく、例えばＮＯｘの浄化率が低下するおそれがある。また、空燃比の制御中心がリーン側になると、リッチ燃焼気筒＃Ｒから排出される排気中の未燃燃料成分や不完全燃焼成分が少なくなるため、ディザ制御による昇温効果が低下するおそれもある。

逆に、リーン燃焼気筒＃Ｌから排出される排気が第２空燃比センサ５０に当たりやすい場合には、下流空燃比Ａｆ２はリーン寄りの値になるため、上記サブフィードバック制御を通じて空燃比の目標値Ａｆｐはリッチ寄りの値に補正される。このようにして目標値Ａｆｐがリッチ寄りの値に補正されると、空燃比の制御中心がリッチ側になるため、三元触媒２２はリッチ雰囲気になりやすく、例えばＨＣやＣＯの浄化率が低下するおそれがある。また、空燃比の制御中心がリッチ側になると、リーン燃焼気筒から排出される排気中の酸素が少なくなるため、これによってもディザ制御による昇温効果が低下するおそれがある。

そこで、上記ガス当たりとサブフィードバック制御との相互作用によって三元触媒２２がリーン雰囲気やリッチ雰囲気になりやすい場合には、三元触媒２２の雰囲気がストイキとなるように上記目標値Ａｆｐを補正する値として、上記ストイキ補正値ＳＨが設定されている。例えば、上述したように、リッチ燃焼気筒＃Ｒから排出される排気が第２空燃比センサ５０に当たりやすくなっており、下流空燃比Ａｆ２がリッチ寄りの値になる場合には、上記サブフィードバック制御を通じて空燃比の目標値Ａｆｐはリーン寄りの値に補正されるため、三元触媒２２はリーン雰囲気になりやすい。このようにして三元触媒２２がリーン雰囲気になりやすい場合には、上記ストイキ補正値ＳＨとして上記目標値Ａｆｐをリッチ側に補正する値が設定される。

逆に、リーン燃焼気筒＃Ｌから排出される排気が第２空燃比センサ５０に当たりやすくなっており、下流空燃比Ａｆ２がリーン寄りの値になる場合には、上記サブフィードバック制御を通じて空燃比の目標値Ａｆｐはリッチ寄りの値に補正されるため、三元触媒２２はリッチ雰囲気になりやすい。このようにして三元触媒２２がリッチ雰囲気になりやすい場合には、上記ストイキ補正値ＳＨとして上記目標値Ａｆｐをリーン側に補正する値が設定される。

なお、本実施形態では、目標値Ａｆｐにストイキ補正値ＳＨを加算するようにしており、ストイキ補正値ＳＨがプラスの値の場合には、目標値Ａｆｐがリーン側に補正される。また、ストイキ補正値ＳＨがマイナスの値の場合には、目標値Ａｆｐがリッチ側に補正される。ちなみに、目標値Ａｆｐにストイキ補正値ＳＨを乗算することにより目標値Ａｆｐを補正してもよく、この場合には目標値Ａｆｐをリーン側に補正する値として「１」よりも大きい値をストイキ補正値ＳＨに設定し、目標値Ａｆｐをリッチ側に補正する値として「０」よりも大きく「１」よりも小さい値をストイキ補正値ＳＨに設定すればよい。

また、第２空燃比センサ５０に対する各気筒のガス当たりは、機関回転速度ＮＥや機関負荷ＫＬに応じて変化するため、ストイキ補正値ＳＨは機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいて設定される。

また、本実施形態では上記ディザ制御を実施するようにしており、ディザ制御が実行されている間は、リッチ燃焼気筒＃Ｒ及びリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせが順次変更される。そのため、第２空燃比センサ５０に対するガス当たりの強い気筒がリッチ燃焼気筒＃Ｒになっているときには、三元触媒２２がリーン雰囲気になりやすいために、ストイキ補正値ＳＨとしては上記目標値Ａｆｐをリッチ側に補正する値を設定する必要がある。逆に、第２空燃比センサ５０に対するガス当たりの強い気筒がリーン燃焼気筒＃Ｌになっているときには、三元触媒２２がリッチ雰囲気になりやすいために、ストイキ補正値ＳＨとしては上記目標値Ａｆｐをリーン側に補正する値を設定する必要がある。つまり、ストイキ補正値ＳＨは、リッチ燃焼気筒＃Ｒ及びリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせに合わせて変更する必要がある。

