JP2012036767A - 多気筒内燃機関の異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】判定精度を維持しつつ、より短期間で空燃比異常の判定を行うことのできる多気筒内燃機関の異常判定装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ２４は、異常判定処理のための回転変動の計測が開始してからその計測が終了するまでの異常判定期間において、アイドルアップ制御を行う。これによって、通常のアイドル状態に比べて多気筒内燃機関の回転速度が早くなり、異常判定に用いるサイクル数を同じにしたまま、計測のためにアイドリング状態を維持する時間が通常のアイドリング状態において検出する場合に比べて短くなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、多気筒内燃機関の回転変動に基づいて、一部気筒の空燃比異常の有無を判定する多気筒内燃機関の異常判定装置に関するものである。

大気汚染等の環境破壊を防止することを目的として、排ガス対策用の車載部品の劣化・故障を検出、判定して表示するＯＢＤ（オンボードダイアグノーシス）システムの導入が進められている。ＯＢＤシステムは、排ガス対策用の車載部品の異常を検出または判定し、異常発生時には警告表示をして運転者に異常を知らせるとともに、故障内容を記録保持している。

特に最近では、多気筒内燃機関において、気筒間で所定以上の空燃比のばらつきが生じているかを判定する異常判定装置が開発されている。従来、多気筒内燃機関の各気筒の空燃比を検出するために、内燃機関の気筒ごとに空燃比センサを設け、その検出結果により気筒間に空燃比のばらつきが生じているかを判定するものが提案されていた。しかしながら、気筒ごとに空燃比センサを設けると、気筒数分の空燃比センサが必要になり、コスト高を招いていた。

この問題を解決するため、所定の燃焼サイクルの間、気筒ごとにクランクシャフトの回転変動を計測し、この計測された回転変動に基づいて気筒間の空燃比のばらつきの有無を判定する異常判定装置が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載の異常判定装置では、内燃機関の外乱の少ないアイドル運転中に、所定の燃焼サイクルの間、クランクシャフトが所定の角度を回転するのに要した時間を気筒ごとに計測する。そしてこの計測された時間に基づき、空燃比のばらつき異常の有無を判定するようにしている。例えば気筒＃１が所定の角度を回転するに要した時間が所定範囲を超えた回数をカウントし、そのカウント値が所定値を超えた場合に気筒＃１について、空燃比がリーンであると診断するようにしている。

特開２０１０−２４９７７号公報

しかしながら、特許文献１の構成では外乱の少ないアイドル中に回転変動を検出するため、所定以上の判定精度を保つためには、所定の燃焼サイクルの間、内燃機関をアイドリング状態に保持しなければならない。これによっては、以下に説明するような様々な問題が生じる。

例えば、吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタと内燃機関の気筒に直接燃料を噴射する直噴インジェクタとを有する、いわゆるデュアルインジェクタタイプの内燃機関がある。このような内燃機関においては、空燃比のばらつきが、どちらのインジェクタによって生じるものかを特定する必要がある。そのため、ポートインジェクタのみによる噴射が行われている場合、及び直噴インジェクタのみによる噴射が行われている場合について、それぞれ空燃比のばらつき判定を行う必要がある。

しかし、直噴インジェクタによるアイドリングはＰＭ（パティキュレートマター）エミッションの悪化や、気筒壁面に付着した燃料がピストンリングに掻き落されることによるオイル希釈の問題が生じる。そうした直噴によるアイドル運転に伴う問題のため、直噴時の空燃比異常の判定のために直噴によるアイドル運転を十分な期間行うことができず、十分な精度で空燃比のバラつき判定ができないのが実情となっている。

また近年には、車両停止中など、所定の条件下において内燃機関を自動停止する、いわゆるアイドリングストップ制御を実施する車両がある。このような車両においては、内燃機関がアイドリング状態になる期間が短くなることから、上記のようなアイドル状態での回転変動の計測に基づく異常判定の機会が少なくなるという問題もある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、判定精度を維持しつつ、より短期間で空燃比異常の判定を行うことのできる多気筒内燃機関の異常判定装置を提供することを目的としている。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、多気筒内燃機関のアイドル運転中の回転変動を計測し、その結果に基づいて気筒の一部に空燃比異常があるか否かを判定する多気筒内燃機関の異常判定装置において、異常の判定にかかる回転変動の計測の開始からその終了までの異常判定期間に、多気筒内燃機関のアイドル回転速度を異常判定していない期間のアイドル回転速度よりも上昇させるアイドルアップ制御を行うことを特徴とする多気筒内燃機関の異常判定装置を提供する。

請求項１に記載の発明では、アイドル運転中の回転変動に計測結果に基づいて気筒の一部に空燃比異常があるか否かの判定が行われる。こうした判定のためには、回転変動の計測を、一定の燃焼サイクルの間、行う必要がある。ここで請求項１に記載の発明では、こうした異常判定のための回転変動の計測期間にアイドルアップ制御が行われ、多気筒内燃機関のアイドル回転速度が通常よりも高くされる。アイドルアップ制御を行えば、異常判定のための回転変動の計測を行う燃焼サイクル数が同じでも、計測にかかる時間は、アイドルアップ制御を行わないときよりも短くなる。そのため、請求項１に記載の発明によれば、判定制度を維持しつつ、より短期間に空燃比異常の判定を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、多気筒内燃機関は、吸気通路内に燃料を噴射するポートインジェクタと、気筒内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタとを備えてなり、異常の判定は、直噴インジェクタの燃料噴射を行いながら行われることを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置を提供する。

請求項２に記載の発明によれば、アイドリング状態の回転変動に基づいて空燃比のバラつきを判定する異常判定装置において、直噴インジェクタによる噴射が行われる場合にアイドルアップがなされる。

