JP5256233B2 - 内燃機関の回転変動異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の回転変動異常検出装置に関する。

一般に、内燃機関の運転中では、燃焼行程（膨張行程）が周期的に現れる。具体的には、例えば４気筒・４サイクル内燃機関では、燃焼行程が１８０°クランク角毎に現れる。このことに起因して、内燃機関の出力軸（クランク軸）の回転速度は、燃焼行程に対応する期間では「山」となりその他の行程に対応する期間では「谷」となるように周期的に略均一に変動する。このように燃焼行程が周期的に現れることに起因する回転速度変動は、いわば正常な変動であるので、以下、この変動を「通常変動」とも呼ぶ。また、内燃機関の出力軸の回転速度を単に「回転速度」と呼ぶこともある。

回転速度は、種々の原因により、通常変動に比して過度に不均一に変動し得る。例えば、多気筒内燃機関において、ある特定の気筒の燃料噴射弁の特性が「指示された燃料噴射量よりも小さい量の燃料を噴射する特性」となり、その他の気筒の燃料噴射弁の特性が「指示された燃料噴射量と等しい量の燃料を噴射する特性」となる場合を想定する。この特定の気筒を「（リーン）インバランス気筒」と呼び、その他の気筒を「正常気筒」と呼ぶ。また、この状態を「リーンインバランス状態」とも呼ぶ。

この場合、リーンインバランス気筒の燃焼エネルギーが他の正常気筒の燃焼エネルギーに比して小さくなり得る。換言すれば、リーンインバランス気筒の燃焼行程に対応する期間の「山」が他の正常気筒の燃焼行程に対応する期間の「山」に比して小さくなり得る。この結果、不均一な回転速度変動が発生し得る。そして、リーンインバランス状態の程度が大きいと（リーンインバランス気筒の燃料噴射量の不足量が大きいと）、過度に不均一な回転速度変動が発生し得る。

なお、ある特定の気筒の燃料噴射弁の特性が「指示された燃料噴射量よりも大きい量の燃料を噴射する特性」となる場合（この特定の気筒を「（リッチ）インバランス気筒」と呼び、この状態を「リッチインバランス状態」と呼ぶ。）も、通常変動に比して不均一な回転速度変動が発生し得る。しかしながら、リッチインバランス状態では、リーンインバランス状態に比して、過度に不均一な回転速度変動が発生し難い。これは、リッチインバランス状態では、インバランス気筒の燃焼エネルギーが他の正常気筒の燃焼エネルギーに比して変化する程度がリーンインバランス状態に比して小さいことに基づく。以上、過度のリーンインバランス状態では、過度に不均一な回転速度変動が発生し易い。

また、過度に不均一な回転速度変動は、リーンインバランス状態の他にも、内燃機関の出力軸と変速機（自動変速機）の入力軸との間に介装されて内燃機関から変速機に伝達されるトルクの脈動を抑制する機能を発揮する所謂トーショナルダンパに何らかの異常が生じた場合にも発生し得る。或いは、過度に不均一な回転速度変動は、ある特定の気筒で失火が発生している場合等にも発生し得る。

このように車両システムに何らかの異常が発生したことにより過度に不均一な回転速度変動が生じた場合、対策を講じる必要がある。このため、車両システムの異常に起因して過度に不均一な回転速度変動が生じているとの「異常」を検出する必要がある。従って、内燃機関の運転中において取得された回転速度変動の不均一の程度を表わすパラメータ（以下、「変動パラメータ」と呼ぶ。）の値に基づいて、回転速度の変動の不均一の程度が異常であるか否かの判定結果を示す信号を出力する装置が広く知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００４−３４６８０７号公報

車両走行中（且つ、車両の変速機が車両走行用の変速段（ニュートラル以外の変速段）に設定されている場合）においては、車両の駆動輪からの外乱に起因して回転速度変動が発生し得る。悪路走行時等においてこの傾向は顕著となる。以下、このように、内燃機関の運転中において、駆動輪からの外乱に起因して回転速度が変動する状態を「外乱変動状態」と呼ぶ。一方、車両停止中（変速機が車両走行用の変速段に設定されていてもニュートラルに設定されていてもかまわない）においては、駆動輪は停止している。従って、車両の駆動輪からの外乱に起因して回転速度変動が発生し得ない。以下、このように、内燃機関の運転中において、駆動輪からの外乱に起因して回転速度が変動しない状態を「非外乱変動状態」と呼ぶ。

外乱変動状態では、駆動輪からの外乱に起因して不均一な回転速度変動が発生し得る。従って、外乱変動状態において上記変動パラメータを取得すると、車両システムに異常が発生していないにもかかわらず、過度に不均一な回転速度変動が生じているとの「異常」（回転速度変動の異常）が検出される可能性がある。従って、上記変動パラメータは、回転速度変動が駆動輪からの外乱に影響されない非外乱変動状態（好ましくは、車両停止中のアイドリング状態等）において取得されることが好ましい。

ところで、近年、低燃費化等を達成するため、車両停止中では所定条件下にて内燃機関の運転を停止する機能（所謂アイドルストップ機能）を備えた車両が開発されてきている。このアイドルストップ機能は、内燃機関のみを動力源とする車両のみならず、内燃機関と電気モータとを動力源とする車両（所謂ハイブリッド車両）においても備えられ得る。

