JP2008309065A - 内燃機関の異常診断装置及び制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の気筒のそれぞれから排出される排気が合流する合流部Ｊの下流側に配置された空燃比センサ３６の検出値に基づき、複数の気筒の個別の空燃比の異常の有無を高精度に診断することが困難なこと。
【解決手段】各気筒の燃焼室２６から排出される排気は、合流部Ｊを介して空燃比センサ３６の近傍を流動する。ＥＣＵ４０は、空燃比センサ６０の検出値に基づき、各気筒の空燃比を推定する。そして、各気筒の空燃比間のずれ量が所定以上であるとき、空燃比に異常がある旨判断する。各気筒から排出される排気量が所定以上でない場合、上記異常の有無の判断に先立って、吸入空気量を増加させるとともに点火時期を遅角させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の気筒のそれぞれから排出される排気が合流する合流部を備える多気筒内燃機関について、前記合流部の下流側に配置された空燃比検出手段の検出値に基づき、前記複数の気筒の個別の空燃比の異常の有無を診断する診断手段を備える多気筒内燃機関の異常診断装置及び制御システムに関する。

この種の異常診断装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、任意の気筒の空燃比の異常の有無を診断するに際し、残りの気筒の空燃比のうちの最小値及び最大値を除いたものの平均値と任意の気筒の空燃比とを比較するものも提案されている。これによれば、任意の気筒以外の気筒の空燃比に異常が生じた場合であっても、任意の気筒の空燃比との比較対象から、異常気筒の空燃比を除外することができ、ひいては任意の気筒の空燃比の異常の有無を高精度に診断することができる。
特開２００６−１３８２８０号公報

ところで、合流部の下流側に配置された空燃比センサの検出値に基づき各気筒の空燃比を推定する場合、各気筒から１排気行程あたりに排出される排気量が少ないと、その推定精度が低下することが発明者らによって見出されている。このため、上記異常診断装置では、各気筒からの排気量が少量であると、いずれかの気筒に空燃比異常が生じた場合であっても、その異常を適切に検出することができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の気筒のそれぞれから排出される排気が合流する合流部の下流側に配置された空燃比検出手段の検出値に基づき、複数の気筒の個別の空燃比の異常の有無をより適切に診断することのできる多気筒内燃機関の異常診断装置及び制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、複数の気筒のそれぞれから排出される排気が合流する合流部を備える多気筒内燃機関について、前記合流部の下流側に配置された空燃比検出手段の検出値に基づき、前記複数の気筒の個別の空燃比の異常の有無を診断する診断手段を備える多気筒内燃機関の異常診断装置において、前記各気筒から１排気行程あたりに排出される排気量が所定以上であるか否かを判断する判断手段と、該所定以上でないと判断される場合、前記診断を禁止する禁止手段とを備えることを特徴とする。

各気筒から１排気行程あたりに排出される排気量が少ない場合には、異常診断を適切に行うことができない。上記発明では、この点に着目し、上記排気量が所定以上でないと判断される場合には診断を禁止することで、診断を適切に行うことができない状況下に異常診断が行われることによる診断精度の低下を回避することができる。

なお、排気量が所定以上であるか否かの判断は、多気筒内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段の検出値に基づき行うことが望ましい。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記多気筒内燃機関の各気筒から１排気行程あたりに排出される排気量が所定以下である場合、前記禁止手段による禁止を解除すべく、吸入空気量を増大させる増大手段と、該増大手段による吸入空気量の増大に伴うトルクの増大を抑制する抑制手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、各気筒個別の空燃比を適切に推定することができない状況下、すなわち各気筒から排出される排気量が少ない状況下、吸入空気量を増大させる。このため、排気量が増大するのを待って診断を行う場合と比較して、診断の実行頻度を向上させることができる。更に、抑制手段を備えることで、異常診断の実行によって内燃機関のトルクが増大することを抑制することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記多気筒内燃機関が火花点火式内燃機関であり、前記抑制手段は、点火時期を遅角制御する手段を備えて構成されてなることを特徴とする。

