Система диагностики для двигателя внутреннего сгорания

Система диагностики для двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к системе диагностики для двигателя внутреннего сгорания, а более конкретно, к системе диагностики для двигателя внутреннего сгорания, которая является подходящей для устройства, определяющего дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами или определяющего отношение воздух/топливо цилиндра в многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] За последние годы, публикация заявки на японский патент № 2013-142302 (JP 2013-142302 А) раскрывает систему диагностики для двигателя внутреннего сгорания, которая определяет отношение воздух/топливо или дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами с использованием датчика давления в цилиндрах. В системе диагностики согласно предшествующему уровню техники объем впрыскиваемого топлива целевого цилиндра изменяется таким образом, что скорость сгорания достигает пикового значения. Информация относительно отношения воздух/топливо целевого цилиндра вычисляется на основе изменения объема впрыскиваемого топлива от начала изменения объема впрыскиваемого топлива до достижения пикового значения скорости сгорания.

Сущность изобретения

[0003] Например, количество выделяемого тепла или скорость сгорания в цилиндре вследствие сгорания может вычисляться как параметр сгорания, коррелированный с отношением воздух/топливо газа в цилиндре, с использованием выходного значения датчика давления в цилиндрах. Как количество выделяемого тепла, так и скорость сгорания имеют высокую чувствительность к отношению воздух/топливо в области, в которой отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо. Тем не менее, в области, в которой отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, чувствительность количества выделяемого тепла или скорости сгорания к отношению воздух/топливо является низкой, затруднительно точно указать отношение воздух/топливо из количества выделяемого тепла или скорости сгорания и затруднительно получать информацию отношения воздух/топливо на таком уровне, который используется для определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами.

[0004] Изобретение предоставляет систему диагностики для двигателя внутреннего сгорания, которая может вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами или вычислять значение показателя отношения воздух/топливо с использованием датчика давления в цилиндрах даже в области, в которой отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо.

[0005] Согласно первому аспекту изобретения предусмотрена система диагностики для двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя многочисленные цилиндры, выполненная с возможностью оценивать разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами в оцениваемой целевой группе цилиндров, включающей в себя по меньшей мере некоторые цилиндры из многочисленных цилиндров. Система диагностики включает в себя датчики давления в цилиндрах и электронный блок управления (ЭБУ). Датчики давления в цилиндрах выполнены с возможностью определять внутрицилиндровое давление в каждом цилиндре оцениваемой целевой группы цилиндров. ЭБУ выполнен с возможностью: (a) определять, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью, в котором отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, или цилиндром с бедной смесью, в котором отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо; (b) оценивать степень бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо в по меньшей мере одном цилиндре из имеющихся цилиндров с бедной смесью, когда в оцениваемой целевой группе цилиндров имеются цилиндры с бедной смесью; (c) вычислять показатель политропы в такте расширения для каждого цилиндра из оцениваемой целевой группы цилиндров на основе внутрицилиндрового давления, определенного датчиками давления в цилиндрах; (d) коррелировать информацию о соотношении для задания соотношения между показателем политропы в такте расширения и значением показателя отношения воздух/топливо с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, который является цилиндром с бедной смесью, степень бедности отношения воздух/топливо которого оценивается на основе показателя политропы в такте расширения и степени бедности опорного цилиндра с бедной смесью; и (e) вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами на основе показателя политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, информации о соотношении, коррелированной с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, и показателя политропы в такте расширения цилиндра, отличного от опорного цилиндра с бедной смесью в оцениваемой целевой группе цилиндров.

[0006] Согласно первому аспекту, определяется, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью, а показатель политропы в такте расширения вычисляется с использованием датчика давления в цилиндрах. Когда имеется цилиндр с бедной смесью, задается опорный цилиндр с бедной смесью, в котором оценивается степень бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо. Имеется корреляция между показателем политропы в такте расширения и значением показателя отношения воздух/топливо. Согласно изобретению, информация о соотношении для задания корреляции коррелируется с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью на основе показателя политропы в такте расширения и степени бедности опорного цилиндра с бедной смесью. Соответственно, можно вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами таким образом, чтобы включать цилиндры с богатой смесью на основе показателя политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, информации о соотношении, коррелированной, как описано выше, с показателем политропы в такте расширения цилиндра, отличного от опорного цилиндра с бедной смесью в оцениваемой целевой группе цилиндров. В этом аспекте ЭБУ может быть выполнен с возможностью вычислять количество выделяемого тепла или скорость сгорания в опорном цилиндре с бедной смесью с использованием внутрицилиндрового давления, определенного датчиком давления в цилиндрах, и оценивать то, что степень бедности отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью выше, по мере того, как вычисленное количество выделяемого тепла становится меньшим или становится ниже вычисленная скорость сгорания. В этом случае, можно точно оценивать степень бедности отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью с использованием внутрицилиндрового давления, определенного датчиком давления в цилиндрах.