直噴インジェクタによる噴射は、より高圧で燃料を噴射するため、直噴インジェクタ自体の作動音や、直噴インジェクタに高圧燃料を供給するための高圧ポンプの作動音を発するため、ポートインジェクタによる噴射に比して作動音が大きい。そのため、直噴によるアイドル運転時には、直噴インジェクタや高圧ポンプの作動音によるノイズが問題となることがある。また、直噴によるアイドル運転では、噴射した燃料の一部が完全燃焼しないことがあり、ＰＭ（パティキュレートマター）の排出が問題となることがある。さらに直噴によるアイドル運転では、未念燃料がオイル中に混入して、オイルの希釈が進むことがある。このように、直噴によるアイドル運転は、ポート噴射によるアイドル運転に比して不利な面があり、可能な限り避けることが望ましいとされている。

ここで、請求項２に記載の発明では、直噴によるアイドル運転を行いつつ、空燃比異常の判定を行う多気筒内燃機関において、アイドルアップ制御による異常判定期間の短期化を果たしている。そのため、直噴によるアイドル運転を異常判定のため実施せざるを得ない場合にも、ノイズ、ＰＭエミッションの悪化、オイル希釈といったその実施に伴う背反を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、多気筒内燃機関は、吸気通路内に燃料を噴射するポートインジェクタと、気筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタとを備えてなり、ポートインジェクタから燃料噴射を行う状態と、直噴インジェクタから燃料噴射を行う状態とのそれぞれにおいて異常の判定を行うとともに、直噴インジェクタから燃料噴射を行う状態での異常判定に際してのみ、アイドルアップ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置を提供する。

請求項３に記載の発明によれば、ポートインジェクタによる噴射、直噴インジェクタによる噴射が行われる状態それぞれに異常判定が行われる異常判定装置において、直噴インジェクタによる噴射が行われる状態での異常判定に際してのみ、アイドルアップ制御が行われる。そのため、アイドルアップによる燃費の悪化等を極力防止しつつ、上記のような背反のある直噴によるアイドル運転の期間を短期化することができる。

請求項４に記載の発明は、多気筒内燃機関では、アイドル運転中に停止条件の成立に応じて、当該機関を自動停止させるアイドリングストップ制御が行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置を提供する。

上記のようなアイドリングストップ制御を行う多気筒内燃機関では、アイドル運転の期間が短くなる。その点、請求項４に記載の発明によれば、アイドル運転中の回転変動の計測時間を短期化できるため、アイドル運転の期間が短い多気筒内燃機関においても、異常判定の機会を確保することができる。

請求項５に記載の発明は、異常の判定は、点火気筒の圧縮上死点から機関出力軸が３０°回転するのに要した時間を気筒間で比較することで行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置を提供する。

請求項５に記載の発明によれば、最も変化の現れやすい上死点から３０°回転するのに要する時間を用いることで、空燃比異常を精度よく判定することができる。

本発明の第１実施形態の適用される多気筒内燃機関の全体構成の模式図である。 同実施形態の多気筒内燃機関の１気筒の構成及び多気筒内燃機関の制御系の構成を併せ示す模式図である。 同実施形態に適用される異常判定処理のフローチャートである。 同じく同実施形態に適用される異常判定処理のフローチャートである。 同実施形態に適用されるＰＦＩ１００％時の気筒別回転変動の積算処理のフローチャートである。 同じく同実施形態に適用されるＤＩ１００％時の気筒別回転変動の積算処理のフローチャートである。 同実施形態での異常判定処理における、噴射方式とエンジン回転速度との関係を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態の適用される多気筒内燃機関の全体構成の模式図である。 同実施形態での多気筒内燃機関の自動停止・再始動制御の概要を示す図である。 同実施形態に適用される異常判定処理のフローチャートである。 同実施形態に適用される気筒別回転変動の積算処理のフローチャートである。

（第１の実施形態）
以下、本発明の異常判定装置をデュアルインジェクタ式の直列４気筒の多気筒内燃機関に適用した第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の異常判定装置の適用される多気筒内燃機関２２の全体の構成を示している。多気筒内燃機関２２は各気筒１２１ａ〜１２１ｄに連通する吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタ１２６ａ〜１２６ｄ（以下「ＰＦＩ」と略称する場合がある）や各気筒１２１ａ〜１２１ｄに直接燃料を噴射する直噴インジェクタ１２７ａ〜１２７ｄ（以下「ＤＩ」と略称する場合がある）、点火プラグ１３０ａ〜１３０ｄを備えている。なお以下では、特にいずれのものかを特定しない場合や４つを総称する場合には、単に気筒１２１、ポートインジェクタ１２６、直噴インジェクタ１２７、点火プラグ１３０と記載する場合がある。

一方、各気筒１２１ａ〜１２１ｄに吸気を供給する吸気通路の合流部分にはスロットルバルブ１２４が設けられている。また排気を排出する排気通路１３３の合流部分には空燃比センサ１３５ａ、浄化装置１３４、酸素センサ１３５ｂが設けられている。

気筒１２１ａ〜１２１ｄの燃焼サイクルは、吸気、圧縮、膨張、排気の４行程を１サイクルとして行われる。各気筒１２１ａ〜１２１ｄにおける燃料噴射や、点火は１番気筒１２１ａ、３番気筒１２１ｃ、４番気筒１２１ｄ、２番気筒１２１ｂの順でクランク角１８０°の位相差をもって行われる。すなわち、クランク角７２０°回転したときには、すべての気筒１２１でちょうど４工程が行われることになる。また燃料噴射されるときには、運転状態に応じてポートインジェクタ１２６、直噴インジェクタ１２７の噴射割合が決定される。

