(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒を有する内燃機関の排気通路において空燃比を検出する空燃比検出手段を備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比を第１の周波数で振動させる空燃比振動手段と、
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段による今回検出値と、前記第１の周波数とは異なる特定周波数に対応する特定周波数成分を減衰させるように設定された第１特定期間前の過去値との差分を第１差分信号として生成する第１差分信号生成手段と、
前記第１差分信号に含まれる前記第１の周波数に対応する第１周波数成分を抽出する第１抽出手段と、
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段による今回検出値と、前記第１周波数成分を減衰させるように設定された第２特定期間前の過去値との差分を第２差分信号として生成する第２差分信号生成手段と、
前記第２差分信号に含まれる前記特定周波数成分を抽出する第２抽出手段と、
前記第１抽出手段により抽出される前記第１周波数成分の強度と、前記第２抽出手段により抽出される前記特定周波数成分の強度との相対関係に基づいて、空燃比制御系の故障を判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記特定周波数成分は、前記機関の回転速度に対応する周波数の１／２の周波数である０．５次周波数成分であり、
前記故障判定手段は、前記第１周波数成分の強度と前記０．５次周波数成分の強度とに基づいて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障を判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記特定周波数成分は、前記第１の周波数の整数倍の周波数に対応する第２周波数成分であり、
前記故障判定手段は、前記第１周波数成分の強度と前記第２周波数成分の強度とに基づいて、前記空燃比検出手段の応答特性劣化故障を判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記第１の周波数は、前記機関の回転速度が高くなるほど高く設定され、前記第２特定期間は、前記第１の周波数が高くなるほど短くなるように設定され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空燃比制御装置。
【請求項５】
複数気筒を有する内燃機関の排気通路において空燃比を検出する空燃比検出手段を備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比を第１の周波数で振動させる空燃比振動手段と、
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段による今回検出値と、前記第１の周波数とは異なる特定周波数に対応する特定周波数成分を減衰させるように設定された第１特定期間前の過去値との差分を第１差分信号として生成する第１差分信号生成手段と、
前記第１差分信号の今回値と、前記第１の周波数の整数倍の周波数に対応する第２周波数成分を減衰させるように設定された第２特定期間前の過去値との差分を第１の二次差分信号として生成する第１の二次差分信号生成手段と、
前記第１の二次差分信号に含まれる前記第１の周波数に対応する第１周波数成分を抽出する第１抽出手段と、
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段による今回検出値と、前記第１周波数成分を減衰させるように設定された第３特定期間前の過去値との差分を第２差分信号として生成する第２差分信号生成手段と、
前記第２差分信号の今回値と、前記第２特定期間前の過去値との差分を第２の二次差分信号として生成する第２の二次差分信号生成手段と、
前記第２の二次差分信号に含まれる前記特定周波数成分を抽出する第２抽出手段と、
前記第１差分信号の今回値と、前記第３特定期間前の過去値との差分を第３の二次差分信号として生成する第３の二次差分信号生成手段と、
前記第３の二次差分信号に含まれる前記第２周波数成分を抽出する第３抽出手段と、
前記第１抽出手段により抽出される前記第１周波数成分の強度と、前記第３抽出手段により抽出される第２周波数成分の強度との相対関係に基づいて、前記空燃比検出手段の応答特性劣化故障の判定を行う第１故障判定手段と、
前記第１抽出手段により抽出される前記第１周波数成分の強度と、前記第２抽出手段により抽出される前記特定周波数成分の強度との相対関係に基づいて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障の判定を行う第２故障判定手段とを備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記第１の周波数は、前記機関の回転速度が高くなるほど高く設定され、前記第２特定期間及び第３特定期間は、前記第１の周波数が高くなるほど短くなるように設定されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に空燃比制御系における故障を判定する機能を有する空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、機関排気系に設けられた空燃比センサの出力信号に基づいて、複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障を判定する機能を有する空燃比制御装置が示されている。この装置によれば、機関運転中に空燃比を所定周波数で振動させる空燃比振動制御を実行し、その制御実行中における空燃比センサ出力信号に含まれる０．５次周波数成分の強度を、所定周波数成分の強度で除算することにより得られる判定パラメータを用いて、インバランス故障が判定される。０．５次周波数成分は、機関の回転速度に対応する周波数の１／２の周波数成分であり、インバランス故障が発生すると、この０．５次周波数成分の強度が増加し、インバランス度合が増加するほど判定パラメータの値が増加する。したがって、判定パラメータと所定閾値とを比較することによって、インバランス故障を判定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４４７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の装置では、０．５次周波数成分あるいは所定周波数成分の強度を算出するために、バンドパスフィルタ処理を用いて必要な周波数成分の抽出が行われる。インバランス故障判定では、所定周波数は０．５次周波数の近傍に設定することが望ましいが、その場合には所定周波数成分を抽出するためのバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅ＷＢを狭くすることが必要となる。図８は通過帯域幅ＷＢと、過渡応答特性との関係を示す図であり、図８（ａ）に示す実線Ｌ１，破線Ｌ２，及び一点鎖線Ｌ３で示す特性と、図８（ｂ）に示す実線Ｌ１１，破線Ｌ１２，及び一点鎖線Ｌ１３で示す特性とが対応している。すなわち、通過帯域幅ＷＢを狭くするほど、過渡応答特性における立ち上り時間（バンドパスフィルタ処理の開始時点ｔ０からフィルタ出力ＶＯＵＴが定常出力ＶＳＴに達するまでの時間）が長くなる。図９（ａ）は、バンドパスフィルタ処理の開始時点ｔ０からの、フィルタ出力信号の立ち上り特性の一例を示している。また、入力信号（空燃比センサ出力信号）がステップ的に変化したような場合に、通過帯域幅ＷＢを狭くするほど図９（ｂ）に示すような初期発振が発生し易くなる。
