JP5105008B2 - 多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置 - Google Patents
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Description
本発明は、多気筒内燃機関の気筒間空燃比のばらつき異常を検出するための装置に係り、特に、多気筒内燃機関において気筒間の空燃比が比較的大きくばらついていることを検出する装置に関する。
一般に、触媒を利用した排気浄化システムを備える内燃機関では、排気中有害成分の触媒による浄化を高効率で行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、これによって検出された空燃比を所定の目標空燃比に一致させるようフィードバック制御を実施している。
一方、多気筒内燃機関においては、通常全気筒に対し同一の制御量を用いて空燃比制御を行うため、空燃比制御を実行したとしても実際の空燃比が気筒間でばらつくことがある。このときばらつきの程度が小さければ、空燃比フィードバック制御で吸収可能であり、また触媒でも排気中有害成分を浄化処理可能なので、排気エミッションに影響を与えず、特に問題とならない。
しかし、例えば一部の気筒の燃料噴射系が故障するなどして、気筒間の空燃比が大きくばらつくと、排気エミッションを悪化させてしまい、問題となる。このような排気エミッションを悪化させる程の大きな空燃比ばらつきは異常として検出するのが望ましい。特に自動車用内燃機関の場合、排気エミッションが悪化した車両の走行を未然に防止するため、気筒間空燃比ばらつき異常を車載状態で検出することが要請されており(所謂OBD;On-Board Diagnostics)、最近ではこれを法規制化する動きもある。
例えば特許文献1に記載の装置においては、いずれかの気筒に空燃比異常が生じていると判断した場合に、空燃比異常となっている気筒が失火するまでの間、各気筒へ噴射する燃料の噴射時間を所定時間ずつ短縮させ、これによって異常気筒を特定している。
ところで、いずれかの気筒に空燃比異常が生じている場合、当該気筒の燃料噴射量を強制的に増量または減量すると、当該気筒の回転変動が顕著に大きくなる。よってこのような回転変動の増大を検出することで、空燃比ばらつき異常を検出することが可能である。
しかし、燃料噴射量の増量または減量は排気エミッションを少なからず悪化させてしまう。よって燃料噴射量の増量または減量は、排気エミッションを極力悪化させないタイミングで行うのが望ましい。
そこで本発明は以上の事情に鑑みて創案され、その目的は、異常検出実行による排気エミッション悪化を極力防止することができる多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置を提供することにある。
本発明の一の態様によれば、
フューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカットの終了直後に空燃比をリッチ化するフューエルカット後リッチ制御を実行するリッチ制御手段と、
所定の対象気筒の燃料噴射量を増量し、少なくとも当該増量後の前記対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の実行中に前記燃料噴射量の増量を実行する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。
フューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカットの終了直後に空燃比をリッチ化するフューエルカット後リッチ制御を実行するリッチ制御手段と、
所定の対象気筒の燃料噴射量を増量し、少なくとも当該増量後の前記対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の実行中に前記燃料噴射量の増量を実行する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。
好ましくは、前記異常検出装置は、排気通路に設けられた酸素吸蔵能を有する触媒と、前記触媒の下流側に設けられた空燃比センサである触媒後センサとをさらに備え、
前記検出手段は、前記触媒後センサの出力がリッチに切り替わったのと同時に前記燃料噴射量の増量を終了する。
前記検出手段は、前記触媒後センサの出力がリッチに切り替わったのと同時に前記燃料噴射量の増量を終了する。
好ましくは、前記異常検出装置は、前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段をさらに備え、
前記検出手段は、前記酸素吸蔵容量の計測値に応じて前記燃料噴射量の増量時間を変化させる。
前記検出手段は、前記酸素吸蔵容量の計測値に応じて前記燃料噴射量の増量時間を変化させる。
好ましくは、前記検出手段は、前記燃料噴射量の増量中、前記触媒に吸蔵された吸蔵酸素量を監視しつつ増量終了タイミングを決定する。
好ましくは、前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の開始と同時に前記燃料噴射量の増量を開始する。
好ましくは、前記検出手段は、前記対象気筒における前記燃料噴射量の増量前後の回転変動の差に基づき、前記対象気筒のリッチずれ異常を検出する。
本発明の他の態様によれば、
フューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカットの終了直後に空燃比をリッチ化するフューエルカット後リッチ制御を実行するリッチ制御手段と、
所定の対象気筒の燃料噴射量を減量し、少なくとも当該減量後の前記対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の最中にこれを一時的に中断し、この中断中に前記燃料噴射量の減量を実行する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。
フューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカットの終了直後に空燃比をリッチ化するフューエルカット後リッチ制御を実行するリッチ制御手段と、
所定の対象気筒の燃料噴射量を減量し、少なくとも当該減量後の前記対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の最中にこれを一時的に中断し、この中断中に前記燃料噴射量の減量を実行する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。
好ましくは、前記異常検出装置は、排気通路に設けられた酸素吸蔵能を有する触媒をさらに備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御および前記燃料噴射量の減量の実行中、前記触媒に吸蔵された吸蔵酸素量を監視しつつ、減量開始タイミングと減量終了タイミングとを決定する。
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御および前記燃料噴射量の減量の実行中、前記触媒に吸蔵された吸蔵酸素量を監視しつつ、減量開始タイミングと減量終了タイミングとを決定する。
