JP2012117463A - 気筒間空燃比ばらつき異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャを有する内燃機関に好適な気筒間空燃比ばらつき異常検出装置を提供する。
【解決手段】ツインエントリーターボチャージャに接続する二つの導入通路のうち一方から排気ガスを取り出してＥＧＲを実行する。ターボチャージャ下流側の空燃比センサの出力に基づき空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する。併せてノック制御を実行する。空燃比フィードバック制御とノック制御の実行中にＥＧＲが無しから有りの状態に変化したとき、変化前後の実際の点火時期に基づいてＥＧＲガスの空燃比を推定し、この推定空燃比を目標空燃比に近づけるよう一方の導入通路に接続する気筒の燃料噴射量を補正し、当該補正量に基づきばらつき異常を検出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、多気筒内燃機関の気筒間空燃比のばらつき異常を検出するための装置に係り、特に、多気筒内燃機関において気筒間の空燃比が比較的大きくばらついていることを検出する装置に関する。

一般に、触媒を利用した排気浄化システムを備える内燃機関では、排気中有害成分の触媒による浄化を高効率で行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、これによって検出された空燃比を所定の目標空燃比に一致させるようフィードバック制御を実施している。

一方、多気筒内燃機関においては、通常全気筒に対し同一の制御量を用いて空燃比制御を行うため、空燃比制御を実行したとしても実際の空燃比が気筒間でばらつくことがある。このときばらつきの程度が小さければ、空燃比フィードバック制御で吸収可能であり、また触媒でも排気中有害成分を浄化処理可能なので、排気エミッションに影響を与えず、特に問題とならない。

しかし、例えば一部の気筒の燃料噴射系が故障するなどして、気筒間の空燃比が大きくばらつくと、排気エミッションを悪化させてしまい、問題となる。このような排気エミッションを悪化させる程の大きな空燃比ばらつきは異常として検出するのが望ましい。特に自動車用内燃機関の場合、排気エミッションの悪化した車両の走行を未然に防止するため、気筒間空燃比ばらつき異常を車載状態（オンボード）で検出することが要請されており、最近ではこれを法規制化する動きもある。

例えば特許文献１には、多気筒内燃機関においてＥＧＲ分配悪化状態（各気筒へのＥＧＲガスの分配の悪化状態）を診断し、更には対処する技術が開示されている。

特開２０１０−１５６２９５号公報

ところで、空燃比ばらつき異常が発生すると空燃比センサ出力の変動が大きくなる。そこでこの変動度合いをモニタすることで、空燃比ばらつき異常を検出することが可能である。

しかし、ターボチャージャを有する内燃機関では、一般的にターボチャージャの下流側に空燃比センサが設けられている。この場合、ターボチャージャ内部で排気ガスが攪拌されてしまうので、空燃比が平均化されてしまい、ターボチャージャ下流側の空燃比センサで空燃比ばらつき度合いに応じた出力変動を得難いという問題がある。

これに対処すべく、ターボチャージャの上流側に空燃比センサを設置することが考えられるが、ターボチャージャの上流側は圧力が高いため、高圧に耐え得る空燃比センサが必要であり、コストアップに繋がる。

そこで本発明は、以上の事情に鑑みて創案され、その目的は、ターボチャージャを有する内燃機関に好適な気筒間空燃比ばらつき異常検出装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
多気筒内燃機関に設置されたツインエントリーターボチャージャと、
前記ターボチャージャに排気ガスを導入する二つの導入通路のうち、一方から排気ガスを取り出して吸気通路に環流させるＥＧＲを実行するためのＥＧＲ手段と、
前記ターボチャージャの下流側に設置された空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力に基づいて空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲの有無に応じて基本点火時期を変更する変更手段と、
前記内燃機関のノッキングを検出するノック検出手段と、
前記ノック検出手段の検出結果に応じて実際の点火時期を前記基本点火時期に対し補正するノック制御を実行するためのノック制御手段と、
前記空燃比フィードバック制御実行中且つ前記ノック制御実行中という条件下で、ＥＧＲ無しの状態から有りの状態に変化したとき、その変化前後の実際の点火時期に基づいてＥＧＲガスの空燃比を推定し、当該推定空燃比を前記目標空燃比に近づけるよう、前記一方の導入通路に接続する気筒の燃料噴射量を補正し、当該燃料噴射量の補正量に基づき気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とする気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。

好ましくは、前記異常検出手段は、前記補正量の絶対値が所定値以上になったとき、前記ばらつき異常ありと判定する。

好ましくは、前記異常検出手段は、前記燃料噴射量を補正する際、トータルガスの空燃比を前記目標空燃比に近づけるよう、他方の導入通路に接続する気筒の燃料噴射量をも補正する。

