(57)【要約】【課題】この発明は、ターボ過給機を備える内燃機関の制御装置に関し、空燃比の気筒間インバランス異常の検出精度を高く確保し、更に、内燃機関の各種性能（燃費、出力、加速応答性など）の確保と、気筒間インバランス異常の検出頻度の確保とを良好に両立させることを目的とする。【解決手段】タービン２０ｂからの排気ガスの流れと、ＷＧ３０からの排気ガスの流れとを隔離する隔壁３６を備える。隔壁３６により隔離されたタービン２０ｂからの排気ガスの流れとＷＧ３０からの排気ガスの流れとが合流する位置よりも上流側において排気通路１４に配置され、かつ、隔壁３６をタービン２０ｂの下流側から見て隔壁３６に対してタービン２０ｂの出口部に近い側において排気通路１４に配置されたＡ／Ｆセンサ４０を備える。Ａ／Ｆセンサ４０の出力に基づいて空燃比のインバランス異常の検出を実施する際のＷＧＶ開度を内燃機関１０の運転領域に応じて変更する。【選択図】図５
2013241892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において前記排気通路の壁面に形成され、前記タービンをバイパスし、前記タービンの下流側の前記排気通路に連通するウェイストゲートと、
前記ウェイストゲートを開閉するウェイストゲートバルブと、
前記タービンの出口部と前記ウェイストゲートバルブとの間に配置され、前記タービンからの排気ガスの流れの少なくとも一部と、前記ウェイストゲートからの排気ガスの流れの少なくとも一部とを隔離する隔壁と、
前記隔壁により隔離された前記タービンからの排気ガスの流れと前記ウェイストゲートからの排気ガスの流れとが合流する位置よりも上流側において前記排気通路に配置され、かつ、前記隔壁を前記タービンの下流側から見て前記隔壁に対して前記タービンの出口部に近い側において前記排気通路に配置され、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力に基づいて、前記内燃機関が備える複数の気筒間での空燃比のインバランス度合いが所定の許容レベルを超えたか否かを判定するインバランス異常検出手段と、
前記内燃機関の運転領域に応じて、前記インバランス異常検出手段による判定を実施する際の前記ウェイストゲートバルブの開度を変更するＷＧＶ開度変更手段と、
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】
前記隔壁は、前記タービンの下流側から見て、前記タービンの前記出口部と前記ウェイストゲートバルブとを仕切るように形成されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記ＷＧＶ開度変更手段は、所定の低回転中負荷領域、中回転中負荷領域、高回転中負荷領域および高回転高負荷領域のうちの何れかが使用されている場合に、前記インバランス異常検出手段による判定を実施する際の前記ウェイストゲートバルブを開いた状態に制御することを特徴とする請求項１または２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】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ターボ過給機のタービンをバイパスするウェイストゲートを開閉するウェイストゲートバルブを備える内燃機関を制御するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、ターボ過給機付き内燃機関が開示されている。この従来の内燃機関は、ターボ過給機のタービンをバイパスするウェイストゲート（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、タービンの下流側に配置された空燃比センサとを備えている。この内燃機関では、ウェイストゲートバルブが開かれているときに、空燃比センサの出力に基づいて、空燃比の気筒間インバランス異常（複数の気筒間での空燃比インバランスが所定の許容レベルを超える異常）の有無が判定される。
【０００３】
より具体的には、上記内燃機関が備える空燃比センサは、タービンの下流側においてタービンからの排気ガスの流れとウェイストゲートからの排気ガスの流れとが合流した後の部位において、排気通路に設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８５１５９号公報
【特許文献２】特開昭６３−１９８７１５号公報
【特許文献３】特開２００９−２４５８４号公報
【特許文献４】特開平１−９６４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、各気筒からの排気ガスは、内燃機関の所定の爆発順序に従ったタイミングで各気筒の排気弁が開くことに伴って順番に排出される。ウェイストゲートバルブが全開とされている場合であっても、一部の排気ガスはタービンを通過することになる。従って、上記特許文献１に記載の構成において、ウェイストゲートバルブの開弁時に空燃比センサに到達する排気ガスは、タービンを通過した排気ガスとウェイストゲートを通過した排気ガスとが合流したものとなる。
【０００６】