アイドルストップ機能を備えた車両では、車両停止中において内燃機関の運転が継続される状態（即ち、非外乱変動状態）が得られる機会が極めて少ない。換言すれば、上記変動パラメータが非外乱変動状態において取得される場合において、回転速度変動の異常が発生しているか否かを判定する機会が極めて少ないという問題があった。

本発明は、係る問題に対処するためになされたものであり、その目的は、車両停止中において所定条件下にて内燃機関の運転が停止される車両に適用される内燃機関の回転変動異常検出装置において、車両システムの異常に起因する回転速度変動の異常の発生の有無を判定する機会を十分に確保でき、且つ、その回転速度変動の異常を精度良く検出することができるものを提供することにある。

本発明に係る回転変動異常検出装置は、パラメータ取得手段と、自動停止手段と、信号出力手段とを備える。以下、これらの手段について順に説明する。

パラメータ取得手段は、車両の動力源としての内燃機関の出力軸の回転速度の変動の不均一の程度を表わす変動パラメータの値を取得する。前記変動パラメータとしては、例えば、「クランク角が第１特定角度（例えば、圧縮上死点、ＴＤＣ）から第２特定角度（例えば、ＡＴＤＣ３０°）まで進行するのに要する時間」についての気筒間の差、単位燃焼サイクル期間内において発生する回転速度の複数の極大値又は極小値における最大と最小との差、「特定のクランク角（例えば、圧縮上死点、ＴＤＣ）における回転速度の時間についての微分値（単位時間あたりの変化量）に相当する値、或いは、二階微分値（単位時間あたりの変化量の変化量）に相当する値」についての気筒間の差、等が挙げられる。単位燃焼サイクル期間とは、総ての気筒において各１回の燃焼行程が終了するのに要する期間であり、例えば、多気筒４サイクル機関ではクランク角が７２０°進行する期間である。前記変動パラメータは、回転速度変動の不均一の程度が大きいほど大きくなる値である。従って、前記変動パラメータは、例えば、リーンインバランス状態の程度が大きいほど（リーンインバランス気筒の燃料噴射量の不足量が大きいほど）大きくなる。

自動停止手段は、前記車両が停止中であることを含む所定の運転停止条件の成立に基づいて前記内燃機関の運転を停止する。即ち、この装置は、上述したアイドルストップ機能を備えた車両やハイブリッド車両等に適用される。

信号出力手段は、前記内燃機関の運転中において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が異常であるか否かの判定結果を示す信号を出力する。

本発明に係る回転変動異常検出装置の特徴は、以下の点にある。即ち、前記信号出力手段は、「外乱変動状態」において取得された前記変動パラメータの値が第１所定値未満のとき、「外乱変動状態」において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記判定結果を示す信号を出力する。また、前記信号出力手段は、「外乱変動状態」において取得された前記変動パラメータの値が前記第１所定値以上のとき、「外乱変動状態」に代えて「非外乱変動状態」において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記判定結果を示す信号を出力する。

上記構成は、以下の知見に基づく。即ち、「非外乱変動状態」において取得される変動パラメータの値は、車両システムの異常に起因する回転速度変動の不均一の程度を精度良く表し得る。一方、「外乱変動状態」において取得される変動パラメータの値は、「非外乱変動状態」において取得される変動パラメータの値に比して、駆動輪からの外乱に起因して大きくなったり小さくなったりし得る（なお、通常は、大きくなると考えられる）。即ち、「外乱変動状態」において取得される変動パラメータの値が、車両システムの異常に起因する回転速度変動の不均一の程度を精度良く表し得ない場合が発生し得る。

しかしながら、「外乱変動状態」において取得された変動パラメータの値が十分に小さい値となる場合、駆動輪からの外乱による影響（より具体的には、駆動輪からの外乱により変動パラメータがより小さくなり得ること）を考慮してもなお、この変動パラメータの値に基づいて「車両システムの異常に起因する回転速度変動の異常」が発生していないと精度良く判定することができる。

一方、「外乱変動状態」において取得された変動パラメータの値が十分に小さい値とはならない場合、駆動輪からの外乱による影響（より具体的には、駆動輪からの外乱により変動パラメータがより大きく或いは小さくなり得ること）を考慮すると、この変動パラメータの値に基づいて「車両システムの異常に起因する回転速度変動の異常」の発生の有無を精度良く判定することは困難である。従って、この場合、「外乱変動状態」に代えて「非外乱変動状態」において取得される変動パラメータの値に基づいて「車両システムの異常に起因する回転速度変動の異常」の発生の有無が精度良く判定される。

上記構成によれば、「非外乱変動状態」が確保され難い車両において、「外乱変動状態」においても「車両システムの異常に起因する回転速度変動の異常」の発生の有無を精度良く判定する機会が確保され得る。従って、「車両システムの異常に起因する回転速度変動の異常」の発生の有無を判定する機会を十分に確保でき、且つ、その回転速度変動の異常を精度良く検出することができる。

