内燃機関の空燃比制御装置
【課題】 空燃比センサの応答周波数特性の変化にかかわらず、インバランス故障判定を精度よく行うことができる空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】 空燃比振動制御を実行し、ＬＡＦセンサ出力信号に含まれる差周波数成分強度ＭＤＩＦ及び振動周波数成分強度ＭＯＳＬが算出される。差周波数成分強度ＭＤＩＦは、エンジン回転数ＮＥに対応する周波数ｆＮＥの１／２に相当する０．５次周波数ｆＩＭＢと、空燃比振動制御の振動周波数ｆＯＳＬとの差の周波数ｆＤＩＦに対応する成分強度である。差周波数成分強度ＭＤＩＦを設定周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、判定パラメータＲＳＴが算出され、判定パラメータＲＳＴと判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨとを比較することにより、気筒毎の空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障が判定される。
【解決手段】 空燃比振動制御を実行し、ＬＡＦセンサ出力信号に含まれる差周波数成分強度ＭＤＩＦ及び振動周波数成分強度ＭＯＳＬが算出される。差周波数成分強度ＭＤＩＦは、エンジン回転数ＮＥに対応する周波数ｆＮＥの１／２に相当する０．５次周波数ｆＩＭＢと、空燃比振動制御の振動周波数ｆＯＳＬとの差の周波数ｆＤＩＦに対応する成分強度である。差周波数成分強度ＭＤＩＦを設定周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、判定パラメータＲＳＴが算出され、判定パラメータＲＳＴと判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨとを比較することにより、気筒毎の空燃比が許容限度を超えてばらつくインバランス故障が判定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数気筒を有する内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に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次周波数成分強度を、所定周波数成分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】
空燃比センサの応答周波数特性は、基本的に高周波成分が減衰する低域通過フィルタ特性であり、０．５次周波数成分強度及び所定周波数成分強度は、この空燃比センサの周波数特性の影響を受ける。この空燃比センサの応答周波数特性は、経時劣化することが知られており、カットオフ周波数が徐々に低下する傾向がある。そのように応答周波数特性が変化すると、検出される所定周波数成分強度に対する０．５次周波数成分強度の比率である判定パラメータの値が変化し、インバランス故障の判定精度を低下させるおそれがある。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、空燃比センサの応答周波数特性の変化にかかわらず、インバランス故障判定を精度よ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】
【０００６】
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（１５）を備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記機関の回転速度（ＮＥ）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（ｆＩＭＢ）とは異なる設定周波数（ｆＯＳＬ）で前記空燃比を振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、前記振動信号に応じて前記空燃比を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の出力信号に含まれる前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）と前記設定周波数（ｆＯＳＬ）の差に対応する差周波数の成分強度（ＭＤＩＦ）、及び前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）と前記設定周波数（ｆＯＳＬ）の和に対応する和周波数の成分強度（ＭＳＵＭ）の少なくとも一方を算出する和差周波数成分強度算出手段と、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）及び和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）の少なくとも一方に応じて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比のインバランス度合を判定するための判定パラメータ（ＲＳＴ）を算出する判定パラメータ算出手段と、前記判定パラメータ（ＲＳＴ）を用いて、前記空燃比のインバランス度合が許容限度を超えているインバランス故障を判定するインバランス故障判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
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、前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度（ＭＯＳＬ）を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）及び和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）をともに算出し、前記判定パラメータ算出手段は、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）を前記設定周波数成分強度（ＭＯＳＬ）で除算することにより、差周波数成分比率（ＲＤＩＦ）を算出する差周波数成分比率算出手段と、前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）を前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）で除算することにより、補正比率（ＲＣＲ）を算出する補正比率算出手段とを有し、前記差周波数成分比率（ＭＤＩＦ）と前記補正比率（ＲＣＲ）を乗算することにより、前記判定パラメータを算出することを特徴とする。
【０００８】
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、前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度（ＭＯＳＬ）を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）及び和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）をともに算出し、前記判定パラメータ算出手段は、前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）を前記設定周波数成分強度（ＭＯＳＬ）で除算することにより、和周波数成分比率（ＲＳＵＭ）を算出する和周波数成分比率算出手段と、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）を前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）で除算することにより、補正比率（ＲＣＲａ）を算出する補正比率算出手段とを有し、前記和周波数成分比率（ＲＳＵＭ）と前記補正比率（ＲＣＲａ）を乗算することにより、前記判定パラメータ（ＲＳＴ）を算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項４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、前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度（ＭＯＳＬ）を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、前記判定パラメータ算出手段は、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）または前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）を前記設定周波数成分強度（ＭＯＳＬ）で除算することにより、前記判定パラメータ（ＲＳＴ）を算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項５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、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記０．５次周波数成分の強度（ＭＩＭＢ）を算出する０．５次周波数成分強度算出手段と、前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度（ＭＯＳＬ）を算出する設定周波数成分強度算出手段とをさらに備え、前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）及び和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）をともに算出し、前記判定パラメータ算出手段は、前記０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ）を前記設定周波数成分強度（ＭＯＳＬ）で除算することにより、０．５次周波数成分比率（ＲＩＭＢ）を算出する０．５次周波数成分比率算出手段と、前記設定周波数（ｆＯＳＬ）が前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）より低いときは、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）を前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）で除算することにより補正比率（ＲＣＲ）を算出する一方、前記設定周波数（ｆＯＳＬ）が前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）より高いときは、前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）を前記差波数成分強度（ＭＤＩＦ）で除算することにより補正比率（ＲＣＲａ）を算出する補正比率算出手段とを有し、前記０．５次周波数成分比率（ＲＩＭＢ）と前記補正比率（ＲＣＲ，ＲＣＲａ）を乗算することにより、前記判定パラメータを算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１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次周波数とは異なる設定周波数で空燃比を振動させる空燃比振動制御が実行され、空燃比振動制御実行中に、空燃比検出手段の出力信号に含まれる０．５次周波数と設定周波数の差に対応する差周波数の成分強度、及び０．５次周波数と設定周波数の和に対応する和周波数の成分強度の少なくとも一方が算出され、差周波数成分強度及び和周波数成分強度の少なくとも一方に応じて、複数気筒のそれぞれに対応する空燃比のインバランス度合を判定するための判定パラメータが算出され、算出された判定パラメータを用いて、空燃比のインバランス度合が許容限度を超えているインバランス故障が判定される。差周波数成分強度及び和周波数成分強度は、何れも０．５次周波数成分強度及び設定周波数成分強度に比例するので、差周波数成分強度及び／または和周波数成分強度に応じて判定パラメータを算出することにより、空燃比検出手段の応答周波数特性の変化の影響を抑制すること、あるいは空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去することが可能となり、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、空燃比振動制御の実行中に、空燃比検出手段の出力信号に含まれる設定周波数成分の強度が算出され、差周波数成分強度を設定周波数成分強度で除算することにより、差周波数成分比率が算出され、和周波数成分強度を差周波数成分強度で除算することにより、補正比率が算出され、差周波数成分比率と補正比率を乗算することにより、判定パラメータが算出される。