JP2018135858A

JP2018135858A - 内燃機関の異常診断装置

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Publication number: JP2018135858A
Application number: JP2017032630A
Authority: JP
Inventors: 中村　貴志; Takashi Nakamura; 貴志中村; 勇喜野瀬; Yuki Nose; 英二生田; Eiji Ikuta
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-08-30
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Abstract

【課題】内燃機関の異常判定の精度の低下が抑制された内燃機関の異常診断装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関の複数の気筒のうち少なくとも一つの前記気筒での空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に制御し、複数の前記気筒のうち残りの他の前記気筒の空燃比を前記理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御して、複数の前記気筒からの排気を浄化する触媒を昇温させる昇温処理の実行中であるか否かを判定する昇温判定部と、複数の前記気筒間での空燃比のばらつき度合に基づいて、前記内燃機関が異常であるか否かを判定する異常判定処理を実行する異常判定部と、を備え、前記異常判定部は、前記昇温処理の停止中での前記ばらつき度合が第1判定値よりも大きいか否かに基づいて前記異常判定処理を実行し、前記昇温処理の実行中での前記ばらつき度合が前記第１判定値よりも大きい第２判定値よりも大きいか否かに基づいて前記異常判定処理を実行する、内燃機関の異常診断装置。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の異常診断装置に関する。

内燃機関の排気を浄化する触媒を昇温させる昇温処理として、内燃機関の複数の気筒のうちの少なくとも一つの気筒での空燃比をリッチ空燃比に制御し、残りの他の気筒での空燃比をリーン空燃比に制御することが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−０５７４９２号公報

このような内燃機関に関して、複数の気筒間の空燃比のばらつき度合を算出し、このばらつき度合に基づいて、内燃機関が異常であるか否かを判定する異常診断装置が知られている。ここで、上述の昇温処理の実行中では、気筒間の空燃比のばらつきが意図的に大きくなるように制御されている。このため、昇温処理の実行中での空燃比のばらつき度合に基づいて内燃機関が異常であるか否かが判定されると、内燃機関が正常であるにも関わらずに、昇温処理の実行中での空燃比のばらつき度合が大きいとして、内燃機関が異常であるとの誤判定がなされる可能性がある。このように、異常判定の精度が低下する可能性がある。

そこで本発明は、内燃機関の異常判定の精度の低下が抑制された内燃機関の異常診断装置を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関の複数の気筒のうち少なくとも一つの前記気筒での空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に制御し、複数の前記気筒のうち残りの他の前記気筒の空燃比を前記理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御して、複数の前記気筒からの排気を浄化する触媒を昇温させる昇温処理の実行中であるか否かを判定する昇温判定部と、複数の前記気筒間での空燃比のばらつき度合に基づいて、前記内燃機関が異常であるか否かを判定する異常判定処理を実行する異常判定部と、を備え、前記異常判定部は、前記昇温処理の停止中での前記ばらつき度合が第1判定値よりも大きいか否かに基づいて前記異常判定処理を実行し、前記昇温処理の実行中での前記ばらつき度合が前記第１判定値よりも大きい第２判定値よりも大きいか否かに基づいて前記異常判定処理を実行する、内燃機関の異常診断装置によって達成できる。

空燃比のばらつきを意図的に発生させる昇温処理の実行中でのばらつき度合が、第１判定値よりも大きい第２判定値よりも大きいか否かに基づいて内燃機関が異常であるか否か判定されるため、内燃機関が正常であっても異常であるとの誤判定が抑制される。これにより、内燃機関の異常判定の精度の低下が抑制される。

前記昇温処理は、前記複数の気筒のうち一つの前記気筒のみを前記リッチ空燃比に制御し、複数の前記気筒のうち残りの他の前記気筒の空燃比を前記リーン空燃比に制御して、前記リッチ空燃比に制御される一つの前記気筒を順に切り替えることにより実行され、前記異常判定処理は、前記昇温処理での前記リッチ空燃比及びリーン空燃比にそれぞれ制御される複数の前記気筒の組み合わせ毎の前記ばらつき度合のうちの最大値、前記組み合わせ毎の前記ばらつき度合の平均値、前記組み合わせ毎の前記ばらつき度合の合計値、の何れかを、前記昇温処理の実行中での前記ばらつき度合として用いて実行される、構成であってもよい。

