JP2013002299A - 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】気筒間空燃比ばらつき異常を好適に検出する。
【解決手段】本発明の一実施形態は、所定の対象気筒のＥＧＲガス量を強制的に所定量多くするＥＧＲ増量制御を実行するＥＧＲ増量制御手段と、前記所定の対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量変更する燃料噴射量変更制御を実行する燃料噴射量変更制御手段と、前記所定の対象気筒に対して前記燃料噴射量変更制御と前記ＥＧＲ増量制御とが一緒に実行されたときの前記所定の対象気筒に関する出力変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段とを備えた、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。
【選択図】図１

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追従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、通常全気筒に対して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や吸気バルブの動弁機構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。

例えば、特許文献１が開示する内燃機関では、まず、空燃比フィードバック制御の演算値に基づいて内燃機関の気筒間の空燃比がインバランス状態になっていることが判断される。当該内燃機関では排気通路の浄化触媒の上流側に設けられたＡ／Ｆセンサの検出結果に基づいてメイン空燃比フィードバック制御が実行され、そしてその浄化触媒の下流側に設けられたＯ₂センサの検出結果に基づいてサブ空燃比フィードバック制御が実行される。このサブ空燃比フィードバック制御の演算値の平均値が通常値を超えたときに気筒間の空燃比がインバランス状態になっていると判断される。さらに、特許文献１の内燃機関では、そのようにして気筒間に空燃比異常があると判断したときに、各気筒のインジェクタの燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させる処理が実行され、それにより失火が生じた気筒が空燃比インバランスが生じている気筒であると特定される。

特開２０１０−１１２２４４号公報

多気筒内燃機関において、各気筒への燃料噴射量を強制的に変える制御を実行し、そのときの各気筒に関する出力変動に基づき気筒間空燃比ばらつき異常つまり気筒間の空燃比がインバランス状態になっていることを検出することが可能である。しかし、例えば、気筒間空燃比ばらつき異常を検出するために燃料噴射量を増量変更することは、燃費の観点から好ましくなく、その燃料の変更幅を小さくすることが望まれる。

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、そのような燃料消費を抑制しつつ、気筒間空燃比ばらつき異常を好適に検出することにある。

本発明の一の態様によれば、所定の対象気筒のＥＧＲガス量を強制的に所定量多くするＥＧＲ増量制御を実行するＥＧＲ増量制御手段と、前記ＥＧＲ増量制御が実行されたときの前記所定の対象気筒に関する出力変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段とを備えた、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、このような構成を有する該装置は、前記所定の対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量変更する燃料噴射量変更制御を実行する燃料噴射量変更制御手段をさらに備え、前記検出手段は、前記所定の対象気筒に対して前記燃料噴射量変更制御と前記ＥＧＲ増量制御とが一緒に実行されたときの前記所定の対象気筒に関する出力変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出するとよい。

また本発明の別の態様によれば、ＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量よりも所定量以上多くなっているか否かを判定するＥＧＲ量判定手段と、該ＥＧＲ量判定手段によりＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量よりも前記所定量以上多くなっていると判定されたとき、そのときの出力変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段とを備えた、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、このような構成を有する該装置は、前記ＥＧＲ量判定手段によりＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量よりも前記所定量以上多くなっていると判定されたとき、所定の対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量変更する燃料噴射量変更制御を実行する燃料噴射量変更制御手段をさらに備え、前記検出手段は、前記所定の対象気筒に対して前記燃料噴射量変更制御が実行されたときの前記所定の対象気筒に関する出力変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出するとよい。

本発明の第１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。 回転変動を表す値を説明するためのタイムチャートである。 回転変動を表す別の値を説明するためのタイムチャートである。 燃料噴射量を増量または減量したときの回転変動の変化を示すグラフである。 燃料噴射量の増量と、増量前後の回転変動の変化との様子を示す図である。 回転変動量に対するＥＧＲガス量の影響を説明するためのグラフである。 第１実施形態におけるフローチャートである。 第２実施形態におけるフローチャートである。 第３実施形態における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。まず、第１実施形態が説明される。

図１に本第１実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。図示される内燃機関（エンジン）１は自動車に搭載されたＶ型８気筒火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。エンジン１は第１のバンクＢ１と第２のバンクＢ２とを有し、第１のバンクＢ１には奇数番気筒すなわち＃１，＃３，＃５，＃７気筒が設けられ、第２のバンクＢ２には偶数番気筒すなわち＃２，＃４，＃６，＃８気筒が設けられている。＃１，＃３，＃５，＃７気筒が第１の気筒群をなし、＃２，＃４，＃６，＃８気筒が第２の気筒群をなす。

各気筒にインジェクタ（燃料噴射弁）２が設けられる。インジェクタ２は、対応気筒の吸気通路、特に吸気ポート（図示せず）内に向けて燃料を噴射する。また各気筒には、筒内の混合気に点火するための点火プラグ１３が設けられる。なお、エンジン１での点火順序は＃１、＃８、＃７、＃３、＃６、＃５、＃４、＃２気筒の順である。

吸気を導入するための吸気通路７は、下流端が吸気弁（図示せず）によって開閉される前記吸気ポートの他、集合部としてのサージタンク８と、各気筒の吸気ポートおよびサージタンク８を結ぶ複数の吸気マニホールド９と、サージタンク８の上流側の吸気管１０などによって区画形成されている。吸気管１０には、上流側から順にエアフローメータ１１と電子制御式スロットルバルブ１２とが設けられている。エアフローメータ１１は吸気流量に応じた大きさの信号を出力する。

第１のバンクＢ１に対して第１の排気通路１４Ａが設けられ、第２のバンクＢ２に対して第２の排気通路１４Ｂが設けられる。これら第１および第２の排気通路１４Ａ，１４Ｂは下流触媒コンバータ１９の上流側で合流されている。この合流位置より上流側の排気系の構成は両バンクで同一なので、ここでは第１のバンクＢ１側についてのみ説明し、第２のバンクＢ２側については図中同一符号を付して説明を省略する。

第１の排気通路１４Ａは、各々の上流端が排気弁（図示せず）によって開閉される＃１，＃３，＃５，＃７の各気筒の排気ポート（図示せず）と、これら排気ポートの排気ガスを集合させる排気マニホールド１６と、排気マニホールド１６の下流側に設置された排気管１７などにより区画形成されている。そして排気管１７には上流触媒コンバータ１８が設けられている。上流触媒コンバータ１８の上流側および下流側（直前および直後）にそれぞれ、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサである触媒前センサ２０および触媒後センサ２１が設置されている。このように、一方のバンクに属する複数の気筒（あるいは気筒群）に対して、上流触媒コンバータ１８、触媒前センサ２０および触媒後センサ２１が各一つずつ設けられている。なお、第１および第２の排気通路１４Ａ，１４Ｂを合流させないで、これらに個別に下流触媒コンバータ１９を設けることも可能である。

