(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒のそれぞれに設けられた燃料噴射弁により、１サイクル中に複数回の燃料を噴射する分割燃料噴射を行うエンジンの制御装置において、
空燃比またはエンジンの運転状況を検出し、その検出結果に基づいて、前記複数の気筒のうち、他の気筒の空燃比と比べて所定値よりもリーンになっている気筒をリーン発生気筒として検出するリーン気筒検出手段と、
前記リーン気筒検出手段によって検出された前記リーン発生気筒に対する燃料噴射の回数を減少させる噴射回数制御手段と、
空燃比センサまたはＯ２センサから出力された空燃比を示す信号に基づいて、前記複数の気筒を有するエンジンの２回転周期に相当する周波数成分を抽出する抽出手段と、
クランク角センサから出力された信号に基づいて、クランクの角加速度または角加加速度を算出する算出手段とを備え、
前記リーン気筒検出手段は、前記抽出手段によって抽出された前記２回転周期に相当する周波数成分に基づいて前記所定値よりもリーンになっている気筒を検出する第１検出手段と、前記算出手段によって算出された前記角加速度または角加加速度に基づいて、前記所定値よりもリーンになっている気筒を検出する第２検出手段とを含み、
少なくとも前記複数の気筒を有するエンジンの回転速度または負荷に応じて、前記第１検出手段による検出結果および前記第２検出手段による検出結果のうちの一方の検出結果を、前記リーン発生気筒として出力させる切換手段をさらに備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境問題を背景として自動車には低排気化が要求されている。特に近年、エンジンから排出されるすすの排出量の低減の要求が強まっている。すすの排出量を低減するためには、１サイクル中に同一気筒に対して複数回の燃料噴射を実施させる分割燃料噴射が有効である。従来から、空燃比センサの検出値の出力に基づいて各気筒の空燃比を気筒別に推定し、低負荷運転時の各気筒の燃料噴射弁の噴射量ばらつきを算出し補正する燃料噴射装置が知られている（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１４４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、燃料噴射弁は、構造上燃料噴射量が少ない領域では実際の燃料噴射量がばらつきやすく、経時変化が進むとばらつき度は一層大きくなる。特に、実際の燃料噴射量が減少する方向にばらつく場合、その気筒の空燃比はリーンになるので、発生するトルクが減少し、他の気筒との間にトルク段差が発生して運転性が悪化するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、複数の気筒それぞれに設けられた燃料噴射弁により、１サイクル中に複数回の燃料を噴射する分割燃料噴射を行うエンジンの制御装置において、空燃比またはエンジンの運転状況を検出し、その検出結果に基づいて、複数の気筒のうち、他の気筒の空燃比と比べて所定値よりもリーンになっている気筒をリーン発生気筒として検出するリーン気筒検出手段と、リーン気筒検出手段によって検出されたリーン発生気筒に対する燃料噴射の回数を減少させる噴射回数制御手段と、空燃比センサまたはＯ２センサから出力された空燃比を示す信号に基づいて、前記複数の気筒を有するエンジンの２回転周期に相当する周波数成分を抽出する抽出手段と、クランク角センサから出力された信号に基づいて、クランクの角加速度または角加加速度を算出する算出手段とを備え、前記リーン気筒検出手段は、前記抽出手段によって抽出された前記２回転周期に相当する周波数成分に基づいて前記所定値よりもリーンになっている気筒を検出する第１検出手段と、前記算出手段によって算出された前記角加速度または角加加速度に基づいて、前記所定値よりもリーンになっている気筒を検出する第２検出手段とを含み、少なくとも前記複数の気筒を有するエンジンの回転速度または負荷に応じて、前記第１検出手段による検出結果および前記第２検出手段による検出結果のうちの一方の検出結果を、前記リーン発生気筒として出力させる切換手段をさらにを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、少なくとも１つの気筒の空燃比が燃料噴射弁の経時劣化等により他の気筒の空燃比よりリーンになっていることを検出し、リーンになっている気筒の燃料噴射回数を減少させる。この結果、分割燃料噴射時における予期せぬリーン気筒の発生を抑制し、運転性の悪化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図２】本発明の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図３】第１の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図４】第１の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図５】第１の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図６】第１の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図７】第１の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図８】本発明の実施の形態によるエンジン制御装置のシステム全体を示す概略構成図
【図９】実施の形態のコントロールユニットの構成を説明するブロック図
【図１０】第１の実施の形態によるコントロールユニット内のＣＰＵによる機能を説明するブロック図
【図１１】第１〜第４の実施の形態による基本燃料噴射量演算部の機能を模式的に説明する図
【図１２】第１〜第４の実施の形態による空燃比フィードバック補正値演算部の機能を模式的に説明する図
【図１３】第１〜第４の実施の形態による２回転成分演算部の機能を模式的に説明する図
【図１４】第１〜第４の実施の形態による第１噴射回数補正気筒演算部の機能を模式的に説明する図
【図１５】第１〜第４の実施の形態による噴射回数演算部の機能を模式的に説明する図
【図１６】第１〜第４の実施の形態による燃料噴射量演算部の機能を模式的に説明する図
【図１７】第１〜第４の実施の形態による燃料噴射時期演算部の機能を模式的に説明する図
【図１８】第１〜第４の実施の形態による異常判定部の機能を模式的に説明する図
【図１９】第２の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図２０】第２の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図２１】第２の実施の形態によるコントロールユニット内のＣＰＵによる機能を説明するブロック図
【図２２】第２〜第４の実施の形態による角加速度・角加加速度演算部の機能を模式的に説明する図
【図２３】第２〜第４の実施の形態による第２噴射回数補正気筒演算部の機能を模式的に説明する図
【図２４】第３の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図２５】第３の実施の形態によるコントロールユニット内のＣＰＵによる機能を説明するブロック図
【図２６】第３の実施の形態によるリーン判定方式切換部の機能を模式的に説明する図
【図２７】第１の実施の形態によるエンジン制御装置の機能の概略を説明するブロック図
【図２８】第４の実施の形態によるコントロールユニット内のＣＰＵによる機能を説明するブロック図
【図２９】第４の実施の形態による第３噴射回数補正気筒演算部の機能を模式的に説明する図
【図３０】第４の実施の形態による第１補正気筒番号演算部の機能を模式的に説明する図
【図３１】第４の実施の形態による第２補正気筒番号演算部の機能を模式的に説明する図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、分割燃料噴射方式を採用したエンジンの制御装置に関するものであり、リーン燃焼している気筒が検出されると、その気筒の燃料噴射回数を低減してエンジンのトルク変動を低減するようにしたものである。すなわち、図１の実施の形態のエンジン制御装置の機能ブロック図に示すように、エンジン制御装置は、複数の気筒のそれぞれに対して、１サイクル中に複数回の燃料を噴射する分割燃料噴射を実施中に、空燃比またはエンジンの運転状況を検出する。エンジン制御装置は、その検出結果に基づいて、複数の気筒のうち、他の気筒の空燃比と比べて所定値よりもリーンになっている気筒をリーン発生気筒として検出し、検出したリーン発生気筒に対する燃料噴射の回数を減少させるものである。そして、図２の実施の形態のエンジン制御装置の機能ブロック図に示すように、エンジン制御装置は、リーン発生気筒に対する燃料噴射の回数を減少させる前後で、リーン発生気筒による１サイクル中での総燃料噴射量の変化を防ぐように、分割燃料噴射の１回当たりの燃料噴射量を制御するものである。以下、詳細に説明する。
