JP5216127B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

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。

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。

特開２０１１−１４４７５４号公報

特許文献１に示された手法は、空燃比センサの応答特性（周波数特性）が劣化して０．５次周波数成分強度が減少した場合において、所定周波数成分強度も同様に減少することから、両者に比率である判定パラメータを用いることによって、判定精度を維持することができる。

しかしながら、空燃比センサの応答特性の劣化態様によっては、所定周波数成分強度の減少度合と、０．５次周波数成分強度の減少度合とが異なることがあり、判定精度が低下する可能性があった。すなわち所定周波数は、通常は０．５次周波数より低い周波数に設定されるので、所定周波数成分強度の減少度合が、０．５次周波数成分強度の減少度合より小さくなることがある。その場合には、インバランス度合が同一でも判定パラメータ値が増加して判定精度が低下する可能性があり、改善の余地があった。

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特性が劣化した場合において、劣化態様に拘わらずインバランス故障の判定精度低下を抑制し、正確な判定を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。

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）とは異なる第１の周波数（ｆ１）の第１信号（Ｓｆ１）と、前記第１の周波数（ｆ１）より高くかつ前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）とは異なる第２の周波数（ｆ２）の第２信号（Ｓｆ２）とを用いて、前記空燃比を振動させるための振動信号（ＳＰＴ）を生成する振動信号生成手段と、前記振動信号（ＳＰＴ）に応じて前記空燃比を振動させる空燃比振動手段と、前記空燃比検出手段（１５）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（１５）の出力信号に含まれる前記第１の周波数成分の強度（ＭＰＴｆ１）と、前記第２の周波数成分の強度（ＭＰＴｆ２）とをそれぞれ算出する振動周波数成分強度算出手段と、前記第１及び第２周波数成分強度（ＭＰＴｆ１，ＭＰＴｆ２）に応じて基準成分強度（ＭＰＴＲＥＦ）を算出する基準成分強度算出手段と、前記０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ）と、前記基準成分強度（ＭＰＴＲＥＦ）との相対関係に基づいて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障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。

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、前記振動信号生成手段は、前記第１及び第２信号（Ｓｆ１，Ｓｆ２）を合成することにより前記振動信号（ＳＰＴ）を生成することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記基準成分強度算出手段は、前記第１及び第２周波数成分強度（ＭＰＴｆ１，ＭＰＴｆ２）を前記第１及び第２の周波数（ｆ１，ｆ２）に応じた比率で加算することにより、前記基準成分強度（ＭＰＴＲＥＦ）を算出し、前記インバランス故障判定手段は、前記０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ）を前記基準成分強度（ＭＰＴＲＥＦ）で除算することにより判定パラメータ（ＲＴ）を算出し、該判定パラメータ（ＲＴ）と判定パラメータ閾値（ＲＴＴＨ）とを比較することにより前記判定を行うことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記基準成分強度算出手段は、前記第１及び第２周波数成分強度（ＭＰＴｆ１，ＭＰＴｆ２）を前記第１及び第２の周波数（ｆ１，ｆ２）に応じた比率で加算することにより、前記基準成分強度（ＭＰＴＲＥＦ）を算出し、前記インバランス故障判定手段は、前記基準成分強度（ＭＰＴＲＥＦ）が増加するほど大きな値に設定される判定強度閾値（ＭＩＭＢＴＨ）と、前記０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ）とを比較することにより前記判定を行うことを特徴とする。

