JP2012097718A - 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

Abstract

【課題】異常判定値を適切に定めて検出精度を向上し、誤検出を防止する。
【解決手段】気筒間空燃比ばらつき異常検出装置は、多気筒内燃機関の排気通路に設置された空燃比センサと、空燃比センサの出力の変動度合いに基づいて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る。異常検出手段は、空燃比センサ出力の変動度合いに相関するパラメータの値を所定の異常判定値と比較してばらつき異常を検出する。異常判定値は、予め分割された内燃機関の複数の運転領域のそれぞれに対し個別に設定されている。
【選択図】図６

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、触媒上流側の空燃比センサの出力値が正常値と乖離する異常状態が発生した場合、触媒下流側の空燃比センサの出力値に基づいて算出されるサブフィードバック量の学習値を、適正値近傍の値に修正するようにしている。

特開２０１０−７１２５９号公報

ところで、空燃比ばらつき異常が発生すると空燃比センサ出力の変動が大きくなる。そこでこの変動度合いをモニタすることで、空燃比ばらつき異常を検出することが可能である。例えば、空燃比センサ出力の変動度合いに相関するパラメータを所定の異常判定値と比較してばらつき異常を検出することが可能である。一般的に、異常判定値は一定値として定められる。

しかしながら、本発明者の研究結果によれば、一定の異常判定値を用いることが必ずしも適切ではないことが判明した。すなわち、一定の異常判定値を用いて空燃比ばらつき異常を検出すると、検出精度が低下し、誤検出の虞もある。

そこで本発明は、以上の事情に鑑みて創案され、その目的は、異常判定値を適切に定めて検出精度を向上し、誤検出を防止し得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にある。

本発明の一の態様によれば、
多気筒内燃機関の排気通路に設置された空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力の変動度合いに基づいて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、
前記異常検出手段は、前記空燃比センサ出力の変動度合いに相関するパラメータの値を所定の異常判定値と比較してばらつき異常を検出し、
前記異常判定値は、予め分割された内燃機関の複数の運転領域のそれぞれに対し個別に設定されている
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。

好ましくは、前記異常判定値は、予め分割された少なくとも二つの運転領域に対し異なる値が設定されている。

好ましくは、前記異常判定値は、エンジン回転速度が高い運転領域であるほど大きくなる値に設定されている。

好ましくは、前記異常判定値は、吸入空気量が多い運転領域であるほど大きくなる値に設定されている。

好ましくは、前記パラメータは、異なる二つのタイミングにおける前記空燃比センサ出力の差に基づく値である。

好ましくは、前記空燃比センサは、前記排気通路のうち、各気筒の排気ガスが集合する集合部に設置されている。

本発明によれば、異常判定値を適切に定めて検出精度を向上し、誤検出を防止することができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。 触媒前センサおよび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空燃比センサ出力の変動を示すグラフである。 図３のＩＶ部に相当する拡大図である。 エンジン運転領域の複数点について減少時変化率を実測した結果を示すグラフである。 図５の運転領域を分割してなる複数の分割領域と、各分割領域に対し個別に設定された異常判定値とを示すグラフである。 気筒間空燃比ばらつき異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施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（エンジン）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は自動車に搭載された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内の混合気を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（単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸気流量）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４、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。そしてこの排気通路のうち、排気マニフォールド１４の排気集合部１４ｂから下流側の部分は、各気筒の排気ガスが集合する集合部を形成する。

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、すなわち上流触媒１１と下流触媒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。このように排気通路の集合部には単一の触媒前センサ１７が設置されている。この触媒前センサ１７が本発明にいう「空燃比センサ」に該当する。

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、内燃機関１の冷却水の温度を検出する水温センサ２２、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（理論空燃比、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）であるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）である。