【０００５】
このようにバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅ＷＢを狭くすると不都合な点があるため、通過帯域幅ＷＢを比較的広く設定しつつ、抽出信号のＳ／Ｎ（不要周波数成分強度に対する抽出周波数成分強度の比率）を高くすることが望まれていた。
【０００６】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、通過帯域幅が比較的広いバンドパスフィルタ処理を用いて抽出信号の十分なＳ／Ｎを確保し、空燃比制御系の故障判定を短時間で精度良く行うことができる空燃比制御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】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、複数気筒を有する内燃機関の排気通路において空燃比を検出する空燃比検出手段を備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比を第１の周波数（ｆ１）で振動させる空燃比振動手段と、前記空燃比検出手段による今回検出値（ＫＡＣＴ(k)）と、前記第１の周波数（ｆ１）とは異なる特定周波数（ｆＩＭＢ，ｆ２）に対応する特定周波数成分（０．５次周波数成分，周波数ｆ２成分）を減衰させるように設定された第１特定期間（ＮＩＭＢ，Ｎｆ２）前の過去値（ＫＡＣＴ(k-NIMB)，ＫＡＣＴ(k-Nf2)）との差分を第１差分信号（ＤＫＡＣＴ１(k)）として生成する第１差分信号生成手段と、前記第１差分信号（ＤＫＡＣＴ１(k)）に含まれる前記第１の周波数（ｆ１）に対応する第１周波数成分を抽出する第１抽出手段と、前記空燃比検出手段による今回検出値（ＫＡＣＴ(k)）と、前記第１周波数成分（ｆ１）を減衰させるように設定された第２特定期間（Ｎｆ１）前の過去値（ＫＡＣＴ(k-Nf1))との差分を第２差分信号（ＤＫＡＣＴ２(k)）として生成する第２差分信号生成手段と、前記第１差分信号（ＤＫＡＣＴ１(k)）に含まれる前記特定周波数成分（０．５次周波数成分，周波数ｆ２成分）を抽出する第２抽出手段と、前記第１抽出手段により抽出される前記第１周波数成分の強度（ＭＰＴｆ１）と、前記第２抽出手段により抽出される前記特定周波数成分の強度（ＭＩＭＢ，ＭＰＴｆ２）との相対関係に基づいて、空燃比制御系の故障を判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記特定周波数成分は、前記機関の回転速度に対応する周波数（ｆＮＥ）の１／２の周波数である０．５次周波数成分であり、前記故障判定手段は、前記第１周波数成分の強度（ＭＰＴｆ１）と前記０．５次周波数成分の強度（ＭＩＭＢ）とに基づいて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障を判定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記特定周波数成分は、前記第１の周波数の整数倍の周波数（ｆ２）に対応する第２周波数成分であり、前記故障判定手段は、前記第１周波数成分の強度（ＭＰＴｆ１）と前記第２周波数成分の強度（ＭＰＴｆ２）とに基づいて、前記空燃比検出手段の応答特性劣化故障を判定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記第１の周波数（ｆ１）は、前記機関の回転速度が高くなるほど高く設定され、前記第２特定期間（Ｎｆ１）は、前記第１の周波数（ｆ１）が高くなるほど短くなるように設定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、複数気筒を有する内燃機関の排気通路において空燃比を検出する空燃比検出手段を備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比を第１の周波数（ｆ１）で振動させる空燃比振動手段と、前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段による今回検出値（ＫＡＣＴ(k)）と、前記第１の周波数（ｆ１）とは異なる特定周波数に対応する特定周波数成分（０．５次周波数成分）を減衰させるように設定された第１特定期間（ＮＩＭＢ）前の過去値との差分を第１差分信号（ＤＫＡＣＴ１(k)）として生成する第１差分信号生成手段と、前記第１差分信号の今回値（ＤＫＡＣＴ１(k)）と、前記第１の周波数（ｆ１）の整数倍の周波数に対応する第２周波数成分（ＭＰＴｆ２を減衰させるように設定された第２特定期間（Ｎｆ２）前の過去値（ＤＫＡＣＴ１(k-Nf2)）との差分を第１の二次差分信号（ＤＤＫＡＣＴ１(k)）として生成する第１の二次差分信号生成手段と、前記第１の二次差分信号（ＤＤＫＡＴ１(k)）に含まれる前記第１の周波数（ｆ１）に対応する第１周波数成分（周波数ｆ１成分）を抽出する第１抽出手段と、前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段による今回検出値（ＫＡＣＴ(k)）と、前記第１周波数成分を減衰させるように設定された第３特定期間（Ｎｆ１）前の過去値（ＫＡＣＴ(k-Nf1)）との差分を第２差分信号（ＤＫＡＣＴ２(k)）として生成する第２差分信号生成手段と、前記第２差分信号の今回値（ＤＫＡＣＴ２(k)）と、前記第２特定期間前の過去値（ＤＫＡＣＴ２(k-Nf2)）との差分を第２の二次差分信号（ＤＤＫＡＣＴ２(k)）として生成する第２の二次差分信号生成手段と、前記第２の二次差分信号（ＤＤＫＡＣＴ２(k)）に含まれる前記特定周波数成分（０．５次周波数成分）を抽出する第２抽出手段と、前記第１差分信号の今回値（ＤＫＡＣＴ１(k)）と、前記第３特定期間（Ｎｆ１）前の過去値（ＤＫＡＣＴ１(k-Nf1)）との差分を第３の二次差分信号（ＤＤＫＡＣＴ３(k)）として生成する第３の二次差分信号生成手段と、前記第３の二次差分信号（ＤＤＫＡＣＴ３(k)）に含まれる前記第２周波数成分を抽出する第３抽出手段と、前記第１抽出手段により抽出される前記第１周波数成分の強度（ＭＰＴｆ１）と、前記第３抽出手段により抽出される第２周波数成分の強度（ＭＰＴｆ２）との相対関係に基づいて、前記空燃比検出手段の応答特性劣化故障の判定を行う第１故障判定手段と、前記第１抽出手段により抽出される前記第１周波数成分の強度（ＭＰＴｆ１）と、前記第２抽出手段により抽出される前記特定周波数成分の強度（ＭＩＭＢ）との相対関係に基づいて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障の判定を行う第２故障判定手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記第１の周波数（ｆ１）は、前記機関の回転速度（ＮＥ）が高くなるほど高く設定され、前記第２特定期間（Ｎｆ２）及び第３特定期間（Ｎｆ１）は、前記第１の周波数（ｆ１）が高くなるほど短くなるように設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、空燃比を第１の周波数で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中における空燃比検出手段による今回検出値と、特定周波数に対応する特定周波数成分を減衰させるように設定された第１特定期間前の過去値との差分が第１差分信号として生成され、第１差分信号に含まれる第１の周波数に対応する第１周波数成分が抽出される。