DE112009005122T5

DE112009005122T5 - Vorrichtung zum bestimmen eines ungleichgewichtseines luft-kraftstoff-verhältnisses unter zylindernfür eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112009005122T5
Application number: DE112009005122T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Miyamoto; Yasushi Iwazaki; Fumihiko Nakamura; Hiroshi Sawada; Toru Kidokoro
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2011016145A1; JP5206877B2; US8965665B2; US20120173116A1; JPWO2011016145A1; CN102472193A

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß der vorliegenden Erfindung ermittelt eine Ausgabe Vabyfs eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, der an einem Abschnitt stromabwärts eines Abgassammelabschnitts eines Abgasdurchlasses angeordnet ist, und ermittelt einen Differentialwert einer zweiten Ordnung d2AF (eine Änderungsrate einer Änderungsrate eines erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs) eines erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs, das durch die Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs dargestellt ist. Die Ungleichgewichtsbestimmungsvorrichtung bestimmt, dass ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn ein erfasster Wert, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, (z. B. ein Differentialwert zweiter Ordnung d2AF an sich), der gemäß dem Differentialwert zweiter Ordnung d2AF erhalten wird, größer als ein erster Schwellenwert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine ”Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern für eine Brennkraftmaschine”, die auf eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine angewendet wird, und die bestimmen (oder überwachen, erfassen) kann, ob ein übermäßiges Ungleichgewicht unter Luft-Kraftstoff-Verhältnissen (Luft-Kraftstoff-Verhältnisse von einzelnen Zylindern) von Luft-Kraftstoff-Gemischen, die jeweils an jeden der Zylinder zugeführt werden, auftritt oder nicht (ob ein Ungleichgewichtszustand eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt oder nicht).
Stand der Technik
Herkömmlicher Weise ist eine Vorrichtung zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses weit bekannt, die mit einem Drei-Wege-Katalysator, der in einem Abgasdurchlass einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, und einem stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor und einem stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, die entsprechend stromaufwärts und stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators in dem Abgasdurchlass angeordnet sind, versehen ist. Diese Vorrichtung zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses berechnet einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrag basierend auf einer Ausgabe des stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors und einer Ausgabe des stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor und führt eine Regelung bezüglich eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine) von Luft-Kraftstoff-Gemischen, die an die Maschine zugeführt werden, unter Verwendung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrags auf solch eine Weise durch, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt. Weiterhin wurde eine Vorrichtung zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vorgeschlagen, die einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrag basierend auf nur einer der Ausgabe des stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors und der Ausgabe des stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses berechnet, und eine Regelung bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine unter Verwendung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrags durchführt. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrag, der in solchen Vorrichtungen zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet wird, ist ein Steuerungsbetrag, der gemeinsam für alle der Zylinder verwendet wird.
Im Übrigen ist eine Brennkraftmaschine einer Art einer elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung allgemein mit zumindest einer Kraftstoffeinspritzdüse in jedem der Zylinder oder in jeder von Einlassöffnungen, die mit einem der Zylinder kommunizieren, bereitgestellt. Deshalb, wenn eine Charakteristik (oder Eigenschaft) der Kraftstoffeinspritzdüse eines spezifischen Zylinders eine ”Charakteristik, dass die spezifische Einspritzdüse eine übermäßigere Menge an Kraftstoff einspritzt, als ein angewiesener Kraftstoffeinspritzbetrag” wird, verschiebt sich nur das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das an diesen spezifischen Zylinder zugeführt wird (das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von diesem spezifischen Zylinder), auf eine wesentlich fettere Seite. Das heißt, eine Uneinheitlichkeit unter Luft-Kraftstoff-Verhältnissen der Zylinder (eine Abweichung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter den Zylindern, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht unter den Zylindern) wird groß. Mit anderen Worten wird in den Luft-Kraftstoff-Verhältnissen von einzelnen Zylindern ein Ungleichgewicht erzeugt.
In diesem Fall wird der Durchschnitt der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der Luft-Kraftstoff-Gemische, die an die gesamte Maschine zugeführt werden, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Deshalb verursacht der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrag, der für alle Zylinder gemeinsam verwendet wird, dass sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vorstehend erwähnten spezifischen Zylinders auf eine magerere Seite verschiebt, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des spezifischen Zylinders dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis näher kommt, und verursacht gleichzeitig, dass sich die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der anderen Zylinder auf eine fettere Seite verschieben, so dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der anderen Zylinder von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweichen. Als ein Ergebnis wird ein Durcjschnitt der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der Luft-Kraftstoff-Gemische, die an die gesamte Maschine zugeführt werden, ungefähr gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Jedoch ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vorstehend erwähnten spezifischen Zylinders mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis immer noch auf einer fetteren Seite, und sind die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der anderen Zylinder mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis immer noch auf einer magereren Seite, so dass der Verbrennungszustand des Luft-Kraftstoff-Gemisches in jedem der Zylinder von dem perfekten (vollständigen) Verbrennungszustand verschieden ist. Als ein Ergebnis erhöht sich eine Menge von Emissionen (eine Menge von nicht verbrannten Substanzen und eine Menge von Stickstoffoxiden), die von jedem der Zylinder ausgestoßen werden. Deshalb, auch wenn der Durchschnitt der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der Luft-Kraftstoff-Gemische, die an die Maschine zugeführt werden, mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt, kann der Drei-Wege-Katalysator die erhöhten Emissionen nicht reinigen, so dass eine Möglichkeit besteht, dass die Emissionen schlechter werden.
Deshalb ist es wichtig, zu erfassen, dass die Uneinheitlichkeit unter den Luft-Kraftstoff-Verhältnissen der Zylinder übermäßig wird (Erzeugung eines Ungleichgewichtszustandes des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter den Zylindern), da einige Maßnahmen vorgenommen werden können, um die Emissionen nicht zu verschlechtern. Es sei angemerkt, dass ein Ungleichgewichtszustand in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter den Zylindern aufgrund von verschiedenen Faktoren erzeugt wird, wie etwa einem Fall, in dem die Charakteristik der Kraftstoffeinspritzdüse des spezifischen Zylinders eine ”Charakteristik, dass die Einspritzdüse einen übermäßig kleinen Betrag an Kraftstoff statt der angewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge einspritzt” wird, oder ein Fall, in dem ein Verteilung eines EGR-Gases und eines verdampften Kraftstoffgases an jeden der Zylinder uneinheitlich wird.
Eine solcher Vorrichtungen des Standes der Technik zum Bestimmen, ob die Uneinheitlichkeit unter Luft-Kraftstoff-Verhältnissen der Zylinder aufgetreten ist oder nicht, ist derart konfiguriert, um eine Ortskurven-(Trajektorien-)Länge der Ausgabe (des Ausgabesignals) eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (der vorstehend erwähnte stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor), der an einem Abgassammelabschnitt angeordnet ist, an dem Abgase von der Vielzahl von Zylindern gesammelt werden, zu ermitteln, und die Ortskurvenlänge mit einem ”Referenzwert, der sich gemäß einer Maschinedrehzahl und einer Einlassluftmenge ändert” zu vergleichen, und um zu bestimmen, ob der Ungleichgewichtszustand in den Luft-Kraftstoff-Verhältnissen unter den Zylindern aufgetreten ist oder nicht, entsprechend dem Vergleichsergebnis (vergleiche zum Beispiel US Patent Nr.: 7,152,592 ). Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Spezifikation, die Bestimmung, ob ein Ungleichgewichtszustand in Luft-Kraftstoff-Verhältnissen unter Zylindern aufgetreten ist oder nicht, einfach als eine ”Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern” oder eine ”Ungleichgewichtsbestimmung” bezeichnet wird.
Kurzfassung der Erfindung
In einem Fall, in dem ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, unterscheidet sich die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, die erhalten wird, wenn ein Abgas von einem Zylinder, dessen einzelnes Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht, den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erreicht, stark von der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, die erhalten wird, wenn ein Abgas von einem Zylinder, dessen individuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einer fetteren Seite oder einer magereren Seite mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht, den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erreicht. Deshalb, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, vergrößert sich die Ortskurvenlänge der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors.
Auch wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern nicht auftritt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine schwankt, zum Beispiel in einem Fall, in dem sich die Last der Maschine schnell ändert oder Ähnliches, variiert jedoch auch die Ortskurvenlänge der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors um diese Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Dieser Punkt wird mit Bezug auf 1 erklärt.
1 ist ein Zeitablaufdiagramm, das Änderungen (Verhaltensweisen) zeigt: (A) eines Kurbelwinkels; (B) eines erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Fall, in dem keine Schwankung in dem durchschnittlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (dem mittleren Luft-Kraftstoff-Verhältnis) der Maschine gibt, aber ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist; (C) eines erfassten Lift-Kraftstoff-Verhältnisses, bei dem ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern nicht auftritt, aber das mittlere Lift-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine geschwankt hat; (D) einer Ortskurvenlänge des absoluten Wertes des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; (E) eines absoluten Wertes eines Differential-(Ableitungs-)Werts zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf Zeit; und (F) eines Differentialwerts zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf Zeit. Es sei angemerkt, dass das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Wert ist, der durch Umwandeln der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors in ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird, und im Wesentlichen proportional zu der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ist.
Wenn in dem mittleren Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine keine Schwankung auftritt, aber ein Ungleichgewichtszustand eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter den Zylindern auftritt, schwankt das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis, zum Beispiel wie in (B) von 1 gezeigt ist, stark zwischen einem ”maximalen Wert (vergleiche zum Beispiel Zeit t5) und einem minimalen Wert (vergleiche zum Beispiel Zeit t6)” in einer ”Einheitsverbrennungszykluszeitperiode (”unit combustion cycle time period”) (eine Zeitperiode, in der sich der Kurbelwinkel um 720° in einer Vierzylinder-/Viertakt-Maschine erhöht)”. Andererseits, wenn ein Ungleichgewichtszustand eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern nicht auftritt, aber das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine stark schwankt, schwankt das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wie in (C) von 1 gezeigt ist, stark. Es sei angemerkt, dass eine Einheitsverbrennungszykluszeitperiode eine Zeitperiode ist, die für einen beliebigen Zylinder notwendig ist, um ”einen Verbrennungszyklus, der aus einem Einlasstakt, einem Verdichtungstakt, einem Expansionstakt, und einem Gasauslasstakt gebildet wird”, zu vervollständigen.
Als ein Ergebnis variiert die Länge (Ortskurvenlänge) einer Ortskurve des absoluten Werts des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einer Einheitsverbrennungszykluszeitperiode, wie in (D) von 1 durch eine durchgezogene Linie angegeben ist, wenn in dem mittleren Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine keine Schwankung vorhanden ist, und der Ungleichgewichtszustand auftritt, und die Ortskurvenlänge variiert, wie in (D) von 1 durch eine gepunktete Linie angegeben ist, wenn kein Ungleichgewichtszustand auftritt, aber das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine schwankt.
In einer Periode von der Zeit t1 bis zur Zeit t4 von 1, zum Beispiel, ist die Ortskurvenlänge (durchgezogene Linie), wenn der Ungleichgewichtszustand auftritt, größer als die Ortskurvenlänge (gestrichelte Linie), wenn das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis schwankt. In einer Periode von Zeit t4 bis zur Zeit t7 jedoch, ist die Ortskurvenlänge (durchgezogene Linie), wenn der Ungleichgewichtszustand auftritt, kleiner als (oder ungefähr gleich als) die Ortskurvenlänge (gestrichelte Linie), wenn das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis schwankt. Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wenn die Ortskurvenlänge verwendet wird, ist es nicht immer möglich, eine Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern präzise/genau durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung wird vorgenommen, um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen. Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern bereitzustellen, die eine Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern genauer durchführen kann, unter Verwendung eines Wertes (das heißt, eines Werts, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht), der gemäß einem ”Differentialwert zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf Zeit” variiert.
Genauer wird die Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß der vorliegenden Erfindung (nachstehend ebenso als ”Vorrichtung der vorliegenden Erfindung” bezeichnet) auf eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern angewendet. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Bestimmen, ob ein ”Zustand, in dem ein großes Ungleichgewicht (das heißt, ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen Zylindern)” zwischen ”Luft-Kraftstoff-Verhältnissen von einzelnen Zylindern” auftritt oder nicht, wobei jedes von diesen ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von jedem von Luft-Kraftstoff-Gemischen ist, die jeweils zu jedem von zumindest zwei Zylindern (vorzugsweise drei oder mehr Zylinder) von einer Vielzahl der Zylinder zugeführt werden”. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor und eine Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung.
Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ist an einem ”Abgassammelabschnitt eines Abgasdurchlasses der Maschine” an dem Abgase, die von den zumindest zwei Zylindern ausgestoßen werden, gesammelt werden, oder an einem ”Abschnitt stromabwärts des Abgassammelabschnitts” in dem Abgasdurchlass angeordnet. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ist ein Sensor, der eine Ausgabe erzeugt, als eine Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, entsprechend einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erreicht hat.
Die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung ermittelt einen ”Differentialwert zweiter Ordnung” (”second order differential value”) eines ”erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt ist”, mit Bezug auf Zeit, basierend auf der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, und ermittelt einen Wert, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht (”air-fuel ratio second-order differential corresponding value”), der gemäß dem ermittelten Differentialwert zweiter Ordnung variiert, basierend auf dem ermittelten Differentialwert zweiter Ordnung. Weiterhin bestimmt die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung, ob der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylinder auftritt oder nicht, basierend auf dem ”ermittelten Wert, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht”.
Das ”erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt ist”, kann die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors an sich sein, oder ein Wert, der durch Umwandeln der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors in ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird.
Wie nachstehend beschrieben wird, kann der ”Wert, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht”, verschiedene Werte sein, die gemäß dem ”Differentialwert zweiter Ordnung (d²X/dt²) des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (X), das durch die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt wird, mit Bezug auf Zeit”, variieren.
Wie durch durchgezogene Linien in (E) und (F) von 1 gezeigt ist, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, erreicht der Absolutwert des Differentialwertes zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwei ”Werte, deren Absolute Werte groß sind”, innerhalb der einzelnen Einheitsverbrennungszyklusperiode. Das heißt, wie in (F) von 1 gezeigt ist, da der Differentialwert zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisse ein Differentialwert einer Änderungsrate des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (ein Änderungsbetrag des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses pro Zeiteinheit) ist, wird der Differentialwert zweiter Ordnung ein negativer Wert, dessen absoluter Wert groß ist, zu einem Zeitpunkt (Zeit t2, t5 oder t8), wenn ein Zustand, in dem sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis schnell erhöht, in einen Zustand geändert wird, in dem sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis schnell verringert, und wird der Differentialwert zweiter Ordnung ein positiver Wert, dessen absoluter Wert groß ist, zu einem Zeitpunkt (Zeit t3, t6 oder t9), wenn ein Zustand, in dem sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis schnell verringert, in einen Zustand geändert wird, in dem sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis schnell erhöht.
Unterdessen, auch wenn das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine stark schwankt, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern nicht auftritt, wird der Absolutwert des Differentialwerts zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nicht so groß, wie durch eine gepunktete Linie in (E) von 1 gezeigt ist, da der Grad der Schwankung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisse milder (langsamer) ist, im Vergleich mit einem Fall, in dem der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt.
Deshalb, da die Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert ist, um die Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern unter Verwendung des Wertes, der einen Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, durchzuführen, der einen besonderen Wert zeigt, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern genauer durchführen.
In einem von Aspekten der vorliegenden Erfindung ist die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung derart konfiguriert, um zu bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn ein absoluter Wert des erhaltenen Wertes, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, größer als ein erster Schwellenwert ist.
Genauer kann die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung derart konfiguriert sein, um den erhaltenen Differentialwert zweiter Ordnung als den Wert, der dem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, zu erhalten.
Gemäß dieser Konfiguration kann der Wert, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, durch die einfache Konfiguration ohne Verwendung eines komplizierten Filters oder Ähnlichem erhalten werden.
Alternativ kann die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung derart konfiguriert sein, um die ”Differentialwerte zweiter Ordnung”, die nach jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, zu erhalten, und um als den ”Wert, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht”, ”einen Differentialwert zweiter Ordnung, dessen absoluter Wert maximal (oder der größte) ist” unter einer ”Vielzahl der erhaltenen Differentialwerte zweiter Ordnung” zu erhalten.
Das heißt, die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung ist konfiguriert, um eine Vielzahl der ”Differentialwerte zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses” in der Einheitsverbrennungszyklusperiode zu erhalten, durch Ermitteln der ”Differentialwerte zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses” jedes Mal dann, wenn die vorbestimmte Zeitperiode abläuft, und um einen Differentialwert zweiter Ordnung mit einem maximalen absoluten Wert unter einer Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung als den Wert, der dem Differential des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, anzuwenden. Gemäß dieser Konfiguration kann ebenso der Wert, der dem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, durch die einfache Konfiguration ohne Verwendung eines komplizierten Filters oder Ähnlichem erhalten werden.
In einem anderen Aspekt ist die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung derart konfiguriert, um:
den Differentialwert zweiter Ordnung, der nach jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wird, als die Werte, die einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, zu erhalten; und
zu Bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter den Zylindern auftritt, wenn ein Wert, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, der einen positiven Wert aufweist, dessen absoluter Wert größer oder gleich einem zweiten Schwellenwert ist, vorhanden ist, (vorliegt/gefunden wird), und ein Wert, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, der einen negativen Wert aufweist, dessen absoluter Wert größer oder gleich einem dritten Schwellenwert ist, vorhanden ist (vorliegt/gefunden wird), unter einer Vielzahl der Werte, die einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden.
Wie aus (F) von 1 ersichtlich ist, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, erreicht der Differentialwert zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einen positiven Wert, dessen absoluter Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist (zweiter Schwellenwert), und erreicht einen negativen Wert, dessen absoluter Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist (dritter Schwellenwert), innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode. Deshalb, gemäß der vorstehenden Konfiguration, kann eine Erzeugung eines Zustands eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern mit größerer Sicherheit basierend auf einer einfachen Technik bestimmt werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung derart konfiguriert, um:
als die Werte, die einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, den ”Differentialwert zweier Ordnung”, der nach jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wird, zu erhalten;
einen ”maximalen Wert, der einen Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einer positiven Seite entspricht (”positiveside maximum air-fuel ratio second-order differential corresponding value”) (maximaler Wert auf positiver Seite), der einen positiven Wert aufweist, dessen absoluter Wert maximal ist” von (aus) ”Differentialwerten zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit positiven Werten” unter einer Vielzahl von Werten, die einem Differential zweier Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, auszuwählen;
einen ”maximalen Wert, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht (”negati
ve-side maximum air-fuel ratio second-order differential corresponding value”) (maximaler Wert einer negativen Seite), der einen negativen Wert aufweist, dessen absoluter Wert maximal ist” von (aus) ”Differentialwerten zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, mit negativen Werten” unter einer Vielzahl der Werte, die einem Differential zweiter Ordnung des
Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, auszuwählen, und weiterhin,
zu bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn ein ”Produkt des Wertes, der einem Differential zweiter Ordnung eines Maximums einer positiven Seite entspricht, und des Werts, der einem Differential zweiter Ordnung eines Maximums einer negativen Seite entspricht”, gleich oder kleiner als ein ”vorbestimmter negativer Schwellenwert ist”.
Wie aus (F) von 1 ersichtlich ist, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, erreicht der Differentialwert zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einen ”positiven Wert, dessen absoluter Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist (zweiter Schwellenwert)”, und erreicht einen ”negativen Wert, dessen absoluter Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist (dritter Schwellenwert)”, innerhalb der einzelnen Einheitsverbrennungszyklusperiode. Dementsprechend, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, wird das Produkt des Werts, der einem Differential zweiter Ordnung eines Maximums einer positiven Seite entspricht, und des Werts, der einen Differential zweiter Ordnung eines Maximums einer negativen Seite entspricht, gleich oder kleiner als der ”vorbestimmte negative Schwellenwert”. Deshalb, gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration, kann eine Erzeugung eines Zustands eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern mit größerer Sicherheit basierend auf einer einfachen Technik bestimmt werden.
Es sei angemerkt, dass ein ”Bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn das Produkt des Werts, der einem Differential zweiter Ordnung eines Maximums einer positiven Seite entspricht, und des Werts, der einem Differential zweiter Ordnung eines Maximums einer negativen Seite entspricht, kleiner oder gleich einem vorbestimmten negativen Wert ist”, ein Bestimmen umfasst, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn ein ”Produkt eines Werts, der einer zweiten Ordnung eines Maximums einer positiven Seite entspricht (sein absoluter Wert) und ein absoluter Wert des Werts, der einer zweiten Ordnung eines Maximums einer negativen Seite entspricht” gleich oder größer als ein ”vorbestimmter positiver Schwellenwert ist, der durch Invertieren des Vorzeichens des negativen Schwellenwerts erhalten wird” ist.
Weiterhin kann irgendeine der Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtungen konfiguriert sein, um:
die Differentialwerte zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf Zeit, die nach jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode innerhalb der Verbrennungseinheitszeitperiode erhalten werden, zu erhalten;
einen Zeitpunkt, wenn ein „Differentialwert zweiter Ordnung eines maximalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite, dessen Absolutwert maximal ist (der größte ist)” sich abzeichnet (gefunden wird), aus ”Differentialwerten zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit positiven Wert” unter einer Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, zu identifizieren und
zu bestimmen, ”welches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Zylinders der zumindest zwei Zylinder abnormal ist” basierend auf dem identifizierten Zeitpunkt, wenn bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt.
Ähnlich kann irgendeine der Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtungen konfiguriert sein, um:
die Differentialwerte zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf Zeit, die nach jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, zu erhalten;
einen Zeitpunkt zu identifizieren, wenn ein „Differentialwert zweiter Ordnung eines maximalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite, dessen absoluter Wert maximal (der größte) ist” sich abzeichnet (gefunden wird), aus „Differentialwerten zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit negativen Werten” unter einer Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden; und
zu bestimmen, ”welches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Zylinders der zumindest zwei Zylinder abnormal ist”, basierend auf dem identifizierten Zeitpunkt, wenn bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt.
Wenn der Zeitpunkt, wenn sich der vorstehend erwähnte Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer positiven Seite abgezeichnet hat, oder ein Zeitpunkt, wenn sich der vorstehend erwähnte Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer negativen Seite abgezeichnet hat, identifiziert wird, ist es möglich, zu bestimmen, welcher Zylinder den Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern verursacht (das heißt, welcher Zylinder ein Zylinder ist, zu dem ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht, zugeführt wird), basierend auf einer Kurbelwinkeldifferenz zwischen einem ”Referenzkurbelwinkel eines identifizieren Zylinders der Maschine (zum Beispiel ein oberer Verdichtungstotpunkt von diesem spezifischen Zylinder)” und dem ”Kurbelwinkel entsprechend diesem identifizierten Zeitpunkt”.
Inzwischen wird der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern in einen ”Zustand (Ungleichgewichtszustand einer Verschiebung auf eine fette Seite, ”rich-shift imbalance state”), in dem nur ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines bestimmten Zylinders (zum Beispiel des ersten Zylinders) stark von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf eine fettere Seite abweicht” und einen ”Zustand (Ungleichgewichtszustand einer Verschiebung auf eine magere Seite, ”lean-shift imbalance state”), in dem nur ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines bestimmten Zylinders stark von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf eine magerere Seite abweicht”, eingeteilt.
Weiterhin, gemäß den Experimenten, wie in (B) von 17 gezeigt ist, wenn der ”Ungleichgewichtszustand einer Verschiebung auf eine fette Seite” aufgetreten ist, ist ein absoluter Wert (Größe einer Neigung (Steigung) α1) einer Änderungsrate des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (das heißt ein Zeitdifferentlalwert des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses), während sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht, kleiner als ein absoluter Wert (Größe einer Neigung (Steigung) α2) einer Änderungsrate des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, während sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis verringert. Deshalb verringert sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis relativ schnell, nachdem sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis relativ moderat erhöht hat.
Deshalb, wie in (C) von 17 gezeigt ist, tritt ein Zeitpunkt (erster Zeitpunkt t1), wenn der ”Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer positiven Seite, dessen absoluter Wert der größte ist” aus den Differentialwerten zweiter Ordnung mit positiven Werten unter einer Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung, die innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, sich abzeichnet, unmittelbar nach einem Zeitpunkt (zweiter Zeitpunkt t2) auf, wenn der ”Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer negativen Seite, dessen absoluter Wert der größte ist” aus den Differentialwerten zweiter Ordnung mit negativen Werten unter einer Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung, die innerhalb dieser Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, sich abzeichnet.
Im Gegensatz dazu, wie in (D) von 17 gezeigt ist, wenn der ”Ungleichgewichtszustand einer Verschiebung auf eine magere Seite” aufgetreten ist, ist ein absoluter Wert (Größe einer Neigung (Steigung) a3) einer Änderungsrate des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, während sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht, größer als ein absoluter Wert (Größe einer Neigung (Steigung) a4) einer Änderungsrate des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, während sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis verringert. Deshalb verringert sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis relativ moderat, nachdem sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis relativ stark erhöht.
Deshalb, wie in (E) von 17 gezeigt ist, tritt ein Zeitpunkt (zweiter Zeitpunkt t2), wenn der ”Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer negativen Seite, dessen absoluter Wert der größte ist” aus den Differentialwerten zweiter Ordnung mit negativen Werten unter einer Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung, die innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, sich abzeichnet, unmittelbar nach einem Zeitpunkt (erster Zeitpunkt t1) auf, wenn der ”Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer positiven Seite, dessen absoluter Wert der größte ist” aus Differentialwerten zweiter Ordnung mit positiven Werten unter einer Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung, die innerhalb dieser Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, sich abzeichnet.
Gemäß solchen Tatsachen, wenn eine Zeitperiode von einem ”Zeitpunkt, wenn sich ein Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer positiven Seite abzeichnet (gefunden wird)” zu einem ”Zeitpunkt, wenn sich der Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer negativen Seite nachfolgend dem Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer positiven Seite abzeichnet (gefunden wird)”, als eine erste Zeitperiode T1 definiert wird, und wenn eine Zeitperiode von einem ”Zeitpunkt, wenn sich der Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer negativen Seite abzeichnet (gefunden wird)” zu einem ”Zeitpunkt, wenn sich der Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer positiven Seite nachfolgend dem Differentialwert zweiter Ordnung eines Maximums einer negativen Seite abzeichnet (gefunden wird)”, als eine zweite Zeitperiode T2 definiert wird, wird eine Beziehung, die nachstehend beschrieben ist, hergestellt.