ここで、「外乱変動状態」、及び「非外乱変動状態」について付言する。「外乱変動状態」とは、例えば、前記内燃機関の運転中であり、前記車両が走行中であり、且つ、前記内燃機関の出力軸と前記駆動輪との間の動力伝達系統に介装された変速機が前記出力軸と前記駆動輪との間の動力伝達系統を確立する「動力伝達状態」にある状態を指す。

一方、「非外乱変動状態」とは、例えば、前記内燃機関の運転中であり、且つ、前記車両が停止中である状態を指す。この場合、前記変速機は、前記「動力伝達状態」にあっても、前記出力軸と前記駆動輪との間の動力伝達系統を遮断する「非動力伝達状態」にあってもよい。この場合において、前記車両が停止中において前記運転停止条件が成立しているとき、内燃機関の運転の停止を禁止して内燃機関の運転を継続させることにより、「非外乱変動状態」が確保され得る。

また、「非外乱変動状態」とは、例えば、前記内燃機関の運転中であり、且つ、前記変速機が前記「非動力伝達状態」にある状態を指す。この場合、車両は、停止中であることが望ましいが、変速機が「非動力伝達状態」にある場合において駆動輪からの外乱に起因して回転速度が変動し得ない動力伝達系統を有する車両の場合に限り、車両が走行中であってもよい。

上記回転変動異常検出装置は、より具体的には以下のように構成され得る。
（１）前記外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が前記第１所定値未満であることに基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が正常であることを示す信号が出力される。これは、上述したように、「外乱変動状態」において取得された変動パラメータの値が十分に小さい値となる場合、駆動輪からの外乱による影響（より具体的には、駆動輪からの外乱により変動パラメータがより小さくなり得ること）を考慮してもなお、この変動パラメータの値に基づいて「車両システムの異常に起因する回転速度変動の異常」が発生していないと精度良く判定され得る、ことに基づく。

（２）前記外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が前記第１所定値よりも大きい第２所定値以上であることに基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が異常であることを示す信号が出力される。これは、「外乱変動状態」において取得された変動パラメータの値が十分に大きい値となる場合、駆動輪からの外乱による影響（より具体的には、駆動輪からの外乱により変動パラメータがより大きくなり得ること）を考慮してもなお、この変動パラメータの値に基づいて「車両システムの異常に起因する回転速度変動の異常」が発生していると精度良く判定され得る、ことに基づく。

（３）前記外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が前記第１所定値以上且つ前記第２所定値未満の場合、前記非外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が第３所定値未満であることに基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が正常であることを示す信号が出力され、且つ、前記非外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が前記第３所定値以上であることに基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が異常であることを示す信号が出力される。これにより、「外乱変動状態」において取得された変動パラメータの値に基づいて「車両システムの異常に起因する回転速度変動の異常」の発生の有無を精度良く判定することが困難である場合において、「外乱変動状態」に代えて「非外乱変動状態」において取得される変動パラメータの値に基づいて「車両システムの異常に起因する回転速度変動の異常」の発生の有無が精度良く判定される。

以上、本発明に係る回転変動異常検出装置では、上記（３）の場合が発生する。換言すれば、本発明に係る回転変動異常検出装置は、以下のように記述することができる。即ち、「外乱変動状態」において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記判定結果を示す信号が出力され得、且つ、「非外乱変動状態」において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記判定結果を示す信号が出力され得る。そして、前記内燃機関がリーンインバランス状態にあるとき、「外乱変動状態」では前記判定結果を示す信号が出力されないが「非外乱変動状態」では前記判定結果を示す信号が出力される場合が存在する。

本発明の実施形態に係る内燃機関の回転変動異常検出装置を搭載した車両の駆動系統を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の回転変動異常検出装置を内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。 図２に示したＣＰＵが実行する、外乱変動状態において取得された回転変動値に基づいて回転速度変動の異常を検出するルーチンを示したフローチャートである。 図２に示したＣＰＵが参照する、エンジン回転速度と異常検出用の閾値との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 図２に示したＣＰＵが参照する、筒内吸入空気量相当値と異常検出用の閾値との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 図２に示したＣＰＵが実行する、非外乱変動状態において取得された回転変動値に基づいて回転速度変動の異常を検出するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例に係る内燃機関の回転変動異常検出装置のＣＰＵが実行する、図６に示したルーチンに対応するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例に係る内燃機関の回転変動異常検出装置のＣＰＵが実行する、図３に示したルーチンに対応するルーチンを示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る内燃機関の回転変動異常検出装置（以下、「本装置」とも呼ぶ。）について図面を参照しつつ説明する。図１に太い実線で示すように、本装置が適用される車両では、動力源としての内燃機関Ｅ／Ｇの出力軸の駆動トルクは、自動変速機Ａ／Ｔ、ディファレンシャルＤ／Ｆを介して駆動輪（図１に示す例では、左右後輪）に伝達される。

この自動変速機Ａ／Ｔは、周知の構成の１つを備えている。自動変速機Ａ／Ｔは、例えば、車両走行用の複数の変速段（Ｄレンジ）と、ニュートラル段（Ｎレンジ）とを備える。「Ｄレンジ」は、内燃機関Ｅ／Ｇの出力軸と駆動輪との間の動力伝達系統が確立される「動力伝達状態」に対応し、「Ｎレンジ」は、内燃機関Ｅ／Ｇの出力軸と駆動輪との間の動力伝達系統が遮断される「非動力伝達状態」に対応する。