さらに空燃比振動制御実行中における空燃比検出手段による今回検出値と、第１周波数成分を減衰させるように設定された第２特定期間前の過去値との差分が第２差分信号として生成され、第２差分信号に含まれる特定周波数成分が抽出される。そして第１抽出手段により抽出される第１周波数成分の強度と、第２抽出手段により抽出される特定周波数成分の強度との相対関係に基づいて、空燃比制御系の故障が判定される。第１差分信号に含まれる特定周波数成分は大きく減衰しており、また第２差分信号に含まれる第１周波数成分は大きく減衰しているため、比較的広い通過帯域幅のバンドパスフィルタ処理を用いて、第１周波数成分及び特定周波数成分を十分なＳ／Ｎで抽出することができる。その結果、空燃比制御系の故障判定を短時間で精度良く行うことができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、機関の回転速度に対応する周波数の１／２の周波数である０．５次周波数の成分強度と、空燃比振動制御の周波数である第１周波数の成分強度とに基づいて、複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障が判定される。したがって、０．５次周波数成分強度及び第１周波数成分強度を精度よく算出し、インバランス故障判定を正確に行うことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、空燃比振動制御の周波数である第１の周波数の成分強度と、第１の周波数の整数倍の第２の周波数の成分強度とに基づいて、空燃比検出手段の応答特性劣化故障が判定される。空燃比検出手段の応答特性劣化故障の判定手法は、本出願人による出願の公報（例えば特開２０１０−１０１２８９号公報）に示されており、第１周波数成分強度、及び第１周波数成分強度と第２周波数成分強度との比率に応じて、空燃比検出手段の応答特性劣化故障の判定が可能である。したがって、請求項３の発明により、第１周波数成分強度及び第２周波数成分強度を精度よく算出し、空燃比検出手段の応答特性劣化故障を正確に行うことができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、第１の周波数は機関の回転速度が高くなるほど高く設定され、第２特定期間は第１の周波数が高くなるほど短くなるように設定されるので、機関運転状態に応じた周波数で空燃比振動制御を行い、故障判定実行中における排気特性の悪化を抑制することができる。また第２特定期間を第１の周波数が高くなるほど短くなるように設定することにより、第２差分信号に含まれる第１の周波数成分を機関回転速度に拘わらず適切に減衰させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、空燃比を第１の周波数で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中における空燃比検出手段による今回検出値と、特定周波数に対応する特定周波数成分を減衰させるように設定された第１特定期間前の過去値との差分が第１差分信号として生成され、第１差分信号の今回値と、第１の周波数の整数倍の周波数に対応する第２周波数成分を減衰させるように設定された第２特定期間前の過去値との差分が第１の二次差分信号として生成され、第１の二次差分信号に含まれる第１の周波数に対応する第１周波数成分が抽出される。さらに空燃比振動制御実行中における空燃比検出手段による今回検出値と、第１周波数成分を減衰させるように設定された第３特定期間前の過去値との差分が第２差分信号として生成され、第２差分信号の今回値と、第２特定期間前の過去値との差分が第２の二次差分信号として生成され、第２の二次差分信号に含まれる特定周波数成分が抽出される。また第１差分信号の今回値と、第３特定期間前の過去値との差分が第３の二次差分信号として生成され、第３の二次差分信号に含まれる第２周波数成分が抽出される。そして、第１抽出手段により抽出される第１周波数成分の強度と、第３抽出手段により抽出される第２周波数成分の強度との相対関係に基づいて、空燃比検出手段の応答特性劣化故障が判定される一方、第１抽出手段により抽出される第１周波数成分の強度と、第２抽出手段により抽出される特定周波数成分の強度との相対関係に基づいて、空燃比のインバランス故障が判定される。第１の二次差分信号に含まれる特定周波数成分及び第２周波数成分は大きく減衰し、第２の二次差分信号に含まれる第１及び第２周波数成分は大きく減衰し、第３の二次差分信号に含まれる特定周波数成分及び第１周波数成分は大きく減衰しているので、比較的広い通過帯域幅のバンドパスフィルタ処理を用いて、第１周波数成分、第２周波数成分、及び特定周波数成分を十分なＳ／Ｎで抽出することができる。その結果、空燃比検出手段の応答特性劣化故障及び空燃比のインバランス故障の判定を短時間で精度良く行うことができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、第１の周波数は機関の回転速度が高くなるほど高く設定され、第２特定期間及び第３特定期間は第１の周波数が高くなるほど短くなるように設定されるので、機関運転状態に応じた周波数で空燃比振動制御を行い、故障判定実行中における排気特性の悪化を抑制することができる。また第２及び第３特定期間を第１の周波数が高くなるほど短くなるように設定することにより、第２差分信号及び第３の二次差分信号に含まれる第１の周波数成分を機関回転速度に拘わらず適切に減衰させることができるとともに、第１及び第２の二次差分信号に含まれる第２の周波数成分を機関回転速度に拘わらず適切に減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその空燃比制御装置の構成を示す図である。
【図２】インバランス故障の判定手法を説明するための周波数成分強度分布を示す図である。
【図３】特定の周波数成分を減衰させる差分演算処理の特性を示す図である。
【図４】インバランス故障判定を行う処理のフローチャートである。
【図５】酸素濃度センサ（空燃比センサ）の応答特性劣化故障判定を行う処理のフローチャートである。
【図６】インバランス故障判定及び応答特性劣化故障判定を行う処理のフローチャートである。
【図７】インバランス故障判定及び応答特性劣化故障判定を行う処理のフローチャートである。
