WO2012077164A1

WO2012077164A1 - 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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Publication number: WO2012077164A1
Application number: PCT/JP2010/007149
Authority: WO
Inventors: 角岡　卓
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2012-06-14
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Abstract

　過給機（２５）のタービン（２５ｂ）をバイパスするウエストゲート通路（２６）と、前記ウエストゲート通路（２６）を開閉するウエストゲートバルブ（２７）と、前記ウエストゲート通路（２６）の出口よりも下流側の排気通路に設置された空燃比センサ（１７）と、前記空燃比センサ（１７）の出力の変動度合いに相関するパラメータの値を所定の異常しきい値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、排気流を増速させる排気増速手段と、を備えた多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。装置は前記ウエストゲートバルブ（２７）及び前記排気増速手段を制御するコントローラ（２２）を更に備え、前記コントローラ（２２）は、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する場合に、ウエストゲートバルブ（２７）を開状態とし、且つ排気増速手段により排気流を増速させる。

Description

多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置

　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、排気エミッションの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（オンボード）で検出することが要請されており、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に記載の装置では、空燃比センサの出力の軌跡長又は軌跡面積から、予め定められたマップ又は関数を用いて、気筒間空燃比ばらつきの度合いであるインバランス割合の値を求めている。

特開２００９－２０９７４７号公報特開２００８－２０８７４０号公報特開２００２－２４２６３７号公報

　しかし、過給機を有する内燃機関において、過給機のタービンよりも下流側に空燃比センサが配置されている場合には、各気筒から排出される排気がタービンを通過することで排気が攪拌され、精度よくインバランスを検出できないおそれがある。

　特許文献２に開示された装置では、過給機のウエストゲートバルブを閉状態として排気を攪拌させることで、気筒間で空燃比にばらつきが生じている場合にも空燃比を均一にしている。しかし、ウエストゲートバルブを開状態とした場合の空燃比センサ出力を利用するとの着想は開示も示唆もされていない。

　特許文献３に開示された装置では、排気弁の開き時期を進角させることで排気流速を増大している。しかし、排気流速を空燃比の検出に利用するとの着想は開示も示唆もされていない。

　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、検出精度を向上し、誤検出を防止し得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。

　本発明の一の態様は、
　多気筒内燃機関に関連して設置された過給機と、
　前記過給機のタービンをバイパスするウエストゲート通路と、
　前記ウエストゲート通路を開閉するウエストゲートバルブと、
　前記ウエストゲート通路の出口よりも下流側の前記排気通路に設置された空燃比センサと、
　前記空燃比センサの出力の変動度合いに相関するパラメータの値を所定の異常しきい値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
　排気流を増速させる排気増速手段と、
　を備えた多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置において、
　前記ウエストゲートバルブ及び前記排気増速手段を制御するコントローラを更に備え、
　前記コントローラは、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する場合に、ウエストゲートバルブを開状態とし、且つ排気増速手段により排気流を増速させ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である。

　好ましくは、前記排気増速手段は、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する場合に、
　排気弁の開時期を通常運転時よりも早期化すること、
　排気弁の開時期を排気行程中に設定すること、及び
　排気弁の開度を通常運転時よりも小さくすること
　のうちの少なくともいずれか１つを実行する。

　好ましくは、前記多気筒内燃機関は単一の燃焼室につき複数の排気弁を有し、
　前記排気増速手段は、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する場合に、前記複数の排気弁のうちの一部の排気弁を閉状態で停止させる。

　本発明によれば、タービンによる排気の攪拌の影響を抑制して検出精度を向上し、誤検出を防止することができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の第１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。大気圧に応じた空燃比センサ出力の変動を示すグラフである。図３のＩＶ部に相当する拡大図である。第１実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。排気弁の開時期を示すタイミングチャートである。第２実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。排気弁の開時期を示すタイミングチャートである。第３実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常検出のための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は、本実施形態に係る内燃機関の概略図である。図示されるように、内燃機関（エンジン）１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態の内燃機関１は、自動車に搭載された多気筒内燃機関であり、より具体的には直列４気筒の火花点火式内燃機関即ちガソリンエンジンである。但し本発明が適用可能な内燃機関はこのようなものに限られず、多気筒内燃機関であれば気筒数、形式等は特に限定されない。

　図示しないが、内燃機関１のシリンダヘッドには吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが気筒ごとに配設されており、各吸気弁および各排気弁はカムシャフト又はソレノイドアクチュエータによって開閉させられる。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気を点火するための点火プラグが気筒ごとに取り付けられている。

