JP2014152761A - 多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常しきい値を適切に定めて検出精度を向上し、誤検出を防止する。
【解決手段】空燃比センサ２０の出力の変動度合いに相関するパラメータの値を所定の異常しきい値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、前記パラメータの値又は前記異常しきい値のうち少なくとも一方を大気圧に基づいて補正する補正手段と、を備えた気筒間空燃比ばらつき異常検出装置において、前記補正手段の補正量が、エンジン１の負荷に応じて変更される。
【選択図】図１

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。

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、通常は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。特に自動車用の内燃機関の場合、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。

気筒間空燃比ばらつき異常を検出するために、例えば特許文献１に記載の装置では、排気管の集合部に配置された空燃比センサの出力を利用している。この装置では、空燃比センサの出力の変動度合いに相関するパラメータの値を所定の異常しきい値と比較して、異常しきい値を上回った場合にばらつき異常が発生したと判定するようにしている。

ところで、多気筒内燃機関では、大気圧が変化すると、排気の干渉度合いが変化するため、空燃比センサの出力が異なってくる。したがって、これを固定の異常しきい値と比較して異常判定を行うのでは、判定の精度が不安定となる。このため特許文献１の装置では、大気圧の影響を排除して検出精度を改善するため、空燃比センサの出力の変動度合いに相関するパラメータの値、あるいは異常しきい値のうち少なくともいずれか一方を、大気圧に基づいて補正するようにしている。

特開２０１２−０９２８０３号公報

しかし、気筒間における排気の干渉度合いは負荷によっても変化する。このため、これを考慮せずに異常判定を行うのでは、判定の精度が不安定となる。

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、検出精度を更に向上し、誤検出を防止し得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を提供することにある。

本発明の一の態様は、
多気筒内燃機関の排気通路に設置された１または２以上の空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力の変動度合いに相関するパラメータの値を所定の異常しきい値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
前記パラメータの値又は前記異常しきい値のうち少なくとも一方を大気圧に基づいて補正する補正手段と、
を備えた多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置であって、
前記補正手段の補正量が、前記多気筒内燃機関の負荷に応じて変更される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である。

気筒間における排気の干渉度合いは負荷に応じて変化する。この点、この態様によれば、補正手段の補正量が多気筒内燃機関の負荷に応じて変更されるので、負荷の影響を考慮して検出精度を向上し、誤検出を抑制することができる。

好ましい態様では、前記補正手段は前記パラメータの値を補正すると共に、当該補正に係る補正量は、前記負荷が高いほど前記変動度合いが絶対値で大きくなる方向に変更される。

排気の干渉度合いは負荷に応じて変化し、負荷が小さいほど排気の干渉度合いが大きくなり、空燃比センサの出力のばらつきが検出され易くなる傾向がある。この点、この態様によれば、補正手段が空燃比センサの出力の変動度合いに相関するパラメータの値を補正すると共に、当該補正に係る補正量が、負荷が高いほど前記変動度合いが絶対値で大きくなる方向に変更されるので、負荷の影響を考慮して検出精度を向上し、誤検出を抑制することができる。

別の好ましい態様では、補正手段は前記異常しきい値を補正すると共に、当該補正に係る補正量は、前記負荷が高いほど前記変動度合いが絶対値で小さくなる方向に変更される。

この態様によっても、同様の理由から、負荷の影響を考慮して検出精度を向上し、誤検出を抑制することができる。

また別の好ましい態様では、互いに異なる複数の前記補正手段が設けられ、複数の気筒のうちの一部と他の一部とについて互いに異なる前記補正手段が適用される。

負荷の変化に伴う排気の干渉度合いへの影響は、気筒ごとに異なる。したがって、この態様のように互いに異なる複数の前記補正手段が設けられ、複数の気筒のうちの一部と他の一部とについて互いに異なる前記補正手段が適用されることにより、検出精度を向上し、誤検出を抑制することができる。

