JP5234143B2 - 内燃機関の診断装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の診断装置に係り、特に、多気筒内燃機関の各気筒に対しそれぞれＥＧＲガスを分配供給する気筒別ＥＧＲを実行可能な内燃機関の診断装置に関する。

このような気筒別ＥＧＲを行う多気筒内燃機関においては、気筒毎に設けられた複数の分岐吸気通路に複数の分岐ＥＧＲ通路がそれぞれ接続されている。そしていずれかの気筒の分岐ＥＧＲ通路において、デポジット等が堆積し、当該通路が閉塞する（あるいは詰まる）ことがある。かかる閉塞異常が発生すると、ＥＧＲガス量が気筒間でばらつき、これに起因して空燃比が気筒間でばらつき、排気エミッションが悪化する虞がある。

このような排気エミッションを悪化させる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いる（所謂ＯＢＤ；On-Board Diagnostics）。

この対策の一例として、例えば特許文献１では、ＥＧＲ装置作動時にノックセンサにより気筒毎にノック頻度を求め、気筒間のノック頻度比を算出する。そして気筒毎のノック頻度比について、予め記憶した気筒毎の初期ノック頻度比との差を求め、ＥＧＲ分配悪化状態を診断する。

特開２０１０−１５６２９５号公報

ところで、気筒間空燃比ばらつき異常が発生した場合、その異常原因としては、異常気筒の分岐ＥＧＲ通路の閉塞すなわちＥＧＲ系異常のほか、インジェクタの故障などの燃料系異常、あるいは分岐吸気通路の閉塞すなわち空気系異常も考えられる。診断に際しては、これら異常原因ないしは異常箇所を特定できる方が便利である。後の迅速な修理等に資するからである。

そこで本発明の目的は、気筒間空燃比ばらつき異常が発生した場合に異常箇所を特定することが可能な内燃機関の診断装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
多気筒内燃機関の各気筒に対しそれぞれＥＧＲガスを分配供給する気筒別ＥＧＲを実行可能なＥＧＲ手段と、
ノッキング度合いを表すノック指標値を気筒毎に検出するノック検出手段と、
前記ＥＧＲ手段による気筒別ＥＧＲの実行中に気筒間空燃比のばらつき異常の有無を判断すると共に、ばらつき異常有りと判断したときに異常気筒を特定し、且つ当該異常気筒についてばらつき度合いを表すインバランス指標値を算出する異常検出手段と、
前記異常気筒の前記ノック指標値と前記インバランス指標値に基づき、前記異常気筒の異常箇所を特定する異常箇所特定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の診断装置が提供される。

好ましくは、前記異常箇所特定手段は、燃料系、空気系およびＥＧＲ系のいずれかを異常箇所として特定する。

好ましくは、前記異常検出手段は、ばらつき異常有りと判断したとき、当該ばらつき異常がリーンずれ異常かリッチずれ異常かを判断し、
前記異常箇所特定手段は、前記異常検出手段によりリーンずれ異常と判断されたとき、燃料系およびＥＧＲ系のいずれかを異常箇所として特定する。

好ましくは、前記異常箇所特定手段は、前記異常気筒の異常発生前のノック指標値と、異常発生後のノック指標値との差を所定の第１しきい値と比較し、この比較結果に応じて燃料系およびＥＧＲ系のいずれかを異常箇所として特定し、且つ、前記異常検出手段により算出されたインバランス指標値に基づき前記第１しきい値を可変設定する。

好ましくは、前記異常箇所特定手段は、前記異常気筒の異常発生後のノック指標値を所定の第２しきい値と比較し、この比較結果に応じて燃料系およびＥＧＲ系のいずれかを異常箇所として特定し、且つ、前記異常検出手段により算出されたインバランス指標値に基づき前記第２しきい値を可変設定する。

好ましくは、前記異常検出手段は、ばらつき異常有りと判断したとき、当該ばらつき異常がリーンずれ異常かリッチずれ異常かを判断し、
前記異常箇所特定手段は、前記異常検出手段によりリッチずれ異常と判断されたとき、燃料系および空気系のいずれかを異常箇所として特定する。

好ましくは、前記異常箇所特定手段は、前記異常気筒の異常発生前のノック指標値と、異常発生後のノック指標値との差を所定の第３しきい値と比較し、この比較結果に応じて空気系および燃料系のいずれかを異常箇所として特定し、且つ、前記異常検出手段により算出されたインバランス指標値に基づき前記第３しきい値を可変設定する。

好ましくは、前記異常箇所特定手段は、前記異常気筒の異常発生後のノック指標値を所定の第４しきい値と比較し、この比較結果に応じて空気系および燃料系のいずれかを異常箇所として特定し、且つ、前記異常検出手段により算出されたインバランス指標値に基づき前記第４しきい値を可変設定する。

