JP5999008B2 - Inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detector for multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、多気筒内燃機関の気筒間空燃比のインバランス(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。   The present invention relates to an apparatus for detecting an imbalance (abnormal variation) in an air-fuel ratio between cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine. In particular, the multi-cylinder internal combustion engine has a relatively large variation in air-fuel ratio between cylinders. The present invention relates to a detection device.

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、排出ガス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、すなわち空燃比をコントロールしている。空燃比は、内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサ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に、フィードバック制御される。   In general, in an internal combustion engine equipped with an exhaust gas purification system using a catalyst, in order to purify the harmful components in the exhaust gas with a catalyst with high efficiency, the mixture ratio of the air-fuel mixture burned in the internal combustion engine, that is, the empty The fuel ratio is controlled. The air-fuel ratio is feedback controlled so that the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor provided in the exhaust passage of the internal combustion engine matches the predetermined target air-fuel ratio.

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。このばらつきの程度が小さい場合には、これを空燃比フィードバック制御で吸収可能であり、また触媒でも排出ガス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、問題とならない。   On the other hand, in a multi-cylinder internal combustion engine, since air-fuel ratio control is normally performed using the same control amount for all cylinders, even if air-fuel ratio control is executed, the actual air-fuel ratio may vary between cylinders. When the degree of variation is small, this can be absorbed by air-fuel ratio feedback control, and the exhaust gas harmful components can be purified by the catalyst, so that the exhaust emission is not affected and there is no problem.

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、気筒間空燃比インバランスを車載状態(オンボード)で検出することが要請されており、近年ではこれを法規制化する動きもある。   However, for example, if the fuel injection system of some cylinders breaks down and the air-fuel ratio between the cylinders varies greatly, exhaust emission deteriorates, causing a problem. It is desirable to detect such a large variation in the air-fuel ratio that deteriorates the exhaust emission as an abnormality. In particular, in the case of an internal combustion engine for automobiles, in order to prevent the traveling of a vehicle with deteriorated exhaust emissions, it is required to detect the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance in an on-board state (in-board). There is also a movement to regulate the law.

そこで、例えば特許文献1に記載の装置では、排気集合部よりも下流側であって触媒の上流側の排気通路に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力に基づいて、各気筒の空燃比を個別に推定している。   Therefore, for example, in the apparatus described in Patent Document 1, an air-fuel ratio sensor is provided in an exhaust passage downstream of the exhaust collecting portion and upstream of the catalyst, and based on the output of the air-fuel ratio sensor, each cylinder is emptied. The fuel ratio is estimated individually.

また、特許文献2に記載の装置では、ターボチャージャおよびウェイストゲートバルブを備えた排気系において、空燃比の検出を精度よく行うために、空燃比インバランスを検出する場合にウェイストゲートバルブを開弁させ、バイパス通路から吐出された排気ガスを直接空燃比センサに当てている。   In the apparatus described in Patent Document 2, in order to accurately detect the air-fuel ratio in the exhaust system including the turbocharger and the waste gate valve, the waste gate valve is opened when detecting the air-fuel ratio imbalance. The exhaust gas discharged from the bypass passage is directly applied to the air-fuel ratio sensor.

特開平11−009038号公報JP-A-11-009038 特開2012−180793号公報JP 2012-180793 A

しかしながら、特許文献1のようなシステムを、ターボチャージャ、当該ターボチャージャのタービンをバイパスするバイパス通路、およびバイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブを備えた排気系に適用するために、排気タービンの下流側に空燃比センサを設けた場合、排気タービンによる排出ガスの攪拌の影響によって、各気筒の空燃比の検出の精度が悪化するおそれがある。   However, in order to apply a system such as Patent Document 1 to an exhaust system including a turbocharger, a bypass passage that bypasses the turbine of the turbocharger, and a wastegate valve that opens and closes the bypass passage, the downstream side of the exhaust turbine In the case where the air-fuel ratio sensor is provided, the accuracy of detection of the air-fuel ratio of each cylinder may deteriorate due to the influence of the exhaust gas agitation by the exhaust turbine.

また、特許文献2の構成によれば、バイパス通路から吐出された排気ガスを直接空燃比センサに当てているため、空燃比の検出精度がある程度改善されることが期待できる。しかしながら、排気ガスの流量は必ずしも一定でないため、流量によって排気ガスの空燃比センサへの当たり具合が変化するおそれがあり、これを更に改善することが望ましい。   Further, according to the configuration of Patent Document 2, since the exhaust gas discharged from the bypass passage is directly applied to the air-fuel ratio sensor, it can be expected that the detection accuracy of the air-fuel ratio is improved to some extent. However, since the flow rate of the exhaust gas is not always constant, there is a risk that the exhaust gas hits the air-fuel ratio sensor depending on the flow rate, and it is desirable to further improve this.

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、排気流量の変化に伴う排気ガスの空燃比センサへの当たり具合の変化を抑制して、検出精度を更に向上し、誤検出を抑制し得る多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス検出装置を提供することにある。   Accordingly, the present invention was created in view of the above circumstances, and its purpose is to further suppress detection errors by suppressing changes in the degree of exhaust gas hitting the air-fuel ratio sensor accompanying changes in the exhaust flow rate, and to detect errors. An object of the present invention is to provide an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection device for a multi-cylinder internal combustion engine that can suppress the above-described problem.

本発明の一の態様は、
多気筒内燃機関に関連して設置された過給機と、
前記過給機のタービンをバイパスするように前記多気筒内燃機関の排気通路の設けられたバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
前記排気通路における前記タービンの下流側と前記バイパス通路の下流側との合流点よりも下流側の部分に設置された空燃比センサと、
前記ウェイストゲートバルブを制御するウェイストゲートバルブ制御手段と、
前記空燃比センサの出力の変動度合い又はこれに相関するパラメータの値を所定のしきい値と比較して気筒間空燃比インバランス判定を実行する判定手段と、
を備えた多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス検出装置において、
前記ウェイストゲートバルブ制御手段は、前記気筒間空燃比インバランス判定を実行するときには、前記ウェイストゲートバルブを開弁させると共に、前記ウェイストゲートバルブの開度を排気流量に基づいて制御することを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス検出装置である。
One aspect of the present invention is:
A turbocharger installed in connection with a multi-cylinder internal combustion engine;
A bypass passage provided with an exhaust passage of the multi-cylinder internal combustion engine so as to bypass the turbine of the supercharger;
A waste gate valve for opening and closing the bypass passage;
An air-fuel ratio sensor installed in a portion on the downstream side of the confluence of the downstream side of the turbine and the downstream side of the bypass passage in the exhaust passage;
Waste gate valve control means for controlling the waste gate valve;
Determination means for comparing the degree of fluctuation of the output of the air-fuel ratio sensor or the value of a parameter correlated therewith with a predetermined threshold value to execute an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination;
In the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection device of a multi-cylinder internal combustion engine equipped with
The waste gate valve control means opens the waste gate valve and controls the opening degree of the waste gate valve based on an exhaust flow rate when performing the air-fuel ratio imbalance determination between the cylinders. An inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection device for a multi-cylinder internal combustion engine.

この態様では、ウェイストゲートバルブ制御手段は、気筒間空燃比インバランス判定を実行するときに、ウェイストゲートバルブを開弁させると共に、ウェイストゲートバルブの開度を排気流量に基づいて制御する。このため、排気流量に応じて、排気ガスの空燃比センサへの当たり具合が検出に適した状態になるようにウェイストゲートバルブの開度を設定することが可能になる。したがって、排気流量の変化に伴う排気ガスの空燃比センサへの当たり具合の変化を抑制して、検出精度を更に向上し、誤検出を抑制することが可能になる。   In this aspect, the waste gate valve control means opens the waste gate valve and controls the opening degree of the waste gate valve based on the exhaust gas flow rate when the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination is executed. For this reason, according to the exhaust gas flow rate, it is possible to set the opening degree of the waste gate valve so that the contact state of the exhaust gas with the air-fuel ratio sensor is suitable for detection. Therefore, it is possible to further suppress the detection accuracy by suppressing the change in the degree of exhaust gas hitting the air-fuel ratio sensor accompanying the change in the exhaust flow rate, thereby further improving the detection accuracy.