【図８】バンドパスフィルタ処理の通過帯域幅と過渡応答特性との関係を説明するための図である。
【図９】バンドパスフィルタ処理出力の過渡応答例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその空燃比制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、その検出信号は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給される。
【００２１】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００２２】
スロットル弁３の上流側には吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ７が設けられている。またスロットル弁３の下流側には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８、及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。エンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ１０が装着されており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００２３】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００２４】
排気通路１３には三元触媒１４が設けられている。三元触媒１４は、酸素蓄積能力を有し、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的高い排気リーン状態では、排気中の酸素を蓄積し、逆にエンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い排気リッチ状態では、蓄積した酸素により排気中のＨＣ，ＣＯを酸化する機能を有する。
【００２５】
三元触媒１４の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、比例型酸素濃度センサ１５（以下「ＬＡＦセンサ１５」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１５は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した検出信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
【００２６】
ＥＣＵ５には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２１及び当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ２２が接続されており、それらセンサの検出信号がＥＣＵ５に供給される。スロットル弁３は図示しないアクチュエータにより開閉駆動され、スロットル弁開度ＴＨはアクセルペダル操作量ＡＰに応じてＥＣＵ５により制御される。
なお、図示は省略しているが、エンジン１には周知の排気還流機構が設けられている。
【００２７】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路を備えている。
【００２８】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上述の各種センサの検出信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）を用いて、ＴＤＣパルスに同期して開弁作動する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。燃料噴射時間ＴＯＵＴは、噴射される燃料量にほぼ比例するので、以下「燃料噴射量ＴＯＵＴ」という。
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭ×ＫＣＭＤ×ＫＡＦ×ＫＴＯＴＡＬ                （１）
【００２９】
ここに、ＴＩＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて設定されたＴＩＭテーブルを検索して決定される。ＴＩＭテーブルは、エンジンにおいて燃焼する混合気の空燃比ＡＦがほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００３０】
ＫＣＭＤはエンジン１の運転状態に応じて設定される目標空燃比係数である。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、以下「目標当量比」という。後述するように、空燃比のインバランス故障判定を行うときは、１．０±ＤＡＦの範囲で時間経過に伴って正弦波状に変化するように設定される。
【００３１】
ＫＡＦは、空燃比フィードバック制御の実行条件が成立するときは、ＬＡＦセンサ１５の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ（比例積分微分）制御あるいは適応制御器（Self Tuning Regulator）を用いた適応制御により算出される空燃比補正係数である。
【００３２】
ＫＴＯＴＡＬは夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数（エンジン冷却水温ＴＭに応じた補正係数ＫＴＷ、吸気温ＴＡに応じた補正係数ＫＴＡなど）の積である。
【００３３】
ＥＣＵ５のＣＰＵは上述のようにして求めた燃料噴射量ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を出力回路を介して燃料噴射弁６に供給する。また、ＥＣＵ５のＣＰＵは、以下に説明するように空燃比のインバランス故障判定を行う。
【００３４】
本実施形態におけるインバランス故障判定手法は、基本的には特許文献１に示される手法と同一のものであり、エンジン運転中に空燃比を振動周波数ｆ１で振動させる空燃比振動制御を実行し、その制御実行中におけるＬＡＦセンサ１５の出力信号ＳＬＡＦに含まれる０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを、周波数ｆ１成分強度ＭＰｆ１で除算することにより得られる判定パラメータＲＴを用いて、インバランス故障が判定される。
【００３５】
図２は、ＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦの周波数成分強度分布の一例を示す図であり、この例は振動周波数ｆ１をエンジン回転数ＮＥ［ｒｐｍ］に対応するエンジン回転周波数ｆＮＥ（＝ＮＥ／６０）の０．４倍に設定し、インバランス故障が発生している状態に対応する。この状態では、図２に示すように周波数ｆ１成分の強度ＭＰＴｆ１と、周波数ｆＩＭＢ（＝０．５×ｆＮＥ）成分、すなわち０．５次周波数成分の強度ＭＩＭＢとがピーク値を示す。
【００３６】
