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技術 内燃機関の空燃比診断装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 丸山研也
出願日 2010年7月28日 (11年6ヶ月経過) 出願番号 2010-169800
公開日 2012年2月16日 (10年0ヶ月経過) 公開番号 2012-031748
状態 特許登録済
技術分野 内燃機関に供給する空気・燃料の電気的制御 内燃機関の複合的制御
主要キーワード 診断制御装置 ピーク値付近 変化傾向 旨判定 発生フラグ 変化度合い 変化態様 判定制御
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることのできる内燃機関空燃比診断装置を提供する。

解決手段

この内燃機関1の空燃比診断装置は、複数の気筒11から排出された排気合流して流れる排気管31の集合部33の排気の酸素濃度を検出する空燃比センサ45を備え、空燃比センサ45の検出値に基づいて気筒間ばらつきに関する判定を行う。そして、空燃比センサ45の検出値がリーン側ピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化するときの単位時間あたりの変化量をリッチ変化率Rとし、リッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化するときの単位時間あたりの変化量をリーン変化率Lとして、リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lに基づいて気筒間ばらつきの大きさであるばらつき率IRを判定する。

概要

背景

上記内燃機関空燃比診断装置として特許文献1に記載のものが知られている。この空燃比診断装置では、空燃比センサ検出値に基づいて2つのピーク値の差である変化量を算出し、この変化量に基づいて気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定している。

概要

気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることのできる内燃機関の空燃比診断装置を提供する。この内燃機関1の空燃比診断装置は、複数の気筒11から排出された排気合流して流れる排気管31の集合部33の排気の酸素濃度を検出する空燃比センサ45を備え、空燃比センサ45の検出値に基づいて気筒間ばらつきに関する判定を行う。そして、空燃比センサ45の検出値がリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化するときの単位時間あたりの変化量をリッチ変化率Rとし、リッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化するときの単位時間あたりの変化量をリーン変化率Lとして、リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lに基づいて気筒間ばらつきの大きさであるばらつき率IRを判定する。

目的

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることのできる内燃機関の空燃比診断装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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請求項1

複数の気筒から排出された排気合流して流れる排気管集合部において排気の酸素濃度を検出する空燃比センサを備え、この空燃比センサの検出値に基づいて前記複数の気筒間空燃比のばらつきである気筒間ばらつきに関する判定を行う内燃機関空燃比診断装置において、前記検出値がリーン側ピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリッチ変化率とし、前記検出値がリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリーン変化率として、前記リッチ変化率および前記リーン変化率に基づいて前記気筒間ばらつきの大きさを判定することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

請求項2

請求項1に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率と前記リーン変化率との和に基づいて前記気筒間ばらつきの大きさを判定することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

請求項3

請求項1に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率と前記リーン変化率との積に基づいて前記気筒間ばらつきの大きさを判定することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

請求項4

請求項1に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率と前記リーン変化率との差に基づいて前記気筒間ばらつきの大きさを判定することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

請求項5

請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率および前記リーン変化率に基づいて前記気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかを判定することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

請求項6

複数の気筒から排出された排気が合流して流れる排気管の集合部において排気の酸素濃度を検出する空燃比センサを備え、この空燃比センサの検出値に基づいて前記複数の気筒間の空燃比のばらつきである気筒間ばらつきに関する判定を行う内燃機関の空燃比診断装置において、前記検出値がリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリッチ変化率とし、前記検出値がリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリーン変化率として、前記リッチ変化率および前記リーン変化率に基づいて前記気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかを判定することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

請求項7

請求項5または6に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率に対する前記リーン変化率の割合または前記リーン変化率に対する前記リッチ変化率の割合に基づいて前記気筒間ばらつきが前記リッチばらつきおよび前記リーンばらつきのいずれであるかを判定することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

請求項8

請求項5または6に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率と前記リーン変化率との差に基づいて前記気筒間ばらつきが前記リッチばらつきおよび前記リーンばらつきのいずれであるかを判定することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

請求項9

請求項5を引用する請求項7または請求項5を引用する請求項8に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率および前記リーン変化率に基づいて算出された値を変化率演算値とし、この変化率演算値に対する前記気筒間ばらつきの大きさの変化度合いをばらつき変化度合いとして、前記変化率演算値の絶対値に基づいて前記気筒間ばらつきの大きさを算出するものであり、前記気筒間ばらつきが前記リーンばらつきかつ前記変化率演算値の絶対値が基準値よりも大きいとき、前記気筒間ばらつきが前記リーンばらつきかつ前記変化率演算値の絶対値が前記基準値以下のときに比べて、前記ばらつき変化度合いが小さくなるように前記気筒間ばらつきの大きさを算出することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

請求項10

請求項1〜9のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率および前記リーン変化率に基づいて前記気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

請求項11

複数の気筒から排出された排気が合流して流れる排気管の集合部において排気の酸素濃度を検出する空燃比センサを備え、この空燃比センサの検出値に基づいて前記複数の気筒間の空燃比のばらつきである気筒間ばらつきに関する判定を行う内燃機関の空燃比診断装置において、前記検出値がリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリッチ変化率とし、前記検出値がリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリーン変化率として、複数の前記リッチ変化率および複数の前記リーン変化率を算出し、複数の前記リッチ変化率と複数の前記リーン変化率との和が和判定値よりも大きいか否かに基づいて前記気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定することを特徴とする内燃機関の空燃比診断装置。

技術分野

0001

本発明は、複数の気筒から排出された排気合流して流れる排気管集合部において排気の酸素濃度を検出する空燃比センサを備え、この空燃比センサの検出値に基づいて気筒間ばらつきに関する判定を行う内燃機関空燃比診断装置に関する。

背景技術

0002

上記内燃機関の空燃比診断装置として特許文献1に記載のものが知られている。この空燃比診断装置では、空燃比センサの検出値に基づいて2つのピーク値の差である変化量を算出し、この変化量に基づいて気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定している。

先行技術

0003

特開2003−138962号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、上記のように、空燃比の変化量のみを用いて気筒間ばらつきに関する判定を行う構成によれば、例えば、目標空燃比が目標空燃比AFX1からこれよりもリーン側の目標空燃比AFX2に変更された場合に次の問題をまねくおそれがある。

0005

すなわち、目標空燃比の変更にともない空燃比が目標空燃比AFX2に向けて変化したとき、気筒間ばらつきが生じていなくとも、2つのピーク値の差により算出された変化量が判定値よりも大きくなることがある。そしてこの場合には、変化量が判定値よりも大きいことに基づいて気筒間ばらつきが発生している旨判定されるため、実際の空燃比の状態を適切に反映した判定結果が得られない。

0006

なお、ここでは特許文献1の内燃機関の空燃比診断装置を例に挙げて、気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定する場合に生じる問題について言及したが、気筒間ばらつきに関する判定として、気筒間ばらつきの大きさを判定する場合、および気筒間ばらつきの方向がリーン側およびリッチ側のいずれであるかを判定する場合においても上記と同様の問題が生じるものと考えられる。

0007

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることのできる内燃機関の空燃比診断装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明の課題を解決するための原理について説明する。
気筒間ばらつきが大きいとき、空燃比センサの検出値のリーン側のピーク値とリッチ側のピーク値との差が大きくなるため、リッチ変化率の絶対値およびリーン変化率の絶対値は大きくなる。また、気筒間ばらつきが発生しているとき、リッチ変化率の絶対値とリーン変化率の絶対値とは互いに異なる。

0009

具体的には、特定の気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリッチ側に大きく乖離するリッチばらつきが発生している場合において、特定の気筒の排気の割合が多い排気が排気管の集合部を通過したとき、空燃比センサの検出値はリッチ側に変化する。その後、排気管の集合部において、他の気筒の排気の割合が特定の気筒の排気の割合よりも高くなることにより、空燃比センサの検出値はリーン側に変化する。このとき、空燃比センサの検出値がリッチ側のピーク値を示すとともに、気筒間ばらつきが大きくなるにつれてピーク値も大きくなる。また空燃比は、特定の気筒の排気により空燃比センサの検出値がリッチ側に変化する場合よりも緩やかに変化する。

