(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と、当該複数の気筒からそれぞれ延びる複数の分岐通路部が合流部で互いに合流する排気通路と、当該排気通路内の排ガスの一部を還流ガスとして吸気通路に還流させる排気還流装置と、前記排気通路の前記合流部よりも下流側に設けられた触媒とを有する内燃機関の判定装置であって、
前記排気通路の前記合流部と前記触媒との間の排ガスの空燃比を表す上流側空燃比パラメータに比例した上流側検出信号を出力する上流側空燃比パラメータ検出手段と、
前記排気通路の前記触媒よりも下流側の排ガスの空燃比を表す下流側空燃比パラメータを検出する下流側空燃比パラメータ検出手段と、
積分項を含む所定の第１フィードバック制御アルゴリズムを用いて、前記下流側空燃比パラメータが所定の下流側目標値に収束するように、前記上流側空燃比パラメータの目標となる上流側目標値を算出する上流側目標値算出手段と、
所定の第２フィードバック制御アルゴリズムを用いて、前記上流側空燃比パラメータが前記上流側目標値に収束するように、前記複数の気筒に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記排気還流装置を介して、前記吸気通路に還流する排ガスの還流率および還流量の一方を表す還流パラメータを、第１所定値と当該第１所定値よりも大きい第２所定値との間で切り換えて制御する排気還流制御手段と、
前記所定の第１フィードバック制御アルゴリズムにおける、前記還流パラメータが前記第１所定値に制御されているときの積分項である第１積分項と、前記還流パラメータが前記第２所定値に制御されているときの積分項である第２積分項との間の相対的な大小関係を表す大小関係値に応じて、前記複数の気筒間で空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記吸気通路は、１つの主通路部と、当該主通路部から分岐し、前記複数の気筒にそれぞれ接続された複数の分岐通路部とを有し、
前記排気還流装置は、排ガスを還流させるためのＥＧＲ通路と、当該ＥＧＲ通路の開口面積を変更することによって、前記還流パラメータを変更するＥＧＲ制御弁とを備えており、
前記ＥＧＲ通路は、一端部が前記排気通路の前記合流部よりも下流側に接続され、他端部が複数の分岐通路部に分岐して前記吸気通路の前記複数の分岐通路部にそれぞれ接続されており、
前記判定手段は、前記大小関係値に応じて、前記空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定するとともに、当該空燃比のばらつきが発生しているときに、前記大小関係値に応じて、当該空燃比のばらつきの原因が、前記排気還流装置および当該排気還流装置以外の機器のいずれの故障であるかを特定することを特徴とする内燃機関の判定装置。
【請求項２】
複数の気筒と、当該複数の気筒からそれぞれ延びる複数の分岐通路部が合流部で互いに合流する排気通路と、当該排気通路内の排ガスの一部を還流ガスとして吸気通路に還流させる排気還流装置と、前記排気通路の前記合流部よりも下流側に設けられた触媒とを有する内燃機関の判定装置であって、
前記排気通路の前記合流部と前記触媒との間の排ガスの空燃比を表す上流側空燃比パラメータに比例した上流側検出信号を出力する上流側空燃比パラメータ検出手段と、
前記排気通路の前記触媒よりも下流側の排ガスの空燃比を表す下流側空燃比パラメータを検出する下流側空燃比パラメータ検出手段と、
積分項を含む所定の第１フィードバック制御アルゴリズムを用いて、前記下流側空燃比パラメータが所定の下流側目標値に収束するように、前記上流側空燃比パラメータの目標となる上流側目標値を算出する上流側目標値算出手段と、
所定の第２フィードバック制御アルゴリズムを用いて、前記上流側空燃比パラメータが前記上流側目標値に収束するように、前記複数の気筒に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記排気還流装置を介して、前記吸気通路に還流する排ガスの還流率および還流量の一方を表す還流パラメータを、第１所定値と当該第１所定値よりも大きい第２所定値との間で切り換えて制御する排気還流制御手段と、
前記所定の第１フィードバック制御アルゴリズムにおける、前記還流パラメータが前記第１所定値に制御されているときの積分項である第１積分項と、前記還流パラメータが前記第２所定値に制御されているときの積分項である第２積分項との間の相対的な大小関係を表す大小関係値に応じて、前記複数の気筒間で空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記上流側目標値算出手段は、前記所定の第１フィードバック制御アルゴリズムによって算出される、前記積分項以外の演算項に対して、所定のリミット処理を施しながら、前記上流側目標値を算出することを特徴とする内燃機関の判定装置。
【請求項３】
前記排気還流装置は、排ガスを還流させるためのＥＧＲ通路と、当該ＥＧＲ通路の開口面積を変更することによって、前記還流パラメータを変更するＥＧＲ制御弁とを備えており、
当該ＥＧＲ通路は、一端部が前記排気通路に接続され、他端部が前記吸気通路の合流部および当該合流部よりも上流側の部分のいずれかに接続されており、
前記判定手段は、前記大小関係値に応じて、前記空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定するとともに、当該空燃比のばらつきが発生しているときに、当該空燃比のばらつきの原因が前記排気還流装置以外の機器の故障であると特定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の判定装置。
【請求項４】
前記排気還流装置は、電力供給が停止されているときに、前記還流ガスの前記吸気通路への還流を中止するように構成されており、
前記第１所定値は値０に設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を備えた内燃機関において、複数の気筒間での空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定する内燃機関の判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の気筒を備えた内燃機関の判定装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、４気筒タイプのものであり、吸気通路、排気通路および排気還流装置などを備えている。吸気通路は、１つの主通路部と、この主通路部から分岐し、４つの気筒にそれぞれ接続された４つの分岐通路部などを有している。また、排気通路は、４つの気筒からそれぞれ延びる４つの分岐通路部と、４つの分岐通路部が互いに合流する合流部などを有している。
【０００３】
また、排気還流装置は、排気通路内の排ガスの一部を還流ガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ動作を実行するものであり、ＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の開度を変更するＥＧＲ弁とを備えている。ＥＧＲ通路は、その一端部が排気通路の合流部よりも下流側に接続され、他端部が４つの分岐通路に分岐し、吸気通路の４つの分岐通路部にそれぞれ接続されている。さらに、吸気通路の各分岐通路部には、燃料噴射弁が設けられており、排気通路の各分岐通路部には、空燃比センサが設けられている。
【０００４】
この判定装置では、同公報の図３に示す判定手法により、複数の気筒間での空燃比のばらつきの発生の有無と、その発生原因とが判定される。まず、ステップ１で、４つの空燃比センサの検出信号に基づき、４つの気筒の空燃比を算出し、次に、ステップ２で、各２つの気筒間の空燃比の偏差を所定のしきい値と比較することにより、空燃比のばらつきが発生しているか否かを判別する。そして、空燃比のばらつきが発生していると判別されたときには、ステップ４で、ＥＧＲ動作を実行中であるか否かを判別し、ＥＧＲ動作を実行中のときには、ステップ５で、ＥＧＲ弁を閉弁する。次いで、ステップ６で、空燃比のばらつきが再発生しているか否かを判別する。
【０００５】
そして、空燃比のばらつきが再発生しているときには、ステップ８で、空燃比のばらつきの原因が排気還流装置以外であると判定し、空燃比のばらつきが再発生していないときには、ステップ１０で、空燃比のばらつきの原因が排気還流装置の故障であると判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５５３００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の内燃機関の判定装置によれば、空燃比のばらつきを判定するために、気筒数分の空燃比センサを必要とするので、その分、製造コストの上昇を招いてしまう。これを回避するために、空燃比センサの数を減らした場合、空燃比のばらつきを判定できなくなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の気筒間での空燃比のばらつきを判定する場合において、良好な判定精度を確保しながら、製造コストを削減することができる内燃機関の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】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の気筒＃１〜＃４と、複数の気筒＃１〜＃４からそれぞれ延びる複数の分岐通路部７ａが合流部７ｂで互いに合流する排気通路７と、排気通路７内の排ガスの一部を還流ガスとして吸気通路４に還流させる排気還流装置１０と、排気通路７の合流部７ｂよりも下流側に設けられた触媒８ａとを有する内燃機関３の判定装置１，１Ａであって、排気通路７の合流部７ｂと触媒８ａとの間の排ガスの空燃比を表す上流側空燃比パラメータ（検出当量比ＫＡＣＴ）に比例した上流側検出信号を出力する上流側空燃比パラメータ検出手段（ＬＡＦセンサ２３）と、排気通路７の触媒８ａよりも下流側の排ガスの空燃比を表す下流側空燃比パラメータ（出力値ＳＶＯ２）を検出する下流側空燃比パラメータ検出手段（酸素濃度センサ２４）と、積分項（適応則入力ＵＡＤＰ）を含む所定の第１フィードバック制御アルゴリズム［式（１）〜（１０）］を用いて、下流側空燃比パラメータ（出力値ＳＶＯ２）が所定の下流側目標値ＶＶＯ２＿ＴＲＧＴに収束するように、上流側空燃比パラメータ（検出当量比ＫＡＣＴ）の目標となる上流側目標値（目標当量比ＫＣＭＤ）を算出する上流側目標値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２〜１１）と、所定の第２フィードバック制御アルゴリズム［式（１３）〜（１８）］を用いて、上流側空燃比パラメータ（検出当量比ＫＡＣＴ）が上流側