JP6199777B2 - 気筒間ばらつき異常検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、空燃比の気筒間ばらつき異常検知装置に関する。

従来から、エンジンの排気ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）などの有害成分を低減するために、排気浄化触媒（以下、単に「触媒」ともいう）を用いた排気ガスの後処理が行われている。このような触媒として、ＣＯとＨＣの酸化反応とＮＯｘの還元反応とを同時に行い、無害なＣＯ_２（二酸化炭素）、Ｈ_２Ｏ（水）、Ｎ_２（窒素）に転換する機能を持つ三元触媒が、近年一般的に使用されている。

三元触媒では、高い浄化率を得ようとした場合に、混合気の空燃比を理論空燃比（λ＝１）近傍の狭い範囲に制御（空燃比フィードバック制御）する必要がある。そのため、このような三元触媒を用いたシステムでは、エンジンの気筒間で空燃比がばらつくと排気エミッションが悪化するおそれがある。なお、北米法規では、このような排気エミッションの悪化要因となる空燃比の気筒間ばらつき異常（インバランス故障）を車載状態で検知するように定めている（ＯＢＤ２：Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ ２）。

このような空燃比の気筒間ばらつき異常を検知する手法として、従来から、排気浄化触媒の上流に設けた空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）により検出される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）の変動を利用した空燃比（Ａ／Ｆ）変動法が知られている。しかしながら、例えば経年劣化等により、空燃比センサの応答性が悪化すると、空燃比センサの出力波形の振幅が減少し、気筒間ばらつき異常を検知できなくなるおそれがある。すなわち、気筒間ばらつきが生じているにも拘らず正常と誤判定してしまうおそれがある。

ここで、特許文献１には、空燃比センサの応答性劣化時における空燃比の気筒間ばらつき検出精度を向上させる技術が開示されている。この技術では、まず、エンジンの高負荷領域での空燃比センサの応答性劣化度合いが検出され、空燃比センサの劣化度合いに応じた補正ゲインが算出される。そして、補正後の各気筒の推定空燃比と基準空燃比との偏差が算出されることで、各気筒の空燃比のばらつきが算出される。これにより、空燃比センサの応答性劣化時における空燃比の気筒間ばらつき検出精度を向上させている。

また、特許文献２には、空燃比センサの応答性に関わらず、インバランスを精度よく判定することができる空燃比気筒間インバランス判定装置が開示されている。この装置では、空燃比センサの出力値の時間微分値に基づいて、気筒別空燃比の不均一性の程度が大きいほど大きくなるように補正前指標値が取得される。一方、フューエルカット運転中に、空燃比センサの出力値が大きいほど大きくなるように補正用出力値が求められる。そして、補正用出力値が大きいほど（すなわち、空燃比センサの応答性が高いほど）、補正前指標値が小さくなるように、補正前指標値が補正されて空燃比不均衡指標値が取得される。そして、この空燃比不均衡指標値がインバランス判定用閾値以上であるときに、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定される。

特開２００８−１２８１６１号公報 特開２０１２−３１７７４号公報

ところで、空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）の劣化のしかたは一様ではない。すなわち、空燃比センサの劣化形態（劣化モード）には、応答性が全体的に（リッチ側もリーン側も）一様に悪化する形態（モード）だけでなく、リッチ側の応答性のみが悪化する形態や、リーン側の応答性のみが劣化する形態もある。

しかしながら、特許文献１および２に記載の技術では、このような劣化形態（劣化モード）の違いは考慮されていない。そのため、特許文献１および２に記載の技術では、空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）の劣化のしかたによっては（特に、リッチ側の応答性のみ又はリーン側の応答性のみが悪化する劣化形態のときには）、上述した補正（各気筒の空燃比の補正又は補正前指標値の補正）が適切に行なわれず、気筒間ばらつき異常を誤検知してしまうおそれ又は検知できなくなるおそれがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、経年劣化等により空燃比センサの応答性が悪化した場合において、空燃比センサの劣化形態（劣化モード）にかかわらず、確実に気筒間ばらつき異常を検知することが可能な気筒間ばらつき異常検知装置を提供することを目的とする。

本発明に係る気筒間ばらつき異常検知装置は、所定の燃料噴射停止条件が成立した場合に、燃料噴射を停止する燃料噴射制御手段と、エンジンの排気ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度から混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、燃料噴射が停止されたときに、空燃比検出手段の出力がリーン方向に変化する際のリーン応答遅れ時間を取得するリーン応答遅れ取得手段と、燃料噴射停止からの復帰時に、空燃比検出手段の出力がリッチ方向に変化する際のリッチ応答遅れ時間を取得するリッチ応答遅れ取得手段と、空燃比検出手段により検出された空燃比の変動量に基づいて、気筒間ばらつき異常の有無を判定するための診断値を算出する診断値算出手段と、リーン応答遅れ時間に基づいてリーン応答補正値を求めるとともに、リッチ応答遅れ時間に基づいてリッチ応答補正値を求め、該リーン応答補正値およびリッチ応答補正値で診断値を補正する診断値補正手段と、診断値補正手段により補正された診断値が判定しきい値を超えている場合に、気筒間ばらつき異常が生じていると判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る気筒間ばらつき異常検知装置によれば、燃料噴射が停止されたときにリーン応答遅れ時間が取得される。一方、燃料噴射停止からの復帰時にリッチ応答遅れ時間が取得される。また、リーン応答遅れ時間に基づいてリーン応答補正値が求められるとともに、リッチ応答遅れ時間に基づいてリッチ応答補正値が求められる。そして、リーン応答補正値およびリッチ応答補正値により空燃比の変動量に基づいて算出された診断値が補正される。そのため、応答性が全体的に（リッチ側もリーン側も）一様に悪化する形態（モード）だけでなく、リッチ側の応答性のみが悪化する形態や、リーン側の応答性のみが劣化する形態に対しても適切に診断値を補正することができる。そして、補正後の診断値が判定しきい値を超えている場合に気筒間ばらつき異常が生じていると判定される。その結果、経年劣化等により空燃比検出手段の応答性が悪化した場合において、空燃比検出手段の劣化形態（劣化モード）にかかわらず、確実に気筒間ばらつき異常を検知することが可能となる。