スロットルバルブ１２４は開度調整により、吸気通路の流路面積を調整することにで、吸入する空気量を調整する。吸気通路内に吸入された空気は、例えば１番気筒１２１ａの燃料サイクルが吸気行程にあるときに気筒１２１ａ内に生じる負圧によって、気筒１２１ａ内に吸入される。

排気通路１３３は各気筒１２１ａ〜１２１ｄより排出された排気を浄化装置１３４で浄化し車外に放出する。このときの排気通路１３３では、空燃比センサ１３５ａおよび酸素センサ１３５ｂによって空燃比が検出される。なお、空燃比センサ１３５ａは出力値が空燃比に対して略リニアに変化する特性を有し、酸素センサ１３５ｂは理論空燃比よりリッチかリーンかに応じて出力値が急激に変化する特性を有している。

次に４気筒のうちの１気筒の構成を、図２を用いて詳細に説明する。気筒１２１内にはピストン１３２が気筒１２１を往復運動可能に設けられている。またピストン１３２はコネクティングロッドを介してクランクシャフト２６に接続されており、クランクシャフト２６の近傍には、その回転位相を検出するクランク角センサ１４０が設置されている。

上記の燃焼サイクルに応じてピストン１３２は気筒１２１内を上下し、コネクティングロッドを介して、クランクシャフト２６を回転させる。
こうした内燃機関の制御はＥＣＵ（電子制御ユニット）２４によって行われる。ＥＣＵ２４は内燃機関の制御にかかる各演算処理を実施するＣＰＵ２４ａ、制御用のプログラムやデータが記憶されたＲＯＭ２４ｂ、ＣＰＵ２４ａによって演算された結果を一時的に保存するＲＡＭ２４ｃ、ＥＣＵ２４の起動時間を示すタイマ２４ｄを備えている。ＥＣＵ２４には、上記空燃比センサ１３５ａ、酸素センサ１３５ｂ及びクランク角センサ１４０に加え、車速を検出する車速センサ６８、スロットルバルブ１２４の開度を検出するスロットル開度センサ１４６、アクセルペダルの位置を検出するアクセル位置センサ１４１等の信号が入力される。またＥＣＵ２４は入力値に基づいて、ポートインジェクタ１２６、直噴インジェクタ１２７、点火プラグ１３０、及びスロットルバルブ１２４の開度を調整するスロットルモータ１３６などを制御する。

またＥＣＵ２４は、多気筒内燃機関２２の運転中、各気筒１２１ａ〜１２１ｄ間で所定以上の空燃比のばらつきが生じているかを判定する異常判定手段として異常判定処理を行う。以下、本実施形態における異常判定処理の詳細について、図３から図６に示すフローチャート、及び図７のタイミングチャートを用いて説明する。なお、以下では、いずれかの気筒１２１の空燃比がリーン側にずれているか否かを検出するための異常判定処理について説明する。

本実施形態ではポートインジェクタ１２６によってのみ燃料が噴射されている場合及び直噴インジェクタ１２７によってのみ燃料噴射がされている場合のそれぞれにおいて１トリップ中に１度ずつ異常判定が行われる。

図３及び図４は、そうした異常判定処理の処理手順を示している。本処理は、ＥＣＵ２４によって、所定の制御周期毎に実行されるものとなっている。
さて図３に示すように異常判定処理が開始されると、ＥＣＵ２４はＳ１００においてＰＦＩ判定フラグが「０」であるかどうかを判断する。このＰＦＩ判定フラグは、機関始動時にその値が「０」にリセットされ、ポートインジェクタ１２６についての異常判定が完了するとその値が「１」にセットされるフラグとなっている。すなわち、Ｓ１００では本トリップ中に、未だポートインジェクタ１２６の異常判定がなされていないか否かが判断される。Ｓ１００においてＮＯ、すなわち既にポートインジェクタ１２６の異常判定がなされている場合には、後述する図４のＳ９００へと処理が移される。

一方、Ｓ１００においてＹＥＳ、すなわち未だポートインジェクタ１２６の異常判定が行われていない場合には、Ｓ２００へと処理が移される。Ｓ２００では、ポートインジェクタ１２６のみによる燃料噴射が行われているときの気筒別回転変動の積算処理が行われる。

図５を用いて、ポートインジェクタ１２６のみによる燃料噴射が行われているときの気筒別回転変動の積算処理について説明する。
この処理においてＥＣＵ２４は、Ｓ２１０において、車両がアイドリング中か否かを判断する。車速が「０」であり、アクセル位置が「０」、すなわちアクセルペダルが踏まれていない位置である場合には、車両がアイドリング中である（Ｓ２１０でＹＥＳ）と判断してＳ２２０に処理が移される。一方、アイドリング中でない（Ｓ２１０でＮＯ）と判断された場合には、外乱により十分な精度が確保できないため、今回の制御周期における異常判定処理は終了されるようになる。

Ｓ２２０では、ＥＣＵ２４はポートインジェクタ１２６及び直噴インジェクタ１２７に対しポートインジェクタ１２６のみによる噴射を行うよう制御する。
Ｓ２３０では、クランク角センサ１４０の検出結果に基づき、ｉ番目の点火時のクランクシャフト２６の回転速度が検出される。すなわち、圧縮上死点を基準「０°ＣＡ」とし、ｉ番目の点火時にクランクシャフト２６が０°ＣＡから３０°ＣＡまで回転するのに要した時間ＰＴ３０（ｉ）が計測される。ここでの時間ＰＴ３０（ｉ）は、クランクシャフト２６の回転速度が極大になるときの３０°ＣＡの回転に要する時間としてそれぞれ計測されている。

