JP5459235B2

JP5459235B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5459235B2
Application number: JP2011008136A
Authority: JP
Inventors: 啓介佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-01-18
Also published as: JP2012149562A

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、燃焼室からのガス漏れと筒内圧センサの出力の直線性の悪化とを区別して判定し得る装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、筒内圧センサの応答性低下による異常を判定するための異常判定装置が開示されている。この従来の異常判定装置では、筒内の燃焼が終了した後の膨張行程の所定クランク角期間において、筒内圧センサにより検出された筒内圧と筒内圧の検出時の筒内容積と筒内ガスの比熱比とを用いて算出される発熱量に基づいて、筒内圧センサの異常の有無を判定するようにしている。

特開２０１０−１２７１０２号公報特開２００８−２０８７５１号公報

ところで、内燃機関の燃焼が行われていないモータリング中の圧縮行程および膨張行程における筒内の発熱量の算出値の直線性は、筒内圧センサの出力の直線性の悪化が発生している場合に悪化する。また、当該発熱量の算出値の直線性は、筒内のガスの圧縮に伴う燃焼室からのガス漏れが発生している場合にも悪化する。従って、モータリング時に上記発熱量の算出値の直線性の悪化が発生しているか否かを判断するだけでは、筒内圧センサの出力の直線性の悪化が発生しているのか或いは上記ガス漏れが発生しているのかを区別して判別することができない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃焼室からのガス漏れと筒内圧センサの出力の直線性の悪化とを区別して判定できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記筒内から排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
筒内圧力を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出される前記筒内圧力に基づいて、筒内の発熱量を算出する発熱量算出手段と
前記内燃機関の燃焼が行われていないモータリング中に前記発熱量算出手段により算出される前記発熱量の直線性の悪化の有無を判定する発熱量直線性判定手段と、
前記燃料噴射弁を用いた吸気行程噴射の実行時に前記空燃比センサを用いて検出される第１空燃比と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において前記燃料噴射弁を用いた圧縮行程噴射の実行時に前記空燃比センサを用いて検出される第２空燃比との空燃比差が所定値よりも大きいか否かに基づいて、燃焼室からのガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定手段と、
前記発熱量直線性判定手段により前記発熱量の算出値の直線性が悪化していると判定された場合において、前記空燃比差が前記所定値よりも大きい場合には燃焼室からのガス漏れが発生していると判定し、一方、前記空燃比差が前記所定値以下である場合には前記筒内圧センサの出力の直線性が悪化していると判定する異常原因判別手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記異常原因判別手段は、
前記ガス漏れは発生しているが前記筒内圧センサの出力の直線性悪化が発生していない状況下での前記空燃比差と、前記状況下での前記モータリング時に前記発熱量算出手段により算出される前記発熱量との関係を定めた関係情報を記憶している関係情報記憶手段と、
前記発熱量直線性判定手段により前記発熱量の算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって前記空燃比差が前記所定値よりも大きい場合において、前記空燃比差と前記発熱量の算出値との関係が前記関係情報として定められた関係と一致する場合には上記ガス漏れのみが発生していると判定し、一方、前記空燃比差と前記発熱量の算出値との関係が前記関係情報として定められた関係と一致しない場合には上記ガス漏れが発生しているとともに前記筒内圧センサの出力の直線性が悪化していると判定する同時異常発生判定手段を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記圧縮行程噴射の実行時に前記発熱量算出手段を用いて算出される第２発熱量と、当該圧縮行程噴射の実行時と同一運転条件下において前記吸気行程噴射の実行時に前記発熱量算出手段を用いて算出される第１発熱量との発熱量差を算出する発熱量差算出手段を更に備え、
前記異常原因判別手段は、
前記ガス漏れは発生しているが前記筒内圧センサの出力の直線性悪化が発生していない状況下での前記空燃比差と、前記状況下での前記発熱量差との関係を定めた関係情報を記憶している関係情報記憶手段と、
前記発熱量直線性判定手段により前記発熱量の算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって前記空燃比差が前記所定値よりも大きい場合において、前記空燃比差と前記発熱量差との関係が前記関係情報として定められた関係と一致する場合には上記ガス漏れのみが発生していると判定し、一方、前記空燃比差と前記発熱量差との関係が前記関係情報として定められた関係と一致しない場合には上記ガス漏れが発生しているとともに前記筒内圧センサの出力の直線性が悪化していると判定する同時異常発生判定手段と、
を含むことを特徴とする。

