DE112011105110B4 - Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor - Google Patents

Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, aufweisend: Kraftstoff-Abschaltmittel zum Ausführen einer Kraftstoff-Abschaltung; Fettsteuermittel zum Ausführen einer Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung zum Anfetten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unmittelbar nach Beendigung der Kraftstoff-Abschaltung; und Erfassungsmittel zum Erhöhen einer Kraftstoff-Einspritzmenge für einen vorgegebenen Zielzylinder, um eine Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern zumindest basierend auf einer Rotationsvariation des Zielzylinders nach Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zu erfassen, wobei das Erfassungsmittel die Erhöhung der Einspritzmenge in der Mitte der Ausführung der Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung ausführt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, und insbesondere eine Vorrichtung zum Erfassen, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor relativ deutlich variiert.
  • Bei einem Verbrennungsmotor mit einem Abgas-Reinigungssystem, das einen Katalysator verwendet, werden schädliche Substanzen im Abgas allgemein durch den Katalysator in hocheffizienter Weise gereinigt. Daher ist es wichtig, ein Mischungsverhältnis der Luft und des Kraftstoffs in einer im Verbrennungsmotor zu verbrennenden Mischung, d. h. ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, zu steuern. Zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist ein Luft-Kraftstoff-Sensor in einer Abgasleitung im Verbrennungsmotor angeordnet, und es wird eine Regelung bzw. Rückkopplungssteuerung derart ausgeführt, um das vom Luft-Kraftstoff-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu setzen.
  • Dagegen gibt es einige Fälle, bei denen, da die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung üblicherweise derart ausgeführt wird, dass die gleiche Steuergröße für jeden der Zylinder in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor verwendet wird, ein Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zylindern variiert, selbst wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ausgeführt wird. Wenn ein Grad der Abweichung bzw. des Ungleichgewichts zu diesem Zeitpunkt gering ist, hat, da das Ungleichgewicht durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung absorbiert werden kann und die schädlichen Substanzen im Abgas im Katalysator gereinigt werden können, das Ungleichgewicht keinen negativen Einfluss auf die Abgasemission und führt nicht zu einem speziellen Problem.
  • Wenn jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufgrund eines Fehlers eines Kraftstoff-Einspritzsystems in einem Teil der Zylinder oder dergleichen deutlich zwischen den Zylindern variiert, wird der Abgasausstoß bzw. die Abgasemission verschlechtert, wodurch ein Problem auftritt. Es ist wünschenswert, ein Ungleichgewicht im Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wodurch die Abgasemission verschlechtert wird, als Anomalie zu erfassen. Insbesondere ist es wünschenswert, im Fall eines Verbrennungsmotors für ein Automobil, um vorab zu vermeiden, dass das Fahrzeug, bei dem sich die Abgasemission verschlechtert hat, bewegt wird, die Ungleichgewichts-Anomalie im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zylindern im Fahrzeug (sogenannte OBD = On-Board-Diagnostik) zu erfassen, und es gibt Vorhaben, eine derartige Erfassung der Ungleichgewichts-Anomalie an Bord gesetzlich zu regeln.
  • In einer Vorrichtung, die in JP 2010-112 244 A beschrieben wird, wird beispielsweise, wenn bestimmt wird, dass eine Anomalie im Luft-Kraftstoff-Verhältnis in jedem Zylinder auftritt, die Einspritzzeit des in jeden Zylinder eingespritzten Kraftstoffs für eine vorgegebene Zeitdauer verkürzt, bis der Zylinder, in dem die Anomalie im Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufgetreten ist, fehlzündet, um dadurch den fehlerhaften bzw. anomalen Zylinder zu kennzeichnen.
  • Wenn daneben die Anomalie im Luft-Kraftstoff-Verhältnis in jedem Zylinder auftritt, wenn eine Kraftstoff-Einspritzmenge im entsprechenden Zylinder zwangserhöht oder -abgesenkt wird, wird eine Rotationsvariation im entsprechenden Zylinder auffällig groß. Durch Erfassen einer Zunahme einer derartigen Rotationsvariation ist es daher möglich, die Ungleichgewichts-Anomalie im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erfassen.
  • Jedoch führt die Zunahme oder Abnahme der Kraftstoff-Einspritzmenge zu einer nicht unerheblichen Verschlechterung der Abgasemission. Daher ist es wünschenswert, die Erhöhung oder Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge für eine Zeitdauer auszuführen, bei der die Abgasemission so wenig wie möglich verschlechtert wird.
  • Aus der US 2007/0033926 A1 ist eine Vorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotors beschrieben. Ziel ist es, einen Katalysator, der während einer automatischen Motorabschaltung im Schubbetrieb mit Sauerstoff gesättigt wurde, zu regenerieren. Hierzu ist vorgesehen den Sollwert für das Kraftstoff – Luftverhältnis nach der Abschaltung in Richtung fett zu verschieben um so gebundenen Sauerstoff wieder aus dem Katalysator zu entfernen und die volle Leistungsfähigkeit auch bei magerem Betrieb wieder herzustellen.
  • Ferner offenbart die DE 10 2009 027 822 A1 ein Verfahren zur Bestimmung einer Zylinderverimmung beschrieben. Ziel ist es, Unterschiede im Kraftstoff-Luftverhältnis einzelner Zylinder zu erkennen und zu beseitigen. Hierzu ist vorgesehen, den betreffendn Zylinder nacheinander in wenigstens einer Magerphase und wenigstens einer Fettphase zu betreiben, um im Mittel eine Abgasneutralität bereitzustellen, wobei ein Laufunruhesignal in einer Magerphase ausgewertet wird, um zylinderindividuell betsimmen zu können ob das Kraftstoff-Luftverhältnis korrigiert werden muss oder nicht.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte des vorstehenden Problems gemacht und hat zur Aufgabe, eine Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor zu schaffen, die eine Abgasemissions-Verschlechterung aufgrund der Ausführung einer Anomalie-Erfassung weitestgehend verhindern kann.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor vorgeschlagen, aufweisend:
    Kraftstoff-Abschaltmittel zum Ausführen einer Kraftstoff-Abschaltung;
    Fettsteuermittel zum Ausführen einer Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung zum Anfetten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unmittelbar nach Beendigung der Kraftstoff-Abschaltung; und
    Erfassungsmittel zum Erhöhen einer Kraftstoff-Einspritzmenge für einen vorgegebenen Zielzylinder, um eine Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern zumindest basierend auf einer Rotationsvariation des Zielzylinders nach Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zu erfassen, wobei
    das Erfassungsmittel die Erhöhung der Einspritzmenge in der Mitte der Ausführung der Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung ausführt
  • Die Vorrichtung zum Erfassen der Ungleichgewichts-Anomalie weist vorzugsweise ferner auf:
    einen Katalysator, der in einer Abgasleitung vorgesehen ist und eine Sauerstoff-Adsorptionsfähigkeit hat; und
    einen Nach-Katalysatorsensor als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, der stromab des Katalysators angeordnet ist, wobei
    das Erfassungsmittel die Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zum gleichen Zeitpunkt beendet, wenn die Ausgabe des Nach-Katalysatorsensors in einen fetten Zustand übergeht.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung zum Erfassen der Ungleichgewichts-Anomalie ferner auf:
    Messmittel zum Messen einer Sauerstoff-Adsorptionskapazität des Katalysators, wobei
    das Erfassungsmittel den Zeitpunkt zum Erhöhen der Kraftstoff-Einspritzmenge entsprechend dem gemessenen Wert der Sauerstoff-Adsorptionskapazität ändert.
  • Das Erfassungsmittel überwacht vorzugsweise eine Sauerstoff-Adsorptionsmenge, die vom Katalysator in der Mitte der Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge adsorbiert wird, um den Zeitpunkt zum Beenden der Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zu bestimmen.
  • Vorzugsweise startet das Erfassungsmittel die Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zum gleichen Zeitpunkt, zu dem die Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung gestartet wird.
  • Das Erfassungsmittel bestimmt vorzugsweise eine Fett-Änderungs-Anomalie im Zielzylinder basierend auf einer Differenz in der Rotationsvariation zwischen vor und nach der Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge im Zielzylinder.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor vorgeschlagen, aufweisend:
    Kraftstoff-Abschaltmittel zum Ausführen einer Kraftstoff-Abschaltung;
    Fettsteuermittel zum Ausführen einer Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung zum Anfetten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unmittelbar nach Beendigung der Kraftstoff-Abschaltung; und
    Erfassungsmittel zum Absenken einer Kraftstoff-Einspritzmenge für einen vorgegebenen Zielzylinder, um eine Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern zumindest basierend auf einer Rotationsvariation des Zielzylinders nach Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge zu erfassen, wobei
    das Erfassungsmittel zeitweilig die Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung in der Mitte der Ausführung der Fettsteuerung unterbricht und die Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge während der Unterbrechung ausführt.
  • Die Vorrichtung zum Erfassen der Ungleichgewichts-Anomalie weist vorzugsweise ferner auf:
    einen Katalysator, der in einer Abgasleitung angeordnet ist und eine Sauerstoff-Adsorptionsfähigkeit aufweist, wobei
    das Erfassungsmittel eine Sauerstoff-Adsorptionsmenge, die vom Katalysator in der Mitte der Ausführung der Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung adsorbiert wird, und die Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge überwacht, um den Zeitpunkt zum Starten der Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge und den Zeitpunkt zum Beenden der Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge zu bestimmen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein exzellenter Effekt zur weitestgehenden Vermeidung der Verschlechterung der Abgasemission aufgrund der Ausführung der Anomalie-Erfassung erzielt.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Graph, der Ausgabeeigenschaften eines Vor-Katalysator-Sensors und eines Nach-Katalysator-Sensors darstellt;
  • 3 ist ein Zeitschaubild, das Werte erläutert, die Rotationsvariationen darstellen;
  • 4 ist ein Zeitschaubild, das andere Werte erläutert, die Rotationsvariationen darstellen;
  • 5 ist ein Graph, der eine Änderung in den Rotationsvariationen zu einem Zeitpunkt der Erhöhung oder Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge zeigt;
  • 6 ist ein Graph, der einen Zustand einer Erhöhung einer Kraftstoff-Einspritzmenge und einer Änderung der Rotationsvariation zwischen vor und nach der Erhöhung zeigt;
  • 7 ist ein Zeitschaubild, das ein Messverfahren für eine Sauerstoff-Adsorptionskapazität erklärt;
  • 8 ist ein Zeitschaubild, das einen Aspekt einer Zustandsänderung bei der Ungleichgewichts-Anomalie-Erfassung zeigt;
  • 9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Sauerstoff-Adsorptionskapazität und einem Zeitpunkt zum Ausführen einer aktiven Fettsteuerung zeigt;
  • 10 ist ein Flussschaubild, das eine Steuerroutine der vorliegenden Ausführungsform darstellt;
  • 11 ist ein Zeitschaubild, das einen Aspekt einer Zustandsänderung bei der Ungleichgewichts-Anomalie-Erfassung gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt; und
  • 12 ist ein Flussschaubild, das eine Steuerrouting bei der anderen Ausführungsform zeigt.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt eine Darstellung, die schematisch einen Verbrennungsmotor bzw. eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der dargestellte Verbrennungsmotor (Motor) 1 ist ein Otto-Motor mit acht V-förmig angeordneten Zylindern (Benzinmotor; V8-Motor), der in einem Fahrzeug montiert ist. Der Motor 1 hat eine erste Bank B1 und eine zweite Bank B2, wobei Zylinder mit ungeraden Zahlen, d. h. ein erster Zylinder, ein dritter Zylinder, ein fünfter Zylinder und ein siebenter Zylinder, in der ersten Bank B1 angeordnet sind, und Zylinder mit geraden Zahlen, d. h. ein zweiter Zylinder, ein vierter Zylinder, ein sechster Zylinder und ein achter Zylinder, in der zweiten Bank B2 angeordnet sind. Eine erste Zylindergruppe besteht aus dem ersten Zylinder, dem dritten Zylinder, dem fünften Zylinder und dem siebenten Zylinder, und eine zweite Zylindergruppe besteht aus dem zweiten Zylinder, dem vierten Zylinder, dem sechsten Zylinder und dem achten Zylinder.
