JP5158004B2 - エンジンの故障判定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車に用いて好適な、エンジンの故障判定装置に関するものである。
従来より、エンジンからの排出ガス中の酸素濃度（即ち、排気空燃比）を、リーン領域からリッチ領域まで連続的に検出する全領域空燃比センサが知られている。このような全領域空燃比センサには、通常、センサ制御回路として特定用途向集積回路（いわゆる、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)）が接続され、このＡＳＩＣにより全領域空燃比センサが制御されるようになっている。なお、このような全領域空燃比センサやＡＳＩＣについての技術は、例えば、以下の特許文献１に開示されている。
また、全領域空燃比センサのセンサ制御回路は、エンジン制御用の回路（いわゆる、ホストＣＰＵ(Central Processing Unit)）に接続され、ＡＳＩＣとホストＣＰＵとの間で通信が行なわれるようになっているものが一般的である。なお、センサ制御回路とホストＣＰＵとを通信可能に接続する構成は、例えば、以下の特許文献２に開示されている。
特開２００２−２５７７２号公報 特開平１１−３４５３８６号公報
一般的に、全領域空燃比センサを用いて得られた排気空燃比に基づいてエンジンの燃料噴射量を制御する、いわゆる空燃比フィードバック制御を行なうことで、排ガス性能を向上させる手法が用いられている。
しかしながら、地球環境保護の重要性が高まるに連れ、全領域空燃比センサによって検出された排気空燃比は、空燃比フィードバック制御に用いられるだけではなく、エンジンの故障診断にも用いられるようになっている。つまり、排気空燃比のバラつきが過度に大きいときには、エンジンに異常があると推定する手法が求められている。
より厳密には、エンジンの各シリンダから排出される各排ガスの空燃比をそれぞれ検出し、各シリンダ間の排ガス空燃比のバラつきが過度に大きいときには、異常であると判断する必要がある。
この場合、上記の全領域空燃比センサをシリンダ毎に設け、各シリンダから排出される各排ガスの空燃比を個別に検出する手法が最も単純であろうと考えられる。
しかしながら、全領域空燃比センサをシリンダの数だけ用意すると、コストの大幅な増加を招いてしまう。
一方、各シリンダから排出される各排ガスが合流する排気通路内に１つの全領域空燃比センサを設け、この全領域空燃比センサによって検出された排気空燃比を、センサ制御回路を介してエンジン制御用のＣＰＵ（いわゆる、ホストＣＰＵ）が読み込むタイミングを細かく調整することで、シリンダ毎の排気空燃比を検出する手法も考えられる。これは、エンジンの各シリンダから排ガスが排出されるタイミングは、各シリンダによって異なっている点に着目した工夫である。
したがって、シリンダ毎の排ガスの排出タイミングに対応するように、全領域空燃比センサによる検出結果を読み込むタイミングを調整することで、全領域空燃比センサをシリンダの数だけ用意せずとも、各シリンダから排出される各排ガスの空燃比をそれぞれ検出することが出来るのである。
しかしながら、この場合、ホストＣＰＵの制御負荷が極めて高くなるという課題がある。
つまり、全領域空燃比センサの数を抑制したとしても、処理能力が比較的高いホストＣＰＵを用いたり、或いは、ホストＣＰＵの数を増やしたりする必要があるため、結局はコストを抑制することが出来ない。
一方、全領域空燃比センサの数を抑制しながら、処理能力が十分でないホストＣＰＵを用いたとすれば、各シリンダから排出された排ガスの空燃比を個別に精度良く検出することは出来ない。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、コストの抑制を図りながら効率的にエンジンに異常があるか否かを精度よく判定することが出来る、エンジンの故障判定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、本発明のエンジンの故障判定装置（請求項１）は、車両に搭載されるエンジンのシリンダから排出される排ガスの空燃比を検出する全領域空燃比センサと、該エンジンのクランクシャフトの角度を検出するクランク角度検出手段と、該エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、該全領域空燃比センサ，該クランク角度検出手段および該エンジン負荷検出手段に接続された特定用途向集積回路と、該特定用途向集積回路，該クランク角度検出手段および該エンジン負荷検出手段に接続されたホスト集積回路とを備え、該エンジンは、ＡシリンダおよびＢシリンダを有する多気筒エンジンであって、該ＡシリンダにはＡ排気通路が接続され、該ＢシリンダにはＢ排気通路が接続され、該全領域空燃比センサは、該Ａシリンダから排出されたＡ排ガスおよび該Ｂシリンダから排出されたＢ排ガスに晒されるよう該Ａ排気通路および該Ｂ排気通路内に設けられ、該特定用途向集積回路は、該Ａシリンダからの該Ａ排ガスの排出時期に応じて該Ａ排ガスの空燃比をＡ空燃比として該全領域空燃比センサから読込み且つ該Ｂシリンダからの該Ｂ排ガスの排出時期に応じて該Ｂ排ガスの空燃比をＢ空燃比として該全領域空燃比センサから読込む空燃比読込手段と、第１単位期間中、該全領域空燃比センサにより検出された該排ガス空燃比の平均を代表平均として演算する代表平均演算手段とを有し、該ホスト集積回路は、該クランク角度検出手段により検出された該クランクシャフト角度と該エンジン負荷検出手段により検出された該エンジン負荷とに基づいて判定閾値を設定する判定閾値設定手段と、該クランク角度検出手段により検出された該クランクシャフト角度と該エンジン負荷検出手段により検出された該エンジン負荷と該代表平均演算手段により演算された該代表平均とに基づいて該エンジンに異常が生じているか否かを判定する異常判定手段とを有し、該代表平均演算手段は、該Ａ空燃比の該代表平均であるＡ代表平均と該Ｂ空燃比の該代表平均であるＢ代表平均とを演算し、該異常判定手段は、該代表平均演算手段により演算された該Ａ代表平均と該判定閾値設定手段により設定された該判定閾値とに基づいて該Ａシリンダに異常があると判定し、該代表平均演算手段により演算された該Ｂ代表平均と該判定閾値設定手段により設定された該判定閾値とに基づいて該Ｂシリンダに異常があると判定することを特徴としている。
また、請求項２記載の本発明のエンジンの故障判定装置は、請求項１記載の内容において、該特定用途向集積回路は、第２単位期間中、該代表平均演算手段により演算された該Ａ代表平均と該Ｂ代表平均との平均を基準平均として演算する基準平均演算手段と、該代表平均演算手段により演算された該Ａ代表平均と該基準平均演算手段により演算された該基準平均との差であるＡ偏差および該代表平均演算手段により演算された該Ｂ代表平均と該基準平均演算手段により演算された該基準平均との差であるＢ偏差を繰り返し演算する空燃比偏差演算手段と、該空燃比偏差演算手段により繰り返し演算された該Ａ偏差の第３単位期間中における移動平均であるＡ移動平均と該Ｂ偏差の該第３単位期間中における移動平均であるＢ移動平均とを演算する移動平均演算手段とを有し、該異常判定手段は、該移動平均演算手段により演算された該Ａ移動平均の絶対値が該判定閾値設定手段により設定された該判定閾値を超えると該Ａシリンダに異常があると判定し、該移動平均演算手段により演算された該Ｂ移動平均の絶対値が該判定閾値設定手段により設定された該判定閾値を超えると該Ｂシリンダに異常があると判定することを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明のエンジンの故障判定装置は、請求項１または２記載の内容において、該特定用途向集積回路は、該空燃比読込手段により該全領域空燃比センサから周期的に読込まれる該Ａ空燃比および該Ｂ空燃比の初回読込の時期である読込開始時期を設定する読込開始時期設定手段を備え、該読込開始時期設定手段は、該クランク角度検出手段によって検出されたクランクシャフト角度に基づいて得られた該エンジンの回転数と該エンジン負荷検出手段によって検出された該エンジン負荷とに応じて該読込開始時期を設定することを特徴としている。