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、前記振動信号生成手段は、前記第１信号（Ｓｆ１）と前記第２信号（Ｓｆ２）と切り換えることにより前記振動信号（ＳＰＴ）を生成することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記０．５次周波数成分強度算出手段は、前記振動信号（ＳＰＴ）が前記第１信号（Ｓｆ１）である第１振動期間（ＴＰＴ１）において第１の０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ１）を算出するとともに、前記振動信号（ＳＰＴ）が前記第２信号（Ｓｆ２）である第２振動期間（ＴＰＴ２）において第２の０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ２）を算出し、前記基準成分強度算出手段は、前記第１及び第２周波数成分強度（ＭＰＴｆ１，ＭＰＴｆ２）を前記第１及び第２の周波数（ｆ１，ｆ２）に応じた比率で加算することにより、前記基準成分強度（ＭＰＴＲＥＦ）を算出し、前記インバランス故障判定手段は、前記第１及び第２の０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ１，ＭＩＭＢ２）の平均値（ＭＩＭＢＡＶ）を前記基準成分強度（ＭＰＴＲＥＦ）で除算することにより判定パラメータ（ＲＴ）を算出し、該判定パラメータ（ＲＴ）と判定パラメータ閾値（ＲＴＴＨ）とを比較することにより前記判定を行うことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記０．５次周波数成分強度算出手段は、前記振動信号（ＳＰＴ）が前記第１信号（Ｓｆ１）である第１振動期間（ＴＰＴ１）において第１の０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ１）を算出するとともに、前記振動信号（ＳＰＴ）が前記第２信号（Ｓｆ２）である第２振動期間（ＴＰＴ２）において第２の０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ２）を算出し、前記基準成分強度算出手段は、前記第１及び第２周波数成分強度（ＭＰＴｆ１，ＭＰＴｆ２）を前記第１及び第２の周波数（ｆ１，ｆ２）に応じた比率で加算することにより、前記基準成分強度（ＭＰＴＲＥＦ）を算出し、前記インバランス故障判定手段は、前記基準成分強度（ＭＰＴＲＥＦ）が増加するほど大きな値に設定される判定強度閾値（ＭＩＭＢＴＨ）と、前記第１及び第２の０．５次周波数成分強度（ＭＩＭＢ１，ＭＩＭＢ２）の平均値（ＭＩＭＢＡＶ）とを比較することにより前記判定を行うことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７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、前記第１の周波数（ｆ１）は前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）より低い周波数に設定され、前記第２の周波数（ｆ２）は前記０．５次周波数（ｆＩＭＢ）より高い周波数に設定されることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１から８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、前記第１及び第２の周波数（ｆ１，ｆ２）は、前記空燃比検出手段の周波数応答特性におけるカットオフ周波数（ｆＣＴ１）より高い周波数に設定されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、０．５次周波数とは異なる第１の周波数の第１信号と、第１の周波数より高くかつ０．５次周波数とは異なる第２の周波数の第２信号とを用いて、振動信号が生成され、その振動信号に応じて空燃比を振動させる空燃比振動制御が行われる。空燃比検出手段の出力信号に含まれる０．５次周波数成分の強度、第１の周波数成分の強度、及び第２の周波数成分の強度がそれぞれ算出され、さらに第１及び第２周波数成分強度に応じて基準成分強度が算出される。そして、０．５次周波数成分強度と、基準成分強度との相対関係に基づいてインバランス故障が判定される。互いに異なる周波数の２つの信号を用いて、第１及び第２周波数成分強度を算出し、さらに第１及び第２周波数成分強度に応じて、空燃比のインバランスが無い状態で０．５次周波数の空燃比振動制御を実行したときに検出される正常０．５次周波数成分強度の推定値に相当する基準成分強度を算出し、その基準成分強度を用いることにより、空燃比検出手段の応答特性劣化の影響を抑制し、インバランス故障に起因する０．５次周波数成分強度の増加を正確に判定することが可能となる。その結果、空燃比検出手段の劣化態様に拘わらずインバランス判定精度低下を抑制し、正確な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、第１及び第２信号を合成することにより振動信号が生成されるので、インバランス故障判定に要する時間を短縮することができる。したがって、インバランス故障判定を行うことによる排気特性の悪化を抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１及び第２周波数成分強度を第１及び第２の周波数に応じた比率で加算することにより、基準成分強度が算出されるので、上記した正常０．５次周波数成分強度の適切な推定値が得られる。また、０．５次周波数成分強度を基準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、該判定パラメータと判定パラメータ閾値とを比較することによりインバランス故障判定が行われる。すなわち、判定パラメータは、０．５次周波数成分強度を基準成分強度で正規化したパラメータに相当し、これを用いることによって、空燃比検出手段の応答特性劣化の影響を抑制することができる。

請求項４に記載の発明によれば、第１及び第２周波数成分強度を第１及び第２の周波数に応じた比率で加算することにより、基準成分強度が算出されるので、上記した正常０．５次周波数成分強度の適切な推定値が得られる。また、基準成分強度が増加するほど大きな値に設定される判定強度閾値と、０．５次周波数成分強度とを比較することによりインバランス故障判定が行われるので、判定強度閾値に空燃比検出手段の応答特性劣化の影響が反映され、応答特性劣化の影響を抑制することができる。

