JP5120468B2 - 多気筒内燃機関の異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関の希薄燃焼運転中の回転変動に基づいて一部気筒の空燃比異常の有無を判定する多気筒内燃機関の異常判定装置に関するものである。

近年、ガソリン燃料を用いる内燃機関の所定運転領域（例えばアイドル運転領域）において、理論空燃比よりもリーン側の空燃比での機関運転（希薄燃焼運転）を実行することにより、内燃機関の燃費性能の向上を図ることが提案されている。この希薄燃焼運転は、例えば圧縮行程後期において燃料を気筒内に直接噴射するなどして成層燃焼（希薄燃焼）を行うことにより実現される。

また、大気汚染等の環境破壊を防止することを目的として、排ガス対策用の車載部品の劣化・故障を検出、判定して表示するＯＢＤ（オンボードダイアグノーシス）システムの導入が進められている。ＯＢＤシステムは、排ガス対策用の車載部品の異常を検出または判定し、異常発生時には警告表示をして運転者に異常を知らせるとともに、故障内容を記録保持している。

特に最近では、多気筒内燃機関において、気筒間における所定レベル以上の空燃比のばらつきの発生の有無を判定する装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置では、内燃機関の希薄燃焼運転中において気筒間における機関出力軸の回転変動が検出されるとともに、この検出された回転変動に基づいて空燃比ばらつきの発生の有無が判定される。この回転変動としては例えば、機関燃焼行程の所定回転角（例えば圧縮上死点から機関出力軸が３０°回転するまでの期間）における機関出力軸の回転速度が気筒毎に検出されるとともにその検出した回転速度の気筒間における差が用いられる。

特開平７−２７９７３２号公報

ここで、内燃機関の希薄燃焼運転中においては、気筒内での燃焼に供される燃料の量がごく少ないために、同内燃機関の個体差や経時変化などによって空燃比が不要に変化した場合に失火が生じやすく、機関運転に際して許容される空燃比ばらつきの幅がごく狭い。そのため、単に回転変動と判定値との比較を通じて空燃比ばらつきの発生を判定する装置では、その判定パラメータである回転変動が取り得る値の範囲もごく狭く、そうした狭い範囲を空燃比ばらつきの発生有りの領域と発生無しの領域との二つの領域に仕切る値を上記判定値として設定せざるを得ない。そして、そうした狭い範囲を対象に設定された判定値に基づいて空燃比ばらつきの発生の判定を行う場合には、その判定精度の向上を図ることが難しく、この点において上述した異常判定装置は改善の余地がある。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、空燃比異常の発生の有無を精度よく判定することのできる多気筒内燃機関の異常判定装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の構成では、特定気筒における空燃比異常の発生の有無を判定するために、多気筒内燃機関の希薄燃焼運転中の気筒間における回転変動が検出される。

そして、上記回転変動の度合いが第１判定値以上であるとき、すなわち同回転変動が大きいときには、このとき他の気筒の発生トルクに対して特定気筒の発生トルクが大きく異なっており、これが特定気筒における空燃比の異常が原因である可能性が高いとして、特定気筒に空燃比異常が発生していると判定される。

一方、上記回転変動の度合いが第１判定値より小さい第２判定値以下であるとき、すなわち同回転変動が小さいときには、他の気筒の発生トルクと特定気筒の発生トルクとの差異が小さいために特定気筒の発生トルクが異常な値になっていないとして、特定気筒に空燃比異常が発生していないと判定される。

他方、上記回転変動の度合いが第１判定値より小さく且つ第２判定値より大きいときには、機関制御の実行態様が、特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差を拡大させる変更態様であり、且つ特定気筒と他の気筒とで異なる変更態様であり、且つ発生トルクを増大させる変更態様で変更される。詳しくは、このとき上記回転変動の度合いが空燃比異常の発生有りと確実に判定することのできる程度に大きい値になっておらず、また空燃比異常の発生無しと確実に判定することのできる程度に小さい値にもなっていないとして、発生トルクを増大させつつ同回転変動を増大させるように機関制御の実行態様が変更される。すなわち、このとき機関制御の実行態様が、その変更に伴う失火発生が抑えられる変更態様であって、特定気筒における空燃比異常の発生に起因して大きくなる上記回転変動がさらに大きくなる変更態様で変更される。そして、その状態で上記回転変動が改めて検出されるとともに同回転変動に基づく空燃比異常の発生の有無の判定が再度実行される。

このように請求項１に記載の構成によれば、回転変動の度合いが十分に大きく空燃比異常が発生している可能性がごく高いときや回転変動の度合いが十分に小さく空燃比異常が発生していない可能性がごく高いときには、機関制御の実行態様を変更することなく、速やかに空燃比異常の発生有りと判定したり発生無しと判定したりすることができる。

しかも、回転変動の度合いがさほど大きくもなく小さくもない値であるときには、同回転変動のとり得る範囲が大きくなるように機関制御の実行態様を変更した上で、再度の回転変動の検出と同回転変動に基づく判定とを実行することができる。そのため、比較的広い範囲で変化する回転変動をもとに空燃比異常の発生の有無を判定することができ、同空燃比異常の発生の有無を精度よく判定することができるようになる。また、このとき発生トルクが大きくなるように機関制御の実行態様が変更されるために、その変更に伴う失火発生を抑えることもできる。

