JP2011089443A - 気筒間空燃比ばらつき検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の空燃比センサを用いて気筒間の排気空燃比のバラツキを検出するのみならず、排気空燃比を変動させる要因となっている気筒を特定することをも可能とする。
【解決手段】気筒間空燃比ばらつき検出装置は、複数の気筒を有する内燃機関の排気合流部に設けられた空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段で検出された検出値の基準値からの偏差に基づき、空燃比の変化度合を演算する空燃比変化度合演算手段と、前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合に基づき、前記複数の気筒間の空燃比ばらつき異常を検出するばらつき異常検出手段と、を備え、前記ばらつき異常検出手段は、前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合の絶対値の最大値が検出された位相に基づき、前記複数の気筒のうち前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒を識別する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の気筒を有する内燃機関における気筒間の空燃比のばらつき異常を検出する気筒間空燃比ばらつき検出装置に関する。

複数の気筒を有する内燃機関における各気筒の排気空燃比を、各気筒の排気通路の合流部に配置された単一の空燃比センサにより測定し、測定値から気筒間の排気空燃比のばらつきを演算し、そして、演算結果に基づいて各気筒の運転空燃比のばらつきを低減させる空燃比制御が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１１４３５号公報

ところで、複数の気筒の中の１気筒のみ相対的に、空燃比がリッチ又はリーンに変化した場合、上記単一の空燃比センサにより測定される排気空燃比が変動する。そして、この排気空燃比の変動は、例えば４気筒内燃機関の場合、７２０°のクランク角度の周期で起こり、その波形は正弦波に近い。
ここで、直列４気筒内燃機関における外側の２気筒及び内側の２気筒等の対をなす気筒では、一方の空燃比がリーンで他方の空燃比がリッチの時に、空燃比の変動の波形が近似する場合がある。このため、対をなす気筒の何れが排気空燃比を変動させる要因となっている気筒であるかを識別することは困難である。

本発明は、上記事情に鑑み、単一の空燃比センサを用いて気筒間の排気空燃比のバラツキを判定するのみならず、排気空燃比を変動させる要因となっている気筒を特定することをも可能とする気筒間空燃比ばらつき検出装置を提供することを課題とする。

上記課題を達成するため、本発明に係る気筒間空燃比ばらつき検出装置は、複数の気筒を有する内燃機関の排気合流部に設けられた空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段で検出された検出値の基準値からの偏差に基づき、空燃比の変化度合を演算する空燃比変化度合演算手段と、前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合に基づき、前記複数の気筒間の空燃比ばらつき異常を検出するばらつき異常検出手段と、を備え、前記ばらつき異常検出手段は、前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合の絶対値の最大値が検出された７２０°ＣＡ間の位相に基づき、前記複数の気筒のうち前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒を識別する。

上記気筒間空燃比ばらつき検出装置において、前記ばらつき異常検出手段は、前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合の絶対値の最大値の正負に基づき、前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒について空燃比がリッチ側にずれているのか又はリーン側にずれているのかを決定してもよい。
上記気筒間空燃比ばらつき検出装置において、前記ばらつき異常検出手段は、前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合が所定の閾値を超えたか否かを判定する判定手段を有し、前記判定手段により前記変化度合が前記所定の閾値を超えたと判定された場合に、前記複数の気筒間で空燃比がばらついていると判定してもよい。

上記気筒間空燃比ばらつき検出装置において、前記ばらつき異常検出手段は、前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合に基づき、前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒を検出する一次検出を行った後に、前記空燃比検出手段で検出された検出値の基準値からの偏差に基づき、前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒を検出する二次検出を行い、これら一次及び二次検出の検出結果の組み合わせに基づき、最終的に前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒を決定してもよい。

上記気筒間空燃比ばらつき検出装置において、前記空燃比変化度合演算手段は、前記内燃機関の吸気から排気までの間に前記空燃比検出手段で検出された検出値の平均値を演算し、この平均値を前記基準値としてもよい。

上記気筒間空燃比ばらつき検出装置によれば、単一の空燃比センサを用いて気筒間の排気空燃比のバラツキを検出できるのみならず、排気空燃比を変動させる要因となっている気筒を特定することもできる。

