(57)【要約】【課題】空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算値に基づいて内燃機関の空燃比異常を判断し、空燃比異常があると判断したときに各気筒への燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させて空燃比異常となった気筒のみを失火させることができる制御装置、及び制御方法を提供する。【解決手段】エンジン１は、空燃比異常判断処理および空燃比異常気筒特定処理によって、いずれかの気筒の空燃比に異常が生じているか否かを判断し、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ることで、空燃比に異常が生じている気筒を特定することができる。よって、多気筒エンジンにおいて空燃比異常が生じている気筒を迅速に特定することができ、異常が生じている気筒への燃料噴射量を補正して目標空燃比へと早期に修正することができる。【選択図】  図３
2010112244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を制御する制御装置であって、
内燃機関の制御情報を記憶する記憶部と、
内燃機関の排気ガスを浄化する浄化触媒の上流側に設けられ、浄化触媒を通過する前の排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出部の検出結果と、浄化触媒の下流側に設けられ、浄化触媒を通過した後の排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出部の検出結果とに基づいて、内燃機関の少なくとも１つの気筒の空燃比に異常が生じているか否かを判断する空燃比異常判断処理と、
空燃比異常判断処理により内燃機関の少なくとも１つの気筒の空燃比に異常が生じていると判断される場合に、空燃比に異常が生じている気筒を特定する空燃比異常気筒特定処理と、
空燃比異常判断処理の判断結果、および空燃比異常気筒特定処理の特定結果を記憶部に記憶させる記憶処理と、
を実行する実行部と、
を備える制御装置。
【請求項２】
前記実行部は、内燃機関の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る燃料噴射時間短縮処理と、
燃料噴射時間短縮処理の実行中に失火した気筒を検出する失火気筒検出処理とをさらに実行し、
前記空燃比異常気筒特定処理は、失火気筒検出処理において失火を検出した気筒を、空燃比に異常が生じている気筒であると特定する請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射時間短縮処理は、少なくとも前記失火気筒検出処理がいずれかの気筒の失火を検出するまでの間、内燃機関の各気筒へ噴射する燃料の噴射時間を、各気筒の燃料噴射サイクル毎に所定時間ずつ短縮させる請求項２記載の制御装置。
【請求項４】
前記失火気筒検出処理は、内燃機関の角速度の変化度合いを検出する回転角センサと、内燃機関の排気ガス温度を検出する排気温度センサと、内燃機関の各気筒の振動を検出する振動センサと、内燃機関の各気筒のノッキングを検出するノッキングセンサとの少なくとも１つの検出信号に基づいて、内燃機関の気筒の失火を判断する請求項１から３のいずれか１項記載の制御装置。
【請求項５】
前記空燃比異常気筒特定処理は、内燃機関の回転数が所定回転数以下であって、かつトルクが所定値以下であるときに、空燃比に異常が生じている気筒の特定を実行する請求項１から４のいずれか１項記載の制御装置。
【請求項６】
内燃機関の排気ガスを浄化する浄化触媒の上流側に設けられ、浄化触媒を通過する前の排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出部の検出結果と、浄化触媒の下流側に設けられ、浄化触媒を通過した後の排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出部の検出結果とに基づいて、内燃機関の少なくとも１つの気筒の空燃比に異常が生じているか否かを判断する空燃比異常判断ステップと、
空燃比異常判断ステップにより内燃機関の少なくとも１つの気筒の空燃比に異常が生じていると判断される場合に、空燃比に異常が生じている気筒を特定する空燃比異常気筒特定ステップと、
空燃比異常判断ステップの判断結果、および空燃比異常気筒特定ステップの特定結果を記憶部に記憶させる記憶ステップと、
を実行する制御方法。
【請求項７】
内燃機関の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る燃料噴射時間短縮ステップと、
燃料噴射時間短縮ステップの実行中に失火した気筒を検出する失火気筒検出ステップとを備え、
前記空燃比異常気筒特定ステップは、失火気筒検出ステップにおいて失火を検出した気筒を、空燃比に異常が生じている気筒であると特定する請求項６記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の燃費向上や排気エミッションの改善を目的として、様々な負荷状態における内燃機関の空燃比を目標とする空燃比に近づけるように制御し、燃焼を実行させるためのフィードバック（以下（Ｆ／Ｂ）と略記する）制御が広く適用されている。
【０００３】