本発明に係る気筒間ばらつき異常検知装置では、リーン応答遅れ取得手段が、燃料噴射が停止されてから空燃比検出手段の出力が空燃比検出手段の出力上限値に到達するまでの時間および空燃比の変化量に基づいて、該空燃比の変化量に対するリーン応答遅れ時間を取得することが好ましい。

このようにすれば、燃料噴射が停止されたときに、空燃比検出手段の出力がリーン方向に変化する際の空燃比の変化量に対するリーン応答遅れ時間（すなわちリーン応答遅れの傾き）を適切に取得することができる。

本発明に係る気筒間ばらつき異常検知装置では、リッチ応答遅れ取得手段が、燃料噴射停止が解除されてから空燃比検出手段の出力が空気過剰率λ＝１．０に到達するまでの時間および空燃比の変化量に基づいて、該空燃比の変化量に対するリッチ応答遅れ時間を求めることが好ましい。

このようにすれば、燃料噴射停止からの復帰時に、空燃比検出手段の出力がリッチ方向に変化する際の空燃比の変化量に対するリッチ応答遅れ時間（すなわちリッチ応答遅れの傾き）を適切に取得することができる。

本発明に係る気筒間ばらつき異常検知装置では、診断値算出手段が、空燃比検出手段の出力を増幅した増幅値と、空燃比検出手段の出力をなましたなまし値との差分の面積を所定時間積算して上記診断値を算出することが好ましい。

このようにすれば、気筒間ばらつき異常の有無を判定するための診断値を、空燃比の変動に応じて適切に算出することができる。

本発明に係る気筒間ばらつき異常検知装置では、診断値補正手段が、リーン応答遅れ時間が大きくなるほどリーン応答補正量が大きくなるように設定されたリーン側応答補正テーブルを予め有しており、該リーン側応答補正テーブルに基づいて上記リーン応答補正値を求めることが好ましい。

このようにすれば、リーン応答遅れ時間に応じた適切な補正値（リーン応答補正値）を求めることができる。

本発明に係る気筒間ばらつき異常検知装置では、診断値補正手段が、リッチ応答遅れ時間が大きくなるほどリッチ応答補正量が大きくなるように設定されたリッチ側応答補正テーブルを予め有しており、該リッチ側応答補正テーブルに基づいて上記リッチ応答補正値を求めることが好ましい。

このようにすれば、リッチ応答遅れ時間に応じた適切な補正値（リッチ応答補正値）を求めることができる。

本発明に係る気筒間ばらつき異常検知装置は、所定の燃料噴射停止条件が成立した場合に、燃料噴射を停止する燃料噴射制御手段と、エンジンの排気ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度から混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、燃料噴射が停止されたときに、空燃比検出手段の出力がリーン方向に変化する際のリーン応答遅れ時間を取得するリーン応答遅れ取得手段と、燃料噴射停止からの復帰時に、空燃比検出手段の出力がリッチ方向に変化する際のリッチ応答遅れ時間を取得するリッチ応答遅れ取得手段と、空燃比検出手段により検出された空燃比の変動量に基づいて、気筒間ばらつき異常の有無を判定するための診断値を算出する診断値算出手段と、リーン応答遅れ時間に基づいてリーン応答補正値を求めるとともに、リッチ応答遅れに基づいてリッチ応答補正値を求め、該リーン応答補正値およびリッチ応答補正値で気筒間ばらつき異常の有無を判定するための判定しきい値を補正する判定しきい値補正手段と、診断値算出手段により算出された診断値が判定しきい値補正手段により補正された判定しきい値を超えている場合に、気筒間ばらつき異常が生じていると判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る気筒間ばらつき異常検知装置によれば、燃料噴射が停止されたときにリーン応答遅れ時間が取得される。一方、燃料噴射停止からの復帰時にリッチ応答遅れ時間が取得される。また、リーン応答遅れ時間に基づいてリーン応答補正値が求められるとともに、リッチ応答遅れ時間に基づいてリッチ応答補正値が求められる。そして、リーン応答補正値およびリッチ応答補正値により気筒間ばらつき異常の有無を判定するための判定しきい値が補正される。そのため、応答性が全体的に（リッチ側もリーン側も）一様に悪化する形態（モード）だけでなく、リッチ側の応答性のみが悪化する形態や、リーン側の応答性のみが劣化する形態に対しても適切に判定しきい値を補正することができる。そして、空燃比の変動量に基づいて算出された診断値が補正後の判定しきい値を超えている場合に気筒間ばらつき異常が生じていると判定される。その結果、経年劣化等により空燃比検出手段の応答性が悪化した場合において、空燃比検出手段の劣化形態（劣化モード）にかかわらず、確実に気筒間ばらつき異常を検知することが可能となる。

