JP5527247B2 - 気筒間空燃比ばらつき異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、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、排気エミッションの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（オンボード）で検出することが要請されており、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に記載の装置では、気筒間の空燃比ばらつきに関するパラメータを検出し、この検出されたパラメータに基づき空燃比センサの出力を補正している。

特開２００９−２０９７４７号公報

ところで、１気筒当たりに吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの２本のインジェクタを備え、且つ、全気筒が二つの気筒群に分かれている内燃機関（例えばＶ型内燃機関）が公知である。この場合、ばらつき異常検出の精度を高めるため、気筒群毎に各インジェクタの噴射割合を変更してばらつき異常検出を行うことが考えられる。

しかし、両バンクに対し同一タイミングで噴射割合を変更してしまうと、トルク変動やトルク段差が大きくなる、燃料系駆動音変化による変音感が発生するなどのドラバビリティ上の問題が発生する。

そこで本発明は、上記の事情に鑑みて創案され、その目的は、ばらつき異常検出時におけるドライバビリティの向上に有利な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、
第１および第２の気筒群と、各気筒に設けられた吸気通路噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタとを有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であって、
前記ばらつき異常の検出時、気筒群毎に、前記吸気通路噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタの噴射割合を変更して前記ばらつき異常を検出すると共に、前記噴射割合の変更タイミングを前記第１および第２の気筒群の間で異ならせることを特徴とする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、前記第１および第２の気筒群の一方についての前記噴射割合変更終了後、所定時間経過した時点から、前記第１および第２の気筒群の他方についての前記噴射割合変更を開始する。

好ましくは、前記気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が、前記第１および第２の気筒群の各排気通路に個別に設置された第１および第２の空燃比センサを備え、
前記ばらつき異常の検出時、前記第１の空燃比センサの出力変動に基づいて前記第１の気筒群のばらつき異常を検出すると共に、前記第２の空燃比センサの出力変動に基づいて前記第２の気筒群のばらつき異常を検出する。

好ましくは、前記気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が、前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
前記ばらつき異常の検出時、前記回転速度検出手段によって検出された回転速度の変動に基づいて前記第１および第２の気筒群のばらつき異常を検出する。

好ましくは、前記内燃機関が、第１および第２のバンクを有するＶ型内燃機関であり、前記第１および第２の気筒群が、前記第１および第２のバンクにそれぞれ設けられた気筒群である。

本発明によれば、ばらつき異常検出時におけるドライバビリティを向上できるという、優れた効果が発揮される。

本発明の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。 噴き分け率を設定するためのマップを示す。 空燃比センサ出力の変動を示すタイムチャートである。 図４のＶ部に相当する拡大図である。 インバランス割合と空燃比変動パラメータの関係を示すグラフである。 回転変動パラメータを説明するためのタイムチャートである。 インバランス割合と回転変動パラメータの関係を示すグラフである。 リッチずれ異常検出の原理を説明するための図である。 リッチずれ異常検出の原理を説明するための図である。 ばらつき異常検出時における両バンクの噴き分け率変更タイミングを示すタイムチャートである。 噴き分け率変更タイミングの別の例を示すタイムチャートである。 ばらつき異常検出ルーチンを示す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Ｖ型６気筒デュアル噴射式ガソリンエンジンである。各気筒＃１〜＃６に吸気通路噴射用インジェクタ２と筒内噴射用インジェクタ３とが設けられている。エンジン１は第１のバンク４と第２のバンク５とを有し、第１のバンク４には奇数番気筒すなわち＃１，＃３，＃５気筒が設けられ、第２のバンク５には偶数番気筒すなわち＃２，＃４，＃６気筒が設けられている。＃１，＃３，＃５気筒が本発明にいう第１の気筒群をなし、＃２，＃４，＃６気筒が本発明にいう第２の気筒群をなす。

吸気通路噴射用インジェクタ２は、いわゆる均質燃焼を実現するよう、対応気筒の吸気通路特に吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する。以下、吸気通路噴射用インジェクタを「ＰＦＩ」ともいう。他方、筒内噴射用インジェクタ３は、いわゆる成層燃焼を実現するよう、対応気筒の筒内（燃焼室内）に向けて燃料を直接噴射する。以下、筒内噴射用インジェクタを「ＤＩ」ともいう。

吸気を導入するための吸気通路７は、前記吸気ポート６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６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。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は、本実施形態の場合、第１のバンク４に対する第１の排気通路１４Ａと第２のバンク５に対する第２の排気通路１４Ｂとが別系統で設置されている。つまり排気系統はバンク毎に独立して２系統ある。両バンクについて排気系統の構成は同じなので、ここでは第１のバンク４についてのみ説明し、第２のバンク５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の各気筒の排気ポート１５と、これら排気ポート１５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の下流端に接続する排気管１７とを含む。そして排気管１７の上流側と下流側にはそれぞれ三元触媒からなる触媒、すなわち上流触媒１８と下流触媒１９が直列に設けられている。上流触媒１８の上流側及び下流側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中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。このように、片バンクに対する排気通路の集合部には単一の触媒前センサ２０が設置されている。この触媒前センサ２０が本発明にいう「空燃比センサ」に該当する。