Ｆ／Ｂ制御は、例えば、浄化触媒の上流側と下流側に、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を検出するための空燃比（以下（Ａ／Ｆ）と略記する）センサと酸素濃度（以下（Ｏ２）と略記する）センサとをそれぞれ設け（図４参照）、これらの検出結果に基づいてエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）が目的とする空燃比となるよう燃料噴射量をフィードバック制御している。
【０００４】
すなわち、触媒上流のＡ／Ｆセンサの検出結果から気筒内の混合気の空燃比を把握し、現状の負荷状態で要求される空燃比へと補正するための第１補正係数を演算して、第１補正係数に基づいてインジェクタからの燃料噴射量を調整するメイン空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される。更に、メイン空燃比Ｆ／Ｂ制御に加えて、触媒下流のＯ２センサの検出結果に基づいて第２補正係数を演算し、メイン空燃比Ｆ／Ｂ制御にて得られた第１補正係数を修正するサブ空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される。このようなサブ空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行することにより、触媒上流のＡ／Ｆセンサの出力特性のバラツキに基づく空燃比の誤差を、充分に撹拌されて酸素濃度が平衡状態となった触媒下流の排気ガスからＯ２センサが検出した空燃比に基づいて修正可能であるために、空燃比制御の精度をより向上させることができる。
【０００５】
しかしながら上記のＦ／Ｂ制御によると、例えば、ある気筒のインジェクタが噴孔詰まり等によって燃料噴射量が減少し、各気筒間の空燃比が一致しない状態、すなわちインバランス状態になった場合、その気筒の燃焼に異常が生じ、多量の水素が排気ガスとして排出される。この多量の水素を触媒上流のＡ／Ｆセンサが検出すると、Ａ／Ｆセンサは実際の空燃比よりもリッチ側にずれた空燃比値を検出しエンジンＥＣＵへと送信する。そのため、実際の空燃比よりもリッチ側にずれた検出結果に基づいて、エンジンＥＣＵは気筒への燃料噴射量が過多であると判断し、燃料噴射量を減少させて空燃比をリーン側へと制御するメイン空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。この場合、メインＦ／Ｂ制御による過剰なリーン制御が働くことで排気エミッションが悪化し、多量のＮＯｘが排気ガスとして排出される。
【０００６】
また、インバランス状態となった場合に発生する排気ガス中の水素は浄化触媒で燃焼されるために、触媒下流のＯ２センサは正しい空燃比、すなわちメイン空燃比Ｆ／Ｂ制御によってリーン側へと制御された空燃比を検出する。そのため、エンジンＥＣＵは、Ｏ２センサの検出結果に基づいて、目標空燃比よりリーン側へとずれた空燃比を修正するためにサブ空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。このときに、サブ空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算結果の平均値は、リーン側にずれた空燃比を目標空燃比へと修正するために通常値（２％以内）よりも異常に大きな値をとる（例えば１０％超）ことから、気筒間の空燃比がインバランス状態であることを検出することができる。しかしながら、サブ空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算結果からでは、気筒間の空燃比がインバランス状態となっていることは検出できるが、空燃比が異常となっている気筒を特定することが困難である。よって、インバランス状態の原因となった気筒の空燃比を迅速に修正することができない、といった問題点がある。
【０００７】
このような問題を解決するために、排気ガス温度または空燃比センサの検出値に基づいて失火の判定がされた場合に、全気筒への燃料供給をカットして排気ガス温度の上昇を抑制しつつ、１気筒ずつ順番に燃料カットを解除することで失火した気筒を特定する技術が特許文献１に開示されている。
【０００８】
そして、エンジン回転センサによって検出される角速度の変化度合いから各気筒の燃焼異常を判定し、燃焼に異常があると判定された気筒のみ燃焼方式を均質燃焼に切り換える技術が特許文献２に開示されている。
【０００９】
また、各気筒からの排気ガス温度を温度センサにより逐次測定して保存し、保存された排気ガス温度データと現在の排気ガス温度との差分に基づいて、燃焼異常が生じている気筒を検出する技術が特許文献３に開示されている。
【００１０】
更に、リヤ酸素センサの検出値および触媒通過ガス流量値をもとに、いずれかの気筒に空燃比ずれが生じているのを認識し、各気筒の圧縮工程を通過する時間を計測して周波数分析することによって、空燃比ずれが生じている気筒を特定する技術が特許文献４に開示されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２４８９８９号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５１８５号公報
【特許文献３】特開２００５−２９９４４９号公報