本発明によれば、異常検出実行による排気エミッション悪化を極力防止することができるという、優れた効果が発揮される。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図1に本実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。図示される内燃機関(エンジン)1は自動車に搭載されたV型8気筒火花点火式内燃機関(ガソリンエンジン)である。エンジン1は第1のバンクB1と第2のバンクB2とを有し、第1のバンクB1には奇数番気筒すなわち#1,#3,#5,#7気筒が設けられ、第2のバンクB2には偶数番気筒すなわち#2,#4,#6,#8気筒が設けられている。#1,#3,#5,#7気筒が第1の気筒群をなし、#2,#4,#6,#8気筒が第2の気筒群をなす。
各気筒にインジェクタ(燃料噴射弁)2が設けられる。インジェクタ2は、対応気筒の吸気通路特に吸気ポート(図示せず)内に向けて燃料を噴射する。また各気筒には、筒内の混合気に点火するための点火プラグ13が設けられる。
吸気を導入するための吸気通路7は、前記吸気ポートの他、集合部としてのサージタンク8と、各気筒の吸気ポートおよびサージタンク8を結ぶ複数の吸気マニホールド9と、サージタンク8の上流側の吸気管10とを含む。吸気管10には、上流側から順にエアフローメータ11と電子制御式スロットルバルブ12とが設けられている。エアフローメータ11は吸気流量に応じた大きさの信号を出力する。
第1のバンクB1に対して第1の排気通路14Aが設けられ、第2のバンクB2に対して第2の排気通路14Bが設けられる。これら第1および第2の排気通路14A,14Bは下流触媒19の上流側で合流されている。この合流位置より上流側の排気系の構成は両バンクで同一なので、ここでは第1のバンクB1側についてのみ説明し、第2のバンクB2側については図中同一符号を付して説明を省略する。
第1の排気通路14Aは、#1,#3,#5,#7の各気筒の排気ポート(図示せず)と、これら排気ポートの排気ガスを集合させる排気マニホールド16と、排気マニホールド16の下流側に設置された排気管17とを含む。そして排気管17には上流触媒18が設けられている。上流触媒18の上流側及び下流側(直前及び直後)にそれぞれ、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサである触媒前センサ20及び触媒後センサ21が設置されている。このように、一方のバンクに属する複数の気筒(あるいは気筒群)に対して、上流触媒18、触媒前センサ20及び触媒後センサ21が各一つずつ設けられている。
なお、第1および第2の排気通路14A,14Bを合流させないで、これらに個別に下流触媒19を設けることも可能である。
エンジン1には制御手段および検出手段としての電子制御ユニット(以下ECUと称す)100が設けられている。ECU100は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。ECU100には、前述のエアフローメータ11、触媒前センサ20、触媒後センサ21のほか、エンジン1のクランク角を検出するためのクランク角センサ22、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ23、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ24、その他の各種センサが図示されないA/D変換器等を介して電気的に接続されている。ECU100は、各種センサの検出値等に基づき、所望の出力が得られるように、インジェクタ2、点火プラグ13、スロットルバルブ12等を制御し、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度等を制御する。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。
ECU100は、クランク角センサ22からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン1の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では1分間当たりの回転数rpmのことをいう。またECU100は、エアフローメータ11からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸入空気量を検出する。そしてECU100は、検出した吸入空気量およびアクセル開度の少なくとも一方に基づき、エンジン1の負荷を検出する。
触媒前センサ20は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能である。図2に触媒前センサ20の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ20は、検出した排気空燃比(触媒前空燃比A/Ff)に比例した大きさの電圧信号Vfを出力する。排気空燃比がストイキ(理論空燃比、例えばA/F=14.5)であるときの出力電圧はVreff(例えば約3.3V)である。
他方、触媒後センサ21は所謂O2センサからなり、ストイキを境に出力値が急変する特性を持つ。図2に触媒後センサ21の出力特性を示す。図示するように、排気空燃比(触媒後空燃比A/Fr)がストイキであるときの出力電圧、すなわちストイキ相当値はVrefr(例えば0.45V)である。触媒後センサ21の出力電圧は所定の範囲(例えば0〜1V)内で変化する。概して排気空燃比がストイキよりリーンのとき、触媒後センサの出力電圧Vrはストイキ相当値Vrefrより低くなり、排気空燃比がストイキよりリッチのとき、触媒後センサの出力電圧Vrはストイキ相当値Vrefrより高くなる。
上流触媒18及び下流触媒19は三元触媒からなり、それぞれに流入する排気ガスの空燃比A/Fがストイキ近傍のときに排気中の有害成分であるNOx、HCおよびCOを同時に浄化する。この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅(ウィンドウ)は比較的狭い。
そこで、エンジンの通常運転時、上流触媒18に流入する排気ガスの空燃比をストイキ近傍に制御するための空燃比制御(ストイキ制御)がECU100により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ20によって検出された排気空燃比を所定の目標空燃比であるストイキに一致させるような主空燃比制御(主空燃比フィードバック制御)と、触媒後センサ21によって検出された排気空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比制御(補助空燃比フィードバック制御)とからなる。
このように本実施形態において、空燃比の基準値はストイキであり、このストイキに相当する燃料噴射量(ストイキ相当量という)が燃料噴射量の基準値である。但し、空燃比および燃料噴射量の基準値は他の値とすることもできる。
空燃比制御はバンク単位で若しくはバンク毎に行われる。例えば第1のバンクB1側の触媒前センサ20および触媒後センサ21の検出値は、第1のバンクB1に属する#1,#3,#5,#7気筒の空燃比フィードバック制御にのみ用いられ、第2のバンクB2に属する#2,#4,#6,#8気筒の空燃比フィードバック制御には用いられない。逆も同様である。あたかも独立した直列4気筒エンジンが二つあるように、空燃比制御が実行される。また空燃比制御においては、同一バンクに属する各気筒に対し同一の制御量が一律に用いられる。
さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒(特に1気筒)において、インジェクタ2の故障等が発生し、気筒間に空燃比のばらつき(インバランス:imbalance)が発生することがある。例えば第1のバンクB1について、インジェクタ2の閉弁不良により#1気筒の燃料噴射量が他の#3,#5,#7気筒の燃料噴射量よりも多くなり、#1気筒の空燃比が他の#3,#5,#7気筒の空燃比よりも大きくリッチ側にずれる場合である。
このときでも、前述の空燃比フィードバック制御により比較的大きな補正量を与えれば、触媒前センサ20に供給されるトータルガス(合流後の排気ガス)の空燃比をストイキに制御できる場合がある。しかし、気筒別に見ると、#1気筒がストイキより大きくリッチ、#3,#5,#7気筒がストイキよりリーンであり、全体のバランスとしてストイキとなっているに過ぎず、エミッション上好ましくないことは明らかである。そこで本実施形態では、かかる気筒間空燃比ばらつき異常を検出する装置が装備されている。
ここで、気筒間空燃比のばらつき度合いを表す指標値としてインバランス率なる値を用いる。インバランス率とは、複数の気筒のうちある1気筒のみが燃料噴射量ズレを起こしている場合に、その燃料噴射量ズレを起こしている気筒(インバランス気筒)の燃料噴射量がどれくらいの割合で、燃料噴射量ズレを起こしていない気筒(バランス気筒)の燃料噴射量即ち基準噴射量からズレているかを示す値である。インバランス率をIB(%)、インバランス気筒の燃料噴射量をQib、バランス気筒の燃料噴射量即ち基準噴射量をQsとすると、IB=(Qib−Qs)/Qs×100で表される。インバランス率IBが大きいほど、インバランス気筒のバランス気筒に対する燃料噴射量ズレが大きく、空燃比ばらつき度合いは大きい。
他方、本実施形態においては、所定の対象気筒の燃料噴射量をアクティブに若しくは強制的に増量または減量し、少なくとも増量または減量後の対象気筒の回転変動に基づき、ばらつき異常を検出する。
まず、回転変動について説明する。回転変動とは、エンジン回転速度あるいはクランクシャフト回転速度の変化をいい、例えば次に述べるような値で表すことができる。本実施形態においては気筒毎の回転変動が検出可能である。
図3には回転変動を説明するためのタイムチャートを示す。図示例は直列4気筒エンジンの例であるが、本実施形態のようなV型8気筒エンジンにも適用可能であることが理解されよう。点火順序は#1,#3,#4,#2気筒の順である。
図3において、(A)はエンジンのクランク角(°CA)を示す。1エンジンサイクルは720(°CA)であり、図には逐次的に検出される複数サイクル分のクランク角が鋸歯状に示されている。
(B)は、クランクシャフトが所定角度だけ回転するのに要した時間、すなわち回転時間T(s)を示す。ここでは所定角度が30(°CA)であるが、他の値(例えば10(°CA))としてもよい。回転時間Tが長いほどエンジン回転速度は遅く、逆に回転時間Tが短いほどエンジン回転速度は速い。この回転時間Tはクランク角センサ22の出力に基づきECU100により検出される。
(C)は、後に説明する回転時間差ΔTを示す。図中、「正常」とは、いずれの気筒にも空燃比ずれが生じていない正常な場合を示し、「リーンずれ異常」とは、#1気筒のみにインバランス率IB=−30(%)のリーンずれが生じている異常な場合を示す。リーンずれ異常は例えばインジェクタの噴孔詰まりや開弁不良により生じ得る。
まず、各気筒の同一タイミングにおける回転時間TがECUにより検出される。ここでは各気筒の圧縮上死点(TDC)のタイミングにおける回転時間Tが検出される。この回転時間Tが検出されるタイミングを検出タイミングという。
次いで、検出タイミング毎に、当該検出タイミングにおける回転時間T2と、直前の検出タイミングにおける回転時間T1との差(T2−T1)がECUにより算出される。この差が(C)に示す回転時間差ΔTであり、ΔT=T2−T1である。
通常、クランク角がTDCを超えた後の燃焼行程では回転速度が上昇するため回転時間Tが低下し、その後の圧縮行程では回転速度が低下するため回転時間Tが増大する。
しかしながら、(B)に示すように#1気筒がリーンずれ異常の場合、#1気筒を点火させても十分なトルクが得られず、回転速度が上昇しづらいので、その影響で#3気筒TDCにおける回転時間Tは大きくなっている。それ故、#3気筒TDCにおける回転時間差ΔTは、(C)に示すように大きな正の値となる。この#3気筒TDCにおける回転時間および回転時間差をそれぞれ#1気筒の回転時間および回転時間差とし、それぞれT1およびΔT1で表す。他の気筒についても同様である。
次に、#3気筒は正常であるので、#3気筒を点火させたときには回転速度が急峻に上昇する。これにより次の#4気筒TDCのタイミングでは、#3気筒TDCのときに比べ回転時間Tが若干低下しているに過ぎない。それ故、#4気筒TDCにおいて検出された#3気筒の回転時間差ΔT3は、(C)に示すように小さな負の値となる。このようにある気筒の回転時間差ΔTが、次点火気筒TDC毎に検出される。
以降の#2気筒TDCおよび#1気筒TDCにおいても#4気筒TDCのときと同様の傾向が見られ、両タイミングにおいて検出された#4気筒の回転時間差ΔT4および#2気筒の回転時間差ΔT2はともに小さな負の値となっている。以上の特性が1エンジンサイクル毎に繰り返される。
このように、各気筒の回転時間差ΔTは、各気筒の回転変動を表す値であり、各気筒の空燃比ずれ量に相関した値であることが分かる。そこで各気筒の回転時間差ΔTを各気筒の回転変動の指標値として用いることができる。各気筒の空燃比ずれ量が大きいほど、各気筒の回転変動は大きくなり、各気筒の回転時間差ΔTは大きくなる。
他方、図3(C)に示すように、正常の場合には回転時間差ΔTが常時ゼロ付近である。
図3の例ではリーンずれ異常の場合を示したが、逆のリッチずれ異常、すなわち1気筒のみに大きなリッチずれが生じている場合にも、同様の傾向がある。大きなリッチずれが生じた場合、点火しても燃料過多のため燃焼が不十分となり、十分なトルクが得られず、回転変動が大きくなるからである。
次に、図4を参照して、回転変動を表す別の値を説明する。(A)は図3(A)と同様にエンジンのクランク角(°CA)を示す。
(B)は、前記回転時間Tの逆数である角速度ω(rad/s)を示す。ω=1/Tである。当然ながら、角速度ωが大きいほどエンジン回転速度は速く、角速度ωが小さいほどエンジン回転速度は遅い。角速度ωの波形は、回転時間Tの波形を上下反転した形となる。
(C)は、前記回転時間差ΔTと同様、角速度ωの差である角速度差Δωを示す。角速度差Δωの波形も、回転時間差ΔTの波形を上下反転した形となる。図中の「正常」および「リーンずれ異常」については図3と同様である。
まず、各気筒の同一タイミングにおける角速度ωがECUにより検出される。ここでも各気筒の圧縮上死点(TDC)のタイミングにおける角速度ωが検出される。角速度ωは、1を前記回転時間Tで除することにより算出される。
次いで、検出タイミング毎に、当該検出タイミングにおける角速度ω2と、直前の検出タイミングにおける角速度ω1との差(ω2−ω1)がECUにより算出される。この差が(C)に示す角速度差Δωであり、Δω=ω2−ω1である。
通常、クランク角がTDCを超えた後の燃焼行程では回転速度が上昇するため角速度ωが上昇し、その後の圧縮行程では回転速度が低下するため角速度ωが低下する。
