(57)【要約】  本発明の一態様によれば、複数気筒を有する内燃機関（１０）の排気通路（３８）に配置された排気浄化装置（４０）よりも上流側の排気通路に設けられた広域空燃比センサ（４２）およびＯ２センサ（５６）と、広域空燃比センサ（４２）からの出力に基づいて排気空燃比をストイキに一致させるように所定期間、空燃比制御を実行する空燃比制御手段と、該空燃比制御が実行されたときのＯ２センサ（５６）からの所定期間の出力に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段とを備える、気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。
2012085989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒を有する内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられた第１空燃比検出手段と、
前記排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路に設けられた第２空燃比検出手段であって前記第１空燃比検出手段の出力特性に比べて所定空燃比領域における空燃比変化に対して出力変動が大きいという出力特性を有する第２空燃比検出手段と、
前記第１空燃比センサからの出力に基づいて排気空燃比を前記所定空燃比領域内の空燃比に一致させるように所定期間、空燃比制御を実行する空燃比制御手段と、
該空燃比制御手段により前記空燃比制御が実行されたときの前記第２空燃比検出手段からの前記所定期間の出力に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と
を備える、気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項２】
前記第１空燃比検出手段は広域空燃比センサにより構成され、前記第２空燃比検出手段はＯ２センサにより構成される、請求項１に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項３】
前記所定期間は、前記複数気筒の全てで連続して１サイクルが生じる期間を含む、請求項１または２に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項４】
前記空燃比制御手段は、前記第１空燃比検出手段からの出力に基づいて排気空燃比を前記所定空燃比領域内の理論空燃比に一致させるように前記所定期間、空燃比制御を実行する、請求項１から３のいずれかに記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項５】
前記異常検出手段は、
前記第２空燃比検出手段からの前記所定期間の出力に基づいて該出力の変化を反映した値を算出する値算出手段と、
該値算出手段により算出された値が所定値を超えているとき気筒間空燃比ばらつき異常があると判定する判定手段と、
を備える、請求項１から４のいずれかに記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項６】
前記空燃比制御手段は、インジェクタによる噴射量の許容誤差の範囲および気筒間空燃比ばらつき異常の検出精度のうちの少なくとも一方に基づいて設定された前記所定空燃比領域内の空燃比に排気空燃比を一致させるように前記空燃比制御を実行する、請求項１、２、３および５のいずれかに記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項７】
前記空燃比制御手段は、前記第１空燃比センサからの出力に基づいて、前記所定空燃比領域内の複数の空燃比の各々に前記所定期間、排気空燃比を一致させるように繰り返し空燃比制御を実行し、
前記異常検出手段は、
該空燃比制御手段により前記空燃比制御が実行されているとき、前記複数の空燃比の各々に対して、前記第２空燃比検出手段からの前記所定期間の出力に基づいて該所定期間の該出力の変化を反映した値を算出する値算出手段と、
該値算出手段により算出された複数の値から最大値を選択する最大値選択手段と、
該最大値選択手段により選択された値が所定値を超えているとき、気筒間ばらつきがあると判定する判定手段と、
を備える、請求項１から３のいずれかに記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項８】
前記最大値選択手段により選択された値に対応する前記空燃比制御手段において目標とされた空燃比に関する基準空燃比からのずれ量が所定ずれ量を超えているとき、前記判定手段の作動を禁止する禁止手段をさらに備える、請求項７に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項９】
前記第２空燃比検出手段に設けられた加熱手段と、
前記空燃比制御手段および前記異常検出手段の作動の前提条件であって前記第２空燃比検出手段の状態が活性状態にあるという活性条件を含む前提条件が満たされているか否かを判定する前提条件判定手段と、
該前提条件判定手段により前記前提条件のうちの前記活性条件のみが不成立であるので前記前提条件が満たされていないと判定されたとき、前記加熱手段を作動させる加熱制御手段と
をさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項１０】
複数気筒を有する内燃機関における気筒間空燃比ばらつき異常検出方法であって、
排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられた第１空燃比検出手段からの出力に基づいて排気空燃比を所定空燃比領域内の空燃比に一致させるように所定期間、空燃比制御を実行するステップと、
前記排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路に設けられた第２空燃比検出手段であって前記第１空燃比検出手段の出力特性に比べて前記所定空燃比領域における空燃比変化に対して出力変動が大きいという出力特性を有する第２空燃比検出手段からの前記空燃比制御が実行されたときの前記所定期間の出力に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出するステップと
を備える、気筒間空燃比ばらつき異常検出方法。
【請求項１１】
前記第１空燃比検出手段は広域空燃比センサにより構成され、前記第２空燃比検出手段はＯ２センサにより構成される、請求項１０に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出方法。
【請求項１２】
前記所定期間は、前記複数気筒の全てで連続して１サイクルが生じる期間を含む、請求項１０または１１に記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出方法。
【請求項１３】
前記異常を検出するステップは、
前記第２空燃比検出手段からの前記所定期間の出力に基づいて該出力の変化を反映した値を算出するステップと、
該値を算出するステップにより算出された値が所定値を超えているとき気筒間空燃比ばらつき異常があると判定するステップと
を備える、請求項１０から１２のいずれかに記載の気筒間空燃比ばらつき異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数気筒を有する内燃機関に適用される気筒間空燃比ばらつき異常検出装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、触媒を利用した排気浄化装置を備える内燃機関では、排気中有害成分の触媒による浄化を高効率で行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、これによって検出された空燃比を所定の目標空燃比に一致させるようフィードバック制御を実施している。【０００３】