【特許文献４】特開２００８−０５１００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の技術では、気筒内への燃料噴射をカットして燃焼異常の検出を実行することにより内燃機関の出力が低下してしまう、といった問題点がある。また、特許文献２の技術では、空燃比がわずかに異常となった気筒を精度よく検出することが困難である、といった問題点がある。更に、特許文献３、４の技術では、種々のパラメータを所定の時間計測する必要があるために、空燃比が異常となっている気筒を迅速に判断することが困難である、といった問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされてものであり、空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算値に基づいて内燃機関の空燃比異常を判断し、空燃比異常があると判断したときに各気筒への燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させて空燃比異常となった気筒のみを失火させることができる制御装置、及び制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の制御装置は、内燃機関を制御する制御装置であって、内燃機関の制御情報を記憶する記憶部と、内燃機関の排気ガスを浄化する浄化触媒の上流側に設けられ、浄化触媒を通過する前の排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出部の検出結果と、浄化触媒の下流側に設けられ、浄化触媒を通過した後の排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出部の検出結果とに基づいて、内燃機関の少なくとも１つの気筒の空燃比に異常が生じているか否かを判断する空燃比異常判断処理と、空燃比異常判断処理により内燃機関の少なくとも１つの気筒の空燃比に異常が生じていると判断される場合に、空燃比に異常が生じている気筒を特定する空燃比異常気筒特定処理と、空燃比異常判断処理の判断結果、および空燃比異常気筒特定処理の特定結果を記憶部に記憶させる記憶処理と、を実行する実行部と、を備える（請求項１）。
【００１５】
特に、本発明の制御装置は、前記実行部が、内燃機関の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る燃料噴射時間短縮処理と、燃料噴射時間短縮処理の実行中に失火した気筒を検出する失火気筒検出処理とをさらに実行し、前記空燃比異常気筒特定処理が、失火気筒検出処理において失火を検出した気筒を、空燃比に異常が生じている気筒であると特定する（請求項２）。
【００１６】
また、本発明の制御装置は、前記燃料噴射時間短縮処理が、少なくとも前記失火気筒検出処理がいずれかの気筒の失火を検出するまでの間、内燃機関の各気筒へ噴射する燃料の噴射時間を、各気筒の燃料噴射サイクル毎に所定時間ずつ短縮させる（請求項３）。
【００１７】
そして、本発明の制御装置は、前記失火気筒検出処理が、内燃機関の角速度の変化度合いを検出する回転角センサと、内燃機関の排気ガス温度を検出する排気温度センサと、内燃機関の各気筒の振動を検出する振動センサと、内燃機関の各気筒のノッキングを検出するノッキングセンサとの少なくとも１つの検出信号に基づいて、内燃機関の気筒の失火を判断する（請求項４）。
【００１８】
更に、本発明の制御装置は、前記空燃比異常気筒特定処理が、内燃機関の回転数が所定回転数以下であって、かつトルクが所定値以下であるときに、空燃比に異常が生じている気筒の特定を実行する（請求項５）。
【００１９】
また、本発明の制御方法は、内燃機関の排気ガスを浄化する浄化触媒の上流側に設けられ、浄化触媒を通過する前の排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出部の検出結果と、浄化触媒の下流側に設けられ、浄化触媒を通過した後の排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出部の検出結果とに基づいて、内燃機関の少なくとも１つの気筒の空燃比に異常が生じているか否かを判断する空燃比異常判断ステップと、空燃比異常判断ステップにより内燃機関の少なくとも１つの気筒の空燃比に異常が生じていると判断される場合に、空燃比に異常が生じている気筒を特定する空燃比異常気筒特定ステップと、空燃比異常判断ステップの判断結果、および空燃比異常気筒特定ステップの特定結果を記憶部に記憶させる記憶ステップと、を実行する（請求項６）。
【００２０】
そして、本発明の制御方法は、内燃機関の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る燃料噴射時間短縮ステップと、燃料噴射時間短縮ステップの実行中に失火した気筒を検出する失火気筒検出ステップとを備え、前記空燃比異常気筒特定ステップが、失火気筒検出ステップにおいて失火を検出した気筒を、空燃比に異常が生じている気筒であると特定する（請求項７）。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の制御装置、及び制御方法によれば、空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算値に基づいて内燃機関の空燃比異常を判断し、空燃比異常があると判断したときに各気筒への燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させて空燃比異常となった気筒のみを失火させることができることから、多気筒エンジンにおいて空燃比異常が生じている気筒を迅速に特定することができる。よって、空燃比異常が生じている気筒への燃料噴射量を補正して目標空燃比へと迅速に修正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００２３】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置を組み込んだエンジン１の概略構成を示した構成図である。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。