  • Ein Injektor (Kraftstoff-Einspritzventil) 2 ist für jeden Zylinder vorgesehen. Der Injektor 2 spritzt Kraftstoff in eine Ansaugleitung, insbesondere einen Ansaugstutzen (nicht dargestellt) des entsprechenden Zylinders ein. Eine Zündkerze 13 ist in jedem Zylinder vorgesehen, um eine Mischung im Zylinder zu entzünden.
  • Die Ansaugleitung 7 zum Einbringen von Ansaugluft umfasst den Ansaugstutzen, sowie ferner einen Ausgleichsbehälter 8 als Sammelvorrichtung, eine Mehrzahl von Ansaugkrümmern 9, die den Ansaugstutzen eines jeden Zylinders und den Ausgleichsbehälter 8 verbinden, sowie ein stromauf bzw. oberhalb des Ausgleichsbehälters 8 gelegenens Ansaugrohr 10. Ein Luftströmungsmesser 11 und ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 12 sind im Ansaugrohr 10 in dieser Reihe von der stromaufwärtigen zur stromabwärtigen Seite angeordnet. Der Luftströmungsmesser 11 gibt ein Signal aus, das eine Größe hat, die der Ansaugluftmenge entspricht.
  • Eine erste Abgasleitung 14A ist an der ersten Bank B1 angeordnet, und eine zweite Abgasleitung 14B ist an der zweiten Bank B2 angeordnet. Die erste Abgasleitung 14A und die zweite Abgasleitung 14B laufen stromauf bzw. oberhalb eines stromabwärtigen Katalysators 19 zusammen. Da die Konstruktion eines Abgassystems stromauf der Zusammenlaufposition zwischen den beiden Bänken gleich ist, werden nur die Bestandteile auf Seiten der ersten Bank B1 beschrieben, und jene auf Seiten der zweiten Bank B2 werden in den Figuren mit identischen Zeichen versehen, wobei auf eine wiederholte Beschreibung hiervon verzichtet wird.
  • Die erste Abgasleitung 14A umfasst Auslassstutzen (nicht dargestellt) des ersten Zylinders, des dritten Zylinders, des fünften Zylinders und des siebten Zylinders, einen Abgaskrümmer 16 zum Sammeln der Abgase aus den Auslassstutzen, sowie ein Abgasrohr 17, das stromab des Abgaskrümmers 16 angeordnet ist. Ein stromaufwärtiger Katalysator 18 ist im Abgasrohr 17 angeordnet. Ein Vor-Katalysator-Sensor bzw. Pre-Katalysator-Sensor 20 und ein Nach-Katalysator-Sensor bzw. Post-Katalysator-Sensor 21 als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Abgases sind jeweils stromauf und stromab des stromaufwärtigen Katalysators 18 (unmittelbar davor und unmittelbar danach) angeordnet. Auf diese Weise sind der stromaufwärtige Katalysator 18, der Vor-Katalysator-Sensor 20 und der Nach-Katalysator-Sensor 21 jeweils für die Mehrzahl von Zylindern (oder Zylindergruppen) vorgesehen, die in der Bank einer Seite angeordnet sind.
  • Jedoch sind die erste Abgasleitung 14A und die zweite Abgasleitung 14B nicht kombiniert, sondern können individuell zum stromabwärtigen Katalysator 19 führen.
  • Der Motor 1 hat eine elektronische Steuereinheit (nachfolgend als ECU bezeichnet) 100 als Steuermittel und Erfassungsmittel. Die ECU 100 umfasst – jeweils nicht dargestellt – eine CPU, ein ROM, ein RAM, Ein- und Ausgabeanschlüsse, eine Speichervorrichtung und dergleichen. Der vorgenannte Luftströmungsmesser 11, der Vor-Katalysator-Sensor 20, der Nach-Katalysator-Sensor 21 sowie ferner ein Kurbelwinkel-Sensor 22 zum Erfassen eines Kurbelwinkels des Motors 1, ein Beschleuniger-Öffnungsgrad-Sensor 23 zum Erfassen eines Beschleuniger-Öffnungsgrades, ein Wassertemperatur-Sensor 24 zum Erfassen einer Temperatur des Motorkühlwassers und verschiedene andere Sensoren (nicht dargestellt) sind elektrisch mit der ECU 100 über einen A/D-Wandler (nicht dargestellt) und dergleichen verbunden. Die ECU 100 steuert den Injektor 2, die Zündkerzen 13, das Drosselventil 12 und dergleichen für eine gewünschte Ausgabe, basierend auf Erfassungswerten eines jeden Sensors oder dergleichen, um eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Kraftstoffeinspritz-Zeitdauer, einen Zündzeitpunkt, einen Drossel-Öffnungsgrad und dergleichen zu steuern. Es sei angemerkt, dass der Drossel-Öffnungsgrad auf einen Öffnungsgrad entsprechend einem Beschleuniger-Öffnungsgrad gesteuert wird.
  • Die ECU 100 erfasst selbst einen Kurbelwinkel und berechnet eine Drehzahl des Motors 1 basierend auf einem Kurbelwinkel-Impulssignal vom Kurbelwinkel-Sensor 22. Hierbei bedeutet „Drehzahl” die Drehzahl pro Zeiteinheit und ist gleichbedeutend mit der Rotationsgeschwindigkeit. Bei der vorliegenden Ausführungsform bedeutet Drehzahl eine Drehzahl rpm pro Minute (U/min). Die ECU 100 erfasst eine Ansaugluftmenge, das bedeutet eine Ansaugluftmenge pro Zeiteinheit, basierend auf einem Signal vom Luftströmungsmesser 11. Die ECU 100 erfasst eine Last des Motors 1 basierend auf zumindest der erfassten Ansaugluftmenge und/oder dem erfassten Beschleuniger-Öffnungsgrad.
  • Der Vor-Katalysator 20 ist als so genannter Weitbereich-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ausgebildet und kann sequenziell Luft-Kraftstoff-Verhältnisse über einen relativ weiten Bereich erfassen. 2 zeigt Ausgabeeigenschaften des Vor-Katalysator-Sensors 20. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, gibt der Vor-Katalysator-Sensors 20 ein Spannungssignal Vf einer zum erfassten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis proportionalen Größe (ein Vor-Katalysator-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Ff) aus. Wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, (theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, beispielsweise A/F = 14,5), ist die Ausgangsspannung gleich Vreff (zum Beispiel 3,3 V).
  • Demgegenüber ist der Nach-Katalysator-Sensor 21 als sogenannter O2-Sensor ausgebildet und hat die Eigenschaft, dass ein Ausgabewert sich schnell über das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert. 2 zeigt die Ausgabeeigenschaft des Nach-Katalysator-Sensors 21. Wie in der Figur dargestellt ist, ist, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Nach-Katalysator-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fr) ein stöchiometrisches Kraftstoff-Verhältnis ist, eine Ausgangsspannung davon, d. h. ein Äquivalenzwert für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich Vrefr (beispielsweise 0,45 V). Die Ausgangsspannung des Nach-Katalysator-Sensors 21 ändert sich in einem vorgegebenen Bereich (zum Beispiel von 0 bis 1 V). Wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist die Ausgangsspannung Vr des Nach-Katalysator-Sensors niedriger als der Äquivalenzwert für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis Vrefr und, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist die Ausgangsspannung Vr des Nach-Katalysator-Sensors höher als der Äquivalenzwert des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Vrefr.
  • Der stromaufwärtige Katalysator 18 und der stromabwärtige Katalysator 19 sind als Dreiwege-Katalysatoren ausgebildet reinigen gleichzeitig NOx, HC und CO als schädliche Bestandteile im Abgas, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F im Abgas, das in die jeweiligen Katalysatoren strömt, in der Nähe eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist. Ein Bereich (Fenster) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, in dem die drei Bestandteile gleichzeitig mit hoher Effizienz gereinigt werden können, ist vergleichsweise eng.
  • Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung (stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung) wird durch die ECU 100 derart durchgeführt, dass das in den stromaufwärtigen Katalysator strömende Abgas in die Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses geregelt wird. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung besteht aus einer Haupt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung (Haupt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung) zum Gleichsetzen eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das vom Vor-Katalysator-Sensor 20 erfasst wird, auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis als vorgegebenes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einer Nach-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung (Nach-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung) zum Gleichsetzen eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das vom Nach-Katalysator-Sensor 21 erfasst wird, auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird daher ein Referenz- bzw. Bezugswert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses als stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, und eine Kraftstoff-Einspritzmenge, die äquivalent zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (bezeichnet als stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge) wird als Bezugswert der Kraftstoff-Einspritzmenge eingestellt. Der Bezugswert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Einspritzmenge kann jedoch auch ein anderer Wert sein.
  • Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung wird in einer Bankeinheit oder für jede Bank ausgeführt. Beispielsweise werden Erfassungswerte des Vor-Katalysator-Sensors 20 und des Nach-Katalysator-Sensors 21 auf Seiten der ersten Bank B1 lediglich für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung des ersten Zylinders, des dritten Zylinders, des fünften Zylinders und des siebten Zylinders in der ersten Bank B1 genutzt, werden jedoch nicht für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung des zweiten Zylinders, des vierten Zylinders, des sechsten Zylinders und des achten Zylinders in der zweiten Bank B2 genutzt. Das Gleiche gilt anders herum. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung wird somit derart ausgeführt, als wenn zwei unabhängige Reihen-Vierzylinder-Motoren vorlägen. Bei der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung wird dieselbe Steuergröße einheitlich für jeden Zylinder in der gleichen Bank verwendet.
  • Daneben gibt es Fälle, beispielsweise wenn der Injektor 2 in einem Teil aller Zylinder (insbesondere in einem Zylinder) außer Betrieb ist und ein Ungleichgewicht im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern auftritt. Beispielsweise gibt es einen Fall, bei dem, wegen eines Fehlers beim Schließen des Injektors 2, der in der ersten Bank B1 angeordnet ist, eine Kraftstoff-Einspritzmenge im ersten Zylinder größer ist als die der übrigen dritten, fünften und siebten Zylinder, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ersten Zylinders auf ein deutlich fetteres Verhältnis verändert wird als das der dritten, fünften und siebten Zylinder.
  • Es gibt Fälle, bei denen, wenn eine vergleichsweise große Korrekturmenge bzw. -größe durch die vorgenannte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung selbst zu diesem Zeitpunkt angewandt wird, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Gesamtgase (kombinierte Abgase), das dem Vor-Katalysator-Sensor 20 zugeführt wird, auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert werden kann. Jedoch ist, bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für jeden Zylinder, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im ersten Zylinder um einiges fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in jedem der dritten, fünften und siebten Zylinder ist magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Es ist ersichtlich, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aller Zylinder insgesamt zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis führt, was jedoch mit Blick auf die Abgasemission nicht wünschenswert ist. Daher ist die vorliegende Ausführungsform mit einer Vorrichtung zum Erfassen einer derartigen Ungleichgewichts-Anomalie im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zylindern vorgesehen.
