(57)【要約】      （修正有）【課題】空燃比センサの故障判定を精度よく実施する。【解決手段】アクティブパルス実施時に検出された排気空燃比のリッチピークタイミング及びリーンピークタイミングが所定の中央値に対して±９０ｄｅｇＣＡ以内の範囲にあり、アクティブパルス実施時に検出された排気空燃比の振幅（Ａ／Ｆ振幅）が所定の振幅判定閾値以上である場合に、第１空燃比センサが正常であると判定する。リッチピークタイミング及びリーンピークタイミングのいずれか一方が所定の中央値に対して±９０ｄｅｇＣＡの範囲外にある場合や、Ａ／Ｆ振幅が所定の振幅判定閾値よりも小さい場合には、第１空燃比センサに異常があると判定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気マニホールドの排気集合部よりも下流側に位置し、排気浄化用の触媒に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
各気筒からの排気が上記空燃比センサに到達するタイミングを個別に算出可能な排気到達タイミング算出手段と、
所定のサンプリング周期の間に上記空燃比センサで検出される排気空燃比の振幅及び位相から気筒間の排気空燃比のインバランスを検出可能なインバランス検出手段と、
所定の許可条件が成立すると、全気筒の中の一つの気筒の燃料噴射量を所定期間の間連続して他の気筒の燃料噴射量よりも所定量増量する燃料増量制御手段と、
上記燃料増量制御手段による燃料増量中の目標空燃比を所定値に固定する空燃比固定手段と、
上記インバランス検出手段を利用し、上記燃料増量制御手段による燃料増量中に、上記空燃比センサで検出される検出信号の振幅が所定値以上となり、上記空燃比センサで検出される検出信号の位相のずれが燃料増量中の気筒からの排気の到達タイミングに対して所定値以下である場合に、当該空燃比センサが正常であると判定する空燃比センサ診断手段と、を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記空燃比センサで検出される排気空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御を実施する空燃比フィードバック制御実施手段を有し、
上記燃料増量制御手段による燃料増量中には、空燃比のフィードバック制御を停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
全ての気筒に対して上記空燃比センサ診断手段による診断を順次実施した後に、上記空燃比センサが正常であるか否かを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制御装置。
【請求項４】
上記空燃比フィードバック制御実施手段は、上記燃料増量制御手段による燃料増量が終了と同時に、空燃比のフィードバック制御を再開する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制御装置。
【請求項５】
上記空燃比固定手段は、上記燃料増量制御手段による燃料増量が終了してから所定時間経過後、目標空燃比の固定を解除することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、内燃機関の特定気筒の燃料噴射量を変更し、排気通路内の触媒上流側の空燃比センサで検出された検出信号を周波数解析して得られた位相スペクトル（Ｐｈａｓｅ２）とパワースペクトル（Ｐｏｗｅｒ２）から、上記空燃比センサの応答劣化を検出することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８５０３５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、このような特許文献１においては、上記空燃比センサの応答劣化を検出するためだけのために、当該空燃比センサの検出値から上記位相スペクトル（Ｐｈａｓｅ２）と上記パワースペクトル（Ｐｏｗｅｒ２）を演算する第２周波数成分演算部が必要であり、その分製造コストが高くなってしまう虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の内燃機関の制御装置は、所定のサンプリング周期の間に空燃比センサで検出される排気空燃比の振幅及び位相から気筒間の排気空燃比のインバランスを検出可能なインバランス検出手段を利用し、全気筒の中の一つの気筒の燃料噴射量を所定期間の間連続して他の気筒の燃料噴射量よりも所定量増量中に、上記空燃比センサで検出される検出信号の振幅が所定値以上となり、上記空燃比センサで検出される検出信号の位相のずれが燃料増量中の気筒からの排気の到達タイミングに対して所定値以下である場合に、当該空燃比センサが正常であると判定する空燃比センサ診断手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、インバランス検出手段を利用して空燃比センサの故障診断を実施でき、製造コストの上昇を招くことなく空燃比センサの故障の有無を精度よく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る内燃機関の制御装置のシステム構成図。
