JP2013160114A - 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】ＨＶ−ＥＣＵは、エンジンの吸入空気量Ｇａが低Ｇａ域内にあるときに、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の検出値ΔＡＦｎが吸入空気量Ｇａに応じた閾値ＴＨ１未満かつ閾値ＴＨ２以上であることを条件として（ステップＳ２、Ｓ３）、吸入空気量Ｇａが高Ｇａ域内になるように、エンジンを制御するとともに（ステップＳ５）、増加した動力の量に応じた電力が消費されるようＭＧ１を制御し（ステップＳ６）、吸入空気量Ｇａが高Ｇａ域内にあるときに、検出値ΔＡＦｎと吸入空気量Ｇａに応じた閾値ＴＨ３とを比較することにより（ステップＳ８）、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。
【選択図】図４

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、内燃機関の吸入空気量が少ない場合、空燃比センサの出力値が小さくなってしまうため、内燃機関の気筒間における空燃比のインバランスであるときの出力値と、インバランスでないときの出力値との差が小さくなってしまう。

このため、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）内燃機関と、回転電機と、駆動輪と、前記回転電機を駆動する動力と前記駆動輪を駆動する動力とに前記内燃機関によって発生された動力を分割する動力分割機構と、を備え、前記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、前記内燃機関に形成された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、前記内燃機関の吸入空気量が予め定められた第１の検出領域内に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の検出を行うリッチインバランス検出手段と、前記リッチインバランス検出手段によっ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ための検出値が予め定めされた範囲内にあることを条件として、前記第１の検出領域より高い領域に予め定められた第２の検出領域内の吸入空気量で運転されるよう前記内燃機関を制御する内燃機関制御手段と、前記内燃機関が前記第２の検出領域内の吸入空気量で運転されることにより前記内燃機関によって発生された動力が増加した量に応じた動力を前記回転電機が消費するよう前記回転電機を制御する回転電機制御手段と、を備え、前記リッチインバランス検出手段は、前記内燃機関が前記第２の検出領域内の吸入空気量で運転されるよう前記内燃機関制御手段によって制御されてい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の検出を行う構成を有している。

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、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の検出値が予め定めされた範囲内にあることを条件として、回転電機によって消費される動力を調整しながら内燃機関の吸入空気量を増加させ、内燃機関から排出される排気ガスの量を増加させるため、空燃比センサの検出精度を向上させることができ、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）前記リッチインバランス検出手段は、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に基づいて、前記気筒間における空燃比のリッチインバランスの検出を行うようにしてもよい。

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、検出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検出値と、インバランスでないときの検出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前記最小値の平均値に基づいて、前記気筒間における空燃比のリッチインバランスの検出を行うようにしてもよい。

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。

また、上記（１）〜（３）のいずれか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、（４）前記回転電機制御手段は、前記内燃機関が前記第２の検出領域内の吸入空気量で運転されるよう前記内燃機関制御手段によって制御されたことにより、前記駆動輪を駆動する動力が変化しない量の動力を前記回転電機が消費するよう制御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、内燃機関制御手段が内燃機関を第２の検出領域内の吸入空気量で運転するように制御したときに、ドライバビリティに影響を与える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の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。

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、本実施の形態におけるハイブリッド車両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ドライブシャフト３Ｌ、３Ｒを介して駆動輪４Ｌ、４Ｒに伝達するためのトランスアクスル５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）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５０と、シリンダブロック５０の上部に固定されたシリンダヘッド５１と、オイルを収納するオイルパン５２とを備え、シリンダブロック５０と、シリンダヘッド５１とによって複数の気筒５３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５３のうちの１つの気筒５３が図示されている。

