(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒エンジンの排気ガス中の酸素濃度に基づいて前記エンジンの燃焼室内における混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段の出力特性を測定する方法であって、
所定の条件下で、前記エンジンの特定の一気筒について空燃比を変化させる特定気筒空燃比変化工程と、
該特定気筒空燃比変化工程で前記特定の一気筒の空燃比を変化させたときの前記空燃比検出手段の高周波出力特性を測定する第１の出力特性測定工程と、
前記第１の出力特性測定工程で測定された高周波出力特性に基づき、前記エンジンの気筒間の空燃比差を検出するために行われる前記空燃比検出手段の出力値の補正に必要な第１の補正値を算出する第１の補正値算出工程と、
該第１の補正値算出工程で算出された第１の補正値に基づき前記空燃比検出手段の出力値を補正する第１の出力値補正工程と、
該第１の出力値補正工程の補正で得られた補正出力値に基づき、前記気筒間の空燃比差についての異常の有無を判定する第１の判定工程と、
所定の条件下で、前記エンジンの全気筒について空燃比を一律に変化させる全気筒空燃比変化工程と、
該全気筒空燃比変化工程において全気筒の空燃比を一律に変化させたときの前記空燃比検出手段の低周波出力特性を測定する第２の出力特性測定工程と、
該第２の出力特性測定工程で測定された低周波出力特性に基づき、前記エンジンの全気筒について空燃比をフィードバック制御するために行われる前記空燃比検出手段の出力値の補正に必要な第２の補正値を算出する第２の補正値算出工程と、
該第２の補正値算出工程で算出された第２の補正値に基づき前記空燃比検出手段の出力値を補正する第２の出力値補正工程と、
該第２の出力値補正工程の補正で得られた補正出力値に基づき、前記エンジンの全気筒について空燃比をフィードバック制御する空燃比制御工程と、を有することを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定方法。
【請求項２】
前記第１の判定工程は、前記補正出力値に基づき算出された判定用パラメータと、所定の閾値との比較に基づいて異常の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法。
【請求項３】
前記第１の補正値算出工程において、前記第１の出力特性測定工程と同様の方法によって測定された出荷時における複数の前記空燃比検出手段の高周波出力特性に関する値の中央値と、前記第１の出力特性測定工程で測定された高周波出力特性に関する値との差に基づき、前記第１の補正値を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法。
【請求項４】
前記第１の出力特性測定工程で測定された高周波出力特性に基づき、前記空燃比検出手段が、前記気筒間の空燃比差についての異常の有無の判定に利用可能な所定以上の応答性を示すものであるか否かを判定する第２の判定工程を有し、
該第２の判定工程において前記空燃比検出手段が所定以上の応答性を示すものであると判定されたときに、前記第１の判定工程を実行することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法。
【請求項５】
前記第２の出力特性測定工程で測定された低周波出力特性に基づき、前記空燃比検出手段を用いて前記フィードバック制御を正常に実行可能であるか否かを判定する第３の判定工程を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法。
【請求項６】
前記第１の出力特性測定工程において、前記特定気筒空燃比変化工程における前記特定の一気筒の空燃比の変化に伴う前記空燃比検出手段の出力値の変化量の最大値、又は、該変化量が所定量に達するまでにかかる時間の少なくとも一方を測定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法。
【請求項７】
前記特定気筒空燃比変化工程を、前記特定の一気筒についての空燃比の変化量を異ならせて複数回行い、
前記第１の出力特性測定工程において、前記複数の特定気筒空燃比変化工程に対応して得られる複数の測定値のうち、より高い応答性を示す測定値を採用することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法。
【請求項８】
前記特定気筒空燃比変化工程の対象となる前記特定の一気筒を切り換えながら、前記第１の出力特性測定工程を実行することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法。
【請求項９】
前記特定気筒空燃比変化工程で前記特定の一気筒について空燃比を変化させるとき、該空燃比変化を相殺するように残りの気筒について空燃比を変化させることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法。
【請求項１０】
多気筒エンジンの排気ガス中の酸素濃度に基づいて前記エンジンの燃焼室内における混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段の出力特性を測定するための装置であって、
前記空燃比を調整する空燃比調整手段と、
所定の条件下で前記エンジンの特定の一気筒について前記空燃比調整手段により空燃比を変化させたときの前記空燃比検出手段の高周波出力特性と、所定の条件下で前記エンジンの全気筒について前記空燃比調整手段により空燃比を一律に変化させたときの前記空燃比検出手段の低周波出力特性と、を測定する出力特性測定手段と、
該出力特性測定手段により測定された高周波出力特性に基づき、前記エンジンの気筒間の空燃比差を検出するために行われる前記空燃比検出手段の出力値の補正に必要な第１の補正値を算出し、前記出力特性測定手段により測定された低周波出力特性に基づき、前記エンジンの全気筒について空燃比をフィードバック制御するために行われる前記空燃比検出手段の出力値の補正に必要な第２の補正値を算出する補正値算出手段と、
該補正値算出手段により算出された第１の補正値または第２の補正値に基づき、前記空燃比検出手段の出力値を補正する出力値補正手段と、
該出力値補正手段による第１の補正値に基づく補正により得られた補正出力値に基づいて、前記気筒間の空燃比差についての異常の有無を判定する空燃比異常判定手段と、
前記出力値補正手段による第２の補正値に基づく補正により得られた補正出力値に基づいて、前記エンジンの全気筒について空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を有することを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室に供給される空気と燃料との混合比を検出するための空燃比検出手段の出力特性を測定するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用等のエンジンでは、燃料消費量を低減させると共に排気ガスに含まれる有害物質の排出量を低減するために、エンジンの燃焼室に供給される空気と燃料との混合比（空燃比）が理論空燃比又はその付近の適正範囲になるように制御される。具体的に、空燃比は、排気通路に設けられた空燃比センサの出力値に基づき、排気ガス中の残存酸素濃度が多いとき（リーン）には燃料噴射量を増量し、残存酸素濃度が少ないとき（リッチ）には燃料噴射量を減量して、前記理論空燃比ないしその付近の適正範囲にフィードバック制御される。
【０００３】
