JP2012145054A - Apparatus for detecting fluctuation abnormality of air-fuel ratios among cylinders of multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents

Apparatus for detecting fluctuation abnormality of air-fuel ratios among cylinders of multi-cylinder internal combustion engine Download PDF

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孝 勇井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for detecting a fluctuation abnormality of air-fuel ratios among cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine, which increases a detecting opportunity.SOLUTION: The apparatus includes: a changing means for changing an operation angle of an intake valve according to an operating condition of the internal combustion engine; a fuel cutting means for executing a fuel cut when a predetermined condition is established; a rich control means for controlling an air-fuel ratio to be richer than a predetermined standard value; and a detecting means for detecting the fluctuation abnormality of the air-fuel ratio among the cylinders, when the operation angle S is not more than a predetermined value Sx, and when the rich control is being made by the rich control means just after return from the fuel cut.

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。   The present invention relates to an apparatus for detecting an abnormal variation in the air-fuel ratio between cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine, and more particularly to an apparatus for detecting that the air-fuel ratio between cylinders in a multi-cylinder internal combustion engine is relatively large. .

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。   In general, in an internal combustion engine equipped with an exhaust gas purification system using a catalyst, a mixture ratio of air and fuel in an air-fuel mixture burned in the internal combustion engine, that is, an air-fuel ratio, is used to efficiently remove harmful components in exhaust gas with a catalyst. Control is essential. In order to perform such air-fuel ratio control, an air-fuel ratio sensor is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and feedback control is performed so that the air-fuel ratio detected thereby coincides with a predetermined target air-fuel ratio.

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。   On the other hand, in a multi-cylinder internal combustion engine, air-fuel ratio control is normally performed using the same control amount for all cylinders. Therefore, even if air-fuel ratio control is executed, the actual air-fuel ratio may vary between cylinders. If the degree of variation is small at this time, it can be absorbed by air-fuel ratio feedback control, and harmful components in the exhaust gas can be purified by the catalyst, so that exhaust emissions are not affected and there is no particular problem.

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、排気エミッションが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で検出することが要請されており(所謂OBD;On-Board Diagnostics)、最近ではこれを法規制化する動きもある。   However, for example, if the fuel injection system of some cylinders breaks down and the air-fuel ratio between the cylinders varies greatly, exhaust emission deteriorates, causing a problem. It is desirable to detect such a large air-fuel ratio variation that deteriorates the exhaust emission as an abnormality. In particular, in the case of an internal combustion engine for automobiles, it is required to detect an abnormal variation in air-fuel ratio between cylinders in an in-vehicle state in order to prevent the vehicle from running with deteriorated exhaust emissions (so-called OBD; On-Board Diagnostics). Recently, there is a movement to make it legally regulated.

特開2010−001861号公報JP 2010-001861 A

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。そこでこの出力変動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。   When the air-fuel ratio variation abnormality occurs, the output fluctuation of the air-fuel ratio sensor increases. Therefore, by monitoring this output fluctuation, it is possible to detect an abnormality in the air-fuel ratio variation.

一般的には、ばらつき異常の有無に応じた出力変動の差が大きくなるように、エンジンの高負荷運転時に異常検出を行う。しかし、これだと検出タイミングが高負荷運転時に限定されてしまい、検出機会の減少を招いてしまう。   In general, abnormality detection is performed during high-load operation of the engine so that the difference in output fluctuations according to the presence or absence of variation abnormality increases. However, this would limit the detection timing during high-load operation, leading to a reduction in detection opportunities.

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、検出機会を増大することが可能な多気筒内燃機関の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。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an inter-cylinder air-fuel ratio variation abnormality detection device for a multi-cylinder internal combustion engine that can increase detection opportunities.

本発明の一の態様によれば、
多気筒内燃機関の運転状態に応じて吸気弁の作用角を変更する変更手段と、
所定条件成立時にフューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
空燃比を所定の基準値よりもリッチに制御するリッチ制御手段と、
前記作用角が所定値以下であり、且つ前記フューエルカットからの復帰直後に前記リッチ制御手段によってリッチ制御が行われているときに、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
Changing means for changing the operating angle of the intake valve according to the operating state of the multi-cylinder internal combustion engine;
Fuel cut means for performing fuel cut when a predetermined condition is satisfied;
Rich control means for controlling the air-fuel ratio to be richer than a predetermined reference value;
Detecting means for detecting a variation in air-fuel ratio between cylinders when the operating angle is not more than a predetermined value and rich control is performed by the rich control means immediately after returning from the fuel cut;
An inter-cylinder air-fuel ratio variation abnormality detecting device for a multi-cylinder internal combustion engine is provided.

好ましくは、前記検出手段は、前記作用角が前記所定値より大きく、且つ前記内燃機関の負荷が所定値以上であるときにも、前記ばらつき異常を検出する。   Preferably, the detection means detects the variation abnormality even when the operating angle is larger than the predetermined value and the load of the internal combustion engine is equal to or larger than a predetermined value.

あるいは好ましくは、前記検出手段は、前記作用角が前記所定値より大きく、前記内燃機関の負荷が所定値以上であり、且つ前記リッチ制御手段によってリッチ制御が行われているときにも、前記ばらつき異常を検出する。   Alternatively, it is preferable that the detection unit has the variation even when the operating angle is larger than the predetermined value, the load of the internal combustion engine is equal to or larger than a predetermined value, and the rich control is performed by the rich control unit. Detect anomalies.

好ましくは、前記変更手段は、前記内燃機関の負荷が大きいほど前記作用角を大きくする。   Preferably, the changing means increases the operating angle as the load of the internal combustion engine increases.

好ましくは、前記基準値はストイキである。   Preferably, the reference value is stoichiometric.

好ましくは、前記検出手段は、排気通路に設けられた空燃比センサの出力変動に基づいて前記ばらつき異常を検出する。   Preferably, the detection means detects the variation abnormality based on an output fluctuation of an air-fuel ratio sensor provided in the exhaust passage.

本発明によれば、検出機会を増大することができるという、優れた効果が発揮される。   According to the present invention, an excellent effect that detection opportunities can be increased is exhibited.

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。1 is a schematic view of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 触媒前センサおよび触媒後センサの出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the output characteristic of a pre-catalyst sensor and a post-catalyst sensor. 気筒間空燃比ばらつき度合いに応じた排気空燃比の変動を示すグラフである。It is a graph which shows the fluctuation | variation of the exhaust air fuel ratio according to the air-fuel ratio variation degree between cylinders. 図3のU部に相当する拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view corresponding to a U portion in FIG. 3. 一般的なエンジンにおける高負荷運転時の触媒前センサ出力変動を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the pre-catalyst sensor output fluctuation | variation at the time of high load driving | running | working in a general engine. 吸気弁のバルブリフト線図を示す。The valve lift diagram of an intake valve is shown. 作用角と空燃比の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a working angle and an air fuel ratio. 車両走行試験時の各値の推移を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows transition of each value at the time of a vehicle run test. 本実施形態のエンジンにおけるF/C復帰時リッチ制御中の触媒前センサ出力変動を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the pre-catalyst sensor output fluctuation | variation in F / C return rich control in the engine of this embodiment. ばらつき異常検出処理のフローチャートである。It is a flowchart of a variation abnormality detection process.