  • Hierbei wird ein Wert, der den Ungleichgewichtsanteil bzw. die -rate darstellt, als Indexwert verwendet, der einen Grad eines Ungleichgewichts im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zylindern darstellt. Der Ungleichgewichtsanteil bedeutet, bei einem Fall, wo ein Übergang bzw. eine Änderung in der Kraftstoff-Einspritzmenge für lediglich einen Zylinder von mehreren Zylindern auftritt, einen Wert, der darstellt, wie groß der Grad einer Kraftstoff-Einspritzmenge für den einen Zylinder (Ungleichgewichts-Zylinder) mit der aufgetretenen Kraftstoff-Einspritzmengenänderung sich von einer Kraftstoff-Einspritzmenge oder einer Bezugs-Einspritzmenge des Zylinders (Gleichgewichts-Zylinder) ohne aufgetretener Kraftstoff-Einspritzmengenänderung verändert hat. Wenn ein Ungleichgewichtsanteil als IB (%) angezeigt ist, wird eine Kraftstoff-Einspritzmenge eines Ungleichgewichts-Zylinders als Qib angezeigt, und eine Kraftstoff-Einspritzmenge eines Gleichgewichts-Zylinders, das bedeutet, eine Bezugseinspritzmenge, wird als Qs angezeigt, wobei IB = (Qib – Qs)/Qs × 100 ist. Je größer der Ungleichgewichtsanteil IB wird, desto größer wird die Änderung der Kraftstoff-Einspritzmenge des Ungleichgewichts-Zylinders von der des Gleichgewichts-Zylinders, und desto größer wird der Ungleichgewichts-Grad im Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird dagegen eine Kraftstoff-Einspritzmenge in einem vorgegebenen Zielzylinder aktiv bzw. zwangserhöht oder abgesenkt, und eine Ungleichgewichts-Anomalie wird zumindest aufgrund einer Rotationsvariation des Zielzylinders nach der Erhöhung oder Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge erfasst.
  • Zunächst wird die Rotationsvariation erklärt. Rotationsvariation bedeutet eine Änderung der Motordrehzahl oder der Kurbelwellen-Rotationsgeschwindigkeit und kann beispielsweise durch den folgenden Wert ausgedrückt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann eine Rotationsvariation für jeden Zylinder erfasst werden.
  • 3 zeigt ein Zeitschaubild zum Erläutern der Rotationsvariation. Das dargestellte Beispiel ist ein Beispiel eines Reihen-Vierzylindermotors, kann jedoch ebenso auf einen V8-Motor, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, angewandt werden. Die Zündfolge ist die Abfolge vom ersten, dritten, vierten und zweiten Zylinder.
  • 3 zeigt (A) einen Kurbelwinkel (°CA) des Motors. Ein Motorzyklus ist 720 (°CA), und in der Figur sind die Kurbelwinkel entsprechend einer Mehrzahl von Zyklen, die nacheinander erfasst werden, sägezahnförmig dargestellt.
    • (B) zeigt die Zeit, die die Kurbelwelle benötigt, um einen vorgegebenen Winkel zu rotieren, das bedeutet die Rotationszeit T (s). Hierbei ist der vorgegebene Winkel 30 (°CA), kann jedoch auch ein anderer Wert sein (zum Beispiel 10 (°CA)). Je länger die Rotationszeit ist, desto niedriger ist die Motor-Rotationsgeschwindigkeit. Je kürzer die Rotationszeit ist, desto schneller ist im Umkehrschluss die Motor-Rotationsgeschwindigkeit. Die Rotationszeit T wird basierend auf der Ausgabe des Kurbelwinkel-Sensors 22 durch die ECU 100 erfasst.
    • (C) zeigt eine Rotationszeitdifferenz ΔT, die später beschrieben wird. In der Figur bezeichnet „normal” einen Normalfall, wo keine Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem der Zylinder auftritt, und „Mager-Änderungs-Anomalie” zeigt einen Anomalie-Fall, wo eine Mager-Änderung mit einem Ungleichgewichtsanteil IB = –30 (%) lediglich im ersten Zylinder auftritt. Die Mager-Änderungs-Anomalie tritt möglicherweise aufgrund eines Verstopfens einer Einspritzöffnung des Injektors oder eines Fehlers in dessen Öffnung auf.
  • Zunächst wird die Rotationszeit T eines jeden Zylinders zum gleichen Zeitpunkt durch die ECU erfasst. Hierbei wird die Rotationszeit T eines jeden Zylinders zum Zeitpunkt des oberen Totpunkts (TDC) während des Verdichtungshubs erfasst. Der Zeitpunkt, zu dem die Rotationszeit T erfasst wird, wird als Erfassungszeitpunkt bezeichnet.
  • Dann wird für jeden Erfassungszeitpunkt eine Differenz (T2 – T1) zwischen der Rotationszeit T2 zum Erfassungszeitpunkt und der Rotationszeit T1 zum Erfassungszeitpunkt unmittelbar vorher durch die ECU bestimmt. Die Differenz ist eine Rotationszeit-Differenz ΔT, die in (C) dargestellt ist, wobei ΔT = T2 – T1.
  • Da die Rotationsgeschwindigkeit üblicherweise während des Verbrennungshubs zunimmt, nachdem der Kurbelwinkel den TDC überschritten hat, sinkt die Rotationszeit T bzw. sie nimmt ab. Da die Rotationsgeschwindigkeit während des anschließenden Verdichtungshubs abnimmt, steigt die Rotationszeit T bzw. sie nimmt zu.
  • Wenn jedoch der erste Zylinder in einem Zustand einer Mager-Änderungs-Anomalie ist, wie in (B) dargestellt, kann kein ausreichendes Moment erzeugt werden, selbst wenn der erste Zylinder gezündet wird und die Drehzahl nimmt kaum zu. Daher ist die Rotationszeit T des dritten Zylinders am TDC aufgrund des Einflusses groß. Folglich wird eine Rotationszeit-Differenz ΔT des dritten Zylinders am TDC ein großer positiver Wert, wie in (C) dargestellt. Die Rotationszeit und die Rotationszeit-Differenz des dritten Zylinders am TDC werden zur Rotationszeit und Rotationszeit-Differenz des ersten Zylinders, die jeweils durch ein T1 und ΔT1 dargestellt sind. Das Gleiche kann für die anderen Zylinder durchgeführt werden.
  • Da der dritte Zylinder im Normalzustand ist, nimmt anschließend die Rotationsgeschwindigkeit abrupt nach Zünden des dritten Zylinders zu. Daraus resultierend sinkt die Rotationszeit T zum Zeitpunkt des TDC des vierten Zylinders verglichen mit der des dritten Zylinders beim TDC weniger ab. Daher wird eine Rotationszeit-Differenz ΔT3 des dritten Zylinders am TDC im vierten Zylinder ein kleiner negativer Wert, wie in (C) dargestellt. Auf diese Weise wird eine Rotationszeit-Differenz ΔT einiger Zylinder für jeden TDC des nachfolgend zündenden Zylinders bestimmt.
  • Eine zum vierten Zylinder am TDC ähnliche Tendenz tritt auch im zweiten Zylinder am TDC und dem darauf folgenden ersten Zylinder am TDC auf, und eine Rotationszeit-Differenz ΔT4 des vierten Zylinders sowie eine Rotationszeit-Differenz ΔT2 des zweiten Zylinders, die zu beiden Zeitpunkten erfasst werden, werden jeweils kleine negative Werte. Die vorstehenden Eigenschaften werden für jeden Motorzyklus wiederholt.
  • Auf diese Weise ist ersichtlich, dass die Rotationszeit-Differenz ΔT eines jeden Zylinders ein Wert ist, der eine Rotationsabweichung eines jeden Zylinders darstellt, sowie ein Wert, der mit einer Änderungsgröße im Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines jeden Zylinders korreliert. Daher kann die Rotationszeit-Differenz ΔT eines jeden Zylinders als Indexwert für eine Rotationsvariation eines jeden Zylinders verwendet werden. Je größer der Änderungsbetrag des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines jeden Zylinders ist, desto größer wird die Rotationsvariation eines jeden Zylinders, und desto größer wird die Rotationszeit-Differenz ΔT eines jeden Zylinders.
  • Dagegen ist, wie in 3(C) dargestellt, die Rotationszeit-Differenz ΔT eines jeden Zylinders im Normalfall die Zeit in der Nähe von Null.
  • Das Beispiel in 3 zeigt einen Fall, wo die Mager-Änderungs-Anomalie auftritt, jedoch ist, im Umkehrschluss, bei einem Fall, wo die Fett-Änderungs-Anomalie auftritt, das bedeutet, in einem Fall, wo in einem einzigen Zylinder eine große Fett-Änderung auftritt, eine ähnliche Tendenz feststellbar. Dies liegt daran, dass bei einem Fall, wo die große Fett-Änderung auftritt, selbst wenn gezündet wird, eine ungenügende Verbrennung aufgrund von zu viel Kraftstoff auftritt, und kein ausreichendes Drehmoment erzeugt werden kann, wodurch die Rotationsvariation erhöht wird.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 ein anderer Wert, der die Rotationsvariation darstellt, erklärt.
    • (A) zeigt einen Kurbelwinkel (°CA) des Motors ähnlich zu 3(A).
    • (B) zeigt eine Winkelbeschleunigung ω (rad/s) als reziproken Wert der Rotationszeit T. Hierbei ist ω = 1/T. Unnötig zu erwähnen, dass, je größer die Winkelbeschleunigung ist, die Motordrehzahl umso mehr zunimmt, und je kleiner die Winkelbeschleunigung ist, die Motordrehzahl abnimmt. Eine Wellenform der Winkelbeschleunigung ω ist eine Form, die durch Umkehren der Wellenform der Rotationszeit T von oben nach unten erhalten wird.
    • (C) zeigt eine Kreisbeschleunigung Δω als Differenz der Winkelbeschleunigung ω ähnlich zur Rotationszeit-Differenz ΔT. Eine Wellenform der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω ist eine Form, die durch Umkehren der Wellenform der Rotationszeit-Differenz ΔT von oben nach unten erhalten wird. „Normal” und „Mager-Änderungs-Anomalie” in der Figur sind gleich zu 3.
  • Zuerst wird die Winkelbeschleunigung ω eines jeden Zylinders zum gleichen Zeitpunkt durch die ECU erfasst. Hierbei wird ebenfalls die Winkelbeschleunigung ω eines jeden Zylinders zum Zeitpunkt eines oberen Totpunkts (TDC) während eines Verdichtungshubs erfasst. Die Winkelbeschleunigung ω wird durch Teilen von eins durch die Rotationszeit T berechnet.
  • Anschließend wird für jeden Erfassungszeitpunkt eine Differenz (ω2 – ω1) zwischen einer Winkelbeschleunigung ω2 zum Erfassungszeitpunkt und einer Winkelbeschleunigung ω1 zum Erfassungszeitpunkt unmittelbar vorher durch die ECU berechnet. Der Unterschied ist die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω, wie in (C) dargestellt, wobei Δω = ω2 – ω1 ist.
  • Da üblicherweise die Drehzahl während des Verbrennungshubs ansteigt, nachdem der Kurbelwinkel den TDC überschreitet, steigt die Winkelbeschleunigung ω an. Da die Drehzahl während des Verdichtungshubs anschließend abnimmt, nimmt die Winkelbeschleunigung ω ab.
  • In einem Fall, wo der erste Zylinder jedoch in einem Zustand einer Mager-Änderungs-Anomalie ist, wie in (B) dargestellt, kann kein ausreichendes Drehmoment erzeugt werden, selbst wenn der erste Zylinder gezündet wird und die Drehzahl steigt kaum an. Daher ist die Winkelbeschleunigung ω des dritten Zylinders am TDC aufgrund des Einflusses klein. Folglich wird die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω des dritten Zylinders am TDC ein großer negativer Wert, wie in (C) dargestellt. Die Winkelbeschleunigung und die Winkelbeschleunigungs-Differenz des dritten Zylinders am TDC werden zu einer Winkelbeschleunigung und einer Winkelbeschleunigungs-Differenz des ersten Zylinders, die jeweils durch ω1 und Δω1 dargestellt sind. Das Gleiche kann für die anderen Zylinder angewandt werden.
  • Da der dritte Zylinder im Normalzustand ist, steigt als Nächstes die Rotationsgeschwindigkeit nach Zündung des dritten Zylinders abrupt an. Als Ergebnis nimmt die Winkelbeschleunigung ω einfach zum Zeitpunkt des TDC des vierten Zylinders verglichen zu dem des TDC am dritten Zylinder weniger ab. Dadurch wird eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω3 des dritten Zylinders, die am TDC des vierten Zylinders erfasst wird, ein kleiner positiver Wert, wie in (C) gezeigt. Auf diese Weise wird die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω einiger Zylinder für jeden TDC des nächsten zündenden Zylinders erfasst.