点火時期を遅角すると、内燃機関で生成されるトルクが減少する。しかも、点火時期の遅角制御の応答遅れは、吸入空気量を増大させるアクチュエータの操作から実際に吸入空気量が増大するまでの応答遅れと比較して無視し得るほど小さい。このため、吸入空気量が実際に増加するタイミングにてトルクの増大を抑制する制御を比較的簡易な設定にて行うことができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記診断手段は、気筒間の空燃比のずれ量が所定以上である場合に異常である旨判断することを特徴とする。

複数の気筒のそれぞれから排出される排気が合流する合流部の下流側に配置される空燃比検出手段を備えるものにあっては、空燃比検出手段の検出値である複数の気筒の平均的な空燃比についてはこれを所望に制御することができる。このため、個別の空燃比を推定せずとも、気筒間の空燃比のずれ量が小さいなら、各気筒個別の空燃比についてもこれを所望に制御することができることとなる。しかし、気筒間の空燃比のずれ量が大きい場合には、各気筒個別の空燃比を高精度に制御することができない。このため、気筒間の空燃比のずれ量が所定以上である異常の有無を診断することが望まれる。上記発明では、この要求に適切に答えることができる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記診断手段は、前記多気筒内燃機関の各気筒への空気の充填量の変動量が所定以下である定常状態において前記診断を行うことを特徴とする。

各気筒への空気の充填量の変動量が大きい場合には、空燃比検出手段の検出値に基づき各気筒個別の空燃比を推定することは困難である。すなわち、推定処理を簡素化すべく推定に用いるモデルを極力簡素化する場合には、充填量が変動しない定常状態を前提とすることが望まれる。また、充填量の変動量が大きい場合にも各気筒の個別の空燃比を推定すべくモデルを構築する場合には、そのモデルが複雑化したり、複雑なモデルを用いても高精度な推定が困難であったりする。この点、上記発明では、充填量の変動量が所定以下である場合に診断を行うことで、異常診断を簡易且つ高精度に行うことができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記診断手段は、前記多気筒内燃機関の回転速度が所定以下である場合に前記診断を行うことを特徴とする。

回転速度が大きいほど、各気筒の排気上死点間の時間間隔が短くなる。そして、この場合、空燃比検出手段の検出値にいずれの気筒の影響が顕著となるかが切り替わる周期も短くなる。そして、この時間が過度に短い場合には、気筒間の空燃比がばらつくことに起因して空燃比検出手段の近傍の酸素濃度等の排気の状態量が時間変化しても、空燃比検出手段の検出値がその変化に反応できないおそれがある。この点、上記発明では、回転速度が所定以下である場合に診断を行うことで、各気筒の空燃比の影響による合流部近傍の排気の状態量の変化が空燃比検出手段の検出値に反映された値となる状況下において診断を行うことができる。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の多気筒内燃機関の異常診断装置と、前記多気筒内燃機関の各気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁とを備えることを特徴とする多気筒内燃機関の制御システム。

空燃比の異常の要因の一つに燃料噴射弁の異常がある。この点、上記発明では、異常診断装置を備えることで、燃料噴射弁を正常な状態において使用することを保障することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の異常診断装置及び制御システムを車載内燃機関の異常診断装置及び制御システムに適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる制御システムの全体構成を示す。

吸気ポート式のガソリン機関としての内燃機関１０の吸気通路１２の上流には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。そして、その下流には、モータ１６にて駆動されて且つ、吸気通路１２内の流路面積を調節する電子制御式の吸気絞り弁（スロットルバルブ１８）が設けられている。そしてその下流側には、吸気脈動や吸気干渉を防ぐ等の目的で吸気通路１２の通路面積が拡大（拡径）されたサージタンク２０が設けられている。

吸気通路１２のうちサージタンク２０の下流側は、内燃機関１０の各気筒に空気を導入するように分岐している。そして、分岐路１３には、各気筒の吸気ポート近傍にて燃料を噴射供給する電子制御式の燃料噴射弁２２が、気筒毎に取り付けられている。内燃機関１０では、これら気筒毎に設けられた各燃料噴射弁２２により、燃料（ガソリン）が噴射供給（ポート噴射）されるようになっている。そして、燃料噴射弁２２により噴射された燃料（厳密には吸入空気との混合気）は、シリンダブロック２４にて区画される各気筒の燃焼室２６において、点火プラグ２８によって点火され、吸気と燃料との反応に基づき燃料が燃焼する。なお、本実施形態では、内燃機関１０として、４気筒のものを想定しており、第１気筒〜第４気筒を、＃１〜＃４と表記している。

