(57)【要約】【課題】この発明は、個々の気筒の検出環境に影響されることなく、気筒間の空燃比ばらつきを正確かつ安定的に検出することを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ６０は、点火時期統一制御により各気筒の点火時期を揃えた状態で、筒内圧に基いて各気筒の燃焼割合ＭＦＢを算出し、燃焼割合の最大変化率ＣＳを気筒毎に算出する。また、全気筒のうちで最大変化率ＣＳが他気筒と最も異なる特定気筒の最大変化率ＣＳoneと、他気筒の最大変化率ＣＳを平均した平均最大変化率ＣＳaveとを算出する。そして、これらの比率（ＣＳone／ＣＳave）であるパラメータＫが所定の閾値αよりも大きい場合には、Ａ／Ｆインバランスが異常であると判定する。これにより、気筒間にセンサの検出感度や検出環境のばらつきが存在する場合でも、Ａ／Ｆインバランスを正確に判定することができる。【選択図】図９
2011157852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の複数気筒にそれぞれ搭載され、各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記各気筒の点火時期を同一時期に揃える点火時期制御手段と、
前記筒内圧に基いて前記各気筒の燃焼割合を算出し、更に前記燃焼割合がクランク角に応じて変化するときの最大変化率を気筒毎に算出する燃焼割合算出手段と、
前記各気筒のうち前記燃焼割合の最大変化率が他の気筒と最も異なる特定気筒の最大変化率と、前記他の気筒の最大変化率を平均した平均最大変化率とに基いて、気筒間の空燃比ばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する空燃比ばらつき判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記点火時期制御手段は、前記各気筒のうち空燃比が相対的にリーンとなっている気筒の点火時期を基準点火時期として選択し、他の気筒の点火時期を前記基準点火時期に合わせる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
内燃機関の複数気筒にそれぞれ搭載され、各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧に基いて算出される各気筒の燃焼重心位置が同一位置に揃うように、各気筒の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記各気筒のうち点火時期が他の気筒と最も異なる特定気筒の点火時期と、前記他の気筒の点火時期を平均した平均点火時期とに基いて、気筒間の空燃比ばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する空燃比ばらつき判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の排気ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ手段と、
前記ＥＧＲ手段が作動している場合に、前記空燃比ばらつき判定手段による判定を禁止する判定禁止手段と、
を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、気筒間の空燃比ばらつきを検出する構成とした内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００４−３６４７３号公報）に開示されているように、特定の制御対象モデルに基いて気筒間の空燃比ばらつきを検出する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。この制御対象モデルは、各気筒の燃料供給量を規定する特定の補正係数と、空燃比センサにより検出される排気空燃比との関係に基いて定義されている。従来技術では、この制御対象モデルにより各気筒の空燃比ばらつきを算出し、空燃比ばらつきが許容範囲内であるか否かを気筒毎に判定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３６４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、排気空燃比等に基いて気筒間の空燃比ばらつき（空燃比のインバランス）を検出する構成としている。