JP6107378B2 - 空燃比インバランス判定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、過給機を備えた多気筒内燃機関の空燃比インバランス判定装置に関する。
複数の気筒を有する多気筒内燃機関においては、各気筒に設けられたインジェクタの噴射性能のばらつきや、気筒毎の吸入空気配分量のばらつき等によって、実際の空燃比が気筒間でばらつくことがあり、このような状況になると、特定気筒の燃焼悪化によりエミッションが悪化する場合がある。こうした観点から、自動車の分野では、排気エミッションが悪化した車両の走行を防止するために、車載状態で気筒間の空燃比ばらつき(空燃比インバランス)の異常を検出している(空燃比インバランス検出OBD(On Board Diagnosis))。
一方、過給機を備えた内燃機関(過給機付き内燃機関)にあっては、過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路への排気ガスの量(バイパス量)を制御するウエストゲートバルブとを備え、上記過給機のタービンホイール及びウエストゲートバルブの下流側に空燃比センサを設けたものがある。このような過給機付き内燃機関において、上記空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比インバランスを判定する場合、ウエストゲートバルブの開度を所定開度以上に開いている(例えば、特許文献1参照)
特開2011−185159号公報
ところで、上記した従来の気筒間空燃比インバランス判定(以下、単に「インバランス判定」ともいう)では、インバランス判定の際に、常にウエストゲートバルブを開弁しているので、インバランス判定の前提条件が成立してから、ウエストゲートバルブの開度(以下、WGV開度ともいう)が所定開度になるまでに応答遅れが発生する場合がある。また、WGV開度が低開度域であってもインバランス判定の精度が出る場合もあるが、上記したインバランス判定(従来技術)では、そのような低開度域でのインバランス判定を行うことはできない。
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、過給機付きの多気筒内燃機関において、判定精度を確保できるウエストゲートバルブ開度域を選択してインバランス判定を実行することが可能な空燃比インバランス判定装置を提供することを目的とする。
本発明は、吸入空気を過給する過給機と、前記過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、前記タービンホイール及びウエストゲートバルブの排気流れの下流側であって触媒の排気流れの上流側に設けられた空燃比センサとを備えた多気筒内燃機関において、前記空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比のインバランス判定を行う空燃比インバランス判定装置を前提としている。
このような空燃比インバランス判定装置において、前記ウエストゲートバルブの開度が第1所定開度以下の低開度域、または、前記ウエストゲートバルブの開度が前記第1所定開度よりも大きい第2所定開度以上の高開度域のいずれかの開度域において前記インバランス判定を実行するように構成されており、過給中である場合は前記ウエストゲートバルブの開度が前記第1所定開度以下の低開度域で前記インバランス判定を実行し、自然吸気中である場合は前記ウエストゲートバルブの開度が前記第2所定開度以上の高開度域で前記インバランス判定を実行することを特徴とする。
以下、本発明の作用について説明する。
まず、過給機のタービンホイール及びウエストゲートバルブの下流側に配置の空燃比センサの出力に基づいてインバランス判定を行う場合、ウエストゲートバルブの開度(WGV開度)の大きさによって、タービンホイールを通過した排気ガス(タービン流)とバイパス通路(ウエストゲートバルブ)を通過した排気ガス(WGV流)との量比率及びガスベクトルなどが変化し、空燃比センサへの排気ガスのガス当たりが変化する(空燃比センサの出力値が変化する)。このため、WGV開度によってはインバランス判定の精度(S/N)が良い領域と悪い領域とが存在するようになる。
例えば、図5に示すように、WGV開度が第2所定開度D2以上の高開度域(例えば、35〜55deg)では、S/N(正常時に対するインバランス異常時の空燃比センサの出力値の比率)が大きくなる。これは次の理由よる。すなわち、WGV開度が第2所定開度D2以上の高開度域では、バイパス通路(ウエストゲートバルブ)を通過した排気ガスの流量が多く、そのWGV流による空燃比センサへのガス当たりが強くなる(タービン流が混合されないWGV流によるガス当たりが支配的となる)ので、インバランス異常がある場合は、その影響が空燃比センサの出力に現れやすくなってS/Nが大きくなるためである。
また、WGV開度が第1所定開度D1以下の低開度域(例えば、0〜5deg)においてもS/Nが大きくなる。すなわち、WGV開度が第1所定開度D1以下の低開度域では、WGV流が殆ど発生しないのでタービン流によるガス当たりが支配的となる。したがって、第1所定開度D1以下の低開度域においても、インバランス異常がある場合は、その影響が空燃比センサの出力に現れやすくなってS/Nが大きくなる。