[0007] Согласно второму аспекту изобретения, предусмотрена система диагностики для двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя многочисленные цилиндры, выполненная с возможностью оценивать разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами в оцениваемой целевой группе цилиндров, включающей в себя по меньшей мере некоторые цилиндры из множества цилиндров. Система диагностики включает в себя датчики давления в цилиндрах и электронный блок управления (ЭБУ). Датчики давления в цилиндрах выполнены с возможностью определять внутрицилиндровое давление в каждом из цилиндров в оцениваемой целевой группе цилиндров. ЭБУ выполнен с возможностью: (f) определять, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью, в котором отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо; (g) вычислять показатель политропы в такте расширения для каждого цилиндра из оцениваемой целевой группы цилиндров на основе внутрицилиндрового давления, определенного датчиками давления в цилиндрах; и (h) вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами на основе показателя политропы в такте расширения каждого цилиндра из оцениваемой целевой группы цилиндров, когда все цилиндры из оцениваемой целевой группы цилиндров представляют собой цилиндры с богатой смесью.

[0008] Согласно второму аспекту, определяется, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью, а показатель политропы в такте расширения вычисляется с использованием датчика давления в цилиндрах. В области, в которой отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, такое линейное соотношение, что показатель политропы примерно линейно увеличивается по мере того, как значение показателя отношения воздух/топливо становится ниже теоретического отношения воздух/топливо, имеется между показателем политропы в такте расширения и значением показателя отношения воздух/топливо. Соответственно, когда все цилиндры из оцениваемой целевой группы цилиндров представляют собой цилиндры с богатой смесью, можно вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами на основе показателя политропы в такте расширения каждого цилиндра из оцениваемой целевой группы цилиндров.

[0009] В первом или втором аспекте ЭБУ может определять то, что отношение воздух/топливо является несбалансированным между цилиндрами, когда вычисленная ЭБУ разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами больше заданного порогового значения.

[0010] Согласно этому аспекту, можно определять дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами с тем, чтобы включать цилиндры с богатой смесью, с использованием датчика давления в цилиндрах при оценке вычисленных разностей в отношении воздух/топливо между цилиндрами.

[0011] Согласно третьему аспекту изобретения, предусмотрена система диагностики для двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя множество цилиндров, выполненная с возможностью оценивать отношение воздух/топливо в оцениваемой целевой группе цилиндров, включающей в себя по меньшей мере некоторые цилиндры из множества цилиндров. Система диагностики включает в себя датчики давления в цилиндрах и электронный блок управления (ЭБУ). Датчики давления в цилиндрах выполнены с возможностью определять внутрицилиндровое давление в каждом из цилиндров в оцениваемой целевой группе цилиндров. ЭБУ выполнен с возможностью: (i) определять, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью, в котором отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, или цилиндром с бедной смесью, в котором отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо; (j) вычислять значение показателя отношения воздух/топливо в имеющимся цилиндре с бедной смесью, когда в оцениваемой целевой группе цилиндров имеется цилиндр с бедной смесью; (k) вычислять показатель политропы в такте расширения для каждого цилиндра из оцениваемой целевой группы цилиндров на основе внутрицилиндрового давления, определенного датчиками давления в цилиндрах; (l) коррелировать информацию о соотношении для задания соотношения между показателем политропы в такте расширения и значением показателя отношения воздух/топливо с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, который является цилиндром с бедной смесью, значение показателя отношения воздух/топливо которого вычисляется на основе показателя политропы в такте расширения и значения показателя отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью; и (m) вычислять значение показателя отношения воздух/топливо цилиндра, отличного от опорного цилиндра с бедной смесью, на основе информации о соотношении, коррелированном с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, и показателя политропы в такте расширения цилиндра, отличного от опорного цилиндра с бедной смесью в оцениваемой целевой группе цилиндров.