【０００９】
−第１の実施の形態−
図面を参照して、本発明の第１の実施の形態によるエンジン制御装置について説明する。まず、図３〜７に示す概略機能ブロック図を用いて、第１の実施の形態のエンジン制御装置の概要を説明する。図３に示すように、第１の実施の形態のエンジン制御装置は、空燃比センサまたはＯ２センサから出力された空燃比を示す信号に基づいて、エンジンの２回転周期に相当する周波数成分を抽出する。そして、エンジン制御装置は、抽出された２回転周期に相当する周波数成分に基づいて、リーン発生気筒を検出する。すなわち、図４に示すように、本実施形態のエンジン制御装置は、空燃比を示す信号に基づいて、エンジンの２回転周期に相当する位相スペクトルとパワースペクトルとを抽出し、位相スペクトルに基づいてリーン発生気筒を検出する。そして、本実施形態のエンジン制御装置は、検出したリーン発生気筒のパワースペクトルが所定値以上か否かを判定し、リーン発生気筒のパワースペクトルが所定値以上と判定した場合に、燃料噴射の回数を減少させるものである。
【００１０】
図５に示すように、エンジン制御装置は、リーン発生気筒に対する燃料噴射の回数が減少された後、空燃比が他の気筒の空燃比と比べて所定値よりもリーンとなっている気筒が再度検出されない場合には、リーン発生気筒に対する燃料噴射の回数を維持する。また、図６に示すように、本実施形態のエンジン制御装置は、リーン発生気筒に対する燃料噴射の回数が減少された後、空燃比が他の気筒の空燃比と比べて所定値よりもリーンとなっている気筒が再度検出された場合には、リーン発生気筒の燃料噴射の回数をさらに減少する。そして、図７に示すように、本実施形態のエンジン制御装置は、リーン発生気筒に対する燃料噴射の回数が所定回数まで減少されたときに、空燃比が他の気筒の空燃比と比べて所定値よりもリーンとなっている気筒が再度検出された場合には、異常であることを報知するものである。以下、第１の実施の形態について、具体的に説明する。
【００１１】
図８はエンジン制御装置１００のシステム全体の概略構成図である。エンジン制御装置１００は、エアクリーナ１、エアフローセンサ２、電子スロットル３、吸気マニホールド４、コレクタ５、アクセル６、燃料噴射弁７、点火プラグ８、エンジン９、マニホールド１０、三元触媒１１、触媒上流空燃比センサ１２、アクセル開度センサ１３、水温センサ１４、クランク角センサ１５、コントロールユニット１６、スロットル開度センサ１７、排気還流管１８、バルブ１９、触媒下流Ｏ２センサ２０および吸気温センサ２９を備える。
【００１２】
本実施の形態によるエンジン９は、多気筒（たとえば４気筒）にて構成される。外部からの空気はエアクリーナ１を通過して、吸気マニホールド４、コレクタ５を経てシリンダー内に流入する。エアフローセンサ２は、エアクリーナ１を通過して流入した空気の量（以下、吸入空気量と呼ぶ）を検出して、吸入空気量を示す信号（以下、吸入空気量信号と呼ぶ）を後述するコントロールユニット１６へ出力する。
【００１３】
電子スロットル３は、コントロールユニット１６により制御されて、エアクリーナ１を通過した吸入空気量を調整する。スロットル開度センサ１７は電子スロットル３に取り付けられ、電子スロットル３の開度を示す信号（以下、開度信号と呼ぶ）をコントロールユニット１６へ出力する。吸気温センサ２９は、エアクリーナ１の上流に設けられ、外部からの空気の温度（以下、吸気温と呼ぶ）を検出して、吸気温を示す信号（以下、吸気温信号と呼ぶ）をコントロールユニット１６へ出力する。
【００１４】
クランク角センサ１５は、エンジン９内のクランク軸の回転角が１０度ごとの信号をクランク軸の回転速度を示す信号（以後、回転速度信号）としてコントロールユニット１６へ燃料周期ごとに出力する。水温センサ１４は、エンジン９を冷却するための冷却水の温度を検出し、検出した冷却水の温度を示す信号（以下、水温信号と呼ぶ）をコントロールユニット１６へ出力する。アクセル開度センサ１３は、運転者によるアクセル６の踏込量を検出して、検出した踏込量を示す信号（以下、踏込量信号と呼ぶ）をコントロールユニット１６へ出力する。
【００１５】
コントロールユニット１６は、後述するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有し、エンジン制御装置１００の各構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行したりする演算回路である。コントロールユニット１６は、上述したエアフローセンサ２からの吸入空気量信号、アクセル開度センサ１３からの開度信号、水温センサ１４からの水温信号、クランク角センサ１５からの回転速度信号、スロットル開度センサ１７からの開度信号、吸気温センサ２９からの吸気温信号を入力して、エンジン９の運転状態を検出する。そして、コントロールユニット１６は、検出したエンジン９の運転状態に基づいて、目標空気量、燃料噴射量、点火時期および点火時期でのエンジン９の主要な操作量を算出する。
【００１６】
コントロールユニット１６は、算出した目標空気量に基づいて、電子スロットル３の目標スロットル開度を算出し、電子スロットル駆動信号に変換して電子スロットル３へ出力する。コントロールユニット１６は、算出した燃料噴射量を開弁パルス信号に変換して燃料噴射弁（インジェクタ）７へ出力する。コントロールユニット１６は、算出した点火時期で点火プラグ８を点火するための駆動信号を点火プラグ８へ出力する。さらに、コントロールユニット１６は、リーン燃焼している気筒を検出し、検出した気筒の１サイクルにおける燃料噴射回数と燃料噴射量を制御するための処理（噴射回数／噴射量制御処理）を行う。コントロールユニット１６による処理の詳細については、説明を後述する。
【００１７】
コントロールユニット１６による制御に応じて燃料噴射弁７から噴射された燃料は、吸気マニホールド４を経て流入した空気と混合されて、エンジン９のシリンダー内に流入して、混合気を形成する。混合気は、コントロールユニット１６により算出された点火時期ごとに点火プラグ８から発生される火花によって爆発する。混合気の爆発による燃焼圧によりピストンが押し下げられてエンジン９の動力が発生する。混合気の爆発後の排気の一部は、排気マニホールド１０を経て三元触媒１１へ送られ、他の一部は排気還流管１８を通って吸気側（コレクタ５の上流）に還流される。排気還流管１８を通って還流される排気の量はバルブ１９によって制御される。
【００１８】
触媒上流空燃比センサ１２は、エンジン９から三元触媒１１までを連通する流路に設けられ、検出された酸素濃度すなわち空燃比を示す信号（以下、空燃比信号）をコントロールユニット１６へ出力する。触媒下流Ｏ２センサ２０は、三元触媒１１の下流の流路に設けられ、排ガス中の残存酸素量が濃いか薄いかを示す信号をコントロールユニット１６へ出力する。
【００１９】
以下、第１の実施の形態によるコントロールユニット１６の詳細について説明する。
図９は、コントロールユニット１６の構成を示すブロック図である。コントロールユニット１６は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、入力回路２４、入出力ポート２５、点火信号出力回路２６、燃料噴射弁駆動回路２７および電子スロットル駆動回路２８を備える。入力回路２４は、エアフローセンサ２からの吸入空気量信号、触媒上流空燃比センサ１２からの空燃比信号、アクセル開度センサ１３からの開度信号、水温センサ１４からの水温信号、クランク角センサ１５からの回転速度信号、スロットル開度センサ１７からの開度信号、触媒下流Ｏ２センサ２０からの信号および吸気温センサ２９からの吸気温信号を入力して、各種信号のノイズ除去等の信号処理を行う。
【００２０】
上記の各種信号は、入力回路２４によってノイズ除去等の信号処理が行われると、入出力ポート２５の入力ポートへ出力され、ＲＡＭ２３内に格納される。ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３内に格納された各種信号を用いて後述する各種演算処理を行う。ＲＯＭ２２には、ＣＰＵ２１が実行する各種演算処理の内容が記述された制御プログラムが予め書き込まれている。ＣＰＵ２１による演算処理で得られた演算結果、すなわち各アクチュエータ作動量を示す値は、ＲＡＭ２３に一時的に格納された後、入出力ポート２５の出力ポートへ送信される。
【００２１】
出力ポートにセットされる値には、たとえば点火プラグ８の作動信号や、燃料噴射弁７の駆動信号や、電子スロットル３の目標開度を実現するための駆動信号等がある。点火プラグ８の作動信号は、点火信号出力回路２６内の一次側コイルの通流時はＯＮ、非通流時にはＯＦＦとなるＯＮ／ＯＦＦ信号である。点火プラグ８の点火時期は、点火プラグ８の作動信号がＯＮからＯＦＦになるときである。燃料噴射弁７の駆動信号は、開弁時にＯＮ、閉弁時にＯＦＦとなるＯＮ／ＯＦＦ信号である。燃料噴射弁７の駆動信号は、燃料噴射弁駆動回路２７で燃料噴射弁７を開弁するために十分なエネルギーに増幅されて燃料噴射弁７へ送られる。電子スロットル３の目標開度を実現する駆動信号は、電子スロットル駆動回路２８を経て電子スロットル３へ送られる。
