JP2019116871A

JP2019116871A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2019116871A
Application number: JP2017251355A
Authority: JP
Inventors: 啓介長倉; Keisuke Nagakura; 瑛司山田; Eiji Yamada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: US10760535B2; JP6955214B2; US20190195176A1

Abstract

【課題】実際にはインバランス異常ではない場合にインバランス異常であると誤判定するなど、実際よりもインバランス異常の程度が大きいと誤判定することを抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ３２は、空燃比センサ４０の出力信号ＶＡＦに基づき、空燃比Ａｆの変動量ΔＡｆを算出する。ＣＰＵ３２は、変動量ΔＡｆが判定閾値よりも所定以上大きい場合にインバランス異常であると判定する。ＣＰＵ３２は、ＥＧＲバルブ２６の開口度が回転速度および負荷に応じて制御されている場合よりも、ＥＧＲバルブ２６が閉弁されている場合の方が、判定閾値を大きい値に設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の気筒と、各気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁と、排気通路および吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を介して前記排気通路から前記吸気通路へと流入する排気の流量を調整するＥＧＲバルブと、前記排気通路に設けられた空燃比センサと、を備える内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。

たとえば下記特許文献１には、排気通路に設けられた空燃比センサの出力波形（空燃比の変動量）に基づき、インバランス異常の有無を判定する制御装置が記載されている。この制御装置は、ＥＧＲガス量の気筒間ばらつきによって空燃比の気筒間ばらつきの度合いが変化して気筒間インバランス度合いが変化することを考慮して、ＥＧＲ制御弁の開度等に基づいてＥＧＲガス影響分に応じて異常判定閾値を補正している（段落「００２９」）。

特開２０１１−２２６３６３号公報

ところで、ＥＧＲ率が大きい場合とゼロの場合とでは、インバランス異常がなくてもゼロである場合の方が空燃比の変動量が大きいことを本願発明者が見出した。このため、ＥＧＲ率をゼロよりも大きくする制御時を前提としてインバランス異常の判定処理を設定したのでは、ＥＧＲ率がゼロ等、小さくなる場合、実際にはインバランス異常ではない場合にインバランス異常であると誤判定するなど、実際よりもインバランス異常の程度が大きいと誤判定するおそれがある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．内燃機関の制御装置は、複数の気筒と、各気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁と、排気通路および吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を介して前記排気通路から前記吸気通路へと流入する排気の流量を調整するＥＧＲバルブと、前記排気通路に設けられた空燃比センサと、を備える内燃機関に適用され、前記空燃比センサの検出値の変動量が大きい場合に小さい場合よりも前記複数の気筒のそれぞれにおける空燃比を互いに等しく制御するために前記燃料噴射弁を操作したときの前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室内の空燃比のばらつき度合いであるインバランス異常の度合いが大きいと判定する判定処理を実行し、前記判定処理は、前記変動量が同一であっても、前記吸気通路に流入する空気量で前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気量を除算した値であるＥＧＲ率が小さい場合に大きい場合よりも前記インバランス異常の度合いが小さいと判定する処理である。

上記構成では、空燃比センサの検出値の変動量が同一であっても、ＥＧＲ率が小さい場合に大きい場合よりもインバランス異常の度合いが小さいと判定する。このため、インバランス異常の度合いが同一であってもＥＧＲ率が小さい場合には大きい場合よりも空燃比センサの検出値の変動量が大きくなることを考慮して、インバランス異常の度合いを判定することができる。このため、実際にはインバランス異常ではない場合にインバランス異常であると誤判定するなど、実際よりもインバランス異常の度合いが大きいと誤判定することを抑制できる。

２．上記１記載の内燃機関の制御装置において、前記判定処理は、前記変動量が判定閾値よりも所定以上大きいか否かを判定する比較判定処理と、前記判定閾値を、前記ＥＧＲ率が小さい場合に大きい場合よりも大きい値とするＥＧＲ率反映処理と、を含み、前記比較判定処理によって前記所定以上大きいと判定する場合にインバランス異常の度合いが大きいと判定する処理である。

上記構成では、ＥＧＲ率が大きい場合にインバランス異常の度合いが大きいと判定すべき変動量よりもＥＧＲ率が小さい場合にインバランス異常の度合いが大きいと判定すべき変動量の方が大きいことに鑑み、変動量との比較対象とされる判定閾値を、ＥＧＲ率が小さい場合に大きい場合よりも大きい値とした。

