JP2011163229A - Device for determining air-fuel ratio imbalance between cylinders of multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス判定装置に関する。 The present invention relates to an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determining apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine.
複数の燃焼室を備えた多気筒内燃機関であって、各燃焼室に対応して燃料噴射弁が配置されており、これら燃料噴射弁から対応する燃焼室に燃料が噴射される多気筒内燃機関において、燃焼室から排出される排気エミッションを可能な限り低減するためには、各燃料噴射弁から噴射される燃料の量が全て等しく最適な量に制御されていることが好ましい。すなわち、上記多気筒内燃機関において、例えば、燃焼室から排出される排気エミッションを可能な限り低減することができる量が燃料噴射弁から噴射させるべき燃料の量(すなわち、最適な量)とされる場合に、いずれかの燃料噴射弁から噴射される燃料の量がこの最適な量に制御されていないと、燃焼室から排出される排気エミッションが予想外に増大してしまう可能性がある。 A multi-cylinder internal combustion engine having a plurality of combustion chambers, wherein a fuel injection valve is arranged corresponding to each combustion chamber, and fuel is injected from the fuel injection valve into the corresponding combustion chamber In order to reduce the exhaust emission discharged from the combustion chamber as much as possible, it is preferable that the amounts of fuel injected from the respective fuel injection valves are all controlled to be equal and optimal. That is, in the multi-cylinder internal combustion engine, for example, the amount that can reduce the exhaust emission discharged from the combustion chamber as much as possible is the amount of fuel to be injected from the fuel injection valve (that is, the optimum amount). In this case, if the amount of fuel injected from any one of the fuel injection valves is not controlled to this optimum amount, the exhaust emission discharged from the combustion chamber may increase unexpectedly.
したがって、上記多気筒内燃機関において、いずれかの燃料噴射弁から噴射される燃料の量が最適な量に制御されていない場合、すなわち、各燃焼室に形成される混合気の空燃比の間に差が生じている場合、このことを把握することは、燃焼室から排出される排気エミッションを可能な限り低減するという観点からは非常に重要である。 Therefore, in the multi-cylinder internal combustion engine, when the amount of fuel injected from any one of the fuel injection valves is not controlled to an optimum amount, that is, between the air-fuel ratios of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber. If there is a difference, grasping this fact is very important from the viewpoint of reducing the exhaust emission discharged from the combustion chamber as much as possible.
このように、各燃焼室に形成される混合気の空燃比の間に差が生じていること(以下このことを「気筒間空燃比インバランス」という)を検出するための装置が特許文献1に開示されている。
As described above,
特許文献1に開示されている装置では、排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサが排気通路に配置されており、この空燃比センサの出力値の変化の周波数をこれに関する所定の参照値と比較し、或いは、この空燃比センサの出力値の軌跡の長さをこれに関する所定の参照値と比較し、空燃比センサの出力値の変化の周波数がこれに関する所定の参照値からずれているとき、或いは、空燃比センサの出力値の軌跡の長さがこれに関する所定の参照値からずれているときに、気筒間空燃比インバランスが生じていると判定される。
In the apparatus disclosed in
ところで、特許文献1に開示されている多気筒内燃機関において、各燃焼室に形成される混合気の空燃比(以下この空燃比を単に「混合気の空燃比」という)によって空燃比センサの出力特性が異なる。すなわち、混合気の空燃比が理論空燃比または略理論空燃比に制御されている場合と、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されている場合と、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている場合とでは、空燃比センサの出力特性が異なる。したがって、それぞれの場合において、気筒間空燃比インバランスの判定精度が異なることになる。
Incidentally, in the multi-cylinder internal combustion engine disclosed in
そこで、本発明の目的は、多気筒内燃機関において、気筒間空燃比インバランスを精度高く判定することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to determine an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance with high accuracy in a multi-cylinder internal combustion engine.
上記目的を達成するために、本願の1番目の発明は、複数の燃焼室と、これら燃焼室にそれぞれ対応して配置された燃料噴射弁と、燃焼室から排出される排気ガス中の特定成分を浄化するために排気通路に配置された排気浄化触媒と、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を検出するために前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に配置された上流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出するために前記排気浄化触媒よりも下流の排気通路に配置された下流側空燃比センサと、を備え、前記下流側空燃比センサに異常が生じているか否かを判定すべきときに各燃焼室に形成される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する下流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御が実行される多気筒内燃機関において、前記下流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御が実行されているときに前記上流側空燃比センサの出力に基づいて各燃焼室に形成される混合気の空燃比を推定して該推定された混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定する気筒間空燃比インバランス判定を実行する気筒間空燃比インバランス判定装置である。 In order to achieve the above object, a first invention of the present application includes a plurality of combustion chambers, fuel injection valves arranged corresponding to the combustion chambers, and specific components in exhaust gas discharged from the combustion chambers. An exhaust purification catalyst disposed in the exhaust passage for purifying the exhaust gas and an upstream air-fuel ratio disposed in the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber A downstream air-fuel ratio sensor disposed in an exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst for detecting an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst. A rich air-fuel ratio for determining an abnormality in the downstream air-fuel ratio sensor that controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio when it should be determined whether or not there is an abnormality Control is executed In a cylinder internal combustion engine, when the rich air-fuel ratio control for abnormality determination of the downstream air-fuel ratio sensor is being executed, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber is estimated based on the output of the upstream air-fuel ratio sensor Thus, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination device executes an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination that determines whether or not there is a deviation between the estimated air-fuel ratios of the air-fuel mixture.
燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を検出するために排気通路に配置された空燃比センサ、すなわち、本発明の上流側空燃比センサの出力値に基づいて各燃焼室に形成される混合気の空燃比を推定する場合、その推定精度は、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されていたり理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されていたりするときに比べて、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときのほうが高い。したがって、上流側空燃比センサの出力値に基づいて推定される各燃焼室に形成される混合気の空燃比を用いて、これら混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定する場合、その判定精度も、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されていたり理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されていたりするときに比べて、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときのほうが高い。 An air-fuel ratio sensor arranged in the exhaust passage for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber, that is, a mixture formed in each combustion chamber based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor of the present invention When estimating the air-fuel ratio of the air-fuel mixture, the accuracy of the estimation is higher than that when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio or to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. This is higher when the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, using the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber estimated based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor, it is determined whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of these air-fuel mixtures. In this case, the determination accuracy is higher than that when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio or to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. It is higher when the air-fuel ratio is controlled to be richer than that.
ここで、本願の1番目の発明よれば、下流側空燃比センサに異常が生じているか否かを判定するために各燃焼室に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、上流側空燃比センサの出力値に基づいて各燃焼室に形成される混合気の空燃比が推定され、これら推定された混合気の空燃比に基づいて各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かが判定されることから、その判定精度が高い。 Here, according to the first invention of the present application, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber is richer than the stoichiometric air-fuel ratio in order to determine whether an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor. When the air-fuel ratio is controlled, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber is estimated based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor, and each air-fuel ratio is estimated based on the estimated air-fuel ratio of the air-fuel mixture. Since it is determined whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber, the determination accuracy is high.
さらに、本願の1番目の発明によれば、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定するときに、その判定精度を高めるべく、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定する目的のためだけに各燃焼室に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されるのではなく、下流側空燃比センサに異常が生じているか否かを判定するために各燃焼室に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かが判定される。すなわち、本発明によれば、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定するときに、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定する目的のためだけに各燃焼室に形成される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する必要がない。このため、本発明によれば、内燃機関の燃費の低下を抑制しつつ、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定することができる。 Further, according to the first invention of the present application, when determining whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber, in order to increase the determination accuracy, The air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixture formed. Instead, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio in order to determine whether an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor. Sometimes, it is determined whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixtures formed in the combustion chambers. That is, according to the present invention, when it is determined whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixtures formed in the combustion chambers, there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixtures formed in the combustion chambers. Therefore, it is not necessary to control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining whether or not this occurs. For this reason, according to the present invention, it is possible to determine whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixtures formed in the respective combustion chambers while suppressing a decrease in fuel consumption of the internal combustion engine.
また、上記目的を達成するために、本願の2番目の発明は、上記1番目の発明において、前記上流側空燃比センサに異常が生じているか否かを判定すべきときに各燃焼室に形成される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する上流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御が前記多気筒内燃機関において実行されるようになっており、該上流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御が実行されているときに前記気筒間空燃比インバランス判定を実行する気筒間空燃比インバランス判定装置である。 In order to achieve the above object, the second invention of the present application is formed in each combustion chamber in the first invention when it is determined whether or not an abnormality has occurred in the upstream air-fuel ratio sensor. The upstream air-fuel ratio sensor abnormality determination rich air-fuel ratio control for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio is executed in the multi-cylinder internal combustion engine. The inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination device executes the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination when the rich air-fuel ratio control for side air-fuel ratio sensor abnormality determination is being executed.
この本願の2番目の発明によれば、上流側空燃比センサに異常が生じているか否かを判定するために混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときにも気筒間空燃比インバランス判定が実行されることから、気筒間空燃比インバランス判定の実行機会が増える。 According to the second invention of this application, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio in order to determine whether or not an abnormality has occurred in the upstream air-fuel ratio sensor. In addition, since the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination is executed, the execution opportunity of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination increases.
また、上記目的を達成するために、本願の3番目の発明は、上記2番目の発明において、前記上流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御が実行されているときに前記上流側空燃比センサに異常が生じていないと判定された場合に前記気筒間空燃比インバランス判定を実行する気筒間空燃比インバランス判定装置である。 In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the upstream air-fuel ratio is controlled when the upstream air-fuel ratio sensor abnormality determination rich air-fuel ratio control is being executed. The inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination device executes the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination when it is determined that no abnormality has occurred in the sensor.
この本願の3番目の発明によれば、正常な上流側空燃比センサの出力値に基づいて気筒間空燃比インバランス判定が実行されることから、気筒間空燃比インバランス判定の精度が高い。 According to the third aspect of the present invention, since the determination of the air-fuel ratio imbalance among cylinders is executed based on the output value of the normal upstream air-fuel ratio sensor, the accuracy of the air-fuel ratio imbalance determination between cylinders is high.
また、上記目的を達成するために、本願の4番目の発明は、複数の燃焼室と、これら燃焼室にそれぞれ対応して配置された燃料噴射弁と、燃焼室から排出される排気ガス中の特定成分を浄化するために排気通路に配置された排気浄化触媒と、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を検出するために前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に配置された上流側空燃比センサと、を備え、前記上流側空燃比センサに異常が生じているか否かを判定すべきときに各燃焼室に形成される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する上流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御が実行される多気筒内燃機関において、前記上流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御が実行されているときに前記上流側空燃比センサの出力に基づいて各燃焼室に形成される混合気の空燃比を推定して該推定された混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定する気筒間空燃比インバランス判定を実行する気筒間空燃比インバランス判定装置である。 In order to achieve the above object, a fourth invention of the present application includes a plurality of combustion chambers, fuel injection valves respectively disposed corresponding to the combustion chambers, and exhaust gas discharged from the combustion chambers. An exhaust purification catalyst disposed in the exhaust passage for purifying specific components, and an upstream side disposed in the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber An air-fuel ratio sensor, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber when determining whether or not an abnormality has occurred in the upstream air-fuel ratio sensor is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. In the multi-cylinder internal combustion engine in which the rich air-fuel ratio control for determining upstream air-fuel ratio sensor abnormality is controlled, the upstream air-fuel ratio control is performed when the rich air-fuel ratio control for determining upstream air-fuel ratio sensor abnormality is being executed. For sensor output Cylinders for executing the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination for estimating the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber and determining whether there is a deviation between the estimated air-fuel ratios of the air-fuel mixture It is an inter-air-fuel ratio imbalance determination device.
燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を検出するために排気通路に配置された空燃比センサ、すなわち、本発明の上流側空燃比センサの出力値に基づいて各燃焼室に形成される混合気の空燃比を推定する場合、その推定精度は、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されていたり理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されていたりするときに比べて、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときのほうが高い。したがって、上流側空燃比センサの出力値に基づいて推定される各燃焼室に形成される混合気の空燃比を用いて、これら混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定する場合、その判定精度も、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されていたり理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されていたりするときに比べて、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときのほうが高い。 An air-fuel ratio sensor arranged in the exhaust passage for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber, that is, a mixture formed in each combustion chamber based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor of the present invention When estimating the air-fuel ratio of the air-fuel mixture, the accuracy of the estimation is higher than that when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio or to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. This is higher when the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, using the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber estimated based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor, it is determined whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of these air-fuel mixtures. In this case, the determination accuracy is higher than that when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio or to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. It is higher when the air-fuel ratio is controlled to be richer than that.
ここで、本願の4番目の発明によれば、上流側空燃比センサに異常が生じているか否かを判定するために各燃焼室に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、上流側空燃比センサの出力値に基づいて各燃焼室に形成される混合気の空燃比が推定され、これら推定された混合気の空燃比に基づいて各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かが判定されることから、その判定精度が高い。 Here, according to the fourth aspect of the present invention, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber is richer than the stoichiometric air-fuel ratio in order to determine whether or not an abnormality has occurred in the upstream air-fuel ratio sensor. When the air-fuel ratio is controlled to a proper air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber is estimated based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor, and based on the estimated air-fuel ratio of the air-fuel mixture Since it is determined whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber, the determination accuracy is high.
さらに、本願の4番目の発明によれば、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定するときに、その判定精度を高めるべく、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定する目的のためだけに各燃焼室に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されるのではなく、上流側空燃比センサに異常が生じているか否かを判定するために各燃焼室に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かが判定される。すなわち、本発明によれば、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定するときに、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定する目的のためだけに各燃焼室に形成される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する必要がない。このため、本発明によれば、内燃機関の燃費の低下を抑制しつつ、各燃焼室に形成される混合気の空燃比間にずれが生じているか否かを判定することができる。 Furthermore, according to the fourth aspect of the present invention, when determining whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber, each combustion chamber has The air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixture formed. Instead, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio in order to determine whether or not an abnormality has occurred in the upstream air-fuel ratio sensor. Sometimes, it is determined whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixtures formed in the combustion chambers. That is, according to the present invention, when it is determined whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixtures formed in the combustion chambers, there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixtures formed in the combustion chambers. Therefore, it is not necessary to control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining whether or not this occurs. For this reason, according to the present invention, it is possible to determine whether or not there is a deviation between the air-fuel ratios of the air-fuel mixtures formed in the respective combustion chambers while suppressing a decrease in fuel consumption of the internal combustion engine.
また、上記目的を達成するために、本願の5番目の発明は、上記4番目の発明において、前記上流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御が実行されているときに前記上流側空燃比センサに異常が生じていないと判定された場合に前記気筒間空燃比インバランス判定を実行する気筒間空燃比インバランス判定装置である。 In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the upstream air-fuel ratio is controlled when the upstream air-fuel ratio sensor abnormality determination rich air-fuel ratio control is being executed. The inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination device executes the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination when it is determined that no abnormality has occurred in the sensor.
この本願の5番目の発明によれば、正常な上流側空燃比センサの出力値に基づいて気筒間空燃比インバランス判定が実行されることから、気筒間空燃比インバランス判定の精度が高い。 According to the fifth aspect of the present application, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination is executed based on the normal output value of the upstream air-fuel ratio sensor, so the accuracy of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination is high.
また、上記目的を達成するために、本願の6番目の発明は、上記1〜5番目の発明のいずれか1つにおいて、前記多気筒内燃機関の運転が始動されるときに各燃焼室に形成される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する機関始動時リッチ空燃比制御、または、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射が停止された後に前記燃料噴射弁からの燃料の噴射が再開されるときに各燃焼室に形成される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する燃料噴射停止後リッチ空燃比制御、または、前記排気浄化触媒の温度が予め定められた許容上限温度よりも高いときに各燃焼室に形成される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する排気浄化触媒用リッチ空燃比制御が前記多気筒内燃機関において実行されるようになっており、前記機関始動時リッチ空燃比制御が実行されているとき、或いは、前記燃料噴射停止後リッチ空燃比制御が実行されているとき、或いは、前記排気浄化触媒用リッチ空燃比制御が実行されているときに前記気筒間空燃比インバランス判定を実行する気筒間空燃比インバランス判定装置である。 In order to achieve the above object, according to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the combustion chamber is formed in each combustion chamber when the operation of the multi-cylinder internal combustion engine is started. Engine rich air-fuel ratio control for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, or after the fuel injection from the fuel injection valve is stopped, Rich air-fuel ratio control after stopping fuel injection that controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio when fuel injection is resumed, or the exhaust purification catalyst The rich air-fuel ratio control for the exhaust purification catalyst for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in each combustion chamber to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio when the temperature is higher than a predetermined allowable upper limit temperature. Performed in a cylinder internal combustion engine When the rich air-fuel ratio control at the time of starting the engine is being executed, or when the rich air-fuel ratio control after the stop of fuel injection is being executed, or the rich air-fuel ratio for the exhaust purification catalyst The inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination device executes the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination when control is being executed.