【００２２】
以下、図１０に示すブロック図を用いて、コントロールユニット１６のＣＰＵ２１により実行されるリーン気筒検出処理および噴射回数／噴射量制御処理について説明する。リーン気筒検出処理および噴射量制御処理は、ＣＰＵ２１がＲＯＭ２２に書き込まれた制御プログラムを実行することにより行われる。ＣＰＵ２１は、基本燃料噴射量演算部２１０と、空燃比フィードバック補正値演算部２１１と、２回転成分演算部２１２と、第１噴射回数補正気筒演算部２１３と、噴射回数演算部２１４と、燃料噴射量演算部２１５と、燃料噴射時期演算部２１６と、異常判定部２１７とを機能的に備える。
【００２３】
基本燃料噴射量演算部２１０は、エアフローセンサ２から入力した吸入空気量信号に対応する吸入空気量Ｑａと、クランク角センサ１５から入力した回転速度信号に対応するクランク軸の回転速度Ｎｅとに基づいて、基本燃料噴射量に相当する噴射パルス幅Ｔｐ０を算出する。空燃比フィードバック補正値演算部２１１は、触媒上流空燃比センサ１２からの空燃比信号Ｒａｂｆに基づいて、目標空燃比となるように燃料噴射量を補正するための補正値Ａｌｐｈａを算出する。
【００２４】
２回転成分演算部２１２は、触媒上流空燃比センサ１２からの空燃比信号Ｒａｂｆを用いて、エンジン９の２回転周期の成分、すなわちパワースペクトルＰｏｗｅｒおよび位相スペクトルＰｈａｓｅを算出する。第１噴射回数補正気筒演算部２１３は、２回転成分演算部２１２で算出されたエンジン９の２回転周期の成分に基づいて、リーン燃焼が発生している気筒（以後、リーン発生気筒と呼ぶ）を検出する。そして、第１噴射回数補正気筒演算部２１３は、検出したリーン発生気筒のうち噴射回数を補正する気筒、すなわち補正対象気筒を特定する。噴射回数演算部２１４は各気筒の噴射回数Ｋａｉ_ｎを算出する。なお、ｎは気筒番号を表す。噴射回数演算部２１４は、後述するように、第１噴射回数補正気筒演算部２１３によって設定された補正対象気筒の噴射回数を、リーン燃焼を解消するために減少させる。
【００２５】
燃料噴射量演算部２１５は、算出された空燃比フィードバック補正値Ａｌｐｈａと算出された各気筒の噴射回数Ｋａｉ_ｎとに基づいて、基本噴射燃料量Ｔｐ０に対する各気筒の燃料噴射量に相当する噴射パルス幅ＴＩ_ｎ_ｋを算出する。なお、ｎは気筒番号を示し、ｋは１サイクル中における同一気筒の噴射番号（噴射順序）を示す。燃料噴射時期演算部２１６は、各気筒の噴射回数Ｋａｉ_ｎから、各気筒の噴射時期ＩＴ_ｎ_ｋを算出する。なお、ｎは気筒番号を示し、ｋは１サイクル中における同一気筒の噴射番号（順序）を示す。異常判定部２１７は、各気筒の噴射回数Ｋａｉ_ｎに基づいて、気筒が異常か否かを判定する。異常と判定した場合には、異常判定部２１７は、異常フラグｆ_ＭＩＬを１に設定する。
【００２６】
図１１〜図１８を用いて、上述した基本燃料噴射量演算部２１０、空燃比フィードバック補正値演算部２１１、２回転成分演算部２１２、第１噴射回数補正気筒演算部２１３、噴射回数演算部２１４、燃料噴射量演算部２１５、燃料噴射時期演算部２１６および異常判定部２１７の詳細について説明する。
図１１は基本燃料噴射量演算部２１０の機能を模式的に示す図である。基本燃料噴射量演算部２１０は、以下の式（１）を用いて、基本燃料噴射量Ｔｐ０を算出する。なお、式（１）において、Ｃｙｌは気筒数を表し、Ｋ０はインジェクタの仕様（燃料噴射パルス幅と燃料噴射量との関係）に基づいて決定される係数である。
Ｔｐ０＝Ｋ０×Ｑａ／（Ｎｅ×Ｃｙｌ）  …（１）
【００２７】
図１２は空燃比フィードバック補正値演算部２１１の機能を模式的に示す図である。空燃比フィードバック補正値演算部２１１は、触媒上流空燃比センサ１２からの空燃比信号Ｒａｂｆと目標空燃比ＴｇＲａｂｆとの差に基づいて、ＰＩ制御により空燃比フィードバック補正値Ａｌｐｈａを算出する。なお、触媒上流空燃比センサ１２に代えてＯ２センサを備える場合には、空燃比フィードバック補正値演算部２１１は、Ｏ２センサから出力された信号を用いて空燃比フィードバック補正値Ａｌｐｈａを算出する。
【００２８】
図１３は２回転成分演算部２１２の機能を模式的に示す図である。２回転成分演算部２１２は、たとえば高速フーリエ変換ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を用いて、触媒上流空燃比センサ１２からの空燃比信号Ｒａｂｆから２回転成分のパワースペクトルＰｏｗｅｒと、２回転成分の位相スペクトル基本値Ｐｈａｓｅ０とを算出する。なお、２回転成分演算部２１２は、高速フーリエ変換ＦＦＴを用いるものに代えて、離散フーリエ変換ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を用いてもよい。この場合、係数を適切に選択することによって２回転成分のみを演算できるので、全周波数のパワースペクトルと位相スペクトルを演算する高速フーリエ変換ＦＦＴに比べて演算負荷が小さくなる。
【００２９】
なお、２回転成分の位相スペクトルＰｈａｓｅは、２回転成分の位相スペクトル基本値Ｐｈａｓｅ０から、演算ごとに、Ｐｈａｓｅ０→Ｐｈａｓｅ０−９０→Ｐｈａｓｅ０−１８０→Ｐｈａｓｅ０−２７０→Ｐｈａｓｅ０→Ｐｈａｓｅ０−９０→・・・のように巡回演算して得られた値である。上記の巡回演算は位相を演算する基準点を固定することを目的として行われる。２回転成分演算部２１２は燃焼周期（１８０ｄｅｇ）を演算周期とし、２回転成分はエンジンが２回転する期間を一周期（３６０ｄｅｇ）としている。したがって、２回転成分演算部２１２が燃焼周期ごとに４回演算したときにエンジンが２回転する期間、すなわち一周期となるように位相の基準点が固定される。
【００３０】
図１４は第１噴射回数補正気筒演算部２１３の機能を模式的に示す図である。第１噴射回数補正気筒演算部２１３は、２回転成分演算部２１２により算出された位相スペクトルＰｈａｓｅに基づいて、以下の条件（ａ１）〜（ｄ１）に従って、リーン発生気筒を検出し、検出したリーン発生気筒の気筒番号（以後、リーン発生気筒番号と呼ぶ）Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌを設定する。なお、Ｋ１ａ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ１ｂ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ２ａ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ２ｂ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ３ａ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ３ｂ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ４ａ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ４ｂ_Ｐｈａｓｅ、およびＮ１はエンジン９の特性に応じて経験的に決まる値である。
（ａ１）Ｋ１ａ_Ｐｈａｓｅ≦Ｐｈａｓｅ≦Ｋ１ｂ_ＰｈａｓｅがＮ１回連続して成立した場合、第１噴射回数補正気筒演算部２１３はリーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌを１に設定する。
（ｂ１）Ｋ２ａ_Ｐｈａｓｅ≦Ｐｈａｓｅ≦Ｋ２ｂ_ＰｈａｓｅがＮ１回連続して成立した場合、第１噴射回数補正気筒演算部２１３はリーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌを２に設定する。
（ｃ１）Ｋ３ａ_Ｐｈａｓｅ≦Ｐｈａｓｅ≦Ｋ３ｂ_ＰｈａｓｅがＮ１回連続して成立した場合、第１噴射回数補正気筒演算部２１３はリーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌを３に設定する。
（ｄ１）Ｋ４ａ_Ｐｈａｓｅ≦Ｐｈａｓｅ≦Ｋ４ｂ_ＰｈａｓｅがＮ１回連続して成立した場合、第１噴射回数補正気筒演算部２１３はリーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌを４に設定する。
なお、後述する噴射回数演算部２１４により算出されたｎ番気筒の噴射回数Ｋａｉ_ｎが、前回の算出周期で算出された噴射回数Ｋａｉ_ｎの値から変化した場合には、第１噴射回数補正気筒演算部２１３はＮ１の回数を０にリセットする。
【００３１】
上記のようにしてリーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌが設定されると、第１噴射回数補正気筒演算部２１３は、２回転成分演算部２１２により算出されたパワースペクトルＰｏｗｅｒに基づいて、以下の条件（ｅ１）〜（ｈ１）に従ってリーン発生気筒の中から補正対象気筒を特定し、検出した補正対象気筒の気筒番号（以後、補正対象気筒番号と呼ぶ）Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを設定する。なお、Ｋ１_Ｐｏｗｅｒ、Ｋ２_Ｐｏｗｅｒ、Ｋ３_ＰｏｗｅｒおよびＫ４_Ｐｏｗｅｒは、エンジン９の特性に応じて経験的に決まる値である。
