JP5617272B2 - 空燃比検出手段の出力特性測定方法及び出力特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射量を変動させた際の空燃比検出手段の出力値に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定方法及び出力特性測定装置に関するものである。

従来から、排気通路に設けられた触媒による排気ガス中の有害成分の浄化率を向上させるために、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサの出力に基づいて、排気ガスの空燃比が理論空燃比になるようにフィードバック補正量を補正する空燃比フィードバック制御を行うことが知られている。

この種の空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御システムでは、フィードバック補正量の補正によっては、排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけ難い場合、例えば、混合気の空燃比の気筒間におけるずれが生じた場合には、いずれかの気筒の空燃比が異常であると判定する異常判定機能を備えたものが多い。

例えば、特許文献１には、エンジンの排気通路に空燃比センサを設置し、この空燃比センサの出力信号に基づいて各気筒に供給する混合気の空燃比を制御する内燃機関の制御装置において、センサ信号変化率積算手段によって所定間隔で空燃比センサ信号の変化率を演算してその変化率の絶対値を積算し、その空燃比センサ信号の変化率積算値に基づいていずれかの気筒の空燃比が異常であるか否かを判定するようにしたものが開示されている。

特開２００８−１２１５３３号公報

ところで、精度の高い異常判定を行う前提として、空燃比センサの適切な出力値が担保されている必要があるが、空燃比センサには、劣化度合（経時変化による個体差）によって出力値にばらつきが生じることのみならず、製品の機械的な個体差によって出力値のばらつきがあることが知られている。

しかしながら、上記特許文献１に記載のものでは、空燃比センサの異常が自己診断機能によって検出されていないことを、いずれかの気筒の空燃比の異常診断を実行する際の条件としており、かかる空燃比センサの機械的な個体差や経時変化による個体差に対して何ら積極的な対策が講じられていないことから、空燃比センサの個体差によって出力値のばらつきがある場合には、異常診断が実行されないという問題がある。

このような問題を解決するために、空燃比センサの機械的な個体差や経時変化による個体差に応じてその出力値を補正しつつ、空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出することが考えられるが、その前提として、空燃比センサの機械的な個体差や経時変化による個体差を適切に把握する必要がある。

そこで、例えば、燃料噴射量を意図的に変化させて、その際の空燃比センサの出力特性を測定し、当該測定結果に基づいて空燃比センサの個体差を把握することが考えられるが、排気集合部に設けられた空燃比センサを用いる場合には、各気筒に繋がる排気通路と空燃比センサとの位置関係により、気筒毎の排出ガスの空燃比センサに対する当たり方に大なり小なり強弱が生じ、測定結果に何らかの影響を与えてしまうという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料噴射量を変動させた際の空燃比検出手段の出力値に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定方法において、気筒毎の排出ガスの空燃比検出手段に対する当たり方の強弱如何に拘わらず、ひいては、排気集合部の形状如何に拘わらず、空燃比検出手段の出力特性を精度良く測定する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、燃料噴射量を変動させるに当たって、常に特定の（同じ）気筒から変動を開始させるようにしている。

第１の発明は、複数の気筒を有し、各気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、複数の排気通路が集合しかつ、上記排気通路から流入する排気ガスの向きが互いに異なる排気集合部と、上記排気集合部に設けられかつ、上記複数の気筒のそれぞれから排出された排気ガス中の酸素濃度に関する値を出力する１つの空燃比検出手段と、を備えるエンジンにおいて、燃料噴射量を変動させた際の、上記空燃比検出手段の出力値の変化に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定方法であって、
空燃比を変動させても走行性に影響が少ない所定の条件として予め設定された、水温が所定温度以上でかつ、上記エンジンの運転状態が定常で安定している条件で、常に特定の気筒から燃料噴射量の増量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の増量を所定期間継続し、又は、常に特定の気筒から燃料噴射量の減量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の減量を所定期間継続する第１ステップと、
該第１ステップによる、上記特定気筒の燃料噴射量の変動に伴う上記空燃比検出手段の出力値の変化を測定する第２ステップと、
該第２ステップで測定した出力値に基づいて、上記空燃比検出手段の出力特性を決定する第３ステップと、を有することを特徴とするものである。

上記第１の発明はまた、上記空燃比検出手段の出力特性に基づいて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出する補正値算出工程をさらに有することを特徴とするものである。

上記第１の発明はさらに、上記補正値に基づいて上記空燃比検出手段の出力値を補正し、当該補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出する工程をさらに有することを特徴とするものである。

第１の発明によれば、燃料噴射量を変動させる際には、常に特定の気筒から燃料噴射量の増量又は減量が開始されるので、燃料噴射量の変動を開始させる気筒が異なることに起因する測定誤差の発生が抑制される。したがって、気筒毎の排出ガスの空燃比検出手段に対する当たり方の強弱如何に拘わらず、ひいては、排気集合部の形状如何に拘わらず、空燃比検出手段の出力特性を精度良く測定することができる。

上記第１の発明によればまた、空燃比検出手段の個体差によって適切な出力値が出力されない場合にも、所定の条件で算出された補正値を用いて、検出された空燃比検出手段の出力値を補正することで、空燃比検出手段の適切な出力値を得ることが可能となる。

上記第１の発明によればさらに、空燃比検出手段の個体差によって適切な出力値が出力されない場合にも、検出された空燃比検出手段の出力値を補正することで、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記空燃比検出手段の出力特性を測定する際、上記特定の気筒の排気タイミングから出力特性の測定を開始することを特徴とするものである。

ところで、燃料噴射量を変動させてから、空燃比検出手段が排気ガスの空燃比の変化を検出するまでには、通常、ある程度の時間（無駄時間）を要する。このような無駄時間は、燃料噴射量の制御指令が出力されてから燃料噴射量が実際に変更されるまでの遅ればらつきや、燃料噴射量を変動させた気筒から排気ガスが排出されるまでの遅ればらつきや、排気ガスが排気集合部を満たすまでの遅ればらつきや、排気ガスが空燃比検出手段の素子等に至るまでの遅ればらつき等が累積することによって生じる。

ここで、第２の発明では、燃料噴射量を変動させる際、常にそこから燃料噴射量の増量又は減量が開始される特定の気筒から出力特性の測定を開始するのみならず、当該特定の気筒の排気タイミングから出力特性の測定を開始する。これにより、少なくとも、燃料噴射量の制御指令が出力されてから、特定の気筒から排気ガスが排出されるまでの遅ればらつきが解消されるので、空燃比検出手段の出力特性をより一層精度良く測定することができる。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記排気タイミングは、排気バルブの開タイミングであることを特徴とするものである。