[0012] Согласно третьему аспекту, определяется, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью, а показатель политропы в такте расширения вычисляется с использованием датчика давления в цилиндрах. Когда имеется цилиндр с бедной смесью, задается опорный цилиндр с бедной смесью, в котором вычисляется значение показателя смеси воздух/топливо. Имеется корреляция между показателем политропы в такте расширения и значением показателя отношения воздух/топливо. Согласно изобретению, информация о соотношении для задания корреляции коррелируется с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью на основе показателя политропы в такте расширения и значения показателя смеси воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью. Соответственно, можно вычислять значение показателя смеси воздух/топливо с тем, чтобы включать цилиндры с богатой смесью, на основе показателя политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, информации о соотношении, коррелированной, как описано выше, с показателем политропы в такте расширения цилиндра, отличного от опорного цилиндра с бедной смесью в оцениваемой целевой группе цилиндров.

[0013] В первом-третьем аспектах ЭБУ может быть выполнен с возможностью вычислять показатель политропы в такте расширения с использованием внутрицилиндровых давлений в двух или более точках в такте расширения после конечной точки сгорания и до момента открытия выпускного клапана и внутренних объемов цилиндров в двух или более точках в такте расширения.

[0014] Согласно этому аспекту, можно надлежащим образом вычислять показатель политропы в такте расширения.

Краткое описание чертежей

[0015] Ниже описываются признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные позиции обозначают аналогичные элементы, и на которых:

Фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей конфигурацию системы двигателя внутреннего сгорания согласно варианту 1 осуществления изобретения;

Фиг. 2 является схемой, иллюстрирующей соотношение между показателем адиабаты (k) сжигаемого газа и отношением воздух/топливо (A/F), которое наблюдается в варианте 1 осуществления изобретения;

Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей соотношение между показателем адиабаты и температурой газа;

Фиг. 4 является P-V-схемой в логарифмическом масштабе по обеим осям в такте сжатия и такте расширения двигателя внутреннего сгорания;

Фиг. 5 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процесс управления, который выполняется в варианте 1 осуществления изобретения;

Фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей конкретный пример способа определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами в варианте 1 осуществления изобретения;

Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей способ определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами в варианте 2 осуществления изобретения;

Фиг. 8 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процесс управления, который выполняется в варианте 2 осуществления изобретения;

Фиг. 9 является схемой, иллюстрирующей способ определения отношения воздух/топливо каждого цилиндра в варианте 3 осуществления изобретения;

Фиг. 10 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процесс управления, который выполняется в варианте 3 осуществления изобретения; и

Фиг. 11 является схемой, иллюстрирующей соотношение между скоростью сгорания и отношением воздух/топливо.

Подробное описание вариантов осуществления

[0016] Фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей конфигурацию системы двигателя 10 внутреннего сгорания согласно варианту 1 осуществления изобретения. Система, проиллюстрированная на фиг. 1, включает в себя многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания. Здесь двигатель 10 внутреннего сгорания предположительно представляет собой рядный четырехцилиндровый бензиновый двигатель с искровым зажиганием. Поршень 12 располагается в каждом цилиндре двигателя 10 внутреннего сгорания. Камера 14 сгорания формируется на верхней стороне поршня 12 в каждом цилиндре. Камера 14 сгорания сообщается с каналом 16 для всасываемого воздуха и каналом 18 для выхлопных газов.

[0017] Впускной порт канала 16 для всасываемого воздуха снабжен впускным клапаном 20, открывающим и закрывающим впускной порт, а выпускной порт канала 18 для выхлопных газов снабжен выпускным клапаном 22, открывающим и закрывающим выпускной порт. Канал 16 для всасываемого воздуха снабжен дроссельным клапаном 24 с электронным управлением.