また、本装置が適用される車両は、車両停止中において所定条件下にて内燃機関Ｅ／Ｇの運転を停止する機能（アイドルストップ機能）を備えた車両である。この車両は、内燃機関Ｅ／Ｇのみを動力源として備えた車両であっても、内燃機関Ｅ／Ｇと電気モータＭ／Ｇとを動力源として備えた車両（所謂ハイブリッド車両）であってもよい。

図２は、本装置をガソリン４サイクル火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関Ｅ／Ｇに適用したシステムの概略構成を示している。なお、図２は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。

この内燃機関Ｅ／Ｇは、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角及び吸気弁３２の最大リフト量を連続的に変更する可変動弁機構３３、可変動弁機構装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び、吸気弁３２よりも上流の吸気ポート３１にて燃料を噴射する燃料噴射弁３９を備えている。

吸気系統４０は、各気筒の吸気ポート３１とそれぞれ接続されたインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、及び吸気管４１内にあって吸気開口面積を可変とするスロットルバルブ４３、スロットルバルブ４３のアクチュエータ４３ａを備えている。吸気ポート３１、及び吸気管４１は、吸気通路を構成している。

排気系統５０は、各気筒の排気ポート３４とそれぞれ接続されたエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された触媒５３（三元触媒）、触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された触媒５４（三元触媒）を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、上流側空燃比センサ６６、下流側空燃比センサ６７、アクセル開度センサ６８、信号出力部ＳＯ、及び電気制御装置７０を備えている。

エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Ｇａに応じた信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６２は、スロットルバルブ４３の開度を検出し、スロットルバルブ開度を表す信号を出力するようになっている。

カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度ＮＥを表す。水温センサ６５は、内燃機関１Ｅ／Ｇの冷却水の温度を検出し、冷却水温を表す信号を出力するようになっている。

上流側空燃比センサ６６は、各気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路において触媒５３よりも上流に配設されている。以下、集合排気通路内を通過する排ガスを「混合排ガス」と称呼する。混合排ガスは、各気筒から排出された排ガスが混合されて得られる排ガスである。上流側空燃比センサ６６は、所謂「限界電流式酸素濃度センサ」である。上流側空気量センサ６６は、触媒５３に流入する混合排ガスの空燃比を検出し、検出した空燃比（検出空燃比）に応じた信号を出力するようになっている。

下流側空燃比センサ６７は、集合排気通路において触媒５３よりも下流側に配設されている。下流側空燃比センサ６７は、所謂「濃淡電池型の酸素センサ」である。下流側空気量センサ６７は、触媒５３から流出する混合排ガスの空燃比を検出し、検出した空燃比（検出空燃比）に応じた信号を出力するようになっている。アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するプログラム、テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。

インターフェース７５は、前記センサ６１〜６８と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ７１の指示に応じて可変動弁機構３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、燃料噴射弁３９、スロットルバルブアクチュエータ４３ａ、及び信号出力部ＳＯに信号を送出するようになっている。

信号出力部ＳＯは、後述するように、リーンインバランス状態について「正常」又は「異常」を示す信号を電気制御装置７０から受け取り、その信号が示す情報を外部に出力するようになっている。

（混合排ガスの空燃比フィードバック制御）
本装置は、触媒５３から流出する混合排ガスの空燃比が目標空燃比（＝理論空燃比）となるように内燃機関に供給される混合気の空燃比（従って、触媒５３に流入する混合排ガスの空燃比、以下、単に「空燃比」とも称呼する。）を制御する。

具体的には、本装置では、触媒５３の下流に配設された下流側空燃比センサ６７の出力値と理論空燃比に相当する目標空燃比相当目標値との偏差についてＰＩＤ処理してフィードバック補正値（サブフィードバック補正量）が求められる。このサブフィードバック補正量により上流側空燃比センサ６６の出力値を補正して得られる値に基づいて、空燃比がフィードバック制御される。

（リーンインバランス状態についての「正常」又は「異常」の判定）
混合排ガスの空燃比が上記空燃比フィードバック制御により理論空燃比に一致している場合において、「リーンインバランス状態」（背景技術の欄を参照）が発生すると、「リーンインバランス気筒」（背景技術の欄を参照）の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなり、「正常気筒」（背景技術の欄を参照）の空燃比が理論空燃比よりもリッチとなる。

従って、リーンインバランス気筒からの排ガス中には窒素酸化物（ＮＯｘ）が多くなり、正常気筒からの排ガス中には未燃物（ＨＣ，ＣＯ）が多くなる。リーンインバランス状態の程度が大きいほど（リーンインバランス気筒の燃料噴射量の不足量が大きいほど）、リーンインバランス気筒の空燃比のリーン度合い、及び、正常気筒の空燃比のリッチ度合いが大きくなるので、窒素酸化物及び未燃物の排出量が多くなる。

本明細書では、窒素酸化物及び未燃物の排出量が規定値を超えるような過度のリーンインバランス状態を、リーンインバランス状態について「異常」と呼び、窒素酸化物及び未燃物の排出量が規定値を超えないような軽度のリーンインバランス状態、又は、リーンインバランス状態が発生していない状態を、リーンインバランス状態について「正常」と呼ぶ。