エンジン１は、吸気弁および排気弁用の可変動弁機構を備えている。この動弁機構は、吸気弁および排気弁を、それぞれ、コンロッドを介してピストンが連結されているクランク軸の回転に同期して、個別に任意の開度およびタイミングで制御することが可能な可変動弁機構である。具体的には、その動弁機構は、吸気弁と排気弁とにそれぞれ個別に設けられたソレノイドを含んでいる。そして、動弁機構は、吸気弁と排気弁とが同時に開くバルブオーバーラップを実現可能である。そして、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量が変更されることで、気筒内に導入される排気ガスの量、つまりいわゆる内部ＥＧＲガスの量が制御される。なお、所定量の内部ＥＧＲガスは、正のバルブオーバーラップや、負のバルブオーバーラップによって達成され得る。なお、このような構成に代えて、可変動弁機構として、例えば単一の弁に適用される２種類のカムを油圧によって切り替えることによってバルブタイミングおよびカムプロフィールを任意に変更できる可変バルブタイミング機構（VVT; Variable Valve Timing mechanism）を用いることもできる。

また、エンジン１には、排気通路１４（１４Ａ、１４Ｂ）を流れる排気ガスの一部を吸気通路７に導くための排気ガス還流（ＥＧＲ）システム２２を備えている。ＥＧＲシステム２２は、外部ＥＧＲシステムであり、排気通路１４と吸気通路７とをつなぐＥＧＲ通路２３と、ＥＧＲ通路２３に設けられたＥＧＲ弁２４とを備えている。

エンジン１には各種制御手段（制御装置）および各種検出手段（検出部）などとしての各機能を担う電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを含む記憶装置、並びに入出力ポート等を含むものである。ＥＣＵ１００には、前述のエアフローメータ１１、触媒前センサ２０、触媒後センサ２１のほか、エンジン１のクランク角を検出するためのクランク角センサ２５、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ２６、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ２７、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。ＥＣＵ１００は、各種センサの検出値等に基づき、所望の出力が得られるように、インジェクタ２、点火プラグ１３、スロットルバルブ１２、上記可変動弁機構、ＥＧＲ弁２４等を制御し、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度、吸排気弁のバルブタイミング、ＥＧＲ弁開度等を制御する。

このようなＥＣＵ１００は、燃料噴射制御手段、点火制御手段、吸入空気量制御手段、空燃比制御手段、ＥＧＲ制御手段等のそれぞれの機能を担う。そして、エンジン１には後で詳述するように気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が装備されていて、ＥＣＵ１００は、燃料噴射量変更制御手段、ＥＧＲ増量制御手段、気筒間空然比ばらつき異常を検出する検出手段の各機能を実質的に担う。なお、この検出手段は出力変動値算出手段と該出力変動値算出手段により算出された値に基づいて後述される判定をする判定手段とを含む。また、燃料噴射量変更制御手段により実行される制御およびＥＧＲ増量制御手段により実行される制御はそれぞれ、後述するように所定の対象気筒の燃焼状態を強制的に変える燃焼状態変化制御であり、それら手段は、所定の対象気筒の燃焼状態を変化させる燃焼状態変化制御を実行する燃焼状態変化制御手段に含まれる。

また、スロットルバルブ１２にはスロットル開度センサ（図示せず）が設けられ、スロットル開度センサからの信号がＥＣＵ１００に送られる。ＥＣＵ１００は、通常、アクセル開度に応じて定まる開度に、スロットルバルブ１２の開度（スロットル開度）をフィードバック制御する。

またＥＣＵ１００は、エアフローメータ１１からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸入空気量を検出する。そしてＥＣＵ１００は、検出したアクセル開度、スロットル開度および吸入空気量の少なくとも一つに基づき、エンジン１の負荷を検出する。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサ２５からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン１の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。なお、ＥＣＵ１００の気筒間空然比ばらつき異常を検出する検出手段として実質的に機能する部分は、出力検出手段としてのクランク角センサ２５からの出力つまり信号に基づいて出力変動を表す値を算出する。

そして、ＥＣＵ１００は、通常、吸入空気量およびエンジン回転速度つまりエンジン運転状態に基づいて、予め記憶装置に記憶するデータ等を用いて、燃料噴射量（または燃料噴射時間）を設定する。そして、その燃料噴射量に基づいて、インジェクタ２からの燃料の噴射が制御される。なお、このような通常時の燃料噴射制御による燃料噴射量をここでは通常時燃料噴射量と称する。

また、ＥＣＵ１００は、通常、吸入空気量およびエンジン回転速度つまりエンジン運転状態に基づいて、予め記憶装置に記憶するデータ等を用いて、ＥＧＲガス量を制御する。エンジン運転状態に応じた量のＥＧＲガスが各気筒で得られるように、本実施形態では、ＥＧＲシステム２２のＥＧＲ弁２４の開度（ＥＧＲ開度）が制御される。具体的には、エンジン運転状態に基づいて、予め記憶されているデータ（例えばＥＧＲマップ）から導き出される目標ＥＧＲガス量に相当する開度になるように、ＥＧＲ弁２４が制御される。なお、このような通常時のＥＧＲ制御によるＥＧＲガス量をここでは通常時ＥＧＲガス量と称する。ただし、通常時のＥＧＲ制御は、吸気弁の開弁特性（バルブタイミングを含む）および排気弁の開弁特性のいずれか一方、または、それらの両方を制御することを含んでもよい。

ところで、触媒前センサ２０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２０の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ２０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＝１４．５）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２１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２１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２１の出力電圧は所定の範囲（例えば０〜１Ｖ）内で変化する。概して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Ｖｒ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Ｖｒはストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。

上流触媒コンバータ１８および下流触媒コンバータ１９はそれぞれ三元触媒からなり、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。