モータリング時の発熱量の算出値の直線性が悪化している場合、その原因としては、燃焼室からのガス漏れと筒内圧センサの出力の直線性の悪化とが考えられる。また、当該ガス漏れが発生している場合には、吸気行程噴射の実行時に検出される第１空燃比と当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において圧縮行程噴射の実行時に検出される第２空燃比との空燃比差が大きくなる。第１の発明によれば、モータリング時の発熱量の算出値の直線性が悪化していると判定された場合には、吸気行程噴射の実行時に検出される第１空燃比と当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において圧縮行程噴射の実行時に検出される第２空燃比との空燃比差が所定値よりも大きいか否かを判断するようにしている。このため、本発明によれば、モータリング時の発熱量の算出値の直線性悪化が発生している場合に、その発生原因が上記ガス漏れであるのか或いは筒内圧センサの出力の直線性の悪化であるのかを区別して判定することができる。

第２の発明によれば、モータリング中の発熱量の算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって空燃比差が上記所定値よりも大きい場合において、この場合の空燃比差とモータリング時の発熱量との関係が、上記状況下にて関係情報として定められた関係と一致するか否かを判断するようにしている。これにより、本発明によれば、モータリング中の発熱量の算出値の直線性が悪化している場合に、上記ガス漏れのみが発生しているのか、或いは、当該ガス漏れとともに筒内圧センサの出力の直線性悪化とが同時に発生しているのかを区別して判定することが可能となる。

第３の発明によれば、モータリング中の発熱量の算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって空燃比差が上記所定値よりも大きい場合において、この場合の空燃比差と発熱量差との関係が、上記状況下にて関係情報として定められた関係と一致するか否かを判断するようにしている。これにより、本発明によれば、モータリング中の発熱量の算出値の直線性が悪化している場合に、上記ガス漏れのみが発生しているのか、或いは、当該ガス漏れとともに筒内圧センサの出力の直線性悪化とが同時に発生しているのかを区別して判定することが可能となる。

本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。モータリング時の筒内圧力Ｐおよび発熱量Ｑを示す図である。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態２の変形例において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。吸気通路１６および排気通路１８には、それぞれ、燃焼室１４と吸気通路１６、或いは燃焼室１４と排気通路１８を導通状態または遮断状態とするための吸気弁２０および排気弁２２が設けられている。

吸気通路１６の入口近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２４が設けられている。エアフローメータ２４の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられている。また、スロットルバルブ２６の下流には、吸気圧力を検出するための吸気圧力センサ２８が取り付けられている。

また、内燃機関１０の各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３０、および、混合気に点火するための点火プラグ３２がそれぞれ設けられている。更に、排気通路１８には、排気ガスを浄化するための上流触媒（Ｓ／Ｃ）３４および下流触媒３６が配置されている。上流触媒３４よりも上流側の排気通路１８（より具体的には、排気マニホールドの集合部）には、その位置で排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３８が取り付けられている。ここでは、空燃比センサ３８は、広範囲にわたって排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するセンサであるものとする。

本実施形態のシステムは、演算処理装置として、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ２４、吸気圧力センサ２８および空燃比センサ３８に加え、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ４２、および、筒内圧力Ｐを検出する筒内圧センサ４４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２６、燃料噴射弁３０および点火プラグ３２等の各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、それらのセンサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って上記各種のアクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。

［実施の形態１における異常判定手法（燃焼室からのガス漏れと筒内圧センサの出力の直線性の悪化とを区別して判定する手法）］
図２は、モータリング時の筒内圧力Ｐおよび発熱量Ｑを示す図である。より具体的には、図２（Ａ）は、内燃機関１０の燃焼が行われていないモータリング（燃料カット運転）中の圧縮行程および膨張行程における筒内圧力Ｐの波形を示している。図２（Ａ）に破線で示す波形は、同図中に実線で示す正常時の波形と比べて、筒内圧センサ４４の出力が低下する方向に当該出力の直線性が悪化している時のものである。

一方、図２（Ｂ）は、筒内圧センサ４４により検出される筒内圧力Ｐに基づいて算出される発熱量Ｑであって、モータリング中の圧縮行程および膨張行程における筒内の発熱量Ｑの波形を示している。発熱量Ｑは、筒内圧力Ｐと筒内容積Ｖと筒内ガスの比熱比κとの関係式ＰＶ^κに基づいて算出することができる。（吸気弁２０の閉弁後の）圧縮行程および膨張行程は、断熱変化であるとみなすことができる。従って、燃焼が行われていないモータリング中の圧縮行程および膨張行程においては、発熱量Ｑは一定となる。このため、筒内圧センサ４４の出力が正常であれば、図２（Ｂ）中に実線で示すように、筒内圧センサ４４により検出される筒内圧力Ｐに基づいて算出される発熱量Ｑは一定値となる。しかしながら、筒内圧センサ４４の出力の直線性が悪化している場合には、図２（Ｂ）に示すように、発熱量Ｑの算出値についても、正常時の値から外れた値となり、すなわち、直線性が悪化する。