一実施形態に係る気筒間空燃比ばらつき検出装置を適用した４サイクル直列４気筒のエンジンを示す概略図である。 気筒間空燃比ばらつき検出装置における、気筒間の排気空燃比のばらつきの有無、及び対象気筒の判定処理を説明するためのフローチャートである。 空燃比センサにより検出された排気空燃比の波形を示すグラフである。 空燃比センサにより検出された排気空燃比の波形を示すグラフである。 空燃比センサにより検出された排気空燃比の波形を示すグラフである。 （Ａ）〜（Ｅ）は、空燃比センサにより検出された排気空燃比の波形を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、排気空燃比の偏差の変化度合を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、一実施形態に係る気筒間空燃比ばらつき検出装置１０を適用した４サイクル直列４気筒のエンジン（内燃機関）１００を示す概略図である。この図に示すように、エンジン１００では、一列に配列された４個の気筒１０２Ａ（♯１）、１０２Ｂ（♯２）、１０２Ｃ（♯３）、１０２Ｄ（♯４）と、吸気通路１０４と、排気通路１０６と、触媒１０８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１０とを備えている。

吸気通路１０４は、吸気マニホールド１１２と、吸気マニホールド１１２から分岐した４本の吸気ポート１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄとを備えている。吸気通路１０４における吸気マニホールド１１２より上流側には、エアフローメータ１１５が配設されている。また、各吸気ポート１１４Ａ〜Ｄは、それぞれ各気筒１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜４）に接続されており、各吸気ポート１１４Ａ〜Ｄには、燃料噴射弁１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、１１６Ｄがそれぞれ配設されている。燃料噴射弁１１６Ａ〜１１６Ｄは、エアフローメータ１１５で測定された空気量に基づき、ＥＣＵ１１０によって演算された量の燃料を各気筒１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜４）へ噴射する。

排気通路１０６は、それぞれ各気筒１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜４）に接続された４本の排気ポート１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃ、１１８Ｄと、当該４本の排気ポート１１８Ａ〜Ｄが合流する排気マニホールド１２０とを備えている。４本の排気ポート１１８Ａ〜Ｄの合流点には、空燃比センサ１２２が配設されている。当該空燃比センサ１２２は、排気中酸素濃度に基づいて、排気空燃比を連続的に変化する物理量として検出し、ＥＣＵ１１０へ送信する。

ここで、４サイクル４気筒機関であるエンジン１００では、１工程はクランク角７２０°（７２０°ＣＡ）であり、各気筒の排気工程はクランク角１８０°（１８０°ＣＡ）ずつずれている。
気筒間空燃比ばらつき検出装置１０は、上述のＥＣＵ１１０と、空燃比センサ１２２とを備えている。ＥＣＵ１１０は、ＥＣＵ１１０の制御を司る制御回路１３０と、空燃比センサ１２２により測定された排気空燃比Ａ／Ｆの値等を記憶するＲＡＭ（記憶部）１２４と、ＲＡＭ１２４に記憶した排気空燃比Ａ／Ｆの値に基づき、種々の演算を行う演算回路１２６と、演算回路１２６の演算結果に基づき、気筒１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜４）間の排気空燃比のばらつきの有無を判定すると共に、排気空燃比のばらつきを生じさせる要因となっている気筒（以下、対象気筒という）を判定する判定回路１２８とを備えている。

以下、気筒間空燃比ばらつき検出装置１０における、気筒１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜４）間の排気空燃比のばらつきの有無、及び対象気筒の判定処理について図２のフローチャートや、空燃比センサ１２２により測定された排気空燃比の波形を示す図３のグラフ等を参照して説明する。
図２のフローチャートに示すように、まず、ステップ１００において、制御回路１３０は、所定のクランク角度ＣＡｎ（例えば、図３のグラフに示すように３０°ＣＡ）毎に、空燃比センサ１２２により測定された排気空燃比Ａ／Ｆ（図３のグラフに白抜きのドットで図示）を、ＲＡＭ１２４に記憶させる。

