(57)【要約】【課題】空燃比センサの片側遅延異常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、目標空燃比をリッチ側からリーン側又はリーン側からリッチ側に徐々に変化させる目標空燃比設定部と、前記目標空燃比の変化に伴って空燃比センサのセンサ値が変化し始めた後に、前記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１
2015200188.tif 000002
【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、
目標空燃比を燃料リッチ側から燃料リーン側又は燃料リーン側から燃料リッチ側に徐々に変化させる目標空燃比設定部と、
前記目標空燃比の変化に伴って空燃比センサのセンサ値が変化し始めた後に、前記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】
前記目標空燃比設定部は、前記内燃機関の回転周期よりも長い期間で前記目標空燃比を変化させる、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】
前記目標空燃比設定部は、前記目標空燃比を燃料リーン側から燃料リッチ側に変化させた後、徐々に燃料リーン側に戻す、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】
前記目標空燃比設定部は、前記目標空燃比をストイキ状態から燃料リッチ状態に変化させた後、徐々にストイキ状態に戻す、請求項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】
前記目標空燃比設定部は、前記目標空燃比を燃料リッチ側から燃料リーン側に変化させた後、徐々に燃料リッチ側に戻す、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６】
前記目標空燃比設定部は、前記目標空燃比をストイキ状態から燃料リーン状態に変化させた後、徐々にストイキ状態に戻す、請求項５に記載の空燃比インバランス診断装置。
【請求項７】
前記インバランス判定部は、前記目標空燃比を燃料リッチ側から燃料リーン側に徐々に変化させた場合の変動量と、前記目標空燃比を燃料リーン側から燃料リッチ側に徐々に変化させた場合の変動量と、を比較し、いずれか大きい変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定する、請求項１〜６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８】
前記空燃比変動量算出部は、前記センサ値の変動周期における増大幅と減少幅との平均を前記変動量とする、請求項１〜７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９】
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、
目標空燃比をリッチ側からリーン側又はリーン側からリッチ側に徐々に変化させるステップと、
前記目標空燃比の変化に伴って空燃比センサのセンサ値が変化し始めた後に、前記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一方に変化する状態でのみ、空燃比が変化してからセンサ値が変化し始めるまでに時間差が生じる異常（以下、このような異常を「片側遅延異常」と称する。）が生じる場合がある。この片側遅延異常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遅延異常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、目標空燃比を燃料リッチ側から燃料リーン側又は燃料リーン側から燃料リッチ側に徐々に変化させる目標空燃比設定部と、前記目標空燃比の変化に伴って空燃比センサのセンサ値が変化し始めた後に、前記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、前記目標空燃比設定部は、前記内燃機関の回転周期よりも長い期間で前記目標空燃比を変化させてもよい。
【００１１】
また、前記目標空燃比設定部は、前記目標空燃比設定部は、前記目標空燃比を燃料リーン側から燃料リッチ側に変化させた後、徐々に燃料リーン側に戻してもよい。
【００１２】
また、前記目標空燃比設定部は、前記目標空燃比をストイキ状態から燃料リッチ状態に変化させた後、徐々にストイキ状態に戻してもよい。
【００１３】
また、前記目標空燃比設定部は、前記目標空燃比を燃料リッチ側から燃料リーン側に変化させた後、徐々に燃料リッチ側に戻してもよい。
【００１４】
また、前記目標空燃比設定部は、前記目標空燃比をストイキ状態から燃料リーン状態に変化させた後、徐々にストイキ状態に戻してもよい。
【００１５】
また、前記インバランス判定部は、前記目標空燃比を燃料リッチ側から燃料リーン側に徐々に変化させた場合の変動量と、前記目標空燃比を燃料リーン側から燃料リッチ側に徐々に変化させた場合の変動量と、を比較し、いずれか大きい変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定してもよい。
【００１６】
また、前記空燃比変動量算出部は、前記センサ値の変動周期における増大幅と減少幅との平均を前記変動量としてもよい。
【００１７】
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、目標空燃比をリッチ側からリーン側又はリーン側からリッチ側に徐々に変化させるステップと、前記目標空燃比の変化に伴って空燃比センサのセンサ値が変化し始めた後に、前記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】
【００１８】
本発明によれば、空燃比センサの片側遅延異常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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】リーン方向遅延異常を生じている空燃比センサの出力を示す図である。
【図５】目標空燃比を徐々にリーン側に変化させたときの空燃比センサの出力を示す図である。
【図６】目標空燃比を徐々にリッチ側に変化させたときの空燃比センサの出力を示す図である。
【図７】空燃比の変動量の算出方法を示す説明図である。
【図８】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９】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】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