ところが、前記空燃比センサは、多気筒エンジンの場合、複数気筒の排気通路が合流した排気集合部に設置されるため、該空燃比センサの出力値が前記適正範囲内であっても、特定の一部の気筒では空燃比の異常が発生している場合があり、近年、このような場合にも空燃比異常を判定できるようにすることが要求されつつある。
【０００４】
特許文献１には、特定の一部の気筒のみで空燃比異常が発生している場合でも該空燃比異常を判定できるようにするための技術が開示されている。
【０００５】
具体的に、特許文献１の技術では、空燃比異常の判定に際して、空燃比センサの出力値の変化率の絶対値が所定時間積算され、この積算値が判定に用いられる。より具体的に説明すると、いずれの気筒にも空燃比異常が発生していない場合、空燃比センサの出力値は大きく変動しないため、前記積算値は比較的小さくなるが、特定の一部の気筒で空燃比異常が発生すると、この気筒（異常気筒）からの排気時に空燃比センサの出力変化が大きくなるため、前記積算値が大きくなる。よって、該積算値が所定値以上であるか否かによって、いずれかの気筒で空燃比異常が発生しているかどうかを判定することができる。
【０００６】
また、上記のような方法で特定の一部の気筒についての空燃比異常を検出するためには、空燃比センサが空燃比を精度よく検出できることが必要であるが、空燃比センサには、センサの劣化や製造ばらつきに起因して、出力特性のばらつきが存在する。そのため、予め空燃比センサの出力特性を測定しておき、この測定結果に応じてセンサの出力値を補正した上で、特定の一部の気筒についての空燃比異常の有無を判定する必要がある。
【０００７】
空燃比センサの出力特性の測定は、意図的に全気筒の空燃比をリッチまたはリーンに変化させたときのセンサ出力の変化、具体的には、出力値の変化量や応答性などを測定することにより行われる。なお、特許文献２には、空燃比センサの出力特性として、意図的に空燃比を変化させたときの無駄時間（空燃比を変化させてからセンサ出力が変化し始めるまでの時間）を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１２１５３３号公報
【特許文献２】特開２００６−９６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、空燃比センサの出力値に基づく空燃比のフィードバック制御は、全ての気筒について一律に行われるため、空燃比センサは、全気筒についての一律的な空燃比変化に応答できればよい。この空燃比変化は比較的長い周期で起こり、このときの空燃比センサの出力変化は比較的低周波の波形を示す。
【００１０】
図１６は、低周波（１Ｈｚ）の入力に対する空燃比センサの出力特性の測定値の具体例を示す。図１６において、横軸は、空燃比センサに所定値の信号の入力を開始してからセンサの出力値が入力値の６３％の大きさに達するまでに要する時間（以下、「時定数」という。）を示し、縦軸は、前記空燃比センサに１Ｈｚのオン・オフ信号を入力したときの入力値Ｘに対する出力値Ｙの比率（Ｙ／Ｘ）を示す。図１６の測定値を見ると、低周波の入力に対しては、空燃比センサの時定数、すなわち該センサの応答性能に関わらず、入力値に比較的近い大きさの出力値を得やすいことが分かる。
【００１１】
しかしながら、特定の一部の気筒について空燃比異常が発生しているとき、この異常気筒からの排気が行われる度に前記排気集合部における排気ガス中の残存酸素濃度が大きく変化することになり、この大きな濃度変化は極めて短い周期で起こる。よって、仮にこの濃度変化に空燃比センサの出力が追従できる場合、その出力変化は高周波の波形を示す。例えば、４気筒エンジンで、回転数が３０００ｒｐｍのとき、いずれか１つの気筒に空燃比異常が生じている場合、空燃比センサの出力変化は２５Ｈｚの波形を示すことになる。
【００１２】
図１７は、高周波（２５Ｈｚ）の入力に対する空燃比センサの出力特性の測定値の具体例を示す。図１７において、横軸は図１６と同様の空燃比センサの時定数を示し、縦軸は、該空燃比センサに２５Ｈｚのオン・オフ信号を入力したときの入力値Ｘに対する出力値Ｙの比率（Ｙ／Ｘ）を示す。図１７の測定値を見ると、高周波の入力に対しては、空燃比センサの時定数が比較的小さい場合、すなわち該センサの応答性能が比較的高い場合でも、入力値に比べて出力値が著しく低くなり、センサの時定数が大きくなるに連れて出力値は一層低くなることが分かる。
【００１３】
つまり、従来の方法による出力特性の測定の結果、空燃比のフィードバック制御を行うためには十分な応答性能を有することが確認されたセンサであっても、該センサの出力が上記のような高周波の入力変化に追従できないことがある。この場合、特定の一部の気筒での空燃比異常により、高周波の入力変化が生じているときでも、センサの出力変化は正常時と同様の波形を示してしまうため、特定の一部の気筒についての空燃比異常の発生を精度よく検出することができない。
【００１４】
そこで、本発明は、特定の一部の気筒についてのみ空燃比異常が発生している場合に、この異常を精度よく判定できるようにするとともに、空燃比のフィードバック制御を精度よく行うための空燃比検出手段の出力特性測定方法および出力特性測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するため、本発明に係る空燃比検出手段の出力特性測定方法および出力特性測定装置は、次のように構成したことを特徴とする。
【００１６】
まず、本願の請求項１に記載の発明に係る空燃比検出手段の出力特性測定方法は、
多気筒エンジンの排気ガス中の酸素濃度に基づいて前記エンジンの燃焼室内における混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段の出力特性を測定する方法であって、
所定の条件下で、前記エンジンの特定の一気筒について空燃比を変化させる特定気筒空燃比変化工程と、
該特定気筒空燃比変化工程で前記特定の一気筒の空燃比を変化させたときの前記空燃比検出手段の高周波出力特性を測定する第１の出力特性測定工程と、
前記第１の出力特性測定工程で測定された高周波出力特性に基づき、前記エンジンの気筒間の空燃比差を検出するために行われる前記空燃比検出手段の出力値の補正に必要な第１の補正値を算出する第１の補正値算出工程と、
該第１の補正値算出工程で算出された第１の補正値に基づき前記空燃比検出手段の出力値を補正する第１の出力値補正工程と、
該第１の出力値補正工程の補正で得られた補正出力値に基づき、前記気筒間の空燃比差についての異常の有無を判定する第１の判定工程と、
所定の条件下で、前記エンジンの全気筒について空燃比を一律に変化させる全気筒空燃比変化工程と、
該全気筒空燃比変化工程において全気筒の空燃比を一律に変化させたときの前記空燃比検出手段の低周波出力特性を測定する第２の出力特性測定工程と、
該第２の出力特性測定工程で測定された低周波出力特性に基づき、前記エンジンの全気筒について空燃比をフィードバック制御するために行われる前記空燃比検出手段の出力値の補正に必要な第２の補正値を算出する第２の補正値算出工程と、
該第２の補正値算出工程で算出された第２の補正値に基づき前記空燃比検出手段の出力値を補正する第２の出力値補正工程と、
該第２の出力値補正工程の補正で得られた補正出力値に基づき、前記エンジンの全気筒について空燃比をフィードバック制御する空燃比制御工程と、を有することを特徴とする。
【００１８】
さらに、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、
前記第１の判定工程は、前記補正出力値に基づき算出された判定用パラメータと、所定の閾値との比較に基づいて異常の有無を判定することを特徴とする。