特に、第１のバンク４に対する第１の排気通路１４Ａと、第２のバンク５に対する第２の排気通路１４Ｂとに、個別に触媒前センサ２０が設置され、これら触媒前センサ２０が本発明にいう「第１および第２の空燃比センサ」に該当する。

上述のＰＦＩ２、ＤＩ３、スロットルバルブ１２及び点火プラグ１３等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００に電気的に接続されている。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。またＥＣＵ１００には、図示されるように、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１の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いて、所望の出力が得られるように、ＰＦＩ２、ＤＩ３、スロットルバルブ１２及び点火プラグ１３等を制御し、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、点火時期等を制御する。またＥＣＵ１００は、クランク角センサ２２の出力に基づきエンジン１のクランク角を検出すると共に、エンジンの回転速度を計算する。ここでエンジンの回転速度としては１分当たりの回転数（ｒｐｍ）を用いる。

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、排気ガスの空燃比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＝１４．６）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、排気ガスの空燃比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０〜１（Ｖ））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。

上流触媒１８に流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されるように、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。

このような空燃比制御はバンク毎に行われる。すなわち、第１のバンク４側の触媒前センサ２０および触媒後センサ２１の出力に基づいて、第１のバンク４に属する＃１，＃３，＃５気筒の空燃比制御が行われる。他方、第２のバンク５側の触媒前センサ２０および触媒後センサ２１の出力に基づいて、第２のバンク５に属する＃２，＃４，＃６気筒の空燃比制御が行われる。但し同一バンク内の各気筒に対しては同一の補正量が用いられる。

また本実施形態では、１気筒で１噴射サイクル中に噴射される全燃料噴射量を所定の噴き分け率αに応じてＰＦＩ２及びＤＩ３に分担させる噴き分けが行われる。このときＥＣＵ１００は、噴き分け率αに応じて、ＰＦＩ２から噴射される燃料量（ポート噴射量という）と、ＤＩ３から噴射される燃料量（筒内噴射量という）とを設定し、これら燃料量に応じて各インジェクタ２，３を通電制御する。噴き分け率αは、ここでは全燃料噴射量に対するポート噴射量の比をいい、０〜１の値を持つ。全燃料噴射量をＱｔとした場合、ポート噴射量Ｑｐはα×Ｑｔで表され、筒内噴射量Ｑｄは（１−α）×Ｑｔで表され、両者の噴射割合はＱｐ：Ｑｄ＝α：（１−α）である。このように噴き分け率αはＰＦＩ２とＤＩ３、もしくはポート噴射量Ｑｐと筒内噴射量Ｑｄとの噴射割合を規定する値である。全燃料噴射量はＥＣＵ１００によりエンジン運転状態（例えばエンジン回転数と負荷）に基づいて設定される。

図３に、噴き分け率αを設定するためのマップを示す。図示するように、噴き分け率αは、エンジン回転数Ｎｅと負荷ＫＬで規定される各領域に応じてα_１からα_４まで変化する。例えばα_１＝０、α_２＝０．３５、α_３＝０．５、α_４＝０．７であるが、これらの値や領域分けは任意に変更可能である。この例では、低回転高負荷側に向かうほどポート噴射量の割合が増加する。またα＝α_１の領域では噴き分けは行われず筒内噴射のみで燃料が供給される。

噴き分け率αは、両バンクの各気筒に対し同一の値が用いられる。すなわち噴き分け率αについてはバンク毎の設定はなされない。

さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒のインジェクタが故障し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生したとする。例えば＃１気筒が他の＃２〜＃６気筒よりも燃料噴射量が多くなり、＃１気筒の空燃比が他の＃２〜＃６気筒の空燃比よりも大きくリッチ側にずれる場合等である。このとき、＃１気筒を含む第１のバンク２について、前述の主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、トータル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。

図４は、本実施形態とは異なる直列４気筒エンジンにおける空燃比センサ出力の変動を示す。図示するように、空燃比センサによって検出される排気空燃比Ａ／Ｆは、１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）を１周期として周期的に変動する傾向にある。そして気筒間空燃比ばらつきが発生すると、１エンジンサイクル内での変動が大きくなる。（Ｂ）の空燃比線図ａ，ｂ，ｃはそれぞればらつき無し、１気筒のみ２０％のインバランス割合でリッチずれ、及び１気筒のみ５０％のインバランス割合でリッチずれの場合を示す。見られるように、ばらつき度合いが大きくなるほど空燃比変動の振幅が大きくなる。本実施形態のようなＶ型６気筒エンジンでも、片バンクについて同様の傾向がある。