[0018] Каждый цилиндр двигателя 10 внутреннего сгорания снабжен блоком зажигания, включающим в себя клапан 26 впрыска топлива, непосредственно впрыскивающий топливо в камеру 14 сгорания (цилиндр), и свечу 28 зажигания, зажигающую смесь воздух/топливо. Каждый цилиндр снабжен датчиком 30 давления в цилиндрах, определяющим внутрицилиндровое давление. В канале 18 для выхлопных газов, в позиции после объединения выхлопного газа из соответствующего цилиндра с общим потоком располагается датчик 32 отношения воздух/топливо, определяющий отношение воздух/топливо выхлопного газа. Канал 18 для выхлопных газов ниже по потоку от датчика 32 отношения воздух/топливо снабжен в качестве катализатора очистки выхлопных газов трехкомпонентным катализатором 34 для очистки выхлопного газа.

[0019] Система согласно этому варианту осуществления включает в себя электронный блок 40 управления (ЭБУ). Входная часть ЭБУ 40 соединяется с различными датчиками для получения рабочего режима двигателя 10 внутреннего сгорания, такими как датчик 42 угла поворота коленчатого вала для получения угла поворота коленчатого вала и частоты вращения двигателя, расходомер 44 воздуха для измерения объема всасываемого воздуха и датчик 46 угла поворота кулачка выпускного клапана для определения угла поворота распределительного вала выпускного клапана (не проиллюстрирован) для приведения в действие выпускного клапана 22, в дополнение к датчику 30 давления в цилиндрах. Моменты открытия и закрытия выпускного клапана 22, которые регулируются механизмом регулирования момента срабатывания выпускного клапана (не проиллюстрирован), задающего изменяемые моменты открытия и закрытия выпускного клапана 22, могут определяться с использованием датчика 46 угла поворота кулачка выпускного клапана. Выходная часть ЭБУ 40 соединяется с различными актуаторами (исполнительными элементами) для управления работой двигателя 10 внутреннего сгорания, такими как дроссельный клапан 24, клапан 26 впрыска топлива и блок зажигания. ЭБУ 40 имеет функцию аналого-цифрового преобразования выходного сигнала датчика 30 давления в цилиндрах синхронно с углом поворота коленчатого вала и получения результирующего сигнала. Соответственно, можно определять внутрицилиндровое давление в произвольный момент изменения угла поворота коленчатого вала в пределах диапазона, допустимого разрешением аналого-цифрового преобразования. ЭБУ 40 имеет функцию вычисления значения внутреннего объема цилиндра, которое определяется в зависимости от позиции угла поворота коленчатого вала, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. ЭБУ 40 выполняет заданное управление двигателем, такое как управление впрыском топлива и управление зажиганием, посредством приведения в действие различных исполнительных элементов на основе выходных сигналов датчиков и заданной программы. В качестве такого управления двигателем ЭБУ 40 выполняет управление отношением воздух/топливо с обратной связью для регулирования объема впрыскиваемого топлива каждого цилиндра таким образом, что отношение воздух/топливо выхлопного газа (т.е. выхлопного газа после объединения выхлопного газа из цилиндров в общий поток), втекающего в трехкомпонентный катализатор 34, достигает теоретического отношения воздух/топливо, когда заданное состояние, такое как состояние, в котором активируются датчик 32 отношения воздух/топливо и трехкомпонентный катализатор 34, в то время, когда работает двигатель 10 внутреннего сгорания.

[0020] Фиг. 2 является схемой, иллюстрирующей соотношение между показателем адиабаты (k) сжигаемого газа и отношением воздух/топливо (A/F), которая наблюдается в варианте 1 осуществления изобретения. Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей соотношение между показателем адиабаты и температурой газа. Фиг. 3 иллюстрирует горючий газ и воздух в теоретическом отношении воздух/топливо (коэффициент избытка воздуха λ=1), когда в качестве топлива используется углеводород (C_nH_2n), имеющий тенденцию, идентичную тенденции бензина, а не бензин в качестве топлива двигателя 10 внутреннего сгорания.

[0021] Как проиллюстрировано на фиг. 2, показатель адиабаты сжигаемого газа в цилиндре (т.е. газа в цилиндрах в такте расширения после конечной точки сгорания) имеет такую характеристику, что показатель адиабаты является наименьшим при теоретическом отношении воздух/топливо и становится выше по мере того, как отношение воздух/топливо в цилиндре становится выше или ниже по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо. Имеются два фактора для получения такой характеристики следующим образом.

