JP2016160904A - 異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼状態を検知するためのセンサを追加して設けることなく、既存のＡ／Ｆセンサからの出力電流に基づいて、内燃機関の燃焼状態の異常を検出することのできる異常検出装置を提供する。【解決手段】この異常検出装置１００は、内燃機関１０の排気配管３０に設けられており、排気配管３０を通る排ガスの酸素分圧に基づいて出力電流を変化させるＡ／Ｆセンサ１２０と、Ａ／Ｆセンサ１２０からの出力電流に基づいて、内燃機関１０の燃焼状態に異常が生じたか否かを判定する制御部１１０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼状態の異常を検出する異常検出装置に関する。

車両に備えられる内燃機関は、燃料と空気との混合気体を内部で燃焼させ、これにより駆動力を生じさせるものである。混合気体における空燃比は理論空燃比となるように制御されるのが一般的であるが、近年では、燃費向上のために、理論空燃比よりも空気の比率を高めるような制御（以下、「リーン制御」と称する）の採用が検討されている。

また、内燃機関から排出された排ガスの一部を内燃機関に戻して再利用するような構成の車両において、燃費向上のためにこれまでよりも多量の排ガスを内燃機関に戻すような制御（以下、「大量ＥＧＲ制御」と称する）の採用も検討されている。

リーン制御又は大量ＥＧＲ制御が行われているときのように、燃料の希釈率が大きい運転条件のときには、内燃機関で生じる燃焼は比較的不安定な状態となる。このため、内燃機関において燃焼が進行する速度が低下したり、失火が生じたりする可能性が高くなりやすい。このような現象、すなわち燃焼状態の異常が生じた場合には、燃焼の安定性を向上させるために、例えば空気の供給量や着火のタイミングといった運転条件を変更する必要がある。

そこで、燃焼状態の異常を検知するための異常検出装置として、これまでに種々の態様のものが提案されている。例えば、下記特許文献１に記載の異常検出装置（失火検出装置）では、排ガスの通路である排気通路に圧力センサを設けており、当該圧力センサによって測定された圧力の変動に基づいて、内燃機関の燃焼状態の異常を検知する構成となっている。

特開平２−２７１０５２号公報

内燃機関及びその周辺には、空燃比を測定するためのＡ／Ｆセンサやクランク角センサ等、様々な種類のセンサが設けられている。内燃機関は、これらセンサからの測定値に基づいてその動作が制御されている。従って、燃焼状態の異常を検知することを目的として更にセンサを追加することは、コストの上昇、及び制御の複雑化を引き起こすものであるから、望ましいものではない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼状態を検知するためのセンサを追加して設けることなく、既存のＡ／Ｆセンサからの出力電流に基づいて、内燃機関の燃焼状態の異常を検出することのできる異常検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る異常検出装置は、内燃機関の排気通路に設けられており、排気通路を通る排ガスの酸素分圧に基づいて出力電流を変化させるＡ／Ｆセンサと、Ａ／Ｆセンサからの出力電流に基づいて、内燃機関の燃焼状態に異常が生じたか否かを判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。

このような構成の異常検出装置は、既存のＡ／Ｆセンサをその構成の一部とするものである。空燃比制御のためのセンサであるＡ／Ｆセンサが、内燃機関の燃焼状態に異常が生じたかどうかを判定するためのセンサとしても用いられる。このため、燃焼状態を検出するためのセンサを追加して設けることなく、燃焼状態の異常を検出することができる。

本発明によれば、燃焼状態を検知するためのセンサを追加して設けることなく、既存のＡ／Ｆセンサからの出力電流に基づいて内燃機関の燃焼状態の異常を検出することのできる異常検出装置が提供される。

本発明の実施形態に係る異常検出装置の構成を模式的に示す図である。 図１に示される異常検出装置のうち、Ａ／Ｆセンサの具体的な構成を示す図である。 リーン条件の下で失火が生じた際における、排気圧力の変化及びＡ／Ｆセンサからの出力電流の変化を説明するためのグラフである。 リーン条件の下で燃焼遅れが生じた際における、筒内圧力の変化及びＡ／Ｆセンサからの出力電流の変化を説明するためのグラフである。 リッチ条件の下で失火が生じた際における、排気圧力の変化及びＡ／Ｆセンサからの出力電流の変化を説明するためのグラフである。 リッチ条件の下で燃焼遅れが生じた際における、筒内圧力の変化及びＡ／Ｆセンサからの出力電流の変化を説明するためのグラフである。 燃焼重心位置と、出力電流の脈動振幅との関係を示す図である。 異常検出装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 異常検出装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 異常検出装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 出力電流の振幅が、内燃機関の回転数に応じて変化することを説明するための図である。 内燃機関の回転数と、設定されるべき通常時範囲の幅との関係を示すグラフである。 出力電流の振幅が、内燃機関における負荷に応じて変化することを説明するための図である。 内燃機関における負荷と、設定されるべき通常時範囲の幅との関係を示すグラフである。 出力電流の振幅が、空燃比に応じて変化することを説明するための図である。 空燃比と、設定されるべき通常時範囲の幅との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１を参照しながら、本実施形態に係る異常検出装置１００について説明する。異常検出装置１００は、内燃機関１０を備えた車両ＧＣに搭載されており、内燃機関１０における燃焼状態の異常を検出するための装置として構成されている。

異常検出装置１００の具体的な構成や実行される制御の説明に先立ち、先ず車両ＧＣの構成について説明する。図１では、車両ＧＣのうち内燃機関１０及びその周辺の構成のみが模式的に示されており、その他の構成、例えば制動装置や操舵装置等については図示が省略されている。車両ＧＣは、内燃機関１０と、吸気配管２０と、排気配管３０と、を備えている。

内燃機関１０は、４つの気筒１１を備えたガソリンエンジンである。それぞれの気筒１１の構成は互いに同一であるから、図１においては単一の気筒１１のみが図示されている。ただし、後の説明においては、４つの気筒１１をそれぞれ区別して、「第１気筒１１Ａ」、「第２気筒１１Ｂ」、「第３気筒１１Ｃ」、及び「第４気筒１１Ｄ」と表記することがある。

尚、本発明に係る異常検出装置１００が搭載される対象は、上記のような態様の内燃機関１０を備えた車両に限定されない。例えば、単一の気筒からなる内燃機関１０を備えた車両であっても、本発明に係る異常検出装置１００を用いることができる。

気筒１１は、吸気バルブ１２と、排気バルブ１３と、点火プラグ１４と、ピストン１５と、クランク角センサ１８と、インジェクタ１９と、を備えている。また、気筒１１の内部には、燃料と空気との混合気体が燃焼する空間として燃焼室ＳＰが形成されている。

吸気バルブ１２は、吸気配管２０と気筒１１との接続部分に配置されたバルブである。吸気バルブ１２が開状態となることにより、燃焼室ＳＰに対する空気の供給が開始される。また、吸気バルブ１２が閉状態となることにより、燃焼室ＳＰに対する空気の供給が停止される。

排気バルブ１３は、排気配管３０と気筒１１との接続部分に配置されたバルブである。排気バルブ１３が開状態となることにより、燃焼室ＳＰから排気配管３０に向けた排ガスの排出が開始される。また、排気バルブ１３が閉状態となることにより、燃焼室ＳＰから排気配管３０に向けた排ガスの排出が停止される。

吸気バルブ１２及び排気バルブ１３のそれぞれの開閉は、不図示の開閉機構によりピストン１５の動作と同期して行われる。吸気バルブ１２及び排気バルブ１３がそれぞれ適切なタイミングで開閉することで、気筒１１では所謂吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、及び排気行程が順に実行されることとなる。