　各気筒の吸気ポートは、気筒毎の枝管４を介して、吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気管１３が接続されており、吸気管１３は過給機２５のコンプレッサ２５ａの出口に連結されている。コンプレッサ２５ａの入口は、エアクリーナ９に連結されている。吸気管１３には、吸入空気量（単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸気流量）を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式のスロットルバルブ１０とが組み込まれている。吸気ポート、枝管４、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。吸気管１３の周りには、吸気管１３内を流れる吸入空気を冷却するためのインタークーラ２６が配置されている。インタークーラ２６内に機関冷却水が導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。過給機２５のコンプレッサ２５ａをバイパスするように、エアバイパス通路２０、及びこれを開閉する電子制御式のエアバイパスバルブ（ＡＢＶ)２１が設置されている。このＡＢＶ２１は、スロットルバルブ１０が急閉された場合に、スロットルバルブ１０の上流側の圧力が一時的に急上昇するのを防止し、ひいては過給機２５からのサージ音発生を防止する。

　吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁の開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストンで圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。

　一方、各気筒の排気ポートは排気マニフォールド１４に接続される。排気マニフォールド１４は、その上流部をなす気筒毎の枝管と、その下流部をなす排気集合部とからなる。排気集合部の下流側は、過給機２５の排気タービン２５ｂの入口に連結されている。排気タービン２５ｂの出口は、排気管６に接続されている。排気ポート、排気マニフォールド１４及び排気管６により排気通路が形成される。そして排気管６には、過給機２５の排気タービン２５ｂをバイパスするように、ウエストゲート通路２６、及びこれを開閉する電子制御式のウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）２７が設置されている。

　排気管６には、それぞれ三元触媒からなる触媒、すなわち上流触媒１１と下流触媒１９が直列に取り付けられている。上流触媒１１の上流側及び下流側にそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設置されている。これら触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８は、上流触媒１１の直前及び直後の位置に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。触媒前センサ１７が本発明にいう「空燃比センサ」に該当し、ウエストゲート通路２６の出口よりも下流側の排気管６に設置される。

　上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、コントローラとしての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２２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。またＥＣＵ２２には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１６、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、内燃機関１の冷却水の温度を検出する水温センサ２３、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。ＥＣＵ２２は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、スロットル開度、燃料噴射量、燃料噴射時期等を制御する。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。ＥＣＵ２２はまた、ＡＢＶ２１及びＷＧＶ２７を制御し、吸気及び排気を必要に応じてバイパスさせる。

　触媒前センサ１７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１７の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ１７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＝１４．６）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１８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１８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１８の出力電圧は所定の範囲（例えば０～１（Ｖ））内で変化する。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はストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。

　上流触媒１１及び下流触媒１９は、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。

　上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されるように、空燃比制御（ストイキ制御）がＥＣＵ２２により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ１７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１８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。

　さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒のインジェクタ１２が故障し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生したとする。例えば＃１気筒が他の＃２、＃３及び＃４気筒よりも燃料噴射量が多くなり、その空燃比が大きくリッチ側にずれる場合等である。このときでも前述の主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１７に供給されるトータル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、＃２、＃３及び＃４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。

　図３に示すように、触媒前センサ１７によって検出される排気空燃比Ａ／Ｆは、１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）を１周期として周期的に変動する傾向にある。そして気筒間空燃比ばらつきが発生すると、１エンジンサイクル内での変動が大きくなる。（Ｂ）の空燃比線図ａはＷＧＶ２７を閉じている場合、ｂはＷＧＶ２７を開いている場合をそれぞれ示す。見られるように、ＷＧＶ２７を閉じている場合には、空燃比変動の振幅が比較的小さくなる。なお、この図３は理解の容易のために模式的に示したものである。

　ここでインバランス割合（％）とは、気筒間空燃比のばらつき度合いを表すパラメータである。即ち、インバランス割合とは、全気筒のうちある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。インバランス割合を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で表される。インバランス割合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。

［気筒間空燃比ばらつき異常検出］
　上記の説明から理解されるように、空燃比ばらつき異常が発生すると触媒前センサ出力の変動が大きくなる。そこでこの変動度合いをモニタすることで、空燃比ばらつき異常を検出することが可能である。本実施形態では、触媒前センサ出力の変動度合いに相関するパラメータである変動パラメータを算出すると共に、この変動パラメータを所定の異常判定値と比較してばらつき異常を検出する。

