JP5282744B2 - 内燃機関の空燃比検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の空燃比検出装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の筒内の空燃比を検出するのに好適な内燃機関の空燃比検出装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、筒内に筒内圧センサを備えた内燃機関が知られている。また、本公報には、筒内圧が所定値を超える時点までの時間（燃焼速度に相関する）に基づいて筒内の空燃比を算出することが開示されている。

特開２００７−２１１６５４号公報 特開２００８−１２１５７６号公報 特開２００９−９１９２０号公報

ところで、筒内の空燃比と燃焼速度との関係は、必ずしも１：１に定まるものではなく、リッチ側の領域においては、筒内の空燃比に対する燃焼速度の関係が上に凸の放物線を描く放物線特性を有する。このような放物線特性を有する領域では、１つの燃焼速度に対して２つの空燃比が想定されることとなる。このため、上記従来の内燃機関において、燃焼速度が放物線特性を有する領域にある場合には、筒内の空燃比を検出する精度が悪化することとなる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、全領域で筒内の空燃比を精度高く検出することのできる内燃機関の空燃比検出装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比検出装置であって、
気筒に設けられた筒内圧センサと、
前記筒内圧センサの検出値から燃焼速度を算出する燃焼速度算出手段と、
燃焼速度と筒内の空燃比との関係が記憶された関係記憶手段と、
前記関係から燃焼速度に対応する筒内の空燃比を取得する空燃比取得手段と、を備え、
前記空燃比取得手段は、
燃焼速度がストイキにおける燃焼速度よりも高いリッチ領域において、前記関係に燃焼速度に対応する複数の空燃比が存在する場合に、目標空燃比を変更する目標空燃比変更手段と、
前記目標空燃比変更手段により目標空燃比が変更された後の燃焼速度の変化量の正負と、目標空燃比が変更された方向との組み合わせに基づいて、前記複数の空燃比から１つの空燃比を選択する空燃比選択手段と、を備えることを特徴とする。

燃焼速度は、燃焼特性上、空燃比がリッチ側の領域で最大速度となる放物線特性を有する。放物線特性を有する領域では、１つの燃焼速度に対して２つの空燃比が想定されることとなる。第１の発明によれば、燃焼速度に対して複数の空燃比が存在する場合に、目標空燃比を変更し、変更後の燃焼速度の変化量の正負と目標空燃比が変更された方向との組み合わせに基づいて、上記複数の空燃比から１つの空燃比を選択することができる。そのため、放物線特性を有する領域であっても、筒内の空燃比を精度高く取得することができる。また、放物線特性を有しない領域では、１つの燃焼速度に対して１つの空燃比が定まる。そのため、放物線特性を有しない領域でも、筒内の空燃比を精度高く取得することができる。このため、本発明によれば、全領域において筒内の空燃比を精度高く検出することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１の筒内圧センサ２４の特性を説明するための図である。 本発明の実施の形態１のシステムにおいて、放物線特性を有する領域ａで筒内の空燃比を精度高く検出するための特徴的制御の概要について説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態２の空燃比センサ３７の特性を説明するための図である。 本発明の実施の形態２のシステムにおいて、空燃比ずれが生じている気筒を特定するための特徴的制御の概要について説明するための図である。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する空燃比ばらつき検出ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する気筒特定ルーチンのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
まず、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両の動力源として用いられる内燃機関（以下、単に「エンジン」という。）１０を備えている。エンジン１０には、吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。

エンジン１０は、複数の気筒を有しており、図１には、そのうちの一つの気筒の断面が示されている。各気筒には、吸気通路１２に連通する吸気ポートと、排気通路１４に連通する排気ポートとが設けられている。吸気ポートには、その内部に燃料を噴射するためのインジェクタ１６が配置されている。なお、エンジン１０は、図示の構成に限らず、燃料を筒内に直接噴射する方式のものでもよい。

また、各気筒には、吸気ポートと燃焼室との間を開閉する吸気バルブ１８と、排気ポートと燃焼室との間を開閉する排気バルブ２０と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ２２と、筒内圧を検出する筒内圧センサ２４とが設けられている。筒内圧センサ２４として、例えばＣＰＳ（Combustion Pressure Sensor）が用いられる。

各気筒のピストンの往復運動は、クランク機構を介して、クランク軸２６の回転運動に変換される。クランク軸２６の近傍には、クランク軸２６の回転角を検出するためのクランク角センサ２８が取り付けられている。クランク角センサ２８の出力によれば、エンジン回転数を検出することもできる。

