JP2012127305A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高負荷低回転運転状態に限定されることなく燃料噴射弁の異常判定を高い精度で行うことができる内燃機関の空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】 空燃比センサにより検出される空燃比が目標空燃比と一致するように、空燃比補正係数ＫＡＦが算出される。各気筒の空燃比を理論空燃比よりリッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とに変動させるパータベーション制御が実行され（Ｓ２２）、パータベーション制御を実行していない状態で算出される空燃比補正係数ＫＡＦの記憶値ＫＡＦＭＥＭと、パータベーション制御を実行している状態で算出される空燃比補正係数値（パータベーション係数値）ＫＡＦＰＴとの差ＤＫＡＦが、判定閾値ＤＫＡＦＴＨ以下であるときに、燃料噴射弁の何れかが異常であると判定される（Ｓ２６〜Ｓ２８）。
【選択図】 図９

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に気筒毎に設けられた燃料噴射弁による燃料噴射量を変更することにより、機関で燃焼する混合気の空燃比を制御するものに関する。

特許文献１には、排気系に設けられた酸素濃度センサの出力に応じて、気筒毎に設けられた燃料噴射弁による燃料噴射量を変更することにより、機関で燃焼する混合気の空燃比を制御する制御装置が示されており、この装置によれば、以下のようにして燃料噴射弁の故障診断が行われる。

故障診断の対象となる１つの気筒（診断気筒）で燃料噴射量が増量または減量され、他の気筒の燃料噴射量を、診断気筒の燃料噴射量の増減分をキャンセルするように補正し、そのときの酸素濃度センサ出力に基づいて故障の有無が診断される。

特許第３７２１６７１号公報

上記従来の装置では、診断精度を確保するために、機関の高負荷低回転運転状態に限定して診断が実行される。診断を正確に行うためには、この高負荷低回転運転状態がある程度の期間、安定して継続する必要があり、診断の実行時期が非常に限定されるという課題がある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、高負荷低回転運転状態に限定されることなく燃料噴射弁の異常判定を高い精度で行うことができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段（１５）と、前記機関の複数の気筒のそれぞれに対応して配置される燃料噴射弁（６）による燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数（ＫＡＦ）を算出する補正係数算出手段と、算出された補正係数（ＫＡＦ）を用いて前記燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を制御する燃料噴射量制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記機関の運転状態が安定している安定状態を判定する安定状態判定手段と、前記機関が安定状態にあるときに前記燃料噴射弁（６）の異常判定を行う異常判定手段と、前記空燃比の制御指令値（ＫＣＭＤ）を理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させる空燃比変動手段とを備え、前記異常判定手段は、前記空燃比変動手段による空燃比変動を実行していない状態で算出される前記補正係数の値（ＫＡＦＭＥＭ）と、前記空燃比変動を実行している状態で算出される前記補正係数の値（ＫＡＦＰＴ）との差（ＤＫＡＦ）が、判定閾値（ＤＫＡＦＴＨ）以下であるときに、前記燃料噴射弁（６）の何れかが異常であると判定することを特徴とする。

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、前記空燃比変動手段は、前記複数気筒のすべてにおいて１回の燃焼が行われる所定サイクル期間における平均空燃比が理論空燃比と等しくなるように前記空燃比変動を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記複数気筒のうちの一特定気筒以外の他の気筒に対応する前記空燃比の制御指令値を、理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させる気筒特定空燃比変動手段と、前記異常判定手段により前記燃料噴射弁（６）の何れかが異常であると判定されたときに、該異常燃料噴射弁を特定する異常燃料噴射弁特定手段とをさらに備え、該異常燃料噴射弁特定手段は、前記気筒特定空燃比変動手段による気筒特定空燃比変動を実行していない状態で算出される前記補正係数の値（ＫＡＦＭＥＭ）と、前記気筒特定空燃比変動を実行している状態で算出される前記補正係数の値（ＫＡＦＰＴＣ）との差である気筒依存差（ＤＫＡＦＣ(i)）を、前記一特定気筒を順次変更してすべての気筒について算出し、算出された気筒依存差（ＤＫＡＦＣ(i)）に基づいて前記異常燃料噴射弁を特定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記気筒特定空燃比変動手段は、前記異常判定手段により算出される差（ＤＫＡＦ）に応じて、前記気筒特定空燃比変動を行うときの空燃比変更量（ＤＫＡＣＴＰＴ）を設定することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段（１５）と、前記機関の複数の気筒のそれぞれに対応して配置される燃料噴射弁（６）による燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数（ＫＡＦ）を算出する補正係数算出手段と、算出された補正係数（ＫＡＦ）を用いて前記燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を制御する燃料噴射量制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記機関の運転状態が安定している安定状態を判定する安定状態判定手段と、前記機関が安定状態にあるときに前記燃料噴射弁（６）の異常判定を行う異常判定手段と、前記複数気筒のうちの一特定気筒以外の他の気筒に対応する前記空燃比の制御指令値（ＫＣＭＤ）を、理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させる気筒特定空燃比変動手段とを備え、前記異常判定手段は、前記気筒特定空燃比変動手段による気筒特定空燃比変動を実行していない状態で算出される前記補正係数の値（ＫＡＦＭＥＭ）と、前記気筒特定空燃比変動を実行している状態で算出される前記補正係数の値（ＫＡＦＰＴＣ）との差である気筒依存差（ＤＫＡＦＣ(i)）を、前記一特定気筒を順次変更してすべての気筒について算出し、算出された気筒依存差（ＤＫＡＦＣ(i)）に基づいて、前記燃料噴射弁（６）の何れかが異常であるか否かの判定及び異常燃料噴射弁の特定を行うことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項３から５の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記気筒特定空燃比変動手段は、前記気筒特定空燃比変動の実行期間における平均空燃比が理論空燃比と等しくなるように前記気筒特定空燃比変動を行うことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数が算出され、算出された補正係数を用いて燃料噴射量が制御される。機関の運転状態が安定している安定状態において、空燃比の制御指令値を理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させる空燃比変動制御が実行され、空燃比変動制御を実行していない状態で算出される補正係数の値と、空燃比変動制御を実行している状態で算出される補正係数の値との差が、判定閾値以下であるときに、燃料噴射弁の何れかが異常であると判定される。したがって、機関の安定運転状態であれば、高負荷低回転運転状態に限定されることなく燃料噴射弁の異常判定を行うことができ、しかも空燃比フィードバック制御を行うための補正係数の定常的な変化量に基づいて判定が行われるので、空燃比検出手段の応答速度が低下していたとしても高い精度で判定を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、複数気筒のすべてにおいて１回の燃焼が行われる所定サイクル期間における平均空燃比が理論空燃比と等しくなるように空燃比変動制御が行われるので、良好な排気特性を維持しつつ異常判定を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、複数気筒のうちの一特定気筒以外の他の気筒に対応する空燃比の制御指令値を、理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させる気筒特定空燃比変動制御が、燃料噴射弁の何れかが異常であるとの判定が行われたときに実行され、気筒特定空燃比変動制御を実行していない状態で算出される補正係数の値と、気筒特定空燃比変動制御を実行している状態で算出される補正係数の値との差である気筒依存差が、一特定気筒を順次変更してすべての気筒について算出され、算出された気筒依存差に基づいて異常燃料噴射弁が特定される。さらに、機関の全気筒に対応する気筒依存差が算出されるので、算出された気筒依存差を比較することにより、気筒毎の異常の度合を相対的に判定することが可能となる。また、燃料噴射弁の何れかが異常であると判定されたときに、気筒特定空燃比変動制御による異常燃料噴射弁の特定が行われるので、異常が発生していないときの異常判定に要する時間を短縮することができる。

