JP5939119B2 - 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

多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置 Download PDF

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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、複数のバンク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、いずれかの気筒に空燃比異常が生じていると判断した場合に、空燃比異常となっている気筒が失火するまでの間、各気筒へ噴射する燃料の噴射時間を所定時間ずつ短縮させ、これによって異常気筒を特定している。
特開２０１０−１１２２４４号公報
ところで、気筒間空燃比ばらつきを、クランクシャフトの角速度に基づいて検出する場合には、クランクシャフトに固定されたタイミングロータの回転をクランク角センサで検出することになる。しかし、タイミングロータの製品ばらつきに起因して、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がばらつく可能性がある。
そこで、本発明は以上の事情に鑑みて創案され、その目的は、タイミングロータの製品ばらつきに起因する検出誤りを抑制して検出精度を改善することにある。
上記目的を達成する本発明の一形態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、
共通のクランクシャフトに接続された複数の気筒を有し且つ当該複数の気筒によって複数のバンクが構成される多気筒内燃機関において、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インバランス判定手段と、
空燃比が所定の目標空燃比に一致するように、前記バンクごとに燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック処理を行う空燃比フィードバック処理手段と、
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、
前記空燃比インバランスを判定する前に、全気筒のうちで前記指標値が標準値から最も離れている気筒と同一のバンクに属する他の気筒の対向気筒につき、前記指標値を燃焼改善方向に補正する補正手段を更に備えた
ことを特徴とする。
この本発明の一形態によれば、インバランス判定手段が、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。ここで本発明では、この少なくとも一組の対向気筒のクランク角が互いに３６０°異なるため、当該判定がタイミングロータの同一の突起の検出に基づいて実行されることになる。したがって、タイミングロータの製品ばらつきに起因する検出誤りを抑制することができる。
また、燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック処理を、バンクすなわち気筒群ごとに行うと、全気筒のうちで前記指標値が標準値から最も（例えばクランク角速度低下側すなわちリーン側に）離れている気筒（以下適宜「異常気筒」という）だけでなく、これと同一のバンクに属する他の気筒についても、フィードバック処理によって燃料噴射量が（例えばリッチ側に）変更されることになる。ところが、この燃料噴射量の変更に起因して当該他の気筒でトルク変動（例えば増大）が生じるため、インバランス判定手段において指標値の対向気筒間の差分を算出した場合に、当該他の気筒の対向気筒につき、空燃比とりわけ燃料噴射系に異常がないにもかかわらず異常と誤判定されてしまうおそれがある。ここで本発明では、空燃比インバランスを判定する前に、補正手段により、全気筒のうちで前記指標値が標準値から最も離れている気筒と同一のバンクに属する他の気筒の対向気筒につき、前記指標値を燃焼改善方向（例えばクランク角速度上昇側）に補正するので、フィードバック処理による燃料噴射量の変更に起因するインバランス判定手段の誤判定を抑制することができる。
好ましくは、前記補正に係る補正量は、全気筒のうちで前記指標値が標準値から最も離れている気筒における当該指標値に応じて変更される。
この場合には、空燃比ばらつきの程度に応じた適切な補正量を設定することができる。
好ましくは、前記補正に係る補正量は、全気筒のうちで前記指標値が標準値から最も離れている気筒における前記差分の絶対値が大きいほど、大きくされる。
一般に、異常気筒とその対向気筒との指標値の差分の絶対値が大きいほど、異常気筒と同一のバンクに属する他の気筒に対する空燃比フィードバック補正量が大きくされる。したがって、これら他の気筒の対向気筒に対する補正量を、異常気筒とその対向気筒との指標値の差分の絶対値が大きいほど大きくすることによって、適切な補正量を設定することができる。
