JPWO2012131758A1 - 多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置は、所定の対象気筒の燃料噴射量を増量し、少なくとも増量後の対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する。フューエルカット後リッチ制御の実行中に燃料噴射量の増量を実行する。フューエルカット後リッチ制御のタイミングを利用して燃料噴射量の増量を行うため、異常検出実行による排気エミッション悪化を極力防止することができる。

Description

本発明は、多気筒内燃機関の気筒間空燃比の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。

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、排気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、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、これ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フィードバック制御を実施している。

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。このときばらつきの程度が小さければ、空燃比フィードバック制御で吸収可能であり、また触媒でも排気中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、特に問題とならない。

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、排気エミッションが悪化した車両の走行を未然に防止するため、気筒間空燃比ばらつき異常を車載状態で検出することが要請されており（所謂ＯＢＤ；On-Board Diagnostics）、最近ではこれを法規制化する動きもある。

例えば特許文献１に記載の装置においては、いずれかの気筒に空燃比異常が生じていると判断した場合に、空燃比異常となっている気筒が失火するまでの間、各気筒へ噴射する燃料の噴射時間を所定時間ずつ短縮させ、これによって異常気筒を特定している。

ところで、いずれかの気筒に空燃比異常が生じている場合、当該気筒の燃料噴射量を強制的に増量または減量すると、当該気筒の回転変動が顕著に大きくなる。よってこのような回転変動の増大を検出することで、空燃比ばらつき異常を検出することが可能である。

しかし、燃料噴射量の増量または減量は排気エミッションを少なからず悪化させてしまう。よって燃料噴射量の増量または減量は、排気エミッションを極力悪化させないタイミングで行うのが望ましい。

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、異常検出実行による排気エミッション悪化を極力防止することができる多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置を提供することにある。

特開２０１０−１１２２４４号公報

本発明の一の態様によれば、
フューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカットの終了直後に空燃比をリッチ化するフューエルカット後リッチ制御を実行するリッチ制御手段と、
所定の対象気筒の燃料噴射量を増量し、少なくとも当該増量後の前記対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の実行中に前記燃料噴射量の増量を実行する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。

好ましくは、前記異常検出装置は、排気通路に設けられた酸素吸蔵能を有する触媒と、前記触媒の下流側に設けられた空燃比センサである触媒後センサとをさらに備え、
前記検出手段は、前記触媒後センサの出力がリッチに切り替わったのと同時に前記燃料噴射量の増量を終了する。

好ましくは、前記異常検出装置は、前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段をさらに備え、
前記検出手段は、前記酸素吸蔵容量の計測値に応じて前記燃料噴射量の増量時間を変化させる。

好ましくは、前記検出手段は、前記燃料噴射量の増量中、前記触媒に吸蔵された吸蔵酸素量を監視しつつ増量終了タイミングを決定する。

好ましくは、前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の開始と同時に前記燃料噴射量の増量を開始する。

好ましくは、前記検出手段は、前記対象気筒における前記燃料噴射量の増量前後の回転変動の差に基づき、前記対象気筒のリッチずれ異常を検出する。

本発明の他の態様によれば、
フューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカットの終了直後に空燃比をリッチ化するフューエルカット後リッチ制御を実行するリッチ制御手段と、
所定の対象気筒の燃料噴射量を減量し、少なくとも当該減量後の前記対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の最中にこれを一時的に中断し、この中断中に前記燃料噴射量の減量を実行する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。

好ましくは、前記異常検出装置は、排気通路に設けられた酸素吸蔵能を有する触媒をさらに備え、
前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御および前記燃料噴射量の減量の実行中、前記触媒に吸蔵された吸蔵酸素量を監視しつつ、減量開始タイミングと減量終了タイミングとを決定する。

本発明によれば、異常検出実行による排気エミッション悪化を極力防止することができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。 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。 回転変動を表す値を説明するためのタイムチャートである。 回転変動を表す別の値を説明するためのタイムチャートである。 燃料噴射量を増量または減量したときの回転変動の変化を示すグラフである。 燃料噴射量の増量と、増量前後の回転変動の変化との様子を示す図である。 酸素吸蔵容量の計測方法を説明するためのタイムチャートである。 ばらつき異常検出時の状態変化の様子を示すタイムチャートである。 酸素吸蔵容量とアクティブリッチ制御実行時間との関係を示すグラフである。 本実施形態の制御ルーチンを示すフローチャートである。 他の実施形態に係るばらつき異常検出時の状態変化の様子を示すタイムチャートである。 他の実施形態の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。

図１に本実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。図示される内燃機関（エンジン）１は自動車に搭載されたＶ型８気筒火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。エンジン１は第１のバンクＢ１と第２のバンクＢ２とを有し、第１のバンクＢ１には奇数番気筒すなわち＃１，＃３，＃５，＃７気筒が設けられ、第２のバンクＢ２には偶数番気筒すなわち＃２，＃４，＃６，＃８気筒が設けられている。＃１，＃３，＃５，＃７気筒が第１の気筒群をなし、＃２，＃４，＃６，＃８気筒が第２の気筒群をなす。

各気筒にインジェクタ（燃料噴射弁）２が設けられる。インジェクタ２は、対応気筒の吸気通路特に吸気ポート（図示せず）内に向けて燃料を噴射する。また各気筒には、筒内の混合気に点火するための点火プラグ１３が設けられる。

吸気を導入するための吸気通路７は、前記吸気ポートの他、集合部としてのサージタンク８と、各気筒の吸気ポートおよびサージタンク８を結ぶ複数の吸気マニホールド９と、サージタンク８の上流側の吸気管１０とを含む。吸気管１０には、上流側から順にエアフローメータ１１と電子制御式スロットルバルブ１２とが設けられている。エアフローメータ１１は吸気流量に応じた大きさの信号を出力する。

第１のバンクＢ１に対して第１の排気通路１４Ａが設けられ、第２のバンクＢ２に対して第２の排気通路１４Ｂが設けられる。これら第１および第２の排気通路１４Ａ，１４Ｂは下流触媒１９の上流側で合流されている。この合流位置より上流側の排気系の構成は両バンクで同一なので、ここでは第１のバンクＢ１側についてのみ説明し、第２のバンクＢ２側については図中同一符号を付して説明を省略する。

第１の排気通路１４Ａは、＃１，＃３，＃５，＃７の各気筒の排気ポート（図示せず）と、これら排気ポートの排気ガスを集合させる排気マニホールド１６と、排気マニホールド１６の下流側に設置された排気管１７とを含む。そして排気管１７には上流触媒１８が設けられている。上流触媒１８の上流側及び下流側（直前及び直後）にそれぞれ、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサである触媒前センサ２０及び触媒後センサ２１が設置されている。このように、一方のバンクに属する複数の気筒（あるいは気筒群）に対して、上流触媒１８、触媒前センサ２０及び触媒後センサ２１が各一つずつ設けられている。