本発明によれば、負荷の影響を考慮して検出精度を向上し、誤検出を防止することができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の概略図である。 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。 常圧下においてそれぞれ＃１，＃３，＃５，＃７気筒のみがリッチ且つ他の３つの気筒がストイキである場合に触媒前センサで検出される空燃比の変化を示すタイミングチャートである。 低圧環境下における図３に対応するタイミングチャートである。 １エンジンサイクル内の触媒前センサの出力の変動と変動パラメータとの関係を模式的に示すタイミングチャートである。 補正係数マップの設定例を示す表である。 図６の補正係数マップに対応するグラフである。 第１実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。 第２実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常検出のための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に、本発明の第１実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。図示される内燃機関（エンジン）１は、自動車に搭載されたＶ型８気筒火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。エンジン１は、エンジンを前方Ｆ方向に見て右側の右バンクＢＲと、左側の左バンクＢＬとを有する。左バンクＢＬには、奇数番気筒すなわち＃１，＃３，＃５，＃７気筒が前方からこの順に設けられ、右バンクＢＲには偶数番気筒すなわち＃２，＃４，＃６，＃８気筒が前方からこの順に設けられている。奇数番の＃１，＃３，＃５，＃７気筒が第１の気筒群をなし、偶数番の＃２，＃４，＃６，＃８気筒が第２の気筒群をなす。

そして、気筒毎にインジェクタ（燃料噴射弁）２が設けられている。すなわち、インジェクタ２は、対応気筒の吸気通路、特に、吸気ポート（図示せず）内に向けて燃料を噴射する。また各気筒には、筒内の混合気に点火するための点火プラグ１３が設けられている。

各気筒に吸気を導入するための吸気通路７は、上記吸気ポートの他、集合部としてのサージタンク８と、各気筒の吸気ポートとサージタンク８とを結ぶ吸気マニフォールド９と、サージタンク８の上流側の吸気管１０とを含む。吸気管１０には、上流側から順にエアフローメータ１１と電子制御式スロットルバルブ１２とが設けられている。エアフローメータ１１は、吸気流量に応じた大きさの信号を出力する。

右バンクＢＲに対して右排気通路１４Ｒが設けられ、左バンクＢＬに対して左排気通路１４Ｌが設けられている。これら右および左の排気通路１４Ｒ，１４Ｌは、下流触媒１９の上流側で合流されている。この合流位置よりも上流側の排気系の構成は両バンクで同一なので、ここでは右バンクＢＲ側についてのみ説明し、左バンクＢＬ側については図中同一符号を付して説明を省略する。

右排気通路１４Ｒは、＃２，＃４，＃６，＃８の各気筒の排気ポート（図示せず）と、これら排気ポートの排気ガスを集合させる排気マニフォールド１６と、排気マニフォールド１６の下流側に設置された排気管１７とを含む。そして排気管１７には、上流触媒１８が設けられている。上流触媒１８の上流側及び下流側（直前及び直後）には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサである触媒前センサ２０及び触媒後センサ２１がそれぞれ設置されている。このように、一方のバンクに属する複数の気筒（あるいは気筒群）に対して、共通の上流触媒１８、触媒前センサ２０及び触媒後センサ２１がそれぞれ一つずつ設けられている。なお、右および左の排気通路１４Ｒ，１４Ｌを合流させないで、これらに個別に下流触媒１９を設けることも可能である。空燃比センサは各排気通路１４Ｒ，１４Ｌのそれぞれにつき２以上が設けられていても良く、また１つあるいは複数の空燃比センサが両排気通路１４Ｒ，１４Ｌの合流点よりも下流側に設けられていても良い。

エンジン１にはさらに、制御手段および検出手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は周知のマイクロプロセッサであって、いずれも図示されない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。ＥＣＵ１００には、前述のエアフローメータ１１、触媒前センサ２０、触媒後センサ２１のほか、エンジン１のクランク角ないしは回転方向のポジションを検出するためのクランクポジションセンサ２２、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ２３、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ２４、ＥＣＵ１００を収容するケース内に配置され大気圧を検出する大気圧センサ２５、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。ＥＣＵ１００は、ドライバの操作入力と各種センサの検出値とに基づき、所望の出力が得られるように、インジェクタ２、点火プラグ１３、スロットルバルブ１２等を制御し、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度等を制御する。