そこで、上記ストイキ補正値ＳＨとしては、三元触媒２２の雰囲気がストイキとなるように上記目標値Ａｆｐを補正する値であって、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに応じて可変設定される値がリッチ燃焼気筒＃Ｒ及びリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせ毎に設定されている。なお、こうしたストイキ補正値ＳＨは、実験等を通じて最適な値が予め設定されている。

例えば、先の図３に示したように、第２空燃比センサ５０に対するガス当たりの強い気筒が第２気筒＃２の場合であって、その第２気筒＃２がリッチ燃焼気筒＃Ｒになっているときには、ストイキ補正値ＳＨとしてマイナスの値が設定されることにより、上記目標値Ａｆｐはリッチ側に補正される。一方、第２気筒＃２がリーン燃焼気筒＃Ｌになっているときには、ストイキ補正値ＳＨとしてプラスの値が設定されることにより、上記目標値Ａｆｐはリーン側に補正される。

操作信号生成処理部Ｍ５０は、リッチ気筒噴射量指令値Ｑｐ（Ｒ）及びリーン気筒噴射量指令値Ｑｐ（Ｌ）に基づき、リッチ燃焼気筒＃Ｒに設定された気筒及びリーン燃焼気筒＃Ｌに設定された気筒のそれぞれに設けられた各燃料噴射弁１６の操作信号ＭＳ１を生成して、対応する燃料噴射弁１６に出力する。そして、リッチ燃焼気筒の燃料噴射弁１６から噴射される燃料量がリッチ気筒噴射量指令値Ｑｐ（Ｒ）となり、リーン燃焼気筒の燃料噴射弁１６から噴射される燃料量がリーン気筒噴射量指令値Ｑｐ（Ｌ）となるように、各燃料噴射弁１６を操作する。

次に、図４を用いて、ストイキ補正値設定処理部Ｍ７０の処理について説明する。
図４は、ストイキ補正値ＳＨの算出処理の手順を示す。この図４に示す処理は、メモリ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。

図４に示す一連の処理において、ＣＰＵ３２はディザ制御を実行しているか否かを判定する（Ｓ１００）。このＳ１００における判定は適宜行うことができる。例えば上述したディザ制御の実行条件が成立しているときや、噴射量補正要求値αが「０」よりも大きいときなどに、ディザ制御を実行していると判定することができる。

そして、ディザ制御を実行していないときには（Ｓ１００：ＮＯ）、ＣＰＵ３２は本処理を一旦終了する。
一方、ディザ制御を実行しているときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３２は機関回転速度ＮＥ、機関負荷ＫＬ、リッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されている気筒番号、及び上記徐変率ＲＺを取得する（Ｓ１１０）。

次に、ＣＰＵ３２は、第１気筒＃１がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されているか否かを判定する（Ｓ１２０）。そして、第１気筒＃１がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されているときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３２は、第１ストイキ補正値ＳＨ１をストイキ補正値ＳＨに設定する（Ｓ１３０）。

この第１ストイキ補正値ＳＨ１は、第１気筒＃１がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されるとともに他の気筒がリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせ時において、三元触媒２２の雰囲気がストイキ雰囲気となるように上記目標値Ａｆｐを補正する値であって機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに応じて設定される値である。

Ｓ１２０において、第１気筒＃１がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されていないと判定されるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、ＣＰＵ３２は、第２気筒＃２がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されているか否かを判定する（Ｓ１４０）。そして、第２気筒＃２がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されているときには（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３２は、第２ストイキ補正値ＳＨ２をストイキ補正値ＳＨに設定する（Ｓ１５０）。

この第２ストイキ補正値ＳＨ２は、第２気筒＃２がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されるとともに他の気筒がリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせ時において、三元触媒２２の雰囲気がストイキ雰囲気となるように上記目標値Ａｆｐを補正する値であって機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに応じて設定される値である。

