JP6054925B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャ及びウェイストゲート弁を備えた内燃機関の空燃比を制御しながら、内燃機関及びその付属機器の一方の動作状態を判定する内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、排気通路に設けられたタービンを有するターボチャージャと、このタービンを迂回するためのバイパス通路を開閉するウェイストゲート弁と、排気通路を流れる排ガスを浄化する排ガス浄化触媒と、排ガス浄化触媒の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた広域空燃比センサ及びＯ２センサなどを備えている。

この制御装置では、排ガス浄化触媒の劣化の有無を判定するための制御として、ウェイストゲート弁を全閉状態に保持する全閉制御と、劣化判定用の空燃比制御とが実行される。この劣化判定用の空燃比制御では、排ガス浄化触媒に供給される排ガスの空燃比（以下「触媒前空燃比」という）が所定のリーン値と所定のリッチ側値との間で反転を繰り返すように制御される。

そして、全閉制御及び劣化判定用の空燃比制御の実行中において、排ガス浄化触媒の酸素貯蔵能ＯＳＣを算出し、この酸素貯蔵能ＯＳＣの算出結果に基づいて、排ガス浄化触媒の劣化が判定される。この酸素貯蔵能ＯＳＣの算出は、単位時間ごとの酸素放出量を積分することによって算出される。この場合、上述した全閉制御は、ウェイストゲート弁が開いた状態では、触媒前空燃比の変化タイミングを広域空燃比センサで正確に検出できない関係上、酸素貯蔵能ＯＳＣの算出精度が低下してしまうので、それを回避するために実行される。

特許第４９５２８４７号公報

上記従来の内燃機関の制御装置によれば、判定精度を保持するために、ウェイストゲート弁が全閉状態のときにしか、排ガス浄化触媒の劣化判定を実行できない。それにより、判定可能領域が狭くなることで、判定頻度が低下してしまい、その結果、商品性の低下を招いてしまう。これに加えて、前述した判定手法を用いる関係上、排ガス流量が小さい条件下では、排ガス浄化触媒の劣化判定の精度が低下するおそれがあり、その結果、商品性がさらに低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、内燃機関又はその付属機器の動作状態を判定する場合において、ウェイストゲート弁の開度が比較的、大きい領域でも、良好な判定精度を確保でき、判定頻度を高めることができ、商品性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、排気通路８に設けられたタービン１０ｂを有するターボチャージャ１０と、ターボチャージャ１０のタービン１０ｂを迂回するバイパス通路８ａを開閉することにより、タービン１０ｂが排ガスから受け取る運動エネルギを変更するウェイストゲート弁１１ａとを備えた内燃機関３の制御装置１であって、排気通路８のタービン１０ｂよりも下流側に設けられ、排ガス中の酸素を含む所定成分の濃度を表す排ガス濃度パラメータ（検出当量比ＫＡＣＴ）を検出する排ガス濃度パラメータセンサ（ＬＡＦセンサ２３）と、内燃機関３の気筒３ａ内における筒内ガス量を表す筒内ガス量パラメータ（筒内ガス量ＧＣＹＬ）を取得する筒内ガス量パラメータ取得手段（ＥＣＵ２、ステップ２０〜２５）と、内燃機関３の空燃比を、所定状態で変動するように制御する空燃比変動制御を実行する空燃比制御手段（ＥＣＵ２、ステップ５１〜５３）と、取得された筒内ガス量パラメータ（筒内ガス量ＧＣＹＬ）が表す筒内ガス量が所定の判定値（ガス量判定値Ｇｊｕｄ）以上であるという動作状態判定の実行条件が成立しているか否かを判定する実行条件判定手段（ＥＣＵ２、ステップ５〜７）と、実行条件判定手段の判定結果に基づき、空燃比変動制御が実行中されている場合において、動作状態判定の実行条件が成立しているときに、検出された排ガス濃度パラメータを用いて、内燃機関又は内燃機関の付属機器における動作状態を判定する（ＥＣＵ２、ステップ６０〜７１，８０〜９１）と、所定の判定値（ガス量判定値Ｇｊｕｄ）を、ウェイストゲート弁１１ａの開度ＷＧが大きいほど、より大きい値に設定する判定値設定手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の空燃比が、所定状態で変動するように制御され、取得された筒内ガス量パラメータが表す筒内ガス量が所定の判定値以上であるという動作状態判定の実行条件が成立しているか否かが判定され、空燃比変動制御が実行されている場合において、動作状態判定の実行条件が成立しているときに、検出された排ガス濃度パラメータを用いて、内燃機関又は内燃機関の付属機器における動作状態が判定される。さらに、この所定の判定値が、ウェイストゲート弁の開度が大きいほど、より大きい値に設定されるので、ウェイストゲート弁の開度が大きい領域では、筒内ガス量が大きく、排ガス流量が大きい状態でのみ、動作状態の判定が実行されることになる。それにより、ウェイストゲート弁の開度が大きいことに起因して、排ガス濃度パラメータセンサに供給される排ガス量が減少するような場合でも、排ガス濃度パラメータを、筒内ガス量が大きいことで、排ガス量の減少の影響を回避しながら精度よく検出することができる。したがって、特許文献１と異なり、ウェイストゲート弁の開度が大きい領域でも、良好な精度で検出された排ガス濃度パラメータを用いて、内燃機関又は内燃機関の付属機器における動作状態を精度よく判定することができる。以上により、商品性を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、排ガス濃度パラメータセンサ（ＬＡＦセンサ２３）は、バイパス通路８ａの下流側端部が排気通路８に合流する合流位置付近又は合流位置よりも上流側に設けられていることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、排ガス濃度パラメータセンサは、バイパス通路の下流側端部が排気通路に合流する合流位置付近又は合流位置よりも上流側に設けられているので、ウェイストゲート弁の開度が変化したときでも、その影響をより受けにくい状態となる。その結果、内燃機関又は内燃機関の付属機器における動作状態の判定精度をさらに向上させることができ、それにより、商品性をさらに向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置及びこれを適用した内燃機関の構成を模式的に示す図である。 排気通路におけるＬＡＦセンサ周辺の構成を示す断面図である。 実行条件判定処理を示すフローチャートである。 筒内ガス量ＧＣＹＬの算出処理を示すフローチャートである。 開度関数ＫＴＨの算出に用いるマップの一例を示す図である。 流量関数Ψの算出に用いるマップの一例を示す図である。 ガス量判定値Ｇｊｕｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。 加振値ＫＣＭＤ＿ｉの算出処理を示すフローチャートである。 図８の算出処理による加振値ＫＣＭＤ＿ｉの算出結果を示す図である。 燃料制御処理を示すフローチャートである。 第１インバランス判定処理を示すフローチャートである。 第２インバランス判定処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１に示すように、この制御装置１は、内燃機関（以下「エンジン」という）３に適用されたものであり、ＥＣＵ２を備えている。このＥＣＵ２は、後述するように、各種の制御処理を実行する。