本発明によれば、内燃機関の異常判定の精度の低下が抑制された内燃機関の異常診断装置を提供できる。

図１は、エンジンシステムの概略構成図である。図２は、ＥＣＵが実行する異常診断制御の一例を示したフローチャートである。図３は、異常診断制御の一例を示したタイミングチャートの一例である。図４Ａ〜図４Ｄは、変形例での昇温処理の説明図である。図５は、変形例の異常診断制御の一例を示したフローチャートである。図６Ａ及び図６Ｂは、昇温処理の停止中でのばらつき度合と、♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合とを示したグラフである。

図１は、エンジンシステム１の概略構成図である。エンジン２０は、ピストン２４が収納されたシリンダブロック２１上に設置されたシリンダヘッド２２内の燃焼室２３の内で混合気を燃焼させて、ピストン２４を往復動させる。ピストン２４の往復動は、クランクシャフト２６の回転運動に変換される。また、エンジン２０は直列４気筒エンジンであるが、複数の気筒を有していればこれに限定されない。

エンジン２０のシリンダヘッド２２には、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに設けられている。また、シリンダヘッド２２の頂部には、燃焼室２３内の混合気に点火するための点火プラグ２７が気筒ごとに取り付けられている。

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介してサージタンク１８に接続されている。サージタンク１８の上流側には吸気管１０が接続されており、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１９が設けられている。そして吸気管１０には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１５と、電子制御式のスロットルバルブ１３とが設けられている。

また、各気筒の吸気ポートには、燃料を吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁１２が設置されている。燃料噴射弁１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室２３に吸入され、ピストン２４で圧縮され、点火プラグ２７で点火燃焼させられる。尚、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁１２の代わりに、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を設けてもよいし、吸気ポート内及び気筒内にそれぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁の双方を備えていてもよい。

一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気管３０に接続されている。排気管３０には、三元触媒３１が設けられている。三元触媒３１は、酸素吸蔵能を有し、ＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを浄化する。三元触媒３１は、例えば、コージェライト等の基材、特にはハニカム基材上に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の触媒担体と、当該触媒担体上に担持された白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属とを含む１つ又は複数の触媒層を形成したものである。三元触媒３１は、エンジン２０が有する複数の気筒から排出された排気を浄化する触媒の一例であって、酸化触媒や、酸化触媒でコートされたガソリンパティキュレートフィルターであってもよい。

三元触媒３１の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３３が設置されている。空燃比センサ３３は、いわゆる広域空燃比センサであり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。

エンジンシステム１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することによりエンジン２０を制御する。またＥＣＵ５０は、エンジン２０の異常を診断する異常診断装置であり、後述する異常診断制御を実行する。異常診断制御は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭにより機能的に実現される、昇温判定部及び異常判定部により実現される。詳しくは後述する。

ＥＣＵ５０には、上述の点火プラグ２７、スロットルバルブ１３及び燃料噴射弁１２等が電気的に接続されている。またＥＣＵ５０には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１、スロットルバルブ１３のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１４、吸入空気量を検出するエアフローメータ１５、空燃比センサ３３、クランクシャフト２６のクランク角を検出するクランク角センサ２５、エンジン２０の冷却水の温度を検出する水温センサ２９や、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。ＥＣＵ５０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、燃料噴射弁１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射比率、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。

次に、ＥＣＵ５０による目標空燃比の設定について説明する。後述する昇温処理が停止中では、エンジン２０の運転状態に応じて目標空燃比が設定される。例えばエンジン２０の運転状態が低回転低負荷領域では、目標空燃比は理論空燃比（ストイキ）に設定され、高回転高負荷領域では、目標空燃比は理論空燃比よりもリッチ側に設定される場合がある。目標空燃比が設定されると、空燃比センサ３３により検出された空燃比が目標空燃比に一致するように、各気筒への燃料噴射量がフィードバック制御される。

