JP5780257B2 - 多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関の気筒間空燃比のばらつき異常を検出するための装置に関し、特に、複数の気筒群を有する内燃機関に好適に適用しうるものに関する。

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、通常全気筒に対しあるいはバンクごとに一律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おり（いわゆるＯＢＤ；Ｏｎ-Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）、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に記載の装置においては、内燃機関の出力軸の回転速度の変動の不均一の程度を表す変動パラメータを検出し、それが所定の基準値を上回った場合に異常と判定している。変動パラメータとしては、出力軸の回転速度や、所定のクランク角にわたって回転するのに要する時間について、点火順序で隣接する気筒間の差分をとった値が用いられる。

特許文献２に記載の装置では、点火時期が３６０度異なる少なくとも一組の対向気筒についての変動パラメータの差分を用いて、インバランス異常を判定している。この構成によれば、出力軸（クランクシャフト）に固定されたタイミングロータの製品ばらつき、とくにタイミングロータ周面に形成される多数の突起の回転方向位置のばらつきに起因する測定誤差を抑制することができる。

特開２０１０‐１１２２４４号公報 特開２０１３‐０１１２４６号公報

ところで、特許文献２のように複数のバンクを有する内燃機関では、点火時期が３６０度異なる対向気筒の間で、出力軸の回転速度にばらつきがあったとしても、これら対向気筒が属する各バンクの内部で、各気筒についての出力軸の回転速度がそれぞれバランスしている場合には、たとえ空燃比フィードバック制御がバンクごとに行われるとしても当該バンク内の各気筒の空燃比が目標から大きく外れることはなく、エミッションの悪化は実質的に生じない。しかし、このような場合にはエミッションの悪化が実質的に生じないにもかかわらず、点火時期が３６０度異なる対向気筒の間で出力軸の回転速度にばらつきがあることに起因して、それが異常として検出されてしまう。

そこで本発明の目的は、複数の気筒を有し且つ当該複数の気筒によって複数の気筒群が構成される多気筒内燃機関において、ある気筒群に属する第１の気筒の空燃比のインバランスを、当該第１の気筒で検出されたクランク角速度に相関する指標値と、他の気筒群に属する第２の気筒で検出された当該指標値との差分値に基づいて判定するインバランス判定手段を備えた多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置において、気筒群の間でトルク差が存在するが同一の気筒群の内部で各気筒についての指標値が平準化している場合におけるインバランス異常の旨の判定を抑制することを目的とする。

本発明の第１の態様に係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は、
複数の気筒を有し且つ当該複数の気筒によって複数の気筒群が構成される多気筒内燃機関において、ある気筒群に属する第１の気筒の空燃比のインバランスを、当該第１の気筒で検出されたクランク角速度に相関する指標値と、他の気筒群に属する第２の気筒で検出された当該指標値との差分値に基づいて判定するインバランス判定手段を備えた多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置において、
前記第１の気筒についての前記差分値を、前記第１の気筒と同一の気筒群に属する少なくとも１つの他の気筒で検出された前記指標値を用いて補正する補正手段を更に備えたことを特徴とする。

この第１の態様によれば、補正手段が、前記第１の気筒についての前記差分値を、前記第１の気筒と同一の気筒群に属する少なくとも１つの他の気筒で検出された前記指標値を用いて補正する。したがって、同一の気筒群の内部で各気筒についての指標値が平準化している（すなわち、各気筒についての指標値が平均値から所定範囲内におさまっている）場合に、インバランス異常の旨の判定を抑制することが可能となる。

本発明の別の一態様は、前記補正手段は、前記第１の気筒についての前記差分値を、前記第１の気筒と同一の気筒群に属する少なくとも１つの他の気筒について算出された前記差分値またはこれに相関する値を減算することによって補正することを特徴と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る。

この態様によれば、簡易な演算によって、本発明に所期の効果を得ることができる。

好適には、前記補正手段は、前記第１の気筒についての前記差分値を、前記第１の気筒と同一の気筒群に属する全ての他の気筒について算出された前記差分値の平均値を減算することによって補正する。この態様によれば、演算負荷を特に顕著に軽減することが可能になる。

好適には、前記補正手段は、前記第１の気筒についての前記差分値を、気筒群間のトルク差に起因する成分を抑制するように補正する。この態様によれば、第１の態様と共通の効果を得ることができる。

好適には、前記インバランス判定手段は、前記第１の気筒についての前記差分値を所定の異常しきい値と比較することによって当該第１の気筒の空燃比のインバランスを判定し、前記補正手段は、前記補正手段による補正量が前記異常しきい値より絶対値で小さくなるようにガード処理を行う。

