(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の異常判定装置に関し、ウェイストゲートバルブの開度を検知するセンサを設ける必要なしに、燃料噴射弁の異常の検出性を良好に高めることを目的とする。【解決手段】内燃機関１０に燃料を供給する燃料噴射弁２６と、ターボ過給機２０と、タービン２０ｂをバイパスする排気バイパス通路３０を開閉するＷＧＶ３２と、タービン２０ｂよりも下流側の排気通路１４に配置された空燃比センサ３４とを備える。通常の状態でΔＡ／Ｆ＞αが成立する場合には、燃料噴射弁２６に異常が生じていると判定する。通常の状態でのΔＡ／Ｆ＞αが不成立である場合であっても、各気筒を順番にリッチ強制インバランス状態とした際に全気筒で一律に空燃比が変化しない場合であって、次いで、各気筒を順番にリーン強制インバランス状態とした際に全気筒で一律にエンジン回転数が変化しない場合には、燃料噴射弁２６に異常が生じていると判定する。【選択図】図３
2014013009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁と、
排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンよりも下流側の部位において前記排気通路と合流する排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
前記排気バイパス通路が合流する前記下流側の部位よりも下流側の前記排気通路に配置され、前記内燃機関が備える複数の気筒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センサと、
前記複数の気筒間での空燃比のインバランス異常を検出可能な領域内に前記ウェイストゲートバルブの開度が制御されていると想定される運転領域において、前記複数の気筒の空燃比を同じ値に制御した状態で、前記空燃比センサにより検出される空燃比に基づいて、前記複数の気筒間で空燃比のインバランスが生じているか否かを判定する第１のインバランス判定手段と、
前記複数の気筒間での空燃比のインバランス異常を検出可能な領域内に前記ウェイストゲートバルブの開度が制御されていると想定される運転領域において、前記複数の気筒のうちの、順番に変更される特定の気筒への燃料噴射量を変更してその他の気筒と比べて当該特定の気筒の空燃比をリッチもしくはリーンに乖離させた強制インバランス状態を生じさせた状態で、所定の異常判定用パラメータが、生じさせた前記強制インバランス状態に応じた変化を示すか否かを判定する第２のインバランス判定手段と、
前記第１および第２のインバランス判定手段の判定結果に基づいて、前記燃料噴射弁の異常の有無を判定する異常判定手段と、
を備え、
前記異常判定用パラメータは、前記空燃比センサにより検出される空燃比を基礎とする第１パラメータと、前記第２のインバランス判定手段による判定対象となる前記特定の気筒からの排気ガスと他の気筒からの排気ガスとの混ざりの影響を受けることなく前記強制インバランス状態に応じた変化を取得可能な第２パラメータとを含み、
前記異常判定手段は、前記第１のインバランス判定手段によって前記複数の気筒間で空燃比のインバランスが生じていると判定された場合には、前記燃料噴射弁に異常が生じていると判定し、
前記異常判定手段は、前記第１のインバランス判定手段によって前記複数の気筒間で空燃比のインバランスが生じていないと判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れかを順に前記特定の気筒として空燃比をリッチもしくはリーンに乖離させた第１の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際に、前記第２のインバランス判定手段によって前記第１パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示さない気筒があると判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れかを順に前記特定の気筒として前記第１の処理とは逆方向に空燃比をリーンもしくはリッチに乖離させた第２の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際に、前記第２のインバランス判定手段によって前記第２パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示さない気筒があると判定された場合には、前記燃料噴射弁に異常が生じていると判定することを特徴とする内燃機関の異常判定装置。
【請求項２】
前記異常判定手段は、前記第１のインバランス判定手段によって前記複数の気筒間で空燃比のインバランスが生じていないと判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れかを順に前記特定の気筒として前記第１の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際に、前記第１パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示さない気筒があると前記第２のインバランス判定手段によって判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れを前記特定の気筒として前記第２の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際にも、前記第２パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示すと前記第２のインバランス判定手段によって判定された場合には、前記ウェイストゲートバルブに異常が生じていると判定するものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常判定装置。