0010

また、特定の気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリーン側に大きく乖離するリーンばらつきが発生している場合において、特定の気筒の排気の割合が多い排気が排気管の集合部を通過したとき、空燃比センサの検出値はリーン側に変化する。その後、排気管の集合部において、他の気筒の排気の割合が特定の気筒の排気の割合よりも高くなることにより、空燃比センサの検出値はリッチ側に変化する。このとき、空燃比センサの検出値がリーン側のピーク値を示すとともに、気筒間ばらつきが大きくなるにつれてピーク値も大きくなる。また空燃比は、特定の気筒の排気により空燃比センサの検出値がリーン側に変化する場合よりも緩やかに変化する。

0011

すなわち、特定の気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリーン側に偏るリーンばらつきが発生しているとき、リーン変化率の絶対値がリッチ変化率の絶対値よりも大きくなる。一方、特定の気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリッチ側に偏るリッチばらつきが発生しているとき、リッチ変化率の絶対値がリーン変化率の絶対値よりも大きくなる。また、気筒間ばらつきが大きくなるにつれてリーン変化率およびリッチ変化率がいずれも大きくなる。

0012

このように、空燃比センサの検出値に基づくリッチ変化率およびリーン変化率には、気筒間ばらつきの状態が反映される。このため、各変化率に基づいて算出される変化率演算値にも気筒間ばらつきの状態が反映される。なお、気筒間ばらつきの状態には、気筒間ばらつきが発生しているか否か、気筒間ばらつきの大きさ、気筒間のばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかの少なくとも1つが含まれる。

0013

そして本発明では、以上の事項に鑑み、リッチ変化率およびリーン変化率に基づいて気筒間ばらつきに関する判定を行うことにより、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない旨の課題の解決を図るようにしている。

0014

以下、本発明の目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
(1)請求項1に記載の発明は、複数の気筒から排出された排気が合流して流れる排気管の集合部において排気の酸素濃度を検出する空燃比センサを備え、この空燃比センサの検出値に基づいて前記複数の気筒間の空燃比のばらつきである気筒間ばらつきに関する判定を行う内燃機関の空燃比診断装置において、前記検出値がリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリッチ変化率とし、前記検出値がリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリーン変化率として、前記リッチ変化率および前記リーン変化率に基づいて前記気筒間ばらつきの大きさを判定することを要旨としている。

0015

この発明では、気筒間ばらつきの大きさに応じて変化するリッチ変化率およびリーン変化率に基づいて気筒間ばらつきの大きさを判定しているため、空燃比センサの検出値の変化量に基づいて気筒間ばらつきを判定する場合と比較して、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0016

(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率と前記リーン変化率との和に基づいて前記気筒間ばらつきの大きさを判定することを要旨としている。

0017

この発明では、気筒間ばらつきの大きさに応じて変化するリッチ変化率とリーン変化率との和に基づいて気筒間ばらつきの大きさを判定しているため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0018

なお、リッチ変化率およびリーン変化率は互いの符号が反対の関係にある。また、リッチ変化率の絶対値およびリーン変化率の絶対値はいずれも気筒間ばらつきが大きくなるにつれて大きくなる。そこで、気筒間ばらつきの大きさを適切に求めるためには、一方の変化率の符号を他方の変化率の符号に合わせたうえでリッチ変化率とリーン変化率との和を求めることが好ましい。このような算出方法の例としては次のものが挙げられる。すなわち、負の変化率の絶対値と正の変化率との和を求める、または正の変化率の符号を負にした値と負の変化率との和を求める、またはリッチ変化率の絶対値とリーン変化率の絶対値との和を求めるものが挙げられる。

0019

(3)請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率と前記リーン変化率との積に基づいて前記気筒間ばらつきの大きさを判定することを要旨としている。

0020

この発明によれば、気筒間ばらつきの大きさに応じて変化するリッチ変化率とリーン変化率との積に基づいて気筒間ばらつきの大きさを判定しているため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0021

(4)請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率と前記リーン変化率との差に基づいて前記気筒間ばらつきの大きさを判定することを要旨としている。

0022

リッチ変化率およびリーン変化率は気筒間ばらつきが変化しても互いに異なる値となる。また、リッチ変化率とリーン変化率との比は、気筒間ばらつきの大きさの変化に対する変化度合いが小さい。このため、気筒間のばらつきの大きさの変化に応じてリッチ変化率とリーン変化率との差も変化する。この発明では、気筒間ばらつきの大きさに応じて変化するリッチ変化率とリーン変化率との差に基づいて気筒間ばらつきの大きさを判定しているため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0023

なお、リッチ変化率およびリーン変化率は互いの符号が反対の関係にある。また、リッチ変化率の絶対値およびリーン変化率の絶対値はいずれも気筒間ばらつきが大きくなるにつれて大きくなる。そこで、気筒間ばらつきの大きさを適切に求めるためには、一方の変化率の符号を他方の変化率の符号に合わせたうえでリッチ変化率とリーン変化率との差を求めることが好ましい。このような算出方法の例としては次のものが挙げられる。すなわち、負の変化率の絶対値と正の変化率との差を求める、または正の変化率の符号を負にした値と負の変化率との差を求める、またはリッチ変化率の絶対値とリーン変化率の絶対値との差を求めるものが挙げられる。

0024

(5)請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率および前記リーン変化率に基づいて前記気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかを判定することを要旨としている。

0025

この発明では、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかに応じて互いの大小関係が変化するリッチ変化率およびリーン変化率に基づいて、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかを判定している。このため、空燃比センサの検出値の変化量に基づいて気筒間ばらつきを判定する場合と比較して、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0026

(6)請求項6に記載の発明は、複数の気筒から排出された排気が合流して流れる排気管の集合部において排気の酸素濃度を検出する空燃比センサを備え、この空燃比センサの検出値に基づいて前記複数の気筒間の空燃比のばらつきである気筒間ばらつきに関する判定を行う内燃機関の空燃比診断装置において、前記検出値がリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリッチ変化率とし、前記検出値がリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリーン変化率として、前記リッチ変化率および前記リーン変化率に基づいて前記気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかを判定することを要旨としている。

0027

この発明では、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかに応じて互いの大小関係が変化するリッチ変化率およびリーン変化率に基づいて気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかを判定している。このため、空燃比センサの検出値の変化量に基づいて気筒間ばらつきを判定する場合と比較して、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0028

(7)請求項7に記載の発明は、請求項5または6に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率に対する前記リーン変化率の割合または前記リーン変化率に対する前記リッチ変化率の割合に基づいて前記気筒間ばらつきが前記リッチばらつきおよび前記リーンばらつきのいずれであるかを判定することを要旨としている。

0029

リーン変化率の絶対値とリッチ変化率の絶対値とは互いに異なる。また、リーンばらつきが発生しているときにはリーン変化率の絶対値がリッチ変化率の絶対値よりも大きくなり、リッチばらつきが発生しているときにはリッチ変化率の絶対値がリーン変化率の絶対値よりも大きくなる。すなわち、リーン変化率とリッチ変化率との比には、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかが反映される。

0030

この発明では、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかに応じて互いの大小関係が変化するリッチ変化率に対するリーン変化率の割合またはリーン変化率に対するリッチ変化率の割合に基づいて、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかを判定している。このため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0031

(8)請求項8に記載の発明は、請求項5または6に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率と前記リーン変化率との差に基づいて前記気筒間ばらつきが前記リッチばらつきおよび前記リーンばらつきのいずれであるかを判定することを要旨としている。

0032

この発明では、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかに応じて互いの大小関係が変化するリッチ変化率とリーン変化率との差に基づいて、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかを判定している。このため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0033