この態様によれば、異常の存在しない気筒について補正手段の補正処理に起因して生じる不要な成分を、抑制することができる。

好適には、前記インバランス判定手段は、互いに異なる気筒群に属しクランク角が互いに３６０°異なる少なくとも一組の対向気筒のそれぞれで検出されたクランク角速度に相関する指標値の差分に基づいて、気筒間の空燃比インバランスを判定する。

この態様によれば、出力軸（クランクシャフト）に固定されたタイミングロータの製品ばらつき、とくにタイミングロータ周面に形成される多数の突起の回転方向位置のばらつきに起因する測定誤差を抑制することができる。

本発明によれば、同一の気筒群の内部で各気筒についての指標値が平準化している（すなわち、各気筒についての指標値が平均値から所定範囲内におさまっている）場合に、インバランス異常の旨の判定を抑制することが可能となるという、優れた効果が発揮される。

本発明の第１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。 第１実施形態に係る内燃機関のクランクシャフトの一例を示す概略図である。 第１実施形態におけるタイミングロータと回転変動の検出方法を説明するための図である。 第１実施形態における気筒間空燃比インバランス判定処理の手順を示すフローチャートである。 第１実施形態における気筒間空燃比インバランス判定処理の第１の実行例を示すタイミングチャートである。 第１実施形態における気筒間空燃比インバランス判定処理の第２の実行例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態における気筒間空燃比インバランス判定処理のうち、バンク内補正処理及びガード処理に係る部分を示すフローチャートである。 第２実施形態における気筒間空燃比インバランス判定処理の実行例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。

図１に、第１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、自動車に搭載されたＶ型６気筒の４サイクル火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。エンジン１は、エンジンを前方Ｆ方向に見て右側の右バンクＢＲと、左側の左バンクＢＬとを有し、右バンクＢＲには奇数番気筒すなわち＃１，＃３，＃５気筒がこの順に設けられ、左バンクＢＬには偶数番気筒すなわち＃２，＃４，＃６気筒がこの順に設けられている。

これらの気筒毎に、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。なおインジェクタは気筒内に燃料を直接噴射するように配置されていても良い。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が設けられている。

吸気を導入するための吸気通路７は、上記吸気ポートの他、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。

右バンクＢＲに対して右排気通路１４Ｒが設けられ、左バンクＢＬに対して左排気通路１４Ｌが設けられている。これら右および左の排気通路１４Ｒ，１４Ｌは下流触媒１９の上流側で合流されている。この合流位置より上流側の排気系の構成は両バンクで同一なので、ここでは右バンクＢＲ側についてのみ説明し、左バンクＢＬ側については図中同一符号を付して説明を省略する。

右排気通路１４Ｒは、＃１，＃３，＃５の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には上流触媒１８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である触媒前センサ２０及び触媒後センサ２１が設置されている。このように、一方のバンクに属する複数の気筒（あるいは気筒群）に対して、上流触媒１８、触媒前センサ２０及び触媒後センサ２１が各一つずつ設けられている。なお、右および左の排気通路１４Ｒ，１４Ｌを合流させないで、これらに個別に下流触媒１９を設けることも可能である。

さらにエンジン１には、制御手段および検出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、いずれも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および不揮発性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、触媒前センサ２０、触媒後センサ２１のほか、エンジン１のクランク角ないしはポジションを検出するためのクランクポジションセンサ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、スロットル開度等を制御する。

スロットルバルブ１２には、スロットル開度センサ（図示せず）が設けられ、スロットル開度センサからの信号がＥＣＵ１００に送られる。ＥＣＵ１００は、通常、アクセル開度に応じて定まる開度に、スロットルバルブ１２の開度（スロットル開度）をフィードバック制御する。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、検出したアクセル開度、スロットル開度および吸入空気量の少なくとも一つに基づき、エンジン１の負荷を検出する。

ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ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。

触媒前センサ２０はいわゆる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はいわゆる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。概して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Ｖｒ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Ｖｒ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は三元触媒からなり、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、エンジンの通常運転時、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フィードバック制御（ストイキ制御）がＥＣＵ１００により実行される。この空燃比フィードバック制御は、触媒前センサ２０によって検出された排気空燃比が所定の目標空燃比であるストイキになるように混合気の空燃比（具体的には燃料噴射量）をフィードバック制御する主空燃比制御（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がストイキになるように混合気の空燃比（具体的には燃料噴射量）をフィードバック制御する補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。

このように第１実施形態において、空燃比の基準値はストイキであり、このストイキに相当する燃料噴射量（ストイキ相当量という）が燃料噴射量の基準値である。但し、空燃比および燃料噴射量の基準値は他の値とすることもできる。

空燃比フィードバック制御は、バンクごとにすなわちバンク単位で行われる。例えば右バンクＢＲ側の触媒前センサ２０および触媒後センサ２１の検出値は、右バンクＢＲに属する＃１，＃３，＃５気筒の空燃比フィードバック制御にのみ用いられ、左バンクＢＬに属する＃２，＃４，＃６気筒の空燃比フィードバック制御には用いられない。逆も同様である。あたかも独立した直列３気筒エンジンが二つあるように、空燃比制御が実行されるのである。また、空燃比フィードバック制御においては、同一バンクに属する各気筒に対し、同一の制御量が一律に用いられる。