また、請求項４記載の本発明のエンジンの故障判定装置は、請求項３記載の内容において、該エンジンの排気バルブの開閉時期を変更する可変バルブタイミング機構と、該排気バルブの動作状態を検出するバルブ動作状態検出手段とを備え、該読込開始時期設定手段は、該バルブ開閉時期検出手段によって検出された該排気バルブの動作状態に応じて該読込開始時期を設定し、該読込期間設定手段は、該バルブ開閉時期検出手段によって検出された該排気バルブの動作状態に応じて該第１単位期間を設定することを特徴としている。
また、請求項５記載の本発明のエンジンの故障判定装置は、請求項１〜４いずれか１項に記載の内容において、該特定用途向集積回路は、該空燃比読込手段による該全領域空燃比センサからの該Ａ空燃比および該Ｂ空燃比の読込み期間である該第１単位期間を設定する読込期間設定手段を備え、該読込期間設定手段は、該クランク角度検出手段によって検出された該クランクシャフト角度に基づいて得られた該エンジンの回転数と該エンジン負荷検出手段によって検出された該エンジン負荷とに応じて該第１単位期間を設定することを特徴としている。
また、請求項６記載の本発明のエンジンの故障判定装置は、請求項１〜５いずれか１項に記載の内容において、該ホスト集積回路は、該エンジンの故障判定を行なうための条件である故障判定条件が成立したか否かを判定する条件成立判定手段を備え、該判定閾値設定手段は、該条件成立判定手段により該故障判定条件が成立したと判定された場合に該判定閾値を設定し、該異常判定手段は、該条件成立判定手段により該故障判定条件が成立したと判定された場合に該エンジンに異常があるか否かを判定することを特徴としている。
本発明のエンジンの故障判定装置によれば、全領域空燃比センサにより検出された排ガス空燃比に関する情報処理を、特定用途向集積回路とホスト集積回路とで分散させることで、コストの抑制を図りながら効率的にエンジンに異常があるか否かを判定することが出来る。（請求項１）
また、Ａ空燃比およびＢ空燃比をともに全領域空燃比センサによって検出することで、シリンダ毎に全領域空燃比センサを用意する必要がなくなり、コストを抑制することが出来る。（請求項１）
また、Ａ移動平均および／またはＢ移動平均が判定閾値を超えたか否かに応じて、高い精度で異常が生じているシリンダを特定することが出来る。（請求項２）
また、全領域空燃比センサからの初回読込の時期（即ち、読込開始時期）を、エンジンの回転数と負荷とに応じて設定することで、より正確に各シリンダの状態を検出することが出来る。（請求項３）
また、全領域空燃比センサからの空燃比の読込開始時期や、空燃比の検出期間を、排気バルブの動作状態に応じて設定することで、エンジンに可変バルブタイミング機構が備えられている場合であっても、確実に各シリンダの状態を検出することが出来る。（請求項４）
また、全領域空燃比センサからの空燃比の読込み期間（即ち、第１単位期間）を、エンジンの回転数と負荷とに応じて設定することで、より正確に各シリンダの状態を検出することが出来る。（請求項５）
また、判定閾値の設定や異常判定の実行を、常に行なうのではなく、故障判定条件が成立した場合に実行することで、特定用途向集積回路やホスト集積回路の処理負荷をさらに低減することが出来る。（請求項６）
本発明の一実施形態に係るエンジンの故障判定装置が適用された車両を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの故障判定装置の構成を模式的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの故障判定装置が適用された車両の排気マニホールドの模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの故障判定装置で用いられるＴ4マップの模式図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの故障判定装置で用いられるＴ1マップの模式図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの故障判定装置におけるＡＳＩＣの動作を模式的に示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るエンジンの故障判定装置による空燃比の読込みタイミングを示す模式的なタイムチャートである。 本発明の一実施形態に係るエンジンの故障判定装置におけるホストＣＰＵの動作を模式的に示すフローチャートである。
図１に示すように、車両１０のエンジンルーム１１にはエンジン１２が設けられている。このエンジン１２は、４つのシリンダを有するガソリンエンジンである。つまり、エンジン１２には、この図１においては第１シリンダ１３しか図示しないが、実際には第２〜第４シリンダも形成されている。したがって、図２に示すように、このエンジン１２には、第１シリンダ（Ａシリンダ）１３に連通する第１排気ポート１４，第２シリンダ（Ｂシリンダ）に連通する第２排気ポート１５，第３シリンダ（Ｂシリンダ）に連通する第３排気ポート１６および第４シリンダ（Ａシリンダ）に連通する第４排気ポート１７が形成されている。
図１に戻って説明を続ける。このエンジン１２には、吸気マニホールド１８が接続され、また、この吸気マニホールド１８の上流端にはスロットルバルブ１９を有するスロットルボディ２１が接続されている。さらに、このスロットルボディ２１の上流端には、エアフィルタ２２を有する吸気通路２３が接続されている。
エアフィルタ２２は、エンジン１２に吸入される空気（即ち、吸気）をろ過するものである。また、このエアフィルタ２２を通過してエンジン１２に流入する吸気（即ち、新気）の流量Ｆinは、吸気通路２３内に設けられたエアフローセンサ２４によって検出されるようになっている。なお、このエアフローセンサ２４による検出結果Ｆinは、後述するＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０によって読み込まれるようになっている。
スロットルバルブ１９は、その開度θthを変更することで、吸気流量Ｆinを変更するものである。なお、このスロットルバルブ１９は図示しないモータアクチュエータによって駆動される、いわゆる、電子制御式スロットルバルブである。また、スロットルバルブ１９の開度θthは、スロットルボディ２１に設けられたスロットルバルブ開度センサ２５によって検出されるようになっている。なお、このスロットルバルブ開度センサ２５による検出結果θthも、ＥＣＵ６０によって読み込まれるようになっている。
吸気マニホールド１８にはサージタンク２６が形成され、このサージタンク２６には、インテークマニホールド圧センサ（以下、インマニ圧センサという）２７が設けられている。このインマニ圧センサ（エンジン負荷検出手段）２７は、サージタンク２６内の気圧Ｐimを検出するものであって、この検出結果Ｐimは、ＥＣＵ６０によって読み込まれるようになっている。