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。図示されるように、内燃機関(エンジン)1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態の内燃機関1は自動車に搭載された多気筒内燃機関であり、より具体的には直列4気筒火花点火式内燃機関である。内燃機関1は#1〜#4気筒を備える。但し気筒数、形式等は特に限定されない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine according to the present embodiment. As shown in the figure, an internal combustion engine (engine) 1 is powered by burning a mixture of fuel and air inside a combustion chamber 3 formed in a cylinder block 2 and reciprocating a piston in the combustion chamber 3. Is generated. The internal combustion engine 1 of the present embodiment is a multi-cylinder internal combustion engine mounted on an automobile, and more specifically, an in-line 4-cylinder spark ignition internal combustion engine. The internal combustion engine 1 includes # 1 to # 4 cylinders. However, the number of cylinders, the type, etc. are not particularly limited.

図示しないが、内燃機関1のシリンダヘッドには吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが気筒ごとに配設されており、各吸気弁および各排気弁は、カムシャフトを含む動弁機構によって開閉駆動される。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室3内の混合気に点火するための点火プラグ7が気筒ごとに取り付けられている。   Although not shown, the cylinder head of the internal combustion engine 1 is provided with an intake valve for opening and closing an intake port and an exhaust valve for opening and closing an exhaust port for each cylinder. Each intake valve and each exhaust valve is connected to a camshaft. It is driven to open and close by a valve mechanism including A spark plug 7 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is attached to the top of the cylinder head for each cylinder.

吸気弁用動弁機構には、吸気弁の開閉特性を変更するための可変バルブ機構21が採用されている。具体的には、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変更することにより、全気筒の吸気弁の開閉タイミングを一律に変更する可変バルブタイミング機構が設けられる。また、カムシャフトの吸気カムと吸気弁の間に設けられた揺動機構の揺動量を変更することにより、全気筒の吸気弁のリフトと作用角を一律に且つ無段階で変更する可変バルブリフト機構が設けられる、これら可変バルブタイミング機構と可変バルブリフト機構により可変バルブ機構21が構成されている。なお、可変バルブタイミング機構と可変バルブリフト機構には周知の構造を採用できる。   A variable valve mechanism 21 for changing the opening / closing characteristics of the intake valve is employed in the valve operating mechanism for the intake valve. Specifically, there is provided a variable valve timing mechanism that uniformly changes the opening / closing timing of the intake valves of all the cylinders by changing the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft. A variable valve lift that changes the lift and operating angles of all cylinders uniformly and continuously by changing the swing amount of the swing mechanism provided between the intake cam and intake valve of the camshaft. The variable valve mechanism 21 is configured by the variable valve timing mechanism and the variable valve lift mechanism provided with the mechanism. A known structure can be employed for the variable valve timing mechanism and the variable valve lift mechanism.

図示しないが、排気弁用動弁機構にも、排気弁の開閉特性を変更するための可変バルブ機構が採用されている。この可変バルブ機構は可変バルブタイミング機構のみで構成することができる。但し可変バルブリフト機構も含めて構成してもよい。   Although not shown, a variable valve mechanism for changing the opening / closing characteristics of the exhaust valve is also adopted in the valve operating mechanism for the exhaust valve. This variable valve mechanism can be composed of only a variable valve timing mechanism. However, the variable valve lift mechanism may be included.

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管4を介して吸気集合室であるサージタンク8に接続されている。サージタンク8の上流側には吸気管13が接続されており、吸気管13の上流端にはエアクリーナ9が設けられている。そして吸気管13には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ5と、電子制御式のスロットルバルブ10とが組み込まれている。吸気ポート、枝管、サージタンク8及び吸気管13により吸気通路が形成される。   The intake port of each cylinder is connected to a surge tank 8 which is an intake air collecting chamber via a branch pipe 4 for each cylinder. An intake pipe 13 is connected to the upstream side of the surge tank 8, and an air cleaner 9 is provided at the upstream end of the intake pipe 13. An air flow meter 5 for detecting the intake air amount and an electronically controlled throttle valve 10 are incorporated in the intake pipe 13 in order from the upstream side. An intake passage is formed by the intake port, the branch pipe, the surge tank 8 and the intake pipe 13.

吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)12が気筒ごとに配設されている。インジェクタ12から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁の開弁時に燃焼室3に吸入され、ピストンで圧縮され、点火プラグ7で点火燃焼させられる。   An injector (fuel injection valve) 12 for injecting fuel into an intake passage, particularly an intake port, is provided for each cylinder. The fuel injected from the injector 12 is mixed with intake air to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber 3 when the intake valve is opened, compressed by the piston, and ignited and burned by the spark plug 7.

一方、各気筒の排気ポートは排気マニフォールド14に接続される。排気マニフォールド14は、その上流部をなす気筒毎の枝管14aと、その下流部をなす排気集合部14bとからなる。排気集合部14bの下流側には排気管6が接続されている。排気ポート、排気マニフォールド14及び排気管6により排気通路が形成される。   On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to the exhaust manifold 14. The exhaust manifold 14 includes a branch pipe 14a for each cylinder forming an upstream portion thereof and an exhaust collecting portion 14b forming a downstream portion thereof. An exhaust pipe 6 is connected to the downstream side of the exhaust collecting portion 14b. An exhaust passage is formed by the exhaust port, the exhaust manifold 14 and the exhaust pipe 6.

排気管6の上流側と下流側にはそれぞれ三元触媒からなる触媒、すなわち上流触媒11と下流触媒19が直列に取り付けられている。上流触媒11の上流側及び下流側にそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための第1及び第2の空燃比センサ、即ち触媒前センサ17及び触媒後センサ18が設置されている。これら触媒前センサ17及び触媒後センサ18は、上流触媒11の直前及び直後の位置に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。このように上流触媒11の上流側の排気合流部に単一の触媒前センサ17が設置されている。   A catalyst composed of a three-way catalyst, that is, an upstream catalyst 11 and a downstream catalyst 19 are attached in series to the upstream side and the downstream side of the exhaust pipe 6, respectively. First and second air-fuel ratio sensors for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas, that is, a pre-catalyst sensor 17 and a post-catalyst sensor 18 are installed on the upstream side and the downstream side of the upstream catalyst 11, respectively. The pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 are installed at positions immediately before and immediately after the upstream catalyst 11, and detect the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust gas. In this way, the single pre-catalyst sensor 17 is installed at the exhaust merging portion on the upstream side of the upstream catalyst 11.

