JP2016118173A - 内燃機関の故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の劣化を判定可能としながら、気筒間の空燃比ズレが発生したときには当該空燃比ズレに対する故障判定を適切に下すことができる内燃機関の故障検出装置を提供する。【解決手段】通常のエンジン運転中には、一般的なストイキ補正率学習値の学習感度の制御条件下で三元触媒２１の劣化判定と並行してＬＡＦＳ２２の出力波形の乱れに基づいて気筒間の空燃比ズレを判定する仮判定モードを実行し、仮判定モードにより空燃比ズレ有りと判定されると、本判定モードに切り換えてストイキ補正率学習値の学習感度を敏感側に設定し、気筒間の空燃比ズレに起因して急増するストイキ補正率学習値（＝リッチ化処理カウンタＣ2）に基づき、より高い信頼性をもって気筒間の空燃比ズレを判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の気筒間の空燃比ズレ及び触媒劣化を検出する故障検出装置に関する。

一般に多気筒内燃機関では、全気筒に対し同一の制御量を用いて空燃比制御を行うため、例えばある気筒で燃料噴射系が故障したりすると、実際の空燃比が気筒間で大きくばらつく（以下、空燃比ズレと称する）場合がある。このような状況は排気エミッションを悪化させる要因になることから、気筒間の空燃比ズレをオンボードで検出して故障表示する機能が法規により要求されている。

例えば特許文献１に記載された多気筒内燃機関では、空燃比のリッチズレ量の増加に対して燃焼室内での水素発生量が二次関数的に増加する特性を利用して、気筒間の空燃比ズレを検出している。全気筒の排ガス合流後のトータル空燃比が同一であったとしても、ある気筒の空燃比のみにリッチズレが発生した場合には、全気筒に均等なリッチズレが発生した場合よりも水素発生量が増加し、その増加分だけ排ガス中の酸素濃度が減少することから触媒上流側のＬＡＦＳの出力はリッチ側にずれる。これに対して触媒での水素の浄化により、触媒下流側のＯ_２センサの出力は水素の影響を受けない真の値となる。

そして、ＬＡＦＳの出力に基づく主空燃比フィードバック制御の結果、ＬＡＦＳの出力は水素の影響によりリッチ側にずれているにも拘わらず見かけ上はストイキ相当の値となり、Ｏ_２センサの出力は真の空燃比であるストイキよりもリーン側の値となる。このため、Ｏ_２センサの出力に基づく補助空燃比フィードバック制御では、Ｏ_２センサ出力のリーンずれを戻すべくストイキ補正率学習値が次第にリッチ側に学習されてＬＡＦＳの出力の中央値が補正されており、このときのストイキ補正率学習値が所定値を超えたときに気筒間の空燃比ズレが発生したと見なして故障判定を下している。

特開２００９−３０４５５号公報

ところで、多気筒内燃機関では各気筒からの排ガスを排気マニホールドで合流させているため、各気筒間で排ガスの流通経路長が相違し、それに伴ってＬＡＦＳへの排ガスの当たり方にも気筒間で格差が生じている。このため、ある気筒で他の気筒との間に空燃比ズレが生じたとしても迅速な故障判定が望めない場合があり、その対策として、Ｏ_２センサの出力に基づくストイキ補正率学習値の学習感度を敏感側に設定して、一般的な学習感度に比して同一のＯ_２センサの出力ズレであってもストイキ補正率学習値をいち早く増加させている。

一方、内燃機関の故障検出としては、上記のような気筒間の空燃比ズレの他に触媒の劣化判定があり、その故障判定も法規により要求されている。触媒の劣化判定は、触媒の劣化に伴って触媒下流側の排ガス空燃比の変動周波数が次第に増加する（上流側の排ガス空燃比の変動周波数に近づく）現象を利用したものであり、触媒下流側の空燃比の変動周波数と上流側の空燃比の変動周波数との比（＝Ｏ_２センサ出力の変動周波数/ＬＡＦＳ出力の変動周波数）の増加に基づき触媒の劣化判定を実行している。