なお、請求項１に記載の「機関制御の実行態様を特定気筒と他の気筒とで異なる態様で変更する」との構成は、特定気筒についての機関制御の実行態様と他の気筒についての機関制御の実行態様とを共に変更する構成の他、それら実行態様のうちの一方のみを変更する構成を含む。

請求項２に記載の構成では、空燃比異常として特定気筒の空燃比が過度にリーンになる異常（以下、リーン異常）の発生の有無が判定される。そして、その判定に際して前記回転変動の度合いが第１判定値より小さく且つ第２判定値より大きくなると、機関制御の実行態様が他の気筒についてのみ発生トルクを増加させるように変更される。これにより、特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差を拡大させることができるために、同差をもとに特定気筒におけるリーン異常の発生の有無を精度よく判定することができるようになる。

内燃機関のアイドル運転時においては、気筒内での燃焼に供される燃料の量が特に少なく空燃比の不要な変化に起因する失火も生じやすいために、機関運転に際して許容される空燃比ばらつきの幅もごく狭い。

請求項３に記載の構成によれば、そうした内燃機関のアイドル運転中であることを条件に空燃比異常の発生の有無の判定が実行される装置において、空燃比異常の発生の有無を精度よく判定することができる。

通常、機関制御では点火時期が進角されると発生トルクが大きくなる。請求項４に記載の構成では、機関制御の実行態様を特定気筒と他の気筒とで異なる態様で変更するために、特定気筒の点火時期が変更されず、他の気筒の点火時期が進角側の時期に変更される。こうした請求項４に記載の構成によれば、特定気筒の点火時期を変更しないことによって発生トルクを維持する一方で、他の気筒の点火時期を進角側の時期に変更することによって発生トルクを増大させることにより、特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差を拡大させることができる。

請求項５に記載の構成では、他の気筒の点火時期の変更についての限界時期としてＭＢＴ、すなわち発生トルクが最も大きくなる点火時期が設定される。これにより、他の気筒の点火時期の進角側への変更に際して、同点火時期がそれ以上進角させても発生トルクが大きくならないＭＢＴになると、それ以上の点火時期の進角側への変更が禁止されるため、発生トルクを増加させることの可能な範囲で点火時期を変更することができるようになる。

請求項６に記載の構成では、機関制御の実行態様の変更を通じて他の気筒の点火時期がＭＢＴになった状態で検出した回転変動の度合いが第１判定値未満であるときに、空燃比異常の発生無しと判定される。そのため、回転変動の度合いが第１判定値以上になることなく他の気筒の点火時期がＭＢＴまで変更された場合に、回転変動を大きくするべく点火時期を変更したにもかかわらず同回転変動の度合いが第１判定値以上にならなかったことをもって、このとき回転変動が小さいと判断することができる。そして、この判断をもとに空燃比異常が発生していないことを精度よく判定することができる。

請求項１〜６の何れかに記載の構成における回転変動としては、請求項７によるように、機関燃焼行程の所定回転角における機関出力軸の回転速度を気筒毎に検出するとともに、その検出した回転速度の特定気筒と他の気筒との差を算出して、これを用いることができる。

本発明を具体化した一実施の形態にかかる異常判定装置が適用される内燃機関の概略構成を示す略図。 同内燃機関の具体構造を示す略図。 積算値を算出する処理の実行手順を示すフローチャート。 リーン異常の判定における各判定態様を示す表。 異常判定処理の実行手順を示すフローチャート。 異常判定処理の実行手順を示すフローチャート。

以下、本発明の異常判定装置を直列４気筒の多気筒内燃機関に適用した実施の形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１１には、その各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対応して、気筒１２ａ〜１２ｄ内に燃料を直接噴射するインジェクタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと点火プラグ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄとがそれぞれ取り付けられている。なお以下では、特にいずれのものかを特定しない場合や四つを総称する場合には、単に気筒１２、インジェクタ１３、点火プラグ１４と記載する。

内燃機関１１の各気筒１２ａ〜１２ｄには吸気通路１５を介して空気が吸入される。この吸気通路１５の合流部分にはスロットルバルブ１６が取り付けられている。また内燃機関１１の各気筒１２ａ〜１２ｄ内の燃焼ガスは排気通路１７に排出される。この排気通路１７の合流部分には浄化装置１８が取り付けられている。

そして上記内燃機関１１では、上記スロットルバルブ１６の開度制御を通じて吸気通路１５の流路面積が調整されることにより、各気筒１２ａ〜１２ｄに吸入される空気の量が調節される。また、インジェクタ１３ａ〜１３ｄの開弁制御を通じて各気筒１２ａ〜１２ｄに供給される燃料の量が調節される。さらに、点火プラグ１４ａ〜１４ｄの作動制御を通じて、各気筒１２ａ〜１２ｄ内の吸入空気と噴射燃料とからなる混合気への点火時期が調節される。また内燃機関１１の各気筒１２ａ〜１２ｄからの排気は浄化装置１８によって浄化された後に排気通路１７の外部に放出される。

内燃機関１１の各気筒１２ａ〜１２ｄの燃焼サイクルは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、および排気行程の四つの行程を１サイクルとして行われる。内燃機関１１の各気筒１２ａ〜１２ｄにおける燃料噴射や点火動作は基本的に、１番気筒１２ａ、３番気筒１２ｃ、４番気筒１２ｄ、２番気筒１２ｂの順で、内燃機関１１の出力軸１９の回転角における１８０度（°ＣＡ）の位相差をもって行われる。すなわち、内燃機関１１の出力軸１９が７２０°ＣＡだけ回転すると、全ての気筒１２において四つの行程がそれぞれ一回ずつ行われることになる。