一方、複数の気筒を有する内燃機関つまり多気筒内燃機関においては、通常全気筒に対し同一の制御量を用いて空燃比制御を行うため、空燃比制御を実行したとしても実際の空燃比が気筒間でばらつくことがある。このときばらつきの程度が小さければ、空燃比フィードバック制御で吸収可能であり、また触媒でも排気中有害成分を浄化処理可能なので、排気エミッションに影響を与えず、特に問題とならない。しかし、例えば一部の気筒の燃料噴射系が故障したりして、気筒間の空燃比が大きくばらつくと、排気エミッションを悪化させてしまい、問題となる。このような排気エミッションを悪化させる程の大きな空燃比ばらつきは異常として検出するのが望ましい。特に自動車用内燃機関の場合、排気エミッションの悪化した車両の走行を未然に防止するため、気筒間空燃比ばらつき異常を車載状態（オンボード）で検出することが要請されており、最近ではこれを法規制化する動きもある。【０００４】
特許文献１は、気筒間空燃比ばらつき異常を検出することを可能にするシステムを開示する。このシステムでは、空燃比制御として、排気浄化用の触媒よりも上流側に配置された広域空燃比センサによる出力に基づく主空燃比制御と、該触媒よりも下流側に配置されたＯ２センサからの出力に基づく補助空燃比制御とが実行される。そして、気筒間空燃比ばらつきが大きくなるほど補助空燃比制御における制御量が独特の傾向を示すという特性を利用して、その制御量に基づき気筒間空燃比ばらつきに関するパラメータが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０９７４７号公報
【発明の概要】
【０００６】
ところで、内燃機関の中には、Ｖ型エンジンなど、不等間隔で順次爆発行程を繰り返すエンジンがある。このような内燃機関では、センサ付近でのガスの滞留時間が均等でない場合がある。それ故、このようなエンジンでは、気筒間空燃比ばらつき異常がある場合、それを適切に検出することが一般に容易でない。
【０００７】
そこで本発明の一の目的は、複数気筒を有する内燃機関が不等間隔で順次爆発行程を繰り返すエンジンであっても、気筒間空燃比ばらつき異常がある場合、その気筒間空燃比ばらつき異常を適切に検出することにある。
【０００８】
本発明は、実用的でしかも高精度な気筒間空燃比ばらつき異常検出装置および方法を提供する。
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。該装置は、複数気筒を有する内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられた第１空燃比検出手段と、前記排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路に設けられた第２空燃比検出手段であって前記第１空燃比検出手段の出力特性に比べて所定空燃比領域における空燃比変化に対して出力変動が大きいという出力特性を有する第２空燃比検出手段と、前記第１空燃比センサからの出力に基づいて排気空燃比を前記所定空燃比領域内の空燃比に一致させるように所定期間、空燃比制御を実行する空燃比制御手段と、該空燃比制御手段により前記空燃比制御が実行されたときの前記第２空燃比検出手段からの前記所定期間の出力に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段とを備える。
【００１０】
前記第１空燃比検出手段は広域空燃比センサにより構成され、前記第２空燃比検出手段はＯ２センサにより構成されるとよい。
【００１１】
前記所定期間は、前記複数気筒の全てで連続して１サイクルが生じる期間を含むとよい。
【００１２】
前記空燃比制御手段は、前記第１空燃比検出手段からの出力に基づいて排気空燃比を前記所定空燃比領域内の理論空燃比に一致させるように前記所定期間、空燃比制御を実行するとよい。
【００１３】
前記異常検出手段は、前記第２空燃比検出手段からの前記所定期間の出力に基づいて該出力の変化を反映した値を算出する値算出手段と、該値算出手段により算出された値が所定値を超えているとき気筒間空燃比ばらつき異常があると判定する判定手段とを備えるとよい。
【００１４】
前記空燃比制御手段は、インジェクタによる噴射量の許容誤差の範囲および気筒間空燃比ばらつき異常の検出精度のうちの少なくとも一方に基づいて設定された前記所定空燃比領域内の空燃比に排気空燃比を一致させるように前記空燃比制御を実行するとよい。
【００１５】
前記空燃比制御手段は、前記第１空燃比センサからの出力に基づいて、前記所定空燃比領域内の複数の空燃比の各々に前記所定期間、排気空燃比を一致させるように繰り返し空燃比制御を実行し、前記異常検出手段は、該空燃比制御手段により前記空燃比制御が実行されているとき、前記複数の空燃比の各々に対して、前記第２空燃比検出手段からの前記所定期間の出力に基づいて該所定期間の該出力の変化を反映した値を算出する値算出手段と、該値算出手段により算出された複数の値から最大値を選択する最大値選択手段と、該最大値選択手段により選択された値が所定値を超えているとき、気筒間ばらつきがあると判定する判定手段とを備えるとよい。
【００１６】
前記最大値選択手段により選択された値に対応する前記空燃比制御手段において目標とされた空燃比に関する基準空燃比からのずれ量が所定ずれ量を超えているとき、前記判定手段の作動を禁止する禁止手段がさらに備えられるとよい。
【００１７】
本発明に係る気筒間空燃比ばらつき異常検出装置は、前記第２空燃比検出手段に設けられた加熱手段と、前記空燃比制御手段および前記異常検出手段の作動の前提条件であって前記第２空燃比検出手段の状態が活性状態にあるという活性条件を含む前提条件が満たされているか否かを判定する前提条件判定手段と、該前提条件判定手段により前記前提条件のうちの前記活性条件のみが不成立であるので前記前提条件が満たされていないと判定されたとき、前記加熱手段を作動させる加熱制御手段とをさらに備えることができる。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、複数気筒を有する内燃機関における気筒間空燃比ばらつき異常検出方法が提供される。該方法は、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられた第１空燃比検出手段からの出力に基づいて排気空燃比を所定空燃比領域内の空燃比に一致させるように所定期間、空燃比制御を実行するステップと、前記排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路に設けられた第２空燃比検出手段であって前記第１空燃比検出手段の出力特性に比べて前記所定空燃比領域における空燃比変化に対して出力変動が大きいという出力特性を有する第２空燃比検出手段からの前記空燃比制御が実行されたときの前記所定期間の出力に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出するステップとを備える。
【００１９】
好ましくは、前記異常を検出するステップは、前記第２空燃比検出手段からの前記所定期間の出力に基づいて該出力の変化を反映した値を算出するステップと、該値を算出するステップにより算出された値が所定値を超えているとき気筒間空燃比ばらつき異常があると判定するステップとを備える。
【００２０】
本発明の前述のおよび更なる特徴及び利点は、添付図面の参照と共に、以下の例示的実施形態の説明から明らかになるであろう。同一のまたは対応する部分は、同一の参照符号によって表されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】図２は、図１の内燃機関に備えられた広域空燃比センサの出力特性を示すグラフである。
【図３】図３は、図１の内燃機関に備えられたＯ２センサの出力特性を示すグラフである。
【図４】図４は、図１の内燃機関の一部の拡大模式図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係るフローチャートである。
【図６】図６は、実験データであり、気筒間空然比ばらつき異常の無いときの内燃機関に関し、排気空燃比がストイキつまり理論空燃比に一致するように空燃比制御を実行した場合のデータである。
