(57)【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る排気浄化用触媒と、前記複数気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側に配設され、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記機関の複数の気筒のそれぞれに対応して配置される燃料噴射弁による燃料噴射量を、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数を算出する補正係数算出手段と、算出された補正係数を用いて前記燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記触媒の上流側における排気温度である上流排気温度を検出または推定する上流排気温度取得手段と、
前記機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
検出される機関運転状態に応じて前記上流排気温度の適正値である上流温度適正値を算出する上流温度適正値算出手段と、
前記機関の運転状態が安定している安定状態を判定する安定状態判定手段と、
前記機関が安定状態にあると判定されているときに、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障を判定する故障判定手段とを備え、
前記故障判定手段は、前記補正係数を用いて前記燃料噴射量を制御しているときの前記上流排気温度と前記上流温度適正値とに基づいて前記インバランス故障が発生していることを判定し、前記インバランス故障は、故障している気筒の燃料噴射量が増加するリッチ故障及び故障している気筒の燃料噴射量が減少するリーン故障であり、前記リッチ故障及びリーン故障の何れが発生した場合においても、前記故障している気筒から排出される排気の温度が他の気筒から排出される排気の温度より低くなる故障であることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記触媒の下流側における排気温度である下流排気温度を検出または推定する下流排気温度取得手段と、
検出される機関運転状態に応じて前記下流排気温度の適正値である下流温度適正値を算出する下流温度適正値算出手段とをさらに備え、
前記故障判定手段は、前記上流排気温度が前記上流温度適正値から所定量を減算した温度より低く、かつ前記下流排気温度が前記下流温度適正値に所定量を加算した温度より高いときに前記インバランス故障が発生していると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記故障判定手段は、
前記下流排気温度から前記上流排気温度を減算することにより第１差分値を算出する第１差分値算出手段と、
前記下流温度適正値から前記上流温度適正値を減算することにより第２差分値を算出する第２差分値算出手段とを有し、
前記上流排気温度が前記上流温度適正値から所定量を減算した温度より低く、かつ前記下流排気温度が前記下流温度適正値に所定量を加算した温度より高く、かつ前記第１差分値が前記第２差分値より大きいときに前記インバランス故障が発生していると判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記運転状態検出手段により検出される機関回転数に応じて診断期間を設定する診断期間設定手段をさらに備え、
前記故障判定手段は、前記診断期間中における前記上流排気温度の最小値を用いて前記故障判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
複数気筒を有する内燃機関の排気通路に配置される排気浄化用触媒と、前記複数気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側に配設され、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記機関の複数の気筒のそれぞれに対応して配置される燃料噴射弁による燃料噴射量を、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数を算出する補正係数算出手段と、算出された補正係数を用いて前記燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記触媒の下流側における排気温度である下流排気温度を検出または推定する下流排気温度取得手段と、
前記機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
検出される機関運転状態に応じて前記下流排気温度の適正値である下流温度適正値を算出する下流温度適正値算出手段と、
前記機関の運転状態が安定している安定状態を判定する安定状態判定手段と、
前記機関が安定状態にあると判定されているときに、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障を判定する故障判定手段とを備え、
前記故障判定手段は、前記補正係数を用いて前記燃料噴射量を制御しているときの前記下流排気温度と前記下流温度適正値とに基づいて前記インバランス故障が発生していることを判定し、前記インバランス故障は、故障している気筒の燃料噴射量が増加するリッチ故障及び故障している気筒の燃料噴射量が減少するリーン故障であり、前記リッチ故障及びリーン故障の何れが発生した場合においても、前記故障している気筒から排出される排気の温度が他の気筒から排出される排気の温度より低くなる故障であることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記運転状態検出手段により検出される機関回転数に応じて診断期間を設定する診断期間設定手段をさらに備え、
前記故障判定手段は、前記診断期間中における前記下流排気温度の最大値を用いて前記故障判定を行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
複数気筒を有する内燃機関の排気通路に配置される排気浄化用触媒と、前記複数気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側に配設され、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記機関の複数の気筒のそれぞれに対応して配置される燃料噴射弁による燃料噴射量を、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数を算出する補正係数算出手段と、算出された補正係数を用いて前記燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記触媒の上流側における排気温度である上流排気温度を検出または推定する上流排気温度取得手段と、
前記触媒の下流側における排気温度である下流排気温度を検出または推定する下流排気温度取得手段と、
前記機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
検出される機関運転状態に応じて前記上流排気温度の適正値である上流温度適正値を算出する上流温度適正値算出手段と、
検出される機関運転状態に応じて前記下流排気温度の適正値である下流温度適正値を算出する下流温度適正値算出手段と、
前記機関の運転状態が安定している安定状態を判定する安定状態判定手段と、
前記機関が安定状態にあると判定されているときに、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障を判定する故障判定手段とを備え、
前記故障判定手段は、前記補正係数を用いて前記燃料噴射量を制御しているときの前記上流排気温度、前記上流温度適正値、前記下流排気温度、及び前記下流温度適正値に基づいて前記インバランス故障の判定を行うものであって、
前記下流排気温度から前記上流排気温度を減算することにより第１差分値を算出する第１差分値算出手段と、
前記下流温度適正値から前記上流温度適正値を減算することにより第２差分値を算出する第２差分値算出手段とを有し、
前記第１差分値が前記第２差分値より大きいときに前記インバランス故障が発生していると判定し、前記インバランス故障は、故障している気筒の燃料噴射量が増加するリッチ故障及び故障している気筒の燃料噴射量が減少するリーン故障であり、前記リッチ故障及びリーン故障の何れが発生した場合においても、前記故障している気筒から排出される排気の温度が他の気筒から排出される排気の温度より低くなる故障であることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記故障判定手段により、前記インバランス故障が発生していると判定されたときに、前記上流排気温度の最小値の取得時期または前記下流排気温度の最大値の取得時期に応じて、故障気筒を特定する気筒特定手段をさらに備えることを特徴とする請求項４または６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記運転状態検出手段により検出される機関回転数に応じて診断期間を設定する診断期間設定手段をさらに備え、
前記故障判定手段は、前記診断期間中における前記上流排気温度の最小値と、前記診断期間中における前記下流排気温度の最大値とを用いて前記故障判定を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】
前記空燃比検出手段は加熱素子を有する酸素濃度センサであり、前記上流排気温度取得手段は前記加熱素子に供給する電流の通電デューティ比または前記加熱素子の抵抗値に応じて前記上流排気温度を推定することを特徴とする請求項１、２、３、４、７、または９の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１１】
前記下流排気温度取得手段は加熱素子を有する酸素濃度センサであり、前記加熱素子に供給する電流の通電デューティ比または前記加熱素子の抵抗値に応じて、前記下流排気温度を推定することを特徴とする請求項２、３、５、６、７、または９の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【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の空燃比制御装置に関し、特に複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障を判定する機能を有する空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガスエンジンの各気筒の排気温度を検出し、検出される排気温度が設定値以下であるときに、失火が発生したと判定する装置が示されている。
【０００３】
特許文献２には、リーンＮＯｘ触媒を備える内燃機関における燃料噴射弁の故障を診断する故障診断装置が示されている。この装置によれば、機関の膨張行程または排気行程で燃料の副噴射が実行され、リーンＮＯｘ触媒の上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が所定値以上であるとき、燃料噴射弁に開弁側故障があると判定される。
【０００４】
特許文献３には、複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつく気筒間空燃比ばらつき異常（インバランス故障）を検出する異常検出装置が示されている。この装置によれば、機関排気系に設けられた触媒の温度推定値が機関運転状態に応じて算出され、触媒温度の検出値が温度推定値と比較され、その比較結果に応じて気筒間空燃比ばらつき異常が判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８９４８４７号公報
【特許文献２】特開閉１１−６２６８６号公報