一般に、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よりも短い。このため、タービンの上流側における分岐前の排気ガスがタービンの下流側の合流点に到達するのに要する時間は、タービンを通過する排気ガスよりもウェイストゲートを通過する排気ガスの方が短くなる。また、排気ガスがタービンを通過すると、タービンによって排気ガスの流れが旋回流となる。その結果、タービンの下流側において合流する排気ガス、すなわち、空燃比センサに到達する排気ガスは、異なるタイミングでタービンの上流側に到達した排気ガス（つまり、異なる気筒から排出された排気ガス）が混合したものとなる。従って、このような排気ガスを利用したのでは、空燃比の気筒間インバランス異常を精度良く判定することが困難となる。
【０００７】
また、気筒間インバランス異常の検出を行う際のウェイストゲートバルブの開度に対して適切な配慮がなされていないと、内燃機関の各種性能（燃費、出力、加速応答性など）の確保と、気筒間インバランス異常の検出頻度の確保とを良好に両立させることが困難となる。
【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、ターボ過給機のタービンをバイパスするウェイストゲートを開閉するウェイストゲートバルブと、タービンの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、空燃比の気筒間インバランス異常の検出精度を高く確保することができ、更に、内燃機関の各種性能（燃費、出力、加速応答性など）の確保と、気筒間インバランス異常の検出頻度の確保とを良好に両立させることのできる内燃機関の制御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、内燃機関の制御装置であって、
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において前記排気通路の壁面に形成され、前記タービンをバイパスし、前記タービンの下流側の前記排気通路に連通するウェイストゲートと、
前記ウェイストゲートを開閉するウェイストゲートバルブと、
前記タービンの出口部と前記ウェイストゲートバルブとの間に配置され、前記タービンからの排気ガスの流れの少なくとも一部と、前記ウェイストゲートからの排気ガスの流れの少なくとも一部とを隔離する隔壁と、
前記隔壁により隔離された前記タービンからの排気ガスの流れと前記ウェイストゲートからの排気ガスの流れとが合流する位置よりも上流側において前記排気通路に配置され、かつ、前記隔壁を前記タービンの下流側から見て前記隔壁に対して前記タービンの出口部に近い側において前記排気通路に配置され、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力に基づいて、前記内燃機関が備える複数の気筒間での空燃比のインバランス度合いが所定の許容レベルを超えたか否かを判定するインバランス異常検出手段と、
前記内燃機関の運転領域に応じて、前記インバランス異常検出手段による判定を実施する際の前記ウェイストゲートバルブの開度を変更するＷＧＶ開度変更手段と、
を備え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、
前記隔壁は、前記タービンの下流側から見て、前記タービンの前記出口部と前記ウェイストゲートバルブとを仕切るように形成されてい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ＷＧＶ開度変更手段は、所定の低回転中負荷領域、中回転中負荷領域、高回転中負荷領域および高回転高負荷領域のうちの何れかが使用されている場合に、前記インバランス異常検出手段による判定を実施する際の前記ウェイストゲートバルブを開いた状態に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ウェイストゲートバルブが所定の開度に開かれている場合には、隔壁によってタービンからの排気ガスの旋回流とウェイストゲートからの排気ガスの流れとがタービンの直下において混合するのを抑制することができる。これにより、ウェイストゲートバルブが開かれている状態での空燃比の気筒間インバランス異常の検出精度を高く確保することができるようになる。また、ウェイストゲートバルブが閉じられている場合には、隔壁によってタービンからの排気ガスの旋回流がタービン直下の排気通路内で拡散するのを抑制することができ、タービンからの排気ガスとタービン直下の排気通路内の残留ガスとの混合を抑制することができる。また、タービンの直下において排気ガス流路が隔壁によって絞られていることによって、空燃比センサに当たる排気ガスの流速を高める効果が得られる。これらの効果によって、ウェイストゲートバルブが閉じられている場合における空燃比の気筒間インバランス異常の検出精度を良好に高めることができるようになる。このように、本発明によれば、タービンをバイパスするウェイストゲートを開閉するウェイストゲートバルブと、タービンの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の制御状態によらずに空燃比の気筒間インバランス異常の検出精度を高めることのできるハードウェア構成を備える内燃機関を実現することができる。また、本発明によれば、内燃機関の運転領域に応じてインバランス異常検出手段による判定を実施する際のウェイストゲートバルブの開度を変更するＷＧＶ開度変更手段を備えているため、個々の運転領域に応じた適切な態様で気筒間インバランス異常の検出を行えるようになる。このため、燃費性能、出力性能および加速応答性等の内燃機関の各種性能の確保と、気筒間インバランス異常の検出頻度の確保とを良好に両立させることができる。