(9)請求項9に記載の発明は、請求項5を引用する請求項7または請求項5を引用する請求項8に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率および前記リーン変化率に基づいて算出された値を変化率演算値とし、この変化率演算値に対する前記気筒間ばらつきの大きさの変化度合いをばらつき変化度合いとして、前記変化率演算値の絶対値に基づいて前記気筒間ばらつきの大きさを算出するものであり、前記気筒間ばらつきが前記リーンばらつきかつ前記変化率演算値の絶対値が基準値よりも大きいとき、前記気筒間ばらつきが前記リーンばらつきかつ前記変化率演算値の絶対値が前記基準値以下のときに比べて、前記ばらつき変化度合いが小さくなるように前記気筒間ばらつきの大きさを算出することを要旨としている。

0034

気筒の空燃比がリーン側に大きく偏る場合には失火が発生しやすくなる。そして失火が発生した気筒の排気の割合が高い排気が排気管の集合部を通過したときには、空燃比センサの検出値は気筒間ばらつきに起因したリーン側の値よりもさらにリーン側の値を示す。すなわち、リーンばらつきの発生時かつ空燃比センサの検出値がリーン側に大きいときには、気筒間ばらつきおよび失火の状態が空燃比センサの検出値に反映されている可能性がある。このため、適切な気筒間のばらつきの大きさの値を得るためには、失火による影響分を小さくすること、すなわちばらつき変化度合いを小さくすることが好ましい。この発明では、気筒間ばらつきがリーンばらつきかつ変化率演算値の絶対値が基準値よりも大きいとき、気筒間ばらつきがリーンばらつきかつ変化率演算値の絶対値が基準値以下のときに比べて、ばらつき変化度合いが小さくなるように気筒間ばらつきを算出している。このため、失火の発生に起因して、実際の気筒間ばらつきの大きさと算出される気筒間ばらつきの大きさとが過度に乖離することを抑制することができる。

0035

(10)請求項10に記載の発明は、請求項1〜9のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比診断装置において、前記リッチ変化率および前記リーン変化率に基づいて前記気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定することを要旨としている。

0036

この発明では、気筒間ばらつきの大きさに応じて変化するリッチ変化率およびリーン変化率に基づいて気筒間ばらつきの発生を判定しているため、空燃比センサの検出値の変化量に基づいて気筒間ばらつきを判定する場合と比較して、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0037

(11)請求項11に記載の発明は、複数の気筒から排出された排気が合流して流れる排気管の集合部において排気の酸素濃度を検出する空燃比センサを備え、この空燃比センサの検出値に基づいて前記複数の気筒間の空燃比のばらつきである気筒間ばらつきに関する判定を行う内燃機関の空燃比診断装置において、前記検出値がリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリッチ変化率とし、前記検出値がリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化しているときの単位時間あたりの前記検出値の変化量をリーン変化率として、複数の前記リッチ変化率および複数の前記リーン変化率を算出し、複数の前記リッチ変化率と複数の前記リーン変化率との和が和判定値よりも大きいか否かに基づいて前記気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定することを要旨としている。

0038

この発明によれば、気筒間ばらつきの大きさに応じて変化するリッチ変化率とリーン変化率との和に基づいて気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定している。このため、空燃比センサの検出値の変化量に基づいて気筒間ばらつきを判定する場合と比較して、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

図面の簡単な説明

0039

本発明の内燃機関の空燃比診断装置の第1実施形態について、内燃機関の構造を模式的に示す模式図。
同実施形態の内燃機関について、空燃比の変化態様の例を示すタイミングチャート
同実施形態の内燃機関について、図2の空燃比の変化態様の一部を示すタイミングチャート。
同実施形態の内燃機関について、電子制御装置により実行される「ばらつき率判定処理」の手順を示すフローチャート
同実施形態の内燃機関について、(a)はリッチばらつき時に用いられる変化率和とばらつき率との関係を示すマップ、(b)はリーンばらつき時に用いられる変化率和とばらつき率との関係を示すマップ。
本発明の内燃機関の空燃比診断装置の第2実施形態について、電子制御装置により実行される「ばらつき発生判定処理」の手順を示すフローチャート。

実施例

0040

(第1実施形態)
図1図5を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。なお、本実施形態では、直列4気筒の火花点火内燃機関の空燃比診断装置として本発明を具体化した一例を示している。

0041

図1に示されるように、内燃機関1は、空気と燃料との混合気燃焼する機関本体10と、この機関本体10の燃焼室12に空気および燃料を供給する吸気装置20と、燃焼室12での燃焼後のガスを外部に送り出す排気装置30と、これら装置をはじめ各種の装置を統括的に制御する制御装置40とを含む。

0042

吸気装置20は、燃焼室12に接続される吸気管21と、吸気管21に設けられて吸入した空気の流路面積を変更するスロットルバルブ24と、吸気管21内に燃料を噴射するインジェクタ25とを含む。吸気管21は、スロットルバルブ24が設けられるとともに吸気管21の入口となる集合部23と、集合部23の下流側に接続されて4つの気筒11に対応して分岐した4つの分岐部22とを含む。各分岐部22には、それぞれインジェクタ25が設けられている。各インジェクタ25は、気筒11に対して各別に燃料を噴射する。

0043

排気装置30は、燃焼室12に接続される排気管31と、排気管31に設けられて排気を浄化する三元触媒装置34とを含む。排気管31は、三元触媒装置34が設けられるとともに排気管31の出口となる集合部33と、集合部33の上流側に接続されて4つの気筒11に対応して分岐した4つの分岐部32とを含む。

0044

機関本体10は、ピストン往復運動回転運動に変換するクランクシャフト16と、吸気管21と燃焼室12との接続部を開閉する吸気バルブ13と、排気管31と燃焼室12との接続部を開閉する排気バルブ14と、混合気の燃焼を開始するための点火プラグ15とを含む。

0045

制御装置40は、内燃機関1を制御するための各種の演算処理等を行う電子制御装置41と、クランクポジションセンサ42、スロットルポジションセンサ43、エアフロメータ44および空燃比センサ45をはじめとする各種のセンサとを含む。

0046

クランクポジションセンサ42は、クランクシャフト16の回転角度(以下、「クランク角度CA」)に応じた信号を電子制御装置41に出力する。スロットルポジションセンサ43は、スロットルバルブ24の開度(以下、「スロットル開度VA」)に応じた信号を電子制御装置41に出力する。エアフロメータ44は、吸気管21のスロットルバルブ24よりも上流に設けられて吸入空気量(以下、「吸入空気量GA」)に応じた信号を電子制御装置41に出力する。空燃比センサ45は、排気管31の集合部33の三元触媒装置34よりも上流側に設けられて集合部33を通過する排気の酸素濃度に応じた信号を電子制御装置41に出力する。なお、空燃比センサ45により出力される信号と酸素濃度とはリニアな関係を示す。

0047

電子制御装置41は、各種の制御に用いるためのパラメータとして次のものを算出する。すなわち、クランクポジションセンサ42の出力信号に基づいてクランク角度CAに相当する演算値を算出する。また、クランク角度CAの演算値に基づいてクランクシャフト16の回転速度(以下、「機関回転速度NE」)に相当する演算値を算出する。また、スロットルポジションセンサ43の出力信号に基づいてスロットル開度VAに相当する演算値を算出する。また、エアフロメータ44の出力信号に基づいて吸入空気量GAに相当する演算値を算出する。また、空燃比センサ45の出力信号に基づいて空燃比(以下、「空燃比AF」)に相当する演算値を算出する。また、吸入空気量GAおよび機関負荷に基づいて各インジェクタ25の燃料の噴射量(以下、「燃料噴射量QF」)の指令値演算する。

0048

電子制御装置41により行われる制御としては、内燃機関1の運転中において行われる空燃比制御と、気筒間ばらつきが生じているときの気筒間での空燃比AFのばらつき度合い(以下、「ばらつき率IR」)、および気筒間ばらつきの発生の原因となる特定の気筒をそれぞれ判定するばらつき判定制御とが挙げられる。なお、気筒間ばらつきは、特定の気筒の空燃比AFが他の気筒の空燃比AFよりもリッチ側またはリーン側に大きく乖離している空燃比の異常状態を示す。