ところが、上記のように気筒間の空燃比ズレを判定すべくストイキ補正率学習値の学習感度を敏感側に設定すると、触媒の劣化判定を適切に実行できないという問題が発生する。
触媒の劣化に伴って触媒下流側のＯ_２センサの出力はリーン側に滞留する傾向を示すが、ストイキ補正率学習値の学習感度が通常の値であれば、触媒下流側の排ガス空燃比は触媒の劣化に応じた変動状態を示し、何ら問題なく劣化判定できる。しかし、学習感度が敏感側に設定されている場合には、過剰にリッチ側に学習されたストイキ補正率学習値に基づきＬＡＦＳの中央値が補正されることにより、実空燃比が不適切にリッチ側に制御されてしまう。

結果としてＬＡＦＳの出力はストイキ近傍で変動するものの、Ｏ_２センサの出力はリッチ側の検出限界まで変移し、必然的に出力変動の振幅が大幅に縮小されて変動周波数がカウントされ難くなる。このため、触媒が劣化しているにも拘わらず変動周波数の比が増加しなくなり、適切な劣化判定が望めなくなる。
即ち、Ｏ_２センサの出力に基づくストイキ補正率学習値の学習感度を一般的な特性に設定すれば、触媒の劣化判定は可能であるものの気筒間空燃比ズレを判定不能となり、逆に学習感度を敏感側に設定すれば、気筒間空燃比ズレは判定可能であるものの触媒劣化を判定不能となり、両者がトレードオフの関係になってしまう。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、触媒の劣化を判定可能としながら、気筒間の空燃比ズレが発生したときには当該空燃比ズレに対する故障判定を適切に下すことができる内燃機関の故障検出装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の内燃機関の故障検出装置は、複数の気筒を有する内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、触媒の上流側の空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、触媒の下流側の空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、劣化判定手段による触媒の劣化判定が可能な制御条件下において、上流側空燃比検出手段により検出された触媒の上流側の空燃比の波形乱れに基づき内燃機関の気筒間の空燃比ズレを判定する第１の空燃比ズレ判定手段と、下流側空燃比検出手段により検出された触媒の下流側の空燃比のリーン側への滞留に基づき気筒間の空燃比ズレを判定する第２の空燃比ズレ判定手段と、劣化判定手段による触媒の劣化判定と並行して第１の空燃比ズレ判定手段に判定処理を実行させ、判定処理により気筒間の空燃比ズレ有りと判定されたときに、触媒の劣化判定に優先して第２の空燃比ズレ判定手段に判定処理を実行させる判定モード切換手段とを具備することを特徴とする（請求項１）。

このように構成した内燃機関の故障検出装置によれば、触媒の劣化判定と並行して第１の空燃比ズレ判定手段により気筒間の空燃比ズレが判定可能となり、この判定処理により空燃比ズレ有りと判定されると、触媒の劣化判定に優先して第２の空燃比ズレ判定手段により気筒間の空燃比ズレがより高い信頼性をもって判定される。
その他の態様として、触媒の下流側の空燃比のリーン側への滞留時間を高感度と低感度の何れかによりカウントするカウンタをさらに具備し、判定モード切換手段が、第１の空燃比ズレ判定手段により空燃比ズレが無しと判定された場合はカウンタを低感度に切り換え、第１の空燃比ズレ判定手段により空燃比ズレが有りと判定された場合はカウンタを高感度に切り換え、第２の空燃比ズレ判定手段が、カウンタの値が所定値を超えると気筒間の空燃比ズレ有りと判定するように構成することが好ましい（請求項２）。

このように構成した内燃機関の故障検出装置によれば、第２の空燃比ズレ判定手段による判定処理の実行中にはカウンタが高感度に切り換えられるため、気筒間の空燃比ズレに起因して触媒の下流側の空燃比がリーン側に滞留すると、カウンタの値がいち早く増加して迅速な故障判定が可能となる。
その他の態様として、上流側空燃比検出手段により検出された触媒の上流側の空燃比をストイキに一致させるように空燃比フィードバックを実行すると共に、第１の空燃比ズレ判定手段による判定処理の実行中には、低感度のカウンタの値に基づき上流側空燃比検出手段の出力の中央値を補正する空燃比フィードバック手段をさらに具備するように構成することが好ましい（請求項３）。

