JP5720700B2 - 過給機付き内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付き内燃機関に関し、さらに詳しくは、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサを備えた過給機付き多気筒内燃機関に関する。

自動車等に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）においては、排気通路に配置した空燃比センサにて検出される空燃比（実空燃比）と目標空燃比（例えば理論空燃比）との偏差に基づいて、インジェクタ（燃料噴射弁）から噴射される燃料の量（燃料噴射量）をフィードバック制御している（空燃比フィードバック制御）。こうした空燃比フィードバック制御を行うことにより、空燃比を精度よく制御することができ、排気エミッションの向上を図ることができる。

ところで、複数の気筒を有する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（Ａ／Ｆインバランス）。その空燃比ばらつきの程度が小さい場合、空燃比フィードバック制御によって吸収可能であり、また、触媒でも排気ガス中の有害成分を浄化することが可能であるので、排気エミッションに影響を与えず、特に問題とはならない。しかしながら、例えば、内燃機関の複数気筒のうちの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、排気エミッションが悪化してしまう（例えば、特許文献１参照）。こうした観点から、自動車の分野では、排ガスが悪化した状態での走行を未然に防止するため、車載状態で気筒間の空燃比ばらつき（Ａ／Ｆインバランス）の異常を検出すること（ＯＢＤ：Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）が法規化されている。

一方、自動車等に搭載される内燃機関には、排気のエネルギを利用した過給機（以下、ターボチャージャともいう）が装備されている。ターボチャージャは、一般に、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイールと、吸気通路内の空気を強制的にエンジンの燃焼室へと送り込むコンプレッサインペラと、これらタービンホイールとコンプレッサインペラとを連結する連結シャフトとを備えている。このような構造のターボチャージャにおいては、排気通路に配置のタービンホイールが排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路に配置のコンプレッサインペラが回転することによって吸入空気が過給され、エンジンの各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。

また、ターボチャージャとしては、タービン（タービンハウジング）に２つの排気ガス流入口を備えたツインエントリターボチャージャが知られている（例えば、特許文献２及び３参照）。このツインエントリターボチャージャは、多気筒内燃機関の排気脈動が相互に干渉することを防止し、高出力化を図るなどの目的で採用される。ツインエントリターボチャージャを備えた多気筒内燃機関（過給機付き多気筒内燃機関）においては、複数の気筒を、排気行程が隣り合わない気筒群に分け、排気ガスを各気筒群ごとに独立してタービンの排気ガス流入口まで導くように構成されている。

特開２００９−２８１３２８号公報 特開２００７−３２４７６号公報 実開昭６２−１６２３４９号公報

ところで、過給機付きの多気筒内燃機関において、触媒上流側の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）は、ターボチャージャのタービンと触媒との間に配置されている。このため、空燃比センサの素子部への排気ガスが、その上流側のターボチャージャで攪拌され空燃比が平均化されてしまうので、各気筒の空燃比を正確に検出できなくなることが懸念される。各気筒の空燃比を正確に検出できないと、上記した気筒間の空燃比ばらつきを精度良く検出できなくなり、ＯＢＤ法規に対応できなくなる場合がある。

本発明は、そのような実情を考慮してなされたもので、触媒上流側の排気ガスの空燃比を各気筒毎に正確に検出することが可能な過給機付き内燃機関を提供することを目的とする。

本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の第１気筒群から排出される排気ガスが流れる第１排気通路と、前記内燃機関の第２気筒群から排出される排気ガスが流れる第２排気通路と、タービン及びコンプレッサを有し、前記タービンに２つの排気ガス流入口が設けられた過給機（ツインエントリターボチャージャ）とを備え、前記第１排気通路が前記タービンの一方の排気ガス流入口に接続され、前記第２排気通路が前記タービンの他方の排気ガス流入口に接続された過給機付き内燃機関を前提としている。そして、このような過給機付き内燃機関において、前記第１気筒群の複数の気筒及び前記第２気筒群の複数の気筒は、それぞれ、排気行程が隣り合わないように分けられており、前記過給機の上流側（排気ガス流れの上流側）の前記第１排気通路であって前記第１気筒群からの排気ガスが集合して流れる集合部と前記タービンとの間と、前記過給機の上流側（排気ガス流れの上流側）の前記第２排気通路であって前記第２気筒群からの排気ガスが集合して流れる集合部と前記タービンとの間とに、それぞれ、空燃比センサが設けられ、前記第１排気通路に設けられた空燃比センサ及び第２排気通路に設けられた空燃比センサの各出力に基づいて、気筒間の空燃比インバランスが発生しているか否かを検出するインバランス検出手段を備え、前記インバランス検出手段は、前記２つの空燃比センサの出力波形（例えばセンサ出力波形の傾き：図５（Ａ）参照）に基づいて、気筒間の空燃比インバランスが発生しているか否かを検出し、出力波形のピーク値が所定の判定閾値以上か否かによりインバランス異常の発生を検出することを技術的特徴とする。

本発明の具体的な構成として、上記第１排気通路が、第１気筒群の各排気ポートに接続された複数のブランチ管とブランチ集合部とを有し、それら複数のブランチ管の下流側端部がブランチ集合部の上流側端部に接続された第１排気マニホールドであって、当該第１排気マニホールドのブランチ集合部に空燃比センサが設けられているとともに、上記第２排気通路が、第２気筒群の各排気ポートに接続された複数のブランチ管とブランチ集合部とを有し、それら複数のブランチ管の下流側端部がブランチ集合部の上流側端部に接続された第２排気マニホールドであって、当該第２排気マニホールドのブランチ集合部に空燃比センサが設けられているという構成を挙げることができる。

本発明によれば、過給機の上流側（排気ガス流れの上流側）で、第１気筒群の複数気筒（例えば、第１気筒＃１及び第４気筒＃４）からの排気ガスが集合した後の位置（第１排気マニホールドのブランチ集合部）に空燃比センサを配置し、第２気筒群の複数気筒（例えば第２気筒＃２及び第３気筒＃３）からの排気ガスが集合した後の位置（第２排気マニホールドのブランチ集合部）に空燃比センサを配置しているので、各空燃比センサの素子部への排気ガスのガス当たりが良好となる。

すなわち、第１及び第２の各気筒群（例えば、第１気筒と第４気筒、第２気筒と第３気筒）に対してそれぞれ空燃比センサを配置することにより、それら分割した気筒群（２つの気筒）からの排気ガスの流れ（第１排気通路及び第２排気通路の各集合部内の排気ガス流れ）のみを考慮して空燃比センサの配置位置を決定すればよいので、空燃比センサの配置位置の自由度が高くなり、それぞれの空燃比センサの素子部を、ガス当たりの良い位置（各気筒からの排気ガスの流れがスムーズな場所）に配置することができる。