0049

空燃比制御では、各気筒11の空燃比AFを目標の空燃比(以下、「目標空燃比AFX」)に近づけるため、空燃比センサ45の検出値に基づく空燃比AFの演算値と目標空燃比AFXとの差に基づいて、燃料噴射量QFのフィードバック補正量を設定する。

0050

図2を参照して、気筒間ばらつきおよび空燃比AFの変化態様について説明する。図中の一点鎖線DMは、空燃比制御が行われているときの空燃比AFの平均値および目標空燃比AFXを示している。なお、以下では各気筒11をそれぞれ気筒#1および気筒#2および気筒#3および気筒#4として示す。また、気筒#1および気筒#3および気筒#4および気筒#2の順に点火が行われる。

0051

特定の気筒に対応したインジェクタ25にデポジットが付着するなどして、特定の気筒に対する燃料噴射量QFが減少しているとき、この気筒の空燃比AFが目標空燃比AFXよりもリーン側に大きく偏ることがある。以下では、このように他の気筒の空燃比AFに対して特定の気筒の空燃比AFが大きくリーン側に乖離した気筒間ばらつきを「リーンばらつき」とする。

0052

また、特定の気筒に対応したインジェクタ25の開弁異常が発生するなどして、特定の気筒に対する燃料噴射量QFが増加しているとき、この気筒の空燃比AFが目標空燃比AFXよりもリッチ側に大きく偏ることがある。以下では、このように他の気筒の空燃比AFに対して特定の気筒の空燃比AFが大きくリッチ側に乖離した気筒間ばらつきを「リッチばらつき」とする。

0053

図2(a)〜(c)のそれぞれを参照して、機関運転状態毎の空燃比AFの変化態様について説明する。なお、図2(a)〜(c)においては目標空燃比AFXが変更されない場合の空燃比AFの変化態様をそれぞれ例として挙げている。

0054

図2(a)は、気筒間ばらつきが発生していないときの空燃比AFの変化態様の一例を示している。気筒間ばらつきが発生していないとき、空燃比AFは目標空燃比AFXを中心として変動し、かつ目標空燃比AFXに対する偏差が十分に小さい状態に維持される。

0055

図2(b)は、気筒#1の空燃比AFが気筒群#2〜#4の空燃比AFに対して大きくリーン側に乖離したリーンばらつきが発生しているときの空燃比AFの変化態様の一例を示している。

0056

空燃比制御が行われる内燃機関1においては、図中の一点鎖線DMで示されるように、リーンばらつきが発生しているときの空燃比AFの平均値が目標空燃比AFXと略同じ値にされる。一方、空燃比制御が行われない仮想の内燃機関においては、図中の二点鎖線DLで示されるように、リーンばらつきが発生しているときの空燃比AFの平均値が目標空燃比AFXに対してリーン側に偏った値に維持される。

0057

内燃機関1においては、具体的には次のように空燃比AFが変化する。
時刻t11すなわち、気筒#1の排気行程が開始されてから所定時間が経過したとき、気筒#1の排気の割合が高い排気が集合部33において空燃比センサ45の設けられた部分を通過する。このとき、それまでに空燃比センサ45により検出されていたリッチ側の空燃比の排気に対して、リーン側に大きく乖離した空燃比の排気の酸素濃度が空燃比センサ45により検出されるため、空燃比AFがリーン側に向けて急激に変化する。

0058

時刻t12すなわち、気筒#4の排気行程が開始されてから所定時間が経過したとき、気筒#3の排気の割合が高い排気、すなわち時刻t11〜時刻t12までの期間に比べて気筒#1の排気の割合が低下した排気が集合部33において空燃比センサ45の設けられた部分を通過する。このとき、空燃比制御のフィードバック補正によりリッチ補正された気筒#3の排気を多く含む排気の酸素濃度が空燃比センサ45により検出されるため、空燃比AFの変化方向がリーン側からリッチ側に向けて変化する。また、時刻t11〜時刻t12の期間と比較して緩やかに空燃比AFが変化する。

0059

時刻t13すなわち、気筒#4の排気行程が開始されてから所定時間が経過したとき、気筒#4の排気の割合が高い排気が集合部33において空燃比センサ45の設けられた部分を通過する。このとき、空燃比制御のフィードバック補正によりリッチ補正された気筒#4の排気を多く含む排気の酸素濃度が空燃比センサ45により検出されるため、空燃比AFが引き続きリッチ側に向けて変化する。

0060

時刻t14すなわち、気筒#2の排気行程が開始されてから所定時間が経過したとき、気筒#2の排気の割合が高い排気が集合部33において空燃比センサ45の設けられた部分を通過する。このとき、空燃比制御のフィードバック補正によりリッチ補正された気筒#2の排気を多く含む排気の酸素濃度が空燃比センサ45により検出されるため、空燃比AFが引き続きリッチ側に向けて変化する。

0061

時刻t15すなわち、時刻t11を基準として内燃機関1の1燃焼サイクル分(クランク角度720度)にわたりクランクシャフト16が回転したとき、気筒#1の排気の割合が高い排気が集合部33において空燃比センサ45の設けられた部分を再び通過する。このため、時刻t11のときと同様に空燃比AFがリーン側に向けて急激に変化する。

0062

これ以降、リーンばらつきが発生している状態が継続されている限り、時刻t11〜時刻t15までの空燃比AFの変化を1サイクルとした空燃比AFの変化サイクルが繰り返される。

0063

図2(c)は、気筒#1の空燃比AFが気筒群#2〜#4の空燃比AFに対して大きくリッチ側に乖離したリッチばらつきが発生しているときの空燃比AFの変化態様の一例を示している。

0064

空燃比制御が行われる内燃機関1においては、図中の一点鎖線DMで示されるように、リッチばらつきが発生しているときの空燃比AFの平均値が目標空燃比AFXと略同じ値にされる。一方、空燃比制御が行われない仮想の内燃機関においては、図中の二点鎖線DRで示されるように、リッチばらつきが発生しているときの空燃比AFの平均値が目標空燃比AFXに対してリッチ側に偏った値に維持される。

0065

内燃機関1においては、具体的には次のように空燃比AFが変化する。
時刻t11すなわち、気筒#1の排気行程が開始されてから所定時間が経過したとき、気筒#1の排気の割合が高い排気が集合部33において空燃比センサ45の設けられた部分を通過する。このとき、それまでに空燃比センサ45により検出されていたリーン側の空燃比の排気に対して、リッチ側に大きく乖離した空燃比の排気の酸素濃度が空燃比センサ45により検出されるため、空燃比AFがリッチ側に向けて急激に変化する。

0066

時刻t12すなわち、気筒#3の排気行程が開始されてから所定時間が経過したとき、気筒#3の排気の割合が高い排気、すなわち時刻t11〜時刻t12までの期間に比べて気筒#1の排気の割合が低下した排気が集合部33において空燃比センサ45の設けられた部分を通過する。このとき、空燃比制御のフィードバック補正によりリーン補正された気筒#3の排気を多く含む排気の酸素濃度が空燃比センサ45により検出されるため、空燃比AFの変化方向がリッチ側からリーン側に向けて変化する。また、時刻t11〜時刻t12の期間と比較して緩やかに空燃比AFが変化する。

0067

時刻t13すなわち、気筒#4の排気行程が開始されてから所定時間が経過したとき、気筒#4の排気の割合が高い排気が集合部33において空燃比センサ45の設けられた部分を通過する。このとき、空燃比制御のフィードバック補正によりリーン補正された気筒#4の排気を多く含む排気の酸素濃度が空燃比センサ45により検出されるため、空燃比AFが引き続きリーン側に向けて変化する。

0068

時刻t14すなわち、気筒#2の排気行程が開始されてから所定時間が経過したとき、気筒#2の排気の割合が高い排気が集合部33において空燃比センサ45の設けられた部分を通過する。このとき、空燃比制御のフィードバック補正によりリーン補正された気筒#2の排気を多く含む排気の酸素濃度が空燃比センサ45により検出されるため、空燃比AFが引き続きリーン側に向けて変化する。