  • Eine ähnlich zum vierten Zylinder am TDC auftretende Tendenz tritt auch beim zweiten Zylinder am TDC und am ersten Zylinder am TDC anschließend daran auf, und eine Winkelbeschleunigung-Differenz Δω4 des vierten Zylinders sowie eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω2 des zweiten Zylinders, die zu den beiden Zeitpunkten erfasst werden, werden jeweils kleine positive Werte. Die vorstehenden Eigenschaften werden für jeden Motorzyklus wiederholt.
  • Auf diese Weise wird verstanden, dass die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω eines jeden Zylinders ein Wert ist, der eine Rotationsvariation eines jeden Zylinders darstellt, sowie ein Wert, der mit einem Änderungsbetrag in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines jeden Zylinders korreliert. Daher kann die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω eines jeden Zylinders als Indexwert der Rotationsvariation eines jeden Zylinders verwendet werden. Je größer der Änderungsbetrag im Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines jeden Zylinders wird, desto größer wird die Rotationsvariation eines jeden Zylinders, und desto kleiner wird die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω eines jeden Zylinders (wird umso größer in Minus-Richtung).
  • Wie in 4(C) gezeigt, ist dagegen die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω eines jeden Zylinders im Normalzustand die ganze Zeit über in der Nähe von Null.
  • Ein Punkt, wonach eine ähnliche Tendenz auch im Fall einer umgekehrten Fett-Änderungs-Anomalie auftritt, ist vorstehend beschrieben.
  • Nachfolgend wird eine Änderung der Rotationsvariation zum Zeitpunkt des aktiven Erhöhens oder Absenkens einer Kraftstoff-Einspritzmenge eines Zylinders unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
  • In 5 zeigt eine horizontale Achse einen Ungleichgewichtsanteil IB, und eine vertikale Achse zeigt eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω als Indexwert einer Rotationsvariation. Hierbei ist der Ungleichgewichtsanteil IB lediglich in einem Zylinder der acht Zylinder verändert, und in diesem Fall wird eine Beziehung zwischen dem Ungleichgewichtsanteil IB im korrespondierenden Zylinder und der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω im korrespondierenden Zylinder durch eine Linie a dargestellt. Der korrespondierende Zylinder wird als aktiver Zielzylinder bezeichnet. Es wird angenommen, dass die anderen Zylinder alle im Gleichgewicht sind, bei denen jeweils eine stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge als Bezugs-Einspritzmenge Qs eingespritzt wird.
  • Auf der horizontalen Achse bedeutet „IB = 0 (%)” einen Normalfall, wo der aktive Zielzylinder einen Ungleichgewichtsanteil IB von 0 (%) hat und eine stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge eingespritzt wird. Daten in diesem Fall werden durch einen Bereich bzw. Punkt b auf der Linie a dargestellt. Wenn ein Zustand von IB sich von IB = 0 (%) auf die linke Seite in der Figur bewegt, steigt der Ungleichgewichtsanteil IB in Plus-Richtung an, und eine Kraftstoff-Einspritzmenge wird übermäßig hoch, d. h. ein fetter Zustand. Wenn dagegen ein Zustand von IB sich von IB = 0 (%) auf die rechte Seite in der Zeichnung bewegt, steigt der Ungleichgewichtsanteil IB in die Minus-Richtung an, und eine Kraftstoff-Einspritzmenge wird übermäßig klein, d. h. ein magerer Zustand.
  • Wie aus der Kennlinie a ersichtlich, besteht, selbst wenn der Ungleichgewichtsanteil IB des aktiven Zielzylinders entweder in die Plus-Richtung oder die Minus-Richtung von 0 (%) ansteigt, eine Tendenz, dass die Rotationsvariation des aktiven Zielzylinders groß wird und die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω des aktiven Zielzylinders in Minus-Richtung von der Nähe von 0 groß wird. Es gibt ferner eine Tendenz, dass, wenn der Ungleichgewichtsanteil IB von 0 (%) entfernt ist, eine Steigung der Kennlinie a steil ist und eine Änderung der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω in Reaktion auf die Änderung des Ungleichgewichtsanteils IB groß wird.
  • Wie hierbei durch einen Pfeil c dargestellt, wird angenommen, dass eine Kraftstoff-Einspritzmenge des aktiven Zielzylinders um eine vorgegebene Menge von einer stöchiometrische (IB = 0 (%)) erhöht wird. In einem Beispiel der Figur wird die Kraftstoff-Einspritzmenge um eine Äquivalenzmenge auf das Ungleichgewicht IB von näherungsweise 40 (%) erhöht. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich, da die Steigung der Kennlinie a in der Nähe von IB = 0 (%) graduell ist, die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω auch nach der Erhöhung nicht so stark wie vor der Erhöhung, und eine Differenz in der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω zwischen vor und nach der Erhöhung ist gering.
  • Dagegen wird angenommen, dass, wie durch einen Bereich bzw. Punkt d dargestellt, eine Fett-Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis im aktiven Zielzylinder auftritt und der Ungleichgewichtsanteil IB ein relativ großer Wert auf der Plus-Seite ist. Bei diesem Beispiel tritt die Fett-Änderung äquivalent zum Ungleichgewichtsanteil IB von näherungsweise 50 (%) auf. Wenn eine Kraftstoff-Einspritzmenge des aktiven Zielzylinders aus diesem Zustand um die gleiche Menge zwangserhöht wird, wie durch einen Pfeil e dargestellt, ändert sich die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω nach der Erhöhung deutlicher auf die Minus-Seite als vor der Erhöhung, da eine Steigung der Kennlinie a in diesem Bereich steil ist, wodurch eine Differenz in der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω zwischen vor und nach der Erhöhung ansteigt. Das bedeutet, die Rotationsvariation im aktiven Zielzylinder wird durch Erhöhen der Kraftstoff-Einspritzmenge größer.
  • In Konsequenz ist es zum Zeitpunkt der Zwangserhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge des aktiven Zielzylinders um eine vorgegebene Menge möglich, die Ungleichgewichts-Anomalie zumindest basierend auf der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω des aktiven Zielzylinders nach der Erhöhung zu erfassen.
  • Das bedeutet, in einem Fall, wo die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω nach der Erhöhung kleiner ist als ein vorgegebener negativer Anomalie-Erfassungswert α, wie in der Figur gezeigt (Δω < α), kann bestimmt werden, dass die Ungleichgewichts-Anomalie auftritt, und der aktive Zielzylinder kann als ein anomaler Zylinder festgestellt werden. Im Umkehrschluss kann in einem Fall, wo die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω nach dem Erhöhen nicht kleiner als der Anomalie-Erfassungswert α ist (Δω ≥ α), bestimmt werden, dass zumindest der aktive Zielzylinder in einem normalen Zustand ist.
  • Alternativ ist es möglich, die Ungleichgewichts-Anomalie basierend auf einer Differenz dΔω in der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω zwischen vor und nach der Erhöhung zu erfassen, wie in der Figur gezeigt. In diesem Fall kann, wenn eine Winkelbeschleunigungs-Differenz vor der Erhöhung mit Δω1 angezeigt ist, und eine Winkelbeschleunigungs-Differenz nach der Erhöhung mit Δω2 angezeigt ist, eine Differenz dΔω zwischen den beiden gemäß der Formel dΔω = Δω1 – Δω2 definiert werden. In einem Fall, wo die Differenz dΔω einen vorgegebenen positiven Anomalie-Erfassungswert β1 übersteigt (dΔω ≥ β1), kann bestimmt werden, dass die Ungleichgewichts-Anomalie auftritt, und der aktive Zielzylinder kann als fehlerhafter bzw. anomaler Zylinder bestimmt werden. Im Umkehrschluss kann, wenn die Differenz dΔω den Anomalie-Erfassungswert β1 nicht übersteigt (dΔω < β1), bestimmt werden, dass zumindest der aktive Zielzylinder im Normalzustand ist.
  • Das Gleiche kann auch zum Zeitpunkt der Zwangsabsenkung einer Kraftstoff-Einspritzmenge in einen Bereich, wo der Ungleichgewichtsanteil IB negativ ist, angewandt werden. Wie durch einen Pfeil f gezeigt, wird angenommen, dass eine Kraftstoff-Einspritzmenge des aktiven Zielzylinders um eine vorgegebene Menge von einer stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge (IB = 0 (%)) zwangsabgesenkt wird. Bei einem Beispiel in der Figur wird die Kraftstoff-Einspritzmenge um einen Äquivalenzwert auf den Ungleichgewichtsanteil IB von näherungsweise 10 (%) geändert. Der Grund dafür, dass die Änderungsmenge kleiner ist als die Erhöhungsmenge, liegt darin, dass, wenn die Kraftstoff-Einspritzmenge deutlich in dem Mager-Änderungs-Anomalie-Zylinder abgesenkt wird, der entsprechende Zylinder fehlzündet. Zu diesem Zeitpunkt ist, da eine Steigung der charakteristischen Linie bzw. Kennlinie a relativ graduell ist, eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω nach der Erhöhung einfach etwas geringer als vor der Erhöhung, und eine Differenz in der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω zwischen vor und nach der Erhöhung ist gering.
  • Dagegen wird angenommen, dass, wie durch einen Punkt g gezeigt, eine Mager-Änderung in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis bereits im aktiven Zielzylinder auftritt und der Ungleichgewichtsanteil IB ein relativer großer Wert auf der Minus-Seite ist. In diesem Beispiel tritt die Mager-Änderung äquivalent zum Ungleichgewichtsanteil IB von etwa –20 (%) auf. Wenn eine Kraftstoff-Einspritzmenge des aktiven Zielzylinders um die gleiche Menge aus diesem Zustand zwangsabgesenkt wird, wie durch einen Pfeil h gezeigt, ändert sich die Winkelbeschleunigungsdifferenz Δω nach der Absenkung deutlich näher zur Minus-Seite als vor der Absenkung, da eine Steigung der Kennlinie a in diesem Bereich steil ist, und eine Differenz in einer Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω zwischen vor und nach der Absenkung wird groß. Das bedeutet, die Rotationsvariation des aktiven Zielzylinders wird durch Absenken der Kraftstoff-Einspritzmenge größer.
  • In Konsequenz ist es zum Zeitpunkt der Zwangsabsenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge des aktiven Zielzylinders um eine bestimmte Menge möglich, die Ungleichgewichts-Abweichung zumindest basierend auf der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω des aktiven Zielzylinders nach der Absenkung zu erfassen.
  • Das bedeutet, in einem Fall, wo die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω nach der Absenkung kleiner ist als ein vorgegebener negativer Anomalie-Erfassungswert α, wie in der Figur gezeigt (Δω < α), kann bestimmt werden, dass die Ungleichgewichts-Anomalie auftritt, und der aktive Zielzylinder kann als fehlerhafter bzw. anomaler Zylinder bestimmt werden. Im Umkehrschluss kann, wenn in einem Fall, wo die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω nach der Absenkung nicht kleiner als der Anomalie-Bestimmungswert α ist (Δω ≥ α), bestimmt werden, dass zumindest der aktive Zielzylinder in einem Normalzustand ist.
  • Alternativ ist es ebenso möglich, die Ungleichgewichts-Anomalie basierend auf einer Differenz dΔω der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω zwischen vor und nach der Erhöhung zu erfassen, wie in der Figur gezeigt. In diesem Fall kann eine Differenz dΔω zwischen den beiden auch gemäß der Formel dΔω = Δω1 – Δω2 definiert werden. In einem Fall, wo die Differenz dΔω einen vorgegebenen positiven Anomalie-Erfassungswert β2 übersteigt (dΔω ≥ β2), kann bestimmt werden, dass die Ungleichgewichts-Anomalie auftritt und der aktive Zielzylinder kann als anomaler Zylinder bestimmt werden. Im Umkehrschluss kann, wenn die Differenz dΔω den Anomalie-Erfassungswert β2 nicht übersteigt (dΔω < β2), bestimmt werden, dass zumindest der aktive Zielzylinder in einem Normalzustand ist.