Ｓ２４０では、ｉ番目の回転変動ＰΔＴ３０（ｉ）が算出される。ＰΔＴ３０（ｉ）はｉ番目に点火した気筒のＰＴ３０（ｉ）と、点火順序においてその気筒の直前に点火した気筒についての同時間ＰＴ３０（ｉ−１）との差として定義されている。すなわちＰΔＴ３０（ｉ）は、「ＰΔＴ３０（ｉ）＝ＰＴ３０（ｉ）−ＰＴ３０（ｉ−１）」となる。この値が大きいときには、直前の点火気筒に比べて、３０°ＣＡまで回転するのに多くの時間を要しており、直前の点火気筒に比べて燃焼が弱い、すなわち空燃比がリーンであるといえる。

Ｓ２５０においてＥＣＵ２４は、ｉ番目に点火された気筒ｍを判断し、その気筒ｍの回転変動の積算値ＰＳΔＴ３０（ｍ）にＰΔＴ３０（ｉ）加え、今回の制御周期における異常判定処理を終了する。

Ｓ３００では、各気筒１２１ａ〜１２１ｄについてそれぞれ２００回転分の積算が終了したか否かが判断される。２００回転分の積算が終了していないとき（Ｓ３００でＮＯ）には、十分な精度で異常判定を行うことができないためＳ２００へと戻り再び上記の積算処理が行われる。一方、２００回転分の積算処理が終了しているとき（Ｓ３００でＹＥＳ）にはＳ４００へと処理が移される。

Ｓ４００では、４つの気筒１２１ａ〜１２１ｄのうち、ＰＳΔＴ３０が最も大きい気筒ｋが抽出され、その気筒ｋについて回転変動の平均値ＰＭΔＴ３０（ｋ）が算出される。
Ｓ５００では、ＰＭΔＴ３０（ｋ）が所定値Ｘ１未満であるかが判断される。ここで所定値Ｘ１は、空燃比にバラつきが生じているか否かを判断する閾値である。Ｓ５００でＰＭΔＴ３０（ｋ）が所定値Ｘ１以上であるとき、Ｓ６００でＰＦＩ判定終了フラグの値が「１」と、ＰＦＩ故障フラグの値が「１」とされた後、Ｓ７００で警告灯がオンとされる。すなわち、ＥＣＵ２４は、気筒ｋについて回転変動の平均値が所定値以上である場合、その気筒ｋは他の気筒と比べて所定量以上に空燃比がリーンになっているとして、異常と判断する。一方、Ｓ５００でＰＭΔＴ３０（ｋ）が所定値Ｘ１未満である場合（Ｓ５００でＹＥＳ）には、ＰＦＩ判定終了フラグの値が「１」とされ、ＰＦＩ故障フラグの値が「０」とされる。すなわち、ポートインジェクタのみによる噴射時には、空燃比のばらつきが所定以上生じていないと判定される。

次に図４を用いて直噴インジェクタのみによる噴射が行われているときの異常判定処理について説明する。
Ｓ９００では、ＤＩ判定終了フラグの値が「０」か否か、すなわちＳ１００と同様に直噴インジェクタ１２７のみによる噴射が行われているときの異常判定処理が本トリップにおいて未だ終了していないか否かが判断される。なお、ＤＩ判定終了フラグは、ＰＦＩ判定終了フラグと同様に、機関始動時にその値が「０」にリセットされ、直噴インジェクタ１２７についての異常判定が完了するとその値が「１」にセットされるフラグとなっている。

ここで、異常判定が既に終了している（Ｓ９００でＮＯ）場合には、異常判定処理が終了される。一方、未だ終了していない（Ｓ９００でＹＥＳ）場合には、Ｓ１０００へと処理が移される。Ｓ１０００では、直噴インジェクタ１２７のみによる燃料噴射が行われているときの気筒別回転変動の積算処理が行われる。

図６を用いて、直噴インジェクタ１２７のみによる燃料噴射が行われているときの気筒別回転変動の積算処理について説明する。
この処理では、ＥＣＵ２４はＳ１０１０において、Ｓ２１０と同様に車両がアイドリング中か否かを判断する。車両がアイドリング中である（Ｓ１０１０でＹＥＳ）場合には、Ｓ１０２０に処理が移される。一方、アイドリング中でない（Ｓ１０１０でＮＯ）と判断された場合には、外乱により十分な精度が確保できないため、この処理が終了される。

Ｓ１０２０に処理が移行すると、ＥＣＵ２４は、ポートインジェクタ１２６及び直噴インジェクタ１２７に対し直噴インジェクタ１２７のみによる噴射を行うよう制御する。
続くＳ１０３０では、機関回転速度Ｎｅが所定値ＮｅＸ未満であるかが判断される。機関回転速度がＮｅＸ未満である（Ｓ１０３０でＹＥＳ）場合には、Ｓ１０４０でアイドルアップ制御がなされた後に、Ｓ１０５０に処理が移される。Ｓ１０４０では、ＥＣＵ２４は、スロットルモータ１３６を駆動させ、スロットルバルブ１２４の開度を大きくすることで機関回転速度を増大させる。一方、機関回転速度がＮｅＸ以上である（Ｓ１０３０でＮＯ）場合には、ＥＣＵ２４は、それ以上のアイドルアップは必要ないものとしてＳ１０５０へ移る。なお、こうしたアイドルアップ制御が行われると、多気筒内燃機関２２のアイドル回転速度は、異常判定していない期間の通常のアイドル回転速度よりも上昇される。