次に、内燃機関１１の具体的な構造を説明する。
図２に示すように、内燃機関１１の気筒１２内にはピストン２０が往復運動可能に設けられている。このピストン２０はコネクティングロッドを介して出力軸１９に接続されている。出力軸１９の近傍には、その回転角や回転速度（機関回転速度）を検出するための回転センサ３１が設置されている。内燃機関１１では、上述した燃焼サイクルに応じて上記ピストン２０が気筒１２内を往復移動するとともに、この往復移動に伴いコネクティングロッドを介して出力軸１９が回転するようになっている。

内燃機関１１の運転制御は電子制御ユニット３０によって行われる。電子制御ユニット３０は内燃機関１１の運転制御にかかる各演算処理を実施するＣＰＵ３０ａ、制御用のプログラムやデータが記憶されたＲＯＭ３０ｂ、ＣＰＵ３０ａによって演算された結果を一時的に保存するＲＡＭ３０ｃなどを備えている。また電子制御ユニット３０には、上記回転センサ３１を含む各種センサの出力信号が入力されている。各種センサとしては、例えば内燃機関１１の吸入空気量を検出するための吸気量センサ３２や、スロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットルセンサ３３、アクセルペダル２１の踏み込み量を検出するアクセルセンサ３４、機関冷却水の温度を検出するための温度センサ３５等を挙げることができる。そして、電子制御ユニット３０は各種センサの出力信号に基づいて各種の演算を行うとともに、その演算結果に基づいてインジェクタ１３の作動制御（燃料噴射制御）や、スロットルバルブ１６（詳しくは、スロットルモータ１６ａ）の作動制御（スロットル制御）、点火プラグ１４の作動制御（点火時期制御）などの各種制御を実行する。

本実施の形態の燃料噴射制御は次のように実行される。先ず、アクセルペダル２１の踏み込み量および機関回転速度に基づいて燃料噴射量についての制御目標値（目標噴射量）が算出されるとともに、この目標噴射量と機関回転速度とに基づいて燃料噴射時期についての制御目標値（目標噴射時期）と燃料噴射時間についての制御目標値（目標噴射時間）とがそれぞれ算出される。そして、それら目標噴射時期と目標噴射時間とに基づいて各インジェクタ１３ａ〜１３ｄの作動が制御される。

また本実施の形態のスロットル制御は次のように実行される。すなわち目標噴射量および機関回転速度に基づいてスロットル開度についての制御目標値（目標スロットル開度）が算出されるとともに、目標スロットル開度と実際のスロットル開度とが一致するようにスロットルモータ１６ａの作動が制御される。

本実施の形態の点火時期制御は次のように実行される。上記目標噴射量および機関回転速度に基づいて点火時期についての制御目標値（目標点火時期）が算出されるとともに、同目標点火時期において点火動作がなされるように各点火プラグ１４ａ〜１４ｄの作動が制御される。なお本実施の形態では、内燃機関１１の気筒１２毎に、目標点火時期を設定するとともに同目標点火時期に基づく点火プラグ１４の作動制御を実行することが可能になっている。

本実施の形態の内燃機関１１の運転制御では、気筒１２内における混合気の燃焼形態が、機関運転状態に応じて、空気に対して燃料が均等に混合された均質混合気を理論空燃比で燃焼させる理論空燃比燃焼と、混合気を理論空燃比よりもリーンな状態で燃焼させる希薄燃焼との間で切り換えられる。なお、希薄燃焼としては、インジェクタ１３からの燃料噴射を圧縮行程で行うことによって点火プラグ１４の周りのみに可燃混合気が存在する成層混合気を形成して、その成層混合気を燃焼させる「成層燃焼」が採用されている。また本実施の形態では、内燃機関１１のアイドル運転時において希薄燃焼が選択される。

本実施の形態では、電子制御ユニット３０により、いずれかの気筒１２内の混合気の空燃比が過度にリーンになる異常の発生の有無を判定する異常判定処理が実行される。
すなわち先ず、内燃機関１１のアイドル運転（希薄燃焼運転）中において、気筒１２ａ〜１２ｄ間における回転変動ΔＴ３０が検出されるとともに、その積算値ΣΔＴ３０が算出される。

以下、上記積算値ΣΔＴ３０の算出手順について図３を参照しつつ具体的に説明する。なお、この積算値ΣΔＴ３０は各気筒１２ａ〜１２ｄについて各別に算出される。
図３に示すように、先ず回転センサ３１の検出結果に基づいて、燃焼行程の所定回転角における出力軸１９の回転速度が検出される（ステップＳ１０）。詳しくは、圧縮上死点を基準「０°ＣＡ」として、出力軸１９が０°ＣＡから３０°ＣＡまで回転するのに要した時間Ｔ３０が計測される。この時間Ｔ３０は、出力軸１９の回転速度が極大になるときの３０°ＣＡの回転に要する時間として計測される。