好ましくは、前記異常検出手段は、前記燃料噴射量を補正する際、前記実際の点火時期を前記基本点火時期に近づけるよう燃料噴射量を補正する。

好ましくは、前記異常検出手段は、前記燃料噴射量を補正する際、所定の更新周期毎に前記補正量を更新する。

好ましくは、前記異常検出手段は、前記ＥＧＲガスの空燃比を推定する際、ＥＧＲ無しの状態における前記基本点火時期に対する前記実際の点火時期のずれ量と、ＥＧＲ有りの状態における前記基本点火時期に対する前記実際の点火時期のずれ量との差に基づき、前記ＥＧＲガスの空燃比を推定する。

好ましくは、前記目標空燃比がストイキである。

本発明によれば、ターボチャージャを有する内燃機関に好適な気筒間空燃比ばらつき異常検出装置を提供することができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。 ＥＧＲ制御マップを示す。 気筒間空燃比ばらつき度合いに応じた空燃比センサ出力変動を示すタイムチャートである。 点火時期の変化の様子を示すグラフである。 ＥＧＲ無しのときの各気筒の空燃比を示す。 ＥＧＲ有りで且つ燃料噴射量補正前の各気筒の空燃比を示す。 ＥＧＲ有りで且つ燃料噴射量補正後の各気筒の空燃比を示す。 燃料噴射量補正の過程における各値の推移を示すタイムチャートである。 ばらつき異常検出ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。

図１は、本実施形態に係る内燃機関の概略図である。本実施形態の内燃機関（エンジン）１は自動車用多気筒内燃機関であり、より具体的には直列４気筒の火花点火式内燃機関即ちガソリンエンジンである。但しエンジンの気筒数、用途、形式等は任意である。

エンジン１は＃１〜＃４気筒を備え、その気筒毎に、吸気通路特に吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）２と、筒内混合気に点火するための点火プラグ３とを備える。点火順序は例えば＃１，＃３，＃４，＃２の順である。

エンジン１はターボチャージャ４を備える。本実施形態のターボチャージャ４はツインエントリーターボチャージャであり、二つの導入通路５Ａ，５Ｂから排気ガスを導入するようになっている。第１の導入通路５Ａは、第１の気筒群をなす＃２および＃３気筒に接続され、＃２および＃３気筒の排気ガスをターボチャージャ４のタービン６に導入する。第２の導入通路５Ｂは、第２の気筒群をなす＃１および＃４気筒に接続され、＃１および＃４気筒の排気ガスをターボチャージャ４のタービン６に導入する。これら導入通路５Ａ，５Ｂは排気通路７の一部を構成し、通常、個別の排気マニホールドによって画成される。

なお図示しないが、周知のように、ターボチャージャ４のタービンハウジングには二つのスクロールが画成され、これらスクロールはそれぞれ第１の導入通路５Ａと第２の導入通路５Ｂとに個別に接続されている。気筒間の排気干渉を抑制し、出力を向上するようになっている。

ターボチャージャ４は、タービン６に同軸連結されたコンプレッサ８を有する。またターボチャージャ４は、過過給を防止すべく、タービン６に対して排気ガスを選択的にバイパスさせるバイパス装置（図示せず）を有する。

コンプレッサ８は吸気通路３０の途中に設置される。コンプレッサ８の上流側にはエアフローメータ９が設けられている。エアフローメータ９は、単位時間当たりにエンジン１に吸入される空気の量、すなわち吸入空気量を検出するためのものである。コンプレッサ８の下流側にはインタークーラ１０とスロットルバルブ１１とが設けられている。スロットルバルブ１１には電子制御式のものが採用されている。スロットルバルブ１１の下流側にはサージタンク１２が設けられ、サージタンク１２に貯留された吸気は吸気マニホールド１３を介して各気筒に分配される。

タービン６の下流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ１４と、三元触媒からなる触媒１５とが、上流側からこの順番で設けられている。以下、空燃比センサを触媒前センサともいう。触媒前センサ１４は、触媒１５の直前位置に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。なお触媒１５の下流側に三元触媒を追加して設けてもよい。

本実施形態において、触媒前センサ１４は、排気空燃比に比例した大きさの電圧信号を出力する（リニア特性を有する）所謂広域Ａ／Ｆセンサからなる。但しこれに限らず、触媒前センサ１４は、ストイキ（理論空燃比、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）を境に出力電圧が急変する（Ｚ特性を有する）所謂Ｏ２センサからなってもよい。