なお、上記低開度域及び高開度域以外のWGV開度域では、タービン流とWGV流とが混合されるため、インバランス異常があっても空燃比センサの出力がなまされてしまい、S/Nが小さくなってしまう。
以上のように、空燃比センサへの排気ガスのガス当たりを考慮すると、S/N(判定精度)を確保できるWGV開度域は2領域(低開度域・高開度域)がある。このような点を考慮し、本発明では、WGV開度が第1所定開度D1以下の低開度域と、WGV開度が第2所定開度D2以上の高開度域とを選択してインバランス判定を実行する。さらに、第1所定開度D1以下でのインバランス判定と、第2所定開度D2以上でのインバランス判定とを、過給中であるか、または自然吸気中であるかによって切り替えるようにする。この点について以下に説明する。
まず、近年、過給機付き内燃機関では、通常時(過給域以外)においてウエストゲートバルブを開弁状態にする、いわゆるノーマルオープン制御が行われている。
こうしたノーマルオープン制御を採用した場合、自然吸気(過給域以外)のときには、WGV開度は開き側で上記第2所定開度D2に近い側(もしくは第2所定開度D2以上)となる。したがって、インバランス判定の前提条件が成立した状況で、自然吸気(NA)中である場合は上記第2所定開度D2以上の高開度域でインバランス判定を行うようにすることで、インバランス判定の前提条件成立時からインバランス判定を実行(開始)するまでの時間を短くすることが可能になる。また、過給域(過給中)である場合にはWGV開度は閉じ側で第1所定開度D1以下となる。したがって、過給域(過給中)となる場合は上記第1所定開度D1以下の低開度域でインバランス判定を行うようにすることで、インバランス判定の前提条件成立時からインバランス判定を実行(開始)するまでの時間を短くすることが可能になる。
以上のように、本発明によれば、判定精度(S/N)を確保できる2つの領域(WGV開度が第1所定開度D1以下の低開度域と第2所定開度D2以上の高開度域)を選択してインバランス判定を実行するので、インバランス判定を常に精度良く行うことができる。しかも、そのような第1所定開度D1以下でのインバランス判定と第2所定開度D2以上でのインバランス判定とを、過給中であるか、または自然吸気中であるかによって切り替えている。具体的には、過給中である場合は第1所定開度D1以下でインバランス判定を実行し、自然吸気中である場合は第2所定開度D2以上でインバランス判定を実行しているので、インバランス判定の応答遅れを抑制することができる。
本発明によれば、判定精度を確保できるウエストゲートバルブ開度域を選択してインバランス判定を実行することが可能であるので、インバランス判定を常に精度良く行うことができる。また、インバランス判定の応答性遅れを抑制することも可能になる。
本発明の空燃比インバランス判定装置を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。 図1のエンジンの1気筒のみを示す概略構成図である。 ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。 空燃比センサの出力波形を示す図である。 WGV開度と空燃比センサの出力との関係を示す図である。 空燃比インバランス判定処理の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
−エンジン−
図1及び図2は本発明を適用する多気筒エンジンの概略構成を示す図である。なお、図2にはエンジンの1気筒の構成のみを示している。また、図2においてターボチャージャ等の図示は省略している。
この例のエンジン1は、車両に搭載されるポート噴射式4気筒エンジン(火花点火式内燃機関)であって、その各気筒#1,#2,#3,#4を構成するシリンダブロック1a内には上下方向に往復動するピストン1cが設けられている。ピストン1cはコネクティングロッド16を介してクランクシャフト15に連結されており、ピストン1cの往復運動がコネクティングロッド16によってクランクシャフト15の回転へと変換される。
クランクシャフト15にはシグナルロータ17が取り付けられている。シグナルロータ17の外周には複数の歯(突起)17aが等角度(この例では、例えば10°CA(クランク角度))ごとに設けられている。また、シグナルロータ17は、歯17aの2枚分が欠落した欠歯部17bを有している。
シグナルロータ17の側方近傍には、クランク角を検出するクランクポジションセンサ31が配置されている。クランクポジションセンサ31は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト15が回転する際にシグナルロータ17の歯17aに対応するパルス状の信号(電圧パルス)を発生する。このクランクポジションセンサ31の出力信号からエンジン回転数NEを算出することができる。
エンジン1のシリンダブロック1aにはエンジン冷却水の水温を検出する水温センサ32が配置されている。また、シリンダブロック1aの上端にはシリンダヘッド1bが設けられており、このシリンダヘッド1bとピストン1cとの間に燃焼室1dが形成されている。エンジン1の燃焼室1dには点火プラグ3が配置されている。点火プラグ3の点火タイミングはイグナイタ4によって調整される。イグナイタ4はECU(Electronic Control Unit)200によって制御される。
