(57)【要約】【課題】短時間で気筒間の空燃比バラツキの判定を行ってエミッションの悪化を回避しつつ、燃料噴射量補正を高精度に行うことのできる気筒別空燃比分配推定装置を提供する。【解決手段】エンジン１の排気通路９に排気成分から空燃比を連続的に検出する空燃比センサ１２を設け、該空燃比センサ１２による検出値に基づいて、各気筒６ａ〜６ｄに所定割合の燃料噴射量の増減を加えた際の空燃比変動量を各気筒６ａ〜６ｄに対応させて検出すると共に、これら空燃比変動量の全気筒平均値を算出し、前記各気筒６ａ〜６ｄの空燃比変動量と該全気筒平均値との差に基づいて、燃料噴射量の補正を行う必要がある気筒を判別する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に排気成分から空燃比を連続的に検出する空燃比センサを設け、
該空燃比センサによる検出値に基づいて、各気筒に所定割合の燃料噴射量の増減を加えた際の空燃比変動量を各気筒に対応させて検出すると共に、
これら空燃比変動量の全気筒平均値を算出し、
前記各気筒の空燃比変動量と該全気筒平均値との差に基づいて、燃料噴射量の補正を行う必要がある気筒を判別することを特徴とするエンジンの気筒別空燃比分配推定装置。
【請求項２】
前記空燃比変動量と前記全気筒平均値との差が所定の判定値よりも大となった気筒に対し、前記補正を行う必要があると判定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの気筒別空燃比分配推定装置。
【請求項３】
前記補正を行う必要があると判定された気筒に対し、前記空燃比変動量と前記全気筒平均値との差に基づいて、燃料噴射量の補正量を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの気筒別空燃比分配推定装置。
【請求項４】
前記全気筒平均値から前記空燃比変動量を減算した値を、さらに所定値から減算して、補正割合とし、該補正割合に前回燃料噴射量に対応する噴射パルス幅を乗じて、今回の噴射パルス幅を算出することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの気筒別空燃比分配推定装置。
【請求項５】
前記空燃比センサは、エンジン排気通路の各気筒の排気ポート下流の排気が合流した部位に１個設けられることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの気筒別空燃比分配推定装置。
【請求項６】
前記空燃比センサは、エンジン排気通路の各気筒の排気ポートに夫々、設けられることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの気筒別空燃比分配推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの気筒別空燃比分配推定装置、特に、空燃比の応答により燃料噴射量を補正するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒ごとに燃料噴射量を増減させ、各気筒における空燃比の応答により、気筒間の空燃比バラツキを無くすように噴射量補正量を学習する技術として、特許文献１に記載のものがある。
【特許文献１】特開平８−３３８２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載のものでは、空燃比の検出に理論空燃比に対して「リッチ」もしくは「リーン」の判定のみしかできないＯ2センサを用いているため、各気筒に対応する空燃比の検出区間が判らない。したがって、気筒間の空燃比バラツキの判定に、複数回のサイクルが必要となり、エミッションが悪化するという問題点があった。
また、各Ｏ2センサの出力が定常状態にならないと、気筒間の空燃比バラツキを判定できないため、気筒数の多い場合や、市街地など他の車両の排気の影響を受けやすい場所を走行する場合などでは、出力が過渡状態となり、気筒間バラツキの判定が困難である。
【０００４】
本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、短時間で気筒間の空燃比バラツキの判定を行ってエミッションの悪化を回避しつつ、燃料噴射量補正を高精度に行うことのできる気筒別空燃比分配推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】