【００１９】
またさらに、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、
前記第１の補正値算出工程において、前記第１の出力特性測定工程と同様の方法によって測定された出荷時における複数の前記空燃比検出手段の高周波出力特性に関する値の中央値と、前記第１の出力特性測定工程で測定された高周波出力特性に関する値との差に基づき、前記第１の補正値を算出することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項２または請求項３に記載の発明において、
前記第１の出力特性測定工程で測定された高周波出力特性に基づき、前記空燃比検出手段が、前記気筒間の空燃比差についての異常の有無の判定に利用可能な所定以上の応答性を示すものであるか否かを判定する第２の判定工程を有し、
該第２の判定工程において前記空燃比検出手段が所定以上の応答性を示すものであると判定されたときに、前記第１の判定工程を実行することを特徴とする。
【００２２】
さらにまた、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、
前記第２の出力特性測定工程で測定された低周波出力特性に基づき、前記空燃比検出手段を用いて前記フィードバック制御を正常に実行可能であるか否かを判定する第３の判定工程を有することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明において、
前記第１の出力特性測定工程において、前記特定気筒空燃比変化工程における前記特定の一気筒の空燃比の変化に伴う前記空燃比検出手段の出力値の変化量の最大値、又は、該変化量が所定量に達するまでにかかる時間の少なくとも一方を測定することを特徴とする。
【００２４】
さらに、請求項７に記載の発明は、前記請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発明において、
前記特定気筒空燃比変化工程を、前記特定の一気筒についての空燃比の変化量を異ならせて複数回行い、
前記第１の出力特性測定工程において、前記複数の特定気筒空燃比変化工程に対応して得られる複数の測定値のうち、より高い応答性を示す測定値を採用することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項８に記載の発明は、前記請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の発明において、
前記特定気筒空燃比変化工程の対象となる前記特定の一気筒を切り換えながら、前記第１の出力特性測定工程を実行することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項９に記載の発明は、前記請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の発明において、
前記特定気筒空燃比変化工程で前記特定の一気筒について空燃比を変化させるとき、該空燃比変化を相殺するように残りの気筒について空燃比を変化させることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１０に記載の発明に係る空燃比検出手段の出力特性測定装置は、
多気筒エンジンの排気ガス中の酸素濃度に基づいて前記エンジンの燃焼室内における混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段の出力特性を測定するための装置であって、
前記空燃比を調整する空燃比調整手段と、
所定の条件下で前記エンジンの特定の一気筒について前記空燃比調整手段により空燃比を変化させたときの前記空燃比検出手段の高周波出力特性と、所定の条件下で前記エンジンの全気筒について前記空燃比調整手段により空燃比を一律に変化させたときの前記空燃比検出手段の低周波出力特性と、を測定する出力特性測定手段と、
該出力特性測定手段により測定された高周波出力特性に基づき、前記エンジンの気筒間の空燃比差を検出するために行われる前記空燃比検出手段の出力値の補正に必要な第１の補正値を算出し、前記出力特性測定手段により測定された低周波出力特性に基づき、前記エンジンの全気筒について空燃比をフィードバック制御するために行われる前記空燃比検出手段の出力値の補正に必要な第２の補正値を算出する補正値算出手段と、
該補正値算出手段により算出された第１の補正値または第２の補正値に基づき、前記空燃比検出手段の出力値を補正する出力値補正手段と、
該出力値補正手段による第１の補正値に基づく補正により得られた補正出力値に基づいて、前記気筒間の空燃比差についての異常の有無を判定する空燃比異常判定手段と、
前記出力値補正手段による第２の補正値に基づく補正により得られた補正出力値に基づいて、前記エンジンの全気筒について空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
まず、請求項１に記載の発明によれば、特定気筒空燃比変化工程において意図的に特定の一気筒についてのみ空燃比が変化され、このとき、すなわち高周波の入力変化が与えられたときの空燃比検出手段の出力特性（高周波出力特性）が測定されるため、この測定により、該空燃比検出手段が高周波の入力変化に追従できるものであるか否か、すなわち、該空燃比検出手段が高周波の出力変化を示し得るものであるか否かを判定することができる。よって、この測定により高周波の出力変化を示し得ることが確認された空燃比検出手段を用いれば、上記のように測定された高周波出力特性に基づいて、補正に必要な第１の値が算出され、該第１の補正値に基づいて空燃比検出手段の出力値が補正されることで、該補正で得られた値に基づいて、気筒間の空燃比差についての異常の有無を精度よく判定することができる。また、全気筒について空燃比を一律に変化させたとき、すなわち低周波の入力変化を与えたときの空燃比検出手段の出力特性（低周波出力特性）が測定されるため、前記高周波出力特性とは異なる出力特性を確認することができる。この低周波出力特性に基づいて第２の補正値が算出され、この第２の補正値に基づいて空燃比検出手段の出力値が補正されることで、この補正により得られる補正出力値に基づいて、空燃比のフィードバック制御を精度よく行うことができる。
【００３０】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、判定用パラメータと所定の閾値との比較に基づいて、気筒間の空燃比差についての異常の有無を精度よく判定することができる。
【００３１】
また、請求項３に記載の発明によれば、前記第１の補正値が、上記のように測定された高周波出力特性と、出荷時における複数の空燃比検出手段の高周波出力特性に関する値の中央値との差に基づいて算出されるため、該第１の補正値を用いることで、高周波出力特性のばらつきを打ち消すように空燃比検出手段の出力値を補正することができる。
【００３２】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、上記のように測定された高周波出力特性に基づいて、空燃比検出手段が、気筒間の空燃比差についての異常の有無の判定に利用可能なものであるか否かが判定されるため、十分な応答性能を有する空燃比検出手段を利用して、気筒間の空燃比差についての異常の有無を精度よく判定することができる。
【００３４】
さらに、請求項５に記載の発明によれば、上記のように測定された低周波出力特性に基づいて、該空燃比検出手段を利用して空燃比のフィードバック制御を正常に実行し得るか否かを精度よく判定することができる。
