JP4968492B2 - 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 - Google Patents
内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4968492B2 JP4968492B2 JP2011503260A JP2011503260A JP4968492B2 JP 4968492 B2 JP4968492 B2 JP 4968492B2 JP 2011503260 A JP2011503260 A JP 2011503260A JP 2011503260 A JP2011503260 A JP 2011503260A JP 4968492 B2 JP4968492 B2 JP 4968492B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- fuel ratio
- imbalance
- value
- ratio sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 1135
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 65
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 87
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 59
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 59
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 50
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 147
- 230000008859 change Effects 0.000 description 71
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 47
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 43
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 38
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 29
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 26
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 26
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 25
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 description 23
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 18
- 230000004044 response Effects 0.000 description 17
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 17
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 5
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 5
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005293 physical law Methods 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/008—Controlling each cylinder individually
- F02D41/0085—Balancing of cylinder outputs, e.g. speed, torque or air-fuel ratio
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
- F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1493—Details
- F02D41/1494—Control of sensor heater
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
- F02D2250/14—Timing of measurement, e.g. synchronisation of measurements to the engine cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
- F02D41/1498—With detection of the mechanical response of the engine measuring engine roughness
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
本発明は、多気筒内燃機関に適用され、各気筒に供給される混合気の空燃比の不均衡(空燃比気筒間インバランス、空燃比気筒間ばらつき、気筒間における空燃比の不均一性)が過度に大きくなったことを判定(監視・検出)することができる「内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置」に関する。
従来から、図1に示したように、内燃機関の排気通路に配設された三元触媒(53)と、その三元触媒(53)の上流及び下流にそれぞれ配置された上流側空燃比センサ(67)及び下流側空燃比センサ(68)と、を備えた空燃比制御装置が広く知られている。
この空燃比制御装置は、機関に供給される混合気の空燃比(機関の空燃比)が理論空燃比と一致するように、上流側空燃比センサの出力と下流側空燃比センサの出力とに基いて「機関の空燃比を理論空燃比に一致させるための空燃比フィードバック量」を算出し、その空燃比フィードバック量により機関の空燃比をフィードバック制御するようになっている。更に、上流側空燃比センサの出力のみに基いて「機関の空燃比を理論空燃比に一致させるための空燃比フィードバック量」を算出し、その空燃比フィードバック量により機関の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置も広く知られている。このような空燃比制御装置において使用される空燃比フィードバック量は、全気筒に対して共通する制御量である。
ところで、一般に、電子燃料噴射式内燃機関は、各気筒又は各気筒に連通した吸気ポートに少なくとも一つの燃料噴射弁(39)を備えている。従って、ある特定の気筒の燃料噴射弁の特性が「指示された燃料噴射量よりも過大な量の燃料を噴射する特性」となると、その特定の気筒に供給される混合気の空燃比(その特定気筒の空燃比)のみが大きくリッチ側に変化する。即ち、気筒間における空燃比の不均一性(空燃比気筒間ばらつき、空燃比の気筒間インバランス)が大きくなる。換言すると、各気筒に供給される混合気の空燃比である「気筒別空燃比」の間に不均衡が生じる。
この場合、機関全体に供給される混合気の空燃比の平均は、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比となる。従って、全気筒に対して共通する空燃比フィードバック量により、上記特定の気筒の空燃比は理論空燃比に近づけられるようにリーン側へと変更され、同時に、他の気筒の空燃比は理論空燃比から遠ざけられるようにリーン側へと変更させられる。この結果、機関全体に供給される混合気の空燃比の平均は略理論空燃比に一致させられる。
しかしながら、上記特定の気筒の空燃比は依然として理論空燃比よりもリッチ側の空燃比となり、残りの気筒の空燃比は理論空燃比よりもリーン側の空燃比となるから、各気筒における混合気の燃焼状態は完全燃焼とは相違した燃焼状態となる。この結果、各気筒から排出されるエミッションの量(未燃物の量及び/又は窒素酸化物の量)が増大する。このため、機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比であったとしても、増大したエミッションを三元触媒が浄化しきれず、結果として、エミッションが悪化する虞がある。
従って、気筒間における空燃比の不均一性が過大になっていること(空燃比気筒間インバランス状態が発生していること)を検出し、何らかの対策を講じさせるようにすることはエミッションを悪化させないために重要である。なお、空燃比気筒間インバランスは、特定の気筒の燃料噴射弁の特性が「指示された燃料噴射量よりも過小な量の燃料を噴射する特性」となった場合等にも発生する。
このような空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定する従来の装置の一つは、複数の気筒からの排ガスが集合する排気集合部に配設された空燃比センサ(上記上流側空燃比センサ67)の出力値(出力信号)の軌跡長を取得し、その軌跡長と「機関回転速度に応じて変化する参照値」とを比較し、その比較結果に基いて空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定するようになっている(例えば、米国特許第7,152,594号を参照。)。
なお、本明細書において、「空燃比気筒間インバランス状態が発生している」とは、気筒別空燃比の間の差(気筒別空燃比差)が許容値以上となっている状態が発生していること、換言すると、未燃物及び/又は窒素酸化物が規定値を超えるような過度の空燃比気筒間インバランス状態が発生していることを意味する。「空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かの判定」は、単に「空燃比気筒間インバランス判定、又は、インバランス判定」とも称呼される。更に、残りの気筒に供給される混合気の空燃比(例えば、略理論空燃比)から乖離した空燃比の混合気が供給されるようになった気筒は「インバランス気筒」とも称呼される。インバランス気筒に供給される混合気の空燃比は「インバランス気筒の空燃比」とも称呼される。残りの気筒(インバランス気筒以外の気筒)は、「正常気筒」又は「非インバランス気筒」とも称呼される。正常気筒に供給される混合気の空燃比は、「正常気筒の空燃比」又は「非インバランス気筒の空燃比」とも称呼される。
加えて、上述した空燃比センサの出力値の軌跡長のように、気筒別空燃比差(インバランス気筒の空燃比と正常気筒の空燃比との差)の絶対値が大きいほど大きくなる値は、空燃比変動指標量とも称呼される。即ち、空燃比変動指標量は、上述した空燃比センサに到達する排ガスの空燃比の変動が大きくなるほどその絶対値が大きくなるように「上記空燃比センサの出力値に基いて求められる値」である。更に、その空燃比変動指標量の絶対値が大きいほど大きくなる値であって空燃比変動指標量に基いて取得される値は「インバランス判定用パラメータ」とも称呼される。換言すると、インバランス判定用パラメータは、上記空燃比センサが配設された部位を通過する排ガスの空燃比の変動が大きくなるほど大きくなるパラメータである。このインバランス判定用パラメータは、インバランス判定を実行するために、インバランス判定用閾値と比較される。
ところで、周知の空燃比センサは、例えば図2の(A)に示したように、少なくとも「固体電解質層(671)、排ガス側電極層(672)、大気側電極層(673)、拡散抵抗層(674)及びヒータ(678)」を含む空燃比検出部を備える。
排ガス側電極層(672)は固体電解質層(671)の一面に形成されている。排ガス側電極層(672)は拡散抵抗層(674)により覆われている。排気通路内の排ガスは、拡散抵抗層(674)の外側表面に到達し、拡散抵抗層(674)を通過して排ガス側電極層(672)に到達する。大気側電極層(673)は固体電解質層(671)の他面に形成されている。大気側電極層(673)は大気が導入される大気室(67A)に露呈している。ヒータ(678)は、通電されることにより発熱し、センサ素子部の温度を調節する。センサ素子部は、少なくとも、固体電解質層(671)、排ガス側電極層(672)及び大気側電極層(673)を含む。
図2の(B)及び(C)に示したように、排ガス側電極層(672)と大気側電極層(673)との間には「排ガスの空燃比に応じて変化する限界電流」を発生させるための電圧(Vp)が印加されている。この電圧は、一般に、大気側電極層(673)の電位が排ガス側電極層(672)の電位よりも高くなるように印加される。
図2の(B)に示したように、拡散抵抗層(674)を通過して排ガス側電極層(672)に到達した排ガスに過剰な酸素が含まれているとき(即ち、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき)、その酸素は前記電圧と固体電解質層(671)の酸素ポンプ特性とにより酸素イオンとして排ガス側電極層(672)から大気側電極層(673)へと導かれる。
これに対し、図2の(C)に示したように、拡散抵抗層(674)を通過して排ガス側電極層(672)に到達した排ガスに過剰な未燃物が含まれているとき(即ち、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるとき)、大気室(67A)内の酸素は固体電解質層(671)の酸素電池特性により酸素イオンとして大気側電極層(673)から排ガス側電極層(672)へと導かれ、排ガス側電極層(672)の未燃物と反応する。
このような酸素イオンの移動量は、拡散抵抗層(674)の存在により、「拡散抵抗層(674)の外側表面に到達した排ガスの空燃比」に応じた値に制限される。換言すると、酸素イオンの移動により生じる電流は排ガスの空燃比(A/F)に応じた値(即ち、限界電流Ip)となる(図3を参照。)。
空燃比センサは、この限界電流(排ガス側電極層と大気側電極層との間に電圧が印加されることにより固体電解質層を流れる電流)に基いて「空燃比センサが配設された部位を通過する排ガスの空燃比」に応じた出力値Vabyfsを出力する。この出力値Vabyfsは、一般には、予め求められている「出力値Vabyfsと空燃比との図4に示した関係」に基いて検出空燃比abyfsに変換される。図4から理解されるように、出力値Vabyfsと検出空燃比abyfsとは実質的に比例する。
一方、「インバランス判定用パラメータの基礎となるデータ」である空燃比変動指標量は、「空燃比センサの出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の軌跡長に限られず、空燃比センサが配設された部位を通過する排ガスの空燃比の変動の状態(例えば、所定期間における変動の幅)を反映した値であればよい。以下、この点について説明を加える。
空燃比センサには、各気筒からの排ガスが点火順(従って、排気順)に到達する。空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、各気筒から排出される排ガスの空燃比は互いに略同一である。従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、図5の(B)において破線C1により示したように、空燃比センサの出力値Vabyfsの波形(図5の(B)においては検出空燃比abyfsの波形)は略平坦である。
これに対し、「特定気筒(例えば、第1気筒)の空燃比のみが理論空燃比よりもリッチ側に偏移した空燃比気筒間インバランス状態(特定気筒リッチずれインバランス状態)」が発生している場合、その特定気筒の排ガスの空燃比と、その特定気筒以外の気筒(残りの気筒)の排ガスの空燃比と、は大きく相違する。
従って、例えば図5の(B)において実線C2により示したように、特定気筒リッチずれインバランス状態が発生している場合の空燃比センサの出力値Vabyfsの波形(図5の(B)においては検出空燃比abyfsの波形)は、4気筒・4サイクル・エンジンの場合に720°クランク角(一つの空燃比センサに到達する排ガスを排出している総ての気筒において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角)毎に大きく変動する。なお、「一つの空燃比センサに到達する排ガスを排出している総ての気筒において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角が経過する期間」は、本明細書において「単位燃焼サイクル期間」とも称呼される。
更に、インバランス気筒の空燃比が正常気筒の空燃比から乖離するほど、空燃比センサの出力値Vabyfs及び検出空燃比abyfsの振幅は大きくなり、これらの値はより大きく変動する。例えば、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさが第1の値であるときの検出空燃比abyfsが図5(B)の実線C2のように変化するとすれば、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさが「第1の値の値よりも大きい第2の値」であるときの検出空燃比abyfsは図5(B)の一点鎖線C2aのように変化する。
そのため、「空燃比センサの出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の単位時間あたりの変化量(即ち、「空燃比センサの出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の時間についての一階微分値、図5の(B)の角度α1,α2を参照。)は、気筒別空燃比差が小さいときには図5の(C)の破線C3により示したように小さく変動し、気筒別空燃比差が大きいときには図5の(C)の実線C4により示したように大きく変動する。即ち、微分値d(Vabyfs)/dt及び微分値d(abyfs)/dtは、空燃比気筒間インバランス状態の程度が大きくなる(気筒別空燃比差が大きくなる)につれてその絶対値が大きくなる。
従って、例えば、単位燃焼サイクル期間において複数個取得される「微分値d(Vabyfs)/dt又は微分値d(abyfs)/dt」の絶対値の「最大値又は平均値」は、空燃比変動指標量として採用することができる。更に、そのような空燃比変動指標量そのもの、又は、複数の単位燃焼サイクル期間についてのそのような空燃比変動指標量の平均値は、インバランス判定用パラメータとして採用され得る。
更に、図5の(D)に示したように、「空燃比センサの出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の単位時間あたりの変化量の変化量(二階微分値d2(Vabyfs)/dt2又は二階微分値d2(abyfs)/dt2)」は、気筒別空燃比差が小さい場合には破線C5により示したように殆ど変動しないが、気筒別空燃比差が大きくなると実線C6により示したように大きく変動する。
従って、例えば、単位燃焼サイクル期間において複数個取得される「二階微分値d2(Vabyfs)/dt2及び二階微分値d2(abyfs)/dt2」の絶対値の「最大値又は平均値」は、空燃比変動指標量として採用することができる。更に、そのような空燃比変動指標量そのもの、又は、複数の単位燃焼サイクル期間についてのそのような空燃比変動指標量の平均値は、インバランス判定用パラメータとして採用され得る。
そして、空燃比気筒間インバランス判定装置は、上記のようにして求められるインバランス判定用パラメータが所定の閾値(インバランス判定用閾値)よりも大きいか否かを判定することにより、空燃比気筒間インバランス状態が発生しているか否かを判定する。
しかしながら、本発明者は、排ガスの空燃比の変動の程度(即ち、空燃比気筒間インバランス状態の程度を示す気筒別空燃比差)が一定であっても、インバランス判定用パラメータは空燃比センサ素子温度に依存して変化してしまうため、空燃比気筒間インバランス判定を精度良く行えない場合があるとの知見を得た。以下、この理由について説明する。なお、空燃比センサ素子温度は、空燃比センサの固体電解質層を含むセンサ素子部(固体電解質層、排ガス側電極層及び大気側電極層)の温度である。
図6は、空燃比センサ素子温度と空燃比センサの応答性との関係を示したグラフである。図6において、空燃比センサの応答性を表す応答時間tは、例えば、「空燃比センサの近傍に存在する排ガスの空燃比」を特定時点において「理論空燃比よりもリッチな第1空燃比(例えば14)」から「理論空燃比よりもリーンな第2空燃比(例えば15)」へと変更させ、「その特定時点」から「検出空燃比abyfsが第1空燃比と第2空燃比との間の第3空燃比(例えば、14.63=14+0.63・(15−14))へと変化する時点」までの時間である。従って、応答時間tが短いほど空燃比センサの応答性は良好である(空燃比センサの応答性が高くなる)。
図6から理解されるように、空燃比センサ素子温度が高いほど、空燃比センサの応答性は良好になる。これは、センサ素子部(特に、排ガス側電極層)における反応(酸化・還元反応等)が活発になるからであると考えられる。
一方、前述したように、空燃比気筒間インバランス状態が発生すると、排ガスの空燃比は単位燃焼サイクルを一周期として激しく変動する。ところが、空燃比センサ素子温度が低いと空燃比センサの応答性が低く、そのため、空燃比センサの出力値が「その排ガスの空燃比の変動」に十分に追従できない。従って、空燃比変動指標量及びインバランス判定用パラメータが本来の値よりも小さくなる。その結果、空燃比気筒間インバランス判定を精度良く行えないのである(図11を参照。)。
他方、空燃比センサ素子温度が常に高い温度に維持されるようにヒータの発熱量を調整すれば、精度の良いインバランス判定用パラメータを取得することができる。しかしながら、空燃比センサ素子温度が常に高い温度に維持されていると、空燃比センサが比較的早期に劣化(経時変化)する虞が生じる。
従って、本発明の目的の一つは、上記のような「空燃比センサの出力値に基いて取得される空燃比変動指標量及びインバランス判定用パラメータ」を用いた空燃比気筒間インバランス判定を行う装置であって、空燃比気筒間インバランス判定をより精度良く行うことが可能な装置(以下、単に「本発明装置」とも称呼する。)を提供することにある。
本発明装置は、空燃比センサ素子温度を推定するとともに、その推定された空燃比センサ素子温度に基づいて空燃比変動指標量を補正することによってインバランス判定用パラメータを決定するか、又は、その推定された空燃比センサ素子温度に基づいてインバランス判定用閾値を決定する。
より具体的に述べると、本発明装置の一態様は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用され、空燃比センサと、複数の燃料噴射弁と、インバランス判定手段と、を備える。
前記空燃比センサは、前記複数の気筒のうちの少なくとも2以上(好ましくは3以上)の気筒から排出された排ガスが集合する前記機関の排気通路の排気集合部、又は、前記排気通路の前記排気集合部よりも下流側の部位、に配設される。
更に、前記空燃比センサは、固体電解質層、固体電解質層の一面に形成された排ガス側電極層、排ガス側電極層を覆うとともに前記排ガスが到達する拡散抵抗層、及び、固体電解質層の他面に形成されるとともに大気室内に露呈された大気側電極層、を有する空燃比検出部を含む。
加えて、前記空燃比センサは、「前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に所定の電圧が印加されることにより前記固体電解質層に流れる限界電流」に基いて「前記空燃比センサが配設された部位を通過する排ガスの空燃比」に応じた出力値を出力する。
前記複数の燃料噴射弁のそれぞれは、前記少なくとも2以上の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに同2以上の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料を噴射する。即ち、燃料噴射弁は、一つの気筒に対して一つ以上設けられている。各燃料噴射弁は、その燃料噴射弁に対応する気筒に対して燃料を噴射する。
前記インバランス判定手段は、
(1)「所定のパラメータ取得条件が成立している期間」であるパラメータ取得期間において、「前記空燃比センサが配設された部位を通過する排ガス」の空燃比の変動が大きくなるほど大きくなる空燃比変動指標量を「前記空燃比センサの出力値」に基づいて取得するとともに、
(2)「その取得された空燃比変動指標量に基いて求められるインバランス判定用パラメータ」と「所定のインバランス判定用閾値」との比較を実行し、
(3)そのインバランス判定用パラメータがそのインバランス判定用閾値よりも大きいとき「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」と判定し、且つ、そのインバランス判定用パラメータがそのインバランス判定用閾値よりも小さいとき「空燃比気筒間インバランス状態が発生していない」と判定する。
(1)「所定のパラメータ取得条件が成立している期間」であるパラメータ取得期間において、「前記空燃比センサが配設された部位を通過する排ガス」の空燃比の変動が大きくなるほど大きくなる空燃比変動指標量を「前記空燃比センサの出力値」に基づいて取得するとともに、
(2)「その取得された空燃比変動指標量に基いて求められるインバランス判定用パラメータ」と「所定のインバランス判定用閾値」との比較を実行し、
(3)そのインバランス判定用パラメータがそのインバランス判定用閾値よりも大きいとき「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」と判定し、且つ、そのインバランス判定用パラメータがそのインバランス判定用閾値よりも小さいとき「空燃比気筒間インバランス状態が発生していない」と判定する。