本発明によれば、気筒間空燃比ばらつき異常が発生した場合に異常箇所を特定することができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。 触媒前センサおよび触媒後センサの出力特性を示すグラフである。 ＥＧＲ制御マップを示す。 点火時期の変化の様子を示すグラフである。 エンジン運転領域とノックセンサ出力信号を示す。 触媒前センサの検出空燃比の変化を示すタイムチャートである。 ノック指標値とインバランス指標値の関係を示すグラフである。 診断処理のフローチャートである。 診断処理の変形例のフローチャートである。

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は自動車用の直列４気筒火花点火式内燃機関である。エンジン１は＃１，＃２，＃３，＃４の４つの気筒を含む。但しエンジンの形式、用途、気筒数等に特に制限はない。

各気筒に、燃料を噴射するためのインジェクタ（燃料噴射弁）２が設けられている。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。

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（４つ）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。各気筒の吸気マニホールド９および吸気ポートがそれぞれ分岐吸気通路をなす。サージタンク８に集合された吸気は分岐吸気通路を介して各気筒に分配される。

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と吸気圧センサ２５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信号を出力する。吸気圧センサ２５は吸気圧に応じた信号を出力する。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。

排気ガスを排出するための排気通路１４は、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にはそれぞれ三元触媒からなる上流触媒１８と下流触媒１９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、即ち触媒前センサ２０及び触媒後センサ２１が設置されている。これらセンサは排気ガスの酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。

エンジン１にはＥＧＲ装置３０が設けられる。ＥＧＲ装置３０は、排気通路１７から取り出した排気ガスであるＥＧＲガスを各気筒に対しそれぞれ分配供給する気筒別ＥＧＲを実行可能なものである。

ＥＧＲ装置３０は、排気管１７と各気筒の吸気マニホールド９を結ぶＥＧＲ通路３１を有する。ＥＧＲ通路３１は、排気管１７から延びるメインＥＧＲ通路３２と、メインＥＧＲ通路３２から分岐して各気筒の吸気マニホールド９に接続する複数（４つ）の分岐ＥＧＲ通路３３とを有する。ＥＧＲガス流れ方向最上流側に位置する＃１気筒用分岐ＥＧＲ通路３３の上流側のメインＥＧＲ通路３２に、ＥＧＲガス流量を調節するためのＥＧＲバルブ３４が設けられる。なおメインＥＧＲ通路３２にＥＧＲクーラを設けてもよい。

エンジン１には制御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、吸気圧センサ２５、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クランク角センサ２２、エンジン１のノッキングを検出するためのノックセンサ２６、アクセル開度を検出する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、ＥＧＲバルブ３４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、ＥＧＲ率（またはＥＧＲガス流量）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。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、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、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。

またＥＧＲ制御がＥＣＵ１００によって実行される。ＥＣＵ１００は、検出した実際のエンジンパラメータ（例えば回転数と負荷）に基づき、図３に示すようなマップを参照して、ＥＧＲの実行可否を判断する。検出した実際のエンジンパラメータがＥＧＲ実行領域Ｉにあるとき、ＥＣＵ１００はＥＧＲを実行すべきと判断し、ＥＧＲバルブ３４を開弁する。するとＥＧＲガスがメインＥＧＲ通路３２および分岐ＥＧＲ通路３３を通じて各気筒の吸気マニホールド９に分配供給される。他方、実際のエンジンパラメータがＥＧＲ非実行領域ＩＩにあるとき、ＥＣＵ１００はＥＧＲを実行すべきでないと判断し、ＥＧＲバルブ３４を全閉とする。

ＥＧＲを実行すべきと判断したとき、ＥＣＵ１００は、エンジンパラメータおよび目標ＥＧＲ率の関係を予め定めた図示の如きマップに従い、目標ＥＧＲ率を決定する。そしてこの決定した目標ＥＧＲ率に実際のＥＧＲ率が等しくなるように、ＥＧＲバルブ３４の開度を制御する。これにより実際のエンジンパラメータの値に適したＥＧＲ率ないしＥＧＲ流量を実現することができる。

他方、点火時期制御がＥＣＵ１００によって実行される。ＥＣＵ１００は、図４に示すように、ＥＧＲ非実行時には全気筒の点火時期をθ１に制御し、ＥＧＲ実行時には全気筒の点火時期を、θ１より進角側のθ２に制御する。これによりＥＧＲが非実行（無し）の状態から実行（有り）の状態に変化すると、点火時期は全気筒一律に（θ１−θ２）だけ進角される。

ＥＣＵ１００は点火時期を気筒毎に変更可能である。但しここで述べたＥＧＲの有無に応じた進角・遅角制御は全気筒一律に行う。

ＥＣＵ１００は、併せて、ノックセンサ２６の信号に基づきノック制御を行う。このノック制御は、エンジン個体や運転条件毎に異なるＭＢＴ（最大トルク点火時期）に実際の点火時期を近づける制御である。

さて、このような気筒別ＥＧＲを行うエンジン１においては、いずれかの気筒（特にいずれか１気筒）の分岐ＥＧＲ通路３３にデポジット等が堆積し、当該通路が閉塞する（あるいは詰まる）ことがある。かかる閉塞異常が発生すると、ＥＧＲガス量が気筒間でばらつき、これに起因して空燃比が気筒間でばらつき、排気エミッションが悪化する虞がある。