また、ＥＣＵ５０は、三元触媒３１を所定の温度域にまで昇温させる昇温処理を実行する。昇温処理では、複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒での空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に制御され、残りの他の気筒での空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御される、いわゆるディザ制御が実行される。昇温処理での空燃比の制御は、具体的には、一つの気筒での空燃比を、上述した目標空燃比に対応した燃料噴射量よりも所定の割合だけを増量補正してリッチ空燃比に制御し、残りの他の気筒での空燃比を、目標空燃比に対応した燃料噴射量よりも所定の割合だけ減量補正してリーン空燃比に制御される。例えば、一つの気筒での空燃比を、目標空燃比に対応した燃料噴射量に対して１５％増量補正をしてリッチ空燃比に制御し、残りの他の３つの気筒のそれぞれの空燃比を、燃料噴射量に対して５％減量補正してリーン空燃比に制御される。上記のように昇温処理が実行されると、リッチ空燃比に設定された気筒から排出された余剰燃料が、三元触媒３１に付着し、リーン空燃比から排出された排気によるリーン雰囲気下で燃焼する。これにより三元触媒３１が昇温される。尚、本実施例では、♯１〜♯４気筒のうち、♯１気筒での空燃比がリッチ空燃比となるリッチ気筒に制御され、♯２〜♯４気筒での各空燃比がリーン空燃比となるリーン気筒に制御される。

尚、昇温処理においては、全気筒の空燃比の平均が理論空燃比となるように設定されるが、必ずしも理論空燃比である必要はなく、理論空燃比を含む所定の範囲内で三元触媒３１を活性化温度及び再生温度にまで昇温可能な空燃比であればよい。例えばリッチ空燃比は９〜１２の間に設定され、リーン空燃比は１５〜１６の間に設定される。また、複数の気筒のうち、少なくとも一つがリッチ空燃比に設定されており、残りの他の気筒がリーン空燃比に設定されていればよい。

また、ＥＣＵ５０は、気筒間の空燃比のばらつき度合（以下、単にばらつき度合と称する）に応じて、エンジン２０が異常状態にあるか否かの判定を行う。ばらつき度合は、例えば以下のようにして算出される。ＥＣＵ５０は、エンジン２０の１サイクル中での空燃比センサ３３の検出値の所定期間内での変化量の最大値を所定サイクルに亘って取得し、これらの各サイクルでの最大値の平均値を、ばらつき度合として算出する。気筒間での排気ガスの空燃比の変化量が大きいほど、気筒間での空燃比のばらつき度合も大きいからである。このため、ＥＣＵ５０は、後述する異常判定処理において、ばらつき度合が所定の異常判定値よりも大きい場合には、エンジン２０が異常であると判定する。

また、ＥＣＵ５０は、エンジン２０の１サイクル中でのクランクシャフト２６の角速度の所定期間内での変化量の最大値を所定サイクルに亘って取得し、これらの各サイクルでの最大値の平均値又は合計値を、ばらつき度合として算出してもよい。気筒間でのクランクシャフト２６の角速度の変化量が大きいほど、気筒間の出力トルクのばらつき度合も大きく、気筒間での空燃比のばらつき度合も大きいからである。

図２は、ＥＣＵ５０が実行する異常診断制御の一例を示したフローチャートである。この異常診断制御は、所定期間毎に繰り返し実行される。最初に、昇温処理の実行中か否かが判定される（ステップＳ１）。具体的には、昇温処理実行フラグを参照して判定される。昇温処理実行フラグがＯＮの場合には昇温処理は実行中であることを意味し、ＯＦＦの場合には昇温処理は停止中であることを意味する。尚、ステップＳ１の判定は上記の方法に限定されない。例えば、昇温処理の実行中であるか否かに応じて変化するパラメータ値に基づいて、ステップＳ１の判定を行ってもよい。例えば、昇温処理の実行中にのみバルブ開閉タイミングが最進角に設定される場合には、バルブ開閉タイミングの進角量を参照して、ステップＳ１の判定を行ってもよい。ステップＳ１の処理は、エンジン２０の♯１〜♯４気筒のうち少なくとも一つの気筒での空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に制御し、♯１〜♯４気筒のうち残りの他の気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御して、♯１〜♯４気筒からの排気を浄化する三元触媒３１を昇温させる昇温処理の実行中であるか否かを判定する昇温判定部が実行する処理の一例である。