吸気通路１２には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３０が配置されている。エアフローメータ３０の下流には、スロットルバルブ３２が配置されている。スロットルバルブ３２は、後述するＥＣＵ５０からの指令に従い、スロットルモータ３４によって開閉駆動される電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブ３２の近傍には、スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ３６が配置されている。

また、排気通路１４には、排気ガスを浄化するための触媒３８が設置されている。触媒３８としては、例えば、三元触媒、ＮＯｘ触媒等が用いられる。

本実施形態のシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、上述の筒内圧センサ２４、クランク角センサ２８、エアフローメータ３０、スロットルポジションセンサ３６の他、エンジン１０の冷却水の温度を検出する冷却水温センサ５２等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、前述のインジェクタ１６、点火プラグ２２、スロットルモータ３４の他等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させることにより、エンジン１０の運転状態を制御する。なお、目標空燃比の基準値として理論空燃比（ストイキ）が設定されているものとする。

［実施の形態１における特徴的制御］
上述したシステムでは、一部の気筒の吸気系・動弁系の経年変化やインジェクタ１６の経時劣化などにより、吸入空気量や燃料噴射量が目標量とずれる場合がある。この場合、気筒間に空燃比のばらつきが生じうる。空燃比のばらつきが生じると、触媒浄化性能が低下してエミッション性能の低下を招く。また、気筒間に大きなトルク差が生じるため、ドライバビリティの低下を招く。そのため、各気筒における空燃比を精度高く検出し、一部の気筒の空燃比が大きくストイキから外れているような場合には、車両の警告灯（ＭＩＬ）等を点灯させて、車両の使用者等に報知することが望まれる。

そこで、本実施形態のシステムでは、筒内圧センサ２４の検出値から算出される燃焼速度を用いて各気筒における空燃比を精度高く検出し、一部の気筒の空燃比が大きくストイキから外れているような場合には、車両の警告灯（ＭＩＬ）等を点灯させることとした。

図２は、筒内圧センサ２４の特性を説明するための図である。図２の横軸には１つの気筒について筒内の空燃比が示されており、縦軸には筒内の空燃比に応じた燃焼速度が示されている。図２に示すように、筒内圧センサ２４の検出値に基づく燃焼速度は、燃焼特性上、リッチ側の領域ａで最大速度となる放物線特性を有する。

放物線特性を有する領域ａよりも燃焼速度の低い領域、即ち、ストイキよりも僅かにリッチ側の弱リッチ領域〜リーン領域では、筒内の空燃比がリーン寄りであるほど燃焼速度は低くなる関係を有し、１つの燃焼速度に対して１つの空燃比が定まる。そのため、弱リッチ領域〜リーン領域では燃焼速度から筒内の空燃比を精度高く算出することができる。

一方、放物線特性を有する領域ａでは、異なる空燃比で同一の燃焼速度が得られる。換言すれば、１つの燃焼速度に対して２つの空燃比が想定されることとなる。そのため、簡単には燃焼速度から筒内の空燃比を算出することはできない。図２に示すようにＭＩＬ点灯領域が領域ａ内に設定される場合には、燃焼速度ＣＳｘに対する実際の筒内の空燃比が、ＭＩＬ点灯領域内のＡＦ１なのか、ＭＩＬ点灯領域外のＡＦ２なのか区別できないという問題が生じる。

そこで、次にこの課題に対して、本実施形態のシステムが実施する特徴的制御の概要について説明する。図３は、放物線特性を有する領域ａで筒内の空燃比を精度高く検出するための特徴的制御の概要について説明するための図である。放物線特性を有する領域ａにおいては、１つの燃焼速度ＣＳｘに対して２つの空燃比ＡＦ１、ＡＦ２が想定される。この場合、目標空燃比を所定量リーン側にスライドさせる。その結果、空燃比ＡＦ１、ＡＦ２はリーン側（図３の右矢印方向）にスライドすることとなる。

このとき、スライド前の実際の筒内の空燃比がＡＦ１である場合には、領域ａの最大速度に近づくため燃焼速度は高くなる。一方、スライド前の実際の筒内の空燃比がＡＦ２である場合には、領域ａの最大速度から遠くなるため燃焼速度は低くなる。即ち、目標空燃比をスライドさせた後の燃焼速度が高くなる場合にはＡＦ１が、低くなる場合にはＡＦ２がスライド前の実際の筒内の空燃比であると判断することができる。このように、目標空燃比を所定量リーン側にスライドさせて燃焼速度の変化量の正負を算出することで、放物線特性を有する領域ａにおいても筒内の空燃比を精度高く算出することができる。