0069

時刻t15すなわち、時刻t11を基準として内燃機関1の1燃焼サイクル分(クランク角度720度)にわたりクランクシャフト16が回転したとき、気筒#1の排気の割合が高い排気が集合部33において空燃比センサ45の設けられた部分を再び通過する。このため、時刻t11のときと同様に空燃比AFがリッチ側に向けて急激に変化する。

0070

これ以降、リッチばらつきが発生している状態が継続されている限り、時刻t11〜時刻t15までの空燃比AFの変化を1サイクルとした空燃比AFの変化サイクルが繰り返される。

0071

図3を参照して、ばらつき率IRとリッチ変化率Rおよびリーン変化率Lとの関係について説明する。なお同図には、図2の時刻t11〜時刻t15までの空燃比AFの変化態様と同様のものが示されている。

0072

図3(а)において線分C1で示されるように、リーンばらつきの発生時においてばらつき率IRが比較的小さいとき(以下、「リーン小ばらつき時」)、空燃比AFのリーン側のピーク値とリッチ側のピーク値との差DAは小さくなる。このため、リーン小ばらつき時のリーン変化率Lの絶対値およびリッチ変化率Rの絶対値はいずれも小さい。なお、このときのリーン変化率Lは、差DAを期間XAで除算した値に近似している。また、このときのリッチ変化率Rは、差DAを期間XBで除算した値に近似している。

0073

図3(а)において線分C2で示されるように、リーンばらつきの発生時においてばらつき率IRが線分C1のリーン小ばらつき時よりも大きいとき(以下、「リーン大ばらつき時」)、空燃比AFのリーン側のピーク値とリッチ側のピーク値との差DBが差DAよりも大きくなる。このため、リーン大ばらつき時のリーン変化率Lの絶対値およびリッチ変化率Rの絶対値は、いずれもリーン小ばらつき時のリーン変化率Lの絶対値およびリッチ変化率Rの絶対値よりも大きい。なお、このときのリーン変化率Lは、差DBを期間XAで除算した値に近似している。また、このときのリッチ変化率Rは、差DBを期間XBで除算した値に近似している。

0074

図3(b)において線分C3で示されるように、リッチばらつきの発生時においてばらつき率IRが比較的小さいとき(以下、「リッチ小ばらつき時」)、空燃比AFのリッチ側のピーク値とリーン側のピーク値との差DCは小さくなる。このため、リッチ小ばらつき時のリッチ変化率Rの絶対値およびリーン変化率Lの絶対値はいずれも小さい。なお、このときのリッチ変化率Rは、差DCを期間XAで除算した値に近似している。また、このときのリーン変化率Lは、差DCを期間XBで除算した値に近似している。

0075

図3(b)において線分C4で示されるように、リッチばらつきの発生時においてばらつき率IRが線分C3のリッチ小ばらつき時よりも大きいとき(以下、「リッチ大ばらつき時」)、空燃比AFのリッチ側のピーク値とリーン側のピーク値との差DDが差DCよりも大きくなる。このため、リッチ大ばらつき時のリッチ変化率Rの絶対値およびリーン変化率Lの絶対値は、いずれもリッチ小ばらつき時のリッチ変化率Rの絶対値およびリーン変化率Lの絶対値よりも大きい。なお、このときのリッチ変化率Rは、差DDを期間XAで除算した値に近似している。また、このときのリーン変化率Lは、差DDを期間XBで除算した値に近似している。

0076

以上のように、空燃比AFのリーン変化率Lおよびリッチ変化率Rには気筒間ばらつきの状態が反映される。このため、リーン変化率Lおよびリッチ変化率Rの大きさに基づいてばらつき率IRを把握することが可能となる。

0077

ところで、気筒間ばらつきが発生しているときには、空燃比制御により空燃比AFの平均値が目標空燃比AFXに維持されるものの、空燃比AFがリッチ側とリーン側との間で大きく変動する。そして、気筒間ばらつきの発生の原因となる特定の気筒について燃料噴射量QFの補正が適切が行われない限りは、そうした空燃比AFの大きな変動が継続して繰り返される。

0078

そこで、電子制御装置41においては、ばらつき率IRを把握するためにばらつき判定制御を行う。このばらつき判定制御は、ばらつき率IRを判定するための「ばらつき率判定処理」と、気筒間ばらつきの発生の原因となる特定の気筒を判定するための「ばらつき気筒判定処理」とを含む。

0079

図3を参照して、リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lの算出態様について説明する。
リッチ変化率Rは次のように算出される。すなわち、空燃比AFがリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化している期間XAにおいて、空燃比AFに基づく関数微分値が複数の異なるクランク角度毎に算出され、算出された複数の微分値の平均値としてリッチ変化率Rが算出される。リッチ変化率Rは、負の値として算出されるとともに、空燃比AFが期間XAにおいて変化しているときの単位時間あたりの空燃比AFの変化量を示す。

0080

リーン変化率Lは次のように算出される。すなわち、空燃比AFがリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化している期間XBにおいて、空燃比AFに基づく関数の微分値が複数の異なるクランク角度毎に算出され、算出した複数の微分値の平均値としてリーン変化率Lが算出される。リーン変化率Lは、正の値として算出されるとともに、空燃比AFが期間XBにおいて変化しているときの単位時間あたりの空燃比AFの変化量を示す。

0081

図3(a)に示されるように、線分C1のリーン小ばらつき時において、リーン変化率L(線分ML1の傾き)の絶対値がリッチ変化率R(線分MR1の傾き)の絶対値よりも大きくなる。また、線分C2のリーン大ばらつき時において、リーン変化率L(線分ML2の傾き)の絶対値がリッチ変化率R(線分MR2の傾き)の絶対値よりも大きくなる。すなわち、リーンばらつきが発生しているときには気筒間ばらつきの大きさが変化しても「リーン変化率Lの絶対値>リッチ変化率Rの絶対値」の関係が維持される。

0082

図3(b)に示されるように、線分C3のリッチ小ばらつき時において、リッチ変化率R(線分MR3の傾き)の絶対値がリーン変化率L(線分ML3の傾き)の絶対値よりも大きくなる。また、線分C4のリッチ大ばらつき時において、リッチ変化率R(線分MR4の傾き)の絶対値がリーン変化率L(線分ML4の傾き)の絶対値よりも大きくなる。すなわち、リッチばらつきが発生しているときには気筒間ばらつきの大きさが変化しても「リッチ変化率Rの絶対値>リーン変化率Lの絶対値」の関係が維持される。

0083

図4を参照して、「ばらつき率判定処理」の内容について説明する。この処理は、内燃機関1の運転中において予め定められた所定の演算周期毎に電子制御装置41により繰り返し実行される。

0084

電子制御装置41は「ばらつき率判定処理」として以下の各処理を行う。
テップS11において、リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lを算出する。算出されたリッチ変化率Rおよびリーン変化率Lはメモリに記憶される。リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lの算出は、メモリに記憶されたリッチ変化率Rおよびリーン変化率Lのデータ数所定数に達するまでの間、1燃焼サイクルに相当する期間毎に繰り返し行われる。

0085

ステップS12において、メモリに記憶されているリッチ変化率Rおよびリーン変化率Lのデータ数が所定数以上である旨判定したとき、ステップS13において、所定数のリッチ変化率Rの平均値(以下、「平均リッチ変化率RA」)を算出する。また、所定数のリーン変化率Lの平均値(以下、「平均リーン変化率LA」)を算出する。また、平均リッチ変化率RAと平均リーン変化率LAとの和(以下、「変化率和S」)を算出する。また、平均リーン変化率LAに対する平均リッチ変化率RAの割合である商の絶対値(以下、「変化率商T」)を算出する。

0086

ステップS14では、変化率商Tと所定値TXとの比較に基づいて、気筒間ばらつきとしてリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれの気筒間ばらつきが発生しているかを判定する。リッチばらつきが発生しているときは、変化率商Tが所定値TX以上となる。反対にリーンばらつきが発生しているときは、変化率商Tが所定値TX未満となる。

0087

ステップS14において、変化率商Tの絶対値が所定値TX以上である旨判定したとき、ステップS15において、図5(a)のリッチばらつき時マップとステップS13で算出した変化率和Sとを用いてばらつき率IRを算出する。