しかしながら、(B)に示すように#1気筒がリーンずれ異常の場合、#1気筒を点火させても十分なトルクが得られず、回転速度が上昇しづらいので、その影響で#3気筒TDCにおける角速度ωは小さくなっている。それ故、#3気筒TDCにおける角速度差Δωは、(C)に示すように大きな負の値となる。この#3気筒TDCにおける角速度および角速度差をそれぞれ#1気筒の角速度および角速度差とし、それぞれω1およびΔω1で表す。他の気筒についても同様である。
次に、#3気筒は正常であるので、#3気筒を点火させたときには回転速度が急峻に上昇する。これにより次の#4気筒TDCのタイミングでは、#3気筒TDCのときに比べ角速度ωが若干上昇するに過ぎない。それ故、#4気筒TDCにおいて検出された#3気筒の角速度差Δω3は、(C)に示すように小さな正の値となる。このようにある気筒の角速度差Δωが、次点火気筒TDC毎に検出される。
以降の#2気筒TDCおよび#1気筒TDCにおいても#4気筒TDCのときと同様の傾向が見られ、両タイミングにおいて検出された#4気筒の角速度差Δω4および#2気筒の角速度差Δω2はともに小さな正の値となっている。以上の特性が1エンジンサイクル毎に繰り返される。
このように、各気筒の角速度差Δωは、各気筒の回転変動を表す値であり、各気筒の空燃比ずれ量に相関した値であることが分かる。そこで各気筒の角速度差Δωを各気筒の回転変動の指標値として用いることができる。各気筒の空燃比ずれ量が大きいほど、各気筒の回転変動は大きくなり、各気筒の角速度差Δωは小さくなる(マイナス方向に大きくなる)。
他方、図4(C)に示すように、正常の場合には角速度差Δωが常時ゼロ付近である。
逆のリッチずれ異常の場合にも同様の傾向がある点は上述した通りである。
次に、ある1気筒の燃料噴射量をアクティブに増量または減量したときの回転変動の変化を、図5を参照して説明する。
図5において、横軸はインバランス率IBを示し、縦軸は回転変動の指標値としての角速度差Δωを示す。ここでは、全8気筒のうちある1気筒のみのインバランス率IBを変化させ、このときの当該1気筒のインバランス率IBと、当該1気筒の角速度差Δωとの関係を線aで示す。当該1気筒をアクティブ対象気筒という。他の気筒は全てバランス気筒であり、基準噴射量Qsとしてストイキ相当量を噴射しているものとする。
横軸において、IB=0(%)とは、アクティブ対象気筒のインバランス率IBが0(%)で、アクティブ対象気筒がストイキ相当量を噴射している正常な場合を意味する。このときのデータが線a上のプロットbで示される。このIB=0(%)の状態から図中左側に移動すると、インバランス率IBがプラス方向に増加し、燃料噴射量としては過多すなわちリッチな状態となる。逆に、IB=0(%)から図中右側に移動すると、インバランス率IBがマイナス方向に増加し、燃料噴射量としては過少すなわちリーンな状態となる。
特性線aから分かるように、アクティブ対象気筒のインバランス率IBが0(%)からプラス方向に増加してもマイナス方向に増加しても、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなり、アクティブ対象気筒の角速度差Δωが0付近からマイナス方向に大きくなる傾向にある。そして、インバランス率IBが0(%)から離れるほど、特性線aの傾きが急になり、インバランス率IBの変化に対する角速度差Δωの変化は大きくなる傾向にある。
ここで、矢印cで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を、ストイキ相当量(IB=0(%))から所定量、強制的に増量したとする。図示例ではインバランス率で約40(%)相当の増量がなされている。このとき、IB=0(%)の近辺では特性線aの傾きが緩やかであることから、増量後においても角速度差Δωは増量前とほぼ変わらず、増量前後の角速度差Δωの差は極小さい。
他方、プロットdで示すように、アクティブ対象気筒において既にリッチずれが生じており、そのインバランス率IBが比較的大きなプラス側の値になっているときを考える。図示例ではインバランス率で約50(%)のリッチずれが生じている。この状態から矢印eで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を同一量、強制的に増量したとすると、この領域では特性線aの傾きが急であることから、増量後の角速度差Δωは増量前より大きくマイナス側に変化し、増量前後の角速度差Δωの差は大きくなる。すなわち燃料噴射量の増量により、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなる。
よって、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量増量したときの少なくとも増量後のアクティブ対象気筒の角速度差Δωに基づき、ばらつき異常を検出することが可能である。
すなわち、増量後の角速度差Δωが図示するように所定の負の異常判定値αより小さい場合(Δω<α)には、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、増量後の角速度差Δωが異常判定値αより小さくない場合(Δω≧α)には、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。
あるいは代替的に、図示するように、増量前後の角速度差Δωの差dΔωに基づき、ばらつき異常を検出することも可能である。この場合、増量前の角速度差をΔω1、増量後の角速度差をΔω2とすると、両者の差dΔωをdΔω=Δω1−Δω2と定義することができる。そして差dΔωが所定の正の異常判定値β1を超えた場合(dΔω≧β1)、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、差dΔωが異常判定値β1を超えない場合(dΔω<β1)、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。
インバランス率が負の領域で強制減量を行ったときも同様のことが言える。矢印fで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量をストイキ相当量(IB=0(%))から所定量、強制的に減量したとする。図示例ではインバランス率で約10(%)相当の減量がなされている。増量量に比べ減量量が少ないのは、リーンずれ異常気筒に対しあまりに多くの減量を行ってしまうと失火してしまうからである。このとき、特性線aの傾きが比較的緩やかであることから、減量後の角速度差Δωは減量前より若干小さくなっているだけで、増量前後の角速度差Δωの差は小さい。
他方、プロットgで示すように、アクティブ対象気筒において既にリーンずれが生じており、そのインバランス率IBが比較的大きなマイナス側の値になっているときを考える。図示例ではインバランス率で約−20(%)のリーンずれが生じている。この状態から矢印hで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を同一量、強制的に減量したとすると、この領域では特性線aの傾きが比較的急であることから、減量後の角速度差Δωは減量前より大きくマイナス側に変化し、減量前後の角速度差Δωの差は大きくなる。すなわち燃料噴射量の減量により、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなる。
よって、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量減量したときの少なくとも減量後のアクティブ対象気筒の角速度差Δωに基づき、ばらつき異常を検出することが可能である。