好ましくは、前記ウェイストゲートバルブ制御手段は、前記ウェイストゲートバルブを通過した排気ガスの主流の位置と前記空燃比センサの位置とが、空燃比の検出に適した所定範囲内で常に一致するように、前記ウェイストゲートバルブの開度を制御する。   Preferably, the waste gate valve control means ensures that the position of the main flow of exhaust gas that has passed through the waste gate valve and the position of the air-fuel ratio sensor always coincide with each other within a predetermined range suitable for detecting the air-fuel ratio. The opening degree of the waste gate valve is controlled.

さらに好ましくは、前記ウェイストゲートバルブ制御手段は、前記ウェイストゲートバルブを通過した排気の主流が前記空燃比センサに当たるように、前記ウェイストゲートバルブの開度を制御する。これらの態様によれば、排気流量の変化に伴う排気ガスの空燃比センサへの当たり具合の変化を抑制して、検出精度を向上することができる。   More preferably, the waste gate valve control means controls the opening degree of the waste gate valve so that the main flow of the exhaust gas that has passed through the waste gate valve hits the air-fuel ratio sensor. According to these aspects, it is possible to improve detection accuracy by suppressing a change in the degree of exhaust gas hitting the air-fuel ratio sensor accompanying a change in the exhaust flow rate.

本発明の別の態様は、上記各態様において、
前記気筒間空燃比インバランス判定を実行する際に、通常制御時よりも低機関回転数かつ高負荷となるように前記多気筒内燃機関およびこれに接続された自動変速機を制御する低回転高負荷制御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インバランス検出装置である。
In another aspect of the present invention, in each of the above aspects,
When the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination is executed, the low-rotation height for controlling the multi-cylinder internal combustion engine and the automatic transmission connected to the multi-cylinder internal combustion engine so that the engine speed is higher and the load is higher than during normal control. An inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine, further comprising load control means.

一般に気筒間空燃比インバランス判定は、「低機関回転数かつ高負荷」であるほど、ノイズ成分が相対的に減少し分解能が高まるため、精度よく実行できる。したがって、この態様によれば、インバランス判定を実行する際に、通常制御時よりも低機関回転数かつ高負荷となるように多気筒内燃機関および自動変速機が制御されるので、インバランス判定を精度よく実行することができる。   In general, the determination of the air-fuel ratio imbalance between cylinders can be performed with high accuracy because the noise component is relatively reduced and the resolution is increased as the engine speed is lower and the load is higher. Therefore, according to this aspect, when the imbalance determination is performed, the multi-cylinder internal combustion engine and the automatic transmission are controlled so that the engine speed and the load are lower than those during normal control. Can be executed with high accuracy.

本発明によれば、排気流量の変化に伴う排気ガスの空燃比センサへの当たり具合の変化を抑制して、検出精度を更に向上し、誤検出を抑制することができるという、優れた効果が発揮される。   According to the present invention, there is an excellent effect that it is possible to further suppress detection errors by suppressing a change in the degree of exhaust gas hitting the air-fuel ratio sensor accompanying a change in the exhaust gas flow rate, further improving detection accuracy. Demonstrated.

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。1 is a schematic view of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. タービン、ウェイストゲートバルブ及び触媒前センサの近傍の排気通路を示す要部拡大図である。It is a principal part enlarged view which shows the exhaust passage of the vicinity of a turbine, a waste gate valve, and a pre-catalyst sensor. WGV開度マップの設定例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a setting of a WGV opening degree map. 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。It is a graph which shows the output characteristic of a pre-catalyst sensor and a post-catalyst sensor. 気筒間空燃比ばらつきが生じていない場合(線図a)および生じている場合(線図b)の空燃比センサ出力の変動を示すグラフである。It is a graph which shows the fluctuation | variation of the air-fuel ratio sensor output when the air-fuel ratio variation between cylinders does not arise (line a) and when it occurs (diagram b). 図5のVI部に相当する拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view corresponding to a VI part in FIG. 5. 気筒間空燃比インバランス検出のためのルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the routine for the air-fuel ratio imbalance detection between cylinders.

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施形態に係る内燃機関の概略図である。図示されるように、内燃機関(エンジン)1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態の内燃機関1は、自動車に搭載された多気筒内燃機関であり、より具体的には直列4気筒の火花点火式内燃機関即ちガソリンエンジンである。但し本発明が適用可能な内燃機関はこのようなものに限られず、複数の気筒を有する内燃機関であれば気筒数、形式等は特に限定されない。内燃機関1の不図示の出力軸は、不図示のトルクコンバータ、自動変速機30および不図示のディファレンシャルギヤアセンブリに接続されており、駆動輪を駆動する。自動変速機30は有段であるが、無段であってもよい。   FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine according to the present embodiment. As shown in the figure, an internal combustion engine (engine) 1 is powered by burning a mixture of fuel and air inside a combustion chamber 3 formed in a cylinder block 2 and reciprocating a piston in the combustion chamber 3. Is generated. The internal combustion engine 1 of the present embodiment is a multi-cylinder internal combustion engine mounted on an automobile, more specifically, an in-line 4-cylinder spark ignition internal combustion engine, that is, a gasoline engine. However, the internal combustion engine to which the present invention is applicable is not limited to this, and the number of cylinders, the type, and the like are not particularly limited as long as the internal combustion engine has a plurality of cylinders. An output shaft (not shown) of the internal combustion engine 1 is connected to a torque converter (not shown), an automatic transmission 30 and a differential gear assembly (not shown), and drives drive wheels. The automatic transmission 30 is stepped, but may be stepless.

図示しないが、内燃機関1のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが気筒ごとに配設されており、各吸気弁および各排気弁は、カムシャフト又はソレノイドアクチュエータによって開閉させられる。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室3内の混合気を点火するための点火プラグが気筒ごとに取り付けられている。   Although not shown, the cylinder head of the internal combustion engine 1 is provided with an intake valve that opens and closes an intake port and an exhaust valve that opens and closes an exhaust port for each cylinder. Opened and closed by a shaft or solenoid actuator. A spark plug for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is attached to the top of the cylinder head for each cylinder.

各気筒の吸気ポートは、気筒毎の枝管4を介して、吸気集合室であるサージタンク8に接続されている。サージタンク8の上流側には吸気管13が接続されており、吸気管13は過給機25のコンプレッサ25aの出口に連結されている。コンプレッサ25aの入口は、エアクリーナ9に連結されている。   The intake port of each cylinder is connected to a surge tank 8 which is an intake air collecting chamber via a branch pipe 4 for each cylinder. An intake pipe 13 is connected to the upstream side of the surge tank 8, and the intake pipe 13 is connected to the outlet of the compressor 25 a of the supercharger 25. The inlet of the compressor 25 a is connected to the air cleaner 9.

吸気管13には、吸入空気量(単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸気流量)を検出するためのエアフローメータ5と、電子制御式のスロットルバルブ10とが組み込まれている。吸気ポート、枝管4、サージタンク8および吸気管13により吸気通路が形成される。吸気管13の周りには、吸気管13内を流れる吸入空気を冷却するためのインタークーラ11が配置されている。インタークーラ11内に機関冷却水が導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。   The intake pipe 13 incorporates an air flow meter 5 for detecting the amount of intake air (the amount of intake air per unit time, that is, the intake flow rate), and an electronically controlled throttle valve 10. An intake passage is formed by the intake port, the branch pipe 4, the surge tank 8 and the intake pipe 13. Around the intake pipe 13, an intercooler 11 for cooling the intake air flowing through the intake pipe 13 is disposed. Engine cooling water is guided into the intercooler 11 and the intake air is cooled by the engine cooling water.