ステップＳ１で否定判定の場合には、第１判定値Ｄ１（以下、単に判定値Ｄ１と称する）が異常判定値として設定され（ステップＳ３ａ）、肯定判定の場合には、第２判定値Ｄ２（以下、単に判定値Ｄ２と称する）が異常判定値として設定される（ステップＳ３ｂ）。判定値Ｄ２は、判定値Ｄ１よりも大きな値に設定されている。

次に、異常判定の前提条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ５）。具体的には、前提条件成立フラグがＯＮか否かに基づいて判定される。前提条件成立フラグは、例えば、同じトリップ中で異常判定処理が未実行であること、エンジン２０の暖機が完了していること、エンジン２０の運転状態が急加速及び急減速等の過渡運転状態にないこと、エンジン２０の回転数やスロットル開度が所定の領域内にあること、空燃比センサ３３の検出値に基づく空燃比フィードバック制御の実行中であること、燃料カットの実行中ではないこと、の全てを満たす場合に、ＯＦＦからＯＮに切り替えられる。尚、上記の各条件が成立したか否かは、同じトリップ中での異常判定処理の完了を示す異常判定処理完了フラグがＯＦＦであることや、水温センサ２９やクランク角センサ２５、スロットル開度センサ１４、アクセル開度センサ１１等の各種センサの検出値に基づいて判断される。ステップＳ５で否定判定の場合には、本制御は終了する。

ステップＳ５で肯定判定の場合には、ばらつき度合が異常判定値よりも大きいか否かを判定する異常判定処理が実行される（ステップＳ７）。従って、昇温処理の停止中では、ばらつき度合が判定値Ｄ１よりも大きいか否かが判定され、昇温処理の実行中では、ばらつき度合が判定値Ｄ２よりも大きいか否かが判定される。異常判定処理では、ばらつき度合が比較される判定値よりも大きい場合には、エンジン２０は異常であると判定され、ばらつき度合が比較される判定値以下の場合には、エンジン２０は正常であると判定される。このように、昇温処理の実行中でのばらつき度合が判定値Ｄ２よりも大きいか否かに基づいて、エンジン２０が異常であるか否かが判定されるため、昇温処理の実行中での異常判定の精度の低下が抑制される。ステップＳ７の処理は、複数の♯１〜♯４気筒間での空燃比のばらつき度合に基づいて、エンジン２０が異常であるか否かを判定する異常判定処理を実行する異常判定部が実行する処理の一例である。

図３は、異常診断制御の一例を示したタイミングチャートの一例である。図３には、前提条件成立フラグ、異常判定処理実行フラグ、異常判定値、昇温処理実行フラグ、昇温処理によるリッチ気筒及びリーン気筒の目標空燃比が示されている。時刻ｔ１で昇温処理実行フラグがＯＦＦからＯＮに切り替えられると、昇温処理が実行され、本実施例では♯１気筒はリッチ気筒に制御され、♯２〜♯４気筒はリーン気筒に制御され、更に異常判定値は判定値Ｄ１から判定値Ｄ２に設定される。時刻ｔ２で昇温処理の実行中に前提条件成立フラグがＯＦＦからＯＮに切り替えられると、その後の時刻ｔ３で異常判定処理実行フラグがＯＦＦからＯＮに切り替えられて、判定値Ｄ２に基づいて異常判定処理が実行される。このように、前提条件成立フラグがＯＮに切り替わってから所定期間経過後に異常判定処理が開始される理由は、前提条件成立フラグがＯＮに切り替えられた直後であっても、エンジン２０の運転状態が安定していない可能性があり、エンジン２０の運転状態が安定してから異常判定処理を開始することにより、異常判定の精度の低下を抑制するためである。尚、異常判定処理の実行期間を確保する観点から、前提条件成立フラグがＯＮに切り替えられてから直ちに異常判定処理を実行してもよい。

時刻ｔ４で昇温処理実行フラグがＯＦＦに切り替えられて昇温処理が停止されると、再び異常判定値が判定値Ｄ１に設定されて、異常判定処理実行フラグはＯＦＦに切り替えられて異常判定処理が一時的に中止される。その後の時刻ｔ５で昇温処理実行フラグがＯＦＦの状態で異常判定処理実行フラグが再びＯＮに切り替えられ、昇温処理の停止中に判定値Ｄ１に基づいて異常判定処理が再開される。このように、昇温処理が停止されてから所定期間経過後に異常判定処理が再開される理由は、昇温処理の停止直後はエンジン２０の運転状態が安定していない可能性があり、エンジン２０の運転状態が安定してから異常判定処理を再開することにより、異常判定の精度の低下を抑制するためである。尚、異常判定処理の実行期間を確保する観点から、前提条件成立フラグがＯＮである限り、昇温処理が停止されてもそのまま異常判定処理を継続してもよい。