【図７Ａ】図７Ａは、気筒間空然比ばらつき異常が有るときの内燃機関に関する実験データであり、排気空燃比がストイキに一致するように空燃比制御を実行した場合のデータである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、気筒間空然比ばらつき異常が有るときの内燃機関に関する実験データであり、排気空燃比がリーンになるように空燃比制御を実行した場合のデータである。
【図８Ａ】図８Ａは、気筒間空然比ばらつき異常が有るときの内燃機関に関する実験データであり、排気空燃比がストイキに一致するように空燃比制御を実行した場合のデータである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、気筒間空然比ばらつき異常が有るときの内燃機関に関する実験データであり、排気空燃比がリッチになるように空燃比制御を実行した場合のデータである。
【図９】図９は、第２実施形態に係るフローチャートである。
【図１０】図１０は、第３実施形態に係るフローチャートである。
【図１１】図１１は、第４実施形態に係るフローチャートである。
【図１２】図１２は、第５実施形態に係るフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関１０の概略図である。図示されるように、内燃機関（以下、単にエンジンという。）１０は、シリンダブロック１２に形成された燃焼室１４の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室１４内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。エンジン１０は、１サイクル４ストロークエンジンである。本実施形態のエンジン１０は自動車用の多気筒内燃機関であり、より具体的には並列４気筒の火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンである。ただし本発明が適用可能な内燃機関はこのようなものに限られず、多気筒内燃機関であれば気筒数、形式等は特に限定されない。
【００２４】
図示しないが、エンジン１０のシリンダヘッドには吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが気筒ごとに配設されている。各吸気弁および各排気弁はカムシャフトによって開閉させられる。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室１４内の混合気に点火するための点火プラグ１６が気筒ごとに取り付けられている。
【００２５】
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管１８を介して吸気集合室であるサージタンク２０に接続されている。サージタンク２０の上流側には吸気管２２が接続されており、吸気管２２の上流端にはエアクリーナ２４が設けられている。そして吸気管２２には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２６と、電子制御式のスロットルバルブ２８とが組み込まれている。吸気ポート、枝管１８、サージタンク２０および吸気管２２により吸気通路３０が実質的に形成される。
【００２６】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ３２が気筒ごとに配設される。インジェクタ３２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁の開弁時に燃焼室１４に吸入され、ピストンで圧縮され、点火プラグ１６で点火燃焼させられる。
【００２７】
一方、各気筒の排気ポートは排気マニフォールド３４に接続される。排気マニフォールド３４は、その上流部をなす気筒毎の枝管３４ａと、その下流部をなす排気集合部３４ｂとからなる。排気集合部３４ｂの下流側には排気管３６が接続されている。排気ポート、排気マニフォールド３４および排気管３６により排気通路３８が実質的に形成される。排気管３６には三元触媒を含む触媒部材４０が取り付けられている。この触媒部材４０が本発明にいう排気浄化装置をなしている。なお、触媒部材４０は、流入する排気の空燃比（排気空燃比）Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）近傍のときに排気中の有害成分であるＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを同時に浄化するように機能する。
【００２８】
触媒部材４０の上流側および下流側にそれぞれ排気空燃比を検出するための第１および第２空燃比センサ、すなわち触媒前センサ４２および触媒後センサ４４が設置されている。これら触媒前センサ４２および触媒後センサ４４は、触媒部材４０の直前および直後の位置の排気通路に設置され、排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する。
【００２９】
上述の点火プラグ１６、スロットルバルブ２８およびインジェクタ３２等は、制御手段としての機能を有する電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）５０に電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ５０には、図示されるように、前述のエアフローメータ２６、触媒前センサ４２、触媒後センサ４４のほか、内燃機関１０のクランク角を検出するためのクランク角センサ５２、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ５４、第３空燃比センサ５６、エンジン冷却水温を検出するための水温センサ５８、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。ＥＣＵ５０は、各種センサによる出力および／または検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ１６、スロットルバルブ２８、インジェクタ３２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。なおスロットル開度は通常、アクセル開度に応じた開度に制御される。
【００３０】
触媒前センサ４２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することを可能にする。図２には触媒前センサ４２の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ４２は、検出した排気空燃比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であるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）であり、このストイキを境に空燃比−電圧特性の傾きが変化する。
【００３１】
他方、触媒後センサ４４は所謂酸素センサまたは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３に触媒後センサ４４の出力特性を示す。図示するように、触媒後センサ４４の出力電圧Ｖｒはストイキを境に過渡的に変化し、検出した排気空燃比がストイキよりリーンのときには０．１Ｖ程度の低い電圧を示し、検出した排気空燃比がストイキよりリッチのときには０．９Ｖ程度の高い電圧を示す。これらのほぼ中間の電圧Ｖｒｅｆｒ＝０．４５Ｖをストイキ相当値とし、センサ出力電圧がＶｒｅｆｒより高いときには排気空燃比はストイキよりリッチ、センサ出力電圧がＶｒｅｆｒより低いときには排気空燃比はストイキよりリーンというように、排気空燃比を検出することができる。このように、Ｏ２センサからなる触媒後センサ４４は、広域空燃比センサからなる触媒前センサ４２の出力特性に比べて、ストイキを含む所定空燃比領域、好ましくはストイキを中心にリーン側およびリッチ側のそれぞれに同程度拡がる空燃比領域における空燃比変化に対して出力変動が大きいという出力特性を有する。なお、触媒後センサ４４は任意であり、省略も可能である。
【００３２】
