JP2017082697A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン１の気筒間の空燃比インバランスの発生を回転変動状態に基づいて判定する場合に、判定基準を適合できるようにしながら、触媒の過熱を招かないようにする。
【解決手段】各気筒＃１〜＃４毎の１回の燃焼サイクルにおける回転変動状態を検出する回転変動検出部（ＳＴ２０２）と、検出された回転変動の大きさを比較して、回転変動が最大の気筒を候補気筒として特定する比較特定部（ＳＴ２０４）と、各気筒がそれぞれ、予め設定した回数の燃焼サイクルを行う間に、候補気筒として特定された回数をカウントするカウント部（ＳＴ２０４）と、そのカウント回数が最も多い候補気筒について、そのカウント回数が所定数以上であれば（ＳＴ２０６でＹＥＳ）、空燃比インバランスが発生していると判定する判定部（ＳＴ２０８）と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の制御装置に関し、特に、気筒間の空燃比ばらつきが大きくなったことを判定する技術に関する。

従来より、複数の気筒を有する内燃機関においては、例えば、一部の気筒に対応する吸気通路が狭くなったり、燃料噴射系の故障（インジェクタ起因の故障）などが起きたりして、気筒間の空燃比のばらつきが大きくなることがあり、このような状況になると触媒の劣化やエミッションの悪化を招くおそれがあった。こうした観点から自動車の分野では、車載状態で気筒間の空燃比ばらつき異常（以下、空燃比インバランス異常ともいう）を判定するようにしている。

一例として特許文献１に記載の制御装置では、１回の燃焼サイクルにおいて回転変動の最も大きな気筒を最悪気筒として特定し、それ以外の気筒との回転変動値の差分と、空燃比センサにより検出した空燃比の変動状態（推定インバランス率）とに基づいて、空燃比インバランス異常を判定するようにしている。すなわち、回転変動値の差分が判定値以上に大きくなっており、かつ、空燃比の変動状態が所定の判定基準以上であるときに、前記最悪気筒において空燃比インバランス異常が発生していると判定する。

特開２０１３−２４５６６０号公報

ところで、前記の最悪気筒において空燃比インバランス異常が発生しているときに、それ以外の気筒との間で生じる回転変動値の差分の大きさは、内燃機関の仕様によって相違するものであり、空燃比の変動状態について同様である。よって、前記従来例のようにして異常を判定するためには、内燃機関の仕様が異なる機種毎に回転変動値の差分や空燃比の変動状態についての判定基準を適合しなくてはならない。

しかしながら、空燃比インバランス異常が発生すると、空燃比のリッチな排気とリーンな排気とが交互に触媒に流入することから、その温度が急上昇する。このため、例えば未暖機の高負荷状態など、触媒温度が高くなりやすい運転状態においては、前記従来例のように回転変動値の差分や空燃比の変動状態に基づいて異常を判定しようとすると、触媒が過熱してしまうおそれがある。

すなわち、空燃比インバランス異常の判定には、空燃比のばらつきが或る程度以上、大きな異常な状態であることを、正常な状態と切り分けて判定できるように判定基準を適合しなくてはならないが、前記のように触媒温度が高くなりやすい運転状態では、空燃比のばらつきがあまり大きくならないうちに、触媒が過熱してしまうからである。このことから、未暖機の高負荷状態のような所定の運転状態では、触媒が過熱する前に空燃比インバランス異常を判定できるような基準を適合できないおそれがあった。

そのような実情を考慮して本発明の目的は、内燃機関の回転変動状態に基づいて空燃比のばらつきが大きくなること（以下、空燃比インバランスが発生しているともいう）を判定する場合に、その判定の基準を適合できるようにしながら、触媒の過熱を招かないようにすることにある。

前記の目的を達成するために本発明では、複数の気筒の何れかが前記従来例における最悪気筒（空燃比インバランスが発生している候補となる気筒なので、以下、候補気筒という）になる頻度が高いときに、この候補気筒において空燃比インバランスが発生していると判定するようにした。

具体的に本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の制御装置が対象であって、それら各気筒毎の１回の燃焼サイクルにおける回転変動状態を検出する回転変動検出部と、この回転変動検出部によって検出された回転変動の大きさが所定値以上である気筒について、空燃比インバランス異常が発生していると判定する異常判定部と、前記回転変動検出部によって検出された各気筒毎の回転変動の大きさを比較して、回転変動が最大の気筒を候補気筒として特定する比較特定部と、前記各気筒がそれぞれ、予め設定した回数の燃焼サイクルを行う間に、前記候補気筒として特定された回数をカウントするカウント部と、このカウント部によるカウント回数が最も多い候補気筒について、そのカウント回数が所定数以上であれば、空燃比インバランスが発生していると判定するインバランス判定部と、を備えるものとする。