[0022] Первая причина заключается в составе газа. Когда углеводородное топливо, такое как бензин, сгорает, образуются CO₂, H₂O, CO, H₂ и т.п. Эти продукты представляют собой двухатомные молекулы или трехатомные молекулы. Показатель адиабаты двухатомных молекул составляет приблизительно 1,4 при 0°C, а показатель адиабаты трехатомных молекул варьируется в диапазоне приблизительно 1,3-1,33 при 0°C. Иными словами, показатель адиабаты трехатомных молекул ниже показателя адиабаты двухатомных молекул. Соответственно, чем больше становится доля трехатомных молекул в сжигаемом газе, тем ниже становится показатель адиабаты. Наоборот, чем больше становится доля двухатомных молекул, тем выше становится показатель адиабаты. При теоретическом отношении воздух/топливо, поскольку топливо и кислород реагируют друг с другом в надлежащих количествах при сгорании, доля CO₂ и H₂O, которые представляют собой трехатомные молекулы, является наибольшей, и в силу этого показатель адиабаты является наименьшим. Наоборот, при меньшем отношении воздух/топливо, чем теоретическое отношение воздух/топливо, доля CO и H₂, которые представляют собой двухатомные молекулы, больше доли CO и H₂ при теоретическом отношении воздух/топливо по мере того, как отношение воздух/топливо становится ниже. С другой стороны, при отношении воздух/топливо, превышающем теоретическое отношение воздух/топливо, доля O₂, который представляет собой двухатомную молекулу, больше доли O₂ при теоретическом отношении воздух/топливо по мере того, как отношение воздух/топливо становится ниже. Соответственно, чем выше или ниже становится отношение воздух/топливо по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо, тем выше становится показатель адиабаты. Как результат, с учетом значения, соответствующего влиянию состава газа, показатель адиабаты сжигаемого газа является наименьшим при теоретическом отношении воздух/топливо и становится выше по мере того, как отношение воздух/топливо становится выше или ниже по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо, как указано тонкой линией на фиг. 2.

[0023] Вторая причина заключается в температуре газа. Когда предполагается, что объем воздуха является идентичным, отношение количества горючего газа (= сумме объема воздуха и объема топлива, которые способствуют сгоранию) к количеству выделяемого тепла топлива является наименьшим при теоретическом отношении воздух/топливо и становится выше по мере того, как отношение воздух/топливо становится выше или ниже по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо. Соответственно, чем выше или ниже становится отношение воздух/топливо по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо, тем ниже становится температура сжигаемого газа. Этот аспект будет описан более конкретно. Когда отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, количество выделяемого тепла изменяется не сильно относительно количества выделяемого тепла при теоретическом отношении воздух/топливо, но количество горючего газа увеличивается вследствие увеличения объема топлива. С другой стороны, когда отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо, снижение количества выделяемого тепла вследствие снижения объема топлива имеет большее влияние на температуру газа, чем снижение количества горючего газа вследствие снижения объема топлива. Как проиллюстрировано на фиг. 3, чем ниже становится температура газа, тем выше становится показатель адиабаты. Соответственно, поскольку значение, соответствующее влиянию температуры газа, суммируется со значением, соответствующим влиянию состава газа, более явно получается такая характеристика, что вышеуказанное отношение является наименьшим при теоретическом отношении воздух/топливо и становится выше по мере того, как отношение воздух/топливо становится выше или ниже по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо, как указано сплошной линией на фиг. 2.

[0024] Когда показатель адиабаты сжигаемого газа может вычисляться с использованием выходного значения датчика 30 давления в цилиндрах, можно получать отношение воздух/топливо с использованием соотношения, проиллюстрированного на фиг. 2. Тем не менее, поскольку фактический сжигаемый газ не является идеальным газом, и возникают потери при охлаждении, ход расширения не является адиабатическим процессом, и также может возникать утечка при компрессии в цилиндре. Соответственно, затруднительно оценивать показатель адиабаты сжигаемого газа с использованием выходного значения датчика 30 давления в цилиндрах. С другой стороны, такт расширения может обрабатываться в качестве политропного варьирования с учетом обмена теплом с внешней стороной.