一般に、触媒部材４０に流入する排気の空燃比がストイキ近傍に制御されるように、空燃比制御として空燃比フィードバック制御がＥＣＵ５０により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ４２の出力に基づいて検出される排気空燃比を目標空燃比であるストイキに一致させるような主空燃比制御（主空燃比フィードバック制御）と、触媒後センサ４４の出力に基づいて検出される排気空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。
【００３３】
このようにＥＣＵ５０により全体的に制御されているエンジン１０は、本第１実施形態の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置（以下、異常検出装置という。）６０を備えている。
【００３４】
異常検出装置６０は、上記触媒前センサ４２、上記第３空燃比センサ５６、上記の如く排気空燃比を制御する空燃比制御手段としての機能を有するＥＣＵ５０の一部、異常検出手段としての機能を有するＥＣＵ５０の一部を含む。触媒前センサ４２は、上記の如く広域空燃比センサであり、本発明における第１空燃比検出手段に相当する。第３空燃比センサ５６は、所謂Ｏ２センサからなり、本発明における第２空燃比検出手段に相当する。そして、ＥＣＵ５０は、触媒前センサ４２からの出力に基づいて排気空燃比をその所定空燃比領域内の空燃比に一致させるように所定期間、空燃比制御を実行し、そのときの第３空燃比センサ５６からのその所定期間の出力に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出することができる。さらに、ＥＣＵ５０は、空燃比制御手段および異常検出手段の作動の前提条件が満たされているか否かを判定する前提条件判定手段の機能を有する。加えて、ＥＣＵ５０の異常検出手段としての機能を有する部分は、本発明に関する値算出手段と、判定手段との両機能を備える。
【００３５】
第３空燃比センサ５６は、上記の如く所謂Ｏ２センサからなり、触媒後センサ４４と同じ構成を実質的に有する。したがって、第３空燃比センサ５６は、図３に示す出力特性を有し、ストイキを境に出力値が急変する特性を持つ。換言すると、第３空燃比センサ５６は、広域空燃比センサからなる触媒前センサ４２の出力特性に比べて、ストイキを含む所定空燃比領域、好ましくはストイキを中心にリーン側およびリッチ側のそれぞれに同程度拡がる空燃比領域における空燃比変化に対して出力変動が大きいという出力特性を有する。
【００３６】
図４に示すように、第３空燃比センサ５６は、排気浄化装置としての触媒部材４０の上流側の排気通路に設置されている。第３空燃比センサ５６は、触媒前センサ４２とほぼ同位置に設置されている。図４には各気筒からの排気の流れが模式的に表されていて、第３空燃比センサ５６および触媒前センサ４２の両方に同じように排気が到達することが理解される。
【００３７】
以下に、本第１実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常の検出を説明する。図５に気筒間空燃比ばらつき異常を検出するためのルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ５０により繰り返し実行され得る。
【００３８】
まず、ステップＳ５０１では、気筒間空燃比ばらつき異常の有無の判定が未完了か否かが判定される。これは、例えばフラグがＯＮであるかＯＦＦであるかに基づいて実行される。以下に説明される気筒間空燃比ばらつき異常の有無の判定が既に行われている場合には、ステップＳ５０１で否定判定されて、該ルーチンは終了する。なお、当該エンジンでは、このような判定はエンジン始動後、原則として１回のみ実行される。気筒間空燃比ばらつき異常の有無の判定が未完了の場合にはステップＳ５０１で肯定判定される。
【００３９】
ステップＳ５０１で肯定判定された場合、ステップＳ５０３で前提条件が成立しているか否かが判定される。前提条件としては、触媒前センサ４２の状態が活性状態にあること（活性条件１または前提条件１）、第３空燃比センサ５６の状態が活性状態にあること（活性条件２または前提条件２）、エンジン始動後の所定の運転状態であること（前提条件３）などが定められている。触媒前センサ４２および第３空燃比センサ５６の状態はそれぞれからの出力に基づいて判定される。そして、ここでは、エンジン冷却水温が所定温度以上であること（前提条件４）、吸入空気量が所定吸入空気量範囲にあること（前提条件５）、エンジン回転速度が所定エンジン回転速度域にあること（前提条件６）の全てが満たされるとき、所定の運転状態であるとの前提条件３が満たされていると判定される。前提条件４の所定温度は例えば７０℃であり、エンジン暖機の完了を判定する基準であり得る。前提条件５の所定吸入空気量範囲は例えば１５〜５０ｇ／ｓであり、触媒前センサ４２および第３空燃比センサ５６による出力への排気の影響を考慮して定められている。前提条件６の所定エンジン回転速度域は例えば１５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍであり、触媒前センサ４２および第３空燃比センサ５６による出力への排気の影響を考慮して定められている。ただし、前提条件は他の条件であってもよい。例えば、前提条件４から６のうちの少なくともいずれか１つまたは２つが満たされたとき、または、これに加えて他の条件が満たされるとき、前提条件３が満たされていると判断されてもよい。前提条件が成立していない場合、ステップＳ５０３で否定判定されて、該ルーチンは終了する。他方、前提条件が成立している場合、ステップＳ５０３で肯定判定される。
【００４０】
ステップＳ５０３で肯定判定された場合、ステップＳ５０５で触媒前センサ４２の出力および第３空燃比センサ５６の出力が取得される。このとき、上記の如く空燃比制御が行われているので、これらのセンサ出力の取得は、空燃比制御中のセンサ出力の取得であり、所定期間行われる。所定期間は、エンジン１０の複数気筒の全てで連続して１サイクルが生じる期間であり、より詳しく説明すると、吸気行程、圧縮行程、爆発行程（燃焼膨張行程）および排気行程の１サイクルが全ての＃１から＃４の全ての気筒（図４参照）で生じる期間である。所定期間はこれよりも長く設定されることができる。この所定期間は、クランク角センサ５２からの出力に基づいて判断される。ここでは、触媒前センサ４２の出力および第３空燃比センサ５６の出力のそれぞれは、クランク角センサ５２による出力と関係付けられて記憶される。
【００４１】
触媒前センサ４２の出力および第３空燃比センサ５６の出力が取得されると、ステップＳ５０７で、触媒前センサ４２からの出力に基づいて得られた排気空燃比が所定空燃比領域内にあるか否かが判定される。所定空燃比領域はここではストイキを含むように定められていて、換言すると、排気空燃比がその領域内でわずかに変化するとき第３空燃比センサ５６の出力が急変し得る領域として定められている。例えば、所定空燃比領域はストイキを中心にリーン側に０．５ずれた空燃比とリッチ側に０．５ずれた空燃比との間の領域として定められることができる。前記前提条件が満たされているときは、一般に運転状態が定常状態であり、上記の如く、触媒前センサ４２および触媒後センサ４４からの出力に基づいて触媒部材４０に流入する排気空燃比がストイキ近傍に制御されるように、つまり、所定空燃比領域内の所定空燃比であるストイキに排気空燃比を一致させるような空燃比制御がＥＣＵ５０により実行されている。それ故、基本的には、触媒前センサ４２からの出力に基づいて得られる排気空燃比は所定空燃比領域内にある。それ故、当該ステップＳ５０７は省略されてもよい。排気空燃比が所定空燃比領域内にない場合、ステップＳ５０７で否定判定されて、該ルーチンは終了する。他方、排気空燃比が所定空燃比領域内にある場合、ステップＳ５０７で肯定判定される。
【００４２】
ステップＳ５０７で肯定判定された場合、ステップＳ５０９で値Ｖａｌが算出される。この値Ｖａｌの算出は、ステップＳ５０５で所定期間取得された第３空燃比センサ５６の出力に基づいて行われる。これにより、当該所定期間の第３空燃比センサ５６の出力の変化を反映した値つまり出力の変動量に相当する値が算出される。この値は、第３空燃比センサ５６の出力を時間軸を有する所定２次元マップに表したときの出力の軌跡長さ、ストイキからの乖離量の積算値、ストイキからの乖離量の平均値、センサ出力変化量の平均値や絶対値であり得る。