請求項４に記載の発明によれば、異常判定手段により算出される補正係数の差に応じて、気筒特定空燃比変動における空燃比変更量が設定される。異常がある燃料噴射弁による燃料噴射量のずれ（異常度合）が大きいときは、気筒特定空燃比変動制御を行っても異常燃料噴射弁を特定できない可能性があるため、異常判定手段により算出される補正係数の差に応じて、特定空燃比変動における空燃比変更量を設定することにより、確実に異常燃料噴射弁を特定することができる。

請求項５に記載の発明によれば、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数が算出され、算出された補正係数を用いて燃料噴射量が制御される。機関の運転状態が安定している安定状態において、複数気筒のうちの一特定気筒以外の他の気筒に対応する空燃比の制御指令値を、理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させる気筒特定空燃比変動制御が実行され、気筒特定空燃比変動制御を実行していない状態で算出される補正係数の値と、気筒特定空燃比変動制御を実行している状態で算出される補正係数の値との差である気筒依存差が、一特定気筒を順次変更してすべての気筒について算出され、算出された気筒依存差に基づいて、燃料噴射弁の何れかが異常であるか否かの判定及び異常燃料噴射弁の特定が行われる。したがって、高負荷低回転運転状態に限定されることなく燃料噴射弁の異常判定を行うことができ、しかも空燃比フィードバック制御を行うための補正係数の定常的な変化量に基づいて判定が行われるので、空燃比検出手段の応答速度が低下していたとしても高い精度で判定を行うことができる。さらに、異常燃料噴射弁を特定できるとともに、機関の全気筒に対応する気筒依存差が算出されるので、算出された気筒依存差を比較することにより、気筒毎の異常の度合を相対的に判定することが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、気筒特定空燃比変動制御の実行期間における平均空燃比が理論空燃比と等しくなるように気筒特定空燃比変動制御が行われるので、良好な排気特性を維持しつつ異常判定を行うことができる。

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。 酸素濃度センサ（空燃比センサ）の出力特性を示す図である。 気筒別当量比と、空燃比センサ出力ずれとの関係を説明するための図である。 空燃比変動制御（パータベーション制御）を実行したときにおける気筒別当量比と、空燃比補正係数の変化量（係数変化量）との関係を説明するための図である。 燃料噴射弁の異常度合（ＩＭＢ）と係数変化量（ＤＫＡＦ）との関係を示す図である。 パータベーション制御を実行したときにおける空燃比補正係数の変化を説明するためのタイムチャートである。 パータベーション制御における気筒別当量比（ＫＡＣＴｉ）の変更パターンを示す図である。 燃料噴射弁の異常判定を行うメインルーチンのフローチャートである（第１の実施形態）。 図８の処理で実行される異常判定サブルーチンのフローチャートである。 気筒特定パータベーション制御における気筒別当量比（ＫＡＣＴｉ）の変更パターンを示す図である。 燃料噴射弁の異常判定を行うメインルーチンのフローチャートである（第２の実施形態）。 図１１の処理で実行されるＤＫＡＦＣ算出処理のフローチャートである。 燃料噴射弁の異常判定を行うメインルーチンのフローチャートである（第３の実施形態）。 図１３の処理で実行される異常判定サブルーチンのフローチャートである。 図１４の処理で実行される気筒特定処理のフローチャートである。 図１５の処理で実行されるＤＫＡＦＣ算出処理のフローチャートである。

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触媒劣化検出装置を含む、内燃機関（以下「エンジン」という）及びその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。

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。

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。

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。

排気管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。

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。

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が接続されており、その検出信号が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。

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、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上述した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）

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、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。

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。後述する燃料噴射弁の異常判定を行うときは、気筒毎の当量比が「１．０」より大きな値（理論空燃比よりリッチ側の空燃比）及び「１．０」より小さな値（理論空燃比よりリーン側の空燃比）に所定の変化パターンで変化するように、気筒毎の目標当量比ＫＣＭＤｉが設定される。

