JP2009281328A - 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

【課題】気筒間空燃比ばらつき異常を精度良く検出する。
【解決手段】本発明に係る気筒間空燃比ばらつき異常検出装置は、多気筒内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスの空燃比をそれぞれ検出する第１及び第２の空燃比センサと、第２の空燃比センサに設けられ、排気中に含まれる少なくとも水素を酸化して浄化する触媒要素と、第１及び第２の空燃比センサの出力差ΔＶに基づいて、気筒間空燃比ばらつき異常の有無を判定する異常判定手段とを備える。一部の気筒でインジェクタ等が故障し、空燃比がリッチ側にずれると、排気中の水素量が増加し、第１及び第２の空燃比センサの出力Ｖｆ，Ｖｃの間に差ΔＶが発生する。よってこの出力差ΔＶに基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出する。
【選択図】図７

Description

本発明は、多気筒内燃機関の気筒間空燃比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。

特許文献１には、エンジンの排気管集合部に単一の空燃比センサを配設した多気筒エンジンにおいて、各気筒毎の個別空燃比を算出して気筒毎に空燃比を制御するエンジンの制御装置が開示されている。これにおいては、空燃比センサの出力信号に基づいて空燃比を算出し、この算出した空燃比を所定範囲の周波数成分に分析し、この分析された周波数成分に基づいて気筒別の空燃比を推定している。

特開２０００−２２０４８９号公報

特許文献１に記載の装置のように気筒別の空燃比を推定できれば、これら空燃比同士を比較することで空燃比ばらつき異常を検出できる可能性がある。しかしながら、特許文献１に記載の装置では、空燃比ばらつきに起因する空燃比の変動のみをノイズと分離して検出するのが難しく、そのノイズの影響で、周波数分析の結果ひいては気筒別空燃比の推定値に誤差が生じ、結果的に空燃比ばらつき異常を精度良く検出できないという問題がある。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、気筒間空燃比ばらつき異常を精度良く検出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。

本発明の一態様によれば、
多気筒内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスの空燃比をそれぞれ検出する第１及び第２の空燃比センサと、
前記第２の空燃比センサに設けられ、排気中に含まれる少なくとも水素を酸化して浄化する触媒要素と、
前記第１及び第２の空燃比センサの出力差に基づいて、気筒間空燃比ばらつき異常の有無を判定する異常判定手段と
を備えた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。

多気筒のうちの一部の気筒で空燃比がリッチ側にずれると、排気中の水素濃度が極端に増加する傾向がある。一方、水素を含む排気ガスが触媒要素を通過すると水素が酸化して浄化される。よって触媒要素を通過せず、水素が浄化されていない排気ガスを検出する第１の空燃比センサの出力は、触媒要素を通過して水素が浄化された排気ガスを検出する第２の空燃比センサの出力よりも、水素の影響でリッチ側にずれる。そこでこの特性を利用し、両センサの出力差に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常の有無が判定される。ノイズの影響を受けづらく、気筒間空燃比ばらつき異常を精度良く検出することができる。

好ましくは、前記異常判定手段が、前記出力差を所定の異常判定値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常の有無を判定するものであり、前記気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が、前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、当該吸入空気量の検出値に応じて前記異常判定値を変更するか又は前記出力差を補正する手段とをさらに備える。

本発明者らの研究結果によれば、空燃比ばらつき度合いが一定であっても、吸入空気量が少ない場合と多い場合とでは、前者より後者の方が出力差が大きくなることが判明した。よって検出精度向上の観点から、検出された吸入空気量の値に応じて、異常判定値を変更するか、又は出力差を補正するのが好ましい。こうすることにより運転条件の相違を加味した検出を行え、運転条件の相違による誤検出を未然に防止することができる。

好ましくは、前記気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が、前記内燃機関が過渡運転状態にあるか否かを判定する過渡判定手段と、前記内燃機関が過渡運転状態にあると前記過渡判定手段により判定されたとき、前記異常判定手段による判定を禁止させる過渡運転時禁止手段とをさらに備える。

加速或いは減速といった内燃機関の過渡運転時には、所謂リッチ外乱或いは空燃比荒れが発生し、空燃比ばらつき異常が発生していないにも拘わらず発生水素量が多くなって大きな出力差が検出され、空燃比ばらつき異常有りと誤判定してしまう可能性がある。よって、内燃機関が過渡運転状態にあるときに異常判定を禁止させるようにすれば、かかる誤判定を未然に防止し検出精度を高めることができる。

好ましくは、前記過渡判定手段が、スロットル開度及び機関回転速度の少なくとも一方の所定時間当たりの変化量が所定値以上であるとき、前記内燃機関が過渡運転状態にあると判定する。

好ましくは、前記気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が、前記第１の空燃比センサによって検出された排気空燃比を所定の目標空燃比に一致させるように空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段と、前記目標空燃比がストイキよりリーンであるとき、前記異常判定手段による判定を禁止させるリーン運転時禁止手段とをさらに備える。

目標空燃比をストイキよりリーンとする空燃比制御が実行されていると、空燃比ばらつき異常が発生していても、リッチズレ気筒における発生水素量が少なくなるので、小さな出力差しか得られず、空燃比ばらつき異常無しと誤判定してしまう可能性がある。よって、空燃比制御における目標空燃比がストイキよりリーンであるときに異常判定を禁止させるようにすれば、かかる誤判定を未然に防止し検出精度を高めることができる。

好ましくは、前記出力差が、前記第１及び第２の空燃比センサの出力の極大ピーク同士の差及び極小ピーク同士の差の少なくとも一方からなる。

気筒間空燃比ばらつきが発生した場合、第１の空燃比センサの出力及び第２の空燃比センサの出力は、同一空燃比相当の値を中心に同一周期で振動するようになるが、振動の振幅は後者より前者の方が大きく、また後者の振動は前者の振動よりある時間差をもって遅れる。よって出力差としては、同一タイミングにおける出力差ではなく、両者の極大ピークが個々に発生したタイミングでの極大ピーク同士の差、及び両者の極小ピークが個々に発生したタイミングでの極小ピーク同士の差の少なくとも一方とするのが好ましい。こうすることにより、両出力の時間差の影響を受けずにより高精度に空燃比ばらつき異常を検出することができる。