差周波数成分比率は、０．５次周波数成分強度に比例し、かつ振動制御振幅の影響を受けず、また補正比率には、０．５次周波数及び設定周波数を含む周波数範囲における空燃比検出手段の応答周波数特性が反映されるので、差周波数成分比率と補正比率を乗算することにより、空燃比検出手段の応答周波数特性の変化の影響を抑制すること、及び空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去することが可能となり、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、空燃比振動制御の実行中に、空燃比検出手段の出力信号に含まれる設定周波数成分の強度が算出され、和周波数成分強度を設定周波数成分強度で除算することにより、和周波数成分比率が算出され、差周波数成分強度を和周波数成分強度で除算することにより、補正比率が算出され、和周波数成分比率と補正比率を乗算することにより、判定パラメータが算出される。和周波数成分比率は、０．５次周波数成分強度に比例し、かつ振動制御振幅の影響を受けず、また補正比率には、０．５次周波数及び設定周波数を含む周波数範囲における空燃比検出手段の応答周波数特性が反映されるので、差周波数成分比率と補正比率を乗算することにより、空燃比検出手段の応答周波数特性の変化の影響を抑制すること、及び空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去することが可能となり、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、空燃比検出手段の出力信号に含まれる設定周波数成分の強度が算出され、差周波数成分強度または和周波数成分強度を設定周波数成分強度で除算することにより、判定パラメータが算出される。差周波数成分強度または和周波数成分強度を設定周波数成分強度で除算することにより、０．５次周波数成分強度に比例し、かつ振動制御振幅の影響を受けない判定パラメータが得られる。したがって、空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去し、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、空燃比検出手段の出力信号に含まれる０．５次周波数成分強度及び設定周波数成分強度が算出され、０．５次周波数成分強度を設定周波数成分強度で除算することにより、０．５次周波数成分比率が算出され、設定周波数が０．５次周波数より低いときは、差周波数成分強度を和周波数成分強度で除算することにより補正比率が算出される一方、設定周波数が０．５次周波数より高いときは、和周波数成分強度を差波数成分強度で除算することにより補正比率が算出され、０．５次周波数成分比率と補正比率を乗算することにより、判定パラメータが算出される。補正比率には、０．５次周波数及び設定周波数を含む周波数範囲における空燃比検出手段の応答周波数特性が反映され、かつ０．５次周波数と設定周波数の大小関係に応じた補正比率の算出が行われるため、空燃比検出手段の高域減衰特性が補正された判定パラメータが得られる。その結果、空燃比検出手段の応答周波数特性の変化の影響を抑制し、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】従来技術の課題を説明するための図である。
【図３】空燃比振動制御の実行中における検出空燃比信号に含まれる周波数成分の強度を説明するための図である。
【図４】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第１の実施形態）。
【図５】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第１の実施形態の変形例）。
【図６】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第２の実施形態）。
【図７】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第２の実施形態の変形例）。
【図８】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第３の実施形態）。
【図９】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第３の実施形態の変形例）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
本実施形態におけるインバランス故障判定手法は、特許文献１に示される手法を改良したものであり、エンジン運転中に空燃比を周波数ｆＯＳＬ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に含まれる特定の周波数成分強度の比率に基づいて、インバランス故障が判定される。
【００３２】
先ず特許文献１に示される手法（従来手法）における課題を以下に説明する。空燃比のインバランス度合が増加すると、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１／２に相当する０．５次周波数ｆＩＭＢの成分強度（以下「０．５次周波数成分強度」という）ＭＩＭＢが増加することから、振動周波数ｆＯＳＬの成分強度を振動周波数成分強度ＭＯＳＬとすると、判定パラメータＲＴは下記式（２）で算出される。
ＲＴ＝ＭＩＭＢ／ＭＯＳＬ （２）
【００３３】
図２（ａ）は、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性（ゲイン）を示す図であり、実線Ｌ１が初期特性を示し、破線Ｌ２及び一点鎖線Ｌ３が劣化した特性を示す。これらの応答周波数特性は一次遅れ特性で近似できるものではないため、ゲイン比率ＲＧＡＩＮ（＝ＧＩＭＢ／ＧＯＳＬ）は、周波数ｆに依存して変化し、さらにＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性の劣化度合によっても変化する。その結果、例えば振動周波数ｆＯＳＬを０．４ｆＮＥに設定した場合に、振動周波数ゲインＧＯＳＬと、０．５次周波数ゲインＧＩＭＢとの関係は、図２（ｂ）に示すように直線Ｌ１０ではなく曲線Ｌ１１〜Ｌ１２で示される。実線Ｌ１１，破線Ｌ１２，及び一点鎖線Ｌ１３は、それぞれ図２（ａ）の実線Ｌ１，破線Ｌ２，及び一点鎖線Ｌ３で示す劣化状態に対応し、かつエンジン回転数ＮＥがそれぞれ１８００ｒｐｍ，２４００ｒｐｍ，及び１２００ｒｐｍに対応する。したがって、空燃比のインバランス度合が一定であっても、判定パラメータＲＴはエンジン回転数ＮＥ及びＬＡＦセンサ特性の劣化度合に依存して変化し、インバランス故障の判定精度を低下させる要因となる。
【００３４】
また空燃比振動制御は、目標当量比ＫＣＭＤを振動振幅ＤＡＦで変化させて燃料噴射量ＴＯＵＴを変化させることにより行われるが、実際の当量比（空燃比）が、エンジンの運転環境によっては振動振幅ＤＡＦで変化しない可能性がある。
【００３５】
そこで本実施形態では、空燃比振動制御を実行しているときにＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦに含まれる差周波数成分の強度及び振動周波数成分の強度に基づいて、以下に説明するようにインバランス故障判定を行う。
【００３６】
ここで、空燃比制御系の入力信号としての０．５次周波数成分ＷＩＭＢ及び振動周波数成分ＷＯＳＬを下記式（３）及び（４）で表すと、空燃比制御系の出力信号は式（５）に示すように、両成分の積ＷＰＲＤで表すことができる。なお、式（３）〜（５）におけるωＩＭＢ及びωＯＳＬ［ｒａｄ／ｓｅｃ］は、それぞれ（２π・ｆＩＭＢ）及び（２π・ｆＯＳＬ）に相当する。
【数１】
【００３７】
式（５）から明らかなように、ＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦには、第１項の０．５次周波数成分及び第２項の振動周波数成分とともに、０．５次周波数ｆＩＭＢと振動周波数ｆＯＳＬの和と差の周波数成分が含まれる。以下、０．５次周波数ｆＩＭＢと振動周波数ｆＯＳＬの和を和周波数ｆＳＵＭといい、０．５次周波数ｆＩＭＢと振動周波数ｆＯＳＬの差を差周波数ｆＤＩＦといい、和周波数ｆＳＵＭに対応する周波数成分の強度を和周波数成分強度ＭＳＵＭといい、差周波数ｆＤＩＦに対応する周波数成分の強度を差周波数成分強度ＭＤＩＦという。
【００３８】
各周波数成分強度の理論値は、振幅ＡＩＭＢ，ＡＯＳＬ、及び（ＡＩＭＢ・ＡＯＳＬ／２）に比例するので、インバランス故障が発生している状態では例えば図３（ａ）に示すような相対関係となる。図３（ａ）のＡＤＩＦ及びＡＳＵＭは、ともに（ＡＩＭＢ・ＡＯＳＬ／２）に等しい。
【００３９】
図３（ｂ）は、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性を示しており、ＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦに含まれる各周波数成分の強度ＭＤＩＦ，ＭＯＳＬ，ＭＩＭＢ，及びＭＳＵＭは、振幅ＡＤＩＦ，ＡＯＳＬ，ＡＩＭＢ，及びＡＳＵＭを用いて、それぞれ下記式（６）〜（９）で表すことができる。
ＭＤＩＦ＝ＧＤＩＦ×ＡＤＩＦ＝ＧＤＩＦ×（ＡＩＭＢ・ＡＯＳＬ／２） （６）
ＭＯＳＬ＝ＧＯＳＬ×ＡＯＳＬ （７）
ＭＩＭＢ＝ＧＩＭＢ×ＡＩＭＢ （８）
ＭＳＵＭ＝ＧＳＵＭ×ＡＳＵＭ＝ＧＳＵＭ×（ＡＩＭＢ・ＡＯＳＬ／２） （９）
【００４０】
そこで本実施形態では、下記式（１０）により判定パラメータＲＳＴを算出し、この判定パラメータＲＳＴを用いてインバランス故障の判定を行ようにしている。
ＲＳＴ＝ＭＤＩＦ／ＭＯＳＬ＝ＡＩＭＢ×ＧＤＩＦ／（ＧＯＳＬ×２） （１０）
【００４１】
式（１０）では、振動信号振幅ＡＯＳＬが消去されているため、実際の空燃比振動振幅が、制御入力の振幅と異なるような場合でもその影響を受けることなく、インバランス故障判定を行うことが可能となる。
【００４２】
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、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定クランク角度ＣＡＣＡＬ（例えば３０度）毎に実行される。
【００４３】
ステップＳ１１では判定実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」であるか否かを判別する。判定実行条件フラグＦＭＣＮＤは、例えば下記の条件１）〜１１）がすべて満たされると「１」に設定される。
【００４４】
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）。
【００４５】
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。ＦＭＣＮＤ＝１であるときは、以下に説明するように空燃比振動制御を実行し、インバランス故障判定を行う。空燃比振動制御を実行するときは、空燃比補正係数ＫＡＦは「１．０」に固定される。
【００４６】
ステップＳ１２では、下記式（１１）により目標当量比ＫＣＭＤを算出する。式（１１）のＫｆＯＳＬは、例えば「０．４」に設定される振動周波数係数であり、ｋは本処理の実行周期ＣＡＣＡＬで離散化した離散化時刻である。
ＫＣＭＤ＝ＤＡＦ×ｓｉｎ（ＫｆＯＳＬ×ＣＡＣＡＬ×ｋ）＋１ （１１）
【００４７】
ステップＳ１３では、空燃比振動制御の開始時点から所定安定化時間ＴＳＴＢＬが経過したか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）である間は直ちに処理を終了する。ステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ１４及びＳ１５によりＬＡＦセンサ１５の出力信号ＳＬＡＦに含まれる差周波数成分強度ＭＤＩＦ及び振動周波数成分強度ＭＯＳＬの算出を行う。
【００４８】
すなわち、ステップＳ１４では、差周波数（ｆＤＩＦ）成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の振幅を積算することにより、差周波数成分強度ＭＤＩＦを算出する。ステップＳ１５では、振動周波数（ｆＯＳＬ）成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の振幅を積算することにより、振動周波数成分強度ＭＯＳＬを算出する。