　ここで変動パラメータの算出方法について説明する。図４は、図３のＩＶ部に相当する拡大図であり、特に１エンジンサイクル内の触媒前センサ出力の変動を示す。ここで触媒前センサ出力としては、触媒前センサ１７の出力電圧Ｖｆを空燃比Ａ／Ｆに換算した値を用いる。但し触媒前センサ１７の出力電圧Ｖｆを直接用いることも可能である。

　（Ｂ）図に示すように、ＥＣＵ２２は、１エンジンサイクル内において、所定のサンプル周期τ（単位時間、例えば４ｍｓ）毎に、触媒前センサ出力Ａ／Ｆの値を取得する。そして今回のタイミング（第２のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆ_ｎと、前回のタイミング（第１のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆ_ｎ－１との差ΔＡ／Ｆ_ｎを、次式（１）により求める。この差ΔＡ／Ｆ_ｎは今回のタイミングにおける微分値あるいは傾きと言い換えることができる。

　最も単純には、この差ΔＡ／Ｆ_ｎが触媒前センサ出力の変動を表す。変動度合いが大きくなるほど空燃比線図の傾きが絶対値で大きくなり、差ΔＡ／Ｆ_ｎが絶対値で大きくなるからである。そこで所定の１タイミングにおける差ΔＡ／Ｆ_ｎの値を変動パラメータとすることができる。

　但し、本実施形態では精度向上のため、複数の差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値を変動パラメータとする。本実施形態では、１エンジンサイクル内において、各タイミング毎に差ΔＡ／Ｆ_ｎを積算し、最終積算値をサンプル数Ｎで除し、１エンジンサイクル内の差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値を求める。そしてさらに、Ｍエンジンサイクル分（例えばＭ＝１００）だけ差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値を積算し、最終積算値をサイクル数Ｍで除し、Ｍエンジンサイクル内の差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値を求める。

　触媒前センサ出力の変動度合いが大きいほど、Ｍエンジンサイクル内の差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値も絶対値で大きくなる。そこで当該平均値が絶対値で所定の異常判定値以上であればばらつき異常ありと判定され、当該平均値が異常判定値より小さければばらつき異常なし、即ち正常と判定される。

　なお、触媒前センサ出力Ａ／Ｆは増加する場合と減少する場合とがあるので、これら各場合の一方についてだけ上記差ΔＡ／Ｆ_ｎあるいはその平均値を求め、これを変動パラメータとすることができる。特に１気筒のみリッチずれの場合、当該１気筒に対応した排気ガスを触媒前センサが受けた時にその出力が急速にリッチ側に変化（すなわち急減）するので、減少側のみの値をリッチずれ検出のために用いることも可能である（リッチインバランス判定）。この場合には、図４の（Ｂ）のグラフにおける右下がりの領域のみを、リッチずれ検出のために利用することになる。一般にリーンからリッチへの移行は、リッチからリーンへの移行よりも急峻に行われる場合が多いため、この方法によればリッチずれを精度よく検出することが期待できる。もっとも、これに限定されず、増加側の値のみを用いること、あるいは、減少側と増加側の双方の値を用いる（差ΔＡ／Ｆ_ｎの絶対値を積算し、この積算値をしきい値と比較することで）ことも可能である。

　また、触媒前センサ出力の変動度合いに相関する如何なる値をも変動パラメータとすることができる。例えば、１エンジンサイクル内の触媒前センサ出力の最大値と最小値の差（所謂ピークトゥピーク; peak to peak）に基づいて、変動パラメータを算出することもできる。触媒前センサ出力の変動度合いが大きいほど当該差も大きくなるからである。

　ところで、過給機を有する内燃機関において、過給機のタービンよりも下流側に空燃比センサが配置されている場合には、各気筒から排出される排気がタービンを通過することで排気が攪拌され、精度よくインバランスを検出できないおそれがある。例えば、上述したとおり、図３に示すように、ＷＧＶ２７を開いた状態で測定（曲線ｂ）した場合に、Ａ／Ｆの値のばらつきが顕著であるエンジンでも、ＷＧＶ２７を閉じた状態で測定（曲線ａ）した場合には、Ａ／Ｆの値のばらつきは顕著でなくなる。このため、ＷＧＶ２７の動作状態に関わらず空燃比ばらつき異常を検出すると、検出精度が低下し、誤検出が発生する虞もある。このような現象を考慮して、本実施形態では次の異常検出ルーチンにより、検出精度の低下を抑制している。

［気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチン］
　次に、図５を用いて、気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンについて説明する。

