(57)【要約】【課題】空燃比センサの片側応答遅れが生じている場合であっても気筒間での空燃比のばらつきを検出することを可能とする。【解決手段】内燃機関の気筒間での空燃比のばらつきを診断するための空燃比インバランス診断装置において、空燃比センサのセンサ値の変動量を算出する空燃比変動量算出部と、前記空燃比センサのセンサ値の変動におけるリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第１の時間とリーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第２の時間とに基づいて前記変動量を補正する補正部と、前記補正後の変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定するインバランス判定部と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒間での空燃比のばらつきを診断するための空燃比インバランス診断装置において、
空燃比センサのセンサ値の変動量を算出する空燃比変動量算出部と、
前記空燃比センサのセンサ値の変動におけるリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第１の時間とリーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第２の時間とに基づいて前記変動量を補正する補正部と、
前記補正後の変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定するインバランス判定部と、
を備える、空燃比インバランス診断装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記第１の時間と前記第２の時間との比率に応じた補正係数により前記変動量を補正する、請求項１に記載の空燃比インバランス診断装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記センサ値の変動周期が前記内燃機関の回転周期と同期している状態で前記第１の時間及び前記第２の時間を算出する、請求項１又は２に記載の空燃比インバランス診断装置。
【請求項４】
前記補正部は、前記第１の時間と前記第２の時間との比率が所定範囲の場合に前記変動量を補正する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空燃比インバランス診断装置。
【請求項５】
前記所定範囲は、前記空燃比センサの応答性が低下している一方で、別途実行される応答性診断により異常と判定されない状態が示す比率の範囲を含む、請求項４に記載の空燃比インバランス診断装置。
【請求項６】
内燃機関の気筒間での空燃比のばらつきを診断するための空燃比インバランス診断方法において、
空燃比センサのセンサ値の変動量を算出するステップと、
前記空燃比センサのセンサ値の変動におけるリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第１の時間とリーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第２の時間とに基づいて前記変動量を補正するステップと、
前記補正後の変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定するステップと、
を備えることを特徴とする空燃比インバランス診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有する内燃機関における気筒間での空燃比のばらつきを診断する空燃比インバランス診断装置及び空燃比インバランス診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されるような複数の気筒を有する内燃機関の空燃比制御においては、内燃機関の各気筒につながる排気通路の合流箇所よりも下流側で検出される空燃比が目標値となるように、燃料噴射量や吸気量のフィードバック制御が行われている。この空燃比は全気筒の平均的な空燃比を示し、空燃比センサを用いて検出される。
【０００３】
ここで、複数の気筒を有する内燃機関では、気筒間の吸気特性の相違や各気筒に備えられた燃料噴射弁の詰まり等による噴射特性の相違によって、気筒間で空燃比にばらつきが生じる場合がある。この空燃比のばらつきが大きくなると排気エミッションを悪化させることにもなるため、空燃比センサのセンサ値を利用して空燃比のばらつきを診断する自己診断（以下、「空燃比インバランス診断」と称する。）が実行されるようになっている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８９４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の空燃比インバランス診断は、空燃比センサが正常であることを前提としている。そのため、空燃比センサの応答性が低下している場合には、空燃比のばらつきが生じているにもかかわらず、異常を検出できないおそれがあった。具体的に、空燃比の振幅は、空燃比のばらつきが大きくなるほど大きくなるが、空燃比センサの応答性が低下していると、センサ値の振幅が実際の空燃比の変動量よりも小さくなってしまい、空燃比のばらつきを発見できない場合がある。特に、空燃比センサでは、空燃比がリーン方向又はリッチ方向のいずれか一方向に変化する状態でのみ空燃比センサの応答性が低下する異常（以下、このような異常を「片側応答遅れ」と称する。）が生じる場合がある。この片側応答遅れが生じている場合には、空燃比センサのセンサ値の振幅が実際の空燃比の振幅よりも小さくなるために、気筒間の空燃比のばらつきを検出できないおそれがあった。