ここでインバランス割合（％）とは、気筒間空燃比のばらつき度合いを表すパラメータである。即ち、インバランス割合とは、全気筒のうちある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。インバランス割合を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で表される。インバランス割合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。

［気筒間空燃比ばらつき異常検出］
上記の説明から理解されるように、空燃比ばらつき異常が発生すると空燃比センサ出力の変動が大きくなる。そこでこの出力変動に基づいてばらつき異常を検出することが可能である。

ここで、ばらつき異常の種類としては、１気筒の燃料噴射量がリッチ側（過剰側）にずれているリッチずれ異常と、１気筒の燃料噴射量がリーン側（過少側）にずれているリーンずれ異常とがある。本実施形態では、リッチずれ異常を空燃比センサ出力変動に基づいて検出し、リーンずれ異常は後述の方法によりエンジン回転変動に基づいて検出する。但し、リッチずれ異常およびリーンずれ異常を区別せず、広くばらつき異常を空燃比センサ出力変動およびエンジン回転変動の少なくとも一方に基づいて検出してもよい。

リッチずれ異常の検出に際しては、空燃比センサ出力の変動度合いに相関するパラメータである空燃比変動パラメータを算出すると共に、この空燃比変動パラメータを所定の異常判定値と比較して異常を検出する。ここで異常検出はバンク毎に、対応する空燃比センサである触媒前センサ２０の出力を用いて行う。

以下、空燃比変動パラメータの算出方法を説明する。図５は、図４のＶ部に相当する拡大図であり、特に１エンジンサイクル内の触媒前センサ出力の変動を示す。触媒前センサ出力としては、触媒前センサ２０の出力電圧Ｖｆを空燃比Ａ／Ｆに換算した値を用いる。但し触媒前センサ２０の出力電圧Ｖｆを直接用いることも可能である。

（Ｂ）図に示すように、ＥＣＵ１００は、１エンジンサイクル内において、所定のサンプル周期τ（単位時間、例えば４ｍｓ）毎に、触媒前センサ出力Ａ／Ｆの値を取得する。そして今回のタイミング（第２のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆ_ｎと、前回のタイミング（第１のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆ_ｎ−１との差ΔＡ／Ｆ_ｎの絶対値を次式（１）により求める。この差ΔＡ／Ｆ_ｎは今回のタイミングにおける微分値あるいは傾きと言い換えることができる。

最も単純には、この差ΔＡ／Ｆ_ｎが触媒前センサ出力の変動を表す。変動度合いが大きくなるほど空燃比線図の傾きが大きくなり、差ΔＡ／Ｆ_ｎが大きくなるからである。そこで所定の１タイミングにおける差ΔＡ／Ｆ_ｎの値を空燃比変動パラメータとすることができる。

但し、本実施形態では精度向上のため、複数の差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値を空燃比変動パラメータとする。本実施形態では、１エンジンサイクル内において、各タイミング毎に差ΔＡ／Ｆ_ｎを積算し、最終積算値をサンプル数Ｎで除し、１エンジンサイクル内の差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値を求める。そしてさらに、Ｍエンジンサイクル分（例えばＭ＝１００）だけ差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値を積算し、最終積算値をサイクル数Ｍで除し、Ｍエンジンサイクル内の差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値を求める。こうして求められた最終的な平均値を空燃比変動パラメータとし、以下「Ｘ」で表示する。

触媒前センサ出力の変動度合いが大きいほど空燃比変動パラメータＸは大きくなる。そこで空燃比変動パラメータＸが所定の異常判定値以上であれば異常ありと判定され、空燃比変動パラメータＸが異常判定値より小さければ異常なし、即ち正常と判定される。

なお、触媒前センサ出力Ａ／Ｆは増加する場合と減少する場合とがあるので、これら各場合の一方についてだけ上記差ΔＡ／Ｆ_ｎあるいはその平均値を求め、これを空燃比変動パラメータとしても良い。特に１気筒のみリッチずれの場合、当該１気筒に対応した排気ガスを触媒前センサが受けた時にその出力が急速にリッチ側に変化（すなわち急減）するので、減少側のみの値をリッチずれ検出のために用いることも可能である。もっとも、これに限定されず、増加側の値のみを用いることも可能である。

また、触媒前センサ出力の変動度合いに相関する如何なる値をも空燃比変動パラメータとすることができる。例えば、１エンジンサイクル内の触媒前センサ出力の最大値と最小値の差（所謂ピークトゥピーク; peak to peak）に基づいて、空燃比変動パラメータを算出することもできる。触媒前センサ出力の変動度合いが大きいほど当該差も大きくなるからである。