【特許文献３】特開２００９−２５７２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示された装置では、複数気筒のそれぞれに対応して排気温度センサが使用され、コストの上昇を招く。また、失火が発生したことを検出できるが、燃料が要求値より多く噴射されるような故障は検出できない。
【０００７】
特許文献２に示された装置では、膨張行程または排気行程で燃料の副噴射を行う必要があり、また燃料噴射弁の開弁側故障の検出に留まり、閉弁側故障の検出を行うことができないという課題がある。
【０００８】
すなわち、典型的なインバランス故障には、１つの気筒の燃料噴射量が正常時より増加する故障（第１の態様）と、１つの気筒の燃料噴射量が正常時より減少する故障（第２の態様）とがあるが、上記特許文献１または２に示された手法では、いずれか一方の態様しか判定することができない。
【０００９】
また特許文献３に示された装置では、機関運転状態に応じて触媒温度推定値が算出されるため、触媒温度の推定精度が低い場合には、異常判定精度も低下する。触媒温度の推定精度を高めるためには、予め多くのテストデータを得る必要があり、設計工数の増大を招く。また、触媒が劣化しているときには、推定値と検出値との差が大きくなり、触媒劣化を気筒間空燃比ばらつき異常と誤判定する可能性がある。
【００１０】
本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、内燃機関の複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障（上記第１及び第２の態様）を、比較的簡単な構成で正確に判定することができる空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、複数気筒を有する内燃機関の排気通路に配置される排気浄化用触媒（１４）と、前記複数気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側に配設され、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段（１５）と、前記機関の複数の気筒のそれぞれに対応して配置される燃料噴射弁（６）による燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数（ＫＡＦ）を算出する補正係数算出手段と、算出された補正係数（ＫＡＦ）を用いて前記燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を制御する燃料噴射量制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒の上流側における排気温度である上流排気温度（ＴＥＸＵ，ＨＴＥＸＵ）を検出または推定する上流排気温度取得手段と、前記機関の運転状態（ＮＥ，ＰＢＡ）を検出する運転状態検出手段と、検出される機関運転状態に応じて前記上流排気温度の適正値である上流温度適正値（ＴＥＸＵＲＥＦ）を算出する上流温度適正値算出手段と、前記機関の運転状態が安定している安定状態を判定する安定状態判定手段と、前記機関が安定状態にあると判定されているときに、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障を判定する故障判定手段とを備え、前記故障判定手段は、前記補正係数（ＫＡＦ）を用いて前記燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を制御しているときの前記上流排気温度（ＴＥＸＵ，ＨＴＥＸＵ）と前記上流温度適正値（ＴＥＸＵＲＥＦ）とに基づいて前記インバランス故障が発生していることを判定し、前記インバランス故障は、故障している気筒の燃料噴射量が増加するリッチ故障及び故障している気筒の燃料噴射量が減少するリーン故障であり、前記リッチ故障及びリーン故障の何れが発生した場合においても、前記故障している気筒から排出される排気の温度が他の気筒から排出される排気の温度より低くなる故障であることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒の下流側における排気温度である下流排気温度（ＴＥＸＤ，ＨＴＥＸＤ）を検出または推定する下流排気温度取得手段と、検出される機関運転状態に応じて前記下流排気温度の適正値である下流温度適正値（ＴＥＸＤＲＥＦ）を算出する下流温度適正値算出手段とをさらに備え、前記故障判定手段は、前記上流排気温度（ＴＥＸＵ，ＨＴＥＸＵ）が前記上流温度適正値（ＴＥＸＵＲＥＦ）から所定量（ＤＴＥＸ）を減算した温度より低く、かつ前記下流排気温度（ＴＥＸＤ，ＨＴＥＸＤ）が前記下流温度適正値（ＴＥＸＤＲＥＦ）に所定量（ＤＴＥＸ）を加算した温度より高いときに前記インバランス故障が発生していると判定することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記故障判定手段は、前記下流排気温度（ＴＥＸＤ，ＨＴＥＸＤ）から前記上流排気温度（ＴＥＸＵ，ＨＴＥＸＵ）を減算することにより第１差分値（ＤＴＥＸＤＵ）を算出する第１差分値算出手段と、前記下流温度適正値（ＴＥＸＤＲＥＦ）から前記上流温度適正値を（ＴＥＸＵＲＥＦ）減算することにより第２差分値（ＤＴＥＸＲＥＦ）を算出する第２差分値算出手段とを有し、前記上流排気温度（ＴＥＸＵ，ＨＴＥＸＵ）が前記上流温度適正値（ＴＥＸＵＲＥＦ）から所定量（ＤＴＥＸ）を減算した温度より低く、かつ前記下流排気温度（ＴＥＸＤ，ＨＴＥＸＤ）が前記下流温度適正値（ＴＥＸＤＲＥＦ）に所定量（ＤＴＥＸ）を加算した温度より高く、かつ前記第１差分値（ＤＴＥＸＤＵ）が前記第２差分値（ＤＴＥＸＲＥＦ）より大きいときに前記インバランス故障が発生していると判定することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記運転状態検出手段により検出される機関回転数（ＮＥ）に応じて診断期間（ＴＤＩＡＧ）を設定する診断期間設定手段をさらに備え、前記故障判定手段は、前記診断期間中における前記上流排気温度の最小値（ＨＴＥＸＵＰ）を用いて前記故障判定を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、複数気筒を有する内燃機関の排気通路に配置される排気浄化用触媒（１４）と、前記複数気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側に配設され、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段（１５）と、前記機関の複数の気筒のそれぞれに対応して配置される燃料噴射弁（６）による燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数（ＫＡＦ）を算出する補正係数算出手段と、算出された補正係数（ＫＡＦ）を用いて前記燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を制御する燃料噴射量制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒の下流側における排気温度である下流排気温度（ＴＥＸＤ，ＨＴＥＸＤ）を検出または推定する下流排気温度取得手段と、前記機関の運転状態（ＮＥ，ＰＢＡ）を検出する運転状態検出手段と、検出される機関運転状態に応じて前記下流排気温度の適正値である下流温度適正値（ＴＥＸＤＲＥＦ）を算出する下流温度適正値算出手段と、前記機関の運転状態が安定している安定状態を判定する安定状態判定手段と、前記機関が安定状態にあると判定されているときに、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障を判定する故障判定手段とを備え、前記故障判定手段は、前記補正係数（ＫＡＦ）を用いて前記燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を制御しているときの前記下流排気温度（ＴＥＸＤ，ＨＴＥＸＤ）と前記下流温度適正値（ＴＥＸＤＲＥＦ）とに基づいて前記インバランス故障が発生していることを判定し、前記インバランス故障は、故障している気筒の燃料噴射量が増加するリッチ故障及び故障している気筒の燃料噴射量が減少するリーン故障であり、前記リッチ故障及びリーン故障の何れが発生した場合においても、前記故障している気筒から排出される排気の温度が他の気筒から排出される排気の温度より低くなる故障であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記運転状態検出手段により検出される機関回転数（ＮＥ）に応じて診断期間（ＴＤＩＡＧ）を設定する診断期間設定手段をさらに備え、前記故障判定手段は、前記診断期間中における前記下流排気温度の最大値（ＨＴＥＸＤＰ）を用いて前記故障判定を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、複数気筒を有する内燃機関の排気通路に配置される排気浄化用触媒（１４）と、前記複数気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側に配設され、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段（１５）と、前記機関の複数の気筒のそれぞれに対応して配置される燃料噴射弁（６）による燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数（ＫＡＦ）を算出する補正係数算出手段と、算出された補正係数（ＫＡＦ）を用いて前記燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を制御する燃料噴射量制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒の上流側における排気温度である上流排気温度（ＴＥＸＵ，ＨＴＥＸＵ）を検出または推定する上流排気温度取得手段と、前記触媒の下流側における排気温度である下流排気温度（ＴＥＸＤ，ＨＴＥＸＤ）を検出または推定する下流排気温度取得手段と、前記機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出される機関運転状態に応じて前記上流排気温度の適正値である上流温度適正値（ＴＥＸＵＲＥＦ）を算出する上流温度適正値算出手段と、検出される機関運転状態に応じて前記下流排気温度の適正値である下流温度適正値（ＴＥＸＤＲＥＦ）を算出する下流温度適正値算出手段と、前記機関の運転状態が安定している安定状態を判定する安定状態判定手段と、前記機関が安定状態にあると判定されているときに、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障を判定する故障判定手段とを備え、前記故障判定手段は、前記補正係数を用いて前記燃料噴射量を制御しているときの前記上流排気温度（ＴＥＸＵ，ＨＴＥＸＵ）、前記上流温度適正値（ＴＥＸＵＲＥＦ）、前記下流排気温度（ＴＥＸＤ，ＨＴＥＸＤ）、及び前記下流温度適正値（ＴＥＸＤＲＥＦ）に基づいて前記インバランス故障の判定を行うものであって、前記下流排気温度（ＴＥＸＤ，ＨＴＥＸＤ）から前記上流排気温度（ＴＥＸＵ，ＨＴＥＸＵ）を減算することにより第１差分値（ＤＴＥＸＤＵ）を算出する第１差分値算出手段と、前記下流温度適正値（ＴＥＸＤＲＥＦ）から前記上流温度適正値（ＴＥＸＵＲＥＦ）を減算することにより第２差分値（ＤＴＥＸＲＥＦ）を算出する第２差分値算出手段とを有し、前記第１差分値（ＤＴＥＸＤＵ）が前記第２差分値（ＤＴＥＸＲＥＦ）より大きいときに前記インバランス故障が発生していると判定し、前記インバランス故障は、故障している気筒の燃料噴射量が増加するリッチ故障及び故障している気筒の燃料噴射量が減少するリーン故障であり、前記リッチ故障及びリーン故障の何れが発生した場合においても、前記故障している気筒から排出される排気の温度が他の気筒から排出される排気の温度より低くなる故障であることを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項４または６に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記故障判定手段により、前記インバランス故障が発生していると判定されたときに、前記上流排気温度の最小値の取得時期（ＣＲＫＰＢ）または下流排気温度の最大値の取得時期（ＣＲＫＰＢ）に応じて、故障気筒を特定する気筒特定手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項２または３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記運転状態検出手段により検出される機関回転数（ＮＥ）に応じて診断期間（ＴＤＩＡＧ）を設定する診断期間設定手段をさらに備え、前記故障判定手段は、前記診断期間中における前記上流排気温度の最小値（ＨＴＥＸＵＰ）と、前記診断期間中における前記下流排気温度の最大値（ＨＴＥＸＤＰ）とを用いて前記故障判定を行うことを特徴とする