前記の構成により、内燃機関の運転中には、まず、従来までと同様に各気筒毎の１回の燃焼サイクルにおける回転変動の大きさを検出し、この回転変動の大きさが所定未満であれば、空燃比インバランス異常（触媒の過熱やエミッションの悪化を招くような空燃比の大きなばらつき）は発生していないと判定する。一方、回転変動が所定以上に大きければ、空燃比インバランス異常が発生していると判定する。

また、各気筒毎の１回の燃焼サイクルにおける回転変動の大きさを気筒間で比較することによって、回転変動が最大の気筒を候補気筒として特定する。そして、予め設定した回数の燃焼サイクルを行う間に、前記候補気筒として特定された回数（カウント回数）が最も多いものについて、その回数が所定数以上であれば、即ち候補気筒になる頻度が所定以上に高ければ、この気筒において空燃比インバランスが発生していると判定する。

このように、回転変動の大きさに基づいて空燃比インバランス異常を判定するのとは別に、候補気筒になる頻度に基づいて空燃比インバランスを判定するようにしているので、内燃機関が所定の運転状態にあるときなど、空燃比インバランス異常の判定基準を適合できない状況において、補完的にインバランス判定部による判定を行うことができる。

前記空燃比インバランスの発生は、複数の気筒の中で相対的に回転変動が大きく、候補気筒として特定される頻度が最も高い気筒について、その頻度が所定以上に高い場合に、空燃比インバランスが発生していると判定するものなので、この判定の基準となる頻度は触媒の過熱を招かないように適合することができる。しかも、その頻度は統計学的に定まり、内燃機関の仕様には依存しない。よって、インバランス判定部による判定の基準は、機種毎に適合する必要がない。

好ましくは、内燃機関が例えば触媒の温度が高くなりやすい所定の運転状態にあるとき、前記インバランス判定部によって空燃比インバランスが発生していると判定された候補気筒において、空燃比のばらつきが小さくなるように燃料噴射量を補正する噴射量補正部を備える。こうすれば、回転速度が高くなるような回転変動であれば、燃料噴射量を減量する一方、回転速度が低くなるような回転変動であれば、燃料噴射量を増量することで、空燃比のばらつきを小さくすることができ、これにより前記所定の運転状態における触媒の過熱を防止できる。

本発明によれば、複数の気筒を有する内燃機関において、その何れかの気筒について、回転変動の最も大きな気筒になる頻度が所定以上に高いときに、空燃比インバランスが発生していると判定するようにしたので、従来までの空燃比インバランス異常の判定が適切に行えない所定の運転状態において補完的に空燃比インバランスについての判定が行える。よって、その所定の運転状態において空燃比を補正することで、触媒の過熱を招かないようにしながら、それ以外の運転状態について空燃比インバランス異常の判定の基準を適合することができる。

本発明を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。 図１のエンジンの１気筒のみを示す概略構成図である。 空燃比インバランスによるエンジンの回転変動を示すイメージ図である。 空燃比インバランス異常の判定処理の一例を示すフローチャートである。 空燃比インバランス異常の判定値の適合範囲を示すイメージ図である。 空燃比インバランスの判定処理の一例を示すフローチャートである。 空燃比の補正処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明を車両に搭載されたエンジン１（内燃機関）に適用した実施の形態について説明する。図１に示すのは４気筒ガソリンエンジン１であって、第１〜第４の４つの気筒＃１〜＃４にはそれぞれ、図２に示すようにピストン１ｃが収容されている。このピストン１ｃとクランクシャフト１５とはコンロッド１６によって連結されており、そのクランクシャフト１５の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ３１が、シリンダブロック１ａの下部に配設されている。

すなわち、図２に表れているようにクランクシャフト１５の端部にはシグナルロータ１７が取り付けられており、その外周面には複数の歯１７ａが等間隔（例えばクランク角で１０°ＣＡ間隔）で設けられている。クランク角センサ３１は例えば電磁ピックアップからなり、クランクシャフト１５の回転によってシグナルロータ１７の歯１７ａが通過する都度、パルス状の信号（以下、クランク信号という）を出力する。

また、シグナルロータ１７は、歯１７ａの２枚分が欠落した欠歯部１７ｂを有しており、クランク角センサ３１においては、例えば第１気筒＃１および第４気筒＃４の上死点前（ＴＤＣ前）の所定のクランク角位置において、欠歯部１７ｂがクランク角センサ３１の付近を通過する。この間、クランク角センサ３１からはクランク信号の出力が途絶えることになるが、このように欠歯部１７ｂの通過によって一定期間、クランク信号が途絶えることは欠歯信号として認識される。