【００１３】
第２の発明によれば、隔壁によって、タービンからの排気ガスの流れの少なくとも一部と、ウェイストゲートからの排気ガスの流れの少なくとも一部とを良好に隔離できるようになる。
【００１４】
上記の低回転中負荷領域、中回転中負荷領域、高回転中負荷領域および高回転高負荷領域は、ウェイストゲートバルブを開いた状態で良好な精度で気筒間インバランス異常の検出を行える領域である。このため、第３の発明によれば、燃費性能などの確保と、気筒間インバランス異常の検出頻度の確保とをより好適に両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】図１に示す隔壁をタービンの下流側から見た図である。
【図３】本発明の実施の形態１における隔壁の設置とＡ／Ｆセンサの配置場所の選定とが空燃比の気筒間インバランス異常の検出精度向上に与える好影響を表した図である。
【図４】内燃機関の運転領域毎にＷＧＶ開度が空燃比の気筒間インバランス異常の検出性に与える影響を表した図である。
【図５】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。
【図６】本発明の実施の形態１の第１変形例に係る隔壁の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１の第２変形例に係る隔壁の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、内燃機関（ここでは、一例として火花点火式のガソリンエンジンであるものとする）１０を備えている。４つ（一例）の気筒を備える内燃機関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。
【００１７】
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（吸気）の流量ＧＡ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。
【００１８】
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。内燃機関１０の各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２６が設けられている。また、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、吸気ポートではなく筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁、或いは、吸気ポートおよび筒内に燃料を噴射するためのそれぞれの燃料噴射弁が備えられていてもよい。
【００１９】
タービン２０ｂよりも上流側における排気通路１４の壁面（より具体的には、タービン２０ｂを収容するタービンハウジングの入口近傍の壁面）には、タービン２０ｂをバイパスし、タービン２０ｂの下流側の排気通路１４に連通するウェイストゲート（排気バイパス通路）３０が開口している。また、ウェイストゲート（以下、「ＷＧ」と略する）３０の近傍には、ＷＧ３０を開閉するためのウェイストゲートバルブ（以下、「ＷＧＶ」と略する）３２が設けられている。ＷＧＶ３２は、電動式（一例）のアクチュエータ３４によって任意の開度に調整可能に構成されている。このような構成によれば、ＷＧＶ３２の開弁時には、排気ガスがタービン２０ｂ側およびＷＧ３０側の双方に流れることとなり、これらの排気ガスはタービン２０ｂの下流において再び合流することになる。
【００２０】
図１に示すように、タービン２０ｂの出口側においてタービン２０ｂの出口部とＷＧＶ３２との間の部位には、隔壁３６が形成されている。図２は、図１に示す隔壁３６をタービン２０ｂの下流側から見た図である。より具体的には、図２（Ａ）は、本実施形態の隔壁３６を備えていない一般的な構成を示すものであり、図２（Ｂ）は、本実施形態の隔壁３６を備える構成を示すものである。
【００２１】
図１および図２（Ｂ）に示すように、隔壁３６は、タービン２０ｂの下流側（出口側）から見て、タービン２０ｂの出口部２０ｂ１とＷＧＶ３２とを仕切る態様で、タービン２０ｂの下流方向に向けて延出するように配置されている。このように形成された隔壁３６によって、タービン２０ｂの出口の直下においてはタービン２０ｂからの排気ガスの流れとＷＧ３０からの排気ガスの流れとが隔離されるようになっている。
【００２２】