(1) Wenn der ”Ungleichgewichtszustand einer Verschiebung auf eine fette Seite” aufgetreten ist, wird die erste Zeitperiode T1 länger als die zweite Zeitperiode T2 (vgl. (C) von 17).
(2) Wenn der ”Ungleichgewichtszustand einer Verschiebung auf eine magere Seite” aufgetreten ist, ist die erste Zeitperiode T1 kürzer als die zweite Zeitperiode T2 (vgl. (E) von 17).

Angesichts des Vorstehenden kann irgendeine der Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtungen derart konfiguriert sein, um die erste Zeaperiode und die zweite Zeitperiode zu erhalten, um zu identifizieren (zu bestimmen), ob der ”Ungleichgewichtszustand einer Verschiebung auf die fette Seite” auftritt oder der ”Ungleichgewichtszustand einer Verschiebung auf die magere Seite” auftritt, basierend auf einem Größenverhältnis zwischen der ersten Zeitperiode und der zweiten Zeitperiode, wenn bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt.
Der Differentialwert zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt wird, kann wie nachstehend beschrieben erhalten werden.

• Die Ausgabe des Luftkraftstoffsensors wird jedes Mal erhalten, wenn eine konstante Abtastzeitperiode abgelaufen ist. Die konstante Abtastzeitperiode kann eine Zeitperiode sein, die durch Teilen der vorbestimmten Zeitperiode durch eine natürliche Zahl erhalten wird.
• Ein Wert wird als eine ”erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses” erhalten, wobei der Wert durch Subtrahieren eines ”vorher erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses”, das durch die ”Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, die zu einem Zeitpunkt der Abtastzeitperiode vor dem momentanen Zeitpunkt erhalten wird” von einem ”momentan erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis”, das durch die ”neu erhaltene Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors” dargestellt wird, erhalten wird.
• Ein Wert wird als der ”Differentialwert zweiter Ordnung” erhalten, wobei der Wert durch Subtrahieren einer ”vorher erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das zu dem Zeitpunkt der Abtastzeitperiode vor dem momentanen Zeitpunkt erhalten wird” von einer ”neu erhaltenen momentan erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses”, erhalten wird.

Alternativ kann der Differentialwert zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt wird, wie nachstehend beschrieben erhalten werden.

• Die Ausgabe des Luftkraftstoffsensors wird jedes Mal erhalten, wenn eine konstante Abtastzeitperiode abläuft.
• Ein Wert wird als eine ”erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses” erhalten, wobei der Wert durch Subtrahieren eines ”vorher erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt wird, die zu einem Zeitpunkt der Abtastzeitperiode vor dem momentanen Zeitpunkt erhalten wird” von einem ”momentan erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch die neu erhaltene Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors erhalten wird”, erhalten wird.
• Ein Wert wird als ein Mittelwert einer erfasster Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einer Erhöhungsseite (”increasingside detected air-fuel ratio change rate average value”) erhalten, wobei der Wert ein ”Mittelwert der erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit positiven Werten ist” unter einer Vielzahl von erfassten Änderungsraten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden.
• Ein Wert wird als ein Mittelwert einer erfasster Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einer Verringerungsseite (”decreasing-side detected air-fuel ratio change rate average value”) erhalten, wobei der Wert ein ”Mittelwert der erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit negativen Werten ist” unter einer Vielzahl von erfassten Änderungsraten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden.
• Eine Differenz zwischen dem erfassten Mittelwert einer Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Erhöhungsseite und dem erfassten Mittelwert einer Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Verringerungsseite wird als der ”Differentialwert zweiter Ordnung” erhalten.