目標値（目標当量比ＫＣＭＤ）に収束するように、複数の気筒＃１〜＃４に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段（ＥＣＵ２、ステップ３２）と、排気還流装置１０を介して、吸気通路４に還流する排ガスの還流率および還流量の一方を表す還流パラメータ（排気還流率ＲＥＧＲ）を、第１所定値（値０）と第１所定値よりも大きい第２所定値（所定の強制オン用値Ｒ＿ＯＮ）との間で切り換えて制御する排気還流制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４５，５０〜６５）と、所定の第１フィードバック制御アルゴリズムにおける、還流パラメータが第１所定値に制御されているときの積分項である第１積分項（ＥＧＲ強制オフ時の適応則入力ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ）と、還流パラメータが第２所定値に制御されているときの積分項である第２積分項（ＥＧＲ強制オン時の適応則入力ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ）との間の相対的な大小関係を表す大小関係値（適応則入力偏差ＤＵＡＤＰ）に応じて、複数の気筒間で空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定する判定手段（ＥＣＵ２、ステップ７０〜８３，９０〜１０１）と、を備え、吸気通路４は、１つの主通路部４ｂと、主通路部４ｂから分岐し、複数の気筒＃１〜＃４にそれぞれ接続された複数の分岐通路部４ａとを有し、排気還流装置１０は、排ガスを還流させるためのＥＧＲ通路１１と、ＥＧＲ通路１１の開口面積を変更することによって、還流パラメータを変更するＥＧＲ制御弁１２とを備えており、ＥＧＲ通路１１は、一端部が排気通路７の合流部７ｂよりも下流側に接続され、他端部が複数の分岐通路部１１ａに分岐して吸気通路４の複数の分岐通路部４ａにそれぞれ接続されており、判定手段は、大小関係値（適応則入力偏差ＤＵＡＤＰ）に応じて、空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定するとともに、空燃比のばらつきが発生しているときに、大小関係値に応じて、空燃比のばらつきの原因が、排気還流装置１０および排気還流装置１０以外の機器（燃料噴射弁６、分岐通路部４ａ）のいずれの故障であるかを特定する（ステップ７８〜８１）ことを特徴とする。
【００１０】
この内燃機関の判定装置によれば、排気通路の合流部と触媒との間の排ガスの空燃比を表す上流側空燃比パラメータに比例した上流側検出信号が、上流側空燃比パラメータ検出手段から出力される。この上流側空燃比パラメータ検出手段のような、排ガスの空燃比を表す値に比例した検出信号を出力する検出手段の場合、空燃比に対する検出信号値の感度が、理論空燃比よりもリッチ側の排ガスを検出するときの方が、リーン側の排ガスを検出するときよりも高いという特性を有しており、それに起因して、この上流側空燃比パラメータ検出手段を用いた場合、以下に述べるように、本出願人によって出願済みの特願２０１０−２８１１０６号に記載されている事象が発生する。すなわち、複数の気筒における混合気の空燃比をいずれも理論空燃比になるように制御している場合において、複数の気筒への燃料供給量のばらつきなどに起因して、実際の混合気の空燃比が複数の気筒間でばらついたときには、上流側空燃比パラメータ検出手段の検出信号が、理論空燃比のときの値よりもリッチ側にずれた値を示すという事象が発生する。以下の説明では、この事象を「検出信号のリッチ側ずれ」という。
【００１１】
このような検出信号のリッチ側ずれが発生すると、所定の第２フィードバック制御アルゴリズムを用いて、上流側空燃比パラメータが上流側目標値に収束するように、複数の気筒に供給される混合気の空燃比が制御されるので、複数の気筒に供給される混合気の空燃比は、検出信号のリッチ側ずれが発生していないときよりもリーン側に制御されてしまうことになり、その結果、下流側空燃比パラメータが下流側目標値に対してリーン側にずれてしまうことになる。そのような状態が発生した場合、上流側目標値が、積分項を含む所定の第１フィードバック制御アルゴリズムを用いて、下流側空燃比パラメータが所定の下流側目標値に収束するように算出されるので、所定の下流側目標値に対する下流側空燃比パラメータのリーン側のずれを補償するように、積分項の絶対値が増大することになる。
【００１２】
また、排気還流装置を介して、吸気通路に還流する排ガスの還流率および還流量の一方を表す還流パラメータが、第１所定値と第１所定値よりも大きい第２所定値との間で切り換えて制御される。このように排ガスの還流パラメータを切り換えて制御した場合、すなわち還流率または還流量を切り換えて制御した場合、気筒間での空燃比のばらつきが発生していない状態では、還流パラメータが第１所定値および第２所定値にそれぞれ制御されているときの第１積分項および第２積分項は、両者の絶対値がほとんど増大しない状態となる。一方、気筒間での空燃比のばらつきが発生している場合には、第１積分項および第２積分項の一方の絶対値が、他方の絶対値と比べてかなり大きい値まで増大することになる。したがって、この判定装置によれば、第１積分項と第２積分項との間の相対的な大小関係を表す大小関係値に応じて、複数の気筒間で空燃比のばらつきが発生しているか否かが判定されるので、気筒間での空燃比のばらつきの有無を精度よく判定することができる。これに加えて、２つの検出手段を用いて、気筒間での空燃比のばらつきの有無を判定することができるので、気筒数分のセンサが必要な従来の判定装置と比べて、製造コストを削減することができる。
【００１３】
さらに、この内燃機関の判定装置によれば、排気還流装置のＥＧＲ通路が、一端部が排気通路の合流部よりも下流側に接続され、他端部が複数の分岐通路部に分岐して吸気通路の複数の分岐通路部にそれぞれ接続されているので、複数の気筒間での空燃比のばらつきは、排気還流装置の故障または排気還流装置以外の機器の故障（例えば、吸気通路の分岐通路部のつまりや燃料供給系の不具合など）に起因して発生することになる。さらに、排気還流装置の故障に起因して、複数の気筒間での空燃比のばらつきが発生している場合、排気還流装置によって排ガスが環流されているときには、還流パラメータが大きいほど、すなわち排ガスの還流率または還流量が大きいほど、混合気中に占める還流ガスの割合が大きくなることに起因して、空燃比のばらつき度合がより大きくなり、それを補償するために、所定の第１フィードバック制御アルゴリズムにおける積分項の絶対値の増大度合がより大きくなる。すなわち、排気還流装置の故障に起因して、複数の気筒間での空燃比のばらつきが発生しているときには、排気還流装置の動作中、第２積分項の絶対値の方が、第１積分項の絶対値よりも大きくなる。
一方、排気還流装置以外の機器の故障、例えば吸気通路の分岐通路部のつまりや燃料供給系の不具合などに起因して、複数の気筒間での空燃比のばらつきが発生している場合、排気還流装置によって排ガスが環流されているときには、還流パラメータが大きいほど、すなわち排ガスの還流率または還流量が大きいほど、混合気中に占める吸入空気や燃料の割合が小さくなることによって、空燃比のばらつき度合がより小さくなり、それを補償するために、所定の第１フィードバック制御アルゴリズムにおける積分項の絶対値の増大度合がより小さくなる。すなわち、排気還流装置以外の機器の故障に起因して、複数の気筒間での空燃比のばらつきが発生しているときには、排気還流装置の動作中、第１積分項の絶対値の方が、第２積分項の絶対値よりも大きくなる。以上のように、この内燃機関では、複数の気筒間での空燃比のばらつきが排気還流装置の故障を原因とする場合と、それ以外の機器の故障を原因とする場合とで、第１積分項の絶対値と第２積分項の絶対値との間での大小関係が異なる傾向を示すので、それを表す大小関係値に応じて、空燃比のばらつきの原因が、排気還流装置の故障であるか、または排気還流装置以外の機器の故障であるかを精度よく特定することができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、複数の気筒＃１〜＃４と、複数の気筒＃１〜＃４からそれぞれ延びる複数の分岐通路部７ａが合流部７ｂで互いに合流する排気通路７と、排気通路７内の排ガスの一部を還流ガスとして吸気通路４に還流させる排気還流装置１０と、排気通路７の合流部７ｂよりも下流側に設けられた触媒８ａとを有する内燃機関３の判定装置１，１Ａであって、排気通路７の合流部７ｂと触媒８ａとの間の排ガスの空燃比を表す上流側空燃比パラメータ（検出当量比ＫＡＣＴ）に比例した上流側検出信号を出力する上流側空燃比パラメータ検出手段（ＬＡＦセンサ２３）と、排気通路７の触媒８ａよりも下流側の排ガスの空燃比を表す下流側空燃比パラメータ（出力値ＳＶＯ２）を検出する下流側空燃比パラメータ検出手段（酸素濃度センサ２４）と、積分項（適応則入力ＵＡＤＰ）を含む所定の第１フィードバック制御アルゴリズム［式（１）〜（１０）］を用いて、下流側空燃比パラメータ（出力値ＳＶＯ２）が所定の下流側目標値ＶＶＯ２＿ＴＲＧＴに収束するように、上流側空燃比パラメータ（検出当量比ＫＡＣＴ）の目標となる上流側目標値（目標当量比ＫＣＭＤ）を算出する上流側目標値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２〜１１）と、所定の第２フィードバック制御アルゴリズム［式（１３）〜（１８）］を用いて、上流側空燃比パラメータ（検出当量比ＫＡＣＴ）が上流側目標値（目標当量比ＫＣＭＤ）に収束するように、複数の気筒＃１〜＃４に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段（ＥＣＵ２、ステップ３２）と、排気還流装置１０を介して、吸気通路４に還流する排ガスの還流率および還流量の一方を表す還流パラメータ（排気還流率ＲＥＧＲ）を、第１所定値（値０）と第１所定値よりも大きい第２所定値（所定の強制オン用値Ｒ＿ＯＮ）との間で切り換えて制御する排気還流制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４５，５０〜６５）と、所定の第１フィードバック制御アルゴリズムにおける、還流パラメータが第１所定値に制御されているときの積分項である第１積分項（ＥＧＲ強制オフ時の適応則入力ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ）と、還流パラメータが第２所定値に制御されているときの積分項である第２積分項（ＥＧＲ強制オン時の適応則入力ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ）との間の相対的な大小関係を表す大小関係値（適応則入力偏差ＤＵＡＤＰ）に応じて、複数の気筒間で空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定する判定手段（ＥＣＵ２、ステップ７０〜８３，９０〜１０１）と、を備え、上流側目標値算出手段は、所定の第１フィードバック制御アルゴリズムによって算出される、積分項以外の演算項（等価制御入力ＵＥＱ、到達則入力ＵＲＣＨ）に対して、所定のリミット処理（ステップ２１〜２５）を施しながら、上流側目標値（目標当量比ＫＣＭＤ）を算出することを特徴とする。