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１、２、３、４、７、または９の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比検出手段は加熱素子（１５ａ）を有する酸素濃度センサであり、前記上流排気温度取得手段は前記加熱素子（１５ａ）に供給する電流の通電デューティ比（ＤＵＴＹ１）または前記加熱素子の抵抗値（ＲＩ１）に応じて前記上流排気温度（ＨＴＥＸＵ）を推定することを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、請求項２、３、５、６、７、または９の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記下流排気温度取得手段は加熱素子（１６ａ）を有する酸素濃度センサ（１６）であり、前記加熱素子（１６ａ）に供給する電流の通電デューティ比（ＤＯＵＴ２）または前記加熱素子の抵抗値（ＲＩ２）に応じて、前記下流排気温度（ＨＴＥＸＤ）を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に記載の発明によれば、排気マニホールドの集合部より下流側において検出される空燃比が目標空燃比と一致するように各気筒に対応する燃料噴射弁の噴射量が制御され、触媒の上流側における排気温度である上流排気温度が検出または推定され、検出される機関運転状態に応じて上流排気温度の適正値である上流温度適正値が算出され、機関が安定運転状態にあると判定されているときにインバランス故障判定が実行され、補正係数を用いて燃料噴射量を制御しているときの上流排気温度と上流温度適正値とに基づいてインバランス故障が発生しているか否かが判定される。上記補正係数により空燃比フィードバック制御が実行されるので、１つの気筒の空燃比が減少（燃料噴射量が増加）したときには（リッチ故障発生時）、他の気筒の空燃比が増加（燃料噴射量が減少）し、逆に１つの気筒の空燃比が増加したときには（リーン故障発生時）、他の気筒の空燃比が減少し、平均空燃比が目標空燃比に維持される。触媒の上流側では未燃燃料成分を含む排気の温度は低下する傾向を示し、また燃料噴射量が減少する気筒では熱発生量が減少し、排気の温度は同様に低下する。すなわち、リッチ故障及びリーン故障の何れが発生した場合においても、上流側排気温度は正常時より低下する傾向を示す。したがって、上流排気温度と、機関運転状態に応じて算出される上流温度適正値と基づいてインバランス故障が発生しているか否かを判定することにより、比較的簡単な構成でリッチ故障及びリーン故障をいずれも正確に判定することが可能となる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、触媒下流排気温度が検出または推定されるとともに、検出される機関運転状態に応じて下流排気温度の適正値である下流温度適正値が算出され、上流排気温度が上流温度適正値から所定量を減算した温度より低く、かつ下流排気温度が下流温度適正値に所定量を加算した温度より高いときにインバランス故障が発生していると判定される。インバランス故障が発生すると、触媒上流側の排気中に含まれる未燃燃料成分は触媒で燃焼するため、下流排気温度は正常時より上昇する傾向を示す。したがって、上流排気温度についての判定と、下流排気温度についての判定をともに実行することにより、故障判定精度を高めることができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、下流排気温度から上流排気温度を減算することにより第１差分値が算出されるとともに、下流温度適正値から上流温度適正値を減算することにより第２差分値が算出され、上流排気温度が上流温度適正値から所定量を減算した温度より低く、かつ下流排気温度が前記下流温度適正値に所定量を加算した温度より高く、かつ第１差分値が第２差分値より大きいときにインバランス故障が発生していると判定される。インバランス故障が発生すると、上述したように上流排気温度は低下し、下流排気温度は上昇するので、第１差分値は増加する。しかも第１差分値には、上流排気温度または下流排気温度そのものより、顕著にインバランス故障の影響が反映される。したがって、上流排気温度についての判定及び下流側排気温度についての判定に加えて、第１差分値についての判定を行うことにより、故障判定精度をより高めることができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明によれば、検出される機関回転数に応じて診断期間が設定され、診断期間中における上流排気温度の最小値を用いて故障判定が行われる。１つの気筒（故障気筒）における空燃比が増加方向または減少方向のどちらにずれても、その故障気筒から排出される排気の温度が他の気筒から排出される排気の温度より低くなり、しかも故障の影響が顕著に反映されるので、上流側排気温度の最小値を用いることにより、故障の態様にかかわらず、インバランス故障を精度良く判定することができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、排気マニホールドの集合部より下流側において検出される空燃比が目標空燃比と一致するように各気筒に対応する燃料噴射弁の噴射量が制御され、触媒の下流側における排気温度である下流排気温度が検出または推定され、検出される機関運転状態に応じて下流排気温度の適正値である下流温度適正値が算出され、機関が安定運転状態にあると判定されているときにインバランス故障判定が実行され、補正係数を用いて燃料噴射量を制御しているときの下流排気温度と下流温度適正値とに基づいてインバランス故障が発生しているか否かが判定される。上記補正係数により空燃比フィードバック制御が実行されるので、１つの気筒の空燃比が減少（燃料噴射量が増加）したときには（リッチ故障発生時）、他の気筒の空燃比が増加（燃料噴射量が減少）し、逆に１つの気筒の空燃比が増加したときには（リーン故障発生時）、他の気筒の空燃比が減少し、平均空燃比が目標空燃比に維持されるが、１つの気筒の空燃比が減少した場合及び増加した場合のいずれにおいても気筒吸入空気量に対して燃料量が過剰となる気筒が存在することから、排気中の未燃燃料成分の比率が増加する傾向を示す。そのため、インバランス故障が発生すると、下流側排気温度は正常時より上昇する傾向を示す。したがって、下流側排気温度と、機関運転状態に応じて算出される下流温度適正値とに基づいて、インバランス故障が発生しているか否かを判定することにより、比較的簡単な構成でリッチ故障及びリーン故障をいずれも正確に判定することが可能となる。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、検出される機関回転数に応じて診断期間が設定され、診断期間中における下流排気温度の最大値を用いて故障判定が行われる。１つの気筒（故障気筒）における空燃比が増加方向または減少方向のどちらにずれても、その故障気筒から排出される排気が触媒に流入すると、他の気筒から排出される排気が流入したときより、未燃燃料成分の燃焼が促進される。その結果、故障気筒から排出される排気に対応する下流排気温度は、他の気筒から排出される排気に対応する下流排気温度より高くなり、しかも故障の影響が顕著に反映される。したがって、下流側排気温度の最大値を用いることにより、故障の態様にかかわらず、インバランス故障を精度良く判定することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明によれば、排気マニホールドの集合部より下流側において検出される空燃比が目標空燃比と一致するように各気筒に対応する燃料噴射弁の噴射量が制御され、触媒の下流側における排気温度である下流排気温度が検出または推定され、検出される機関運転状態に応じて下流排気温度の適正値である下流温度適正値が算出され、機関が安定運転状態にあると判定されているときにインバランス故障判定が実行される。このインバランス故障判定は、補正係数を用いて燃料噴射量を制御しているときの上流排気温度、上流温度適正値、下流排気温度、及び下流温度適正値に基づいてわれるものであって、下流排気温度から前記上流排気温度を減算することにより第１差分値が算出されるとともに、下流温度適正値から上流温度適正値を減算することにより第２差分値が算出され、第１差分値が第２差分値より大きいときにインバランス故障が発生していると判定される。インバランス故障（リッチ故障及びリーン故障）が発生すると、上述したように上流排気温度は低下し、下流排気温度は上昇するので、第１差分値は増加する。したがって、第１差分値と第２差分値の比較結果に基づいてインバランス故障を判定することにより、比較的簡単な構成でリッチ故障及びリーン故障をいずれも正確に判定することが可能となる。
【００２９】
請求項８に記載の発明によれば、インバランス故障が発生していると判定されたときに、上流排気温度の最小値の取得時期、または下流排気温度の最大値の取得時期に応じて、故障気筒を特定される。どの気筒に対応する燃料噴射弁が故障しているかに依存して、上流排気温度の最小値の取得時期または下流排気温度の最大値の取得時期が変化するので、上流排気温度または下流排気温度のピーク値の取得時期に応じて故障気筒を特定することができる。
【００３０】
請求項９に記載の発明によれば、検出される機関回転数に応じて診断期間が設定され、診断期間中における上流排気温度の最小値と、診断期間中における下流排気温度の最大値とを用いて故障判定が行われる。上述したように、上流排気温度の最小値及び下流排気温度の最大値には、インバランス故障の影響が顕著に反映されるので、上流排気温度の最小値及び下流排気温度の最大値を両方用いることにより、判定精度を高めることができる。
【００３１】
請求項１０に記載の発明によれば、空燃比検出手段の加熱素子に供給する電流の通電デューティ比または加熱素子の抵抗値に応じて上流排気温度が推定されるので、上流排気温を検出する排気温度センサを新たに設ける必要がなく、コスト低減効果が得られる。
【００３２】
請求項１１に記載の発明によれば、下流排気温度取得手段は加熱素子を有する酸素濃度センサで構成され、加熱素子に供給する電流の通電デューティ比または加熱素子の抵抗値に応じて、下流排気温度が推定される。排気特性を向上させるために、触媒下流側にも酸素濃度センサを設けて、その下流側酸素濃度センサ出力に応じて目標空燃比の修正を行うことが行われる。したがって、加熱素子を有する下流側酸素濃度センサを用いることにより、下流排気温度を検出するための温度センサを新たに設ける必要がなく、コスト低減効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】酸素濃度センサの加熱素子に電力を供給する回路の回路図である。