図４は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、まず、ステップ１１０において、気筒間の空燃比ばらつきを検出するための条件が成立しているか否かが判定される。例えば、エンジン回転数、スロットル開度、冷却水の温度等に基づいて、暖機後かつ中負荷定常状態であることを判定条件とする。条件不成立と判定された場合には、本ルーチンの処理は終了される。

一方、条件成立と判定された場合には、次にステップ１２０において、気筒毎に燃焼速度ＣＳが算出される。燃焼速度ＣＳは、例えば式（１）と式（２）から算出される。式（１）に示すｋは比熱比、Ｖは筒内の容積であり予めＥＣＵ５０に記憶されている。Ｐは筒内の燃焼圧であり、筒内圧センサ２４により気筒毎に検出される。また、式（２）に示すｆは予め実験により求められた関数であり、熱発生率ｄＱ、点火時期Ｔｓａ、エンジン回転数Ｎｅをパラメータとする。
熱発生率 ｄＱ(θ)＝１/(ｋ-１)*(ｋ*Ｐ(θ)ｄＶ(θ)+Ｖ(θ)ｄＰ(θ) …（１）
燃焼速度 ＣＳ＝ｆ(ｄＱ,Ｔｓａ,Ｎｅ) …（２）

続いて、ステップ１３０において、所定のサイクル数が経過しているか否かが判定される。所定のサイクル数として例えば５０サイクルが設定される。所定のサイクル数が未だ経過していないと判定された場合には、本ルーチンの処理は終了され、ステップ１１０の処理から再度実行される。

所定のサイクル数が経過していると判定された場合には、ステップ１２０により所定サイクル数分の燃焼速度ＣＳが算出されている。ステップ１４０では、燃焼速度ＣＳの平均値である平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅが気筒毎に算出される。

ステップ１５０において、各気筒について平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅが閾値よりも大きいか否かが判定される。閾値は、上述した図３に示す領域ａ（異なる空燃比で同一の燃焼速度となるリッチ領域）とそれ以外の領域の境界を示す値である。また、ＥＣＵ５０には、上述した図３の燃焼速度と筒内の空燃比との関係を示す「燃焼速度‐筒内空燃比関係マップ」も記憶されている。

平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅが閾値よりも大きいと判定される場合には、燃焼速度‐筒内空燃比関係マップから平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅに対する筒内の空燃比が２つ取得されることとなる。これらから実際の筒内の空燃比を選択するために、ステップ１６０において、当該気筒の目標空燃比を所定量リーン側にスライドさせる。所定量とは、予め実験等で定めた燃料噴射量の減少量や吸入空気量の増加量であり、燃焼速度の変化が検出できる程度の微細な変化量である。

その後、ステップ１７０において、当該気筒についてステップ１１０〜ステップ１４０の処理が実行される。そして、当該気筒の目標空燃比をリーン側にスライドさせる前と後の平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅに差に基づいて、スライド前の筒内の空燃比がＭＩＬ点灯領域にあったか否かが判定される（ステップ１８０）。ＭＩＬ点灯領域は、放物線特性を有する領域ａ内に定めた警告値よりもリッチ側の領域である。

具体的には、スライド後の平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅからスライド前の平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅを引いた値が正値である場合には、スライド前の筒内の空燃比は、図３の領域ａの最高速度に応じた空燃比よりもリッチ側にあると判定され、実際の筒内の空燃比として選択される（例えば、図３の空燃比ＡＦ１）。空燃比ＡＦ１は、警告値よりもリッチ側にありＭＩＬ点灯領域にあると判定される。

一方、スライド後の平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅからスライド前の平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅを引いた値が負値である場合には、スライド前の筒内の空燃比は、図３の領域ａの最高速度に応じた空燃比よりもリーン側にあると判定され、実際の筒内の空燃比として選択される（例えば、図３の空燃比ＡＦ２）。空燃比ＡＦ２は、警告値よりもリーン側にありＭＩＬ点灯領域にはないと判定される。

スライド前の筒内の空燃比がＭＩＬ点灯領域にあると判定された場合には、本ルーチン終了後、他のルーチンにおいて車両の警告灯（ＭＩＬ）等が点灯される。一方、スライド前の筒内の空燃比がＭＩＬ点灯領域にないと判定された場合は、本ルーチン終了後、他のルーチンにおいて車両の警告灯（ＭＩＬ）等は消灯される。