【０００６】
一方、空燃比センサの応答性の低下は空燃比制御に影響を与えることから、空燃比センサの応答性を診断する自己診断（以下、「応答性診断」と称する。）も併せて実行されるようになっている。空燃比のばらつきが生じている場合に、空燃比インバランス診断で異常と判定されないとしても、空燃比センサの応答性診断で異常と判定されれば、いずれにしても空燃比制御が正常に実行されない状態を把握することができる。しかしながら、空燃比センサの応答性診断では、応答性が低下しているもののフィードバック制御等で吸収されるような軽度の異常である場合には、異常と判定しないように設定される場合がある。
【０００７】
図１２は、空燃比のばらつきが生じている状態における、空燃比センサの応答性診断による異常検出状況、空燃比インバランス診断による異常検出状況、警告ランプ（ＭＩＬ）の点灯状況を示している。領域Ａにおいては、空燃比センサの応答性は規格内であり、空燃比インバランス診断により異常が検出されるため、警告ランプが点灯する。また、領域Ｃにおいては、空燃比センサの応答性が低下しており、空燃比インバランス診断では異常が検出されないものの、空燃比センサの応答性の低下が著しく、応答性診断で異常が検出されるため、警告ランプが点灯する。一方、領域Ｂにおいては、空燃比インバランス診断で異常が検出されず、空燃比センサの応答性診断においても異常が検出されないために、空燃比のばらつきが生じていても、警告ランプが点灯しない。したがって、領域Ｂにおいては、気筒間の空燃比のばらつきが生じていても、何ら異常が検出されることなく空燃比制御が実行されることとなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、空燃比センサの片側応答遅れが生じている場合であっても気筒間の空燃比のばらつきを検出することが可能な、新規かつ改良された空燃比インバランス診断装置及び空燃比インバランス診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内燃機関の気筒間での空燃比のばらつきを診断するための空燃比インバランス診断装置において、空燃比センサのセンサ値の変動量を算出する空燃比変動量算出部と、前記空燃比センサのセンサ値の変動におけるリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第１の時間とリーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第２の時間とに基づいて前記変動量を補正する補正部と、前記補正後の変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定するインバランス判定部と、を備える、空燃比インバランス診断装置が提供される。
【００１０】
また、前記補正部は、前記第１の時間と前記第２の時間との比に応じた補正係数により前記変動量を補正してもよい。
【００１１】
また、前記補正部は、前記センサ値の変動周期が前記内燃機関の回転周期と同期している状態で前記第１の時間及び前記第２の時間を算出してもよい。
【００１２】
また、前記補正部は、前記第１の時間と前記第２の時間との比が所定範囲の場合に前記変動量を補正してもよい。
【００１３】
また、前記所定範囲は、前記空燃比センサの応答性が低下している一方で、別途実行される応答性診断により異常と判定されない状態が示す比率の範囲を含んでもよい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、内燃機関の気筒間での空燃比のばらつきを診断するための空燃比インバランス診断方法において、空燃比センサのセンサ値の変動量を算出するステップと、前記空燃比センサのセンサ値の変動におけるリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第１の時間とリーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第２の時間とに基づいて前記変動量を補正するステップと、前記補正後の変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定するステップと、を備えることを特徴とする空燃比インバランス診断方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、空燃比センサの片側応答遅れが生じている場合であっても気筒間での空燃比のばらつきを検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の全体構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係る空燃比インバランス診断装置の構成を示すブロック図である。