請求項５に記載の発明によれば、第１信号と第２信号と切り換えることにより振動信号が生成される。第１及び第２信号の合成信号を使用する場合には、両信号周波数の差に相当する周波数成分（うねり成分）が空燃比検出手段の出力信号に含まれるため、判定精度が低下する可能性があるが、第１信号と第２信号と切り換えて空燃比振動制御を行うことにより、うねり成分の発生を防止し、正確な判定を行うことができる。

請求項６に記載の発明によれば、振動信号が第１信号である第１振動期間において第１の０．５次周波数成分強度が算出されるとともに、振動信号が第２信号である第２振動期間において第２の０．５次周波数成分強度が算出され、第１及び第２周波数成分強度を第１及び第２の周波数に応じた比率で加算することにより、基準成分強度が算出される。さらに、第１及び第２の０．５次周波数成分強度の平均値を基準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、該判定パラメータと判定パラメータ閾値とを比較することによりインバランス故障判定が行われる。すなわち、判定パラメータは、０．５次周波数成分強度を基準成分強度で正規化したパラメータに相当し、これを用いることによって、空燃比検出手段の応答特性劣化の影響を抑制することができる。

請求項７に記載の発明によれば、振動信号が第１信号である第１振動期間において第１の０．５次周波数成分強度が算出されるとともに、振動信号が第２信号である第２振動期間において第２の０．５次周波数成分強度が算出され、第１及び第２周波数成分強度を第１及び第２の周波数に応じた比率で加算することにより、基準成分強度が算出される。さらに、基準成分強度が増加するほど大きな値に設定される判定強度閾値と、第１及び第２の０．５次周波数成分強度の平均値とを比較することによりインバランス故障判定が行われる。したがって判定強度閾値に空燃比検出手段の応答特性劣化の影響が反映され、応答特性劣化の影響を抑制することができる。

請求項８に記載の発明によれば、第１の周波数は０．５次周波数より低い周波数に設定され、第２の周波数は０．５次周波数より高い周波数に設定される。第１及び第２の周波数が、それぞれ０．５次周波数の上側及び下側の周波数に設定されるので、正常０．５次周波数成分強度の推定値に相当する基準成分強度の算出精度を高めることができる。

請求項９に記載の発明によれば、第１及び第２の周波数は、空燃比検出手段の周波数応答特性におけるカットオフ周波数より高い周波数に設定されるので、空燃比検出手段の応答特性劣化の影響が、第１及び第２周波数成分強度にともに反映される。その結果、基準成分強度の算出精度を高めることができる。

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。 実施形態におけるインバランス故障の判定手法を説明するためのボード線図である。 空燃比の振動制御を実行しているときの空燃比センサ出力に含まれる振動周波数成分の強度（ＭＰＴ）と、０．５次周波数成分の強度（ＭＩＭＢ）との関係を示す図である。 ２つの異なる周波数の信号を合成して振動信号を生成する手法を説明するためのタイムチャートである。 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に示す処理の変形例を示すフローチャートである。 図６に示す処理で参照されるテーブルを示す図である。 ２つの異なる周波数の信号を切り換えて振動信号を生成する手法を説明するためのタイムチャートである。 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）。 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１０に示す処理の変形例を示す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。

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。

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。

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。

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）

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。

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。

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。

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インバランス故障判定を行う。

図２は、本実施形態におけるインバランス故障の判定手法を説明するためのボード線図であり、ＬＡＦセンサ１５の周波数応答特性は、一次遅れモデルで近似することできるので、細い実線Ｌ１で示される（ｆＣＴ１は劣化前のカットオフ周波数である）。しかし、ＬＡＦセンサ１５の周波数応答特性が劣化した場合には、より高い次数のモデル、例えば二次遅れモデルで近似される特性となることがあり、図２（ａ）はこのような劣化態様に対応する。図２（ａ）の太い破線Ｌ２は二次遅れモデルの周波数応答特性を示す。ｆＣＴ２は、カットオフ周波数ｆＣＴ１より高い第２のカットオフ周波数であり、以下「ｆＣＴ１」を第１のカットオフ周波数ｆＣＴ１という。

このように周波数応答特性が実線Ｌ１で示す初期特性から、破線Ｌ２で示す劣化特性に変化すると、周波数ｆＩＭＢにおけるゲインがＧＩＭＢ１からＧＩＭＢ２に低下するため、ＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦに含まれる０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢは、インバランス度合が同じであっても減少する。周波数ｆＩＭＢは、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次周波数であり、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢは、０．５次周波数ｆＩＭＢに対応する成分の強度である。