エンジン１にはＥＧＲ装置１６が設けられる。ＥＧＲ装置１６は、二つの導入通路５Ａ，５Ｂのうちの一方（本実施形態では第１の導入通路５Ａ）のみから排気ガスを取り出して吸気通路７に環流させるＥＧＲ（外部ＥＧＲ）を実行するためのものである。ＥＧＲ装置１６は、第１の導入通路５Ａとサージタンク１２を結ぶＥＧＲ通路１７と、ＥＧＲ通路１７に上流側から順に設けられたＥＧＲ触媒１８、ＥＧＲクーラ１９およびＥＧＲ弁２０とを備える。ＥＧＲクーラ１９は、取り出した排気ガスすなわちＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ触媒１８は、ＥＧＲガスに含まれるデポジット等の異物を燃焼除去するためのもので、例えば三元触媒からなる。

エンジン１の各気筒には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ２１が設けられる。筒内圧センサ２１は、筒内圧（シリンダ内圧力）に比例した大きさの信号を出力する。

エンジン１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００が設けられる。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成される。ＥＣＵ１００は、前述のエアフローメータ９、触媒前センサ１４および筒内圧センサ２１に加え、クランク角センサ２２、アクセル開度センサ２３および水温センサ２４からも信号を入力する。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１８からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出し、気筒判別を行うと共に、エンジン１の回転数を算出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。

ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサ２３からの信号に基づき、運転手により操作されるアクセルペダルの開度すなわちアクセル開度を検出すると共に、水温センサ２４からの信号に基づきエンジン１の冷却水温度を検出する。

ＥＣＵ１００は、これら検出値に基づき、インジェクタ２、点火プラグ３、スロットルバルブ１１およびＥＧＲ弁２０を制御し、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度およびＥＧＲ量（またはＥＧＲ率）を制御する。

燃料噴射量制御は次の方法で行われる。まずＥＣＵ１００は、エンジン運転状態を表すパラメータ（エンジンパラメータという。例えばエンジン回転数と負荷）および基本噴射量の関係を予め定めたマップ（関数でもよい。以下同様）に従い、基本噴射量を決定する。この基本噴射量は、筒内混合気の空燃比を概ね目標空燃比であるストイキにするような値である。

そしてＥＣＵ１００は、実際に触媒１５に流入する排気ガスの空燃比がストイキに近づくよう、空燃比フィードバック制御（ストイキ制御）を実行する。具体的には、ＥＣＵ１００は、触媒前センサ１４により検出された実際の空燃比ないし検出空燃比と、ストイキとの差に応じた噴射補正量（具体的には補正係数）を算出し、この噴射補正量により基本噴射量を補正する。そして補正後の噴射量に等しい燃料をインジェクタ２から噴射させる。これにより、実際の空燃比がストイキ近傍となるよう燃料噴射量ひいては空燃比がフィードバック制御され、触媒１５の浄化率を最大限に維持することができる。

燃料噴射時期についても同様に、ＥＣＵ１００は、エンジンパラメータおよび基本噴射時期の関係を予め定めたマップ（関数でもよい。以下同様）に従い、基本噴射時期を決定し、この基本噴射時期を適宜補正し、補正後の噴射時期においてインジェクタ２から燃料を噴射させる。

他方、点火時期制御は次の方法で行われる。まずＥＣＵ１００は、エンジンパラメータおよび基本点火時期の関係を予め定めたマップに従い、基本点火時期を決定する。この基本点火時期は、概ね最大トルクが得られるような最大限進角した時期（所謂ＭＢＴの付近）である。

そしてＥＣＵ１００は、筒内圧センサ２１からの信号に基づきノッキングの有無を検出すると共に、この検出結果に応じて実際の点火時期を基本点火時期に対し補正するノック制御を実行する。ここでノッキングが発生すると筒内圧センサの出力波形にノック周波数成分が重畳的に乗ってくるので、各種信号処理によりノック周波数成分の存在を検出することで、ノッキングの検出が可能である。

ノッキング無しのとき、ＥＣＵ１００は演算周期毎に、実際の点火時期を基本点火時期に対し所定角度だけ進角する。そしてノッキングを検出したとき、ＥＣＵ１００は、演算周期毎に、実際の点火時期を現状の値から所定角度だけ遅角する。１演算周期当たりの遅角量は、１演算周期当たりの進角量より大きい。つまりノッキング無しのときに少しずつ進角し、ノッキングを検出したら大きく遅角するという制御を繰り返す。

