(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、電極上に拡散層を備える空燃比センサを用いて、内燃機関の気筒間の空燃比ばらつき異常を検出する空燃比ばらつき異常検出装置であって、
各気筒の空燃比が一定あるいは空燃比の変化がごく少ない内燃機関の回転数が十分に低下した燃料カット中における、前記空燃比センサの、前記内燃機関からの排気の圧力脈動の影響による出力変化量を推定又は検出する推定手段と、
前記空燃比センサの実際の出力から前記出力変化量を除去した判定値に応じて前記空燃比ばらつき異常を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項２】
前記推定手段は、前記出力変化量として、前記空燃比センサの出力の振幅又は振幅に応じた値を推定又は検出することを特徴とする請求項１に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項３】
前記推定手段は、前記内燃機関の燃料カット運転中における空燃比センサの出力に応じて、前記出力変化量を推定又は検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項４】
前記内燃機関からの排気の圧力脈動により、前記空燃比センサのセンサ素子が受ける圧力脈動を推定又は検知する手段と、
前記空燃比センサの出力の振幅である第１振幅を推定又は検出し、前記第１振幅の推定又は検出時とは圧力脈動が異なるタイミングで、前記空燃比センサの出力の振幅である第２振幅を推定又は検出する手段と、を更に備え、
前記推定手段は、
前記第１振幅と第２振幅との差異と、前記第１振幅検出時の圧力脈動と前記第２振幅検出時の圧力脈動との差異とに応じて、前記出力変化量を推定することを特徴とする請求項１に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項５】
前記推定手段は、前記内燃機関の燃料カット運転中における空燃比センサの出力に応じて、前記出力変化量を推定又は検出することを特徴とする請求項４に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項６】
前記第１振幅の検出タイミング及び前記第２振幅の検出のタイミングは、
共に、前記内燃機関の燃料カット運転中、及び、
共に、空燃比フィードバック制御の停止中であって、同一の目標空燃比のとき、及び、
共に、空燃比フィードバック制御中であって、目標空燃比が理論空燃比を含む基準範囲内にない、同一の空燃比のとき、
のうちいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項７】
前記内燃機関の空燃比フィードバック制御運転中であって、前記目標空燃比が理論空燃比を含む準範囲内に設定されている場合に、前記目標空燃比を基準範囲外のリッチ又はリーン空燃比に設定する手段と、
前記目標空燃比をリッチ又はリーン空燃比とするフィードバック制御運転中に圧力脈動を強制的に変動させる制御を行う手段と、
を、更に備え、
前記第１振幅及び前記第２振幅の検出タイミングは、前記圧力脈動を強制的に変動させる制御中であることを特徴とする請求項４に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項８】
前記出力変化量が所定範囲外である場合に、前記空燃比センサの異常有りの判定をする手段を、更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項９】
前記判定値は、前記空燃比ばらつき異常の検出時の、前記内燃機関の１サイクル中の前記空燃比センサの出力の振幅であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項１０】
前記判定値は、前記空燃比センサの出力の単位クランク角あたりの変化の割合であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項１１】
前記検出手段は、前記判定値を前記出力変化量に応じて補正した値が、基準値を越えている場合に、空燃比ばらつき異常を検出することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項１２】
前記検出手段は、前記判定値が、基準値を前記出力変化量に応じて補正した値を超えている場合に、空燃比ばらつき異常を検出することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項１３】
前記推定手段は、前記出力変化量の推定又は検出がされた後、前記内燃機関の運転時間が基準時間を越えた場合、あるいは、前記内燃機関を搭載する車両の走行距離が基準距離を越えた場合、前記出力変化量を、再度、推定又は検出することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項１４】
前記検出手段は、前記出力変化量と、前記出力変化量を推定又は検出する期間中の吸入空気量と、前記判定値とに応じて、前記空燃比ばらつき異常を検出することを特徴とする請求項３に記載の空燃比ばらつき異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒間の空燃比ばらつき異常検出装置に関する。より詳細には、多気筒内燃機関の気筒間の空燃比ばらつきの異常の有無を、排気経路に設置された空燃比センサの出力に応じて判定する空燃比ばらつき異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、多気筒内燃機関の気筒間の空燃比ばらつき異常の有無を判定する判定装置が開示されている。特許文献１によれば、気筒間に空燃比ばらつき異常（以下、「インバランス」とも称する）が生じている状態では、空燃比センサの信号の0.5次周波数成分が高くなる。特許文献１の判定装置では、空燃比センサの空燃比を示す信号の、機関回転数の0.5次周波数成分が抽出され、抽出された信号が、所定期間に渡って積算される。この積算値が閾値より大きい場合に、気筒間に空燃比ばらつき異常が生じていると判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７０５４３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０６３０９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２０３４１３号公報
【特許文献４】特開２０１０−２６１８４６号公報
【特許文献５】特開２０１０−０３８７９４号公報
【特許文献６】特開２００５−２８２４７５号公報
【特許文献７】特開２０１２−０９２８０３号公報
【特許文献８】特開２０１２−１３２３９２号公報
【特許文献９】国際公開第２０１１−１１１１８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のように、空燃比センサの出力信号を利用する気筒間のインバランスの判定装置において、空燃比センサに異常が生じていると、インバランスが生じている場合であっても、インバランス無し（正常）と判定するなど、誤判定をしてしまうことが起こり得る。
【０００５】
また、空燃比センサ出力は排気の圧力脈動の影響を受けるが、圧力脈動の影響は空燃比センサの個体差によるばらつきがある。従って、上記特許文献１のように、空燃比センサの出力の特定周波数成分のフィルタリング値を用いる場合、個体差によるばらつきと圧力脈動の影響によって、フィルタリング値及びその積算値にばらつきが生じる場合がある。このような場合、気筒間インバランスの誤判定が生じ得る。従って、より高い精度で気筒間インバランスの有無を判定できるシステムが望まれる。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、気筒間の空燃比ばらつき異常判定において、異常な空燃比センサによる誤判定を抑制すると共に、より高い精度で気筒間の空燃比ばらつき異常の有無を判定できるように改良された空燃比ばらつき異常判定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に配置され、電極上に拡散層を備える空燃比センサを用いて、内燃機関の気筒間の空燃比ばらつき異常を検出する空燃比ばらつき異常検出装置であって、各気筒の空燃比が一定あるいは空燃比の変化がごく少ない内燃機関の回転数が十分に低下した燃料カット中における、前記空燃比センサの、前記内燃機関からの排気の圧力脈動の影響による出力変化量を推定又は検出する推定手段と、前記空燃比センサの実際の出力から前記出力変化量を除去した判定値に応じて前記空燃比ばらつき異常を検出する検出手段とを備える。
【０００８】
本発明において、推定手段は、出力変化量として、空燃比センサの出力の振幅又は振幅に応じた値を推定又は検出するものであってもよい。また、内燃機関の燃料カット運転中における空燃比センサの出力に応じて、出力変化量を推定又は検出するものであってもよい。
【０００９】
また、本発明の空燃比ばらつき異常検出装置は、更に、内燃機関からの排気の圧力脈動により、空燃比センサのセンサ素子が受ける圧力脈動を推定又は検出する手段と、第１振幅と第２振幅とを推定又は検出する手段とを更に備えるものとしてもよい。ここで第１振幅は、空燃比センサの出力の振幅であり、第２振幅は、第１振幅の検出時とは圧力脈動が異なるタイミングにおける空燃比センサの出力の振幅である。この場合、推定手段は、第１振幅と第２振幅との差異と、第１振幅検出時の圧力脈動と第２振幅検出時の圧力脈動との差異とに応じて、出力変化量を推定するものとすることができる。
【００１０】
また、本発明において、第１振幅及び第２振幅の検出するものの場合、その検出のタイミングは、共に、内燃機関の燃料カット運転中、及び、空燃比フィードバック制御の停止中であって同一の目標空燃比のとき、及び、空燃比フィードバック制御中であって目標空燃比が理論空燃比を含む基準範囲内にない同一の空燃比のとき、のうち、いずれかのタイミングとしてもよい。
【００１１】
また、本発明の空燃比ばらつき異常検出装置は、内燃機関の空燃比フィードバック制御運転中であって、目標空燃比が理論空燃比を含む基準範囲内に設定されている場合に、目標空燃比を基準範囲外のリッチ又はリーン空燃比に設定する手段と、目標空燃比をリッチ又はリーン空燃比とするフィードバック制御運転中に圧力脈動を強制的に変動させる制御を行う手段を、更に備えるものとしてもよい。この場合、第１振幅及び第２振幅の検出タイミングは、圧力脈動を強制的に変動させる制御中とすることができる。