点火プラグ１４は、火花放電を行うことにより、燃焼室ＳＰ内に存在する燃料及び空気の混合気体に着火するものである。点火プラグ１４によって着火が行われるタイミング、すなわち燃焼行程が開始されるタイミングは、車両ＧＣが備えるＥＣＵ（不図示）によって制御される。

ピストン１５は、気筒１１内において上下に動く部材である。既に述べた燃焼室ＳＰは、気筒１１内の空間のうち、ピストン１５よりも上方側の部分となっている。

圧縮行程においては、ピストン１５が上方に移動することにより燃焼室ＳＰの容積が小さくなって混合気体が圧縮される。燃焼行程においては、燃焼室ＳＰで生じた燃焼（爆発）によりピストン１５が下方に押し下げられる。ピストン１５の下方側には、コンロッド１６やクランクシャフト１７が配置されている。ピストン１５の上下運動は、これらクランクシャフト１７等によって回転運動に変換される。これにより、燃焼室ＳＰにおいて生じた爆発力が車両ＧＣの駆動力に変換される。

クランク角センサ１８は、クランク角、すなわちクランクシャフト１７の回転角度を検知するためのセンサである。クランク角センサ１８によって検知されたクランク角は、車両のＥＣＵ、及び制御部１１０の両方に入力される。

インジェクタ１９は、燃焼室ＳＰ内に燃料を噴射するための開閉弁である。つまり、内燃機関１０は筒内直接噴射方式のものとなっており、インジェクタ１９からの燃料は燃焼室ＳＰ内に直接噴射される。インジェクタ１９の開閉動作、すなわち、燃焼室ＳＰ内に燃料が供給されるタイミングや供給量は、車両ＧＣが備えるＥＣＵにより制御される。

吸気配管２０は、気筒１１に空気を供給するための配管である。吸気配管２０にはスロットルバルブ（不図示）が配置されている。運転者のアクセル操作に応じてスロットルバルブが開閉することで、気筒１１に供給される空気の流量が調整される。

吸気配管２０の途中には、コンプレッサー４１が配置されている。コンプレッサー４１は、排気配管３０内に配置されたタービン４２と共に過給装置４０（ターボチャージャー）を構成するものである。排気配管３０内を排ガスが流れると、それに伴ってタービン４２が回転する。過給装置４０が動作している際には、タービン４２の回転によってコンプレッサー４１が動作し、吸気配管２０のうちコンプレッサー４１よりも下流側の空気圧が上昇する。

例えば車両ＧＣのトルクが低下した際には、過給装置４０が動作を開始することにより高い圧力の空気が気筒１１に供給されるようになる。その結果、車両ＧＣのトルクが上昇する。過給装置４０の動作の開始及び停止は、車両ＧＣが備えるＥＣＵにより制御される。

排気配管３０は、気筒１１における燃焼で生じた排ガスを、車両ＧＣの外に排出するための配管である。排気配管３０には、既に述べたタービン４２の他、Ａ／Ｆセンサ１２０が配置されている。また、排気配管３０には不図示の三元触媒も配置されている。Ａ／Ｆセンサ１２０は、排気配管３０を通る排ガスの酸素分圧を検知するためのセンサであって、排気配管３０においてタービン４２よりも上流側となる位置に配置されている。

尚、図１には示されていないが、排気配管３０の上流側部分は、それぞれの気筒１１に接続されるよう複数（４つ）に分岐しており、所謂マニホールドを構成している。各気筒１１からの排ガスの合流箇所は、Ａ／Ｆセンサ１２０が設けられている箇所よりも上流側となっている。

異常検出装置１００の構成について説明する。異常検出装置１００は、上述のＡ／Ｆセンサ１２０と、制御部１１０とにより構成されている。

Ａ／Ｆセンサ１２０の具体的な構成について、図２を参照しながら説明する。Ａ／Ｆセンサ１２０は、固体電解質層１２１と、拡散抵抗層１２２と、遮蔽層１２３と、絶縁層１２４とを有している。

固体電解質層１２１は、シート状に形成された部分安定化ジルコニアからなる層である。固体電解質層１２１の一方の面には電極１２５が形成され、他方の面には電極１２６が形成されている。

拡散抵抗層１２２は、多孔質のアルミナからなる層であり、固体電解質層１２１のうち電極１２５が形成されている面を覆うように形成されている。拡散抵抗層１２２の内部には、被測定ガス室１２２Ａが形成されている。被測定ガス室１２２Ａは、拡散抵抗層１２２の内壁面、後述の遮蔽層１２３、及び固体電解質層１２１のうち電極１２５が形成されている面によって区画された空間となっている。排気配管３０内の排ガスは、拡散抵抗層１２２の内部を通って被測定ガス室１２２Ａに流入し、電極１２５に到達する。

遮蔽層１２３は、緻密なアルミナからなる層であり、拡散抵抗層１２２のうち固体電解質層１２１側とは反対側の面を覆うように形成されている。遮蔽層１２３は、拡散抵抗層１２２の内部に流入する排ガスの量を抑制するための層である。

絶縁層１２４は、緻密なアルミナからなる層であり、固体電解質層１２１のうち拡散抵抗層１２２側とは反対側の面を覆うように形成されている。絶縁層１２４は、他の層よりも比較的厚めに形成されており、その内部には大気導入室１２７が形成されている。大気導入室１２７は、絶縁層１２４の内壁面、及び固体電解質層１２１のうち電極１２６が形成されている面によって区画された空間となっている。

大気導入室１２７には、排気配管３０の外側の気体、すなわち大気が導入されている。このため、大気導入室１２７内の気圧は常に大気圧となっており、大気導入室１２７内の酸素分圧は大気の酸素分圧と常に等しくなっている。

絶縁層１２４の内部には、ヒータ１２８が埋設されている。ヒータ１２８は、例えばタングステン等の金属からなる発熱体である。外部からヒータ１２８に電力が供給されると、電流が流れることによりヒータ１２８が発熱し、固体電解質層１２１を含むＡ／Ｆセンサ１２０全体の温度が上昇する。固体電解質層１２１の温度が所謂活性温度以上になると、固体電解質層１２１は酸素イオンを透過し得る状態（活性状態）となる。

ヒータ１２８の発熱によって固体電解質層１２１が活性状態になると、電極１２５と電極１２６との間には、電源装置ＶＳにより電圧が印加される。これにより、固体電解質層１２１では、電極１２５側の酸素分圧と電極１２６側の酸素分圧との差に応じて、酸素イオンが移動する状態となる。

排気配管３０を通る排ガスの酸素分圧（被測定ガス室１２２Ａ内の酸素分圧もこれに等しい）が低下すると、当該酸素分圧と大気導入室１２７内の酸素分圧との差が小さくなり、酸素イオンの移動量も小さくなる。その結果、電源装置ＶＳと固体電解質層１２１との間を流れる電流は小さくなる。

一方、排気配管３０を通る排ガスの酸素分圧が上昇すると、当該酸素分圧と大気導入室１２７内の酸素分圧との差が大きくなり、酸素イオンの移動量も大きくなる。その結果、電源装置ＶＳと固体電解質層１２１との間を流れる電流は大きくなる。

電源装置ＶＳと電極１２６とを繋ぐ電力供給経路の途中には、電流計１２９が配置されている。電源装置ＶＳと固体電解質層１２１との間を流れる電流の大きさは、電流計１２９により常に計測されており、後述の制御部１１０に向けて送信されている。電流計１２９により計測される電流のことを、以下ではＡ／Ｆセンサ１２０の「出力電流」とも称する。