なお、第１および第２の排気通路１４Ａ，１４Ｂを合流させないで、これらに個別に下流触媒１９を設けることも可能である。

エンジン１には制御手段および検出手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００が設けられている。ＥＣＵ１００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。ＥＣＵ１００には、前述のエアフローメータ１１、触媒前センサ２０、触媒後センサ２１のほか、エンジン１のクランク角を検出するためのクランク角センサ２２、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ２３、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ２４、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。ＥＣＵ１００は、各種センサの検出値等に基づき、所望の出力が得られるように、インジェクタ２、点火プラグ１３、スロットルバルブ１２等を制御し、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度等を制御する。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。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサ２２からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン１の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。またＥＣＵ１００は、エアフローメータ１１からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸入空気量を検出する。そしてＥＣＵ１００は、検出した吸入空気量およびアクセル開度の少なくとも一方に基づき、エンジン１の負荷を検出する。

触媒前センサ２０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２に触媒前センサ２０の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ２０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＝１４．５）であるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）である。

他方、触媒後センサ２１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２に触媒後センサ２１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２１の出力電圧は所定の範囲（例えば０〜１Ｖ）内で変化する。概して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Ｖｒ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Ｖｒはストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。

上流触媒１８及び下流触媒１９は三元触媒からなり、それぞれに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ近傍のときに排気中の有害成分であるＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。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。

そこで、エンジンの通常運転時、上流触媒１８に流入する排気ガスの空燃比をストイキ近傍に制御するための空燃比制御（ストイキ制御）がＥＣＵ１００により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ２０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２１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。

このように本実施形態において、空燃比の基準値はストイキであり、このストイキに相当する燃料噴射量（ストイキ相当量という）が燃料噴射量の基準値である。但し、空燃比および燃料噴射量の基準値は他の値とすることもできる。

空燃比制御はバンク単位で若しくはバンク毎に行われる。例えば第１のバンクＢ１側の触媒前センサ２０および触媒後センサ２１の検出値は、第１のバンクＢ１に属する＃１，＃３，＃５，＃７気筒の空燃比フィードバック制御にのみ用いられ、第２のバンクＢ２に属する＃２，＃４，＃６，＃８気筒の空燃比フィードバック制御には用いられない。逆も同様である。あたかも独立した直列４気筒エンジンが二つあるように、空燃比制御が実行される。また空燃比制御においては、同一バンクに属する各気筒に対し同一の制御量が一律に用いられる。

さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒（特に１気筒）において、インジェクタ２の故障等が発生し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生することがある。例えば第１のバンクＢ１について、インジェクタ２の閉弁不良により＃１気筒の燃料噴射量が他の＃３，＃５，＃７気筒の燃料噴射量よりも多くなり、＃１気筒の空燃比が他の＃３，＃５，＃７気筒の空燃比よりも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２０に供給されるトータルガス（合流後の排気ガス）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、＃３，＃５，＃７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ばらつき異常を検出する装置が装備されている。

ここで、気筒間空燃比のばらつき度合いを表す指標値としてインバランス率なる値を用いる。インバランス率とは、複数の気筒のうちある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）の燃料噴射量即ち基準噴射量からズレているかを示す値である。インバランス率を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×１００で表される。インバランス率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。

他方、本実施形態においては、所定の対象気筒の燃料噴射量をアクティブに若しくは強制的に増量または減量し、少なくとも増量または減量後の対象気筒の回転変動に基づき、ばらつき異常を検出する。

まず、回転変動について説明する。回転変動とは、エンジン回転速度あるいはクランクシャフト回転速度の変化をいい、例えば次に述べるような値で表すことができる。本実施形態においては気筒毎の回転変動が検出可能である。

図３には回転変動を説明するためのタイムチャートを示す。図示例は直列４気筒エンジンの例であるが、本実施形態のようなＶ型８気筒エンジンにも適用可能であることが理解されよう。点火順序は＃１，＃３，＃４，＃２気筒の順である。

図３において、（Ａ）はエンジンのクランク角（°ＣＡ）を示す。１エンジンサイクルは７２０（°ＣＡ）であり、図には逐次的に検出される複数サイクル分のクランク角が鋸歯状に示されている。

（Ｂ）は、クランクシャフトが所定角度だけ回転するのに要した時間、すなわち回転時間Ｔ（ｓ）を示す。ここでは所定角度が３０（°ＣＡ）であるが、他の値（例えば１０（°ＣＡ））としてもよい。回転時間Ｔが長いほどエンジン回転速度は遅く、逆に回転時間Ｔが短いほどエンジン回転速度は速い。この回転時間Ｔはクランク角センサ２２の出力に基づきＥＣＵ１００により検出される。

（Ｃ）は、後に説明する回転時間差ΔＴを示す。図中、「正常」とは、いずれの気筒にも空燃比ずれが生じていない正常な場合を示し、「リーンずれ異常」とは、＃１気筒のみにインバランス率ＩＢ＝−３０（％）のリーンずれが生じている異常な場合を示す。リーンずれ異常は例えばインジェクタの噴孔詰まりや開弁不良により生じ得る。

まず、各気筒の同一タイミングにおける回転時間ＴがＥＣＵにより検出される。ここでは各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）のタイミングにおける回転時間Ｔが検出される。この回転時間Ｔが検出されるタイミングを検出タイミングという。

次いで、検出タイミング毎に、当該検出タイミングにおける回転時間Ｔ２と、直前の検出タイミングにおける回転時間Ｔ１との差（Ｔ２−Ｔ１）がＥＣＵにより算出される。この差が（Ｃ）に示す回転時間差ΔＴであり、ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１である。

通常、クランク角がＴＤＣを超えた後の燃焼行程では回転速度が上昇するため回転時間Ｔが低下し、その後の圧縮行程では回転速度が低下するため回転時間Ｔが増大する。

しかしながら、（Ｂ）に示すように＃１気筒がリーンずれ異常の場合、＃１気筒を点火させても十分なトルクが得られず、回転速度が上昇しづらいので、その影響で＃３気筒ＴＤＣにおける回転時間Ｔは大きくなっている。それ故、＃３気筒ＴＤＣにおける回転時間差ΔＴは、（Ｃ）に示すように大きな正の値となる。この＃３気筒ＴＤＣにおける回転時間および回転時間差をそれぞれ＃１気筒の回転時間および回転時間差とし、それぞれＴ_１およびΔＴ_１で表す。他の気筒についても同様である。