前記空燃比変動指標量は、例えば、前述した「微分値d(Vabyfs)/dt又は微分値d(abyfs)/dt」の絶対値の所定期間(例えば、前記単位燃焼サイクル期間)における「最大値又は平均値」、「二階微分値d2(Vabyfs)/dt2又は二階微分値d2(abyfs)/dt2」の絶対値の所定期間(例えば、前記単位燃焼サイクル期間)における「最大値又は平均値」、及び、所定期間(例えば、前記単位燃焼サイクル期間)における「出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の軌跡長等、或いは、これらに基く値であってよく、これらに限定されない。
更に、前記インバランス判定手段は、素子温度推定手段と、比較前準備手段と、を含む。
前記素子温度推定手段は、前記パラメータ取得期間における前記固体電解質層の温度である空燃比センサ素子温度を推定するようになっている。
前記比較前準備手段は、
a.前記推定された空燃比センサ素子温度が特定温度よりも高くなるほど前記取得された空燃比変動指標量を減少させる補正、及び/又は、同推定された空燃比センサ素子温度が同特定温度よりも低くなるほど前記取得された空燃比変動指標量を増大させる補正、を「前記取得された空燃比変動指標量に施すことにより空燃比変動指標量補正値」を取得し、同空燃比変動指標量補正値に応じた値を前記インバランス判定用パラメータとして決定するインバランス判定用パラメータの決定と、
b.前記推定された空燃比センサ素子温度が低くなるほど前記インバランス判定用閾値が小さくなるように(前記推定された空燃比センサ素子温度が高くなるほど前記インバランス判定用閾値が大きくなるように)、前記推定された空燃比センサ素子温度に基いて前記インバランス判定用閾値を決定するインバランス判定用閾値の決定と、
の少なくとも一方の決定を、前記インバランス判定用パラメータと前記インバランス判定用閾値との前記比較の実行前に行うようになっている。
a.前記推定された空燃比センサ素子温度が特定温度よりも高くなるほど前記取得された空燃比変動指標量を減少させる補正、及び/又は、同推定された空燃比センサ素子温度が同特定温度よりも低くなるほど前記取得された空燃比変動指標量を増大させる補正、を「前記取得された空燃比変動指標量に施すことにより空燃比変動指標量補正値」を取得し、同空燃比変動指標量補正値に応じた値を前記インバランス判定用パラメータとして決定するインバランス判定用パラメータの決定と、
b.前記推定された空燃比センサ素子温度が低くなるほど前記インバランス判定用閾値が小さくなるように(前記推定された空燃比センサ素子温度が高くなるほど前記インバランス判定用閾値が大きくなるように)、前記推定された空燃比センサ素子温度に基いて前記インバランス判定用閾値を決定するインバランス判定用閾値の決定と、
の少なくとも一方の決定を、前記インバランス判定用パラメータと前記インバランス判定用閾値との前記比較の実行前に行うようになっている。
空燃比センサ素子温度が低いほど空燃比センサの応答性は低下するから、空燃比センサ素子温度が低いほど空燃比センサの出力値に基づいて取得される空燃比変動指標量は小さくなる。換言すると、空燃比センサ素子温度が高いほど空燃比センサの応答性は上昇するから、空燃比センサ素子温度が高いほど空燃比センサの出力値に基づいて取得される空燃比変動指標量が大きくなる。
従って、前記推定された空燃比センサ素子温度が特定温度よりも高くなるほど前記取得された空燃比変動指標量を減少させる補正、及び/又は、前記推定された空燃比センサ素子温度が前記特定温度よりも低くなるほど前記取得された空燃比変動指標量を増大させる補正を、前記取得された空燃比変動指標量に施すことにより空燃比変動指標量補正値を取得し、その空燃比変動指標量補正値に応じた値(例えば、その空燃比変動指標量補正値そのもの又は空燃比変動指標量補正値を正の定数倍した値)を前記インバランス判定用パラメータとして決定する。
これにより、インバランス判定用パラメータが「空燃比センサ素子温度が前記特定温度であるとき(即ち、空燃比センサの応答性が特定の応答性であるとき)に得られる値」となる。その結果、空燃比センサ素子温度に関わらず、インバランス判定を精度良く実行することができる。
また、推定された空燃比センサ素子温度が低くなるほど前記インバランス判定用閾値が小さくなるように、前記推定された空燃比センサ素子温度に基いて前記インバランス判定用閾値を決定すれば、インバランス判定用閾値が空燃比センサの応答性を加味した値となる。その結果、空燃比センサ素子温度に関わらず、インバランス判定を精度良く実行することができる。
なお、上記態様は、上記aのインバランス判定用パラメータの決定と、上記bのインバランス判定用閾値の決定と、の何れか一方のみを行う態様のみならず、これら両者を共に行う態様をも含むことができる。
前記空燃比センサは、電流が流されることにより発熱し、前記固体電解質層と前記排ガス側電極層と前記大気側電極層とを含むセンサ素子部を加熱するヒータを備える。
前記固体電解質層の実際のアドミタンスは空燃比センサ素子温度が高いほど大きくなる(図15を参照。)。前記固体電解質層の実際のインピーダンスは空燃比センサ素子温度が高いほど小さくなる。そこで、前記空燃比気筒間インバランス判定装置は、前記固体電解質層の実際の「アドミタンス又はインピーダンス」に応じた値と、所定の目標値と、の差が小さくなるように前記ヒータの発熱量を制御するヒータ制御手段を備える。
この場合、前記素子温度推定手段は、少なくとも前記ヒータを流れる電流の量に応じた値に基いて前記空燃比センサ素子温度を推定するように構成されることが好適である。
空燃比センサの使用時間が長くなると空燃比センサは経時変化する。その結果、図19に示したように、経時変化した空燃比センサのアドミタンス(破線Y2を参照。)は、経時変化する前の空燃比センサのアドミタンス(実線Y1を参照。)よりも小さくなる。
従って、固体電解質層の実際のアドミタンスが「ある特定のアドミタンス(例えば、Y0)」に一致している場合であっても、空燃比センサ素子温度は、空燃比センサが経時変化していない場合よりも空燃比センサが経時変化した場合の方が高くなる。このため、ヒータ制御により実際のアドミタンスが「目標値である目標アドミタンス」に一致していたとしても、空燃比センサが経時変化しているか否かに応じて空燃比センサ素子温度は相違する。従って、空燃比センサ素子温度をアドミタンスに基づいて推定すると、その推定された空燃比センサ素子温度は実際の空燃比センサ素子温度と相違する。この結果、「実際のアドミタンスに基づいて推定された空燃比センサ素子温度」を用いてインバランス判定用パラメータを決定すると、そ値は気筒別空燃比差を精度の良く表す値とならない可能性が高い。同様に、「実際のアドミタンスに基づいて推定された空燃比センサ素子温度」を用いてインバランス判定用閾値を決定すると、そのインバランス判定用閾値は空燃比センサの応答性を精度良く加味した値にならない可能性が高い。
同様に、ヒータ制御がインピーダンスに基づいて行われている場合、実際のインピーダンスが「目標値である目標インピーダンス」に一致していたとしても、空燃比センサが経時変化しているか否かに応じて空燃比センサ素子温度は相違する。従って、空燃比センサ素子温度をインピーダンスに基づいて推定すると、その推定された空燃比センサ素子温度は実際の空燃比センサ素子温度と相違する。この結果、「実際のインピーダンスに基づいて推定された空燃比センサ素子温度」を用いてインバランス判定用パラメータ又はインバランス判定用閾値を決定すると、それらの値は精度のよい値とならない可能性が高い。。
そこで、このような場合、前記素子温度推定手段は、少なくとも前記ヒータを流れる電流の量に応じた値に基いて前記空燃比センサ素子温度を推定するように構成されることが好適である。「前記ヒータを流れる電流」は、ヒータを流れる電流の実測値であってもよく、ヒータを流れる電流の指示値(例えば、デューティ信号のDuty)であってもよい。
ヒータを流れる電流の大きさはヒータの発熱量と強い相関を有するから、空燃比センサ素子温度との相関が強い。従って、ヒータを流れる電流の量に応じた値に基いて空燃比センサ素子温度を推定することにより、空燃比センサが経時変化しているか否かに依らず、空燃比センサ素子温度を精度良く推定することができる。その結果、「インバランス判定用パラメータ又はインバランス判定用閾値」を正しく決定することができる。
前記素子温度推定手段は、更に、前記排ガスの温度に相関を有する前記機関の運転パラメータに基いて前記空燃比センサ素子温度を推定するように構成されることが好適である。
空燃比センサ素子温度は排ガスの温度にも依存するから、上記構成によれば、より精度良く空燃比センサ素子温度を推定することができる。その結果、「インバランス判定用パラメータ又はインバランス判定用閾値」を正しく決定することができる。
前記インバランス判定手段は、
前記ヒータ制御手段が、「前記パラメータ取得期間における前記センサ素子部の温度を前記パラメータ取得期間以外の期間(パラメータ非取得期間)における前記センサ素子部の温度よりも高くするセンサ素子部温度上昇制御」をパラメータ取得期間において実行するように、前記ヒータ制御手段に指示するように構成され、
前記ヒータ制御手段は、
前記センサ素子部温度上昇制御を実行するように指示されたとき、前記目標値を、前記素子部温度上昇制御の実行を指示されていないときの値と相違させることにより、前記センサ素子部温度上昇制御を実現するように構成され得る。
前記ヒータ制御手段が、「前記パラメータ取得期間における前記センサ素子部の温度を前記パラメータ取得期間以外の期間(パラメータ非取得期間)における前記センサ素子部の温度よりも高くするセンサ素子部温度上昇制御」をパラメータ取得期間において実行するように、前記ヒータ制御手段に指示するように構成され、
前記ヒータ制御手段は、
前記センサ素子部温度上昇制御を実行するように指示されたとき、前記目標値を、前記素子部温度上昇制御の実行を指示されていないときの値と相違させることにより、前記センサ素子部温度上昇制御を実現するように構成され得る。
例えば、ヒータ制御が実際のアドミタンスに基づいて行われている場合、前記目標値(目標アドミタンス)は前記センサ素子部温度上昇制御中において前記センサ素子部温度上昇制御を行っていない場合よりも高められる。ヒータ制御が実際のインピーダンスに基づいて行われている場合、前記目標値は前記センサ素子部温度上昇制御中において前記センサ素子部温度上昇制御を行っていない場合よりも低められる。
このセンサ素子部温度上昇制御により、空燃比変動指標量を取得する際の空燃比センサの応答性が高められる。従って、空燃比変動指標量は、空燃比センサの出力値が排ガスの空燃比の変動に過大な遅れなく追従できる場合に、その空燃比センサの出力値に基いて取得される。その結果、空燃比変動指標量が気筒別空燃比差を精度良く表す値となるので、空燃比気筒間インバランス状態が発生しているか否かを精度良く判定することができる。
更に、上記構成によれば、パラメータ非取得期間における空燃比センサ素子温度は、パラメータ取得期間における空燃比センサ素子温度よりも低い温度に制御される。この結果、常に空燃比センサ素子温度を相対的に高い温度に維持しておく場合に比較して、空燃比センサの熱による劣化(経時変化)が早期化することを回避することができる。
以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置(以下、単に「判定装置」とも称呼する。)について図面を参照しながら説明する。この判定装置は、内燃機関に供給される混合気の空燃比(機関の空燃比)を制御する空燃比制御装置の一部であり、更に、燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置の一部でもある。
<第1実施形態>
(構成)
図7は、第1実施形態に係る判定装置(以下、「第1判定装置」とも称呼する。)を、4サイクル・火花点火式・多気筒(直列4気筒)・内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図7は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
(構成)
図7は、第1実施形態に係る判定装置(以下、「第1判定装置」とも称呼する。)を、4サイクル・火花点火式・多気筒(直列4気筒)・内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図7は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
この内燃機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20にガソリン混合気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排ガスを外部に放出するための排気系統50と、を含んでいる。
シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これにより同クランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21の壁面及びピストン22の上面は、シリンダヘッド部30の下面とともに燃焼室25を形成している。
シリンダヘッド部30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、吸気弁32を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング制御装置33、可変吸気タイミング制御装置33のアクチュエータ33a、燃焼室25に連通した排気ポート34、排気ポート34を開閉する排気弁35、排気弁35を駆動するエキゾーストカムシャフトを含むとともに同エキゾーストカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変排気タイミング制御装置36、可変排気タイミング制御装置36のアクチュエータ36a、点火プラグ37、点火プラグ37に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ38及び燃料噴射弁(燃料噴射手段、燃料供給手段)39を備えている。
燃料噴射弁39は、一つの燃焼室25に対して一つずつ配設されている。燃料噴射弁39は吸気ポート31に設けられている。燃料噴射弁39は、噴射指示信号に応答し、正常である場合に「その噴射指示信号に含まれる指示燃料噴射量の燃料」を対応する吸気ポート31内に噴射するようになっている。このように、複数の気筒のそれぞれは、他の気筒とは独立して燃料供給を行う燃料噴射弁39を備えている。
吸気系統40は、インテークマニホールド41、吸気管42、エアフィルタ43、及び、スロットル弁44を備えている。
インテークマニホールド41は、図1に示したように、複数の枝部41aとサージタンク41bとからなる。複数の枝部41aのそれぞれの一端は、図7に示したように、複数の吸気ポート31のそれぞれに接続されている。複数の枝部41aの他端はサージタンク41bに接続されている。吸気管42の一端はサージタンク41bに接続されている。エアフィルタ43は吸気管42の他端に配設されている。スロットル弁44は、吸気管42内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするようになっている。スロットル弁44は、DCモータからなるスロットル弁アクチュエータ44a(スロットル弁駆動手段の一部)により吸気管42内で回転駆動されるようになっている。
排気系統50は、エキゾーストマニホールド51、エキゾーストパイプ52、エキゾーストパイプ52に配設された上流側触媒53、及び、上流側触媒53よりも下流のエキゾーストパイプ52に配設された図示しない下流側触媒を備えている。
エキゾーストマニホールド51は、図1に示したように、それぞれの一端が排気ポートに接続された複数の枝部51aと、その複数の枝部51aのそれぞれの他端であって総ての枝部51aが集合している集合部51bとを備えている。この集合部51bは、複数(2以上であり、本例では4つ)の気筒から排出された排ガスが集合するから、排気集合部HKとも称呼される。エキゾーストパイプ52は集合部51bに接続されている。図7に示したように、排気ポート34、エキゾーストマニホールド51及びエキゾーストパイプ52は、排気通路を構成している。
上流側触媒53及び下流側触媒のそれぞれは、所謂、白金、ロジウム及びパラジウム等の貴金属(触媒物質)からなる活性成分を担持する三元触媒装置(排気浄化触媒)である。各触媒は、各触媒に流入するガスの空燃比が理論空燃比であるとき、HC,CO,H2などの未燃成分を酸化するとともに窒素酸化物(NOx)を還元する機能を有する。この機能は触媒機能とも称呼される。更に、各触媒は、酸素を吸蔵(貯蔵)する酸素吸蔵機能を有し、この酸素吸蔵機能により空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃成分及び窒素酸化物を浄化することができる。この酸素吸蔵機能は、触媒に担持されているセリア(CeO2)等の酸素吸蔵材によってもたらされる。
このシステムは、熱線式エアフローメータ61、スロットルポジションセンサ62、水温センサ63、クランクポジションセンサ64、インテークカムポジションセンサ65、エキゾーストカムポジションセンサ66、上流側空燃比センサ67、下流側空燃比センサ68、及び、アクセル開度センサ69を備えている。
エアフローメータ61は、吸気管42内を流れる吸入空気の質量流量(吸入空気流量)Gaに応じた信号を出力するようになっている。即ち、吸入空気流量Gaは、単位時間あたりに機関10に吸入される空気量を表す。
スロットルポジションセンサ62は、スロットル弁44の開度(スロットル弁開度)を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
水温センサ63は、内燃機関10の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
スロットルポジションセンサ62は、スロットル弁44の開度(スロットル弁開度)を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
水温センサ63は、内燃機関10の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
クランクポジションセンサ64は、クランク軸24が10°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸24が360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、後述する電気制御装置70によって機関回転速度NEに変換される。
インテークカムポジションセンサ65は、インテークカムシャフトが所定角度から90度、次いで90度、更に180度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。後述する電気制御装置70は、クランクポジションセンサ64及びインテークカムポジションセンサ65からの信号に基づいて、基準気筒(例えば第1気筒)の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角CAを取得するようになっている。この絶対クランク角CAは、基準気筒の圧縮上死点において「0°クランク角」に設定され、クランク角の回転角度に応じて720°クランク角まで増大し、その時点にて再び0°クランク角に設定される。
エキゾーストカムポジションセンサ66は、エキゾーストカムシャフトが所定角度から90度、次いで90度、更に180度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。
上流側空燃比センサ67(本発明における空燃比センサ)は、図1にも示したように、エキゾーストマニホールド51の集合部51b(排気集合部HK)と上流側触媒53との間の位置において「エキゾーストマニホールド51及びエキゾーストパイプ52の何れか(即ち、排気通路)」に配設されている。上流側空燃比センサ67は、例えば、特開平11−72473号公報、特開2000−65782号公報及び特開2004−69547号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
上流側空燃比センサ67は、図8及び図9に示したように、空燃比検出部67aと、外側保護カバー67bと、内側保護カバー67cと、を有している。
外側保護カバー67bは金属からなる中空円筒体である。外側保護カバー67bは内側保護カバー67cを覆うように、内側保護カバー67cを内部に収容している。外側保護カバー67bは、流入孔67b1をその側面に複数備えている。流入孔67b1は、排気通路を流れる排ガス(外側保護カバー67bの外部の排ガス)EXを外側保護カバー67bの内部に流入させるための貫通孔である。更に、外側保護カバー67bは、外側保護カバー67bの内部の排ガスを外部(排気通路)に流出させるための流出孔67b2をその底面に有している。
内側保護カバー67cは、金属からなり、外側保護カバー67bの直径よりも小さい直径を有する中空円筒体である。内側保護カバー67cは、空燃比検出部67aを覆うように空燃比検出部67aを内部に収容している。内側保護カバー67cは流入孔67c1をその側面に複数備えている。この流入孔67c1は、外側保護カバー67bの流入孔67b1を通して「外側保護カバー67bと内側保護カバー67cとの間の空間」に流入した排ガスを、内側保護カバー67cの内部に流入させるための貫通孔である。更に、内側保護カバー67cは、内側保護カバー67cの内部の排ガスを外部に流出させるための流出孔67c2をその底面に有している。
図2の(A)〜(C)に示したように、空燃比検出部67aは、固体電解質層671と、排ガス側電極層672と、大気側電極層673と、拡散抵抗層674と、第一壁部675と、触媒部676と、第二壁部677と、ヒータ678と、を含んでいる。
固体電解質層671は酸素イオン導電性酸化物焼結体である。本例において、固体電解質層671は、ZrO2(ジルコニア)にCaOを安定剤として固溶させた「安定化ジルコニア素子」である。固体電解質層671は、その温度が活性温度以上であるとき、周知の「酸素電池特性」及び「酸素ポンプ特性」を発揮する。
排ガス側電極層672は、白金(Pt)等の触媒活性の高い貴金属からなる。排ガス側電極層672は、固体電解質層671の一つの面上に形成されている。排ガス側電極層672は、化学メッキ等により浸透性を十分に有するように(即ち、多孔質状に)形成されている。
大気側電極層673は、白金(Pt)等の触媒活性の高い貴金属からなる。大気側電極層673は、固体電解質層671の他の面上であって、固体電解質層671を挟んで排ガス側電極層672に対向するように形成されている。大気側電極層673は、化学メッキ等により浸透性を十分に有するように(即ち、多孔質状に)形成されている。
拡散抵抗層(拡散律速層)674は、多孔質セラミック(耐熱性無機物質)からなる。拡散抵抗層674は、排ガス側電極層672の外側表面を覆うように、例えば、プラズマ溶射法等により形成されている。
第一壁部675は、緻密であってガスを透過させないアルミナセラミックスからなる。第一壁部675は拡散抵抗層674の角部(一部)を除いて拡散抵抗層674を覆うように形成されている。即ち、第一壁部675は拡散抵抗層674の一部を外部に露呈させる貫通部を備えている。
触媒部676は、第一壁部675の貫通部を閉じるように貫通部に形成されている。触媒部676は、上流側触媒53と同様、酸化還元反応を促進する触媒物質及び酸素吸蔵機能を発揮する酸素吸蔵材を担持している。触媒部676は多孔質体である。従って、図2の(B)及び図2の(C)に白抜きの矢印により示したように、排ガス(前述した内側保護カバー67cの内部に流入した排ガス)は、触媒部676を通過して拡散抵抗層674に到達し、その排ガスは更に拡散抵抗層674を通過して排ガス側電極層672に到達する。
第二壁部677は、緻密であってガスを透過させないアルミナセラミックスからなる。第二壁部677は大気側電極層673を収容する空間である「大気室67A」を形成するように構成されている。大気室67Aには大気が導入されている。
上流側空燃比センサ67には電源679が接続されている。電源679は、大気側電極層673側が高電位となり、排ガス側電極層672が低電位となるように、電圧V(=Vp)を印加する。
ヒータ678は第二壁部677に埋設されている。ヒータ678は後述する電気制御装置70によって通電されたときに発熱し、固体電解質層671、排ガス側電極層672及び大気側電極層673を加熱し、それらの温度を調整するようになっている。以下、ヒータ678により加熱される「固体電解質層671、排ガス側電極層672及び大気側電極層673」を「センサ素子部、又は、空燃比センサ素子」とも称呼する。従って、ヒータ678は、センサ素子部の温度である「空燃比センサ素子温度」を制御するようになっている。ヒータ678の通電量(ヒータ678を流れる電流)が大きいほど、ヒータ678の発熱量は大きくなる。ヒータ678の通電量は、電気制御装置70が出力するデューティ信号(以下、「ヒータデューティDuty」とも称呼する。)が大きいほど大きくなるように調整される。ヒータデューティDutyが100%であるときヒータ678の発熱量は最大となる。ヒータデューティDutyが0%であるときヒータ678への通電は遮断され、その結果、ヒータ678は発熱しない。
空燃比センサ素子温度は固体電解質層671のアドミタンスYとともに変化する。換言すると、アドミタンスYに基いて空燃比センサ素子温度を推定することができる。一般に、アドミタンスYが大きいほど空燃比センサ素子温度は高くなる。電気制御装置70は、排ガス側電極層672と大気側電極層673との間に、「矩形波又は正弦波等の電圧」を「電源679による印加電圧」に周期的に重畳させ、その際に固体電解質層671に流れる電流に基いて、実際の空燃比センサ67(固体電解質層671)のアドミタンスYactを取得するようになっている。