Gemäß dieser Konfiguration werden der ”Mittelwert der Änderungsraten von erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen mit positiven Werten” und der ”Mittelwert von Änderungsraten von erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen mit negativen Werten” innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten, und der Differentialwert zweiter Ordnung wird basierend auf diesen Werten erhalten. Deshalb, auch wenn ein Rauschen über der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors überlagert ist, kann die Auswirkung solch eines Rauschens auf die Differentialwerte zweiter Ordnung reduziert werden. Deshalb kann eine Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen Zylindern sicherer durchgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das die Verhaltensweisen von Änderungen eines erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das basierend auf einer Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors erhalten wird, einer Ortskurven(Trajektorien-)Länge des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, und eines Differentialwerts zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und Ähnliches zeigt;
2 ist ein schematisches Diagramm einer Brennkraftmaschine, auf die eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen Zylindern (eine erste Bestimmungsvorrichtung) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
3 ist eine schematische perspektivische Teilansicht des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (stromaufwärts gelegener Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor), der in 2 gezeigt ist;
4 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, der in 2 gezeigt ist;
5 ist eine Querschnittsansicht eines Elements zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, der in 2 gezeigt ist, enthalten ist;
6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases und eines Grenzstromwerts des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors zeigt;
7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors zeigt;
8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases und einer Ausgabe des stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, der in 2 gezeigt ist, zeigt;
9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die durch eine CPU einer elektronischen Steuerungseinheit, die in 2 gezeigt ist, ausgeführt wird;
10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die durch die CPU der elektronischen Steuerungseinheit, die in 2 gezeigt ist, ausgeführt wird;
11 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die durch die CPU der elektronischen Steuerungseinheit, die in 2 gezeigt ist, ausgeführt wird;
12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die durch eine CPU einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern (eine zweite Bestimmungsvorrichtung) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
13 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die durch eine CPU der zweiten Bestimmungsvorrichtung ausgeführt wird;
14 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die durch eine CPU einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen Zylindern (eine dritte Bestimmungsvorrichtung) gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
15 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die durch eine CPU einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern (eine vierte Bestimmungsvorrichtung) gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
16 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die durch eine CPU einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern (eine fünfte Bestimmungsvorrichtung) gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
17 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Erklären eines Bestimmungsprinzips einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (eine sechste Bestimmungsvorrichtung) gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
18 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die durch eine CPU der sechsten Bestimmungsvorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiel zum Durchführen der Erfindung
<Erstes Ausführungsbeispiel>
Eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern (nachstehend einfach als eine ”erste Bestimmungsvorrichtung” bezeichnet) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die erste Bestimmungsvorrichtung ist ein Teil einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine und ebenso eine Kraftstoffeinspritzmengen-Steuerungsvorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge.
(Struktur)
2 zeigt eine schematische Konfiguration einer Brennkraftmaschine 10, auf die die erste Bestimmungsvorrichtung angewendet wird. Die Maschine 10 ist eine Viertakt-/Fremdzündungsart-/Mehrzylinder- (in diesem Fall Vierzylinder) Benzinmaschine. Die Maschine 10 umfasst einen Hauptgehäuseabschnitt 20, ein Einlassluftsystem 30 und ein Abgassystem 40.
Der Hauptgehäuseabschnitt 20 umfasst einen Zylinderblockabschnitt und einen Zylinderkopfabschnitt. Der Hauptgehäuseabschnitt 20 ist mit einer Vielzahl (vier) von Verbrennungskammern (erster Zylinder #1 bis vierter Zylinder #4) 21 bereitgestellt, die jeweils durch eine obere Fläche eines Kolbens, einer Wandfläche eines Zylinders und eine untere Fläche des Zylinderkopfabschnitts gebildet werden.
In dem Zylinderkopfabschnitt gibt es Einlassöffnungen 22, wobei jede von diesen zum Zuführen ”eines Gemisches, das Luft und Kraftstoff umfasst” an jede der Brennkammern (jeden der Zylinder) 21 dient, und Auslassöffnungen 23, wobei jede von diesen zum Ausstoßen von Abgas (verbranntem Gas) aus jeder der Brennkammern 21 dient. Die Einlassöffnungen 22 werden durch nicht gezeigte Einlassventile geöffnet und geschlossen, und die Auslassöffnungen 23 werden durch nicht gezeigte Auslassventile geöffnet und geschlossen.
Eine Vielzahl (vier) von Zündkerzen 24 ist an dem Zylinderkopfabschnitt befestigt. Jede der Zündkerzen 24 ist auf solch eine Weise angeordnet, dass ihr Funken-erzeugender Abschnitt in einer Mitte von jeder der Brennkammern 21 und in der Umgebung der unteren Fläche des Zylinderkopfabschnitts freiliegt. Jede der Zündkerzen 24 ist konfiguriert, um einen Zündungsfunken von seinem Funkenerzeugungsabschnitt als Reaktion auf ein Zündsignal zu erzeugen.
Weiterhin ist eine Vielzahl (vier) von Kraftstoffeinspritzventilen (Einspritzdüsen) 25 an dem Zylinderkopfabschnitt befestigt. Jede der Kraftstoffeinspritzdüsen 25 ist für jede der Einlassöffnungen 22 einzeln bereitgestellt. Jede der Kraftstoffeinspritzdüsen 25 reagiert auf ein Einspritzanweisungssignal, um Kraftstoff, dessen Menge gleich einer ”angewiesenen Einspritzmenge ist, die in dem Einspritzanweisungssignal enthalten ist”, in seine entsprechende Einlassöffnung 22 einzuspritzen, wenn die Einspritzdüse normal ist. Auf diese Weise ist jede der Vielzahl von Zylindern mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 25 versehen, die den Kraftstoff unabhängig von den anderen Zylindern zuführt.
Weiterhin ist eine Einlassventilsteuerungseinheit 26 an dem Zylinderkopfabschnitt bereitgestellt. Die Einlassventilsteuerungseinheit 26 umfasst eine bekannte Struktur, um relative Winkel (Phasenwinkel) zwischen einer Einlassnockenwelle (nicht gezeigt) und Einlassnocken (nicht gezeigt) hydraulisch anzupassen und zu steuern. Die Einlassventilsteuerungseinheit 26 ist konfiguriert, um Öffnungszeiten der Einlassventile (Einlassventilöffnungszeitpunkte) als Reaktion auf ein Anweisungssignal (Ansteuersignal) zu ändern.
Das Einlasssystem 30 umfasst einen Einlasskrümmer 31, eine Einlassleitung 32, einen Luftfilter 33, ein Drosselklappenventil 34a und ein Drosselklappenstellglied 34a.
Der Einlasskrümmer 31 umfasst eine Vielzahl von Abzweigungsabschnitten, die jeweils mit jedem der Einlassöffnungen 22 verbunden sind; und einen Ausgleichstankabschnitt, an dem (zu dem) die Abzweigungsabschnitte gesammelt werde. Die Einlassleitung 32 ist mit dem Ausgleichstankabschnitt verbunden. Der Einlasskrümmer 31, die Einlassleitung 32 und die Vielzahl von Einlassöffnungen 22 bilden einen Einlassluftdurchlass. Ein Luftfilter ist an einem Randabschnitt der Einlassleitung 32 angeordnet. Das Drosselklappenventil 34 ist in der Einlassleitung 32 zwischen dem Luftfilter 33 und dem Einlasskrümmer 31 drehbar gelagert. Das Drosselklappenventil 34 wird gedreht, um den Öffnungsquerschnittsbereich des Einlassluftdurchlasses, der durch die Einlassleitung 32 gebildet wird, zu ändern. Ein Drosselklappenventilstellglied 34a umfasst einen Gleichstrommotor und dreht das Drosselklappenventil 34 als Reaktion auf ein Anweisungssignal (Ansteuersignal).
Das Auslasssystem 40 umfasst einen Auslasskrümmer 41, eine Auslassleitung (Abgasleitung) 42, einen stromaufwärts gelegenen Katalysator 43 und einen stromabwärts gelegenen Katalysator 44.
Der Auslasskrümmer 41 wird durch eine Vielzahl von Abzweigungsabschnitten 41a, die jeweils mit jedem der Auslassöffnungen 23 verbunden sind, und einen Sammelabschnitt (Abgassammelabschnitt) 41b, an dem (auf dem) diese Abzweigungsabschnitte 41a gesammelt werden, gebildet. Die Auslassleitung 42 ist mit dem Sammelabschnitt 41b des Auslasskrümmers 41 verbunden. Der Auslasskrümmer 41, die Auslassleitung 42 und eine Vielzahl von Auslassöffnungen 23 bilden einen Durchlass, den das Abgas passiert. Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Spezifikation der Sammelabschnitt 41b des Auslasskrümmers 41 und die Auslassleitung 42 der Einfachheit halber als ”Auslassdurchlass” bezeichnet werden.
Der stromaufwärts gelegene Katalysator 43 ist ein Drei-Wege-Katalysator, der ”Edelmetalle, die katalytische Substanzen sind” und ”Ceroxid (CeO₂)” auf einem Träger, der aus Keramik hergestellt ist, trägt, um eine Sauerstoffspeicherungs- und Sauerstofffreigebungsfunktion (Sauerstoffspeicherfunktion) aufzuweisen. Der stromaufwärts gelegene Katalysator 43 ist in der Auslassleitung 42 angeordnet (zwischengeschaltet). Wenn die Temperatur des stromaufwärts gelegenen Katalysators 43 eine vorbestimmte aktive Temperatur erreicht, übt er eine ”Katalysatorfunktion zum Reinigen von nicht verbrannten Komponenten (wie etwa HC, CO und H₂ usw.) und Stickstoffoxiden (NOx)” und die ”Sauerstoffspeicherungsfunktion” aus.
Der stromabwärts gelegene Katalysator 44 ist ein Drei-Wege-Katalysator, ähnlich dem stromaufwärts gelegenen Katalysator 43. Der stromabwärts gelegene Katalysator 44 ist in der Auslassleitung 42 und stromabwärts des stromaufwärts gelegenen Katalysators 43 angeordnet (zwischengeschaltet). Es sei angemerkt, dass der stromaufwärts gelegene Katalysator 43 und der stromabwärts gelegene Katalysator 44 andere Katalysatoren als die Drei-Wege-Katalysatoren sein können.
Die erste Bestimmungsvorrichtung umfasst einen Luftmengenmesser der Art eines Hitzdrahtes („hot wire type ais-flow meter”) 51, einen Drosselklappenpositionssensors 52, einen Kurbelwinkelsensor 53, einen Einlassnockenpositionssensor 54, einen stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 55, einen stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 56, einen Beschleunigeröffnungssensor 57 und einen Wassertemperatursensor 58.
Der Luftmengenmesser einer Art eines Hitzdrahtes 51 ist konfiguriert, um einen Massendurchsatz einer Einlassluft, die durch die Einlassleitung 32 strömt, zu erfassen, um ein Signal, das den Massendurchsatz (eine Einlassluftmenge pro Zeiteinheit, die in die Maschine 10 eingeführt wird) Ga darstellt, auszugeben.
Der Drosselklappenpositionssensor 52 ist konfiguriert, um eine Öffnung (Drosselklappenöffnung) des Drosselklappenventils 34 zu erfassen, um ein Signal, das eine Drosselklappenöffnung Ta angibt, auszugeben.
Ein Kurbelwinkelsensor (Kurbelpositionssensor) 53 ist konfiguriert, um ein Signal zu erzeugen, das eine enge Pulsbreite bei jeder Drehung um 10° der Kurbelwelle der Maschine 10 und eine breite Pulsbreite bei jeder Drehung um 360° der Kurbellwelle aufweist. Dieses Signal wird durch eine elektronische Steuerungseinheit 60, die später beschrieben wird, in eine Maschinendrehzahl NE umgewandelt.
Ein Einlassnockenpositionssensor 54 ist konfiguriert, um einen Puls auszugeben, jedes Mal, wenn eine Einlassnockenwelle um 90° rotiert, dann um weitere 90°, und weiterhin um 180° von einem vorbestimmten Winkel. Die elektronische Steuerungseinheit 60 ermittelt basierend auf den Signalen von dem Kurbelwinkelsensor 53 und dem Einlassnockenpositionssensor 54 einen Kurbelwinkel (einen absoluten Kurbelwinkel) CA mit Bezug auf eine Referenz, welcher ein oberer Verdichtungstotpunkt eines Referenzzylinders ist (zum Beispiel der erste Zylinder #1). Dieser Kurbelwinkel CA wird an dem oberen Verdichtungstotpunkt des Referenzzylinders auf (zu) einen ”0° Kurbelwinkel” gesetzt, und wird bis zu einem ”720° Kurbelwinkel” gemäß dem Drehwinkel der Kurbelwelle erhöht, und wird dann wieder auf einen 0° Kurbelwinkel gesetzt.
Der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 45 (der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 in der vorliegenden Erfindung) ist entweder in dem Auslasskrümmer 41 oder der Auslassleitung 42 angeordnet, an einer Position zwischen dem Sammelabschnitt 41b des Auslasskrümmers 41 und dem stromaufwärts gelegenen Katalysator 43 (das heißt in dem Auslassdurchlass). Der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor eines breiten Bereichs einer Grenzstromart mit einem Diffusionswiderstandsbereich, der in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. Hei 11-72473 , der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2000-65782 und der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2004-69547 usw. offenbart ist.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, besitzt der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 ein Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a, eine äußere Schutzabdeckung 55b und eine innere Schutzabdeckung 55c.
Die äußere Schutzabdeckung 55b ist ein Hohlzylinder, der aus Metall hergestellt ist. Die äußere Schutzabdeckung 55b nimmt die innere Schutzabdeckung 55c darin auf, um die innere Schutzabdeckung 55c abzudecken. Die äußere Schutzabdeckung 55b ist mit einer Vielzahl von Zufluss(Einströmungs-) Löchern 55b1 an seiner Seitenfläche bereitgestellt. Die Zuflusslöcher 55b1 sind Durchgangslöcher (Durchdringungslöcher), um zu verursachen, dass Abgas in den Abgasdurchlass (Abgas außerhalb der äußeren Schutzabdeckung 55b) EX fließt, um in ein Inneres der äußeren Schutzabdeckung 55b zu strömen. Weiterhin besitzt die äußere Schutzabdeckung 55b ein Abfluss-(Ablauf-)Loch 55b2 an seiner unteren Oberfläche zum Verursachen, dass das Abgas im Inneren der äußeren Schutzabdeckung 55b nach außen auf die Außenseite (den Abgasdurchlass) strömt.
Die innere Schutzabdeckung 55c ist aus Metall hergestellt und ist ein Hohlzylinder mit einem Durchmesser, der kleiner als der der äußeren Schutzabdeckung 55b ist. Die innere Schutzabdeckung 55c nimmt das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a darin auf, um das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a abzudecken. Die innere Schutzabdeckung 55c ist mit einer Vielzahl von Zufluss-(Einlauf-)Löchern 55c1 an ihrer Seitenfläche versehen. Die Zuflusslöcher 55c1 sind Durchgangslöcher (Durchdringungslöcher), um zu verursachen, dass Abgas, das in einen ”Raum zwischen der äußeren Abdeckungshülle 55b und der inneren Abdeckungshülle 55c” durch die Zuflusslöcher 55b1 der äußeren Schutzabdeckung 55b geströmt ist, ins Innere der inneren Schutzabdeckung 55c strömt. Weiterhin besitzt die innere Schutzabdeckung 55c ein Abflussloch (Ablaufloch) 55c2 an ihrer unteren Oberfläche, um zu verursachen, dass das Abgas innerhalb der inneren Schutzabdeckung 55c nach außen strömt.
Wie in 5 gezeigt ist, umfasst das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a eine feste Elektrolytschicht 551, eine abgasseitige Elektrodenschicht 552, eine atmosphärenseitige Elektrodenschicht 553, eine Diffusionswiderstandsschicht 554 und einen Wandabschnitt 555.
Die Festelektrolytschicht 551 hat einen gesinterten Oxidkörper („oxid sintered body”) mit einer Sauerstoff-Ionen-Leitfähigkeit. In desem Beispiel ist die Festelektrolytschicht 551 ein ”stabilisiertes Zirkoniumelement”, in dem CaO als ein Stabilisierungsmittel in ZrO₂ (Zirkonium) fest gelöst („solidsolved”) ist. Die Festelektrolytschicht 551 übt eine bekannte ”Sauerstoffzellencharakteristik” und eine ”Sauerstoffpumpencharakteristik” aus, wenn seine Temperatur gleich oder höher als eine Aktivierungstemperatur ist.
Die abgasseitige Elektrodenschicht 552 besteht aus einem Edelmetall, wie etwa Platin (Pt), mit einer hohen katalytischen Aktivität. Die abgasseitige Elektrode 552 wird auf einer von Oberflächen der Festelektrolytschicht 551 gebildet. Die abgasseitige Elektrodenschicht 552 wird durch einen chemischen Beschichtungsprozess oder Ähnliches hergestellt, um eine ausreichend Permeabilität aufzuweisen (das heißt, sie ist porös).
Die atmosphärenseitige Elektrodenschicht 553 besteht aus einem Edelmetall, wie etwa Platin (Pt) mit einer hohen katalytischen Aktivität. Die atmosphärenseitige Elektrode 553 wird auf der anderen der Oberflächen der Festelektrolytschicht 551 geformt, um der abgaseitigen Elektrodenschicht 552 gegenüberzuliegen, um die Festelektrolytsichicht 551 dazwischen einzuklemmen. Die Atmosphärenelektrodenschicht 553 wird durch einen chemischen Beschichtungsprozess oder Ähnliches hergestellt, um eine ausreichende Permeabilität aufzuweisen (das heißt, sie ist porös).
Die Diffusionswiderstandsschicht (Diffusionsbegrenzungsschicht) 554 besteht aus porösem Keramik (wärmeresistente anorganische Substanz). Die Diffusionswiderstandsschicht 554 wird zum Beispiel durch einen Plasmaspritzprozess oder Ähnliches hergestellt, um die äußere Oberfläche der abgasseitigen Elektrodenschicht 552 abzudecken.
Der Wandabschnitt 555 besteht aus einer dichten Aluminiumoxidkeramik, durch die kein Gas durchkommt. Der Wandabschnitt 555 ist konfiguriert, um eine ”Atmosphärenkammer 557” zu bilden, die ein Raum ist, die die atmosphärenseitige Elektrodenschicht 553 aufnimmt. Eine Atmosphäre wird in die Atmosphärenkammer 557 eingelassen.
Der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 ist mit einer Energieversorgung 558 verbunden. Die Energieversorgung 558 legt eine Spannung V auf solch eine Weise an, dass die Atmosphärenelektrodenschicht 553 ein hohes Potential aufweist und die abgasseitige Schicht ein niedriges Potential aufweist.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer ist, ändert der so konfigurierte stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 Sauerstoff, der die abgasseitige Elektrodenschicht 552 durch die Diffusionswiderstandsschicht 554 erreicht hat, in Sauerstoffionen um, um zu verursachen, dass der Sauerstoff die Atmosphärenelektrodenschicht 553 passiert. Als ein Ergebnis fließt ein Strom I von der positiven Elektrode der Energieversorgung 558 zu der negativen Elektrode der Energieversorgung 558. Die Größe des Stroms I wird ein konstanter Wert proportional zu der Konzentration des Sauerstoffs (des Teildrucks des Sauerstoffs, des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases), der die abgasseitige Elektrodenschicht 552 erreicht hat, wenn die Spannung V auf einen Wert eingestellt wird, der gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert V_p ist (wie in 6 gezeigt ist). Der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 wandelt diesen Strom (das heißt, den Grenzstrom Ip) in eine Spannung um, um die umgewandelte Spannung als einen Ausgabewert Vabyfs auszugeben.
Im Gegensatz dazu, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter ist, ändert der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 Sauerstoff, der in der Atmosphärenkammer 557 vorhanden ist, in Sauerstoffionen um, um zu verursachen, dass sich der Sauerstoff auf die abgasseitige Elektrodenschicht 552 bewegt, und nicht verbrannte Substanzen oxidiert (HC, CO und H₂, usw.), die die abgasseitige Elektrodenschicht 552 erreichen, nachdem diese durch die Diffusionswiderstandsschicht 554 passieren. Als ein Ergebnis fließt ein Strom I von der negativen Elektrode der Energieversorgung 558 zu der positiven Elektrode der Energieversorgung 558. Die Größe des Stroms I wird ein konstanter Wert proportional zu der Konzentration von nicht verbrannten Substanzen (das heißt, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases), die die abgasseitige Elektrodenschicht 552 erreicht haben, wenn die Spannung V auf einen Wert gesetzt wird, der gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert V_p ist, wie in 6 gezeigt ist. Der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 wandelt diesen Strom (das heißt, den Grenzstrom Ip) in eine Spannung um, um die umgewandelte Spannung als den Ausgabewert Vabyfs auszugeben.
Das heißt, wie in 7 gezeigt ist, das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a gibt, als die „Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs”, den Ausgabewert Vabyfs aus, der in Abhängigkeit von (entsprechend mit) dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gases (ein stromaufwärtiges Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs, ein erfasstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs), das das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a erreicht hat, nachdem es die Einflusslöcher 55b1 der äußeren Schutzabdeckung 55b und die Einflusslöcher 55c1 der inneren Schutzabdeckung 55c passiert hat, während es an einen disponierten Ort des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 55 strömt, variiert. Die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs erhöht sich (wird größer), wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gases, das das Element zum Erfassen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a erreicht, größer (magerer) wird. Das heißt, die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs ist im Wesentlichen proportional zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das das Element zum Erfassen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a erreicht.
Eine elektronische Steuerungseinheit 60, die später beschrieben wird, speichert eine Tabelle zum Umwandeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Übersicht) Mapabyfs, die in 7 gezeigt ist, und wendet die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs auf die Tabelle zum Umwandeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Mapabyfs (Vabyfs) an, um ein tatsächliches stromaufwärtiges Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs zu erfassen (das heißt, um das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs zu ermitteln).
Im Übrigen ist der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 zwischen dem Sammelabschnitt 41b des Auslasskrümmers 41 und dem stromaufwärts gelegenen Katalysator 43 auf solch eine Weise angeordnet, dass die äußere Schutzabdeckung 55b entweder in dem Auslasskrümmer 41 oder der Auslassleitung 42 freiliegt. Gleichzeitig ist die Mittelachse der äußeren Schutzabdeckung 55b senkrecht zu der Strömungsrichtung des Abgases und ist die untere Oberfläche der äußeren Schutzabdeckung 55b parallel mit der Strömungsrichtung des Abgases.
Deshalb, wie in 3 und 4 gezeigt ist, passiert Abgas EX, das durch den Abgasdurchlass strömt, die Einflusslöcher 55b1 der äußeren Schutzabdeckung 55b, um in den ”Raum zwischen der äußeren Schutzabdeckung 55b und der inneren Schutzabdeckung 55c” zu strömen (vgl. Pfeil Ar1). Danach, wie durch einen Pfeil A2 angegeben ist, passiert dieses Abgas die Einflusslöcher 55c1 der inneren Schutzabdeckung 55c, um in das ”Innere der inneren Schutzabdeckung 55c” zu strömen, und erreicht das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a. Danach, wie durch einen Pfeil Ar3 angegeben ist, passiert dieses Abgas das ”Abflussloch 55c2 der inneren Schutzabdeckung 55c und das Abflussloch 55b2 der äußeren Schutzabdeckung 55b, um nach außen in den Abgasdurchlass zu strömen. Das heißt, das Abgas EX, das die Einflusslöcher 55b1 der äußeren Schutzabdeckung 55b erreicht hat, wird ins Innere der äußeren Schutzabdeckung 55b und der inneren Schutzabdeckung 55c gesaugt, durch die Strömung des Abgases EX in der Umgebung des Abflussloches 55b2 der äußeren Schutzabdeckung 55b innerhalb des Abgasdurchlasses.
Deshalb variiert die Strömungsrate des Abgases innerhalb der äußeren Schutzabdeckung 55b und der inneren Schutzabdeckung 55c in Abhängigkeit von (entsprechend mit) der Strömungsrate des Abgases EX, das in der Umgebung des Abflussloches 55b2 der äußeren Schutzabdeckung 55b strömt (und dementsprechend in Abhängigkeit der Einlassluftströmungsrate Ga, die die Einlassluftmenge pro Zeiteinheit ist). Mit anderen Worten eine Zeitperiode von einem ”Zeitpunkt, wenn ein Abgas (erstes Abgas) mit einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis die Einflusslöcher 55b1 erreicht hat” zu einem ”Zeitpunkt, wenn dieses erste Abgas das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a erreicht”, hängt von der Einlassluftkraftstoffrate Ga, aber hängt nicht von der Maschinendrehzahl NE ab. Dies wird auf einen Fall angewendet, in dem der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 nur die innere Schutzabdeckung aufweist.
Als ein Ergebnis, zum Beispiel, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, und somit das Abgas, das von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark auf eine fettere Seite abweicht, beginnt, die Einflusslöcher 55b1 zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erreichen, wird dieses Abgas das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a ein bisschen später von diesem Zeitpunkt erreichen. Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Strömungsrate des Abgases, das ins Innere der äußeren Schutzabdeckung 55b und der inneren Schutzabdeckung 55c strömt, durch die Strömungsrate des Abgases, das durch den Abgasdurchlass strömt, bestimmt.
Weiterhin ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a kontaktiert, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das durch Mischen ”des Abgases, das das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a neu erreicht” und ”des Abgases, das bereits in der Umgebung des Elements zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a vorhanden ist”. Deshalb wird eine Änderungsrate des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases in Kontakt mit dem Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a (bzw. das dieses erreicht) (wobei die Änderungsrate ein Zeitdifferentialwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, und deshalb ein Differentialwert des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs mit Bezug auf Zeit, einer erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, einer Neigung (Steigung) einer Änderung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses) größer (erhöht sich), wenn die ”Einlassluftströmungsrate Ga, die im Wesentlichen proportional zu der Strömungsrate des Abgases EX ist” größer wird. Das heißt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in Kontakt mit dem Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a (bzw. das dieses erreicht) verringert sich stark, wenn die Einlassluftströmungsrate Ga größer ist.
Danach beginnt ein Abgas, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht stark von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht, die Einflusslöcher 55b1 zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erreichen. Dieses Abgas wird das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a ein bisschen später von diesem Zeitpunkt erreichen. Jedoch wird auch in diesem Fall, wie vorstehend beschrieben, die Strömungsrate des Abgases, das durch das Innere der äußeren Schutzabdeckung 55b und der inneren Schutzabdeckung 55c strömt, durch die Strömungsrate des Abgases EX, das durch den Abgasdurchlass strömt, bestimmt. Deshalb erhöht sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in Kontakt mit dem Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a (bzw. das dieses erreicht) stark, wenn das Einlass-Luft-Kraftstoff-Verhältnis Ga größer wird.
Einerseits wird ein Zeitintervall (das heißt eine Periode einer Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses) kürzer, wobei das Zeitintervall zwischen Punkten liegt, an denen das Abgas, das von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark auf eine fettere Seite abweicht, beginnt, die Einflusslöcher 55b1 zu erreichen, wenn die Maschinendrehzahl NE größer wird. Wie vorstehend beschrieben, wird die Strömungsrate des Abgases, das durch das Innere der äußeren Schutzabdeckung 55b und der inneren Schutzabdeckung 55c strömt, jedoch durch die Strömungsrate des Abgases, das durch den Abgasdurchlass strömt, bestimmt, und wird nicht durch die Maschinendrehzahl NE beeinträchtigt. Deshalb, solange die Einlassluftkraftstoffrate Ga nicht geändert wird, ändert sich die Änderungsrate des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs nicht (vgl. die Neigungen α1, α2 von (B) in 1).
Wieder Bezug nehmend auf 2 ist der stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 56 in der Auslassleitung 42 (das heißt in dem Abgasdurchlass) an einer Position zwischen dem stromaufwärts gelegenen Katalysator 43 und dem stromabwärts gelegenen Katalysator 44 angeordnet. Der stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 56 ist ein bekannter Sauerstoffkonzentrationssensor einer Konzentrationszellenart „concentration-cell-type oxygen concentration sensor”) (O₂-Sensor-). Der stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 57 ist konfiguriert, um einen Ausgabewert Voxs entsprechend einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (stromabwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis afdown) von Abgas, das eine Position passiert, an der der stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 56 angeordnet ist, zu erzeugen.
Wie in 8 gezeigt ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines zu erfassenden Gases mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter ist, wird der Ausgabewert Voxs des stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 56 ein maximaler Ausgabewert max (zum Beispiel ungefähr 0,9 V). Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zu erfassenden Gases mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer ist, wird der Ausgabewert Voxs sein minimaler Ausgabewert min (zum Beispiel ungefähr 0,1 V). Weiterhin, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des erfassten Gases gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, stimmt der Ausgabewert Vox mit einem Wert, der ungefähr gleich einer Zwischenspannung Vst (Mittelspannung Vst, zum Beispiel ungefähr 0,5 V) zwischen dem maximalen Ausgabewert max und dem minimalen Ausgabewert min überein. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zu erfassenden Gases sich von einem fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, ändert sich der Ausgabewert Voxs schnell von dem maximalen Ausgabewert max zu dem minimalen Ausgabewert min. Ähnlich, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gases, das zu erfassen ist, sich von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, ändert sich der Ausgabewert Voxs schnell von dem minimalen Ausgabewert min zu dem maximalen Ausgabewert max.
Der Beschleunigungsöffnungssensor 57, der in 2 gezeigt ist, ist konfiguriert, um einen Operationsbetrag des Beschleunigerpedals AP, das durch den Fahrer betätigt wird, zu erfassen, um ein Signal auszugeben, das den Operationsbetrag Accp des Beschleunigerpedals AP darstellt.
Der Wassertemperatursensor 58 ist konfiguriert, um eine Temperatur eines Kühlmittels der Brennkraftmaschine 10 zu erfassen, um ein Signal auszugeben, das in der Kühlmitteltemperatur THW darstellt.
Der elektronische Steuerungseinheit 60 ist ein ”bekannter Mikrocomputer”, der eine ”CPU, eine ROM, eine RAM, eine Backup-RAM (oder einen nichtflüchtigen Speicherwert bei einem EEPROM, usw.) und eine Schnittstelle mit einem AD-Wandler usw. umfasst”.
Der Backup-RAM ist konfiguriert, um eine Energie zu empfangen, die von einer Batterie zugeführt wird, die an einem Fahrzeug angebracht ist, an dem die Maschine 10 angebracht ist, unabhängig von einer Position (einer AUS-Position, einer Startposition, einer AN-Position oder Ähnliches) eines nicht dargestellten Zündschlüsselschalters des Fahrzeugs. Wenn der Backup-RAM die Energie, die von der Batterie zugeführt wird, empfängt, speichert der Backup-RAM Daten (Daten werden in den Backup-RAM geschrieben) als Reaktion auf eine Anweisung von der CPU, und behält (speichert) diese Daten auf solch eine Weise, dass die Daten lesbar sind.
Die Schnittstelle der elektronischen Steuerungseinheit 60 ist mit den vorstehend erwähnten Schaltern 51 bis 58 verbunden, um Signale von diesen Schaltern 51 bis 58 an die CPU zuzuführen. Weiterhin ist die Schnittstelle konfiguriert, um Anweisungssignale (Ansteuersignale) an die Zündkerze 24 von jedem der Zylinder die Kraftstoffeinspritzdüse 25, die für jeden der Zylinder bereitgestellt ist, die Einlassventilsteuerungseinheit 26 und das Drosselklappenstellglied 34a gemäß den Anweisungen von der CPU zu senden. Es sei angemerkt, dass die elektronische Steuerungseinheit 60 konfiguriert ist, um das Anweisungssignal an das Drosselklappensteliglied 34a auf solch eine Weise zu senden, dass die Drosselklappenventilöffnung TA vergrößert wird, wenn der erhaltene Operationsbetrag Accp des Beschleunigerpedals größer wird.
(Überblick der Operation)
Die erste Bestimmungsvorrichtung führt die Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern basierend auf Werten, die einem Differential zweiter Ordnung entsprechen durch, ähnlich zu den anderen Vorrichtungen zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen Zylindern gemäß den anderen Ausführungsbeispielen, die später beschrieben werden. Der Wert, der einem Differential zweiter Ordnung entspricht, ist ein Wert, der sich entsprechend (in Abhängigkeit von) dem ”Differentialwert zweiter Ordnung (d²(abyfs)/dt²) mit Bezug auf Zeit” des ”erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das basierend auf der Ausgabe (Ausgabewert Vabyfs) des stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 55 erhalten wird”, ändert.
Genauer führt die erste Bestimmungsvorrichtung die Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß den folgenden Prozeduren aus.
(Erste Prozedur) Die erste Bestimmungsvorrichtung ermittelt den Ausgabewert Vabyfs des stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 55 jedes Mal, wenn eine konstante Abtastzeitperiode ”ts” abläuft.
(Zweite Prozedur) Die erste Bestimmungsvorrichtung ermittelt das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs durch Anwenden des Ausgabewerts Vabyfs auf die Tabelle zum Umwandeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Mapabyfs, die in 7 gezeigt ist, jedes Mal, wenn die konstante Abtastzeitperiode ”ts” abläuft.
(Dritte Prozedur) Die erste Bestimmungsvorrichtung ermittelt eine momentane Änderungsrate d1AF(n) des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, durch Subtrahieren, von dem erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs (nachstehend ebenso als ”momentan erfasstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs(n)”) zu einem bestimmten Zeitpunkt, wenn eine beliebige Abtastzeitperiode ts abgelaufen ist, das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs (nachstehend ebenso als ”vorher erfasstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs(n – 1)”) zu einem Zeitpunkt der Abtastzeitperiode ts vor dem bestimmten Zeitpunkt. Da die Abtastzeitperiode ”ts” kurz ist, kann gesagt werden, dass die momentan erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n) ein Differentialwert erster Ordnung dabyfs/dt mit Bezug auf Zeit ist (ein zeitlicher Differentialwert). Es sei angemerkt, dass nachstehend eine Variable mit dem Zusatz (n) einen momentanen (aktualisierten) Wert bedeutet, und eine Variable mit dem Zusatz (n – m) eine ”Variable m-Mal vorher (d. h. eine Variable zu einer Zeitperiode von (m·ts) vorher)” bedeutet.
(Vierte Prozedur) Die erste Bestimmungsvorrichtung subtrahiert, von der momentan erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n), die vorher erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n – 1) (zu dem Zeitpunkt der Abtastzeitperiode ”ts” vorher), um eine Änderungsrate d2AF(n) der erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu berechnen. Da die Abtastzeitperiode ”ts” kurz ist, kann gesagt werden, dass die Änderungsrate d2AF(n) der erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ein Differentialwert zweiter Ordnung d²(abyfs)/dt² des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs mit Bezug auf Zeit ist.
(Fünfte Prozedur) Die erste Bestimmungsvorrichtung übernimmt den Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) als einen Wert HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, und vergleicht den absoluten Wert |HD2AF| des Werts HD2AF, der dem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, mit einem ersten Schwellenwert Th1. Wenn der absolute Wert |HD2AF| größer als der erste Schwellenwert Th1 ist, bestimmt die erste Bestimmungsvorrichtung, dass ein Zustand eines Ungleichgewichts des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist.
Es sei angemerkt, dass das Abtasten des Ausgabewerts Vabyfs jedes Mal ausgeführt wird, wenn die Abtastzeitperiode ”ts” abläuft, es jedoch nicht notwendig ist, dass die anderen Berechnungen jedes Mal dann ausgeführt werden, wenn die Abtastzeitperiode ”ts” abläuft. Das heißt, zum Beispiel, die erste Bestimmungsvorrichtung kann die Ausgabewerte Vabyfs, von denen jeder bei jedem Ablauf einer Abtastzeitperiode erhalten wird, bis eine Einheitsverbrennungszyklusperiode abgelaufen ist, erhalten und in dem RAM speichern. Danach, wenn eine Einheitsverbrennungszyklusperiode abgelaufen ist, kann die erste Bestimmungsvorrichtung basierend auf einer ”Vielzahl der Ausgabewerte Vabyfs, die in dem RAM gespeichert sind, ”das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs, die erfassten Änderungsraten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n), und Differentialwerte zweiter Ordnung d2AF(n)” zu Zeitpunkten, jedes Mal wenn eine Abtastzeitperiode innerhalb der einen Einheitsverbrennungszyklusperiode abgelaufen ist, ermitteln.
Die ”Einheitsverbrennungszyklusperiode” ist eine Zeitperiode, die für einen beliebigen Zylinder einer Vielzahl der Zylinder (in diesem Beispiel alle der Zylinder), dessen Abgase den stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 erreichen, erforderlich ist, um eine Verbrennungszyklusperiode zu beenden, die aus ”einem Einlasstakt, einem Verdichtungstakt, einem Expansionstakt und einem Abgastakt” gebildet ist. Da die Maschine 10 eine Vierzylinder-/Viertaktmaschine ist, ist die Einheitsverbrennungszyklusperiode eine ”Zeitperiode, in der der Kurbelwinkel der Maschine um 720° erhöht wird”.
(Tatsächlicher Betrieb)
Ein tatsächlicher Betrieb der ersten Bestimmungsvorrichtung wird als Nächstes beschrieben.
Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge
Die CPU der elektronischen Steuerungseinheit 60 führt wiederholt eine ”Routine zum Berechnen eines Kraftstoffeinspritzbetrags Fi und Bereitstellen einer Kraftstoffeinspritzanweisung”, die in 9 gezeigt ist, jedes Mal dann aus, wenn ein Kurbelwinkel eines bestimmten Zylinders mit einem vorbestimmten Kurbelwinkel (z. B. BTDC 90° CA) vor einem oberen Einlasstotpunkt für diesen Zylinder (nachstehend ebenso als ”Kraftstoffeinspritzzylinder” bezeichnet) übereinstimmen. Deshalb startet die CPU an einem geeigneten Zeitpunkt einen Prozess von Schritt 900, um nachfolgend Prozesse von Schritten von Schritt 910 bis Schritt 940, die nachstehend beschrieben werden, auszuführen, und geht danach zu Schritt 995 über, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Schritt 910: Die CPU ermittelt eine ”In-Zylinder-Einlassluftmenge Mc(k)”, die eine ”Luftmenge, die in den Kraftstoffeinspritzzylinder aufgenommen wird” ist, basierend auf einer ”Einlassluftströmungsrate Ga, die durch den Luftmengenmesser 51 gemessen wird, einer Maschinendrehzahl NE und einer Nachschlagetabelle MapMc”. Die In-Zylinder-Einlassluftmenge Mc(k) wird in dem RAM in Korrelation zu jedem der Einlasstakte gespeichert. Die In-Zylinder-Einlassluftmenge bzw. die Einlassluftmenge in den Zylinder Mc(k) kann durch ein bekanntes Luftmodell (ein ”Modell, das gemäß einem Gesetz der Physik konstruiert ist”, das das Verhalten von Luft in den Einlassluftdurchlass simuliert, berechnet werden.
Schritt 920: Die CPU ermittelt eine Basiskraftstoffeinspritzmenge Fbase durch Teilen der Einlassluftmenge in den Zylinder Mc(k) durch ein stromaufwärtiges Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfr. Das stromaufwärtige Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfr wird, mit Ausnahme der spezifischen Fälle, auf das stächiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis stoich eingestellt.
Schritt 930: Die CPU ermittelt einen finalen Kraftstoffeinspritzbetrag Fi durch Korrigieren des Basiskraftstoffeinspritzbetrags Fbase mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrag DFi (durch Addieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrags DFi). Das Berechnungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrags DFi ist bekannt. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrag DFi ist der Korrekturbetrag, damit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das der Maschine zugeführt wird, mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt. Wenn zum Beispiel eine vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbedingung erfüllt ist, kann der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrag DFi wie nachstehend beschrieben erhalten werden. Es sei angemerkt, dass wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbedingung nicht erfüllt ist, der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrag DFi auf ”0” gesetzt wird.
Die CPU ermittelt einen Ausgabewert Vabyfc für die Regelung gemäß einer Formel (1), die nachstehend beschrieben ist. In der Formel (1) ist Vabyfs die Ausgabe des stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 55, und ist Vafsfb ein Teilrückführbetrag, der basierend auf der Ausgabe Voxs der stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 56 berechnet wird. Ein Berechnungsverfahren des Teilrückführbetrags Vafsfb wird nachstehend beschrieben. Vabyfc = Vabyfs + Vafsfb (1)
Die CPU ermittelt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfsc für die Regelung gemäß einer Formel (2), die nachstehend beschrieben ist, durch Anwenden des vorstehend erwähnten Ausgabewerts Vabyfc für die Regelung auf die Tabelle einer Umwandlung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Mapabyfs, die in 7 gezeigt ist. abyfsc = Mapabyfs(Vabyfc) (2)
Die CPU berechnet einen ”In-Zylinder-Kraftstoffzuführbetragfehler DFc”, der einen Überschuss und ein Defizit in dem Kraftstoff darstellt, der dem Zylinder N-Hübe bzw. Takte vorher eingeführt wird, gemäß Formeln (3) bis (5).
Eine Einlassluftmenge in den Zylinder Mc(k – N) ist eine ”Einlassluftmenge in den Zylinder N-Zyklen vor dem momentanen Zeitpunkt”.
Eine Kraftstoffzuführmenge in den Zylinder Fc(k-N) ist eine ”Menge des Kraftstoffs, der tatsächlich zu den Brennkammern 21 zugeführt wird, N-Zyklen vor dem momentanen Zeitpunkt”.
Eine Sollkraftstoffzuführmenge in den Zylinder Fcr(k – N) ist eine ”Menge an Kraftstoff, die an die Brennkammern 21 zuzuführen ist, N-Zyklen vor dem momentanen Zeitpunkt”. Fc(k – N) = Mc(k – N)/abyfsc (3) Fcr = Mc(k – N)/abyfr (4) DFc = Fcr (k – N) – Fc(k – N) (5)
Die CPU berechnet den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrag DFi gemäß einer Formel (6), die nachstehend beschrieben ist.