本発明によれば、経年劣化等により空燃比センサの応答性が悪化した場合において、空燃比センサの劣化形態（劣化モード）にかかわらず、確実に気筒間ばらつき異常を検知することが可能となる。

実施形態に係る気筒間ばらつき異常検知装置の構成を示す図である。 燃料カット開始時のＬＡＦセンサの出力変化を示す図である。 燃料カット復帰時のＬＡＦセンサの出力変化を示す図である。 診断値の算出方法を説明するための図である。 リーン側応答補正テーブルの一例を示す図である。 リッチ側応答補正テーブルの一例を示す図である。 正常時および気筒間ばらつき異常時のＬＡＦセンサの出力波形の一例を示す図である。 劣化していないＬＡＦセンサの気筒間ばらつき異常時の出力波形と診断値の一例、及び、劣化したＬＡＦセンサの気筒間ばらつき異常時の出力波形と診断値の一例を示す図である。 実施形態に係る気筒間ばらつき異常検知装置による気筒間ばらつき異常検知処理の処理手順を示すフローチャートである。 変形例に係る気筒間ばらつき異常検知装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１を用いて、実施形態に係る気筒間ばらつき異常検知装置１の構成について説明する。図１は、気筒間ばらつき異常検知装置１および該気筒間ばらつき異常検知装置１が適用されたエンジン１０の構成を示す図である。

エンジン１０は、例えば水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。また、エンジン１０は、シリンダ内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられた電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」ともいう）１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１を構成するコレクター部（サージタンク）の内部には、インテークマニホールド１１内の圧力（吸気マニホールド圧力）を検出するバキュームセンサ３０が配設されている。さらに、スロットルバルブ１３には、該スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が配設されている。

シリンダヘッドには、気筒毎に吸気ポート２２と排気ポート２３とが形成されている（図１では片バンクのみ示した）。各吸気ポート２２、排気ポート２３それぞれには、該吸気ポート２２、排気ポート２３を開閉する吸気バルブ２４、排気バルブ２５が設けられている。吸気バルブ２４を駆動する吸気カム軸と吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する吸気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、吸気バルブ２４のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２６が配設されている。この可変バルブタイミング機構２６により吸気バルブ２４の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

同様に、排気カム軸と排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する排気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、排気バルブ２５のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２７が配設されている。この可変バルブタイミング機構２７により排気バルブ２５の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

エンジン１０の各気筒には、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、高圧燃料ポンプ（図示省略）により加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。

また、各気筒のシリンダヘッドには、混合気に点火する点火プラグ１７、及び該点火プラグ１７に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル２１が取り付けられている。エンジン１０の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ１２によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管１８を通して排出される。

本実施形態では、排気管１８として、排気を干渉させないようにするために、１番シリンダ（＃１）と２番シリンダ（＃２）、３番シリンダ（＃３）と４番シリンダ（＃４）をまず合流（集合）させ、その後１本に集合した４−２−１レイアウトを採用した。なお、４−２−１レイアウトに変えて、例えば、４−１レイアウト等を採用してもよい。

排気管１８の集合部の下流かつ後述する排気浄化触媒２０の上流には、空燃比センサ１９が取り付けられている。空燃比センサ１９としては、排気ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度に応じた信号（すなわち混合気の空燃比に応じた信号）を出力でき、空燃比をリニアに検出することができるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）が用いられる。空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」ともいう）１９は、特許請求の範囲に記載の空燃比検出手段として機能する。

より詳細には、ＬＡＦセンサ１９は、例えばＺｒＯ_２などの酸素イオン伝導体の一方の面に大気側電極が設けられるとともに、他方の面に拡散抵抗層および排気側電極が設けられた構造をしており、両電極の間に電圧が印加されると、リッチ領域においては、内部の大気からＯ_２が運ばれる（ポンピング）。一方、リーン領域においては、排ガス側から拡散抵抗層を通過してＯ_２が運ばれる。これらのＯ_２の移動に伴って流れるポンプ電流Ｉｐは、リッチ領域では未燃ガス濃度に比例し、リーン領域では排気ガス中のＯ_２濃度に比例した値となる。そのため、ＬＡＦセンサ１９は、リーン領域からリッチ領域まで、空燃比をリニアに検出することができる。なお、このような原理（構成）で空燃比を検出しているため、ＬＡＦセンサ１９の劣化形態（劣化モード）には、応答性が全体的に（リッチ側もリーン側も）一様に悪化する形態（モード）だけでなく、リッチ側の応答性のみが悪化する形態や、リーン側の応答性のみが劣化する形態も生じ得る。

ＬＡＦセンサ１９の下流には排気浄化触媒２０が配設されている。排気浄化触媒２０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）に清浄化するものである。

