JP4877610B2 - 多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置 - Google Patents

Description

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。

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。

一方、多気筒内燃機関においては、通常全気筒に対し同一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。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、排気エミッションの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（オンボード）で検出することが要請されており、最近ではこれを法規制化する動きもある。

例えば特許文献１に記載の装置では、吸気管圧力センサで検出した吸気管圧力等の挙動に基づいて、内燃機関の気筒間の運転状態のばらつきを表す気筒間ばらつき値を求めるようにしている。

特開２００４−１７６６８９号公報

ところで、本発明者らは、鋭意研究の結果、気筒間空燃比のばらつき度合いと実際の触媒温度との間に相関関係があることを新たに見出した。

そこで本発明は、かかる相関関係を利用して気筒間空燃比ばらつき異常を好適に検出することができ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を提供することを目的とする。

本発明によれば、
多気筒内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒の温度を機関運転状態に基づき推定する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度の検出値と推定値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
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。

本発明者らの研究結果によれば、気筒間空燃比ばらつきが発生すると１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）間において排気空燃比の変動が生じ、その結果、気筒間空燃比ばらつきが無いときに比べ触媒の温度が上昇することが判明した。このとき、気筒間空燃比ばらつき度合いが大きいほど、触媒の温度はより上昇する。そこで本発明では、触媒温度検出手段で触媒の実際の温度を検出する一方、触媒温度推定手段で機関運転状態に基づき触媒の温度を推定する。推定された触媒温度は気筒間空燃比のばらつき度合いに無関係な値であり、他方、検出された触媒温度は気筒間空燃比のばらつき度合いを反映した値である。気筒間空燃比ばらつき異常が発生すると、両者が比較的大きく乖離するので、このことを利用し、触媒温度の検出値と推定値に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常が検出される。

好ましくは、前記異常検出手段は、前記触媒温度の検出値と推定値の差に基づき気筒間空燃比ばらつき異常を検出する。

気筒間空燃比ばらつき異常が発生すると、触媒温度の検出値と推定値の差が大きくなるので、このことを利用して気筒間空燃比ばらつき異常が検出される。

好ましくは、前記異常検出手段は、前記触媒温度の検出値と推定値をそれぞれ所定時間積算してなる積算値同士の差、又は前記触媒温度の検出値と推定値の差を所定時間積算してなる積算値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する。

気筒間空燃比ばらつき異常が発生すると、触媒温度の検出値と推定値の積算値同士の差、又は触媒温度の検出値と推定値の差の積算値が大きくなるので、このことを利用して気筒間空燃比ばらつき異常が検出される。

好ましくは、前記気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が、前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備え、前記触媒温度推定手段が、少なくとも、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量の値に基づき、前記触媒の温度を推定する。

本発明によれば、気筒間空燃比のばらつき度合いと触媒温度との間の相関関係を利用して気筒間空燃比ばらつき異常を好適に検出することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。

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は自動車用の多気筒内燃機関であり、より具体的には並列４気筒の火花点火式内燃機関即ちガソリンエンジンである。但し本発明が適用可能な内燃機関はこのようなものに限られず、多気筒内燃機関であれば気筒数、形式等は特に限定されない。

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。

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、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。

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。

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。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１１，１９が直列に取り付けられている。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の排気通路に設置され、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。

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、上流触媒１１の温度（床温）を検出する温度センサ２１、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。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。

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には触媒前センサ１７の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ１７は、検出した排気空燃比（触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ）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）であり、このストイキを境に空燃比−電圧特性の傾きが変化する。

他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ_２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３には触媒後センサ１８の出力特性を示す。図示するように、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒはストイキを境に過渡的に変化し、排気空燃比（触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ）がストイキよりリーンのときには０．１Ｖ程度の低い電圧を示し、排気空燃比がストイキよりリッチのときには０．９Ｖ程度の高い電圧を示す。これらのほぼ中間の電圧Ｖｒｅｆｒ＝０．４５Ｖをストイキ相当値とし、センサ出力電圧がＶｒｅｆｒより高いときには排気空燃比はストイキよりリッチ、センサ出力電圧がＶｒｅｆｒより低いときには排気空燃比はストイキよりリーンというように、排気空燃比を検出している。