【図２】内燃機関の制御の概要を示すブロック図。
【図３】アクティブパルス実施時の排気空燃比のピークタイミングと振幅を模式的に示した説明図。
【図４】空燃比センサの故障診断に用いるマップ図。
【図５】アクティブパルス実施時のタイミングチャート。
【図６】第１実施例における内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。
【図７】第２実施例における内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。
【図８】インバランスがない状態の排気空燃比の変動の一例を示す説明図。
【図９】インバランスがある状態の排気空燃比の変動の一例を示す説明図であって、（ａ）はインバランスがない気筒の燃料噴射量を増量した場合を示し、（ｂ）はインバランスがある気筒の燃料噴射量を増量した場合を示す。
【図１０】インバランスがある状態の排気空燃比の変動の一例を示す説明図であって、（ａ）はインバランスがある気筒の燃料噴射量を増量した場合を示し、（ｂ）はインバランスがない気筒の燃料噴射量を増量した場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて、詳細に説明する。図１は、この発明に係る内燃機関１の制御装置を示すシステム構成図である。
【０００９】
内燃機関１の燃焼室２には、吸気弁３を介して吸気通路４が接続され、かつ排気弁５を介して排気通路６が接続されている。
【００１０】
吸気通路４には、吸気流量（吸入空気量）を検出するエアフローメータ７が設けられているとともに、制御信号によりアクチュエータ８を介してＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）９により開度制御される電子制御式のスロットル弁１０が配置されている。スロットル弁１０は、当該スロットル弁１０の開度（スロットル開度）を検出するスロットルセンサ１１を一体に備えており、その検出信号に基づいて、スロットル開度が目標開度にクローズドループ制御される。
【００１１】
排気通路６には、各気筒の排気を集合させる排気マニホールド１２の下流側に、排気浄化用の触媒コンバータ１３が設けられている。
【００１２】
触媒コンバータ１３の上流位置には、排気通路６内の排気の空燃比を検出する第１空燃比センサ１４が設けられている。第１空燃比センサ１４は、空燃比の値に応じた出力が得られる広域型空燃比センサである。
【００１３】
触媒コンバータ１３の下流位置には、排気通路６内の排気の空燃比を検出する第２空燃比センサ１５が設けられている。第２空燃比センサ１５は、空燃比のリッチ、リーンのみを検出する酸素センサである。なお、第２空燃比センサ１５として、上述した広域型空燃比センサを用いることも可能である。
【００１４】
燃焼室２の頂部には、点火プラグ１６が配置されている。また、燃焼室２の吸気通路４側の側部に、当該燃焼室２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１７が配置されている。
【００１５】
また、内燃機関１には、機関回転速度及びクランク角位置を検出するためのクランク角センサ１８や、運転者により操作されるアクセルペダルの開度（踏込量）を検出するアクセル開度センサ１９、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ２０、車速を検出する車速センサ２１等の各種センサ類が設けられている。
【００１６】
エアフローメータ７やクランク角センサ１８等の各種センサ類の検出信号は、ＥＣＵ９に入力されている。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備えている。ＥＣＵ９は、上述した各種センサ類からの検出信号に基づいて、燃料噴射弁１７の噴射量や噴射時期、点火プラグ１６による点火時期、スロットル開度等を制御するとともに、各気筒間の排気空燃比のばらつきを小さくするべく気筒毎に燃料噴射量のフィードバック制御（気筒別空燃比フィードバック制御）を実施している。
【００１７】