次に、ステップ１０２において、演算回路１２６は、各気筒１０２Ａ（♯１）、１０２Ｂ（♯２）、１０２Ｃ（♯３）、１０２Ｄ（♯４）の特定のクランク角ＣＡtdc（例えば、各気筒の圧縮上死点の５°ＣＡ前）毎に、その時点より３６０°ＣＡ前の７２０°ＣＡ間における全ての気筒の排気空燃比Ａ／Ｆの平均値Ａ／Ｆave（図３のグラフに白抜きの三角で図示）を演算する。そして、制御回路１３０は、演算した排気空燃比Ａ／Ｆの平均値Ａ／Ｆaveを、その時点における全ての気筒の排気空燃比Ａ／Ｆの平均値Ａ／ＦaveとしてＲＡＭ１２４に記憶させる。

ここで、判定時点（ＣＡtdc）より前の７２０ＣＡ間（判定対象期間）の上記平均値Ａ／Ｆaveを結んだ直線（図３のグラフに破線で図示）は、判定対象期間における上記平均値Ａ／Ｆaveの軌跡である。ステップ１０４において、制御回路１３０は、上記平均値Ａ／Ｆaveの軌跡を表す１次関数を演算してＲＡＭ１２４に記憶させる。
次に、図４のグラフに示すように、ステップ１０６において、演算回路１２６は、クランク角ＣＡtdc毎に、各その時点（図４のグラフに白抜き星印で図示）より３６０°ＣＡ前の時点以前の１８０°ＣＡ間における、排気空燃比Ａ／Ｆと平均値Ａ／Ｆaveとの偏差ΔＡ／Ｆを演算し、演算結果をＲＡＭ１２４に記憶させる。ここで、偏差ΔＡ／Ｆは、クランク角ＣＡｎ毎に平均値Ａ／Ｆaveの軌跡を表す１次関数から求められる平均値Ａ／Ｆaveと、同位相の排気空燃比Ａ／Ｆとの偏差である。

次に、図５のグラフに示すように、ステップ１０８において、演算回路１２６は、クランク角ＣＡtdc毎に、その時点（図５のグラフに白抜き星印で図示）より３６０°ＣＡ前の時点以前の１８０ＣＡ間における偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆを演算し、ＲＡＭ１２４に記憶させる。ここで、偏差ΔＡ／Ｆの変化度合は、偏差ΔＡ／Ｆの時間微分値である。

ここで、図６（Ａ）〜（Ｄ）は、気筒１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜♯４）の何れか１つの気筒の空燃比が相対的にリーン又はリッチになった場合の、７２０°ＣＡ間における偏差ΔＡ／Ｆの特性を示すグラフである。また、図６（Ｅ）は、気筒１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜４）の空燃比がストイキ（理論空燃比）状態である場合の、７２０ＣＡ間における偏差ΔＡ／Ｆの特性を示すグラフである。

図６（Ａ）の左側のグラフは、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリーンになった場合、図６（Ａ）の右側のグラフは、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリッチになった場合の、７２０°ＣＡ間における偏差ΔＡ／Ｆの特性を示している。同様に、図６（Ｂ）〜（Ｄ）の左側のグラフは、それぞれ、気筒１０２Ｃ（♯３）、１０２Ｄ（♯４）、１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリーンになった場合、図６（Ｂ）〜（Ｄ）の右側のグラフは、それぞれ、気筒１０２Ｃ（♯３）、１０２Ｄ（♯４）、１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリッチになった場合の、７２０°ＣＡ間における偏差ΔＡ／Ｆの特性を示している。

図６（Ａ）〜（Ｄ）のグラフに示すように、ΔＡ／Ｆの変動は、７２０°ＣＡの周期で発生し、その波形は、正弦波に近似している。また、左右のグラフを比較してわかるように、ΔＡ／Ｆの変動の波形は、各気筒１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜４）の空燃比がリーンの場合とリッチの場合とで、正負が逆になる。また、ΔＡ／Ｆの変動は、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリーンの場合と気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリーンの場合、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリーンの場合と気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリーンの場合、及び気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリーンの場合と気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリーンの場合でそれぞれ、１８０°ＣＡ分の位相差を有する。同様に、ΔＡ／Ｆの変動は、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリッチの場合と気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリッチの場合、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリッチの場合と気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリッチの場合、及び気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリッチの場合と気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリッチの場合でそれぞれ、１８０°ＣＡ分の位相差を有する。