その後、上記時間Ｔ３０の気筒１２間における差が算出されるとともに同差が回転変動ΔＴ３０として算出される（ステップＳ１１）。この回転変動ΔＴ３０は、このときの算出対象である気筒１２［ｉ］についての時間Ｔ３０［ｉ］と点火順序において同気筒１２［ｉ］の直前に点火した気筒１２［ｉ−１］についての時間Ｔ３０［ｉ−１］との差として定義されている。すなわち回転変動ΔＴ３０［ｉ］は、関係式「ΔＴ３０［ｉ］＝Ｔ３０［ｉ］−Ｔ３０［ｉ−１］」を満たす値となる。この値が大きいときには、直前の点火気筒１２［ｉ−１］と比較して今回の点火気筒１２［ｉ］が３０°ＣＡだけ回転するのに多くの時間を要しており、直前の点火気筒１２［ｉ−１］に比べて今回の点火気筒１２［ｉ］の燃焼による発生トルクが小さい可能性が高く、空燃比がリーンである可能性も高いと云える。

その後、ステップＳ１１において算出された回転変動ΔＴ３０を積算値ΣΔＴ３０に加算することによって、回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０が算出される（ステップＳ１２）。

そして、本実施の形態の異常判定処理では、出力軸１９が所定回数（本実施の形態では２００回）だけ回転する分の上記回転変動ΔＴ３０の積算が完了すると、その積算値ΣΔＴ３０に基づいて特定気筒における空燃比異常の発生の有無が判定される。なお、この特定気筒は積算値ΣΔＴ３０の算出に用いられた回転変動を前記回転変動ΔＴ３０［ｉ］とした場合において前記気筒１２［ｉ］に相当する気筒である。

本実施の形態では基本的に、上記積算値ΣΔＴ３０が大きいときには、特定気筒の空燃比が他の気筒の空燃比と比較して所定レベル以上にリーンになっているとして、空燃比異常（以下、リーン異常）が発生していると判定される。一方、上記積算値ΣΔＴ３０が小さいときには、気筒１２間において空燃比ばらつきが生じていない、あるいは小さいとして、リーン異常が発生していないと判定される。

ここで気筒１２内での燃焼に供される燃料の量は、内燃機関１１の希薄燃焼運転時においてごく少なく、中でもアイドル運転中において特に少ない。本実施の形態では、内燃機関１１のアイドル運転時において希薄燃焼が選択される。そのため内燃機関１１のアイドル運転中においては、同内燃機関１１の個体差や経時変化などによって空燃比が不要に変化した場合に失火が生じやすく、このとき許容される空燃比ばらつきの幅がごく狭いと云える。本実施の形態では、そうした内燃機関１１のアイドル運転中であることを条件に、異常判定処理を通じたリーン異常の発生の有無の判定が実行される。そのため、判定パラメータである上記回転変動ΔＴ３０（詳しくは、その積算値ΣΔＴ３０）が取り得る値の範囲もごく狭く、そうした狭い範囲をリーン異常の発生有りの領域と発生無しの領域との二つの領域に仕切ることが難しいために、その判定精度の向上を図ることも難しい。

この点をふまえて本実施の形態では、回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０に基づくリーン異常の発生の有無の判定を次のように実行するようにしている。すなわち、リーン異常の発生有りとの判定態様（後述する［判定態様イ］）と同リーン異常の発生無しとの判定態様（後述する［判定態様ロ］）との二つの判定態様に加えて、リーン異常の発生の有無の判定を保留する判定態様（後述する［判定態様ハ］）が設定されている。そして、異常判定処理の判定態様が上記［判定態様ハ］になったときには、前記特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差が拡大するように点火時期制御の実行態様が変更されるとともに積算値ΣΔＴ３０の算出と同積算値ΣΔＴ３０に基づくリーン異常の発生の有無の判定とが再度実行される。なお、他の気筒とは特定気筒以外の三つの気筒１２である。

以下、そうした異常判定処理の具体的な実行手順と同処理を実行することによる作用とについて説明する。
本実施の形態の異常判定処理では先ず、機関負荷および機関回転速度に基づいて上記積算値ΣΔＴ３０についての基準値が算出されるとともに、この基準値によって上記積算値ΣΔＴ３０を除算した値［ΣΔＴ３０／基準値］が算出される。なお機関負荷としては、例えば前記目標噴射量を機関回転速度で除算した値が用いられる。

上記基準値としては、機関負荷と機関回転速度とにより定まる機関運転領域において算出される積算値ΣΔＴ３０に相当する値であって、同機関運転領域においてリーン異常が発生していることを確実に判定可能な程度に大きい値が設定される。したがって、上記積算値ΣΔＴ３０を基準値によって除算した値［ΣΔＴ３０／基準値］が「１．０」以上であることをもってリーン異常が発生していることを確実に判定することができ、上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が「１．０」未満であることをもってリーン異常が発生している可能性が若干低いことを判断することができる。本実施の形態では、上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が回転変動の度合いとして機能する。

本実施の形態では、上記値［ΣΔＴ３０／基準値］の比較対象として、第１判定値Ｊ１（具体的には「１．０」）と同第１判定値Ｊ１より小さい第２判定値Ｊ２（例えば「０．９」）とが予め設定されている。なお、この第２判定値Ｊ２としては、リーン異常が発生していないことを確実に判定可能な程度に上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が小さい値になっていることを判断することの可能な値が設定される。

