(57)【要約】【課題】ばらつき異常検出を実行する場合に内燃機関の負荷を最適範囲に変更可能とする。【解決手段】本発明に係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は、内燃機関の回転変動に基づきばらつき異常を検出する。内燃機関の回転数を所定の目標回転数に一致させるよう回転数フィードバック制御を実行する。異常検出を実行するときに内燃機関の負荷を所定の目標範囲内にするよう、内燃機関により駆動される発電装置の発電量を制御する。【選択図】図１１
2014092131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の回転変動に基づき気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
前記内燃機関の回転数を所定の目標回転数に一致させるよう回転数フィードバック制御を実行する回転制御手段と、
前記内燃機関により駆動される発電装置と、
前記異常検出手段による異常検出を実行するときに前記内燃機関の負荷を所定の目標範囲内にするよう前記発電装置の発電量を制御する発電制御手段と、
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。
【請求項２】
前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より小さいとき、前記発電量を増加させる
ことを特徴とする請求項１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。
【請求項３】
前記発電制御手段は、前記異常検出を実行する前に前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より小さいとき、前記発電量を増加させ、これにより前記内燃機関の負荷が前記目標範囲内になったとき、前記異常検出手段が異常検出を開始する
ことを特徴とする請求項１または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。
【請求項４】
前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より小さく且つバッテリ電圧が第１所定値以下のとき、前記発電量を増加させる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項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。
【請求項５】
前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より小さく且つバッテリ電圧が前記第１所定値より大きいとき、バッテリへの充電がなされぬよう前記発電量を制御する
ことを特徴とする請求項４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。
【請求項６】
前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より大きいとき、前記発電量を減少させる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項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。
【請求項７】
前記発電制御手段は、前記異常検出を実行する前に前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より大きいとき、前記発電量を減少させ、これにより前記内燃機関の負荷が前記目標範囲内になったとき、前記異常検出手段が異常検出を開始する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項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。
【請求項８】
前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より大きく且つバッテリ電圧が第２所定値より大きいとき、前記発電量の減少を実行する
ことを特徴とする請求項６または７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。
【請求項９】
前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より大きく且つ初期発電量が所定値より大きいとき、前記発電量の減少を実行する
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項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。
【請求項１０】
前記発電制御手段は、前記発電量の増加または減少を開始または終了させるとき、前記発電量を、ステップ的に変化させる場合よりも遅らせて変化させる
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項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。
【請求項１１】
前記回転制御手段は、前記内燃機関の回転数を所定の目標アイドル回転数に一致させるよう回転数フィードバック制御を実行し、
前記発電制御手段は、前記回転制御手段による回転数フィードバック制御の実行中に前記異常検出手段による異常検出を実行する際に、前記内燃機関の負荷を所定の目標範囲内にするよう前記発電装置の発電量を制御する
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
一方、多気筒内燃機関においては、通常全気筒に対し同一ないし一律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。
【０００４】
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、排気エミッションが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で検出することが要請されている（所謂ＯＢＤ；On-Board Diagnostics）。
【０００５】
例えば特許文献１に記載の装置は、多気筒内燃機関の回転変動に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１５４３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、回転変動に基づいてばらつき異常を検出する場合、内燃機関の負荷に、ばらつき異常検出に適した最適範囲が存在することが判明した。すなわち、内燃機関の負荷がそのような最適範囲にある場合、そうでない場合に比べ、正常時と異常時の回転変動の差を大きく取れ、検出精度を向上できる。
【０００８】
一方、内燃機関の通常運転中に、負荷がたまたまそのような最適範囲となった場合に限って、ばらつき異常検出を実施することも考えられる。しかしこうすると、ばらつき異常検出の検出頻度を低下させる虞がある。
【０００９】
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、ばらつき異常検出を実行する場合に内燃機関の負荷を最適範囲に変更可能な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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一の態様によれば、
多気筒内燃機関の回転変動に基づき気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
前記内燃機関の回転数を所定の目標回転数に一致させるよう回転数フィードバック制御を実行する回転制御手段と、
前記内燃機関により駆動される発電装置と、
前記異常検出手段による異常検出を実行するときに前記内燃機関の負荷を所定の目標範囲内にするよう前記発電装置の発電量を制御する発電制御手段と、
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。
【００１１】