過給機25のコンプレッサ25aをバイパスするように、エアバイパス通路20、およびこれを開閉する電子制御式のエアバイパスバルブ(ABV)21が設置されている。このABV21は、スロットルバルブ10が急閉された場合に、スロットルバルブ10の上流側の圧力が一時的に急上昇するのを防止し、ひいては過給機25からのサージ音の発生を防止する。   An air bypass passage 20 and an electronically controlled air bypass valve (ABV) 21 that opens and closes the air bypass passage 20 are installed so as to bypass the compressor 25a of the supercharger 25. The ABV 21 prevents the pressure on the upstream side of the throttle valve 10 from rising suddenly when the throttle valve 10 is suddenly closed, thereby preventing the generation of surge noise from the supercharger 25.

吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)12が、気筒ごとに配設される。インジェクタ12から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁の開弁時に燃焼室3に吸入され、ピストンで圧縮され、点火プラグ7で点火燃焼させられる。   An injector (fuel injection valve) 12 that injects fuel into the intake passage, particularly into the intake port, is provided for each cylinder. The fuel injected from the injector 12 is mixed with intake air to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber 3 when the intake valve is opened, compressed by the piston, and ignited and burned by the spark plug 7.

一方、各気筒の排気ポートは、排気マニフォールド14に接続される。排気マニフォールド14は、その上流部をなす気筒毎の枝管と、その下流部をなす排気集合部とからなる。排気集合部の下流側は、過給機25の排気タービン25bの入口に連結されている。排気タービン25bの出口は、排気管6に接続されている。排気ポート、排気マニフォールド14および排気管6により排気通路が形成される。   On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to the exhaust manifold 14. The exhaust manifold 14 includes a branch pipe for each cylinder that forms the upstream portion thereof, and an exhaust collecting portion that forms the downstream portion thereof. The downstream side of the exhaust collecting portion is connected to the inlet of the exhaust turbine 25 b of the supercharger 25. The outlet of the exhaust turbine 25 b is connected to the exhaust pipe 6. An exhaust passage is formed by the exhaust port, the exhaust manifold 14 and the exhaust pipe 6.

排気管6には、過給機25の排気タービン25bをバイパスするように、バイパス通路26、およびこれを開閉する電子制御式のウェイストゲートバルブ(WGV)27が設置されている。WGV27は、モータおよび歯車機構によって弁体を駆動するように構成されている。この歯車機構は、例えばウォームギヤおよびヘリカルギヤを含んで構成されており、このヘリカルギヤの回転位置を検出することで弁体の開度を検出するためのWGV開度センサ28が設けられている。なおWGV27は、過給圧又は吸気管圧力によって制御されるダイヤフラム式のものであってもよい。   The exhaust pipe 6 is provided with a bypass passage 26 and an electronically controlled waste gate valve (WGV) 27 that opens and closes the bypass passage 26 so as to bypass the exhaust turbine 25 b of the supercharger 25. The WGV 27 is configured to drive the valve body by a motor and a gear mechanism. The gear mechanism includes, for example, a worm gear and a helical gear, and a WGV opening sensor 28 is provided for detecting the opening of the valve body by detecting the rotational position of the helical gear. The WGV 27 may be a diaphragm type controlled by a supercharging pressure or an intake pipe pressure.

排気管6には、それぞれ三元触媒からなる触媒、すなわち上流触媒11と下流触媒19が直列に取り付けられている。これら上流触媒11および下流触媒19は、例えばアルミナに、白金(Pt)、パラジウム(Ph)あるいはロジウム(Rd)などの貴金属を担持させたものであり、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)および窒素酸化物(NOx)等をまとめて触媒反応により浄化できる。   A catalyst composed of a three-way catalyst, that is, an upstream catalyst 11 and a downstream catalyst 19 are attached to the exhaust pipe 6 in series. The upstream catalyst 11 and the downstream catalyst 19 are, for example, those in which a noble metal such as platinum (Pt), palladium (Ph), or rhodium (Rd) is supported on alumina, and carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) ) And nitrogen oxides (NOx) can be purified by catalytic reaction.

上流触媒11の上流側および下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比を検出するための触媒前センサ17および触媒後センサ18が設置されている。これら触媒前センサ17および触媒後センサ18は、上流触媒11の直前および直後の位置に設置され、排出ガス中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。触媒前センサ17が本発明にいう空燃比センサに該当し、排気通路における排気タービン25bの下流側とバイパス通路26の下流側との合流点よりも下流側の排気管6に設置される。   A pre-catalyst sensor 17 and a post-catalyst sensor 18 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas are installed on the upstream side and the downstream side of the upstream catalyst 11, respectively. The pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 are installed at positions immediately before and immediately after the upstream catalyst 11, and detect the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust gas. The pre-catalyst sensor 17 corresponds to an air-fuel ratio sensor according to the present invention, and is installed in the exhaust pipe 6 on the downstream side of the junction point between the downstream side of the exhaust turbine 25b and the downstream side of the bypass passage 26 in the exhaust passage.

図2に示されるように、バイパス通路26と、排気タービン25bを経由する排気通路とは、排気タービン25bよりも下流の合流地点において合流する。WGV27はバイパス通路26を、合流地点において開閉する。WGV27の開度は、クランク角センサ16や不図示の過給圧センサの検出値などに基づく運転状況に応じて決定される。例えば、エンジン1の始動時やアイドリング時には、WGV27を開くようにして触媒11の床温を維持する一方、加速時などの、大きな過給圧が必要な場合には、WGV27を閉じるようにする。   As shown in FIG. 2, the bypass passage 26 and the exhaust passage that passes through the exhaust turbine 25 b merge at a junction point downstream of the exhaust turbine 25 b. The WGV 27 opens and closes the bypass passage 26 at the junction. The opening degree of the WGV 27 is determined in accordance with an operating condition based on a detection value of a crank angle sensor 16 or a supercharging pressure sensor (not shown). For example, when the engine 1 is started or idling, the WGV 27 is opened to maintain the bed temperature of the catalyst 11, while the WGV 27 is closed when a large supercharging pressure is required, such as during acceleration.

本実施形態では、WGV27は、支点を中心に、0度(全閉)から90度(全開)の間で回動することで、排気タービン25bを通過する排気ガス流量を制御すると共に、バイパス通路26から吐出される吐出方向を制御する。特に、排気タービン25bを通過する排気ガス流量は0度から45度以下の間で調整され、WGV27の開度が45度以上のときは、開度に拠らず、排気ガスはバイパス通路26と排気タービン25bとにそれぞれ一定の流量が流れるようになっている。すなわち、WGV27の開度が所定以上のときには、WGV27の開度に拠らず、排気タービン25bの回転速度は一定となる。   In the present embodiment, the WGV 27 rotates between 0 degrees (fully closed) and 90 degrees (fully opened) around the fulcrum, thereby controlling the flow rate of the exhaust gas passing through the exhaust turbine 25b and the bypass passage. The discharge direction discharged from the nozzle 26 is controlled. In particular, the flow rate of the exhaust gas passing through the exhaust turbine 25b is adjusted between 0 degree and 45 degrees or less, and when the opening degree of the WGV 27 is 45 degrees or more, the exhaust gas is separated from the bypass passage 26 regardless of the opening degree. A constant flow rate flows through each of the exhaust turbines 25b. That is, when the opening degree of the WGV 27 is equal to or greater than a predetermined value, the rotational speed of the exhaust turbine 25b is constant regardless of the opening degree of the WGV 27.