ここで、直列に並べられた４個の気筒１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜４）のうちの外側の２気筒１０２Ａ（♯１）、１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリッチ又はリーンになった場合の、７２０ＣＡ間における偏差ΔＡ／Ｆについて検討する。図６（Ａ）の左側のグラフに示すように、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリーンになった場合と、図６（Ｃ）の右側のグラフに示すように、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリッチになった場合とでは、同位相において偏差ΔＡ／Ｆの差異が少なく、また、偏差ΔＡ／Ｆの波形が近似している。また、図６（Ａ）の右側のグラフに示すように、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリッチになった場合と、図６（Ｃ）の左側のグラフに示すように、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリーンになった場合とでは、同位相において偏差ΔＡ／Ｆの差異が少なく、また、偏差ΔＡ／Ｆの波形が近似している。

このような傾向は、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリーンになった場合と気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリッチになった場合（図６（Ｂ）の左側のグラフ及び図６（Ｄ）の右側のグラフ参照）、及び、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリッチになった場合と気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリーンになった場合（図６（Ｂ）の右側のグラフ及び図６（Ｄ）の左側のグラフ参照）においても共通する。

このため、外側の２気筒１０２Ａ（♯１）、１０２Ｄ（♯４）の何れの気筒が排気空燃比を変動させる要因となっているのか、あるいは、内側の２気筒１０２Ｂ（♯２）、１０２Ｃ（♯３）の何れの気筒が排気空燃比を変動させる要因となっているのかを、偏差ΔＡ／Ｆのみに基づいて識別するのは困難である。
ここで、直列に並べられた４個の気筒１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜♯４）のうちの外側の２気筒１０２Ａ（♯１）、１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリッチ又はリーンになった場合の、７２０ＣＡ間における偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆについて検討する。図６（Ａ）の左側のグラフに示すように、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリーンになった場合において、偏差ΔＡ／Ｆが負の最大値から正の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆは、偏差ΔＡ／Ｆが正の最大値から負の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆより大きい。一方、図６（Ｃ）の右側のグラフに示すように、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリッチになった場合において、ΔＡ／Ｆが負の最大値から正の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合は、偏差ΔＡ／Ｆが正の最大値から負の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆより小さい。

そして、図６（Ａ）の左側のグラフ及び図６（Ｃ）の右側のグラフに示すように、偏差ΔＡ／Ｆが負の最大値から正の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆは、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリーンになった場合に、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリッチになった場合よりも大きくなる。一方、偏差ΔＡ／Ｆが正の最大値から負の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆは、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリッチになった場合に、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリーンになった場合よりも大きくなる。

なお、図６（Ａ）の右側のグラフ及び図６（Ｃ）の左側のグラフに示すように、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリッチになった場合と、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリーンになった場合とも、同様に、偏差ΔＡ／Ｆが負の最大値から正の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆは、前者の方が大きくなり、偏差ΔＡ／Ｆが正の最大値から負の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆは、後者の方が大きくなる。

また、図６（Ｂ）の左側のグラフ及び図６（Ｄ）の右側のグラフに示すように、偏差ΔＡ／Ｆが負の最大値から正の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆは、気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリーンになった場合に、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリッチになった場合よりも大きくなる。一方、偏差ΔＡ／Ｆが正の最大値から負の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆは、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリッチになった場合に、気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリーンになった場合よりも大きくなる。

なお、図６（Ｂ）の右側のグラフ及び図６（Ｃ）の左側のグラフに示すように、気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリッチになった場合と、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリーンになった場合とも、同様に、偏差ΔＡ／Ｆが負の最大値から正の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆは、前者の方が大きくなり、偏差ΔＡ／Ｆが正の最大値から負の最大値に変動する際の偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆは、後者の方が大きくなる。