各気筒にて燃焼に供された混合気は、排気として排気通路３２のうちの各気筒毎の分岐路３０に排出される。そして、分岐路３０は、合流部Ｊにて互いに合流しており、合流部の下流には、排気を浄化する排気浄化装置３４が設けられている。そして、合流部Ｊの下流且つ排気浄化装置３４の上流には、その近傍の酸素濃度（及び未燃燃料）に応じたリニアな電気信号を出力するリニア空燃比センサ（空燃比センサ３６）が設けられている。

電子制御装置（ＥＣＵ４０）は、内燃機関１０を制御対象とする制御装置である。ＥＣＵ４０は、エアフローメータ１４や空燃比センサ３６、内燃機関１０のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ４２、内燃機関１０の冷却水の温度を検出する水温センサ４４等の各種センサの検出値に基づき、スロットルバルブ１８や燃料噴射弁２２、点火プラグ２８等を操作することで、内燃機関１０の各種制御量を制御する。また、ＥＣＵ４０は、所定の演算結果を表示器４６に出力することで、ユーザに通知する機能を有する。

ＥＣＵ４０では、特に、空燃比センサ３６の検出値に基づき各気筒個別の空燃比を推定する機能を有する。図２に、ＥＣＵ４０の行う処理のうち、特に各気筒個別の空燃比の推定に関する処理を示す。

気筒別排気量算出部Ｂ１０では、回転速度と負荷率とに基づき、気筒別の排気量ｘ（ｉ）をマップ演算する。ここで、負荷率は、１燃焼サイクル（４ストローク）あたりの吸入空気量である。このマップは、例えば実験等によって予め作成されるものである。また、整数「ｉ」は、サンプリング番号を示す。このサンプリング周期は、気筒間の排気上死点間の間隔である「１８０°ＣＡ」とされている。

合流部排気量算出部Ｂ１２は、気筒別排気量ｘ（ｉ）に基づき、合流部Ｊにおける排気量を算出するものである。この処理は、具体的には例えば、合流部Ｊの排気量を気筒別排気量ｘ（ｉ）の線形関数としてモデル化し、４気筒分の気筒別排気量ｘ（ｉ）を加重平均処理することで算出してもよい。

合流部燃料量算出部Ｂ１４では、合流部排気量を空燃比センサ３６の検出値で除算することで、合流部Ｊにおける燃料量(合流部燃料量Ｆｔｏｔａｌ)を算出する。

オブザーバＢ１６は、現代制御における状態観測法を用いて、合流部燃料量Ｆｔｏｔａｌに基づき、各気筒個別の燃料量の推定値(気筒別燃料量ｆ（ｉ）)を算出するものである。ここで、気筒別燃料量ｆ（ｉ）は、今回のサンプリング周期において算出される燃料量の推定値であることを意味する。そして、このサンプリング周期は、気筒別排気量ｘ（ｉ）のサンプリング周期と同様、気筒間の排気上死点間の間隔である「１８０°ＣＡ」とされている。気筒別燃料量ｆ（ｉ）の具体的な算出手法としては、例えば、合流部燃料量Ｆｔｏｔａｌを気筒別燃料量ｆ（ｉ）の４気筒分の値の線形関数としてモデル化することで行えばよい。この際、空燃比の定常状態を想定し、各気筒について前回のサンプリング周期における気筒別燃料量ｆ（ｉ−４）と、今回のサンプリング周期における気筒別燃料量ｆ（ｉ）とが等しいとするなら、合流部燃料量Ｆｔｏｔａｌを入力として、各気筒別燃料量ｆ（ｉ）を簡易に算出することができる。なお、空燃比センサ３６の検出値にはノイズが混入すること等に鑑み、本実施形態では、推定に際して定常のカルマンフィルタを用いる。