  • Da die Erhöhungsmenge deutlich größer als die Absenkmenge ist, ist der Anomalie-Erfassungs- bzw. Bestimmungswert β1 zum Zeitpunkt der Erhöhung der Menge größer als der Anomalie-Erfassungswert β2 zum Zeitpunkt des Absenkens der Menge. Jedoch können die beiden Anomalie-Erfassungswerte willkürlich unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Kennlinie a, einer Balance zwischen der Erhöhungsmenge und der Absenkmenge und dergleichen definiert werden. Die Anomalie-Erfassungswerte können dabei auch gleiche Werte sein.
  • Es sollte klar sein, dass auch in einem Fall der Verwendung einer Rotations-Zeitdifferenz ΔT als Indexwert der Rotationsvariation eines jeden Zylinders es möglich ist, die Anomalie-Erfassung auszuführen und den fehlerhaften Zylinder mit dem gleichen Verfahren zu bestimmen. Andere Werte als die vorstehend genannten Werte können als Indexwert der Rotationsvariation eines jeden Zylinders verwendet werden.
  • 6 zeigt einen Zustand einer Zunahme der Kraftstoff-Einspritzmenge und einer Änderung der Rotationsvariation zwischen vor und nach der Zunahme in allen acht Zylindern. Der obere Bereich zeigt einen Zustand vor der Erhöhung, und der untere Bereich zeigt einen Zustand nach der Erhöhung. Wie an der linken Endlinie in Rechts-Links-Richtung gezeigt, wird die gleiche Menge einheitlich und gleichzeitig in allen Zylindern als Verfahren zum Erhöhen der Menge erhöht. Das bedeutet, die vorgegebenen Zielzylinder sind hierbei alle Zylinder. Ein Ventilöffnungs-Befehl wird an den Injektor 2 eines jeden der Zylinder ausgegeben, um Kraftstoff in einer stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge vor der Erhöhung der Menge einzuspritzen, und der Ventilöffnungs-Befehl wird an den Injektor 2 eines jeden Zylinders ausgegeben, um Kraftstoff mit einer vorgegebenen höheren Menge als der stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge nach Erhöhen der Menge einzuspritzen.
  • Bezüglich des Verfahrens zur Erhöhung der Menge wird ein Verfahren, wo die Erhöhung simultan bzw. gleichzeitig in allen Zylindern ausgeführt wird, verwendet, und zudem ein Verfahren zum Erhöhen der Menge der Reihe nach und alternierend in einer bestimmten Anzahl von Zylindern. Beispielsweise wird die Erhöhung der Menge Zylinder für Zylinder durchgeführt, für jeweils zwei Zylinder oder für jeweils vier Zylinder. Die Zahl der Zylinder und die Zahl der Zielzylinder für die Erhöhung der Menge kann willkürlich eingestellt werden.
  • Wenn die Zahl der Zielzylinder größer ist, besteht ein Vorteil, dass die Zeit zum Beenden der Erhöhung der Menge für alle Zielzylinder verkürzt werden kann, jedoch besteht auch ein Nachteil, dass die Abgasemission sich verschlechtert. Wenn die Zahl der Zielzylinder dagegen geringer ist, besteht ein Vorteil, dass die Verschlechterung der Abgasemission weiter eingeschränkt werden kann, jedoch gibt es den Nachteil, dass die Zeit zum Beenden der Erhöhung der Menge für alle Zielzylinder länger wird.
  • Eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω wird als Indexwert der Rotationsvariation in jedem Zylinder ähnlich zu 5 verwendet.
  • Beispielsweise sind in einem Normalfall, der durch die Mittellinie in Rechts-Links-Richtung gezeigt ist, das bedeutet in einem Fall, wo die Luft-Kraftstoff-Veränderungs-Anomalie in keinem Zylinder auftritt, die Winkelbeschleunigungs-Differenzen Δω in allen Zylindern im Wesentlichen gleich und in der Nähe von Null vor der Erhöhung und die Rotationsvariation sind in allen Zylindern niedrig. Selbst nach der Erhöhung sind die Winkelbeschleunigungs-Differenzen in allen Zylindern im Wesentlichen gleich und werden einfach leicht in Minus-Richtung erhöht, und die Rotationsvariationen in allen Zylindern wird nicht so groß. Daher ist eine Differenz dΔω in der Winkelbeschleunigungs-Differenz zwischen vor und nach der Erhöhung der Menge klein.
  • Jedoch unterscheidet sich in einem anomalen Fall, der in der rechten Endlinie in Rechts-Links-Richtung gezeigt ist, ein Verhalten von dem im Normalfall. In diesem anomalen Fall tritt eine Fett-Änderungs-Anomalie äquivalent zum Ungleichgewichtsanteil IB von 50% lediglich im achten Zylinder auf, und nur der achte Zylinder ist ein anomaler Zylinder. In diesen Fall sind die Winkelbeschleunigungs-Differenzen Δω der anderen Zylinder als des achten Zylinders im Wesentlichen gleich und in der Nähe von Null vor der Erhöhung der Menge, die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω des achten Zylinders ist jedoch etwas größer in Minus-Richtung als die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω der übrigen Zylinder.
  • Jedoch ist eine Differenz zwischen der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω des achten Zylinders und der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω der übrigen Zylinder nicht so groß. Dadurch ist es nicht möglich, die Anomalie-Erfassung durchzuführen, um den anomalen Zylinder mit ausreichender Genauigkeit basierend auf der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω vor der Erhöhung der Menge zu erfassen.
  • Nach Erhöhung der Menge sind dagegen, verglichen mit dem Zustand vor der Erhöhung der Menge, die Winkelbeschleunigungs-Differenzen Δω der übrigen Zylinder im Wesentlichen gleich und ändern sich einfach ein wenig in Minus-Richtung, jedoch ändert sich die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω des achten Zylinders deutlich in Minus-Richtung. Daher wird eine Differenz dΔω der Winkelbeschleunigungs-Differenz des achten Zylinders zwischen vor und nach der Erhöhung der Menge deutlich größer als die der übrigen Zylinder. Daher ist es möglich, die Anomalie-Erfassung auszuführen und den fehlerhaften Zylinder mit ausreichender Genauigkeit durch Verwendung dieser Differenz zu bestimmen.
  • Da in diesem Fall nur die Differenz dΔω des achten Zylinders größer ist als der Anomalie-Erfassungswert β1, kann bestimmt werden, dass die Fett-Änderungs-Anomalie im achten Zylinder auftritt.
  • Es ist klar, dass in einem Fall der Erfassung der Mager-Änderungs-Anomalie in einem der Zylinder durch Zwangsabsenken der Kraftstoff-Einspritzmenge darin ein ähnliches Verfahren verwendet werden kann.
  • Die vorstehende Beschreibung ist die Zusammenfassung der Ungleichgewichts-Anomalie-Erfassung der vorliegenden Ausführungsform. Nachfolgend wird, solange nicht besonders spezifiziert, die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω als Indexwert der Rotationsvariation für jeden Zylinder verwendet.
  • Die Zwangserhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge verschlechtert die Abgasemission im Übrigen mehr als nur ein bisschen. Dies liegt an der Veränderung der Kraftstoff-Einspritzmenge von der stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge. Im Fall der Erfassung der Fett-Änderungs-Anomalie in einem der Zylinder durch Zwangserhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge ist es daher wünschenswert, die Erfassung zu einem Zeitpunkt durchzuführen, bei dem die Abgasemission so wenig wie möglich verschlechtert wird.
  • Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Zwangserhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge in der Mitte der Nach-Kraftstoff-Abschaltung-Fett-Steuerung (nachfolgend als Nach-F/C-Fett-Steuerung bezeichnet) durchgeführt, die unmittelbar nach Beenden der Kraftstoff-Abschaltung ausgeführt wird. Das bedeutet, durch Verwenden des Zeitpunkts der Nach-F/C-Fett-Steuerung wird die Zwangserhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zusammen mit oder überlappend mit dieser ausgeführt. Als Ergebnis kann vermieden werden, separat die Zwangserhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zur Anomalie-Erfassung auszuführen, wodurch eine Verschlechterung der Abgasemission aufgrund des Ausführens der Anomalie-Erfassung soweit wie möglich verhindert werden kann.
  • Die Kraftstoff-Abschaltung ist eine Steuerung zum Anhalten einer Kraftstoff-Einspritzung von den Injektoren 2 in alle Zylinder. Die ECU 100 führt die Kraftstoff-Abschaltung aus, wenn eine bestimmte vorgegebene Kraftstoff-Abschalt-Bedingung erfüllt ist. Die Kraftstoff-Abschalt-Bedingung ist beispielsweise erfüllt, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind, d. h. 1) ein Beschleuniger-Öffnungsgrad Ac, der durch den Beschleuniger-Öffnungsgrad-Sensor 23 erfasst wird, ein vorgegebener Öffnungsgrad äquivalent einem vollständig geschlossenen Ventilzustand oder kleiner ist, und 2) eine erfasste Motordrehzahl Ne eine vorgegebene Erholungsdrehzahl Nc (beispielsweise 1200 U/min) ist, die etwas höher als eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl Ni (beispielsweise 800 U/min) oder mehr ist.
  • Wenn die Motordrehzahl Ne die Erholungsdrehzahl Nc oder mehr ist, und der Beschleuniger-Öffnungsgrad Ac im Ventil-vollständig-geschlossen-Zustand ist, wird die Kraftstoff-Abschaltung unmittelbar ausgeführt, um den Motor und das Fahrzeug zu verzögern (Ausführung der Verzögerungs-Kraftstoff-Abschaltung). Wenn die Motordrehzahl Ne niedriger als die Erholungsdrehzahl Nc ist, ist die Kraftstoff-Abschaltung abgeschlossen (Erholung von der Verzögerungs-Kraftstoff-Abschaltung), und gleichzeitig wird die Nach-F/C-Fett-Steuerung gestartet.
  • Die Nach-F/C-Fett-Steuerung ist eine Steuerung, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen. Eine Kraftstoff-Einspritzmenge wird derart erhöht, um größer als eine stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge zu sein, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis beispielsweise 14,0 zu machen.
  • Der Grund für das Ausführen der Nach-F/C-Fett-Steuerung liegt hauptsächlich darin, die Leistung des stromaufwärtigen Katalysators 18 wieder herzustellen. Das bedeutet, der stromaufwärtige Katalysator 18 hat die Eigenschaften, mit einer Sauerstoff-Adsorptionskapazität überschüssigen Sauerstoff zu adsorbieren und NOx zu reduzieren, wenn ein Gas im Katalysator magerer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und den adsorbierten Sauerstoff freizugeben und HC und CO zu oxidieren, um diese zu reinigen, wenn das Atmosphärengas im Katalysator fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Es sei angemerkt, dass dies ebenso für den stromabwärtigen Katalysator 19 gelten kann.
  • Sauerstoff wird weiterhin im Katalysator in der Mitte der Ausführung der Kraftstoff-Abschaltung adsorbiert. Wenn der Katalysator den Sauerstoff bis zum vollständigen Ausmaß der Adsorptionskapazität adsorbiert, kann Sauerstoff nicht weiter nach der Erholung von der Kraftstoff-Abschaltung adsorbiert werden, wodurch NOx möglicherweise nicht gereinigt werden kann. Daher wird die Nach-F/C-Fett-Steuerung ausgeführt, um den adsorbierten Sauerstoffzwangsweise freizusetzen.
  • Das Zwangserhöhen der Menge für die Anomalie-Erfassung ist daneben auch eine Steuerung zum Erhöhen der Kraftstoff-Einspritzmenge über die stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge hinaus. Durch Ausführen der Zwangserhöhung der Menge in der Mitte der Ausführung der Nach-F/C-Fett-Steuerung besteht daher keine Notwendigkeit, unabhängig die Zwangserhöhung der Menge wagemutig auszuführen, wodurch es möglich ist, die Abgasemissions-Verschlechterung weitestgehend zu vermeiden.