この本願の6番目の発明によれば、多気筒内燃機関の運転が始動されるとき、或いは、燃料噴射弁からの燃料の噴射が停止された後に燃料噴射弁からの燃料の噴射が再開されるとき、或いは、排気浄化触媒の温度が予め定められた許容上限温度よりも高いときにも気筒間空燃比インバランス判定が実行されることから、気筒間空燃比インバランス判定の実行機会が増える。 According to the sixth invention of this application, the fuel injection from the fuel injection valve is resumed when the operation of the multi-cylinder internal combustion engine is started or after the fuel injection from the fuel injection valve is stopped. Or when the temperature of the exhaust purification catalyst is higher than a predetermined allowable upper limit temperature, the determination of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination is executed.
以下、図面を参照して、本発明の多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス判定装置の実施形態について説明する。図1は、本発明の気筒間空燃比インバランス判定装置が適用された火花点火式の多気筒内燃機関の全体図である。以下で説明する火花点火式多気筒内燃機関は、吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程との4つの行程を順に繰り返し行ういわゆる4サイクル内燃機関である。 Hereinafter, an embodiment of an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determining apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view of a spark ignition type multi-cylinder internal combustion engine to which an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determining apparatus according to the present invention is applied. The spark ignition type multi-cylinder internal combustion engine described below is a so-called four-cycle internal combustion engine that sequentially repeats four strokes of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke.
図1において、参照符号10は、火花点火式の多気筒内燃機関(以下単に「内燃機関」という)を示している。また、内燃機関10は、本体(以下これを「機関本体」という)20を有する。機関本体20は、シリンダブロックとシリンダヘッドとを有する。また、機関本体20は、シリンダブロック内に形成されたシリンダボアの内壁面と、シリンダボア内に配置されるピストンの頂面と、シリンダヘッドの下壁面とによって形成される4つの燃焼室21を有する。
In FIG. 1,
なお、図1において、♯1は、最も下側に図示されている燃焼室(以下この燃焼室を「第1気筒」ともいう)21を示しており、♯2は、第1気筒♯1の直ぐ上側に図示されている燃焼室(以下この燃焼室を「第2気筒」ともいう)21を示しており、♯3は、第2気筒♯2の直ぐ上側に図示されている燃焼室(以下この燃焼室を「第3気筒」ともいう)21を示しており、♯4は、第3気筒♯3の直ぐ上側に図示されている燃焼室(以下この燃焼室を「第4気筒」ともいう)21を示している。
In FIG. 1, # 1 indicates the combustion chamber (hereinafter, this combustion chamber is also referred to as “first cylinder”) 21 shown on the lowermost side, and # 2 indicates the
また、シリンダヘッドには、各燃焼室21に連通する吸気ポート22が形成されている。この吸気ポート22を介して燃焼室21に空気が吸入される。吸気ポート22は、吸気弁(図示せず)によって開閉される。さらに、シリンダヘッドには、各燃焼室21に連通する排気ポート23が形成されている。この排気ポート23に燃焼室21から排気ガスが排出される。排気ポート23は、排気弁(図示せず)によって開閉される。
In addition, an
また、シリンダヘッドには、各燃焼室21に対応して点火栓24が配置されている。各点火栓24は、燃焼室21に形成される燃料と空気との混合気に点火することができるように燃焼室21内に露出するようにシリンダヘッドに配置されている。さらに、シリンダヘッドには、各吸気ポート22に対応して燃料噴射弁25が配置されている。各燃料噴射弁25は、吸気ポート22内に燃料を噴射することができるように吸気ポート22内に露出するようにシリンダヘッドに配置されている。
The cylinder head is provided with
吸気ポート22には、吸気枝管31が接続されている。排気枝管31は、吸気ポート22にそれぞれ接続される枝部と、これら枝部が集合するサージタンク部とを有する。また、吸気枝管31のサージタンク部には、吸気管32が接続されている。本実施形態では、これら吸気ポート22と吸気枝管31と吸気管32とによって吸気通路30が形成されている。また、吸気管32には、エアフィルタ33が配置されている。さらに、エアフィルタ33と吸気枝管31との間の吸気管32には、スロットル弁34が回動可能に配置されている。スロットル弁34には、このスロットル弁34を駆動するアクチュエータ34aが接続されている。スロットル34がアクチュエータ34aによって回動せしめられることによって、吸気管31の内部の流路面積が変更せしめられ、これによって、燃焼室21に吸入される空気の量が制御せしめられる。
An
一方、排気ポート23には、排気枝管41が接続されている。排気枝管41は、排気ポート23にそれぞれ接続される枝部41aと、これら枝部が集合する排気集合部41bとを有する。また、排気枝管41の排気集合部41bには、排気管42が接続されている。本実施形態では、これら排気ポート23と排気枝管41と排気管42とによって排気通路40が形成されている。また、排気管42には、排気ガス中の特定成分を浄化する排気浄化触媒(以下この排気浄化触媒を「上流側触媒」という)43が配置されている。さらに、この上流側触媒43の下流の排気管42には、同じく排気ガス中の特定成分を浄化する排気浄化触媒(以下この排気浄化触媒を「下流側触媒」という)44が配置されている。
On the other hand, an
上流側触媒43は、いわゆる三元触媒であり、図2に示されているように、その温度が或る温度(すなわち、いわゆる活性温度)よりも高く且つそこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍の領域X内の空燃比であるときに排気ガス中の窒素酸化物(以下これを「NOx」と表記する)と、一酸化炭素(以下これを「CO」と表記する)と、炭化水素(以下これを「HC」と表記する)とを同時に高い浄化率でもって浄化することができる。一方、上流側触媒43は、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるときに排気ガス中の酸素を吸蔵し、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるときにそこに吸蔵されている酸素を放出する能力(以下この能力を「酸素吸蔵・放出能力」という)を有する。したがって、この酸素吸蔵・放出能力が正常に機能している限り、上流側触媒43に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であっても理論空燃比よりもリッチな空燃比であっても、上流側触媒43の内部雰囲気が略理論空燃比近傍に維持されることから、上流側触媒43において排気ガス中のNOxとCOとHCとが同時に高い浄化率で浄化される。
The
下流側触媒44も、いわゆる三元触媒であり、上流側触媒43と同じく、NOxとCOとHCとを同時に高い浄化率でもって浄化することができると共に、酸素吸蔵・放出能力を有する。
The
また、吸気管32には、この吸気管32内を流れる空気の量、すなわち、燃焼室21に吸入される空気の量(以下この空気の量を「吸気量」という)を検出するエアフローメータ51が配置されている。
An
また、機関本体20には、クランクシャフト(図示せず)の回転位相を検出するクランクポジションセンサ53が配置されている。クランクポジションセンサ53は、クランクシャフトが10°回転する毎に幅狭のパルスを出力すると共に、クランクシャフトが360°回転する毎に幅広のパルスを出力する。これらパルスに基づいてクランクシャフトの回転数、すなわち、機関回転数が算出される。また、アクセル開度センサ57は、アクセルペダルAPの踏込量を検出する。
The
また、上流側触媒43の上流の排気管42には、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ(以下この空燃比センサを「上流側空燃比センサ」という)55が配置されている。さらに、上流側触媒43の下流の排気管42であって下流側触媒44の上流の排気管42には、同じく排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ(以下この空燃比センサを「下流側空燃比センサ」という)56が配置されている。
An air-fuel ratio sensor (hereinafter referred to as “upstream air-fuel ratio sensor”) 55 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas is disposed in the
上流側空燃比センサ55は、図3(A)に示されているように、検出される排気ガスの空燃比がリッチであるほど小さい出力値Iを出力し、検出される排気ガスの空燃比がリーンであるほど大きい出力値Iを出力するいわゆる限界電流式の酸素濃度センサである。
As shown in FIG. 3A, the upstream air-
一方、下流側空燃比センサ56は、図3(B)に示されているように、検出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるときに比較的大きい一定の出力値Vgを出力し、検出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるときに比較的小さい一定の出力値Vsを出力し、検出される排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときに上記比較的大きい一定の出力値Vgと上記比較的小さい一定の出力値Vsとの中間の出力値Vmを出力するいわゆる起電力式の酸素濃度センサである。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, the downstream air-
図1に示されている電気制御装置(ECU)60は、マイクロコンピュータからなり、双方向性バスによって互いに接続されたCPU(マイクロプロセッサ)61と、ROM(リードオンリメモリ)62と、RAM(ランダムアクセスメモリ)63と、バックアップRAM64と、AD変換器を含むインターフェース65とを有する。インターフェース65は、点火栓24、燃料噴射弁25、および、スロットル弁34用のアクチュエータ34aに接続されている。また、エアフローメータ51、クランクポジションセンサ53、上流側空燃比センサ55、下流側空燃比センサ56、および、アクセル開度センサ57も、インターフェース65に接続されている。
An electric control unit (ECU) 60 shown in FIG. 1 is composed of a microcomputer, and a CPU (microprocessor) 61, a ROM (read only memory) 62, and a RAM (random) connected to each other by a bidirectional bus. Access memory) 63, a
ところで、本実施形態では、内燃機関10の運転状態、特に、機関回転数と機関負荷とに応じて燃焼室21に形成される混合気(以下この燃焼室に形成される混合気を単に「混合気」という)の空燃比として目標とすべき空燃比(以下この空燃比を「目標空燃比」という)TA/Fが図4に示されているように機関回転数Nと機関負荷Lとの関数のマップの形で予め電子制御装置60に記憶されている。そして、内燃機関の運転中(以下「機関運転中」という)、図4のマップから機関回転数Nと機関負荷Lとに応じた目標空燃比TA/Fが読み込まれ、混合気の空燃比が目標空燃比になるように、エアフローメータ51によって検出される吸気量に応じて各燃料噴射弁25から噴射される燃料の量(以下この量を「燃料噴射量」という)が制御される。なお、吸気量は、内燃機関に要求されている出力に応じてスロットル弁34の開度が制御されることによって制御される。
By the way, in the present embodiment, an air-fuel mixture formed in the
ここで、目標空燃比が理論空燃比であり、混合気の空燃比をこの理論空燃比に制御する場合の燃料噴射量の制御について説明する。 Here, control of the fuel injection amount when the target air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to this stoichiometric air-fuel ratio will be described.
上流側空燃比センサ55において排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることが検出されたときには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比になっていることになる。そこで、このとき、本実施形態では、混合気の空燃比が理論空燃比に近づくように、燃料噴射量が徐々に増量せしめられる。一方、上流側空燃比センサ55において排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることが検出されたときには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比になっていることになる。そこで、このとき、本実施形態では、混合気の空燃比が理論空燃比に近づくように、燃料噴射量が徐々に減量せしめられる。このように燃料噴射量が制御されることによって、混合気の空燃比が全体として理論空燃比に制御されることになる。
When the upstream air-
ところで、上述したように燃料噴射量が制御される場合、混合気の空燃比は、理論空燃比を跨いで理論空燃比よりもリッチな空燃比になったり理論空燃比よりもリーンな空燃比になったりする。別の云い方をすれば、混合気の空燃比は、理論空燃比を跨いで振幅する。ここで、混合気の空燃比を理論空燃比に制御するという観点では、理論空燃比を跨いだ混合気の空燃比の振幅が小さいことが望ましい。すなわち、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるときには、混合気の空燃比を可能な限り迅速に理論空燃比に近づけ、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるときには、混合気の空燃比を可能な限り迅速に理論空燃比に近づけることが望ましい。 By the way, when the fuel injection amount is controlled as described above, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio across the stoichiometric air-fuel ratio or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. It becomes. In other words, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture swings across the stoichiometric air-fuel ratio. Here, from the viewpoint of controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the stoichiometric air-fuel ratio, it is desirable that the amplitude of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture across the stoichiometric air-fuel ratio is small. That is, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is brought close to the stoichiometric air-fuel ratio as quickly as possible, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. When the air-fuel ratio is low, it is desirable to bring the air-fuel ratio of the mixture close to the stoichiometric air-fuel ratio as quickly as possible.
そこで、本実施形態では、上流側空燃比センサ55において混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比に反転したことが検出されたとき、燃料噴射量がスキップ的に比較的大きく減量せしめられる。これによれば、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比に反転したとき、混合気の空燃比が比較的大きく理論空燃比に近づけられる。一方、上流側空燃比センサ55において混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転したことが検出されたとき、燃料噴射量がスキップ的に比較的大きく増量せしめられる。これによれば、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転したとき、混合気の空燃比が比較的大きく理論空燃比に近づけられる。斯くして、理論空燃比を跨いだ混合気の空燃比の振幅が小さくなる。
Therefore, in the present embodiment, when the upstream air-
ところで、混合気の空燃比をさらに迅速に理論空燃比に近づけるためには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比に反転したときに燃料噴射量をスキップ的に減量する量(以下この量を「スキップ減量値」という)を、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比に反転したときの混合気の空燃比と理論空燃比との差が大きいほど大きくし、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転したときに燃料噴射量をスキップ的に増量する量(以下この量を「スキップ増量値」という)を、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転したときの混合気の空燃比と理論空燃比との差が大きいほど大きくすることが望ましい。 By the way, in order to bring the air-fuel ratio of the air-fuel mixture closer to the stoichiometric air-fuel ratio more quickly, the fuel injection amount is skipped when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is reversed from a lean air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio. The amount of the air-fuel ratio when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is reversed from the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio (hereinafter referred to as “skip reduction value”) The larger the difference from the stoichiometric air-fuel ratio, the greater the difference, and the amount by which the fuel injection amount is increased in a skipping manner when the air-fuel ratio of the mixture is reversed from an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio. The difference between the air-fuel ratio of the air-fuel mixture and the stoichiometric air-fuel ratio is large when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is reversed from a rich air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio. Desirably large
そこで、本実施形態では、これらスキップ減量値およびスキップ増量値が以下のように制御される。 Therefore, in this embodiment, these skip reduction value and skip increase value are controlled as follows.
すなわち、下流側空燃比センサ56において理論空燃比よりもリーンな空燃比が検出されている期間(以下この期間を「リーン期間」という)が長いほど、混合気の空燃比が大幅に理論空燃比よりもリーンな空燃比になっていると言える。すなわち、上述したように、上流側触媒43から流出する排気ガスの空燃比は、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力によって理論空燃比になるはずである。しかしながら、それでもなお、リーン期間が長い場合とは、上流側触媒43が吸蔵することができないほど多量の酸素が上流側触媒43に流入している場合、すなわち、混合気の空燃比が大幅に理論空燃比よりもリーンな空燃比になっている場合であると言える。そこで、本実施形態では、上流側空燃比センサ55において混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転したことが検出されたときに、リーン期間が長いほど、スキップ増量値が大きくされる。
That is, the longer the period in which the downstream air-
一方、下流側空燃比センサ56において理論空燃比よりもリッチな空燃比が検出されている期間(以下この期間を「リッチ期間」という)が長いほど、混合気の空燃比が大幅に理論空燃比よりもリッチな空燃比になっていると言える。すなわち、上述したように、上流側触媒43から流出する排気ガスの空燃比は、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力によって理論空燃比になるはずである。しかしながら、それでもなお、リッチ期間が長い場合とは、上流側触媒43に吸蔵されている全ての酸素が放出されてしまうほど上流側触媒43に流入する酸素の量が少ない場合、すなわち、混合気の空燃比が大幅に理論空燃比よりもリッチな空燃比になっている場合であると言える。そこで、本実施形態では、上流側空燃比センサ55において混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比に反転したことが検出されたときに、リッチ期間が長いほど、スキップ減量値が大きくされる。
On the other hand, the longer the period in which the downstream air-
このように燃料噴射量が制御されることによって混合気の空燃比が全体として精度良く理論空燃比に制御されることになる。 By controlling the fuel injection amount in this way, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is accurately controlled to the stoichiometric air-fuel ratio as a whole.
次に、本実施形態に従った燃料噴射量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。本実施形態に従った燃料噴射量の制御を実行するフローチャートとして、図5〜図7に示されているフローチャートが利用される。 Next, an example of a flowchart for executing control of the fuel injection amount according to the present embodiment will be described. The flowcharts shown in FIGS. 5 to 7 are used as flowcharts for executing control of the fuel injection amount according to the present embodiment.