即ち、気筒１０２Ａ（♯１）がリッチになった場合と気筒１０２Ｄ（♯４）がリーンになった場合、及び、気筒１０２Ａ（♯１）がリーンになった場合と気筒１０２Ｄ（♯４）がリッチになった場合とでは、それぞれ、偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆの絶対値｜ｄＡ／Ｆ｜が最大になる位相と、当該最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜の正負とが異なる。従って、気筒１０２Ａ（♯１）がリッチになった状況と気筒１０２Ｄ（♯４）がリーンになった状況との識別、及び、気筒１０２Ａ（♯１）がリーンになった状況と気筒１０２Ｄ（♯４）がリッチになった状況との識別は、それぞれ、偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆの絶対値｜ｄＡ／Ｆ｜が最大になる位相と、当該最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜の正負とに基づいてすることができる。

なお、気筒１０２Ｂ（♯２）がリッチになった状況と気筒１０２Ｃ（♯３）がリーンになった状況との識別、及び、気筒１０２Ｂ（♯２）がリーンになった状況と気筒１０２Ｃ（♯３）がリッチになった状況との識別についても、それぞれ、同様の手法によりすることができる。
そこで、本実施形態に係る気筒間空燃比ばらつき検出装置１０では、偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆの絶対値｜ｄＡ／Ｆ｜が最大になる位相と、当該絶対値の最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜の正負とに基づいて、対象気筒の特定と空燃比のリーン／リッチ判定を行う。

まず、ステップ１１０において、判定回路１２８は、偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆの絶対値｜ｄＡ／Ｆ｜が、予め定められた閾値ｄＡ／Ｆdb（不感帯域）を超えたか否かを判定する。判定が肯定された場合にはステップ１１２へ移行する一方、判定が否定された場合にはステップ１２６へ移行する。
ステップ１１２では、判定回路１２８が、偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆの絶対値｜ｄＡ／Ｆ｜の最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜が検出された７２０°ＣＡ間の位相を判定する。ここで、例えば、０°ＣＡから１８０°ＣＡまでの間に検出された場合は、気筒１０２Ａ（♯１）が、１８０°ＣＡから３６０°ＣＡまでの間に検出された場合は、気筒１０２Ｃ（♯３）が、３６０°ＣＡから５４０°ＣＡまでの間に検出された場合は、気筒１０２Ｄ（♯４）が、５４０°ＣＡから７２０°ＣＡまでの間に検出された場合は、気筒１０２Ｂ（♯２）が、それぞれ、対象気筒に該当する。このような相関関係は予め実験により確認されたものであり、当該相関関係を示す情報がマップやパラメータテーブルとしてＲＡＭ１２４に記憶されている。

そして、例えば、判定回路１２８は、偏差ΔＡ／Ｆの変化度合ｄＡ／Ｆの絶対値｜ｄＡ／Ｆ｜の最大値が、０°ＣＡから１８０°ＣＡまでの間に検出された場合には、気筒１０２Ａ（♯１）が対象気筒であると判定（１次判定）する（図７（Ａ）（Ｂ）のグラフ参照）。また、判定回路１２８は、当該最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜が、１８０°ＣＡから３６０°ＣＡまでの間に検出された場合、当該最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜が、３６０°ＣＡから５４０°ＣＡまでの間に検出された場合、当該最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜が、５４０°ＣＡから７２０°ＣＡまでの間に検出された場合、それぞれ、気筒１０２Ｃ（♯３）、１０２Ｄ（♯４）、１０２Ｂ（♯２）が、対象気筒であると判定（１次判定）する。

次に、ステップ１１４では、判定回路１２８が、検出された上記最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜が、正の値であるか負の値であるかを判定する。ここで、例えば、０°ＣＡから１８０°ＣＡまでの間に正の最大値＋ｄＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリーンであり、当該期間に負の最大値−ｄＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリッチであることが、予め実験により確認されており、このような相関関係を示す情報がマップやパラメータテーブルとしてＲＡＭ１２４に記憶されている。また、１８０°ＣＡから３６０°ＣＡまでの間に正の最大値＋ｄＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリーンであり、当該期間に負の最大値−ｄＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリッチであること、３６０°ＣＡから５４０°ＣＡまでの期間に正の最大値＋ｄＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリーンであり、当該期間に負の最大値−ｄＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリッチであることが、予め実験により確認されており、このような相関関係を示す情報がマップやパラメータテーブルとしてＲＡＭ１２４に記憶されている。さらには、５４０°ＣＡから７２０°ＣＡまでの期間に正の最大値＋ｄＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリーンであり、当該期間に負の最大値−ｄＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリッチであることが、予め実験により確認されており、このような相関関係を示す情報がマップやパラメータテーブルとしてＲＡＭ１２４に記憶されている。