  • Ein Startzeitpunkt der Zwangserhöhung der Menge ist der gleiche wie der der Kraftstoff-Abschaltungs-Beendigung, ähnlich dem Startzeitpunkt der Nach-F/C-Fett-Steuerung. Die Erhöhung der Menge kann daher frühestmöglich gestartet werden, wodurch ein Vorteil bezüglich des Gewinnens von Zeit für die Gesamterhöhung der Menge und die Unterdrückung der Abgasemissions-Verschlechterung erreicht wird.
  • Ein Beendigungszeitpunkt der Zwangserhöhung der Menge ist dagegen ein Zeitpunkt des Aufbrauchens der Sauerstoff-Adsorptionskapazität des stromaufwärtigen Katalysators 18, in anderen Worten, ein Punkt, an dem der stromaufwärtige Katalysator 18 Sauerstoff vollständig in der vorliegenden Ausführungsform freigibt. Bezüglich dieses Punktes wird, da es wünschenswert ist, vorab ein Messverfahren für die Sauerstoff-Adsorptionskapazität des stromaufwärtigen Katalysators 18 zu verstehen, zunächst ein Messverfahren erklärt.
  • Ein Wert als Sauerstoff-Adsorptionskapazität (OSC (g); O2-Speicherkapazität) wird als Indexwert für die Sauerstoff-Adsorptionskapazität des stromaufwärtigen Katalysators 18 verwendet. Die Sauerstoff-Adsorptionskapazität drückt eine Sauerstoffmenge aus, die der vorliegende Katalysator maximal adsorbieren kann. Wenn sich der Katalysator verschlechtert, nimmt die Fähigkeit zur Sauerstoff-Adsorption allmählich ab, und die Sauerstoff-Adsorptionskapazität wird gesenkt. Daher ist die Sauerstoff-Adsorptionskapazität auch ein Indexwert, der den Verschlechterungswert des Katalysators ausdrückt.
  • Für das Messen der Sauerstoff-Adsorptionskapazität wird eine aktive Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ausgeführt, um alternierend ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Mischung, insbesondere ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das dem Katalysator zugeführt wird, fett und mager um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis herum zu machen. Es sei angemerkt, dass die aktive Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung zu einem vollständig anderen Zeitpunkt als die Zwangserhöhung der Menge ausgeführt wird, beispielsweise während eines Beharrungszustands bzw. stabilen Betriebs des Motors. Ein Messverfahren der Sauerstoff-Adsorptionskapazität, das mit einer derartigen aktiven Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung einhergeht, ist als sogenanntes Cmax-Verfahren hinlänglich bekannt.
  • In 7 zeigt (A) ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Ft (gestrichelte Linie) und einen Wert, der durch Konvertieren der Ausgabe des Vor-Katalysator-Sensors 20 in ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird (Vor-Katalysator-Sensor A/Ff (feste Linie)). (B) zeigt eine Ausgabe Vr des Nach-Katalysator-Sensors 21. (C) zeigt eine integrierte Größe der Sauerstoffmenge, die vom Katalysator 18 freigegeben wird, das bedeutet, eine freigegebene Sauerstoffmenge OSAa. (D) zeigt eine integrierte Menge der Sauerstoffmenge, die im Katalysator 18 adsorbiert ist, das bedeutet eine Adsorptions-Sauerstoffmenge OSAb.
  • Wie dargestellt ist, wird durch Ausführen der aktiven Luft-Sauerstoff-Verhältnis-Steuerung ein Luft-Sauerstoff-Verhältnis eines in den Katalysator strömenden Abgases zu einem vorgegebenen Zeitpunkt zwangsweise abwechselnd in einen fetten Zustand und einen mageren Zustand verändert. Eine derartige Änderung wird durch Ändern der Kraftstoff-Einspritzmenge von Injektor 2 realisiert.
  • Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Ft wird beispielsweise vor dem Zeitpunkt tlauf einen vorgegebenen Wert gesetzt, der magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 15,0), wobei ein mageres Gas in den Katalysator 18 eingebracht wird. Zu diesem Zeitpunkt fährt der Katalysator 18 damit fort, Sauerstoff zu adsorbieren und NOx im Abgas zu Reinigungszwecken zu reduzieren.
  • An einem Punkt der Sauerstoffadsorption hin zu einem Sättigungszustand, das bedeutet, dem vollen Zustand, kann Sauerstoff jedoch nicht mehr langer adsorbiert werden, und das magere Gas strömt direkt durch den Katalysator 18, ohne darin adsorbiert zu werden, um dann aus dem stromabwärtigen Ende des Katalysators 18 auszuströmen. Hierdurch verändert sich der Ausgang des Nach-Katalysator-Sensors 21 in einen mageren Zustand (wird umgekehrt), und der Ausgang Vr des Nach-Katalysator-Sensors 21 erreicht einen Mager-Bestimmungswert VL, der magerer ist als der stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzwert Vrefr (siehe 2) (Zeitpunkt t1). Zu diesem Punkt wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Ft in einen vorgegebenen Wert geändert, der fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (beispielsweise 14,0).
  • Dann wird ein fettes Gas in den Katalysator 18 eingebracht. Zu diesem Zeitpunkt fährt der Katalysator 18 damit fort, den bis dahin Adsorbierten Sauerstoff freizugeben und fette Bestandteile im Abgas (HC und CO) für Reinigungszwecke zu oxidieren. Wenn daneben der gesamte adsorbierte Sauerstoff vollständig aus dem Katalysator 18 freigegeben ist, kann Sauerstoff zu diesem Zeitpunkt nicht länger freigegeben werden, und das fette Gas strömt direkt durch den Katalysator 18, ohne darin adsorbiert zu werden, um stromab aus dem Katalysator 18 auszuströmen. Hierdurch wird der Ausgang des Nach-Katalysator-Sensors 21 in einen fetten Zustand umgekehrt und erreicht einen Fett-Bestimmungswert VR, der fetter ist als der stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzwert Vrefr (Zeitpunkt t2). Zu diesem Zeitpunkt wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Ft in ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert. Auf diese Weise wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wiederholt in den fetten Zustand und in den mageren Zustand verändert.
  • Wie in (C) gezeigt, wird im Freisetz-Zyklus vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2 die Sauerstoff-Freisetzmenge sukzessive für jeden vorgegebenen Berechnungszeitpunkt integriert. Genauer gesagt wird vom Zeitpunkt t11, wo der Ausgang des Vor-Katalysator-Sensors 20 einen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzwert Vreff (siehe 2) erreicht, bis zum Zeitpunkt t2, wo der Ausgang des Nach-Katalysator-Sensors 21 in einen fetten Zustand umgekehrt wird, eine Sauerstoff-Freisetzmenge dOSA (dOSAa) für jeden einzelnen Berechnungszyklus gemäß der folgenden Formel (1) berechnet, und der Wert für jeden einzelnen Berechnungszyklus wird für jeden Berechnungszyklus integriert. Ein finaler bzw. abschließender Integrationswert, der dadurch in einem Freisetz-Zyklus erhalten wird, ist ein Messwert der Sauerstoff-Freisetzmenge OSAa, äquivalent zur Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität des Katalysators.
  • [Formel 1]
    • dOSA = ΔA/F × Q × K = |A/Fs – A/Ff| × Q × K∧ (1)
  • Bei G wird eine Kraftstoff-Einspritzmenge angezeigt, und bei A/Fs wird ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis angezeigt. Ein Überschuss oder Mangel an Luftmenge kann durch Multiplizieren einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Differenz ΔA/F mit einer Kraftstoff-Einspritzmenge Q berechnet werden. Bei K wird ein in der Luft enthaltener Sauerstoffanteil (etwa 0,23) angezeigt.
  • In ähnlicher Weise wird während eines Adsorptionszyklus vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3, wie in (D) dargestellt ist, von Zeitpunkt t21, wo der Ausgang des Vor-Katalysator-Sensors 20 einen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzwert Vreff erreicht, bis zum Zeitpunkt t3, wo der Ausgang des Nach-Katalysator-Sensors 21 in einen Mager-Zustand umgekehrt wird, eine Sauerstoff-Adsorptionsmenge dOSA (dOSAb) für jeden einzelnen Kalkulations- bzw. Berechnungszyklus entsprechend der vorstehenden Formel (1) berechnet, und der Wert für jeden einzelnen Kalkulationszyklus wird für jeden Kalkulationszyklus integriert. Ein abschließender Integrationswert, der auf diese Weise in einem Freisetz-Zyklus erhalten wird, ist ein Messwert der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSAb, äquivalent zur Sauerstoff-Adsorptionskapazität des Katalysators. Auf diese Weise werden der Freisetz-Zyklus und der Adsorptionszyklus wiederholt, um eine Mehrzahl von Sauerstoff-Freisetzmengen OSAs und eine Mehrzahl von Sauerstoff-Adsorptionsmengen OSAb zu messen und zu erhalten.
  • Wenn der Katalysator sich verschlechtert, wird die Zeit, für welche der Katalysator das Freisetzen und Adsorbieren des Sauerstoffs fortsetzen kann, verkürzt, um dadurch einen Messwert der Sauerstoff-Freisetzmenge OSAa oder der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSAb zu verringern. Es sei angemerkt, dass, da eine Sauerstoffmenge, die der Katalysator freisetzen kann, im Prinzip gleich einer Sauerstoffmenge ist, die der Katalysator adsorbieren kann, der Messwert OSAa der Sauerstoff-Freisetzmenge im Wesentlichen gleich dem Messwert der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSAb ist.
  • Ein Mittelwert zwischen einer Sauerstoff-Freisetzmenge OSAa und einer Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSAb, der in einem Paar von Freisetz- und Adsorptionszyklen, die aufeinander folgen, gemessen wird, wird als Messwert einer Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität in einer Einheit bezüglich einem Adsorptions-Freisetz-Zyklus definiert. Zudem werden Messwerte für die Sauerstoff-Adsorptions-Kapazitäten in mehreren Einheiten bezüglich mehrerer Adsorptions-Freisetz-Zyklen gefunden, und ein Durchschnittswert davon wird als Messwert einer finalen Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC berechnet.
  • Der Messwert der berechneten Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC wird als Lernwert in der ECU 100 gespeichert, der bei Bedarf als Update-Information bezüglich eines Verschlechterungsgrades des Katalysators verwendet wird.
  • Es sei angemerkt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Ausführung der aktiven Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung und das Messen der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität des Katalysators 18 in einer Bankeinheit ausgeführt werden. Die Messwerte der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität in den beiden stromaufwärtigen Katalysatoren 18 für beide Bänke werden gemittelt, und der Mittelwert wird als Lernwert in der ECU 100 hinterlegt. Es ist nicht notwendig zu erwähnen, dass ein anderer Wert als Lernwert verwendet werden kann, und beispielsweise aus Sicherheitsgründen ein kleinerer Messwert als Lernwert verwendet werden kann.
  • Zudem kann als Indexwert der Sauerstoff-Adsorptions–Fähigkeit beispielsweise eine Ausgangs-Abtastlänge, ein Ausgangsbereich des Nach-Katalysator-Sensors 21 oder dergleichen zum Zeitpunkt der Ausführung der aktiven Luft-Kraftstoff-Steuerung anstelle der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC verwendet werden. Zum Zeitpunkt der Ausführung der aktiven Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung wird, je größer der Verschlechterungsgrad des Katalysators wird, die Ausgangs-Variation des Nach-Katalysator-Sensors 21 größer, und daher wird diese Eigenschaft verwendet.
  • Nachfolgend wird ein Aspekt einer Zustandsänderung einer Ungleichgewichts-Anomalie-Erfassung der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
  • In 8 zeigt (A) eine Motordrehzahl Ne (U/min), (B) zeigt einen AN/AUS-Zustand der Kraftstoff-Abschaltung (F/C), (C) zeigt einen AN/AUS-Zustand der Nach-F/C-Fett-Steuerung, (D) zeigt eine aktive Fett-Steuerung einer Zwangserhöhung der Menge für die Anomalie-Erfassung, (E) zeigt eine Sauerstoffmenge OSA, die aktuell im stromaufwärtigen Katalysator 18 adsorbiert wird, und (F) zeigt eine Nach-Katalysator-Sensor-Ausgabe Vr. Hierbei bedeuten AN und AUS jeweils einen Ausführungszustand sowie einen Nicht-Ausführungszustand.