また、発熱量Ｑの算出値の直線性は、筒内のガスの圧縮に伴う燃焼室１４からのガス漏れ（以下、「圧縮抜け」と称する）が発生している場合にも悪化する。本実施形態のシステムは、上記発熱量Ｑの算出値の直線性の悪化が発生している場合に、以下に示す判定手法によって、その発生原因が筒内圧センサ４４の出力の直線性の悪化であるのか或いは上記ガス漏れであるのかを区別して判定できるようにした点に特徴を有している。

すなわち、本実施形態では、先ず、筒内圧センサ４４により検出される筒内圧力Ｐに基づいてモータリング中に算出される発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化しているか否かを判定するようにした。そして、発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判定された場合において、以下に示す圧縮抜けについての判定が成立する場合には圧縮抜けが発生していると判定し、一方、当該圧縮抜けについての判定が不成立である場合には筒内圧センサ４４の出力の直線性が悪化していると判定するようにした。

｛実施の形態１における燃焼室からのガス漏れ（圧縮抜け）の判定手法｝
筒内に直接燃料を噴射可能な上記燃料噴射弁３０を備える本実施形態のシステムによれば、燃料噴射時期を切り替えることにより、吸気行程中に筒内に燃料を噴射する吸気行程噴射と、圧縮行程中に筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射とを行うことができる。

そこで、本実施形態では、吸気行程噴射の実行時に空燃比センサ３８を用いて検出される排気ガスの空燃比（以下、「第１空燃比Ａ／Ｆ１」と称する）と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において圧縮行程噴射の実行時に空燃比センサ３８を用いて検出される排気ガスの空燃比（以下、「第２空燃比Ａ／Ｆ２」と称する）との差（以下、単に「空燃比差」と略することがある）が所定値よりも大きい場合に、圧縮抜けが発生していると判定するようにした。

ここで、圧縮抜けが発生している場合に第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との間に生ずる具体的な相違について、圧縮抜けの発生箇所毎に個別に説明を行う。尚、前提として、圧縮抜けの判定を行う際の燃料噴射量は、吸気行程噴射および圧縮行程噴射の何れの場合にも、筒内ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）となるように調整されているものとする。

（排気弁を介した圧縮抜けが発生しているケース）
このケースでは、吸気行程噴射が行われている場合であれば、排気弁２２を介して混合気が筒内から排気通路１８に抜けることになる。排気通路１８側に抜けた混合気が空燃比センサ３８に到達した際、混合気に含まれる炭化水素と空気とでは空気の方が空燃比センサ３８の検出感度が高いため、空燃比センサ３８の出力はストイキよりもややリーンな値となる。その後、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガスが空燃比センサ３８に到達した際には、空燃比センサ３８の出力はストイキを示す値となる。その結果、この場合の第１空燃比Ａ／Ｆ１は、圧縮抜けガスと燃焼ガスとを合わせた全体としては、ストイキ寄りのリーンな値となる。

一方、圧縮行程噴射が行われている場合であれば、排気弁２２を介して空気のみが筒内から排気通路１８に抜けることになる。その結果、排気通路１８側に抜けた空気に対しては、空燃比センサ３８の出力はリーンな値となり、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガスに対しては、空燃比センサ３８の出力はリッチな値となる。その結果、この場合の第２空燃比Ａ／Ｆ２は、圧縮抜けガスと燃焼ガスとを合わせた全体としては、ストイキを示す値となり、吸気行程噴射の実行時の第１空燃比Ａ／Ｆ１と比べて相対的にリッチな値となる。

（ピストンリングを介した圧縮抜けが発生しているケース）
このケースでは、吸気行程噴射が行われている場合であれば、ピストンリング１２ａ（図１参照）を介して混合気が筒内からクランク室に抜けることになる。筒内から抜けた混合気は空燃比センサ３８に到達しないので、空燃比センサ３８の出力には、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガス分のみが寄与することになる。この場合には、混合気がピストンリング１２ａを介して抜けるため、燃焼ガスの空燃比は、ストイキのままである。従って、この場合の第１空燃比Ａ／Ｆ１は、ストイキを示す値となる。