図６には、インバランス割合ＩＢと空燃比変動パラメータＸの関係を示す。図示されるように、インバランス割合ＩＢと空燃比変動パラメータＸの間には強い相関性があり、インバランス割合ＩＢが増加するほど空燃比変動パラメータＸも増加する。ここで図中のＩＢ１は、正常と異常の境目であるクライテリアに相当するインバランス割合ＩＢの値であり、例えば６０（％）である。

次に、リーンずれ異常の検出について説明する。この検出に際しては、エンジン回転速度の変動度合いに相関するパラメータである回転変動パラメータを算出すると共に、この回転変動パラメータを所定の異常判定値と比較して異常を検出する。この場合、異常検出はいずれのバンクであるかを問わず、単に検出されたエンジン回転速度の変動に基づいて行う。

図７において、（ａ）はクランク角（°ＣＡ）、（ｂ）は３０°ＣＡ時間Ｔ_３０（ｓ）、（ｃ）は回転変動パラメータＹの変化を示す。図示例は通常の直列４気筒エンジンの例であるが、以下の説明により本実施形態のようなＶ型６気筒エンジンにも適用可能であることが理解される。点火順序は＃１、＃３、＃４、＃２の各気筒順である。図中、「正常」とは、いずれの気筒にも空燃比ズレが生じていない場合を示し、「リーンずれ異常」とは、＃１気筒のみにインバランス割合ＩＢ＝−３０（％）のリーンずれ異常が生じている場合を示す。

３０°ＣＡ時間Ｔ_３０とは、クランクシャフトが３０°ＣＡ回転するのに要した時間のことをいう。３０°ＣＡ時間Ｔ_３０が長い（大きい）ほど回転速度は遅い。回転変動パラメータＹとは、今回点火気筒ＴＤＣと前回点火気筒ＴＤＣとの間の３０°ＣＡ時間Ｔ_３０の差のことをいう。

まずリーンずれ異常の場合に着目する。図示例では＃１気筒にリーンずれ異常が生じているので、（ｂ）に示すように、＃１気筒を点火しても燃焼が悪化し、トルクが十分出ず、その後の３０°ＣＡ時間Ｔ_３０が長くなっている。これに対応して、＃１気筒ＴＤＣから＃３気筒ＴＤＣまでの３０°ＣＡ時間Ｔ_３０の差は大きく、（ｃ）に示す回転変動パラメータＹの値は大きくなっている。

これに対し、＃１以外の気筒、例えば＃３気筒の場合は正常であるので、（ｂ）に示すように、＃３気筒ＴＤＣから＃４気筒ＴＤＣまでの３０°ＣＡ時間Ｔ_３０の差は小さく、（ｃ）に示す回転変動パラメータＹの値も小さくなっている。

次に正常の場合に着目すると、いずれの気筒も正常であるので、気筒間の燃焼バラツキは少なく、（ｂ）に示すように、前回点火気筒ＴＤＣから今回点火気筒ＴＤＣまでの３０°ＣＡ時間Ｔ_３０の差はいずれも小さくほぼ一定で、（ｃ）に示す回転変動パラメータＹの値も常に小さくほぼゼロ付近である。

従って、かかる回転変動パラメータＹを所定の異常判定値と比較することでリーンずれ異常を検出することが可能である。本実施形態では、回転変動パラメータＹが異常判定値以上であれば異常ありと判定し、回転変動パラメータＹが異常判定値より小さければ異常なし、即ち正常と判定する。

なお、ＥＣＵ１００の気筒判別機能により、点火気筒とこれに対応する回転変動パラメータＹとの関連付けは可能である。従ってリーンずれ異常があることを検出した場合、異常気筒自体を特定することが可能である。

図８には、インバランス割合ＩＢと回転変動パラメータＹの関係を示す。図示されるように、インバランス割合ＩＢと回転変動パラメータＹの間には強い相関性があり、インバランス割合ＩＢが減少（マイナス側に増加）するほど回転変動パラメータＹは増加する。ここで図中のＩＢ２は、正常と異常の境目であるクライテリアに相当するインバランス割合ＩＢの値であり、例えば−３０（％）である。

ところで、ばらつき異常検出、特に空燃比変動パラメータＸを用いたリッチずれ異常検出に際しては、噴き分け率αを図３のマップから定まる基準値に対し変更しなければならない場合がある。本実施形態のようなデュアル噴射式エンジンの場合、仮に噴き分け率αが小さいと、筒内噴射量に対してポート噴射量が少なくなる。よってＰＦＩ２にリッチずれ異常が生じている場合であっても、その影響がトータルの噴射量にそれほど反映されず、空燃比変動がそれほど大きくならないからである。

従ってこの場合には、噴き分け率αをマップから定まる基準値よりも増大する。こうすればＰＦＩ２のリッチずれ異常の影響をトータルの噴射量に大きく反映させることができ、空燃比変動を大きくすることができる。