上述の点火プラグ7、スロットルバルブ10、可変バルブ機構21及びインジェクタ12等は、制御手段としての電子制御ユニット(以下ECUと称す)20に電気的に接続されている。ECU20は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またECU20には、図示されるように、前述のエアフローメータ5、触媒前センサ17、触媒後センサ18のほか、内燃機関1のクランク角を検出するクランク角センサ16、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ15、その他の各種センサが図示されないA/D変換器等を介して電気的に接続されている。ECU20は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ7、スロットルバルブ10、可変バルブ機構21、インジェクタ12等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、ならびに吸気弁の開閉タイミング、リフト及び作用角等を制御する。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。   The above-described spark plug 7, throttle valve 10, variable valve mechanism 21, injector 12 and the like are electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 20 as control means. The ECU 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, and the like, all not shown. In addition to the air flow meter 5, the pre-catalyst sensor 17, and the post-catalyst sensor 18, the ECU 20 includes a crank angle sensor 16 that detects the crank angle of the internal combustion engine 1 and an accelerator that detects the accelerator opening, as shown in the figure. The opening sensor 15 and other various sensors are electrically connected via an A / D converter or the like (not shown). The ECU 20 controls the ignition plug 7, the throttle valve 10, the variable valve mechanism 21, the injector 12, etc. so as to obtain a desired output based on the detection values of various sensors, etc., and the ignition timing, fuel injection amount, fuel The injection timing, throttle opening, intake valve opening / closing timing, lift, operating angle, and the like are controlled. The throttle opening is normally controlled to an opening corresponding to the accelerator opening.

触媒前センサ17は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能である。図2に触媒前センサ17の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ17は、排気空燃比に比例した大きさの電圧信号Vfを出力する。排気空燃比がストイキ(理論空燃比、例えばA/F=14.6)であるときの出力電圧はVreff(例えば約3.3V)である。   The pre-catalyst sensor 17 is a so-called wide-range air-fuel ratio sensor, and can continuously detect an air-fuel ratio over a relatively wide range. FIG. 2 shows the output characteristics of the pre-catalyst sensor 17. As shown in the figure, the pre-catalyst sensor 17 outputs a voltage signal Vf having a magnitude proportional to the exhaust air-fuel ratio. The output voltage when the exhaust air-fuel ratio is stoichiometric (theoretical air-fuel ratio, for example, A / F = 14.6) is Vreff (for example, about 3.3 V).

他方、触媒後センサ18は所謂O2センサからなり、ストイキを境に出力値が急変する特性を持つ。図2に触媒後センサ18の出力特性を示す。図示するように、排気空燃比がストイキであるときの出力電圧、すなわちストイキ相当値はVrefr(例えば0.45V)である。触媒後センサ18の出力電圧は所定の範囲(例えば0〜1V)内で変化する。排気空燃比がストイキよりリーンのとき、触媒後センサの出力電圧はストイキ相当値Vrefrより低くなり、排気空燃比がストイキよりリッチのとき、触媒後センサの出力電圧はストイキ相当値Vrefrより高くなる。 On the other hand, the post-catalyst sensor 18 is a so-called O 2 sensor, and has a characteristic that the output value changes suddenly with the stoichiometric boundary. FIG. 2 shows the output characteristics of the post-catalyst sensor 18. As shown in the figure, the output voltage when the exhaust air-fuel ratio is stoichiometric, that is, the stoichiometric equivalent value is Vrefr (for example, 0.45 V). The output voltage of the post-catalyst sensor 18 changes within a predetermined range (for example, 0 to 1 V). When the exhaust air-fuel ratio is leaner than stoichiometric, the output voltage of the post-catalyst sensor becomes lower than the stoichiometric equivalent value Vrefr, and when the exhaust air-fuel ratio is richer than stoichiometric, the output voltage of the post-catalyst sensor becomes higher than the stoichiometric equivalent value Vrefr.

上流触媒11及び下流触媒19は、それぞれに流入する排気ガスの空燃比A/Fがストイキ近傍のときに排気中の有害成分であるNOx,HCおよびCOを同時に浄化する。この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅(ウィンドウ)は比較的狭い。   The upstream catalyst 11 and the downstream catalyst 19 simultaneously purify NOx, HC and CO, which are harmful components in the exhaust gas, when the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into each of them is close to the stoichiometric range. The air-fuel ratio width (window) that can simultaneously purify these three with high efficiency is relatively narrow.

そこで上流触媒11に流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されるように、空燃比制御(ストイキ制御)がECU20により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ17によって検出された排気空燃比を所定の目標空燃比であるストイキに一致させるような主空燃比制御(主空燃比フィードバック制御)と、触媒後センサ18によって検出された排気空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比制御(補助空燃比フィードバック制御)とからなる。   Therefore, air-fuel ratio control (stoichiometric control) is executed by the ECU 20 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst 11 is controlled in the vicinity of stoichiometric. This air-fuel ratio control is detected by a main air-fuel ratio control (main air-fuel ratio feedback control) that makes the exhaust air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 coincide with a stoichiometry that is a predetermined target air-fuel ratio, and detected by the post-catalyst sensor 18. The auxiliary air-fuel ratio control (auxiliary air-fuel ratio feedback control) is performed so that the exhaust air-fuel ratio thus made coincides with the stoichiometry.

さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒のインジェクタ12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主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17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。   Now, for example, it is assumed that the injectors 12 of some cylinders out of all the cylinders have failed and air-fuel ratio variations (imbalance) occur between the cylinders. For example, the # 1 cylinder has a larger fuel injection amount than the other # 2, # 3, and # 4 cylinders, and its air-fuel ratio is greatly shifted to the rich side. Even at this time, if a relatively large correction amount is given by the above-described main air-fuel ratio feedback control, the air-fuel ratio of the total gas supplied to the pre-catalyst sensor 17 may sometimes be stoichiometrically controlled. However, looking at each cylinder, # 1 cylinder is larger and richer than stoichiometric, and # 2, # 3 and # 4 cylinders are leaner than stoichiometric. Is clear. In view of this, the present embodiment is equipped with a device that detects such a variation in air-fuel ratio between cylinders.

図3に示すように、気筒間空燃比ばらつきが発生すると、1エンジンサイクル間(=720°CA)での排気空燃比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の、触媒前センサ17による検出空燃比A/F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。   As shown in FIG. 3, when the variation in air-fuel ratio between cylinders occurs, the variation in the exhaust air-fuel ratio during one engine cycle (= 720 ° CA) increases. The air-fuel ratio diagrams a, b, and c in (B) are not varied, and the pre-catalyst in the case of a rich shift at an imbalance ratio of 20% for only one cylinder and a rich shift at an imbalance ratio of 50% for only one cylinder. An air-fuel ratio A / F detected by the sensor 17 is shown. As can be seen, the greater the degree of variation, the greater the amplitude of the air-fuel ratio fluctuation.