３．上記１記載の内燃機関の制御装置において、前記判定処理は、前記変動量が判定閾値よりも所定以上大きいか否かを判定する比較判定処理と、前記比較判定処理に先立って前記判定閾値との比較対象となる前記変動量を、前記ＥＧＲ率が小さい場合に大きい場合よりも小さい値となるように補正するＥＧＲ率反映処理と、を含み、前記比較判定処理によって前記所定以上大きいと判定する場合にインバランス異常の度合いが大きいと判定する。

上記構成では、ＥＧＲ率が大きい場合にインバランス異常の度合いが大きいと判定すべき変動量よりもＥＧＲ率が小さい場合にインバランス異常の度合いが大きいと判定すべき変動量の方が大きいことに鑑み、判定閾値と比較対象とされる変動量を、ＥＧＲ率が小さい場合に大きい場合よりも小さい値となるように補正した。

４．上記２または３記載の内燃機関の制御装置において、前記判定処理は、前記判定閾値を、前記内燃機関の負荷に応じて可変設定する閾値可変処理を含む。
変動量の大きさは、インバランス異常の度合いのみならず、負荷にも依存する。このため、判定閾値を負荷に依存しない値とする場合には、インバランス異常の度合いが大きい場合にその旨判定できなかったり、実際にはインバランス異常の度合いが小さい場合にインバランス異常の度合いが大きいと誤判定するおそれがある。これに対し、上記構成では、判定閾値を負荷に応じて可変設定することにより、可変設定しない場合と比較して、インバランス異常の度合いが大きいか否かをより高精度に判定することができる。

５．上記４記載の内燃機関の制御装置において、前記閾値可変処理は、前記判定閾値を、前記内燃機関の負荷に加えて、前記内燃機関のクランク軸の回転速度に応じて補正する処理を含む。

変動量の大きさは、インバランス異常の度合いのみならず、回転速度に依存し得る。このため、判定閾値を回転速度に依存しない値とする場合には、インバランス異常の度合いが大きい場合にその旨判定できなかったり、実際にはインバランス異常の度合いが小さい場合にインバランス異常の度合いが大きいと誤判定するおそれがある。これに対し、上記構成では、判定閾値を回転速度に応じて可変設定することにより、可変設定しない場合と比較して、インバランス異常の度合いが大きいか否かをより高精度に判定することができる。

６．上記２〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記比較判定処理は、前記変動量と前記判定閾値との相対的な大小関係を定量化した比較パラメータの所定期間における平均値を算出する平均値算出処理と、前記平均値の大きさに基づき前記変動量が判定閾値よりも所定以上大きいか否かを判定する異常判定処理と、を含む。

上記構成では、所定期間における平均値を用いることにより、インバランス異常の度合いが大きいか否かの判定処理のノイズに対する耐性を高めることができる。ここで、変動量の平均値を用いる場合、所定期間内にＥＧＲ率や負荷等が変動すると、インバランス異常の度合いが大きいと判定すべき変動量の最小値が変動する。したがって、上記「２」の構成を有する場合、所定期間における変動量の平均値と、単一のタイミングにおける判定閾値とを比較したのでは、判定精度が低下するおそれがある。このため、上記「２」の構成を有する場合、変動量の所定期間における平均値と判定閾値との大小を比較する代わりに、変動量と判定閾値との相対的な大小関係を定量化した比較パラメータの平均値を用いる上記構成が特に有効である。

７．上記１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の動作点が同一であっても、前記ＥＧＲ率をゼロよりも大きい値とゼロとのいずれかに選択的に制御するＥＧＲ率制御処理を実行し、前記判定処理は、前記変動量が同一であっても、前記ＥＧＲ率がゼロの場合に前記ＥＧＲ率がゼロよりも大きい場合よりもインバランス異常の度合いが小さいと判定する処理である。

第１の実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図。（ａ）および（ｂ）は、同実施形態にかかるＥＧＲ制御処理による目標ＥＧＲ率および操作信号の設定に関する図。同実施形態にかかるインバランス異常診断処理の手順を示す流れ図。同実施形態にかかる空燃比センサの出力信号と空燃比との関係を示す図。同実施形態にかかる変動量の算出手法を示すタイムチャート。同実施形態にかかる空燃比の挙動を示すタイムチャート。同実施形態の効果を示す図。第２の実施形態にかかるインバランス異常診断処理の手順を示す流れ図。