0088

ステップS14において、変化率商Tの絶対値が所定値TX未満である旨判定したとき、ステップS16において、図5(b)のリーンばらつき時マップとステップS13で算出した変化率和Sとを用いてばらつき率IRを算出する。

0089

所定値TXとしては、「1」、または「1」よりも大きくかつ「1」に近い値、または「1」よりも小さくかつ「1」に近い値が予め設定される。ここでは、所定値TXとして「1」よりも大きくかつ「1」に近い値である「1.2」が設定されている。

0090

所定値TXとして「1」が設定されている場合において変化率商Tの演算結果が「1」付近のとき、実際にはリーンばらつきが発生しているもののリッチばらつきが発生している旨判定されるおそれがある。この場合、リッチばらつきが発生している旨の判定結果に基づいて燃料噴射量QFの補正が行われたとすると、空燃比AFがリーン側に変更されるため失火の可能性が高くなる。そこで、変化率商Tの演算結果が「1」付近のときにリッチばらつきが発生している旨の判定結果が得られる頻度を少なくするため、所定値TXとして「1」よりも大きい値が設定されている。

0091

図5(a)を参照して、リッチばらつきのときに用いられるマップの内容について説明する。このマップには、ばらつき率IRと変化率和Sとの関係として以下のものが予め設定されている。

0092

変化率和Sが「0」から和判定値SXまでの範囲においては、ばらつき率IRが「0%」に設定されている。変化率和Sが和判定値SX以上の範囲においては、変化率和Sが大きくなるにつれてばらつき率IRが大きくなる。

0093

図5(b)を参照して、リーンばらつきのときに用いられるマップの内容について説明する。このマップには、ばらつき率IRと変化率和Sとの関係として以下のものが予め設定されている。

0094

変化率和Sが「0」から和判定値SXまでの範囲においては、ばらつき率IRが「0%」に設定されている。変化率和Sが和判定値SX以上かつ失火判定値SY以下の範囲においては、変化率和Sが大きくなるにつれてばらつき率IRが大きくなる。変化率和Sが失火判定値SYよりも大きい範囲においては、変化率和Sが失火判定値SY以下かつ和判定値SX以上のときに比べて、変化率和Sに対するばらつき率IRの変化度合い(以下、「ばらつき変化度合い」)が小さくなるように変化率和Sとばらつき率IRとの関係が設定されている。ここでは、変化率和Sが失火判定値SYよりも大きいとき、変化率和Sに関わらずばらつき率IRが一定の値として設定されている。

0095

リーンばらつきが発生している状態かつ失火が発生していない状態においては、空燃比AFが失火判定値SYに対応した失火空燃比AFYよりも大きくなる可能性が低い。すなわち、空燃比AFが失火空燃比AFYよりも大きいとき、リーンばらつきに起因して失火が発生したものと予測される。

0096

このときの空燃比AFは、リーンばらつきに起因して他の気筒の空燃比AFに対してリーン側に乖離した分、および失火に起因して他の気筒の空燃比AFに対してリーン側に乖離した分が反映されている。このため、そのときのリーンばらつきに対応したばらつき率IRを算出するためには、失火による影響をなくすまたは小さくすることが必要となる。

0097

そこで、リーンばらつき時マップにおいては、変化率和Sが失火判定値SYよりも大きい範囲のばらつき変化度合いを変化率和Sが失火判定値SY以下の範囲のばらつき変化度合いよりも小さくしている。

0098

本実施形態によれば以下に示す効果が得られる。
(1)本実施形態では、ばらつき率IRに応じて変化するリッチ変化率Rおよびリーン変化率Lに基づいてばらつき率IRを判定している。このため、空燃比AFの変化量に基づいて気筒間ばらつきを判定する場合と比較して、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0099

(2)本実施形態では、ばらつき率IRに応じて変化する変化率和Sに基づいてばらつき率IRを判定している。このため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0100

(3)本実施形態では、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかに応じて互いの大小関係が変化するリッチ変化率Rおよびリーン変化率Lに基づいて、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかを判定している。このため、空燃比AFの変化量に基づいて気筒間ばらつきを判定する場合と比較して、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0101

(4)リーン変化率Lの絶対値とリッチ変化率Rの絶対値とは互いに異なる。また、リーンばらつきが発生しているときには、リーン変化率Lの絶対値がリッチ変化率Rの絶対値よりも大きくなる。また、リッチばらつきが発生しているときには、リッチ変化率Rの絶対値がリーン変化率Lの絶対値よりも大きくなる。すなわち、リーン変化率Lとリッチ変化率Rとの比には、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかが反映される。

0102

本実施形態では、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかに応じて互いの大小関係が変化するリーン変化率Lに対するリッチ変化率Rの割合に基づいて、気筒間ばらつきがリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれであるかを判定している。このため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0103

(5)特定の気筒の空燃比がリーン側に大きく偏る場合には失火が発生しやすくなる。そして、失火が発生した特定の気筒の排気の割合が高い排気が排気管31の集合部33を通過したときには、空燃比AFは気筒間ばらつきに起因したリーン側の値よりもさらにリーン側の値を示す。すなわち、リーンばらつきの発生時かつ空燃比AFがリーン側に大きいときには、気筒間ばらつきおよび失火の状態が空燃比AFに反映されている可能性がある。このため、適切なばらつき率IRの値を得るためには、失火による影響分を小さくすること、すなわちばらつき変化度合いを小さくすることが好ましい。

0104

本実施形態では、気筒間ばらつきがリーンばらつきかつ変化率和Sが失火判定値SYよりも大きいとき、気筒間ばらつきがリーンばらつきかつ変化率和Sの絶対値が失火判定値SY以下のときに比べて、ばらつき変化度合いが小さくなるようにばらつき率IRを算出している。このため、失火の発生に起因して、実際のばらつき率IRと算出されるばらつき率IRとが過度に乖離することを抑制することができる。

0105

(6)図2(d)に、気筒#1の空燃比AFが気筒群#2〜#4の空燃比AFに対して大きくリッチ側に乖離したリッチばらつきが発生しているとき、かつ空燃比AFがリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化しているときに不安定な燃焼状態が発生した場合の空燃比AFの変化態様の一例を示す。なお、燃焼状態が不安定になること以外については図2(c)のケースと同様の状態にあるものとする。

0106

時刻t11〜時刻t12の期間、すなわち空燃比AFがリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化している期間において、不安定な燃焼状態が生じたとすると、燃焼状態が安定しているとき(図2(c))とは空燃比AFの変化傾向が異なる。

0107

ここで、時刻t11〜時刻t12の期間において得られる空燃比AFの情報(例えば2つのピーク値)に基づいて、気筒間ばらつきの大きさを判定する方法によれば、気筒間ばらつき以外の影響を大きく受けたものに基づいて同判定が行われることになる。このため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない可能性が高い。

0108

これに対して本実施形態では、リッチ変化率Rすなわち時刻t11〜時刻t12の期間において得られる空燃比AFの情報、およびリーン変化率Lすなわち時刻t12〜時刻t15の期間において得られる空燃比AFの情報に基づいて、気筒間ばらつきに関する判定を行う。すなわち、燃焼状態が不安定なときのリッチ変化率Rと燃焼状態が安定しているときのリーン変化率Lとに基づいて同判定を行う。これにより、上記で想定した別の判定方法に比べて、不安定な燃焼状態の影響が小さくなるため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度が少なくなる。

0109

(7)図2(e)に、気筒間ばらつきが発生していないときにおいて目標空燃比AFXがリッチ側に変更されたときの空燃比AFの変化態様の一例を示す。
時刻t13すなわち、目標空燃比AFXがリッチ側の目標空燃比に変更されたとき、空燃比AFはリーン側からリッチ側に向けて変化する。その後、空燃比AFが新たな目標空燃比付近に維持される。