［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、目標空燃比設定部１３０、燃料噴射制御部１４０、インバランス判定部１５０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。
【００２９】
目標空燃比設定部１３０は、内燃機関１０の運転状態が空燃比インバランス診断を実行可能な状態にある場合に、排気の目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを、リッチ側からリーン側又はリーン側からリッチ側に徐々に変化させる。本実施形態では、目標空燃比設定部１３０は、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをリッチ側からリーン側に徐々に変化させる場合、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをストイキ状態、燃料リッチ状態、ストイキ状態と変化させる。そして、燃料リッチ状態からストイキ状態に戻す際に、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを徐々に変化させるようになっている。また、本実施形態では、目標空燃比設定部１３０は、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをリーン側からリッチ側に徐々に変化させる場合、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをストイキ状態、燃料リーン状態、ストイキ状態と変化させる。そして、燃料リーン状態からストイキ状態に戻す際に、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを徐々に変化させるようになっている。
【００３０】
燃料噴射制御部１４０は、目標空燃比設定部１３０で設定された目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔに基づいて、燃料噴射弁１２による燃料噴射制御を実行する。目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔが、燃料リッチ状態又は燃料リーン状態からストイキ状態へと徐々に変化することに伴って、燃料噴射量も徐々に減少又は増加する。
【００３１】
このように、目標空燃比設定部１３０及び燃料噴射制御部１４０によって目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを継続的に変化させるのは、空燃比センサ１９に片側遅延異常が生じている場合であっても空燃比インバランス診断を実行可能とするためである。具体的には、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを継続的に変化させることにより、空燃比センサ１９に片側遅延異常が生じている場合であっても、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆが変動する領域を強制的に作り出すことができる。
【００３２】
ここで、図３〜図６を参照して、気筒間での空燃比のばらつきが生じている場合における空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの推移について説明する。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の推移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を示している。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。一点鎖線は、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを示している。
【００３３】
また、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ける空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの推移を示している。また、図５は、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをストイキ状態、燃料リッチ状態、ストイキ状態と変化させるとともに、燃料リッチ状態からストイキ状態へ徐々に目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを変化させた場合の空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの推移を示している。図４〜図５において、点線は、応答性が適正範囲にある場合の空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆを示し、一点鎖線は、目標空燃比Ａｆを示している。また、実線は、空燃比がリッチ側からリーン側に変化するときにセンサ値が遅延する異常（以下、このような異常を「リーン方向遅延異常」と称する。）を生じている空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆを示している。
【００３４】
また、図６は、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをストイキ状態、燃料リーン状態、ストイキ状態と変化させるとともに、燃料リーン状態からストイキ状態へ徐々に目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを変化させた場合の空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの推移を示している。図６において、点線は、応答性が適正範囲にある場合の空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆを示し、一点鎖線は、目標空燃比Ａｆを示している。また、実線は、空燃比がリーン側からリッチ側に変化するときにセンサ値が遅延する異常（以下、このような異常を「リッチ方向遅延異常」と称する。）を生じている空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆを示している。
【００３５】
まず、図３に示すように、空燃比センサ１９の応答性が適正範囲にある場合、センサ値Ｓａｆは、内燃機関１０の回転周期に合わせて、目標空燃比を中心に振幅を繰り返す。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。