このように構成した内燃機関の故障検出装置によれば、第１の空燃比ズレ判定手段による判定処理の実行中にはカウンタが低感度に切り換えられるため、実空燃比が不適切にリッチ側に制御される事態が回避され、気筒間の空燃比ズレの判定処理と並行して触媒の劣化判定を適切に実行可能となる。 その他の態様として、判定モード切換手段が、第２の空燃比ズレ判定手段による判定処理の開始後も第１の空燃比ズレ判定手段に判定処理を継続させ、判定処理により気筒間の空燃比ズレの解消が判定されると、カウンタを高感度から低感度に戻すように構成することが好ましい（請求項４）。

このように構成した内燃機関の故障検出装置によれば、一旦発生した気筒間の空燃比ズレが何らかの要因により解消された場合には、この空燃比ズレの解消が第１の空燃比ズレ判定手段により判定されてカウンタが高感度から低感度に戻されるため、第１の空燃比ズレ判定手段の判定処理と並行して触媒の劣化判定を再開可能となる。 その他の態様として、第１の空燃比ズレ判定手段が、触媒の上流側の空燃比の波形乱れとして空燃比の波形に含まれる高周波成分に基づき判定処理を実行するように構成することが好ましい（請求項５）。

このように構成した内燃機関の故障検出装置によれば、空燃比の波形に含まれる高周波成分に基づき、気筒間の空燃比ズレの発生を見逃すことなく判定可能となる。

本発明の内燃機関の故障検出装置によれば、触媒の劣化を判定可能としながら、気筒間の空燃比ズレが発生したときには当該空燃比ズレに対する故障判定を適切に下すことができる。

実施形態のエンジンの故障検出装置を示す概略構成図である。 ＥＣＵが実行する判定モード切換ルーチンを示すフローチャートである。 ＥＣＵの処理に基づく判定モードの切換状況を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態のエンジンの故障検出装置を示す概略構成図である。
本実施形態に係る故障検出装置を搭載したエンジン１(内燃機関)は直列４気筒である。なお、図１では、１つの気筒の内部構成が示されており、他の気筒も同様の構造であり、４個の気筒が直列に配置されている。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、吸気管噴射型（Multi Point Injection：ＭＰＩ）ガソリンエンジンである。当該ＭＰＩエンジンは公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
エンジン１のシリンダヘッド２には、気筒毎に点火プラグ４が取り付けられており、点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。シリンダヘッド２には、気筒毎に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０には、電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。燃料噴射弁６は、各気筒の吸気ポート毎に設けられており、各気筒に流入する吸気に対して独立して燃料を供給可能となっている。

吸気マニホールド１０の燃料噴射弁６よりも上流側には、吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられており、併せてスロットル弁１４の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６が設けられている。さらに、スロットル弁１４の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１８が介装されている。
また、シリンダヘッド２には、気筒毎に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。

排気マニホールド１２の他端には排気管２０（排気通路）が接続されており、当該排気管２０には、排気浄化触媒装置として三元触媒２１が介装されている。排気管２０の三元触媒２１よりも上流側には、排気の空燃比を検出するＬＡＦＳ２２（空燃比センサであり、本発明の上流側空燃比検出手段）が配設され、排気管２０の三元触媒２１よりも下流側には、排気の空燃比（排気中の酸素濃度）を検出するＯ_２センサ２３（酸素センサであり、本発明の下流側空燃比検出手段）が配設されている。

ＥＣＵ２５（エンジンコントロールユニット）は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ２５により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ２５の入力側には、上述したＴＰＳ１６、エアフローセンサ１８、ＬＡＦＳ２２、Ｏ_２センサ２３の他、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ２６、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ２７等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ２６からのクランク角情報に基づいてエンジン回転速度Ｎeが検出される。

一方、ＥＣＵ２５の出力側には、上述の各気筒の燃料噴射弁６及び点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。
例えば燃料噴射量については、ＬＡＦＳ２２の出力に基づき三元触媒２１の上流側の空燃比をストイキに一致させるように空燃比フィードバックが実行されると共に、Ｏ_２センサ２３の出力に基づき三元触媒２１の下流側の空燃比に対応してストイキ補正率学習値（カウンタ）が学習されてＬＡＦＳ２２の出力の中央値が補正され、これにより三元触媒２１の下流側の空燃比がストイキと一致する（空燃比フィードバック手段）。