＜第１の実施形態＞
以下、内燃機関の制御装置にかかる第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に示す内燃機関１０は、車両に搭載される。内燃機関１０において、吸気通路１２から吸入された空気は、各気筒の燃焼室１４に流入する。気筒＃１〜＃４のそれぞれには、燃料を噴射する燃料噴射弁１６と、火花放電を生じさせる点火装置１８とが設けられている。燃焼室１４において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路２０に排出される。排気通路２０には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒２２が設けられている。

排気通路２０と吸気通路１２とは、ＥＧＲ通路２４によって接続されており、ＥＧＲ通路２４には、その流路断面積を調整するＥＧＲバルブ２６が設けられている。
制御装置３０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御するために、燃料噴射弁１６や点火装置１８、ＥＧＲバルブ２６等の内燃機関１０の操作部を操作する。この際、制御装置３０は、三元触媒２２の上流側に設けられた空燃比センサ４０の出力信号ＶＡＦや、クランク角センサ４２の出力信号Ｓｃｒ、エアフローメータ４４によって検出される吸入空気量Ｇａ、吸気温センサ４６によって検出される吸気温Ｔａを参照する。制御装置３０は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３４、およびＲＡＭ３６を備えており、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が実行することにより上記制御量の制御を実行する。

図２に、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が実行することにより実現される処理の一部を示す。
ＥＧＲ率制御処理Ｍ１０は、回転速度ＮＥ、負荷率ＫＬおよび吸気温Ｔａに基づき、ＥＧＲバルブ２６の開口度を操作すべく、ＥＧＲバルブ２６に操作信号ＭＳ３を出力する処理である。詳しくは、ＥＧＲ率制御処理Ｍ１０は、実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒを、内燃機関１０の動作点を規定する回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じた目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に開ループ制御するためのＥＧＲバルブ２６の開口度指令値θ＊を設定し、ＥＧＲバルブ２６の開口度θが開口度指令値θ＊となるように操作信号ＭＳ３を生成する処理を含む。すなわち、本実施形態では、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて開口度指令値θ＊が定まっており、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊は開口度指令値θ＊から定まるものである。換言すれば、ＣＰＵ３２は、実際には目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を演算パラメータとして扱っているわけではない。回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて開口度指令値θ＊を設定する処理は、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬを入力変数とし開口度指令値θ＊を出力変数とするマップデータをＲＯＭ３４に記憶しておき、ＣＰＵ３２により開口度指令値θ＊をマップ演算する処理である。図３（ａ）にマップデータを例示し、図３（ｂ）に、マップデータによって規定される目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を示す。本実施形態では、燃料消費量を低減すべく、失火が生じない範囲で目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を極力大きい値に設定している。

なお、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とし、一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。

ちなみに、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、排気通路２０からＥＧＲ通路２４を介して吸気通路１２に流入する排気量（ＥＧＲ量）を吸入空気量Ｇａで除算した値である。また、回転速度ＮＥは、クランク角センサ４２の出力信号Ｓｃｒに基づきＣＰＵ３２によって算出されたものである。また、負荷率ＫＬは、燃焼室１４内に充填される空気量を示すパラメータであり、ＣＰＵ３２により、吸入空気量Ｇａに基づき算出される。負荷率ＫＬは、基準流入空気量に対する、１気筒の１燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。ちなみに、基準流入空気量は、回転速度ＮＥに応じて可変設定される量としてもよい。

ＥＧＲ率制御処理Ｍ１０は、吸気温Ｔａが所定温度Ｔａｔｈ以上となる場合、上記マップ演算に基づき定まる開口度指令値θ＊を採用せず、ノッキング回避のため、ＥＧＲバルブ２６の開口度指令値θ＊をゼロとする処理を含む。

インバランス異常診断処理Ｍ１２は、出力信号ＶＡＦ、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づき、インバランス異常の有無を診断し、インバランス異常の度合いが大きい場合、インバランス異常であるとして、図１に示す警告灯４８を操作して、車両のユーザに修理工場に持って行って修理してもらうように促す報知処理である。ここで、インバランスとは、全ての気筒＃１〜＃４における混合気の空燃比を同一の値に制御するように各気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁１６を操作する場合に、特定の気筒の空燃比が上記同一の値に対してリッチ側にずれることである。