吸気マニホールド１８には、第１シリンダ１３に連通する第１吸気ポート２０に接続された第１吸気枝管２８のほか、いずれも図示しない、第２シリンダに連通する第２吸気ポートに接続された第２吸気枝管，第３シリンダに連通する第３吸気ポートに接続された第３吸気枝管および第４シリンダに連通する第４吸気ポートに接続された第４吸気枝管が形成されている。
また、図１に示すように、第１吸気ポート２０には燃料インジェクタ３５が設けられ、また、第２〜第４吸気ポート（図示略）にもそれぞれ燃料インジェクタ（図示略）が設けられている。
第１吸気ポート２０と第１シリンダ１３の燃焼室３６との間には吸気バルブ３７が設けられている。また、図示しないが、第２吸気ポートと第２シリンダの燃焼室との間，第３吸気ポートと第３シリンダの燃焼室との間および第４吸気ポートと第４シリンダの燃焼室との間にも、それぞれ吸気バルブが設けられている。
一方、第１排気ポート１４と第１シリンダ１３の燃焼室３６との間には排気バルブ３８が設けられている。また、図示しないが、第２排気ポート１５と第２シリンダの燃焼室との間，第３排気ポート１６と第３シリンダの燃焼室との間および第４排気ポート１７と第４シリンダの燃焼室との間にも、それぞれ排気バルブが設けられている。
そして、このエンジン１２には、上記の吸気バルブ３８および排気バルブ３７の開閉弁時期を変更する可変バルブタイミング機構３９が設けられている。
また、この可変バルブタイミング機構３９は、排気カム（図示略）を有する排気カムシャフト（図示略）の角度θCSexを検出するカム角度センサ（バルブ動作状態検出手段）４１を有している。なお、このカム角度センサ４１による検出結果θCSexは、ＥＣＵ６０によって読み込まれるようになっている。つまり、ＥＣＵ６０は、排気カムシャフト角度θCSexを、排気バルブ３８の開閉時期を示す情報として読み込むようになっている。
また、このエンジン１２には、クランク角度センサ４２が設けられている。このクランク角度センサ４２は、クランクシャフト４３の角度θCRを検出するものであって、クランク角度センサ４２による検出結果θCRはＥＣＵ６０によって読み込まれるようになっている。
さらに、このエンジン１２には、排気マニホールド３０が設けられている。また、この排気マニホールド３０の下流には前段触媒４４および後段触媒（図示略）を有する排気管４７が接続されている。
また、図２に示すように、排気マニホールド３０には、第１排気ポート１４に接続された第１排気枝管（Ａ排気通路）３１，第２排気ポート１５に接続された第２排気枝管（Ｂ排気通路）３２，第３排気ポート１６に接続された第３排気枝管（Ｂ排気通路）３３および第４排気ポート１７に接続された第４排気枝管（Ａ排気通路）３４が形成されている。
したがって、第１排気枝管３１内には第１シリンダ１３から排出された第１排ガスＧex1が流通し、第２排気枝管３２内には第２シリンダ（図示略）から排出された第２排ガスＧex2が流通し、第３排気枝管３３内には第３シリンダ（図示略）から排出された第３排ガスＧex3流通し、第４排気枝管３４内には第４シリンダ（図示略）から排出された第４排ガスＧex4が流通するようになっている。
また、排気マニホールド３０においては、第１排気枝管３１と第４排気枝管３４との集合管であるＡ集合管（Ａ排気通路）４５Ａと、第２排気枝管３２と第３排気枝管３３との集合管であるＢ集合管（Ｂ排気通路）４５Ｂとが形成されている。なお、排気マニホールド３０のうち、Ａ集合管４５ＡおよびＢ集合管４５Ｂで形成される部分を集合部４５という。図３に示すように、この集合部４５は、その断面の外壁が円形に形成され、その内部が平板３６によって左右に仕切られている。換言すれば、Ａ集合管４５ＡとＢ集合管４５Ｂとは、断面がそれぞれ半円形状に形成されている。
ところで、このエンジン１２の燃焼行程は、第１シリンダ１３，第３シリンダ，第４シリンダ，第２シリンダという順番で実行されるようになっている。
このため、排気マニホールド３０の集合部４５においては、Ａ集合管４５Ａ内を第１排ガス（Ａ排ガス）Ｇex1が流通し、その後、Ｂ集合管４５Ｂ内を第３排ガス（Ｂ排ガス）Ｇex3が流通し、その後、Ａ集合管４５Ａ内を第４排ガス（Ａ排ガス）Ｇex4が流通し、そして、Ｂ集合管４５Ｂ内を第２排ガス（Ｂ排ガス）Ｇex2が流通するようになっている。
そして、この排気マニホールド３０の集合部４５には、ＬＡＦＳ（Linear Air-Fuel ratio Sensor，全領域空燃比センサ）４６が設けられている。
より具体的に、このＬＡＦＳ４６は、集合部４５において、Ａ集合管４５Ａ内に突出するとともに、Ｂ集合管４５Ｂ内に突出するようになっている。換言すれば、このＬＡＦＳ４６は、Ａ集合管４５Ａを流通する第１ガスＧex1および第４排ガスＧex4に晒されるように設けられるとともに、Ｂ集合管４５Ｂを流通する第２ガスＧex2および第３ガスＧex3に晒されるよう、排気マニホールド３０内に設けられている。
そして、この車両１０には、ＥＣＵ６０が設けられている。図２に示すように、このＥＣＵ６０には、ＡＳＩＣ６１，ホストＣＰＵ６２，ＲＯＭ(Read Only Memory)６３および６つのインタフェースポート６４ａ〜６４ｆを有する電子制御ユニットである。
これらのうち、ＡＳＩＣ６１は、ＬＡＦＳ４６に対してａポート６４ａを通じて電気的に接続された集積回路であって、主に、ＬＡＦＳ４６を制御するものである。
また、このＡＳＩＣ６１は、エアフローセンサ２４に対してｂポート６４ｂを通じて電気的に接続され、且つ、インマニ圧センサ２７に対してｃポート６４ｃを通じて電気的に接続されている。また、このＡＳＩＣ６１は、スロットルバルブ開度センサ２５に対してｄポート６４ｄを通じて電気的に接続されるとともに、クランク角度センサ４２に対してｅポート６４ｅを通じて電気的に接続され、且つ、カム角度センサ４１に対してｆポート６４ｆを通じて電気的に接続されている。
ホストＣＰＵ６２は、主に、エンジン１２を制御する集積回路であって、メインバス６５を通じてＡＳＩＣ６１と電気的に接続されている。
また、このホストＣＰＵ６２は、ＡＳＩＣ６１と同様に、エアフローセンサ２４に対してｂポート６４ｂを通じて電気的に接続され、且つ、インマニ圧センサ２７に対してｃポート６４ｃを通じて電気的に接続されている。また、このホストＣＰＵ６２は、スロットルバルブ開度センサ２５に対してｄポート６４ｄを通じて電気的に接続されるとともに、クランク角度センサ４２に対してｅポート６４ｅを通じて電気的に接続され、且つ、カム角度センサ４１に対してｆポート６４ｆを通じて電気的に接続されている。
もっとも、このホストＣＰＵ６２は、ＡＳＩＣ６１とは異なり、ＬＡＦＳ４６に対して直接的には接続されていない。したがって、ホストＣＰＵ６２がＬＡＦＳ４６の検出結果を読み込む場合は、ＡＳＩＣ６１を介して読込みが行なわれるようになっている。
ＲＯＭ６３には、いずれもソフトウェアプログラムとして、エンジン回転数演算部６６，空燃比読込部（空燃比読込手段）６７，代表平均演算部（代表平均演算手段）６８，基準平均演算部（基準平均演算手段）６９，空燃比偏差演算部（空燃比偏差演算手段）７１，移動平均演算部（移動平均演算手段）７２，読込開始時期設定部（読込開始時期設定手段）７３，読込期間設定部（読込期間設定手段）７４，判定閾値設定部（判定閾値設定手段）７５，異常判定部（異常判定手段）７６および条件成立判定部（条件成立判定手段）７７が記録されている。なお、これらのソフトウェアプログラムのうち、空燃比読込部６７，代表平均演算部６８，基準平均演算部６９，空燃比偏差演算部７１，移動平均演算部７２，読込開始時期設定部７３および読込期間設定部７４は、ＡＳＩＣ６１に読み込まれることで各機能が実現するようになっている。一方、判定閾値設定部７５，異常判定部７６および条件成立判定部７７は、ホストＣＰＵ６２によって読み込まれることで各機能が実現するようになっている。また、エンジン回転数演算部６６は、ＡＳＩＣ６１およびホストＣＰＵ６２のいずれによって読込まれてもその機能が実現するようになっている。
