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JP6256400B2 - 異常判定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、多気筒の内燃機関の排気通路に設けられた酸素センサの検出信号に基づいて判定対象機器の異常判定を行う異常判定装置に関するものである。
特許文献1には、内燃機関に、吸気通路に燃料を噴射するタイプの燃料噴射弁(通路噴射弁)と気筒内に燃料を直接噴射するタイプの燃料噴射弁(筒内噴射弁)とを設けることが開示されている。こうした内燃機関では、運転状態に応じたかたちで通路噴射弁の駆動制御と筒内噴射弁の駆動制御とを合わせて実行することによって気筒内への燃料供給が行われる。
また特許文献1には、燃料としてアルコールとガソリンとを使用可能な内燃機関が開示されている。この内燃機関はアルコールのみ、あるいはガソリンのみを燃料として用いた運転が可能であることの他、アルコールとガソリンとが任意の割合で混合された混合燃料を用いた運転も可能になっている。
近年、多気筒の内燃機関の排気通路に設けられた酸素センサの検出信号に基づいて判定対象機器(燃料噴射弁や排気浄化触媒など)の異常判定を行う異常判定装置が実用されている。こうした異常判定装置としては例えば、内燃機関の気筒間において混合気の空燃比が不均衡(インバランス)な状態になる異常(インバランス異常)の発生を判定する装置が知られている。内燃機関の気筒間における混合気の空燃比がインバランス状態になると、同内燃機関の1燃焼サイクルにおける混合気の空燃比の変動が大きくなる。上記異常判定装置では例えば、酸素センサの検出信号に基づいて混合気の空燃比の時間波形が形成され、この時間波形における空燃比の変化速度が大きいことをもって、インバランス異常の発生が判定される。
特開2014−95321号公報
特許文献1に記載の装置では、燃料タンクにアルコール濃度の異なる燃料が補給されたときに、燃料タンクから各噴射弁に燃料を分配供給する燃料通路内の燃料のアルコール濃度が変化する過程において、通路噴射弁に燃料を供給する第1燃料通路と筒内噴射弁に燃料を供給する第2燃料通路との間で燃料のアルコール濃度に差が生じることがある。
仮に、そうした差が生じた状態で、機関運転状態が変化して通路噴射弁による燃料噴射量と筒内噴射弁による燃料噴射量との比率が変化すると、機関運転状態の変化前に両噴射弁から気筒内に噴射された燃料に含まれるアルコールの割合と、同機関運転状態の変化後に両噴射弁から気筒内に噴射された燃料に含まれるアルコールの割合とが異なる値になる。そして、そのようにして燃料に含まれるアルコールの割合が変化すると、排気の酸素濃度も変化するようになる。そのため、このとき上述した酸素センサの出力信号に基づく異常判定が実行されると、その実行中において排気の酸素濃度が変化する可能性が高く、同異常判定の判定精度の低下を招いてしまう。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料補給に伴う異常判定の判定精度の低下を抑えることのできる異常判定装置を提供することにある。
上記課題を達成するための異常判定装置は、吸気通路に燃料を噴射する通路噴射弁と気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁とを備えるとともに、前記燃料としてガソリンとアルコールとを使用可能な多気筒の内燃機関に適用される。異常判定装置は、内燃機関の排気通路に設けられた酸素センサの検出信号に基づいて判定対象機器の異常判定を行う。また異常判定装置は、前記通路噴射弁に燃料を供給する第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度と前記筒内噴射弁に燃料を供給する第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度とを検出する濃度検出部を備える。そして、前記濃度検出部により検出された前記第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度と前記第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度との差が判定値以上であるときに、前記異常判定の実行を禁止する。
上記装置によれば、燃料補給によって通路噴射弁に対応する第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度と筒内噴射弁に対応する第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度との差が大きくなっているために、排気通路に設けられた酸素センサの検出信号に基づく異常判定の判定精度が低下する可能性があるときには、同異常判定の実行を禁止することができる。そのため、燃料補給に伴う誤判定を抑えて、異常判定の判定精度の低下を抑えることができる。
上記異常判定装置において、前記通路噴射弁と前記筒内噴射弁とに燃料を分配供給する燃料通路は、燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサが設けられて一方の端部が燃料を貯留する燃料タンクに接続されるとともに他方の端部が前記第1燃料通路および前記第2燃料通路に接続された共通路を備えることが好ましい。また前記濃度検出部は、前記濃度センサにより検出されたアルコール濃度と前記通路噴射弁から噴射された燃料の量と前記筒内噴射弁から噴射された燃料の量との関係に基づいて、前記第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度と前記第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度とを検出することが好ましい。
上記装置では、燃料補給によって燃料タンク内の燃料のアルコール濃度が変化した場合に、共通路に設けられた濃度センサによって、同燃料タンクから各噴射弁に供給される燃料のアルコール濃度を検出することができる。しかも、通路噴射弁から噴射された燃料の量と筒内噴射弁から噴射された燃料の量とにより、燃料通路(共通路、第1燃料通路、第2燃料通路)内の燃料が、燃料補給後の燃料にどの程度入れ替わったのかを推定することができる。したがって上記装置によれば、濃度センサにより検出されたアルコール濃度や、通路噴射弁から噴射された燃料の量、筒内噴射弁から噴射された燃料の量に基づいて、燃料通路の各部の燃料のアルコール濃度を把握することができる。そのため、第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度と第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度とを精度良く検出することができる。