このとき、周波数ｆ１の振動信号Ｓｆ１によって空燃比変動制御を行って周波数ｆ１に対応する成分の強度ＭＰＴｆ１と、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢとの比率（ＭＩＭＢ／ＭＰＴｆ１）を判定パラメータとして使用すると、インバランス度合が同じであっても判定パラメータの値が減少し、インバランス故障が発生しているにもかかわらず正常である誤判定する可能性が高くなる。

そこで本実施形態では、第１の周波数ｆ１の第１信号Ｓｆ１と、第２の周波数ｆ２の第２信号Ｓｆ２とを合成した信号を振動信号として使用して空燃比振動制御を実行し、空燃比振動制御実行中において、ＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦに含まれる周波数ｆ１に対応する成分の強度（以下「第１周波数成分強度」という）ＭＰＴｆ１と、周波数ｆ２に対応する成分の強度（以下「第２周波数成分強度」という）ＭＰＴｆ２とを算出し、さらに第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１、第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２、第１及び第２周波数ｆ１，ｆ２、及び０．５次周波数ｆＩＭＢを下記式（１１）〜（１３）に適用して、基準成分強度ＭＰＴＲＥＦを算出する。基準成分強度ＭＰＴＲＥＦは、空燃比のインバランスが無い状態で０．５次周波数ｆＩＭＢの空燃比振動制御を実行したときに、ＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦに含まれる０．５次周波数成分強度（以下「正常０．５次周波数成分強度」という）の推定値に相当する。式（１１）は、第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１及び第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２が、図２（ａ）に示すゲインＧｆ１及びＧｆ２に比例すると推定し、線形補間演算によって、正常０．５次周波数成分強度の推定値を算出するものである。
ＭＰＴＲＥＦ＝ａ×ＭＰＴｆ１＋ｂ×ＭＰＴｆ２ （１１）
ａ＝（ｆ２−ｆＩＭＢ）／（ｆ２−ｆ１） （１２）
ｂ＝（ｆＩＭＢ−ｆ１）／（ｆ２−ｆ１） （１３）

基準成分強度ＭＰＴＲＥＦには、第２のカットオフ周波数ｆＣＴ２より高周波側における減衰特性が反映されるので、周波数ｆ１の第１信号のみを振動信号とする場合に比べて、判定精度を高めることができる。

またＬＡＦセンサの周波数応答特性の劣化態様としては、図２（ｂ）に太い破線Ｌ２ａで示すように、一次遅れモデルで近似可能であって、カットオフ周波数ｆＣＴ１がｆＣＴ１ａに低下する態様も存在する。このような劣化態様においても、式（１１）〜（１３）を用いて基準成分強度ＭＰＴＲＥＦを算出することにより、正常０．５次周波数成分強度の推定値を得ることができる。この態様では、第１の周波数ｆ１は、劣化前のカットオフ周波数ｆＣＴ１より高い周波数に設定されているので、劣化後の各ゲインＧｆ１，ＧＩＭＢ２，及びＧｆ２の相対関係（比率）が、劣化前の相対関係（比率）と同一となり、図２（ａ）に示す態様に比べて、正常０．５次周波数成分強度のより正確な推定値が得られる。

図３は、第１の周波数ｆ１を「０．４ｆＮＥ」に設定し、第２の周波数ｆ２を「０．６６ｆＮＥ」に設定した場合における、振動周波数成分強度ＭＰＴ（ＭＰＴｆ１，ＭＰＴｆ２，ＭＰＴＲＥＦ）と、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢとの関係を示す相関図である。破線Ｌ１１は第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１と、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢとの関係を示し、一点鎖線Ｌ１２は第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２と、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢとの関係し、実線Ｌ１３は基準成分強度ＭＰＴＲＥＦと、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢとの関係を示す。

図３に示すように、１つの振動信号のみを用いた場合には、２つのパラメータの関係を示す相関線が下方向または上方向に湾曲した曲線（Ｌ１１，Ｌ１２）となる。これは、空燃比のインバランス度合に拘わらず実測データがこのような曲線状に分布することを示しており、判定精度を低下させる要因となる。これに対し、第１及び第２信号Ｓｆ１及びＳｆ２をともに使用して算出される基準成分強度ＭＰＴＲＥＦと、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢとの関係はほぼ直線（Ｌ１３）となるので、下記式（１４）により算出される判定パラメータＲＴが所定の判定閾値ＲＴＴＨより大きいときに、インバランス故障が発生していると判定することにより、正確な判定を行うことができる。
ＲＴ＝ＭＩＭＢ／ＭＰＴＲＥＦ （１４）