そこで、エンジン１の通常運転時、上流触媒コンバータ１８に流入する排気ガスの空燃比をストイキ近傍に制御するための空燃比制御（ストイキ制御）がＥＣＵ１００により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ２０によって検出された排気空燃比が所定の目標空燃比であるストイキになるように混合気の空燃比（具体的には燃料噴射量）をフィードバック制御する主空燃比制御（主空燃比フィードバック制御）と、触媒後センサ２１によって検出された排気空燃比がストイキになるように混合気の空燃比（具体的には燃料噴射量）をフィードバック制御する補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。具体的には、主空燃比フィードバック制御では、触媒前センサ２０の出力に基づいて検出される現状の排気空燃比を所定の目標空燃比に追従させるために、第１補正係数を演算して、この第１補正係数に基づいてインジェクタ２からの燃料噴射量を調整するような制御が実行される。そして、さらに補助空燃比フィードバック制御では、触媒後センサ２１の出力に基づいて、第２補正係数を演算し、主空燃比フィードバック制御にて得られた第１補正係数を修正するような制御が実行される。ただし、本実施形態において、上記所定の目標空燃比つまり空燃比の基準値（目標値）はストイキであり、このストイキに相当する燃料噴射量（ストイキ相当量という）が燃料噴射量の基準値（目標値）である。但し、空燃比および燃料噴射量の基準値は他の値とすることもできる。

空燃比制御はバンク単位で若しくはバンク毎に行われる。例えば第１のバンクＢ１側の触媒前センサ２０および触媒後センサ２１の検出値は、第１のバンクＢ１に属する＃１，＃３，＃５，＃７気筒の空燃比フィードバック制御にのみ用いられ、第２のバンクＢ２に属する＃２，＃４，＃６，＃８気筒の空燃比フィードバック制御には用いられない。逆も同様である。あたかも独立した直列４気筒エンジンが二つあるように、空燃比制御が実行される。また空燃比制御においては、同一バンクに属する各気筒に対し同一の制御量が一律に用いられる。

さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒（特に１気筒）において、インジェクタ２の故障等が発生し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生することがある。例えば第１のバンクＢ１について、インジェクタ２の閉弁不良により＃１気筒の燃料噴射量が他の＃３，＃５，＃７気筒の燃料噴射量よりも多くなり、＃１気筒の空燃比が他の＃３，＃５，＃７気筒の空燃比よりも大きくリッチ側にずれる場合である。

このときでも、前述の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２０に供給されるトータルガス（合流後の排気ガス）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、＃３，＃５，＃７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。

ここで、気筒間空燃比のばらつき度合いを表す指標値としてインバランス率なる値を用いる。インバランス率とは、複数の気筒のうちある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（上記通常時燃料噴射量に相当）からズレているかを示す値である。インバランス率を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×１００で表される。インバランス率ＩＢが正負に関わらず大きいほど、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。

他方、本実施形態においては、所定の対象気筒の燃料噴射量をアクティブに若しくは強制的に増量または減量し、このように変更したときの、つまり、少なくとも増量または減量後の対象気筒の回転変動に基づき、ばらつき異常を検出する。

まず、回転変動について説明する。回転変動とは、エンジン１の出力変動に含まれ、エンジン回転速度あるいはクランクシャフト回転速度の変化をいう。そして本明細書では、回転変動を表す値つまり回転変動の程度を表した値を回転変動量と称する。例えば、クランクシャフトが所定角度回転するのに要する時間を計測し、その計測値を演算処理することで求められる値（量）が回転変動量として用いられることができる。以下の図３および図４を用いた説明で、種々の値を回転変動量として用いることができることが理解されるであろう。

図３には回転変動を説明するためのタイムチャートを示す。図示例は直列４気筒エンジンの例であるが、本実施形態のようなＶ型８気筒エンジンにも適用可能であることが理解されよう。図３の直列４気筒エンジンでの点火順序は＃１，＃３，＃４，＃２気筒の順である。

図３において、（Ａ）はエンジンのクランク角（°ＣＡ）を示す。１エンジンサイクルは７２０（°ＣＡ）であり、図には逐次的に検出される複数サイクル分のクランク角が鋸歯状に示されている。

図３（Ｂ）は、クランクシャフトが所定角度だけ回転するのに要した時間、すなわち回転時間Ｔ（ｓ）を示す。ここでは所定角度が３０（°ＣＡ）であるが、他の値（例えば１０（°ＣＡ））としてもよい。回転時間Ｔが長いほどエンジン回転速度は遅く、逆に回転時間Ｔが短いほどエンジン回転速度は速い。この回転時間Ｔはクランク角センサ２５の出力信号に基づきＥＣＵ１００により検出される。

図３（Ｃ）は、後に説明する回転時間差ΔＴを示す。図中、「正常」とは、いずれの気筒にも空燃比ずれが生じていない正常な場合を示し、「リーンずれ異常」とは、＃１気筒のみにインバランス率ＩＢ＝−３０（％）のリーンずれが生じている異常な場合を示す。リーンずれ異常は例えばインジェクタの噴孔詰まりや開弁不良により生じ得る。

まず、各気筒の同一タイミングにおける回転時間ＴがＥＣＵにより検出される。ここでは各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）のタイミングにおける回転時間Ｔが検出される。この回転時間Ｔが検出されるタイミングを検出タイミングという。

次いで、検出タイミング毎に、当該検出タイミングにおける回転時間Ｔ２と、直前の検出タイミングにおける回転時間Ｔ１との差（Ｔ２−Ｔ１）がＥＣＵにより算出される。この差が（Ｃ）に示す回転時間差ΔＴであり、ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１である。

通常、ある気筒のクランク角がＴＤＣを超えた後の燃焼行程では回転速度が上昇するため回転時間Ｔが低下し、その後の次点火気筒の圧縮行程では回転速度が低下するため回転時間Ｔが増大する。

しかしながら、（Ｂ）に示すように＃１気筒がリーンずれ異常の場合、＃１気筒を点火させても十分なトルクが得られず、回転速度が上昇しづらいので、その影響で＃３気筒ＴＤＣにおける回転時間Ｔは大きくなっている。それ故、＃３気筒ＴＤＣにおける回転時間差ΔＴは、（Ｃ）に示すように大きな正の値となる。この＃３気筒ＴＤＣにおける回転時間および回転時間差をそれぞれ＃１気筒の回転時間および回転時間差とし、それぞれＴ１およびΔＴ１で表す。他の気筒についても同様である。

次に、＃３気筒は正常であるので、＃３気筒を点火させたときには回転速度が急峻に上昇する。これにより次の＃４気筒ＴＤＣのタイミングでは、＃３気筒ＴＤＣのときに比べ回転時間Ｔが若干低下しているに過ぎない。それ故、＃４気筒ＴＤＣにおいて検出された＃３気筒の回転時間差ΔＴ３は、（Ｃ）に示すように小さな負の値となる。このようにある気筒の回転時間差ΔＴが、点火気筒ＴＤＣ毎に検出される。