エンジン1の燃焼室1dには吸気通路11と排気通路12とが接続されている。吸気通路11の一部は吸気ポート11a及び吸気マニホールド11bによって形成されている。また、排気通路12の一部は排気ポート12a及び排気マニホールド12bによって形成されている。
エンジン1の吸気通路11には、吸気を濾過するエアクリーナ7、熱線式のエアフロメータ33、吸気温センサ34(エアフロメータ33に内蔵)、後述するターボチャージャ100のコンプレッサインペラ102、インタークーラ104、及び、エンジン1の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ5などが配置されている。スロットルバルブ5はスロットルモータ6によって駆動される。スロットルバルブ5の開度はスロットル開度センサ35によって検出される。スロットルバルブ5のスロットル開度はECU200によって制御される。
上記吸気通路11と燃焼室1dとの間に吸気バルブ13が設けられており、この吸気バルブ13を開閉駆動することにより、吸気通路11と燃焼室1dとが連通または遮断される。また、排気通路12と燃焼室1dとの間に排気バルブ14が設けられており、この排気バルブ14を開閉駆動することにより排気通路12と燃焼室1dとが連通または遮断される。これら吸気バルブ13及び排気バルブ14の開閉駆動は、クランクシャフト15の回転がタイミングチェーン等を介して伝達される吸気カムシャフト21及び排気カムシャフト22の各回転によって行われる。
吸気カムシャフト21の近傍には、特定の気筒(例えば、第1気筒#1)のピストン1cが圧縮上死点(TDC)に達したときにパルス状の信号を発生するカムポジションセンサ39が設けられている。カムポジションセンサ39は、例えば電磁ピックアップであって、吸気カムシャフト21に一体的に設けられたロータ外周の1個の歯(図示せず)に対向するように配置されており、その吸気カムシャフト21が回転する際にパルス状の信号(電圧パルス)を出力する。
そして、吸気通路11の吸気ポート11aには、燃料を噴射可能なインジェクタ(燃料噴射弁)2が配置されている。インジェクタ2は各気筒#1〜#4毎に設けられている。これらインジェクタ2・・2は共通のデリバリパイプ91に接続されている。デリバリパイプ91には、後述する燃料供給系90の燃料タンク94に貯留の燃料が供給され、これによって、インジェクタ2から吸気ポート11a内に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン1の燃焼室1dに導入される。燃焼室1dに導入された混合気(燃料+空気)は点火プラグ3にて点火されて燃焼・爆発する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン1cが往復動され、クランクシャフト15が回転されてエンジン1の駆動力(出力トルク)が得られる。燃焼ガスは、排気バルブ14の開弁にともない排気通路12に排出される。なお、エンジン1は、第1気筒#1→第3気筒#3→第4気筒#4→第2気筒#2の順で燃焼・爆発する。以上のエンジン1の運転状態はECU200によって制御される。
燃料供給系90は、各気筒#1〜#4のインジェクタ2・・2に共通に接続されたデリバリパイプ91、このデリバリパイプ91に接続された燃料供給管92、燃料ポンプ(例えば電動ポンプ)93、及び、燃料タンク94などを備えており、燃料ポンプ93を駆動することにより、燃料タンク94内に貯留の燃料を、燃料供給管92を介してデリバリパイプ91に供給することができる。このような構成の燃料供給系90によって各気筒#1〜#4のインジェクタ2に燃料が供給される。
以上の構成の燃料供給系90において、燃料ポンプ93の駆動はECU200によって制御される。
一方、エンジン1の排気通路12には上流触媒81と下流触媒82とが直列に配置されている。これら上流触媒81及び下流触媒82は共に三元触媒であって、酸素を貯蔵(吸蔵)するO2ストレージ機能(酸素貯蔵機能)を有しており、この酸素貯蔵機能により、空燃比が理論空燃比(ストイキ)からある程度まで偏移したとしても、HC,CO及びNOxを浄化することが可能となっている。すなわち、各触媒81,82に流入する排気ガス中の酸素及びNOxが増加すると、酸素の一部を各触媒81,82が吸蔵することでNOxの還元・浄化を促進する。一方、各触媒81,82に流入する排気ガスにHC,COが多量に含まれると、各触媒81,82は、内部に吸蔵している酸素分子を放出し、これらのHC,COに酸素分子を与え、酸化・浄化を促進する。
上流触媒81の上流側(排気流れの上流側)の排気通路12に空燃比センサ(A/Fセンサ)37が設けられている。この空燃比センサ37は、後述するターボチャージャ100のタービンホイール101及びウエストゲートバルブ105よりも下流側(排気流れの下流側)に配置されている。空燃比センサ37は、例えば、限界電流式の酸素濃度センサが適用されており、広い空燃比領域にわたって空燃比を連続的に検出することが可能である。
ここで、空燃比センサ37に配置位置については、当該空燃比センサ37への排気ガスのガス当たりを考慮し、図5に示すようなS/N(正常時に対するインバランス異常時の出力値の比率)が大きなWGV開度域(低開度域と高開度域との2つの領域)が得られるようなセンサ位置を実験・シミュレーション等によって適合し、その位置に空燃比センサ37を配置している。