スロットルバルブ１２にはスロットル開度センサ（図示せず）が設けられ、スロットル開度センサからの信号がＥＣＵ１００に送られる。ＥＣＵ１００は、通常、アクセル開度に応じて定まる開度に、スロットルバルブ１２の開度（スロットル開度）をフィードバック制御する。

またＥＣＵ１００は、エアフローメータ１１からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸入空気量を検出する。そしてＥＣＵ１００は、検出したアクセル開度、スロットル開度および吸入空気量の少なくとも一つに基づき、エンジン１の負荷を検出する。

ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２２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すると共にエンジン１の回転数を検出する。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。

触媒前センサ２０は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲にわた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２０の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ２０は、検出した排気空燃比（触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ）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＝１４．５）であるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）である。

他方、触媒後センサ２１は所謂Ｏ_２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２１の出力特性を示す。図示するように、排気空燃比（触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ）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２１の出力電圧は、所定の範囲（例えば０〜１Ｖ）内で変化する。概して排気空燃比がストイキよりもリーンのとき、触媒後センサの出力電圧Ｖｒ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もリッチのとき、触媒後センサの出力電圧Ｖｒはストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。

上流触媒１８及び下流触媒１９は、いずれも三元触媒からなり、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。

そこで、エンジンの通常運転時、上流触媒１８に流入する排気ガスの空燃比をストイキ近傍に制御するための空燃比フィードバック制御（ストイキ制御）がＥＣＵ１００により実行される。この空燃比フィードバック制御は、触媒前センサ２０によって検出された排気空燃比が所定の目標空燃比であるストイキになるように混合気の空燃比（具体的には燃料噴射量）をフィードバック制御する主空燃比制御（主空燃比フィードバック制御）と、触媒後センサ２１によって検出された排気空燃比がストイキになるように混合気の空燃比（具体的には燃料噴射量）をフィードバック制御する補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。

このように本実施形態において、空燃比の基準値はストイキであり、このストイキに相当する燃料噴射量（ストイキ相当量という）が燃料噴射量の基準値である。但し、空燃比および燃料噴射量の基準値は他の値とすることもできる。

空燃比フィードバック制御は、バンク単位で（すなわちバンク毎に）行われる。例えば左バンクＢＬ側の触媒前センサ２０および触媒後センサ２１の検出値は、左バンクＢＬに属する＃１，＃３，＃５，＃７気筒の空燃比フィードバック制御にのみ用いられ、右バンクＢＲに属する＃２，＃４，＃６，＃８気筒の空燃比フィードバック制御には用いられない。逆も同様である。空燃比フィードバック制御は、あたかも独立した直列４気筒エンジンが二つあるように実行される。また、空燃比フィードバック制御においては、同一バンクに属する各気筒に対し同一の制御量が一律に用いられる。

そして、上述の気筒配列で右回り２プレーンクランクを備えるエンジン１の点火順序の一例を示すと、＃１、＃８、＃７、＃３、＃６、＃５、＃４、＃２の気筒順であり、その点火間隔は、エンジン全体で見れば９０°ＣＡずつの等間隔である。

但し右バンクＢＲ及び左バンクＢＬをそれぞれ個別に見ると、点火間隔は共に不等間隔であり、その間隔も右バンクＢＲ及び左バンクＢＬでそれぞれ異なっている。ここで、左バンクＢＬの＃１の気筒が点火された時点を０°とすると、その後、９０°ＣＡ後に右バンクＢＲの＃８の気筒が点火され、次いで９０°ＣＡ後に左バンクＢＬの＃７の気筒が点火され、そして９０°ＣＡ後に同じく左バンクＢＬの＃３の気筒が点火される。このように、各気筒の点火は９０°ＣＡ毎に行われるが、右バンクＢＲ及び左バンクＢＬの内部では等間隔ではない。

さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒（特に１気筒）において、インジェクタ２の故障等が発生し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生することがある。例えば左バンクＢＬについて、インジェクタ２の閉弁不良により＃１気筒の燃料噴射量が他の＃３，＃５，＃７気筒の燃料噴射量よりも多くなり、＃１気筒の空燃比が他の＃３，＃５，＃７気筒の空燃比よりも大きくリッチ側にずれる場合である。