また、図１に示すように、タービン２０ｂの下流側の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒（以下、単に「触媒」と称する）３８が配置されている。更に、タービン２０ｂの下流側であって触媒３８の上流側の排気通路１４には、触媒３８に流入する排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発する（メイン）Ａ／Ｆセンサ４０が配置されている。また、触媒３８の下流側の排気通路１４には、触媒３８から流出してくる排気ガスが理論空燃比に対してリッチである場合にリッチ出力を発生し、また、その排気ガスが理論空燃比に対してリーンである場合にリーン出力を発生する（サブ）Ｏ２センサ４２が配置されている。
【００２３】
本実施形態の内燃機関１０は、Ａ／Ｆセンサ４０の配置場所に特徴を有している。以下、本明細書中においては、排気通路１４においてタービン２０ｂの下流側であって触媒３８の上流側に位置する部位を、「触媒コーン部」１４ａと称する。Ａ／Ｆセンサ４０は、隔壁３６により隔離されたタービン２０ｂからの排気ガスの流れとＷＧ３０からの排気ガスの流れとが合流する位置（図１参照）よりも上流側であって隔壁３６に対してタービン２０ｂの出口部２０ｂ１に近い側において触媒コーン部１４ａ内に配置されている。
【００２４】
更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４４を備えている。ＥＣＵ４４の入力部には、上述したエアフローメータ１８、Ａ／Ｆセンサ４０およびＯ２センサ４２に加え、エンジン回転数ＮＥを検知するためのクランク角センサ４６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、ＥＣＵ４４の入力部には、内燃機関１０を搭載する車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検知するためのアクセル開度センサ４８が接続されている。一方、ＥＣＵ４４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およびＷＧＶ３２のアクチュエータ３４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。ＥＣＵ４４は、上述した各種センサの出力と所定のプログラム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。
【００２５】
［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。そこで、本実施形態では、空燃比センサとして上記Ａ／Ｆセンサ４０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を判定するようにしている。
【００２６】
すなわち、空燃比の気筒間インバランス異常は、Ａ／Ｆセンサ４０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。この場合の気筒間インバランスの度合いは、例えば、Ａ／Ｆセンサ４０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、Ａ／Ｆセンサ４０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）、Ａ／Ｆセンサ４０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）、Ａ／Ｆセンサ４０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Ａ／Ｆセンサ４０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。空燃比の気筒間インバランスが大きくなると、Ａ／Ｆセンサ４０の出力の変動が大きくなり、Ａ／Ｆセンサ４０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。
【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）
各気筒からの排気ガスは、内燃機関１０の所定の爆発順序に従ったタイミングで各気筒の排気弁が開くことに伴って順番に排出される。ＷＧＶ３２が全開とされている場合であっても、一部の排気ガスはタービン２０ｂを通過することになる。ＷＧＶ３２の開弁時には、タービン２０ｂを通過した排気ガスは、触媒コーン部１４ａにおいてＷＧ３０を通過した排気ガスと合流する。
【００２８】
一般に、ＷＧ３０を経由する排気経路の長さは、タービン２０ｂを経由する排気経路の長さよりも短い。このため、タービン２０ｂの上流側における分岐前の排気ガスがタービン２０ｂの下流側の合流点に到達するのに要する時間は、タービン２０ｂを通過する排気ガスよりもＷＧ３０を通過する排気ガスの方が短くなる。また、排気ガスがタービン２０ｂを通過すると、タービン２０ｂによって排気ガスの流れが旋回流となる。その結果、タービン２０ｂの下流側において合流する排気ガスは、異なるタイミングでタービン２０ｂの上流側に到達した排気ガス（つまり、異なる気筒から排出された排気ガス）が混合したものとなる。従って、例えば上記特許文献１に記載の内燃機関のようにタービンの下流側における合流後の排気ガスが流れる部位に空燃比センサが備えられている構成の場合には、空燃比センサの出力に基づいて空燃比の気筒間インバランス異常を精度良く判定することが困難となる。
【００２９】
（実施の形態１の隔壁の設置とＡ／Ｆセンサの配置場所の選定による効果）