上記異常判定装置において、前記第1燃料通路における前記通路噴射弁との接続部分を第1のデリバリパイプとし、前記第2燃料通路における前記筒内噴射弁との接続部分を第2のデリバリパイプとすることができる。前記濃度検出部は、前記第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度として前記第1のデリバリパイプ内の燃料のアルコール濃度の平均濃度を検出し、前記第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度として前記第2のデリバリパイプ内の燃料のアルコール濃度の平均濃度を検出することが好ましい。
上記装置では、燃料が補給されたときに、デリバリパイプ内の燃料に一時的にアルコール濃度の分布が生じる。この濃度分布による異常判定への影響は、上述した第1燃料通路内の燃料と第2燃料通路内の燃料とのアルコール濃度の差による影響と比較して小さく、さほど問題にならない。
この点、上記装置では、第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度や第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度として、デリバリパイプ内の燃料の平均濃度が検出される。そのため、第1燃料通路内の燃料と第2燃料通路内の燃料とのアルコール濃度の差を、各デリバリパイプ内における燃料のアルコール濃度の分布がないものとして、簡素な算出態様で算出することができる。したがって、上記アルコール濃度の差に基づく異常判定の実行の可否の判断を簡素な態様で実行することができる。
上記異常判定装置において、燃料補給に伴うアルコール濃度の変化によって前記第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度と前記第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度とが変化する過程において、前記第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度の変化の収束度合いが所定レベル以上に収束しているという条件、および前記第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度の変化の収束度合いが所定レベル以上に収束しているという条件の少なくとも一方が満たされないときには、前記異常判定の実行を禁止することが好ましい。
燃料補給に伴う第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度の変化や第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度の変化が収束していないときには、それらアルコール濃度の変化可能範囲が大きいために、アルコール濃度の差が大きくなるおそれがある。また、このときのアルコール濃度の差が小さくても、その後にアルコール濃度の変化が進むことによって同濃度の差が大きくなる可能性がある。したがって、第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度の変化や第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度の変化が収束していない状況で上述した異常判定を実行すると、同異常判定の判定精度の低下を招くおそれがあると云える。この点、上記装置によれば、第1燃料通路内の燃料や第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度の変化の収束度合いが小さいときには異常判定の実行が禁止されるため、同異常判定の判定精度の低下を抑えることができる。
一実施形態の異常判定装置が適用される内燃機関の概略構成を示す略図。 インバランスの度合に応じた空燃比変動の変化を示すタイムチャート。 燃料通路の構造を模式的に示す略図。 実行可否判断処理の実行手順を示すフローチャート。 (a)〜(e)は実行可否判断処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。
以下、異常判定装置の一実施形態について説明する。
図1に示すように、内燃機関10の吸気通路11にはスロットル機構12が設けられている。このスロットル機構12は、スロットルバルブ13とスロットルモータ14とを備えている。そして、このスロットルモータ14の駆動制御を通じてスロットルバルブ13の開度(スロットル開度TA)が調節され、これにより吸気通路11を通じて燃焼室15内に吸入される空気の量(吸入空気量GA)が調節される。
また、上記吸気通路11には燃料噴射弁(通路噴射弁16)が設けられている。この通路噴射弁16は、その開弁駆動に伴って吸気通路11(詳しくは、吸気ポート11a)の内部に燃料を噴射する。内燃機関10には、上記通路噴射弁16以外にも、燃料噴射弁(筒内噴射弁17)が設けられている。この筒内噴射弁17は、その開弁駆動に伴って内燃機関10の気筒(詳しくは、燃焼室15)の内部において燃料を噴射する。なお内燃機関10は、多気筒(本例では4気筒)の内燃機関であり、上記通路噴射弁16および筒内噴射弁17はそれぞれ気筒毎に設けられている。また内燃機関10としては、アルコール(具体的には、エタノール)のみ、あるいはガソリンのみを燃料として用いた運転が可能なことに加えて、アルコールとガソリンとが任意の割合で混合された混合燃料を用いた運転も可能なものが採用されている。
内燃機関10の燃焼室15では、吸入空気と噴射燃料とからなる混合気が点火されて燃焼する。この燃焼によってピストン18が往復移動し、クランクシャフト19が回転する。そして、燃焼後の混合気は、排気として燃焼室15から排気通路20に送り出され、同排気通路20に設けられた排気浄化触媒21によって浄化される。