このように、Ａ／Ｆセンサ１２０は、排気配管３０を通る排ガスの酸素分圧に基づいて出力電流を変化させるものとなっている。排気配管３０内の酸素分圧が高くなれば出力電流は大きくなり、排気配管３０内の酸素分圧が低くなれば出力電流は小さくなる。

尚、Ａ／Ｆセンサ１２０の出力電流の値は、制御部１１０に向けて送信されている他、車両のＥＣＵに向けても送信されている。ＥＣＵは、Ａ／Ｆセンサ１２０の出力電流に基づいて、内燃機関１０の気筒１１における空燃比を所定の目標値に一致させる制御を行う。所定の目標値とは例えば理論空燃比であるが、理論空燃比よりもリーンな値であってもよい。

つまり、Ａ／Ｆセンサ１２０は、車両のＥＣＵが空燃比の状態を検知するためのセンサであることに加えて、異常検出装置１００が燃焼状態の異常を検出するためのセンサでもある。

図１に戻って説明を続ける。制御部１１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェースを備えたコンピュータシステムである。制御部１１０は、Ａ／Ｆセンサ１２０から出力電流の大きさを受信し、これにより内燃機関１０の燃焼状態に異常が生じたかどうかを判定する。当該判定を、以下では「異常判定」とも称する。

制御部１１０は、車両のＥＣＵと双方向に通信を行い、これにより車両の運転状態を変更させることが可能となっている。車両の運転状態とは、例えば内燃機関１０の回転数や、点火プラグ１４による点火のタイミング、気筒１１への空気の導入量（スロットルバルブの開度）等である。異常検出装置１００は、検出された燃焼状態の異常の程度に応じて、車両の運転状態を変化させ、これにより燃焼状態を正常に戻す（燃焼異常の程度を小さくする）ことが可能となっている。

本実施形態では、制御部１１０は、車両が備えるＥＣＵとは別の装置として構成されている。本発明の実施態様としてはこのようなものに限定されず、車両が備えるＥＣＵと制御部１１０とが一体の制御装置として構成されているような態様であってもよい。

図３を参照しながら、異常検出装置１００による異常判定の方法について説明する。図３（Ａ）は、リーン条件の下で内燃機関１０が動作している時における、排気圧力の時間変化（ただし、横軸はクランク角とした。他も同様）を示したグラフである。リーン条件とは、理論空燃比よりも燃料が希薄となるような（リーンな空燃比となるような）運転条件のことである。排気圧力とは、排気配管３０のうち最も上流側の部分（排気バルブ１３の近傍）における排ガスの圧力である。図３（Ａ）の線Ｇ１０は、燃焼状態の異常が生じていないときにおける排気圧力の時間変化を示している。図３（Ａ）の線Ｇ１１は、燃焼状態の異常（失火）が生じた場合における排気圧力の時間変化を示している。

図３（Ｂ）は、リーン条件の下で内燃機関１０が動作している時における、出力電流の時間変化を示したグラフである。図３（Ｂ）の線Ｇ２０は、燃焼状態の異常が生じていないときにおける出力電流の時間変化を示している。図３（Ｂ）の線Ｇ２１は、燃焼状態の異常が生じた場合における出力電流の時間変化を示している。

排気圧力は、各気筒１１の排気バルブ１３が開かれると共に急激に上昇し、排気バルブ１３が閉じられた後においては減少して行く。このため、図３（Ａ）の線Ｇ１０に示されるように、燃焼状態の異常が生じていない通常時においては、排気圧力は概ね一定の振幅及び周期で脈動している。

同様に、排ガスの酸素分圧は、各気筒１１の排気バルブ１３が開かれると共に上昇し、排気バルブ１３が閉じられた後においては減少して行く。このため、図３（Ｂ）の線Ｇ２０に示されるように、燃焼状態の異常が生じていない通常時においては、出力電流も概ね一定の振幅及び周期で脈動している。ただし、排気バルブ１３が開かれてから、排ガスがＡ／Ｆセンサ１２０の位置に到達するまでには一定のタイムラグがある。従って、排気圧力の変化を示す線Ｇ１０ピークの位置と、出力電流の変化を示す線Ｇ２０ピークの位置とは一致しない。

本実施形態では、通常時において出力電流が変化し得る範囲として、通常時範囲Ａ１が設定されている。通常時範囲Ａ１は、第１閾値ＴＨ１と、第１閾値ＴＨ１よりも大きい第２閾値ＴＨ２との間の範囲である。後に詳しく説明するように、制御部１１０では、出力電流の値が通常時範囲Ａ１を超えたか否かに基づいて異常判定が行われる。

内燃機関１０は、既に述べたように４つの気筒１１を備えている。各気筒１１におけるそれぞれの排気バルブ１３の開閉は、第１気筒１１Ａ、第３気筒１１Ｃ、第４気筒１１Ｄ、第２気筒１１Ｂの順に行われる。図３（Ａ）では、第１気筒１１Ａからの排ガスの排出に伴う線Ｇ１０のピークに符号Ｐ１１を付している。以下では、当該ピークを「ピークＰ１１」とも表記する。

同様に、第２気筒１１Ｂからの排ガスの排出に伴う線Ｇ１０のピーク（ピークＰ１２）には符号Ｐ１２を付している。第３気筒１１Ｃからの排ガスの排出に伴う線Ｇ１０のピーク（ピークＰ１３）には符号Ｐ１３を付している。第４気筒１１Ｄからの排ガスの排出に伴う線Ｇ１０のピーク（ピークＰ１４）には符号Ｐ１４を付している。

図３（Ｂ）の線Ｇ２０の各ピークについても、上記と同様に符号を付している。第１気筒１１Ａからの排ガスの排出に伴う線Ｇ２０のピーク（ピークＰ２１）には符号Ｐ２１を付している。第２気筒１１Ｂからの排ガスの排出に伴う線Ｇ２０のピーク（ピークＰ２２）には符号Ｐ２２を付している。第３気筒１１Ｃからの排ガスの排出に伴う線Ｇ２０のピーク（ピークＰ２３）には符号Ｐ２３を付している。第４気筒１１Ｄからの排ガスの排出に伴う線Ｇ２０のピーク（ピークＰ２４）には符号Ｐ２４を付している。

いずれかの気筒１１において失火が生じると、排気圧力を示すグラフ、及び出力電流を示すグラフの波形はいずれも変化する。図３（Ａ）の線Ｇ１１、及び図３（Ｂ）の線Ｇ２１では、第３気筒１１Ｃで失火が生じた場合における、排気圧力の変化及び出力電流の変化がそれぞれ示されている。失火が生じた第３気筒１１Ｃの排気バルブ１３が開いた時点におけるクランク角は、図３では角ＡＧ１として示されている。

図３（Ａ）の線Ｇ１１に示されるように、第３気筒１１Ｃで失火が生じると、ピークＰ１３に対応する排気圧力のピークは生じず、クランク角が角ＡＧ１となった以降も排気圧力は減少して行く。これは、第３気筒１１Ｃから排出されるはずだった高圧の排ガスが、排気配管３０内に供給されなかったことに起因する。その後、第４気筒１１Ｄからの排ガスの排出に伴い、排気圧力は再び上昇し、その後はまた周期的に変動するようになる。