本発明によれば、タイミングロータの製品ばらつきに起因する検出誤りを抑制して検出精度を改善できるという、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実施形態における補正量マップの設定例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。 ＃１気筒のみ空燃比が大きくリーン側にずれている場合の各気筒のクランク角速度を示すグラフである。 図６の状態から空燃比フィードバック制御が行われた状態の各気筒のクランク角速度を示すグラフである。 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。 図７の状態において算出された対向気筒間のクランク角速度の差分値を示すグラフである。 図９の状態から補正を実行した状態の対向気筒間のクランク角速度の差分値を示すグラフである。 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手順を示すフローチャートである。 第２実施形態において算出された対向気筒間のクランク角速度の差分値を示すグラフである。
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、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。
ＥＣＵ１００のＲＯＭには、後述する補正処理に用いる補正量を決定するための補正量マップが格納されている。この補正量マップは、図３に示されるように、後述する指標値としてのクランク角速度ωが全気筒のうちで標準値ωＮから最も離れている気筒における指標値の差分Δωの絶対値│Δω│と、指標値の差分Δωを補正するための補正量ＣＡと、を関連付けて記憶させたものである。そして、この補正量ＣＡは、全気筒のうちで指標値（クランク角速度ω）が標準値ωＮから最も離れている気筒における差分Δωの絶対値│Δω│が大きいほど、大きくされている。
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４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（クランク角速度ω）が低下する。このことを利用して、クランク角速度ω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、クランク角速度ωと相関する他のパラメータ（例えば、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、クランク角速度ω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、クランク角速度ω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５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までの時間を、＃１気筒の回転時間Ｔ’［ｓ］として検出する。そして、この回転時間Ｔ’の逆数であるクランク角速度ω１［ｒａｄ／ｓ］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気筒のクランク角速度ω１，ω４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。そして全気筒のクランク角速度を検出するのに、互いに９０°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。
ここで、例えば図６に示されるように、＃１気筒〜＃６気筒のうち＃１気筒の空燃比だけが、例えば空燃比−３０％と、標準値ωＮ（本実施形態ではストイキ相当）から大きくリーン側にずれている場合、この状態において上述した空燃比フィードバック制御が行われると、この空燃比フィードバックが上述のとおりバンク毎に行われ、同一バンクに属する各気筒（この場合には右バンクＢＲに属する＃１、＃３、＃５気筒）に対し同一の制御量が一律に適用されて燃料噴射量が増量される結果、図７に示されるように、＃１気筒が−２０％のリーン、＃３、＃５気筒がそれぞれ＋１０％のリッチにされる。
このような状態において実行される気筒間空燃比ばらつき異常検出処理について、以下に詳細に説明する。図８において、まずＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２２の検出信号に基づいて、上述のとおりタイミングロータＴＲの同一の突起３０を用いた回転変動の指標値としてのクランク角速度ω１〜ω６を算出する（Ｓ１０）。このクランク角速度ω１〜ω６は、例えば連続した数十回の測定値の平均値によって算出するのが好適である。