Gp: ist eine voreingestellte proportionale Verstärkung.
Gi: ist eine voreingestellte integrale Verstärkung.
SDFc: ist ein ”Integralwert des Kraftstoffzuführbetragfehlers in den Zylinder DFc”.

DFi = Gp·DFc + Gi·SDFc (6)

Die CPU berechnet zum Beispiel den Teilrückführbetrag Vafsfb, wie nachstehend beschrieben ist.
Die CPU ermittelt einen ”Ausgabefehlerbetrag DVoxs”, der eine Differenz zwischen einem ”stromabwärts gelegenen Sollwert Voxsref entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis” und der ”Ausgabe Voxs des stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 56” gemäß nachstehender Formel (7) ist. DVoxs = Voxsref – Voxs (7)
Die CPU ermittelt den Teilrückführbetrag Vafsfb gemäß nachstehender Formel (8).

Kp: ist eine voreingestellte proportionale Verstärkung (proportionale Konstante).
Ki: ist eine voreingestellte integrale Verstärkung (integrale Konstante).
Kd: ist eine voreingestellte differentielle Verstärkung (differentielle Konstante).
SDVoxs: ist ein vorübergehender integraler Wert des Ausgabefehlerbetrags DVoxs.
DDVoxs: ist ein vorübergehender differentieller Wert des Ausgabefehlerbetrags DVoxs.