【００４９】
ステップＳ１６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Ｓ１６の答が肯定（ＹＥＳ）となると、算出された差周波数成分強度ＭＤＩＦを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算すること（上記式（１０））により、判定パラメータＲＳＴを算出する（ステップＳ１７）。
【００５０】
ステップＳ１８では、判定パラメータＲＳＴが所定の判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１より大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは空燃比のインバランス度合が許容限度を超えているインバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ１９）。一方、ステップＳ１８の答が否定（ＮＯ）であるときは、インバランス度合は許容限度内にある（正常）と判定する（ステップＳ２０）。
【００５１】
以上のように本実施形態では、判定パラメータＲＳＴを算出する式（１０）において、振動信号振幅ＡＯＳＬが消去されているため、実際の空燃比振動振幅が、制御入力の振幅と異なるような場合でもその影響を受けることなく、インバランス故障判定を行うことが可能となる。
【００５２】
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、振動信号生成手段、空燃比振動手段の一部、和差周波数成分強度算出手段、設定周波数成分強度算出手段、判定パラメータ算出手段、インバランス故障判定手段を構成する。具体的には、図４のステップＳ１２が振動信号生成手段に相当し、ステップＳ１４が和差周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ１５が設定周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ１７が判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ１８〜Ｓ２０がインバランス故障判定手段に相当する。
【００５３】
［変形例］
判定パラメータＲＳＴは、上記式（１０）に代えて、下記式（１２）により算出するようにしてもよい。すなわち、和周波数成分強度ＭＳＵＭを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出するようにしてもよい。
ＲＳＴ＝ＭＳＵＭ／ＭＯＳＬ＝ＡＩＭＢ×ＧＳＵＭ／（ＧＯＳＬ×２） （１２）
【００５４】
図５はこの変形例のフローチャートであり、図４のステップＳ１４，Ｓ１７，及びＳ１８を、それぞれステップＳ１４ａ，Ｓ１７ａ，及びＳ１８ａに代えたものである。
【００５５】
ステップＳ１４ａでは、和周波数（ｆＳＵＭ）成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の振幅を積算することにより、和周波数成分強度ＭＳＵＭを算出する。ステップＳ１７ａでは、和周波数成分強度ＭＳＵＭを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出する。ステップＳ１８ａでは、判定パラメータＲＳＴが判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１ａより大きいか否かを判別する。
判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１ａは、上記実施形態の判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１より小さな値に設定される。
【００５６】
本変形例においても、上記式（１２）において振動信号振幅ＡＯＳＬが消去されているため、実際の空燃比振動振幅が、制御入力の振幅と異なるような場合でもその影響を受けることなく、インバランス故障判定を行うことが可能となる。
【００５７】
本変形例では、図５のステップＳ１４ａが和差周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ１７ａが判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ１８ａ，Ｓ１９，及びＳ２０がインバランス故障判定手段に相当する。
【００５８】
［第２の実施形態］
本実施形態は、空燃比振動制御実行中に０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ，振動周波数成分強度ＭＯＳＬ，差周波数成分強度ＭＤＩＦ，及び和周波数成分強度ＭＳＵＭをすべて算出し、下記式（２１）により０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢを算出するとともに、下記式（２２）により補正比率ＲＣＲを算出し、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲを乗算することにより（下記式（２３））、判定パラメータＲＳＴを算出するようにしたものである。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
ＲＩＭＢ＝ＭＩＭＢ／ＭＯＳＬ （２１）
ＲＣＲ＝ＭＤＩＦ／ＭＳＵＭ （２２）
ＲＳＴ＝ＲＩＭＢ×ＲＣＲ （２３）
【００５９】
本実施形態においても振動周波数ｆＯＳＬは、０．４ｆＮＥに設定されており、０．５次周波数ｆＩＭＢより低い周波数である。したがって、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性における振動周波数ゲインＧＯＳＬは、０．５次周波数ゲインＧＩＭＢより大きい。そこで、本実施形態では、式（２２）により差周波数成分強度ＭＤＩＦを和周波数成分強度ＭＳＵＭで除算することにより、補正比率ＲＣＲを算出し、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲを乗算することによって、ＬＡＦセンサ応答周波数特性に対応した補正を行うようにしたものである。
【００６０】
式（２２）に式（６）及び（９）を適用すると、式（２２）は下記式（２２ａ）で示される。すなわち、補正比率ＲＣＲは、差周波数ゲインＧＤＩＦを和周波数ゲインＧＳＵＭで除算した値に等しい。ここで、ＧＤＩＦ＞ＧＳＵＭなる関係が成立するので、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲを乗算することによって、ＬＡＦセンサ応答周波数特性に対応した補正を行うことができ、ＬＡＦセンサ応答周波数特性の変化の影響を抑制することができる。
【数２】
【００６１】
図６は本実施形態におけるインバランス故障判定処理にフローチャートである。この処理のステップＳ３１〜Ｓ３５，及びＳ３８は、それぞれ図４のステップＳ１１〜Ｓ１５，及びＳ１６と同一である。
【００６２】
ステップＳ３６では、和周波数（ｆＳＵＭ）成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の振幅を積算することにより、和周波数成分強度ＭＳＵＭを算出する。ステップＳ３７では、０．５次周波数（ｆＩＭＢ）成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の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。
【００６３】
ステップＳ３９では、差周波数成分強度ＭＤＩＦを和周波数成分強度ＭＳＵＭで除算することにより（式（２２））、補正比率ＲＣＲを算出し、ステップＳ４０では、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより（式（２１））、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢを算出する。ステップＳ４１では、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲを乗算することにより（式（２３））、判定パラメータＲＳＴを算出する。
【００６４】
ステップＳ４２では、判定パラメータＲＳＴが判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ２より大きいか否かを判別し、この答が肯定（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Ｓ４３）。ステップＳ４２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、インバランス度合は許容限度内にあると判定する（ステップＳ４４）。
【００６５】
本実施形態では、図６のステップＳ３２が振動信号生成手段に相当し、ステップＳ３４及びＳ３６が和差周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ３５が設定周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ３９〜Ｓ４１が判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ４２〜Ｓ４４がインバランス故障判定手段に相当する。
【００６６】
［変形例］
第２の実施形態では、振動周波数ｆＯＳＬを０．４ｆＮＥに設定する例を示したが、０．５ｆＮＥより高い周波数、例えば０．６ｆＮＥに設定するようにしてもよい。
【００６７】
図７はこの変形例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、図６のステップＳ３９，Ｓ４１，及びＳ４２を、それぞれステップＳ３９ａ，Ｓ４１ａ，及びＳ４２ａに代えたものである。
【００６８】
ステップＳ３９ａでは、和周波数成分強度ＭＳＵＭを差周波数成分強度ＭＤＩＦで除算することにより、補正比率ＲＣＲａを算出し、ステップＳ４１ａでは、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲａを乗算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出する。
ステップＳ４２ａでは、判定パラメータＲＳＴが判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ２ａより大きいか否かを判別する。
【００６９】
本変形例では振動周波数ｆＯＳＬは、０．６ｆＮＥに設定されており、０．５次周波数ｆＩＭＢより高い周波数である。したがって、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性における振動周波数ゲインＧＯＳＬは、０．５次周波数ゲインＧＩＭＢより小さい。そこで、本実施形態では、和周波数成分強度ＭＳＵＭを差周波数成分強度ＭＤＩＦで除算することにより、補正比率ＲＣＲａを算出し、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲａを乗算することによって、ＬＡＦセンサ応答周波数特性に対応した補正を行うようにしたものである。
【００７０】
補正比率ＲＣＲａは、和周波数ゲインＧＳＵＭを差周波数ゲインＧＤＩＦで除算した値（ＧＳＵＭ／ＧＤＩＦ）に等しいので、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲａを乗算することによって、ＬＡＦセンサ応答周波数特性に対応した補正を行うことができ、ＬＡＦセンサ応答周波数特性の変化の影響を抑制することができる。
【００７１】
本変形例では、ステップＳ３９ａ，Ｓ４０，Ｓ４１ａが判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ４２ａ，Ｓ４３，Ｓ４４がインバランス故障判定手段に相当する。
【００７２】