図４に、インバランス異常診断処理Ｍ１２の手順を示す。図４に示す処理は、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。

図４に示す一連の処理において、ＣＰＵ３２は、まず、インバランス異常の有無の診断実行条件が成立するか否かを判定する（Ｓ１０）。ここで、診断実行条件には、たとえば、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬが所定の領域内に入る旨の条件が含まれる。この条件は、診断の精度を高めることができる領域である場合に診断を実行するためのものである。

ＣＰＵ３２は、診断実行条件が成立すると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、今回の制御周期において取得した出力信号ＶＡＦ（ｎ）に基づき、空燃比Ａｆ（ｎ）を算出する（Ｓ１２）。ここで、変数ｎは、サンプリング番号を表現するものであり、「ｎ」は、今回の制御周期における最新のサンプリング値であることを示し、「ｎ−１」は前回の制御周期におけるサンプリング値であることを示す。詳しくは、図５に示す出力信号ＶＡＦを入力変数とし空燃比Ａｆを出力変数とするマップデータをＲＯＭ３４に記憶しておき、ＣＰＵ３２により、空燃比Ａｆをマップ演算する。図４に戻り、ＣＰＵ３２は、今回の空燃比Ａｆ（ｎ）から前回の空燃比Ａｆ（ｎ−１）を減算した値の絶対値をとることによって、変動量ΔＡｆを算出する（Ｓ１４）。

図６に、変動量ΔＡｆを例示する。変動量ΔＡｆは、図４に示す一連の処理の制御周期である単位時間ΔＴあたりの空燃比Ａｆの変化量である。
図４に戻り、ＣＰＵ３２は、インバランス異常が生じていない正常時における変動量ΔＡｆの値を示す判定閾値ＴＨＲを算出する（Ｓ１６）。本実施形態において、判定閾値ＴＨＲは、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが図３に示したマップデータから定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に制御されているときに想定される変動量ΔＡｆの値である。詳しくは、変動量ΔＡｆが、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて変動することに鑑み、ＣＰＵ３２は、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づいて判定閾値ＴＨＲを算出する。これは、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬを入力変数とし判定閾値ＴＨＲを出力変数とするマップデータをＲＯＭ３４に記憶しておき、ＣＰＵ３２により判定閾値ＴＨＲをマップ演算することにより実現できる。

次にＣＰＵ３２は、開口度指令値θ＊がゼロであるか否かを判定する（Ｓ１８）。この処理は、吸気温Ｔａが所定温度Ｔａｔｈ以上となることにより、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが図３に示したマップデータから定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に制御されていない状態であるか否かを判定する処理である。そしてＣＰＵ３２は、ゼロであると判定する場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づき、判定閾値ＴＨＲの増加補正係数Ｋｐを算出する（Ｓ２０）。増加補正係数Ｋｐは、「１」よりも大きい値であり、これにより、判定閾値ＴＨＲが増加補正される。これは、ＥＧＲバルブ２６を開口させて燃焼室１４にＥＧＲ通路２４から排気を導入させている場合よりも、ＥＧＲバルブ２６を閉弁させてＥＧＲ通路２４からの排気を燃焼室１４に導入しない場合の方が、変動量ΔＡｆが大きくなることに鑑みたものである。

図７に、太線ａにて正常時の空燃比Ａｆの推移を示し、破線ｂにて、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが図３に示すマップデータによって定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に制御されている場合におけるインバランス異常時の空燃比Ａｆの推移を示し、実線ｃにて、ＥＧＲバルブ２６が閉弁されている場合におけるインバランス異常時の空燃比Ａｆの推移を示す。

図４に示すＳ２０の処理において、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬは、図３に示したマップデータから定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を特定するためのパラメータである。すなわち、Ｓ１６の処理によって算出される判定閾値ＴＨＲは、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが図３に示したマップデータに基づき目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に制御されているときであってインバランス異常が生じていない場合の変動量ΔＡｆの値に適合されている。このため、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒがゼロとなる場合の変動量ΔＡｆとの差を把握する上では、図３に示したマップデータから定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に関する情報が必要である。本実施形態では、上述したように目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊はＣＰＵ３２が実際に扱うパラメータではないことに鑑み、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬを参照して増加補正係数Ｋｐを算出する。次に、ＣＰＵ３２は、Ｓ１６の処理によって算出した判定閾値ＴＨＲに増加補正係数Ｋｐを乗算することによって、判定閾値ＴＨＲを補正する（Ｓ２２）。