上述したエアフローメータ１４、ＬＡＦセンサ１９、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１に加え、エンジン１０のカムシャフト近傍には、エンジン１０の気筒判別を行うためのカム角センサ３２が取り付けられている。また、エンジン１０のクランクシャフト１０ａ近傍には、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出するクランク角センサ３３が取り付けられている。ここで、クランクシャフト１０ａの端部には、例えば、２歯欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で形成されたタイミングロータ３３ａが取り付けられており、クランク角センサ３３は、タイミングロータ３３ａの突起の有無を検出することにより、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出する。カム角センサ３２及びクランク角センサ３３としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。

これらのセンサは、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）５０に接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ３４、潤滑油の温度を検出する油温センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセルペダル開度センサ３６、及び、車両の速度を検出する車速センサ３７等の各種センサも接続されている。

ＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットルバルブ１３を開閉する電動モータ１３ａを駆動するモータドライバ等を備えている。

ＥＣＵ５０では、カム角センサ３２の出力から気筒が判別され、クランク角センサ３３の出力から回転角速度およびエンジン回転数が求められる。また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管負圧、アクセルペダル開度、混合気の空燃比、及びエンジン１０の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ５０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、及び、スロットルバルブ１３等の各種デバイスを制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。

特に、ＥＣＵ５０は、経年劣化等によりＬＡＦセンサ１９の応答性が悪化した場合において、ＬＡＦセンサ１９の劣化形態（劣化モード）にかかわらず、どのような劣化形態であっても確実に気筒間ばらつき異常を検知する機能を有している。そのため、ＥＣＵ５０は、燃料噴射制御部５１、リーン応答遅れ取得部５２、リッチ応答遅れ取得部５３、診断値算出部５４、診断値補正部５５、および異常判定部５６を機能的に備えている。ＥＣＵ５０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることにより、燃料噴射制御部５１、リーン応答遅れ取得部５２、リッチ応答遅れ取得部５３、診断値算出部５４、診断値補正部５５、および異常判定部５６の各機能が実現される。

燃料噴射制御部５１は、減速時等、所定の燃料噴射停止条件が成立した場合に、インジェクタ１２の駆動を停止してエンジン１０に対する燃料供給を停止（以下「燃料カット」ともいう）する。すなわち、燃料噴射制御部５１は、特許請求の範囲に記載の燃料噴射制御手段として機能する。より具体的には、燃料噴射制御部５１は、例えば次のような燃料カット開始条件（以下、単に「燃料カット条件」ともいう）が満足された場合、すなわち、アクセルペダルが全閉で、エンジン回転数Ｎｅ≧１０００（ｒｐｍ）であり、かつ、車速ｖ≧１０（ｋｍ／ｈ）の場合に、燃料カットを実行する。

一方、燃料噴射制御部５１は、燃料カットの実行中に上記燃料カット条件が満たされなくなったときには、燃料カットを中断し、インジェクタ１２による燃料噴射を再開（燃料カットから復帰）する。なお、燃料噴射制御部５１による燃料カット実行情報は、リーン応答遅れ取得部５２およびリッチ応答遅れ取得部５３に出力される。

リーン応答遅れ取得部５２は、燃料カットが実行（燃料噴射が停止）されたときに、ＬＡＦセンサ１９の出力がリーン方向に変化する際のリーン応答遅れ時間を取得する。すなわち、リーン応答遅れ取得部５２は、特許請求の範囲に記載のリーン応答遅れ取得手段として機能する。より具体的には、リーン応答遅れ取得部５２は、図２に示されるように、燃料カットが開始（燃料噴射が停止）されてからＬＡＦセンサ１９の出力（空燃比）がセンサの出力上限値に到達するまでの時間および空燃比の変化量に基づいて、該空燃比の変化量に対するリーン応答遅れ時間（単位空燃比変化量あたりのリーン応答遅れ時間、すなわちリーン応答遅れの傾き）を取得する。

ここで、図２は、燃料カット開始時のＬＡＦセンサ１９の出力変化を示す図である。図２の横軸は時間（ｓｅｃ．）であり、縦軸は空気過剰率λ（空燃比）である。図２では、応答遅れがない正常（中心仕様）の場合の出力波形を実線で示した。また、中心仕様に対して２５ｍｓ．の応答遅れ時間を有する場合の出力波形を破線で示した。同様に、中心仕様に対して５０ｍｓ．の応答遅れ時間を有する場合の出力波形を一点鎖線で、中心仕様に対して１００ｍｓ．の応答遅れ時間を有する場合の出力波形を二点鎖線でそれぞれ示した。なお、リーン応答遅れ取得部５２により取得されたリーン応答遅れ時間は、診断値補正部５５に出力される。

リッチ応答遅れ取得部５３は、燃料カットからの復帰時に、ＬＡＦセンサ１９の出力がリッチ方向に変化する際のリッチ応答遅れ時間を取得する。すなわち、リッチ応答遅れ取得部５３は、特許請求の範囲に記載のリッチ応答遅れ取得手段として機能する。より具体的には、リッチ応答遅れ取得部５３は、図３に示されるように、燃料カット（燃料噴射停止）が解除されてからＬＡＦセンサ１９の出力（空燃比）が空気過剰率λ＝１．０に到達するまで（すなわちセンサの出力上限値からλ＝１．０になるまで）の時間および空燃比の変化量に基づいて、該空燃比の変化量に対するリッチ応答遅れ時間（単位空燃比変化量あたりのリッチ応答遅れ時間、すなわちリッチ応答遅れの傾き）を求める。