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２０に供給されるトータルガス（合流後の排気ガス）の空燃比をストイキに制御できる場合がある。しかし、これは気筒別に見ると、＃１気筒がストイキより大きくリッチ、＃３，＃５，＃７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に示されるように、触媒前センサ２０によって検出される排気空燃比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。そして気筒間に空燃比の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。図３は常圧下において、それぞれ＃１，＃３，＃５，＃７気筒のみが空燃比が＋５０％リッチ且つ他の３つの気筒がストイキである場合に触媒前センサ２０で検出される空燃比の変化を示している。図示されるように、排気通路のレイアウトの相違に起因して、空燃比インバランスの影響は気筒ごとに異なる。

そして図４に＃３気筒のみについて示されるように、低圧環境下（例えば、７５ｋＰａ）においては、特定の気筒のみの空燃比がリッチまたはリーンである場合の空燃比の変化は、常圧下における場合とは異なったパターンとなる（この＃３気筒のみ＋５０％リッチである例では、３００〜７００°ＣＡ近傍における空燃比が顕著に高くなる）。これは、低圧環境下ではブローダウンガス（エキゾーストバルブが開いてから、ピストンが下死点に到達するまでに吐出されるガス）が増加し、ピストンが下死点到達後に上昇する際の押し出しガス量が低下することに起因するものと考えられる。この気圧の影響はまた気筒ごとに異なり、これは触媒前センサ２０に到達するまでの排気ガスの干渉の度合いが、排気通路の幾何形状および点火間隔に応じて異なることに起因するものと考えられる。

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触媒前センサ２０の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。本実施形態では、触媒前センサ２０の出力の変動度合いに相関するパラメータである変動パラメータを算出すると共に、この変動パラメータを所定の異常判定値と比較して、ばらつき異常を検出する。

ここで変動パラメータの算出方法について説明する。図５は、１エンジンサイクル内の触媒前センサ２０の出力の変動と変動パラメータとの関係を模式的に示すタイミングチャートである。ここで触媒前センサ出力としては、触媒前センサ２０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２０の出力電圧Ｖｆを直接用いることも可能である。

（Ｂ）図に示すように、ＥＣＵ１００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で取得した値Ａ／Ｆ_ｎと、前回のタイミングで取得した値Ａ／Ｆ_ｎ−１との差ΔＡ／Ｆ_ｎを、次式（１）により求める。この差ΔＡ／Ｆ_ｎ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。

最も単純には、この差ΔＡ／Ｆ_ｎ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絶対値で大きくなり、差ΔＡ／Ｆ_ｎが絶対値で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／Ｆ_ｎの値を変動パラメータとすることも可能である。

但し、本実施形態では精度向上のため、複数の差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値を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／Ｆ_ｎ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／Ｆ_ｎ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／Ｆ_ｎ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／Ｆ_ｎの平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶを求め、これを変動パラメータとするものである。

触媒前センサ出力の変動度合いが大きいほど、Ｍエンジンサイクル内の平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶの平均値も絶対値で大きくなる。そこで当該平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶが絶対値で所定の異常判定値以上であればばらつき異常ありと判定され、当該平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶが異常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。

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／Ｆ_ｎあるいはその平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶを求め、これを変動パラメータとすることができる。特に１気筒のみリッチずれの場合、当該１気筒に対応した排気ガスを触媒前センサが受けた時にその出力が急速にリッチ側に変化（すなわち急減）するので、減少側のみの値をリッチずれ検出のために用いることも可能である（リッチインバランス判定）。この場合には、図５の（Ｂ）のグラフにおける右下がりの領域のみを、リッチずれ検出のために利用することになる。一般にリーンからリッチへの移行は、リッチからリーンへの移行よりも急峻に行われる場合が多いため、この方法によればリッチずれを精度よく検出することが期待できる。もっとも、これに限定されず、増加側の値のみを用いること、あるいは、減少側と増加側の双方の値を用いる（差ΔＡ／Ｆ_ｎの絶対値を積算し、この積算値をしきい値と比較することで）ことも可能である。