これに対し、本実施形態の内燃機関１０では、既述したように、隔壁３６によって、タービン２０ｂの出口の直下においてはタービン２０ｂからの排気ガスの流れとＷＧ３０からの排気ガスの流れとが隔離されるようになっている。そして、Ａ／Ｆセンサ４０は、隔壁３６によって隔離されたタービン２０ｂからの排気ガスの流れとＷＧ３０からの排気ガスの流れとが合流する位置よりも上流側であって隔壁３６に対してタービン２０ｂの出口部２０ｂ１に近い側において触媒コーン部１４ａ内に配置されている。言い換えれば、隔壁３６によってＷＧ３０からの排気ガスの流れの制限を受ける部位に、Ａ／Ｆセンサ４０が配置されている。
【００３０】
このような構成を備える本実施形態の内燃機関１０によれば、ＷＧＶ３２が開かれている状態で気筒間インバランス異常を検出する場合において、隔壁３６によってタービン２０ｂからの排気ガスの旋回流とＷＧ３０からの排気ガスの流れとがタービン２０ｂの直下において混合するのを抑制することができる。これにより、ＷＧＶ３２が開かれている状態での空燃比の気筒間インバランス異常の検出精度を高く確保することができるようになる。
【００３１】
また、本実施形態の構成とは異なり、Ａ／Ｆセンサ４０のような空燃比センサを隔壁３６に対してＷＧＶ３２側に配置するようにすると、ＷＧＶ３２の閉弁時には排気ガスのすべてがタービン２０ｂを通過し、かつ、空燃比センサに向かう排気ガスの旋回流が隔壁３６によって遮られてしまう。その結果、気筒間インバランス異常の検出を満足に行えなくなる。これに対し、本実施形態では、Ａ／Ｆセンサ４０が触媒コーン部１４ａ内において隔壁３６に対してタービン２０ｂ側に配置されている。タービン２０ｂ側には、ＷＧＶ３２の閉弁時および開弁時のどちらの場合であっても、タービン２０ｂからの排気ガスが流通する。このため、本実施形態の構成によれば、隔壁３６を設けつつ、ＷＧＶ３２の閉弁時および開弁時の双方において（更に付け加えると、ＷＧＶ３２がどのような開度に調整された場合であっても）、気筒間インバランス異常の検出が可能となる。
【００３２】
更に、本実施形態の構成は、以下に説明するように、ＷＧＶ３２が閉じられている状態における気筒間インバランス異常の検出精度を向上させることができる。
図３は、本発明の実施の形態１における隔壁３６の設置とＡ／Ｆセンサ４０の配置場所の選定とが空燃比の気筒間インバランス異常の検出精度向上に与える好影響を表した図である。尚、図３は、ＷＧＶ３２が閉じられている状態でのデータを比較したものである。また、図３の縦軸は、Ａ／Ｆセンサ４０の出力変動値（所定期間におけるピーク値とボトム値との差）を示している。
【００３３】
図３より、隔壁３６を備える場合の方が隔壁３６を備えない場合と比べ、同一インバランス率下でのＡ／Ｆセンサ４０の出力変動値が大きくなる（すなわち、気筒間インバランス異常の検出性が良くなる）ことが分かる。また、図３より、気筒間での空燃比のインバランス率が高いほど、隔壁３６を備えない場合の値に対する隔壁３６を備える場合のＡ／Ｆセンサ４０の出力変動値の差がより大きくなることが分かる。
【００３４】
タービン２０ｂの出口部とＷＧＶ３２との間に隔壁３６を設けることにより、タービン２０ｂからの排気ガスの旋回流がタービン２０ｂの直下の触媒コーン部１４ａ内で拡散するのを抑制することができ、タービン２０ｂからの排気ガスと触媒コーン部１４ａ内の残留ガスとの混合を抑制することができる。また、タービン２０ｂの直下において排気ガス流路が隔壁３６によって絞られていることによって、Ａ／Ｆセンサ４０に当たる排気ガスの流速を高める効果が得られる。これらの効果によって、図３によって示されるように、ＷＧＶ３２が閉じられている場合における空燃比の気筒間インバランス異常の検出精度を良好に高めることができる。
【００３５】
ここで、Ａ／Ｆセンサ４０のような空燃比センサを利用した気筒間インバランス異常の検出手法は、高負荷領域（高吸入空気量領域）での検出性が良い。しかしながら、ＷＧＶが開かれていると、タービン仕事が少なくなり、過給が生じにくくなる。このため、機関負荷が所定値よりも高い高負荷領域では、ＷＧＶを閉じることなく走行することができなくなる。
また、急なアクセルペダルの踏み込みに対して良好なレスポンスで加速できるようにするためには、ＷＧＶは全閉もしくは閉じ側の開度に制御されることが望ましい。
更に、内燃機関の排気量が小さくなると、空燃比センサを通過する排気ガスの流量量が少なくなる。このため、ＷＧＶが開かれている状態では、排気ガス流量（吸入空気流量）が少な過ぎることで気筒間インバランス異常を精度良く検出することができなくなる可能性がある。今後、益々の内燃機関のダウンサイジング化と小型車両の需要増加を背景として、小排気量の内燃機関においても、空燃比の気筒間インバランス異常を精度良く検出できるようにする要求が高くなると考えられる。
更に、吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁と、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁の両方を備えた方式の燃料噴射系を備える内燃機関では、両方の燃料噴射弁の使用時の故障診断が必要となる。このため、気筒間インバランス異常の検出サイクル数を多く必要とする。