0110

ここで、目標空燃比の変更にともない空燃比AFが変化する期間において得られる空燃比AFの情報(例えば2つのピーク値)に基づいて、気筒間ばらつきの大きさを判定する方法によれば、上記空燃比AFの変化を気筒間ばらつきに起因するものと判定することもある。すなわち、2つのピーク値から算出される空燃比AFの変化量が気筒間ばらつきを判定するための判定値よりも大きいときには、実際には気筒間ばらつきが発生していないにもかかわらず、空燃比AFの変化量が判定値よりも大きいことに基づいて気筒間ばらつきが発生している旨判定される。

0111

これに対して本実施形態では、リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lに基づいて気筒間ばらつきに関する判定を行うため、すなわちリーン側からリッチ側への空燃比AFの変化傾向に加えて、リッチ側からリーン側への空燃比AFの変化傾向も含めて判定を行うため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度が少なくなる。すなわち、上述のように目標空燃比AFXの変更にともないリーン側からリッチ側への空燃比AFの変化が生じたとしても、気筒間ばらつきの発生時であればその後に見られるリッチ側からリーン側への空燃比AFの変化が生じていないため、上記で想定した別の判定方法のように誤った判定結果が得られることは抑制される。

0112

(8)本実施形態では、複数のリッチ変化率R(平均リッチ変化率RA)および複数のリーン変化率L(平均リーン変化率LA)に基づいて気筒間ばらつきに関する判定を行う。このため、1つのリッチ変化率Rおよび1つのリーン変化率Lの和に基づいて気筒間ばらつきに関する判定を行う構成と比較して、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0113

(第2実施形態)
図6を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。
第1実施形態では、ばらつき判定制御において「ばらつき率判定処理」を行うことにより、気筒間ばらつきのばらつき率IRを算出している。本実施形態では、この「ばらつき率判定処理」に代えて、気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定するための「ばらつき発生判定処理」を行う。以下に、この変更された部分についての詳細を示す。なお、その他の点については第1実施形態と同様の構成が採用されているため、共通する構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

0114

図6を参照して、「ばらつき発生判定処理」の内容について説明する。この処理は、内燃機関1の運転中において予め定められた所定の演算周期毎に電子制御装置41により繰り返し実行される。

0115

電子制御装置41は「ばらつき発生判定処理」として以下の各処理を行う。
ステップS21において、リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lを算出する。算出されたリッチ変化率Rおよびリーン変化率Lはメモリに記憶される。リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lの算出は、メモリに記憶されたリッチ変化率Rおよびリーン変化率Lのデータ数が所定数に達するまでの間、1燃焼サイクルに相当する期間毎に繰り返し行われる。

0116

ステップS22において、メモリに記憶されているリッチ変化率Rおよびリーン変化率Lのデータ数が所定数以上である旨判定したとき、ステップS23において、所定数のリッチ変化率Rの平均値である平均リッチ変化率RAを算出する。また、所定数のリーン変化率Lの平均値である平均リーン変化率LAを算出する。また、平均リッチ変化率RAと平均リーン変化率LAとの和である変化率和Sを算出する。

0117

ステップS24では、変化率和Sと和判定値SXとの比較に基づいて、気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定する。気筒間ばらつきが発生しているときには、変化率和Sが和判定値SX以上となる。反対に気筒間ばらつきが発生していないときには、変化率和Sが和判定値SX未満となる。

0118

ステップS24において、変化率和Sが和判定値SX以上である旨判定したとき、ステップS25において、気筒間ばらつきが発生している旨判定してばらつき発生フラグオンに設定する。

0119

ステップS24において、変化率和Sが和判定値SX未満である旨判定したとき、ステップS26において、気筒間ばらつきが発生していない旨判定してばらつき発生フラグをオフに設定する。

0120

本実施形態によれば、第1実施形態の(1)の効果、すなわち気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる旨の効果、および(8)の効果に加えて以下に示す効果が得られる。

0121

(9)本実施形態では、ばらつき率IRに応じて変化するリッチ変化率Rおよびリーン変化率Lに基づいて気筒間ばらつきの発生を判定している。このため、空燃比AFの変化量に基づいて気筒間ばらつきを判定する場合と比較して、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0122

(10)本実施形態では、平均リッチ変化率RAおよび平均リーン変化率LAを算出し、変化率和Sが和判定値SXよりも大きいか否かに基づいて気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定している。このように、ばらつき率IRに応じて変化する変化率和Sに基づいて気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定しているため、気筒間ばらつきに関する判定の結果として適切なものが得られない頻度を少なくすることができる。

0123

(その他の実施形態)
なお、本発明の実施態様は上記各実施形態に限られるものではなく、例えば以下に示すように変更して実施することもできる。また以下の各変形例は、上記各実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。

0124

・上記第1実施形態では、変化率演算値としての変化率和Sに基づいてばらつき率IRを算出したが、これを以下の(A1)〜(A3)のいずれかに変更することもできる。
(A1)平均リッチ変化率RAと平均リーン変化率LAとの積に基づいてばらつき率IRを算出する。
(A2)平均リッチ変化率RAの絶対値と平均リーン変化率LAの絶対値との差、または、平均リッチ変化率RAの絶対値と平均リーン変化率LAとの差、または平均リッチ変化率RAと平均リーン変化率LAの符号を負に反転した値との差に基づいて、ばらつき率IRを算出する。
(A3)平均リッチ変化率RAに対する平均リーン変化率LAの割合、または平均リーン変化率LAに対する平均リッチ変化率RAの割合に基づいてばらつき率IRを算出する。

0125

・上記第1実施形態では、平均リーン変化率LAに対する平均リッチ変化率RAの割合の絶対値を変化率商Tとして算出したが、これを以下の(B1)〜(B3)のいずれかに変更することもできる。
(B1)平均リッチ変化率RAに対する平均リーン変化率LAの割合の絶対値を変化率商Tとして算出する。
(B2)平均リーン変化率LAに対する平均リッチ変化率RAの割合を変化率商Tとして算出する。
(B3)平均リッチ変化率RAの符号を反転した変化率に対する平均リーン変化率LAの割合を変化率商Tとして算出する。
(B4)平均リーン変化率LAの符号を反転した変化率に対する平均リッチ変化率RAの割合を変化率商Tとして算出する。

0126

・上記第1実施形態では、図4の「ばらつき率判定処理」において、変化率商Tに基づいてリーンばらつきおよびリッチばらつきのいずれが発生しているかを判定したが、これを次のように変更することもできる。すなわち、平均リッチ変化率RAの絶対値と平均リーン変化率LAの絶対値との差、または平均リッチ変化率RAの絶対値と平均リーン変化率LAとの差、または平均リッチ変化率RAと平均リーン変化率LAの符号を負に反転した値との差に基づいて、リーンばらつきおよびリッチばらつきのいずれが発生しているかを判定する。

0127

・上記第1実施形態では、変化率和Sに基づいてばらつき率IRを判定する処理と、変化率商Tに基づいてリッチばらつきおよびリーンばらつきのいずれが発生しているかを判定する処理とを行う構成としたが、前者の処理を省略して後者の処理のみを行う構成、または後者の処理を省略して前者の処理のみを行う構成に変更することもできる。

0128

・上記第1実施形態では、ばらつき率IRを算出するためのマップとして、リッチばらつき時マップおよびリーンばらつき時マップを予め用意したが、マップの構成を以下の(C1)または(C2)のように変更することもできる。
(C1)リーンばらつきの発生時かつ変化率和Sが失火判定値SYよりも大きいときに用いるマップと、リーンばらつきの発生時かつ変化率和Sが失火判定値SY以下のとき、およびリッチばらつきの発生時のときに用いるマップとを予め用意する。
(C2)リーンばらつきの発生時およびリッチばらつきの発生時の双方に共通する1つのマップを予め用意する。