すなわち、減量後の角速度差Δωが図示するように所定の負の異常判定値αより小さい場合(Δω<α)には、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、減量後の角速度差Δωが異常判定値αより小さくない場合(Δω≧α)には、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。
あるいは代替的に、図示するように、減量前後の角速度差Δωの差dΔωに基づき、ばらつき異常を検出することも可能である。この場合も両者の差dΔωをdΔω=Δω1−Δω2と定義することができる。差dΔωが所定の正の異常判定値β2を超えた場合(dΔω≧β2)、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、差dΔωが異常判定値β2を超えない場合(dΔω<β2)、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。
ここでは増量量が減量量より顕著に多いため、増量時の異常判定値β1を減量時の異常判定値β2より大きくしている。しかしながら、両異常判定値は、特性線aの特性や増量量と減量量のバランス等を考慮して任意に定めることができる。両異常判定値を同じ値とすることも可能である。
各気筒の回転変動の指標値として回転時間差ΔTを用いた場合にも、同様の方法で異常検出および異常気筒特定が可能であることが理解されるであろう。また、各気筒の回転変動の指標値としては、上述した以外の他の値を用いることも可能である。
図6には、全8気筒についての燃料噴射量の増量と、増量前後の回転変動の変化との様子を示す。上段が増量前、下段が増量後である。左右方向の左端列に示されているように、増量の方法としては、全気筒一律且つ同時に同一量増量している。すなわちここでは所定の対象気筒が全気筒である。増量前は全気筒のインジェクタ2に対し、ストイキ相当量の燃料を噴射するよう開弁指令がなされており、増量後は全気筒のインジェクタ2に対し、ストイキ相当量より所定量多い燃料を噴射するよう開弁指令がなされている。
この増量の仕方は、全気筒同時に行う方法の他、任意数の気筒ずつ順番に且つ交互に行う方法がある。例えば1気筒ずつ増量したり、2気筒ずつ増量したり、4気筒ずつ増量したりする方法がある。増量を行う対象気筒の数および気筒番号は任意に設定できる。
対象気筒数が多いほど、全増量時間を短縮できるメリットがあり、排気エミッションが悪化するデメリットがある。逆に対象気筒数が少ないほど、排気エミッションの悪化を抑制できるメリットがあるが、全増量時間が長期化するデメリットがある。
各気筒の回転変動の指標値として、図5と同様、角速度差Δωを用いている。
例えば左右方向の中央列に示されている正常時、すなわちいずれの気筒においても空燃比ずれ異常が生じていない場合だと、増量前では全気筒の角速度差Δωがほぼ等しく0付近にあり、全気筒の回転変動が少ない。また増量後でも全気筒の角速度差Δωがほぼ等しく若干マイナス方向に大きくなるだけであり、全気筒の回転変動はそれ程大きくならない。故に、増量前後の角速度差の差dΔωは小さい。
しかしながら、左右方向の右端列に示されている異常時だと、正常時とは異なる挙動を示す。この異常時では、#8気筒にのみインバランス率で50%相当のリッチずれ異常が生じており、#8気筒のみが異常気筒である。この場合、増量前では、#8気筒以外の残部気筒の角速度差Δωはほぼ等しく0付近にあるが、#8気筒の角速度差Δωは残部気筒の角速度差Δωより若干マイナス方向に大きい。
しかしながらそれでも、#8気筒の角速度差Δωと残部気筒の角速度差Δωとの間にはそれ程差がない。よって増量前の角速度差Δωによっては、異常検出と異常気筒特定を十分な精度で行うことができない。
他方、増量後だと増量前に比べて、残部気筒の角速度差Δωはほぼ等しく若干マイナス方向に変化するだけであるが、#8気筒の角速度差Δωは大きくマイナス方向に変化する。よって#8気筒の増量前後の角速度差の差dΔωは、残部気筒のそれより顕著に大きくなる。よってこの違いを利用し、異常検出と異常気筒特定を十分な精度で行うことができる。
この場合、#8気筒の差dΔωのみが前記異常判定値β1より大きくなるので、#8気筒にリッチずれ異常があることを検出できる。
燃料噴射量を強制減量して何れかの気筒のリーンずれ異常を検出する場合にも、同様の方法を採用できることが理解されるであろう。
以上が本実施形態におけるばらつき異常検出の概要である。以下、特に言及しない限り、各気筒の回転変動の指標値として角速度差Δωを用いるものとする。
ところで、燃料噴射量の強制増量は排気エミッションを少なからず悪化させてしまう。燃料噴射量をストイキ相当量からずらすからである。このため、燃料噴射量を強制増量して何れかの気筒のリッチずれ異常を検出する場合、排気エミッションを極力悪化させないタイミングで検出を行うのが望ましい。
そこで本実施形態では、フューエルカットの終了直後に行われるフューエルカット後リッチ制御(以下、F/C後リッチ制御という)の最中に、燃料噴射量の強制増量を実行する。すなわち、F/C後リッチ制御のタイミングを利用し、これに相乗りまたは重複するような形で燃料噴射量の強制増量を実行する。これにより、異常検出用の強制増量を単独で行うことを回避し、異常検出実行による排気エミッション悪化を極力防止することができる。
フューエルカットは、全気筒のインジェクタ2からの燃料噴射を停止する制御である。ECU100は、所定のフューエルカット条件が成立したときにフューエルカットを実行する。フューエルカット条件は、例えば、1)アクセル開度センサ23によって検出されたアクセル開度Acが全閉相当の所定開度以下であること、2)検出されたエンジン回転数Neが、所定のアイドル回転数Ni(例えば800rpm)より若干高い所定の復帰回転数Nc(例えば1200rpm)以上であること、の二条件を満たしたときに成立する。
復帰回転数Nc以上でアクセル開度Acが全閉とされると、直ちにフューエルカットが実行され、エンジンおよび車両は減速される(減速フューエルカットの実行)。そしてエンジン回転数Neが復帰回転数Ncを下回ると、フューエルカットが終了され(減速フューエルカットからの復帰)、同時にF/C後リッチ制御が開始される。
F/C後リッチ制御は、空燃比をストイキよりもリッチ化する制御であり、例えば空燃比を14.0にするよう、燃料噴射量がストイキ相当量よりも増量される。
F/C後リッチ制御を行う理由は、主に上流触媒18の性能を復活させるためである。すなわち、上流触媒18は酸素吸蔵能を有し、触媒内の雰囲気ガスがストイキよりリーンのとき過剰酸素を吸蔵し、NOxを還元浄化し、触媒内の雰囲気ガスがストイキよりリッチのとき吸蔵酸素を放出し、HCおよびCOを酸化して浄化するという特性を有する。なおこの点は下流触媒19も同様である。
フューエルカットの実行中は触媒に酸素が吸蔵され続ける。このとき触媒が吸蔵能一杯まで酸素を吸蔵してしまうと、フューエルカットからの復帰後にそれ以上酸素を吸蔵できなくなり、NOxを浄化できなくなる虞がある。そこでF/C後リッチ制御を行って吸蔵酸素を強制的に放出させるのである。
ところで異常検出用の強制増量も、燃料噴射量をストイキ相当量より増加させる制御である。よってF/C後リッチ制御中に強制増量を行うことで、敢えて単独で強制増量を行う必要が無くなり、排気エミッション悪化を極力回避できる。