【０００５】
このため本発明は、エンジンの排気通路に排気成分から空燃比を連続的に検出する空燃比センサを設け、該空燃比センサによる検出値に基づいて、各気筒に所定割合の燃料噴射量の増減を加えた際の空燃比変動量を各気筒に対応させて検出すると共に、これら空燃比変動量の全気筒平均値を算出し、前記各気筒の空燃比変動量と該全気筒平均値との差に基づいて、燃料噴射量の補正を行う必要がある気筒を判別する構成とした。
【発明の効果】
【０００６】
以上の構成によれば、空燃比センサを用いて各気筒の空燃比を連続的に検出することから、各気筒に対応する検出区間が明確となり、各気筒の空燃比変動量と前記全気筒平均値との差は、各気筒１度ずつの燃料噴射だけで、つまり短い時間で判明する。このため、空燃比検出中におけるエミッション悪化を回避できる。
また、空燃比検出において、一定時間、定常状態を保つ必要がなくなり、空燃比検出および気筒間の空燃比バラツキの判定がより容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明における実施形態について説明する。
本実施形態は、４気筒のエンジン（内燃機関）に適用したものを示す。
エンジン１の吸気通路２上流部には、エアフローメーター３が設けられており、吸入空気量を計測して、コントロールユニット４へデータを送信する。
吸気通路２は、エアフローメーター３より下流の吸気マニホールド５において、気筒６ａ〜６ｄの吸気ポート７ａ〜７ｄへと分岐する。
【０００８】
なお、数値および符号のａ〜ｄ（Ａ〜Ｄ）は、４つの気筒間でデータや構成要素を区別するためのものであり、気筒６ａ〜６ｄに付された符号ａ〜ｄと対応する。
吸気ポート７ａ〜７ｄには、これらの内部へ燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁８ａ〜８ｄが取り付けられている。
燃料噴射弁８ａ〜８ｄは、エアフローメーター３で計測された空気量に基づき、コントロールユニット４によって算出された量の燃料を噴射する。なお、燃料噴射量は、噴射パルス幅によって制御される。
【０００９】
排気通路９では、各気筒６ａ〜６ｄの排気ポート１０ａ〜１０ｄが排気マニホールド１１において合流し、該合流点には、Ａ／Ｆセンサ１２が設けられている。なお、Ａ／Ｆセンサ１２の配設位置は、前記合流点より下流でもよい。
Ａ／Ｆセンサ１２は、排気中酸素濃度に基づいて、空燃比を連続的に変化する物理量として検出し、コントロールユニット４へデータを送信する。
【００１０】
排気マニホールド１１の下流には、三元触媒１３が設けられ、排気中の未燃燃料および一酸化炭素の酸化とともに、窒素酸化物の還元を行う。
本実施形態では、燃料噴射量を基準となる量（前述のコントロールユニット４によって算出された量）に対して増減させ、そのときのＡ／Ｆセンサ１２で検出された空燃比に基づいて、空燃比の全気筒平均値を算出し、該全気筒平均値とズレが大きい空燃比となった異常気筒に対し、空燃比を該全気筒平均値へ近づけるように補正割合を決め、以降、コントロールユニット４による燃料噴射量（パルス幅）の補正を行う。
【００１１】
以下、本実施形態の制御を、図２に示すフローチャート、および図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。
まず、Ｓ１では、各気筒６ａ（＃１），６ｂ（＃２），６ｃ（＃３），６ｄ（＃４）に対し、空燃比の基準値より１０％リッチ側となるように燃料噴射を行う。
次に、Ｓ２では、各気筒６ａ〜６ｄの空燃比を検出する。
【００１２】
Ａ／Ｆセンサ１２は、燃料噴射順序｛６ａ（＃１），６ｃ（＃３），６ｄ（＃４），６ｂ（＃２）の順番で応答する。
本実施形態では、従来のＯ2センサに代えてＡ／Ｆセンサ１２を用いるため、各気筒６ａ〜６ｄの空燃比は連続的に変化する値（空燃比変動）として検出され、これらの検出区間も明確となる。
【００１３】
そして、Ａ／Ｆセンサ１２の各気筒６ａ〜６ｄに対応する検出区間内において、それぞれ、空燃比の極小値と基準値との差を、Ａ／Ｆ偏差ａ〜ｄとして出力する。
次に、Ｓ３では、Ａ／Ｆ偏差ａ〜ｄを、それぞれ、定数λｓｔで除算する単位変換を行い、以下のように、空燃比変動量としてのＡ／Ｆ偏差割合Ａ〜Ｄを算出する。なお、λｓｔは、空気過剰率が１の場合の空燃比を意味し、λｓｔ≒１４．７（定数）である。