【００１５】
この内燃機関の判定装置によれば、排気通路の合流部と触媒との間の排ガスの空燃比を表す上流側空燃比パラメータに比例した上流側検出信号が、上流側空燃比パラメータ検出手段から出力される。この上流側空燃比パラメータ検出手段のような、排ガスの空燃比を表す値に比例した検出信号を出力する検出手段の場合、空燃比に対する検出信号値の感度が、理論空燃比よりもリッチ側の排ガスを検出するときの方が、リーン側の排ガスを検出するときよりも高いという特性を有しており、それに起因して、この上流側空燃比パラメータ検出手段を用いた場合、以下に述べるように、本出願人によって出願済みの特願２０１０−２８１１０６号に記載されている事象が発生する。すなわち、複数の気筒における混合気の空燃比をいずれも理論空燃比になるように制御している場合において、複数の気筒への燃料供給量のばらつきなどに起因して、実際の混合気の空燃比が複数の気筒間でばらついたときには、上流側空燃比パラメータ検出手段の検出信号が、理論空燃比のときの値よりもリッチ側にずれた値を示すという事象が発生する。以下の説明では、この事象を「検出信号のリッチ側ずれ」という。
このような検出信号のリッチ側ずれが発生すると、所定の第２フィードバック制御アルゴリズムを用いて、上流側空燃比パラメータが上流側目標値に収束するように、複数の気筒に供給される混合気の空燃比が制御されるので、複数の気筒に供給される混合気の空燃比は、検出信号のリッチ側ずれが発生していないときよりもリーン側に制御されてしまうことになり、その結果、下流側空燃比パラメータが下流側目標値に対してリーン側にずれてしまうことになる。そのような状態が発生した場合、上流側目標値が、積分項を含む所定の第１フィードバック制御アルゴリズムを用いて、下流側空燃比パラメータが所定の下流側目標値に収束するように算出されるので、所定の下流側目標値に対する下流側空燃比パラメータのリーン側のずれを補償するように、積分項の絶対値が増大することになる。
また、排気還流装置を介して、吸気通路に還流する排ガスの還流率および還流量の一方を表す還流パラメータが、第１所定値と第１所定値よりも大きい第２所定値との間で切り換えて制御される。このように排ガスの還流パラメータを切り換えて制御した場合、すなわち還流率または還流量を切り換えて制御した場合、気筒間での空燃比のばらつきが発生していない状態では、還流パラメータが第１所定値および第２所定値にそれぞれ制御されているときの第１積分項および第２積分項は、両者の絶対値がほとんど増大しない状態となる。一方、気筒間での空燃比のばらつきが発生している場合には、第１積分項および第２積分項の一方の絶対値が、他方の絶対値と比べてかなり大きい値まで増大することになる。したがって、この判定装置によれば、第１積分項と第２積分項との間の相対的な大小関係を表す大小関係値に応じて、複数の気筒間で空燃比のばらつきが発生しているか否かが判定されるので、気筒間での空燃比のばらつきの有無を精度よく判定することができる。これに加えて、２つの検出手段を用いて、気筒間での空燃比のばらつきの有無を判定することができるので、気筒数分のセンサが必要な従来の判定装置と比べて、製造コストを削減することができる。
さらに、所定の第１フィードバック制御アルゴリズムによって算出される、積分項以外の演算項に対して、所定のリミット処理を施しながら、上流側目標値が算出されるので、積分項以外の演算項に対して、所定のリミット処理を施していない場合と比べて、積分項の絶対値の増大速度をより向上させることができる。それにより、判定精度の向上と、判定に要する時間の短縮化とを実現することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の判定装置１Ａにおいて、排気還流装置１０は、排ガスを還流させるためのＥＧＲ通路１１と、ＥＧＲ通路１１の開口面積を変更することによって、還流パラメータを変更するＥＧＲ制御弁１２とを備えており、ＥＧＲ通路１１は、一端部が排気通路７に接続され、他端部が吸気通路４の合流部７ｂおよび合流部７ｂよりも上流側の部分のいずれかに接続されており、判定手段は、大小関係値（適応則入力偏差ＤＵＡＤＰ）に応じて、空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定するとともに、空燃比のばらつきが発生しているときに、空燃比のばらつきの原因が排気還流装置１０以外の機器の故障であると特定する（ステップ９８，９９）ことを特徴とする。
【００１７】
この内燃機関の判定装置によれば、排気還流装置は、排ガスを還流させるためのＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の開口面積を変更することによって、還流パラメータを変更するＥＧＲ制御弁とを備えており、ＥＧＲ通路は、一端部が排気通路に接続され、他端部が吸気通路の合流部および合流部よりも上流側の部分のいずれかに接続されているので、複数の気筒間での空燃比のばらつきは、排気還流装置以外の機器の故障に起因して発生することになる。その場合、前述したように、排気還流装置によって排ガスが環流されているときには、排ガスの還流率が高いほど、空燃比のばらつき度合がより小さくなるので、それを補償するために、所定の第１フィードバック制御アルゴリズムにおける積分項の絶対値がより小さくなる。すなわち、排気還流装置以外の機器の故障に起因して、複数の気筒間での空燃比のばらつきが発生しているときには、排気還流装置の動作中、第１積分項の絶対値の方が、第２積分項の絶対値よりも大きくなるので、第１積分項と第２積分項との間の相対的な大小関係を表す大小関係値に応じて、空燃比のばらつきの原因が排気還流装置以外の機器の故障であることを精度よく特定することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３の判定装置１，１Ａにおいて、排気還流装置１０は、電力供給が停止されているときに、還流ガスの吸気通路４への還流を中止するように構成されており、第１所定値は値０に設定されていることを特徴とする。
【００１９】
この内燃機関の判定装置によれば、排気還流装置が、電力供給が停止されているときに、還流ガスの吸気通路への還流を中止するように構成されており、第１所定値が値０に設定されているので、空燃比のばらつきの有無を判定する際、還流パラメータを第１所定値に制御したときに、排気還流装置への電力供給を停止することができ、それにより、第１所定値が値０以外の値に設定されている場合と比べて、消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る判定装置およびこれが適用された内燃機関の概略構成を示す模式図である。
【図２】燃料噴射コントローラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】触媒後空燃比コントローラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図４】触媒後空燃比制御処理を示すフローチャートである。
【図５】リミット後入力和ＵＳＬＰの算出処理を示すフローチャートである。
【図６】燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図７】吸気制御処理を示すフローチャートである。
【図８】判定用のＥＧＲ制御処理を示すフローチャートである。
【図９】ばらつき判定処理を示すフローチャートである。
【図１０】気筒間での空燃比のばらつきが発生している場合において、ＥＣＵによる各種の制御処理を実行したときの各種のパラメータの推移を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る判定装置およびこれが適用された内燃機関の概略構成を示す模式図である。
【図１２】第２実施形態の判定装置によるばらつき判定処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の判定装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の判定装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、燃料噴射量、吸入空気量および還流ガス量を制御することにより、混合気の空燃比を制御するとともに、気筒間での空燃比のばらつきが発生しているか否かを判定する。
【００２４】
このエンジン３は、図示しない車両に搭載された直列４気筒型ガソリンエンジンであり、１〜４番気筒＃１〜＃４（複数の気筒）を備えている。このエンジン３のクランクシャフト（図示せず）には、クランク角センサ２０が設けられており、このクランク角センサ２０は、クランクシャフトの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２５】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に応じて、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン（図示せず）が吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。
【００２６】
また、エンジン３のシリンダブロック（図示せず）には、例えばサーミスタなどで構成された水温センサ２１が取り付けられている。水温センサ２１は、エンジン３のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２７】
さらに、エンジン３の吸気通路４は、１つの主通路部４ｂと、これから分岐して４つの気筒＃１〜＃４にそれぞれ接続された４つの分岐通路部４ａとを備えている。この主通路部４ｂには、上流側から順に、エアフローセンサ２２およびスロットル弁機構５が設けられている。このエアフローセンサ２２は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気通路４の主通路部４ｂ内を流れる空気の流量（以下「吸入空気量」という）を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このエアフローセンサ２２の検出信号に基づき、吸入空気量ＧＡＩＲを算出する。
【００２８】