内燃機関10には、通路噴射弁16および筒内噴射弁17に燃料を供給するための燃料供給系が設けられている。この燃料供給系は、燃料を貯留する燃料タンク31を備えている。燃料タンク31には共通路32が接続されており、この共通路32にはフィードポンプ33が設けられている。共通路32には、燃料圧送方向における下流側(以下、単に下流側)の端部で二股に分岐する構造で2本の燃料通路(第1燃料通路34Aおよび第2燃料通路34B)が接続されている。第1燃料通路34Aの下流側の部分は第1のデリバリパイプ35Aによって構成されており、同デリバリパイプ35Aには通路噴射弁16が接続されている。一方、第2燃料通路34Bの下流側の部分は第2のデリバリパイプ35Bによって構成されており、同デリバリパイプ35Bには筒内噴射弁17が接続されている。また第2燃料通路34Bには、同通路34B内の燃料を圧送する高圧ポンプ36が設けられている。
上記燃料供給系では、燃料タンク31内の燃料がフィードポンプ33よって汲み上げられて共通路32に圧送される。そして、共通路32内の燃料は第1燃料通路34A(デリバリパイプ35A)を介して通路噴射弁16に供給される。また、共通路32内の燃料は、第2燃料通路34Bに設けられた高圧ポンプ36によって昇圧されつつ同第2燃料通路34B(デリバリパイプ35B)を介して筒内噴射弁17に供給される。このように上記燃料供給系では、共通路32、第1燃料通路34Aおよび第2燃料通路34Bが、通路噴射弁16と筒内噴射弁17とに燃料を分配供給する燃料通路として機能する。
内燃機関10は、例えばマイクロコンピュータを有して構成される電子制御装置40を備えている。電子制御装置40には、内燃機関10の運転状態を検出するための各種センサの検出信号が取り込まれている。
各種センサとしては、例えばクランクシャフト19の回転速度(機関回転速度NE)を検出するためのクランクセンサ41や、アクセル操作部材(図示略)の操作量(アクセル操作量ACC)を検出するためのアクセルセンサ42が設けられている。また、スロットルバルブ13の開度(スロットル開度TA)を検出するためのスロットルセンサ43や、吸入空気量GAを検出するためのエアフローメータ44が設けられている。さらに、燃料供給系の共通路32には燃料のアルコール濃度ALを検出するための濃度センサ45が設けられている。
その他、排気通路20における上記排気浄化触媒21より排気流れ方向上流側の部分(詳しくは、排気マニホールド)には、排気の酸素濃度に応じた信号を出力する酸素センサとしての空燃比センサ46が設けられている。この空燃比センサ46の出力信号に基づいて、混合気の空燃比(実空燃比AF)についてそのリーン度合いやリッチ度合いが検出される。また、排気通路20における上記排気浄化触媒21よりも排気流れ方向下流側には、排気の酸素濃度に応じた信号を出力する酸素センサとしてのO2センサ47が設けられている。このO2センサ47の出力信号に基づいて、排気浄化触媒21から流出する排気がリーンに対応する性状であるか、或いはリッチに対応する性状であるかが検出される。本実施形態では、空燃比センサ46、O2センサ47、および電子制御装置40が濃度検出部に相当する。
電子制御装置40は、各種センサの検出信号をもとに各種の演算を行い、その演算結果に基づいてスロットル制御や、燃料噴射制御などといった機関制御を実行する。
スロットル制御は、次のように実行される。すなわち、アクセル操作量ACCおよび機関回転速度NEに基づいてスロットル開度TAについての制御目標値(目標スロットル開度Tta)が設定され、この目標スロットル開度Ttaと実際のスロットル開度TAとが一致するようにスロットル機構12の作動制御が実行される。こうしたスロットル制御を通じて実際に内燃機関10の燃焼室15内に吸入される空気の量が調節される。
また、燃料噴射制御は、基本的には、次のように実行される。すなわち先ず、吸入空気量GAに対して燃焼室15内での燃焼に供される混合気の空燃比が所望の比率となる燃料噴射量が制御目標値(要求噴射量Tq)として算出される。また、機関回転速度NE、吸入空気量GA、およびアルコール濃度ALに基づいて通路噴射弁16からの燃料噴射比率(ポート噴射率Rp)が算出される。
そして、要求噴射量Tqにポート噴射率Rpを乗算した量(Tq×Rp)が通路噴射弁16からの燃料噴射量についての制御目標値(目標ポート噴射量Tqp)として算出されるとともに、同目標ポート噴射量Tqpと同量の燃料が噴射されるように通路噴射弁16が開弁駆動される。また、筒内噴射弁17からの燃料噴射比率(=1.0−Rp)を要求噴射量Tqに乗算した量(Tq×[1.0−Rp])が筒内噴射弁17からの燃料噴射量についての制御目標値(目標筒内噴射量Tqc)として算出されるとともに、同目標筒内噴射量Tqcと同量の燃料が噴射されるように筒内噴射弁17が開弁駆動される。
こうした燃料噴射制御を通じて、そのときどきの内燃機関10の運転状態に見合う量の燃料が通路噴射弁16および筒内噴射弁17から噴射されて内燃機関10の気筒内に供給されるようになる。
本実施形態では、空燃比センサ46の検出信号やO2センサ47の検出信号に基づいて、判定対象機器(具体的には、通路噴射弁16や筒内噴射弁17、排気浄化触媒21、O2センサ47)の異常判定が実行される。
内燃機関10では、通路噴射弁16や筒内噴射弁17の劣化などによって、気筒間で混合気の空燃比が不均衡(インバランス)な状態になることがある。本実施形態では、そうしたインバランス異常の発生を判定する処理(インバランス異常判定処理)が実行される。
図2は、内燃機関の全気筒において燃焼が一巡する1燃焼サイクル(720°CA)毎の空燃比の変動を示しており、特に、ある気筒の燃料噴射量を意図的にずらして、気筒間において混合気の空燃比を不均衡にした場合に、空燃比センサ46によって検出される実空燃比AFの変動態様を示している。なお、図2の実線L1は、気筒間における空燃比の不均衡が発生していないときの実空燃比AFの変動を示している。また図2の一点鎖線L2は、ある気筒の燃料噴射量を所定量A1だけずらして気筒間で空燃比を不均衡にしたときの実空燃比AFの変動を示している。さらに図2の二点鎖線L3は、ある気筒の燃料噴射量を、上記所定量A1よりも多い所定量A2だけずらして気筒間で空燃比を不均衡にしたときの実空燃比AFの変動を示している。