しかしながら、この方法による空燃比ばらつきの検出精度は、検出環境の影響を受け易い。即ち、例えば空燃比センサの配置、排気ガスの流量やセンサとガスとの接触状態、空燃比の変動幅等によっては、空燃比ばらつきの検出精度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、個々の気筒の検出環境に影響されることなく、気筒間の空燃比ばらつきを正確かつ安定的に検出することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の複数気筒にそれぞれ搭載され、各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記各気筒の点火時期を同一時期に揃える点火時期制御手段と、
前記筒内圧に基いて前記各気筒の燃焼割合を算出し、更に前記燃焼割合がクランク角に応じて変化するときの最大変化率を気筒毎に算出する燃焼割合算出手段と、
前記各気筒のうち前記燃焼割合の最大変化率が他の気筒と最も異なる特定気筒の最大変化率と、前記他の気筒の最大変化率を平均した平均最大変化率とに基いて、気筒間の空燃比ばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する空燃比ばらつき判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明によると、前記点火時期制御手段は、前記各気筒のうち空燃比が相対的にリーンとなっている気筒の点火時期を基準点火時期として選択し、他の気筒の点火時期を前記基準点火時期に合わせる構成としている。
【０００８】
第３の発明は、内燃機関の複数気筒にそれぞれ搭載され、各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧に基いて算出される各気筒の燃焼重心位置が同一位置に揃うように、各気筒の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記各気筒のうち点火時期が他の気筒と最も異なる特定気筒の点火時期と、前記他の気筒の点火時期を平均した平均点火時期とに基いて、気筒間の空燃比ばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する空燃比ばらつき判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、内燃機関の排気ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ手段と、
前記ＥＧＲ手段が作動している場合に、前記空燃比ばらつき判定手段による判定を禁止する判定禁止手段と、
を備える構成としている。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、点火時期制御手段は、気筒間の空燃比ばらつきを判定するときに、各気筒の点火時期を揃えることができる。これにより、各気筒の点火時期の違いが燃焼速度に影響するのを防止し、個々の気筒において空燃比のばらつきを燃焼速度（燃焼割合）に正確に反映させることができる。従って、通常は気筒別点火時期制御を行っている場合でも、空燃比ばらつきの判定時にその検出分解能が低下するのを防止することができる。この結果、空燃比ばらつき判定手段は、各気筒の燃焼割合の最大変化率に基いて空燃比ばらつきを正確かつ安定的に判定することができ、気筒間の検出環境のばらつき等に対して高いロバスト性を得ることができる。
【００１１】
第２の発明によれば、点火時期制御手段は、各気筒のうち空燃比が相対的にリーンとなっている気筒（リーン気筒）の点火時期を基準として、他気筒の点火時期をリーン気筒に合わせることができる。この場合、リッチ気筒の点火時期を基準にすると、混合気が薄いリーン気筒において点火時期が遅角され、燃焼状態が悪化する虞れがある。従って、点火時期制御手段によれば、燃焼状態を良好に保持しつつ、各気筒の点火時期を円滑に揃えることができる。
【００１２】