第３の発明では、排気バルブの開タイミングから出力特性の測定を開始するので、例えば、膨張行程の終期に排気バルブが開くような場合にも、すなわち、膨張行程の終期から排気行程において排気ガスが排出される場合にも、空燃比検出手段の出力特性を精度良く測定することが可能となる。

第４の発明は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、上記所定期間は、全気筒数の整数倍の回数だけ燃料噴射工程が行われる期間であることを特徴とするものである。

なお、本発明において「燃料噴射工程」とは、各気筒の１燃焼サイクルにおける燃料噴射を意味し、一括噴射の場合も分割噴射の場合も１燃料噴射工程としてカウントする。

第４の発明によれば、所定期間は全気筒数の整数倍の回数だけ燃料噴射工程が行われる期間であることから、例えば、増量と減量とを繰り返す場合には、増量する際にも減量する際にも常に特定の（同じ）気筒から測定が開始されるので、燃料噴射量の変動を開始させる気筒が異なることに起因する測定誤差の発生が抑制される。

第５の発明は、上記第１の発明において、上記補正値は、予め設定された、空燃比検出手段の機械的な個体差により生じる空燃比検出手段の出力特性のばらつきの中央値と、上記測定された出力特性との差に基づいて算出されることを特徴とするものである。

第５の発明によれば、比較対象として、空燃比検出手段のうち極端に無駄時間が長いものや応答性が低いものを除外したもの（ばらつきの中央値）を用いるので、補正値への信頼性が向上する。

第６の発明は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、上記出力特性は、無駄時間及び応答性に関するものであることを特徴とするものである。

なお、本発明において「無駄時間」とは、混合気の空燃比を変更させてから、空燃比検出手段が排気ガスの空燃比の変化を検出するまでに要する時間をいう。また、本発明において「応答性」とは、空燃比検出手段が排気ガスの空燃比の変化を検出した後の検出される空燃比の変化率をいう。

第６の発明によれば、空燃比検出手段の無駄時間及び応答性を反映した好適な補正値を算出することが可能となり、以て空燃比検出手段の出力値を適切に補正することが可能となる。

第７の発明は、複数の気筒を有し、各気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、複数の排気通路が集合しかつ、上記排気通路から流入する排気ガスの向きが互いに異なる排気集合部と、上記排気集合部に設けられかつ、上記複数の気筒のそれぞれから排出された排気ガス中の酸素濃度に関する値を出力する１つの空燃比検出手段と、を備えるエンジンにおいて、燃料噴射量を変動させた際の、上記空燃比検出手段の出力値に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定方法であって、
空燃比を変動させても走行性に影響が少ない所定の条件として予め設定された、水温が所定温度以上でかつ、上記エンジンの運転状態が定常で安定している条件で、常に特定の気筒から燃料噴射量の増量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の増量を所定期間継続し、又は、常に特定の気筒から燃料噴射量の減量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の減量を所定期間継続する第１ステップと、
該第１ステップによる、上記特定気筒の燃料噴射量の変動に伴う上記空燃比検出手段の出力値の変化を、燃料噴射量を変動させた気筒の排気タイミングから測定する第２ステップと、
該第２ステップで測定した出力値に基づいて、上記空燃比検出手段の出力特性を決定する第３ステップと、を有することを特徴とするものである。

第７の発明はまた、上記空燃比検出手段の出力特性に基づいて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出する補正値算出工程と、
上記補正値に基づいて上記空燃比検出手段の出力値を補正し、当該補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出する工程とをさらに有することを特徴とするものである。

第７の発明によれば、燃料噴射量を変動させた気筒の排気タイミングから、上記空燃比検出手段の出力特性の測定を開始するので、少なくとも、燃料噴射量の制御指令が入力されてから燃料噴射量が実際に変更されるまでの遅ればらつきや、燃料噴射量を変動させた気筒から排気ガスが排出されるまでの遅ればらつきやが解消される。これにより、空燃比検出手段の出力特性を精度良く測定することが可能となる。

また、第７の発明では、燃料噴射量を変動させる際、常にそこから燃料噴射量の増量又は減量が開始される特定の気筒から出力特性の測定を開始するのみならず、当該特定の気筒の排気タイミングから出力特性の測定を開始する。これにより、空燃比検出手段の出力特性をより一層精度良く測定することが可能となる。

第８の発明は、上記第７の発明において、上記排気タイミングは、排気バルブの開タイミングであることを特徴とするものである。

第８の発明では、排気バルブの開タイミングから出力特性の測定を開始するので、例えば、膨張行程の終期に排気バルブが開くような場合にも、空燃比検出手段の出力特性を精度良く測定することが可能となる。

第９の発明は、複数の気筒を有し、各気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段と、複数の排気通路が集合しかつ、上記排気通路から流入する排気ガスの向きが互いに異なる排気集合部と、上記排気集合部に設けられかつ、上記複数の気筒のそれぞれから排出された排気ガス中の酸素濃度に関する値を出力する１つの空燃比検出手段と、を備えるエンジンにおいて、燃料噴射量を変動させた際の、上記空燃比検出手段の出力値に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定装置であって、
上記空燃比検出手段は、その出力特性に基づいて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出すると共に、上記補正値に基づいて補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するためのものであり、
空燃比を変動させても走行性に影響が少ない所定の条件として予め設定された、水温が所定温度以上でかつ、上記エンジンの運転状態が定常で安定している条件で、常に特定の気筒から燃料噴射量の増量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の増量を所定期間継続し、又は、常に特定の気筒から燃料噴射量の減量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の減量を所定期間継続する燃料噴射量変動手段と、
該燃料噴射量変動手段による、上記特定気筒の燃料噴射量の変動に伴う上記空燃比検出手段の出力値の変化を測定する空燃比変動検出手段と、
該空燃比変動検出手段で測定した出力値に基づいて、上記空燃比検出手段の出力特性を決定する出力特性決定手段と、を備えることを特徴とするものである。