ここで、図３は、燃料カット復帰時のＬＡＦセンサ１９の出力変化を示す図である。図３の横軸は時間（ｓｅｃ．）であり、縦軸は空気過剰率λ（空燃比）である。図３では、図２と同様に、応答遅れがない正常（中心仕様）の場合の出力波形を実線で示した。また、中心仕様に対して２５ｍｓ．の応答遅れ時間を有する場合の出力波形を破線で示した。同様に、中心仕様に対して５０ｍｓ．の応答遅れ時間を有する場合の出力波形を一点鎖線で、中心仕様に対して１００ｍｓ．の応答遅れ時間を有する場合の出力波形を二点鎖線でそれぞれ示した。なお、リッチ応答遅れ取得部５３により取得されたリッチ応答遅れ時間は、診断値補正部５５に出力される。

診断値算出部５４は、ＬＡＦセンサ１９により検出された空燃比の変動量に基づいて、気筒間ばらつき異常の有無を判定するための診断値を算出する。すなわち、診断値算出部５４は、特許請求の範囲に記載の診断値算出手段として機能する。より具体的には、診断値算出部５４は、図４に示されるように、ＬＡＦセンサ１９の出力（波形、図４の破線参照）を増幅した増幅値（波形、図４の実線参照）と、ＬＡＦセンサ１９の出力をフィルタ（ＬＰＦ等）でなましたなまし値（波形、図４の一点鎖線参照）との差分の面積（図４のハッチング部分参照）を所定（一定）時間（例えば１０秒程度）積算して診断値を算出する。ここで、図４は、診断値の算出方法を説明するための図である。なお、診断値算出部５４により算出された診断値は、診断値補正部５５に出力される。

診断値補正部５５は、単位空燃比変化量あたりのリーン応答遅れ時間（リーン応答遅れの傾き）に基づいてリーン応答補正値を求めるとともに、単位空燃比変化量あたりのリッチ応答遅れ時間（リッチ応答遅れの傾き）に基づいてリッチ応答補正値を求める。そして、診断値補正部５５は、リーン応答補正値およびリッチ応答補正値を用いて上記診断値を補正する。すなわち、診断値補正部５５は、特許請求の範囲に記載の診断値補正手段として機能する。

より具体的には、ＥＣＵ５０のＲＯＭ等には、予め、単位空燃比変化量あたりのリーン応答遅れ時間（リーン応答遅れの傾き）とリーン応答補正値（補正係数）との関係を定めたテーブル（リーン側応答補正テーブル）が記憶されており、診断値補正部５５は、取得されたリーン応答遅れ時間に基づいて、リーン側応答補正テーブルを検索して、リーン応答補正値（補正係数）を取得する。ここで、リーン側応答補正テーブルの一例を図５に示す。図５において、横軸は単位空燃比変化量あたりのリーン応答遅れ時間（ｍｓ．）である。リーン側応答補正テーブルでは、図５に示されるように、上述した正常（中心仕様）の場合を基準にして、リーン応答遅れ時間が大きくなるほど（リーン応答遅れの傾きが小さくなるほど）、リーン応答補正値（補正係数）が大きくなるように設定されている。

同様に、ＥＣＵ５０のＲＯＭ等には、予め、単位空燃比変化量あたりのリッチ応答遅れ時間（リッチ応答遅れの傾き）とリッチ応答補正値（補正係数）との関係を定めたテーブル（リッチ側応答補正テーブル）が記憶されており、診断値補正部５５は、取得されたリッチ応答遅れ時間に基づいて、リッチ側応答補正テーブルを検索して、リッチ応答補正値（補正係数）を取得する。ここで、リッチ側応答補正テーブルの一例を図６に示す。図６において、横軸は単位空燃比変化量あたりのリッチ応答遅れ時間（ｍｓ．）である。リッチ側応答補正テーブルでは、図６に示されるように、上述した正常（中心仕様）の場合を基準にして、リッチ応答遅れ時間が大きくなるほど（リッチ応答遅れの傾きが小さくなるほど）、リッチ応答補正値（補正係数）が大きくなるように設定されている。

そして、診断値補正部５５は、診断値に対して、取得したリーン応答補正値（補正係数）およびリッチ応答補正値（補正係数）をそれぞれ乗算することにより、診断値を補正する。

ここで、図７に、正常時（上段）および気筒間ばらつき異常時（下段）それぞれのＬＡＦセンサの出力波形の一例を示す。また、図８に、劣化していないＬＡＦセンサ１９の気筒間ばらつき異常時（１気筒リーンインバランス発生時）の出力波形と診断値の一例（上段）、及び、両側応答遅れ（１００ｍｓ．）が生じた（劣化した）ＬＡＦセンサ１９の気筒間ばらつき異常時（１気筒リーンインバランス発生時）の出力波形と診断値の一例（下段）を示す。図７に示されるように、気筒間ばらつき異常が発生するとＬＡＦセンサ１９の出力波形の振幅（変動量）が、正常時に比べて大きくなる。しかしながら、ＬＡＦセンサ１９の応答性が悪化すると、図８の下段のグラフに示されるように、ＬＡＦセンサ１９の出力波形の振幅（変動量）が小さくなるため、診断値（補正前）の値も小さくなる。そのため、このままでは、気筒間ばらつき異常を検知することができないおそれがある。これに対して、診断値補正部５５は、リーン応答補正値（補正係数）およびリッチ応答補正値（補正係数）を用いて、図８の下段のグラフに破線で示されるように、診断値を補正する。なお、診断値補正部５５により補正された補正後の診断値は、異常判定部５６に出力される。