気筒５３には、ピストン５５が往復動可能に収納され、シリンダブロック５０、シリンダヘッド５１およびピストン５５によって、各気筒５３の燃焼室５４が形成されている。エンジン２は、ピストン５５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５３に収納されたピストン５５は、コネクティングロッド５６を介してクランクシャフト１５に連結されている。コネクティングロッド５６は、ピストン５５の往復動をクランクシャフト１５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５４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５５を往復動させ、コネクティングロッド５６を介してクランクシャフト１５を回転させることにより、動力伝達装置１０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５４に導入するためにシリンダヘッド５１に連結されている吸気管６０が設けられている。吸気管６０には、車外から流入した空気を清浄するエアクリーナ６１と、燃焼室５４に導入される空気の流量すなわち吸入空気量Ｇａを検出するエアフローセンサ６２と、吸入空気量Ｇａを調整するためのスロットルバルブ６３と、スロットルバルブ６３の開度を検出するスロットルセンサ６４とが設けられている。

エアクリーナ６１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６２は、スロットルバルブ６３の上流側に設けられ、吸入空気量Ｇａを表す検出信号をＥＧ−ＥＣＵ６に出力するようになっている。

スロットルバルブ６３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６３には、ＥＧ−ＥＣＵ６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６３に吸入空気量Ｇａを調整させるスロットルバルブアクチュエータ６５が設けられている。

また、エンジン２には、燃焼室５４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５１に連結されている排気管７０が設けられている。排気管７０には、エンジン２全体の空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ７１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７２とが設けられている。

空燃比センサ７１は、燃焼室５４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ＡＦを検出し、検出した空燃比ＡＦをリニアに表す検出信号をＥＧ−ＥＣＵ６に出力するようになっている。

触媒７２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５１には、吸気管６０と燃焼室５４とを連通させる吸気ポート８０と、燃焼室５４と排気管７０とを連通させる排気ポート８１とが形成されている。

また、シリンダヘッド５１には、吸気管６０から燃焼室５４への燃焼用空気の導入を制御するための吸気バルブ８２と、燃焼室５４から排気管７０への排気ガスの排出を制御するための排気バルブ８３と、燃焼室５４内に燃料を噴射するためのインジェクタ８４と、燃焼室５４内の混合気に点火するための点火プラグ８５とが設けられている。

インジェクタ８４は、ＥＧ−ＥＣＵ６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８４には、所定の圧力で燃料が供給されている。インジェクタ８４は、ＥＧ−ＥＣＵ６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５４に燃料を噴射するようになっている。

点火プラグ８５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８５は、ＥＧ−ＥＣＵ６によって電極が通電されることにより放電し、燃焼室５４内の混合気に点火するようになっている。

図１において、トランスアクスル５は、動力伝達装置１０と、ギヤ機構１１と、デファレンシャルギヤ１２とを備えている。動力伝達装置１０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４Ｌ、４Ｒ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１３と、モータジェネレータＭＧ２から伝達された回転を減速して駆動トルクを増幅する減速機１４とを備えている。

動力分割機構１３は、エンジン２の出力軸としてのクランクシャフト１５の端部にダンパ１６を介して結合された入力軸１７と、入力軸１７に軸中心が貫通された中空形状のサンギヤ軸１８に結合されたサンギヤ１９と、サンギヤ１９と回転軸が一致するようにサンギヤ１９の同心円上に配置されたリングギヤ２０と、サンギヤ１９およびリングギヤ２０に噛み合うようにサンギヤ１９とリングギヤ２０との間に配置された複数のピニオンギヤ２１と、ピニオンギヤ２１を自転自在に保持すると共に入力軸１７に対して公転自在に保持するキャリア２２とを備えている。

このように、動力分割機構１３は、サンギヤ１９、リングギヤ２０、ピニオンギヤ２１およびキャリア２２を回転要素として、エンジン２によって発生された動力を分割すると共に、モータジェネレータＭＧ１および駆動輪４Ｌ、４Ｒ側から伝達された動力を統合する遊星歯車機構を構成している。

したがって、動力分割機構１３は、エンジン２からキャリア２２に入力された動力を、サンギヤ１９側と、リングギヤ２０側とにそのギヤ比に応じて分割することにより、分割され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、分割された他方の動力によって駆動輪４Ｌ、４Ｒを回転させるようになっている。

また、動力分割機構１３は、駆動電力が供給された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からキャリア２２に入力された動力と、モータジェネレータＭＧ１からサンギヤ１９に入力された動力とを統合してリングギヤ２０から出力するようになっている。