好ましくは、前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より小さいとき、前記発電量を増加させる。
【００１２】
好ましくは、前記発電制御手段は、前記異常検出を実行する前に前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より小さいとき、前記発電量を増加させ、これにより前記内燃機関の負荷が前記目標範囲内になったとき、前記異常検出手段が異常検出を開始する。
【００１３】
好ましくは、前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より小さく且つバッテリ電圧が第１所定値以下のとき、前記発電量を増加させる。
【００１４】
好ましくは、前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より小さく且つバッテリ電圧が前記第１所定値より大きいとき、バッテリへの充電がなされぬよう前記発電量を制御する。
【００１５】
好ましくは、前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より大きいとき、前記発電量を減少させる。
【００１６】
好ましくは、前記発電制御手段は、前記異常検出を実行する前に前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より大きいとき、前記発電量を減少させ、これにより前記内燃機関の負荷が前記目標範囲内になったとき、前記異常検出手段が異常検出を開始する。
【００１７】
好ましくは、前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より大きく且つバッテリ電圧が第２所定値より大きいとき、前記発電量の減少を実行する。
【００１８】
好ましくは、前記発電制御手段は、前記内燃機関の負荷が前記目標範囲より大きく且つ初期発電量が所定値より大きいとき、前記発電量の減少を実行する。
【００１９】
好ましくは、前記発電制御手段は、前記発電量の増加または減少を開始または終了させるとき、前記発電量を、ステップ的に変化させる場合よりも遅らせて変化させる。
【００２０】
好ましくは、前記回転制御手段は、前記内燃機関の回転数を所定の目標アイドル回転数に一致させるよう回転数フィードバック制御を実行し、
前記発電制御手段は、前記回転制御手段による回転数フィードバック制御の実行中に前記異常検出手段による異常検出を実行する際に、前記内燃機関の負荷を所定の目標範囲内にするよう前記発電装置の発電量を制御する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ばらつき異常検出を実行する場合に内燃機関の負荷を最適範囲に変更可能な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ができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】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。
【図３】充電制御システムの構成を示す概略図である。
【図４】回転変動を表す値を説明するためのタイムチャートである。
【図５】回転変動を表す別の値を説明するためのタイムチャートである。
【図６】燃料噴射量を増量または減量したときの回転変動の変化を示すグラフである。
【図７】燃料噴射量の増量と、増量前後の回転変動の変化との様子を示す図である。
【図８】インバランス率と回転変動の大きさとの関係を表すグラフであり、エンジン負荷が最適範囲より小さい場合を示す。
【図９】インバランス率と回転変動の大きさとの関係を表すグラフであり、エンジン負荷が最適範囲内にある場合を示す。
【図１０】インバランス率と回転変動の大きさとの関係を表すグラフであり、エンジン負荷が最適範囲より大きい場合を示す。
【図１１】第１実施形態のばらつき異常検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】各処理で用いられる各数値を示す図である。
【図１３】第２実施形態のばらつき異常検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】発電量増加を行ったときのエンジン回転数の変化を示すタイムチャートであり、第３実施形態の方法を採用しない場合の比較例を示す。
【図１５】発電量増加を行ったときのエンジン回転数の変化を示すタイムチャートであり、第３実施形態の方法を採用した場合の実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００２４】
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は車両（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気筒火花点火式内燃機関である。内燃機関１は＃１〜＃４気筒を備える。但し気筒数、形式等は特に限定されない。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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ている。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。なおインジェクタは燃焼室３内に燃料を直接噴射するものであってもよい。
【００２８】
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。
【００２９】
排気管６の上流側と下流側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。これら触媒１１，１９は酸素吸蔵能（Ｏ2ストレージ能）を有する。すなわち、触媒１１，１９は、排気ガスの空燃比がストイキ（理論空燃比、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）より大きい（リーンな）ときに排気ガス中の過剰酸素を吸蔵し、ＮＯｘを還元する。また触媒１１，１９は、排気ガスの空燃比がストイキより小さい（リッチな）ときに吸蔵酸素を放出し、排気ガス中のＨＣ，ＣＯを酸化する。
【００３０】
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第１及び第２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、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。このように上流触媒１１の上流側の排気合流部に単一の触媒前センサ１７が設置されている。
【００３１】
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、制御手段もしくは制御ユニット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。
【００３２】
スロットルバルブ１０にはスロットル開度センサ（図示せず）が設けられ、スロットル開度センサからの信号がＥＣＵ２０に送られる。ＥＣＵ２０は、通常、アクセル開度に応じて定まる目標スロットル開度に、スロットルバルブ１０の開度（スロットル開度）をフィードバック制御する。
【００３３】
ＥＣＵ２０は、エアフローメータ５からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量である吸入空気量すなわち吸気流量を検出する。そしてＥＣＵ２０は、検出したスロットル開度および吸入空気量の少なくとも一つに基づき、エンジン１の負荷を検出する。
【００３４】
ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１６からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン１の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。
【００３５】
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、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）である。
【００３６】