そして、図４に示すように、それら判定値Ｊ１，Ｊ２と上記値［ΣΔＴ３０／基準値］との比較結果に基づいて、以下に記載する［判定態様イ］〜［判定態様ニ］のいずれかの判定態様でリーン異常の発生の有無が判定される。
［判定態様イ］
上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１以上であるときには、リーン異常の発生有りと判定される。すなわち、このとき積算値ΣΔＴ３０が大きく、他の気筒の発生トルクに対して特定気筒の発生トルクがごく小さくなっており、これが特定気筒における空燃比のリーン異常が原因である可能性が高いとして、特定気筒にリーン異常が発生していると判定される。
［判定態様ロ］
上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第２判定値Ｊ２以下であるときには、リーン異常の発生無しと判定される。このとき積算値ΣΔＴ３０が小さく、特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差異が小さいために特定気筒の発生トルクが異常な値になっていないとして、特定気筒にリーン異常が発生していないと判定される。
［判定態様ハ］
上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１より小さく且つ第２判定値Ｊ２より大きいときには、リーン異常の発生有りとも発生無しとも判定されず、その判定が保留される。すなわち回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０が特定気筒においてリーン異常が発生していると確実に判定することのできる程度に大きい値になっておらず、同リーン異常が発生していないと確実に判定することのできる程度に小さい値にもなっていないと判断される。

ただし、この場合には、内燃機関１１の発生トルクを増大させつつ上記積算値ΣΔＴ３０を増大させるように点火時期制御の実行態様が変更される。具体的には、他の気筒（特定気筒以外の三つの気筒）の目標点火時期がそれぞれ所定値α（例えば、数°ＣＡ）だけ進角側の時期に変更される一方、特定気筒についての目標点火時期は変更されない。これにより、特定気筒の点火時期を変更しないことによって発生トルクが維持される一方で、他の気筒の点火時期を進角側の時期に変更することによって発生トルクが増大するために、特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差が拡大するようになる。すなわち、このとき点火時期制御の実行態様が、特定気筒におけるリーン異常の発生に起因して大きくなる上記積算値ΣΔＴ３０がさらに大きくなる変更態様で変更される。しかも、このとき他の気筒の発生トルクが増大するように点火時期が変更されるために失火の発生が抑えられる。また、他の気筒の発生トルクの増大に伴って機関回転速度が上昇すると、その分だけ他の気筒間における回転変動が小さくなるため、内燃機関１１の振動が抑えられるようになる。

本実施の形態では、異常判定処理の判定態様が［判定態様ハ］になる度に、他の気筒の目標点火時期が所定角度ずつ進角側の時期に変更されるが、その変更についての限界時期としてＭＢＴが設定されている。なおＭＢＴは、そのときどきの機関運転領域において発生トルクが最も大きくなる点火時期である。こうした限界時期を設定することにより、他の気筒の目標点火時期の進角側への変更に際して、同目標点火時期がそれ以上進角させても発生トルクが大きくならないＭＢＴ（最も発生トルクが大きくなる点火時期）になると、それ以上の目標点火時期の進角側への変更が禁止（ガード）されるようになる。そのため、発生トルクを増加させることの可能な範囲で、点火時期を変更することができるようになる。

ちなみに［判定態様ハ］になった場合には、このようにして点火時期制御の実行態様を変更した後において、回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０が改めて算出されるとともに同積算値ΣΔＴ３０に基づくリーン異常の発生の有無の判定が再度実行される。
［判定態様ニ］
点火時期制御の実行態様の変更を通じて他の気筒の目標点火時期がＭＢＴになった状態で算出された値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１未満であるときには、リーン異常の発生無しと判定される。すなわち回転変動ΔＴ３０を大きくするべく点火時期を変更したにもかかわらず、他の気筒の目標点火時期がＭＢＴになっても上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１以上にならなかったために、このとき上記回転変動ΔＴ３０が小さいとして、リーン異常が発生していないと判定される。このように本実施の形態では、点火時期制御の実行態様の変更を通じて他の気筒の目標点火時期がＭＢＴになると、その状態で改めて算出された前記値［ΣΔＴ３０／基準値］と第１判定値Ｊ１との比較に基づきリーン異常の発生の有無が判定される。なお、その値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１以上であるときには、リーン異常の発生有りと判定される（上記［判定態様イ］）。

このように本実施の形態の異常判定処理では、回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０が十分に大きくリーン異常が発生している可能性がごく高いときには、機関制御の実行態様を変更することなく、速やかにリーン異常の発生有りと判定することができる（判定態様イ）。また、回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０が十分に小さくリーン異常が発生していない可能性がごく高いときには、機関制御の実行態様を変更することなく、速やかにリーン異常の発生無しと判定することができる（判定態様ロ）。しかも、回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０がさほど大きくもなく小さくもない値であるときには、同積算値ΣΔＴ３０のとり得る範囲が大きくなるように点火時期制御の実行態様を変更した上で（判定態様ハ）、再度の積算値ΣΔＴ３０の算出と同積算値ΣΔＴ３０に基づく判定とを実行することができる（［判定態様イ］〜［判定態様ニ］）。そのため、比較的広い範囲で変化する回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０をもとにリーン異常の発生の有無を判定することができ、同リーン異常の発生の有無を精度よく判定することができる。したがって本実施の形態の異常判定処理によれば、リーン異常の発生の有無を精度よく判定することができるようになる。

以下、本実施の形態の異常判定処理の具体的な実行手順について、図５および図６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお図５および図６に示す一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御ユニット３０により実行される。また、この一連の処理は、各気筒１２ａ〜１２ｄについて各別に実行される。