また、上流触媒81の下流側(排気流れの下流側)の排気通路12にはO2センサ(酸素センサ)38が配置されている。O2センサ38は、理論空燃比(ストイキ)近傍で出力値がステップ状に変化する特性(Z特性)を示すセンサであって、この例では、例えば起電力式(濃淡電池式)の酸素濃度センサが適用されている。
以上の空燃比センサ37及びO2センサ38の各出力信号はECU200に入力される。ECU200は、空燃比センサ37及びO2センサ38の出力に基づいて空燃比フィードバック制御(ストイキ制御)を実行する。この空燃比フィードバック制御としては、上流触媒81の上流側の空燃比センサ37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メインフィードバック制御と、上流触媒81の下流側のO2センサ38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サブフィードバック制御とが行われる(例えば、特開2010−007561号公報、特開2012−167646号公報に記載の技術参照)。
−ターボチャージャ−
この例のエンジン1には、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ(過給機)100が装備されている。
ターボチャージャ100は、図1に示すように、排気通路12に配置されたタービンホイール101、吸気通路11に配置されたコンプレッサインペラ102、及び、これらタービンホイール101とコンプレッサインペラ102とを回転一体に連結する連結シャフト103などを備えており、排気通路12に配置のタービンホイール101が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路11に配置のコンプレッサインペラ102が回転する。そして、コンプレッサインペラ102の回転により吸入空気が過給され、エンジン1の各気筒#1〜#4の燃焼室1dに過給空気が強制的に送り込まれる。
タービンホイール101はタービンハウジング110内に収容されており、コンプレッサインペラ102はコンプレッサハウジング120内に収容されている。これらタービンハウジング110とコンプレッサハウジング120とはセンターハウジング130の両側に取り付けられている。そして、上記コンプレッサインペラ102及びコンプレッサハウジング120などによってコンプレッサ100Bが構成されており、また、上記タービンホイール101及びタービンハウジング110などによってタービン100Aが構成されている。
また、この例のターボチャージャ100のタービンハウジング110には、図1に示すように、タービンホイール101の上流側と下流側とを連通(タービンホイール101をバイパス)するバイパス通路111が形成されており、このバイパス通路111にウエストゲートバルブ105が設けられている。
ウエストゲートバルブ105は、バイパス通路111の出口(タービンハウジング110の下流側の開口端)を開閉することが可能な弁体、この弁体を開閉方向に移動(揺動)する揺動アーム、及び、揺動アームに連結されたWGVアクチュエータ150(図3参照)などを備えており、WGVアクチュエータ150を駆動することによって、ウエストゲートバルブ105の開度(WGV開度)を調整(例えば図5に示すWGV開度範囲において調整)することができる。そして、そのウエストゲートバルブ105のWGV開度を調整することにより、タービンホイール101をバイパスする排気ガス量を調整することができる。WGVアクチュエータ150の駆動(ウエストゲートバルブ105のWGV開度)はECU200によって制御される。
なお、WGVアクチュエータ150は、電動モータを駆動源とする電動式アクチュエータであってもよいし、また、負圧源から供給される負圧を動力源として作動する負圧アクチュエータや、正圧アクチュエータなどの他の形式(駆動源)のアクチュエータであってもよい。
ここで、本実施形態にあっては、通常時(過給域以外)はウエストゲートバルブ105を運転状態に応じた所定の開度で開いた状態とし、高出力が要求される場合(過給が要求される場合)に閉じる制御(いわゆるノーマルオープン制御)を採用している。このようなノーマルオープン制御によれば、通常時はウエストゲートバルブ105を開くことにより、排気圧力の低下による排気損失を低減することができるので、燃料消費率の向上を図ることができる。
なお、上記ノーマルオープン制御において、通常時(過給域以外)には、例えばエンジン回転数NE及び負荷率KLに基づいて、予め実験・シミュレーション等によって作成されたマップを参照してWGV開度を求めてウエストゲートバルブ105のWGV開度を調整(制御)する(ECU200による制御)。
−ECU−
ECU200は、図3に示すように、CPU(Central Processing Unit)201、ROM(Read Only Memory)202、RAM(Random Access Memory)203及びバックアップRAM204などを備えている。