【００４３】
そして、ステップＳ５０９で算出された値が所定値を超えているか否かがステップＳ５１１で判定される。所定値は、クライテリアであり、ここでは定数として定められているが、吸入空気量および／またはエンジン回転速度などに応じて可変とされてもよい。算出された値が所定値を超えていない場合、ステップＳ５１３で気筒間ばらつき異常は無いとして正常と判断されて、該ルーチンは終了する。
【００４４】
他方、ステップＳ５０９で算出された値が所定値を超えている場合、ステップＳ５１１で肯定判定されて、ステップＳ５１５で気筒間ばらつき異常は有るとして異常と判断されて、該ルーチンは終了する。気筒間ばらつき異常は有ると判断されると、運転席のフロントパネル等に配置された警告ランプが点灯される。これにより、運転者に、エンジン１０の点検または修理を促すことができる。
【００４５】
なお、ステップＳ５１１を経ることで、例えば判定完了フラグがＯＮにされる。したがって、次回以降のルーチンのステップＳ５０１では、気筒間空燃比ばらつき異常の有無の判定が完了しているとして否定判定される。
【００４６】
ここで、図６、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂに基づいて広域空燃比センサからの出力とＯ２センサからの出力との関係を説明する。図６〜図８Ｂの各々は、Ｖ８エンジンの片バンクに関する実験データである。図６〜図８Ｂの各々は、４気筒のそれぞれに連通する４本の排気枝管が合流する排気合流部より下流側に設けられた広域空燃比センサ（図中ではＡ／Ｆセンサ）からの出力と、ほぼ同位置に設けられたＯ２センサからの出力とを、クランク角センサからの出力と関係付けて表したグラフである。ここでの広域空燃比センサは空燃比制御に用いられる上記触媒前センサ４２に対応し、ここでのＯ２センサは上記第３空燃比センサ５６に対応する。
【００４７】
ただし、ここでの広域空燃比センサは空燃比制御に用いられる上記触媒前センサ４２に対応し、実験では、この広域空燃比センサからの出力に基づいて当該エンジンの排気空燃比を設定された目標空燃比に一致させるように空燃比制御を実行した。つまり、この広域空燃比センサからの出力に基づいて検出された空燃比が設定された目標空燃比に一致するように、空燃比フィードバック制御を実行した。そして、そのような空燃比制御中の広域空燃比センサからの出力とＯ２センサからの出力とが図６〜図８Ｂの各々に表されている。
【００４８】
図６は、気筒間空然比ばらつき異常の無いときのエンジンに関し、排気空燃比がストイキつまり理論空燃比に一致するように空燃比制御を実行した場合のデータである。これに対して図７Ａ〜図８Ｂは、気筒間空然比ばらつき異常が有るエンジンに関する。図７Ａ、図７Ｂは１つの気筒に関するインジェクタによる噴射量Ｑａが他の３つの正常気筒に関するインジェクタの各々による噴射量Ｑｂに比べて３０％（＝（（Ｑａ−Ｑｂ）／Ｑｂ）×１００）少ない場合のデータである。そして、図７Ａは、排気空燃比がストイキに一致するように空燃比制御を実行した場合のデータであり、図７Ｂは、排気空燃比がリーンになるように空燃比制御を実行した場合のデータである。図８Ａ、図８Ｂは１つの気筒に関するインジェクタによる噴射量Ｑａが他の３つの正常気筒に関するインジェクタの各々による噴射量Ｑｂに比べて６０％多い場合のデータである。そして、図８Ａは、排気空燃比がストイキに一致するように空燃比制御を実行した場合のデータであり、図８Ｂは、排気空燃比がリッチになるように空燃比制御を実行した場合のデータである。
【００４９】
これら図６〜図８Ｂのデータを比べることで、排気空燃比を上記したようなストイキを含む所定空燃比範囲内の空燃比、好ましくはストイキに一致させるように所定期間、空燃比制御を実行し、その所定期間のＯ２センサからの出力に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出できることが理解できる。
【００５０】
ここで、１つの気筒に関するインジェクタによる噴射量Ｑａが他の３つの正常気筒に関するインジェクタの各々による噴射量Ｑｂに比べて３０％少ないので気筒間空然比ばらつき異常があるエンジンについて、図６、図７Ａ、図７Ｂに基づいて考える。この場合、広域空燃比センサの出力に基づいて排気空燃比をストイキに一致させるように所定期間、空燃比制御を実行すると、広域空燃比センサの出力はストイキ近傍で安定するが、Ｏ２センサからの出力は大きく変動した。これは、気筒間空然比ばらつき異常があるエンジンでは、Ｏ２センサからの出力により得られる値（ステップＳ５０９）が大きくなることを意味する。なお、このような傾向は、広域空燃比センサの出力に基づいて排気空燃比がストイキに一致するように空燃比制御を実施していること、および、ストイキ近傍の空燃比変化で出力が大きく変化するという出力特性をＯ２センサが有することによる。
【００５１】
他方、１つの気筒に関するインジェクタによる噴射量Ｑａが他の３つの正常気筒に関するインジェクタの各々による噴射量Ｑｂに比べて６０％多いので気筒間空然比ばらつき異常があるエンジンを図６、図８Ａ、図８Ｂに基づいて考える。この場合、広域空燃比センサの出力に基づいて排気空燃比をストイキに一致させるように所定期間、空燃比制御を実行すると、広域空燃比センサの出力はストイキ近傍で安定するが、Ｏ２センサからの出力は大きく変動した。これは、気筒間空然比ばらつき異常があるエンジンでは、Ｏ２センサからの出力により得られる値（ステップＳ５０９）が大きくなることを意味する。このような傾向は、同様に、広域空燃比センサの出力に基づいて排気空燃比がストイキに一致するように空燃比制御を実施していること、および、ストイキ近傍の空燃比変化で出力が大きく変化するという出力特性をＯ２センサが有することによる。
【００５２】
したがって、広域空燃比センサの出力に基づいて排気空燃比をストイキに一致させるように所定期間、空燃比制御を実行し、そのときの広域空燃比センサと同様の位置に設けたＯ２センサの出力に基づいて気筒間空然比ばらつき異常を検出できる。そして、これは、図６〜図８Ｂの実験データが示すように、複数気筒を有する内燃機関が不等間隔で順次爆発行程を繰り返すエンジンであっても、十分に適用可能である。
【００５３】
なお、図６〜図８Ｂの実験データ等から、気筒間空然比ばらつき異常を検出するための空燃比制御における目標空燃比はストイキに限定されないことが理解されるだろう。この気筒間空然比ばらつき異常を検出するための空燃比制御における目標空然比は、検出されることが望まれる気筒間空然比ばらつき異常の程度つまり気筒間空燃比ばらつき異常の検出精度によって定められ得、また、Ｏ２センサの出力が所定量以上変化するつまり急激に変化する空燃比領域を含む所定空燃比領域内に定められ得ることが理解されることができる。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、気筒間空然比ばらつき異常を検出するための制御および演算が異なる。そこで、以下では、それらに関する第２実施形態の特徴のみを説明する。なお、第２実施形態に係る内燃機関の構成は上記第１実施形態に係る内燃機関１０の構成と概ね同じであるので、その構成の説明は以下、省略される。
【００５５】
本第２実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常の検出を説明する。図９に第２実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常を検出するためのルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ５０により繰り返し実行され得る。ただし、図９のステップＳ９０１、Ｓ９０３、Ｓ９０７〜Ｓ９１７は、それぞれ、上記ステップＳ５０１〜Ｓ５１５に対応する。それ故、以下では、ステップＳ９０１、Ｓ９０３、Ｓ９０７〜Ｓ９１７に関しては、対応する上記ステップＳ５０１〜Ｓ５１５に対する相違点のみ説明される。