【００３５】
また、請求項６に記載の発明によれば、上記のように特定の一気筒について空燃比を変化させたことに伴う空燃比検出手段の出力値の変化量の最大値、又は、該変化量が所定量に達するまでにかかる時間の少なくとも一方が、高周波出力特性として測定されるため、請求項１から請求項５のいずれかに記載の発明を有効に実現できる。
【００３６】
さらに、請求項７に記載の発明によれば、前記特定気筒空燃比変化工程が、空燃比の変化量を異ならせて複数回行われ、これにより得られる高周波出力特性についての複数の測定値のうち、より高い応答性を示す測定値が高周波出力特性の値として採用されるため、高周波出力特性の測定をより適切に実行することができる。
【００３７】
また、請求項８に記載の発明によれば、前記特定気筒空燃比変化工程の対象となる特定の一気筒が切り換えられながら、高周波出力特性が測定されるため、いずれか１つの気筒について空燃比異常が生じている場合、前記特定気筒空燃比変化工程において、当該異常気筒についてのみ空燃比変化が実行されることを回避でき、正常な気筒について空燃比変化が確実に実行されるため、高周波出力特性を適切に測定することができる。
【００３８】
さらに、請求項９に記載の発明によれば、前記特定気筒空燃比変化工程で特定の一気筒について空燃比が変化されるとき、該空燃比変化を相殺するように残りの気筒について空燃比が変化されるため、前記特定気筒空燃比変化工程を実行しても、空燃比制御全体がリーン側又はリッチ側に偏ることを回避することができ、排出ガスに与える影響を軽減することができる。
【００３９】
また、請求項１０に記載の発明によれば、意図的に特定の一気筒についてのみ空燃比が変化されたとき、すなわち高周波の入力変化が与えられたときの空燃比検出手段の出力特性（高周波出力特性）が測定されるため、この測定により、該空燃比検出手段が高周波の入力変化に追従できるものであるか否か、すなわち、該空燃比検出手段が高周波の出力変化を示し得るものであるか否かを判定することができる。よって、この測定により高周波の出力変化を示し得ることが確認された空燃比検出手段を用いれば、上記のように測定された高周波出力特性に基づいて、補正に必要な第１の値が算出され、該第１の補正値に基づいて空燃比検出手段の出力値が補正されることで、該補正で得られた値に基づいて、気筒間の空燃比差についての異常の有無を精度よく判定することができる。また、全気筒について空燃比を一律に変化させたとき、すなわち低周波の入力変化を与えたときの空燃比検出手段の出力特性（低周波出力特性）が測定されるため、前記高周波出力特性とは異なる出力特性を確認することができる。この低周波出力特性に基づいて第２の補正値が算出され、この第２の補正値に基づいて空燃比検出手段の出力値が補正されることで、この補正により得られる補正出力値に基づいて、空燃比のフィードバック制御を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】車両用エンジンの制御システムの概略構成図である。
【図２】エンジンの排気通路を示す図である。
【図３】空燃比と三元触媒の浄化率との関係を示す図である。
【図４】空燃比制御に関するメインルーチンを示すフローチャートである。
【図５】低周波出力特性の測定制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】低周波出力特性の測定制御において、意図的に燃料噴射量を増減する制御の具体例を示す図である。
【図７】低周波出力特性の具体例を示す図である。
【図８】空燃比のフィードバック制御に関する各処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】空燃比センサの出力値の推移に関して、正常時と、特定の一部の気筒についての空燃比異常時とを比較した図である。
【図１０】特定の一部の気筒についての空燃比異常の判定前に実行されるルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】高周波出力特性の測定制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】高周波出力特性の測定制御において、意図的に燃料噴射量を増減する制御の具体例を示す図である。
【図１３】高周波出力特性の具体例を示す図である。
【図１４】特定の一部の気筒についての空燃比異常の判定前に空燃比センサの出力値を補正するための各処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】特定の一部の気筒についての空燃比異常の判定制御の各処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】低周波（１Ｈｚ）の入力に対する空燃比センサの出力特性の測定値の具体例を示す図である。
【図１７】高周波（２５Ｈｚ）の入力に対する空燃比センサの出力特性の測定値の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００４２】
図１は、本実施形態に係る車両用エンジンの制御システムの概略構成図である。
【００４３】
エンジン１は、直列４気筒型の火花点火式直噴ガソリンエンジンであり、エンジン１の各種動作は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等で構成されたＰＣＭ２１により制御される。なお、図１では、４気筒のうち１気筒のみが図示されており、残りの３気筒の図示を省略している。
【００４４】
エンジン１は、シリンダブロック３と、該シリンダブロック３の上部に固定されたシリンダヘッド５とを備えている。シリンダブロック３は気筒毎にシリンダ１３を有する。各シリンダ１３内には、往復動可能なピストン７が嵌挿されており、該ピストン７の上方には、該ピストン７の頂面とシリンダ１３の内壁面とシリンダヘッド５のペントルーフ型の底面とに囲まれた燃焼室１１が形成されている。また、ピストン７は、コネクティングロッド１７を介して、該ピストン７の下方のクランクケース内に配設された図示しないクランク軸に連結されている。
【００４５】
また、シリンダブロック３には、図示しないウォータジャケット内を流れる冷却水の温度を検出するためのエンジン水温センサ２３と、エンジンオイルの温度を検出するためのエンジンオイル温度センサ３３とが設けられている。
【００４６】
一方、シリンダヘッド５には、シリンダ１３毎に点火プラグ９が設けられている。各点火プラグ９は、その先端電極が燃焼室１１内を臨むように配設されるとともに、例えばシリンダヘッド５上部に設けられた点火回路１９に接続されている。
【００４７】
点火回路１９は、ＰＣＭ２１から送信される制御信号に基づき点火放電電流を流し、点火プラグ９を点火放電させるように構成されている。また、点火回路１９は、点火プラグ９の点火放電によって充電されるコンデンサ１９ａと、該コンデンサ１９ａの充電電荷が放電することで流れる電流をイオン電流として検出するイオン電流検出回路１９ｂとを備え、イオン電流検出回路１９ｂによって検出されたイオン電流の検出信号をＰＣＭ２１へ出力するように構成されている。
【００４８】
さらに、シリンダヘッド５には、燃焼室１１に連通する吸気ポート１５と排気ポート２５とが燃焼室１１毎に２つずつ形成されている。吸気ポート１５のポート開口部には吸気弁３５が、排気ポート２５のポート開口部には排気弁４５がそれぞれ設けられており、これら吸気弁３５及び排気弁４５は、電磁ＶＶＴ（電磁式の可変バルブタイミング機構）３５ａ，４５ａによって所定タイミングで独立に開閉動作が行われるようになっている。また、吸気弁３５及び排気弁４５は、電磁ＶＶＴ３５ａ，４５ａによって、開閉動作タイミングが進角側及び遅角側に変更可能となっており、これによりオーバーラップ期間が変化し、燃焼室１１に残留する既燃ガスの量を変化させることが可能となっている。