強制増量の開始タイミングは、F/C後リッチ制御の開始タイミングと同じく、フューエルカット終了と同時である。これにより最も早く強制増量を開始させられ、全増量時間の確保および排気エミッション悪化抑制に有利である。
他方、強制増量の終了タイミングは、本実施形態においては上流触媒18の酸素吸蔵能を使い切った時点、言い換えれば上流触媒18が酸素を放出し尽くした時点とする。この点に関し、上流触媒18の酸素吸蔵能の計測方法を予め理解しておいた方がよいので、まずこれについて説明する。
上流触媒18の酸素吸蔵能の指標値として、酸素吸蔵容量(OSC(g); O2 Storage Capacity)なる値が用いられる。酸素吸蔵容量は、現状の触媒が吸蔵し得る最大酸素量を表す。触媒が劣化するにつれ、その酸素吸蔵能は徐々に低下し、その酸素吸蔵容量も徐々に低下していく。よって酸素吸蔵容量は触媒の劣化度を表す指標値でもある。
酸素吸蔵容量の計測に際しては、混合気の空燃比ひいては触媒に供給される排気ガスの空燃比を、ストイキを中心にリッチ及びリーンに交互に振るアクティブ空燃比制御が実行される。なおアクティブ空燃比制御は、ばらつき異常検出用の強制増量とは全く別のタイミングで行われ、例えばエンジンの定常運転中に実行される。かかるアクティブ空燃比制御を伴う酸素吸蔵容量の計測方法は、所謂Cmax法として知られている。
図7において、(A)は目標空燃比A/Ft(破線)と、触媒前センサ20の出力を空燃比(触媒前空燃比A/Ff(実線))に換算した値とを示す。また(B)は触媒後センサ21の出力Vrを示す。(C)は触媒18から放出された酸素量即ち放出酸素量OSAaの積算値を示し、(D)は触媒18に吸蔵された酸素量即ち吸蔵酸素量OSAbの積算値を示す。
図示するように、アクティブ空燃比制御の実行により、触媒に流入する排気ガスの空燃比は所定のタイミングで強制的にリーン及びリッチに交互に切り替えられる。このような切り替えはインジェクタ2からの燃料噴射量を切り替えることで実現される。
例えば時刻t1より前では目標空燃比A/Ftがストイキよりリーンな所定値(例えば15.0)に設定され、触媒18にはリーンガスが流入されている。このとき触媒18は酸素を吸収し続け、排気中のNOxを還元して浄化する。
しかし、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなり、リーンガスが触媒18を素通りして触媒18の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ21の出力がリーンに切り替わり(反転し)、触媒後センサ21の出力Vrが、ストイキ相当値Vrefr(図2参照)よりもリーン側のリーン判定値VLに達する(時刻t1)。この時点で、目標空燃比A/Ftがストイキよりリッチな所定値(例えば14.0)に切り替えられる。
そして今度は触媒18にリッチガスが流入される。このとき触媒18では、それまで吸蔵していた酸素を放出し続け、排気中のリッチ成分(HC,CO)を酸化して浄化するが、やがて触媒18から全ての吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒18を素通りして触媒18の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ21の出力がリッチに反転し、ストイキ相当値Vrefrよりもリッチ側のリッチ判定値VRに達する(時刻t2)。この時点で、目標空燃比A/Ftがリーン空燃比に切り替えられる。このようにして、空燃比のリッチ・リーンへの切替えが繰り返し実行される。
(C)に示すように、時刻t1〜t2の放出サイクルでは、所定の演算周期毎に放出酸素量OSAaが逐次的に積算されていく。より詳しくは、触媒前センサ20の出力がストイキ相当値Vreff(図2参照)に達した時刻t11から、触媒後センサ21の出力がリッチに反転した時刻t2まで、1演算周期毎の放出酸素量dOSA(dOSAa)が次式(1)により計算され、この1演算周期毎の値が演算周期毎に積算されていく。こうして1放出サイクルで得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量に相当する放出酸素量OSAaの計測値となる。
Qは燃料噴射量であり、A/Fsはストイキである。空燃比差ΔA/Fに燃料噴射量Qを乗じると過剰又は不足分の空気量を計算できる。Kは空気に含まれる酸素割合(約0.23)である。
時刻t2〜t3の吸蔵サイクルでも同様に、(D)に示すように、触媒前センサ20の出力がストイキ相当値Vreffに達した時刻t21から、触媒後センサ21の出力がリーンに反転した時刻t3まで、1演算周期毎の吸蔵酸素量dOSA(dOSAb)が前式(1)により計算され、この1演算周期毎の値が演算周期毎に積算されていく。こうして1吸蔵サイクルで得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量に相当する吸蔵酸素量OSAbの計測値となる。こうして放出サイクルと吸蔵サイクルを繰り返すことにより、複数ずつの放出酸素量OSAaと吸蔵酸素量OSAbとが計測、取得される。
触媒が劣化するほど、触媒が酸素を放出或いは吸蔵し続けることのできる時間が短くなり、放出酸素量OSAa或いは吸蔵酸素量OSAbの計測値が低下する。なお原理上、触媒が放出できる酸素量と吸蔵できる酸素量とが等しいので、放出酸素量OSAaの計測値と吸蔵酸素量OSAbの計測値とはほぼ等しい。
相隣接する一対の放出サイクルと吸蔵サイクルとで計測された放出酸素量OSAaと吸蔵酸素量OSAbとの平均値が求められ、これが1吸放出サイクルに係る1単位の酸素吸蔵容量の計測値とされる。そして複数の吸放出サイクルについて複数単位の酸素吸蔵容量計測値が求められ、その平均値が最終的な酸素吸蔵容量OSCの計測値として算出される。
算出された酸素吸蔵容量OSCの計測値は、ECU100に学習値として記憶され、触媒の劣化度合いに関する最新情報として随時使用される。
なお、本実施形態ではバンク単位でアクティブ空燃比制御の実行と上流触媒18の酸素吸蔵容量計測とがなされる。両バンクの二つの上流触媒18の酸素吸蔵容量計測値は平均化され、その平均値がECU100に学習値として記憶される。もっとも、学習値としては他の値も使用可能であり、例えば安全のため少ない方の計測値を学習値としてもよい。
また、酸素吸蔵能の指標値としては、酸素吸蔵容量OSC以外に、例えばアクティブ空燃比制御実行時の触媒後センサ21の出力軌跡長或いは出力面積等が使用可能である。アクティブ空燃比制御実行時、触媒劣化度が大きいほど触媒後センサ21の出力変動が大きくなるので、この特性を利用したものである。
さて、本実施形態におけるばらつき異常検出時の状態変化の様子を図8を参照して説明する。
図8において、(A)はエンジン回転数Ne(rpm)、(B)はフューエルカット(F/C)のオンオフ状態、(C)はF/C後リッチ制御のオンオフ状態、(D)は異常検出用の強制増量制御であるアクティブリッチ制御のオンオフ状態、(E)は上流触媒18に現に吸蔵されている酸素量OSA、(F)は触媒後センサ出力Vrをそれぞれ示す。ここでオンおよびオフとは、それぞれ実行および非実行の状態をいう。
車両走行中にフューエルカット条件が成立するとフューエルカットが実行、開始され(時刻t1)、エンジン回転数Neが低下していく。そしてエンジン回転数Neが復帰回転数Ncを下回ると、フューエルカットが終了され、同時にF/C後リッチ制御とアクティブリッチ制御とが実行、開始される(時刻t2)。