図5は、燃料噴射弁25から燃料を噴射する時間を算出するフローチャートである。図5のルーチンが開始されると、始めに、ステップ10において、機関回転数Nに対する吸気量Gaの割合Ga/Nが算出される。次いで、ステップ11において、ステップ10で算出された割合Ga/Nに定数αを掛けた値Ga/N・αが基本燃料噴射時間TAUPに入力される。次いで、ステップ12において、ステップ11で算出された基本燃料噴射時間TAUPに空燃比補正係数(この補正係数は図6のルーチンによって算出される係数であり、その詳細は後述する)FAFと内燃機関の運転状態に応じて定まる定数βおよび定数γを掛けた値TAUP・FAF・β・γが燃料噴射時間TAUに入力され、ルーチンが終了する。本実施形態では、ステップ12で算出された燃料噴射時間TAUだけ燃料噴射弁25から燃料が噴射される。
FIG. 5 is a flowchart for calculating the time for injecting fuel from the
図6は、図5のステップ12で用いられる空燃比補正係数FAFを算出するフローチャートである。図6のルーチンが開始されると、始めに、ステップ20において、上流側空燃比センサ55によって検出される排気ガスの空燃比A/Fが理論空燃比A/Fstよりも大きい(A/F>A/Fst)か否か、すなわち、燃焼室21から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるか否かが判別される。ここで、A/F>A/Fstであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ21以降のステップに進む。一方、A/F≦A/Fstであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ25以降のステップに進む。
FIG. 6 is a flowchart for calculating the air-fuel ratio correction coefficient FAF used in
ステップ20においてA/F>A/Fstであると判別され、すなわち、燃焼室21から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であると判別され、ルーチンがステップ21に進むと、上流側空燃比センサ55によって検出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転した直後であるか否かが判別される。ここで、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転した直後であると判別されたときには、ルーチンは、ステップ22に進み、前回、図6のルーチンが実行されたときに算出された空燃比補正係数FAFにスキップ増量値(このスキップ増量値は図7のルーチンによって算出される値であり、その詳細は後述する)RSRを加えた値FAF+RSRが新たな空燃比補正係数FAFとされる。次いで、ステップ23において、ステップ22で算出された空燃比補正係数FAFが許容範囲内の値になるようにガードされ、ルーチンが終了する。一方、ステップ21において、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に反転した直後ではないと判別されたときには、ルーチンは、ステップ24に進み、前回、図6のルーチンが実行されたときに算出された空燃比補正係数FAFに一定値KIRを加えた値FAF+KIRが新たな空燃比補正係数FAFとされる。次いで、ステップ23において、ステップ24で算出された空燃比補正係数FAFが許容範囲内の値になるようにガードされ、ルーチンが終了する。
In
一方、ステップ20においてA/F≦A/Fstであると判別され、すなわち、燃焼室21から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であると判別され、ルーチンがステップ25に進むと、上流側空燃比センサ55によって検出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比に反転した直後であるか否かが判別される。ここで、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比に反転した直後であると判別されたときには、ルーチンは、ステップ26に進み、前回、図6のルーチンが実行されたときに算出された空燃比補正係数FAFからスキップ減量値(このスキップ減量値は図7のルーチンによって算出される値であり、その詳細は後述する)RSLを引いた値FAF−RSLが新たな空燃比補正係数FAFとされる。次いで、ステップ23において、ステップ26で算出された空燃比補正係数FAFが許容範囲内の値になるようにガードされ、ルーチンが終了する。一方、ステップ25において、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比に反転した直後ではないと判別されたときには、ルーチンは、ステップ27に進み、前回、図6のルーチンが実行されたときに算出された空燃比補正係数FAFから一定値KILを引いた値FAF−KILが新たな空燃比補正係数とされる。次いで、ステップ23において、ステップ27で算出された空燃比補正係数FAFが許容範囲内の値になるようにガードされ、ルーチンが終了する。
On the other hand, it is determined in
図7は、図6のステップ22で用いられるスキップ増量値RSRおよび図6のステップ26で用いられるスキップ減量値RSLを算出するフローチャートである。図7のルーチンが開始されると、始めに、ステップ40において、下流側空燃比センサ56によって検出される排気ガスの空燃比A/Fが理論空燃比A/Fstよりも大きい(A/F>A/Fst)か否か、すなわち、上流側触媒43から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるか否かが判別される。ここで、A/F>A/Fstであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ41に進む。一方、A/F≦A/Fstであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ44に進む。
FIG. 7 is a flowchart for calculating the skip increase value RSR used in
ステップ40においてA/F>A/Fstであると判別され、すなわち、上流側触媒43から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であると判別され、ルーチンがステップ41に進むと、前回、図7のルーチンが実行されたときに算出されたスキップ増量値RSRに所定量ΔRSを加えた値RSR+ΔRSが新たなスキップ増量値RSRとされる。次いで、ステップ42において、ステップ41で算出されたスキップ増量値RSRが許容範囲内の値になるようにガードされる。次いで、ステップ43において、ステップ42でガードされたスキップ増量値RSRを定数Rから引いた値が新たなスキップ減量値RSLとされ、ルーチンが終了する。
In
一方、ステップ40においてA/F≧A/Fstであると判別され、すなわち、上流側触媒43から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であると判別され、ルーチンがステップ44に進むと、前回、図7のルーチンが実行されたときに算出されたスキップ増量値RLRから所定量ΔRSを引いた値RSR−ΔRSが新たなスキップ増量値RSRとされる。次いで、ステップ42において、ステップ44で算出されたスキップ増量値RSRが許容範囲内の値になるようにガードされる。次いで、ステップ43において、ステップ42でガードされたスキップ増量値RSRを定数Rから引いた値が新たなスキップ増量値RSLとされ、ルーチンが終了する。
On the other hand, it is determined in
ところで、内燃機関10は、4つの燃料噴射弁25を有する。そして、これら燃料噴射弁25のうち、例えば、1つの燃料噴射弁25に不具合があると、以下のような現象が生じる。
By the way, the
すなわち、本実施形態では、空燃比センサ55、56によって検出される排気ガスの空燃比に基づいて混合気の空燃比が目標空燃比になるように各燃料噴射弁25から噴射される燃料の量が制御される。すなわち、空燃比センサ55、56によって検出される排気ガスの空燃比に基づいて混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であると判断されたときには、各燃料噴射弁25において燃料噴射量が増量され、空燃比センサ55、56によって検出される排気ガスの空燃比に基づいて混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであると判断されたときには、各燃料噴射弁25において燃料噴射量が減量される。云い方を換えれば、本実施形態では、空燃比センサ55、56が各燃焼室21毎に配置されているのではなく各燃焼室25に共通して配置されていることから、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であると判断されたとき、全ての燃焼室21において混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であると判断されることになるし、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であると判断されたとき、全ての燃焼室21において混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であると判断されることになる。このため、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であると判断されたとき、全ての燃料噴射弁25において燃料噴射量が増量され、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であると判断されたとき、全ての燃料噴射弁25において燃料噴射量が減量されることになる。
That is, in the present embodiment, the amount of fuel injected from each
ここで、例えば、全ての燃料噴射弁25において同じ量の燃料が噴射されるように電子制御装置60から各燃料噴射弁25に指令が発せられたときに、電子制御装置60から指令された量(以下この量を「指令燃料噴射量」という)の燃料よりも多い量の燃料が噴射されてしまう不具合が1つの燃料噴射弁25にある場合(以下この不具合のある燃料噴射弁を「異常のある燃料噴射弁」という)、残りの燃料噴射弁(以下これら燃料噴射弁を「正常な燃料噴射弁」という)25において指令燃料噴射量の燃料が噴射されて対応する燃焼室21に形成される混合気の空燃比が理論空燃比になっているとしても、異常のある燃料噴射弁25に対応する燃焼室21に形成される混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリッチな空燃比になってしまう。したがって、このとき、異常のある燃料噴射弁25に対応する燃焼室21から排出される排気ガスのエミッションが悪化してしまう。
Here, for example, when a command is issued from the
そして、異常のある燃料噴射弁25に対応する燃焼室21から排出された排気ガスが上流側空燃比センサ55に到達すると、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比になっていると判断され、全ての燃料噴射弁25において燃料噴射量が減量されることから、正常な燃料噴射弁25に対応する燃焼室21に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比になってしまう。したがって、このとき、正常な燃料噴射弁25に対応する燃焼室21から排出される排気ガスのエミッションも悪化してしまう。
When the exhaust gas discharged from the
もちろん、異常のある燃料噴射弁25に対応する燃焼室21に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比になったり、正常な燃料噴射弁25に対応する燃焼室21に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比になったりしたとしても、本実施形態の空燃比制御によれば、各燃焼室21に形成される混合気の空燃比が理論空燃比になるように各燃料噴射弁25における燃料噴射量が制御されるのであるから、混合気の空燃比は、全体として見れば、理論空燃比に制御されているとも言えなくもない。しかしながら、混合気の空燃比が全体として見れば理論空燃比に制御されていると言えたとしても、各燃焼室21に形成される混合気の空燃比を個別に見てみると、本実施形態の空燃比制御が実行されている間、混合気の空燃比が大幅に理論空燃比よりもリッチな空燃比になったり大幅に理論空燃比よりもリーンな空燃比になったりしているので、いずれにしても、各燃焼室21から排出される排気ガスのエミッションが悪化していることになる。
Of course, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in the
一方、全ての燃料噴射弁25において同じ量の燃料が噴射されるように電子制御装置60から指令が各燃料噴射弁25に発せられたときに、電子制御装置60から指令された指令燃料噴射量の燃料よりも少ない量の燃料しか噴射されない不具合が1つの燃料噴射弁25にある場合(以下この不具合のある燃料噴射弁も「異常のある燃料噴射弁」という)、残りの正常な燃料噴射弁25において指令燃料噴射量の燃料が噴射されて対応する燃焼室21に形成される混合気の空燃比が理論空燃比になっているとしても、異常のある燃料噴射弁25に対応する燃焼室21に形成される混合気の空燃比は理論空燃比よりもリーンな空燃比になってしまう。したがって、このとき、異常のある燃料噴射弁25に対応する燃焼室21から排出される排気ガスのエミッションが悪化してしまう。
On the other hand, when a command is issued from the
そして、異常のある燃料噴射弁25に対応する燃焼室21から排出された排気ガスが上流側空燃比センサ55に到達すると、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であると判断され、全ての燃料噴射弁25において燃料噴射量が増量させることから、正常な燃料噴射弁25に対応する燃焼室21に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比になってしまう。したがって、このとき、正常な燃料噴射弁25に対応する燃焼室21から排出される排気ガスのエミッションも悪化してしまう。
When the exhaust gas discharged from the
もちろん、異常のある燃料噴射弁25に対応する燃焼室21に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比になったり、正常な燃料噴射弁25に対応する燃焼室21に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比になったりしたとしても、本実施形態の空燃比制御によれば、各燃焼室21に形成される混合気の空燃比が理論空燃比になるように各燃料噴射弁25における燃料噴射量が制御されるのであるから、混合気の空燃比は、全体として見れば、理論空燃比に制御されているとも言えなくもない。しかしながら、混合気の空燃比が全体として見れば理論空燃比に制御されていると言えたとしても、各燃焼室21に形成される混合気の空燃比を個別に見てみると、本実施形態の空燃比制御が実行されている間、混合気の空燃比が大幅に理論空燃比よりもリーンな空燃比になったり、大幅に理論空燃比よりもリッチな空燃比になったりしているので、いずれにしても、各燃焼室21から排出される排気ガスのエミッションが悪化していることになる。
Of course, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in the
このように、指令燃料噴射量よりも多い量の燃料が噴射されてしまう不具合が或る特定の燃料噴射弁25にある場合であっても、指令燃料噴射量よりも少ない量の燃料しか噴射されない不具合が或る特定の燃料噴射弁25にある場合であっても、燃焼室21から排出される排気ガスのエミッションが悪化することになる。
In this way, even when there is a problem that a certain amount of
こうした事情に鑑みると、特定の燃料噴射弁25に不具合があって、この燃料噴射弁25において指令燃料噴射量よりも多い量の燃料が噴射されてしまう状態や指令燃料噴射量よりも少ない量の燃料しか噴射されない状態、すなわち、各燃焼室21に形成される混合気の空燃比の間にバラツキが生じている状態(以下この状態を「気筒間空燃比インバランス状態」という)が生じていることを知ることは、排気ガスのエミッションの状態を知り、排気ガスのエミッションの悪化を改善する対策を講じる上で極めて重要である。
In view of these circumstances, there is a problem with a specific
そこで、本実施形態では、以下の知見に基づいて気筒間空燃比インバランス状態が生じているか否か、すなわち、気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定される。 Therefore, in the present embodiment, based on the following knowledge, it is determined whether or not an inter-cylinder air / fuel ratio imbalance state has occurred, that is, whether or not there is an inter-cylinder air / fuel ratio imbalance state.