Vafsfb = Kp·DVoxs + Ki·DDVoxs (8)

Das heißt, die CPU berechnet den ”Teilrückführbetrag Vafsfb” durch eine Proportional-Integral-Differential-(PID)-Steuerung, damit die Ausgabe Voxs des stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 56 mit dem stromabwärts gelegenen Sollwert Voxsref übereinstimmt. Wie in vorstehender Formel (1) beschrieben ist, wird der Teilrückführbetrag Vafsfb verwendet, um den Ausgabewert Vabyfc für die Regelung zu berechnen.
Schritt 940: Die CPU sendet ein Anweisungssignal an die ”Kraftstoffeinspritzdüse 25, die für den Kraftstoffeinspritzzylinder bereitgestellt ist”, so dass Kraftstoff, dessen Betrag gleich dem finalen Kraftstoffeinspritzbetrag (angewiesener Einspritzbetrag) Fi ist, von dieser Kraftstoffeinspritzdüse 25 einzuspritzen ist.
Auf diese Weise wird der Betrag an Kraftstoff, der von jeder der Kraftstoffeinspritzdüsen 25 eingespritzt wird, gleichförmig erhöht und verringert, unter Verwendung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführbetrags DFi, der für alle Zylinder gemeinsam ist.
<Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern>
Prozesse zum Durchführen der ”Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern” werden mit Bezug auf die 10 und 11 beschrieben. Die CPU ist konfiguriert, um eine ”Routine zum Ermitteln des Werts HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht” auszuführen, die durch ein Ablaufdiagramm von 10 gezeigt ist, jedes Mal, wenn 4 ms (4 ms = vorbestimmte Abtastzeit ”ts”) ablaufen.
Deshalb startet die CPU zu einem geeigneten Zeitpunkt einen Prozess bei Schritt 1000, um nachfolgend Prozesse von Schritten von Schritt 1010 bis 1070, die nachstehend beschrieben sind, auszuführen, und geht zu Schritt 1095 über, um die vorliegende Routine vorübergehend zu beenden.
Schritt 1010: Die CPU ermittelt die Ausgabe Vabyfs (Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs) des stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 55 zum vorliegenden Zeitpunkt durch Durchführen einer A/D-Wandlung.
Schritt 1020: Die CPU ermittelt das momentan erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs(n) durch Anwenden der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs auf die Tabelle zum Umwandeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Mapabyfs.
Schritt 1030: Die CPU ermittelt die momentan erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1A1(n) (das heißt, einen Differentialwert erster Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs mit Bezug auf Zeit) durch Subtrahieren des vorher erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs(n – 1) von dem momentan erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs(n).
Schritt 1040: Die CPU ermittelt eine Änderungsrate d2AF(n) der erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch Subtrahieren der vorher erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n-1) von der momentan erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n). Da die Änderungsrate d2AF(n) der erfassten Änderungsrate des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Differentialwert der erfassten Änderungsrate des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n) mit Bezug auf Zeit ist, ist die Änderungsrate d2AF(n) der Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs mit Bezug auf Zeit.
Schritt 1050: Die CPU speichert das momentan erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs(n) als das vorher erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs(n – 1) für die nächste Berechnung.
Schritt 1060: Die CPU speichert die momentan erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1A1(n) als die vorher erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n – 1) für die nächste Berechnung.
Schritt 1070: Die CPU speichert den Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) als den Wert HD2AF, der dem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht.
Mit dem vorstehend beschriebenen Prozessen wird der Wert HD2AF, entsprechend dem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu jedem Ablauf von 4 ms (der Abtastzeit ts) erhalten.
Weiterhin ist die CPU konfiguriert, um eine ”Routine zur Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern”, dass durch ein Ablaufdiagramm von 11 gezeigt ist, jedes Mal, wenn die Abtastzeit ”ts” (oder eine vorbestimmte Zeitperiode, die eine natürliche Zahl mal größer ist als die Abtastzeitperiode ”ts”) abläuft, auszuführen. Deshalb, startet die CPU zu einem geeigneten Zeitpunkt einen Prozess von Schritt 1100, um zu Schritt 1110 überzugehen, an dem die CPU bestimmt, ob eine Bedingung (eine Bestimmungsausführungsbedingung, eine Bestimmungsgewährungsbedingung) zum Durchführen der Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern erfüllt ist oder nicht.
Diese Bestimmungsausführungsbedingung ist erfüllt, wenn alle der folgenden Bedingungen A1 bis A4 erfüllt sind. Es sei angemerkt, dass die Bestimmungsausführungsbedingung eine Bedingung sein kann, die erfüllt ist, wenn die Bedingungen A1, A3 und A4 hergestellt sind. Natürlich kann die Bestimmungsausführungsbedingung eine Bedingung sein, die erfüllt ist, wenn andere zusätzliche Bedingungen weiterhin erfüllt sind.
(Bedingung A1) Die Einlassluftströmungsrate Ga ist größer als ein Einlassluftströmungsratenschwellenwert auf einer unteren Seite (eine erste Schwellenwert-Luftströmungsrate) Ga1th und kleiner als ein Einlassluftströmungsratenschwellenwert auf einer oberen Seite (eine zweite Schwellenwert-Luftströmungsrate) Ga2th. Es sei angemerkt, dass der Einlassluftströmungsratenschwelenwert Ga2th auf der oberen Seite größer ist als der Einlassluftströmungsratenschwellenwert auf der unteren Seite Ga1th.
(Bedingung A2) Die Maschinendrehzahl NE ist größer als ein Schwellenwert einer Maschinendrehzahl auf einer unteren Seite (eine erste Maschinendrehzahl) NE1th und kleiner als ein Schwellenwert einer Maschinendrehzahl auf einer oberen Seite (eine zweite Schwellenwert-Maschinendrehzahl) NE2th. Es sei angemerkt, dass der Schwellenwert einer Maschinendrehzahl auf einer oberen Seite NE2th größer ist als der Schwellenwert einer Maschinendrehzahl auf der unteren Seite NE1th.
(Bedingung A3) Die Maschine befindet sich nicht in einem Kraftstoffabsperrzustand.
(Bedingung A4) Der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 ist aktiviert, und ist nicht abnormal.
(Bedingung A5) Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung wird durchgeführt.
Wenn die Bestimmungsausführungsbedingung nicht erfüllt ist, nimmt die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1110 vor, um direkt zu Schritt 1195 überzugehen, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden. Deshalb wird in diesem Fall die Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern nicht ausgeführt.
Im Gegensatz dazu, wenn die Bestimmungsausführungsbedingung erfüllt ist, nimmt die CPU eine ”Ja”-Bestimmung bei Schritt 1010 vor, um zu Schritt 1020 überzugehen, in dem die CPU den Wert HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, der separat durch die in 10 gezeigte Routine erhalten wird, ermittelt.
Nachfolgend geht die CPU zu Schritt 1130 über, um zu bestimmen, ob der absolute Wert |HD2AF| des Werts HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, größer ist als der erste Schwellenwert Th1, oder nicht. Der erste Schwellenwert Th1 ist ein positiver Wert und wird im Voraus experimentell bestimmt. Wenn der absolute Wert |HD2AF| größer als der erste Schwellenwert Th1 ist, nimmt die CPU eine ”Ja”-Bestimmung bei Schritt 1130 vor, um zu Schritt 1140 überzugehen, an dem die CPU einen Wert eines Markers eines Auftretens eines Ungleichgewichtszustands in Luft-Kraftstoff-Verhältnissen unter den Zylindern XINB (nachstehend ebenso als ”Ungleichgewichtsereignismarker XINB” bezeichnet) auf ”1” setzt. Das heißt, die CPU bestimmt, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter den Zylindern auftritt. Weiterhin kann die CPU zu diesem Zeitpunkt eine Warnlampe einschalten, die nicht gezeigt ist. Danach geht die CPU über zu Schritt 1195, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Der Wert dieses Ungleichgewichtsereignismarkers XINB (und ein Marker eines Auftretens eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine fette Seite XINBR, der nachstehend beschrieben wird, und ein Marker eines Auftretens eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine magere Seite XINBL, der später beschrieben wird) wird in dem Backup-RAM gespeichert. Weiterhin wird der Wert des Markers eines Auftretens eines Ungleichgewichts XINB (und der Marker eines Auftretens eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine fette Seite, der später beschrieben wird, und der Marker eines Auftretens eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine magere Seite XINBL, der später beschrieben wird) auf ”0” gesetzt, durch Durchführen einer spezifischen Operation bezüglich der elektronischen Steuerungseinheit 60, wenn es bestätigt ist, dass ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses untern Zylindern nicht auftritt, wie etwa zum Zeitpunkt einer Auslieferung aus der Fabrik, einem Überprüfen des Fahrzeugs, an dem die Maschine angebracht ist, oder Ähnlichem. Danach geht die CPU über zu Schritt 1195, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Im Gegensatz dazu, wenn die CPU den Prozess von Schritt 1130 ausführt, und wenn der absolute Wert |HD2AF| des Werts HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, gleich oder kleiner als der erste Schwellenwert Th1, nimmt die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1130 vor, um direkt zu Schritt 1195 überzugehen, um die vorliegenden Routine vorläufig zu beenden.
Wie vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben ist, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen Zylindern nicht auftritt, ist der absolute Wert |d2AF|(= |HD2AF|) des Differentialwerts zweier Ordnung d2AF, der als der Wert HD2AF, der dem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, erhalten wird, nie größer als der erste Schwellenwert Th1. Im Gegensatz dazu, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wird der absolute Wert |d2AF|(= |HD2AF|) des Differentialwerts zweiter Ordnung d2AF zu einem bestimmten Zeitpunkt größer als der erste Schwellenwert Th1. Deshalb, gemäß der ersten Bestimmungsvorrichtung, kann die Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern genau ausgeführt werden.
Wie vorstehend beschrieben umfasst die erste Bestimmungsvorrichtung den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55, der an dem Abgassammelabschnitt 41b eines Abgasdurchlasses einer Maschine 10 angeordnet ist, an dem Abgase, die von zumindest zwei oder mehr einer Vielzahl der Zylinder von dieser Maschine 10 ausgestoßen werden, gesammelt werden, oder an dem Abschnitt stromabwärts des Abgassammelabschnitts des Abgasdurchlasses und stromaufwärts des Stromaufwärts gelegenen Katalysators 43, wobei der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 55 das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 55a und Schutzabdeckungen (55b, 55c) zum Aufnehmen des Elements zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Inneren von diesen, um das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abzudecken, aufweist, wobei die Schutzabdeckungen Einflusslöcher aufweisen, damit Abgas, das durch den Abgasdurchlass strömt, in das Innere von diesen strömt, und Abflusslöcher, damit das Abgas, das in das Innere von diesen geströmt ist, nach Außen in den Abgasdurchlass strömt, und das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Ausgabe als Reaktion auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das das Element zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erreicht, als die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (Ausgabewert Vabyfs) erzeugt.
Die erste Bestimmungsvorrichtung umfasst weiterhin eine Ungleichgewichtsbestimmungsvorrichtung zum Erhalten des Differentialwerts zweiter Ordnung d2AF(n) des ”erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs, das durch die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs dargestellt ist” mit Bezug auf Zeit basierend auf der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs (Schritt 1010 bis Schritt 1060 von 10), Ermitteln des Werts HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, der sich gemäß dem ermittelten Differentialwert zweier Ordnung d2AF(n) basierend auf dem ”ermittelten Differentialwerts zweiter Ordnung d2AF(n)” ändert (Schritt 1070 von 10), und Bestimmen (Durchführen einer Bestimmung bezüglich oder von), ob ein Ungleichgewicht eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, oder nicht, basierend auf dem ”ermittelten Wert HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht” (Schritt 1120 und Schritt 1130 von 11).
Das heißt, die erste Bestimmungsvorrichtung ist konfiguriert, um die Bestimmung eines Ungleichgewichtes eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern unter Nutzung des „Werts HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht”, dessen absoluter Wert sich nie erhöht, wenn das Mittel des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 10 variiert, aber sich erhöht, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter den Zylindern aufgetreten ist, auszuführen. Deshalb kann die erste Bestimmungsvorrichtung die Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen Zylindern genauer durchführen.
Die erste Bestimmungsvorrichtung ermittelt den Wert HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, auf solch eine Weise, dass der Wert HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, größer wird, wenn der erhaltene Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) größer ist (Schritt 1070 von 10). Das heißt, die erste Bestimmungsvorrichtung ist konfiguriert, um als den Wert HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, den ermittelten Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) zu erhalten (Schritt 1070 von 10).
Weiterhin ist die erste Bestimmungsvorrichtung konfiguriert, um zu bestimmen, dass der ”Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt”, wenn der absolute Wert |HD2AF| des ermittelten Werts HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, größer ist als der erste positive Schwellenwert Th1 (Schritt 1130 und Schritt 1140 von 11).
Gemäß dieser Konfiguration kann ein Parameter, der bei der Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern verwendet wird (der Wert HD2AF, der dem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht,) durch eine einfache Konfiguration ohne Verwendung eines komplizierten Filters oder Ähnlichem ermittelt werden.
<Zweites Ausführungsbeispiel>
Eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern (nachstehend einfach als eine ”zweite Bestimmungsvorrichtung” bezeichnet) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
Die zweite Bestimmungsvorrichtung ermittelt einen Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) zu jedem Ablauf der Abtastzeitperiode ”ts” in einer Datenbeschaffungszeitperiode (in diesem Beispiel, die vorstehend erwähnte Einheitsverbrennungszyklusperiode), die länger ist als die Abtastzeitperiode ”ts” der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs, und ermittelt, als der Wert HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, einen Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n), der den maximalen absoluten Wert |d2AF2(n)| unter den Differentialwerten zweiter Ordnung d2AF(n) aufweist, die innerhalb dieser Einheitsverbrennungszyklusperiode ermittelt werden. Weiterhin bestimmt die zweite Bestimmungsvorrichtung, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhltnisses unter Zylindern aufgetreten ist, wenn der absolute Wert |HD2AF| des Werts HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, größer ist, als ein ”vorbestimmter positiver erster Schwellenwert Th1”. Mit Ausnahme dieses Punktes ist die zweite Bestimmungsvorrichtung die gleiche, wie die erste Bestimmungsvorrichtung. Deshalb konzentriert sich nachstehend die Beschreibung auf diesen Punkt.
(Tatsächlicher Betrieb)
Die CPU der zweiten Bestimmungsvorrichtung führt die in 9 gezeigte Routine aus, wie es die CPU der ersten Bestimmungsvorrichtung tut. Zusätzlich führt die CPU der zweiten Bestimmungsvorrichtung eine ” Routine zum Berechnen eines Differentialwerts zweiter Ordnung d2AF”, der durch ein Ablaufdiagramm in 12 gezeigt ist, anstelle von 10 aus, jedes Mal wenn 4 ms (die Abtastzeitperiode ”ts”) ablaufen. Es sei angemerkt, dass Symbole, die für Schritte vergeben sind, die bereits beschrieben wurden, an Schritte vergeben sind, jeweils zum Ausführen eines Prozesses, der der gleiche ist, als einer, der durch die Schritte, die bereits beschrieben wurden, bereitgestellt wird.
Die CPU startet zu einem geeigneten Zeitpunkt einen Prozess bei Schritt S1200 von 12, und führt die vorstehend erwähnten Prozesse von Schritten von Schritt 1010 bis 1060 aus. Dies ermöglicht es, dass der momentane Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) berechnet wird (vergleiche Schritt 1040).
Nachfolgend führt die CPU nacheinander Prozesse von Schritten von Schritt 1210 bis Schritt 1230, die nachstehend beschrieben sind, aus und geht über zu Schritt 1295, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Schritt 1210: die CPU erhöht einen Wert eines Zählers Cn um ”1”. Der Wert des Zählers Cn wird bei Schritt 1330 von 13, der nachstehend beschrieben wird, wenn eine Einheitsverbrennungszyklusperiode vergangen ist, auf ”0” gesetzt. Deshalb, nachdem die momentane (vorliegende) Einheitsverbrennungszyklusperiode startet, wird der Wert des Zählers Cn um ”1” erhöht, jedes Mal wenn ein Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) erhalten wird.
Schritt S1220: die CPU speichert den momentanen Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n), der bei Schritt 1040 berechnet wird, in einen Differentialwert zweiter Ordnung von gespeicherten Daten d2AF(Cn). Wenn diese Routine zum ersten Mal durchgeführt wird, nachdem der momentane Verbrennungseinheitszyklus gestartet ist, wird zum Beispiel der Wert des Zählers Cn bei Schritt 1210 auf ”1” eingesetzt. Deshalb wird der Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n), der bei Schritt 1040 berechnet wird, als ein Differentialwert zweiter Ordnung von gespeicherten Daten d2AF(1) gespeichert. Es sei angemerkt, dass ein Differentialwert zweiter Ordnung von gespeicherten Daten d2AF(Cn) ebenso als ein Wert HD2AF(Cn), der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, bezeichnet werden kann.
Schritt 1230: die CPU speichert, als Kurbelwinkeldaten θ(Cn), den momentanen Kurbelwinkel (zum Beispiel einen abgelaufenen Kurbelwinkel von einem Referenzkurbelwinkel (0°), wobei der Referenzkurbelwinkel ein oberer Totpunkt des ersten Zylinders #1 ist, der ein Referenzzylinder ist). Das heißt, der Wert der Kurbelwinkeldaten θ(Cn) gibt einen Kurbelwinkel CA an, wenn der Differentialwert zweiter Ordnung von gespeicherten Daten d2AF(Cn) erhalten wird.
Andererseits ist die CPU der zweiten Bestimmungsvorrichtung konfiguriert, um eine Routine zur Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern, die durch ein Ablaufdiagramm von 13 dargestellt ist, anstelle von 11 jedes Mal durchzuführen, wenn die Abtastzeitperiode ”ts” abgelaufen ist.
Deshalb startet die CPU zu einem geeigneten Zeitpunkt einen Prozess von Schritt 1300 und geht über zu Schritt 1110, um zu bestimmen, ob die Bestimmungsausführungsbedingung der Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern erfüllt ist.
Wenn die Bestimmungsausführungsbedingung erfüllt ist, nimmt die CPU eine ”Ja”-Bestimmung bei Schritt 1110 vor, und geht über zu Schritt 1310, bei dem CPU bestimmt, ob eine Einheitsverbrennungszyklusperiode (ein 720° Kurbelwinkel) beendet ist (vergangen ist) oder nicht. Das heißt, die CPU bestimmt, ob der momentane Zeitpunkt mit dem oberen Verdichtungstotpunkt des ersten Zylinders #1, der ein Referenzzylinder ist, übereinstimmt oder nicht. Zu dieser Zeit, wenn die Einheitsverbrennungszyklusperiode nicht vergangen ist, nimmt die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1310 vor, um direkt zu Schritt 1395 überzugehen, um die vorliegenden Routine vorläufig zu beenden.
Deshalb, wenn eine Einheitsverbrennungszyklusperiode vergangen ist, unter einem Zustand, in dem die Bestimmungsausführungsbedingung erfüllt wurde, nimmt die CPU ”Ja”-Bestimmung bei Schritt 1310 vor, um zu Schritt S1320 überzugehen, an dem die CPU ermittelt, als einen Wert HD2AF, der einen Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, einen ”Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(Cn), dessen absoluter Wert |d2AF(Cn)| maximal ist” unter einer Vielzahl der Differenzwerte zweiter Ordnung d2AF(Cn), die innerhalb dieser abgelaufenen Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden.
Danach setzt (löscht) die CPU den Wert des Zählers Cn auf ”0”. Als Nächstes geht die CPU zu Schritt 1340 über, um alle einer Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung d2AF(Cn) auf ”0” zu setzen (zu löschen).
Danach geht die CPU über zu Schritt 1130, um zu Bestimmen, ob der absolute Wert |HD2AF| des Werts HD2AF, der einen Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht (der bei Schritt 1320 erhalten wird), größer als der erste Schwellenwert Th1 ist oder nicht.
Wenn der absolute Wert |HD2AF| größer als der erste Schwellenwert Th1 ist, nimmt die CPU eine ”Ja”-Bestimmung bei Schritt 1130 vor, um zu Schritt 1140 überzugehen, an dem die CPU den Wert des Markers eines Auftretens eines Ungleichgewichts XINB auf ”1” setzt. Das heißt, die CPU bestimmt, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt. Weiterhin kann zu dieser Zeit die CPU eine Warnlampe, die nicht gezeigt ist, einschalten. Danach geht die CPU über Schritt 1395, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Im Gegensatz dazu, wenn die CPU den Prozess von Schritt 1130 ausführt, wenn der absolute Wert |HD2AF| gleich oder kleiner als der erste Schwellenwert Th1 ist, nimmt die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1130 vor, um zu Schritt 1395 überzugehen, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden. Auf diese Weise wird eine Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen Zylindern ausgeführt.
Es sei angemerkt, wenn die CPU den Prozess von Schritt 1110 ausführt, und wenn die Bestimmungsausführungsbedingung nicht erfüllt ist, die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1110 vornimmt, um die Prozesse von Schritt 1330 und Schritt 1340 auszuführen, und dann direkt zu Schritt 1395 übergeht, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden. Deshalb wird in diesem Fall eine Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern nicht ausführt.
Wie vorstehend beschrieben, weist die zweite Bestimmungsvorrichtung eine Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung auf, zum Ermitteln eines Differentialwerts zweiter Ordnung d2AF(n) des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs mit Bezug auf Zeit basierend auf einer Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs (Schritt 1010 bis Schritt 1060 von 12), zum Ermitteln, basierend auf dem ”ermittelten Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n)”, eines Werts HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, der gemäß dem erhaltenen Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) variiert (Schritt 1320 von 13), und zum Ausführen einer Bestimmung, ob ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter den Zylindern auftritt oder nicht, basierend darauf, ob der ”erhaltene Wert HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht” größer ist als der erste Schwellenwert Th1 oder nicht (Schritt 1130 von 13).
Wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wird der absolute Wert |HD2AF| des Differentialwerts zweiter Ordnung d2AF(n), der den maximalen absoluten Wert aufweist” unter den Differentialwerten zweiter Ordnung d2AF(Cn), die innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, größer als der erste Schwellenwert Th1. Deshalb kann die zweite Bestimmungsvorrichtung die Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern genauer durchführen.
Die zweite Bestimmungsvorrichtung ermittelt die Differentialwerte zweiter Ordnung d2AF(Cn), die bei jedem Ablauf der vorbestimmten Zeitperiode innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden (Schritt 1040 und Schritt 1220 von 21). Danach ermittelt die zweite Bestimmungsvorrichtung, als einen Wert HD2AF, der einen Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, einen Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(Cn), dessen absoluter Wert maximal ist, unter einer Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung d2AF(Cn), die innerhalb dieser Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden (Schritt 1320 von 13).
Gemäß dieser Konfiguration kann ein Parameter (Wert HD2AF, der einen Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht), der in der Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern verwendet wird, durch eine einfach Konfiguration ohne Verwendung eines komplexen Filters oder Ähnlichem erhalten werden.
<Drittes Ausführungsbeispiel>
Eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern (nachstehend einfach als eine ”dritten Bestimmungseinvorrichtung” bezeichnet) gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
Wie in (F) von 1 gezeigt ist, wenn ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, erscheint in einer Einheitsverbrennungszyklusperiode zumindest ein Differentialwert zweiter Ordnung d2AF mit einem positiven Wert und der größer oder gleich einem zweiten Schwellenwert Th2 ist (zum Beispiel vergleiche Zeit t6), und erscheint zumindest ein Differentialwert zweiter Ordnung d2AF, der einen negativen Wert hat, und dessen absoluter Wert gleich oder größer als ein dritter Schwellenwert Th3 ist (vergleiche zum Beispiel Zeit t5).
Angesichts des Vorstehenden ist die dritte Bestimmungsvorrichtung konfiguriert, um zu bestimmen, dass ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn ein Differentialwert zweiter Ordnung d2AF mit einem positiven Wert, dessen absoluter Wert gleich oder größer als der zweite Schwellenwert Th2 ist, vorhanden ist, und ein Differentialwert zweiter Ordnung d2AF mit einem negativen Wert, dessen absoluter Wert gleich oder größer als der dritte Schwellenwert Th3 ist, vorhanden ist, unter den Differentialwerten zweiter Ordnung d2AF, die in einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden. Nachstehend wird die Beschreibung auf diesen Punkt fokussiert.
(Tatsächlicher Betrieb)
Die CPU der dritten Bestimmungsvorrichtung führt die in 9 und 12 gezeigten Routinen durch, wie es die CPU der zweiten Bestimmungsvorrichtung tut. Zusätzlich führt die CPU der dritten Bestimmungsvorrichtung eine ”Routine zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern”, die durch ein Ablaufdiagramm in 14 gezeigt ist, anstelle von 13 durch, jedes Mal wenn 4 ms (die Abtastzeitperiode ”ts”) ablaufen.
Deshalb startet die CPU zu einem geeigneten Zeitpunkt einen Prozess bei Schritt 1400, um zu Schritt 1110 überzugehen, an dem CPU bestimmt, ob die Bestimmungsausführungsbedingung der Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylinder erfüllt ist oder nicht.