Ｓ１０５０では、Ｓ２４０と同様に、圧縮上死点を基準「０°ＣＡ」とし、ｉ番目の点火時にクランクシャフト２６が０°ＣＡから３０°ＣＡまで回転するのに要した時間ＤＴ３０（ｊ）が計測される。

Ｓ１０６０では、Ｓ２５０と同様に、ｉ番目の回転変動ＤΔＴ３０（ｊ）が算出される。ＤΔＴ３０（ｊ）は、ｊ番目に点火した気筒のＤＴ３０（ｊ）と、点火順序においてその気筒の直前に点火した気筒についての同時間ＤＴ３０（ｊ−１）との差として定義されている。すなわちＤΔＴ３０（ｊ）は「ＤΔＴ３０（ｊ）＝ＤＴ３０（ｊ）−ＤＴ３０（ｊ−１）」となる。この値が大きいときには、直前の点火気筒に比べて、３０°ＣＡまで回転するのに多くの時間を要しており、直前の点火気筒に比べて燃焼が弱い、すなわち空燃比がリーンであるといえる。

Ｓ１０７０においてＥＣＵ２４は、ｊ番目に点火された気筒ｎが判断し、気筒ｎの回転変動の積算値ＤＳΔＴ３０（ｎ）にＤΔＴ３０（ｊ）を加え、今回の制御周期における回転変動の積算処理を終了する。

Ｓ１１００では、各気筒１２１ａ〜１２１ｄについてそれぞれ２００回転分の積算が終了したか否かが判断される。２００回転分の積算が終了していないとき（Ｓ１１００でＮＯ）には、十分な精度で異常判定を行うことができないためＳ１０００へと戻り再び上記の積算処理が行われる。一方、２００回転分の積算処理が終了しているとき（Ｓ１１００でＹＥＳ）には、Ｓ１２００へと処理が移される。

Ｓ１２００では、４つの気筒１２１ａ〜１２１ｄのうち、ＤＳΔＴ３０が最も大きい気筒ｌが抽出され、その気筒ｌについて回転変動の平均値ＤＭΔＴ３０（ｌ）が算出される。

Ｓ１３００では、ＤＭΔＴ３０（ｌ）が所定値Ｘ２未満であるかが判断される。ここで所定値Ｘ２は空燃比にバラつきが生じているか否かを判断する閾値である。Ｓ１３００でＤＭΔＴ３０（ｋ）が所定値Ｘ２以上であるとき、Ｓ１４００でＤＩ判定終了フラグを１、ＤＩ故障フラグの値が「１」とされ、Ｓ１５００で警告灯がオンとされる。すなわち、ある気筒の回転変動の平均値が所定値以上である場合、その気筒は他の気筒と比べて所定量以上に空燃比がリーンになっているとして、異常と判断される。一方、Ｓ１３００でＤＭΔＴ３０（ｌ）が所定値Ｘ２未満である場合（Ｓ１３００でＹＥＳ）には、ＤＩ判定終了フラグの値が「１」とされ、ＤＩ故障フラグの値が「０」とされる。すなわち、直噴インジェクタ１２７のみによる噴射時には、空燃比のバラつきが所定以上生じていないと判定される。

次に本実施形態における異常判定処理が行われる場合の、噴射方式、エンジン回転速度の時間変化を、図７を用いて説明する。図７は異常判定処理が実行状態か否か、噴射方式がポートインジェクタ１２６、直噴インジェクタ１２７のどちらか、及びエンジン回転速度を時間とともに示したものである。

本実施形態において、異常処理判定処理が非実行であるｔ１以前、ｔ２〜ｔ３、ｔ４以降はアイドル中の燃料噴射はポートインジェクタ１２６のみによって行われる。これは、直噴インジェクタ１２７によるアイドリングでは、ＰＭエミッションの悪化や燃料が気筒１２１壁面に付着し、ピストン１３２がこれを描き落とすことによるオイル希釈の問題が生じるからである。

また異常判定処理が始めに行われるｔ１〜ｔ２においても、燃料噴射はポートインジェクタ１２６のみによって行われる。これは、図５のＳ２２０において、ポートインジェクタ１２６のみによって燃料噴射を行うように制御されるためである。

一方、次に行われる異常判定処理中のｔ３〜ｔ４の間には直噴インジェクタ１２７のみによる噴射が行われる。これは図６のＳ１０２０において、直噴インジェクタ１２７のみによって燃料噴射を行うように制御されるためである。この直噴インジェクタ１２７のみによるアイドリングは上記のようにＰＭエミッション悪化、オイル希釈等の問題を生じるため短期間で終了させることが望ましい。そのため、ｔ３〜ｔ４の間では、エンジン回転速度が通常のアイドル回転速度Ｎｅｉｄｌｅよりも１００〜１５０ｒｐｍ程度高いＮｅｕｐとなるようにアイドルアップ制御が行われる。これによって、２００ｒｅｖに到達するために要する時間をｔ４〜ｔ５の分だけ短期化することができる。

以上説明した本実施形態の内燃機関の異常判定装置によれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、異常判定処理が開始してから異常判定処理が終了するまでの異常判定期間において、アイドルアップ制御を行うようにしている。そのため、通常のアイドル運転時に比べて多気筒内燃機関２２の回転速度が早くなり、異常判定に用いるサイクル数を同じにしたまま、アイドリング状態を維持する時間を、通常のアイドリング状態において検出する場合に比べて短くすることができる。これにより、判定精度を維持しつつ、より短期間で空燃比異常の有無を判定することができる。