また、動力分割機構１３は、駆動電力が供給された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からサンギヤ１９に入力された動力をキャリア２２に出力することにより、クランクシャフト１５を回転させ、エンジン２を始動させるようになっている。

モータジェネレータＭＧ１は、回転磁界を形成するステータ２３と、ステータ２３の内部に配置され、複数の永久磁石が埋め込まれているロータ２４とを備えており、ステータ２３は、ステータコアおよびステータコアに巻き掛けられた三相コイルを備えている。

ロータ２４は、動力分割機構１３のサンギヤ１９と一体に回転するサンギヤ軸１８に結合されており、ステータ２３のステータコアは、例えば、電磁鋼板の薄板を積層して形成され、本体ケース２５の内周部に固定されている。

このように構成されたモータジェネレータＭＧ１において、ステータ２３の三相コイルに三相交流電力が供給されると、ステータ２３によって回転磁界が形成され、この回転磁界にロータ２４に埋め込まれた永久磁石が引かれることにより、ロータ２４が回転駆動される。このように、モータジェネレータＭＧ１は、電動機として機能するようになっている。

また、ロータ２４に埋め込まれた永久磁石が回転すると、回転磁界が形成され、この回転磁界によりステータ２３の三相コイルに誘導電流が流れることにより、三相コイルの両端に電力が発生する。このように、モータジェネレータＭＧ１は、発電機としても機能するようになっている。なお、モータジェネレータＭＧ１は、本発明における回転電機を構成する。

モータジェネレータＭＧ２は、回転磁界を形成するステータ２６と、ステータ２６の内部に配置され複数の永久磁石が埋め込まれたロータ２７と、を備えており、ステータ２６は、ステータコアおよびステータコアに巻き掛けられた三相コイルを備えている。

ロータ２７は、減速機１４に結合されたロータシャフト２８に結合されており、ステータ２６のステータコアは、例えば、電磁鋼板の薄板を積層して形成され、本体ケース２９の内周部に固定されている。

このように構成されたモータジェネレータＭＧ２において、ステータ２６の三相コイルに三相交流電力が供給されると、ステータ２６によって回転磁界が形成され、この回転磁界にロータ２７に埋め込まれた永久磁石が引かれることにより、ロータ２７が回転駆動される。このように、モータジェネレータＭＧ２は、電動機として機能するようになっている。

また、ロータ２７に埋め込まれた永久磁石が回転すると、回転磁界が形成され、この回転磁界によりステータ２６の三相コイルに誘導電流が流れることにより、三相コイルの両端に電力が発生する。このように、モータジェネレータＭＧ２は、発電機としても機能するようになっている。

減速機１４は、モータジェネレータＭＧ２のロータ２７に結合されたロータシャフト２８に結合されたサンギヤ３０と、回転軸がサンギヤ３０と一致するようにサンギヤ３０の同心円上に配置されたリングギヤ３１と、サンギヤ３０およびリングギヤ３１に噛み合うようにサンギヤ３０とリングギヤ３１との間に配置された複数のピニオンギヤ３２と、一端が本体ケース２９に固定され、他端がピニオンギヤ３２を自転自在に支持する支持軸を有するキャリア３３とを備えている。

このように、減速機１４は、サンギヤ３０、リングギヤ３１およびピニオンギヤ３２を回転要素として、モータジェネレータＭＧ２から伝達された回転を減速して駆動トルクを増幅する遊星歯車機構を構成している。

したがって、減速機１４は、駆動電力が供給されたモータジェネレータＭＧ２が電動機として機能しているときには、モータジェネレータＭＧ２から伝達された回転を減速して駆動トルクを増幅してリングギヤ３１から出力するようになっている。

また、減速機１４は、リングギヤ３１に入力された動力による回転を加速して駆動トルクを減衰させてサンギヤ３０から出力することにより、モータジェネレータＭＧ２を発電機として機能させるようになっている。

動力分割機構１３のリングギヤ２０および減速機１４のリングギヤ３１には、リングギヤ２０とリングギヤ３１とが一体回転するようにカウンタドライブギヤ３４が設けられている。