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０〜１Ｖ）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。
【００３７】
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。
【００３８】
そこで通常運転時、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、空燃比フィードバック制御がＥＣＵ２０により実行される。この空燃比フィードバック制御は、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メイン空燃比制御（メイン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サブ空燃比制御（サブ空燃比フィードバック制御）とからなる。
【００３９】
なお、このような目標空燃比をストイキとする空燃比フィードバック制御をストイキ制御という。ストイキは基準空燃比をなし、ストイキ相当の燃料噴射量は燃料噴射量の基準量をなす。
【００４０】
図３には本実施形態における充電制御システムの構成を示す。この充電制御システム３０は、車載の１２Ｖバッテリ３１に対する充電を制御するシステムである。図示するように、充電制御システム３０は、バッテリ３１と、ＥＣＵ２０と、発電装置もしくは発電機としてのオルタネータ３２と、オルタネータ３２の出力部に設けられたＩＣレギュレータ３３と、バッテリ３１のマイナス端子に設けられたバッテリ電流センサ３４およびバッテリ温度センサ３５とを含む。
【００４１】
オルタネータ３２は、エンジン１のクランクシャフトにベルト等を介して連結され、エンジン１により回転駆動される。ＩＣレギュレータ３３は、オルタネータ３２の発電量、具体的にはその指標値である発電電圧を調整する装置である。オルタネータ３２で発電された電力は、これに並列に接続されたバッテリ３１および電気負荷３６へと供給される。公知のように、電気負荷３６にはブロアモータ、ワイパー等の様々な電気部品が含まれる。
【００４２】
バッテリ電流センサ３４は、バッテリ３１の充放電電流もしくは入出力電流に関する信号をＥＣＵ２０に送る。バッテリ温度センサ３５は、バッテリ３１の温度（液温）に関する信号をＥＣＵ２０に送る。バッテリ３１の電圧値に関する信号もＥＣＵ２０に送られる。上述のセンサを含む各種センサ３７からの信号もＥＣＵ２０に送られる。この信号には、スロットル開度センサからのスロットル開度信号、クランク角センサ１６からのエンジン回転信号のほか、ブレーキの作動状態を表すブレーキ信号、変速機のシフトポジションを表すシフトポジション信号等が含まれる。
【００４３】
ＥＣＵ２０は、バッテリ電流センサ３４からの充放電電流値、バッテリ温度センサ３５からのバッテリ温度値、およびバッテリ電圧値に基づいて、バッテリの状態を算出するバッテリ状態算出部３８を有する。またＥＣＵ２０は、各種センサ３７からの信号に基づいて車両の走行状態（エンジンの運転状態を含む）を判定する走行状態判定部３９を有する。ＥＣＵ２０は、バッテリ状態算出部３８で算出されたバッテリ状態、走行状態判定部３９で判定された走行状態、および電気負荷３６の作動状態に基づいて、目標発電量を算出し、この目標発電量に対応した信号をＩＣレギュレータ３３に送る。これにより、ＩＣレギュレータ３３は、目標発電量に等しい電力をバッテリ３１および電気負荷３６へと出力する。
【００４４】
このようにＥＣＵ２０は、バッテリ状態、車両走行状態および電気負荷作動状態に基づいてオルタネータ３２の発電量を制御する充電制御を行う。
【００４５】
オルタネータ３２の発電量が大きくなるほど、オルタネータ３２の発電によるエンジン負荷（これをオルタネータ負荷という）は大きくなる。そこで通常は、できるだけオルタネータ負荷を小さくしてエンジン燃費を低減しつつ、効率的にバッテリを充電できるよう、ＥＣＵ２０が充電制御を実行する。
【００４６】
例えばＥＣＵ２０は、車両の加速時には発電量を少なくしてオルタネータ負荷を小さくし、車両の減速時には発電量を多くしてオルタネータ負荷を大きくする。これにより低燃費化が図られる。なお、アイドル時や定速走行時には電流積算値を目標値に近づけるようＥＣＵ２０が発電量を制御する。電流積算値とは、バッテリ電流センサ３４で検出した充放電電流値を積算した値である。
【００４７】
一方、本実施形態では、エンジン回転数を所定の目標回転数に一致させるような回転数フィードバック制御もＥＣＵ２０により実行される。この回転数フィードバック制御は主にエンジンのアイドル運転時に行われる。以下、アイドル運転時に行われる回転数フィードバック制御をアイドルフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御という。
【００４８】
アイドルＦ／Ｂ制御は、アクセル開度センサ１５により検出されたアクセル開度が全閉相当で、且つクランク角センサ１６により検出されたエンジン回転数が所定回転数以下になったときに実行される。この所定回転数は、所定の目標アイドル回転数より若干高い値である。例えば、目標アイドル回転数は６５０（ｒｐｍ）、所定回転数は１１００（ｒｐｍ）である。アイドルＦ／Ｂ制御の実行中は、検出された実際のエンジン回転数と目標アイドル回転数との偏差に応じてスロットル開度ひいては吸入空気量が調節される。
【００４９】
さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒（特に１気筒）のインジェクタ１２が故障するなどして、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生する場合がある。例えば＃１気筒のインジェクタ１２が故障し、＃１気筒が他の＃２、＃３及び＃４気筒に対し燃料噴射量が多くなり、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ストイキ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若干リーンであり、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。
【００５０】
ここで、気筒間空燃比のばらつき度合いを表す指標値としてインバランス率なる値を用いる。インバランス率とは、複数の気筒のうちある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）の燃料噴射量からズレているかを示す値である。インバランス率を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をＱｓとすると、ＩＢ（％）＝（Ｑｉｂ−Ｑｓ）／Ｑｓ×１００で表される。インバランス率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。
【００５１】
他方、本実施形態においては、エンジンの回転変動に基づきばらつき異常を検出する。特に本実施形態においては、所定の対象気筒の燃料噴射量をアクティブに若しくは強制的に変更（増量または減量）し、少なくとも変更後の対象気筒の回転変動に基づき、ばらつき異常を検出する。
【００５２】
まず、回転変動について説明する。回転変動とは、エンジン回転速度あるいはクランクシャフト回転速度の変化をいい、例えば次に述べるような値で表すことができる。本実施形態においては各気筒の回転変動を気筒毎に検出可能である。
【００５３】
図４には回転変動を説明するためのタイムチャートを示す。図示例において点火順序は＃１，＃３，＃４，＃２気筒の順である。
【００５４】
図４において、（Ａ）はエンジンのクランク角（°ＣＡ）を示す。１エンジンサイクルは７２０（°ＣＡ）であり、図には逐次的に検出される複数サイクル分のクランク角が鋸歯状に示されている。
【００５５】
（Ｂ）は、クランクシャフトが所定角度だけ回転するのに要した時間、すなわち回転時間Ｔ（ｓ）を示す。ここでは所定角度が３０（°ＣＡ）であるが、他の値（例えば１０、９０、１２０、１８０、３６０（°ＣＡ）等）としてもよい。回転時間Ｔが長いほどエンジン回転速度は遅く、逆に回転時間Ｔが短いほどエンジン回転速度は速い。この回転時間Ｔはクランク角センサ１６の出力に基づきＥＣＵ２０により検出される。
【００５６】