第９の発明によれば、上記第１の発明と同様の効果を得ることができる。

第１０の発明は、複数の気筒を有し、各気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段と、複数の排気通路が集合しかつ、上記排気通路から流入する排気ガスの向きが互いに異なる排気集合部と、上記排気集合部に設けられかつ、上記複数の気筒のそれぞれから排出された排気ガス中の酸素濃度に関する値を出力する１つの空燃比検出手段と、を備えるエンジンにおいて、燃料噴射量を変動させた際の、上記空燃比検出手段の出力値に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定装置であって、
上記空燃比検出手段は、その出力特性に基づいて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出すると共に、上記補正値に基づいて補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するためのものであり、
空燃比を変動させても走行性に影響が少ない所定の条件として予め設定された、水温が所定温度以上でかつ、上記エンジンの運転状態が定常で安定している条件で、常に特定の気筒から燃料噴射量の増量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の増量を所定期間継続し、又は、常に特定の気筒から燃料噴射量の減量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の減量を所定期間継続する燃料噴射量変動手段と、
該燃料噴射量変動手段による、上記特定気筒の燃料噴射量の変動に伴う上記空燃比検出手段の出力値の変化を、上記燃料噴射量変動手段によって最初に燃料噴射量を変動させた気筒の排気タイミングから測定する空燃比変動検出手段と、
該空燃比変動検出手段で測定した出力値に基づいて、上記空燃比検出手段の出力特性を決定する出力特性決定手段と、を備えることを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定装置。

第１０の発明によれば、上記第７の発明と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る空燃比検出手段の出力特性測定方法によれば、燃料噴射量を変動させる際には、常に特定の気筒から燃料噴射量の増量又は減量を開始することから、燃料噴射量の変動を開始させる気筒が異なることに起因する測定誤差の発生が抑制されるので、気筒毎の排出ガスの空燃比検出手段に対する当たり方の強弱如何に拘わらず、空燃比検出手段の出力特性を精度良く測定することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの制御システムの概略構成図である。 各気筒と排気集合部との関係を模式的に示す図である。 空燃比による三元触媒の浄化率を模式的に示す図である。 各気筒に繋がる排気通路とリニアＯ_２センサとの位置関係を模式的に示す斜視図である。 排気集合部を流れる排気ガスの流れを模式的に説明する図である。 燃料噴射量制御の制御パターンを模式的に示す図である。 燃料噴射量制御値とリニアＯ_２センサ出力値との関係を模式的に示す概念図である。 リニアＯ_２センサの測定された出力特性と基準特性との関係を模式的に示す概念図であり、同図（ａ）は、測定された応答性が基準応答性よりも小さい場合を示し、同図（ｂ）は、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも長い場合を示す。 リニアＯ_２センサの応答性及び片側無駄時間と出力補正値との関係を模式的に示す概念図である。 出力補正値と排気流量との関係を模式的に示す概念図である。 出力補正値とエンジン回転数との関係を模式的に示す概念図である。 ＰＣＭの制御フローチャートである。 空燃比変動制御サブルーチンの制御内容を説明するフローチャートである。 ＰＣＭの制御フローチャートである。 ずれ異常診断制御サブルーチンの制御内容を説明するフローチャートである。 実施形態２に係る燃料噴射量制御の制御パターンを模式的に示す図である。 無駄時間の発生するメカニズム及び応答性が小さくなるメカニズムを模式的に説明する図である。 実施形態３に係るエンジンの制御システムの概略構成図である。 各気筒の行程と測定開始タイミングとの関係を模式的に示す図である。 実施形態３に係る空燃比変動制御サブルーチンの制御内容を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの制御システムの概略構成図である。エンジン１は、直列４気筒型の火花点火式直墳ガソリンエンジンであり、各気筒は、シリンダブロック３と、当該シリンダブロック３の上部に固定されたシリンダヘッド５とを備えている。シリンダブロック３のシリンダ１３内には、往復動可能なピストン７が嵌挿されており、このピストン７の上方には、当該ピストン７の頂面とシリンダ１３の内壁面とシリンダヘッド５のペントルーフ型の底面とに囲まれた燃焼室１１が形成されている。一方、ピストン７の下方のクランクケース内には、クランク軸（図示せず）が配設されており、コネクティングロッド１７によって当該ピストン７と連結されている。

このクランクケース内には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ３７が設けられている。このクランク角センサ３７は、クランク軸と一体回転するように当該クランク軸の端部に取付けられたロータ２７の回転に伴い、当該ロータ２７の外周部に設けられた凸部の通過に対応して、信号をＰＣＭ（Power-train Control Module）２１に出力する電磁ピックアップコイルを有している。

加えて、シリンダブロック３には、ウォータジャケット（図示せず）内を流れる冷却水の温度を検出するためのエンジン水温センサ２３と、エンジンオイルの温度を検出するためのエンジンオイル温度センサ３３とが設けられている。

一方、シリンダヘッド５には、各シリンダ１３に対応して点火プラグ９が複数設けられている。これらの点火プラグ９の先端電極は、各燃焼室１１内に臨んでいるとともに、各点火プラグ９は、シリンダヘッド５の上部に設けられた点火回路１９にそれぞれ接続されている。なお、図１の例では、点火回路１９は、各点火プラグ９に対応する数だけ設けられているが、これに限らず、複数の点火プラグ９に対応して１つ又は複数設ける構成としてもよい。

各シリンダ１３に対応する点火回路１９は、ＰＣＭ２１から、点火プラグ９を点火放電させるための制御信号を受けている間は、不図示の点火コイルに通電する一方、所定の通電時間経過後、制御信号を受けなくなると当該点火コイルの二次巻線から点火放電電流を流し、点火プラグ９を点火放電させるように構成されている。

この点火回路１９には、点火プラグ９の点火放電によって充電されるコンデンサ１９ａと、当該コンデンサ１９ａの充電電荷が放電することで流れる電流を、イオン電流として検出するイオン電流検出回路１９ｂとが設けられている。点火回路１９は、イオン電流検出回路１９ｂによって検出されたイオン電流の検出信号をＰＣＭ２１へ出力するように構成されている。

さらに、シリンダヘッド５には、各燃焼室１１に連通する吸気ポート１５及び排気ポート２５が２つずつ形成されており、これら吸気ポート１５及び排気ポート２５のポート開口部には、電磁ＶＶＴ（電磁式の可変バルブタイミング機構）３５ａ，４５ａによって所定タイミングで独立に開閉動作が行われる吸排気バルブ（吸気弁３５及び排気弁４５）が配設されている。