すなわち、閉塞異常が発生している異常気筒のＥＧＲガス量は、他の正常気筒のＥＧＲガス量より相対的に少なくなる。すると異常気筒においてはＥＧＲガス量が少なくなった分新気の量が増し、その空燃比が正常気筒の空燃比よりリーンとなる。これにより気筒間の空燃比ばらつきが発生する。

よって本実施形態では、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検出する診断装置が具備されている。

一方、かかる気筒間空燃比ばらつき異常が発生した場合、その異常原因としては、異常気筒の分岐ＥＧＲ通路３３の閉塞すなわちＥＧＲ系異常のほか、インジェクタ１３の故障などの燃料系異常、あるいは分岐吸気通路（吸気マニホールド９または吸気ポート）の閉塞すなわち空気系異常も考えられる。診断に際しては、これら異常原因ないしは異常箇所を特定できる方が便利である。後の迅速な修理等に資するからである。

そこで本実施形態の診断装置は、かかる異常原因ないしは異常箇所を特定し得るように構成されている。以下この点につき詳述する。

まずＥＣＵ１００は、ノックセンサ２６の出力に基づき、ノッキング度合いを表すノック指標値Ｋを気筒毎に検出する。ノック指標値Ｋはノック強度またはノック頻度とすることができ、ノッキング度合いが大きいほどノック指標値Ｋの値は大きくなる。

図５において、（Ａ）は回転数Ｎｅと負荷ＫＬで規定されるエンジン運転領域を示す。また（Ｂ）、（Ｃ）はノックセンサ２６の出力信号を示す。

図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ノックセンサ２６は、ノッキング特有の周波数域のシリンダブロックの振動を電気信号に変換して出力する振動ピックアップとして構成されている。ＥＣＵ１００は、各気筒の燃焼過程に設定されたゲート期間ｔｇ（例えばＴＤＣから９０°ＣＡまでの期間）内のノックセンサ２６の出力信号に基づき、ノック指標値Ｋを検出する。ここで各気筒の点火順序は＃１，＃３，＃４，＃２気筒の順である。

図５（Ａ）において、線ａは最大負荷ライン（所謂ＷＯＴライン）を表す。そして全運転領域中、ハッチングが施されている領域ｂがノッキングが起きやすいノック領域である。このノック領域は低回転且つ高負荷側の領域である。

図５（Ａ）のプロットｃで示されるような著しい高負荷時であると、図５（Ｂ）に示すように、程度の違いこそあれ、全気筒でノッキングが起きるようになる。ノック指標値Ｋをノック強度とした場合、ノック指標値Ｋは、ゲート期間ｔｇ内におけるノックセンサ出力信号の最大ピークとバックグラウンドレベルとの差ΔＶとなる。ノッキング度合いが大きいほどこの差ΔＶが大きくなる。図示例では＃４気筒において顕著なノッキングが発生している。差ΔＶが所定のしきい値ΔＶｓより大きい場合にノッキング有り、差ΔＶがしきい値ΔＶｓ以下の場合にノッキング無しと判定することができる。

これに対し、図５（Ａ）のプロットｄで示されるようにより低負荷側であると、図５（Ｃ）に示すように、ノッキングが起きやすい＃４気筒でのみノッキングが起きるようになる。この場合、差ΔＶは、＃４気筒のみで大きくなるが、その大きさは図５（Ｂ）の場合と比較して小さい。このように回転数Ｎｅと負荷ＫＬによりノック強度が異なるので、しきい値ΔＶｓは、回転数Ｎｅと負荷ＫＬに応じて所定のマップ（関数でもよい。以下同様）により定められる。回転数Ｎｅが低いほど、また負荷ＫＬが高いほど、しきい値ΔＶｓは大きくなる。この場合にも、差ΔＶがしきい値ΔＶｓより大きい場合にノッキング有り、差ΔＶがしきい値ΔＶｓ以下の場合にノッキング無しと判定することができる。

本実施形態では、１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）内における各気筒のノック強度、または複数のエンジンサイクル内における各気筒のノック強度の平均値を、各気筒のノック指標値Ｋとする。

代替的に、ノック指標値Ｋをノック頻度とすることもできる。この場合、複数のエンジンサイクル内において差ΔＶがしきい値ΔＶｓを超える回数を気筒毎にカウントする。そしてこの回数をエンジンサイクルの数で除して各気筒のノック頻度とする。例えば＃４気筒において、５エンジンサイクル中、差ΔＶがしきい値ΔＶｓを４回超えた場合、＃４気筒のノック頻度は４／５＝８０（％）である。

なお、ノック指標値Ｋはこれらノック強度およびノック頻度に限られない。またノック強度およびノック頻度を上述と違う方法で求めてもよい。必要に応じてノックセンサ出力信号に対し周波数解析等を行ってもよい。