上記のような排気圧力の低下の影響により、出力電流の波形も変化する。図３（Ｂ）の線Ｇ２１に示されるように、ピークＰ２３に対応する出力電流のピークは生じず、第３気筒１１Ｃで失火が生じた時点（角ＡＧ１）以降においては、出力電流は低下して行く。これは、排気配管３０内の圧力が低下したことに伴って、電極１２５の近傍における酸素分圧が低下したことに起因する。

このように、Ａ／Ｆセンサ１２０は、その周囲の排ガスの圧力に応じて出力電流が変化するという特性がある。尚、排気配管３０内における圧力の伝達速度は比較的速い（音速）ので、失火が生じるとほぼ同時に出力電流は減少して行く。図３（Ｂ）では、出力電流が最も小さくなった時点におけるクランク角が、角ＡＧ２として示されている。

失火が生じた第３気筒１１Ｃでは、混合気体の燃焼が不十分にしか生じないので、排ガスには燃焼しなかった酸素が多く含まれた状態となっている。このような排ガスは、排気バルブ１３が開かれてから、排気配管３０を通ってＡ／Ｆセンサ１２０に到達する。このため、出力電流は次第に増加して行き、最終的には、通常時のピーク（ピークＰ２４等）よりも高いピークとなるまで増加する。

（失火により生じた）酸素を多く含む排ガスの移動速度は、排気配管３０内における圧力の伝達速度よりも遅い。このため、第３気筒１１Ｃの失火により出力電流が最も大きくなるタイミング（角ＡＧ３）は、Ａ／Ｆセンサ１２０の位置で排ガスの圧力が低下したタイミング（角ＡＧ２）よりも遅れたものとなっている。

本実施形態では、通常時においてはピークＰ２４が現れるはずのタイミングと、出力電流が最も大きくなるタイミング（角ＡＧ３）とが概ね一致している。その結果、第４気筒１１Ｄからの排ガスの排出に伴う線Ｇ２０のピークは、第３気筒１１Ｃの失火の影響によるピーク内に埋もれてしまっている。

以降は、失火が生じていない他の気筒１１からの排ガスが、Ａ／Ｆセンサ１２０に到達する。このため、出力電流の波形は再び脈動するようになり、通常時の波形（線Ｇ２０）に近づいていく。

本実施形態では、Ａ／Ｆセンサ１２０からの出力電流の波形、すなわち、内燃機関１０の燃焼サイクルに同期して変動する出力電流の値に基づいて、いずれかの気筒１１に失火が生じたと判定する。上記のようなリーン条件の下では、出力電流の値が低下して閾値ＴＨ１を下回った場合に、失火が生じたと判定する。また、出力電流の値が低下して閾値ＴＨ１を下回った後、上昇して所定の閾値ＴＨ３を上回った場合には、程度の高い失火（完全な失火）が生じたと判定する。図３（Ｂ）に示されるように、閾値ＴＨ３は閾値ＴＨ２よりも大きな値として設定されている。

このように、内燃機関１０の空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサ１２０が、本実施形態では燃焼異常を検知するためのセンサとしても用いられている。既存のセンサを活用することにより、車両ＧＣの全体におけるセンサ数は抑制され、コストが低く抑えられている。

尚、閾値ＴＨ１、閾値ＴＨ２、及び閾値ＴＨ３は、予め固定値として設定されていてもよいのであるが、本実施形態では都度更新される閾値として設定されている。具体的には、正常時（線Ｇ２０）における出力電流の平均値ＡＶＬ（脈動の中心ともいえる）が常に制御部１１０で算出されており、平均値ＡＶＬと閾値ＴＨ１との差、閾値ＴＨ２と平均値ＡＶＬとの差、及び、閾値ＴＨ３と平均値ＡＶＬとの差が何れも常に一定となるように、閾値ＴＨ１、閾値ＴＨ２、及び閾値ＴＨ３が更新されている。つまり、閾値ＴＨ１、閾値ＴＨ２、及び閾値ＴＨ３は、出力電流の変動の履歴に応じて都度変更されている。

このため、正常時における出力電流の変動を示す曲線（線Ｇ２０）の全体が、仮に上方側又は下方側にシフトした場合であっても、出力電流に基づく燃焼状態の異常の判定基準が変化することがない。このため、常に同一の基準に基づいて、失火などの燃焼異常を検知することができる。

閾値ＴＨ１等は、上記のように出力電流の変動の履歴に応じて更新されてもよいのであるが、車両ＧＣの運転条件に応じて更新されてもよい。例えば、内燃機関１０の回転数と、設定すべき閾値ＴＨ１等との対応関係が予めマップとして記憶されており、内燃機関１０の回転数に対応した閾値ＴＨ１等が都度設定されるような態様であってもよい。

本実施形態では、上記のような失火の他、所謂「燃焼遅れ」についても、出力電流の変化に基づき検知することが可能となっている。燃焼遅れとは、気筒１１内における燃焼が不安定となり、燃焼が気筒１１の全体に広がる速度が通常よりも低下するような現象のことである。

図４を参照しながら、上記燃焼遅れについて説明する。図４（Ａ）は、リーン条件の下で内燃機関１０が動作しているときにおける、筒内圧力の時間変化（ただし、横軸はクランク角とした。他も同様）を示したグラフである。筒内圧力とは、気筒１１の内部圧力、つまり燃焼室ＳＰ内における圧力のことである。図４（Ａ）の線Ｇ３０は、燃焼状態の異常が生じていないときにおける、第４気筒１１Ｄの筒内圧力の時間変化を示している。図４（Ａ）の線Ｇ３１は、燃焼遅れが生じた場合における、第４気筒１１Ｄの筒内圧力の時間変化を示している。

図４（Ｂ）は、リーン条件の下で内燃機関１０が動作しているときにおける、出力電流の時間変化を示したグラフである。図４（Ｂ）の線Ｇ４０は、図３（Ｂ）の線Ｇ３０と同様に、燃焼状態の異常が生じていないときにおける出力電流の時間変化を示している。同図において、線Ｇ４０のそれぞれのピークには、図３（Ｂ）の場合と同様の符号（Ｐ２１等）が付されている。図４（Ｂ）の線Ｇ４１は、第４気筒１１Ｄで燃焼遅れが生じた場合における出力電流の時間変化を示している。

第４気筒１１Ｄの内部では、吸気バルブ１２及び排気バルブ１３の両方が閉じられた密閉状態で混合気体が燃焼する。このため、図４（Ａ）の線Ｇ３０に示されているように、第４気筒１１Ｄの筒内圧力は時間の経過とともに上昇し、燃焼が終了した後はピストン１５の低下に伴って低下する。筒内圧力が最も高くなった時点におけるクランク角は、図４では角ＡＧ１１として示されている。

これに対し、燃焼遅れが生じた場合には、第４気筒１１Ｄの内部における燃焼の進行が遅いので、筒内圧力の上昇の速度が緩やかになっている（線Ｇ３１）。また、筒内圧力が最も高くなるタイミング（ＡＧ１２）は、燃焼遅れが生じない場合のタイミング（ＡＧ１１）よりも遅くなっている。その結果、線Ｇ３０と線Ｇ３１とを比較すると明らかなように、クランク角が角ＡＧ１２となった以降においては、燃焼遅れが生じた場合における筒内圧力の方が高くなっている。

このため、燃焼行程が終了して排気バルブ１３が開かれると、燃焼遅れが生じていた場合には、より高圧の排ガスが排気配管３０に排出されることとなる。排気バルブ１３が開かれて一定時間が経過すると、この高圧の排ガスがＡ／Ｆセンサ１２０に到達して出力電流が増加し始める。燃焼遅れの影響により出力電流が増加し始めた時点におけるクランク角は、図４では角ＡＧ１３として示されている。

