JP2013160054A - 内燃機関の空燃比インバランス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のものより精度よく内燃機関の気筒間における空燃比のインバランスを検出することができる内燃機関の空燃比インバランス検出装置を提供する。
【解決手段】エンジンの吸入空気量Ｇａに対応する定数Ｃ（Ｇａ）でエンジン２の運転が１サイクルする間における空燃比変化量ΔＡＦの最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化した場合の閾値ＴＨが設定可能な範囲１０５に対して、エンジンの回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとに対応する定数Ｃ（Ｎｅ，ＫＬ）でエンジン２の運転が１サイクルする間における空燃比変化量ΔＡＦｎの最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化することにより、閾値ＴＨが設定可能な範囲１１５を広くする。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の空燃比インバランス検出装置に関する。

従来、内燃機関の運転状態が予め定められた定常運転状態のときに、排気管に設けられた空燃比センサによって検出された空燃比の単位時間あたりの変化量が予め定められた範囲にないときには、内燃機関の気筒間で空燃比がインバランスであると判定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このように、特許文献１に開示されたものは、内燃機関の気筒間で空燃比がインバランスであることを簡易に判定していた。

特開２０１１−１４４７８５号公報

上述したような従来の内燃機関の空燃比インバランス検出装置においては、内燃機関の空燃比の単位時間あたりの変化量を吸入空気量に応じた定数で正規化することにより、正規化した空燃比の単位時間あたりの変化量と予め定められた閾値とを比較することで内燃機関の気筒間における空燃比のインバランスを検出することができる。

しかしながら、内燃機関の空燃比の単位時間あたりの変化量を吸入空気量に応じた定数で正規化された正規化値は、同一吸入空気量における負荷率の違いが反映されていないため、内燃機関の気筒間における空燃比がインバランスであるときの正規化値と、インバランスでないときの正規化値との差が負荷率の違いによって小さくなることがあった。

したがって、従来の内燃機関の空燃比インバランス検出装置は、内燃機関の気筒間における空燃比のインバランスを検出できなかったり、誤ってインバランスを検出したりしてしまうことがあるという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、従来のものより精度よく内燃機関の気筒間における空燃比のインバランスを検出することができる内燃機関の空燃比インバランス検出装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の空燃比インバランス検出装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比の単位時間あたりの変化量に基づいて、複数の気筒間における空燃比のリッチインバランスを検出する内燃機関の空燃比インバランス検出装置において、前記内燃機関の回転速度と負荷率とに対応する定数で前記空燃比の単位時間あたりの変化量を正規化する正規化手段と、前記正規化手段によって正規化された正規化値が予め定められた閾値未満であることを条件として、前記気筒間における空燃比のリッチインバランスを検出するリッチインバランス検出手段と、を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の内燃機関の空燃比インバランス検出装置は、内燃機関の回転速度と負荷率とに対応する定数で空燃比の単位時間あたりの変化量を正規化することにより、同一吸入空気量における負荷率の違いが反映された正規化値に基づいて気筒間における空燃比のリッチインバランスを検出するため、従来のものより精度よく内燃機関の気筒間における空燃比のインバランスを検出することができる。

また、上記（１）に記載の内燃機関の空燃比インバランス検出装置において、（２）前記正規化手段は、前記内燃機関の運転が１サイクルする間における前記空燃比の単位時間あたりの変化量の最小値を正規化するようにしてもよい。

この構成により、本発明の内燃機関の空燃比インバランス検出装置は内燃機関の気筒間における空燃比のインバランスが発生したときに、正規化値を小さくすることができるため、内燃機関の気筒間における空燃比がインバランスであるときの正規化値と、インバランスでないときの正規化値との差を大きくすることができる。

また、上記（２）に記載の内燃機関の空燃比インバランス検出装置において、（３）前記正規化手段は、予め定められた数の正規化した最小値を平均化して前記正規化値とするようにしてもよい。

この構成により、本発明の内燃機関の空燃比インバランス検出装置は、内燃機関の運転異常を除く外乱等の他の要因によって生じた気筒間における空燃比のインバランスを検出してしまうことを防止することができる。