【図３】空燃比センサの出力を示す図である。
【図４】片側応答遅れを生じている空燃比センサの出力を示す図である。
【図５】第１の時間と第２の時間との比率及び偏り指数を示す図である。
【図６】補正パラメータの設定方法を示す説明図である。
【図７】同実施形態に係る空燃比インバランス診断処理を示すフローチャートである。
【図８】同実施形態に係る空燃比変動量算出処理を示すフローチャートである。
【図９】同実施形態に係る補正パラメータ算出処理を示すフローチャートである。
【図１０】同実施形態に係る空燃比インバランス診断処理を示すフローチャートである。
【図１１】同実施形態による診断状況を示す図である。
【図１２】従来の診断状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
１．内燃機関の全体構成
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る空燃比インバランス診断装置１００を備えた内燃機関１０の全体構成の一例について説明する。図１は、空燃比インバランス診断装置１００を備えた内燃機関１０の全体構成を示す模式図である。
【００１９】
内燃機関１０は、例えば水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。この内燃機関１０は、エアクリーナ１６を介して吸入された空気が、吸気管１５に設けられたスロットルバルブ１３により絞られ、インテークマニホールド１１を介して、内燃機関１０の各気筒に吸入される。エアクリーナ１６を介して吸入される空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に設けられたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１には、吸気の圧力を検出するバキュームセンサ３０が設けられている。さらに、スロットルバルブ１３には、スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が設けられている。
【００２０】
インテークマニホールド１１から分岐して各気筒に連通する吸気ポート２２には、各気筒毎に、燃料を噴射する燃料噴射弁１２が設けられている。燃料噴射弁１２は、燃料タンク２３からフィードポンプ２４により吸い上げられて送出された燃料を吸気ポート２２内に噴射する。各気筒のシリンダヘッドには、燃料と空気との混合気に点火する点火プラグ１７が備えられている。内燃機関１０の各気筒では、吸入された空気と燃料噴射弁１２により噴射された燃料とが混合した混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気管１８を介して排出される。
【００２１】
排気管１８には、排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ１９が設けられている。空燃比センサ１９は、各気筒に連通する排気ポートの合流箇所２６あるいは合流箇所２６よりも下流側に設けられている。空燃比センサ１９としては、排気空燃比をリニアに検出可能なセンサが用いられる。
【００２２】
空燃比センサ１９の下流には、排気浄化触媒２０が備えられている。排気浄化触媒２０は、例えば三元触媒であり、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯＸ）の還元を同時に行い、排気中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２）に浄化する。
【００２３】
また、内燃機関１０には、クランクシャフトの位置を検出する図示しないクランク角センサが設けられている。クランク角センサと併せて、上述したエアフローメータ１４、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１、空燃比センサ１９のセンサ信号は、電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と称する）１００に送信される。さらに、ＥＣＵ１００には、アクセルペダルの踏込量、すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ、車両の速度を検出する車速センサ等、図示しない各種センサのセンサ信号が入力される。
【００２４】
ＥＣＵ１００は、主として、公知のマイクロコンピュータを備えて構成されている。ＥＣＵ１００には、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶部が備えられている。ＲＯＭは、例えばマイクロコンピュータに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶する。ＲＡＭは、例えば演算結果等の各種データを記憶する。この他、ＥＣＵ１００は、燃料噴射弁１２を駆動する駆動回路、点火プラグ１７を駆動する駆動回路、スロットルバルブ１３を開閉する電動モータ２５を駆動する駆動回路等を備えている。本実施形態においては、ＥＣＵ１００が空燃比インバランス診断装置としての機能を有している。
【００２５】
［２．空燃比インバランス診断装置（ＥＣＵ）の構成例］