図４は本実施形態における振動信号ＳＰＴを説明するための図であり、図４（ａ）に示す第１信号Ｓｆ１と第２信号Ｓｆ２とを合成（加算）した信号（図４（ｂ））を振動信号ＳＰＴとして使用する。より具体的には、図４（ｃ）に示すように目標当量比ＫＣＭＤを１．０±ＤＡＦの範囲で振動させることにより、空燃比振動制御を実行する。ＤＡＦは所定値（例えば０．０２程度の実験により求められた値）に設定される振幅値である。

図５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。

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。

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）。

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。

ステップＳ１２では、下記式（１５）により第１信号Ｓｆ１に相当する第１信号値ＧＰＴｆ１を算出する。式（１５）のＫｆ１は、例えば上記したように「０．４」に設定される第１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。
ＧＰＴｆ１＝ｓｉｎ（Ｋｆ１×ＣＡＣＡＬ×ｋ） （１５）

ステップＳ１３では、下記式（１６）により、第２信号Ｓｆ２に相当する第２信号値ＧＰＴｆ２を算出する。式（１６）のＫｆ２は、例えば上記したように「０．６６」に設定される第２周波数係数である。
ＧＰＴｆ２＝ｓｉｎ（Ｋｆ２×ＣＡＣＡＬ×ｋ） （１６）

ステップＳ１４では、第１信号値ＧＰＴｆ１及び第２信号値下記式（１７）に適用し、目標当量比ＫＣＭＤを算出する。
ＫＣＭＤ＝ＤＡＦ×（ＧＰＴｆ１＋ＧＰＴｆ２）＋１ （１７）

ステップＳ１５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Ｓ１５の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ１６〜Ｓ１８によりＬＡＦセンサ１５の出力信号ＳＬＡＦに含まれる周波数成分の強度算出を行う。

すなわち、ステップＳ１６では、０．５次周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、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。ステップＳ１７では、周波数ｆ１成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、抽出された信号の振幅を積算することにより、第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１を算出する。ステップＳ１８では、周波数ｆ２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、第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２を算出する。

ステップＳ１９では、周波数成分強度の算出開始時点から所定積算時間ＴＩＮＴが経過したか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）である間は直ちに処理を終了する。ステップＳ１９の答が肯定（ＹＥＳ）となると、上記式（１１）により基準成分強度ＭＰＴＲＥＦを算出する（ステップＳ２０）。ステップＳ２１では、算出された０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ及び基準成分強度ＭＰＴＲＥＦを上記式（１４）に適用して、判定パラメータＲＴを算出する。

ステップＳ２２では、判定パラメータＲＴが所定の判定パラメータ閾値ＲＴＴＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときはインバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ２３）。一方、ステップＳ２２の答が否定（ＮＯ）であるときは、気筒毎の空燃比の差は許容限度内にある（正常）と判定する（ステップＳ２４）。

以上のように本実施形態によれば、０．５次周波数ｆＩＭＢより低い第１の周波数ｆ１の第１信号Ｓｆ１と、第１の周波数ｆ１より高くかつ０．５次周波数ｆＩＭＢより高い第２の周波数ｆ２の第２信号Ｓｆ２とを用いて、振動信号ＳＰＴが生成され、振動信号ＳＰＴに応じて目標当量比ＫＣＭＤを変化させることにより、空燃比振動制御が行われる。空燃比振動制御実行中に、ＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦに含まれる０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ、第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１、及び第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２がそれぞれ算出され、さらに第１及び第２周波数成分強度ＭＰＴｆ１，ＭＰＴｆ２に応じて基準成分強度ＭＰＴＲＥＦが算出される。そして、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢと、基準成分強度ＭＰＴＲＥＦとの相対関係に基づいてインバランス故障が判定される。互いに異なる周波数の２つの信号Ｓｆ１，Ｓｆ２を用いて、第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１及び第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２を算出し、さらに第１及び第２周波数成分強度ＭＰＴｆ１，ＭＰＴｆ２に応じて、空燃比のインバランスが無い状態で０．５次周波数の空燃比振動制御を実行したときに検出される正常０．５次周波数成分強度の推定値に相当する基準成分強度ＭＰＴＲＥＦを算出し、この基準成分強度ＭＰＴＲＥＦを用いることにより、ＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化の影響を抑制し、インバランス故障に起因する０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢの増加を正確に判定することが可能となる。その結果、ＬＡＦセンサ１５の劣化態様に拘わらずインバランス判定精度低下を抑制し、正確な判定を行うことができる。