【００１４】
Ａ＝ａ／λｓｔ
Ｂ＝ｂ／λｓｔ
Ｃ＝ｃ／λｓｔ
Ｄ＝ｄ／λｓｔ
次に、Ｓ４では、各気筒のＡ／Ｆ偏差割合Ａ〜Ｄの合計値を気筒数（本実施形態では４）で除算することで、以下のようにＡ／Ｆ偏差割合平均値Ｅａｖｅを算出する。
【００１５】
Ｅａｖｅ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４
次に、Ｓ５では、各気筒のエラーの有無を判定し、エラーがある気筒を選別する。
まず、Ａ／Ｆ偏差割合平均値Ｅａｖｅから、気筒６ａのＡ／Ｆ偏差割合Ａを減算し、その絶対値｜Ｅａｖｅ−Ａ｜を算出する。
そして、｜Ｅａｖｅ−Ａ｜が所定の判定値としての異常判定クライテリアＫよりも大きい場合は、気筒６ａにはエラーがあると判定し、逆に、前記｜Ｅａｖｅ−Ａ｜が異常判定クライテリアＫよりも小さい場合は、気筒６ａは正常であると判定する。
【００１６】
上記判定処理を、気筒６ｂ，６ｃ，６ｄに対しても同様に行う。
このように、Ａ／Ｆセンサ１２を用いてＡ／Ｆ偏差割合平均値Ｅａｖｅを算出する手法では、各気筒のＡ／Ｆ偏差割合が１燃焼サイクルのみ、つまり短時間、で判明するため、空燃比検出中におけるエミッション悪化を回避できる。
次に、Ｓ６では、エラーと判定された気筒について、その補正割合（フィードバック量）を算出する。
【００１７】
以下、図３に示すように、気筒６ａではエラー、気筒６ｂ，６ｃ，６ｄでは正常の判定がされた場合を例に説明すると、気筒６ａでは、その空燃比補正量は（Ｅａｖｅ−Ａ）となることから、所定値としての１から（Ｅａｖｅ−Ａ）を減算した｛１−（Ｅａｖｅ−Ａ）｝を前回燃料噴射量からの補正割合とすることができる。
最後に、Ｓ７では、エラーと判定された気筒６ａについて、空燃比の補正分（Ｅａｖｅ−Ａ）が燃料の噴射パルス幅に反映されるようにフィードバックし、噴射パルス幅ＣＴＩ（＃１）を以下のように算出し、フローチャートが終了する。
【００１８】
ＣＴＩ（＃１）＝ＣＴＩ（＃１）×｛１−（Ｅａｖｅ−Ａ）｝
このようにして、気筒６ａ〜６ｄにおいて、燃料噴射弁の噴射性能に異常があったり、デポジット付着による吸排気量に異常があったりしても、これら異常を短時間で発見し、燃料噴射量を補正することで、前記異常の発見された気筒の空燃比を理論空燃比となるように修正できる。
【００１９】
本発明は、上記実施形態に限られず、以下のような構成でもよい。
まず、気筒数は、４気筒に限られず、これ以外の気筒数でも同様にすればよいことは勿論である。
また、燃料噴射弁８ａ〜８ｄは、前記各吸気ポート内へ燃料を噴射する構成に代わり、直接気筒内へ燃料を噴射する構成のものであってもよい。
【００２０】
さらに、上記実施形態では、各気筒６ａ〜６ｄに対し、空燃比の基準値より１０％リッチ側となるように燃料噴射を行っているが、これを１０％以外の数値としてもよい。
また、上記実施形態では、排気マニホールド１１の排気の合流点に対して１つのＡ／Ｆセンサ１２を設け、空燃比検出のコスト低減を優先しているが、上記構成に代え、図４に示す他の実施形態のように、前記合流点よりも上流の排気ポート１０ａ〜１０ｄ各々に対し、Ａ／Ｆセンサ１４ａ〜１４ｄを取り付ける構成としてもよい。これにより、空燃比検出におよぼす他気筒の影響がなくなり、気筒別の空燃比を高精度に検出でき、もって気筒別の空燃比ばらつき判定精度がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態の構成
【図２】本発明の実施形態におけるタイミングチャート
【図３】本発明の実施形態における制御フロー
【図４】本発明の他の実施形態の構成
【符号の説明】
【００２２】
１      エンジン
６ａ    気筒
６ｂ    気筒
６ｃ    気筒
６ｄ    気筒
９      排気通路
１０ａ  排気ポート
１０ｂ  排気ポート
１０ｃ  排気ポート
１０ｄ  排気ポート
１１    排気マニホールド
１２    Ａ／Ｆセンサ
１４ａ  Ａ／Ｆセンサ
１４ｂ  Ａ／Ｆセンサ
１４ｃ  Ａ／Ｆセンサ
１４ｄ  Ａ／Ｆセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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