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の触媒前センサ出力の最大値と最小値の差（所謂ピークトゥピーク; peak to peak）に基づいて、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当該差も大きくなるからである。

ところで、上述したとおり、低圧環境下においては、特定の気筒のみの空燃比がリッチまたはリーンである場合の空燃比の変化は、常圧下における場合（図３）とは異なったパターンとなる（図４）。また、排気の干渉度合いは負荷によっても変化する。このため、空燃比ばらつき異常を検出する際に、大気圧および負荷の影響によって検出精度が低下し、誤検出が発生するおそれがある。このような現象を考慮して、本実施形態では、大気圧および負荷の影響を考慮して変動パラメータを補正する目的から、図６に示されるような補正係数マップが予め作成され、ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納されている。

図６の補正係数マップは、変動パラメータである平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶに乗算するための補正係数Ｃｎを、大気圧Ｐおよび負荷ＫＬとの関数として定めたものであり、大気圧Ｐが大きいほど、また負荷ＫＬが大きいほど、補正係数Ｃｎが大きくなり、徐々に１に近づくるように設定されている。大気圧Ｐは、図６では常圧例えば１０１．３ｋＰａに対する比（すなわち、大気圧比）で表現されている。この関係は概ね、図７のグラフのように示すことができる。

次に、図８を用いて、気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンについて説明する。このルーチンは例えばＥＣＵ１００により前記サンプル周期τ毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１では、異常検出を行うのに適した所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。この前提条件は、次の各条件が全て成立したときに成立する。
（１）エンジンの暖機が終了している。例えば水温センサ２４で検出された水温が所定値以上であるとき暖機終了とされる。
（２）少なくとも触媒前センサ２０が活性化している。
（３）エンジンが定常運転中である。
（４）ストイキ制御中である。
（５）エンジンが検出領域内で運転している。
（６）触媒前センサ２０の出力Ａ／Ｆが減少中である。

これらのうち（６）は、このルーチンが上述したリッチインバランス判定（減少側の値のみをリッチずれ検出のために用いる方法）によっていることを示す。前提条件が成立していない場合にはルーチンが終了される。他方、前提条件が成立している場合には、ステップＳ１０２において、今回のタイミングにおける触媒前センサ２０（空燃比センサ）の出力Ａ／Ｆ_ｎが取得され、ステップＳ１０３において、今回のタイミングにおける出力差ΔＡ／Ｆ_ｎが前式（１）より算出される。

次に、ステップＳ１０４において、今回のタイミングにおける大気圧Ｐｎ、および負荷ＫＬｎが取得される。大気圧Ｐｎは大気圧センサ２５の信号に基づいて取得される。大気圧Ｐｎはスロットル開度とエアフローメータの通過空気量とに基づく推定演算により取得してもよい。負荷ＫＬｎは、例えばアクセル開度センサ２３の信号に基づいて取得される。負荷ＫＬｎは他の信号、例えばエアフローメータ１１からの信号に基づいて取得してもよい。

次に、ステップＳ１０５において、取得された大気圧Ｐｎおよび負荷ＫＬｎに対応する補正係数Ｃｎが、予め作成されている補正係数マップ（図６および図７参照）により算出される。この補正係数Ｃｎは、図６および図７に示されるように、大気圧の値Ｐｎが高いほど、また負荷ＫＬｎが大きいほど、大きい値となり且つ１に近づくように設定されている。

次に、ステップＳ１０６において、今回のタイミングにおける補正係数Ｃｎを、今回のタイミングにおける出力差ΔＡ／Ｆ_ｎに乗算することによって、出力差ΔＡ／Ｆ_ｎを補正し、補正値ΔＡ／Ｆ_ｃｎを算出し、ＥＣＵ１００の所定の記憶領域に記憶する。