気筒別空燃比算出部Ｂ１８では、気筒別排気量ｘ（ｉ）を、気筒別燃料量ｆ（ｉ）で除算することで、気筒別空燃比を推定(算出)する。

上記処理によれば、空燃比センサ３６の検出値に基づき気筒別空燃比を算出することができる。そして、気筒別の空燃比を算出することができるなら、これに基づき気筒間の空燃比のずれ量が過度に大きいか否かを判断することができる。気筒間の空燃比が過度に大きい場合には、空燃比センサ３６の検出値を目標値にフィードバック制御したとしても、排気浄化装置３４による浄化能力が低下することなどに起因して、排気浄化装置３４の下流側に排出される排気特性が悪化することが懸念される。このため、気筒間の空燃比のずれ量が過度に大きい空燃比の異常の有無を診断することは重要である。

ここで、気筒間の空燃比に異常が生じる要因としては、例えば特定気筒の燃料噴射弁２２の異常が考えられる。また、特定気筒の吸気バルブのバルブ特性の異常も考えられる。更に、排気通路３２に排出される排気を吸気通路１２に還流させる排気還流通路(図示略)を備えるものにあっては、還流排気の流動に異常が生じることで、特定の気筒の空燃比に異常が生じる場合も考えられる。

ところで、各気筒の空燃比は、排気通路３２（分岐路３０を含む）内を流動する間に互いに混ざり合う傾向にある。このため、気筒間で空燃比が相違することで、排気通路３２(分岐路３０)へと排出される排気中の酸素濃度等の排気の状態量が時間変化する場合であっても、空燃比センサ３６の近傍においては、その時間変化の度合いが減衰する。特に、内燃機関１０の各気筒から排出される排気量が少ない場合には、この傾向が強く現れ、空燃比センサ３６近傍における排気の状態量が、気筒間の空燃比のずれに起因した顕著な時間変化を生じないおそれがある。そしてこの場合には、空燃比センサ３６の検出値から気筒間の空燃比のずれに関する情報を抽出することが困難となる。また、内燃機関１０の各気筒から排出される排気量が少ない場合には、各気筒から排気通路３２(分岐路３０)へと排出された排気の順番と、その影響が空燃比センサ３６近傍に生じる順番とが相違するような現象が生じるおそれもある。この場合には、オブザーバＢ１６において、排出される排気の順番どおりに空燃比センサ３６近傍の排気の状態量への影響が現れることを想定した簡易なモデルを用いたのでは、気筒別燃料量ｆ（ｉ）を高精度に算出することができず、ひいては気筒別空燃比を高精度に算出することができない。このため、こうした状況下においては、気筒間の空燃比の異常の有無を適切に診断することができない。

そこで本実施形態では、各気筒から排気通路３２(分岐路３０)へと排出される排気量が所定以上である場合に限って異常診断を行う。図３に、本実施形態にかかる異常診断の処理手順を示す。この処理は、ＥＣＵ４０により、例えば所定のクランク角度周期(例えば「３０°ＣＡ」)で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、異常診断の実行条件が成立したか否かを判断する。この実行条件は、以下の条件からなる。
・現トリップで異常診断が未だ実施されていないこと。本実施形態では、１トリップ、すなわち内燃機関１０が起動されてから再度停止されるまでの期間内において、１度異常診断を行うことを目標とし、一度実施したなら次回のトリップまでは診断を行わない。
・負荷率の変動量が所定値α以下であること。これは、各気筒の空燃比が定常状態となることを診断実行条件とするものである。負荷率が変化する場合には、各気筒固有の空燃比も変化し得ると考えられる。
・空燃比センサ３６が使用可能であること。ここでは、空燃比センサ３６が活性状態となっていることを条件とする。また、空燃比センサ３６の異常診断機能を備える場合には、空燃比センサ３６に異常がある旨診断されていないことを条件に含める。
・水温センサ４４によって検出される冷却水の温度が所定値β以上であること。これは、極低温運転状態においては、内燃機関１０の燃焼ばらつきが大きいことに鑑みてなされるものである。
・回転速度が所定値γ以下であること。この条件は、内燃機関１０の回転速度が過度に大きい場合には、気筒間の排気上死点間の時間間隔が過度に短くなることに鑑みて設けられるものである。すなわち、この場合には、気筒間の空燃比にずれがあることに起因して空燃比センサ３６の近傍の排気の状態量が時間変化をする場合であっても、その時間変化の周期が極めて短時間となるために、空燃比センサ３６がこれを感知することができない。