第３の発明によれば、点火時期制御手段は、各気筒の燃焼重心位置を揃えることにより、空燃比のばらつきを点火時期に反映させることができる。これにより、空燃比ばらつき判定手段は、気筒間に検出環境のばらつきが存在する場合でも、各気筒の点火時期の違いに基いて空燃比ばらつきを正確に判定することができる。しかも、第３の発明によれば、点火時期制御手段により各気筒の点火時期を最適化しつつ、空燃比ばらつきを安定的に判定することができ、運転性と判定精度を両立させることができる。また、点火時期を気筒別に制御するので、点火時期によるノック制御を容易に行うことができ、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００１３】
第４の発明によれば、ＥＧＲ制御の実行中には、その影響で各気筒の燃焼割合が変動し易くなり、空燃比ばらつきの判定精度が低下する。このため、判定禁止手段は、ＥＧＲ手段の作動中に空燃比ばらつき判定手段による判定を禁止することができる。これにより、ＥＧＲ制御を行う内燃機関でも、Ａ／Ｆインバランスを正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。
【図２】筒内での発熱量とクランク角との関係を示す特性線図である。
【図３】燃焼割合とクランク角との関係を示す特性線図である。
【図４】燃焼割合の変化率とクランク角との関係を示す特性線図である。
【図５】燃焼割合の変化率とＡ／Ｆインバランスとの関係を示す特性線図である。
【図６】判定パラメータＫとＡ／Ｆインバランス率との関係を示す特性線図である。
【図７】Ａ／Ｆインバランスに対する気筒別点火時期制御の影響を説明するための説明図である。
【図８】点火時期統一制御の実行時と非実行時のそれぞれについて、Ａ／Ｆインバランス率と判定パラメータとの関係を示す特性線図である。
【図９】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図９を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、多気筒型のエンジンからなる内燃機関１０を備えている。なお、図１では、内燃機関１０に搭載された複数気筒のうちの１気筒を例示している。内燃機関１０の各気筒１２には、ピストン１４の往復動作により拡大，縮小する燃焼室１６が設けられている。ピストン１４は、内燃機関１０の出力軸であるクランク軸１８に連結されている。また、内燃機関１０は、各気筒１２に吸入空気を吸込む吸気通路２０と、各気筒１２から排気ガスを排出する排気通路２２とを備えている。
【００１６】
吸気通路２０には、エアクリーナ２４と、サージタンク２６と、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２８とが設けられている。一方、排気通路２２には、排気ガスを浄化する触媒３０が設けられている。また、各気筒１２には、燃焼室１６内（筒内）に燃料を噴射する燃料噴射弁３２と、筒内の混合気に点火する点火プラグ３４と、吸気通路２０を燃焼室１６に対して開，閉する吸気バルブ３６と、排気通路２２を燃焼室１６に対して開，閉する排気バルブ３８とが設けられている。また、内燃機関１０は、排気通路２２を流れる排気ガスを吸気通路２０に還流させるＥＧＲ通路４０と、ＥＧＲ通路４０を流れる排気ガスの流量を調整する電磁駆動式のＥＧＲ弁４２とを備えており、これらはＥＧＲ手段を構成している。
【００１７】
さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ４４、吸気圧センサ４６、筒内圧センサ４８、ノックセンサ５０等を含むセンサ系統と、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０とを備えている。クランク角センサ４４は、クランク軸１８の回転に同期した信号を出力するもので、ＥＣＵ６０は、この出力に基いて機関回転数を検出したり、クランク角を検出することができる。吸気圧センサ４６は、例えばサージタンク２６において吸気圧を検出するもので、ＥＣＵ６０は、この吸気圧に基いて内燃機関の吸入空気量を算出することができる。また、筒内圧センサ４８は、圧電素子や歪みゲージ等を用いた一般的な圧力センサにより構成され、燃焼室１６内の圧力（筒内圧）を検出する。さらに、ノックセンサ５０は、各気筒にそれぞれ設けられた振動センサ、圧力センサ等により構成され、ノッキングに伴って発生する振動を検出する。
【００１８】