【００１２】
また、本発明の空燃比ばらつき異常検出装置は、出力変化量が所定範囲外である場合に、空燃比センサの異常有りの判定をする手段を、更に備えるものであってもよい。
【００１３】
また、本発明における、上記の判定値は、空燃比ばらつき異常の検出時の、内燃機関の１サイクル中の空燃比センサの出力の振幅であってもよい。また、上記の判定値は、空燃比センサの出力の単位クランク角あたりの変化の割合であってもよい。
【００１４】
また、本発明において検出手段は、判定値を出力変化量に応じて補正した値が、基準値を越えている場合に、空燃比ばらつき異常を検出するものであってもよい。また、検出手段は、判定値が、基準値を出力変化量に応じて補正した値を超えている場合に、空燃比ばらつき異常を検出するものであってもよい。
【００１５】
また、本発明において、推定手段は、出力変化量の推定又は検出がされた後、内燃機関の運転時間が基準時間を越えた場合、あるいは、内燃機関を搭載する車両の走行距離が基準距離を越えた場合、出力変化量を、再度、推定又は検出するものとしてもよい。
【００１６】
また、本発明において検出手段は、出力変化量と、出力変化量を推定又は検出する期間中の吸入空気量と、判定値とに応じて、空燃比ばらつき異常を検出するものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、空燃比センサの出力の圧力脈動の影響による変化量である出力変化量を推定又は検出し、この出力変化量と空燃比センサの出力とに応じて、空燃比ばらつき異常を検出することができる。内燃機関の１サイクルの中で、空燃比センサの出力は、気筒間の空燃比ばらつきの影響と、圧力脈動の影響とを受けて変動する。この点、圧力脈動の影響による出力変化量を推定又は検出し、空燃比センサの実際の出力から圧力脈動の影響による出力変化分を除去して、空燃比ばらつき異常の検出を行うことができる。これにより、本発明によれば、気筒間の空燃比ばらつきが、空燃比センサの出力に与えた出力変動分のみに基づいて、よりに高い精度で空燃比ばらつき異常を検出することができる。
【００１８】
また、特に、圧力脈動の影響は、１サイクルの中での空燃比センサの出力振幅、又は振幅の変化に現れる。従って、圧力脈動の影響による出力変化量として、振幅又は振幅に応じた値を用いることで、より高い精度で空燃比ばらつき異常を検出することができる。
【００１９】
また、特に燃料カット運転中は、気筒間の空燃比ばらつきが生じない状態にある。従って、燃料カット運転中のセンサ出力変化量は、圧力脈動の影響のみに起因すると考えられる。従って、燃料カット運転中の出力変化量を用いることで、空燃比ばらつき検出時のセンサ出力から圧力脈動の影響によるものを除去することができ、高い精度で気筒間の空燃比ばらつきを検出することができる。
【００２０】
また、本発明において、第１振幅及び第２振幅の検出のタイミングを、内燃機関の燃料カット運転中、及び、空燃比フィードバック制御の停止中、及び、空燃比フィードバック制御中であって目標空燃比が理論空燃比を含む基準範囲内にない状態での運転中、あるいは、圧力脈動を強制的に変動させる制御中とするものであれば、空燃比ばらつき異常による影響がある程度一定の環境下で、第１振幅及び第２振幅を検出することができる。従って、より高い精度で空燃比ばらつき異常の判定を行うことができる。
【００２１】
また、空燃比センサの出力への圧力脈動の影響が過度に小さい場合、あるいは過度に大きい場合には、センサ素子の拡散層に何らかの異常が生じていると考えられる。この点、本発明の、出力変化量が所定範囲外である場合に、空燃比センサの異常有りの判定をするものであれば、空燃比ばらつき異常の検出にあたり、空燃比センサの異常をも検出することができる。またこれにより、異常な空燃比センサによる空燃比ばらつき異常の誤判定を抑制することができる。
【００２２】
また、燃料カット運転中のセンサ出力変化量は、圧力脈動の影響のほかに、吸入空気量によっても変化する。従って、燃料カット運転中のセンサ出力変化量を、空燃比ばらつき異常の検出に用いるものについては、更に吸入空気量を考慮することにより、より高い精度で空燃比ばらつき異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１のシステムの全体構成について説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１の空燃比センサのセンサ素子の構成について説明するための模式図である。
【図３】圧力脈動の変化に対する空燃比センサの出力の変化について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において用いられる圧力脈動の変化と空燃比センサの振幅の変化との関係について説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１において用いられるインバランス率の変化と空燃比センサの振幅の変化との関係について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１において用いられるインバランス率、空燃比センサの振幅、及び圧力脈動との関係を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１において用いられる回転数とバルブタイミングと吸入空気量と圧力脈動との関係について定めたマップについて説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１における空燃比センサの異常判定とインバランス判定とについて説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態１における空燃比センサの異常判定とインバランス判定とについて説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図１１】内燃機関の吸入空気量とセンサ出力の傾きとの関係を説明するための図である。
【図１２】内燃機関の燃料カット運転中における、吸入空気量と振幅率との関係を説明するための図である。
【図１３】内燃機関の燃料カット運転中における振幅率と、センサ出力の傾きとの関係を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における燃料カット運転中の振幅率と、補正係数との関係を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態２において補正されたセンサ出力の傾きと、補正前のセンサ出力の傾きとを説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態２において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態２において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図１８】本発明の実施の形態２において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態２において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態３において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図２１】本発明の実施の形態３において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態３において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図２３】内燃機関の燃料カット運転中の振幅率と、吸入空気量との関係を説明するための図である。
【図２４】本発明の実施の形態２の制御により算出される傾き補正係数と吸入空気量との関係について説明するための図である。
【図２５】本発明の実施の形態４における吸入空気量と、振幅率補正係数との関係を説明するための図である。
【図２６】本発明の実施の形態４における吸入空気量と、傾き補正係数との関係を説明するための図である。
【図２７】本発明の実施の形態４において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図２８】本発明の実施の形態４において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施の形態１．
［本実施の形態１の空燃比センサ及びその周辺機器の構成］
図１は、本発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。図１のシステムは、車両等に搭載して用いられる。このシステムは内燃機関２を備えている。内燃機関２のクランクシャフト近傍にはクランク角センサ４が配置されている。クランク角センサ４はクランク角に応じた出力を発するセンサである。
【００２５】
内燃機関２の吸気経路３０には、スロットルバルブ３２が設置され、その上流側に、エアフロメータ３４が設置されている。エアフロメータ３４は吸入空気量に応じた出力を発するセンサである。一方、内燃機関２の排気経路４０には、空燃比センサ４２が設置されている。空燃比センサ４２は、検出対象となるガスの空燃比に応じた出力を発する限界電流式のセンサである。空燃比センサ４２の下流には触媒４４が配置されている。
【００２６】
また、このシステムは、制御装置５０を備えている。制御装置５０の出力側には各種アクチュエータが接続され、入力側にはクランク角センサ４、エアフロメータ３４、空燃比センサ４２の他、各種センサが接続される。制御装置５０は、各種センサ信号を受けて排気ガスの空燃比やクランク角、吸入空気量、機関回転数、その他内燃機関の運転に必要な種々の情報を検出すると共に、所定の制御プログラムに従って各アクチュエータを操作する。なお、制御装置５０に接続されるアクチュエータやセンサは多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態１におけるシステムにおいて用いられる空燃比センサ４２のセンサ素子１０について説明するための断面模式図であり、図２の（ａ）はセンサ素子１０の全体構成を表し、（ｂ）は、センサ素子の一部を拡大して表している。空燃比センサ４２は、図２に示す断面構造を有するセンサ素子１０と、そのセンサ素子１０を保護するためのカバー（図示せず）とを備えている。空燃比センサ４２は、カバーに覆われたセンサ素子１０が排気ガスに晒されるように、内燃機関の排気通路に組み付けられる。空燃比センサ４２のカバーには、排気通路の内部を流通する排気ガスがセンサ素子１０に到達するように複数の通気孔が設けられている。