図2の実線L1に示すように、実空燃比AFは、内燃機関10の1燃焼サイクルを1周期として、周期的な変動を繰り返す。そして、一点鎖線L2に示すように、燃料噴射量の気筒間ばらつきが発生して気筒間の空燃比に違いが生じると、1燃焼サイクル内での実空燃比AFの変動量は大きくなる。そして、図2の一点鎖線L2および二点鎖線L3に示すように、気筒間における空燃比のずれが大きいほど、実空燃比AFの変動量は大きくなる。
この点をふまえて、インバランス異常判定処理では、空燃比センサ46により検出される実空燃比AFの単位時間あたりの変化量(変化速度)が算出されるとともに、同変化速度が予め定めた所定速度Jv以上であるか否かが判断される。そして、実空燃比AFの変化速度が所定速度Jv以上であるときには、実空燃比AFの変動量が大きくなっているとして、インバランス異常が発生していると判定される。一方、実空燃比AFの変化速度が所定速度Jv未満であるときには、実空燃比AFの変動量が小さいとして、インバランス異常が発生しているとは判定されない。なお、こうしたインバランス異常判定処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御装置40により実行される。
また、本実施形態では、排気浄化触媒21の劣化異常の発生を判定する処理(触媒劣化異常判定処理)が実行される。
この触媒劣化異常判定処理では、排気浄化触媒21に吸蔵させることの可能な酸素量(酸素吸蔵量C)が求められる。具体的には、先ず、混合気の空燃比がリッチな比率に変更される。これにより、排気浄化触媒21に吸蔵されている酸素が強制的に放出されるようになる。そして、O2センサ47の出力信号がリッチに対応する性状を示す値になるまで、混合気の空燃比がリッチな比率で維持される。
その後、O2センサ47の出力信号がリッチに対応する性状を示す値になると、排気浄化触媒21に吸蔵されていた酸素のほぼ全量が放出されたとして、混合気の空燃比がリーンな比率に切り替えられる。これにより、その後において排気浄化触媒21に酸素が吸蔵されるようになる。そして、O2センサ47の出力信号がリーンに対応する性状を示す値になるまでの期間において、混合気の空燃比がリーンな比率で維持される。この期間においては、空燃比センサ46により検出される実空燃比AFに基づいてそのときどきに排気浄化触媒21に吸蔵される酸素量が算出されるとともに、同酸素量の積算値が算出される。
その後、O2センサ47の出力信号がリーンに対応する性状を示す値になると、排気浄化触媒21に吸蔵された酸素量が飽和して最大量になったとして、このときの酸素量の積算値が排気浄化触媒21の酸素吸蔵量Cとして記憶される。
触媒劣化異常判定処理では、酸素吸蔵量Cが予め定められた判定値J1以上であるか否かが判断される。そして、酸素吸蔵量Cが判定値J1よりも少ない場合には、排気浄化触媒21の酸素吸蔵能力が低下しており同排気浄化触媒21が劣化している可能性が高いとして、排気浄化触媒21の劣化異常が発生していると判定される。一方、酸素吸蔵量Cが判定値J1以上である場合には、酸素吸蔵能力が高く排気浄化触媒21が適正に機能しているとして、排気浄化触媒21の劣化異常が発生しているとは判定されない。なお、こうした触媒劣化異常判定処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御装置40により実行される。
さらに本実施形態では、O2センサ47の劣化異常の発生を判定する処理(センサ劣化異常判定処理)が実行される。
O2センサ47の劣化によって応答性が低くなると、排気の性状がリッチに対応する性状からリーンに対応する性状に切り替わったときに、同O2センサ47の出力信号が直ぐにリーンに対応する性状を示す値に切り替わらなくなる。そのため、上述した酸素吸蔵量Cの算出に際して、排気浄化触媒21に吸蔵される酸素量の積算値の算出が不要に長く継続されてしまい、同積算値、ひいては酸素吸蔵量Cが非常に多い量になってしまう。このことから、酸素吸蔵量Cが非常に多い量になっていることにより、O2センサ47の劣化異常の発生を判定することが可能であると云える。
この点をふまえて、センサ劣化異常判定処理では、電子制御装置40に記憶されている酸素吸蔵量Cが予め定められた判定値J2(ただし、J2>J1)以上であるか否かが判断される。そして、酸素吸蔵量Cが判定値J2以上である場合には、酸素吸蔵量Cが非常に多い量になっているとして、O2センサ47の劣化異常が発生していると判定される。一方、酸素吸蔵量Cが判定値J2よりも少ない場合には、O2センサ47の劣化異常が見込まれるほど酸素吸蔵量Cが多い量になってはいないとして、O2センサ47の劣化異常が発生しているとは判定されない。なお、こうした触媒劣化異常判定処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御装置40により実行される。
ここで、燃料タンク31にアルコール濃度の異なる燃料が補給されたときに、燃料通路内の燃料のアルコール濃度が変化する過程において、通路噴射弁16に燃料を供給する第1燃料通路34Aと筒内噴射弁17に燃料を供給する第2燃料通路34Bとの間で燃料のアルコール濃度に差が生じることがある。例えば、通路噴射弁16のみで燃料噴射が実行されると、第1燃料通路34A内の燃料の入れ替えが進むものの、第2燃料通路34Bの燃料の入れ換えは進まないため、それら第1燃料通路34Aおよび第2燃料通路34Bの間で燃料のアルコール濃度に差が生じてしまう。
仮に、そうした差が生じた状態で、機関運転状態が変化してポート噴射率Rpが変化すると、機関運転状態の変化前に両噴射弁16,17から気筒内に噴射された燃料に含まれるアルコールの割合と、同機関運転状態の変化後に両噴射弁16,17から気筒内に噴射された燃料に含まれるアルコールの割合とが異なる値になる。そして、このとき排気の酸素濃度も変化するようになる。内燃機関10の運転中においては、運転状態(機関回転速度NE、吸入空気量GA)の変化に伴ってポート噴射率Rpが頻繁に変化するため、アルコール濃度に差が生じている場合には排気の酸素濃度の変動を招いてしまう。
そのため、第1燃料通路34Aおよび第2燃料通路34Bの間で燃料のアルコール濃度に差が生じた状態でインバランス異常判定処理や、触媒劣化異常判定処理、センサ劣化異常判定処理が実行されると、その実行中において排気の酸素濃度が変化する可能性が高いと云える。そして、この場合には空燃比センサ46の検出信号やO2センサ47の検出信号が不要に変化するため、判定精度の低下を招いてしまう。