ＫＡＦは、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。

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。

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燃料噴射弁６の異常判定を行う。

図２は、ＬＡＦセンサ１５の出力特性を示す図であり、図のＶＬＡＦがＬＡＦセンサ出力を示し、ＡＦＳＴは理論空燃比を示す。この図に示すように空燃比変化に対するＬＡＦセンサ出力ＶＬＡＦの変化率は、理論空燃比よりリッチ側の範囲（以下「リッチ範囲」という）と、理論空燃比よりリーン側の範囲（以下「リーン範囲」という）とで異なる。すなわち、リッチ範囲の変化率ＲＶＡＦＲは、リーン範囲の変化率ＲＶＡＦＬより大きい。

このため、４気筒のエンジンにおける各気筒の燃料噴射弁の噴射特性が同一である場合には、空燃比（単に「空燃比」というときは「全気筒の平均空燃比」を意味する）を理論空燃比に制御したときのＬＡＦセンサ出力ＶＬＡＦは、理論空燃比相当値ＶＳＴに等しくなるが、噴射特性に差がある状態で空燃比を理論空燃比に制御したときのＬＡＦセンサ出力ＶＬＡＦは、理論空燃比相当値ＶＳＴより小さくなる、すなわちリッチ方向にずれる。以下この点を説明する。

本実施形態では、制御パラメータとして空燃比ではなく当量比が使用されるので、以下の説明は当量比を用いて行う。当量比（４気筒平均当量比）を「１．０」に制御している状態における、センサ出力のずれ量（当量比換算値、以下「センサ出力ずれ」という）ΔＫＡＣＴは、下記式（２）で与えられる。式（２）のＫＡＣＴｉ（ｉ＝１〜４）は、各気筒における実当量比（以下「気筒別当量比」という）であり、ηiは気筒毎の、ＬＡＦセンサ出力ＶＬＡＦに対する影響度を示す影響度パラメータであり、Ｃはリッチ範囲変化率ＲＶＡＦＲに対するリーン範囲変化率ＲＶＡＦＬの比率（＝ＲＶＡＦＬ／ＲＶＡＦＲ＜１）を示す傾き比率である。また右辺第１項は気筒別当量比ＫＡＣＴｉがリッチ側にずれた気筒についての合計値に相当し、右辺第２項は気筒別当量比ＫＡＣＴｉがリーン側にずれた気筒についての合計値に相当する。

影響度パラメータηiは気筒毎に異なる値をとる（エンジンの構造及びＬＡＦセンサ１５の設置位置に依存する）ことが確認されているが、説明を分かり易くするため、すべて等しいとすると、式（２）は下記式（３）に簡略化することができる。当量比を「１．０」に制御している状態では、下記式（４）が成立するからである。

傾き比率Ｃは「１」より小さいので、式（３）で算出されるセンサ出力ずれΔＫＡＣＴは、常に正の値となり、ＬＡＦセンサ出力が実当量比よりリッチ側にずれることが確認される。そのため、目標当量比ＫＣＭＤを「１．０」に設定して、空燃比フィードバック制御を実行して算出される空燃比補正係数ＫＡＦの値は「１．０」より小さくなる。

図３は、気筒別当量比ＫＡＣＴｉと、センサ出力ずれΔＫＡＣＴとの関係を説明するための図であり、図中に示す数字は気筒番号である。図３（ａ）は、燃料噴射弁の異常が発生していない状態に対応する気筒別当量比ＫＡＣＴｉを示す。この状態では、センサ出力ずれΔＫＡＣＴは「０」である。

図３（ｂ）は、＃４気筒の燃料噴射弁に比較的軽度の異常がある状態に対応し、図３（ｃ）は＃４気筒の燃料噴射弁により異常度合が増加した状態に対応する。図３（ｂ）及び（ｃ）において＃１〜＃３気筒の気筒別当量比ＫＡＣＴｉがそれぞれ「１．１」及び「１．２」であるとすると、対応するセンサ出力ずれΔＫＡＣＴａ及びΔＫＡＣＴｂは、それぞれ下記式（５）及び（６）で与えられる。
ΔＫＡＣＴａ＝（１−Ｃ）×０．３ （５）
ΔＫＡＣＴｂ＝（１−Ｃ）×０．６ （６）

したがって、センサ出力ずれΔＫＡＣＴに基づいて、何れかの気筒の燃料噴射弁に異常があることを判定することが可能である。しかし、影響度パラメータηiは実際には気筒毎に異なる値をとるため、その影響を軽減するため、本実施形態では以下の手法を採用している。すなわち、気筒別当量比（気筒別空燃比）を変動させるパータベーション制御を実行し、パータベーション制御実行中に算出される空燃比補正係数ＫＡＦの値（以下「パータベーション係数値」という）ＫＡＦＰＴと、パータベーション制御を実行していない通常制御中に算出される空燃比補正係数ＫＡＦの値との差（以下「係数変化量」という）ＤＫＡＦに基づいて、異常判定を行うようにしている。

係数変化量ＤＫＡＦは、パータベーション制御実行中のセンサ出力ずれ（以下「パータベーション出力ずれ」という）ΔＫＡＣＴＰＴと、通常制御中のセンサ出力ずれ（以下「通常出力ずれ」という）ΔＫＡＣＴＮＬとの差（以下「出力ずれ差」という）ＤΔＫＡＣＴに比例する。

図４は気筒別当量比ＫＡＣＴｉと、出力ずれ差ＤΔＫＡＣＴとの関係を説明するための図であり、図４の左右方向の矢印がパータベーション制御における当量比の変動幅を示している。

図４（ａ）に示す正常状態では、通常出力ずれΔＫＡＣＴＮＬは「０」である。パータベーション制御を実行すると、全気筒の気筒別当量比ＫＡＣＴｉがリッチ側の当量比に変化するので、パータべーション出力ずれΔＫＡＣＴＰＴは、比較的大きな第１の値ΔＫＡＣＴ１をとる。よって出力ずれ差ＤΔＫＡＣＴは第１の値ΔＫＡＣＴ１と等しくなる。