[0025] Фиг. 4 является P-V-схемой в логарифмическом масштабе по обеим осям в тактах сжатия и тактах расширения двигателя 10 внутреннего сгорания. В политропном варьировании такта расширения, можно считать, что соотношение (PV^m=константа) устанавливается при задании показателя политропы как m. Как проиллюстрировано на фиг. 4, соотношение между внутрицилиндровым давлением P и внутренним объемом V цилиндров в такте расширения выражается прямой линией с наклоном m на графике в логарифмическом масштабе по обеим осям. В такте расширения после того, как завершается период сгорания (здесь после конечной точки сгорания и до момента открытия выпускного клапана 22), показатель m политропы имеет значение (более конкретно, значение, очень близкое к показателю адиабаты сжигаемого газа из параметров сгорания, которые могут вычисляться с использованием датчика 30 давления в цилиндрах), соответствующее показателю адиабаты сжигаемого газа, действующего на фактической машине.

[0026] Показатель m политропы в такте расширения может вычисляться с использованием выражения (2) при использовании выражения отношения и внутрицилиндрового давления P и внутреннего объема V цилиндров в двух точках (соответствующих точке A и точке B на фиг. 4) в такте расширения после конечной точки сгорания и до момента открытия выпускного клапана 22 и с учетом того, что показатели m политропы в двух точках являются постоянными. Показатель m политропы не ограничен вычислением с использованием только двух точек в такте расширения после конечной точки сгорания и до момента открытия выпускного клапана 22, а может вычисляться с использованием статистического процесса с использованием внутрицилиндрового давления P и внутреннего объема V цилиндров в двух или более точках в такте расширения.

[0027] Поскольку показатель m политропы в такте расширения после того, как завершается период сгорания, является значением, близким к показателю адиабаты сжигаемого газа, соотношение, идентичное соотношению между показателем адиабаты и отношением воздух/топливо, которое описывается выше со ссылкой на фиг. 2, устанавливается между показателем m политропы и отношением воздух/топливо (см. фиг. 6). Поскольку показатель m политропы может вычисляться в фактической машине с использованием выходного сигнала датчика 30 давления в цилиндрах и выражения (1), отношение воздух/топливо может получаться из соотношения между показателем m политропы и отношением воздух/топливо. Тем не менее, показатель адиабаты или показатель m политропы не определяется равномерно относительно отношения воздух/топливо. Это обусловлено тем, что на показатель m политропы оказывает влияние температура газа в цилиндре, варьирующаяся в зависимости от рабочего состояния (такого как нагрузка на двигатель, частота вращения двигателя и температура охлаждающей жидкости).

[0028] Следовательно, в этом варианте осуществления карта, в которой информация о соотношении (V-образная кривая, проиллюстрированная на фиг. 6, которая упоминается в качестве "m-AF-кривой") для задания соотношения между показателем m политропы и отношением воздух/топливо коррелируется с рабочим режимом, сохраняется в ЭБУ 40. Соответственно, то, как варьируется показатель m политропы (т.е. форма m-AF-кривой) наряду с варьированием отношения воздух/топливо, может пониматься независимо от рабочего состояния. Тем не менее, даже когда форма m-AF-кривой получается из карты, затруднительно получать такую точность, чтобы указывать значение показателя m политропы и значение отношения воздух/топливо в качестве абсолютных значений с использованием m-AF-кривой. Иными словами, в состоянии, в котором позиция в вертикальном направлении m-AF-кривой на фиг. 6 точно указывается, затруднительно получать m-AF-кривую из карты вследствие влияния температуры газа и т.п.

[0029] Следовательно, в этом варианте осуществления для каждого цилиндра определяется, является ли цилиндр цилиндром с богатой смесью, в котором отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, или цилиндром с бедной смесью, в котором отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо, на основе количества Q выделяемого тепла (более конкретно, максимального количества Qmax выделяемого тепла) каждого цилиндра. Когда имеется цилиндр с бедной смесью, степень бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо в соответствующем цилиндре с бедной смесью оценивается на основе разности в максимальном количестве Qmax выделяемого цилиндрами тепла. Показатель m политропы в такте расширения после конечной точки сгорания и до того, как открывается выпускной клапан 22, вычисляется для каждого цилиндра. Затем на основе показателя m политропы в такте расширения и степени бедности опорного цилиндра с бедной смесью, который является цилиндром с бедной смесью, в котором оценивается степень бедности отношения воздух/топливо, выполняется процесс корреляции m-AF-кривой на основе рабочего режима с показателем m политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью. Разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами вычисляется на основе m-AF-кривой, коррелированной с показателем m политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью и показателем m политропы в такте расширения каждого цилиндра. На основе вычисленной разности, определяется то, является или нет несбалансированным отношение воздух/топливо на уровне, который должен определяться.