【００３６】
上記の課題に対し、既述した本実施形態の構成によれば、ＷＧＶ３２の開弁時および閉弁時の双方において（更に付け加えると、ＷＧＶ開度によらずに）、空燃比の気筒間インバランス異常の検出精度を高めることができる。これにより、ＷＧＶ３２を備え、かつ、タービン２０ｂよりも下流側に配置されたＡ／Ｆセンサ４０を利用して気筒間インバランス異常の有無を判定する内燃機関１０において、ＷＧＶ３２の開度の制御状態による制限を受けずに気筒間インバランス異常の検出を良好に行えるようになる。このため、空燃比の気筒間インバランス異常の検出頻度を良好に確保できるようになる。また、気筒間インバランス異常の検出を実施することを理由に内燃機関１０の各種性能要求を満たす値へのＷＧＶ開度の調整が制限されることがないため、気筒間インバランス異常の検出前後の期間における内燃機関１０の加速応答性を良好に確保できるようになる。
【００３７】
［実施の形態１における特徴的な制御］
上述した本実施形態の構成（隔壁３６の設置とＡ／Ｆセンサ４０の配置場所の選定）を採用することにより、ＷＧＶ３２を備え、かつ、タービン２０ｂよりも下流側に配置されたＡ／Ｆセンサ４０を利用して気筒間インバランス異常の有無を判定する内燃機関１０において、ＷＧＶ３２の開度の制御状態による制限を受けずに気筒間インバランス異常の検出を良好に行えるようになる。このような構成を備えている場合において、ＷＧＶ３２が閉じられた状態のみを利用して気筒間インバランス異常の検出を行うようにすると、ＷＧＶ３２が閉じられた状態で運転される領域が多くなる。その結果、ＷＧＶ３２が開かれた状態で運転される領域が多い場合と比べ、内燃機関１０の出力性能および加速応答性は良好に確保できるものの燃費が悪化してしまう。その理由は、ＷＧＶ３２が閉じられていると、背圧が上昇するので、ＷＧＶ３２の開弁時と比べ、ポンプ損失の増大によって燃費が悪化するためである。
【００３８】
そこで、本実施形態では、上述したハードウェア構成を備える内燃機関１０において、予め設定した個々の運転領域に応じて、空燃比の気筒間インバランス異常の検出をＷＧＶ３２が開かれた状態で行うか或いはＷＧＶ３２が閉じられた状態で行うかを変更するようにした。
【００３９】
図４は、内燃機関１０の運転領域毎にＷＧＶ開度が空燃比の気筒間インバランス異常の検出性に与える影響を表した図である。尚、図４において、実線で示す曲線は、気筒間インバランス発生時のＡ／Ｆセンサ４０の出力変動値のＷＧＶ開度に対する変化の一例を表したものである。一方、破線で示す曲線は、空燃比の気筒間インバランス異常の有無を判定する際のＡ／Ｆセンサ４０の出力変動値のクライテリアである。つまり、図４は、実線で示すＡ／Ｆセンサ４０の出力変動値がクライテリアよりも大きい状況下において気筒間インバランス異常の検出が好ましい精度で可能となることを表している。
【００４０】
空燃比の気筒間インバランス異常の検出性は、吸入空気量ＧＡが高いほど（すなわち、エンジン負荷が高いほど）高くなり、また、エンジン回転数ＮＥが低いほど高くなる。これは、１サイクル当たりの吸入空気量ＧＡが多いことで、Ａ／Ｆセンサ４０の出力が高くなるためである。
【００４１】
図４中に「Ｉ」と付して示す運転領域は、吸入空気量ＧＡが低く、かつエンジン回転数ＮＥも低い低回転低負荷領域である。この領域Ｉでは、図４に示すように、ＷＧＶ開度が閉じ側の所定範囲内の値に制御されている場合において、気筒間インバランス異常の検出が可能となる。この領域Ｉは、通常は燃費要求を受けて、ＷＧＶ３２が開かれた状態で運転される領域である。このため、本実施形態では、領域Ｉでは、基本的にはＷＧＶ３２が開かれた状態で気筒間インバランス異常の検出が実行される。そして、領域Ｉでは、インバランス異常の検出頻度が足りない場合には、ＷＧＶ３２を閉じたうえで気筒間インバランス異常の検出が実行される。また、領域Ｉでは、加速要求が出されている場合には、ＷＧＶ３２を閉じたうえで気筒間インバランス異常の検出が実行される。
【００４２】
図４中に「ＩＩ」と付して示す運転領域は、低回転中負荷領域である。この領域ＩＩは、図４に示すように、ＷＧＶ開度によらずに気筒間インバランス異常の検出が可能な領域である。また、この領域ＩＩは、加速要求が出されていない限り、燃費要求を受けてＷＧＶ３２が開かれた状態で運転される領域である。このため、本実施形態では、領域ＩＩでは、加速要求が出されていない限り、ＷＧＶ３２が開かれた状態で気筒間インバランス異常の検出が実行される。そして、領域ＩＩでは、加速要求が出されている場合には、ＷＧＶ３２を閉じたうえで気筒間インバランス異常の検出が実行される。
【００４３】
図４中に「ＩＩＩ」と付して示す運転領域は、中回転中負荷領域、高回転中負荷領域および高回転高負荷領域である。この領域ＩＩＩは、図４に示すように、ＷＧＶ開度が開き側の所定範囲内の値に制御されている場合において、気筒間インバランス異常の検出が可能となる。本実施形態では、この領域ＩＩＩにおいても、領域ＩＩと同様の態様で気筒間インバランス異常の検出が実行される。
【００４４】
図４中に「ＩＶ」と付して示す運転領域は、低回転高負荷領域および中回転高負荷領域である。この領域ＩＶは、図４に示すように、ＷＧＶ３２を閉じていないと走行ができない高負荷領域であり、ＷＧＶ開度が閉じ側の所定範囲内の値に制御されている場合において、気筒間インバランス異常の検出が可能となる。このため、本実施形態では、この領域ＩＶでは、ＷＧＶ３２が開かれた状態で気筒間インバランス異常の検出が実行される。