また、スロットル弁機構５は、スロットル弁５ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ５ｂなどを備えている。スロットル弁５ａは、主通路部４ｂの途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりスロットル弁５ａを通過する空気の流量を変化させる。ＴＨアクチュエータ５ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって制御されることにより、スロットル弁５ａの開度を変化させる。
【００２９】
また、４つの分岐通路部４ａの各々には、各気筒の吸気ポート（図示せず）の上流側に、燃料噴射弁６が取り付けられている。この燃料噴射弁６は、エンジン３の運転中、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって、後述するように、その開弁時間である燃料噴射量と、開閉タイミングである燃料噴射時期とが制御される。
【００３０】
一方、エンジン３の排気通路７は、４つの気筒＃１〜＃４からそれぞれ延びる４つの分岐通路部７ａと、これらが１つに合流する合流部７ｂと、合流部７ｂから下流側に延びる主通路部７ｃとを備えている。
【００３１】
この主通路部７ｃには、上流側から順に、上流側触媒８ａおよび下流側触媒８ｂが間隔を存して設けられている。２つの触媒８ａ，８ｂの各々は、ＮＯｘ触媒と３元触媒を組み合わせたものであり、ＮＯｘ触媒による酸化還元作用により、リーンバーン運転時の排気ガス中のＮＯｘを浄化するとともに、３元触媒の酸化還元作用により、リーンバーン運転以外の運転時の排気ガス中のＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘを浄化する。
【００３２】
また、主通路部７ｃの触媒８ａ，８ｂの間には、酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）２４が設けられている。このＯ２センサ２４は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、上流側触媒８ａの下流側の排気ガス中の酸素濃度に基づく検出信号をＥＣＵ２に出力する。このＯ２センサ２４の検出信号の値（以下「出力値」という）ＳＶＯ２は、理論空燃比よりもリッチな混合気が燃焼したときには、ハイレベルの電圧値（例えば０．８Ｖ）となり、混合気がリーンのときには、ローレベルの電圧値（例えば０．２Ｖ）となるとともに、混合気が理論空燃比付近のときには、ハイレベルとローレベルの間の所定の下流側目標値ＶＶＯ２＿ＴＲＧＴ（例えば０．６Ｖ）となる。なお、本実施形態では、酸素濃度センサ２４が下流側空燃比パラメータ検出手段に相当し、出力値ＳＶＯ２が下流側空燃比パラメータに相当する。また、下流側目標値ＶＶＯ２＿ＴＲＧＴとしては、一定値に限らず、エンジン３の負荷に応じたマップ検索によって算出した値を用いてもよい。
【００３３】
また、主通路部７ｃの上流側触媒８ａよりも上流側の合流部７ｂの付近には、ＬＡＦセンサ２３が設けられている。このＬＡＦセンサ２３は、Ｏ２センサ２４と同様のセンサと、リニアライザなどの検出回路とを組み合わせることによって構成されており、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その酸素濃度に比例する検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２３の検出信号に基づき、合流部７ｂ付近の排気ガス中の当量比を表す検出当量比ＫＡＣＴを算出する。なお、本実施形態では、ＬＡＦセンサ２３が上流側空燃比パラメータ検出手段に相当し、検出当量比ＫＡＣＴが上流側空燃比パラメータに相当する。
【００３４】
一方、エンジン３には、排気還流装置１０が設けられている。この排気還流装置１０は、排気通路７内の排ガスの一部を吸気通路４側に還流させる動作、すなわちＥＧＲ動作を実行するものであり、排ガスを還流させるためのＥＧＲ通路１１と、これを開閉するＥＧＲ制御弁１２などを備えている。ＥＧＲ通路１１は、その一端部が排気通路７の合流部７ｂと上流側触媒８ａとの間に接続されており、他端部は、４つの分岐通路部１１ａに分岐して、吸気通路４の４つの分岐通路部４ａにそれぞれ接続されている。
【００３５】
また、ＥＧＲ制御弁１２は、そのリフトが最大値と最小値との間でリニアに変化するリニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁１２を介して、ＥＧＲ通路１１の開度を変化させることにより、排ガスの還流率（または還流量）を制御する。このＥＧＲ制御弁１２は、常閉タイプのものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号が入力されていないときには、ＥＧＲ通路１１を閉鎖状態に保持する。それにより、ＥＧＲ動作が中止される。
【００３６】
さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２５および吸気温センサ２６などが接続されている。このアクセル開度センサ２５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、吸気温センサ２６は、吸気温ＴＡを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３７】
一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、以上の各種のセンサ２０〜２６の検出信号などに基づいて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、以下に述べるように、触媒後空燃比制御処理および燃料噴射制御処理などの各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、上流側目標値算出手段、空燃比制御手段、排気還流制御手段および判定手段に相当する。
【００３８】
次に、本実施形態の判定装置１について説明すると、この判定装置１は、図２に示すように、燃料噴射コントローラ１００を備えている。この燃料噴射コントローラ１００は、以下に述べるように、燃料噴射量ＴＯＵＴを燃料噴射弁６ごとに算出するものであり、具体的にはＥＣＵ２によって構成されている。
【００３９】
同図に示すように、この燃料噴射コントローラ１００は、触媒後空燃比コントローラ１１０、サンプラ１３０、触媒前空燃比コントローラ１４０、基本噴射量算出部１５０、総補正係数算出部１６０および乗算器１７０を備えている。
【００４０】
まず、触媒後空燃比コントローラ１１０について説明する。この触媒後空燃比コントローラ１１０では、以下に述べるように、スライディングモード制御アルゴリズムを適用した制御アルゴリズムを用いて、出力値ＳＶＯ２を所定の下流側目標値ＶＶＯ２＿ＴＲＧＴに収束させるための値として、目標当量比ＫＣＭＤ（上流側目標値）が算出される。
【００４１】
触媒後空燃比コントローラ１１０は、図３に示すように、減算器１１１、等価制御入力算出部１１２、切換関数算出部１１３、到達則入力算出部１１４、加算器１１５、リミッタ１１６、適応則入力算出部１１７、加算器１１８、適応補正項算出部１１９および加減算器１２０を備えている。
【００４２】
この触媒後空燃比コントローラ１１０では、まず、減算器１１１で、下式（１）により、出力偏差ＤＳＶＯ２が算出される。
【数１】
0005759268.tif 000002
【００４３】
上式（１）において、記号（ｋ）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴｋ（例えば１０ｍｓｅｃ）に同期してサンプリングまたは算出されたデータであることを示しており、記号ｋ（ｋは正の整数）は各離散データのサンプリングまたは算出サイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の制御タイミングでサンプリングまたは算出された値（以下「今回値」という）であることを、記号ｋ−１は前回の制御タイミングでサンプリングまたは算出された値（以下「前回値」という）であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜省略する。
【００４４】
また、等価制御入力算出部１１２では、下式（２）により、等価制御入力ＵＥＱ（積分項以外の演算項）が算出される。
【数２】
0005759268.tif 000003
【００４５】
上式（２）のＳは、出力偏差ＤＳＶＯ２の値０への収束速度を設定するための切換関数設定パラメータであり、−１＜Ｓ＜０の範囲内の値に設定される。また、ａ１，ａ２，ｂ１は、後述する式（１２）の制御対象モデルにおけるモデルパラメータ（一定値）である。
【００４６】
さらに、切換関数算出部１１３では、下式（３）により、切換関数σが算出される。
【数３】
0005759268.tif 000004
【００４７】
一方、到達則入力算出部１１４では、下式（４）により、到達則入力ＵＲＣＨ（積分項以外の演算項）が算出される。なお、下式（４）のＫＲＣＨは、所定の到達則ゲイン（正の一定値）である。
【数４】
0005759268.tif 000005
【００４８】
また、加算器１１５では、下式（５）により、入力和ＵＳＬＰ＿ＢＳが算出される。
【数５】
0005759268.tif 000006
【００４９】
さらに、リミッタ１１６では、下式（６）〜（８）に示すリミット処理を入力和ＵＳＬＰ＿ＢＳに施すことにより、リミット後入力和ＵＳＬＰが算出される。
【数６】
0005759268.tif 000007
【数７】
0005759268.tif 000008
【数８】
0005759268.tif 000009
【００５０】
上式（６）〜（８）のＡＨＦ，ＡＬＦはそれぞれ、上限値および下限値であり、これらの値ＡＨＦ，ＡＬＦは、具体的には、特許第３９１３９４０号公報の図１９，２０に示す算出手法と同じ手法によって算出される。なお、これらの上下限値ＡＨＦ，ＡＬＦを、エンジン３の運転状態に応じて、マップ検索により算出してもよい。
【００５１】
また、適応則入力算出部１１７では、下式（９）により、積分項である適応則入力ＵＡＤＰが算出される。ここで、下式（９）のＫＡＤＰは、所定の適応則ゲイン（正の一定値）である。
【数９】
0005759268.tif 000010
【００５２】
さらに、加算器１１８では、下式（１０）により、空燃比補正項ＤＫＣＭＤが算出される。
【数１０】
0005759268.tif 000011
【００５３】
一方、適応補正項算出部１１９では、適応補正項ＦＬＡＦＡＤＰが算出される。この適応補正項ＦＬＡＦＡＤＰは、具体的には、特許第３９０４９２３号公報の図３７に示す算出手法と同じ手法によって算出される。
【００５４】
そして、最終的に、加減算器１２０において、下式（１１）により、目標当量比ＫＣＭＤが算出される。ここで、下式（１１）のＦＬＡＦＢＳは、所定の基準当量比（一定値）である。
【数１１】
0005759268.tif 000012
【００５５】