この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、４組の気筒３ａ及びピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒タイプのものであり、図示しない車両に動力源として搭載されている。このエンジン３には、燃料噴射弁４及び点火プラグ５が気筒３ａごとに設けられており（いずれも１つのみ図示）、これらの燃料噴射弁４は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、その開弁時間及び開弁タイミングすなわち燃料噴射量及び噴射時期が制御される。また、点火プラグ５も、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、その点火タイミングが制御される。

また、エンジン３には、クランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０は、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば２゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。

一方、エンジン３の吸気通路７には、上流側から順に、吸気温センサ２１、ターボチャージャ１０及びスロットル弁機構１２がそれぞれ設けられている。吸気温センサ２１は、吸気通路７内の空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ターボチャージャ１０は、吸気通路７の途中に設けられたコンプレッサ１０ａと、排気通路８の途中に設けられたタービン１０ｂと、コンプレッサ１０ａ及びタービン１０ｂを一体に連結する軸１０ｃと、ウェイストゲート弁機構１１などを備えている。

このターボチャージャ１０では、排気通路８内の排ガスによってタービンブ１０ｂが回転駆動されると、コンプレッサ１０ａもこれと一体に回転することにより、吸気通路７内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。

また、ウェイストゲート弁機構１１は、ウェイストゲート弁１１ａと、これを駆動するＷＧアクチュエータ１１ｂなどで構成されている。このウェイストゲート弁１１ａは、排気通路８のタービン１０ｂをバイパスするバイパス路８ａを開閉するものであり、バイパス通路８ａの下流側端部が排気通路８と合流する開口部に設けられている。ウェイストゲート弁１１ａは、その開度が変化することによって、タービン１０ｂを迂回してバイパス路８ａを流れる排ガスの流量、言い換えればタービン１０ｂを駆動する排ガスの流量を変化させる。それにより、過給圧を変化させる。

さらに、ＷＧアクチュエータ１１ｂは、ＥＣＵ２に電気的に接続された電動タイプのものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号が供給されることにより、ウェイストゲート弁１１ａの開度を変化させる。その結果、過給圧が制御される。