本発明によれば、従来のものより精度よく内燃機関の気筒間における空燃比のインバランスを検出することができる内燃機関の空燃比インバランス検出装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比インバランス検出装置を適用した車両の構成を示す機能ブロック図である。 図１に示すエンジンの概略断面図である。 図１に示すエンジンの概略斜視図である。 図１に示すエンジンのＥＧＲ装置を含めた概略断面図である。 図１に示すエンジンの気筒間における空燃比がインバランスであるときの空燃比と時刻との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比インバランス検出装置を構成するエンジン用電子制御ユニットによるリッチインバランス検出動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比インバランス検出装置の作用を説明するためのグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本発明に係る内燃機関の空燃比インバランス検出装置を動力分割式のハイブリッド車両に適用した例を説明する。

図１に示すように、ハイブリッド車両１は、内燃機関を構成するエンジン２と、エンジン２によって発生された動力を駆動軸３およびドライブシャフト４Ｌ、４Ｒを介して駆動輪５Ｌ、５Ｒに伝達するための動力伝達装置６と、ハイブリッド車両１の各部を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶ−ＥＣＵ」という）７と、エンジン２を制御するエンジン用電子制御ユニット（以下、「ＥＧ−ＥＣＵ」という）８とを備えている。

なお、本実施の形態において、エンジン２は、ガソリンを燃料とする直列４気筒のエンジンによって構成されているものとするが、本発明においては、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジンまたは水平対向６気筒エンジン等の種々の型式のエンジンによって構成されていてもよい。

また、エンジン２に用いられる燃料は、ガソリンに代えて、軽油等の炭化水素系の燃料であってもよく、エタノール等のアルコールとガソリンとを混合したアルコール燃料であってもよい。

図２に示すように、エンジン２は、シリンダブロック２０と、シリンダブロック２０の上部に固定されたシリンダヘッド２１と、オイルを収納するオイルパン２２とを備え、シリンダブロック２０と、シリンダヘッド２１とによって複数の気筒２３が形成されている。ここで、図２に示すエンジン２は、直列に配置された４つの気筒２３のうちの１つ気筒２３が図示されている。

気筒２３には、ピストン２４が往復動可能に収納され、シリンダブロック２０、シリンダヘッド２１およびピストン２４によって、各気筒２３の燃焼室２５が形成されている。エンジン２は、ピストン２４が２往復する間に吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程からなる一連の４行程を行うようになっている。

気筒２３に収納されたピストン２４は、コネクティングロッド２６を介してクランクシャフト１０に連結されている。コネクティングロッド２６は、ピストン２４の往復動をクランクシャフト１０の回転運動に変換するようになっている。

したがって、エンジン２は、燃焼室２５で燃料と空気との混合気を燃焼させることによりピストン２４を往復動させ、コネクティングロッド２６を介してクランクシャフト１０を回転させることにより、動力伝達装置６に動力を伝達するようになっている。

エンジン２には、空気を燃焼室２５に導入するためにシリンダヘッド２１に連結されている吸気管３０が設けられている。吸気管３０には、車外から流入した空気を清浄するエアクリーナ３１と、燃焼室２５に導入される空気の流量すなわち吸入空気量を検出するエアフローセンサ３２と、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ３３と、スロットルバルブ３３の開度を検出するスロットルセンサ３４とが設けられている。

エアクリーナ３１は、例えば、内部に収容した紙または合成繊維の不織布のフィルターにより、吸入空気中の異物を除去するようになっている。エアフローセンサ３２は、スロットルバルブ３３の上流側に設けられ、吸入空気量を表す検出信号をＥＧ−ＥＣＵ８に出力するようになっている。

スロットルバルブ３３は、薄い円板状の弁体によって構成され、この弁体の中央にシャフトを備えている。スロットルバルブ３３には、ＥＧ−ＥＣＵ８の制御に応じてシャフトを回動させることによって弁体を回動させ、スロットルバルブ３３に吸入空気量を調整させるスロットルバルブアクチュエータ３５が設けられている。

また、エンジン２には、燃焼室２５のなかで混合気の燃焼によって発生した排気ガスを車外に排出するためにシリンダヘッド２１に連結されている排気管４０が設けられている。排気管４０には、エンジン２全体の空燃比を検出する空燃比センサ４１と、排気ガス中の有害物質を酸化還元浄化するための触媒４２とが設けられている。

空燃比センサ４１は、燃焼室２５のおける混合気中の燃料の量に対する空気の量の比を表す空燃比を検出し、検出した空燃比をリニアに表す検出信号をＥＧ−ＥＣＵ８に出力するようになっている。