なお、ステップ１５０において、平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅが閾値以下であると判定された場合には、燃焼速度‐筒内空燃比関係マップから、平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅに対する筒内の空燃比が１つ取得される。

以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅが閾値以下の場合には、燃焼特性上、１の燃焼速度に応じた１の空燃比が定まるため、筒内圧センサ２４の検出値から算出される燃焼速度から、各気筒の空燃比を精度高く算出することができる。また、平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅが閾値よりも大きい場合には、燃焼特性上、１の燃焼速度に応じた２の空燃比が想定されるが、目標空燃比をリーン側に変更し、変更後の燃焼速度の正負から１の空燃比を選択することができる。そのため、各気筒の空燃比を精度高く算出することができる。

これらより、本実施形態のシステムによれば、全領域において各気筒の空燃比を精度高く検出することができる。そのため、ＭＩＬ点灯領域が放物線特性を有するリッチ側の領域ａ内に設定されている場合であっても、適切に車両の警告灯（ＭＩＬ）等を点灯し、車両の使用者等に報知することができる。また、ＭＩＬ点灯領域が他の領域、例えばリーン側の領域にも設定されている場合であっても、同様である。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ステップ１６０において、当該気筒の目標空燃比を所定量リーン側にスライドさせることとしているが、目標空燃比を所定量リッチ側にスライドさせることとしてもよい。この場合、ステップ１８０における処理では、スライド後の平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅからスライド前の平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅを引いた値が負値である場合に、スライド前の筒内の空燃比が、図３の領域ａの最高速度に応じた空燃比よりもリッチ側にあると判定される。また、スライド後の平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅからスライド前の平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅを引いた値が正値である場合に、スライド前の筒内の空燃比が、図３の領域ａの最高速度に応じた空燃比よりもリーン側にあると判定される。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ステップ１１０における条件を、特定の運転領域であることとしているが、例えば、定常状態において常時検出することとしても良い。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ステップ１５０及びステップ１７０における処理を、平均燃焼速度ＣＳ_ａｖｅを用いて実行することとしているが、例えば、ステップ１４０の処理を省略し、ステップ１５０及びステップ１７０の処理を、サイクル毎の燃焼速度ＣＳを用いて実行することとしてよい。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、筒内圧センサ２４の検出値から算出される燃焼速度ＣＳを用いて筒内の空燃比を算出することとしているが、燃焼速度ＣＳに限らず、筒内圧センサ２４の検出値から算出される筒内状態を表現する状態量から筒内の空燃比を算出することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、筒内圧センサ２４が前記第１の発明における「筒内圧センサ」に、ＥＣＵ５０が前記第１の発明における「関係記憶手段」に、燃焼速度‐筒内空燃比関係マップが、前記第１の発明における「関係」に、それぞれ相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１５０〜ステップ１８０の処理を実行することにより前記第１の発明における「空燃比取得手段」が、上記ステップ１６０の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標空燃比変更手段」が、上記ステップ１８０の処理を実行することにより前記第１の発明における「空燃比選択手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図５〜図９を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは後述する図５に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図８及び図９のルーチンを実施させることで実現することができる。

図５は、本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステム構成は、図１に示す筒内圧センサ２４に代えて、各気筒に連通する排気通路１４の合流部の下流であって触媒３８の上流に、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ３７が設けられている点を除いて、図１に示すシステム構成と同一である。なお、ＥＣＵ５０の入力側には空燃比センサ３７が接続されている。

［実施の形態２における特徴的制御］
上述した実施の形態１では、各気筒に設けられた筒内圧センサ２４によって検出できる筒内の空燃比の領域を拡大することで、気筒間の空燃比のばらつきを好適に検出することができる。これに対して、本実施の形態では、排気通路の合流部の下流に設けられた１つの空燃比センサ３７を用いて、空燃比のばらつきの要因となっている気筒を特定する点に特徴を有する。

図６は、空燃比センサ３７の特性を説明するための図である。図６の横軸には１つの気筒についての筒内の空燃比が示されている。縦軸には排気通路１４の合流部の下流に設けられた空燃比センサ３７の検出値について１サイクル内の変動幅が示されている。全気筒の目標空燃比がストイキに設定されている場合に、一部の気筒の吸気系・動弁系の経年変化やインジェクタ１６の経時劣化などにより、吸入空気量や燃料噴射量が目標量とずれ（以下、単に「空燃比ずれ」という。）が生じれば、空燃比センサ３７の検出値の変動幅は大きな値となる。変動幅はストイキからリッチ側又はリーン側に大きくなるほど大きくなる。ＭＩＬ点灯領域はリッチ側の変動幅が大きい領域とする。