また、このＲＯＭ６３には、Ｔ4マップ７８およびＴ1マップ７９が記録されている。なお、これらのＴ4マップ７８およびＴ1マップ７９は、ＡＳＩＣ６１により読込まれるようになっている。
エンジン回転数演算部６６は、クランク角度センサ４２により検出されたクランクシャフト角度θCRに基づきエンジン１２の回転数Ｎeを演算するものである。
空燃比読込部６７は、第１シリンダ１３の排気バルブ３８の開弁時期に応じて第１排ガスＧex1の空燃比を第１空燃比（Ａ空燃比）ＡＦex1として読込むとともに、第２シリンダの排気バルブの開弁時期に応じて第２排ガスＧex2の空燃比ＡＦex2を第２空燃比（Ｂ空燃比）ＡＦex2として読込むようになっている。また、この空燃比読込部６７は、第３シリンダの排気バルブの開弁時期に応じて第３排ガスＧex3の空燃比を第３空燃比（Ｂ空燃比）ＡＦex3として読込むとともに、第４シリンダの排気バルブの開弁時期に応じて第４排ガスの空燃比ＡＦex4を第４空燃比（Ａ空燃比）ＡＦex４として読込むようになっている。また、この空燃比読込部６７による第１〜第４排ガス空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4の１回当たりの読込期間である空燃比読込期間（第１単位期間）Ｔ1の長さは、後述する読込期間設定部７４により設定されるようになっている。
代表平均演算部６８は、空燃比読込期間Ｔ1中に、空燃比読込部６７が読込んだ第１空燃比ＡＦex1の平均を第１代表平均（Ａ代表平均）ＡＦexAV1として演算するとともに、空燃比読込部６７読込んだ第２空燃比ＡＦex2の平均を第２代表平均（Ｂ代表平均）ＡＦexAV2として演算するものである。また、この代表平均演算部６８は、空燃比読込期間Ｔ1中に、空燃比読込部６７が読込んだ第３空燃比ＡＦex3の平均を第３代表平均（Ｂ代表平均）ＡＦexAV3として演算するとともに、空燃比読込部６７が読込んだ第４空燃比ＡＦex４の平均を第４代表平均（Ａ代表平均）ＡＦexAV4として演算するものである。
基準平均演算手段６９は、基準平均対象期間（第２単位期間）Ｔ2中に、代表平均演算部６８が繰り返し演算した第１〜第４代表平均ＡＦexAV1〜ＡＦexAV4の平均を基準平均ＡＦbaseAVとして演算するものである。なお、基準平均対象期間Ｔ2は、クランクシャフト４３が２回転した際の期間として設定されている。換言すれば、この基準平均対象期間Ｔ2は、第１シリンダ１３のピストン２９が下死点（即ち、ＢＤＣ(Bottom Dead Center)）にある場合のクランクシャフト角度θCRを基準角度（即ち、０°）とし、クランクシャフト角度θCRがこの基準角度から７２０°変化した際の期間として設定されている。
空燃比偏差演算手段７１は、第１偏差（Ａ偏差）ＡＦdif1，第２偏差（Ｂ偏差）ＡＦdif2，第３偏差（Ｂ偏差）ＡＦdif3および第４偏差（Ａ偏差）ＡＦdif4を、繰り返し演算するものである。ここで、第１〜第４偏差ＡＦdif1〜ＡＦdif4は、それぞれ、以下の式（１）〜（４）によって得られるようになっている。
ＡＦdif1 ＝ＡＦexAV1−ＡＦbaseAV ・・・（１）
ＡＦdif2 ＝ＡＦexAV2−ＡＦbaseAV ・・・（２）
ＡＦdif3 ＝ＡＦexAV3−ＡＦbaseAV ・・・（３）
ＡＦdif4 ＝ＡＦexAV4−ＡＦbaseAV ・・・（４）
つまり、これらの第１〜第４偏差ＡＦdif1〜ＡＦdif4は、第１〜第４空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4の各代表平均、即ち、第１〜第４代表平均ＡＦexAV1〜ＡＦexAV4が、基準平均ＡＦbaseAVからどの程度ずれているのかを示す指標である。
移動平均演算部７２は、第１移動平均ＡＦdifMAV1，第２移動平均ＡＦdifMAV2，第３移動平均ＡＦdifMAV3および第４移動平均ＡＦdifMAV4を演算し、演算結果である第１〜第４移動平均ＡＦdifMAV1〜ＡＦdifMAV4を、メインバス６５を通じてホストＣＰＵ６２に出力するものである。
これらの第１〜第４移動平均ＡＦdifMAV1〜ＡＦdifMAV4は、それぞれ、空燃比偏差演算部７１により繰り返し演算された第１〜第４偏差ＡＦdif1〜ＡＦdif4の移動平均対象期間（第３単位期間）Ｔ3中における移動平均である。なお、本実施形態において、この移動平均対象期間Ｔ3は、第１シリンダ１３のピストン２９がＢＤＣにある場合のクランクシャフト角度θCRを基準角度とし、クランクシャフト角度θCRがこの基準角度から７２００°変化した際の期間、即ち、クランクシャフト４３が２０回転する期間として設定されている。
より具体的に、この移動平均演算部７２は、以下の式（５）〜（８）を用いて、第１〜第４移動平均ＡＦdifMAV1〜ＡＦdifMAV4をそれぞれ演算するようになっている。なお、以下の式（５）〜（８）中、ΣＡＦdif2は第２偏差ＡＦdif2の累積値，ΣＡＦdif3は第３偏差ＡＦdif3の累積値，ΣＡＦdif4は第４偏差ＡＦdif4の累積値を示す。
ＡＦdifMAV1 ＝ ΣＡＦdif1 ／ ｎ ・・・（５）
ＡＦdifMAV2 ＝ ΣＡＦdif2 ／ ｎ ・・・（６）
ＡＦdifMAV3 ＝ ΣＡＦdif3 ／ ｎ ・・・（７）
ＡＦdifMAV4 ＝ ΣＡＦdif4 ／ ｎ ・・・（８）
ここで、上記の式（５）を参照しながら第１移動平均ＡＦdifMAV1の算出を例に挙げると、移動平均演算部７２は、基準平均対象期間Ｔ2ごと（即ち、クランクシャフト４３が２回転するごと）に、空燃比偏差演算部７１によって演算された第１偏差ＡＦdif1を、移動平均対象期間Ｔ3が経過するまで（即ち、クランクシャフト４３が２０回転するまで）累積的に加算することで第１偏差ＡＦdif1の累積値ΣＡＦdif1を演算するようになっている。さらに、この移動平均演算部７２は、第１偏差ＡＦdif1の累積値ΣＡＦdif1を、移動平均対象期間Ｔ3内における空燃比偏差演算部７１による第１偏差ＡＦdif1の演算回数ｎ（本実施形態においてはｎ＝１０）で除算することで、第１移動平均ＡＦdifMAV1を得るようになっている。
読込開始時期設定部７３は、空燃比読込部６７により周期的に読込まれる第１〜第４排ガス空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4の読込開始時期Ｔ4を設定するものである。より具体的に、この読込開始時期設定部７３は、インマニ圧センサ２７によって検出されたサージタンク内気圧Ｐimとエンジン回転数演算部６６により演算されたエンジン回転数Ｎeとを、図４に示すＴ4マップ７８に適用することで、読込開始時期Ｔ4を設定するものである。
このＴ4マップ７８は、縦軸にエンジン１２の負荷を表すパラメータとしてサージタンク内気圧Ｐimが規定され、横軸にエンジン回転数Ｎeが規定され、且つ、これらのサージタンク内気圧Ｐimおよびエンジン回転数Ｎeに応じた５つの領域Ａ１１〜Ａ１５が規定されたマップである。そして、これらの領域Ａ１１〜Ａ１５は、それぞれ、読込開始時期Ｔ4を定義している。