吸気弁３５及び排気弁４５は、電磁ＶＶＴ３５ａ，４５ａによって、開閉動作タイミングが進角側及び遅角側に変更可能となっており、これによりオーバーラップ期間が変化し、燃焼室１１に残留する既燃ガスの量を変化させることが可能となっている。

また、各気筒には、吸気ポート１５に連通するように吸気通路５５が配設されているとともに、排気ポート２５に連通するように排気通路６５が配設されている。これら吸気通路５５と排気通路６５とは、ＥＧＲ通路８５で接続されており、当該ＥＧＲ通路８５に設けられた開度調節可能な電気式のＥＧＲ弁５１により、排気通路６５の排気ガスの一部が吸気通路５５に還流されるようになっている。

吸気通路５５には、上流側から、エアクリーナ７５と、吸気温度センサ４３と、吸気流量を検出するエアフローセンサ２９と、電動モータ４１ａにより駆動されて吸気通路５５を絞るスロットル弁４１と、燃焼室１１内の吸気流動の強さを調整するＴＳＣＶ（タンブルスワールコントロール弁）３１と、供給されるガソリンを各燃焼室１１内に直接噴射供給するためのガソリン噴射用のインジェクタ（燃料噴射弁）３９と、が配設されている。

一方、排気通路６５には、図２に示すように、４つの気筒♯１，♯２，♯３，♯４からの排気通路６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄが集合する排気集合部９５（エグマニ集合部）に、排気ガス中の酸素濃度に基づき混合気の空燃比を検出するためのリニアＯ_２センサ（空燃比検出手段）４７と、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ４９とが配設されている。なお、触媒コンバータ４９としては、例えば、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_Ｘの３成分を同時に浄化し得る三元触媒を用いることができる。

ＰＣＭ２１は、周知の如くＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えて構成されている。このＰＣＭ２１には、本実施形態に係る制御に必要な信号として、少なくとも、上記クランク角センサ３７、上記エンジン水温センサ２３、上記エアフローセンサ２９、上記リニアＯ_２センサ４７の各出力信号に加え、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ５３、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ５７の各出力信号が入力されるようになっている。そして、ＰＣＭ２１は、これらのセンサの出力信号に基づいて、エンジン１のフィードバック制御や、リニアＯ_２センサ４７の出力特性の測定や、空燃比の気筒間におけるずれ異常検出制御を行うようになっている。

図３は、空燃比による触媒の浄化率を模式的に示す図であり、横軸の左へ向かうほど空燃比はリッチとなり、縦軸の上部へ向かうほど触媒による浄化率が高くなるように表している。図３に示すように、空燃比がリッチになると、ＨＣ、ＣＯ等が浄化されずにそのまま排出される一方、空燃比がリーンになると触媒の転換能が失われＮＯ_２を増加させてしまう結果となる。

このため、ＰＣＭ２１は、リニアＯ_２センサ４７の検出値によってエンジン１の実空燃比が理論空燃比を中心とした所定目標空燃比の範囲に収束するように、排気ガス中の酸素濃度のリッチ状態又はリーン状態を検出して吸入空気量を基準として設定されたインジェクタ３９からの燃料噴射量を高精度にフィードバック制御するように構成されている。なお、目標空燃比の範囲とは、理論空燃比の状態から約０．２５程度リッチ又はリーンな範囲である。

このようなフィードバック制御を行うことにより、排気ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯxのいずれについても、高い浄化率を得られるようになるが、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常が生じた場合、換言すると、例えば、他の３つの気筒は正常だが１つの気筒だけが燃料噴射量が足りずリーンになっているような場合には、以下のような問題が生じる。

すなわち、各気筒から排出されるガスは、各々独立して触媒コンバータ４９に流れ込むことから、例えばリーン状態になっている気筒から排出されたガスが触媒コンバータ４９に流れ込むと、触媒の転換能が失われＮＯ_２が外に排出されるおそれがある一方、リッチ状態になっている気筒から排出されたガスが触媒コンバータ４９に流れ込むと、ＨＣ、ＣＯ等が浄化されずにそのまま排出されるおそれがある。

そこで、ＰＣＭ２１は、リニアＯ_２センサ４７の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するように構成されている。具体的には、エンジン運転中に、所定クランク角（例えば、点火に同期したクランク角）間隔で、リニアＯ_２センサ４７の空気過剰率λ（＝出力値／理論空燃比）の変化率である差分値を演算し、その差分値の絶対値を積算し、所定期間内における空気過剰率λの差分値の積算値が所定の判定値以上であるか否かで、ずれ異常が発生しているか否かを判定するようになっている。

ところで、精度の高い異常判定を行う前提として、リニアＯ_２センサ４７の適切な出力特性が担保されている必要があるが、リニアＯ_２センサ４７には、機械的な個体差、すなわち、製品によって出力特性のばらつき（製品ばらつき）があることや、経時変化による個体差、すなわち、劣化度合によって出力特性にばらつきが生じてくることが知られている。このため、リニアＯ_２センサ４７の出力特性のばらつき如何よっては、空燃比の気筒間におけるずれが極めて小さい（図３の目標空燃比の範囲内に収まっている）場合に、異常であると判定したり、逆に、空燃比の気筒間におけるずれが大きい（図３の目標空燃比の範囲内に収まっていない）場合に、異常ではないと判定したりするおそれがある。

そこで、ＰＣＭ２１は、エンジン１が始動される毎に、リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定し、当該測定された出力特性と予め設定された基準特性とを比較して、リニアＯ_２センサ４７の個体差（機械的な個体差及び／又は経時変化による個体差）に応じて、当該リニアＯ_２センサ４７の出力を補正するための出力補正値ＣＶ１を算出するように構成されている。

具体的には、ＰＣＭ２１は、リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定する出力特性測定部２１ａと、測定条件判定部２１ｂとを有していて、測定条件判定部２１ｂにより所定の第１条件が成立していると判定されると、出力特性測定部２１ａが、意図的に燃料噴射量の増量又は減量を所定回数繰り返し実行し、その際のリニアＯ_２センサ４７の無駄時間及び応答性に関する値を測定するように構成されている。なお、「無駄時間」とは、混合気の空燃比が補正されてから、リニアＯ_２センサ４７が排気ガスの空燃比の変化を検出するまでに要する時間をいう。また、「応答性」とは、リニアＯ_２センサ４７が排気ガスの空燃比の変化を検出した後の検出される空燃比の変化率をいう。