【請求項３】
前記異常判定手段は、前記第１のインバランス判定手段によって前記複数の気筒間で空燃比のインバランスが生じていないと判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れかを順に前記特定の気筒として前記第１の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際に、前記第２のインバランス判定手段によって前記第１パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示さない気筒があると判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れかを順に前記特定の気筒として前記第２の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際に、前記第２のインバランス判定手段によって前記第２パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示さない気筒があると判定された場合には、前記燃料噴射弁に異常が生じているとする判定に加え、前記ウェイストゲートバルブに異常が生じている可能性があると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の異常判定装置。
【請求項４】
エンジン回転数を検出するための回転数センサを更に備え、
前記第２パラメータは、前記回転数センサにより検出されるエンジン回転数を基礎とするパラメータであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の異常判定装置に係り、特に、ターボ過給機と、タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、排気バイパス通路と排気通路とが合流した部位よりも下流側の排気通路に配置された空燃比センサとを備える内燃機関に適用するうえで好適な内燃機関の異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、内燃機関の異常判定装置が開示されている。この従来の異常判定装置では、空燃比センサにより検出された空燃比の傾き積算平均値（空燃比の変化方向が反転する上ピークに至ってから次に変化方向が反転する下ピークに至るまでに要した時間に対する空燃比の変化量に相当する値）に基づいて、気筒間での空燃比のインバランス状態（不均衡状態）であるか否かが判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４４７８５号公報
【特許文献２】特開２００８−２０８７４０号公報
【特許文献３】特開２０１１−１９６１９５号公報
【特許文献４】特開２０１１−１８５１５９号公報
【特許文献５】特開２０１１−１９０７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
法規要件として、気筒毎に燃料噴射弁の異常（フェール）を検出する要求がある。一般的には、上述したような空燃比の気筒間インバランス異常の判定結果に基づいて、燃料噴射弁の異常検出が行われる。
【０００５】
上述した構成を有する内燃機関においては、従来より、内燃機関の加速応答性や燃費性能を高める要求に応じて、ウェイストゲートバルブの開度を自在に制御することが行われている。ウェイストゲートを経由する排気経路の長さは、タービンを経由する排気経路の長さと異なるものとなる。このため、上記内燃機関のようにタービンよりも下流側の排気通路に空燃比センサが備えられている場合において、ある気筒（例えば、＃１気筒）から排出された排気ガスが空燃比センサに到達するタイミングは、タービンを経由するか或いはウェイストゲートを経由するかに応じて異なるものとなる。このため、タービン側およびウェイストゲート側の双方を排気ガスが流通する状況下においては、空燃比センサが設けられた位置では、異なる気筒から排出された排気ガスが混ざり合うことになる。したがって、このような排気ガスを利用したのでは、空燃比の気筒間の違いを把握しづらくなるので、空燃比の気筒間インバランス異常の検出性が低下してしまい、燃料噴射弁の異常の検出性が低下してしまう。
【０００６】
上記の気筒間インバランス異常の検出性の低下は、ウェイストゲートバルブの開度が中間開度である時に顕著となる。これは、ウェイストゲートからの排気ガス量とタービンからの排気ガス量との比率がある範囲内にあるため、空燃比センサが設けられた位置において他の気筒からの排気ガスと混ざる影響が大きいからである。一方、ウェイストゲートバルブが全閉または全開開度付近に制御されていると、前者の場合にはタービンからの排気ガスが主となり、後者の場合にはウェイストゲートからの排気ガスが主となるため、混ざりの影響は受けにくい。このため、全閉または全開開度付近を使用することで、ウェイストゲートバルブ開度が中間開度にあるときと比べ、インバランス異常の検出性を良好に確保することができる。
【０００７】