一方図４（ｄ）に示す異常状態（＃４気筒の燃料噴射量が減少する異常があり、かつ異常度合が大きい状態）では、通常出力ずれΔＫＡＣＴＮＬは比較的大きな第４の値ΔＫＡＣＴ４をとるが、パータベーション制御を実行しても、＃１気筒〜＃３気筒の気筒別当量比ＫＡＣＴｉは常にリッチ範囲内にあるため、パータベーション出力ずれΔＫＡＣＴＰＴは第４の値ΔＫＡＣＴ４と等しくなる。よって出力ずれ差ＤΔＫＡＣＴは「０」となる。

図４（ｂ）及び（ｃ）は、図４（ｄ）に示す異常状態より異常度合が小さい異常状態を示している。これらの異常状態では、＃１気筒〜＃３気筒の気筒別当量比ＫＡＣＴｉがリーン範囲の値まで変化するので、パータベーション出力ずれΔＫＡＣＴＰＴは、通常出力ずれΔＫＡＣＴＮＬより小さくなり、出力ずれ差ＤΔＫＡＣＴは「０」より大きく、第１の値ΔＫＡＣＴ１より小さい値をとる。

すなわち、図４（ａ）〜図４（ｄ）に対応する出力ずれ差をそれぞれＤΔＫＡＣＴ１（＝ΔＫＡＣＴ１），ＤΔＫＡＣＴ２，ＤΔＫＡＣＴ３，及びＤΔＫＡＣＴ４（＝０）とすると、ＤΔＫＡＣＴ１＞ＤΔＫＡＣＴ２＞ＤΔＫＡＣＴ３＞ＤΔＫＡＣＴ４なる関係が成立する。したがって、これらに対応する係数変化量ＤＫＡＦをＤＫＡＦ１〜ＤＫＡＦ４とすると、ＤＫＡＦ１＞ＤＫＡＦ２＞ＤＫＡＦ３＞ＤＫＡＦ４なる関係が成立する。

図５は、異常度合を示す異常度パラメータＩＭＢと、係数変化量ＤＫＡＦとの関係を示す図であり、異常度パラメータＩＭＢが増加するほど、係数変化量ＤＫＡＦが減少することが確認できる。したがって、例えば図５に示す判定閾値ＤＫＡＦＴＨを用いて、係数変化量ＤＫＡＦが判定閾値ＤＫＡＦＴＨ以下であるとき、何れかの気筒の燃料噴射弁が異常であると判定することができる。

なお、図５の実線、破線、及び一点鎖線は、それぞれ異常気筒をＬＡＦセンサ出力への影響度が中程度の気筒とした例、影響度が大きい気筒とした例、及び影響度が小さい気筒とした例に対応する。この結果から、気筒毎の影響度の違いの影響を受けることなく、異常判定を行うことが可能であることが確認される。

図６は、空燃比補正係数ＫＡＦの変化を説明するためのタイムチャートであり、図６（ａ）は正常状態に対応し、図６（ｂ）が異常状態に対応する。また時刻ｔＰＳからｔＰＥまでの期間がパータベーション制御実行期間ＴＰＴである。

正常状態では、空燃比補正係数ＫＡＦは、通常制御中は通常制御値ＫＡＦＮＬ１をとり、パータベーション制御実行中は、パータベーション係数値ＫＡＦＰＴ１をとる。したがって、係数変化量ＤＫＡＦ１は、（ＫＡＦＮＬ１−ＫＡＦＰＴ１）となる。

一方異常状態では、空燃比補正係数ＫＡＦは、通常制御中は通常制御値ＫＡＦＮＬ１より小さい通常制御値ＫＡＦＮＬ２をとる。これは、異常が発生したことによって、センサ出力ずれΔＫＡＣＴが「０」より大きくなったことに起因する。またパータベーション制御実行中は、空燃比補正係数ＫＡＦはパータベーション係数値ＫＡＦＰＴ２をとり、係数変化量ＤＫＡＦ２は、（ＫＡＦＮＬ２−ＫＡＦＰＴ２）となる。係数変化量ＤＫＡＦ２は、係数変化量ＤＫＡＦ１より小さくなることが確認できる。

次に図７を参照して、パータベーション制御における各気筒の目標当量比（以下「気筒目標当量比」という）ＫＣＭＤｉ（ｉ＝１〜４）の変更手法について説明する。図の棒グラフ中に挿入した数字は気筒番号を示し、＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順で燃焼が行われる。なお、この図は見やすくするために、隣り合う燃焼サイクルＴＣＹＣの間にスペースが挿入されており、最初の１燃焼サイクルＴＣＹＣ終了後（＃２気筒の燃焼終了後）、直ちに次の燃焼サイクル（＃１気筒の燃焼）が開始される。

図７に示す第１〜第３パータベーションパターンは、以下の条件Ａ及びＢを満たすように設定される。
Ａ）１燃焼サイクルＴＣＹＣ（全気筒が１回燃焼する期間、クランク角７２０度に相当）における平均空燃比が理論空燃比と等しい（平均当量比が「１．０」である）。
Ｂ）所定期間（Ｎ気筒エンジンにおいて１つの気筒でＮ回燃焼する期間）における１つの気筒の平均空燃比が理論空燃比と等しい。

第１パータベーションパターン（図７（ａ））は、気筒目標当量比ＫＣＭＤｉを±１０％変動させるパターンで、異常判定の精度が高くなるパターンである。第２パータベーションパターン（図７（ｂ））は、１燃焼サイクルにおいて１特定気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤｉを３０％増加させ、他の３気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤｉを１０％減少させ、かつ１特定気筒を順次変更するパターンである。第２パータベーションパターンによれば、失火が発生する可能性、あるいはトルク変動を少なくすることができる。第３パータベーションパターン（図７（ｃ））は、１燃焼サイクルにおいて１つの気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤｉを３０％減少させ、他の３気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤｉを１０％増加させ、かつ１特定気筒を順次変更するパターンである。第３パータベーションパターンによれば、排気特性の悪化度合を少なくすることができる。