好ましくは、前記第１及び第２の空燃比センサが、前記排気通路の長手方向における同一位置に配置されている。

また好ましくは、前記排気通路に排気ガスを浄化するための触媒が設けられ、前記第１及び第２の空燃比センサが前記触媒の上流側に配置されている。

本発明の別の態様によれば、
多気筒内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスの空燃比をそれぞれ検出する第１及び第２の空燃比センサと、
前記第２の空燃比センサに設けられ、排気中に含まれる少なくとも水素を酸化して浄化する触媒要素と、
前記第１及び第２の空燃比センサの各出力に基づいて、前記第１の空燃比センサの出力を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする空燃比センサの出力補正装置が提供される。

本発明者らは、上述の原理を応用した空燃比センサの出力補正装置を創案した。即ち、触媒要素のない第１の空燃比センサの出力については、水素反応による応答遅れがないという利点があるものの、水素影響により出力が真の値からずれるという欠点がある。これに対し、触媒要素のある第２の空燃比センサの出力については、逆に、水素反応による応答遅れがあるという欠点があるものの、水素影響による出力ずれがないという利点がある。制御上好ましい空燃比センサ出力は、両者の欠点が無く利点を兼ね備えた出力であるということが言え、即ち、位相については第１の空燃比センサと同等で、大きさについては第２の空燃比センサと同等な出力であるということが言える。そこでこのような空燃比センサ出力を得られるように、本発明の別の態様では、第１及び第２の空燃比センサの各出力に基づいて、第１の空燃比センサの出力を補正する。これにより制御上好ましい第１の空燃比センサの出力を得ることができ、第１の空燃比センサの出力に基づく空燃比制御等を好適に実行することができる。

好ましくは、前記補正手段が、前記第１及び第２の空燃比センサの出力の極大ピーク及び極小ピークの少なくとも一方に基づいて前記第１の空燃比センサの出力を補正する。

前述したように、第２の空燃比センサの出力は第１の空燃比センサの出力よりも遅れる。よって同一タイミングでなく、各極大ピーク又は各極小ピークが発生したタイミングでの極大ピーク及び極小ピークの少なくとも一方に基づいて第１の空燃比センサの出力を補正することとすれば、好適な出力補正が実現可能となる。

本発明によれば、気筒間空燃比ばらつき異常を精度良く検出することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明を実施するための最良の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は自動車用の多気筒内燃機関であり、より具体的には並列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内の混合気に点火するための点火プラグ７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の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気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、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。

シリンダヘッドには、燃焼室３内に直接燃料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ている。ピストン４の上面には図示しない凹部が形成され、インジェクタ１２から凹部に向けて燃料を噴射することにより、点火プラグ７の近傍にリッチな混合気層を形成すると共にその周囲にリーンな混合気層を形成し、所謂リーンバーン運転を実現可能となっている。

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１４ａと、その下流部をなす排気集合部１４ｂとからなる。排気集合部１４ｂの下流側には排気管６が接続されている。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。排気管６には三元触媒からなる触媒１１が取り付けられている。

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空燃比センサ、即ち触媒前センサ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、触媒１１の直前及び直後の位置の排気通路に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。このように、排気合流部となる排気通路に単一の触媒前センサ１７が設置されている。

また、触媒１１の上流側、特に直前位置の排気通路に、触媒付触媒前センサ３０が設置されている。触媒付触媒前センサ３０は、触媒前センサ１７と同じ構成の空燃比センサに触媒要素を設けたものであり、具体的にはそのセンサ素子に触媒層を設けたものである。触媒付触媒前センサ３０も触媒前センサ１７と同様、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。本実施形態において、触媒付触媒前センサ３０は、排気通路の長手方向において、触媒前センサ１７と同一位置に配置されている。触媒前センサ１７が本発明にいう第１の空燃比センサをなし、触媒付触媒前センサ３０が本発明にいう第２の空燃比センサをなす。

なお本実施形態では、触媒後センサ１８の下流側にも、触媒１１と同様の三元触媒からなる触媒１９が取り付けられている。

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、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０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ＥＣＵ２０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、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。ＥＣＵ２０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、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。なおスロットル開度はアクセル開度に応じた開度に制御され、アクセル開度が大きくなるほどスロットル開度も大きくなる。ＥＣＵ２０はクランク角センサ１６の検出値に基づき、内燃機関１の回転速度を計算する。

触媒１１，１９は、流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）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。加えて、触媒１１，１９と、触媒付触媒前センサ３０の触媒要素とは、排気中に混入する水素Ｈ₂も酸化（燃焼）して浄化する。

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には触媒前センサ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であるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）であり、このストイキを境に空燃比−電圧特性の傾きが変化する。かかる出力特性は触媒付触媒前センサ３０についても同様である。触媒付触媒前センサ３０の出力電圧をＶｃとし、そのストイキ相当値を触媒前センサ１７と同じ値であるＶｒｅｆｆとする。

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３には触媒後センサ１８の出力特性を示す。図示するように、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒはストイキを境に過渡的に変化し、検出した排気空燃比がストイキよりリーンのときには０．１Ｖ程度の低い電圧を示し、検出した排気空燃比がストイキよりリッチのときには０．９Ｖ程度の高い電圧を示す。これらのほぼ中間の電圧Ｖｒｅｆｒ＝０．４５Ｖをストイキ相当値とし、センサ出力電圧がＶｒｅｆｒより高いときには排気空燃比はストイキよりリッチ、センサ出力電圧がＶｒｅｆｒより低いときには排気空燃比はストイキよりリーンというように、排気空燃比を検出している。

図４に触媒付触媒前センサ３０のセンサ素子の断面を示す。センサ素子６０は、絶縁層６１と、絶縁層６１に固着された板状の固体電解質６２と、この固体電解質６２の表裏面に互いに対向するよう設置された一対の電極６３，６４とを備える。例えば、絶縁層６１はアルミナ等の高熱伝導性セラミックスからなり、固体電解質６２は部分安定化ジルコニア製のシートからなる。電極６３，６４は白金からなる。絶縁層６１のうち、内側の電極６４に対面する部位には大気室６５が形成されており、電極６４が大気に晒されるようになっている。絶縁層６１にはヒータ６６が埋設されている。排気側電極６３及び固体電解質６２の上に、例えば多孔質セラミックからなる拡散抵抗層６８が積層され、拡散抵抗層６８の上に遮蔽層６９が積層されている。素子雰囲気の排ガスは、拡散抵抗層６８の入口面６８ａから拡散抵抗層６８の内部に浸入し、拡散抵抗層６８の内部を拡散して排気側電極６３に至る。このとき排気側電極６３に到達したガスの酸素濃度に応じた限界電流が電極６３，６４間に流れ、この限界電流に基づきセンサ出力が構築される。