以下、図９および図１０を用いて本実施形態のリッチずれ異常検出の原理を説明する。なお本実施形態では空燃比変動パラメータＸを用い、且つ噴き分け率αを変更して、吸気系の故障等に起因する空燃比ずれ即ち吸気系異常をも検出するようにしている。

まず図９の例を説明する。図中左側の状態Ｉは、噴き分け率αが基準値Ａ＝０．４の場合である。また図中右側の状態ＩＩは、噴き分け率αが基準値よりも大きいＢ＝０．８の場合である。状態Ｉから状態ＩＩに変わると、噴き分け率αは０．４から０．８に変化し、筒内噴射量割合は減少し、ポート噴射量割合は増大する。ここでは仮に、異常判定値Ｚをインバランス割合２０％相当の値として定める。図示される波形は片バンクの触媒前センサ２０の出力波形である。すなわちここでは片バンクのみに着目する。

図９（ａ）は、何れの気筒のＰＦＩ２およびＤＩ３にも異常が生じておらず、また吸気系にも異常が生じていない正常時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ａが得られ、状態ＩＩでもインバランス割合０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ｂが得られる。Ｘ_Ａ＜Ｚ且つＸ_Ｂ＜Ｚであり、この場合には正常と判定する。

図９（ｂ）は、何れの気筒のＰＦＩ２およびＤＩ３にも異常が生じていないが、吸気系にインバランス割合５０％相当の異常が生じている吸気系異常５０％時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合５０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ａが得られ、状態ＩＩでもインバランス割合５０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ｂが得られる。Ｘ_Ａ≧Ｚ且つＸ_Ｂ≧Ｚであり、この場合には吸気系異常と判定する。なお状態Ｉと状態ＩＩとで空燃比変動パラメータＸの値が変わらない理由は、ＰＦＩ２およびＤＩ３が正常なので噴き分け率αの変化の影響を受けないからである。

図９（ｃ）は、１気筒のＤＩ３にインバランス割合５０％相当の異常が生じており、残りのＰＦＩ２およびＤＩ３には異常が生じておらず、吸気系にも異常が生じていないＤＩ異常５０％時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合３０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ａが得られる。なぜならＤＩ３の噴射割合は（１−０．４）＝０．６であり、５０％×０．６＝３０％、つまりＤＩ３の異常の影響が噴き分けの結果減じられてしまうからである。他方、状態ＩＩではインバランス割合１０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ｂが得られる。なぜならＤＩ３の噴射割合は（１−０．８）＝０．２であり、５０％×０．２＝１０％だからである。Ｘ_Ａ≧Ｚ且つＸ_Ｂ＜Ｚであり、この場合にはＤＩ異常と判定する。

図９（ｄ）は、１気筒のＰＦＩ２にインバランス割合５０％相当の異常が生じており、残りのＰＦＩ２およびＤＩ３には異常が生じておらず、吸気系にも異常が生じていないＰＦＩ異常５０％時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合２０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ａが得られる。なぜならＰＦＩ２の噴射割合は０．４であり、５０％×０．４＝２０％、つまりＰＦＩ２の異常の影響が噴き分けの結果減じられてしまうからである。他方、状態ＩＩではインバランス割合４０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ｂが得られる。なぜならＰＦＩ２の噴射割合は０．８であり、５０％×０．８＝４０％だからである。Ｘ_Ａ＜Ｚ且つＸ_Ｂ≧Ｚであり、この場合にはＰＦＩ異常と判定する。

特に、状態Ｉのまま噴き分け率αを変更（増大）しない場合には、ＰＦＩ異常を検出することができない。それ故、異常検出時に噴き分け率αを変更する必要がある。

次に図１０の例を説明する。この例は前記と逆で、噴き分け率が減少させられる。図中左側の状態Ｉは、噴き分け率αが基準値Ａ＝０．４の場合である。また図中右側の状態ＩＩは、噴き分け率αが基準値Ａよりも小さいＣ＝０．０の場合、すなわちＤＩ３のみで燃料噴射が行われる場合である。状態Ｉから状態ＩＩに変わると、噴き分け率αは０．４から０．０に変化し、ポート噴射量割合は減少し、筒内噴射量割合は増大する。ここでは仮に、異常判定値Ｚをインバランス割合３０％相当の値として定める。図示される波形が片バンクの触媒前センサ２０の出力波形であり、片バンクのみに着目する点は前記同様である。

図１０（ａ）は、何れの気筒のＰＦＩ２およびＤＩ３にも異常が生じておらず、また吸気系にも異常が生じていない正常時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ａが得られ、状態ＩＩでもインバランス割合０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ｃが得られる。Ｘ_Ａ＜Ｚ且つＸ_Ｃ＜Ｚであり、この場合には正常と判定する。