【００５６】
前提条件が成立している場合（ステップＳ９０３で肯定判定）、ステップＳ９０５で、空燃比制御における目標値が、所定空燃比に設定される。この所定空燃比は、ストイキなど固定値であってもよいが、ここでは、その時々に応じて可変とされる。
【００５７】
そして、排気空燃比が設定された所定空燃比に一致するような空燃比制御が開始された後、ステップＳ９０７で、上記ステップＳ５０５と同様にそのような空燃比制御中の触媒前センサ４２の出力および第３空燃比センサ５６の出力が所定期間取得される。このステップＳ９０７でのセンサの出力取得は、排気空燃比が所定空燃比に一致するように空燃比制御が開始された後、直ぐに開始されてもよいが、好ましくは、ある程度の期間が経過した後実行される。当該空燃比制御において排気空燃比がある程度安定した後のセンサ出力を以後のステップで用いるためである。
【００５８】
その後、ステップＳ９０９で、触媒前センサ４２からの出力に基づいて得られる排気空燃比が所定空燃比領域内にあるか否かが判定される。この所定空燃比領域は一定とされることも可能であるが、上記ステップＳ９０５での目標空燃比と同様に可変とされる。排気空燃比が所定空燃比領域内にある場合、ステップＳ９０９で肯定判定されて、ステップＳ９１１以後のステップが実行される。
【００５９】
ここで、ステップＳ９０５での所定空燃比およびステップＳ９０９での所定空燃比領域について説明する。
【００６０】
上記説明からも明らかなように所謂Ｏ２センサは所謂広域空燃比センサに対して図３に示すような所謂Ｚ特性を有する。それ故、ストイキを基準にリッチまたはリーンにある程度偏った空燃比領域では、排気空燃比が変動してもＯ２センサからの出力は変わり難い。そのため、気筒間空然比ばらつき異常があっても、そのような空燃比領域では、Ｏ２センサの所定期間の変動量は大きくならない。そこで、このような事態を避けるために、排気空燃比を所定の空燃比に制御することが必要とされることは上記第１実施形態において述べた通りである。
【００６１】
しかし、検出が望まれる気筒間空燃比ばらつき異常の程度は内燃機関等に応じて変化し得る。さらに、インジェクタ３２の燃料噴射量にばらつきがあっても、そのばらつきがインジェクタ３２の噴射量の許容誤差の範囲内である場合にまで、気筒間空燃比ばらつき異常が有ると判断されることは好ましくない。そこで、このような観点に基づいて、ここでは、ステップＳ９０５での所定空燃比およびステップＳ９０９での所定空燃比領域は可変とされている。
【００６２】
まず、検出が望まれる気筒間空燃比ばらつき異常の程度つまり気筒間空燃比ばらつき異常の検出精度に応じた空燃比制御における目標空燃比の範囲つまり所定空燃比領域（ステップＳ９０９）について説明する。ここで、図１に表したような形式の４気筒エンジンを考える。なお、このような４気筒エンジンはＶ８エンジンの片バンクと考えられてもよい。
【００６３】
４つの気筒のうち、１つの気筒のみに関して異常があると仮定する。４つの気筒のうち、正常な３つの気筒による排気空燃比をＸとし、異常な気筒による排気空燃比をＹ（＝Ｒ・Ｘ）とし、空燃比フィードバック制御における目標空燃比をＺとすると、これらは（１）式の関係を有する。
【００６４】
【数１】
2012085989.tif 000003
【００６５】
ここで、１つの異常な気筒による排気空燃比が正常な気筒による排気空燃比よりもリーン側にずれている場合を考える。このような場合に、気筒間空然比ばらつき異常を検出すべくＯ２センサのセンサ出力の変動量を大きくするためには、「Ｘ＜１４．６かつＹ＞１４．６」という関係が必要である。Ｏ２センサの出力はストイキ（ここではストイキＡ／Ｆ＝１４．６とする。）を中心にその前後で急激に変化するからである。この関係と上記（１）式とから、（２）式の関係が導き出される。
【００６６】
【数２】
2012085989.tif 000004
【００６７】
他方、１つの異常な気筒による排気空燃比が正常な気筒による排気空燃比よりもリッチ側にずれている場合を考える。このような場合に、気筒間空然比ばらつき異常を検出するべくＯ２センサのセンサ出力の変動量を大きくするためには、同様の理由から「Ｘ＞１４．６かつＹ＜１４．６」という関係が必要である。この関係と上記（１）式とから、（３）式の関係が導き出される。
【００６８】
【数３】
2012085989.tif 000005
【００６９】
上記した（２）式または（３）式の関係を満たす空燃比領域が、検出が望まれる気筒間空燃比ばらつき異常の程度に応じた空燃比制御における目標空燃比Ｚの範囲として導き出される。例えば、１つの異常な気筒による排気空燃比が正常な気筒による排気空燃比よりもリーン側にずれていて、ずれ割合Ｒが１．１、１．２、１．５の場合、それぞれに対して、上記（２）式から「１３．６０＜Ｚ＜１４．９７」、「１２．７８＜Ｚ＜１５．３３」、「１０．９５＜Ｚ＜１６．４３」の範囲が導きされる。
【００７０】
例えば、ずれ割合Ｒが１．２の場合の「１２．７８＜Ｚ＜１５．３３」は、ずれ割合Ｒが１．２よりも大きな異常気筒の有無を判定する場合に有効な目標空燃比の範囲領域である。それ故、目標空燃比をこの領域内の空燃比に設定して空燃比制御を行ってＯ２センサ５６からの出力を取得して気筒間空然比ばらつき異常の判定を行うことで、リーン側へのずれ割合Ｒが１．２よりも大きな異常気筒の有無を適切に判定することができる。そして、この場合、ステップＳ９０５での目標所定空燃比は１２．７８よりも大きく１５．３３未満の範囲領域から任意に設定され得、ステップＳ９０９での所定空燃比領域は同領域に設定され得る。
【００７１】
このような目標空燃比の設定領域はエンジンの累積運転時間などに応じて可変とされるとよい。例えば、エンジンが新品同様のときには、この領域は狭く設定され得、その後、内燃機関の累積運転時間や車両の走行距離などに応じてこの域は広く変えられることができる。そして、このような領域内からの目標空燃比の設定は、その時々の運転状態や、直近での空燃比制御上の目標空燃比に基づいて行われることができる。徒に目標空燃比をエンジンの現況からずらすことは好ましくないからである。
【００７２】
また、気筒間空然比ばらつき異常があるとき、異常気筒による排気空燃比が正常気筒による排気空燃比に対してリーン側にずれているのかリッチ側にずれているのかは、インジェクタの特性、内燃機関の特性に応じて異なり得る。そこで、（２）式の関係と（３）式の関係とのうちのいずれかのみに基づいて所定空燃比領域および目標空燃比が設定されてもよく、（２）式の関係と（３）式の関係との両方に基づいて所定空燃比領域および目標空燃比が設定されてもよい。
【００７３】
他方、インジェクタ３２の噴射量が許容誤差の範囲でずれている場合の空燃比制御における目標空燃比および所定空燃比領域について説明する。ここで、図１に表したような形式の４気筒エンジンを考える。なお、このような４気筒エンジンはＶ８エンジンの片バンクと考えられてもよい。
【００７４】
４つの気筒のうち、１つの気筒に関するインジェクタによる噴射量のみが許容誤差の範囲内でずれていると仮定する。４つの気筒のうち、そのようなずれのない３つの気筒の排気空燃比をｐとし、そのようなずれのある気筒の排気空燃比をｑ（＝ｒ・ｐ）とし、空燃比フィードバック制御における目標空燃比をｚとすると、これらは（４）式の関係を有する。
【００７５】
【数４】
2012085989.tif 000006
【００７６】
ここで、許容誤差の範囲内で噴射量にずれがあるインジェクタからの噴射量が他のインジェクタの噴射量よりも少なく、許容誤差の範囲内で噴射量にずれがあるインジェクタを備える気筒による排気空燃比が他の気筒による排気空燃比よりもリーン側にずれている場合を考える。このような場合に、気筒間空然比ばらつき異常が有ると判断されることを回避するためには、「ｐ＞１４．６またはｑ＜１４．６」という関係が必要である。なお、さらに確実にそのように判断されることを回避するためには、例えば「ｐ＞１４．７またはｑ＜１４．７」という関係が用いられてもよい。噴射量が許容誤差の範囲内でずれているインジェクタを備える気筒からの排気空燃比と他の気筒による排気空燃比との間にＯ２センサの出力が急激に変化する領域が位置しないようにするためである。この関係と上記（４）式とから、「（５）式または（６）式」という関係が導き出される。