そして、例えば、判定回路１２８は、ステップ１１４において対象気筒を気筒１０２Ａ（♯１）と判定すると共に、上記最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜を正と判定した場合は、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比をリーンと判定（１次判定）する。一方、判定回路１２８は、ステップ１１２において対象気筒を気筒１０２Ａ（♯１）と判定すると共に、上記最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜を負と判定した場合は、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比をリッチと判定（１次判定）する。また、ステップ１１２において判定回路１２８が対象気筒を気筒１０２Ｂ（♯２）、１０２Ｃ（♯３）、１０２Ｄ（♯４）と判定した場合も同様で、判定回路１２８は、上記最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜を正と判定した場合は、当該気筒１０２Ｂ（♯２）、１０２Ｃ（♯３）、１０２Ｄ（♯４）の空燃比をリーンと判定（１次判定）する一方、上記最大値｜ｄＡ／Ｆmax｜を負と判定した場合は、当該気筒１０２Ｂ（♯２）、１０２Ｃ（♯３）、１０２Ｄ（♯４）の空燃比をリッチと判定（１次判定）する。

次に、ステップ１１６において、判定回路１２８は、偏差ΔＡ／Ｆの絶対値｜ΔＡ／Ｆ｜が、予め定められた閾値（不感帯域）ΔＡ／Ｆdbを超えたか否かを判定する。判定が肯定された場合にはステップ１１８へ移行する一方、判定が否定された場合にはステップ１２６へ移行する。
ステップ１１８では、ＥＣＵ１１０が、偏差ΔＡ／Ｆの絶対値｜ΔＡ／Ｆ｜の最大値｜ΔＡ／Ｆmax｜が検出された７２０°ＣＡ間の位相を判定する。ここで、例えば、０°ＣＡから１８０°ＣＡまでの間及び３６０°ＣＡから５４０°ＣＡまでの間に検出された場合は、気筒１０２Ａ（♯１）又は気筒１０２Ｄが、１８０°ＣＡから３６０°ＣＡまでの間及び５４０°ＣＡから７２０°ＣＡまでの間に検出された場合は、気筒１０２Ｂ（♯２）又は気筒１０２Ｃ（♯３）が、それぞれ、対象気筒に該当することが、予め実験により確認されており、このような相関関係を示す情報がマップやパラメータテーブルとしてＲＡＭ１２４に記憶されている。

そして、例えば、判定回路１２８は、上記最大値｜ΔＡ／Ｆmax｜が、０°ＣＡから１８０°ＣＡまでの間及び３６０°ＣＡから５４０°ＣＡまでの間に検出された場合には、気筒１０２Ａ（♯１）又は気筒１０２Ｄ（♯４）が対象気筒であると判定（２次判定）する。また、判定回路１２８は、上記最大値｜ΔＡ／Ｆmax｜が、１８０°ＣＡから３６０°ＣＡまでの間及び５４０°ＣＡから７２０°ＣＡまでの間に検出された場合、気筒１０２Ｂ（♯２）又は気筒１０２Ｃ（♯３）が、対象気筒であると判定（２次判定）する。

次に、ステップ１２０では、判定回路１２８が、上記最大値｜ΔＡ／Ｆmax｜が、正の値であるか負の値であるかを判定する。ここで、例えば、０°ＣＡから１８０°ＣＡまでの間に正の最大値＋ΔＡ／Ｆmaxが検出された場合、及び、３６０°ＣＡから５４０°ＣＡまでの間に負の最大値−ΔＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリーンであるか、あるいは、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリッチである。一方、０°ＣＡから１８０°ＣＡまでの間に負の最大値−ΔＡ／Ｆmaxが検出された場合、及び、３６０°ＣＡから５４０°ＣＡまでの間に正の最大値＋ΔＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比がリッチであるか、あるいは、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比がリーンである。このような相関関係が、予め実験により確認されており、当該相関関係を示す情報がマップやパラメータテーブルとしてＲＡＭ１２４に記憶されている。