次に、ＣＰＵ３２は、Ｓ２２の処理が完了する場合や、Ｓ１８の処理において否定判定する場合には、変動量ΔＡｆを判定閾値ＴＨＲで除算した値を、比較パラメータΔＮａｆに代入する（Ｓ２４）。次に、ＣＰＵ３２は、比較パラメータΔＮａｆの複数回のサンプリングが可能な長さを有した所定期間が経過したか否かを判定する（Ｓ２６）。ＣＰＵ３２は、所定期間が経過したと判定する場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、所定期間内に算出された比較パラメータΔＮａｆの平均値ＡｖｅＮを算出する（Ｓ２８）。次にＣＰＵ３２は、平均値ＡｖｅＮが異常判定値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ３０）。この処理は、変動量ΔＡｆが、判定閾値ＴＨＲよりも所定以上大きいか否かを判定する処理である。すなわち、たとえば異常判定値を「１」とするなら、変動量ΔＡｆの平均値が判定閾値ＴＨＲの平均値よりも大きい場合に、異常判定値よりも大きくなり、これは、変動量ΔＡｆが判定閾値ＴＨＲよりも大きくなったことがあることを意味する。またたとえば異常判定値を「１．２」とするなら、変動量ΔＡｆの平均値が判定閾値ＴＨＲの平均値の「１．２」倍以上である場合に、異常判定値よりも大きくなり、これは、変動量ΔＡｆが判定閾値ＴＨＲよりも「１．２」倍以上大きくなったことがあることを意味する。

ＣＰＵ３２は、異常判定値以下であると判定する場合（Ｓ３０：ＮＯ）、正常判定をする（Ｓ３２）。これに対しＣＰＵ３２は、異常判定値よりも大きいと判定する場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、異常判定をし（Ｓ３６）、上述の報知処理を実行する（Ｓ３８）。

なお、ＣＰＵ３２は、Ｓ３２，Ｓ３８の処理が完了する場合や、Ｓ１０，Ｓ２６の処理において否定判定する場合には、図４に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。

ＣＰＵ３２は、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを、図３に示すマップデータによって定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に制御している場合、図８に示すように、この制御がなされている前提で正常時の変動量ΔＡｆに基づき定まる判定閾値ＴＨＲよりも変動量ΔＡｆの方が所定以上大きいか否かを判定する。これに対し、ＣＰＵ３２は、ＥＧＲバルブ２６を閉弁させている場合には、図８に示すように、上記判定閾値ＴＨＲを増加補正係数Ｋｐによって増加補正した値よりも変動量ΔＡｆの方が所定以上大きいか否かを判定する。これにより、ＥＧＲバルブ２６を閉弁させている場合に、インバランス異常ではないにもかかわらず、変動量ΔＡｆが判定閾値ＴＨＲよりも所定以上大きいとしてインバランス異常であると誤判定することを抑制できる。

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する作用効果が得られる。
（１）Ｓ１６の処理において、判定閾値ＴＨＲを、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて可変設定した。これにより変動量ΔＡｆがインバランス異常の度合いのみならず回転速度ＮＥや負荷率ＫＬに依存することを考慮して判定閾値ＴＨＲを設定することができることから、インバランス異常の有無をより高精度に判定することができる。

（２）変動量ΔＡｆと判定閾値ＴＨＲとの相対的な大小関係を定量化した比較パラメータΔＮａｆの所定期間における平均値ＡｖｅＮの大きさに基づき変動量ΔＡｆが判定閾値ＴＨＲよりも所定以上大きいか否かを判定した。これにより、単一の変動量ΔＡｆと判定閾値ＴＨＲとの大小比較をする場合と比較して、インバランス異常の有無の判定処理のノイズに対する耐性を高めることができる。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかるインバランス異常診断処理Ｍ１２の手順を示す。図９に示す処理は、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、図９において、図４に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与する。

図９に示す一連の処理において、ＣＰＵ３２は、Ｓ１２の処理が完了する場合、開口度指令値θ＊がゼロであるか否かを判定する（Ｓ１８）。そしてＣＰＵ３２は、ゼロであると判定する場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づき減少補正係数Ｋｎを算出する（Ｓ２０ａ）。減少補正係数Ｋｎは、空燃比Ａｆ（ｎ）を減少補正することによって、変動量ΔＡｆを減少補正するためのパラメータであり、「１」よりも小さい。ここで、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬは、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を特定するためのパラメータである。