つまり、サージタンク内気圧Ｐimおよびエンジン回転数Ｎeによって定まるエンジン１２の運転点が、これらの領域Ａ１１〜Ａ１５のいずれに位置するかに応じて、読込開始時期Ｔ4が規定されているのである。なお、これらの領域Ａ１１〜Ａ１５に対応して規定される読込開始時期Ｔ4は、以下の式（９）に示す関係を満たすようになっている。
Ａ１１ ＜ Ａ１２ ＜ Ａ１３ ＜ Ａ１４ ＜ Ａ１５ ・・・（９）
読込期間設定部７４は、空燃比読込部６７による第１〜第４排ガス空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4の１回当たりの読込み期間である空燃比読込期間Ｔ1を設定するものである。より具体的に、この読込期間設定部７４は、インマニ圧センサ２７によって検出されたサージタンク内気圧Ｐimとエンジン回転数演算部６６により演算されたエンジン回転数Ｎeとを、図５に示すＴ1マップ７９に適用することで、空燃比読込期間Ｔ1を設定するものである。
さらに、この読込期間設定部７４は、カム角度センサ４１の検出結果θCSexに応じて第１〜第４排ガス空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4の各読込み期間、即ち、空燃比読込期間Ｔ1を調整するようになっている。
Ｔ1マップ７９は、縦軸にエンジン１２の負荷を表すパラメータとしてサージタンク内気圧Ｐimが規定され、横軸にエンジン回転数Ｎeが規定され、且つ、これらのサージタンク内気圧Ｐimおよびエンジン回転数Ｎeに応じた５つの領域Ｂ１１〜Ｂ１５が規定されたマップである。そして、これらの領域Ｂ１１〜Ｂ１５は、それぞれ、空燃比読込期間Ｔ1を定義している。
つまり、サージタンク内気圧Ｐimおよびエンジン回転数Ｎeによって定まるエンジン１２の運転点が、これらの領域Ｂ１１〜Ｂ１５のいずれに位置するかに応じて、空燃比読込期間Ｔ1が規定されているのである。なお、これらの領域Ｂ１１〜Ｂ１５において規定される空燃比読込期間Ｔ1の大きさは、以下の式（１０）の関係を満たすように規定されている。
Ｂ１１ ＜ Ｂ１２ ＜ Ｂ１３ ＜ Ｂ１４ ＜ Ｂ１５ ・・・（１０）
判定閾値設定部７５は、クランク角度センサ４２により検出されたクランクシャフト角度θCRに基づいてエンジン回転数演算部６６により演算されたエンジン回転数Ｎeと、インマニ圧センサ２７により検出されたサージタンク内気圧Ｐimとに基づいて、判定閾値ＡＦthを設定するものである。なお、判定閾値はエンジン運転状態によらず一定値として予め設定されたものを用いても良い。
異常判定部７６は、移動平均演算部７２により演算された第１移動平均ＡＦdifMAV1の絶対値が判定閾値設定部７５により設定された判定閾値ＡＦthを超えると（｜ＡＦdifMAV1｜ ＞ ＡＦth）、第１シリンダ１３に異常があると判定し、移動平均演算部７２により演算された第２移動平均ＡＦdifMAV2の絶対値が判定閾値ＡＦthを超えると（｜ＡＦdifMAV2｜ ＞ ＡＦth）、第２シリンダに異常があると判定するものである。また、この異常判定部７６は、移動平均演算部７２により演算された第３移動平均ＡＦdifMAV3の絶対値が判定閾値ＡＦthを超えると（｜ＡＦdifMAV3｜ ＞ ＡＦth）、第３シリンダに異常があると判定し、移動平均演算部７２により演算された第４移動平均ＡＦdifMAV4の絶対値が判定閾値ＡＦthを超えると（｜ＡＦdifMAV4｜＞ ＡＦth）、第４シリンダに異常があると判定するものである。
つまり、この異常判定部７６により、クランクシャフト角度θCRに基づいて演算されたエンジン回転数Ｎeと、インマニ圧センサ２７により検出されたサージタンク内気圧Ｐimと、代表平均演算部６８により演算された第１〜第４代表平均ＡＦexAV1〜ＡＦexAV4のそれぞれと、判定閾値設定部７５により設定された判定閾値ＡＦthとに基づいて、エンジン１２の第１〜第４シリンダのいずれかに異常が生じているか否かを判定することが出来るようになっている。
なお、この異常判定部７６も、上記の判定閾値設定部と７５同様、後述する条件成立判定部７７により故障判定条件が成立したと判定された場合にのみ、エンジン１２に異常があるか否かの判定（異常判定）を行なうようになっている。
条件成立判定部７７は、エンジン１２の故障判定を行なうための条件である故障判定条件が成立したか否かを判定するものである。なお、故障判定条件とは、例えば以下の条件（１）〜（３）をいい、これらの条件（１）〜（３）が全て満たされると、この条件成立判定部７７は、故障判定条件が成立したと判定するようになっている。
条件（１）エンジン始動後所定時間（例えば５秒以上）が経過した。
条件（２）エンジン冷却水温が所定の範囲内（例えば、７０〜９０℃）にある。
条件（３）エンジン回転数Ｎeの変動が所定範囲（例えば、±５０）である状態が所定期間（例えば、３秒以上）継続し、且つ、サージタンク内気圧Ｐimの変動が所定範囲（例えば、±２０mmHg）である状態が所定期間（例えば、３秒以上）継続した。
本発明の一実施形態に係るエンジンの故障判定装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
まず、ＡＳＩＣ６１によって実行される制御を図６のフローチャートを用いて説明する。
読込開始時期設定部７３が、インマニ圧センサ２７によって検出されたサージタンク内気圧Ｐimと、エンジン回転数演算部６６により演算されたエンジン回転数Ｎeとを、Ｔ4マップ７８に適用することで、読込開始時期Ｔ4を設定する（ステップＳ１１）。なお、このステップＳ１１で設定された読込開始時期Ｔ4は、図７のタイムチャート中符号Ｔ4で示す期間である。
また、読込期間設定部７４が、インマニ圧センサ２７によって検出されたサージタンク内気圧Ｐimと、エンジン回転数演算部６６により演算されたエンジン回転数Ｎeとを、図５に示すＴ1マップ７９に適用することで、空燃比読込期間Ｔ1を設定する（ステップＳ１２）。なお、このステップＳ１２で設定された空燃比読込時期Ｔ1は、図７のタイムチャート中符号Ｔ1で示す期間である。
その後、空燃比読込部６７が、第１排ガスＧex1の空燃比を第１空燃比ＡＦex1として読込むとともに、第２排ガスＧex2の空燃比ＡＦex2を第２空燃比ＡＦex2として読込む。また、この空燃比読込部６７は、第３排ガスＧex3の空燃比を第３空燃比ＡＦex3として読込むとともに、第４排ガスＧex4の空燃比ＡＦex4を第４空燃比ＡＦex４として読込む。なお、このときの第１〜第４排ガス空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4の読込みは、それぞれ、ステップＳ１２で設定された空燃比読込期間Ｔ1の間行われる。
そして、代表平均演算部６８が、空燃比読込部６７により読込まれた第１〜第４空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4の空燃比読込期間Ｔ1当たりの平均を、それぞれ、第１〜第４代表平均ＡＦexAV1〜ＡＦexAV4として演算する（ステップＳ１３）。
また、基準平均演算手段６９が、ステップＳ１３において演算された第１〜第４代表平均ＡＦexAV1〜ＡＦexAV4の基準平均対象期間Ｔ2当たりの平均を、基準平均ＡＦbaseAV（図７参照）として演算する（ステップＳ１４）。
その後、空燃比偏差演算手段７１が、上述の式（１）〜（４）を用いた演算により、第１〜第４偏差ＡＦdif1〜ＡＦdif4を演算する（ステップＳ１５）。
