JP2012057480A - Device for determining inter-cylinder imbalance of air-fuel ratio in multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents

Device for determining inter-cylinder imbalance of air-fuel ratio in multi-cylinder internal combustion engine Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably and accurately determine whether or not an inter-cylinder imbalance state in air-fuel ratio has occurred regardless of responsiveness of an air-fuel ratio sensor.SOLUTION: It is assumed that an air-fuel ratio of a mixed exhaust gas passing through a collecting exhaust passage coincides with a target air-fuel ratio (a theoretical air-fuel ratio) through feedback control based on a detected air-fuel ratio from an air-fuel ratio sensor arranged in the collecting exhaust passage in which exhaust passages extending from a plurality of cylinders are collected. When taking as "a unit combustion cycle period" a period in which a crank angle passes and requiring for completing one combustion stroke by each of the plurality of cylinders, an imbalance state is determined to have occurred based on the detection of "a condition in which there exists only one minimal value of a detected air-fuel ratio having a value richer than the target air-fuel ratio in the unit combustion cycle period" or "a condition in which there exists only one maximal value of a detected air-fuel ratio having a value leaner than the target air-fuel ratio in the unit combustion cycle period".

Description

本発明は、多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置に関する。   The present invention relates to an air-fuel ratio imbalance among cylinders determination apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine.

従来から、複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設された空燃比センサの出力値に基づいて、集合排気通路を通過するガス(混合排ガス)の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置が広く知られている。混合排ガスは、各気筒から排出された排ガスが混合されて得られる排ガスである。より具体的には、この空燃比制御装置では、混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致するように、複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック量が空燃比センサの出力値に基づいて算出される。その空燃比フィードバック量に基づいて複数の気筒に対してそれぞれ噴射される燃料の量が調整されることにより、混合排ガスの空燃比がフィードバック制御される。   Conventionally, the air-fuel ratio of the gas (mixed exhaust gas) passing through the collective exhaust passage is determined based on the output value of the air-fuel ratio sensor disposed in the collective exhaust passage formed by collecting the exhaust passages extending from the plurality of cylinders. Air-fuel ratio control apparatuses that perform feedback control are widely known. The mixed exhaust gas is an exhaust gas obtained by mixing exhaust gases discharged from each cylinder. More specifically, in this air-fuel ratio control device, the air-fuel ratio feedback amount common to the plurality of cylinders is based on the output value of the air-fuel ratio sensor so that the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches the stoichiometric air-fuel ratio. Calculated. The air-fuel ratio of the mixed exhaust gas is feedback-controlled by adjusting the amount of fuel injected to each of the plurality of cylinders based on the air-fuel ratio feedback amount.

ところで、多気筒内燃機関においては、燃料噴射弁からの噴射量の気筒間のばらつき、吸気弁の最大リフト量の気筒間のばらつき、EGR機構により吸気系に還流されたEGRガス量の複数の気筒への分配のばらつき等が発生し得る。係る気筒間での特性のばらつきが発生すると、気筒間にて空燃比のばらつき(空燃比気筒間インバランス状態、空燃比気筒間ばらつき、気筒間における空燃比の不均一)が発生し得る。   By the way, in a multi-cylinder internal combustion engine, a plurality of cylinders having an EGR gas amount recirculated to an intake system by an EGR mechanism, a variation among cylinders of an injection amount from a fuel injection valve, a variation between cylinders of a maximum lift amount of an intake valve, Variations in distribution to the device may occur. When the characteristic variation between the cylinders occurs, the air-fuel ratio variation (air-fuel ratio imbalance among cylinders, air-fuel ratio variation among cylinders, air-fuel ratio non-uniformity between cylinders) may occur between the cylinders.

空燃比気筒間インバランス状態が発生している場合、上述の空燃比フィードバック制御により混合排ガスの空燃比(即ち、全気筒の空燃比の平均)が理論空燃比に一致していても、空燃比が(理論空燃比よりも)リッチとなる気筒(リッチ気筒)と、空燃比が(理論空燃比よりも)リーンとなる気筒(リーン気筒)が必ず発生する。詳細は後述するが、通常、混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致している場合において、1つの気筒のみがリッチ気筒となり残りの全ての気筒がリーン気筒となる状態(リッチインバランス状態)、又は、1つの気筒のみがリーン気筒となり残りの全ての気筒がリッチ気筒となる状態(リーンインバランス状態)が発生する。   When the air-fuel ratio imbalance state between cylinders occurs, even if the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas (that is, the average of the air-fuel ratios of all cylinders) matches the stoichiometric air-fuel ratio by the above-described air-fuel ratio feedback control. However, a cylinder (rich cylinder) that becomes rich (rather than the theoretical air-fuel ratio) and a cylinder (lean cylinder) in which the air-fuel ratio becomes lean (rather than the theoretical air-fuel ratio) always occur. Although details will be described later, normally, when the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches the stoichiometric air-fuel ratio, only one cylinder is a rich cylinder and all the remaining cylinders are lean cylinders (rich imbalance state) Alternatively, a state (lean imbalance state) occurs in which only one cylinder becomes a lean cylinder and all the remaining cylinders become rich cylinders.

このように、空燃比気筒間インバランス状態が発生すると、各気筒における混合気の燃焼状態が完全燃焼とは相違した燃焼状態となる。この結果、混合排ガスの空燃比(全気筒の空燃比の平均)が理論空燃比に一致しているにもかかわらず、各気筒から排出されるエミッションの量(未燃物の量及び窒素酸化物の量)が増大する。従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生していることを検出し、何らかの対策を講じさせるようにすることは、エミッションの量の増大を抑制するために重要である。   As described above, when the air-fuel ratio imbalance state between the cylinders occurs, the combustion state of the air-fuel mixture in each cylinder becomes a combustion state different from complete combustion. As a result, although the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas (the average of the air-fuel ratios of all cylinders) matches the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of emissions discharged from each cylinder (the amount of unburned matter and nitrogen oxides) Increase). Therefore, it is important to detect the occurrence of an imbalance state between the air-fuel ratios and to take some measures to suppress an increase in the amount of emissions.

このような空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定する従来の装置の一つは、前記集合排気通路に配設された空燃比センサの出力値(出力信号)の軌跡長を取得し、その軌跡長と「機関回転速度に応じて変化する参照値」とを比較し、その比較結果に基づいて空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定するようになっている(例えば、特許文献1を参照)。   One conventional apparatus for determining whether or not such an air-fuel ratio imbalance state between cylinders has occurred is to calculate the locus length of the output value (output signal) of the air-fuel ratio sensor disposed in the collective exhaust passage. And the trajectory length is compared with the “reference value that changes according to the engine speed”, and it is determined whether or not an air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred based on the comparison result. (For example, refer to Patent Document 1).

しかしながら、軌跡長は空燃比センサの応答性に大きく依存する。従って、上記文献に記載の判定手法では、空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かの判定結果が空燃比センサの応答性に影響され易い。この結果、空燃比センサの応答性によっては判定精度が低下する虞があった。   However, the trajectory length largely depends on the responsiveness of the air-fuel ratio sensor. Therefore, in the determination method described in the above document, the determination result of whether or not the air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred is easily influenced by the responsiveness of the air-fuel ratio sensor. As a result, the determination accuracy may be lowered depending on the responsiveness of the air-fuel ratio sensor.

米国特許第7,152,594号明細書US Pat. No. 7,152,594

本発明は上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、空燃比センサの応答性によらず空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かの判定を安定して精度良く行うことができる空燃比気筒間インバランス判定装置を提供することにある。   The present invention has been made to address the above-described problems, and its object is to stably and accurately determine whether or not an air-fuel ratio imbalance state has occurred regardless of the responsiveness of the air-fuel ratio sensor. An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio imbalance among cylinders determination apparatus.

係る目的を達成するための本発明による多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置(本判定装置)は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される。本判定装置は、空燃比センサと、複数の燃料噴射弁と、フィードバック量算出手段と、フィードバック制御手段と、判定手段と、を備える。   In order to achieve the above object, an air-fuel ratio imbalance among cylinders determination apparatus (this determination apparatus) of a multi-cylinder internal combustion engine according to the present invention is applied to a multi-cylinder internal combustion engine having a plurality of cylinders. This determination apparatus includes an air-fuel ratio sensor, a plurality of fuel injection valves, a feedback amount calculation unit, a feedback control unit, and a determination unit.

前記空燃比センサは、前記集合排気通路に配設されて、前記混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する。   The air-fuel ratio sensor is disposed in the collective exhaust passage and generates an output value corresponding to the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas.

前記複数の燃料噴射弁は、前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設される。前記複数の燃料噴射弁は、前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料をそれぞれ噴射する。即ち、燃料噴射弁は、一つの気筒に対して一つ以上設けられている。各燃料噴射弁は、その燃料噴射弁に対応する気筒に対して燃料を噴射する。   The plurality of fuel injection valves are disposed corresponding to each of the plurality of cylinders. The plurality of fuel injection valves respectively inject fuel contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chambers of the plurality of cylinders. That is, one or more fuel injection valves are provided for one cylinder. Each fuel injection valve injects fuel into the cylinder corresponding to the fuel injection valve.