ここで、第１実施形態に係るＶ型６気筒のエンジン１は、図３に示すように、＃１〜＃４の４つのメインジャーナル（＃１〜＃４ＭＪ）と、それぞれのメインジャーナルとの間でクランクスロー間に配置された３つのクランクピン（＃１〜＃３ＣＰ）とを備えるクランクシャフトＣＳを有している。そして、このクランクシャフトＣＳは、＃１及び＃２のクランクピン（＃１ＣＰ及び＃２ＣＰ）がクランク中心に関し１２０°の位相差を有し、＃２及び＃３のクランクピン（＃２ＣＰ及び＃３ＣＰ）がクランク中心に関し１２０°の位相差を有している。このクランクシャフトＣＳには、その＃１のクランクピン＃１ＣＰに＃１及び＃２の気筒のコネクティングロッドの大端部が連結される。同様に、＃２のクランクピン＃２ＣＰには＃３及び＃４の気筒、及び＃３のクランクピン＃３ＣＰには＃５及び＃６の気筒のコネクティングロッドの大端部がそれぞれ連結される。また、このクランクシャフトＣＳには、そのメインジャーナル＃１ＭＪの前方に、２歯欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で設けられたタイミングロータＴＲが設けられ、このタイミングロータＴＲの突起に向き合う関係で、上述の電磁ピックアップ方式のクランクポジションセンサ２２が位置されている。

そして、上述の気筒配列を備えるエンジン１の点火順序の一例を示すと、＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６の気筒順であり、その点火間隔は、エンジン全体で見れば１２０°ＣＡずつの等間隔である。

ところで、右バンクＢＲの＃１、＃３及び＃５の気筒の点火に対し、左バンクＢＬの＃４、＃６及び＃２の気筒は、それぞれ、クランクシャフトの１回転、すなわち、３６０°ＣＡ後に点火される関係にある。そこで、これらの＃１と＃４、＃３と＃６、及び＃５と＃２気筒は、それぞれ、本発明にいう一組の対向気筒である。

さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒（特に１気筒）において、インジェクタ２の故障等が発生し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生することがある。例えば右バンクＢＲについて、インジェクタ２の噴孔詰まりや開弁不良により＃１気筒の燃料噴射量が他の＃３，＃５気筒の燃料噴射量よりも少なくなり、＃１気筒の空燃比が他の＃３，＃５気筒の空燃比よりも大きくリーン側にずれる場合である。

このときでも、前述の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、触媒前センサ２０に供給されるトータルガス（合流後の排気ガス）の空燃比をストイキに制御できる場合がある。しかし、これは気筒別に見ると、＃１気筒がストイキより大きくリーン、＃３，＃５気筒がストイキよりリッチであり、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。そこで第１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。

第１実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常検出は、クランクシャフトＣＳの回転変動に基づいて行われる。ある気筒の空燃比が大きくリーン側にずれる場合には、燃焼により発生するトルクがストイキ時に比べて減少するため、クランクシャフトＣＳの角速度（回転速度Ｖ_ｎ）が低下する。このことを利用して、回転速度Ｖ_ｎに基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出することができる。なお、回転速度Ｖ_ｎと相関する他のパラメータ（例えば、圧縮上死点又はその近傍を含む所定のクランク角を回転するために要する回転時間Ｔ）を用いて同様の異常検出を行っても良い。

ところで、気筒間空燃比ばらつきを、回転速度Ｖ_ｎやこれと相関する他のパラメータ（例えば回転時間Ｔ）に基づいて検出する場合には、クランクシャフトＣＳに固定されたタイミングロータＴＲの回転をクランクポジションセンサ２２で検出し、タイミングロータＴＲが所定角度回転するのに要する時間に基づいて、回転速度Ｖ_ｎを算出すると共に、これを他の気筒についての値と比較したり、あるいは他の気筒についての値との差分を算出することによって、気筒間空燃比ばらつき異常を検出することになる。しかし、タイミングロータＴＲの製品ばらつきに起因して、タイミングロータＴＲ周面に形成される多数の突起の回転方向位置にばらつきが生じると、これが誤検出につながるおそれがある。