【００４９】
またさらに、各気筒には、吸気ポート１５に連通するように吸気通路５５が配設されているとともに、排気ポート２５に連通するように排気通路６５が配設されている。これら吸気通路５５と排気通路６５とはＥＧＲ通路８５を介して接続されており、該ＥＧＲ通路８５に設けられた開度調節可能な電気式のＥＧＲ弁５１により、排気通路６５の排気ガスの一部が吸気通路５５に還流されるようになっている。
【００５０】
また、吸気通路５５には、上流側から順に、エアクリーナ７５、吸気温度センサ４３、吸気流量を検出するエアフローセンサ２９、吸気通路５５を絞るスロットル弁４１、燃焼室１１内の吸気流動の強さを調整するＴＳＣＶ（タンブルスワールコントロール弁）３１、供給されるガソリンを燃焼室１１内に直接噴射供給するためのガソリン直噴用のインジェクタ（燃料噴射弁）３９とが配設されている。
【００５１】
一方、図２に示すように、４つの気筒♯１〜♯４からそれぞれ延びる排気通路６５（６５ａ〜６５ｄ）は排気集合部（エグマニ集合部）９５で集合するように設けられており、該排気集合部９５から下流側に向かって排気集合通路６６が形成されている。
【００５２】
この排気集合通路６６には、エンジン１の排気ガス中の酸素濃度に基づいて燃焼室１１内における混合気の空燃比を検出する空燃比センサ４７と、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ４９とが配設されている。空燃比センサ４７としては、例えば、酸素濃度を連続的に検出するリニア酸素センサが用いられている。また、空燃比センサ４７は排気集合通路６６において触媒コンバータ４９よりも上流側に配設されている。一方、触媒コンバータ４９としては、例えば、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの３成分を同時に浄化し得る三元触媒を用いることができる。
【００５３】
図１に戻って、ＰＣＭ２１は、上述したエンジン水温センサ２３、エアフローセンサ２９、及び空燃比センサ４７に加えて、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ５３、及びエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ５７に電気的に接続されており、これらのセンサの出力信号が入力されるようになっている。また、ＰＣＭ２１は、エンジン１１の動作に関連する各種機器に電気的に接続されており、該各種機器へ、各種センサから受信した信号に基づく制御信号を送信することで、エンジン１の種々の動作を制御するように構成されている。
【００５４】
このＰＣＭ２１は、空燃比センサ４７の後述の高周波出力特性または低周波出力特性を測定する出力特性測定部２１ａと、空燃比センサ４７の出力値を補正する出力値補正部２１ｂと、該出力値補正部２１ｂによる補正に必要な値を算出する補正値算出部２１ｃと、特定の一部の気筒についての空燃比異常（気筒間の空燃比差についての異常）の有無を判定する空燃比異常判定部２１ｄと、出力特性測定部２１ａによる測定または空燃比異常判定部２１ｄによる判定を実行するための条件の成立の有無を判定する条件判定部２１ｅと、空燃比センサ４７の出力に基づき空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御部２１ｆとを有する。
【００５５】
［空燃比のフィードバック制御］
図３は、空燃比と触媒コンバータ４９による排気浄化率との関係を示す。図３に示すように、空燃比が理論空燃比（λ＝１）又はその付近の適正範囲（図３における斜線部分）であるときはＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘのいずれについても高い浄化率を示すが、空燃比が前記適正範囲よりもリッチであるときはＨＣ、ＣＯが浄化されないまま排出されやすくなり、空燃比が前記適正範囲よりもリーンであるときはＮＯｘの排出量が増大する。なお、前記適正範囲は、例えば、理論空燃比に対して約０．２５リッチ側の空燃比から約０．２５リーン側の空燃比までの範囲をいう。
【００５６】
よって、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害物質の排出量を抑制するため、前記フィードバック制御部２１ｆは、空燃比が前記適正範囲に収まるように空燃比センサ４７の出力に基づくフィードバック制御を行う。
【００５７】
図４のフローチャートに示すように、空燃比のフィードバック制御（ステップＳＡ３）は、空燃比センサ４７の低周波出力特性の測定（ステップＳＡ１）と、該ステップＳＡ１で測定された出力特性と、ＰＣＭ２１に予め記憶された第１の基準特性とに基づく出力補正値ＣＶ１の算出（ステップＳＡ２）とが行われた後に行われる。なお、本願明細書でいう「低周波出力特性」とは、意図的に全気筒について一律に空燃比を変化させたとき、すなわち、特定の一気筒について空燃比を変化させる場合に比べて低周波の入力を与えたときの空燃比センサ４７の出力特性を意味するものとする。
【００５８】
図５に示すフローチャートを参照しながら、低周波出力特性の測定（図４のステップＳＡ１）のサブルーチンについて説明する。
【００５９】
先ず、ステップＳＢ１では、エンジン回転数センサ５７により検出されたエンジン回転数Ｎｅ１と、スロットル開度センサ５３により検出されたスロットル開度Ｔｈ１と、エアフローセンサ２９により検出された吸気流量Ａ１と、エンジン水温センサ２３により検出されたエンジン水温Ｔｗ１とが条件判定部２１ｅにより読み込まれて、ステップＳＢ２に進む。
【００６０】
ステップＳＢ２では、条件判定部２１ｅにより、ステップＳＢ１で読み込まれた情報に基づいて空燃比センサ４７の出力特性測定の実行条件が成立しているか否かが判定される。具体的には、空燃比をリッチ又はリーンに変化させても走行性に与える影響が比較的小さい運転状態であるか否かが判定され、より具体的には、例えば、エンジン水温Ｔｗ１が暖機完了を示す所定温度以上になっているか否か、及び／又は、エンジン回転数Ｎｅ１、吸気充填効率及び／又はスロットル開度Ｔｈ１の変動量が十分に小さく且つ安定しているか否かが判定される。
【００６１】
ステップＳＢ２において、出力特性測定の実行条件が成立していないと判定された場合はステップＳＢ１に戻り、出力特性測定の実行条件が成立していると判定された場合はステップＳＢ３に進む。
【００６２】
ステップＳＢ３では、出力特性測定部２１ａにより、全気筒について空燃比が一律に変化するように制御され、これにより、比較的低周波の空燃比変化が意図的に発生される。
【００６３】
具体的には、例えば、全気筒について燃料噴射量が一律に増減するように各気筒のインジェクタ３９が制御される。より具体的には、例えば、図６に示すように、連続する４気筒分の燃料噴射工程の間継続される燃料噴射量の増量と、連続する４気筒分の燃料噴射工程の間継続される燃料噴射量の減量とが交互に繰り返される。なお、図６において、符号♯１は第１気筒の燃料噴射工程を、符号♯２は第２気筒の燃料噴射工程を、符号♯３は第３気筒の燃料噴射工程を、符号♯４は第４気筒の燃料噴射工程をそれぞれ示す。
【００６４】
ただし、ステップＳＢ３における燃料噴射量の増量及び／又は減量は、連続する５気筒分以上の燃料噴射工程の間継続するようにしてもよい。また、必ずしも燃料噴射量の増減により空燃比を変化させる必要はなく、例えば吸気量の増減により空燃比を変化させることも考えられる。