図８は異常判定処理を実行するメインルーチンのフローチャートであり、この処理はＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ１１では、空燃比フィードバック制御フラグＦＬＡＦＦＢが「１」であるか否かを判別する。空燃比フィードバック制御フラグＦＬＡＦＦＢは、検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤと一致するようにフィードバック制御を実行するとき「１」に設定される。

ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、安定運転状態フラグＦＳＴＢＬが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。安定運転状態フラグＦＳＴＢＬは、エンジン回転数ＮＥの変化量ＤＮＥ、吸気圧ＰＢＡの変化量ＤＰＢＡ、及びアクセルペダル操作量ＡＰの変化量ＤＡＰがいずれも所定閾値以下であり、かつパージ制御弁及び排気還流制御弁（いずれも図示せず）の開度の変化量がいずれも所定閾値以下であるときに、エンジン１が安定運転状態にあると判定し、「１」に設定される。上記各パラメータの変化量は、例えば所定時間毎に得られる検出値（制御値）の差分として算出される。なお、吸気弁及び／または排気弁のリフト量及び／または開閉弁時期を変更可能な動弁機構を有するエンジンでは、吸気弁及び排気弁のリフト量及び開閉弁時期が変更されないことが安定状態の条件として追加される。さらに吸気管長を切り換えるためのシャッターバルブを備えるエンジンでは、シャッターバルブの状態が一定であるという条件が追加される。

ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、さらに空燃比補正係数安定フラグＦＫＡＦＳＴＢＬが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。空燃比補正係数安定フラグＦＫＡＦＳＴＢＬは、直前の所定平均化期間における空燃比補正係数ＫＡＦの平均値（移動平均値、以下「補正係数平均値」という）ＫＡＦＡＶが安定状態にあるとき「１」に設定される。より具体的には、補正係数平均値ＫＡＦＡＶの変化量が所定閾値以下である状態が所定時間以上継続すると、空燃比補係数安定フラグＦＳＴＢＬが「１」に設定される。

ステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、さらに目標当量比ＫＣＭＤと検出当量比ＫＡＣＴとの差の絶対値が所定偏差閾値ＤＫＡＴＨ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１４）。これは、検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに収束していることを判定するものである。

ステップＳ１１〜Ｓ１４の何れかの答が否定（ＮＯ）であるときは、異常判定の実行条件が不成立であるため、直ちに処理を終了する。ステップＳ１４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、図９に示す異常判定サブルーチンを実行する（ステップＳ１５）。

図９のステップＳ２１では、補正係数平均値ＫＡＦＡＶを補正係数記憶値ＫＡＦＭＥＭとして記憶する。ステップＳ２２では、上述したパータべーションパターンの何れかを選択してパータべーション制御を実行する。例えば第１パータベーションパターンを選択したときは、図７（ａ）に示す最初の燃焼サイクルでは、式（１）に適用する気筒目標当量比ＫＣＭＤｉ（ｉ＝１〜４）を以下のように設定する。下記式のＫＣＭＤは、エンジン運転状態に応じて算出され、通常制御中において式（１）に適用される目標当量比である。続く燃焼サイクルにおいても図７（ａ）に示されるパターンにしたがって同様に設定される。
ＫＣＭＤ１＝ＫＣＭＤ×１．１
ＫＣＭＤ３＝ＫＣＭＤ×０．９
ＫＣＭＤ４＝ＫＣＭＤ×１．１
ＫＣＭＤ２＝ＫＣＭＤ×０．９

ステップＳ２３では、運転状態状態変化フラグＦＣＮＤＣＨＧが「１」であるか否かを判別する。運転状態状態変化フラグＦＣＮＤＣＨＧは、図８のステップＳ１１またはＳ１２の条件が不成立となったとき「１」に設定される。ステップＳ２３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、直ちに異常判定処理を終了する。

ステップＳ２３の答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ２４及びＳ２５において、図８のステップＳ１３及び１４と同じ判別を行う。ステップＳ２４またはＳ２５の答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ２２に戻り、ステップＳ２４及びＳ２５の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ２６に進み、補正係数記憶値ＫＡＦＭＥＭからパータベーション制御実行中に算出されたパータベーション係数値ＫＡＦＰＴを減算して、係数変化量ＤＫＡＦを算出する。

ステップＳ２７では、係数変化量ＤＫＡＦが判定閾値ＤＫＡＦＴＨ以下であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、何れかの気筒の燃料噴射弁６が異常であると判定する（ステップＳ２８）。一方、ステップＳ２７の答が否定（ＮＯ）であるときは、燃料噴射弁６はすべて正常と判定する（ステップＳ２９）。

以上のように本実施形態では、検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤと一致するように算出される空燃比補正係数ＫＡＦが算出され、この空燃比補正係数ＫＡＦを用いて燃料噴射量ＴＯＵＴに適用される。安定運転状態フラグＦＳＴＢＬが「１」であってエンジン運転状態が安定している安定状態において、気筒目標当量比ＫＣＭＤｉ（燃料噴射量ＴＯＵＴｉ）を変更することにより、空燃比制御指令値を理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させるパータベーション制御が実行され、パータベーション制御を実行していない状態で算出される空燃比補正係数ＫＡＦの平均値である係数記憶値ＫＡＦＭＥＭと、パータベーション係数値ＫＡＦＰＴとの差が係数変化量ＤＫＡＦとして算出される。そして、係数変化量ＤＫＡＦが判定閾値ＤＫＡＦＴＨ以下であるときに、燃料噴射弁６の何れかが異常であると判定される。したがって、エンジン１の安定運転状態であれば、高負荷低回転運転状態に限定されることなく燃料噴射弁６の異常判定を行うことができ、しかも空燃比フィードバック制御を行うための空燃比補正係数ＫＡＦの定常的な変化量である係数変化量ＤＫＡＦに基づいて判定が行われるので、ＬＡＦセンサ１５の応答速度が低下していたとしても高い精度で判定を行うことができる。