異常判定部５６は、診断値補正部５５により補正された診断値が判定しきい値を超えている場合に、気筒間ばらつき異常が生じていると判定する。すなわち、異常判定部５６は、特許請求の範囲に記載の異常判定手段として機能する。

次に、図９を参照しつつ、気筒間ばらつき異常検知装置１の動作について説明する。図９は、気筒間ばらつき異常検知装置１による気筒間ばらつき異常検知処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ５０において、所定のタイミングで繰り返して実行される。

まず、ステップＳ１００では、ＬＡＦセンサ１９により検出された空燃比が読み込まれる。次に、ステップＳ１０２では、燃料カットが実行中であるか否かについての判断が行われる。ここで、燃料カットが実行中の場合には、ステップＳ１０８に処理が移行する。一方、燃料カットが実行されていないときには、ステップＳ１０４に処理が移行する。

ステップＳ１０４では、燃料カット（開始）条件が成立したか否かについての判断が行われる。なお、燃料カット条件については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。ここで、燃料カット条件が成立している場合には、ステップＳ１０６に処理が移行する。一方、燃料カット条件が成立していないときには、ステップＳ１１２に処理が移行する。

ステップＳ１０６では、インジェクタ１２の駆動が停止されて、該インジェクタ１２による燃料噴射が停止（すなわち燃料カットが実行）される。そして、燃料カットが開始されてからＬＡＦセンサ１９の出力がセンサの出力上限値に到達するまでの時間および空燃比の変化量に基づいて、該空燃比の変化量に対するリーン応答遅れ時間（単位空燃比変化量あたりのリーン応答遅れ時間、すなわちリーン応答遅れの傾き）が取得される。その後、本処理から一旦抜ける。

ステップＳ１０２において燃料カット実行中であると判定された場合、ステップＳ１０８では、燃料カット（開始）条件が満足されなくなったか否かについての判断が行われる。ここで、燃料カット条件が満足されている場合には、燃料カットが継続して実行された後、本処理から一旦抜ける。一方、燃料カット条件が満足されなくなったときには、ステップＳ１１０に処理が移行する。

ステップＳ１１０では、インジェクタ１２の駆動が再開されて、該インジェクタ１２による燃料噴射が実行される。そして、燃料カットが解除されてからＬＡＦセンサ１９の出力が空気過剰率λ＝１．０に到達するまで（すなわちセンサの出力上限値からλ＝１．０になるまで）の時間および空燃比の変化量に基づいて、該空燃比の変化量に対するリッチ応答遅れ時間（単位空燃比変化量あたりのリッチ応答遅れ時間、すなわちリッチ応答遅れの傾き）が求められる。

ステップＳ１１２では、ＬＡＦセンサ１９により検出された空燃比の変動量に基づいて、気筒間ばらつき異常の有無を判定するための診断値が算出される。なお、診断値の算出方法は上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

続いて、ステップＳ１１４では、単位空燃比変化量あたりのリーン応答遅れ時間（リーン応答遅れの傾き）に基づいてリーン応答補正値が求められるとともに、単位空燃比変化量あたりのリッチ応答遅れ時間（リッチ応答遅れの傾き）に基づいてリッチ応答補正値が求められる。ここで、リーン応答補正値およびリッチ応答補正値の求め方は上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、ステップＳ１１６では、ステップＳ１１４で求められたリーン応答補正値およびリッチ応答補正値を用いて診断値が補正される。そして、続くステップＳ１１８において、補正された診断値が判定しきい値を超えている場合に、気筒間ばらつき異常が生じていると判定される。その後、本処理から一旦抜ける。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、燃料カット開始時にリーン応答遅れ時間が取得される。一方、燃料カット復帰時にリッチ応答遅れ時間が取得される。また、リーン応答遅れ時間に基づいてリーン応答補正値が求められるとともに、リッチ応答遅れ時間に基づいてリッチ応答補正値が求められる。そして、リーン応答補正値およびリッチ応答補正値を用いて診断値が補正される。そのため、応答性が全体的に（リッチ側もリーン側も）一様に悪化する形態（モード）だけでなく、リッチ側の応答性のみが悪化する形態や、リーン側の応答性のみが劣化する形態に対しても適切に診断値を補正することができる。そして、補正後の診断値が判定しきい値を超えている場合に気筒間ばらつき異常が生じていると判定される。その結果、経年劣化等によりＬＡＦセンサ１９の応答性が悪化した場合において、ＬＡＦセンサ１９の劣化形態（劣化モード）にかかわらず、確実に気筒間ばらつき異常を検知することが可能となる。