リーンインバランス状態について「異常」な状態が発生した場合、対策を講じる必要がある。このため、リーンインバランス状態について「異常」が発生しているか否かを判定する必要がある。ここで、背景技術の欄で述べたように、リーンインバランス状態が発生すると、エンジン回転速度ＮＥに不均一な変動が発生し得る。加えて、リーンインバランス状態の程度が大きいほど、回転速度変動の不均一の程度が大きくなる。

そこで、本装置では、エンジン回転速度ＮＥの変動の不均一の程度を表す回転変動値が導入され、この回転変動値に基づいてリーンインバランス状態について「異常」が発生しているか否かが判定される。加えて、本装置では、駆動輪からの外乱に起因してエンジン回転速度ＮＥが変動する（影響を受ける）「外乱変動状態」においても、駆動輪からの外乱に起因してエンジン回転速度ＮＥが変動しない（影響を受けない）「非外乱変動状態」においても、回転変動値に基づいてリーンインバランス状態について「異常」が発生しているか否かが判定される。

以下、本装置による上述した判定処理について、図３、及び図６に示すルーチンを参照しながら詳細に説明していく。図３に示すルーチンは、「外乱変動状態」における判定処理に関わり、図６に示すルーチンは、「非外乱変動状態」における判定処理に関わる。

図３に示したルーチンは、ＣＰＵ７１により所定時間（例えば、８ミリ秒）の経過毎に繰り返し実行される。先ず、ステップ３０５では、車両が「外乱変動状態」にあるか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合、本ルーチンが直ちに終了する。本例では、「外乱変動状態」とは、内燃機関Ｅ／Ｇが運転中であり、車両が走行中であり、且つ、変速機Ａ／Ｔが「Ｄレンジ」にある状態を指す。ここで、「車両が走行中」とは、図１に示す車輪速度センサＶｆｒ，Ｖｆｌ，Ｖｒｒ，Ｖｒｌ等に基づいて得られる車体速度が「０」よりも大きい状態を指す。

「外乱変動状態」の場合（ステップ３０５にて「Ｙｅｓ」）、ステップ３１０にて、判定条件が成立しているか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合、本ルーチンが直ちに終了する。この判定条件は、「外乱変動状態」において、例えば、内燃機関Ｅ／Ｇが完全暖機状態にあり、内燃機関Ｅ／Ｇが定常運転状態にあり、前回の判定処理の完了から所定時間が経過している場合に成立する。定常運転状態とは、例えば、エンジン回転速度ＮＥ及び吸入空気量相当値ＫＬが一定の状態を指す。吸入空気量相当値ＫＬは、一吸気行程で筒内に吸入される空気量に相当する値であり、エアフローメータ６１から得られる吸入空気流量Ｇａ、並びに、上述した各種センサから得られる情報に基づいて算出され得る。

判定条件が成立している場合（ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」）、ステップ３１５にて、「外乱変動状態」において回転変動値が取得される。回転変動値としては、例えば、「クランク角が圧縮上死点から所定角度（３０°等）だけ進行するのに要する時間」についての気筒間の差に基づく値、「圧縮上死点におけるエンジン回転速度ＮＥの時間についての微分値に相当する値」についての気筒間の差に基づく値、等が取得される。回転変動値は、エンジン回転速度ＮＥの変動の不均一の程度が大きいほど大きくなる。即ち、回転変動値は、リーンインバランス状態の程度が大きいほど（リーンインバランス気筒の燃料噴射量の不足量が大きいほど）大きくなる。

ステップ３２０では、回転変動値が閾値Ｌ１未満か否かが判定される。例えば、回転変動値が、「クランク角が圧縮上死点から所定角度だけ進行するのに要する時間」についての気筒間の差に基づく値である場合、図４、図５に示すように、閾値Ｌ１は、エンジン回転速度ＮＥが大きいほどより小さい値に設定され、吸入空気量相当値ＫＬが大きいほどより大きい値に設定される。これは、回転変動値が、エンジン回転速度ＮＥが大きいほど小さくなり、吸入空気量相当値ＫＬが大きいほど大きくなることに基づく。

ステップ３２０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合（回転変動値＜Ｌ１）、ステップ３２５にて、リーンインバランス状態について「正常」であることを示す「正常信号」が信号出力部ＳＯに向けて出力される。一方、ステップ３２０にて「Ｎｏ」と判定される場合、ステップ３３０にて、回転変動値が閾値Ｌ１よりも大きい閾値Ｌ２以上か否かが判定される。閾値Ｌ２も、閾値Ｌ１の場合と同じ理由により、エンジン回転速度ＮＥが大きいほどより小さい値に設定され得、吸入空気量相当値ＫＬが大きいほどより大きい値に設定され得る（図４、図５を参照）。

ステップ３３０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合（回転変動値≧Ｌ２）、ステップ３３５にて、リーンインバランス状態について「異常」であることを示す「異常信号」が信号出力部ＳＯに向けて出力される。一方、ステップ３３０にて「Ｎｏ」と判定される場合（Ｌ１≦回転変動値＜Ｌ２）、フラグが「ＯＦＦ」状態から「ＯＮ」状態に変更される。ここで、後述するように、フラグが「ＯＦＦ」状態であることは「非外乱変動状態」にて判定処理がなされない場合に対応し、フラグが「ＯＮ」状態であることは「非外乱変動状態」にて判定処理がなされる場合に対応する。