また全気筒で１回の燃焼が行われる１燃焼サイクルＴＣＹＣにおける平均空燃比が理論空燃比と等しくなるようにパータベーション制御が行われるので、良好な排気特性を維持しつつ異常判定を行うことができる。

本実施形態では、ＬＡＦセンサ１５が空燃比検出手段に相当し、ＥＣＵ５が、補正係数算出手段、燃料噴射量制御手段、安定状態判定手段、空燃比変動手段、及び異常判定手段を構成する。具体的には、図８のステップＳ１２〜Ｓ１４が安定状態判定手段に相当し、図９のステップＳ２２が空燃比変動手段に相当し、ステップＳ２１，Ｓ２６〜Ｓ２９が異常判定手段に相当する。

［第２の実施形態］
本実施形態は、パータベーション制御の手法を変更し、異常がある燃料噴射弁（異常気筒）を特定できるようにしたものである。本実施形態におけるパータベーション制御を「気筒特定パータベーション制御」という。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。

図１０は、本実施形態における気筒特定パータベーション制御を説明するための図でああり、図１０（ａ）は、＃１気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤ１を「１．０」に維持し、＃２〜＃４気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤｉを±１０％変動させる第１気筒特定パータベーション制御を示し、図１０（ｂ）は、＃３気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤ３を「１．０」に維持し、＃１，＃２及び＃４気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤｉを±１０％変動させる第３気筒特定パータベーション制御を示し、図１０（ｃ）は、＃４気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤ４を「１．０」に維持し、＃１〜＃３気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤｉを±１０％変動させる第４気筒特定パータベーション制御を示し、図１０（ｄ）は、＃２気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤ２を「１・０」に維持し、＃１，＃３及び＃４気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤｉを±１０％変動させる第２気筒特定パータベーション制御を示す。

なお、図１０に示すパータベーションパターンは、上述した条件Ａを下記条件Ａ’に変更して設定される（条件Ｂは変更なし）。
Ａ’）気筒特定パータベーション制御の実行期間における平均空燃比が理論空燃比と等しい。

第１〜第４気筒特定パータベーション制御を実行しているときに、空燃比補正係数ＫＡＦのパータベーション係数値ＫＡＦＰＴＣｉ（ｉ＝１〜４）を算出し、係数記憶値ＫＡＦＭＥＭとの差分を、気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)として算出する。

例えば＃１気筒の燃料噴射弁が異常である場合において、上記気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)を算出すると、第２〜第４気筒特定パータベーション制御では異常がある＃１気筒の空燃比変動が行われるため、第２気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(2)、第３気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(3)、及び第４気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(4)は、ほぼ等しくなるが、第１気筒特定パータベーション制御では、異常がある＃１気筒の空燃比変動が行われないため、第１気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(1)のみ他の気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)（ｉ＝２〜４）より大きくなる。したがって、気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)に基づいて、異常の有無及び異常気筒（対応する燃料噴射弁が異常である気筒）の特定を行うことができる。

なお、気筒特定パータベーション制御におけるパータベーションパターンは、図１０に示すものに限らず、図７（ｂ）または図７（ｃ）に示すパータベーションパターンを、一特定気筒の変動を行わないように変形したものを使用してもよい。

図１１は、本実施形態における異常判定サブルーチンのフローチャートである。ステップＳ４１では、図１２に示すＤＫＡＦＣ算出処理を実行し、気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)（ｉ＝１〜４）を算出する。ステップＳ４２では、全気筒の気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)の算出が完了したか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときはステップＳ４１に戻る。

ステップＳ４２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、最大係数変化量ＤＫＡＦＣＭＡＸを、算出された気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)の最大値に設定し、比較対象変化量ＤＫＡＦＣＨを、算出された気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)のうちの２番目に大きな値（最大となった気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣを除く３つの気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣのうちの最大値）に設定する（ステップＳ４３）。

ステップＳ４４では、最大係数変化量ＤＫＡＦＣＭＡＸから比較対象変化量ＤＫＡＦＣＨを減算した値が、気筒特定閾値ＤＫＡＦＣＹＬ以上であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、全気筒の燃料噴射弁が正常であると判定する（ステップＳ４６）。一方、ステップＳ４４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、最大係数変化量ＤＫＡＦＣＭＡＸに対応する気筒の燃料噴射弁が異常であると判定する（ステップＳ４５）。

図１２は、図１１のステップＳ４１で実行されるＤＫＡＦＣ算出処理のフローチャートである。ステップＳ５１では、補正係数平均値ＫＡＦＡＶを補正係数記憶値ＫＡＦＭＥＭとして記憶する。ステップＳ５２では、上述した気筒特定パータべーション制御を実行する。

ステップＳ５３では、運転状態状態変化フラグＦＣＮＤＣＨＧが「１」であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、直ちに異常判定処理を終了する。ステップＳ５３の答が否定（ＮＯ）であるときは，空燃比補正係数安定フラグＦＫＡＦＳＴＢＬが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ５４）。ステップＳ５４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、さらに目標当量比ＫＣＭＤと検出当量比ＫＡＣＴとの差の絶対値が所定偏差閾値ＤＫＡＴＨ以下であるか否かを判別する（ステップＳ５５）。

ステップＳ５４またはＳ５５の答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ５２に戻り、ステップＳ５５の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ５１で記憶した補正係数記憶値ＫＡＦＭＥＭ、及び気筒特定パータベーション制御実行中に算出されたパータベーション係数値ＫＡＦＰＴＣを、下記式（１１）に適用し、気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)を算出する。
ＤＫＡＦＣ(i)＝ＫＡＦＭＥＭ−ＫＡＦＰＴＣ （１１）