上述した触媒前センサ17は、バイパス通路26の吐出口よりも下流であって、バイパス通路26の延長方向に備えられている。触媒前センサ17は、排気管6におけるWGV27の支点が設けられた側の管壁から、排気通路内に突出するように設けられている。   The pre-catalyst sensor 17 described above is provided downstream of the discharge port of the bypass passage 26 and in the extending direction of the bypass passage 26. The pre-catalyst sensor 17 is provided so as to protrude into the exhaust passage from the pipe wall of the exhaust pipe 6 on the side where the fulcrum of the WGV 27 is provided.

ところで、バイパス通路26の少なくとも出口近傍における軸線26aは、排気管6の軸線6aとは平行でなく、且つ、排気管6の軸線6aよりも触媒前センサ17の基部に近い方向に偏向している。他方、バイパス通路26から出た排気ガスは、排気流量が大きいほど、直進する傾向が強くなる。その結果、WGV27の開度が同じ場合であっても、排気ガスの主流の経路は、排気流量に応じて変化することになる。   By the way, the axis 26a at least in the vicinity of the outlet of the bypass passage 26 is not parallel to the axis 6a of the exhaust pipe 6 and is deflected in a direction closer to the base of the pre-catalyst sensor 17 than the axis 6a of the exhaust pipe 6. . On the other hand, the exhaust gas exiting from the bypass passage 26 is more likely to go straight as the exhaust gas flow rate increases. As a result, even when the opening degree of the WGV 27 is the same, the main flow path of the exhaust gas changes according to the exhaust gas flow rate.

具体的には、WGV27が図2において実線で示された或る開度にある場合に、排気ガスの主流は、排気流量が比較的大きい場合には、矢印f1のように、排気管6の軸線6aよりも触媒前センサ17の基部に近い位置を通り、排気流量が比較的小さい場合には、矢印f2のように、矢印f1よりも排気管6の軸線6aに近い位置を通ることになる。   Specifically, when the WGV 27 is at a certain opening shown by the solid line in FIG. 2, the main flow of the exhaust gas is that of the exhaust pipe 6 as indicated by an arrow f1 when the exhaust flow rate is relatively large. When the exhaust flow rate is relatively small, passing through a position closer to the base of the pre-catalyst sensor 17 than the axis 6a, it passes through a position closer to the axis 6a of the exhaust pipe 6 than the arrow f1 as indicated by the arrow f2. .

このような排気流量に応じた主流位置の変化を、WGV27を利用して補償ないし抑制し、排気ガスの主流の触媒前センサ17への当たり具合(すなわち、主流と触媒前センサ17との相対位置)を、空燃比の検出に適した状態で所定範囲内で一定にするために、本実施形態では、気筒間空燃比インバランス判定を実行するときには、WGV27の開度を、排気流量に基づいて制御することとしている。   Such a change in the main flow position according to the exhaust gas flow rate is compensated or suppressed by using the WGV 27, and the exhaust gas main flow hits the pre-catalyst sensor 17 (that is, the relative position between the main flow and the pre-catalyst sensor 17). In this embodiment, when the determination of the air-fuel ratio imbalance between cylinders is performed, the opening degree of the WGV 27 is set based on the exhaust gas flow rate. Trying to control.

すなわち、本実施形態では、気筒間空燃比インバランス判定を実行する際に、排気流量が比較的小さい場合には、WGV27の開度を、図2において二点鎖線27aで示されるような比較的大きい開度に制御し、また排気流量が比較的大きい場合には、WGV27の開度を、図2において実線で示されるような比較的小さい開度に制御し、これによって、排気ガスの主流が常に矢印f1の位置を通るようにし、排気ガスの主流の触媒前センサ17への当たり具合を、空燃比の検出に適した状態で所定範囲内で一定にしている。すなわち、本実施形態では、WGV27を通過した排気ガスの主流の位置と触媒前センサ17の位置とが、空燃比の検出に適した所定範囲内で常に一致するように、WGV27の開度が制御されるものである。   That is, in the present embodiment, when the air-fuel ratio imbalance determination between cylinders is performed, if the exhaust gas flow rate is relatively small, the opening degree of the WGV 27 is relatively set as indicated by a two-dot chain line 27a in FIG. When the exhaust gas flow rate is relatively large, the opening of the WGV 27 is controlled to a relatively small opening as shown by the solid line in FIG. The position of the arrow f1 is always passed, and the degree of contact of the exhaust gas with the pre-catalyst sensor 17 is made constant within a predetermined range in a state suitable for detecting the air-fuel ratio. That is, in the present embodiment, the opening degree of the WGV 27 is controlled so that the position of the main flow of exhaust gas that has passed through the WGV 27 and the position of the pre-catalyst sensor 17 always coincide with each other within a predetermined range suitable for air-fuel ratio detection. It is what is done.

再び図1において、上述の点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12、ABV21およびWGV27等は、コントローラとしての電子制御ユニット(以下ECUと称す)22に電気的に接続されている。ECU22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。   Referring again to FIG. 1, the spark plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, the ABV 21 and the WGV 27, etc. are electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 22 as a controller. The ECU 22 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, and the like, all not shown.

またECU22には、図示されるように、前述のエアフローメータ5、触媒前センサ17、触媒後センサ18、WGV開度センサ28のほか、内燃機関1のクランク角を検出するクランク角センサ16、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ15、内燃機関1の冷却水の温度を検出する水温センサ23、吸気管13におけるインタークーラ11の下流側に配置され、スロットルバルブ10上流側の圧力(過給圧)を検出する過給圧センサ29、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。   In addition to the air flow meter 5, the pre-catalyst sensor 17, the post-catalyst sensor 18, and the WGV opening sensor 28, the ECU 22 includes a crank angle sensor 16 that detects the crank angle of the internal combustion engine 1, an accelerator, as shown in the figure. An accelerator opening sensor 15 for detecting the opening degree, a water temperature sensor 23 for detecting the temperature of the cooling water of the internal combustion engine 1, and arranged on the downstream side of the intercooler 11 in the intake pipe 13, the pressure on the upstream side of the throttle valve 10 (supercharging) A supercharging pressure sensor 29 for detecting the pressure) and other various sensors are electrically connected via an A / D converter or the like (not shown).

ECU22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、点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12および自動変速機30等を制御し、点火時期、スロットル開度、燃料噴射量、燃料噴射時期および変速比等を制御する。なおスロットル開度は通常、アクセル開度に応じた開度に制御される。ECU22はまた、ABV21およびWGV27を制御し、吸気および排出ガスを必要に応じてバイパスさせる。   The ECU 22 controls the ignition plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, the automatic transmission 30, etc. so as to obtain a desired output based on detection values of various sensors, etc., and the ignition timing, throttle opening, fuel Controls the injection amount, fuel injection timing, gear ratio, and the like. The throttle opening is usually controlled to an opening corresponding to the accelerator opening. The ECU 22 also controls the ABV 21 and the WGV 27 to bypass intake air and exhaust gas as necessary.

また、本実施形態では、排気流量に基づいてWGV27を制御するために、排気流量とWGV27の目標開度とを関連付けたWGV目標開度マップが予め作成され、ECU22のROMに格納されている。このWGV目標開度マップは、WGV27を通過した排気の主流が、常に触媒前センサ17に当たるように定められている。このWGV目標開度マップでは、例えば図3に示されるように、WGV27の開度は、排気流量が小さいほど、大きくなるように定められている。   Further, in the present embodiment, in order to control the WGV 27 based on the exhaust flow rate, a WGV target opening map that associates the exhaust flow rate with the target opening of the WGV 27 is created in advance and stored in the ROM of the ECU 22. This WGV target opening degree map is determined so that the main flow of the exhaust gas that has passed through the WGV 27 always hits the pre-catalyst sensor 17. In the WGV target opening degree map, for example, as shown in FIG. 3, the opening degree of the WGV 27 is determined to increase as the exhaust flow rate decreases.