【００２８】
図２に示されるように、センサ素子１０は、固体電解質１２と、固体電解質１２を挟む一対の電極である排気側電極１４と大気側電極１６とを備えている。排気側電極１４の表面には、拡散層１８が排気側電極１４を覆うように形成されている。拡散層１８は、多孔質性の材料で形成され、排気通路を流れる排気ガスを均質化させ、その流れを適度に律速させる機能を有している。
【００２９】
一方、固体電解質１２の大気側電極１６が配置された側には、絶縁基材２０が配置されている。絶縁基材２０には凹部が形成れ、この凹部と固体電解質１２とで囲まれて大気室２２が形成されている。大気側電極１６は、固体電解質１２の大気室２２が形成された部分に配置されている。大気室２２には、基準ガスとしての大気が外部から導入されるようになっている。大気側電極１６表面は大気室２２に導入される大気に接する。
【００３０】
［本実施の形態１の制御］
本実施の形態１において、制御装置５０が実行する制御には、空燃比センサ４２の異常検出と、気筒間に生じる空燃比のばらつき異常（以下、気筒間の空燃比のばらつき異常を、単に「インバランス」とも称する）の有無を判定する制御が含まれる。
【００３１】
＜インバランスの有無の判定＞
従来のシステムでは、例えば、インバランスを、空燃比センサの応答特性の指標の１つであるステップ応答に基づき検出するものがある。しかし、内燃機関の１サイクルの運転内の排気ガスの空燃比の変動周期は、一般に空燃比センサのステップ応答の変動周期よりも早い。具体的に、排気ガスの空燃比の変動周期が約１ｍｓ〜６０ｍｓであるのに対し、ステップ応答の変動周期は１００ｍｓ〜５００ｍｓ程度であり、時間スケールが大きく異なる。従って、ステップ応答では、１サイクル中に起きる排気ガス空燃比の変化の異常を高い精度で検出することは難しいと考えられる。
【００３２】
ところで、ステップ応答の変動にはカバーのガス交換性の寄与が大きいが、内燃機関の１サイクルの燃焼の中に検出される空燃比の挙動には、センサ素子１０内での排気ガスの到達速度及びセンサ素子１０自身が持つ応答特性の影響が大きい。従って、空燃比センサ４２のセンサ素子１０自体の応答特性の変化を車載状態で把握することができれば、１サイクル中の排気ガス空燃比の変動の異常を把握し、気筒間インバランスを高い精度で検出できると考えられる。
【００３３】
センサ素子１０自体の応答特性に対しては、拡散層の抵抗、拡散層の長さが支配的である。具体的には、拡散層１８の抵抗が小さく、長さＬ（図２（ｂ）参照）が短い場合ほど、応答特性が速くなる傾向がある。また応答特性が速いセンサ素子の場合、そのセンサ出力の、静的な圧力に対する圧力依存性は小さくなるが、動的な圧力依存性である脈動影響は大きくなる。従って、センサ素子の応答特性を把握してインバランスを判定するためには、脈動影響によるセンサ出力の変動をとらえることが有効である。
【００３４】
図３は圧力脈動を加えた場合の、圧力脈動、クランク角ＣＡ、センサ出力である限界電流ILの変化を表す図である。図３の例では排気ガスの空燃比は一定である。図３に示されるように、センサ出力は、空燃比が一定であっても、圧力脈動の影響を受けて脈動する。このときセンサ出力の振幅（センサ振幅）は例えば、拡散層１８の気孔率が大きいほど、また拡散層１８の長さが短いほど大きくなる。
【００３５】
図４は、検出対象となる排気ガスの圧力脈動を変化させた場合における、圧力脈動に対するセンサ振幅の変化を説明するための図である。図４において、横軸は圧力脈動、縦軸はセンサ振幅を表している。なお、本実施の形態１において圧力脈動の大きさは、圧力脈動の振幅を意味するものとする。また、図４において、検出対象となる排気ガスの空燃比は変化させていない。
【００３６】
図４に示されるように、空燃比が一定の環境では、圧力脈動とセンサ振幅は比例的に変化し、圧力脈動が大きくなるほど、センサ振幅も大きくなる。本実施の形態１では圧力脈動の単位あたりの、センサ振幅の変化（図４の傾き）を脈動係数ｋｉとする。脈動係数ｋｉは、脈動影響の大きさを示す空燃比センサ固有の値であり、理論的には、排気ガス空燃比が同一の環境下であれば固定値として得られる値である。
【００３７】
図５は、気筒間の空燃比にばらつきを生じさせた場合の、空燃比インバランス率に対するセンサ振幅の変化を表している。図５において横軸はインバランス率、縦軸はセンサ振幅である。図５の例では、圧力脈動は一定の状態としている。また、インバランス率は、気筒間の空燃比インバランスの度合いを示す値である。図５では、例えば各気筒に噴射される燃料噴射量を変更して強制的にインバランス状態を発生させたものであり、ここでのインバランス率は、基準の燃料噴射量に対する実際の噴射量の平均値として表される。
【００３８】
図５に示されるように、圧力脈動が一定の環境下では、インバランス率とセンサ振幅とは比例的な相関関係を有し、インバランス率が大きくなるほど、センサ振幅も大きくなることがわかる。インバランス率の単位変化あたりのセンサ振幅の変化（図５の傾き）を空燃比変動率ΔＡ/Ｆとすると、空燃比変動率ΔＡ/Ｆも、空燃比センサ固有の値であり、圧力脈動が同一の環境下であれば理論的には固定値として得られる値である。
【００３９】
以上の関係から、センサ振幅と、脈動係数ｋｉと空燃比変動率ΔＡ/Ｆとの関係は、次式（１）で表される。
【数１】
0005708609.tif 000002
ここで、αが係数であり、βは限界電流に応じて設定される値である。
【００４０】
図６は、インバランス率に対するセンサ振幅の変化を説明するための図である。図６において、横軸はインバランス率、縦軸はセンサ振幅の変化の傾きである。また、図６の例では、圧力脈動を変化させている。図６において線（ａ）は脈動が大きい場合、線（ｂ）は脈動が小さい場合を示す。センサ振幅は、インバランス率と圧力脈動と相関を有する。具体的には、図６に示されるように、インバランス率が大きい場合ほど、また、圧力脈動が大きい場合ほど、センサ振幅が大きくなる関係を有している。
【００４１】
上記の関係を利用し、本実施の形態１では、空燃比が一定、あるいは空燃比の変化がごく少ない環境下で、センサ振幅と圧力脈動とを検出又は推定する。更に、センサ振幅と圧力脈動との関係から、圧力脈動の影響による出力変化量として、脈動係数ｋｉを算出する。更に、算出された脈動係数ｋｉの逆数を補正係数として、センサ振幅を補正することで、脈動影響を除去したセンサ振幅を求めることができる。脈動影響を除去したセンサ振幅と、インバランス率とは、図５に示すような相関を有する。従って、脈動係数ｋｉに補正したセンサ振幅を、インバランス判定パラメータとして用いて、インバランス判定を行う。以下、具体的に説明する。
【００４２】
（空燃比センサのセンサ振幅と圧力脈動の推定）
ある時点ｉでのセンサ振幅は、脈動係数ｋｉと、空燃比変動率ΔＡ/Ｆ、空気量等と相関を有し、次式（２）により算出される。式（２）において、Ｋは定数、ＮＥは機関回転数である。また、脈動係数は、前回算出されて制御装置５０に記憶されている値（脈動係数ｋ（ｉ−1））を用いるものとする。空燃比変動率ΔＡ/Ｆは、脈動係数ｋｉ算出制御中の１サイクルの中での空燃比センサ４２の出力の単位時間（または単位クランク角）あたりの変化量を検出することで求められる。
【数２】
0005708609.tif 000003
【００４３】
また、圧力脈動は、回転数、空気量、バルブタイミングと相関を有する。バルブタイミングは、例えば可変動弁機構（ＶＶＴ）により制御される。図７は、内燃機関の回転数、吸入空気量、バルブタイミング（ＶＶＴ）と、圧力脈動との関係を定めたマップについて説明するための図である。本実施の形態１では、図７に示されるような、回転数、吸入空気量、バルブタイミングと、圧力脈動との関係を予め求め、この関係を定めたマップを制御装置５０に記憶しておく。実際の制御においては、回転数、吸入空気量、バルブタイミングを検出することで、圧力脈動が求められる。
【００４４】
（脈動係数ｋｉの算出）
ある時点ｉにおける脈動係数ｋｉは、単位圧力脈動あたりのセンサ振幅の変化として求める。具体的には、次式（３）に示すように、空燃比が一定（あるいは変化のほとんどない環境下）において、圧力脈動が異なる２つのタイミングにおけるセンサ振幅と、そのタイミング間の圧力脈動の差から、脈動係数ｋｉを算出される。
【数３】
0005708609.tif 000004
【００４５】
上記式（３）において、第１振幅は、ある検出タイミング（第１検出時点）におけるセンサ振幅である。また、第２振幅は、第１検出時点とは異なる検出タイミング（第２検出時点）におけるセンサ振幅である。第１振幅及び第２振幅は、それぞれの検出時点における各種検出値に応じて、式（２）に従って算出される。
【００４６】
また、上記式（３）において脈動変化量は、第１検出時点における圧力脈動と第２検出時点における圧力脈動との差である。各圧力脈動は、図７に説明したマップにより、第１検出時点、第２検出時点における回転数、吸入空気量、バルブタイミングに応じて算出される。具体的に、第１検出時点での圧力脈動が図７のａ９であり、第２検出時点での圧力脈動がａ１であった場合には、脈動変化量はａ１−ａ９となる。
【００４７】
気筒間にインバランスが生じている場合、第１振幅、第２振幅のそれぞれには、インバランスの影響が含まれる。しかし、第１振幅、第２振幅は、空燃比が一定（あるいはほとんど変化のない）環境で検出される。従って、インバランスが生じていても、第１振幅及び第２振幅検出時のインバランス率は一定であり、第１振幅と第２振幅とのセンサ出力に含まれる、インバランスの影響による振幅の増加分は同一又は近似すると想定される。従って、上記式（３）により算出される脈動係数ｋｉは、インバランスの影響がある程度排除されたセンサ振幅に応じたものであり、つまり、圧力脈動の影響による空燃比センサ４２の出力（振幅）の変化量に応じたものとなる。
【００４８】
（インバランス判定パラメータの算出）