また、エンジン１のシリンダブロック１ａにはエンジン冷却水の水温を検出する水温センサ３２が配置されている。一方、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが組み付けられており、各気筒＃１〜＃４内に臨むように点火プラグ３が配設されて、イグナイタ４から電力の供給を受けるようになっている。また、シリンダヘッド１ｂには、各気筒＃１〜＃４内の燃焼室１ｄに連通するように吸気ポート１１ａおよび排気ポート１２ａが形成されており、それぞれの開口部が吸気バルブ１３および排気バルブ１４によって開閉される。

こうして吸気バルブ１３および排気バルブ１４を動作させる動弁系は、吸気および排気の２本のカムシャフト２１，２２を備え、図示しないタイミングチェーンおよびスプロケットを介して、クランクシャフト１５により回転されるようになっている。また、吸気カムシャフト２１の近傍には、吸気カムシャフト２１に取り付けられたロータ（図示せず）の外周に対向して、電磁ピックアップからなるカム角センサ３３が配設されている。

吸気カムシャフト２１はクランクシャフト１５の１／２の速度で回転するので、クランクシャフト１５が２回転（クランク角で７２０°ＣＡ変化）する間に、カム角センサ３３は少なくとも１回、パルス状の信号（以下、カム信号という）を出力する。本実施の形態ではカム角センサ３３は、第１気筒＃１が圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）に位置し、第４気筒＃４が排気上死点（排気ＴＤＣ）に位置するときに、カム信号を出力する。そして、このカム信号とクランク信号とによって、後述するように各気筒＃１〜＃４のクランク角位置が認識される。

また、各気筒＃１〜＃４内の燃焼室１ｄに吸気を供給するための吸気通路１１は、前記の吸気ポート１１ａに連通する吸気マニホールド１１ｂおよびサージタンク１１ｃを備えている。この吸気通路１１における上流側（吸気の流れの上流側）には、エアクリーナ７、エアフロメータ３４、吸気温センサ３５（エアフロメータ３４に内蔵）、および電子制御式のスロットルバルブ５が配置されている。スロットルバルブ５はスロットルモータ６によって駆動され、その開度はスロットル開度センサ３６によって検出される。

そして、各気筒＃１〜＃４毎に吸気ポート１１ａに燃料を噴射するようにインジェクタ２が配置されていて、デリバリパイプ２０を介して図示しない燃料供給系から燃料が供給されるようになっている。このインジェクタ２から吸気ポート１１ａに噴射された燃料は、吸気と混じり合いながら各気筒＃１〜＃４の吸気行程で燃焼室１ｄに吸入されて、混合気を形成する。この混合気が圧縮行程で圧縮された後に、点火プラグ３により点火されて燃焼する。

これにより発生する高温高圧の燃焼ガスによって、各気筒＃１〜＃４の膨張行程ではピストン１ｃが上死点から押し下げられ、クランクシャフト１５が回転されてエンジン１の駆動力（出力トルク）が得られる。本実施の形態では、図３に模式的に示すように第１気筒＃１→第３気筒＃３→第４気筒＃４→第２気筒＃２の順に、クランク角で１８０°ＣＡの位相差をもってそれぞれ吸気、圧縮、膨張および排気の４つの行程からなる１回の燃焼サイクルが行われる。よって、クランクシャフト１５の回転速度（エンジン回転数）は各気筒＃１〜＃４の膨張行程の前半において上昇し、後半において下降するというように、周期的に変化する。

一方、排気通路１２における上流側（排気の流れの上流側）の部分は、前記の排気ポート１２ａと排気マニホールド１２ｂとによって構成されており、その下流側には三元触媒８が配設されている。三元触媒８の上流側には、排気の空燃比に対して概ねリニアな出力特性を示す空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）３７が配設されており、三元触媒８の下流側（排気流れの下流側）の排気通路１２には、理論空燃比（ストイキ）近傍で出力値がステップ状に変化するＯ₂センサ（酸素センサ）３８が配設されている。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびバックアップＲＡＭなどを備えた公知のものである。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて、種々の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶し、バックアップＲＡＭは、例えばエンジン１の停止時に保存すべきデータ等を記憶する。