次に、＃３気筒は正常であるので、＃３気筒を点火させたときには回転速度が急峻に上昇する。これにより次の＃４気筒ＴＤＣのタイミングでは、＃３気筒ＴＤＣのときに比べ回転時間Ｔが若干低下しているに過ぎない。それ故、＃４気筒ＴＤＣにおいて検出された＃３気筒の回転時間差ΔＴ_３は、（Ｃ）に示すように小さな負の値となる。このようにある気筒の回転時間差ΔＴが、次点火気筒ＴＤＣ毎に検出される。

以降の＃２気筒ＴＤＣおよび＃１気筒ＴＤＣにおいても＃４気筒ＴＤＣのときと同様の傾向が見られ、両タイミングにおいて検出された＃４気筒の回転時間差ΔＴ_４および＃２気筒の回転時間差ΔＴ_２はともに小さな負の値となっている。以上の特性が１エンジンサイクル毎に繰り返される。

このように、各気筒の回転時間差ΔＴは、各気筒の回転変動を表す値であり、各気筒の空燃比ずれ量に相関した値であることが分かる。そこで各気筒の回転時間差ΔＴを各気筒の回転変動の指標値として用いることができる。各気筒の空燃比ずれ量が大きいほど、各気筒の回転変動は大きくなり、各気筒の回転時間差ΔＴは大きくなる。

他方、図３（Ｃ）に示すように、正常の場合には回転時間差ΔＴが常時ゼロ付近である。

図３の例ではリーンずれ異常の場合を示したが、逆のリッチずれ異常、すなわち１気筒のみに大きなリッチずれが生じている場合にも、同様の傾向がある。大きなリッチずれが生じた場合、点火しても燃料過多のため燃焼が不十分となり、十分なトルクが得られず、回転変動が大きくなるからである。

次に、図４を参照して、回転変動を表す別の値を説明する。（Ａ）は図３（Ａ）と同様にエンジンのクランク角（°ＣＡ）を示す。

（Ｂ）は、前記回転時間Ｔの逆数である角速度ω（ｒａｄ／ｓ）を示す。ω＝１／Ｔである。当然ながら、角速度ωが大きいほどエンジン回転速度は速く、角速度ωが小さいほどエンジン回転速度は遅い。角速度ωの波形は、回転時間Ｔの波形を上下反転した形となる。

（Ｃ）は、前記回転時間差ΔＴと同様、角速度ωの差である角速度差Δωを示す。角速度差Δωの波形も、回転時間差ΔＴの波形を上下反転した形となる。図中の「正常」および「リーンずれ異常」については図３と同様である。

まず、各気筒の同一タイミングにおける角速度ωがＥＣＵにより検出される。ここでも各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）のタイミングにおける角速度ωが検出される。角速度ωは、１を前記回転時間Ｔで除することにより算出される。

次いで、検出タイミング毎に、当該検出タイミングにおける角速度ω２と、直前の検出タイミングにおける角速度ω１との差（ω２−ω１）がＥＣＵにより算出される。この差が（Ｃ）に示す角速度差Δωであり、Δω＝ω２−ω１である。

通常、クランク角がＴＤＣを超えた後の燃焼行程では回転速度が上昇するため角速度ωが上昇し、その後の圧縮行程では回転速度が低下するため角速度ωが低下する。

しかしながら、（Ｂ）に示すように＃１気筒がリーンずれ異常の場合、＃１気筒を点火させても十分なトルクが得られず、回転速度が上昇しづらいので、その影響で＃３気筒ＴＤＣにおける角速度ωは小さくなっている。それ故、＃３気筒ＴＤＣにおける角速度差Δωは、（Ｃ）に示すように大きな負の値となる。この＃３気筒ＴＤＣにおける角速度および角速度差をそれぞれ＃１気筒の角速度および角速度差とし、それぞれω_１およびΔω_１で表す。他の気筒についても同様である。

次に、＃３気筒は正常であるので、＃３気筒を点火させたときには回転速度が急峻に上昇する。これにより次の＃４気筒ＴＤＣのタイミングでは、＃３気筒ＴＤＣのときに比べ角速度ωが若干上昇するに過ぎない。それ故、＃４気筒ＴＤＣにおいて検出された＃３気筒の角速度差Δω_３は、（Ｃ）に示すように小さな正の値となる。このようにある気筒の角速度差Δωが、次点火気筒ＴＤＣ毎に検出される。

以降の＃２気筒ＴＤＣおよび＃１気筒ＴＤＣにおいても＃４気筒ＴＤＣのときと同様の傾向が見られ、両タイミングにおいて検出された＃４気筒の角速度差Δω_４および＃２気筒の角速度差Δω_２はともに小さな正の値となっている。以上の特性が１エンジンサイクル毎に繰り返される。

このように、各気筒の角速度差Δωは、各気筒の回転変動を表す値であり、各気筒の空燃比ずれ量に相関した値であることが分かる。そこで各気筒の角速度差Δωを各気筒の回転変動の指標値として用いることができる。各気筒の空燃比ずれ量が大きいほど、各気筒の回転変動は大きくなり、各気筒の角速度差Δωは小さくなる（マイナス方向に大きくなる）。

他方、図４（Ｃ）に示すように、正常の場合には角速度差Δωが常時ゼロ付近である。

逆のリッチずれ異常の場合にも同様の傾向がある点は上述した通りである。

次に、ある１気筒の燃料噴射量をアクティブに増量または減量したときの回転変動の変化を、図５を参照して説明する。

図５において、横軸はインバランス率ＩＢを示し、縦軸は回転変動の指標値としての角速度差Δωを示す。ここでは、全８気筒のうちある１気筒のみのインバランス率ＩＢを変化させ、このときの当該１気筒のインバランス率ＩＢと、当該１気筒の角速度差Δωとの関係を線ａで示す。当該１気筒をアクティブ対象気筒という。他の気筒は全てバランス気筒であり、基準噴射量Ｑｓとしてストイキ相当量を噴射しているものとする。

横軸において、ＩＢ＝０（％）とは、アクティブ対象気筒のインバランス率ＩＢが０（％）で、アクティブ対象気筒がストイキ相当量を噴射している正常な場合を意味する。このときのデータが線ａ上のプロットｂで示される。このＩＢ＝０（％）の状態から図中左側に移動すると、インバランス率ＩＢがプラス方向に増加し、燃料噴射量としては過多すなわちリッチな状態となる。逆に、ＩＢ＝０（％）から図中右側に移動すると、インバランス率ＩＢがマイナス方向に増加し、燃料噴射量としては過少すなわちリーンな状態となる。

特性線ａから分かるように、アクティブ対象気筒のインバランス率ＩＢが０（％）からプラス方向に増加してもマイナス方向に増加しても、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなり、アクティブ対象気筒の角速度差Δωが０付近からマイナス方向に大きくなる傾向にある。そして、インバランス率ＩＢが０（％）から離れるほど、特性線ａの傾きが急になり、インバランス率ＩＢの変化に対する角速度差Δωの変化は大きくなる傾向にある。