（ｅ１）リーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌ＝１かつＫ１_Ｐｏｗｅｒ≦Ｐｏｗｅｒの場合、第１噴射回数補正気筒演算部２１３は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを１に設定する。
（ｆ１）リーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌ＝２かつＫ２_Ｐｏｗｅｒ≦Ｐｏｗｅｒの場合、第１噴射回数補正気筒演算部２１３は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを２に設定する。
（ｇ１）リーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌ＝３かつＫ３_Ｐｏｗｅｒ≦Ｐｏｗｅｒの場合、第１噴射回数補正気筒演算部２１３は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを３に設定する。
（ｈ１）リーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌ＝４かつＫ４_Ｐｏｗｅｒ≦Ｐｏｗｅｒの場合、第１噴射回数補正気筒演算部２１３は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを４に設定する。
【００３２】
図１５は噴射回数演算部２１４の機能を模式的に示す図である。噴射回数演算部２１４は、以下に示す条件（ｉ１）〜（ｌ１）に従って、補正対象気筒の噴射回数Ｋａｉ_ｎ（ｎは気筒番号を示す）を算出する。すなわち、噴射回数演算部２１４は、以下の条件（ｉ１）〜（ｌ１）に応じて、補正対象気筒の噴射回数を減少させる。なお、本実施の形態においては、Ｋａｉ_１，Ｋａｉ_２，Ｋａｉ_３，Ｋａｉ_４の初期値を、いずれも６とする。すなわち、１サイクルあたり同一気筒が実施する噴射回数は６回を初期値とする。また、噴射回数Ｋａｉ_ｎの下限値は、いずれも１とする。
（ｉ１）補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ＝１のとき、噴射回数演算部２１４は１番気筒の噴射回数Ｋａｉ_１の値を１減らす。
（ｊ１）補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ＝２のとき、噴射回数演算部２１４は２番気筒の噴射回数Ｋａｉ_２の値を１減らす。
（ｋ１）補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ＝３のとき、噴射回数演算部２１４は３番気筒の噴射回数Ｋａｉ_３の値を１減らす。
（ｌ１）補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ＝４のとき、噴射回数演算部２１４は４番気筒の噴射回数Ｋａｉ_４の値を１減らす。
【００３３】
図１６は燃料噴射量演算部２１５の機能を模式的に示す図である。燃料噴射量演算部２１５は、以下の式（２）を用いて、ｎ番気筒のｋ回目の噴射量ＴＩ_ｎ_ｋを算出する。
ＴＩ_ｎ_ｋ＝（Ｔｐ０×Ａｌｐｈａ）／Ｋａｉ_ｎ  …（２）
【００３４】
たとえば、噴射回数Ｋａｉ_１＝５の場合、１番気筒の１サイクルでの噴射回数は５回である。この場合、燃料噴射量演算部２１５は、ＴＩ_１_１＝ＴＩ_１_２＝ＴＩ_１_３＝ＴＩ_１_４＝ＴＩ_１_５となるように、燃料噴射量を５等分にして燃料噴射を行わせる。
【００３５】
図１７は燃料噴射時期演算部２１６の機能を模式的に示す図である。燃料噴射時期演算部２１６は、噴射回数演算部２１４で算出された噴射回数Ｋａｉ_ｎの値に応じて、以下の式（３）〜（８）を用いて、ｎ番目の気筒のｋ回目の噴射時期ＩＴ_ｎ_ｋを算出する。なお、各パラメータはエンジン９の特性に応じて経験的に決まる値である。
Ｋａｉ_ｎ＝６のとき、
ＩＴ_ｎ_１＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_１ａ、  ＩＴ_ｎ_２＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_２ａ、
ＩＴ_ｎ_３＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_３ａ、  ＩＴ_ｎ_４＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_４ａ、
ＩＴ_ｎ_５＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_５ａ、  ＩＴ_ｎ_６＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_６ａ  …（３）
Ｋａｉ_ｎ＝５のとき、
ＩＴ_ｎ_１＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_１ｂ、  ＩＴ_ｎ_２＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_２ｂ、
ＩＴ_ｎ_３＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_３ｂ、  ＩＴ_ｎ_４＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_４ｂ、
ＩＴ_ｎ_５＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_５ｂ  …（４）
Ｋａｉ_ｎ＝４のとき、
ＩＴ_ｎ_１＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_１ｃ、  ＩＴ_ｎ_２＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_２ｃ、
ＩＴ_ｎ_３＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_３ｃ、  ＩＴ_ｎ_４＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_４ｃ  …（５）
Ｋａｉ_ｎ＝３のとき、
ＩＴ_ｎ_１＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_１ｄ、  ＩＴ_ｎ_２＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_２ｄ、
ＩＴ_ｎ_３＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_３ｄ  …（６）
Ｋａｉ_ｎ＝２のとき、
ＩＴ_ｎ_１＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_１ｅ、  ＩＴ_ｎ_２＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_２ｅ  …（７）
Ｋａｉ_ｎ＝１のとき、
ＩＴ_ｎ_１＝Ｋ_ＩＴ_ｎ_１ｆ  …（８）
【００３６】
図１８は異常判定部２１７の機能を模式的に示す図である。異常判定部２１７は以下の式（９）を用いて、気筒が異常か否かを判定し、異常と判定した場合には異常報知フラグｆ_ＭＩＬを１に設定し、正常と判定した場合には異常報知フラグｆ_ＭＩＬを０に設定する。異常報知フラグｆ_ＭＩＬが１に設定された場合、たとえば不図示の異常報知ランプ等が点灯される。なお、式（９）において、ＮＧ_Ｋａｉは異常と判定する排気（特にすす）の排出量となる噴射回数となるように決定されているのが好ましい。
Ｋａｉ_ｎ＞ＮＧ_Ｋａｉのとき、ｆ_ＭＩＬ＝０
Ｋａｉ_ｎ≦ＮＧ_Ｋａｉのとき、ｆ_ＭＩＬ＝１  …（９）
【００３７】
以上で説明した第１の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）多気筒のエンジン９に設けられた複数の気筒のそれぞれに対して、１サイクル中に複数回の燃料を噴射する分割燃料噴射を行うエンジン制御装置１００は、第１噴射回数補正気筒演算部２１３と、噴射回数演算部２１４とを備える。第１噴射回数補正気筒演算部２１３は、複数の気筒のうち、他の気筒の空燃比と比べて所定値よりもリーン燃焼になっている気筒をリーン発生気筒として検出する。噴射回数演算部２１４は、第１噴射回数補正気筒演算部２１３によって検出されたリーン発生気筒に対する燃料噴射の回数を減少させる。リーン発生気筒に対する燃料噴射回数を減らすことにより、１回当たりの燃料噴射量、すなわち開弁時間が増加する。このため、経時変化によける噴射信号に対する実際の燃焼噴射量のばらつきを比較的小さくすることができ、運転性能の劣化を防止できる。