【図３】排気温度（ＴＥＸ）の推定手法を説明するための図である。
【図４】インバランス故障の度合（ＩＭＢ）と、上流排気温度（ＴＥＸＵ）及び下流排気温度（ＴＥＸＤ）との関係を示す図である。
【図５】インバランス故障の判定を行う処理のフローチャートである。
【図６】図５の処理で実行されるインバランス判定処理のフローチャートである。
【図７】図６の処理で参照されるマップを示す図である。
【図８】図６の処理で実行される上流排気温度推定処理のフローチャートである。
【図９】図６に示す処理の変形例のフローチャートである。
【図１０】図９の処理で実行される最小値算出処理のフローチャートである。
【図１１】図６に示す処理の変形例のフローチャートである。
【図１２】図１１の処理で実行される気筒特定処理のフローチャートである。
【図１３】インバランス故障の判定を行う処理のフローチャートである（第２の実施形態）。
【図１４】図１３の処理で実行されるインバランス判定処理のフローチャートである。
【図１５】図１４の処理で実行される下流排気温度推定処理のフローチャートである。
【図１６】図１３に示す処理の変形例のフローチャートである。
【図１７】図１３に示す処理の変形例のフローチャートである。
【図１８】インバランス故障の判定を行う処理のフローチャートである（第３の実施形態）。
【図１９】図１８の処理で実行されるインバランス判定処理のフローチャートである。
【図２０】図１９に示す処理の変形例のフローチャートである。
【図２１】図２０の処理で実行される最大値算出処理のフローチャートである。
【図２２】図１９に示す処理の変形例のフローチャートである。
【図２３】図２２の処理で実行される気筒特定処理のフローチャートである。
【図２４】インバランス判定処理のフローチャートである（第４の実施形態）。
【図２５】図２４に示す処理の変形例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる触媒劣化検出装置を含む、内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、その検出信号は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給される。
【００３５】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００３６】
エンジン１の各気筒に設けられた点火プラグ１２は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５から点火信号が供給される。
スロットル弁３の上流側には吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ７が設けられている。またスロットル弁３の下流側には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８、及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。エンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ１０が装着されており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００３７】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００３８】
排気通路１３には三元触媒１４が設けられている。三元触媒１４は、酸素蓄積能力を有し、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的高い排気リーン状態では、排気中の酸素を蓄積し、逆にエンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い排気リッチ状態では、蓄積した酸素により排気中のＨＣ，ＣＯを酸化する機能を有する。
【００３９】
三元触媒１４の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、比例型酸素濃度センサ１５（以下「ＬＡＦセンサ１５」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１５は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した検出信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。また三元触媒１４の下流側には、二値型酸素濃度センサ１６（以下［Ｏ２センサ１６」という）が装着されており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。このＯ２センサ１６は、その出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。
【００４０】
ＬＡＦセンサ１５及びＯ２センサ１６は、エンジン１の冷間始動時に活性化を促進するための加熱素子１５ａ及び１６ａを備えている。加熱素子１５ａ及び１６ａには、ＥＣＵ５から必要に応じて加熱のための電力が供給されるとともに、加熱素子１５ａの両端の電圧（以下「加熱素子電圧」という）ＶＴ１及び加熱素子１６ａの両端の加熱素子電圧ＶＴ２がＥＣＵ５に供給される。
【００４１】
ＥＣＵ５には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２１が接続されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。スロットル弁３は図示しないアクチュエータにより開閉駆動され、スロットル弁開度ＴＨはアクセルペダル操作量ＡＰに応じてＥＣＵ５により制御される。
【００４２】
図示は省略しているが、エンジン１には排気を吸気系に還流する排気還流機構、燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸気系に供給する蒸発燃料処理装置、及び吸気弁の作動位相を連続的に変更する吸気弁作動位相可変機構が備えられている。
【００４３】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００４４】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上述の各種センサの検出信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）を用いて、ＴＤＣパルスに同期して開弁作動する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。燃料噴射時間ＴＯＵＴは、噴射される燃料量にほぼ比例するので、以下「燃料噴射量ＴＯＵＴ」という。
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭ×ＫＣＭＤ×ＫＡＦ×ＫＴＯＴＡＬ    （１）
ここに、ＴＩＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて設定されたＴＩＭテーブルを検索して決定される。ＴＩＭテーブルは、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００４５】
ＫＣＭＤはエンジン１の運転状態に応じて設定される目標空燃比係数である。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、以下「目標当量比」という。目標当量比ＫＣＭＤは、通常制御中はＯ２センサ１６の出力ＳＶＯ２に応じて修正される。
【００４６】
ＫＡＦは、フィードバック制御の実行条件が成立するときは、ＬＡＦセンサ１５の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ（比例積分微分）制御あるいは適応制御器（Self Tuning Regulator）を用いた適応制御により算出される空燃比補正係数である。
【００４７】
ＫＴＯＴＡＬは夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数（エンジン冷却水温ＴＭに応じた補正係数ＫＴＷ、吸気温ＴＡに応じた補正係数ＫＴＡなど）の積である。
【００４８】
ＥＣＵ５のＣＰＵは上述のようにして求めた燃料噴射量ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を出力回路を介して燃料噴射弁６に供給する。また、ＥＣＵ５のＣＰＵは、ＬＡＦセンサ１５及びＯ２センサ１６の加熱素子１５ａ及び１６ａに供給する電力の制御を行うとともに、４つの気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障の判定を行う。
【００４９】
図２は、ＬＡＦセンサ１５の加熱素子１５ａに電力を供給する回路の回路図であり、加熱素子１５ａは抵抗値ＲＩ１の抵抗素子であり、加熱素子１５ａと直列に抵抗１５ｂ（抵抗値Ｒ）が接続されている。ＥＣＵ５から電圧ＶＩＮが供給される。この回路において、抵抗値ＲＩ１は下記式（２）で与えられ、電流Ｉは下記式（３）で与えられる。
【数１】
0005512504.tif 000002
【００５０】
したがって、抵抗値ＲＩ１は下記式（４）で与えられ、加熱素子電圧ＶＴ１から抵抗値ＲＩ１を算出することができる。同様にＯ２センサ１６の加熱素子１６ａの抵抗値ＲＩ２は、下記式（５）で与えられ、加熱素子電圧ＶＴ２から抵抗値ＲＩ２を算出することができる。
【数２】
0005512504.tif 000003
【００５１】
加熱素子１５ａの温度は供給電流Ｉが「０」であれば、その周囲の排気温度ＴＥＸとほぼ等しくなり、抵抗値ＲＩ１は図３（ａ）に示すように排気温度ＴＥＸが高くなるほど減少する。したがって、抵抗値ＲＩ１から図３（ａ）に示す関係を用いて、ＬＡＦセンサ１５近傍の排気温度ＴＥＸＵを推定することができる。加熱素子１６ａの抵抗値ＲＩ２と、その素子温度との関係も同一であり、抵抗値ＲＩ２からＯ２センサ１６近傍の排気温度ＴＥＸＤを推定することができる。
【００５２】
ＬＡＦセンサ１５は三元触媒１４の上流側に配置され、Ｏ２センサ１６は三元触媒１４の下流側に配置されているので、以下の説明では、排気温度ＴＥＸＵを「上流排気温度ＴＥＸＵ」といい、排気温度ＴＥＸＤを「下流排気温度ＴＥＸＤ」という。また、抵抗値ＲＩ１及びＲＩ２に応じて推定される排気温度をそれぞれ「推定上流排気温度ＨＴＥＸＵ」及び「推定下流排気温度ＨＴＥＸＤ」という。
【００５３】
ＬＡＦセンサ１５及びＯ２センサ１６の暖機完了後は、それぞれの供給電流Ｉは「０」となるが、本実施形態では、排気温度の推定を行うために短時間微少電流を供給し、そのときの電圧ＶＩＮ及び加熱素子電圧ＶＴ１，ＶＴ２をそれぞれ式（４）及び（５）に適用して抵抗値ＲＩ１，ＲＩ２を算出する。さらに、図３（ａ）に示す関係を用いて、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵ及び推定下流排気温度ＨＴＥＸＤの算出を行う。
【００５４】
一方、暖機完了前は、抵抗値ＲＩ１，ＲＩ２が目標抵抗値ＲＩＴとなるように電流Ｉのデューティ比ＤＵＴＹがフィードバック制御されるので、デューティ比ＤＵＴＹと排気温度ＴＥＸとの関係は、図３（ｂ）に示すようになる。したがって、本実施形態では、暖機完了前は図３（ｂ）に示す関係を用いることにより、デューティ比ＤＵＴＹに応じて推定上流排気温度ＨＴＥＸＵ及び推定下流排気温度ＨＴＥＸＤの算出を行う。
【００５５】