一方、圧縮行程噴射が行われている場合であれば、ピストンリング１２ａを介して空気のみが筒内からクランク室に抜けることになる。この場合にも、筒内から抜けた空気は空燃比センサ３８に到達しないので、空燃比センサ３８の出力には、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガス分のみが寄与することになる。この場合には、燃焼ガスの空燃比は、ピストンリング１２ａを介して空気が抜けた影響を受けて、ストイキよりもリッチとなる。従って、この場合の第２空燃比Ａ／Ｆ２は、ストイキよりもリッチな値となり、吸気行程噴射の実行時の第１空燃比Ａ／Ｆ１と比べて相対的にリッチな値となる。

（吸気弁を介した圧縮抜けが発生しているケース）
このケースでは、吸気行程噴射が行われている場合であれば、吸気弁２０を介して混合気が筒内から吸気通路１６に抜けることになる。筒内から抜けた混合気は空燃比センサ３８に到達しないので、空燃比センサ３８の出力には、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガス分のみが寄与することになる。この場合には、混合気が吸気弁２０を介して抜けるため、燃焼ガスの空燃比は、ストイキのままである。従って、この場合の第１空燃比Ａ／Ｆ１は、ストイキを示す値となる。

一方、圧縮行程噴射が行われている場合であれば、吸気弁２０を介して空気のみが筒内から吸気通路１６に抜けることになる。この場合にも、筒内から抜けた空気は空燃比センサ３８に到達しないので、空燃比センサ３８の出力には、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガス分のみが寄与することになる。この場合には、燃焼ガスの空燃比は、吸気弁２０を介して空気が抜けた影響を受けて、ストイキよりもリッチとなる。また、本実施形態のように、吸気行程噴射、次いで圧縮行程噴射という順番でこれら２つの態様の燃料噴射を隣接する２サイクルにおいて実行する場合には、圧縮行程噴射が行われるサイクルにおいて吸入されるガスは、吸気行程噴射を行った１つ前のサイクルの圧縮行程中に吸気通路１６側に抜けた混合気を含む空気（通常よりもリッチなガス）となる。従って、これらの理由により、この場合の第２空燃比Ａ／Ｆ２は、ストイキよりもリッチな値となり、吸気行程噴射の実行時の第１空燃比Ａ／Ｆ１と比べて相対的にリッチな値となる。

圧縮抜けが生じていない場合であれば、本来、第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２とは同一の値となる。一方、圧縮抜けが発生している場合には、以上説明したように、上記３つのケースの何れにおいても、圧縮行程噴射の実行時の第２空燃比Ａ／Ｆ２は、吸気行程噴射の実行時の第１空燃比Ａ／Ｆ１と比べて相対的にリッチな値となる。つまり、空燃比Ａ／Ｆの値の大きさとしては、第１空燃比Ａ／Ｆ１が第２空燃比Ａ／Ｆ２よりも大きくなる。このため、第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との空燃比差が所定値よりも大きい場合には、圧縮抜けが発生していると判定することが可能となる。

（実施の形態１における具体的処理）
図３は、本発明の実施の形態１における異常判定手法を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンの起動時には、筒内ガスの空燃比がストイキとなるように燃料噴射量が調整された状態で、吸気行程噴射が行われているものとする。また、以下に示す本ルーチンにおける圧縮抜けの判定処理は、ここでは、１気筒毎に順に実行されるものとし、これに対応し、筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化の判定処理は、圧縮抜けの判定処理を行う気筒において行われるものとする。また、本ルーチンは、モータリングの開始時（例えば、燃料カットの開始時）に起動されるものとする。

図３に示すルーチンでは、先ず、モータリング時の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化しているか否かが判定される（ステップ１００）。発熱量Ｑは、筒内圧センサ４４により検出される筒内圧力Ｐに基づいて、次のような手法で算出することができる。すなわち、本ステップ１００では、筒内圧センサ４４およびクランク角センサ４２を利用して、所定クランク角期間（ここでは、圧縮行程および膨張行程）において、所定クランク角度毎に筒内圧センサ４４を用いて筒内圧力Ｐが検出される。そして、この筒内圧力Ｐと、筒内圧力Ｐの検出時のクランク角度に基づいて算出される筒内容積Ｖと、筒内のガスの比熱比κとに基づいて、上記所定クランク角度毎にＰＶ^κが発熱量Ｑとして算出される。