上記のように、圧力脈動が一定の状態であれば、インバランス率とセンサ振幅とは比例関係を示す。従って、センサ振幅から、圧力脈動の変動による影響を除去した値を、インバランス判定パラメータとすることで、高い精度でインバランスの有無を判定することができる。従って、式（４）に示されるように、インバランス判定パラメータは、センサ振幅に基準係数を掛け、更に、算出された脈動係数ｋｉの逆数を掛けた値とする。なお、基準係数は、初期状態の空燃比センサ４２の脈動係数の初期値ｋ０や、後述するインバランスの判定閾値との関係で設定される値である。
【数４】
0005708609.tif 000005
【００４９】
なお、式（４）において判定値であるセンサ振幅は、インバランス判定時に検出されるセンサ出力の、１サイクル内における最大値と最小値との差として算出する。あるいは、複数サイクル間のセンサ振幅を算出し、この平均値を判定値としてもよい。上記式（３）により算出される第１、第２振幅が、脈動係数ｋｉ算出時の運転条件を満たす状態で検出されたセンサ出力に基づくセンサ振幅であるのに対して、ここでのセンサ振幅は、実際のインバランス検出制御において検出されたセンサ出力の振幅である。
【００５０】
本実施の形態１では、上記の通りに算出されたインバランス判定パラメータが判定閾値（閾値）より大きい場合に、インバランス有りと判定する。判定閾値は、インバランス判定パラメータとの関係で、許容されるインバランス率等を考慮した適正な値に設定され、制御装置５０に予め記憶された値である。
【００５１】
＜空燃比センサの異常検出＞
ところで、上記により算出された脈動係数ｋｉは、理論的には空燃比センサごとの固有値となる。しかし脈動係数ｋｉは、拡散層１８における抵抗により大きな影響を受ける。仮に、拡散層１８にクラックが生じているような場合、拡散層１８における抵抗は小さくなるため、脈動係数ｋｉは大きくなる。一方、例えば、拡散層１８が目詰まりを起こしている場合など、実際の拡散層の気孔率が大きく低下しているような場合には、拡散層１８の抵抗は大きくなる。このため、脈動係数ｋｉは小さな値となる。
【００５２】
従って、本実施の形態１では、脈動係数ｋｉが、その初期値ｋ０を中心に定められる許容範囲内にない場合、空燃比センサ４２の異常と判断する。具体的には、脈動係数ｋｉの初期値ｋ０を中心とする許容範囲（所定範囲）の上限値、下限値を定め、算出された脈動係数ｋｉが、下限値より小さい場合、又は上限値より大きい場合に、空燃比センサ４２の異常と判別する。
【００５３】
［本実施の形態１のインバランス判定と空燃比センサの異常検出］
図８は、本実施の形態１におけるインバランス判定と空燃比センサ４２の異常検出とについて説明する図である。図８において横軸は脈動係数ｋｉ、縦軸はインバランス判定パラメータである。また、図８の例は実際のインバランス率が５０％における例を表している。
【００５４】
インバランス率５０％であるとき、インバランス判定パラメータに対する判定閾値は、図８の閾値の線に示されるように、脈動係数ｋｉの値に関わらず一定である。図８の例では、判定閾値よりインバランス判定パラメータが小さい場合、インバランス無しと判定され、判定閾値以上である場合、インバランス有りと判定される。
【００５５】
ただし、図８に示されるように、インバランス判定に先立って、脈動係数ｋｉが下限値より小さい場合、及び上限値より大きい場合、空燃比センサ４２の異常と判定される。例えば、点Ａのインバランス判定パラメータが算出されたような場合には、空燃比センサ４２の異常と判定され、インバランス無しとの判定はされない。このように、インバランスがある場合に、空燃比センサ４２の異常によりインバランス無しとの判定がなされるのを抑制することができる。
【００５６】
図９は、本実施の形態１におけるインバランス判定パラメータと脈動係数ｋｉとの関係を説明するための図である。図９において、横軸は脈動係数ｋｉ、縦軸はインバランス判定パラメータを表している。図９において、脈動係数ｋｉが、左側の下限値より小さい領域及び右側の上限値より大きい領域は空燃比センサ４２の異常と判定される範囲である。
【００５７】
また、図９において、基準線は、インバランス有りと判断されるべきインバランス率における、脈動係数ｋｉとインバランス判定パラメータとの関係を表している。従って、図９では、算出された脈動係数ｋｉとインバランス判定パラメータとで示される点が、基準線より大きい側の領域にプロットされる場合にインバランス有りと判定される。
【００５８】
本実施の形態１の具体的な制御においては、上記式（４）に示したように、インバランス判定パラメータは、基準係数/脈動係数ｋｉにより補正される。これにより、例えば、算出された脈動係数ｋｉとセンサ振幅とが図９中のＡ点で示される場合に、判定の基準軸上の点Ａ´に補正された値がインバランス判定パラメータとなる。点Ａ´は、基準軸と基準線との交点である判定閾値より小さい。従って、ここでは、インバランス無しと判定される。
【００５９】
一方、算出された脈動係数ｋｉとセンサ振幅とが図中のＢ点で示される場合、インバランス判定パラメータは、基準軸上の点Ｂ´に補正された点である。点Ｂ´は判定閾値より大きい値であるから、インバランス有りと判定されることとなる。
【００６０】
［本実施の形態１の制御を実行する運転状態］
なお、理論空燃比（以下「ストイキ」とも称する）を含んでストイキ近傍の基準範囲の空燃比で制御されている環境下においては、センサ出力自体が小さくなるため、高い精度で脈動係数ｋｉやインバランス判定パラメータ等を算出することは難しい場合がある。従って、本実施の形態１では、より大きくセンサ出力等が変化する環境下で各値を検出又は算出するため、以下の検出タイミングで必要な検出値（機関回転数、吸入空気量、バルブタイミング等）を検出する。
【００６１】
（１）第１、第２検出時点とも燃料カット運転中であって、かつ第２検出時点は、機関回転数が第１時点よりも大きくしたとき。
（２）第１、第２検出時点ともフィードバック制御中でないとき、かつ空燃比が同一の環境であって、かつ第２検出時点は、第１振幅の検出時点とは圧力脈動が大きく異なるとき。
（３）第１、第２検出時点ともフィードバック制御中であり、空燃比が同一であり、かつリッチ又はリーン側のいずれかに振れているときであって、かつ、第２検出時点は、第１検出時点とは圧力脈動が大きく異なるとき。
（４）ストイキを含む基準範囲でのフィードバック制御中（以下、ストイキ運転中）である場合には、空燃比をリッチ側、リーン側の基準範囲外の一定の目標値に設定し、更に、圧力脈動が強制的に変動するようにバルブタイミングを制御する。この制御中を第１、第２検出時点とする。
【００６２】
［本実施の形態１の具体的な制御のルーチン］
図１０は、本発明の実施の形態１において制御装置５０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図１０のルーチンは内燃機関の運転中に一定周期で繰り返し実行されるルーチンである。図１０のルーチンでは、まず、第１振幅の算出に必要となる検出値が検出される（Ｓ１０２）。具体的には、上記式（２）により、第１振幅を算出するために必要となる検出値であり、例えば、現在の内燃機関の回転数、バルブタイミング、吸入空気量、及びこれらにより推定される圧力脈動などが検出される。
【００６３】
次に、ステップＳ１０２の第１検出時点から現在までの運転状態が、燃料カット（Ｆ/Ｃ）運転であるか否かが判別される（Ｓ１０４）。燃料カット運転中である場合、第１検出時点から機関回転数が十分低下したか否かが判別される（Ｓ１０６）。ここで機関回転数が十分低下したか否かの判別は、例えば、第１検出時点における機関回転数と現在の回転数との差が、予め設定された基準値より大きいか否かに基づいて判別される。機関回転数の十分な低下が認められない場合、ステップＳ１０４に戻される。一方、機関回転数の十分な低下が認められた場合、ステップＳ１２０の処理に進む。
【００６４】
また、ステップＳ１０４において燃料カット運転であることが認められない場合、次に、ステップＳ１０２の第１検出時点と現在との内燃機関の運転状態が、フィードバック（ＦＢ）制御中であるか否かが判別される（Ｓ１０８）。
【００６５】
ステップＳ１０８において、フィードバック制御中であることが認められると、次に、第１検出時点と現在との内燃機関の運転状態が、共に、ストイキ運転中であるか否かが判別される（Ｓ１１０）。ここでストイキ運転中であるか否かの判別は、例えば、目標空燃比が、予め設定されたストイキを含む所定範囲内の値であるか否かに基づき判別される。
【００６６】
ステップＳ１０８において、フィードバック制御中であることが認められない場合、又は、ステップＳ１１０において、ストイキ運転中であることが認められない場合、次に、圧力脈動が、ステップＳ１０２の第１検出時点から大きく変化したか否かが判別される（Ｓ１１２）。圧力脈動が大きく異なるか否かは、例えば、第１検出時点と現在とで、機関回転数、吸入空気量、及び/又はバルブタイミングが大きく変化しているかなどにより判別される。ステップＳ１１２において、圧力脈動の変化が大きいことが認められない場合、ステップＳ１０４に戻される。一方、圧力脈動の変化が大きいことが認められると、ステップＳ１２０の処理に進む。
【００６７】
また、ステップＳ１０８においてフィードバック制御中であることが認められ、かつ、ステップＳ１１０において、ストイキ運転中であることが認められた場合、次に、空燃比フィードバック制御における目標空燃比が、所定のリッチ側又はリーン側に基準範囲外の値に設定され、このリッチ又はリーンの目標空燃比に制御される（Ｓ１１４）。
【００６８】
その後、再び、第１振幅の各検出値が検出される（Ｓ１１８）。次に、脈動アクティブ制御が実行される（Ｓ１１６）。ここでは、ステップＳ１１４において設定された目標空燃比に維持された空燃比フィードバック制御の状態で、圧力脈動が大きく変化するようにバルブタイミングが所定のタイミングで制御される。その後ステップＳ１２０の処理に進む。
【００６９】
ステップＳ１２０の処理では、第２振幅を算出するための各検出値が検出される。具体的には、機関回転数、吸入空気量、バルブタイミング、及びこれらにより推定される圧力脈動等が検出される。
【００７０】
次に、脈動係数ｋｉが算出される（Ｓ１２２）。脈動係数ｋｉは、ステップＳ１０２、Ｓ１２０においてそれぞれ検出された、第１振幅と第２振幅と、第１検出時点、第２検出時点での圧力脈動に応じて、上記式（３）に従って演算される。
【００７１】