ここで、矢印ｃで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を、ストイキ相当量（ＩＢ＝０（％））から所定量、強制的に増量したとする。図示例ではインバランス率で約４０（％）相当の増量がなされている。このとき、ＩＢ＝０（％）の近辺では特性線ａの傾きが緩やかであることから、増量後においても角速度差Δωは増量前とほぼ変わらず、増量前後の角速度差Δωの差は極小さい。

他方、プロットｄで示すように、アクティブ対象気筒において既にリッチずれが生じており、そのインバランス率ＩＢが比較的大きなプラス側の値になっているときを考える。図示例ではインバランス率で約５０（％）のリッチずれが生じている。この状態から矢印ｅで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を同一量、強制的に増量したとすると、この領域では特性線ａの傾きが急であることから、増量後の角速度差Δωは増量前より大きくマイナス側に変化し、増量前後の角速度差Δωの差は大きくなる。すなわち燃料噴射量の増量により、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなる。

よって、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量増量したときの少なくとも増量後のアクティブ対象気筒の角速度差Δωに基づき、ばらつき異常を検出することが可能である。

すなわち、増量後の角速度差Δωが図示するように所定の負の異常判定値αより小さい場合（Δω＜α）には、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、増量後の角速度差Δωが異常判定値αより小さくない場合（Δω≧α）には、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。

あるいは代替的に、図示するように、増量前後の角速度差Δωの差ｄΔωに基づき、ばらつき異常を検出することも可能である。この場合、増量前の角速度差をΔω１、増量後の角速度差をΔω２とすると、両者の差ｄΔωをｄΔω＝Δω１−Δω２と定義することができる。そして差ｄΔωが所定の正の異常判定値β１を超えた場合（ｄΔω≧β１）、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、差ｄΔωが異常判定値β１を超えない場合（ｄΔω＜β１）、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。

インバランス率が負の領域で強制減量を行ったときも同様のことが言える。矢印ｆで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量をストイキ相当量（ＩＢ＝０（％））から所定量、強制的に減量したとする。図示例ではインバランス率で約１０（％）相当の減量がなされている。増量量に比べ減量量が少ないのは、リーンずれ異常気筒に対しあまりに多くの減量を行ってしまうと失火してしまうからである。このとき、特性線ａの傾きが比較的緩やかであることから、減量後の角速度差Δωは減量前より若干小さくなっているだけで、増量前後の角速度差Δωの差は小さい。

他方、プロットｇで示すように、アクティブ対象気筒において既にリーンずれが生じており、そのインバランス率ＩＢが比較的大きなマイナス側の値になっているときを考える。図示例ではインバランス率で約−２０（％）のリーンずれが生じている。この状態から矢印ｈで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を同一量、強制的に減量したとすると、この領域では特性線ａの傾きが比較的急であることから、減量後の角速度差Δωは減量前より大きくマイナス側に変化し、減量前後の角速度差Δωの差は大きくなる。すなわち燃料噴射量の減量により、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなる。

よって、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量減量したときの少なくとも減量後のアクティブ対象気筒の角速度差Δωに基づき、ばらつき異常を検出することが可能である。

すなわち、減量後の角速度差Δωが図示するように所定の負の異常判定値αより小さい場合（Δω＜α）には、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、減量後の角速度差Δωが異常判定値αより小さくない場合（Δω≧α）には、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。

あるいは代替的に、図示するように、減量前後の角速度差Δωの差ｄΔωに基づき、ばらつき異常を検出することも可能である。この場合も両者の差ｄΔωをｄΔω＝Δω１−Δω２と定義することができる。差ｄΔωが所定の正の異常判定値β２を超えた場合（ｄΔω≧β２）、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、差ｄΔωが異常判定値β２を超えない場合（ｄΔω＜β２）、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。

ここでは増量量が減量量より顕著に多いため、増量時の異常判定値β１を減量時の異常判定値β２より大きくしている。しかしながら、両異常判定値は、特性線ａの特性や増量量と減量量のバランス等を考慮して任意に定めることができる。両異常判定値を同じ値とすることも可能である。

各気筒の回転変動の指標値として回転時間差ΔＴを用いた場合にも、同様の方法で異常検出および異常気筒特定が可能であることが理解されるであろう。また、各気筒の回転変動の指標値としては、上述した以外の他の値を用いることも可能である。

図６には、全８気筒についての燃料噴射量の増量と、増量前後の回転変動の変化との様子を示す。上段が増量前、下段が増量後である。左右方向の左端列に示されているように、増量の方法としては、全気筒一律且つ同時に同一量増量している。すなわちここでは所定の対象気筒が全気筒である。増量前は全気筒のインジェクタ２に対し、ストイキ相当量の燃料を噴射するよう開弁指令がなされており、増量後は全気筒のインジェクタ２に対し、ストイキ相当量より所定量多い燃料を噴射するよう開弁指令がなされている。

この増量の仕方は、全気筒同時に行う方法の他、任意数の気筒ずつ順番に且つ交互に行う方法がある。例えば１気筒ずつ増量したり、２気筒ずつ増量したり、４気筒ずつ増量したりする方法がある。増量を行う対象気筒の数および気筒番号は任意に設定できる。

対象気筒数が多いほど、全増量時間を短縮できるメリットがあり、排気エミッションが悪化するデメリットがある。逆に対象気筒数が少ないほど、排気エミッションの悪化を抑制できるメリットがあるが、全増量時間が長期化するデメリットがある。

各気筒の回転変動の指標値として、図５と同様、角速度差Δωを用いている。

例えば左右方向の中央列に示されている正常時、すなわちいずれの気筒においても空燃比ずれ異常が生じていない場合だと、増量前では全気筒の角速度差Δωがほぼ等しく０付近にあり、全気筒の回転変動が少ない。また増量後でも全気筒の角速度差Δωがほぼ等しく若干マイナス方向に大きくなるだけであり、全気筒の回転変動はそれ程大きくならない。故に、増量前後の角速度差の差ｄΔωは小さい。

しかしながら、左右方向の右端列に示されている異常時だと、正常時とは異なる挙動を示す。この異常時では、＃８気筒にのみインバランス率で５０％相当のリッチずれ異常が生じており、＃８気筒のみが異常気筒である。この場合、増量前では、＃８気筒以外の残部気筒の角速度差Δωはほぼ等しく０付近にあるが、＃８気筒の角速度差Δωは残部気筒の角速度差Δωより若干マイナス方向に大きい。

しかしながらそれでも、＃８気筒の角速度差Δωと残部気筒の角速度差Δωとの間にはそれ程差がない。よって増量前の角速度差Δωによっては、異常検出と異常気筒特定を十分な精度で行うことができない。