すなわち、クランクシャフトの回転角度をクランク角度と称したとき、内燃機関10では、各燃焼室21においてクランク角度180°ずつずれたタイミングで第1気筒♯1、第4気筒♯4、第3気筒♯3、第2気筒♯2の順に排気行程が順次行われるようになっている。したがって、各燃焼室21から排気ガスがクランク角度180°ずつずれて順次排出され、これら排気ガスが上流側空燃比センサ55に順次到達することになる。したがって、上流側空燃比センサ55は、概ね、第1気筒♯1から排出された排気ガスの空燃比、第4気筒♯4から排出された排気ガスの空燃比、第3気筒♯3から排出された排気ガスの空燃比、そして、第2気筒♯2から排出された排気ガスの空燃比を順次検出することになる。
That is, when the rotation angle of the crankshaft is referred to as a crank angle, in the
ここで、全ての燃料噴射弁25が正常である場合、上流側空燃比センサ55に到達した排気ガスの空燃比に対応して上流側空燃比センサ55が出力する出力値(以下この出力値を「上流側空燃比センサ出力値」という)は、図8(A)に示されているように推移する。すなわち、上述したように、本実施形態の空燃比制御によれば、各燃焼室21に形成される混合気の空燃比を理論空燃比に制御しようとする場合、各燃焼室21に形成される混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリッチな空燃比にされたり理論空燃比よりもリーンな空燃比にされたりすることによって全体として理論空燃比に制御される。そして、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることが上流側空燃比センサ55によって検出されたときには、可能な限り迅速に混合気の空燃比が理論空燃比に達するように各燃料噴射弁25における燃料噴射量に対する増量値が設定され、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであることが上流側空燃比センサ55によって検出されたときには、可能な限り迅速に混合気の空燃比が理論空燃比に達するように各燃料噴射弁25における燃料噴射量に対する減量値が設定される工夫がなされている。このため、全ての燃料噴射弁25が正常であれば、図8(A)に示されているように、上流側空燃比センサ出力値は、理論空燃比に対応する上流側空燃比センサ出力値を跨いで比較的小さい幅で上下動を繰り返すことになる。
Here, when all the
一方、第1気筒♯1に対応する燃料噴射弁25に指令燃料噴射量よりも多い量の燃料が噴射されてしまう不具合があって、残りの気筒♯2〜♯4に対応する燃料噴射弁25が正常である場合、上流側空燃比センサ出力値は、図8(B)に示されているように推移する。すなわち、異常のある燃料噴射弁25に対応する第1気筒♯1に形成される混合気の空燃比は、理論空燃比よりも大幅にリッチな空燃比になっていることから、第1気筒♯1から排出される排気ガスの空燃比も理論空燃比よりも大幅にリッチな空燃比になっている。このため、第1気筒♯1から排出された排気ガスが上流側空燃比センサ55に到達したとき、上流側空燃比センサ出力値は、第1気筒♯1から排出された排気ガスの空燃比、すなわち、理論空燃比よりも大幅にリッチな空燃比に対応する出力値に向かって一気に小さくなる。そして、本実施形態の空燃比制御によれば、上流側空燃比センサ出力値が理論空燃比よりも大幅にリッチな空燃比に対応する出力値になったとき、すなわち、上流側空燃比センサ55が理論空燃比よりも大幅にリッチな空燃比を検出したとき、全ての燃料噴射弁25における燃料噴射量が大幅に減量せしめられ、第4気筒♯4、第3気筒♯3、および、第2気筒♯2に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比になる。このため、これら第4気筒♯4〜第2気筒♯2から排出された排気ガスが上流側空燃比センサ55に到達したとき、上流側空燃比センサ出力値は、これら気筒♯4〜♯2から排出された排気ガスの空燃比、すなわち、理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比に対応する出力値に向かって一気に大きくなる。そして、本実施形態の空燃比制御によれば、上流側空燃比センサ出力値が理論空燃比よりもリーンな空燃比に対応する出力値になったとき、すなわち、上流側空燃比センサ55が理論空燃比よりもリーンな空燃比を検出したとき、全ての燃料噴射弁25における燃料噴射量が増量せしめられ、再び、第1気筒♯1に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりも大幅にリッチな空燃比になる。このため、或る特定の燃料噴射弁25に指令燃料噴射量よりも多い量の燃料が噴射されてしまう不具合がある場合、図8(B)に示されているように、上流側空燃比センサ出力値は、理論空燃比に対応する出力値を跨いで比較的大きい幅で上下動を繰り返すことになる。
On the other hand, there is a problem that a larger amount of fuel than the command fuel injection amount is injected into the
一方、第1気筒♯1に対応する燃料噴射弁25に指令燃料噴射量よりも少ない量の燃料しか噴射されない不具合があって、残りの気筒♯2〜♯4に対応する燃料噴射弁25が正常である場合、上流側空燃比センサ出力値は、図8(C)に示されているように推移する。すなわち、異常のある燃料噴射弁25に対応する第1気筒♯1に形成される混合気の空燃比は、理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比になっていることから、第1気筒♯1から排出される排気ガスの空燃比も理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比になっている。このため、第1気筒♯1から排出された排気ガスが上流側空燃比センサ55に到達したとき、上流側空燃比センサ出力値は、第1気筒♯1から排出された排気ガスの空燃比、すなわち、理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比に対応する出力値に向かって一気に大きくなる。そして、本実施形態の空燃比制御によれば、上流側空燃比センサ出力値が理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比に対応する出力値になったとき、すなわち、上流側空燃比センサ55が理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比を検出したとき、全ての燃料噴射弁25における燃料噴射量が大幅に増量せしめられ、第4気筒♯4、第3気筒♯3、および、第2気筒♯2に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりも大幅にリッチな空燃比になる。このため、これら第4気筒♯4〜第2気筒♯2から排出された排気ガスが上流側空燃比センサ55に到達したとき、上流側空燃比センサ出力値は、これら気筒♯4〜♯2から排出された排気ガスの空燃比、すなわち、理論空燃比よりも大幅にリッチな空燃比に対応する出力値に向かって一気に小さくなる。そして、本実施形態の空燃比制御によれば、上流側空燃比センサ出力値が理論空燃比よりもリッチな空燃比に対応する出力値になったとき、すなわち、上流側空燃比センサ55が理論空燃比よりもリッチな空燃比を検出したとき、全ての燃料噴射弁25における燃料噴射量が減量せしめられ、再び、第1気筒♯1に形成される混合気の空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比になる。このため、或る特定の燃料噴射弁25に指令燃料噴射量よりも多い量の燃料が噴射されてしまう不具合がある場合、図8(C)に示されているように、上流側空燃比センサ出力値は、理論空燃比に対応する出力値を跨いで比較的大きい幅で上下動を繰り返すことになる。
On the other hand, there is a problem that the
このように、或る特定の燃料噴射弁25に異常がある場合の上流側空燃比センサ出力値の推移は、全ての燃料噴射弁25が正常である場合の上流側空燃比センサ出力値の推移とは大きく異なる。
Thus, the transition of the upstream air-fuel ratio sensor output value when there is an abnormality in a specific
特に、全ての燃料噴射弁25が正常である場合、図8(A)に示されているように、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリッチ側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が小さくなるときに、上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾き(以下この平均の傾きを単に「傾き」という)は、比較的小さい傾きα1である。一方、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリーン側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が大きくなるときに、上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾き(以下この平均の傾きも単に「傾き」という)は、比較的小さい傾きα2である。そして、この場合、これら傾きα1の絶対値と傾きα2の絶対値とは略等しい。
In particular, when all the
一方、或る特定の燃料噴射弁25に指令燃料噴射量よりも多い量の燃料が噴射されてしまう異常がある場合、図8(B)に示されているように、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリッチ側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が小さくなるときに、上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きは、比較的大きい傾きα3である。一方、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリーン側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が大きくなるときに、上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きは、比較的大きい傾きα4である。そして、この場合、上流側空燃比センサ出力値が小さくなるときに上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きα3の絶対値は、上流側空燃比センサ出力値が大きくなるときに上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きα4の絶対値よりも若干大きい。
On the other hand, when there is an abnormality in which a certain amount of fuel is injected into a specific
一方、或る特定の燃料噴射弁25に指令燃料噴射量よりも少ない量の燃料しか噴射されない異常がある場合、図8(C)に示されているように、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリーン側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が大きくなるときに、上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きは、比較的大きい値α5である。一方、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリッチ側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が小さくなるときに、上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きは、比較的大きい傾きα6である。そして、この場合、上流側空燃比センサ出力値が大きくなるときに上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きα5の絶対値は、上流側空燃比センサ出力値が小さくなるときに上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きα6の絶対値よりも若干大きい。
On the other hand, when there is an abnormality in which only a smaller amount of fuel than the commanded fuel injection amount is injected into a specific
このように、上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きの絶対値は、全ての燃料噴射弁25が正常である場合、特定の燃料噴射弁25に指令燃料噴射量よりも多い量の燃料を噴射してしまう異常がある場合、および、特定の燃料噴射弁25に指令燃料噴射量の燃料よりも少ない燃料しか噴射しない異常がある場合において、それぞれ、特有の値をとる。したがって、この傾きの絶対値を利用すれば、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定することができる。すなわち、特定の燃料噴射弁25に異常がある場合に上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きの絶対値は、基本的には、全ての燃料噴射弁25が正常である場合に上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きの絶対値よりも大きい。したがって、全ての燃料噴射弁25が正常である場合に上流側空燃比センサ出力値が辿るラインがとり得る傾きの絶対値を閾値として設定し、或いは、その傾きの絶対値よりも大きい値を閾値として設定しておき、機関運転中、上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きの絶対値がこの閾値よりも大きいとき、気筒間空燃比インバランス状態が生じているものと判定することができる。
In this way, the absolute value of the slope of the line followed by the upstream air-fuel ratio sensor output value is the amount of fuel larger than the command fuel injection amount for a specific
ところで、図8(A)〜図8(C)を参照して説明した気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定は、混合気の空燃比を理論空燃比に制御しようとしている場合(すなわち、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比である場合)におけるものであるが、この空燃比インバランス状態の有無の判定は、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御しようとしている場合(すなわち、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比である場合)にも当てはまる。
Incidentally, the determination of the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state described with reference to FIGS. 8A to 8C is performed when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is to be controlled to the stoichiometric air-fuel ratio (that is, The air-fuel ratio of the exhaust gas arriving at the upstream-side air-
すなわち、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、全ての燃料噴射弁25が正常である場合、上流側空燃比センサ55に到達した排気ガスの空燃比の空燃比に対応して上流側空燃比センサ出力値(すなわち、上流側空燃比センサ55の出力値)は、図9(A)に示されているように推移する。すなわち、このときの上流側空燃比センサ出力値の推移は、図8(A)に示されている上流側空燃比センサ出力値の推移に比べて、全体的に、よりリッチな空燃比側にずれた形態で比較的小さい幅で上下動を繰り返す。しかしながら、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリッチ側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が小さくなるときに、図9(A)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きは、図8(A)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きと同じく、比較的小さい傾きα1である。同様に、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリーン側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が大きくなるときに、図9(A)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きは、図8(A)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きと同じく、比較的小さい傾きα2である。
That is, when all of the
一方、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、第1気筒♯1に対応する燃料噴射弁25に指令燃料噴射量(すなわち、電子制御装置60から各燃料噴射弁25に指令される各燃料噴射弁25から噴射すべき燃料の量)よりも多い量の燃料が噴射されてしまう不具合があって、残りの気筒♯2〜♯4に対応する燃料噴射弁25が正常である場合、上流側空燃比センサ出力値は、図9(B)に示されているように推移する。すなわち、このときの上流側空燃比センサ出力値の推移は、図8(B)に示されている上流側空燃比センサ出力値の推移に比べて、全体的に、よりリッチな空燃比側にずれた状態で比較的大きい幅で上下動を繰り返す。そして、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリッチ側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が小さくなるときに、図9(B)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きは、図8(B)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きと同じく、比較的大きい傾きα3である。同様に、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリーン側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きは、図8(B)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きと同じく、比較的大きい傾きα4である。
On the other hand, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the command fuel injection amount (that is, from the electronic control unit 60) to the
一方、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、第1気筒♯1に対応する燃料噴射弁25に指令燃料噴射量よりも少ない量の燃料しか噴射されない不具合があって、残りの気筒♯2〜♯4に対応する燃料噴射弁25が正常である場合、上流側空燃比センサ出力値は、図9(C)に示されているように推移する。すなわち、このときの上流側空燃比センサ出力値の推移は、図8(C)に示されている上流側空燃比センサ出力値の推移に比べて、全体的に、よりリッチな空燃比側にずれた状態で比較的大きい幅で上下動を繰り返す。そして、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリーン側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が大きくなるときに、図9(C)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きは、図8(C)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きと同じく、比較的大きい値α5である。同様に、上流側空燃比センサ55に到達する排気ガスの空燃比がリッチ側に向かって変化するのに伴って上流側空燃比センサ出力値が小さくなるときに、図9(C)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きは、図8(C)に示されている上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの平均の傾きと同じく、比較的大きい値α6である。
On the other hand, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, only a smaller amount of fuel than the command fuel injection amount is injected into the
このように、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときにおいても、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されているときと同様に、特定の燃料噴射弁25に異常がある場合(すなわち、気筒間空燃比インバランス状態が生じている場合)には、上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きの絶対値は、全ての燃料噴射弁25が正常である場合(すなわち、気筒間空燃比インバランス状態が生じていない場合)に上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きの絶対値よりも大きい。したがって、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに全ての燃料噴射弁25が正常である場合に上流側空燃比センサ出力値が辿るラインがとり得る傾きの絶対値を閾値として設定し、或いは、その傾きの絶対値よりも大きい値を閾値として設定しておき、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに上流側空燃比センサ出力値が辿るラインの傾きの絶対値がこの閾値よりも大きいとき、気筒間空燃比インバランス状態が生じているものと判定することができる。
As described above, even when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, a specific fuel is used in the same manner as when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio. When there is an abnormality in the injection valve 25 (that is, when an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state has occurred), the absolute value of the slope of the line followed by the upstream air-fuel ratio sensor output value is all the
また、図8(A)〜図8(C)を参照して説明した気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定は、混合気の空燃比を理論空燃比に制御しようとしている場合(すなわち、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比である場合)におけるものであるが、この空燃比インバランス状態の有無の判定が混合気の空燃比理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御しようとしている場合に当てはまるのと同様に、この空燃比インバランス状態の有無の判定は、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御しようとしている場合(すなわち、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比である場合)にも当てはまる。
Further, the determination of the presence / absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state described with reference to FIGS. 8A to 8C is performed when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is to be controlled to the stoichiometric air-fuel ratio (that is, The air-fuel ratio of the exhaust gas arriving at the upstream side air-
このように、上述した気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定は、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されている場合であっても、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている場合であっても、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されている場合であっても、利用可能である。 As described above, whether or not the above-described inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state is present is determined even when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio. Even when the air-fuel ratio is controlled to be rich or even when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, it can be used.
しかしながら、混合気の空燃比を理論空燃比に制御している場合、および、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御している場合に、上述した考え方に基づいて気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定したとき、その判定精度は、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御している場合に比べて低くなる。そこで、以下、混合気の空燃比を理論空燃比に制御している場合および混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御している場合に気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定したとき、判定精度が低くなる理由について説明すると共に、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御している場合に気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定したとき、判定精度が高くなる理由について説明する。 However, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio, and when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the cylinder is based on the above-described concept. When the presence or absence of the inter-air-fuel ratio imbalance state is determined, the determination accuracy is lower than when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, hereinafter, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio and when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state is reached. Explains why the determination accuracy is low when the presence / absence is determined, and also determines whether there is an inter-cylinder air / fuel ratio imbalance state when the air / fuel ratio of the mixture is controlled to an air / fuel ratio richer than the stoichiometric air / fuel ratio The reason why the determination accuracy becomes high will be described.
まず、混合気の空燃比を理論空燃比に制御している場合に気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定したときに判定精度が低くなる理由について説明する。 First, the reason why the determination accuracy is lowered when it is determined whether there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio will be described.
