JP7234735B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの制御装置に関する。

一般に、エンジンで生じる排気ガスを浄化するために、触媒を備えた排気浄化装置が備えられている。この触媒は、エンジンにおいて酸素と燃料とが過不足なく反応する理論空燃比（ストイキオメトリ）に近い条件で燃焼されている際に、有効に機能するように設計される。エンジン内で実際に燃焼される酸素と燃料との比である空燃比を理論空燃比に近づけるように制御するため、エンジンの排気通路の排気浄化装置より上流に第一空燃比センサ（リニア空燃比センサ／Ｌｉｎｅａｒ Ａｉｒ Ｆｕｅｌ Ｒａｔｉｏ Ｓｅｎｓｏｒ）を設け、この空燃比センサの値を目標とする空燃比に一致させるように、エンジンへの燃料供給量を制御するメインフィードバック制御を実施している。

ただし、排気浄化装置より上流にある第一空燃比センサは、得られる値の変動が激しい。これを是正するため、排気浄化装置より下流に設けた第二空燃比センサの値に基づいて、メインフィードバック制御が行う制御の値を補完するサブフィードバック制御も行われている。

ところで、一般にエンジンは二気筒以上の複数の燃焼室を有するものが用いられており、それらの燃焼室から排気された排気ガスは纏められて排気浄化装置へ送られる。第一空燃比センサは、それらの燃焼室からの排気経路が合流された箇所よりも下流側に設けられる。

このようなフィードバックを行う制御装置の例として、特許文献１には、４気筒のエンジンの排気通路に排気浄化装置として触媒コンバータが設置され、その触媒コンバータの上流側及び下流側に触媒前センサ及び触媒後センサを設けた制御装置が記載されている。

特開２０１３－１９３３４号公報

複数の気筒間で空燃比のずれが生じる気筒間空燃比ずれ故障が発生すると、第一空燃比センサの出力は、全体としては理論空燃比で運転していても、燃料過多であるリッチ側にシフトする傾向にある。第一空燃比センサの出力がリッチ側にシフトすると、メインフィードバック制御はこれを是正しようとして、空燃比を燃料過少であるリーン側へ補正するため、排気浄化装置の触媒はリーン雰囲気での動作となる。このとき、第二空燃比センサの出力もリーンとなる。その状態が継続すると、リーンに滞在した時間に応じて、メインフィードバック制御が目標とする空燃比をリッチ側に補正するようにサブフィードバック制御がされて、排出ガスの悪化を抑制しようとする。これをロングタイム学習という。

しかし、気筒間空燃比ずれ故障を起こした気筒や運転点によって、下流側の直近に位置する第一空燃比センサへの排気ガスの当たり方が異なっていることや、その他様々な原因により、上記のように想定通りに第二空燃比センサの値がリーンとして検出されないことがある。第二空燃比センサの出力がリーンになることを前提にシステムを構築しているため、そのリーンとなる検出が十分できないと、気筒間空燃比ずれ故障が生じているにも拘わらずリッチ側へのシフトをしようとするロングタイム学習が不十分になってしまう。これでは排出ガスの抑制が不十分となってしまう。

そこでこの発明は、気筒間空燃比ずれ故障が発生したにもかかわらず、リアルタイム補正が十分に働かなくなる場合にも、排出ガスを抑制することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するために、複数の気筒を有するエンジンに燃料を供給する噴射装置と、前記複数の気筒から引き出された排気通路に設けられ、前記排気通路内の空燃比を検出する第一空燃比検出手段と、前記第一空燃比検出手段よりも下流側に設けられた排気浄化装置と、前記排気浄化装置よりも下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路内の空燃比を検出する第二空燃比検出手段と、前記第一空燃比検出手段で得られた情報に基づいて、空燃比が予め設定された目標空燃比となるように前記噴射装置による燃料の噴射量をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、前記第二空燃比検出手段で得られた情報がリーン側に設定したリーン所定値よりもリーン側であれば前記目標空燃比をリッチ補正しリッチ側に設定したリッチ所定値よりもリッチ側であれば前記目標空燃比をリーン補正するリアルタイム補正量と、前記リアルタイム補正量を前記第二空燃比検出手段で得られた情報に基づいて得られるリーン滞留時間の積算値に応じて補正するためのロングタイム補正量とを設定するサブフィードバック制御手段と、前記第一空燃比検出手段が検知する高周波出力成分によって前記複数の気筒間で空燃比のずれが生じる気筒間空燃比ずれ故障を検知する気筒間空燃比ずれ検知手段と、を備え、前記気筒間空燃比ずれ検知手段によって気筒間空燃比ずれ故障が検知された際に前記サブフィードバック制御手段は前記リアルタイム補正量のリッチ補正する際の値であるリッチ補正値をリッチ側へ調整するエンジンの制御装置を採用した。