他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ₂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２に触媒後センサ１８の出力特性を示す。図示するように、排気空燃比（触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ）がストイキであるときの出力電圧、すなわちストイキ相当値はＶｒｅｆｒ（例えば０．４５Ｖ）である。触媒後センサ１８の出力電圧は所定の範囲（例えば０〜１（Ｖ））内で変化する。排気空燃比がストイキよりリーンのとき、触媒後センサの出力電圧はストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより低くなり、排気空燃比がストイキよりリッチのとき、触媒後センサの出力電圧はストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。

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がストイキ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（ストイキ制御）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。

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る場合等である。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３に示すように、触媒前センサ１７によって検出される排気空燃比Ａ／Ｆは、１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）を１周期として周期的に変動する傾向にある。そして気筒間空燃比ばらつきが発生すると、１エンジンサイクル内で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を示す。見られるように、ばらつき度合いが大きくなるほど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を表すパラメータである。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。

［気筒間空燃比ばらつき異常検出］
上記の説明から理解されるように、空燃比ばらつき異常が発生すると触媒前センサ出力の変動が大きくなる。そこでこの変動度合いをモニタすることで、空燃比ばらつき異常を検出することが可能である。本実施形態では、触媒前センサ出力の変動度合いに相関するパラメータである変動パラメータを算出すると共に、この変動パラメータを所定の異常判定値と比較してばらつき異常を検出する。

ここで変動パラメータの算出方法について説明する。図４は、図３のＩＶ部に相当する拡大図であり、特に１エンジンサイクル内の触媒前センサ出力の変動を示す。ここで触媒前センサ出力としては、触媒前センサ１７の出力電圧Ｖｆを空燃比Ａ／Ｆに換算した値を用いる。但し触媒前センサ１７の出力電圧Ｖｆを直接用いることも可能である。

（Ｂ）図に示すように、触媒前センサ出力Ａ／Ｆは、増加する場合と減少する場合とがある。まず増加する場合について着目する。ＥＣＵ２０は、１エンジンサイクルの開始から、所定のサンプル周期τ（単位時間、例えば４ｍｓ）毎に、触媒前センサ出力Ａ／Ｆの値を取得する。そして今回のタイミング（第２のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆ_ｎと、前回のタイミング（第１のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆ_ｎ−１との差ΔＡ／Ｆ_ｎを次式（１）により求める。なお今回のタイミングと前回のタイミングとは時間τだけ隔てられている。この差ΔＡ／Ｆ_ｎは今回のタイミングにおける微分値と言い換えることができる。

さらにＥＣＵ２０は、この差ΔＡ／Ｆ_ｎと、両タイミング間の時間τとの比Ｒ_ｎを次式（２）により求める。

この比Ｒ_ｎは１サンプル周期τ間での線図の傾きに相当し、単に傾きあるいは時間変化率と言い換えることもできる。

本実施形態では、検出精度向上のため、触媒前センサ出力Ａ／Ｆの増加時、サンプル周期τ毎に比Ｒ_ｎを積算し、この積算を１エンジンサイクルの開始時ｔ１から終了時ｔ２まで行うと共に、当該積算値をサンプル数Ｎで除して平均値＋Ｒｖを求める。なおサンプル数Ｎはエンジン回転速度に応じて変化する。この平均値＋Ｒｖは次式（３）により算出される。

そしてさらに検出精度向上のため、当該平均値＋Ｒｖを所定数（例えば１００）のエンジンサイクルについて積算し、当該積算値を前記所定数で除して平均値を求める。この最終的に求められた平均値を、異常判定値との比較対象である変動パラメータとする。以下、この平均値を便宜上「増加時変化率」いい、＋Ｒで表す。

次に触媒前センサ出力Ａ／Ｆが減少する場合について説明する。この減少時も、増加時と大略同様であるが、減少時には空燃比差ΔＡ／Ｆ_ｎおよび比Ｒ_ｎが負の値として算出されるので、１エンジンサイクル当たりの比の平均値−Ｒｖは絶対値として算出される。すなわち、平均値−Ｒｖは次式（４）により算出される。

あとは増加時と同様に、当該平均値−Ｒｖを所定数のエンジンサイクルについて積算し、当該積算値を前記所定数で除して平均値を求める。この最終的に求められた平均値を、異常判定値との比較対象である変動パラメータとする。以下、この平均値を便宜上「減少時変化率」いい、−Ｒで表す。