カウンタドライブギヤ３４は、ギヤ機構１１に噛み合わされ、ギヤ機構１１は、デファレンシャルギヤ１２に噛み合わされている。カウンタドライブギヤ３４に出力された動力は、カウンタドライブギヤ３４からギヤ機構１１を介して、デファレンシャルギヤ１２に伝達されるようになっている。

デファレンシャルギヤ１２は、ドライブシャフト３Ｌ、３Ｒに接続され、ドライブシャフト３Ｌ、３Ｒは、駆動輪４Ｌ、４Ｒにそれぞれ接続されている。すなわち、デファレンシャルギヤ１２に伝達された動力は、ドライブシャフト３Ｌ、３Ｒを介して、駆動輪４Ｌ、４Ｒに出力される。

したがって、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４Ｌ、４Ｒ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４Ｌ、４Ｒ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。

また、ハイブリッド車両１は、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２に対してそれぞれ設けられたインバータ４０、４１と、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動制御するためにインバータ４０、４１を制御するモータ用電子制御ユニット（以下、「ＭＧ−ＥＣＵ」という）４２とを備えている。

インバータ４０、４１は、ＭＧ−ＥＣＵ４２による制御に基づいて、モータジェネレータＭＧ１とモータジェネレータＭＧ２とバッテリ４３との間で電力のやりとり、すなわち、バッテリ４３を充放電させるようになっている。

インバータ４０およびインバータ４１とバッテリ４３とを接続する電力ライン４４は、インバータ４０およびインバータ４１が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２のいずれか一方で発電された電力を他方のモータジェネレータで消費することができるようになっている。

ＭＧ−ＥＣＵ４２は、図示を省略するが、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−ＥＣＵ４２のＲＯＭには、当該マイクロプロセッサをＭＧ−ＥＣＵ４２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−ＥＣＵ４２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−ＥＣＵ４２として機能する。

ＭＧ−ＥＣＵ４２には、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えば、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の回転子の回転位置をそれぞれ検出する回転位置検出センサ４５、４６の検出信号、および、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２に入力される相電流を検出する図示しない電流センサの検出信号等が入力されるようになっている。

ＭＧ−ＥＣＵ４２は、インバータ４０およびインバータ４１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−ＥＣＵ４２は、ＨＶ−ＥＣＵ７等の他のＥＣＵと高速ＣＡＮ（Controller Area Network）を介して通信するようになっており、ＨＶ−ＥＣＵ７等の他のＥＣＵと各種制御信号やデータのやりとりを行うようになっている。

例えば、ＭＧ−ＥＣＵ４２は、ＨＶ−ＥＣＵ７から入力された制御信号に応じてインバータ４０、４１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−ＥＣＵ４２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４３の蓄電容量や温度等の状態を管理するためのバッテリ用電子制御ユニット（以下、「Ｂ−ＥＣＵ」という）４７を備えている。Ｂ−ＥＣＵ４７は、図示を省略するが、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−ＥＣＵ４７のＲＯＭには、当該マイクロプロセッサをＢ−ＥＣＵ４７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−ＥＣＵ４７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−ＥＣＵ４７として機能する。

Ｂ−ＥＣＵ４７には、バッテリ４３の状態を管理するために必要な信号、例えば、バッテリ４３の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧、バッテリ４３の出力端子に接続された電力ライン４４に取り付けられた電流センサ４８によって検出される充放電電流、および、バッテリ４３に取り付けられた図示しない温度センサからの電池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−ＥＣＵ４７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おり、ＨＶ−ＥＣＵ７等の他のＥＣＵと各種制御信号やデータのやりとりを行うようになっている。

例えば、Ｂ−ＥＣＵ４７は、必要に応じてバッテリ４３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−ＥＣＵ４７は、電流センサ４８によって検出された充放電電流の積算値に基づいて、バッテリ４３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。

ＥＧ−ＥＣＵ６は、図示を省略するが、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−ＥＣＵ６のＲＯＭには、当該マイクロプロセッサをＥＧ−ＥＣＵ６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−ＥＣＵ６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−ＥＣＵ６として機能する。