センサ系統には、前述したセンサ４４〜５０に加えて、車両や内燃機関の制御に必要な各種のセンサ（例えば内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ６０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力側には、スロットルバルブ２８、燃料噴射弁３２、点火プラグ３４、ＥＧＲ弁４２等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００１９】
そして、ＥＣＵ６０は、内燃機関の状態をセンサ系統により検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ４４の出力に基いて機関回転数とクランク角とを検出し、吸気圧センサ４６により検出した吸気圧に基いて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量と機関回転数とに基いて内燃機関の負荷率を算出し、クランク角の検出値に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定する。そして、吸入空気量、負荷率等に基いて燃料噴射量を算出し、燃料噴射弁３２を駆動すると共に、点火プラグ３４を駆動する。また、ＥＣＵ６０は、内燃機関の運転状態に基いてＥＧＲ弁４２を駆動することにより、ＥＧＲ通路４０を介して吸気系に還流される排気ガスの量を制御するＥＧＲ制御を実行する。
【００２０】
また、ＥＣＵ６０は、筒内圧センサ４８により任意のクランク角における各気筒の筒内圧Ｐを検出し、その検出結果を時系列データとして記憶する機能と、予め記憶したマップデータ等に基いて任意のクランク角における各気筒の筒内容積Ｖを算出する機能とを備えている。さらに、ＥＣＵ６０は、下記に示すように、気筒間の空燃比ばらつきを判定する判定制御を実行する。
【００２１】
[実施の形態１の特徴]
一般に、気筒間の空燃比ばらつき（Ａ／Ｆインバランス）を排気空燃比に基いて検出しようとすると、空燃比センサの配置や機関の運転状態等によっては検出精度が低下する場合がある。このため、本実施の形態では、排気空燃比を用いずに、各気筒の燃焼割合ＭＦＢ（Mass Fraction Burned）の変化率に基いてＡ／Ｆインバランスを判定する構成としている。以下、その具体的な方法について説明する。
【００２２】
まず、図２は、筒内での発熱量とクランク角との関係を示す特性線図である。この図では、燃焼開始前の基準点をＢＴＤ６０°ＣＡに設定し、燃焼終了後の基準点をＡＴＤＣ６０°ＣＡに設定した場合を例示している。燃焼割合ＭＦＢは、燃焼開始前の発熱量と燃焼終了後の発熱量とを基準として、任意のクランク角での発熱量を正規化することにより算出される。また、筒内での発熱量は、筒内圧Ｐ、筒内容積Ｖ及び比熱比κに基いて算出されるＰＶκと比例する。従って、任意のクランク角θでの燃焼割合ＭＦＢθは、このクランク角におけるＰＶκθと、燃焼開始前のＰＶκ-60°と、燃焼終了後のＰＶκ+60°とに基いて、下記（１）式のように表される。
【００２３】
ＭＦＢθ＝（ＰＶκθ−ＰＶκ-60°）／（ＰＶκ+60°−ＰＶκ-60°）  ・・・（１）
【００２４】
ＥＣＵ６０は、各気筒の筒内圧センサ４８により検出した筒内圧Ｐと、クランク角に応じて算出した当該気筒の筒内容積Ｖと、予め記憶した比熱比κとに基いて、上記（１）式により燃焼割合ＭＦＢθを算出することができる。図３は、燃焼割合とクランク角との関係を示す特性線図である。この図に基いて燃焼割合の単位クランク角当りの変化率（ｄＭＦＢ／ｄθ）を求めると、図４に示すようになる。
【００２５】
図４は、燃焼割合の変化率とクランク角との関係を示す特性線図である。この図に示すように、燃焼割合の単位クランク角当りの変化率（勾配）は、例えば５０°ＣＡ程度のクランク角において最大となる。以下の説明では、この変化率の最大値を最大変化率ＣＳと称するものとする。ＥＣＵ６０は、各気筒の燃焼割合ＭＦＢに基いて、最大変化率ＣＳを気筒毎に算出することができる。
【００２６】