モータリング時の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化している場合には、発熱量Ｑの算出値は、図２（Ｂ）を参照して既述したように、正常時であれば一定となる値から外れた値となる。そこで、本ステップ１００では、モータリング中の圧縮行程および膨張行程における所定クランク角度毎の発熱量Ｑ（ＰＶ^κ）の算出値の変化量が所定値よりも大きいか否かが判断される。そして、この変化量が上記所定値よりも大きい場合に、正常時の値に対する発熱量Ｑの算出値の誤差が大きいので、発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判定される。

上記ステップ１００において、モータリング時の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判定された場合には、空燃比センサ３８を用いて吸気行程噴射の実行時の第１空燃比Ａ／Ｆ１が算出（検出）される（ステップ１０２）。次いで、燃料噴射弁３０による燃料噴射時期（直噴噴射時期）が変更される（ステップ１０４）。具体的には、現在の吸気行程噴射から圧縮行程噴射に切り替えられる。

次に、上記ステップ１０４において圧縮行程噴射に切り替えられた後の初回のサイクルにおける排気ガスの第２空燃比Ａ／Ｆ２が、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３８の出力に基づいて算出（検出）される（ステップ１０６）。次いで、上記ステップ１０２において取得された第１空燃比Ａ／Ｆ１と上記ステップ１０６において取得された第２空燃比Ａ／Ｆ２との空燃比差が所定値よりも大きいか否かが判定される（ステップ１０８）。本ステップ１０８における空燃比差に関する所定値は、空燃比のばらつきによらずに圧縮抜けの発生の有無を判定し得る値として予め設定された値である。

上記ステップ１０８において、空燃比差が上記所定値よりも大きいと判定された場合には、圧縮抜けが発生していると判定される（ステップ１１０）。一方、上記ステップ１０８において、空燃比差が上記所定値以下であると判定された場合には、筒内圧センサ（ＣＰＳ）４４の出力の直線性が悪化していると判定される（ステップ１１２）。

また、上記ステップ１１０において圧縮抜けが発生していると判定された場合には、次いで、圧縮行程噴射を選択して退避走行が行われ、また、警告灯（ＭＩＬ）の点灯が行われる（ステップ１１４）。

以上説明した図３に示すルーチンによれば、モータリング時の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判断できる場合において、２つの異なる態様での燃料噴射の実行時の第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２の空燃比差が上記所定値よりも大きいか否かを判断することによって、発熱量Ｑの算出値の直線性悪化の原因が、圧縮抜けであるのか或いは筒内圧センサ４４の出力の直線性の悪化であるのかが判別される。このように、本実施形態の異常判定手法では、発熱量Ｑの非直線性を検出した後に、別の手段で圧縮抜けを判定するようにしている。このため、圧縮抜けと筒内圧センサ４４の出力の直線性の悪化とを区別して判定することが可能となる。

また、本実施形態では、隣接する２サイクル間において、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で燃料噴射の態様を異ならせるようにしている。このため、運転条件が同一とみなせることで吸入空気量が同一になり、圧縮抜けによるガス量が同一になるとみなせる状況下において、２つの空燃比Ａ／Ｆ１、Ａ／Ｆ２を比較することができる。これにより、圧縮抜けを精度良く判定することが可能となる。

また、上記ルーチンによれば、圧縮抜けが発生していると判定された際に退避走行を行う場合には、圧縮行程噴射が選択される。排気弁２２を介した圧縮抜けが発生している場合には、吸気行程噴射が行われるようになっていると、未燃状態の混合気が排気通路１８側に抜けてしまう。その結果、上流触媒３４等の溶損が生ずるおそれがある。従って、圧縮抜けが発生していると判定された際に圧縮行程噴射が選択されるようにすることで、上流触媒３４等の溶損を回避しつつ、退避走行が行えるようになる。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１００において発熱量Ｑを算出することにより前記第１の発明における「発熱量算出手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「発熱量直線性判定手段」が、上記ステップ１０２〜１１０の一連の処理を実行することにより前記第１の発明における「ガス漏れ判定手段」が、上記ステップ１００の判定が成立する場合において上記１０８の判定結果に応じて上記ステップ１１０または１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常原因判別手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図３に示すルーチンに代えて後述の図４に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

［実施の形態２における異常判定手法］
上述した実施の形態１における異常判定手法は、圧縮抜けと筒内圧センサ４４の出力の直線性の悪化のうちの何れか一方の異常しか発生しないことを前提としている。このような手法によっても、実用上は十分に有用な異常判定が可能となるといえる。しかしながら、実際には、上記異常の両方が同時に発生する可能性がある。本実施形態の異常判定手法は、上記異常の両方が同時に発生することを想定した場合であっても、発生した異常を区別して判別可能な点に特徴を有している。