触媒４２は、一般に、排気ガスに含まれる未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を効率的に除去することができる三元触媒を備えている。この三元触媒は、好ましくはＮＯｘ含有率の高い排気ガスからでも、ＮＯｘを効率的に除去する機能を有するものが用いられる。

シリンダヘッド２１には、吸気管３０と燃焼室２５とを連通させる吸気ポート５０と、燃焼室２５と排気管４０とを連通させる排気ポート５１とが形成されている。

また、シリンダヘッド２１には、吸気管３０から燃焼室２５への燃焼用空気の導入を制御するための吸気バルブ５２と、燃焼室２５から排気管４０への排気ガスの排出を制御するための排気バルブ５３と、燃焼室２５内に燃料を噴射するためのインジェクタ５４と、燃焼室２５内の混合気に点火するための点火プラグ５５とが設けられている。

インジェクタ５４は、ＥＧ−ＥＣＵ８によって制御されるソレノイドコイルおよびニードルバルブを有している。インジェクタ５４には、所定の圧力で燃料が供給されている。インジェクタ５４は、ＥＧ−ＥＣＵ８によってソレノイドコイルが通電されると、ニードルバルブを開いて、燃焼室２５に燃料を噴射するようになっている。

点火プラグ５５は、プラチナやイリジウム合金製の電極を有する公知の点火プラグによって構成されている。点火プラグ５５は、ＥＧ−ＥＣＵ８によって電極が通電されることにより放電し、燃焼室２５内の混合気に点火するようになっている。

図３に示すように、エンジン２には、シリンダヘッド２１の上部に、吸気カムシャフト６０および排気カムシャフト６１が、回転可能に設けられている。吸気カムシャフト６０には、吸気バルブ５２の上端に当接する吸気カム６２が設けられている。吸気カムシャフト６０が回転すると、吸気カム６２が吸気バルブ５２を開閉駆動し、吸気ポート５０と燃焼室２５との間が開閉されるようになっている。

排気カムシャフト６１には、排気バルブ５３の上端に当接する排気カム６３が設けられている。排気カムシャフト６１が回転すると、排気カム６３が排気バルブ５３を開閉駆動し、燃焼室２５と排気ポート５１との間が開閉されるようになっている。

吸気カムシャフト６０の一端部には、吸気カムスプロケット６４と、吸気カムシャフト６０を吸気カムスプロケット６４に対して回転させる吸気側回転位相コントローラ６５とが設けられている。

吸気側回転位相コントローラ６５は、ＥＧ−ＥＣＵ８によって制御されることにより、吸気カムシャフト６０を吸気カムスプロケット６４に対して進角または遅角側に回転させるようになっている。

排気カムシャフト６１の一端部には、排気カムスプロケット６６と、排気カムシャフト６１を排気カムスプロケット６６に対して回転させる排気側回転位相コントローラ６７とが設けられている。

また、排気側回転位相コントローラ６７は、ＥＧ−ＥＣＵ８によって制御されることにより、排気カムシャフト６１を排気カムスプロケット６６に対して進角または遅角側に回転させるようになっている。

クランクシャフト１０の一端部には、クランクスプロケット６８が設けられている。吸気カムスプロケット６４と、排気カムスプロケット６６と、クランクスプロケット６８とには、タイミングベルト６９が巻き掛けられている。タイミングベルト６９は、クランクスプロケット６８の回転を吸気カムスプロケット６４および排気カムスプロケット６６に伝達するようになっている。

したがって、タイミングベルト６９によってクランクシャフト１０の回転が吸気カムシャフト６０および排気カムシャフト６１に伝達されることにより、吸気カムシャフト６０および排気カムシャフト６１に駆動される吸気バルブ５２および排気バルブ５３は、クランクシャフト１０に同期して吸気ポート５０および排気ポート５１をそれぞれ開閉するようになっている。吸気カムシャフト６０および排気カムシャフト６１は、クランクシャフト１０が２周する間に１周するようになっている。

クランクシャフト１０には、クランクシャフト１０とともに回転するクランクロータ７０が設けられている。エンジン２は、クランクロータ７０の回転角を検出するためのクランク角センサ７１を備えている。