さらに詳細に説明する。一般に火花点火式燃料噴射弁は、印加される噴射パルスの時間幅が短い領域では、すなわち開弁時間が短い領域では、噴射量のばらつきが大きい。そのため、噴射量のばらつきが許容できる開弁時間以上で使用するよう設計されている。新品の燃料噴射弁では燃料噴射量のばらつきが許容値以下の開弁時間であっても、経年変化により噴射量のばらつきが許容できないほどに大きくなることがある。そのため、経年変化により噴射量が減少する噴射弁が装着された気筒ではリーン燃焼が発生し、トルク段差が大きくなる。そこで、本発明では、リーン燃焼する気筒については、燃料噴射回数を低減することにより噴射１回当たりの開弁時間を長くして噴射量のばらつきが大きくならないようにする。これにより、トルク段差の発生を抑制することができる。
【００３８】
（２）噴射回数演算部２１４によってリーン発生気筒に対する燃料噴射の回数を減少させる前後で、リーン発生気筒による１サイクル中での総燃料噴射量の変化を防ぐように、燃料噴射量演算部２１５は、分割燃料噴射の１回当たりの燃料噴射量を制御するようにした。これにより、必要なトルクを得ることができる。
【００３９】
（３）リーン発生気筒に対する燃料噴射の回数が減少された後、燃焼状態、たとえば空燃比が他の気筒の空燃比と比べて所定値よりもリーン燃焼している気筒が再度検出されない場合には、燃料噴射回数演算部２１４は、リーン発生気筒に対する燃料噴射の回数を維持するようにした。したがって、リーン発生気筒が検出されなくなった場合には、１サイクル中での同一気筒の燃料噴射回数を維持することができる。
【００４０】
（４）リーン発生気筒に対する燃料噴射の回数が減少された後、燃焼状態、たとえば空燃比が他の気筒の空燃比と比べて所定値よりもリーン燃焼している気筒が再度検出された場合には、燃料噴射回数演算部２１４は、リーン発生気筒の燃料噴射の回数をさらに減少するようにした。リーン発生気筒がリーン燃焼を維持している場合には、さらに燃料噴射回数を減少させることによって、分割燃料噴射の１回当たりの燃料噴射量を増加させるので、噴射信号に対する実際の燃料噴射量のばらつきを小さくさせることができる。
【００４１】
（５）リーン発生気筒に対する燃料噴射の回数が所定回数まで減少されたときに、燃焼状態、たとえば空燃比が他の気筒の空燃比と比べて所定値よりもリーン燃焼している気筒が再度検出された場合には、異常判定部２１７は異常であることを報知するようにした。１サイクル中の同一気筒の燃料噴射回数を減らした場合、一般的にすすの排出量が増加する。したがって、燃料噴射回数を所定回数（ＮＧ_Ｋａｉ）まで減少させたときは、排気が悪化したとして報知することができる。
【００４２】
（６）２回転成分演算部２１２は、空燃比信号に基づいて、多気筒のエンジン９の２回転周期に相当する周波数成分を抽出する。そして、第１噴射回数補正気筒演算部２１３は、２回転成分演算部２１２により抽出された２回転周期に相当する周波数成分に基づいて、リーン発生気筒を検出するようにした。少なくとも１つの気筒の空燃比がリーン燃焼しているとき、触媒上流空燃比センサ１２から出力される空燃比信号の波形は、１サイクル周期、すなわちエンジン２回転周期で振動する。第１噴射回数補正気筒演算部２１３は、上記の現象に基づいて、リーン発生気筒を検出することができる。
【００４３】
（７）２回転成分演算部２１２は、空燃比を示す信号に基づいて、多気筒のエンジン９の２回転周期に相当する位相スペクトルとパワースペクトルとを抽出する。第１噴射回数補正気筒演算部２１３は、２回転成分演算部２１２によって抽出された位相スペクトルに基づいてリーン発生気筒を検出し、検出したリーン発生気筒のパワースペクトルが所定値以上か否かを判定する。そして、燃料噴射回数演算部２１４は、第１噴射回数補正気筒演算部２１３によってリーン発生気筒のパワースペクトルが所定値以上と判定された場合に、燃料噴射の回数を減少させるようにした。少なくとも１つの気筒の空燃比がリーン燃焼しているときの空燃比信号の波形は、１サイクル周期、すなわちエンジン２回転周期で振動する現象では、リーン燃焼する気筒によって特定の基準点（たとえば特定の気筒の吸気工程上死点など）からの位相が変化する。このため、空燃比信号をフーリエ変換することによって得られるエンジン９の２回転周期の成分のうち、位相スペクトルの値からリーン発生気筒を検出することが可能となる。また、上記の波形の振動現象の振幅は、リーン燃焼している気筒のリーン度合によって変化する。すなわち、リーン度合が大きいほど、波形の振幅大きくなる。このため、空燃比信号をフーリエ変換することによって得られるエンジン９の２回転周期の成分のうち、振幅と相関関係のあるパワースペクトルの値からリーン発生気筒のリーン度合を得ることが可能となる。したがって、エンジン９の２回転周期に相当する位相スペクトルに基づいてリーン発生気筒を検出し、検出したリーン発生気筒のうち、更にパワースペクトルがある程度大きい場合に、リーン度合が大きいとして、補正対象気筒を特定することができる。
【００４４】
−第２の実施の形態−
図１９〜２３を参照して、第２の実施の形態によるエンジン制御装置について説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、クランク角センサから出力される回転速度信号に基づく角加速度および角加加速度を用いてリーン発生気筒を検出する点で、第１の実施の形態と異なる。
【００４５】
まず、図１９、２０に示す概略機能ブロック図を用いて、第２の実施の形態のエンジン制御装置の概要を説明する。図１９に示すように、第２の実施の形態のエンジン制御装置は、クランク角センサから出力された信号に基づいて、クランクの角加速度または角加加速度を算出し、算出された角加速度または角加加速度に基づいて、リーン発生気筒を検出する。この場合、図２０に示すように、エンジン制御装置は、エンジンの各気筒が所定サイクルにあるときのそれぞれの気筒の平均角加速度または平均角加加速度を算出し、算出された平均角加速度が所定値以下、または算出された前記平均角加加速度が所定範囲外であるか否かを判定し、平均角加速度が所定値以下、または算出された平均角加加速度が所定範囲外と判定された場合、当該気筒をリーン発生気筒として検出する。以下、第２の実施の形態について、具体的に説明する。
【００４６】
図２１に第２の実施の形態におけるコントロールユニット１６のＣＰＵ２１が有する機能を示す。第２の実施の形態によるＣＰＵ２１は、第１の実施の形態によるＣＰＵ２１が有する２回転成分演算部２１２、第１噴射回数補正気筒演算部２１３に代えて、角加速度・角加加速度演算部２１８、第２噴射回数補正気筒演算部２１９を機能的に備える。角加速度・角加加速度演算部２１８は、クランク角センサ１５から出力された信号に対応するクランク軸の回転速度Ｎｅから角加速度ｄＮｅ_ｎおよび角加加速度ｄｄＮｅ_ｎを算出する。なお、ｎは気筒番号を示す。さらに、第２噴射回数補正気筒演算部２１９は、角加速度・角加加速度演算部２１８によって算出された角加速度ｄＮｅ_ｎと角加加速度ｄｄＮｅ_ｎとを用いて、補正対象気筒の補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを設定する。
【００４７】
図２２は角加速度・角加加速度演算部２１８の機能を模式的に示す図である。角加速度・角加加速度演算部２１８は、クランク角センサ１５からの回転速度信号に対応するクランク軸の回転速度Ｎｅを用いて、ｎ番気筒の圧縮上死点後９０ｄｅｇ〜２７０ｄｅｇ間の平均回転速度Ａｖｇ_Ｎｅ_ｎを算出する。なお、ｎは点火順序で変化する。角加速度・角加加速度演算部２１８は、今回の平均回転速度Ａｖｇ_Ｎｅ_ｎと、点火順序が一回前（前回）の平均回転速度Ａｖｇ_Ｎｅ_ｎとの差分を、ｎ番気筒の角加速度ｄＮｅ_ｎとして算出する。たとえば、点火順序が１番気筒→３番気筒→４番気筒→２番気筒の場合には、角加速度・角加加速度演算部２１８は、今回の１番気筒の平均回転速度Ａｖｇ_Ｎｅ_１と点火順序が前回の２番気筒の平均回転速度Ａｖｇ_Ｎｅ_２との差分を１番気筒の角加速度ｄＮｅ_１とする。さらに、角加速度・角加加速度演算部２１８は、今回の角加速度ｄＮｅ_ｎと前回の角加速度ｄＮｅ_ｎとの差分を、ｎ番気筒の角加加速度ｄｄＮｅ_ｎとして算出する。
【００４８】
図２３は、第２噴射回数補正気筒演算部２１９の機能を模式的に示す図である。第２噴射回数補正気筒演算部２１９は、角加速度・角加加速度演算部２１８により算出された角加速度ｄＮｅ_ｎまたは角加加速度ｄｄＮｅ_ｎに基づいて、以下の条件（ａ２）〜（ｄ２）に従って補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを設定する。なお、Ｋ１_ｄＮｅ、Ｋ１_ｄｄＮｅ、Ｋ２_ｄｄＮｅおよびＮ２はエンジン９の特性に応じて経験的に決まる値である。
（ａ２）ｄＮｅ_１≦Ｋ１_ｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_１≦Ｋ１_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_１≧Ｋ２_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立した場合、第２噴射回数補正気筒演算部２１９は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを１に設定する。