前記フィードバック量算出手段は、前記複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック量を算出する。この空燃比フィードバック量は、前記混合排ガスの空燃比が目標空燃比(具体的には、理論空燃比)と一致するように、前記空燃比センサの出力値に基づいて算出される。   The feedback amount calculating means calculates a common air-fuel ratio feedback amount for the plurality of cylinders. The air-fuel ratio feedback amount is calculated based on the output value of the air-fuel ratio sensor so that the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches the target air-fuel ratio (specifically, the theoretical air-fuel ratio).

前記フィードバック制御手段は、前記空燃比フィードバック量に基づいて前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を調整する。これにより、前記混合排ガスの空燃比がフィードバック制御される。以下、説明の便宜上、前記複数の気筒において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角が経過する期間を「単位燃焼サイクル期間」と呼び、前記空燃比センサの出力値により表される空燃比を「検出空燃比」と呼ぶ。   The feedback control means adjusts the amount of fuel injected from each of the plurality of fuel injection valves based on the air-fuel ratio feedback amount. Thereby, the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas is feedback controlled. Hereinafter, for convenience of explanation, a period in which the crank angle required for completing one combustion stroke in each of the plurality of cylinders is referred to as a “unit combustion cycle period” and is represented by an output value of the air-fuel ratio sensor. The air-fuel ratio is called “detected air-fuel ratio”.

前記判定手段は、大略的には、単位燃焼サイクル期間内において存在する検出空燃比の極値の数に基づいて、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かについての判定を行う。具体的には、前記判定は、単位燃焼サイクル期間内において存在する「目標空燃比よりリッチの値である検出空燃比の極小値」の数、又は、単位燃焼サイクル期間内において存在する「目標空燃比よりリーンの値である検出空燃比の極大値」の数に基づいてなされる。   In general, the determination means determines whether or not the air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred based on the number of detected extreme values of the air-fuel ratio that exist within a unit combustion cycle period. Specifically, the determination is made based on the number of “minimum value of the detected air-fuel ratio that is richer than the target air-fuel ratio” existing within the unit combustion cycle period, or the “target air-fuel ratio” existing within the unit combustion cycle period. This is based on the number of “maximum value of detected air-fuel ratio that is leaner than the fuel ratio”.

より具体的には、単位燃焼サイクル期間内において「目標空燃比よりリッチの値である検出空燃比の極小値」が1つのみ存在する状態、又は、単位燃焼サイクル期間内において「目標空燃比よりリーンの値である検出空燃比の極大値」が1つのみ存在する状態が検出されたことに基づいて、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定され得る。後に詳述するように、これによれば、空燃比センサの応答性によらず「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」との判定を安定して精度良く行うことができる。   More specifically, a state where only one “minimum value of the detected air-fuel ratio that is richer than the target air-fuel ratio” exists within the unit combustion cycle period, or “from the target air-fuel ratio within the unit combustion cycle period” It can be determined that the air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred based on the detection of a state in which only one “maximum value of the detected air-fuel ratio that is the lean value” exists. As will be described in detail later, according to this, it can be determined stably and accurately that “the air-fuel ratio imbalance state between cylinders has occurred” regardless of the responsiveness of the air-fuel ratio sensor.

更には、後に詳述するように、空燃比センサの応答性が通常の範囲内にある場合、単位燃焼サイクル期間内において「目標空燃比よりリッチの値である検出空燃比の極小値」が1つのみ存在し且つ「目標空燃比よりリーンの値である検出空燃比の極大値」が1つのみ存在する状態が検出されたことに基づいて、「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」との判定を十分に精度良く行うことができる。   Further, as will be described in detail later, when the response of the air-fuel ratio sensor is within a normal range, the “minimum value of the detected air-fuel ratio that is richer than the target air-fuel ratio” is 1 within the unit combustion cycle period. Is based on the fact that there is only one and “the maximum value of the detected air-fuel ratio that is leaner than the target air-fuel ratio” is detected, “the air-fuel ratio imbalance state between cylinders has occurred” Can be determined with sufficient accuracy.

本発明の実施形態に係る判定装置が適用される多気筒内燃機関の概略構成を示した図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a multi-cylinder internal combustion engine to which a determination device according to an embodiment of the present invention is applied. 図1に示した触媒、上流側空燃比センサ、及び下流側空燃比センサが集合排気通路に配設された様子を示した図である。FIG. 2 is a view showing a state in which a catalyst, an upstream air-fuel ratio sensor, and a downstream air-fuel ratio sensor shown in FIG. 1 are arranged in a collective exhaust passage. 図1に示した上流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。2 is a graph showing the relationship between the output of the upstream air-fuel ratio sensor shown in FIG. 図1に示した下流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。3 is a graph showing the relationship between the output of the downstream air-fuel ratio sensor shown in FIG. 1 and the air-fuel ratio. インバランス状態が発生していて且つ混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致している場合における各気筒の空燃比の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the air fuel ratio of each cylinder in case the imbalance state has generate | occur | produced and the air fuel ratio of mixed exhaust gas corresponds with a theoretical air fuel ratio. インバランス状態が発生していない場合における検出空燃比の推移の一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of transition of the detection air fuel ratio when the imbalance state has not occurred. 上流側空燃比センサが極端に高い応答性を有し、且つ、リッチインバランス状態が発生している場合における検出空燃比の推移の一例を示したグラフである。6 is a graph showing an example of transition of a detected air-fuel ratio when an upstream air-fuel ratio sensor has extremely high responsiveness and a rich imbalance state occurs. 上流側空燃比センサが極端に高い応答性を有し、且つ、リーンインバランス状態が発生している場合における検出空燃比の推移の一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of transition of the detection air fuel ratio in case an upstream air fuel ratio sensor has extremely high responsiveness, and the lean imbalance state has occurred. 上流側空燃比センサが通常の応答性を有し、且つ、インバランス状態が発生している場合における検出空燃比の推移の一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of transition of the detection air fuel ratio in case an upstream air fuel ratio sensor has normal responsiveness, and imbalanced state has occurred. リッチ気筒から排出される水素分子の拡散速度が速いことに起因する検出空燃比のずれを補償するための空燃比補正量を算出する際に使用される各種値を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the various values used when calculating the air fuel ratio correction amount for compensating the shift | offset | difference of the detected air fuel ratio resulting from the diffusion speed of the hydrogen molecule discharged | emitted from a rich cylinder being quick.

以下、本発明の実施形態に係る多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置(以下、単に「本装置」とも称呼する。)について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an air-fuel ratio imbalance among cylinders determination apparatus (hereinafter also simply referred to as “this apparatus”) of a multi-cylinder internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(構成)
図1は、本装置を、4サイクル・火花点火式・多気筒(直列4気筒)・内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図1は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
(Constitution)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a system in which the present apparatus is applied to a 4-cycle, spark ignition type, multi-cylinder (in-line 4-cylinder) internal combustion engine 10. FIG. 1 shows only a cross section of a specific cylinder, but the other cylinders have the same configuration.

この内燃機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20にガソリン混合気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排ガスを外部に放出するための排気系統50と、を含んでいる。   The internal combustion engine 10 includes a cylinder block portion 20 including a cylinder block, a cylinder block lower case, an oil pan, and the like, a cylinder head portion 30 fixed on the cylinder block portion 20, and a gasoline mixture to the cylinder block portion 20. An intake system 40 for supplying and an exhaust system 50 for releasing exhaust gas from the cylinder block unit 20 to the outside are included.

シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これにより同クランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21の壁面及びピストン22の上面は、シリンダヘッド部30の下面とともに燃焼室25を形成している。   The cylinder block unit 20 includes a cylinder 21, a piston 22, a connecting rod 23, and a crankshaft 24. The piston 22 reciprocates in the cylinder 21, and the reciprocating motion of the piston 22 is transmitted to the crankshaft 24 through the connecting rod 23, whereby the crankshaft 24 rotates. The wall surface of the cylinder 21 and the upper surface of the piston 22 form a combustion chamber 25 together with the lower surface of the cylinder head portion 30.

シリンダヘッド部30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、吸気弁32を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング制御装置33、可変吸気タイミング制御装置33のアクチュエータ33a、燃焼室25に連通した排気ポート34、排気ポート34を開閉する排気弁35、排気弁35を駆動するエキゾーストカムシャフトを含むとともに同エキゾーストカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変排気タイミング制御装置36、可変排気タイミング制御装置36のアクチュエータ36a、点火プラグ37、点火プラグ37に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ38及び燃料を吸気ポート31内に噴射する燃料噴射弁(燃料噴射手段、燃料供給手段)39を備えている。   The cylinder head portion 30 includes an intake port 31 communicating with the combustion chamber 25, an intake valve 32 that opens and closes the intake port 31, an intake camshaft that drives the intake valve 32, and continuously changes the phase angle of the intake camshaft. A variable intake timing control device 33, an actuator 33 a of the variable intake timing control device 33, an exhaust port 34 communicating with the combustion chamber 25, an exhaust valve 35 that opens and closes the exhaust port 34, and an exhaust camshaft that drives the exhaust valve 35. A variable exhaust timing control device 36 that continuously changes the phase angle of the exhaust camshaft, an actuator 36a of the variable exhaust timing control device 36, a spark plug 37, and an igniter 38 that includes an ignition coil that generates a high voltage applied to the spark plug 37. And the fuel intake port A fuel injection valve for injecting a preparative 31 (fuel injection means, fuel supply means) 39.