触媒付触媒前センサ３０は、拡散抵抗層６８の入口面６８ａに、触媒要素としての触媒層７０を設けたものである。この触媒層７０によって排気中の水素が浄化され、水素が除かれたガスが排気側電極６３に到達して検知される。触媒層７０は、触媒１１，１９と同様、活性点をなす貴金属（Ｐｔ等）を含み、水素の他、他の排気中有害成分（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）をも浄化可能である。ガスは触媒層７０を通過可能である。この触媒付触媒前センサ３０から触媒層７０を除いたものが触媒前センサ１７の構成である。即ち触媒前センサ１７には触媒層７０（触媒要素）が設けられていない。

ここで燃焼室３から排出された排気中に水素が含まれている場合、この水素が含まれた排気ガスの空燃比即ち第１の排気空燃比が、第１の空燃比センサである触媒前センサ１７によって検出される。一方、この水素を含む排気ガスが触媒層７０を通過すると、排気中の水素が触媒層７０によって浄化される。この触媒層７０を通過した後の、水素が浄化された排気ガスの空燃比即ち第２の排気空燃比が、第２の空燃比センサである触媒付触媒前センサ３０によって検出される。

一方、燃焼室３内の混合気ひいては排気ガスの空燃比がＥＣＵ２０により制御される。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に一致させるようにする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目標空燃比に一致させるようにする補助空燃比フィードバック制御とからなる。通常、目標空燃比はストイキに等しく設定され、即ちストイキ制御ないしストイキ運転が行われ、触媒１１，１９にストイキ近傍の排気ガスを供給して排気中の有害成分（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）を触媒１１，１９により高効率で浄化するようにしている。しかしながら、燃費要求の高いような運転状態では、ストイキよりリーンな目標空燃比が設定されることもあり、即ちリーンバーン制御ないしリーンバーン運転が行われることもある。このとき触媒１１，１９で浄化しきれないＮＯｘは、排気通路に設置された図示しないＮＯｘ触媒で浄化される。

次に、本実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常検出について説明する。

例えば、インジェクタ等の燃料供給系やエアフローメータ等の空気系に全気筒に影響を及ぼすような異常が発生した場合、主空燃比フィードバック制御の補正量の絶対値が大きくなるため、これをＥＣＵでモニタすることでその異常を検出できる。例えば、ストイキ制御中、燃料噴射量が全体的にストイキ相当量より５％ずれている（即ち、全ての気筒において燃料噴射量がストイキ相当量より５％ずつずれている）と、主空燃比制御におけるフィードバック補正量はその５％ズレを補正するような値、即ち−５％相当の補正量となり、これにより燃料供給系若しくは空気系が５％ずれていることを検出することができる。そしてこのフィードバック補正量が比較的大きい所定値以上となったときに、燃料供給系若しくは空気系が全体として異常であることを検出することができる。

一方、燃料供給系や空気系が全体的にずれているのではなく、気筒間にばらつき（インバランス：imbalance）が発生している場合を考える。図５は、１気筒（＃１気筒）のみが他の３気筒（＃２〜＃４気筒）よりも空燃比リッチ側にずれている場合を示す。例えば、＃１気筒のインジェクタに異常が発生し、＃１気筒の燃料噴射量がストイキ相当から大きく２０％ずれており、他方、＃２〜＃４気筒では正常で、燃料噴射量がストイキ相当であるとする。このときトータルで見れば２０％のずれであり（２０＋０＋０＋０＝２０）、これは、全気筒が５％ずつずれているときと同じとなるはずである（５＋５＋５＋５＝２０）。

しかし、１気筒のみ大きくリッチ側にずれているときの方が、全気筒で少なく均等にリッチ側にずれているときよりも、燃焼室から発生する水素量が多くなる。そしてこの水素量が多くなった分、排気中の酸素濃度が減少することから、触媒前センサ１７の出力Ｖｆは、１気筒のみずれているときの方が全気筒均等にずれているときよりもリッチ側にずれることとなる。

図６には、ストイキ相当量を基準噴射量Ｑｓとした場合のある１気筒におけるインバランス割合（％）と、当該１気筒の燃焼室で発生する水素量（ｇ）との関係を示す。図示するように、インバランス割合が増加するほど、発生水素量は二次関数的に増加する。よって１気筒のみリッチ側に２０％ずれた場合の方が、全気筒が５％ずつずれた場合よりトータルでの発生水素量が多くなり、触媒前センサ出力Ｖｆはよりリッチ側の値を示すようになる。

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に関するパラメータである。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。

トータルとして同等のずれであっても、気筒間に空燃比ばらつきのある場合の方が、全体がずれている場合よりもエミッションが悪化する。例えば後者で、全気筒が５％ずつずれている場合には、例えば補助空燃比フィードバック制御で−５％の補正を行えば、全気筒一律に５％ずれを解消することができる。しかし前者で、１気筒のみ２０％ずれている場合には、補助空燃比フィードバック制御で−５％の補正をしても、＃１気筒＝１５％、＃２気筒＝−５％、＃３気筒＝−５％、＃４気筒＝−５％のずれとなり、トータルではズレが解消しているように見えるが（１５＋（−５）＋（−５）＋（−５）＝０）、気筒別に見ればズレているのであり、よって気筒単位でエミッションが悪化する。

一方、主空燃比フィードバック制御では、トータルとしての触媒前空燃比を検出してこれをストイキとするよう制御するため、主空燃比フィードバック制御の補正量からは、気筒間空燃比ばらつきが発生していることを検出することができない。つまり気筒間空燃比ばらつきが発生していても、トータルでのズレ量がゼロであれば補正量もゼロとなり、見掛け上はあたかも主空燃比フィードバック制御が問題なく正常に行われているように見えてしまう。