ＥＧ−ＥＣＵ６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おり、ＨＶ−ＥＣＵ７等の他のＥＣＵと各種制御信号やデータのやりとりを行うようになっている。

例えば、ＥＧ−ＥＣＵ６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。

ＨＶ−ＥＣＵ７は、図示を省略するが、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。ＨＶ−ＥＣＵ７の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、ＨＶ−ＥＣＵ７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、ＨＶ−ＥＣＵ７として機能する。

ＨＶ−ＥＣＵ７は、ＥＧ−ＥＣＵ６等の他のＥＣＵと高速ＣＡＮを介して互いに接続されており、ＥＧ−ＥＣＵ６等の他のＥＣＵと各種制御信号やデータのやりとりを行うようになっている。

以下に具体的に説明するように、ＨＶ−ＥＣＵ７は、空燃比センサ７１によって検出される空燃比ＡＦの単位時間あたりの変化量ΔＡＦに基づいて、複数の気筒５３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。

ＨＶ−ＥＣＵ７のＲＯＭには、エンジン２の吸入空気量Ｇａに対して予め実験により定められた第１閾値ＴＨ１および第１閾値ＴＨ１より低い第２閾値ＴＨ２が対応付けられた第１マップと、エンジン２の吸入空気量Ｇａに対して予め実験により定められた第３閾値ＴＨ３が対応付けられた第２マップとが予め格納されている。

ここで、第１マップは、ハイブリッド車両１による使用頻度が比較的高い吸入空気量Ｇａの領域に対応し、第２マップは、第１マップが表す吸入空気量Ｇａの領域より高い吸入空気量Ｇａの領域に対応する。

なお、第１マップに表されているエンジン２の吸入空気量Ｇａの領域が第１の検出領域に対応し、第２マップに表されているエンジン２の吸入空気量Ｇａの領域が第２の検出領域に対応する。また、以下の説明において、第１の検出領域を「低Ｇａ域」といい、第２の検出領域を「高Ｇａ域」という。

ＨＶ−ＥＣＵ７は、エンジン２の吸入空気量Ｇａが低Ｇａ域内にあることを条件として、気筒５３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスの検出を行うようになっている。ここで、ＨＶ−ＥＣＵ７は、エアフローセンサ６２によって検出された吸入空気量Ｇａと、空燃比センサ７１によって検出された空燃比ＡＦとをＥＧ−ＥＣＵ６を介して受信するようになっている。

ＨＶ−ＥＣＵ７は、空燃比ＡＦに基づいて、単位時間あたりの空燃比ＡＦの変化量すなわち微分値である空燃比変化量ΔＡＦを算出するようになっている。また、ＨＶ−ＥＣＵ７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１５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７１から出力された検出信号が表す空燃比ＡＦが、図３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、ＨＶ−ＥＣＵ７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。

図１において、ＨＶ−ＥＣＵ７は、予め定められたサンプル数Ｎ（例えば、１００個）の最小値ΔＡＦｍｉｎを平均化することにより、検出値ΔＡＦｎを求めるようになっている。このため、ＨＶ−ＥＣＵ７は、サンプル数Ｎ分の最小値ΔＡＦｍｉｎをフラッシュメモリに記憶するようになっている。

ＨＶ−ＥＣＵ７は、検出値ΔＡＦｎが第１マップによって吸入空気量Ｇａに対応付けられた第１閾値ＴＨ１以上であることを条件として、気筒５３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスが発生していないと判断するようになっている。

また、ＨＶ−ＥＣＵ７は、気筒５３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスの検出値ΔＡＦｎが予め定めされた範囲内、すなわち、検出値ΔＡＦｎが第１マップによって吸入空気量Ｇａに対応付けられた第１閾値ＴＨ１未満であり第２閾値ＴＨ２以上であることを条件として、気筒５３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスが発生したか否かが不確定であると判断するようになっている。