触媒前センサ17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4に触媒前センサ17の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ17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=14.6)であるときの出力電圧はVreff(例えば約3.3V)である。   The pre-catalyst sensor 17 is a so-called wide-range air-fuel ratio sensor, and can continuously detect an air-fuel ratio over a relatively wide range. FIG. 4 shows the output characteristics of the pre-catalyst sensor 17. As shown in the figure, the pre-catalyst sensor 17 outputs a voltage signal Vf having a magnitude proportional to the detected exhaust air-fuel ratio (pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff). The output voltage when the exhaust air-fuel ratio is stoichiometric (theoretical air-fuel ratio, for example, A / F = 14.6) is Vreff (for example, about 3.3 V).

他方、触媒後センサ18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4に触媒後センサ18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18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。   On the other hand, the post-catalyst sensor 18 is a so-called O2 sensor, and has a characteristic that the output value changes suddenly with the stoichiometric boundary. FIG. 4 shows the output characteristics of the post-catalyst sensor 18. As shown in the figure, the output voltage when the exhaust air-fuel ratio (post-catalyst air-fuel ratio A / Fr) is stoichiometric, that is, the stoichiometric equivalent value is Vrefr (for example, 0.45 V). The output voltage of the post-catalyst sensor 18 changes within a predetermined range (for example, 0 to 1 (V)). When the exhaust air-fuel ratio is leaner than stoichiometric, the output voltage of the post-catalyst sensor becomes lower than the stoichiometric equivalent value Vrefr. When the exhaust air-fuel ratio is richer than stoichiometric, the output voltage of the post-catalyst sensor becomes higher than the stoichiometric equivalent value Vrefr.

上流触媒11および下流触媒19は、それぞれに流入する排出ガスの空燃比A/Fがストイキ近傍のときにNOx、HCおよびCOを同時に浄化するが、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。   The upstream catalyst 11 and the downstream catalyst 19 simultaneously purify NOx, HC, and CO when the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into each of them is close to the stoichiometry, but the air-fuel ratio that can simultaneously purify these three with high efficiency The width (window) is relatively narrow.

上流触媒11に流入する排出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ECU22により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ17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18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。   Air-fuel ratio control (stoichiometric control) is executed by the ECU 22 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst 11 is controlled in the vicinity of stoichiometric. This air-fuel ratio control is detected by a main air-fuel ratio control (main air-fuel ratio feedback control) that makes the exhaust air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 coincide with a stoichiometry that is a predetermined target air-fuel ratio, and detected by the post-catalyst sensor 18. The auxiliary air-fuel ratio control (auxiliary air-fuel ratio feedback control) is performed so that the exhaust air-fuel ratio thus made coincides with the stoichiometry.

さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒のインジェクタ12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、#3および#4気筒よりも燃料噴射量が多くなり、その空燃比が大きくリッチ側にずれる場合である。このときでも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、触媒前センサ17に供給される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、#2、#3および#4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インバランスを検出する装置が装備されている。   Now, for example, it is assumed that the injectors 12 of some cylinders out of all the cylinders have failed and air-fuel ratio variations (imbalance) occur between the cylinders. For example, the # 1 cylinder has a larger fuel injection amount than the other # 2, # 3, and # 4 cylinders, and its air-fuel ratio is greatly shifted to the rich side. Even at this time, if a relatively large correction amount is given by the above-described main air-fuel ratio feedback control, the air-fuel ratio of the total gas supplied to the pre-catalyst sensor 17 may sometimes be stoichiometrically controlled. However, looking at each cylinder, # 1 cylinder is richer than stoichiometric, and # 2, # 3 and # 4 cylinders are leaner than stoichiometric, and are only stoichiometric as a whole balance. Is clear. Therefore, in this embodiment, a device for detecting such an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance is provided.

図5に示すように、触媒前センサ17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。図5(B)部の空燃比線図aは気筒間空燃比ばらつきが発生していない場合、bは気筒間空燃比ばらつきが発生している場合をそれぞれ示す。なお、この図5は理解の容易のために模式的に示したものである。   As shown in FIG. 5, the exhaust air-fuel ratio A / F detected by the pre-catalyst sensor 17 tends to fluctuate periodically with one engine cycle (= 720 ° CA) as one cycle. When the variation in the air-fuel ratio between cylinders occurs, the fluctuation within one engine cycle increases. In FIG. 5B, the air-fuel ratio diagram “a” indicates a case where no variation in the air-fuel ratio between cylinders occurs, and b indicates a case where the variation in air-fuel ratio between cylinders occurs. Note that FIG. 5 is schematically shown for easy understanding.

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)の燃料噴射量すなわ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。   Here, the imbalance ratio (%) is a parameter representing the degree of variation in the air-fuel ratio between cylinders. In other words, the imbalance ratio is the amount of fuel injection in a cylinder (imbalance cylinder) causing the fuel injection amount deviation when only one of the cylinders has caused the fuel injection amount deviation. The ratio is a value indicating whether the fuel injection amount of the cylinder (balance cylinder) not causing the fuel injection amount deviation, that is, the reference injection amount is deviated. When the imbalance ratio is IB, the fuel injection amount of the imbalance cylinder is Qib, and the fuel injection amount of the balance cylinder, that is, the reference injection amount is Qs, IB = (Qib−Qs) / Qs. The greater the imbalance ratio IB, the greater the fuel injection amount deviation between the imbalance cylinder and the balance cylinder, and the greater the air-fuel ratio variation.

[気筒間空燃比インバランス検出]
上記の説明から理解されるように、空燃比インバランスが発生すると触媒前センサ出力の変動が大きくなる。そこでこの変動度合いをモニタすることで、空燃比インバランスを検出することが可能である。本実施形態では、触媒前センサ出力の変動度合いに相関するパラメータである変動パラメータを算出すると共に、この変動パラメータを所定の異常判定値と比較してインバランスを検出する。
[Cylinder air-fuel ratio imbalance detection]
As understood from the above explanation, when the air-fuel ratio imbalance occurs, the fluctuation of the sensor output before the catalyst becomes large. Therefore, it is possible to detect the air-fuel ratio imbalance by monitoring the degree of fluctuation. In the present embodiment, a fluctuation parameter that is a parameter correlated with the degree of fluctuation in the pre-catalyst sensor output is calculated, and the fluctuation parameter is compared with a predetermined abnormality determination value to detect imbalance.

ここで変動パラメータの算出方法について説明する。図6は、図5のVI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。ここで触媒前センサ出力としては、触媒前センサ17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17の出力電圧Vfを直接用いることも可能である。   Here, a method for calculating the variation parameter will be described. FIG. 6 is an enlarged view corresponding to the VI portion of FIG. 5, and particularly shows fluctuations in the sensor output before the catalyst within one engine cycle. Here, as the pre-catalyst sensor output, a value obtained by converting the output voltage Vf of the pre-catalyst sensor 17 into an air-fuel ratio A / F is used. However, the output voltage Vf of the pre-catalyst sensor 17 can be directly used.

図6の(B)部に示すように、ECU22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/Fnと、前回のタイミング(第1のタイミング)で取得した値A/Fn−1との差ΔA/Fnを、次式(1)により求める。この差ΔA/Fn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。   As shown in part (B) of FIG. 6, the ECU 22 acquires the value of the pre-catalyst sensor output A / F every predetermined sample period τ (unit time, for example, 4 ms) within one engine cycle. The difference ΔA / Fn between the value A / Fn acquired at the current timing (second timing) and the value A / Fn−1 acquired at the previous timing (first timing) is expressed by the following equation (1). Ask for. This difference ΔA / Fn can be rephrased as a differential value or inclination at the current timing.