燃料噴射弁39は、一つの燃焼室25に対して一つずつ配設されている。燃料噴射弁39は吸気ポート31に設けられている。このように、複数の気筒のそれぞれは、他の気筒とは独立して燃料供給を行う燃料噴射弁39を備えている。   One fuel injection valve 39 is provided for each combustion chamber 25. The fuel injection valve 39 is provided in the intake port 31. Thus, each of the plurality of cylinders includes the fuel injection valve 39 that supplies fuel independently of the other cylinders.

吸気系統40は、インテークマニホールド41、吸気管42、及び、スロットル弁43を備えている。インテークマニホールド41は、複数の枝部41aとサージタンク41bとからなる。複数の枝部41aのそれぞれの一端は複数の吸気ポート31のそれぞれに接続されている。複数の枝部41aの他端はサージタンク41bに接続されている。吸気管42の一端はサージタンク41bに接続されている。吸気ポート31、インテークマニホールド41及び吸気管42は、吸気通路を構成している。   The intake system 40 includes an intake manifold 41, an intake pipe 42, and a throttle valve 43. The intake manifold 41 includes a plurality of branch portions 41a and a surge tank 41b. One end of each of the plurality of branch portions 41 a is connected to each of the plurality of intake ports 31. The other ends of the plurality of branch portions 41a are connected to the surge tank 41b. One end of the intake pipe 42 is connected to the surge tank 41b. The intake port 31, the intake manifold 41, and the intake pipe 42 constitute an intake passage.

スロットル弁43は、吸気管42内にあって吸気通路の開口断面積(スロットル弁開度)を可変とするようになっている。スロットル弁44は、スロットル弁アクチュエータ44a(スロットル弁駆動手段の一部)により吸気管42内で回転駆動されるようになっている。   The throttle valve 43 is provided in the intake pipe 42 so that the opening cross-sectional area (throttle valve opening) of the intake passage is variable. The throttle valve 44 is rotationally driven in the intake pipe 42 by a throttle valve actuator 44a (a part of the throttle valve driving means).

排気系統50は、各気筒の排気ポート34に一端が接続された複数の枝部を含むエキゾーストマニホールド51、エキゾーストマニホールド51の複数の枝部の各他端であって総ての枝部が集合している集合部(エキゾーストマニホールド51の排気集合部)に接続されたエキゾーストパイプ52、エキゾーストパイプ52に配設された上流側触媒(三元触媒)53、及び、上流側触媒53よりも下流のエキゾーストパイプ52に配設された図示しない下流側触媒(三元触媒)を備えている。排気ポート34、エキゾーストマニホールド51及びエキゾーストパイプ52は、排気通路を構成している。このように、上流側触媒53は、複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設されている。   The exhaust system 50 includes an exhaust manifold 51 including a plurality of branches connected at one end to the exhaust port 34 of each cylinder, and the other ends of the plurality of branches of the exhaust manifold 51 and all the branches are gathered. The exhaust pipe 52 connected to the collecting portion (the exhaust collecting portion of the exhaust manifold 51), the upstream catalyst (three-way catalyst) 53 disposed in the exhaust pipe 52, and the exhaust downstream of the upstream catalyst 53 A downstream catalyst (three-way catalyst) (not shown) disposed in the pipe 52 is provided. The exhaust port 34, the exhaust manifold 51, and the exhaust pipe 52 constitute an exhaust passage. Thus, the upstream catalyst 53 is disposed in a collective exhaust passage formed by collecting exhaust passages extending from a plurality of cylinders.

更に、内燃機関10は、外部EGR通路を構成する排気還流管54、及び、EGR弁55を含んでいる。排気還流管54の一端はエキゾーストマニホールド51の集合部に接続されている。排気還流管54の他端はサージタンク41bに接続されている。EGR弁55は排気還流管54に配設されている。EGR弁55は、排気還流管54の開口断面積を変更するようになっている。   Furthermore, the internal combustion engine 10 includes an exhaust gas recirculation pipe 54 that constitutes an external EGR passage, and an EGR valve 55. One end of the exhaust gas recirculation pipe 54 is connected to a collecting portion of the exhaust manifold 51. The other end of the exhaust gas recirculation pipe 54 is connected to the surge tank 41b. The EGR valve 55 is disposed in the exhaust gas recirculation pipe 54. The EGR valve 55 changes the opening cross-sectional area of the exhaust gas recirculation pipe 54.

一方、内燃機関10は、エアフローメータ71、スロットルポジションセンサ72、水温センサ73、クランクポジションセンサ74、インテークカムポジションセンサ75、エキゾーストカムポジションセンサ76、上流側空燃比センサ77、下流側空燃比センサ78、及びアクセル開度センサ79を備えている。   On the other hand, the internal combustion engine 10 includes an air flow meter 71, a throttle position sensor 72, a water temperature sensor 73, a crank position sensor 74, an intake cam position sensor 75, an exhaust cam position sensor 76, an upstream air-fuel ratio sensor 77, and a downstream air-fuel ratio sensor 78. , And an accelerator opening sensor 79.

エアフローメータ71は、吸気管42内を流れる吸入空気の質量流量(吸入空気流量)Gaを検出する。スロットルポジションセンサ72は、スロットル弁43の開度(スロットル弁開度)を検出する。水温センサ73は、内燃機関10の冷却水の温度を検出する。クランクポジションセンサ74は、クランク軸24の回転角度の位相(変化)を検出する。この検出結果は、機関回転速度NEを表す。   The air flow meter 71 detects a mass flow rate (intake air flow rate) Ga of intake air flowing through the intake pipe 42. The throttle position sensor 72 detects the opening degree of the throttle valve 43 (throttle valve opening degree). The water temperature sensor 73 detects the temperature of the cooling water of the internal combustion engine 10. The crank position sensor 74 detects the phase (change) of the rotation angle of the crankshaft 24. This detection result represents the engine speed NE.

インテークカムポジションセンサ75は、インテークカムシャフトの回転角度の位相(変化)を検出する。クランクポジションセンサ74及びインテークカムポジションセンサ75からの信号に基づいて、基準気筒(例えば第1気筒)の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角CAが取得される。この絶対クランク角CAは、基準気筒の圧縮上死点において「0°クランク角」に設定され、クランク角の回転角度に応じて720°クランク角まで増大し、その時点にて再び0°クランク角に設定される。エキゾーストカムポジションセンサ76は、エキゾーストカムシャフトが回転角度の位相(変化)を検出する。   The intake cam position sensor 75 detects the phase (change) of the rotation angle of the intake camshaft. Based on the signals from the crank position sensor 74 and the intake cam position sensor 75, the absolute crank angle CA with reference to the compression top dead center of the reference cylinder (for example, the first cylinder) is acquired. This absolute crank angle CA is set to “0 ° crank angle” at the compression top dead center of the reference cylinder, and increases to 720 ° crank angle according to the rotation angle of the crank angle. Set to The exhaust cam position sensor 76 detects the phase (change) of the rotation angle of the exhaust camshaft.

上流側空燃比センサ77(本発明における空燃比センサ)は、図2にも示したように、エキゾーストマニホールド51の集合部HK(排気集合部)よりも下流の集合排気通路において、上流側触媒53より上流に配設されている。上流側空燃比センサ77は、例えば、特開平11−72473号公報、特開2000−65782号公報、及び特開2004−69547号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。   As shown in FIG. 2, the upstream air-fuel ratio sensor 77 (air-fuel ratio sensor in the present invention) includes an upstream catalyst 53 in the collective exhaust passage downstream of the collective portion HK (exhaust collective portion) of the exhaust manifold 51. It is arranged further upstream. The upstream side air-fuel ratio sensor 77 is disclosed in, for example, “Limit current type wide area sky provided with diffusion resistance layer” disclosed in JP-A-11-72473, JP-A-2000-65782, JP-A-2004-69547, and the like. "Fuel ratio sensor".