例えば、図４には、クランク角が＃１気筒ＴＤＣにあるときのタイミングロータＴＲの位置を示す。タイミングロータＴＲの回転方向をＲで示し、クランクポジジョンセンサ２２を仮想線で示す。このタイミングロータＴＲの位置で、クランクポジジョンセンサ２２は、＃１気筒ＴＤＣに対応する歯あるいは突起３０Ａを検出する。便宜上、この突起３０Ａの位置を基準すなわち０°ＣＡとする。＃１気筒ＴＤＣにおける回転時間Ｔ（ｓ）を検出する際、突起３０Ａより所定角度Δθ＝３０°ＣＡ前の突起３０Ｂがクランクポジジョンセンサ２２により検出された時点から、突起３０Ａがクランクポジジョンセンサ２２により検出された時点までの時間を、＃１気筒ＴＤＣにおける回転時間Ｔとして検出していた。そして同様の手法で、＃１気筒ＴＤＣより１２０°ＣＡ後の＃２気筒（次点火気筒）ＴＤＣにおける回転時間が検出される。＃２気筒ＴＤＣにおける回転時間から＃１気筒ＴＤＣにおける回転時間を差し引いて、＃１気筒の回転時間差ΔＴが検出される。

しかし、この手法によると、＃１気筒の回転時間Ｔを求める場合と、＃２気筒の回転時間Ｔを求める場合とで、検出に用いる突起３０が異なることになる。このため、タイミングロータＴＲの製品ばらつきに起因して、製品毎の突起３０の位置がばらつくと、このばらつきに起因して、同一条件下で検出された各気筒の回転時間差ΔＴの値がばらつくことになってしまう。

そこで第１実施形態では、互いに異なるバンクに属しクランク角が互いに３６０°異なる３組の対向気筒のそれぞれで検出されたクランク角速度に相関する指標値の差分に基づいて、気筒間の空燃比インバランスを判定する。すなわち、突起３０Ａがクランクポジジョンセンサ２２により検出された時点のクランク角速度から、突起３０Ａより所定角度Δθ’＝３６０°ＣＡ後（１回転後）の同一の突起３０Ａがクランクポジジョンセンサ２２により検出された時点のクランク角速度を減算し、得られた値を、＃１気筒の回転変動指標値とする。３６０°ＣＡ後の同一の突起３０Ａは、＃４気筒ＴＤＣに対応するものである。

このように第１実施形態では、＃１気筒と＃４気筒の回転速度Ｖ_１，Ｖ_４を検出するのに同一の１つの突起３０Ａしか用いない。よって製品毎の突起３０Ａのずれを考慮する必要がない。そして全気筒についての回転速度Ｖ_ｎを検出するのに、互いに１２０°ＣＡずつ離れた計３つの突起３０しか用いない。よって、タイミングロータＴＲの製品ばらつきに起因した回転変動指標値の検出値のばらつきを抑制し、検出精度を向上することが可能である。

以上のとおり構成された第１実施形態の動作について説明する。第１実施形態では、エンジンの通常運転時、ＥＣＵ１００により、上述の空燃比フィードバック制御と、気筒間空燃比ばらつき異常検出とが並行して、それぞれ連続的に実行される。

図５は気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンをしめすフローチャートである。このルーチンは例えばＥＣＵ１００により所定のサンプル周期τ毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ１０において、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２２からの信号に基づいて、気筒ごとの回転速度Ｖ_ｎ（ｎは気筒番号。以下同じ）を取得する。本実施形態のエンジン１では、上述のとおり点火順序が＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６の気筒順であり、例えば＃１気筒の回転速度Ｖ_１は、例えば＃１気筒のＴＤＣ（圧縮上死点）から＃２気筒のＴＤＣまでの間における角速度として算出される。ここで、例えば右バンクＢＲ（＃１、＃３、＃５）のトルクが比較的に大、かつ左バンクＢＬ（＃２、＃４、＃６）のトルクが比較的小の場合、図６（ａ）に示されるように、各ＴＤＣでの回転速度Ｖ_ｎは脈動的になる。なお、図６（ａ）での＃１〜＃６の気筒番号は、各気筒がＴＤＣとなる時点を示し、したがって、＃１、＃３、＃５の気筒番号がマークされた各時点で回転速度Ｖ_ｎが極小となる（ＴＤＣでプロットする場合、回転速度Ｖ_ｎは点火後に増大し、＃２、＃４、＃６の気筒番号がマークされた各時点で極大となる）。

次にステップＳ２０において、ＥＣＵ１００は、異常検出を行うのに適した所定の前提条件が成立しているか否かを判断する。この前提条件は、次の各条件が全て成立したときに成立する。
（１）エンジン１の暖機が終了している。例えば水温センサ２４で検出された水温が所定値以上であるとき暖機終了とされる。
（２）エンジン１が定常運転中である。例えば、急加速中あるいは急減速中でない場合に定常運転中とされる。
（３）エンジン１が検出領域内で運転している。例えば、スロットル開度とエンジン回転数とが所定領域内にあるとき、検出領域内とされる。
（４）空燃比フィードバック制御が実行中である。