図５は、燃焼割合の変化率とＡ／Ｆインバランスとの関係を示す特性線図である。図５(ａ)は、全気筒の空燃比がばらつきなく揃った状態を示しており、図５(ｂ),(ｃ)は、ある気筒の空燃比がリーン側及びリッチ側にばらついた状態をそれぞれ示している。図５に示すように、リーン気筒では燃焼速度が遅くなるので、燃焼割合の最大変化率ＣＳが減少し、リッチ気筒では燃焼速度が速くなるので、最大変化率ＣＳが増大する。即ち、燃焼割合の最大変化率ＣＳと空燃比との間には一定の相関があるので、各気筒の最大変化率ＣＳに基いてＡ／Ｆインバランスを判定することができる。
【００２７】
次に、Ａ／Ｆインバランスの判定方法について説明する。まず、ＥＣＵ６０は、全気筒のうちで燃焼割合の最大変化率ＣＳが他の気筒と最も異なる気筒を、特定気筒（異常気筒）として選択する。続いて、特定気筒を除く他の気筒（正常気筒）の最大変化率ＣＳを平均した平均最大変化率ＣＳaveを算出する。そして、特定気筒の最大変化率ＣＳoneと、他気筒の平均最大変化率ＣＳaveとの比率（ＣＳone／ＣＳave）を算出し、この比率を判定パラメータＫとして採用する。
【００２８】
なお、上記の処理では、全気筒のうち最も大きな判定パラメータＫを与える気筒を、特定気筒として選択するのが好ましい。このような選択方法の一例を挙げれば、全気筒のうち最大変化率ＣＳが最も大きい気筒と、最大変化率ＣＳが最も小さい気筒のそれぞれについて比率（ＣＳone／ＣＳave）を算出し、この比率が大きい方の気筒を特定気筒として選択すればよい。このようにして得られた判定パラメータＫは、他の気筒を基準として特定気筒の空燃比のばらつき度合い（Ａ／Ｆインバランスの度合い）を表したものとなる。
【００２９】
図６は、判定パラメータＫとＡ／Ｆインバランス率との関係を示す特性線図である。Ａ／Ｆインバランス率は、例えば他気筒の空燃比の平均値を基準として特定気筒の空燃比のずれ量を比率で表したもので、Ａ／Ｆインバランスの度合いに対応している。図６に示すように、判定パラメータＫは、Ａ／Ｆインバランス率と相関をもっており、Ａ／Ｆインバランス率が大きくなるつれて増大する。そこで、Ａ／Ｆインバランスの判定処理では、判定パラメータＫと所定の閾値αとを比較することにより、Ａ／Ｆインバランス率が許容範囲内であるか否かを判定する。
【００３０】
ここで、閾値αは、Ａ／Ｆインバランス率の上限値（許容範囲のリッチ側の境界）に対応して設定されるもので、本実施の形態では、図６に示すように、例えばＡ／Ｆインバランス率が＋２０％となる状態に対応して閾値αが設定されている。判定パラメータＫが閾値αを超えた場合には、何れかの気筒で空燃比がリッチ側にずれ過ぎて、Ａ／Ｆインバランスの度合いが許容範囲から外れたと判定することができる。なお、上記説明では、Ａ／Ｆインバランス率がリッチ側にずれる場合について例示したが、本発明はこれに限らず、Ａ／Ｆインバランス率がリーン側にずれた場合の判定を行う構成としてもよい。この場合には、例えばＡ／Ｆインバランス率の下限値（許容範囲のリーン側の境界）に対応する閾値を設定しておき、判定パラメータＫがこの閾値よりも小さいか否かを判定すればよい。
【００３１】
上記の判定方法によれば、気筒間において筒内圧センサ４８の検出感度や検出環境のばらつきが存在する場合でも、これらのばらつきが判定パラメータＫに影響するのを抑制し、判定パラメータＫを正確に算出することができる。即ち、判定パラメータＫの算出に用いる燃焼割合ＭＦＢは、前記（１）式に示すように、式の分母及び分子に筒内圧Ｐを含んでいる。従って、筒内圧Ｐの検出値に誤差が生じたとしても、この誤差を燃焼割合の算出時に打ち消すことができ、Ａ／Ｆインバランスの度合いを判定パラメータＫに正確に反映させることができる。これにより、気筒間の検出環境のばらつき等に対して高いロバスト性を得ることができ、Ａ／Ｆインバランスの判定精度を高めることができる。
【００３２】
ところで、上記したＡ／Ｆインバランスの判定制御は、各気筒の燃焼重心位置を最適化する気筒別点火時期制御（例えば、気筒別ＭＢＴ制御等）と一緒に実行される場合がある。燃焼重心位置とは、気筒の１燃焼サイクルで発生する総発熱量を基準として、発熱量が所定の割合（例えば、５０％）に到達するクランク角である。気筒別点火時期制御によれば、例えば燃焼重心位置が所定の目標クランク角となるように点火時期を制御することにより、燃焼状態を良くすることができる。しかしながら、気筒間のＡ／Ｆインバランスが生じている場合に、気筒別点火時期制御を実行すると、以下に述べるように、Ａ／Ｆインバランスの判定精度が低下するという問題が生じる。
【００３３】