以下、集合排気通路内を通過する排ガスを「混合排ガス」と称呼する。混合排ガスは、各気筒から排出された排ガスが混合されて得られる排ガスである。上流側空燃比センサ77は、上流側触媒53に流入する混合排ガスの空燃比に応じた出力値Vabyfs(V)を発生する。この出力値Vabyfsは、図3に示した空燃比変換テーブル(マップ)Mapabyfsを利用して、出力値Vabyfsにより表される空燃比(以下、「検出空燃比」と呼ぶ。)abyfsに変換される。   Hereinafter, the exhaust gas passing through the collective exhaust passage is referred to as “mixed exhaust gas”. The mixed exhaust gas is an exhaust gas obtained by mixing exhaust gases discharged from each cylinder. The upstream air-fuel ratio sensor 77 generates an output value Vabyfs (V) corresponding to the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas flowing into the upstream catalyst 53. This output value Vabyfs is converted into an air-fuel ratio (hereinafter referred to as “detected air-fuel ratio”) abyfs represented by the output value Vabyfs using the air-fuel ratio conversion table (map) Mapabyfs shown in FIG. .

再び、図1及び図2を参照すると、下流側空燃比センサ78は、集合排気通路において上流側触媒53より下流側であり且つ下流側触媒よりも上流側に配設されている。下流側空燃比センサ78は、周知の起電力式の酸素濃度センサ(安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ)である。下流側空燃比センサ78は、上流側触媒53から流出する混合排ガスの空燃比(従って、機関に供給される混合気の空燃比の時間的平均値)に応じた出力値Voxs(V)を発生する。   Referring to FIGS. 1 and 2 again, the downstream air-fuel ratio sensor 78 is disposed downstream of the upstream catalyst 53 and upstream of the downstream catalyst in the collective exhaust passage. The downstream air-fuel ratio sensor 78 is a known electromotive force type oxygen concentration sensor (a well-known concentration cell type oxygen concentration sensor using stabilized zirconia). The downstream air-fuel ratio sensor 78 generates an output value Voxs (V) corresponding to the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas flowing out from the upstream catalyst 53 (and hence the temporal average value of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine). To do.

図4に示したように、この出力値Voxsは、空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき最大出力値max(例えば、約0.9V)となり、空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき最小出力値min(例えば、約0.1V)となり、空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の電圧Vst(例えば、約0.5V)となる。更に、この出力値Voxsは、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へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急変し、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へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。   As shown in FIG. 4, the output value Voxs becomes the maximum output value max (for example, about 0.9 V) when the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and when the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. The minimum output value min (for example, about 0.1 V), and when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, it becomes a voltage Vst (for example, about 0.5 V) approximately halfway between the maximum output value max and the minimum output value min. Further, the output value Voxs suddenly changes from the maximum output value max to the minimum output value min when the air-fuel ratio changes from an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio. When the air-fuel ratio leaner than the fuel ratio changes to a rich air-fuel ratio, it suddenly changes from the minimum output value min to the maximum output value max.

再び、図1を参照して、アクセル開度センサ79は、運転者によって操作されるアクセルペダルAPの操作量(アクセルペダル操作量)を検出する。   Referring again to FIG. 1, accelerator opening sensor 79 detects an operation amount (accelerator pedal operation amount) of accelerator pedal AP operated by the driver.

電気制御装置90は、互いにバスで接続された「CPU91、CPU91が実行するプログラム、各種テーブル(マップ、関数)及び定数等を予め記憶したROM92、CPU91が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM93、及び、バックアップRAM94、並びにADコンバータを含むインターフェース95等」からなる周知のマイクロコンピュータである。   The electrical control device 90 is connected to each other by a bus “a CPU 91, a ROM 92 that stores programs executed by the CPU 91, various tables (maps, functions), constants, and the like in advance, and the CPU 91 temporarily stores data as necessary. It is a well-known microcomputer comprising a RAM 93, a backup RAM 94, and an interface 95 including an AD converter.

インターフェース95は、センサ71〜79と接続され、CPU91にそれらのセンサからの信号を供給する。更に、インターフェース95は、CPU91の指示に応じてアクチュエータ33a、アクチュエータ36a、各気筒のイグナイタ38、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁39、スロットル弁アクチュエータ43a、及びEGR弁55等に駆動信号(指示信号)を送出するようになっている。   The interface 95 is connected to the sensors 71 to 79 and supplies a signal from these sensors to the CPU 91. Further, the interface 95 is driven to the actuator 33a, the actuator 36a, the igniter 38 of each cylinder, the fuel injection valve 39 provided for each cylinder, the throttle valve actuator 43a, the EGR valve 55, etc. according to the instruction of the CPU 91. A signal (instruction signal) is transmitted.

(空燃比フィードバック制御)
次に、本装置による空燃比フィードバック制御の概要について説明する。本装置は、上流側空燃比センサ77の出力値Vabyfs、及び下流側空燃比センサ78の出力値Voxsに基づいて、混合排ガスの空燃比を、目標空燃比(=理論空燃比)と一致するようにフィードバック制御する。
(Air-fuel ratio feedback control)
Next, the outline of the air-fuel ratio feedback control by this apparatus will be described. In the present apparatus, based on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 77 and the output value Vaxs of the downstream air-fuel ratio sensor 78, the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas is made to coincide with the target air-fuel ratio (= theoretical air-fuel ratio). Feedback control.

このフィードバック制御の一例としては、以下のものが挙げられる。即ち、下流側空燃比センサ78の出力値Voxsと理論空燃比に相当する目標値Vstとの偏差についてPID処理してフィードバック補正値(サブフィードバック補正量)が求められる。このサブフィードバック補正量により上流側空燃比センサ77の出力値Vabyfsを補正して得られる値を図3に示した空燃比変換テーブルMapabyfsに適用して、見かけ上の空燃比が求められる。この見かけ上の空燃比と理論空燃比との偏差についてPID処理して空燃比フィードバック量が求められる。この空燃比フィードバック量は、全気筒に対して共通する値である。   Examples of this feedback control include the following. That is, the feedback correction value (sub feedback correction amount) is obtained by performing PID processing on the deviation between the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 78 and the target value Vst corresponding to the theoretical air-fuel ratio. A value obtained by correcting the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 77 by this sub-feedback correction amount is applied to the air-fuel ratio conversion table Mapabyfs shown in FIG. 3 to obtain the apparent air-fuel ratio. A PID process is performed on the difference between the apparent air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio to obtain an air-fuel ratio feedback amount. This air-fuel ratio feedback amount is a value common to all cylinders.

この空燃比フィードバック量により、「機関回転速度NEと吸入空気流量Gaと目標空燃比とに基づいて得られる基本燃料噴射量」を補正して得られる量の燃料が、各気筒の燃料噴射弁39からそれぞれ噴射される。このように、全気筒に共通する空燃比フィードバック量に基づいて各燃料噴射弁39から噴射される燃料の量をそれぞれ調整することにより、混合排ガスの空燃比がフィードバック制御される。   With this air-fuel ratio feedback amount, an amount of fuel obtained by correcting the “basic fuel injection amount obtained based on the engine speed NE, the intake air flow rate Ga, and the target air-fuel ratio” is the fuel injection valve 39 of each cylinder. Each is injected from. In this manner, the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas is feedback-controlled by adjusting the amount of fuel injected from each fuel injection valve 39 based on the air-fuel ratio feedback amount common to all cylinders.

(空燃比気筒間インバランス状態)
次に、空燃比気筒間インバランス状態(以下、簡単に「インバランス状態」とも呼ぶ。)について説明する。「空燃比気筒間インバランス」とは、気筒間における空燃比のばらつきを指す。空燃比気筒間インバランスは、例えば、燃料噴射弁39からの実際の噴射量の気筒間のばらつき、吸気弁32の実際の最大リフト量の気筒間のばらつき、EGRシステムにより吸気通路に還流された排ガスの量の各気筒への分配のばらつき等に起因して発生し得る。
(Air-fuel ratio imbalance between cylinders)
Next, an air-fuel ratio imbalance state between cylinders (hereinafter also simply referred to as “an imbalance state”) will be described. “Air-fuel ratio imbalance among cylinders” refers to variations in air-fuel ratio among cylinders. The air-fuel ratio imbalance among cylinders is, for example, variation between cylinders in the actual injection amount from the fuel injection valve 39, variation between cylinders in the actual maximum lift amount of the intake valve 32, and recirculation to the intake passage by the EGR system. This may be caused by variations in the distribution of the amount of exhaust gas to each cylinder.

図5に示すように、インバランス状態が発生している場合、混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致していても、空燃比が理論空燃比よりもリッチとなる気筒(リッチ気筒)と、空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる気筒(リーン気筒)が必ず発生する。図5では、一例として、第4気筒が「リッチ気筒」となり、第1〜第3気筒が「リーン気筒」となる場合が示されている。   As shown in FIG. 5, when an imbalance condition occurs, a cylinder (rich cylinder) in which the air-fuel ratio becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio even if the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches the stoichiometric air-fuel ratio, A cylinder (lean cylinder) in which the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is inevitably generated. FIG. 5 shows, as an example, a case where the fourth cylinder is a “rich cylinder” and the first to third cylinders are “lean cylinders”.