燃料噴射量および燃料噴射時期の制御は、全気筒一律に、すなわち全気筒に対し同一の制御量を用いて行われる。これに対し点火時期の制御は気筒毎に行われる。

かかる点火時期制御によれば、製品および気筒間バラツキにより異なる気筒毎のＭＢＴに、実際の点火時期を近づけることが可能である。

他方、ＥＧＲ制御は次の方法で行われる。まずＥＣＵ１００は、検出した実際のエンジンパラメータに基づき、図２に示すようなマップを参照して、ＥＧＲの実行可否を判断する。図中、Ｎｅはエンジン回転数、ＫＬはエンジン負荷である。実際のエンジンパラメータがＥＧＲ実行領域Ｉにあるとき、ＥＣＵ１００はＥＧＲを実行すべきと判断し、ＥＧＲ弁２０を開弁する。他方、実際のエンジンパラメータがＥＧＲ非実行領域ＩＩにあるとき、ＥＣＵ１００はＥＧＲを実行すべきでないと判断し、ＥＧＲ弁２０を全閉とする。

ＥＧＲを実行すべきと判断したとき、ＥＣＵ１００は、エンジンパラメータおよび目標ＥＧＲ率の関係を予め定めたマップに従い、目標ＥＧＲ率を決定する。そしてこの決定した目標ＥＧＲ率が実際に実現されるように、ＥＧＲ弁２０の開度を制御する。

ＥＧＲの有無に応じて、基本噴射量、基本噴射時期および基本点火時期の決定用マップが切り替えられ、同一のエンジンパラメータに対するそれぞれの値は、ＥＧＲ無し時の値とＥＧＲ有り時の値との間で変更される。

特に、ＥＧＲ無しの状態から有りの状態に変化すると、基本点火時期は、ＥＧＲ無しのときのＡという値から、ＥＧＲ有りのときのＢという値に比較的大きく進角される。

そして、前記ノック制御が実行される結果、ＥＧＲ有りのときの実際の点火時期は、ＥＧＲ有りのときの基本点火時期から若干ずれた値になる。

さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒のインジェクタ２が故障し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生したとする。例えば＃１気筒が他の＃２、＃３及び＃４気筒よりも燃料噴射量が多くなり、その空燃比が大きくリッチ側にずれる場合等である。このときでも前述の空燃比フィードバック制御により比較的大きな補正量を与えれば、触媒前センサ１４に供給されるトータルガスの空燃比をストイキに制御できる場合がある。しかし、気筒別に見ると、＃１気筒がストイキより大きくリッチ、＃２、＃３及び＃４気筒がストイキよりリーンであり、全体のバランスとしてストイキとなっているに過ぎず、エミッション上好ましくないことは明らかである。そこで本実施形態では、かかる気筒間空燃比ばらつき異常を検出する装置が装備されている。

図３は、本実施形態のものとは異なる典型的な直列４気筒エンジンの例を示す。触媒前センサの検出空燃比Ａ／Ｆは、１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）を１周期として周期的に変動する傾向にある。そして気筒間空燃比ばらつきが発生すると、１エンジンサイクル内での変動が大きくなる。（Ｂ）の空燃比線図ａ，ｂ，ｃはそれぞればらつき無し、１気筒のみ２０％のインバランス割合でリッチずれ、及び１気筒のみ５０％のインバランス割合でリッチずれの場合を示す。見られるように、ばらつき度合いが大きくなるほど空燃比変動の振幅が大きくなる。

ここでインバランス割合（％）とは、気筒間空燃比のばらつき度合いを表すパラメータである。即ち、インバランス割合とは、全気筒のうちある１気筒のみが燃料噴射量ズレを起こしている場合に、その燃料噴射量ズレを起こしている気筒（インバランス気筒）の燃料噴射量がどれくらいの割合で、燃料噴射量ズレを起こしていない気筒（バランス気筒）の燃料噴射量即ち基準噴射量からズレているかを示す値である。インバランス割合をＩＢ、インバランス気筒の燃料噴射量をＱｉｂ、バランス気筒の燃料噴射量即ち基準噴射量をＱｓとすると、ＩＢ＝（Ｑｉｂ−Ｑｓ）／Ｑｓで表される。インバランス割合ＩＢが大きいほど、インバランス気筒のバランス気筒に対する燃料噴射量ズレが大きく、空燃比ばらつき度合いは大きい。

上記の説明から理解されるように、空燃比ばらつき異常が発生すると空燃比センサの出力変動が大きくなる。そこでこの変動度合いをモニタすることで、空燃比ばらつき異常を検出することが可能である。