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に関するパラメータである。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。   Here, the imbalance ratio (%) is a parameter related to the degree of variation in the air-fuel ratio between cylinders. In other words, the imbalance ratio is the amount of fuel injection in a cylinder (imbalance cylinder) causing the fuel injection amount deviation when only one of the cylinders has caused the fuel injection amount deviation. The ratio is a value indicating whether the fuel injection amount is not deviated from the fuel injection amount of the cylinder (balance cylinder) that has not caused the fuel injection amount deviation, that is, the reference injection amount. When the imbalance ratio is IB, the fuel injection amount of the imbalance cylinder is Qib, and the fuel injection amount of the balance cylinder, that is, the reference injection amount is Qs, IB = (Qib−Qs) / Qs. The greater the imbalance ratio IB, the greater the fuel injection amount deviation between the imbalance cylinder and the balance cylinder, and the greater the air-fuel ratio variation.

空燃比ばらつき異常が発生すると触媒前センサ17の出力変動が大きくなるので、この特性を利用し、当該出力変動に基づいてばらつき異常を検出することが可能である。   When the air-fuel ratio variation abnormality occurs, the output variation of the pre-catalyst sensor 17 becomes large. Therefore, it is possible to detect the variation abnormality based on the output variation using this characteristic.

本実施形態では、空燃比センサ出力の変動度合いに相関するパラメータである出力変動パラメータを算出すると共に、この出力変動パラメータと、所定の判定値とに基づき、異常を検出する。   In the present embodiment, an output fluctuation parameter that is a parameter correlated with the degree of fluctuation of the air-fuel ratio sensor output is calculated, and an abnormality is detected based on the output fluctuation parameter and a predetermined determination value.

以下に出力変動パラメータの算出方法を説明する。図4は図3のU部に相当する拡大図であり、特に1エンジンサイクル内の触媒前センサ出力の変動を簡略的に示す。触媒前センサ出力としては、触媒前センサ17の出力電圧Vfを空燃比A/Fに換算した値を用いる。但し触媒前センサ17の出力電圧Vfを直接用いることも可能である。   A method for calculating the output fluctuation parameter will be described below. FIG. 4 is an enlarged view corresponding to the U portion of FIG. 3, and particularly shows a fluctuation of the sensor output before the catalyst within one engine cycle. As the pre-catalyst sensor output, a value obtained by converting the output voltage Vf of the pre-catalyst sensor 17 into an air-fuel ratio A / F is used. However, the output voltage Vf of the pre-catalyst sensor 17 can be directly used.

図4(B)に示すように、ECU20は、1エンジンサイクル内において、所定のサンプル周期τ(単位時間、例えば4ms)毎に、触媒前センサ出力A/Fの値を取得する。そして今回のタイミング(第2のタイミング)で取得した値A/Fnと、前回のタイミング(第1のタイミング)で取得した値A/Fn-1との差ΔA/Fnの絶対値を次式(1)により求める。この差ΔA/Fnは今回のタイミングにおける微分値あるいは傾きと言い換えることができる。 As shown in FIG. 4B, the ECU 20 acquires the value of the pre-catalyst sensor output A / F every predetermined sample period τ (unit time, for example, 4 ms) within one engine cycle. The value A / F n obtained in this timing (second timing), the absolute value of the difference .DELTA.A / F n between the value A / F n-1 obtained at the previous timing (first timing) It calculates | requires by following Formula (1). This difference ΔA / F n can be rephrased as a differential value or inclination at the current timing.

Figure 2012145054
Figure 2012145054

最も単純には、この差ΔA/Fnが触媒前センサ出力の変動を表す。変動度合いが大きくなるほど空燃比線図の傾きが大きくなり、差ΔA/Fnが大きくなるからである。そこで所定の1タイミングにおける差ΔA/Fnの値を出力変動パラメータとすることができる。 Most simply, this difference ΔA / F n represents the fluctuation of the sensor output before the catalyst. This is because the slope of the air-fuel ratio diagram increases as the degree of fluctuation increases, and the difference ΔA / F n increases. Therefore, the value of the difference ΔA / F n at a predetermined timing can be used as the output fluctuation parameter.

但し、本実施形態では精度向上のため、複数の差ΔA/Fnの平均値を出力変動パラメータとする。本実施形態では、1エンジンサイクル内において、各タイミング毎に差ΔA/Fnを積算し、最終積算値をサンプル数Nで除し、1エンジンサイクル内の差ΔA/Fnの平均値を求める。そしてさらに、Mエンジンサイクル分(例えばM=100)だけ差ΔA/Fnの平均値を積算し、最終積算値をサイクル数Mで除し、Mエンジンサイクル内の差ΔA/Fnの平均値を求める。こうして求められた最終的な平均値を出力変動パラメータとし、以下「X」で表示する。触媒前センサ出力の変動度合いが大きいほど出力変動パラメータXは大きくなる。 However, in this embodiment, in order to improve accuracy, an average value of a plurality of differences ΔA / F n is used as an output fluctuation parameter. In the present embodiment, the difference ΔA / F n is integrated at each timing within one engine cycle, and the final integrated value is divided by the number of samples N to obtain the average value of the differences ΔA / F n within one engine cycle. . Further, the average value of the difference ΔA / F n is integrated for M engine cycles (for example, M = 100), the final integrated value is divided by the number of cycles M, and the average value of the difference ΔA / F n within the M engine cycle is obtained. Ask for. The final average value thus obtained is used as an output fluctuation parameter, and is displayed as “X” hereinafter. The output fluctuation parameter X increases as the fluctuation degree of the pre-catalyst sensor output increases.

なお、触媒前センサ出力A/Fは増加する場合と減少する場合とがあるので、これら各場合の一方についてだけ上記差ΔA/Fnあるいはその平均値を求め、これを出力変動パラメータとしても良い。 Since the pre-catalyst sensor output A / F may increase or decrease, the difference ΔA / F n or the average value thereof may be obtained for only one of these cases, and this may be used as the output fluctuation parameter. .

また、触媒前センサ出力の変動度合いに相関する如何なる値をも出力変動パラメータとすることができる。例えば、1エンジンサイクル内における触媒前センサ出力の最大ピークと最小ピークの差(所謂ピークトゥピーク; peak to peak)、または2階微分値の最大ピークまたは最小ピークの絶対値に基づいて、出力変動パラメータを算出することもできる。触媒前センサ出力の変動度合いが大きいほど、触媒前センサ出力の最大ピークと最小ピークの差は大きくなり、また2階微分値の最大ピークまたは最小ピークの絶対値も大きくなるからである。   Also, any value that correlates with the degree of fluctuation in the pre-catalyst sensor output can be used as the output fluctuation parameter. For example, output fluctuation based on the difference between the maximum peak and minimum peak of the sensor output before the catalyst within one engine cycle (so-called peak to peak), or the absolute value of the maximum peak or minimum peak of the second derivative. Parameters can also be calculated. This is because the difference between the maximum peak and the minimum peak of the pre-catalyst sensor output increases as the degree of fluctuation of the pre-catalyst sensor output increases, and the absolute value of the maximum peak or minimum peak of the second-order differential value also increases.

算出された出力変動パラメータXが所定の判定値以上であればばらつき異常ありと判定され、算出された出力変動パラメータXが判定値より小さければばらつき異常なし、即ち正常と判定される。   If the calculated output variation parameter X is equal to or greater than a predetermined determination value, it is determined that there is a variation abnormality, and if the calculated output variation parameter X is smaller than the determination value, it is determined that there is no variation abnormality, that is, normal.