詳しくは、インバランス異常判定処理では、通路噴射弁16や筒内噴射弁17がさほど劣化しておらず気筒間における燃料噴射量のばらつきが殆ど生じていないときに、燃料に含まれるアルコールの割合の気筒間におけるばらつきに起因して排気の酸素濃度に気筒間でばらつきが生じて、インバランス異常が発生していると誤判定するおそれがある。
また、内燃機関10の排気通路20内における排気の流れには偏りがあり、特定の気筒から排出された排気が空燃比センサ46の配設部分付近を通過し易い傾向がある。そのため、触媒劣化異常判定処理やセンサ劣化異常判定処理の実行に際して、気筒間で排気の酸素濃度にばらつきが生じていると、空燃比センサ46によって特定の気筒の排気酸素濃度を検出することができるものの、各気筒からの排気の酸素濃度を適正に検出することができずに、排気浄化触媒21の酸素吸蔵量Cを適正に算出することができなくなる。そのため、この場合には、そうした酸素吸蔵量Cを判定パラメータとして用いる触媒劣化異常判定処理やセンサ劣化異常判定処理において誤判定するおそれがある。
本実施形態では、濃度センサ45によって検出されるアルコール濃度ALに基づいて、第1燃料通路34A(詳しくは、デリバリパイプ35A)内の燃料のアルコール濃度ALpと、第2燃料通路34B(詳しくは、デリバリパイプ35B)内の燃料のアルコール濃度ALdとが検出される。そして、アルコール濃度ALpとアルコール濃度ALdとの差ΔALが判定値未満であるときには各異常判定(インバランス異常判定処理、触媒劣化異常判定処理、センサ劣化異常判定処理)の実行を許可する一方、同差ΔALが判定値以上であるときには各異常判定の実行を禁止するようにしている。
以下、このようにして各異常判定の実行の可否を判断する手順を詳しく説明する。
ここでは先ず、図3を参照しつつ、デリバリパイプ35A内の燃料のアルコール濃度ALpとデリバリパイプ35B内の燃料のアルコール濃度ALdとを検出する手順について説明する。
以下では、共通路32における濃度センサ45の配設部分から第1燃料通路34Aおよび第2燃料通路34Bに接続される部分までの燃料経路(図3中にL0で示す経路)の容積を「V0」とする。また、第1燃料通路34Aにおける共通路32との接続部分からデリバリパイプ35Aの燃料入口部37Aまでの燃料経路(図3中にL1で示す経路)の容積を「V1」とし、第2燃料通路34Bにおける共通路32との接続部分からデリバリパイプ35Bの燃料入口部37Bまでの燃料経路(図3中にL2で示す経路)の容積を「V2」とする。
燃料タンク31にアルコール濃度の異なる燃料が補給されると、同燃料タンク31内の燃料のアルコール濃度が変化する。そして、内燃機関10の運転によって通路噴射弁16や筒内噴射弁17からの燃料噴射が繰り返される度に、それら噴射弁16,17から噴射された燃料の分だけ、燃料タンク31内のアルコール濃度の変化した燃料(補給後燃料)が共通路32内に吸い上げられるようになる。
通路噴射弁16や筒内噴射弁17からの燃料噴射が繰り返されて、補給後燃料が共通路32における濃度センサ45の配設部分に到達すると、同濃度センサ45によって補給後燃料のアルコール濃度ALが検出される。
そして、このようにしてアルコール濃度ALが検出された後において通路噴射弁16から噴射された燃料の量と筒内噴射弁17から噴射された燃料の量との和が前記容積V0と等しくなると、共通路32内の燃料が上記補給後燃料に入れ替わった状態になる。
さらに、その後において通路噴射弁16から噴射された燃料の総量が容積V1と等しくなると、第1燃料通路34Aにおけるデリバリパイプ35Aの燃料入口部37Aまでの部分の燃料が上記補給後燃料に入れ替わった状態になる。そして、その後においては通路噴射弁16から燃料が噴射される度に、噴射された燃料の分だけ補給後燃料がデリバリパイプ35A内に流入するようになり、同デリバリパイプ35A内の燃料のアルコール濃度が変化するようになる。
一方、共通路32内の燃料が上記補給後燃料に入れ替わった後において筒内噴射弁17から噴射された燃料の総量が容積V2と等しくなると、第2燃料通路34Bにおけるデリバリパイプ35Bの燃料入口部37Bまでの部分の燃料が上記補給後燃料に入れ替わった状態になる。そして、その後においては、筒内噴射弁17から燃料が噴射される度に、噴射された燃料の分だけ補給後燃料がデリバリパイプ35B内に流入するようになり、同デリバリパイプ35B内の燃料のアルコール濃度が変化するようになる。
このように本実施形態の装置では、濃度センサ45によって検出されたアルコール濃度ALと、通路噴射弁16から噴射された燃料の量と、筒内噴射弁17から噴射された燃料の量との関係から、燃料通路の各部の燃料のアルコール濃度を把握することができる。この点をふまえて本実施形態では、濃度センサ45によって検出されたアルコール濃度ALと、通路噴射弁16から噴射された燃料の量と、筒内噴射弁17から噴射された燃料の量とに基づいて、デリバリパイプ35Aに流入する燃料のアルコール濃度と、デリバリパイプ35Aに流入する燃料のアルコール濃度とが推定される。
そして本実施形態では、そのようにして推定されたアルコール濃度をもとに、デリバリパイプ35A内のアルコール濃度が常に均一濃度になると仮定して、同デリバリパイプ35A内の燃料の平均濃度がアルコール濃度ALpとして検出される。具体的には、電子制御装置40に記憶されているアルコール濃度ALpを「ALp[前回値]」とし、デリバリパイプ35Aの容積を「Vp」とし、通路噴射弁16からの燃料噴射量(本実施形態では、目標ポート噴射量Tqp)を「Fp」とし、デリバリパイプ35Aに流入する燃料のアルコール濃度を「ALbp」とする。その場合に、アルコール濃度ALpが以下の関係式(1)から算出される。

ALp
={(Vp−Fp)×ALp[前回値]+(Fp×ALbp)}/Vp…(1)

また本実施形態では、上述のように推定されたデリバリパイプ35Bに流入する燃料のアルコール濃度をもとに、デリバリパイプ35B内のアルコール濃度が常に均一濃度になると仮定して、同デリバリパイプ35B内の燃料の平均濃度がアルコール濃度ALdとして算出される。具体的には、電子制御装置40に記憶されているアルコール濃度ALdを「ALd[前回値]」とし、デリバリパイプ35Bの容積を「Vd」とし、筒内噴射弁17からの燃料噴射量(本実施形態では、目標筒内噴射量Tqc)を「Fd」とし、デリバリパイプ35Bに流入する燃料のアルコール濃度を「ALbd」とする。その場合に、アルコール濃度ALdが以下の関係式(2)から算出される。