次にＥＣＵ１００は、各気筒＃１〜＃６につき、それぞれのクランク角速度から対向気筒のクランク角速度を減じた差分値Δω１〜Δω６を算出する（Ｓ２０）。ここで算出される差分値は、本発明にいう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である。ステップＳ２０で行われる演算は、Δω１＝ω１−ω４、Δω２＝ω２−ω５、Δω３＝ω３−ω６、Δω４＝ω４−ω１、Δω５＝ω５−ω２、Δω６＝ω６−ω３である。これらの演算によって算出された差分値Δω１〜６の例は図９に示されるとおりであり、対向気筒をなす＃１と＃４気筒、＃３と＃６気筒、及び＃５と＃２気筒は、それぞれ０を挟んだ対称な値となる。
そしてＥＣＵ１００は、算出された差分値Δω１〜Δω６のうちの最低値を、予め定められた補正基準値ＣＴと比較し、補正基準値ＣＴ未満であるかを判断する（Ｓ３０）。この例では図９に示されるように、差分値Δω１が最低値であるため、これが補正基準値ＣＴと比較され、且つ補正基準値ＣＴ未満であるためステップＳ３０で肯定される。
最低値が補正基準値ＣＴ未満である場合には、次に最低値の気筒と同一のバンクに属する他の気筒の対向気筒につき、差分値Δωを補正する（Ｓ４０）。この例では、差分値Δω１の気筒（＃１気筒）と同一のバンクに属する他の気筒（＃３、＃５気筒）の対向気筒（＃６、＃２気筒）につき、差分値Δω６，Δω２が補正される。この補正は、図３の補正量マップに従った補正量ＣＡの算出と、差分値Δω６，Δω２に対する補正量ＣＡの加算とによって行われる。この補正量ＣＡは上述のとおり、全気筒のうちで指標値ωが標準値ωＮから最も離れている気筒（この例では＃１気筒）における差分Δω１の絶対値が大きいほど、大きくされる（図３）。この例では当該補正の結果、図１０に示されるように、差分値Δω６，Δω２が燃焼改善方向（０に近づく側ないしストイキ側）に補正されることになる。なお、空燃比フィードバック補正、気筒間空燃比ばらつき異常検出および補正の各処理を、クランク角速度ωでなく回転時間Ｔを用いて行うことも可能であり、その場合には、図６，７，９，１０のグラフは概ね上下反転した形状となる。
このようにして差分値Δωが補正された状態で、次にＥＣＵ１００は、気筒間空燃比インバランスを判定する（Ｓ５０）。この判定は、差分値Δωが、予め定められた異常判定基準値ＩＴ未満であるかによって行われる。この異常判定基準値ＩＴは、上述した補正基準値ＣＴと同一でも異なっていてもよい。
ステップＳ５０で異常と判定されると、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８のばらつき異常検出制御は終了される。
なお、第１実施形態では、補正の対象となる気筒、すなわち最低値の気筒（以下適宜ワースト気筒という）と同一のバンクに属する他の気筒の対向気筒は、それぞれ以下のとおりとなる。
ワースト気筒：＃１ 同バンクの他気筒：＃３，＃５ 補正気筒：＃６，＃２
ワースト気筒：＃２ 同バンクの他気筒：＃４，＃６ 補正気筒：＃１，＃３
ワースト気筒：＃３ 同バンクの他気筒：＃５，＃１ 補正気筒：＃２，＃４
ワースト気筒：＃４ 同バンクの他気筒：＃６，＃２ 補正気筒：＃３，＃５
ワースト気筒：＃５ 同バンクの他気筒：＃１，＃３ 補正気筒：＃４，＃６
ワースト気筒：＃６ 同バンクの他気筒：＃２，＃４ 補正気筒：＃５，＃１
以上のとおり、第１実施形態では、ＥＣＵ１００が、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ω［ｒａｄ／ｓ］に相関する指標値の差分Δωに基づいて、気筒間の空燃比インバランスを判定する。ここで第１実施形態では、この少なくとも一組の対向気筒のクランク角が互いに３６０°異なるため、当該判定がタイミングロータＴＲの同一の突起３０の検出に基づいて実行されることになる。したがって、タイミングロータＴＲの製品ばらつきに起因する検出誤りを抑制することができる。
また、燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック処理を、バンクすなわち気筒群ごとに行うと、全気筒のうちで指標値（クランク角速度ω）が標準値ωＮから最も（例えばクランク角速度低下側すなわちリーン側に）離れている気筒（異常気筒）だけでなく、これと同一のバンクに属する他の気筒についても、フィードバック処理によって燃料噴射量が（例えばリッチ側に）変更されることになる。ところが、この燃料噴射量の変更に起因して当該他の気筒でトルク変動（例えば増大）が生じるため、インバランス判定において指標値（クランク角速度ω）の対向気筒間の差分Δωを算出した場合に、当該他の気筒の対向気筒につき、空燃比とりわけ燃料噴射系に異常がないにもかかわらず異常と誤判定されてしまうおそれがある。ここで第１実施形態では、空燃比インバランスを判定する前に、全気筒のうちで指標値であるクランク角速度ωが標準値ωＮから最も離れている気筒と同一のバンクに属する他の気筒の対向気筒につき、指標値を燃焼改善方向（例えばクランク角速度上昇側）に補正するので、フィードバック処理による燃料噴射量の変更に起因するインバランス判定手段の誤判定を抑制することができる。