具体的には、モータリング中の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって、第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との空燃比差が上記所定値よりも大きい場合には、筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化と圧縮抜けの双方が同時に発生している可能性がある。そこで、本実施形態では、圧縮抜けは発生しているが筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化が発生していない状況下での空燃比差と、当該状況下でのモータリング時に筒内圧センサ４４により検出される筒内圧力Ｐに基づいて算出された発熱量Ｑ（ここでは、正常時の発熱量Ｑとの誤差が最大となる時の値を用いる）との関係を定めた相関マップ（関係情報）を予めＥＣＵ４０に記憶しておくようにした。

そのうえで、モータリング中の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって空燃比差が上記所定値よりも大きい場合において、この場合の空燃比差とモータリング時の発熱量Ｑとの関係が上記相関マップに定められた関係と一致する場合には圧縮抜けのみが発生していると判定し、一方、この場合の空燃比差とモータリング時の発熱量Ｑとの関係が上記相関マップに定められた関係と一致しない場合には圧縮抜けとともに筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化が発生していると判定するようにした。また、モータリング中の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって空燃比差が上記所定値以下である場合には、筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化のみが発生していると判定するようにした。

（実施の形態２における具体的処理）
図４は、本発明の実施の形態２における異常判定手法を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、図４において、実施の形態１における図３に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図４に示すルーチンでは、ステップ１００においてモータリング時に発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって、ステップ１０８において第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との空燃比差が上記所定値以下であると判定された場合には、筒内圧センサ（ＣＰＳ）４４の出力の直線性悪化のみが発生していると判定される（ステップ２００）。

一方、上記ステップ１０８において空燃比差が上記所定値よりも大きいと判定された場合には、次いで、上記ステップ１０８において算出された空燃比差と上記ステップ１００において算出された発熱量Ｑとの関係がＥＣＵ４０に記憶されている上記相関マップに定められた関係と一致するか否かが判定される（ステップ２０２）。

既述したように、上記相関マップは、圧縮抜けは発生しているが筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化が発生していない状況下での空燃比差と発熱量Ｑとの関係を定めたマップである。このため、今回の処理サイクルにおいてそれぞれ算出された空燃比差とモータリング時の発熱量Ｑとの関係が上記相関マップに定められた関係と一致する場合には、モータリング時の発熱量Ｑの算出値の直線性悪化の原因が圧縮抜けであると判断することができる。

従って、上記ステップ２０２における判定が成立すると判定された場合には、圧縮抜けのみが発生していると判定される（ステップ２０４）。一方、上記ステップ２０２における判定が不成立であると判定された場合、つまり、今回の処理サイクルにおいてそれぞれ算出された空燃比差とモータリング時の発熱量Ｑとの関係が上記相関マップに定められた関係と一致しない場合には、圧縮抜けとともに筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化が同時に発生していると判定される（ステップ２０６）。

以上説明した図４に示すルーチンによれば、モータリング中の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって空燃比差が上記所定値よりも大きい場合において、この場合の空燃比差とモータリング時の発熱量Ｑとの関係が上記相関マップに定められた関係と一致するか否かを判断するようにしている。これにより、モータリング中の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化している場合に、圧縮抜けのみが発生しているのか、或いは、圧縮抜けとともに筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化とが同時に発生しているのかを区別して判定することが可能となる。

ところで、上述した実施の形態２においては、圧縮抜けのみが発生している場合と、圧縮抜けとともに筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化が同時に発生している場合とを区別して判定できるようにするために、圧縮抜けは発生しているが筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化が発生していない状況下での空燃比差と、当該状況下でのモータリング時に筒内圧センサ４４により検出される筒内圧力Ｐに基づいて算出される発熱量Ｑとの関係を定めた相関マップ（関係情報）を予めＥＣＵ４０に記憶しておくようにしている。しかしながら、本発明における関係情報判定手段に記憶させておくべき関係情報は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、次のようなものであってもよい。