ALd
={(Vd−Fd)×ALd[前回値]+(Fd×ALbd)}/Vd…(2)

次に、これらアルコール濃度ALp、ALdに基づいて各異常判定の実行の可否を判断する処理(実行可否判断処理)の実行手順について、図4を参照しつつ説明する。なお図4は実行可否判断処理の実行手順を示しており、同図のフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御装置40により実行される。
この処理では先ず、燃料補給に伴って燃料タンク31内の燃料のアルコール濃度が変化した後におけるアルコール濃度ALpの変化の収束度合いとアルコール濃度ALdの変化の収束の度合いとが共に所定レベル(本例では80%)以上であるか否かが判断される(ステップS11)。ステップS11の処理では、濃度変化前のアルコール濃度ALを「AL[変化前]」とし、濃度変化後のアルコール濃度ALを「AL[変化後]」とした場合に、アルコール濃度ALpの収束度合いRalpが以下の関係式(3)から算出され、アルコール濃度ALdの収束度合いRaldが以下の関係式(4)から算出される。

Ralp
=(ALp−AL[変化前])/(AL[変化後]−AL[変化前])…(3)

Rald=
(ALd−AL[変化前])/(AL[変化後]−AL[変化前])…(4)

そして、上記収束度合いRalpが予め定められた判定値(本例では、「0.8」)以上であることをもって、アルコール濃度ALpの変化の収束度合いが所定レベル以上であると判断される。また、収束度合いRaldが予め定められた判定値(本例では、「0.8」)以上であることをもって、アルコール濃度ALdの変化の収束度合いが所定レベル以上であると判断される。
アルコール濃度ALpの変化の収束度合いが所定レベル以上である条件、およびアルコール濃度ALdの変化の収束の度合いが所定レベル以上である条件の少なくとも一方が満たされない場合には(ステップS11:NO)、各異常判定の実行が禁止される(ステップS12)。
燃料補給に伴うアルコール濃度ALpの変化やアルコール濃度ALdの変化が収束していないときには、それらアルコール濃度ALp,ALdの差ΔALが大きくなるおそれがある。また、このときのアルコール濃度ALp,ALdの差ΔALが小さくても、その後にアルコール濃度ALp,ALdの変化が進むことによって差ΔALが大きくなる可能性がある。したがって、アルコール濃度ALpの変化やアルコール濃度ALdの変化が収束していない状況で上述した各異常判定を実行すると、同異常判定の判定精度の低下を招くおそれがあると云える。この点、本実施形態によれば、アルコール濃度ALp,ALdの変化の収束度合いが小さいときには異常判定の実行が禁止されるため、同異常判定の判定精度の低下が抑えられる。
一方、アルコール濃度ALpの変化の収束度合いとアルコール濃度ALdの変化の収束の度合いとが共に所定レベル以上である場合には(ステップS11:YES)、アルコール濃度ALpとアルコール濃度ALdとの差ΔALが判定値以上であるか否かが判断される(ステップS13)。そして、上記差ΔALが判定値以上である場合には(ステップS13:YES)、各異常判定の実行が禁止される(ステップS12)。
本実施形態によれば、燃料補給によってアルコール濃度ALpとアルコール濃度ALdとの差ΔALが大きくなっているために、空燃比センサ46の検出信号に基づく異常判定の判定精度が低下する可能性があるときには、同異常判定の実行が禁止される。そのため、燃料補給に伴う異常判定の判定精度の低下を抑えることができる。なお本実施形態では、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに、各異常判定の実行を禁止することによって判定精度の低下を抑えることが可能になる差ΔALの範囲が予め求められており、同範囲における下限値がステップS13の処理の判定値として電子制御装置40に記憶されている。
他方、アルコール濃度ALpの変化の収束度合いとアルコール濃度ALdの変化の収束の度合いとが共に所定レベル以上であり(ステップS11:YES)、且つアルコール濃度ALpとアルコール濃度ALdとの差ΔALが判定値未満である場合には(ステップS13:YES)、各異常判定の実行が許可される(ステップS14)。
このときにはアルコール濃度ALp,ALdの差が小さい。しかも、アルコール濃度ALp,ALdの変化がある程度収束しているために、アルコール濃度ALp,ALdの差ΔALが大きくなる可能性が低い。そのため、差ΔALに起因して判定精度の低下を招く可能性が低いとして、異常判定の実行が許可される。このように各異常判定の実行を許可することにより、それら異常判定の判定精度の低下が抑えられつつ、各異常判定の実行機会が確保される。
なお、本実施形態の装置では、燃料タンク31への燃料補給が行われると、デリバリパイプ35A,35B内の燃料に一時的にアルコール濃度の分布が生じる。ただし、この濃度分布による各異常判定への影響は、上述したアルコール濃度ALp,ALdの差ΔALによる影響と比較して小さく、さほど問題にならない。本実施形態では、アルコール濃度ALp,ALdとして、デリバリパイプ35A,35B内の燃料の平均濃度が検出される。そのため、デリバリパイプ35A内の燃料とデリバリパイプ35B内の燃料とのアルコール濃度の差を、それらデリバリパイプ35A,35B内における燃料のアルコール濃度の分布がないものとして、簡素な算出態様で算出することができる。したがって、アルコール濃度ALp,ALdの差ΔALに基づく異常判定の実行の可否の判断を簡素な態様で実行することができる。
(作用)
以下、実行可否判断処理の実行態様について図5を参照しつつ説明する。
図5に示す例では、時刻t11よりも前のタイミングで、燃料タンク31に貯留されていた燃料とは異なるアルコール濃度の燃料が同燃料タンク31に補給される。その後において、内燃機関10が運転されて通路噴射弁16や通路噴射弁16からの燃料噴射が実行される。
そして、時刻t11において、燃料補給によってアルコール濃度が変化した燃料(上記補給後燃料)が濃度センサ45の配設部分に到達すると、濃度センサ45によって検出される燃料のアルコール濃度AL(図5(a))が、燃料補給前の燃料タンク31内の燃料(補給前燃料)のアルコール濃度から補給後燃料のアルコール濃度に変化する。これに伴ってアルコール濃度ALp,ALdの変化の収束度合いが所定レベル未満になるため、以後において各異常判定(図5(e))の実行が禁止されるようになる。