ここで、所定の第１条件とは、空燃比を変動（燃料噴射量を増量又は減量）させるとエンジン回転数Ｎｅへの影響が大きい（走行性への影響が大きい）場合を除外するための条件である。そうして、測定条件判定部２１ｂは、例えば、暖機運転が終了した状態、すなわち水温Ｔｗが所定温度以上になっている状態や、エンジン回転数Ｎｅ、吸気充填効率、スロットル開度Ｔｈの各変動量が小さく（所定値以下）、安定している状態では、所定の第１条件が成立していると判定する一方、例えばアイドル時のような低回転数領域では、所定の第１条件が成立しているとは判定しないように構成されている。

なお、リニアＯ_２センサ４７の出力特性の測定を複数回行う場合、例えば、燃料噴射量を増量させた後減量させるという変動制御を５回（所定回数）行う場合には、変動制御を必ずしも５回連続して行う必要はなく、各変動制御（増量開始から減量終了まで）が所定の第１条件下で行われるなら、断続的に測定してもよい。

このように燃料噴射量を意図的に変化させて、リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定することで、リニアＯ_２センサ４７の個体差によって適切な出力値が出力されない場合にも、リニアＯ_２センサ４７の出力を補正するための補正値を算出することが可能となるが、実際にリニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定する場合には、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４に繋がる排気通路６５ａ，６５ｂ，…とリニアＯ_２センサ４７との位置関係により、気筒毎の排出ガスのリニアＯ_２センサ４７に対する当たり方に強弱が生じ、測定結果に影響を与えてしまうという問題がある。

すなわち、本実施形態の例では、図２に示すように、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４と連通する排気通路６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄは、二段重ねになったような状態で排気集合部９５で束ねられており、図４に示すように、各排気通路６５ａ，６５ｂ，…から排気集合部９５に流入する排気ガスの向き（図４の白抜き矢印の向き）は、それぞれ異なっている。このため、リニアＯ_２センサ４７に対するガス当たりを均一にすることは極めて困難であり、リニアＯ_２センサ４７に対するガス当たりが強い気筒と、リニアＯ_２センサ４７に対するガス当たりが弱い気筒とが生じることになる。

また、リニアＯ_２センサ４７では、混合気の燃焼で発生した水分によりセンサの素子が被水し、素子の熱応力が不均一となり、素子に歪が生じて素子割れが発生するという問題があることから、図５に示すように、素子を覆うように保護カバー４７ａを設けることが多い。このような保護カバー４７ａには、排気ガスを導入するための孔４７ｂが形成されており、リニアＯ_２センサ４７は当該孔４７ｂから白抜き矢印の方向から導入された排気ガス中の酸素濃度を検出するようになっている。そうして、保護カバー４７ａの中の排気ガスは、保護カバー４７ａの先端部を黒抜き矢印の方向に流れる排気ガスの負圧により生じる、保護カバー４７ａの内外の差圧によって、保護カバー４７ａの内部から排出される。

以上のように、排気集合部９５に設けられた１つのリニアＯ_２センサ４７で複数の気筒から排出されるガスの空燃比を検出する場合には、排気ガスが強く当たるものについては過敏に酸素濃度を検出することになるので、気筒によって出力値の強弱が生じることになる。このため、燃料噴射量の増量をガス当たりが強い気筒から開始した場合には無駄時間があたかも短くなったように測定され、逆に、燃料噴射量の増量をガス当たりが弱い気筒から開始した場合には無駄時間があたかも長くなったように測定され、どの気筒から燃料噴射量の増量又は減量を始めるかにより、測定誤差が生じるという問題がある。

そこで、出力特性測定部２１ａは、所定の条件で、特定の（同じ）気筒から燃料噴射量の増量を開始し、その後燃料噴射量の増量を所定期間継続し、又は、特定の気筒から燃料噴射量の減量を開始し、その後燃料噴射量の減量を所定期間継続するように構成されている。ここで所定期間とは、全気筒数の整数倍の回数だけ燃料噴射工程が行われる期間をいう。また、燃料噴射工程とは、各気筒の１燃焼サイクルにおける燃料噴射を意味し、一括噴射の場合も分割噴射の場合も１燃料噴射工程としてカウントする。

具体的には、出力特性測定部２１ａは、測定条件判定部２１ｂにより所定の第１条件が成立していると判定されると、インジェクタ３９を作動させて、図６（ａ）に示すように、常に第１気筒♯１から燃料噴射量の増量を開始し、その後、４（気筒）の整数倍の回数（４，８，１２，…）の燃料噴射工程が終了するまで燃料噴射量の増量を継続し、又は、図６（ｂ）に示すように、常に第１気筒♯１から燃料噴射量の減量を開始し、その後、４の整数倍の回数燃料噴射工程が終了するまで燃料噴射量の減量を所定期間継続する。なお、図６（ａ）及び（ｂ）中の、符合♯１は第１気筒の燃料噴射工程を、符合♯２は第２気筒の燃料噴射工程を、符合♯３は第３気筒の燃料噴射工程を、符合♯４は第４気筒の燃料噴射工程をそれぞれ示す。また、図６（ａ）及び（ｂ）の例では、整数倍の回数を４回とし、燃料噴射量の増量又は減量を４燃料噴射工程ずつ交互に行うようにている。

これにより、燃料噴射量を変動させる際には、常に第１気筒♯１から燃料噴射量の増量又は減量が開始されるので、燃料噴射量の変動を開始させる気筒が異なることに起因する測定誤差の発生が抑制される。また、全気筒数の整数倍の回数だけ燃料噴射工程が行われることから、増量と減量とを繰り返す場合には、増量する際にも減量する際にも常に第１気筒♯１から測定が開始されることになる。なお、出力特性測定部２１ａは、本発明でいう所の燃料噴射弁制御手段を構成する。また、図６（ａ）及び（ｂ）の例では、各気筒の燃料噴射工程における燃料噴射量の増加量（又は減少量）を同じとしているが、これに限らず、例えば、気筒ごとに燃料噴射工程における燃料噴射量の増加量（又は減少量）を変化させてもよい。