ＥＣＵ１００には、前記のクランク角センサ３１、水温センサ３２、カム角センサ３３、エアフロメータ３４、吸気温センサ３５、スロットル開度センサ３６、空燃比センサ３７、Ｏ₂センサ３８などが接続されている。また、ＥＣＵ１００には、図示しないが、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサも接続されている。さらに、ＥＣＵ１００には、前記のインジェクタ２、イグナイタ４、スロットルモータ６などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、前記各種センサ３１〜３８などからの信号に基づいてインジェクタ２の駆動制御（燃料噴射量の制御）、点火プラグ３による点火時期の制御、スロットルモータ６の駆動制御（吸入空気量の制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。例えばＥＣＵ１００は、空燃比センサ３７およびＯ₂センサ３８からの信号に基づいて、空燃比が理論空燃比になるように燃料噴射量を補正する、空燃比のフィードバック制御を行う。

また、ＥＣＵ１００は、前記のような制御を行うために、クランク信号およびカム信号に基づいて、各気筒＃１〜＃４毎のクランク角位置を認識する。すなわち、上述したようにクランク角センサ３１からは、第１気筒＃１および第４気筒＃４の上死点前の所定クランク角位置で欠歯信号が入力する一方、カム角センサ３３からは、第１気筒＃１が圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）に位置し、第４気筒＃４が排気上死点（排気ＴＤＣ）に位置するときにカム信号が入力する。

よって、前記欠歯信号の入力を判定してから所定期間内にカム角信号が入力した場合は、第１気筒＃１が圧縮ＴＤＣであると認識することができる。一方、欠歯信号の入力を判定してから所定期間内にカム角信号が入力しない場合は、第４気筒＃４が圧縮ＴＤＣであると認識することができる。そして、第１気筒＃１または第４気筒＃４の圧縮ＴＤＣを認識してからクランク信号をカウントすることにより、各気筒＃１〜＃４毎のクランク角位置を認識することができる。

−気筒間の空燃比のばらつき−
ところで、前記のように空燃比センサ３７およびＯ₂センサ３８の出力に基づいて、空燃比のフィードバック制御をしていても、これは、４つの気筒＃１〜＃４の全体的（平均的）な空燃比を理論空燃比に近づけるだけであり、各気筒＃１〜＃４の間の空燃比にはばらつきがある。このような空燃比の気筒間のばらつきが或る程度以上、大きくなることを以下、空燃比インバランスという。

例えば、第４気筒＃４の吸気ポート１１ａにデポジットが堆積して狭くなったり、インジェクタ２に起因する故障などが起きたりして、空燃比のばらつきが大きくなることがあり、このような状況になると、三元触媒８の過熱による劣化やエミッションの悪化を招くおそれがあった。これに対し本実施の形態では、そのような不具合を招くほどの大きな空燃比ばらつきが発生していること（以下、空燃比インバランス異常ともいう）を、車載状態で判定するようにしている。

より具体的に、例えば第４気筒＃４においてインジェクタ２に起因する故障が発生し、空燃比がリーンに大きくずれた場合、この第４気筒＃４の燃焼状態が悪化し、膨張行程においてピストン１ｃを押し下げる力が弱まることから、図３に破線で示すように第４気筒＃４の膨張行程においてクランクシャフト１５の回転速度が顕著に低下することになる。そこで、本実施の形態では、そのような各気筒＃１〜＃４毎の回転変動状態を検出して、これが所定以上、大きい場合にインバランス異常が発生していると判定する。

−回転変動値の算出−
まず、前記のような空燃比インバランス異常の判定に用いる回転変動値について説明する。一例として本実施の形態では、エンジン１の膨張行程における所定回転角、例えば圧縮ＴＤＣからクランクシャフト１５が３０°ＣＡ回転するのに要した時間Ｔ₃₀（回転速度に反比例：回転速度＝３０°ＣＡ／Ｔ₃₀）を各気筒＃１〜＃４毎に算出し、その算出した時間Ｔ₃₀の気筒間における差（時間差ΔＴ₃₀）を、エンジン１の回転変動値ΔＴ₃₀（回転変動状態を表す値）として算出する。

より具体的にＥＣＵ１００は、クランク信号およびカム信号に基づいて、第１気筒＃１の膨張行程においてクランクシャフト１５が圧縮ＴＤＣから３０°ＣＡ回転するのに要する時間Ｔ₃₀［＃１］を算出する。そして、この算出した時間Ｔ₃₀［＃１］と、１回前に膨張行程を迎えていた第２気筒＃２の膨張行程においてクランクシャフト１５が圧縮ＴＤＣから３０°ＣＡ回転するのに要した時間Ｔ₃₀［＃２］との差を求めることにより、第１気筒＃１の回転変動値ΔＴ₃₀［＃１］（＝Ｔ₃₀［＃１］−Ｔ₃₀［＃２］）を算出する。