図5に示すインバランス状態は、例えば、第1〜第3気筒の燃料噴射弁39が「指示された燃料噴射量と等しい量の燃料を噴射する」正常な状態にあり、第4気筒の燃料噴射弁39のみが「指示された燃料噴射量よりも過大な量の燃料を噴射する」異常な状態にある場合に発生し得る。即ち、この場合、第4気筒の空燃比のみが大きくリッチ側に変化する。これにより、集合排気通路を通過する混合排ガスの空燃比(全気筒の空燃比の平均)は、理論空燃比よりもリッチとなる。従って、全気筒に対して共通する上述した「空燃比フィードバック量」により、第4気筒の空燃比は理論空燃比に近づけられるようにリーン側へと変更され、同時に、他の3つの気筒の空燃比は理論空燃比から遠ざけられるようにリーン側へと変更させられる。この結果、集合排気通路を通過する混合排ガスの空燃比は略理論空燃比に一致させられる。   The imbalance state shown in FIG. 5 is a normal state in which the fuel injection valves 39 of the first to third cylinders “inject an amount of fuel equal to the instructed fuel injection amount”, for example, and the fuel of the fourth cylinder This may occur when only the injection valve 39 is in an abnormal state of “injecting an amount of fuel that is larger than the instructed fuel injection amount”. That is, in this case, only the air-fuel ratio of the fourth cylinder greatly changes to the rich side. Thereby, the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas passing through the collective exhaust passage (the average of the air-fuel ratios of all cylinders) becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, the air-fuel ratio of the fourth cylinder is changed to the lean side so as to approach the stoichiometric air-fuel ratio by the above-described “air-fuel ratio feedback amount” common to all the cylinders, and at the same time, the air-fuel ratio of the other three cylinders The fuel ratio is changed to the lean side so as to be away from the stoichiometric air-fuel ratio. As a result, the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas that passes through the collective exhaust passage is substantially matched with the stoichiometric air-fuel ratio.

しかしながら、第4気筒の空燃比は依然として理論空燃比よりもリッチに維持され、他の3つの気筒の空燃比は理論空燃比よりもリーンに維持される。以上のことから、第4気筒が「リッチ気筒」となり、第1〜第3気筒が「リーン気筒」となる。このように、混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致している場合において、1つの気筒のみがリッチ気筒となり残りの全ての気筒がリーン気筒となる状態を、特に「リッチインバランス状態」と呼ぶ。   However, the air-fuel ratio of the fourth cylinder is still kept richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratios of the other three cylinders are kept leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. From the above, the fourth cylinder is a “rich cylinder” and the first to third cylinders are “lean cylinders”. In this way, when the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches the stoichiometric air-fuel ratio, a state where only one cylinder is a rich cylinder and all the remaining cylinders are lean cylinders, particularly a “rich imbalance state” Call.

他方、第1〜第3気筒の燃料噴射弁39が「指示された燃料噴射量と等しい量の燃料を噴射する」正常な状態にあり、第4気筒の燃料噴射弁39のみが「指示された燃料噴射量よりも過小な量の燃料を噴射する」異常な状態にある場合、上記と同様の理由により、第4気筒が「リーン気筒」となり、第1〜第3気筒が「リッチ気筒」となる。このように、混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致している場合において、1つの気筒のみがリーン気筒となり残りの全ての気筒がリッチ気筒となる状態を、特に「リーンインバランス状態」と呼ぶ。   On the other hand, the fuel injection valves 39 of the first to third cylinders are in a normal state of “injecting an amount of fuel equal to the instructed fuel injection amount”, and only the fuel injection valves 39 of the fourth cylinder are “instructed” In the abnormal state of “injecting an amount of fuel that is less than the fuel injection amount”, the fourth cylinder becomes “lean cylinder” and the first to third cylinders become “rich cylinder” for the same reason as above. Become. In this way, when the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches the stoichiometric air-fuel ratio, a state in which only one cylinder is a lean cylinder and all the remaining cylinders are rich cylinders is particularly referred to as a “lean imbalance state”. .

このように、インバランス状態(リッチインバランス状態又はリーンインバランス状態)が発生すると、各気筒における混合気の燃焼状態が完全燃焼とは相違した燃焼状態となる。この結果、各気筒から排出されるエミッションの量(未燃物の量及び窒素酸化物の量)が増大する。このため、集合排気通路を通過する混合排ガスの空燃比(全気筒の空燃比の平均)が理論空燃比であったとしても、増大したエミッションを三元触媒が浄化しきれず、結果として、排ガスに含まれるエミッションの量が増大する虞がある。   Thus, when an imbalance state (rich imbalance state or lean imbalance state) occurs, the combustion state of the air-fuel mixture in each cylinder becomes a combustion state different from complete combustion. As a result, the amount of emissions discharged from each cylinder (the amount of unburned matter and the amount of nitrogen oxides) increases. For this reason, even if the air-fuel ratio (average of the air-fuel ratios of all cylinders) of the mixed exhaust gas that passes through the collective exhaust passage is the stoichiometric air-fuel ratio, the three-way catalyst cannot fully purify the increased emission, resulting in the exhaust gas as a result. There is a risk that the amount of emissions included will increase.

従って、インバランス状態(リッチインバランス状態又はリーンインバランス状態)の発生時において何らかの対策を講じるために、インバランス状態が発生したか否かの判定を行うことは、エミッションの量の増大を抑制するために重要である。以上のことから、本装置は、インバランス状態が発生したか否かの判定を行う。   Therefore, in order to take some measures when an imbalance condition (rich imbalance condition or lean imbalance condition) occurs, determining whether an imbalance condition has occurred suppresses an increase in the amount of emissions. Is important for. From the above, this apparatus determines whether or not an imbalance state has occurred.

(本装置によるインバランス状態の検出手法)
以下、本装置によるインバランス状態の検出手法について、図6〜図9を参照しながら説明する。なお、図6〜図9は、多気筒内燃機関が定常運転状態にあり、且つ、混合排ガスの空燃比が目標空燃比AFr(=理論空燃比)に一致している場合における、検出空燃比abyfs(上流側空燃比センサ77の出力値Vabyfsを図3に示した空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより得られる空燃比)の推移の一例を示す。
(Imbalance state detection method using this device)
Hereinafter, the detection method of the imbalance state by this apparatus is demonstrated, referring FIGS. 6 to 9 show the detected air-fuel ratio abyfs when the multi-cylinder internal combustion engine is in a steady operation state and the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches the target air-fuel ratio AFr (= theoretical air-fuel ratio). An example of transition of the air-fuel ratio obtained by applying the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 77 to the air-fuel ratio conversion table Mapabyfs shown in FIG. 3 is shown.

以下、説明の便宜上、全気筒(上流側空燃比センサ77に到達する排ガスを排出している全ての気筒)において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角が経過する期間を、「単位燃焼サイクル期間」と呼ぶ。4気筒・4サイクル・エンジンの場合、単位燃焼サイクル期間は720°クランク角である。   Hereinafter, for convenience of explanation, the period during which the crank angle required for completing each one combustion stroke in all the cylinders (all the cylinders that exhaust the exhaust gas reaching the upstream air-fuel ratio sensor 77) elapses is expressed as “ This is called “unit combustion cycle period”. In the case of a 4-cylinder, 4-cycle engine, the unit combustion cycle period is 720 ° crank angle.

上流側空燃比センサ77には、各気筒からの排ガスが点火順(従って、排気順)に到達する。従って、インバランス状態が発生している場合と発生していない場合とでは、検出空燃比abyfsの推移が大きく異なる。   The exhaust gas from each cylinder reaches the upstream air-fuel ratio sensor 77 in the ignition order (accordingly, the exhaust order). Therefore, the transition of the detected air-fuel ratio abyfs is greatly different between when the imbalance state occurs and when it does not occur.

<インバランス状態が発生していない場合>
インバランス状態が発生していない場合、各気筒から排出される排ガスの空燃比は互いに略同一(略理論空燃比)である。このことに起因して、検出空燃比abyfsは、任意の単位燃焼サイクル期間内において「目標空燃比AFrよりリッチの値である検出空燃比abyfrの極小値(以下、「リッチ極小値」と呼ぶ)」及び「目標空燃比AFrよりリーンの値である検出空燃比abyfrの極大値(以下、「リーン極大値」と呼ぶ)」がそれぞれ気筒数個だけ存在するように推移する。
<When an imbalance condition has not occurred>
When the imbalance state has not occurred, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder is substantially the same (substantially the theoretical air-fuel ratio). Due to this, the detected air-fuel ratio abyfs is “a minimum value of the detected air-fuel ratio abyfr that is richer than the target air-fuel ratio AFr” (hereinafter referred to as “rich minimum value”) within an arbitrary unit combustion cycle period. ”And“ maximum value of the detected air-fuel ratio abyfr that is leaner than the target air-fuel ratio AFr ”(hereinafter, referred to as“ lean maximum value ”) are changed so that there are only a few cylinders.

具体的には、4気筒・4サイクル・エンジンの場合、図6に示すように、任意の単位燃焼サイクル期間(=720°クランク角)内において、リッチ極小値(点b)及びリーンの極大値(点a)がそれぞれ4つだけ存在する状態が得られる。   Specifically, in the case of a four-cylinder / four-cycle engine, as shown in FIG. 6, the rich minimum value (point b) and the lean maximum value within an arbitrary unit combustion cycle period (= 720 ° crank angle). A state in which only four (points a) exist is obtained.