図２は、ＥＣＵ１００の構成のうち、空燃比インバランス診断に関連する部分を機能的なブロックで示した図である。ＥＣＵ１００は、空燃比検出部１１０、空燃比変動量算出部１２０、補正部１４０及びインバランス判定部１３０を有して構成されている。これらの各部は、具体的には、マイクロコンピュータによるプログラムの実行により実現される。
【００２６】
空燃比検出部１１０は、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆを所定の周期で読み込む。センサ値Ｓａｆの読込周期は、空燃比センサ１９あるいはＥＣＵ１００の性能等により異なるが、例えば、１ｍ秒とすることができる。
【００２７】
空燃比変動量算出部１２０は、読み込まれたセンサ値Ｓａｆの変動量Ｐを算出する。センサ値Ｓａｆの変動量Ｐは、例えば、内燃機関１０の回転周期ごとの最大値Ｓａｆ＿ｍａｘと最小値Ｓａｆ＿ｍｉｎとの差分ΔＳ１の平均値とすることができる。空燃比変動量算出部１２０で求められる空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの変動量Ｐは、空燃比インバランス診断を実行する際に用いられる値である。
【００２８】
図３は、空燃比センサ１９の応答性が適正範囲にある場合のセンサ値Ｓａｆを模式的に示す図である。図中、実線は、気筒間での空燃比のばらつきがある場合のセンサ値Ｓａｆを示し、点線は、気筒間での空燃比のばらつきがない場合のセンサ値Ｓａｆを示している。また、一点鎖線は、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを示している。
【００２９】
図３に示すように、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆは、内燃機関１０の回転周期に合わせて、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを中心に振幅を繰り返すようになっている。この振幅は、気筒間での空燃比のばらつきが大きいほど大きくなる。空燃比変動量算出部１２０は、例えば、内燃機関１０の回転周期ごとに、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの最大値Ｓａｆ＿ｍａｘと最小値Ｓａｆ＿ｍｉｎとの差分ΔＳ１を求め、蓄積される差分ΔＳ１の平均値を変動量Ｐとする。このとき、空燃比変動量算出部１２０は、あらかじめ設定された所定時間Ｔｉ＿Ａ０以上の期間におけるセンサ値Ｓａｆにより蓄積された差分ΔＳ１を用いて、変動量Ｐを求めるようにすることができる。これにより、瞬間的に表れる空燃比の変動の影響を小さくすることができる。所定時間Ｔｉ＿Ａ０は、例えば１０秒とすることができる。
【００３０】
図４は、気筒間での空燃比のばらつきが生じている状態において、空燃比センサ１９の片側応答遅れがある場合とない場合それぞれのセンサ値Ｓａｆを模式的に示す図である。実線Ａは、空燃比がリッチ側からリーン側に変化したときの応答性のみが低下している状態（以下、このような状態を「リーン方向片側応答遅れ」と称する。）の空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆ１を示している。また、実線Ｂは、空燃比がリーン側からリッチ側に変化したときの応答性のみが低下している状態（以下、このような状態を「リッチ方向片側応答遅れ」と称する。）の空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆ２を示している。また、点線Ｃは、応答性が適正範囲にある空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆ３を示しており、センサ値Ｓａｆ３の推移は、実際の空燃比の変動に相当すると見なせる。
【００３１】
例えば、実線Ａで示すリーン方向片側応答遅れの状態の空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆ１は、図４に示すように、上昇速度が実際の空燃比の変化速度よりも遅い。一方で、当該空燃比センサ１９は、空燃比がリーン側からリッチ側に変化したときには適正に応答する。したがって、空燃比がリッチ側、リーン側、リッチ側と変化する場合、センサ値Ｓａｆ１は、実際の空燃比の変化速度よりも遅い速度で下側のピーク値（以下、「リッチ側ピーク」と称する。）からリーン方向に上昇する。その後、センサ値Ｓａｆ１は、実際の空燃比の上側のピーク値まで上昇する前に、リッチ側に変化する実際の空燃比の値に一致した時点から下降する。その結果、センサ値Ｓａｆ１の変動量は、実際の空燃比の変動量よりも小さくなる。このとき、リーン方向片側遅れの程度が大きいほど、センサ値Ｓａｆの上昇時間が長くなる一方、下降時間が短くなる。
【００３２】