同様にエンジン１の気筒＃３、＃４、＃２の各膨張行程においてクランクシャフト１５が圧縮ＴＤＣから３０°ＣＡ回転するのに要した時間Ｔ₃₀［＃３］、時間Ｔ₃₀［＃４］、時間Ｔ₃₀［＃２］を順次、算出してゆく。そして、第３気筒の回転変動値ΔＴ₃₀［＃３］（＝Ｔ₃₀［＃３］−Ｔ₃₀［＃１］）、第４気筒の回転変動値ΔＴ₃₀［＃４］（＝Ｔ₃₀［＃４］−Ｔ₃₀［＃３］）、および、第２気筒の回転変動値ΔＴ₃₀［＃２］（＝Ｔ₃₀［＃２］−Ｔ₃₀［＃４］）を順次、算出する。

なお、前記エンジン１の膨張行程における所定回転角は３０°ＣＡ以外の値（例えば１０°〜６０ＣＡの間で設定）としてもよい。また、エンジン１の回転変動値は他の方法で算出するようにしてもよい。

−空燃比インバランス異常の判定−
上述したようにインジェクタ起因の故障等によって、三元触媒８の過熱やエミッションの悪化を招くような大きな空燃比ばらつきが発生すると、空燃比が大きくリッチまたはリーンにずれている気筒＃１〜＃４において回転変動が大きくなる。そして、図３を参照して上述したように当該気筒＃１〜＃４の膨張行程において、クランクシャフト１５の回転速度が顕著に低下することから、その回転変動値ΔＴ₃₀が所定以上に大きくなる。

このことから、本実施の形態では、第１から第４の気筒＃１〜＃４における回転変動値ΔＴ₃₀に基づいて、気筒毎の空燃比ばらつきの大きさを表す指標であるインバランス率Imb-k［＃１〜＃４］を算出し、その値が予め設定した判定値以上であるときに、空燃比インバランス異常が発生していると判定する。以下、その一例について図４のフローチャートを参照して具体的に説明する。このルーチンは、各気筒＃１〜＃４毎の所定のクランク角位置において開始され、繰り返し実行される。

まず、図４のフローのスタート後のステップＳＴ１０１では、判定を行う前提条件が成立しているか否か判定する。この前提条件としては例えば、１）エンジン１の暖機が終了していること、２）空燃比センサ３７およびＯ₂センサ３８が活性化していること、３）三元触媒８が活性化していること、４）エンジン１がアイドル運転中もしくは定常運転中であって、空燃比のフィードバック制御が行われていること、などが挙げられる。なお、インバランス異常判定の前提条件はこれらに限定されない。

このステップＳＴ１０１の判定結果が否定判定（ＮＯ）であれば制御を終了する（エンド）一方、肯定判定（ＹＥＳ）であれば（前提条件成立）、ステップＳＴ１０２に進んで、各気筒＃１〜＃４毎のインバランス率Imb-k［＃１］〜Imb-k［＃４］を算出する。すなわち、まず、クランク角センサ３１およびカム角センサ３３の各出力信号に基づいて、前述したように各気筒＃１〜＃４毎の回転変動値ΔＴ₃₀［＃１］〜ΔＴ₃₀［＃４］を算出し、これを予め設定した標準変動値ΔＴ_refで除算して、インバランス率Imb-k［＃１〜＃４］とする。

なお、前記の標準変動値ΔＴ_refは、後述するインバランス異常の判定値に対応するように予め設定されたものであり、例えば、エンジン回転数および負荷率に基づいて、マップを参照して算出される。この標準変動値ΔＴ_refで除算されたインバランス率Imb-k［＃１］〜Imb-k［＃４］は、回転変動値ΔＴ₃₀の標準的な値を１とした場合の各気筒＃１〜＃４の回転変動値ΔＴ₃₀［＃１］〜ΔＴ₃₀［＃４］の比率を表すものである。

さらに、前記のステップＳＴ１０２においては、前記のインバランス率Imb-k［＃１］〜Imb-k［＃４］を各気筒＃１〜＃４毎に積算（前回までの積算値に加算）するとともに、その積算回数をカウントする。そして、続くステップＳＴ１０３において各気筒＃１〜＃４毎の積算回数が予め設定した所定数になったか否か判定し、否定判定（ＮＯ）であれば一旦、制御を終了する（エンド）一方、肯定判定（ＹＥＳ）であればステップＳＴ１０４に進む。