（Ｃ）は、後に説明する回転時間差ΔＴを示す。図中、「正常」とは、いずれの気筒にも空燃比ずれが生じていない正常な場合を示し、「リーンずれ異常」とは、＃１気筒のみに例えばインバランス率ＩＢ＝−３０（％）のリーンずれが生じている異常な場合を示す。リーンずれ異常は例えばインジェクタの噴孔詰まりや開弁不良により生じ得る。
【００５７】
まず、各気筒の同一タイミングにおける回転時間ＴがＥＣＵにより検出される。ここでは各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）のタイミングにおける回転時間Ｔが検出される。この回転時間Ｔが検出されるタイミングを検出タイミングという。
【００５８】
次いで、検出タイミング毎に、当該検出タイミングにおける回転時間Ｔ２と、直前の検出タイミングにおける回転時間Ｔ１との差（Ｔ２−Ｔ１）がＥＣＵにより算出される。この差が（Ｃ）に示す回転時間差ΔＴであり、ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１である。
【００５９】
通常、ある気筒のクランク角がＴＤＣを超えた後の燃焼行程では回転速度が上昇するため回転時間Ｔが低下し、その後の次点火気筒の圧縮行程では回転速度が低下するため回転時間Ｔが増大する。
【００６０】
しかしながら、（Ｂ）に示すように＃１気筒がリーンずれ異常の場合、＃１気筒を点火させても十分なトルクが得られず、回転速度が上昇しづらいので、その影響で＃３気筒ＴＤＣにおける回転時間Ｔは大きくなっている。それ故、＃３気筒ＴＤＣにおける回転時間差ΔＴは、（Ｃ）に示すように大きな正の値となる。この＃３気筒ＴＤＣにおける回転時間および回転時間差をそれぞれ＃１気筒の回転時間および回転時間差とし、それぞれＴ1およびΔＴ1で表す。他の気筒についても同様である。
【００６１】
次に、＃３気筒は正常であるので、＃３気筒を点火させたときには回転速度が急峻に上昇する。これにより次の＃４気筒ＴＤＣのタイミングでは、＃３気筒ＴＤＣのときに比べ回転時間Ｔが若干低下しているに過ぎない。それ故、＃４気筒ＴＤＣにおいて検出された＃３気筒の回転時間差ΔＴ3は、（Ｃ）に示すように小さな負の値となる。このようにある気筒の回転時間差ΔＴが、次点火気筒ＴＤＣ毎に検出される。
【００６２】
以降の＃２気筒ＴＤＣおよび＃１気筒ＴＤＣにおいても＃４気筒ＴＤＣのときと同様の傾向が見られ、両タイミングにおいて検出された＃４気筒の回転時間差ΔＴ4および＃２気筒の回転時間差ΔＴ2はともに小さな負の値となっている。以上の特性が１エンジンサイクル毎に繰り返される。
【００６３】
このように、各気筒の回転時間差ΔＴは、各気筒の回転変動を表す値であり、各気筒の空燃比ずれ量に相関した値であることが分かる。そこで各気筒の回転時間差ΔＴを各気筒の回転変動に関するパラメータ、すなわち回転変動パラメータとして用いることができる。ある気筒の空燃比ずれ量が大きいほど、当該気筒の回転変動は大きくなり、当該気筒の回転時間差ΔＴは大きくなる。
【００６４】
他方、図４（Ｃ）に示すように、正常の場合には回転時間差ΔＴが常時ゼロ付近である。
【００６５】
図４の例ではリーンずれ異常の場合を示したが、逆のリッチずれ異常、すなわち１気筒のみに大きなリッチずれが生じている場合にも、同様の傾向がある。大きなリッチずれが生じた場合、点火しても燃料過多のため燃焼が不十分となり、十分なトルクが得られず、回転変動が大きくなるからである。
【００６６】
次に、図５を参照して、回転変動に関する別のパラメータを説明する。（Ａ）は図４（Ａ）と同様にエンジンのクランク角（°ＣＡ）を示す。
【００６７】
（Ｂ）は、前記回転時間Ｔの逆数である角速度ω（ｒａｄ／ｓ）を示す。ω＝１／Ｔである。当然ながら、角速度ωが大きいほどエンジン回転速度は速く、角速度ωが小さいほどエンジン回転速度は遅い。角速度ωの波形は、回転時間Ｔの波形を上下反転した形となる。
【００６８】
（Ｃ）は、前記回転時間差ΔＴと同様、角速度ωの差である角速度差Δωを示す。角速度差Δωの波形も、回転時間差ΔＴの波形を上下反転した形となる。図中の「正常」および「リーンずれ異常」については図４と同様である。
【００６９】
まず、各気筒の同一タイミングにおける角速度ωがＥＣＵにより検出される。ここでも各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）のタイミングにおける角速度ωが検出される。角速度ωは、１を前記回転時間Ｔで除することにより算出される。
【００７０】
次いで、検出タイミング毎に、当該検出タイミングにおける角速度ω２と、直前の検出タイミングにおける角速度ω１との差（ω２−ω１）がＥＣＵにより算出される。この差が（Ｃ）に示す角速度差Δωであり、Δω＝ω２−ω１である。
【００７１】
通常、ある気筒のクランク角がＴＤＣを超えた後の燃焼行程では回転速度が上昇するため角速度ωが上昇し、その後の次点火気筒の圧縮行程では回転速度が低下するため角速度ωが低下する。
【００７２】
しかしながら、（Ｂ）に示すように＃１気筒がリーンずれ異常の場合、＃１気筒を点火させても十分なトルクが得られず、回転速度が上昇しづらいので、その影響で＃３気筒ＴＤＣにおける角速度ωは小さくなっている。それ故、＃３気筒ＴＤＣにおける角速度差Δωは、（Ｃ）に示すように大きな負の値となる。この＃３気筒ＴＤＣにおける角速度および角速度差をそれぞれ＃１気筒の角速度および角速度差とし、それぞれω1およびΔω1で表す。他の気筒についても同様である。
【００７３】
次に、＃３気筒は正常であるので、＃３気筒を点火させたときには回転速度が急峻に上昇する。これにより次の＃４気筒ＴＤＣのタイミングでは、＃３気筒ＴＤＣのときに比べ角速度ωが若干上昇するに過ぎない。それ故、＃４気筒ＴＤＣにおいて検出された＃３気筒の角速度差Δω3は、（Ｃ）に示すように小さな正の値となる。このようにある気筒の角速度差Δωが、次点火気筒ＴＤＣ毎に検出される。
【００７４】
以降の＃２気筒ＴＤＣおよび＃１気筒ＴＤＣにおいても＃４気筒ＴＤＣのときと同様の傾向が見られ、両タイミングにおいて検出された＃４気筒の角速度差Δω4および＃２気筒の角速度差Δω2はともに小さな正の値となっている。以上の特性が１エンジンサイクル毎に繰り返される。
【００７５】
このように、各気筒の角速度差Δωは、各気筒の回転変動を表す値であり、各気筒の空燃比ずれ量に相関した値であることが分かる。そこで各気筒の角速度差Δωを各気筒の回転変動パラメータとして用いることができる。ある気筒の空燃比ずれ量が大きいほど、当該気筒の回転変動は大きくなり、当該気筒の角速度差Δωは小さくなる（マイナス方向に大きくなる）。
【００７６】
他方、図５（Ｃ）に示すように、正常の場合には角速度差Δωが常時ゼロ付近である。
【００７７】
逆のリッチずれ異常の場合にも同様の傾向がある点は上述した通りである。
【００７８】
次に、ある１気筒の燃料噴射量をアクティブに増量または減量したときの回転変動の変化を、図６を参照して説明する。
【００７９】
図６において、横軸はインバランス率ＩＢを示し、縦軸は回転変動の指標値としての角速度差Δωを示す。ここでは、全４気筒のうちある１気筒のみのインバランス率ＩＢを変化させ、このときの当該１気筒のインバランス率ＩＢと、当該１気筒の角速度差Δωとの関係を線ａで示す。当該１気筒が所定の対象気筒に該当し、アクティブ対象気筒という。他の気筒は全てバランス気筒であり、基準量としてのストイキ相当の燃料噴射量すなわちストイキ相当量Ｑｓを噴射しているものとする。
【００８０】
横軸において、ＩＢ＝０（％）とは、アクティブ対象気筒のインバランス率ＩＢが０（％）で、アクティブ対象気筒がストイキ相当量を噴射している正常な場合を意味する。このときのデータが線ａ上のプロットｂで示される。このＩＢ＝０（％）の状態から図中左側に移動すると、インバランス率ＩＢがプラス方向に増加し、燃料噴射量としては過多すなわちリッチな状態となる。逆に、ＩＢ＝０（％）から図中右側に移動すると、インバランス率ＩＢがマイナス方向に増加し、燃料噴射量としては過少すなわちリーンな状態となる。
【００８１】
特性線ａから分かるように、アクティブ対象気筒のインバランス率ＩＢが０（％）からプラス方向に増加してもマイナス方向に増加しても、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなり、アクティブ対象気筒の角速度差Δωが０付近からマイナス方向に大きくなる傾向にある。そして、インバランス率ＩＢが０（％）から離れるほど、特性線ａの傾きが急になり、インバランス率ＩＢの変化に対する角速度差Δωの変化は大きくなる傾向にある。
【００８２】