図５に示すように、この処理では先ず、実行条件が成立しているか否かが判断される（ステップ２０）。ここでは、以下の条件が全て満たされていることをもって実行条件が成立していると判断される。
・内燃機関１１がアイドル運転中であること（具体的には、アクセルペダル２１が操作されておらず、且つ機関回転速度の変動が小さい安定状態であること）。
・内燃機関１１の暖機が完了していること（具体的には、機関冷却水の温度が所定温度以上であること）。
・判定完了フラグがオフ操作されていること。

そして、実行条件が成立していない場合には（ステップＳ２０：ＮＯ）、以下の処理を実行することなく本処理は一旦終了される。なお、上記判定完了フラグは、機関運転を開始するべくイグニッションスイッチがオン操作されたときにオフ操作されているフラグであり、リーン異常の発生有りあるいは発生無しと判定されたときにオン操作されるフラグである。実施の形態では、この判定完了フラグがオフ操作されていることを条件に、言い換えれば１トリップ中に１度だけリーン異常の発生の有無が判定される。

その後、本処理が繰り返し実行されて実行条件が成立すると（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、内燃機関１１の出力軸１９が所定回数回転する分だけ回転変動ΔＴ３０が算出されて加算されるまで（ステップＳ２２：ＮＯ）、前述した回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０を算出する処理（図３参照）が繰り返し実行される（ステップＳ２１）。

そして、内燃機関１１の出力軸１９が所定回数だけ回転する分の前記回転変動ΔＴ３０が加算された積算値ΣΔＴ３０が算出されると（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、機関負荷および機関回転速度に基づいて前記基準値が算出される（ステップＳ２３）。なお本実施の形態では、機関負荷および機関回転速度により定まる機関運転領域とリーン異常の発生の有無を判定するうえで適切な基準値との関係が実験やシミュレーションの結果をもとに予め求められて電子制御ユニット３０に記憶されている。ステップＳ２３の処理では、そうした関係をもとに基準値が算出される。具体的には、機関負荷が大きいときほど、また機関回転速度が低いときほど上記基準値として大きい値が算出される。

その後、上記基準値によって回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０を除算した値［ΣΔＴ３０／基準値］が算出される（ステップＳ２４）。
そして図６に示すように、前記特定気筒以外の気筒（他の気筒）の目標点火時期がＭＢＴになっていないか否かが判断される（ステップＳ２５）。

他の気筒の目標点火時期がＭＢＴになっていない場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、第１判定値Ｊ１や第２判定値Ｊ２と上記値［ΣΔＴ３０／基準値］との比較結果に基づいて以下のように特定気筒におけるリーン異常の発生の有無が判定される。

上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１以上である場合には（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、前記［判定態様イ］で、リーン異常の発生有りと判定される（ステップＳ２７）。そして、判定完了フラグがオン操作されるとともに（ステップＳ２８）、積算値ΣΔＴ３０が「０」にリセットされた後（ステップＳ２９）、本処理は一旦終了される。なお本実施の形態では、リーン異常の発生有りと判定されると、警告灯が点灯されるとともに同リーン異常の発生履歴が電子制御ユニット３０に記憶される。

一方、上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第２判定値Ｊ２以下である場合には（ステップＳ２６：ＮＯ、且つステップＳ３０：ＹＥＳ）、前記［判定態様ロ］で、リーン異常の発生無しと判定される（ステップＳ３１）。そして、この場合にも、判定完了フラグがオン操作されるとともに（ステップＳ２８）、積算値ΣΔＴ３０が「０」にリセットされた後（ステップＳ２９）、本処理は一旦終了される。

他方、上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１より小さく且つ第２判定値Ｊ２より大きい場合には（ステップＳ２６：ＮＯ、且つステップＳ３０：ＮＯ）、前記［判定態様ハ］で、他の気筒の目標点火時期が前記限界時期によって進角側の時期への変更を制限された状態で、所定量αだけ進角側の時期に変更される（ステップＳ３２）。この場合にはリーン異常の発生の判定結果は保留される。そして、積算値ΣΔＴ３０が「０」にリセットされた後（ステップＳ２９）、本処理は一旦終了される。この場合には、判定完了フラグがオン操作されないために、以後において回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０や値［ΣΔＴ３０／基準値］が改めて算出されるようになる。

他の気筒の目標点火時期の進角補正が繰り返されて、同目標点火時期が限界時期になると（ステップＳ２５：ＮＯ）、その後において改めて算出された値［ΣΔＴ３０／基準値］（図５のステップＳ２４）と第１判定値Ｊ１との比較結果に基づいて以下のようにリーン異常の発生の有無が判定される。

上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１以上である場合には（図６のステップＳ３３：ＹＥＳ）、前記［判定態様イ］で、リーン異常の発生有りと判定される（ステップＳ２７）。そして、判定完了フラグがオン操作されるとともに（ステップＳ２８）、積算値ΣΔＴ３０が「０」にリセットされた後（ステップＳ２９）、本処理は一旦終了される。