クランク角センサ７１は、磁気抵抗素子（ＭＲＥ：Magnetic Resistance Element）を有するＭＲＥセンサによって構成されている。クランクシャフト１０が回転すると、クランクロータ７０に設けられた歯の山と谷により、クランク角センサ７１にかかる磁界の方向、すなわち、磁気ベクトルが変化し、内部抵抗値が変化する。

クランク角センサ７１は、この抵抗値の変化を電圧に変換した上で出力される波形と、閾値とを比較することによりＨｉｇｈ状態とＬｏｗ状態とをとる矩形波に整形したクランク角信号を生成し、生成したクランク角信号をＥＧ−ＥＣＵ８に出力するようになっている。

図４に示すように、エンジン２には、燃料タンクからサプライポンプによって導入された燃料を所定の圧力で各気筒２３のインジェクタ５４に供給するデリバリーパイプ８０と、各気筒２３の吸気ポート５０と吸気管３０とを接続する吸気マニホールド８１と、各気筒２３の排気ポート５１と排気管４０とを接続する排気マニホールド８２とが設けられている。

エンジン２は、排気管４０内を流れる排気ガスの一部を吸気管３０内に還流させて、各気筒２３の燃焼室２５に供給するためのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置９０を備えている。このように、ＥＧＲ装置９０を設けることにより、燃焼室２５内の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生量が低減するとともに、ポンピングロスが低減し、燃費が向上する。

ＥＧＲ装置９０は、吸気管３０と排気管４０とを接続し、内部にＥＧＲ通路９１が形成されたＥＧＲ管９２を備えている。ＥＧＲ管９２には、ＥＧＲ通路９１を流れる排気ガス（以下、単に「ＥＧＲガス」という）を冷却するためのＥＧＲクーラ９３と、ＥＧＲバルブ９４とが設けられている。

ＥＧＲバルブ９４は、リニアソレノイド９５と、基端部分がリニアソレノイド９５に挿入され、先端部分にＥＧＲ通路９１を開閉する弁体９６が設けられたシャフト９７とを備えている。

リニアソレノイド９５は、ＥＧ−ＥＣＵ８によって通電が制御されることにより、通電により生じる電磁力と図示しないスプリングの反発力によりシャフト９７をその軸方向に往復駆動させ、弁体９６によりＥＧＲ通路９１を開閉されるようになっている。

本実施の形態におけて、ＥＧＲバルブ９４は、リニアソレノイド９５が通電された状態で開状態となり、リニアソレノイド９５が通電されていない状態で閉状態となるノーマリークローズ型のバルブにより構成されている。

このように、ＥＧ−ＥＣＵ８によってリニアソレノイド９５が制御されることにより、ＥＧＲバルブ９４の開度が調整され、吸気マニホールド８１内に導入されるＥＧＲガスの量が調整される。

ＥＧＲクーラ９３には、ＥＧＲガスの通路の外周部に冷媒室が形成されている。ＥＧＲ管９２から供給されたＥＧＲガスは、ＥＧＲガスの通路を通過する際に冷媒室を流れる冷却水との熱交換により冷却され、下流側へ導かれるようになっている。

図１において、動力伝達装置６は、電力と回転力とを相互に変換するモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２と、エンジン２によって発生された動力を駆動輪５Ｌ、５Ｒ側に伝達する動力とモータジェネレータＭＧ１を駆動する動力とに分割する動力分割機構９とを備えている。

動力分割機構９は、エンジン２の出力軸としてのクランクシャフト１０の端部に接続され、エンジン２によって発生された動力を分割するとともに、モータジェネレータＭＧ１および駆動輪５Ｌ、５Ｒ側から伝達された動力を統合する遊星歯車機構によって構成されている。

したがって、動力分割機構９は、分割した一方の動力によってモータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させるとともに、分割した他方の動力によって駆動輪５Ｌ、５Ｒを回転させるようになっている。

また、動力分割機構９は、モータジェネレータＭＧ１が電動機として機能し、エンジン２が駆動しているときには、エンジン２から入力された動力と、モータジェネレータＭＧ１から入力された動力とを統合するようになっている。

また、動力分割機構９は、モータジェネレータＭＧ１が電動機として機能し、エンジン２が停止しているときには、モータジェネレータＭＧ１から入力された動力により、クランクシャフト１０を回転させ、エンジン２を始動させるようになっている。