ＨＶ−ＥＣＵ７は、検出値ΔＡＦｎが第１マップによって吸入空気量Ｇａに対応付けられた第２閾値ＴＨ２未満であることを条件として、気筒５３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスが発生していないと判断するようになっている。

また、ＨＶ−ＥＣＵ７は、エンジン２の吸入空気量Ｇａが高Ｇａ域内にあることを条件として、気筒５３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスの検出を行うようになっている。

ここで、ＨＶ−ＥＣＵ７は、前述したように検出値ΔＡＦｎを求め、検出値ΔＡＦｎが第２マップによって吸入空気量Ｇａに対応付けられた第３閾値ＴＨ３以上であることを条件として、気筒５３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスが発生していないと判断するようになっている。

また、ＨＶ−ＥＣＵ７は、検出値ΔＡＦｎが第２マップによって吸入空気量Ｇａに対応付けられた第３閾値ＴＨ３未満であることを条件として、気筒５３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスが発生していないと判断するようになっている。以上のように、ＨＶ−ＥＣＵ７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。

ＨＶ−ＥＣＵ７は、気筒５３間における空燃比ＡＦのリッチインバランスが発生したか否かが不確定であると判断した場合には、吸入空気量Ｇａが高Ｇａ域内で運転されるようエンジン２を制御するようになっている。

具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ７は、高Ｇａ域を表す信号をＥＧ−ＥＣＵ６に送信し、ＥＧ−ＥＣＵ６は、エンジン２の吸入空気量Ｇａが高Ｇａ域内になるように、スロットルバルブアクチュエータ６５を制御し、スロットルバルブ６３の開度を調整するようになっている。以上のように、ＨＶ−ＥＣＵ７は、ＥＧ−ＥＣＵ６と協働して、本発明における内燃機関制御手段を構成する。

また、ＨＶ−ＥＣＵ７は、エンジン２が高Ｇａ域内の吸入空気量Ｇａで運転されることによりエンジン２によって発生された動力が増加した量（以下、単に「動力増加量」という）に応じた動力をモータジェネレータＭＧ１が消費するようモータジェネレータＭＧ１を制御するようになっている。

具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ７は、ＭＧ−ＥＣＵ４２に制御信号を送信し、動力増加量に応じた電力がモータジェネレータＭＧ１によって発電されるようＭＧ−ＥＣＵ４２にインバータ４０を制御させるようになっている。

ここで、エンジン２が高Ｇａ域内の吸入空気量Ｇａで運転されるようＥＧ−ＥＣＵ６によって制御されたことにより、駆動輪４Ｌ、４Ｒを駆動する動力が変化しない量の動力をモータジェネレータＭＧ１が消費するようにすることが好ましい。

このように構成することにより、エンジン２が高Ｇａ域内の吸入空気量Ｇａで運転されるようＥＧ−ＥＣＵ６によって制御されたときに、ドライバビリティに影響を与えることを防止することができる。以上のように、ＨＶ−ＥＣＵ７は、ＭＧ−ＥＣＵ４２と協働して、本発明における回転電機制御手段を構成する。

以上のように構成されたハイブリッド車両１におけるＨＶ−ＥＣＵ７によるリッチインバランス検出動作について、図４を参照して説明する。

まず、ＨＶ−ＥＣＵ７は、エンジン２の吸入空気量Ｇａが低Ｇａ域内にあるときに検出値ΔＡＦｎを求め（ステップＳ１）、検出値ΔＡＦｎが第１マップによって吸入空気量Ｇａに対応付けられた第１閾値ＴＨ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。

ここで、検出値ΔＡＦｎが第１閾値ＴＨ１以上であると判断した場合には、ＨＶ−ＥＣＵ７は、気筒５３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。

一方、検出値ΔＡＦｎが第１閾値ＴＨ１以上でないと判断した場合には、ＨＶ−ＥＣＵ７は、検出値ΔＡＦｎが第１マップによって吸入空気量Ｇａに対応付けられた第２閾値ＴＨ２以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。

ここで、検出値ΔＡＦｎが第２閾値ＴＨ２以上でないと判断した場合には、ＨＶ−ＥＣＵ７は、気筒５３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５３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Ｓ４）、リッチインバランス検出動作を終了する。