また、第１実施形態では、好ましくは、前記補正に係る補正量は、全気筒のうちで指標値（クランク角速度ω）が標準値ωＮから最も離れている気筒における指標値（クランク角速度ω）に応じて変更される。したがって、空燃比ばらつきの程度に応じた適切な補正値を設定することができる。
また第１実施形態では、前記補正に係る補正量ＣＡは、全気筒のうちで前記指標値（クランク角速度ω）が標準値ωＮから最も離れている気筒における前記差分Δωの絶対値│Δω│が大きいほど、大きくされる。一般に、異常気筒とその対向気筒との指標値の差分Δωの絶対値│Δω│が大きいほど、異常気筒と同一のバンクに属する他の気筒に対する空燃比フィードバック補正量が大きくされる。したがって、これら他の気筒の対向気筒に対する補正量ＣＡを、異常気筒とその対向気筒との指標値の差分の絶対値│Δω│が大きいほど大きくすることによって、適切な補正量を設定することができる。
なお、第１実施形態では、差分Δωの絶対値│Δω│に基づいて補正量マップ（図３）を使って算出した補正量ＣＡを、差分値Δωに加算する構成としたが、このような構成に代えて、予め作成された補正率マップを使用し、差分Δωの絶対値│Δω│に基づいて補正率を求め、この補正率を差分値Δωに乗算する構成としてもよい。この場合には、補正率は、差分Δωの絶対値│Δω│が大きいほど、小さくされる（すなわち、絶対値│Δω│を横軸とし補正率を縦軸とするグラフでは、補正率は０に徐々に近づくような「右下がり」とする）のが好適である。
また、第１実施形態では２バンク６気筒のエンジン１を例として説明したが、本発明は２バンク８気筒のエンジンについても同様に適用することができる。例えばエンジンが前方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，＃７気筒が設けられ、左バンクＢＬには偶数番気筒すなわち＃２，＃４，＃６，＃８気筒が設けられている場合に、補正対象の気筒は以下のとおりとなる。点火順序は＃１，＃８，＃７，＃３，＃６，＃５，＃４，＃２であり、＃１と＃６、＃８と＃５、＃７と＃４、及び＃３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。
ワースト気筒：＃1 同バンクの他気筒：＃3，＃5，＃7 補正気筒：＃2，＃8，＃4
ワースト気筒：＃2 同バンクの他気筒：＃4，＃6，＃8 補正気筒：＃7，＃1，＃5
ワースト気筒：＃3 同バンクの他気筒：＃1，＃5，＃7 補正気筒：＃6，＃8，＃4
ワースト気筒：＃4 同バンクの他気筒：＃2，＃6，＃8 補正気筒：＃3，＃1，＃5
ワースト気筒：＃5 同バンクの他気筒：＃1，＃3，＃7 補正気筒：＃6，＃2，＃4
ワースト気筒：＃6 同バンクの他気筒：＃2，＃4，＃8 補正気筒：＃3，＃7，＃5
ワースト気筒：＃7 同バンクの他気筒：＃1，＃3，＃5 補正気筒：＃6，＃2，＃8
ワースト気筒：＃8 同バンクの他気筒：＃2，＃4，＃6 補正気筒：＃3，＃7，＃1
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、例えば＃３気筒について処理する場合に、＃２，＃４気筒についても同時に補正処理する必要があったが、以下に説明する第２実施形態は、この処理を簡易化することを目的としたものである。
第２実施形態において実行される気筒間空燃比ばらつき異常検出処理について、以下に詳細に説明する。図１１において、まずＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２２の検出信号に基づいて、上述のとおりタイミングロータＴＲの同一の突起３０を用いた回転変動の指標値としてのクランク角速度ω１〜ω６を算出する（Ｓ１１０）。次にＥＣＵ１００は、各気筒＃１〜＃６につき、それぞれのクランク角速度から対向気筒のクランク角速度を減じた差分値Δω１〜Δω６を算出する（Ｓ１２０）。ここまでの処理は上述した第１実施形態の処理（図８）におけるステップＳ１０，Ｓ２０の処理と同様である。いま、このようにして算出された差分値Δω１〜６が、例えば図１２に示されるとおりであるとする。
次にＥＣＵ１１０は、注目気筒を示す気筒カウンタｎを１に初期化し（Ｓ１３０）、次に、＃ｎ気筒の差分値Δωが補正基準値ＣＴ２未満かを判断する（Ｓ１４０）。図１２の例では、＃１気筒の差分値Δω１は補正基準値ＣＴ２以上であるため否定され、ステップＳ１５０〜Ｓ１８０がスキップされる。そして全気筒についての処理が終了したかが判断され（Ｓ１９０）、ここでは否定される結果、気筒カウンタｎがインクリメントされて（Ｓ２００）、次の点火気筒である＃２気筒につき、差分値Δω２が補正基準値ＣＴ２未満かが判断される（Ｓ１４０）。