ここで、矢印ｃで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を、ストイキ相当量（ＩＢ＝０（％））から所定量、強制的に増量したとする。図示例ではインバランス率で約４０（％）相当の増量がなされている。このとき、ＩＢ＝０（％）の近辺では特性線ａの傾きが緩やかであることから、増量後においても角速度差Δωは増量前とほぼ変わらず、増量前後の角速度差Δωの差は極小さい。
【００８３】
他方、プロットｄで示すように、アクティブ対象気筒において既にリッチずれが生じており、そのインバランス率ＩＢが比較的大きなプラス側の値になっているときを考える。図示例ではインバランス率で約５０（％）のリッチずれが生じている。この状態から矢印ｅで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を同一量、強制的に増量したとすると、この領域では特性線ａの傾きが急であることから、増量後の角速度差Δωは増量前より大きくマイナス側に変化し、増量前後の角速度差Δωの差は大きくなる。すなわち燃料噴射量の増量により、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなる。
【００８４】
よって、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量増量したときの少なくとも増量後のアクティブ対象気筒の角速度差Δωに基づき、ばらつき異常を検出することが可能である。
【００８５】
すなわち、増量後の角速度差Δωが図示するように所定の負の異常判定値αより小さい場合（Δω＜α）には、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、増量後の角速度差Δωが異常判定値αより小さくない場合（Δω≧α）には、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。
【００８６】
あるいは代替的に、図示するように、増量前後の角速度差Δωの差ｄΔωに基づき、ばらつき異常を検出することも可能である。この場合、増量前の角速度差をΔω１、増量後の角速度差をΔω２とすると、両者の差ｄΔωをｄΔω＝Δω１−Δω２と定義することができる。そして差ｄΔωが所定の正の異常判定値β１を超えた場合（ｄΔω＞β１）、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、差ｄΔωが異常判定値β１を超えない場合（ｄΔω≦β１）、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。
【００８７】
インバランス率が負の領域で強制減量を行ったときも同様のことが言える。矢印ｆで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量をストイキ相当量（ＩＢ＝０（％））から所定量、強制的に減量したとする。図示例ではインバランス率で約１０（％）相当の減量がなされている。増量量に比べ減量量が少ないのは、リーンずれ異常気筒に対しあまりに多くの減量を行ってしまうと失火してしまうからである。このとき、特性線ａの傾きが比較的緩やかであることから、減量後の角速度差Δωは減量前より若干小さくなっているだけで、増量前後の角速度差Δωの差は小さい。
【００８８】
他方、プロットｇで示すように、アクティブ対象気筒において既にリーンずれが生じており、そのインバランス率ＩＢが比較的大きなマイナス側の値になっているときを考える。図示例ではインバランス率で約−２０（％）のリーンずれが生じている。この状態から矢印ｈで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を同一量、強制的に減量したとすると、この領域では特性線ａの傾きが比較的急であることから、減量後の角速度差Δωは減量前より大きくマイナス側に変化し、減量前後の角速度差Δωの差は大きくなる。すなわち燃料噴射量の減量により、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなる。
【００８９】
よって、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量減量したときの少なくとも減量後のアクティブ対象気筒の角速度差Δωに基づき、ばらつき異常を検出することが可能である。
【００９０】
すなわち、減量後の角速度差Δωが図示するように所定の負の異常判定値αより小さい場合（Δω＜α）には、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、減量後の角速度差Δωが異常判定値αより小さくない場合（Δω≧α）には、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。
【００９１】
あるいは代替的に、図示するように、減量前後の角速度差Δωの差ｄΔωに基づき、ばらつき異常を検出することも可能である。この場合も両者の差ｄΔωをｄΔω＝Δω１−Δω２と定義することができる。差ｄΔωが所定の正の異常判定値β２を超えた場合（ｄΔω＞β２）、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、差ｄΔωが異常判定値β２を超えない場合（ｄΔω≦β２）、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。
【００９２】
ここでは増量量が減量量より顕著に多いため、増量時の異常判定値β１を減量時の異常判定値β２より大きくしている。しかしながら、両異常判定値は、特性線ａの特性や増量量と減量量のバランス等を考慮して任意に定めることができる。両異常判定値を同じ値とすることも可能である。
【００９３】
各気筒の回転変動の指標値として回転時間差ΔＴを用いた場合にも、同様の方法で異常検出および異常気筒特定が可能であることが理解されるであろう。また、各気筒の回転変動の指標値としては、上述した以外の他の値を用いることも可能である。
【００９４】
上記の説明から理解されるように、本実施形態においては、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を失火が生じない範囲内で変更する。たとえアクティブ対象気筒に空燃比ずれ異常が生じていたとしても、燃料噴射量の変更前後でアクティブ対象気筒に失火は生じない。よって本実施形態のばらつき異常検出は従来の失火検出とは明確に区別されるべきものである。言い換えれば本実施形態のばらつき異常検出は、失火にまで至らないような空燃比ずれ異常を検出し得るものである。
【００９５】
図７には、全４気筒についての燃料噴射量の増量と、増量前後の回転変動の変化との様子を示す。上段が増量前、下段が増量後である。左右方向の左端列に示されているように、増量の方法としては、全気筒一律に且つ同時に同一量増量している。すなわちここでは所定の対象気筒が全気筒である。増量前は全気筒のインジェクタ１２に対し、ストイキ相当量の燃料を噴射するよう開弁指令がなされており、増量後は全気筒のインジェクタ１２に対し、ストイキ相当量より所定量多い燃料を噴射するよう開弁指令がなされている。
【００９６】
この増量の仕方は、全気筒同時に行う方法の他、任意数の気筒ずつ順番に且つ交互に行う方法がある。例えば１気筒ずつ増量したり、２気筒ずつ増量したりする方法がある。増量を行う対象気筒の数および気筒番号は任意に設定できる。
【００９７】
対象気筒数が多いほど、全増量時間を短縮できるメリットがあり、排気エミッションが悪化するデメリットがある。逆に対象気筒数が少ないほど、排気エミッションの悪化を抑制できるメリットがあるが、全増量時間が長期化するデメリットがある。
【００９８】
各気筒の回転変動の指標値として、図６と同様、角速度差Δωを用いている。
【００９９】
例えば左右方向の中央列に示されている正常時、すなわちいずれの気筒においても空燃比ずれ異常が生じていない場合だと、増量前では全気筒の角速度差Δωがほぼ等しく０付近にあり、全気筒の回転変動が少ない。また増量後でも全気筒の角速度差Δωがほぼ等しく若干マイナス方向に大きくなるだけであり、全気筒の回転変動はそれ程大きくならない。故に、増量前後の角速度差の差ｄΔωは小さい。
【０１００】