すなわち、圧縮抜けは発生しているが筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化が発生していない状況下での空燃比差と、当該状況下での圧縮行程噴射の実行時に筒内圧センサ４４により検出される筒内圧力Ｐに基づいて算出される第２発熱量Ｑ２と当該圧縮行程噴射の実行時と同一運転条件下において吸気行程噴射の実行時に同様に算出される第１発熱量Ｑ１との差（以下、単に、「発熱量差」と略する）と、の関係を定めた関係情報である相関マップ（以下の記載では、実施の形態１の相関マップと区別するために「第２相関マップ」と称する）を予めＥＣＵ４０に記憶しておくようにしてもよい。このような２つの異なる態様での燃料噴射時の発熱量Ｑ１、Ｑ２については、圧縮抜けが発生している場合には、第２発熱量Ｑ２が第１発熱量Ｑ１よりも大きくなるという関係が成立する。以下、図５に示すルーチンを参照して、このような第２相関マップを利用して行う異常判定手法の具体的処理について説明する。

図５は、本発明の実施の形態２の変形例における異常判定手法を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、図５において、実施の形態２における図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、以下のルーチンの処理は、気筒毎に個別に実行される処理であるものとする。

図５に示すルーチンでは、ステップ１００においてモータリング時に発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判定された場合には、吸気行程噴射の実行中に、空燃比センサ３８を用いて第１空燃比Ａ／Ｆ１が算出（検出）されるとともに、筒内圧センサ４４を用いて検出される筒内圧力Ｐに基づいて第１発熱量Ｑ１が算出される（ステップ３００）。内燃機関１０の燃焼時の筒内圧力と発熱量（熱発生量）との間には相関がある。このため、本ステップ３００では、筒内圧センサ４４およびクランク角センサ４２を利用して、所定クランク角期間（燃焼期間）において、所定クランク角度毎に筒内圧力Ｐが検出される。そして、この筒内圧力Ｐと、筒内圧力Ｐの検出時のクランク角度に基づいて算出される筒内容積Ｖと、筒内のガスの比熱比κとに基づいて、上記所定クランク角度毎に発熱量ＰＶ^κが算出される。そして、上記所定クランク角期間における発熱量ＰＶ^κの積算値として、第１発熱量Ｑ１が算出される。

また、本ルーチンでは、ステップ１０４において圧縮行程噴射に切り替えられた後の初回のサイクルにおいて、空燃比センサ３８を用いて第２空燃比Ａ／Ｆ２が算出（検出）されるとともに、筒内圧センサ４４を用いて検出される筒内圧力Ｐに基づいて、上記第１発熱量Ｑ１の算出手法と同様の手法に従って第２発熱量Ｑ２が算出される（ステップ３０２）。

また、本ルーチンでは、ステップ１０８において空燃比差が上記所定値よりも大きいと判定された場合には、次いで、上記ステップ１０８において算出された空燃比差と、上記ステップ３０２において算出された第２発熱量Ｑ２と上記ステップ３００において算出された第１発熱量Ｑ１との発熱量差との関係が、ＥＣＵ４０に記憶されている上記第２相関マップに定められた関係と一致するか否かが判定される（ステップ３０４）。

上記ステップ３０４における判定が成立すると判定された場合には、モータリング時の発熱量Ｑの算出値の直線性悪化の原因が圧縮抜けであると判断し、圧縮抜けのみが発生していると判定される（ステップ２０４）。一方、上記ステップ３０４における判定が不成立であると判定された場合、つまり、今回の処理サイクルにおいてそれぞれ算出された空燃比差と発熱量差との関係が上記第２相関マップに定められた関係と一致しない場合には、圧縮抜けとともに筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化が同時に発生していると判定される（ステップ２０６）。

以上説明した図５に示すルーチンによれば、モータリング中の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化していると判定した場合であって空燃比差が上記所定値よりも大きい場合において、この場合の空燃比差と発熱量差との関係が上記第２相関マップに定められた関係と一致するか否かを判断するようにしている。このような手法によっても、モータリング中の発熱量Ｑの算出値の直線性が悪化している場合に、圧縮抜けのみが発生しているのか、或いは、圧縮抜けとともに筒内圧センサ４４の出力の直線性悪化とが同時に発生しているのかを区別して判定することが可能となる。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が、上記相関マップを予め記憶していることにより前記第２の発明における「関係情報記憶手段」が、上記ステップ１００および１０８の判定が成立する場合において上記ステップ２０２の判定結果に応じて上記ステップ２０４または２０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「同時異常発生判定手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態２の変形例においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ３０４において発熱量差を算出することにより前記第３の発明における「発熱量差算出手段」が、上記第２相関マップを予め記憶していることにより前記第３の発明における「関係情報記憶手段」が、上記ステップ１００および１０８の判定が成立する場合において上記ステップ３０４の判定結果に応じて上記ステップ２０４または２０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「同時異常発生判定手段」が、それぞれ実現されている。