なお、以上の制御アルゴリズムにおける等価制御入力ＵＥＱ、到達則入力ＵＲＣＨおよび適応則入力ＵＡＤＰの算出式は、制御対象モデルとして、空燃比補正項ＤＫＣＭＤを入力とし、出力偏差ＤＳＶＯ２を出力とする下式（１２）を用いるとともに、これにスライディングモード制御理論を適用することによって、導出される。
【数１２】
0005759268.tif 000013
【００５６】
図２に戻り、前述したサンプラ１３０では、以上のように算出された目標当量比ＫＣＭＤ（ｋ）を、所定の制御周期ΔＴｎ（ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期した制御周期）でサンプリングすることによって、目標当量比ＫＣＭＤのサンプリング値ＫＣＭＤ（ｎ）を算出する。なお、以下の説明において、記号（ｎ）付きの各離散データは、制御周期ΔＴｎに同期してサンプリングまたは算出されたデータであることを示しており、記号ｎ（ｎは正の整数）は各離散データのサンプリングまたは算出サイクルの順番を表している。また、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｎ）を適宜省略する。
【００５７】
また、前述した触媒前空燃比コントローラ１４０では、以下に述べるように、ＰＩＤ制御アルゴリズムを用いて、検出当量比ＫＡＣＴを目標当量比ＫＣＭＤに収束させるように、空燃比補正係数ＫＡＦが算出される。
【００５８】
まず、下式（１３）により、追従誤差Ｅが算出される。
【数１３】
0005759268.tif 000014
【００５９】
また、下式（１４）により、比例項ＵＰが算出される。ここで、ＫＰは所定の比例項ゲイン（正の一定値）である。
【数１４】
0005759268.tif 000015
【００６０】
さらに、下式（１５）により、積分項ＵＩが算出される。ここで、ＫＩは所定の積分項ゲイン（正の一定値）である。
【数１５】
0005759268.tif 000016
【００６１】
また、下式（１６）により、微分項ＵＤが算出される。ここで、ＫＤは所定の積分項ゲイン（正の一定値）である。
【数１６】
0005759268.tif 000017
【００６２】
次に、下式（１７）により、フィードバック補正項ＤＫＡＦが算出される。
【数１７】
0005759268.tif 000018
【００６３】
そして、最終的に、下式（１８）により、フィードバック補正係数ＫＦＢが算出される。ここで、ＫＡＦＢＳは所定の基準値（一定値）である。
【数１８】
0005759268.tif 000019
【００６４】
一方、前述した基本噴射量算出部１５０では、吸入空気量ＧＡＩＲに応じて、図示しないマップを検索することにより、基本噴射量ＴＩＭが算出される。
【００６５】
さらに、総補正係数算出部１６０では、エンジン水温ＴＷおよび吸気温ＴＡなどの運転状態を表す各種のパラメータに応じて、図示しない各種のマップを検索することにより、各種の補正係数を算出するとともに、これらの各種の補正係数を互いに乗算することにより、総補正係数ＫＴＯＴＡＬが算出される。
【００６６】
そして、最終的に、乗算器１７０において、下式（１９）により、燃料噴射量ＴＯＵＴが算出される。
【数１９】
0005759268.tif 000020
【００６７】
次に、図４を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される触媒後空燃比制御処理について説明する。この触媒後空燃比制御処理は、以下に述べるように、目標当量比ＫＣＭＤを算出するものであり、所定の触媒後ＦＢ実行条件が成立しているときに、前述した所定の制御周期ΔＴｋで実行される。
【００６８】
なお、所定の触媒後ＦＢ実行条件の成立・不成立の判定は、エンジン３の運転状態に応じて、図示しない判定処理において実行されるとともに、所定の触媒後ＦＢ実行条件が不成立のときには、目標当量比ＫＣＭＤは、図示しない算出処理において、エンジン３の運転状態に応じて、マップ検索により算出される。また、以下の説明において算出される各種のデータはすべて、ＥＣＵ２のＲＡＭ内に記憶されるものとする。
【００６９】
同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、ＲＡＭに記憶されている出力値ＳＶＯ２などの各種のデータを読み込む。次いで、ステップ２に進み、前述した式（１）により、出力偏差ＤＳＶＯ２を算出する。
【００７０】
次に、ステップ３で、前述した式（２）により、等価制御入力ＵＥＱを算出する。その後、ステップ４で、前述した式（３）により、切換関数σを算出する。
【００７１】
ステップ４に続くステップ５で、前述した式（４）により、到達則入力ＵＲＣＨを算出する。次に、ステップ６で、前述した式（５）により、入力和ＵＳＬＰ＿ＢＳを算出する。
【００７２】
次いで、ステップ７に進み、リミット後入力和ＵＳＬＰを算出する。この算出処理は、具体的には、図５に示すように実行される。すなわち、まず、ステップ２０で、前述した算出手法により、上限値ＡＨＦおよび下限値ＡＬＦを算出する。
【００７３】
次に、ステップ２１で、入力和ＵＳＬＰ＿ＢＳが下限値ＡＬＦよりも小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、ＵＳＬＰ＿ＢＳ＜ＡＬＦのときには、ステップ２２に進み、リミット後入力和ＵＳＬＰを下限値ＡＬＦに設定した後、本処理を終了する。
【００７４】
一方、ステップ２１の判別結果がＮＯのときには、ステップ２３に進み、入力和ＵＳＬＰ＿ＢＳが上限値ＡＨＦよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＡＬＦ≦ＵＳＬＰ＿ＢＳ≦ＡＨＦのときには、ステップ２４に進み、リミット後入力和ＵＳＬＰを入力和ＵＳＬＰ＿ＢＳに設定した後、本処理を終了する。
【００７５】
一方、ステップ２３の判別結果がＹＥＳのときには、ステップ２５に進み、リミット後入力和ＵＳＬＰを上限値ＡＨＦに設定した後、本処理を終了する。
【００７６】
図４に戻り、ステップ７で、以上のようにリミット後入力和ＵＳＬＰを算出した後、ステップ８に進み、前述した式（９）により、適応則入力ＵＡＤＰを算出する。次いで、ステップ９に進み、前述した式（１０）により、空燃比補正項ＤＫＣＭＤを算出する。
【００７７】
ステップ９に続くステップ１０で、前述した算出手法により、適応補正項ＦＬＡＦＡＤＰを算出する。次いで、ステップ１１に進み、前述した式（１１）により、目標当量比ＫＣＭＤを算出した後、本処理を終了する。
【００７８】
次に、図６を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される燃料噴射制御処理について説明する。この燃料噴射制御処理は、以下に述べるように、燃料噴射弁６の開弁時間および開閉タイミングを制御するものであり、前述した所定の制御周期ΔＴｎで実行される。
【００７９】
同図に示すように、まず、ステップ３０で、ＥＣＵ２のＲＡＭ内に記憶されている吸入空気量ＧＡＩＲ、検出当量比ＫＡＣＴ、目標当量比ＫＣＭＤ、エンジン回転数ＮＥ、エンジン水温ＴＷおよび吸気温ＴＡなどの各種のデータを読み込む。この場合、目標当量比ＫＣＭＤとしては、前述した所定の触媒後ＦＢ実行条件が成立しているときには図４の処理によって算出された値を読み込み、所定の触媒後ＦＢ実行条件が不成立のときにはマップ検索によって算出された値を読み込む。
【００８０】
次いで、ステップ３１に進み、吸入空気量ＧＡＩＲに応じて、図示しないマップを検索することにより、基本噴射量ＴＩＭを算出する。次に、ステップ３２で、前述した式（１３）〜（１８）により、空燃比補正係数ＫＡＦを算出する。
【００８１】
ステップ３２に続くステップ３３で、前述した算出手法により、総補正係数ＫＴＯＴＡＬを算出する。次いで、ステップ３４に進み、前述した式（１９）により、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。その後、ステップ３５で、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＴＯＵＴに応じて、図示しないマップを検索することにより、燃料噴射時期θＩＮＪを算出する。
【００８２】
次に、ステップ３６に進み、以上のように算出された燃料噴射量ＴＯＵＴおよび燃料噴射時期θＩＮＪに対応する制御入力信号を燃料噴射弁６に供給することにより、燃料噴射弁６を駆動する。その後、本処理を終了する。以上により、燃料噴射量ＴＯＵＴおよび燃料噴射時期θＩＮＪの算出結果に対応して、燃料噴射弁６の開弁時間および開閉タイミングが制御される。
【００８３】
次に、図７を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される吸気制御処理について説明する。この吸気制御処理は、以下に述べるように、スロットル弁機構５を介して、吸入空気量を制御するとともに、排気還流装置１０を介して、排気還流率を制御するものであり、前述した所定の制御周期ΔＴｋで実行される。
【００８４】
同図に示すように、まず、ステップ４０で、エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量ＧＡＩＲおよび要求トルクＴＲＱなどの各種のデータを読み込む。なお、この要求トルクＴＲＱは、図示しない算出処理において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することによって算出される。
【００８５】
次いで、ステップ４１に進み、吸入空気量制御処理を実行する。具体的には、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、スロットル弁５ａの開度の目標となる目標スロットル弁開度を算出する。そして、この目標スロットル弁開度に対応する制御入力信号をＴＨアクチュエータ５ｂに供給する。それにより、スロットル弁５ａの開度が目標スロットル弁開度になるように制御される。
【００８６】
ステップ４１に続くステップ４２で、判定用制御実行ずみフラグＦ＿ＥＧＲ＿ＤＯＮＥが「０」であるか否かを判別する。この判定用制御実行ずみフラグＦ＿ＥＧＲ＿ＤＯＮＥは、今回の運転サイクル（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）において、後述する判定用のＥＧＲ制御処理を実行済みであるか否かを表すものであり、イグニッション・スイッチがオフ状態からオンされたときに「０」にリセットされるとともに、後述するように、ＥＧＲ強制オフ制御処理を終了するときに「１」に設定される。
【００８７】
ステップ４２の判別結果がＹＥＳで、今回の運転サイクルにおいて判定用のＥＧＲ制御処理を実行ずみでないときには、ステップ４３に進み、実行条件判定処理を実行する。
【００８８】