その後の時刻t11〜t12では、共通路32内の燃料が補給後燃料に入れ替わるようになる。そして、時刻t12において、共通路32内の燃料のほぼ全量が補給後燃料に入れ替わると、以後において(時刻t12以降)、通路噴射弁16からの燃料噴射に伴って第1燃料通路34A内の燃料が補給後燃料に徐々に入れ替わるとともに、筒内噴射弁17からの燃料噴射に伴って第2燃料通路34B内の燃料が補給後燃料に徐々に入れ替わる。
このとき(時刻t11〜t13)には、補給後燃料が各デリバリパイプ35A,35B内に流入しないため、それらデリバリパイプ35A,35B内の燃料のアルコール濃度は変化しない。とはいえ、以後における通路噴射弁16および筒内噴射弁17からの燃料噴射の実行態様によっては、直ぐにでもデリバリパイプ35A,35B内の燃料のアルコール濃度が変化する可能性があり、これによって各異常判定の判定精度の低下を招く可能性があるために、異常判定の実行が禁止される。
その後においては第1燃料通路34Aの燃料の入れ替わりが進むことにより、時刻t13において、補給後燃料がデリバリパイプ35A内に流入するようになる。そのため、時刻t13以降においては、アルコール濃度ALp(図5(b))が変化し、これに伴いアルコール濃度ALpとアルコール濃度ALd(図5(c))との差ΔAL(図5(d))が大きくなる。このときには、各デリバリパイプ35A,35B内の燃料のアルコール濃度に差が生じているために、機関運転状態の変化に伴いポート噴射率Rpが変動して気筒間における排気の酸素濃度にばらつきが生じた場合に各異常判定の判定精度の低下を招くおそれがあるとして、それら異常判定の実行禁止が継続される。
また、第2燃料通路34Bの燃料の入れ替わりが進むことにより、時刻t14において補給後燃料がデリバリパイプ35B内に流入するようになる。そのため、時刻t14以降においては、アルコール濃度ALp,ALdが共に変化するようになり、それらアルコール濃度ALp,ALdの差ΔALも変化するようになる。そして、本例では上記差ΔALが判定値以上である状態が継続されるため、各異常判定の実行禁止が継続される。
時刻t14〜t15においてはアルコール濃度ALp、ALdの変化が進み、その後半においてはアルコール濃度ALp、ALdの差ΔALが徐々に小さくなる。
そして、時刻t15において、デリバリパイプ35A内の燃料のアルコール濃度が補給後燃料のアルコール濃度まで変化して、アルコール濃度ALpの変化が収束する。このときアルコール濃度ALdの変化もある程度収束しており、アルコール濃度ALp,ALdの変化の収束の度合いが共に所定レベル以上になっている。しかしながら、アルコール濃度ALp,ALdの差ΔALが判定値以上であるため、各異常判定の実行禁止は継続される。
その後の時刻t16において、上記差ΔALが所定値未満になると、各異常判定を精度良く実行することの可能な状況になったとして、それら異常判定の実行が許可される。そして、その後の時刻t17において、デリバリパイプ35B内の燃料のアルコール濃度が補給後燃料のアルコール濃度まで変化して、アルコール濃度ALdの変化が収束する。
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
(1)アルコール濃度ALp,ALdの差ΔALが判定値以上であるときに、各異常判定の実行を禁止するようにした。そのため、燃料補給に伴う誤判定を抑えて、異常判定の判定精度の低下を抑えることができる。
(2)濃度センサ45により検出されたアルコール濃度ALと、通路噴射弁16から噴射された燃料の量と、筒内噴射弁17から噴射された燃料の量との関係に基づいて、アルコール濃度ALp,ALdを精度良く検出することができる。
(3)アルコール濃度ALpとしてデリバリパイプ35A内の燃料の平均濃度を検出するとともに、アルコール濃度ALdとしてデリバリパイプ35B内の燃料の平均濃度を検出するようにした。そのため、アルコール濃度ALp,ALdの差ΔALを、各デリバリパイプ35A,35B内における燃料のアルコール濃度の分布がないものとして、簡素な算出態様で算出することができる。したがって、アルコール濃度ALp,ALdの差ΔALに基づく各異常判定の実行の可否の判断を簡素な態様で実行することができる。
(4)燃料タンク31内の燃料のアルコール濃度の変化に伴って各燃料通路34A,34B内の燃料のアルコール濃度が変化する過程において、アルコール濃度ALpの変化の収束度合いが所定レベル以上である条件、およびアルコール濃度ALdの変化の収束度合いが所定レベル以上である条件の少なくとも一方が満たされないときには、各異常判定の実行を禁止するようにした。そのため、アルコール濃度ALpやアルコール濃度ALdの変化の収束度合いが小さく、各異常判定を実行した場合に判定精度の低下を招くおそれのあるときに、それら異常判定の実行を禁止することができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・インバランス異常判定処理において用いる判定パラメータは実空燃比AFの変動量に相関する値であればよく、同判定パラメータとしては、空燃比センサ46の出力信号の傾きの大きさや、所定期間内での実空燃比AFの変化量などを採用することができる。
・インバランス異常判定処理、触媒劣化異常判定処理、およびセンサ劣化異常判定処理のうち、いずれか1つを省略したり、いずれか2つを省略したりしてもよい。また、それらインバランス異常判定処理、触媒劣化異常判定処理、およびセンサ劣化異常判定処理が実行される装置に限らず、空燃比センサ46の検出信号やO2センサ47の検出信号に基づき判定対象機器の異常発生の有無を判定する処理が実行される装置であれば、上記実施形態の異常判定装置は適用可能である。
・アルコール濃度ALp(またはアルコール濃度ALd)の変化の収束度合いが所定レベル以上になったことを判断する条件は任意に変更することができる。例えば、補給後燃料のアルコール濃度とアルコール濃度ALp(またはアルコール濃度ALd)との差が所定値以下になったことをもって、上記収束度合いが所定レベル以上になったと判断するようにしてもよい。その他、濃度センサ45によって検出されるアルコール濃度ALが変化した後における通路噴射弁16(または筒内噴射弁17)からの燃料噴射量の積算値が所定量以上になったことをもって、上記収束度合いが所定レベル以上になったと判断することなども可能である。