また、ＥＣＵ２５はエンジン１の運転中に三元触媒２１の劣化判定を実行する（劣化判定手段）。例えば、触媒下流側の空燃比の変動周波数と上流側の空燃比の変動周波数との比（＝Ｏ_２センサ出力の変動周波数/ＬＡＦＳ出力の変動周波数）の増加に基づき三元触媒２１の劣化を判定する。
ところで、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、気筒間の空燃比ズレを判定するにはストイキ補正率学習値の学習感度を敏感側に設定する必要があるが、敏感側の学習感度では触媒劣化を判定不能であり、両者がトレードオフの関係になるという問題があった。

このような不具合を鑑みた結果、本発明者は、一般的な学習感度を適用した制御条件下でも気筒間の空燃比ズレを判定可能な別の手法を併用する対策を見出した。
例えば特開平６−１７６９２号公報に記載されているように、気筒間の空燃比ズレは三元触媒２１の上流側の空燃比の波形乱れ（＝ＬＡＦＳ２２の出力波形の乱れ）に基づいて判定することも可能である。以下の説明では、この公報に記載の手法により一般的な学習感度の制御条件下で気筒間の空燃比ズレを判定する判定モードを仮判定モード（第１の空燃比ズレ判定手段）と称し、特許文献１に記載の手法により敏感な学習感度の制御条件下でストイキ補正率学習値に基づき気筒間の空燃比ズレを判定する判定モードを本判定モード（第２の空燃比ズレ判定手段）と称する。

そして、仮判定モードによれば、学習感度を敏感側に設定する必要がないことから三元触媒２１の劣化判定と並行して実行できる反面、本判定モードに比較すると気筒間の空燃比ズレを判定する際の信頼性が若干劣る。そこで、通常のエンジン運転中には一般的な学習感度を適用して、三元触媒２１の劣化判定と並行して仮判定モードにより気筒間の空燃比ズレを判定し、空燃比ズレ有りと判定（以下、仮判定と称する）を下したときには、仮判定モードから本判定モードに切り換えて学習感度を敏感側に設定し直した上で、改めてより高い信頼性をもって気筒間の空燃比ズレを判定（以下、本判定と称する）しており、以下、その手順の詳細を述べる。

図２は仮判定モードと本判定モードとの切換のためにＥＣＵ２５が実行する判定モード切換ルーチンを示すフローチャートであり、当該ルーチンを実行するときのＥＣＵ２５が本発明の判定モード切換手段として機能する。
今、一般的な学習感度の制御条件下で三元触媒２１の劣化判定と並行して仮判定モードが実行されており、本判定モードへの切換判定のための切換判定カウンタＣ1が初期値Ｃ1₀に設定されているものとする。

ＥＣＵ２５は、まずステップＳ２でＬＡＦＳ２２の出力AFを取得し、続くステップＳ４で取得した出力AFの５周期分の移動平均AFaveを算出する。ステップＳ６ではＬＡＦＳ２２の出力AFと移動平均AFaveとの偏差ΔAFを算出し、ステップＳ８で偏差ΔAFのピークを判定する。
続くステップＳ１０では所定の判定実行条件が成立しているか否かを判定し、判定がＮo（否定）の間は待機し、判定がＹes（肯定）になるとステップＳ１２に移行して、サンプリングカウンタが０まで減算されるサンプリング期間中において、偏差ΔAFのピークが予め設定された上限・下限間の領域内からリッチ側またはリーン側にはみ出した回数（以下、Ｒ/Ｌピーク回数Ｎと称する）を算出する。

気筒間の空燃比ズレが発生すると、ＬＡＦＳ２２の出力波形が乱れて高周波成分が含まれるようになる。このため、ＬＡＦＳ２２の出力AFと５周期分の移動平均AFaveとの偏差ΔAFのピークが頻繁に領域内からはみ出し、サンプリング期間中のＲ/Ｌピーク回数Ｎが増加する。よって、サンプリング期間中のＲ/Ｌピーク回数Ｎと出力波形に含まれる高周波成分との間に相関関係が成立し、Ｒ/Ｌピーク回数Ｎから気筒間の空燃比ズレの度合いを推定可能となる。