上述したように、上流側空燃比センサ55は、そこに到来する排気ガスの空燃比に応じて図3(A)に示されている特性に従った出力値を出力する。上流側空燃比センサ55がこのような出力値を出力するメカニズムは、以下の通りである。
As described above, the upstream air-
すなわち、上流側空燃比センサ55は、図10および図11に示されているように、空燃比検出素子55aと、外側保護カバー55bと、内側保護カバー55cとを有する。保護カバー55b、55cは、空燃比検出素子55aを覆うようにこの空燃比検出素子55aをその内部に収容する。また、保護カバー55b、55cは、上流側空燃比センサ55に到達した排気ガスを排気管42からその内部に流入させて空燃比検出素子55aに到達させるための流入孔55b1、55c1と、その内部に流入した排気ガスを排気管42に流出させるための流出孔55b2、55c2とを有する。
That is, the upstream air-
そして、上流側空燃比センサ55は、排気管42内に保護カバー55b、55cが露出するように排気管42に配置される。したがって、排気管42を流れる排気ガスEXは、図10および図11に矢印Ar1で示されているように、外側保護カバー55bの流入孔55b1を通って外側保護カバー55bと内側保護カバー55cとの間の空間に流入する。次いで、排気ガスは、矢印Ar2で示されているように、内側保護カバー55cの流入孔55c1を通ってこの内側保護カバー55cの内部空間に流入し、空燃比検出素子55aに到達する。その後、排気ガスは、矢印Ar3に示されているように、内側保護カバー55cの流出孔55c2および外側保護カバー55bの流出孔55b2を通って排気管42に流出する。上流側空燃比センサ55に到達した排気ガスが上流側空燃比センサ55内をこのように流れることから、上流側空燃比センサ55に到達した排気ガスは、外側保護カバー55bの流出孔55b2近傍を流れる排気ガスの流れによって外側保護カバー55bの流入孔55b1に吸い込まれることになる。
The upstream air-
空燃比検出素子55aは、図12(A)に示されているように、固体電解質層551と、排気ガス側電極層552と、大気側電極層553と、拡散抵抗層(または、拡散律速層)554と、排気ガス側壁555と、大気側壁556と、ヒータ557とを有する。
As shown in FIG. 12A, the air-fuel
固体電解質層551は、酸素イオン導電性酸化物の焼結体であり、例えば、ZrO2(ジルコニア)にCaOを安定剤として固溶させた安定化ジルコニア素子である。固体電解質層551は、その温度が或る温度(すなわち、いわゆる活性温度)よりも高いときに、後述する酸素電池特性および酸素ポンプ特性を発揮する。
The
また、排気ガス側電極層552は、触媒活性の高い貴金属、例えば、Pt(白金)からなる。また、排気ガス側電極層552は、固体電解質層551の1つの表面上に配置されている。また、排気ガス側電極層552は、例えば、化学メッキによって十分な浸透性を有するように、すなわち、多孔質状に形成されている。
The exhaust gas
一方、大気側電極層553は、触媒活性の高い貴金属、例えば、Pt(白金)からなる。また、大気側電極層553は、排気ガス側電極層552が配置されている固体電解質層551の表面とは反対側の固体電解質層551の表面上に配置されている。すなわち、固体電解質層551は、排気ガス側電極層552と大気側電極層553によって挟まれている。また、大気側電極層553は、例えば、化学メッキによって十分な浸透性を有するように、すなわち、多孔質状に形成されている。
On the other hand, the atmosphere
これら排気ガス側電極層552および大気側電極層553には、電源679が接続されている。そして、これら排気ガス側電極層552および大気側電極層553には、排気ガス側電極層552よりも大気側電極層553のほうが電位が高くなるように電源679から電圧が印加される。
A power source 679 is connected to the exhaust gas
また、拡散抵抗層554は、耐熱性無機物質である多孔質セラミックからなる。また、拡散抵抗層554は、固体電解質層551の表面に接している排気ガス側電極層552の表面を除いた排気ガス側電極層552の表面を覆うように、例えば、プラズマ溶射法によって配置されている。
The
また、排気ガス側壁555は、緻密であって排気ガスを透過させないアルミナセラミックスからなる。また、排気ガス側壁555は、拡散抵抗層554の一部(特に、拡散抵抗層554の角部)を除いて拡散抵抗層554を覆うように配置されている。すなわち、排気ガス側壁555は、拡散抵抗層554の一部を外部に露出させる貫通孔558を有する。
The exhaust
また、大気側壁556は、緻密であって排気ガスを透過させないアルミナセラミックスからなる。また、大気側壁556は、その内部に大気側電極層553を包囲する空間(以下この空間を「大気室」という)559を形成するように配置されている。そして、大気室559には、大気が導入される。
The
また、ヒータ557は、大気側壁556に埋設されている。ヒータ557に電力が供給されると、ヒータ557が発熱することによって固体電解質層551と排気ガス側電極層552と大気側電極層553とが加熱される。
The
ここで、空燃比検出素子55aに理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが到来すると、空燃比検出素子55aは、図12(B)に示されているように機能する。すなわち、排気ガス側電極層552周りの排気ガス中の酸素の濃度が比較的高いことから、酸素が排気ガス側電極層552から大気側電極層553へ固体電解質層551を介して移動する。詳細には、空燃比検出素子55aに到達した排気ガスは、貫通孔558を通って拡散抵抗層554に流入する。そして、排気ガスが拡散抵抗層554を通って排気ガス側電極層552に到達すると、排気ガス中の酸素が排気ガス側電極層552によってイオン化される。このイオン化された酸素、すなわち、酸素イオンは、固体電解質層551を通って大気側電極層553に到達する。大気側電極層553に到達した酸素イオンは、大気側電極層553に電子を放出して酸素となって大気室559に流入する。こうした作用によって、電源560の正極から負極に向かって電流Iが流れることになる。このとき流れる電流Iの大きさは、図13に示されているように、電源560の電圧が所定の値Vpに設定されていれば、排気ガス側電極層552に到達した排気ガス中の酸素の濃度に比例した一定値となる。本実施形態では、電源560の電圧が所定の値Vpに設定されており、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるとき、電源560の正極から負極に向かって流れる電流I(すなわち、限界電流Ip)に基づいて排気ガスの空燃比が把握される。
Here, when exhaust gas having an air / fuel ratio leaner than the stoichiometric air / fuel ratio arrives at the air / fuel
一方、空燃比検出素子55aに理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが到来すると、空燃比検出素子55aは、図12(C)に示されているように機能する。すなわち、排気ガス側電極層552周りの排気ガス中の酸素の濃度が比較的低いことから、酸素が大気側電極層553から排気ガス側電極層552へ固体電解質層551を介して移動する。詳細には、大気室559に導入されている大気中の酸素が大気側電極層553によってイオン化される。このイオン化された酸素、すなわち、酸素イオンは、固体電解質層551を通って排気ガス側電極層553に到達する。排気ガス側電極層552に到達した酸素イオンは、排気ガス側電極層552に電子を放出しつつ、排気ガス側電極層552周りの排気ガス中の未燃物、例えば、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、および、水素(H2)を酸化する。こうした作用によって、電源560の負極から正極に向かって電流Iが流れることになる。このとき流れる電流Iの大きさも、図13に示されているように、電源560の電圧が所定の値Vpに設定されていれば、排気ガス側電極層552周りの排気ガス中の酸素の濃度に比例した一定値となる。本実施形態では、電源560の電圧が所定の値Vpに設定されており、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるとき、電源560の負極から正極に向かって流れる電流I(すなわち、限界電流Ip)に基づいて排気ガスの空燃比が把握される。
On the other hand, when exhaust gas having an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio arrives at the air-fuel
以上説明したように、上流側空燃比センサ55は、そこに到来する排気ガスの空燃比に応じた出力値を出力する。すなわち、上流側空燃比センサ55は、そこに到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるときには、そこに到来する排気ガスの空燃比のリーン度合が大きいほど大きな正の電流値を出力し、そこに到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるときには、そこに到来する排気ガスの空燃比のリッチ度合が大きいほど大きな負の電流値を出力する。したがって、上流側空燃比センサ55に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときには、上流側空燃比センサ55から出力される電流値は、零である。
As described above, the upstream air-
したがって、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化した場合、上流側空燃比センサ55の出力値は、正の電流値から負の電流値に変化することになる。この場合、上流側空燃比センサ55の排気ガス側電極層552から大気側電極層553に固体電解質層551を介して流れていた酸素イオンが大気側電極層553から排気ガス側電極層552に固体電解質層551を介して流れることになる。すなわち、固体電解質層551内を流れる酸素イオンの流れの向きが逆転する。しかしながら、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化したとき、それまで排気ガス側電極層552から大気側電極層553に向かって固体電解質層551内を流れていた酸素イオンがその流れの向きを変えなければならないのであるから、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化したとき、固体電解質層551内における酸素イオンの流れの向きは、即座には逆転しない。
Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas arriving at the upstream air-
一方、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化した場合、上流側空燃比センサ55の出力値は、負の電流値から正の電流値に変化することになる。この場合、上流側空燃比センサ55の大気側電極層553から排気ガス側電極層552に固体電解質層551を介して流れていた酸素イオンが排気ガス側電極層552から大気側電極層553に固体電解質層551を介して流れることになる。すなわち、固体電解質層551内を流れる酸素イオンの流れの向きが逆転する。しかしながら、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化したとき、それまで大気側電極層553から排気ガス側電極層552に向かって固体電解質層551内を流れていた酸素イオンがその向きを変えなければならないのであるから、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化したとき、固体電解質層551内における酸素イオンの流れの向きは、即座には逆転しない。
On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas arriving at the upstream air-
ここで、混合気の空燃比を理論空燃比に制御しようとしているとき、上述したように、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比は、理論空燃比よりもリーンな空燃比と理論空燃比よりもリッチな空燃比とを繰り返すことになる。したがって、この場合、上流側空燃比センサ55がそこに到来する排気ガスの空燃比を極めて正確に示す出力値を出力するためには、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比と理論空燃比よりもリッチな空燃比との間で変化したときに、上流側空燃比センサ55の固体電解質層551内を流れる酸素イオンの流れの向きが即座に逆転しなければならない。しかしながら、上述したように、こうした固体電解質層551内を流れる酸素イオンの流れの向きは、即座には逆転しない。したがって、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されているとき、上流側空燃比センサ55の出力値は、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比(すなわち、混合気の空燃比)を極めて正確には示さないことになる。
Here, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio, as described above, the air-fuel ratio of the exhaust gas arriving at the upstream air-
上流側空燃比センサ55の出力値に基づいて気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定するためには、上流側空燃比センサ55の出力値が上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比(すなわち、混合気の空燃比)を極めて正確に示していることが望まれる。言い換えれば、混合気の空燃比を理論空燃比に制御しようとしているときには、上流側空燃比センサ55の出力値が上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比を極めて正確に示していないことから、上流側空燃比センサ55の出力値に基づいて気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができないことになる。
In order to accurately determine the presence / absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state based on the output value of the upstream air-
こうした理由から、混合気の空燃比を理論空燃比に制御している場合には、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定したときに判定精度が低くなるのである。 For these reasons, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio, the determination accuracy decreases when it is determined whether there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state.
次に、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御している場合に気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定したときに判定精度が低くなる理由について説明する。 Next, the reason why the determination accuracy is lowered when the air-fuel ratio imbalance state between cylinders is determined when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio will be described.
混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されている場合、燃焼室21内における燃焼が不安定になり、場合によっては、燃焼室21内において失火が生じることもある。そして、この場合、各燃焼室21から排出される排気ガスの空燃比が本来制御されるべき混合気の空燃比を反映していないことになる。
When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to an air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, combustion in the
上述したように、上流側空燃比センサ55の出力値に基づいて気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定するためには、上流側空燃比センサ55の出力値が混合気の空燃比を極めて正確に示していることが望まれる。しかしながら、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されている場合、各燃焼室21から排出される排気ガスの空燃比が本来制御されるべき混合気の空燃比を反映していないのであるから、上流側空燃比センサ55の出力値に基づいて気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができないことになる。
As described above, in order to accurately determine the presence / absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state based on the output value of the upstream air-
こうした理由から、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御している場合には、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定したときに判定精度が低くなるのである。 For these reasons, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to an air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the determination accuracy is lowered when it is determined whether there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state.
次に、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御している場合に気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定したときに判定精度が高くなる理由について説明する。 Next, the reason why the determination accuracy becomes high when the presence / absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state is determined when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio will be described.
混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている場合、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比も理論空燃比よりもリッチな空燃比である。したがって、この場合、上流側空燃比センサ55がそこに到来する排気ガスの空燃比を正確に示す出力値を出力するために、上流側空燃比センサ55の拡散抵抗層551内を流れる酸素イオンの流れの向きが反転する必要はない。すなわち、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている場合、上流側空燃比センサ55の出力値は、そこに到来する排気ガスの空燃比(すなわち、混合気の空燃比)を極めて正確に示していることになるのであるから、上流側空燃比センサ55の出力値に基づいて気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができることになる。
When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the exhaust gas arriving at the upstream air-
また、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている場合、燃焼室21内における燃焼は安定しており、各燃焼室21から排出される排気ガスの空燃比が本来制御されるべき混合気の空燃比を反映している。したがって、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている場合、上流側空燃比センサ55の出力値は、混合気の空燃比を極めて正確に示していることになるのであるから、上流側空燃比センサ55の出力値に基づいて気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができることになる。
In addition, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, combustion in the
こうした理由から、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御している場合には、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定したときに判定精度が高くなるのである。 For these reasons, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the determination accuracy becomes high when it is determined whether there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state.
ところで、上述したように、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定すると判定精度が高い。したがって、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定すべきときには、混合気の空燃比を強制的に理論空燃比よりもリッチな空燃比として気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定すれば、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができる。 By the way, as described above, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the determination accuracy is high when it is determined whether there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state. Therefore, when it should be determined whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, if the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is forcibly made richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state is It is possible to accurately determine whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state.
しかしながら、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的のためだけに混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とすると内燃機関10の燃費が悪化してしまう。一方、本実施形態の内燃機関10では、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的以外の目的で、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とする場合がある。すなわち、内燃機関10では、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とする場合がある。この下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無の判定は、以下のように行われる。
However, if the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining whether there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the fuel efficiency of the
すなわち、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されると、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが各燃焼室21から排出される。すると、上流側触媒43には、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流入することになる。ここで、上流側触媒43には、酸素吸蔵・放出能力があることから、上流側触媒43に吸蔵されている酸素が上流側触媒43から排出されるので、上流側触媒43から理論空燃比の排気ガスが流出する。そして、上流側触媒43に理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流入し続け、上流側触媒43に吸蔵されている酸素がなくなると、上流側触媒43から理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流出する。このとき、下流側空燃比センサ56に出力の異常が生じていなければ、すなわち、下流側空燃比センサ56が正常であれば、下流側空燃比センサ56の出力値(以下この出力値を「下流側空燃比センサ出力値」という)は、上流側触媒43から流出する排気ガスの空燃比、すなわち、理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている混合気の空燃比に正確に対応する出力値となる。したがって、上流側触媒43から理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流出しているときに下流側空燃比センサ出力値が混合気の空燃比に正確に対応する出力値になっていれば、下流側空燃比センサ56の出力の異常は生じておらず、下流側空燃比センサ56が正常であると言える。一方、上流側触媒43から理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流出しているときに下流側空燃比センサ出力値が混合気の空燃比に対応していない出力値になっていれば、下流側空燃比センサ56の出力の異常が生じていると言える。
That is, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, exhaust gas having an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is discharged from each
そこで、内燃機関10では、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無を判定すべきときには、予め定められた期間に亘って混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される。ここで、予め定められた期間は、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが上流側触媒43に流入し続けたときに上流側触媒43に吸蔵されている酸素がなくなるのに十分な時間に設定される。そして、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御され始まってから上記予め定められた期間が経過したときに、下流側空燃比センサ出力値が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている混合気の空燃比に対応する排気ガスの空燃比を示しているか否かが判定される。そして、このときの下流側空燃比センサ出力値が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている混合気の空燃比に対応する排気ガスの空燃比を示していると判定されたときには、下流側空燃比センサ56の出力の異常は生じておらず、下流側空燃比センサ56は正常であると判定される。一方、このときの下流側空燃比センサ出力値が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている混合気の空燃比に対応する排気ガスの空燃比を示していないと判定されたときには、下流側空燃比センサ56の出力の異常が生じていると判定される。
Therefore, in the
そして、本実施形態(以下「第1実施形態」という)では、上述したように、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定される。
In the present embodiment (hereinafter referred to as “first embodiment”), as described above, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to be higher than the stoichiometric air-fuel ratio for the purpose of determining whether or not the output of the downstream air-
これによれば、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御することがないので、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する場合に比べて、内燃機関10の燃費が向上する。
According to this, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is not controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state Compared with the case where the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of fuel, the fuel efficiency of the
次に、第1実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するルーチンの一例について説明する。第1実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定には、図14および図15に示されているフローチャートが利用される。これら図14のルーチンおよび図15のルーチンは、所定時間間隔毎に実行される。 Next, an example of a routine for determining whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state according to the first embodiment will be described. The flowchart shown in FIG. 14 and FIG. 15 is used for determining whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state in the first embodiment. The routine of FIG. 14 and the routine of FIG. 15 are executed at predetermined time intervals.