（２）本実施形態では、図６のＳ１０４０において、異常判定期間中であって、直噴インジェクタ１２７のみによるアイドリングが行われているときにアイドルアップを行うようにしている。そのため、直噴インジェクタ１２７のみによって燃料噴射が行われる場合の異常判定を短期間で終了させることができる。これによれば、直噴インジェクタ１２７のみよるアイドリング状態で生じるＰＭエミッションの悪化やオイル希釈の問題を抑制しつつ、空燃比異常の有無を判定できる。

（３）本実施形態では、直噴インジェクタ１２７のみによるアイドリングが行われているときのみにアイドルアップを行い、ポートインジェクタ１２６のみによるアイドリングが行われているときにはアイドルアップを行わないようにしている。これによれば、アイドルアップによる燃費の悪化等を極力防止しつつ、上記のような背反のある直噴によるアイドル運転の期間を短期化することができる。

（４）本実施形態では、例えば図５のＳ１３００において２００ｒｅｖの間に検出された回転変動の平均値を用いて、異常判定を行っている。このように複数の検出結果に基づいて異常判定を行うことにより、例えば外乱等により、一度だけ所定値を超えた場合などに、異常と誤判定することを抑制でき、高精度の判定ができる。

（５）本実施形態では、異常判定に、ある気筒で点火された後、クランク角が上死点から３０°回転するのに要した時間と、直前に点火された気筒における同時間との差を用いている。これによれば、最も変化の現れやすい上死点から３０°回転するのに要する時間を用いることで、空燃比異常の有無を精度よく判定することができる。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態において第１の実施形態と同等或いはそれに準じた構成については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

図８に、本実施の形態の異常判定装置の適用される直列４気筒の多気筒内燃機関２２の全体構成を示す。多気筒内燃機関２２は各気筒１２１ａ〜１２１ｄに連通する吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタ１２６ａ〜１２６ｄ、点火プラグ１３０ａ〜１３０ｄを備えている。なお、以下では特にいずれのものかを特定しない場合や４つを総称する場合には、単に気筒１２１、ポートインジェクタ１２６、点火プラグ１３０と記載する場合がある。また、この多気筒内燃機関２２にも、スロットルバルブ１２４、排気通路１３３、空燃比センサ１３５ａ、浄化装置１３４、酸素センサ１３５ｂが同様に設けられている。

気筒１２１ａ〜１２１ｄの燃焼サイクルは吸気、圧縮、膨張、排気の４行程を１サイクルとして行われる。各気筒１２１ａ〜１２１ｄにおける燃料噴射や、点火は１番気筒１２１ａ、３番気筒１２１ｃ、４番気筒１２１ｄ、２番気筒１２１ｂの順でクランク角１８０°の位相差をもって行われる。すなわち、クランク角７２０°回転したときに、すべての気筒１２１でちょうど４工程が行われたことになる。

また気筒１２１内にはピストン１３２が気筒１２１を往復運動可能に設けられている。またピストン１３２はコネクティングロッドを介してクランクシャフト２６に接続されており、クランクシャフト２６の近傍には、その回転位相を検出するクランク角センサ１４０が図２と同様に設置されており、これらの制御はＥＣＵ２４によって行われる。

本実施形態の多気筒内燃機関２２では、車両停止中など所定の条件下で多気筒内燃機関２２を自動停止する、いわゆるアイドリングストップ制御が行われる。以下ではアイドリングストップ制御による自動停止・再始動制御の概要を図９を用いて説明する。

本機構を有する内燃機関はモード０〜モード４の５つの制御モードを有している。図示しないイグニッションスイッチがオン操作され、ＥＣＵ２４が起動すると、ＥＣＵ２４は制御モードを通常の機関停止状態を示すモード０に設定する。モード０時に始動要求を受けると、多気筒内燃機関２２がクランキングされ、始動完了後に通常の機関運転状態を示すモード１に移行する。

またモード１での通常の機関運転中に、イグニッションスイッチがオフ操作されると、ＥＣＵ２４は、通常の機関停止処理を実行して内燃機関を停止させ、その制御モードを上記モード０に移行する。そして必要な停止時処理を実施した後、ＥＣＵ２４は、自身への通電を切断する。

一方、上記モード１での通常の機関運転中に、多気筒内燃機関２２の自動停止条件が成立すると、ＥＣＵ２４は制御モードを、多気筒内燃機関２２を自動停止させるための機関停止処理を実行するモード２に移行される。この多気筒内燃機関２２では、上記自動停止条件は、例えば下記条件（ａ１）〜（ａ５）のすべての成立をもって成立されるようになっている。
（ａ１）アクセルペダルの踏込み量が「０」である。
（ａ２）車速が所定速度以下である。
（ａ３）ブレーキペダルが踏込まれている。
（ａ４）冷却水温度が所定温度Ｔａ以上であり、多気筒内燃機関２２の暖機が完了されている。
（ａ５）車載バッテリの充電量が所定値以上である。

制御モードがモード２に移行されると、ＥＣＵ２４は、燃料供給を停止して多気筒内燃機関２２を停止させる。そして完全に停止させた後に、自動停止再始動制御による機関停止状態を示すモード３に移行する。

モード３での多気筒内燃機関２２の停止待機中に再始動条件が成立すると、ＥＣＵ２４は制御モードを、多気筒内燃機関２２を自動再始動させるための再始動処理を実行するモード４に移行する。この多気筒内燃機関２２では、上記再始動条件は、例えば下記の（ｂ１）〜（ｂ４）等の条件のいずれかの成立をもって成立されるようになっている。
（ｂ１）ブレーキペダルの踏込みが解除された。
（ｂ２）アクセルペダルが踏込まれた。
（ｂ３）Ｐ（パーキング）レンジ、又はＮ（ニュートラル）レンジから、それら以外のシフトレンジへのシフト操作がなされた。
（ｂ４）車載バッテリの充電量が所定値未満に低下した。