しかしながら、左右方向の右端列に示されている異常時だと、正常時とは異なる挙動を示す。この異常時では、＃３気筒にのみインバランス率で５０％相当のリッチずれ異常が生じており、＃３気筒のみが異常気筒である。この場合、増量前では、＃３気筒以外の残部気筒の角速度差Δωはほぼ等しく０付近にあるが、＃３気筒の角速度差Δωは残部気筒の角速度差Δωより若干マイナス方向に大きい。
【０１０１】
しかしながらそれでも、＃３気筒の角速度差Δωと残部気筒の角速度差Δωとの間にはそれ程差がない。よって増量前の角速度差Δωによっては、異常検出と異常気筒特定を十分な精度で行うことができない。
【０１０２】
他方、増量後だと増量前に比べて、残部気筒の角速度差Δωはほぼ等しく若干マイナス方向に変化するだけであるが、＃３気筒の角速度差Δωは大きくマイナス方向に変化する。よって＃３気筒の増量前後の角速度差の差ｄΔωは、残部気筒のそれより顕著に大きくなる。よってこの違いを利用し、異常検出と異常気筒特定を十分な精度で行うことができる。ここで理解されるように、燃料噴射量の強制変更は正常時と異常時の回転変動の差を拡大できるメリットがある。
【０１０３】
この場合、＃３気筒の差ｄΔωのみが前記異常判定値β１より大きくなるので、＃３気筒にリッチずれ異常があることを検出できる。
【０１０４】
燃料噴射量を強制減量して何れかの気筒のリーンずれ異常を検出する場合にも、同様の方法を採用できることが理解されるであろう。
【０１０５】
以上が本実施形態におけるばらつき異常検出の概要である。以下、特に言及しない限り、各気筒の回転変動の指標値として角速度差Δωを用いるものとする。なお、回転変動に基づくばらつき異常検出方法は他の方法も可能であり、例えば特許文献１に開示された方法を採用することも可能である。
【０１０６】
ところで、回転変動に基づくばらつき異常検出を実施する場合、エンジンの負荷に、ばらつき異常検出に適した最適範囲が存在することが判明した。すなわち、エンジンの負荷がそのような最適範囲内にある場合、そうでない場合に比べ、正常時と異常時の回転変動の差を大きく取れ、検出精度を向上できる。
【０１０７】
以下にこの点を図８〜１０を参照して説明する。
【０１０８】
図８〜１０の線ａ〜ｃは、ある特定気筒におけるインバランス率と回転変動の大きさとの関係を表す。これら関係はエンジンのアイドル運転時に得られたものである。概して、インバランス率が大きくなるほど回転変動も大きくなる傾向にある。図８は、エンジン負荷が最適範囲より小さい場合（負荷小の場合）、図９は、エンジン負荷が最適範囲内にある場合（負荷中の場合）、図１０は、エンジン負荷が最適範囲より大きい場合（負荷大の場合）をそれぞれ示す。
【０１０９】
図８に示す負荷小の場合、インバランス率に対する回転変動の変化率（線ａの傾き）が比較的大きく、また一定のインバランス率に対する回転変動のばらつきも比較的大きい傾向にある。インバランス率が正常値ＩＢ１（例えば３０％）のとき、回転変動のばらつきの中央値は線ａ上のＺｃ１、最小値はＺｌ１、最大値はＺｈ１である。同様に、インバランス率が異常値ＩＢ２（例えば１００％）のとき、回転変動のばらつきの中央値は線ａ上のＺｃ２、最小値はＺｌ２、最大値はＺｈ２である。
【０１１０】
負荷小の場合に回転変動のばらつきが大きい理由は、燃焼の安定性が良くないためである。このため、インバランス率が正常値ＩＢ１のときであっても、比較的大きなばらつき幅（Ｚｈ１−Ｚｌ１）が生じる。このばらつき幅を考慮すると、正常時と異常時の回転変動の差はΔＺ＝Ｚｌ２−Ｚｈ１となる。この差ΔＺは、図９に示すようなエンジン負荷が最適範囲内にあるときの差ΔＺよりも小さい。
【０１１１】
図９に示す負荷中の場合、インバランス率に対する回転変動の変化率（線ｂの傾き）は図８に示した負荷小の場合より小さくなる。一定のインバランス率に対する回転変動のばらつきも、図８に示した負荷小の場合より小さくなる。回転変動のばらつきが小さくなる理由は燃焼の安定性が良くなるからである。これにより、正常時と異常時の回転変動の差ΔＺは比較的大きい値となる。
【０１１２】
図１０に示す負荷大の場合、インバランス率に対する回転変動の変化率（線ｃの傾き）は図９に示した負荷中の場合より小さくなる。一定のインバランス率に対する回転変動のばらつきも、図９に示した負荷中の場合より小さくなる。つまり、負荷が増大するほど、インバランス率に対する回転変動の変化率は減少し、回転変動のばらつきも減少する傾向にある。負荷大の場合に回転変動の変化率が減少する理由は、負荷が大きいと燃焼が安定して回転変動自体が出にくくなるためである。これにより、正常時と異常時の回転変動の差ΔＺは比較的小さな値となり、図９に示した負荷中の場合より小さな値となる。
【０１１３】
このように、エンジン負荷が図９に示す如き最適範囲にあるときに最も大きい回転変動差ΔＺを得られ、正常と異常の区別を容易とし、検出精度を向上できる。逆に、エンジン負荷が最適範囲から外れると、すなわち最適範囲より小さくても大きくても、回転変動差ΔＺは小さくなり、検出精度向上に不利である。
【０１１４】
一方、エンジンおよび車両の通常運転中に、エンジン負荷がたまたまそのような最適範囲となった場合に限って、ばらつき異常検出を実施することも考えられる。しかしこうすると、ばらつき異常検出の検出頻度を低下させる虞がある。
【０１１５】
そこで本実施形態は、ばらつき異常検出を実行する場合にエンジン負荷をそのような最適範囲に積極的に変更することが可能な気筒間空燃比ばらつき異常検出装置を提供するものである。以下にその詳細を述べる。
【０１１６】
本実施形態に係る気筒間空燃比ばらつき異常検出装置は、異常検出を実行する際にエンジン負荷を所定の目標範囲内にするよう、オルタネータ３２の発電量を制御する発電制御手段を備える。発電制御手段は具体的にはＥＣＵ２０から構成される。目標範囲とは、上述した最適範囲、すなわち正常時と異常時の回転変動差（ΔＺ）を最大レベルにするようなエンジン負荷の範囲である。なお、目標範囲は、通常はある幅だけ離れた２点の負荷値の間の負荷範囲をいうが、幅がゼロの１点の負荷値の場合も含む（この場合目標範囲は目標値と換言することができる）。本実施形態において、ばらつき異常検出はエンジンのアイドル運転時に実行される。
【０１１７】
エンジン負荷が目標範囲より小さい場合、ＥＣＵ２０はオルタネータ３２の発電量を増加させる。するとオルタネータ３２の発電によるエンジン負荷すなわちオルタネータ負荷が増加し、エンジン回転数が低下するかまたは低下しようとする。アイドルＦ／Ｂ制御中であるとき、この回転数低下を補うようにアイドルＦ／Ｂ制御が働き、スロットル開度および吸入空気量が増大される。これにより実質的な回転数低下を生じず、またドライバに違和感を与えず、エンジン負荷を目標範囲内に増大することができる。エンジン負荷が目標範囲より小さい場合とは、例えば変速機がニュートラル、且つ電気負荷の使用量が非常に少ないなどの条件が揃った場合である。
【０１１８】
逆に、エンジン負荷が目標範囲より大きい場合、ＥＣＵ２０はオルタネータ３２の発電量を減少させる。するとオルタネータ負荷が減少し、エンジン回転数が増大するかまたは増大しようとする。アイドルＦ／Ｂ制御中であるとき、この回転数増大を補うようにアイドルＦ／Ｂ制御が働き、スロットル開度および吸入空気量が減少される。これにより実質的な回転数増大を生じず、またドライバに違和感を与えず、エンジン負荷を目標範囲内に減少することができる。エンジン負荷が目標範囲より大きい場合とは、例えば変速機がドライブポジション（ＡＴ車の場合）で、電気負荷の使用量が多く、且つエアコンも使用されているなどの条件が揃った場合である。この場合、前述のバッテリ充電制御によりオルタネータ３２の発電量は大きくされている。
【０１１９】
なお、これら発電量の増加と減少のうちいずれか一方のみを行う実施例も可能である。
【０１２０】
このように、異常検出を実行する際にエンジン負荷が目標範囲から外れている場合でも、オルタネータ３２の発電量を変更（増加または減少）することにより、オルタネータ負荷を変更し、エンジン負荷を目標範囲内に入れることができる。これにより検出精度を向上し、併せて検出頻度をも増大することができる。
【０１２１】
次に、図１１を参照して、本実施形態のばらつき異常検出のルーチンを説明する。図１１に示すルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【０１２２】