以降の＃２気筒ＴＤＣおよび＃１気筒ＴＤＣにおいても＃４気筒ＴＤＣのときと同様の傾向が見られ、両タイミングにおいて検出された＃４気筒の回転時間差ΔＴ４および＃２気筒の回転時間差ΔＴ２はともに小さな負の値となっている。以上の特性が１エンジンサイクル毎に繰り返される。

このように、各気筒の回転時間差ΔＴは、各気筒の回転変動を表す値であり、各気筒の空燃比ずれ量に相関した値であることが分かる。そこで各気筒の回転時間差ΔＴを各気筒の回転変動の指標値つまり回転変動値または回転変動量として用いることができる。各気筒の空燃比ずれ量が大きいほど、各気筒の回転変動は大きくなり、各気筒の回転時間差ΔＴは大きくなる。

他方、図３（Ｃ）に示すように、正常の場合には回転時間差ΔＴが常時ゼロ付近である。

図３の例ではリーンずれ異常の場合を示したが、逆のリッチずれ異常、すなわち１気筒のみに大きなリッチずれが生じている場合にも、同様の傾向がある。大きなリッチずれが生じた場合、点火しても燃料過多のため燃焼が不十分となり、十分なトルクが得られず、回転変動が大きくなるからである。

次に、図４を参照して、回転変動を表す別の値つまり別の回転変動量の例を説明する。図４（Ａ）は図３（Ａ）と同様にエンジンのクランク角（°ＣＡ）を示す。

図４（Ｂ）は、前記回転時間Ｔの逆数である角速度ω（ｒａｄ／ｓ）を示す。ω＝１／Ｔである。当然ながら、角速度ωが大きいほどエンジン回転速度は速く、角速度ωが小さいほどエンジン回転速度は遅い。角速度ωの波形は、回転時間Ｔの波形を上下反転した形となる。

図４（Ｃ）は、前記回転時間差ΔＴと同様、角速度ωの差である角速度差Δωを示す。角速度差Δωの波形も、回転時間差ΔＴの波形を上下反転した形となる。図中の「正常」および「リーンずれ異常」については図３と同様である。

まず、各気筒の同一タイミングにおける角速度ωがＥＣＵにより検出される。ここでも各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）のタイミングにおける角速度ωが検出される。角速度ωは、１を前記回転時間Ｔで除することにより算出される。

次いで、検出タイミング毎に、当該検出タイミングにおける角速度ω２と、直前の検出タイミングにおける角速度ω１との差（ω２−ω１）がＥＣＵにより算出される。この差が（Ｃ）に示す角速度差Δωであり、Δω＝ω２−ω１である。

通常、ある気筒のクランク角がＴＤＣを超えた後の燃焼行程では回転速度が上昇するため角速度ωが上昇し、その後の次点火気筒の圧縮行程では回転速度が低下するため角速度ωが低下する。

しかしながら、（Ｂ）に示すように＃１気筒がリーンずれ異常の場合、＃１気筒を点火させても十分なトルクが得られず、回転速度が上昇しづらいので、その影響で＃３気筒ＴＤＣにおける角速度ωは小さくなっている。それ故、＃３気筒ＴＤＣにおける角速度差Δωは、（Ｃ）に示すように大きな負の値となる。この＃３気筒ＴＤＣにおける角速度および角速度差をそれぞれ＃１気筒の角速度および角速度差とし、それぞれω１およびΔω１で表す。他の気筒についても同様である。

次に、＃３気筒は正常であるので、＃３気筒を点火させたときには回転速度が急峻に上昇する。これにより次の＃４気筒ＴＤＣのタイミングでは、＃３気筒ＴＤＣのときに比べ角速度ωが若干上昇するに過ぎない。それ故、＃４気筒ＴＤＣにおいて検出された＃３気筒の角速度差Δω３は、（Ｃ）に示すように小さな正の値となる。このようにある気筒の角速度差Δωが、点火気筒ＴＤＣ毎に検出される。

以降の＃２気筒ＴＤＣおよび＃１気筒ＴＤＣにおいても＃４気筒ＴＤＣのときと同様の傾向が見られ、両タイミングにおいて検出された＃４気筒の角速度差Δω４および＃２気筒の角速度差Δω２はともに小さな正の値となっている。以上の特性が１エンジンサイクル毎に繰り返される。

このように、各気筒の角速度差Δωは、各気筒の回転変動を表す値であり、各気筒の空燃比ずれ量に相関した値であることが分かる。そこで各気筒の角速度差Δωを各気筒の回転変動の指標値として用いることができる。各気筒の空燃比ずれ量が大きいほど、各気筒の回転変動は大きくなり、各気筒の角速度差Δωは小さくなる（マイナス方向に大きくなる）。

他方、図４（Ｃ）に示すように、正常の場合には角速度差Δωが常時ゼロ付近である。

逆のリッチずれ異常の場合にも同様の傾向がある点は上述した通りである。

次に、ある１気筒の燃料噴射量をアクティブにつまり強制的に増量または減量して当該気筒での空燃比を変化させたときの回転変動の変化を、図５を参照して説明する。ただし、この場合、燃料噴射量をアクティブに増量または減量するとき、吸入空気量は変化しないようにスロットルバルブ１２等の作動は制御される。

図５において、横軸はインバランス率ＩＢを示し、縦軸は回転変動の指標値つまり回転変動量としての角速度差Δωを示す。ここでは、全８気筒のうちある１気筒のみのインバランス率ＩＢを変化させ、このときの当該１気筒のインバランス率ＩＢと、当該１気筒の角速度差Δωとの関係を線ａで示す。ここでは当該１気筒をアクティブ対象気筒という。他の気筒は全てバランス気筒であり、基準噴射量Ｑｓとしてストイキ相当量を噴射しているものとする。

図５の横軸において、ＩＢ＝０（％）とは、アクティブ対象気筒のインバランス率ＩＢが０（％）で、アクティブ対象気筒がストイキ相当量を噴射している正常な場合を意味する。このときのデータが線ａ上のプロットｂで示される。このＩＢ＝０（％）の状態から図中左側に移動すると、インバランス率ＩＢがプラス方向に増加し、燃料噴射量としては過多すなわちリッチな状態となる。逆に、ＩＢ＝０（％）から図中右側に移動すると、インバランス率ＩＢがマイナス方向に増加し、燃料噴射量としては過少すなわちリーンな状態となる。

特性線ａから分かるように、アクティブ対象気筒のインバランス率ＩＢが０（％）からプラス方向に増加してもマイナス方向に増加しても、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなり、アクティブ対象気筒の角速度差Δωが０付近からマイナス方向に大きくなる傾向にある。そして、インバランス率ＩＢが０（％）から離れるほど、特性線ａの傾きが急になり、インバランス率ＩＢの変化に対する角速度差Δωの変化は大きくなる傾向にある。