次に、本実施形態においてＥＣＵ１００は、ＥＧＲ装置３０による気筒別ＥＧＲの実行中に気筒間空燃比のばらつき異常の有無を判断する。そしてＥＣＵ１００は、ばらつき異常有りと判断したとき、異常気筒を特定すると共に、異常気筒についてばらつき度合いを表すインバランス指標値を算出する。

気筒間空燃比のばらつき異常とは、全気筒のうちの一部の気筒（特に１気筒）の空燃比が残部の気筒の空燃比と相違し、気筒間において空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生することをいう。例えば＃１気筒の空燃比が他の＃２、＃３、＃４気筒の空燃比よりもリーン側にずれる場合等である。ストイキ制御の実行中には原則として各気筒の空燃比がストイキである。しかし、例えば＃１気筒のインジェクタ２に噴孔詰まりや開弁不良等の異常が発生すると、＃１気筒が燃料過少となり、上記のような空燃比ずれ異常（特にリーンずれ異常）が発生する。

本実施形態では、触媒前センサ２０の出力に基づき各気筒の空燃比Ａ／Ｆを個別に検出するようになっている。各気筒から排出された排気ガスは時間遅れを伴って次々と触媒前センサ１７に接触し、これに応答して触媒前センサ１７の検出空燃比も、各気筒の排気ガスの空燃比に対応した値に変化する。

図６はこのような触媒前センサ２０の検出空燃比Ｚの変化を示す。ＥＣＵ１００は、検出空燃比がどの気筒の排気ガスに対応する値かを自身の気筒判別機能および吸入空気量Ｇａ等により常時把握している。そして１エンジンサイクル内に、ストイキから大きく（すなわち所定値以上）ずれた検出空燃比があった場合、空燃比ずれ異常が発生したと判断する。逆にストイキから大きくずれた検出空燃比がない場合、空燃比ずれ異常は発生してないと判断する。こうしてＥＣＵ１００はばらつき異常あるいは空燃比ずれ異常の有無を判定する。なおここでの所定値は例えばストイキ空燃比に対し３０％相当の値（４．３５）とすることができる。

図示例の実線は＃３気筒にリッチずれ異常が発生した場合を示す。また図示例の破線は＃３気筒にリーンずれ異常が発生した場合を示す。ＥＣＵ１００は、ばらつき異常有りと判定したとき、検出空燃比Ｚがストイキから所定値以上ずれた気筒（図示例では＃３気筒）を異常気筒と特定する。そしてこの異常気筒について、ばらつき度合いあるいはずれ度合いを表すインバランス指標値を算出する。

ＥＣＵ１００は、異常気筒の検出空燃比ＺのピークＺｐとストイキ（１４．５）との差である空燃比差ΔＺ（＝１４．５−Ｚｐ）を算出し、この空燃比差ΔＺをインバランス指標値ＩＢとする。空燃比差ΔＺがプラス側に大きいほど異常気筒のリッチずれ度合いが大きく、空燃比差ΔＺがマイナス側に大きいほど異常気筒のリーンずれ度合いが大きい。

なお、気筒毎の空燃比検出方法、ばらつき異常検出方法、異常気筒特定方法およびインバランス指標値算出方法は上述以外の方法も可能である。たとえば、気筒毎の空燃比検出方法については気筒毎に設置した空燃比センサの出力を利用してもよい。ばらつき異常検出方法については、気筒毎の回転変動を利用する方法や、触媒後センサ２１の出力を利用する方法なども可能である。異常気筒特定方法については、各気筒順番に燃料噴射量を強制増量または減量する方法も可能である。インバランス指標値算出方法については、気筒毎に設置した空燃比センサの出力を利用する方法が可能である。

次に、ＥＣＵ１００は、異常気筒のノック指標値Ｋとインバランス指標値ＩＢに基づき、異常気筒の異常箇所を特定する。以下この点につき説明する。

図７にはノック指標値Ｋとインバランス指標値ＩＢの関係を線ａ，ｂ，ｃで示す。ここでＩＢ＝０はストイキ空燃比に対応し、ＩＢ＜０はリーン空燃比に対応し、ＩＢ＞０はリッチ空燃比に対応する。

線ａは、ＥＧＲ量が回転数と負荷に応じた正常な基準量である場合を示す。これに対し、線ｂは線ａよりＥＧＲ量が少ない場合を示し、線ｃは線ａよりＥＧＲ量が多い場合を示す。

図示するように、ノック指標値Ｋは、ストイキ空燃比近傍で最大となり、ストイキ空燃比からリーン側にずれてもリッチ側にずれても減少する傾向にある。

点ｄは、特定の１気筒（特定気筒）の空燃比が正常なストイキであり、且つＥＧＲ量が正常な基準量である場合を示す。この状態は、特定気筒において正常にストイキ制御およびＥＧＲ制御が実行されている場合に実現される。