図７は、Ａ／Ｆインバランスに対する気筒別点火時期制御の影響を説明するための特性線図である。まず、図７(ａ)は、気筒間のＡ／Ｆインバランスが生じ、かつ気筒別点火時期制御を実行していない状態における、各気筒の燃焼割合の変化率を示している。この図中に示す波形のピーク値は、燃焼割合の最大変化率ＣＳに対応するものである。図７(ａ)に示すように、例えば空燃比がリーン側にずれた気筒（リーン気筒）と他気筒との間に生じる最大変化率ＣＳの差異は、Ａ／Ｆインバランスを検出するのに十分な大きさとなっている。
【００３４】
一方、図７(ｂ)は、図７(ａ)と同条件下で気筒別点火時期制御を実行した場合を示している。気筒別点火時期制御は、燃焼速度が遅いリーン気筒の点火時期を進角させる。この結果、リーン気筒の燃焼速度は、点火時期制御の実行前と比べて速くなるので、図７(ｂ)に示すように、リーン気筒と他気筒との間で最大変化率ＣＳの差異が減少し、Ａ／Ｆインバランスの検出分解能が低下する。また、空燃比がリッチ側にずれた気筒（リッチ気筒）では、燃焼速度が速いので、気筒別点火時期制御により点火時期が遅角される。この結果、リッチ気筒の燃焼速度は、点火時期制御の実行前と比べて遅くなるので、リーン気筒の場合と同様に他気筒との間で最大変化率ＣＳの差異が減少する。即ち、気筒別点火時期制御が実行されると、リッチ気筒とリーン気筒の燃焼速度が近づくように各気筒の点火時期が制御されるので、Ａ／Ｆインバランスの検出分解能が低下することになる。
【００３５】
そこで、本実施の形態では、Ａ／Ｆインバランスの判定制御を実施する前に、点火時期統一制御を実行する。点火時期統一制御は、気筒別点火時期制御を停止し、各気筒の点火時期を同一時期に揃えるものである。具体的には、各気筒のうち空燃比が相対的に最もリーンとなっている気筒の点火時期を基準点火時期として選択し、他の気筒の点火時期を基準点火時期に合わせる構成としている。
【００３６】
図８は、点火時期統一制御の実行時と非実行時のそれぞれについて、Ａ／Ｆインバランス率と判定パラメータとの関係を示す特性線図である。この図に示すように、点火時期統一制御の非実行時（気筒別点火時期制御の実行時）には、Ａ／Ｆインバランス率の変化に対する判定パラメータＫの変化（図８中に示す特性線の勾配）が比較的小さいので、Ａ／Ｆインバランスの判定精度が低い。これに対し、点火時期統一制御の実行時には、非実行時に比べて前記特性線の勾配が増大し、Ｓ／Ｎ比が向上している。従って、判定パラメータＫに基いてＡ／Ｆインバランスの微小な差異を正確に判定することができる。
【００３７】
このように、点火時期統一制御によれば、Ａ／Ｆインバランスを判定するときに、各気筒の点火時期を揃えて判定の前提条件を満たすことができる。これにより、各気筒の点火時期の違いが燃焼速度に影響するのを防止し、個々の気筒において空燃比のばらつきを燃焼速度（燃焼割合）に正確に反映させることができる。従って、通常は気筒別点火時期制御を行っている場合でも、Ａ／Ｆインバランスの判定時にその検出分解能が低下するのを防止し、Ａ／Ｆインバランスを高い精度で安定的に判定することができる。
【００３８】
しかも、本実施の形態では、リーン気筒の点火時期を基準とするので、燃焼状態を良好に保持しつつ、各気筒の点火時期を円滑に揃えることができる。即ち、リッチ気筒の点火時期を基準とした場合には、気筒別点火時期制御により遅角されたリッチ気筒の点火時期に合わせるために、他気筒の点火時期が遅角されることになる。この結果、混合気が薄いリーン気筒では、燃焼状態が悪化し、トルク変動が増大する虞れがある。本実施の形態では、このような事態を避けることができる。
【００３９】
また、点火時期統一制御では、リーン気筒の点火時期を基準とするので、リッチ気筒を含む他気筒の点火時期がＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque）を超えて過剰に進角され、ノッキングが発生する場合がある。この場合、ＥＣＵ６０は、ノックセンサ５０の出力に基いてノッキングが発生した気筒を特定し、当該気筒の点火時期を遅角させるノック制御を実行する。これにより、リーン気筒の点火時期を基準とした場合でも、各気筒の燃焼状態を良好に保持することができる。
【００４０】