【００２４】
エンジン１は、車両に搭載される多気筒エンジンであって、各気筒は燃焼室１５を構成するピストンを備えている。各燃焼室１５のピストンはそれぞれコネクティングロッドを介して出力軸であるクランクシャフトの軸に連結されており、各ピストンの往復運動がコネクティングロッドによってクランクシャフトの回転へと変換される。
【００２５】
クランクシャフトの軸の近傍には、クランク角センサ３０が配置されている。クランク角センサ３０はクランクシャフト軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンＥＣＵ１００に出力する。それにより、エンジンＥＣＵ１００は、運転時のエンジン回転数など、クランク角に関する情報を取得することができる。また、エンジンＥＣＵ１００は、クランク角センサ３０によって検出される角速度の信号を入力し、角速度の変化を微分演算して角速度の変化度合いを求める。そして、各気筒毎の角速度の変化度合いによって、気筒が失火したか否かを判断する。これにより、エンジンＥＣＵ１００は、クランク角センサ３０からの出力信号に基づいて失火した気筒を特定することができる。
【００２６】
各気筒の燃焼室１５には、それぞれ燃焼室１５と連通する吸気ポート１４と、吸気ポート１４に連結し、吸入空気を吸気ポート１４、燃焼室１５へと導く吸気通路１３とが接続されている。更に、燃焼室１５の各気筒には、それぞれ燃焼室１５と連通する排気ポート１６と、燃焼室１５で発生した排気ガスをエンジン１外部へと導く排気通路１７が接続されている。また、各気筒に接続された排気通路１７は、下流側で合流して一本の合流排気通路１８となる。
【００２７】
各気筒の燃焼室１５の吸気通路、排気通路に対応して複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図１には吸気通路、排気通路と吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室１５の各吸気ポート１４には、それぞれ吸気弁および吸気カムシャフトが配置されている。更に、燃焼室１５の各排気ポート１６には、それぞれ排気弁および排気カムシャフトが配置されている。吸気弁および排気弁はクランクシャフトの回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの回転により開閉され、吸気ポート１４および排気ポート１６と燃焼室１５とを連通・遮断する。なお、吸気弁および排気弁の位相は、クランク角を基準にして表される。
【００２８】
エンジン１の吸気通路１３には、吸気通路１３を通過する吸入空気量を検出するエアフロメータ３が設置されている。また、吸気通路１３には、スロットルポジションセンサ４およびスロットルバルブ５が設置されている。このエアフロメータ３およびスロットルポジションセンサ４はそれぞれの検出結果をエンジンＥＣＵ１００に出力する。それにより、エンジンＥＣＵ１００は、吸気ポート１４および燃焼室１５へ吸入される吸入空気量を認識し、スロットルバルブ５の開度を調整することでエンジン１の運転に必要な吸入空気量を燃焼室１５へ取り込むことができる。
【００２９】
エンジン１の吸気ポート１４にはインジェクタ６が装着されている。燃料ポンプ（図示しない）より燃料配管を通じて供給された高圧燃料は、エンジンＥＣＵ１００の指示によりインジェクタ６にて吸気ポート１４内に噴射供給される。なお、インジェクタ６はエンジン１の各気筒に設けられることで、直接エンジン１の燃焼室１５に燃料を噴射供給してもよい。エンジンＥＣＵ１００は、エアフロメータ３およびスロットルポジションセンサ４からの吸入空気量、およびカム角センサ３１からのカム軸回転位相の情報に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ６に信号を送る。インジェクタ６はエンジンＥＣＵ１００の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて吸気ポート１４へ燃料を高圧噴射する。高圧噴射された燃料は霧化し、吸入空気と混合されてエンジン１の燃焼に適した混合ガスとなり、吸気弁が開弁することによって燃焼室１５へと供給される。そして、インジェクタ６のリーク燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンク（図示しない）へと戻される。
【００３０】
各気筒の燃焼室１５はそれぞれ点火プラグ７を備えている。吸気ポート１４から流入された混合ガスは、ピストンの上昇運動により燃焼室１５内で圧縮される。エンジンＥＣＵ１００は、クランク角センサ３０からのピストンの位置、およびカム角センサ３１からのカム軸回転位相の情報に基づき、点火タイミングを決定し点火プラグ７を点火させることで、圧縮混合ガスを着火させて、燃焼室１５内を膨張させピストンを下降させる。これがコネクティングロッドを介してクランクシャフトの軸回転に変更されることにより、エンジン１は動力を得る。燃焼後の排気ガスは、排気弁が開いた際に排気ポート１６、排気通路１７を通って合流排気通路１８で合流し、浄化触媒２０を通過してエンジン１の外部へと排出される。