Ｓ１４０において、第２気筒＃２がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されていないと判定されるときには（Ｓ１４０：ＮＯ）、ＣＰＵ３２は、第３気筒＃３がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されているか否かを判定する（Ｓ１６０）。そして、第３気筒＃３がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されているときには（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３２は、第３ストイキ補正値ＳＨ３をストイキ補正値ＳＨに設定する（Ｓ１７０）。

この第３ストイキ補正値ＳＨ３は、第３気筒＃３がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されるとともに他の気筒がリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせ時において、三元触媒２２の雰囲気がストイキ雰囲気となるように上記目標値Ａｆｐを補正する値であって機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに応じて設定される値である。

Ｓ１６０において、第３気筒＃３がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されていないと判定されるときには（Ｓ１６０：ＮＯ）、ＣＰＵ３２は、ＣＰＵ３２は、第４ストイキ補正値ＳＨ４をストイキ補正値ＳＨに設定する（Ｓ１８０）。

この第４ストイキ補正値ＳＨ４は、第４気筒＃４がリッチ燃焼気筒＃Ｒに設定されるとともに他の気筒がリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせ時において、三元触媒２２の雰囲気がストイキ雰囲気となるように上記目標値Ａｆｐを補正する値であって機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに応じて設定される値である。

上記Ｓ１３０の処理、または上記Ｓ１５０の処理、または上記Ｓ１７０の処理、または上記Ｓ１８０の処理のいずれかでストイキ補正値ＳＨを設定すると、ＣＰＵ３２は、その設定されたストイキ補正値ＳＨに対して上記徐変率ＲＺを乗算した値を最終的なストイキ補正値ＳＨとして設定し（Ｓ１９０）、本処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、次の作用効果を得ることができる。
（１）リッチ燃焼気筒＃Ｒ及びリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせ毎に上記ストイキ補正値ＳＨが設定されている。そのため、ディザ制御の実行により、リッチ燃焼気筒＃Ｒから排出される排気が第２空燃比センサ５０に当たる場合や、リーン燃焼気筒＃Ｌから排出される排気が第２空燃比センサ５０に当たる場合でも、空燃比の目標値Ａｆｐは適切に補正されるようになる。つまり、上記ストイキ補正値ＳＨによる目標値Ａｆｐの補正によって、三元触媒２２の雰囲気がストイキ雰囲気からずれることを補償することができるようになり、これにより三元触媒２２の雰囲気を排気浄化に適した雰囲気に維持することができる。

（２）機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに応じて上記ストイキ補正値ＳＨは可変設定される。従って、第２空燃比センサ５０に対する各気筒のガス当たりの変化に合わせてストイキ補正値ＳＨをより適切に設定することができる。

（３）リッチ燃焼気筒＃Ｒを変更する際には、リッチ気筒変更期間ＣＰを設けて各気筒におけるディザ補正率の変更を徐々に行うようにした。そのため、リッチ燃焼気筒＃Ｒの変更に際しては、各気筒の燃料噴射量が徐々に変化するようになる。従って、リッチ燃焼気筒＃Ｒの変更による出力トルクの急変を抑えることができる。

（４）本実施形態では、リッチ燃焼気筒＃Ｒを変更する過渡期間であるリッチ気筒変更期間ＣＰにおいて、噴射量補正要求値αに関する上記の各徐変処理（上記減少徐変処理及び上記増大徐変処理）を実施することにより、リッチ気筒変更期間ＣＰ内ではディザ補正率が徐々に変化する。ここで、先の図４に示したＳ１９０の処理では、リッチ燃焼気筒＃Ｒ及びリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせに応じて設定されたストイキ補正値ＳＨに上記徐変率ＲＺを乗算することにより、最終的なストイキ補正値ＳＨが求められる。

そのため、先の図３に示したように、リッチ気筒変更期間ＣＰ内におけるディザ補正率の変化に同期してストイキ補正値ＳＨも徐々に変化するようになる。従って、リッチ燃焼気筒＃Ｒを変更する過渡期間においても、三元触媒２２の雰囲気がストイキ雰囲気となるように上記目標値Ａｆｐを補正することができる。