他方、増量後だと増量前に比べて、残部気筒の角速度差Δωはほぼ等しく若干マイナス方向に変化するだけであるが、＃８気筒の角速度差Δωは大きくマイナス方向に変化する。よって＃８気筒の増量前後の角速度差の差ｄΔωは、残部気筒のそれより顕著に大きくなる。よってこの違いを利用し、異常検出と異常気筒特定を十分な精度で行うことができる。

この場合、＃８気筒の差ｄΔωのみが前記異常判定値β１より大きくなるので、＃８気筒にリッチずれ異常があることを検出できる。

燃料噴射量を強制減量して何れかの気筒のリーンずれ異常を検出する場合にも、同様の方法を採用できることが理解されるであろう。

以上が本実施形態におけるばらつき異常検出の概要である。以下、特に言及しない限り、各気筒の回転変動の指標値として角速度差Δωを用いるものとする。

ところで、燃料噴射量の強制増量は排気エミッションを少なからず悪化させてしまう。燃料噴射量をストイキ相当量からずらすからである。このため、燃料噴射量を強制増量して何れかの気筒のリッチずれ異常を検出する場合、排気エミッションを極力悪化させないタイミングで検出を行うのが望ましい。

そこで本実施形態では、フューエルカットの終了直後に行われるフューエルカット後リッチ制御（以下、Ｆ／Ｃ後リッチ制御という）の最中に、燃料噴射量の強制増量を実行する。すなわち、Ｆ／Ｃ後リッチ制御のタイミングを利用し、これに相乗りまたは重複するような形で燃料噴射量の強制増量を実行する。これにより、異常検出用の強制増量を単独で行うことを回避し、異常検出実行による排気エミッション悪化を極力防止することができる。

フューエルカットは、全気筒のインジェクタ２からの燃料噴射を停止する制御である。ＥＣＵ１００は、所定のフューエルカット条件が成立したときにフューエルカットを実行する。フューエルカット条件は、例えば、１）アクセル開度センサ２３によって検出されたアクセル開度Ａｃが全閉相当の所定開度以下であること、２）検出されたエンジン回転数Ｎｅが、所定のアイドル回転数Ｎｉ（例えば８００ｒｐｍ）より若干高い所定の復帰回転数Ｎｃ（例えば１２００ｒｐｍ）以上であること、の二条件を満たしたときに成立する。

復帰回転数Ｎｃ以上でアクセル開度Ａｃが全閉とされると、直ちにフューエルカットが実行され、エンジンおよび車両は減速される（減速フューエルカットの実行）。そしてエンジン回転数Ｎｅが復帰回転数Ｎｃを下回ると、フューエルカットが終了され（減速フューエルカットからの復帰）、同時にＦ／Ｃ後リッチ制御が開始される。

Ｆ／Ｃ後リッチ制御は、空燃比をストイキよりもリッチ化する制御であり、例えば空燃比を１４．０にするよう、燃料噴射量がストイキ相当量よりも増量される。

Ｆ／Ｃ後リッチ制御を行う理由は、主に上流触媒１８の性能を復活させるためである。すなわち、上流触媒１８は酸素吸蔵能を有し、触媒内の雰囲気ガスがストイキよりリーンのとき過剰酸素を吸蔵し、ＮＯｘを還元浄化し、触媒内の雰囲気ガスがストイキよりリッチのとき吸蔵酸素を放出し、ＨＣおよびＣＯを酸化して浄化するという特性を有する。なおこの点は下流触媒１９も同様である。

フューエルカットの実行中は触媒に酸素が吸蔵され続ける。このとき触媒が吸蔵能一杯まで酸素を吸蔵してしまうと、フューエルカットからの復帰後にそれ以上酸素を吸蔵できなくなり、ＮＯｘを浄化できなくなる虞がある。そこでＦ／Ｃ後リッチ制御を行って吸蔵酸素を強制的に放出させるのである。

ところで異常検出用の強制増量も、燃料噴射量をストイキ相当量より増加させる制御である。よってＦ／Ｃ後リッチ制御中に強制増量を行うことで、敢えて単独で強制増量を行う必要が無くなり、排気エミッション悪化を極力回避できる。

強制増量の開始タイミングは、Ｆ／Ｃ後リッチ制御の開始タイミングと同じく、フューエルカット終了と同時である。これにより最も早く強制増量を開始させられ、全増量時間の確保および排気エミッション悪化抑制に有利である。

他方、強制増量の終了タイミングは、本実施形態においては上流触媒１８の酸素吸蔵能を使い切った時点、言い換えれば上流触媒１８が酸素を放出し尽くした時点とする。この点に関し、上流触媒１８の酸素吸蔵能の計測方法を予め理解しておいた方がよいので、まずこれについて説明する。

上流触媒１８の酸素吸蔵能の指標値として、酸素吸蔵容量（ＯＳＣ（ｇ）; O₂ Storage Capacity）なる値が用いられる。酸素吸蔵容量は、現状の触媒が吸蔵し得る最大酸素量を表す。触媒が劣化するにつれ、その酸素吸蔵能は徐々に低下し、その酸素吸蔵容量も徐々に低下していく。よって酸素吸蔵容量は触媒の劣化度を表す指標値でもある。

酸素吸蔵容量の計測に際しては、混合気の空燃比ひいては触媒に供給される排気ガスの空燃比を、ストイキを中心にリッチ及びリーンに交互に振るアクティブ空燃比制御が実行される。なおアクティブ空燃比制御は、ばらつき異常検出用の強制増量とは全く別のタイミングで行われ、例えばエンジンの定常運転中に実行される。かかるアクティブ空燃比制御を伴う酸素吸蔵容量の計測方法は、所謂Ｃｍａｘ法として知られている。

図７において、（Ａ）は目標空燃比Ａ／Ｆｔ（破線）と、触媒前センサ２０の出力を空燃比（触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ（実線））に換算した値とを示す。また（Ｂ）は触媒後センサ２１の出力Ｖｒを示す。（Ｃ）は触媒１８から放出された酸素量即ち放出酸素量ＯＳＡａの積算値を示し、（Ｄ）は触媒１８に吸蔵された酸素量即ち吸蔵酸素量ＯＳＡｂの積算値を示す。

図示するように、アクティブ空燃比制御の実行により、触媒に流入する排気ガスの空燃比は所定のタイミングで強制的にリーン及びリッチに交互に切り替えられる。このような切り替えはインジェクタ２からの燃料噴射量を切り替えることで実現される。

例えば時刻ｔ１より前では目標空燃比Ａ／Ｆｔがストイキよりリーンな所定値（例えば１５．０）に設定され、触媒１８にはリーンガスが流入されている。このとき触媒１８は酸素を吸収し続け、排気中のＮＯｘを還元して浄化する。