（ｂ２）ｄＮｅ_２≦Ｋ１_ｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_２≦Ｋ１_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_２≧Ｋ２_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立した場合、第２噴射回数補正気筒演算部２１９は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを２に設定する。
（ｃ２）ｄＮｅ_３≦Ｋ１_ｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_３≦Ｋ１_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_３≧Ｋ２_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立した場合、第２噴射回数補正気筒演算部２１９は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを３に設定する。
（ｄ２）ｄＮｅ_４≦Ｋ１_ｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_４≦Ｋ１_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_４≧Ｋ２_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立した場合、第２噴射回数補正気筒演算部２１９は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを４に設定する。
【００４９】
以上で説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態により得られる（１）〜（５）の作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
（１）角加速度・角加加速度演算部２１８はクランク角センサから出力された信号に基づいて、クランクの角加速度または角加加速度を算出する。そして、第２噴射回数補正気筒演算部２１９は、角加速度・角加加速度演算部２１８によって算出された角加速度または角加加速度に基づいて、リーン発生気筒を検出するようにした。少なくとも１つの気筒の空燃比がリーン燃焼している場合、リーン発生気筒の燃焼による発生トルクは、その他の気筒、すなわちリーン燃焼していない気筒の燃焼による発生トルクよりも小さくなる。そして、エンジン９の発生トルクとエンジン９の回転角加速度または回転角加加速度との間には相関関係がある。すなわち、発生トルクが小さくなる場合、回転角加速度および回転角加加速度は小さくなる。発生トルクが復帰した場合、回転角加速度も元の値（すなわち正常の値）に復帰し、回転角加加速度はいったん大きくなった後、元の値に復帰する。第２噴射回数補正気筒演算部２１９は、上記の現象に基づいて、リーン発生気筒を検出することができる。
【００５０】
（２）角加速度・角加加速度演算部２１８は、多気筒のエンジン９の各気筒が所定サイクルにあるときのそれぞれの気筒の平均角加速度または平均角加加速度を算出し、算出された平均角加速度が所定値以下、または算出された平均角加加速度が所定範囲外であるか否かを判定する。そして、角加速度・角加加速度演算部２１８により平均角加速度が所定値以下、または角加速度・角加加速度演算部２１８により算出された平均角加加速度が所定範囲外と判定された場合、第２噴射回数補正気筒演算部２１９は、当該気筒をリーン発生気筒として検出するようにした。リーン発生気筒の燃焼による発生トルクは他のリーン燃焼していない気筒の発生トルクよりも小さくなり、それに応じてエンジン９の回転角加速度と回転角加加速度も変化する。各気筒の燃焼による発生トルクと角加速度、角加加速度とを明確に対応させるために、角加速度・角加加速度演算部２１８は、エンジン９の各気筒が所定サイクル間（たとえば膨張行程）の各気筒の平均角加速度もしくは平均角加加速度を算出する。平均角加速度もしくは平均角加加速度が変化したとき、第２噴射回数補正気筒演算部２１９は、角加速度・角加加速度演算部２１８によって演算された区間から、発生トルクが変化した気筒、すなわちリーン発生気筒を検出することができる。具体的には、ある気筒がリーン燃焼となったとき、その気筒の燃焼による発生トルクに対応する角加速度は小さくなるので、第２噴射回数補正気筒演算部２１９は、平均角加速度が所定値以下となったことに応じてリーン発生気筒を検出できる。また、角加加速度は、小さくなった後いったん大きくなり正常の値に復帰するので、第２噴射回数補正気筒演算部２１９は、平均角加加速度が所定範囲外となったことに応じて、リーン発生気筒を検出できる。
【００５１】
−第３の実施の形態−
図２４〜２６を参照して、第３の実施の形態によるエンジン制御装置について説明する。以下の説明では、第１、第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１、第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、エンジンの運転領域に応じて、触媒上流空燃比センサからの空燃比信号およびクランク角センサから出力される回転速度信号に基づく角加速度および角加加速度の一方を用いて補正対象気筒を設定する点で、第１、第２の実施の形態と異なる。
【００５２】
まず、図２４に示す概略機能ブロック図を用いて、第３の実施の形態のエンジン制御装置の概要を説明する。第３の実施の形態のエンジン制御装置は、空燃比センサまたはＯ２センサから出力された空燃比を示す信号に基づいて、エンジンの２回転周期に相当する周波数成分を抽出し、クランク角センサから出力された信号に基づいて、クランクの角加速度または角加加速度を算出する。そして、回転周期に相当する周波数成分に基づいて所定値よりもリーンになっている気筒を検出した結果と、角加速度または角加加速度に基づいて、所定値よりもリーンになっている気筒を検出した結果との一方を、少なくともエンジンの回転速度または負荷（すなわち運転領域）に応じて、リーン発生気筒として出力させるものである。以下、第３の実施の形態について、具体的に説明する。
【００５３】
図２５に第３の実施の形態におけるコントロールユニット１６のＣＰＵ２１が有する機能を示す。ＣＰＵ２１は、第１の実施の形態と同様の機能を有する基本燃料噴射量演算部２１０、空燃比フィードバック補正値演算部２１１、２回転成分演算部２１２、第１噴射回数補正気筒演算部２１３、噴射回数演算部２１４、燃料噴射量演算部２１５、燃料噴射時期演算部２１６、および異常判定部２１７と、第２の実施の形態と同様の機能を有する角加速度・角加加速度演算部２１８および第２噴射回数補正気筒演算部２１９とに加えて、リーン判定方式切換部２２０とスイッチ２２１とを機能的に備える。したがって、以下の説明では、リーン判定方式切換部２２０の機能を中心に行う。
【００５４】
図２６はリーン判定方式切換部２２０の機能を模式的に示す図である。リーン判定方式切換部２２０は、以下の式（１０）を用いて、リーン判定方式切換フラグｆ_ｃｈ_ｌｅａｎを設定する。リーン判定方式切換フラグｆ_ｃｈ_ｌｅａｎが１に設定された場合は、クランク角センサ１５からの回転速度信号に対応するクランク軸の回転速度Ｎｅを用いて第２噴射回数補正気筒演算部２１９により設定された補正対象気筒Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌの噴射回数が補正される。リーン判定方式切換フラグｆ_ｃｈ_ｌｅａｎが０に設定された場合は、触媒上流空燃比センサ１２からの空燃比信号を用いて第１噴射回数補正気筒演算部２１３により特定された補正対象気筒の噴射回数が補正される。
Ｔｐ≦Ｋ１_Ｔｐ  かつ  Ｎｅ≦Ｋ１_Ｎｅのとき、ｆ_ｃｈ_ｌｅａｎ＝１
上記以外のとき、ｆ_ｃｈ_ｌｅａｎ＝０  …（１０）
【００５５】
上記の式（１０）において、Ｋ１_Ｔｐは、触媒上流空燃比センサ１２からの空燃比信号の２回転成分の検出精度に応じて決定され、Ｋ１_Ｎｅは、クランク角センサ１５からの回転速度信号から算出される角加速度、角加加速度の検出精度に応じて決定されるのが好ましい。上記の式（１０）は、エンジン９が比較的、低負荷、低回転で運転している場合に、角加速度、角加加速度を用いてリーン発生気筒を検出することを表している。すなわち、エンジン９が低回転で運転しているほど慣性力が強くなるので、燃焼トルクと角加速度との相関が高くなり、角加速度、角加加速度を用いることによるリーン発生気筒の検出精度が高くなることを利用している。さらに、式（１０）は、エンジン９が比較的、高負荷、高回転で運転している場合に、空燃比信号を用いてリーン発生気筒を検出することを表している。すなわちエンジン９が高負荷、高回転で運転している場合には、排気弁から排出された排ガスが触媒上流空燃比センサ１２に到達するまでの期間に拡散する度合が小さくなるため、空燃比信号を用いることによるリーン発生気筒の検出精度が高くなることを利用している。