図１０（ｂ）は、何れの気筒のＰＦＩ２およびＤＩ３にも異常が生じていないが、吸気系にインバランス割合５０％相当の異常が生じている吸気系異常５０％時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合５０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ａが得られ、状態ＩＩでもインバランス割合５０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ｃが得られる。Ｘ_Ａ≧Ｚ且つＸ_Ｃ≧Ｚであり、この場合には吸気系異常と判定する。

図１０（ｃ）は、１気筒のＤＩ３にインバランス割合４０％相当の異常が生じており、残りのＰＦＩ２およびＤＩ３には異常が生じておらず、吸気系にも異常が生じていないＤＩ異常４０％時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合２４％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ａが得られる。なぜならＤＩ３の噴射割合は（１−０．４）＝０．６であり、４０％×０．６＝２４％、つまりＤＩ３の異常の影響が噴き分けの結果減じられてしまうからである。他方、状態ＩＩではインバランス割合４０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ｃが得られる。なぜならＤＩ３の噴射割合は（１−０．０）＝１．０であり、４０％×１．０＝４０％だからである。Ｘ_Ａ＜Ｚ且つＸ_Ｃ≧Ｚであり、この場合にはＤＩ異常と判定する。

図１０（ｄ）は、１気筒のＰＦＩ２にインバランス割合８０％相当の異常が生じており、残りのＰＦＩ２およびＤＩ３には異常が生じておらず、吸気系にも異常が生じていないＰＦＩ異常８０％時を示す。この場合、状態Ｉではインバランス割合３２％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ａが得られる。なぜならＰＦＩ２の噴射割合は０．４であり、８０％×０．４＝３２％、つまりＰＦＩ２の異常の影響が噴き分けの結果減じられてしまうからである。他方、状態ＩＩではインバランス割合０％相当の空燃比変動パラメータＸ_Ｃが得られる。なぜならＰＦＩ２の噴射割合は０．０であり、８０％×０．０＝０％だからである。Ｘ_Ａ≧Ｚ且つＸ_Ｃ＜Ｚであり、この場合にはＰＦＩ異常と判定する。

特に、状態Ｉのまま噴き分け率αを変更（減少）しない場合には、ＤＩ異常を検出することができない。それ故、異常検出時に噴き分け率αを変更する必要がある。

上記の原理に従い、本実施形態では次の方法で片バンクに関するリッチずれ異常と吸気系異常とを検出する。この検出はＥＣＵ１００によって実行される。

ステップＳ１：噴き分け率αが基準値Ａのときの空燃比変動パラメータＸ_Ａを取得する。

ステップＳ２：噴き分け率αを基準値Ａより大きい所定値Ｂに変更し、このときの空燃比変動パラメータＸ_Ｂを取得する。

ステップＳ３：噴き分け率αを基準値Ａより小さい所定値Ｃに変更し、このときの空燃比変動パラメータＸ_Ｃを取得する。

ステップＳ４：Ｘ_Ａ，Ｘ_Ｂ，Ｘ_Ｃを所定の異常判定値Ｚと比較し、ＰＦＩ異常、ＤＩ異常、吸気系異常および正常のいずれかの判定を行う。この判定は次の通りである。

Ｘ_Ａ＜Ｚ、Ｘ_Ｂ＜Ｚ、Ｘ_Ｃ＜Ｚのときは正常と判定。

Ｘ_Ａ≧Ｚ、Ｘ_Ｂ≧Ｚ、Ｘ_Ｃ≧Ｚのときは吸気系異常と判定。

Ｘ_Ａ＜Ｚ、Ｘ_Ｂ≧Ｚ、Ｘ_Ｃ＜ＺのときはＰＦＩ異常と判定。

Ｘ_Ａ≧Ｚ、Ｘ_Ｂ＜Ｚ、Ｘ_Ｃ≧ＺのときはＤＩ異常と判定。

ステップＳ５：噴き分け率αを元の基準値Ａに変更（復帰）して、終了する。

このような検出方法を採用することにより、ＰＦＩ異常、ＤＩ異常および吸気系異常を区別して的確に検出することが可能となり、検出精度の向上が図れる。

なお、ここでは一律の異常判定値Ｚを用いたが、Ｘ_Ａ、Ｘ_Ｂ、Ｘ_Ｃの種別毎に異常判定値の値を変えても良い。また変更後の噴き分け率αの値は、燃焼安定性、トルク変動およびＤＩ熱保護等の観点から適切に定めるのが好ましい。

ところで、上記の如き噴き分け率αの変更を両バンクにおいて同一タイミングで行ってしまうと、トルク変動やトルク段差が大きくなる、燃料系駆動音変化による変音感が発生するなどのドラバビリティ上の問題が発生する。

そこで本実施形態では、噴き分け率αの変更タイミングを両バンクの間で異ならせる。これにより、上述のドラバビリティ上の問題を克服し、ばらつき異常検出時におけるドライバビリティの向上を図れる。