しかし、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなり、リーンガスが触媒１８を素通りして触媒１８の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ２１の出力がリーンに切り替わり（反転し）、触媒後センサ２１の出力Ｖｒが、ストイキ相当値Ｖｒｅｆｒ（図２参照）よりもリーン側のリーン判定値ＶＬに達する（時刻ｔ１）。この時点で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがストイキよりリッチな所定値（例えば１４．０）に切り替えられる。

そして今度は触媒１８にリッチガスが流入される。このとき触媒１８では、それまで吸蔵していた酸素を放出し続け、排気中のリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ）を酸化して浄化するが、やがて触媒１８から全ての吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１８を素通りして触媒１８の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ２１の出力がリッチに反転し、ストイキ相当値Ｖｒｅｆｒよりもリッチ側のリッチ判定値ＶＲに達する（時刻ｔ２）。この時点で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比に切り替えられる。このようにして、空燃比のリッチ・リーンへの切替えが繰り返し実行される。

（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の放出サイクルでは、所定の演算周期毎に放出酸素量ＯＳＡａが逐次的に積算されていく。より詳しくは、触媒前センサ２０の出力がストイキ相当値Ｖｒｅｆｆ（図２参照）に達した時刻ｔ１１から、触媒後センサ２１の出力がリッチに反転した時刻ｔ２まで、１演算周期毎の放出酸素量ｄＯＳＡ（ｄＯＳＡａ）が次式（１）により計算され、この１演算周期毎の値が演算周期毎に積算されていく。こうして１放出サイクルで得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量に相当する放出酸素量ＯＳＡａの計測値となる。

Ｑは燃料噴射量であり、Ａ／Ｆｓはストイキである。空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じると過剰又は不足分の空気量を計算できる。Ｋは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）である。

時刻ｔ２〜ｔ３の吸蔵サイクルでも同様に、（Ｄ）に示すように、触媒前センサ２０の出力がストイキ相当値Ｖｒｅｆｆに達した時刻ｔ２１から、触媒後センサ２１の出力がリーンに反転した時刻ｔ３まで、１演算周期毎の吸蔵酸素量ｄＯＳＡ（ｄＯＳＡｂ）が前式（１）により計算され、この１演算周期毎の値が演算周期毎に積算されていく。こうして１吸蔵サイクルで得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量に相当する吸蔵酸素量ＯＳＡｂの計測値となる。こうして放出サイクルと吸蔵サイクルを繰り返すことにより、複数ずつの放出酸素量ＯＳＡａと吸蔵酸素量ＯＳＡｂとが計測、取得される。

触媒が劣化するほど、触媒が酸素を放出或いは吸蔵し続けることのできる時間が短くなり、放出酸素量ＯＳＡａ或いは吸蔵酸素量ＯＳＡｂの計測値が低下する。なお原理上、触媒が放出できる酸素量と吸蔵できる酸素量とが等しいので、放出酸素量ＯＳＡａの計測値と吸蔵酸素量ＯＳＡｂの計測値とはほぼ等しい。

相隣接する一対の放出サイクルと吸蔵サイクルとで計測された放出酸素量ＯＳＡａと吸蔵酸素量ＯＳＡｂとの平均値が求められ、これが１吸放出サイクルに係る１単位の酸素吸蔵容量の計測値とされる。そして複数の吸放出サイクルについて複数単位の酸素吸蔵容量計測値が求められ、その平均値が最終的な酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値として算出される。

算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値は、ＥＣＵ１００に学習値として記憶され、触媒の劣化度合いに関する最新情報として随時使用される。

なお、本実施形態ではバンク単位でアクティブ空燃比制御の実行と上流触媒１８の酸素吸蔵容量計測とがなされる。両バンクの二つの上流触媒１８の酸素吸蔵容量計測値は平均化され、その平均値がＥＣＵ１００に学習値として記憶される。もっとも、学習値としては他の値も使用可能であり、例えば安全のため少ない方の計測値を学習値としてもよい。

また、酸素吸蔵能の指標値としては、酸素吸蔵容量ＯＳＣ以外に、例えばアクティブ空燃比制御実行時の触媒後センサ２１の出力軌跡長或いは出力面積等が使用可能である。アクティブ空燃比制御実行時、触媒劣化度が大きいほど触媒後センサ２１の出力変動が大きくなるので、この特性を利用したものである。

さて、本実施形態におけるばらつき異常検出時の状態変化の様子を図８を参照して説明する。

図８において、（Ａ）はエンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）、（Ｂ）はフューエルカット（Ｆ／Ｃ）のオンオフ状態、（Ｃ）はＦ／Ｃ後リッチ制御のオンオフ状態、（Ｄ）は異常検出用の強制増量制御であるアクティブリッチ制御のオンオフ状態、（Ｅ）は上流触媒１８に現に吸蔵されている酸素量ＯＳＡ、（Ｆ）は触媒後センサ出力Ｖｒをそれぞれ示す。ここでオンおよびオフとは、それぞれ実行および非実行の状態をいう。

車両走行中にフューエルカット条件が成立するとフューエルカットが実行、開始され（時刻ｔ１）、エンジン回転数Ｎｅが低下していく。そしてエンジン回転数Ｎｅが復帰回転数Ｎｃを下回ると、フューエルカットが終了され、同時にＦ／Ｃ後リッチ制御とアクティブリッチ制御とが実行、開始される（時刻ｔ２）。

ここでＦ／Ｃ後リッチ制御とアクティブリッチ制御とは実質的に同じものである。便宜上後者で述べると、アクティブリッチ制御の実行中、図６に示したように、全気筒の燃料噴射量が同時にストイキ相当量よりも所定量増量される。増量量は、Ｆ／Ｃ後リッチ制御単独のときの増量量と同じであっても異なってもよいが、異なる場合、Ｆ／Ｃ後リッチ制御単独のときより増量量を多くするのが好ましい。

また増量直前のタイミングにおいて全気筒の角速度差Δωが検出される。なお全気筒の角速度差Δωを常時検出し、増量直前のタイミングにおける全気筒の角速度差Δωを取得するようにしてもよい。

図示例では、アクティブリッチ制御の実行中にエンジン回転数Ｎｅがアイドル回転数Ｎｉに達し、そのままアイドル運転が継続されている。

他方、吸蔵酸素量ＯＳＡと触媒後センサ出力Ｖｒに着目する。フューエルカットの実行中、上流触媒１８には空気のみが供給されるので、上流触媒１８には比較的速い速度で酸素が吸蔵され続け、吸蔵酸素量ＯＳＡは実線で示すように、最新ないし直近の学習値である酸素吸蔵容量ＯＳＣの値に比較的短時間で達すると考えられる（時刻ｔ１１）。そしてこの時点の付近で、空気が上流触媒１８を素通りするようになり、触媒後センサ出力Ｖｒがリーンに反転する。