ＥＣＵ２５は、続くステップＳ１４で正常判定経験が成立しているか否かを判定する。この正常判定経験については後述するが、本判定モードで気筒間の空燃比ズレ有りとの本判定を下した後に、何らかの要因により空燃比ズレが解消される場合がある。このときにはＲ/Ｌピーク回数Ｎに基づき仮判定モードに復帰するが、既に正常の確証が得られているため気筒間の空燃比ズレ無しと断定し、再度の仮判定を省略する趣旨である。このため、ステップＳ１４の判定がＹesのときにはステップＳ１６に移行し、直ちに正常判定を下した後にルーチンを終了する。よって、この場合には三元触媒２１の劣化判定と共に仮判定モードが継続される。

一方、ステップＳ１４でＮoの判定を下したときにはステップＳ１８に移行し、サンプリング期間中のＲ/Ｌピーク回数Ｎが予め設定された所定値ｓ1を超えているか否かを判定する。ステップＳ１８の判定がＮoのときにはステップＳ２０に移行して切換判定カウンタＣ1が０まで減算されたか否かを判定し、判定がＮoのときにはステップＳ２に戻る。また、ステップＳ１８の判定がＹesのときにはステップＳ２２で切換判定カウンタＣ1を−１減算した後にステップＳ２０に移行する。

そして、切換判定カウンタＣ1が０まで減算されると、ＥＣＵ２５はステップＳ２０からステップＳ２４に移行し、気筒間の空燃比ズレ有りの仮判定を下した後にステップＳ２に戻る。この仮判定モードによる仮判定に対応してストイキ補正率学習値の学習感度が敏感側に設定し直されると共に、判定モードが本判定モードに切り換えられる。
次に、以上のＥＣＵ２５の処理に基づく判定モードの切換状況を図３のタイムチャートに従って説明する。

このタイムチャートは、ドライブサイクル１〜４からなる所定の運転パターンに従って車両を走行させたときのものであり、ドライブサイクル１では三元触媒２１の劣化判定と並行して仮判定モードが実行されている。この時点のストイキ補正率学習値の学習感度は、カウンタ加算領域及びカウンタ減算領域の設定に基づき一般的な値（本発明の低感度に相当）に設定されており、この学習感度に基づきリッチ化処理カウンタＣ2（本発明のカウンタに相当）が加減算されてストイキ補正率学習値が学習される。

詳しくは、図中の不感帯を挟んでリーン側にカウンタ加算領域が設定され、リッチ側にカウンタ減算領域が設定されており、Ｏ_２センサ２３の出力がカウンタ加算領域に所定時間滞留する毎にリッチ化処理カウンタＣ2が加算され、Ｏ_２センサ２３の出力がカウンタ減算領域に所定時間滞留する毎にリッチ化処理カウンタＣ2が減算される。そして、リッチ化処理カウンタＣ2に対応してストイキ補正率学習値が学習されて、ＬＡＦＳ２２の出力の中央値の補正に適用される。

これと並行して、サンプリングカウンタによるサンプリング期間毎に偏差ΔAFに基づくＲ/Ｌピーク回数Ｎが算出され、Ｒ/Ｌピーク回数Ｎが所定値ｓ1を超えたサンプリング期間に限って切換判定カウンタＣ1が減算される。気筒間の空燃比ズレに起因してＬＡＦＳ２２の出力波形には高周波成分が含まれているため、切換判定カウンタＣ1が順次減算されて０となり、気筒間の空燃比ズレ有りの仮判定が下される（図中のＰ1）。

この仮判定に対応して仮判定モードから本判定モードに切り換えられ、ストイキ補正率学習値の学習感度が敏感側に設定し直される（本発明の高感度に相当）。具体的には、カウンタ加算領域が拡大されると共に、カウンタ減算領域が縮小される。このため一般的な学習感度の場合に比較して、同一のＯ_２センサ２３の出力変動であってもカウンタ加算領域に滞留する機会が増加することからリッチ化処理カウンタＣ2が加算され易くなり、ストイキ補正率学習値が迅速に増加する。