そして、移動平均対象期間Ｔ3が経過するまで（即ち、クランクシャフト４３が２０回転するまで）は、上述したステップＳ１１〜Ｓ１５の制御が繰り返し実行される（ステップＳ１６のＮｏルート）。
一方、移動平均対象期間Ｔ3が経過すると（ステップＳ１６のＹｅｓルート）、移動平均演算部７２が、上述の式（５）〜（８）を用いて移動平均対象期間Ｔ3の間繰り返し演算された第１〜第４偏差ＡＦdif1〜ＡＦdif4の移動平均、即ち、第１〜第４移動平均ＡＦdifMAV1〜ＡＦdifMAV4を演算し（ステップＳ１７）、メインバス６５を通じてホストＣＰＵ６２に出力する（ステップＳ１８）。
次に、ホストＣＰＵ６２によって実行される制御を図８のフローチャートを用いて説明する。
条件成立判定部７７が、上記の条件（１）〜（３）が全て満たされたか否かを判定することで、エンジン１２の故障判定を行なうための条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ２１）。ここで、故障判定条件が成立したと判定された場合（ステップＳ２１のＹｅｓルート）、判定閾値設定部７５で設定された判定閾値ＡＦthを読み込む（ステップＳ２２）。
つまり、このステップＳ２２において、判定閾値設定部７５が、エンジン回転数演算部６６により演算されたエンジン回転数Ｎeとインマニ圧センサ２７により検出されたサージタンク内気圧Ｐimとに基づいて設定された、判定閾値ＡＦthを読み込む。
また、異常判定部７６が、図６のステップＳ１８においてＡＳＩＣ６１の移動平均演算部７２により演算された第１〜第４移動平均の絶対値｜ＡＦdifMAV1｜〜｜ＡＦdifMAV4｜のいずれかが、ステップＳ２２においてホストＣＰＵ６２の判定閾値設定部７５により設定された判定閾値ＡＦthを超えると、第１〜第４シリンダの少なくともいずれか１つに異常があると判定する（ステップＳ２４）。
より具体的に、この異常判定部７６は、第１移動平均の絶対値｜ＡＦdifMAV1｜が判定閾値ＡＦthを超えると（｜ＡＦdifMAV1｜ ＞ ＡＦth）、第１シリンダ１３に異常があると判定し、第２移動平均の絶対値｜ＡＦdifMAV2｜が定閾値ＡＦthを超えると（｜ＡＦdifMAV2｜ ＞ ＡＦth）、第２シリンダに異常があると判定する。また、この異常判定部７６は、第３移動平均の絶対値｜ＡＦdifMAV3｜が判定閾値ＡＦthを超えると（｜ＡＦdifMAV3｜ ＞ ＡＦth）、第３シリンダに異常があると判定し、第４移動平均の絶対値｜ＡＦdifMAV4｜が判定閾値ＡＦthを超えると（｜ＡＦdifMAV4｜ ＞ ＡＦth）、第４シリンダに異常があると判定する。
ここで改めて、本発明者らが認識している課題と、本実施形態に係る本発明とを対比して説明する。
〔発明が解決しようとする課題〕の欄で上述したように、全領域空燃比センサをエンジンのシリンダ毎に設けることで、各シリンダから排出される各排ガスの空燃比を個別に検出する手法では、コストの大幅な増加を招いてしまうという課題がある。
一方、各シリンダから排出される各排ガスが合流する排気通路内に１つの全領域空燃比センサおよびセンサ制御回路を設け、この全領域空燃比センサによって検出された排気空燃比を、センサ制御回路を介して全領域空燃比センサから読み込むタイミングを細かく調整することで、シリンダ毎の排気空燃比を検出する手法も考えられる。
つまり、シリンダ毎の排ガスの排出タイミングに対応するように全領域空燃比センサによる検出結果を読み込む時期を調整することで、全領域空燃比センサを各排気空燃比の検出に共通して用いるようにすることが出来る。
しかしながら、この手法によっても、エンジン制御用のＣＰＵ（いわゆる、ホストＣＰＵ）の制御負荷が極めて高くなってしまうという課題が生じる。
したがって、一般的な手法では、全領域空燃比センサの数を抑制した構成において処理能力が比較的高いホストＣＰＵを用いることが求められたり、或いは、ホストＣＰＵの数を増やしたりする必要があるため、結局はコストを抑制することが出来ないという課題がある。
一方、全領域空燃比センサの数を抑制しながら、処理能力が十分でないホストＣＰＵを用いたとすれば、結局、各シリンダから排出された排ガスの空燃比を個別に精度良く検出することが出来ないという事態を招いてしまうことになる。
また、全領域空燃比センサの検出結果を読み込む時期は、原則として、シリンダ毎の排ガスの排出時期と同期させれば良いのであるが、実際には、エンジンの負荷や回転数によって細かく調整する必要がある。また、エンジンの排気バルブの開閉時期がクランクシャフト角度に対して変化する場合、即ち、エンジンに可変バルブ時期機構が備えられている場合には、エンジン負荷やエンジン回転数だけではなく、排気バルブ開閉時期をも考慮した制御を行なう必要がある。つまり、この場合、ホストＣＰＵの制御負荷はさらに高まることとなる。このため、上述のように、処理能力が比較的高いホストＣＰＵを用いることが求められたり、或いは、ホストＣＰＵの数を増やしたりする必要が生じるのである。
これに対して、本実施形態に係る本発明においては、ＡＳＩＣ６１が、第１〜第４シリンダから排出された第１〜第４排ガスＧex1〜Ｇex4の、空燃比読込期間Ｔ1当たりの平均を代表平均ＡＦexAVとして演算する代表平均演算部６８を有している。また、ホストＣＰＵ６２が、クランクシャフト角度θCRに基づいて得られるエンジン回転数Ｎeとエンジン１２の負荷を示すサージタンク内気圧ＰimとＡＳＩＣ６１の代表平均演算部６８により演算された代表平均第１〜第４ＡＦexAV1〜ＡＦexAV4に基づいてエンジン１２に異常が生じているか否かを判定する異常判定部７７を有している。
このように、ＬＡＦＳ４６により検出された排ガス空燃比ＡＦexに関する情報処理を、ＡＳＩＣ６１とホスト集積回路６２とで分散させることで、コストの抑制を図りながら効率的にエンジン１２に異常があるか否かを正確に判定することが出来る。
また、第１〜第４排ガスＧex1〜Ｇex4の各空燃比（即ち、第１〜第４空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4）を全て１つのＬＡＦＳ４６によって検出するようになっているので、第１〜第４シリンダごとにＬＡＦＳを用意する必要がなくなり、コストを抑制することが出来る。
また、この１つのＬＡＦＳ４６による検出結果を、第１〜第４シリンダにおける各排気バルブの閉弁時期に応じて、第１〜第４空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4を個別に検出しているので、第１〜第４シリンダのうちのいずれのシリンダで異常が生じたのかを特定することが出来る。
また、ＡＳＩＣ６１が、基準平均ＡＦbaseAVを演算する基準平均演算部６９と、第１〜第４偏差ＡＦdif1〜ＡＦdif4を繰り返し演算する空燃比偏差演算部７２と、移動平均対象期間Ｔ3中における第１〜第４偏差ＡＦdif1〜ＡＦdif4の移動平均、即ち、第１〜第４移動平均ＡＦdifMAV1〜ＡＦdifMAV4を演算する移動平均演算部７１を有している。そして、ホストＣＰＵ６２の異常判定部７６は、ＡＳＩＣ６１の移動平均演算部６９により演算された第１〜第４移動平均の絶対値｜ＡＦdifMAV1｜〜｜ＡＦdifMAV4｜のいずれかが判定閾値ＡＦthを超えると、第１〜第４シリンダのうち、対応するシリンダに異常があると判定するようになっている。
これにより、より高い精度で異常が生じているシリンダを特定することが出来る。
また、ＡＳＩＣ６１は、空燃比読込部６７によりＬＡＦＳ４６から周期的に読込まれる第１〜第４排ガス空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4の初回の読込開始時期Ｔ4を、エンジンの回転数Ｎeとサージタンク内気圧Ｐimとに応じて設定する読込開始時期設定部７３を備えている。