時刻ｔ６で昇温処理実行フラグがＯＮに切り替えられると、昇温処理が開始されて、異常判定値は再び判定値Ｄ２に設定され、異常判定処理実行フラグはＯＦＦに切り替えられて異常判定処理が一時的に中止される。その後の時刻ｔ７で昇温処理実行フラグがＯＮの状態で異常判定処理実行フラグが再びＯＮに切り替えられ、昇温処理の実行中に判定値Ｄ２に基づいて異常判定処理が再開される。このように、昇温処理実行フラグが実行されてから所定期間経過後に異常判定処理が再開される理由も、上述したようにエンジン２０の運転状態が安定してから異常判定処理を再開することにより、異常判定の精度の低下を抑制するためである。尚、この場合も同様に、異常判定処理の実行期間を確保する観点から、前提条件成立フラグがＯＮである限り、昇温処理が実行されてもそのまま異常判定処理を継続してもよい。

時刻ｔ８で前提条件成立フラグがＯＦＦに切り替えられると、異常判定実行フラグがＯＦＦに切り替えられて異常判定処理は停止される。前提条件成立フラグがＯＦＦの状態で、時刻ｔ９で昇温処理実行フラグがＯＦＦに切り替えられて昇温所定が停止されると、異常判定値は判定値Ｄ１に設定される。

上記実施例では、各サイクルでのばらつき度合の最大値の平均値を、異常判定処理で用いられるばらつき度合として用いたが、これに限定されず、各サイクルでの最大値の合計値であってもよい。このような合計値が大きいほど、ばらつき度合が大きいことを示すからである。尚、各サイクルでのばらつき度合の最大値の合計値を異常判定処理におけるばらつき度合として用いる場合には、判定値Ｄ１及びＤ２は、最大値の平均値を異常判定処理におけるばらつき度合として用いる場合よりも、大きな値を採用する必要がある。

尚、判定値Ｄ２は、一定値であってもよいがこれに限定されず、昇温処理での燃料噴射量の増減割合が増大するほど、換言すれば昇温処理でのリッチ空燃比及びリーン空燃比の差分が増大するほど、大きくなるように設定されてもよい。差分が大きいほど、ばらつき度合が大きくなるからである。

次に、異常診断制御の変形例について説明する。変形例では、昇温処理において、一つの気筒のみをリッチ空燃比に制御し、残りの他の気筒の空燃比をリーン空燃比に制御し、リッチ空燃比に制御される一つの気筒を順に切り替えられる。図４Ａ〜図４Ｄは、リッチ気筒が切り替えられる昇温処理での各気筒での空燃比を示した説明図である。図４Ａは、♯１気筒がリッチ気筒に制御されそれ以外の気筒はリーン気筒に制御された状態（以下、♯１リッチ制御と称する）での各気筒の空燃比を示している。図４Ｂは、♯２気筒がリッチ気筒に制御されそれ以外の気筒はリーン気筒に制御された状態（以下、♯２リッチ制御と称する）での各気筒の空燃比を示している。図４Ｃは、♯３気筒がリッチ気筒に制御されそれ以外の気筒はリーン気筒に制御された状態（以下、♯３リッチ制御と称する）での各気筒の空燃比を示している。図４Ｄは、♯４気筒がリッチ気筒に制御されそれ以外の気筒はリーン気筒に制御された状態（以下、♯４リッチ制御と称する）での各気筒の空燃比を示している。このように、リッチ気筒及びリーン気筒の組み合わせが、所定のサイクル数毎に順に切り替えられて昇温処理が実行される。