しかも、第１排気通路に配置の空燃比センサ及び第２排気通路に配置の空燃比センサは、それぞれ、排気行程が隣り合わない気筒（例えば、第１気筒と第４気筒、第２気筒と第３気筒）の空燃比を検出すればよいことから、内燃機関の全ての気筒に対して１つの空燃比センサを設けた場合と比較して、排気ガスの空燃比検出の時間間隔が長くなる（２倍になる）ので、空燃比センサの出力を各気筒毎に確実に分離することができる。これによって、触媒上流側の排気ガスの空燃比を各気筒毎に正確に検出することが可能となり、気筒間の空燃比インバランスを精度良く検出することができる。その結果として、上記した気筒間の空燃比インバランス検出のＯＢＤ法規に対応することが可能になる。

また、本発明によれば、空燃比インバランス検出に第１排気通路（第１気筒群）及び第２排気通路（第２気筒群）のそれぞれに設けた空燃比センサを用いているので、上述の如く、触媒上流側の排気ガスの空燃比を各気筒毎に正確に検出することが可能となり、気筒間の空燃比インバランスの発生を精度良く検出することができる。

本発明によれば、触媒上流側の排気ガスの空燃比を各気筒毎に正確に検出することができるので、気筒間の空燃比インバランスを精度良く検出することが可能になる。

本発明を適用する多気筒エンジンの一例を示す概略構成図である。 図１のエンジンの１気筒のみを示す概略構成図である。 図１のエンジンに装備されるターボチャージャの一部の構成を示す断面図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 空燃比センサの出力波形を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明を適用する内燃機関（以下、エンジンともいう）について説明する。

−エンジン−
図１及び図２は本発明を適用するエンジンの概略構成を示す図である。なお、図２にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。また、図２においてターボチャージャの図示は省略している。

この例のエンジン１は、自動車に搭載される筒内噴射式４気筒ガソリンエンジンであって、その各気筒＃１，＃２，＃３，＃４を構成するシリンダブロック１ａ内には上下方向に往復動するピストン１ｃが設けられている。ピストン１ｃはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。

クランクシャフト１５にはシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には複数の歯（突起）１７ａが等角度（この例では、例えば１０°ＣＡ（クランク過度））ごとに設けられている。また、シグナルロータ１７は、歯１７ａの２枚分が欠落した欠歯部１７ｂを有している。

シグナルロータ１７の側方近傍には、クランク角を検出するクランクポジションセンサ４０１が配置されている。クランクポジションセンサ４０１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の歯１７ａに対応するパルス状の信号（電圧パルス）を発生する。このクランクポジションセンサ４０１の出力信号からエンジン回転数ＮＥを算出することができる。

エンジン１のシリンダブロック１ａにはエンジン冷却水の水温を検出する水温センサ４０３が配置されている。また、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが設けられており、このシリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間に燃焼室１ｄが形成されている。エンジン１の燃焼室１ｄには点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングはイグナイタ４によって調整される。イグナイタ４はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５００によって制御される。

エンジン１のシリンダブロック１ａの下部には、潤滑油（エンジンオイル）を貯留するオイルパン１８が設けられている。オイルパン１８に貯留された潤滑油は、エンジン１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナを介してオイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられて、ピストン１ｃ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などのエンジン各部に供給され、その各部の潤滑・冷却等に使用される。そして、このようにして供給された潤滑油は、エンジン各部の潤滑・冷却等のために使用された後、オイルパン１８に戻され、再びオイルポンプによって汲み上げられるまでオイルパン１８内に貯留される。

エンジン１の燃焼室１ｄには吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１の一部は吸気ポート１１０及び吸気マニホールド１１１によって形成されている。なお、図示はしないが、吸気通路１１にはサージタンクが設けられている。

吸気通路１１には、吸入空気（新気）を濾過するエアクリーナ７、熱線式のエアフロメータ４０４、吸気温センサ４０５（エアフロメータ４０４に内蔵）、後述するターボチャージャ３００のコンプレッサインペラ３０２、ターボチャージャ３００での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ８、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ５などが配置されている。

スロットルバルブ５のスロットル開度はＥＣＵ５００によって駆動制御される。具体的には、クランクポジションセンサ４０１の出力信号から算出されるエンジン回転数ＮＥ、及び、ドライバのアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）等のエンジン１の運転状態に応じた最適な吸入空気量（目標吸気量）が得られるようにスロットルバルブ５のスロットル開度を制御している。より詳細には、スロットル開度センサ４０６を用いてスロットルバルブ５の実際のスロットル開度を検出し、その実スロットル開度が、上記目標吸気量が得られるスロットル開度（目標スロットル開度）に一致するようにスロットルバルブ５のスロットルモータ６をフィードバック制御している。なお、こうしたスロットルバルブ５の制御システムは、「電子スロットルシステム」と称されており、アイドリング運転時などにおいて、ドライバのアクセルペダルの操作とは独立してスロットル開度を制御することも可能である。

吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転がタイミングチェーン等を介して伝達される吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２の各回転によって行われる。

吸気カムシャフト２１の近傍には、特定の気筒（例えば第１気筒＃１）のピストン１ｃが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達したときにパルス状の信号を発生するカムポジションセンサ４０２が設けられている。カムポジションセンサ４０２は、例えば電磁ピックアップであって、吸気カムシャフト２１に一体的に設けられたロータ外周面の１個の歯（図示せず）に対向するように配置されており、その吸気カムシャフト２１が回転する際にパルス状の信号（電圧パルス）を出力する。なお、吸気カムシャフト２１（及び排気カムシャフト２２）は、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転するので、クランクシャフト１５が２回転（７２０°回転）するごとにカムポジションセンサ４０２が１つのパルス状の信号を発生する。

このようなカムポジションセンサ４０２及び上記クランクポジションセンサ４０１の各出力信号から、エンジン運転時において、各気筒＃１〜＃４のピストン位置（吸入行程・圧縮行程・爆発行程・排気行程）を認識することができ、精密な燃料噴射制御や点火時期制御などのエンジン運転制御を行うことができる。なお、この点（気筒判別処理等）については後述する。

そして、エンジン１の各気筒＃１〜＃４には、それぞれ、各燃焼室１ｄ内に燃料を直接噴射することが可能なインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されている。これらインジェクタ２・・２は共通のデリバリパイプ２０１に接続されている。デリバリパイプ２０１には、後述する燃料供給装置２００の燃料タンク２０５に貯留の燃料（ガソリン）が供給され、これによって、インジェクタ２から燃焼室１ｄ内に燃料が噴射される。この噴射燃料は燃焼室１ｄ内に導入された吸入空気と混合されて混合気となる。燃焼室１ｄ内で混合された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１ｃが往復動され、クランクシャフト１５が回転されてエンジン１の駆動力（出力トルク）が得られる。燃焼ガスは、排気バルブ１４の開弁にともない排気通路１２に排出される。なお、この例のエンジン１は、第１気筒＃１→第３気筒＃３→第４気筒＃４→第２気筒＃２の順で燃焼・爆発する。以上のエンジン１の運転状態はＥＣＵ５００によって制御される。