一方、ウェイストゲート弁１１ａの近傍には、ウェイストゲート弁開度センサ（以下「ＷＧＶ開度センサ」という）２２が設けられている。このＷＧＶ開度センサ２２は、ウェイストゲート弁１１ａの開度（以下「ウェイストゲート弁開度」という）ＷＧを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、図１及び図２に示すように、排気通路８のタービン１０ｂよりも下流側の、ウェイストゲート弁１１ａの近傍には、ＬＡＦセンサ２３が設けられている。ＬＡＦセンサ２３は、ジルコニア及び白金電極などで構成され、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気通路内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２３の検出信号の値に基づき、排ガスの当量比を表す検出当量比ＫＡＣＴを算出する。なお、本実施形態では、ＬＡＦセンサ２３が排ガス濃度パラメータ検出手段に相当し、検出当量比ＫＡＣＴが排ガス濃度パラメータに相当する。

また、このエンジン３の場合、ＬＡＦセンサ２３は、ウェイストゲート弁１１ａの近傍に配置されているものの、ＬＡＦセンサ２３とタービン１０ｂは、互いの中心軸が図２の破断面に沿って延びる平面上に位置するように設けられているのに対して、ウェイストゲート弁１１ａ及びバイパス通路８ａの開口部の中心軸は、図２の奥側にずれた状態で設けられている。以上の構成により、タービン１０ｂを通過した排ガスは、ＬＡＦセンサ２３にダイレクトに接触しながら流下するのに対して、ウェイストゲート弁１１ａを通過した排ガスは、ＬＡＦセンサ２３にほとんど接触することなく、流下した後、タービン１０ｂを通過した排ガスと合流するようになっている。

さらに、排気通路８のＬＡＦセンサ２３よりも下流側には、排ガス浄化触媒９が設けられている。この排ガス浄化触媒９は、三元触媒タイプのもので構成されている。

一方、前述したスロットル弁機構１２は、スロットル弁１２ａ及びこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１２ｂなどを備えている。スロットル弁１２ａは、吸気通路７の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりスロットル弁１２ａを通過する空気の流量を変化させる。

ＴＨアクチュエータ１２ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって制御されることにより、スロットル弁１２ａの開度を変化させる。

また、スロットル弁１２ａの近傍には、例えばポテンショメータなどで構成されたスロットル弁開度センサ２４が設けられている。このスロットル弁開度センサ２４は、スロットル弁１２ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを検出して、それを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。

さらに、吸気通路７のスロットル弁１２ａよりも下流には、吸気圧センサ２５が設けられている。この吸気圧センサ２５は、吸気通路７内の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この吸気圧ＰＢは、絶対圧として検出される。

これに加えて、このエンジン３には、図示しないＥＧＲ装置が設けられており、このＥＧＲ装置によって、排気通路８内の排ガスの一部が吸気通路７に還流される。

また、ＥＣＵ２には、大気圧センサ２６が接続されている。この大気圧センサ２６は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧ＰＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２６の検出信号に応じて、以下に述べるように、各種の制御処理を実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、筒内ガス量パラメータ取得手段、空燃比制御手段、実行条件判定手段、動作状態判定手段及び判定値設定手段に相当する。

以下、ＥＣＵ２によって実行される第１及び第２インバランス判定処理及びその実行条件判定処理について説明する。これらの第１及び第２インバランス判定処理は、本出願人が特開２０１３−２５３６０６号公報（以下「先願公報」という）で提案済みの判定手法を用いて、４つの気筒３ａ間での空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定するものである。

なお、以下の説明では、４つの気筒３ａ間での空燃比のばらつきが発生している状態を「空燃比のインバランス状態」というとともに、第１及び第２インバランス判定処理をまとめて適宜「インバランス判定処理」という。また、以下の説明において算出／設定される各種の値は、ＥＣＵ２のＲＡＭ内に記憶されるものとする。

まず、図３を参照しながら、実行条件判定処理について説明する。この実行条件判定処理は、インバランス判定処理の実行条件が成立しているか否かを判定するものであり、ＥＣＵ２によって所定の制御周期ΔＴで実行される。この制御周期ΔＴは、エンジン回転数ＮＥの１次周波数を時間換算した値に設定されている。なお、以下の説明において算出／設定される各種の値は、ＥＣＵ２のＲＡＭ内に記憶されるものとする。