ROM202は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU201は、ROM202に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、RAM203は、CPU201での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM204は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
以上のCPU201、ROM202、RAM203及びバックアップRAM204は、バス207を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース205及び出力インターフェース206と接続されている。
入力インターフェース205には、クランクポジションセンサ31、水温センサ32、エアフロメータ33、吸気温センサ34、スロットル開度センサ35、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ36、空燃比センサ37、O2センサ38、カムポジションセンサ39、吸気通路11におけるスロットルバルブ5の下流側の圧力(過給圧)を検出するため過給圧センサ40、及び、ウエストゲートバルブ105の開度を検出するWGV開度センサ41などの各種センサ類が接続されている。
出力インターフェース206には、インジェクタ2、点火プラグ3のイグナイタ4、スロットルバルブ5のスロットルモータ6、燃料供給系90の燃料ポンプ93、及び、ウエストゲートバルブ105を開閉駆動するWGVアクチュエータ150などが接続されている。
そして、ECU200は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、インジェクタ2の駆動制御(燃料噴射量調整制御)、点火プラグ3の点火時期制御、スロットルバルブ5のスロットルモータ6の駆動制御(吸入空気量制御)、上記した空燃比フィードバック制御、及び、上記したウエストゲートバルブ105の開度制御などを含むエンジン1の各種制御を実行する。さらに、ECU200は、下記の「気筒間の空燃比インバランス判定処理」を実行する。
以上のECU200により実行されるプログラムによって、本発明の空燃比インバランス判定装置が実現される。
−気筒間の空燃比インバランス判定−
ECU200が実行する気筒間の空燃比インバランス判定方法について説明する。
まず、インジェクタ2などの燃料供給系やエアフロメータ33などの空気系に、エンジン1の全気筒#1〜#4に影響を及ぼすような異常が発生した場合、空燃比のメインフィードバック制御の補正量の絶対値が大きくなるため、これをECU200でモニタすることで、その異常を検出できる。
例えば、空燃比フィードバック制御中(ストイキ制御中)において、燃料噴射量が全体的にストイキ相当量に対して、例えば5%ずれている場合(すなわち、全ての気筒#1〜#4において燃料噴射量がストイキ相当量に対して5%ずつ、ずれている場合)、メインフィードバック制御におけるフィードバック補正量はその5%のずれ量を補正するような値、つまり、−5%相当の補正量となり、これによって、燃料供給系もしくは空気系が5%ずれていることを検出することができる。そして、このフィードバック補正量が所定の判定閾値以上となったときに、燃料供給系もしくは空気系が異常であることを検出することができる。
一方、燃料供給系や空気系が全体的にずれているのではなく、気筒間の空燃比にばらつき(インバランス:imbalance)が発生する場合がある。例えば、各気筒に設けたインジェクタ2の噴射性能のばらつきや、気筒毎の吸入空気配分量のばらつきなどによって、実際の空燃比が気筒間でばらつくこと(空燃比インバランス)がある。気筒間に空燃比インバランスが発生すると、1機関サイクル間(=720°CA)での排気空燃比の変動が大きくなり、空燃比センサ37の出力が変動する。図4に空燃比センサ37の出力波形の一例を示す。この図4において、破線の波形は空燃比インバランス無の状態(正常時)を示しており、実線の波形は空燃比インバランス有の状態(インバランス異常時)を示している。
図4に示すように、空燃比センサ37の出力波形(以下、A/Fセンサ出力波形ともいう)は、ストイキを中心として振動する傾向にあるが、気筒間の空燃比インバランスが発生すると、そのインバランス度合に応じてA/Fセンサ出力波形の振動の振幅が大きくなる。このような現象を利用して、気筒間の空燃比インバランスを判定することができる。そのインバランス判定方法の例について以下に列記する。
(1)上述の如く、気筒間空燃比のインバランスが大きいほど、空燃比センサ37の出力波形の振動の振幅が大きくなる点、つまり、上記インバランス率が大きいほどA/Fセンサ出力波形の傾きが大きくなる点(図4参照)を利用して、A/Fセンサ出力波形の傾きから気筒間の空燃比のインバランスの発生を判定する。
具体的には、空燃比センサ37の出力信号(出力値)に基づいて、A/Fセンサ出力波形をモニタし、そのA/Fセンサ出力波形の傾き(リーンピークLpからリッチピークRpに向かう部分のA/F傾きα:図4参照)を取得する。そして、そのA/Fセンサ出力波形のA/F傾きαと所定の判定閾値(傾き)とを比較し、A/F傾きα(絶対値)が所定の判定閾値以上である場合は気筒間にインバランスが発生していると判定(インバランス異常と判定)する。このインバランス判定に用いる判定閾値については、例えば、エンジン1の気筒間における空燃比が均衡していると判定可能な範囲の上限を実験・計算等により取得しておき、その結果を基に適合した値を判定閾値とする。