以上のように本実施形態では、エンジン１の運転状態が安定している安定状態（ＦＳＴＢＬ＝１）において、一特定気筒以外の他の気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤｉを変更することにより、空燃比制御指令値を理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させる気筒特定パータベーション制御が実行され、気筒特定パータベーション制御を実行していない状態で算出される空燃比補正係数ＫＡＦの平均値である係数記憶値ＫＡＦＭＥＭと、気筒特定パータベーション制御を実行している状態で算出されるパータベーション係数値ＫＡＦＰＴＣとの差である気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣが、一特定気筒を順次変更してすべての気筒について算出され、算出された気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣに基づいて、燃料噴射弁６の何れかが異常であるか否かの判定及び異常燃料噴射弁（対応する気筒）の特定が行われる。したがって、高負荷低回転運転状態に限定されることなく燃料噴射弁６の異常判定を行うことができ、しかも空燃比補正係数ＫＡＦの定常的な変化量であるに気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣに基づいて判定が行われるので、ＬＡＦセンサ１５の応答速度の低下していたとしても高い精度で判定を行うことができる。さらに、異常燃料噴射弁（対応する気筒）が特定できるとともに、エンジン１の全気筒に対応する気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣが算出されるので、算出された気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣを比較することにより、気筒毎の異常の度合を相対的に判定することが可能となる。

本実施形態では、図１２のステップＳ５２が気筒特定空燃比変動手段に相当し、ステップＳ５６及び図１１のステップＳ４３〜Ｓ４６が異常判定手段に相当する。

なお、図１１のステップＳ４３で設定される比較対象変化量ＤＫＡＦＣＨは、最大となった気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣを除く３つの気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣのうちの最大値ではなく、３つの気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣの平均値に設定してもよい。

［第３の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態に示した手法によって何れかの燃料噴射弁が異常であると判定されたときに、第２の実施形態に示した手法によって、異常燃料噴射弁（対応する気筒）を特定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。

図１３は、異常判定処理を実行するメインルーチンのフローチャートであり、図１３の処理は、図８の処理にステップＳ１４ａ及びＳ１６を追加したもの。
ステップＳ１４ａでは、異常判定フラグＦＡＢＮＬが「１」であるか否かを判別する。異常判定フラグＦＡＢＮＬは、図１４に示す異常判定サブルーチンにおいて、何れかの燃料噴射弁が異常である判定されたとき「１」に設定される（ステップＳ２７ａ）。

ステップＳ１４ａの答が否定（ＮＯ）であるときは、図１４に示す異常判定サブルーチンを実行し（ステップＳ１５）、ステップＳ１４ａの答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、図１５に示す気筒特定処理を実行する（ステップＳ１６）。

図１４は、図１３のステップＳ１５で実行される異常判定サブルーチンのフローチャートであり、図９の処理にステップＳ３０を追加し、ステップＳ２８をステップＳ２８ａに変えたものである。

ステップＳ２７の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、何れかの燃料噴射弁６が異常であると判定し、異常判定フラグＦＡＢＮＬを「１」に設定する（ステップＳ２８ａ）。ステップＳ３０では、図１５に示す気筒特定処理を実行する。

図１５は、図１３のステップＳ１６または図１４のステップＳ３０で実行される気筒特定処理のフローチャートである。この処理は、図１１の処理のステップＳ４３〜Ｓ４６を削除し、ステップＳ４７を追加したものである。

ステップＳ４１では、図１６に示すＤＫＡＦＣ算出処理を実行し、気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)を算出する。ステップＳ４７では、ステップＳ４１で算出された気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ(i)の最大値に対応する気筒の燃料噴射弁が異常である判定する。

図１６は、図１５のステップＳ４１で実行されるＤＫＡＦＣ算出処理のフローチャートである。この処理は、図１２の処理にステップＳ６１〜Ｓ６３を追加したものである。

ステップＳ６１では、図１４のステップＳ２６で算出された係数変化量ＤＫＡＦが所定変化量ＤＫＡＦＩＮＣ以上であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、気筒特定パータベーション制御における気筒目標当量比ＫＣＭＤｉの変更量ＤＫＣＭＤＰＴを第１の値ＤＫＣＭＤ１（例えば０．１）に設定する（ステップＳ６３）。

ステップＳ６１の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわち係数変化量ＤＫＡＦが所定変化量ＤＫＡＦＩＮＣ以上であるときは、変更量ＤＫＣＭＤＰＴを第２の値ＤＫＣＭＤ２（例えば０．２）に設定する（ステップＳ６２）。
ステップＳ５２では、設定された変更量ＤＫＣＭＤＰＴを用いて気筒特定パータベーション制御を実行する。

次に、変更量ＤＫＣＭＤＰＴを係数変化量ＤＫＡＦに応じて設定する理由を説明する。
図４（ｂ）または（ｃ）に示す程度の異常度合であるときは、図に示す変更量（矢印で示される幅の１／２、これを第１の値ＤＫＣＭＤ１とする）であっても、異常燃料噴射弁に対応する＃４気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤ４を「１．０」に維持し、＃１〜＃３の気筒目標当量比ＫＣＭＤi（ｉ＝１〜３）を変動させたときの気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ４は、＃４気筒を含む３気筒の気筒目標当量比ＫＣＭＤiを変動させたときの気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ１，ＤＫＡＦＣ２，またはＤＫＡＦＣ３より大きくなるので、異常燃料噴射弁（対応する気筒）を特定することができる。

しかし、図４（ｄ）に示すように異常度合が大きいときは、気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣｉ（ｉ＝１〜４）は、すべて「０」となってしまうため、異常燃料噴射弁（対応する気筒）を特定できない。このような場合には、変更量ＤＫＣＭＤＰＴを第２の値ＤＫＣＭＤ２（第１の値ＤＫＣＭＤ１の２倍程度の値）とすることにより、気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ４が気筒特定係数変化量ＤＫＡＦＣ１，ＤＫＡＦＣ２，またはＤＫＡＦＣ３より大きくなり、異常燃料噴射弁（対応する気筒）を特定することができる。