同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、各種条件フラグＦ＿ＣＯＮＤの設定処理を実行する。この各種条件フラグＦ＿ＣＯＮＤは、後述するステップ５以外の、インバランス判定処理の実行条件が成立しているか否かを表すものである。この設定処理において、各種条件フラグＦ＿ＣＯＮＤは、以下の（Ｃ１）〜（Ｃ３）の条件がいずれも成立しているときには「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。

（Ｃ１）エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＢがインバランス判定処理に適した所定領域にあること。
（Ｃ２）ＬＡＦセンサ２３が正常であって、活性化していること。
（Ｃ３）エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＢの変動量が所定値よりも小さく、安定した運転状態にあること。

次に、ステップ２で、各種条件フラグＦ＿ＣＯＮＤが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ３に進み、筒内ガス量パラメータとしての筒内ガス量ＧＣＹＬの算出処理を実行する。この筒内ガス量ＧＣＹＬは、気筒３ａ内に吸入される総ガス量に相当する値であり、具体的には、図４に示す演算手法によって算出される。この演算手法は、スロットル弁１２ａを通過する空気を圧縮性流体かつ断熱流と見なすとともに、スロットル弁１２ａをノズルと見なす手法によって導出される。

なお、以下の説明において、記号（ｋ）付きの各離散データは、制御周期ΔＴに同期してサンプリング又は算出されたデータであることを示しており、記号ｋ（ｋは正の整数）は各離散データのサンプリング又は算出サイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の制御タイミングでサンプリング又は算出された値（以下「今回値」という）であることを、記号ｋ−１は前回の制御タイミングでサンプリング又は算出された値（以下「前回値」という）であることをそれぞれ示している。また、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜省略する。

図４に示すように、まず、ステップ２０で、スロットル弁開度ＴＨに応じて、図５に示すマップを検索することにより、開度関数ＫＴＨを算出する。

次いで、ステップ２１に進み、圧力比Ｒ＿Ｐ（＝ＰＢ／ＰＡ）に応じて、図６のマップを検索することにより、流量関数Ψを算出する。

ステップ２１に続くステップ２２で、下式（１）により、通過空気量Ｇｔｈを算出する。

この通過空気量Ｇｔｈは、スロットル弁１２ａを通過した空気量に相当する値であり、式（１）のＲは、気体定数である。

次いで、ステップ２３に進み、下式（２）により、理論筒内ガス量Ｇｓｔｄを算出する。

この理論筒内ガス量Ｇｓｔｄは、筒内ガス量ＧＣＹＬの理論値に相当する値であり、上式（２）は、気体の状態方程式に基づいて導出される。また、式（２）のＶｃｙｌは筒内容積である。

次に、ステップ２４で、下式（３）により、充填効率ηｖを算出する。

ステップ２４に続くステップ２５で、下式（４）に示す加重平均演算により、筒内ガス量ＧＣＹＬを算出した後、本処理を終了する。

上式（４）のＶｉｎは、吸気通路７におけるスロットル弁１２ａから吸気弁までの空間の容積に相当する通路容積である。

図３に戻り、ステップ３で、以上のように筒内ガス量ＧＣＹＬを算出した後、ステップ４に進み、ウェイストゲート弁開度ＷＧに応じて、図７に示すマップを検索することにより、ガス量判定値Ｇｊｕｄ（所定の判定値）を算出する。同図に示すように、このマップでは、ガス量判定値Ｇｊｕｄは、ウェイストゲート弁開度ＷＧが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、ウェイストゲート弁開度ＷＧが大きいほど、タービン１０ｂを介してＬＡＦセンサ２３に供給される排ガス量がより少なくなるので、それに対応するためである。

次に、ステップ５で、筒内ガス量ＧＣＹＬがガス量判定値Ｇｊｕｄ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、インバランス判定処理の実行条件が成立したと判定して、それを表すために、ステップ６に進み、インバランス判定フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＪＵＤを「１」に設定する。

一方、前述したステップ２又は５の判別結果がＮＯのとき、すなわち前述した（Ｃ１）〜（Ｃ３）の条件のいずれかが不成立のとき、又は筒内ガス量ＧＣＹＬがガス量判定値Ｇｊｕｄ未満であるときには、インバランス判定処理の実行条件が不成立であると判定して、それを表すために、ステップ７に進み、インバランス判定フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＪＵＤを「０」に設定する。

以上のステップ６又は７に続くステップ８で、インバランス判定フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ８の判別結果がＹＥＳのときには、ステップ９に進み、インバランス判定フラグの前回値Ｆ＿ＩＭＢ＿ＪＵＤｚが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、今回の制御タイミングがインバランス判定処理の実行条件が成立したタイミングであるときには、ステップ１０に進み、変動制御カウンタの計数値の前回値ＣＴｚを値０に設定する。