図14のルーチンが開始されると、始めに、ステップ100において、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定の実行が許可されているか否かを示すフラグ(以下このフラグを「気筒間空燃比インバランス判定実行フラグ」という)F1がセットされている(F1=1)か否かが判別される。ここで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1がセットされている(F1=1)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定の実行が許可されており、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1がリセットされている(F1=0)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定の実行が許可されていない。また、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1は、例えば、図15に示されているルーチンに従って設定されるフラグである。
When the routine of FIG. 14 is started, first, in
ステップ100において、F1=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定の実行が許可されていることになるので、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するべく、ルーチンは、ステップ101に進む。一方、ステップ100において、F1=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定の実行が許可されていないことになるので、そのまま、ルーチンは、終了する。
When it is determined in
ステップ100においてF1=1であると判別されてルーチンがステップ101に進むと、上流側空燃比センサ55の出力値に基づいて上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比の変化率の絶対値|ΔA/F|が算出される。次いで、ステップ102において、ステップ101における排気ガスの空燃比の変化率の絶対値|ΔA/F|の算出回数を示すカウンタCがインクリメントされる。
When it is determined in
次いで、ステップ103において、ステップ102でインクリメントされたカウンタCが予め定められた閾値Cthに等しくなった(C=Cth)か否かが判別される。ここで、C=Cthであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ104に進む。一方、C≠Cthであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ100に戻る。
Next, at
なお、ステップ102およびステップ103は、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定精度を高めるために、ステップ101において算出される排気ガスの空燃比の変化率のデータをより多く取得するために設けられたステップである。したがって、ステップ101において算出される排気ガスの空燃比の変化率のデータが1つであっても、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定精度が十分に高いものである場合には、これらステップが省略されてもよい。
ステップ103においてC≠Cthであると判別されてルーチンがステップ100に戻ると、再び、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1がセットされている(F1=1)か否かが半判別される。ここで、F1=1であると判別されたときには、ルーチンは、ステップ101以降のステップに進む。一方、F1=0であると判別されたときには、ルーチンは、終了する。
When it is determined in
一方、ステップ103においてC=Cthであると判別されてルーチンがステップ104に進むと、ステップ101で複数回算出された排気ガスの空燃比の変化率の絶対値|ΔA/Fth|の平均値ΔA/Faveが算出される。
On the other hand, when it is determined in
次いで、ステップ105において、ステップ104で算出された平均値ΔA/Faveが予め定められた閾値ΔA/Favethよりも大きい(ΔA/Fave>ΔA/Faveth)か否かが判別される。ここで、ΔA/Fave>ΔA/Favethであると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態が生じていることになることから、ルーチンがステップ106に進み、気筒間空燃比インバランス状態が生じていることを示すアラームが作動される。
Next, at
そして、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が終了したことから、ステップ107において、ステップ101で算出された排気ガスの空燃比の変化率の絶対値|ΔA/Fave|のデータがクリアされ、次いで、ステップ108において、ステップ102でインクリメントされたカウンタCがクリアされ、ルーチンが終了する。
Since the determination of the presence / absence of the inter-cylinder air / fuel ratio imbalance has been completed, in
一方、ステップ105において、ΔA/Fave≦ΔA/Favethであると判別されたとき、すなわち、ステップ104で算出された平均値ΔA/Faveが予め定められた閾値ΔA/Faveth以下であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態が生じていないことになることから、そのままルーチンが終了する。
On the other hand, when it is determined in
次に、図14のルーチンのステップ100において利用される第1実施形態の気筒間空燃比インバランス判定実行フラグの設定を実行するルーチンの一例である図15に示されているフローチャートについて説明する。
Next, the flowchart shown in FIG. 15, which is an example of a routine for executing the setting of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination execution flag of the first embodiment used in
図15のルーチンが開始されると、始めに、ステップ200において、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているか否かを示すフラグ(以下このフラグを「気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグ」という)F2がセットされている(F2=1)か否かが判別される。ここで、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がセットされている(F2=1)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がリセットされている(F2=0)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していない。
When the routine of FIG. 15 is started, first, in
ステップ200において、F2=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、ルーチンは、ステップ201に進む。一方、F2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しておらず、ルーチンは、ステップ203に進む。
If it is determined in
なお、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件とは、内燃機関10を冷却するための冷却水の温度(この温度は、内燃機関10の温度を代表している)が所定温度(例えば、75℃)以上であって、且つ、機関回転数が所定範囲(例えば、1200rpm〜2000rpm)内であって、且つ、吸気量が所定範囲(例えば、10g/sec〜20g/sec)内であって、且つ、上流側空燃比センサ55の温度が活性温度以上であって、且つ、大気圧が所定値(例えば、75kPa)以上であることである。
Note that the precondition for executing the determination of whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state is the temperature of cooling water for cooling the internal combustion engine 10 (this temperature represents the temperature of the internal combustion engine 10). Is above a predetermined temperature (for example, 75 ° C.), the engine speed is within a predetermined range (for example, 1200 rpm to 2000 rpm), and the intake air amount is within a predetermined range (for example, 10 g / sec). ˜20 g / sec), the temperature of the upstream air-
ステップ200においてF2=1であると判別されてルーチンがステップ201に進むと、下流側空燃比センサ56の出力の異常を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているか否かを示すフラグ(以下このフラグを「下流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御フラグ」という)F3がセットされている(F3=1)か否かが判別される。ここで、下流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御フラグF3がセットされている(F3=1)ときには、下流側空燃比センサ55の出力の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、下流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御フラグF3がリセットされている(F3=0)ときには、下流側空燃比センサ55の出力の異常を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていない。
When it is determined in
ステップ201において、F3=1であると判別されたときには、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていることから、ルーチンは、ステップ202に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ201に進んだときには、ステップ200においてF2=1であると判別されたときであるので、ステップ201においてF3=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており且つ混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができる状態にあることから、ルーチンがステップ202に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=1であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われることになる。
If it is determined in
一方、ステップ201において、F3=0であると判別されたときには、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていないことから、ルーチンは、ステップ203に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ201に進んだときには、ステップ200においてF2=1であると判別されて気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているが、ステップ201においてF3=0であると判別されたときには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されておらず、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができない状態にあることから、ルーチンがステップ203に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われないことになる。
On the other hand, when it is determined in
なお、ステップ200においてF2=0であると判別されてルーチンがステップ203に進むと、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ステップ200においてF2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していないことから、ルーチンがステップ203に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われないことになる。
If it is determined in
ところで、内燃機関10では、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定する目的で混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とする場合がある。この上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無の判定は、以下のように行われる。
Incidentally, in the
すなわち、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されると、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが各燃焼室21から排出される。すると、上流側触媒43には、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流入することになる。ここで、上流側触媒43には、酸素吸蔵・放出能力があることから、上流側触媒43に吸蔵されている酸素が上流側触媒43から排出されるので、上流側触媒43から理論空燃比の排気ガスが流出する。そして、上流側触媒43に理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流入し続け、上流側触媒43に吸蔵されている酸素がなくなると、上流側触媒43から理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流出する。そして、上流側触媒43から理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流出し始めたことが下流側空燃比センサ56によって検出されたとき、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比とされる。すると、理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが各燃焼室21から排出される。すると、上流側触媒43には、理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流入することになる。ここで、上流側触媒43には、酸素吸蔵・放出能力があることから、上流側触媒43に流入する排気ガス中の酸素が上流側触媒43に吸蔵されるので、上流側触媒43から理論空燃比の排気ガスが流出する。そして、上流側触媒43に理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流入し続け、上流側触媒43に吸蔵された酸素の量が上流側触媒43が最大限に吸蔵可能な酸素の量を超えると、もはや、上流側触媒43は、排気ガス中の酸素を吸蔵することができないので、上流側触媒43から理論空燃比よりもリーンな空燃比が流出する。したがって、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御され始まって上流側触媒43に理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流入し始まってから、上流側触媒43から理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流出し始めたことが下流側空燃比センサ56によって検出されるまでにかかる時間と、理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されているときの混合気の空燃比のリーン度合とに基づいて上流側触媒43に吸蔵された酸素の量、すなわち、上流側触媒43が最大限に吸蔵可能な酸素の量(以下この量を「最大吸蔵可能酸素量」という)を把握することができる。そして、最大吸蔵可能量が予め定められた閾値よりも多ければ、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化は生じておらず、上流側触媒43が正常であると言える。一方、最大吸蔵可能量が上記予め定められた閾値以下であれば、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化が生じていると言える。
That is, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, exhaust gas having an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is discharged from each
そこで、内燃機関10では、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定すべきときには、始めに、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される。そして、上流側触媒43から理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流出し始めたことが下流側空燃比センサ56によって検出されたとき、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御される。そして、上流側触媒43から理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流出し始めたことが下流側空燃比センサ56によって検出されたとき、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御され始まって上流側触媒43に理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流入し始まってから、上流側触媒43から理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流出し始めたことが下流側空燃比センサ56によって検出されるまでにかかった時間と、理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されているときの混合気の空燃比のリーン度合とに基づいて上流側触媒43に吸蔵された酸素の量、すなわち、上流側触媒43が最大限に吸蔵可能な酸素の量、すなわち、最大酸素吸蔵可能量が算出される。そして、この算出された最大酸素吸蔵可能量が予め定められた閾値よりも多いか否かが判定される。ここで、予め定められた閾値は、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力が劣化していないと言える程度の最大酸素吸蔵可能量に設定される。そして、算出された最大酸素吸蔵可能量が予め定められた閾値よりも多いと判定されたときには、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化が生じていないと判定される。一方、算出された最大酸素吸蔵可能量が上記予め定められた閾値以下であると判定されたときには、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化が生じていると判定される。
Therefore, in the
そして、本実施形態(以下「第2実施形態」)では、上述したように、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定される。
In the present embodiment (hereinafter referred to as “second embodiment”), as described above, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made higher than the stoichiometric air-fuel ratio for the purpose of determining whether or not the oxygen storage / release capability of the
これによれば、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御することがないので、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する場合に比べて、内燃機関10の燃費が向上する。
According to this, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is not controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state Compared with the case where the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of fuel, the fuel efficiency of the
次に、第2実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するルーチンの一例について説明する。第2実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定には、図14および図16に示されているフローチャートが利用される。これら図14のルーチンおよび図16のルーチンは、所定時間間隔毎に実行される。なお、図14のルーチンは既に説明されているので、図14のルーチンの説明は省略する。 Next, an example of a routine for performing the determination of the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state according to the second embodiment will be described. The flowchart shown in FIG. 14 and FIG. 16 is used for determining whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state in the second embodiment. The routine of FIG. 14 and the routine of FIG. 16 are executed at predetermined time intervals. Since the routine of FIG. 14 has already been described, the description of the routine of FIG. 14 is omitted.
図16のルーチンが開始されると、始めに、ステップ300において、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているか否かを示すフラグF2がセットされている(F2=1)か否かが判別される。ここで、フラグF2は、図15のステップ200において利用される気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2と同じものである。したがって、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がセットされている(F2=1)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がリセットされている(F2=0)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していない。
When the routine of FIG. 16 is started, first, in
ステップ300において、F2=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、ルーチンは、ステップ301に進む。一方、ステップ300において、F2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しておらず、ルーチンは、ステップ303に進む。
When it is determined in
ステップ300においてF2=1であると判別されてルーチンがステップ301に進むと、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているか否かを示すフラグ(以下このフラグを「上流側触媒劣化判定用リッチ空燃比制御フラグ」という)F4がセットされている(F4=1)か否かが判別される。ここで、上流側触媒劣化判定用リッチ空燃比制御フラグF4がセットされている(F4=1)ときには、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、上流側触媒劣化判定用リッチ空燃比制御フラグF4がリセットされている(F4=0)ときには、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていない。
When it is determined in
ステップ301において、F4=1であると判別されたときには、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていることから、ルーチンは、ステップ302に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ301に進んだときには、ステップ300においてF2=1であると判別されたときであるので、ステップ301においてF4=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定するための前提となる条件が成立しており且つ混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができる状態にあることから、ルーチンがステップ302に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=1であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われることになる。
When it is determined in
一方、ステップ301において、F4=0であると判別されたときには、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていないことから、ルーチンは、ステップ303に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ301に進んだときには、ステップ300においてF2=1であると判別されて気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているが、ステップ301においてF4=0であると判別されたときには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されておらず、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができない状態にあることから、ルーチンがステップ303に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われないことになる。
On the other hand, when it is determined in
なお、ステップ300においてF2=0であると判別されてルーチンがステップ303に進むと、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ステップ300においてF2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していないことから、ルーチンがステップ303に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われないことになる。
When it is determined in
ところで、内燃機関10では、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とする場合がある。この上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無の判定は、以下のように行われる。
By the way, in the
すなわち、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されると、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが各燃焼室21から排出される。すると、上流側空燃比センサ55には、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが到来することになる。一方、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されると、理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが各燃焼室21から排出される。すると、上流側空燃比センサ55には、理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが到来することになる。したがって、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変更せしめられると、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化する。この場合、上流側空燃比センサ出力値(すなわち、上流側空燃比センサ55の出力値)は、理論空燃比よりもリッチな空燃比に対応する負の値から、理論空燃比よりもリーンな空燃比に対応する正の値に向かって増大する。このとき、上流側空燃比センサ55が正常であれば、上流側空燃比センサ出力値は、比較的大きい上昇率でもって上昇する。したがって、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化したときに上流側空燃比センサ出力値の上昇率が予め定められた閾値よりも大きければ、上流側空燃比センサ55の応答性の異常は生じておらず、上流側空燃比センサ55は正常であると言える。一方、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化したときに上流側空燃比センサ出力値の上昇率が上記予め定められた閾値以下であれば、上流側空燃比センサ55の応答性の異常が生じていると言える。
That is, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, exhaust gas having an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is discharged from each
そこで、内燃機関10では、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定すべきときには、予め定められた期間だけ混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御された後で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御される。そして、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化して上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化したときに、上流側空燃比センサ出力値の上昇率が予め定められた閾値よりも大きいか否かが判定される。ここで、予め定められた閾値は、上流側空燃比センサ55の応答性の異常が生じていないと言える程度の上流側空燃比センサ出力値の上昇率に設定される。そして、上流側空燃比センサ出力値の上昇率が予め定められた閾値よりも大きいと判定されたときには、上流側空燃比センサ55の応答性の異常は生じておらず、上流側空燃比センサ55は正常であると判定される。一方、上流側空燃比センサ出力値の上昇率が上記予め定められた閾値以下であると判定されたときには、上流側空燃比センサ55の応答性の異常が生じていると判定される。
Therefore, in the
そして、本実施形態(以下「第3実施形態」という)では、上述したように、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定される。
In the present embodiment (hereinafter referred to as “third embodiment”), as described above, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made higher than the stoichiometric air-fuel ratio for the purpose of determining the presence / absence of abnormality in the responsiveness of the upstream air-
これによれば、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御することがないので、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する場合に比べて、内燃機関10の燃費が向上する。
According to this, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is not controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state Compared with the case where the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of fuel, the fuel efficiency of the
なお、内燃機関10において、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定するときに、予め定められた期間だけ混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御された後で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御される一連の空燃比制御が複数回実行されると共に最後に混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御され、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で変化する毎に上流側空燃比センサ出力値の上昇率が求められ、これら求められた上昇率の平均値(または、これら求められた上昇率の最小値)が上記予め定められた閾値よりも大きい場合、上流側空燃比センサ55の応答性の異常は生じておらず、上流側空燃比センサ55は正常であると判定され、これら求められた上昇率の平均値(または、これら求められた上昇率の最小値)が上記予め定められた閾値以下である場合、上流側空燃比センサ55の応答性の異常が生じていると判定されてもよい。
In the
そして、この場合、上流側空燃比センサ55の応答性の異常が生じておらず、上流側空燃比センサ55が正常であると判定された場合にのみ、最後に混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定されてもよい。
In this case, the abnormality of the responsiveness of the upstream air-
これによれば、正常な上流側空燃比センサ55の出力値に基づいて気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定されることから、その判定精度が高いと言える。
According to this, since the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state is determined based on the normal output value of the upstream air-
次に、第3実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するルーチンの一例について説明する。第3実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定には、図14および図17に示されているフローチャートが利用される。これら図14のルーチンおよび図17のルーチンは、所定時間間隔毎に実行される。なお、図14のルーチンは既に説明されているので、図14のルーチンの説明は省略する。 Next, an example of a routine for performing the determination of the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state according to the third embodiment will be described. The flowchart shown in FIG. 14 and FIG. 17 is used for determining whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state in the third embodiment. The routine of FIG. 14 and the routine of FIG. 17 are executed at predetermined time intervals. Since the routine of FIG. 14 has already been described, the description of the routine of FIG. 14 is omitted.