上記診断実行条件が成立すると判断される場合には、ステップＳ１２において、負荷率が所定値ε以上であるか否かを判断する。この処理は、エアフローメータ１４の検出値に基づき、各気筒から１排気行程あたりに排出される排気量が所定以上であるか否かを判断することで、気筒別空燃比を高精度に推定することができるか否かを判断するものである。ここで、所定値εは、気筒別空燃比を高精度に推定することができる下限値に基づき設定されている。

上記ステップＳ１２において否定判断される場合には、このままでは気筒別空燃比を高精度に推定することができないと考えられるため、即座に異常診断をすることを禁止し、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４においては、吸入空気量を増加させるとともに、点火時期を遅角制御する。ここで、吸入空気量を増加させるのは、負荷率を増大させ、気筒別空燃比の推定精度を高く維持することのできる状態とするためである。また、点火時期を遅角するのは、吸入空気量の増加に伴う内燃機関１０のトルクの増大を抑制するためのものである。

上記ステップＳ１２において肯定判断される場合や、ステップＳ１４の処理が完了する場合には、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６においては、回転速度及び負荷率に基づき、気筒別空燃比の推定タイミングを算出する。ここで、回転速度は、「１８０°ＣＡ」に一回推定を行うためのパラメータである。また、負荷率は、気筒別空燃比の推定を最も高精度に行うための空燃比センサ３６の検出値のサンプリングタイミングを算出するためのものである。これは、所望の気筒の空燃比の影響が検出値にもっとも顕著に反映されるタイミングは、負荷率に応じて変化することに基づいてなされる設定である。

ステップＳ１６の処理が完了する場合には、ステップＳ１８において、上記算出された推定タイミングであるか否かを判断する。そして、推定タイミングであると判断される場合には、ステップＳ２０において、気筒別空燃比を推定する。この処理は、先の図２に示した処理となる。続くステップＳ２４においては、推定値の数が所定数η以上であるか否かを判断する。この処理は、気筒間の空燃比のずれに関する異常の有無を診断するのに十分な気筒別空燃比の推定値を取得済みか否かを判断するものである。この所定数ηは、気筒数以上とする。また、所定数ηは、気筒数の整数倍（≧１）とすることが望ましい。

ステップＳ２４において肯定判断される場合には、ステップＳ２６において、気筒間空燃比の最大値と気筒間空燃比の最小値との差の絶対値が所定値δ以上であるか否かを判断する。この処理は、気筒間の空燃比に過度のずれが生じているか否かを判断するものである。ここで、最大値及び最小値は、上記所定数ηを気筒数と一致させるなら、各気筒の気筒別空燃比のうちの最大値及び最小値とすればよい。また、所定数ηを気筒数の整数倍とするなら、気筒別空燃比の平均値の最大値及び最小値とすればよい。また、所定値δは、気筒別空燃比の最大値及び最小値間の差として、燃料噴射弁２２や分岐路１３、吸気バルブ等の個体差等によっては想定しえない程度の値に設定されている。

そして所定値δ以上であると判断される場合には、ステップＳ２８において、気筒別の空燃比に異常がある旨判断し、その旨の信号を上記表示器４６に出力することで外部に通知する。これに対し、所定値δ未満である場合には、ステップＳ３０に移行し、気筒別空燃比が正常である旨判断する。

なお、上記ステップＳ１０、Ｓ１８，Ｓ２４において否定判断される場合や、ステップＳ２８，Ｓ３０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）各気筒から１排気行程あたりに排出される排気量が所定以上でないと判断される場合、気筒別空燃比の異常の有無の診断を禁止した(図３、ステップＳ１２：ＮＯ)。これにより、診断を適切に行うことができない状況下に異常診断が行われることで、診断精度が低下する問題を回避することができる。

（２）多気筒内燃機関の各気筒から１排気行程あたりに排出される排気量が所定以下である場合、吸入空気量を増大させるとともに、吸入空気量の増大に伴うトルクの増大を抑制すべく点火時期を遅角制御した。これにより、排気量が増大するのを待って診断を行う場合と比較して、診断の実行頻度を向上させることができて且つ、異常診断の実行によって内燃機関１０のトルクが増大することを抑制することができる。

（３）気筒間の空燃比のずれ量が所定以上である場合に異常である旨判断した。これにより、気筒別空燃比の異常の有無として特に診断が望まれる異常を適切に診断することができる。