【００３１】
各気筒の排気通路１７は下流で合流して合流排気通路１８を形成し、合流排気通路１８の先には浄化触媒２０が設けられている。浄化触媒２０は、エンジン１の排ガスを浄化するために用いられるもので、例えば三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元型触媒などが適用され、エンジン１の排気量、使用地域等の違いによってこれら浄化触媒２０を複数個組み合わせて設置される場合もある。浄化触媒２０には触媒温度センサ５１が設けられている。エンジンＥＣＵ１００は、触媒温度センサ５１からの信号を受信することにより、浄化触媒２０の温度を認知し、浄化触媒２０が活性温度域にあるか否かを判断することができる。
【００３２】
各気筒の排気通路１７には排気温センサ４１が１つずつ設けられている。排気温センサ４１は、各気筒から排出される排気ガスの温度を検出し、その結果をエンジンＥＣＵ１００へと送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１００は、様々な負荷状態における各気筒の排気ガス温度情報を取得することができる。また、エンジンＥＣＵ１００は、排気温センサ４１の検出結果より、排気ガスの温度が極端に低下した気筒を失火したものと判断する。これにより、エンジンＥＣＵ１００は、排気温センサ４１からの出力信号に基づいて失火した気筒を特定することができる。なお、排気温センサ４１は、合流排気通路１８に１つ設けられても良い。
【００３３】
浄化触媒２０の上流側の合流排気通路１８にはＡ／Ｆセンサ４２が設けられている。Ａ／Ｆセンサ４２は、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度からエンジン内の空燃比を検出し、その結果をエンジンＥＣＵ１００へと送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１００は、様々な負荷状態におけるエンジンの空燃比情報を取得することができる。Ａ／Ｆセンサ４２としては、ジルコニア表面に白金をコートし、外側電極の外周に拡散律速層を設けたものが多く用いられ、素子に電圧を印加するとリーン側（Ａ／Ｆ＞１４．７）で排気ガス中の酸素濃度に、リッチ側（Ａ／Ｆ＜１４．７）で未燃ガス濃度に応じた酸素イオン電流が発生する。この場合、Ａ／Ｆセンサ４２の出力電流は空燃比に対して正の相関があることから、これにより広範囲での空燃比の検出が可能になる。また、エンジンＥＣＵ１００は、Ａ／Ｆセンサ４２の検出結果より、気筒への燃料噴射量の補正値を演算し、空燃比を目標値へと修正するメイン空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。
【００３４】
浄化触媒２０の下流側の合流排気通路１８にはＯ２センサ４３が設けられている。Ｏ２センサ４３は、排気ガス中に残存している酸素濃度を検出し、その結果をエンジンＥＣＵ１００へと送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１００は、様々な負荷状態におけるエンジンの空燃比情報を取得することができる。Ｏ２センサ４３としては、Ａ／Ｆセンサ４２と類似構造であって、ジルコニア表面に白金をコートしたものが多く用いられ、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）付近で０．５［Ｖ］の電圧を示し、リッチ側（Ａ／Ｆ＜１４．７）で１［Ｖ］、リーン側（Ａ／Ｆ＞１４．７）で０［Ｖ］の電圧を示す。また、エンジンＥＣＵ１００は、メイン空燃比Ｆ／Ｂ制御による演算結果をＯ２センサ４３の検出結果に基づいて修正するサブ空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行することで、空燃比制御の精度をより向上させることができる。更に、エンジンＥＣＵ１００は、Ｏ２センサ４３の検出結果に基づくサブ空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算値の平均値が、通常値（２％以内）を大きく超えるときに、気筒間の空燃比にインバランスが発生していると判断する。そして、各気筒への燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させる処理を実行し、最も早く失火が生じた気筒を、空燃比インバランスが生じている気筒であると特定する。
【００３５】
エンジン１の各気筒には振動センサ４４が設けられている。振動センサ４４は、振動型の角速度センサであって、振動体に角速度が印加されたときにコリオリ力が生じ、生じたコリオリ力に基づく振動成分が検出される構成のものを適用することができる。振動センサ４４は、エンジン１の燃焼に伴う振動を検出して、その結果をエンジンＥＣＵ１００へと送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１００は、様々な負荷状態における各気筒の燃焼状態の情報を取得することができる。また、エンジンＥＣＵ１００は、振動センサ４４の検出結果より、振動が極端に変化した気筒を失火したものと判断する。これにより、エンジンＥＣＵ１００は、振動センサ４４からの出力信号に基づいて失火した気筒を特定することができる。なお、振動センサ４４は、エンジン１のシリンダーブロックの所定位置に１つ設けられても良い。