気筒間空燃比ずれ故障の状態によっては、第二空燃比検出手段がリーンにならなくても、第一空燃比検出手段の出力の高周波出力成分が増大する場合がある。その特徴を検知することで、気筒間空燃比ずれ故障を検知することができる。ただし、気筒間空燃比ずれ故障があると判定しても、割り込みで制御を掛けると制御系に与える影響が大きい。そこで、気筒間空燃比ずれ故障であるとの判定に応じて、サブフィードバック制御手段がリアルタイム補正量をリッチ補正する際の値を調整しておけば、実際の数値の変更は従来のフィードバック制御の運用のタイミングで行うことができる。

前記気筒間空燃比ずれ検知手段は、前記第一空燃比検出手段が検知する高周波出力成分が所定の範囲を超えたと判定される判定回数の所定期間内における頻度が所定の基準回数を超えたときに前記気筒間空燃比ずれ故障として検知する構成を採用することができる。なお、高周波出力成分を検知する期間を所定期間と記載している。

また、前記のリッチ補正値を準備値として保有し、その後の運転状況の変化時における、リアルタイム補正量のリッチ補正値への変更時に、前記準備値を適用する待機補正量制御手段を備える構成を採用することができる。リアルタイム補正量をリッチ側へ変更する際の値であるリッチ補正値を予め準備値として設定しておくことで、リアルタイム補正量を変更するタイミングを新たに処理フロー上組み込まなくても、リッチ補正が必要になったときにロングタイム学習によるリッチ側への補正が不足していても、十分にリッチ側へ補正させることができるようになる。

さらに、前記頻度の算出方法として、定常運転が続いた単位時期間ごとに前記判定回数を仮記憶し、前記仮記憶がなされた回数が所定回数に到達した段階で、前記単位期間に前記所定回数を乗じた前記所定期間の間における、前記仮記憶された前記判定回数の合計から求められるピーク平均値を前記頻度とする構成を採用することができる。気筒間空燃比ずれ故障が発生しているかどうかを高周波出力成分から確認するためには、ある程度の期間に亘って定常運転がされている状況でデータを確認する必要がある。運転状態が変化すると、そこで第一空燃比検出手段の出力が変動し、高周波出力成分にも影響を及ぼすからである。十分な長さの定常状態の連続が続く可能性は低いため、定常状態が確保しやすい単位期間を設定しておき、その単位期間に亘って定常運転が続いた場合のみ、その間の判定回数を仮記憶しておく。この仮記憶を所定の回数集めて判定することで、運転状況が変化したことにより高周波出力成分に与えた影響を排除しながら、必要な合計期間の判定回数を集めて判定を行うことができる。さらなる構成として、前記単位期間まで定常運転が続かなかった場合には仮記憶しない構成を採用することができる。

さらにまた、前記リーン滞留時間の積算値は、前記リアルタイム補正量をフィルター処理した滞留判定値がリッチ側のリッチ判定値よりもリッチ側に滞留した時間の総和に基づいて算出される値とし、前記リッチ判定値を前記頻度に応じて上げる、滞留判定抑止手段を実行する構成を採用することができる。リアルタイム補正量によってリッチ補正を行う分、ロングタイム補正量がその後容易にリッチ補正されると過補正となってしまうため、これを抑制することができ、排出ガスの抑制に繋がる。

この発明にかかる制御装置でエンジンを制御することで、気筒間空燃比ずれ故障が起きているにも拘わらず、ロングタイム学習が不足するような事態でも、第一空燃比検出手段の高周波出力成分に異常が現れるケースであれば、適切にリッチ補正して排出ガスを抑制することができる。

この発明の一の実施形態例を示すエンジンの制御装置を模式的に示す全体図 制御内容の概略を示すフローチャート 具体的な制御情報の関係を示す遷移図

この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１はこの発明のエンジン１の制御装置の構成を示す全体図である。

エンジン１は自動車用の四気筒エンジンである。図１に示すように、シリンダ２を４つ並列に備えており、それぞれのシリンダ２内に混合気を送り込む吸気ポート（図示せず）に通じる吸気通路４、排気ポート（図示せず）から引き出された排気通路５、筒内噴射装置１０等を備えている。

なお、図１では、この発明に直接関係する部材、手段のみを示し、他の部材等については図示省略している。また、図面では、４つのシリンダ２を備えた例を示しているが、エンジンは、２気筒であってもよいし、気筒の配置は一列でなくてもよい。

吸気通路４の分岐する前の上流には、流路面積を調整するスロットルバルブ３が設けられ、吸気量を調整可能としている。

個々の排気通路５が合流した箇所に、第一空燃比検出手段（Ｏ_２センサ）１２が取り付けられている。合流した排気通路１１の先には、下流側へ向かって、排気中の窒素酸化物等を除去する触媒等を備えた排気浄化部１３、さらにその下流側に第二空燃比検出手段（リアＯ_２センサー）１４が取り付けられ、さらにその下流側にマフラ１５等が設けられる。