（４）内燃機関１０の負荷率の変動量が所定以下である定常状態において診断を行った。これにより、異常診断を簡易且つ高精度に行うことができる。

（５）内燃機関１０の回転速度が所定以下である場合に診断を行った。これにより、各気筒の空燃比の相違に起因する合流部Ｊの排気の状態量の時間変化を空燃比センサ３６が感知することができる状況下において診断を行うことができる。

(第２の実施形態)
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図４に、本実施形態にかかる制御システムの全体構成を示す。なお、図４において、先の図１に示した部材と対応する部材については便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、内燃機関１０を、Ｖ型８気筒の内燃機関とする。すなわち、全８気筒が４気筒ずつの２つのバンク（Ａバンク、Ｂバンク）に分割され、各バンクの気筒から排出される排気が合流部Ｊａ，Ｊｂにて合流した後、空燃比センサ３６ａ，３６ｂの近傍を流動する。この場合、各気筒の排気上死点の間隔の最小値は、「９０°ＣＡ」となる。したがって、各気筒から排出される排気量が少ない場合には、特に、各気筒の空燃比が空燃比センサ３６ａ，３６ｂの検出値に反映されにくくなる。

また、この内燃機関１０の場合、各気筒から排出される排気量が少ない場合には、排気上死点となる気筒の順番と、空燃比センサ３６ａ，３６ｂの検出値にその空燃比が反映される気筒の順番とが相違する現象が生じ得ることも発明者らによって見出されている。このため、排気量が少ないときにはオブザーバの設計を根本的に変更する等、オブザーバの設計が複雑化するか、あるいは複雑な設計によっても気筒別空燃比を適切に推定することができなくなる。したがって、先の図３に例示した処理を行うことが特に有効である。

なお、内燃機関１０にあっては、その排気上死点の間隔が「９０°ＣＡ」となるとはいえ、各バンク内における気筒の排気上死点の間隔は一義的に定まらず、「９０°ＣＡ」、「１８０°ＣＡ」、「２７０°ＣＡ」の３通りとなる。このため、先の図２に例示した態様にて気筒別空燃比を推定することは困難である。このため、例えば特開２００５−２０７３５４号公報に見られるように、各合流部Ｊａ，Ｊｂへと排気を排出する気筒について、その排気上死点の間隔による影響を考慮した推定を行えるようにオブザーバを設計することが望ましい。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記各実施形態では、各気筒から１排気行程あたりに排出される排気量が所定以上であるか否かの判断を、負荷率に基づき行ったがこれに限らない。例えば、排気通路３２にエアフローメータを備えることが可能なら、その検出値に基づき判断してもよい。また、スロットルバルブ１８の開度や回転速度等に基づき判断してもよい。

・上記実施形態では、負荷率が所定値ε未満である場合、吸入空気量を増加制御するとともに、吸入空気量の増量に起因するトルクの増大を回避すべく点火時期を遅角制御したが、トルクの増大を抑制する抑制手段としては、これに限らない。例えば内燃機関１０の出力軸に連結されるオルタネータ等の発電手段による発電力を増大させる等、内燃機関１０の出力軸に加わる負のトルクを増大させる手段を、上記抑制手段としてもよい。これによっても、内燃機関１０の出力軸の正味のトルクの増大を抑制することができる。

・また、負荷率が所定値ε未満である場合に吸入空気量を増加制御する際に、内燃機関１０の出力軸の正味のトルクの増大を抑制する抑制手段を備えるものに限らない。例えば、内燃機関１０に自動変速装置が接続されている場合には、吸入空気量の増加制御に伴ってギア比を変更することで、車両の走行状態の変化を抑制してもよい。

・上記実施形態では、１トリップ内において既に異常診断を行っている場合には再度の診断を行わないようにしたがこれに限らない。例えば単位走行距離あたりに１度診断を行うべく、単位走行距離あたりに一度診断が行われたなら、同走行距離の走行終了までは診断を行わないようにしてもよい。

・異常診断の実行条件としての各気筒の空燃比が定常状態となるとの条件の成立の有無を判断するためのパラメータとしては、負荷率の変動量に限らない。例えば内燃機関の排気系に排出される排気を吸気系へと還流させる排気還流通路を備えるものにあっては、負荷率の変動量に加えて、排気還流量(ＥＧＲ量)の変動量を用いてもよい。