図１２の例では、注目気筒である＃２気筒の差分値Δω２は補正基準値ＣＴ２未満である。そこでＥＣＵ１００は、前点火気筒（ここでは＃１気筒）の差分値Δω１よりも、注目気筒である＃２気筒の差分値Δω２が所定値以上増加（良化）しているかを判断する（Ｓ１５０）。そして肯定の場合には、この＃２気筒の差分値Δω２を、燃焼改善方向に補正する（Ｓ１６０）。この補正量は上述した第１実施形態と同様に、補正量マップ（図３）の参照によって決定される。ステップＳ１５０で否定の場合には、ステップＳ１６０はスキップされ、＃２気筒についての差分値Δω２の補正は行われない。
次に、ＥＣＵ１００は、現在の注目気筒である＃２気筒の後点火気筒（ここでは＃３気筒）の差分値Δω３よりも、注目気筒である＃２気筒の差分値Δω２が所定値以上増加（良化）しているかを判断する（Ｓ１７０）。そして肯定の場合には、この＃２気筒の差分値Δω２を、燃焼改善方向に補正する（Ｓ１８０）。この補正量も上述した第１実施形態と同様に、補正量マップ（図３）の参照によって決定される。ステップＳ１７０で否定の場合には、ステップＳ１８０はスキップされ、＃２気筒についての差分値Δω２の補正は行われない。
次に、ステップＳ１９０での否定及びＳ２００での注目気筒変更を経て、ワースト気筒である＃３気筒を注目気筒として、ステップＳ１４０〜Ｓ１８０の処理が行われる。この場合には、＃３気筒の差分値Δω３は補正基準値ＣＴ２未満であるものの（Ｓ１４０）、その差分値Δω３は前点火気筒（＃２）の差分値Δω２よりも増加（良化）しておらず（Ｓ１５０）、かつ後点火気筒（＃４）の差分値Δω４よりも増加（良化）していない（Ｓ１５０）ため、ステップＳ１６０及びＳ１８０はいずれもスキップされ、＃３気筒についての補正は実行されない。
以上の処理は、全気筒についての処理が終了するまで（Ｓ１９０）、気筒カウンタｎのインクリメントによって注目気筒を変えながら順次実行され（Ｓ２００）、全気筒について差分値Δωの補正が必要に応じて行われることになる。
以上の処理の結果、第２実施形態では、注目気筒が差分値Δωの補正を要する気筒、すなわちワースト気筒と同一のバンクに属する他の気筒の対向気筒である場合には、当該注目気筒のみについての補正処理が行われ、注目気筒がワースト気筒である場合など補正を要しない場合には、補正処理がスキップされる。
このように、第２実施形態では、注目気筒の差分値Δωが、当該注目気筒と同一のバンクに属する他の気筒の対向気筒のいずれかについての差分値Δωよりも所定値以上増加（良化）している場合に、当該注目気筒の差分値Δωを燃焼改善方向に補正することとした。したがって第２実施形態では、ワースト気筒について補正を回避しながら、注目気筒についての差分値Δωの補正を要するか否かを、他の気筒についての補正の要否の判断とは無関係に実行できるので、差分値Δωの補正を要する気筒、すなわちワースト気筒と同一のバンクに属する他の気筒の対向気筒についての補正処理を、他の気筒についての補正処理から独立して実行でき、処理を簡易化することができる。
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、全ての対向気筒の組について検出された指標値（クランク角速度ω）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、検出対象となる気筒は少なくとも一組の対向気筒であれば、その限りにおいて本発明による効果を得ることができる。
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 (3)

  1. 共通のクランクシャフトに接続された複数の気筒を有し且つ当該複数の気筒によって複数のバンクが構成される多気筒内燃機関において、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インバランス判定手段と、
    空燃比が所定の目標空燃比に一致するように、前記バンクごとに燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック処理を行う空燃比フィードバック処理手段と、
    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、
    前記空燃比インバランスを判定する前に、全気筒のうちで前記指標値が標準値から最も離れている気筒と同一のバンクに属する他の気筒の対向気筒につき、前記指標値の差分を燃焼改善方向に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、
    前記補正に係る補正量は、全気筒のうちで前記指標値が標準値から最も離れている気筒における当該指標値に応じて変更され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、
    前記補正に係る補正量は、全気筒のうちで前記指標値が標準値から最も離れている気筒における前記差分の絶対値が大きいほど、大きくされ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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