これにより、より正確に各シリンダの状態を検出することが出来る。
また、ＡＳＩＣ６１は、空燃比読込部６７によるＬＡＦＳ４６からの第１〜第４排ガス空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4の各読込み期間、即ち、空燃比読込期間Ｔ1を、エンジンの回転数Ｎeとサージタンク内気圧Ｐimとに応じて設定する読込期間設定部７４を備えている。
これにより、より正確に各シリンダの状態を検出することが出来る。
また、ＡＳＩＣ６１の読込開始時期設定部７３は、カム角度センサ４１によって検出された排気カムシャフト角度θCSex（即ち、第１〜第４シリンダの各排気バルブの開弁時期）に応じて読込開始時期Ｔ4を設定するようになっている。また、ＡＳＩＣ６１の読込期間設定部７４は、カム角度センサ４１の検出結果θCSexに応じて第１〜第４排ガス空燃比ＡＦex1〜ＡＦex4の各読込み期間、即ち、空燃比読込期間Ｔ1を調整するようになっている。
これにより、エンジン１２に可変バルブタイミング機構３９が備えられている場合であっても、確実に各シリンダの状態を検出することが出来る。
また、異常判定部７６は、条件成立判定部７７により故障判定条件が成立したと判定された場合にのみ判定閾値設定部７５で設定された判定閾値ＡＦthを読み込むようになっている。そして、異常判定部７６は、条件成立判定部７７により故障判定条件が成立したと判定された場合にのみ第１〜第４シリンダに異常があるか否かを判定するようになっている。
このように、判定閾値ＡＦthの読み込みや異常判定の実行を、常に行なうのではなく、故障判定条件が成立した場合にのみ実行することで、ＡＳＩＣ６１やホストＣＰＵ６２の処理負荷をさらに低減することが出来る。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが出来る。その一例を以下に示す。
上述の実施形態においては、エンジン１２がガソリンエンジンである場合について説明したが、これに限定するものではなく、ディーゼルエンジンや他の形式のエンジンであっても良い。
また、上述の実施形態においては、エンジン１２に４つのシリンダが形成された場合（即ち、エンジン１２が４気筒エンジンである場合）について説明したが、これに限定するものではない。例えば、シリンダが１〜３つ形成されたエンジンであっても良いし、或いは、５つ以上形成されたエンジンであっても良い。
また、上述の実施形態においては、可変バルブタイミング機構３９が、吸気バルブおよび排気バルブの開閉時期を自在に変更できる場合について説明したが、これに限定するものではない。つまり、エンジン１２が可変バルブタイミング機構３９を有している必要はなく、また、可変バルブタイミング機構３９が吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方の開閉時期を変更するものであっても良い。
また、上述の実施形態においては、空燃比読込期間Ｔ1が、クランクシャフト角度θCRが２０°変化した際の期間として設定されている場合を例にとって説明したが、これに限定するものではなく、適宜、クランクシャフト角度θCRの変化量に対応する期間として設定することが出来る。また、空燃比読込期間Ｔ1を、例えば、０．２秒間や０．３秒間といった時間で設定しても良い。
また、上述の実施形態においては、基準平均対象期間Ｔ2が、第１シリンダ１３のピストン２９がＢＤＣにある場合のクランクシャフト角度θCRを基準角度とし、クランクシャフト角度θCRがこの基準角度から７２０°変化した際の期間として設定されている場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、第１〜第４シリンダの全てで、少なくとも１回は排気行程が終了していることを条件とするのであれば、クランクシャフト角度θCRがこの基準角度から７２０°，１４４０°或いは２１６０°というように、７２０°の倍数でこの基準平均対象期間Ｔ2を規定すれば良い。
また、上述の実施形態においては、移動平均対象期間Ｔ3が、第１シリンダ１３のピストン２９がＢＤＣにある場合のクランクシャフト角度θCRを基準角度とし、クランクシャフト角度θCRがこの基準角度から７２００°変化した際の期間として設定されている場合について説明したが、これに限定するものではなく、移動平均対象期間Ｔ3を基準平均対象期間Ｔ2よりも長い期間として設定するのであれば、どのように設定しても良い。
また、上述の実施形態においては、エンジン１２の負荷を表すパラメータとしてサージタンク内気圧Ｐimを用いる場合を例にとって説明したが、これに限定するものではない。例えば、このサージタンク内気圧Ｐimに代えて、或いは、組み合わせて、スロットルバルブ開度θthや吸気流量Ｆinを用いるようにしても良い。
また、上述の実施形態のＲＯＭ６３としては、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)，ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)或いはフラッシュメモリといった種々の不揮発性メモリを適用することが出来る。
また、上述の実施形態においては、ホストＣＰＵ６２の異常判定部７６がエンジン１２の第１〜第４シリンダのいずれに異常があるか判定することについて説明したが、この異常判定部７６による異常判定の結果を種々の制御に用いることが出来る。例えば、異常判定部７６が、エンジン１２になんらかの異常があると判定した場合、このエンジン１２に異常がある旨を、車内のインストルメントパネル（図示略）や液晶モニタ（図示略）に表示することで視覚的にユーザへ通知するようにしても良いし、ブザー（図示略）を作動させることにより聴覚的にユーザへ通知するようにしても良い。或いは、ＥＣＵ６０の内部あるいは外部にフラッシュメモリのような書き換え可能なメモリを設け、異常判定部７６によりエンジン１２になんらかの異常があると判定された場合に、異常判定部７６による判定結果と判定時期とをこのメモリに記録する（いわゆるロギングを行なう）ようにしても良い。
本発明は、主に、車両の製造産業などに利用可能である。
１０ 車両
１２ ガソリンエンジン（エンジン）
２４ エアフローセンサ（エンジン負荷検出手段）
２５ スロットルバルブ開度センサ（エンジン負荷検出手段）
２７ インマニ圧センサ（エンジン負荷検出手段）
３１ 第１排気枝管（Ａ排気通路）
３２ 第２排気枝管（Ｂ排気通路）
３３ 第３排気枝管（Ｂ排気通路）
３４ 第４排気枝管（Ａ排気通路）
３８ 排気バルブ
３９ 可変バルブタイミング機構
４１ カム角度センサ（バルブ動作状態検出手段）
４２ クランク角度センサ（クランク角度検出手段）
４３ クランクシャフト
４６ ＬＡＦＳ（全領域空燃比センサ）
６１ ＡＳＩＣ（特定用途向集積回路）
６２ ホストＣＰＵ（ホスト集積回路）
６７ 空燃比読込部（空燃比読込手段）
６８ 代表平均演算部（代表平均演算手段）
６９ 基準平均演算部（基準平均演算手段）
７１ 空燃比偏差演算部（空燃比偏差演算手段）
７２ 移動平均演算部（移動平均演算手段）
７３ 読み込み開始時期設定部（読込開始時期設定手段）
７５ 判定閾値設定部（判定閾値設定手段）
７６ 異常判定部（異常判定手段）
７７ 条件成立判定部（条件成立判定手段）
ＡＦbaseAV 基準平均
ＡＦex1 第１空燃比（Ａ空燃比）
ＡＦex2 第２空燃比（Ｂ空燃比）