これに対し、リーンずれ異常が発生した場合、この異常の原因は燃料噴射量の減少とＥＧＲ量の減少とが考えられる。これらが変化せずに吸入空気量が１気筒だけ増えることは通常考えられないからである。

前者に関しては特定気筒のインジェクタ２の噴孔詰まりや開弁不良、燃料供給不良等が考えられる。また後者に関して、ＥＧＲ量の減少分だけ吸入空気量が増大し、リーンずれ異常が発生したと考えられる。このＥＧＲ量の減少は、特定気筒の分岐ＥＧＲ通路３３のデポジット等による閉塞によると考えられる。

そこでリーンずれ異常が検出された場合、燃料系とＥＧＲ系のいずれかを異常箇所として特定する。

ここで、燃料系異常の場合、点ｄは、同一の線ａ上の点ｅに移動する。他方、ＥＧＲ系異常の場合、点ｄは、より小ＥＧＲ側の線ｂ上の点ｆに移動する。すなわち図中の各線ａ〜ｃは、吸入空気量およびＥＧＲ量の双方とも変わらず燃料噴射量のみが変化した場合の線である。

そこでこの違いを利用して異常箇所を一箇所に特定する。すなわち、燃料系異常の場合には正常時の点ｄから異常時の点ｅまでのノック指標値Ｋの低下量が比較的大きい。しかしながら、ＥＧＲ系異常の場合には正常時の点ｄから異常時の点ｆまでのノック指標値Ｋの低下量が比較的小さいかまたは低下しない。よって、異常発生前のインバランス指標値（ＩＢ＝０）に対応したノック指標値Ｋ０と、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ１に対応したノック指標値Ｋ１との差ΔＫ１＝Ｋ０−Ｋ１を所定の第１しきい値α１と比較する。差ΔＫ１が第１しきい値α１より大きいときには燃料系を異常箇所として特定し、差ΔＫ１が第１しきい値α１以下のときにはＥＧＲ系を異常箇所として特定する。

ここで特に、第１しきい値α１は、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ１に基づき可変設定される。インバランス指標値ＩＢ１がマイナス側（リーン側）に大きくなるほど第１しきい値α１は大きくなる。この理由は、図７に示すように、インバランス指標値ＩＢ１がマイナス側（リーン側）に大きくなるほど、正常時の点ｄから異常時の点ｅまでのノック指標値Ｋの低下量が大きくなるからである。

このように第１しきい値α１をインバランス指標値ＩＢ１に基づき可変設定することで、空燃比ずれ度合い（リーンずれ度合い）に応じた適切なしきい値を用いることができ、診断精度を向上できる。

代替的に、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ１に対応したノック指標値Ｋ１のみによって異常箇所を特定してもよい。すなわち、燃料系異常時の点ｅのノック指標値Ｋは、ＥＧＲ系異常時の点ｆのノック指標値Ｋより小さい。よって、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ１に対応したノック指標値Ｋ１を所定の第２しきい値α２と比較する。ノック指標値Ｋ１が第２しきい値α２より小さいときには燃料系を異常箇所として特定し、ノック指標値Ｋ１が第２しきい値α２以上のときにはＥＧＲ系を異常箇所として特定する。

この場合にも、第２しきい値α２は、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ１に基づき可変設定される。インバランス指標値ＩＢ１がマイナス側（リーン側）に大きくなるほど第２しきい値α２は小さくなる。この理由は、図７に示すように、インバランス指標値ＩＢ１がマイナス側（リーン側）に大きくなるほど、異常時の点ｅのノック指標値Ｋの値が小さくなるからである。

このように第２しきい値α２をインバランス指標値ＩＢ１に基づき可変設定することでも、空燃比ずれ度合い（リーンずれ度合い）に応じた適切なしきい値を用いることができ、診断精度を向上できる。

次に、リッチずれ異常が発生した場合を説明する。この場合、異常の原因は燃料噴射量の増加と吸入空気量の減少とが考えられる。これらが変化せずにＥＧＲ量が１気筒だけ増えることは通常考えられないからである。

前者に関しては特定気筒のインジェクタ２の閉弁不良や燃料供給過多等が考えられる。また後者に関して、吸入空気量の減少分だけＥＧＲ量が増大し、リッチずれ異常が発生したと考えられる。この吸入空気量の減少は、特定気筒の分岐吸気通路、特に分岐ＥＧＲ通路３３の接続部より上流側の吸気マニホールド９に、デポジット等による閉塞が生じたことによるものと考えられる。

そこでリッチずれ異常が検出された場合、燃料系と空気系のいずれかを異常箇所として特定する。

ここで、燃料系異常の場合、点ｄは、同一の線ａ上の点ｇに移動する。他方、空気系異常の場合、点ｄは、より大ＥＧＲ側の線ｃ上の点ｈに移動する。

そこでこの違いを利用して異常箇所を一箇所に特定する。すなわち、燃料系異常の場合には正常時の点ｄから異常時の点ｇまでのノック指標値Ｋの低下量が比較的小さい。しかしながら、空気系異常の場合には正常時の点ｄから異常時の点ｈまでのノック指標値Ｋの低下量が比較的大きい。よって、異常発生前のインバランス指標値（ＩＢ＝０）に対応したノック指標値Ｋ０と、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ２に対応したノック指標値Ｋ２との差ΔＫ２＝Ｋ０−Ｋ２を所定の第３しきい値α３と比較する。差ΔＫ２が第３しきい値α３より大きいときには空気系を異常箇所として特定し、差ΔＫ２が第３しきい値α３以下のときには燃料系を異常箇所として特定する。