ステップＳＴ１０４では、前記の積算値を積算回数で除算し、各気筒＃１〜＃４毎にインバランス率Imb-k［＃１］〜Imb-k［＃４］の平均値を求めた上で、この値が予め設定した判定値以上であるか否か判定する。この判定値は、例えばインジェクタ２に起因する故障が発生して、三元触媒８の過熱による劣化やエミッションの悪化を招くような大きな空燃比ばらつきが発生していることを判定できるような値であって、以下に述べるように実験・シミュレーション等により適合されたものである。

よって、前記のステップＳＴ１０４で否定判定（ＮＯ）すれば、ステップＳＴ１０５に進んで空燃比インバランス異常は発生していないと判定（正常判定）する一方、ステップＳＴ１０４で肯定判定（ＹＥＳ）すれば、ステップＳＴ１０６に進んで空燃比インバランス異常が発生していると判定し、その後、制御を終了する（エンド）。こうして空燃比インバランス異常の判定をした場合、ＥＣＵ１００は、車両の乗員への警報など、所定のフェールセーフ処理を行う。

前記図４のフローのステップＳＴ１０２を実行することによってＥＣＵ１００は、各気筒＃１〜＃４毎の１回の燃焼サイクルにおける回転変動状態を検出する回転変動検出部を構成し、同ステップＳＴ１０４〜ＳＴ１０６を実行することによってＥＣＵ１００は、検出された回転変動が所定以上に大きい気筒について、空燃比インバランス異常が発生していると判定する異常判定部を構成する。

−空燃比インバランスの判定−
上述したように、空燃比インバランス異常を判定するための判定値は実験・シミュレーション等によって適合されるものであるが、異常が発生しているときに生じるインバランス率Imb-k［＃１］〜Imb-k［＃４］の大きさは、エンジン１の仕様によって相違するので、判定値を適合する作業はエンジン１の機種毎に行われている。そして、その判定値の適合範囲は、図５に模式的に示すように三元触媒８の過熱やエミッションの悪化に関連する上限と、検出性を確保するための下限との間にある。

すなわち、エンジン１の各気筒＃１〜＃４における空燃比のばらつきは、異常が発生していなくても存在するので、この正常なばらつきと切り分けるために（即ち、前記の検出性を確保するために）、インバランス率Imb-kの判定値には下限が存在する。また、空燃比がばらつくと、リッチな排気とリーンな排気とが交互に三元触媒８に流入することになり、その温度が急上昇するので、この三元触媒８の過熱を招かないようにするために、判定値の適合範囲には上限が存在する。

しかしながら、エンジン１が例えば未暖機の高負荷状態など、触媒温度が高くなりやすい所定の運転状態にあるときには、空燃比のばらつきがあまり大きくならないうちに、三元触媒８の温度が急上昇して早期に過熱するおそれがある。これにより、前記図５に示す適合範囲の上限が低くなってしまい、下限との差が狭くなることから、判定値の適合が困難なものとなっていた。

これに対して本実施の形態では、上述した空燃比インバランス異常の判定とは別に、より小さな空燃比のばらつきが発生している（即ち空燃比インバランスが発生している）ことを判定して、前記所定の運転状態においては、空燃比の補正制御によりインバランスを低減させるようにした。また、その判定の際には、以下に説明するように回転変動値ΔＴ₃₀の最も大きな気筒＃１〜＃４（候補気筒）となる頻度に着目し、この頻度が所定以上に高い気筒＃１〜＃４において空燃比インバランスが発生していると判定するようにした。このような判定においてはエンジン１の機種毎に異なる判定値を適合する必要はない。

以下、空燃比インバランス判定の一例について、図６のフローチャートを参照して具体的に説明する。このルーチンは、図４を参照して上述した空燃比インバランス異常の判定と同様に、各気筒＃１〜＃４毎の所定のクランク角位置において開始され、繰り返し実行される。まず、図６のフローのスタート後のステップＳＴ２０１では、前記図４のフローのステップＳＴ１０１と同じ前提条件が成立しているか否か判定し、否定判定（ＮＯ）すれば制御を終了する（エンド）。

一方、ステップＳＴ２０１で肯定判定（ＹＥＳ）すれば（前提条件成立）、ステップＳＴ２０２に進み、クランク角センサ３１およびカム角センサ３３の各出力信号に基づいて、前述したように各気筒＃１〜＃４毎の回転変動値ΔＴ₃₀［＃１］〜ΔＴ₃₀［＃４］を算出する。そして、ステップＳＴ２０３において全ての気筒＃１〜＃４の回転変動値ΔＴ₃₀［＃１］〜ΔＴ₃₀［＃４］を算出したか否か判定し、否定判定（ＮＯ）であれば一旦、制御を終了する（エンド）。