これら増加時変化率＋Ｒおよび減少時変化率−Ｒは、触媒前センサ出力の変動度合いが大きくなるほど大きくなる。従って触媒前センサ出力の変動度合いに相関する値である。

なお、変動パラメータは上記の増加時変動率＋Ｒおよび減少時変動率−Ｒに限定されず、他の値とすることもできる。例えば、１エンジンサイクルの比の平均値＋Ｒｖ、−Ｒｖを変動パラメータとしてもよいし、１エンジンサイクル中の任意の１タイミングにおける比Ｒを変動パラメータとしてもよい。また任意の１タイミングにおける出力差ΔＡ／Ｆ、または複数タイミングにおける出力差ΔＡ／Ｆの平均値を変動パラメータとしてもよい。すなわち上記の比Ｒを出力差ΔＡ／Ｆに置き換えることができる。さらに、触媒前センサ出力の変動を増加時と減少時とで区別せず、出力差ΔＡ／Ｆの絶対値に基づいて変動パラメータを算出してもよい。

また、触媒前センサ出力の変動度合いに相関する如何なる値をも変動パラメータとすることができる。例えば、１エンジンサイクル内の触媒前センサ出力の最大値と最小値の差（所謂ピークトゥピーク; peak to peak）に基づいて、変動パラメータを算出することもできる。触媒前センサ出力の変動度合いが大きいほど当該差も大きくなるからである。

ところで、本発明者の研究結果によれば、変動パラメータとの比較対象となる異常判定値は、必ずしも一定値とすることが適切ではないことが判明した。従って、常に一定の異常判定値を用いて空燃比ばらつき異常を検出すると、検出精度が低下し、誤検出が発生する虞もある。

これを図示したのが図５である。図５は、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）と吸入空気量Ｇａ（ｇ／ｓ）により規定されるエンジン運転領域の複数点について、クライテリア（正常と異常の境目）相当のリッチずれが発生したときの減少時変化率−Ｒを実測した結果を示す。なおエンジン回転数Ｎｅはエンジン回転速度と同義である。

ここで、図４に示すように、１気筒のみがリッチずれを起こしている場合、この１気筒から排出された排気ガスの空燃比が著しくリッチであるので、この排気ガスを受けた触媒前センサの出力は急峻にリッチ側に変化し、すなわち急減する。そこでここでは減少時変化率−Ｒのみを用いてリッチずれ異常を検出するようにしている。

図５を参照して、エンジン回転数Ｎｅについては等間隔で離れた各回転数Ｎ１〜Ｎ１１が存在し、吸入空気量Ｇａについても等間隔で離れた各吸入空気量Ｇ１〜Ｇ７が存在する。本実施形態では、Ｎ１からＮ１１までの回転範囲内、かつＧ１からＧ７までの吸入空気量範囲内でのみ、ばらつき異常検出を行う。例えばＮ１＝２２００（ｒｐｍ）、Ｎ１１＝２５００（ｒｐｍ）、Ｇ１＝１６（ｇ／ｓ）、Ｇ７＝２２（ｇ／ｓ）である。このように、エンジンの全運転領域のうち一部の運転領域のみにおいてばらつき異常検出を行う。このばらつき異常検出が行われる運転領域を検出領域という。

図５から分かるように、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）および吸入空気量Ｇａ（ｇ／ｓ）の少なくとも一方が異なると、実測値は異なる傾向にある。ここで実測値はα１〜α９であり、α１＜α２＜・・・・＜α８＜α９である。例えば、Ｎｅ＝Ｎ１且つＧａ＝Ｇ１のときの実測値はα３であるが、Ｎｅ＝Ｎ３且つＧａ＝Ｇ３のときの実測値はα４である。概して、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、また吸入空気量Ｇａが多いほど、実測値は大きくなる傾向にある。最大の実測値は、検出領域内で最高のエンジン回転数Ｎ１１且つ最大の吸入空気量Ｇ７のときのα９である（星印で表示）。