この実行条件判定処理では、エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量ＧＡＩＲ、エンジン水温ＴＷ、ＬＡＦセンサ２３およびＯ２センサ２４の活性状態および空燃比制御の状態などに応じて、判定用のＥＧＲ制御処理の実行条件が成立しているか否かを判定し、実行条件が成立していると判定されたときには、それを表すために、実行条件成立フラグＦ＿ＣＨＥＣＫが「１」に設定され、それ以外のときには、実行条件成立フラグＦ＿ＣＨＥＣＫが「０」に設定される。
【００８９】
ステップ４３に続くステップ４４で、実行条件成立フラグＦ＿ＣＨＥＣＫが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ４５に進み、後述するように、判定用のＥＧＲ制御処理を実行した後、本処理を終了する。
【００９０】
一方、ステップ４２またはステップ４４の判別結果がＮＯのとき、すなわち、今回の運転サイクルにおいて判定用のＥＧＲ制御処理を実行ずみであるとき、または判定用のＥＧＲ制御処理の実行条件が不成立であるときには、ステップ４６に進み、通常用のＥＧＲ制御処理を実行する。
【００９１】
この通常用のＥＧＲ制御処理では、エンジン３の運転状態に応じて、目標排気還流率ＲＥＧＲ＿ＣＭＤを算出し、目標排気還流率ＲＥＧＲ＿ＣＭＤに対応する制御入力信号がＥＧＲ制御弁１２に供給される。それにより、実際の排気還流率ＲＥＧＲが目標排気還流率ＲＥＧＲ＿ＣＭＤになるように制御される。以上のように、ステップ４６で、通常用のＥＧＲ制御処理を実行した後、本処理を終了する。
【００９２】
次に、図８を参照しながら、前述したステップ４５の判定用のＥＧＲ制御処理について説明する。同図に示すように、まず、ステップ５０で、実行条件成立フラグの前回値Ｆ＿ＣＨＥＣＫｚが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、今回の制御タイミングが判定用のＥＧＲ制御処理の実行条件が成立した直後のタイミングであるときには、ＥＧＲ強制オン制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ５１に進み、それを表すために、ＥＧＲ強制オンフラグＦ＿ＥＧＲＯＮを「１」に設定する。このＥＧＲ強制オン制御処理は、ＥＧＲ制御弁１２を強制的に開弁させ、ＥＧＲ動作を強制的に行うものである。
【００９３】
ステップ５１に続くステップ５２で、ＥＧＲ強制オンカウンタの計数値の前回値ＣＴＯＮｚを値０に設定した後、ステップ５３に進み、目標排気還流率ＲＥＧＲ＿ＣＭＤを所定の強制オン用値Ｒ＿ＯＮ（例えば３０％）に設定する。なお、本実施形態では、所定の強制オン用値Ｒ＿ＯＮが第２所定値に相当する。
【００９４】
次に、ステップ５４で、目標排気還流率ＲＥＧＲ＿ＣＭＤに対応する制御入力信号をＥＧＲ制御弁１２に供給し、これを駆動する。それにより、実際の排気還流率ＲＥＧＲ（還流パラメータ）が目標排気還流率ＲＥＧＲ＿ＣＭＤすなわち所定の強制オン用値Ｒ＿ＯＮになるように制御される。以上のように、ステップ８を実行した後、本処理を終了する。
【００９５】
一方、ステップ５０の判別結果がＹＥＳのとき、すなわち前回以前の制御タイミングで判定用のＥＧＲ制御処理の実行条件が成立済みであったときには、ステップ５５に進み、ＥＧＲ強制オンフラグＦ＿ＥＧＲＯＮが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ５６に進み、ＥＧＲ強制オンカウンタの計数値ＣＴＯＮをその前回値ＣＴＯＮｚと値１の和に設定する。すなわち、ＥＧＲ強制オンカウンタの計数値ＣＴＯＮを値１インクリメントする。
【００９６】
次いで、ステップ５７に進み、ＥＧＲ強制オンカウンタの計数値ＣＴＯＮが所定値ＣＴＲＥＦ以上であるか否かを判別する。この所定値ＣＴＲＥＦは、ＥＧＲ強制オン制御処理の開始後、排ガスの還流状態が十分に安定するような値に設定されている。ステップ５７の判別結果がＮＯのときには、ＥＧＲ強制オン制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ５８に進み、ＥＧＲ強制オンカウンタの計数値の前回値ＣＴＯＮｚを今回値ＣＴＯＮに設定する。次に、前述したように、ステップ５３，５４を実行した後、本処理を終了する。
【００９７】
一方、ステップ５７の判別結果がＹＥＳのときには、ＥＧＲ強制オン制御処理が値ΔＴｋ・ＣＴＲＥＦに相当する時間だけ継続して実行されたことで、ＥＧＲ強制オン制御処理を終了すべきであると判定して、ステップ５９に進み、それを表すために、ＥＧＲ強制オンフラグＦ＿ＥＧＲＯＮを「０」に設定する。
【００９８】
次いで、ステップ６０に進み、ＥＧＲ強制オフカウンタの計数値の前回値ＣＴＯＦＦｚを値０に設定した後、ステップ６１で、目標排気還流率ＲＥＧＲ＿ＣＭＤを値０に設定する。このように、目標排気還流率ＲＥＧＲ＿ＣＭＤが値０に設定されると、ステップ６１に続くステップ５４で、ＥＧＲ制御弁１２が全閉状態に制御される。その後、本処理を終了する。
【００９９】
一方、前述したように、ステップ５９で、ＥＧＲ強制オンフラグＦ＿ＥＧＲＯＮが「０」に設定されると、前述したステップ５５の判別結果がＮＯとなり、その場合には、ステップ６２に進み、ＥＧＲ強制オフカウンタの計数値ＣＴＯＦＦをその前回値ＣＴＯＦＦｚと値１の和に設定する。すなわち、ＥＧＲ強制オフカウンタの計数値ＣＴＯＦＦを値１インクリメントする。
【０１００】
次いで、ステップ６３に進み、ＥＧＲ強制オフカウンタの計数値ＣＴＯＦＦが前述した所定値ＣＴＲＥＦ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、ＥＧＲ強制オフ制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ６４に進み、ＥＧＲ強制オフカウンタの計数値の前回値ＣＴＯＦＦｚを今回値ＣＴＯＦＦに設定する。次に、前述したように、ステップ６１，５４を実行した後、本処理を終了する。
【０１０１】
一方、ステップ６３の判別結果がＹＥＳのときには、ＥＧＲ強制オフ制御処理が値ΔＴｋ・ＣＴＲＥＦに相当する時間だけ継続して実行されたことで、判定用のＥＧＲ制御処理を終了すべきであると判定して、ステップ６５に進み、判定用のＥＧＲ制御処理を実行済みであることを表すために、判定用制御実行ずみフラグＦ＿ＥＧＲ＿ＤＯＮＥを「１」に設定する。次に、前述したように、ステップ６１，５４を実行した後、本処理を終了する。
【０１０２】
次に、図９を参照しながら、ばらつき判定処理について説明する。このばらつき判定処理は、気筒間での空燃比のばらつきが発生していないか否かを判定するものであり、前述した所定の制御周期ΔＴｋで実行される。
【０１０３】
同図に示すように、まず、ステップ７０で、判定実行済みフラグＦ＿ＣＨＫ＿ＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。この判定実行済みフラグＦ＿ＣＨＫ＿ＤＯＮＥは、今回の運転サイクルにおいて、空燃比のばらつきの有無を判定済みであるか否かを表すものであり、イグニッション・スイッチがオフ状態からオンされたときに「０」にリセットされるとともに、後述するように、空燃比のばらつきの有無を判定したときに「１」に設定される。
【０１０４】
ステップ７０の判別結果がＹＥＳで、今回の運転サイクルにおいて、空燃比のばらつきの有無を判定済みであるときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ７０の判別結果がＮＯのときには、ステップ７１に進み、前述した実行条件成立フラグＦ＿ＣＨＥＣＫが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、判定用のＥＧＲ制御処理を実行中でないときには、そのまま本処理を終了する。
【０１０５】
一方、ステップ７１の判別結果がＹＥＳで、判定用のＥＧＲ制御処理を実行中であるときには、ステップ７２に進み、前述したＥＧＲ強制オンフラグＦ＿ＥＧＲＯＮが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、ＥＧＲ強制オン制御処理を実行中であるときには、ステップ７３に進み、ＥＧＲ強制オン時の適応則入力ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ（第２積分項）を、ＲＡＭ内に記憶されている適応則入力ＵＡＤＰに設定した後、本処理を終了する。このように、ＥＧＲ強制オン制御処理の実行中、ＥＧＲ強制オン時の適応則入力ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮは、その時点の適応則入力ＵＡＤＰに常に更新される。
【０１０６】
一方、ステップ７２の判別結果がＮＯのときには、ステップ７４に進み、判定用制御実行ずみフラグＦ＿ＥＧＲ＿ＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＥＧＲ強制オフ制御処理を実行中であるときには、ステップ７５に進み、ＥＧＲ強制オフ時の適応則入力ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ（第１積分項）を、ＲＡＭ内に記憶されている適応則入力ＵＡＤＰに設定した後、本処理を終了する。このように、ＥＧＲ強制オフ制御処理の実行中、ＥＧＲ強制オフ時の適応則入力ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦは、その時点の適応則入力ＵＡＤＰに常に更新される。
【０１０７】
一方、ステップ７４の判別結果がＹＥＳのときには、ステップ７６に進み、判定用制御実行ずみフラグの前回値Ｆ＿ＥＧＲ＿ＤＯＮＥｚが「０」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、今回の制御タイミングが判定用のＥＧＲ制御処理を終了した直後のタイミングであるときには、前述したように、ステップ７５を実行した後、本処理を終了する。
【０１０８】
一方、ステップ７６の判別結果がＮＯで、前回以前の制御タイミングにおいて判定用のＥＧＲ制御処理が終了していたときには、空燃比のばらつきの有無を判定すべきであるとして、ステップ７７に進み、下式（２０）により、適応則入力偏差ＤＵＡＤＰ（大小関係値）を算出する。
【数２０】
0005759268.tif 000021
【０１０９】
次に、ステップ７８に進み、適応則入力偏差ＤＵＡＤＰが所定の判定値ＤＡ以上であるか否かを判別する。この所定の判定値ＤＡは正の一定値に設定されている。この判別結果がＹＥＳのときには、排気還流装置１０の故障に起因して、気筒間での空燃比のばらつきが発生していると判定して、ステップ８０に進み、それを表すために、ＥＧＲ系故障時ばらつきフラグＦ＿ＩＭＢＡＬ＿ＥＧＲを「１」に設定するとともに、他機器系故障時ばらつきフラグＦ＿ＩＭＢＡＬ＿ＩＮＪを「０」に設定する。
【０１１０】