ここでF/C後リッチ制御とアクティブリッチ制御とは実質的に同じものである。便宜上後者で述べると、アクティブリッチ制御の実行中、図6に示したように、全気筒の燃料噴射量が同時にストイキ相当量よりも所定量増量される。増量量は、F/C後リッチ制御単独のときの増量量と同じであっても異なってもよいが、異なる場合、F/C後リッチ制御単独のときより増量量を多くするのが好ましい。
また増量直前のタイミングにおいて全気筒の角速度差Δωが検出される。なお全気筒の角速度差Δωを常時検出し、増量直前のタイミングにおける全気筒の角速度差Δωを取得するようにしてもよい。
図示例では、アクティブリッチ制御の実行中にエンジン回転数Neがアイドル回転数Niに達し、そのままアイドル運転が継続されている。
他方、吸蔵酸素量OSAと触媒後センサ出力Vrに着目する。フューエルカットの実行中、上流触媒18には空気のみが供給されるので、上流触媒18には比較的速い速度で酸素が吸蔵され続け、吸蔵酸素量OSAは実線で示すように、最新ないし直近の学習値である酸素吸蔵容量OSCの値に比較的短時間で達すると考えられる(時刻t11)。そしてこの時点の付近で、空気が上流触媒18を素通りするようになり、触媒後センサ出力Vrがリーンに反転する。
この状態からアクティブリッチ制御が開始されると、上流触媒18にリッチガスが供給されるので、上流触媒18から吸蔵酸素が放出され、吸蔵酸素量OSAが実線で示すように徐々に低下していく。そして全ての吸蔵酸素を放出し尽くした時点で、リッチガスが上流触媒18を素通りするようになり、触媒後センサ出力Vrがリッチに反転する(時刻t3)。図示例では全ての吸蔵酸素を放出し尽くした時点での吸蔵酸素量OSAを便宜上ゼロとしている。
このリッチ反転と同時に、アクティブリッチ制御およびF/C後リッチ制御が終了される。結果的に、時刻t2から時刻t3までの時間TRだけアクティブリッチ制御が実行され、酸素吸蔵容量OSCの計測値に応じてアクティブリッチ制御実行時間TR(燃料噴射量の増量時間)が変化させられることとなる。
リッチ反転と同時にアクティブリッチ制御を終了すると次の利点がある。仮にリッチ反転後もアクティブリッチ制御を継続したとすると、リッチガスを上流触媒18で処理できず、上流触媒18からリッチガスが排出されるので、排気エミッションを悪化させる虞がある。他方、リッチ反転と同時にアクティブリッチ制御を終了すると、このような排気エミッションの悪化を未然に防止することができる。
アクティブリッチ制御の実行中には、増量後の全気筒の角速度差Δωが常時、複数サンプル分検出される。そしてアクティブリッチ制御の終了と同時若しくはその直後に、複数のサンプルが単純平均化され、最終的な増量後の全気筒の角速度差Δωが算出される。そして、増量前後の角速度差の差dΔωが算出される。
全気筒の差dΔωが異常判定値β1を超えていない場合、何れの気筒にもリッチずれ異常は生じていない旨が判定される。他方、何れかの気筒の差dΔωが異常判定値β1を超えている場合、当該気筒にリッチずれ異常が生じている旨が判定される。
ここで、(E)および(F)に仮想線で示すように、学習値としての酸素吸蔵容量の値がより大きい値OSC’(つまり触媒が新品側)であったとすると、フューエルカット中に上流触媒18に吸蔵される吸蔵酸素量OSAがより多くなる。よって、その放出にも時間がかかるようになり、触媒後センサ出力Vrがリッチに反転するタイミングはより遅い時刻t3’となる。
この結果、アクティブリッチ制御の実行時間TRが長くなり、増量後の全気筒の角速度差Δωについてより多くのサンプルを取得できるようになる。それ故、最終的な算出値の精度が高まり、検出精度を向上することができる。
図示しないが、逆に、学習値としての酸素吸蔵容量の値がより小さい値(つまり触媒が劣化側)である場合には、アクティブリッチ制御の実行時間TRが短くなり、サンプル数が減少し、精度向上の点で不利である。
図9は、酸素吸蔵容量OSCとアクティブリッチ制御実行時間TRとの関係を示す。見られるように、酸素吸蔵容量OSCが小さいほどアクティブリッチ制御実行時間TRは短くなる。触媒の状態は必ず劣化方向に進むため、アクティブリッチ制御実行時間TRは触媒の劣化に応じて徐々に短くなっていく。
なお、アクティブリッチ制御の終了タイミングは、必ずしも触媒後センサ出力Vrのリッチ反転と同時とする必要はなく、任意に定め得る。例えば、アクティブリッチ制御の開始から所定時間経過した時点としてもよいし、所定数のサンプルを取得した時点としてもよい。また後述するように、吸蔵酸素量OSAの値を監視しつつその値が所定値に達した時点としてもよい。
図10に本実施形態の制御ルーチンを示す。このルーチンはECU100により実行される。
まずステップS101ではF/C後リッチ制御が実行中であるか否かが判断される。実行中でなければ待機状態となり、実行中であればステップS102に進んでアクティブリッチ制御が実行される。
次のステップS103では、触媒後センサ出力Vrがリッチに反転したか否かが判断される。反転してなければステップS102に戻ってアクティブリッチ制御が実行され、反転したならばステップS104に進んでF/C後リッチ制御とアクティブリッチ制御が終了される。
次に、他の実施形態を説明する。前述の基本実施形態と同様の部分については説明を省略し、以下相違点を中心に述べる。
この他の実施形態は、F/C後リッチ制御の最中にこれを一時的に中断し、この中断中に燃料噴射量の強制減量を実行するものである。この場合にも異常検出用の強制減量を単独で行うことを回避し、異常検出実行による排気エミッション悪化を極力防止することができる。
図11は図8と同様の図を示し、(A)はエンジン回転数Ne(rpm)、(B)はフューエルカット(F/C)のオンオフ状態、(C)はF/C後リッチ制御のオンオフ状態、(D)は異常検出用の強制減量制御であるアクティブリーン制御のオンオフ状態、(E)は吸蔵酸素量OSA、(F)は触媒後センサ出力Vrをそれぞれ示す。
先と同様、時刻t1でフューエルカットが開始され、時刻t2でフューエルカットが終了されると同時にF/C後リッチ制御が開始される。すると吸蔵酸素量OSAが、学習値としての酸素吸蔵容量OSCの値から徐々に低下していく。
この低下中、吸蔵酸素量OSAの値が逐次的に算出される。すなわち、酸素吸蔵容量の計測方法の欄で述べたように、触媒前センサ20で検出されたリッチガスの空燃比とストイキとの差分に基づき、前式(1)から、1演算周期当たりの放出酸素量dOSAaが算出され、この値が順次、学習値としての酸素吸蔵容量OSCの値から減算されていく。
そして吸蔵酸素量OSAの値が、第1所定値OSC1に達した時点t21で、F/C後リッチ制御が中断されると同時に、アクティブリーン制御が開始される。図示例において第1所定値OSC1はゼロより大きい値に設定されている。
アクティブリーン制御の実行中には、図5に示したように、全気筒の燃料噴射量がストイキ相当量よりも所定量減量される。また減量直前のタイミングにおいて全気筒の角速度差Δωが検出される。なお全気筒の角速度差Δωを常時検出し、減量直前のタイミングにおける全気筒の角速度差Δωを取得するようにしてもよい。
アクティブリーン制御の実行中には、吸蔵酸素量OSAの値が徐々に増加していく。このときにも吸蔵酸素量OSAの値が逐次的に算出される。すなわち、触媒前センサ20で検出されたリーンガスの空燃比とストイキとの差分に基づき、前式(1)から、1演算周期当たりの吸蔵酸素量dOSAbが算出され、この値が順次、第1所定値OSC1に加算されていく。