［第３の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態に第２の実施形態におけるＬＡＦセンサ応答周波数特性に対応した補正を導入したものである。すなわち、差周波数成分強度ＭＤＩＦを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、差周波数成分比率ＲＤＩＦ（第１の実施形態における判定パラメータＲＳＴに相当する）を算出するとともに（式（３１））、第２の実施形態に変形例における補正比率ＲＣＲａを算出し（式（３２））、差周波数成分比率ＲＤＩＦに補正比率ＲＣＲａを乗算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出する（式（３３））ようにしたものである。なお、このようにして算出される判定パラメータＲＳＴは、第１の実施形態の変形例における判定パラメータＲＳＴと同一のものとなる。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
ＲＤＩＦ＝ＭＤＩＦ／ＭＯＳＬ （３１）
ＲＣＲａ＝ＭＳＵＭ／ＭＤＩＦ （３２）
ＲＳＴ＝ＲＣＲａ×ＲＤＩＦ （３３）
【００７３】
図８は本実施形態におけるインバランス故障判定処理にフローチャートである。この処理のステップＳ５１〜Ｓ５６，及びＳ５７は、それぞれ図６のステップＳ３１〜Ｓ３６，及びＳ３８と同一である。
【００７４】
ステップＳ５８では、和周波数成分強度ＭＳＵＭを差周波数成分強度ＭＤＩＦで除算することにより、補正比率ＲＣＲａを算出し、ステップＳ５９では差周波数成分強度ＭＤＩＦを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、差周波数成分比率ＲＤＩＦを算出する。ステップＳ６０では、差周波数成分比率ＲＤＩＦに補正比率ＲＣＲａを乗算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出する。
【００７５】
ステップＳ６１では、判定パラメータＲＳＴが判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１ａより大きいか否かを判別し、この答が肯定（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Ｓ６２）。ステップＳ６１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、インバランス度合は許容限度内にあると判定する（ステップＳ６３）。
【００７６】
本実施形態によれば、差周波数成分比率ＲＤＩＦは、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢに比例し、かつ振動制御振幅の影響を受けず、また補正比率ＲＣＲａには、０．５次周波数及び設定周波数を含む周波数範囲におけるＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性が反映されるので、差周波数成分比率ＲＤＩＦと補正比率ＲＣＲａを乗算することにより、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性の変化の影響を抑制すること、及び空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去することが可能となり、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００７７】
本実施形態では、図８のステップＳ５２が振動信号生成手段に相当し、ステップＳ５４及びＳ５６が和差周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ５５が設定周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ５８〜Ｓ６０が判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ６１〜Ｓ６３がインバランス故障判定手段に相当する。
【００７８】
［変形例］
図８の処理は図９に示すように変形してもよい。図９の処理は、図８のステップＳ５８〜Ｓ６１を、それぞれステップＳ５８ａ〜Ｓ６１ａに代えたものである。
【００７９】
ステップＳ５８ａでは、差周波数成分強度ＭＤＩＦを和周波数成分強度ＭＳＵＭで除算することにより、補正比率ＲＣＲを算出し、ステップＳ５９ａでは和周波数成分強度ＭＳＵＭを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、和周波数成分比率ＲＳＵＭを算出する。ステップＳ６０ａでは、和周波数成分比率ＲＳＵＭに補正比率ＲＣＲを乗算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出する。
ステップＳ６１ａでは、判定パラメータＲＳＴが判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１より大きいか否かを判別する。
【００８０】
本変形例によれば、和周波数成分比率ＲＳＵＭは、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢに比例し、かつ振動制御振幅の影響を受けず、また補正比率ＲＣＲには、０．５次周波数及び設定周波数を含む周波数範囲におけるＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性が反映されるので、和周波数成分比率ＲＳＵＭと補正比率ＲＣＲを乗算することにより、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性の変化の影響を抑制すること、及び空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去することが可能となり、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００８１】
本変形例では、図９のステップＳ５８ａ〜Ｓ６０ａが判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ６１ａ，Ｓ６２，Ｓ６３がインバランス故障判定手段に相当する。
【００８２】
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、上述した式（６）及び（９）を参照すれば明らかなように、差周波数成分強度ＭＤＩＦ及び和周波数成分強度ＭＳＵＭは、０．５次周波数成分の振幅ＡＩＭＢに比例するので、差周波数成分強度ＭＤＩＦまたは和周波数成分強度ＭＳＵＭをそのまま判定パラメータＲＳＴとして使用するようにしてもよい。
【００８３】
また上述した実施形態では、振動周波数ｆＯＳＬ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、インバランス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。
【００８４】
また周波数成分強度の算出処理は、インバランス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、インバランス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（振動周波数成分強度ＭＯＳＬ，差周波数成分強度ＭＤＩＦ，和周波数成分強度ＭすＭ，０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ）を読み込んで、判定処理を行う。また、空燃比振動制御が安定化した時点から所定サンプリング期間において、最適周期でＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦのサンプリングを行って、サンプリングデータをメモリに格納し、所定サンプリング期間終了後にサンプリングデータを一括処理することによって、各周波数成分強度を算出するようにしてもよい。その場合には、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を用いることもできる。
【００８５】
また上述した実施形態では、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢの算出を、空燃比振動制御実行中に行うようにしたが、空燃比振動制御を行っていないときに算出するようにしてもよい。その場合には、空燃比振動制御を実行して振動周波数成分強度ＭＯＳＬ、差周波数成分強度ＭＤＩＦ、及び和周波数成分強度ＭＳＵＭを算出するエンジン運転領域を比較的狭い範囲に限定し、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢの算出をその限定したエンジン運転領域において行うことが望ましい。
【００８６】
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】
【００８７】
１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（振動信号生成手段、空燃比振動手段の一部、和差周波数成分強度算出手段、設定周波数成分強度算出手段、判定パラメータ算出手段、インバランス故障判定手段、差周波数成分比率算出手段、和周波数成分比率算出手段、補正比率算出手段、０．５次周波数成分比率算出手段）
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）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数気筒を有する内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に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次周波数成分強度を、所定周波数成分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】
空燃比センサの応答周波数特性は、基本的に高周波成分が減衰する低域通過フィルタ特性であり、０．５次周波数成分強度及び所定周波数成分強度は、この空燃比センサの周波数特性の影響を受ける。この空燃比センサの応答周波数特性は、経時劣化することが知られており、カットオフ周波数が徐々に低下する傾向がある。そのように応答周波数特性が変化すると、検出される所定周波数成分強度に対する０．５次周波数成分強度の比率である判定パラメータの値が変化し、インバランス故障の判定精度を低下させるおそれがある。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、空燃比センサの応答周波数特性の変化にかかわらず、インバランス故障判定を精度よ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】
【０００６】
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（１５）を備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記機関の回転速度（ＮＥ）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（ｆＩＭＢ）とは異なる設定周波数（ｆＯＳＬ）で前記空燃比を振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、前記振動信号に応じて前記空燃比を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の出力信号に含まれる前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）と前記設定周波数（ｆＯＳＬ）の差に対応する差周波数の成分強度（ＭＤＩＦ）、及び前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）と前記設定周波数（ｆＯＳＬ）の和に対応する和周波数の成分強度（ＭＳＵＭ）の少なくとも一方を算出する和差周波数成分強度算出手段と、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）及び和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）の少なくとも一方に応じて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比のインバランス度合を判定するための判定パラメータ（ＲＳＴ）を算出する判定パラメータ算出手段と、前記判定パラメータ（ＲＳＴ）を用いて、前記空燃比のインバランス度合が許容限度を超えているインバランス故障を判定するインバランス故障判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