図６に示したルーチンは、ＣＰＵ７１により図３に示したルーチンに続いて繰り返し実行される。先ず、ステップ６０５では、フラグが「ＯＮ」状態であるか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合、本ルーチンが直ちに終了する。

フラグが「ＯＮ」状態の場合（ステップ６０５にて「Ｙｅｓ」と判定）、ステップ６１０にて、車両が「非外乱変動状態Ａ」にあるか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合、本ルーチンが直ちに終了する。本例では、「非外乱変動状態Ａ」とは、内燃機関Ｅ／Ｇが運転中であり、車両が停止中である状態を指す。ここで、「車両が停止中」とは、図１に示す車輪速度センサＶｆｒ，Ｖｆｌ，Ｖｒｒ，Ｖｒｌ等に基づいて得られる車体速度が「０」である状態を指す。「非外乱変動状態Ａ」では、変速機Ａ／Ｔが「Ｄレンジ」の状態にあっても「Ｎレンジ」の状態にあってもよい。

ここで、現時点（即ち、車両停止中）において、内燃機関Ｅ／Ｇの運転を停止すべき条件が成立しているときは、内燃機関Ｅ／Ｇの運転の停止が禁止されて内燃機関Ｅ／Ｇの運転が継続される。これにより、「非外乱変動状態Ａ」が確保され得る。

「非外乱変動状態Ａ」の場合（ステップ６１０にて「Ｙｅｓ」）、ステップ６１５にて、判定条件が成立しているか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合、本ルーチンが直ちに終了する。この判定条件は、「非外乱変動状態Ａ」において、上述したステップ３１０と同様、例えば、内燃機関Ｅ／Ｇが完全暖機状態にあり、内燃機関Ｅ／Ｇが定常運転状態にあり、前回の判定処理の完了から所定時間が経過している場合に成立する。

判定条件が成立している場合（ステップ６１５にて「Ｙｅｓ」）、ステップ６２０にて、「非外乱変動状態Ａ」において回転変動値が取得される。回転変動値としては、上述したステップ３１５で取得される値と同じ算出手法により得られる値が取得されても異なる算出手法により得られる値が取得されてもよい。

ステップ６２５では、回転変動値が閾値Ｌ３未満か否かが判定される。閾値Ｌ３も、閾値Ｌ１の場合と同じ理由により、エンジン回転速度ＮＥが大きいほどより小さい値に設定され得、吸入空気量相当値ＫＬが大きいほどより大きい値に設定され得る（図４、図５を参照）。ステップ３１５とステップ６２０にて同じ算出手法により回転変動値が取得される場合においては、内燃機関Ｅ／Ｇが同じ運転状態（エンジン回転速度ＮＥと吸入空気量相当値ＫＬの組み合わせが同じ）では、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２の関係が成立する。

ステップ６２５にて「Ｙｅｓ」と判定される場合（回転変動値＜Ｌ３）、ステップ６３０にて、リーンインバランス状態について「正常」であることを示す「正常信号」が信号出力部ＳＯに向けて出力される。一方、ステップ６２５にて「Ｎｏ」と判定される場合（回転変動値≧Ｌ３）、ステップ６３５にて、リーンインバランス状態について「異常」であることを示す「異常信号」が信号出力部ＳＯに向けて出力される。

以上、説明したように、本装置では、以下の処理がなされる。
（１）「外乱変動状態」において取得された回転変動値がＬ１未満の場合、リーンインバランス状態について「正常」との判定がなされる。即ち、「外乱変動状態」において取得された回転変動値に基づいて今回の判定処理が実行・完了される。
（２）「外乱変動状態」において取得された回転変動値がＬ２以上の場合、リーンインバランス状態について「異常」との判定がなされる。即ち、「外乱変動状態」において取得された回転変動値に基づいて今回の判定処理が実行・完了される。
（３）「外乱変動状態」において取得された回転変動値がＬ１以上Ｌ２未満の場合、その後において、「非外乱変動状態Ａ」において取得された回転変動値がＬ３未満の場合、リーンインバランス状態について「正常」との判定がなされる。「非外乱変動状態Ａ」において取得された回転変動値がＬ３以上の場合、リーンインバランス状態について「異常」との判定がなされる。即ち、「外乱変動状態」において取得された回転変動値に代えて「非外乱変動状態Ａ」において取得された回転変動値に基づいて今回の判定処理が実行・完了される。

以下、このような処理の実行により作用・効果について説明する。「非外乱変動状態Ａ」では、駆動輪からの外乱に起因してエンジン回転速度ＮＥが変動しない（影響を受けない）。従って、「非外乱変動状態Ａ」において取得される回転変動値は、リーンインバランス状態に起因するエンジン回転速度ＮＥの変動の不均一の程度を精度良く表し得る。一方、「外乱変動状態」では、駆動輪からの外乱に起因してエンジン回転速度ＮＥが変動する（影響を受ける）。従って、「外乱変動状態」において取得される回転変動値は、「非外乱変動状態Ａ」において取得される回転変動値に比して、駆動輪からの外乱に起因して大きくなったり小さくなったりし得る（通常は、大きくなると考えられる）。即ち、「外乱変動状態」において取得される回転変動値が、リーンインバランス状態に起因するエンジン回転速度ＮＥの変動の不均一の程度を精度良く表し得ない場合が発生し得る。