しかし、上述したように、本実施形態のようなターボチャージャを有するエンジンでは、タービン内部で排気ガスが攪拌されてしまい、排気ガスの空燃比が平均化されてしまう。よってターボチャージャ下流側の空燃比センサで空燃比ばらつき度合いに応じた出力変動を得難いという問題がある。

これに対処すべく、ターボチャージャの上流側に空燃比センサを設置することが考えられるが、ターボチャージャの上流側は圧力が高いため、高圧に耐え得る空燃比センサが必要であり、コストアップに繋がる。

特に、本実施形態のようなツインエントリーターボチャージャ４を有するエンジン１では、タービン６の上流側に二つの導入通路５Ａ，５Ｂがあるため、二つの空燃比センサが必要であり、更なるコストアップに繋がる。

そこで本実施形態では、かかる問題点を克服するため、空燃比センサの出力変動を利用せず、次の方法により空燃比ばらつき異常を検出する。

既に説明したように、また図４に示すように、ＥＧＲが無しの状態から有りの状態に変化すると、基本点火時期決定用マップが切り替えられる結果、基本点火時期は、ＥＧＲ無しのときのＡという値から、ＥＧＲ有りのときのＢという値に比較的大きく進角される。そしてノック制御が実行される結果、製造誤差等に起因して、ＥＧＲ有りのときの実際の点火時期Ｂ’は、基本点火時期Ｂから若干ずれた値になる。

このことは、ＥＧＲガスがストイキ空燃比である、具体的にはストイキ制御中であることを前提とする。つまりＥＧＲ有りのときのＢという基本点火時期は、ＥＧＲガスがストイキ空燃比であるという前提の下で適合された値であり、ストイキ空燃比のＥＧＲガスに対応した値である。この点、ＥＧＲ無しのときのＡという基本点火時期も同様である。

一方、本発明者らの研究結果によれば、ＥＧＲガスの空燃比がストイキから外れると、ストイキ制御中であっても、各気筒の実際の点火時期Ｂ’が基本点火時期Ｂから比較的大きくずれることが判明した。

具体的には、図示するように、ＥＧＲガスの空燃比がストイキからリッチ側にずれた結果、ある特定気筒の筒内ガスの空燃比がストイキからリッチ側にずれると、その特定気筒の実際の点火時期Ｂ’は基本点火時期Ｂから進角側にずれる。

また、ＥＧＲガスの空燃比がストイキからリーン側にずれた結果、ある特定気筒の筒内ガスの空燃比がストイキからリーン側にずれると、その特定気筒の実際の点火時期Ｂ’は基本点火時期Ｂから遅角側にずれる。

ストイキ制御の実行中に気筒間空燃比ばらつき異常が生じていなければ（つまり正常であれば）、ＥＧＲガスの空燃比は基本的にストイキまたはその近傍である。しかし、気筒間空燃比ばらつき異常が生じると、たとえストイキ制御中であっても、各気筒の筒内ガスの空燃比がストイキから外れ、各気筒の実際の点火時期Ｂ’が基本点火時期Ｂからずれる。

そこで本実施形態では、この現象を利用してばらつき異常検出をＥＣＵ１００により実行する。本実施形態のばらつき異常検出の概要を以下に説明する。

図５は、ストイキ制御実行中、ノック制御実行中、且つＥＧＲ無しの状態における各気筒の空燃比を示す。図示例では、＃１気筒においてリーンずれ異常が生じており、＃１気筒の空燃比がストイキに対しインバランス割合で−３０％相当リーン側にずれている。他の＃２，＃３，＃４気筒では、空燃比がストイキに対しインバランス割合で＋１０％相当リッチ側にずれている。ストイキ制御により、トータルガス（全気筒の排気ガスが集合してできたガス）の空燃比はストイキにバランスされている。

かかる空燃比ずれにより、＃１気筒では実際の点火時期が基本点火時期に対し−３０％相当遅角され、他の＃２，＃３，＃４気筒では実際の点火時期が基本点火時期に対し＋１０％相当進角されている。

但し、この時点では、ノック制御の結果実際の点火時期がずれているのか、ばらつき異常の結果実際の点火時期がずれているのかを判別するのが困難である。そこで、ＥＧＲ無し時の実際の点火時期を基準に、ＥＧＲ有り時の実際の点火時期を比較する。

図６は、ストイキ制御実行中、ノック制御実行中、且つＥＧＲが無しの状態から有りの状態に変化した直後における各気筒の空燃比を示す。この場合、図５に示した＃２，＃３気筒の＋１０％相当リッチの排気ガスがＥＧＲガスとして各気筒に分配されるので、各気筒の空燃比はα％相当リッチ側にずれる（但しα＞０）。そしてこの空燃比リッチずれに対応して、各気筒の実際の点火時期も進角側にずれる。