（５）リッチ燃焼気筒＃Ｒを変更することなく特定の気筒に固定してしまうと、例えばリッチ燃焼気筒＃Ｒに設けられた燃料噴射弁１６のデポジット付着量が増大したり、リッチ燃焼気筒＃Ｒから排出された排気が三元触媒２２において常に特定の領域を通過することにより、触媒劣化が局所的に進行したりするおそれがある。この点、本実施形態では、リッチ燃焼気筒＃Ｒを順次変更するようにしているため、そうした特定の気筒における燃料噴射弁１６のデポジット付着量の増大や、局所的な触媒劣化の進行を抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・ストイキ補正値ＳＨを機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいて可変設定するようにした。この他、簡易的には、そうした機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づく可変設定を省略して、少なくともリッチ燃焼気筒＃Ｒ及びリーン燃焼気筒＃Ｌに設定される気筒の組み合わせ毎にストイキ補正値ＳＨをそれぞれ設定してもよい。この場合でもディザ制御の実行によるガス当たりの変化に起因した触媒雰囲気の悪化を抑えることができる。

・先の図４に示したＳ１９０の処理を省略してもよい。
・リッチ燃焼気筒＃Ｒを変更する際には、先の図３に示したリッチ気筒変更期間ＣＰを設けて各気筒におけるディザ補正率の変更を徐々に行うようにした。この他、そうしたリッチ気筒変更期間ＣＰを省略して、リッチ燃焼気筒＃Ｒを変更する際にはディザ補正率を直ちに変更してもよい。なお、この場合には、上記徐変率ＲＺの算出が行えないため、先の図４に示したＳ１９０の処理を省略する。

・ディザ制御の実行条件としては、上記実施形態において例示したものに限らず、たとえば、三元触媒２２の温度を検出するセンサを備え、センサの検出値が所定温度以上且つ規定温度以下であることを実行条件としてもよい。もっとも、これに限らず、制御を簡素化することなどを狙って、内燃機関１０が冷間始動することを条件に内燃機関１０の始動時からディザ制御を実行してもよい。

なお、ディザ制御の実行期間としては、三元触媒２２が全体に渡って活性温度となるまでの期間に限らない。たとえば、三元触媒２２が全体に渡って活性温度となった後であっても、硫黄被毒回復処理のためにディザ制御を実行してもよい。

また、例えば三元触媒２２の活性温度よりも高い温度領域において硫黄の被毒量が増加しやすい温度領域に入る場合に、その硫黄の被毒量が増加しやすい温度領域よりも三元触媒２２の温度を高温にすべくディザ制御を実行してもよい。

また、例えば、排気管への凝縮水の付着を抑制するために排気管を昇温する要求が生じることを、ディザ制御の実行条件にしてもよい。これは、例えば外気温が判定値以下であることと、機関負荷が所定値以下であることとの論理積が真であることを実行条件とすることにより実現できる。

また、例えば下記に記載したように、触媒として三元触媒を備えたガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）を用いる場合において、ＧＰＦに詰まった微粒子状物質を除去する要求が生じることをディザ制御の実行条件にしてもよい。これは、例えばＧＰＦの上流側の圧力と下流側の圧力との差が閾値以上であることを実行条件とすることにより実現できる。

また、例えば、三元触媒２２の上流側の端部の温度が触媒活性温度に達している場合において、三元触媒２２の信頼性の低下を招くほどの過度の高温とならない限り、ディザ制御を常時実行してもよい。

・上記実施形態では、リーン燃焼気筒＃Ｌの数をリッチ燃焼気筒＃Ｒの数よりも多くしたが、これに限らない。たとえば、リーン燃焼気筒＃Ｌの数とリッチ燃焼気筒＃Ｒの数とを同一にしてもよい。なお、リーン燃焼気筒＃Ｌの数とリッチ燃焼気筒＃Ｒの数との合計が、内燃機関１０の気筒数に一致することも必須ではなく、例えば特定の気筒についてその燃焼室１４における空燃比を理論空燃比とすることにより、リーン燃焼気筒＃Ｌ及びリッチ燃焼気筒＃Ｒのいずれでもない気筒としてもよい。ちなみに、下記に記載したように、排気の浄化成分が異なる複数の触媒を備える場合にも、１つの触媒が排気を浄化対象とするリーン燃焼気筒の数とリッチ燃焼気筒の数との合計が内燃機関の気筒数よりも少なくなる。