前提条件が成立していない場合には、本ルーチンが終了される。他方、前提条件が成立している場合には、ステップＳ３０において、回転変動値ΔＶ_ｎが算出される。ここでの回転変動値ΔＶ_ｎは、ある気筒における回転速度Ｖ_ｎから、その直後に点火された気筒における回転速度Ｖ_ｎ＋１を減算した値（ΔＶ_ｎ＝Ｖ_ｎ−Ｖ_ｎ＋１）である。例えば、＃３気筒について回転速度Ｖ_３が得られると、その時点で＃２気筒についての回転変動値ΔＶ_２が算出される（ΔＶ_２＝Ｖ_２−Ｖ_３）。なお、このように回転変動値ΔＶ_ｎとして、点火順序で隣接する気筒間での差分をとった値を用いる目的は、加速中あるいは減速中のような過渡状態の影響を排除することにある。このようにして算出された回転変動値ΔＶ_ｎは、図６（ｂ）に示されるように、失火やインジェクタ２の閉固着などの原因でトルクないし回転速度Ｖ_ｎが低下している気筒については正の値として現れ、回転速度が相対的に高い気筒については負の値として現れることになる。

このようにして回転変動値ΔＶ_ｎが算出されると、次にステップＳ４０において、対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎが算出される。ここでの対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎは、ある気筒群（バンク）に属する第１の気筒で検出されたクランク角速度に相関する指標値と、他の気筒群（バンク）に属する第２の気筒で検出された当該指標値との差分値である。本実施形態では第２の気筒は、第１の気筒と異なる気筒群（バンク）に属しクランク角が３６０°異なる対向気筒である。このようにして対向気筒間の回転変動値ΔＶ_ｎの差分をインバランス判定に利用することによって、クランクシャフトに固定されたタイミングロータの製品ばらつき、とくにタイミングロータ周面に形成される多数の突起の回転方向位置のばらつきに起因する測定誤差を抑制することができる。対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎは、それぞれ以下の数式によって算出される。
ΔＤＶ_１＝ΔＶ_１−ΔＶ_４
ΔＤＶ_２＝ΔＶ_２−ΔＶ_５
ΔＤＶ_３＝ΔＶ_３−ΔＶ_６
ΔＤＶ_４＝ΔＶ_４−ΔＶ_１
ΔＤＶ_５＝ΔＶ_５−ΔＶ_２
ΔＤＶ_６＝ΔＶ_６−ΔＶ_３

次に、ステップＳ５０において、バンク内補正が実行される。このバンク内補正は、第１の気筒（例えば＃１気筒）についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎを、当該第１の気筒と同一の気筒群（バンク）に属する少なくとも１つの他の気筒（例えば＃３気筒及び＃５気筒）で検出された指標値を用いて補正する処理である。とくに、本実施形態では対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎは、第１の気筒（例えば＃１気筒）についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎから、当該第１の気筒と同一の気筒群（例えば右バンクＢＲ）に属する全ての他の気筒（例えば＃３気筒及び＃５気筒）について算出された対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎの平均値を減算することによって実行される。具体的にはバンク内補正は、それぞれ以下の数式によって実行される。
ΔＤＶ_１ｎｅｗ＝ΔＤＶ_１−（ΔＤＶ_３＋ΔＤＶ_５）／２
ΔＤＶ_２ｎｅｗ＝ΔＤＶ_２−（ΔＤＶ_４＋ΔＤＶ_６）／２
ΔＤＶ_３ｎｅｗ＝ΔＤＶ_３−（ΔＤＶ_１＋ΔＤＶ_５）／２
ΔＤＶ_４ｎｅｗ＝ΔＤＶ_４−（ΔＤＶ_２＋ΔＤＶ_６）／２
ΔＤＶ_５ｎｅｗ＝ΔＤＶ_５−（ΔＤＶ_１＋ΔＤＶ_３）／２
ΔＤＶ_６ｎｅｗ＝ΔＤＶ_６−（ΔＤＶ_２＋ΔＤＶ_４）／２

このようにしてバンク内補正が実行されると、次にステップＳ６０において、ＥＣＵ１００は対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎｎｅｗのレベル正規化を実行する。このレベル正規化は、例えばインバランス判定しきい値に対応する対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎを、ステップＳ５０で算出された各気筒の対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎで除した値であり、インバランス判定しきい値を１とした場合の比率に相当する。このようにして正規化された値は、次にステップＳ７０で積算され、以上の処理はｍ回の積算が終了するまで繰り返される（Ｓ８０）。

正規化された値のｍ回の積算が終了すると、最後にステップＳ９０において、インバランス判定として、積算結果を積算回数（＝ｍ）で除算した平均値が、インバランス判定しきい値（＝１）を上回っているかが判断される。そして、ステップＳ９０で肯定の場合には異常判定が行われ（Ｓ１００）、また否定の場合には正常判定が行われる（Ｓ１１０）。以上の処理は、各気筒について個別に実行される。