また、上記センサ出力波形のA/F傾きαから気筒間の空燃比インバランス率(%)を求めることができる。インバランス率とは、気筒間空燃比のばらつき度合に関するパラメータであって、全気筒のうちある1気筒のみが空燃比ずれを起こしている場合に、その空燃比ずれを起こしている気筒(インバランス気筒)の空燃比がどれくらいの割合で、空燃比ずれを起こしていない気筒(バランス気筒)の空燃比(ストイキ相当)からずれているかを示す値である。
なお、図4に示すA/Fセンサ出力波形において、リッチピークからリーンピークに向かう部分の傾きを取得して、その取得したA/F傾きに基づいて気筒間の空燃比インバランスの発生を判定することも可能である。
(2)空燃比センサ37の出力信号に基づいて、その各A/Fセンサ出力波形(図4参照)をモニタし、そのA/Fセンサ出力波形のリーンピークLpに至ったときの空燃比の値(リーンピーク値AFa)を取得する。次に、A/Fセンサ出力波形のリッチピークRpに至ったときの空燃比の値(リッチピーク値AFb)を取得し、これらリーンピーク値AFaとリッチピーク値AFbの差分(振幅)ΔAF(ΔAF=|AFa−AFb|:図4参照)を求め、この差分ΔAFが所定の判定閾値以上である場合に気筒間に空燃比インバランスが発生していると判定(インバランス異常と判定)する。
なお、このようなリーンピークとリッチピークとの差分ΔAFに替えて、互いに隣り合う2つのリーンピークの間(または2つのリッチピークの間)の時間を計測して、そのピーク間時間に基づいて気筒間の空燃比インバランスの発生を判定することも可能である。
また、これらの以外の方法で、空燃比センサ37の出力に基づいて気筒間の空燃比インバランスの発生を判定するようにしてもよい。
以上のように、本実施形態では、空燃比センサ37の出力に基づいて、気筒間の空燃比インバランスを車載状態で判定(検出)することができる(気筒間空燃比インバランス検出OBD)。
次に、ウエストゲートバルブ105の開度(WGV開度)と空燃比センサ37の出力値との関係について説明する。
まず、本実施形態のエンジン1では、ターボチャージャ100のタービンホイール101及びウエストゲートバルブ105の下流側(排気流れの下流側)に空燃比センサ37が配置されているため、空燃比センサ37のへの排気ガス当たりが変化する。すなわち、ウエストゲートバルブ105のWGV開度の大きさによって、タービンホイール101を通過した排気ガス(タービン流)と、バイパス通路111(ウエストゲートバルブ105)を通過した排気ガス(WGV流)との量比率及びガスベクトルなどが変化するため、空燃比センサ37のへの排気ガス当たりが変化し、空燃比センサ37の出力値が変化する。
図5に、WGV開度と空燃比センサ37の出力値との関係を示す。この図5において、破線は気筒間の空燃比インバランスが発生していない正常時を示しており、実線は空燃比インバランスが発生しているインバランス異常時を示している。
図5に示すように、WGV開度が第1所定開度D1以下の低開度域(0〜5deg)、及び、WGV開度が第2所定開度D2以上の高開度域(35〜55deg)にあっては、上述したように、S/N(正常時に対するインバランス以上時の空燃比センサの出力値の比率)が大きくなる。つまり、S/N(判定精度)を確保できるWGV開度域は2領域(低開度域・高開度域)がある。このような点を考慮し、本実施形態では、WGV開度が第1所定開度D1以下の低開度域と、WGV開度が第2所定開度D2以上の高開度域とを選択してインバランス判定を実行する。
その具体的な処理(空燃比インバランス判定処理)の例について図6のフローチャートを参照して説明する。図6の処理ルーチンはECU200において所定時間毎に繰り返して実行される。
まず、ステップS101では、インバランス判定の前提条件が成立しているか否かを判定する。この前提条件は、例えば次の各条件が成立したときに成立する。
(a)エンジンの暖機が終了している。ECU200は、水温センサ32の出力から得られるエンジン水温が所定値以上であるとき暖機終了と判断する。
(b)空燃比センサ37及びO2センサ38が活性化している。ECU200は、空燃比センサ37及びO2センサ38の各インピーダンスがそれぞれ所定の活性温度相当の値になっているとき、これら2つのセンサ37,38が活性化していると判断する。
(c)少なくとも上流触媒81が活性化している。ECU200は、エンジン運転状態に基づいて推定した上流触媒81の温度が所定の活性温度相当の値になっているとき、上流触媒81が活性化したと判断する。
(d)エンジン1が定常運転中である。ECU200は、エンジン回転数NE及び負荷率KLの所定時間内における変動幅が所定値以内のとき、エンジン1が定常運転中と判断する。
(e)空燃比フィードバック制御中(ストイキ制御中)である。
なお、インバランス判定の前提条件はこれらの条件に限定されない。
このステップST101の判定結果が否定判定(NO)である場合はリターンする。ステップST101の判定結果が肯定判定(YES)である場合(インバランス判定の前提条件成立の場合)はステップST102に進む。