・ディザ制御処理としては、燃料噴射量の補正量を設定するものに限らない。例えば、ベース噴射量算出処理部Ｍ１０を、リッチ燃焼気筒＃Ｒとリーン燃焼気筒＃Ｌとで各別に備えることとしてもよい。この場合、リッチ燃焼気筒用のベース噴射量算出処理部Ｍ１０は、リッチな目標空燃比とするための開ループ操作量としてのベース噴射量Ｑｂを算出し、リーン燃焼気筒用のベース噴射量算出処理部Ｍ１０は、リーンな目標空燃比とするための開ループ操作量としてのベース噴射量Ｑｂを算出する。なお、この際、各気筒の燃焼室１４内の混合気の空燃比の平均値が目標値Ａｆｐとなるようにしてもよい。

・上記実施形態では、内燃機関１０の空燃比の平均値の目標値Ａｆｐを理論空燃比としたが、これに限らない。例えば上述したように、触媒として三元触媒を備えたＧＰＦを用いる場合には、目標値Ａｆｐを理論空燃比よりもリーンにしてもよい。なお、この場合には、リーン燃焼気筒＃Ｌの空燃比を、理論空燃比及び目標値Ａｆｐの双方よりもリーンにし、リッチ燃焼気筒＃Ｒの空燃比を、理論空燃比及び目標値Ａｆｐの双方よりもリッチにする。

・触媒としては三元触媒２２に限らない。たとえば、三元触媒を備えたガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）であってもよい。要は、昇温要求が生じうるものであって、リーン燃焼気筒＃Ｌの酸素によってリッチ燃焼気筒＃Ｒの未燃燃料成分（ＨＣ）や不完全燃焼成分（ＣＯ）を酸化させる際の酸化熱を利用して昇温が可能であるものであればよい。

・上記第２空燃比センサ５０を、理論空燃比を境にして出力電圧が大きく変化する酸素センサに変更してもよい。
・制御装置３０としては、ＣＰＵ３２とメモリ３４とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構成であればよい。なお、処理装置及びメモリの組や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。

（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するメモリとを備える。
（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置及びプログラムを記憶するメモリと、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。

（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。
・内燃機関１０としては、４気筒の内燃機関に限らない。たとえば直列６気筒の内燃機関でもよい。また、例えば、Ｖ型の内燃機関等、第１の触媒と第２の触媒とを備え、それぞれによって排気が浄化される気筒が異なるものであってもよい。

・燃料噴射弁１６としては、燃焼室１４に燃料を噴射するものに限らず、たとえば吸気通路１２に燃料を噴射するものでもよい。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…燃焼室、１６…燃料噴射弁、１８…点火プラグ、２０…排気通路、２２…三元触媒、３０…制御装置、３２…中央処理装置（ＣＰＵ）、３４…メモリ、４０…第１空燃比センサ、４２…回転速度センサ、４４…エアフローメータ、４６…水温センサ、５０…第２空燃比センサ、＃１…第1気筒、＃２…第２気筒、＃３…第３気筒、＃４…第４気筒。

Claims (1)

1. 複数の気筒から排出された排気を浄化する触媒を備えた内燃機関を制御対象とし、
   前記触媒の下流に設けられたセンサの検出値に基づいて前記触媒の雰囲気がストイキ雰囲気となるように空燃比を制御する空燃比制御と、
   前記触媒の昇温要求が生じた場合、前記複数の気筒のうちの一部の気筒であるリーン燃焼気筒における空燃比を前記複数の気筒における空燃比の平均値に対する目標値よりもリーンに制御し、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒であるリッチ燃焼気筒における空燃比を前記目標値よりもリッチに制御するように前記各気筒に対応する燃料噴射弁を操作するディザ制御と、を実行する制御装置であって、
   前記リッチ燃焼気筒及び前記リーン燃焼気筒に設定される気筒の組み合わせが複数設定されており、前記ディザ制御の実行中には前記気筒の組み合わせを所定期間毎に変更する変更処理部と、
   前記空燃比制御に対する補正値が前記気筒の組み合わせ毎に独立して設定されており、前記気筒の組み合わせの変更に合わせて前記補正値を変更する補正値設定処理部とを、備える
   内燃機関の制御装置。