ところで前述したように、一般的にはエンジンの高負荷運転時にばらつき異常検出が行われる。高負荷運転時には吸入空気量すなわち排気ガス流量が比較的多く、触媒前センサ17へのガス当たりが比較的強いため、ばらつき異常の有無に応じた出力変動の差が大きくなるからである。   As described above, generally, variation abnormality detection is performed during high-load operation of the engine. This is because the intake air amount, that is, the exhaust gas flow rate is relatively large during high load operation, and the gas contact with the pre-catalyst sensor 17 is relatively strong, so that the difference in output fluctuations depending on the presence or absence of variation abnormality becomes large.

図5には、吸気弁用および排気弁用可変バルブ機構の無い、より一般的なエンジンにおいて高負荷運転時の触媒前センサ出力変動を調べた試験結果である。この場合、吸気弁および排気弁の開閉タイミング、リフトおよび作用角は一定である。(A)はエンジン回転数Ne(rpm)、(B)は負荷KL、(C)は触媒前センサの出力電圧Vf、(D)は当該出力電圧Vfを換算して得られる空燃比A/Fを示す。出力電圧Vfと空燃比A/Fは実質的に同じである。(B)〜(D)については正常時と異常時のデータが示してある。エンジン回転数Ne(rpm)はエンジン回転速度と同義である。   FIG. 5 shows the test results obtained by examining the pre-catalyst sensor output fluctuation during high load operation in a more general engine without the intake valve and exhaust valve variable valve mechanisms. In this case, the opening / closing timing, lift, and operating angle of the intake valve and the exhaust valve are constant. (A) is the engine speed Ne (rpm), (B) is the load KL, (C) is the output voltage Vf of the pre-catalyst sensor, and (D) is the air-fuel ratio A / F obtained by converting the output voltage Vf. Indicates. The output voltage Vf and the air-fuel ratio A / F are substantially the same. For (B) to (D), normal and abnormal data are shown. The engine speed Ne (rpm) is synonymous with the engine speed.

(C)、(D)に示すように、正常時の波形には変動が見られないが、異常時の波形には変動が見られる。よって正常時と異常時の波形の相違に基づいてばらつき異常の有無を判断することができ、異常時の波形に基づいてばらつき異常を検出することができる。   As shown in (C) and (D), no fluctuation is observed in the normal waveform, but there is a fluctuation in the abnormal waveform. Therefore, the presence / absence of variation abnormality can be determined based on the difference between the normal waveform and the abnormal waveform, and the variation abnormality can be detected based on the abnormal waveform.

しかし、この方法だと検出タイミングが高負荷運転時に限定されてしまい、検出機会の減少を招いてしまう。検出機会確保の観点からは、高負荷運転時以外にも検出を行えるようにするのが好ましい。   However, with this method, the detection timing is limited during high-load operation, leading to a reduction in detection opportunities. From the viewpoint of securing a detection opportunity, it is preferable to enable detection other than during high-load operation.

そこで本実施形態では、低負荷運転時、特にフューエルカット終了直後のリッチ制御中にもばらつき異常を検出する。これにより検出機会を増大し、検出機会をより多く確保することが可能である。   Therefore, in this embodiment, a variation abnormality is detected during low load operation, particularly during rich control immediately after the end of fuel cut. As a result, the number of detection opportunities can be increased and more detection opportunities can be secured.

フューエルカットとはインジェクタ12からの燃料噴射を停止する制御である。ECU20は、所定のフューエルカット条件が成立したときにフューエルカットを実行する。フューエルカット条件は、例えば、1)アクセル開度センサ15によって検出されるアクセル開度Acが略全閉であること、2)クランク角センサ16の出力に基づいて計算されるエンジン回転数Neが所定のアイドル回転数(例えば800rpm)より若干高い所定の復帰回転数(例えば1200rpm)以上であること、の二条件を満たしたときに成立する。   The fuel cut is a control for stopping the fuel injection from the injector 12. The ECU 20 performs fuel cut when a predetermined fuel cut condition is satisfied. The fuel cut conditions are, for example, 1) the accelerator opening Ac detected by the accelerator opening sensor 15 is substantially fully closed, and 2) the engine speed Ne calculated based on the output of the crank angle sensor 16 is predetermined. This is established when the two conditions of a predetermined return rotational speed (for example, 1200 rpm) that is slightly higher than the idle rotational speed (for example, 800 rpm) are satisfied.

復帰回転数以上でアクセル開度Acが略全閉になると、直ちにフューエルカットが実行され、エンジンおよび車両は減速される(減速フューエルカットの実行)。そしてエンジン回転数Neが復帰回転数を下回ると、フューエルカットが終了されると同時に燃料噴射が再開され(減速フューエルカットからの復帰)、同時にリッチ制御(F/C復帰時リッチ制御)が開始される。   When the accelerator opening degree Ac is substantially fully closed at the return rotational speed or higher, the fuel cut is immediately executed, and the engine and the vehicle are decelerated (execution of the deceleration fuel cut). When the engine speed Ne falls below the return speed, fuel cut is completed and fuel injection is restarted (return from deceleration fuel cut), and at the same time rich control (rich control at F / C return) is started. The

このリッチ制御とは、空燃比を所定の基準値、具体的にはストイキ(例えば14.6)よりもリッチ(例えば14.1)にする制御である。このときECU20は、目標空燃比をストイキよりもリッチな値に設定すると共に、燃料噴射量をエンジン運転状態によって定まる基準噴射量よりも増大すること、および吸入空気量をエンジン運転状態によって定まる基準空気量よりも減少することの少なくとも一方を行う。触媒前センサ17により検出された空燃比が目標空燃比に一致するよう燃料噴射量と吸入空気量の少なくとも一方をフィードバック制御する。   The rich control is control that makes the air-fuel ratio richer (eg, 14.1) than a predetermined reference value, specifically, stoichiometric (eg, 14.6). At this time, the ECU 20 sets the target air-fuel ratio to a value richer than stoichiometric, increases the fuel injection amount beyond the reference injection amount determined by the engine operating state, and the reference air determined by the engine operating state. Do at least one of decreasing than the amount. Feedback control is performed on at least one of the fuel injection amount and the intake air amount so that the air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 matches the target air-fuel ratio.

リッチ制御を行う理由は、主に上流触媒11の性能を復活させるためである。すなわち、上流触媒11は酸素吸蔵能を有し、触媒内の雰囲気ガスがストイキよりリーンのとき過剰酸素を吸蔵し、NOxを還元浄化し、触媒内の雰囲気ガスがストイキよりリッチのとき吸蔵酸素を放出し、HCおよびCOを酸化して浄化するという特性を有する。   The reason for performing the rich control is mainly to restore the performance of the upstream catalyst 11. That is, the upstream catalyst 11 has an oxygen storage capacity, stores excess oxygen when the atmosphere gas in the catalyst is leaner than stoichiometric, reduces and purifies NOx, and stores oxygen when the atmosphere gas in the catalyst is richer than stoichiometric. Release and oxidize and purify HC and CO.