ところで、上述した実施の形態１および２においては、圧縮抜けの判定処理を１気筒ずつ順番に行うものとしている。しかしながら、２つの異なる態様での燃料噴射の実行時の空燃比Ａ／Ｆ１、Ａ／Ｆ２の相対的な差に基づく圧縮抜けの判定処理は、１気筒ずつ順番に行う態様に限らない。すなわち、排気通路１８の（排気マニホールド）の集合部に配置された空燃比センサ３８には、所定の順序（爆発順序）で各気筒からのガスが規則正しく到達する。従って、空燃比センサ３８に各気筒からガスが到達するタイミングに基づいて当該空燃比センサ３８の現在の出力がどの気筒からのガスであるかを把握するようにしたうえで、圧縮抜けの判定処理を全気筒（もしくは複数の一部気筒）同時に行うようにしてもよい。また、上記判定処理を全気筒（もしくは複数の一部気筒）同時に行う場合において、他の気筒から流出するガスの影響をより受けにくくしつつ空燃比Ａ／Ｆ１、Ａ／Ｆ２を検出するために、排気通路１８における（排気マニホールドの）各気筒の枝管部に空燃比センサをそれぞれ備えるようにしてもよい。

１０内燃機関
１２ピストン
１２ａピストンリング
１４燃焼室
１６吸気通路
１８排気通路
２０吸気弁
２２排気弁
２６スロットルバルブ
３０燃料噴射弁
３２点火プラグ
３４上流触媒
３６下流触媒
３８空燃比センサ
４０ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２クランク角センサ
４４筒内圧センサ

Claims

内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記筒内から排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
筒内圧力を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出される前記筒内圧力に基づいて、筒内の発熱量を算出する発熱量算出手段と
前記内燃機関の燃焼が行われていないモータリング中に前記発熱量算出手段により算出される前記発熱量の直線性の悪化の有無を判定する発熱量直線性判定手段と、
前記燃料噴射弁を用いた吸気行程噴射の実行時に前記空燃比センサを用いて検出される第１空燃比と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において前記燃料噴射弁を用いた圧縮行程噴射の実行時に前記空燃比センサを用いて検出される第２空燃比との空燃比差が所定値よりも大きいか否かに基づいて、燃焼室からのガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定手段と、
前記発熱量直線性判定手段により前記発熱量の算出値の直線性が悪化していると判定された場合において、前記空燃比差が前記所定値よりも大きい場合には燃焼室からのガス漏れが発生していると判定し、一方、前記空燃比差が前記所定値以下である場合には前記筒内圧センサの出力の直線性が悪化していると判定する異常原因判別手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記異常原因判別手段は、
前記ガス漏れは発生しているが前記筒内圧センサの出力の直線性悪化が発生していない状況下での前記空燃比差と、前記状況下での前記モータリング時に前記発熱量算出手段により算出される前記発熱量との関係を定めた関係情報を記憶している関係情報記憶手段と、
前記発熱量直線性判定手段により前記発熱量の算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって前記空燃比差が前記所定値よりも大きい場合において、前記空燃比差と前記発熱量の算出値との関係が前記関係情報として定められた関係と一致する場合には上記ガス漏れのみが発生していると判定し、一方、前記空燃比差と前記発熱量の算出値との関係が前記関係情報として定められた関係と一致しない場合には上記ガス漏れが発生しているとともに前記筒内圧センサの出力の直線性が悪化していると判定する同時異常発生判定手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記圧縮行程噴射の実行時に前記発熱量算出手段を用いて算出される第２発熱量と、当該圧縮行程噴射の実行時と同一運転条件下において前記吸気行程噴射の実行時に前記発熱量算出手段を用いて算出される第１発熱量との発熱量差を算出する発熱量差算出手段を更に備え、
前記異常原因判別手段は、
前記ガス漏れは発生しているが前記筒内圧センサの出力の直線性悪化が発生していない状況下での前記空燃比差と、前記状況下での前記発熱量差との関係を定めた関係情報を記憶している関係情報記憶手段と、
前記発熱量直線性判定手段により前記発熱量の算出値の直線性が悪化していると判定された場合であって前記空燃比差が前記所定値よりも大きい場合において、前記空燃比差と前記発熱量差との関係が前記関係情報として定められた関係と一致する場合には上記ガス漏れのみが発生していると判定し、一方、前記空燃比差と前記発熱量差との関係が前記関係情報として定められた関係と一致しない場合には上記ガス漏れが発生しているとともに前記筒内圧センサの出力の直線性が悪化していると判定する同時異常発生判定手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。