上記燃料供給装置２００は、図２に示すように、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２・・２に共通に接続されたデリバリパイプ２０１、このデリバリパイプ２０１に接続された燃料供給管２０２、高圧燃料ポンプ２０３、低圧燃料ポンプ２０４、及び、燃料タンク２０５などを備えており、低圧燃料ポンプ２０４及び高圧燃料ポンプ２０３の駆動により、燃料タンク２０５内に貯留の燃料（ガソリン）を、燃料供給管２０２を介してデリバリパイプ２０１に供給することができる。そして、このような構成の燃料供給装置２００によって各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２に燃料が供給される。

一方、排気通路１２は、排気ポート１２０、分割型の第１排気マニホールド１２１（第１排気通路）及び第２排気マニホールド１２２（第２排気通路）、並びに、排気管１２３などによって構成されている。それら第１排気マニホールド１２１及び第２排気マニホールド１２２は気筒間の排気干渉を避けるために設けられている。

第１排気マニホールド１２１は、２つのブランチ管（枝管）１２１ａ，１２１ｂと、ブランチ集合部１２１ｃとを有し、それらブランチ管１２１ａ，１２１ｂの下流端部がブランチ集合部１２１ｃの上流側端部に接続されている。この第１排気マニホールド１２１の２つのブランチ管１２１ａ，１２１ｂのうち、一方のブランチ管１２１ａは第１気筒＃１の排気ポート１２０に接続されており、他方のブランチ管１２１ｂは第４気筒＃４の排気ポート１２０に接続されている。これにより、第１気筒＃１から排出された排気ガスと、第４気筒＃４から排出された排気ガスとが第１排気マニホールド１２１において集合し、その集合した後の排気ガスがブランチ集合部１２１ｃから、後述するターボチャージャ３００の第１排気ガス流入口３１１に流入する。

第２排気マニホールド１２２は、２つのブランチ管（枝管）１２２ａ，１２２ｂと、ブランチ集合部１２２ｃとを有し、それらブランチ管１２２ａ，１２２ｂの下流端部がブランチ集合部１２２ｃの上流側端部に接続されている。この第２排気マニホールド１２２の２つのブランチ管１２２ａ，１２２ｂのうち、一方のブランチ管１２２ａは第２気筒＃２の排気ポート１２０に接続されており、他方のブランチ管１２２ｂは第３気筒＃３の排気ポート１２０に接続されている。これにより、第２気筒＃２から排出された排気ガスと、第３気筒＃３から排出された排気ガスとが第２排気マニホールド１２２において集合し、その集合した後の排気ガスがブランチ集合部１２２ｃから、後述するターボチャージャ３００の第２排気ガス流入口３１２に流入する。

そして、この例においては、図１及び図３に示すように、第１排気マニホールド１２１のブランチ集合部１２１ｃ（第１気筒群の各気筒＃１、＃４からの排気ガスが集合した後に流れる集合部）に、第１空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）４１１が配置されており、第２排気マニホールド１２２のブランチ集合部１２２ｃ（第２気筒群の各気筒＃２、＃３からの排気ガスが集合した後に流れる集合部）に、第２空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）４１２が配置されている点に特徴がある。

これら第１空燃比センサ４１１及び第２空燃比センサ４１２は、例えば、限界電流式の酸素濃度センサが適用されており、広い空燃比領域に亘って空燃比に対応した出力電圧を発生する構成となっている。この例では、第１空燃比センサ４１１及び第２空燃比センサ４１２として、応答性などの特性が同じものを用いている。これら第１空燃比センサ４１１及び第２空燃比センサ４１２の各出力信号はＥＣＵ５００に入力される。

なお、以下の説明において、「第１空燃比センサ４１１及び第２空燃比センサ４１２」を「空燃比センサ４１１，４１２」と言う場合もある。

また、排気通路１２（排気管１２３）には、図１に示すように、前段のＳ／Ｃ触媒（スタート触媒）９１と後段のＵ／Ｆ触媒（アンダーフロア触媒）９２とが配置されている。

Ｓ／Ｃ触媒９１及びＵ／Ｆ触媒９２はともに三元触媒である。三元触媒は、酸素を貯蔵（吸蔵）するＯ₂ストレージ機能（酸素貯蔵機能）を有しており、この酸素貯蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを浄化することが可能となっている。すなわち、エンジン１の空燃比がリーンとなって、三元触媒であるＳ／Ｃ触媒９１及びＵ／Ｆ触媒９２に流入する排気ガス中の酸素及びＮＯｘが増加すると、酸素の一部をＳ／Ｃ触媒９１及びＵ／Ｆ触媒９２が吸蔵することでＮＯｘの還元・浄化を促進する。一方、エンジン１の空燃比がリッチになって、Ｓ／Ｃ触媒９１及びＵ／Ｆ触媒９２に流入する排気ガスにＨＣ，ＣＯが多量に含まれると、Ｓ／Ｃ触媒９１及びＵ／Ｆ触媒９２は内部に吸蔵している酸素分子を放出し、これらのＨＣ，ＣＯに酸素分子を与え、酸化・浄化を促進する。

上記Ｓ／Ｃ触媒９１は、排気通路１２の上流側（燃焼室１ｄに近い側）に設けられているため、エンジン１の始動後、短時間のうちに活性温度まで上昇するという特徴がある。また、Ｕ／Ｆ触媒９２は、Ｓ／Ｃ触媒９１で浄化することのできなかったＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを浄化するためのものであり、車体を構成するフロアパネルの下側に配設されている。

さらに、上記排気通路１２（排気管１２３）には、Ｓ／Ｃ触媒９１の下流側であって、かつ、Ｕ／Ｆ触媒９２の上流側に酸素センサ（Ｏ₂センサ）４１３が配置されている。酸素センサ４１３は、理論空燃比（ストイキ）近傍で出力値がステップ状に変化する特性（Ｚ特性）を示すセンサであって、この例では、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサが適用されている。

−ターボチャージャ−
この例のエンジン１には、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ（過給機）３００が装備されている。

ターボチャージャ３００は、図１及び図３に示すように、排気通路１２に配置されたタービンホイール３０１、吸気通路１１に配置されたコンプレッサインペラ３０２、及び、これらタービンホイール３０１とコンプレッサインペラ３０２とを回転一体に連結する連結シャフト３０３などを備えており、排気通路１２に配置のタービンホイール３０１が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路１１に配置のコンプレッサインペラ３０２が回転する。そして、コンプレッサインペラ３０２の回転により吸入空気が過給され、エンジン１の各気筒＃１〜＃４の燃焼室１ｄに過給空気が強制的に送り込まれる。

タービンホイール３０１はタービンハウジング３１０内に収容されており、コンプレッサインペラ３０２はコンプレッサハウジング３２０内に収容されている。これらタービンハウジング３１０とコンプレッサハウジング３２０とはセンターハウジング３３０の両側に取り付けられている。そして、上記コンプレッサインペラ３０２及びコンプレッサハウジング３２０などによってコンプレッサ３００Ｂが構成されており、また、上記タービンホイール３０１及びタービンハウジング３１０などによってタービン３００Ａが構成されている。