動力伝達装置６から出力された動力は、デファレンシャルギヤ１１に伝達されるようになっている。デファレンシャルギヤ１１は、ドライブシャフト４Ｌ、４Ｒに接続され、伝達された動力をドライブシャフト４Ｌ、４Ｒを介して、駆動輪５Ｌ、５Ｒに伝達するようになっている。

駆動電力が供給されたモータジェネレータＭＧ２は、駆動源として機能するようになっており、モータジェネレータＭＧ２によって発生された動力は、駆動輪５Ｌ、５Ｒに伝達されるようになっている。

また、駆動電力が供給されていないモータジェネレータＭＧ２は、駆動輪５Ｌ、５Ｒの回転を減速しつつ、その回転力を電力に変換する電力回生器として機能するようになっている。

モータジェネレータＭＧ１とモータジェネレータＭＧ２とは、インバータ１２およびインバータ１３を介してバッテリ１４との間で電力をやりとりし、バッテリ１４を充放電させるようになっている。

このようなモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動制御するために、ハイブリッド車両１は、モータ用電子制御ユニット（以下、「ＭＧ−ＥＣＵ」という）１５を備えている。

ＭＧ−ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、フラッシュメモリと、入出力ポートと、を備えたマイクロプロセッサによって構成されている。

ＭＧ−ＥＣＵ１５のＲＯＭには、当該マイクロプロセッサをＭＧ−ＥＣＵ１５として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＭＧ−ＥＣＵ１５のＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該マイクロプロセッサは、ＭＧ−ＥＣＵ１５として機能する。

ＭＧ−ＥＣＵ１５は、インバータ１２およびインバータ１３にスイッチング制御信号を出力することにより、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動制御するようになっている。

また、ＭＧ−ＥＣＵ１５は、ＨＶ−ＥＣＵ７等の他のＥＣＵと高速ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車内ネットワークを介して通信するようになっている。例えば、ＭＧ−ＥＣＵ１５は、ＨＶ−ＥＣＵ７から入力された制御信号に応じてインバータ１２、１３を制御することにより、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２をそれぞれ駆動制御するようになっている。また、ＭＧ−ＥＣＵ１５は、必要に応じてモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動状態に関するデータをＨＶ−ＥＣＵ７に出力するようになっている。

また、ハイブリッド車両１は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「Ｂ−ＥＣＵ」という）１６を備えている。Ｂ−ＥＣＵ１６は、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、フラッシュメモリと、入出力ポートと、を備えたマイクロプロセッサによって構成されている。

Ｂ−ＥＣＵ１６のＲＯＭには、当該マイクロプロセッサをＢ−ＥＣＵ１６として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、Ｂ−ＥＣＵ１６のＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該マイクロプロセッサは、Ｂ−ＥＣＵ１６として機能する。

Ｂ−ＥＣＵ１６には、バッテリ１４の状態を管理するために必要な信号、例えば、バッテリ１４の端子間の端子間電圧、バッテリ１４の充放電電流、および、バッテリ１４の温度等を表す信号が入力されるようになっている。

また、Ｂ−ＥＣＵ１６は、ＨＶ−ＥＣＵ７等の他のＥＣＵと高速ＣＡＮを介して通信するようになっている。例えば、Ｂ−ＥＣＵ１６は、必要に応じてバッテリ１４の状態に関するデータをＨＶ−ＥＣＵ７に出力するようになっている。

また、Ｂ−ＥＣＵ１６は、バッテリ１４の充放電電流の積算値に基づいて、バッテリ１４の残容量を表すＳＯＣ（State Of Charge）を算出し、算出したＳＯＣをＨＶ−ＥＣＵ７に出力するようになっている。

ＨＶ−ＥＣＵ７は、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、フラッシュメモリと、入出力ポートと、を備えたマイクロプロセッサによって構成されている。ＲＯＭには、当該マイクロプロセッサをＨＶ−ＥＣＵ７として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該マイクロプロセッサは、ＨＶ−ＥＣＵ７として機能する。

また、ＨＶ−ＥＣＵ７は、ＥＧ−ＥＣＵ８等の他のＥＣＵと高速ＣＡＮを介して通信するようになっている。例えば、ＨＶ−ＥＣＵ７は、Ｂ−ＥＣＵ１６から送信されたデータが表すＳＯＣに基づいて、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２によって発電された電力をバッテリ１４に充電させるか否かを表す制御信号をＭＧ−ＥＣＵ１５に送信するようになっている。