一方、ステップ７８の判別結果がＮＯのときには、ステップ７９に進み、適応則入力偏差ＤＵＡＤＰが所定の判定値の負値−ＤＡ以下であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、排気還流装置１０以外の機器の故障（例えば燃料噴射弁６を含む燃料供給系の故障や、吸気通路４の分岐通路部４ａのつまりなど）に起因して、気筒間での空燃比のばらつきが発生していると判定して、ステップ８１に進み、それを表すために、他機器系故障時ばらつきフラグＦ＿ＩＭＢＡＬ＿ＩＮＪを「１」に設定するとともに、ＥＧＲ系故障時ばらつきフラグＦ＿ＩＭＢＡＬ＿ＥＧＲを「０」に設定する。
【０１１１】
一方、ステップ７９の判別結果がＮＯで、−ＤＡ＜ＤＵＡＤＰ＜ＤＡが成立しているときには、排気還流装置１０およびそれ以外の機器がいずれも正常で、気筒間での空燃比のばらつきが発生していないと判定して、ステップ８２に進み、２つのフラグＦ＿ＩＭＢＡＬ＿ＥＧＲ，Ｆ＿ＩＭＢＡＬ＿ＩＮＪをいずれも「０」に設定する。
【０１１２】
以上のステップ８０〜８２のいずれかに続くステップ８３で、空燃比のばらつきの有無を判定済みであることを表すために、判定実行済みフラグＦ＿ＣＨＫ＿ＤＯＮＥを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。
【０１１３】
次に、以上の図９に示す判定手法によって、気筒間での空燃比のばらつきを判定できる原理について説明する。まず、本実施形態のＬＡＦセンサ２３のような、排ガスの空燃比に比例した検出信号を出力するセンサの場合、前述した原理（特願２０１０−２８１１０６号に記載されている原理）により、実際の混合気の空燃比が４つの気筒＃１〜＃４の間でばらつくと、ＬＡＦセンサ２３の検出信号すなわち検出当量比ＫＡＣＴのリッチ側ずれが発生する。そのような事象が発生した場合、この判定装置１では、前述した式（１３）〜（１８）の制御アルゴリズムによって、検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに収束するように、空燃比補正係数ＫＡＦが算出されるので、この空燃比補正係数ＫＡＦの効果によって、４つの気筒＃１〜＃４に供給される混合気の空燃比は、検出当量比ＫＡＣＴのリッチ側ずれが発生していないときよりもリーン側に制御されてしまうことになる。
【０１１４】
その結果、上流側触媒８ａの下流側における排ガスの空燃比もリーン側にずれてしまうことに起因して、出力値ＳＶＯ２が所定の下流側目標値ＶＶＯ２＿ＴＲＧＴに対してリーン側にずれてしまうことになる。そのような状態が発生すると、目標当量比ＫＣＭＤが、前述した式（１）〜（１１）の制御アルゴリズムを用いて、出力値ＳＶＯ２が所定の下流側目標値ＶＶＯ２＿ＴＲＧＴに収束するように算出されるので、所定の下流側目標値ＶＶＯ２＿ＴＲＧＴに対する出力値ＳＶＯ２のリーン側のずれを補償するように、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値が増大することになる。
【０１１５】
図１０は、エンジン３の３番気筒＃３用の燃料噴射弁６において、他の燃料噴射弁６よりも数十％多い燃料を噴射してしまう故障が発生し、それに起因して空燃比のばらつきが発生しているときの制御結果例を示している。また、この制御結果例において、時刻ｔ０〜ｔ１間の各データは、前述した所定の触媒後ＦＢ実行条件が成立しておらず、目標当量比ＫＣＭＤとしてマップ検索値を用いた場合のものであり、時刻ｔ１以降のデータは、前述した所定の触媒後ＦＢ実行条件が時刻ｔ１で成立し、このタイミングで図４の触媒後空燃比制御処理を開始した場合のものである。
【０１１６】
この制御結果例を参照すると明らかなように、時刻ｔ１以降、すなわち図４の触媒後空燃比制御処理を開始した以降、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値が増大しており、気筒間での空燃比のばらつきが発生している場合、それに起因して、積分項である適応則入力ＵＡＤＰの絶対値が増大することが判る。
【０１１７】
ここで、本実施形態のエンジン３では、排ガスの還流が排気還流装置１０によって気筒ごとに実行されるとともに、燃料噴射が、燃料噴射弁６によって気筒ごとに実行されるので、気筒間での空燃比のばらつきの発生要因としては、排気還流装置１０の故障または排気還流装置１０以外の機器の故障（具体的には燃料噴射弁６を含む燃料供給系の故障や吸気通路４の分岐通路部４ａのつまりなど）が考えられる。
【０１１８】
その場合、例えば、排気還流装置１０の故障として、３番気筒＃３への分岐通路部１１ａがスラッジなどで詰まってしまい、排ガスが３番気筒＃３に還流されない状態が発生しているときには、ＥＧＲ動作の実行・中止によって、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値は以下のような推移を示すことになる。すなわち、目標排気還流率ＲＥＧＲ＿ＣＭＤを値０（％）に設定し、ＥＧＲ動作を中止したときには、４つの気筒＃１〜＃４での吸入空気量ＧＡＩＲおよび燃料噴射量ＴＯＵＴは同一となるので、気筒間での空燃比のばらつきは発生せず、その結果、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値はほとんど増大しない状態となる。
【０１１９】
一方、ＥＧＲ動作を実行したときには、還流ガスが３番気筒＃３に供給されないことで、３番気筒＃３から排出される排ガスは他の気筒よりもリーンな空燃比の状態となり、気筒間での空燃比のばらつきが発生することになる。その結果、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値が増大する。以上のように、排気還流装置１０の故障に起因して、気筒間での空燃比のばらつきが発生している場合には、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値の増大度合は、ＥＧＲ動作を実行したときの方が、ＥＧＲ動作を停止したときよりも大きくなる。したがって、図９のステップ７８において、ＤＵＡＤＰ≧ＤＡが成立しているとき、すなわち｜ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ｜≧｜ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ｜＋ＤＡが成立しているときには、排気還流装置１０の故障に起因して、気筒間での空燃比のばらつきが発生していると判定することができる。
【０１２０】
また、排気還流装置１０以外の機器の故障、例えば３番気筒＃３への燃料供給系の故障により、３番気筒＃３用の燃料噴射弁６から他の気筒用の燃料噴射弁６よりも多い燃料が噴射される状態のときには、ＥＧＲ動作の実行・中止によって下記のような事象が発生する。すなわち、ＥＧＲ動作を中止したときには、４つの気筒＃１〜＃４での吸入空気量ＧＡＩＲが同一であるものの、３番気筒＃３への燃料噴射量ＴＯＵＴは、他の気筒への燃料噴射量ＴＯＵＴよりも多くなるので、気筒間での空燃比のばらつきが発生し、その結果、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値が増大する。
【０１２１】
一方、ＥＧＲ動作を実行したときにも、３番気筒＃３への燃料供給系の故障に起因して、気筒間での空燃比のばらつきが発生するものの、筒内ガス中に占める吸入空気量ＧＡＩＲの割合がＥＧＲ動作の停止中よりも小さくなるように制御されることで、全気筒＃１〜＃４用の燃料噴射弁６の開弁時間がＥＧＲ動作の停止中よりもより短くなるように制御される。その結果、気筒間での空燃比のばらつき度合がＥＧＲ動作の停止中よりも小さくなることで、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値の増大度合がＥＧＲ動作の停止中よりも小さくなる。
【０１２２】
このように、燃料供給系の故障が発生している場合には、ＥＧＲ動作を実行したときの方が、ＥＧＲ動作を停止したときよりも、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値の増大度合が小さくなる。したがって、図９のステップ８２において、ＤＵＡＤＰ≦−ＤＡが成立しているとき、すなわち｜ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ｜≦｜ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ｜−ＤＡが成立しているときには、燃料供給系の故障または分岐通路部４ａのつまりなどに起因して、気筒間での空燃比のばらつきが発生していると判定することができる。
【０１２３】
以上の原理によって、第１実施形態の判定装置１によれば、気筒間での空燃比のばらつきの有無を精度よく判定することができるとともに、気筒間での空燃比のばらつきが発生しているときに、その発生要因が排気還流装置１０の故障であるか、または排気還流装置１０以外の機器の故障（燃料供給系の故障や分岐通路部４ａのつまりなど）であるかを特定することができる。
【０１２４】
その場合、ＥＧＲ強制オフ時の適応則入力ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦは、排気還流装置１０によるＥＧＲ動作を強制的に中止したときの値であり、ＥＧＲ強制オン時の適応則入力ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮは、ＥＧＲ動作を強制的に実行したときの値であるので、気筒間での空燃比のばらつきが存在する条件下では、適応則入力偏差ＤＵＡＤＰの絶対値を迅速かつ確実に増大させることができる。それにより、気筒間での空燃比のばらつき判定およびその発生要因の特定を精度よくかつ迅速に実行することができる。
【０１２５】
また、そのように、気筒間での空燃比のばらつき判定を実行する際、排気還流装置１０によるＥＧＲ動作が強制的に中止されるので、排気還流装置１０への電力供給を停止することができ、それにより、第１所定値が値０以外の値に設定されている場合と比べて、消費電力を低減することができる。
【０１２６】
さらに、触媒後空燃比制御処理において、等価制御入力ＵＥＱおよび到達則入力ＵＲＣＨの和である入力和ＵＳＬＰ＿ＢＳに対して、図５のリミット処理を施した値ＵＳＬＰを用いて、目標当量比ＫＣＭＤが算出されるので、等価制御入力ＵＥＱおよび到達則入力ＵＲＣＨに対して、リミット処理を施していない場合と比べて、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値の増大速度をより向上させることができる。それにより、気筒間での空燃比のばらつき判定およびその発生要因の特定を、より一層、精度よくかつ迅速に実行することができる。
【０１２７】
これに加えて、２つのセンサ２３，２４を用いて、気筒間での空燃比のばらつきの有無を判定することができるので、４つの空燃比センサが必要な従来の場合と比べて、製造コストを削減することができる。