次に本実施形態におけるインバランス故障判定の手法の概要を図４を参照して説明する。図４は、インバランス故障の度合を示す故障パラメータＩＭＢ（具体的には、４気筒エンジンにおける１つの気筒の燃料噴射量の増加割合を示すパラメータ）と、上流排気温度ＴＥＸＵ（破線）及び下流排気温度ＴＥＸＤ（実線）との関係を示す。故障パラメータＩＭＢ（故障度合）が増加するほど、上流排気温度ＴＥＸＵは低下し、下流排気温度ＴＥＸＤは上昇する傾向を示す。１つの気筒（故障気筒）の燃料噴射量が増加するインバランス故障（以下「リッチ故障」という）が発生すると、ＬＡＦセンサ１５により検出される空燃比（検出当量比ＫＡＣＴ）に応じた空燃比フィードバック制御が行われることによって、他の気筒（正常気筒）の燃料噴射量は減少する。三元触媒１４の上流側では故障気筒から排出される、未燃燃料成分を含む排気の温度は低下する傾向を示し、また正常気筒においては燃料噴射量の減少によって熱発生量が減少し、排気の温度は同様に低下する。したがって、リッチ故障が発生すると、上流排気温度ＴＥＸＵは低下する一方、未燃燃料成分は三元触媒１４で燃焼するため、下流排気温度ＴＥＸＤは上昇する。
【００５６】
また、故障気筒の燃料噴射量が減少するインバランス故障（以下「リーン故障」という）が発生すると、正常気筒の燃料噴射量は増加するため、正常気筒から未燃燃料成分が排出される。その結果、上流排気温度ＴＥＸＵは低下する一方、未燃燃料成分は三元触媒１４で燃焼するため、下流排気温度ＴＥＸＤは上昇する。
【００５７】
以上のように、リッチ故障及びリーン故障のいずれが発生した場合においても、上流排気温度ＴＥＸＵは低下し、下流排気温度ＴＥＸＤは上昇する傾向を示す。そこで、本実施形態及び後述する他の実施形態においては、上流側排気温度ＴＥＸＵ及び／または下流排気温度ＴＥＸＤの変化に基づいて、インバランス故障の判定が行われる。
【００５８】
図５は、インバランス故障判定を行う処理の手順を示すフローチャートであり、この処理はＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ１１では、運転状態フラグＦＥＣＮＤが「１」であるか否かを判別する。運転状態フラグＦＥＣＮＤは、インバランス故障判定を実行可能なエンジン運転状態において「１」に設定される。具体的には、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＢＡが所定範囲内にあるとき「１」に設定される。ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ活性化フラグＦＬＡＦＡＣＶが「１」であるか否かを判別する。ＬＡＦセンサ活性化フラグＦＬＡＦＡＣＶは、ＬＡＦセンサ１５が活性化すると「１」に設定される。
【００５９】
ステップＳ１１またはＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、処理を終了する。ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、図６に示すインバランス判定処理を実行する（ステップＳ１３）。
【００６０】
図６は、図５のステップＳ１３で実行されるインバランス判定処理のフローチャートである。
ステップＳ３１では、排気還流及び蒸発燃料の供給を停止するとともに、吸気弁作動位相可変機構による吸気弁作動位相の変更を停止し、さらに点火時期を固定値に設定する前処理を実行する。ステップＳ３２では、所定安定化時間ＴＳＴＢＬ（例えば２ｓｅｃ）が経過したか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。
【００６１】
ステップＳ３２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧に応じて図７に示す第１適正値マップを検索し、エンジン運転状態に応じた上流排気温度ＴＥＸＵの適正値（インバランス故障が発生していない状態における平均的な上流排気温度、以下「上流温度適正値」という）ＴＥＸＵＲＥＦを算出する。図７に示すマップの線Ｌ１〜Ｌ３は、所定排気温度ＴＥＸ１（例えば３００℃）、ＴＥＸ２（例えば６００℃）、及びＴＥＸ３（例えば９００℃）に対応する。すなわち、第１適正値マップは、エンジン回転数ＮＥが増加するほど上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦが高くなり、かつ吸気圧ＰＢＡが増加するほど上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦが高くなるように設定されている。
【００６２】
ステップＳ３４では、図８に示す上流排気温度推定処理を実行する。図８のステップＳ２１では、第１抵抗値制御フラグＦＬＡＦＲＩＣＮＴが「１」であるか否かを判別する。第１抵抗値制御フラグＦＬＡＦＲＩＣＮＴは、ＬＡＦセンサ１５の加熱素子１５ａの抵抗値ＲＩ１が目標抵抗値ＲＩＴと一致するようにＤＵＴＹ制御を実行しているとき「１」に設定される。第１抵抗値制御フラグＦＬＡＦＲＩＣＮＴは、加熱素子１５ａに供給される電流のデューティ比ＤＵＴＹ１が所定下限デューティ比ＤＵＴＭＩＮ以上であるとき「１」に設定される。
【００６３】
ステップＳ２１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、デューティ比ＤＵＴＹ１に応じて、図３（ｂ）に示す特性が設定されたテーブル（以下「ＤＵＴＹテーブル」という）を検索し、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵを算出する（ステップＳ２２）。一方、ステップＳ２１の答が否定（ＮＯ）であって、暖機が完了しているときは、抵抗値ＲＩ１に応じて図３（ａ）に示す特性が設定されたテーブル（以下「ＲＩテーブル」という）を検索し、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵを算出する（ステップＳ２３）。
【００６４】
図６に戻り、ステップＳ３５では、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵが、上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦから所定量ＤＴＥＸ（例えば５０℃）を減算した温度より低いか否かを判別し、この答が否定（ＮＯ）であるときは正常と判定する（ステップＳ３７）。一方、ステップＳ３５の答が肯定（ＹＥＳ）であって、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵが上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦから所定量ＤＴＥＸを減算した温度より低いときは、インバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ３６）。
【００６５】
ステップＳ３８では、正常判定またはインバランス故障が発生しているとの判定が所定時間継続したときに、正常またはインバランス故障の最終判定を行う。インバランス故障が発生していると判定されたときは、インバランス故障フラグＦＩＭＢＦＡＩＬを「１」に設定する。
【００６６】
以上のように本実施形態によれば、排気マニホールドの集合部より下流側に設けられたＬＡＦセンサ１５によって検出される空燃比が目標空燃比と一致するように各気筒に対応する燃料噴射量ＴＯＵＴが制御され、三元触媒１４の上流側における排気温度の推定値である推定上流排気温度ＨＴＥＸＵが算出されるとともに、検出されるエンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＢＡに応じて上流排気温度の適正値である上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦが算出される。前処理実行後、所定安定化時間ＴＳＴＢＬが経過した安定運転状態においてインバランス故障判定が実行され、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵが上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦから所定量ＤＴＥＸを減算した温度より低いときにインバランス故障が発生していると判定される。
【００６７】
空燃比補正係数ＫＡＦにより空燃比フィードバック制御が実行されるので、１つの気筒の空燃比が減少（燃料噴射量が増加）したときには（リッチ故障）、他の気筒の空燃比が増加（燃料噴射量が減少）し、逆に１つの気筒の空燃比が増加したときには（リーン故障）、他の気筒の空燃比が減少し、平均空燃比が目標空燃比に維持されるが、上述したようにリッチ故障及びリーン故障のいずれが発生した場合においても、上流側排気温度ＴＥＸＵは正常時より低下する傾向を示す。したがって、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵが、エンジン運転状態に応じて算出される上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦから所定量ＤＴＥＸを減算した温度より低いときにインバランス故障が発生したと判定することにより、比較的簡単な構成でインバランス故障（リッチ故障及びリーン故障）を正確に判定することが可能となる。
【００６８】
また本実施形態では、ＬＡＦセンサ１５の加熱素子１５ａに供給する電流のデューティ比ＤＵＴＹ１または加熱素子の抵抗値ＲＩ１に応じて推定上流排気温度ＨＴＥＸＵが算出されるので、上流排気温ＴＥＸＵを検出する排気温度センサを新たに設ける必要がなく、コスト低減効果が得られる。
【００６９】
本実施形態では、クランク角度位置センサ１１及び吸気圧センサ８が運転状態検出手段に相当し、ＬＡＦセンサ１５が空燃比検出手段及び上流排気温度取得手段の一部に相当し、ＥＣＵ５が補正係数算出手段、燃料噴射量制御手段、上流排気温度取得手段の一部、上流温度適正値算出手段、安定状態判定手段、及び故障判定手段を構成する。具体的には、図６の処理が上流排気温度取得手段に相当し、図６のステップＳ３２が安定状態判定手段に相当し、ステップＳ３３が上流温度適正値算出手段に相当し、ステップＳ３４〜Ｓ３７が故障判定手段に相当する。
【００７０】
［変形例１］
本変形例は、エンジン回転数ＮＥに応じて診断期間を設定し、診断期間中における推定上流排気温度ＨＴＥＸＵの最小値（下側ピーク値）を用いてインバランス故障判定を行うようにしたものである。
【００７１】
例えば１つの気筒（故障気筒）の燃料噴射量が制御指令値より大きくなる（空燃比が目標空燃比より小さくなる）リッチ故障が発生したときは、平均空燃比が目標空燃比と一致するように空燃比フィードバック制御が行われる結果、他の３気筒においては、空燃比が目標空燃比より大きな値となるように燃料噴射が行われる。そのため、故障気筒から排出される排気中の未燃燃料成分が増加し、その温度低下量は、他の気筒から排出される排気の温度低下量より大きくなる。したがって、故障気筒から排出される排気の温度が最小となる傾向を示す。
【００７２】
一方、故障気筒の燃料噴射量が制御指令値より小さくなる（空燃比が目標空燃比より大きくなる）リーン故障が発生したときは、空燃比フィードバック制御が行われる結果、他の３気筒においては、空燃比が目標空燃比より小さな値となるように燃料噴射が行われる。そのため、故障気筒における熱発生量が減少し、故障気筒から排出される排気の温度の低下量は、他の気筒から排出される排気の温度の低下量より大きくなる。したがって、リッチ故障の場合と同様に、故障気筒から排出される排気の温度が最小となる傾向を示す。
【００７３】
すなわち、リッチ故障及びリーン故障のいずれが発生した場合においても、故障気筒から排出される排気の温度が、他の気筒から排出される排気の温度より低くなる。また故障気筒における燃料噴射量の変化量が例えば＋３０％（−３０％）であるとすると、正常気筒における燃料噴射量の変化量は、−１０％（＋１０％）となるため（４気筒エンジン）、故障気筒における排気温度低下の影響が、上流排気温度ＴＥＸＵに顕著に反映され、最小値（下側ピーク値）の検出を行うことができる。
【００７４】
図９は、本変形例におけるインバランス判定処理のフローチャートであり、図９に示す処理は、図６に示す処理にステップＳ３３ａ及び３３ｂを追加し、ステップＳ３４をステップＳ３４ａに変更したものである。