このような構造を有する上流側空燃比センサ67は、図2の(B)に示したように、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比であるとき、拡散抵抗層674を通って排ガス側電極層672に到達した酸素をイオン化して大気側電極層673へと通過させる。この結果、電源679の正極から負極へと電流Iが流れる。この電流Iの大きさは、図3に示したように、電圧Vを所定値Vp以上に設定すると、排ガス側電極層672に到達した酸素の濃度(酸素分圧、排ガスの空燃比)に比例した一定値となる。上流側空燃比センサ67は、この電流(即ち、限界電流Ip)を電圧に変換した値を出力値Vabyfsとして出力する。
これに対し、図2の(C)に示したように、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であるとき、上流側空燃比センサ67は、大気室67Aに存在する酸素をイオン化して排ガス側電極層672へと導き、拡散抵抗層674を通って排ガス側電極層672に到達する未燃物(HC,CO及びH2等)を酸化する。この結果、電源679の負極から正極へと電流Iが流れる。この電流Iの大きさも、図3に示したように、電圧Vを所定値Vp以上に設定すると、排ガス側電極層672に到達した未燃物の濃度(即ち、排ガスの空燃比)に比例した一定値となる。上流側空燃比センサ67は、この電流(即ち、限界電流Ip)を電圧に変換した値を出力値Vabyfsとして出力する。
即ち、空燃比検出部67aは、図4に示したように、上流側空燃比センサ67の配設位置を流れ、且つ、外側保護カバー67bの流入孔67b1及び内側保護カバー67cの流入孔67c1を通って空燃比検出部67aに到達しているガスの空燃比(上流側空燃比abyfs、検出空燃比abyfs)に応じた出力値Vabyfsを「空燃比センサ出力」として出力する。出力値Vabyfsは、空燃比検出部67aに到達しているガスの空燃比が大きくなるほど(リーンとなるほど)増大する。即ち、出力値Vabyfsは、空燃比検出部67aに到達している排ガスの空燃比に実質的に比例する。なお、出力値Vabyfsは、検出空燃比abyfsが理論空燃比であるとき、理論空燃比相当値Vstoichに一致する。
電気制御装置70は、図4に示した空燃比変換テーブル(マップ)Mapabyfsを記憶していて、空燃比センサ67の出力値Vabyfsを空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより、実際の上流側空燃比abyfsを検出する(即ち、検出空燃比abyfsを取得する)。
ところで、上流側空燃比センサ67は、エキゾーストマニホールド51の排気集合部HKと上流側触媒53との間の位置においてエキゾーストマニホールド51及びエキゾーストパイプ52の何れかに外側保護カバー67bが露呈するように配設される。
より具体的には、空燃比センサ67は、図8及び図9に示したように、保護カバー(67b、67c)の底面が排ガスEXの流れと平行であり、保護カバー(67b、67c)の中心軸線CCが排ガスEXの流れと直交するように排気通路内に配設される。これにより、外側保護カバー67bの流入孔67b1に到達した排気通路内の排ガスEXは、外側保護カバー67bの流出孔67b2近傍を流れる排気通路内の排ガスEXの流れにより、外側保護カバー67b及び内側保護カバー67cの内部へと吸い込まれる。
従って、排気通路を流れる排ガスEXは、図8及び図9において矢印Ar1により示したように外側の保護カバー67bの流入孔67b1を通って外側の保護カバー67bと内側の保護カバー67cとの間に流入する。次いで、その排ガスは、矢印Ar2に示したように「内側の保護カバー67cの流入孔67c1」を通って「内側の保護カバー67cの内部」に流入した後に、空燃比検出部67aに到達する。その後、その排ガスは、矢印Ar3に示したように「内側の保護カバー67cの流出孔67c2及び外側の保護カバー67bの流出孔67b2」を通って排気通路に流出する。
このため、「外側保護カバー67b及び内側保護カバー67c」の内部における排ガスの流速は、外側保護カバー67bの流出孔67b2近傍を流れる排ガスEXの流速(従って、単位時間あたりの吸入空気量である吸入空気流量Ga)に応じて変化する。換言すると、「ある空燃比の排ガス(第1排ガス)が流入孔67b1に到達した時点」から「その第1排ガスが空燃比検出部67aに到達する時点」までの時間は、吸入空気流量Gaに依存するが機関回転速度NEには依存しない。従って、空燃比センサ67の「排気通路を流れる排ガスの空燃比」に対する出力応答性(応答性)は、空燃比センサ67の外側保護カバー67bの近傍を流れる排ガスの流量(流速)が大きいほど良好になる。このことは、上流側空燃比センサ67が内側保護カバー67cのみを有する場合にも成立する。
再び、図7を参照すると、下流側空燃比センサ68は、エキゾーストパイプ52であって上流側触媒53よりも下流側であり且つ下流側触媒よりも上流側(即ち、上流側触媒53と下流側触媒との間の排気通路)に配設されている。下流側空燃比センサ68は、周知の起電力式の酸素濃度センサ(安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ)である。下流側空燃比センサ68は、排気通路であって下流側空燃比センサ68が配設されている部位を通過するガスである被検出ガスの空燃比(即ち、上流側触媒53から流出し且つ下流側触媒に流入するガスの空燃比、従って、機関に供給される混合気の空燃比の時間的平均値)に応じた出力値Voxsを発生するようになっている。
この出力値Voxsは、図10に示したように、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき最大出力値max(例えば、約0.9V)となり、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき最小出力値min(例えば、約0.1V)となり、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の電圧Vst(中間電圧Vst、例えば、約0.5V)となる。更に、この出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急変し、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。
図7に示したアクセル開度センサ69は、運転者によって操作されるアクセルペダル81の操作量Accp(アクセルペダル操作量Accp)を表す信号を出力するようになっている。アクセルペダル操作量Accpは、アクセルペダル81の開度(アクセルペダル操作量)が大きくなるとともに大きくなる。
電気制御装置70は、互いにバスで接続された「CPU71、CPU71が実行するプログラム、テーブル(マップ、関数)及び定数等を予め記憶したROM72、CPU71が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM73、及び、バックアップRAM74並びにADコンバータを含むインターフェース75等」からなる周知のマイクロコンピュータである。
バックアップRAM74は、機関10を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置(オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか)に関わらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップRAM74は、バッテリから電力の供給を受けている場合、CPU71の指示に応じてデータを格納する(データが書き込まれる)とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持(記憶)する。バックアップRAM74は、バッテリが車両から取り外される等によりバッテリからの電力供給が遮断されると、データを保持することができない。そこで、CPU71は、バックアップRAM74への電力供給が再開されたとき、バックアップRAM74に保持されるべきデータを初期化(デフォルト値に設定)するようになっている。
インターフェース75は、センサ61〜69と接続され、CPU71にそれらのセンサからの信号を供給するようになっている。更に、インターフェース75は、CPU71の指示に応じて可変吸気タイミング制御装置33のアクチュエータ33a、可変排気タイミング制御装置36のアクチュエータ36a、各気筒のイグナイタ38、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁39、スロットル弁アクチュエータ44a及び空燃比センサ67のヒータ678等に駆動信号(指示信号)を送出するようになっている。
なお、電気制御装置70は、取得されたアクセルペダルの操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度TAが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータ44aに指示信号を送出するようになっている。即ち、電気制御装置70は、運転者により変更される機関10の加速操作量(アクセルペダル操作量Accp)に応じて「機関10の吸気通路に配設されたスロットル弁44」の開度を変更するスロットル弁駆動手段を備えている。
(空燃比気筒間インバランス判定の概要)
次に、第1判定装置が採用した空燃比気筒間インバランス判定方法の概要について説明する。空燃比気筒間インバランス判定は、燃料噴射弁39の特性が変化すること等に起因して気筒間における空燃比の不均一性が警告必要値以上となったか否かを判定するための判定である。換言すると、第1判定装置は、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさ(気筒別空燃比差)が「エミッション上許容できない程度」以上となっている場合、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する。
次に、第1判定装置が採用した空燃比気筒間インバランス判定方法の概要について説明する。空燃比気筒間インバランス判定は、燃料噴射弁39の特性が変化すること等に起因して気筒間における空燃比の不均一性が警告必要値以上となったか否かを判定するための判定である。換言すると、第1判定装置は、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさ(気筒別空燃比差)が「エミッション上許容できない程度」以上となっている場合、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する。
第1判定装置は、空燃比気筒間インバランス判定を行うために、「空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される空燃比(即ち、出力値Vabyfsを図4に示した空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより得られる検出空燃比abyfs)」の「単位時間(一定のサンプリング時間ts)当たりの変化量」を取得する。この「検出空燃比abyfsの単位時間当たりの変化量」は、その単位時間が例えば4m秒程度の極めて短い時間であるとき、検出空燃比abyfsの時間微分値d(abyfs)/dtであると言うこともできる。従って、「検出空燃比abyfsの単位時間当たりの変化量」は「検出空燃比変化率ΔAF」とも称呼される。
空燃比センサ67には、各気筒からの排ガスが点火順(故に、排気順)に到達する。空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、各気筒から排出され且つ空燃比センサ67に到達する排ガスの空燃比は互いに略同一である。従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合の検出空燃比abyfsは、例えば、図5の(B)において破線C1により示したように変化する。即ち、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、空燃比センサ67の出力値Vabyfsの波形は略平坦である。このため、図5の(C)において破線C3により示したように、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値は大きくならない。
一方、「特定気筒(例えば、第1気筒)に対して燃料を噴射する燃料噴射弁39」の特性が「指示燃料噴射量よりも多い燃料を噴射する特性」となって空燃比気筒間インバランス状態が発生すると、その特定気筒の排ガスの空燃比(インバランス気筒の空燃比)と、その特定気筒以外の気筒の排ガスの空燃比(非インバランス気筒の空燃比)と、は大きく相違する。
従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生している場合の検出空燃比abyfsは、例えば図5の(B)の実線C2により示したように、単位燃焼サイクル期間毎に大きく変動する。このため、空燃比気筒間インバランス状態が発生している場合、図5の(C)において実線C4により示したように、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値は大きくなる。なお、直列4気筒・4サイクル・エンジンの場合における単位燃焼サイクル期間は、720°クランク角が経過する期間である。即ち、機関10の単位燃焼サイクル期間は、一つの空燃比センサ67に到達する排ガスを排出している総ての気筒である第1〜第4気筒において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角が経過する期間である。
しかも、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|は、インバランス気筒の空燃比が非インバランス気筒の空燃比から乖離するほど大きく変動する。例えば、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさが第1の値であるときの検出空燃比abyfsが図5(B)の実線C2のように変化するとすれば、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさが「第1の値の値よりも大きい第2の値」であるときの検出空燃比abyfsは図5(B)の一点鎖線C2aのように変化する。従って、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値は、インバランス気筒の空燃比が非インバランス気筒の空燃比から乖離するほど大きくなる。
そこで、第1判定装置は、所定のパラメータ取得条件が成立している期間(パラメータ取得期間)において、一つの単位燃焼サイクル期間中にサンプリング時間tsが経過する毎に、検出空燃比変化率ΔAF(一階微分値d(abyfs)/dt)を基本指標量として取得する。第1判定装置は、一つの単位燃焼サイクル期間において取得された複数の検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値を求める。そして、第1判定装置は、複数の単位燃焼サイクル期間のそれぞれに対して求めた「検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値」の平均値を求め、その値を空燃比変動指標量AFDとして採用する。但し、空燃比変動指標量の求め方はこれに限定されることはなく、後述する種々の方法により取得され得る。
一方、図6は、空燃比センサ素子温度と空燃比センサ67の応答性との関係を示したグラフである。図6から理解されるように、空燃比センサ素子温度が高いほど、空燃比センサの応答性は良好になる。これは、センサ素子部(特に、排ガス側電極層672)における反応(酸化・還元反応等)が活発になるからであると考えられる。
他方、気筒別空燃比差が「0」でない限り、排ガスの空燃比は単位燃焼サイクルを一周期として変動する。従って、空燃比センサ素子温度が相対的に低いと、空燃比センサの応答性が排ガスの変動に対して十分ではないので、空燃比センサの出力値Vabyfsが「その排ガスの空燃比の変動」に十分に追従できない。
従って、図11の実線L1に示したように、気筒別空燃比差が「空燃比気筒間インバランス状態が発生していると判定すべき程度」に大きい場合の空燃比変動指標量AFDは、空燃比センサ素子温度が低いほど小さくなる。同様に、図11の破線L2に示したように、気筒別空燃比差が「0」ではなく且つ「空燃比気筒間インバランス状態が発生していると判定すべきではない程度」に小さい場合の空燃比変動指標量AFDも、空燃比センサ素子温度が低いほど小さくなる。
このため、空燃比気筒間インバランス状態が発生していると判定すべき場合であって且つ空燃比センサ素子温度が相対的に低い場合に得られる空燃比変動指標量(例えば、点A1を参照。)は、空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定すべき場合であって且つ空燃比センサ素子温度が相対的に高い場合に得られる空燃比変動指標量(例えば、点A2を参照。)よりも、小さくなる場合が生じる。従って、空燃比変動指標量AFDをインバランス判定用パラメータとしてそのまま採用し、そのインバランス判定用パラメータと「一定のインバランス判定用閾値」との比較に基いてインバランス判定を実行すると、インバランス判定を誤る虞がある。
そこで、第1判定装置は、係る問題に以下のようにして対処する。
・第1判定装置は、パラメータ取得期間における空燃比センサ素子温度を推定する。
・第1判定装置は、その推定された空燃比センサ素子温度に基いて空燃比変動指標量AFDを補正して得た値(空燃比変動指標量補正値)を、インバランス判定用パラメータXとして採用する。
・第1判定装置は、パラメータ取得期間における空燃比センサ素子温度を推定する。
・第1判定装置は、その推定された空燃比センサ素子温度に基いて空燃比変動指標量AFDを補正して得た値(空燃比変動指標量補正値)を、インバランス判定用パラメータXとして採用する。
より具体的に述べると、第1判定装置は、推定された空燃比センサ素子温度が特定温度よりも高くなるほど「取得された空燃比変動指標量AFD」を減少させる補正、及び/又は、推定された空燃比センサ素子温度が特定温度よりも低くなるほど「取得された空燃比変動指標量AFD」を増大させる補正、を前記取得された空燃比変動指標量に施すことによって空燃比変動指標量補正値を取得し、その空燃比変動指標量補正値に応じた値(例えば、正の定数を乗じた値、但し、正の定数は「1」であってもよい。)をインバランス判定用パラメータXとして決定する。
第1判定装置は、インバランス判定用パラメータXを決定すると、そのインバランス判定用パラメータXとインバランス判定用閾値Xth(一定の閾値)とを比較する。第1判定装置は、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する。これに対し、第1判定装置は、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも小さいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定する。以上が、第1判定装置が採用した空燃比気筒間インバランス判定方法の概要である。
このように、第1判定装置は、空燃比変動指標量AFDを「推定された空燃比センサ素子温度」に基いて補正することにより、インバランス判定用パラメータXを取得する。従って、インバランス判定用パラメータXは、空燃比センサの素子温度(従って、空燃比センサの応答性)が特定の値であるときに得られる値へと規格化される(例えば、図11の線L1hosei及び線L2hoseiを参照。)。その結果、パラメータ取得期間における空燃比センサ素子温度に関わらず、インバランス判定を精度良く実行することができる。
(実際の作動)
<燃料噴射量制御>
第1判定装置のCPU71は、図12に示した「指示燃料噴射量Fiの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチン」を、任意の気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)となる毎に、その気筒(以下、「燃料噴射気筒」とも称呼する。)に対して繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1200から処理を開始し、ステップ1210にてフューエルカット条件(以下、「FC条件」と表記する。)が成立しているか否かを判定する。
<燃料噴射量制御>
第1判定装置のCPU71は、図12に示した「指示燃料噴射量Fiの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチン」を、任意の気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)となる毎に、その気筒(以下、「燃料噴射気筒」とも称呼する。)に対して繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1200から処理を開始し、ステップ1210にてフューエルカット条件(以下、「FC条件」と表記する。)が成立しているか否かを判定する。
いま、FC条件が成立してないと仮定する。この場合、CPU71は、ステップ1210にて「No」と判定し、以下に述べるステップ1220乃至ステップ1250の処理を順に行う。その後、CPU71は、ステップ1295に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1220:CPU71は、「エアフローメータ61により計測された吸入空気流量Ga、クランクポジションセンサ64の信号に基いて取得された機関回転速度NE、及び、ルックアップテーブルMapMc」に基いて「燃料噴射気筒に吸入される空気量」である「筒内吸入空気量Mc(k)」を取得する。筒内吸入空気量Mc(k)は、各吸気行程に対応されながらRAM内に記憶される。筒内吸入空気量Mc(k)は、周知の空気モデル(吸気通路における空気の挙動を模した物理法則に従って構築されたモデル)により算出されてもよい。
ステップ1230:CPU71は、筒内吸入空気量Mc(k)を目標空燃比abyfrで除することにより基本燃料噴射量Fbaseを求める。目標空燃比abyfr(上流側目標空燃比abyfr)は、始動後及び高負荷時等の特殊な場合を除き、理論空燃比stoich(例えば、14.6)に設定されている。従って、基本燃料噴射量Fbaseは、理論空燃比stoichである目標空燃比abyfrを得るために必要な燃料噴射量のフィードフォワード量である。このステップ1230は、機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるためのフィードフォワード制御手段(空燃比制御手段)を構成している。
ステップ1240:CPU71は、基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック量DFiにより補正する。より具体的には、CPU71は、基本燃料噴射量Fbaseにメインフィードバック量DFiを加えることにより、指示燃料噴射量(最終燃料噴射量)Fiを算出する。メインフィードバック量DFiは、機関の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるための空燃比フィードバック量である。メインフィードバック量DFiの算出方法については後述する。
ステップ1250:CPU71は、「指示燃料噴射量Fiの燃料」を「燃料噴射気筒に対応して設けられている燃料噴射弁39」から噴射させるための噴射指示信号を、その燃料噴射弁39に送出する。
この結果、機関の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるために必要な量の燃料が燃料噴射気筒の燃料噴射弁39から噴射させられる。即ち、ステップ1220乃至ステップ1250は、「空燃比センサ67に到達する排ガスを排出している2以上の気筒(本例においては総ての気筒)の燃焼室25に供給される混合気の空燃比」が目標空燃比abyfrとなるように指示燃料噴射量Fiを制御する指示燃料噴射量制御手段を構成している。
一方、CPU71がステップ1210の処理を実行する時点において、FC条件が成立していると、CPU71はそのステップ1210にて「Yes」と判定し、ステップ1295に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ステップ1250の処理による燃料噴射が実行されないので、フューエルカット制御(燃料供給停止制御)が実行される。
<メインフィードバック量の算出>
CPU71は図13にフローチャートにより示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1300から処理を開始し、ステップ1305に進んで「メインフィードバック制御条件(上流側空燃比フィードバック制御条件)」が成立しているか否かを判定する。
CPU71は図13にフローチャートにより示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1300から処理を開始し、ステップ1305に進んで「メインフィードバック制御条件(上流側空燃比フィードバック制御条件)」が成立しているか否かを判定する。
メインフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
(A1)空燃比センサ67が活性化している。
(A2)機関の負荷(負荷率)KLが閾値KLth以下である。
(A3)フューエルカット制御中でない。
(A1)空燃比センサ67が活性化している。
(A2)機関の負荷(負荷率)KLが閾値KLth以下である。
(A3)フューエルカット制御中でない。
なお、負荷KLは、ここでは下記の(1)式により求められる。この負荷KLに代え、アクセルペダル操作量Accpが用いられても良い。(1)式において、Mcは筒内吸入空気量であり、ρは空気密度(単位は(g/l))、Lは機関10の排気量(単位は(l))、「4」は機関10の気筒数である。
KL=(Mc/(ρ・L/4))・100% …(1)
KL=(Mc/(ρ・L/4))・100% …(1)
いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続ける。この場合、CPU71はステップ1305にて「Yes」と判定して以下に述べるステップ1310乃至ステップ1340の処理を順に行い、ステップ1395に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1310:CPU71は、下記(2)式に従ってフィードバック制御用出力値Vabyfcを取得する。(2)式において、Vabyfsは空燃比センサ67の出力値、Vafsfbは下流側空燃比センサ68の出力値Voxsに基づいて算出されるサブフィードバック量である。サブフィードバック量Vafsfbの算出方法は周知である。サブフィードバック量Vafsfbは、例えば、下流側空燃比センサ68の出力値Voxsが理論空燃比に相当する値Vstよりもリッチ側の空燃比を示す値であるとき減少させられ、下流側空燃比センサ68の出力値Voxsが理論空燃比に相当する値Vstよりもリーン側の空燃比を示す値であるとき増大させられる。第1判定装置は、サブフィードバック量Vafsfbを「0」に設定することにより、サブフィードバック制御を実行しなくてもよい。
Vabyfc=Vabyfs+Vafsfb …(2)
Vabyfc=Vabyfs+Vafsfb …(2)
ステップ1315:CPU71は、下記(3)式に示したように、上記フィードバック制御用出力値Vabyfcを図4に示したテーブルMapabyfsに適用することにより、フィードバック制御用空燃比abyfscを得る。
abyfsc=Mapabyfs(Vabyfc) …(3)
abyfsc=Mapabyfs(Vabyfc) …(3)
ステップ1320:CPU71は、下記(4)式に従って、「現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室25に実際に供給された燃料の量」である「筒内燃料供給量Fc(k−N)」を求める。即ち、CPU71は、「現時点よりもNサイクル(即ち、N・720°クランク角)前の時点における筒内吸入空気量Mc(k−N)」を「上記フィードバック制御用空燃比abyfsc」により除すことにより、筒内燃料供給量Fc(k−N)を求める。
Fc(k−N)=Mc(k−N)/abyfsc …(4)
Fc(k−N)=Mc(k−N)/abyfsc …(4)
このように、筒内燃料供給量Fc(k−N)を求めるために、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc(k−N)をフィードバック制御用空燃比abyfscで除すのは、「燃焼室25内での混合気の燃焼により生成された排ガス」が空燃比センサ67に到達するまでに「Nサイクルに相当する時間」を要しているからである。
ステップ1325:CPU71は、下記(5)式に従って、「現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室25に供給されるべきであった燃料の量」である「目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)」を求める。即ち、CPU71は、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を目標空燃比abyfrで除すことにより、目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)を求める。
Fcr=Mc(k−N)/abyfr …(5)
Fcr=Mc(k−N)/abyfr …(5)
ステップ1330:CPU71は、下記(6)式に従って、筒内燃料供給量偏差DFcを取得する。即ち、CPU71は、目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)から筒内燃料供給量Fc(k−N)を減じることにより、筒内燃料供給量偏差DFcを求める。この筒内燃料供給量偏差DFcは、Nストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。
DFc=Fcr(k−N)−Fc(k−N) …(6)
DFc=Fcr(k−N)−Fc(k−N) …(6)
ステップ1335:CPU71は、下記(7)式に従って、メインフィードバック量DFiを求める。この(7)式において、Gpは予め設定された比例ゲイン、Giは予め設定された積分ゲインである。更に、(7)式の「値SDFc」は「筒内燃料供給量偏差DFcの積分値」である。つまり、CPU71は、フィードバック制御用空燃比abyfscを目標空燃比abyfrに一致させるための比例積分制御により「メインフィードバック量DFi」を算出する。
DFi=Gp・DFc+Gi・SDFc …(7)
DFi=Gp・DFc+Gi・SDFc …(7)
ステップ1340:CPU71は、その時点における筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcに上記ステップ1330にて求められた筒内燃料供給量偏差DFcを加えることにより、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを取得する。
以上により、メインフィードバック量DFiが比例積分制御により求められ、このメインフィードバック量DFiが前述した図12のステップ1240の処理により指示燃料噴射量Fiに反映される。
一方、図13のステップ1305の判定時において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、CPU71はそのステップ1305にて「No」と判定してステップ1345に進み、メインフィードバック量DFiの値を「0」に設定する。次いで、CPU71は、ステップ1350にて筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcに「0」を格納する。その後、CPU71は、ステップ1395に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるとき、メインフィードバック量DFiは「0」に設定される。従って、基本燃料噴射量Fbaseのメインフィードバック量DFiによる補正は行わない。
<空燃比気筒間インバランス判定>
次に、「空燃比気筒間インバランス判定」を実行するための処理について説明する。CPU71は、4ms(所定の一定サンプリング時間ts)が経過する毎に、図14にフローチャートにより示した「空燃比気筒間インバランス判定ルーチン」を実行するようになっている。
次に、「空燃比気筒間インバランス判定」を実行するための処理について説明する。CPU71は、4ms(所定の一定サンプリング時間ts)が経過する毎に、図14にフローチャートにより示した「空燃比気筒間インバランス判定ルーチン」を実行するようになっている。
従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1400から処理を開始してステップ1405に進み、パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」であるか否かを判定する。
このパラメータ取得許可フラグXkyokaの値は、絶対クランク角CAが0°クランク角になった時点において後述するパラメータ取得条件(インバランス判定用パラメータ取得許可条件)が成立しているときに「1」に設定され、パラメータ取得条件が不成立になった時点において直ちに「0」に設定される。
パラメータ取得条件は、以下の総ての条件(条件C1乃至条件C6)が成立したときに成立する。従って、パラメータ取得条件は、以下の総ての条件(条件C1乃至条件C6)のうちの少なくとも一つが不成立であるとき、成立しない。勿論、パラメータ取得条件を構成する条件は、以下の条件C1乃至条件C6に限定されることはない。
(条件C1)今回の機関10の始動後、空燃比気筒間インバランス判定の最終的な結果が得られていない。この条件C1は、インバランス判定実施要求条件とも称呼される。条件C1は、前回のインバランス判定からの「機関10の運転時間の積算値、又は、吸入空気流量Gaの積算値、が所定値以上である。」ことに置換されてもよい。
(条件C2)エアフローメータ61により取得される吸入空気流量Gaが、所定範囲内である。即ち、吸入空気流量Gaが、低側閾値空気流量GaLoth以上であり且つ高側閾値空気流量GaHith以下である。
(条件C3)機関回転速度NEが所定範囲内である。即ち、機関回転速度NEが、低側閾値回転速度NELoth以上であり且つ高側閾値回転速度NEHith以下である。
(条件C4)冷却水温THWが閾値冷却水温THWth以上である。
(条件C5)メインフィードバック制御条件が成立している。
(条件C6)フューエルカット制御中でない。
(条件C2)エアフローメータ61により取得される吸入空気流量Gaが、所定範囲内である。即ち、吸入空気流量Gaが、低側閾値空気流量GaLoth以上であり且つ高側閾値空気流量GaHith以下である。
(条件C3)機関回転速度NEが所定範囲内である。即ち、機関回転速度NEが、低側閾値回転速度NELoth以上であり且つ高側閾値回転速度NEHith以下である。
(条件C4)冷却水温THWが閾値冷却水温THWth以上である。
(条件C5)メインフィードバック制御条件が成立している。
(条件C6)フューエルカット制御中でない。
いま、パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」であると仮定する。この場合、CPU71はステップ1405にて「Yes」と判定し、ステップ1410に進んで「その時点の空燃比センサ67の出力値Vabyfs」をAD変換することにより取得する。
次に、CPU71はステップ1415に進み、ステップ1410にて取得した出力値Vabyfsを図4に示した空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより、今回の検出空燃比abyfsを取得する。なお、CPU71は、ステップ1415の処理の前に、本ルーチンを前回実行したときに取得した検出空燃比abyfsを前回の検出空燃比abyfsoldとして記憶する。即ち、前回の検出空燃比abyfsoldは、現時点から4ms(サンプリング時間ts)前の時点における検出空燃比abyfsである。前回の検出空燃比abyfsoldの初期値は、イニシャルルーチンにおいて理論空燃比相当値VstoichのAD変換値に相当する値に設定されている。イニシャルルーチンは、機関10が搭載された車両のイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときにCPU71により実行されるルーチンである。
次に、CPU71はステップ1420に進んで、
(A)検出空燃比変化率ΔAFを取得し、
(B)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の積算値SAFDを更新し、且つ、
(C)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の、積算値SAFDへの積算回数カウンタCnを更新する。
以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
(A)検出空燃比変化率ΔAFを取得し、
(B)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の積算値SAFDを更新し、且つ、
(C)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の、積算値SAFDへの積算回数カウンタCnを更新する。
以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
(A)検出空燃比変化率ΔAFの取得。
検出空燃比変化率ΔAF(微分値d(abyfs)/dt)は、空燃比変動指標量AFD及びインバランス判定用パラメータXの元データとなるデータ(基本指標量)である。CPU71は、この検出空燃比変化率ΔAFを、今回の検出空燃比abyfsから前回の検出空燃比abyfsoldを減じることによって取得する。即ち、今回の検出空燃比abyfsをabyfs(n)、前回の検出空燃比abyfsoldをabyfs(n−1)と表記すると、CPU71はステップ1420にて「今回の検出空燃比変化率ΔAF(n)」を下記の(8)式に従って求める。
ΔAF(n)=abyfs(n)−abyfs(n−1) …(8)
検出空燃比変化率ΔAF(微分値d(abyfs)/dt)は、空燃比変動指標量AFD及びインバランス判定用パラメータXの元データとなるデータ(基本指標量)である。CPU71は、この検出空燃比変化率ΔAFを、今回の検出空燃比abyfsから前回の検出空燃比abyfsoldを減じることによって取得する。即ち、今回の検出空燃比abyfsをabyfs(n)、前回の検出空燃比abyfsoldをabyfs(n−1)と表記すると、CPU71はステップ1420にて「今回の検出空燃比変化率ΔAF(n)」を下記の(8)式に従って求める。
ΔAF(n)=abyfs(n)−abyfs(n−1) …(8)
(B)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の積算値SAFDの更新。
CPU71は今回の積算値SAFD(n)を下記の(9)式に従って求める。即ち、CPU71は、ステップ1420に進んだ時点における前回の積算値SAFD(n−1)に上記算出した今回の検出空燃比変化率ΔAF(n)の絶対値|ΔAF(n)|を加えることにより、積算値SAFDを更新する。
SAFD(n)=SAFD(n−1)+|ΔAF(n)| …(9)
CPU71は今回の積算値SAFD(n)を下記の(9)式に従って求める。即ち、CPU71は、ステップ1420に進んだ時点における前回の積算値SAFD(n−1)に上記算出した今回の検出空燃比変化率ΔAF(n)の絶対値|ΔAF(n)|を加えることにより、積算値SAFDを更新する。
SAFD(n)=SAFD(n−1)+|ΔAF(n)| …(9)
積算値SAFDに「今回の検出空燃比変化率の絶対値|ΔAF(n)|」を積算する理由は、図5の(B)及び(C)からも理解されるように、検出空燃比変化率ΔAF(n)は正の値にも負の値にもなるからである。なお、積算値SAFDも、イニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるようになっている。
(C)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の、積算値SAFDへの積算回数カウンタCnの更新。
CPU71は、下記の(10)式に従って、カウンタCnの値を「1」だけ増大する。Cn(n)は更新後のカウンタCnであり、Cn(n−1)は更新前のカウンタCnである。このカウンタCnの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるとともに、後述するステップ1475にても「0」に設定される。従って、カウンタCnの値は、積算値SAFDに積算された検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|のデータ数を示す。
Cn(n)=Cn(n−1)+1 …(10)
CPU71は、下記の(10)式に従って、カウンタCnの値を「1」だけ増大する。Cn(n)は更新後のカウンタCnであり、Cn(n−1)は更新前のカウンタCnである。このカウンタCnの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるとともに、後述するステップ1475にても「0」に設定される。従って、カウンタCnの値は、積算値SAFDに積算された検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|のデータ数を示す。
Cn(n)=Cn(n−1)+1 …(10)
次に、CPU71はステップ1425に進み、基準気筒(本例では第1気筒)の圧縮上死点を基準としたクランク角CA(絶対クランク角CA)が720°クランク角になっているか否かを判定する。このとき、絶対クランク角CAが720°クランク角未満であると、CPU71はステップ1425にて「No」と判定してステップ1495に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
なお、ステップ1425は、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値を求めるための最小単位の期間を定めるステップであり、ここでは「単位燃焼サイクル期間である720°クランク角」がその最小単位の期間に相当する。勿論、この最小単位の期間は720°クランク角よりも短くてもよいが、サンプリング時間tsの複数倍の長さ以上の期間であることが望ましい。即ち、最小単位の期間内に複数個の検出空燃比変化率ΔAFが取得されるように、その最小単位の期間が定められていることが望ましい。
一方、CPU71がステップ1425の処理を行う時点において、絶対クランク角CAが720°クランク角になっていると、CPU71はそのステップ1425にて「Yes」と判定し、ステップ1430に進む。
CPU71は、ステップ1430にて、
(D)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAFを算出し、
(E)平均値AveΔAFの積算値Saveを更新し、且つ、
(F)積算回数カウンタCsを更新する。
以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
(D)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAFを算出し、
(E)平均値AveΔAFの積算値Saveを更新し、且つ、
(F)積算回数カウンタCsを更新する。
以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
(D)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAFの算出。
CPU71は、下記の(11)式に示したように、積算値SAFDをカウンタCnの値により除することにより、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAFを算出する。この後、CPU71は積算値SAFDを「0」に設定する。
AveΔAF=SAFD/Cn …(11)
CPU71は、下記の(11)式に示したように、積算値SAFDをカウンタCnの値により除することにより、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAFを算出する。この後、CPU71は積算値SAFDを「0」に設定する。
AveΔAF=SAFD/Cn …(11)
(E)平均値AveΔAFの積算値Saveの更新。
CPU71は今回の積算値Save(n)を下記の(12)式に従って求める。即ち、CPU71は、ステップ1430に進んだ時点における前回の積算値Save(n−1)に上記算出した今回の平均値AveΔAFを加えることにより、積算値Saveを更新する。この積算値Save(n)の値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定される。
Save(n)=Save(n−1)+AveΔAF …(12)
CPU71は今回の積算値Save(n)を下記の(12)式に従って求める。即ち、CPU71は、ステップ1430に進んだ時点における前回の積算値Save(n−1)に上記算出した今回の平均値AveΔAFを加えることにより、積算値Saveを更新する。この積算値Save(n)の値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定される。
Save(n)=Save(n−1)+AveΔAF …(12)
(F)積算回数カウンタCsの更新。
CPU71は、下記の(13)式に従って、カウンタCsの値を「1」だけ増大する。Cs(n)は更新後のカウンタCsであり、Cs(n−1)は更新前のカウンタCsである。このカウンタCsの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定される。従って、カウンタCsの値は、積算値Saveに積算された平均値AveΔAFのデータ数を示す。
Cs(n)=Cs(n−1)+1 …(13)
CPU71は、下記の(13)式に従って、カウンタCsの値を「1」だけ増大する。Cs(n)は更新後のカウンタCsであり、Cs(n−1)は更新前のカウンタCsである。このカウンタCsの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定される。従って、カウンタCsの値は、積算値Saveに積算された平均値AveΔAFのデータ数を示す。
Cs(n)=Cs(n−1)+1 …(13)
次に、CPU71はステップ1435に進み、カウンタCsの値が閾値Csth以上であるか否かを判定する。このとき、カウンタCsの値が閾値Csth未満であると、CPU71はそのステップ1435にて「No」と判定し、ステップ1495に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、閾値Csthは自然数であり、2以上であることが望ましい。
一方、CPU71がステップ1435の処理を行う時点において、カウンタCsの値が閾値Csth以上であると、CPU71はそのステップ1435にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ1440乃至ステップ1455の処理を順に行い、ステップ1460に進む。
ステップ1440:CPU71は、下記(14)式に従って積算値SaveをカウンタCsの値(=Csth)によって除することにより、空燃比変動指標量AFDを取得する。この空燃比変動指標量AFDは、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の各単位燃焼サイクル期間における平均値を、複数(Csth分)の単位燃焼サイクル期間について平均した値である。
AFD=Save/Csth …(14)
AFD=Save/Csth …(14)
ステップ1445:CPU71は、空燃比センサ素子温度(空燃比センサ67の固体電解質層671の温度)TempSを、固体電解質層671の実際のアドミタンスYactに基いて推定する。より具体的に述べると、CPU71は、排ガス側電極層672と大気側電極層673との間に、「矩形波又は正弦波等の検知電圧」を「電源679による印加電圧」に周期的に重畳させ、その際に固体電解質層671に流れる電流(前記検知電圧印加から所定時間が経過した時点における排ガス側電極層672と大気側電極層673との間の電圧により求められる電流)と検知電圧とに基いて、実際の空燃比センサ67のアドミタンスYactを所定時間の経過毎に取得している。なお、アドミタンス(アドミタンスの逆数であるインピーダンス)の取得方法は周知であり、例えば、特開2001−74693号公報、特開2002−48761号公報及び特開2007−17191号公報等にも記載されている。そして、CPU71は、ステップ1445に進んだ時点における空燃比センサ素子温度TempSをそのステップ1445にて読み込む。
また、CPU71は、ステップ1445にて、空燃比変動指標量AFD(より具体的には検出空燃比変化率ΔAF)を取得している期間において所定時間の経過毎に取得されたアドミタンスYactの平均値に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定してもよい。
図15は、空燃比センサ素子温度と固体電解質層のアドミタンスYとの関係を示したグラフである。この関係は、ROM72内にルックアップテーブルの形式にて記憶されている。このテーブルは、素子温度テーブルMapTempS(Y)と称呼される。CPU71は取得した実際のアドミタンスYactをこの素子温度テーブルMapTempS(Y)に適用することにより、空燃比センサ素子温度TempS(=MapTempS(Yact))を推定する。
ステップ1450:CPU71は、ステップ1445にて推定した空燃比センサ素子温度TempSを、図16に実線により示した補正値算出テーブルMap kh(TempS)に適用することにより補正値kh(kh≦1.0)を決定する。補正値算出テーブルMap kh(TempS)は、ROM72内にルックアップテーブルの形式にて記憶されている。
この補正値算出テーブルMap kh(TempS)によれば、空燃比センサ素子温度TempSが高くなるほど、補正値(補正係数)khは1.0以下の範囲において小さくなるように求められる。更に、補正値算出テーブルMap kh(TempS)によれば、空燃比センサ素子温度TempSが活性温度(例えば、第1の特定温度とも言える700℃)以下であるとき、及び、空燃比センサ素子温度TempSが許容される上限温度(例えば、第2の特定温度とも言える900℃)以上であるとき、補正値khは1.0に維持される。但し、空燃比センサ素子温度TempSが700℃以下の領域において低下するに従って補正値khは増大し、空燃比センサ素子温度TempSが900℃以上の領域において増加するに従って補正値khは減少するように、補正値算出テーブルMap kh(TempS)が構成されていてもよい(破線を参照。)。
ステップ1455:CPU71は、「ステップ1440にて取得した空燃比変動指標量AFD」に「ステップ1450にて取得した補正値kh」を乗じた値(=kh・AFD)を空燃比変動指標量補正値として取得するとともに、その空燃比変動指標量補正値そのものをインバランス判定用パラメータXとして取得(決定)する。
この補正khによる補正は、推定された空燃比センサ素子温度TempSが特定温度(図16の例においては700℃)よりも高くなるほど、取得された空燃比変動指標量AFDを減少させる補正を、その空燃比変動指標量AFDに施すことと等価である。