次に、ステップＳ１０７において、以上の処理が１００サイクルについて終了したかが判定され、否定の場合には１００サイクル終了するまで、以上の処理が繰返し実行される。

１００サイクルが終了した場合には、ステップＳ１０８において、これまでに算出された補正値ΔＡ／Ｆ_ｃｎの平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶが、例えば補正値ΔＡ／Ｆ_ｃｎの積算値をサンプル数Ｎ及びエンジンサイクル数Ｍで除することによって算出される。

そして、ステップＳ１０９において、補正値ΔＡ／Ｆ_ｃｎの平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶの絶対値が、予め定められた異常しきい値αよりも大であるかが判定される。補正値の絶対値ΔＡ／Ｆ_ＡＶが異常しきい値αよりも小さい場合、ステップＳ１１０に進んで、ばらつき異常無しすなわち正常と判定され、ルーチンが終了される。

他方、補正値の絶対値ΔＡ／Ｆ_ＡＶが異常しきい値α以上であるときは、ステップＳ１１１に進んで、ばらつき異常有りすなわち異常と判定され、ルーチンが終了される。なお、異常判定と同時に、あるいは異常判定が２トリップ（すなわち、エンジン始動から停止までの１トリップを２回連続で）続けて出された場合に、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させ、且つ所定のダイアグノーシスメモリに異常情報を、整備作業者による呼び出しが可能な態様で記憶させるのが好ましい。

以上のとおり、本実施形態では、空燃比センサ２０の出力の変動度合いに相関する変動パラメータとしての平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶの値を、異常しきい値αと比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出するにあたり、変動パラメータとしての出力差ΔＡ／Ｆ_ｎの値を、大気圧Ｐ_ｎに基づいて補正すると共に、その補正量（補正係数Ｃ_ｎ）が負荷ＫＬ_ｎに応じて変更されることとした。このように、補正量が負荷に応じて変更されるので、負荷の影響を考慮して検出精度を向上し、誤検出を抑制することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、全ての気筒につき共通の補正係数マップを用いたが、このような構成に代えて、第２実施形態では、互いに異なる複数種類の補正係数マップを使用し、複数の気筒のうちの一部と他の一部とについて互いに異なる種類の補正係数マップを用いるものである。

とくに第２実施形態では、複数の気筒について個別の補正係数マップが用いられる。すなわち、図６および図７に例示されるような補正係数マップが、＃１〜＃８気筒のそれぞれについて予め作成され、ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納されており、それらにおける補正係数Ｃｎの値は互いに異なるものとされている。第２実施形態における残余の機械的構成は、上記第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。

第２実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンについて、図９を用いて説明する。

ステップＳ２０１における所定の前提条件が成立しているか否かの判断、ステップＳ２０２における触媒前センサ２０（空燃比センサ）の出力Ａ／Ｆ_ｎの取得、ステップＳ２０３における出力差ΔＡ／Ｆ_ｎの算出、およびステップＳ１０４における大気圧Ｐｎおよび負荷ＫＬｎの取得は、それぞれ上記第１実施形態におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０４におけるものと同様である。

ステップＳ２０４Ａにおいて、現在検出されている空燃比がどの気筒からの排気ガスに相当するかが判断される。この判断は、クランクポジションセンサ２２からの信号に基づき、所定のディレイタイムを（例えばエアフローメータ１１からの信号に応じた補正を加えることで）考慮して行われる。

次に、ステップＳ２０５において、取得された大気圧Ｐｎおよび負荷ＫＬｎに対応する補正係数Ｃｎが、当該気筒に対応する補正係数マップにより算出される。すなわち、＃１〜＃８気筒のそれぞれについて予め作成されＥＣＵ１００のＲＯＭに格納されている複数の補正係数マップのうちから、ステップＳ２０４Ａにおいて判別された気筒に対応するものが選択されて使用され、これによって補正係数Ｃｎが算出される。

ステップＳ２０６〜Ｓ２１１の処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ１０６〜Ｓ１１１の処理と同様である。

以上の処理の結果、第２実施形態では、変動パラメータとしての出力差ΔＡ／Ｆ_ｎの値を、大気圧Ｐ_ｎに基づいて補正すると共に、その補正量（補正係数Ｃ_ｎ）が負荷ＫＬ_ｎに応じて変更されることとした。このように、補正量が負荷に応じて変更されるので、負荷の影響を考慮して検出精度を向上し、誤検出を抑制することができる。