ステップＳ１００で異常判定が行われると、運転者に気筒間空然比ばらつき異常が検出されたことを知らせるべく、例えば運転席のフロントパネルに備えられた警告ランプが点灯され、またＥＣＵ１００の不揮発性記憶装置における所定のダイアグノーシスメモリ領域に、異常があった旨と異常気筒の番号とが、整備作業者に読み出し可能な状態で記憶される。これにより図５のばらつき異常検出処理が終了される。

例えば図６のように、右バンクＢＲ（＃１、＃３、＃５）のトルクが比較的に大、かつ左バンクＢＬ（＃２、＃４、＃６）のトルクが比較的小と、バンク間におけるトルク差は存在するが、各バンクの内部における気筒間のトルク差はなく空燃比のインバランスが存在していないような場合には、本発明による改良前であれば、バンク間のトルク差に起因する対向気筒間差分値ΔＤＶｎが、図６（ｃ）に示されるようにインバランス判定しきい値に対応する値Ｔｈを超えて、異常として誤判定されてしまう場合が生じうる。これに対し、本実施形態では、第１の気筒（例えば＃１気筒）についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎを、当該第１の気筒と同一の気筒群（バンク）に属する少なくとも１つの他の気筒（例えば＃３気筒及び＃５気筒）で検出された指標値を用いて補正するバンク内補正処理（ステップＳ５０）を実行することとしたので、同一の気筒群（バンク）の内部で各気筒についての指標値が平準化している（すなわち、各気筒についての指標値が平均値から所定範囲内におさまっている）場合に、図６（ｄ）に示されるように対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎがしきい値に対応する値Ｔｈを超えることはなく、インバランス異常の旨の判定を抑制することが可能となる。

これに対し、例えば図７のように、＃４気筒のみに異常が存在してリーン側にインバランスしている場合には、同様に図７（ａ）のように検出された回転速度Ｖｎに基づいて、図７（ｂ）のように回転変動値ΔＶｎが算出され、さらに図７（ｃ）のように対向気筒間差分値ΔＤＶｎが算出され、さらに図７（ｄ）のようにバンク内補正処理が実行された結果、異常が存在する＃４気筒についてのバンク内補正値ΔＤＶ_４ｎｅｗは、インバランス判定しきい値に対応する値Ｔｈを超えることになり、正しく異常判定が行われる。すなわち、気筒群間のトルク差に起因する成分のみが、バンク内補正処理によってキャンセルされる一方、空燃比の気筒間インバランス異常に起因する成分はキャンセルされず、適切に検出されることになる。

以上のとおり、第１実施形態では、ＥＣＵ１００が、第１の気筒（例えば＃１気筒）についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎにつき、バンク内補正処理（ステップＳ５０）を実行することとしたので、気筒群（バンク）間でトルク差があるが同一の気筒群（バンク）の内部で各気筒についての指標値が平準化している場合に、気筒群間のトルク差に起因する成分をバンク内補正処理によってキャンセルして、インバランス異常の旨の判定を抑制することができる。

なお、第１実施形態におけるバンク内補正処理（ステップＳ５０）では、上述のとおり、第１の気筒についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎを、当該第１の気筒と同一の気筒群に属する全ての他の気筒について算出された対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎの平均値を減算することによって補正したが、本発明におけるバンク内補正処理については、第１の気筒についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎを、気筒群間のトルク差に起因する成分を抑制するように補正するものとして、様々な変形を考えることができる。補正には第１の気筒と同一の気筒群（バンク）に属する他の気筒についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎに加えて、第１の気筒とは異なる気筒群（バンク）に属する気筒についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎを用いても良い。

例えば、バンク内補正処理の第１の変形例として、第１の気筒（例えば＃１気筒）についてのΔＤＶ_ｎから、同バンクの他の１の気筒（例えば＃５気筒）についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎを減じると共に、他バンクの２つの気筒（例えば＃４、＃２気筒）における対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎの偏差を加算する方法がある（ΔＤＶ_１ｎｅｗ＝ΔＤＶ_１−ΔＤＶ_５−（ΔＤＶ_４−ΔＤＶ_２））。

また、バンク内補正処理の第２の変形例として、第１の気筒（例えば＃１気筒）についてのΔＤＶ_ｎから、同バンクの他の全ての気筒（例えば＃３、＃５気筒）についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎの平均値を減じると共に、他バンクの３つの気筒（例えば＃２、＃４、＃６気筒）について同様の演算をした結果を減ずる方法がある（ΔＤＶ_１ｎｅｗ＝ΔＤＶ_１−（ΔＤＶ_３＋ΔＤＶ_５）／２−｛ΔＤＶ_２−（ΔＤＶ_４＋ΔＤＶ_６）／２｝）。