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が理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）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。

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、空燃比制御がＥＣＵ２０により実行される。この空燃比制御は、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主空燃比制御（主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補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。

温度センサ２１は、その温度検出部（素子部）が上流触媒１１に挿入されて触媒床温を直接検出するようになっている。その温度検出部の位置については基本的には任意であるが、本実施形態では後述する理由から、上流触媒１１の流路長Ｌの中間位置Ｌ／２よりも上流側（前側）とされている。

さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒のインジェクタ１２が故障し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生したとする。例えば＃１気筒が他の＃２、＃３及び＃４気筒よりも燃料噴射量が多くなり、その空燃比が大きくリッチ側にずれてた場合等である。このときでも前述の主空燃比フィードバック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。

図４に示すように、気筒間空燃比ばらつきが発生すると、１エンジンサイクル間（＝７２０°ＣＡ）での排気空燃比の変動が大きくなる。（Ｂ）の空燃比線図ａ，ｂ，ｃはそれぞればらつき無し、１気筒のみ２０％のインバランス割合でリッチずれ、及び１気筒のみ５０％のインバランス割合でリッチずれの場合の触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの検出値を示す。見られるように、ばらつきの程度が大きくなるほど、ストイキを中心とした空燃比変動の振幅が大きくなる。

ここでインバランス割合（％）とは、気筒間空燃比のばらつき度合いに関するパラメータである。即ち、インバランス割合とは、全気筒のうちある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）の燃料噴射量即ち基準噴射量からズレているかを示す値である。インバランス割合を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即ち基準噴射量をＱｓとすると、ＩＢ＝（Ｑｉｂ−Ｑｓ）／Ｑｓで表される。インバランス割合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。

ところで、本発明者らの鋭意研究の結果によれば次の事項が判明した。即ち、気筒間空燃比ばらつきが発生し、図４に示したような１エンジンサイクル間における排気空燃比の変動が生じると、上流触媒１１において短い周期で酸化還元反応が繰り返され、上流触媒１１の活性が促進される。その結果、気筒間空燃比ばらつきが無いときに比べ、上流触媒１１の温度が上昇する。ここで上流触媒１１（下流触媒１９も同様）は酸素吸蔵能（Ｏ_２ストレージ能）を有し、供給された排気ガスの空燃比がストイキよりリーンのときに排気ガス中の過剰酸素を吸着保持する一方、供給された排気ガスの空燃比がストイキよりリッチのときには吸着保持していた酸素を放出する。このときの酸素吸着が酸化反応、酸素放出が還元反応である。図４に示したように、気筒間空燃比ばらつきが発生すると上流触媒１１に供給される排気ガスの空燃比が１エンジンサイクル間でリーン、リッチと変化するので、その度に酸化還元反応が行われ、上流触媒１１の温度が上昇する。

図５にはインバランス割合（％）と触媒温度（℃）との関係を示す。図中の三角及び菱形は、内燃機関１を搭載した車両がそれぞれ１２０ｋｍ／ｈ及び６０ｋｍ／ｈで定速走行したときのデータである。見られるように、インバランス割合（％）が０％からずれるほど、即ち空燃比ばらつき度合いが大きくなるほど、触媒温度は上昇する傾向にある。

そこで本実施形態では、かかる気筒間空燃比ばらつき度合い（インバランス割合）と触媒温度との間の相関関係に着目し、以下のようにして気筒間空燃比ばらつき異常を検出する。即ち、温度センサ２１（触媒温度検出手段）で上流触媒１１の実際の温度を検出し、その一方でエンジン運転状態に基づき上流触媒１１の温度を推定する。そしてこれら触媒温度の検出値と推定値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する。推定された触媒温度は気筒間空燃比のばらつき度合いに無関係な値であり、他方、温度センサ２１で検出された触媒温度は気筒間空燃比のばらつき度合いを反映した値である。そして気筒間空燃比ばらつき異常が発生すると、両者が比較的大きく乖離する。そこで両者の乖離度合いをモニタすることで、気筒間空燃比ばらつき異常が発生していることを検出することができる。