【００７５】
ステップＳ３３ａでは、エンジン回転数ＮＥ［ｒｐｍ］の応じて診断時間ＴＤＩＡＧを算出する。診断時間ＴＤＩＡＧ［ｓｅｃ］は、クランク軸が７２０度回転する時間（１燃焼サイクルに相当する時間）であり、下記式（１１）で与えられる。
ＴＤＩＡＧ＝１２０／ＮＥ                                  （１１）
【００７６】
ステップＳ３３ｂでは、図１０に示す最小値算出処理を実行する。図１０のステップ４１では、ダウンカウントタイマＴＭを診断時間ＴＤＩＡＧに設定してスタートさせる。ステップＳ４２では、タイマＴＭの値が「０」であるか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、タイマＴＭの値が「０」となるまで、ステップＳ４３及びＳ４４を一定時間ＴＣＡＬ毎に繰り返し実行する。
【００７７】
ステップＳ４３では、図８の上流排気温度推定処理を実行し、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵを算出する。ステップＳ４４では、ステップＳ４３で算出した推定上流排気温度ＨＴＥＸＵを、記憶値ＨＴＥＸＵ(n)として記憶するとともに、上流排気温度変化量ＤＴＥＸＵ(n)を下記式（１２）により算出する。ｎは、上記一定時間ＴＣＡＬで離散化した離散化時刻であり、以下「タイミングパラメータ」という。
ＤＴＥＸＵ(n)＝ＨＴＥＸＵ(n)−ＨＴＥＸＵ(n-1)              （１２）
【００７８】
タイマＴＭの値が「０」となると、ステップＳ４３からステップＳ４５に進み、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰを算出する。すなわち、上流排気温度変化量ＤＴＥＸＵ(n)の符号が負から正に変化したときのタイミングパラメータｎの値から「１」を減算した値をピークタイミング値ｎＰとして選択し、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰをＨＴＥＸＵ(nP)に設定する。
【００７９】
図９に戻り、ステップＳ３４ａでは、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰが、上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦから所定量ＤＴＥＸを減算した温度より低いか否かを判別する。その答が否定（ＮＯ）であるときは正常と判定し（ステップＳ３６）、ステップＳ３４ａの答が肯定（ＹＥＳ）であるときはインバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ３７）。
【００８０】
以上のように本変形例では、エンジン回転数ＮＥに応じて診断期間が設定され、診断期間中における推定上流排気温度ＨＴＥＸＵの最小値ＨＴＥＸＵＰを用いてインバランス故障判定が行われる。上述したように故障気筒における空燃比が増加方向または減少方向のどちらにずれても、その故障気筒から排出される排気の温度が他の気筒から排出される排気の温度より低くなり、しかも故障の影響が顕著に反映されるので、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰを用いることにより、故障の態様にかかわらず、インバランス故障を精度良く判定することができる。
本変形例では、図９のステップＳ３３ａが診断期間設定手段に相当し、ステップＳ３４ａ〜Ｓ３７が故障判定手段に相当する。
【００８１】
［変形例２］
本変形例は、図６の処理においてインバランス故障が発生していると判定されたときに、さらに故障が発生している気筒を特定する処理を行うようにしたものである。
【００８２】
図１１は、本変形例におけるインバランス判定処理のフローチャートであり、この処理は図６の処理にステップＳ３９及びＳ４０を追加したものである。
ステップＳ３９では、インバランス故障フラグＦＩＭＢＦＡＩＬが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。ＦＩＭＢＦＡＩＬ＝１であるときは、図１２に示す気筒特定処理を実行する。
【００８３】
図１２のステップＳ５１では、図１１のステップＳ３１と同様の前処理を実行し、ステップＳ５２では図９のステップＳ３３ａと同様にエンジン回転数ＮＥに応じて診断時間ＴＤＩＡＧを算出する。ステップＳ５３ではダウンカウントタイマＴＭを診断時間ＴＤＩＡＧに設定に設定してスタートさせる。ステップＳ５４では、タイマＴＭの値が「０」であるか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、タイマＴＭの値が「０」となるまで、ステップＳ５５〜Ｓ５７を一定時間ＴＣＡＬ毎に繰り返し実行する。
【００８４】
ステップＳ５５では、図８の上流排気温度推定処理を実行し、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵを算出する。ステップＳ５６では、ステップＳ５５で算出した推定上流排気温度ＨＴＥＸＵを、記憶値ＨＴＥＸＵ(n)として記憶するとともに、上流排気温度変化量ＤＴＥＸＵ(n)を前記式（１２）により算出する。ステップＳ５７では、その時点のクランク角度ＣＲＫ(n)、エンジン回転数ＮＥ(n)、及び吸気圧ＰＢＡ(n）を記憶する。クランク角度ＣＲＫ(n)は、０度から７２０度の間の値をとる。
【００８５】
タイマＴＭの値が「０」となると、ステップＳ５４からステップＳ５８に進み、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰを算出する。すなわち、上流排気温度変化量ＤＴＥＸＵ(n)の符号が負から正に変化したときのタイミングパラメータｎの値から「１」を減算した値をピークタイミング値ｎＰとして選択し、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰをＨＴＥＸＵ(nP)に設定する。さらにステップＳ５８では、基本ピーク位置角度ＣＲＫＰＢを、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰに対応するクランク角度ＣＲＫ(nP)に設定する。
【００８６】
ステップＳ５９では、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰに対応するエンジン回転数ＮＥ(nP)及び吸気圧ＰＢＡ(nP)の応じてＤＣＲＫＰマップ（図示せず）を検索することにより、気筒から排出される排気がＬＡＦセンサ１５に到達するまでの遅れ時間に相当する遅れ角度ＤＣＲＫＰを算出する。ＤＣＲＫＰマップは、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど遅れ角度ＤＣＲＫＰが減少し、かつ吸気圧ＰＢＡが高くなるほど遅れ角度ＤＣＲＫＰが減少するように設定されている。
【００８７】
ステップＳ６０では、基本ピーク位置角度ＣＲＫＰＢから遅れ角度ＤＣＲＫＰを減算して（下記式（１３））、ピーク位置角度ＣＲＫＰを算出する。
ＣＲＫＰ＝ＣＲＫＰＢ−ＤＣＲＫＰ                    （１３）
ステップＳ６１では、ピーク位置角度ＣＲＫＰが正の値であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは直ちにステップＳ６３に進む。ＣＲＫＰ≦０であるときは、７２０度を加算して（ステップＳ６２）、ステップＳ６３に進む。
【００８８】
ステップＳ６３では、ピーク位置角度ＣＲＫＰに応じて故障気筒を特定する。クランク角度ＣＲＫと各気筒の行程との関係は予め定められているので、ピーク位置角度ＣＲＫＰから対応する気筒を容易に特定することができる。
【００８９】
以上のように本変形例では、インバランス故障が発生していると判定されたときに、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰの取得時期を示すピーク位置角度ＣＲＫＰに応じて、故障気筒が特定される。どの気筒に対応する燃料噴射弁が故障しているかに依存して、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰに対応するピーク位置角度ＣＲＫＰが変化するので、ピーク位置角度ＣＲＫＰに応じて故障気筒を特定することが可能となる。
本変形例では、図１２の処理が気筒特定手段に相当する。
【００９０】
［第２の実施形態］
本実施形態は、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵとともに、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤを用いてインバランス故障判定を行うようにしたものである。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
【００９１】
図１３は本実施形態における故障判定処理のフローチャートである。ステップＳ７１及びＳ７２は、図５のステップＳ１１及びＳ１２と同一のステップである。ステップＳ７３では、Ｏ２センサ活性化フラグＦＯ２ＡＣＶが「１」であるか否かを判別する。Ｏ２センサ活性化フラグＦＯ２ＡＣＶは、Ｏ２センサ１６が活性化すると「１」に設定される。
【００９２】
ステップＳ７１〜Ｓ７３の何れかの答が否定（ＮＯ）であるときは、処理を終了し、ステップＳ７３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、図１４に示すインバランス判定処理を実行する。
【００９３】
図１４のステップＳ８１〜Ｓ８４は、図６のステップＳ３１〜Ｓ３４と同一のステップである。ステップＳ８５では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＨＰＢＡに応じて第２適正値マップ（図示せず）を検索し、エンジン運転状態に応じた下流排気温度ＴＥＸＤの適正値（インバランス故障が発生していない状態における平均的な下流排気温度、以下「下流温度適正値」という）ＴＥＸＤＲＥＦを算出する。第２適正値マップの設定値は、対応する同一運転状態における第１適正値マップの設定値より大きな値に設定されている。
【００９４】
ステップＳ８６では、図１５に示す下流排気温度推定処理を実行する。図１５のステップＳ１０１では、第２抵抗値制御フラグＦＯ２ＲＩＣＮＴが「１」であるか否かを判別する。第２抵抗値制御フラグＦＯ２ＲＩＣＮＴは、Ｏ２センサ１５の加熱素子１６ａの抵抗値ＲＩ２が目標抵抗値ＲＩＴと一致するようにＤＵＴＹ制御を実行しているとき「１」に設定される。第２抵抗値制御フラグＦＯ２ＲＩＣＮＴは、加熱素子１６ａに供給される電流のデューティ比ＤＵＴＹ２が所定下限デューティ比ＤＵＴＭＩＮ以上であるとき「１」に設定される。
【００９５】
ステップＳ１０１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、デューティ比ＤＵＴＹ２に応じて、図３（ｂ）に示すＤＵＴＹテーブルを検索し、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤを算出する（ステップＳ１０２）。一方、ステップＳ１０１の答が否定（ＮＯ）であって、暖機が完了しているときは、抵抗値ＲＩ２に応じて図３（ａ）に示すＲＩテーブルを検索し、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤを算出する（ステップＳ１０３）。
【００９６】