また、実線Ｂで示すリッチ側片側応答遅れの状態の空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆ２は、下降速度が実際の空燃比の変化速度よりも遅い。一方で、当該空燃比センサ１９は、空燃比がリッチ側からリーン側に変化した時には適正に応答する。したがって、空燃比がリーン側、リッチ側、リーン側と変化する場合、センサ値Ｓａｆ２は、実際の空燃比の変化速度よりも遅い速度で上側のピーク値（以下、「リーン側ピーク」と称する。）からリッチ方向に下降する。その後、センサ値Ｓａｆ２は、実際の空燃比の下側のピーク値まで下降する前に、リーン側に変化する実際の空燃比の値に一致した時点から上昇する。その結果、センサ値Ｓａｆ２の変動量は、実際の空燃比の変動量よりも小さくなる。このとき、リッチ方向片側遅れの程度が大きいほど、センサ値Ｓａｆ２の下降時間が長くなる一方、上昇時間が短くなる。
【００３３】
補正部１４０は、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの変動量Ｐを用いて空燃比インバランス診断を行う際の補正パラメータαを算出する。この補正パラメータαは、空燃比センサ１９の片側応答遅れに起因して、実際の空燃比の変動量よりも小さくなっているセンサ値Ｓａｆの変動量Ｐを本来の変動量に近似させるために用いられる。具体的に、補正部１４０は、内燃機関１０の回転周期ごとに、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆがリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第１の時間Ｐｅｒ１と、リーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第２の時間Ｐｅｒ２とを算出する。
【００３４】
また、補正部１４０は、算出された第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２とに基づき偏り指数Ｒを算出し、蓄積される偏り指数Ｒの平均値を平均偏り指数Ｒａとする。本実施形態では、第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２との合計時間に対する第１の時間Ｐｅｒ１の割合を偏り指数Ｒとする。合計時間に対する第２の時間Ｐｅｒ２の割合を偏り指数Ｒとしてもよい。このとき、補正部１４０は、あらかじめ設定された所定時間Ｔｉ＿Ｂ０以上の期間におけるセンサ値Ｓａｆにより蓄積された偏り指数Ｒを用いて、平均偏り指数Ｒａを求めるようにすることができる。これにより、瞬間的に表れる空燃比の変動の影響を小さくすることができる。所定時間Ｔｉ＿Ｂ０は、例えば１０秒とすることができる。
【００３５】
図５は、応答性が適正範囲にある空燃比センサ、リーン方向片側応答遅れの状態の空燃比センサ、及びリッチ方向片側遅れの状態の空燃比センサそれぞれのセンサ値における偏り指数Ｒの例を示している。空燃比センサ１９の応答性が適正範囲にある場合、第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２とはほぼ等しく、その偏り指数Ｒは０．５となる。一方、リーン方向片側応答遅れの状態では、第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２との比が８：２であり、その偏り指数Ｒは０．８となる。また、リッチ方向片側応答遅れの状態では、第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２との比が２：８であり、その偏り指数Ｒは０．２となる。
【００３６】
なお、図５に示したように、空燃比センサ１９の応答性が適正範囲にある場合、気筒間での空燃比のばらつきの有無にかかわらず、第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２とがほぼ等しくなることが分かっている。本実施形態による空燃比インバランス診断は、この知見に基づくものとなっている。
【００３７】
補正部１４０は、平均偏り指数Ｒａを求めると、当該平均偏り指数Ｒａに応じた補正パラメータαを求める。補正パラメータαは、片側応答遅れが生じている場合のセンサ値Ｓａｆの変動量Ｐを実際の空燃比の変動量に近似させることができるように、実機を用いたシミュレーション等によって、あらかじめ最適な値に設定される。
【００３８】
図６は、補正パラメータαの設定方法を示す説明図である。横軸は偏り指数Ｒを示し、縦軸は空燃比の変動量を示している。図６中、三角△で示すデータは、気筒間での空燃比のばらつきのない状態で取得されたデータであり、丸○で示すデータは、気筒間での空燃比のばらつきがある状態で取得されたデータである。図６において、空燃比の変動量が閾値Ｐｄ０を超えた場合に空燃比のばらつきが生じていると判定するものと仮定する。
【００３９】
丸○で示すデータは空燃比のばらつきがある場合のデータであるために、閾値Ｐｄ０以上となっていれば異常を検出することができる。ここで、領域Ａ３に属するデータは、閾値Ｐｄ０を超えているために適切に異常と検出される。係る領域Ａ３は、偏り指数Ｒが０．５付近にあり、第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２とがほぼ等しい状態、すなわち、空燃比センサに片側応答遅れのない状態を示している。一方、領域Ａ１，Ａ２，Ａ４，Ａ５に属するデータは、第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２との割合が偏った片側応答遅れの状態のデータを示している。係る領域Ａ１，Ａ２，Ａ４，Ａ５に属するデータは、片側応答遅れに起因して空燃比の変動量が閾値Ｐｄ０未満となって、異常が検出されないものとなっている。したがって、これらのデータについても異常が検出されるよう、補正後の変動量の値が閾値Ｐｄ０を超えるように補正パラメータαを設定する。