そして吸蔵酸素量OSAの値が、第1所定値OSC1よりも大きい第2所定値OSC2に達した時点t22で、アクティブリーン制御が終了されると同時に、F/C後リッチ制御が再開される。
図示例では、第2所定値OSC2が学習値としての酸素吸蔵容量OSCより小さい値とされている。しかしながら、第2所定値OSC2を酸素吸蔵容量OSCと等しい値としてもよい。アクティブリーン制御中に取得するサンプル数を増加し、精度を向上するためには、第1所定値OSC1をできるだけ小さい値とし、第2所定値OSC2をできるだけ大きい値とし、アクティブリーン制御実行時間TLをできるだけ長くするのが好ましい。よって、例えば第1所定値OSC1をゼロとし、第2所定値OSC2を酸素吸蔵容量OSCと等しい値とするのも好ましい。
このように、本実施形態では、F/C後リッチ制御とアクティブリーン制御の実行中に吸蔵酸素量OSAの値を監視しつつアクティブリーン制御の開始タイミングと終了タイミングとを決定する。特にこの終了タイミング決定に関する特徴は、基本実施形態に適用することも可能である。例えば、アクティブリッチ制御中に吸蔵酸素量OSAの値が所定値まで低下した時点、あるいはアクティブリッチ制御中に酸素吸蔵容量OSCと吸蔵酸素量OSAとの差が所定値に達した時点で、アクティブリッチ制御を終了することができる。
さて、F/C後リッチ制御が再開されると、吸蔵酸素量OSAが徐々に低下していく。このとき吸蔵酸素量OSAの値を逐次的に算出してもよい。そして触媒後センサ出力Vrがリッチに反転(時刻t3)したのと同時に、F/C後リッチ制御が終了される。
基本実施形態と同様、アクティブリーン制御の実行中に減量後の全気筒の角速度差Δωが常時、複数サンプル分検出される。そしてアクティブリーン制御の終了と同時若しくはその直後に、複数のサンプルが単純平均化され、最終的な減量後の全気筒の角速度差Δωが算出される。そして減量前後の角速度差の差dΔωが算出される。
全気筒の差dΔωが異常判定値β2を超えていない場合、何れの気筒にもリーンずれ異常は生じていない旨が判定される。他方、何れかの気筒の差dΔωが異常判定値β2を超えている場合、当該気筒にリーンずれ異常が生じている旨が判定される。
図12には他の実施形態の制御ルーチンを示す。このルーチンはECU100により実行される。
まずステップS201ではF/C後リッチ制御が実行中であるか否かが判断される。実行中でなければ待機状態となり、実行中であればステップS202に進んで吸蔵酸素量OSAが第1所定値OSC1以下になったか否かが判断される。
吸蔵酸素量OSAが第1所定値OSC1以下になっていなければ待機状態となり、吸蔵酸素量OSAが第1所定値OSC1以下になったならばステップS203に進んでF/C後リッチ制御が中断されると共に、アクティブリーン制御が実行される。
次のステップS204では、吸蔵酸素量OSAが第2所定値OSC2以上になったか否かが判断される。吸蔵酸素量OSAが第2所定値OSC2以上になっていなければステップS203に戻り、吸蔵酸素量OSAが第2所定値OSC2以上になったならばステップS205に進んでアクティブリーン制御が終了されると共にF/C後リッチ制御が再開される。
次のステップS206では、触媒後センサ出力Vrがリッチに反転したか否かが判断される。反転してなければステップS205に戻り、反転したならばステップS207に進んでF/C後リッチ制御が終了される。
以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、増量前の角速度差Δω1と増量後の角速度差Δω2との差dΔωを用いる代わりに、両者の比を用いることができる。この点、減量前後の角速度差の差dΔω、または増量もしくは減量前後の回転時間差ΔTの差についても同様のことが言える。本発明はV型8気筒エンジンに限らず、他の様々な形式および気筒数のエンジンに適用可能である。触媒後センサとして、触媒前センサと同様の広域空燃比センサを用いてもよい。
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
Claims (8)
- フューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカットの終了直後に空燃比をリッチ化するフューエルカット後リッチ制御を実行するリッチ制御手段と、
所定の対象気筒の燃料噴射量を増量し、少なくとも当該増量後の前記対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の実行中に前記燃料噴射量の増量を実行する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。 - 排気通路に設けられた酸素吸蔵能を有する触媒と、
前記触媒の下流側に設けられた空燃比センサである触媒後センサと、
をさらに備え、
前記検出手段は、前記触媒後センサの出力がリッチに切り替わったのと同時に前記燃料噴射量の増量を終了する
ことを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。 - 前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段をさらに備え、
前記検出手段は、前記酸素吸蔵容量の計測値に応じて前記燃料噴射量の増量時間を変化させる
ことを特徴とする請求項1または2に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。 - 前記検出手段は、前記燃料噴射量の増量中、前記触媒に吸蔵された吸蔵酸素量を監視しつつ増量終了タイミングを決定する
ことを特徴とする請求項2に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。 - 前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の開始と同時に前記燃料噴射量の増量を開始する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。 - 前記検出手段は、前記対象気筒における前記燃料噴射量の増量前後の回転変動の差に基づき、前記対象気筒のリッチずれ異常を検出する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。 - フューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカットの終了直後に空燃比をリッチ化するフューエルカット後リッチ制御を実行するリッチ制御手段と、
所定の対象気筒の燃料噴射量を減量し、少なくとも当該減量後の前記対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の最中にこれを一時的に中断し、この中断中に前記燃料噴射量の減量を実行する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。 - 排気通路に設けられた酸素吸蔵能を有する触媒をさらに備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御および前記燃料噴射量の減量の実行中、前記触媒に吸蔵された吸蔵酸素量を監視しつつ、減量開始タイミングと減量終了タイミングとを決定する
ことを特徴とする請求項7に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
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