図１１において、（ａ）は第１のバンク４における噴き分け率αの変更タイミングを示し、（ｂ）は第２のバンク５における噴き分け率αの変更タイミングを示す。異常検出は第１のバンク４、第２のバンク５の順で行われる。

時刻ｔ０で検出を開始した後、時刻ｔ１で第１のバンク４の噴き分け率変更が開始される。第１のバンク４の噴き分け率は、時刻ｔ１でＡからＢに変更（増大）され、時刻ｔ２でＢからＣに変更（減少）され、時刻ｔ３でＣからＡに変更（増大復帰）される。時刻ｔ３において第１のバンク４の噴き分け率変更は終了し、同時に第１のバンク４についての異常検出も実質的に終了する。

その後、所定時間（ｔ３〜ｔ４）を経過した時点ｔ４において第２のバンク５の噴き分け率変更が開始される。第２のバンク５の噴き分け率は、時刻ｔ４でＡからＢに変更（増大）され、時刻ｔ５でＢからＣに変更（減少）され、時刻ｔ６でＣからＡに変更（増大復帰）される。時刻ｔ６において第２のバンク５の噴き分け率変更は終了し、同時に、第２のバンク５についての異常検出ひいては今回の異常検出も実質的に終了する。

このように、両バンク間で噴き分け率αの変更タイミングを異ならせた（ずらした）ので、これらを同一タイミングとした場合に比べ、トルク変動やトルク段差を抑制し、燃料系駆動音変化による変音感を減少し、ドラバビリティを向上することができる。

また、第１のバンク４についての噴き分け率変更終了後、所定時間（ｔ３〜ｔ４）を経過した時点ｔ４から第２のバンク５についての噴き分け率変更を開始するようにしたので、第１のバンク４についての噴き分け率変更の影響を前記所定時間（ｔ３〜ｔ４）内で十分解消してから第２のバンク５についての噴き分け率変更を開始でき、検出精度およびドライバビリティの一層の向上が図れる。

図１２は、噴き分け率変更タイミングの別の例を示す。この例では、第２のバンク５の噴き分け率変更期間の一部が第１のバンク４の噴き分け率変更期間の一部に重なる（オーバーラップする）ようになっている。図示例では、第１のバンク４の噴き分け率がＢからＣに変更される時刻ｔ２と、ＣからＡに変更される時刻ｔ３との間の時刻ｔ４で、第２のバンク５の噴き分け率がＡからＢに変更され、時刻ｔ３の後の時刻ｔ５で第２のバンク５の噴き分け率がＢからＣに変更される。

この場合、ｔ４からｔ３までの期間で両バンクの噴き分け率が基準値Ａでないため、当該期間内で図１１の例と比較してドラバビリティの悪化が懸念される。しかしながらそれでも、両バンクの変更タイミングは常に同一とならないので、これを同一とした場合に比べドラバビリティを向上できる。

なお、回転変動パラメータＹに基づくリーンずれ異常検出も噴き分け率変更を伴って実施するのが好ましい。しかしながらここでは便宜上、噴き分け率変更を伴わず、噴き分け率が基準値Ａの状態でリーンずれ異常検出を実施する。

次に、図１３を用いて、図１１の例に基づくばらつき異常検出ルーチンを説明する。このルーチンはＥＣＵ１００により実行される。

検出開始後、ステップＳ１０１において、第１のバンク４について噴き分け率αを基準値Ａとした状態で空燃比変動パラメータＸ_Ａを取得すると共に、第２のバンク５について噴き分け率αを基準値Ａとした状態で空燃比変動パラメータＸ_Ａを取得する。また同時に回転変動パラメータＹ_ｉも取得する。ｉは気筒番号であり、ｉ＝１，２，・・・６である。このステップＳ１０１の実行期間は図１１のｔ０〜ｔ１に相当する。

次いでステップＳ１０２において、第１のバンク４について噴き分け率αを基準値Ａより大きい所定値Ｂに変更し、この状態で空燃比変動パラメータＸ_Ｂを取得する。第２のバンク５については噴き分け率αを基準値Ａに維持し、空燃比変動パラメータの取得も行わない。このステップＳ１０２の実行期間は図１１のｔ１〜ｔ２に相当する。

次いでステップＳ１０３において、第１のバンク４について噴き分け率αを基準値Ａより小さい所定値Ｃに変更し、この状態で空燃比変動パラメータＸ_Ｃを取得する。第２のバンク５についてはステップＳ１０２と同様である。このステップＳ１０３の実行期間は図１１のｔ２〜ｔ３に相当する。

空燃比変動パラメータＸ_Ｃの取得を終えたならば、ステップＳ１０４に進み、第１のバンク４について噴き分け率αを基準値Ａに変更する。

次いでステップＳ１０５では、第１のバンク４について、既に取得した空燃比変動パラメータＸ_Ａ、Ｘ_Ｂ、Ｘ_Ｃおよび回転変動パラメータＹ_１、Ｙ_３、Ｙ_５を対応する異常判定値とそれぞれ比較し、正異常判定を行う。リッチずれ異常については前述のステップＳ４の通りであり、リーンずれ異常についても前述した通りである。