しかしながら、ウェイストゲートバルブが中間開度で固着するという異常が生じている場合には、検出性を高く確保した状態でインバランス異常を検出するために全閉または全開開度付近にウェイストゲートバルブを制御した際に、実際にはウェイストゲートバルブを全閉または全開開度付近に制御できていない状況となる。ウェイストゲートバルブの開度を検知するためのセンサを備えていない内燃機関において、上記のような状況が生じた場合には、実際には空燃比のインバランス異常が生じていた場合であっても、空燃比の気筒間の違いを把握することが難しいため、燃料噴射弁の異常を検出することが難しくなってしまう。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ターボ過給機と、タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、排気バイパス通路と排気通路とが合流した部位よりも下流側の排気通路に配置された空燃比センサとを備える場合において、ウェイストゲートバルブの開度を検知するセンサを設ける必要なしに、燃料噴射弁の異常の検出性を良好に高めることのできる内燃機関の異常判定装置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】
【０００９】
第１の発明は、内燃機関の異常判定装置であって、
内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁と、
排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンよりも下流側の部位において前記排気通路と合流する排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
前記排気バイパス通路が合流する前記下流側の部位よりも下流側の前記排気通路に配置され、前記内燃機関が備える複数の気筒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センサと、
前記複数の気筒間での空燃比のインバランス異常を検出可能な領域内に前記ウェイストゲートバルブの開度が制御されていると想定される運転領域において、前記複数の気筒の空燃比を同じ値に制御した状態で、前記空燃比センサにより検出される空燃比に基づいて、前記複数の気筒間で空燃比のインバランスが生じているか否かを判定する第１のインバランス判定手段と、
前記複数の気筒間での空燃比のインバランス異常を検出可能な領域内に前記ウェイストゲートバルブの開度が制御されていると想定される運転領域において、前記複数の気筒のうちの、順番に変更される特定の気筒への燃料噴射量を変更してその他の気筒と比べて当該特定の気筒の空燃比をリッチもしくはリーンに乖離させた強制インバランス状態を生じさせた状態で、所定の異常判定用パラメータが、生じさせた前記強制インバランス状態に応じた変化を示すか否かを判定する第２のインバランス判定手段と、
前記第１および第２のインバランス判定手段の判定結果に基づいて、前記燃料噴射弁の異常の有無を判定する異常判定手段と、
を備え、
前記異常判定用パラメータは、前記空燃比センサにより検出される空燃比を基礎とする第１パラメータと、前記第２のインバランス判定手段による判定対象となる前記特定の気筒からの排気ガスと他の気筒からの排気ガスとの混ざりの影響を受けることなく前記強制インバランス状態に応じた変化を取得可能な第２パラメータとを含み、
前記異常判定手段は、前記第１のインバランス判定手段によって前記複数の気筒間で空燃比のインバランスが生じていると判定された場合には、前記燃料噴射弁に異常が生じていると判定し、
前記異常判定手段は、前記第１のインバランス判定手段によって前記複数の気筒間で空燃比のインバランスが生じていないと判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れかを順に前記特定の気筒として空燃比をリッチもしくはリーンに乖離させた第１の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際に、前記第２のインバランス判定手段によって前記第１パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示さない気筒があると判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れかを順に前記特定の気筒として前記第１の処理とは逆方向に空燃比をリーンもしくはリッチに乖離させた第２の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際に、前記第２のインバランス判定手段によって前記第２パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示さない気筒があると判定された場合には、前記燃料噴射弁に異常が生じていると判定することを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記異常判定手段は、前記第１のインバランス判定手段によって前記複数の気筒間で空燃比のインバランスが生じていないと判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れかを順に前記特定の気筒として前記第１の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際に、前記第１パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示さない気筒があると前記第２のインバランス判定手段によって判