次にＣＰＵ３２は、空燃比Ａｆ（ｎ）に減少補正係数Ｋｎを乗算することによって、空燃比Ａｆ（ｎ）を減少補正する（Ｓ２２ａ）。ＣＰＵ３２は、Ｓ１８において否定判定する場合や、Ｓ２２ａの処理が完了する場合には、Ｓ１４の処理に移行する。Ｓ１４の処理では、Ｓ１２の処理において取得された空燃比Ａｆ（ｎ），Ａｆ（ｎ−１）の差が同一であっても、Ｓ１８において否定判定された場合よりも肯定判定されてＳ２２ａの処理が実行された場合の方が、変動量ΔＡｆを小さい値に算出する。これは、ＥＧＲバルブ２６の開口度指令値θ＊がゼロである場合には、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが図３に示したマップデータによって定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に制御されている場合と比較して、インバランス異常の度合いが同一であっても変動量ΔＡｆが大きくなることを補償する処理である。

ＣＰＵ３２は、Ｓ１４の処理が完了する場合、判定閾値ＴＨＲを算出し（Ｓ１６）、変動量ΔＡｆを判定閾値ＴＨＲで除算することによって、比較パラメータΔＮａｆを算出する（Ｓ２４）。

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。［１］判定処理は、Ｓ１２〜Ｓ３６の処理に対応する。［２］比較判定処理は、Ｓ２４〜Ｓ３０の処理に対応し、ＥＧＲ率反映処理は、図４におけるＳ１８〜Ｓ２２の処理に対応する。［３］比較判定処理は、Ｓ２４〜Ｓ３０の処理に対応し、ＥＧＲ率反映処理は、図９におけるＳ１８，Ｓ２０ａ，Ｓ２２ａの処理に対応する。「４，５」閾値可変処理は、Ｓ１６の処理に対応する。［６］平均値算出処理は、Ｓ２４〜Ｓ２８の処理に対応し、異常判定処理は、Ｓ３０の処理に対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・「変動量について」
上記実施形態では、空燃比Ａｆの単位時間ΔＴ当たりの変化量（絶対値）として、空燃比センサ４０の検出値の変動量を定量化したが、これに限らず、たとえば、空燃比Ａｆの単位時間ΔＴ当たりの変化量が正である場合のその値に限ってもよく、また同変化量が負となる場合のその絶対値に限ってもよい。さらに、空燃比Ａｆの単位時間ΔＴ当たりの変化量が正である場合のその値と同変化量が負となる場合のその絶対値とのうちの大きい方としてもよい。

上記実施形態では、出力信号ＶＡＦから空燃比Ａｆを算出し、空燃比Ａｆの単位時間ΔＴ当たりの変化量（絶対値）として、空燃比センサ４０の検出値の変動量を定量化したが、これに限らない。たとえば、出力信号ＶＡＦの単位時間ΔＴ当たりの変化量（絶対値）として、空燃比センサ４０の検出値の変動量を定量化してもよい。

上記実施形態では、空燃比センサ４０の検出値の変動量を、空燃比Ａｆの単位時間ΔＴ当たりの変化量（絶対値）として定量化したが、これに限らない。たとえば、１燃焼サイクルにおける空燃比Ａｆの極大値と極小値との差であってもよい。

上記実施形態では、単位時間ΔＴが固定値であることを想定したが、これに限らない。たとえば、単位時間ΔＴを回転速度ＮＥが高い場合に低い場合よりも短くしてもよい。
・「比較判定処理について」
上記実施形態では、比較パラメータΔＮａｆの所定期間における平均値ＡｖｅＮと、異常判定値との大小比較によって、変動量ΔＡｆが判定閾値ＴＨＲよりも所定以上大きいか否かを判定したが、これに限らない。たとえば１度の比較パラメータΔＮａｆと異常判定値との大小比較によって、変動量ΔＡｆが判定閾値ＴＨＲよりも所定以上大きいか否かを判定してもよい。なお、この場合、たとえば、変動量ΔＡｆが判定閾値ＴＨＲよりも所定以上大きいと判定される場合に、仮異常判定をし、所定期間における仮異常判定の回数が所定値以上となる場合に、インバランス異常であるとして、報知処理を実行してもよい。