　まずステップＳ１０１では、異常検出を行うのに適した所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。この前提条件は、次の各条件が成立したときに成立する。
（１）エンジンの暖機が終了している。例えば水温センサ２３で検出された水温が所定値以上であるとき暖機終了とされる。
（２）少なくとも触媒前センサ１７が活性化している。
（３）エンジンが定常運転中である。
（４）ストイキ制御中である。
（５）エンジンが検出領域内で運転している。
（６）触媒前センサ１７の出力Ａ／Ｆが減少中である。

　これらのうち（６）は、このルーチンが上述したリッチインバランス判定（減少側の値のみをリッチずれ検出のために用いる方法）によっていることを示す。前提条件が成立していない場合にはルーチンが終了される。

　他方、前提条件が成立している場合には、ＷＧＶ２７が開状態に設定される（Ｓ１０２）。その結果、排気タービン２５ｂを通過せずウエストゲート通路２６を通じて流れる排気が、触媒前センサ１７に供給されることになる。

　また、排気弁の開時期が早期化される（Ｓ１０３）。この場合には、図６に示されるように、通常運転時の開期間Ａに比べて始期が早期化された開期間Ｂが採用され、排気弁に適用される。その結果、筒内圧が高い状態で排気弁が開かれるため、排気流速が上昇し、排気ポート内における各気筒の排気混合が抑制される。すなわち、排気が慣性により下流側に速やかに排出されるので、一の気筒からの排気が他の気筒に連なる排気ポートに進入する現象が抑制される。

　次に、空燃比変動が検出される（Ｓ１０４）。ここでは、今回のタイミングにおける触媒前センサ１７（空燃比センサ）の出力Ａ／Ｆ_ｎが取得され、今回のタイミングにおける出力差ΔＡ／Ｆ_ｎが、前式（１）より算出され記憶される。そして、これらの処理が１００サイクルについて終了するまで繰返し実行される。１００サイクルが終了すると、これまでに算出された出力差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶが、例えば上述のように差ΔＡ／Ｆ_ｎの積算値をサンプル数Ｎ及びエンジンサイクル数Ｍで除することによって算出される。この平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶが空燃比変動を表す。

　そして、差ΔＡ／Ｆ_ｎの平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶの絶対値が、予め定められた異常しきい値αよりも大であるかが判定される（Ｓ１０５）。平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶの絶対値が異常しきい値αよりも小さい場合、ステップＳ１０６に進んで、ばらつき異常無しすなわち正常と判定され、ルーチンが終了される。

　他方、平均値ΔＡ／Ｆ_ＡＶの絶対値が異常しきい値α以上であるときは、ステップＳ１０７に進んで、ばらつき異常有りすなわち異常と判定され、ルーチンが終了される。なお、異常判定と同時に、あるいは異常判定が２トリップ（すなわち、エンジン始動から停止までの１トリップを２回連続で）続けて出された場合に、異常の事実をユーザに知らせるべくチェックランプ等の警告装置を起動させ、且つ所定のダイアグノーシスメモリに異常情報を、整備作業者による呼び出しが可能な態様で記憶させるのが好ましい。

　このような一連の処理の結果、本実施形態では、ＷＧＶ２７が開状態に設定され（Ｓ１０２）、且つ排気弁の開時期が早期化（Ｓ１０３）された状態で、気筒間空燃比ばらつき異常が検出される。その結果、タービンの影響による空燃比の平準化が抑制され、且つ排気ポート内における各気筒の排気混合が抑制され、検出精度を向上することができる。

　なお、本実施形態では、図６に示される開期間Ｂは、その長さ（クランク角）が開期間Ａと等しい。しかしながら、開期間Ｃのように、開期間Ａと終期を等しくしつつ始期を早期化してもよい。

　次に、本発明の第２実施形態について説明する。図７及び図８に示される第２実施形態は、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する場合に、排気を増速するために、排気弁の開時期を排気行程中に設定するものである。第２実施形態の機械的構成は上記第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明を省略する。

　第２実施形態のＥＣＵ２２における処理について説明する。図７において、ステップＳ２０１及びＳ２０２の処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ１０１及びＳ１０２におけるものと同様である。

　ステップＳ２０２の処理の終了後に、排気弁の開時期が、排気行程中に設定される（Ｓ２０３）。この場合には、図８に示されるように、通常運転時の開期間Ａに比べて始期すなわち開時期が遅延化され排気行程中に設定された開期間Ｄが採用され、排気弁に適用される。その結果、筒内圧が高く且つピストンによる掃気効果もある状態で排気弁が開かれるため、排気流速が上昇し、排気ポート内における各気筒の排気混合が抑制される。すなわち、排気が慣性により下流側に速やかに排出されるので、一の気筒からの排気が他の気筒に連なる排気ポートに進入する現象が抑制される。