さらに、ＰＣＭ２１は、測定された無駄時間及び応答性と、予め設定された基準特性（基準無駄時間及び基準応答性）とを比較して、リニアＯ_２センサ４７の機械的な個体差及び／又は経時変化に応じて、当該リニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を補正するための出力補正値ＣＶ１を算出する補正値算出部２１ｃを有している。ここで、基準特性は、リニアＯ_２センサ４７の機械的な個体差により生じるリニアＯ_２センサ４７の出力特性のばらつきの中央値に基づいて設定される。具体的には、経時変化による個体差がない新品のリニアＯ_２センサをサンプルとし、サンプル毎に燃料噴射量の増量又は減量を実行した際の無駄時間及び応答性を測定し、これらの中央値を基準無駄時間及び基準応答性として設定している。

図７は、燃料噴射量制御値とリニアＯ_２センサの出力値との関係を模式的に示す図であり、図中のｔ１はリッチからリーンへの無駄時間を、ｔ２はリーンかリッチらへの無駄時間を、αはリッチからリーンへの応答性を、βはリーンからリッチへの応答性をそれぞれ表している。図７に示すように、リニアＯ_２センサ４７は、燃料噴射量の減量による空燃比のリッチからリーンへの変化を検出するまでにｔ１だけ要し、その後リッチからリーンへの空燃比の変化率としてαを検出する一方、燃料噴射量の増量による空燃比のリーンからリッチへの変化を検出するまでにｔ２だけ要し、その後リーンからリッチへの空燃比の変化率としてβを検出する。

また、図８は、リニアＯ_２センサの測定された出力特性と基準特性との関係を模式的に示す概念図であり、同図（ａ）は、測定された応答性が基準応答性よりも小さい場合を示し、同図（ｂ）は、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも長い場合を示す。図８に示すように、リニアＯ_２センサ４７の応答性が基準応答性よりも小さい（傾きが小さい）と、出力値が小さくなり、また、リニアＯ_２センサ４７の片側無駄時間（リッチからリーンへの無駄時間）が基準無駄時間よりも長いと、出力値が小さくなることが分かる。

このため、補正値算出部２１ｃによって算出される出力補正値ＣＶ１は、測定された出力特性が基準特性に比して小さい場合は、リニアＯ_２センサ４７の出力値を増大させるような値に設定される一方、測定された出力特性が基準特性に比して大きい場合は、リニアＯ_２センサ４７の出力値を減少させるような値に設定されるようになっている。換言すると、補正値算出部２１ｃは、図９に示すように、測定された応答性（変化率）が基準応答性よりも小さく、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも長い場合は、リニアＯ_２センサ４７の出力値を増大させるような出力補正値ＣＶ１を算出する一方、測定された応答性（変化率）が基準応答性よりも大きく、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも短い場合は、リニアＯ_２センサ４７の出力値を減少させるような出力補正値ＣＶ１を算出するように構成されている。より具体的には、本実施形態においては、出力補正値ＣＶ１（より詳しくは後述する診断用補正値ＣＶ２）を乗じることで、リニアＯ_２センサ４７の出力値を補正するので、補正値算出部２１ｃは、測定された出力特性が基準特性に比して小さい場合は、出力補正値ＣＶ１として１以上の値を算出する一方、測定された出力特性が基準特性に比して大きい場合は、出力補正値ＣＶ１として１未満の値を算出する。このようにして補正値算出部２１ｃにより算出された出力補正値ＣＶ１は、ＰＣＭ２１内の出力値補正部２１ｄに入力される。

出力値補正部２１ｄは、所定の第２条件で、リニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を補正するようになっている。具体的には、出力値補正部２１ｄは、測定条件判定部２１ｂにより所定の第２条件が成立していると判定されると、リニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を測定し、補正値算出部２１ｃによって算出された出力補正値ＣＶ１に基づいて（診断用補正値ＣＶ２によって）当該測定された出力値ＯＶ１を補正するように構成されている。

なお、所定の第２条件とは、補正値算出部２１ｃによって出力補正値ＣＶ１が算出されたことを確認するための条件、及び、リニアＯ_２センサ４７の出力値が確保され難い状態を除外するための条件である。そうして、測定条件判定部２１ｂは、補正値算出部２１ｃによって出力補正値ＣＶ１が算出された後、例えば、車両走行中に占める割合が高い状態（例えば、中回転高負荷状態）では、所定の第２条件が成立していると判定する一方、補正値算出部２１ｃによって出力補正値ＣＶ１が算出されていない場合や、例えばアイドル時のような低回転数領域では、所定の第２条件が成立しているとは判定しない。

出力値補正部２１ｄは、このようにして補正値算出部２１ｃにより算出された出力補正値ＣＶ１に基づいてリニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を補正するが、かかる出力補正値ＣＶ１を算出した際の負荷やエンジン回転数が、当該出力補正値ＣＶ１に基づいて補正しようとする、リニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を検出する際の負荷やエンジン回転数と余りにもかけ離れている場合には、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することが困難になるおそれがある。

より詳しくは、気筒から排気集合部９５に設けられたリニアＯ_２センサ４７に至る空間の容積は一定であることから、各気筒から排出された排気ガスがリニアＯ_２センサ４７に到達するまでの時間は、排気ガスが当該空間をどれだけ早く満たすか、例えば排気流量がどれくらい多いかに因る。換言すると、排気流量が多いほど、気筒から排出された排気ガスがリニアＯ_２センサ４７で検出可能となるまでの時間が短くなるため、排気流量が多い場合には、排気流量が少ない場合に比して、リニアＯ_２センサ４７自体の出力特性があたかも向上したように測定される。

そこで、出力値補正部２１ｄは、図１０に示すように、リニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を補正する際の排気流量（排気流量に関連する値）が、当該リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定したときの排気流量（排気流量に関連する値）よりも減少するほど、出力補正値ＣＶ１が大きくなるように当該出力補正値ＣＶ１を修正する一方、リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定したときの排気流量（排気流量に関連する値）よりも増大するほど、出力補正値ＣＶ１が小さくなるように当該出力補正値ＣＶ１を修正するように構成されている。

なお、λ＝１を前提とすると、排気流量は、燃料量と吸気流量との和で決まることから、排気流量に関連する値としてエアフローセンサ２９によって検出された吸気流量を用いることができる。

他方、エンジン回転数が上昇した場合、リニアＯ_２センサ４７が空燃比の変化を検出するのに要する時間が短縮される訳ではなく、あくまで変動の間隔が短くなることから、ある気筒から排出された排気ガスの空燃比を検出している途中で、他の気筒から排出された排気ガスの空燃比の影響を受けることになる。このため、エンジン回転数が高い場合には、エンジン回転数が低い場合に比して、リニアＯ_２センサ４７自体の出力特性があたかも低下したように測定される。