【００３６】
エンジン１の各気筒にはノッキングセンサ４５が設けられている。ノッキングセンサ４５は、燃焼室内の圧力変化やノッキングの振動周波数に感応して起電力を発生し、その信号をエンジンＥＣＵ１００へと送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１００は、ノッキングの発生を認識し、点火時期を遅らせることでノッキングを解消する。また、エンジンＥＣＵ１００は、ノッキングセンサ４５の検出結果より、燃焼室内の圧力や振動周波数が極端に変化した気筒を失火したものと判断する。これにより、エンジンＥＣＵ１００は、ノッキングセンサ４５からの出力信号に基づいて失火した気筒を特定することができる。
【００３７】
エンジンＥＣＵ１００は、クランク角センサ３０、カム角センサ３１、エアフロメータ３、スロットルポジションセンサ４、水温センサ等の検出結果を読み込み、スロットルバルブ５の動作、吸気弁、排気弁の動作、インジェクタ６の動作、点火プラグ７の点火時期など、エンジン１の運転動作を統合的に制御する。
【００３８】
また、エンジンＥＣＵ１００は、クランク角センサ３０、排気温センサ４１、振動センサ４４、ノッキングセンサ４５の検出結果に基づいて、失火した気筒を特定する。なお、各センサの検出結果に基づく失火特定の方法については上述したために、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
そして、エンジンＥＣＵ１００は、Ａ／Ｆセンサ４２の検出結果より、気筒への燃料噴射量の補正値を演算し、空燃比を目標値へと修正するメイン空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。また、エンジンＥＣＵ１００は、メイン空燃比Ｆ／Ｂ制御による演算結果をＯ２センサ４３の検出結果に基づいて修正するサブ空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。更に、エンジンＥＣＵ１００は、Ｏ２センサ４３の検出結果に基づくサブ空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算値の平均値が、通常値（２％以内）を大きく超えた（例えば１０％前後）ときに、気筒間の空燃比にインバランスが発生していると判断する。
【００４０】
そして、エンジンＥＣＵ１００は、気筒間の空燃比にインバランスが発生していると判断した場合に、いずれかの気筒が失火するまでの間、各気筒のインジェクタ６の燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させる処理を実行する。空燃比に異常が生じて燃焼異常となっている気筒は、例えばインジェクタ噴孔の詰まりなどによって他の気筒よりも空燃比がリーンとなっていることが多い。そのため、空燃比異常となっている気筒は、燃料の噴射量を徐々に低下させると最も早く失火することから、この処理を実行することによって空燃比異常が生じている気筒を特定することができる。よって、エンジンの出力低下を最小限に抑制しつつ、空燃比異常となっている気筒を迅速かつ精度よく特定することができる。ここで、燃料噴射時間を短縮する所定時間は、空燃比異常が生じている気筒を速やかに失火させることができる任意の時間を適用するが、例えば５００［μｓｅｃ］とすることができる。この場合、エンジンＥＣＵ１００は、すべての気筒の燃料噴射時間を一斉に５００［μｓｅｃ］短縮させ、各気筒の失火の有無を検出する。例えば、４気筒エンジンなら気筒１、気筒３、気筒４、気筒２の順で噴射される燃料の噴射時間をすべて５００［μｓｅｃ］短縮させ、燃料が噴射された気筒に対して失火検出を行う。そして、いずれかの気筒に失火が検出された場合、失火が検出された気筒に対してインバランス異常フラグをＯＮさせる。また、いずれの気筒にも失火が検出されなかった場合は、エンジンＥＣＵ１００は、再度すべての気筒の燃料噴射時間を一斉に５００［μｓｅｃ］短縮させ、各気筒の失火の有無を検出する。このように、エンジンＥＣＵ１００は、いずれかの気筒が失火するまでの間、各気筒への燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させて、各気筒の失火の有無を検出する。なお、エンジンＥＣＵ１００は、上記の空燃比異常気筒の特定を、アイドル運転中またはハイブリット車におけるモータ運転中に実行することにより、車両の走行に影響を及ぼすことなく空燃比異常気筒を特定することができる。
【００４１】
図２に、エンジンＥＣＵ１００のマイコン７０のハードウェア構成を示す。マイコン７０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）７１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）７２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）７３、ＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）７４、入出力部７５等を有している。ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２に格納したプログラムを読み込んで、このプログラムに従った演算を行う。