気筒別空燃比フィードバック制御は、各気筒間の排気空燃比のばらつきが小さくなるように、気筒毎に燃料噴射量を制御する。すなわち、クランク角センサ１８の検出値を用い、各気筒からの排気が排気マニホールド１２の集合部下流側に位置する第１空燃比センサ１４の位置に到達するタイミングで排気空燃比を検出し、気筒間の排気空燃比のばらつきが小さくなるように、各気筒の燃料噴射量を個別に制御する。なお、この気筒別空燃比フィードバック制御によって、内燃機関１は、全体として第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の平均値が目標空燃比近傍となるように制御される。
【００１８】
図２は、本実施例における内燃機関１の制御の概要を示すブロック図である。
【００１９】
Ｓ１では、エアフローメータ７の検出値に基づいて、シリンダ吸入空気量を演算する。Ｓ２では、クランク角センサ１８の検出値に基づいて、内燃機関１の回転数を演算する。Ｓ３では、クランク角センサ１８の検出値に基づいて、クランクシャフトのクランク角度を演算する。
【００２０】
Ｓ４では、Ｓ１で演算されたシリンダ吸入空気量と、Ｓ２で演算された機関回転数を用いて、各気筒の排気が第１空燃比センサ１４の位置に到達するタイミング演算し、各気筒の排気空燃比を検出するサンプルタイミングを演算する。
【００２１】
Ｓ５では、気筒別空燃比フィードバック制御（気筒別Ａ／ＦＦ／Ｂ）実施の許可条件が成立しているか否かを判定する。気筒別空燃比フィードバック制御は、アクティブパルス（詳細は後述）の実施後、第１空燃比センサ１４が正常と判定されるとその実施が許可される。気筒別空燃比フィードバック制御実施の許可条件が成立している場合に、Ｓ６〜Ｓ８が実施されて、後述する気筒別Ｆ／Ｂ補正量が算出される。
【００２２】
ここで、本明細書におけるアクティブパルスとは、内燃機関１の全気筒の中の所定の一つの気筒の排気空燃比をそれ以外の気筒の排気空燃比に比べてリッチ化するように対応する燃料噴射弁１７の燃料噴射パルスを変更することである。アクティブパルスを実施することにより、内燃機関１の全気筒の中の所定の一つの気筒の燃料噴射量が、それ以外の気筒の燃料噴射量よりも所定期間の間連続して所定量増量される。つまり、アクティブパルスを実施すると、所定の一つの気筒の目標燃料噴射量が、所定期間の間連続して他の気筒の目標燃料噴射量よりも所定量増量される。
【００２３】
Ｓ６では、Ｓ４で演算されたタイミングにおける第１空燃比センサ１４の検出値から各気筒の排気空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する。Ｓ７では、各気筒の排気空燃比とその平均値との差分である排気空燃比偏差（Ａ／Ｆ偏差）を気筒毎に算出する。Ｓ８では、Ｓ７で算出した各気筒の排気空燃比偏差（Ａ／Ｆ偏差）が小さくなるように、気筒毎に燃料噴射量の補正量（気筒別Ｆ／Ｂ補正量）を算出する。なお、気筒毎の燃料噴射量の補正量（気筒別Ｆ／Ｂ補正量）によって、気筒毎に燃料噴射量を補正した結果、内燃機関１全体としては、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の平均値が理論空燃比近傍となるように制御されることになる。つまり、気筒毎に気筒別Ｆ／Ｂ補正量を用いて燃料噴射量を補正することによって、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比が理論空燃比となるように制御される。
【００２４】
ここで、Ｓ５〜Ｓ８が気筒別空燃比フィードバック制御実施手段に相当する。この気筒別空燃比フィードバック制御実施手段は、所定のサンプリング周期の間に第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の振幅及び位相から気筒間の排気空燃比のインバランスを検出可能であり、インバランス検出手段に相当する。また、気筒別空燃比フィードバック制御実施手段は、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比が目標空燃比となるように制御するものでもあり、空燃比フィードバック制御実施手段に相当するものでもある。
【００２５】
Ｓ９では、Ｓ８で算出された気筒別Ｆ／Ｂ補正量または後述するアクティブパルス補正量のうち、算出されている方の補正量を用いて気筒毎の燃料噴射量を演算する。各気筒の燃料噴射弁１７は、Ｓ９で演算され燃料噴射量で燃料を噴射する。
【００２６】
Ｓ１０では、アクティブパルスの許可条件が成立しているか否かを判定する。アクティブパルス許可条件は、例えば、機関回転数が所定の回転数領域内にあり、内燃機関１の運転状態が所定の負荷領域にあり、かつ冷却水温度が所定温度以上である場合に、アクティブパルス許可条件が成立していると判定する。
【００２７】