次に、空燃比センサ４２に異常が認められるか否かが判別される（Ｓ１２４）。具体的には、ステップＳ１２２で演算された脈動係数ｋｉの値が、下限値より小さいか、あるいは上限値より大きいか否かに基づき判別され、下限値より小さい場合又は上限値より大きい場合には、空燃比センサ４２の異常と判別される。なお、この上限値、下限値は、上記の通り脈動係数の初期値ｋ０を含む適当な範囲に予め設定され、制御装置５０に記憶された値である。
【００７２】
ステップＳ１２４において、空燃比センサ４２の異常が認められた場合、空燃比センサ４２の異常と判定され（Ｓ１２６）、ＭＩＬ等の警告灯が点灯されるなど異常時の所定の処理が実行された後、今回の処理は終了する。
【００７３】
一方、ステップＳ１２４において、空燃比センサ４２の異常が認められない場合、次に、インバランス判定パラメータが算出される（Ｓ１２８）。インバランス判定パラメータ算出においては、まず、制御の開始から現在までのセンサ出力の最大値から最小値を減算したセンサ振幅が求められる。このセンサ振幅と、基準係数、及びステップＳ１２２で演算された脈動係数ｋｉに応じて、式（４）に従って、インバランス判定パラメータが算出される。
【００７４】
次に、ステップＳ１２８で算出されたインバランス判定パラメータが、判定閾値より大きいか否かが判別される（Ｓ１３０）。判定閾値は、許容されるインバランス率等を考慮して決定され、予め制御装置５０に記憶された値である。
【００７５】
ステップＳ１３０において、インバランス判定パラメータ＞判定閾値の成立が認められた場合、インバランス有りと判定され（Ｓ１３２）、インバランス有り時に行われる所定の処理が実行された後、今回の処理は終了する。
【００７６】
一方、ステップＳ１３０において、インバランス判定パラメータ＞判定閾値の成立が認められない場合には、インバランス無しと判断されるため、今回の処理は、このまま終了する。
【００７７】
以上説明したように、本実施の形態１では、圧力脈動による影響を踏まえ、空燃比センサ４２の異常を検出すると共に、気筒間に生じているインバランスを判定することができる。従って、より高い精度で空燃比センサ４２の異常を判定すると共に、圧力脈動の変化の影響を除去したセンサ出力に基づく判定パラメータにより、インバランスの有無を判定することができる。従って、異常な空燃比センサ４２による誤判定を防ぐと共に、インバランス判定の精度を向上させることができる。
【００７８】
［本実施の形態１の制御の他の例について］
なお、本実施の形態１では、脈動係数ｋｉにより、センサ出力を補正する場合について説明した。しかし、本発明においては脈動係数ｋｉによる補正対象はこれに限るものではなく、例えば、判定閾値を補正するものであってもよい。この場合、たとえば図９の例では、判定閾値が基準線上の点になるように、判定閾値に脈動係数ｋｉと所定の係数とを掛けることで判定閾値を補正する。そして、センサ振幅と、脈動係数ｋｉにより補正された判定閾値とを比較する。このように判定閾値を補正することでも、同様に、脈動影響を除いて、高い精度でインバランス判定を行うことができる。
【００７９】
また、本実施の形態１では、インバランス判定のための判定値として、センサ振幅を用いる場合について説明した。しかし本発明はこれに限るものではなく、インバランス率と相関を有する他の判定値を用いたものであってもよい。具体的に例えば、インバランス率は、単位クランク角あたりの空燃比センサ４２の出力変化の割合と相関を有する。また、空燃比センサ４２の出力変化の割合は、脈動影響を受ける。従って、出力変化の割合を判定値として用いる場合にも、脈動係数ｋｉにより脈動影響を除去するように補正することで、インバランス有無の判定をより正確に行うことができる。また、出力変化の割合に対する、判定閾値を脈動係数ｋｉにより補正するものであってもよい。また、インバランス判定のための判定値は、センサ振幅や空燃比センサ４２の出力変化の割合に限るものでもなく、センサ出力の変化に応じて算出される他の判定値を用いるものであってもよい。
【００８０】
また、脈動係数ｋｉを、式（３）により求める場合について説明した。しかし、本発明において脈動係数ｋｉの算出方法はこれに限られるものではなく、第１振幅、第２振幅にインバランスによる影響が含まれる場合であってもこれらが排除されるように、第１振幅と第２振幅との差異に応じて脈動係数ｋｉが設定されればよい。従って、脈動係数ｋｉは、次式（５）又は式（６）のように、第１振幅又は第２振幅に対する、第１振幅と第２振幅との差の割合としてもよい。
【数５】
0005708609.tif 000006
【数６】
0005708609.tif 000007
【００８１】
あるいは、脈動係数ｋｉは、次式（７）又は式（８）のように、第１振幅と第２振幅との割合としてもよい。
【数７】
0005708609.tif 000008
【数８】
0005708609.tif 000009
【００８２】
また、本実施の形態１では、空燃比センサ４２の異常検出と、インバランス判定とを同時に行う場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、脈動係数ｋｉを用いた、空燃比センサ４２の異常検出のみであってもよい。あるいは、空燃比センサ４２の異常検出を行わず、インバランス有無の判定のみを行うものであってもよい。このように空燃比センサ４２の異常検出を行わない場合であっても、脈動係数ｋｉによる補正後にインバランスの判定を行うことで、インバランス判定の精度を向上させることができる。
【００８３】
また、本実施の形態１においては、上記（１）〜（４）の運転中に、インバランス判定と空燃比センサ４２の異常検出とを行う場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、他の運転環境下でインバランス判定や空燃比センサ４２の異常検出を行うものであってもよい。
【００８４】
実施の形態２．
実施の形態２のシステム及び空燃比センサは、図１、図２に示すシステム及び空燃比センサ４２と同一の構成を有している。実施の形態１では、第１振幅と第２振幅と、圧力脈動の変化量とに応じて脈動係数Ｋｉを求め、これにより判定値を補正し、補正後のインバランス判定パラメータに基づきインバランス判定を行う場合について説明した。
【００８５】
これに対し、実施の形態２では、圧力脈動の影響によるセンサ出力の変化量（出力変化量）を、燃料カット運転（以下「ＦＣ」とも称する）中の振幅率（以下「ＦＣ中振幅率」とも称する）から求める場合について説明する。図１１は、内燃機関の吸入空気量とセンサ出力の傾きとの関係を説明するための図である。図１１において横軸は吸入空気量を表し、縦軸はセンサ出力の傾きを表している。
【００８６】
図１１から、インバランスが生じている場合、内燃機関の燃焼の１サイクルの中でのセンサ出力の傾き（以下「出力傾き」とも称する）は大きくなることが判る。インバランス率と出力傾きとは相関を有している。また、空燃比センサは応答性にある程度の公差を有している。上記したように空燃比センサの応答性が異なると圧力脈動の影響が異なり、応答性が速いセンサほど圧力脈動の影響は大きくなる。従って、図１１に示されるように、応答性が公差の下限（応答性が遅い）空燃比センサでは出力傾きが小さくなり、応答性が公差の上限（応答性が速い）の空燃比センサでは、出力傾きが大きくなる。この傾向は、インバランスが生じている場合の方が顕著となる。そして、特に、インバランスが生じていない場合（正常時）における応答性が上限の出力傾きと、インバランスが生じている場合の応答性が下限の出力傾きとの間の差は小さくなる。従って、１サイクル中の出力傾きに基づいてインバランスの有無の判定を行う場合、応答性による圧力脈動の影響を除去することが必要である。
【００８７】
図１２は、ＦＣ中の、吸入空気量とＦＣ中振幅率との関係を説明するための図である。図１２において横軸は吸入空気量、縦軸はＦＣ中振幅率を表している。なお、ＦＣ中振幅率は、センサ出力の振幅の、出力平均値に対する割合を言うものとする。内燃機関のＦＣ中、排気ガス空燃比は大気に対応する一定値となる。従って、仮にインバランスが生じていても、センサ出力はインバランスの影響を受けない。従って、ＦＣ中の出力の変化は、圧力脈動に起因するものと考えられる。つまり、ＦＣ中のセンサ出力変化量であるＦＣ中振幅率には、インバランスの影響が排除された、センサ素子１０のサイクル間の応答性の差（つまり脈動影響の差）が現れているものと考えられる。具体的には、図１２に示されるように、サイクル応答性が速い空燃比センサほどＦＣ中振幅率は大きくなり、サイクル応答性が遅いセンサほどＦＣ中振幅率が小さくなる。
【００８８】
図１３は、ＦＣ中振幅率と、出力傾きとの関係を表している。図１３において横軸はＦＣ中振幅率、縦軸は出力傾きを表している。図１３に示されるように、出力傾きとＦＣ中振幅率との間には相関がある。本実施の形態２では、この相関関係に基づいて、出力傾きからＦＣ中振幅率の影響を除去するための補正を行う。補正された出力傾きからは脈動影響の差が除去されているものと考えられ、補正された出力傾きに応じてインバランスの有無の判定を行うことができる。
【００８９】
図１４は、本発明の実施の形態２におけるＦＣ中振幅率と、出力傾きに対する補正係数との関係を表している。図１４に示すＦＣ中振幅率と補正係数との関係は、図１３に示されるような正常時のＦＣ中振幅率と出力傾きとの相関関係に基づいて求めることができる。求められたＦＣ中振幅率と補正係数との関係は、予め演算式やマップ等により定められ、制御装置５０に記憶される。
【００９０】
図１５は、空気量に対する出力傾きの変化を説明するための図であり、図１５において（ａ）は補正前の出力傾き、（ｂ）は補正係数により補正された出力傾きを表している。また、図１５の（ａ）（ｂ）それぞれにおいて、横軸は吸入空気量、縦軸は出力傾きを表している。図１５の（ａ）と（ｂ）とを比較すると、Ａに対して、Ｂが増加している。つまり、ＦＣ中振幅率に応じた補正係数により出力傾きが補正されることで、応答性の差の出力傾きに対する影響が排除されるため、正常時の出力傾きと、インバランス有り時との出力傾きとの差が増加する。従って、インバランス有無の検出精度を向上させることができる。
【００９１】
図１６〜１９は、本発明の実施の形態２において制御装置５０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図１６のルーチンは、一定の時間（例えば1ms〜4ms程度）ごとに繰り返し実行される。図１６のルーチンでは、まず、傾き算出制御が実行される（Ｓ０２）。傾き算出制御は出力傾きkatamukiを算出するための制御である。なお傾き算出制御のルーチンの詳細は後述する。