一方、上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１未満である場合には（ステップＳ３３：ＮＯ）、前記［判定態様ニ］で、リーン異常の発生無しと判定される（ステップＳ３４）。そして、この場合にも、判定完了フラグがオン操作されるとともに（ステップＳ２８）、積算値ΣΔＴ３０が「０」にリセットされた後（ステップＳ２９）、本処理は一旦終了される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１以上であるときには、積算値ΣΔＴ３０が十分に大きくリーン異常が発生している可能性がごく高いとして、リーン異常の発生有りと判定することができる。一方、値［ΣΔＴ３０／基準値］が第２判定値Ｊ２以下であるときには、積算値ΣΔＴ３０が十分に小さくリーン異常が発生していない可能性がごく高いとして、リーン異常の発生無しと判定することができる。他方、値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１より小さく且つ第２判定値Ｊ２より大きいときには、積算値ΣΔＴ３０がさほど大きくもなく小さくもない値であるとして、同積算値ΣΔＴ３０のとり得る範囲が大きくなるように点火時期制御の実行態様を変更することができる。そして、その上で再度の積算値ΣΔＴ３０の算出と同積算値ΣΔＴ３０に基づく判定とを実行することができる。そのため、このとき比較的広い範囲で変化する回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０をもとにリーン異常の発生の有無を判定することができ、同リーン異常の発生の有無を精度よく判定することができる。

（２）リーン異常の発生の有無の判定に際して上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１より小さく且つ第２判定値Ｊ２より大きい場合に、点火時期制御の実行態様が他の気筒についてのみ発生トルクを増加させるように変更される。これにより、特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差を拡大させることができるため、同差をもとにリーン異常の発生の有無を精度よく判定することができるようになる。

（３）機関運転に際して許容される空燃比ばらつきの幅がごく狭いアイドル運転中において、リーン異常の発生の有無を精度よく判定することができる。
（４）特定気筒の目標点火時期を変更しないことによって発生トルクを維持する一方で、他の気筒の点火時期を進角側の時期に変更することによって発生トルクを増大させることにより、特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差を拡大させることができる。

（５）目標点火時期の変更についての限界時期としてＭＢＴを設定するようにしたために、発生トルクを増加させることの可能な範囲で点火時期を変更することができるようになる。

（６）点火時期制御の実行態様の変更を通じて他の気筒の目標点火時期がＭＢＴになった状態で算出された値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１未満であるときに、リーン異常の発生無しと判定するようにした。これにより、回転変動ΔＴ３０を大きくするべく点火時期を変更したにもかかわらず、他の気筒の目標点火時期がＭＢＴになっても上記値［ΣΔＴ３０／基準値］が第１判定値Ｊ１以上にならなかったために、このとき上記回転変動ΔＴ３０が小さいと判断することができる。そして、その判断をもとにリーン異常が発生していないと精度よく判定することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・値［ΣΔＴ３０／基準値］に代えて、回転変動ΔＴ３０そのものを基準値で除算した値［ΔＴ３０／基準値］や、所定期間（例えば出力軸１９が所定回数だけ回転する期間）における回転変動ΔＴ３０の平均値を基準値で除算した値［平均値／基準値］を算出するようにしてもよい。こうした構成によっても、基準値として、回転変動ΔＴ３０に見合う値、あるいは回転変動ΔＴ３０の平均値に見合う値を算出することにより、上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

・１トリップ中に１度だけリーン異常の発生の有無を判定することに限らず、例えば出力軸１９が所定回数だけ回転する分の回転変動ΔＴ３０の積算が完了する度にその積算値ΣΔＴ３０に基づく判定を実行するなど、リーン異常の発生の有無の判定を１トリップ中に複数回実行するようにしてもよい。

・基準値や第１判定値Ｊ１、第２判定値Ｊ２は任意に変更することができる。要は、特定気筒にリーン異常が発生していることを確実に判定可能な程度に回転変動ΔＴ３０が大きくなっていることや、特定気筒にリーン異常が発生していないことを確実に判定可能な程度に回転変動の度合いが小さくなっていることを、適正に判定することができればよい。

・内燃機関１１のアイドル運転中における機関負荷や機関回転速度の相異に起因する回転変動ΔＴ３０の変化幅が小さいのであれば、回転変動の度合いとして値［ΣΔＴ３０／基準値］を用いることに代えて、回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０を用いるようにしてもよい。こうした構成によっても、第１判定値Ｊ１や第２判定値Ｊ２として、回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０に見合う値を予め設定することにより、上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

・回転変動の度合いとして値［ΣΔＴ３０／基準値］を用いることに代えて回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０を用いるとともに、機関負荷および機関回転速度に基づいて第１判定値Ｊ１および第２判定値Ｊ２を設定するようにしてもよい。この場合には、機関負荷が大きいときほど、また機関回転速度が低いときほど、第１判定値Ｊ１や第２判定値Ｊ２として大きい値を設定するようにすればよい。

・時間Ｔ３０の算出態様は、燃焼行程における出力軸１９の回転速度の指標となる値を算出可能な態様であれば、任意に変更することができる。例えば圧縮上死点を基準「０°ＣＡ」として、出力軸１９が１０°ＣＡから４０°ＣＡまで回転するのに要した時間を算出する等、算出対象となる回転角の長さを変更することができる。その他、同じく圧縮上死点を基準「０°ＣＡ」として、０°ＣＡから４０°ＣＡまで回転するのに要した時間を算出する等、算出対象となる回転角のタイミングを変更することができる。

・回転変動ΔＴ３０として、点火順序が連続する二つの気筒１２の時間Ｔ３０の差を算出することに限らず、特定気筒の時間Ｔ３０と他の気筒のうちのいずれかの時間Ｔ３０との差を算出することができる。