フューエルカットの実行中は触媒に酸素が吸蔵され続ける。このとき触媒が吸蔵能一杯まで酸素を吸蔵してしまうと、フューエルカットから復帰した直後にそれ以上酸素を吸蔵できなくなり、NOxを浄化できなくなる虞がある。そこでリッチ制御を行って吸蔵酸素を強制的に放出させるのである。   During the fuel cut, oxygen continues to be stored in the catalyst. At this time, if the catalyst occludes oxygen to its full occlusion capacity, oxygen cannot be occluded any more immediately after returning from the fuel cut, and NOx may not be purified. Therefore, rich control is performed to forcibly release the stored oxygen.

リッチ制御の最中は、多くの場合、エンジンがアイドルもしくは低負荷状態で運転されている。よってこのような運転状態で検出を行うことにより検出機会を増大することが可能である。   During rich control, the engine is often operated in an idle or low load state. Therefore, it is possible to increase detection opportunities by performing detection in such an operating state.

ところで、吸気弁の作用角は、エンジン運転状態、特にエンジンの負荷に応じて変更される。この変更はECU20が可変バルブ機構21を制御することにより行う。当該作用角はエンジンの負荷が大きいほど大きくされる。   By the way, the operating angle of the intake valve is changed according to the engine operating state, particularly the engine load. This change is performed by the ECU 20 controlling the variable valve mechanism 21. The operating angle is increased as the engine load increases.

他方、空燃比ばらつき異常の原因には、燃料が予定通り供給されていない燃料系異常の他に、空気が予定通り供給されていない空気系異常がある。そして空気系異常には、吸気弁の作用角が予定通りとなっていない作用角ずれが含まれる。   On the other hand, the cause of the air-fuel ratio variation abnormality is not only the fuel system abnormality in which fuel is not supplied as scheduled, but also the air system abnormality in which air is not supplied as scheduled. The air system abnormality includes a working angle deviation in which the working angle of the intake valve is not as planned.

さらに、本発明者らの研究結果によれば、吸気弁の作用角が比較的小さいとき、作用角の基準値からのずれに対応した空気量のずれにより、空燃比が基準値(ここではストイキ)から大きくずれることが判明した。   Further, according to the research results of the present inventors, when the operating angle of the intake valve is relatively small, the air-fuel ratio is a reference value (here, stoichiometric) due to the deviation of the air amount corresponding to the deviation of the operating angle from the reference value. ) Was found to be significantly different from

図6には吸気弁のバルブリフト線図を示す。図中、線図aは、作用角がエンジン運転状態によって定まる基準値S0である場合を示す。これに対し、線図bは、作用角が基準値S0よりもαだけ大きい(S0+α)となっている場合を示す。また線図cは、作用角が基準値S0よりもαだけ小さい(S0−α)となっている場合を示す。αは例えば2.4°CAである。   FIG. 6 shows a valve lift diagram of the intake valve. In the figure, the diagram a shows a case where the operating angle is a reference value S0 determined by the engine operating state. On the other hand, the diagram b shows a case where the operating angle is larger than the reference value S0 by α (S0 + α). The diagram c shows a case where the operating angle is smaller than the reference value S0 by α (S0−α). α is, for example, 2.4 ° CA.

図7には作用角と空燃比の関係を示し、特に図6の線図b、cのように作用角が基準値S0に対し増大側および減少側にαだけずれているときの空燃比ずれの様子を示す。   FIG. 7 shows the relationship between the operating angle and the air-fuel ratio. In particular, as shown in the diagrams b and c of FIG. 6, the air-fuel ratio shift when the operating angle is shifted from the reference value S0 by α on the increasing side and the decreasing side. The state of is shown.

図中、Siは最小の作用角、特にアイドル時の作用角を示す。負荷が増大するにつれ、作用角SはSiから増大し、図の右側に移動していく。Sx以下の小作用角領域では、作用角増大ずれを起こしている場合の線図bと、作用角減少ずれを起こしている場合の線図cとが、それぞれ基準空燃比であるストイキ(=14.6)に対し、増大側(リーン側)および減少側(リッチ側)に大きく空燃比ずれを起こしているのが分かる。また作用角が小さいほど空燃比ずれ量が大きくなるのが分かる。   In the figure, Si indicates the minimum operating angle, particularly the operating angle during idling. As the load increases, the operating angle S increases from Si and moves to the right side of the figure. In a small working angle region equal to or less than Sx, a diagram b when the working angle increases and a diagram c when the working angle decreases and shifts, respectively, are stoichiometric (= 14) that is the reference air-fuel ratio. 6), it can be seen that there is a large air-fuel ratio deviation on the increasing side (lean side) and decreasing side (rich side). It can also be seen that the smaller the operating angle, the larger the air-fuel ratio deviation.

線図bの場合、アイドル時の空燃比は約15.3であり、ストイキに対し最大の約+0.7ずれている。また線図cの場合、アイドル時の空燃比は約13.9であり、ストイキに対し最大の約−0.7ずれている。   In the case of the diagram b, the air-fuel ratio at the time of idling is about 15.3, which is a maximum deviation of about +0.7 with respect to the stoichiometry. In the case of the diagram c, the air-fuel ratio at idling is about 13.9, which is a maximum deviation of about −0.7 with respect to the stoichiometry.

他方、作用角が大きくなるほど空燃比ずれ量は小さくなるのが分かる。Sxより大きい作用角領域では、線図bも線図cも、ストイキに対し若干空燃比ずれを起こしているだけである。   On the other hand, it can be seen that the air-fuel ratio deviation decreases as the operating angle increases. In the operating angle region larger than Sx, both the diagram b and the diagram c only cause a slight air-fuel ratio shift with respect to the stoichiometry.

このような特性があることから、一部気筒(特に1気筒)で作用角ずれを起こしている場合、小作用角時に全気筒間の空燃比ばらつきが生じ、触媒前センサ出力変動が生じる。さらに、触媒前センサ出力変動は空燃比がストイキよりもリッチである方が顕著に発生することも判明している。すなわち空燃比センサの特性上、ストイキ付近では空燃比変化に対する出力変化が出にくいことが判明している。   Because of such characteristics, when a working angle shift occurs in some cylinders (particularly one cylinder), variations in the air-fuel ratio among all cylinders occur at a small working angle, resulting in fluctuations in sensor output before the catalyst. Further, it has been found that the pre-catalyst sensor output fluctuation is more noticeable when the air-fuel ratio is richer than stoichiometric. That is, it has been found from the characteristics of the air-fuel ratio sensor that an output change with respect to an air-fuel ratio change hardly occurs near the stoichiometric range.