上記第１実施形態及びこれら第１及び第２の変形例における補正処理はいずれも、対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎからなる波形においてバンク間脈動（回転１．５次成分）をキャンセルないしマスクする特性をもった周波数フィルタと等価のものと考えることができる。これらのような変形例によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、計算負荷と検出性能とを総合的に考慮すると、第１及び第２の変形例の手法よりも上記第１実施形態の手法が実装に適しているものと考えられる。

また、本発明は複数の気筒群を有する内燃機関であれば、例えば８気筒や１０気筒、１２気筒などの他の多気筒機関にも適用することができる。例えば、２バンク８気筒エンジンであって、右バンクＢＲには奇数番気筒すなわち＃１，＃３，＃５，＃７気筒がこの順に設けられ、左バンクＢＬには偶数番気筒すなわち＃２，＃４，＃６，＃８気筒がこの順に設けられており、＃１と＃６、＃８と＃５、＃７と＃４、及び＃３と＃２気筒が、それぞれ本発明にいう一組の対向気筒である場合、バンク内補正処理（ステップＳ５０）は、それぞれ以下のように行うことができる。
ΔＤＶ_１ｎｅｗ＝ΔＤＶ_１−（ΔＤＶ_３＋ΔＤＶ_５＋ΔＤＶ_７）／３
ΔＤＶ_２ｎｅｗ＝ΔＤＶ_２−（ΔＤＶ_４＋ΔＤＶ_６＋ΔＤＶ_８）／３
ΔＤＶ_３ｎｅｗ＝ΔＤＶ_３−（ΔＤＶ_１＋ΔＤＶ_５＋ΔＤＶ_７）／３
ΔＤＶ_４ｎｅｗ＝ΔＤＶ_４−（ΔＤＶ_２＋ΔＤＶ_６＋ΔＤＶ_８）／３
ΔＤＶ_５ｎｅｗ＝ΔＤＶ_５−（ΔＤＶ_１＋ΔＤＶ_３＋ΔＤＶ_７）／３
ΔＤＶ_６ｎｅｗ＝ΔＤＶ_６−（ΔＤＶ_２＋ΔＤＶ_４＋ΔＤＶ_８）／３

また上記第１実施形態では、バンク内補正処理（ステップＳ５０）を、第１の気筒についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎを、当該第１の気筒と同一の気筒群に属する少なくとも１つの他の気筒について算出された対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎまたはこれに相関する値を減算することによって実行することとしたので、簡易な演算によって本発明に所期の効果を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態について以下に説明する。上述した第１実施形態では、ステップＳ５０において図７（ｄ）のようにバンク内補正処理が実行されると、異常が存在する気筒（図７の例では＃４気筒）に点火順序で隣接する気筒（例えば＃３気筒および＃５気筒）について、対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎでは存在しないにもかかわらずバンク内補正処理に起因した成分が、バンク内補正値ΔＤＶ_ｎｎｅｗに生じてしまう場合がある。この成分は、それが図７(ｄ)のようにインバランス判定しきい値に対応する値Ｔｈよりも小さければ問題にならないが、値Ｔｈを超える場合には、異常と判定される気筒が複数生じてしまい、その中から真の異常気筒を特定するための追加の分析の必要性を生じさせてしまう。そこで、以下に説明する第２実施形態は、異常の存在しない気筒についてのバンク内補正値ΔＤＶ_ｎｎｅｗに生じてしまうこのようなバンク内補正処理に起因する不要な成分を抑制することを目的としたものである。なお、第２実施形態は、上述した第１実施形態における装置と機械的構成を共通にし、その制御において以下のように異なるのみであるため、同一符号を付してその詳細の説明を省略する。

第２実施形態におけるＥＣＵ１００では、図５に示された上記第１実施形態の気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンにおけるステップＳ５０、すなわちバンク内補正処理に代えて、図８に示されるサブルーチンに係る処理が実行される。

図８において、まずＥＣＵ１００は、上述したバンク内補正に係る補正項が、予め定められたガード値Ｇよりも大であるかが判断される（ステップＳ１１０）。ここでの補正項は、注目している気筒と同一の気筒群（バンク）に属する他の全ての気筒についての対向気筒間差分値ΔＤＶ_ｎの和を、当該他の全ての気筒の数（ここでは２）で除したものである（例えば注目気筒が＃１気筒である場合には、（ΔＤＶ_３＋ΔＤＶ_５）／２）。また、ここでのガード値Ｇは、インバランス判定しきい値に対応する値Ｔｈであってもよく、また、この値Ｔｈに対して余裕分ないし不感領域を見込んだやや小さい値、例えばインバランス判定しきい値に対応する値Ｔｈの１／２であってもよい。またガード値Ｇは固定値のほか、例えばエンジン回転数Ｎｅと負荷ないし吸入空気量ＫＬとを入力変数とするマップによって、可変ないし動的に取得されてもよい。