第３しきい値α３も、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ２に基づき可変設定される。インバランス指標値ＩＢ２がプラス側（リッチ側）に大きくなるほど第３しきい値α３は大きくなる。この理由は、図７に示すように、インバランス指標値ＩＢ２がプラス側（リッチ側）に大きくなるほど、正常時の点ｄから異常時の点ｇまでのノック指標値Ｋの低下量が大きくなるからである。

このように第３しきい値α３をインバランス指標値ＩＢ２に基づき可変設定することでも、空燃比ずれ度合い（リッチずれ度合い）に応じた適切なしきい値を用いることができ、診断精度を向上できる。

代替的に、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ２に対応したノック指標値Ｋ２のみによって異常箇所を特定してもよい。すなわち、空気系異常時の点ｈのノック指標値Ｋは、燃料系異常時の点ｇのノック指標値Ｋより小さい。よって、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ２に対応したノック指標値Ｋ２を所定の第４しきい値α４と比較する。ノック指標値Ｋ２が第４しきい値α４より小さいときには空気系を異常箇所として特定し、ノック指標値Ｋ２が第４しきい値α４以上のときには燃料系を異常箇所として特定する。

第４しきい値α４も、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ２に基づき可変設定される。インバランス指標値ＩＢ２がプラス側（リッチ側）に大きくなるほど第４しきい値α４は小さくなる。この理由は、図７に示すように、インバランス指標値ＩＢ２がプラス側（リッチ側）に大きくなるほど、異常時の点ｇのノック指標値Ｋの値が小さくなるからである。

このように第４しきい値α４をインバランス指標値ＩＢ２に基づき可変設定することでも、空燃比ずれ度合い（リッチずれ度合い）に応じた適切なしきい値を用いることができ、診断精度を向上できる。

次に、本実施形態に係る診断処理を図８を用いて説明する。当該診断処理はＥＣＵ１００によって、好ましくはストイキ制御中に実行される。

最初のステップＳ１０１ではＥＧＲ実行中か否かが判断される。このときＥＣＵ１００は、検出された回転数Ｎｅと負荷ＫＬが、図３のマップのＥＧＲ実行領域ＩにあるときＥＧＲ実行中と判断し、ＥＧＲ実行領域Ｉにないとき（ＥＧＲ非実行領域ＩＩにあるとき）ＥＧＲ実行中でないと判断する。

ＥＧＲ実行中と判断された場合、ステップＳ１０２に進み、ばらつき異常の有無が判断される。ばらつき異常有りと判断された場合、ステップＳ１０３に進む。なお前述したように、触媒前センサ２０により検出された気筒毎の検出空燃比Ｚの値がストイキから所定値以上ずれた場合に、ばらつき異常有りと判断され、そうでない場合にはばらつき異常無しと判断される。

他方、ステップＳ１０１でＥＧＲ実行中でないと判断された場合、またはステップＳ１０２でばらつき異常無しと判断された場合、ステップＳ１０１に戻って待機状態となる。

ステップＳ１０３においては、ばらつき異常の種別がリーンずれ異常であるか否かが判断される。リーンずれ異常であると判断された場合ステップＳ１０４に進み、リーンずれ異常でないと判断された場合、すなわちリッチずれ異常であると判断された場合ステップＳ１１０に進む。

ここでは、ストイキから所定値以上ずれた検出空燃比Ｚの値が、ストイキよりリーンであるときにリーンずれ異常と判断され、ストイキよりリッチであるときにリッチずれ異常と判断される。

ステップＳ１０４においては、異常気筒が特定されると共に、異常気筒のインバランス指標値ＩＢ１が算出される。すなわち前述したように、ストイキから所定値以上ずれた検出空燃比Ｚに対応した気筒が異常気筒として特定される。そしてこの異常気筒の検出空燃比ＺのピークＺｐとストイキとの差である空燃比差ΔＺ（＝１４．５−Ｚｐ）が、インバランス指標値ＩＢ１として算出される。ここではリーンずれ異常であるからマイナスのインバランス指標値ＩＢ１が算出される。

次に、ステップＳ１０５において、現時点すなわち異常発生後でのノック指標値Ｋ１が検出される。この検出は前述したようにノックセンサ２６の出力信号に基づいて行われる。

次いでステップＳ１０６において、異常発生前のインバランス指標値（ＩＢ＝０）に対応したノック指標値Ｋ０と、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ１に対応したノック指標値Ｋ１との差ΔＫ１＝Ｋ０−Ｋ１が算出される。異常発生前のノック指標値Ｋ０は、異常発生後と同一の運転条件下で異常発生前に実際に検出された値であってもよいし、所定のマップから得られる値であってもよい。マップから得られる値である場合、マップには、回転数Ｎｅおよび負荷ＫＬに対応したノック指標値Ｋ０の値が予め入力されている。異常発生後のノック指標値Ｋ１はステップＳ１０５で検出された値である。