するとＥＣＵ１００は、ＥＧＲ無しの状態から有りの状態に変化した前後の実際の点火時期に基づいてＥＧＲガスの空燃比を推定する。

具体的には、図５に示すような、ＥＧＲ開始直前の基本点火時期に対する実際の点火時期のずれ量を求める。これは例えば＃２気筒ではΔＢａである。次いで図６に示すような、ＥＧＲ開始直後の基本点火時期に対する実際の点火時期のずれ量を求める。これは例えば＃２気筒ではΔＢｂである。そして両ずれ量の差ΔＢ＝ΔＢｂ−ΔＢａを求め、この差ΔＢに基づき、所定のマップを利用して、ＥＧＲガスの空燃比を推定する。この差ΔＢが空燃比ずれ量αに相当し、ＥＧＲガスの空燃比を反映した値であることが理解されるであろう。

図５及び図６の例では、空燃比ずれ量αがリッチ側であり、推定されるＥＧＲガスの空燃比すなわち推定空燃比はストイキよりリッチである。

ノック制御の結果実際の点火時期がずれているだけならば、ＥＧＲガスの空燃比は基本的にストイキのはずなので、このようなαの空燃比ずれは起きない。ばらつき異常の結果実際の点火時期がずれているからこそ、αの空燃比ずれが起きるのである。そこでこの時点で初めて、ばらつき異常が起きていると暫定的に判断する。つまり差ΔＢがゼロであればばらつき異常なし、差ΔＢがゼロでなければばらつき異常ありと暫定的に判断する。これによりノック制御による点火時期のずれと、ばらつき異常による点火時期のずれとを判別ないし区別することが可能である。

ばらつき異常が起きていると暫定的に判断した後、ＥＣＵ１００は、推定空燃比をストイキに近づけるよう燃料噴射量を補正する。

図７は、ストイキ制御実行中、ノック制御実行中、ＥＧＲ有り、且つ燃料噴射量補正終了後の状態おける各気筒の空燃比を示す。図示するように、排気ガスを取り出す＃２，＃３気筒に対しては、実際の点火時期を基本点火時期に近づけるよう、すなわち空燃比をストイキに近づけるよう、燃料噴射量が減量補正される。

ばらつき異常発生と判断された場合、図６に示したＥＧＲ無し且つ補正前の状態における＃２，＃３気筒の実際の点火時期と基本点火時期の差ΔＢｂは、前記推定空燃比とストイキの差を反映する値にほかならない。よってこの差を無くすよう、すなわち実際の点火時期と基本点火時期の差ΔＢｂを無くすよう、＃２，＃３気筒に対して燃料噴射量が減量補正される。

他方、エミッションの観点から、トータルガスの空燃比はストイキに保持する必要がある。よって＃２，＃３気筒に対する減量補正とバランスをとるように（トータルガスの空燃比をストイキに近づけるように）、＃１，＃４気筒に対しては燃料噴射量が増量補正される。

結果的に、＃２，＃３気筒の空燃比ひいてはＥＧＲガスの空燃比はストイキとされ、そのインバランス割合は０％となる。他方、β％相当の増量補正がなされた結果、＃１気筒の空燃比は−３０＋α＋β％相当だけストイキからリーン側にずれ、＃４気筒の空燃比は＋１０＋α＋β％相当だけストイキからリッチ側にずれる。

このように、ここではＥＧＲガスをストイキにするようなフィードバック制御が実行される。ストイキでないＥＧＲガスが吸気側に環流されてしまうと、デポジット等の異物が比較的多く含まれたＥＧＲガスが環流されてしまい、ＥＧＲ触媒１８で十分処理しきれなかった場合にＥＧＲ弁２０やスロットルバルブ１１の閉塞の原因となる虞がある。また本来ストイキに近いＥＧＲガスを環流させることを予定しているシステムに対し、ストイキでないＥＧＲガスを環流させると、想定外の不具合が生じる虞がある。

本実施形態によれば、ＥＧＲガスをストイキにすることができるので、これらの問題を解消できる。

なおこの補正において、＃２，＃３気筒に対し増量補正する場合には、これとのバランスをとるように、＃１，＃４気筒に対し減量補正を行う。この補正は、ストイキ制御と協調して気筒毎に行われる。