一方、ステップ９の判別結果がＹＥＳで、前回以前の制御タイミングにおいてインバランス判定処理の実行条件が成立済みであったときには、ステップ１１に進み、変動制御カウンタの計数値の前回値ＣＴｚを、ＲＡＭ内に記憶されている変動制御カウンタの計数値ＣＴに設定する。

以上のステップ１０又は１１に続くステップ１２で、変動制御カウンタの計数値ＣＴを、その前回値ＣＴｚと値１の和ＣＴｚ＋１に設定した後、本処理を終了する。

以上のように、図３の実行条件判定処理を実行した場合、インバランス判定フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＪＵＤ＝１が成立している期間中、変動制御カウンタの計数値ＣＴが値１ずつインクリメントされることになる。この場合、後述するように、インバランス判定フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＪＵＤ＝１が成立しているときに、空燃比変動制御処理が実行されるので、値ΔＴ・ＣＴは、空燃比変動制御処理の継続実行時間を表すことになる。

次に、図８を参照しながら、加振値算出処理について説明する。この処理は、後述する空燃比変動制御処理を実行する際、検出当量比ＫＡＣＴの目標となる加振値ＫＣＭＤ＿ｉを算出するものであり、ＥＣＵ２によって前述した所定の制御周期ΔＴで実行される。

同図に示すように、まず、ステップ４０で、前述したインバランス判定フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ４０の判別結果がＹＥＳで、インバランス判定の実行条件が成立しているときには、ステップ４１に進み、加振値ＫＣＭＤ＿ｉを算出した後、本処理を終了する。この加振値ＫＣＭＤ＿ｉは、当量比として算出され、具体的には、図９に示すように、値１＋Ｃを中心とし、周期ΔＴａ及び振幅Ａで変動する正弦波信号値として算出される。この場合、値Ｃ，Ａは正の所定値に設定され、周期Ｔａは、後述する０．５次周波数Ｆ０．５を時間換算した値よりも大きい値に設定される。言い換えれば、この周期Ｔａを周波数に換算した値である加振値周波数Ｆａは、０．５次周波数Ｆ０．５よりも低い値に設定される。

次に、図１０を参照しながら、燃料制御処理について説明する。この制御処理は、燃料噴射弁４による燃料噴射量ＴＯＵＴ及び噴射時期θＩＮＪを算出するものであり、ＥＣＵ２によってＴＤＣ信号の発生に同期するタイミングで実行される。

同図に示すように、まず、ステップ５０で、前述したインバランス判定フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、インバランス判定処理の実行準備として、空燃比変動制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ５１に進み、ＲＡＭ内に記憶されている加振値ＫＣＭＤ＿ｉを読み込む。すなわち、加振値ＫＣＭＤ＿ｉをサンプリングする。

次いで、ステップ５２に進み、検出当量比ＫＡＣＴが加振値ＫＣＭＤ＿ｉになるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。

次に、ステップ５３で、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量ＴＯＵＴに応じて、図示しないマップを検索することにより、噴射時期θＩＮＪを算出した後、本処理を終了する。

一方、前述したステップ５０の判別結果がＮＯのときには、ステップ５４に進み、通常燃料制御処理を実行。この通常燃料制御処理の場合、その内容は図示しないが、エンジン回転数ＮＥやアクセルペダルの踏み込み量などに応じて、目標当量比ＫＣＭＤを算出し、検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤになるように、燃料噴射量ＴＯＵＴ及び噴射時期θＩＮＪが算出される。ステップ５４で、以上のように通常燃料制御処理を実行した後、本処理を終了する。

本実施形態の場合、以上のステップ５１〜５３の制御処理が空燃比変動制御処理に相当し、この空燃比変動制御処理を実行することにより、排ガスの当量比が加振値ＫＣＭＤ＿ｉに追従するように制御される。その結果、検出当量比ＫＡＣＴが加振値周波数Ｆａの正弦波信号成分を含む状態となる。

次に、図１１を参照しながら、第１インバランス判定処理について説明する。この第１インバランス判定処理は、バンドパスフィルタ・アルゴリズムを用いて、検出当量比ＫＡＣＴに含まれるエンジン回転数ＮＥの１次周波数成分と加振値周波数成分とをサンプリングし、これらのサンプリング結果を用いて、空燃比のインバランス状態が発生しているか否かを判定するものであり、ＥＣＵ２によって前述した制御周期ΔＴで実行される。