この後ステップＳ１０７において、算出された差ΔＫ１が所定の第１しきい値α１と比較される。第１しきい値α１は、ステップＳ１０４で算出されたインバランス指標値ＩＢ１に基づき、所定のマップに従って可変設定される。インバランス指標値ＩＢ１がマイナス側（リーン側）に大きくなるほど第１しきい値α１は大きくなる。この理由は、図７を参照して既に説明したように、インバランス指標値ＩＢ１がマイナス側（リーン側）に大きくなるほど、正常時の点ｄから異常時の点ｅまでのノック指標値Ｋの低下量が大きくなるからである。

差ΔＫ１が第１しきい値α１より大きい場合、ステップＳ１０８に進んで、燃料系が異常箇所として特定される。また差ΔＫ１が第１しきい値α１以下の場合、ステップＳ１０９に進んでＥＧＲ系が異常箇所として特定される。

他方、ステップＳ１０３においてリッチずれ異常と判断された場合、ステップＳ１１０において、異常気筒が特定されると共に、異常気筒のインバランス指標値ＩＢ２が算出される。異常気筒の特定方法はステップＳ１０４と同様である。またインバランス指標値ＩＢ２の算出については、ステップＳ１０４と異なり、プラスのインバランス指標値ＩＢ２が算出される。

次に、ステップＳ１１１において、現時点すなわち異常発生後でのノック指標値Ｋ２が検出される。そしてステップＳ１１２において、異常発生前のインバランス指標値（ＩＢ＝０）に対応したノック指標値Ｋ０と、異常発生後のインバランス指標値ＩＢ２に対応したノック指標値Ｋ２との差ΔＫ２＝Ｋ０−Ｋ２が算出される。

この後ステップＳ１１３において、算出された差ΔＫ２が所定の第３しきい値α３と比較される。第３しきい値α３も、ステップＳ１１０で算出されたインバランス指標値ＩＢ２に基づき、所定のマップに従って可変設定される。インバランス指標値ＩＢ２がプラス側（リッチ側）に大きくなるほど第３しきい値α３は大きくなる。この理由は、図７を参照して既に説明したように、インバランス指標値ＩＢ２がプラス側（リッチ側）に大きくなるほど、正常時の点ｄから異常時の点ｇまでのノック指標値Ｋの低下量が大きくなるからである。

差ΔＫ３が第３しきい値α３より大きい場合、ステップＳ１１４に進んで、空気系が異常箇所として特定される。また差ΔＫ２が第３しきい値α３以下の場合、ステップＳ１１５に進んで燃料系が異常箇所として特定される。

特定された異常箇所に関する情報はＥＣＵ１００に記憶される。これにより、後の修理の段階で異常箇所を即座に修理することができ、作業を迅速に行うことができる。勿論、ばらつき異常があった事実、ばらつき異常の種別、異常気筒に関する情報等もＥＣＵ１００に記憶される。そしてばらつき異常有りと判定された場合、その事実をユーザに知らせるため警告装置（警告灯等）が起動される。

このように本実施形態によれば、気筒間空燃比ばらつき異常が発生した場合に異常箇所を特定することができ、後の迅速な修理等に資することが可能である。

次に、本実施形態に係る診断処理の変形例を図９を用いて説明する。この変形例は図８に示した基本例とほぼ同様であり、以下相違点を中心に説明する。

この変形例は、異常発生前後のノック指標値の差ΔＫ１，ΔＫ２を用いる代わりに、異常発生後のノック指標値Ｋ１，Ｋ２のみを用いる点が、基本例と異なる。それ故、基本例のステップＳ１０６，Ｓ１１２に相当するステップは変形例において省略されている。変形例のステップＳ２０１〜Ｓ２０５、Ｓ２１０，Ｓ２１１は、基本例のステップＳ１０１〜Ｓ１０５、Ｓ１１０，Ｓ１１１と同じである。

ステップＳ２０５でリーンずれ異常発生後のノック指標値Ｋ１が検出された後、ステップＳ２０７において、ノック指標値Ｋ１が所定の第２しきい値α２と比較される。第２しきい値α２は、ステップＳ２０４で算出されたインバランス指標値ＩＢ１に基づき、所定のマップに従って可変設定される。インバランス指標値ＩＢ１がマイナス側（リーン側）に大きくなるほど第２しきい値α２は小さくなる。この理由は、図７を参照して既に説明したように、インバランス指標値ＩＢ１がマイナス側（リーン側）に大きくなるほど、異常時の点ｅのノック指標値Ｋの値が小さくなるからである。