ところで、この補正を行うと、各気筒の燃料噴射量の補正量は大きくなる。特に＃２，＃３気筒において、ストイキからの空燃比ずれを解消するために補正量は大きくなる。そこで＃２，＃３気筒の補正量に基づきばらつき異常を検出するのが本実施形態の特徴である。

図８には、補正の過程における各値の推移を示す。（Ａ）は＃２，＃３気筒の点火時期、（Ｂ）は燃料噴射量補正量を示す。補正は所定の更新周期Ｔ毎に行われる。この更新周期Ｔは、前述の演算周期（例えば４ｍｓ）より遙かに長い期間である。（Ａ）には、点火時期に対応した空燃比が括弧書きで示される。

時刻ｔ１より前では、リッチ空燃比に対応して、実際の点火時期Ｂ’が基本点火時期Ｂより進角側となっている。そこで更新時期である時刻ｔ１では、実際の点火時期Ｂ’が基本点火時期Ｂになるよう、減量側の補正量が増大され、燃料噴射量はより減量される。このときの補正量の増大量は実際の点火時期Ｂ’と基本点火時期Ｂの差に基づきマップ等から決定することができる。

しかしながら、こうした補正を行っても、ばらつき異常が発生していることから、何等かの原因により実際の点火時期Ｂ’が基本点火時期Ｂから再度進角側にずれる（時刻ｔ２）。

すると時刻ｔ１から更新周期Ｔ経過後の時刻ｔ３において、再度、実際の点火時期Ｂ’が基本点火時期Ｂになるように減量側の補正量が増大される。この時点で、補正量の絶対値が所定の閾値以上となったので、ばらつき異常が発生したと判定する。

このように、＃２，＃３気筒の燃料噴射量は、実際の点火時期Ｂ’と基本点火時期Ｂとの差に基づき、更新周期Ｔ毎にフィードバック補正される。こうした燃料噴射量補正を実行していくと、補正量が徐々に、空燃比ずれ度合いに対応した値に向けて更新されていく。そこで補正量の絶対値が所定の閾値以上となった時点で、ばらつき異常が発生したと判定する。

この例は＃２，＃３気筒でリッチずれが生じている場合だが、逆のパターンで、リーンずれ異常が生じている場合も、同様のやり方でばらつき異常を検出できることが理解されるであろう。すなわちこの場合には、燃料噴射量増量側の補正量が増大され、この補正量の絶対値が所定値以上になったとき、ばらつき異常が発生したと判定する。なおここでいう補正量は加算項であり、空燃比フィードバック制御による補正後の基本噴射量に加算される値である。＃２，＃３気筒のうち一方がリッチずれ、他方がリーンずれの場合には、各々ずれを無くすように燃料噴射量が個別に補正される。そしていずれかの補正量の絶対値が所定の閾値以上となった時点でばらつき異常発生と判定する。

このように、本実施形態によれば、ターボチャージャを有するエンジンに好適な気筒間空燃比ばらつき異常検出装置を提供することができる。特に、高圧に耐え得る二つの空燃比センサを設ける必要がないため、コストアップを招かずに済み、本実施形態のようなツインエントリーターボチャージャを有するエンジンにとって極めて好適である。

次に、図９を用いて異常検出ルーチンを説明する。このルーチンはＥＣＵ１００により、例えば所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１では、ＥＧＲ実行中か否かが判断される。ＥＧＲ実行中でなければ今回の処理を終了し、ＥＧＲ実行中であればステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、空燃比フィードバック制御実行中か否かが判断される。実行中でなければ今回の処理を終了し、実行中であればステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、ノック制御実行中か否かが判断される。実行中でなければ今回の処理を終了し、実行中であればステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、現時点がＥＧＲ開始直後か否かが判断される。ＥＧＲ開始直後であればステップＳ１０５に進み、ＥＧＲ開始直後でなければステップＳ１０５、Ｓ１０６をスキップしてステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０５では、図６に示したように、ＥＧＲ開始直前直後の特定気筒（ここでは＃２気筒）の基本点火時期に対する実際の点火時期のずれ量の差ΔＢが求められる。そしてこの差ΔＢの絶対値が所定値Ｘと比較される。所定値Ｘは、多少の誤差を許容すべく、ゼロに近い正の値に設定される。

差ΔＢが所定値Ｘ未満の場合、ＥＧＲガスの空燃比はほぼストイキとみなせるから、ステップＳ１１０に進んでばらつき異常なし、すなわち正常と判定される。

他方、差ΔＢが所定値Ｘ以上の場合、ステップＳ１０６において、差ΔＢに基づき所定のマップを利用してＥＧＲガスの空燃比が推定される。

ステップＳ１０７では、かかる推定空燃比をストイキに近づけるよう、特定気筒を含む全気筒に対し上述したような燃料噴射量の補正が実行される。すなわち、ＥＧＲガスを取り出す＃２，＃３気筒の実際の点火時期Ｂ’を基本点火時期Ｂに近づけるよう燃料噴射量を増量または減量補正し、この補正とバランスを取るよう、残りの＃１，＃４気筒に対し逆側の補正を行う。