この例のターボチャージャ３００は、ツインエントリ（ツインスクロール）ターボチャージャであって、タービン３００Ａ（タービンハウジング３１０）のスクロール室が仕切壁３１３によって２つに区画（第１スクロール室３１４と第２スクロール室３１５とに区画）されており、２つの排気ガス流入口（第１排気ガス流入口３１１及び第２排気ガス流入口３１２）を備えている。

第１排気ガス流入口３１１には、上記第１排気マニホールド１２１のブランチ集合部１２１ｃが接続されており、第１気筒＃１から排出される排気ガスと、第４気筒＃４から排出される排気ガスとは、第１排気マニホールド１２１において合流し、第１排気ガス流入口３１１を通過してタービンハウジング３１０内（上記仕切壁３１３にて区画された第１スクロール室３１４内）に流入する。これによってタービンホイール３０１が回転する。また、第２排気ガス流入口３１２には、第２排気マニホールド１２２のブランチ集合部１２２ｃが接続されており、第２気筒＃２から排出される排気ガスと、第３気筒＃３から排出される排気ガスとは、第２排気マニホールド１２２において集合し、第２排気ガス流入口３１２を通過してタービンハウジング３１０内（上記仕切壁３１３にて区画された第２スクロール室３１５内）に流入する。これによってタービンホイール３０１が回転する。このようなツインエントリ型のターボチャージャ３００によれば、気筒間の排気脈動の干渉を抑制することができ、優れた過給特性を得ることができる。

なお、この例のターボチャージャ３００において、タービンホイール３０１の上流側と下流側とを連通（タービンホイール３０１をバイパス）する排気バイパス通路と、この排気バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）とを設けておき、そのウエストゲートバルブの開度を調整し、タービンホイール３０１をバイパスする排気ガス量を調整することにより過給圧を制御するように構成してもよい。

また、この例のエンジン１にＥＧＲ装置（図示せず）を設けておいてもよい。ＥＧＲ装置は、吸入空気に排気ガスの一部を導入することで、燃焼室１ｄ内の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させる装置である。ＥＧＲ装置としては、例えば、ターボチャージャ３００のタービンホイール３０１よりも上流側（排気ガス流れの上流）の排気通路１２（第１排気マニホールド１２１及び第２排気マニホールド１２２）と、インタークーラ８（ターボチャージャ３００のコンプレッサインペラ３０２）の下流側（吸入空気流れの下流側）の吸気通路１１（吸気マニホールド１１１）とを連通するＥＧＲ通路、このＥＧＲ通路に設けられた触媒、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲバルブなどを備えた構成を挙げることができる。そして、このような構成のＥＧＲ装置において、ＥＧＲバルブの開度を調整することにより、ＥＧＲ率［ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋吸入空気量（新規空気量））（％）］を変更することができ、排気通路１２から吸気通路１１に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ５００は、図４に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５０３、及び、バックアップＲＡＭ５０４などを備えている。

ＲＯＭ５０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ５０１は、ＲＯＭ５０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ５０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３及びバックアップＲＡＭ５０４は、バス５０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース５０５及び出力インターフェース５０６と接続されている。

入力インターフェース５０５には、クランクポジションセンサ４０１、カムポジションセンサ４０２、水温センサ４０３、エアフロメータ４０４、吸気温センサ４０５、スロットル開度センサ４０６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４０７、第１空燃比センサ４１１、第２空燃比センサ４１２、及び、酸素センサ４１３などの各種センサ類が接続されている。また、入力インターフェース５０５にはイグニッションスイッチ４０８が接続されており、イグニッションスイッチ４０８がオン操作されると、スタータモータ（図示せず）によるエンジン１のクランキングが開始される。

出力インターフェース５０６には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、及び、スロットルバルブ５のスロットルモータ６などが接続されている。

そして、ＥＣＵ５００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、インジェクタ２の駆動制御（燃料噴射量調整制御）、点火プラグ３の点火時期制御、スロットルバルブ５のスロットルモータ６の駆動制御（吸入空気量制御）、などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ５００は、下記の「気筒判別処理」、「空燃比フィードバック制御」、及び、「気筒間の空燃比インバランス検出処理」を実行する。

−気筒判別処理−
ＥＣＵ５００が実行する気筒判別処理について説明する。

まず、この例に適用するクランク角の検出に用いるシグナルロータ１７には、図２に示すように、各歯１７ａが例えば１０°ＣＡ毎に形成されており、２枚の歯分が欠落した３４枚の歯１７ａを有している。このシグナルロータ１７の欠歯部１７ｂがクランクポジションセンサ（電磁ピックアップ等）４０１の近傍を通過する際には、電圧パルスの発生間隔が長くなる。こうしたシグナルロータ１７の欠歯部１７ｂに対応した信号（欠歯信号）の出力によって、クランクシャフト１５の回転位相（クランク位置）を検出することができ、各気筒が上死点に位置する時期を認識することができる。このようなシグナルロータ１７の欠歯部１７ｂに対応したクランクポジションセンサ４０１の出力信号（欠歯信号）は、気筒判別の上死点位置を判別するための信号すなわち「上死点位置判別信号」となっている。

ここで、４サイクル機関（４気筒エンジン）では、ピストンの昇降に応じて回転するクランクシャフトの２回転（７２０°ＣＡ）が機関サイクルの１周期となっており、各気筒は機関サイクルの１周期毎に２度ずつ上死点に位置する。そのため、上記のようなクランクポジションセンサ４０１の出力信号（欠歯信号）だけでは、２度の上死点うちの、いずれの上死点にあるのかを判別することはできない。つまり、気筒判別を行うことはできない。そこで、この例では、クランクポジションセンサ４０１の出力信号（欠歯信号）に、カムポジションセンサ４０２の出力信号（電圧パルス）を組み合わせることで気筒判別を可能としている。その気筒判別について以下に説明する。

まず、クランクポジションセンサ４０１は、上記したように、クランクシャフト１５が１回転（３６０°ＣＡ）する間に１回（機関サイクルの１周期に２回）、上記欠歯信号を出力する。この例では、第１気筒＃１及び第４気筒＃４の上死点前の所定クランク角でクランクポジションセンサ４０１が欠歯信号を出力する構成となっている。

また、カムポジションセンサ４０２は、上記したように、クランクシャフト１５が２回転する間に１回（機関サイクルの１周期に１回）、電圧パルスを出力する。この例では、第１気筒＃１が圧縮上死点に位置し、第４気筒＃４が排気上死点に位置したときにカムポジションセンサ４０２が電圧パルスを出力する構成となっている。