ＥＧ−ＥＣＵ８は、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、フラッシュメモリと、入出力ポートと、を備えたマイクロプロセッサによって構成されている。ＥＧ−ＥＣＵ８のＲＯＭには、当該マイクロプロセッサをＥＧ−ＥＣＵ８として機能させるためのプログラムが記憶されている。

すなわち、ＥＧ−ＥＣＵ８のＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該マイクロプロセッサは、ＥＧ−ＥＣＵ８として機能する。

ＥＧ−ＥＣＵ８は、ＨＶ−ＥＣＵ７等の他のＥＣＵと高速ＣＡＮを介して通信するようになっている。例えば、ＥＧ−ＥＣＵ８は、ＨＶ−ＥＣＵ７から入力される制御信号およびエンジン２の運転状態を検出する各種センサから入力される検出信号等に基づいて、燃料噴射制御、点火制御および吸入空気量調節制御等のエンジン２の運転制御を行うとともに、必要に応じてエンジン２の運転状態に関するデータをＨＶ−ＥＣＵ７に出力するようになっている。

また、ＥＧ−ＥＣＵ８は、エンジン２の運転状態に応じて吸気バルブ５２および排気バルブ５３の開閉タイミングを調整するために吸気側回転位相コントローラ６５および排気カムスプロケット６６を制御するＶＶＴ（Variable Valve Timing）制御を実行するようになっている。

また、ＥＧ−ＥＣＵ８は、エンジン２の運転状態に応じてＥＧＲバルブ９４の開度を調整することによって、吸気マニホールド８１に導入されるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲ制御を実行するようになっている。

本実施の形態において、ＥＧ−ＥＣＵ８は、エンジン２の回転速度と負荷率とに対応して予め実験的に定められた定数で空燃比の単位時間あたりの変化量（以下、単に「空燃比変化量」という）を正規化するようになっている。

具体的には、ＥＧ−ＥＣＵ８は、クランク角センサ７１から出力されたクランク角信号からエンジン２の回転速度Ｎｅを算出するようになっている。また、ＥＧ−ＥＣＵ８は、エアフローセンサ３２から出力された検出信号が表す吸入空気量Ｇａに基づいて、エンジン２の負荷率ＫＬ（＝Ｇａ／Ｎｅ）を算出するようになっている。

ＥＧ−ＥＣＵ８のＲＯＭには、エンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬと、エンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとに対して予め実験により定められた定数Ｃとが対応付けられたマップが予め格納されている。

なお、以下の説明において、マップに表されているエンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとの領域を「検出領域」という。この検出領域は、ハイブリッド車両１による使用頻度が比較的高く、吸入空気量Ｇａ（＝Ｎｅ×ＫＬ）が比較的高い領域に割り当てられていることが好ましい。

ＥＧ−ＥＣＵ８は、エンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとが検出領域に入っていることを条件として、空燃比センサ４１から出力された検出信号が表す空燃比ＡＦに基づいて、空燃比変化量ΔＡＦを算出するようになっている。

また、ＥＧ−ＥＣＵ８は、エンジン２の運転が１サイクル、すなわち、クランクシャフト１０が２回転（７２０°ＣＡ）する間における空燃比変化量ΔＡＦの最小値ΔＡＦｍｉｎを求めるようになっている。

例えば、空燃比センサ４１から出力された検出信号が表す空燃比ＡＦが、図５に示すように変化する場合には、７２０°ＣＡの間、時刻ｔｍで最も空燃比ＡＦが減少しているため、ＥＧ−ＥＣＵ８は、時刻ｔｍおける空燃比ＡＦの微分値すなわち空燃比変化量ΔＡＦを最小値ΔＡＦｍｉｎとするようになっている。

ＥＧ−ＥＣＵ８は、ＲＯＭに格納されたマップによってエンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとに対応付けられた定数Ｃで最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化するようになっている。

また、ＥＧ−ＥＣＵ８は、予め定められたサンプル数Ｎ（例えば、１００個）の正規化した最小値ΔＡＦｍｉｎを平均化することにより、正規化値ΔＡＦｎを得るようになっている。

このため、ＥＧ−ＥＣＵ８は、サンプル数Ｎ分の正規化した最小値ΔＡＦｍｉｎをフラッシュメモリに記憶するようになっている。以上のように、ＥＧ−ＥＣＵ８は、本発明における正規化手段を構成する。