ここで、矢印ｃで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を、ストイキ相当量（ＩＢ＝０（％））から所定量Δｆ１、強制的に増量する燃料噴射量増量制御を実行したとする。図示例ではインバランス率で約４０（％）相当の増量がなされている。このとき、ＩＢ＝０（％）の近辺では特性線ａの傾きが緩やかであることから、増量後においても角速度差Δωは増量前と大きく変わらず、増量前後の角速度差Δωの差は極小さい。

他方、プロットｄで示すように、アクティブ対象気筒において既にリッチずれが生じており、そのインバランス率ＩＢが比較的大きなプラス側の値になっているときを考える。図示例ではインバランス率で約５０（％）のリッチずれが生じている。この状態から矢印ｅで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を同量Δｆ１、強制的に増量する燃料噴射量増量制御を実行したとすると、この領域では特性線ａの傾きが急であることから、増量後の角速度差Δωは増量前より大きくマイナス側に変化し、増量前後の角速度差Δωの差は大きくなる。すなわち燃料噴射量の増量により、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなる。

よって、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量増量したときの少なくとも増量後のアクティブ対象気筒の角速度差Δωに基づき、気筒間空然比ばらつき異常を検出することが可能である。

すなわち、増量後の角速度差Δωが図示するように所定の負の異常判定値αより小さい場合（Δω＜α）には、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、増量後の角速度差Δωが異常判定値αより小さくない場合（Δω≧α）には、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。

あるいは代替的に、図示するように、増量前後の角速度差Δωの差ｄΔωに基づき、ばらつき異常を検出することも可能である。この場合、増量前の角速度差をΔω１、増量後の角速度差をΔω２とすると、両者の差ｄΔωをｄΔω＝Δω１−Δω２と定義することができる。そして差ｄΔωが所定の正の異常判定値β１を超えた場合（ｄΔω＞β１）、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、差ｄΔωが異常判定値β１を超えない場合（ｄΔω≦β１）、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。

インバランス率が負の領域で強制減量を行ったとき、つまり燃料噴射量減量制御を実行したときも同様のことが言える。矢印ｆで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量をストイキ相当量（ＩＢ＝０（％））から所定量Δｆ２、強制的に減量する燃料噴射量減量制御を実行したとする。図示例ではインバランス率で約１０（％）相当の減量がなされている。増量量に比べ減量量が少ないのは、リーンずれ異常気筒に対しあまりに多くの減量を行ってしまうと失火してしまうからである。ただし、燃料噴射量の減量（または増量）により失火を生じさせ、そのときの出力変動に基づいてばらつき異常を検出することを本発明は排除しない。このとき、特性線ａの傾きが比較的緩やかであることから、減量後の角速度差Δωは減量前より若干小さくなっているだけで、増量前後の角速度差Δωの差は小さい。

他方、プロットｇで示すように、アクティブ対象気筒において既にリーンずれが生じており、そのインバランス率ＩＢが比較的大きなマイナス側の値になっているときを考える。図示例ではインバランス率で約−２０（％）のリーンずれが生じている。この状態から矢印ｈで示すように、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を同量Δｆ２、強制的に減量する燃料噴射量減量制御を実行したとすると、この領域では特性線ａの傾きが比較的急であることから、減量後の角速度差Δωは減量前より大きくマイナス側に変化し、減量前後の角速度差Δωの差は大きくなる。すなわち燃料噴射量の減量により、アクティブ対象気筒の回転変動は大きくなる。

よって、アクティブ対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量減量したときの少なくとも減量後のアクティブ対象気筒の角速度差Δωに基づき、気筒間空然比ばらつき異常を検出することが可能である。

すなわち、減量後の角速度差Δωが図示するように所定の負の異常判定値αより小さい場合（Δω＜α）には、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、減量後の角速度差Δωが異常判定値αより小さくない場合（Δω≧α）には、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。

あるいは代替的に、図示するように、減量前後の角速度差Δωの差ｄΔωに基づき、ばらつき異常を検出することも可能である。この場合も両者の差ｄΔωをｄΔω＝Δω１−Δω２と定義することができる。差ｄΔωが所定の正の異常判定値β２を超えた場合（ｄΔω＞β２）、ばらつき異常有りと判定し、且つアクティブ対象気筒を異常気筒と特定することができる。逆に、差ｄΔωが異常判定値β２を超えない場合（ｄΔω≦β２）、少なくともアクティブ対象気筒を正常と判定することができる。

ここでは増量量が減量量より顕著に多いため、増量時の異常判定値β１を減量時の異常判定値β２より大きくしている。しかしながら、両異常判定値は、特性線ａの特性や増量量と減量量のバランス等を考慮して任意に定めることができる。両異常判定値を同じ値とすることも可能である。

各気筒の回転変動の指標値つまり回転変動量として回転時間差ΔＴを用いた場合にも、同様の方法で異常検出および異常気筒特定が可能であることが理解されるであろう。また、各気筒の回転変動の指標値としては、上述した以外の他の値を用いることも可能である。

図６には、全８気筒についての燃料噴射量の増量と、増量前後の回転変動の変化との様子を示す。上段が増量前、下段が増量後である。左右方向の左端列に示されているように、増量の方法としては、全気筒一律且つ同時に同一量増量している。すなわちここでは所定の対象気筒が全気筒である。増量前は全気筒のインジェクタ２に対し、ストイキ相当量の燃料を噴射するよう開弁指令がなされており、増量後は全気筒のインジェクタ２に対し、ストイキ相当量より所定量多い燃料を噴射するよう開弁指令がなされている。

この増量の仕方は、全気筒同時に行う方法の他、任意数の気筒ずつ順番に且つ交互に行う方法がある。例えば１気筒ずつ増量したり、２気筒ずつ増量したり、４気筒ずつ増量したりする方法がある。増量を行う対象気筒の数および気筒番号は任意に設定できる。

対象気筒数が多いほど、全増量時間を短縮できるメリットがあり、排気エミッションが悪化するデメリットがある。逆に対象気筒数が少ないほど、排気エミッションの悪化を抑制できるメリットがあるが、全増量時間が長期化するデメリットがある。

各気筒の回転変動の指標値として、図５と同様、角速度差Δωを用いている。

例えば左右方向の中央列に示されている正常時、すなわちいずれの気筒においても空燃比ずれ異常が生じていない場合だと、増量前では全気筒の角速度差Δωがほぼ等しく０付近にあり、全気筒の回転変動が少ない。また増量後でも全気筒の角速度差Δωがほぼ等しく若干マイナス方向に大きくなるだけであり、全気筒の回転変動はそれ程大きくならない。故に、増量前後の角速度差の差ｄΔωは小さい。