ここで、便宜のため、以下の各処理で用いられる各数値を図１２に示す。（Ａ）にはエンジン回転数Ｎｅに関する値、（Ｂ）にはエンジン負荷ＫＬに関する値、（Ｃ）にはバッテリ電圧Ｖｂに関する値を示し、いずれも予め定められた値である。あくまで一例として述べると、（Ａ）に示す回転数Ｎｅに関しては、Ｎｅ１＝５００（ｒｐｍ）、Ｎｅｉ＝６５０（ｒｐｍ）、Ｎｅ２＝１０００（ｒｐｍ）、Ｎｅ３＝１１００（ｒｐｍ）である。ＮｅｉはアイドルＦ／Ｂ制御における目標アイドル回転数である。但し目標アイドル回転数は車両の走行状態や電気負荷使用状態等に応じて若干変更され、６５０（ｒｐｍ）という値は、この変更可能な目標アイドル回転数のうちの最小値である。Ｎｅ３はアイドルＦ／Ｂ制御の開始回転数であり、実際の回転数がこの開始回転数Ｎｅ３以下になるとアイドルＦ／Ｂ制御が開始、実行される。
【０１２３】
（Ｂ）に示す負荷ＫＬに関しては、ＫＬ１＝１０（％）、ＫＬ２＝２０（％）、ＫＬ３＝２５（％）、ＫＬ４＝３０（％）である。ＫＬ２≦ＫＬ≦ＫＬ３という範囲が、ばらつき異常検出を行うのに最適な負荷範囲であり、上述の発電制御における目標範囲である。
【０１２４】
（Ｃ）に示すバッテリ電圧Ｖｂに関しては、Ｖｂ１＝１２（Ｖ）、Ｖｂ２＝１３（Ｖ）である。本実施形態のバッテリ３１は広く普及している１２Ｖ直流バッテリであり、Ｖｂ１＝１２（Ｖ）がバッテリの基準電圧をなす。
【０１２５】
図１１に戻って、ステップＳ１０１においては、検出された実際のエンジン回転数ＮｅがＮｅ１≦Ｎｅ≦Ｎｅ２の範囲内にあり、且つ、検出された実際のエンジン負荷ＫＬがＫＬ１≦ＫＬ≦ＫＬ４の範囲内にあるか否かが判断される。ここでは、エンジンがアイドル運転状態またはそれに近い状態になっているか否かを実質的に判断している。ノーの場合にはルーチンが終了され、イエスの場合にはステップＳ１０２に進む。なおイエスの場合にアクセル開度が全閉相当であれば、エンジンがアイドル運転状態にあり、且つアイドルＦ／Ｂ制御が実行されていることになる。
【０１２６】
ステップＳ１０２では、検出された実際のエンジン負荷ＫＬがＫＬ２未満か否か、すなわち目標範囲より小さいか否かが判断される。イエスの場合、ステップＳ１０３に進んでオルタネータ３２の発電量が増加され、ステップＳ１０６に進む。発電量増加の際、例えば、前述の充電制御で決定される目標発電量に所定の補正量が加算されて補正後の目標発電量が算出され、この補正後の目標発電量がＩＣレギュレータ３３に送られる。これによりオルタネータ３２（具体的にはＩＣレギュレータ３３）からは補正後の目標発電量に等しい増加された電力が出力される。
【０１２７】
他方、ノーの場合には、ステップＳ１０４において、検出された実際のエンジン負荷ＫＬがＫＬ３より大きいか否か、すなわち目標範囲より大きいか否かが判断される。イエスの場合、ステップＳ１０５に進んでオルタネータ３２の発電量が減少され、ステップＳ１０６に進む。発電量減少の際、例えば、前述の充電制御で決定される目標発電量から所定の補正量が減算されて補正後の目標発電量が算出され、この補正後の目標発電量がＩＣレギュレータ３３に送られる。これによりオルタネータ３２（具体的にはＩＣレギュレータ３３）からは補正後の目標発電量に等しい減少された電力が出力される。
【０１２８】
他方、ステップＳ１０４がノーの場合には、実際のエンジン負荷ＫＬがＫＬ２以上ＫＬ３以下、すなわち目標範囲内に入っていることになるので、発電量変更を実行することなくステップＳ１０７に進む。
【０１２９】
ステップＳ１０６では、検出された実際のエンジン負荷ＫＬがＫＬ２以上ＫＬ３以下か否かが判断される。つまり、発電量変更の結果、実際のエンジン負荷ＫＬが目標範囲内に入ったか否かが判断される。ノーの場合にはルーチンが終了され、イエスの場合にはステップＳ１０７に進む。
【０１３０】
ステップＳ１０７においては、前述したようなばらつき異常検出が実行される。すなわち、例えば、ある１気筒をアクティブ対象気筒として選択し、このアクティブ対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量変更する。そして変更後の角速度差Δωが異常判定値αより小さければばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定する。逆に、変更後の角速度差Δωが異常判定値α以上であればアクティブ対象気筒を正常と判定する。この手順を全気筒に対し順番に実施する。
【０１３１】
このように本実施形態によれば、エンジン負荷ＫＬが目標範囲より小さいとき（ステップＳ１０２：イエス）、発電量が増加させられる（ステップＳ１０３）。そして異常検出（ステップＳ１０７）が実行される前にエンジン負荷ＫＬが目標範囲より小さいとき（ステップＳ１０２：イエス）、発電量が増加させられ（ステップＳ１０３）、これによりエンジン負荷ＫＬが目標範囲内になったとき（ステップＳ１０６：イエス）、異常検出が開始させられる（ステップＳ１０７）。
【０１３２】
同様に、エンジン負荷ＫＬが目標範囲より大きいとき（ステップＳ１０４：イエス）、発電量が減少させられる（ステップＳ１０５）。そして異常検出（ステップＳ１０７）が実行される前にエンジン負荷ＫＬが目標範囲より大きいとき（ステップＳ１０４：イエス）、発電量が減少させられ（ステップＳ１０５）、これによりエンジン負荷ＫＬが目標範囲内になったとき（ステップＳ１０６：イエス）、異常検出が開始させられる（ステップＳ１０７）。
【０１３３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお第１実施形態と同様の部分については説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。
【０１３４】
本実施形態は、ばらつき異常検出ルーチンの内容が第１実施形態と異なるのみであり、その他の部分は第１実施形態と同様である。
【０１３５】
図１３を参照して、本実施形態のばらつき異常検出ルーチンを説明する。本ルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【０１３６】
ステップＳ２０１では、現トリップ中でのばらつき異常検出が完了したか否かが判断される。ここでトリップとは、イグニッションスイッチがオンされてからオフされるまでの期間をいい、現トリップとは現在のトリップを意味する。本実施形態では１トリップ当たりに１回、ばらつき異常検出を実行するようにしており、ステップＳ２０１は、現トリップ中でその１回のばらつき異常検出が既に完了したかどうかを判断している。イエスの場合にはルーチンが終了され、ノーの場合にはステップＳ２０２に進む。
【０１３７】
ステップＳ２０２では、前記ステップＳ１０１と同様、検出された実際のエンジン回転数ＮｅがＮｅ１≦Ｎｅ≦Ｎｅ２の範囲内にあり、且つ、検出された実際のエンジン負荷ＫＬがＫＬ１≦ＫＬ≦ＫＬ４の範囲内にあるか否かが判断される。ノーの場合にはルーチンが終了され、イエスの場合にはステップＳ２０３に進む。
【０１３８】
ステップＳ２０３では、前記ステップＳ１０２と同様、検出された実際のエンジン負荷ＫＬがＫＬ２未満か否か、すなわち目標範囲より小さいか否かが判断される。
イエスの場合、ステップＳ２０４に進んで、検出された実際のバッテリ電圧ＶｂがＶｂ２より大きいか否かが判断される。イエスの場合、ステップＳ２０５においてバッテリ３１の充電が禁止され、すなわちバッテリ３１への充電がなされぬようオルタネータ３２の発電量が制御される。このステップＳ２０４，Ｓ２０５が第１実施形態との相違点の一つである。
【０１３９】
エンジン負荷が目標範囲より小さい場合、発電量を増加する必要があるが、バッテリ残量が多いとき（特に満充電状態であるとき）若しくはバッテリに十分な充電余裕代がないときにも発電量を増加してしまうと、バッテリを半ば強制的に充電してしまい、バッテリにダメージを与える可能性がある。そこで本実施形態では、そのようなときにはバッテリの充電を禁止し、バッテリへのダメージを回避することとしている。バッテリの充電を禁止すれば、そのうち電気負荷使用等によってバッテリ残量が減少し、バッテリの充電余裕代ができる。こうなったら発電量増加を開始し、余剰電力を問題なくバッテリに供給できる。つまり、所定値Ｖｂ２はバッテリの充電が許容されるバッテリ電圧の最大値を示す。
【０１４０】
ここで、バッテリ３１の充電が禁止されるものの、電気負荷消費分のうち一部の電力についてはオルタネータ３２により発電可能である。つまり、オルタネータ３２の発電量は、電気負荷３６による消費電力量未満になるよう制御される。これによりバッテリ３１に供給される電力がゼロとなり、バッテリ３１の充電がなされない状態となる。そして電気負荷消費分のうち不足分の電力についてはバッテリ３１から供給されることになる。
【０１４１】