図17のルーチンが開始されると、始めに、ステップ400において、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているか否かを示すフラグF2がセットされている(F2=1)か否かが判別される。ここで、フラグF2は、図15のステップ200において利用される気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2と同じものである。したがって、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がセットされている(F2=1)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がリセットされている(F2=0)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していない。
When the routine of FIG. 17 is started, first, in
ステップ400において、F2=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、ルーチンは、ステップ401に進む。一方、ステップ400において、F2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しておらず、ルーチンは、ステップ403に進む。
If it is determined in
ステップ400においてF2=1であると判別されてルーチンがステップ401に進むと、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているか否かを示すフラグ(以下このフラグを「上流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御フラグ」という)F5がセットされている(F5=1)か否かが判別される。ここで、上流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御フラグF5がセットされている(F5=1)ときには、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、上流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御フラグF5がリセットされている(F5=0)ときには、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていない。
When it is determined in
ステップ401において、F5=1であると判別されたときには、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていることから、ルーチンは、ステップ402に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ401に進んだときには、ステップ400においてF2=1であると判別されたときであるので、ステップ401においてF5=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定するための前提となる条件が成立しており且つ混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができる状態にあることから、ルーチンがステップ402に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=1であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われることになる。
If it is determined in
一方、ステップ401において、F5=0であると判別されたときには、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定する目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていないことから、ルーチンは、ステップ403に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ401に進んだときには、ステップ400においてF2=1であると判別されて気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているが、ステップ401においてF5=0であると判別されたときには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されておらず、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができない状態にあることから、ルーチンがステップ403に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われないことになる。
On the other hand, when it is determined in
なお、ステップ400においてF2=0であると判別されてルーチンがステップ403に進むと、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ステップ400においてF2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していないことから、ルーチンがステップ403に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われないことになる。
If it is determined in
ところで、内燃機関10では、内燃機関10が始動されたときに内燃機関10の温度を早期に上昇させる(すなわち、いわゆる暖機させる)目的で混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とする場合がある。
By the way, in the
すなわち、内燃機関10が始動された直後は内燃機関10の温度が比較的低く、各燃焼室21に供給された燃料が燃焼しづらい。したがって、内燃機関10が始動されたときには、一定の期間に亘って混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とする。これによれば、各燃焼室21に供給される燃料の量が多くなり、各燃焼室21における燃料の燃焼による発熱量が多くなることから、内燃機関10の温度が比較的早期に上昇せしめられ、混合気の空燃比を理論空燃比に制御したり理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御したりしたとしても、各燃焼室21において燃料が良好に燃焼するようになる。
That is, immediately after the
そして、本実施形態(以下「第4実施形態」)という)では、上述したように、内燃機関10が始動されたときに内燃機関10の温度を早期に上昇させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定される。
In this embodiment (hereinafter referred to as “fourth embodiment”), as described above, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to increase the temperature of the
これによれば、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御することがないので、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する場合に比べて、内燃機関10の燃費が向上する。
According to this, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is not controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state Compared with the case where the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of fuel, the fuel efficiency of the
次に、第4実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するルーチンの一例について説明する。第4実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定には、図14および図18に示されているフローチャートが利用される。これら図14のルーチンおよび図18のルーチンは、内燃機関10が始動されたときに実行される。なお、図14のルーチンは既に説明されているので、図14のルーチンの説明は省略する。
Next, an example of a routine for determining whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state according to the fourth embodiment will be described. The flowchart shown in FIG. 14 and FIG. 18 is used to determine whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state in the fourth embodiment. The routine of FIG. 14 and the routine of FIG. 18 are executed when the
図18のルーチンが開始されると、始めに、ステップ500において、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているか否かを示すフラグF2がセットされている(F2=1)か否かが判別される。ここで、フラグF2は、図15のステップ200において利用される気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2と同じものである。したがって、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がセットされている(F2=1)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がリセットされている(F2=0)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していない。
When the routine of FIG. 18 is started, first, in
ステップ500において、F2=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、ルーチンは、ステップ501に進む。一方、ステップ500において、F2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しておらず、ルーチンは、ステップ503に進む。
When it is determined in
ステップ500においてF2=1であると判別されてルーチンがステップ501に進むと、内燃機関10が始動されたときに内燃機関10の温度を早期に上昇させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているか否かを示すフラグ(以下このフラグを「暖機用リッチ空燃比制御フラグ」という)F6がセットされている(F6=1)か否かが判別される。ここで、暖機用リッチ空燃比制御フラグF6がセットされている(F6=1)ときには、内燃機関10の温度を早期に上昇させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、上流側空燃比センサ異常判定用リッチ空燃比制御フラグF6がリセットされている(F6=0)ときには、内燃機関10の温度を早期に上昇させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていない。
When it is determined in
ステップ501において、F6=1であると判別されたときには、内燃機関10の温度を早期に上昇させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていることから、ルーチンは、ステップ502に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ501に進んだときには、ステップ500においてF2=1であると判別されたときであるので、ステップ501においてF6=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定するための前提となる条件が成立しており且つ混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができる状態にあることから、ルーチンがステップ502に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=1であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われることになる。
When it is determined in
一方、ステップ501において、F6=0であると判別されたときには、内燃機関10の温度を早期に上昇させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていないことから、ルーチンは、ステップ503に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ501に進んだときには、ステップ500においてF2=1であると判別されて気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているが、ステップ501においてF6=0であると判別されたときには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されておらず、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができない状態にあることから、ルーチンがステップ503に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われないことになる。
On the other hand, when it is determined in
なお、ステップ500においてF2=0であると判別されてルーチンがステップ503に進むと、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ステップ500においてF2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していないことから、ルーチンがステップ503に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われないことになる。
When it is determined in
ところで、内燃機関10では、内燃機関10に要求される出力が極めて小さいとき、特に、零であるときに、各燃料噴射弁25から各燃焼室21への燃料の噴射を停止する制御(すなわち、いわゆるフューエルカット制御)が実行される。そして、内燃機関10では、内燃機関10に要求される出力が大きくなったときに、フューエルカット制御が中止される。
By the way, in the
ところで、上記フューエルカット制御が実行されているときには、混合気の空燃比は理論空燃比よりも大きくリーンな空燃比になっている。このため、各燃焼室21からは、理論空燃比よりも大きくリーンな空燃比の排気ガスが排出され、上流側触媒43には、この理論空燃比よりも大きくリーンな空燃比の排気ガスが流入することになる。すなわち、上記フューエルカット制御が実行されている間、上流側触媒43には、理論空燃比よりも大きくリーンな空燃比の排気ガスが流入することから、上流側触媒43は、そこに流入する排気ガス中の酸素を多量に吸蔵し、上流側触媒43が吸蔵した酸素の量が最大吸蔵可能酸素量(すなわち、上流側触媒43が最大限に吸蔵可能な量)に達してしまう可能性が高い。そして、この場合、上記フューエルカット制御が中止された後に、理論空燃比よりもリーンな空燃比が上流側触媒43に流入すると、上流側触媒43は、そこに流入した排気ガス中の酸素を吸蔵することができないことになる。すなわち、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力が発揮されないことになる。一方、上述したように、上流側触媒43に理論空燃比よりもリッチな空燃比が流入すれば、上流側触媒43は、そこに吸蔵している酸素を放出するのであるから、上流側触媒43が吸蔵している酸素の量が最大吸蔵可能酸素量に達していたとしても、上流側触媒43に理論空燃比よりもリッチな空燃比を流入させれば、上流側触媒43は、そこに吸蔵している酸素を放出し、その後、上流側触媒43に理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流入したとしても、上流側触媒43は、そこに流入した排気ガス中の酸素を吸蔵することができるようになる。
By the way, when the fuel cut control is being executed, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is a lean air-fuel ratio that is larger than the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, exhaust gas having an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio and leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is discharged from each
そこで、内燃機関10では、上記フューエルカット制御が中止された直後に上流側触媒43に吸蔵されている酸素を上流側触媒43から放出させる目的で混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とする。
Therefore, in the
そして、本実施形態(以下「第5実施形態」という)では、上述したように、フューエルカット制御が中止された後に上流側触媒43に吸蔵されている酸素を上流側触媒43から放出させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定される。
In the present embodiment (hereinafter referred to as “fifth embodiment”), as described above, oxygen stored in the
これによれば、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御することがないので、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する場合に比べて、内燃機関10の燃費が向上する。
According to this, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is not controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state Compared with the case where the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of fuel, the fuel efficiency of the
次に、第5実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するルーチンの一例について説明する。第5実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定には、図14および図19に示されているフローチャートが利用される。これら図14のルーチンおよび図19のルーチンは、上記フューエルカット制御が中止されたときに実行される。なお、図14のルーチンは既に説明されているので、図14のルーチンの説明は省略する。 Next, an example of a routine for performing the determination of the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state according to the fifth embodiment will be described. The flowchart shown in FIG. 14 and FIG. 19 is used for determining whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state in the fifth embodiment. The routine of FIG. 14 and the routine of FIG. 19 are executed when the fuel cut control is stopped. Since the routine of FIG. 14 has already been described, the description of the routine of FIG. 14 is omitted.
図19のルーチンが開始されると、始めに、ステップ600において、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているか否かを示すフラグF2がセットされている(F2=1)か否かが判別される。ここで、フラグF2は、図15のステップ200において利用される気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2と同じものである。したがって、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がセットされている(F2=1)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がリセットされている(F2=0)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していない。
When the routine of FIG. 19 is started, first, in
ステップ600において、F2=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、ルーチンは、ステップ601に進む。一方、ステップ600において、F2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しておらず、ルーチンは、ステップ603に進む。
If it is determined in
ステップ600においてF2=1であると判別されてルーチンがステップ601に進むと、フューエルカット制御が中止されて上流側触媒43に吸蔵されている酸素を上流側触媒43から放出させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているか否かを示すフラグ(以下このフラグを「吸蔵酸素放出用リッチ空燃比制御フラグ」という)F7がセットされている(F7=1)か否かが判別される。ここで、吸蔵酸素放出用リッチ空燃比制御フラグF7がセットされている(F7=1)ときには、上流側触媒43に吸蔵されている酸素を上流側触媒43から放出させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、吸蔵酸素放出用リッチ空燃比制御フラグF7がリセットされている(F7=0)ときには、上流側触媒43に吸蔵されている酸素を上流側触媒43から放出させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていない。
When it is determined in
ステップ601において、F7=1であると判別されたときには、上流側触媒43に吸蔵されている酸素を上流側触媒43から放出させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていることから、ルーチンは、ステップ602に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ601に進んだときには、ステップ600においてF2=1であると判別されたときであるので、ステップ601においてF7=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定するための前提となる条件が成立しており且つ混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができる状態にあることから、ルーチンがステップ602に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=1であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われることになる。
If it is determined in step 601 that F7 = 1, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is richer than the stoichiometric air-fuel ratio for the purpose of releasing the oxygen stored in the
一方、ステップ601において、F7=0であると判別されたときには、上流側触媒43に吸蔵されている酸素を上流側触媒43から放出させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていないことから、ルーチンは、ステップ603に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ601に進んだときには、ステップ600においてF2=1であると判別されて気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているが、ステップ601においてF7=0であると判別されたときには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されておらず、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができない状態にあることから、ルーチンがステップ603に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われないことになる。
On the other hand, when it is determined in step 601 that F7 = 0, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is richer than the stoichiometric air-fuel ratio for the purpose of releasing oxygen stored in the
なお、ステップ600においてF2=0であると判別されてルーチンがステップ603に進むと、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ステップ600においてF2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していないことから、ルーチンがステップ603に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われない。
If it is determined in
ところで、内燃機関10に要求される出力が極めて大きいとき、各燃焼室21から排出される排気ガスの温度が非常に高くなる。このように、非常に高い温度の排気ガスが上流側触媒43に流入し続けると、上流側触媒43の温度が非常に高くなり、上流側触媒43が熱劣化してしまう可能性がある。一方、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが上流側触媒43に流入すると、排気ガス中の燃料が上流側触媒43において揮発するときに上流側触媒43の熱を奪い、上流側触媒43の温度が低下する。
By the way, when the output required for the
そこで、内燃機関10では、内燃機関10に要求される出力が極めて大きいときには、上流側触媒43の温度を低下させる目的で混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とする場合がある。
Therefore, in the
そして、本実施形態(以下「第6実施形態」という)では、上述したように、内燃機関10に要求される出力が極めて大きいときに上流側触媒43の温度を低下させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに、気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定される。
In this embodiment (hereinafter referred to as “sixth embodiment”), as described above, when the output required for the
これによれば、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御することがないので、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的だけに空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する場合に比べて、内燃機関10の燃費が向上する。
According to this, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is not controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state Compared with the case where the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio only for the purpose of determining the presence or absence of fuel, the fuel efficiency of the
次に、第6実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するルーチンの一例について説明する。第5実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定には、図14および図20に示されているフローチャートが利用される。これら図14のルーチンおよび図20のルーチンは、上記フューエルカット制御が中止されたときに実行される。なお、図14のルーチンは既に説明されているので、図14のルーチンの説明は省略する。 Next, an example of a routine for determining whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state according to the sixth embodiment will be described. The flowchart shown in FIG. 14 and FIG. 20 is used to determine whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state in the fifth embodiment. The routine of FIG. 14 and the routine of FIG. 20 are executed when the fuel cut control is stopped. Since the routine of FIG. 14 has already been described, the description of the routine of FIG. 14 is omitted.
図20のルーチンが開始されると、始めに、ステップ700において、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているか否かを示すフラグF2がセットされている(F2=1)か否かが判別される。ここで、フラグF2は、図15のステップ200において利用される気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2と同じものである。したがって、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がセットされている(F2=1)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、気筒間空燃比インバランス判定前提条件フラグF2がリセットされている(F2=0)ときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していない。
When the routine of FIG. 20 is started, first, in step 700, a flag F2 indicating whether or not a precondition for executing the determination of whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state is set. It is determined whether or not (F2 = 1). Here, the flag F2 is the same as the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination precondition flag F2 used in
ステップ700において、F2=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しており、ルーチンは、ステップ701に進む。一方、ステップ700において、F2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しておらず、ルーチンは、ステップ703に進む。 If it is determined in step 700 that F2 = 1, the precondition for executing the determination of the presence / absence of the inter-cylinder air / fuel ratio imbalance condition is satisfied, and the routine proceeds to step 701. On the other hand, when it is determined in step 700 that F2 = 0, the precondition for executing the determination of the presence / absence of the inter-cylinder air / fuel ratio imbalance condition is not satisfied, and the routine proceeds to step 703. move on.
ステップ700においてF2=1であると判別されてルーチンがステップ701に進むと、内燃機関10に要求される出力が極めて大きいことから上流側触媒43の温度を低下させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているか否かを示すフラグ(以下このフラグを「触媒温度低下用リッチ空燃比制御フラグ」という)F8がセットされている(F8=1)か否かが判別される。ここで、吸蔵酸素放出用リッチ空燃比制御フラグF8がセットされている(F8=1)ときには、上流側触媒43の温度を低下させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、吸蔵酸素放出用リッチ空燃比制御フラグF8がリセットされている(F8=0)ときには、上流側触媒43の温度を低下させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていない。
If it is determined in step 700 that F2 = 1, and the routine proceeds to step 701, the output required for the
ステップ701において、F8=1であると判別されたときには、上流側触媒43の温度を低下させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていることから、ルーチンは、ステップ702に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ701に進んだときには、ステップ700においてF2=1であると判別されたときであるので、ステップ701においてF7=1であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定するための前提となる条件が成立しており且つ混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されており、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができる状態にあることから、ルーチンがステップ702に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「1」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=1であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われることになる。
If it is determined in
一方、ステップ701において、F8=0であると判別されたときには、上流側触媒43の温度を低下させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されていないことから、ルーチンは、ステップ703に進み、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ルーチンがステップ701に進んだときには、ステップ700においてF2=1であると判別されて気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立しているが、ステップ701においてF8=0であると判別されたときには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されておらず、気筒間空燃比インバランス状態の有無を正確に判定することができない状態にあることから、ルーチンがステップ703に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われないことになる。
On the other hand, when it is determined in
なお、ステップ700においてF2=0であると判別されてルーチンがステップ703に進むと、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、ルーチンが終了する。すなわち、ステップ700においてF2=0であると判別されたときには、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定を実行するための前提となる条件が成立していないことから、ルーチンがステップ703に進んで、気筒間空燃比インバランス判定実行フラグF1に「0」が入力され、この場合、図14のルーチンのステップ100においてF1=0であると判別され、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が行われない。
If it is determined in step 700 that F2 = 0, and the routine proceeds to step 703, “0” is input to the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination execution flag F1, and the routine ends. That is, if it is determined in step 700 that F2 = 0, the condition that is a prerequisite for executing the determination of the presence / absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state is not satisfied, and the routine proceeds to step 703. Then, “0” is input to the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination execution flag F1, and in this case, it is determined that F1 = 0 in
ところで、混合気が燃焼室21内で燃焼したとき、水素(H2)が発生する。そして、この混合気の燃焼に伴う水素の発生量は、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気が燃焼したときよりも、理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気が燃焼したときのほうが多い。したがって、燃焼室21から排出される排気ガス中の水素の量は、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気が燃焼したときよりも、理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気が燃焼したときのほうが多い。すなわち、排気ガス中の水素の量は、理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスよりも、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスのほうが多いことになる。
By the way, when the air-fuel mixture burns in the
一方、水素は、酸素(O2)、一酸化炭素(CO)、および、炭化水素(HC)よりも小さい分子である。したがって、上流側空燃比センサ55に到来した排気ガス中の水素は、同排気ガス中に含まれている酸素、一酸化炭素、および、炭化水素よりも速い速度で拡散抵抗層559内を拡散する。そして、水素は、上流側空燃比センサ55の固体電解質層551内を流れる酸素イオンの量に影響を及ぼす。すなわち、上流側空燃比センサ55に理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが到来した場合と上流側空燃比センサ55に理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが到来した場合とを比較したとき、これら排気ガスのリッチの度合とリーンの度合とが理論空燃比に対して同じ度合であったとしても、上流側空燃比センサ55の固体電解質層551内を流れる酸素イオンの量は、上流側空燃比センサ55に到来した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比である場合よりも、上流側空燃比センサ55に到来した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比である場合のほうが多いことになる。言い換えれば、上流側空燃比センサ55の出力特性が上流側空燃比センサ55に到来する排気ガス中の水素の量、すなわち、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比に応じて大きく異なることになってしまう。
On the other hand, hydrogen is a smaller molecule than oxygen (O 2 ), carbon monoxide (CO), and hydrocarbon (HC). Therefore, the hydrogen in the exhaust gas that has arrived at the upstream air-
そして、上述したように、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されている場合、上流側空燃比センサ55には、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスと理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスとが交互に到来するのであるから、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比に応じて上流側空燃比センサ55の出力特性が大きく異なるようであれば、上流側空燃比センサ55の出力値に基づいて混合気の空燃比を理論空燃比に制御しようとしても、混合気の空燃比を正確に理論空燃比に制御することができない。
As described above, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio, the upstream air-
そこで、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比に応じて上流側空燃比センサ55の出力特性が異なることを解消するために、図21に示されているように、図12に示されている空燃比検出素子55aにおいて、貫通孔558に触媒561を有するものがある。触媒561は、貫通孔558を塞ぐように貫通孔558に配置されている。また、触媒561は、多孔質体であり、上流側触媒43と同様に、酸化還元反応を促進する触媒物質と酸素吸蔵・放出能力を発揮する酸素吸蔵材を担持している。
In order to eliminate the fact that the output characteristics of the upstream air-
そして、図21に示されている空燃比検出素子55aでは、上流側空燃比センサ55に到来した排気ガスは、触媒561を通って拡散抵抗層554に流入する。そして、排気ガスが触媒561を通るときに、触媒561は、排気ガス中の水素を酸化し、排気ガス中の酸素の量を少なくする。これによれば、上流側空燃比センサ55に理論空燃比よりもリッチな空燃比が到来したときに、その排気ガスが拡散抵抗層554に流入する前にその排気ガス中の水素の量が少なくされ、その結果、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比に応じて上流側空燃比センサ55の出力特性が異なることが解消される。
21, the exhaust gas that has arrived at the upstream air-
なお、図21に示されている空燃比検出素子55aの機能は、排気ガスが触媒561を通って拡散抵抗層554に流入することを除けば、図12に示されている空燃比検出素子55aの機能と同じである。
The function of the air-fuel
ところで、上流側空燃比センサ55が図21に示されている触媒561を備えた空燃比検出素子55aを有する場合、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定することは、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されているときに気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定することに比べて、更なる効果を奏する。
By the way, when the upstream air-
すなわち、上述したように、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されている場合、上流側空燃比センサ55には、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスと理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスとが交互に到来することになる。この場合、上流側空燃比センサ55がそこに到来する排気ガスの空燃比に極めて正確に対応する出力値を出力するためには、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で変化したときに、上流側空燃比センサ55の空燃比検出素子55aの固体電解質層551を流れる酸素イオンの流れの方向が即座に逆転する必要がある。しかしながら、上述したように、こうした固体電解質層551内を流れる酸素イオンの流れの向きは、即座には逆転しない。そして、上流側空燃比センサ55の空燃比検出素子55aがその貫通孔558に上記触媒561を有している場合、固体電解質層551内を流れる酸素イオンの流れの向きは、ますます、逆転しづらくなる。したがって、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されているとき、上流側空燃比センサ55の出力値は、ますます、上流側空燃比センサ55に到来する排気ガスの空燃比(すなわち、混合気の空燃比)を極めて正確には示さないことになる。
That is, as described above, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio, the upstream air-
しかしながら、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定されれば、上流側空燃比センサ55には、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスしか到来しないことから、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定中に上流側空燃比センサ55の固体電解質層554内を流れる酸素イオンの流れの向きが逆転する必要がない。このため、上流側空燃比センサ55が触媒561を備えた空燃比検出素子55aを有する場合、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定することは、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されているときに気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定することに比べて、更なる効果を奏するのである。
However, if the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and it is determined whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the upstream air-
なお、上述した実施形態において、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定には、上流側空燃比センサ出力値(すなわち、上流側空燃比センサ55の出力値)が辿るラインの平均の傾きの絶対値(すなわち、上流側空燃比センサ出力値の時間変化率の絶対値)が利用されている。 In the above-described embodiment, the determination of the presence / absence of the inter-cylinder air / fuel ratio imbalance state is made by determining the average slope of the line followed by the upstream air / fuel ratio sensor output value (that is, the output value of the upstream air / fuel ratio sensor 55). The absolute value (that is, the absolute value of the time change rate of the upstream air-fuel ratio sensor output value) is used.