しかしながら、左右方向の右端列に示されている異常時だと、正常時とは異なる挙動を示す。この異常時では、＃８気筒にのみインバランス率で５０％相当のリッチずれ異常が生じており、＃８気筒のみが異常気筒である。この場合、増量前では、＃８気筒以外の残部気筒の角速度差Δωはほぼ等しく０付近にあるが、＃８気筒の角速度差Δωは残部気筒の角速度差Δωより若干マイナス方向に大きい。

しかしながらそれでも、＃８気筒の角速度差Δωと残部気筒の角速度差Δωとの間にはそれ程差がない。よって増量前の角速度差Δωによっては、異常検出と異常気筒特定を十分な精度で行うことができない。

他方、増量後だと増量前に比べて、残部気筒の角速度差Δωはほぼ等しく若干マイナス方向に変化するだけであるが、＃８気筒の角速度差Δωは大きくマイナス方向に変化する。よって＃８気筒の増量前後の角速度差の差ｄΔωは、残部気筒のそれより顕著に大きくなる。よってこの違いを利用し、異常検出と異常気筒特定を十分な精度で行うことができる。

この場合、＃８気筒の差ｄΔωのみが前記異常判定値β１より大きくなるので、＃８気筒にリッチずれ異常があることを検出できる。

燃料噴射量を強制減量して何れかの気筒のリーンずれ異常を検出する場合にも、同様の方法を採用できることが理解されるであろう。

以上述べたように、気筒間空燃比ばらつき異常を検出するためには、上記したように、燃料噴射量を強制的に増量変更または減量変更させる制御つまり燃料噴射量変更制御を行って回転変動量のような出力変動を表す値を大きくすることが有効である。しかし、このような燃料噴射量変更制御のうち、特に燃料噴射量増量制御は、所定の対象気筒の燃料噴射量を、エンジン１の好適な運転制御に関係なく意図的に多くするものであるから、その実行は燃費の観点からは好ましくない。

他方、上記したような燃料噴射量変更制御を実行することは、当該制御が適用される所定の対象気筒での燃焼状態を悪化させることをもたらす。このような所定の対象気筒での燃焼状態の変化は、当該気筒でのＥＧＲガス量を多くすることでもある程度生じ得る。

そこで、ここでは、上記したように気筒間空燃比ばらつき異常を検出するために燃料噴射量変更制御を実行するとき、併せて、ＥＧＲガス量を所定量増量するＥＧＲ増量制御が実行される。これにより、燃料噴射量変更制御における燃料の変更量を抑制することができる。ここで、ＥＧＲガスの増量の作用・効果について図７に基づいて説明する。

図７に、インバランス率ＩＢに対する回転変動量（例えばΔω）の２通りの変化が概念的に線Ｌ１、Ｌ２で示される。ただし、線Ｌ１は図５に表された特性線ａの一部に相当するのに対して、線Ｌ２は線Ｌ１の場合に比べてＥＧＲガスの量を所定量多くした場合の変化を示す。

線Ｌ１と線Ｌ２との関係から明らかなように、ＥＧＲ増量制御と燃料噴射量変更制御とを組み合わせて実行することで、インバランス率ＩＢの変化量または変化割合に対する回転変動量の変化量または変化割合を高めることができる。例えば、インバランス率ＩＢがＩＢａである状態からアクティブ対象気筒の燃料噴射量を矢印ｍで示すように強制的に増量したとき、そのときの線Ｌ１上の回転変動量よりも線Ｌ２上のものの方が大きい。同様に、インバランス率ＩＢがＩＢｂである状態からアクティブ対象気筒の燃料噴射量を矢印ｎで示すように同量強制的に増量したとき、線Ｌ１上の回転変動量よりも線Ｌ２上のものの方が大きい。加えて、インバランス率の変化に対する回転変動量の変化幅も、線Ｌ１における場合よりも線Ｌ２における場合の方が大きい。なお、このような関係および傾向は、図に示さないが、インバランス率がマイナスの方向でも同様である。よって、燃料噴射量変更制御のうち特に燃料噴射量増量制御における燃料の増量量を減らして抑制しつつ、ＥＧＲ増量制御を行うことで、気筒間空然比ばらつき異常がある場合に大きな回転変動量を得ることが可能になる。

燃料噴射量増量制御と共にＥＧＲ増量制御が実行されることで、燃料噴射量変更制御における燃料噴射量の増量量は例えば上記したインバランス率で約４０％相当の燃料量から減らされ得、その４分の３、２分の１などにされることができる。また、同様に、燃料噴射量減量制御と共にＥＧＲ増量制御が実行されることで、燃料噴射量変更制御における燃料噴射量の減量量は例えば上記したインバランス率で約１０％相当の燃料量から減らされ得、その４分の３、２分の１などにされることができる。したがって、気筒間空然比ばらつき異常の検出のためのそのような制御による排気空燃比の変化は抑制され、排気エミッションの悪化を抑制することができる。なお、ただ単に、上記増減量での燃料噴射量変更制御にＥＧＲ増量制御を組み合わせることを本発明は許容する。

以下に、本第１実施形態における、気筒間空然比ばらつき異常を検出する制御つまり当該実施形態における空燃比診断用制御を、図８のフローチャートにしたがって説明する。

まず、エンジン１が始動されると、ステップＳ８０１では、所定の運転状態か否かが判定される。この判定は、ＥＣＵ１００により実行され、上記したように検出されるエンジン回転速度およびエンジン負荷に基づいて実行される。例えば、エンジン始動後の所定の運転状態であるとき、ステップＳ８０１で肯定判定される。具体的には、エンジン冷却水温が所定温度（例えば７０℃）以上であること、負荷が所定範囲内にあること（例えば吸入空気量が所定吸入空気量範囲（例えば１５〜５０ｇ／ｓ）にあること）、エンジン回転速度が所定エンジン回転速度域（例えば１５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ）にあることの全てを満たす運転状態のとき、ステップＳ８０１で肯定判定される。

このような運転状態のとき、通常は、上記したように触媒コンバータ１８で排気浄化をより好適に行うために、排気空燃比がストイキに追従するように空燃比フィードバック制御が実行されている。したがって、ステップＳ８０１の判定は、排気空燃比を所定の目標空燃比に追従させるように空燃比制御を実行しているか否かの判定に相当し、特にここでは所定の目標空燃比はストイキである。しかし、所定の目標空燃比は、ストイキ以外とされることもできる。なお、本発明は、そのような空燃比制御が行われていることを、気筒間空燃比ばらつき異常の検出を実行するための条件に含めることができるが、含めなくてもよい。