一方、Ａ／Ｆインバランスの判定に用いられる燃焼割合の最大変化率ＣＳは、燃焼速度と相関をもつパラメータであるから、空燃比の変化だけでなく、ＥＧＲ制御にも影響される。即ち、ＥＧＲ制御は、排気ガスを吸入空気中に還流させることにより燃焼速度を遅くするので、ＥＧＲ制御が実行されていると、その影響で各気筒の燃焼割合が変動し易くなり、Ａ／Ｆインバランスの判定精度が低下する。また、各気筒に還流される排気ガス量の気筒間ばらつきも、判定精度を低下させる原因となる。このため、本実施の形態では、ＥＧＲ制御を実行している場合に、Ａ／Ｆインバランスの判定を禁止し、これに付随する点火時期統一制御も実行しない構成としている。これにより、ＥＧＲ制御を行う内燃機関においても、Ａ／Ｆインバランスを正確に判定することができる。
【００４１】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図９は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行されるものとする。図９に示すルーチンでは、まず、センサ系統により検出した各種の運転情報（水温、吸気温等）を読込む（ステップ１００）。また、ＥＧＲ制御が実行されているか否かを判定し、実行されている場合には、そのままルーチンを終了する（ステップ１０２）。
【００４２】
ＥＧＲ制御が実行されていない場合には、Ａ／Ｆインバランスを判定するために、前述した点火時期統一制御を実行する（ステップ１０４）。そして、前述の方法により各気筒の燃焼割合ＭＦＢを算出し、燃焼割合の最大変化率（最大勾配）ＣＳを算出する（ステップ１０６，１０８）。そして、全気筒のうちで最大変化率ＣＳの偏差が最も大きい気筒を検出し、この気筒を特定気筒として判定パラメータＫを算出する（ステップ１１０，１１２）。
【００４３】
次の処理では、判定パラメータＫが閾値αよりも大きいか否かを判定し（ステップ１１４）、この判定成立時には、Ａ／Ｆインバランスが異常であると判定すると共に、警告灯（ＭＩＬ）等の報知手段を作動させることによって判定結果を報知する（ステップ１１６，１１８）。一方、ステップ１１４の判定が不成立の場合には、Ａ／Ｆインバランスの度合いが許容範囲内であると判定し、そのままルーチンを終了する。
【００４４】
なお、上述した実施の形態１では、図９中のステップ１０４が請求項１，２における点火時期制御手段の具体例を示している。また、ステップ１０６，１０８は、請求項１における燃焼割合算出手段の具体例を示し、ステップ１１０，１１２，１１４は、請求項１における空燃比ばらつき判定手段の具体例を示している。さらに、ステップ１０２は、請求項４における判定禁止手段の具体例を示している。
【００４５】
実施の形態２．
次に、図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様のシステム構成（図１）を採用しているものの、以下に述べる制御において、実施の形態１と構成が異なっている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４６】
［実施の形態２の特徴］
Ａ／Ｆインバランスの判定を行う場合でも、運転性や燃費を考慮すれば、各気筒の点火時期を最適に制御するのが好ましい。このため、本実施の形態では、気筒別点火時期制御により各気筒の点火時期を最適に制御しつつ、制御された点火時期のばらつきに基いてＡ／Ｆインバランスを判定する構成としている。気筒別点火時期制御では、例えば各気筒の燃焼重心位置が同一位置に揃うように、各気筒の点火時期を制御する。この結果、リーン気筒では点火時期が進角され、リッチ気筒では点火時期が遅角されることになる。即ち、気筒別点火時期制御により各気筒の燃焼重心位置を揃えた状態では、各気筒の空燃比のばらつきが点火時期に反映されるので、本実施の形態では、これを利用してＡ／Ｆインバランスの判定パラメータＬを算出している。
【００４７】
Ａ／Ｆインバランスの判定制御では、まず、気筒別点火時期制御により制御された点火時期が他の気筒と最も異なる気筒を、特定気筒（異常気筒）として選択する。続いて、特定気筒を除く他の気筒（正常気筒）の点火時期を平均した平均点火時期Ｉaveを算出する。
そして、特定気筒の点火時期Ｉoneと、他気筒の平均点火時期Ｉaveとの比率（Ｉone／Ｉave）を算出し、この比率を判定パラメータＬとして採用する。なお、上記の処理では、実施の形態１の場合と同様に、全気筒のうち最も大きな判定パラメータＬを与える気筒を、特定気筒として選択するのが好ましい。