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れを前記特定の気筒として前記第２の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際にも、前記第２パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示すと前記第２のインバランス判定手段によって判定された場合には、前記ウェイストゲートバルブに異常が生じていると判定するものであることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記異常判定手段は、前記第１のインバランス判定手段によって前記複数の気筒間で空燃比のインバランスが生じていないと判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れかを順に前記特定の気筒として前記第１の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際に、前記第２のインバランス判定手段によって前記第１パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示さない気筒があると判定された場合であって、かつ、前記複数の気筒の何れかを順に前記特定の気筒として前記第２の処理によって前記強制インバランス状態を生じさせた際に、前記第２のインバランス判定手段によって前記第２パラメータが前記強制インバランス状態に応じた変化を示さない気筒があると判定された場合には、前記燃料噴射弁に異常が生じているとする判定に加え、前記ウェイストゲートバルブに異常が生じている可能性があると判定することを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第１〜第３の発明の何れかにおいて、
エンジン回転数を検出するための回転数センサを更に備え、
前記第２パラメータは、前記回転数センサにより検出されるエンジン回転数を基礎とするパラメータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、第１のインバランス判定手段の判定結果のみでは燃料噴射弁の異常が検出されない場合であっても、空燃比をリッチとリーンとに振った強制インバランス状態での判定結果に基づいて、燃料噴射弁の異常を検出できるようになる。より具体的には、第１および第２の処理の双方によって空燃比をリッチおよびリーンの双方に振って強制インバランス状態を生じさせたにもかかわらず、何れの強制インバランス状態においても、それらの状態に応じた第１および第２パラメータの変化が判定対象の複数の気筒において一律に揃わない場合には、燃料噴射弁を原因とする異常が生じていると考えられる。以上のように、本発明によれば、ウェイストゲートバルブの開度を検知するセンサを設ける必要なしに、燃料噴射弁の異常の検出性を良好に高めることができる。
【００１４】
第２の発明によれば、第１の処理によってリッチもしくはリーンに振った強制インバランス状態を生じさせた際には強制インバランス状態に応じた第１パラメータの変化が認められない気筒があるが、第２の処理によってリーンもしくはリッチに振った強制インバランス状態を生じさせた際には何れの気筒でも強制インバランス状態に応じた第２パラメータの変化が認められる場合には、ウェイストゲートバルブに異常が生じていると判定される。この場合には、第２の処理に伴う強制インバランス状態を作り出す要求に応じて、全気筒の燃料噴射弁が正しく燃料噴射量を変化させることができていると判断することができる。したがって、この場合には、ウェイストゲートバルブに異常（中間開度での固着など）が生じていることが原因で、第１の処理の実行時に空燃比の変化の検出性が低下し、第１の処理に伴う強制インバランス状態に応じた空燃比の変化が検出されない気筒が存在したと判断することができる。このため、この場合には、ウェイストゲートバルブに異常が生じていると判定することが可能となる。より具体的には、ウェイストゲートバルブの異常を燃料噴射弁の異常と切り分けて検出できるようになる。
【００１５】
第１および第２の処理の双方によって空燃比をリッチおよびリーンの双方に振って強制インバランス状態を生じさせたにもかかわらず、何れの強制インバランス状態においても、それらの状態に応じた異常判定パラメータの変化が判定対象の複数の気筒において一律に揃わない場合には、燃料噴射弁に異常が生じているだけでなく、ウェイストゲートバルブにも異常が生じている可能性があると考えられる。第３の発明によれば、そのようなウェイストゲートバルブの異常の可能性を検出することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、回転数センサにより検出されるエンジン回転数を基礎とするパラメータを上記第２パラメータとして用いて、燃料噴射弁やウェイストゲートバルブの異常を正確に検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための模式図である。
【図２】気筒間のＡ／Ｆ差とＷＧＶ開度との関係を表した図である。
【図３】本発明の実施の形態１における異常判定手法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための模式図である。本実施形態のシステムは、複数（一例として４つ）の気筒を有する内燃機関（ここでは、一例として、火花点火式の直列４気筒型ガソリンエンジンであるものとする）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