そこで、作用角Sが所定値Sx以下であり、且つF/C復帰時リッチ制御中にばらつき異常を検出するようにしたのが本実施形態である。F/C復帰時リッチ制御中は、多くの場合アイドルもしくは低負荷運転中であり、作用角Sは所定値Sx以下である。そこでこの機会に検出を行うことで、検出精度を確保しつつ検出機会を増大することができる。   Therefore, in this embodiment, the operating angle S is equal to or smaller than the predetermined value Sx, and a variation abnormality is detected during the rich control at the time of F / C return. During rich control at the time of F / C return, in many cases, idling or low load operation is being performed, and the operating angle S is equal to or less than a predetermined value Sx. Therefore, by performing detection at this opportunity, it is possible to increase the detection opportunity while ensuring the detection accuracy.

また、F/C復帰時リッチ制御の機会を利用してばらつき異常検出を行うので、無駄なリッチ制御を行うことなく検出精度を向上できる。リッチ制御は燃費およびCO2排出量を悪化させるため、極力避けるべきである。   In addition, since variation abnormality detection is performed using the opportunity of rich control at the time of F / C return, detection accuracy can be improved without performing useless rich control. Rich control should be avoided as much as possible because it degrades fuel consumption and CO2 emissions.

なお、制御上は、実際の作用角ずれの有無に拘わらず、エンジン運転状態によって定まる基準作用角に全気筒の作用角を一律に合わせるようフィードフォワード制御が実行されることから、異常検出を行う条件は基準作用角が所定値Sx以下ということになる。   In terms of control, the feedforward control is executed so that the operating angles of all the cylinders are uniformly matched to the reference operating angle determined by the engine operating state regardless of the actual operating angle deviation. The condition is that the reference working angle is not more than the predetermined value Sx.

加えて、本実施形態では、上述した一般的な高負荷運転時の異常検出も併せて行う。この高負荷運転時には通常作用角が所定値Sxより大きいことから、異常検出を行う条件は、基準作用角が所定値Sxより大きく、且つエンジン負荷が所定値以上ということになる。ここでエンジン負荷が所定値以上という条件は、具体的にはエアフローメータ5で検出された吸入空気量が所定値以上ということである。   In addition, in the present embodiment, the above-described abnormality detection during general high-load operation is also performed. Since the normal operating angle is larger than the predetermined value Sx during this high load operation, the conditions for detecting abnormality are that the reference operating angle is larger than the predetermined value Sx and the engine load is equal to or higher than the predetermined value. Here, the condition that the engine load is not less than a predetermined value is that the intake air amount detected by the air flow meter 5 is not less than a predetermined value.

また、触媒前センサ出力変動は空燃比がストイキよりもリッチである方が顕著に発生するので、この高負荷運転時の異常検出時にもリッチ制御が併せて実行される。なお、このときのリッチ制御は省略することも可能である。   Further, since the pre-catalyst sensor output fluctuation is more noticeable when the air-fuel ratio is richer than stoichiometric, rich control is also executed at the time of abnormality detection during this high load operation. Note that the rich control at this time can be omitted.

本実施形態ではアイドルもしくは低負荷運転中に異常検出を実行できるので、仮に高負荷運転時に行う他の診断制御があった場合、これとの干渉を回避して異常検出を実行できる。すなわち、高負荷運転時の異常検出のみだと他の診断制御との干渉が生じて異常検出を行えない可能性があるが、本実施形態ではこれを防止できる。なお、エンジンの暖機完了前や各学習完了前などの大作用角運転時に高負荷運転時と同様の方法で異常検出を行うことも可能である。   In the present embodiment, abnormality detection can be performed during idling or low-load operation. Therefore, if there is other diagnostic control that is performed during high-load operation, it is possible to perform abnormality detection while avoiding interference with this. That is, if only abnormality detection during high-load operation is performed, there is a possibility that interference with other diagnostic controls may occur and abnormality detection cannot be performed, but this embodiment can prevent this. It is also possible to detect an abnormality in the same manner as during high load operation during large working angle operation such as before engine warm-up is completed or before each learning is completed.

ところで、異常検出は出力変動パラメータXと判定値の比較によって行われ、異常と判定されたとき、空気系異常(特に作用角ずれ異常)と燃料系異常(特にインジェクタ異常)の少なくとも一方が原因である可能性がある。F/C復帰時リッチ制御中の異常検出は、特に空気系異常を検出するのに有利である。小作用角時の作用角ずれが大きな空燃比ずれを生じさせるからである。しかしながら、小作用角時には作用角ずれの空燃比ずれに対する感度が大きいので、燃料系に僅かでも異常があるとこれが重畳して大きなセンサ出力変動に至る可能性がある。従って、F/C復帰時リッチ制御中の異常検出は、燃料系異常の検出にも効果的であると考えられる。   By the way, the abnormality detection is performed by comparing the output fluctuation parameter X and the determination value. When the abnormality is determined, it is caused by at least one of an air system abnormality (especially a working angle deviation abnormality) and a fuel system abnormality (especially an injector abnormality). There is a possibility. Abnormality detection during F / C return rich control is particularly advantageous for detecting air system abnormalities. This is because the operating angle deviation at the small operating angle causes a large air-fuel ratio deviation. However, when the operating angle is small, the sensitivity of the operating angle deviation to the air-fuel ratio deviation is large, so that even a slight abnormality in the fuel system may be superimposed and lead to a large sensor output fluctuation. Therefore, it is considered that the abnormality detection during the rich control at the time of F / C return is also effective in detecting the fuel system abnormality.

なお、大作用角時には作用角ずれの空燃比ずれに対する感度が小さくなるので、高負荷運転時の異常検出は主に燃料系異常の検出に有利であると考えられる。   In addition, since the sensitivity to the air-fuel ratio deviation of the working angle deviation becomes small at the large working angle, it is considered that the abnormality detection during the high load operation is mainly advantageous for the detection of the fuel system abnormality.

図8には、本実施形態のエンジンを搭載した車両の走行試験時の各値の推移を示す。(A)は車速Vv、(B)は作用角S、(C)は空燃比A/Fを示す。(C)において、破線は目標値、実線は触媒前センサ17による検出値を示す。   FIG. 8 shows changes in values during a running test of a vehicle equipped with the engine of the present embodiment. (A) is the vehicle speed Vv, (B) is the operating angle S, and (C) is the air-fuel ratio A / F. In (C), a broken line indicates a target value, and a solid line indicates a value detected by the pre-catalyst sensor 17.

高負荷運転時の異常検出は、例えば図中に楕円fで示されるような期間のうち、作用角が所定値Sxより大きく且つエンジン負荷が所定値以上(すなわち吸入空気量が所定値以上)となっているときに行われる。   Abnormality detection during high-load operation is performed when, for example, the operating angle is larger than a predetermined value Sx and the engine load is equal to or greater than a predetermined value (that is, the intake air amount is equal to or greater than a predetermined value). To be done.