ドライブサイクル２に移行した後にもリッチ化処理カウンタＣ2は増加し続け、予め設定された所定値Ｓ2に達する（図中のＰ2）。この時点で気筒間空燃比ズレ有りとして本判定が下され、故障コードに基づき故障表示、例えば運転席に設けられた表示灯の点灯等がなされる。
一方、本判定モードにおいても、上述した仮判定モードにおいて実行されていた偏差ΔAFに基づくＲ/Ｌピーク回数Ｎの算出処理が継続されている。上述したように、この処理は仮判定モードへの復帰（これと共に三元触媒２１の劣化判定の再開）を目的としたものであり、例えば新たなドライブサイクルが開始されて所定時間Ｔが経過してもＲ/Ｌピーク回数Ｎがカウントされない場合には、気筒間の空燃比ズレが解消されたものと見なし、本判定モードを終了して仮判定モードに復帰する。従って、この時点でストイキ補正率学習値の学習感度は一般的な値に戻され、三元触媒２１の劣化判定を再開可能となる。

図３の例では、ドライブサイクル３が開始されてもＲ/Ｌピーク回数Ｎが頻繁にカウントされているため本判定モードが継続され、ドライブサイクル４が開始されると、所定時間Ｔが経過してもＲ/Ｌピーク回数Ｎがカウントされないため、空燃比ズレの解消と判断して仮判定モードに復帰している（図中のＰ3）。そして、このタイミングで正常判定経験が成立し、このドライブサイクル４では、ＥＣＵ２５により図２のステップＳ１４からステップＳ１６に移行して正常判定が下される。

一方、図示はしないが、以上のような気筒間の空燃比ズレが発生しない場合には仮判定モードが継続され続け、一般的な学習感度に基づきストイキ補正率学習値が学習される。三元触媒２１の劣化に伴って三元触媒２１下流側のＯ_２センサ２３の出力はリーン側に滞留する傾向を示すが、一般的なストイキ補正率学習値の学習感度であるため、三元触媒２１下流側の排ガス空燃比は三元触媒２１の劣化に応じた変動状態を示す。

よって、三元触媒２１の劣化に伴って三元触媒２１下流側の排ガス空燃比の変動周波数は次第に増加し、三元触媒２１下流側の空燃比の変動周波数と上流側の空燃比の変動周波数との比（＝Ｏ_２センサ２３出力の変動周波数/ＬＡＦＳ２２出力の変動周波数）の増加に基づき三元触媒２１の劣化を適切に判定することができる。
以上のように本実施形態のエンジン１の故障検出装置によれば、通常のエンジン運転中には一般的な学習感度の制御条件下でＲ/Ｌピーク回数Ｎに基づく仮判定モードを実行することから、何ら問題なく三元触媒２１の劣化判定を実行できると共に並行して空燃比ズレを判定可能となる。そして、仮判定モードにより気筒間の空燃比ズレ有りと仮判定を下すと、本判定モードに切り換えて学習感度を敏感側に設定し直すため、気筒間の空燃比ズレをより高い信頼性をもって適切に判定することができる。よって、従来はトレードオフの関係にあった三元触媒２１の劣化判定と気筒間空燃比ズレ判定とを高次元で両立することができる。

また、仮判定モードでは、ストイキ補正率学習値の学習感度として一般的な値を設定し、本判定モードでは、学習感度をより敏感側に設定している。このため仮判定モードの実行中には、ストイキ補正率学習値が過剰にリッチ側に学習される事態、ひいては、そのストイキ補正率学習値に基づくＬＡＦＳ２２の中央値の補正により実空燃比が不適切にリッチ側に制御されてしまう事態が未然に防止される。従って、三元触媒２１の劣化に対応して三元触媒２１下流側の排ガス空燃比の変動周波数が正常に増加し、変動周波数の比に基づく三元触媒２１の劣化判定を適切に実行することができる。

また、本判定モードの実行中には、学習感度が敏感側に設定されることによりリッチ化処理カウンタＣ2が加算され易くなっている。このため、気筒間の空燃比ズレに起因して三元触媒２１の下流側の空燃比がリーン側に滞留すると、リッチ化処理カウンタＣ2の値がいち早く増加して所定値ｓ2を超えることから、迅速に気筒間の空燃比ズレ有りの本判定を下すことができる。

一方、本判定モードにおいても、仮判定モードによる偏差ΔAFに基づくＲ/Ｌピーク回数Ｎの算出処理を継続しているため、何らかの要因により気筒間の空燃比ズレが解消された場合には、Ｒ/Ｌピーク回数に基づき本判定モードから仮判定モードに復帰すると共に、ストイキ補正率学習値の学習感度が一般的な値に戻される。よって、一旦中断した三元触媒２１の劣化判定を仮判定モードと並行して再開することができる。