またたとえば、下記「閾値可変処理について」の欄に記載したように、判定閾値ＴＨＲを負荷に応じて可変設定しない場合において、たとえば空燃比Ａｆを、負荷に応じて補正してもよい。これは、たとえば図９の処理において、Ｓ１２の処理とＳ１８の処理との間に、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じた変動量ΔＡｆの違いを反映する補正係数を空燃比Ａｆ（ｎ）に乗算する処理を含めることにより実現できる。

・「閾値可変処理について」
上記実施形態では、判定閾値ＴＨＲを、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて可変設定したが、これに限らない。たとえば内燃機関１０の負荷として、負荷率ＫＬに代えて、筒内充填空気量自体としてもよく、また、筒内充填空気量に応じて定まる、空燃比を目標空燃比に制御するための噴射量としてもよい。

上記実施形態では、判定閾値ＴＨＲを、回転速度ＮＥおよび負荷に応じて可変設定したが、これに限らない。たとえば、上記「変動量について」の欄に記載したように変動量ΔＡｆを算出するための単位時間ΔＴを回転速度ＮＥが高い場合に低い場合よりも短くする代わりに、判定閾値ＴＨＲを負荷のみに応じて可変設定してもよい。

もっとも、判定閾値ＴＨＲを負荷に応じて可変設定すること自体、必須ではない。
・「ＥＧＲ率反映処理について」
図４のＳ２０の処理では、増加補正係数Ｋｐを、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づき算出したが、これに限らない。たとえば、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を都度算出する処理を実行することとし、増加補正係数Ｋｐを目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に基づき算出してもよい。特に、下記「ＥＧＲ率制御処理について」の欄に記載したように、温度が高くなるほど回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊へと近づける処理を実行する場合には、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に基づき増加補正係数Ｋｐを算出することが有効である。

図９のＳ２０ａの処理では、減少補正係数Ｋｎを、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づき算出したが、これに限らない。たとえば、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を都度算出する処理を実行することとし、減少補正係数Ｋｎを目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に基づき算出してもよい。特に、下記「ＥＧＲ率制御処理について」の欄に記載したように、温度が高くなるほど回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊へと近づける処理を実行する場合には、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に基づき減少補正係数Ｋｎを算出することが有効である。

・「判定処理について」
上記実施形態では、インバランス異常の度合いが、報知処理が必要であるほど大きいか否かを判定したが、これに限らない。たとえば、報知処理が必要ではないレベルのインバランス異常の度合いについても、複数段階、または連続的な度合いを判定するものであってもよい。これは、たとえば、上記判定閾値ＴＨＲの大きさをインバランス異常が生じていないときの変動量ΔＡｆの大きさに設定し、変動量ΔＡｆが判定閾値ＴＨＲを上回る度合いが大きい場合に小さい場合よりもインバランス異常の度合いが大きいと判定する処理とすればよい。なお、この場合、制御装置３０内に電気的に書き換え可能な不揮発性メモリを備え、不揮発性メモリに、インバランス異常の度合いを学習値として記憶更新することが望ましい。なおこの学習値は、たとえば、空燃比Ａｆを目標値にフィードバック制御する制御器において、目標値をリッチ側に補正する処理に利用できる。これは、インバランス異常が生じる場合には、実際の空燃比よりも空燃比Ａｆがリッチとなるため、これを補償して空燃比を目標空燃比に制御するための設定である。

・「ＥＧＲ率制御処理について」
上記実施形態では、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じてＥＧＲ率Ｒｅｇｒを目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に開ループ制御するためにＥＧＲバルブ２６の開口度θを操作したが、これに限らない。たとえば、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を設定するとともに、吸気通路１２に圧力センサを備えて、同圧力センサの検出値等に基づきＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出し、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊にフィードバック制御するためにＥＧＲバルブ２６の開口度θを操作してもよい。

上記実施形態では、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊に従うことなく、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を強制的にゼロとする処理を、吸気温Ｔａが高い場合に実行したが、これに限らない。たとえば、内燃機関１０の冷却水の温度が所定温度以下である場合に、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を強制的にゼロとする処理を実行してもよい。またたとえば、燃料タンク内の燃料蒸気を捕集するキャニスタを備える内燃機関１０において、キャニスタから吸気通路１２に流入する燃料蒸気の流量を吸入空気量Ｇａで除算したパージ率が所定比率以上である場合に、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を強制的にゼロとする処理を実行してもよい。