そこで、出力値補正部２１ｄは、図１１に示すように、リニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を補正する際のエンジン回転数が、当該リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも減少するほど、出力補正値ＣＶ１が小さくなるように当該出力補正値ＣＶ１を修正する一方、リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも増大するほど、出力補正値ＣＶ１が大きくなるように当該出力補正値ＣＶ１を修正するように構成されている。

そうして、出力値補正部２１ｄは、リニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を補正する際の排気流量（又はエンジン回転数）と、当該リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定したときの排気流量（又はエンジン回転数）との差に応じて、出力補正値ＣＶ１を修正した診断用補正値ＣＶ２を用いて、リニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を補正するように構成されている。このようにして出力値補正部２１ｄにより補正された診断用出力値ＯＶ２は、ＰＣＭ２１内のずれ異常検出部２１ｅに入力される。

ずれ異常検出部２１ｅは、出力値補正部２１ｄにより補正されたリニアＯ_２センサ４７の診断用出力値ＯＶ２を用いて空気過剰率λ（＝出力値／理論空燃比）を算出し、上述の如く、空気過剰率λの変化率である差分値を演算し、その差分値の絶対値を積算し、所定期間内における空気過剰率λの差分値の積算値が所定の判定値以上であるか否かで、ずれ異常が発生しているか否かを判定するように構成されている。

ここで、気筒♯１〜♯４に供給される混合気の空燃比が正常であれば、空気過剰率λは、理論空燃比付近に収まるが、いずれかの気筒の空燃比が異常になると、排出ガスの空燃比が乱れて、空気過剰率λの変動が大きくなって、空気過剰率λの差分値の積算値が大きくなる。このため、所定期間内における空気過剰率λの差分値の積算値が所定値以上であるか否かで、いずれかの気筒の空燃比が異常であるか否かを判定することが可能となる。

−異常検出装置の処理動作−
《補正値算出処理》
ここで、空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出する際の補正値算出処理について、図１２に示すフローチャートに基づいて説明する。

このフローチャートに示すルーチンはイグニッションオンでスタートし、先ず、最初のステップＳＡ１では、後述する空燃比出力特性測定を行った後に、ステップＳＡ２に進む。次のステップＳＡ２では、補正値算出２１ｃが、空燃比出力特性測定サブルーチンで測定されたリニアＯ_２センサ４７の無駄時間及び応答性と、リニアＯ_２センサ４７の機械的な個体差により生じる出力特性のばらつきの中央値に基づいて設定され、予め記憶された基準特性（基準無駄時間及び基準応答性）とに基づいて、リニアＯ_２センサ４７の出力値を、当該リニアＯ_２センサ４７の個体差に応じて補正するための出力補正値ＣＶ１を算出する。具体的には、補正値算出部２１ｃは、測定された応答性（変化率）が基準応答性よりも小さく、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも長い場合は、リニアＯ_２センサ４７の出力値を増大させるような出力補正値ＣＶ１を算出する一方、測定された応答性（変化率）が基準応答性よりも大きく、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも短い場合は、リニアＯ_２センサ４７の出力値を減少させるような出力補正値ＣＶ１を算出し、しかる後にエンドする。

《空燃比出力特性測定》
次に、空燃比出力特性測定（ステップＳＡ１）サブルーチンについて、図１３に示すフローチャートを用いて説明する。

先ず、最初のステップＳＢ１では、エンジン回転数センサ５７により検出されたエンジン回転数Ｎｅ１と、スロットル開度センサ５３により検出されたスロットル開度Ｔｈ１と、エアフローセンサ２９により検出された吸気流量Ａ１と、エンジン水温センサ２３により検出されたエンジン水温Ｔｗ１と、を測定条件判定部２１ｂが読み込み、しかる後にステップＳＢ２に進む。

次のステップＳＢ２では、測定条件判定部２１ｂが、空燃比センサ出力特性測定、すなわち、リニアＯ_２センサ４７の出力特性測定の実行条件が成立しているか否かを判定する。より詳しくは、エンジン水温Ｔｗ１が暖機完了を示す所定温度以上になっているか否か、又は、エンジン回転数Ｎｅ１、吸気充填効率、スロットル開度Ｔｈ１の各変動量が小さく、安定しているか否かを判定する。このステップＳＢ２の判定がＮＯであるとき、例えば、アイドル時のような低回転数領域にある場合には、再びステップＳＢ１に戻る。

一方、ステップＳＢ２の判定がＹＥＳであるとき、すなわち、空燃比を変動させても走行性への影響が小さいと判定したときは、ステップＳＢ３に進み、第１気筒♯１から燃料増量を開始し、しかる後にステップＳＢ４に進む。次のステップＳＢ４では、第１気筒♯１、第３気筒♯３、第４気筒♯４、第２気筒♯２の順で、燃料増量制御がｎ（整数）×４（気筒数）回（４回、８回、１２回、…）持続されたか否かを判定する。このステップＳＢ４の判定がＮＯであるときは、ステップＳＢ３に戻る。

一方、ステップＳＢ４の判定がＹＥＳであるときは、ステップＳＢ５に進み、第１気筒♯１から燃料減量を開始し、しかる後にステップＳＢ６に進む。次のステップＳＢ６では、第１気筒♯１、第３気筒♯３、第４気筒♯４、第２気筒♯２の順で、燃料減量制御がｎ（整数）×４（気筒数）回持続されたか否かを判定する。このステップＳＢ６の判定がＮＯであるときは、ステップＳＢ５に戻る一方、ステップＳＢ６の判定がＹＥＳであるときは、ステップＳＢ７に進む。このように、特定の気筒（第１気筒♯１）から全気筒数の整数倍の回数だけ燃料噴射工程を行うことで、増量と減量とを繰り返す場合には、増量する際にも減量する際にも、常に同じ気筒（第１気筒♯１）から測定が開始されることになる。

次のステップＳＢ７では、出力特性測定部２１ａが、リニアＯ_２センサ４７の出力特性測定を実行、すなわち、空燃比変動制御における燃料の増量及び減量に対するリニアＯ_２センサ４７の無駄時間及び応答性を測定し、しかる後にステップＳＢ８に進む。