ステップＳ１１０で肯定、すなわち補正項がガード値Ｇよりも大である場合（すなわち、バンク内補正処理における補正量が異常しきい値より絶対値で小さい場合）には、ガード処理が必要でないため、ステップＳ１２０に移行して、バンク内補正処理が通常どおり、上述した第１実施形態における数１に従って実行される。

ステップＳ１１０で否定、すなわち補正項がガード値Ｇ以下である場合（すなわち、バンク内補正処理における補正量が絶対値で異常しきい値以上の場合）には、ガード処理が必要であるため、ステップＳ１３０に移行して、補正項についてのガード処理が実行される。このガード処理は、補正量としてガード値Ｇを代わりに用いて、バンク内補正処理を行うものである（ΔＤＶ_ｎｎｅｗ＝ΔＤＶ_ｎ−Ｇ）。

これらステップＳ１２０またはＳ１３０の処理が終了すると、それ以降の処理は、図５に示された上記第１実施形態の気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンにおけるステップＳ６０以下と同様に行われる。

以上の処理の結果、第２実施形態では、バンク内補正処理による補正量が、インバランス判定しきい値に対応する値Ｔｈよりも絶対値で小さくなるようにガード処理が行われることになる。したがって第２実施形態では、異常の存在しない気筒についてのバンク内補正値ΔＤＶ_ｎｎｅｗに生じてしまうバンク内補正処理に起因した不要な成分を、抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態につき詳細に説明したが、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。

例えば、上記各実施形態では、クランク角が互いに３６０°異なる少なくとも一組の対向気筒のそれぞれで検出されたクランク角速度に相関する指標値の差分に基づいて、気筒間の空燃比インバランスを判定したが、このような構成は必須でなく、本発明は、異なる気筒群に属する複数の気筒の間における指標値の差分値に基づいてインバランス判定を行う構成に広く適用できる。回転変動値ΔＶ_ｎとして、点火順序で隣接する気筒間での差分をとった値を用いずに、回転速度Ｖｎを指標値として用いても良い。

また、空燃比ばらつき異常の検出感度を向上させるため、所定の対象気筒の燃料噴射量をアクティブに若しくは強制的に増量または減量し、増量または減量後の対象気筒の回転変動に基づき、ばらつき異常を検出してもよい。この場合の燃料噴射量の強制的な増量又は減量は、対向気筒となる一組の気筒について、または複数組の気筒の各組について、共通の量で実行することとするのが好適である。

本発明はＶ型６気筒エンジンに限らず、他の気筒数のエンジンや、複数のバンクすなわち気筒群を有する他の形式のエンジン、例えば水平対向型エンジンにも適用可能であり、かかる態様も本発明の範疇に属するものである。

１ 内燃機関（エンジン）
２ インジェクタ
１１ エアフローメータ
１２ スロットルバルブ
１８ 上流触媒
２０ 触媒前センサ
２２ クランクポジションセンサ
２３ アクセル開度センサ
３０，３０Ａ 突起
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
ＣＳ クランクシャフト
ＴＲ タイミングロータ

Claims (5)

1. 複数の気筒を有し且つ当該複数の気筒によって複数の気筒群が構成される多気筒内燃機関において、ある気筒群に属する第１の気筒の空燃比のインバランスを、当該第１の気筒で検出されたクランク角速度に相関する指標値と、他の気筒群に属する第２の気筒で検出された当該指標値との差分値に基づいて判定するインバランス判定手段を備えた多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置において、
   前記第１の気筒についての前記差分値を、前記第１の気筒と同一の気筒群に属する少なくとも１つの他の気筒について算出された前記差分値またはこれに相関する値を減算することによって補正する補正手段を更に備えたことを特徴と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。
2. 請求項１に記載の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、
   前記補正手段は、前記第１の気筒についての前記差分値を、前記第１の気筒と同一の気筒群に属する全ての他の気筒について算出された前記差分値の平均値を減算することによって補正することを特徴と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。
3. 請求項１又は２に記載の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、
   前記補正手段は、前記第１の気筒についての前記差分値を、気筒群間のトルク差に起因する成分を抑制するように補正することを特徴と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。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の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、
   前記インバランス判定手段は、前記第１の気筒についての前記差分値を所定の異常しきい値と比較することによって当該第１の気筒の空燃比のインバランスを判定し、
   前記補正手段は、前記補正手段による補正量が前記異常しきい値より絶対値で小さくなるようにガード処理を行うことを特徴と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。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の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、
   前記インバランス判定手段は、互いに異なる気筒群に属しクランク角が互いに３６０°異なる少なくとも一組の対向気筒のそれぞれで検出されたクランク角速度に相関する指標値の差分に基づいて、気筒間の空燃比インバランスを判定することを特徴と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。

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