なお、インバランス状態が発生していない場合、「任意の単位燃焼サイクル期間内においてリッチ極小値及びリーン極大値がそれぞれ気筒数個だけ存在する」状態は、上流側空燃比センサ77の応答性の高低にかかわらず(応答性が極端に高くても極端に低くても)得られる。   When the imbalance state has not occurred, the state that “there are only a few rich minimum values and lean maximum values within an arbitrary unit combustion cycle period” means that the upstream air-fuel ratio sensor 77 has responsiveness. It can be obtained regardless of the height (whether the response is extremely high or extremely low).

<インバランス状態が発生している場合>
これに対し、リッチインバランス状態が発生している場合、1つのリッチ気筒から排出される排ガスの空燃比は理論空燃比よりリッチとなり、残りの全ての気筒(全てリーン気筒)から排出される排ガスの空燃比はそれぞれ理論空燃比よりリーンとなる。このことに起因して、リッチインバランス状態が発生している場合、検出空燃比abyfsは単位燃焼サイクル期間を一周期として大きく変動する。
<When an imbalance condition has occurred>
On the other hand, when the rich imbalance state occurs, the air-fuel ratio of exhaust gas discharged from one rich cylinder becomes richer than the theoretical air-fuel ratio, and the exhaust gas discharged from all remaining cylinders (all lean cylinders). Each of the air-fuel ratios is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Due to this, when the rich imbalance state occurs, the detected air-fuel ratio abyfs greatly varies with the unit combustion cycle period as one cycle.

以下、先ず、上流側空燃比センサ77が極端に高い応答性を有している場合を想定する。「上流側空燃比センサ77が極端に高い応答性を有している場合」とは、上流側空燃比センサ77(即ち、拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ)の応答性を表す時定数(ステップ入力に対する一次遅れ応答についての時定数)が単位燃焼サイクル期間より極端に短い場合を指す。この場合においてリッチインバランス状態が発生している場合、検出空燃比abyfsは、任意の単位燃焼サイクル期間内においてリッチ極小値が1つのみ存在し且つリーン極大値が(全気筒数−1)個だけ存在するように推移し得る。   Hereinafter, first, it is assumed that the upstream air-fuel ratio sensor 77 has extremely high responsiveness. “When the upstream air-fuel ratio sensor 77 has extremely high responsiveness” represents the responsiveness of the upstream air-fuel ratio sensor 77 (that is, a limiting current type wide-area air-fuel ratio sensor having a diffusion resistance layer). This refers to the case where the time constant (time constant for the first-order lag response to the step input) is extremely shorter than the unit combustion cycle period. In this case, when the rich imbalance state occurs, the detected air-fuel ratio abyfs has only one rich minimum value and (lean total number of cylinders -1) pieces of the lean maximum value within an arbitrary unit combustion cycle period. Can only transition to exist.

具体的には、4気筒・4サイクル・エンジンの場合、図7に示すように、任意の単位燃焼サイクル期間(=720°クランク角)内において、リッチ極小値(点b)が1つのみ存在し且つリーン極大値(点a)が3つだけ存在する状態が得られる。   Specifically, in the case of a 4-cylinder, 4-cycle engine, as shown in FIG. 7, only one rich minimum value (point b) exists within an arbitrary unit combustion cycle period (= 720 ° crank angle). In addition, a state where only three lean maximum values (point a) exist is obtained.

同様の理由により、上流側空燃比センサ77が極端に高い応答性を有している場合においてリーンインバランス状態が発生している場合、検出空燃比abyfsは、任意の単位燃焼サイクル期間内においてリーン極大値が1つのみ存在し且つリッチ極小値が(全気筒数−1)個だけ存在するように推移し得る。   For the same reason, when the lean imbalance state occurs when the upstream side air-fuel ratio sensor 77 has extremely high responsiveness, the detected air-fuel ratio abyfs has a lean maximum within an arbitrary unit combustion cycle period. It can be changed so that there is only one value and there are only (the number of all cylinders-1) rich minimum values.

具体的には、4気筒・4サイクル・エンジンの場合、図8に示すように、任意の単位燃焼サイクル期間(=720°クランク角)内において、リーン極大値(点a)が1つのみ存在し且つリッチ極小値(点b)が3つだけ存在する状態が得られる。   Specifically, in the case of a 4-cylinder, 4-cycle engine, as shown in FIG. 8, only one lean maximum value (point a) exists within an arbitrary unit combustion cycle period (= 720 ° crank angle). In addition, a state in which only three rich minimum values (point b) exist is obtained.

以上、上流側空燃比センサ77が極端に高い応答性を有している場合においてインバランス状態(リッチインバランス状態又はリーンインバランス状態)が発生している場合について説明した。しかしながら、実際には、上流側空燃比センサ77の応答性を表す時定数(ステップ入力に対する一次遅れ応答についての時定数)は、単位燃焼サイクル期間より長い。   The case where the imbalance state (rich imbalance state or lean imbalance state) occurs when the upstream air-fuel ratio sensor 77 has extremely high responsiveness has been described above. However, in practice, the time constant representing the response of the upstream air-fuel ratio sensor 77 (the time constant for the first-order lag response to the step input) is longer than the unit combustion cycle period.

具体的には、現状では、限界電流式広域空燃比センサの応答性を表す時定数は、300msec程度以上である。これに対し、4気筒・4サイクル・エンジンが「単位燃焼サイクル期間が最も長くなる」状態にある場合、即ち、アイドリング状態(例えば、NE=600rpm)にある場合の単位燃焼サイクル期間は、200msecである。   Specifically, at present, the time constant representing the responsiveness of the limiting current type wide area air-fuel ratio sensor is about 300 msec or more. In contrast, when the 4-cylinder, 4-cycle engine is in the “unit combustion cycle period is the longest” state, that is, in the idling state (for example, NE = 600 rpm), the unit combustion cycle period is 200 msec. is there.

このように、上流側空燃比センサの応答性を表す時定数が単位燃焼サイクル期間より長い場合(即ち、上流側空燃比センサが通常の応答性を有する場合)において、インバランス状態(リッチインバランス状態又はリーンインバランス状態)が発生していると、図9に示すように、検出空燃比abyfsは、全気筒数にかかわらず、任意の単位燃焼サイクル期間内においてリーン極大値が1つのみ存在し且つリッチ極小値が1つのみ存在するように推移する。   As described above, when the time constant representing the response of the upstream air-fuel ratio sensor is longer than the unit combustion cycle period (that is, when the upstream air-fuel ratio sensor has normal response), the imbalance state (rich imbalance). 9), the detected air-fuel ratio abyfs has only one lean maximum value in any unit combustion cycle period regardless of the total number of cylinders, as shown in FIG. And it changes so that only one rich minimum exists.

以上の内容を整理する。多気筒内燃機関が定常運転状態にあり、且つ、混合排ガスの空燃比が目標空燃比(=理論空燃比)に一致している場合を想定する。インバランス状態が発生していない場合、上流側空燃比センサ77が極端に高い応答性を有していても通常の応答性を有していても、任意の単位燃焼サイクル期間内においてリッチ極小値及びリーン極大値がそれぞれ全気筒数個(即ち、2つ以上)存在する状態が得られる(図6を参照)。   Organize the above contents. It is assumed that the multi-cylinder internal combustion engine is in a steady operation state and the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches the target air-fuel ratio (= theoretical air-fuel ratio). When the imbalance state has not occurred, the rich minimum value in any unit combustion cycle period, regardless of whether the upstream air-fuel ratio sensor 77 has extremely high response or normal response. In addition, a state in which several cylinders (ie, two or more) exist in each of the local maximum values is obtained (see FIG. 6).

これに対し、インバランス状態(リッチインバランス状態又はリーンインバランス状態)が発生している場合、上流側空燃比センサ77が極端に高い応答性を有していても通常の応答性を有していても、任意の単位燃焼サイクル期間内においてリッチ極小値が1つのみ存在する状態(図7及び図9の点bを参照)、又は、任意の単位燃焼サイクル期間内においてリーン極大値が1つのみ存在する状態(図8及び図9の点aを参照)が得られる。   On the other hand, when an imbalance state (rich imbalance state or lean imbalance state) occurs, even if the upstream air-fuel ratio sensor 77 has extremely high responsiveness, it has normal responsiveness. However, there is only one rich minimum value in any unit combustion cycle period (see point b in FIGS. 7 and 9), or one lean maximum value in any unit combustion cycle period. Only exists (see point a in FIGS. 8 and 9).

本装置によるインバランス状態の検出手法は、係る知見に基づく。即ち、本装置は、単位燃焼サイクル期間内において存在するリッチ極小値の数、又は、単位燃焼サイクル期間内において存在するリーン極大値の数に基づいて、インバランス状態が発生したか否かについて判定する。   The imbalance state detection method by this apparatus is based on such knowledge. That is, this device determines whether or not an imbalance condition has occurred based on the number of rich minimum values that exist within a unit combustion cycle period or the number of lean maximum values that exist within a unit combustion cycle period. To do.