同図に示すように、まず、ステップ６０で、前述したインバランス判定フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ６０の判別結果がＹＥＳで、インバランス判定処理の実行条件が成立しているときには、ステップ６１に進み、下式（５）に示すバンドパスフィルタ・アルゴリズムより、第１フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ１を算出する。

この式（５）において、α１〜αｍ及びβ１〜βｎは、所定のフィルタ係数であり、ｍ，ｎは、所定の整数である。この式（５）のバンドパスフィルタ・アルゴリズムの場合、その通過帯域がエンジン回転数ＮＥの１次周波数Ｆ１を中心とする周波数域に設定されており、それにより、第１フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ１は、エンジン回転数ＮＥの１次周波数成分をサンプリングした値として算出される。

次いで、ステップ６２に進み、第１積算値の前回値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ１ｚを、ＲＡＭ内に記憶されている第１積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ１に設定する。

次に、ステップ６３で、第１積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ１を、その前回値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ１ｚと第１フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ１との和（Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ１ｚ＋ＫＡＣＴ＿ｆ１）に設定する。

ステップ６３に続くステップ６４で前述した式（５）と同様のバンドパスフィルタ・アルゴリズムにより、第２フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ２を算出する。このステップ６４で用いるバンドパスフィルタ・アルゴリズムの場合、その通過帯域が加振値周波数Ｆａを中心とする周波数域に設定されており、それにより、第２フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ２は、加振値周波数成分をサンプリングした値として算出される。

次いで、ステップ６５に進み、第２積算値の前回値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ２ｚを、ＲＡＭ内に記憶されている第２積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ２に設定する。

次に、ステップ６６で、第２積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ２を、その前回値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ２ｚと第２フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ２との和（Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ２ｚ＋ＫＡＣＴ＿ｆ２）に設定する。

ステップ６６に続くステップ６７で、前述した変動制御カウンタの計数値ＣＴが所定値ＣＴｒｅｆ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ６７の判別結果がＹＥＳで、空燃比変動制御処理の継続実行時間が値ΔＴ・ＣＴｒｅｆに達したときには、インバランス判定を実行すべきであると判定して、ステップ６８に進み、第１正規化値ＲＴ１を、第１積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ１を第２積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ２で除算した値（Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ１／Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ２）に設定する。

次いで、ステップ６９に進み、第１正規化値ＲＴ１が所定の第１判定値ＲＴ１ｊｕｄよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、空燃比のインバランス状態が発生していると判定して、それを表すために、ステップ７０に進み、インバランス発生フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＮＧを「１」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ６９の判別結果がＮＯのときには、空燃比のインバランス状態が発生していないと判定して、それを表すために、ステップ７１に進み、インバランス発生フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＮＧを「０」に設定した後、本処理を終了する。

次に、図１２を参照しながら、第２インバランス判定処理について説明する。この第２インバランス判定処理は、前述した第１インバランス判定処理と同様のバンドパスフィルタ・アルゴリズムを用いて、検出当量比ＫＡＣＴに含まれるエンジン回転数ＮＥの０．５次周波数成分と加振値周波数成分とをサンプリングし、これらのサンプリング結果を用いて、空燃比のインバランス状態が発生しているか否かを判定するものである。この第２インバランス判定処理は、ＥＣＵ２によって、エンジン回転数ＮＥの０．５次周波数Ｆ０．５を時間換算した制御周期、すなわち第１インバランス判定処理の２倍の制御周期２・ΔＴで実行される。

同図に示すように、まず、ステップ８０で、前述したインバランス判定フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ８０の判別結果がＹＥＳで、インバランス判定処理の実行条件が成立しているときには、ステップ８１に進み、前述した式（５）と同様のバンドパスフィルタ・アルゴリズムより、第３フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ３を算出する。このステップ８１で用いるバンドパスフィルタ・アルゴリズムの場合、その通過帯域がエンジン回転数ＮＥの０．５次周波数Ｆ０．５を中心とする周波数域に設定されており、それにより、第３フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ３は、エンジン回転数ＮＥの０．５次周波数成分をサンプリングした値として算出される。

次いで、ステップ８２に進み、第３積算値の前回値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ３ｚを、ＲＡＭ内に記憶されている第３積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ３に設定する。

次に、ステップ８３で、第３積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ３を、その前回値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ３ｚと第３フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ３との和（Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ３ｚ＋ＫＡＣＴ＿ｆ３）に設定する。