スロットルバルブ３、及び筒内噴射装置１０を含むエンジンの動作に必要な機器は、それぞれこのエンジン１を搭載する車両が備える電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０によって制御される。また、第一空燃比検出手段１２、第二空燃比検出手段１４等からの各種情報は、電子制御ユニット３０に伝達される。

電子制御ユニット３０は、スロットルバルブ３を制御して吸気通路４の吸気量を調整する。また、筒内噴射装置１０からシリンダ２に噴射する燃料の量を制御する。これらの調整により、空燃比を理論空燃比であるストイキオメトリに向けて調整したり、燃料の多いリッチ側に調整したり、燃料の少ないリーン側に調整したりする制御を実現する。

噴射された燃料は吸気通路４からの吸入空気と混合され、シリンダ２内に混合気が形成される。シリンダ２内に設けられた点火プラグ（図示せず）を点火させることで混合気が燃焼し、エンジントルクを発生させる。個々のシリンダ２の排気は排気通路５へ排出され、排気通路１１へ合流した後、排気浄化部１３で浄化された後、マフラ１５を通じて排出される。

電子制御ユニット３０は、車両の運転状況に応じて、第一空燃比検出手段１２の情報に基づいて、空燃比が目標空燃比となるようにメインフィードバック制御を行う。この制御は、電子制御ユニット３０が備えるメインフィードバック制御手段３１が、筒内噴射装置１０による燃料の噴射量を調整することにより行う。

第一空燃比検出手段１２は並列の排気通路５から排気されるガスを受けて検出するため、気筒ごとに影響が異なる。また、空燃比はシリンダ２ごとに癖があり、全てのシリンダ２が同様の挙動を示すわけではない。これらの他様々な理由により、第一空燃比検出手段１２によるメインフィードバック制御だけでは不十分であり、メインフィードバック制御が目標とする目標空燃比を調整するサブフィードバック制御を行う。この制御は、電子制御ユニット３０が備えるサブフィードバック制御手段３２が、電子制御ユニット３０内部の設定値を変更することにより行う。

前記の目標空燃比は、リアルタイム補正量とロングタイム補正量とを合わせて設定する。前記リアルタイム補正量は、第二空燃比検出手段１４の値に基づいて、即時反映させる。第二空燃比検出手段１４の値が所定の範囲内である間はリアルタイム補正量を±０とする。予めリーン側に設定したリーン所定値よりもリーン側となっている間は、このリアルタイム補正量をリッチ補正する。予めリッチ側に設定したリッチ所定値よりもリッチ側となっている間はリーン補正する。リッチ補正、リーン補正とも、所定の値への変更とする。リッチ補正する際の値をリッチ補正値、リーン補正する際の値をリーン補正値という。このうち、前記リーン補正値は基本的に既定の値を用いてよい。一方、この発明にかかる電子制御ユニット３０は、前記リッチ補正値を、複数段階で、又は無段階で調整する。すなわち、リッチ補正値は可変である。

一方、前記ロングタイム補正量を算出するためには、第二空燃比検出手段１４の値からリーン滞留時間の積算値を求めて、この積算値から前記ロングタイム補正量を調整する。前記リーン滞留時間の積算値とは、第二空燃比検出手段１４の値が、前記リーン所定値よりもリーン側となっている時間をカウントした総和を基本とする。ただし、第二空燃比検出手段１４の値がリーン側となった時間全てをカウントしようとすると、第二空燃比検出手段１４の値の瞬間的な変動まで拾ってしまうため、かえって正確性を欠く場合がある。このため、第二空燃比検出手段１４の値に基づいて反映されるリアルタイム補正量がリッチ補正値にした（すなわち、第二空燃比検出手段１４の値はリーン所定値よりリーン側である）期間そそのままカウントするのではなく、リアルタイム補正量の変動をフィルター処理した滞留判定値を用いて判定するのが望ましい。この滞留判定値は、フィルター処理によって、リアルタイム補正量の変動に対して時間差を生じてゆるやかに追随する。この滞留判定値がリッチ側に設定したリッチ判定値よりもリッチ側であれば、第二空燃比検出手段１４の値がリーンに滞留していると判定する。逆に、この滞留判定値がリーン側に設定したリーン判定値よりもリーン側であれば、第二空燃比検出手段１４の値はリッチに滞留していると判定する。前記のリーン滞留時間の積算値は、前記滞留判定値がリッチ判定値よりもリッチ側である期間をカウントした値となる。電子制御ユニット３０は、このようにリーン滞留時間の積算値を加算していく滞留時間積算手段３３を、常時監視しつつ実行し続ける。

ところで、複数本あるシリンダ２の空燃比は互いに共通していることが望ましいが、これが大きくずれることがある。この故障を気筒間空燃比ずれ故障という。気筒間空燃比ずれ故障が起こると、各々のシリンダ２からの排気ガスが合流した直後で検出する第一空燃比検出手段１２の出力はリッチ側にシフトする傾向にある。このとき、メインフィードバック制御はリーン補正を行うため、排気浄化部１３の触媒はリーン雰囲気になる。このとき、第二空燃比検出手段１４の値はリーン出力を示す。この状態が続いたときに、排出ガスを抑制するため前記の目標空燃比に作用するロングタイム補正量をリッチ補正するロングタイム学習が行われる。このロングタイム学習は、電子制御ユニット３０が備えるサブフィードバック制御手段３２の一環として行われる。