そして、このような構成において、クランクポジションセンサ４０１が欠歯信号を出力したときに、カムポジションセンサ４０２が電圧パルスを発生すれば、第１気筒＃１が圧縮上死点に位置し、第４気筒＃４が排気上死点に位置することになる。また、クランクポジションセンサ４０１が欠歯信号を出力したときに、カムポジションセンサ４０２が電圧パルスを発生しないときには、第１気筒＃１が排気上死点に位置し、第４気筒＃４が圧縮上死点に位置することになる。このようにカムポジションセンサ４０２が発生する電圧パルスは、気筒判別を行うための信号すなわち「気筒判別信号」となっている。

このように、クランクポジションセンサ４０１の欠歯信号（上死点位置判別信号の最初の検出）と、その検出に対応したカムポジションセンサ４０２の気筒判別信号（電圧パルス）の発生の有無とに基づいて、遅くともクランクシャフト１５が１回転する間において気筒判別（クランク角確定）を行うことができる。そして、そのような気筒判別により、機関始動時・始動後の運転時等において、各気筒＃１〜＃４のピストン位置（吸入行程・圧縮行程・爆発行程・排気行程）を認識することができ、精密な燃料噴射制御や点火時期制御などのエンジン運転制御を行うことができる。

なお、以上の処理では、クランクポジションセンサ４０１及びカムポジションセンサ４０２の出力信号から気筒判別（クランク角確定）及び各気筒＃１〜＃４のピストン位置の認識等を行っているが、他の公知の手段によって気筒判別（クランク角確定）及び各気筒＃１〜＃４のピストン位置の認識等を行うようにしてもよい。

−空燃比フィードバック制御−
ＥＣＵ５００は、エンジン１の排気通路１２に配置した空燃比センサ４１１，４１２及び酸素センサ４１３の各出力に基づいて排気ガス中の酸素濃度を算出し、その算出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）に一致するように、インジェクタ２から燃焼室１ｄ内に噴射する燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御（ストイキ制御）を実行する。その空燃比フィードバック制御の具体的な処理について説明する。

まず、上記Ｓ／Ｃ触媒９１は、三元触媒であるので、空燃比がほぼ理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆ＝１４．６±０．２程度）のときに未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）を酸化し、同時に窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を発揮する。さらに、Ｓ／Ｃ触媒（三元触媒）９１は、上述したように、酸素を吸蔵する機能（酸素吸蔵機能、Ｏ₂ストレージ機能）を有し、この酸素吸蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを浄化することができる。すなわち、エンジン１の空燃比がリーンとなってＳ／Ｃ触媒９１に流入する排気ガスにＮＯｘが多量に含まれると、Ｓ／Ｃ触媒９１はＮＯｘから酸素分子を奪ってこの酸素分子を吸蔵するとともにＮＯｘを還元し、これによりＮＯｘを浄化する。また、エンジン１の空燃比がリッチになってＳ／Ｃ触媒９１に流入する排気ガスにＨＣ，ＣＯが多量に含まれると、Ｓ／Ｃ触媒９１はこれらに吸蔵している酸素分子を与えて酸化し、これによりＨＣ，ＣＯを浄化する。

したがって、Ｓ／Ｃ触媒（三元触媒）９１が、連続的に流入する多量のＨＣ，ＣＯを効率的に浄化するには、このＳ／Ｃ触媒９１が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に、連続的に流入する多量のＮＯｘを効率的に浄化するには、Ｓ／Ｃ触媒９１が酸素を十分に吸蔵できる状態にあることが必要となる。以上のことから明らかなように、Ｓ／Ｃ触媒９１の浄化能力は、このＳ／Ｃ触媒９１が吸蔵し得る最大の酸素量（最大酸素吸蔵量）に依存する。

一方、Ｓ／Ｃ触媒（三元触媒）９１は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、あるいは、触媒に加わる熱により劣化し、これに伴って最大酸素吸蔵量が次第に低下していく。このように最大酸素吸蔵量が低下した場合であっても、エミッションを良好に維持するには、Ｓ／Ｃ触媒９１から排出されるガスの空燃比が、理論空燃比に極めて近い状態となるように制御する必要がある。

そこで、この例では、空燃比フィードバック制御を行っている。具体的には、上記空燃比センサ４１１，４１２の出力に基づいて、Ｓ／Ｃ触媒（三元触媒）９１の上流側（排気ガス流れの上流側）の排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけるためのメインフィードバック制御と、上記酸素センサ４１３の出力に基づいて、上記メインフィードバック制御のずれを補償するためのサブフィードバック制御とを組み合わせて実行する。

メインフィードバック制御では、空燃比センサ４１１，４１２の出力を基礎として検知される排気ガスの空燃比が、理論空燃比と一致するように、インジェクタ２からの燃料噴射量の増減が調整される。より具体的には、検知された排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであれば、燃料噴射量が減量調整され、逆に、その排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであれば、燃料噴射量が増量調整される。

このようなメインフィードバック制御によれば、理想的には、Ｓ／Ｃ触媒９１に流れ込む排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持することができる。そして、その状態が厳密に維持されれば、Ｓ／Ｃ触媒９１の吸蔵酸素量がほぼ一定量に保たれるため、Ｓ／Ｃ触媒９１の下流側に、未浄化の成分を含む排気ガスが流出するのを完全に阻止することができる。

ここで、この例では２つの空燃比センサ４１１，４１２を設けているので、上記メインフィードバック制御の実行時には、第１気筒＃１及び第４気筒＃４の空燃比のメインフィード制御と、第２気筒＃２及び第３気筒＃３の空燃比のメインフィード制御とにおいて、それぞれ個別のマップを用い、第１空燃比センサ４１１の出力に基づいて、第１及び第４気筒用のマップを参照してメインフィードバック制御を実行し、第２空燃比センサ４１２の出力に基づいて、第２及び第３気筒用のマップを参照してメインフィードバック制御を実行する。なお、このようなメインフィードバック制御時において、ＥＣＵ５００は、上記した気筒判別処理により、各気筒＃１〜＃４の排気行程を認識することができるので、第１気筒＃１、第４気筒＃４の各気筒から排出された排気ガスの空燃比と第１空燃比センサ４１１の出力との関係、及び、第２気筒＃２、第３気筒＃３の各気筒から排出された排気ガスの空燃比と第２空燃比センサ４１２の出力との関係を把握することができる。

ところで、空燃比センサ４１１，４１２の出力にはある程度の誤差が含まれている。また、インジェクタ２の噴射特性にもある程度のばらつきがある。このため、現実的には、メインフィードバック制御を実行するだけでは、Ｓ／Ｃ触媒９１の上流側の排気ガスの空燃比を厳密に理論空燃比に制御することは困難である。

このような理由により、メインフィードバック制御が実行されていても、Ｓ／Ｃ触媒９１の下流側には、未浄化の成分を含む排気ガスが流出してくることがある。つまり、メインフィードバック制御が実行されていても、Ｓ／Ｃ触媒９１の上流側の排気ガスの空燃比は、全体としてリッチ側もしくはリーン側に偏ることがあり、その結果、Ｓ／Ｃ触媒９１の下流側には、ＨＣやＣＯを含むリッチな排気ガス、あるいは、ＮＯｘを含むリーンな排気ガスが流出することがある。