【００１９】
吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが設置されている。コンプレッサ２０ａは、排気通路１４に配置されたタービン２０ｂと連結軸を介して一体的に連結されている。
【００２０】
コンプレッサ２０ａの下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。また、内燃機関１０の各気筒には、筒内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁２６が設けられている。更に、内燃機関１０の各気筒には、混合気に点火するための点火プラグ２８が設けられている。尚、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２６に代え、或いは、これとともに吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられていてもよい。
【００２１】
排気通路１４には、タービン２０ｂよりも上流側の部位において排気通路１４から分岐し、タービン２０ｂよりも下流側の部位において排気通路１４と合流するように構成された排気バイパス通路３０が接続されている。排気バイパス通路３０の途中には、排気バイパス通路３０を開閉するウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）３２が設けられている。ＷＧＶ３２は、ここでは、調圧式もしくは電動式のアクチュエータ（図示省略）によって任意の開度に調整可能に構成されているものとする。
【００２２】
排気バイパス通路３０が合流する上記下流側の部位よりも更に下流側の排気通路１４には、その位置で排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３４が配置されている。より具体的には、空燃比センサ３４は、本実施形態の異常判定の対象となる複数の気筒（本実施形態では全気筒）から排出される排気ガスの空燃比を順に検出できる位置に配置されている。空燃比センサ３４は、検出対象の排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するように構成されている。また、クランクシャフト３６の近傍には、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ３８が設けられている。
【００２３】
更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ１８、空燃比センサ３４およびクランク角センサ３８等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁２６、点火プラグ２８を含む点火装置およびＷＧＶ３２等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、上述した各種センサの出力と所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。
【００２４】
［空燃比の気筒間インバランス異常検出］
（空燃比センサの出力を利用した一般的な空燃比の気筒間インバランス異常判定の概要）
内燃機関１０の運転中には、燃料噴射量や吸入空気量に気筒間インバランスが生じ得る。このようなインバランスが大きくなると、気筒間で空燃比のインバランスが大きくなる。法規要件として、気筒毎の燃料噴射弁２６の異常（フェール）を検出する要求がある。一般的には、空燃比センサ３４を利用して、次のような手法で空燃比の気筒間インバランス異常の有無が判定され、その判定結果に基づいて、燃料噴射弁２６の異常の有無が判定される。
【００２５】
すなわち、空燃比の気筒間インバランス異常は、空燃比センサ３４が活性化しており、かつ、内燃機関１０の運転状態が定常状態にある条件下において、空燃比の気筒間インバランスの度合いが所定の許容レベルを超えているか否かを判断することによって検出することができる。この異常検出は、対象となる複数の気筒の空燃比を同じ値（例えば、理論空燃比）に制御している状況下で実行される。この場合の気筒間インバランスの度合いは、例えば、空燃比センサ３４の出力波形の振幅（所定期間におけるピーク値とボトム値との差）を用いて取得することができる。また、気筒間インバランスの度合いは、このような手法以外にも、空燃比センサ３４の出力波形の面積（所定期間における出力波形と正常時の出力波形とによって囲まれる面積）、空燃比センサ３４の出力波形の傾き（所定期間における出力波形の変化量または変化割合）、空燃比センサ３４の出力波形の長さ（所定期間における出力の軌跡長）、または空燃比センサ３４の出力波形の周波数などを利用して取得することができるものである。
【００２６】
空燃比の気筒間インバランスが大きくなると、空燃比センサ３４の出力の変動が大きくなり、空燃比センサ３４の上述した出力波形の振幅、面積、傾き、長さおよび周波数等が大きくなる。従って、これらのパラメータは、何れも空燃比の気筒間インバランスの度合いを精度良く反映した情報となる。以下に説明する本実施形態では、一例として、空燃比センサ３４の出力波形の振幅（所定期間におけるピーク値とボトム値との差（以下、「Ａ／Ｆ差」もしくは「ΔＡ／Ｆ」と称する））を利用して、気筒間インバランス異常の判定を行うものとする。
【００２７】
（空燃比の気筒間インバランス異常の検出に関する課題）