より具体的には、本装置は、「単位燃焼サイクル期間内においてリッチ極小値が1つのみ存在する状態」、又は、「単位燃焼サイクル期間内においてリーン極大値が1つのみ存在する状態」が検出されたことに基づいて、「インバランス状態が発生した」と判定する(インバランス状態を検出する)。これにより、上流側空燃比センサの応答性によらず、「インバランス状態が発生した」との判定を安定して精度良く行うことができる。   More specifically, the present apparatus has a “state in which only one rich minimum value exists within a unit combustion cycle period” or a “state in which only one lean maximum value exists within a unit combustion cycle period”. Based on the detection, it is determined that “an imbalance condition has occurred” (an imbalance condition is detected). Accordingly, it is possible to stably and accurately determine that an “imbalance state has occurred” regardless of the responsiveness of the upstream air-fuel ratio sensor.

更には、上流側空燃比センサの応答性を表す時定数が単位燃焼サイクル期間より長い場合(即ち、上流側空燃比センサが通常の応答性を有する場合)においては、本装置は、「単位燃焼サイクル期間内においてリッチ極小値が1つのみ存在し且つリーン極大値が1つのみ存在する状態」が検出されたことに基づいて、「インバランス状態が発生した」と判定することもできる。   Further, when the time constant representing the responsiveness of the upstream air-fuel ratio sensor is longer than the unit combustion cycle period (that is, when the upstream air-fuel ratio sensor has normal responsiveness), the present apparatus determines that “unit combustion Based on the detection of “a state in which only one rich minimum value exists and only one lean maximum value exists” within the cycle period, it can also be determined that “an imbalance state has occurred”.

なお、検出空燃比abyfsの極値の数の検出は、実際には以下のように行われる。即ち、微小クランク角度(或いは、微小時間)毎に検出空燃比abyfsのデータが取得される。取得されたデータ群から任意の単位燃焼サイクル期間の部分が抜粋される。抜粋されたデータ群を数値解析することにより、任意の単位燃焼サイクル期間中に存在する極値の数がカウントされる。この結果、任意の単位燃焼サイクル期間中に存在するリッチ極小値又はリーン極大値の数をカウントすることができる。   The number of extreme values of the detected air-fuel ratio abyfs is actually detected as follows. That is, data of the detected air-fuel ratio abyfs is acquired for each minute crank angle (or minute time). An arbitrary unit combustion cycle period is extracted from the acquired data group. By numerically analyzing the extracted data group, the number of extreme values existing during an arbitrary unit combustion cycle is counted. As a result, the number of rich minimum values or lean maximum values existing during an arbitrary unit combustion cycle can be counted.

(検出空燃比又は目標空燃比の補正)
上述したように、インバランス状態が発生している場合、混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致していてもリッチ気筒とリーン気筒とが必ず発生する。リッチ気筒からは未燃物(HC,CO)や水素分子が多く排出される。リーン気筒からは窒素酸化物(NOx)や酸素分子が多く排出される。
(Correction of detected air-fuel ratio or target air-fuel ratio)
As described above, when the imbalance state occurs, even if the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches the stoichiometric air-fuel ratio, a rich cylinder and a lean cylinder always occur. A lot of unburned matter (HC, CO) and hydrogen molecules are discharged from the rich cylinder. A large amount of nitrogen oxides (NOx) and oxygen molecules are discharged from the lean cylinder.

このように各気筒から排出される各種ガス成分は、その後、上流側空燃比センサ77(即ち、拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ)の拡散抵抗層を通過する。その際の各ガス成分の速度(拡散速度)は、ガス成分毎に異なる。特に、水素分子の拡散速度は、他のガス成分の拡散速度に対して速く、およそ3倍程度である。   Thus, the various gas components discharged from each cylinder then pass through the diffusion resistance layer of the upstream air-fuel ratio sensor 77 (that is, the limiting current type wide-area air-fuel ratio sensor including the diffusion resistance layer). The speed (diffusion speed) of each gas component at that time is different for each gas component. In particular, the diffusion speed of hydrogen molecules is higher than the diffusion speed of other gas components, and is about 3 times.

このことは、上流側空燃比センサの水素分子に対する感度が上流側空燃比センサの他のガス成分に対する感度と比べて3倍程度高いことを意味する。水素分子は還元性ガスである。以上より、インバランス状態が発生している場合、水素分子の拡散速度が速いことに起因して、上流側空燃比センサの検出空燃比abyfsが真値に対してリッチ側にずれる現象が発生し得る。   This means that the sensitivity of the upstream air-fuel ratio sensor to hydrogen molecules is about three times higher than the sensitivity of the upstream air-fuel ratio sensor to other gas components. Hydrogen molecules are reducing gases. From the above, when the imbalance state occurs, the phenomenon that the detected air-fuel ratio abyfs of the upstream air-fuel ratio sensor shifts to the rich side with respect to the true value occurs due to the high diffusion speed of hydrogen molecules. obtain.

従って、このずれを補償するため、適切な空燃比補正量を算出し、算出された空燃比補正量だけ検出空燃比abyfsをリーン側に補正する又は目標空燃比をリッチ側に補正することが好ましいと考えられる。以下、係る「適切な空燃比補正量」の算出手法について説明する。   Therefore, in order to compensate for this deviation, it is preferable to calculate an appropriate air-fuel ratio correction amount and correct the detected air-fuel ratio abyfs to the lean side or the target air-fuel ratio to the rich side by the calculated air-fuel ratio correction amount. it is conceivable that. Hereinafter, a method for calculating the “appropriate air-fuel ratio correction amount” will be described.

図10は、図9に対応するグラフであり、上流側空燃比センサが通常の応答性を有する場合において、インバランス状態が発生し且つ混合排ガスの空燃比が目標空燃比(=理論空燃比)に一致している場合における検出空燃比abyfsの推移の一例を示す。   FIG. 10 is a graph corresponding to FIG. 9. When the upstream air-fuel ratio sensor has normal response, an imbalance state occurs and the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas is the target air-fuel ratio (= theoretical air-fuel ratio). Shows an example of transition of the detected air-fuel ratio abyfs in the case of

図10において、Mは、単位燃焼サイクル期間内における検出空燃比abyfsの平均値(空燃比平均値)である。上述した「検出空燃比のずれ」により、空燃比平均値Mは、理論空燃比よりリッチとなっている。Srは、単位燃焼サイクル期間内において検出空燃比abyfsが空燃比平均値Mよりリッチである期間に亘って「検出空燃比abyfsの空燃比平均値Mからの偏差」を積算して得られる値(リッチ空燃比面積、図10にてドットで示す領域の面積に相当する。)である。Slは、単位燃焼サイクル期間内において検出空燃比abyfsが空燃比平均値Mよりリーンである期間に亘って「検出空燃比abyfsの空燃比平均値Mからの偏差」を積算して得られる値(リーン空燃比面積、図10にて斜線で示す領域の面積に相当する。)である。   In FIG. 10, M is the average value (air-fuel ratio average value) of the detected air-fuel ratio abyfs within the unit combustion cycle period. The air / fuel ratio average value M is richer than the stoichiometric air / fuel ratio due to the above-described “deviation of the detected air / fuel ratio”. Sr is a value obtained by integrating the “deviation of the detected air-fuel ratio abyfs from the average air-fuel ratio M” over a period in which the detected air-fuel ratio abyfs is richer than the average air-fuel ratio M within the unit combustion cycle period ( Rich air-fuel ratio area, which corresponds to the area of the region indicated by dots in FIG. S1 is a value obtained by integrating the “deviation of the detected air-fuel ratio abyfs from the average air-fuel ratio M” over a period in which the detected air-fuel ratio abyfs is leaner than the average air-fuel ratio M within the unit combustion cycle period ( The lean air-fuel ratio area corresponds to the area of the hatched area in FIG.

なお、目標空燃比AFrに対する空燃比平均値Mのずれは、上記サブフィードバック補正量(下流側空燃比センサ78の出力値Voxsと理論空燃比に相当する目標値Vstとの偏差についてPID処理して得られる補正量)の積分項(I項)により補償され得る。従って、検出空燃比abyfsの平均値Mが理論空燃比よりリッチ側にずれていても、上流側触媒53から排出される排ガスの空燃比は略理論空燃比に維持され得る。   Note that the deviation of the average air-fuel ratio M from the target air-fuel ratio AFr is obtained by subjecting the sub-feedback correction amount (the difference between the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 78 and the target value Vst corresponding to the theoretical air-fuel ratio to PID processing). It can be compensated by the integral term (I term) of the (correction amount obtained). Therefore, even if the average value M of the detected air-fuel ratio abyfs is shifted to the rich side from the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the upstream side catalyst 53 can be maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio.