【００６５】
次のステップＳＢ４では、出力特性測定部２１ａにより、低周波出力特性の測定が実行されて、ステップＳＢ５に進む。
【００６６】
具体的に、ステップＳＢ４では、ステップＳＢ３の工程により全気筒について空燃比を一律に変化させた状態における空燃比センサ４７の出力変化がモニタされて、該センサ４７の低周波出力特性が測定される。より具体的には、例えば、図７に示すように、空燃比をリーン側に変化させたときに生じるセンサ４７の出力変化の無駄時間ｔ１、空燃比をリッチ側に変化させたときに生じるセンサ４７の出力変化の無駄時間ｔ２、空燃比をリーン側に変化させたときのセンサ４７の出力変化率α、及び、空燃比をリッチ側に変化させたときのセンサ４７の出力変化率βの少なくともいずれか１つが、低周波出力特性として測定される。なお、本願明細書において、「無駄時間」とは、出力特性測定部２１ａにより空燃比を変化させてからセンサ４７の出力値が変化するまでに要する時間を指し、「出力変化率」とは、出力特性測定部２１ａにより空燃比を変化させたことに伴いセンサ４７の出力値が変化し始めたときの単位時間当たりの出力値の変化量を指すものとする。
【００６７】
最後に、ステップＳＢ５では、ステップＳＢ４の低周波出力特性の測定が所定回数実行されたか否かが判定される。ステップＳＢ５において、低周波出力特性の測定が所定回数実行されていないと判定された場合はステップＳＢ１に戻り、所定回数実行されたと判定された場合は、図５のルーチン（図４のステップＳＡ１の工程）が終了する。
【００６８】
続いて、出力補正値ＣＶ１の算出（図４のステップＳＡ２）について説明する。
【００６９】
出力補正値ＣＶ１は、空燃比のフィードバック制御において行われる空燃比センサ４７の出力値ＯＶ１の補正に必要な値であり、より具体的には、該補正の際にセンサ４７の出力値ＯＶ１に乗じる係数である。
【００７０】
また、上述した通り、出力補正値ＣＶ１は、図４のステップＳＡ１（具体的には、図５のステップＳＢ４）で測定された低周波出力特性と前記第１の基準特性とに基づいて算出される。ここで、第１の基準特性は、個体差（劣化及び製造ばらつき）に起因するばらつきを有する複数の空燃比センサ４７の低周波出力特性の中央値に設定される。具体的には、複数の新品の空燃比センサ４７をサンプルとし、サンプル毎に図４のステップＳＡ１と同様に低周波出力特性（例えば、無駄時間又は／及び出力変化率）を測定して、これらの測定値の中央値が第１の基準特性（例えば、基準無駄時間、又は基準出力変化率）として設定される。
【００７１】
そして、出力補正値ＣＶ１は、ＰＣＭ２１に予め記憶されたマップに基づき、図４のステップＳＡ１（具体的には、図５のステップＳＢ４）で測定された低周波出力特性が第１の基準特性よりも小さいときはセンサ４７の出力値ＯＶ１を増大させる値（具体的には、１よりも大きな値）となるように、低周波出力特性が第１の基準特性よりも大きいときはセンサ４７の出力値がＯＶ１を減少させる値（具体的には、１未満の値）となるように算出される。
【００７２】
図８に示すフローチャートを参照しながら、空燃比のフィードバック制御（図４のステップＳＡ３）のサブルーチンについて説明する。
【００７３】
先ず、ステップＳＣ１では、図４のステップＳＡ１で測定されたセンサ４７の低周波出力特性がフィードバック制御部２１ｆにより読み込まれ、図４のステップＳＡ２で算出された出力補正値ＣＶ１が出力値補正部２１ｂにより読み込まれて、ステップＳＣ２に進む。
【００７４】
ステップＳＣ２では、フィードバック制御部２１ｆにより、ステップＳＣ１で読み込まれた低周波出力特性が、空燃比のフィードバック制御を適正に実行し得る値であるか否かが判定される。具体的には、例えば、低周波出力特性の具体値としての無駄時間がＰＣＭ２１に予め記憶された所定値以下であるか否か、又は／及び、低周波出力特性の具体値としての出力変化率がＰＣＭ２１に予め記憶された所定値以上であるか否かが判定される。
【００７５】
ステップＳＣ２において、フィードバック制御を適正に実行できないと判定されると図８のルーチンは終了し、フィードバック制御を適正に実行可能であると判定されるとステップＳＣ３に進む。
【００７６】
ステップＳＣ３では、フィードバック制御部２１ｆにより空燃比センサ４７の出力値ＯＶ１が読み込まれて、ステップＳＣ４に進む。
【００７７】
ステップＳＣ４では、出力値補正部２１ｂにより、ステップＳＣ３で読み込まれた出力値ＯＶ１が、センサ４７の低周波出力特性に応じて補正される。具体的には、ステップＳＣ３で読み込まれた出力値ＯＶ１に、ステップＳＣ１で読み込まれた出力補正値ＣＶ１が乗じられることで、出力値ＯＶ１が補正される。
【００７８】
次のステップＳＣ５では、フィードバック制御部２１ｆにより、ステップＳＣ４で補正された後の出力値ＯＶ２とフィードバック制御の目標値ＴＧとのずれに基づき、燃料噴射量の増減量が算出される。ステップＳＣ５において、燃料噴射量の増減量は、出力値ＯＶ２と目標値ＴＧとのずれ量が大きいほど大きくなるように算出される。
【００７９】
続くステップＳＣ６では、フィードバック制御部２１ｆにより、ステップＳＣ５で算出された量だけ燃料噴射量が増量または減量され、これにより、空燃比が目標値ＴＧに近づくように制御されて、図８のルーチンが終了する。
【００８０】
かかるフィードバック制御が行われることにより、該制御状態が正常である限り、空燃比は前記適正範囲に維持され、これにより、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの排出量が確実に抑制される。
【００８１】
ところが、燃料供給ポンプ、空燃比センサ４７、又はインジェクタ３９の故障等が生じると、空燃比制御を正常に行うことができなくなる。
【００８２】
この空燃比の異常が全気筒について生じたときは、排気集合部９５の酸素濃度が常に正常値よりも高くなるか又は低くなるため、空燃比センサ４７の出力値に基づいて空燃比異常を容易に検出することができる。
【００８３】
一方、特定の一部の気筒についてのみ空燃比異常が生じた場合、排気集合部９５の酸素濃度は異常気筒からの排気ガスが通過するときのみ正常値よりも高くなるか又は低くなるため、酸素濃度が非常に短い周期で変化する。そのため、この酸素濃度の変化に空燃比センサ４７の出力が追従できないことがあり、特定の一部の気筒についての空燃比異常を必ずしも精度よく検出できない。そこで、本実施形態において、特定の一部の気筒についての空燃比異常の有無は、後述の手順で判定される。以下、より詳細に説明する。
【００８４】
［特定気筒についての空燃比異常の判定］
図９の実線で示されるように、正常時、すなわち、いずれの気筒についても空燃比異常が生じていないときには、気筒間に空燃比差がほとんど生じないため、空燃比センサ４７の出力値は目標値ＴＧ付近を比較的小さな振幅で推移する。一方、図９の破線で示されるように、特定の一気筒について空燃比異常が生じることにより、該特定気筒と残りの気筒との間に空燃比差が生じているときは、該特定気筒からの排気が行われる度に空燃比が著しく上昇または下降するため、空燃比センサ４７の出力値は大きな振幅で推移して、比較的高周波の波形を示す。
【００８５】
そのため、例えば、空燃比センサ４７の出力値の振幅が所定値以上であるか否か等によって、特定の一部の気筒についての空燃比異常の有無を判定することが考えられる。ところが、空燃比センサ４７の応答性には、劣化や製造ばらつきによって個体差があるため、上述した空燃比のフィードバック制御には使用可能なセンサ４７であっても、上記のように特定の一部の気筒についての空燃比異常に起因する高周波の空燃比変化には追従できないことがある。よって、センサ４７の出力値に基づいて特定の一部の気筒についての空燃比異常の有無を判定する際は、かかる判定にセンサ４７が対応可能か否かを予め判定する必要がある。