Wenn die Bestimmungsausführungsbedingung erfüllt ist, nimmt die CPU eine ”Ja”-Bestimmung bei Schritt 1110 vor, um zu Schritt 1310 überzugehen, bei dem die CPU bestimmt, ob eine Einheitsverbrennungszyklusperiode (ein 720° Kurbelwinkel) beendet ist (vorübergegangen ist) oder nicht. Wenn ein Einheitsverbrennungszyklusperiode nicht vergangen ist, nimmt die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1310 vor, um direkt zu Schritt 1495 überzugehen, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Danach, wenn eine Einheitsverbrennungszyklusperiode abgelaufen ist, unter einem Zustand, in dem eine Bestimmungsausführungsbedingung erfüllt ist, nimmt die CPU eine ”Ja”-Bestimmung bei Schritt 1310 vor, um zu Schritt 1410 überzugehen, bei dem die CPU als den Wert Pd2AF, der einem Differentialwert zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, einen ”Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(Cn), dessen absoluter Wert |d2AF(Cn)| der größte ist” unter den ”Differentialwerten zweiter Ordnung d2AF(Cn) ermittelt, die jeweils einen positiven Wert unter einer ”Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung d2AF(Cn)” aufweisen, die in einer Einheitsverbrennungszyklusperiode, die unmittelbar vor dem momentanen Zeitpunkt abgelaufen ist, erhalten werden. Der Wert Pd2AF, der einen Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer positiven Seite entspricht, ist einer der Werte, die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, und wird ebenso als ein maximaler Wert, der einem Differential zweiter Ordnung einer positiven Seite entspricht, bezeichnet.
Nachfolgend geht die CPU über zu Schritt 1420, um als den Wert Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht, ”einen Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(Cn), dessen absoluter Wert |d2AF(Cn)| der größer ist” unter den ”Differentialwerten zweiter Ordnung d2AF(Cn), die jeweils einen negativen Wert aufweisen” unter einer ”Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung d2AF(Cn)”, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, die unmittelbar vor dem momentanen Zeitpunkt abgelaufen ist, zu erhalten. Der Wert Pd2AF, der einem Differentialwert zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht, ist einer von Werten, die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, und wird ebenso als ein maximaler Wert, der einem Differential einer zweiten Ordnung einer negativen Seite entspricht, bezeichnet.
Danach geht die CPU über zu Schritt 1330, um den Wert des Zählers Cn auf ”0” zu setzen (zu löschen). Dann geht die CPU über zu Schritt 1340, um alle einer Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung d2AF(Cn) zu setzen (zu löschen).
Danach geht die CPU über zu Schritt 1430, um zu bestimmen, ob der absolute Wert des Werts Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, gleich oder größer als der zweite Schwellenwert Th2 ist, und der absolute Wert des Werts Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht, gleicher oder größer als der dritte Schwellenwert Th3 ist. Das heißt, die CPU bestimmt, in einer Einheitsverbrennungszyklusperiode, ob ein Differentialwert einer zweiten Ordnung d2AF mit einem positiven Wert, dessen absoluter Wert gleich oder größer als der zweite Schwellenwert Th2 ist und ein Differentialwert einer zweiten Ordnung d2AF mit einem negativen Wert, dessen absoluter Wert gleich oder größer als der dritten Schwellenwert Th3 ist, vorhanden ist. Es sei angemerkt, dass sowohl der zweite Schwellenwert TH2 und der dritte Schwellenwert Th3 positive vorbestimmte Wert sind, und im Voraus experimentell bestimmt werden. Der zweite Schwellenwert Th2 und der dritte Schwellenwert Th3 können gleich sein oder unterschiedlich voneinander sein.
Wenn der absolute Wert des Werts Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, gleich oder größer als der zweite Schwellenwert Th2 ist, und der absolute Wert des Werts Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht, gleich oder größer als der dritte Schwellenwert Th3 ist, bestimmt die CPU, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, und geht über zu Schritt 1140, um einen Wert eines Markers einer Bestimmung eines Ungleichgewichts XINB auf ”1” zu setzen. Zu dieser Zeit kann die CPU weiterhin eine Warnlampe, die nicht gezeigt ist, einschalten. Danach geht die CPU über zu Schritt 1495, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Im Gegensatz dazu, wenn die CPU den Prozess von Schritt 1430 ausführt, und der Wert Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung einer positiven Seite entspricht, kleiner als der zweite Schwellenwert Th2 ist, und/oder der absolute Wert des Werts Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung einer negativen Seite entspricht, kleiner als der dritte Schwellenwert Th3 ist, nimmt die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1430 vor, um zu schritt 1495 überzugehen, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden. Mit den vorstehend beschriebenen Prozessen wird eine Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern durchgeführt.
Es sei angemerkt, wenn die CPU die Prozesse von Schritt 1110 durchführt und wenn die Bestimmungsausführungsbedingung nicht erfüllt ist, die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1110 vornimmt, und die CPU die Prozesse von Schritt 1330 und Schritt 1340 ausführt, und dann direkt zu Schritt 1495 übergeht, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden. Deshalb wird in diesem Fall die Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern nicht ausgeführt.
Wie vorstehend beschrieben besitzt die dritte Bestimmungsvorrichtung eine Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung zum Ermitteln des Differentialwerts zweiter Ordnung d2AF(n) des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs mit Bezug auf Zeit basierend auf der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs (Schritt 1010 bis Schritt 1060 von 12) zum Ermitteln eines Wert Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, und des Werts Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht, die beide als Werte HD2AF, die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, dienen, die gemäß dem erhaltenen Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) variiern, basierend auf dem ”erhaltenen Differentialwert zweiter Ordnung d2Af(n)” (Schritt 1220 von 12 und Schritte 1410 und 1420 von 14), und zum Ausführen der Bestimmung, ob eine Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt oder nicht, basierend darauf, ob der Wert Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung einer positiven Seite entspricht, und der Wert Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung einer negativen Seite entspricht, die als die erhaltenen Werte HD2AF, die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, dienen, entsprechend größer als der zweite Schwellenwert Th2 und der dritten Schwellenwert Th3 sind (Schritt 1430 von 14).
Das heißt, die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung der dritten Bestimmungsvorrichtung ist konfiguriert, um zu bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn, unter einer Vielzahl von Werten, die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die in der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, ein Wert, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, einen positiven Wert aufweist, dessen absoluter Wert gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist, und ein Wert, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, mit einem negativen Wert, dessen absoluter Wert gleich oder größer als der dritte Schwellenwert ist, vorhanden ist (vgl. Schritt 1430 von 14).
Wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, werden der ”Wert Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, und der Wert Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht,” größer als ”der zweite Schwellenwert Th2 und der dritte Schwellenwert Th3”, in einer Einheitsverbrennungszyklusperiode. Deshalb, auch wenn der absolute Wert von irgendeinem des ”Werts Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, und des Werts Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht” größer wird, aufgrund eines Rauschens usw., während der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern nicht auftritt, bestimmt die dritte Bestimmungsvorrichtung nicht, dass ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt. Deshalb kann die dritte Bestimmungsvorrichtung die Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern genauer durchführen.
<Viertes Ausführungsbeispiel>
Eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen Zylindern gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (nachstehend einfach als ”vierte Bestimmungsvorrichtung” bezeichnet), wird als Nächstes beschrieben.
Auf die gleiche Weise wie die dritte Bestimmungsvorrichtung ermittelt die vierte Bestimmungsvorrichtung einen Wert Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, und einen Wert Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht. Zusätzlich ist die vierte Bestimmungsvorrichtung konfiguriert, um zu bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn deren Produkt (Pd2AF·Md2AF) gleich oder kleiner als ein negativer Schwellenwert Sth ist. Nachstehend wird die Beschreibung auf diesen Punkt fokussiert.
(Tatsächlicher Betrieb)
Die CPU der vierten Bestimmungsvorrichtung führt die in 9 und 12 gezeigten Routinen durch, wie die CPU der zweiten Bestimmungsvorrichtung. Zusätzlich führt die CPU der vierten Bestimmungsvorrichtung eine ”Routine zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern”, die durch ein Ablaufdiagramm in 15 gezeigt ist, anstelle von 13 durch, jedes Mal, wenn 4 ms (die Abtastzeitperiode ”ts”) ablaufen.
Die in 15 gezeigte Routine unterscheidet sich von der in 14 gezeigten Routine nur dadurch, dass Schritt 1430 der in 14 gezeigten Routine durch Schritt 1510 ersetzt wird. Das heißt, die CPU ermittelt einen Wert Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, bei Schritt 1410 und den Wert Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht, bei Schritt 1420.
Dann bestimmt die CPU bei Schritt 1510, ob ein Produkt (Pd2AF·Md2AF) des Werts Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, und des Werts Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht, gleich oder kleiner als der negative Schwellenwert Sth ist.
Wenn das Produkt (Pd2AF·Md2AF) gleich oder kleiner als der negative Schwellenwert Sth ist, bestimmt die CPU, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, und geht über zu Schritt 1140, um den Wert des Markers einer Bestimmung eines Ungleichgewichts XINB auf ”1” zu setzen. Zu dieser Zeit kann die CPU weiterhin eine Warnlampe, die nicht gezeigt ist, einschalten. Danach geht die CPU über zu Schritt 1595, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Im Gegensatz dazu, wenn die CPU den Prozess von Schritt 1510 ausführt, und wenn das Produkt (Pd2AF·Md2AF) größer als der negative Schwellenwert Sth ist, nimmt die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1510 vor, um zu Schritt 1595 überzugehen, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden. Mit den vorstehend beschriebenen Prozessen wird eine Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern ausgeführt.
Es sei angemerkt, dass, wenn die CPU den Prozess von Schritt 1110 ausführt, und wenn die Bestimmungsausführungsbedingung nicht erfüllt ist, die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1110 vornimmt, um die Prozesse von Schritt 1330 und Schritt 1340 auszuführen, und dann direkt zu Schritt 1595 übergeht, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden. Deshalb wird in diesem Fall eine Bestimmung eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern nicht ausgeführt.
Wie vorstehend beschrieben ist eine Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung der vierten Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert, um:
als einen Wert d2AF(Cn), der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, den Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) zu erhalten, der nach jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode ”ts” in einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wird (der Prozess von Schritt 1220 von 12 entspricht diesem Prozess);
einen maximalen Wert Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung einer positiven Seite entspricht, dessen absoluter Wert der größte unter den Werten, die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, ist, die jeweils einen positiven Wert aufweisen, aus einer Vielzahl der Werte d2AF(Cn), die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, auszuwählen (vgl. Schritt 1410 von 15);
einen maximalen Wert Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung einer negativen Seite entspricht, dessen absoluter Wert der größte unter den Werten, die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, ist, die jeweils einen negativen Wert aufweisen, aus einer Vielzahl der Werte d2AF(Cn), die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, auszuwählen (vgl. Schritt 1420 von 15); und weiterhin
zu bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn das Produkt (Pd2AF·Md2AF) des maximalen Werts, der einem Differential zweiter Ordnung einer positiven Seite entspricht, und des maximalen Werts, der einem Differential zweiter Ordnung einer negativen Seite entspricht, gleich oder kleiner als der vorbestimmte negative Schwellenwert Sth ist (vgl. Schritt 1510 von 15).
Wie aus (F) von 1 ersichtlich ist, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, erreicht der Differentialwert zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses den positiven Wert, dessen absoluter Wert nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist (der zweite Schwellenwert) und einen negativen Wert, dessen absoluter Wert nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert (der dritte Schwellenwert) ist, innerhalb einer Einnheitsverbrennungszyklusperiode. Deshalb, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, wird das Produkt (Pd2AF·Md2AF) des maximalen Werts, der einem Differential zweiter Ordnung einer positiven Seite entspricht, und der maximale Wert, der einem Differential zweiter Ordnung einer negativen Seite entspricht, gleich oder kleiner als der ”vorbestimmte negative Schwellenwert Sth”. Deshalb kann gemäß der vierten Bestimmungsvorrichtung ein Auftreten eines Zustands eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern basierend auf einer einfachen Technik mit größerer Sicherheit bestimmt werden.
Es sei angemerkt, dass die CPU konfiguriert sein kann, um zu bestimmen, ob ein absoluter Wert |Pd2AF·Md2AF| des Produkts (Pd2AF·Md2AF) gleich oder größer als ein absoluter Wert |Sth| des vorstehend erwähnten negativen Schwellenwerts Sth ist. Solch ein Prozess ist äquivalent zu einem Prozess des Bestimmens, ob das Produkt (Pd2AF·Md2AF) gleich oder kleiner als der negative Schwellenwert Sth ist oder nicht.
<Fünftes Ausführungsbeispiel>
Eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (nachstehend einfach als ”fünfte Bestimmungsvorrichtung” bezeichnet) wird als Nächstes beschrieben.
Die fünfte Bestimmungsvorrichtung ist eine Modifikation der dritten Bestimmungsvorrichtung oder der vierten Bestimmungsvorrichtung. Das heißt, zusätzlich zu den Routinen, die durch jede der CPUs der dritten Bestimmungsvorrichtung und der vierten Bestimmungsvorrichtung ausgeführt werden, führt eine CPU der fünften Bestimmungsvorrichtung eine ”Routine zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern”, die durch ein Ablaufdiagramm in 16 gezeigt ist, durch. Somit identifiziert die fünfte Bestimmungsvorrichtung, welcher Zylinder ein Zylinder ist, an den ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht (das heißt, welcher Zylinder ein Zylinder mit einem abnormalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist). Deshalb werden als Nächstes Prozesse der CPU gemäß der in 16 gezeigten Routine beschrieben.
Die CPU ist konfiguriert, um die durch das Ablaufdiagramm in 16 gezeigte Routine jedes Mal durchzuführen, wenn eine vorbestimmte Zeitperiode abläuft. Deshalb startet die CPU an einem geeigneten Zeitpunkt einen Prozess von Schritt 1600 von 16 und geht über zu Schritt 1610, bei dem die CPU bestimmt, ob der momentane Zeitpunkt ein ”Zeitpunkt ist, unmittelbar nachdem der Wert des Markers des Auftretens eines Ungleichgewichts XINB von ”0” auf ”1” geändert wurde”.
Wenn der momentane Zeitpunkt nicht der ”Zeitpunkt ist, unmittelbar nachdem der Wert des Markers des Auftretens eines Ungleichgewichts XINB von ”0” auf ”1” geändert wurde”, nimmt die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1610 vor, und geht direkt über zu Schritt 1695, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Andererseits, wenn der momentane Zeitpunkt der ”Zeitpunkt ist, unmittelbar nachdem der Wert des Markers des Auftretens eines Ungleichgewichts XINB von ”0” auf ”1” geändert wurde”, nimmt die CPU eine ”Ja”-Bestimmung bei Schritt 1610 vor, um nachfolgend Prozesse von Schritten von Schritt 1620 bis Schritt 1640, die nachstehend beschrieben sind, auszuführen, und geht über zu Schritt 1695, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Schritt 1620: Die CPU ermittelt einen Kurbelwinkel θ(Cn) an einem Zeitpunkt, wenn der Differentialwert einer zweiten Ordnung d2AF(Cn) als der Wert Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht (der maximale Differentialwert zweiter Ordnung einer positiven Seite) erhalten wurde. Dieser Kurbelwinkel wird ausgelesen basierend auf dem Wert des Zählers Cn, aus den Daten, die bei Schritt 1230 von Figur 12 gespeichert wurden.
Schritt 1630: Die CPU identifiziert einen Zylinder mit einem abnormalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis basierend auf dem Kurbelwinkel θ(Cn), der bei Schritt 1620 erhalten wird, der Maschinendrehzahl NE, der Einlassluftströmungsrate Ga und der Tabelle zum Bestimmen eines Zylinders mit einem abnormalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Übersicht). Genauer, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das an den N-ten Zylinder zugeführt wird, stark von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei einer bestimmten Maschinendrehzahl NE und einer bestimmten Einlassluftströmungsrate Ga abweicht, ist ein Kurbelwinkel (nachstehend als ein ”Kurbelwinkel θa, der eine positive Spitze erzeugt” bezeichnet), bei dem der Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(Cn), der als der maximale Differentialwert zweiter Ordnung einer positiven Seite Pd2AF ausgewählt wird, erscheint, in der Umgebung eines spezifischen Kurbelwinkels.
Angesichts des Vorstehenden wird eine Beziehung zwischen ”einer Maschinendrehzahl NE und einer Einlassluftströmungsmenge Ga”, dem ”Kurbelwinkel θa, der eine Spitze auf der positiven Seite erzeugt” und ”einem N-ten Zylinder, an dem eine Abnormalität eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auftritt” im Voraus experimentell ermittelt, und die Beziehung wird in der Form einer Tabelle in dem ROM gespeichert. Die CPU wendet einen tatsächlich bzw. aktuell erhaltenen Kurbelwinkel θa, der eine Spitze auf der positiven Seite erzeugt, eine aktuelle Maschinendrehzahl NE und eine aktuelle Einlassluftströmungsrate Ga auf diese Tabelle an, um den Zylinder mit einem abnormalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu identifizieren.
Schritt 1640: Die CPU speichert den Zylinder, der bei Schritt 1630 identifiziert wird, als den Zylinder mit einer Abnormalität eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Backup-RAM.
Wie vorstehend beschrieben, ist die fünfte Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert, um:
den ”Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf Zeit” zu erhalten, der nach jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode ”ts” in einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wird (Schritt 1010 bis Schritt 1060 von 12);
einen Zeitpunkt (Kurbelwinkel θ(Cn)) zu identifizieren, zu dem ”der maximale Differentialwert zweiter Ordnung einer positiven Seite Pd2AF, dessen absoluter Wert der größte ist” sich abzeichnet, wobei der maximale Differentialwert zweiter Ordnung einer positiven Seite Pd2AF von den ”Differentialwerten zweiter Ordnung, die jeweils einen positiven Wert aufweisen” aus der Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, erhalten wird (vgl. Schritt 1620 von 16, Schritt 1410 von 14 oder 15, und Schritt 1230 von 12); und
zu bestimmen, basierend auf dem identifizierten Zeitpunkt, ”welches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Zylinders von den zumindest zwei Zylindern abnormal ist”, wenn bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt (Schritt 1630 von 16).
Deshalb, wenn bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, kann die fünfte Bestimmungsvorrichtung bestimmen, welcher Zylinder diesen Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern verursacht (das heißt, welcher Zylinder ein Gemisch aufweist, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht).
Weiterhin kann die CPU gemäß einer Modifikation der fünften Bestimmungsvorrichtung bei Schritt 1620 einen ”Kurbelwinkel θ(Cn) erhalten, zu einem Zeitpunkt, wenn der Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(Cn), der als der maximale Wert Md2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht, erhalten wird, das heißt, der Kurbelwinkel θb, der eine Spitze einer negativen Seite erzeugt, anstelle des ”Kurbelwinkels θ(Cn), zu dem Zeitpunkt, wenn der Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(Cn), der als der maximale Wert Pd2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, erhalten wird, das heißt, der Kurbelwinkel θa, der eine maximale Spitze einer positiven Seite erzeugt”. In diesem Fall wird eine Beziehung zwischen ”einer Maschinendrehzahl NE und einer Einlassluftströmungsrate Ga”, ”eines Kurbelwinkels θb, der eine Spitze einer negativen Seite erzeugt” und ”einem N-ten Zylinder, an dem eine Abnormalität eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auftritt” im Voraus experimentell erhalten, und die Beziehung wird in der Form einer Tabelle in dem ROM gespeichert, wobei die Tabelle eine Tabelle ist, die bei Schritt 1630 verwendet wird. Dann wendet die CPU auf diese Tabelle einen aktuell erhaltenen Kurbelwinkel θb, der eine Spitze einer negativen Seite erzeugt, eine tatsächliche Maschinendrehzahl NE und eine tatsächliche Einlassluftströmungsrate Ga an, um einen Zylinder mit einer Abnormalität eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu identifizieren.
Das heißt, die Modifikation der fünften Bestimmungsvorrichtung ist derart konfiguriert, um:
einen ”Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf Zeit” zu ermitteln, der nach jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode ”ts” innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wird (Schritt 1010 bis Schritt 1060 von 12);
einen Zeitpunkt zu identifizieren, wenn der ”maximale Differentialwert zweiter Ordnung einer negativen Seite Md2AF, dessen absoluter Wert der größte ist” sich abzeichnet, aus der Vielzahl der Differentialwerte einer zweiten Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden (vgl. einen modifizierten Schritt 1620 von 16, Schritt 1410 von 14 oder 15, und Schritt 1230 von 12); und
zu bestimmen, basierend auf dem identifizierten Zeitpunkt, ”welches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Zylinders der zumindest zwei Zylinder abnormal ist”, wenn bestimmt ist, dass ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt (Schritt 1630 von 16).
Deshalb, wenn bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, kann die Modifikation der fünften Bestimmungsvorrichtung bestimmen, welche Zylinder diesen Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern verursacht (das heißt, welcher Zylinder ein Gemisch aufweist, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht).
<Sechstes Ausführungsbeispiel>
Eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhaltnisses unter Zylindern gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (nachstehend einfach als ”sechste Bestimmungsvorrichtung” bezeichnet) wird als Nächstes beschrieben.
Gemäß den Experimenten, wie in (B) von 17 gezeigt ist, wenn ”ein Zustand eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine fette Seite” aufgetreten ist, ist ein absoluter Wert (Größe einer Neigung (Steigung) α1) einer Änderungsrate des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (das heißt ein zeitlicher Differentialwert des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses), während das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich erhöht, kleiner als ein absoluter Wert (Größe einer Neigung (Steigung) α2) einer Änderungsrate des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, während sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis verringert. Deshalb verringert sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis relativ schnell, nachdem das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich relativ moderat erhöht hat.
Deshalb, wie in (C) von 17 gezeigt ist, tritt ein Zeitpunkt (erster Zeitpunkt t1), wenn der ”maximale Differentialwert einer zweiten Ordnung einer positiven Seite, dessen absoluter Wert der größte ist” aus den Differentialwerten zweiter Ordnung, die jeweils einen positiven Wert aufweisen, unter einer Vielzahl der Differentialwerte einer zweiten Ordnung, die innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, sich abzeichnet, unmittelbar nach einem Zeitpunkt auf (zweiter Zeitpunkt t2), wenn der ”maximale Differentialwert einer zweiten Ordnung einer negativen Seite, dessen absoluter Wert der größte ist” aus den Differenzialwerten zweiter Ordnung, die jeweils einen negativen Wert aufweisen, unter einer Vielzahl der Differenzialwerte zweiter Ordnung, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, sich abzeichnet.
Im Gegensatz dazu, wie in (D) von 17 gezeigt ist, wenn ”ein Zustand eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine magere Seite” aufgetreten ist, ist ein absoluter Wert (Größe einer Neigung (Steigung) α3) der Änderungsrate des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, während sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht, größer als ein absoluter Wert (Größe einer Neigung (Steigung) α4) der Änderungsrate des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, während sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis verringert. Deshalb verringert sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis relativ moderat, nachdem sich das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis relativ stark erhöht hat.
Deshalb, wie in (E) von 17 gezeigt ist, tritt ein Zeitpunkt (zweiter Zeitpunkt t2), wenn der ”maximale Differentialwert zweiter Ordnung einer negativen Seite, dessen absoluter Wert der größte ist”, aus den Differentialwerten zweiter Ordnung, die jeweils einen negativen Wert aufweisen, unter einer Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung, die innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, sich abzeichnet, unmittelbar nach einem Zeitpunkt (erster Zeitpunkt t1) auf, wenn sich der ”maximale Differentialwert einer zweiten Ordnung einer positiven Seite, dessen absoluter Wert der größte ist” aus den Differenzialwerten zweiter Ordnung, die jeweils einen positiven Wert aufweisen, unter einer Vielzahl der Differenzialwerte zweiter Ordnung, die innerhalb dieser Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, abzeichnet.
Gemäß solchen Tatsachen, wenn eine Zeitperiode von einem ”Zeitpunkt, wenn ein maximaler Differentialwert zweiter Ordnung einer positiven Seite sich abzeichnet (gefunden wird)” zu einem ”Zeitpunkt, wenn ein maximaler Differentialwert einer zweiten Ordnung einer negativen Seite nachfolgend zu dem Maximaldifferentialwert einer zweiten Ordnung einer positiven Seite” sich abzeichnet (gefunden wird), als eine erste Zeitperiode T1 definiert wird, und wenn eine Zeitperiode von einem ”Zeitpunkt, wenn ein maximaler Differentialwert einer zweiten Ordnung einer negativen Seite sich abzeichnet (gefunden wird)” zu einem ”Zeitpunkt, wenn der maximale Differentialwert einer zweiten Ordnung einer positiven Seite nachfolgend dem Maximaldifferentialwert einer zweiten Ordnung einer negativen Seite sich abzeichnet (gefunden wird)” als eine zweite Zeitperiode T2 definiert wird, wird eine nachstehend beschriebene Beziehung hergestellt.