[0030] Фиг. 5 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процесс управления, который выполняется посредством ЭБУ 40, с тем, чтобы реализовывать способ определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами в варианте 1 осуществления изобретения. Этот процесс управления начинается, когда устанавливается заданное состояние, в котором определяется дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами. Предполагается, что состояние фактически устанавливается в нормальном режиме работы, в котором отношение воздух/топливо выхлопного газа, втекающего в трехкомпонентный катализатор 34 (т.е. отношение воздух/топливо выхлопного газа после объединения выхлопного газа из всех цилиндров в общий поток), при управлении с обратной связью отношением воздух/топливо, управляется таким образом, чтобы представлять собой теоретическое отношение воздух/топливо. Когда неравномерность отношения воздух/топливо на уровне, имеющем влияние на процесс определения, не распознается, или большое варьирование объема всасываемого воздуха не распознается, этот способ определения может осуществляться, даже когда двигатель 10 внутреннего сгорания не находится в строго нормальном состоянии.

[0031] В процессе управления, проиллюстрированном на фиг. 5, ЭБУ 40 сначала сохраняет данные (предысторию) внутрицилиндрового давления синхронно с углом поворота коленчатого вала в одном цикле каждого цилиндра (всех цилиндров) в последовательных циклах с использованием значения определения датчика 30 давления в цилиндрах (CPS) (этап 100).

[0032] Затем ЭБУ 40 вычисляет максимальное количество Qmax выделяемого тепла каждого цилиндра с использованием сохраненной предыстории внутрицилиндрового давления (этап 102). Поскольку количество Q выделяемого тепла с внутрицилиндровым давлением P и внутренним объемом V цилиндров при угле поворота коленчатого вала может вычисляться с использованием выражения (2), максимальное количество Qmax выделяемого тепла может вычисляться как максимальные значения вычисленного количества Q выделяемого тепла. Конечное время периода вычисления данных количества Q выделяемого тепла синхронно с углом поворота коленчатого вала является моментом открытия выпускного клапана 22, который определяется с использованием датчика 46 угла поворота кулачка выпускного клапана.

В выражении (2), P₀ и V₀ представляют внутрицилиндровое давление и внутренний объем цилиндров в начальной точке θ₀ вычисления (заданный угол поворота коленчатого вала в такте сжатия (здесь после того, как впускной клапан 20 закрывается), которая определяется с допустимым запасом из предполагаемой начальной точки сгорания).

[0033] Затем ЭБУ 40 определяет, является ли каждый цилиндр двигателя 10 внутреннего сгорания цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью на основе значения максимального количества Qmax выделяемого тепла каждого цилиндра (этап 104). Здесь фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей конкретный пример способа определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами в варианте 1 осуществления изобретения, и процессы после этапа 104 описываются в отношении конкретного примера, проиллюстрированного на фиг. 6. Более конкретно, фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей соотношение между показателем m политропы и отношением воздух/топливо в идентичном рабочем состоянии в качестве соотношения между вычисленным значением максимального количества Qmax выделяемого тепла и отношением воздух/топливо.

[0034] Дисбаланс отношения воздух/топливо не ограничен случаем, в котором только отношение воздух/топливо одного цилиндра отклонено от отношений воздух/топливо других цилиндров. Тем не менее, примеры случая, который фактически предполагается во время выполнения управления с обратной связью отношением воздух/топливо, включают в себя случай, в котором отношение воздух/топливо одного цилиндра значительно отклонено от отношений воздух/топливо других трех цилиндров с богатой смесью в бедную сторону, и случай, в котором отношение воздух/топливо одного цилиндра значительно отклонено от других трех цилиндров с бедной смесью в богатую сторону, как проиллюстрировано на фиг. 6. Более конкретно, ситуация, в которой целевое отношение воздух/топливо отношения воздух/топливо вых