一方、検出値ΔＡＦｎが第２閾値ＴＨ２以上であると判断した場合には、ＨＶ−ＥＣＵ７は、ＥＧ−ＥＣＵ６と協働して、エンジン２の吸入空気量Ｇａが高Ｇａ域内になるように、エンジン２を制御するとともに（ステップＳ５）、ＭＧ−ＥＣＵ４２と協働して、動力増加量に応じた動力が消費されるようモータジェネレータＭＧ１を制御する（ステップＳ６）。

次いで、ＨＶ−ＥＣＵ７は、エンジン２の吸入空気量Ｇａが高Ｇａ域内にあるときに検出値ΔＡＦｎを求め（ステップＳ７）、検出値ΔＡＦｎが第２マップによって吸入空気量Ｇａに対応付けられた第３閾値ＴＨ３以上であるか否かを判断する（ステップＳ８）。

ここで、検出値ΔＡＦｎが第３閾値ＴＨ３以上であると判断した場合には、ＨＶ−ＥＣＵ７は、気筒５３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。

一方、検出値ΔＡＦｎが第３閾値ＴＨ３以上でないと判断した場合には、ＨＶ−ＥＣＵ７は、気筒５３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５３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Ｓ４）、リッチインバランス検出動作を終了する。

以上に説明したように、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、気筒５３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の検出値ΔＡＦｎが予め定めされた範囲内にあることを条件として、モータジェネレータＭＧ１によって消費される動力を調整しながらエンジン２の吸入空気量Ｇａを増加させ、エンジン２から排出される排気ガスの量を増加させるため、従来のものより精度よくエンジン２の気筒５３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。

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、エンジン２によって発生された動力を駆動輪４Ｌ、４Ｒ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１３を有する車両であれば、いずれの車両にも適用することができる。

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、内燃機関によって発生された動力を駆動輪側に伝達する動力と回転電機を駆動する動力とに分割する動力分割機構を有する車両の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。

ＭＧ１ モータジェネレータ（回転電機）
２ エンジン（内燃機関）
４Ｌ、４Ｒ 駆動輪
６ ＥＧ−ＥＣＵ（内燃機関制御手段）
７ ＨＶ−ＥＣＵ（リッチインバランス検出手段、内燃機関制御手段、回転電機制御手段）
１３ 動力分割機構
４２ ＭＧ−ＥＣＵ（回転電機制御手段）
７１ 空燃比センサ

Claims (4)

1. 内燃機関と、
   回転電機と、
   駆動輪と、
   前記回転電機を駆動する動力と前記駆動輪を駆動する動力とに前記内燃機関によって発生された動力を分割する動力分割機構と、を備え、
   前記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、前記内燃機関に形成された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、
   前記内燃機関の吸入空気量が予め定められた第１の検出領域内に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の検出を行うリッチインバランス検出手段と、
   前記リッチインバランス検出手段によっ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ための検出値が予め定めされた範囲内にあることを条件として、前記第１の検出領域より高い領域に予め定められた第２の検出領域内の吸入空気量で運転されるよう前記内燃機関を制御する内燃機関制御手段と、
   前記内燃機関が前記第２の検出領域内の吸入空気量で運転されることにより前記内燃機関によって発生された動力が増加した量に応じた動力を前記回転電機が消費するよう前記回転電機を制御する回転電機制御手段と、を備え、
   前記リッチインバランス検出手段は、前記内燃機関が前記第２の検出領域内の吸入空気量で運転されるよう前記内燃機関制御手段によって制御されてい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の検出を行う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. 前記リッチインバランス検出手段は、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に基づいて、前記気筒間における空燃比のリッチインバランスの検出を行う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前記最小値の平均値に基づいて、前記気筒間における空燃比のリッチインバランスの検出を行う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。
4. 前記回転電機制御手段は、前記内燃機関が前記第２の検出領域内の吸入空気量で運転されるよう前記内燃機関制御手段によって制御されたことにより、前記駆動輪を駆動する動力が変化しない量の動力を前記回転電機が消費するよう制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項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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