また第１及び第２信号Ｓｆ１，Ｓｆ２を合成することにより振動信号ＳＰＴが生成されるので、インバランス故障判定に要する時間を短縮することができる。したがって、インバランス故障判定を行うことによる排気特性の悪化を抑制することができる。

また上記式（１１）〜（１３）を用いて、第１及び第２周波数成分強度ＭＰＴｆ１，ＭＰＴｆ２を第１及び第２の周波数ｆ１，ｆ２に応じた比率（ａ，ｂ）で加算することにより、基準成分強度ＭＰＴＲＥＦが算出されるので、上記した正常０．５次周波数成分強度の適切な推定値が得られる。また、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを基準成分強度ＭＰＴＲＥＦで除算することにより判定パラメータＲＴが算出され、この判定パラメータＲＴと判定パラメータ閾値ＲＴＴＨとを比較することによりインバランス故障判定が行われる。すなわち、判定パラメータＲＴは、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを基準成分強度ＭＰＴＲＥＦで正規化したパラメータに相当し、これを用いることによって、ＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化の影響を抑制することができる。

本実施形態では、ＬＡＦセンサ１５が空燃比検出手段に相当し、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、０．５次周波数成分強度算出手段、振動周波数成分強度算出手段、基準成分強度算出手段、及びインバランス故障判定手段を構成する。具体的には、図５のステップＳ１２及びＳ１３が、振動信号生成手段及び空燃比振動手段に相当し、ステップＳ１６が０．５次周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ１７及びＳ１８が振動周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ２０が基準成分強度算出手段に相当し、図ステップＳ２１〜Ｓ２４がインバランス故障判定手段に相当する。

［変形例］
図５に示す処理は、図６に示すように変形してもよい。図６は、図５のステップＳ２１及びＳ２２をそれぞれステップＳ２１ａ及びＳ２２ａに代えたものである。

ステップＳ２１ａでは、基準成分強度ＭＰＴＲＥＦに応じて図７に示すＭＩＭＢＴＨテーブルを検索し、判定強度閾値ＭＩＭＢＴＨを算出する。ＭＩＭＢＴＨテーブルは、基準成分強度ＭＰＴＲＥＦが増加するほど判定強度閾値ＭＩＭＢＴＨが増加するように設定され、判定強度閾値ＭＩＭＢＴＨが増加するほど設定曲線の傾きが増加するように設定されている。

ステップＳ２２ａでは、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢが判定強度閾値ＭＩＭＢＴＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときはインバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ２３）。

この変形例によれば、基準成分強度ＭＰＴＲＥＦが増加するほど大きな値に設定される判定強度閾値ＭＩＭＢＴＨと、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢとを比較することによりインバランス故障判定が行われるので、判定強度閾値ＭＩＭＢＴＨにＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化の影響が反映され、応答特性劣化の影響を抑制することができる。すなわち、図７に示すようにＭＩＭＢＴＨテーブルを設定することにより、図３に曲線Ｌ１３で示すように、基準成分強度ＭＰＴＲＥＦと０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢとの関係が、完全な直線関係とならない場合にも判定精度の低下を抑制することができる。

本変形例では、ステップＳ２１ａ，Ｓ２２ａ，Ｓ２３，及びＳ２４がインバランス故障判定手段に相当する。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、第１信号Ｓｆ１と第２信号Ｓｆ２とを合成することにより生成される振動信号ＳＰＴを用いて判定を行うようにしたが、本実施形態は第１信号Ｓｆ１と第２信号Ｓｆ２と切り換えて判定を行うようにしたものである。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。

図８に示すように先ず第１振動期間ＴＰＴ１において、第１信号Ｓｆ１（周波数ｆ１）を振動信号ＳＰＴとして空燃比振動制御を実行し、第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１を算出する。次いで第２振動期間ＴＰＴ２において、第２信号Ｓｆ２（周波数ｆ２）を振動信号ＳＰＴとして空燃比振動制御を実行し、第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２を算出する。なお、本実施形態では、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢは第１振動期間ＴＰＴ１において第１の０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ１を算出し、第２振動期間ＴＰＴ２において第２の０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ２を算出し、両者の平均値ＭＩＮＢＡＶに用いて判定を行う。