図６に、上流触媒１１の温度を推定するためのルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１では、触媒温度推定を実行するのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、エンジンが始動後で、且つ図示しない水温センサで検出された水温が所定温度（例えば−４０℃）より高いと、前提条件成立となる。なお前提条件についてはこの例に限られない。前提条件が成立していない場合にはルーチンが終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２においては、前回のルーチン実行時（ｎ−１）に算出された触媒温度の推定値、即ち推定触媒温度Ｔｅ（ｎ−１）の値が取得される。

次いでステップＳ１０３においては、今回のルーチン実行時（ｎ）における、排気ガスからの供給熱による触媒温度変化量Ａ（ｎ）が算出される。この触媒温度変化量Ａ（ｎ）は次式（１）により求められる。

Ｋ１は適合等によって定め得る所定値である。Ｋ２は所定のなまし率であり、１より大きい値として予め設定される。Ｂは吸入空気量Ｇａに応じて変化するパラメータ（空気量パラメータ）であり、予め定められたマップ（関数でも良い。以下同様。）に従い、エアフローメータ５（吸入空気量検出手段）により検出された吸入空気量Ｇａの値に基づき決定される。吸入空気量Ｇａの値が大きいほど大きな空気量パラメータＢの値が得られる。この空気量パラメータＢがエンジン運転状態を表す主なパラメータである。ここでは、第２項の大括弧内の値、即ち空気量パラメータＢに基づき算出された今回の温度変化分を、なまし率Ｋ２によりなまして前回の触媒温度変化量Ａ（ｎ−１）に加算し、今回の触媒温度変化量Ａ（ｎ）を求めている。エンジン運転状態が変化してもその影響が触媒温度に反映されるまでに時間差があるので、これに対応してかかるなまし演算を行っている。

次いで、ステップＳ１０４においては、今回のルーチン実行時（ｎ）における、触媒内反応熱による触媒温度変化量Ｃ（ｎ）が算出される。この触媒温度変化量Ｃ（ｎ）は次式（２）により求められる。

Ｋ３は適合等によって定め得る所定値である。Ｋ４は所定のなまし率であり、１より大きい値として予め設定される。Ｄは推定触媒温度Ｔｅに応じて変化するパラメータ（推定温パラメータ）であり、予め定められたマップに従い、ステップＳ１０２で取得された前回の推定触媒温度Ｔｅ（ｎ−１）の値に基づき決定される。推定触媒温度Ｔｅの値が大きいほど大きな推定温パラメータＤの値が得られる。ここでもステップＳ１０３同様、第２項の大括弧内の値、即ち推定温パラメータＤに基づき算出された今回の温度変化分を、なまし率Ｋ４によりなまして前回の触媒温度変化量Ｃ（ｎ−１）に加算し、今回の触媒温度変化量Ｃ（ｎ）を求めている。

次いで、ステップＳ１０５においては、今回のルーチン実行時（ｎ）における、触媒からの放射熱による触媒温度変化量Ｅ（ｎ）が算出される。この触媒温度変化量Ｅ（ｎ）は次式（３）により求められる。

Ｋ５は適合等によって定め得る所定値である。Ｔａは外気温であり、図示しない外気温センサにより検出される値である。Ｆは、エンジン１が搭載される車両の速度（即ち車速）Ｖｈに応じて変化するパラメータ（車速パラメータ）であり、予め定められたマップに従い、図示しない車速センサにより検出された車速Ｖｈの値に基づき決定される。車速Ｖｈの値が大きいほど大きな車速パラメータＦの値が得られる。外気温Ｔａが低いほど、また車速Ｖｈが高いほど、大きな触媒温度変化量Ｅ（ｎ）が得られる。

次いで、ステップＳ１０６においては、今回のルーチン実行時（ｎ）における、推定触媒温度Ｔｅ（ｎ）が算出される。この推定触媒温度Ｔｅ（ｎ）は次式（４）により求められる。こうして今回のルーチンが終了となる。