【００４５】
図５は、本発明の実施の形態１における空燃比の気筒間インバランス異常の検出処理を実現するために、ＥＣＵ４４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、内燃機関１０の運転中に空燃比の気筒間インバランス異常の検出が必要な状況下において起動されるものである。
【００４６】
図５に示すルーチンでは、先ず、空燃比の気筒間インバランス異常を検出する際の前提条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１００）。具体的には、Ａ／Ｆセンサ４０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か否かが判定される。
【００４７】
上記ステップ１００の前提条件が成立していると判定された場合には、ＷＧＶ３２を閉弁せずに走行が可能な運転領域であるか否かが判定される（ステップ１０２）。本実施形態では、図４に示すように、内燃機関１０の運転領域は、吸入空気量ＧＡ（エンジン負荷）とエンジン回転数ＮＥとを用いて規定されている。具体的には、本ステップ１０２では、内燃機関１０の現在の運転領域が図４に示す領域ＩＶではないか否かが判定される。
【００４８】
現在の運転領域が領域Ｉ〜ＩＩＩの何れかである場合には、上記ステップ１０２の判定が成立する。この場合には、次いで、所定加速度以上での加速要求が出されていないか否かが判定される（ステップ１０４）。尚、加速応答性と燃費のどちらを優先するかは、内燃機関１０を搭載する車両によって異なるものとなる。従って、本ステップ１０４の判定に用いる所定加速度は、個々の車両の要求に応じた任意の値に予め適合されるものである。上記ステップ１０４において上記加速要求が出されていないと判定された場合には、ＷＧＶ３２が開かれる（ステップ１０６）。
【００４９】
次に、ＷＧＶ３２が開かれた状態で気筒間インバランス異常の検出を行う運転領域であるか否かが判定される（ステップ１０８）。上記加速要求が出されていない状況下であるので、現在の運転領域が領域ＩＩおよび領域ＩＩＩであれば、本ステップ１０８の判定が成立することとなる。また、現在の運転領域が領域Ｉの場合には、インバランス異常の検出頻度が所定の許容値を満たしている場合に限り、本ステップ１０８の判定が成立することとなる。
【００５０】
上記ステップ１０８の判定が成立する場合には、ＷＧＶ３２が開かれた状態にて気筒間インバランス異常の検出が実行される（ステップ１１０）。既述したように、空燃比の気筒間インバランス異常は、気筒間インバランスの度合い（例えば、Ａ／Ｆセンサ４０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））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。ＥＣＵ４４には、現在の運転領域（吸入空気量ＧＡとエンジン回転数ＮＥ）およびＷＧＶ開度に応じた許容レベル（図４中に示すクライテリアに相当）が予め記憶されている。本ステップ１１０では、現在の気筒間インバランスの度合いが現在の運転領域およびＷＧＶ開度に応じた許容レベルを超えているか否かに基づいて、気筒間インバランス異常の有無の判定が実行される。
【００５１】
次に、気筒間インバランス異常の検出頻度が所定の許容値を満たしているか否かが判定される（ステップ１１２）。その結果、本ステップ１１２の判定が不成立となる場合には、本判定が成立するまで、図５に示すルーチンの処理が繰り返し実行されることになる。
【００５２】
一方、上記ステップ１０８の判定が不成立となる場合には、次いで、ＷＧＶ３２が閉じられた状態で気筒間インバランス異常の検出を行う運転領域であるか否かが判定される（ステップ１１４）。領域Ｉの使用中にインバランス異常の検出頻度が上記許容値未満である場合には、本ステップ１１４の判定が成立することとなる。このため、この場合には、ＷＧＶ３２を閉じたうえで気筒間インバランス異常の検出が実行される（ステップ１１６）。
【００５３】
また、上記ステップ１０２の判定が不成立となる場合（すなわち、現在の運転領域が領域ＩＶであると判断できる場合）、または、上記ステップ１０４の判定が不成立となる場合（すなわち、所定加速度以上での加速要求が出された場合）には、ＷＧＶ３２が閉じられる（ステップ１１８）。
【００５４】
次に、ＷＧＶ３２が閉じられた状態で気筒間インバランス異常の検出を行う運転領域であるか否かが判定される（ステップ１２０）。現在の運転領域が領域ＩＶである場合、または領域Ｉ〜ＩＩＩの使用中に上記加速要求が出された場合には、本ステップ１２０の判定が成立することとなる。この場合には、ＷＧＶ３２を閉じられた状態で気筒間インバランス異常の検出が実行される（ステップ１２２）。
【００５５】
以上説明した図５に示すルーチンによれば、内燃機関１０の運転領域に応じて、空燃比の気筒間インバランス異常の検出をＷＧＶ３２が開かれた状態で行うか或いはＷＧＶ３２が閉じられた状態で行うかが変更される。これにより、個々の運転領域に応じた適切な態様で気筒間インバランス異常の検出を行えるようになる。このため、燃費性能、出力性能および加速応答性等の内燃機関１０の各種性能の確保と、気筒間インバランス異常の検出頻度の確保とを良好に両立させることができる。