また、１８０°ＣＡから３６０°ＣＡまでの間に正の最大値＋ΔＡ／Ｆmaxが検出された場合、及び、５４０°ＣＡから７２０°ＣＡまでの間に負の最大値−ΔＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリーンであるか、あるいは、気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリッチである。一方、１８０°ＣＡから３６０°ＣＡまでの間に負の最大値−ΔＡ／Ｆmaxが検出された場合、及び、５４０°ＣＡから７２０°ＣＡまでの間に正の最大値＋ΔＡ／Ｆmaxが検出された場合は、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比がリッチであるか、あるいは、気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比がリーンである。このような相関関係が、予め実験により確認されており、当該相関関係を示す情報がマップやパラメータテーブルとしてＲＡＭ１２４に記憶されている。

そして、例えば、判定回路１２８は、ステップ１１８において対象気筒を気筒１０２Ａ（♯１）又は気筒１０２Ｄ（♯４）と判定すると共に、上記最大値｜ΔＡ／Ｆmax｜を正と判定した場合は、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比をリーン、及び、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比をリッチと判定する。一方、判定回路１２８は、ステップ１１８において対象気筒を気筒１０２Ａ（♯１）又は気筒１０２Ｄ（♯４）と判定すると共に、上記最大値｜ΔＡ／Ｆmax｜を負と判定した場合は、気筒１０２Ａ（♯１）の空燃比をリッチ、及び、気筒１０２Ｄ（♯４）の空燃比をリーンと判定する。

また、判定回路１２８は、ステップ１１８において対象気筒を気筒１０２Ｂ（♯２）又は気筒１０２Ｃ（♯３）と判定すると共に、上記最大値｜ΔＡ／Ｆmax｜を正と判定した場合は、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比をリーン、及び、気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比をリッチと判定する。一方、判定回路１２８は、ステップ１１８において対象気筒を気筒１０２Ｂ（♯２）又は気筒１０２Ｃ（♯３）と判定すると共に、上記最大値｜ΔＡ／Ｆmax｜を負と判定した場合は、気筒１０２Ｃ（♯３）の空燃比をリッチ、及び、気筒１０２Ｂ（♯２）の空燃比をリーンと判定する。

次に、ステップ１２２において、判定回路１２８は、ステップ１１２、１１４における１次判定の結果と、ステップ１１８、１２０における２次判定の結果との組み合わせが、所定の組み合わせになっているか否かを判定する。判定が肯定された場合には、ステップ１２４へ移行する一方、判定が否定された場合には、ステップ１２６へ移行する。
ここで、所定の組み合わせの１組は、ステップ１１２、１１８において判定された対象気筒が一致し、かつ、ステップ１１４、１２０における当該対象気筒の空燃比のリーン、リッチの判定結果が一致している組み合わせである。また、所定の組み合わせの他の１組は、ステップ１１２、１１８において判定された対象気筒が、気筒１０２Ａ（♯１）と気筒１０２Ｄ（♯４）又は気筒１０２Ｂ（♯２）と気筒１０２Ｃ（♯３）等、対をなす関係にあり、かつ、ステップ１１４、１２０における当該対象気筒の空燃比のリーン、リッチの判定結果が逆である組み合わせである。

次に、ステップ１２４において、制御回路１３０は、ステップ１１２において判定された対象気筒のナンバー（♯１〜４）と、ステップ１１４における当該気筒の空燃比のリーン、リッチの判定結果とを、ＲＡＭ１２４に累積記憶させる。即ち、１次判定の結果と２次判定の結果とが所定の組み合わせに該当する場合には１次判定の結果を維持し、１次判定の結果と２次判定の結果とが所定の組み合わせに該当しない場合には１次判定の結果を解除する。