すなわち、例えば図３に表れているように、第１気筒＃１の圧縮ＴＤＣからクランク角で７２０°ＣＡまで、第１気筒＃１→第３気筒＃３→第４気筒＃４→第２気筒＃２の順に、全ての気筒＃１〜＃４がそれぞれ吸気、圧縮、膨張および排気の４つの行程からなる１回の燃焼サイクルを実行する。そこで、この間に各気筒＃１〜＃４の膨張行程において、それぞれ回転変動値ΔＴ₃₀［＃１］〜ΔＴ₃₀［＃４］を算出する。

こうして全ての気筒＃１〜＃４の回転変動値ΔＴ₃₀［＃１］〜ΔＴ₃₀［＃４］が算出され、前記ステップＳＴ２０３において肯定判定すれば（ＹＥＳ）、ステップＳＴ２０４に進んで、回転変動値ΔＴ₃₀［＃１］〜ΔＴ₃₀［＃４］の最も大きな気筒＃１〜＃４を候補気筒として特定する。また、そうして候補気筒として特定された回数を各気筒＃１〜＃４毎にカウントするとともに、燃焼サイクルの回数もカウントする。

続いてステップＳＴ２０５において、前記燃焼サイクルの回数（カウント数）が予め設定した回数（予め設定した燃焼サイクル数）になったか否か判定する。この回数は、候補気筒として特定された回数に基づいて空燃比インバランスを判定するために必要なデータの数に相当し、予め設定されている。そして、否定判定（ＮＯ）すれば、未だ十分な数のデータが得られていないので、一旦、制御を終了する（エンド）。

一方、カウント値が予め設定した燃焼サイクル数になって肯定判定すれば（ＹＥＳ）、ステップＳＴ２０６に進んで、候補気筒としてのカウント数が最も多い気筒＃１〜＃４について、そのカウント数が予め設定した判定値以上か（つまり、候補気筒としてのカウント回数の最大値が所定数以上か）否か判定する。この判定値は、第１から第４の４つの気筒＃１〜＃４の中で最も回転変動の大きなものとなる頻度と、空燃比インバランスが発生していることとの相関から統計学的に算出される値であり、エンジン１の仕様によらず一定の値が設定されている。

よって、前記のステップＳＴ２０６において否定判定（ＮＯ）すれば、ステップＳＴ２０７に進んで空燃比インバランスは発生していない（インバランスなし）と判定する一方、ステップＳＴ２０６で肯定判定（ＹＥＳ）すれば、ステップＳＴ２０８に進んで空燃比インバランスが発生している（インバランスあり）と判定する。そして、ステップＳＴ２０９に進んで、それらいずれかの判定結果をＥＣＵ１００のＲＡＭに記憶した後に、制御を終了する（エンド）。

前記図６のフローのステップＳＴ２０２を実行することによってＥＣＵ１００は、各気筒＃１〜＃４毎の１回の燃焼サイクルにおける回転変動状態を検出する回転変動検出部を構成し、同ステップＳＴ２０４を実行することによってＥＣＵ１００は、検出された各気筒＃１〜＃４毎の回転変動の大きさを比較して、回転変動が最大の気筒を候補気筒として特定する比較特定部を構成する。

また、ステップＳＴ２０４〜ＳＴ２０６を繰り返し実行することによってＥＣＵ１００は、各気筒＃１〜＃４がそれぞれ、予め設定した回数の燃焼サイクルを行う間に、前記候補気筒として特定された回数をカウントするカウント部を構成し、同ステップＳＴ２０６〜ＳＴ２０８を実行することによってＥＣＵ１００は、候補気筒としてのカウント数が判定値以上であれば、空燃比インバランスが発生していると判定するインバランス判定部を構成する。

続いて、前記空燃比インバランス判定の結果に基づく空燃比の補正制御の一例について、図７のフローチャートを参照して説明する。このルーチンは、エンジン１の始動後に所定のタイミングで繰り返し実行され、まず、スタート後のステップＳＴ３０１では、エンジン１の未暖機状態か否か判定し、否定判定（ＮＯ）すれば制御を終了する（エンド）。なお、未暖機状態の判定は、例えば水温センサ３２からの信号に基づいて、冷却水の水温が所定温度未満か否かによって判定すればよい。

一方、未暖機状態であると肯定判定（ＹＥＳ）すればステップＳＴ３０２に進んで、今度はエンジン１の負荷率が所定以上に高いか否か判定する。そして、否定判定（ＮＯ）すれば制御を終了する（エンド）一方、負荷率が所定以上に高くて肯定判定（ＹＥＳ）すれば、ステップＳＴ３０３に進んで、前記したインバランス判定（図６のフロー）の結果に応じて、空燃比の補正制御を行う。