こうした排気ガスの流出が生じると、酸素センサ４１３は、排気ガスの空燃比に応じてリッチ出力またはリーン出力を発生する。酸素センサ４１３からリッチ出力が発せられた場合には、Ｓ／Ｃ触媒９１の上流側の排気ガスの空燃比が、全体としてリッチ側に偏っていたと判断することができ、また、酸素センサ４１３からリーン出力が発せられた場合には、Ｓ／Ｃ触媒９１の上流側の排気ガスの空燃比が、全体としてリーン側に偏っていたと判断することができる。

サブフィードバック制御では、酸素センサ４１３の出力が理論空燃比よりリーンの空燃比を表す値となると、この酸素センサ４１３の出力と理論空燃比に略相当する目標値との偏差を比例・積分処理（ＰＩＤ処理）してサブフィードバック補正量を求める。そして、このサブフィードバック補正量分だけ空燃比センサ４１１，４１２の出力を補正し、これにより、エンジン１の実際の空燃比が、空燃比センサ４１１，４１２の検出空燃比よりも見かけ上リーン側であるように設定し、その補正した見かけ上の空燃比が目標空燃比（エンジン１の目標空燃比、ここでは理論空燃比）となるようにフィードバック制御する。

同様に、酸素センサ４１３の出力が理論空燃比よりリッチの空燃比を表す値となると、この酸素センサ４１３の出力と理論空燃比に略相当する目標値との偏差を比例積分処理（ＰＩＤ処理）してサブフィードバック補正量を求める。そして、このサブフィードバック補正量分だけ空燃比センサ４１１，４１２の出力を補正し、これによってエンジン１の実際の空燃比が、空燃比センサ４１１，４１２の検出空燃比よりも見かけ上リッチ側であるように設定し、その補正した見かけ上の空燃比が目標空燃比（エンジン１の目標空燃比、ここでは理論空燃比）となるようにフィードバック制御する。

以上により、Ｓ／Ｃ触媒（三元触媒）９１の下流側の排気ガスの空燃比が、同部位における目標空燃比（略理論空燃比）と一致するようになる。

−気筒間の空燃比インバランス検出処理−
次に、気筒間の空燃比インバランス検出処理について説明する。

まず、例えば、インジェクタ２などの燃料供給系やエアフロメータ４０４などの空気系に、エンジン１の全気筒＃１〜＃４に影響を及ぼすような異常が発生した場合、空燃比のメインフィードバック制御の補正量の絶対値が大きくなるため、これをＥＣＵ５００でモニタすることで、その異常を検出できる。

例えば、空燃比フィードバック制御中（ストイキ制御中）において、燃料噴射量が全体的にストイキ相当量に対して５％ずれている場合（すなわち、全ての気筒＃１〜＃４において燃料噴射量がストイキ相当量に対して５％ずつ、ずれている場合）、メインフィードバック制御におけるフィードバック補正量はその５％のずれ量を補正するような値、つまり、−５％相当の補正量となり、これによって、燃料供給系もしくは空気系が５％ずれていることを検出することができる。そして、このフィードバック補正量が所定の判定閾値以上となったときに、燃料供給系もしくは空気系が異常であることを検出することができる。

一方、燃料供給系や空気系が全体的にずれているのではなく、気筒間の空燃比にばらつき（インバランス：ｉｍｂａｌａｎｃｅ）が発生している場合がある。気筒間に空燃比インバランスが発生した場合、上記第１空燃比センサ４１１及び第２空燃比センサ４１２の各出力波形は、例えば図５に示すような波形となる。

図５に示すように、空燃比センサ４１１，４１２の出力波形（Ａ／Ｆ波形）は、ストイキを中心として振動する傾向にあるが、気筒間の空燃比インバランスが発生すると、そのインバランス度合いに応じて振動の振幅が大きくなる。

ここで、図５に示す例では、エンジン１の４つの気筒＃１〜＃４のうち、第１気筒＃１のみがリッチ側にずれた場合を示しており、第１空燃比センサ４１１（第１気筒＃１及び第４気筒＃４の気筒群の空燃比センサ）のＡ／Ｆセンサ出力波形（図５（Ａ））は、第２空燃比センサ４１２（第２気筒＃２及び第３気筒＃３の気筒群の空燃比センサ）のＡ／Ｆセンサ出力波形（図５（Ｂ）：気筒間インバランスがない場合の波形）よりも振動の振幅が大きくなっている。また、図５（Ａ）に示すＡ／Ｆセンサ出力波形ａ１は、第１気筒＃１の排気ガス空燃比が＋２０％のインバランス率（ストイキ相当量（燃料量）に対する燃料噴射量の割合）でリッチ側にずれている場合を示しており、Ａ／Ｆセンサ出力波形ａ２は、第１気筒＃１の排気ガス空燃比が＋５０％のインバランス率でリッチ側にずれている場合を示している。なお、図５において、Ａ／Ｆセンサ出力波形がリッチ側にずれている理由は、空燃比センサ４１１，４１２の出力は、水素の影響によりリーン側よりもリッチ側の方が大きくなる傾向にあることによる。

以上のように、気筒間の空燃比インバランスが大ききほど、空燃比センサ４１１，４１２の出力波形の振動の振幅が大きくなるので、これをＥＣＵ５００でモニタすることにより、気筒間のインバランス異常を検出することができる。そのインバランス異常の検出方法の例について以下に説明する。

なお、ＥＣＵ５００が実行する気筒間の空燃比インバランス検出処理が、「気筒間の空燃比インバランスが発生しているか否かを検出するインバランス検出手段」に相当する。

（１）ＥＣＵ５００は、空燃比センサ４１１，４１２の出力信号に基づいて、その各Ａ／Ｆセンサ出力波形（上記図５（Ａ）及び（Ｂ）参照）をモニタし、それらＡ／Ｆセンサ出力波形のピーク値（例えば、リッチ側のピーク値：図５（Ａ）参照）を順次取得していく。そして、その各Ａ／Ｆセンサ出力波形のピーク値と所定の判定閾値とを比較し、Ａ／Ｆセンサ出力波形のピーク値が所定の判定閾値以上になった場合は気筒間にインバランス異常が発生していると認識（検出）する。

なお、上記Ａ／Ｆセンサ出力波形のピーク値に対して設定する判定閾値については、気筒間に空燃比インバランスが生じても空燃比フィードバック制御によって吸収可能な範囲（許容気筒間ばらつき度合い）、及び、三元触媒（Ｓ／Ｃ触媒９１、Ｕ／Ｆ触媒９２）の浄化性能などを考慮して、排気エミッションの悪化が生じないような値（ストイキに対する乖離許容値）を実験・計算等によって取得しておき、その結果を基にして適合した値（判定閾値）を設定すればよい。