本実施形態の内燃機関１０のようにＷＧＶを備える内燃機関においては、内燃機関の加速応答性や燃費性能を高める要求に応じて、ＷＧＶの開度を自在に制御することが行われている。ＷＧＶを経由する排気経路の長さは、タービンを経由する排気経路の長さと異なるものとなる。このため、本内燃機関１０のようにタービンよりも下流側の排気通路に空燃比センサが備えられている場合において、ある気筒（例えば、＃１気筒）から排出された排気ガスが空燃比センサに到達するタイミングは、タービンを経由するか或いはウェイストゲート（ＷＧ）を経由するかに応じて異なるものとなる。このため、タービン側およびＷＧ側の双方を排気ガスが流通する状況下においては、空燃比センサが設けられた位置では、異なる気筒から排出された排気ガスが混ざり合うことになる。より具体的には、ある気筒からの排気ガスのうちの遅い方の経路からのガスと、他の気筒からの排気ガスのうちの早い方の経路からのガスとが混ざり合うことになる。したがって、このような排気ガスを利用したのでは、空燃比の気筒間の違いを把握しづらくなるので、燃料噴射弁の異常の検出性が低下してしまう。
【００２８】
図２は、気筒間のＡ／Ｆ差とＷＧＶ開度との関係を表した図である。
図２中に「実線」で示す曲線は、気筒間のＡ／Ｆ差が相対的に高い場合のものであり、同図中に「破線」で示す曲線は、気筒間のＡ／Ｆ差が相対的に低い場合のものである。これらの曲線に示すように、ＷＧＶ開度が全開開度付近もしくは全閉開度付近の所定領域（以下、インバランス異常の「検出可能領域」と称する）から外れた中間開度にあるときには、Ａ／Ｆ差が小さくなる。その結果、検出可能領域であればインバランス異常検出のための所定の閾値（スレッシュレベル）αよりもＡ／Ｆ差が高くなる状況（実線）であっても、中間開度ではインバランス異常を検出できなくなる。この理由は、中間開度ではＷＧからの排気ガス量とタービンからの排気ガス量との比率がある範囲内にあるため、空燃比センサが設けられた位置において他の気筒からの排気ガスと混ざる影響が大きいからである。一方、ＷＧＶ開度が全閉または全開開度付近の検出可能領域で制御されていると、前者の場合にはタービンからの排気ガスが主となり、後者の場合にはＷＧからの排気ガスが主となるため、混ざりの影響は受けにくい。このため、全閉または全開開度付近を使用することで、ＷＧＶ開度が中間開度にあるときと比べ、インバランス異常の検出性を良好に確保することができる。
【００２９】
しかしながら、ＷＧＶが中間開度で固着するという異常が生じている場合には、検出性を高く確保した状態でインバランス異常を検出するために全閉または全開開度付近にＷＧＶを制御した際に、実際にはＷＧＶを全閉または全開開度付近に制御できていない状況となる。本内燃機関１０のようにＷＧＶ開度を検知するためのセンサを備えていない内燃機関において、上記のような状況が生じた場合には、実際には空燃比のインバランス異常が生じていた場合（図２中に実線で示すケース）であっても、空燃比の気筒間の違い（Ａ／Ｆ差）を把握することが難しいため、燃料噴射弁の異常を検出することが難しくなってしまう。
【００３０】
［実施の形態１における特徴的な異常判定手法］
そこで、本実施形態では、ＷＧＶ開度を検知するセンサを設ける必要なしに、空燃比の気筒間インバランス異常の検出に基づく燃料噴射弁２６の異常の検出性を高めるために（より具体的には、燃料噴射弁２６の異常とＷＧＶ３２の異常とを切り分けて検出できるようにするために）、次のような手法の異常判定が行われるようにした。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態１における異常判定手法を説明するための図である。
本実施形態の異常判定は、上記検出可能領域内にＷＧＶ開度が制御されていると想定される運転領域で（全気筒の空燃比が同じ目標空燃比（例えば、理論空燃比）に制御されている通常の状態で）実行される。
【００３２】
具体的には、先ず、上記通常の状態で上述した気筒間のＡ／Ｆ差（ΔＡ／Ｆ）が所定の閾値αよりも高いか否かが判定される。その結果、ΔＡ／Ｆ＞αが成立する場合（図３においては、「通常のＡ／Ｆ差」が異常となるケース）では、図３中のパターン（３）に該当すると判定される。パターン（３）では、燃料噴射弁２６の異常（インバランス異常）が発生していると判定される。また、この場合には、上記通常の状態での判定によって閾値αよりも大きなＡ／Ｆ差を検出できているので、ＷＧＶ３２は正常であると判定される。
【００３３】
上記の通常の状態で閾値αよりも大きなＡ／Ｆ差が検出されなかった場合には、順番に変更される特定（本実施形態では１つ）の気筒の空燃比をその他の気筒（ここでは、理論空燃比）と比べてリッチに乖離させたリッチ強制インバランス状態を生じさせるために、各気筒の燃料噴射量が順番にアクティブに残りの気筒よりリッチな空燃比が得られるように制御される（リッチ処理）。そして、このようにリッチ強制インバランス状態を各気筒に順番に生じさせながら、Ａ／Ｆ差が閾値αよりも大きくなるか否かが気筒毎に判定される。その結果、内燃機関１０の全気筒において閾値αよりも大きなＡ／Ｆ差が検出された場合、すなわち、全気筒においてリッチ強制インバランス状態に応じた空燃比の変化が検出された場合には、図３中のパターン（１）に該当すると判定される。このように、全気筒においてリッチ強制インバランス状態に応じた空燃比の変化が検出された場合には、リッチ強制インバランス状態を作り出す要求に応じて、全気筒の燃料噴射弁２６が正しく燃料噴射量を変化させることができていると判断することができる。したがって、この場合において通常の状態でのＡ／Ｆ差が閾値α以下となった理由は、純粋に、空燃比の気筒間インバランス異常が実際に生じていないためであると判断することができる。このため、パターン（１）では、燃料噴射弁２６およびＷＧＶ３２の双方が正常であると判定される。