具体的には、機関回転数が予め設定された所定の上限回転数Ｒ１と所定の下限回転数Ｒ２の間にあり、燃料噴射弁１７の燃料噴射時間（燃料噴射量）が予め設定された所定の上限噴射時間Ｔ１と下限噴射時間Ｔ２の間であり、かつ冷却水温度が予め設定された温度Ｄ１以上になっている場合に、アクティブパルス許可条件が成立していると判定する。なお、内燃機関１の始動後既にアクティブパルスが実施されて第１空燃比センサ１４の故障診断が終了している場合（アクティブパルス完了の場合）には、アクティブパルス許可条件が成立しても次回の運転（次回の運転者によるキーオン操作による始動後）までアクティブパルスは実施されない。
【００２８】
Ｓ１１では、目標空燃比を演算する。アクティブパルスの実施中は、目標空燃比が理論空燃比に固定される。また、アクティブパルスの実施が終了すると、アクティブパルスの終了から数サイクル経過後（クランクシャフト２回転を１サイクルとする）に目標空燃比の理論空燃比への固定が解除される。すなわち、アクティブパルスの終了後所定時間経過後に目標空燃比の理論空燃比への固定が解除される。
【００２９】
Ｓ１２では、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比が目標空燃比となるようフィードバック制御する際のフィードバック補正係数を演算する。アクティブパルスの実施中は、フィードバック補正係数が「１（１００％）」またはアクティブパルスの実施直前のフィードバック補正係数に固定される。すなわち、アクティブパルスの実施中は、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比が目標空燃比となるような排気空燃比のフィードバック制御が停止される。なお、本実施例では、アクティブパルスの実施中は、フィードバック補正係数が「１（１００％）」に固定される。排気空燃比のフィードバック制御は、アクティブパルスの終了と同時に再開される。つまり、アクティブパルスの終了と同時に、フィードバック補正係数の固定が解除される。
【００３０】
このように、アクティブパルスの終了後から数サイクル経過後に目標空燃比の理論空燃比への固定を解除し、アクティブパルスの終了直後にフィードバック補正係数の固定を解除することで、運転性への跳ね返りを抑制しつつ、アクティブパルスの終了後に速やかに排気空燃比の振幅を収束させることができる。
【００３１】
また、アクティブパルス実施時にフィードバック補正計数を固定することにより、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の波形の検出性低下を防止することができる。
【００３２】
Ｓ１３では、アクティブパルス補正量を演算する。アクティブパルス補正量は、アクティブパルス実施気筒の燃料噴射量を増量補正する補正係数であり、所定の定数として予め設定されている。
【００３３】
Ｓ１４では、アクティブパルス実施中に第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比のリッチ／リーンピークの位相及び振幅を検出する。ここで、Ｓ１４における排気空燃比のリッチ／リーンピークの位相及び振幅は、上述したＳ６及びＳ７で用いる処理機能を利用して検出される。
【００３４】
詳述すると、図３に示すように、アクティブパルス開始後、所定のサイクル数の間、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比のリーンピーク（最大値）とリッチピーク（最小値）の位相及び大きさを検出する。アクティブパルスを実施することで、燃料噴射量が増量された気筒の排気空燃比が相対的にリッチとなり、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の特性は、全体として図３に示すように所定の周期で振動する波形となる。
【００３５】
そして、所定のサイクル数間における排気空燃比のピークタイミングの平均値であるリッチピークタイミング及びリーンピークタイミングと、所定のサイクル数間における排気空燃比の振幅の平均値であるＡ／Ｆ振幅と、を算出する。Ａ／Ｆ振幅は、ＡＦｌとＡＦｒの差分の平均値である。
【００３６】
なお、アクティブパルスの実施直後の数サイクルは、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の検出値の波形が不安定なので、排気空燃比の検出値の波形が安定するまでは、リッチピークタイミング、リーンピークタイミング及びＡ／Ｆ振幅を算出するためのデータを取らないものとする。
【００３７】
Ｓ１５では、Ｓ１４で検出されたリッチピークタイミング、リーンピークタイミング及びＡ／Ｆ振幅を用いて、第１空燃比センサ１４の故障診断を実施する。
【００３８】