ステップ８３に続くステップ８４で、前述した式（５）と同様のバンドパスフィルタ・アルゴリズムにより、第４フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ４を算出する。このステップ８４で用いるバンドパスフィルタ・アルゴリズムの場合、その通過帯域が加振値周波数Ｆａを中心とする周波数域に設定されており、それにより、第４フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ４は、加振値周波数成分をサンプリングした値として算出される。

次いで、ステップ８５に進み、第４積算値の前回値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ４ｚを、ＲＡＭ内に記憶されている第４積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ４に設定する。

次に、ステップ８６で、第４積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ４を、その前回値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ４ｚと第４フィルタ値ＫＡＣＴ＿ｆ４との和（Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ４ｚ＋ＫＡＣＴ＿ｆ４）に設定する。

ステップ８６に続くステップ８７で、前述した変動制御カウンタの計数値ＣＴが所定値ＣＴｒｅｆ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ８７の判別結果がＹＥＳで、空燃比変動制御処理の継続実行時間が値ΔＴ・ＣＴｒｅｆに達したときには、インバランス判定を実行すべきであると判定して、ステップ８８に進み、第２正規化値ＲＴ２を、第３積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ３を第４積算値Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ４で除算した値（Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ３／Ｓ＿ＫＡＣＴ＿ｆ４）に設定する。

次いで、ステップ８９に進み、第２正規化値ＲＴ２が所定の第２判定値ＲＴ２ｊｕｄよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、空燃比のインバランス状態が発生していると判定して、それを表すために、ステップ９０に進み、インバランス発生フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＮＧを「１」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ８９の判別結果がＮＯのときには、空燃比のインバランス状態が発生していないと判定して、それを表すために、ステップ９１に進み、インバランス発生フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＮＧを「０」に設定した後、本処理を終了する。

このように、第１インバランス判定処理又は第２インバランス判定処理において、インバランス発生フラグＦ＿ＩＭＢ＿ＮＧが「１」に設定された場合、インバランス状態が発生していることを運転者に報知するために、車両の図示しないインストルメント・パネル内の警告ランプが点灯される。

以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、排ガスの当量比が加振値ＫＣＭＤ＿ｉに追従して変動するように、空燃比変動制御処理が実行され、この空燃比変動制御の実行中、ＬＡＦセンサ２３の検出信号から算出した検出当量比ＫＡＣＴを用いて、空燃比のインバランス判定処理が実行される。

この場合、インバランス判定処理は、筒内ガス量ＧＣＹＬがガス量判定値Ｇｊｕｄ以上であるときに実行されるとともに、このガス量判定値Ｇｊｕｄは、ウェイストゲート弁開度ＷＧが大きいほど、より大きい値に設定される。すなわち、ウェイストゲート弁開度ＷＧが大きいことで、タービン１０ｂを通過してＬＡＦセンサ２３に供給される排ガス量が減少するような場合でも、筒内ガス量ＧＣＹＬが大きく、ＬＡＦセンサ２３に供給される排ガス量が大きいことで、ウェイストゲート弁開度ＷＧの増大による排ガス量の減少の影響を受けることないような条件下でのみ、インバランス判定処理が実行されることになる。すなわち、ＬＡＦセンサ２３に供給される排ガス流量が小さい条件下でのインバランス判定処理を禁止することができ、それにより、インバランス判定処理において、良好な判定精度を確保することができる。

これに加えて、ＬＡＦセンサ２３とウェイストゲート弁１１ａは、前述したような位置関係で排気通路８に配置されているので、タービン１０ｂを通過した排ガスは、ＬＡＦセンサ２３にダイレクトに接触するのに対して、ウェイストゲート弁１１ａを通過した排ガスは、ＬＡＦセンサ２３にほとんど接触することなく、流下する。それにより、特許文献１のような、ＬＡＦセンサ２３がウェイストゲート弁１１ａの下流側に配置されているレイアウトと異なり、ウェイストゲート弁１１ａを通過した排ガスの影響を回避できることで、ウェイストゲート弁開度ＷＧが比較的、大きい領域でも、１次周波数成分、加振値周波数成分及び０．５次周波数成分を、検出当量比ＫＡＣＴから精度よくサンプリングすることができ、インバランス判定処理の判定精度をさらに向上させることができる。以上により、商品性を向上させることができる。

なお、実施形態は、排ガス濃度パラメータセンサとして、ＬＡＦセンサ２３を用いた例であるが、本発明の排ガス濃度パラメータセンサはこれに限らず、排ガス中の酸素を含む所定成分の濃度を表す排ガス濃度パラメータを検出するものであればよい。例えば、排ガス濃度パラメータセンサとして、出力信号が反転する一般的な酸素濃度センサやＮＯｘセンサを用いてよい。