しかし、第一空燃比検出手段１２の出力は、各気筒からのガス当たりの違いなどの要因により、気筒間空燃比ずれ故障が起きても十分にリッチ側にシフトしない場合がある。そのため、別の手段で気筒間空燃比ずれ故障を検知し、リッチ側への適切なシフトを行うようにする。この発明ではそのために、第一空燃比検出手段が検知する高周波出力成分を用いる。気筒間空燃比ずれ故障が起きると、高周波出力成分の変位幅が増大することがある。この変位幅の増大を適切に検知して前記リアルタイム補正量をリッチ側のリッチ補正値に補正する。

前記高周波出力成分は、第一空燃比検出手段１２の値をサンプリングしたうち、比較的高周波の成分を抜き出したものである。ここで高周波とは、燃焼行程に同期するような帯域をいう。気筒毎の空燃比変動が高周波出力成分となり、燃焼行程に同期して出力されるため、エンジン気筒数やエンジン回転数により、好適な高周波出力成分の周期は異なる。たとえば、４気筒で１０００ｒｐｍであれば３３．３Ｈｚとなり、４気筒で３０００ｒｐｍであれば１００Ｈｚのように変化する。電子制御ユニット３０は、第一空燃比検出手段１２によって得られた高周波出力成分を用いて気筒間空燃比ずれ故障を検知する気筒間空燃比ずれ検知手段３４を実行する。空燃比ずれが発生すると気筒間のLAFS出力差が大きくなるため、所定期間(工程数)にLAFS偏差が判定値を超えた回数を計測する。

気筒間空燃比ずれ検出手段３４は、第一空燃比検出手段１２の値を、所定のサンプリング期間に亘って入力とする。ここで、所定のサンプリング期間は時間ではなく工程数で、１回のサンプリング期間は４００工程程度が望ましい。たとえば４気筒の場合１０００ｒｐｍで１２秒、３０００ｒｐｍで４秒程度となる。信号強度が所定の範囲を超える値が検出されたら、高周波出力成分が所定の範囲を超えたと判定し、判定回数を＋１する。この判定回数が、所定期間内における頻度が、所定の基準回数を超えたら、気筒間空燃比ずれ故障であると判定して、これを検知したものとする。

前記頻度の基準となる所定期間は、ある程度の期間に亘っていることが必要となる。具体的には、合計で５０秒間以上であり、１００秒間以上であると好ましい。より具体的には回転数により変動する。たとえば、1000rpmの場合、12秒×15回=180秒、3000rpmの場合、4秒×15回=60秒程度とすることが挙げられる。ただし、この期間に亘って自動車の運転状況が変化しない定常運転が続くという場合は珍しく、連続して前記所定期間に亘るサンプリングは難しい。そこで、前記所定期間を複数に分けた単位期間ごとに、前記判定回数をカウントしておき、その単位期間に亘って定常運転が継続したら、その判定回数を仮記憶する判定回数仮記憶手段４１を実行する。ここで仮記憶とは、電子制御ユニット３０が備える記憶部に一時的に記録し、読み出し可能にしておくことをいう。一方、単位期間に亘って定常運転が連続的に継続しなかった場合は、高周波出力成分は運転状況の変化による変動を拾ってしまっていると推測されるため気筒間空燃比ずれ故障の検知に用いるには不適格である。このため、途中で運転状況が変化し定常運転が継続しなかった単位期間の間の前記判定回数は、保持する判定回数保持手段４２を実行する。ただし、ここで保持せずに破棄して値をリセットする実施形態を選択することもできる。なお、前記の手段のために、電子制御ユニット３０はこれらのカウントを実行するため、単位期間をカウントする単位期間カウント手段４３を実行する。

また、電子制御ユニット３０は、前記仮記憶がされた回数を加算する仮記憶カウント手段４４を実行する。この加算は、前記所定期間を前記単位期間で割った所定回数まで続ける。所定回数まで加算すると、仮記憶がされた期間の合計が前記所定期間に到達する。この段階で、この合計となる前記所定期間内における、仮記憶された前記判定回数を合計し、前記所定期間内における前記判定回数の平均値であるピーク平均値を算出するピーク平均値算出手段４５を実行する。こうして求められたピーク平均値が、前記頻度となる。この頻度が所定の基準回数である劣化判定値を超えたとき、気筒間空燃比ずれ検知手段３４は、前記気筒間空燃比ずれ故障が発生したと判断しこれを検知したものとする。