【００３６】
ここで、図４に示すように、例えばリーン方向遅延異常が生じている空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆは、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔが安定している状態やリッチ側に変化している状態では、センサ値Ｓａｆの変動量が実際の空燃比の変動量よりも小さくなる。具体的に、リーン方向遅延異常を生じている場合、実際の空燃比が上昇したときに、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆが上昇し始めるまでに時間差が生じる。そのため、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔがリーン側からリッチ側に変化している状態（領域Ｘ）では、実際の空燃比のリーン側への変化に伴ってセンサ値Ｓａｆが上昇し始める前に、リッチ側に変化する実際の空燃比とセンサ値Ｓａｆとが一致し、その後センサ値Ｓａｆが下降する。したがって、センサ値Ｓａｆの変動量は目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔの低下分のみとなる。
【００３７】
また、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔが安定している状態（領域Ｙ）では、実際の空燃比のリーン側への変化に伴ってセンサ値Ｓａｆが上昇し始める前に、実際の空燃比が下側のピークに戻ってしまい、センサ値Ｓａｆは変化を見せなくなる。したがって、センサ値Ｓａｆの変動量はゼロに近い状態となる。したがって、空燃比センサ１９がリーン方向遅延異常を生じている場合、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔが安定している状態やリッチ側に変化している状態で検出されるセンサ値Ｓａｆに基づき空燃比インバランス診断を実行すると、空燃比のばらつきを検出できないことになる。このことは、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔが短時間のみ、リーン側に変化する場合においても同様である。
【００３８】
これに対して、図５に示すように、所定時間以上継続して目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを徐々にリーン側に変化させた場合には、空燃比センサ１９がリーン方向遅延異常を生じている場合であってもセンサ値Ｓａｆに相応の変動量が現れる。具体的に、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔが徐々にリーン側に変化すると、リーン方向遅延異常を生じている空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆは、時間差を生じながらも上昇し始める。この時点以降、実際の空燃比がセンサ値Ｓａｆ以下になることがないため、センサ値Ｓａｆは実際の空燃比の変動に伴って振幅しつつリーン側へ推移する。したがって、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆが上昇傾向に転じた後のセンサ値Ｓａｆに基づいて空燃比の変動量Ｐを算出することで、リーン方向遅延異常の影響を低減した変動量を求めることができる。なお、空燃比センサ１９の応答性が適正範囲にある場合においても、センサ値Ｓａｆは時間差をおかずに振幅しつつリーン側へ推移する。
【００３９】
一方、空燃比センサ１９がリッチ方向遅延異常を生じている場合には、図６に示すように、所定時間以上継続して目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを徐々にリッチ側に変化させることにより、センサ値Ｓａｆに相応の変動量が現れる。具体的に、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔが徐々にリッチ側に変化すると、リッチ方向遅延異常を生じている空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆは、時間差を生じながらも下降し始める。この時点以降、実際の空燃比がセンサ値Ｓａｆ以上になることがないため、センサ値Ｓａｆは実際の空燃比の変動に伴って振幅しつつリッチ側へ推移する。したがって、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆが下降傾向に転じた後のセンサ値Ｓａｆに基づいて空燃比の変動量Ｐを算出することで、リッチ方向遅延異常の影響を低減した変動量を求めることができる。なお、空燃比センサ１９の応答性が適正範囲にある場合においても、センサ値Ｓａｆは時間差をおかずに振幅しつつリッチ側へ推移する。
【００４０】
なお、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを徐々にリッチ側又はリーン側に変化させるのではなく、極短時間で変化させると、センサ値Ｓａｆが上昇又は下降する間に変動が見られなくなって、変動量Ｐを算出できなくなるおそれがある。したがって、例えば、１秒当たり１％の変化を５秒以上、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをリーン側又はリッチ側に変化させることが好ましい。また、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔを徐々に変化させる時間が内燃機関１０の回転周期よりも短いと、センサ値Ｓａｆの変動量Ｐが現れにくくなる。したがって、内燃機関１０の回転周期の２〜５倍の時間で、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをリーン側又はリッチ側に変化させることが好ましい。
【００４１】
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。
【００４２】
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、センサ値Ｓａｆの変動周期ごとの変動幅Ｗの平均値とすることができる。本実施形態に係るＥＣＵ１００は、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをリーン方向に徐々に変化させた場合のセンサ値Ｓａｆの変動量Ｐ１と、リッチ方向に徐々に変化させた場合のセンサ値Ｓａｆの変動量Ｐ２とをそれぞれ算出する。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Ｐ１，Ｐ２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。センサ値Ｓａｆの変動量Ｐ１，Ｐ２は、例えば以下のように算出する。