ステップST102では、過給が必要なエンジン運転域(過給要のエンジン運転域)であるか否かを判定する。具体的には、クランクポジションセンサ31の出力信号から算出されるエンジン回転数NE及び負荷率KLに基づいてマップを参照して過給が必要なエンジン運転域であるか否かを判定する。
なお、負荷率KLは、エンジン1への最大吸入空気量に対する現在の運転状態における吸入空気量の割合(充填率)であって、例えば、エアフロメータ33の出力信号から得られる吸入空気量とクランクポジションセンサ31の出力信号から得られるエンジン回転数NEとに基づいて算出される。
また、上記判定マップは、エンジン回転数NE及び負荷率KLをパラメータとして過給が必要なエンジン運転域(例えば高出力が要求される領域)を実験・シミュレーション等によって適合したマップであって、ECU200のROM202内に記憶されている。
上記ステップST102の判定結果が肯定判定(YES)である場合は、過給域となると判断してステップST103に進む。ステップST103では、WGV開度センサ41の出力信号に基づいてWGVアクチュエータ150を駆動制御して、ウエストゲートバルブ105のWGV開度を第1所定開度D1以下(WGV開度≦D1)の低開度域(例えば、0〜5deg)に設定する。そして、ステップST105においてインバランス判定(OBD)を実行する。このような処理により、インバランス判定の前提条件が成立した状況で、過給中である場合は、ウエストゲートバルブ105のWGV開度が第1所定開度D1以下の低開度域(判定精度(S/N)を確保できる領域)でインバランス判定(OBD)を実行することができる。
なお、インバランス判定の前提条件が成立したときに、過給中でウエストゲートバルブ105のWGV開度が第1所定開度D1以下になっている場合は、そのままの状態で(ステップST103の処理は実行せずに)インバランス判定(OBD)を実行する。
一方、上記ステップST102の判定結果が否定判定(NO)である場合(自然吸気中)である場合はステップST104に進む。ステップST104では、WGV開度センサ41の出力信号に基づいてWGVアクチュエータ150を駆動制御して、ウエストゲートバルブ105のWGV開度を第2所定開度D2以上(WGV開度≧D2)の高開度域(例えば、35〜55deg)に設定する。そして、ステップST105においてインバランス判定(OBD)を実行する。このような処理により、インバランス判定の前提条件が成立した状況で、自然吸気中である場合は、ウエストゲートバルブ105のWGV開度が第2所定開度D2以上の開度域(判定精度(S/N)を確保できる領域)でインバランス判定(OBD)を実行することができる。
なお、インバランス判定の前提条件が成立し、ステップST102の判定結果が否定判定(NO)となったときに、ウエストゲートバルブ105のWGV開度が第2所定開度D2以上になっている場合は、そのままの状態で(ステップST104の処理は実行せずに)インバランス判定(OBD)を実行する。
なお、上記したインバランス判定(OBD)により、インバランス異常と判定された場合、例えば、ECU200は不揮発性メモリ(例えば、バックアップRAM204)などに所定の異常フラグをセットする。この異常フラグは、他の制御処理において適宜参照され、例えば、異常フラグがセットされている場合には空燃比フィードバック制御が禁止または制限される。また、異常フラグの参照により車室内のディスプレイに故障情報を表示し、あるいは故障履歴として整備の際に整備作業者に出力するようにしてもよい。
<効果>
以上説明したように、本実施形態によれば、判定精度(S/N)を確保できる2つの領域(WGV開度が第1所定開度D1以下の低開度域と第2所定開度D2以上の高開度域)を選択してインバランス判定(OBD)を実行するので、インバランス判定を常に精度良く行うことができる。しかも、そのような第1所定開度D1以下でのインバランス判定と第2所定開度D2以上でのインバランス判定とを、過給中であるか、または、自然吸気中であるかによって切り替えている。具体的には、過給中である場合は第1所定開度D1以下でインバランス判定を実行し、自然吸気中である場合は第2所定開度D2以上でインバランス判定を実行しているので、インバランス判定の前提条件が成立してからインバランス判定を実行(開始)するまでの時間を短くすることが可能となり、インバランス判定の応答遅れを抑制することができる。
−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、インバランス判定の前提条件が成立した際に、過給圧センサ40の出力に基づいて過給域(過給中)であるか否かを判定し、過給域である場合は第1所定開度D1以下でインバランス判定を実行し、自然吸気中である場合は第2所定開度D2以上でインバランス判定を実行するようにしてもよい。
なお、今回開示した実施形態では、第1所定開度D1以下でのインバランス判定と第2所定開度D2以上でのインバランス判定とを、過給中であるか、または自然吸気中であるかによって切り替えており、自然吸気中である場合は第2所定開度D2以上でインバランス判定を実行している。しかしながら、過給中から、自然吸気中へ状態が変化した直後は、自然吸気中であっても所定期間であれば引き続き第1所定開度D1以下でインバランス判定を実行してもよい。このように第1所定開度D1以下もしくは第2所定開度D2以上を運転状態に応じて選択することとしてもよい。