そこで、本実施形態では、気筒間空燃比ばらつきがある場合に全体がずれている場合よりも水素量が多くなり、触媒前センサ出力Ｖｆがリッチ側にずれるという特性を利用して、以下のようにして気筒間空燃比ばらつき異常を検出することとしている。

排気中に水素が含まれている場合、この排気に、触媒付触媒前センサ３０の触媒層７０を作用させることにより、排気中の水素を酸化（燃焼）して浄化することができる。そして、触媒層７０を通過せず水素が浄化されていない排気の空燃比即ち第１の排気空燃比を第１の空燃比センサたる触媒前センサ１７で検出する一方で、触媒層７０を通過し水素が浄化された排気の空燃比即ち第２の排気空燃比を第２の空燃比センサたる触媒付触媒前センサ３０で検出する。触媒前センサ１７の出力Ｖｆは、触媒付触媒前センサ３０の出力Ｖｃよりも、水素の影響でリッチ側にずれる。そこでこれらセンサの出力差ΔＶ＝Ｖｃ−Ｖｆに基づき、気筒間空燃比ばらつき異常が検出される。

分かり易くいうと、水素影響のない触媒付触媒前センサ出力Ｖｃが真の排気空燃比を反映した値であり、水素影響を含む触媒前センサ出力Ｖｆは、真の排気空燃比に水素分が加わって見掛け上リッチにずれた排気空燃比を反映した値である。言ってしまえば、触媒前センサ１７が騙されているのである。一部気筒の残部気筒に対する空燃比リッチずれ量が多いほど、水素分は二次関数的に多くなる。よって触媒前センサ出力Ｖｆが触媒付触媒前センサ出力Ｖｃよりもリッチ側に大きくずれているとき、即ちこれら出力差ΔＶが大きいとき、気筒間空燃比ばらつき異常が発生しているとみなせるのである。

以下、この原理に従う気筒間空燃比ばらつき異常検出について詳しく述べる。

図７には、気筒間空燃比ばらつきが発生したときに各気筒から排出される排気ガスの空燃比、即ち機関Ａ／Ｆ（（Ａ）図）と、これに対応した触媒前センサ出力Ｖｆ及び触媒付触媒前センサ出力Ｖｃ（（Ｂ）図）との対応関係を示す。図示例では、ストイキ制御の実行中、＃１気筒のみでストイキ相当量より多い燃料が噴射されて排気空燃比がストイキよりリッチとなり（これをａで示す）、他の＃２〜＃４気筒ではストイキ相当量が噴射されて排気空燃比もストイキとなっている。この場合、＃１気筒のリッチな排ガスに応答して、触媒前センサ出力Ｖｆ及び触媒付触媒前センサ出力Ｖｃもストイキ相当値Ｖｒｅｆｆからリッチ側に変化する。このときの変化量は、水素の影響を受ける触媒前センサ出力Ｖｆの方が、水素の影響を受けない触媒付触媒前センサ出力Ｖｃよりも大きい。両出力の差（特に両出力の極小ピーク同士の差）ΔＶ＝Ｖｃ−Ｖｆは、＃１気筒で発生した水素量の大きさを表し、即ち＃１気筒の他の＃２〜＃４気筒に対するばらつき度合いを表す。そこで、出力差ΔＶが所定の異常判定値ΔＶｓ以上であれば、気筒間空燃比ばらつき異常有りと判定し、逆に出力差ΔＶが所定の異常判定値ΔＶｓ未満であれば、気筒間空燃比ばらつき異常無しと判定する。

ところで、触媒前センサ１７及び触媒付触媒前センサ３０の応答性や、排気ガス中の水素濃度は、例えば吸入空気量Ｇａ等といった運転条件に応じて変化する。例えば、吸入空気量Ｇａが減少するほど両センサの応答性は悪化する。また吸入空気量Ｇａが増大すると、燃焼温度が上昇し、熱解離が促進されて排気中の水素濃度が増大する。

図８は、かかる運転条件の相違による出力差ΔＶの相違を示す。（Ａ）に示す如く空燃比ばらつき度合いが一定であっても、（Ｂ）に示す吸入空気量Ｇａが少ない場合（低Ｇａの場合）と、（Ｃ）に示す吸入空気量Ｇａが多い場合（高Ｇａの場合）とでは、前者より後者の方が出力差ΔＶが大きくなる。従って、検出精度向上の観点から、エアフローメータ５により検出された吸入空気量Ｇａの値に応じて、出力差ΔＶを補正するか、又はその比較対象である異常判定値ΔＶｓを変更するのが好ましい。本実施形態では、異常判定値ΔＶｓを変更するようにしており、即ち、吸入空気量Ｇａが少ないほど、異常判定値ΔＶｓはより小さな値となるよう変更される（図１４参照）。これにより運転条件の相違を加味した検出を行え、運転条件の相違による誤検出を未然に防止することができる。なお、出力差ΔＶを補正する場合には、吸入空気量Ｇａが少ないほど、出力差ΔＶをより大きな値とするよう補正するのが好ましい。

ところで、加速或いは減速といった内燃機関の過渡運転時には、所謂リッチ外乱或いは空燃比荒れが発生し、空燃比ばらつき異常が発生していないにも拘わらず水素が多く発生し大きな出力差ΔＶが検出されて、空燃比ばらつき異常有りと誤検出してしまう可能性がある。

図９は、内燃機関の過渡運転時に大きな出力差ΔＶが検出されてしまった場合を示す。図示例において、空燃比ばらつき異常が発生しておらず且つストイキ制御が実行されているが、過渡運転の影響で（Ａ）図にｂで示すように機関Ａ／Ｆが一時的にストイキよりもリッチとなり、これに応答して（Ｂ）図に示すように触媒前センサ出力Ｖｆ及び触媒付触媒前センサ出力Ｖｃもストイキ相当値Ｖｒｅｆｆからリッチ側に一時的に変化している。このとき、両センサの出力差ΔＶが異常判定値ΔＶｓ以上であれば、空燃比ばらつき異常有りと誤判定してしまう。

そこで本実施形態では、内燃機関の過渡運転時には、空燃比ばらつき異常の有無の判定を禁止し、即ち空燃比ばらつき異常の検出を実質的に禁止する。これにより、過渡運転時のリッチ外乱による誤検出を未然に防止し検出精度を高めることができる。