他方、F/C復帰時リッチ制御中の異常検出は、例えば図中に楕円gで示されるような期間のうち、作用角Sが所定値Sx以下で且つF/C復帰時リッチ制御中である期間Δt1に行われる。この期間Δt1では目標空燃比がストイキよりリッチな所定値とされており、リッチ制御が行われている。またこの期間Δt1の直前では減速フューエルカットが行われており、空燃比A/Fの検出値はリーン側の上限値に張り付いている。   On the other hand, the abnormality detection during the rich control at the time of F / C return is, for example, during the rich control at the time of the F / C return when the operating angle S is equal to or less than the predetermined value Sx in the period as indicated by an ellipse g in the figure. It is performed in the period Δt1. During this period Δt1, the target air-fuel ratio is set to a predetermined value that is richer than the stoichiometric value, and rich control is performed. Further, the deceleration fuel cut is performed immediately before the period Δt1, and the detected value of the air-fuel ratio A / F is stuck to the upper limit value on the lean side.

図9には、本実施形態のエンジンにおいて1気筒のみに作用角ずれが生じている場合にF/C復帰時リッチ制御中の触媒前センサ出力変動を調べた試験結果である。(A)はエンジン回転数Ne(rpm)、(B)は負荷KL、(C)は触媒前センサの出力電圧Vf、(D)は当該出力電圧Vfを換算して得られる空燃比A/F、(E)は作用角S、(F)は車速Vvを示す。(B)〜(D)については正常時と異常時のデータが示してある。   FIG. 9 shows the test results obtained by examining the pre-catalyst sensor output fluctuation during the rich control at the time of F / C return when the operating angle shift occurs in only one cylinder in the engine of the present embodiment. (A) is the engine speed Ne (rpm), (B) is the load KL, (C) is the output voltage Vf of the pre-catalyst sensor, and (D) is the air-fuel ratio A / F obtained by converting the output voltage Vf. , (E) shows the operating angle S, and (F) shows the vehicle speed Vv. For (B) to (D), normal and abnormal data are shown.

図中、Δt1がF/C復帰時リッチ制御の期間に該当する。(C)、(D)に示すように、正常時の波形には変動が見られないが、異常時の波形には変動が見られる。よって正常時と異常時の波形の相違に基づいてばらつき異常の有無を判断することができ、異常時の波形に基づいてばらつき異常を検出することができる。   In the figure, Δt1 corresponds to the F / C return rich control period. As shown in (C) and (D), no fluctuation is observed in the normal waveform, but there is a fluctuation in the abnormal waveform. Therefore, the presence / absence of variation abnormality can be determined based on the difference between the normal waveform and the abnormal waveform, and the variation abnormality can be detected based on the abnormal waveform.

図10には、ECU20が実行するばらつき異常検出処理のフローチャートを示す。   FIG. 10 shows a flowchart of a variation abnormality detection process executed by the ECU 20.

まずステップS101では、吸気弁の作用角(特に基準作用角)Sが所定値Sxより大きいか否かが判断される。
作用角Sが所定値Sxより大きい場合、ステップS102に進んで、高負荷運転時に異常検出が実行される。
First, in step S101, it is determined whether or not the intake valve operating angle (especially the reference operating angle) S is greater than a predetermined value Sx.
When the operating angle S is larger than the predetermined value Sx, the process proceeds to step S102, and abnormality detection is performed during high load operation.

他方、作用角Sが所定値Sx以下の場合には、ステップS103に進んで、F/C復帰時リッチ制御中に異常検出が実行される。   On the other hand, when the operating angle S is equal to or smaller than the predetermined value Sx, the process proceeds to step S103, and abnormality detection is performed during the rich control at the time of F / C return.

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、吸気弁用動弁機構は少なくとも作用角を変更できるものであればよく、開閉タイミングおよびリフトを変更することは必須ではない。また作用角を段階的に変更するものであってもよい。フューエルカット実行条件も適宜変更が可能である。前記実施形態ではストイキを基準値として空燃比制御が行われたが、この基準値はストイキ以外とすることもできる。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the intake valve operating mechanism may be any mechanism that can change at least the operating angle, and it is not essential to change the opening / closing timing and the lift. Moreover, you may change a working angle in steps. The fuel cut execution condition can be changed as appropriate. In the above embodiment, the air-fuel ratio control is performed using stoichiometry as a reference value, but this reference value may be other than the stoichiometry.

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。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.

1 内燃機関(エンジン)
2 インジェクタ
11 上流触媒
17 触媒前センサ
20 電子制御ユニット(ECU)
21 可変バルブ機構
1 Internal combustion engine
2 Injector 11 Upstream catalyst 17 Pre-catalyst sensor 20 Electronic control unit (ECU)
21 Variable valve mechanism

Claims (6)

多気筒内燃機関の運転状態に応じて吸気弁の作用角を変更する変更手段と、
所定条件成立時にフューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
空燃比を所定の基準値よりもリッチに制御するリッチ制御手段と、
前記作用角が所定値以下であり、且つ前記フューエルカットからの復帰直後に前記リッチ制御手段によってリッチ制御が行われているときに、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
Changing means for changing the operating angle of the intake valve according to the operating state of the multi-cylinder internal combustion engine;
Fuel cut means for performing fuel cut when a predetermined condition is satisfied;
Rich control means for controlling the air-fuel ratio to be richer than a predetermined reference value;
Detecting means for detecting a variation in air-fuel ratio between cylinders when the operating angle is not more than a predetermined value and rich control is performed by the rich control means immediately after returning from the fuel cut;
An inter-cylinder air-fuel ratio variation abnormality detecting device for a multi-cylinder internal combustion engine, comprising:
前記検出手段は、前記作用角が前記所定値より大きく、且つ前記内燃機関の負荷が所定値以上であるときにも、前記ばらつき異常を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
2. The multi-cylinder according to claim 1, wherein the detection unit detects the variation abnormality even when the operating angle is larger than the predetermined value and a load of the internal combustion engine is equal to or larger than a predetermined value. An inter-cylinder air-fuel ratio variation abnormality detection device for an internal combustion engine.
前記検出手段は、前記作用角が前記所定値より大きく、前記内燃機関の負荷が所定値以上であり、且つ前記リッチ制御手段によってリッチ制御が行われているときにも、前記ばらつき異常を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
The detection means detects the variation abnormality even when the operating angle is larger than the predetermined value, the load of the internal combustion engine is equal to or larger than a predetermined value, and the rich control is performed by the rich control means. The inter-cylinder air-fuel ratio variation abnormality detection device for a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 1.
前記変更手段は、前記内燃機関の負荷が大きいほど前記作用角を大きくする
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
The inter-cylinder air-fuel ratio variation abnormality detecting device for a multi-cylinder internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the change unit increases the operating angle as the load on the internal combustion engine increases. .
前記基準値はストイキである
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
5. The inter-cylinder air-fuel ratio variation abnormality detecting device for a multi-cylinder internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the reference value is stoichiometric.
前記検出手段は、排気通路に設けられた空燃比センサの出力変動に基づいて前記ばらつき異常を検出する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
The cylinder of the multi-cylinder internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the detection unit detects the variation abnormality based on an output fluctuation of an air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage. Inter-air-fuel ratio variation abnormality detection device.
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