気筒間空燃比ずれ検知手段３４が、気筒間空燃比ずれ故障の発生を検知したら、電子制御ユニット３０は、リアルタイム補正量における前記リッチ補正値を大きくする待機補正量制御手段３５を実行する。この前記リッチ補正値の変更は、準備値として電子制御ユニット３０内で記録しておき、即座にサブフィードバック制御に反映されるわけではない。第二空燃比検出手段１４の値がリーン所定値よりもリーン側となったとき、すなわち、サブフィードバック制御手段３２がリアルタイム補正量を実際にリッチ補正する変更のタイミングで、その変更させる値が、デフォルトの値よりも大きな値となる。これにより、ロングタイム学習によるロングタイム補正量によるリッチ補正が不十分であっても、リアルタイム補正量によるリッチ補正値の影響が大きくなり、全体をリッチにして排出ガスを抑制することができる。

待機補正量制御手段３５が変更する準備値である前記リッチ補正値は、正常時に対して一段階上がるものでもよいし、前記頻度の高さに応じて二段階以上上がるものでもよいし、前記頻度の高さに応じて無段階的に上がるものでもよい。

ところで、待機補正量制御手段３５が実行されると、ロングタイム補正量でリッチに補正するロングタイム学習が十分にされなくても、リアルタイム補正量である程度リッチに補正することができる。この状態で、さらに前記滞留判定値が、前記リッチ判定値よりもリッチ側に滞留するまで状況が進み、リーン滞留時間の積算値が加算されてロングタイム学習が容易に進んでしまうと、過補正となってしまう。そこで、待機補正量制御手段３５が実行された際には、併せて前記リッチ判定値を前記頻度に応じて上げる滞留判定抑止手段３６を実行し、ロングタイム学習をしにくくして、過補正を抑制する。

なお、前記リーン滞留時間の積算値が減算されて所定値を下回ったら、それに応じてロングタイム補正量を段階的に低下させる。状況が好転した場合でも極端にリッチ側へ補正し続けると、かえって排出ガスを抑制できなくなるためである。

また、サブフィードバック制御手段３２は、リーン滞留時間の積算値が所定のバラツキ判定値未満の場合にはロングタイム補正量を変更することなく、前記バラツキ判定値を超えた場合にロングタイム補正量のリッチ側への補正を反映させると望ましい。エンジン１ごとに、またシリンダ２ごとに個性があり、リーンに滞留する時間が少しでもあったらロングタイム補正量に反映させるのは、かえって適切ではない運用となるおそれがあるため、反映させ始めるまでに余剰となる幅を持たせておくことが望ましい。

気筒間空燃比ずれ故障発生時における電子制御ユニット３０のフロー例を図２を用いて説明する。運転を開始し（Ｓ１０１）、気筒間空燃比ずれ故障が発生したとする（Ｓ１０２）。なお、以下のフローは主に気筒間空燃比ずれ検知手段３４の実行であるが、気筒間空燃比ずれ故障の発生の有無に関わらず進行させることができる。第一空燃比検出手段１２のサンプリング期間に亘る出力から高周波出力成分を抽出する（Ｓ１０３）。この高周波出力成分の中に所定の範囲を超える値が検出されたら（Ｓ１０４→Ｙｅｓ）、判定回数を＋１する（Ｓ１０５）。超える値が検出されなかったら、判定回数を加算することなく次へ進む（Ｓ１０４→Ｎｏ→Ｓ１１１）。

運転状況に変化がなく、定常運転が続いていれば（Ｓ１１１→Ｎｏ）判定を継続する（Ｓ１１３）。この時点で前記単位期間が経過しなければ（Ｓ１１４→Ｎｏ）、期間カウントを＋１する（Ｓ１１５）。一方、運転状況に変化があれば（Ｓ１１１→Ｙｅｓ）定常運転ではなく高周波出力成分に運転状況変化によるノイズが含まれる可能性があるため、そこまでの期間カウントと判定回数をホールドする判定回数保持手段４２を実行し（Ｓ１１２）、後述する第二空燃比検出手段１４の判定（Ｓ１３１）へ移る。

また、定常運転が続いており、単位期間が経過した場合には（Ｓ１１１→Ｎｏ→Ｓ１１３→Ｓ１１４→Ｙｅｓ）、判定回数仮記憶手段４１を実行する（Ｓ１１６）。併せて、仮記憶がされた回数を加算する仮記憶カウント手段４４を実行する。この仮記憶をした回数が所定回数に到達していなければ（Ｓ１２１→Ｎｏ）、後述する第二空燃比検出手段１４の判定（Ｓ１３１）へ移る。

一方、仮記憶された回数が所定回数に到達していたら（Ｓ１２１→Ｙｅｓ）、ピーク平均値を算出するピーク平均値算出手段４５を実行する（Ｓ１２２）。気筒間空燃比ずれ検知手段３４は、こうして得られたピーク平均値、すなわち前記頻度を劣化判定値と比較して気筒間空燃比ずれ故障が発生しているか否かを判定する。前記頻度が劣化判定値を超えていなければ、気筒間空燃比ずれ故障が発生していないものと判断し、リッチ補正値やリッチ判定値の増加は行わない（Ｓ１２３→Ｎｏ→Ｓ１３１）。一方、前記頻度が劣化判定値を超えていたら、気筒間空燃比ずれ故障が発生していると判定し、待機補正量制御手段３５及び滞留判定抑止手段３６を実行する（Ｓ１２３→Ｙｅｓ→Ｓ１２４）。