0129

・上記第2実施形態では、「ばらつき率判定処理」において、変化率和Sに基づいて気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定したが、これを以下の(D1)〜(D4)のいずれかに変更することもできる。
(D1)平均リッチ変化率RAと平均リーン変化率LAとの積を算出し、この積の絶対値が積判定値以上か否かに基づいて、気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定する。
(D2)平均リッチ変化率RAの絶対値と平均リーン変化率LAの絶対値との差を算出し、この差が差判定値以上か否かに基づいて、気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定する。
(D3)平均リッチ変化率RAおよび平均リーン変化率LAの一方の変化率の符号を反転したものと他方の変化率との差を算出し、この差が差判定値以上か否かに基づいて、気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定する。
(D4)平均リッチ変化率RAに対する平均リーン変化率LAの割合または平均リーン変化率LAに対する平均リッチ変化率RAの割合に基づいて、気筒間ばらつきが発生しているか否かを判定する。

0130

・上記第2実施形態では、変化率和Sが和判定値SXよりも大きいときに気筒間ばらつきが発生している旨判定したが、気筒間ばらつきの発生についての判定方法を次のように変更することもできる。すなわち、平均リッチ変化率RAの絶対値および平均リーン変化率LAの絶対値のうちの大きい方の絶対値が第1判定値以上、かつ小さい方の絶対値が第2判定値(<第1判定値)以上かつ第1判定値未満のとき、気筒間ばらつきが発生している旨を判定することもできる。

0131

・上記各実施形態では、平均リッチ変化率RAの絶対値と平均リーン変化率LAの絶対値との和を変化率和Sとして算出したが、これを以下の(E1)または(E2)に変更することもできる。
(E1)平均リッチ変化率RAの絶対値と平均リーン変化率LAとの和を変化率和Sとして算出する。
(E2)平均リッチ変化率RAと平均リーン変化率LAの符号を負に反転した値との和を変化率和Sとして算出する。

0132

・上記各実施形態では、空燃比AFがリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化する期間の複数の微分値の平均値をリッチ変化率Rとして算出したが、リーン側のピーク値付近の微分値を除外した複数の微分値に基づいてリッチ変化率Rを算出することもできる。

0133

・上記各実施形態では、空燃比AFがリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化する期間の複数の微分値の平均値をリーン変化率Lとして算出したが、リッチ側のピーク値付近の微分値を除外した複数の微分値に基づいてリーン変化率Lを算出することもできる。

0134

・上記各実施形態では、空燃比AFがリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化する期間の複数の微分値の平均値をリッチ変化率Rとして算出したが、リッチ変化率Rの算出方法を次のように変更することもできる。すなわち、空燃比AFがリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化する期間の1つの微分値をリッチ変化率Rとして算出することもできる。

0135

・上記各実施形態では、空燃比AFがリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化する期間の複数の微分値の平均値をリーン変化率Lとして算出したが、リーン変化率Lの算出方法を次のように変更することもできる。すなわち、空燃比AFがリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化する期間の1つの微分値をリーン変化率Lとして算出することもできる。

0136

・上記各実施形態では、空燃比AFがリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化する期間の複数の微分値の平均値をリッチ変化率Rとして算出したが、リッチ変化率Rの算出方法を次のように変更することもできる。すなわち、空燃比AFがリーン側のピーク値からリッチ側のピーク値に向けて変化するときの空燃比AFの変化量、すなわち空燃比AFのリーン側のピーク値とリッチ側のピーク値との差を算出し、この差を前者のピーク値から後者のピーク値に到達するまでの期間で除算した値をリッチ変化率Rとして算出することもできる。

0137

・上記各実施形態では、空燃比AFがリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化する期間の複数の微分値の平均値をリーン変化率Lとして算出したが、リーン変化率Lの算出方法を次のように変更することもできる。すなわち、空燃比AFがリッチ側のピーク値からリーン側のピーク値に向けて変化するときの空燃比AFの変化量、すなわち空燃比AFのリッチ側のピーク値とリーン側のピーク値との差を算出し、この差を前者のピーク値から後者のピーク値に到達するまでの期間で除算した値をリーン変化率Lとして算出することもできる。

0138

・上記各実施形態では、平均リッチ変化率RAおよび平均リーン変化率LAに基づいて変化率和Sおよび変化率商Tを算出したが、1つのリッチ変化率Rおよび1つのリーン変化率Lに基づいて変化率和Sおよび変化率商Tを算出することもできる。

0139

・上記各実施形態では、平均リッチ変化率RAおよび平均リーン変化率LAに基づいて変化率和Sおよび変化率商Tを算出したが、変化率和Sおよび変化率商Tの算出方法を次のように変更することもできる。すなわち、1つのリッチ変化率Rおよび1つのリーン変化率Lに基づいて変化率和Sまたは変化率商Tを算出し、この演算を繰り返して複数の変化率和Sまたは複数の変化率商Tを算出し、複数の変化率和Sの平均値または複数の変化率商Tの平均値を変化率和Sまたは変化率商Tとして算出することもできる。

0140

・上記各実施形態では、平均リッチ変化率RAの絶対値および平均リーン変化率LAの絶対値の和を変化率和Sとして算出したが、リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lとは別の演算値を用いて変化率和Sを算出することもできる。例えば、複数のリッチ変化率Rの和の絶対値と複数のリーン変化率Lの和の絶対値を変化率和Sとして算出することもできる。

0141

・上記各実施形態では、平均リッチ変化率RAに対する平均リーン変化率LAの割合を変化率商Tとして算出したが、リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lの平均値とは別の演算値を用いて変化率商を算出することもできる。例えば、複数のリッチ変化率Rの和に対する複数のリーン変化率Lの和の割合の絶対値を変化率商として算出することもできる。

0142

・上記各実施形態では、平均リッチ変化率RAの絶対値と平均リーン変化率LAの絶対値との和を変化率和Sとして算出したが、平均リッチ変化率RAの絶対値および第1定数の積と平均リーン変化率LAの絶対値および第2定数の積との和を変化率和Sとして算出することもできる。このとき、第1定数と第2定数とを互いに異なるものにすることにより、リッチ変化率Rおよびリーン変化率Lのいずれか一方に重み付けされた変化率和Sを算出することができる。

0143

・上記各実施形態では、平均リッチ変化率RAの絶対値の和および平均リーン変化率LAの絶対値の和を用いて「ばらつき率判定処理」および「ばらつき発生判定処理」を行う構成としたが、平均リッチ変化率RAおよび平均リーン変化率LAの少なくとも一方に所定の演算処理を加えた値を用いて変化率和を算出することもできる。この場合、各変化率の一方に演算処理を加えた値と他方の変化率との和を算出する構成、または各変化率の双方に演算処理を加えた値同士の和を算出する構成を採用することができる。

0144

例えば、平均リッチ変化率RAおよび平均リーン変化率LAの一方を二乗するとともに、この計算により得られた値と他方の変化率との和を変化率和Sとすることもできる。また、平均リッチ変化率RAおよび平均リーン変化率LAの一方に定数を加算するとともに、これと他方の変化率との和を変化率和Sとすることもできる。なお、変化率商Tについても同様に、平均リッチ変化率RAおよび平均リーン変化率LAの少なくとも一方を操作して変化率商を算出することもできる。

0145

・上記各実施形態では、直列4気筒の火花点火内燃機関の空燃比診断装置に本発明を適用したが、本発明を適用することのできる空燃比診断装置はこれに限らない。例えば、直列6気筒または8気筒の火花点火式内燃機関の空燃比診断制御装置に本発明を適用することもできる。要するに、複数の気筒から排出された排気が合流して流れる排気管の集合部の排気の酸素濃度を検出する空燃比センサを備え、空燃比センサの検出値に基づいて気筒間ばらつきに関する判定を行う内燃機関の空燃比診断装置であれば、いずれの空燃比診断装置に対しても本発明を適用することができる。また、その場合にも上記各実施形態の効果に準じた効果が得られる。

0146

1…内燃機関、10…機関本体、11…気筒、12…燃焼室、13…吸気バルブ、14…排気バルブ、15…点火プラグ、16…クランクシャフト、20…吸気装置、21…吸気管、22…分岐部、23…集合部、24…スロットルバルブ、25…インジェクタ、30…排気装置、31…排気管、32…分岐部、33…集合部、34…三元触媒装置、40…制御装置、41…電子制御装置、42…クランクポジションセンサ、43…スロットルポジションセンサ、44…エアフロメータ、45…空燃比センサ。

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