【００７７】
【数５】
2012085989.tif 000007
【００７８】
【数６】
2012085989.tif 000008
【００７９】
（５）式または（６）式の関係を満たす領域内に目標空燃比を設定することで、インジェクタのそのような噴射量のずれによって気筒間空然比ばらつき異常が有ると判定されることを回避することができる。そして、このような関係は、単独で用いられてもよいが、ここでは上記（２）式の関係と重ね合わせて用いられる。
【００８０】
例えば、インジェクタの噴射量の許容誤差を０．０２％とすると、つまり、ｒが１．０２であるとすると、（５）式および（６）式から「ｚ＜１４．３９またはｚ＞１４．６７」という範囲が導き出される。この範囲と、上記した関係、つまり１つの異常な気筒による排気空燃比が正常な気筒による排気空燃比よりもリーン側にずれているずれ割合Ｒが１．２の場合の「１２．７８＜Ｚ＜１５．３３」の範囲とから、「１２．７８＜Ｚ＜１４．３９または１４．６７＜Ｚ＜１５．３３」という範囲を導き出すことができる。
【００８１】
この領域がステップＳ９０９での所定空燃比領域とされ、この領域からステップＳ９０５での所定空燃比が設定されることができる。そして、これに基づいて空燃比制御を行って、Ｏ２センサ５６からの出力に基づいてステップＳ９１３の判定を行うことで、ずれ割合Ｒが１．２よりも大きな異常気筒の有無を判定することができると共に許容誤差内の噴射量のずれのある気筒の存在の検出を排除することができる。
【００８２】
なお、許容誤差の範囲内で噴射量にずれがあるインジェクタからの噴射量が他のインジェクタの噴射量よりも少なく、許容誤差の範囲内で噴射量にずれがあるインジェクタを備える気筒による排気空燃比が他の気筒による排気空燃比よりもリッチ側にずれている場合に関しても同様に空燃比領域ｚが導きだされ得る。ここでの、その説明は省略される。
【００８３】
このように求められた空燃比領域内での目標空燃比の設定ないしは選択は、検出が望まれる気筒間空燃比ばらつき異常の程度に応じた空燃比制御における説明と同様であるので、ここでの説明は省略される。この領域内での目標空燃比の設定ないしは選択は、任意に実行され得る。ただし、内燃機関１０の運転に悪影響を及ぼさないように、実験等により、選択条件が設定されるとよい。
【００８４】
なお、ステップＳ９０５での目標所定空燃比およびステップＳ９０９での所定空燃比領域は実験により設定されて、その時々の運転状態などに応じて可変とされてもよい。
【００８５】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、気筒間空然比ばらつき異常を検出するための制御および演算が異なる。そこで、以下では、それらに関する第３実施形態の特徴のみを説明する。なお、第３実施形態に係る内燃機関の構成は上記第１実施形態に係る内燃機関１０の構成と概ね同じであるので、その構成の説明は以下、省略される。
【００８６】
本第３実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常の検出を説明する。図１０に第３実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常を検出するためのルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ５０により繰り返し実行され得る。ただし、図１０のステップＳ１００１、Ｓ１００３、Ｓ１０１７〜Ｓ１０２１は、それぞれ、上記ステップＳ５０１、Ｓ５０３、Ｓ５１１〜Ｓ５１５に実質的に対応する。それ故、以下では、ステップＳ１００１、Ｓ１００３、Ｓ１０１７〜Ｓ１０２１に関しては、対応する上記ステップＳ５０１、Ｓ５０３、Ｓ５１１〜Ｓ５１５に対する相違点のみ説明される。
【００８７】
本第３実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、触媒前センサ４２からの出力に基づいて所定空燃比に排気空燃比を一致させるように空燃比制御を行っているときの、第３空燃比センサ５６からの出力に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常が検出される。しかし、触媒前センサ４２つまり広域空燃比センサの出力特性に許容誤差の範囲でずれが生じている場合もあり得る。そのような場合、排気空燃比は所定空燃比、好ましくはストイキに制御され難く、気筒間空然比ばらつき異常があっても第３空燃比センサの出力に大きな変化が現れないことがあり得る。そこで、本第３実施形態では、所定空燃比領域内で空燃比制御の目標値を徐々に変化させて、複数の目標空燃比の各々に所定期間、排気空燃比を一致させるように空燃比制御を行う。そして、複数の目標空燃比の各々に対して空燃比制御を行っているときの第３空燃比センサ５６からの出力に基づいて、該出力の変化を反映した値が算出される。そして算出された複数の値から最大値が選択され、この最大値が所定値を超えるか否かで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、ＥＣＵ５０は、ここでは、さらに最大値選択手段の機能を有する。以下、このような第３実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常の検出が、図１０に基づいて説明される。
【００８８】
前提条件が成立している場合（ステップＳ１００３で肯定判定）、ステップＳ１００５で、目標空燃比ａｆが最小空燃比ａｆｍｉｎに設定される。最小空燃比ａｆｍｉｎは、予め実験等により設定された所定空燃比領域の最小値である。そして、ＥＣＵ５０は、排気空燃比がこの設定された最小空燃比ａｆｍｉｎに一致するように空燃比制御を所定期間、実行する。
【００８９】
排気空燃比がこの最小空燃比ａｆｍｉｎに一致するように所定期間、空燃比制御が実行されているとき、ステップＳ１００７で、上記ステップＳ５０５と同じようにセンサ出力が取得され、上記ステップＳ５０９と同じように値Ｖａｌが算出される。
【００９０】
そして、ステップＳ１００９で、ステップＳ１００７で算出された値Ｖａｌが最大値Ｖａｌｍａｘを超えているか否かが判定される。最大値Ｖａｌｍａｘは初期値としては零に設定されている。
【００９１】
ステップＳ１００９で値Ｖａｌが最大値Ｖａｌｍａｘを超えているとして肯定判定されると、ステップＳ１０１１で最大値Ｖａｌｍａｘが値Ｖａｌによって書き換え更新される。他方、後述するルーチンのステップＳ１００９で値Ｖａｌが最大値Ｖａｌｍａｘを超えていないとして否定判定されると、ステップＳ１０１１がスキップされる。
【００９２】
その後、ステップＳ１０１３で、それまでの目標空燃比ａｆに所定変化分Δａｆが加えられて目標空燃比ａｆが更新される。そして、ステップＳ１０１５で、更新された目標空燃比ａｆが最大空燃比ａｆｍａｘを越えているか否かが判定される。最大空燃比ａｆｍａｘは、予め実験等により設定された上記所定空燃比領域の最大値である。そして、ステップＳ１０１５で目標空燃比ａｆが最大空燃比ａｆｍａｘを越えていないとして否定判定されると、ＥＣＵ５０は、排気空燃比がその更新された目標空燃比ａｆに一致するように空燃比制御を所定期間、実行するように、再度ステップＳ１００７に至る。このように、目標空然比ａｆが最大空燃比ａｆｍａｘを超えるまで複数の目標空燃比の各々に対して上記の如き空燃比制御が繰り返され、かつ、それらに対する値Ｖａｌ、Ｖａｌｍａｘの算出更新が繰り返される。
【００９３】
ステップＳ１０１５で更新された目標空燃比ａｆが最大空燃比ａｆｍａｘを越えているとして肯定判定されると、ステップＳ１０１５で、それまでに算出された複数の値Ｖａｌのうちから選択された最大値Ｖａｌｍａｘが所定値を超えているか否かが判定される。この判定が実質的に気筒間空然比ばらつき異常の有無の判定に相当することは上述の通りである。