  • Wenn die Kraftstoff-Abschaltungs-Bedingung in der Mitte der Fahrt des Fahrzeugs erfüllt ist, wird die Kraftstoff-Abschaltung gestartet und ausgeführt (Zeitpunkt t1), und die Motordrehzahl beginnt sich zu senken. Wenn die Motordrehzahl Ne niedriger als die Erholungsdrehzahl Nc ist, ist zudem die Kraftstoff-Abschaltung beendet, und zum gleichen Zeitpunkt werden die Nach-F/C-Fett-Steuerung und die aktive Fett-Steuerung gestartet und ausgeführt (Zeitpunkt t2).
  • Hierbei sind die Nach-F/C-Fett-Steuerung und die aktive Fett-Steuerung im Wesentlichen gleich. Der Einfachheit halber wird hierin die letztgenannte Steuerung beschrieben, und die Kraftstoff-Einspritzmenge aller Zylinder wird gleichzeitig um eine vorgegebene Menge ausgehend von einer stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge in der Mitte der Ausführung der aktiven Fett-Steuerung erhöht, wie in 6 gezeigt. Die Erhöhungsmenge kann gleich oder unterschiedlich zur Nach-F/C-Fett-Steuerung sein, jedoch ist es im Fall einer unterschiedlichen Erhöhungsmenge vorzuziehen, die Erhöhungsmenge mehr als zum Zeitpunkt der Nach-F/C-Fett-Steuerung allein zu erhöhen.
  • Überdies wird zum Zeitpunkt unmittelbar vor Erhöhung der Menge eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω eines jeden Zylinders erfasst. Es sei angemerkt, dass die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω eines jeden Zylinders den gesamten Zeitraum über erfasst werden kann, um eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω aller Zylinder zum Zeitpunkt unmittelbar vor Erhöhung der Menge zu erhalten.
  • Im dargestellten Beispiel erreicht die Motordrehzahl Ne die Leerlaufdrehzahl Ni in der Mitte der Ausführung der aktiven Fett-Steuerung, und die Leerlaufoperation wird fortgesetzt, wie sie ist.
  • Die Aufmerksamkeit richtet sich dagegen auf die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA und die Nach-Katalysator-Sensor-Ausgabe Vr. Da dem stromaufwärtigen Katalysator 18 in der Mitte der Ausführung der Kraftstoff-Abschaltung nur Luft zugeführt wird, wird Sauerstoff weiterhin im stromaufwärtigen Katalysator 18 mit relativ hoher Geschwindigkeit adsorbiert, und man geht davon aus, dass die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA, wie durch eine durchgezogene Linie dargestellt, einen Wert der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSA als Update oder den nächstliegenden Lernwert in relativ kurzer Zeit erreicht (Zeitpunkt t11). An einem Punkt in der Nähe dieses Punktes strömt die Luft direkt durch den stromaufwärtigen Katalysator 18, ohne darin adsorbiert zu werden, und die Nach-Katalysator-Sensor-Ausgabe Vr wird in einen Mager-Zustand umgekehrt.
  • Wenn die aktive Fett-Steuerung aus diesem Zustand gestartet wird, wird, da fettes Gas dem stromaufwärtigen Katalysator 18 zugeführt wird, das Adsorbierte Gas aus dem stromaufwärtigen Katalysator 18 freigegeben und die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA wird, wie durch die durchgezogene Linie gezeigt, allmählich verringert. Zudem strömt zu einem Zeitpunkt, wo der gesamte Sauerstoff vollständig freigegeben ist, das fette Gas direkt durch den stromaufwärtigen Katalysator 18, ohne dann adsorbiert zu werden, und die Nach-Katalysator-Sensor-Ausgabe Vr wird in einen fetten Zustand umgekehrt (Zeitpunkt t3). Bei dem dargestellten Beispiel wird zu einem Punkt, wo der gesamte adsorbierte Sauerstoff vollständig freigegeben ist, die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA der Einfachheit halber auf Null gesetzt.
  • Gleichzeitig mit der Fett-Umkehrung sind die aktive Fett-Steuerung und die Nach-F/C-Fett-Steuerung beendet. Als Ergebnis wird nur während der Zeit TR vom Zeitpunkt t2 bis Zeitpunkt t3 die aktive Fett-Steuerung ausgeführt, und die Zeit TR zum Durchführen der aktiven Fett-Steuerung (Zeit zum Erhöhen einer Kraftstoff-Einspritzmenge) wird entsprechend einem Messwert der Sauerstoff-Adsorptionskapazität geändert.
  • In einem Fall, wo gleichzeitig mit der Fett-Umkehrung die aktive Fett-Steuerung beendet wird, tritt der folgende Vorteil zutage. Angenommen, dass die aktive Fettsteuerung weiterhin auch nach einem Punkt der Fett-Umkehrung fortgesetzt wird, da das fette Gas im stromaufwärtigen Katalysator 18 nicht verarbeitet werden kann und vom stromaufwärtigen Katalysator 18 ausgegeben wird, so besteht die Möglichkeit der Verschlechterung der Abgasemission. Wenn dagegen die aktive Fett-Steuerung zum gleichen Zeitpunkt mit der Fett-Umkehrung beendet wird, kann eine derartige Verschlechterung der Abgasemission vorab vermieden werden.
  • In der Mitte der Ausführung der aktiven Fett-Steuerung ist die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω aller Zylinder nach Erhöhung der Menge die gesamte erfasste Zeit bezüglich der Mehrzahl von Werten bzw. Beispielen. Gleichzeitig oder unmittelbar nach der Beendigung der aktiven Fett-Steuerung werden die zahlreichen Werte einfach gemittelt, um eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω für alle Zylinder nach einer abschließenden Erhöhung der Menge zu berechnen. Zudem wird eine Differenz dΔω der Winkelbeschleunigungs-Differenz zwischen vor und nach der Erhöhung der Menge berechnet.
  • In einem Fall, wo die Differenz dΔω für jeden der Zylinder eine Anomalie-Erfassungswert β1 nicht übersteigt, wird bestimmt, dass in keinem der Zylinder eine Fett-Änderungs-Anomalie auftritt. Wenn dagegen die Differenz dΔω aller Zylinder den Anomalie-Bestimmungswert β1 übersteigt, wird bestimmt, dass die Fett-Veränderungs-Anomalie im entsprechenden Zylinder auftritt.
  • Hierbei wird, wie durch die virtuellen Linien von (E) und (F) dargestellt, ist, vorrausgesetzt, dass ein Wert der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität als ein Lernwert ein größerer Wert OSC' ist (d. h. der Katalysator ein neuer Katalysator ist), eine Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA, die im stromaufwärtigen Katalysator 18 in der Mitte der Ausführung der Kraftstoff-Abschaltung Adsorbiert wird, größer. Daher benötigt es mehr Zeit zum Freisetzen und der Zeitpunkt, wo die Nach-Katalysator-Ausgabe Vr in einen fetten Zustand umgekehrt wird, wird ein späterer Zeitpunkt t3'.
  • Als Ergebnis ist die Zeit TR zum Ausführen der aktiven Fett-Steuerung länger, wodurch es möglich wird, mehrere Werte bezüglich der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω aller Zylinder nach Erhöhung der Menge zu erhalten. Dadurch kann die Genauigkeit einer abschließenden Berechnung verbessert werden, um die Erfassungsgenauigkeit zu erhöhen.
  • Obgleich nicht dargestellt, wird im Umkehrschluss bei einem Fall, wo der Wert der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität als Lernwert ein kleinerer Wert ist (d. h. der Katalysator abgenutzt ist), die Zeit TR zum Ausführen der aktiven Fett-Steuerung kürzer und die Zahl der Werte wird verringert, was nachteilig bezüglich der Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit ist.
  • 9 zeigt eine Beziehung zwischen der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC und der Zeit TR zum Ausführen der aktiven Fett-Steuerung. Wie dargestellt ist, wird, je geringer die Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC ist, die Zeit TR zum Ausführen der aktiven Fett-Steuerung umso kürzer. Da ein Zustand des Katalysators sich ohne Fehler verschlechtert, wird die Zeit TR zum Ausführen der aktiven Fett-Steuerung allmählich mit Verschlechterung des Katalysators kürzer.
  • Es sei angemerkt, dass der Endzeitpunkt der aktiven Fett-Steuerung nicht notwendigerweise der gleiche Zeitpunkt wie die Fett-Umkehrung der Nach-Katalysator-Sensor-Ausgabe Vr ist, sondern willkürlich bestimmt werden kann. Beispielsweise kann ein Punkt, an dem eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, oder eine vorgegebene Zahl von Werten nach Start der aktiven Fett-Steuerung erhalten wurde, genutzt werden. Zudem kann, wie nachfolgend beschrieben wird, dies ein Punkt sein, wo durch Überwachung des Wertes der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA der Wert einen vorbestimmten Wert erreicht.
  • 10 zeigt eine Steuerroutine der vorliegenden Ausführungsform. Diese Routine wird durch die ECU 100 ausgeführt.
  • Zunächst wird in Schritt S101 bestimmt, ob die Nach-F/C-Fett-Steuerung in der Mitte ausgeführt wird. Wenn sie nicht in der Mitte ausgeführt wird, ist der Prozess in einem Standby-Zustand, und, wenn sie in der Mitte ausgeführt wird, setzt das Verfahren mit Schritt S102 fort, womit die aktive Fett-Steuerung ausgeführt wird.
  • Im anschließenden Schritt S103 wird bestimmt, ob die Nach-Katalysator-Sensor-Ausgabe Vr in einen fetten Zustand umgekehrt ist oder nicht. Wenn diese nicht umgekehrt ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S102 zurück, wobei die aktive Fett-Steuerung ausgeführt wird, und, wenn sie umgekehrt ist, fährt das Verfahren mit Schritt S104 fort, wodurch die Nach-F/C-Fett-Steuerung und die aktive Fett-Steuerung beendet sind.
  • Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform beschrieben. Auf eine Erklärung von identischen Bestandteilen wie bei der vorgenannten Grund-Ausführungsform wird verzichtet, und nachfolgend werden hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Die andere Ausführungsform unterbricht zeitweilig die Nach-F/C-Fett-Steuerung in der Mitte der Ausführung und führt eine Zwangsabsenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge aus. In diesem Fall kann auch vermieden werden, unabhängig die Zwangsabsenkung der Menge zur Anomalie-Erfassung auszuführen, wodurch eine Abgasemissions-Verschlechterung aufgrund der Ausführung der Anomalie-Erfassung weitestgehend verhindert werden kann.
  • 11 zeigt eine Figur, die ähnlich ist wie 8, wobei (A) eine Motordrehzahl Ne (U/min) zeigt, (B) einen AN/AUS-Zustand der Kraftstoff-Abschaltung (F/C), (C) einen AN/AUS-Zustand der Nach-F/C-Fett-Steuerung, (D) einen AN/AUS-Zustand einer aktiven Mager-Steuerung als Steuerung einer Zwangsabsenkung der Menge zur Anomalie-Erfassung zeigt, (E) eine Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA zeigt, und (F) eine Nach-Katalysator-Sensor-Ausgabe Vr anzeigt.
  • Ähnlich zur vorstehenden Ausführungsform wird zum Zeitpunkt t1 die Kraftstoff-Abschaltung gestartet, und zum Zeitpunkt t2 wird die Kraftstoffabschaltung beendet, und gleichzeitig wird die Nach-F/C-Fett-Steuerung gestartet. Dann nimmt die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA allmählich von einem Wert der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC als Lernwert ab.