内燃機関が過渡運転状態にあるか否かは、スロットル開度及び機関回転速度の少なくとも一方に基づき判断される。即ち、スロットル開度の所定時間当たりの変化量が所定値以上であること、及び機関回転速度の所定時間当たりの変化量が所定値以上であることの少なくとも一方の条件が成立したとき、内燃機関が過渡運転状態にあると判断され、そうでないときには内燃機関が過渡運転状態にないと判断される。スロットル開度は、スロットルバルブ１０に設けられたスロットル開度センサ（図示せず）により検出され、機関回転速度はクランク角センサ１６の出力に基づき計算される。なお、アクセル開度センサ１５により検出されたアクセル開度の所定時間当たりの変化量が所定値以上であることを、過渡運転状態にあると判断するための条件に含めてもよい。

ところで、本実施形態では、目標空燃比をストイキとするストイキ制御の他、目標空燃比をストイキよりリーンな所定値とするリーンバーン制御が実行可能となっている。かかるリーンバーン制御が実行されていると、空燃比ばらつき異常が発生していても、リッチズレ気筒における発生水素量が少なくなるので、小さな出力差ΔＶしか得られず、空燃比ばらつき異常無しと誤検出してしまう可能性がある。

図１０は、リーンバーン制御時に空燃比ばらつき異常が発生しているにも拘わらず小さな出力差ΔＶしか検出されなかった場合を示す。図示例において、目標空燃比は（Ａ）に示す如くストイキよりリーンな所定値に設定されているが、＃１気筒が異常で目標空燃比相当量より多い燃料が噴射されている（ｃ参照）。他の＃２〜＃４気筒では目標空燃比相当量の燃料が噴射されている。この場合、＃１気筒の、目標空燃比よりリッチな排ガスに応答して、触媒前センサ出力Ｖｆ及び触媒付触媒前センサ出力Ｖｃも目標空燃比相当値（＞Ｖｒｅｆｆ）からリッチ側に変化するが、両出力の差ΔＶは小さい。このとき出力差ΔＶが異常判定値ΔＶｓ未満であれば、空燃比ばらつき異常無しと誤判定してしまう。

そこで本実施形態では、主空燃比フィードバック制御の目標空燃比がストイキよりリーンであるときには、空燃比ばらつき異常の有無の判定を禁止し、即ち空燃比ばらつき異常の検出を実質的に禁止する。これにより、リーンバーン制御により発生水素量が少なくなったことに起因する誤検出を未然に防止し、検出精度を高めることができる。

ところで、気筒間空燃比ばらつきが発生した場合の触媒前センサ１７の実際の出力波形は図１１に示す通りとなる。図中、（Ａ）図はクランク角（°ＣＡ）、（Ｂ）図はストイキ制御中の触媒前センサ出力Ｖｆを空燃比に換算してなる触媒前空燃比Ａ／Ｆｆを示す。図示するように、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆはストイキを中心として１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）を１周期としつつ振動する傾向にあるが、気筒間空燃比ばらつきが発生すると、その度合いに応じて、振動の振幅が大きくなる。（Ｂ）の線図ｄ，ｅ，ｆはそれぞればらつき無し、１気筒のみ２０％のインバランス割合でリッチずれ、及び１気筒のみ５０％のインバランス割合でリッチずれの場合を示す。見られるように、ばらつき度合いが大きくなるほど振動の振幅が大きくなる。そしてその振幅は、水素の影響により、リーン側よりもリッチ側の方が大きくなる傾向にある。

ここで、触媒付触媒前センサ３０については、水素の影響を受けないことから、同一のばらつき度合いに対して触媒前センサ１７のときよりも振動の振幅が小さくなる傾向にある。これを図示したのが図１２である。図１２に示すように、同一の空燃比ばらつき度合いに対して、触媒付触媒前センサ出力Ｖｃは、触媒前センサ出力Ｖｆよりも小さな振幅で振動する。但しストイキ相当値Ｖｒｅｆｆを中心として振動する点、及び１エンジンサイクルを１周期とする点では触媒前センサ出力Ｖｆと同様である。触媒付触媒前センサ３０では触媒層７０で水素の酸化反応等が起こるため、その反応時間を要する分、応答が触媒前センサ１７より遅れる傾向にある。図中のｔｄはこの遅れ時間を示す。

このように触媒前センサ出力Ｖｆと触媒付触媒前センサ出力Ｖｃとの間には時間差があるため、出力差ΔＶを検出する際には、同一タイミングでなく、両者の極大ピーク又は極小ピークが個々に発生したタイミングでその極大ピーク又は極小ピークを検出し、その極大ピーク又は極小ピーク同士の差を算出して、これを出力差ΔＶとするのが好ましい。ここで、極大ピークについては添字ｍａｘを用いて表し、極小ピークについては添字ｍｉｎを用いて表す。例えば、触媒前センサ出力Ｖｆの極大ピークはＶｆｍａｘ、触媒前センサ出力Ｖｆの極小ピークはＶｆｍｉｎで表される。また、触媒前センサ出力の極大ピークＶｆｍａｘと、触媒付触媒前センサ出力の極大ピークＶｃｍａｘとの差はΔＶｍａｘで表される。

特に、ストイキよりリッチ側で水素の発生が顕著となることから、リッチ側の極小ピーク同士の出力差ΔＶｍｉｎは、リーン側の極大ピーク同士の出力差ΔＶｍａｘより大きくなる傾向がある。本実施形態は、水素影響の有無によるセンサ出力差を利用して空燃比ばらつき異常を検出するものであるから、水素影響の少ないリーン側よりは水素影響の多いリッチ側の方が検出に好ましい。よって、少なくとも極小ピーク同士の出力差ΔＶｍｉｎに基づいて、空燃比ばらつき異常を検出するのが好ましい。

本実施形態における異常検出ルーチンを図１３を参照しつつ説明する。当該ルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１では、異常検出を行うのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、エンジンの暖機が終了していること、触媒１１，１９が活性化していること、全ての空燃比センサ１７，１８，３０が活性化していることの全ての条件が満たされた場合に、前提条件成立となる。