具体的には、図４に示すように、Ｓ１４で検出されたリッチピークタイミング及びリーンピークタイミングが所定の中央値に対して±９０ｄｅｇＣＡ以内の範囲にあり、Ｓ１４で検出されたＡ／Ｆ振幅が所定の振幅判定閾値以上である場合に、第１空燃比センサ１４が正常であると判定する。リッチピークタイミング及びリーンピークタイミングのいずれか一方が所定の中央値に対して±９０ｄｅｇＣＡの範囲外にある場合や、Ａ／Ｆ振幅が所定の振幅判定閾値よりも小さい場合には、第１空燃比センサ１４に異常があると判定する。
【００３９】
つまり、Ｓ１０〜Ｓ１５が、第１空燃比センサ１４の故障診断を実施する空燃比センサ診断手段であり、第１空燃比センサ１４が気筒別空燃比フィードバック制御を実施可能な状態であるか否かを判定する。
【００４０】
リッチピークタイミング中央値及びリーンピークタイミング中央値は、例えば、アクティブパルス許可条件である機関回転数及び燃料噴射量の許可範囲の中央値を用いて予めを算出される固定値である。
【００４１】
振幅判定閾値は、気筒間の排気空燃比が所定のインバランス状態で、第１空燃比センサ１４の出力値が生産時のばらつきの下限値となるような場合に検出される振幅値であり、予め算出される固定値である。
【００４２】
なお、第１空燃比センサ１４の故障診断は、アクティブパルスが所定回数連続して実施された場合にのみ実施される。つまり、アクティブパルスが所定回数（アクティブ必要回数）実施される前に、アクティブパルスの許可条件が不成立となった場合には、アクティブパルス完了とはならず、第１空燃比センサ１４の故障診断が実施されない。
【００４３】
図５は、本実施例におけるアクティブパルス実施時の一例を示すタイミングチャートである。
【００４４】
内燃機関の始動後、時刻ｔ１のタイミングで上述したアクティブパルス許可条件が成立し、アクティブパルスを開始する。
【００４５】
時刻ｔ２のタイミングでアクティブパルス許可条件が不成立となり、アクティブパルスが終了している。時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間では、アクティブパルスの回数がアクティブ必要回数に達していないため、リッチピークタイミング、リーンピークタイミング及びＡ／Ｆ振幅を用いた第１空燃比センサ１４の故障診断は実施されない。なお、第１空燃比センサ１４の故障診断結果を表すアクティブパルス正常判定変数は、故障診断結果が正常の場合「１」となり、故障診断が未了あるいは故障診断結果が異常の場合「０」となっている。
【００４６】
アクティブパルスによる空燃比センサの診断は、内燃機関１の始動時毎に実施されるので、診断が確定するまでＭＩＬ灯は点灯せず、気筒別空燃比フィードバック制御も実施されない。
【００４７】
時刻ｔ３のタイミングで再び上述したアクティブパルス許可条件が成立すると、再度アクティブパルスを開始する。
【００４８】
時刻ｔ４のタイミングで、アクティブパルスの回数がアクティブ必要回数に達すると、アクティブパルスを終了し、第１空燃比センサ１４の故障診断を実施する。この例では、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間に検出されたＡ／Ｆ振幅が振幅判定閾値以上となっているとともに、図５には図示されていないが、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間に検出されたリッチピークタイミング及びリーンピークタイミングが所定の中央値に対して±９０ｄｅｇＣＡの範囲内にあったため、時刻ｔ４のタイミングでアクティブパルス正常判定変数が「０」から「１」に切り替わっている。
【００４９】
このように本実施例では、内燃機関１の所定の一つの気筒に対してアクティブパルスを実施することによって、第１空燃比センサ１４の故障診断を行っている。
【００５０】
なお、時刻ｔ１〜時刻ｔ２、時刻ｔ３〜時刻ｔ４では、所定の気筒に対してアクティブパルスを実施しているので、フィードバック補正係数（ＡＬＰＨＡ）及び目標空燃比（ＴＧＡＢＦＥ）は、それぞれ所定値に固定される。
【００５１】
図６は本実施例における内燃機関１の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ２１では、内燃機関１が運転中か否かを判定し、内燃機関１が運転中であればＳ２２へ進む。Ｓ２２では、アクティブパルスが完了しているか否か、すなわち第１空燃比センサ１４の故障診断が終了しているか否かを判定する。アクティブパルスが完了しておらず、第１空燃比センサ１４の故障診断が終了していない場合にはＳ２３へ進み、そうでない場合にはＳ２７へ進む。Ｓ２３では、アクティブパルスの許可条件が成立しているか否かを判定し、許可条件が成立している場合にはＳ２４へ進む。Ｓ２４では、内燃機関１の所定の一つの気筒にアクティブパルスを実施する。Ｓ２５では、アクティブパルスにより増量された燃料噴射が連続して所定回数実施されたか否かを判定し、所定回数実施された場合にはＳ２６へ進み、そうでない場合にはＳ２３へ進む。