こうして制御モードがモード４に移行されると、多気筒内燃機関２２の再始動が行われ、その再始動が無事完了すると、ＥＣＵ２４は制御モードを上記モード１に移行する。
以下では、上記のようなアイドリングストップ機構を備えた多気筒内燃機関２２において、各気筒１２１ａ〜１２１ｄ間で所定以上の空燃比のばらつきが生じているかを判定する異常判定処理について図１０、図１１を参照しながら説明する。なお、以下では、いずれかの気筒１２１の空燃比がリーン側にずれているか否かを判定する異常判定処理について説明する。

本実施形態では、１トリップ中に１度、異常判定が行われるが、１度のアイドリング状態で行われる場合と複数のアイドリング状態で分割して行われる場合がある。図１０に示すように異常判定処理が開始されると、ＥＣＵ２４はＳ１０において判定終了フラグの値が「０」であるかどうかを判断する。すなわち、Ｓ１０では本トリップ中に、異常判定がなされていないか否かを判断する。Ｓ１０においてＮＯ、すなわち既に異常判定がなされている場合には異常判定処理を終了する。

一方、Ｓ１０においてＹＥＳ、すなわち未だ異常判定が行われていない場合には、Ｓ２０へと処理が移される。Ｓ２０では気筒別回転変動の積算処理が行われる。以下では図１１を用いて、気筒別回転変動の積算処理について説明する。

この処理では、ＥＣＵ２４は、Ｓ２１において、車両がアイドリング中か否かを判断する。車速が０であり、アクセル位置が「０」、すなわちアクセルペダルが踏まれていない位置である場合には車両がアイドリング中である（Ｓ２１でＹＥＳ）と判断してＳ２２に処理が移される。一方、走行中や、自動停止制御によるアイドリングストップ中は、車両がアイドリング中でない（Ｓ２１でＮＯ）と判断され、今回の制御周期における気筒別回転変動の積算処理が終了される。

Ｓ２２では、機関回転速度Ｎｅが所定値ＮｅＸ未満であるかが判断される。機関回転速度がＮｅＸ未満である（Ｓ２２でＹＥＳ）場合には、Ｓ２３でアイドルアップ制御がなされた後に、Ｓ２３に処理が移される。Ｓ２３では、ＥＣＵ２４は、スロットルモータ１３６を駆動させ、スロットルバルブ１２４の開度を大きくすることで機関回転速度を増大させる。一方、機関回転速度がＮｅＸ以上である（Ｓ２２でＮＯ）場合には、その以上のアイドルアップは必要ないものとしてＳ２４へと処理が移される。

Ｓ２４では、クランク角センサ１４０の検出結果に基づき、ｉ番目の点火時のクランクシャフト２６の回転速度が検出される。すなわち、圧縮上死点を基準「０°ＣＡ」とし、ｉ番目の点火時にクランクシャフト２６が０°ＣＡから３０°ＣＡまで回転するのに要した時間Ｔ３０（ｉ）が計測される。ここでの時間Ｔ３０（ｉ）は、クランクシャフト２６の回転速度が極大になるときの３０°ＣＡの回転に要する時間としてそれぞれ計測されている。

Ｓ２５では、ｉ番目の回転変動ΔＴ３０（ｉ）が算出される。ΔＴ３０（ｉ）は、ｉ番目に点火した気筒のＴ３０（ｉ）と、点火順序においてその気筒の直前に点火した気筒についての同時間Ｔ３０（ｉ−１）との差として定義されている。すなわちΔＴ３０（ｉ）は「ΔＴ３０（ｉ）＝Ｔ３０（ｉ）−Ｔ３０（ｉ−１）」となる。この値が大きいときには、直前の点火気筒に比べて、３０°ＣＡまで回転するのに多くの時間を要しており、直前の点火気筒に比べて燃焼が弱い、すなわち空燃比がリーンであるといえる。

Ｓ２６においてＥＣＵ２４は、ｉ番目に点火された気筒ｍを判断し、気筒ｍの回転変動の積算値ＳΔＴ３０（ｍ）にΔＴ３０（ｉ）を加えた上で、今回の制御周期における気筒別回転変動の積算処理を終了する。

Ｓ３０では、各気筒１２１ａ〜１２１ｄについてそれぞれ２００回転分の積算が終了したか否かが判断される。２００回転分の積算が終了していないとき（Ｓ３０でＮＯ）には、十分な精度で異常判定を行うことができないためＳ２０へと戻り再び上記の積算処理が行われる。一方、２００回転分の積算処理が終了しているとき（Ｓ３０でＹＥＳ）には、Ｓ４０へと処理が移される。

Ｓ４０では、４つの気筒１２１ａ〜１２１ｄのうち、ＳΔＴ３０が最も大きい気筒ｋが抽出され、その気筒ｋについて回転変動の平均値ＭΔＴ３０（ｋ）が算出される。
Ｓ５０では、ＭΔＴ３０（ｋ）が所定値Ｘ未満であるかが判断される。ここで所定値Ｘは、空燃比にばらつきが生じているか否かを判断する閾値である。Ｓ５０でＭΔＴ３０（ｋ）が所定値Ｘ以上であるときには、Ｓ６０で判定終了フラグの値が「１」、故障フラグの値が「１」とされ、Ｓ７０で警告灯がオンとされる。すなわち、気筒ｋについて回転変動の平均値が所定値以上である場合、その気筒ｋは他の気筒と比べて所定量以上に空燃比がリーンになっているとして、異常と判断される。一方、Ｓ５０でＭΔＴ３０（ｋ）が所定値Ｘ未満である場合（Ｓ５０でＹＥＳ）には、判定終了フラグの値が「１」、故障フラグの値が「０」とされる。すなわち、このときには、空燃比のばらつきは所定以上生じていないと判定される。