【００３４】
一方、上記リッチ処理を実行した際に、閾値αよりも大きなＡ／Ｆ差が検出されない気筒（一部もしくは全気筒）が存在した場合、すなわち、リッチ強制インバランス状態に応じた空燃比の変化が検出されない気筒が存在した場合には、上記リッチ処理とは逆に、特定の気筒を順番にリーン強制インバランス状態とするリーン処理が実行される。そして、このようにリーン強制インバランス状態を各気筒に順番に生じさせながら、エンジン回転数の偏差ΔＮｅが所定の閾値βよりも大きいか否かが気筒毎に判定される。その結果、内燃機関１０の全気筒において閾値βよりも大きな偏差ΔＮｅが検出された場合、すなわち、全気筒においてリーン強制インバランス状態に応じたエンジン回転数の変化が検出された場合には、図３中のパターン（２）に該当すると判定される。空燃比をリーンにすべく燃料噴射量を減らすと、リーンに制御された特定の気筒の燃焼エネルギが低下することで、当該特定の気筒とその前後の気筒との間でエンジン回転数の変動が大きくなる。上記のように、全気筒においてリーン強制インバランス状態に応じたエンジン回転数の変動が検出された場合には、リーン強制インバランス状態を作り出す要求に応じて、全気筒の燃料噴射弁２６が正しく燃料噴射量を変化させることができていると判断することができる。したがって、この場合には、ＷＧＶ３２の開度制御に異常（中間開度での固着など）が生じていることが原因で、上記リッチ処理の実行時にＡ／Ｆ差の検出性が低下し、リッチ強制インバランス状態に応じた空燃比の変化が検出されない気筒が存在したと判断することができる。このため、パターン（２）では、燃料噴射弁２６は正常であるが、ＷＧＶ３２に異常が生じていると判定される。
【００３５】
また、上記のように、リッチ処理に続いてリーン処理を実行した際に、閾値βよりも大きな偏差ΔＮｅが検出されない気筒（一部もしくは全気筒）が存在した場合、すなわち、リーン強制インバランス状態に応じたエンジン回転数の変動が検出されない気筒が存在した場合には、図３中のパターン（４）に該当すると判定される。より具体的には、パターン（４）では、リッチ強制インバランス状態およびリーン強制インバランス状態を順に生じさせたにもかかわらず、これらの双方の強制インバランス状態に応じた変化がＡ／Ｆ差および偏差ΔＮｅの何れにも全気筒一律で生じない場合には、燃料噴射弁２６の異常（インバランス異常）が生じていると判定される。また、この場合には、ＷＧＶ３２にも異常が生じている可能性があると判定される。尚、この場合には、別の方法でＷＧＶ３２の固着の有無を判定するようにし、ＷＧＶ３２の異常の有無をより正確に特定するようにしてもよい。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態１における異常判定手法を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、図２に示す検出可能領域内にＷＧＶ開度が制御されていると想定される運転領域が到来した場合において所定の異常判定実行条件が成立した際に起動する。
【００３７】
図４に示すルーチンでは、先ず、全気筒の空燃比が同じ目標空燃比（例えば、理論空燃比）に制御されている通常の状態で、偏差ΔＡ／Ｆ（Ａ／Ｆ差）が上記閾値αよりも大きいか否かが判定される（ステップ１００）。その結果、本ステップ１００の判定が成立する場合、すなわち、上述したパターン（３）に該当すると判断できる場合には、燃料噴射弁２６の異常（空燃比の気筒間インバランス異常）が生じていると判定される（ステップ１０２）。
【００３８】
一方、ステップ１００において通常の状態でΔＡ／Ｆ＞αが不成立であると判定された場合には、気筒数をカウントするための変数ｎ、Ｊがそれぞれ１、０にセットされる（ステップ１０４）。次いで、ｎ気筒を上記特定の気筒とする上記リッチ処理が実行される（ステップ１０６）。次いで、この状態で、ΔＡ／Ｆ＞αが成立するか否かが判定される（ステップ１０８）。
【００３９】
その結果、ステップ１０８の判定において今回のリッチ処理時にΔＡ／Ｆ＞αが成立しないと判定された場合には、変数ｎを１だけ増やす処理が実行される（ステップ１１０）。一方、ステップ１０８の判定においてΔＡ／Ｆ＞αの判定が成立すると判定された場合には、変数Ｊを１だけ増やす処理が実行されたうえで（ステップ１１２）、変数ｎを１だけ増やす処理が実行される（ステップ１１０）。
【００４０】
次に、変数ｎが気筒数（内燃機関１０の場合は４）に１を加えた値であるか否かが判定される（ステップ１１４）。ステップ１０６および１０８の処理が全気筒に対して順に実行された場合には、本ステップ１１４の判定が成立することになる。この場合には、次いで、変数Ｊが気筒数と一致するか否かが判定される（ステップ１１６）。ステップ１０８および１１２の処理によれば、ΔＡ／Ｆ＞αの判定が全気筒において成立した場合には、変数Ｊが気筒数と一致することになる。
【００４１】
ステップ１１６において変数Ｊが気筒数と一致すると判定された場合、すなわち、全気筒においてリッチ強制インバランス状態に応じた空燃比の変化が検出されたことで上述したパターン（１）に該当すると判断できる場合には、燃料噴射弁２６およびＷＧＶ３２の双方が正常であると判定される（ステップ１１８）。
【００４２】
一方、ステップ１１６の判定が不成立となる場合、すなわち、リッチ強制インバランス状態に応じた空燃比の変化が検出されない気筒が存在した場合には、変数ｎ、Ｊがそれぞれ１、０にセットされる（ステップ１２０）。次いで、ｎ気筒を上記特定の気筒とする上記リーン処理が実行される（ステップ１２２）。次いで、この状態で、エンジン回転数の偏差ΔＮｅが上記閾値βよりも大きいか否かが判定される（ステップ１２４）。