Figure 0005999008
Figure 0005999008

最も単純には、この差ΔA/Fn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絶対値で大きくなり、差ΔA/Fnが絶対値で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/Fnの値を変動パラメータとすることができる。   Most simply, this difference ΔA / Fn represents the fluctuation of the sensor output before the catalyst. This is because as the degree of variation increases, the slope of the air-fuel ratio diagram increases in absolute value, and the difference ΔA / Fn increases in absolute value. Therefore, the value of the difference ΔA / Fn at a predetermined timing can be used as the fluctuation parameter.

但し、本実施形態では精度向上のため、複数の差ΔA/Fnの平均値を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/Fn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/Fn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/Fn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/Fnの平均値を求める。   However, in this embodiment, in order to improve accuracy, an average value of a plurality of differences ΔA / Fn is used as a variation parameter. In this embodiment, the difference ΔA / Fn is integrated at each timing within one engine cycle, the final integrated value is divided by the number of samples N, and the average value of the differences ΔA / Fn within one engine cycle is obtained. Further, the average value of the difference ΔA / Fn is integrated for M engine cycles (for example, M = 100), the final integrated value is divided by the number of cycles M, and the average value of the difference ΔA / Fn within the M engine cycle is obtained. .

触媒前センサ出力の変動度合いが大きいほど、Mエンジンサイクル内の差ΔA/Fnの平均値も絶対値で大きくなる。そこで当該平均値が絶対値で所定の異常判定値以上であればインバランスありと判定され、当該平均値が異常判定値より小さければインバランスなし、即ち正常と判定される。   The greater the degree of variation in the sensor output before the catalyst, the larger the average value of the differences ΔA / Fn within the M engine cycle becomes in absolute value. Therefore, if the average value is an absolute value or more than a predetermined abnormality determination value, it is determined that there is an imbalance, and if the average value is smaller than the abnormality determination value, it is determined that there is no imbalance, that is, normal.

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/Fnあるいはその平均値を求め、これを変動パラメータとすることができる。特に1気筒のみリッチずれの場合、当該1気筒に対応した排出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(リッチインバランス判定)。この場合には、図6の(B)部のグラフにおける右下がりの領域のみを、リッチずれ検出のために利用することになる。一般にリーンからリッチへの移行は、リッチからリーンへの移行よりも急峻に行われる場合が多いため、この方法によればリッチずれを精度よく検出することが期待できる。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、あるいは、減少側と増加側の双方の値を用いる(差ΔA/Fnの絶対値を積算し、この積算値をしきい値と比較することで)ことも可能である。   Since the pre-catalyst sensor output A / F may increase or decrease, the difference ΔA / Fn or the average value thereof can be obtained for only one of these cases and used as a variation parameter. . In particular, when only one cylinder has a rich shift, when the pre-catalyst sensor receives exhaust gas corresponding to that one cylinder, its output rapidly changes to the rich side (that is, suddenly decreases). (Rich imbalance determination). In this case, only the downward-sloping area in the graph in part (B) of FIG. 6 is used for rich shift detection. In general, the transition from lean to rich is often performed more steeply than the transition from rich to lean. Therefore, according to this method, it can be expected to detect a rich shift with high accuracy. However, the present invention is not limited to this. Only the value on the increase side is used, or the value on both the decrease side and the increase side is used (the absolute value of the difference ΔA / Fn is integrated, and this integrated value is used as the threshold value. (By comparison).

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、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。   In addition, any value that correlates with the degree of fluctuation in the pre-catalyst sensor output can be used as the fluctuation parameter. For example, the variation parameter can be calculated based on the difference between the maximum value and the minimum value of the sensor output before the catalyst within one engine cycle (so-called peak to peak). This is because the difference increases as the degree of fluctuation of the pre-catalyst sensor output increases.

[気筒間空燃比インバランス検出ルーチン]
次に、図7を用いて、気筒間空燃比インバランス検出ルーチンについて説明する。
[Inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection routine]
Next, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection routine will be described with reference to FIG.

まずステップS101では、気筒間インバランス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が判断される。この前提条件は、次の各条件が成立したときに成立する。
(1)内燃機関1の暖機が終了している。例えば水温センサ23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)少なくとも触媒前センサ17が活性化している。
(3)内燃機関1が定常運転中である。
(4)ストイキ制御中である。
(5)内燃機関1が検出領域内で運転している。
(6)触媒前センサ17の出力A/Fが減少中である。
First, in step S101, it is determined whether a predetermined precondition suitable for detecting the imbalance among cylinders is satisfied. This precondition is satisfied when the following conditions are satisfied.
(1) Warm-up of the internal combustion engine 1 has been completed. For example, the warm-up is terminated when the water temperature detected by the water temperature sensor 23 is equal to or higher than a predetermined value.
(2) At least the pre-catalyst sensor 17 is activated.
(3) The internal combustion engine 1 is in steady operation.
(4) The stoichiometric control is in progress.
(5) The internal combustion engine 1 is operating within the detection region.
(6) The output A / F of the pre-catalyst sensor 17 is decreasing.

これらのうち(6)は、このルーチンが上述したリッチインバランス判定(減少側の値のみをリッチずれ検出のために用いる方法)によっていることを示す。前提条件が成立していない場合にはルーチンが終了される。   Of these, (6) indicates that this routine is based on the above-described rich imbalance determination (a method in which only the value on the decrease side is used for detecting the rich shift). If the precondition is not satisfied, the routine is terminated.

他方、前提条件が成立している場合には、次にECU22は、エンジン1および自動変速機30を制御して、通常制御時に比べて「低機関回転数かつ高負荷」の運転領域を選択するように制御を変更する(S102)。   On the other hand, when the precondition is satisfied, the ECU 22 next controls the engine 1 and the automatic transmission 30 to select the operation region of “low engine speed and high load” compared with the normal control. The control is changed as follows (S102).

一般に気筒間空燃比インバランス検出は、「低機関回転数かつ高負荷」であるほど、ノイズ成分が相対的に減少し分解能が高まるため、精度よく実行できる。本実施形態では、このことを考慮して、インバランス検出の際に、内燃機関1およびこれに接続された自動変速機30を制御して、通常制御時に比べて「低機関回転数かつ高負荷」の運転領域を選択するように制御を変更するものである。ここにいう通常制御とは、このような制御の変更が行われない場合における制御状態のことをいい、通常制御時における機関回転数と変速段ないし変速比は、基本的には車速と要求負荷に基づいて所定の変速段マップによって定められる。この制御の変更は、例えば、選択すべき変速段を車速または機関回転数および要求負荷に応じて定めた変速段マップを、通常運転時と比較して高いギヤ比(高い変速段)を選択するように変更すること(すなわち、アップシフトを通常運転時と比較して低車速または低回転数で実行するように、いわゆる変速線を変更すること)によって行うことができる。   In general, the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection can be performed with high accuracy because the noise component is relatively decreased and the resolution is increased as the “low engine speed and high load”. In the present embodiment, considering this, the internal combustion engine 1 and the automatic transmission 30 connected to the internal combustion engine 1 and the automatic transmission 30 connected thereto are controlled during imbalance detection. The control is changed so as to select the operation region. The normal control here refers to a control state in the case where such a control change is not performed. The engine speed and the gear stage or gear ratio in the normal control are basically the vehicle speed and the required load. Is determined by a predetermined shift speed map. This change in control is performed, for example, by selecting a gear ratio map (high gear position) that is higher than that during normal operation in a gear map that defines the gear speed to be selected according to the vehicle speed or the engine speed and the required load. (I.e., changing the so-called shift line so that the upshift is performed at a lower vehicle speed or a lower rotation speed than in normal operation).