図９及び図１０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。
ステップＳ４１及びＳ４２は、図５のステップＳ１１及びＳ１２と同一のステップである。ステップＳ４３では、下記式（２１）により目標当量比ＫＣＭＤを算出する。式（２１）で算出される目標当量比ＫＣＭＤを使用することにより、第１信号Ｓｆ１による空燃比振動制御が実行される。
ＫＣＭＤ＝ＤＡＦ×ＧＰＴｆ１＋１ （２１）

ステップＳ４４で第１信号Ｓｆ１による空燃比振動制御開始時点から安定化時間ＴＳＴＢＬ経過したか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）となると、第１の０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ１及び第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１を算出する（ステップＳ４５，Ｓ４６）。

ステップＳ４７では、第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１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を判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）となると、上記式（１６）により第２信号値ＧＰＴｆ２を算出する（ステップＳ４８）。ステップＳ４９では、下記式（２２）により目標当量比ＫＣＭＤを算出する。式（２２）で算出される目標当量比ＫＣＭＤを使用することにより、第２信号Ｓｆ２による空燃比振動制御が実行される。
ＫＣＭＤ＝ＤＡＦ×ＧＰＴｆ２＋１ （２２）

ステップＳ５０で第２信号Ｓｆ２による空燃比振動制御開始時点から安定化時間ＴＳＴＢＬ経過したか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）となると、第２の０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ２及び第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２を算出する（ステップＳ５１，Ｓ５２）。

ステップＳ５３では、第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２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を判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ５４（図１０）に進んで、下記式（２３）により０．５次周波数成分強度平均値ＭＩＭＢＡＶを算出する。
ＭＩＭＢＡＶ＝（ＭＩＭＢ１＋ＭＩＭＢ２）／２ （２３）

ステップＳ５５では、上記式（１１）〜（１３）を用いて基準成分強度ＭＰＴＲＥＦを算出し、ステップＳ５６では、下記式（２４）により、判定パラメータＲＴを算出する。
ＲＴ＝ＭＩＭＢＡＶ／ＭＰＴＲＥＦ （２４）
ステップＳ５７〜Ｓ６９は、図５のステップＳ２２〜Ｓ２４と同一である。

以上のように本実施形態では、第１信号Ｓｆ１と第２信号Ｓｆ２と切り換えることにより振動信号ＳＰＴが生成される。第１の実施形態のように第１及び第２信号Ｓｆ１，Ｓｆ２の合成信号を使用する場合には、両信号周波数の差の周波数（ｆ２−ｆ１）に相当する周波数成分（うねり成分）がＬＡＦセンサ出力信号ＳＬＡＦに含まれるため、判定精度が低下するおそれがあるが、第１信号Ｓｆ１と第２信号Ｓｆ２と切り換えて空燃比振動制御を行うことにより、うねり成分の発生を防止し、正確な判定を行うことができる。

また振動信号ＳＰＴが第１信号Ｓｆ１である第１振動期間ＴＰＴ１において第１の０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ１が算出されるとともに、振動信号ＳＰＴが第２信号Ｓｆ２である第２振動期間ＴＰＴ２において第２の０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ２が算出され、第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１と第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２とを、式（１１）に適用することにより、基準成分強度ＭＰＴＲＥＦが算出される。そして、第１及び第２の０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ１，ＭＩＭＢ２の平均値ＭＩＭＢＡＶを基準成分強度ＭＰＴＲＥＦで除算することにより判定パラメータＲＴが算出され、該判定パラメータＲＴと判定パラメータ閾値ＲＴＴＨとを比較することによりインバランス故障判定が行われる。平均値ＭＩＭＢＡＶを使用して判定パラメータＲＴを算出することにより、第１振動期間ＴＰＴ１及び第２振動期間ＴＰＴ２における０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを、判定パラメータＲＴに適切に反映することができる。

本実施形態では、図９のステップＳ４１，Ｓ４３，Ｓ４８，及びＳ４９が、振動信号生成手段及び空燃比振動手段に相当し、ステップＳ４６，Ｓ５１，及び図１０のＳ５４が０．５次周波数成分強度算出手段に相当し、ステップＳ４６及びＳ５２が振動周波数成分強度算出手段に相当し、図１０のステップＳ５５が基準成分強度算出手段に相当し、ステップＳ５６〜Ｓ５９がインバランス故障判定手段に相当する。