いずれの場合でも、サブフィードバック制御手段３２は、第二空燃比検出手段１４の値に応じて、リアルタイム補正量を調整する。第二空燃比検出手段１４の値がリーンでもリッチでも無い場合は、リアルタイム補正量は±０となる（Ｓ１３１→中間→Ｓ１３２）。一方、第二空燃比検出手段１４の値がリッチであれば、リアルタイム補正量をリーン側のリーン補正値に変更する（Ｓ１３１→リッチ→Ｓ１３３）。

第二空燃比検出手段１４の値がリーンであれば、電子制御ユニット３０は滞留時間積算手段３３を実行しており、リーン滞留時間の積算値が加算されていく（Ｓ１３１→リーン→Ｓ１３４）。ただし、高周波出力成分から気筒間空燃比ずれ故障が発生していると判定されていたら（Ｓ１２４→Ｓ１３１→Ｓ１３４）、リーンに滞留していると判定するリッチ判定値は高くなっており、リーンに滞留しているとの判定はされにくくなっている。

また、サブフィードバック制御手段３２はリアルタイム補正量をリッチ側のリッチ補正値に反映させる（Ｓ１３５）。このリッチ補正値は、正常時の場合は比較的値が小さいが、高周波出力成分から気筒間空燃比ずれ故障が発生していると判定されていたら（Ｓ１２４→Ｓ１３１→Ｓ１３４）、このリッチ補正値は比較的大きな値となって反映される（Ｓ１３５）。

さらに、初期段階ではリーン滞留時間の積算値がバラツキ判定値未満であるが（Ｓ１３６→Ｎｏ→リターン）、リーン滞留時間が長引いて積算値がバラツキ判定値以上になると（Ｓ１３６→Ｙｅｓ）、ロングタイム補正量をリッチ側へと補正する（Ｓ１３７）。

この発明にかかる制御装置を実行させた際の設定値の変遷例を、図３を用いて説明する。状況は気筒間空燃比ずれ故障が生じており、第一空燃比検出手段１２の値の高周波出力成分は所定の範囲を超えるデータが現れている。この範囲を超えた回数（判定回数）を、単位期間毎の経過を示すサンプリングカウンタの期間ごとにカウントする。単位期間Ｆ０～Ｆ１の間は判定回数が比較的多いが、単位期間Ｆ１～Ｆ２の間は判定回数が比較的少ない。それぞれの単位期間における判定回数を仮記憶する。なお、図では判定カウント回数に故障判定値を設定しているが、個々の単位期間ごとには特に判定をする必要はなく、あくまで目安である。図では定常状態が続いているものとして各単位期間の判定回数を全て反映させるが、もし運転状況が変わった場合は、その単位期間分の判定回数は保持する。平均化カウンタは、単位期間分を何回分蓄積するかを示している。図ではＦ４までの４回をもってピーク平均値の算出を行っているが、特にこれに限るものではなく、データ数を増やして判定の精度を上げるためには、単位期間の合計が１００秒以上あると好ましい。いずれにしても、そこまでの単位期間分の判定回数の合計を期間の合計で割り、ピーク平均値を求める。

このピーク平均値が劣化判定値を上回っていたら、気筒間空燃比ずれ故障が発生しているとして、リアルタイム補正量のリッチ補正値を正常時の値よりもリッチよりの値であるノイズ検出時の値に変更する待機補正量制御手段３５を実行し、滞留判定値のリッチ判定値を正常時の値よりもリッチよりの値であるノイズ検出時の値に変更する滞留判定抑止手段３６を実行する（Ｔ１０）。なお、図では破線を一段階リッチよりにしているが、ピーク平均値の値に応じて二段階以上リッチよりにしてもよいし、ピーク平均値の値に応じて無段階でリッチよりにしてもよい。一方、このピーク平均値が劣化判定値を下回っていたら、気筒間空燃比ずれ故障が発生していたとはみなさず、気筒間空燃比ずれ故障は検知されなかったとして、上記のリッチ補正値及びリッチ判定値の変更は行わない。これらの検知は運転開始から一度行えばよく、上記の平均化カウンタは運転終了まで０のままとする。従って、二度目の判定は運転終了まで行わない。ただし、このピーク平均値の値をメモリに保存しておき、次の運転開始後、ピーク平均値を再度計算するまでは、リッチ補正値及びリッチ判定値をリッチよりに変更したままとしてもよい。