（２）上述の如く、気筒間の空燃比インバランスが大ききほど、空燃比センサ４１１，４１２の出力波形の振動の振幅が大きくなる点、つまり、上記インバランス率が大きいほど、Ａ／Ｆセンサ出力波形の傾きが大きくなる点（図５（Ａ）参照）を利用して、Ａ／Ｆセンサ出力波形の傾きから気筒間の空燃比のインバランス異常を検出する。

具体的に、ＥＣＵ５００は、空燃比センサ４１１，４１２の出力信号に基づいて、その各Ａ／Ｆセンサ出力波形（上記図５（Ａ）及び（Ｂ）参照）をモニタし、それらＡ／Ｆセンサ出力波形の傾き（例えば、リーン側からリッチ側に変動する際の傾き：図５（Ａ）参照）を順次取得していく。そして、その各Ａ／Ｆセンサ出力波形の傾きと所定の判定閾値（傾き）とを比較し、センサ出力波形の傾きが所定の判定閾値以上になった場合は気筒間にインバランス異常が発生していると認識（検出）する。

なお、上記Ａ／Ｆセンサ出力波形のピーク値に対して設定する判定閾値については、気筒間に空燃比インバランスが生じても空燃比フィードバック制御によって吸収可能な範囲（許容気筒間ばらつき度合い）、及び、三元触媒（Ｓ／Ｃ触媒９１、Ｕ／Ｆ触媒９２）の浄化性能などを考慮して、排気エミッションの悪化が生じないような値（傾き）を実験・計算等に取得しておき、その結果を基に適合した値（判定閾値値）を設定すればよい。

以上のように、この実施形態では、空燃比センサ４１１，４１２の出力に基づいて、気筒間の空燃比インバランスを車載状態で検出することができる（気筒間空燃比インバランス検出ＯＢＤ）。

ここで、本実施形態では、上述したように、排気通路１２の一部（ターボチャージャ３００の上流側）を分割型の第１排気マニホールド１２１及び第２排気マニホールド１２２によって構成するとともに、その第１排気マニホールド１２１のブランチ集合部１２１ｃをターボチャージャ３００の第１排気ガス流入口３１１に接続し、第２排気マニホールド１２２のブランチ集合部１２２ｃをターボチャージャ３００の第２排気ガス流入口３１２に接続している。そして、第１排気マニホールド１２１のブランチ集合部１２１ｃに第１空燃比センサ４１１を配置し、第２排気マニホールド１２２のブランチ集合部１２２ｃに第２空燃比センサ４１２を配置している。

このように、ターボチャージャ３００の上流側で、第１気筒＃１及び第４気筒＃４からの排気ガスが集合した後の位置（ブランチ集合部１２１ｃ）に第１空燃比センサ４１１を配置し、第２気筒＃２及び第３気筒＃３からの排気ガスが集合した後の位置（ブランチ集合部１２２ｃ）に第２空燃比センサ４１２を配置することによって、各空燃比センサ４１１，４１２の素子部への排気ガスのガス当たりが良好となる。

すなわち、ターボチャージャ３００の上流側に空燃比センサを配置したとしても、４つの気筒＃１〜＃４からの排気ガスを１つの空燃比センサで検出する場合、空燃比センサの素子部に対するガス当たり悪い気筒と、ガス当たりの良い気筒とが、どうしてもできてしまうため、排気ガスの空燃比の検出精度が低くなる。さらに、４つの気筒＃１〜＃４の空燃比を１つの排気センサで検出しなればならないので、空燃比センサに高い応答性が要求される。

これに対し、上述の如く、２つの気筒（第１気筒＃１と第４気筒＃４、第２気筒＃２と第３気筒＃３）に対してそれぞれ空燃比センサ４１１，４１２を配置した場合、それら２つの気筒からの排気ガスの流れ（各ブランチ集合部１２１ｃ，１２２ｃ内部の排気ガス流れ）のみを考慮して空燃比センサ４１１，４１２の配置位置を決定すればよいので、空燃比センサの配置位置の自由度が高くなり、それぞれの空燃比センサ４１１，４１２の素子部を、ガス当たりの良い位置（各気筒からの排気ガスの流れがスムーズな場所）に配置することができる。しかも、第１空燃比センサ４１１においては、排気行程が隣り合わない第１気筒＃１の空燃比と第４気筒＃４の空燃比とを検出すればよく、また、第２空燃比センサ４１２においても、排気行程が隣り合わない第２気筒＃２の空燃比と第３気筒＃３の空燃比とを検出すればよいので、４つの気筒＃１〜＃４に対して１つの空燃比センサを設けた場合と比較して、排気ガス空燃比を検出する時間間隔が長くなる（２倍になる）ため、空燃比センサ４１１，４１２の各出力を各気筒毎に確実に分離することができる。これによって、Ｓ／Ｃ触媒９１の上流側の空燃比を各気筒毎に正確に検出することができるので、気筒間の空燃比インバランスを精度良く検出することができ、インバランス異常が発生したときには、その異常を確実に検出することができる。その結果として、上記した気筒間空燃比インバランス検出のＯＢＤ法規に対応することが可能になる。

なお、上記した特許文献３（実開昭６２−１６２３４９号公報（全文））には、排気ターボ過給機の排気タービンへの排気ガス導入通路を第１及び第２の排気通路によって形成した過給機付きエンジンにおいて、上記第１及び第２の排気通路の集合部に壁部を設けるとともに、その壁部に排気センサを、それら第１及び第２の排気通路を流れる排気流にさらされるように配置した構造が開示されている。

しかし、この特許文献３に記載の構造によれば、上記壁部の下流側において第１の排気通路と第２の排気通路とが合流しているため、第１の排気通路を流れる排気ガスが第２の排気通路内に回り込む（第２の排気通路を流れる排気ガスが第１の排気通路内に回り込む）ため、各気筒毎に空燃比を正確に検出することは難しい。また、４つの気筒に対して１つ排気センサを設けているので、排気センサの配置の自由度が少なくて、排気センサの素子部に、第１及び第２の排気通路を流れる排気ガスを効率よく当てることは難しい。さらに、４つの気筒の空燃比を１つの排気センサで検出しなければならないので、排気センサ出力を各気筒毎に確実に分離するには、排気センサに高い応答性が要求される。

−リーン側のインバランス検出処理−
次に、エンジン１の４つの気筒＃１〜＃４のうち、一部の気筒の燃料噴射量がストイキ相当量よりもリーン側にずれた場合のインバランス検出処理（リーン側のインバランス検出処理）について説明する。

まず、４つの気筒＃１〜＃４のうち、ある気筒（例えば第１気筒＃１）の燃料噴射系が故障（例えばインジェクタ２の詰まり）等が生じて、当該気筒の燃料噴射量がストイキ相当量に対してリーン側にずれた場合（リーン側インバランスが発生した場合）、その気筒（複数の気筒の場合も含む）の爆発行程におけるエンジン回転速度が低下するので、この空燃比インバランスが生じた気筒（第１気筒＃１）の爆発行程中においてクランクシャフト１５が一定クランク角度を回転するのに要する時間が、他の気筒（例えば第２気筒＃２〜第４気筒＃４）の爆発行程時におけるその時間よりも長くなる。したがって、これらの時間を計測して比較することにより気筒間の空燃比インバランスを認識（検出）することが可能になる。