【００５６】
リーン判定方式切換部２２０によりリーン判定方式切換フラグｆ_ｃｈ_ｌｅａｎが１に設定されると、スイッチ２２１が切り換って、第２噴射回数補正気筒演算部２１９によって設定された補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌが噴射回数演算部２１４へ出力される。また、リーン判定方式切換部２２０によりリーン判定方式切換フラグｆ_ｃｈ_ｌｅａｎが０に設定されると、スイッチ２２１が切り換って、第１噴射回数補正気筒演算部２１３によって設定された補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌが噴射回数演算部２１４へ出力される。
【００５７】
以上で説明した第３の実施の形態によれば、第１および第２の実施の形態によって得られた作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
リーン判定方式切換部２２０は、少なくとも多気筒のエンジン９の回転速度または負荷に応じてスイッチ２２１を切り換えることにより、第１噴射回数補正気筒演算部２１３により検出された結果および第２噴射回数補正気筒演算部２１９により検出された結果のうちの一方の検出結果を、リーン発生気筒として出力させるようにした。上述したように、エンジン９が低負荷、低回転で運転している場合には、角加速度、角加加速度を用いることによりリーン発生気筒の検出精度を向上させ、エンジン９が高負荷、高回転で運転している場合には、空燃比信号を用いることによりリーン発生気筒の検出精度を向上させることができる。すなわちエンジン９の運転状態に応じて、リーン発生気筒の検出方式を異ならせるので、確実にリーン発生気筒を検出できる。
【００５８】
−第４の実施の形態−
図２７〜３１を参照して、第４の実施の形態によるエンジン制御装置について説明する。以下の説明では、第１、第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１、第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、触媒上流空燃比センサからの空燃比信号およびクランク角センサからの回転速度信号に基づく角加速度および角加加速度の両方を用いて補正対象気筒を特定する点で、第１、第２の実施の形態と異なる。
【００５９】
まず、図２７に示す概略機能ブロック図を用いて、第４の実施の形態のエンジン制御装置の概要を説明する。第４の実施の形態のエンジン制御装置は、空燃比センサまたはＯ２センサから出力された空燃比を示す信号に基づいて、エンジンの２回転周期に相当する周波数成分を抽出し、クランク角センサから出力された信号に基づいて、クランクの角加速度または角加加速度を算出する。そして、２回転周期に相当する周波数成分に基づいて所定値よりもリーンになっている気筒を検出した結果と、角加速度または角加加速度に基づいて、所定値よりもリーンになっている気筒を検出した結果との両方を用いて、リーン発生気筒を検出するものである。以下、第４の実施の形態について、具体的に説明する。
【００６０】
図２８に第４の実施の形態におけるコントロールユニット１６のＣＰＵ２１が有する機能を示す。ＣＰＵ２１は、第１の実施の形態と同様の機能を有する基本燃料噴射量演算部２１０、空燃比フィードバック補正値演算部２１１、２回転成分演算部２１２、噴射回数演算部２１４、燃料噴射量演算部２１５、燃料噴射時期演算部２１６、および異常判定部２１７と、第２の実施の形態と同様の機能を有する角加速度・角加加速度演算部２１８とに加えて、第３噴射回数補正気筒演算部２２２を機能的に備える。したがって、以下の説明では、第３噴射回数補正気筒演算部２２２の機能を中心に行う。
【００６１】
図２９は第３噴射回数補正気筒演算部２２２の機能を模式的に示す図である。図２９に示すように、第３噴射回数補正気筒演算部２２２は、第１補正気筒番号演算部２２３および第２補正気筒番号演算部２２４を含んで構成される。第３噴射回数補正気筒演算部２２２は、第１補正気筒番号演算部２２３により検出された第１補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ａと第２補正気筒番号演算部２２４により検出された第２補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ｂとに基づいて、以下の条件（ａ３）〜（ｄ３）に従って補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを設定する。なお、Ｎ４はエンジン９の特性に応じて経験的に決まる値である。また、第１補正気筒番号演算部２２３および第２補正気筒番号演算部２２４については、説明を後述する。
（ａ３）第１補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ａ＝１かつ第２補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ｂ＝１がＮ４回連続して成立した場合、第３噴射回数補正気筒演算部２２２は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを１に設定する。
（ｂ３）第１補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ａ＝２かつ第２補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ｂ＝２がＮ４回連続して成立した場合、第３噴射回数補正気筒演算部２２２は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを２に設定する。
（ｃ３）第１補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ａ＝３かつ第２補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ｂ＝３がＮ４回連続して成立した場合、第３噴射回数補正気筒演算部２２２は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを３に設定する。
（ｄ３）第１補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ａ＝４かつ第２補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ｂ＝４がＮ４回連続して成立した場合、第３噴射回数補正気筒演算部２２２は補正対象気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌを４に設定する。
【００６２】
図３０は第１補正気筒番号演算部２２３の機能を模式的に示す図である。第１補正気筒番号演算部２２３は、２回転成分演算部２１２により算出された位相スペクトルＰｈａｓｅに基づいて、以下の条件（ｅ３）〜（ｈ３）に従ってリーン発生気筒を検出し、リーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌを設定する。なお、Ｋ１ａ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ１ｂ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ２ａ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ２ｂ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ３ａ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ３ｂ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ４ａ_Ｐｈａｓｅ、Ｋ４ｂ_Ｐｈａｓｅ、およびＮ１はエンジン９の特性に応じて経験的に決まる値である。
（ｅ３）Ｋ１ａ_Ｐｈａｓｅ≦Ｐｈａｓｅ≦Ｋ１ｂ_ＰｈａｓｅがＮ１回連続して成立した場合、第１補正気筒番号演算部２２３はリーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌを１に設定する。
（ｆ３）Ｋ２ａ_Ｐｈａｓｅ≦Ｐｈａｓｅ≦Ｋ２ｂ_ＰｈａｓｅがＮ１回連続して成立した場合、第１補正気筒番号演算部２２３はリーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌを２に設定する。
（ｇ３）Ｋ３ａ_Ｐｈａｓｅ≦Ｐｈａｓｅ≦Ｋ３ｂ_ＰｈａｓｅがＮ１回連続して成立した場合、第１補正気筒番号演算部２２３はリーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌを３に設定する。