前提条件が成立していない場合、直ちに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、ステップＳ１０２、Ｓ１０３において、エンジンが過渡運転状態にあるか否かが判定される。まずステップＳ１０２において、検出されたスロットル開度ＴＨの所定時間当たりの変化量ΔＴＨが所定値ΔＴＨｓ以上であるか否かが判断される。ΔＴＨ≧ΔＴＨｓのときにはエンジンが過渡運転状態にあるとみなされ、直ちにルーチンが終了される。これにより、後述のステップＳ１０９で空燃比ばらつき異常有りと判定されることはなくなり、異常判定ないし異常検出は実質的に禁止される。

ΔＴＨ＜ΔＴＨｓのときには、ステップＳ１０３に進んで、検出された機関回転速度Ｎｅの所定時間当たりの変化量ΔＮｅが所定値ΔＮｅｓ以上であるか否かが判断される。ΔＮｅ≧ΔＮｅｓのときにはエンジンが過渡運転状態にあるとみなされ、直ちにルーチンが終了される。これにより異常判定ないし異常検出は実質的に禁止される。

他方、ΔＮｅ＜ΔＮｅｓのときには、エンジンが過渡運転状態にないとみなされ、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４においては、エンジンがリーンバーン運転中であるか否か、即ち空燃比制御の目標空燃比Ａ／Ｆｔがストイキより大きい（リーン）か否かが判定される。目標空燃比Ａ／Ｆｔがストイキより大きい場合、エンジンがリーンバーン運転中であるとみなされ、直ちにルーチンが終了される。これにより、後述のステップＳ１０９で空燃比ばらつき異常有りと判定されることはなくなり、異常判定ないし異常検出は実質的に禁止される。

他方、目標空燃比Ａ／Ｆｔがストイキ以下である場合、エンジンはリーンバーン運転中でない（通常はストイキ運転中である）とみなされ、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５においては、検出された吸入空気量Ｇａに応じた異常判定値ΔＶｓが、ＥＣＵ２０に予め記憶されたマップ（関数でもよい）から算出される。このマップによれば、図１４に実線で示すように、吸入空気量Ｇａが少ないほど小さな異常判定値ΔＶｓが得られる。よって吸入空気量Ｇａが少なくなるほど小さくなる出力差ΔＶに対応して、異常判定値ΔＶｓを小さくなるよう変更し、誤検出、誤判定を防止できる。

次に、ステップＳ１０６において、実際に検出された出力差ΔＶが異常判定値ΔＶｓ以上であるか否かが判断される。このとき前述したように、出力差ΔＶとしては、触媒前センサ出力Ｖｆと触媒付触媒前センサ出力Ｖｃとの極大ピーク同士の差ΔＶｍａｘ＝｜Ｖｃｍａｘ−Ｖｆｍａｘ｜、及び両センサ出力の極小ピーク同士の差ΔＶｍｉｎ＝｜Ｖｃｍｉｎ−Ｖｆｍｉｎ｜の少なくとも一方を用いるのが好ましく、特に極小ピーク同士の差ΔＶｍｉｎを用いるのが好ましい。本実施形態では、ルーチン実行直前で検出された最新の極大ピーク同士の差ΔＶｍａｘ又は極小ピーク同士の差ΔＶｍｉｎを用いるようにしている。

ΔＶ＜ΔＶｓのときは、直ちにルーチンが終了され、実質的にばらつき異常はないと判定される。他方、ΔＶ≧ΔＶｓのときは、ばらつき異常が発生しているとみなされ、ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０に装備されたカウンタの値Ｃが１だけ増加（インクリメント）される。

次にステップＳ１０８においてカウンタ値Ｃが所定値Ｃｓと比較される。Ｃ＜Ｃｓのときはルーチンが終了され、他方Ｃ≧Ｃｓのときは、ステップＳ１０９において、最終的に空燃比ばらつき異常ありと判定され、ルーチンが終了される。なおステップＳ１０９における異常判定と同時に、そ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るのが好ましい。

このように本実施形態では、ΔＶ≧ΔＶｓとなる回数をカウントしてその回数が所定値Ｃｓに達したとき、即ちΔＶ≧ΔＶｓとなる状態が所定時間以上継続したときに、最終的なばらつき異常判定を行うようにして、検出精度の向上を図っている。

ところで、図１４に示したマップに関して、所定の吸入空気量Ｇａ１以上の領域では図中一点鎖線で示すように、異常判定値ΔＶｓを一定値ΔＶｓ１としてもよい。かかる異常判定値ΔＶｓ１以上の大きな出力差ΔＶが得られる場合には、吸入空気量Ｇａの大きさとは無関係に空燃比ばらつき異常が発生しているとみなせるからである。

次に、上記の原理を応用した空燃比センサの出力補正について説明する。

図１２に示したように、触媒層７０のない触媒前センサ１７の出力Ｖｆについては、水素反応による応答遅れがないという利点があるものの、水素影響により出力が真の値からずれるという欠点がある。これに対し、触媒層７０のある触媒付触媒前センサ３０の出力Ｖｃについては、逆に、水素反応による応答遅れがあるという欠点があるものの、水素影響による出力ずれがないという利点がある。よって、制御上好ましい空燃比センサ出力（触媒前センサ出力Ｖｆ）は、両者の欠点が無く且つ利点を兼ね備えた出力であるということが言え、即ち、位相については触媒前センサ出力Ｖｆと同等で、大きさについては触媒付触媒前センサ出力Ｖｃと同等である破線Ｖｆ’で示したような出力であるということが言える。

そこでここでは、触媒前センサ出力Ｖｆを破線で示したような出力Ｖｆ’に補正する装置及び方法を提案する。簡単な例で説明すると、図１２に示すように、例えば触媒前センサ出力の極大ピークＶｆｍａｘが先に現れ、その後遅れ時間ｔｄが経過した時点で、触媒付触媒前センサ出力の極大ピークＶｃｍａｘが現れる。後者が現れた時点で、両者の出力差ΔＶｍａｘ＝｜Ｖｃｍａｘ−Ｖｆｍａｘ｜が算出可能である。この出力差ΔＶｍａｘを触媒前センサ出力の極大ピークＶｆｍａｘから減じた値が、補正後の触媒前センサ出力Ｖｆ’の極大ピークである。この極大ピークは、触媒付触媒前センサ出力の極大ピークＶｃｍａｘと等しい大きさであり、且つ補正前の触媒前センサ出力の極大ピークＶｆｍａｘと同位相である。同様の処理を極小ピークについても行うことにより、補正後の触媒前センサ出力Ｖｆ’の極小ピークを得ることができる。