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、前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度（ＭＯＳＬ）を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）及び和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）をともに算出し、前記判定パラメータ算出手段は、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）を前記設定周波数成分強度（ＭＯＳＬ）で除算することにより、差周波数成分比率（ＲＤＩＦ）を算出する差周波数成分比率算出手段と、前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）を前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）で除算することにより、補正比率（ＲＣＲ）を算出する補正比率算出手段とを有し、前記差周波数成分比率（ＭＤＩＦ）と前記補正比率（ＲＣＲ）を乗算することにより、前記判定パラメータを算出することを特徴とする。
【０００８】
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、前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度（ＭＯＳＬ）を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）及び和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）をともに算出し、前記判定パラメータ算出手段は、前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）を前記設定周波数成分強度（ＭＯＳＬ）で除算することにより、和周波数成分比率（ＲＳＵＭ）を算出する和周波数成分比率算出手段と、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）を前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）で除算することにより、補正比率（ＲＣＲａ）を算出する補正比率算出手段とを有し、前記和周波数成分比率（ＲＳＵＭ）と前記補正比率（ＲＣＲａ）を乗算することにより、前記判定パラメータ（ＲＳＴ）を算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項４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、前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度（ＭＯＳＬ）を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、前記判定パラメータ算出手段は、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）または前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）を前記設定周波数成分強度（ＭＯＳＬ）で除算することにより、前記判定パラメータ（ＲＳＴ）を算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項５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、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記０．５次周波数成分の強度（ＭＩＭＢ）を算出する０．５次周波数成分強度算出手段と、前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度（ＭＯＳＬ）を算出する設定周波数成分強度算出手段とをさらに備え、前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）及び和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）をともに算出し、前記判定パラメータ算出手段は、前記０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ）を前記設定周波数成分強度（ＭＯＳＬ）で除算することにより、０．５次周波数成分比率（ＲＩＭＢ）を算出する０．５次周波数成分比率算出手段と、前記設定周波数（ｆＯＳＬ）が前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）より低いときは、前記差周波数成分強度（ＭＤＩＦ）を前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）で除算することにより補正比率（ＲＣＲ）を算出する一方、前記設定周波数（ｆＯＳＬ）が前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）より高いときは、前記和周波数成分強度（ＭＳＵＭ）を前記差波数成分強度（ＭＤＩＦ）で除算することにより補正比率（ＲＣＲａ）を算出する補正比率算出手段とを有し、前記０．５次周波数成分比率（ＲＩＭＢ）と前記補正比率（ＲＣＲ，ＲＣＲａ）を乗算することにより、前記判定パラメータを算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１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次周波数とは異なる設定周波数で空燃比を振動させる空燃比振動制御が実行され、空燃比振動制御実行中に、空燃比検出手段の出力信号に含まれる０．５次周波数と設定周波数の差に対応する差周波数の成分強度、及び０．５次周波数と設定周波数の和に対応する和周波数の成分強度の少なくとも一方が算出され、差周波数成分強度及び和周波数成分強度の少なくとも一方に応じて、複数気筒のそれぞれに対応する空燃比のインバランス度合を判定するための判定パラメータが算出され、算出された判定パラメータを用いて、空燃比のインバランス度合が許容限度を超えているインバランス故障が判定される。差周波数成分強度及び和周波数成分強度は、何れも０．５次周波数成分強度及び設定周波数成分強度に比例するので、差周波数成分強度及び／または和周波数成分強度に応じて判定パラメータを算出することにより、空燃比検出手段の応答周波数特性の変化の影響を抑制すること、あるいは空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去することが可能となり、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、空燃比振動制御の実行中に、空燃比検出手段の出力信号に含まれる設定周波数成分の強度が算出され、差周波数成分強度を設定周波数成分強度で除算することにより、差周波数成分比率が算出され、和周波数成分強度を差周波数成分強度で除算することにより、補正比率が算出され、差周波数成分比率と補正比率を乗算することにより、判定パラメータが算出される。差周波数成分比率は、０．５次周波数成分強度に比例し、かつ振動制御振幅の影響を受けず、また補正比率には、０．５次周波数及び設定周波数を含む周波数範囲における空燃比検出手段の応答周波数特性が反映されるので、差周波数成分比率と補正比率を乗算することにより、空燃比検出手段の応答周波数特性の変化の影響を抑制すること、及び空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去することが可能となり、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、空燃比振動制御の実行中に、空燃比検出手段の出力信号に含まれる設定周波数成分の強度が算出され、和周波数成分強度を設定周波数成分強度で除算することにより、和周波数成分比率が算出され、差周波数成分強度を和周波数成分強度で除算することにより、補正比率が算出され、和周波数成分比率と補正比率を乗算することにより、判定パラメータが算出される。和周波数成分比率は、０．５次周波数成分強度に比例し、かつ振動制御振幅の影響を受けず、また補正比率には、０．５次周波数及び設定周波数を含む周波数範囲における空燃比検出手段の応答周波数特性が反映されるので、差周波数成分比率と補正比率を乗算することにより、空燃比検出手段の応答周波数特性の変化の影響を抑制すること、及び空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去することが可能となり、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、空燃比検出手段の出力信号に含まれる設定周波数成分の強度が算出され、差周波数成分強度または和周波数成分強度を設定周波数成分強度で除算することにより、判定パラメータが算出される。差周波数成分強度または和周波数成分強度を設定周波数成分強度で除算することにより、０．５次周波数成分強度に比例し、かつ振動制御振幅の影響を受けない判定パラメータが得られる。したがって、空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去し、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、空燃比検出手段の出力信号に含まれる０．５次周波数成分強度及び設定周波数成分強度が算出され、０．５次周波数成分強度を設定周波数成分強度で除算することにより、０．５次周波数成分比率が算出され、設定周波数が０．５次周波数より低いときは、差周波数成分強度を和周波数成分強度で除算することにより補正比率が算出される一方、設定周波数が０．５次周波数より高いときは、和周波数成分強度を差波数成分強度で除算することにより補正比率が算出され、０．５次周波数成分比率と補正比率を乗算することにより、判定パラメータが算出される。補正比率には、０．５次周波数及び設定周波数を含む周波数範囲における空燃比検出手段の応答周波数特性が反映され、かつ０．５次周波数と設定周波数の大小関係に応じた補正比率の算出が行われるため、空燃比検出手段の高域減衰特性が補正された判定パラメータが得られる。その結果、空燃比検出手段の応答周波数特性の変化の影響を抑制し、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】従来技術の課題を説明するための図である。
【図３】空燃比振動制御の実行中における検出空燃比信号に含まれる周波数成分の強度を説明するための図である。
【図４】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第１の実施形態）。
【図５】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第１の実施形態の変形例）。
【図６】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第２の実施形態）。
【図７】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第２の実施形態の変形例）。
【図８】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第３の実施形態）。
【図９】インバランス故障判定処理のフローチャートである（第３の実施形態の変形例）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
本実施形態におけるインバランス故障判定手法は、特許文献１に示される手法を改良したものであり、エンジン運転中に空燃比を周波数ｆＯＳＬ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に含まれる特定の周波数成分強度の比率に基づいて、インバランス故障が判定される。
【００３２】
先ず特許文献１に示される手法（従来手法）における課題を以下に説明する。空燃比のインバランス度合が増加すると、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１／２に相当する０．５次周波数ｆＩＭＢの成分強度（以下「０．５次周波数成分強度」という）ＭＩＭＢが増加することから、振動周波数ｆＯＳＬの成分強度を振動周波数成分強度ＭＯＳＬとすると、判定パラメータＲＴは下記式（２）で算出される。