ステップＳ８０１でエンジン１が所定の運転状態にあるので肯定判定されると、ステップＳ８０３で燃料噴射量変更制御およびＥＧＲ増量制御が同時期に重ねて所定期間実行されて、それに伴うデータ、特に出力検出手段としてのクランク角センサ２５の出力信号に基づくデータが記録される。なお、所定期間は、１サイクル以上の期間である。

燃料噴射量変更制御は上記したように様々な設定にしたがって実行され得、本実施形態では図６に表されているのと同様に全８気筒において同時期に実行される。そしてここでの燃料噴射量変更制御では、燃料噴射量増量制御が実行される前またはその後に、燃料噴射量減量制御が実行され、リッチ異常およびリーン異常の両方の有無を判定するためのデータが取得される。ただし、燃料噴射量変更制御では、通常時燃料噴射量に対して所定量の燃料の増量または所定量の燃料の減量が行われる。なお、所定量に関しては上記したとおりである。

また、ＥＧＲ増量制御は、燃料噴射量変更制御が実行される所定の対象気筒に対してのみ行われるとよい。ここでは、上記のように、全８気筒に対して同時期に燃料噴射量変更制御が実行されるので、全８気筒のそれぞれにおいてＥＧＲ増量制御が実行される。ただし、本実施形態のＥＧＲ増量制御では、通常時ＥＧＲガス量に対して所定量のＥＧＲガスを増やすように吸気弁の開弁特性および排気弁の開弁特性のいずれか一方または両方が制御される。例えば、それら開弁特性のうちバルブタイミングが制御される。つまり、本実施形態では、内部ＥＧＲガスの量を制御することで所定の対象気筒でＥＧＲガス量が増やされる。しかし、ＥＧＲ弁２４の開度が通常時ＥＧＲガス量に対応する開度からさらに所定量開き側に制御されることで、ＥＧＲガス量が増やされてもよい。なお、ＥＧＲ増量制御で増やされるＥＧＲガスの変更量と、燃料噴射量変更制御で増減される燃料の変更量とは、関係付けられている。

そして、次のステップＳ８０５で、エンジン１の出力変動を表す値つまり出力変動量として回転変動量が算出される。ここではそのような出力変動量として、各気筒の回転変動量が算出される。なお、ここでは、各気筒の回転変動量として角速度差Δωが既に説明したように算出される。

そして、ステップＳ８０７で、ステップＳ８０５で算出された角速度差Δωが所定値未満であるか否かが判定される。これはステップＳ８０５で算出された回転変動量が所定量を超えている（所定の回転変動量よりも大きい）か否かの判定に相当する。この判定はステップＳ８０５で算出された角速度差Δωの各々に対して実行され、それらのうちの少なくとも１つでも所定値未満であるとき、ステップＳ８０７で肯定判定される。なお、所定値は、予め実験等に基づいて定められていて、好ましくは、ＥＧＲ増量制御で増やされるＥＧＲガスの変更量および燃料噴射量変更制御で増減される燃料の変更量と関係付けられる。また、ステップＳ８０７での判定は算出された全Δωに対して実行されて、異常判定のみならず、異常気筒の特定までもが実施されてもよい。

ステップＳ８０７で角速度差Δωが所定値未満であるとして肯定判定されると、ステップＳ８０９で、気筒間空然比ばらつき異常があると判定されたことに対応するように異常フラグがＯＮにされて、当該フローは終了する。これにより、運転席のフロントパネル等に設けられ得る、図示しない警告ランプが点灯され、運転者または整備者などに気筒間空然比ばらつき異常があることが伝えられる。なお、異常フラグは初期状態ではＯＦＦにされている。他方、ステップＳ８０７で否定判定されると、当該フローは終了する。これは、気筒間空然比ばらつき異常がないとして正常判定されたことを意味する。

以上述べたように、所定の対象気筒に対して燃料噴射量変更制御が実行され、それに加えて、そのとき、同所定の対象気筒に対してＥＧＲ増量制御が実行される。そして、これらが実施されたときの出力変動に基づいて気筒間空然比ばらつき異常の有無が判定される。したがって、燃料の消費を抑制しつつ、気筒間空然比ばらつき異常を適切に検出することができる。

なお、ここでは、エンジン１の始動後、それが停止するまでの間に、たった一度のみ、図８にしたがって説明された気筒間空然比ばらつき異常の検出制御が実行される。しかし、適宜の時期に、この制御が実行されてもよい。例えば、エンジン１の運転時間またはエンジン１を搭載した車両の走行距離が所定値になったときに、当該制御が実行されることができる。

なお、気筒間空然比ばらつき異常を検出するために、上記実施形態では、燃料噴射量変更制御とＥＧＲ増量制御とが所定の対象気筒に対して実施された。これらは、所定の対象気筒の燃焼状態を所定の程度変更することをもたらす。燃焼状態を変更させるために、例えば、点火時期が併せて変更されてもよい。これは、例えば、ＥＣＵ１００の点火遅角制御手段の機能を担う部分が、通常時の点火時期（通常時点火時期）を所定角度遅角させる点火遅角制御を実行することで達成されることができる。

次に本発明に係る第２実施形態が説明される。第２実施形態が適用されたエンジンの構成は、概ね第１実施形態が適用されたエンジン１の構成と同じであるので、以下では、第２実施形態が適用されたエンジンの構成要素の説明は省略される。なお、第２実施形態にも、第１実施形態における上記種々の変形などが同様に適用され得る。

以下に、図９のフローチャートにしたがって本発明の第２実施形態における空燃比診断用制御を説明する。ただし、これは、気筒間空然比ばらつき異常を検出するために、所定の運転状態において、燃料噴射量変更制御が実行されずに、ＥＧＲ増量制御が所定の対象気筒に対して実行される、制御の一例である。なお、図９のステップＳ９０１、Ｓ９０５〜Ｓ９０９は、それぞれ、図８の上記ステップＳ８０１、Ｓ８０５〜Ｓ８０９に概ね対応するので、以下ではこれらの説明は実質的に省略される。

まず、エンジン１が始動されて、ステップＳ９０１でエンジン１が所定の運転状態にあるので肯定判定されると、ステップＳ９０３で、ＥＧＲ増量制御が所定の対象気筒に対して所定期間実行されて、それに伴うデータ、特に出力検出手段としてのクランク角センサ２５の出力信号に基づくデータが記録される。このときのＥＧＲ増量制御でのＥＧＲガスの変更量は、気筒間空然比ばらつき異常があるときにＥＧＲ増量制御のみに基づいて検出可能な出力変動が生じるように、予め実験に基づいて定められている。