しかしながら、制御上は補正後の触媒前センサ出力Ｖｆ’を連続的且つ逐次的に得ることが要求されるので、これを達成すべく、両センサ出力Ｖｆ，Ｖｃに基づいて、特に両センサ出力の極大ピーク及び極小ピークの少なくとも一方に基づいて、以下の如く触媒前センサ出力Ｖｆを補正するようにしている。特にそれらに基づいて、補正係数を算出し、当該補正係数を用いて触媒前センサ出力Ｖｆを補正する。

図１５に補正係数の算出ルーチンを示す。当該ルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ２０１では、補正係数算出を行うのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、エンジンの暖機が終了していること、触媒１１，１９が活性化していること、全ての空燃比センサ１７，１８，３０が活性化していることの全ての条件が満たされた場合に、前提条件成立となる。

前提条件が成立していない場合、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、ステップＳ２０２において、触媒前センサ出力の極大ピークＶｆｍａｘ又は極小ピークＶｆｍｉｎが発生したか否かが判断される。それらが発生していない場合にはルーチンが終了され、他方、それらが発生している場合には、ステップＳ２０３において、発生した極大ピークＶｆｍａｘ又は極小ピークＶｆｍｉｎの値が取得され、記憶される。

次に、ステップＳ２０４において、触媒付触媒前センサ出力の極大ピークＶｃｍａｘ又は極小ピークＶｃｍｉｎが発生したか否かが判断される。それらが発生していない場合にはルーチンが終了され、他方、それらが発生している場合には、ステップＳ２０５において、発生した極大ピークＶｃｍａｘ又は極小ピークＶｃｍｉｎの値が取得され、記憶される。

これによれば、ステップＳ２０３及びＳ２０５で両センサ出力の互いに対応する極大ピークの組、又は極小ピークの組が取得されることとなる。即ちステップＳ２０３で、触媒前センサ出力の極大ピークＶｆｍａｘが取得された場合には、ステップＳ２０５で、その直後に現れる触媒付触媒前センサ出力の極大ピークＶｃｍａｘが取得される。またステップＳ２０３で、触媒前センサ出力の極小ピークＶｆｍｉｎが取得された場合には、ステップＳ２０５で、その直後に現れる触媒付触媒前センサ出力の極小ピークＶｃｍｉｎが取得される。

次に、ステップＳ２０６において、ＥＣＵ２０に内蔵のカウンタの値ｉが所定値ｉｓ（本実施形態では４）以上となったか否かが判断される。ｉ＜ｉｓのときはステップＳ２０７においてカウンタ値Ｃが１だけ増加（インクリメント）された後、ルーチンが終了される。こうして、ステップＳ２０１〜Ｓ２０７を繰り返し実行することにより、トータルで所定値ｉｓに等しい極大ピークの組と極小ピークの組とが取得されることになる。本実施形態のようにｉｓ＝４とした場合には、各センサ出力波形の２周期分に相当した、二組ずつの極大ピーク及び極小ピークが取得されることになる。

他方、ｉ≧ｉｓのときはステップＳ２０８において、取得した各値の平均値が算出される。即ちここでは、触媒前センサ出力の極大ピークＶｆｍａｘ及び極小ピークＶｆｍｉｎ、並びに触媒付触媒前センサ出力の極大ピークＶｃｍａｘ及び極小ピークＶｃｍｉｎのそれぞれについて、平均値が算出される。なお便宜上、以下の説明でも同様の符号で平均値を表すこととする。

次に、ステップＳ２０９において、リーン側補正係数Ｋｌとリッチ側補正係数Ｋｒとが次式（１）、（２）により算出される。

ここで、Ｖｃｍａｘ等の値はステップＳ２０８で算出された平均値を表す。また、ここではストイキ制御中であることを前提としているので、振動中心となるストイキ相当値Ｖｒｅｆｆを用いているが、目標空燃比がストイキ以外の場合には、その目標空燃比相当のセンサ出力値をストイキ相当値Ｖｒｅｆｆと置き換えて使用する。こうして、ステップＳ２０９では、触媒前センサ出力の極大ピークＶｆｍａｘ及びストイキ相当値Ｖｒｅｆｆの差と、触媒付触媒前センサ出力の極大ピークＶｃｍａｘ及びストイキ相当値Ｖｒｅｆｆの差との比率が、水素影響或いはばらつき影響を除去するためのリーン側補正係数Ｋｌ（但し０＜Ｋｌ＜１）として算出される。また、触媒前センサ出力の極小ピークＶｆｍｉｎ及びストイキ相当値Ｖｒｅｆｆの差と、触媒付触媒前センサ出力の極小ピークＶｃｍｉｎ及びストイキ相当値Ｖｒｅｆｆの差との比率が、水素影響或いはばらつき影響を除去するためのリッチ側補正係数Ｋｒ（但し０＜Ｋｒ＜１）として算出される。以上でルーチンが終了される。

なお、この例ではＶｃｍａｘ等を複数取得してその平均値を用いたが、一値のみを取得してこれを用いるようにしてもよい。

こうしてリーン側補正係数Ｋｌとリッチ側補正係数Ｋｒが算出されたならば、これ以降、ＥＣＵ２０により、次式（３）、（４）に基づいて、検出された触媒前センサ出力Ｖｆの値が補正される。

この補正を行うことにより、触媒前センサ出力Ｖｆから水素影響或いはばらつき影響を取り除いた補正後の触媒前センサ出力Ｖｆ’を得ることができる。そしてこの補正後の触媒前センサ出力Ｖｆ’を用いて空燃比制御等を実行することにより、仮に空燃比ばらつきがあったとしても、その影響を極力受けずに好適な制御を実行することができる。

またこの例では、リーン側とリッチ側とでセンサ出力の振幅が異なる傾向があることに鑑み、リーン側とリッチ側とで個別に補正係数Ｋｌ，Ｋｒを算出し、個別に補正を行うようにした。よって補正の精度を高め、好適な補正後の触媒前センサ出力Ｖｆ’を得ることが可能となる。