ノック指標値Ｋ１が第２しきい値α２より小さい場合、ステップＳ２０８に進んで、燃料系が異常箇所として特定される。またノック指標値Ｋ１が第２しきい値α２以上の場合、ステップＳ２０９に進んでＥＧＲ系が異常箇所として特定される。

他方、ステップＳ２１１でリッチずれ異常発生後のノック指標値Ｋ２が検出された後、ステップＳ２１３において、ノック指標値Ｋ２が所定の第４しきい値α４と比較される。第４しきい値α４も、ステップＳ２１０で算出されたインバランス指標値ＩＢ２に基づき、所定のマップに従って可変設定される。インバランス指標値ＩＢ２がプラス側（リッチ側）に大きくなるほど第４しきい値α４は小さくなる。この理由は、図７を参照して既に説明したように、インバランス指標値ＩＢ２がプラス側（リッチ側）に大きくなるほど、異常時の点ｇのノック指標値Ｋの値が小さくなるからである。

ノック指標値Ｋ２が第４しきい値α４より小さい場合、ステップＳ２１４に進んで、空気系が異常箇所として特定される。またノック指標値Ｋ２が第４しきい値α４以上の場合、ステップＳ２１５に進んで燃料系が異常箇所として特定される。

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。例えば上記で示した数値はあくまで例示であり、他の数値に変更可能である。内燃機関は例えば直噴式やデュアル噴射式であってもよい。またリーンずれ異常時とリッチずれ異常時とで異常箇所特定方法を変えてもよい。例えば、リーンずれ異常時には異常発生前後のノック指標値の差に基づいて異常箇所を特定し、リッチずれ異常時には異常発生後のノック指標値のみに基づいて異常箇所を特定する。

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。

１ 内燃機関（エンジン）
２ インジェクタ
９ 吸気マニホールド
１３ 点火プラグ
２０ 触媒前センサ
２６ ノックセンサ
３０ ＥＧＲ装置
３３ 分岐ＥＧＲ通路
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (8)

1. 多気筒内燃機関の各気筒に対しそれぞれＥＧＲガスを分配供給する気筒別ＥＧＲを実行可能なＥＧＲ手段と、
   ノッキング度合いを表すノック指標値を気筒毎に検出するノック検出手段と、
   前記ＥＧＲ手段による気筒別ＥＧＲの実行中に気筒間空燃比のばらつき異常の有無を判断すると共に、ばらつき異常有りと判断したときに異常気筒を特定し、且つ当該異常気筒についてばらつき度合いを表すインバランス指標値を算出する異常検出手段と、
   前記異常気筒の前記ノック指標値と前記インバランス指標値に基づき、前記異常気筒の異常箇所を特定する異常箇所特定手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の診断装置。
2. 前記異常箇所特定手段は、燃料系、空気系およびＥＧＲ系のいずれかを異常箇所として特定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の診断装置。
3. 前記異常検出手段は、ばらつき異常有りと判断したとき、当該ばらつき異常がリーンずれ異常かリッチずれ異常かを判断し、
   前記異常箇所特定手段は、前記異常検出手段によりリーンずれ異常と判断されたとき、燃料系およびＥＧＲ系のいずれかを異常箇所として特定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の診断装置。
4. 前記異常箇所特定手段は、前記異常気筒の異常発生前のノック指標値と、異常発生後のノック指標値との差を所定の第１しきい値と比較し、この比較結果に応じて燃料系およびＥＧＲ系のいずれかを異常箇所として特定し、且つ、前記異常検出手段により算出されたインバランス指標値に基づき前記第１しきい値を可変設定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の診断装置。
5. 前記異常箇所特定手段は、前記異常気筒の異常発生後のノック指標値を所定の第２しきい値と比較し、この比較結果に応じて燃料系およびＥＧＲ系のいずれかを異常箇所として特定し、且つ、前記異常検出手段により算出されたインバランス指標値に基づき前記第２しきい値を可変設定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の診断装置。
6. 前記異常検出手段は、ばらつき異常有りと判断したとき、当該ばらつき異常がリーンずれ異常かリッチずれ異常かを判断し、
   前記異常箇所特定手段は、前記異常検出手段によりリッチずれ異常と判断されたとき、燃料系および空気系のいずれかを異常箇所として特定する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の診断装置。
7. 前記異常箇所特定手段は、前記異常気筒の異常発生前のノック指標値と、異常発生後のノック指標値との差を所定の第３しきい値と比較し、この比較結果に応じて空気系および燃料系のいずれかを異常箇所として特定し、且つ、前記異常検出手段により算出されたインバランス指標値に基づき前記第３しきい値を可変設定する
   ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の診断装置。
8. 前記異常箇所特定手段は、前記異常気筒の異常発生後のノック指標値を所定の第４しきい値と比較し、この比較結果に応じて空気系および燃料系のいずれかを異常箇所として特定し、且つ、前記異常検出手段により算出されたインバランス指標値に基づき前記第４しきい値を可変設定する
   ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の診断装置。

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