ＲＴ＝ＭＩＭＢ／ＭＯＳＬ （２）
【００３３】
図２（ａ）は、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性（ゲイン）を示す図であり、実線Ｌ１が初期特性を示し、破線Ｌ２及び一点鎖線Ｌ３が劣化した特性を示す。これらの応答周波数特性は一次遅れ特性で近似できるものではないため、ゲイン比率ＲＧＡＩＮ（＝ＧＩＭＢ／ＧＯＳＬ）は、周波数ｆに依存して変化し、さらにＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性の劣化度合によっても変化する。その結果、例えば振動周波数ｆＯＳＬを０．４ｆＮＥに設定した場合に、振動周波数ゲインＧＯＳＬと、０．５次周波数ゲインＧＩＭＢとの関係は、図２（ｂ）に示すように直線Ｌ１０ではなく曲線Ｌ１１〜Ｌ１２で示される。実線Ｌ１１，破線Ｌ１２，及び一点鎖線Ｌ１３は、それぞれ図２（ａ）の実線Ｌ１，破線Ｌ２，及び一点鎖線Ｌ３で示す劣化状態に対応し、かつエンジン回転数ＮＥがそれぞれ１８００ｒｐｍ，２４００ｒｐｍ，及び１２００ｒｐｍに対応する。したがって、空燃比のインバランス度合が一定であっても、判定パラメータＲＴはエンジン回転数ＮＥ及びＬＡＦセンサ特性の劣化度合に依存して変化し、インバランス故障の判定精度を低下させる要因となる。
【００３４】
また空燃比振動制御は、目標当量比ＫＣＭＤを振動振幅ＤＡＦで変化させて燃料噴射量ＴＯＵＴを変化させることにより行われるが、実際の当量比（空燃比）が、エンジンの運転環境によっては振動振幅ＤＡＦで変化しない可能性がある。
【００３５】
そこで本実施形態では、空燃比振動制御を実行しているときにＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦに含まれる差周波数成分の強度及び振動周波数成分の強度に基づいて、以下に説明するようにインバランス故障判定を行う。
【００３６】
ここで、空燃比制御系の入力信号としての０．５次周波数成分ＷＩＭＢ及び振動周波数成分ＷＯＳＬを下記式（３）及び（４）で表すと、空燃比制御系の出力信号は式（５）に示すように、両成分の積ＷＰＲＤで表すことができる。なお、式（３）〜（５）におけるωＩＭＢ及びωＯＳＬ［ｒａｄ／ｓｅｃ］は、それぞれ（２π・ｆＩＭＢ）及び（２π・ｆＯＳＬ）に相当する。
【数１】
【００３７】
式（５）から明らかなように、ＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦには、第１項の０．５次周波数成分及び第２項の振動周波数成分とともに、０．５次周波数ｆＩＭＢと振動周波数ｆＯＳＬの和と差の周波数成分が含まれる。以下、０．５次周波数ｆＩＭＢと振動周波数ｆＯＳＬの和を和周波数ｆＳＵＭといい、０．５次周波数ｆＩＭＢと振動周波数ｆＯＳＬの差を差周波数ｆＤＩＦといい、和周波数ｆＳＵＭに対応する周波数成分の強度を和周波数成分強度ＭＳＵＭといい、差周波数ｆＤＩＦに対応する周波数成分の強度を差周波数成分強度ＭＤＩＦという。
【００３８】
各周波数成分強度の理論値は、振幅ＡＩＭＢ，ＡＯＳＬ、及び（ＡＩＭＢ・ＡＯＳＬ／２）に比例するので、インバランス故障が発生している状態では例えば図３（ａ）に示すような相対関係となる。図３（ａ）のＡＤＩＦ及びＡＳＵＭは、ともに（ＡＩＭＢ・ＡＯＳＬ／２）に等しい。
【００３９】
図３（ｂ）は、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性を示しており、ＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦに含まれる各周波数成分の強度ＭＤＩＦ，ＭＯＳＬ，ＭＩＭＢ，及びＭＳＵＭは、振幅ＡＤＩＦ，ＡＯＳＬ，ＡＩＭＢ，及びＡＳＵＭを用いて、それぞれ下記式（６）〜（９）で表すことができる。
ＭＤＩＦ＝ＧＤＩＦ×ＡＤＩＦ＝ＧＤＩＦ×（ＡＩＭＢ・ＡＯＳＬ／２） （６）
ＭＯＳＬ＝ＧＯＳＬ×ＡＯＳＬ （７）
ＭＩＭＢ＝ＧＩＭＢ×ＡＩＭＢ （８）
ＭＳＵＭ＝ＧＳＵＭ×ＡＳＵＭ＝ＧＳＵＭ×（ＡＩＭＢ・ＡＯＳＬ／２） （９）
【００４０】
そこで本実施形態では、下記式（１０）により判定パラメータＲＳＴを算出し、この判定パラメータＲＳＴを用いてインバランス故障の判定を行ようにしている。
ＲＳＴ＝ＭＤＩＦ／ＭＯＳＬ＝ＡＩＭＢ×ＧＤＩＦ／（ＧＯＳＬ×２） （１０）
【００４１】
式（１０）では、振動信号振幅ＡＯＳＬが消去されているため、実際の空燃比振動振幅が、制御入力の振幅と異なるような場合でもその影響を受けることなく、インバランス故障判定を行うことが可能となる。
【００４２】
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、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定クランク角度ＣＡＣＡＬ（例えば３０度）毎に実行される。
【００４３】
ステップＳ１１では判定実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」であるか否かを判別する。判定実行条件フラグＦＭＣＮＤは、例えば下記の条件１）〜１１）がすべて満たされると「１」に設定される。
【００４４】
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）。
【００４５】
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。ＦＭＣＮＤ＝１であるときは、以下に説明するように空燃比振動制御を実行し、インバランス故障判定を行う。空燃比振動制御を実行するときは、空燃比補正係数ＫＡＦは「１．０」に固定される。
【００４６】
ステップＳ１２では、下記式（１１）により目標当量比ＫＣＭＤを算出する。式（１１）のＫｆＯＳＬは、例えば「０．４」に設定される振動周波数係数であり、ｋは本処理の実行周期ＣＡＣＡＬで離散化した離散化時刻である。
ＫＣＭＤ＝ＤＡＦ×ｓｉｎ（ＫｆＯＳＬ×ＣＡＣＡＬ×ｋ）＋１ （１１）
【００４７】
ステップＳ１３では、空燃比振動制御の開始時点から所定安定化時間ＴＳＴＢＬが経過したか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）である間は直ちに処理を終了する。ステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ１４及びＳ１５によりＬＡＦセンサ１５の出力信号ＳＬＡＦに含まれる差周波数成分強度ＭＤＩＦ及び振動周波数成分強度ＭＯＳＬの算出を行う。
【００４８】
すなわち、ステップＳ１４では、差周波数（ｆＤＩＦ）成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の振幅を積算することにより、差周波数成分強度ＭＤＩＦを算出する。ステップＳ１５では、振動周波数（ｆＯＳＬ）成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の振幅を積算することにより、振動周波数成分強度ＭＯＳＬを算出する。
【００４９】
ステップＳ１６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Ｓ１６の答が肯定（ＹＥＳ）となると、算出された差周波数成分強度ＭＤＩＦを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算すること（上記式（１０））により、判定パラメータＲＳＴを算出する（ステップＳ１７）。
【００５０】
ステップＳ１８では、判定パラメータＲＳＴが所定の判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１より大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは空燃比のインバランス度合が許容限度を超えているインバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ１９）。一方、ステップＳ１８の答が否定（ＮＯ）であるときは、インバランス度合は許容限度内にある（正常）と判定する（ステップＳ２０）。
【００５１】
以上のように本実施形態では、判定パラメータＲＳＴを算出する式（１０）において、振動信号振幅ＡＯＳＬが消去されているため、実際の空燃比振動振幅が、制御入力の振幅と異なるような場合でもその影響を受けることなく、インバランス故障判定を行うことが可能となる。
【００５２】
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、振動信号生成手段、空燃比振動手段の一部、和差周波数成分強度算出手段、設定周波数成分強度算出手段、判定パラメータ算出手段、インバランス故障判定手段を構成する。具体的には、図４のステップＳ１２が振動信号生成手段に相当し、ステップＳ１４が和差周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ１５が設定周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ１７が判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ１８〜Ｓ２０がインバランス故障判定手段に相当する。
【００５３】
［変形例］
判定パラメータＲＳＴは、上記式（１０）に代えて、下記式（１２）により算出するようにしてもよい。すなわち、和周波数成分強度ＭＳＵＭを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出するようにしてもよい。
ＲＳＴ＝ＭＳＵＭ／ＭＯＳＬ＝ＡＩＭＢ×ＧＳＵＭ／（ＧＯＳＬ×２） （１２）
【００５４】
図５はこの変形例のフローチャートであり、図４のステップＳ１４，Ｓ１７，及びＳ１８を、それぞれステップＳ１４ａ，Ｓ１７ａ，及びＳ１８ａに代えたものである。
【００５５】
ステップＳ１４ａでは、和周波数（ｆＳＵＭ）成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の振幅を積算することにより、和周波数成分強度ＭＳＵＭを算出する。ステップＳ１７ａでは、和周波数成分強度ＭＳＵＭを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出する。ステップＳ１８ａでは、判定パラメータＲＳＴが判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１ａより大きいか否かを判別する。
判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１ａは、上記実施形態の判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１より小さな値に設定される。
【００５６】
本変形例においても、上記式（１２）において振動信号振幅ＡＯＳＬが消去されているため、実際の空燃比振動振幅が、制御入力の振幅と異なるような場合でもその影響を受けることなく、インバランス故障判定を行うことが可能となる。
【００５７】
本変形例では、図５のステップＳ１４ａが和差周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ１７ａが判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ１８ａ，Ｓ１９，及びＳ２０がインバランス故障判定手段に相当する。
【００５８】
［第２の実施形態］
本実施形態は、空燃比振動制御実行中に０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ，振動周波数成分強度ＭＯＳＬ，差周波数成分強度ＭＤＩＦ，及び和周波数成分強度ＭＳＵＭをすべて算出し、下記式（２１）により０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢを算出するとともに、下記式（２２）により補正比率ＲＣＲを算出し、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲを乗算することにより（下記式（２３））、判定パラメータＲＳＴを算出するようにしたものである。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
ＲＩＭＢ＝ＭＩＭＢ／ＭＯＳＬ （２１）
ＲＣＲ＝ＭＤＩＦ／ＭＳＵＭ （２２）
ＲＳＴ＝ＲＩＭＢ×ＲＣＲ （２３）
【００５９】