ステップＳ２０４がイエスの場合、バッテリに十分な充電余裕代がないので、ステップＳ２０５においてバッテリ３１の充電が禁止され、ルーチンが終了される。他方、ステップＳ２０４がノーの場合、バッテリに十分な充電余裕代があるので、ステップＳ２０６でオルタネータ３２の発電量が増加され、ステップＳ２１３に進む。
【０１４２】
一方、ステップＳ２０３がノーの場合、ステップＳ２０７に進んで、検出された実際のエンジン負荷ＫＬがＫＬ３より大きいか否か、すなわち目標範囲より大きいか否かが判断される。
イエスの場合、ステップＳ２０８に進んで、検出された実際のバッテリ電圧ＶｂがＶｂ１より大きいか否かが判断される。ノーの場合にはルーチンが終了され、イエスの場合にはステップＳ２０９で初期発電量フラグがオンか否かが判断される。ノーの場合、ステップＳ２１０において、オルタネータ３２の発電量ＡＬが所定値ＡＬ１より大きいか否かが判断される。ノーの場合にはルーチンが終了される。イエスの場合にはステップＳ２１１で初期発電量フラグがオンされ、ステップＳ２１２においてオルタネータ３２の発電量が減少され、ステップＳ２１３に進む。ステップＳ２０９がイエスの場合には直接ステップＳ２１２に進む。これらステップＳ２０８〜Ｓ２１１も第１実施形態との相違点の一つである。
【０１４３】
エンジン負荷が目標範囲より大きい場合、発電量を減少する必要がある。一方、エンジン負荷が目標範囲より大きい場合、電気負荷３６の消費電力が多いために発電量が既に大きくなっていることが想定される。こうした場合に発電量を減少してしまうと、その減少分をバッテリ電力で補うため、バッテリ残量が急速に減少して許容下限値を下回る可能性がある。よって発電量を減少するにはバッテリにある程度の放電余裕代が必要である。
【０１４４】
そこで本実施形態では、このような放電余裕代がバッテリにあるかどうかを予め確認している。これがステップＳ２０８である。すなわち、バッテリ電圧ＶｂがＶｂ１より大きいときのみステップＳ２１２の発電量減少を許可し、バッテリ電圧ＶｂがＶｂ１以下のときにはルーチンを終了して発電量減少を実質的に禁止する。それ故、発電量減少によってバッテリ残量が許容下限値を下回ってしまうことを回避できる。
【０１４５】
一方、発電量を減少するためには、発電量減少開始時における初期発電量がある程度高いことが要求される。このことを確認しているのがステップＳ２１０である。すなわち、ステップＳ２１０がイエスならば初期発電量が高く、その後の減少代が十分あるとみなして、発電量減少を許可する。他方、ステップＳ２１０がノーならば初期発電量が低く、その後の減少代が十分でないとみなして、ルーチンを終了し、発電量減少を実質的に禁止する。これにより発電量減少を円滑かつ確実に行うことができる。
【０１４６】
ステップＳ２１０における所定値ＡＬ１は、その後の発電量減少を円滑かつ確実に行える程に初期発電量が高いことを示す値とされる。例えば、オルタネータ３２の最大発電量の７０％相当の値とされ、オルタネータ３２の最大発電量が１０００（Ｗ）の場合、７００（Ｗ）という値に設定される。
【０１４７】
この初期発電量が高いかどうかの確認は、発電量減少開始時のみ行われる。発電量減少開始後は開始時より発電量が少なくなるからである。すなわち、ステップＳ２１０が最初にイエスとなったとき、ステップＳ２１１で初期発電量フラグがオンされ、ステップＳ２１２で発電量減少が開始される。その後は、初期発電量フラグがオンのため、ステップＳ２０９からステップＳ２１０，Ｓ２１１をスキップしてステップＳ２１２に進み、発電量減少が実行される。なお初期発電量フラグはイグニッションスイッチがオフされたときに初期化、すなわちオフされる。
【０１４８】
さて、ステップＳ２０７がノーの場合、実際のエンジン負荷ＫＬがＫＬ２以上ＫＬ３以下、すなわち目標範囲内に入っていることになるので、発電量変更を実行することなくステップＳ２１４に進む。
【０１４９】
ステップＳ２１３では、前記ステップＳ１０６と同様、検出された実際のエンジン負荷ＫＬがＫＬ２以上ＫＬ３以下か否かが判断される。ノーの場合にはルーチンが終了され、イエスの場合にはステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４においては、前記ステップＳ１０７と同様にばらつき異常検出が実行される。
【０１５０】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。この第３実施形態は、第１および第２実施形態において発電量を増減する際の増減方法に関する。なお、以下の説明は発電量を増加する場合のみについて行うが、同様の方法が発電量を減少する場合にも適用可能である。
【０１５１】
図１４および１５は、アイドルＦ／Ｂ制御中に発電量の増加を行ったときのエンジン回転数の変化を示し、図１４は本実施形態の方法を採用しない場合の比較例、図１５は本実施形態の方法を採用した場合の実施例である。時刻ｔ１で発電量増加が開始され、時刻ｔ２で発電量増加が終了される。両図の（Ａ）において、実線は実際の発電量を示す。また両図の（Ｂ）において破線は目標アイドル回転数を示し、実線は実際の回転数を示す。
【０１５２】
図１４に示す比較例のように、発電量増加開始時ｔ１に実際の発電量をステップ的に増加してしまうと、オルタネータ負荷も急激に増加し、アイドルＦ／Ｂ制御が間に合わず、開始直後にａで示すような回転数の一時的な落ち込みが生じる。同様に、発電量増加終了時ｔ２に実際の発電量をステップ的に減少してしまうと、オルタネータ負荷も急激に減少し、アイドルＦ／Ｂ制御が間に合わず、終了直後にｂで示すような回転数の一時的な上昇が生じる。
【０１５３】
このような回転数の一時的な落ち込みや上昇はドライバビリティ上の観点からすれば当然に好ましくない。そこで本実施形態では、図１５に示すように、発電量増加の開始時および終了時に、発電量を、比較例のようにステップ的に変化させる場合（破線で示す）よりも遅らせて変化させる制御を行う。
【０１５４】
すなわち、発電量増加開始時ｔ１以降、実際の発電量は、増加後の値に向かって徐々に（例えば一次遅れ的に）増加される。なお制御上は、このような発電量の増加が実現されるよう目標発電量が徐々に増加ないし補正される。このとき発電量の増加速度は、アイドルＦ／Ｂ制御が追従できるような速度とされる。これにより回転数の一時的な落ち込みは生じないか、または比較例のときよりも大幅に少なくなる。
【０１５５】
同様に、発電量増加終了時ｔ２以降、実際の発電量は、増加されてないときの値に向かって徐々に（例えば一次遅れ的に）減少される。なお制御上は、このような発電量の減少が実現されるよう目標発電量が徐々に減少ないし補正される。このときの発電量減少速度も、アイドルＦ／Ｂ制御が追従できるような速度とされる。これにより回転数の一時的な上昇は生じないか、または比較例のときよりも大幅に少なくなる。
【０１５６】
このように本実施形態によれば、発電量増加を開始および終了させるときに、発電量を、ステップ的に変化させる場合よりも遅らせて変化させるので、オルタネータ負荷の急激な増加および減少を抑制し、エンジン回転数の一時的な落ち込みおよび上昇を抑制し、ドライバビリティの悪化を低減することができる。
【０１５７】
なお本実施形態の方法は、発電量増加の開始時および終了時、ならびに発電量減少の開始時および終了時のうち、少なくとも一つに適用することができる。
【０１５８】
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。例えば上記の数値、気筒数、気筒番号等は例示であり、種々の変更が可能である。
【０１５９】
前記実施形態ではアイドル運転時に回転数フィードバック制御およびばらつき異常検出を行った。しかし、これらを実施するのは必ずしもアイドル運転時でなくてもよい。
【０１６０】
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。
【符号の説明】
【０１６１】
１  内燃機関（エンジン）
５  エアフローメータ
１０  スロットルバルブ
１２  インジェクタ
１５  アクセル開度センサ
１６  クランク角センサ
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１  バッテリ
３２  オルタネータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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