すなわち、前記図６のフローのステップＳＴ２０９にてＲＡＭに記憶した判定結果を読み出し、気筒＃１〜＃４のいずれかにおいてインバランスありと判定していれば、この気筒＃１〜＃４に対して空燃比のばらつきが小さくなるように、燃料噴射量を補正する処理を行い、しかる後に制御を終了する（エンド）。具体的には、クランクシャフト１５の回転速度が高くなるようなインバランスであれば、燃料噴射量を５％くらい減量する一方、回転速度が低くなるようなインバランスであれば、燃料噴射量を５％くらい増量する。

こうして燃料噴射量を補正することで、気筒＃１〜＃４間の空燃比のばらつきを小さくすることができ、未暖機の高負荷状態であっても三元触媒８の過熱による劣化を防止することができる。また、エミッションの悪化も抑制できる。前記図７のフローのステップＳＴ３０３を実行することによってＥＣＵ１００は、エンジン１が所定の運転状態にあるときに、空燃比インバランスが発生していると判定された気筒＃１〜＃４において、空燃比のばらつきが小さくなるように燃料噴射量を補正する噴射量補正部を構成する。

以上、説明したように本実施の形態によれば、図４のフローに示した空燃比インバランス異常の判定とは別に、図６を参照して上述したように、回転変動の最も大きな候補気筒となる頻度に基づいて、空燃比インバランスの発生を判定するようにしている。そして、図７のフローに示すように、三元触媒８の過熱のおそれがあって、空燃比インバランス異常の判定基準を適合できない所定の運転状態では、空燃比インバランスの判定結果に応じて燃料噴射量を補正することにより、空燃比のばらつきを小さくして、三元触媒８の過熱やエミッションの悪化などを抑制することができる。

そうして所定の運転状態における三元触媒８の過熱を防止できれば、空燃比インバランス異常の判定値の上限が低くならないので、図５に表れている下限との差（適合範囲）が広くなり、それ以外の運転状態については好適に判定値を適合できる。しかも、前記の空燃比インバランスの判定は候補気筒となる頻度に基づいて行うので、その判定値は統計学的に決定することができ、エンジン１の仕様には依存しない。よって、エンジン１の機種毎に異なる判定値を適合する必要がなく、適合作業の煩雑化を招く心配はない。

−他の実施形態−
なお、上述した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。本発明の技術的範囲は、前記実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、前記実施の形態においては、４気筒ガソリンエンジンに本発明を適用した場合について説明したが、これには限定されず、本発明は、例えば６気筒や８気筒などの他の任意の気筒数の多気筒内燃機関にも適用可能である。また、直列多気筒ガソリンエンジンのほか、Ｖ型多気筒ガソリンエンジンにも本発明は適用可能である。

さらに、前記実施の形態のようなポート噴射式のガソリンエンジンにも限定されず、本発明は筒内直噴式の多気筒ガソリンエンジンにも適用可能であり、また、筒内噴射用インジェクタと吸気ポート噴射用インジェクタとを備えたデュアル噴射式の多気筒ガソリンエンジンにも本発明は適用可能である。さらにまた、本発明はガスエンジンや、バイオマス由来燃料を用いるエンジンにも適用可能である。

本発明は、多気筒内燃機関の制御装置に適用可能であり、さらに詳しくは、気筒間の空燃比インバランス判定を行う制御装置に適用して、優れた効果を奏する。

１ エンジン（内燃機関）
＃１〜＃４ 複数の気筒
１００ ＥＣＵ（回転変動検出部、比較特定部、カウント部、インバランス判定部、異常判定部、噴射量補正部）

Claims (2)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
   各気筒毎の１回の燃焼サイクルにおける回転変動状態を検出する回転変動検出部と、
   前記回転変動検出部によって検出された回転変動が所定以上に大きい気筒について、空燃比インバランス異常が発生していると判定する異常判定部と、
   前記回転変動検出部によって検出された各気筒毎の回転変動の大きさを比較して、回転変動が最大の気筒を候補気筒として特定する比較特定部と、
   前記各気筒がそれぞれ、予め設定した回数の燃焼サイクルを行う間に、前記候補気筒として特定された回数をカウントするカウント部と、
   前記カウント部によるカウント回数が最も多い候補気筒について、そのカウント回数が所定数以上であれば、空燃比インバランスが発生していると判定するインバランス判定部と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
   内燃機関が所定の運転状態にあるときに、前記インバランス判定部によって空燃比インバランスが発生していると判定された気筒において、空燃比のばらつきが小さくなるように燃料噴射量を補正する噴射量補正部を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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