また、ＥＧ−ＥＣＵ８は、正規化値ΔＡＦｎが予め定められた閾値ＴＨ未満であることを条件として、気筒２３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスを検出するようになっている。

ここで、リッチインバランスとは、複数の気筒２３のうち少なくとも１つの気筒２３の空燃比ＡＦが他の気筒２３の空燃比ＡＦより低い状態のことをいう。以上のように、ＥＧ−ＥＣＵ８は、本発明におけるリッチインバランス検出手段を構成する。

以上のように構成されたハイブリッド車両１におけるＥＧ−ＥＣＵ８によるリッチインバランス検出動作について、図６を参照して説明する。なお、以下に説明するリッチインバランス検出動作は、エンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとが検出領域に入っている間、予め定められた時間間隔で繰り返し実行される。

まず、ＥＧ−ＥＣＵ８は、空燃比センサ４１から出力された検出信号が表す空燃比ＡＦに基づいて、空燃比変化量ΔＡＦを算出する（ステップＳ１）。次に、ＥＧ−ＥＣＵ８は、エンジン２の運転が１サイクルしたか否かを判断する（ステップＳ２）。

ここで、エンジン２の運転が１サイクルしていないと判断した場合には、ＥＧ−ＥＣＵ８は、リッチインバランス検出動作を終了する。一方、エンジン２の運転が１サイクルしたと判断した場合には、ＥＧ−ＥＣＵ８は、エンジン２の運転が１サイクルした間における空燃比変化量ΔＡＦの最小値ΔＡＦｍｉｎを求める（ステップＳ３）。

次いで、ＥＧ−ＥＣＵ８は、エンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとに対応付けられた定数Ｃで最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化する（ステップＳ４）。次に、ＥＧ−ＥＣＵ８は、Ｎ個の正規化した最小値ΔＡＦｍｉｎが得られたか否かを判断する（ステップＳ５）。

ここで、Ｎ個の正規化した最小値ΔＡＦｍｉｎが得られていないと判断した場合には、ＥＧ−ＥＣＵ８は、リッチインバランス検出動作を終了する。一方、Ｎ個の正規化した最小値ΔＡＦｍｉｎが得られたと判断した場合には、ＥＧ−ＥＣＵ８は、サンプル数Ｎの正規化した最小値ΔＡＦｍｉｎを平均化した正規化値ΔＡＦｎを得る（ステップＳ６）。

次いで、ＥＧ−ＥＣＵ８は、正規化値ΔＡＦｎが閾値ＴＨ未満であるか否かを判断する（ステップＳ７）。ここで、正規化値ΔＡＦｎが閾値ＴＨ未満であると判断した場合には、ＥＧ−ＥＣＵ８は、気筒２３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスが検出されたと判断し、マルチインフォメーションディスプレイ等に気筒２３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスが検出された旨の警報を表示させる等して（ステップＳ８）、リッチインバランス検出動作を終了する。

一方、正規化値ΔＡＦｎが閾値ＴＨ未満でないと判断した場合には、ＥＧ−ＥＣＵ８は、気筒２３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスが検出されなかったと判断し、リッチインバランス検出動作を終了する。

以上に説明した本発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比インバランス検出装置の作用について図７を参照して説明する。

図７において、符号１００で示すように、エンジン２の吸入空気量Ｇａに対応する定数Ｃ（Ｇａ）で空燃比変化量ΔＡＦの最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化することにより得られる正規化値ΔＡＦｎの特性は、気筒２３間における空燃比のリッチインバランスが生じた場合には、第１の負荷率ＫＬ１に対して符号１０１に示すようになり、第２の負荷率ＫＬ２に対して符号１０２に示すようになる。

一方、エンジン２の吸入空気量Ｇａに対応する定数Ｃ（Ｇａ）で空燃比変化量ΔＡＦの最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化することにより得られる正規化値ΔＡＦｎの特性は、気筒２３間における空燃比のリッチインバランスが生じなかった場合には、第１の負荷率ＫＬ１に対して符号１０３に示すようになり、第２の負荷率ＫＬ２に対して符号１０４に示すようになる。