次に、ステップ１２６において、ＥＣＵ１１０は、判定回数が所定回数に到達したか否かを判定する。判定が否定された場合には、ステップ１００へ移行してステップ１００〜１２６の処理が繰り返される。一方、判定が肯定された場合には、制御回路１３０が、判定結果の積算値を保持する。以上で処理ルーチンを終了する。
以上、説明したように、本実施形態に係る気筒間空燃比ばらつき検出装置１０によれば、相対的に空燃比がリッチ又はリーンに変動した対象気筒と、当該対象気筒と空燃比の波形が近似する気筒とを識別できるため、単一の空燃比センサを用いて、気筒間の排気空燃比のばらつきを判定するのみならず、対象気筒の特定をすることができ、さらには、当該対象気筒の空燃比のリーン／リッチを判定することができる。従って、当該気筒間空燃比ばらつき検出装置１０の判定結果に基づいて、多気筒内燃機関における気筒毎の運転空燃比の制御を高精度に行うことができ、多気筒内燃機関における気筒間の運転空燃比のばらつきを効果的に抑制できる。

また、気筒間空燃比ばらつき検出装置１０では、排気空燃比の偏差の変化度合に基づいて、上記対象気筒及び当該対象気筒の空燃比のリッチ／リーンを１次判定した後、排気空燃比の偏差に基づいて、上記対象気筒及び当該対象気筒の空燃比のリッチ／リーンを２次判定し、１次判定の結果と２次判定の結果とが所定の組み合わせに該当するか否かで、１次判定の結果を採用するか否かを判定している。即ち、気筒間空燃比ばらつき検出装置１０では、上記対象気筒及び当該対象気筒の空燃比のリッチ／リーンを二重に判定することにより、上記対象気筒及び当該対象気筒の空燃比のリッチ／リーンの誤判定を抑制している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、４サイクル直列４気筒のエンジンを例に採って本発明の実施形態について説明したが、水平対向６気筒のエンジン等の他の多気筒内燃機関も採用し得る実施形態である。

１０ 気筒間空燃比ばらつき検出装置
１００ エンジン
１０２Ａ〜Ｄ（♯１〜４） 気筒
１０４ 吸気通路
１０６ 排気通路
１０８ 触媒
１１０ ＥＣＵ（リッチ／リーン気筒判定部）
１１２ 吸気マニホールド
１１４Ａ〜Ｄ 吸気ポート
１１５ エアフローメータ
１１６Ａ〜Ｄ 燃料噴射弁
１１８Ａ〜Ｄ 排気ポート
１２０ 排気マニホールド
１２２ 空燃比センサ
１２４ ＲＡＭ（記憶部、第２記憶部）
１２６ 演算回路（演算部、第２演算部）
１２８ 判定回路（判定部、第２判定部）
１３０ 制御回路

Claims (5)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の排気合流部に設けられた空燃比検出手段と、
   前記空燃比検出手段で検出された検出値の基準値からの偏差に基づき、空燃比の変化度合を演算する空燃比変化度合演算手段と、
   前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合に基づき、前記複数の気筒間の空燃比ばらつき異常を検出するばらつき異常検出手段と、
   を備え、
   前記ばらつき異常検出手段は、
   前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合の絶対値の最大値が検出された位相に基づき、前記複数の気筒のうち前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒を識別する気筒間空燃比ばらつき検出装置。
2. 前記ばらつき異常検出手段は、
   前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合の正負に基づき、前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒について空燃比がリッチ側にずれているのか又はリーン側にずれているのかを決定する請求項１に記載の気筒間空燃比ばらつき検出装置。
3. 前記ばらつき異常検出手段は、
   前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合が所定の閾値を超えたか否かを判定する判定手段を有し、
   前記判定手段により前記変化度合が前記所定の閾値を超えたと判定された場合に、前記複数の気筒間で空燃比がばらついていると判定する請求項２に記載の気筒間空燃比ばらつき検出装置。
4. 前記ばらつき異常検出手段は、
   前記空燃比変化度合演算手段で演算された変化度合に基づき、前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒を検出する一次検出を行った後に、前記空燃比検出手段で検出された検出値の基準値からの偏差に基づき、前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒を検出する二次検出を行い、これら一次及び二次検出の検出結果の組み合わせに基づき、最終的に前記空燃比ばらつき異常の要因となっている気筒を決定する請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の気筒間空燃比ばらつき検出装置。
5. 前記空燃比変化度合演算手段は、
   前記内燃機関の吸気から排気までの間に前記空燃比検出手段で検出された検出値の平均値を演算し、この平均値を前記基準値とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の気筒間空燃比ばらつき検出装置。

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