高圧の排ガスが第４気筒１１Ｄから排出された結果、図４（Ｂ）に示されるように、出力電流の変化におけるピークＰ２４は、燃焼遅れが生じていない場合よりも高くなっている。出力電流が最も高くなった時点（ピークＰ２４）におけるクランク角は、図４では角ＡＧ１４として示されている。

本実施形態では、Ａ／Ｆセンサ１２０からの出力電流の波形の変化に基づいて、いずれかの気筒１１において燃焼遅れが生じたと判定する。具体的には、出力電流の値が上昇して閾値ＴＨ２以上になった場合に、燃焼遅れが生じたと判定する。

ところで、リーン条件ではなくリッチ条件で内燃機関１０が動作している場合には、内燃機関１０における燃焼状態と出力電流との関係は、これまでに図３及び図４を参照しながら説明したものとは異なる。このため、リッチ条件の下においては、上記とは異なる方法で異常判定を行わなければならない。

図５を参照しながら、リッチ条件の下で行われる異常判定（失火）の方法について説明する。図５（Ａ）は、リッチ条件の下で内燃機関１０が動作している時における、排気圧力の時間変化を示したグラフである。当該グラフは、図３（Ａ）に示されたグラフと同一である。

図５（Ｂ）は、リッチ条件の下で内燃機関１０が動作している時における、出力電流の時間変化を示したグラフである。図５（Ｂ）の線Ｇ２０は、燃焼状態の異常が生じていないときにおける出力電流の時間変化を示している。図５（Ｂ）の線Ｇ２１は、燃焼状態の異常が生じた場合における出力電流の時間変化を示している。

リッチ条件の下では、排ガスに含まれる酸素が少ない。このため、排ガスの圧力が低下した際においては、排ガスに含まれる炭化水素や一酸化炭素などのリッチガスの分圧が低下することに伴って、出力電流は（リーン条件の場合とは逆に）増加することとなる。また、排ガスの圧力が増加した際においては、排ガスに含まれる炭化水素や一酸化炭素などのリッチガスの分圧が増加することに伴って、出力電流は（リーン条件の場合とは逆に）減少することとなる。

このように、リッチ条件の下でも、内燃機関の燃焼サイクルに同期して排ガスの圧力が変動し、これに伴って出力電流も変動するのであるが、その変化の傾向はリーン条件の場合とは逆方向となっている。

そこで、図５（Ｂ）においては、線Ｇ２０のそれぞれのピークに付される符号Ｐ２１等を、線Ｇ２０が下側に凸となった方の各ピーク（実際には「ボトム」であるが、これまでと同様に「ピーク」と表記することとする）に対して付している。図３（Ｂ）の場合と同様に、第１気筒１１Ａからの排ガスの排出に伴う線Ｇ２０のピーク（ピークＰ２１）には符号Ｐ２１を付している。第２気筒１１Ｂからの排ガスの排出に伴う線Ｇ２０のピーク（ピークＰ２２）には符号Ｐ２２を付している。第３気筒１１Ｃからの排ガスの排出に伴う線Ｇ２０のピーク（ピークＰ２３）には符号Ｐ２３を付している。第４気筒１１Ｄからの排ガスの排出に伴う線Ｇ２０のピーク（ピークＰ２４）には符号Ｐ２４を付している。

図５（Ｂ）の線Ｇ２１に示されるように、失火が生じた第３気筒１１Ｃの排気バルブ１３が開いた時点（角ＡＧ１）以降においては、酸素以外のガスの分圧の低下に伴い、出力電流は増加して行く。その結果、出力電流は閾値ＴＨ２を上回る。

その後、（失火により生じた）酸素を多く含む排ガスがＡ／Ｆセンサ１２０の位置に到達する。その結果、出力電流は更に増加して、閾値ＴＨ３をも上回る。

以降は、失火が生じていない他の気筒１１からの排ガスが、Ａ／Ｆセンサ１２０に到達する。このため、出力電流の波形は再び（通常時範囲Ａ１の中で）脈動するようになり、通常時の波形（線Ｇ２０）に近づいていく。

上記のようなリッチ条件の下では、制御部１１０は、出力電流の値が増加して閾値ＴＨ２を上回った場合に、失火が生じたと判定する。また、出力電流の値が増加して閾値ＴＨ２を上回った後、更に増加して閾値ＴＨ３を上回った場合には、程度の高い失火（完全な失火）が生じたと判定する。

図６を参照しながら、リッチ条件の下で行われる異常判定（燃焼遅れ）の方法について説明する。図６（Ａ）は、リッチ条件の下で内燃機関１０が動作しているときにおける、筒内圧力の時間変化を示したグラフである。当該グラフは、図４（Ａ）に示されたグラフと同一である。

図６（Ｂ）は、リッチ条件の下で内燃機関１０が動作している時における、出力電流の時間変化を示したグラフである。図６（Ｂ）の線Ｇ４０は、燃焼状態の異常が生じていないときにおける出力電流の時間変化を示している。図６（Ｂ）の線Ｇ４１は、燃焼状態の異常が生じた場合における出力電流の時間変化を示している。

図５（Ｂ）の場合と同様に、図６（Ｂ）においても、線Ｇ４０のそれぞれのピークに付される符号Ｐ２１等を、線Ｇ４０が下側に凸となった方の各ピーク（実際には「ボトム」）に対して付している。図４（Ｂ）の場合と同様に、第１気筒１１Ａからの排ガスの排出に伴う線Ｇ４０のピーク（ピークＰ２１）には符号Ｐ２１を付している。第２気筒１１Ｂからの排ガスの排出に伴う線Ｇ４０のピーク（ピークＰ２２）には符号Ｐ２２を付している。第３気筒１１Ｃからの排ガスの排出に伴う線Ｇ４０のピーク（ピークＰ２３）には符号Ｐ２３を付している。第４気筒１１Ｄからの排ガスの排出に伴う線Ｇ４０のピーク（ピークＰ２４）には符号Ｐ２４を付している。

第４気筒１１Ｄにおいて燃焼遅れが生じると、それに伴って高圧の排ガスが第４気筒１１Ｄから排出される。その影響により、出力電流の変化（線Ｇ４１）におけるピークＰ２４は、燃焼遅れが生じていない場合よりも低くなっている。その結果、出力電流は閾値ＴＨ１を下回っている。出力電流が最も低くなった時点（ピークＰ２４）におけるクランク角は、図６では角ＡＧ１４として示されている。

上記のようなリッチ条件の下では、制御部１１０は、出力電流の値が低下して閾値ＴＨ１を下回った場合に、燃焼遅れが生じたと判定する。

図７は、燃焼重心位置と、出力電流の脈動における振幅（以下、「脈動振幅」とも称する）の実測値との関係をプロットした図である。燃焼重心位置とは、混合気体への着火が行われた時点から、燃焼が５０％進行した時点までにおける、クランク角の変化量のことである。燃焼重心位置の値が大きい程、燃焼遅れの程度が大きい、ということができる。

図７に示されるように、燃焼重心位置と脈動振幅との間には正の相関があり、それぞれの実測値は右肩上がりの直線ＡＰＬに概ね沿って分布している。

本実施形態では、燃焼状態の異常が検知されると、車両ＧＣの運転条件が変更される。ただし、燃焼遅れ又は失火が１回でも検知されたら運転条件が直ちに変更されるのではなく、比較程度の高い燃焼遅れ又は失火（図７の閾値ＴＨＬを超えるような燃焼異常）が検知され、且つその発生率（頻度）が所定の閾値（後述の閾値Ｘ）を超えた場合にのみ、運転条件が変更される。これにより、軽度の燃焼異常を許容しながら、すなわち、燃焼状態がある程度不安定になることを許容しながら、リーン制御や大量ＥＧＲ制御を行うことにより燃費の向上を図ることができる。