従って、回転変動値は、「非外乱変動状態Ａ」において取得されることが好ましい。しかしながら、本装置が適用される車両は、アイドルストップ機能を備えているので、「非外乱変動状態Ａ」（車両停止中、且つ内燃機関運転中）が得られる機会が極めて少ない。従って、本装置では、得られる機会が多い「外乱変動状態」（車両走行中、内燃機関運転中、且つ、変速機がＤレンジ）においても回転変動値が取得される。

そして、上記（１）の処理は、以下の理由に基づく。即ち、「外乱変動状態」において取得された回転変動値が十分に小さい値（即ち、Ｌ１よりも小さい値）となる場合、駆動輪からの外乱による影響（より具体的には、駆動輪からの外乱により回転変動値がより小さくなり得ること）を考慮してもなお、Ｌ１を十分小さい値に適切に設定することで、この回転変動値に基づいてリーンインバランス状態について「正常」であると精度良く判定され得る。

上記（２）の処理は、以下の理由に基づく。即ち、「外乱変動状態」において取得された回転変動値が十分に大きい値（Ｌ２以上の値）となる場合、駆動輪からの外乱による影響（より具体的には、駆動輪からの外乱により回転変動値がより大きくなり得ること）を考慮してもなお、Ｌ２を十分大きい値に適切に設定することで、この回転変動値に基づいてリーンインバランス状態について「異常」であると精度良く判定され得る。

上記（３）の処理は、以下の理由に基づく。即ち、上記（３）の場合、「外乱変動状態」において取得された回転変動値が十分に大きくなく十分に小さくもない。即ち、駆動輪からの外乱による影響を考慮すると、この回転変動値に基づいてリーンインバランス状態について「異常」か「正常」かについて精度良く判定することが困難である。従って、この場合、「外乱変動状態」に代えて「非外乱変動状態Ａ」において取得される回転変動値に基づいて、リーンインバランス状態について「異常」か「正常」かについて精度良く判定される。この際、車両停止中において、アイドルストップ機能が達成される条件下では、内燃機関Ｅ／Ｇの運転の停止が禁止されて内燃機関Ｅ／Ｇの運転が継続される。これにより、「非外乱変動状態Ａ」が確保され得る。

以上、本装置によれば、「非外乱変動状態Ａ」が確保され難いアイドルストップ機能を備えた車両において、「外乱変動状態」においてもリーンインバランス状態についての「異常」の発生の有無を精度良く判定する機会が確保され得る。従って、リーンインバランス状態についての「異常」の発生の有無を判定する機会が十分に確保され得、且つ、その「異常」を精度良く検出することができる。

以下、本装置について付言する。本装置では、上記（３）の場合が発生する。このことを鑑みると、本装置は、以下のように作動するということができる。即ち、「外乱変動状態」において取得された回転変動値に基づいてリーンインバランス状態についての「異常」の発生の有無を示す信号が出力され得る。また、「非外乱変動状態Ａ」において取得された回転変動値に基づいてリーンインバランス状態についての「異常」の発生の有無を示す信号が出力され得る。そして、内燃機関Ｅ／Ｇにおけるリーンインバランス状態の程度（リーンインバランス気筒の燃料噴射量の不足の程度）によっては、「外乱変動状態」ではリーンインバランス状態についての「異常」の発生の有無を示す信号が出力されないが「非外乱変動状態」ではその信号が出力される場合が存在する。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、「非外乱変動状態」として「非外乱変動状態Ａ」（車両停止中、且つ内燃機関運転中）が採用されている。これに対し、図６に対応する図７のステップ７０５に示すように、「非外乱変動状態」として、「非外乱変動状態Ｂ」が採用されてもよい。「非外乱変動状態Ｂ」とは、内燃機関Ｅ／Ｇが運転中であり、且つ、変速機Ａ／Ｔが「Ｎレンジ」の状態を指す。

「非外乱変動状態Ｂ」では、車両は停止中であることが望ましい。しかしながら、変速機Ａ／Ｔが「Ｎレンジ」の状態において駆動輪からの外乱に起因してエンジン回転速度ＮＥが変動し得ない動力伝達系統を有する車両の場合に限り、車両が走行中であってもよい。車両停止中において、アイドルストップ機能が達成される条件下では、内燃機関Ｅ／Ｇの運転の停止が禁止されて内燃機関Ｅ／Ｇの運転が継続される。これにより、「非外乱変動状態Ｂ」が確保され得る。このように、「非外乱変動状態」として「非外乱変動状態Ａ」に代えて「非外乱変動状態Ｂ」が採用されても、上記実施形態と同じ作用・効果が奏される。

また、図３に対応する図８のステップ８０５に示すように、「外乱変動状態」において取得された回転変動値が十分に小さくない場合（Ｌ１以上の場合）、この回転変動値とＬ２とを比較することなく、「外乱変動状態」に代えて「非外乱変動状態」において取得される回転変動値に基づいて、リーンインバランス状態について「異常」か「正常」かについて判定されてもよい。