このように比較的周波数が近接した成分の強度を精度良く算出するために、本実施形態では、ＬＡＦセンサ出力ＳＬＡＦから算出される検出当量比の今回値ＫＡＣＴ(k)と、所定期間ＴＰ前の過去値ＫＡＣＴ(k-NP)との差分ＤＫＡＣＴ(k)を下記式（２）により算出し、差分ＤＫＡＣＴ(k)を用いてインバランス故障判定を行う。式（２）のＮＰは、所定期間ＴＰを、ＬＡＦセンサ出力ＳＬＡＦのサンプリング周期ＴＰＳＰで離散化した離散遅延期間である。
ＤＫＡＣＴ(k)＝ＫＡＣＴ(k)−ＫＡＣＴ(k-NP)            （２）
【００３７】
式（２）により算出される差分ＤＫＡＣＴ(k)のゲイン周波数特性は、一般に図３に示すような特性を示す。図３に示す減衰極周波数ｆＰＯＬＥは、下記式（３）に示すように所定期間ＴＰの逆数に相当する周波数である。
ｆＰＯＬＥ＝１／ＴＰ                                  （３）
【００３８】
本実施形態では、０．５周波数成分を抽出するときは、減衰極周波数ｆＰＯＬＥを空燃比の振動周波数ｆ１（＝０．４ｆＮＥ）とするため、検出当量比ＫＡＣＴのサンプリングをクランク角度３０度毎に行い、式（２）の離散遅延期間ＮＰを「３０」に設定する。また周波数ｆ１成分を抽出するときは、減衰極周波数ｆＰＯＬＥを０．５次周波数ｆＩＭＢとするため、式（２）の離散遅延期間ＮＰを「２４」に設定する。このように減衰させたい周波数に応じたサンプリング周期ＴＰＳＰ及び対応する離散遅延期間ＮＰを使用することによって、抽出信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００３９】
そして、差分ＤＫＡＣＴ(k)について、必要な周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ及び周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１を算出する。このバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅ＷＢを比較的広く設定することにより、インバランス故障判定を短時間で精度良く行うこと可能となる。
【００４０】
図４は、本実施形態におけるインバランス故障判定処理のフローチャートである。この処理は、インバランス故障判定の実行条件が成立しているときに、所定クランク角度ＣＡＣＡＬ（例えば３０度）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【００４１】
インバランス故障判定実行条件は、例えば下記の条件１）〜１１）がすべて満たされると成立する。
１）エンジン回転数ＮＥが所定上下限値の範囲内にある。
２）吸気圧ＰＢＡが所定圧より高い（判定に必要な排気流量が確保されている）。
３）ＬＡＦセンサ１５が活性化している。
４）ＬＡＦセンサ１５の出力に応じた空燃比フィードバック制御が実行されている。
５）エンジン冷却水温ＴＷが所定温度より高い。
６）エンジン回転数ＮＥの単位時間当たりの変化量ＤＮＥが所定回転数変化量より小さい。
７）吸気圧ＰＢＡの単位時間当たりの変化量ＤＰＢＡＦが所定吸気圧変化量より小さい。
８）燃料の加速増量（急加速時に実行される）が行われていない。
９）排気還流率が所定値より大きい。
１０）ＬＡＦセンサ出力が上限値または下限値に張り付いた状態ではない。
１１）ＬＡＦセンサの応答特性が正常である（応答特性の劣化故障が発生しているとの判定が行われていない）。
【００４２】
インバランス故障判定実行条件が成立すると、目標当量比ＫＣＭＤを下記式（４）によって振動させる空燃比振動制御を開始する。空燃比振動制御実行中は、空燃比補正係数ＫＡＦを「１．０」または「１．０」以外の特定の値に固定される。式（４）のＫｆ１は、例えば振動周波数ｆ１を０．４ｆＮＥとする場合には、「０．４」に設定される第１周波数係数であり、「ｋ」は目標当量比ＫＣＭＤの算出周期ＣＡＣＡＬで離散化した離散化時刻である。
ＫＣＭＤ＝ＤＡＦ×ｓｉｎ（Ｋｆ１×ＣＡＣＡＬ×ｋ）＋１              （４）
【００４３】
図４のステップＳ１１では、空燃比振動制御フラグＦＰＴが「１」であるか否かを判別する。空燃比振動制御フラグＦＰＴは、空燃比振動制御の開始時点から所定安定化時間ＴＳＴＢＬが経過すると「１」に設定される。ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。
【００４４】
ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、検出当量比ＫＡＣＴの今回値ＫＡＣＴ(k)を取得し、メモリに格納する処理を行う（ステップＳ１２）。メモリには、上述した式（２）による差分ＤＫＡＣＴの算出に必要な数の過去値が格納される。
【００４５】
ステップＳ１３では、下記式（５）により、第１差分ＤＫＡＣＴ１(k)を算出する。式（５）のＮＩＭＢは、０．５次周波数成分を減衰させるための第１離散遅延期間であり、本実施形態では「２４」に設定される。
ＤＫＡＣＴ１(k)＝ＫＡＣＴ(k)−ＫＡＣＴ(k-NIMB)                （５）
【００４６】
ステップＳ１４では、第１差分ＤＫＡＣＴ１(k)について、周波数ｆ１成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、ステップＳ１５ではステップＳ１４で得られるバンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１を算出する。
【００４７】
ステップＳ１６では、下記式（６）により第２差分ＤＫＡＣＴ２(k)を算出する。式（６）のＮｆ１は、周波数ｆ１成分を減衰させるための第２離散遅延期間であり、本実施形態では「３０」に設定される。
ＤＫＡＣＴ１(k)＝ＫＡＣＴ(k)−ＫＡＣＴ(k-Nf1)                （６）
【００４８】
ステップＳ１７では、第２差分ＤＫＡＣＴ３(k)について、０．５次周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、ステップＳ１８ではステップＳ１７で得られるバンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを算出する。
【００４９】
ステップＳ１９では、周波数成分強度の算出開始時点から所定積算時間ＴＩＮＴが経過したか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）である間は直ちに処理を終了する。ステップＳ１９の答が肯定（ＹＥＳ）となると、下記式（７）により判定パラメータＲＴを算出する。
ＲＴ＝ＭＩＭＢ／ＭＰＴｆ１                                  （７）
【００５０】
ステップＳ２１では、判定パラメータＲＴが判定閾値ＲＴＴＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、インバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ２２）。一方、ステップＳ２１の答が否定（ＮＯ）であるときは、気筒毎の空燃比の差は許容限度内にある（正常）と判定する（ステップＳ２３）。
【００５１】