異常検出装置１００の制御部１１０によりリーン条件の下で行われる制御の具体的な内容について、図８を参照しながら説明する。図８は、リーン条件の下で異常判定を行うための処理を示すフローチャートである。

図８に示される一連の処理は、制御部１１０によって所定の周期毎に繰り返し実行される。ただし、図８は、図１０に示される全体の処理（後述）の一部を抜粋して示したものとなっている。

最初のステップＳ０１では、異常判定を行うための準備が完了しているか否かが判定される。本実施形態では、Ａ／Ｆセンサ１２０の加熱が完了しておらず、固体電解質層１２１が活性状態となっていない場合には、異常判定の準備が完了していないと判定される。また、車両ＧＣの運転条件（内燃機関への空気導入量、内燃機関１０の回転数、負荷率等）が、異常判定に適した所定の範囲内に収まっていない場合にも、異常判定の準備が完了していないと判定される。更に、後述の判定時刻から所定時間が経過していない場合にも、異常判定の準備が完了していないと判定される。異常判定を行うための準備が完了していない場合には、図８に示される一連の処理を終了する。

ステップＳ０１において、異常判定を行うための準備が完了していれば、ステップＳ０２に移行する。ステップＳ０２では、Ａ／Ｆセンサ１２０からの出力電流の値が制御部１１０に読み込まれる。

ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、気筒判別が行われる。気筒判別とは、ステップＳ０２において読み込まれた出力電流の波形が、どの気筒１１からの排ガスの排出によるものなのかを判別する処理である。かかる気筒判別は、クランク角センサで測定されたクランク角、及び、気筒１１からの排ガスがＡ／Ｆセンサ１２０に到達するまでに要する時間等に基づいて行われる。このように、制御部１１０は、出力電流の変化（例えばピーク）に基づいて、当該変化を生じさせる原因となった気筒１１を特定する機能を有している。従って、出力電流の波形に基づいて燃焼異常を検知した際には、当該燃焼異常が生じた気筒１１を特定することが可能となっている。

ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、出力電流が閾値ＴＨ１を下回ったか否かが判定される。出力電流が閾値ＴＨ１を下回った場合には、ステップＳ０５に移行する。

尚、既に述べたように、閾値ＴＨ１は固定されているのではなく、出力電流の変動の履歴に応じて都度変更されている。平均値ＡＶＬの算出、及びこれに基づいた閾値ＴＨ１の更新は、図８に示される処理とは別に、並行して実行されている。

ステップＳ０５では、出力電流が閾値ＴＨ１を下回ってから所定時間が経過したか否かが判定される。ここでいう「所定時間」とは、気筒１１から排ガスが排出されてから、当該排ガスがＡ／Ｆセンサ１２０に到達するまでに要する時間のことである。つまり、図３（Ｂ）において、クランク角が角ＡＧ１から角ＡＧ３となるまでに要する時間のことである。所定時間が経過すると、ステップＳ０５からステップＳ０６に移行する。

ステップＳ０６では、Ａ／Ｆセンサ１２０からの出力電流の値が制御部１１０に再度読み込まれる。

ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、出力電流が閾値ＴＨ３を上回ったか否かが判定される。出力電流が閾値ＴＨ３を上回った場合には、図３（Ｂ）の線Ｇ２１に基づいて説明した状態と同様の状態（失火）が生じているということである。このため、ステップＳ０８に移行し、失火が生じたと判定される。

尚、既に述べたように、閾値ＴＨ３は固定されているのではなく、出力電流の変動の履歴に応じて都度変更されている。平均値ＡＶＬの算出、及びこれに基づいた閾値ＴＨ３の更新は、図８に示される処理とは別に、並行して実行されている。

ステップＳ０７において、出力電流が閾値ＴＨ３以下であった場合には、ステップＳ０９に移行する。ステップＳ０９に移行したということは、燃焼状態に何らかの異常が生じてはいるが、完全な失火は生じなかったということである。このような場合としては、例えば、燃焼がある程度進行してから失火した場合、すなわち、程度の低い失火（以下、このような現象を「半失火」と称する）が生じたことが考えられる。このため、ステップＳ０９では、半失火が生じたと判定される。

ステップＳ０４において、出力電流が閾値ＴＨ１以上であった場合には、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、出力電流が閾値ＴＨ２を上回っているか否かが判定される。出力電流が閾値ＴＨ２を上回った場合には、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２に移行したということは、図４（Ｂ）の線Ｇ４１に基づいて説明した状態と同様の状態（燃焼遅れ）が生じているということである。このため、ステップＳ１２に移行し、燃焼遅れが生じたと判定される。

ステップＳ０８、ステップＳ０９、及びステップＳ１２に続くステップＳ１０では、燃焼異常（失火、半失火、燃焼遅れのいずれか）が生じたと判定された時刻（以下、「判定時刻」と称する）が記憶される。その後、図８に示す一連の処理を終了する。

ステップＳ０１の説明で述べたように、本実施形態では、上記判定時刻から所定時間が経過していない場合には、異常判定の準備が完了していないと判定され、ステップＳ０２以降の処理が行われない。これは、燃焼異常が生じた直後には排気配管３０に未燃の混合気体が残存しており、当該混合気体が排出されるまでの間は正確な異常判定を行うことができないためである。つまり、ここでいう「所定時間」とは、燃焼異常が生じた気筒１１から排出された未燃ガスが、少なくともＡ／Ｆセンサ１２０よりも下流側まで移動するのに要する時間のことである。所定時間は、失火（又は半失火）の場合と燃焼異常の場合とで異ならせてもよい。

本実施形態では、出力電流と閾値ＴＨ１とを比較することにより、失火等の燃焼異常が生じたことを判定する（ステップＳ０４）。これに加えて、出力電流と閾値ＴＨ３とを比較することにより、燃焼異常の程度をも判定している（ステップＳ０７）。これにより、燃焼異常の程度に応じ、運転条件の変更をよりきめ細やかに行うようなことが可能となる。

異常検出装置１００の制御部１１０によりリッチ条件の下で行われる制御の具体的な内容について、図９を参照しながら説明する。図９は、リッチ条件の下で異常判定を行うための処理を示すフローチャートである。

図９に示される一連の処理は、制御部１１０によって所定の周期毎に繰り返し実行される。ただし、図９は、図１０に示される全体の処理（後述）の一部を抜粋して示したものとなっている。

ステップＳ２１、ステップＳ２２、及びステップＳ２３の処理は、図８のステップＳ０１、ステップＳ０２、及びステップＳ０３の処理とそれぞれ同一である。このため、ステップＳ２３に続くステップＳ２４の説明から始める。

ステップＳ２４では、出力電流が閾値ＴＨ２を上回ったか否かが判定される。出力電流が閾値ＴＨ２を上回った場合には、ステップＳ２５に移行する。

ステップＳ２５では、出力電流が閾値ＴＨ２を上回ってから所定時間が経過したか否かが判定される。ここでいう「所定時間」とは、気筒１１から排ガスが排出されてから、当該排ガスがＡ／Ｆセンサ１２０に到達するまでに要する時間のことである。所定時間が経過すると、ステップＳ２５からステップＳ２６に移行する。