更に、CPU71は、「ステップ1440にて取得した空燃比変動指標量AFD」に「ステップ1450にて取得した補正値kh」を乗じた値(空燃比変動指標量補正値)に、更に、正の定数Cpを乗じた値(=Cp・kh・AFD)をインバランス判定用パラメータXとして取得してもよい。なお、定数Cpが「1」でることは、上述した「空燃比変動指標量補正値そのものをインバランス判定用パラメータXとして決定する」ことと同義である。
このように、インバランス判定用パラメータXは、推定された空燃比センサ素子温度TempSが高くなるほど空燃比変動指標量AFDが小さくなるように、ステップ1440にて得られた空燃比変動指標量AFDを補正した空燃比変動指標量補正値に応じた値(比例した値)であればよい。
その後、CPU71はステップ1460に進み、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きいか否かを判定する。
そして、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きいと、CPU71はステップ1460にて「Yes」と判定してステップ1465に進み、インバランス発生フラグXINBの値を「1」に設定する。即ち、CPU71は空燃比気筒間インバランス状態が発生していると判定する。更に、このとき、CPU71は図示しない警告ランプを点灯してもよい。なお、インバランス発生フラグXINBの値はバックアップRAM74に格納される。その後、CPU71はステップ1495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
これに対し、CPU71がステップ1460の処理を行う時点において、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xth以下であると、CPU71はステップ1460にて「No」と判定してステップ1470に進み、インバランス発生フラグXINBの値を「2」に設定する。即ち、「空燃比気筒間インバランス判定の結果、空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定された旨」を記憶する。その後、CPU71はステップ1495に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ1470は省略されてもよい。
一方、CPU71がステップ1405に進んだ際にパラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」でなければ、CPU71はそのステップ1405にて「No」と判定してステップ1475に進む。そして、CPU71はステップ1475にて各値(例えば、ΔAF,SAFD,SABF,Cn等)を「0」に設定(クリア)し、その後、ステップ1495に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
以上、説明したように、第1判定装置は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関10に適用される。更に、第1判定装置は、空燃比センサ67と、複数の燃料噴射弁39と、インバランス判定手段とを備える。
前記インバランス判定手段は、
所定のパラメータ取得条件が成立している期間であるパラメータ取得期間(パラメータ取得許可フラグXkyoka=1)において、「空燃比センサ67が配設された部位を通過する排ガス」の空燃比の変動が大きくなるほど大きくなる空燃比変動指標量AFDを、空燃比センサ67の出力値Vabyfsに基づいて取得するとともに(図14のステップ1405乃至ステップ1440)、その取得された空燃比変動指標量AFDに基いて求められるインバランス判定用パラメータXと所定のインバランス判定用閾値Xthとの比較を実行し(図14のステップ1455及びステップ1460)、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し(図14のステップ1465)、且つ、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定する(図14のステップ1470)。
所定のパラメータ取得条件が成立している期間であるパラメータ取得期間(パラメータ取得許可フラグXkyoka=1)において、「空燃比センサ67が配設された部位を通過する排ガス」の空燃比の変動が大きくなるほど大きくなる空燃比変動指標量AFDを、空燃比センサ67の出力値Vabyfsに基づいて取得するとともに(図14のステップ1405乃至ステップ1440)、その取得された空燃比変動指標量AFDに基いて求められるインバランス判定用パラメータXと所定のインバランス判定用閾値Xthとの比較を実行し(図14のステップ1455及びステップ1460)、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し(図14のステップ1465)、且つ、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定する(図14のステップ1470)。
加えて、前記インバランス判定手段は、
前記パラメータ取得期間における前記固体電解質層の温度である空燃比センサ素子温度TempSを推定する素子温度推定手段(図14のステップ1445及び図15)と、
前記推定された空燃比センサ素子温度TempSが特定温度(例えば、700℃)よりも高くなるほど前記取得された空燃比変動指標量AFDを減少させる補正を、前記取得された空燃比変動指標量AFDに施した空燃比変動指標量補正値を取得し、その空燃比変動指標量補正値に応じた値を前記インバランス判定用パラメータXとして決定するインバランス判定用パラメータの決定(図14のステップ1450及び1455)を、インバランス判定用パラメータXとインバランス判定用閾値Xthとの前記比較の実行前(ステップ1460の前)に行う比較準備手段と、
を含む。
前記パラメータ取得期間における前記固体電解質層の温度である空燃比センサ素子温度TempSを推定する素子温度推定手段(図14のステップ1445及び図15)と、
前記推定された空燃比センサ素子温度TempSが特定温度(例えば、700℃)よりも高くなるほど前記取得された空燃比変動指標量AFDを減少させる補正を、前記取得された空燃比変動指標量AFDに施した空燃比変動指標量補正値を取得し、その空燃比変動指標量補正値に応じた値を前記インバランス判定用パラメータXとして決定するインバランス判定用パラメータの決定(図14のステップ1450及び1455)を、インバランス判定用パラメータXとインバランス判定用閾値Xthとの前記比較の実行前(ステップ1460の前)に行う比較準備手段と、
を含む。
これにより、インバランス判定用パラメータXが「空燃比センサ素子温度TempSがある特定温度であるとき(即ち、空燃比センサの応答性が特定の応答性であるとき)に得られる値」となる。換言すると、空燃比変動指標量補正値は「空燃比センサ素子温度が特定温度である場合に得られる空燃比変動指標量」となり、インバランス判定用パラメータXは「空燃比センサ素子温度が特定温度である場合に得られる空燃比変動指標量」に応じた値となる。その結果、空燃比センサ素子温度TempSに関わらず、インバランス判定を精度良く実行することができる。
なお、第1判定装置は、ステップ1450において、ステップ1445にて推定した空燃比センサ素子温度TempSを、図16に一点鎖線により示した補正値算出テーブルMap kh another(TempS)に適用することにより補正値khを決定してもよい。補正値算出テーブルMap kh another(TempS)は、ROM72内にルックアップテーブルの形式にて記憶されている。
この補正値算出テーブルMap kh another(TempS)によれば、空燃比センサ素子温度TempSが特定温度(例えば、800℃)よりも高くなるほど、補正値khは1.0以下の範囲において小さくなるように求められる。即ち、この補正値khによれば、推定された空燃比センサ素子温度TempSが特定温度よりも高くなるほど、空燃比変動指標量AFDを減少させる補正がなされ、その補正により空燃比変動指標量補正値が得られる。
更に、補正値算出テーブルMap kh another(TempS)によれば、空燃比センサ素子温度TempSが特定温度(例えば、800℃)よりも低くなるほど、補正値khは1.0以上の範囲において大きくなるように求められる。即ち、この補正値khによれば、推定された空燃比センサ素子温度TempSが特定温度よりも低くなるほど、空燃比変動指標量AFDを増大させる補正がなされ、その補正により空燃比変動指標量補正値が得られる。
従って、この補正値khによっても、空燃比変動指標量AFDが「空燃比センサ素子温度が特定温度(例えば、800℃)である場合に得られる空燃比変動指標量」に規格化される。つまり、第1判定装置のインバランス判定手段に含まれる比較準備手段は、推定された空燃比センサ素子温度TempSが特定温度(例えば、800℃)よりも低くなるほど前記取得された空燃比変動指標量AFDを増大させる補正を空燃比変動指標量AFDに施すとともに、推定された空燃比センサ素子温度TempSが特定温度(800℃)よりも高くなるほど前記取得された空燃比変動指標量AFDを減少させる補正を空燃比変動指標量AFDに施すことにより空燃比変動指標量補正値を得るように構成されていてもよい。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る判定装置(以下、単に「第2判定装置」と称呼する。)について説明する。
次に、本発明の第2実施形態に係る判定装置(以下、単に「第2判定装置」と称呼する。)について説明する。
第2判定装置は、空燃比変動指標量AFDをそのまま(即ち、空燃比変動指標量AFDを空燃比センサ素子温度TempSに基いて補正することなく)インバランス判定用パラメータXとして採用する。一方、第2判定装置は、インバランス判定用閾値Xthを空燃比センサ素子温度TempSに基いて決定する。即ち、第2判定装置は、空燃比センサ素子温度TempSが大きいほどインバランス判定用閾値Xthが大きくなるように、空燃比センサ素子温度TempSに基づいてインバランス判定用閾値Xthを求める。その他の点は第1判定装置と同様である。
(実際の作動)
第2判定装置のCPU71は、図14に代わる図17に示した「空燃比気筒間インバランス判定ルーチン」をサンプリング時間ts(4ms)が経過する毎に実行する点のみにおいて、第1判定装置と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
第2判定装置のCPU71は、図14に代わる図17に示した「空燃比気筒間インバランス判定ルーチン」をサンプリング時間ts(4ms)が経過する毎に実行する点のみにおいて、第1判定装置と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
図17に示したルーチンは、図14のルーチンのステップ1450及びステップ1455を、ステップ1710及びステップ1720にそれぞれ置換した点のみにおいて、図14のルーチンと相違している。そこで、以下、ステップ1710及びステップ1720の処理について説明する。なお、図17に示したステップのうち既に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、そのような既に説明したステップに付された符号と同一の符合を付している。
CPU71は、ステップ1445にて空燃比センサ素子温度TempS取得するとステップ1710に進み、取得した空燃比センサ素子温度TempSを、図18に示した閾値決定テーブルMapXth(TempS)に適用することによりインバランス判定用閾値Xthを決定する。
この閾値決定テーブルMapXth(TempS)によれば、インバランス判定用閾値Xthは空燃比センサ素子温度TempSが高いほどが大きくなるように決定される。
なお、CPU71は、閾値決定テーブルMapXth(TempS)に代わる閾値決定テーブルMapXth(TempS,Ga)に、ステップ1445にて取得した空燃比センサ素子温度TempS及びエアフローメータ61により計測されている吸入空気流量Gaを適用することにより、インバランス判定用閾値Xthを決定してもよい。この閾値決定テーブルMapXth(TempS,Ga)によれば、空燃比センサ素子温度TempSが高いほどインバランス判定用閾値Xthが大きくなるように、且つ、吸入空気流量Gaが大きいほどインバランス判定用閾値Xthが大きくなるように、空燃比センサ素子温度TempS及び吸入空気流量Gaに基いてインバランス判定用閾値Xthが決定される。
このようにインバランス判定用閾値Xthを、空燃比センサ素子温度TempSのみならず、吸入空気流量Gaにも基いて決定するのは、空燃比センサ67の出力値Vabyfsの応答性が、保護カバー(67b、67c)の存在に起因して、吸入空気流量Gaが小さいほど低下するからである。
次に、CPU71はステップ1720に進み、ステップ1440にて求めた空燃比変動指標量AFDをインバランス判定用パラメータXとして採用する。なお、CPU71は、空燃比変動指標量AFDに正の定数Cpを乗じた値をインバランス判定用パラメータXとして採用してもよい。
その後、CPU71はステップ1460以降に進み、ステップ1720にて取得されたインバランス判定用パラメータXと、ステップ1710にて決定されたインバランス判定用閾値Xthと、を比較することにより、第1判定装置のCPU71と同様のインバランス判定を実行する。即ち、CPU71は、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きければ空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも小さければ空燃比気筒間インバランス状態は発生していないと判定する。
以上、説明したように、第2判定装置のインバランス判定手段は、第1判定装置のインバランス判定手段と同様、所定のパラメータ取得条件が成立している期間であるパラメータ取得期間(パラメータ取得許可フラグXkyoka=1)において、「空燃比センサ67が配設された部位を通過する排ガス」の空燃比の変動が大きくなるほど大きくなる空燃比変動指標量AFDを、空燃比センサ67の出力値Vabyfsに基づいて取得するとともに(図17のステップ1405乃至ステップ1440)、その取得された空燃比変動指標量AFDに基いて求められるインバランス判定用パラメータXと所定のインバランス判定用閾値Xthとの比較を実行し(図17のステップ1460)、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し(図17のステップ1465)、且つ、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定する(図17のステップ1470)。
加えて、第2判定装置のインバランス判定手段は、空燃比変動指標量補正値を求める代わりに、推定された空燃比センサ素子温度TempSが高くなるほどインバランス判定用閾値Xthが大きくなるように、その推定された空燃比センサ素子温度TempSに基いてインバランス判定用閾値Xthを決定するように構成されている(図17のステップ1710、及び、図18)。
前述したように、空燃比センサ素子温度TempSが低いほど空燃比センサの応答性は低下するから、空燃比センサ素子温度TempSが低いほど空燃比センサの出力値Vabyfsに基づいて取得される空燃比変動指標量AFDは小さくなる。換言すると、空燃比センサ素子温度TempSが高いほど空燃比センサの応答性は上昇するから、空燃比センサ素子温度TempSが高いほど空燃比センサの出力値Vabyfsに基づいて取得される空燃比変動指標量AFDが大きくなる。
これに対応するように、第2判定装置においては、推定された空燃比センサ素子温度TempSが高くなるほどインバランス判定用閾値Xthは大きくなり、推定された空燃比センサ素子温度TempSが低くなるほどインバランス判定用閾値Xthは小さくなる。即ち、第2判定装置におけるインバランス判定用閾値Xthは、「空燃比センサ素子温度TempSに依存して変化する空燃比センサの応答性がインバランス判定用パラメータXに及ぼす影響」を考慮した値となる。その結果、空燃比センサ素子温度に関わらず、インバランス判定を精度良く実行することができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る判定装置(以下、単に「第3判定装置」と称呼する。)について説明する。
次に、本発明の第3実施形態に係る判定装置(以下、単に「第3判定装置」と称呼する。)について説明する。
第3判定装置は、第1判定装置に対して以下の点のみにおいて相違している。
・固体電解質層671の実際のアドミタンスYactと所定の目標値(目標アドミタンスYtgt)との差が小さくなるようにヒータ678の発熱量を制御するヒータ制御手段を備える点。
・第1判定装置が「固体電解質層671の実際のアドミタンスYactに基づいて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。」のに対し、第3判定装置は「ヒータ678を流れる電流の量に応じた値」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定するように構成されている点。
以下、これらの相違点について説明する。
・固体電解質層671の実際のアドミタンスYactと所定の目標値(目標アドミタンスYtgt)との差が小さくなるようにヒータ678の発熱量を制御するヒータ制御手段を備える点。
・第1判定装置が「固体電解質層671の実際のアドミタンスYactに基づいて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。」のに対し、第3判定装置は「ヒータ678を流れる電流の量に応じた値」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定するように構成されている点。
以下、これらの相違点について説明する。
図19の実線Y1は、経時変化する前の空燃比センサ67のアドミタンスY(固体電解質層671のアドミタンスY)と、空燃比センサ素子温度TempSと、の関係を示している。アドミタンスYは空燃比センサ素子温度TempSが高くなるほど大きくなる。従って、電気制御装置70は、空燃比センサ67の実際のアドミタンスYactと所定の目標アドミタンスYtgtとの差が小さくなるようにヒータ678の通電量(ヒータ678に流れる電流)を制御することにより、ヒータ678の発熱量を制御する(ヒータ制御を行う)。
ところが、空燃比センサ67の使用時間が長くなると空燃比センサ67は経時変化する。その結果、図19の破線Y2により示した「経時変化した空燃比センサ67のアドミタンスY」は、実線Y1により示した「経時変化する前の空燃比センサ67のアドミタンスY」よりも小さくなる。
このため、ヒータ制御により実際のアドミタンスYactが目標アドミタンスYtgtに一致していたとしても、空燃比センサ67が経時変化しているか否かに応じて空燃比センサ素子温度は相違する。従って、空燃比センサ素子温度を実際のアドミタンスYactに基づいて推定すると、その推定された空燃比センサ素子温度は実際の空燃比センサ素子温度と相違する。この結果、実際のアドミタンスYactに基づいて推定された空燃比センサ素子温度TempSを用いて空燃比変動指標量補正値(インバランス判定用パラメータ)を取得すると、その空燃比変動指標量補正値(インバランス判定用パラメータ)は気筒別空燃比差を精度の良く表す値とならない可能性が高い。
そこで、上述したように、第3判定装置は、「ヒータ678に流れる電流の量に応じた値」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
(実際の作動)
第3判定装置のCPU71は、図12乃至図14に示したルーチンを第1判定装置のCPU71と同様に実行する。更に、第3判定装置のCPU71は、空燃比センサ素子温度を制御するために、所定時間が経過する毎に図20にフローチャートにより示した「空燃比センサヒータ制御ルーチン」を実行する。
第3判定装置のCPU71は、図12乃至図14に示したルーチンを第1判定装置のCPU71と同様に実行する。更に、第3判定装置のCPU71は、空燃比センサ素子温度を制御するために、所定時間が経過する毎に図20にフローチャートにより示した「空燃比センサヒータ制御ルーチン」を実行する。
<空燃比センサヒータ制御>
従って、所定のタイミングになると、CPU71は図20のステップ2000から処理を開始してステップ2010に進み、目標アドミタンスYtgtを設定する。目標アドミタンスYtgtは機関10の暖機完了前(冷却水温THWが閾値冷却水温THWth以下)において、第1温度(例えば、600℃)に対応する値に設定され、機関10の暖機完了後において「第1温度よりも高い第2温度(例えば、750℃)」に設定される。
従って、所定のタイミングになると、CPU71は図20のステップ2000から処理を開始してステップ2010に進み、目標アドミタンスYtgtを設定する。目標アドミタンスYtgtは機関10の暖機完了前(冷却水温THWが閾値冷却水温THWth以下)において、第1温度(例えば、600℃)に対応する値に設定され、機関10の暖機完了後において「第1温度よりも高い第2温度(例えば、750℃)」に設定される。
次に、CPU71はステップ2020に進み、実際のアドミタンスYactが「目標アドミタンスYtgtに正の所定値αを加えた値」よりも大きいか否かを判定する。
このとき、ステップ2020の条件が成立していると、CPU71はステップ2020にて「Yes」と判定してステップ2030に進み、ヒータデューティDutyを所定量ΔDだけ減少する。次いで、CPU71はステップ2040に進み、ヒータデューティDutyに基いてヒータ678に通電する。この場合、ヒータデューティDutyが減少されているので、ヒータ678への通電量(電流)が減少し、ヒータ678の発熱量が減少する。その結果、空燃比センサ素子温度が低下する。その後、CPU71はステップ2095に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
これに対し、CPUがステップ2020の処理を実行する時点において、実際のアドミタンスYactが「目標アドミタンスYtgtに正の所定値αを加えた値」以下であると、CPU71はステップ2020にて「No」と判定してステップ2050に進む。CPU71はステップ2050にて、実際のアドミタンスYactが「目標アドミタンスYtgtから正の所定値αを減じた値」よりも小さいか否かを判定する。
このとき、ステップ2050の条件が成立していると、CPU71はステップ2050にて「Yes」と判定してステップ2060に進み、ヒータデューティDutyを所定量ΔDだけ増大する。次いで、CPU71はステップ2040に進み、ヒータデューティDutyに基いてヒータ678に通電する。この場合、ヒータデューティDutyが増大されているので、ヒータ678への通電量(電流量)が増大し、ヒータ678の発熱量が増大する。その結果、空燃比センサ素子温度が上昇する。その後、CPU71はステップ2095に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
他方、CPUがステップ2050の処理を実行する時点において、実際のアドミタンスYactが「目標アドミタンスYtgtから正の所定値αを減じた値」よりも大きいと、CPU71はそのステップ2050にて「No」と判定し、ステップ2040に直接進む。この場合、ヒータデューティDutyは変化しないので、ヒータ678への通電量も変化しない。その結果、ヒータ678の発熱量は変化しないので、空燃比センサ素子温度も大きく変化しない。その後、CPU71はステップ2095に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
このように、ヒータ制御により、実際のアドミタンスYactが「目標アドミタンスYtgtの近傍の範囲(Ytgt−αからYtgt+αまでの範囲)内に制御される。換言すると、空燃比センサ素子温度は、目標アドミタンスYtgtに応じた値に略一致させられる。
加えて、第3判定装置のCPU71は、図14に示したルーチンと同じルーチンを実行する。但し、このCPU71はステップ1445に進んだとき、第1判定装置のCPU71とは異なる方法により空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
具体的に述べると、第3判定装置のCPU71は、所定時間(サンプリング時間ts)が経過する毎にヒータデューティDutyのなまし値SDを取得している。なまし値SDは、なまし値SDの更新時点のヒータデューティDutyをDuty(n)と表記し、更新後のなまし値SDをSD(n)、更新前(即ち、サンプリング時間tsが経過する前の時点)のなまし値SDをSD(n−1)と表記するとき、下記の(15)式により算出される。βは0から1までの任意の定数である。
SD(n)=β・SD(n−1)+(1−β)・Duty(n) …(15)
SD(n)=β・SD(n−1)+(1−β)・Duty(n) …(15)
CPU71は、ステップ1445においてなまし値SDを読み込み、そのなまし値SDが大きいほど空燃比センサ素子温度TempSが高くなるように、なまし値SDに基づいて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
次に、CPU71はステップ1450に進み、ステップ1445にて推定した空燃比センサ素子温度TempSを、図16に示した補正値算出テーブルMap kh(TempS)(又は、補正値算出テーブルMap kh another(TempS))に適用することにより、補正値khを決定する。その後、CPU71はステップ1455にて、「ステップ1440にて取得した空燃比変動指標量AFD」に「ステップ1450にて取得した補正値kh」を乗じた値(=kh・AFD)を空燃比変動指標量補正値として取得するとともに、その空燃比変動指標量補正値そのものをインバランス判定用パラメータXとして取得(決定)する。