【００４３】
図７は、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの変動量Ｐ１（Ｐ２）の算出方法を説明するために示す図である。図７に示されたセンサ値Ｓａｆは、図５に示すセンサ値Ｓａｆのうち、センサ値Ｓａｆが上昇傾向にある領域のセンサ値Ｓａｆである。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。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、センサ値Ｓａｆの変動周期ごとに、増大幅Ｗｕと減少幅Ｗｄとを求めるとともに、その平均値を変動周期の変動幅Ｗとする。また、空燃比変動量算出部１２０は、蓄積される変動幅Ｗの平均値を変動量Ｐ１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により蓄積された変動幅Ｗを用いて、変動量Ｐ１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。変動量Ｐ２についても同様に、センサ値Ｓａｆの変動周期ごとの変動幅Ｗを求め、その平均値を変動量Ｐ２とすることができる。
【００４４】
インバランス判定部１５０は、空燃比変動量算出部１２０で求めた変動量Ｐ１，Ｐ２に基づいて、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１５０は、変動量Ｐ１（Ｐ２）があらかじめ設定した閾値Ｐ０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Ｐ０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。
【００４５】
特に、本実施形態に係るＥＣＵ１００では、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをリーン方向に徐々に変化させた場合の変動量Ｐ１、及びリッチ方向に徐々に変化させた場合の変動量Ｐ２のうちのいずれか大きい方の変動量Ｐ１，Ｐ２に基づいて、空燃比のばらつきの有無を判定する。これにより、空燃比センサ１９が、リーン方向遅延異常及びリッチ方向遅延異常のどちらが生じていても適切に空燃比インバランス診断を行うことができる。
【００４６】
［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８〜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。
【００４７】
まず、図８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Ｐ１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Ｐ１を算出可能な運転状態でない場合には（Ｓ１００：Ｎｏ）、係る運転状態となるまで待機する。一方、空燃比の変動量Ｐ１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。
【００４８】
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Ｐ１を算出するために費やした時間Ｔｉ＿Ａ１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Ｐ１の算出時間Ｔｉ＿Ａ１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Ｐ１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Ｐ１の算出時間Ｔｉ＿Ａ１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Ｐ１の算出処理を実行する。
【００４９】
図９は、空燃比の変動量Ｐ１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、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをストイキ状態、燃料リッチ状態、ストイキ状態と変化させる。このとき、燃料リッチ状態からストイキ状態へは徐々に変化させるようにする。
【００５０】
次いで、ステップＳ３２０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Ｓ３３０において、ＥＣＵ１００は、センサ値Ｓａｆがリーン方向に推移し始めたか否かを判別する。センサ値Ｓａｆがリーン方向に推移していない場合（Ｓ３３０：Ｎｏ）には、係る状態が現れるまで待機する。一方、センサ値Ｓａｆがリーン方向に推移し始めた場合（Ｓ３３０：Ｙｅｓ）には、ステップＳ３４０に進む。
【００５１】
ステップＳ３４０では、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆの変動周期ごとに、センサ値Ｓａｆの増大幅Ｗｕ及び減少幅Ｗｄを求めるとともにその平均値を変動幅Ｗ（＝（Ｗｕ＋Ｗｄ）／２）として算出する。次いで、ステップＳ３５０において、ＥＣＵ１００は、蓄積された変動幅Ｗの平均値を変動量Ｐ１として算出する。次いで、ステップＳ３５０において、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆのリーン方向への推移が終了し、安定した状態となっているか否かを判別する。センサ値Ｓａｆが引き続きリーン方向に推移している場合（Ｓ３５０：Ｎｏ）には、ステップＳ３４０に戻って変動幅Ｗの算出を継続する。一方、センサ値Ｓａｆが安定した状態となった場合には（Ｓ３５０：Ｙｅｓ）、ステップＳ３６０に進む。
【００５２】
ステップＳ３６０において、ＥＣＵ１００は、これまでに蓄積した変動幅Ｗの平均値を変動量Ｐ１として算出する。これにより、空燃比の変動量Ｐ１の算出処理を終了する。このとき、今回空燃比の変動量Ｐ１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＿Ａ１として記録する。
【００５３】
図８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、空燃比の変動量Ｐ２を算出可能な状態か否かを判別する。係る判別は、ステップＳ１００と同じ様にして行うことができる。空燃比の変動量Ｐ２を算出可能な運転状態でない場合には（Ｓ４００：Ｎｏ）、係る運転状態となるまで待機する。一方、空燃比の変動量Ｐ２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。