【００８６】
そこで、特定気筒についての空燃比異常の判定の前に、図１０のフローチャートに示すルーチンが実行される。
【００８７】
図１０のルーチンでは、先ず、空燃比センサ４７の高周波出力特性が測定され（ステップＳＤ１）、次に、該ステップＳＤ１で測定された出力特性と、ＰＣＭ２１に予め記憶された第２の基準特性とに基づいて出力補正値ＣＶ３が算出されて（ステップＳＤ２）、最後に、ステップＳＤ２で算出された出力補正値ＣＶ３を用いて空燃比センサ４７の出力値ＯＶ３が補正される（ステップＳＤ３）。なお、本願明細書でいう「高周波出力特性」とは、意図的に特定の一気筒について空燃比を変化させたとき、すなわち、全気筒について空燃比を一律に変化させる場合に比べて高周波の入力を与えたときの空燃比センサ４７の出力特性を意味するものとする。
【００８８】
図１１に示すフローチャートを参照しながら、高周波出力特性の測定（図１０のステップＳＤ１）のサブルーチンについて説明する。
【００８９】
先ず、ステップＳＥ１では、エンジン回転数センサ５７により検出されたエンジン回転数Ｎｅ１と、スロットル開度センサ５３により検出されたスロットル開度Ｔｈ１と、エアフローセンサ２９により検出された吸気流量Ａ１と、エンジン水温センサ２３により検出されたエンジン水温Ｔｗ１とが条件判定部２１ｅにより読み込まれて、ステップＳＥ２に進む。
【００９０】
ステップＳＥ２では、条件判定部２１ｅにより、ステップＳＥ１で読み込まれた情報に基づいて空燃比センサ４７の出力特性測定の実行条件が成立しているか否かが判定される。具体的には、特定の一気筒について空燃比をリッチ又はリーンに変化させても走行性に与える影響が比較的小さい運転状態であるか否かが判定され、より具体的には、例えば、エンジン水温Ｔｗ１が暖機完了を示す所定温度以上になっているか否か、及び／又は、エンジン回転数Ｎｅ１、吸気充填効率及び／又はスロットル開度Ｔｈ１の変動量が十分に小さく且つ安定しているか否かが判定される。
【００９１】
ステップＳＥ２において、出力特性測定の実行条件が成立していないと判定された場合はステップＳＥ１に戻り、出力特性測定の実行条件が成立していると判定された場合はステップＳＥ３に進む。
【００９２】
ステップＳＥ３では、出力特性測定部２１ａにより、特定の一気筒について空燃比が変化するように制御され、これにより、比較的高周波の空燃比変化が意図的に発生される。
【００９３】
具体的には、例えば、特定の一気筒について燃料噴射量が増減するように該特定気筒のインジェクタ３９が制御される。より具体的には、例えば、図１２（ａ）に示すように第１気筒♯１についてのみ燃料噴射量が増量されたり、図１２（ｂ）に示すように第１気筒♯１についてのみ燃料噴射量が減量されたりする。なお、図１２において、符号♯１は第１気筒の燃料噴射工程を、符号♯２は第２気筒の燃料噴射工程を、符号♯３は第３気筒の燃料噴射工程を、符号♯４は第４気筒の燃料噴射工程をそれぞれ示す。
【００９４】
ただし、燃料噴射量の増減が行われる気筒は第１気筒♯１に限られるものでなく、第２気筒♯２、第３気筒♯３又は第４気筒♯４のいずれか１つについて燃料噴射量を増減してもよいことは言うまでもない。また、必ずしも燃料噴射量の増減により空燃比を変化させる必要はなく、例えば吸気量の増減により空燃比を変化させることも考えられる。
【００９５】
さらに、本実施形態では、ステップＳＥ３において、同一の気筒についてのみ空燃比を変化させるようにしているが、ステップＳＥ３で空燃比を変化させる気筒は適宜切り換えるようにしてもよく、例えば、空燃比を変化させる気筒を、第１〜第４の気筒♯１，♯２，♯３，♯４の間で所定の順またはランダムに切り換えるようにしてもよい。また、この気筒の切り換えは毎回行ってもよいし、所定回数おきに行ってもよい。このように、ステップＳＥ３の対象となる気筒を適宜切り換えることで、いずれか１つの気筒に空燃比異常が生じている場合でも、残りの気筒を利用して高周波の空燃比変化を発生させることができるため、後述の高周波出力特性の測定（ステップＳＥ４）を適切に実行することができる。
【００９６】
このステップＳＥ３の工程は、特定の一気筒についての空燃比の変化量、具体的には燃料噴射量の増減量を異ならせて複数回行われる。より具体的には、例えば、ステップＳＥ３の１回目の工程で燃料噴射量が所定量だけ増大するように制御され、ステップＳＥ３の２回目の工程で燃料噴射量が同じ量だけ減少するように制御される。
【００９７】
また、このステップＳＥ３の工程では、前記特定の一気筒についての空燃比変化を相殺するように残りの気筒について空燃比が変化されるようにすることが好ましい。この場合、具体的には、特定の一気筒について空燃比がリッチ側に変化されたときは、残りの３気筒について空燃比がリーン側に変化され、特定の一気筒について空燃比がリーン側に変化されたときは、残りの３気筒について空燃比がリッチ側に変化される。このとき、残りの３気筒についての空燃比変化量は、特定の一気筒についての空燃比変化量よりもそれぞれ小さくなるように均等に分配されることが好ましい。これにより、ステップＳＥ３の工程を実行しても、空燃比制御全体がリーン側又はリッチ側に偏ることを回避することができ、排出ガスに与える影響を軽減することができる。
【００９８】
次のステップＳＥ４では、出力特性測定部２１ａにより、高周波出力特性の測定が実行されて、ステップＳＥ５に進む。
【００９９】
具体的に、ステップＳＥ４では、ステップＳＥ３の工程により特定の一気筒について空燃比を変化させた状態における空燃比センサ４７の出力変化をモニタし、該センサ４７の高周波出力特性が測定される。より具体的には、例えば、ステップＳＥ３において特定の一気筒について空燃比をリーン側に変化させた場合は、図１３に示すように、空燃比センサ４７の出力値のリーン側のピーク値ＯＶｐが、高周波出力特性として測定される。
【０１００】
なお、ステップＳＥ３において特定の一気筒について空燃比をリッチ側に変化させた場合は、空燃比センサ４７の出力値のリッチ側のピーク値を、高周波出力特性として測定してもよい。また、センサ４７の出力値のピーク値以外にも、種々の値を高周波出力特性とすることが可能であり、例えば、図１３に示すように、特定の一気筒についての空燃比を変化させてからピーク値に達するまでに要する時間ｔ２、又は、当該時間ｔ２から無駄時間ｔ３を差し引いた時間ｔ４を高周波出力特性としてもよい。さらに、高周波出力特性として、複数種類の値を測定してもよい。
【０１０１】
また、ステップＳＥ４では、複数回行われるステップＳＥ３の工程のそれぞれに対応して測定値が得られ、これら複数の測定値のうち最も高い応答性を示す測定値（例えば、最も高い前記ピーク値ＯＶｐ、又は最も短い前記時間ｔ２，ｔ４）が、高周波出力特性として採用される。
【０１０２】
最後に、ステップＳＥ５では、ステップＳＥ４の高周波出力特性の測定が所定回数実行されたか否かが判定される。なお、上述したようにステップＳＥ３の対象となる気筒を４気筒の間で適宜切り換える場合、ステップＳＥ５の判定の閾値は４（気筒数）の倍数に設定されることが好ましい。
【０１０３】
ステップＳＥ５において、高周波出力特性の測定が所定回数実行されていないと判定された場合はステップＳＥ１に戻り、所定回数実行されたと判定された場合は、図１１のルーチン（図１０のステップＳＤ１の工程）が終了する。
【０１０４】
続いて、出力補正値ＣＶ３の算出（図１０のステップＳＤ２の工程）について説明する。
【０１０５】
出力補正値ＣＶ３は、図１０のステップＳＤ３で行われる空燃比センサ４７の出力値ＯＶ１の補正に必要な値であり、より具体的には、該補正の際にセンサ４７の出力値ＯＶ１に乗じる係数である。