特に、本実施形態によれば、燃料カットが開始されてから、ＬＡＦセンサ１９の出力がセンサの出力上限値に到達するまでの時間および空燃比の変化量に基づいて、該空燃比の変化量に対するリーン応答遅れ時間が取得される。そのため、燃料カットが開始されたときに、ＬＡＦセンサ１９の出力がリーン方向に変化する際の空燃比の変化量に対するリーン応答遅れ時間（すなわちリーン応答遅れの傾き）を適切に取得することができる。

また、本実施形態によれば、燃料カットが解除されてから、ＬＡＦセンサ１９の出力が空気過剰率λ＝１．０に到達するまでの時間および空燃比の変化量に基づいて、該空燃比の変化量に対するリッチ応答遅れ時間が求められる。そのため、燃料カットからの復帰時に、ＬＡＦセンサ１９の出力がリッチ方向に変化する際の空燃比の変化量に対するリッチ応答遅れ時間（すなわちリッチ応答遅れの傾き）を適切に取得することができる。

一方、本実施形態によれば、ＬＡＦセンサ１９の出力を増幅した増幅値と、ＬＡＦセンサ１９の出力をなましたなまし値との差分の面積を所定時間積算して診断値が算出される。そのため、気筒間ばらつき異常の有無を判定するための診断値を、空燃比の変動に応じて適切に算出することができる。

本実施形態によれば、リーン応答遅れ時間が大きくなるほど（リーン応答遅れの傾きが小さくなるほど）リーン応答補正量が大きくなるように設定されたリーン側応答補正テーブルが予め記憶されており、該リーン側応答補正テーブルに基づいてリーン応答補正値が求められる。そのため、リーン応答遅れ時間（リーン応答遅れの傾き）に応じた適切な補正値（リーン応答補正値）を求めることができる。

同様に、本実施形態によれば、リッチ応答遅れ時間が大きくなるほど（リッチ応答遅れの傾きが小さくなるほど）リッチ応答補正量が大きくなるように設定されたリッチ側応答補正テーブルが予め記憶されており、該リッチ側応答補正テーブルに基づいてリッチ応答補正値が求められる。そのため、リッチ応答遅れ時間（リッチ応答遅れの傾き）に応じた適切な補正値（リッチ応答補正値）を求めることができる。

（変形例）
上述した実施形態では、リーン応答遅れ時間（リーン応答遅れの傾き）およびリッチ応答遅れ時間（リッチ応答遅れの傾き）に応じて診断値を補正したが、診断値を補正することに代えて、判定しきい値を補正する構成とすることもできる。そこで、次に、図１０を用いて変形例に係る気筒間ばらつき検知装置１Ｂについて説明する。図１０は、気筒間ばらつき異常検知装置１Ｂおよび該気筒間ばらつき異常検知装置１Ｂが適用されたエンジン１０の構成を示す図である。なお、図１０において上記実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

本変形例は、ＥＣＵ５０に代えてＥＣＵ５０Ｂが用いられている点で上述した実施形態と異なっている。また、ＥＣＵ５０Ｂは、診断値補正部５５に代えて判定しきい値補正部５５Ｂを有している点、および異常判定部５６に代えて異常判定部５６Ｂを有している点で上述した実施形態と異なっている。その他の構成は、上述した実施形態と同一または同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

判定しきい値補正部５５Ｂは、リーン応答遅れ時間（リーン応答遅れの傾き）に基づいてリーン応答補正値を求めるとともに、リッチ応答遅れ時間（リッチ応答遅れの傾き）に基づいてリッチ応答補正値を求め、該リーン応答補正値およびリッチ応答補正値を用いて気筒間ばらつき異常の有無を判定するための判定しきい値を補正する。すなわち、判定しきい値補正部５５Ｂは、特許請求の範囲に記載の判定しきい値補正手段として機能する。

なお、リーン応答補正値、リッチ応答補正値の求め方、および補正のしかたは、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。ただし、上述した実施形態では、リーン／リッチ応答遅れ時間が大きくなるほど（リーン／リッチ応答遅れの傾きが小さくなるほど）、リーン／リッチ応答補正値（補正係数）が大きくなるように設定されていたが、本変形例では、リーン／リッチ応答遅れ時間が大きくなるほど（リーン／リッチ応答遅れの傾きが小さくなるほど）、リーン／リッチ応答補正値（補正係数）が小さくなるように設定されている。

異常判定部５６Ｂは、診断値算出部５４により算出された診断値が、判定しきい値補正部５５Ｂにより補正された判定しきい値を超えている場合に、気筒間ばらつき異常が生じていると判定する。すなわち、異常判定部５６Ｂは、特許請求の範囲に記載の異常判定手段として機能する。

本変形例によれば、リーン応答補正値およびリッチ応答補正値により気筒間ばらつき異常の有無を判定するための判定しきい値が補正される。そのため、応答性が全体的に（リッチ側もリーン側も）悪化する形態（モード）だけでなく、リッチ側の応答性のみが悪化する形態や、リーン側の応答性のみが劣化する形態に対しても適切に判定しきい値を補正することができる。そして、空燃比の変動量に基づいて算出された診断値が補正後の判定しきい値を超えている場合に気筒間ばらつき異常が生じていると判定される。その結果、経年劣化等によりＬＡＦセンサ１９の応答性が悪化した場合において、ＬＡＦセンサ１９の劣化形態（劣化モード）にかかわらず、確実に気筒間ばらつき異常を検知することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明を４気筒エンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、２気筒以上のエンジンであれば、４気筒エンジンに限られることなく、適用することができる。また、本発明は、水平対向型のエンジンに限られず、直列型やＶ型等のエンジンにも適用することができる。さらに、上記実施形態では、本発明を筒内噴射式のエンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、ポート噴射式のエンジン等にも適用することができる。