【００５４】
ステップＳ５００において、ＥＣＵ１００は、すでに蓄積されている空燃比の変動量Ｐ２を算出するために費やした時間Ｔｉ＿Ａ２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Ｐ２の算出時間Ｔｉ＿Ａ２がすでに所定時間Ｔｉ＿Ａ０に到達している場合には（Ｓ５００：Ｎｏ）、空燃比の変動量Ｐ２を算出する処理を実行せずにステップＳ７００に進む。一方、空燃比の変動量Ｐ２の算出時間Ｔｉ＿Ａ２が所定時間Ｔｉ＿Ａ０未満である場合には（Ｓ５００：Ｙｅｓ）、ステップＳ６００に進み、ＥＣＵ１００は、空燃比の変動量Ｐ２の算出処理を実行する。空燃比の変動量Ｐ２の算出処理は、図９のフローチャートにしたがって、上述の手順に沿って実行することができる。ここでは、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをストイキ状態、燃料リーン状態、ストイキ状態と変化させ、燃料リーン状態からストイキ状態へは徐々に変化させるようにする。また、センサ値Ｓａｆがリッチ方向に推移している期間において、センサ値Ｓａｆの変動幅Ｗを求め、その平均値を変動量Ｐ２とする。
【００５５】
次いで、ステップＳ７００において、ＥＣＵ１００は、空燃比の変動量Ｐ１の算出時間Ｔｉ＿Ａ１がすでに所定時間Ｔｉ＿Ａ０に到達し、かつ、空燃比の変動量Ｐ２の算出時間Ｔｉ＿Ａ２がすでに所定時間Ｔｉ＿Ａ０に到達しているか否かを判別する。算出時間Ｔｉ＿Ａ１に対する所定時間Ｔｉ＿Ａ０と、算出時間Ｔｉ＿Ａ２に対する所定時間Ｔｉ＿Ａ０とは同じ値であってもよいし、異なる値としてもよい。
【００５６】
算出時間Ｔｉ＿Ａ１，Ｔｉ＿Ａ２のうちの少なくとも一方が所定時間Ｔｉ＿Ａ０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＿Ａ１，Ｔｉ＿Ａ２がともに所定時間Ｔｉ＿Ａ０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。
【００５７】
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、算出した空燃比の変動量Ｐ１が空燃比の変動量Ｐ２以上か否かを判別する。空燃比の変動量Ｐ１が変動量Ｐ２以上である場合（Ｓ８１０：Ｙｅｓ）には、ステップＳ８３０において、ＥＣＵ１００は、変動量Ｐ１を診断用変動量Ｐｄとし、ステップＳ８４０に進む。一方、空燃比の変動量Ｐ１が変動量Ｐ２未満である場合（Ｓ８１０：Ｎｏ）には、ステップＳ８４０において、ＥＣＵ１００は、変動量Ｐ２を診断用変動量Ｐｄとし、ステップＳ８４０に進む。
【００５８】
次いで、ステップＳ８４０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（Ｓ８４０：Ｙｅｓ）、ステップＳ８５０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Ｐｄが閾値Ｐｄ０以下の場合には（Ｓ８４０：Ｎｏ）、ステップＳ８６０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。
【００５９】
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の片側遅延異常が生じている領域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。
【００６０】
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、目標空燃比Ａｆ＿ｔｇｔをリーン方向及びリッチ方向に徐々に変化させたときの空燃比センサ１９のセンサ値Ｓａｆに基づいて診断用変動量Ｐｄを算出し、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の片側遅延異常が生じていても、空燃比のばらつきが反映されたセンサ値Ｓａｆの変動量Ｐ１，Ｐ２を求めて、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の片側遅延異常を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。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。
【００６１】
特に、本実施形態に係る空燃比インバランス診断装置１００は、空燃比をリーン方向に徐々に変化させたときの変動量Ｐ１と、リッチ方向に徐々に変化させたときの変動量Ｐ２とをそれぞれ求め、いずれか大きい方を診断用変動量Ｐｄとしている。したがって、空燃比センサ１９がリーン方向遅延異常又はリッチ方向遅延異常のいずれの異常を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精度よく検出することができる。
【００６２】
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。
【００６３】
例えば、上記の実施形態では、空燃比の変動量Ｐ１，Ｐ２の算出時間Ｔｉ＿Ａ１，Ｔｉ＿Ａ２が、それぞれ所定時間Ｔｉ＿Ａ０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。空燃比の変動幅Ｗ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。
【００６４】
また、上記の実施形態において説明したフローチャートについては、適宜順序を入れ替えてもよい。例えば、図８に示したフローチャートでは、変動量Ｐ１の算出処理と変動量Ｐ２の算出処理とが交互に実行されるようになっているが、いずれか一方の変動量の算出時間が所定時間に到達するまで当該一方の変動量の算出処理を行った後に、他方の変動量の算出処理を行うようにしてもよい。
【００６５】
また、上記の実施形態では、空燃比が徐々に変化している期間の空燃比の変動量を、センサ値の増大幅と減少幅との平均値としていたが、この例に限定されない。増大幅又は減少幅の値をそのまま用いてもよいし、他の指標としてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０    内燃機関
１２    燃料噴射弁
１８    排気管
１９    空燃比センサ
３４    クランク角センサ
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    目標空燃比設定部
１４０  燃料噴射制御部
１５０    インバランス判定部
【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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