Ｓ２６では、第１空燃比センサ１４の故障判定を実施する。Ｓ２６で、第１空燃比センサ１４が正常であると判定されるとＳ２７へ進み、異常あると判定されるとＳ３０へ進む。Ｓ２７では、気筒別空燃比フィードバック制御を実施する。Ｓ２８では、内燃機関１の気筒毎に、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の目標空燃比に対するインバランス量を演算する。Ｓ２９では、Ｓ２８で演算された各気筒のインバランス量がそれぞれ予め設定された閾値よりも大きいか否かを判定する。各気筒のインバランス量のうち、一つでも閾値よりも大きいものがある場合にはＳ３０へ進み、そうでない場合はＳ３１へ進む。Ｓ３０では、警告灯（ＭＩＬ）を点灯させる。一方、Ｓ３１では警告灯（ＭＩＬ）を点灯させない。
【００５２】
本実施例の内燃機関１は、上述したように、気筒別空燃比フィードバック制御が実施されるものであり、気筒別空燃比フィードバック制御の実施時に用いられる処理機能を利用して、気筒別空燃比フィードバック制御に必要な第１空燃比センサ１４の故障診断が実施可能となっている。
【００５３】
つまり、本実施例においては、既存の気筒別空燃比フィードバック制御実施手段を利用して、触媒コンバータ１３上流側の第１空燃比センサ１４の故障診断を実施することができ、製造コストの上昇を招くことなく第１空燃比センサ１４の故障の有無を精度よく判定することができる。
【００５４】
また、触媒コンバータ１３の状態（劣化や活性化の有無）によって変化する触媒コンバータ１３下流側の排気空燃比（第２空燃比センサ１５の検出値）を考慮することなく触媒コンバータ１３上流側の第１空燃比センサ１４の故障診断を実施できるので、触媒コンバータ１３下流側の第２空燃比センサ１５の検出信号を利用して触媒コンバータ１３上流側の第１空燃比センサ１４の故障診断を行う場合に比べ、第１空燃比センサ１４の故障の有無を精度よく判定することができる。
【００５５】
上述した第１実施例においては、内燃機関１の全気筒の中の一つの気筒に対してのみアクティブパルスを実施して、第１空燃比センサ１４の故障の有無を判定しているが、内燃機関１の全てに気筒に対して順番にアクティブパルスを実施し、その結果に基づいて第１空燃比センサ１４の故障の有無を判定することも可能である。
【００５６】
図７は第２実施例における内燃機関１の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ４１では、内燃機関１が運転中か否かを判定し、内燃機関１が運転中であればＳ４２へ進む。Ｓ４２では、アクティブパルスが完了しているか否か、すなわち第１空燃比センサ１４の故障診断が終了しているか否かを判定する。アクティブパルスが完了しておらず、第１空燃比センサ１４の故障診断が終了していない場合にはＳ４３へ進み、そうでない場合にはＳ４９へ進む。Ｓ４３では、内燃機関１の全気筒の中でアクティブパルスが実施されていない気筒を一つ選択する。Ｓ４４では、アクティブパルスの許可条件が成立しているか否かを判定し、許可条件が成立している場合にはＳ４５へ進む。Ｓ４５では、Ｓ４３で選択された気筒（♯ｎ気筒）にアクティブパルスを実施する。Ｓ４６では、現在選択されている気筒に対し、アクティブパルスにより増量された燃料噴射が連続して所定回数実施されたか否かを判定し、所定回数実施された場合にはＳ４７へ進み、そうでない場合にはＳ４４へ進む。Ｓ４７では、内燃機関１の全ての気筒に対してアクティブパルスが実施されたか否かを判定する。全ての気筒に対してアクティブパルスが実施されていなければＳ４３へ進み、全ての気筒に対してアクティブパルスが実施されていればＳ４８へ進む。Ｓ４８では、第１空燃比センサ１４の故障判定を実施する。Ｓ４８で、第１空燃比センサ１４が正常であると判定されるとＳ４９へ進み、異常あると判定されるとＳ５２へ進む。Ｓ４９では、気筒別空燃比フィードバック制御を実施する。Ｓ５０では、内燃機関１の気筒毎に、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の目標空燃比に対するインバランス量を演算する。Ｓ５１では、Ｓ５０で演算された各気筒のインバランス量がそれぞれ予め設定された閾値よりも大きいか否かを判定する。各気筒のインバランス量のうち、一つでも閾値よりも大きいものがある場合にはＳ５２へ進み、そうでない場合はＳ５３へ進む。Ｓ５２では、警告灯（ＭＩＬ）を点灯させる。一方、Ｓ５３では警告灯（ＭＩＬ）を点灯させない。
【００５７】