次いで、ステップＳ１０８では、特定気筒の補正量ΔＱの絶対値が所定の閾値Ｙと比較される。補正量ΔＱの絶対値が閾値Ｙ未満であれば今回の処理が終了される。他方、補正量ΔＱの絶対値が閾値Ｙ以上となった場合には、ステップＳ１０９においてばらつき異常ありと判定される。

なお、ステップＳ１０９の異常判定と同時に、異常の事実をユーザに知らせるべくチェックランプ等の警告装置を起動するのが好ましい。燃料噴射量補正量を加算項とせず乗算項としてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。

例えば、筒内圧センサ２１の代わりに、より一般的なノックセンサ２５（図１参照）を用いてノッキングを検出してもよい。この場合、一つのノックセンサ２５が全気筒に対し共通に設けられ、ノックセンサ２５の検出結果に応じて全気筒の点火時期が一律に補正される。ストイキよりリーンな気筒でノッキングが起き易いため、図５の例では、＃１気筒の空燃比ずれに応答して全気筒の実際の点火時期が基本点火時期より等しく遅角される。つまり図５の例では全気筒−３０％相当の実際の点火時期となる。あとは同様の方法で、ＥＧＲガスの空燃比推定、燃料噴射量の補正およびばらつき異常検出が実行される。

前記実施形態では、目標空燃比をストイキとし、ストイキを基準として各処理を行った。しかしながら、例えばリーン制御を行う場合等、目標空燃比をストイキ以外とし、ストイキ以外の空燃比を基準として各処理を行ってもよい。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関（エンジン）
２ インジェクタ
３ 点火プラグ
４ ターボチャージャ
５Ａ 第１の導入通路
５Ｂ 第２の導入通路
７ 排気通路
１４ 空燃比センサ（触媒前センサ）
１５ 触媒
１６ ＥＧＲ装置
２１ 筒内圧センサ
２５ ノックセンサ
３０ 吸気通路
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (7)

1. 多気筒内燃機関に設置されたツインエントリーターボチャージャと、
   前記ターボチャージャに排気ガスを導入する二つの導入通路のうち、一方から排気ガスを取り出して吸気通路に環流させるＥＧＲを実行するためのＥＧＲ手段と、
   前記ターボチャージャの下流側に設置された空燃比センサと、
   前記空燃比センサの出力に基づいて空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御手段と、
   前記ＥＧＲの有無に応じて基本点火時期を変更する変更手段と、
   前記内燃機関のノッキングを検出するノック検出手段と、
   前記ノック検出手段の検出結果に応じて実際の点火時期を前記基本点火時期に対し補正するノック制御を実行するためのノック制御手段と、
   前記空燃比フィードバック制御実行中且つ前記ノック制御実行中という条件下で、ＥＧＲ無しの状態から有りの状態に変化したとき、その変化前後の実際の点火時期に基づいてＥＧＲガスの空燃比を推定し、当該推定空燃比を前記目標空燃比に近づけるよう、前記一方の導入通路に接続する気筒の燃料噴射量を補正し、当該燃料噴射量の補正量に基づき気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
   を備えることを特徴とする気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
2. 前記異常検出手段は、前記補正量の絶対値が所定値以上になったとき、前記ばらつき異常ありと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
3. 前記異常検出手段は、前記燃料噴射量を補正する際、トータルガスの空燃比を前記目標空燃比に近づけるよう、他方の導入通路に接続する気筒の燃料噴射量をも補正する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
4. 前記異常検出手段は、前記燃料噴射量を補正する際、前記実際の点火時期を前記基本点火時期に近づけるよう燃料噴射量を補正する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
5. 前記異常検出手段は、前記燃料噴射量を補正する際、所定の更新周期毎に前記補正量を更新する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
6. 前記異常検出手段は、前記ＥＧＲガスの空燃比を推定する際、ＥＧＲ無しの状態における前記基本点火時期に対する前記実際の点火時期のずれ量と、ＥＧＲ有りの状態における前記基本点火時期に対する前記実際の点火時期のずれ量との差に基づき、前記ＥＧＲガスの空燃比を推定する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
7. 前記目標空燃比がストイキである
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。

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