なお、この例では、触媒前センサ出力の極大ピークＶｆｍａｘ及び極小ピークＶｆｍｉｎ並びに触媒付触媒前センサ出力の極大ピークＶｃｍａｘ及び極小ピークＶｃｍｉｎに基づいて補正を行ったが、触媒前センサ出力及び触媒付触媒前センサ出力の極大ピークＶｆｍａｘ，Ｖｃｍａｘのみに基づいて補正を行ってもよいし、触媒前センサ出力及び触媒付触媒前センサ出力の極小ピークＶｆｍｉｎ，Ｖｃｍｉｎのみに基づいて補正を行ってもよい。また、この例では補正係数Ｋｌ，Ｋｒの算出後、それ以降の触媒前センサ出力Ｖｆを順次補正するようにしたが、複数の触媒前センサ出力Ｖｆの値を予めバッファ等に記憶しておき、補正係数Ｋｌ，Ｋｒの算出後にそれら記憶しておいた値を補正するようにしてもよい。

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。例えば上述の内燃機関は直噴式であったが、吸気ポート（吸気通路）噴射式や両噴射方式を兼ね備えたデュアル噴射式エンジンにも、本発明は適用可能である。前記実施形態では、触媒層７０のない触媒前センサ１７と触媒層７０のある触媒付触媒前センサ３０とをそれぞれ別体としてが、これらを一体としてもよい。また、前記実施形態では触媒前センサ１７と触媒付触媒前センサ３０とを排気通路長手方向の同一位置に設置したが、これらを異なる位置に設置してもよい。この場合、前者から後者への出力時間差を減少すべく、後者を前者より上流側に設置してもよい。

前記実施形態では４気筒エンジンにおいて、そのうちの１気筒（＃１気筒）が残りの３気筒（＃２〜＃４気筒）に対しリッチずれした例を示したが、リッチずれ気筒数に制限は無い。一部の複数気筒（例えば＃１、＃２気筒）が残りの気筒（例えば＃３、＃４気筒）に対しリッチずれしたような場合にも、本発明は適用可能である。例えば＃１〜＃３気筒が＃４気筒に対しリッチずれした場合には、＃１〜＃３気筒から見れば、＃４気筒がリーンずれしていることになるが、この場合にも本発明は適用可能である。

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。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。 触媒前センサの出力特性を示すグラフである。 触媒後センサの出力特性を示すグラフである。 触媒付触媒前センサのセンサ素子の断面図である。 １気筒が他の３気筒よりも空燃比リッチ側にずれている場合を示す図である。 インバランス割合と水素量の関係を示すグラフである。 気筒間空燃比ばらつきが発生したときの触媒前センサ及び触媒付触媒前センサの出力を示すタイムチャートである。 運転条件の相違によるセンサ出力差の相違を示すタイムチャートである。 内燃機関の過渡運転時におけるセンサ出力差を示すタイムチャートである。 リーンバーン制御時におけるセンサ出力差を示すタイムチャートである。 気筒間空燃比ばらつきが発生した場合の触媒前センサの出力波形を示すタイムチャートである。 気筒間空燃比ばらつきが発生した場合の触媒前センサ及び触媒付触媒前センサの出力波形を示すタイムチャートである。 気筒間空燃比ばらつき異常の検出ルーチンを示すフローチャートである。 異常判定値を算出するためのマップである。 補正係数の算出ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
３ 燃焼室
５ エアフローメータ
６ 排気管
１０ スロットルバルブ
１１ 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
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３０ 触媒付触媒前センサ
７０ 触媒層
Ｖｆ 触媒前センサの出力
Ｖｃ 触媒付触媒前センサの出力
ΔＶ 出力差
ΔＶｓ 異常判定値
Ｇａ 吸入空気量
ＴＨ スロットル開度
Ｎｅ 機関回転速度

Claims (10)

1. 多気筒内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスの空燃比をそれぞれ検出する第１及び第２の空燃比センサと、
   前記第２の空燃比センサに設けられ、排気中に含まれる少なくとも水素を酸化して浄化する触媒要素と、
   前記第１及び第２の空燃比センサの出力差に基づいて、気筒間空燃比ばらつき異常の有無を判定する異常判定手段と
   を備えた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. 前記異常判定手段が、前記出力差を所定の異常判定値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常の有無を判定するものであり、
   前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、当該吸入空気量の検出値に応じて前記異常判定値を変更するか又は前記出力差を補正する手段とをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１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. 前記内燃機関が過渡運転状態にあるか否かを判定する過渡判定手段と、前記内燃機関が過渡運転状態にあると前記過渡判定手段により判定されたとき、前記異常判定手段による判定を禁止させる過渡運転時禁止手段とをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１又は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. 前記過渡判定手段が、スロットル開度及び機関回転速度の少なくとも一方の所定時間当たりの変化量が所定値以上であるとき、前記内燃機関が過渡運転状態にあると判定する
   ことを特徴とする請求項３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. 前記第１の空燃比センサによって検出された排気空燃比を所定の目標空燃比に一致させるように空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段と、前記目標空燃比がストイキよりリーンであるとき、前記異常判定手段による判定を禁止させるリーン運転時禁止手段とをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか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. 前記出力差が、前記第１及び第２の空燃比センサの出力の極大ピーク同士の差及び極小ピーク同士の差の少なくとも一方からなる
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか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. 前記第１及び第２の空燃比センサが、前記排気通路の長手方向における同一位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか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。
8. 前記排気通路に排気ガスを浄化するための触媒が設けられ、前記第１及び第２の空燃比センサが前記触媒の上流側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか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。
9. 多気筒内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスの空燃比をそれぞれ検出する第１及び第２の空燃比センサと、
   前記第２の空燃比センサに設けられ、排気中に含まれる少なくとも水素を酸化して浄化する触媒要素と、
   前記第１及び第２の空燃比センサの各出力に基づいて、前記第１の空燃比センサの出力を補正する補正手段と
   を備えたことを特徴とする空燃比センサの出力補正装置。
10. 前記補正手段が、前記第１及び第２の空燃比センサの出力の極大ピーク及び極小ピークの少なくとも一方に基づいて前記第１の空燃比センサの出力を補正する
    ことを特徴とする請求項９記載の空燃比センサの出力補正装置。

Images