本実施形態においても振動周波数ｆＯＳＬは、０．４ｆＮＥに設定されており、０．５次周波数ｆＩＭＢより低い周波数である。したがって、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性における振動周波数ゲインＧＯＳＬは、０．５次周波数ゲインＧＩＭＢより大きい。そこで、本実施形態では、式（２２）により差周波数成分強度ＭＤＩＦを和周波数成分強度ＭＳＵＭで除算することにより、補正比率ＲＣＲを算出し、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲを乗算することによって、ＬＡＦセンサ応答周波数特性に対応した補正を行うようにしたものである。
【００６０】
式（２２）に式（６）及び（９）を適用すると、式（２２）は下記式（２２ａ）で示される。すなわち、補正比率ＲＣＲは、差周波数ゲインＧＤＩＦを和周波数ゲインＧＳＵＭで除算した値に等しい。ここで、ＧＤＩＦ＞ＧＳＵＭなる関係が成立するので、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲを乗算することによって、ＬＡＦセンサ応答周波数特性に対応した補正を行うことができ、ＬＡＦセンサ応答周波数特性の変化の影響を抑制することができる。
【数２】
【００６１】
図６は本実施形態におけるインバランス故障判定処理にフローチャートである。この処理のステップＳ３１〜Ｓ３５，及びＳ３８は、それぞれ図４のステップＳ１１〜Ｓ１５，及びＳ１６と同一である。
【００６２】
ステップＳ３６では、和周波数（ｆＳＵＭ）成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の振幅を積算することにより、和周波数成分強度ＭＳＵＭを算出する。ステップＳ３７では、０．５次周波数（ｆＩＭＢ）成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の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。
【００６３】
ステップＳ３９では、差周波数成分強度ＭＤＩＦを和周波数成分強度ＭＳＵＭで除算することにより（式（２２））、補正比率ＲＣＲを算出し、ステップＳ４０では、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより（式（２１））、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢを算出する。ステップＳ４１では、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲを乗算することにより（式（２３））、判定パラメータＲＳＴを算出する。
【００６４】
ステップＳ４２では、判定パラメータＲＳＴが判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ２より大きいか否かを判別し、この答が肯定（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Ｓ４３）。ステップＳ４２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、インバランス度合は許容限度内にあると判定する（ステップＳ４４）。
【００６５】
本実施形態では、図６のステップＳ３２が振動信号生成手段に相当し、ステップＳ３４及びＳ３６が和差周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ３５が設定周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ３９〜Ｓ４１が判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ４２〜Ｓ４４がインバランス故障判定手段に相当する。
【００６６】
［変形例］
第２の実施形態では、振動周波数ｆＯＳＬを０．４ｆＮＥに設定する例を示したが、０．５ｆＮＥより高い周波数、例えば０．６ｆＮＥに設定するようにしてもよい。
【００６７】
図７はこの変形例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、図６のステップＳ３９，Ｓ４１，及びＳ４２を、それぞれステップＳ３９ａ，Ｓ４１ａ，及びＳ４２ａに代えたものである。
【００６８】
ステップＳ３９ａでは、和周波数成分強度ＭＳＵＭを差周波数成分強度ＭＤＩＦで除算することにより、補正比率ＲＣＲａを算出し、ステップＳ４１ａでは、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲａを乗算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出する。
ステップＳ４２ａでは、判定パラメータＲＳＴが判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ２ａより大きいか否かを判別する。
【００６９】
本変形例では振動周波数ｆＯＳＬは、０．６ｆＮＥに設定されており、０．５次周波数ｆＩＭＢより高い周波数である。したがって、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性における振動周波数ゲインＧＯＳＬは、０．５次周波数ゲインＧＩＭＢより小さい。そこで、本実施形態では、和周波数成分強度ＭＳＵＭを差周波数成分強度ＭＤＩＦで除算することにより、補正比率ＲＣＲａを算出し、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲａを乗算することによって、ＬＡＦセンサ応答周波数特性に対応した補正を行うようにしたものである。
【００７０】
補正比率ＲＣＲａは、和周波数ゲインＧＳＵＭを差周波数ゲインＧＤＩＦで除算した値（ＧＳＵＭ／ＧＤＩＦ）に等しいので、０．５次周波数成分比率ＲＩＭＢに補正比率ＲＣＲａを乗算することによって、ＬＡＦセンサ応答周波数特性に対応した補正を行うことができ、ＬＡＦセンサ応答周波数特性の変化の影響を抑制することができる。
【００７１】
本変形例では、ステップＳ３９ａ，Ｓ４０，Ｓ４１ａが判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ４２ａ，Ｓ４３，Ｓ４４がインバランス故障判定手段に相当する。
【００７２】
［第３の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態に第２の実施形態におけるＬＡＦセンサ応答周波数特性に対応した補正を導入したものである。すなわち、差周波数成分強度ＭＤＩＦを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、差周波数成分比率ＲＤＩＦ（第１の実施形態における判定パラメータＲＳＴに相当する）を算出するとともに（式（３１））、第２の実施形態に変形例における補正比率ＲＣＲａを算出し（式（３２））、差周波数成分比率ＲＤＩＦに補正比率ＲＣＲａを乗算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出する（式（３３））ようにしたものである。なお、このようにして算出される判定パラメータＲＳＴは、第１の実施形態の変形例における判定パラメータＲＳＴと同一のものとなる。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
ＲＤＩＦ＝ＭＤＩＦ／ＭＯＳＬ （３１）
ＲＣＲａ＝ＭＳＵＭ／ＭＤＩＦ （３２）
ＲＳＴ＝ＲＣＲａ×ＲＤＩＦ （３３）
【００７３】
図８は本実施形態におけるインバランス故障判定処理にフローチャートである。この処理のステップＳ５１〜Ｓ５６，及びＳ５７は、それぞれ図６のステップＳ３１〜Ｓ３６，及びＳ３８と同一である。
【００７４】
ステップＳ５８では、和周波数成分強度ＭＳＵＭを差周波数成分強度ＭＤＩＦで除算することにより、補正比率ＲＣＲａを算出し、ステップＳ５９では差周波数成分強度ＭＤＩＦを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、差周波数成分比率ＲＤＩＦを算出する。ステップＳ６０では、差周波数成分比率ＲＤＩＦに補正比率ＲＣＲａを乗算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出する。
【００７５】
ステップＳ６１では、判定パラメータＲＳＴが判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１ａより大きいか否かを判別し、この答が肯定（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Ｓ６２）。ステップＳ６１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、インバランス度合は許容限度内にあると判定する（ステップＳ６３）。
【００７６】
本実施形態によれば、差周波数成分比率ＲＤＩＦは、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢに比例し、かつ振動制御振幅の影響を受けず、また補正比率ＲＣＲａには、０．５次周波数及び設定周波数を含む周波数範囲におけるＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性が反映されるので、差周波数成分比率ＲＤＩＦと補正比率ＲＣＲａを乗算することにより、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性の変化の影響を抑制すること、及び空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去することが可能となり、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００７７】
本実施形態では、図８のステップＳ５２が振動信号生成手段に相当し、ステップＳ５４及びＳ５６が和差周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ５５が設定周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ５８〜Ｓ６０が判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ６１〜Ｓ６３がインバランス故障判定手段に相当する。
【００７８】
［変形例］
図８の処理は図９に示すように変形してもよい。図９の処理は、図８のステップＳ５８〜Ｓ６１を、それぞれステップＳ５８ａ〜Ｓ６１ａに代えたものである。
【００７９】
ステップＳ５８ａでは、差周波数成分強度ＭＤＩＦを和周波数成分強度ＭＳＵＭで除算することにより、補正比率ＲＣＲを算出し、ステップＳ５９ａでは和周波数成分強度ＭＳＵＭを振動周波数成分強度ＭＯＳＬで除算することにより、和周波数成分比率ＲＳＵＭを算出する。ステップＳ６０ａでは、和周波数成分比率ＲＳＵＭに補正比率ＲＣＲを乗算することにより、判定パラメータＲＳＴを算出する。
ステップＳ６１ａでは、判定パラメータＲＳＴが判定パラメータ閾値ＲＳＴＴＨ１より大きいか否かを判別する。
【００８０】
本変形例によれば、和周波数成分比率ＲＳＵＭは、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢに比例し、かつ振動制御振幅の影響を受けず、また補正比率ＲＣＲには、０．５次周波数及び設定周波数を含む周波数範囲におけるＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性が反映されるので、和周波数成分比率ＲＳＵＭと補正比率ＲＣＲを乗算することにより、ＬＡＦセンサ１５の応答周波数特性の変化の影響を抑制すること、及び空燃比振動制御の振動振幅の影響を除去することが可能となり、インバランス故障判定を精度良く行うことができる。
【００８１】
本変形例では、図９のステップＳ５８ａ〜Ｓ６０ａが判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ６１ａ，Ｓ６２，Ｓ６３がインバランス故障判定手段に相当する。
【００８２】
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、上述した式（６）及び（９）を参照すれば明らかなように、差周波数成分強度ＭＤＩＦ及び和周波数成分強度ＭＳＵＭは、０．５次周波数成分の振幅ＡＩＭＢに比例するので、差周波数成分強度ＭＤＩＦまたは和周波数成分強度ＭＳＵＭをそのまま判定パラメータＲＳＴとして使用するようにしてもよい。
【００８３】