（ｈ３）Ｋ４ａ_Ｐｈａｓｅ≦Ｐｈａｓｅ≦Ｋ４ｂ_ＰｈａｓｅがＮ１回連続して成立した場合、第１補正気筒番号演算部２２３はリーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌを４に設定する。
なお、噴射回数演算部２１４により算出されたｎ番気筒の噴射回数Ｋａｉ_ｎが、前回の算出周期で算出された噴射回数Ｋａｉ_ｎの値から変化した場合には、第１噴射回数補正気筒演算部２１３はＮ１の回数を０にリセットする。
【００６３】
上記のようにしてリーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌが設定されると、第１補正気筒演算部２２３は、２回転成分演算部２１２により算出されたパワースペクトルＰｏｗｅｒに基づいて、以下の条件（ｉ３）〜（ｌ３）に応じて補正対象気筒を特定し、第１補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ａを設定する。なお、Ｋ１_Ｐｏｗｅｒ、Ｋ２_Ｐｏｗｅｒ、Ｋ３_ＰｏｗｅｒおよびＫ４_Ｐｏｗｅｒは、エンジン９の特性に応じて経験的に決まる値である。
（ｉ３）リーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌ＝１かつＫ１_Ｐｏｗｅｒ≦Ｐｏｗｅｒの場合、第１補正気筒番号演算部２２３は第１補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ａを１に設定する。
（ｊ３）リーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌ＝２かつＫ２_Ｐｏｗｅｒ≦Ｐｏｗｅｒの場合、第１補正気筒番号演算部２２３は第１補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ａを２に設定する。
（ｋ３）リーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌ＝３かつＫ３_Ｐｏｗｅｒ≦Ｐｏｗｅｒの場合、第１補正気筒番号演算部２２３は第１補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ａを３に設定する。
（ｌ３）リーン発生気筒番号Ｎ_ｌｅａｎ_ｃｙｌ＝４かつＫ４_Ｐｏｗｅｒ≦Ｐｏｗｅｒの場合、第１補正気筒番号演算部２２３は第１補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ａを４に設定する。
【００６４】
図３１は第２補正気筒番号演算部２２４の機能を模式的に示す図である。第２補正気筒番号演算部２２４は、クランク角センサ１５からの回転速度信号を用いて角加速度・角加加速度演算部２１８によって算出された角加速度、角加加速度に基づいて、以下の条件（ｍ３）〜（ｐ３）に従って第２補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｌｙ_ｂを設定する。なお、Ｋ１_ｄＮｅ、Ｋ１_ｄｄＮｅ、Ｋ２_ｄｄＮｅおよびＮ２はエンジン９の特性に応じて経験的に決まる値である。
（ｍ３）ｄＮｅ_１≦Ｋ１_ｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_１≦Ｋ１_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_１≧Ｋ２_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立した場合、第２補正気筒番号演算部２２４は第２補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ｂを１に設定する。
（ｎ３）ｄＮｅ_２≦Ｋ１_ｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_２≦Ｋ１_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_２≧Ｋ２_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立した場合、第２補正気筒番号演算部２２４は第２補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ｂを２に設定する。
（ｏ３）ｄＮｅ_３≦Ｋ１_ｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_３≦Ｋ１_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_３≧Ｋ２_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立した場合、第２補正気筒番号演算部２２４は第２補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ｂを３に設定する。
（ｐ３）ｄＮｅ_４≦Ｋ１_ｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_４≦Ｋ１_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立、もしくはｄｄＮｅ_４≧Ｋ２_ｄｄＮｅがＮ２回連続して成立した場合、第２補正気筒番号演算部２２４は第２補正気筒番号Ｎ_ｈｏｓ_ｃｙｌ_ｂを４に設定する。
【００６５】
以上で説明した第４の実施の形態によれば、第１および第２の実施の形態により得られる作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
第１補正気筒番号演算部２２３は、２回転成分演算部２１２によって抽出された２回転周期に相当する周波数成分に基づいて所定値よりもリーン燃焼している気筒を検出し、第２補正気筒番号演算部２２４は、角加速度・角加加速度演算部２１８によって算出された角加速度または角加加速度に基づいて、所定値よりもリーン燃焼している気筒を検出する。そして、第３噴射回数補正気筒演算部２２２は、第１補正気筒番号演算部２２３による検出結果および第２補正気筒番号演算部２２４による検出結果の両方を用いて、リーン発生気筒を検出するようにした。換言すると、第１の実施の形態の第１噴射回数補正気筒演算部２１３と同様の方式と、第２の実施の形態の第２噴射回数補正気筒演算部２１９と同様の方式との両方の方式を用いてリーン発生気筒を検出できるので、検出精度を向上させることができる。特に、エンジン９が中負荷、中回転で運転している場合に、空燃比信号に基づくリーン発生気筒の検出精度と、角加速度、角加加速度に基づくリーン発生気筒の検出精度とが向上する。このため、エンジン９が中負荷、中回転で運転している場合に、第３噴射回数補正気筒演算部２２２によるリーン発生気筒の検出精度が向上させることができる。
【００６６】
また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。説明に用いた実施の形態および変形例は、それぞれを適宜組み合わせて構成しても構わない。
【符号の説明】
【００６７】
１  エアクリーナ、  ２  エアフローセンサ、
３  電子スロットル、  ４  吸気管、
５  コレクタ、  ６  アクセル、
７  燃料噴射弁、  ８  点火プラグ、
９  エンジン、  １０  排気管、
１１  三元触媒、  １２  触媒上流空燃比センサ、
１３  アクセル開度センサ、  １４  水温センサ、
１５  クランク角センサ、  １６  コントロールユニット、
１７  スロットル開度センサ、  １８  排気還流管、
１９  排気還流量調節バルブ、  ２０  触媒下流Ｏ２センサ、
２１  ＣＰＵ、  ２２  ＲＯＭ、
２３  ＲＡＭ、  ２４  入力回路、
２５  入出力ポート、  ２６  点火出力回路、
２７  燃料噴射弁駆動回路、  ２８  電子スロットル駆動回路、
２９  吸気温センサ、  ２１０  基本燃焼噴射量演算部、
２１１  空燃比フィードバック補正値演算部、  ２１２  ２回転成分演算部、
２１３  第１噴射回数補正気筒演算部、  ２１４  噴射回数演算部、
２１５  燃料噴射量演算部、  ２１６  燃料噴射時期演算部、
２１７  異常判定部、  ２１８  角加速度・角加加速度演算部、
２１９  第２噴射回数補正気筒演算部、  ２２０  リーン判定方式切換部、
２２１  スイッチ、  ２２２  第３噴射回数補正気筒演算部、
２２３  第１補正気筒番号演算部、  ２２４  第２補正気筒番号演算部
【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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【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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