内燃機関１が直列４気筒の場合を例に詳述する。内燃機関１の気筒間にインバランスがない場合、図８に示すように、アクティブパルスを実施する前に第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比に大きな変動はなく、♯１気筒に対してアクティブパルスを実施すると♯１気筒の排気が到達するタイミングで排気空燃比が最もリッチ化するように変動する。そのため、排気空燃比のピークタイミングと、Ａ／Ｆ振幅とを用いて、第１空燃比センサ１４の故障診断を実施可能である。よって、内燃機関１の気筒間にインバランスがない場合、内燃機関１の一つの気筒に対してアクティブパルスを実施することで、第１空燃比センサ１４の故障の有無を判定することができる。
【００５８】
内燃機関１の♯１気筒に−２０％のインバランスがある場合（他の気筒の燃料噴射量を１００％としたときに♯１気筒の燃料噴射量が８０％場合）、図９（ａ）に示すように、第１空燃比センサ１４で検出されるアクティブパルス実施前の排気空燃比は、♯１気筒の排気が到達するタイミングで最もリーン化するように変動している。そして、♯１気筒に対して燃料噴射量を２０％増量するアクティブパルスを実施すると、♯１気筒のインバランスが解消されて第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の変動がほとんどなくなってしまう。よって、インバラスのある気筒に対してアクティブパルスを実施した場合、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の特性が直線状になってしまうため、Ａ／Ｆ振幅が振幅判定閾値よりも小さくなってしまい、故障診断の結果、第１空燃比センサ１４に応答劣化があると判定されてしまう。
【００５９】
しかしながら、内燃機関１の♯１気筒に−２０％のインバランスがある場合に、♯４気筒に対して燃料噴射量を２０％増量するアクティブパルスを実施すると、図９（ｂ）に示すように、アクティブパルス実施前よりも第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の変動が大きくなり、アクティブパルスを実施する前よりも♯４気筒の排気空燃比がリッチ化する。よって、負のインバラスのある気筒以外の気筒に対してアクティブパルスを実施した場合、第１空燃比センサ１４が正常であればＡ／Ｆ振幅が振幅判定閾値よりも大きくなるため、故障診断の結果、第１空燃比センサ１４が正常であると正しく判定される。
【００６０】
また、内燃機関１の♯４気筒に＋２０％のインバランスがある場合（他の気筒の燃料噴射量を１００％としたときに♯４気筒の燃料噴射量が１２０％場合）、図１０（ａ）に示すように、第１空燃比センサ１４で検出されるアクティブパルス実施前の排気空燃比は、♯４気筒の排気が到達するタイミングで最もリッチ化するように変動している。そして、♯１気筒に対して燃料噴射量を２０％増量するアクティブパルスを実施すると、♯１気筒の排気が到達するタイミングで排気空燃比がリッチ化するとともに、♯４気筒の排気が到達するタイミングでも排気空燃比がリッチ化する。よって、第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の特性は、♯１気筒及び♯４気筒の排気が到達するタイミングでリッチ側の極値となるふたこぶ状の波形となるため、排気空燃比のピークタイミングが所定の中央値に対して±９０ｄｅｇＣＡ以内の範囲からはずれてしまい、故障診断の結果、第１空燃比センサ１４が位相ずれの故障をしていると判定されてしまう。
【００６１】
しかしながら、内燃機関１の♯４気筒に＋２０％のインバランスがある場合に、♯４気筒に対して燃料噴射量を２０％増量するアクティブパルスを実施すると、図１０（ｂ）に示すように、アクティブパルス実施前よりも第１空燃比センサ１４で検出される排気空燃比の変動が大きくなり、アクティブパルスを実施する前よりも♯４気筒の排気空燃比がリッチ化する。よって、正のインバラスのある気筒に対してアクティブパルスを実施した場合、第１空燃比センサ１４が正常であれば、排気空燃比のピークタイミングが所定の中央値に対して±９０ｄｅｇＣＡ以内の範囲内になるため、故障診断の結果、第１空燃比センサ１４が正常であると正しく判定される。
【００６２】
そこで、全ての気筒に順次アクティブパルスを実施し、各アクティブパルス実施時における各故障診断結果から総合的に判断することで、内燃機関１の気筒間にインバランスが生じているような場合であっても、第１空燃比センサ１４の故障の有無を精度よく判定することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…内燃機関
５…排気弁
６…排気通路
７…エアフローメータ
９…ＥＣＵ
１２…排気マニホールド
１３…触媒コンバータ
１４…第１空燃比センサ
【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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