以上の推定方法から分かるように、推定触媒温度Ｔｅは気筒間空燃比ばらつき度合いに無関係な値であり、気筒間空燃比ばらつき異常が発生していても、それが発生していないときと同じ値になる。よって、推定触媒温度Ｔｅを基準とした、温度センサ２１により検出された触媒温度（検出触媒温度Ｔｓ）の乖離度合いを検出することにより、気筒間空燃比ばらつき異常の有無を判定することが可能である。

特に、上流触媒１１においては、その上流端（前端）から供給ガスを受けるので、その上流端から下流側（後側）に向けて徐々に温度変化するようになる。よって上流触媒１１の温度変化を即座に検知すべく、温度センサ２１の温度検出部は、上流触媒１１の流路長Ｌの中間位置Ｌ／２よりも上流側に位置されるのが好ましく、より言えばできるだけ上流側に位置されるのが好ましい。

次に、図７を用いて、気筒間空燃比ばらつき異常を検出するための第１のルーチンについて説明する。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ２０１では、異常検出を行うのに適した所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。この前提条件は、例えば、エンジンの暖機が終了しており、触媒前後のセンサ１７，１８が活性化しており、且つ上下流の触媒１１，１９が活性化しているときに成立となる。エンジン暖機終了の条件は例えば検出水温が所定値（例えば７５℃）以上となっていることである。触媒前後センサ活性化の条件は、ＥＣＵ２０により検出される両センサのインピーダンスがそれぞれ所定の活性温度相当の値になっていることである。上下流触媒活性化の条件は、両触媒の推定触媒温度が所定の活性温度になったことである。上流触媒１１の推定触媒温度は図６のルーチンにより算出され、下流触媒の推定触媒温度は図示しない別ルーチンにより算出される。

前提条件が成立していない場合、直ちにルーチンが終了される。他方、前提条件が成立している場合、ステップＳ２０２において、温度センサ２１により検出された上流触媒１１の温度、即ち検出触媒温度Ｔｓの値が取得される。

次いでステップＳ２０３において、図６の触媒温度推定ルーチンにより推定された上流触媒１１の温度、即ち推定触媒温度Ｔｅの値が取得される。

次のステップＳ２０４では、これら検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの差（絶対値）Ｔｄ＝｜Ｔｓ−Ｔｅ｜が算出され、この差Ｔｄが所定の異常判定値Ｔｄｓと比較される。異常判定値Ｔｄｓは、一部気筒の燃料系（例えばインジェクタ１２）等の故障により、気筒間空燃比ばらつきが許容できないほどに大きくなったとき（或いはインバランス割合が許容できないほどに０％から大きくずれたとき）の検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの差に等しい値として予め設定されている。

差Ｔｄが異常判定値Ｔｄｓより小さい場合、気筒間空燃比ばらつき異常は発生していないとみなされてルーチンが終了される。

他方、差Ｔｄが異常判定値Ｔｄｓ以上の場合、ステップＳ２０５において気筒間空燃比ばらつき異常ありと判定され、ルーチンが終了される。なおこの異常判定と同時に、異常の事実をユーザに知らせるべくチェックランプ等の警告装置を起動させるのが好ましい。

次に、図８を用いて、気筒間空燃比ばらつき異常を検出するための第２のルーチンについて説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ３０１〜Ｓ３０３は前記ステップＳ２０１〜Ｓ２０３と同様である。ステップＳ３０３の後、ステップＳ３０４において、ステップＳ３０２及びＳ３０３でそれぞれ取得された検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの値がそれぞれ積算される。即ち、前提条件成立時以降、ルーチン実行時毎に検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの値がそれぞれ個別に積算されるようになっている。今回のルーチン実行時には、前回のルーチン実行時まで積算された検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの積算値に、今回取得された検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの値が足し込まれ、今回の検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの積算値ΣＴｓ、ΣＴｅが算出される。