また、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じたゼロよりも大きい１つの値とゼロとのいずれかとするものにも限らない。たとえば、内燃機関１０の冷却水の温度が所定温度以下である場合に、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊を強制的にゼロとする処理を実行し、所定温度よりも高く規定温度以下の場合には、温度が高いほど、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて定まる目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＊へと近づける処理を実行するものであってもよい。

・「報知処理について」
上記実施形態では、異常がある旨を報知する報知処理として、視覚情報を出力する装置（警告灯４８）を操作する処理を例示したが、これに限らず、たとえば警告音等、聴覚情報を出力する装置を操作する処理としてもよい。すなわち、報知装置としては、視覚情報および聴覚情報の少なくとも一方を出力する装置であればよい。

・「制御装置について」
制御装置としては、ＣＰＵ３２とＲＯＭ３４とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するＲＯＭ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路および１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

・「内燃機関について」
内燃機関としては、４気筒の内燃機関に限らない。たとえば直列６気筒の内燃機関であってもよい。燃料噴射弁としては、燃焼室１４に燃料を噴射するものに限らず、たとえば吸気通路１２に燃料を噴射するものであってもよい。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…燃焼室、１６…燃料噴射弁、１８…点火装置、２０…排気通路、２２…三元触媒、２４…ＥＧＲ通路、２６…ＥＧＲバルブ、３０…制御装置、３２…ＣＰＵ、３４…ＲＯＭ、３６…ＲＡＭ、４０…空燃比センサ、４２…クランク角センサ、４４…エアフローメータ、４６…吸気温センサ、４８…警告灯。

Claims

複数の気筒と、各気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁と、排気通路および吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を介して前記排気通路から前記吸気通路へと流入する排気の流量を調整するＥＧＲバルブと、前記排気通路に設けられた空燃比センサと、を備える内燃機関に適用され、
前記空燃比センサの検出値の変動量が大きい場合に小さい場合よりも前記複数の気筒のそれぞれにおける空燃比を互いに等しく制御するために前記燃料噴射弁を操作したときの前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室内の空燃比のばらつき度合いであるインバランス異常の度合いが大きいと判定する判定処理を実行し、
前記判定処理は、前記変動量が同一であっても、前記吸気通路に流入する空気量で前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気量を除算した値であるＥＧＲ率が小さい場合に大きい場合よりも前記インバランス異常の度合いが小さいと判定する処理である内燃機関の制御装置。
前記判定処理は、前記変動量が判定閾値よりも所定以上大きいか否かを判定する比較判定処理と、前記判定閾値を、前記ＥＧＲ率が小さい場合に大きい場合よりも大きい値とするＥＧＲ率反映処理と、を含み、前記比較判定処理によって前記所定以上大きいと判定する場合にインバランス異常の度合いが大きいと判定する処理である請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記判定処理は、前記変動量が判定閾値よりも所定以上大きいか否かを判定する比較判定処理と、前記比較判定処理に先立って前記判定閾値との比較対象となる前記変動量を、前記ＥＧＲ率が小さい場合に大きい場合よりも小さい値となるように補正するＥＧＲ率反映処理と、を含み、前記比較判定処理によって前記所定以上大きいと判定する場合にインバランス異常の度合いが大きいと判定する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記判定処理は、前記判定閾値を、前記内燃機関の負荷に応じて可変設定する閾値可変処理を含む請求項２または３記載の内燃機関の制御装置。
前記閾値可変処理は、前記判定閾値を、前記内燃機関の負荷に加えて、前記内燃機関のクランク軸の回転速度に応じて補正する処理を含む請求項４記載の内燃機関の制御装置。
前記比較判定処理は、前記変動量と前記判定閾値との相対的な大小関係を定量化した比較パラメータの所定期間における平均値を算出する平均値算出処理と、前記平均値の大きさに基づき前記変動量が判定閾値よりも所定以上大きいか否かを判定する異常判定処理と、を含む請求項２〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の動作点が同一であっても、前記ＥＧＲ率をゼロよりも大きい値とゼロとのいずれかに選択的に制御するＥＧＲ率制御処理を実行し、
前記判定処理は、前記変動量が同一であっても、前記ＥＧＲ率がゼロの場合に前記ＥＧＲ率がゼロよりも大きい場合よりもインバランス異常の度合いが小さいと判定する処理である請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。