空燃比補正量は、((Sl−Sr/3))/Tなる式によって簡易的に求めることができる。Tは単位燃焼サイクル期間である。上記式においてリッチ空燃比面積Srを「3」で除するのは、上述したように、水素分子の拡散速度が他のガス成分の拡散速度の3倍程度であることに基づく。   The air-fuel ratio correction amount can be easily obtained by the equation ((S1-Sr / 3)) / T. T is the unit combustion cycle period. The reason why the rich air-fuel ratio area Sr is divided by “3” in the above equation is based on the fact that the diffusion rate of hydrogen molecules is about three times the diffusion rate of other gas components as described above.

このように算出された空燃比補正量だけ検出空燃比abyfsをリーン側に補正する又は目標空燃比AFrをリッチ側に補正することにより、水素分子の拡散速度が速いことに起因する「検出空燃比abyfsのリッチ側へのずれ」が補償され得る。   By correcting the detected air-fuel ratio abyfs to the lean side by the air-fuel ratio correction amount calculated in this way or correcting the target air-fuel ratio AFr to the rich side, the "detected air-fuel ratio" "Abyfs rich side shift" can be compensated.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、4気筒の4サイクル・火花点火式内燃機関が採用されているが、4気筒以外の4サイクル・火花点火式・多気筒内燃機関が採用されてもよい。また、2サイクル・火花点火式・多気筒内燃機関が採用されてもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, a four-cylinder four-cycle / spark-ignition internal combustion engine is employed, but a four-cycle / spark-ignition / multi-cylinder internal combustion engine other than the four-cylinder may be employed. Also, a two-cycle / spark ignition / multi-cylinder internal combustion engine may be employed.

また、上記実施形態では、上流側空燃比センサ77の出力値Vabyfs、及び下流側空燃比センサ78の出力値Voxsに基づいて、混合排ガスの空燃比が目標空燃比(=理論空燃比)と一致するようにフィードバック制御されているが、上流側空燃比センサ77の出力値Vabyfsのみに基づいて、混合排ガスの空燃比が目標空燃比(=理論空燃比)と一致するようにフィードバック制御されてもよい。   In the above embodiment, the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches the target air-fuel ratio (= theoretical air-fuel ratio) based on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 77 and the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 78. However, even if feedback control is performed so that the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas coincides with the target air-fuel ratio (= theoretical air-fuel ratio) based only on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 77. Good.

39…燃料噴射弁、53…上流側触媒、77…上流側空燃比センサ、78…下流側空燃比センサ、90…電気制御装置、91…CPU   DESCRIPTION OF SYMBOLS 39 ... Fuel injection valve, 53 ... Upstream catalyst, 77 ... Upstream air-fuel ratio sensor, 78 ... Downstream air-fuel ratio sensor, 90 ... Electric control apparatus, 91 ... CPU

Claims (4)

複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される空燃比気筒間インバランス判定装置であって、
前記複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設されて、前記集合排気通路を通過する排ガスである混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する空燃比センサと、
前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料をそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁と、
前記混合排ガスの空燃比が目標空燃比と一致するように、前記複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック量を前記空燃比センサの出力値に基づいて算出するフィードバック量算出手段と、
前記空燃比フィードバック量に基づいて前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を調整することで前記混合排ガスの空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記複数の気筒において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角が経過する期間である単位燃焼サイクル期間内において存在する前記空燃比センサの出力値により表される空燃比である検出空燃比の極小値であって且つ前記目標空燃比よりリッチの値の数、又は、前記単位燃焼サイクル期間内において存在する前記検出空燃比の極大値であって且つ前記目標空燃比よりリーンの値の数に基づいて、前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比の気筒間のインバランス状態が発生したか否かについて判定する判定手段と、
を備えた、多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置。
An air-fuel ratio imbalance determining apparatus applied to a multi-cylinder internal combustion engine having a plurality of cylinders,
An air-fuel ratio sensor that is disposed in a collective exhaust passage formed by collecting exhaust passages extending from the plurality of cylinders and generates an output value corresponding to an air-fuel ratio of mixed exhaust gas that is exhaust gas that passes through the collective exhaust passage. When,
A plurality of fuel injection valves that are arranged corresponding to each of the plurality of cylinders and inject fuel contained in the air-fuel mixture supplied to the respective combustion chambers of the plurality of cylinders;
Feedback amount calculation means for calculating an air-fuel ratio feedback amount common to the plurality of cylinders based on an output value of the air-fuel ratio sensor so that an air-fuel ratio of the mixed exhaust gas matches a target air-fuel ratio;
Feedback control means for feedback-controlling the air-fuel ratio of the mixed exhaust gas by adjusting the amount of fuel injected from each of the plurality of fuel injection valves based on the air-fuel ratio feedback amount;
Detected air that is an air-fuel ratio represented by an output value of the air-fuel ratio sensor existing within a unit combustion cycle period in which a crank angle required for completing each one combustion stroke in the plurality of cylinders elapses. The minimum value of the fuel ratio and richer than the target air-fuel ratio, or the maximum value of the detected air-fuel ratio existing within the unit combustion cycle period and the value leaner than the target air-fuel ratio. Determining means for determining whether an imbalance state between the air-fuel ratios of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the respective combustion chambers of the plurality of cylinders has occurred based on the number;
An air-fuel ratio imbalance among cylinders determination apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine.
請求項1に記載の多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記判定手段は、
前記単位燃焼サイクル期間内において前記目標空燃比よりリッチの値である前記検出空燃比の極小値が1つのみ存在する状態、又は、前記単位燃焼サイクル期間内において前記目標空燃比よりリーンの値である前記検出空燃比の極大値が1つのみ存在する状態が検出されたことに基づいて、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するように構成された、多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置。
In the multi-cylinder internal combustion engine air-fuel ratio imbalance determination apparatus according to claim 1,
The determination means includes
A state in which only one minimum value of the detected air-fuel ratio that is richer than the target air-fuel ratio exists within the unit combustion cycle period, or a value that is leaner than the target air-fuel ratio within the unit combustion cycle period An air-fuel ratio of a multi-cylinder internal combustion engine configured to determine that the air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred based on detection of a state in which only one maximum value of the detected air-fuel ratio exists. Fuel ratio imbalance determination apparatus between cylinders.
請求項2に記載の多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記判定手段は、
前記単位燃焼サイクル期間内において、前記目標空燃比よりリッチの値である前記検出空燃比の極小値が1つのみ存在し且つ前記目標空燃比よりリーンの値である前記検出空燃比の極大値が1つのみ存在する状態が検出されたことに基づいて、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するように構成された、多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置。
In the multi-cylinder internal combustion engine air-fuel ratio imbalance determination apparatus according to claim 2,
The determination means includes
Within the unit combustion cycle period, there is only one minimum value of the detected air-fuel ratio that is richer than the target air-fuel ratio, and the maximum value of the detected air-fuel ratio that is leaner than the target air-fuel ratio is An air-fuel ratio imbalance among cylinders determination apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine configured to determine that the air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred based on detection of a state in which only one exists.
請求項3に記載の多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置であって、
前記判定手段によって前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定された場合において、前記単位燃焼サイクル期間における前記検出空燃比の平均値である空燃比平均値と、前記単位燃焼サイクル期間内において前記検出空燃比が前記空燃比平均値よりリッチである期間に亘って前記検出空燃比の前記空燃比平均値からの偏差を積算して得られる値であるリッチ空燃比面積と、前記単位燃焼サイクル期間内において前記検出空燃比が前記空燃比平均値よりリーンである期間に亘って前記検出空燃比の前記空燃比平均値からの偏差を積算して得られる値であるリーン空燃比面積と、を算出する算出手段と、
前記単位燃焼サイクル期間をT、前記リッチ空燃比面積をSr、前記リーン空燃比面積をSlとしたとき、((Sl−Sr/3))/Tなる式によって得られる空燃比補正量だけ前記検出空燃比をリーン側に補正する、又は、前記空燃比補正量だけ前記目標空燃比をリッチ側に補正する補正手段と、
を備えた、多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置。
An air-fuel ratio imbalance among cylinders determination apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 3,
When it is determined by the determining means that the air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred, an air-fuel ratio average value that is an average value of the detected air-fuel ratio in the unit combustion cycle period, and a unit combustion cycle period A rich air-fuel ratio area which is a value obtained by integrating a deviation of the detected air-fuel ratio from the air-fuel ratio average value over a period in which the detected air-fuel ratio is richer than the air-fuel ratio average value; and the unit combustion cycle A lean air-fuel ratio area that is a value obtained by integrating a deviation of the detected air-fuel ratio from the average air-fuel ratio over a period in which the detected air-fuel ratio is leaner than the average air-fuel ratio within a period; A calculating means for calculating;
When the unit combustion cycle period is T, the rich air-fuel ratio area is Sr, and the lean air-fuel ratio area is Sl, the detection is performed by the air-fuel ratio correction amount obtained by the equation ((S1-Sr / 3)) / T. Correction means for correcting the air-fuel ratio to the lean side, or correcting the target air-fuel ratio to the rich side by the air-fuel ratio correction amount;
An air-fuel ratio imbalance among cylinders determination apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine.
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