次いで、CPU71はステップ1460以降に進み、インバランス判定用パラメータXとインバランス判定用閾値Xthとの比較に基づいてインバランス判定を実行する。即ち、CPU71は、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きければ空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも小さければ、空燃比気筒間インバランス状態は発生していないと判定する。以上が、第3判定装置の実際の作動である。
なお、第3判定装置(及び後述する他の判定装置)のCPU71は、固体電解質層671の実際のインピーダンスZactと目標値(目標インピーダンスZtgt)との差が小さくなるようにヒータの発熱量を制御してもよい。インピーダンスZはアドミタンスYの逆数であるから、インピーダンスZが大きくなるほど空燃比センサ素子温度TempSは小さくなる。従って、CPU71は、実際のインピーダンスZactが「目標インピーダンスZtgtに正の所定値γを加えた値」よりも大きいとき、ヒータデューティDutyを所定量ΔDだけ増大する。更に、CPU71は、実際のインピーダンスZactが「目標インピーダンスZtgtから正の所定値γを減じた値」よりも小さいとき、ヒータデューティDutyを所定量ΔDだけ減少する。
更に、第3判定装置のCPU71は、「ヒータに流れた電流の量に応じた値(なまし値SD)」のみならず、「排ガスの温度に相関を有する機関10の運転パラメータ」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定するように構成され得る。「排ガスの温度に相関を有する機関10の運転パラメータ」は、例えば、排ガス温度センサにより検出される排ガス温度検出値、エアフローメータ61により測定される吸入空気流量Ga、負荷KL及び機関回転速度NE等の中から一つ以上選択される。
実際の排ガス温度は、これらのパラメータの値が大きいほど高くなる。従って、CPU71は、これらのパラメータから選択した値が大きいほど、空燃比センサ素子温度TempSが高くなるように空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
以上、説明したように、空燃比センサ67は、電流が流されることにより発熱し、「固体電解質層671と排ガス側電極層672と大気側電極層673とを含むセンサ素子部」を加熱するヒータ678を備える。更に、第3判定装置は、固体電解質層671の実際のアドミタンスYactと所定の目標値(目標アドミタンスYtgt)との差が小さくなるようにヒータ678の発熱量を制御するヒータ制御手段を備える(図20)。加えて、第3判定装置の素子温度推定手段は、少なくとも「ヒータ678を流れる電流の量に応じた値(なまし値SD)」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定するように構成されている(第3判定装置における図14のステップ1445)。
ヒータ678に流れる電流の大きさ(Duty)はヒータ678の発熱量と強い相関を有するから、空燃比センサ素子温度TempSとの相関が強い。従って、ヒータに流れた電流の量に応じた値(なまし値SD)に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定することにより、空燃比センサ67が経時変化しているか否かに依らず、空燃比センサ素子温度を精度良く推定することができる。その結果、精度の良いインバランス判定用パラメータXを取得することができるので、インバランス判定を精度良く行うことができる。
更に、その素子温推定手段は、排ガスの温度に相関を有する機関10の運転パラメータに基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定するように構成され得る。
空燃比センサ素子温度は排ガスの温度にも依存する。従って、上記構成によれば、より精度良く空燃比センサ素子温度TempSを推定することができる。その結果、精度の良いインバランス判定用パラメータXを取得することができるので、インバランス判定を精度良く行うことができる。
なお、第3判定装置のCPU71は、ヒータデューティDutyのなまし値SDに代え、ヒータ678を流れる実際の電流値(ヒータ電流)Iのなまし値SIを「ヒータ678を流れる電流の量に応じた値」として求め、その値SIに基づいて空燃比センサ素子温度TempSを推定してもよい。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る判定装置(以下、単に「第4判定装置」と称呼する。)について説明する。
次に、本発明の第4実施形態に係る判定装置(以下、単に「第4判定装置」と称呼する。)について説明する。
第4判定装置は、第3判定装置に対して以下の点のみにおいて相違している。
・第3判定装置が、「ヒータに流れた電流の量に応じた値」に基いて推定された空燃比センサ素子温度TempSに基づいて「インバランス判定用パラメータX」を決定しているのに対し、第4判定装置は、「ヒータに流れた電流の量に応じた値」に基いて推定された空燃比センサ素子温度TempSに基づいて「インバランス判定用閾値Xth」を決定する点。
以下、この相違点について説明する。
・第3判定装置が、「ヒータに流れた電流の量に応じた値」に基いて推定された空燃比センサ素子温度TempSに基づいて「インバランス判定用パラメータX」を決定しているのに対し、第4判定装置は、「ヒータに流れた電流の量に応じた値」に基いて推定された空燃比センサ素子温度TempSに基づいて「インバランス判定用閾値Xth」を決定する点。
以下、この相違点について説明する。
(実際の作動)
第4判定装置のCPU71は、図12、図13、図17に示したルーチンを第2判定装置のCPU71と同様に実行する。更に、第4判定装置のCPU71は、図20に示したルーチンを第3判定装置のCPU71と同様に実行する。
第4判定装置のCPU71は、図12、図13、図17に示したルーチンを第2判定装置のCPU71と同様に実行する。更に、第4判定装置のCPU71は、図20に示したルーチンを第3判定装置のCPU71と同様に実行する。
但し、第4判定装置のCPU71は図17のステップ1445に進んだとき、そのステップ1445において、「上記(15)式に従って別途計算されているヒータデューティDutyのなまし値SD」を取得する。そして、そのCPU71は、なまし値SDが大きいほど空燃比センサ素子温度TempSが高くなるように、なまし値SDに基づいて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
次に、CPU71はステップ1710に進み、ステップ1445にて「なまし値SD」に基いて取得した空燃比センサ素子温度TempSを、図18に示した閾値決定テーブルMapXth(TempS)に適用することにより、インバランス判定用閾値Xthを決定する。推定された空燃比センサ素子温度TempSが低くなるほどインバランス判定用閾値Xthは小さくなる。
次に、CPU71はステップ1720に進み、ステップ1440にて求めた空燃比変動指標量AFDをインバランス判定用パラメータXとして採用する。そして、CPU71はステップ1460以降に進み、インバランス判定用パラメータXとインバランス判定用閾値Xthとの比較に基づいてインバランス判定を実行する。即ち、CPU71は、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きければ空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも小さければ、空燃比気筒間インバランス状態は発生していないと判定する。以上が、第4判定装置の実際の作動である。
なお、第4判定装置のCPU71は第3判定装置のCPU71と同様、「ヒータに流れた電流の量に応じた値(なまし値SD)」のみならず、上述した「排ガスの温度に相関を有する機関10の運転パラメータ」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定するように構成され得る。また、第4判定装置は、ヒータデューティDutyのなまし値SDに代え、ヒータ678を流れる実際の電流値(ヒータ電流)Iのなまし値SIを「ヒータ678を流れる電流の量に応じた値」として求め、その値SIに基づいて空燃比センサ素子温度TempSを推定してもよい。
以上、説明したように、第4判定装置は、第3判定装置と同様、少なくとも「ヒータ678を流れる電流の量に応じた値(なまし値SD、SI)」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定するように構成された素子温度推定手段を備える(図17のステップ1445)。従って、第4判定装置は、空燃比センサ67が経時変化しているか否かに依らず、空燃比センサ素子温度TempSを精度良く推定することができる。その結果、「空燃比センサ素子温度TempSに依存して変化する空燃比センサの応答性がインバランス判定用パラメータXに及ぼす影響」を考慮したインバランス判定用閾値Xthが得られるので、インバランス判定を精度良く実行することができる。
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態に係る判定装置(以下、単に「第5判定装置」と称呼する。)について説明する。
次に、本発明の第5実施形態に係る判定装置(以下、単に「第5判定装置」と称呼する。)について説明する。
第5判定装置は、パラメータ取得許可条件が成立したとき(パラメータ取得許可フラグXkyokaが「1」であるとき)の目標アドミタンスYtgtをパラメータ取得条件が成立していないとき(パラメータ取得許可フラグXkyokaが「0」であるとき)の目標アドミタンスYtgt(=Ytujo)よりも所定値ΔYだけ増大させる点においてのみ、第3判定装置と相違している。
より具体的に述べると、第5判定装置のCPU71は、図20に代わる図21にフローチャートにより示した「空燃比センサヒータ制御ルーチン」を所定時間が経過する毎に実行するようになっている。なお、図21に示したステップのうち既に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、そのような既に説明したステップに付された符号と同一の符合を付している。
CPU71は所定のタイミングにてステップ2100から処理を開始してステップ2110に進むと、パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「0」であるか否かを判定する。
このとき、パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「0」であれば、CPU71はステップ2110にて「Yes」と判定してステップ2110に進み、目標アドミタンスYtgtを通常値Ytujoに設定する。通常値Ytujoは、空燃比センサ67が活性状態にあり、排ガスの空燃比が安定している限り出力値Vabyfsがその排ガスの空燃比に応じた値となる値に定められている。例えば、通常値Ytujoは、センサ素子温度が700℃程度であるときのアドミタンスYである。通常値Ytujoに対応する空燃比センサ素子温度は「通常温度及び第1温度t1」とも称呼される。その後、CPU71はステップ2020以降に進む。
これに対し、CPUがステップ2110の処理を実行する時点において、パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」であれば、CPU71はステップ2110にて「No」と判定してステップ2130に進み、目標アドミタンスYtgtを「通常値Ytujoに正の所定値ΔYを加えた値(Ytujo+ΔY)」に設定する。即ち、CPU71は、目標アドミタンスYtgtを通常値Ytujoよりも増大する。その後、CPU71はステップ2020以降に進む。
この「通常値Ytujoに正の所定値ΔYを加えた値(Ytujo+ΔY)」は、上昇値Ytupとも称呼される。上昇値Ytupは、空燃比センサ67が活性状態にあり、且つ、空燃比センサ67の応答性が「排ガスの空燃比の変動に出力値Vabyfsが十分に追従できる程度」になる値に定められている。例えば、上昇値Ytupは、センサ素子温度が850℃程度であるときのアドミタンスYである。上昇値Ytupに対応するセンサ素子温度は「上昇温度及び第2温度t2」とも称呼される。
この結果、CPU71がステップ2020以降の処理を行うことにより、空燃比変動指標量AFDの元データとなる基本指標量(検出空燃比変化率ΔAF)を取得する期間(パラメータ取得期間)の空燃比センサ素子温度が、通常時(検出空燃比変化率ΔAFを取得しないパラメータ非取得期間)の空燃比センサ素子温度よりも高くなる。従って、検出空燃比変化率ΔAFが「空燃比センサの応答性が高くなっている状態」において取得される。この結果、気筒別空燃比差をより精度よく表す空燃比変動指標量AFDを得ることができる。
但し、この第5判定装置のCPU71は、第3判定装置のCPU71と同様、「ヒータに流れた電流の量に応じた値」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定するとともに、その推定された空燃比センサ素子温度TempSに基いて空燃比変動指標量AFDを補正し、その補正により得られた空燃比変動指標量補正値(=kh・AFD)をインバランス判定用パラメータXとして取得(決定)する。これにより、空燃比センサ67が経時変化しているか否かに関わらず、インバランス判定用パラメータXが「空燃比センサ67の応答性が特定の応答性であるときに得られるインバランス判定用パラメータ」に一致する。更に、第5判定装置は、そのインバランス判定用パラメータXとインバランス判定用閾値Xthとの比較に基づいてインバランス判定を実行する。
以上、説明したように、第5判定装置のインバランス判定手段は、ヒータ制御手段が、「パラメータ取得期間における前記センサ素子部の温度を、パラメータ取得期間以外の期間における前記センサ素子部の温度、よりも高くするセンサ素子部温度上昇制御」をそのパラメータ取得期間において実行するように、ヒータ制御手段に指示するように構成されている(図21のステップ2110を参照。)。
また、ヒータ制御手段は、センサ素子部温度上昇制御を実行するように指示されたとき、目標値(目標アドミタンスYtgt、目標インピーダンスZtgt)を、前記素子部温度上昇制御の実行を指示されていないときの値と相違させることにより、前記センサ素子部温度上昇制御を実現するように構成されている(図21のステップ2120及び2130を参照。)。即ち、目標値が目標アドミタンスYtgtであれば、素子部温度上昇制御の実行を指示されていないときの値は通常値Ytujoであり、センサ素子部温度上昇制御の実行を指示されたときの値は上昇値Ytup(=Ytujo+ΔY)である。これに対し、目標値が目標インピーダンスZtgtであれば、素子部温度上昇制御の実行を指示されていないときの値は通常値Ztujoであり、センサ素子部温度上昇制御の実行を指示されたときの値は上昇値Ztup(=Ztujo−ΔZ、ΔZ>0)である。
これによれば、インバランス判定用パラメータXが気筒別空燃比差をより精度良く表す値になるので、インバランス判定をより精度良く行うことができる。更に、通常時には空燃比センサ素子温度は相対的に低い温度(通常温度、第1温度t1)に維持されるので、常に空燃比センサ素子温度を相対的に高い温度(上昇温度、第2温度t2)に維持しておく場合に比較して、空燃比センサ67の劣化(経時変化)が早期化することを回避することができる。
<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態に係る判定装置(以下、単に「第6判定装置」と称呼する。)について説明する。
次に、本発明の第6実施形態に係る判定装置(以下、単に「第6判定装置」と称呼する。)について説明する。
第6判定装置は、パラメータ取得許可条件が成立したとき(パラメータ取得許可フラグXkyokaが「1」に設定されたとき)の目標アドミタンスYtgtをパラメータ取得条件が成立していないとき(パラメータ取得許可フラグXkyokaが「0」であるとき)の目標アドミタンスYtgt(=Ytujo)よりも所定値ΔYだけ増大させる点においてのみ、第4判定装置と相違している。
即ち、第6判定装置は、第5判定装置と同様、ヒータ制御手段が「センサ素子部温度上昇制御」をパラメータ取得期間において実行するように、ヒータ制御手段に指示するインバランス判定手段を備える(図21のステップ2110を参照。)。
また、第5判定装置のヒータ制御手段と同様、第6判定装置のヒータ制御手段は、センサ素子部温度上昇制御を実行するように指示されたとき、目標値(目標アドミタンスYtgt、目標インピーダンスZtgt)を、前記素子部温度上昇制御の実行を指示されていないときの値と相違させることにより、前記センサ素子部温度上昇制御を実現するように構成されている(図21のステップ2120及び2130を参照。)。
より具体的に述べると、第6判定装置のCPU71は、図20に代わる図21にフローチャートにより示した「空燃比センサヒータ制御ルーチン」を所定時間が経過する毎に実行するようになっている。従って、パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「0」であれば、目標アドミタンスYtgtは通常値Ytujoに設定される。パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」であれば、目標アドミタンスYtgtは「上昇値Ytup(=Ytujo+ΔY)」に設定される。
この結果、CPU71がステップ2020以降の処理を行うことにより、空燃比変動指標量AFDの元データとなる基本指標量(検出空燃比変化率ΔAF)を取得する期間(パラメータ取得期間)の空燃比センサ素子温度が、通常時(検出空燃比変化率ΔAFを取得しないパラメータ非取得期間)の空燃比センサ素子温度よりも高くなる。従って、検出空燃比変化率ΔAFが「空燃比センサの応答性が高くなっている状態」において取得される。この結果、気筒別空燃比差をより精度よく表す空燃比変動指標量AFD及びインバランス判定用パラメータXを得ることができる。
但し、この第6判定装置のCPU71は、第4判定装置のCPU71と同様、「ヒータに流れた電流の量に応じた値」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定するとともに、その推定された空燃比センサ素子温度TempSに基いてインバランス判定用閾値Xthを決定する。
これにより、空燃比センサ67が経時変化しているか否かに関わらず、空燃比センサ素子温度TempSを精度良く推定することができる。その結果、「空燃比センサ素子温度TempSに依存して変化する空燃比センサの応答性がインバランス判定用パラメータXに及ぼす影響」を考慮したインバランス判定用閾値Xthが得られるので、インバランス判定を精度良く実行することができる。
更に、通常時には空燃比センサ素子温度は相対的に低い温度(通常温度、第1温度t1)に維持されるので、常に空燃比センサ素子温度を相対的に高い温度(上昇温度、第2温度t2)に維持しておく場合に比較して、空燃比センサ67の劣化(経時変化)が早期化することを回避することができる。
<第7実施形態>
次に、本発明の第7実施形態に係る判定装置(以下、単に「第7判定装置」と称呼する。)について説明する。
次に、本発明の第7実施形態に係る判定装置(以下、単に「第7判定装置」と称呼する。)について説明する。
第7判定装置は、機関10の今回の始動後において未だインバランス判定の結果が得られていない場合にパラメータ取得許可条件が成立したとき(パラメータ取得許可フラグXkyokaが「1」に設定されたとき)、目標アドミタンスYtgtを変更することなく通常時の目標アドミタンス(通常値Ytujo)に維持しておき、その状態において空燃比変動指標量AFDを得る。そして、第7判定装置は、ヒータに流れた電流の量に応じた値に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
次に、第7判定装置は、第5判定装置と同様、空燃比変動指標量AFDを「推定した空燃比センサ素子温度TempS」により補正した値を暫定的な空燃比変動指標量補正値として求め、その暫定的な空燃比変動指標量補正値を暫定的なインバランス判定用パラメータXとして採用する。
次に、第7判定装置は、暫定的なインバランス判定用パラメータXが高側閾値XHithよりも大きいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する。この判定が得られた場合、第7判定装置は、少なくとも、次に機関10が始動された後にパラメータ取得条件が成立するまで、目標アドミタンスYtgtを上昇値Ytupに設定しない。
一方、第7判定装置は、暫定的なインバランス判定用パラメータXが「高側閾値XHithよりも小さい低側閾値XLoth」よりも小さいとき、空燃比気筒間インバランス状態は発生していないと判定する。この判定が得られた場合、第7判定装置は、少なくとも、次に機関10が始動された後にパラメータ取得条件が成立するまで、目標アドミタンスYtgtを上昇値Ytupに設定しない。
他方、第7判定装置は、暫定的なインバランス判定用パラメータXが「高側閾値XHithと低側閾値XLothとの間」であるとき、インバランス判定の結果を出すことを保留する。インバランス判定の結果を出すことを保留することは、インバランス判定を保留するとも表現される。
更に、第7判定装置は、インバランス判定を保留した場合においてパラメータ取得条件が成立すると、目標アドミタンスYtgtを上昇値Ytupに設定し、空燃比センサ素子温度を上昇させる。これにより、空燃比センサ67の応答性が高くなる。
第7判定装置は、この状態において、第3及び第5判定装置と同様、空燃比変動指標量AFDを取得するとともに、「ヒータに流れた電流の量に応じた値」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定し、その推定された空燃比センサ素子温度TempSに基いて空燃比変動指標量AFDを補正し、その補正により得られた空燃比変動指標量補正値(=kh・AFD)をインバランス判定用パラメータXとして取得(決定)する。その後、第7判定装置は、第3及び第5判定装置と同様、そのインバランス判定用パラメータXとインバランス判定用閾値Xthとの比較に基づいてインバランス判定を実行する。
(実際の作動)
第7判定装置のCPU71は、図12及び図13に示したルーチンを他の判定装置と同様に実行する。更に、第7判定装置のCPU71は、図22乃至図24に示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行する。図12及び図13のルーチンは説明済みであるので、図22乃至図24のルーチンについて説明する。なお、図22乃至図24に示したステップのうち既に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、そのような既に説明したステップに付された符号と同一の符合を付している。
第7判定装置のCPU71は、図12及び図13に示したルーチンを他の判定装置と同様に実行する。更に、第7判定装置のCPU71は、図22乃至図24に示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行する。図12及び図13のルーチンは説明済みであるので、図22乃至図24のルーチンについて説明する。なお、図22乃至図24に示したステップのうち既に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、そのような既に説明したステップに付された符号と同一の符合を付している。
CPU71は、図22に示された空燃比センサヒータ制御ルーチンを実行することにより、以下の総ての条件が成立した場合にステップ2250にて目標アドミタンスYtgtを上昇値Ytupに設定し、それ以外の場合にステップ2240にて目標アドミタンスYtgtを通常値Ytujoに設定する。
・パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」である(ステップ2210での「No」との判定を参照。)。
・機関10の今回の始動後においてインバランス判定結果が未だ得られていない(ステップ2220での「Yes」との判定を参照。)。
・インバランス判定が保留されている(ステップ2230での「Yes」との判定を参照。)。
・機関10の今回の始動後においてインバランス判定結果が未だ得られていない(ステップ2220での「Yes」との判定を参照。)。
・インバランス判定が保留されている(ステップ2230での「Yes」との判定を参照。)。
更に、CPU71はステップ2020乃至ステップ2060までの処理により、ヒータ制御を実行する。
CPU71は、所定のサンプリング時間tsが経過する毎に、図23にフローチャートにより示した「第1インバランス判定ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンによれば、以下の総ての条件が成立した場合にステップ2320にて空燃比変動指標量AFDが取得される。このステップ2320の処理は、図14のステップ1410乃至ステップ1440の処理を含む。
・パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」である(ステップ2305での「Yes」との判定を参照。)。
・機関10の今回の始動後においてインバランス判定結果が未だ得られていない(ステップ2310での「Yes」との判定を参照。)。
・インバランス判定が保留されていない(ステップ2315での「Yes」との判定を参照。)。
・機関10の今回の始動後においてインバランス判定結果が未だ得られていない(ステップ2310での「Yes」との判定を参照。)。
・インバランス判定が保留されていない(ステップ2315での「Yes」との判定を参照。)。
そして、CPU71は、ステップ2325にて空燃比変動指標量AFDの取得が完了したことを確認すると、以下に述べるステップ2330乃至ステップ2340の処理を順に行い、ステップ2345に進む。