ＡＦex3 第３空燃比（Ｂ空燃比）
ＡＦex4 第４空燃比（Ａ空燃比）
ＡＦexAV1 第１代表平均（Ａ代表平均）
ＡＦexAV2 第２代表平均（Ｂ代表平均）
ＡＦexAV3 第３代表平均（Ｂ代表平均）
ＡＦexAV4 第４代表平均（Ａ代表平均）
ＡＦdif1 第１偏差（Ａ偏差）
ＡＦdif2 第２偏差（Ｂ偏差）
ＡＦdif3 第３偏差（Ｂ偏差）
ＡＦdif4 第４偏差（Ａ偏差）
ＡＦth 判定閾値
ＡＦdifMAV1 第１移動平均（Ａ移動平均）
ＡＦdifMAV2 第２移動平均（Ｂ移動平均）
ＡＦdifMAV3 第３移動平均（Ｂ移動平均）
ＡＦdifMAV4 第４移動平均（Ａ移動平均）
Ｆin 吸気流量
Ｇex1 第１排ガス（Ａ排ガス）
Ｇex2 第２排ガス（Ｂ排ガス）
Ｇex3 第３排ガス（Ｂ排ガス）
Ｇex4 第４排ガス（Ａ排ガス）
Ｎe エンジン回転数
Ｐim インマニ圧
Ｔ1 空燃比読込期間（第１単位期間）
Ｔ2 基準平均対象期間（第２単位期間）
Ｔ3 移動平均対象期間（第３単位期間）
Ｔ4 読込開始時期
θCSex 排気カムシャフト角度
θCR クランクシャフト角度
θth スロットルバルブ開度

Claims (6)

  1. 車両に搭載されるエンジンのシリンダから排出される排ガスの空燃比を検出する全領域空燃比センサと、
    該エンジンのクランクシャフトの角度を検出するクランク角度検出手段と、
    該エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
    該全領域空燃比センサ，該クランク角度検出手段および該エンジン負荷検出手段に接続された特定用途向集積回路と、
    該特定用途向集積回路，該クランク角度検出手段および該エンジン負荷検出手段に接続されたホスト集積回路とを備え、
    該エンジンは、ＡシリンダおよびＢシリンダを有する多気筒エンジンであって、
    該ＡシリンダにはＡ排気通路が接続され、
    該ＢシリンダにはＢ排気通路が接続され、
    該全領域空燃比センサは、
    該Ａシリンダから排出されたＡ排ガスおよび該Ｂシリンダから排出されたＢ排ガスに晒されるよう該Ａ排気通路および該Ｂ排気通路内に設けられ、
    該特定用途向集積回路は、
    該Ａシリンダからの該Ａ排ガスの排出時期に応じて該Ａ排ガスの空燃比をＡ空燃比として該全領域空燃比センサから読込み且つ該Ｂシリンダからの該Ｂ排ガスの排出時期に応じて該Ｂ排ガスの空燃比をＢ空燃比として該全領域空燃比センサから読込む空燃比読込手段と、第１単位期間中、該全領域空燃比センサにより検出された該排ガス空燃比の平均を代表平均として演算する代表平均演算手段とを有し、
    該ホスト集積回路は、
    該クランク角度検出手段により検出された該クランクシャフト角度と該エンジン負荷検出手段により検出された該エンジン負荷とに基づいて判定閾値を設定する判定閾値設定手段と、該クランク角度検出手段により検出された該クランクシャフト角度と該エンジン負荷検出手段により検出された該エンジン負荷と該代表平均演算手段により演算された該代表平均とに基づいて該エンジンに異常が生じているか否かを判定する異常判定手段とを有し、
    該代表平均演算手段は、
    該Ａ空燃比の該代表平均であるＡ代表平均と該Ｂ空燃比の該代表平均であるＢ代表平均とを演算し、
    該異常判定手段は、
    該代表平均演算手段により演算された該Ａ代表平均と該判定閾値設定手段により設定された該判定閾値とに基づいて該Ａシリンダに異常があると判定し、
    該代表平均演算手段により演算された該Ｂ代表平均と該判定閾値設定手段により設定された該判定閾値とに基づいて該Ｂシリンダに異常があると判定する
    ことを特徴とする、エンジンの故障判定装置。
  2. 該特定用途向集積回路は、
    第２単位期間中、該代表平均演算手段により演算された該Ａ代表平均と該Ｂ代表平均との平均を基準平均として演算する基準平均演算手段と、
    該代表平均演算手段により演算された該Ａ代表平均と該基準平均演算手段により演算された該基準平均との差であるＡ偏差および該代表平均演算手段により演算された該Ｂ代表平均と該基準平均演算手段により演算された該基準平均との差であるＢ偏差を繰り返し演算する空燃比偏差演算手段と、
    該空燃比偏差演算手段により繰り返し演算された該Ａ偏差の第３単位期間中における移動平均であるＡ移動平均と該Ｂ偏差の該第３単位期間中における移動平均であるＢ移動平均とを演算する移動平均演算手段とを有し、
    該異常判定手段は、
    該移動平均演算手段により演算された該Ａ移動平均の絶対値が該判定閾値設定手段により設定された該判定閾値を超えると該Ａシリンダに異常があると判定し、
    該移動平均演算手段により演算された該Ｂ移動平均の絶対値が該判定閾値設定手段により設定された該判定閾値を超えると該Ｂシリンダに異常があると判定する
    ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの故障判定装置。
  3. 該特定用途向集積回路は、
    該空燃比読込手段により該全領域空燃比センサから周期的に読込まれる該Ａ空燃比および該Ｂ空燃比の初回読込の時期である読込開始時期を設定する読込開始時期設定手段を備え、
    該読込開始時期設定手段は、
    該クランク角度検出手段によって検出されたクランクシャフト角度に基づいて得られた該エンジンの回転数と該エンジン負荷検出手段によって検出された該エンジン負荷とに応じて該読込開始時期を設定する
    ことを特徴とする、請求項１または２記載のエンジンの故障判定装置。
  4. 該エンジンの排気バルブの開閉時期を変更する可変バルブタイミング機構と、
    該排気バルブの動作状態を検出するバルブ動作状態検出手段とを備え、
    該読込開始時期設定手段は、
    該バルブ開閉時期検出手段によって検出された該排気バルブの動作状態に応じて該読込開始時期を設定し、
    該読込期間設定手段は、
    該バルブ開閉時期検出手段によって検出された該排気バルブの動作状態に応じて該第１単位期間を設定する
    ことを特徴とする、請求項３記載のエンジンの故障判定装置。
  5. 該特定用途向集積回路は、
    該空燃比読込手段による該全領域空燃比センサからの該Ａ空燃比および該Ｂ空燃比の読込み期間である該第１単位期間を設定する読込期間設定手段を備え、
    該読込期間設定手段は、
    該クランク角度検出手段によって検出された該クランクシャフト角度に基づいて得られた該エンジンの回転数と該エンジン負荷検出手段によって検出された該エンジン負荷とに応じて該第１単位期間を設定する
    ことを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項に記載のエンジンの故障判定装置。
  6. 該ホスト集積回路は、
    該エンジンの故障判定を行なうための条件である故障判定条件が成立したか否かを判定する条件成立判定手段を備え、
    該判定閾値設定手段は、
    該条件成立判定手段により該故障判定条件が成立したと判定された場合に該判定閾値を設定し、
    該異常判定手段は、
    該条件成立判定手段により該故障判定条件が成立したと判定された場合に該エンジンに異常があるか否かを判定する
    ことを特徴とする、請求項１〜５いずれか１項に記載のエンジンの故障判定装置。
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