すなわち、ＲＯＭ７２に格納されたプログラムをＣＰＵ７１が読み込むことで、エンジン１の運転動作を統合的に制御する。また、ＲＡＭ７３には、メイン空燃比Ｆ／Ｂ制御およびサブ空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算結果のデータ等が書き込まれ、ＮＶＲＡＭ７４は、ＲＡＭ７３に書き込まれていたデータで、気筒間の空燃比インバランス異常や空燃比異常気筒の特定結果などのイグニッションＯＦＦ時に保存の必要なデータが書き込まれる。入力部７５は、クランク角センサ３０、排気温センサ４１、Ａ／Ｆセンサ４２、Ｏ２センサ４３、振動センサ４４、ノッキングセンサ４５等の各種センサからの信号を入力する。なお、エンジンＥＣＵ１００は、本発明の実行部に相当する。また、ＲＡＭ７３およびＮＶＲＡＭ７４は、本発明の記憶部に相当する。
【００４２】
つづいて、エンジンＥＣＵ１００の制御の流れに沿って、エンジン１の動作を説明する。図３はエンジンＥＣＵ１００の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジン１は、空燃比異常判断処理によって、エンジン１の少なくとも１つの気筒の空燃比に異常が生じているか否かを判断する。つづいて、エンジン１は、空燃比異常気筒特定処理によって、空燃比に異常が生じている気筒を特定する制御を実行する。
【００４３】
また、本実施例のエンジン１は、空燃比異常となっている気筒が失火するまでの間、エンジン１の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ることで、空燃比に異常が生じている気筒を特定する制御を実行する。
【００４４】
そして、本実施例のエンジン１は、クランク角センサ３０、排気温センサ４１、振動センサ４４、ノッキングセンサ４５の少なくとも１つの検出信号に基づいて、エンジン１の気筒の失火を判断する制御を実行する。
【００４５】
更に、本実施例のエンジン１は、エンジン１の回転数およびトルクが所定値以下であるときに、空燃比に異常が生じている気筒を特定する制御を実行する。
【００４６】
エンジンＥＣＵ１００の制御は、エンジンの始動要求がされると、すなわちイグニッションスイッチがＯＮにされると開始する。まず、エンジンＥＣＵ１００はステップＳ１で、Ｏ２センサ４３の検出結果に基づくサブ空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算結果の平均値が所定値以上であるか否かを判断する。ここで、所定値は、気筒間に空燃比インバランス異常が発生していると判断できる任意の演算結果の平均値を適用するが、例えば２％とすることができる。サブ空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算結果の平均値が所定値以上である場合（ステップＳ１／ＹＥＳ）、エンジンＥＣＵ１００はステップＳ３へ進む。サブ空燃比Ｆ／Ｂ制御の演算結果の平均値が所定値以上でない場合（ステップＳ１／ＮＯ）は、エンジンＥＣＵ１００は次のステップＳ２へ進み、エンジン１の各気筒の空燃比は正常であると判断し、制御の処理を終了する。
【００４７】
ステップＳ１の判断がＹＥＳである場合、エンジンＥＣＵ１００はステップＳ３へ進む。ステップＳ３で、エンジンＥＣＵ１００は、気筒間の空燃比にインバランス異常が発生していると判断する。そして、エンジンＥＣＵ１００は、次のステップＳ４で、エンジン１の回転数およびトルクが所定値以下であるか否かを判断する。ここで、回転数およびトルクの所定値は、エンジン１がアイドル運転時であると判断できる任意の回転数およびトルクを適用する。また、車両がハイブリット車の場合、モータ運転時であると判断できる任意の回転数およびトルクを適用する。この処理によって、空燃比異常となった気筒の特定を、車両の走行に影響を与えることなく実行することができる。エンジン１の回転数およびトルクが所定値以下でない場合（ステップＳ４／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１００は制御の処理を終了する。エンジン１の回転数およびトルクが所定値以下である場合（ステップＳ４／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１００は次のステップＳ５へ進む。
【００４８】
ステップＳ５で、エンジンＥＣＵ１００は、各気筒への燃料噴射を停止していないかどうかを判断する。各気筒への燃料噴射を停止している場合（ステップＳ５／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１００は制御の処理を終了する。各気筒への燃料噴射を停止していない場合（ステップＳ５／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１００は次のステップＳ６へ進む。
【００４９】
ステップＳ６で、エンジンＥＣＵ１００は、エンジン１のすべての気筒のインジェクタ６の燃料噴射時間を所定時間短縮させる処理を実行する。ここで、短縮させる所定時間については上述したために、その詳細な説明は省略する。この処理を実行することにより、空燃比が異常となって燃焼異常が生じている気筒を真っ先に失火させることができる。エンジンＥＣＵ１００は、ステップＳ６の処理を終えると、次のステップＳ７へ進む。
【００５０】