その具体的な処理の一例について説明する。まず、ＥＣＵ５００は、クランクポジションセンサ４０１及びカムポジションセンサ４０２の各出力信号を所定のクランク角度毎（例えば３０°ＣＡ毎）に取り込み、それらの各信号に基づいて、第１気筒＃１が爆発行程にあるときに、この爆発行程中において、クランクシャフト１５が一定クランク角度（例えば１８０°ＣＡ）を回転するのに要する経過時間Ｔ１と、この第１気筒＃１の爆発行程よりも１回前（３６０°ＣＡ前）に爆発行程を迎えていた第２気筒＃２の爆発行程中においてクランクシャフト１５が一定のクランク角度（例えば１８０°ＣＡ）を回転するのに要する経過時間Ｔ２との差を演算して、第１気筒＃１の回転変動量ΔＮＥ１（＝Ｔ１−Ｔ２）を得る。

また、同様にして、エンジン１の各気筒＃２〜＃４の爆発行程中においてクランクシャフト１５が一定クランク角度（例えば１８０°ＣＡ）を回転するのに要する経過時間Ｔ３（第３気筒＃３）、Ｔ４（第４気筒＃４）、Ｔ２（第２気筒＃２）を順次演算して、第３気筒＃３の回転変動量ΔＮＥ３（＝Ｔ３−Ｔ１）、第４気筒＃４の回転変動量ΔＮＥ４（＝Ｔ４−Ｔ３）、及び、第２気筒＃２の回転変動量ΔＮＥ２（＝Ｔ２−Ｔ４）を得る。

そして、ＥＣＵ５００は、上記演算により求めた各気筒＃１〜＃４の回転変動量ΔＮＥ１〜ＮＥ４と所定の判定閾値とを比較し、回転変動量ΔＮＥが所定の判定閾値を超えている気筒がある場合は「気筒間の空燃比インバランス異常が発生している」と認識（検出）する。

なお、回転変動量ΔＮＥに対して設定する判定閾値については、気筒間に空燃比インバランスが生じても空燃比フィードバック制御によって吸収可能な範囲（許容気筒間ばらつき度合い）、及び、三元触媒（Ｓ／Ｃ触媒９１、Ｕ／Ｆ触媒９２）の浄化性能などを考慮して、排気エミッションの悪化が生じないような値（回転変動量）を実験・計算等によって取得しておき、その結果を基に適合した値（判定閾値）を設定すればよい。

ここで、このようなリーン側のインバランス検出についても、第１空燃比センサ４１１及び第２空燃比センサ４１２の各出力に基づいて検出するようにしてもよい。

−他の実施形態−
以上の例では、筒内噴射式４気筒ガソリンエンジンに本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られることなく、例えば６気筒ガソリンエンジンなど他の任意の気筒数のガソリンエンジンにも適用可能である。また、筒内噴射式多気筒ガソリンエンジンのほか、ポート噴射式多気筒ガソリンエンジンや、筒内噴射用インジェクタと吸気ポート噴射用インジェクタとを備えたデュアル噴射式多気筒ガソリンエンジンにも本発明は適用可能である。さらに、ガスエンジンや、バイオマス由来燃料を用いるエンジンにも適用可能である。

本発明は、過給機を備えた内燃機関（エンジン）に利用可能であり、さらに詳しくは、空燃比センサの触媒の上流側の排気ガスの空燃比を正確に検出する技術に有効に利用することができる。

１ エンジン
＃１〜＃４ 気筒
１ｄ 燃焼室
２ インジェクタ（燃料噴射弁）
９１ Ｓ／Ｃ触媒
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
１２０ 排気ポート
１２１ 第１排気マニホールド（第１排気通路）
１２１ａ，１２１ｂ ブランチ管
１２１ｃ ブランチ集合部
１２２ 第２排気マニホールド（第２排気通路）
１２２ａ，１２２ｂ ブランチ管
１２２ｃ ブランチ集合部
３００ ターボチャージャ
３００Ａ タービン
３０１ タービンホイール
３１０ タービンハウジング
３１１ 第１排気ガス流入口
３１２ 第２排気ガス流入口
３１３ 仕切壁
３１４ 第１スクロール室
３１５ 第２スクロール室
３００Ｂ コンプレッサ
３０２ コンプレッサインペラ
３０３ 連結シャフト
４０１ クランクポジションセンサ
４０２ カムポジションセンサ
４１１ 第１空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）
４１２ 第２空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）
４１３ 酸素センサ
５００ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の第１気筒群から排出される排気ガスが流れる第１排気通路と、前記内燃機関の第２気筒群から排出される排気ガスが流れる第２排気通路と、
   タービンとコンプレッサとを有し、前記タービンに２つの排気ガス流入口が設けられた過給機とを備え、
   前記第１排気通路が前記タービンの一方の排気ガス流入口に接続され、前記第２排気通路が前記タービンの他方の排気ガス流入口に接続された過給機付き内燃機関において、
   前記第１気筒群の複数の気筒及び前記第２気筒群の複数の気筒は、それぞれ、排気行程が隣り合わないように分けられており、
   前記過給機の上流側の前記第１排気通路であって前記第１気筒群からの排気ガスが集合して流れる集合部と前記タービンとの間と、前記過給機の上流側の前記第２排気通路であって前記第２気筒群からの排気ガスが集合して流れる集合部と前記タービンとの間とに、それぞれ、空燃比センサが設けられ、
   前記第１排気通路に設けられた空燃比センサ及び第２排気通路に設けられた空燃比センサの各出力に基づいて、気筒間の空燃比インバランスが発生しているか否かを検出するインバランス検出手段を備え、
   前記インバランス検出手段は、前記２つの空燃比センサの出力波形に基づいて、気筒間の空燃比インバランスが発生しているか否かを検出し、出力波形のピーク値が所定の判定閾値以上か否かによりインバランス異常の発生を検出することを特徴とする過給機付き内燃機関。
2. 請求項１記載の過給機付き内燃機関において、
   前記第１排気通路は、第１気筒群の各排気ポートに接続された複数のブランチ管と、ブランチ集合部とを有し、前記複数のブランチ管の下流側端部が前記ブランチ集合部の上流側端部に接続された第１排気マニホールドであって、当該第１排気マニホールドの前記ブランチ集合部に前記空燃比センサが設けられており、
   前記第２排気通路は、第２気筒群の各排気ポートに接続された複数のブランチ管と、ブランチ集合部とを有し、前記複数のブランチ管の下流側端部が前記ブランチ集合部の上流側端部に接続された第２排気マニホールドであって、当該第２排気マニホールドの前記ブランチ集合部に前記空燃比センサが設けられていることを特徴とする過給機付き内燃機関。

Images