そして、ステップＳ９０３の後、ステップＳ９０５でのΔωの算出、ステップＳ９０７での算出されたΔωと所定値との比較判定などが実行される。

次に本発明に係る第３実施形態が説明される。第３実施形態が適用されたエンジンの構成は、概ね第１実施形態が適用されたエンジン１の構成に相当するので、以下では、第３実施形態が適用されたエンジンの構成要素の説明は省略される。なお、第３実施形態にも、第１実施形態における上記種々の変形などが同様に適用され得る。ただし、以下に説明される第３実施形態の制御は、上記第１および第２実施形態の制御と並列に、エンジン制御に組み込まれてもよい。

上記第１および第２実施形態では、アクティブにまたは強制的に所定の対象気筒のＥＧＲガス量を所定量増やしたが、所定の対象気筒のＥＧＲガス量を所定量増やすことに相当する量以上、当該対象気筒のＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量よりも多くなっているとき、その所定の対象気筒に関する出力変動に基づいて気筒間空然比ばらつき異常が検出されてもよい。本実施形態のエンジンでは、低負荷運転をしているときよりも高負荷運転をしているときにＥＧＲガス量を多くするようなＥＧＲ制御が実行される。特に、このＥＧＲ制御は外部ＥＧＲガス量を制御するものである。それ故、踏み込まれていたアクセルペダルがある程度以上急に戻されると、各気筒でＥＧＲガスが入れすぎの状態になる。つまり、目標ＥＧＲガス量よりも実際のＥＧＲガス量が多い状態になる。このようなときに気筒間空然比ばらつき異常の検出が実行される。なお、ＥＧＲガス量が所定量以上多い（運転）状態は、そのようなときに限定されず、他のときであってもよく、エンジン毎の特性による。

以下に、図１０のフローチャートにしたがって本発明の第３実施形態における空燃比診断用制御を説明する。なお、図１０のステップＳ１００５〜Ｓ１００９は、それぞれ、図８の上記ステップＳ８０５〜Ｓ８０９に概ね対応するので、以下ではこれらの説明は実質的に省略される。

まず、エンジン１が始動されて、ステップＳ１００１で、ＥＧＲガス量が所定量以上多い状態か否かが判定される。この判定は、ＥＣＵ１００のＥＧＲ量判定手段の機能を担う部分によって行われ、具体的には、ここではアクセル開度センサ２６の出力信号に基づいて検出されるアクセル開度に基づいて実行される。例えば、アクセル開度が所定量以上急に小さくなったとき目標ＥＧＲガス量が所定量以上小さくなり、このようなとき目標ＥＧＲガス量よりも所定量以上多いＥＧＲガスが導入されている。アクセル開度が急減したのでＥＧＲガス量が所定量多い状態であると判定されると、ステップＳ１００３で、燃料噴射量変更制御が所定の対象気筒に対して所定期間実行されて、それに伴うデータ、特に出力検出手段としてのクランク角センサ２５の出力信号に基づくデータが記録される。この所定期間は、ＥＧＲガスが所定量以上多い期間として予め実験に基づいて定められるとよく、例えば１サイクルの期間として定められる。ここでは、所定の対象気筒は全気筒である。しかし、所定の対象気筒が全気筒でない場合、全気筒に対してステップＳ１００１、１００３が実行されるように、それらステップは繰り返され得る。

そして、ステップＳ１００３の後、ステップＳ１００５でのΔωの算出、ステップＳ１００７での算出されたΔωと所定値との比較判定などが実行される。

なお、ステップＳ１００３が、燃料噴射量変更制御を実行しない、単なる所定期間のデータの記録に置き換えられて、こうして取得されるデータに基づいてステップＳ１００５以下が実行されてもよい。あるいは、ステップＳ１００３で燃料噴射量変更制御に加えて、あるいはその代わりに所定の対象気筒に対して上記点火遅角制御が実行されてもよい。

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。例えば上記実施形態では、回転変動量として角速度差Δωが採用されたが、回転時間差ΔＴなどの上記した値を含む種々の値が回転変動量として用いられてもよい。そして、上記ステップＳ８０５、Ｓ９０５および／またはＳ１００５で算出される値は回転変動量に限定されず、エンジンの出力変動を表す（反映する）値であり得、例えば、筒内圧検出手段としての筒内圧センサからの出力信号に基づいて検出される筒内圧に基づく値であってもよい。あるいは、それらステップで算出される値は気筒ごとの値でなくてもよい。例えば、１つまたは複数回のサイクルでのエンジン回転速度またはクランクシャフトの回転時間Ｔの最大値と最小値との差がエンジンの出力変動を表す値として算出されてもよい。

また、本発明は、種々の形式の２つ以上の気筒を有する多気筒エンジンに適用され得、ポート噴射形式のエンジンのみならず、筒内噴射形式のエンジン、ガスを燃料として用いるエンジンなどにも適用され得る。

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。

１ 内燃機関（エンジン）
２ インジェクタ
１１ エアフローメータ
１２ スロットルバルブ
１３ 点火プラグ
１８ 上流触媒コンバータ
２０ 触媒前センサ
２２ ＥＧＲシステム
２４ ＥＧＲ弁
２５ クランク角センサ
２６ アクセル開度センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (4)

1. 所定の対象気筒のＥＧＲガス量を強制的に所定量多くするＥＧＲ増量制御を実行するＥＧＲ増量制御手段と、
   前記ＥＧＲ増量制御が実行されたときの前記所定の対象気筒に関する出力変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と
   を備えた、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. 前記所定の対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量変更する燃料噴射量変更制御を実行する燃料噴射量変更制御手段をさらに備え、
   前記検出手段は、前記所定の対象気筒に対して前記燃料噴射量変更制御と前記ＥＧＲ増量制御とが一緒に実行されたときの前記所定の対象気筒に関する出力変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する、請求項１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。
3. ＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量よりも所定量以上多くなっているか否かを判定するＥＧＲ量判定手段と、
   該ＥＧＲ量判定手段によりＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量よりも前記所定量以上多くなっていると判定されたとき、そのときの出力変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と
   を備えた、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ＥＧＲ量判定手段によりＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量よりも前記所定量以上多くなっていると判定されたとき、所定の対象気筒の燃料噴射量を強制的に所定量変更する燃料噴射量変更制御を実行する燃料噴射量変更制御手段をさらに備え、
   前記検出手段は、前記所定の対象気筒に対して前記燃料噴射量変更制御が実行されたときの前記所定の対象気筒に関する出力変動に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する、請求項３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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