以上の例では、4気筒ガソリンエンジンの空燃比インバランス判定に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば6気筒や8気筒などの他の任意の気筒数の多気筒内燃機関の空燃比インバランス判定にも適用可能である。
以上の例では、ポート噴射型多気筒ガソリンエンジンの空燃比インバランス判定に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、筒内直噴型多気筒ガソリンエンジンの空燃比インバランス判定にも適用可能である。また、直列多気筒ガソリンエンジンのほか、V型多気筒ガソリンエンジンの空燃比インバランス判定にも本発明を適用することができる。また、筒内噴射用インジェクタと吸気ポート噴射用インジェクタとを備えたデュアル噴射式多気筒ガソリンエンジンの空燃比インバランス判定にも本発明は適用可能である。さらに、ガスエンジンや、バイオマス由来燃料を用いるエンジンの空燃比インバランス判定にも適用可能である。
以上の例では、エンジン(内燃機関)のみが搭載されたコンベンショナル車両のエンジンの空燃比インバランス判定に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、エンジン及び電動機(モータジェネレータまたはモータ等)が搭載されたハイブリッド車両に搭載されたエンジンの空燃比インバランス判定にも適用可能である。
本発明は、過給機付き多気筒内燃機関において、気筒間の空燃比インバランス状態を判定する空燃比インバランス判定装置に利用可能である。
1 エンジン
11 吸気通路
12 排気通路
31 クランクポジションセンサ
33 エアフロメータ
37 空燃比センサ
41 WGV開度センサ
100 ターボチャージャ(過給機)
101 タービンホイール
102 コンプレッサインペラ
105 ウエストゲートバルブ
150 WGVアクチュエータ
111 バイパス通路
200 ECU

Claims (1)

  1. 吸入空気を過給する過給機と、前記過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、前記タービンホイール及びウエストゲートバルブの排気流れの下流側であって触媒の排気流れの上流側に設けられた空燃比センサとを備えた多気筒内燃機関において、前記空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比のインバランス判定を行う空燃比インバランス判定装置であって、
    前記ウエストゲートバルブの開度が第1所定開度以下の低開度域、または、前記ウエストゲートバルブの開度が前記第1所定開度よりも大きい第2所定開度以上の高開度域のいずれかの開度域において前記インバランス判定を実行するように構成されており、
    過給中である場合は、前記ウエストゲートバルブの開度が前記第1所定開度以下の低開度域で前記インバランス判定を実行し、
    自然吸気中である場合は、前記ウエストゲートバルブの開度が前記第2所定開度以上の高開度域で前記インバランス判定を実行することを特徴とする空燃比インバランス判定装置。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102170325B1 (ko) * 2019-11-14 2020-10-26 이영대 자동차 공연비 제어 및 주행정보 모니터링용 통합 장치
JP7468095B2 (ja) * 2020-04-07 2024-04-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関制御システム及び内燃機関制御プログラム
JP7447824B2 (ja) * 2021-01-07 2024-03-12 トヨタ自動車株式会社 エンジン制御装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011185159A (ja) * 2010-03-09 2011-09-22 Denso Corp 過給機付き内燃機関の異常診断装置
JP5099266B2 (ja) * 2010-11-01 2012-12-19 トヨタ自動車株式会社 気筒間空燃比ばらつき異常検出装置
JP2012137050A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Toyota Motor Corp 多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置
CN103282628B (zh) * 2011-03-16 2016-01-06 丰田自动车株式会社 内燃机的控制装置
JP5765350B2 (ja) * 2013-02-04 2015-08-19 トヨタ自動車株式会社 多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス検出装置

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