以上のように本実施形態では、空燃比を周波数ｆ１で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中における検出当量比の今回検出値ＫＡＣＴ(k)と、０．５次周波数ｆＩＭＢに対応する０．５次周波数成分を減衰させるように設定された第１離散遅延期間ＮＩＭＢ前の過去値ＫＡＣＴ(k-NIMB)との差分が第１差分ＤＫＡＣＴ１(k)として算出され、第１差分ＤＫＡＣＴ１(k)に含まれる周波数ｆ１に対応する周波数ｆ１成分がバンドパスフィルタ処理により抽出され、バンドパスフィルタ処理出力の絶対値の積算演算によって周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１が算出される。一方空燃比振動制御実行中における検出当量比の今回値ＫＡＣＴ(k)と、周波数ｆ１成分を減衰させるように設定された第２離散遅延期間Ｎｆ１前の過去値ＫＡＣＴ(k-Nf1)との差分が第２差分ＤＫＡＣＴ２(k)として算出され、第２差分ＤＫＡＣＴ２(k)に含まれる０．５次周波数成分がバンドパスフィルタ処理により抽出され、バンドパスフィルタ処理出力の絶対値の積算演算によって０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢが算出される。そして周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１で０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを除算することにより算出される判定パラメータＲＴと、判定閾値ＲＴＴＨとを比較することにより、インバランス故障が判定される。第１差分ＤＫＡＣＴ１(k)に含まれる０．５次周波数成分は大きく減衰しており、また第２差分ＤＫＡＣＴ２(k)に含まれる周波数ｆ１成分は大きく減衰しているため、比較的広い通過帯域幅のバンドパスフィルタ処理を用いて、周波数ｆ１成分及び０．５次周波数成分を十分なＳ／Ｎで抽出することができる。その結果、インバランス故障判定を短時間で精度良く行うことができる。
【００５２】
また本実施形態では、空燃比振動制御の周波数ｆ１は、エンジン回転周波数ｆＮＥの０．４倍に設定されるので、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど周波数ｆ１が高くなる。これにより、故障判定実行中における排気特性の悪化及び判定精度の低下を抑制することができる。すなわち、一定の振動周波数で振動させる場合には、エンジン回転数ＮＥと特定の関係となり（エンジン回転数ＮＥに対応する周波数の１／２倍、１倍などに該当し）、空燃比振動制御による空燃比変動と、エンジン回転に起因するノイズによる空燃比変動とが区別できずに、判定精度が低下する可能性があるが、本実施形態においては、周波数ｆ１はエンジン回転周波数ｆＮＥの０．４倍に設定されるので、そのような事態を確実に回避することが可能である。また、故障判定に例えば２０振動周期の期間を要する場合、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど故障判定時間が短縮され、空燃比振動制御を行うことに起因する排気特性の悪化を抑制することができる。
【００５３】
本実施形態では、ＬＡＦセンサ１５が空燃比検出手段に相当し、燃料噴射弁６が空燃比振動手段の一部に相当し、ＥＣＵ５が空燃比振動手段の一部、第１差分信号生成手段、第１抽出手段、第２差分信号生成手段、第２抽出手段、及び故障判定手段を構成する。具体的には、図４のステップＳ１３が第１差分信号生成手段に相当し、ステップＳ１４が第１抽出手段に相当し、ステップＳ１６が第２差分信号生成手段に相当し、ステップＳ１７が第２抽出手段に相当し、ステップＳ１５，Ｓ１８，及びＳ２０〜Ｓ２３が故障判定手段に相当する。
【００５４】
［第２の実施形態］
本実施形態は、本発明をＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障判定に適用したものである。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。
【００５５】
応答特性劣化故障の判定手法は、基本的には上述した特開２０１０−１０１２８９号公報に示されたものと同一であり、判定に必要な周波数成分の抽出に本発明が適用される。すなわち、本実施形態では、周波数ｆ１（以下「第１の周波数ｆ１」という）の空燃比振動制御を実行し、ＬＡＦセンサ１５の出力信号から算出される検出当量比ＫＡＣＴに含まれる周波数ｆ１の成分強度ＭＰＴｆ１と、周波数ｆ１の２倍の周波数である周波数ｆ２（以下「第２の周波数ｆ２」という）に対応する周波数ｆ２の成分強度ＭＰＴｆ２とを用いて、応答特性劣化故障が判定される。
【００５６】
図５は本実施形態におけるＬＡＦセンサ故障判定処理のフローチャートである。この処理は、ＬＡＦセンサ故障判定の実行条件が成立しているときに、所定クランク角度ＣＡＣＡＬ（例えば３０度）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【００５７】
ＬＡＦセンサ故障判定実行条件は、第１の実施形態においけるインバランス故障判定実行条件と同一である。
【００５８】
図５のステップＳ３１では、空燃比振動制御フラグＦＰＴが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。ステップＳ３１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、検出当量比ＫＡＣＴの今回値ＫＡＣＴ(k)を取得し、メモリに格納する処理を行うステップＳ３２）。
【００５９】
ステップＳ３３では、下記式（１１）により、第１差分ＤＫＡＣＴ１ａ(k)を算出する。式（１１）のＮｆ２は、周波数ｆ２成分を減衰させるための第３離散遅延期間であり、本実施形態では「１５」に設定される。
ＤＫＡＣＴ１ａ(k)＝ＫＡＣＴ(k)−ＫＡＣＴ(k-Nf2)               （１１）
【００６０】
ステップＳ３４では、第１差分ＤＫＡＣＴ１ａ(k)について、周波数ｆ１成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、ステップＳ３５ではステップＳ３４で得られるバンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１を算出する。
【００６１】
ステップＳ３６では、前記式（６）により第２差分ＤＫＡＣＴ２(k)を算出する。ステップＳ３７では、第２差分ＤＫＡＣＴ２(k)について、周波数ｆ２成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、ステップＳ３８ではステップＳ３７で得られるバンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２を算出する。
【００６２】