以上のように本実施形態では、まず係数変化量ＤＫＡＦに基づいて、何れかの燃料噴射が異常であるか否かが判定され、何れかの燃料噴射が異常である判定されたときに、その異常燃料噴射弁（対応する気筒）が特定される。さらに、係数変化量ＤＫＡＦに応じて気筒特定パータベーション制御における当量比変更量ＤＫＣＭＤＰＴが設定される。したがって、異常燃料噴射弁（対応する気筒）を確実に特定することができる。

本実施形態では、図１４のステップＳ２２が空燃比変動手段に相当し、ステップＳ２１，Ｓ２６及びＳ２７が異常判定手段に相当し、図１６のステップＳ６１〜Ｓ６３及びＳ５２が気筒特定空燃比変動手段に相当し、図１５の処理が異常燃料噴射弁特定手段に相当する。

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、係数記憶値ＫＡＦＭＥＭは、空燃比補正係数ＫＡＦの平均値ＫＡＦＡＶに設定したが、異常判定サブルーチン開始時における空燃比補正係数ＫＡＦの値に設定するようにしてもよい。

また上述した実施形態では、異常判定実行中に運転状態状態変化フラグＦＣＮＤＣＨＧが「１」となったときは異常判定を中断するようにしたが、異常判定実行中は排気還流制御弁、パージ制御弁、動弁機構等の制御デバイスの制御状態の変更（弁開度変更、あるいは動弁機構による吸排気弁作動特性の変更など）を禁止するようにしてもよい。

また、パータべーション制御実行中に算出されるパータベーション係数値ＫＡＦＰＴを、下記式（１２）に適用してなまし演算を行うことにより、パータべーション平均値ＫＡＦＰＴＡＶを算出し、図９のステップＳ２６では、パータベーション係数値ＫＡＦＰＴに代えて、パータべーション平均値ＫＡＦＰＴＡＶを用いて係数変化量ＤＫＡＦを算出するようにしてもよい。式（１２）のＣＡＶは「０」から「１」の間の値に設定されるなまし係数である。なおパータべーション平均値ＫＡＦＰＴＡＶは、移動平均化演算により算出してもよい。
ＫＡＦＰＴＡＶ＝ＣＡＶ×ＫＡＦＰＴ＋（１−ＣＡＶ）×ＫＡＦＰＴＡＶ （１２）

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。

１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（補正係数算出手段、燃料噴射量制御手段、安定状態判定手段、空燃比変動手段、異常判定手段、気筒特定空燃比変動手段、異常燃料噴射弁特定手段）
６ 燃料噴射弁
１５ 比例型酸素濃度センサ（空燃比検出手段）

Claims (6)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記機関の複数の気筒のそれぞれに対応して配置される燃料噴射弁による燃料噴射量を、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数を算出する補正係数算出手段と、算出された補正係数を用いて前記燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記機関の運転状態が安定している安定状態を判定する安定状態判定手段と、
   前記機関が安定状態にあるときに前記燃料噴射弁の異常判定を行う異常判定手段と、
   前記空燃比の制御指令値を理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させる空燃比変動手段とを備え、
   前記異常判定手段は、前記空燃比変動手段による空燃比変動を実行していない状態で算出される前記補正係数の値と、前記空燃比変動を実行している状態で算出される前記補正係数の値との差が、判定閾値以下であるときに、前記燃料噴射弁の何れかが異常であると判定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記空燃比変動手段は、前記複数気筒のすべてにおいて１回の燃焼が行われる所定サイクル期間における平均空燃比が理論空燃比と等しくなるように前記空燃比変動を行う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。
3. 前記複数気筒のうちの一特定気筒以外の他の気筒に対応する前記空燃比の制御指令値を、理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させる気筒特定空燃比変動手段と、
   前記異常判定手段により前記燃料噴射弁の何れかが異常であると判定されたときに、該異常燃料噴射弁を特定する異常燃料噴射弁特定手段とをさらに備え、
   該異常燃料噴射弁特定手段は、前記気筒特定空燃比変動手段による気筒特定空燃比変動を実行していない状態で算出される前記補正係数の値と、前記気筒特定空燃比変動を実行している状態で算出される前記補正係数の値との差である気筒依存差を、前記一特定気筒を順次変更してすべての気筒について算出し、算出された気筒依存差に基づいて前記異常燃料噴射弁を特定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記気筒特定空燃比変動手段は、前記異常判定手段により算出される差に応じて、前記気筒特定空燃比変動を行うときの空燃比変更量を設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 内燃機関の排気系に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記機関の複数の気筒のそれぞれに対応して配置される燃料噴射弁による燃料噴射量を、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように補正する補正係数を算出する補正係数算出手段と、算出された補正係数を用いて前記燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記機関の運転状態が安定している安定状態を判定する安定状態判定手段と、
   前記機関が安定状態にあるときに前記燃料噴射弁の異常判定を行う異常判定手段と、
   前記複数気筒のうちの一特定気筒以外の他の気筒に対応する前記空燃比の制御指令値を、理論空燃比よりリーン側の空燃比及びリッチ側の空燃比に変動させる気筒特定空燃比変動手段とを備え、
   前記異常判定手段は、前記気筒特定空燃比変動手段による気筒特定空燃比変動を実行していない状態で算出される前記補正係数の値と、前記気筒特定空燃比変動を実行している状態で算出される前記補正係数の値との差である気筒依存差を、前記一特定気筒を順次変更してすべての気筒について算出し、算出された気筒依存差に基づいて、前記燃料噴射弁の何れかが異常であるか否かの判定及び異常燃料噴射弁の特定を行うことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
6. 前記気筒特定空燃比変動手段は、前記気筒特定空燃比変動の実行期間における平均空燃比が理論空燃比と等しくなるように前記気筒特定空燃比変動を行うことを特徴とする請求項３から５の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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