ステップ2330:CPU71は、ヒータデューティDutyのなまし値SDに基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
ステップ2335:CPU71は、ステップ2330にて推定した空燃比センサ素子温度TempSを、図16に示した補正値算出テーブルMap kh(TempS)(又は、補正値算出テーブルMap kh another(TempS))に適用することにより、補正値khを決定する。
ステップ2335:CPU71は、ステップ2330にて推定した空燃比センサ素子温度TempSを、図16に示した補正値算出テーブルMap kh(TempS)(又は、補正値算出テーブルMap kh another(TempS))に適用することにより、補正値khを決定する。
ステップ2340:CPU71は、「ステップ2320にて取得した空燃比変動指標量AFD」に「ステップ2335にて取得した補正値kh」を乗じた値(=kh・AFD)を暫定的な空燃比変動指標量補正値として取得するとともに、その暫定的な空燃比変動指標量補正値そのものを暫定的なインバランス判定用パラメータXとして取得(決定)する。
その後、CPU71は以下の処理を行い、ステップ2395に進む。
・暫定的なインバランス判定用パラメータXが高側閾値XHithよりも大きいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する(ステップ2345及びステップ2350)。
・暫定的なインバランス判定用パラメータXが低側閾値XLothよりも小さいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定する(ステップ2355及びステップ2360)。
・暫定的なインバランス判定用パラメータXが高側閾値XHith以下であり且つ低側閾値XLoth以上であるとき、インバランス判定を保留する(ステップ2345、ステップ2355及びステップ2365)。
・暫定的なインバランス判定用パラメータXが高側閾値XHithよりも大きいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する(ステップ2345及びステップ2350)。
・暫定的なインバランス判定用パラメータXが低側閾値XLothよりも小さいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定する(ステップ2355及びステップ2360)。
・暫定的なインバランス判定用パラメータXが高側閾値XHith以下であり且つ低側閾値XLoth以上であるとき、インバランス判定を保留する(ステップ2345、ステップ2355及びステップ2365)。
CPU71は、所定のサンプリング時間tsが経過する毎に、図24にフローチャートにより示した「第2インバランス判定ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンによれば、以下の総ての条件が成立した場合にステップ2440にて空燃比変動指標量AFDが取得される。このステップ2440の処理は、図14のステップ1410乃至ステップ1440の処理を含む。
・パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」である(ステップ2410での「Yes」との判定を参照。)。
・機関10の今回の始動後においてインバランス判定結果が未だ得られていない(ステップ2420での「Yes」との判定を参照。)。
・インバランス判定が保留されている(ステップ2430での「Yes」との判定を参照。)。
・機関10の今回の始動後においてインバランス判定結果が未だ得られていない(ステップ2420での「Yes」との判定を参照。)。
・インバランス判定が保留されている(ステップ2430での「Yes」との判定を参照。)。
そして、CPU71は、ステップ2450にて空燃比変動指標量AFDの取得が完了したことを確認すると、以下に述べるステップ2460乃至ステップ2480の処理を順に行い、ステップ1460に進む。
ステップ2460:CPU71は、ヒータデューティDutyのなまし値SDに基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
ステップ2470:CPU71は、ステップ2460にて推定した空燃比センサ素子温度TempSを、図16に示した補正値算出テーブルMap kh(TempS)(又は、補正値算出テーブルMap kh another(TempS))に適用することにより、補正値khを決定する。
ステップ2470:CPU71は、ステップ2460にて推定した空燃比センサ素子温度TempSを、図16に示した補正値算出テーブルMap kh(TempS)(又は、補正値算出テーブルMap kh another(TempS))に適用することにより、補正値khを決定する。
ステップ2480:CPU71は、「ステップ2440にて取得した空燃比変動指標量AFD」に「ステップ2470にて取得した補正値kh」を乗じた値(=kh・AFD)を最終的な空燃比変動指標量補正値として取得するとともに、その最終的な空燃比変動指標量補正値そのものを最終的なインバランス判定用パラメータXとして取得(決定)する。
その後、CPU71はステップ1460以降に進み、ステップ2480にて取得された最終的なインバランス判定用パラメータXと、インバランス判定用閾値Xthと、を比較することにより、第3及び第5判定装置のCPU71と同様のインバランス判定を実行する。即ち、CPU71は、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きければ空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し(ステップ1460及びステップ1465)、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも小さければ空燃比気筒間インバランス状態は発生していないと判定する(ステップ1460及びステップ1470)。
以上、説明したように、第7判定装置によれば、空燃比センサ素子温度を通常温度に維持した状態において空燃比変動指標量AFDを取得し、ヒータ678に流れる電流に応じた値に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定し、その空燃比センサ素子温度TempSに基いて空燃比変動指標量AFDを補正して空燃比変動指標量補正値を取得する。更に、CPU71は、その空燃比変動指標量補正値を暫定的なインバランス判定用パラメータXとして取得し、その暫定的なインバランス判定用パラメータXを用いてインバランス判定を行う。
その結果、空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かが判定できた場合、空燃比センサ素子温度を上昇温度へと上昇させない。従って、空燃比センサ67が早期に劣化することを回避することができる。
更に、第7判定装置は、暫定的なインバランス判定用パラメータXによっては空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定できない場合(インバランス判定を保留した場合)、空燃比センサ素子温度を上昇温度へと上昇させ、その状態において空燃比変動指標量AFDを取得する。更に、その空燃比変動指標量AFDを得たときの空燃比センサ素子温度TempSをヒータ678に流れる電流に応じた値に基いて推定する。そして、第7判定装置は、推定した空燃比センサ素子温度TempSに基いて空燃比変動指標量AFDを補正することにより空燃比変動指標量補正値を取得し、その空燃比変動指標量補正値を最終的なインバランス判定用パラメータXとして取得する。更に、第7判定装置は、その最終的なインバランス判定用パラメータXを用いてインバランス判定を行う。従って、第1、第3及び第5判定装置と同様、気筒別空燃比差を精度良く表すインバランス判定用パラメータXが得られるので、インバランス判定を精度良く行うことができる。
<第8実施形態>
次に、本発明の第8実施形態に係る判定装置(以下、単に「第8判定装置」と称呼する。)について説明する。
次に、本発明の第8実施形態に係る判定装置(以下、単に「第8判定装置」と称呼する。)について説明する。
第8判定装置は、第7判定装置と同様の空燃比センサヒータ制御を行う。即ち、機関10の今回の始動後において未だインバランス判定の結果が得られていない場合にパラメータ取得許可条件が成立したとき(パラメータ取得許可フラグXkyokaが「1」に設定されたとき)、目標アドミタンスYtgtを変更することなく通常時の目標アドミタンス(通常値Ytujo)に維持しておき、その状態において空燃比変動指標量AFDを得る。そして、第8判定装置は、その空燃比変動指標量AFDを暫定的なインバランス判定用パラメータXとして採用するとともに、空燃比変動指標量AFDを取得した期間においてヒータ678に流れた電流に応じた値に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
次に、第8判定装置は、高側閾値XHiを「推定した空燃比センサ素子温度TempS」に基いて決定するとともに、高側閾値XHithよりも小さい低側閾値XLothを「推定した空燃比センサ素子温度TempS」に基いて決定する。
次に、第8判定装置は、暫定的なインバランス判定用パラメータXが高側閾値XHithよりも大きいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する。この判定が得られた場合、第8判定装置は、少なくとも、次に機関10が始動された後にパラメータ取得条件が成立するまで、目標アドミタンスYtgtを上昇値Ytupに設定しない。
一方、第8判定装置は、暫定的なインバランス判定用パラメータXが低側閾値XLothよりも小さいとき、空燃比気筒間インバランス状態は発生していないと判定する。この判定が得られた場合、第8判定装置は、少なくとも、次に機関10が始動された後にパラメータ取得条件が成立するまで、目標アドミタンスYtgtを上昇値Ytupに設定しない。
他方、第8判定装置は、暫定的なインバランス判定用パラメータXが「高側閾値XHithと低側閾値XLothとの間」であるとき、インバランス判定を保留する。
更に、第8判定装置は、第7判定装置と同様、インバランス判定の結果を出すことを保留した場合においてパラメータ取得条件が成立すると、目標アドミタンスYtgtを上昇値Ytupに設定し、空燃比センサ素子温度を上昇させる。これにより、空燃比センサ67の応答性が高くなる。
第8判定装置は、この状態において、第4及び第6判定装置と同様、空燃比変動指標量AFDを取得するとともに、その空燃比変動指標量AFDをインバランス判定用パラメータXとして採用する。更に、第8判定装置は、その空燃比変動指標量AFDを取得している期間において「ヒータ678を流れる電流の量に応じた値」に基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定し、その推定された空燃比センサ素子温度TempSに基いてインバランス判定用閾値Xthを決定する。その後、第8判定装置は、第4及び第6判定装置と同様、そのインバランス判定用パラメータXとインバランス判定用閾値Xthとの比較に基づいてインバランス判定を実行する。
(実際の作動)
第8判定装置のCPU71は、図12及び図13に示したルーチンを他の判定装置と同様に実行する。更に、第8判定装置のCPU71は、図22、図25及び図26に示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行する。図12、図13及び図22のルーチンは説明済みであるので、図25及び図26のルーチンについて説明する。なお、図25及び図26に示したステップのうち既に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、そのような既に説明したステップに付された符号と同一の符合を付している。
第8判定装置のCPU71は、図12及び図13に示したルーチンを他の判定装置と同様に実行する。更に、第8判定装置のCPU71は、図22、図25及び図26に示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行する。図12、図13及び図22のルーチンは説明済みであるので、図25及び図26のルーチンについて説明する。なお、図25及び図26に示したステップのうち既に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、そのような既に説明したステップに付された符号と同一の符合を付している。
CPU71は、所定のサンプリング時間tsが経過する毎に、図25にフローチャートにより示した「第1インバランス判定ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図23のステップ2335及びステップ2340を、図25のステップ2510及びステップ2520に置換した点のみにおいて、図23のルーチンと相違している。
即ち、ステップ2325にて空燃比変動指標量AFDの取得が完了したことが確認されると、CPU71はステップ2330に進み、ヒータデューティDutyのなまし値SDに基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
次いで、CPU71はステップ2510に進み、「ステップ2320にて取得した空燃比変動指標量AFD」をそのまま暫定的なインバランス判定用パラメータXとして取得(決定)する。
次に、CPU71はステップ2520にて、「ステップ2330にて推定した空燃比センサ素子温度TempS」に基いて高側閾値XHithを決定するとともに、「ステップ2330にて推定した空燃比センサ素子温度TempS」に基いて低側閾値XLothを決定する。このとき、高側閾値XHith及び低側閾値XLothは、何れも空燃比センサ素子温度TempSが高いほど大きくなるように、決定される。
その後、CPU71はステップ2345以降の処理を行い、ステップ2395に進む。この結果、暫定的なインバランス判定用パラメータXに基いてインバランス判定が行われるとともに、暫定的なインバランス判定用パラメータXが高側閾値XHith以下であり且つ低側閾値XLoth以上であるときインバランス判定が保留される。
CPU71は、所定のサンプリング時間tsが経過する毎に、図26にフローチャートにより示した「第2インバランス判定ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図24のステップ2470及びステップ2480を、図26のステップ2610及びステップ2620に置換した点のみにおいて、図24のルーチンと相違している。
即ち、ステップ2450にて空燃比変動指標量AFDの取得が完了したことが確認されると、CPU71はステップ2460に進み、ヒータデューティDutyのなまし値SDに基いて空燃比センサ素子温度TempSを推定する。
次いで、CPU71はステップ2610に進み、「ステップ2440にて取得した空燃比変動指標量AFD」をそのまま最終的なインバランス判定用パラメータXとして取得(決定)する。
次に、CPU71はステップ2620にて、「ステップ2460にて推定した空燃比センサ素子温度TempS」に基いてインバランス判定用閾値Xthを決定する。このステップは、図17のステップ1710と同様のステップである。従って、インバランス判定用閾値Xthは、空燃比センサ素子温度TempSが高いほど大きくなるように決定される。
その後、CPU71はステップ1460以降の処理を行い、ステップ2610にて取得されたインバランス判定用パラメータXと、ステップ2620にて決定されたインバランス判定用閾値Xthと、を比較することにより、インバランス判定を実行する。即ち、CPU71は、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも大きければ空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し(ステップ1460及びステップ1465)、インバランス判定用パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも小さければ空燃比気筒間インバランス状態は発生していないと判定する(ステップ1460及びステップ1470)。
以上、説明したように、第8判定装置によれば、空燃比センサ素子温度を通常温度に維持した状態において空燃比変動指標量AFDを取得し、その空燃比変動指標量AFDを暫定的なインバランス判定用パラメータXとして取得する。更に、第8判定装置は、その空燃比変動指標量AFDを取得した期間における空燃比センサ素子温度TempSを、ヒータ678を流れた電流に応じた値に基いて推定する。加えて、第8判定装置は、高側閾値XHith及び低側閾値XLothのそれぞれを、推定した空燃比センサ素子温度TempSに基いて決定する。そして、第8判定装置は、暫定的なインバランス判定用パラメータXと、高側閾値XHith及び低側閾値XLothと、の比較に基いてインバランス判定を行う。
その結果、空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かが判定できた場合、空燃比センサ素子温度を上昇温度へと上昇させない。従って、空燃比センサ67が早期に劣化することを回避することができる。
更に、第8判定装置は、暫定的なインバランス判定用パラメータXによっては空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定できない場合(インバランス判定を保留した場合)、空燃比センサ素子温度を上昇温度へと上昇させ、その状態において空燃比変動指標量AFDを取得し、その空燃比変動指標量AFDを最終的なインバランス判定用パラメータXとして取得する。更に、第8判定装置は、その空燃比変動指標量AFDを取得した期間における空燃比センサ素子温度TempSを、ヒータ678を流れた電流に応じた値に基いて推定する。加えて、第8判定装置は、推定した空燃比センサ素子温度TempSに基いてインバランス判定用閾値Xthを決定する。
そして、第8判定装置は、その最終的なインバランス判定用パラメータXとインバランス判定用閾値Xthとを用いてインバランス判定を行う。従って、第2、第4及び第6判定装置と同様、気筒別空燃比差を精度良く表すインバランス判定用パラメータXが得られるので、インバランス判定を精度良く行うことができる。
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る判定装置は、空燃比センサ67の応答性に強い相関を有する空燃比センサ素子温度(固体電解質層671の温度)を推定するとともに、その空燃比センサ素子温度に基いて「インバランス判定用パラメータ及び/又はインバランス判定用閾値」を決定する。従って、インバランス判定用パラメータ又はインバランス判定用閾値が、空燃比センサ素子温度に依存して変化する空燃比センサ67の応答性を反映した値となる。その結果、各実施形態に係る判定装置は、空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを精度良く判定することができる。
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、空燃比変動指標量AFDは以下に述べるように求められるパラメータであってもよい。
(P1)空燃比変動指標量AFDは、空燃比センサ67の出力値Vabyfsの軌跡長(基本指標量)又は検出空燃比abyfsの軌跡長(基本指標量)に応じた値であってもよい。例えば、検出空燃比abyfsの軌跡長は、一定サンプリング時間tsが経過する毎に出力値Vabyfsを取得するとともに、その出力値Vabyfsを検出空燃比abyfsへと変換し、その検出空燃比abyfsと、一定サンプリング時間ts前に取得した検出空燃比abyfsと、の差の絶対値を積算することによって求めることができる。
この軌跡長は、単位燃焼サイクル期間毎に求められることが望ましい。複数の単位燃焼サイクル期間についての軌跡長の平均値(即ち、軌跡長に応じた値)を空燃比変動指標量AFDとして採用してもよい。なお、出力値Vabyfsの軌跡長及び検出空燃比abyfsの軌跡長は、機関回転速度NEが大きいほど大きくなる傾向を有するので、この軌跡長に基くインバランス判定用パラメータをインバランス判定に使用する場合、機関回転速度NEが大きいほどインバランス判定用閾値Xthを大きくすることが好ましい。
(P2)空燃比変動指標量AFDは、「空燃比センサ67の出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の変化率の変化率(即ち、これらの値の時間に関する二階微分値)を基本指標量として求め、その基本指標量に応じた値として求められてもよい。例えば、空燃比変動指標量AFDは、「空燃比センサ67の出力値Vabyfsの時間に関する二階微分値d2(Vabyfs)/dt2」の絶対値の単位燃焼サイクル期間における最大値、又は、「上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの時間に関する二階微分値d2(abyfs)/dt2)」の絶対値の単位燃焼サイクル期間における最大値であってもよい。
例えば、検出空燃比abyfsの変化率の変化率は次のようにして取得することができる。
・一定サンプリング時間tsが経過する毎に出力値Vabyfsを取得する。
・その出力値Vabyfsを検出空燃比abyfsへと変換する。
・その検出空燃比abyfsと、一定サンプリング時間ts前に取得した検出空燃比abyfsと、の差を検出空燃比abyfsの変化率として取得する。
・その検出空燃比abyfsの変化率と、一定サンプリング時間ts前に取得した検出空燃比abyfsの変化率と、の差を検出空燃比abyfsの変化率の変化率(二階微分値d2(abyfs)/dt2)として取得する。
・一定サンプリング時間tsが経過する毎に出力値Vabyfsを取得する。
・その出力値Vabyfsを検出空燃比abyfsへと変換する。
・その検出空燃比abyfsと、一定サンプリング時間ts前に取得した検出空燃比abyfsと、の差を検出空燃比abyfsの変化率として取得する。
・その検出空燃比abyfsの変化率と、一定サンプリング時間ts前に取得した検出空燃比abyfsの変化率と、の差を検出空燃比abyfsの変化率の変化率(二階微分値d2(abyfs)/dt2)として取得する。
この場合、「単位燃焼サイクル期間内において複数得られた検出空燃比abyfsの変化率の変化率」の中から「その絶対値が最大である値」を代表値として選択し、そのような代表値を複数の単位燃焼サイクル期間に対して求め、得られた複数の代表値の絶対値の平均値を空燃比変動指標量AFDとして採用してもよい。
更に、上記各判定装置は、微分値d(abyfs)/dt(検出空燃比変化率ΔAF)を基本指標量として採用し、その基本指標量の絶対値の単位燃焼サイクル期間における平均値に基く値を空燃比変動指標量AFDとして採用していた。
これに対し、上記各判定装置は、微分値d(abyfs)/dt(検出空燃比変化率ΔAF)を基本指標量として取得し、単位燃焼サイクル期間において得られた複数の微分値d(abyfs)/dtのうち正の値を有するデータ中からその絶対値が最大の値P1を取得するとともに、同じ単位燃焼サイクル期間において得られた微分値d(Vabyfs)/dtのうち負の値を有するデータ中からその絶対値が最大の値P2を取得し、値P1の絶対値及び値P2の絶対値のうちの大きい方を基本指標量として採用してもよい。そして、上記各判定装置は、複数の単位燃焼サイクル期間に対して得られた基本指標量の絶対値の平均値を、空燃比変動指標量AFDとして採用してもよい。
更に、上記各判定装置は、例えば、V型エンジンにも適用することができる。その場合、V型エンジンは右バンクに属する2以上の気筒の排気集合部よりも下流に右バンク上流側触媒(前記機関の排気通路であって前記複数の気筒のうちの少なくとも2以上の気筒の燃焼室から排出された排ガスが集合する排気集合部よりも下流側の部位に配設された触媒)を備え、左バンクに属する2以上の気筒の排気集合部よりも下流に左バンク上流側触媒(前記機関の排気通路であって前記複数の気筒のうちの少なくとも2以上の気筒以外の残りの2以上の気筒の燃焼室から排出された排ガスが集合する排気集合部よりも下流側の部位に配設された触媒)、を備えることができる。
更に、V型エンジンは、右バンク上流側触媒の上流及び下流に右バンク用の上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサを備え、左バンク上流側触媒の上流及び下流に左バンク用の上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサを備えることができる。各上流側空燃比センサは、上記空燃比センサ67と同様、各バンクの排気集合部と各バンクの上流側触媒との間に配設される。この場合、右バンク用のメインフィードバック制御及びサブフィードバック制御が「右バンク用の上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサの各出力値」に基いて実行され、それとは独立して左バンク用のメインフィードバック制御及びサブフィードバック制御が「左バンク用の上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサの各出力値」に基いてが実行される。
この場合、判定装置は、右バンク用の上流側空燃比センサの出力値に基いて右バンク用の「空燃比変動指標量AFDに応じたインバランス判定用パラメータX」を求め、それを用いて右バンクに属する気筒間において空燃比気筒間インバランス状態が発生しているか否かを判定することができる。
同様に、判定装置は、左バンク用の上流側空燃比センサの出力値に基いて左バンク用の「空燃比変動指標量AFDに応じたインバランス判定用パラメータX」を求め、それを用いて左バンクに属する気筒間において空燃比気筒間インバランス状態が発生しているか否かを判定することができる。