また、ＥＣＵ５０は、各組合せでのばらつき度合を算出する。ばらつき度合の算出は、上記実施例の場合と同様である。♯１〜♯４リッチ制御のそれぞれにおいて、１サイクル中での空燃比センサ３３の検出値の所定期間内での変化量の最大値を所定サイクルに亘って取得し、これらの各サイクルでの最大値の平均値が、♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合として算出される。具体的には、♯１リッチ制御でのばらつき度合は、♯１リッチ制御時での１サイクル中での空燃比センサ３３の検出値の所定期間内での変化量の最大値を所定サイクルに亘って取得し、これらの各サイクルでの最大値の平均値を、♯１リッチ制御でのばらつき度合として算出する。♯２〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合の算出も同様である。

図５は、異常診断制御の変形例を示したフローチャートである。尚、上記実施例と同一の処理については、同一の符号を付することにより重複する処理の説明を省略する。本変形例では、ステップＳ１、Ｓ３ａ又はＳ３ｂの実行後にステップＳ５で肯定判定がなされた場合、再度昇温処理の実行中であるか否かが判定される（ステップＳ６ａ）。否定判定の場合には、上述した実施例と同様に判定値Ｄ１に基づいて異常判定処理が実行される（ステップＳ７ａ）。

ステップＳ６ａで肯定判定の場合には、昇温処理での♯１〜♯４リッチ制御の全てが実行済みであるか否かが判定される（ステップＳ６ｂ）。否定判定の場合には、異常判定処理は実行されずに本制御は終了する。肯定判定の場合には、♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合のうちの最大値が、判定値Ｄ２よりも大きいか否かに基づいて異常判定処理が実行される。このように♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合のうちの最大値を用いて異常判定処理を実行する理由について、以下で説明する。

図６Ａ及び図６Ｂは、昇温処理の停止中でのばらつき度合と、♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合とを示したグラフである。図６Ａは、各気筒間のばらつき度合が最も小さい理想的なエンジン２０の状態でのばらつき度合を示している。昇温処理の停止中でのばらつき度合がα０とすると、昇温処理の実行によりばらつき度合はα１に増大する。ここで、エンジン２０は各気筒間のばらつき度合が最も小さい理想的な状態であるため、何れの気筒がリッチ気筒に制御されても、♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合はほぼ同じα１として算出される。

これに対して図６Ｂは、例えば♯１気筒が異常であって昇温処理の停止中であっても♯１気筒での空燃比が意図せずにリッチ空燃比となるエンジン２０の状態でのばらつき度合を示している。この場合、１サイクルでの平均の空燃比が理論空燃比となるように、残りの♯２〜♯４気筒での各空燃比がほぼ同じリーン空燃比となるように、燃料噴射量が調整される。従って、♯２〜♯４気筒のそれぞれのリーン空燃比と理論空燃比との差分は、♯１気筒でのリッチ空燃比と理論空燃比との差分の３分の１程度となる。

昇温処理の停止中において♯１気筒に起因したばらつき度合がα２の場合には、♯１リッチ制御でのばらつき度合は、（α２＋α１）として算出される。昇温処理の停止中でもリッチ空燃比となる♯１気筒での空燃比が、♯１リッチ制御により更にリッチ側となるからであり、ばらつき度合も、ばらつき度合α２に♯１リッチ制御によるばらつき度合α１が加算される値となるからである。

これに対して、例えば♯２リッチ制御において、ばらつき度合がα３となるとすると、ばらつき度合α３は、（α２＋α１）よりも小さい値となる。この場合、♯２リッチ制御により、♯２気筒の空燃比は昇温処理の停止中での空燃比よりもリッチ側に制御されるが、♯１気筒の空燃比は昇温処理の停止中での空燃比よりもリーン側に制御される。即ち、昇温処理の停止中にリッチ空燃比及びリーン空燃比にそれぞれなる♯１及び♯２気筒の空燃比の差分が、昇温処理の実行により小さくなるからである。尚、♯３及び♯４リッチ制御でのばらつき度合も同様である。

以上のように、♯１気筒に異常があり昇温処理の停止中であっても意図せずにリッチ空燃比となる場合には、♯１リッチ制御でのばらつき度合は、♯２〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合よりも大きく算出される。このため本変形例では、♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合の最大値である、♯１リッチ制御でのばらつき度合（α２＋α１）が、判定値Ｄ２よりも大きいか否かに基づいて、異常判定処理が実行される。これにより、例えば上述のように♯１気筒が異常でありばらつき度合（ａ２＋ａ１）が判定値Ｄ２よりも大きくエンジン２０は異常であると判定されるべき場合において、♯２〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合ａ３が判定値Ｄ２以下であるとして、エンジン２０は正常であると誤判定されることを回避できる。