また、実施形態は、排ガス濃度パラメータセンサとしてのＬＡＦセンサ２３を、ウェイストゲート弁１１ａの付近すなわちバイパス通路８ａの下流側端部が排気通路８に合流する合流位置付近に配置した例であるが、ＬＡＦセンサ２３を、排気通路８の合流部よりも上流側すなわちタービン１０ｂ寄りの位置に設けてもよい。このように構成した場合、特許文献１のレイアウトと異なり、ＬＡＦセンサ２３がウェイストゲート弁１１ａを通過した排ガスの影響をより確実に回避できることで、実施形態の作用効果をより確実に得ることができる。

さらに、実施形態は、筒内ガス量パラメータ取得手段として、筒内ガス量ＧＣＹＬを算出する算出プログラムを用いた例であるが、本発明の筒内ガス量パラメータ取得手段はこれに限らず、筒内ガス量を表す筒内ガス量パラメータを取得できるものであればよい。例えば、筒内ガス量取得手段として、本出願人が特開２０１２−２１８４号公報に開示したような、物理モデルを用いて筒内ガス量を算出する算出プログラムや、ニューラルネットワークモデルを用いて筒内ガス量を算出する算出プログラムを採用してもよい。また、エアフローセンサなどの各種センサの検出信号を用いて、筒内ガス量を算出してもよい。

一方、実施形態は、内燃機関又はその付属機器における動作状態の判定として、エンジン３のインバランス判定を実行した例であるが、本発明の内燃機関又はその付属機器における動作状態の判定はこれに限らず、これらの動作状態を判定するものであればよい。

例えば、ＬＡＦセンサ２３の検出信号に基づき、その応答遅れを判定することで、付属機器の動作状態の判定として、ＬＡＦセンサ２３の劣化状態の判定を実行してもよい。さらに、排ガス浄化触媒９の下流側に酸素濃度センサを設け、ＬＡＦセンサ２３及び酸素濃度センサの検出信号を用いて、排ガス浄化触媒９の酸素貯蔵能ＯＳＣを算出することによって、付属機器の動作状態の判定として、排ガス浄化触媒９の劣化状態の判定を実行してもよい。

また、本発明の制御装置を車両用の内燃機関に適用した例であるが、本発明の制御装置は、これに限らず、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能である。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（筒内ガス量パラメータ取得手段、空燃比制御手段、実行条件判定手段、 動作状態判定手段、判定値設定手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
８ 排気通路
８ａ バイパス通路
１０ ターボチャージャ
１０ｂ タービン
１１ａ ウェイストゲート弁
２３ ＬＡＦセンサ（排ガス濃度パラメータセンサ）
ＫＡＣＴ 検出当量比（排ガス濃度パラメータ）
ＧＣＹＬ 筒内ガス量（筒内ガス量パラメータ）
Ｇｊｕｄ ガス量判定値（所定の判定値）

Claims (2)

1. 排気通路に設けられたタービンを有するターボチャージャと、当該ターボチャージャのタービンを迂回するバイパス通路を開閉することにより、当該タービンが排ガスから受け取る運動エネルギを変更するウェイストゲート弁とを備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記排気通路の前記タービンよりも下流側に設けられ、排ガス中の酸素を含む所定成分の濃度を表す排ガス濃度パラメータを検出する排ガス濃度パラメータセンサと、
   前記内燃機関の気筒内における筒内ガス量を表す筒内ガス量パラメータを取得する筒内ガス量パラメータ取得手段と、
   前記内燃機関の空燃比を、所定状態で変動するように制御する空燃比変動制御を実行する空燃比制御手段と、
   前記取得された筒内ガス量パラメータが表す筒内ガス量が所定の判定値以上であるという動作状態判定の実行条件が成立しているか否かを判定する実行条件判定手段と、
   当該実行条件判定手段の判定結果に基づき、前記空燃比変動制御が実行中されている場合において、前記動作状態判定の実行条件が成立しているときに、前記検出された排ガス濃度パラメータを用いて、前記内燃機関又は当該内燃機関の付属機器における動作状態を判定する動作状態判定手段と、
   前記所定の判定値を、前記ウェイストゲート弁の開度が大きいほど、より大きい値に設定する判定値設定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記排ガス濃度パラメータセンサは、前記バイパス通路の下流側端部が前記排気通路に合流する合流位置付近又は当該合流位置よりも上流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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