以上の第二空燃比検出手段１４の高周波出力成分による変更は、サブフィードバック制御手段３２やメインフィードバック制御手段３１に割り込んで行うのではなく、サブフィードバック制御手段３２がリアルタイム補正量及びロングタイム補正量を変更する際に、変更する値の変化として効果を発揮する。

サブフィードバック制御手段３２による変化を、図３に示す第二空燃比検出手段１４の値の変化に応じて説明する。第二空燃比検出手段１４の値がリーン側に設定したリーン所定値よりもリーン側であれば、目標空燃比に関与するリアルタイム補正量を、リッチ補正値へと設定する（Ｔ０１）。このリーン所定値と、リッチ側に設定するリッチ所定値は、電子制御ユニット３０の処理上はいずれもセンサの電圧の値と比較する判定電圧として設定されるが、ここでは所定値として記載する。この間（Ｔ０１～Ｔ０４）に、後述するようにリーン滞留時間の積算値が加算され、ロングタイム補正量もリッチとなる。第二空燃比検出手段１４の値がリーン所定値よりリッチ側になったら、リアルタイム補正量の値をリッチ補正値から±０に戻す（Ｔ０４）。さらに、第二空燃比検出手段１４の値が、運転条件その他の理由で一時的にリッチ所定値よりもリッチ側になったら、リアルタイム補正量の値をリーン補正値へと設定する（Ｔ０６～Ｔ０８）。このとき設定されるリーン補正値は、未だ気筒間空燃比ずれ検出手段３４による検知が実行される前であるため、正常時の値である。この後しばらく、気筒間空燃比ずれ故障が発生しているにもかかわらず、リーン所定値よりリーン側になることなく、第二空燃比検出手段１４の値からは気筒間空燃比ずれ故障が発生していることが検知されない状態が続く（Ｔ０８～Ｔ１１）。ただし、途中のＴ１０の時点で気筒間空燃比ずれ検出手段３４が実行されて、気筒間空燃比ずれに対応すべく、リアルタイム補正量のリッチ補正値と、滞留判定値のリッチ判定値をいずれもリッチ側へと変更している（いずれも図３中破線）。その後、第二空燃比検出手段１４の値がリーン所定値よりもリーン側になった状態が続く（Ｔ１１～Ｔ１４）が、その後の運転状況の変化などその他の事情により、状況が改善して第二空燃比検出手段１４の値が中間値となる（Ｔ１４～）。以上のような変遷が起きたときに、それぞれの値がどのように変動するかを説明する。

リアルタイム補正量は第二空燃比検出手段１４がリーン所定値よりリーン側に寄ったら即座にリッチ側へと反映される（Ｔ０１）。だが、リアルタイム補正量をフィルター処理した滞留判定値は、これに追随するようにゆるやかにリッチ側へ寄っていく。このため、滞留判定値がリッチ判定されるリッチ判定値よりもリッチ側になるのは、Ｔ０１よりもわずかにタイムラグがあるＴ０２からとなる。また、リアルタイム補正量が０に戻るＴ０４より遅れて、滞留判定値はリッチ判定されなくなる（Ｔ０５）。さらに、第二空燃比検出手段１４の値がリッチとなってリアルタイム補正量がリーン補正値へと変更されたら（Ｔ０６）、タイムラグを経て滞留判定値もリーン判定値よりリーンとなる（Ｔ０７）。

滞留判定値がリッチ判定値よりリッチ側になるＴ０２から、リーン滞留時間の積算値の加算が開始される。ただし、この加算がバラツキ判定値に到達するまでは（Ｔ０２～Ｔ０３）、ロングタイム補正量は０のまま変更させない。リーン滞留時間の積算値がバラツキ判定値に到達した段階で、サブフィードバック制御手段３２はロングタイム補正量をリッチにする（Ｔ０３）。これにより、目標空燃比はリアルタイム補正量のリッチ補正値と、ロングタイム補正量のバラツキ判定時の値とが加算されて、二重にリッチ側へと寄る（Ｔ０３～Ｔ０４）。一方、滞留判定値がリーン判定値よりもリーン側になるＴ０７～Ｔ０９では、リーン滞留時間の積算値が減算される。その後、滞留判定値がリーンでもリッチでもない中間状態ではリーン滞留時間の積算値は増減しない（Ｔ０９～Ｔ１２）。この間、第二空燃比検出手段１４の値はリッチ所定値とリーン所定値の間の中間値を続けているが、気筒間空燃比ずれ検知手段３４によりリアルタイム補正量のリッチ補正値と滞留判定値のリッチ判定値はリッチに変更されている（Ｔ１０）。第二空燃比検出手段１４の値がリーン所定値よりもリーンになったら、リアルタイム補正量を実際にリッチよりに変更する（Ｔ１１）。このときの値はＴ１０でリッチよりに予め変更されていた値であり、ここで実際にその値に変更される。これにより、ロングタイム補正量のリッチシフトが抑えられている（Ｔ０３～Ｔ１３）にも関わらず、メインフィードバック制御手段３１の目標空燃比を十分にリッチよりに変更することができる（Ｔ１１）。