上記実施形態では、リーン応答補正値／リッチ応答補正値を取得するために、リーン側応答補正テーブル／リッチ側応答補正テーブルを用いたが、演算によって求める構成としてもよい。

１，１Ｂ 気筒間ばらつき異常検知装置
１０ エンジン
１０ａ クランクシャフト
１１ インテークマニホールド
１２ インジェクタ
１３ 電子制御式スロットルバルブ
１４ エアフローメータ
１７ 点火プラグ
１９ 空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）
３１ スロットル開度センサ
３２ カム角センサ
３３ クランク角センサ
３３ａ タイミングロータ
５０，５０Ｂ ＥＣＵ
５１ 燃料噴射制御部
５２ リーン応答遅れ取得部
５３ リッチ応答遅れ取得部
５４ 診断値算出部
５５ 診断値補正部
５５Ｂ 判定しきい値補正部
５６，５６Ｂ 異常判定部

Claims (7)

1. 所定の燃料噴射停止条件が成立した場合に、燃料噴射を停止する燃料噴射制御手段と、
   エンジンの排気ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度から混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   燃料噴射が停止されたときに、前記空燃比検出手段の出力がリーン方向に変化する際のリーン応答遅れ時間を取得するリーン応答遅れ取得手段と、
   燃料噴射停止からの復帰時に、前記空燃比検出手段の出力がリッチ方向に変化する際のリッチ応答遅れ時間を取得するリッチ応答遅れ取得手段と、
   前記空燃比検出手段により検出された空燃比の変動量に基づいて、気筒間ばらつき異常の有無を判定するための診断値を算出する診断値算出手段と、
   前記リーン応答遅れ時間に基づいてリーン応答補正値を求めるとともに、前記リッチ応答遅れ時間に基づいてリッチ応答補正値を求め、該リーン応答補正値およびリッチ応答補正値で前記診断値を補正する診断値補正手段と、
   前記診断値補正手段により補正された診断値が判定しきい値を超えている場合に、気筒間ばらつき異常が生じていると判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする気筒間ばらつき異常検知装置。
2. 前記リーン応答遅れ取得手段は、燃料噴射が停止されてから前記空燃比検出手段の出力が前記空燃比検出手段の出力上限値に到達するまでの時間および空燃比の変化量に基づいて、該空燃比の変化量に対するリーン応答遅れ時間を取得することを特徴とする請求項１に記載の気筒間ばらつき異常検知装置。
3. 前記リッチ応答遅れ取得手段は、燃料噴射停止が解除されてから前記空燃比検出手段の出力が空気過剰率λ＝１．０に到達するまでの時間および空燃比の変化量に基づいて、該空燃比の変化量に対するリッチ応答遅れ時間を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の気筒間ばらつき異常検知装置。
4. 前記診断値算出手段は、前記空燃比検出手段の出力を増幅した増幅値と、前記空燃比検出手段の出力をなましたなまし値との差分の面積を所定時間積算して前記診断値を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の気筒間ばらつき異常検知装置。
5. 前記診断値補正手段は、前記リーン応答遅れ時間が大きくなるほど前記リーン応答補正量が大きくなるように設定されたリーン側応答補正テーブルを予め有しており、該リーン側応答補正テーブルに基づいて前記リーン応答補正値を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の気筒間ばらつき異常検知装置。
6. 前記診断値補正手段は、前記リッチ応答遅れ時間が大きくなるほど前記リッチ応答補正量が大きくなるように設定されたリッチ側応答補正テーブルを予め有しており、該リッチ側応答補正テーブルに基づいて前記リッチ応答補正値を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の気筒間ばらつき異常検知装置。
7. 所定の燃料噴射停止条件が成立した場合に、燃料噴射を停止する燃料噴射制御手段と、
   エンジンの排気ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度から混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   燃料噴射が停止されたときに、前記空燃比検出手段の出力がリーン方向に変化する際のリーン応答遅れ時間を取得するリーン応答遅れ取得手段と、
   燃料噴射停止からの復帰時に、前記空燃比検出手段の出力がリッチ方向に変化する際のリッチ応答遅れ時間を取得するリッチ応答遅れ取得手段と、
   前記空燃比検出手段により検出された空燃比の変動量に基づいて、気筒間ばらつき異常の有無を判定するための診断値を算出する診断値算出手段と、
   前記リーン応答遅れ時間に基づいてリーン応答補正値を求めるとともに、前記リッチ応答遅れ時間に基づいてリッチ応答補正値を求め、該リーン応答補正値およびリッチ応答補正値で気筒間ばらつき異常の有無を判定するための判定しきい値を補正する判定しきい値補正手段と、
   前記診断値算出手段により算出された診断値が前記判定しきい値補正手段により補正された判定しきい値を超えている場合に、気筒間ばらつき異常が生じていると判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする気筒間ばらつき異常検知装置。
   

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