次に、ステップＳ３０５では、前提条件成立時からの経過時間、即ち積算開始時からの経過時間（積算時間）ｔが所定時間ｔｓを超えたか否かが判断される。

積算時間ｔが所定時間ｔｓを超えてない場合、ルーチンが終了される。他方、積算時間ｔが所定時間ｔｓを超えた場合、ステップＳ３０６において、最終的な検出触媒温度及び推定触媒温度の積算値ΣＴｓ、ΣＴｅ同士の差（絶対値）ＴＤ＝｜ΣＴｓ−ΣＴｅ｜が算出され、この差ＴＤが所定の異常判定値ＴＤｓと比較される。異常判定値ＴＤｓは、前記同様、一部気筒の燃料系（例えばインジェクタ１２）等の故障により、気筒間空燃比ばらつきが許容できないほどに大きくなったとき（或いはインバランス割合が許容できないほどに０％から大きくずれたとき）の検出触媒温度及び推定触媒温度の積算値ΣＴｓ、ΣＴｅの差に等しい値として予め設定されている。

差ＴＤが異常判定値ＴＤｓより小さい場合、ステップＳ３０８において、気筒間空燃比ばらつき異常無し、つまり正常と判定され、ルーチンが終了される。

他方、差ＴＤが異常判定値ＴＤｓ以上の場合、ステップＳ３０７において気筒間空燃比ばらつき異常ありと判定され、ルーチンが終了される。なおこの異常判定と同時に、異常の事実をユーザに知らせるべくチェックランプ等の警告装置を起動させるのが好ましい。

この第２のルーチンでは、検出触媒温度及び推定触媒温度の所定時間の積算値ΣＴｓ、ΣＴｅを用いるので、瞬時的な検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの値を用いる第１のルーチンと比較して、異常検出誤差を低減できる可能性がある。この第２のルーチンでは、検出触媒温度及び推定触媒温度の最終的な積算値ΣＴｓ、ΣＴｅを個別に求めた後に、両者の差ＴＤを求めるようにしているが、代替的に、検出触媒温度及び推定触媒温度の差Ｔｄ＝｜Ｔｓ−Ｔｅ｜を順次積算していって最終的な積算値を求めるようにしてもよい。これらいずれの方法も実質的に等価である。

このように、本実施形態によれば、気筒間空燃比ばらつき異常があった場合に触媒温度が上昇するという特性を利用して好適に気筒間空燃比ばらつき異常を検出することができる。また、かかる気筒間空燃比ばらつき異常を検出することで、これに起因する触媒温度の過剰上昇ひいては触媒の故障をも未然に防止することが可能となる。

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、上述の内燃機関は吸気ポート（吸気通路）噴射式であったが、直噴式エンジンや両噴射方式を兼ね備えたデュアル噴射式エンジンにも、本発明は適用可能である。触媒温度を検出する温度センサの数は一つに限定されない。また吸入空気量、外気温及び車速以外のパラメータを用いて触媒温度を推定することも可能である。

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。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。 触媒前センサの出力特性を示すグラフである。 触媒後センサの出力特性を示すグラフである。 気筒間空燃比ばらつき度合いに応じた排気空燃比の変動を示すグラフである。 インバランス割合と触媒温度との関係を示すグラフである。 触媒温度推定ルーチンを示すフローチャートである。 気筒間空燃比ばらつき異常検出のための第１のルーチンを示すフローチャートである。 気筒間空燃比ばらつき異常検出のための第２のルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
３ 燃焼室
５ エアフローメータ
６ 排気管
１１ 上流触媒
１２ インジェクタ
１４ 排気マニフォールド
１７ 触媒前センサ
１８ 触媒後センサ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１ 温度センサ
Ｔｓ 検出触媒温度
Ｔｅ 推定触媒温度

Claims (4)

1. 多気筒内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
   前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
   前記触媒の温度を機関運転状態に基づき推定する触媒温度推定手段と、
   前記触媒温度の検出値と推定値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
   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。
2. 前記異常検出手段は、前記触媒温度の検出値と推定値の差に基づき気筒間空燃比ばらつき異常を検出する
   ことを特徴とする請求項１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。
3. 前記異常検出手段は、前記触媒温度の検出値と推定値をそれぞれ所定時間積算してなる積算値同士の差、又は前記触媒温度の検出値と推定値の差を所定時間積算してなる積算値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する
   ことを特徴とする請求項１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。
4. 前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備え、
   前記触媒温度推定手段は、少なくとも、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量の値に基づき、前記触媒の温度を推定する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか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。

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