この後、ステップＳ１０６では、第１のバンク４の噴き分け率変更終了時点（図１１のｔ３）から所定時間（図１１のｔ３〜ｔ４）が経過したか否かを判断する。経過してなければ待機し、経過した場合にはステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、第２のバンク５について噴き分け率αを基準値Ａより大きい所定値Ｂに変更し、この状態で空燃比変動パラメータＸ_Ｂを取得する。第１のバンク４については噴き分け率αを基準値Ａに維持し、空燃比変動パラメータの取得も行わない。このステップＳ１０７の実行期間は図１１のｔ４〜ｔ５に相当する。

次いでステップＳ１０８において、第２のバンク５について噴き分け率αを基準値Ａより小さい所定値Ｃに変更し、この状態で空燃比変動パラメータＸ_Ｃを取得する。第１のバンク４についてはステップＳ１０７と同様である。このステップＳ１０８の実行期間は図１１のｔ５〜ｔ６に相当する。

空燃比変動パラメータＸ_Ｃの取得を終えたならば、ステップＳ１０９に進み、第２のバンク５について噴き分け率αを基準値Ａに変更する。

次いでステップＳ１１０では、第２のバンク５について、既に取得した空燃比変動パラメータＸ_Ａ、Ｘ_Ｂ、Ｘ_Ｃおよび回転変動パラメータＹ_２、Ｙ_４、Ｙ_６を対応する異常判定値とそれぞれ比較し、正異常判定を行う。リッチずれ異常については前述のステップＳ４の通りであり、リーンずれ異常についても前述した通りである。以上でルーチンを終了する。

以上の説明で理解されるように、両バンクの噴き分け率変更に関しては、一方のバンクの噴き分け率αを基準値Ａとした状態で他方のバンクの噴き分け率αを基準値Ａ以外に変更するのが好ましい。基準値Ａが、エンジンのあらゆる運転条件を考慮して大凡最適に定められた値だからである。

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。例えば本発明はＶ型エンジン以外にも適用可能である。例えば、一部の２気筒（例えば＃１，３気筒）で第１の気筒群が形成され、残部の２気筒（例えば＃２，４気筒）で第２の気筒群が形成される直列４気筒エンジンや、一部の３気筒（例えば＃１，３，５気筒）で第１の気筒群が形成され、残部の３気筒（例えば＃２，４，６気筒）で第２の気筒群が形成される直列６気筒エンジン等にも本発明は適用可能である。また水平対向型エンジン（バンク角が１８０°のＶ型エンジンとも解せる）にも本発明は適用可能である。エンジンの気筒数、形式、用途等は特に限定されない。ガソリンエンジンのような火花点火式内燃機関の場合、代替燃料（アルコール、ＣＮＧ等の気体燃料等）の使用も可能である。

前記実施形態では、空燃比センサの出力変動に基づくばらつき異常検出と、エンジンの回転変動に基づくばらつき異常検出との両者を実施したが、これに限らず、いずれか一方のみを実施してもよい。

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。

１ 内燃機関
２ 吸気通路噴射用インジェクタ（ＰＦＩ）
３ 筒内噴射用インジェクタ（ＤＩ）
４ 第１のバンク
５ 第２のバンク
２０ 触媒前センサ
２２ クランク角センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (5)

1. 第１および第２の気筒群と、各気筒に設けられた吸気通路噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタとを有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であって、
   前記ばらつき異常の検出時、気筒群毎に、前記吸気通路噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタの噴射割合を変更して前記ばらつき異常を検出すると共に、前記噴射割合の変更タイミングを前記第１および第２の気筒群の間で異ならせることを特徴とする気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
2. 前記第１および第２の気筒群の一方についての前記噴射割合変更終了後、所定時間経過した時点から、前記第１および第２の気筒群の他方についての前記噴射割合変更を開始する
   ことを特徴とする請求項１に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
3. 前記第１および第２の気筒群の各排気通路に個別に設置された第１および第２の空燃比センサを備え、
   前記ばらつき異常の検出時、前記第１の空燃比センサの出力変動に基づいて前記第１の気筒群のばらつき異常を検出すると共に、前記第２の空燃比センサの出力変動に基づいて前記第２の気筒群のばらつき異常を検出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
4. 前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
   前記ばらつき異常の検出時、前記回転速度検出手段によって検出された回転速度の変動に基づいて前記第１および第２の気筒群のばらつき異常を検出する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
5. 前記内燃機関が、第１および第２のバンクを有するＶ型内燃機関であり、前記第１および第２の気筒群が、前記第１および第２のバンクにそれぞれ設けられた気筒群である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。

Images