ステップＳ３９では、周波数成分強度の算出開始時点から所定積算時間ＴＩＮＴが経過したか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）である間は直ちに処理を終了する。ステップＳ３９の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ４０に進み、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１が強度判定閾値ＭＰＴｆ１ＴＨより小さいか否かを判別する。
【００６３】
ステップＳ４０の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ出力のリッチ側の応答特性及びリーン側の応答特性がほぼ同様に劣化する第１故障パターンの故障が発生していると判定する（ステップＳ４１）。ステップＳ４０の答が否定（ＮＯ）であるときは、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１及び周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２を下記式（１２）に適用し、より判定パラメータＲＴＬＡＦを算出する（ステップＳ４２）。
ＲＴＬＡＦ＝ＭＰＴｆ１／ＭＰＴｆ２                        （１２）
【００６４】
ステップＳ４３では、判定パラメータＲＴＬＡＦが判定閾値ＲＴＬＡＦＴＨより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、ＬＡＦセンサ出力のリッチ側の応答特性及びリーン側の応答特性が非対称に劣化する第２故障パターンの故障が発生していると判定する（ステップＳ４４）。ステップＳ４３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ１５は正常である（応答特性劣化故障は発生していない）と判定する（ステップＳ４５）。
【００６５】
以上のように本実施形態では、空燃比を第１の周波数ｆ１で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中における検出当量比ＫＡＣＴの今回検出値ＫＡＣＴ(k)と、第２の周波数ｆ２に対応する周波数ｆ２成分を減衰させるように設定された第３離散遅延期間Ｎｆ２前の過去値ＫＡＣＴ(k-Nf2)との差分が第１差分ＤＫＡＣＴ１ａ(k)として算出され、第１差分ＤＫＡＣＴ１ａ(k)に含まれる周波数ｆ１に対応する周波数ｆ１成分がバンドパスフィルタ処理により抽出され、バンドパスフィルタ処理出力の絶対値の積算演算によって周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１が算出される。一方空燃比振動制御実行中における検出当量比ＫＡＣＴの今回値ＫＡＣＴ(k)と、周波数ｆ１成分を減衰させるように設定された第２離散遅延期間Ｎｆ１前の過去値ＫＡＣＴ(k-Nf1)との差分が第２差分ＤＫＡＣＴ２(k)として算出され、第２差分ＤＫＡＣＴ２(k)に含まれる周波数ｆ２成分がバンドパスフィルタ処理により抽出され、バンドパスフィルタ処理出力の絶対値に積算演算によって周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２が算出される。そして周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１及び周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２とを用いて、ＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障判定が行われる。第１差分ＤＫＡＣＴ１ａ(k)に含まれる周波数ｆ２成分は大きく減衰しており、また第２差分ＤＫＡＣＴ２(k)に含まれる周波数ｆ１成分は大きく減衰しているため、比較的広い通過帯域幅のバンドパスフィルタ処理を用いて、周波数ｆ１成分及び周波数ｆ２成分を十分なＳ／Ｎで抽出することができる。その結果、応答特性劣化故障判定を短時間で精度良く行うことができる。
【００６６】
本実施形態では、図５のステップＳ３３が第１差分信号生成手段に相当し、ステップＳ３４が第１抽出手段に相当し、ステップＳ３６が第２差分信号生成手段に相当し、ステップＳ３７が第２抽出手段に相当し、ステップＳ３５，Ｓ３８，及びＳ４０〜Ｓ４５が故障判定手段に相当する。
【００６７】
［第３の実施形態］
本実施形態は、上述したインバランス故障判定及びＬＡＦセンサの応答特性劣化故障判定をともに実行し、その際必要となる各周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理の前に、不要な２つの周波数成分を減衰させる差分演算を行うようにしたものである。以下に説明する点以外は、第１及び第２の実施形態と同一である。
【００６８】
図６及び図７は、インバランス故障及びＬＡＦセンサの応答特性劣化故障の判定を行う処理のフローチャートである。図６の処理は、図４の処理にステップＳ１３ａ及びＳ１６ａを追加し、ステップＳ１４及びＳ１７をそれぞれステップＳ１４ａ及びＳ１７ａに代えたものであり、図７の処理に続く。図７の処理は、図５のステップＳ３１〜Ｓ３５を削除し、ステップＳ３６及びＳ３７をそれぞれステップＳ３６ａ及びＳ３７ａに代えたものである。
【００６９】
図６のステップＳ１３ａでは、第１差分ＤＫＡＣＴ１の今回値及び第３離散遅延期間Ｎｆ２前の過去値を下記式（２１）に適用し、第１の二次差分ＤＤＫＡＣＴ１(k)を算出する。
ＤＤＫＡＣＴ１(k)＝ＤＫＡＣＴ１(k)−ＤＫＡＣＴ１(k-Nf2)        （２１）
【００７０】
ステップＳ１４ａでは第１の二次差分ＤＤＫＡＣＴ１(k)について周波数ｆ１成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、ステップＳ１５でステップＳ１４ａで得られるバンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１を算出する。
【００７１】
ステップＳ１６ａでは、第２差分ＤＫＡＣＴ２の今回値及び第３離散遅延期間Ｎｆ２前の過去値を下記式（２２）に適用し、第２の二次差分ＤＤＫＡＣＴ２(k)を算出する。
ＤＤＫＡＣＴ２(k)＝ＤＫＡＣＴ２(k)−ＤＫＡＣＴ２(k-Nf2)        （２３）
ステップＳ１７ａでは第２の二次差分ＤＤＫＡＣＴ２(k)について０．５次周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、ステップＳ１８でステップＳ１７ａで得られるバンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを算出する。
【００７２】
図７のステップＳ３６ａでは、第１差分ＤＫＡＣＴ１の今回値及び第２離散遅延期間Ｎｆ１前の過去値を下記式（２３）に適用し、第３の二次差分ＤＤＫＡＣＴ３(k)を算出する。
ＤＤＫＡＣＴ３(k)＝ＤＫＡＣＴ１(k)−ＤＫＡＣＴ１(k-Nf1)        （２３）
【００７３】
ステップＳ３７ａでは第３の二次差分ＤＤＫＡＣＴ３(k)について周波数ｆ２成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、ステップＳ３８でステップＳ３７ａで得られるバンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２を算出する。