また、負荷の変化に伴う排気の干渉度合いへの影響は、気筒ごとに異なるところ、第２実施形態では、互いに異なる複数の補正係数マップが設けられ、補正量の決定のために、複数の気筒の一部と他の一部とについて互いに異なる補正係数マップが適用される。したがって、気筒ごとに異なる補正係数によって補正量が決定されるので、検出精度を向上し、誤検出を抑制することができる。

なお、第２実施形態では、＃１〜＃８気筒のそれぞれについて異なる補正係数マップを使用したが、補正係数マップの種類は複数であれば、気筒数と同じ数である必要はない。例えば、空燃比センサに至るまでの排気通路の幾何形状ないしレイアウトが互いに近似する複数の気筒について、共通の補正係数マップを用いることができる。また、複数のバンクまたは気筒群の間で排気通路の幾何形状ないしレイアウトが対称ないし概ね対称である場合には、対称関係にある複数の気筒（例えば、第２実施形態のようなＶ型８気筒エンジンにおいては＃１と＃２、＃３と＃４、＃５と＃６、＃７と＃８）についてそれぞれ共通（すなわち、計４種類）の補正係数マップを用いることも可能である。

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、前記各実施形態では減少時（リッチ側への変化時）のみの空燃比センサ出力を利用してリッチずれ異常を検出した。しかしながら、増大時（リーン側への変化時）のみの空燃比センサ出力を利用する態様や、減少時および増大時の両者の空燃比センサ出力を利用する態様も可能である。またリッチずれ異常のみならず、リーンずれ異常をも検出することが可能であるし、これらリッチずれ及びリーンずれを区別せず、広く空燃比ばらつき異常を検出するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、変動パラメータの値を補正することとしたが、異常しきい値αを大気圧Ｐおよび負荷ＫＬに応じて補正しても良い。異常しきい値αを補正する場合には、例えば、この異常しきい値αに乗算するための補正係数を、大気圧Ｐが高いほど、また負荷ＫＬが高いほど、変動度合いが絶対値で小さくなる方向に変更するのが好適である。さらには、変動パラメータと異常しきい値の両者を、大気圧Ｐおよび負荷ＫＬに基づいて補正することとしても良い。

また、上記各実施形態では理解容易のため、リッチずれ異常を検出する例を主に説明した。しかしながら、リーンずれ異常を検出する場合にも本発明は適用可能である。本発明はＶ型８気筒エンジンに限らず、他の気筒数（例えば６，１０または１２気筒）のＶ型エンジンや、水平対向型エンジンなど複数の気筒群を有する内燃機関、あるいは直列型エンジンにも適用可能である。

本発明の実施形態は前述の各実施形態およびその変形例のみに限らず、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
１１ エアフローメータ
１２ スロットルバルブ
１８ 上流触媒
２０ 触媒前センサ
２２ クランクポジションセンサ
２３ アクセル開度センサ
２４ 大気圧センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (4)

1. 多気筒内燃機関の排気通路に設置された１または２以上の空燃比センサと、
   前記空燃比センサの出力の変動度合いに相関するパラメータの値を所定の異常しきい値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
   前記パラメータの値又は前記異常しきい値のうち少なくとも一方を大気圧に基づいて補正する補正手段と、
   を備えた多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置であって、
   前記補正手段の補正量が、前記多気筒内燃機関の負荷に応じて変更される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。
2. 前記補正手段は、前記パラメータの値を補正すると共に、当該補正に係る補正量は、前記負荷が高いほど前記変動度合いが絶対値で大きくなる方向に変更され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。
3. 前記補正手段は、前記異常しきい値を補正すると共に、当該補正に係る補正量は、前記負荷が高いほど前記変動度合いが絶対値で小さくなる方向に変更されることを特徴とする請求項１または２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。
4. 互いに異なる複数の前記補正手段が設けられ、複数の気筒のうちの一部と他の一部とについて互いに異なる前記補正手段が適用されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか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。

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