また、上記実施形態では、回転変動値に基づいてリーンインバランス状態について「異常」が検出されているが、回転変動値に基づいて、内燃機関Ｅ／Ｇの出力軸と変速機Ａ／Ｔの入力軸との間に介装されたトーショナルダンパについての異常が検出されてもよいし、回転変動値に基づいて、特定の気筒での失火の発生が検出されてもよい。

２５…燃焼室、３９…燃料噴射弁、５３…触媒、６１…エアフローメータ、６４…クランクポジションセンサ、６６…上流側空燃比センサ、６７…下流側空燃比センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ

Claims (6)

1. 車両の動力源として前記車両に搭載された内燃機関の出力軸の回転速度の変動の不均一の程度を表わす変動パラメータの値を取得するパラメータ取得手段と、
   前記車両が停止中であることを含む所定の運転停止条件の成立に基づいて前記内燃機関の運転を停止する自動停止手段と、
   前記内燃機関の運転中において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が異常であるか否かの判定結果を示す信号を出力する信号出力手段と、
   を備えた内燃機関の回転変動異常検出装置であって、
   前記信号出力手段は、
   前記内燃機関の出力軸の駆動トルクが伝達される前記車両の駆動輪からの外乱に起因して前記内燃機関の出力軸の回転速度が変動する外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が第１所定値未満のとき、前記外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記判定結果を示す信号を出力し、前記外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が前記第１所定値以上のとき、前記外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値に代えて前記車両の駆動輪からの外乱に起因して前記内燃機関の出力軸の回転速度が変動しない非外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記判定結果を示す信号を出力するように構成された内燃機関の回転変動異常検出装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の回転変動異常検出装置において、
   前記信号出力手段は、
   前記外乱変動状態として、前記内燃機関の運転中であり、前記車両が走行中であり、且つ、前記内燃機関の出力軸と前記駆動輪との間の動力伝達系統に介装された変速機が前記出力軸と前記駆動輪との間の動力伝達系統を確立する動力伝達状態にある状態を使用し、
   前記非外乱変動状態として、前記内燃機関の運転中であり、且つ、前記車両が停止中である状態を使用するように構成された内燃機関の回転変動異常検出装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の回転変動異常検出装置において、
   前記信号出力手段は、
   前記車両が停止中において前記運転停止条件が成立しているとき、前記自動停止手段による前記内燃機関の運転の停止を禁止して前記内燃機関の運転を継続させることにより前記非外乱変動状態を確保するように構成された内燃機関の回転変動異常検出装置。
4. 請求項１に記載の内燃機関の回転変動異常検出装置において、
   前記信号出力手段は、
   前記外乱変動状態として、前記内燃機関の運転中であり、前記車両が走行中であり、且つ、前記内燃機関の出力軸と前記駆動輪との間の動力伝達系統に介装された変速機が前記出力軸と前記駆動輪との間の動力伝達系統を確立する動力伝達状態にある状態を使用し、
   前記非外乱変動状態として、前記内燃機関の運転中であり、且つ、前記変速機が前記出力軸と前記駆動輪との間の動力伝達系統を遮断する非動力伝達状態にある状態を使用するように構成された内燃機関の回転変動異常検出装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の回転変動異常検出装置において、
   前記信号出力手段は、
   前記外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が前記第１所定値未満であることに基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が正常であることを示す信号を出力し、
   前記外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が前記第１所定値よりも大きい第２所定値以上であることに基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が異常であることを示す信号を出力し、
   前記外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が前記第１所定値以上且つ前記第２所定値未満の場合、前記非外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が第３所定値未満であることに基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が正常であることを示す信号を出力し、且つ、前記非外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値が前記第３所定値以上であることに基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が異常であることを示す信号を出力するように構成された内燃機関の回転変動異常検出装置。
6. 車両の動力源として前記車両に搭載された内燃機関の出力軸の回転速度の変動の不均一の程度を表わす変動パラメータの値を取得するパラメータ取得手段と、
   前記車両が停止中であることを含む所定の運転停止条件の成立に基づいて前記内燃機関の運転を停止する自動停止手段と、
   前記内燃機関の運転中において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記回転速度の変動の不均一の程度が異常であるか否かの判定結果を示す信号を出力する信号出力手段と、
   を備えた内燃機関の回転変動異常検出装置であって、
   前記信号出力手段は、
   前記内燃機関の出力軸の駆動トルクが伝達される前記車両の駆動輪からの外乱に起因して前記内燃機関の出力軸の回転速度が変動する外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記判定結果を示す信号を出力し得るように、且つ、前記車両の駆動輪からの外乱に起因して前記内燃機関の出力軸の回転速度が変動しない非外乱変動状態において取得された前記変動パラメータの値に基づいて前記判定結果を示す信号を出力し得るように構成され、
   前記内燃機関が、複数の気筒のうちの一部の気筒の燃料噴射弁の特性が指示された燃料噴射量よりも小さい量の燃料を噴射する特性となるリーンインバランス状態にあるとき、前記外乱変動状態では前記判定結果を示す信号が出力されないが前記非外乱変動状態では前記判定結果を示す信号が出力される場合が存在する、内燃機関の回転変動異常検出装置。

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