【０１２８】
次に、本発明の第２実施形態に係る判定装置について説明する。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と同じまたは同等の構成要素については、同一の参照番号を付し、その説明は適宜、省略する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、上流側目標値算出手段、空燃比制御手段、排気還流制御手段および判定手段に相当する。
【０１２９】
図１１に示すように、本実施形態の判定装置１Ａが適用されたエンジン３の場合、第１実施形態のエンジン３と比べて、排気還流装置１０の構成が一部異なっている。すなわち、本実施形態の排気還流装置１０のＥＧＲ通路１１の場合、その一端部が排気通路７の合流部７ｂと上流側触媒８ａとの間に接続されているとともに、他端部は、分岐することなく、吸気通路４の主通路部４ｂのスロットル弁５ａよりも下流側に接続されている。以上のようなＥＧＲ通路１１の構成により、本実施形態の場合、気筒間での空燃比のばらつきは、排気還流装置１０が故障したときには発生せず、排気還流装置１０以外の機器が故障したときに発生することになる。すなわち、前述したように、燃料噴射弁６を含む燃料供給系の故障や分岐通路部４ａのつまりなどが発生したときに、気筒間での空燃比のばらつきが発生することになる。
【０１３０】
そのため、本実施形態の判定装置１Ａの場合、第１実施形態の判定装置１と比べて、前述した各種の制御処理は同一であるとともに、図１２に示すばらつき判定処理の内容のみが異なっている。図１２のばらつき判定処理を前述した図９の処理と比較すると明らかなように、図１２のステップ９０〜９８は、図９のステップ７０〜７７，７９と同一であるので、以下、図９と異なる点を中心に説明する。
【０１３１】
すなわち、ステップ９８で、前述したステップ７９と同様に、適応則入力偏差ＤＵＡＤＰが前述した所定の判定値の負値−ＤＡ以下であるか否かを判別し、この判別結果がＹＥＳのときには、燃料供給系の故障などに起因して、気筒間での空燃比のばらつきが発生していると判定して、ステップ９９に進み、それを表すために、ばらつきフラグＦ＿ＩＭＢＡＬを「１」に設定する。
【０１３２】
一方、ステップ９８の判別結果がＮＯのときには、燃料供給系などが正常であり、気筒間での空燃比のばらつきが発生していないと判定して、ステップ１００に進み、それを表すために、ばらつきフラグＦ＿ＩＭＢＡＬを「０」に設定する。
【０１３３】
以上のステップ９９または１００に続くステップ１０１で、空燃比のばらつきの有無を判定済みであることを表すために、前述した判定実行済みフラグＦ＿ＣＨＫ＿ＤＯＮＥを「１」に設定した後、本処理を終了する。
【０１３４】
ここで、第２実施形態のエンジン３では、前述したように、気筒間での空燃比のばらつきが発生している場合、その要因としては、燃料噴射弁６を含む燃料供給系の故障や分岐通路部４ａのつまりなどが考えられる。その場合、前述したように、燃料供給系の故障や分岐通路部４ａのつまりなどに起因して、気筒間での空燃比のばらつきが発生しているときには、ＥＧＲ動作の実行中、適応則入力ＵＡＤＰの絶対値の増大度合がＥＧＲ動作の停止中よりも小さくなるという事象が発生する。したがって、図１２のステップ９８において、ＤＵＡＤＰ≦−ＤＡが成立しているとき、すなわち｜ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ｜≦｜ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ｜−ＤＡが成立しているときには、燃料供給系の故障や分岐通路部４ａのつまりなどに起因して、気筒間での空燃比のばらつきが発生していると判定することができる。
【０１３５】
以上の原理によって、第２実施形態の判定装置１Ａによれば、第１実施形態の判定装置１と同様に、気筒間での空燃比のばらつきの有無を精度よく判定することができる。これに加えて、気筒間での空燃比のばらつきが発生しているときに、その発生要因が排気還流装置１０以外の機器の故障であることを特定することができる。
【０１３６】
なお、以上の各実施形態は、上流側空燃比パラメータとして、検出当量比ＫＡＣＴを用いた例であるが、本発明の上流側空燃比パラメータはこれに限らず、排気通路の合流部と触媒との間の排ガスの空燃比を表すものであればよい。例えば、上流側空燃比パラメータとして、排気通路の合流部と触媒との間の排ガスの空燃比そのものを用いてもよい。
【０１３７】
また、各実施形態は、上流側空燃比パラメータ検出手段として、ＬＡＦセンサ２３を用いた例であるが、本発明の上流側空燃比パラメータ検出手段はこれに限らず、排気通路の合流部と触媒との間の排ガスの空燃比を表す上流側空燃比パラメータに比例した検出信号を出力するものであればよい。
【０１３８】
さらに、各実施形態は、下流側空燃比パラメータとして、出力値ＳＶＯ２を用いた例であるが、本発明の下流側空燃比パラメータはこれに限らず、排気通路の触媒よりも下流側の排ガスの空燃比を表すものであればよい。例えば、下流側空燃比パラメータとして、排ガスの空燃比そのものや排ガスの当量比を用いてよい。
【０１３９】
一方、各実施形態は、下流側空燃比パラメータ検出手段として、酸素濃度センサ２４を用いた例であるが、本発明の下流側空燃比パラメータ検出手段はこれに限らず、排気通路の触媒よりも下流側の排ガスの空燃比を表す下流側空燃比パラメータを検出するものであればよい。例えば、下流側空燃比パラメータ検出手段として、ＬＡＦセンサ２３と同じタイプのセンサを用いてもよい。
【０１４０】
また、実施形態は、所定の第１フィードバック制御アルゴリズムとして、式（１）〜（１０）のスライディングモード制御アルゴリズムを適用した制御アルゴリズムを用いた例であるが、本発明の所定の第１フィードバック制御アルゴリズムはこれに限らず、積分項を含むとともに、下流側空燃比が所定の下流側目標値に収束するように、上流側目標値を算出できるものであればよい。例えば、所定の第１フィードバック制御アルゴリズムとして、ＰＩ制御アルゴリズムや、ＰＩＤ制御アルゴリズム、バックステッピング制御アルゴリズム、スライディングモード制御アルゴリズムでの制御対象モデルを一次系のものに置き換えることによって導出される応答指定型制御アルゴリズムなどを用いてもよい。
【０１４１】
さらに、各実施形態は、所定の第２フィードバック制御アルゴリズムとして、式（１３）〜（１７）のＰＩＤ制御アルゴリズムを用いた例であるが、本発明の所定の第２フィードバック制御アルゴリズムはこれに限らず、上流側空燃比が上流側目標値に収束するように、複数の気筒に供給される混合気の空燃比を制御できるものであればよい。例えば、所定の第２フィードバック制御アルゴリズムとして、ＰＤ制御アルゴリズムや、ＰＩ制御アルゴリズム、スライディングモード制御アルゴリズム、バックステッピング制御アルゴリズム、スライディングモード制御アルゴリズムでの制御対象モデルを一次系のものに置き換えることによって導出される応答指定型制御アルゴリズム、最適レギュレータなどを用いてもよい。
【０１４２】
さらに、各実施形態は、還流パラメータとして、排気還流率ＲＥＧＲを用いた例であるが、本発明の還流パラメータはこれに限らず、排ガスの還流率および還流量の一方を表すものであればよい。例えば、還流パラメータとして、排ガスの還流量を用いてもよい。
【０１４３】
また、各実施形態は、第１所定値として、値０を用いた例であるが、本発明の第１所定値はこれに限らず、第２所定値よりも小さい値であればよい。例えば、第１所定値として、所定の強制オン用値Ｒ＿ＯＮよりも小さい正値を用いてもよい。
【０１４４】
一方、各実施形態は、第１積分項と第２積分項との間の相対的な大小関係を表す大小関係値として、適応則入力偏差ＤＵＡＤＰを用いた例であるが、本発明の大小関係値はこれに限らず、第１積分項と第２積分項との間の相対的な大小関係を表す値であれものであればよい。例えば、大小関係値として、適応則入力偏差ＤＵＡＤＰの符号反転値−ＤＵＡＤＰや、第１積分項および第２積分項の一方と他方との比（ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ／ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ，またはＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ／ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ）、第１積分項および第２積分項の一方と他方との偏差（ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ−ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ，またはＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ−ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ）を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１４５】
１  判定装置
１Ａ  判定装置
２  ＥＣＵ（上流側目標値算出手段、空燃比制御手段、排気還流制御手段、判定手段        ）
３  内燃機関
#1〜#4  １〜４番気筒（複数の気筒）
４  吸気通路
４ａ  分岐通路部（排気還流装置以外の機器）
４ｂ  主通路部
６  燃料噴射弁（排気還流装置以外の機器）
７  排気通路
７ａ  分岐通路部
７ｂ  合流部
８ａ  上流側触媒（触媒）
１０  排気還流装置
１１  ＥＧＲ通路
１１ａ  分岐通路部
１２  ＥＧＲ制御弁
２３  ＬＡＦセンサ（上流側空燃比パラメータ検出手段）
２４  酸素濃度センサ（下流側空燃比パラメータ検出手段）
ＫＡＣＴ  検出当量比（上流側空燃比パラメータ）
ＫＣＭＤ  目標当量比（上流側目標値）
ＳＶＯ２  出力値（下流側空燃比パラメータ）
ＶＶＯ２＿ＴＲＧＴ  所定の下流側目標値
ＲＥＧＲ  排気還流率（還流パラメータ）
Ｒ＿ＯＮ  所定の強制オン用値（第２所定値）
ＵＡＤＰ  適応則入力（積分項）
ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＦＦ  ＥＧＲ強制オフ時の適応則入力（第１積分項）
ＵＡＤＰ＿ＥＧＲＯＮ  ＥＧＲ強制オン時の適応則入力（第２積分項）
ＤＵＡＤＰ  適応則入力偏差（大小関係値）
ＵＥＱ  等価制御入力（積分項以外の演算項）
ＵＲＣＨ  到達則入力（積分項以外の演算項）
【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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