【００７４】
本実施形態によれば、空燃比を第１の周波数ｆ１で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中における検出当量比の今回値ＫＡＣＴ(k)と、０．５次周波数成分を減衰させるように設定された第１離散遅延期間ＮＩＭＢ前の過去値ＫＡＣＴ(k-NIMB)との差分が第１差分ＤＫＡＣＴ１(k)として算出され、第１差分の今回値ＤＫＡＣＴ１(k)と、第２の周波数ｆ２に対応する周波数成分を減衰させるように設定された第３離散遅延期間Ｎｆ２前の過去値ＤＫＡＣＴ１(k-Nf2)との差分が第１の二次差分ＤＤＫＡＣＴ１(k)として算出され、第１の２次差分ＤＤＫＡＣＴ１(k)に含まれる周波数ｆ１成分が抽出される。さらに空燃比振動制御実行中における検出当量比の今回値ＫＡＣＴ(k)と、周波数ｆ１成分を減衰させるように設定された第２離散遅延期間Ｎｆ１前の過去値ＫＡＣＴ(k-Nf1)との差分が第２差分ＤＫＡＣＴ２として算出され、第２差分の今回値ＤＫＡＣＴ２(k)と、第３離散遅延期間Ｎｆ２前の過去値ＤＫＡＣＴ２(k-Nf2)との差分が第２の二次差分ＤＤＫＡＣＴ２(k)として算出され、第２の二次差分ＤＤＫＡＣＴ２(k)に含まれる０．５次周波数成分が抽出される。また第１差分の今回値ＤＫＡＣＴ１(k)と、第２離散遅延期間Ｎｆ１前の過去値ＤＫＡＣＴ１(k-Nf1)との差分が第３の二次差分ＤＤＫＡＣＴ３(k)として算出され、第３の二次差分ＤＤＫＡＣＴ３(k)に含まれる周波数ｆ２成分が抽出される。そして、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１と、周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２との相対関係に基づいて、ＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障が判定される一方、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１と、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢとの相対関係に基づいて、空燃比のインバランス故障が判定される。第１の二次差分ＤＤＫＡＣＴ１(k)に含まれる０．５次周波数成分及び周波数ｆ２成分は大きく減衰し、第２の二次差分ＤＤＫＡＣＴ２(k)に含まれる周波数ｆ１成分及び周波数ｆ２成分は大きく減衰し、第３の二次差分ＤＤＫＡＣＴ３(k)に含まれる０．５次周波数成分及び周波数ｆ１成分は大きく減衰しているので、比較的広い通過帯域幅のバンドパスフィルタ処理を用いて、周波数ｆ１成分、周波数ｆ２成分、及び０．５次周波数成分を十分なＳ／Ｎで抽出することができる。その結果、ＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障及び空燃比のインバランス故障の判定を短時間で精度良く行うことができる。
【００７５】
本実施形態では、ステップＳ１３ａが第１の二次差分信号生成手段に相当し、ステップＳ１４ａが第１抽出手段に相当し、ステップＳ１６ａが第２の二次差分信号生成手段に相当し、ステップＳ１７ａが第２抽出手段に相当し、ステップＳ３６ａが第３の二次差分信号生成手段に相当し、ステップＳ３７ａが第３抽出手段に相当し、ステップＳ１５，Ｓ１８，及びＳ２０〜Ｓ２３が第２故障判定手段に相当し、ステップＳ１５，Ｓ３８，及びＳ４０〜Ｓ４５が第１故障判定手段に相当する。
【００７６】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、第１の周波数ｆ１をエンジン回転周波数ｆＮＥの定数倍の値（エンジン回転に同期した周波数）に設定したが、例えば４Ｈｚ程度の固定周波数に設定するようにしてもよい。ただし、固定周波数とする場合には、故障判定の実行条件におけるエンジン回転数ＮＥの範囲を比較的狭い範囲に限定することが望ましい。
【００７７】
また第１の周波数ｆ１を例えば４Ｈｚに設定する場合には、周波数ｆ１成分及び周波数ｆ２成分を減衰させるための処理に適用する検出当量比ＫＡＣＴのサンプリング周期ＴＰＳＰは、例えば１２．５ミリ秒に設定する。この場合、故障判定処理は、サンプリング周期ＴＰＳＰで実行し、第２離散遅延期間Ｎｆ１を「２０」とし、第３離散遅延期間Ｎｆ２を「１０」とする。第１離散時間ＮＩＭＢは、０．５次周波数成分を減衰させるべくエンジン回転数ＮＥの逆数に比例するように設定するとともに、０．５次周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理のフィルタ係数はエンジン回転数ＮＥに応じて設定する。あるいは、検出当量比ＫＡＣＴを所定時間毎にサンプリングした一定時間間隔データと、所定クランク角度毎にサンプリングした一定クランク角度間隔データをともにメモリに記憶し、一定時間間隔データを用いて周波数ｆ１成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、一定クランク角度間隔データを用いて０．５次周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行するようにしてもよい。
【００７８】
また上述した実施形態では、第２の周波数ｆ２を第１の周波数ｆ１の２倍とする例を示したが、前述した特開２０１０−１０１２８９号公報に示されるように、第２の周波数ｆ２を第１の周波数ｆ１の２倍以外の整数倍に設定してもよい。
【００７９】
また周波数成分強度の算出処理（対象周波数成分の抽出するバンドパスフィルタ処理及びバンドパスフィルタ処理出力の絶対値の積算処理）は、故障判定処理とは別に最適の実行周期で実行するようにしてもよい。その場合には、故障判定処理では周波数成分強度算出を行わず、並行して実行される周波数成分強度算出処理で算出された周波数成分強度（０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ，第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１，第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２）を読み込んで、判定処理を行う。
【００８０】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの空燃比制御装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１  内燃機関
５  電子制御ユニット（空燃比振動手段、第１差分信号生成手段、第１抽出手段、第２差分信号生成手段、第２抽出手段、故障判定手段、第３抽出手段、第１の二次差分信号生成手段、第２の二次差分信号生成手段、第３の二次差分信号生成手段）
６  燃料噴射弁（空燃比変動手段）
１５  比例型酸素濃度センサ（空燃比検出手段）
【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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