【００４０】
ただし、領域Ａ１，Ａ２に属するデータは、偏り指数ＲがＲ１以下、あるいは、Ｒ２以上であり、別途実行される空燃比センサ１９の応答性診断により異常が検出され得る。したがって、特に領域Ａ４，Ａ５に属するデータが空燃比インバランス診断により異常と判定されるように補正パラメータαを設定するようにしてもよい。具体的には、領域Ａ４，Ａ５に属するデータが、それぞれ閾値Ｐｄ０を超えて破線で表した丸○のデータとなるように、偏り指数Ｒに応じて補正パラメータαを設定する。このとき、三角△で示す空燃比のばらつきのないデータが閾値Ｐｄ０を超えないように、補正パラメータαを設定する。例えば、偏り指数ＲがＲ１，Ｒ２のときの補正パラメータαを３として、偏り指数Ｒが０．５のときに補正パラメータαがゼロとなるように補正パラメータαをリニアに変化させてもよい。また、補正パラメータαをリニアに変化させるのではなく、段階的に変化させてもよい。
【００４１】
補正部１４０は、以上のように補正パラメータαを算出するにあたり、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆが特定の周期で変動しているときに、第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２とを算出するようにしてもよい。例えば、センサ値Ｓａｆが内燃機関１０の回転周期と同期して変動しているときに第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２とを算出するようにしてもよい。これにより、ドライバのアクセル操作による空燃比の変化の影響を排除することができ、片側応答遅れの有無及び程度を精度よく反映させることができる。
【００４２】
インバランス判定部１３０は、補正部１４０で求めた補正パラメータαにより、空燃比変動量算出部１２０で求めた変動量Ｐを補正した上で、気筒間での空燃比のばらつきの有無を判定する。例えば、インバランス判定部１３０は、変動量Ｐに補正パラメータαを乗じて診断用変動量Ｐｄを求め、診断用変動量Ｐｄがあらかじめ設定した閾値Ｐｄ０を超えるときに、空燃比のばらつきが生じていると判定する。用いる閾値Ｐｄ０は、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等によって適宜の値に設定することができる。
【００４３】
［３．空燃比インバランス診断処理の例］
次に、本実施形態に係る空燃比インバランス診断装置（ＥＣＵ）１００により実行される空燃比インバランス診断処理の例を、図７〜図１０のフローチャートに基づいて説明する。なお、以下に説明する空燃比インバランス診断処理は、内燃機関１０のイグニションスイッチがオンにされてからオフにされるまでの間に、少なくとも１回以上実行されるようにすることができる。
【００４４】
まず、図７のステップＳ１００において、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態が、空燃比の変動量Ｐを算出可能な状態か否かを判別する。例えば、内燃機関１０の要求トルクが安定した状態か否かにより判定することができる。空燃比の変動量Ｐを算出可能な運転状態でない場合には（Ｓ１００：Ｎｏ）、空燃比の変動量Ｐを算出する処理を実行せずにステップＳ４００に進む。一方、空燃比の変動量Ｐを算出可能な運転状態である場合には（Ｓ１００：Ｙｅｓ）ステップＳ２００に進む。
【００４５】
ステップＳ２００において、ＥＣＵ１００は、すでに蓄積されている空燃比の変動量Ｐを算出するために費やした時間Ｔｉ＿Ａが、あらかじめ設定した所定時間Ｔｉ＿Ａ０未満であるか否かを判別する。空燃比の変動量Ｐの算出時間Ｔｉ＿Ａがすでに所定時間Ｔｉ＿Ａ０に到達している場合には（Ｓ２００：Ｎｏ）、空燃比の変動量Ｐを算出する処理を実行せずにステップＳ４００に進む。一方、空燃比の変動量Ｐの算出時間Ｔｉ＿Ａが所定時間Ｔｉ＿Ａ０未満である場合には（Ｓ２００：Ｙｅｓ）、ステップＳ３００に進み、ＥＣＵ１００は、空燃比の変動量Ｐの算出処理を実行する。
【００４６】
図８は、空燃比の変動量Ｐの算出処理の例を示すフローチャートである。係る空燃比変動量算出処理では、まずステップＳ３１０において、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆを継続的に読み取る。次いで、ステップＳ３２０において、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の回転周期ごとに、センサ値Ｓａｆの差分ΔＳ１を算出する。具体的には、内燃機関１０の回転周期ごとに、センサ値Ｓａｆの最大値Ｓａｆ＿ｍａｘと最小値Ｓａｆ＿ｍｉｎとを特定して、その差分ΔＳ１を算出する。
【００４７】