［変形例］
本実施形態も第１の実施形態の変形例と同様に変形してもよい。すなわち、図１０のステップＳ５６及びＳ５７を、図１１に示すようにステップＳ５６ａ及びＳ５７ａに代えてもよい。この変形例では、ステップＳ５６ａ，Ｓ５７ａ，Ｓ５８，及びＳ５９がインバランス故障判定手段に相当する。
この変形例により、第１の実施形態の変形例と同様の効果が得られる。

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、第１の周波数ｆ１を０．５次周波数ｆＩＭＢより低い周波数に設定し、第２の周波数ｆ２を０．５次周波数ｆＩＭＢより高い周波数に設定したが、これに限るものではなく、例えば第１及び第２の周波数ｆ１，ｆ２をともに０．５次周波数ｆＩＭＢより低い周波数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、第１及び第２の周波数ｆ１，ｆ２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と６Ｈｚ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。

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（０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢ，第１周波数成分強度ＭＰＴｆ１，第２周波数成分強度ＭＰＴｆ２）を読み込んで、判定処理を行う。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。

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第１及び第２周波数成分強度ＭＰＴｆ１，ＭＰＴｆ２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。

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（振動信号生成手段、空燃比振動手段、０．５次周波数成分強度算出手段、振動周波数成分強度算出手段、基準成分強度算出手段、インバランス故障判定手段）
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）

Claims (9)

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第１の周波数の第１信号と、前記第１の周波数より高くかつ前記０．５次周波数とは異なる第２の周波数の第２信号とを用いて、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第１の周波数成分の強度と、前記第２の周波数成分の強度とをそれぞれ算出する振動周波数成分強度算出手段と、
   前記第１及び第２周波数成分強度に応じて基準成分強度を算出する基準成分強度算出手段と、
   前記０．５次周波数成分強度と、前記基準成分強度との相対関係に基づいて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障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。
2. 前記振動信号生成手段は、前記第１及び第２信号を合成することにより前記振動信号を生成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。
3. 前記基準成分強度算出手段は、前記第１及び第２周波数成分強度を前記第１及び第２の周波数に応じた比率で加算することにより、前記基準成分強度を算出し、
   前記インバランス故障判定手段は、前記０．５次周波数成分強度を前記基準成分強度で除算することにより判定パラメータを算出し、該判定パラメータと判定パラメータ閾値とを比較することにより前記判定を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記基準成分強度算出手段は、前記第１及び第２周波数成分強度を前記第１及び第２の周波数に応じた比率で加算することにより、前記基準成分強度を算出し、
   前記インバランス故障判定手段は、前記基準成分強度が増加するほど大きな値に設定される判定強度閾値と、前記０．５次周波数成分強度とを比較することにより前記判定を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 前記振動信号生成手段は、前記第１信号と前記第２信号と切り換えることにより前記振動信号を生成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。
6. 前記０．５次周波数成分強度算出手段は、前記振動信号が前記第１信号である第１振動期間において第１の０．５次周波数成分強度を算出するとともに、前記振動信号が前記第２信号である第２振動期間において第２の０．５次周波数成分強度を算出し、
   前記基準成分強度算出手段は、前記第１及び第２周波数成分強度を前記第１及び第２の周波数に応じた比率で加算することにより、前記基準成分強度を算出し、
   前記インバランス故障判定手段は、前記第１及び第２の０．５次周波数成分強度の平均値を前記基準成分強度で除算することにより判定パラメータを算出し、該判定パラメータと判定パラメータ閾値とを比較することにより前記判定を行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
7. 前記０．５次周波数成分強度算出手段は、前記振動信号が前記第１信号である第１振動期間において第１の０．５次周波数成分強度を算出するとともに、前記振動信号が前記第２信号である第２振動期間において第２の０．５次周波数成分強度を算出し、
   前記基準成分強度算出手段は、前記第１及び第２周波数成分強度を前記第１及び第２の周波数に応じた比率で加算することにより、前記基準成分強度を算出し、
   前記インバランス故障判定手段は、前記基準成分強度が増加するほど大きな値に設定される判定強度閾値と、前記第１及び第２の０．５次周波数成分強度の平均値とを比較することにより前記判定を行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
8. 前記第１の周波数は前記０．５次周波数より低い周波数に設定され、前記第２の周波数は前記０．５次周波数より高い周波数に設定されることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
9. 前記第１及び第２の周波数は、前記空燃比検出手段の周波数応答特性におけるカットオフ周波数より高い周波数に設定されることを特徴とする請求項１から８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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