以上説明した本実施形態の多気筒内燃機関の異常判定装置によれば、次の効果を奏することができる。
（６）本実施形態では、アイドリングストップ制御を行う多気筒内燃機関２２において、空燃比ばらつきの異常判定処理中にアイドルアップ制御を行うようにしている。そのため短期間のアイドリング状態で異常判定に必要な回転数を達成することができる。また、アイドリング状態の少ないアイドルストップ機構を備えた多気筒内燃機関２２でも好適に空燃比ばらつきの異常判定処理を行うことができる。

なお以上説明した各実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・第１、２の実施形態では、本発明の異常判定装置を直列４気筒の多気筒内燃機関２２に適用した例を示したが、本発明は、複数の気筒を有するものであれば、気筒数や気筒の配置の異なる多気筒内燃機関にも同様に適用することができる。
・第１、２の実施形態では、積算処理の回数を２００回転としたが、その回数は、これに限られるものでなく、気筒間の空燃比のばらつき判定の精度を十分に保てる回数であればよい。また、固定値でなく、例えば外乱の小さい時には少ない回数で判定を行うなど、外乱の大きさによって変化させるようにしてもよい。

・第１、２の実施形態では、積算処理が２００回転に満たない状態で発進要求があった場合について言及していないが、例えば、発進要求があった時点で積算値をＲＡＭ２４ｃに記憶し、再びアイドリング状態となったときにその値を読み出し、積算処理を再開するようにしてもよい。

・第１、２の実施形態では、２００回転における回転変動の平均値を用いて異常判定を行っているがこれに限られるものでない。例えば、１回の検出結果に基づく回転変動ごとに所定値と比較し、所定値を超えたものについてカウンタをインクリメントするようにし、カウンタの値が所定値を超えた場合に異常と判定するようにしてもよい。
・第１、２の実施形態では、リーン側の異常判定に用いた例を示したが、これに限られるものでない。例えば、回転変動の平均値が最小の気筒を抽出し、その平均値が所定値以下である場合に当該気筒がリッチ側にずれていると判定するようにしてもよい。また、これらの両方を判定するようにしてもよい。

・第１の実施形態では、直噴インジェクタ１２７のみによる噴射制御を行う場合の異常判定処理中にのみアイドルアップ制御を行うようにしているが、ポートインジェクタ１２６のみによる噴射制御を行う場合の異常判定処理中にもアイドルアップ制御を行うようにしてもよい。

・第２の実施形態では、ポートインジェクタ１２６のみを有する多気筒内燃機関に本発明を適用した例を示したが、直噴インジェクタ１２７のみを有する多気筒内燃機関に用いてもよく、燃料噴射の形態によらず本発明を適用することができる。

・第２の実施形態では、アイドルストップ機構による自動停止条件として、上記（ａ１）〜（ａ５）を掲げたが、その条件はこれに限られるものではない。例えば、空燃比バラつきの異常判定が終了していることを自動停止条件の１つとしてもよく、この場合には、本発明の適用により、短期間で異常判定処理を行うことによって、より多くのアイドリングストップの機会を得ることができる。そのため燃費を向上させることができる。

２２…多気筒内燃機関、２４…ＥＣＵ、２４ａ…ＣＰＵ、２４ｂ…ＲＯＭ、２４ｃ…ＲＡＭ、２４ｄ…タイマ、２６…クランクシャフト、６８…車速センサ、１２１…気筒、１２４…スロットルバルブ、１２６…ポートインジェクタ、１２７…直噴インジェクタ、１２８…吸気バルブ、１３０…点火プラグ、１３２…ピストン、１３３…排気通路、１３４…浄化装置、１３５ａ…空燃比センサ、１３５ｂ…酸素センサ、１３６…スロットルモータ、１４１…アクセル位置センサ、１４２…水温センサ、１４６…スロットル開度センサ、１４８…エアフローメータ、１４９…吸気温センサ、１５０…可変動弁機構

Claims (5)

1. 多気筒内燃機関のアイドル運転中の回転変動を計測し、その結果に基づいて気筒の一部に空燃比異常があるか否かを判定する多気筒内燃機関の異常判定装置において、
   前記異常の判定にかかる回転変動の計測の開始からその終了までの異常判定期間に、前記多気筒内燃機関のアイドル回転速度を異常判定していない期間のアイドル回転速度よりも上昇させるアイドルアップ制御を行うことを特徴とする多気筒内燃機関の異常判定装置。
2. 前記多気筒内燃機関は、吸気通路内に燃料を噴射するポートインジェクタと、気筒内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタとを備えてなり、
   前記異常の判定は、前記直噴インジェクタの燃料噴射を行いながら行われることを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置。
3. 前記多気筒内燃機関は、吸気通路内に燃料を噴射するポートインジェクタと、気筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタとを備えてなり、
   前記ポートインジェクタから燃料噴射を行う状態と、前記直噴インジェクタから燃料噴射を行う状態とのそれぞれにおいて前記異常の判定を行うとともに、前記直噴インジェクタから燃料噴射を行う状態での前記異常判定に際してのみ、前記アイドルアップ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置。
4. 前記多気筒内燃機関では、アイドル運転中に停止条件の成立に応じて、当該機関を自動停止させるアイドリングストップ制御が行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置。
5. 前記異常の判定は、点火気筒の圧縮上死点から機関出力軸が３０°回転するのに要した時間を気筒間で比較することで行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置。

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