【００４８】
このようにして得られた判定パラメータＬは、Ａ／Ｆインバランスの度合い（Ａ／Ｆインバランス率）を表したものとなる。このため、判定パラメータＬの値は、実施の形態１で用いた判定パラメータＫの場合と同様に、Ａ／Ｆインバランス率が大きいほど増大する。そこで、本実施の形態では、例えばＡ／Ｆインバランス率の上限値に対応して設定された所定の閾値βと判定パラメータＬとを比較することにより、Ａ／Ｆインバランス率が許容範囲内であるか否かを判定する。この場合、閾値βは、Ａ／Ｆインバランス率と判定パラメータＬとの関係に基いて求められる。
【００４９】
判定パラメータＬが閾値βを超えた場合には、何れかの気筒で空燃比がリッチ側にずれ過ぎて、Ａ／Ｆインバランスの度合いが許容範囲から外れたと判定することができる。なお、本発明では、例えばＡ／Ｆインバランス率の下限値に対応する閾値を設定しておき、判定パラメータＬがこの閾値よりも小さいか否かを判定することにより、Ａ／Ｆインバランス率がリーン側にずれた場合の判定を行う構成としてもよい。
【００５０】
このように構成される本実施の形態でも、実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。即ち、本実施の形態は、各気筒の燃焼重心位置を揃えることにより、空燃比のばらつきを点火時期に反映させることができ、この点火時期に基いて判定パラメータＬを正確に算出することができる。従って、気筒間に検出環境のばらつきが存在する場合でも、これらのばらつきが判定パラメータＬに影響するのを抑制し、Ａ／Ｆインバランスを正確に判定することができる。しかも、本実施の形態では、気筒別点火時期制御により各気筒の点火時期を最適化しつつ、Ａ／Ｆインバランスを安定的に判定することができ、運転性と判定精度を両立させることができる。また、気筒別点火時期制御を実施するので、点火時期によるノック制御を容易に行うことができ、例えば点火時期統一制御を実施する場合と比較してノッキングの発生を抑制することができる。
【００５１】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図１０は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行されるものとする。図１０に示すルーチンでは、まず、実施の形態１（図９）のステップ１００，１０２とほぼ同様の処理を実行する（ステップ２００，２０２）。
【００５２】
次に、気筒別点火時期制御を実行し（ステップ２０４）、気筒別点火時期制御により設定された各気筒の点火時期を取得する（ステップ２０６）。そして、全気筒のうち点火時期の偏差が最も大きな気筒を検出し、この気筒を特定気筒として判定パラメータＬを算出する（ステップ２０８，２１０）。次の処理では、判定パラメータＬが閾値βよりも大きいか否かを判定し（ステップ２１２）、この判定成立時には、Ａ／Ｆインバランスが異常であると判定すると共に、警告灯（ＭＩＬ）等の報知手段を作動させることによって判定結果を報知する（ステップ２１４，２１６）。一方、ステップ２１２の判定が不成立の場合には、Ａ／Ｆインバランスの度合いが許容範囲内であると判定し、そのままルーチンを終了する。
【００５３】
なお、上述した実施の形態２では、図１０中のステップ２０４が請求項３における点火時期制御手段の具体例を示している。また、ステップ２０８，２１０，２１２は、請求項３における空燃比ばらつき判定手段の具体例を示し、ステップ２０２は、請求項４における判定禁止手段の具体例を示している。
【符号の説明】
【００５４】
１０  内燃機関
１２  気筒
１４  ピストン
１６  燃焼室
１８  クランク軸
２０  吸気通路
２２  排気通路
２４  エアクリーナ
２６  サージタンク
２８  スロットルバルブ
３０  触媒
３２  燃料噴射弁
３４  点火プラグ
３６  吸気バルブ
３８  排気バルブ
４０  ＥＧＲ通路（ＥＧＲ手段）
４２  ＥＧＲ弁（ＥＧＲ手段）
４４  クランク角センサ
４６  吸気圧センサ
４８  筒内圧センサ
５０  ノックセンサ
６０  ＥＣＵ
【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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