ところで、空燃比センサ３７は排気通路１４の合流部の下流に１つ設けられているのみであるため、気筒間の空燃比のばらつきが、いずれの気筒の空燃比ずれに起因して生じているかを特定することが求められる。

図７は、空燃比ずれが生じている気筒を特定するための特徴的制御の概要について説明するための図である。この制御では、空燃比に大きな変動幅が生じた場合に、１気筒ずつ順番に目標空燃比をリーン側にスライドさせる。

このとき、当該気筒が空燃比ずれを生じている異常気筒である場合には、筒内の空燃比がストイキ側にスライドすることとなるため、検出される空燃比の変動幅は小さくなる。一方、当該気筒がストイキで運転されている正常気筒である場合には、筒内の空燃比がストイキからリーン側にスライドすることとなるため、検出される空燃比の変動幅は大きい状態を維持する。このように、１気筒ずつ順番に目標空燃比を所定量リーン側にスライドさせて、空燃比センサ３７に検出される空燃比の変動幅が小さくなる気筒を探索することで、空燃比ずれが生じている気筒を特定することができる。

上述の動作を実現する制御ルーチンについて図８〜図９を用いて説明する。図８は、ＥＣＵ５０が実行する空燃比ばらつき検出ルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンでは、まず、ステップ２１０において、気筒間の空燃比ばらつきを検出するためのモニタ条件が成立しているか否かが判定される。例えば、エンジン回転数、スロットル開度、冷却水の温度等に基づいて定常状態であることを判定条件とする。条件不成立と判定された場合には、本ルーチンの処理は終了される。

一方、条件成立と判定された場合には、次にステップ２２０において、全気筒が１サイクルする間に、空燃比センサ３７により検出された空燃比の変動幅ＡＦａを算出する。変動幅ＡＦａは、例えば式（３）から算出される。式（３）に示すＡＦｍａｘとＡＦｍｉｎは、それぞれ１サイクル内の最大空燃比と最小空燃比である。なお、全気筒が１サイクルする間のクランク軸２６の回転角は、クランク角センサ２８により検出される。
変動幅 ＡＦａ＝ＡＦｍａｘ−ＡＦｍｉｎ …（３）

続いて、ステップ２３０において、所定のサイクル数が経過しているか否かが判定される。所定のサイクル数として例えば５０サイクルが設定される。所定のサイクル数が未だ経過していないと判定された場合には、本ルーチンの処理は終了され、ステップ２１０の処理から再度実行される。

所定のサイクル数が経過していると判定された場合には、ステップ２２０により所定サイクル数分の変動幅ＡＦａが算出されている。ステップ２３０では、変動幅ＡＦａの平均値である平均変動幅ＡＦａ_ａｖｅが算出される。

ステップ２４０において、平均変動幅ＡＦａ_ａｖｅが閾値よりも大きいか否かが判定される。閾値は、上述した図７に示すリッチ側のＭＩＬ点灯領域とそれ以外の領域の境界を示すＯＢＤ規制値である。また、ＥＣＵ５０には、空燃比センサ３７の検出値の１サイクル内の変動幅と筒内の空燃比との関係（図７）を示す「変動幅‐筒内空燃比関係マップ」も記憶されている。

平均変動幅ＡＦａ_ａｖｅが閾値よりも大きいと判定される場合には、気筒間に空燃比のばらつきが生じていると判断できる。そのため、ステップ２５０において、車両の警告灯（ＭＩＬ）等を点灯させる。その後、本ルーチンの処理は終了される。

図９は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する気筒特定ルーチンのフローチャートである。気筒特定ルーチンは、図８に示す空燃比ばらつき検出ルーチンの処理後に実行される。

まず、ステップ３１０において、車両の警告灯（ＭＩＬ）等が点灯中であるか否かが判定される。気筒特定ルーチンにおいてステップ２５０の処理が実行されている場合には、車両の警告灯（ＭＩＬ）等が点灯中である。消灯中であると判定された場合には本ルーチンの処理は終了される。