加えて、仮判定モードでは、三元触媒２１の上流側の空燃比の波形乱れとしてＬＡＦＳ２２の出力波形に含まれる高周波成分に着目し、この高周波成分と相関関係にあるＲ/Ｌピーク回数Ｎに基づき気筒間の空燃比ズレの度合いを推定している。従って、気筒間の空燃比ズレの発生を見逃すことなく空燃比ズレ有りの仮判定が下され、もって、より信頼性の高い本判定モードに確実に移行することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、直列４気筒のＭＰＩエンジン１の故障検出装置に具体化したが、エンジンの形式等はこれに限るものではなく、任意に変更可能である。
また上記実施形態では、Ｏ_２センサ２３の出力のカウンタ加算領域及びカウンタ減算領域への滞留時間に基づきリッチ化処理カウンタＣ2を加減算したが、これに限るものではなく、例えば、Ｏ_２センサ２３の出力と所定の閾値との比較結果に基づきリッチ化処理カウンタＣ2を加減算してもよい。

１ エンジン（内燃機関）
２０ 排気管（排気通路）
２１ 三元触媒（触媒）
２２ ＬＡＦＳ（上流側空燃比検出手段）
２３ Ｏ_２センサ（下流側空燃比検出手段）
２５ ＥＣＵ（劣化判定手段、第１の空燃比ズレ判定手段、
第２の空燃比ズレ判定手段、判定モード切換手段、空燃比フィードバック手段）

Claims (5)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、
   前記触媒の上流側の空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
   前記触媒の下流側の空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、
   前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   前記劣化判定手段による前記触媒の劣化判定が可能な制御条件下において、前記上流側空燃比検出手段により検出された前記触媒の上流側の空燃比の波形乱れに基づき前記内燃機関の気筒間の空燃比ズレを判定する第１の空燃比ズレ判定手段と、
   前記下流側空燃比検出手段により検出された前記触媒の下流側の空燃比のリーン側への滞留に基づき前記気筒間の空燃比ズレを判定する第２の空燃比ズレ判定手段と、
   前記劣化判定手段による前記触媒の劣化判定と並行して前記第１の空燃比ズレ判定手段に判定処理を実行させ、該判定処理により前記気筒間の空燃比ズレ有りと判定されたときに、前記触媒の劣化判定に優先して前記第２の空燃比ズレ判定手段に判定処理を実行させる判定モード切換手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関の故障検出装置。
2. 前記触媒の下流側の空燃比のリーン側への滞留時間を高感度と低感度の何れかによりカウントするカウンタをさらに具備し、
   前記判定モード切換手段は、前記第１の空燃比ズレ判定手段により空燃比ズレが無しと判定された場合は前記カウンタを低感度に切り換え、前記第１の空燃比ズレ判定手段により空燃比ズレが有りと判定された場合は前記カウンタを高感度に切り換え、
   前記第２の空燃比ズレ判定手段は、前記カウンタの値が所定値を超えると前記気筒間の空燃比ズレ有りと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の故障検出装置。
3. 前記上流側空燃比検出手段により検出された前記触媒の上流側の空燃比をストイキに一致させるように空燃比フィードバックを実行すると共に、前記第１の空燃比ズレ判定手段による判定処理の実行中には、前記低感度のカウンタの値に基づき前記上流側空燃比検出手段の出力の中央値を補正する空燃比フィードバック手段をさらに具備した
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の故障検出装置。
4. 前記判定モード切換手段は、前記第２の空燃比ズレ判定手段による判定処理の開始後も前記第１の空燃比ズレ判定手段に判定処理を継続させ、該判定処理により前記気筒間の空燃比ズレの解消が判定されると、前記カウンタを高感度から低感度に戻す
   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故障検出装置。
5. 前記第１の空燃比ズレ判定手段は、前記触媒の上流側の空燃比の波形乱れとして該空燃比の波形に含まれる高周波成分に基づき判定処理を実行する
   ことを特徴とする請求項１乃至４に何れかに記載の内燃機関の故障検出装置。

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