また上述した実施形態では、振動周波数ｆＯＳＬ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、インバランス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。
【００８４】
また周波数成分強度の算出処理は、インバランス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、インバランス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（振動周波数成分強度ＭＯＳＬ，差周波数成分強度ＭＤＩＦ，和周波数成分強度ＭすＭ，０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ）を読み込んで、判定処理を行う。また、空燃比振動制御が安定化した時点から所定サンプリング期間において、最適周期でＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦのサンプリングを行って、サンプリングデータをメモリに格納し、所定サンプリング期間終了後にサンプリングデータを一括処理することによって、各周波数成分強度を算出するようにしてもよい。その場合には、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を用いることもできる。
【００８５】
また上述した実施形態では、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢの算出を、空燃比振動制御実行中に行うようにしたが、空燃比振動制御を行っていないときに算出するようにしてもよい。その場合には、空燃比振動制御を実行して振動周波数成分強度ＭＯＳＬ、差周波数成分強度ＭＤＩＦ、及び和周波数成分強度ＭＳＵＭを算出するエンジン運転領域を比較的狭い範囲に限定し、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢの算出をその限定したエンジン運転領域において行うことが望ましい。
【００８６】
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】
【００８７】
１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（振動信号生成手段、空燃比振動手段の一部、和差周波数成分強度算出手段、設定周波数成分強度算出手段、判定パラメータ算出手段、インバランス故障判定手段、差周波数成分比率算出手段、和周波数成分比率算出手段、補正比率算出手段、０．５次周波数成分比率算出手段）
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）
【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次周波数とは異なる設定周波数で前記空燃比を振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、
前記振動信号に応じて前記空燃比を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の出力信号に含まれる前記０．５次周波数と前記設定周波数の差に対応する差周波数の成分強度、及び前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記０．５次周波数と前記設定周波数の和に対応する和周波数の成分強度の少なくとも一方を算出する和差周波数成分強度算出手段と、
前記差周波数成分強度及び和周波数成分強度の少なくとも一方に応じて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比のインバランス度合を判定するための判定パラメータを算出する判定パラメータ算出手段と、
前記判定パラメータを用いて、前記空燃比のインバランス度合が許容限度を超えているインバランス故障を判定するインバランス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】
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、
前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度及び和周波数成分強度をともに算出し、
前記判定パラメータ算出手段は、
前記差周波数成分強度を前記設定周波数成分強度で除算することにより、差周波数成分比率を算出する差周波数成分比率算出手段と、
前記和周波数成分強度を前記差周波数成分強度で除算することにより、補正比率を算出する補正比率算出手段とを有し、
前記差周波数成分比率と前記補正比率を乗算することにより、前記判定パラメータを算出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】
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、
前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度及び和周波数成分強度をともに算出し、
前記判定パラメータ算出手段は、
前記和周波数成分強度を前記設定周波数成分強度で除算することにより、和周波数成分比率を算出する和周波数成分比率算出手段と、
前記差周波数成分強度を前記和周波数成分強度で除算することにより、補正比率を算出する補正比率算出手段とを有し、
前記和周波数成分比率と前記補正比率を乗算することにより、前記判定パラメータを算出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】
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、
前記判定パラメータ算出手段は、
前記差周波数成分強度または前記和周波数成分強度を前記設定周波数成分強度で除算することにより、前記判定パラメータを算出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５】
前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記０．５次周波数成分の強度を算出する０．５次周波数成分強度算出手段と、
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度を算出する設定周波数成分強度算出手段とをさらに備え、
前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度及び和周波数成分強度をともに算出し、
前記判定パラメータ算出手段は、
前記０．５次周波数成分強度を前記設定周波数成分強度で除算することにより、０．５次周波数成分比率を算出する０．５次周波数成分比率算出手段と、
前記設定周波数が前記０．５次周波数より低いときは、前記差周波数成分強度を前記和周波数成分強度で除算することにより補正比率を算出する一方、前記設定周波数が前記０．５次周波数より高いときは、前記和周波数成分強度を前記差波数成分強度で除算することにより補正比率を算出する補正比率算出手段とを有し、
前記０．５次周波数成分比率と前記補正比率を乗算することにより、前記判定パラメータを算出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次周波数とは異なる設定周波数で前記空燃比を振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、
前記振動信号に応じて前記空燃比を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の出力信号に含まれる前記０．５次周波数と前記設定周波数の差に対応する差周波数の成分強度、及び前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記０．５次周波数と前記設定周波数の和に対応する和周波数の成分強度の少なくとも一方を算出する和差周波数成分強度算出手段と、
前記差周波数成分強度及び和周波数成分強度の少なくとも一方に応じて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比のインバランス度合を判定するための判定パラメータを算出する判定パラメータ算出手段と、
前記判定パラメータを用いて、前記空燃比のインバランス度合が許容限度を超えているインバランス故障を判定するインバランス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】
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、
前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度及び和周波数成分強度をともに算出し、
前記判定パラメータ算出手段は、
前記差周波数成分強度を前記設定周波数成分強度で除算することにより、差周波数成分比率を算出する差周波数成分比率算出手段と、
前記和周波数成分強度を前記差周波数成分強度で除算することにより、補正比率を算出する補正比率算出手段とを有し、
前記差周波数成分比率と前記補正比率を乗算することにより、前記判定パラメータを算出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】
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、
前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度及び和周波数成分強度をともに算出し、
前記判定パラメータ算出手段は、
前記和周波数成分強度を前記設定周波数成分強度で除算することにより、和周波数成分比率を算出する和周波数成分比率算出手段と、
前記差周波数成分強度を前記和周波数成分強度で除算することにより、補正比率を算出する補正比率算出手段とを有し、
前記和周波数成分比率と前記補正比率を乗算することにより、前記判定パラメータを算出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】
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度を算出する設定周波数成分強度算出手段をさらに備え、
前記判定パラメータ算出手段は、
前記差周波数成分強度または前記和周波数成分強度を前記設定周波数成分強度で除算することにより、前記判定パラメータを算出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５】
前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記０．５次周波数成分の強度を算出する０．５次周波数成分強度算出手段と、
前記空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる前記設定周波数成分の強度を算出する設定周波数成分強度算出手段とをさらに備え、
前記和差周波数成分強度算出手段は、前記差周波数成分強度及び和周波数成分強度をともに算出し、
前記判定パラメータ算出手段は、
前記０．５次周波数成分強度を前記設定周波数成分強度で除算することにより、０．５次周波数成分比率を算出する０．５次周波数成分比率算出手段と、
前記設定周波数が前記０．５次周波数より低いときは、前記差周波数成分強度を前記和周波数成分強度で除算することにより補正比率を算出する一方、前記設定周波数が前記０．５次周波数より高いときは、前記和周波数成分強度を前記差波数成分強度で除算することにより補正比率を算出する補正比率算出手段とを有し、
前記０．５次周波数成分比率と前記補正比率を乗算することにより、前記判定パラメータを算出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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８３２００（Ｐ２０１３−８３２００Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３５５２（Ｐ２０１１−２２３５５２）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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