この状態からアクティブリッチ制御が開始されると、上流触媒１８にリッチガスが供給されるので、上流触媒１８から吸蔵酸素が放出され、吸蔵酸素量ＯＳＡが実線で示すように徐々に低下していく。そして全ての吸蔵酸素を放出し尽くした時点で、リッチガスが上流触媒１８を素通りするようになり、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチに反転する（時刻ｔ３）。図示例では全ての吸蔵酸素を放出し尽くした時点での吸蔵酸素量ＯＳＡを便宜上ゼロとしている。

このリッチ反転と同時に、アクティブリッチ制御およびＦ／Ｃ後リッチ制御が終了される。結果的に、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間ＴＲだけアクティブリッチ制御が実行され、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値に応じてアクティブリッチ制御実行時間ＴＲ（燃料噴射量の増量時間）が変化させられることとなる。

リッチ反転と同時にアクティブリッチ制御を終了すると次の利点がある。仮にリッチ反転後もアクティブリッチ制御を継続したとすると、リッチガスを上流触媒１８で処理できず、上流触媒１８からリッチガスが排出されるので、排気エミッションを悪化させる虞がある。他方、リッチ反転と同時にアクティブリッチ制御を終了すると、このような排気エミッションの悪化を未然に防止することができる。

アクティブリッチ制御の実行中には、増量後の全気筒の角速度差Δωが常時、複数サンプル分検出される。そしてアクティブリッチ制御の終了と同時若しくはその直後に、複数のサンプルが単純平均化され、最終的な増量後の全気筒の角速度差Δωが算出される。そして、増量前後の角速度差の差ｄΔωが算出される。

全気筒の差ｄΔωが異常判定値β１を超えていない場合、何れの気筒にもリッチずれ異常は生じていない旨が判定される。他方、何れかの気筒の差ｄΔωが異常判定値β１を超えている場合、当該気筒にリッチずれ異常が生じている旨が判定される。

ここで、（Ｅ）および（Ｆ）に仮想線で示すように、学習値としての酸素吸蔵容量の値がより大きい値ＯＳＣ’（つまり触媒が新品側）であったとすると、フューエルカット中に上流触媒１８に吸蔵される吸蔵酸素量ＯＳＡがより多くなる。よって、その放出にも時間がかかるようになり、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチに反転するタイミングはより遅い時刻ｔ３’となる。

この結果、アクティブリッチ制御の実行時間ＴＲが長くなり、増量後の全気筒の角速度差Δωについてより多くのサンプルを取得できるようになる。それ故、最終的な算出値の精度が高まり、検出精度を向上することができる。

図示しないが、逆に、学習値としての酸素吸蔵容量の値がより小さい値（つまり触媒が劣化側）である場合には、アクティブリッチ制御の実行時間ＴＲが短くなり、サンプル数が減少し、精度向上の点で不利である。

図９は、酸素吸蔵容量ＯＳＣとアクティブリッチ制御実行時間ＴＲとの関係を示す。見られるように、酸素吸蔵容量ＯＳＣが小さいほどアクティブリッチ制御実行時間ＴＲは短くなる。触媒の状態は必ず劣化方向に進むため、アクティブリッチ制御実行時間ＴＲは触媒の劣化に応じて徐々に短くなっていく。

なお、アクティブリッチ制御の終了タイミングは、必ずしも触媒後センサ出力Ｖｒのリッチ反転と同時とする必要はなく、任意に定め得る。例えば、アクティブリッチ制御の開始から所定時間経過した時点としてもよいし、所定数のサンプルを取得した時点としてもよい。また後述するように、吸蔵酸素量ＯＳＡの値を監視しつつその値が所定値に達した時点としてもよい。

図１０に本実施形態の制御ルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ１００により実行される。

まずステップＳ１０１ではＦ／Ｃ後リッチ制御が実行中であるか否かが判断される。実行中でなければ待機状態となり、実行中であればステップＳ１０２に進んでアクティブリッチ制御が実行される。

次のステップＳ１０３では、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチに反転したか否かが判断される。反転してなければステップＳ１０２に戻ってアクティブリッチ制御が実行され、反転したならばステップＳ１０４に進んでＦ／Ｃ後リッチ制御とアクティブリッチ制御が終了される。

次に、他の実施形態を説明する。前述の基本実施形態と同様の部分については説明を省略し、以下相違点を中心に述べる。

この他の実施形態は、Ｆ／Ｃ後リッチ制御の最中にこれを一時的に中断し、この中断中に燃料噴射量の強制減量を実行するものである。この場合にも異常検出用の強制減量を単独で行うことを回避し、異常検出実行による排気エミッション悪化を極力防止することができる。

図１１は図８と同様の図を示し、（Ａ）はエンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）、（Ｂ）はフューエルカット（Ｆ／Ｃ）のオンオフ状態、（Ｃ）はＦ／Ｃ後リッチ制御のオンオフ状態、（Ｄ）は異常検出用の強制減量制御であるアクティブリーン制御のオンオフ状態、（Ｅ）は吸蔵酸素量ＯＳＡ、（Ｆ）は触媒後センサ出力Ｖｒをそれぞれ示す。

先と同様、時刻ｔ１でフューエルカットが開始され、時刻ｔ２でフューエルカットが終了されると同時にＦ／Ｃ後リッチ制御が開始される。すると吸蔵酸素量ＯＳＡが、学習値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣの値から徐々に低下していく。

この低下中、吸蔵酸素量ＯＳＡの値が逐次的に算出される。すなわち、酸素吸蔵容量の計測方法の欄で述べたように、触媒前センサ２０で検出されたリッチガスの空燃比とストイキとの差分に基づき、前式（１）から、１演算周期当たりの放出酸素量ｄＯＳＡａが算出され、この値が順次、学習値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣの値から減算されていく。

そして吸蔵酸素量ＯＳＡの値が、第１所定値ＯＳＣ１に達した時点ｔ２１で、Ｆ／Ｃ後リッチ制御が中断されると同時に、アクティブリーン制御が開始される。図示例において第１所定値ＯＳＣ１はゼロより大きい値に設定されている。

アクティブリーン制御の実行中には、図５に示したように、全気筒の燃料噴射量がストイキ相当量よりも所定量減量される。また減量直前のタイミングにおいて全気筒の角速度差Δωが検出される。なお全気筒の角速度差Δωを常時検出し、減量直前のタイミングにおける全気筒の角速度差Δωを取得するようにしてもよい。