・目標点火時期の限界時期は、ＭＢＴより遅角側の時期であれば、任意の時期に変更可能である。
・目標点火時期の限界時期を設定しなくてもよい。この場合には、他の気筒についての目標点火時期の進角操作と回転変動ΔＴ３０の積算値ΣΔＴ３０に基づく判定とを、目標点火時期を変更しても同目標点火時期がＭＢＴに到達することのない回数（例えば一回のみ）に限って実行するようにすればよい。

・他の気筒の目標点火時期を所定値αだけ進角側の時期に変更するのに合わせて、特定気筒の目標点火時期を若干量（所定値αよりごく小さい値）だけ進角側の時期に変更するようにしてもよい。

・他の気筒の目標点火時期を変更するのに合わせて、第１判定値Ｊ１や第２判定値Ｊ２を若干変更するようにしてもよい。
・他の気筒の目標点火時期を進角側の時期に変更することに代えて、他の気筒の燃料噴射量を所定量だけ増量したり、他の気筒の機関バルブのバルブタイミングを所定値だけ変更したりしてもよい。要は、吸入空気量を調節するための制御や燃料噴射制御などといった機関制御の実行態様を、特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差を拡大させる変更態様であり、且つ特定気筒と他の気筒とで異なる変更態様であり、且つ発生トルクを増大させる変更態様で変更することができればよい。

・リーン異常の発生の有無の判定を、内燃機関１１が希薄燃焼での運転中であれば、アイドル運転時以外の期間において実行するようにしてもよい。
・リーン異常の発生の有無を判定する装置に限らず、特定気筒の空燃比が過度にリッチになる空燃比異常（リッチ異常）の発生の有無を判定する装置にも、上記実施の形態の異常判定装置はその構成を適宜変更したうえで適用することができる。この場合には例えば、積算値ΣΔＴ３０が第１判定値より小さく且つ第２判定値より大きいときに、特定気筒の目標点火時期を所定値だけ進角補正するとともに他の気筒の目標点火時期を変更しないようにすればよい。これにより点火時期制御の実行態様を、特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差を拡大させる変更態様であり、且つ特定気筒と他の気筒とで異なる変更態様であり、且つ発生トルクを増大させる変更態様で変更することができる。

・４気筒の内燃機関に限らず、二つ以上の気筒を有する多気筒内燃機関であれば、本発明にかかる異常判定装置は適用することができる。

１１…内燃機関、１２，１２ａ〜１２ｄ…気筒、１３，１３ａ〜１３ｄ…インジェクタ、１４，１４ａ〜１４ｄ…点火プラグ、１５…吸気通路、１６…スロットルバルブ、１６ａ…スロットルモータ、１７…排気通路、１８…浄化装置、１９…出力軸、２０…ピストン、２１…アクセルペダル、３０…電子制御ユニット、３０ａ…ＣＰＵ、３０ｂ…ＲＯＭ、３０ｃ…ＲＡＭ、３１…回転センサ、３２…吸気量センサ、３３…スロットルセンサ、３４…アクセルセンサ、３５…温度センサ。

Claims (7)

1. 多気筒内燃機関の希薄燃焼運転中の気筒間における回転変動を検出するとともに、その検出した回転変動に基づいて特定気筒における空燃比異常の発生の有無を判定する多気筒内燃機関の異常判定装置において、
   前記回転変動の度合いが第１判定値以上であるときには前記空燃比異常の発生有りと判定し、
   前記回転変動の度合いが前記第１判定値より小さい第２判定値以下であるときには前記空燃比異常の発生無しと判定し、
   前記回転変動の度合いが前記第１判定値より小さく且つ前記第２判定値より大きいときには、機関制御の実行態様を前記特定気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差を拡大させる変更態様であり且つ前記特定気筒と前記他の気筒とで異なる変更態様であり且つ前記発生トルクを増大させる変更態様で変更するとともに、前記空燃比異常の発生の有無の判定を再度実行する
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の異常判定装置。
2. 請求項１に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置において、
   当該装置は、前記特定気筒の空燃比が過度にリーンになる異常を前記空燃比異常とするものであり、前記機関制御の実行態様を前記特定気筒と前記他の気筒とで異なる態様で変更するべく前記実行態様を前記他の気筒についてのみ変更するものである
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の異常判定装置。
3. 請求項２に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置において、
   当該装置は、前記内燃機関のアイドル運転中であることを条件に、前記空燃比異常の発生の有無の判定を実行する
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の異常判定装置。
4. 請求項２または３に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置において、
   当該装置は、前記機関制御の実行態様を前記特定気筒と前記他の気筒とで異なる態様で変更するべく前記特定気筒の点火時期を変更することなく前記他の気筒の点火時期を進角側の時期に変更するものである
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の異常判定装置。
5. 請求項４に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置において、
   当該装置は、前記点火時期の変更についての限界時期としてＭＢＴが設定される
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の異常判定装置。
6. 請求項５に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置において、
   当該装置は、前記機関制御の実行態様の変更を通じて前記他の気筒の点火時期がＭＢＴになった状態で検出した前記回転変動の度合いが前記第１判定値未満であるときには、前記空燃比異常の発生無しと判定する
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の異常判定装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置において、
   当該装置は、機関燃焼行程の所定回転角における機関出力軸の回転速度を気筒毎に検出するとともに、その検出した回転速度の前記特定気筒と他の気筒との差を算出し、これを前記回転変動とするものである
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の異常判定装置。

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