次に、このようにして制御が変更された状態で、WGV開度が、上述したWGV開度マップに従って制御される(S103)。この制御では、排気流量が例えばエアフローメータ5及びクランク角センサ16の検出値に基づいて算出され、この排気流量に基づいて、WGV開度マップに従ってWGV開度の目標値が算出される。そして、WGV開度センサ28からの信号により検出されたWGV27の開度と、目標値とが一致するように、WGV27に対して制御出力が行われる。   Next, with the control changed in this way, the WGV opening is controlled according to the WGV opening map described above (S103). In this control, the exhaust flow rate is calculated based on the detection values of the air flow meter 5 and the crank angle sensor 16, for example, and the target value of the WGV opening is calculated based on the exhaust flow rate according to the WGV opening map. Then, a control output is performed on the WGV 27 so that the opening of the WGV 27 detected by the signal from the WGV opening sensor 28 matches the target value.

このような排気流量に基づくWGV開度の制御が終了し、WGV27の開度が排気流量に基づいて定められた目標値に一致すると、次に、触媒前センサ17の出力に基づいて、空燃比変動が検出される(S104)。ここでは、今回のタイミングにおける触媒前センサ17(第1空燃比センサ)の出力A/Fnが取得され、今回のタイミングにおける出力差ΔA/Fnが、前式(1)より算出され記憶される。そして、これらの処理がMサイクル(Mは任意の自然数)について終了するまで繰返し実行される。Mサイクルが終了すると、これまでに算出された出力差ΔA/Fnの平均値ΔA/FAVが、例えば上述のように差ΔA/Fnの積算値をサンプル数Nおよびエンジンサイクル数Mで除することによって算出される。この平均値ΔA/FAVが空燃比変動を表す。   When the control of the WGV opening degree based on the exhaust flow rate is finished and the opening degree of the WGV 27 matches the target value determined based on the exhaust flow rate, the air-fuel ratio is then determined based on the output of the pre-catalyst sensor 17. A variation is detected (S104). Here, the output A / Fn of the pre-catalyst sensor 17 (first air-fuel ratio sensor) at the current timing is acquired, and the output difference ΔA / Fn at the current timing is calculated from the previous equation (1) and stored. These processes are repeatedly executed until M cycles (M is an arbitrary natural number) are completed. When the M cycle is finished, the average value ΔA / FAV of the output difference ΔA / Fn calculated so far is obtained by dividing the integrated value of the difference ΔA / Fn by the number of samples N and the number of engine cycles M as described above, for example. Is calculated by This average value ΔA / FAV represents the air-fuel ratio fluctuation.

そして、検出された空燃比変動に基づいて、インバランス判定が実行される(S105)。ここでは具体的には、差ΔA/Fnの平均値ΔA/FAVの絶対値が、予め定められた異常しきい値αよりも大であるかが判定される。平均値ΔA/FAVの絶対値が異常しきい値αよりも小さい場合には、インバランス無しすなわち正常と判定され、異常しきい値α以上であるときは、インバランス有りすなわち異常と判定されて、ルーチンが終了される。なお、異常判定と同時に、あるいは異常判定が2トリップ(すなわち、エンジン始動から停止までの1トリップを2回連続で)続けて出された場合に、異常の事実をユーザに知らせるべくチェックランプ等の警告装置を起動させ、且つ所定のダイアグノーシスメモリに異常情報を、整備作業者による呼び出しが可能な態様で記憶させるのが好ましい。   Based on the detected air-fuel ratio fluctuation, imbalance determination is executed (S105). Specifically, it is determined whether the absolute value of the average value ΔA / FAV of the differences ΔA / Fn is larger than a predetermined abnormality threshold value α. When the absolute value of the average value ΔA / FAV is smaller than the abnormal threshold α, it is determined that there is no imbalance, that is, normal, and when it is greater than or equal to the abnormal threshold α, it is determined that there is imbalance, that is, abnormal. The routine is terminated. Note that a check lamp or the like is used to notify the user of the abnormality when the abnormality determination is performed simultaneously or when the abnormality determination is continuously issued for two trips (that is, one trip from the engine start to the stop twice). Preferably, the warning device is activated and the abnormality information is stored in a predetermined diagnosis memory in a manner that can be called by a maintenance worker.

このような一連の処理の結果、本実施形態では、気筒間空燃比インバランス判定を実行するときには、WGV27が開弁されると共に、WGV27の開度が、排気流量に基づいて、排気流量が小さいほど大きくなるように制御される。このため、排気流量に応じて、排気ガスの空燃比センサへの当たり具合が検出により適した状態に誘導され、且つ、当該WGV27の制御を行わない場合に比べて、排気流量の変化に応じた主流位置の変化がより少なくなるように、主流位置の変化が補償ないし抑制される。すなわち、本実施形態では、排気流量に基づくWGV27の制御により、排気ガスの主流の位置と触媒前センサ17の位置とが、空燃比の検出に適した所定範囲内で常に一致するように、且つWGV27を通過した排気ガスの主流が触媒前センサ17に当たるように維持される。このため、本実施形態では、排気流量の変化に伴う排気ガスの空燃比センサ17への当たり具合の変化を抑制して、検出精度を更に向上し、誤検出を抑制することができる。   As a result of such a series of processes, in the present embodiment, when executing the determination of the air-fuel ratio imbalance between cylinders, the WGV 27 is opened, and the opening degree of the WGV 27 is based on the exhaust gas flow rate so that the exhaust gas flow rate is small. It is controlled so as to become larger. For this reason, according to the exhaust gas flow rate, the degree of contact of the exhaust gas with the air-fuel ratio sensor is guided to a more suitable state for detection, and compared with the case where the control of the WGV 27 is not performed, The change in the main flow position is compensated or suppressed so that the change in the main flow position becomes smaller. That is, in this embodiment, the position of the main flow of exhaust gas and the position of the pre-catalyst sensor 17 are always matched within a predetermined range suitable for detection of the air-fuel ratio by the control of the WGV 27 based on the exhaust flow rate, and The main flow of the exhaust gas that has passed through the WGV 27 is maintained so as to hit the pre-catalyst sensor 17. For this reason, in the present embodiment, it is possible to suppress the change in the degree of exhaust gas hitting the air-fuel ratio sensor 17 accompanying the change in the exhaust flow rate, further improve the detection accuracy, and suppress erroneous detection.

また、本実施形態では、インバランス検出を実行する際には、エンジン1および自動変速機30を制御して、通常制御時に比べて「低機関回転数かつ高負荷」の運転領域を選択するように制御が変更されるので(S102)、インバランス検出を精度よく実行することができる。   In the present embodiment, when imbalance detection is performed, the engine 1 and the automatic transmission 30 are controlled to select an operation region of “low engine speed and high load” compared to normal control. Since the control is changed to (S102), imbalance detection can be executed with high accuracy.

なお、ステップS102における制御の変更、すなわち、通常制御時に比べて「低機関回転数かつ高負荷」の運転領域を選択するような制御の変更は、別の態様によって行うこともでき、また、本実施形態と異なる駆動系の機械的構成を有する車両にも適用できる。例えば、内燃機関とモータジェネレータとを走行に利用するハイブリッド車両においては、モータジェネレータによる回生量を増加させることによって、通常制御時に比べて「低機関回転数かつ高負荷」の運転領域の選択を実現することができ、これによって本実施形態の処理をそのまま適用することが可能である。   It should be noted that the control change in step S102, that is, the control change that selects the operation region of “low engine speed and high load” as compared with the normal control can be performed by another mode. The present invention can also be applied to a vehicle having a mechanical structure of a drive system different from the embodiment. For example, in a hybrid vehicle that uses an internal combustion engine and a motor generator for traveling, the operating range of “low engine speed and high load” can be selected compared to during normal control by increasing the amount of regeneration by the motor generator. Thus, the processing of this embodiment can be applied as it is.

本発明は前述の態様のみに限らず、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。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.

例えば、上記実施形態におけるインバランス検出では、出力差ΔA/Fnの平均値A/FAVを用いたが、出力の変動度合いに相関するパラメータであれば他の値を用いてもよい。   For example, in the imbalance detection in the above embodiment, the average value A / FAV of the output difference ΔA / Fn is used. However, other values may be used as long as they are parameters that correlate with the output fluctuation degree.