【００９４】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は、上記第３実施形態に対して、触媒前センサ４２つまり広域空燃比センサに異常があるか否かを判定し、そのような異常がある場合に上記した気筒間空然比ばらつき異常の検出を禁止する点が付加されている点で異なる。そこで、以下では、それらに関する第４実施形態の特徴のみを説明する。なお、第４実施形態に係る内燃機関の構成は上記第１実施形態に係る内燃機関１０の構成と概ね同じであるので、その構成の説明は以下、省略される。
【００９５】
本第４実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常の検出を説明する。図１１に第４実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常を検出するためのルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ５０により繰り返し実行され得る。ただし、図１１のステップＳ１１０１〜Ｓ１１１５、Ｓ１１２１〜Ｓ１１２５は、それぞれ、上記ステップＳ１００１〜Ｓ１０２１に対応する。それ故、以下では、ステップＳ１１０１〜Ｓ１１１５、Ｓ１１２１〜Ｓ１１２５に関しては、対応する上記ステップＳ１００１〜Ｓ１０２１に対する相違点のみ説明される。
【００９６】
前提条件が満たされているとき、目標空然比ａｆを所定空燃比領域内の複数の目標空燃比の各々に設定して上記の如き空燃比制御が繰り返され、かつ、それらに対する値Ｖａｌ、Ｖａｌｍａｘの算出更新が繰り返される。そしてステップＳ１１１５で更新された目標空燃比ａｆが最大空燃比ａｆｍａｘを越えているとして肯定判定されると、ステップＳ１１１７で、最大値Ｖａｌｍａｘとされた値Ｖａｌに対応する空燃比制御において目標とされた空燃比ａｆ（Ｖａｌｍａｘ）が読み込まれ、該空燃比ａｆ（Ｖａｌｍａｘ）が上記最大空燃比ａｆｍａｘおよび最小空燃比ａｆｍｉｎのいずれでもないか否かが判定される。目標空燃比ａｆ（Ｖａｌｍａｘ）が最大空燃比ａｆｍａｘまたは最小空燃比ａｆｍｉｎであるとしてステップＳ１１１７で否定判定されると、ステップＳ１１１９で気筒間空然比ばらつき異常の検出が禁止される。これにより、運転席のフロントパネル等に配置された警告ランプが点灯される。これにより、運転者に、内燃機関１０の点検または修理を促すことができる。
【００９７】
所定空燃比領域は、広域空燃比センサである触媒前センサ４２の許容誤差を考慮して定められている。これに対して、理論上は、触媒前センサ４２および第３空燃比センサ５６のいずれにも誤差がない場合には、最大値Ｖａｌｍａｘはストイキを目標空燃比とした空燃比制御が実行しているときに関するはずである。それ故、目標空燃比ａｆ（Ｖａｌｍａｘ）が最大空燃比ａｆｍａｘまたは最小空燃比ａｆｍｉｎであることは、触媒前センサ４２の出力における誤差が許容誤差を超えていることに実質的に相当する。つまり、これは、空燃比ａｆ（Ｖａｌｍａｘ）に関する基準空燃比（ここではストイキ）からのずれ量が触媒前センサ４２の許容誤差に相当する所定ずれ量を超えていることを意味する。そこで、ここでは、そのようなとき、触媒前センサ４２に異常があって適切に空燃比制御が実行できないとして、ＥＣＵ５０は気筒間空然比ばらつき異常の検出を禁止する。つまり、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１２１の判定を禁止する禁止手段の機能を有する。
【００９８】
なお、空燃比ａｆ（Ｖａｌｍａｘ）における基準空燃比、例えば理論空燃比に対する差が求められ、この差が所定量を越えているか否かの判定がステップＳ１１１７で代替的に実行されてもよい。こうすることで、触媒前センサ４２における誤差が許容誤差を超えているか否かを同様に高確率で判断することができる。また、このような場合、ステップＳ１１０５の最小空燃比ａｆｍｉｎはステップＳ１００５の最小空燃比よりも小さくされると共にステップＳ１１１５の最大空燃比ａｆｍａｘはステップＳ１０１５の最大空燃比よりも大きくされてもよい。
【００９９】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態は、上記第１実施形態に対して、Ｏ２センサである第３空燃比センサに加熱手段としてヒータが設けられていて、そのヒータが気筒間空燃比ばらつき異常の検出に関して適当な時期に作動される点で相違する。そこで、以下では、それらに関する第５実施形態の特徴のみを説明する。なお、第５実施形態に係る内燃機関の構成は、他の点では上記第１実施形態に係る内燃機関１０の構成と概ね同じであるので、その構成の説明は以下、省略される。
【０１００】
本第５実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常の検出を説明する。図１２に第５実施形態における気筒間空燃比ばらつき異常を検出するためのルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ５０により繰り返し実行され得る。ただし、図１２のステップＳ１２０１〜Ｓ１２１５は、それぞれ、上記ステップＳ５０１〜Ｓ５１５に対応する。それ故、以下では、ステップＳ１２１７〜Ｓ１２２１に関して説明される。
【０１０１】
Ｏ２センサである第３空燃比センサ５６は、気筒間空然比ばらつき異常を検出するために設けられている。それ故、第３空燃比センサ５６はその検出時のみ活性状態に維持されていればよく、そのためにヒータを用いることが有効である。しかし、第３空燃比センサ５６の素子が排気中の凝縮水により被水している場合にヒータがＯＮ状態にされると、第３空燃比センサ５６の素子にて急激な温度変化が起こり、素子割れが発生する可能性がある。
【０１０２】
そこで、本第５実施形態では、前提条件が満たされていないとき（ステップＳ１２０３で否定判定）であって、特に前提条件のうち、第３空燃比センサ５６の状態が活性状態にあること（活性条件２または前提条件２）のみが満たされていないので前提条件が全体として満たされていないとき（ステップＳ１２１７で肯定判定）、加熱制御手段としての機能を有するＥＣＵ５０は、第３空燃比センサ５６のヒータをＯＮ状態にする（ステップＳ１２１９）。これは、エンジン冷却水温が所定温度以上であること（前提条件４）が満たされて実質的に排気通路が所定温度にまで加熱されて第３空燃比センサ５６が被水状態にないとき、つまり内燃機関１０が所定の暖機後状態になったとき、第３空燃比センサ５６のヒータがＯＮ状態にされることを意味する。したがって、第３空燃比センサ５６における素子割れは防がれる。
【０１０３】
そして、その後、気筒間空然比ばらつき異常の有無の判定（ステップＳ１２１１〜Ｓ１２１５）が終了次第（ステップＳ１２０１で否定判定）、第３空燃比センサ５６のヒータはＯＦＦ状態にされる（ステップＳ１２２１）。これにより、ヒータ通電時間を短くでき、省エネ効果を高めることができる。
【０１０４】
なお、本第５実施形態のこのようなヒータ制御は、第１実施形態のみならず、上記第２〜第４実施形態の各々に組み込まれるとよい。これにより、より適切に気筒間空然比ばらつき異常を検出することが可能になる。
【０１０５】
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。例えば上述の内燃機関は吸気ポート（吸気通路）噴射式であったが、直噴式エンジンや両噴射方式を兼ね備えたデュアル噴射式エンジンにも、本発明は適用可能である。上記実施形態では、第２空燃比検出手段として空燃比センサのうち所謂Ｏ２センサを用いたが、他のセンサが用いられてもよい。ただし、好ましくは、第２空燃比検出手段は、空燃比変化に対して出力が急激に変化する領域を備えるという出力特性を有するセンサまたは検出デバイスであるとよい。なお、第１空燃比検出手段は、広域空燃比センサでなくてもよく、他のセンサであってもよく、例えば所謂Ｏ２センサであってもよい。
【０１０６】
本発明の実施例は前述の実施例のみに限らず、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。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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