これに対し、符号１０１で示すように、エンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとに対応する定数Ｃ（Ｎｅ，ＫＬ）で空燃比変化量ΔＡＦの最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化することにより得られる正規化値ΔＡＦｎの特性は、気筒２３間における空燃比のリッチインバランスが生じた場合には、第１の負荷率ＫＬ１に対して符号１１１に示すようになり、第２の負荷率ＫＬ２に対して符号１１２に示すようになる。

一方、エンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとに対応する定数Ｃ（Ｎｅ，ＫＬ）で空燃比変化量ΔＡＦの最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化することにより得られる正規化値ΔＡＦｎの特性は、第１の負荷率ＫＬ１に対して符号１１３に示すようになり、第２の負荷率ＫＬ２に対して符号１１４に示すようになる。

このように、エンジン２の吸入空気量Ｇａに対応する定数Ｃ（Ｇａ）で空燃比変化量ΔＡＦの最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化した場合の閾値ＴＨが設定可能な範囲１０５に対して、エンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとに対応する定数Ｃ（Ｎｅ，ＫＬ）で空燃比変化量ΔＡＦｎの最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化した場合の閾値ＴＨが設定可能な範囲１１５が広くなる。

換言すれば、エンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとに対応する定数Ｃ（Ｎｅ，ＫＬ）で空燃比変化量ΔＡＦｎを正規化した場合の閾値ＴＨは、エンジン２の吸入空気量Ｇａに対応する定数Ｃ（Ｇａ）で空燃比変化量ΔＡＦの最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化した場合の閾値ＴＨに対して、余裕をもって定めることができる。

したがって、本発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比インバランス検出装置は、エンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとに対応する定数で空燃比ＡＦの単位時間あたりの変化量を正規化することにより、同一吸入空気量Ｇａにおける負荷率ＫＬの違いが反映された正規化値ΔＡＦｎに基づいて気筒２３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスを検出するため、従来のものより精度よく内燃機関の気筒２３間における空燃比ＡＦのインバランスを検出することができる。

また、エンジン２の吸入空気量Ｇａに対応する定数Ｃ（Ｇａ）で空燃比変化量ΔＡＦの最小値ΔＡＦｍｉｎを正規化した場合には、ＶＶＴ制御およびＥＧＲ制御による影響により空燃比ＡＦが大きく変化してしまうため、例えば、図７において、特異点を生じさせてしまう。

これに対し、本発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比インバランス検出装置は、ＶＶＴ制御およびＥＧＲ制御による影響をエンジン２の回転速度Ｎｅと負荷率ＫＬとに対応する定数Ｃ（Ｎｅ，ＫＬ）に反映させて設定することにより、上述したような特異点の発生を防止することができ、エンジン２の気筒２３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスを誤って検出してしまうことを防止することができる。

なお、本実施の形態において、本発明に係る内燃機関の空燃比インバランス検出装置を動力分割式のハイブリッド車両に適用した例を説明したが、本発明に係る車両制御装置は、ハイブリッド車両に代えて、パラレル方式等のその他の方式のハイブリッド車両、燃料電池車、電気自動車、ガソリンエンジン車、および、ディーゼルエンジン車等のその他の車両に適用してもよい。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る内燃機関の空燃比インバランス検出装置は、従来のものより精度よく内燃機関の気筒間における空燃比のインバランスを検出することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の気筒間における空燃比のリッチインバランスを検出する空燃比インバランス検出装置に有用である。

２ エンジン（内燃機関）
８ ＥＧ−ＥＣＵ（正規化手段、リッチインバランス検出手段）
２３ 気筒
４１ 空燃比センサ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比の単位時間あたりの変化量に基づいて、複数の気筒間における空燃比のリッチインバランスを検出する内燃機関の空燃比インバランス検出装置において、
   前記内燃機関の回転速度と負荷率とに対応する定数で前記空燃比の単位時間あたりの変化量を正規化する正規化手段と、
   前記正規化手段によって正規化された正規化値が予め定められた閾値未満であることを条件として、前記気筒間における空燃比のリッチインバランスを検出するリッチインバランス検出手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比インバランス検出装置。
2. 前記正規化手段は、前記内燃機関の運転が１サイクルする間における前記空燃比の単位時間あたりの変化量の最小値を正規化することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比インバランス検出装置。
3. 前記正規化手段は、予め定められた数の正規化した最小値を平均化して前記正規化値とすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の空燃比インバランス検出装置。

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