また、上記実施形態ではWGV27の開度を検出するためのWGV開度センサ28を設けたが、WGV27の開度はWGV27の弁体を駆動するためのモータないしアクチュエータへの制御量など、他のパラメータに基づいて算出または推定してもよい。   In the above embodiment, the WGV opening sensor 28 for detecting the opening degree of the WGV 27 is provided. However, the opening degree of the WGV 27 is not limited to other control amounts such as a control amount to a motor or actuator for driving the valve body of the WGV 27. You may calculate or estimate based on a parameter.

また、上記実施形態では減少時(リッチ側への変化時)のみの空燃比センサ出力を利用してリッチずれ異常を検出した。しかしながら、増大時(リーン側への変化時)のみの空燃比センサ出力を利用する態様や、減少時および増大時の両者の空燃比センサ出力を利用する態様も可能である。またリッチずれ異常のみならず、リーンずれ異常をも検出することが可能であるし、これらリッチずれおよびリーンずれを区別せず、広く空燃比インバランスを検出するようにしてもよい。   Further, in the above embodiment, the rich deviation abnormality is detected using the air-fuel ratio sensor output only when decreasing (when changing to the rich side). However, a mode of using the air-fuel ratio sensor output only at the time of increase (when changing to the lean side) or a mode of using both the air-fuel ratio sensor output at the time of decrease and increase is possible. Further, it is possible to detect not only the rich deviation abnormality but also the lean deviation abnormality, and the air-fuel ratio imbalance may be widely detected without distinguishing between the rich deviation and the lean deviation.

また、上記実施形態では、排気流量が小さいほどWGV27の開度が大きくなるように、WGV27の開度を制御したが、本発明における排気流量とWGVの開度との関係は、バイパス通路・ウェイストゲートバルブ・タービン・空燃比センサ及びこれらを結ぶ排気通路の幾何学的な位置関係に応じて、実験的にあるいはシミュレーションによって、任意の各種の態様に設計することができる。いずれの場合にも、排気流量に応じて、排気ガスの空燃比センサへの当たり具合が検出により適した状態に誘導され、且つ、WGVの当該制御を行わない場合に比べて、排気流量の変化に応じた主流位置の変化がより少なくなるように、主流位置の変化を補償ないし抑制するように、排気流量とWGVの開度との関係を設計することができるものであって、このような構成のいずれも、排気流量の変化に伴う排気ガスの空燃比センサへの当たり具合の変化が抑制される限りにおいて、本発明の範疇に属するものである。   Further, in the above embodiment, the opening degree of the WGV 27 is controlled so that the opening degree of the WGV 27 increases as the exhaust flow rate decreases. However, the relationship between the exhaust flow rate and the opening degree of the WGV in the present invention is as follows. Depending on the geometrical positional relationship between the gate valve, the turbine, the air-fuel ratio sensor, and the exhaust passage connecting them, it can be designed in various various modes either experimentally or by simulation. In any case, according to the exhaust gas flow rate, the exhaust gas flow rate to the air-fuel ratio sensor is induced to a more suitable state for detection, and the change in the exhaust gas flow rate is compared with the case where the WGV control is not performed. The relationship between the exhaust flow rate and the opening of the WGV can be designed so as to compensate or suppress the change in the main flow position so that the change in the main flow position according to the Any of the configurations belongs to the category of the present invention as long as the change in the degree of exhaust gas hitting the air-fuel ratio sensor accompanying the change in the exhaust flow rate is suppressed.

1 内燃機関
3 燃焼室
5 エアフローメータ
6 排気管
11 上流触媒
12 インジェクタ
14 排気マニフォールド
17 触媒前センサ
18 触媒後センサ
22 電子制御ユニット(ECU)
26 バイパス通路
27 ウェイストゲートバルブ(WGV)
28 WGV開度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 3 Combustion chamber 5 Air flow meter 6 Exhaust pipe 11 Upstream catalyst 12 Injector 14 Exhaust manifold 17 Pre-catalyst sensor 18 Post-catalyst sensor 22 Electronic control unit (ECU)
26 Bypass passage 27 Waste gate valve (WGV)
28 WGV opening sensor

Claims (4)

多気筒内燃機関に関連して設置された過給機と、
前記過給機のタービンをバイパスするように前記多気筒内燃機関の排気通路の設けられたバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
前記排気通路における前記タービンの下流側と前記バイパス通路の下流側との合流点よりも下流側の部分に設置された空燃比センサと、
前記ウェイストゲートバルブを制御するウェイストゲートバルブ制御手段と、
前記空燃比センサの出力の変動度合い又はこれに相関するパラメータの値を所定のしきい値と比較して気筒間空燃比インバランス判定を実行する判定手段と、
を備えた多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス検出装置において、
前記ウェイストゲートバルブ制御手段は、前記気筒間空燃比インバランス判定を実行するときには、前記ウェイストゲートバルブを開弁させると共に、前記ウェイストゲートバルブの開度を排気流量に基づいて制御することを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス検出装置。
A turbocharger installed in connection with a multi-cylinder internal combustion engine;
A bypass passage provided with an exhaust passage of the multi-cylinder internal combustion engine so as to bypass the turbine of the supercharger;
A waste gate valve for opening and closing the bypass passage;
An air-fuel ratio sensor installed in a portion on the downstream side of the confluence of the downstream side of the turbine and the downstream side of the bypass passage in the exhaust passage;
Waste gate valve control means for controlling the waste gate valve;
Determination means for comparing the degree of fluctuation of the output of the air-fuel ratio sensor or the value of a parameter correlated therewith with a predetermined threshold value to execute an inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination;
In the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection device of a multi-cylinder internal combustion engine equipped with
The waste gate valve control means opens the waste gate valve and controls the opening degree of the waste gate valve based on an exhaust flow rate when performing the air-fuel ratio imbalance determination between the cylinders. An inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection device for a multi-cylinder internal combustion engine.
請求項1に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス検出装置であって、
前記ウェイストゲートバルブ制御手段は、前記ウェイストゲートバルブを通過した排気ガスの主流の位置と前記空燃比センサの位置とが、空燃比の検出に適した所定範囲内で常に一致するように、前記ウェイストゲートバルブの開度を制御することを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス検出装置。
An inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection device for a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 1,
The waste gate valve control means controls the waste gate valve so that the position of the main flow of exhaust gas that has passed through the waste gate valve and the position of the air-fuel ratio sensor always coincide with each other within a predetermined range suitable for air-fuel ratio detection. An inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine, wherein the opening degree of a gate valve is controlled.
請求項1に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス検出装置であって、
前記ウェイストゲートバルブ制御手段は、前記ウェイストゲートバルブを通過した排気の主流が前記空燃比センサに当たるように、前記ウェイストゲートバルブの開度を制御することを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス検出装置。
An inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection device for a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 1,
The waste gate valve control means controls an opening of the waste gate valve so that a main flow of exhaust gas that has passed through the waste gate valve hits the air-fuel ratio sensor. Fuel ratio imbalance detection device.
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インバランス検出装置であって、
前記気筒間空燃比インバランス判定を実行する際に、通常制御時よりも低機関回転数かつ高負荷となるように前記多気筒内燃機関およびこれに接続された自動変速機を制御する低回転高負荷制御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インバランス検出装置。
An inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection device for a multi-cylinder internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
When the inter-cylinder air-fuel ratio imbalance determination is executed, the low-rotation height for controlling the multi-cylinder internal combustion engine and the automatic transmission connected to the multi-cylinder internal combustion engine so that the engine speed is higher and the load is higher than during normal control. An inter-cylinder air-fuel ratio imbalance detection apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine, further comprising load control means.
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