ステップＳ７で、エンジンＥＣＵ１００は、燃料を噴射された気筒の失火を検出する。この処理によって、エンジンの出力低下を最小限に抑制しつつ、空燃比異常となっている気筒を迅速かつ精度よく特定することができる。エンジンＥＣＵ１００は、ステップＳ７の処理を終えると、次のステップＳ８へ進む。
【００５１】
ステップＳ８で、エンジンＥＣＵ１００は、すべての気筒の失火を検出した時点で、失火した気筒があったか否かを判断する。失火した気筒がなかった場合（ステップＳ８／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１００はステップＳ６に戻り、いずれかの気筒の失火を検出するまで上記の処理を繰り返す。失火した気筒があった場合（ステップＳ８／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１００は次のステップＳ９へ進む。
【００５２】
ステップＳ９で、エンジンＥＣＵ１００は、失火を検出した気筒の空燃比異常フラグをＯＮにする。この処理を実行することによって、空燃比異常となった気筒の燃料噴射量を迅速に補正することができることから、空燃比インバランスによって悪化した排気エミッションを迅速に改善することができる。エンジンＥＣＵ１００は、ステップＳ９の処理を終えると、次のステップＳ１０へ進み、上記の結果をＮＶＲＡＭ７４に保存し、その制御の処理を終了する。
【００５３】
以上のように、本実施例のエンジンは、空燃比異常判断処理および空燃比異常気筒特定処理によって、エンジンの少なくとも１つの気筒の空燃比に異常が生じているか否かを判断し、空燃比インバランス状態と判断した場合に、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ることで、空燃比に異常が生じている気筒を特定することができる。よって、多気筒エンジンにおいて空燃比異常が生じている気筒を迅速に特定することができ、空燃比異常が生じている気筒への燃料噴射量を補正して目標空燃比へと迅速に修正することができる。
【００５４】
また、本実施例のエンジンは、クランク角センサ、排気温センサ、振動センサ、ノッキングセンサの少なくとも１つの検出結果に基づいて、エンジンの気筒の失火を判断することができる。よって、気筒の失火を迅速かる高精度に検出することができることから、空燃比異常が生じている気筒を早期に精度よく特定することができる。
【００５５】
更に、本実施例のエンジンは、エンジンの回転数およびトルクが所定値以下であるときに、空燃比に異常が生じている気筒を特定する制御を実行することができる。よって、車両の走行に影響を及ぼすことなく、空燃比異常が生じている気筒を特定することができる。
【００５６】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５７】
例えば、空燃比異常気筒の特定処理における燃料噴射時間の短縮時間は、車両の運転状態に応じて任意に設定することができる。エンジンの出力低下を抑制したい場合には燃料噴射時間の短縮時間を短め（例えば２５０［μｓｅｃ］）に設定したり、空燃比異常気筒を迅速に特定したい場合には燃料噴射時間の短縮時間を長め（例えば７５０［μｓｅｃ］）に設定したりすることができる。また、燃料噴射時間を変えずに、インジェクタ６の噴孔開口量を徐々に低下させることで、各気筒への燃料噴射量を徐々に減少させてもよい。
【００５８】
また、各気筒への燃料噴射時間の短縮（燃料噴射量の減少）処理を各気筒毎に行っても良い。例えば、まず多気筒中の気筒１についてのみ燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させて、気筒１が失火したときの燃料噴射量を記憶する。つづいて、気筒１への燃料噴射時間を通常時間に戻した後に、他の１気筒のみ、例えば気筒３についてのみ燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させて、気筒３が失火したときの燃料噴射量を記憶する。このように、１気筒ずつ燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させて失火したときの燃料噴射量を記憶し、すべての気筒の失火時の燃料噴射量を検出して比較することで、空燃比異常が生じている気筒を特定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施例のエンジンの概略構成を示した構成図である。
【図２】エンジンＥＣＵのマイコンのハードウェア構成を示した構成図である。
【図３】実施例のエンジンＥＣＵが行う制御のフローを示している。
【図４】内燃機関に設けられるＡ／Ｆセンサ、及びＯ２センサを示した構成図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  エンジン
６  インジェクタ
７  点火プラグ
１４  吸気ポート
１５  燃焼室
１６  排気ポート
１７  排気通路
１８  合流排気通路
２０  浄化触媒
３０  クランク角センサ
４１  排気温センサ
４２  Ａ／Ｆセンサ
４３  Ｏ２センサ
４４  振動センサ
４５  ノッキングセンサ
７０  マイコン
７１  ＣＰＵ
７２  ＲＯＭ
７３  ＲＡＭ（記憶部）
７４  ＮＶＲＡＭ（記憶部）
１００  エンジンＥＣＵ（実行部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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