【００９２】
次に、補正係数算出制御が実行される（Ｓ０４）。補正係数算出制御はＦＣ中振幅率に基づく補正係数fckを算出するための制御である。なお補正係数算出制御のルーチンの詳細は後述する。
【００９３】
次に、出力傾きkatamukiの算出が完了し、かつ、補正係数fckの算出が完了したか否かが判別される（Ｓ０６）。出力傾きkatamuki算出完了及び、補正係数fckの算出完了のいずれか一方でも認められない場合には、今回の処理はこのまま終了する。
【００９４】
一方、ステップＳ０６のルーチンにおいて、出力傾きkatamuki算出完了、かつ、補正係数fckの算出完了が認められると、次に、補正係数fckにより補正された出力傾きkatamukiの補正値katamuki*fckが、閾値Thresholdより大きいか否かが判別される（Ｓ０８）。ここで、閾値Thresholdは、例えば、応答性が公差の上限にある空燃比センサの正常時の出力傾きを考慮するなどして予め適宜設定される値であり、この制御においては、制御装置５０に予め記憶された値が用いられる。
【００９５】
ステップＳ０８において、補正後の出力傾きkatamuki*fckが、閾値Thresholdより小さいことが認められた場合には、正常（即ち、気筒間の空燃比ばらつきが生じていない）と判定される（Ｓ１０）。一方、補正後の出力傾きkatamuki_avg*fckが、閾値Thresholdより小さいことが認められない場合、異常、即ちインバランスが生じていると判定される（Ｓ１２）。ステップＳ１０又はＳ１２の判定処理の後、今回の処理は終了する。
【００９６】
次に、傾き算出制御ルーチンについて、図１７を用いて説明する。傾き算出制御が開始されると、まず、前回のこのルーチン実行時の空燃比eaf0と今回の空燃比ef0の差、即ち出力傾きeafsubが算出される（Ｓ２０２）。次に出力傾きeafsubが０より大きいか否かが判別される（Ｓ２０４）。
【００９７】
ステップＳ２０４において、出力傾きeafsubがゼロより大きいことが認められた場合、算出された出力傾きeafsubが、正の傾き積算値sumpに積算される（Ｓ２０６）。その後、正の傾きの積算回数sumpcntに１加算されインクリメントされる（Ｓ２０８）。一方、出力傾きeafsubがゼロより大きいことが認められない場合、算出された出力傾きeafsubが負の傾き積算値summに積算される（Ｓ２１０）。その後、負の傾きの積算回数summcntがインクリメントされる（Ｓ２１２）。なお、積算回数sumpcnt、summcntは、初期値においてゼロに設定され、ステップＳ２０６又はＳ２１０の積算処理ごとに１が加算されることで、それぞれの出力傾きeafsubの積算回数をカウントするカウンタである。
【００９８】
ステップＳ２０８又はＳ２１２の処理の後、次に、クランク角CAがゼロであるか否かを判別する（Ｓ２１４）。クランク角CAはクランク角センサ４の出力に応じて検出される。クランク角CAがゼロであることが認められない場合には、現在、出力傾き算出のタイミングではないと判断される。従って、今回の処理は一旦、終了する。
【００９９】
一方、ステップＳ２１４において、クランク角CAがゼロであることが認められると、出力傾き算出のタイミングであると判断される。この場合、ステップＳ２１６の処理に進み、正の傾き積算値sumpの平均値sump/sumpcntが、正の傾き平均値の積算値avpsumに積算され、負の傾きの積算値summの平均値summ/summcntが、負の傾きの平均値の積算値avmsumに積算される（Ｓ２１６）。
【０１００】
なおＳ２１４の判別処理を行うことで、クランク角CAがゼロから、再びゼロとなるまでの１サイクルの間、出力傾きが積算されて、その１サイクルごとに傾き積算値の平均値が算出される。
【０１０１】
次に、正の傾き平均値の積算回数avpcntと、負の傾きの平均値の積算回数avmcntとがそれぞれインクリメントされる（Ｓ２１８）。積算回数avpcnt、avmcntは、初期値においてゼロに設定され、ステップＳ２１６の積算処理ごとにavpcntとavmcntにそれぞれ１が加算されることで、それぞれの平均値の積算値avpsum、avmsumの積算回数をカウントするカウンタである。
【０１０２】
次に、正の傾き積算値sumpと負の傾き積算値summとがそれぞれ初期化され、ゼロとされる（Ｓ２２０）。次に、正の傾き積算回数sumpcntと負の傾き積算回数summcntとが、それぞれ初期化され、ゼロとされる（Ｓ２２２）。
【０１０３】
次に、正の傾き平均値の積算回数avpcntと、負の傾きの平均値の積算回数avmcntとが、共に、所定回数Ｎより大きいか否かが判別される（Ｓ２２４）。ステップＳ２２４において、積算回数avpcnt、avmcntが共に所定回数より大きいことが認められない場合には、今回の処理は一旦終了する。
【０１０４】
一方、ステップＳ２２４において、積算回数avpcnt、avmcntが共に所定回数より大きいことが認められた場合、次に出力傾きkatamukiが算出される（Ｓ２２６）。具体的には、正の傾き平均値の積算値avpsumを積算回数avpcntで除算した平均値avpsum/avpcntと、負の傾き平均値の積算値avmsumを積算回数avmcntで除算した平均値avmsum/avmcntとが算出され、いずれか大きい方の値が出力傾きkatamukiとして設定される。
【０１０５】
その後、積算回数avpcnt、avmcntが初期化されゼロとされる（Ｓ２２８）。また、各傾き平均値の積算値avpsum、avmsumがゼロとされ初期化される（Ｓ２３０）。その後、傾き算出制御が終了する。
【０１０６】
次に、図１８を用いて、補正制御算出制御のルーチンについて説明する。図１８のルーチンにおいて補正係数算出制御のルーチンが開始されると、まず、ＦＣ実行フラグexfcflgがＯＮとなっているか否かが判別される（Ｓ２４０）。ＦＣ実行フラグexfcflgは、ＦＣ制御中ＯＮとされるフラグであり、別途設定されるＦＣ制御のルーチンにより、そのＯＮ、ＯＦＦが制御される。
【０１０７】
ステップＳ２４０においてＦＣ実行フラグexfcflgがＯＮであることが認められない場合、補正係数fckを算出する環境下にないため、ＦＣ制御の継続実行時間を計測する時間カウンタfcexetimeがゼロとされ（Ｓ２４２）、許可フラグexfcstがＯＦＦとされる（Ｓ２４４）。その後、今回の処理は終了する。なお、許可フラグexfcstは、後述するステップＳ２８４の処理によりＦＣ制御が所定時間より長く継続された場合にＯＮとされ、ＦＣ中でなくなった場合にＯＦＦステップＳ２４４の処理によりＯＦＦとされるフラグである。
【０１０８】
一方、ステップＳ２４０において、ＦＣ実行フラグexfcflgがＯＮとなっていることが認められると、次に、時間カウンタfcexetimeに、ＦＣ実行時間T_Unitが加算される（Ｓ２４６）。ＦＣ実行時間T_Unitは、補正係数算出制御ルーチンの開始後、前回、ステップＳ２４６の処理により時間カウンタfcexetimeにＦＣ実行時間T_Unitが加算された後、再びＳ２４６の処理が実行されるまでの経過時間である。
【０１０９】
次に、時間カウンタfcexetimeが所定時間FCTIMEより大きいか否かが判別される（Ｓ２４８）。ここで所定時間FCTIMEは、補正係数を安定的に算出するのに必要十分と考えられるＦＣ運転の継続時間等に応じて適宜設定され、制御装置５０に記憶された値である。ステップＳ２４８において時間カウンタfcexetimeが所定時間FCTIMEより大きいことが認められない場合、今回の処理はこのまま一旦終了する。
【０１１０】
一方、ステップＳ２４８において時間カウンタfcexetimeが所定時間FCTIMEより大きいことが認められると、次に、許可フラグexfcstがＯＮであるか否かが判別される（Ｓ２５０）。ステップＳ２５０において、許可フラグexfcstがＯＮであることが認められない場合、このサイクル中の出力積算値eaffcsumと、出力積算値の積算回数eaffccntが、共にゼロとされ初期化される（Ｓ２６４、Ｓ２６６）。
【０１１１】
一方、ステップＳ２５０において、許可フラグexfcstがＯＮであることが認められた場合、次に、センサ出力eafが、現在までの出力積算値eaffcsumに加算される（Ｓ２５２）。次に、出力積算値eaffcsumの積算回数eaffccntに１加算され、インクリメントされる（Ｓ２５４）。なお、積算回数eaffccntは初期値においてゼロに設定され、ステップＳ２５２の積算処理ごとに１が加算されることで、出力積算値eaffcsumの積算回数をカウントするカウンタである。
【０１１２】
次に、このサイクルのＦＣ中の出力最大値eaffcmaxより、現在の出力eafが大きいか否かが判別される（Ｓ２５６）。出力最大値eaffcmaxより現在の出力eafが大きいことが認められた場合、現在の出力eafが出力最大値eaffcmaxとされる（Ｓ２５８）。
【０１１３】
ステップＳ２５６において、現在の出力eafが出力最大値eaffcmaxより大きいことが認められない場合、又は、ステップＳ２５８において出力最大値eaffcmaxが更新された後、次に、現在の出力eafが出力最小値eaffcminより小さいか否かが判別される（Ｓ２６０）。現在の出力eafが出力最小値より小さいことが認められると、現在の出力eafが出力最小値eaffcminとされる（Ｓ２６２）。
【０１１４】
ステップＳ２６０において現在の出力eafが出力最小値eaffcminより小さいことが認められない場合、又はステップＳ２６２において、出力最小値eaffcminが更新された場合、又は、Ｓ２６６において積算回数eaffccntがゼロとされた場合には、次に、図１９のルーチンのステップＳ２７０の処理に進み、クランク角CAがゼロであるか否かが判別される。
【０１１５】
ステップＳ２７０において、クランク角CAがゼロであることが認められると、次に、許可フラグexfcstがＯＮであり、かつ、完了フラグexfckfinがＯＦＦであるか否かが判別される（Ｓ２７２）。完了フラグexfckfinは、補正係数の算出が完了した場合に、後述するステップＳ２８２の処理によりＯＮとされるフラグである。ステップＳ２７２において、許可フラグexfcstがＯＮであり、かつ、完了フラグexfckfinがＯＦＦであることが認められた場合、現在補正係数を算出中の状態にあると判断される。従って、次に、ステップＳ２７４において、ＦＣ時振幅率積算値eaffcamprsumに、今回のサイクルのＦＣ中振幅率が積算される。今回のサイクルのＦＣ中振幅率としては、出力最大値eaffcmaxと出力最小値eaffcminとの差（eaffcmax-eaffcmin）を、出力平均値（eaffcsum/eaffccnt）で除算した値が用いられる。その後、ＦＣ中振幅率積算値eaffcamprsumの積算回数のカウンタeaffcamprcntがインクリメントされる（Ｓ２７６）。