(1) Wenn der ”Zustand eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine fette Seite” aufgetreten ist, wird die erste Zeitperiode T1 länger als die zweite Zeitperiode T2 (vgl. (C) von 17).
(2) Wenn der ”Zustand eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine magere Seite” aufgetreten ist, ist die erste Zeitperiode T1 kürzer als die zweite Zeitperiode T2 (vgl. (E) von 17).

Angesichts des Vorstehenden, wenn der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, bestimmt die sechste Bestimmungsvorrichtung, ob es ein ”Zustand eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine fette Seite” oder ein ”Zustand eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine magere Seite” ist.
Die sechste Bestimmungsvorrichtung ist eine Modifikation von irgendeiner der dritten bis fünften Bestimmungsvorrichtungen. Das heißt, zusätzlich zu den Routinen, die durch die CPU von irgendeiner der dritten bis fünften Bestimmungsvorrichtungen ausgeführt werden, führt die CPU der sechsten Bestimmungsvorrichtung eine ”Routine zum Identifizieren einer Tendenz eines Ungleichgewichts”, wie durch ein Ablaufdiagramm in 18 gezeigt ist, durch.
Deshalb startet die CPU zu einem geeigneten Zeitpunkt einen Prozess eines Schritts 1800 von 18 und geht über zu Schritt 1810, um zu bestimmen, ob der momentane Zeitpunkt ein ”Zeitpunkt ist, unmittelbar nachdem sich der Wert des Markers eine Bestimmung eines Ungleichgewichts XINB von ”0” zu ”1” geändert hat”. Das heißt, die CPU bestimmt, ob der momentane Zeitpunkt unmittelbar danach liegt, nachdem bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt.
Wenn der momentane Zeitpunkt nicht der ”Zeitpunkt unmittelbar nachdem der Wert des Markers einer Bestimmung eines Ungleichgewichts XINB sich von ”0” zu ”1” geändert hat”, ist, nimmt die CPU eine ”Nein”-Bestimmung bei Schritt 1810 vor, und geht direkt über zu Schritt 1895, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Andererseits, wenn der momentane Zeitpunkt der ”Zeitpunkt unmittelbar nachdem der Wert des Markers einer Bestimmung eines Ungleichgewichts XINB sich von ”0” zu ”1” geändert hat”, ist, nimmt die CPU eine ”Ja”-Bestimmung bei Schritt 1810 vor, um zu Schritt 1820 überzugehen, an dem die CPU die vorstehend erwähnte erste Zeitperiode T1 ermittelt.
Detaillierter führt die CPU die folgenden Prozesse durch.

(1) Wenn eine letzte Einheitsverbrennungszyklusperiode vergangen ist, ermittelt und speichert die CPU einen ersten Zeitpunkt t1, an dem der maximale Differentialwert einer zweiten Ordnung einer positiven Seite Pd2AF(n), dessen absoluter Wert der größte ist, sich abzeichnet, unter ”Differentialwerten einer zweiten Ordnung, die jeweils einen positiven Wert aufweisen”, aus einer ”Vielzahl der Differentialwerte einer zweiten Ordnung, die innerhalb der letzten Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wurden”.
(2) Wenn diese letzte Einheitsverbrennungszyklusperiode vergangen ist, ermittelt und speichert die CPU einen zweiten Zeitpunkt t2, an dem der maximale Differentialwert einer zweiten Ordnung einer negativen Seite Md2AF(n), dessen Absolutwert der größte ist, sich abzeichnet, unter ”Differentialwerten einer zweiten Ordnung, die jeweils einen negativen Wert aufweisen”, aus einer ”Vielzahl von Differentialwerten einer zweiten Ordnung, die innerhalb dieser letzten Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wurden”.
(3) Wenn eine Einheitsverbrennungszyklusperiode unmittelbar vor der vorstehend erwähnten Einheitsverbrennungszyklusperiode vergangen ist, ermittelt und speichert die CPU einen dritten Zeitpunkt t3, an dem ein ”maximaler Differentialwert einer zweiten Ordnung einer positiven Seite Pd2AF(n – 1), dessen absoluter Wert der größte ist”, sich abzeichnet, unter ”Differentialwerten einer zweiten Ordnung, die jeweils einen positiven Wert aufweisen” aus einer ”Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung, die innerhalb der ummittelbar vorhergehenden Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wurden”.
(4) Wenn diese Einheitsverbrennungszyklusperiode unmittelbar vor der letzten Einheitsverbrennungszyklusperiode vergangen ist, ermittelt und speichert die CPU einen vierten Zeitpunkt t4, an dem ein ”maximaler Differentialwert einer zweiten Ordnung einer negativen Seite Md2AF(n – 1), dessen absoluter Wert der größte ist”, sich abzeichnet, unter ”Differentialwerten einer zweiten Ordnung, die jeweils einen negativen Wert aufweisen” aus einer ”Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung, die innerhalb dieser ummittelbar vorhergehenden Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wurden”.