次いで、ステップＳ３３０において、ＥＣＵ１００は、蓄積された差分ΔＳ１の平均値を変動量Ｐとして算出する。次いで、ステップＳ３４０において、ＥＣＵ１００は、空燃比の変動量Ｐを算出可能な運転状態が継続しているか否かを判別する。例えば、内燃機関１０の要求噴射量が大きく変化しているか否かにより判別することができる。当該運転状態が継続している場合には（Ｓ３４０：Ｙｅｓ）、ステップＳ３１０に戻って、上述した手順に沿ってステップＳ３１０〜ステップＳ３３０を繰り返す。一方、空燃比の変動量Ｐを算出可能な運転状態でなくなった場合には（Ｓ３４０：Ｎｏ）、空燃比の変動量Ｐの算出処理を終了する。このとき、今回空燃比の変動量Ｐを算出するために費やした時間をこれまでの積算時間に加算し、合計の算出時間Ｔｉ＿Ａとして記録する。
【００４８】
図７に戻り、ステップＳ４００において、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態が、補正パラメータαを算出可能な状態か否かを判別する。例えば、内燃機関１０の要求トルクが安定した状態か否かにより判定することができる。あるいは、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの変動周期が内燃機関１０の回転周期に同期しているか否かにより判定することができる。補正パラメータαを算出可能な運転状態でない場合には（Ｓ４００：Ｎｏ）、補正パラメータαを算出する処理を実行せずにステップＳ７００に進む。一方、補正パラメータαを算出可能な運転状態である場合には（Ｓ４００：Ｙｅｓ）ステップＳ５００に進む。
【００４９】
ステップＳ５００において、ＥＣＵ１００は、すでに蓄積されている補正パラメータαを算出するために費やした時間Ｔｉ＿Ｂが、あらかじめ設定した所定時間Ｔｉ＿Ｂ０未満であるか否かを判別する。補正パラメータαの算出時間Ｔｉ＿Ｂがすでに所定時間Ｔｉ＿Ｂ０に到達している場合には（Ｓ５００：Ｎｏ）、補正パラメータαを算出する処理を実行せずにステップＳ７００に進む。一方、補正パラメータαの算出時間Ｔｉ＿Ｂが所定時間Ｔｉ＿Ｂ０未満である場合には（Ｓ５００：Ｙｅｓ）、ステップＳ６００に進み、ＥＣＵ１００は、補正パラメータαの算出処理を実行する。
【００５０】
図９は、補正パラメータαの算出処理の例を示すフローチャートである。係る補正パラメータ算出処理では、まずステップＳ６１０において、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆを継続的に読み取る。次いで、ステップＳ６２０において、ＥＣＵ１００は、空燃比の変動周期ごとに、リッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第１の時間Ｐｅｒ１と、リーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第２の時間Ｐｅｒ２とを算出する。具体的には、空燃比の変動周期ごとに空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆのリッチ側ピークとリーン側ピークとを特定し、リッチ側ピークを開始点として第１の時間Ｐｅｒ１を求めるとともに、リーン側ピークから次の周期のリッチ側ピークに至るまでの第２の時間Ｐｅｒ２を求める。
【００５１】
次いで、ステップＳ６３０において、ＥＣＵ１００は、空燃比の変動周期ごとに、第１の時間Ｐｅｒ１と第２の時間Ｐｅｒ２との合計時間に対する第１の時間Ｐｅｒ１の割合を偏り指数Ｒとして算出する。次いで、ステップＳ６４０において、ＥＣＵ１００は、蓄積された偏り指数Ｒの平均値を算出し平均偏り指数Ｒａとする。次いで、ステップＳ６５０において、ＥＣＵ１００は、あらかじめ記憶したマップを参照する等により、平均偏り指数Ｒａに応じた補正パラメータαを算出する。このとき、空燃比センサ１９の片側応答遅れの程度が著しいほど、求められる補正パラメータαの値は大きくなる。
【００５２】
次いで、ステップＳ６６０において、補正パラメータαを算出可能な運転状態が継続しているか否かを判別する。例えば、内燃機関１０の要求トルクが大きく変化しているか否かにより判別することができる。当該運転状態が継続している場合には（Ｓ６６０：Ｙｅｓ）、ステップＳ６１０に戻って、上述した手順に沿ってステップＳ６１０〜ステップＳ６５０を繰り返す。一方、補正パラメータαを算出可能な運転状態でなくなった場合には（Ｓ６６０：Ｎｏ）、ステップＳ６７０に進み、空燃比の燃料リッチ状態及び燃料リーン状態を繰り返し変動させる制御を終了し、補正パラメータαの算出処理を終了する。このとき、今回補正パラメータαを算出するために費やした時間をこれまでの積算時間に加算し、合計の算出時間Ｔｉ＿Ｂとして記録する。
【００５３】
図７に戻り、ステップＳ７００において、ＥＣＵ１００は、空燃比の変動量Ｐの算出時間Ｔｉ＿Ａがすでに所定時間Ｔｉ＿Ａ０に到達し、かつ、補正パラメータαの算出時間Ｔｉ＿Ｂがすでに所定時間Ｔｉ＿Ｂ０に到達しているか否かを判別する。算出時間Ｔｉ＿Ａ，Ｔｉ＿Ｂのうちの少なくとも一方が所定時間Ｔｉ＿Ａ０，Ｔｉ＿Ｂ０に到達していない場合には（Ｓ７００：Ｎｏ）、ステップＳ１００に戻って、上述した手順に沿ってステップＳ１００〜ステップＳ６００を繰り返す。一方、算出時間Ｔｉ＿Ａ，Ｔｉ＿Ｂがともに所定時間Ｔｉ＿Ａ０，Ｔｉ＿Ｂ０に到達している場合には（Ｓ７００：Ｙｅｓ）、ステップＳ８００に進み、ＥＣＵ１００は、空燃比インバランス診断を実行する。
【００５４】