図１４に戻り、ステップＳ８７では、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵが、上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦから所定量ＤＴＥＸを減算した値より低いか否かを判別し、この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、さらに推定下流排気温度ＨＴＥＸＤが、下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦに所定量ＤＴＥＸを加算した値より高いか否かを判別する（ステップＳ８８）。ステップＳ８７またはＳ８８の答が否定（ＮＯ）であるときは正常と判定する（ステップＳ９０）。一方、ステップＳ８８の答が肯定（ＹＥＳ）であって、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵが上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦから所定量ＤＴＥＸを減算した温度より低く、かつ推定下流排気温度ＨＴＥＸＤが下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦに所定量ＤＴＥＸを加算した温度より高いときは、インバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ８９）。
【００９７】
ステップＳ９１では、正常判定またはインバランス故障が発生しているとの判定が所定時間継続したときに、正常またはインバランス故障の最終判定を行う。インバランス故障が発生していると判定されたときは、インバランス故障フラグＦＩＭＢＦＡＩＬを「１」に設定する。
【００９８】
以上のように本実施形態では、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵについての判定（ステップＳ８７）と、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤについての判定（ステップＳ８８）がともに実行されるので、故障判定精度を高めることができる。
【００９９】
本実施形態では、図１５の処理が下流排気温度取得手段に相当し、図１４のステップＳ８５が下流温度適正値算出手段に相当し、ステップＳ８７〜Ｓ９１が故障判定手段に相当する。
【０１００】
［変形例１］
図１４の処理は、図１６に示すように変形してもよい。図１６の処理は、図１４の処理にステップＳ８６ａ及びＳ８８ａを追加したものである。
【０１０１】
ステップＳ８６ａでは、下記式（２１）により、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤと推定上流排気温度ＨＴＥＸＵとの差分値（以下「第１差分値」という）ＤＴＥＸＤＵを算出するとともに、下記式（２２）により、下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦと上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦとの差分値（以下「第２差分値」という）ＤＴＥＸＲＥＦを算出する。
ＤＴＥＸＤＵ＝ＨＴＥＸＤ−ＨＴＥＸＵ                          （２１）
ＤＴＥＸＲＥＦ＝ＴＥＸＤＲＥＦ−ＴＥＸＵＲＥＦ                （２２）
【０１０２】
ステップＳ８８ａでは、第１差分値ＤＴＥＸＤＵが第２差分値ＤＴＥＸＲＥＦより大きいか否かを判別する。ステップＳ８８ａの答が否定（ＮＯ）であるときは、正常と判定し（ステップＳ９０）、ステップＳ８８ａの答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、インバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ８９）。
【０１０３】
本変形例によれば、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵについての判定（ステップＳ８７）、及び推定下流排気温度ＨＴＥＸＤについての判定（ステップＳ８８）に加えて、第１差分値ＤＴＥＸＤＵについての判定（ステップＳ８８ａ）が行われ、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵが上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦから所定量ＤＴＥＸを減算した温度より低く、かつ推定下流排気温度ＨＴＥＸＤが下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦに所定量ＤＴＥＸを加算した温度より高く、かつ第１差分値ＤＴＥＸＤＵが第２差分値ＤＴＥＸＲＥＦより大きいときにインバランス故障が発生していると判定される。第１差分値ＤＴＥＸＤＵには、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵまたは推定下流排気温度ＨＴＥＸＤそのものより、顕著にインバランス故障の影響が反映されるので、第１差分値ＤＴＥＸＤＵについての判定も行うことにより、故障判定精度をより高めることができる。
【０１０４】
本変形例では、図１６のステップＳ８６ａが第１差分値算出手段及び第２差分値算出手段に相当し、ステップＳ８７，Ｓ８８，Ｓ８８ａ，及びＳ８９〜Ｓ９１が故障判定手段に相当する。
【０１０５】
［変形例２］
図１６の処理は図１７に示すように変形してもよい。図１７の処理は、図１６のステップＳ８７及びＳ８８を削除したものである。すなわち、本変形例では第１差分値ＤＴＥＸＤＵについての判定（ステップＳ８８ａ）のみ行われる。変形例２に比べて判定精度は低下する可能性があるが、第１の実施形態より判定精度を高めることができる。
本変形例では、図１７のステップＳ８８ａ及びＳ８９〜Ｓ９１が故障判定手段に相当する。
【０１０６】
［第３の実施形態］
本実施形態は、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵに代えて推定下流排気温度ＨＴＥＸＤを用いてインバランス故障判定を行うようにしたものである。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。
【０１０７】
図１８は、本実施形態におけるインバランス故障判定処理のフローチャートである。この処理は、図１３のステップＳ７２を削除したものに相当する。本実施形態では、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤを用いて、ステップＳ１７４のインバランス判定が行われるので、ステップＳ１７３においてＯ２センサ活性化フラグＦＯ２ＡＣＶが「１」であるとき、ステップＳ１７４に進み、インバランス判定処理が実行される。
【０１０８】
図１９は、図１８のステップＳ１７４で実行されるインバランス判定処理のフローチャートである。ステップＳ１３１，Ｓ１３２，及びＳ１３６〜Ｓ１３８は、図６のステップＳ３１，Ｓ３２，及びＳ３６〜Ｓ３８と同一のステップである。
【０１０９】
ステップＳ１３３では、図１４のステップＳ８５と同様にして、下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦを算出する。ステップＳ１３４では、図１５に示す下流排気温度推定処理を実行し、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤを算出する。ステップＳ１３５では、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤが、下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦに所定量ＤＴＥＸを加算した温度より高いか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは正常と判定する（ステップＳ１３７）。
ステップＳ１３５の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、インバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ１３６）。
【０１１０】
本実施形態によれば、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤが下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦに所定量ＤＴＥＸを加算した温度より高いときに、インバランス故障が発生していると判定される。第２の実施形態と比較すると、判定精度は低くなる可能性があるが、第１の実施形態と同程度の精度を確保することができる。
【０１１１】
本実施形態では、Ｏ２センサ１６が下流排気温度取得手段の一部を構成し、図１９のステップＳ１３３が下流温度適正値算出手段に相当し、ステップＳ１３４が下流排気温度取得手段に相当し、ステップＳ１３４〜Ｓ１３７が故障判定手段に相当する。
【０１１２】
［変形例１］
本変形例は、エンジン回転数ＮＥに応じて診断期間を設定し、診断期間中における推定下流排気温度ＨＴＥＸＤの最大値（上側ピーク値）を用いてインバランス故障判定を行うようにしたものである。
【０１１３】
例えば１つの気筒（故障気筒）の燃料噴射量が制御指令値より大きくなるリッチ故障が発生したときは、空燃比フィードバック制御が行われる結果、他の３気筒の空燃比は目標空燃比より大きな値となるように燃料噴射が行われる。そのため、故障気筒から排出される排気中の未燃燃料成分が増加する一方、他の気筒から排出される排気中の酸素濃度が増加する。三元触媒１４では、故障気筒からの未燃燃料成分と、他の気筒からの酸素とが反応するため、未燃燃料成分を含む故障気筒からの排気に対応する下流排気温度は、他の気筒から排出される排気に対応する下流排気温度より高くなる。
【０１１４】
また、故障気筒の燃料噴射量が制御指令値より小さくなるリーン故障が発生したときは、空燃比フィードバック制御が行われる結果、他の３気筒の空燃比は目標空燃比より小さな値となるように燃料噴射が行われる。そのため、故障気筒から排出される排気中の酸素濃度が増加する一方、他の気筒から排出される排気中の未燃燃料成分が増加する。三元触媒１４では、故障気筒からの酸素と、他の気筒からの未燃燃料成分とが反応するため、酸素濃度が高い故障気筒からの排気に対応する下流排気温度は、他の気筒から排出される排気に対応する下流排気温度より高くなる。
【０１１５】
すなわち、リッチ故障及びリーン故障のいずれが発生した場合においても、故障気筒から排出される排気に対応する下流排気温度が、他の気筒から排出される排気に対応する下流排気温度より高くなる。また故障気筒における燃料噴射量の変化量が例えば＋３０％（−３０％）であるとすると、正常気筒における燃料噴射量の変化量は、−１０％（＋１０％）となるため（４気筒エンジン）、故障気筒に対応する排気の温度上昇の影響が、下流排気温度ＴＥＸＵに顕著に反映されるため、最大値（上側ピーク値）の検出を行うことができる。
【０１１６】
図２０は、本変形例におけるインバランス判定処理のフローチャートであり、図２０に示す処理は、図１９に示す処理にステップＳ１３３ａ及び１３３ｂを追加し、ステップＳ１３４をステップＳ１３４ａに変更したものである。
【０１１７】
ステップＳ１３３ａでは、エンジン回転数ＮＥに応じて診断時間ＴＤＩＡＧを算出し、ステップＳ１３３ｂでは、図２１に示す最大値算出処理を実行する。図２１のステップ１４１及びＳ１４２は、図１０のステップＳ４１及びＳ４２と同一のステップであり、タイマＴＭの値が「０」となるまで、ステップＳ１４３及びＳ１４４を一定時間ＴＣＡＬ毎に繰り返し実行する。
【０１１８】
ステップＳ１４３では、図１５の下流排気温度推定処理を実行し、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤを算出する。ステップＳ１４４では、ステップＳ１４３で算出した推定下流排気温度ＨＴＥＸＤを、記憶値ＨＴＥＸＤ(n)として記憶するとともに、下流排気温度変化量ＤＴＥＸＤ(n)を下記式（３１）により算出する。