　ステップＳ２０４からＳ２０７までの処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ１０４及びＳ１０７におけるものと同様である。

　このような一連の処理の結果、本実施形態では、上記第１実施形態と同様に、タービンの影響による空燃比の平準化が抑制され、且つ排気ポート内における各気筒の排気混合が抑制され、検出精度を向上することができる。

　次に、本発明の第３実施形態について説明する。図９に示される第３実施形態は、単一の燃焼室につき複数の排気弁を有する機械的構成において、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する場合に、排気を増速するために、前記複数の排気弁のうちの一部の排気弁を閉状態で停止させるものである。好ましくは、単一の燃焼室は２つの排気弁を有するが、これより多くてもよい。単一の燃焼室における複数の排気弁は個別に開閉可能であり、ＥＣＵ２２によって制御される。第３実施形態の残余の機械的構成は上記第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明を省略する。

　第３実施形態のＥＣＵ２２における処理について説明する。図９において、ステップＳ３０１及びＳ３０２の処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ１０１及びＳ１０２におけるものと同様である。

　ステップＳ３０２の処理の終了後に、各燃焼室の複数の排気弁のうちの一部の排気弁が閉状態で停止させられる（Ｓ３０３）。その結果、排気行程では他の排気弁のみが開くことになる。燃焼室の開口断面積が通常運転時よりも狭小化されることから、排気流速が上昇し、排気ポート内における各気筒の排気混合が抑制される。すなわち、排気が慣性により下流側に速やかに排出されるので、一の気筒からの排気が他の気筒に連なる排気ポートに進入する現象が抑制される。

　ステップＳ３０４からＳ３０７までの処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ１０４及びＳ１０７におけるものと同様である。

　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。本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り相互に組み合わせて用いることができる。

　例えば、排気の流速を増大するための手段は、上記各実施形態で開示したもののほか、例えば、排気弁の開度を通常運転時よりも小さくすることであってもよい。この場合には、燃焼室の開口断面積が通常運転時よりも狭小化されることから、排気流速が上昇し、これによって他の排気増速手段を用いる場合と同様の効果を得ることができる。排気弁の開度の狭小化は、他の排気増速手段と組み合わせてもよい。

　前記各実施形態では減少時（リッチ側への変化時）のみの空燃比センサ出力を利用してリッチずれ異常を検出した。しかしながら、増大時（リーン側への変化時）のみの空燃比センサ出力を利用する態様や、減少時および増大時の両者の空燃比センサ出力を利用する態様も可能である。またリッチずれ異常のみならず、リーンずれ異常をも検出することが可能であるし、これらリッチずれ及びリーンずれを区別せず、広く空燃比ばらつき異常を検出するようにしてもよい。

１　内燃機関
３　燃焼室
５　エアフローメータ
６　排気管
１１　上流触媒
１２　インジェクタ
１４　排気マニフォールド
１７　触媒前センサ
１８　触媒後センサ
２０　電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２６　ウエストゲート通路
２７　ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）

Claims

　多気筒内燃機関に関連して設置された過給機と、
　前記過給機のタービンをバイパスするウエストゲート通路と、
　前記ウエストゲート通路を開閉するウエストゲートバルブと、
　前記ウエストゲート通路の出口よりも下流側の前記排気通路に設置された空燃比センサと、
　前記空燃比センサの出力の変動度合いに相関するパラメータの値を所定の異常しきい値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
　排気流を増速させる排気増速手段と、
　を備えた多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置において、
　前記ウエストゲートバルブ及び前記排気増速手段を制御するコントローラを更に備え、
　前記コントローラは、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する場合に、ウエストゲートバルブを開状態とし、且つ排気増速手段により排気流を増速させ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。
　前記排気増速手段は、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する場合に、
　排気弁の開時期を通常運転時よりも早期化すること、
　排気弁の開時期を排気行程中に設定すること、及び
　排気弁の開度を通常運転時よりも小さくすること
　のうちの少なくともいずれか１つを実行することを特徴とする請求項１記載の装置。
　前記多気筒内燃機関は単一の燃焼室につき複数の排気弁を有し、
　前記排気増速手段は、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する場合に、前記複数の排気弁のうちの一部の排気弁を閉状態で停止させることを特徴とする請求項１記載の装置。