  • Während der Abnahme wird sukzessive ein Wert der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA berechnet. Das bedeutet, wie in dem Abschnitt zum Messverfahren der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität beschrieben wurde, wird ein Sauerstoff-Freisetzbetrag dOSA pro Kalkulationszyklus bzw. Berechnungszyklus gemäß der vorgenannten Formel (1), basierend auf einer Differenz-Komponente zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des fetten Gases, das durch den Vor-Katalysator-Sensor 20 erfasst wird, und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, berechnet und dieser berechnete Wert wird vom Wert der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC als Lernwert abgezogen.
  • Zudem wird zum Zeitpunkt t21, bei dem der Wert der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA einen ersten vorgegebenen Wert OSC1 erreicht, die Nach-F/C-Fett-Steuerung unterbrochen und gleichzeitig die aktive Mager-Steuerung gestartet. In dem dargestellten Beispiel ist der erste vorgegebene Wert OSC1 auf einen Wert größer Null eingestellt.
  • Eine Kraftstoff-Einspritzmenge eines jeden Zylinders wird, wie in 5 dargestellt, um eine vorgegebene Menge ausgehend von einer stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzmenge in der Mitte der Ausführung der aktiven Mager-Steuerung verringert. Eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω eines jeden Zylinders wird zum Zeitpunkt unmittelbar vor Absenkung der Menge erfasst. Es sei angemerkt, dass die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω eines jeden Zylinders über den gesamten Zeitraum erfasst werden kann, um die Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω eines jeden Zylinders zum Zeitpunkt unmittelbar vor Absenken der Menge zu erfassen.
  • Der Wert der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA steigt allmählich in der Mitte der Ausführung der aktiven Mager-Steuerung an. Zu diesem Zeitpunkt wird auch der Wert der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA sukzessive berechnet. Das bedeutet, eine Sauerstoff-Adsorptionsmenge dOSAb pro jeweiligem Berechnungszyklus wird entsprechend der vorgenannten Formel (1) basierend auf einer Differenz-Komponente zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des mageren Gases, das durch den Vor-Katalysator-Sensor 20 erfasst wird, und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet, und dieser berechnete Wert wird anschließend einem ersten vorgegebenen Wert OSC1 hinzuaddiert.
  • Zum Zeitpunkt t22, bei dem der Wert der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA einen zweiten vorgegebenen Wert OSC2 erreicht, der größer ist als der erste vorgegebene Wert OSC1 ist, wird die aktive Mager-Steuerung beendet und gleichzeitig die Nach-F/C-Fett-Steuerung wieder aufgenommen.
  • In dem dargestellten Beispiel ist der zweite vorgegebene Wert OSC2 auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als die Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC als Lernwert. Der zweite vorgegebene Wert OSC2 kann jedoch ein Wert gleich der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC sein. Es ist bevorzugt, dass zum Verbessern der Genauigkeit durch Erhöhen der Anzahl der Werte, die in der Mitte der Ausführung der aktiven Mager-Steuerung erhalten werden, der erste vorgegebene Wert OSC1 ein kleinstmöglicher Wert ist, und der zweite vorgegebene Wert OSC2 ein größtmöglicher Wert ist, und die Zeit TL zum Ausführen der aktiven Mager-Steuerung so lang wie möglich eingestellt ist. Daher ist es beispielsweise bevorzugt, dass der erste vorgegebene Wert OSC1 Null ist und der zweite vorgegebene Wert OSC2 ein Wert gleich der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC ist.
  • Auf diese Weise wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Wert der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA in der Mitte der Ausführung der Nach-F/C-Fett-Steuerung und der aktiven Mager-Steuerung überwacht, um den Startzeitpunkt und den Endzeitpunkt der aktiven Mager-Steuerung zu bestimmen. Insbesondere ist es möglich, das Merkmal bezüglich des Endzeitpunkts auf die Grund-Ausführungsform anzuwenden. Beispielsweise kann zu einem Punkt, an dem der Wert der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA auf einen vorgegebenen Wert während der aktiven Fett-Steuerung abgenommen hat, oder einem Zeitpunkt, an dem eine Differenz zwischen der Sauerstoff-Adsorptions-Kapazität OSC und der Sauerstoffmenge OSA während der aktiven Fett-Steuerung einen vorgegebenen Wert erreicht, die aktive Fett-Steuerung beendet werden.
  • Im Übrigen sinkt, wenn die Nach-F/C-Fett-Steuerung wieder aufgenommen wird, die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA allmählich ab. Zu diesem Zeitpunkt kann der Wert der Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA sukzessive berechnet werden. Zum gleichen Zeitpunkt, wenn die Nach-Katalysator-Sensor-Ausgabe Vr in einen fetten Zustand umgekehrt wird (Zeitpunkt t3), wird die Nach-F/C-Fett-Steuerung beendet.
  • Ähnlich zur Grund-Ausführungsform wird eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω für alle Zylinder nach einer Absenkung der Menge den gesamten Zeitraum über in der Mitte der Ausführung der aktiven Mager-Steuerung bezüglich der Vielzahl von Werten erfasst. Gleichzeitig mit oder unmittelbar nach der Beendigung der aktiven Mager-Steuerung wird die Vielzahl von Werten einfach gemittelt, um eine Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω für jeden der Zylinder nach einer abschließenden Absenkung der Menge zu berechnen. Zudem wird eine Differenz dΔω der Winkelbeschleunigungsdifferenz zwischen vor und nach der Abnahme der Menge berechnet.
  • In einem Fall, wo die Differenz dΔω eines jeden der Zylinder einen Anomalie-Erfassungswert β2 nicht übersteigt, wird bestimmt, dass keine Mager-Änderungs-Anomalie in einem der Zylinder auftritt. Wenn dagegen die Differenz dΔω eines der Zylinder den Anomalie-Bestimmungswert β2 übersteigt, wird bestimmt, dass die Mager-Veränderungs-Anomalie in dem entsprechenden Zylinder auftritt.
  • 12 zeigt eine Steuer-Routine der anderen Ausführungsform. Diese Routine wird durch die ECU 100 ausgeführt.
  • Zunächst wird in Schritt S201 bestimmt, ob die Nach-F/C-Fett-Steuerung in der Mitte der Ausführung ist. Wenn sie nicht in der Mitte der Ausführung ist, ist das Verfahren in einem Standby-Zustand, und wenn sie in der Mitte der Ausführung ist, fährt das Verfahren mit Schritt S202 fort, worin bestimmt wird, ob die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA geringer als der erste vorgegebene Wert OSC1 ist.
  • Wenn die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA nicht der erste vorgegebene Wert OSC1 oder geringer ist, geht das Verfahren in einen Standby-Zustand über, und wenn die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA der erste vorgegebene Wert OSC1 oder geringer ist, fährt das Verfahren mit Schritt S203 fort, worin die Nach-F/C-Fett-Steuerung unterbrochen und die aktive Mager-Steuerung ausgeführt wird.
  • Anschließend wird in Schritt S204 bestimmt, ob die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA der zweite vorgegebene Wert OSC2 oder mehr ist. Wenn die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA nicht der zweite vorgegebene Wert OSC2 oder mehr ist, geht das Verfahren zurück zu Schritt S203, und, wenn die Sauerstoff-Adsorptionsmenge OSA der zweite vorgegebene Wert OSC2 oder mehr ist, geht das Verfahren weiter zu Schritt S205, worin die aktive Mager-Steuerung beendet und die Nach-F/C-Steuerung wieder aufgenommen wird-
  • Im anschließenden Schritt S206 wird bestimmt, ob die Nach-Katalysator-Sensor-Ausgabe Vr in einen fetten Zustand umgekehrt ist. Wenn sie nicht umgekehrt ist, geht das Verfahren zu Schritt S205 zurück, und wenn sie umgekehrt ist, geht das Verfahren zu Schritt S207 weiter, womit die Nach-F/C-Fett-Steuerung beendet wird.
  • Vorstehend wurden Details der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verschiedene andere Abwandlungen aufweisen können. Beispielsweise kann anstelle der Verwendung der Differenz dΔω zwischen der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω1 vor der Erhöhung der Menge und der Winkelbeschleunigungs-Differenz Δω2 nach der Erhöhung der Menge ein Verhältnis zwischen den beiden verwendet werden. In diesem Zusammenhang kann das Gleiche auch auf die Differenz dΔω der Winkelbeschleunigungs-Differenz zwischen vor und nach der Absenkung der Menge oder der Differenz ΔT der Rotationszeit zwischen vor und nach der Erhöhung der Menge oder der Absenkung der Menge angewandt werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen V8-Otto-Motor beschränkt, sondern kann auf einen Motor mit einer anderen Zahl und Art von Zylindern angewendet werden. Als Nach-Katalysator-Sensor kann, ähnlich zum Vor-Katalysator-Sensor, ein Weitbereich-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor verwendet werden.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, aufweisend: Kraftstoff-Abschaltmittel zum Ausführen einer Kraftstoff-Abschaltung; Fettsteuermittel zum Ausführen einer Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung zum Anfetten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unmittelbar nach Beendigung der Kraftstoff-Abschaltung; und Erfassungsmittel zum Erhöhen einer Kraftstoff-Einspritzmenge für einen vorgegebenen Zielzylinder, um eine Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern zumindest basierend auf einer Rotationsvariation des Zielzylinders nach Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zu erfassen, wobei das Erfassungsmittel die Erhöhung der Einspritzmenge in der Mitte der Ausführung der Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung ausführt.
  2. Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiter aufweisend: einen Katalysator, der in einer Abgasleitung angeordnet ist und eine Sauerstoff-Adsorptionsfähigkeit hat; und einen Nach-Katalysatorsensor als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, der stromab des Katalysators angeordnet ist, wobei das Erfassungsmittel die Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zum gleichen Zeitpunkt beendet, wenn die Ausgabe des Nach-Katalysatorsensors in einen fetten Zustand wechselt.
  3. Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend: Messmittel zum Messen einer Sauerstoff-Adsorptionskapazität des Katalysators, wobei das Erfassungsmittel den Zeitpunkt zum Erhöhen der Kraftstoff-Einspritzmenge entsprechend dem gemessenen Wert der Sauerstoff-Adsorptionskapazität ändert.
  4. Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei das Erfassungsmittel eine Sauerstoff-Adsorptionsmenge überwacht, die vom Katalysator in der Mitte der Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge adsorbiert wird, um den Zeitpunkt zum Beenden der Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zu bestimmen.
  5. Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Erfassungsmittel die Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge zum gleichen Zeitpunkt startet, zu dem die Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung gestartet wird.
  6. Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Erfassungsmittel eine Fettänderungs-Anomalie im Zielzylinder basierend auf einer Differenz in der Rotationsvariation zwischen vor und nach der Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge im Zielzylinder bestimmt.
  7. Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, aufweisend: Kraftstoff-Abschaltmittel zum Ausführen einer Kraftstoff-Abschaltung; Fettsteuermittel zum Ausführen einer Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung zum Anfetten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unmittelbar nach Beendigung der Kraftstoff-Abschaltung; und Erfassungsmittel zum Absenken einer Kraftstoff-Einspritzmenge für einen vorgegebenen Zielzylinder, um eine Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern zumindest basierend auf einer Rotationsvariation des Zielzylinders nach Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge zu erfassen, wobei das Erfassungsmittel zeitweilig die Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung in der Mitte der Ausführung der Fettsteuerung unterbricht und die Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge während der Unterbrechung ausführt.
  8. Vorrichtung zum Erfassen einer Ungleichgewichts-Anomalie in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen Zylindern in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, weiter aufweisend: einen Katalysator, der in einer Abgasleitung angeordnet ist und eine Sauerstoff-Adsorptionsfähigkeit hat, wobei das Erfassungsmittel eine Sauerstoff-Adsorptionsmenge, die vom Katalysator in der Mitte der Ausführung der Nach-Kraftstoffabschaltung-Fettsteuerung adsorbiert wird, und die Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge überwacht, um den Zeitpunkt zum Starten der Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge und den Zeitpunkt zum Beenden der Absenkung der Kraftstoff-Einspritzmenge zu bestimmen.
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