【００５６】
ところで、上述した実施の形態１においては、内燃機関１０の運転領域に応じて、ＷＧＶ３２が開かれた状態或いは閉じられた状態で、空燃比の気筒間インバランス異常の検出を行う構成を例に挙げて説明を行った。しかしながら、気筒間インバランス異常の検出を行う際に、内燃機関１０の運転領域に応じて変更されるＷＧＶ３２の開度は、全開値と全閉値との間で変更されるものに限らない。すなわち、本発明におけるＷＧＶ開度変更手段により変更されるウェイストゲートバルブの開度は、気筒間インバランス異常の検出性と、内燃機関１０の出力性能、加速応答性および燃費要求との関係を適宜考慮して設定される開度であって、個々の運転領域に適した任意の開度であってもよい。
【００５７】
また、上述した実施の形態１においては、タービン２０ｂの下流側（出口側）から見て、タービン２０ｂの出口部２０ｂ１とＷＧＶ３２とを仕切る態様で、タービン２０ｂの下流方向に向けて延出するように配置された隔壁３６を備える例について説明を行った。しかしながら、本発明における隔壁は、タービンの出口部とウェイストゲートバルブとの間に配置され、タービンからの排気ガスの流れの少なくとも一部と、ウェイストゲートからの排気ガスの流れの少なくとも一部とを隔離するように構成されたものであればよい。具体的には、本発明における隔壁は、例えば、以下の図６または図７に示すように構成されたものであってもよい。
【００５８】
図６は、本発明の実施の形態１の第１変形例に係る隔壁５０の構成を説明するための図である。尚、図６において、上記図２（Ｂ）に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
第１変形例における隔壁５０は、図６に示すように、ＷＧ３０の出口部に、ＷＧ３０の開口部を外側から覆うように形成されている。隔壁５０は、ここでは、排気ガスの下流側に向けて所定の長さで突出するように形成されているものとする。この第１変形例が採用されている場合においても、Ａ／Ｆセンサ４０は、実施の形態１の隔壁３６が用いられている場合と同様に、隔壁５０によってＷＧ３０からの排気ガスの流れの制限を受ける部位に配置される。
【００５９】
図７は、本発明の実施の形態１の第２変形例に係る隔壁５２の構成を説明するための図である。尚、図７において、上記図２（Ｂ）に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
第２変形例における隔壁５２は、図７に示すように、タービン２０ｂの出口部２０ｂ１に、排気通路１４のタービン出口の開口部を外側から覆うように形成されている。隔壁５２は、ここでは、排気ガスの下流側に向けて所定の長さで突出するように形成されているものとする。また、この第２変形例が採用されている場合のＡ／Ｆセンサ４０は、その検出部が隔壁５２の内部を通過するタービン２０ｂからの排気ガスに曝されるように、隔壁５２に取り付けられていてもよい。或いは、Ａ／Ｆセンサ４０は、隔壁５２から出てくるタービン２０ｂからの排気ガスに上記検出部が曝されるように、隔壁５２の出口部に近接して配置されていてもよい。
【００６０】
そして、上述した隔壁３６、５０または５２のように例示した本発明における隔壁は、タービンの下流側においてタービンの出口部とウェイストゲートバルブとの間を完全に遮断するように形成されたものであってもよいし、或いは、一部に切り欠きを有するものであってもよい。
【００６１】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４４が上記図５に示すルーチン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「インバランス異常検出手段」および「ＷＧＶ開度変更手段」がそれぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００６２】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１４ａ  排気通路の触媒コーン部
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
２０ｂ１  タービンの出口部
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  ウェイストゲート（ＷＧ）
３２  ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
３４  アクチュエータ
３６、５０、５２  隔壁
３８  排気浄化触媒
４０  Ａ／Ｆセンサ
４２  Ｏ２センサ
４４  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４６  クランク角センサ
４８  アクセル開度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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