Wenn der erste Zeitpunkt t1 vor dem zweiten Zeitpunkt t2 liegt, ermittelt die CPU eine Zeitperiode von dem ersten Zeitpunkt t1 zu dem zweiten Zeitpunkt t2 als die erste Zeitperiode T1 (Vergleiche (E) von 17). Im Gegensatz dazu, wenn der erste Zeitpunkt t1 nach dem zweiten Zeitpunkt t2 liegt, ermittelt die CPU eine Zeitperiode von dem dritten Zeitpunkt t3 zu dem zweiten Zeitpunkt t2 als die erste Zeitperiode T1 (Vergleiche (C) von 17).
Nachfolgend geht die CPU über zu Schritt 1830 von 18, um die zweite Zeitperiode T2 zu ermitteln. Genauer führt die CPU die folgenden Prozesse durch.
Wenn der erste Zeitpunkt t1 vor dem zweiten Zeitpunkt t2 liegt, ermittelt die CPU eine Zeitperiode von dem vierten Zeitpunkt t4 zu dem ersten Zeitpunkt t1 als die zweite Zeitperiode T2 (Vergleiche (E) von 17). Im Gegensatz dazu, wenn der erste Zeitpunkt t1 nach dem zweiten Zeitpunkt t2 liegt, ermittelt die CPU eine Zeitperiode von dem zweiten Zeitpunkt t2 zu dem ersten Zeitpunkt t1 als die zweite Zeitperiode T2 (Vergleiche (C) von 17).
Als nächstes geht die CPU über zu Schritt 1840, um zu bestimmen, ob die erste Zeitperiode T1 länger ist als die zweite Zeitperiode T2 oder nicht. Wenn die erste Zeitperiode T1 länger ist als die zweite Zeitperiode T2, nimmt die CPU eine ”Ja” Bestimmung bei Schritt 1840 vor, um zu Schritt 1850 überzugehen, an dem die CPU einen Wert eines ”Markers einer Erzeugung einer Verschiebung auf eine fette Seite XINBR” auf ”1” setzt, um anzugeben, dass der Zustand eines Ungleichgewichts zu einer Verschiebung auf eine fette Seite aufgetreten ist.
Im Gegensatz dazu, wenn die erste Zeitperiode T1 kürzer als die zweite Zeitperiode T2 ist, nimmt die CPU ”Nein” Bestimmung bei Schritt 1840 vor, um zu Schritt 1860 überzugehen, an dem die CPU einen Wert eines ”Markers einer Erzeugung einer Verschiebung auf eine magere Seite XINBL” auf ”1” setzt, um anzugeben, dass der Zustand eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine magere Seite auftritt.
Auf diese Weise, wenn bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist (vergleiche Schritt 1810), kann die sechste Bestimmungsvorrichtung identifizieren (bestimmen), ob der ”Zustand eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine fette Seite” auftritt oder der ”Zustand eines Ungleichgewichts einer Verschiebung auf eine magere Seite” auftritt, basierend auf einer Größenbeziehung zwischen der ersten Zeitperiode T1 und der zweiten Zeitperiode T2 (vergleiche Schritt 1840).
Wie vorstehend beschrieben kann die Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß der vorliegenden Erfindung genau bestimmen, ob ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist oder nicht.
Es sei angemerkt, dass manche CPUs der vorstehend erwähnten Bestimmungsvorrichtungen den nachstehend beschriebenen Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) ermitteln.
Die CPU ermittelt die Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs jedes Mal, wenn die konstante Abtastzeitperiode ”ts” abläuft. Diese konstante Abtastzeitperiode ”ts” kann eine Zeitperiode sein, die durch Teilen einer vorbestimmten Zeitperiode durch eine natürlich Zahl erhalten wird, wobei die vorbestimmte Zeitperiode ein Intervall des Ermittelns des Differentialwerts einer zweiten Ordnung ist, der bei jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode in einer Verbrennungszykluszeitperiode erhalten wird. Die vorbestimmte Zeitperiode ist jedoch üblicherweise die gleiche als die Abtastzeitperiode ”ts”.
Die CPU ermittelt, als eine momentan erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n), einen Wert, der durch Subtrahieren von einem ”momentan erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs(n)”, der durch einen ”neu erhaltene Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs” dargestellt wird, einen ”im Voraus erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs(n – 1)”, das durch eine ”Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, die zu einem Zeitpunkt der Abtastzeitperiode ”ts” vorher” erhalten wird, erhalten wird (Schritt 1010 bis 1030, 1050, und 1060 von 10 und 12).
Weiterhin ermittelt die CPU, als den ”Differentialwert einer zweiten Ordnung d2AF(n)”, einen Wert, der durch Subtrahieren einer im Voraus erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n – 1), die in der Abtastzeitperiode ”ts” vorher erhalten wurde” von einer ”neu erhaltenen momentan erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n)” (Schritt 1040 und 1060 von 10 und 12).
Ebenso kann die CPU von jeder der vorstehend erwähnten Bestimmungsvorrichtungen den Differentialwert zweiter Ordnung d2AF(n) der nachstehend beschrieben ist, ermitteln.

(1) Die CPU ermittelt die Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs jedes Mal, wenn die konstante Abtastzeitperiode ”ts” abgelaufen ist.
(2) Die CPU ermittelt, als eine ”momentan erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n), einen Wert, der durch Subtrahieren von einem ”momentan erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs(n), das durch eine neu erhaltene Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt wird” eines „vorher erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis abyfs(n-1), das durch eine Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, die zu einem Zeitpunkt der Abtastzeitperiode vorher ermittelt wird, dargestellt wird. Die CPU speichert (hält), als eine erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n), die ermittelte erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n), während es zu einer Ermittlungsreihenfolge Cn der erfassten Änderungsraten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einer Einheitsverbrennungszyklusperiode in Beziehung gesetzt wird.
(3) Wenn eine Einheitsverbrennungszykluszeitperiode vergangen ist, ermittelt die CPU, als einen erfassten Mittelwert einer Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Erhöhungsseite AvePd1AF, einen ”mittleren Wert von Änderungsraten der erfassten Luftkraftstoffraten, die jeweils einen positiven Wert aufweisen” unter einer Vielzahl der erfassten Änderungsraten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(Cn), die innerhalb dieser Einheitsverbrennungszyklusperiode gehalten werden.
(4) Ähnlich ermittelt die CPU als einen erfassten Mittelwert einer Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Verringerungsseite AveMd1AF, einen ”Mittelwert von Änderungsraten der erfassten Luftkraftstoffraten, die jeweils einen negativen Wert aufweisen” unter einer Vielzahl der erfassten Änderungsraten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(Cn), die innerhalb dieser Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden.
(5) Die CPU ermittelt, als einen ”Differentialwert zweiter Ordnung d2AF innerhalb dieser Einheitsverbrennungszyklusperiode”, eine Differenz (zum Beispiel AvePd1AF–AveMd1AF, oder AveMd1AF–AvePd1AF) zwischen dem erfassten Mittelwert einer Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Erhöhungsseite AvePd1AF und dem erfassten Mittelwert einer Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Verringerungsseite AveMd1AF.

Danach ermittelt die CPU als ein Wert HD2AF, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, den vorstehend ermittelten Differentialwert einer zweiten Ordnung d2AF innerhalb dieser Einheitsverbrennungszyklusperiode. Die CPU bestimmt, dass ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, wenn ein absoluter Wert |HD2AF| größer als der erste Schwellenwert Th1 ist.
Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung angewendet werden können. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, unter Verwendung der vorstehend erwähnten Technik, jedes Mal, wenn eine Einheitsverbrennungszyklusperiode abgelaufen ist, und um zu bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern aufgetreten ist, wenn Bestimmungen des Auftretens eines Zustands eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern für aufeinanderfolgende Einheitsverbrennumngszyklusperioden vorgenommen werden.
Ebenso wird die erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n) als ein Differentialwert erster Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abyfs, das durch die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs dargestellt wird, mit Bezug auf Zeit ermittelt, aber die erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses d1AF(n) kann durch Ermitteln eines Differentialwerts erster Ordnung der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Vabyfs mit bezug auf Zeit und durch Umwandeln von diesem in einen Wert entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7152592 [0007]
JP 11-72473 [0082]
JP 2000-65782 [0082]
JP 2004-69547 [0082]

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern, die auf eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern angewendet wird, zum Bestimmen, ob ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wobei der Zustand ein Zustand ist, in dem ein Ungleichgewicht unter einzelnen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen von Zylindern auftritt, wobei jedes ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Gemisches ist, dass an jeden von zumindest zwei Zylindern der Vielzahl von Zylindern zugeführt wird, mit: einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, der an einem Abgassammelabschnitt eines Abgasdurchlasses der Maschine angeordnet ist, in dem Abgase, die von den zumindest zwei Zylindern ausgestoßen werden, gesammelt werden, oder an einem Abschnitt stromabwärts des Abgassammelabschnitts des Abgasdurchlasses angeordnet ist, und der, als eine Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, eine Ausgabe entsprechend einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erreicht hat, erzeugt; und eine Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung zum Erhalten eines Differentialwerts einer zweiten Ordnung eines erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dargestellt ist, mit Bezug auf Zeit basierend auf der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, Erhalten eines Werts, der einen Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, der gemäß dem erhaltenen Differentialwert zweiter Ordnung variiert, basierend auf dem erhaltenen Differentialwert zweiter Ordnung, und Bestimmen, ob der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt oder nicht, basierend auf dem erhaltenen Wert, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß Anspruch 1, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn ein absoluter Wert eines erhaltenen Werts, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, größer als ein erster Schwellenwert ist.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß Anspruch 2, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, um den erhaltenen Differentialwert zweiter Ordnung als den Wert, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, zu erhalten.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß Anspruch 2, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, um den Differentialwert zweiter Ordnung zu erhalten, der zu jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode in einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wird, die für einen beliebigen der zumindest zwei Zylinder notwendig ist, um einen Verbrennungszyklus, der aus einem Einlasstakt, einem Verdichtungstakt, einem Expansionstakt, und einem Abgastakt gebildet wird, zu vervollständigen, und um, als einen Wert, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, einen Differentialwert zweiter Ordnung, dessen absoluter Wert unter einer Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung, die in der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, der Größte ist, zu erhalten.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß Anspruch 1, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, um: als Werte, die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, den Differentialwert zweiter Ordnung, der zu jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode in einer Einheitsuerbrennungszyklusperiode erhalten wird, die für einen beliebigen der zumindest zwei Zylinder notwendig ist, um einen Verbrennungszyklus zu vervollständigen, der aus einrm Einlasstakt, einem Verdichtungstakt, einem Expansionstakt, und einem Abgastakt gebildet wird, zu erhalten; und zu bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn ein Wert, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, mit einem positiven Wert, dessen absoluter Wert größer oder gleich einem zweiten Schwellenwert ist, vorhanden ist, und ein Wert, der einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, mit einern negativen Wert, dessen absoluter Wert größer oder gleich einem dritten Schwellenwert ist, vorhanden ist, unter einer Vielzahl der Werte, die einern Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die in der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß Anspruch 1, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, um: als die Werte, die einem Differential einer zweiten Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, den Differentialwert zweiter Ordnung zu erhalten, der zu jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode in einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wird, die für einen beliebigen der zumindest zwei Zylinder erforderlich ist, um einen Verbrennungszyklus zu vervollständigen, der aus einem Einlasstakt, einem Verdichtungstakt, einem Expansionstakt und einem Abgastakt gebildet ist; und einen maximalen Wert, der einem Differential eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite entspricht, dessen absoluter Wert von Werten, die einem Differential eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die jeweils einen positiven Wert aufweisen, unter einer Vielzahl der Werte, die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, der Größte ist, auszuwählen; einen maximalen Wert, der einem Differential eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite entspricht, dessen absoluter Wert von Werten, die einem Differential eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die jeweils einen negativen Wert aufweisen, unter einer Vielzahl der Werte, die einem Differential zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechen, die innerhalb der Verbrennungszyklusperiode erhalten werden, der Größte ist, auszuwählen; und weiterhin, zu bestimmen, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn ein Produkt des maximalen Wertes, der einem Differential zweiter Ordnung einer positiven Seite entspricht, und der maximale Wert, der einem Differential zweiter Ordnung einer negativen Seite entspricht, gleich oder kleiner als ein vorbestimmter negativer Schwellenwert ist.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, um: Differentialwerte zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf Zeit zu erhalten, wobei der Differentialwert zweiter Ordnung zu jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wird, die für einen beliebigen der zumindest zwei Zylinder erforderlich ist, um einen Verbrennungszyklus zu beenden, der aus einem Einlasstakt, einem Verdichtungstakt, einem Expansionstakt und einem Abgastakt gebildet ist; einen Zeitpunkt zu identifizieren, wenn ein maximaler Differentialwert zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer positiven Seite, dessen absoluter Wert der größte ist, sich abzeichnet, aus Differentialwerten zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die jeweils einen positiven Wert aufweisen, unter einer Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden; und zu bestimmen, basierend auf dem identifizierten Zeitpunkt, welches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Zylinders der zumindest zwei Zylinder abnormal ist, wenn bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, um: Differentialwerte zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf Zeit zu erhalten, wobei der Differentialwert zweiter Ordnung zu jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wird, die für einen beliebigen der zumindest zwei Zylinder erforderlich ist, um einen Verbrennungszyklus zu beenden, der aus einem Einlasstakt, einem Verdichtungstakt, einem Expansionstakt, und einem Abgastakt gebildet ist; einen Zeitpunkt zu identifizieren, wenn ein maximaler Differentialwert zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer negativen Seite, dessen absoluter Wert der größte ist, sich abzeichnet, aus Differentialwerten zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die jeweils einen negativen Wert aufweisen, unter einer Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden; und zu bestimmen, basierend auf dem identifizierten Zeitpunkt, welches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Zylinders der zumindest zwei Zylinder abnormal ist, wenn bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, um: Differentialwerte zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf Zeit zu erhalten, wobei der Differentialwert zweiter Ordnung zu jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten wird, die für einen beliebigen der zumindest zwei Zylinder erforderlich ist, um einen Verbrennungszyklus zu beenden, der aus einem Einlasstakt, einem Verdichtungstakt, einem Expansionstakt, und einem Abgastakt gebildet ist; wenn eine letzte Einheitsverbrennungszyklusperiode vergangen ist, einen ersten Zeitpunkt zu erhalten, an dem ein maximaler Differentialwert zweiter Ordnung einer positiven Seite, dessen absoluter Wert der größte ist, sich abzeichnet, unter Differentialwerten zweiter Ordnung, die jeweils positive Werte aufweisen, aus einer Vielzahl der Differentialwerte zweiter Ordnung, die innerhalb der letzten Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden; wenn die letzte Einheitsverbrennungszyklusperiode vergangen ist, einen zweiten Zeitpunkt zu erhalten, an dem ein maximaler Differentialwert zweiter Ordnung einer negativen Seite, dessen absoluter Wert der größte ist, sich abzeichnet, unter Differentialwerten zweiter Ordnung, die jeweils einen negativen Wert aufweisen, aus einer Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung, die innerhalb der letzten Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden; wenn eine Einheitsverbrennungszyklusperiode unmittelbar vor der letzten Etnheitsverbrennungszyklusperiode vergangen ist, einen dritten Zeitpunkt zu erhalten, an dem ein maximaler Differentialwert zweiter Ordnung einer positiven Seite, dessen absoluter Wert der größte ist, sich abzeichnet, unter Differentialwerten zweiter Ordnung, die jeweils einen positiven Wert aufweisen, aus einer Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung, die innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode unmittelbar vor der letzten Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden; wenn die Einheitsverbrennungszyklusperiode unmittelbar vor der letzten Einheitsverbrennungszyklusperiode vergangen ist, einen vierten Zeitpunkt zu erhalten, an dem ein maximaler Differentialwert zweiter Ordnung einer negativen Seite, dessen absoluter Wert der größte ist, sich abzeichnet, unter Differentialwerten zweiter Ordnung, die jeweils einen negativen Wert aufweisen, aus einer Vielzahl von Differentialwerten zweiter Ordnung, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode unmittelbar vor der letzten Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden; in einem Fall, in dem bestimmt ist, dass der Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern auftritt, wenn der erste Zeitpunkt vor dem zweiten Zeitpunkt liegt, als eine erste Zeitperiode eine Zeitperiode von dem ersten Zeitpunkt zu dem zweiten Zeitpunkt zu erhalten und als eine zweite Zeitperiode eine Zeitperiode von dem vierten Zeitpunkt zu dem ersten Zeitpunkt zu erhalten; wenn der erste Zeitpunkt nach dem zweiten Zeitpunkt liegt, als die erste Zeitperiode eine Zeitperiode von dem dritten Zeitpunkt zu dem zweiten Zeitpunkt zu erhalten und als die zweite Zeitperiode eine Zeitperiode von dem zweiten Zeitpunkt zu dem ersten Zeitpunkt zu erhalten; wenn die erhaltene erste Zeitperiode länger ist als die erhaltene zweite Zeitperiode, zu bestimmen, dass ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aufgetreten ist, in dem sich ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem Zylinder der zumindest zwei Zylinder mit Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf eine fettere Seite verschoben hat; und wenn die zweite Zeitperiode länger ist als die erste Zeitperiode, zu bestimmen, dass ein Zustand eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aufgetreten ist, in dem sich ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Zylinders der zumindest zwei Zylinder mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf eine magerere Seite verschoben hat.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, um: eine Ausgabe eines Luftkraftstoffsensors jedes Mal zu erhalten, wenn eine konstante Abtastzeitperiode abläuft; als eine erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, einen Wert zu erhalten, der durch Subtrahieren eines vorher erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch eine Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt ist, die eine Abtastzeitperiode vorher erhalten wurde, von einem momentan erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch eine Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt ist, die neu erhalten wird; und als einen Differentialwert zweiter Ordnung des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt wird, mit Bezug auf Zeit, einen Wert zu erhalten, der durch Subtrahieren einer vorher erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die eine Abtastzeitperiode vorher erhalten wurde, von einer momentan erfassten Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die neu erhalten wird, erhalten wird.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Ungleichgewichts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Zylindern gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, um: eine Ausgabe eines Luftkraftstoffsensors jedes Mal zu erhalten, wenn eine vorbestimmte Abtastzeitperiode abläuft; als eine erfasste Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, einen Wert zu erhalten, der durch Subtrahieren eines vorher erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors dargestellt ist, die eine Abtastzeitperiode vorher erhalten wurde, von einem momentan erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch die Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, dargestellt ist, die neu erhalten wird; einen Wert als einen erfassten Mittelwert einer Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Erhöhungsseite zu erhalten, wobei der Wert ein Mittelwert der erfassten Änderungsraten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, die jeweils einen positiven Wert aufweisen, unter einer Vielzahl von erfassten Änderungsraten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die innerhalb einer Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden, die für einen beliebigen der zumindest zwei Zylinder erforderlich ist, um einen Verbrennungszyklus zu vervollständigen, der aus einem Einlasstakt, einem Verdichtungstakt, einem Expansionstakt und einem Abgastakt gebildet wird; einen Wert als einen erfassten Mittelwert einer Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Verringerungsseite zu erhalten, wobei der Wert ein Mittelwert der erfassten Änderungsraten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, die jeweils einen negativen Wert aufweisen, unter einer Vielzahl von erfassten Änderungsraten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die innerhalb der Einheitsverbrennungszyklusperiode erhalten werden; und als den Differentialwert zweiter Ordnung, eine Differenz zwischen dem erfassten Mittelwert einer Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Erhöhungsseite und dem erfassten Mittelwert einer Änderungsrate eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Verringerungsseite zu erhalten.