例えば、仮にα３を一定の異常判定値として定め、Ｎｅ＝Ｎ１１且つＧａ＝Ｇ７というエンジン運転条件下でα８という実測値が得られたとする。するとこの場合α３＜α８なので、ばらつき異常ありと判定してしまう。しかしながら、本来はα８＜α９なのでばらつき異常なし、すなわち正常と判定すべきである。よってこの場合は誤検出が発生することになる。

また逆に、例えば最大のα９を一定の異常判定値として定め、Ｎｅ＝Ｎ１且つＧａ＝Ｇ１というエンジン運転条件下でα５という実測値が得られたとする。するとこの場合α５＜α９なので正常と判定してしまう。しかしながら、本来はα３＜α５なのでばらつき異常ありと判定すべきである。よってこの場合も誤検出が発生することになる。特に、大きめ且つ一定の異常判定値を定めると、ばらつき異常ありという判定をしづらくなる。

このように、異常検出時のエンジン運転条件を考慮しないで一律に異常判定値を定めてしまうと、検出精度が低下し、誤検出が発生する虞がある。

そこで本実施形態では、異常判定値を、予め分割されたエンジンの複数の運転領域のそれぞれに対し個別に設定することとしている。これにより異常判定値を適切に定め、検出精度を向上し、誤検出を防止することができる。

図６には、検出領域を４分割してなる第１〜第４領域と、各領域に対し個別に設定された異常判定値とを示す。Ｎ１≦Ｎｅ≦Ｎ６且つＧ１≦Ｇａ≦Ｇ４となる第１領域では、異常判定値がα４に設定されている。Ｎ６＜Ｎｅ≦Ｎ１１且つＧ１≦Ｇａ≦Ｇ４となる第２領域では、異常判定値がα５に設定されている。Ｎ１≦Ｎｅ≦Ｎ６且つＧ４＜Ｇａ≦Ｇ７となる第３領域では、異常判定値がα６に設定されている。Ｎ６＜Ｎｅ≦Ｎ１１且つＧ４＜Ｇａ≦Ｇ７となる第４領域では、異常判定値がα９に設定されている。これら異常判定値は、図５の実測データに従って設定されたものである。このように異常判定値は、少なくとも二つの運転領域に対し異なる値を設定するのが好ましい。

こうして、各領域毎に適切な異なる異常判定値が設定されているので、検出精度を向上し、誤検出を防止することができる。

また、仮に異常判定値を一定とした場合、この異常判定値に合うように検出領域を狭くすることも考えられるが、こうすると検出頻度が低下してしまう。本実施形態によれば各分割領域毎に個別に異常判定値を設定するので、検出領域を拡大し、検出頻度を十分確保することが可能である。

［気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチン］
次に、図７を用いて、気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンについて説明する。このルーチンは例えばＥＣＵ２０により前記サンプル周期τ毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１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、次の各条件が成立したときに成立する。
（１）エンジンの暖機が終了している。例えば水温センサ２２で検出された水温が所定値以上であるとき暖機終了とされる。
（２）少なくとも触媒前センサ１７が活性化している。
（３）エンジンが定常運転中である。
（４）ストイキ制御中である。
（５）エンジンが検出領域内で運転している。
（６）触媒前センサ１７の出力Ａ／Ｆが減少中である。

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る。他方、前提条件が成立している場合には、ステップＳ１０２において、今回のタイミングにおけるエンジン回転数Ｎｅ_ｎと吸入空気量Ｇａ_ｎが取得される。

次に、ステップＳ１０３において、今回のタイミングにおける触媒前センサ１７（空燃比センサ）の出力Ａ／Ｆ_ｎが取得され、ステップＳ１０４において、今回のタイミングにおける出力差ΔＡ／Ｆ_ｎが前式（１）より算出される。