【０１０６】
また、上述した通り、出力補正値ＣＶ３は、図１０のステップＳＤ１（具体的には、図１１のステップＳＥ４）で測定された高周波出力特性と前記第２の基準特性とに基づいて算出される。ここで、第２の基準特性は、個体差（劣化及び製造ばらつき）に起因するばらつきを有する複数の空燃比センサ４７の高周波出力特性の中央値に設定される。具体的には、複数の新品の空燃比センサ４７をサンプルとし、サンプル毎に図１０のステップＳＤ１と同様に高周波出力特性（例えば、前記ピーク値ＶＯｐ）を測定して、これらの測定値の中央値が第２の基準特性（例えば、基準ピーク値）として設定される。
【０１０７】
そして、出力補正値ＣＶ３は、ＰＣＭ２１に予め記憶されたマップに基づき、図１０のステップＳＤ１（具体的には、図１１のステップＳＥ４）で測定された高周波出力特性が第２の基準特性よりも小さいときはセンサ４７の出力値ＯＶ１を増大させる値（具体的には、１よりも大きな値）となるように、高周波出力特性が第２の基準特性よりも大きいときはセンサ４７の出力値がＯＶ１を減少させる値（具体的には、１未満の値）となるように算出される。
【０１０８】
続いて、図１０のステップＳＤ３のサブルーチンについて、図１４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【０１０９】
先ず、ステップＳＦ１では、エンジン回転数センサ５７により検出されたエンジン回転数Ｎｅ２と、スロットル開度センサ５３により検出されたスロットル開度Ｔｈ２と、エアフローセンサ２９により検出された吸気流量Ａ２と、エンジン水温センサ２３により検出されたエンジン水温Ｔｗ２と、図１０のステップＳＤ２で算出された出力補正値ＣＶ３と、図１０のステップＳＤ１（図１１のステップＳＥ４）で測定された空燃比センサ４７の高周波出力特性とが条件判定部２１ｅにより読み込まれて、ステップＳＦ２に進む。
【０１１０】
ステップＳＦ２では、条件判定部２１ｅにより、ステップＳＦ１で読み込まれた情報に基づいて特定気筒についての空燃比異常の判定の実行条件が成立しているか否かが判定される。具体的には、センサ４７の高周波出力特性が、特定気筒の空燃比異常判定に利用できる程度に高い応答性を示す値であるか否かが判定される。より具体的には、例えば、図１１のステップＳＥ４で測定された前記ピーク値ＯＶｐが所定値以上であるか否か、又は／及び、該ステップＳＥ４で測定された前記時間ｔ２，ｔ４が所定値以下であるか否かが判定される。また、これに加えて、エンジン回転数Ｎｅ２が所定回転数以上であるか否か、エンジン回転数Ｎｅ２、吸気充填効率及び／又はスロットル開度Ｔｈ２の変動量が十分に小さく且つ安定しているか否か等が判定される。
【０１１１】
ステップＳＦ２において、特定気筒の空燃比異常の判定の実行条件が成立していないと判定された場合はステップＳＦ１に戻り、特定気筒の空燃比異常の判定の実行条件が成立していると判定された場合はステップＳＦ３に進む。
【０１１２】
ステップＳＦ３では、補正値算出部２１ｃにより、高周波出力特性の測定の際（図１１のステップＳＥ１）に読み込まれたエンジン回転数Ｎｅ１と、ステップＳＦ１で読み込まれたエンジン回転数Ｎｅ２と、同じくステップＳＦ１で読み込まれた出力補正値ＣＶ３とに基づいて、判定用補正値ＣＶ４が算出される。この判定用補正値ＣＶ４は、高周波出力特性測定時からセンサ４７の出力値ＯＶ３の補正時までのエンジン回転数の変化に対応して出力補正値ＣＶ３を修正した値である。具体的に、判定用補正値ＣＶ４は、エンジン回転数が減少したとき、すなわちエンジン回転数Ｎｅ２がエンジン回転数Ｎｅ１よりも小さいとき、出力補正値ＣＶ１よりも小さくなるように算出され、エンジン回転数が増加したとき、すなわちエンジン回転数Ｎｅ２がエンジン回転数Ｎｅ１よりも大きいとき、出力補正値ＣＶ１よりも大きくなるように算出される。
【０１１３】
次のステップＳＦ４では、出力値補正部２１ｂにより、空燃比センサ４７の出力値ＯＶ３が読み込まれて、続くステップＳＦ５では、ステップＳＦ４で読み込まれた出力値ＯＶ３と、ステップＳＦ３で算出された判定用補正値ＣＶ４とに基づいて、判定用出力値ＯＶ４が算出される。具体的に、この判定用出力値ＯＶ４は、出力値ＯＶ３に判定用補正値ＣＶ４を乗じことで算出される。
【０１１４】
最後に、ステップＳＦ６では、ステップＳＦ５で算出された判定用出力値ＯＶ４に基づいて、特定の一部の気筒についての空燃比異常の判定が実行されて、図１４のルーチンが終了する。
【０１１５】
図１５に示すフローチャートを参照しながら、特定の一部の気筒についての空燃比異常の判定（図１４のステップＳＦ６）のサブルーチンについて説明する。
【０１１６】
先ず、ステップＳＧ１では、図１４のステップＳＦ５で算出された判定用出力値ＯＶ４に基づいて、空気過剰率λ（判定用出力値ＯＶ４／理論空燃比）が算出されて、ステップＳＧ２に進む。
【０１１７】
ステップＳＧ２では、直前のステップＳＧ１で算出された空気過剰率λをλ（ｉ）とし、前記直前のステップＳＧ１の１回前のステップＳＧ１で算出された空気過剰率λをλ（ｉ−１）としたときの空気過剰率λの差分値λｄ｛＝λ（ｉ−１）−λ（ｉ）｝が算出され、ステップＳＧ３に進む。
【０１１８】
ステップＳＧ３では、差分値λｄの絶対値｜λｄ｜の積算値λｓが算出されて、ステップＳＧ４に進む。具体的に、１回前のステップＳＧ３で算出された積算値λｓをλｓ（ｉ−１）としたとき、今回の積算値λｓは、１回前の積算値λｓ（ｉ−１）に、直前のステップＳＧ２で算出された差分値λｄの絶対値｜λｄ｜を加算することで得られる。
【０１１９】
ステップＳＧ４では、図１５のルーチンが開始されてから所定時間経過したか否か、すなわち、ステップＳＧ１〜ステップＳＧ３の積算処理が所定時間実行されたか否かが判定される。
【０１２０】
ステップＳＧ４において、所定時間経過していないと判定されるとステップＳＧ１に戻って前記積算処理が続行され、所定時間経過したと判定されるとステップＳＧ５に進む。
【０１２１】
ステップＳＧ５では、ステップＳＧ３で算出された積算値λｓが所定の閾値よりも大きいか否かが判定される。
【０１２２】
ステップＳＧ５において、積算値λｓが所定の閾値以下であると判定されると、気筒間の空燃比差に関して正常である、すなわち、特定の一部の気筒についての空燃比異常が発生していないと判定される（ステップＳＧ８）。
【０１２３】
一方、ステップＳＧ５において、積算値λｓが所定の閾値よりも大きいと判定されると、気筒間の空燃比差に関して異常が発生している、すなわち、特定の一部の気筒について空燃比異常が発生していると判定されて（ステップＳＧ６）、警報が作動する（ステップＳＧ７）。ステップＳＧ７の警報の作動は、例えば、警告ランプ５９の点滅等により行われ、これにより、特定の一部の気筒について空燃比異常が発生していることが乗員に報知される。
【０１２４】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１２５】
１：エンジン、１１：燃焼室、２１：ＰＣＭ、２１ａ：出力特性測定部、２１ｂ：出力値補正部、２１ｃ：補正値算出部、２１ｄ：空燃比異常判定部、２１ｅ：条件判定部、２１ｆ：フィードバック制御部、３９：インジェクタ（空燃比調整手段）、４７：空燃比センサ、４９：触媒コンバータ、５９：警報ランプ、６５：排気通路、６６：排気集合通路、９５：排気集合部。
【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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