【０１１６】
次に、現在のＦＣ中振幅率の積算回数eaffcamprcntが、所定回数ＦＣＲＣＮＴより大きいか否かが判別される（Ｓ２７８）。ここで所定回数ＦＣＲＣＮＴは、ＦＣ中振幅率をより正確に検出するため必要十分な回数であり、適宜設定される。
【０１１７】
ステップＳ２７８において、積算回数eaffcamprcntが所定回数より多いことが認められると、次に、Ｓ２８０において、補正係数fckが算出される。補正係数fckは、算出された振幅積算値の平均値（eaffcamprsum/eaffcamprcut）に応じて、マップに基づいて算出される。
【０１１８】
次に、完了フラグexfckfinがＯＮとされる（Ｓ２８２）。これにより、今回の補正係数の算出が終了したことが示される。完了フラグexfckfinがＯＮとされた後、又は、ステップＳ２７０において、まだクランク角CAがゼロであることが認められない場合、又はステップＳ２７２において、許可フラグexfcstがＯＮであり及び完了フラグexfckfinがＯＦＦであることのいずれか一方でも認められなかった場合、又は、ステップＳ２７８において、ＦＣ中振幅率の積算回数eaffcamprcntが所定回数FCRCNより大きいことが認められない場合には、まだ、補正係数の算出のためのＦＣ中振幅率の検出が継続される状態であるため、許可フラグexfcstがＯＮとされ（Ｓ２８４）、今回の処理は終了する。
【０１１９】
以上、説明したように、本実施の形態２によれば、ＦＣ中振幅率に応じた補正係数fckにより補正された出力傾きkatamukiを判別のパラメータとして用いることで、空燃比ばらつきをより高い精度で判別することができる。
【０１２０】
なお、出力傾きkatamukiの算出、ＦＣ中振幅率の算出においては、複数回検出された積算値の平均値を用いる場合について説明した。しかし本発明においてはこのような平均値を用いたものに限られるものではなく、算出された出力傾きが、ＦＣ中振幅率に応じて補正したものを用いるものであればよい。また、平均値を用いる場合にも、平均値算出のための制御ルーチンは、図１７〜１９に説明したものに限られない。これについては以下の実施の形態でも同様である。
【０１２１】
また、本実施の形態２では、算出された出力傾きを、補正係数fckにより補正した値を、判定パラメータとして用いる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ＦＣ振幅率に応じて判定の基準値である閾値Thresholdを補正するものであってもよい。また、ＦＣ中振幅率に応じて出力傾きと閾値との両者を補正してインバランス判定を行うものであってもよい。これについては以下の実施の形態でも同様である。
【０１２２】
また、傾き算出制御ルーチンにおいて、出力傾きkatamukiは、正の傾きの平均値と負の傾きの平均値の最大値を用いているが、本発明はこれに限られるものでもない。具体的に、正の傾きの平均値と負の傾きの平均値の和であってもよいし、正、負の傾きそれぞれの最大値を傾きとして用いても良く、空燃比ばらつきと相関を有するように出力傾きの算出手法を適宜設定することができる。また、インバランス判定のためのパラメータとして、出力傾きを用いる場合ついて説明した。しかし、本発明においてはこれに限られるものではなく、燃料の１サイクルの中でのセンサ出力変化量に応じたものであれば、他のパラメータを用いたものであっても良い。具体的には、例えば、単位クランク角あたりのセンサ出力の変化の割合や、１サイクル中のセンサ振幅等は、インバランス率と相関を有するため、これらを判定のパラメータとして用いることができる。またセンサ出力変化の割合や、１サイクルの中でのセンサ振幅は、圧力脈動の影響受ける。従って、判定のパラメータとＦＣ中振幅率との相関を予め求め、ＦＣ中振幅率に応じて、これらパラメータあるいはパラメータに対する判定の基準値を補正することで、圧力脈動の影響を排除して、インバランス判定を行うことができる。これについては以下の実施の形態でも同様である。
【０１２３】
また、本実施の形態２では、サイクル間空燃比の出力平均値と、出力最大値、出力最小値とから、ＦＣ中振幅率を求める場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば振幅（出力最大値−出力最小値）に応じた補正によって、補正係数を求めるようにしてもよい。これについては以下の実施の形態でも同様である。
【０１２４】
また、本実施の形態２では、空燃比センサの異常を検出する制御を含まない場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られず、実施の形態１に説明した空燃比センサの異常検出を合わせて行うものであってもよい。実施の形態１で説明したように、拡散層１８にクラックが生じているような場合、拡散層１８における抵抗は小さくなるため、ＦＣ中振幅率は大きくなり、例えば、拡散層１８が目詰まりを起こしている場合など、実際の拡散層の気孔率が大きく低下しているような場合には、拡散層１８の抵抗は大きくなる。このため、ＦＣ中の振幅率は小さな値となる。従って、例えば、本実施の形態２においては、出力変化量として算出されるＦＣ中振幅率が、その初期値（正常な場合の値）を中心に定められる許容範囲内にない場合、空燃比センサ４２の異常と判断することができる。これは、以下の実施の形態でも同様である。
【０１２５】
実施の形態３．
実施の形態３のシステム及び空燃比センサ４２の構成は、図１、図２に説明したものと同一である。実施の形態３のシステムは、補正係数算出完了後から一定時間経過した場合に、補正係数をクリアし再度算出する点を除き、実施の形態２のシステムの制御と同一の制御を行う。
【０１２６】
具体的に、実施の形態３のシステムでは、補正係数算出完了後からの経過時間を計測する。経過時間が基準時間ULTIMEを越えた場合に、完了フラグexfckfinがＯＦＦとされる。補正完了算出フラグexfckfinがＯＦＦとなると、図１８及び図１９の補正係数算出制御ルーチンによる補正係数の算出が再開され、補正係数が再計算されて更新される。なお、基準時間ULTIMEは、補正係数の更新に適切な時間が適宜設定され、予め制御装置５０に記憶される。
【０１２７】
図２０は、本発明の実施の形態３において制御装置５０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図２０のルーチンは、図１６のルーチンに替えて実行されるルーチンであり、ステップＳ２０の処理を有する点を除き、図１６のルーチンと同一のものである。
【０１２８】
具体的に、図２０のルーチンが開始されると、傾き算出制御ルーチン（図１７）が開始され、続いて補正係数算出制御ルーチン（図１８、１９）が実行される。次に、ステップＳ２０において、補正係数の有効判定制御ルーチンが実行される。補正係数の有効判定制御ルーチンについては後述する。
【０１２９】
その後、図１６のルーチンと同様に、ステップＳ０６において、出力傾き算出完了と補正係数算出完了とが認められるか否か判別され、算出完了が認められると、ステップＳ０８〜Ｓ１２の処理に従って、インバランスの有無の判定が行われる。
【０１３０】
図２１は、本発明の実施の形態３において制御装置５０が実行する、補正係数の有効判定制御ルーチンについて説明するためのフローチャートである。図２１のルーチンでは、現在の完了フラグがONであり、前回の完了フラグがＯＦＦとなっているか否かが判別される（Ｓ３０２）。完了フラグexfcfinがＯＮであり、かつ、前回のフラグがＯＦＦであることが認められない場合、補正係数算出後経過時間exfckfintimeがゼロとされ初期化される（Ｓ３０４）。
【０１３１】
一方、現在の完了フラグexfcfinがＯＮであり、かつ、前回の完了フラグexfcfin0がＯＦＦであることが認められた場合、補正係数算出後経過時間に、経過時間T_UNITが加算される（Ｓ３０６）。この処理により、補正係数fckの算出が完了し、完了フラグexfcfinがＯＮとされてからの経過時間がカウントされる。
【０１３２】
次に、補正係数算出後経過時間exfckfintimeが、基準時間ULTIMEより大きいか否かが判別される（Ｓ３０８）。補正係数算出後経過時間exfckfintimeが、基準時間ULTIMEを越えていないと判別される場合には、今回の処理は一旦終了する。
【０１３３】
ステップＳ３０８の処理において、補正係数算出後経過時間exfckfintimeが基準時間ULTIMEを越えていると判別された場合、完了フラグexfcfinがＯＦＦとされ（Ｓ３１０）、今回の処理が終了する。完了フラグexfcfinがＯＦＦとされることで、ＦＣ実行中フラグがＯＮであれば、図１８のステップＳ２７２の処理においてＹＥＳと判別されるため、その後の補正係数の算出の処理（Ｓ２７４〜Ｓ２８２）が実行される。これにより、補正係数fckが更新される。
【０１３４】
以上説明したように、実施の形態３によれば、補正係数完了後、一定時間が経過した場合には、再度、補正係数fckが計算され、更新される。これにより例えば空燃比センサ４２の経時劣化により応答性に変化が生じた場合にも、現在の状態の空燃比センサ４２に合わせた補正係数fckを用いることができる。従って、より高い精度で気筒間のインバランスを検出することができる。
【０１３５】
なお、上記実施の形態３では、前回補正係数算出後の経過時間が一定時間に達した場合に補正係数fckを再計算する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではない。例えば、補正係数算出後からの走行距離が所定の走行距離に到達した場合に、補正係数fckを再計算し、更新する処理を行うものとしてもよい。具体的なルーチンを図２２に示す。図２２のルーチンは、ステップＳ３０４〜Ｓ３０８の処理に替えて、Ｓ３１４〜Ｓ３１８の処理が実行される点を除き、図２１のルーチンと同一である。
【０１３６】