アクティブリーン制御の実行中には、吸蔵酸素量ＯＳＡの値が徐々に増加していく。このときにも吸蔵酸素量ＯＳＡの値が逐次的に算出される。すなわち、触媒前センサ２０で検出されたリーンガスの空燃比とストイキとの差分に基づき、前式（１）から、１演算周期当たりの吸蔵酸素量ｄＯＳＡｂが算出され、この値が順次、第１所定値ＯＳＣ１に加算されていく。

そして吸蔵酸素量ＯＳＡの値が、第１所定値ＯＳＣ１よりも大きい第２所定値ＯＳＣ２に達した時点ｔ２２で、アクティブリーン制御が終了されると同時に、Ｆ／Ｃ後リッチ制御が再開される。

図示例では、第２所定値ＯＳＣ２が学習値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣより小さい値とされている。しかしながら、第２所定値ＯＳＣ２を酸素吸蔵容量ＯＳＣと等しい値としてもよい。アクティブリーン制御中に取得するサンプル数を増加し、精度を向上するためには、第１所定値ＯＳＣ１をできるだけ小さい値とし、第２所定値ＯＳＣ２をできるだけ大きい値とし、アクティブリーン制御実行時間ＴＬをできるだけ長くするのが好ましい。よって、例えば第１所定値ＯＳＣ１をゼロとし、第２所定値ＯＳＣ２を酸素吸蔵容量ＯＳＣと等しい値とするのも好ましい。

このように、本実施形態では、Ｆ／Ｃ後リッチ制御とアクティブリーン制御の実行中に吸蔵酸素量ＯＳＡの値を監視しつつアクティブリーン制御の開始タイミングと終了タイミングとを決定する。特にこの終了タイミング決定に関する特徴は、基本実施形態に適用することも可能である。例えば、アクティブリッチ制御中に吸蔵酸素量ＯＳＡの値が所定値まで低下した時点、あるいはアクティブリッチ制御中に酸素吸蔵容量ＯＳＣと吸蔵酸素量ＯＳＡとの差が所定値に達した時点で、アクティブリッチ制御を終了することができる。

さて、Ｆ／Ｃ後リッチ制御が再開されると、吸蔵酸素量ＯＳＡが徐々に低下していく。このとき吸蔵酸素量ＯＳＡの値を逐次的に算出してもよい。そして触媒後センサ出力Ｖｒがリッチに反転（時刻ｔ３）したのと同時に、Ｆ／Ｃ後リッチ制御が終了される。

基本実施形態と同様、アクティブリーン制御の実行中に減量後の全気筒の角速度差Δωが常時、複数サンプル分検出される。そしてアクティブリーン制御の終了と同時若しくはその直後に、複数のサンプルが単純平均化され、最終的な減量後の全気筒の角速度差Δωが算出される。そして減量前後の角速度差の差ｄΔωが算出される。

全気筒の差ｄΔωが異常判定値β２を超えていない場合、何れの気筒にもリーンずれ異常は生じていない旨が判定される。他方、何れかの気筒の差ｄΔωが異常判定値β２を超えている場合、当該気筒にリーンずれ異常が生じている旨が判定される。

図１２には他の実施形態の制御ルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ１００により実行される。

まずステップＳ２０１ではＦ／Ｃ後リッチ制御が実行中であるか否かが判断される。実行中でなければ待機状態となり、実行中であればステップＳ２０２に進んで吸蔵酸素量ＯＳＡが第１所定値ＯＳＣ１以下になったか否かが判断される。

吸蔵酸素量ＯＳＡが第１所定値ＯＳＣ１以下になっていなければ待機状態となり、吸蔵酸素量ＯＳＡが第１所定値ＯＳＣ１以下になったならばステップＳ２０３に進んでＦ／Ｃ後リッチ制御が中断されると共に、アクティブリーン制御が実行される。

次のステップＳ２０４では、吸蔵酸素量ＯＳＡが第２所定値ＯＳＣ２以上になったか否かが判断される。吸蔵酸素量ＯＳＡが第２所定値ＯＳＣ２以上になっていなければステップＳ２０３に戻り、吸蔵酸素量ＯＳＡが第２所定値ＯＳＣ２以上になったならばステップＳ２０５に進んでアクティブリーン制御が終了されると共にＦ／Ｃ後リッチ制御が再開される。

次のステップＳ２０６では、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチに反転したか否かが判断される。反転してなければステップＳ２０５に戻り、反転したならばステップＳ２０７に進んでＦ／Ｃ後リッチ制御が終了される。

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、増量前の角速度差Δω１と増量後の角速度差Δω２との差ｄΔωを用いる代わりに、両者の比を用いることができる。この点、減量前後の角速度差の差ｄΔω、または増量もしくは減量前後の回転時間差ΔＴの差についても同様のことが言える。本発明はＶ型８気筒エンジンに限らず、他の様々な形式および気筒数のエンジンに適用可能である。触媒後センサとして、触媒前センサと同様の広域空燃比センサを用いてもよい。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、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。

Claims (8)

1. フューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
   前記フューエルカットの終了直後に空燃比をリッチ化するフューエルカット後リッチ制御を実行するリッチ制御手段と、
   所定の対象気筒の燃料噴射量を増量し、少なくとも当該増量後の前記対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の実行中に前記燃料噴射量の増量を実行する
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
2. 排気通路に設けられた酸素吸蔵能を有する触媒と、
   前記触媒の下流側に設けられた空燃比センサである触媒後センサと、
   をさらに備え、
   前記検出手段は、前記触媒後センサの出力がリッチに切り替わったのと同時に前記燃料噴射量の増量を終了する
   ことを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
3. 前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段をさらに備え、
   前記検出手段は、前記酸素吸蔵容量の計測値に応じて前記燃料噴射量の増量時間を変化させる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
4. 前記検出手段は、前記燃料噴射量の増量中、前記触媒に吸蔵された吸蔵酸素量を監視しつつ増量終了タイミングを決定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
5. 前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の開始と同時に前記燃料噴射量の増量を開始する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
6. 前記検出手段は、前記対象気筒における前記燃料噴射量の増量前後の回転変動の差に基づき、前記対象気筒のリッチずれ異常を検出する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
7. フューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
   前記フューエルカットの終了直後に空燃比をリッチ化するフューエルカット後リッチ制御を実行するリッチ制御手段と、
   所定の対象気筒の燃料噴射量を減量し、少なくとも当該減量後の前記対象気筒の回転変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御の最中にこれを一時的に中断し、この中断中に前記燃料噴射量の減量を実行する
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
8. 排気通路に設けられた酸素吸蔵能を有する触媒をさらに備え、
   前記検出手段は、前記フューエルカット後リッチ制御および前記燃料噴射量の減量の実行中、前記触媒に吸蔵された吸蔵酸素量を監視しつつ、減量開始タイミングと減量終了タイミングとを決定する
   ことを特徴とする請求項７に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。

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