一方、車両の警告灯（ＭＩＬ）等が点灯中であると判定された場合には、次にステップ３２０において、＃Ｎ気筒（例えば、４気筒の場合には＃１〜＃４のいずれかの気筒）の目標空燃比を所定量リーン側にスライドさせる。所定量とは、予め実験等で定めた燃料噴射量の減少量や吸入空気量の増加量であり、上述したＭＩＬ点灯領域の閾値からストイキまで変化させる程度の変化量である。

その後、ステップ３３０において、＃Ｎ気筒について上述したステップ２１０〜ステップ２３０の処理を実施させる。そして、＃Ｎ気筒の目標空燃比をリーン側にスライドさせた後の平均変動幅ＡＦａ_ａｖｅが閾値よりも小さいか否かが判定される（ステップ３４０）。なお、ステップ３４０における閾値は、上述したステップ２４０における閾値と同じであっても異なっていてもよい。

＃Ｎ気筒の目標空燃比をリーン側にスライドさせた後の平均変動幅ＡＦａ_ａｖｅが閾値よりも小さいと判定された場合には、＃Ｎ気筒は空燃比ずれを生じている気筒であり、気筒間の空燃比ばらつきの要因となっている気筒であると確定する（ステップ３５０）。その後、本ルーチンの処理は終了される。

一方、＃Ｎ気筒の目標空燃比をリーン側にスライドさせた後の平均変動幅ＡＦａ_ａｖｅが閾値以上であると判定される場合には、＃Ｎ気筒の目標空燃比のスライドは解除される（ステップ３６０）。その後、再び本ルーチンが実施され、次のステップ３２０では、順序付けされた次の気筒の目標空燃比がリーン側にスライドされる。

以上説明したように、図９に示すルーチンによれば、１気筒ずつ順番に目標空燃比をリーン側にスライドさせる。そして、スライド後の平均変動幅ＡＦａ_ａｖｅが閾値よりも小さいと判定される場合には、リッチ側に空燃比のばらつきを生じさせている気筒がストイキに補正されて閾値を下回ったと判断できる。そのため、本実施形態のシステムによれば、空燃比センサの検出値に基づいて、空燃比のばらつきを生じさせている気筒を特定することができる。

ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、空燃比センサ３７の検出値から算出される変動幅ＡＦａを用いて、気筒間の空燃比のばらつきを算出することとしているが、変動幅ＡＦａに限らず、空燃比センサ３７の検出値を情報処理したものから、気筒間の空燃比のばらつきを算出することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２のシステムにおいては、筒内圧センサ２４を併用することとしてもよい。この場合、ステップ３４０におけるスライド後の判定変数は、筒内圧センサ２４から算出される変数（例えば、燃焼速度）でも良い。なお、筒内圧センサ２４を併用する場合においては、空燃比のばらつきを生じさせている気筒の特定に、ステップ３２０における目標空燃比のスライドをさせなくても検出可能な場合が多いが、全気筒が同一の燃焼速度（図２のＣＳｘ）となる場合もある。そのため、目標空燃比のスライドさせる処理は、空燃比のばらつきを生じさせている気筒の特定の検出性を高めるために好適である。

１０ エンジン
１４ 排気通路
１６ インジェクタ
２２ 点火プラグ
２４ 筒内圧センサ
２８ クランク角センサ
３０ エアフローメータ
３２ スロットルバルブ
３６ スロットルポジションセンサ
３７ 空燃比センサ
３８ 触媒
５０ ＥＣＵ
５２ 冷却水温センサ
ＡＦ１、ＡＦ２ 筒内の空燃比
ＡＦａ 変動幅
ＣＳ、ＣＳｘ 燃焼速度

Claims (1)

1. 気筒に設けられた筒内圧センサと、
   前記筒内圧センサの検出値から燃焼速度を算出する燃焼速度算出手段と、
   燃焼速度と筒内の空燃比との関係が記憶された関係記憶手段と、
   前記関係から燃焼速度に対応する筒内の空燃比を取得する空燃比取得手段と、を備え、
   前記空燃比取得手段は、
   燃焼速度がストイキにおける燃焼速度よりも高いリッチ領域において、前記関係に燃焼速度に対応する複数の空燃比が存在する場合に、目標空燃比を変更する目標空燃比変更手段と、
   前記目標空燃比変更手段により目標空燃比が変更された後の燃焼速度の変化量の正負と、目標空燃比が変更された方向との組み合わせに基づいて、前記複数の空燃比から１つの空燃比を選択する空燃比選択手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比検出装置。

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