ＤＴＥＸＤ(n)＝ＨＴＥＸＤ(n)−ＨＴＥＸＤ(n-1)              （３１）
【０１１９】
タイマＴＭの値が「０」となると、ステップＳ１４２からステップＳ１４５に進み、下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰを算出する。すなわち、下流排気温度変化量ＤＴＥＸＤ(n)の符号が正から負に変化したときのタイミングパラメータｎの値から「１」を減算した値をピークタイミング値ｎＰとして選択し、下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰをＨＴＥＸＤ(nP)に設定する。
【０１２０】
図２０に戻り、ステップＳ１３４ａでは、下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰが、下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦに所定量ＤＴＥＸを加算した温度より高いか否かを判別する。その答が否定（ＮＯ）であるときは正常と判定し（ステップＳ１３６）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときはインバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ１３５）。
【０１２１】
以上のように本変形例では、エンジン回転数ＮＥに応じて診断期間が設定され、診断期間中における推定下流排気温度ＨＴＥＸＤの最大値ＨＴＥＸＤＰを用いてインバランス故障判定が行われる。上述したように故障気筒における空燃比が増加方向または減少方向のどちらにずれても、その故障気筒から排出される排気に対応する下流排気温度が他の気筒から排出される排気に対応する下流排気温度より高くなり、しかも故障の影響が顕著に反映されるので、推定下流側排気温度の最大値ＨＴＥＸＤＰを用いることにより、故障の態様にかかわらず、インバランス故障を精度良く判定することができる。
本変形例では、図２０のステップＳ１３３ａが診断期間設定手段に相当し、ステップＳ１３４ａ〜Ｓ１３７が故障判定手段に相当する。
【０１２２】
［変形例２］
本変形例は、図１９の処理においてインバランス故障が発生していると判定されたときに、さらに故障が発生している気筒を特定する処理を行うようにしたものである。
【０１２３】
図２２は、本変形例におけるインバランス判定処理のフローチャートであり、この処理は図１９の処理にステップＳ１３９及びＳ１４０を追加したものである。
【０１２４】
ステップＳ１３９では、インバランス故障フラグＦＩＭＢＦＡＩＬが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。ＦＩＭＢＦＡＩＬ＝１であるときは、図２３に示す気筒特定処理を実行する。
【０１２５】
図２３のステップＳ１５１〜Ｓ１５４は、それぞれ図１２のステップＳ５１〜Ｓ５４と同一であり、タイマＴＭの値が「０」となるまで、ステップＳ１５５〜Ｓ１５７を一定時間ＴＣＡＬ毎に繰り返し実行する。
【０１２６】
ステップＳ１５５では、図１５の下流排気温度推定処理を実行し、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤを算出する。ステップＳ１５６では、ステップＳ１５５で算出した推定下流排気温度ＨＴＥＸＤを、記憶値ＨＴＥＸＤ(n)として記憶するとともに、下流排気温度変化量ＤＴＥＸＤ(n)を前記式（３１）により算出する。ステップＳ１５７では、その時点のクランク角度ＣＲＫ(n)、エンジン回転数ＮＥ(n)、及び吸気圧ＰＢＡ(n）を記憶する。
【０１２７】
タイマＴＭの値が「０」となると、ステップＳ１５４からステップＳ１５８に進み、下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰを算出する。すなわち、下流排気温度変化量ＤＴＥＸＤ(n)の符号が正から負に変化したときのタイミングパラメータｎの値から「１」を減算した値をピークタイミング値ｎＰとして選択し、下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰをＨＴＥＸＤ(nP)に設定する。さらにステップＳ１５８では、基本ピーク位置角度ＣＲＫＰＢを、下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰに対応するクランク角度ＣＲＫ(nP)に設定する。
ステップＳ１５９〜Ｓ１６３は、図１２のステップＳ５９〜６３と同一であり、ピーク位置角度ＣＲＫＰに応じて故障気筒が特定される。
【０１２８】
以上のように本変形例では、インバランス故障が発生していると判定されたときに、下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰの取得時期を示すピーク位置角度ＣＲＫＰに応じて、故障気筒が特定される。どの気筒に対応する燃料噴射弁が故障しているかに依存して、下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰに対応するピーク位置角度ＣＲＫＰが変化するので、ピーク位置角度ＣＲＫＰに応じて故障気筒を特定することが可能となる。
本変形例では、図２３の処理が気筒特定手段に相当する。
【０１２９】
［第４の実施形態］
本実施形態は、推定上流排気温度ＨＴＥＸＵの最小値ＨＴＥＸＵＰ及び推定下流排気温度ＨＴＥＸＤの最大値ＨＴＥＸＤＰを用いてインバランス故障判定を行うようにしたものである。以下に説明する点以外は第２の実施形態と同一である。
【０１３０】
図２４は本実施形態におけるインバランス判定処理のフローチャートである。ステップＳ１８１〜Ｓ１８６は、図９のステップＳ３１〜Ｓ３３，Ｓ３３ａ，Ｓ３３ｂ，及びＳ３４ａと同一である。
【０１３１】
ステップＳ１８６の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、さらにステップＳ１８７〜Ｓ１９０を実行し、推定下流排気温度ＨＴＥＸＤの最大値ＨＴＥＸＤＰによる判定を行う。ステップＳ１８７〜Ｓ１９０は、図２０のステップＳ１３３，Ｓ１３３ａ，Ｓ１３３ｂ，及びＳ１３４ａと同一である。
【０１３２】
以上のように本実施形態では、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰが上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦから所定量ＤＴＥＸを減算した温度より低く、かつ下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰが下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦに所定量ＤＴＥＸを加算した温度より高いときに、インバランス故障が発生していると判定されるので、判定精度を高めることができる。
本実施形態では、ステップＳ１８５，Ｓ１８６，及びＳ１８９〜Ｓ１９３が故障判定手段に相当する。
【０１３３】
［変形例］
図２４の処理は、図２５に示すように変形してもよい。図２５の処理は、図２４の処理にステップＳ１８９ａ及び１９０ａを追加したものである。
【０１３４】
ステップＳ１８９ａでは、下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰから上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰを減算するとにより、ピーク差分値ＤＴＥＸＤＵＰを算出する（下記式（４１））とともに、前記式（２２）により第２差分値ＤＴＥＸＲＥＦを算出する。
ＤＴＥＸＤＵＰ＝ＨＴＥＸＤＰ−ＨＴＥＸＵＰ                （４１）
【０１３５】
ステップＳ１９０の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、さらにステップＳ１９０ａでピーク差分値ＤＴＥＸＤＵＰが第２差分値ＤＴＥＸＲＥＦより大きいか否かを判別する。その答が否定（ＮＯ）であるときは正常と判定し（ステップＳ１９２）、ピーク差分値ＤＴＥＸＤＵＰが第２差分値ＤＴＥＸＲＥＦより大きいときは、インバランス故障が発生している判定する（ステップＳ１９１）。
【０１３６】
本変形例では、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰが上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦから所定量ＤＴＥＸを減算した温度より低く、かつ下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰが下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦに所定量ＤＴＥＸを加算した温度より高く、かつピーク差分値ＤＴＥＸＤＵＰが第２差分値ＤＴＥＸＲＥＦより大きいときにインバランス故障が発生していると判定される。ピーク差分値ＤＴＥＸＤＵＰには、上流排気温度最小値ＨＴＥＸＵＰまたは下流排気温度最大値ＨＴＥＸＤＰそのものより、顕著にインバランス故障の影響が反映されるので、ピーク差分値ＤＴＥＸＤＵＰについての判定も行うことにより、故障判定精度をより高めることができる。
【０１３７】
本変形例では、図２５のステップＳ１８９ａが第１差分値算出手段及び第２差分値算出手段に相当し、ステップＳ１８５，Ｓ１８６，Ｓ１８９，Ｓ１９０，Ｓ１９０ａ，及びＳ１９１〜Ｓ１９３が故障判定手段に相当する。
【０１３８】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、他の変形も可能である。例えば、上流排気温度ＴＥＸＵ及び／または下流排気温度ＴＥＸＤを検出する温度センサを排気通路１３に配置し、上述した推定上流排気温度ＨＴＥＸＵ及び／または推定下流排気温度ＨＴＥＸＤに代えて、検出される上流排気温度ＴＥＸＵ及び／または下流排気温度ＴＥＸＤをインバランス判定に用いるようにしてもよい。
【０１３９】
また、上流温度適正値ＴＥＸＵＲＥＦ及び下流温度適正値ＴＥＸＤＲＥＦは、図６のステップＳ３５、図１９のステップＳ１３５などにおける判定閾値としてそのまま使用できるようにエンジン運転状態（ＮＥ，ＰＢＡ）に応じて設定するようにしてもよい。その場合には、所定量ＤＴＥＸは「０」に設定される。すなわち、特許請求の範囲に記載した「所定量」は、「０」である場合も含む。
【０１４０】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの排気浄化装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【０１４１】
１  内燃機関
５  電子制御ユニット（補正係数算出手段、燃料噴射量制御手段、安定状態判定手段、上流排気温度取得手段、下流排気温度取得手段、上流温度適正値算出手段、下流温度適正値算出手段、第１差分値算出手段、第２差分値算出手段、故障判定手段、診断期間設定手段、気筒特定手段）
６  燃料噴射弁
８  吸気圧センサ（運転状態検出手段）
１１  クランク角度位置センサ（運転状態検出手段）
１３  排気通路
１４  三元触媒（排気浄化用触媒）
１５  比例型酸素濃度センサ（空燃比検出手段、上流排気温度取得手段）
１５ａ  加熱素子
１６  二値型酸素濃度センサ（下流排気温度取得手段）
１６ａ  加熱素子
【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７】
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【図８】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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