図１０は、空燃比インバランス診断処理の例を示すフローチャートである。係る空燃比インバランス診断処理では、まずステップＳ８１０において、ＥＣＵ１００は、空燃比の変動量Ｐに補正パラメータαを乗じて診断用変動量Ｐｄを算出する。次いで、ステップＳ８２０において、ＥＣＵ１００は、診断用変動量Ｐｄがあらかじめ設定された閾値Ｐｄ０を超えているか否かを判別する。診断用変動量Ｐｄが閾値Ｐｄ０を超えている場合には（Ｓ８２０：Ｙｅｓ）、ステップＳ８３０に進み、ＥＣＵ１００は気筒間での空燃比のばらつきが生じていると判定する。これに伴って、警告ランプ（ＭＩＬ）を点灯させる等の処置を行う。一方、診断用変動量Ｐが閾値Ｐｄ０以下の場合には（Ｓ８２０：Ｎｏ）、ステップＳ８４０に進み、ＥＣＵ１００は気筒間での空燃比のばらつきは生じていないものと判定する。
【００５５】
上述のように、本実施形態による空燃比インバランス診断で用いる補正パラメータαの値は、空燃比センサ１９の片側応答遅れの程度が大きいほど大きくなる。したがって、内燃機関１０の運転中に得られた空燃比の変動量Ｐを補正パラメータαで補正することにより、空燃比センサ１９の片側応答遅れの影響を低減した状態の診断用変動量Ｐｄを得ることができる。係る診断用変動量Ｐｄを用いて空燃比インバランス診断を実行することにより、空燃比センサ１９の片側応答遅れの影響が小さくされた診断結果を得ることができる。
【００５６】
図１１は、空燃比のばらつきが生じている状態における、空燃比センサ１９の応答性診断による異常検出状況、本実施形態に係る空燃比インバランス診断による異常検出状況、警告ランプ（ＭＩＬ）の点灯状況を示している。領域Ａ及び領域Ｃにおいては、図１２で示した場合と同様に、応答性異常又は空燃比インバランス異常が検出されて警告ランプが点灯する。また、本実施形態に係る空燃比インバランス診断装置１００によれば、応答性診断で異常と検出されない程度に空燃比センサ１９の片側応答遅れが生じている領域Ｂにおいても、空燃比インバランス診断で異常を検出することができるようになる。したがって、気筒間の空燃比のばらつきが生じていても何ら異常が検出されることなく空燃比制御が実行されることを防ぐことができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態に係る空燃比インバランス診断装置１００は、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの変動量Ｐに補正パラメータαを乗じた診断用変動量Ｐｄを用いて空燃比インバランス診断を実行する。したがって、空燃比センサ１９の片側応答遅れの影響を低減したうえで、空燃比インバランス診断を実行することができる。これにより、空燃比センサ１９の片側応答遅れが生じている場合であっても、気筒間の空燃比のばらつきを検出することが可能となる。その結果、警告ランプ等を点灯させることなく空燃比制御が継続することを防ぐことができる。
【００５８】
特に、本実施形態では、補正パラメータαを算出する際には、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの変動の周期が内燃機関１０の回転周期と同期している状態で検出されるセンサ値Ｓａｆを用いて補正パラメータαを求めるようにしている。したがって、ドライバのアクセル操作等による空燃比の変動が排除されて片側応答遅れが反映された補正パラメータαを取得することができる。したがって、空燃比センサ１９の片側応答遅れの程度に応じた適切な補正パラメータαを得ることができる。その結果、気筒間の空燃比のばらつきを精度よく検出することができる。
【００５９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６０】
例えば、上記の実施形態では、空燃比の変動量Ｐの算出時間Ｔｉ＿Ａや補正パラメータαの算出時間Ｔｉ＿Ｂが、それぞれ所定時間Ｔｉ＿Ａ０，Ｔｉ＿Ｂ０以上となったときに空燃比インバランス判定に移るようにしていたが、この例に限定されない。空燃比の最大値Ｓａｆ＿ｍａｘと最小値Ｓａｆ＿ｍｉｎとの差分ΔＳ１や、偏り指数Ｒを算出した回数が所定回数以上となったときに空燃比インバランス判定に移るようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０    内燃機関
１２    燃料噴射弁
１８    排気管
１９    空燃比センサ
１００    空燃比インバランス診断装置（ＥＣＵ）
１１０    空燃比検出部
１２０    空燃比変動量算出部
１３０    インバランス判定部
１４０    補正部
【図１】
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【図２】
2015200186.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015200186.tif 000007
【図６】
2015200186.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015200186.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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