【００４３】
その結果、ステップ１２４の判定において今回のリーン処理時にΔＮｅ＞βが成立しないと判定された場合には、変数ｎを１だけ増やす処理が実行される（ステップ１２６）。一方、ステップ１２４の判定においてΔＮｅ＞βの判定が成立すると判定された場合には、変数Ｊを１だけ増やす処理が実行されたうえで（ステップ１２８）、変数ｎを１だけ増やす処理が実行される（ステップ１２６）。
【００４４】
次に、変数ｎが気筒数に１を加えた値であるか否かが判定される（ステップ１３０）。その結果、本ステップ１３０の判定が成立する場合、すなわち、ステップ１２２および１２４の処理が全気筒に対して順に実行されたことが認められた場合には、次いで、変数Ｊが気筒数と一致するか否かが判定される（ステップ１３２）。
【００４５】
ステップ１３２において変数Ｊが気筒数と一致すると判定された場合、すなわち、全気筒においてリーン強制インバランス状態に応じたエンジン回転数の変動が検出されたことで上述したパターン（２）に該当すると判断できる場合には、ＷＧＶ３２の開度制御に異常（中間開度での固着など）が生じていると判定される（ステップ１３４）。
【００４６】
一方、ステップ１３２の判定が不成立となる場合、すなわち、リーン強制インバランス状態に応じたエンジン回転数の変動が検出されない気筒が存在したことで上述したパターン（４）に該当すると判断できる場合には、燃料噴射弁２６の異常（インバランス異常）が生じており、かつ、ＷＧＶ３２にも異常が生じている可能性があると判定される（ステップ１３６）。
【００４７】
以上説明した図４に示すルーチンによれば、通常の状態でのΔＡ／Ｆ（Ａ／Ｆ差）の判定（ステップ１００）のみでは気筒間の空燃比インバランス異常が検出されない場合であっても、リッチおよびリーン強制インバランス状態でのΔＡ／ＦおよびΔＮｅの判定結果に基づいて、燃料噴射弁２６の異常（空燃比の気筒間インバランス異常）の有無とＷＧＶ３２の異常の有無とを切り分けて判定することができるようになる。
【００４８】
また、上記ルーチンによれば、異常判定用パラメータとして、ΔＡ／ＦとともにΔＮｅを用いるようにしている。クランク角センサ３８を用いて算出されるΔＮｅは、空燃比センサ３４を用いて算出されるΔＡ／Ｆとは異なり、検出対象の気筒からの排気ガスと他の気筒からの排気ガスとの混ざりの影響を受けることなく強制インバランス状態に応じた変化を取得可能なパラメータである。上記ルーチンの処理によれば、このようなΔＮｅをも用いて精度の良い異常判定を行えるようになる。
【００４９】
ところで、上述した実施の形態１においては、通常の状態でのΔＡ／Ｆを用いたインバランス検出の後に、リッチ強制インバランス状態での判定、次いでリーン強制インバランス状態での判定を行うようにしている。しかしながら、本発明における強制インバランス状態での判定の実施順序は上記のものに限定されるものではなく、上記とは逆に、リーン強制インバランス状態、次いでリッチ強制インバランス状態という順で異常判定が実施されてもよい。また、通常の状態でのＡ／Ｆを用いたインバランス検出と、１回目のリッチもしくはリーン強制インバランス状態での判定との実施順序は、上記のものと逆であってもよい。
【００５０】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０がステップ１００の判定を実行することにより前記第１の発明における「第１のインバランス判定手段」が、ＥＣＵ４０がステップ１０４〜１１６およびステップ１２０〜１３２の一連の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２のインバランス判定手段」が、ＥＣＵ４０がステップ１０２、１１８、１３４または１３６の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常判定手段」が、それぞれ実現されている。また、リッチ処理が前記第１の発明における「第１の処理」に、リーン処理が前記第１の発明における「第２の処理」に、それぞれ相当している。
また、上述した実施の形態１においては、Ａ／Ｆ差（ΔＡ／Ｆ）が前記第１の発明における「第１パラメータ」に、ΔＮｅが前記第１の発明における「第２パラメータ」に、それぞれ相当している。
また、上述した実施の形態１においては、クランク角センサ３８が前記第４の発明における「回転数センサ」に相当している。
【符号の説明】
【００５１】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６  エアクリーナ
１８  エアフローメータ
２０  ターボ過給機
２０ａ  ターボ過給機のコンプレッサ
２０ｂ  ターボ過給機のタービン
２２  インタークーラ
２４  スロットルバルブ
２６  燃料噴射弁
２８  点火プラグ
３０  排気バイパス通路
３２  ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
３４  空燃比センサ
３６  クランクシャフト
３８  クランク角センサ
４０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
【図１】
2014013009.tif 000003
【図２】
2014013009.tif 000004
【図３】
2014013009.tif 000005
【図４】
2014013009.tif 000006