リアルタイム補正量がリッチへ変更されたら、タイムラグを経て滞留判定値もリッチよりになる。ただし、滞留判定値のリッチ判定値の値がリッチよりになっているため、リーン滞留時間の積算値はＴ１１からやや時間を空けたＴ１２まで到達した段階で上昇を始める。これは、リアルタイム補正量を既に変更しているため、ロングタイム補正量を容易に変更して過補正となることを防ぐためである。リーン滞留時間が長続きし、Ｔ１３まで到達した段階で、ようやくリーン滞留時間の積算値が劣化判定とする値となる。通常の動作ではここでようやく劣化判定として扱うが、この発明ではＴ１０の段階で気筒間空燃比ずれが既に起きていると判定されているため問題はない。

そして、第二空燃比検出手段１４の値がリーンに偏り続けることなく、中間値に戻ると（Ｔ１４）、リアルタイム補正量はリッチ補正値から０に戻る。ただし、ここではようやくロングタイム補正量が劣化時の値にまでリッチよりになっているので（Ｔ１３～）、目標空燃比は比較的リッチ補正のままで、排出ガスの抑制を続けることができる（Ｔ１６）。

なお、上記の劣化判定及び故障判定となったとき、電子制御ユニット３０は燃料噴射条件を適宜修正してよい。

１ エンジン
２ シリンダ
３ スロットルバルブ
４ 吸気通路
５ 排気通路
１０ 筒内噴射装置
１２ 第一空燃比検出手段
１３ 排気浄化部
１４ 第二空燃比検出手段
１５ マフラ
３０ 電子制御ユニット
３１ メインフィードバック制御手段
３２ サブフィードバック制御手段
３３ 滞留時間積算手段
３４ 気筒間空燃比ずれ検知手段
３５ 待機補正量制御手段
３６ 滞留判定抑止手段
４１ 判定回数仮記憶手段
４２ 判定回数保持手段
４３ 単位期間カウント手段
４４ 仮記憶カウント手段
４５ ピーク平均値算出手段

Claims (6)

1. 複数の気筒を有するエンジンに燃料を供給する噴射装置と、
   前記複数の気筒から引き出された排気通路に設けられ、前記排気通路内の空燃比を検出する第一空燃比検出手段と、
   前記第一空燃比検出手段よりも下流側に設けられた排気浄化装置と、
   前記排気浄化装置よりも下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路内の空燃比を検出する第二空燃比検出手段と、
   前記第一空燃比検出手段で得られた情報に基づいて、空燃比が予め設定された目標空燃比となるように前記噴射装置による燃料の噴射量をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、
   前記第二空燃比検出手段で得られた情報がリーン側に設定したリーン所定値よりもリーン側であれば前記目標空燃比をリッチ補正しリッチ側に設定したリッチ所定値よりもリッチ側であれば前記目標空燃比をリーン補正するリアルタイム補正量と、前記リアルタイム補正量を前記第二空燃比検出手段で得られた情報に基づいて得られるリーン滞留時間の積算値に応じて補正するためのロングタイム補正量とを設定するサブフィードバック制御手段と、
   前記第一空燃比検出手段が検知する高周波出力成分によって前記複数の気筒間で空燃比のずれが生じる気筒間空燃比ずれ故障を検知する気筒間空燃比ずれ検知手段と、
   を備え、
   前記気筒間空燃比ずれ検知手段によって気筒間空燃比ずれ故障が検知された際に前記サブフィードバック制御手段は前記リアルタイム補正量のリッチ補正する際の値であるリッチ補正値をリッチ側へ調整するエンジンの制御装置。
2. 前記気筒間空燃比ずれ検知手段は、
   前記第一空燃比検出手段が検知する高周波出力成分が所定の範囲を超えたと判定される判定回数の所定期間内における頻度が所定の基準回数を超えたときに前記気筒間空燃比ずれ故障として検知する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記リッチ補正値を準備値として保有し、その後の運転状況の変化時におけるリアルタイム補正量のリッチ補正値への変更時に、前記準備値を適用する待機補正量制御手段を備える、
   請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記頻度は、
   定常運転が単位期間継続する毎に前記判定回数を仮記憶し、前記仮記憶がなされた回数が所定回数に到達した段階で、前記単位期間に前記所定回数を乗じた前記所定期間における前記仮記憶された前記判定回数の合計から求められるピーク平均値である、請求項２又は３に記載のエンジンの制御方法。
5. 前記頻度は、
   前記単位期間まで定常運転が連続的に継続しなかった場合には仮記憶しない、請求項４に記載のエンジンの制御方法。
6. 前記リーン滞留時間の積算値は、前記リアルタイム補正量をフィルター処理した滞留判定値がリッチ側のリッチ判定値よりもリッチ側に滞留した時間の総和に基づいて算出される値であり、
   前記リッチ判定値を前記頻度に応じて上げる滞留判定抑止手段を実行する、
   請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジンの制御装置。

Images