・上記実施形態では、内燃機関１０の燃焼状態が安定するか否かを判断するパラメータとして、冷却水温を用いたがこれに限らない。例えば内燃機関１０の作動油の温度であってもよく、また、内燃機関１０の作動時間と外気温であってもよい。

・上記実施形態では、気筒間の空燃比のばらつきが所定値δ以上となることで異常としたが、これに限らない。例えば上記特許文献１に見られる手法によって、各気筒個別の空燃比の異常の有無を診断してもよい。

・上記実施形態では、負荷率が所定値ε未満である場合に吸入空気量を増加させることで診断を行ったが、吸入空気量の増加処理を行わなくてもよい。この場合であっても、負荷率が所定値ε未満である場合には診断を禁止することで、診断の精度を高く維持することはできる。

・各気筒の空燃比の推定手法としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えばカルマンフィルタの代わりに、通常のオブザーバを用いてもよい。これは、カルマンゲインに代えて、通常のオブザーバの設計手法に従ってゲインを定めることで実現することができる。こうした場合であっても、合流部Ｊの空燃比に基づき各気筒個別の空燃比を推定するうえで、本発明の適用は有効である。

・多気筒内燃機関としては、吸気ポート噴射式のものに限らず、筒内噴射式のものであってもよい。また、火花点火式内燃機関にも限らない。ただし、圧縮着火式内燃機関にあっては、通常、吸気絞り弁を全開状態とするため、診断のために吸入空気量を増加させる制御を敢えて行う必要性が生じることはまれである。このため、吸入空気量とトルクとの間に相関関係がある内燃機関等、内燃機関に対する要求トルクが小さい場合には吸入空気量が少なくなるものにとって、本発明の適用が特に有効である。

・気筒数としては、４気筒や８気筒に限らない。ただし、気筒数が多いほど、各気筒から排出される排気量が少ない場合に気筒別空燃比の推定が困難となりやすいため、本発明の適用が特に有効である。

第１の実施形態にかかる内燃機関の制御システムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかる各気筒個別の空燃比の推定に関する処理を示すブロック図。 同実施形態にかかる異常診断処理の手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかる内燃機関の制御システムの全体構成を示す図。

符号の説明

１０…内燃機関、３０…分岐路、３２…排気通路、３６…空燃比センサ、４０…ＥＣＵ（多気筒内燃機関の異常診断装置の一実施形態）。

Claims (7)

1. 複数の気筒のそれぞれから排出される排気が合流する合流部を備える多気筒内燃機関について、前記合流部の下流側に配置された空燃比検出手段の検出値に基づき、前記複数の気筒の個別の空燃比の異常の有無を診断する診断手段を備える多気筒内燃機関の異常診断装置において、
   前記各気筒から１排気行程あたりに排出される排気量が所定以上であるか否かを判断する判断手段と、
   該所定以上でないと判断される場合、前記診断を禁止する禁止手段とを備えることを特徴とする多気筒内燃機関の異常診断装置。
2. 前記多気筒内燃機関の各気筒から１排気行程あたりに排出される排気量が所定以下である場合、前記禁止手段による禁止を解除すべく、吸入空気量を増大させる増大手段と、
   該増大手段による吸入空気量の増大に伴うトルクの増大を抑制する抑制手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃機関の異常診断装置。
3. 前記多気筒内燃機関が火花点火式内燃機関であり、
   前記抑制手段は、点火時期を遅角制御する手段を備えて構成されてなることを特徴とする請求項２記載の多気筒内燃機関の異常診断装置。
4. 前記診断手段は、気筒間の空燃比のずれ量が所定以上である場合に異常である旨判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関の異常診断装置。
5. 前記診断手段は、前記多気筒内燃機関の各気筒への空気の充填量の変動量が所定以下である定常状態において前記診断を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒内燃機関の異常診断装置。
6. 前記診断手段は、前記多気筒内燃機関の回転速度が所定以下である場合に前記診断を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多気筒内燃機関の異常診断装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の多気筒内燃機関の異常診断装置と、
   前記多気筒内燃機関の各気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁とを備えることを特徴とする多気筒内燃機関の制御システム。

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