ステップＳ２６では、Ａ／Ｆセンサ１２０からの出力電流の値が制御部１１０に再度読み込まれる。

ステップＳ２６に続くステップＳ２７では、出力電流が閾値ＴＨ３を上回ったか否かが判定される。出力電流が閾値ＴＨ３を上回った場合には、図５（Ｂ）の線Ｇ２１に基づいて説明した状態と同様の状態（失火）が生じているということである。このため、ステップＳ２８に移行し、失火が生じたと判定される。

ステップＳ２７において、出力電流が閾値ＴＨ３以下であった場合には、ステップＳ２９に移行する。ステップＳ２９に移行したということは、燃焼状態に何らかの異常が生じてはいるが、完全な失火は生じなかったということである。このため、ステップＳ２９では、半失火が生じたと判定される。

ステップＳ２４において、出力電流が閾値ＴＨ２以下であった場合には、ステップＳ３１に移行する。ステップＳ３１では、出力電流が閾値ＴＨ１を下回っているか否かが判定される。出力電流が閾値ＴＨ１を下回った場合には、ステップＳ３２に移行する。

ステップＳ３２に移行したということは、図６（Ｂ）の線Ｇ４１に基づいて説明した状態と同様の状態（燃焼遅れ）が生じているということである。このため、ステップＳ３２に移行し、燃焼遅れが生じたと判定される。

ステップＳ２８、ステップＳ２９、及びステップＳ３２に続くステップＳ３０では、燃焼異常（失火、半失火、燃焼遅れのいずれか）が生じたと判定された時刻（判定時刻）が記憶される。その後、図９に示す一連の処理を終了する。

本実施形態では、出力電流と閾値ＴＨ２とを比較することにより、失火等の燃焼異常が生じたことを判定する（ステップＳ２４）。これに加えて、出力電流と閾値ＴＨ３とを比較することにより、燃焼異常の程度をも判定している（ステップＳ２７）。これにより、燃焼異常の程度に応じ、運転条件の変更をよりきめ細やかに行うようなことが可能となる。

続いて、図１０を参照しながら、これまでに説明したような燃焼異常の判定、及び、当該判定の結果に基づく運転条件の変更について説明する。図１０に示される一連の処理は、所定の周期毎に繰り返し実行されている。

ステップＳ４１、ステップＳ４２、及びステップＳ４３の処理は、図８のステップＳ０１、ステップＳ０２、及びステップＳ０３の処理とそれぞれ同一である。このため、ステップＳ４３に続くステップＳ４４の説明から始める。

ステップＳ４４では、変数ａに０が代入され、変数ｂにも０が代入される。変数ａは、燃焼異常（失火又は燃焼遅れ）が生じたと判定された回数をカウントするための変数である。変数ｂは、燃焼異常が生じず正常であると判定された回数をカウントするための変数である。

ステップＳ４４に続くステップＳ４５では、変数ａと変数ｂとの和が、上限数Ｎに達したかどうかが判定される。上限数Ｎは、燃焼異常が生じたかどうかの判定（異常判定）を行う回数として、予め定められた数値である。本実施形態では、上限数Ｎの値として２００が設定されている。

ステップＳ４５において、変数ａと変数ｂとの和が上限数Ｎ未満であれば、ステップＳ４６に移行する。ステップＳ４６では、図８及び図９を参照しながら説明した異常判定が行われる。具体的には、リーン条件で内燃機関１０が運転されている場合には、図８のうちステップＳ０４以降の処理が行われる。一方、リッチ条件で内燃機関１０が運転されている場合には、図９のうちステップＳ２４以降の処理が行われる。

ステップＳ４６に続くステップＳ４７では、ステップＳ４６の異常判定の結果が、燃焼異常（失火、半失火、燃焼遅れのいずれか）であったかどうかが判定される。燃焼異常が生じていた場合には、ステップＳ４８に移行する。燃焼異常が生じていなかった場合には、ステップＳ４９に移行する。

ステップＳ４８では、変数ａの値に１が加算される。その後、ステップＳ４５の処理が再度実行される。

ステップＳ４９では、変数ｂの値に１が加算される。その後、ステップＳ４５の処理が再度実行される。

ステップＳ４５において、変数ａと変数ｂとの和が上限数Ｎに達していれば、ステップＳ５０に移行する。ステップＳ５０では、変数ａを、変数ａと変数ｂとの和で除した値（以下、当該値を「異常発生割合」と称する）が、所定の閾値Ｘを超えているかどうかが判定される。本実施形態では、閾値Ｘの値として０．０２が設定されている。

異常発生割合が閾値Ｘを超えている場合には、ステップＳ５１に移行する。ステップＳ４１では、燃焼状態が安定するように車両ＧＣの運転条件（空気の供給量や着火のタイミング等）が変更される。運転条件の変更は、失火が生じた気筒１１（ステップＳ４３で特定された気筒１１）についてのみ実施してもよく、全ての気筒１１に対して一括して実施してもよい。

ステップＳ５０において、異常発生割合が閾値Ｘ以下である場合には、ステップＳ５２に移行する。ステップＳ５２では、車両ＧＣの運転条件を変更することなく、現在の状態が維持される。

以上のように、本実施形態に係る異常検出装置では、Ａ／Ｆセンサ１２０からの出力電流に基づいて、燃焼状態の異常（失火又は燃焼遅れの発生）が検知される。また、燃焼状態の異常が生じる割合（異常発生割合）が所定の閾値Ｘを超えた場合には、車両ＧＣの運転条件が適宜変更される。

これにより、燃焼状態の異常を検知するためのセンサを別途設けることなく、燃焼状態を検知することができる。また、リーン制御や大量ＥＧＲ制御を行うことにより燃費の向上を図りながらも、燃焼状態がある程度安定な状態を維持することができる。

特に、リーン制御が行われているときには、Ａ／Ｆセンサ１２０の出力電流が圧力変動の影響をより受けやすい状態となっている。このため、本発明を実施することによる効果（検知精度の向上）が大きい。

尚、運転条件の変更は、上記のように異常発生割合が高いと判定された後に実施してもよいのであるが、燃焼異常が生じたと判定された際に直ちに実施してもよい。

Ａ／Ｆセンサ１２０としては、図２に示される構成のものに限定されず、種々の態様のものを採用することができる。例えば、２層からなる固体電解質層の一方にポンプセルが形成され、他方に起電力セルが形成された構成のもの（所謂「２セル型」のＡ／Ｆセンサ）が採用された場合であっても、本発明の効果を奏することができる。

ただし、本実施形態のように、一つの固体電解質層に一対の電極のみが形成された構成のもの（所謂「１セル型」のＡ／Ｆセンサ）が採用された場合の方が、圧力変化に伴って出力電流がリニアに変化する。すなわち、出力電流の応答性が高くなり、内燃機関１０の燃焼サイクルに同期してより出力電流が変動しやすくなる。このため、出力電流の変化に基づく燃焼異常の判定をより精度よく行うことができる。

図１１を参照しながら、内燃機関１０の回転数に応じた閾値ＴＨ１等の変更について説明する。既に述べたように、本実施形態においては、閾値ＴＨ１、閾値ＴＨ２、及び閾値ＴＨ３はいずれも都度更新されている。

図１１の線Ｇ５０は、内燃機関１０の回転数が比較的小さい場合における、出力電力の変化を示すグラフである。図１１の線Ｇ５１は、内燃機関１０の回転数が比較的大きい場合における、出力電力の変化を示すグラフである。

図１１に示されるように、内燃機関１０の回転数が大きくなる程、出力電流の脈動の周期は短くなり、その振幅は小さくなる。これは、排ガスの圧力変化に対してＡ／Ｆセンサ１２０が完全に応答する前に、次の圧力変化が到達するためである。