・実行可否判断処理(図4)のステップS11の処理を省略してもよい。こうした装置によっても、アルコール濃度ALp,ALdの差ΔALが大きいときに、異常判定の実行を禁止して、同異常判定の判定精度の低下を抑えることができる。しかも、上記装置によれば、アルコール濃度ALp,ALdの変化が収束していなくても、それらアルコール濃度ALp,ALdの差ΔALが小さければ、異常判定の判定精度の低下が抑えられるとして、同異常判定の実行を許可することができる。そのため、判定精度の低下を抑えつつ、異常判定の実行機会を多くすることができる。
・デリバリパイプ35Aの形状や容積などから把握される同デリバリパイプ35A内のアルコール濃度の分布を考慮して、アルコール濃度ALpを検出するようにしてもよい。また、デリバリパイプ35Bの形状や容積などから把握される同デリバリパイプ35B内のアルコール濃度の分布を考慮して、アルコール濃度ALdを検出するようにしてもよい。これにより、通路噴射弁16から実際に噴射される燃料のアルコール濃度や筒内噴射弁17から実際に噴射される燃料のアルコール濃度を精度良く検出するとともに、それらアルコール濃度に基づいて異常判定の実行の可否を判断することが可能になる。そのため、異常判定の実行の可否を適正に判断することができるようになり、異常判定の判定精度の低下を好適に抑えることができるようになる。
・燃料のアルコール濃度を検出するための濃度センサを第1燃料通路34Aと第2燃料通路34Bとにそれぞれ設けるようにしてもよい。この場合、各デリバリパイプ35A,35Bに濃度センサを設けることが望ましい。
10…内燃機関、11…吸気通路、11a…吸気ポート、12…スロットル機構、13…スロットルバルブ、14…スロットルモータ、15…燃焼室、16…通路噴射弁、17…筒内噴射弁、18…ピストン、19…クランクシャフト、20…排気通路、21…排気浄化触媒、31…燃料タンク、32…共通路、33…フィードポンプ、34A…第1燃料通路、34B…第2燃料通路、35A,35B…デリバリパイプ、36…高圧ポンプ、37A,37B…燃料入口部、40…電子制御装置、41…クランクセンサ、42…アクセルセンサ、43…スロットルセンサ、44…エアフローメータ、45…濃度センサ、46…空燃比センサ、47…O2センサ。

Claims (4)

  1. 吸気通路に燃料を噴射する通路噴射弁と気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁とを備えるとともに、前記燃料としてガソリンとアルコールとを使用可能な多気筒の内燃機関に適用されて、同内燃機関の排気通路に設けられた酸素センサの検出信号に基づいて判定対象機器の異常判定を行う異常判定装置において、
    前記通路噴射弁に燃料を供給する第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度と前記筒内噴射弁に燃料を供給する第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度とを検出する濃度検出部を備え、
    前記濃度検出部により検出された前記第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度と前記第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度との差が判定値以上であるときに、前記異常判定の実行を禁止する
    ことを特徴とする異常判定装置。
  2. 請求項1に記載の異常判定装置において、
    前記通路噴射弁と前記筒内噴射弁とに燃料を分配供給する燃料通路は、燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサが設けられて一方の端部が燃料を貯留する燃料タンクに接続されるとともに他方の端部が前記第1燃料通路および前記第2燃料通路に接続された共通路を備え、
    前記濃度検出部は、前記濃度センサにより検出されたアルコール濃度と前記通路噴射弁から噴射された燃料の量と前記筒内噴射弁から噴射された燃料の量との関係に基づいて、前記第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度と前記第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度とを検出する
    ことを特徴とする異常判定装置。
  3. 請求項1または2に記載の異常判定装置において、
    前記第1燃料通路における前記通路噴射弁との接続部分は第1のデリバリパイプからなり、
    前記第2燃料通路における前記筒内噴射弁との接続部分は第2のデリバリパイプからなり、
    前記濃度検出部は、前記第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度として前記第1のデリバリパイプ内の燃料のアルコール濃度の平均濃度を検出し、前記第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度として前記第2のデリバリパイプ内の燃料のアルコール濃度の平均濃度を検出することを特徴とする異常判定装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の異常判定装置において、
    燃料補給に伴うアルコール濃度の変化によって前記第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度と前記第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度とが変化する過程において、前記第1燃料通路内の燃料のアルコール濃度の変化の収束度合いが所定レベル以上に収束しているという条件、および前記第2燃料通路内の燃料のアルコール濃度の変化の収束度合いが所定レベル以上に収束しているという条件の少なくとも一方が満たされないときには、前記異常判定の実行を禁止することを特徴とする異常判定装置。
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