しかしながら、この上流側空燃比センサ出力値の時間変化率の絶対値に代えて、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定に、例えば、上流側空燃比センサ出力値の一階時間微分値の絶対値のうちの最大値が利用されてもよいし、上流側空燃比センサ出力値の二階時間微分値の絶対値のうちの最大値が利用されてもよいし、予め定められた時間を隔てたに異なる2つの上流側空燃比センサ出力値間の軌跡の長さが利用されてもよい。 However, instead of the absolute value of the time change rate of the upstream air-fuel ratio sensor output value, for example, the determination of the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state is performed by, for example, the first-order time differential value of the upstream air-fuel ratio sensor output value. The maximum value among the absolute values may be used, or the maximum value among the absolute values of the second-order time differential values of the upstream air-fuel ratio sensor output value may be used, or at a predetermined time interval. Alternatively, the length of the trajectory between two different upstream air-fuel ratio sensor output values may be used.
ここで、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定に、上流側空燃比センサ出力値の一階時間微分値の絶対値のうちの最大値(以下この最大値を「上流側空燃比センサ出力値の一階時間微分最大値」という)が利用される場合、上流側空燃比センサ出力値の一階時間微分最大値は、気筒間空燃比インバランス状態が生じていないときに比べて、気筒間空燃比インバランス状態が生じているときのほうが大きくなる。したがって、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定に、上流側空燃比センサ出力値の一階時間微分最大値が利用される場合、気筒間空燃比インバランス状態が生じていないと判定されるべきときの上流側空燃比センサ出力値の一家時間微分最大値のうちの最大値が閾値として予め定められ、上流側空燃比センサ出力値の一階時間微分最大値がこの予め定められた閾値よりも大きいときに気筒間空燃比インバランス状態が生じていると判定され、上流側空燃比センサ出力値の一階時間自分最大値がこの予め定められた閾値以下であるときに気筒間空燃比インバランス状態が生じていないと判定される。 Here, in determining whether there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the maximum value of the absolute value of the first-order time differential value of the upstream air-fuel ratio sensor output value (hereinafter this maximum value is referred to as “upstream air-fuel ratio sensor output”). Is used), the first-order time-derivative maximum value of the upstream air-fuel ratio sensor output value is greater than that when the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state is not occurring. It becomes larger when the inter-air-fuel ratio imbalance condition occurs. Therefore, when the first-order time differential maximum value of the upstream air-fuel ratio sensor output value is used to determine whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, it is determined that the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state has not occurred. The maximum value of the family time differential maximum value of the upstream side air-fuel ratio sensor output value at the time of power should be determined in advance as a threshold value, and the first-order time differential maximum value of the upstream side air-fuel ratio sensor output value from this predetermined threshold value Is determined that an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance condition has occurred, and the first-order time self-maximum value of the upstream air-fuel ratio sensor output value is equal to or less than this predetermined threshold value. It is determined that no balance state has occurred.
ここで、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定に、上流側空燃比センサ出力値の二階時間微分値の絶対値のうちの最大値(以下この最大値を「上流側空燃比センサ出力値の二階時間微分最大値」という)が利用される場合、上流側空燃比センサ出力値の二階時間微分最大値は、気筒間空燃比インバランス状態が生じていないときに比べて、気筒間空燃比インバランス状態が生じているときのほうが大きくなる。したがって、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定に、上流側空燃比センサ出力値の二階時間微分最大値が利用される場合、気筒間空燃比インバランス状態が生じていないと判定されるべきときの上流側空燃比センサ出力値の二階時間微分最大値のうちの最大値が閾値として予め定めされ、上流側空燃比センサ出力値の二階時間微分最大値がこの予め定められた閾値よりも大きいときに気筒間空燃比インバランス状態が生じていると判定され、上流側空燃比センサ出力値の二階時間微分最大値がこの予め定められた閾値以下であるときに気筒間空燃比インバランス状態が生じていないと判定される。 Here, in determining whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the maximum value of the absolute value of the second-order time differential value of the upstream air-fuel ratio sensor output value (hereinafter this maximum value is referred to as “upstream air-fuel ratio sensor output value”). Is used), the second-order time differential maximum value of the upstream side air-fuel ratio sensor output value is the inter-cylinder air-fuel ratio compared to when the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance is not occurring. It becomes larger when an imbalance condition occurs. Therefore, when the second-order time differential maximum value of the upstream side air-fuel ratio sensor output value is used to determine the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, it should be determined that the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state has not occurred. The maximum value of the second-order time differential maximum value of the upstream air-fuel ratio sensor output value at the time is predetermined as a threshold value, and the second-order time differential maximum value of the upstream air-fuel ratio sensor output value is greater than this predetermined threshold value When it is determined that an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance condition has occurred, and the second-order time differential maximum value of the upstream air-fuel ratio sensor output value is less than or equal to this predetermined threshold value, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance condition is It is determined that it has not occurred.
また、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定に、異なる2つの上流側空燃比センサ出力値間の軌跡の長さ(以下この長さを「上流側空燃比センサ出力値の軌跡長」という)が利用される場合、上流側空燃比センサ出力値の軌跡長は、気筒間空燃比インバランス状態が生じていないときに比べて、気筒間空燃比インバランス状態が生じているときのほうが長くなる。したがって、気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定に、上流側空燃比センサ出力値の軌跡長が利用される場合、気筒間空燃比インバランス状態が生じていないと判定されるべきときの上流側空燃比センサ出力値の軌跡長のうちの最大値が閾値として予め定められ、上流側空燃比センサ出力値の軌跡長がこの予め定められた閾値よりも長いときに気筒間空燃比インバランス状態が生じていると判定され、上流側空燃比センサ出力値の軌跡長がこの予め定められた閾値以下であるときに気筒間空燃比インバランス状態が生じていないと判定される。 Further, in determining whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the length of the trajectory between two different upstream air-fuel ratio sensor output values (hereinafter, this length is referred to as “trajectory length of the upstream air-fuel ratio sensor output value”). ) Is used, the trajectory length of the upstream side air-fuel ratio sensor output value is longer when the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance condition occurs than when the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance condition does not occur. Become. Therefore, when the trajectory length of the upstream air-fuel ratio sensor output value is used to determine whether or not there is an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state, the upstream when it is determined that the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state has not occurred. The maximum value of the trajectory length of the side air-fuel ratio sensor output value is predetermined as a threshold value, and the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state when the trajectory length of the upstream air-fuel ratio sensor output value is longer than the predetermined threshold value Is determined, and it is determined that the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state has not occurred when the locus length of the upstream air-fuel ratio sensor output value is equal to or smaller than the predetermined threshold value.
なお、上述した第1実施形態〜第6実施形態の気筒間空燃比インバランス状態の有無の判定が適宜組み合わされてもよい。したがって、本発明は、広くは、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無を判定する目的と、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定する目的と、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定する目的、内燃機関10が始動されたときに内燃機関10の温度を早期に上昇させる目的と、フューエルカット制御が中止された後に上流側触媒43に吸蔵されている酸素を上流側触媒43から放出させる目的と、内燃機関10に要求される出力が極めて大きいときに上流側触媒43の温度を低下させる目的との少なくとも1つの目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される内燃機関において、上記目的のうちの1つの目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定するものであると言える。
In addition, the determination of the presence or absence of the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance state in the first to sixth embodiments described above may be combined as appropriate. Accordingly, the present invention broadly relates to the purpose of determining whether or not the output of the downstream air-
また、内燃機関10において、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無を判定する目的、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定する目的、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定する目的、内燃機関10が始動されたときに内燃機関10の温度を早期に上昇させる目的、フューエルカット制御が中止された後に上流側触媒43に吸蔵されている酸素を上流側触媒43から放出させる目的、および、内燃機関10に要求される出力が極めて大きいときに上流側触媒43の温度を低下させる目的以外の目的であって、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的以外の目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されることがある場合、このように混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定されてもよい。したがって、本発明は、さらに広くは、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的以外の目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される内燃機関において、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的以外の目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されているときに気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定するものであるとも言える。
Further, in the
特に、内燃機関10において、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無を判定するときには、予め定められた期間に亘って混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される。一方、内燃機関10において、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定するときには、始めに、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御され、その後、上流側触媒43から理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流出し始めたことが下流側空燃比センサ56によって検出されたときに混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御される。すなわち、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無を判定するときにも、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定するときにも、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される。したがって、これら下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無と上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無とを一連の処理でもって判定すると効率が良い。
In particular, in the
そこで、内燃機関10において、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無と上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無とを以下のように判定してもよい。すなわち、内燃機関10において、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無と上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無とを判定すべきときには、始めに、予め定められた期間に亘って混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される。ここで、予め定められた期間は、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが上流側触媒43に流入し続けたときに上流側触媒43に吸蔵されている酸素がなくなるのに十分な時間に設定される。そして、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御され始まってから上記予め定められた期間が経過したときに下流側空燃比センサ56の出力値が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている混合気の空燃比に対応する排気ガスの空燃比を示しているか否かが判定される。そして、このときの下流側空燃比センサ出力値(すなわち、下流側空燃比センサ56の出力値)が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている混合気の空燃比に対応する排気ガスの空燃比を示していると判定された場合、下流側空燃比センサ56の出力の異常は生じておらず、下流側空燃比センサ56は正常であると判定される。一方、このときの下流側空燃比センサ出力値が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されている混合気の空燃比に対応する排気ガスの空燃比を示していないと判定された場合、下流側空燃比センサ56の出力の異様が生じていると判定される。一方、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御され始まってから上記予め定められた期間が経過したときに、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御される。そして、上流側触媒43から理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流出し始めたことが下流側空燃比センサ56によって検出されたとき、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御され始まって上流側触媒43に理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流入し始まってから、上流側触媒43から理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが流出し始めたことが下流側空燃比センサ56によって検出されるまでにかかった時間と、理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されているときの混合気の空燃比のリーン度合とに基づいて上流側触媒43に吸蔵された酸素の量、すなわち、上流側触媒43が最大限に吸蔵可能な酸素の量、すなわち、最大酸素吸蔵可能量が算出される。そして、この算出された最大酸素吸蔵可能量が予め定められた閾値よりも多いか否かが判定される。ここで、予め定められた閾値は、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力が劣化していないと言える程度の最大酸素吸蔵可能量に設定される。そして、算出された最大酸素吸蔵可能量が上記予め定められた閾値よりも多いと判定されたときには、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化が生じていないと判定される。一方、算出された最大酸素吸蔵可能量が上記予め定められた閾値以下であると判定されたときには、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化が生じていると判定される。
Therefore, in the
ところで、図22に示されているように、車両を駆動するための駆動力を出力するために上述した内燃機関10に加えて、電動モータMを備えたいわゆるハイブリッドシステムが知られている。図22に示されているハイブリッドシステムは、車両70の走行状態に応じて車両70を駆動するための駆動力の伝達経路を切り替えるための駆動力切替機構Pと、この駆動力切替機構Pから伝達される駆動力を車両70の前輪71の駆動力伝達系に電圧するトランスミッションTMとを有する。
Incidentally, as shown in FIG. 22, a so-called hybrid system including an electric motor M in addition to the above-described
電動モータMは、交流同期電動機であり、バッテリBから供給される直流電力を所定の交流電力に変換するインバータIから供給される交流電力によって駆動制御される。また、駆動力切替機構Pは、電動モータMとトランスミッションTMとの間にのみ駆動力の伝達経路を確立するモードと、内燃機関10とトランスミッションTMとの間にのみ駆動力の伝達経路を確立するモードと、電動モータMとトランスミッションTMとの間および内燃機関10とトランスミッションTMとの間に駆動力の伝達経路を確立するモードとの間で、駆動力の伝達経路を切り替えることができる。
The electric motor M is an AC synchronous motor, and is drive-controlled by AC power supplied from an inverter I that converts DC power supplied from the battery B into predetermined AC power. Further, the driving force switching mechanism P establishes a driving force transmission path only between the electric motor M and the transmission TM, and a driving force transmission path only between the
このようなハイブリッドシステムにおいて、上述した第1実施形態〜第6実施形態にあるように、内燃機関10において、下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無を判定する目的、または、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無を判定する目的、または、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無を判定する目的、または、内燃機関10が始動されたときに内燃機関10の温度を早期に上昇させる目的、または、フューエルカット制御が中止された後に上流側触媒43に吸蔵されている酸素を上流側触媒43から放出させる目的、または、内燃機関10に要求される出力が極めて大きいときに上流側触媒43の温度を低下させる目的で混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されるときに気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定することは、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する目的ためだけに混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されて気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定することに比べて、更なる効果を奏する。
In such a hybrid system, as in the first to sixth embodiments described above, in the
すなわち、上述したように、ハイブリッドシステムでは、電動モータMとトランスミッションTMとの間にのみ駆動力の伝達経路が確立される場合がある。この場合、内燃機関10の運転が停止される。したがって、ハイブリッドシステムでは、その分だけ、内燃機関10が運転される機会が少なく、その結果、内燃機関10において混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御することができる機会も少なくなると言える。ここで、内燃機関10において、実行すべき下流側空燃比センサ56の出力の異常の有無の判定、または、上流側触媒43の酸素吸蔵・放出能力の劣化の有無の判定、または、上流側空燃比センサ55の応答性の異常の有無の判定、または、内燃機関10が始動されたときの内燃機関10の温度の早期の上昇、または、フューエルカット制御が中止された後に上流側触媒43に吸蔵されている酸素の上流側触媒43からの放出、または、内燃機関10に要求される出力が極めて大きいときの上流側触媒43の温度の低下を目的として混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されるときに、同時に、気筒間空燃比インバランス状態の有無が判定されれば、その分だけ、気筒間空燃比インバランス状態の有無を判定する機会が増えるという効果が得られる。
That is, as described above, in the hybrid system, there is a case where a transmission path for driving force is established only between the electric motor M and the transmission TM. In this case, the operation of the
10…内燃機関、21…燃焼室、25…燃料噴射弁、40…排気通路、43…上流側触媒、55…上流側空燃比センサ、56…下流側空燃比センサ
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