具体的に、ステップＳ３０２において、現在の完了フラグexfcfinがＯＮであり、前回の完了フラグexfcfinがＯＦＦであることが認められると、走行距離exfckfinlenに、走行距離espd*T_UNITが加算される（Ｓ３１６）。これにより、完了フラグexfcfinがＯＮとなってからの走行距離がカウントされる。次に、走行距離exfckfinlenが基準走行距離ULLENを越えたか否かが判別される。そして、走行距離excfkfinlenが基準走行距離ULLENを越えたことが認められた場合、完了フラグexfcfinがＯＦＦとされる。
【０１３７】
なお、上記の処理では走行距離をカウントするので、ステップＳ３０２において、完了フラグexfcfinがＯＮであること等が認められない場合、ステップＳ３１４においては走行距離exfckfinlenがゼロクリアされる。
【０１３８】
また、補正係数の再計算のタイミングは、経過時間exfckfintimeや走行距離exfckfinlenに基づくものに限られない。例えば、高地や外気圧が異なる環境では、ＦＣ中振幅率と出力傾きとの関係が異なる。従って、例えば、気圧又は温度等によって区画された所定の領域ごとに補正係数を算出するものとし、現在算出されている補正係数と異なる領域の環境にあると判別された場合に、完了フラグexfcfinをＯＦＦとして、補正係数を再計算してもよい。この場合、例えば、現在、使用されている補正係数の算出時の領域とは異なる環境にある場合に、毎回、補正係数を計算することとしてもよいし、各領域ごとに補正係数を計算して記憶するものとして、補正係数の計算が未完了の領域の環境となった場合にのみ補正係数を算出することとしてもよい。更には、ある領域の環境にある場合に、その領域の補正係数の算出後の経過時間や走行距離が一定以上となっていた場合に、補正係数を再計算するようにしてもよい。これは以下の実施の形態でも同様である。
【０１３９】
また、実施の形態３では、実施の形態２の補正係数算出に組み合わせて、補正係数の再計算を行う場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、実施の形態１と組み合わせて、前回の脈動係数ｋｉの算出からの経過時間、あるいは走行距離が一定以上となった場合、あるいは、脈動係数ｋｉの算出時とは異なる環境となった場合に、脈動係数ｋｉを再計算するものとしてもよい。またこの場合、上記同様に、脈動係数ｋｉを、各環境領域ごとに行うものとしてもよい。
【０１４０】
実施の形態４．
実施の形態４のシステム及び空燃比センサは、図１及び図２のシステム及び空燃比センサ４２と同一の構成を有している。実施の形態４のシステムでは、ＦＣ中振幅率に与える吸入空気量の影響を考慮して補正係数を算出する点においてのみ、実施の形態２のシステムと異なる制御を実行する。
【０１４１】
図２３は、吸入空気量とＦＣ中振幅率との関係について説明するための図である。図２３において横軸は吸入空気量、縦軸はＦＣ中振幅率を表している。図２３から、空燃比センサのＦＣ振幅率は、応答性の公差が上限であっても下限であっても、吸入空気量が増加すると増加し、応答性が上限の空燃比センサの方がその増加率が大きいことがわかる。
【０１４２】
図２４は、本発明の実施の形態２の制御により算出される補正係数と吸入空気量との関係を説明するための図である。図２４において横軸は吸入空気量、縦軸は出力傾きに対する補正係数（以下「傾き補正係数」とも称する）を表している。吸入空気量が増加するとＦＣ中振幅率が変化することから、ＦＣ中振幅率を算出した時の吸入空気量のばらつきによって、図２４に示されるように補正係数にばらつきが生じる。特に、応答性の速いセンサの場合、吸入空気量が与えるＦＣ振幅率への影響も大きいため、算出される傾き補正係数のばらつきが大きくなる。
【０１４３】
図２５は、本発明の実施の形態４における吸入空気量と振幅率補正係数fckkとの関係を説明するための図である。図２５において横軸は吸入空気量であり、縦軸は振幅率補正係数fckkを表している。図２５に示されるように、ＦＣ中振幅率を算出したときの吸入空気量に応じてＦＣ中振幅率に対する補正係数（振幅率補正係数）を求める。振幅率補正係数fckkは、図２３に示されるような吸入空気量とＦＣ中振幅率との吸入空気量によるＦＣ中振幅率への影響が排除されるように設定される。具体的には、吸入空気量が大きい場合ほど振幅率補正係数fckkは小さい値となるように設定される。振幅率補正係数fckkと吸入空気量との関係は、予め実験やシミュレーション等により求められ、マップ等として定められ制御装置５０に記憶される。制御実行時には、このマップ等に従って、吸入空気量に応じた振幅率補正係数fckkが求められ、ＦＣ中振幅率が補正される。
【０１４４】
図２６は、本発明の実施の形態４における、吸入空気量と振幅率補正係数fckkにより補正されたＦＣ中振幅率を用いて計算された傾き補正係数との関係を説明するための図である。図２６に示されるように、吸入空気量の影響を除去するように補正されたＦＣ中振幅率を用いて傾き補正係数を算出することで、傾き補正係数の、吸入空気量に対するばらつきは小さく抑制される。従って、このような補正係数を用いることで、より正確にインバランスを検出することが可能となる。
【０１４５】
図２７及び図２８は、本発明の実施の形態４において制御装置５０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図２７及び図２８のルーチンは、図１８及び図１９のルーチンに替えて実行されるルーチンであり、ステップＳ２７４の後に、ステップＳ３０２の処理を有し、ステップＳ２７８の後にステップＳ３０４の処理を有する点を除き、図１８及び図１９のルーチンと同一である。
【０１４６】
具体的に、ステップＳ２７２において、ＦＣ制御実行フラグexfcstがＯＮであり、完了フラグexfcfinがＯＦＦであることが認められ、ステップＳ２７４においてＦＣ中振幅率積算値が算出されると、次に、吸入空気量積算値egasumに現在の吸入空気量egaが積算される（Ｓ３０２）。吸入空気量egaは、エアフロメータ３４の出力に応じて求められる。その後、積算回数eaffcamprcntが積算される（Ｓ２７６）。ここで積算回数は、ＦＣ中振幅率の積算回数に加え、吸入空気量の積算回数をカウントするカウンタとしても用いられる。
【０１４７】
次に、ステップＳ２７８の処理において、積算回数eaffcamprcntが、基準回数FCRCNTを越えたことが認められると、ステップＳ３０４においてＦＣ中振幅率に対する振幅率補正係数fckkが算出される。吸入空気量egasumと振幅率補正係数fckkとの関係は、予め制御装置５０に記憶されている。
【０１４８】
次に、ステップ２８０において、傾き補正係数fckが算出される。この算出においては上記ステップＳ３０４において算出された補正係数fckkにより補正されたＦＣ中振幅率が用いられる。
【０１４９】
以上説明したように、本実施の形態４においては、吸入空気量により補正される。従って、吸入空気量による出力傾きの変化を除去することができ、インバランスをより正確に検出することができる。
【０１５０】
なお、本実施の形態４では、吸入空気量に応じた補正を、ＦＣ中振幅率に対して行う場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく例えば、吸入空気量による振幅率の変動が、出力傾きに与える影響を除去するように、吸入空気量に応じた出力傾きの補正を行うようにしてもよい。また、例えば、吸入空気量に応じて、インバランス判定における閾値Thresholdに対する補正を行うものであってもよい。
【０１５１】
また、本実施の形態４では、吸入空気量に応じた補正と、実施の形態２の制御を組み合わせる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、本実施の形態４に、実施の形態３のように、運転時間、走行距離あるいは外気圧等に応じて補正係数の再計算を行う制御を、更に組み合わせて行うものであってもよい。
【０１５２】
また、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【０１５３】
２  内燃機関
４  クランク角センサ
１０  センサ素子
１２  固体電解質
１４  排気側電極
１６  大気側電極
１８  拡散層
２０  絶縁基材
２２  大気室
３０  吸気経路
３２  スロットルバルブ
３４  エアフロメータ
４０  排気経路
４２  空燃比センサ
４４  触媒
５０  制御装置
【図１】
0005708609.tif 000010
【図２】
0005708609.tif 000011
【図３】
0005708609.tif 000012
【図４】
0005708609.tif 000013
【図５】
0005708609.tif 000014
【図６】
0005708609.tif 000015
【図７】
0005708609.tif 000016
【図８】
0005708609.tif 000017
【図９】
0005708609.tif 000018
【図１０】
0005708609.tif 000019
【図１１】
0005708609.tif 000020
【図１２】
0005708609.tif 000021
【図１３】
0005708609.tif 000022
【図１４】
0005708609.tif 000023
【図１５】
0005708609.tif 000024
【図１６】
0005708609.tif 000025
【図１７】
0005708609.tif 000026
【図１８】
0005708609.tif 000027
【図１９】
0005708609.tif 000028
【図２０】
0005708609.tif 000029
【図２１】
0005708609.tif 000030
【図２２】
0005708609.tif 000031
【図２３】
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【図２４】
0005708609.tif 000033
【図２５】
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【図２６】
0005708609.tif 000035
【図２７】
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【図２８】
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