加えて、上記各判定装置は、インバランス判定用閾値Xth(高側閾値XHith及び低側閾値XLothを含む。)を、吸入空気流量Gaが大きいほど大きくなるように変更してもよい。これは、保護カバー67b及び67cの存在により、吸入空気流量Gaが小さいほど、空燃比センサ67の応答性が低くなるからである。
更に、前記高側閾値XHithは前記インバランス判定用閾値Xth以上の値であり、前記低側閾値XLothは前記インバランス判定用閾値Xthよりも小さい値であることが好適である。但し、高側閾値XHithは、暫定的なインバランス判定用パラメータXが高側閾値XHithよりも大きいとき、明らかに空燃比気筒間インバランス状態が発生していると断定できる値であれば、前記インバランス判定用閾値Xthよりも小さい値であってもよい。同様に、低側閾値XLothは、暫定的なインバランス判定用パラメータXが低側閾値XLothよりも小さいとき、明らかに空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと断定できる値であればよい。
更に、上記各判定装置は、前記2以上の気筒の燃焼室に供給される混合気の空燃比が目標空燃比となるように前記指示燃料噴射量を制御する指示燃料噴射量制御手段を備える(図12及び図13のルーチン)。この指示燃料噴射量制御手段は、空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される空燃比(検出空燃比abyfs)と目標空燃比abyfrとに基いて、それらが一致するように空燃比フィードバック量(DFi)を算出し、その空燃比フィードバック量(DFi)に基いて前記指示燃料噴射量を決定(調整・制御)する空燃比フィードバック制御手段を含んでいる(図12のステップ1240及び図13のルーチン)。また、指示燃料噴射量制御手段は、係る空燃比フィードバック制御手段を含むことなく、例えば、吸入空気流量と機関回転速度とから定まる筒内吸入空気量(一回の吸気行程において一つの気筒に吸入される空気量)Mcを目標空燃比abyfrによって除した値を前記指示燃料噴射量として決定(制御)するフィードフォワード制御手段であってもよい。即ち、図12のルーチンのメインフィードバック量DFiを「0」に設定してもよい。
更に、上記各判定装置のヒータ制御手段は、実際のアドミタンスYactが「目標アドミタンスYtgtから正の所定値αを減じた値」よりも小さい場合には前記ヒータデューティDutyを100%に設定し(即ち、ヒータ678への通電量を最大値に設定し)、実際のアドミタンスYactが「目標アドミタンスYtgtに正の所定値αを加えた値」よりも大きい場合には前記ヒータデューティDutyを「0]に設定し(即ち、ヒータ678への通電量を最小値に設定し)、実際のアドミタンスYactが「目標アドミタンスYtgtから正の所定値αを減じた値」と「目標アドミタンスYtgtに正の所定値αを加えた値」との間にある場合には、ヒータデューティDutyを「0よりも大きく100%よりも小さい所定値(例えば、50%)」に設定するように構成されていてもよい。
また、上記各判定装置におけるインバランス判定手段は、
「前記センサ素子部温度上昇制御の実行を前記ヒータ制御手段に指示した時点」から所定の遅延時間Tdelayが経過した後に「空燃比変動指標量AFD(実際には、検出空燃比変化率ΔAF)の取得を開始する」ように構成されることが望ましい。
「前記センサ素子部温度上昇制御の実行を前記ヒータ制御手段に指示した時点」から所定の遅延時間Tdelayが経過した後に「空燃比変動指標量AFD(実際には、検出空燃比変化率ΔAF)の取得を開始する」ように構成されることが望ましい。
ヒータ678への通電量を増大してから、空燃比センサ素子温度が実際に上昇するまでには所定の時間を有する。従って、上記のように構成すれば、空燃比センサ素子温度が高くなることにより空燃比センサ67の応答性が十分に高くなった時点以降において、空燃比変動指標量AFDを空燃比センサ67の出力値Vabyfsに基いて取得することができる。従って、気筒別空燃比差をより精度良く表すインバランス判定用パラメータXを取得することができる。
この場合、前記インバランス判定手段は、前記所定の遅延時間Tdelayを前記排ガスの温度Texが高いほど短く設定するように構成され得る。排ガスの温度Texが高いほど空燃比センサ素子温度は迅速に上昇する。従って、排ガスの温度Texが高いほど、前記遅延時間Tdelayを短く設定することができる。
排ガス温度Texは排ガス温度検出センサにより取得されてもよく、「排ガスの温度Texに相関を有する機関10の運転パラメータ(例えば、エアフローメータ61により測定される吸入空気流量Ga、負荷KL及び機関回転速度NE等)」に基いて推定されてもよい。
より具体的には、各判定装置のインバランス判定手段は、図27に示したように、前記遅延時間Tdelayを「吸入空気流量Ga又は負荷KL」が大きいほど短く設定するように構成され得る。
更に、第5及び第6判定装置は、機関10の始動後において機関10の暖機が終了した時点(完全暖機終了時点、具体的には、冷却水温THWが完全暖機を示す閾値冷却水温THWthとなった時点)」にて「前記センサ素子部温度上昇制御」をヒータ制御手段に開始させるとともに、「空燃比変動指標量AFDの取得が完了した時点」にて「前記センサ素子部温度上昇制御」をヒータ制御手段に終了させるように構成されてもよい。
機関10の始動後において機関の暖機が完了していない場合、排ガス中の水分が冷却されて水滴となり易い。このような水滴が空燃比センサ67に付着する(以下、「空燃比センサが被水する」とも表現する。)可能性が高い場合にセンサ素子部温度上昇制御によりセンサ素子部の温度を上昇させると、実際に空燃比センサ67が被水している場合にはセンサ素子部に大きな温度むらが生じ、センサ素子部が割れてしまう(破損する)虞がある。従って、機関の始動直後からセンサ素子部温度上昇制御を実行することは得策でない。
一方、機関10の暖機が完了した時点以降、空燃比センサ67は被水し難い。従って、上記構成のように機関10の暖機が完了した時点にてセンサ素子部温度上昇制御を開始しても、空燃比センサ67が破損する可能性は低い。加えて、上記構成によれば、パラメータ取得条件が成立した時点において空燃比センサ素子温度が十分に高くなっている頻度を高められるので、精度の良いインバランス判定用パラメータを取得する機会を増大することができる。
更に、上記各実施形態の判定装置は、空燃比センサ素子温度TempSに基く空燃比変動指標量AFDの補正により得られた空燃比変動指標量補正値をインバランス判定用パラメータXとして採用することと、空燃比センサ素子温度TempSに基くインバランス判定用閾値Xthの決定と、を併せて行ってもよい。
また、上記実施形態においては空燃比変動指標量AFDを取得した後に空燃比変動指標量補正値を求めていたが、各実施形態は、検出空燃比変化率ΔAFが取得される毎に補正値khにより検出空燃比変化率ΔAFを補正し、その補正された検出空燃比変化率ΔAFに基づいて得られる空燃比変動指標量AFDを空燃比変動指標量補正値(即ち、インバランス判定用パラメータ)として取得するように構成されることもできる。
Claims (4)
- 複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用され、
前記複数の気筒のうちの少なくとも2以上の気筒から排出された排ガスが集合する前記機関の排気通路の排気集合部又は同排気通路の同排気集合部よりも下流側の部位に配設された空燃比センサであって、固体電解質層、同固体電解質層の一面に形成された排ガス側電極層、同排ガス側電極層を覆うとともに前記排ガスが到達する拡散抵抗層及び同固体電解質層の他面に形成されるとともに大気室内に露呈された大気側電極層を有する空燃比検出部を含み、前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に所定の電圧が印加されることにより前記固体電解質層に流れる限界電流に基いて前記空燃比センサが配設された部位を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する空燃比センサと、
前記少なくとも2以上の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに同2以上の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料であって指示燃料噴射量に応じた量の燃料をそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁と、
所定のパラメータ取得条件が成立している期間であるパラメータ取得期間において前記空燃比センサが配設された部位を通過する排ガスの空燃比の変動が大きくなるほど大きくなる空燃比変動指標量を前記空燃比センサの出力値に基づいて取得するとともに、同取得された空燃比変動指標量に基いて求められるインバランス判定用パラメータと所定のインバランス判定用閾値との比較を実行し、同インバランス判定用パラメータが同インバランス判定用閾値よりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し、且つ、同インバランス判定用パラメータが同インバランス判定用閾値よりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定する、インバランス判定を実行するインバランス判定手段と、
を備える内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定手段は、
前記パラメータ取得期間における前記固体電解質層の温度である空燃比センサ素子温度を推定する素子温度推定手段と、
前記推定された空燃比センサ素子温度が特定温度よりも高くなるほど前記取得された空燃比変動指標量を減少させる補正及び/又は同推定された空燃比センサ素子温度が同特定温度よりも低くなるほど前記取得された空燃比変動指標量を増大させる補正を、前記取得された空燃比変動指標量に施すことにより空燃比変動指標量補正値を取得し、同空燃比変動指標量補正値に応じた値を前記インバランス判定用パラメータとして決定するインバランス判定用パラメータの決定と、
前記推定された空燃比センサ素子温度が高くなるほど前記インバランス判定用閾値が大きくなるように前記推定された空燃比センサ素子温度に基いて前記インバランス判定用閾値を決定するインバランス判定用閾値の決定と、
の少なくとも一方の決定を、前記インバランス判定用パラメータと前記インバランス判定用閾値との前記比較の実行前に行う比較準備手段と、
を含む、
空燃比気筒間インバランス判定装置。 - 請求項1に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置であって、
前記空燃比センサは、電流が流されることにより発熱し、前記固体電解質層と前記排ガス側電極層と前記大気側電極層とを含むセンサ素子部を加熱するヒータを備え、
前記空燃比気筒間インバランス判定装置は、更に、前記固体電解質層の実際のアドミタンス又はインピーダンスに応じた値と所定の目標値との差が小さくなるように前記ヒータの発熱量を制御するヒータ制御手段を備え、
前記素子温度推定手段は、少なくとも前記ヒータを流れる電流の量に応じた値に基いて前記空燃比センサ素子温度を推定するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置 - 請求項2に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記素子温度推定手段は、更に、前記排ガスの温度に相関を有する前記機関の運転パラメータに基いて前記空燃比センサ素子温度を推定するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置。 - 請求項3に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定手段は、
前記ヒータ制御手段が、前記パラメータ取得期間における前記センサ素子部の温度を前記パラメータ取得期間以外の期間における前記センサ素子部の温度よりも高くするセンサ素子部温度上昇制御を同パラメータ取得期間において実行するように、前記ヒータ制御手段に指示するように構成され、
前記ヒータ制御手段は、
前記センサ素子部温度上昇制御を実行するように指示されたとき、前記目標値を、前記素子部温度上昇制御の実行を指示されていないときの値と相違させることにより、前記センサ素子部温度上昇制御を実現するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2009/071717 WO2011074132A1 (ja) | 2009-12-18 | 2009-12-18 | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP4968492B2 true JP4968492B2 (ja) | 2012-07-04 |
JPWO2011074132A1 JPWO2011074132A1 (ja) | 2013-04-25 |
Family
ID=44166918
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011503260A Active JP4968492B2 (ja) | 2009-12-18 | 2009-12-18 | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8401765B2 (ja) |
EP (1) | EP2514957B1 (ja) |
JP (1) | JP4968492B2 (ja) |
CN (1) | CN102265016B (ja) |
WO (1) | WO2011074132A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011055463A1 (ja) * | 2009-11-05 | 2011-05-12 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 |
WO2011070688A1 (ja) * | 2009-12-09 | 2011-06-16 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 |
JP2012007496A (ja) * | 2010-06-22 | 2012-01-12 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
JP2012092803A (ja) * | 2010-10-28 | 2012-05-17 | Toyota Motor Corp | 多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置 |
JP5348228B2 (ja) * | 2011-11-29 | 2013-11-20 | トヨタ自動車株式会社 | 気筒間空燃比ばらつき異常検出装置 |
JP2013160054A (ja) * | 2012-02-01 | 2013-08-19 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の空燃比インバランス検出装置 |
JP5790523B2 (ja) * | 2012-02-01 | 2015-10-07 | トヨタ自動車株式会社 | 空燃比インバランス判定装置 |
US10030593B2 (en) | 2014-05-29 | 2018-07-24 | Cummins Inc. | System and method for detecting air fuel ratio imbalance |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009074559A (ja) * | 2009-01-16 | 2009-04-09 | Toyota Motor Corp | 排ガスセンサの劣化検出装置 |
JP2009257245A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | 内燃機関の制御装置 |
JP2009264287A (ja) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Toyota Motor Corp | 触媒劣化抑制装置 |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0635954B2 (ja) * | 1987-05-12 | 1994-05-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 空燃比検出装置 |
JPH06207544A (ja) * | 1991-09-24 | 1994-07-26 | Nippondenso Co Ltd | 燃料噴射装置 |
JP3674292B2 (ja) | 1997-06-19 | 2005-07-20 | 株式会社デンソー | 空燃比検出装置 |
JP3855483B2 (ja) | 1998-08-25 | 2006-12-13 | 株式会社デンソー | 積層型空燃比センサ素子 |
JP4228488B2 (ja) | 1998-10-13 | 2009-02-25 | 株式会社デンソー | ガス濃度センサのヒータ制御装置 |
JP2002048761A (ja) | 2000-08-07 | 2002-02-15 | Denso Corp | ガス濃度センサのヒータ制御装置 |
JP4721593B2 (ja) | 2001-09-27 | 2011-07-13 | 京セラ株式会社 | 酸素センサ |
JP2003328848A (ja) | 2002-05-16 | 2003-11-19 | Honda Motor Co Ltd | 排ガスセンサの素子温を制御する装置 |
JP2004069547A (ja) | 2002-08-07 | 2004-03-04 | Toyota Motor Corp | 空燃比センサの制御装置 |
JP4130800B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2008-08-06 | 株式会社日立製作所 | エンジンの制御装置 |
US7152594B2 (en) | 2005-05-23 | 2006-12-26 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Air/fuel imbalance detection system and method |
JP4595718B2 (ja) | 2005-07-05 | 2010-12-08 | トヨタ自動車株式会社 | 空燃比センサの異常検出装置並びに同異常検出装置を備える内燃機関 |
JP4935547B2 (ja) | 2007-07-09 | 2012-05-23 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の異常判定装置 |
JP4532399B2 (ja) * | 2005-12-15 | 2010-08-25 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
US7401600B1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-07-22 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Purge flow control to reduce air/fuel ratio imbalance |
JP4840244B2 (ja) * | 2007-04-26 | 2011-12-21 | 株式会社デンソー | 空燃比制御装置及びエンジン制御システム |
US7802563B2 (en) * | 2008-03-25 | 2010-09-28 | Fors Global Technologies, LLC | Air/fuel imbalance monitor using an oxygen sensor |
JP2011163229A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Toyota Motor Corp | 多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス判定装置 |
-
2009
- 2009-12-18 JP JP2011503260A patent/JP4968492B2/ja active Active
- 2009-12-18 EP EP09852321.0A patent/EP2514957B1/en not_active Not-in-force
- 2009-12-18 US US13/516,841 patent/US8401765B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-12-18 CN CN200980152326.3A patent/CN102265016B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2009-12-18 WO PCT/JP2009/071717 patent/WO2011074132A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009257245A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | 内燃機関の制御装置 |
JP2009264287A (ja) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Toyota Motor Corp | 触媒劣化抑制装置 |
JP2009074559A (ja) * | 2009-01-16 | 2009-04-09 | Toyota Motor Corp | 排ガスセンサの劣化検出装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2514957A1 (en) | 2012-10-24 |
EP2514957A4 (en) | 2017-05-24 |
CN102265016B (zh) | 2014-03-12 |
US20120277980A1 (en) | 2012-11-01 |
CN102265016A (zh) | 2011-11-30 |
EP2514957B1 (en) | 2018-05-02 |
JPWO2011074132A1 (ja) | 2013-04-25 |
WO2011074132A1 (ja) | 2011-06-23 |
US8401765B2 (en) | 2013-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4962656B2 (ja) | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 | |
JP5545367B2 (ja) | 内燃機関の燃料噴射量制御装置 | |
JP5115657B2 (ja) | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 | |
JP5488307B2 (ja) | 空燃比気筒間インバランス判定装置 | |
JP4968492B2 (ja) | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 | |
JP2012007496A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP5494317B2 (ja) | 多気筒内燃機関の異常判定装置 | |
JP5041100B2 (ja) | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 | |
US9115661B2 (en) | Fuel injection amount control system and fuel injection amount control device for multi-cylinder internal combustion engine | |
JP5170320B2 (ja) | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 | |
JP2012031776A (ja) | 内燃機関の燃料噴射量制御装置 | |
JPWO2012008057A1 (ja) | 内燃機関の燃料噴射量制御装置 | |
JP5447673B2 (ja) | 内燃機関の燃料噴射量制御装置 | |
JP5522392B2 (ja) | 内燃機関の燃料噴射量制御装置 | |
JP2012017657A (ja) | 内燃機関の燃料噴射量制御装置 | |
WO2011033687A1 (ja) | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 | |
JP5640662B2 (ja) | 内燃機関の燃料噴射量制御装置 | |
JP2012062775A (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP2008008216A (ja) | 内燃機関の空燃比制御用酸素濃度センサの異常判定装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120307 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120320 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150413 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150413 Year of fee payment: 3 |