このため、出力電流に基づいて燃焼異常の判定を正確に行うためには、回転数が大きくなる程、通常時範囲Ａ１の幅を狭く設定すればよい。図１２には、内燃機関１０の回転数と、設定すべき通常時範囲Ａ１の幅と、の関係の一例が示されている。

図１３を参照しながら、内燃機関１０の負荷に応じた閾値ＴＨ１等の変更について説明する。図１３の線Ｇ６０は、内燃機関１０の負荷が比較的小さい場合における、出力電力の変化を示すグラフである。図１３の線Ｇ６１は、内燃機関１０の負荷が比較的大きい場合における、出力電力の変化を示すグラフである。

図１３に示されるように、内燃機関１０の負荷が大きくなる程、出力電流の脈動の振幅は大きくなる。これは、負荷が大きくなると燃焼時の筒内圧力が高くなり、それに伴って排気圧力の変動幅が大きくなるためである。

このため、出力電流に基づいて燃焼異常の判定を正確に行うためには、負荷が大きくなる程、通常時範囲Ａ１の幅を広く設定すればよい。図１４には、内燃機関１０の負荷と、設定すべき通常時範囲Ａ１の幅と、の関係の一例が示されている。

図１５を参照しながら、内燃機関１０の空燃比に応じた閾値ＴＨ１等の変更について説明する。図１５の線Ｇ７０は、空燃比が理論空燃比とほぼ一致しているときにおける、出力電力の変化を示すグラフである。図１５の線Ｇ７１は、空燃比が理論空燃比から比較的小さく外れたときにおける、出力電力の変化を示すグラフである。図１５の線Ｇ７２は、空燃比が理論空燃比から比較的大きく外れたときにおける、出力電力の変化を示すグラフである。

図１５に示されるように、内燃機関１０の空燃比が理論空燃比から大きく外れる程、出力電流の脈動の振幅は大きくなる。このため、出力電流に基づいて燃焼異常の判定を正確に行うためには、空燃比と理論空燃比との差が大きくなる程、通常時範囲Ａ１の幅を広く設定すればよい。図１６には、内燃機関１０の空燃比と、設定すべき通常時範囲Ａ１の幅と、の関係の一例が示されている。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

ＧＣ：車両
１０：内燃機関
２０：吸気配管
３０：排気配管
４０：過給装置
４２：タービン
１００：異常検出装置
１１０：制御部
１２０：Ａ／Ｆセンサ
１２７：大気導入室

Claims (19)

1. 内燃機関（１０）の排気通路（３０）に設けられており、前記排気通路を通る排ガスの酸素分圧に基づいて出力電流を変化させるＡ／Ｆセンサ（１２０）と、
   前記Ａ／Ｆセンサからの出力電流に基づいて、前記内燃機関の燃焼状態に異常が生じたか否かを判定する判定部（１１０）と、を備えたことを特徴とする異常検出装置。
2. 前記判定部は、
   前記内燃機関の燃焼サイクルに同期して変動する前記出力電流の値に基づいて、前記内燃機関の燃焼状態に異常が生じたか否かを判定することを特徴とする、請求項１に記載の異常検出装置。
3. 前記判定部は、
   第１閾値（ＴＨ１）と、前記第１閾値よりも大きな値である第２閾値（ＴＨ２）と、の間の範囲である通常時範囲（Ａ１）を前記出力電流が外れたときに、前記内燃機関の燃焼状態に異常が生じたと判定することを特徴とする、請求項２に記載の異常検出装置。
4. 理論空燃比よりも燃料が希薄となるリーン条件で前記内燃機関が運転されているときには、
   前記判定部は、
   前記出力電流が前記第１閾値を下回って前記通常時範囲を外れたときに、前記内燃機関の燃焼状態に異常が生じたと判定することを特徴とする、請求項３に記載の異常検出装置。
5. 理論空燃比よりも燃料が希薄となるリーン条件で前記内燃機関が運転されているときには、
   前記判定部は、
   前記出力電流が前記第１閾値を下回って前記通常時範囲を外れた後、
   前記第２閾値よりも大きな値である第３閾値（ＴＨ３）を上回ったときに、前記内燃機関において失火が生じたと判定することを特徴とする、請求項４に記載の異常検出装置。
6. 理論空燃比よりも燃料が濃密となるリッチ条件で前記内燃機関が運転されているときには、
   前記判定部は、
   前記出力電流が前記第２閾値を上回って前記通常時範囲を外れたときに、前記内燃機関の燃焼状態に異常が生じたと判定することを特徴とする、請求項３に記載の異常検出装置。
7. 理論空燃比よりも燃料が濃密となるリッチ条件で前記内燃機関が運転されているときには、
   前記判定部は、
   前記出力電流が前記第２閾値を上回って前記通常時範囲を外れた後、前記第２閾値よりも大きな値である第３閾値を上回ったときに、前記内燃機関において失火が生じたと判定することを特徴とする、請求項６に記載の異常検出装置。
8. 理論空燃比よりも燃料が希薄となるリーン条件で前記内燃機関が運転されているときには、
   前記判定部は、
   前記出力電流が前記第２閾値を上回って前記通常時範囲を外れたときに、前記内燃機関における燃焼の進行速度が低下する燃焼遅れが生じたと判定することを特徴とする、請求項３に記載の異常検出装置。
9. 理論空燃比よりも燃料が濃密となるリッチ条件で前記内燃機関が運転されているときには、
   前記判定部は、
   前記出力電流が前記第１閾値を下回って前記通常時範囲を外れたときに、前記内燃機関における燃焼の進行速度が低下する燃焼遅れが生じたと判定することを特徴とする、請求項３に記載の異常検出装置。
10. 異常が発生した気筒を特定する機能を有していることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の異常検出装置。
11. 前記第１閾値は、前記内燃機関を備えた車両（ＧＣ）の運転条件に応じて変更されることを特徴とする、請求項３に記載の異常検出装置。
12. 前記第１閾値は、前記出力電流の変動の履歴に応じて変更されることを特徴とする、請求項３に記載の異常検出装置。
13. 前記第２閾値は、前記内燃機関を備えた車両の運転条件に応じて変更されることを特徴とする、請求項３に記載の異常検出装置。
14. 前記第２閾値は、前記出力電流の変動の履歴に応じて変更されることを特徴とする、請求項３に記載の異常検出装置。
15. 前記内燃機関の燃焼状態に異常が発生する割合が所定の閾値（Ｘ）を超えた場合には、前記内燃機関の運転条件を変更することを特徴とする、請求項１に記載の異常検出装置。
16. 前記判定部は、
    前記内燃機関の燃焼状態に異常が生じたとの判定が行われた後、所定期間が経過するまでの間は、再度の判定を行わないことを特徴とする、請求項１に記載の異常検出装置。
17. 前記判定部は、
    前記Ａ／Ｆセンサが活性状態となっていない期間においては、前記内燃機関の燃焼状態に異常が生じたか否かの判定を行わないことを特徴とする、請求項１に記載の異常検出装置。
18. 前記Ａ／Ｆセンサは、前記排気通路のうち過給装置（４０）のタービン（４２）よりも上流側の部分に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の異常検出装置。
19. 前記Ａ／Ｆセンサは、
    大気が導入される空間である大気導入室（１２７）が形成されており、
    前記排気通路内の酸素分圧と、前記大気導入室内の酸素分圧との差に応じて、前記出力電流を変化させるものであることを特徴とする、請求項１に記載の異常検出装置。

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