次に、ステップＳ１０５において、今回のタイミングにおける比Ｒ_ｎが前式（２）より算出され、ステップＳ１０６において比Ｒ_ｎが積算される。今回のタイミングにおける比の積算値すなわち積算比ΣＲ_ｎは次式（５）により求められる。

次に、ステップＳ１０７において、１エンジンサイクルが終了したか否かが判断される。終了してなければルーチンが終了され、終了した場合にはステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、積算比ΣＲ_ｎが前式（４）に従いサンプル数Ｎで除して平均化される。そしてステップＳ１０９において平均積算比−Ｒｖ_ｍが積算される。当該積算値Σ−Ｒｖ_ｍは次式（６）により求められる。

こうして、１エンジンサイクルの終了毎に、平均積算比−Ｒｖ_ｍの算出および積算が実行される。

次に、ステップＳ１１０において、Ｍ回のエンジンサイクルが終了したか否かが判断される。終了してなければルーチンが終了され、終了した場合にはステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１１では、最終的な積算値Σ−Ｒｖ_ｍがＭで除して平均化され、減少時変化率−Ｒが算出される。

次いで、ステップＳ１１２では、図６に示した形態で予めＥＣＵ２０に記憶されたマップから、異常判定値αが読み出される。この際、ステップＳ１０２において以前取得されたエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｇａの全ての値（それぞれＮ×Ｍ個ある）が平均化され、各々の平均値に対応した異常判定値αがマップから読み出される。例えば、エンジン回転数Ｎｅの平均値がＮ４、吸入空気量Ｇａの平均値がＧ３であった場合、第１領域の０．０４０という異常判定値αが読み出される。

次に、ステップＳ１１３において、減少時変化率−Ｒが異常判定値αと比較される。

減少時変化率−Ｒが異常判定値αより小さい場合、ステップＳ１１４に進んで、ばらつき異常無しすなわち正常と判定され、ルーチンが終了される。

他方、減少時変化率−Ｒが異常判定値α以上であるときは、ステップＳ１１５に進んで、ばらつき異常有りすなわち異常と判定され、ルーチンが終了される。なお異常判定と同時に、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するのが好ましい。

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、前記実施形態では減少時（リッチ側への変化時）のみの空燃比センサ出力を利用してリッチずれ異常を検出した。しかしながら、増大時（リーン側への変化時）のみの空燃比センサ出力を利用する態様や、減少時および増大時の両者の空燃比センサ出力を利用する態様も可能である。またリッチずれ異常のみならず、リーンずれ異常をも検出することが可能であるし、これらリッチずれ及びリーンずれを区別せず、広く空燃比ばらつき異常を検出するようにしてもよい。

また、前記実施形態では内燃機関の全運転領域のうち、一部を検出領域としてこれを複数に分割した。しかしながら、分割方法はこれに限らない。例えば全運転領域を複数に分割してもよい。

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。

１ 内燃機関
３ 燃焼室
５ エアフローメータ
６ 排気管
１１ 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）

Claims (6)

1. 多気筒内燃機関の排気通路に設置された空燃比センサと、
   前記空燃比センサの出力の変動度合いに基づいて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、
   前記異常検出手段は、前記空燃比センサ出力の変動度合いに相関するパラメータの値を所定の異常判定値と比較してばらつき異常を検出し、
   前記異常判定値は、予め分割された内燃機関の複数の運転領域のそれぞれに対し個別に設定されている
   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. 前記異常判定値は、予め分割された少なくとも二つの運転領域に対し異なる値が設定されている
   ことを特徴とする請求項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. 前記異常判定値は、エンジン回転速度が高い運転領域であるほど大きくなる値に設定されている
   ことを特徴とする請求項１または２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。
4. 前記異常判定値は、吸入空気量が多い運転領域であるほど大きくなる値に設定されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項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。
5. 前記パラメータは、異なる二つのタイミングにおける前記空燃比センサ出力の差に基づく値である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項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。
6. 前記空燃比センサは、前記排気通路のうち、各気筒の排気ガスが集合する集合部に設置されている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項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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