尚、♯２気筒が異常であって昇温処理の停止中においてもリッチ空燃比となる場合には、♯２リッチ制御でのばらつき度合が、♯１、♯３、及び♯４リッチ制御の各ばらつき度合よりも大きく算出される。♯３気筒が異常であって昇温処理の停止中においてもリッチ空燃比となる場合には、♯３リッチ制御でのばらつき度合が、♯１、♯２、及び♯４リッチ制御の各ばらつき度合よりも大きく算出される。♯４気筒が異常であって昇温処理の停止中においてもリッチ空燃比となる場合には、♯４リッチ制御でのばらつき度合が、♯１〜♯３リッチ制御の各ばらつき度合よりも大きく算出される。このため、♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合のうちの最大値を用いて異常判定処理を実行することにより、♯１〜♯４気筒の何れが異常であったとしても、異常であることを精度よく判定できる。

上記変形例では、♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合のうちの最大値が、判定値Ｄ２よりも大きいか否かに基づいて異常判定処理が実行されたが、これに限定されない。例えば、♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合の平均値が、判定値Ｄ２´よりも大きいか否かに基づいて異常判定処理が実行されてもよい。この場合の判定値Ｄ２´は、判定値Ｄ１よりも大きい値である。

上記変形例では、♯１〜♯４リッチ制御のそれぞれにおいて、１サイクル中での空燃比センサ３３の検出値の所定期間内での変化量の最大値を所定サイクルに亘って取得し、これらの各サイクルでの最大値の平均値を、♯１〜♯４リッチ制御での各ばらつき度合として用いたがこれに限定されない。例えば、上記の最大値の平均値の代わりに、最大値の合計値であってもよい。この場合の判定値Ｄ２は、最大値の平均値を用いる場合よりも、大きな値を採用する必要がある。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上述したように昇温処理では、目標空燃比を実現する燃料噴射量に対して増減補正によりリッチ空燃比及びリーン空燃比を実現していたが、これに限定されない。即ち、昇温処理において、複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒の目標空燃比をリッチ空燃比に設定し、残りの他の気筒の目標空燃比をリーン空燃比に直接設定してもよい。

１エンジンシステム
２０エンジン（内燃機関）
２５クランク角センサ
２６クランクシャフト
３１三元触媒（触媒）
５０ＥＣＵ（内燃機関の異常診断装置、昇温判定部、異常判定部）

Claims

内燃機関の複数の気筒のうち少なくとも一つの前記気筒での空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に制御し、複数の前記気筒のうち残りの他の前記気筒の空燃比を前記理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御して、複数の前記気筒からの排気を浄化する触媒を昇温させる昇温処理の実行中であるか否かを判定する昇温判定部と、
複数の前記気筒間での空燃比のばらつき度合に基づいて、前記内燃機関が異常であるか否かを判定する異常判定処理を実行する異常判定部と、を備え、
前記異常判定部は、前記昇温処理の停止中での前記ばらつき度合が第1判定値よりも大きいか否かに基づいて前記異常判定処理を実行し、前記昇温処理の実行中での前記ばらつき度合が前記第１判定値よりも大きい第２判定値よりも大きいか否かに基づいて前記異常判定処理を実行する、内燃機関の異常診断装置。
前記昇温処理は、前記複数の気筒のうち一つの前記気筒のみを前記リッチ空燃比に制御し、複数の前記気筒のうち残りの他の前記気筒の空燃比を前記リーン空燃比に制御して、前記リッチ空燃比に制御される一つの前記気筒を順に切り替えることにより実行され、
前記異常判定処理は、前記昇温処理での前記リッチ空燃比及びリーン空燃比にそれぞれ制御される複数の前記気筒の組み合わせ毎の前記ばらつき度合のうちの最大値、前記組み合わせ毎の前記ばらつき度合の平均値、前記組み合わせ毎の前記ばらつき度合の合計値、の何れかを、前記昇温処理の実行中での前記ばらつき度合として用いて実行される、請求項１の内燃機関の異常診断装置。