次のステップＳＢ８では、空燃比出力特性測定が所定回数行われたか否かを判定する。このステップＳＢ８の判定がＮＯであるときは、ステップＳＢ１に戻る一方、ステップＳＢ８の判定がＹＥＳであるときは、エンドする。

《出力値補正処理》
次に、出力値補正処理について、図１４に示すフローチャートに基づいて説明する。

先ず、最初のステップＳＣ１では、エンジン回転数センサ５７により検出されたエンジン回転数Ｎｅ２と、スロットル開度センサ５３により検出されたスロットル開度Ｔｈ２と、エアフローセンサ２９により検出された吸気流量Ａ２と、エンジン水温センサ２３により検出されたエンジン水温Ｔｗ２と、補正値算出部２１ｃにより算出された出力補正値ＣＶ１と、を測定条件判定部２１ｂが読み込み、しかる後にステップＳＣ２に進む。

次のステップＳＣ２では、測定条件判定部２１ｂが、気筒間におけるずれ異常診断の実行条件が成立しているか否かを判定する。このステップＳＢ２の判定がＮＯであるとき、すなわち、補正値算出部２１ｃによって算出された出力補正値ＣＶ１が読み込まれていない場合や、例えばアイドル時のようにエンジン回転数Ｎｅ２が低回転数領域である場合には、再びステップＳＣ１に戻る。

一方、ステップＳＣ２の判定がＹＥＳであるときは、ステップＳＣ３に進み、出力値補正部２１ｄが、エンジン回転数Ｎｅ１と、エンジン回転数Ｎｅ２と、出力補正値ＣＶ１とに基づき、診断用補正値ＣＶ２を算出する。具体的には、出力値補正部２１ｄは、リニアＯ_２センサ４７の出力値を補正する際のエンジン回転数Ｎｅ２が、当該リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定したときのエンジン回転数Ｎｅ１よりも減少するほど、出力補正値ＣＶ１が小さくなるように当該出力補正値ＣＶ１を修正する一方、リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも増大するほど、出力補正値ＣＶ１が大きくなるように当該出力補正値ＣＶ１を修正して、診断用補正値ＣＶ２を算出し、しかる後にステップＳＣ４に進む。

次のステップＳＣ４では、出力値補正部２１ｄが、リニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を測定し、しかる後にステップＳＣ５に進む。次のステップＳＣ５では、出力値補正部２１ｄが、ステップＳＣ４で測定したリニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を、ステップＳＣ３で算出した診断用補正値ＣＶ２を用いて補正することで、具体的には、出力値ＯＶ１に診断用補正値ＣＶ２を乗じて診断用出力値ＯＶ２を算出し、しかる後にステップＳＣ６に進む。

次のステップＳＣ６では、後述するずれ異常診断制御を行った後にエンドする。

《ずれ異常診断制御》
次に、ずれ異常診断制御（ステップＳＣ６）サブルーチンについて、図１５に示すフローチャートを用いて説明する。

先ず、最初のステップＳＤ１では、上記クランク角センサ３７からの信号に基づいて、現在のクランク角が、空気過剰率λの差分値λd を演算する所定クランク角であるか否かを判定する。このステップＳＤ１の判定がＮＯであるときは、再びステップＳＤ１に戻る一方、ステップＳＤ１の判定がＹＥＳであるときは、ステップＳＤ２に進む。

次のステップＳＤ２では、空気過剰率λ（＝診断用出力値ＯＶ２／理論空燃比）を算出し、しかる後にステップＳＤ３に進む。

次のステップＳＤ３では、前回（１回前）の空気過剰率λをλ（ｉ−１）とし、今回の空気過剰率λをλ（ｉ）として、空気過剰率λの差分値λｄ（＝λ（ｉ−１）−λ（ｉ））を算出し、しかる後にステップＳＤ４に進む。

次のステップＳＤ４では、ステップＳＤ３で算出した今回の空気過剰率λの差分値λd の絶対値｜λd ｜を、ＰＣＭ２１に記憶されている前回の空気過剰率λの差分値の積算値λsに加算して、今回の空気過剰率λの差分値の積算値λsを求め、しかる後にステップＳＤ５に進む。

次のステップＳＤ５では、空気過剰率λの差分値λd の絶対値｜λd ｜を積算する期間が所定期間を経過したか否かを判定する。このステップＳＤ５の判定がＮＯであるときは、再びステップＳＤ１に戻って差分値の積算値λsへの加算を継続する一方、ステップＳＤ５の判定がＹＥＳであるときは、ステップＳＤ６に進む。

次のステップＳＤ６では、空気過剰率λの差分値の積算値λsが、所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。このステップＳＤ６の判定がＮＯであるときは、ステップＳＤ９に進み、正常と判定した後エンドする。一方、ステップＳＤ６の判定がＹＥＳであるときは、ステップＳＤ７に進み、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常が生じていると判定し、しかる後にステップＳＤ８に進む。

次のステップＳＤ８では、警報を作動（例えば、警告ランプ５９を点滅）させることで、乗員に対し、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常が発生していることを報知し、しかる後にエンドする。

−効果−
本実施形態によれば、燃料噴射量を変動させる際には、常に特定の気筒（第１気筒♯１）から燃料噴射量の増量又は減量が開始されるので、燃料噴射量の変動を開始させる気筒が異なることに起因する測定誤差の発生が抑制される。したがって、気筒毎の排出ガスのリニアＯ_２センサ４７に対する当たり方の強弱如何に拘わらず、リニアＯ_２センサ４７の出力特性を精度良く測定することができる。

また、所定期間は全気筒数の整数倍の回数だけ燃料噴射工程が行われる期間であることから、増量する際にも減量する際にも常に第１気筒♯１から測定が開始されるので、燃料噴射量の変動を開始させる気筒が異なることに起因する測定誤差の発生が抑制される。

さらに、リニアＯ_２センサ４７の個体差によって適切な出力値が出力されない場合にも、所定の条件で算出された出力補正値ＣＶ１に基づいて（診断用補正値ＣＶ２によって）、検出されたリニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を補正することで、リニアＯ_２センサ４７の適切な診断用出力値ＯＶ２を得ることが可能となる。

（実施形態２）
本実施形態は、燃料噴射量制御の制御パターンが実施形態１と異なるものである。以下、実施形態１と異なる点について説明する。

実施形態１では、４気筒分の燃料噴射量の増量が終了した後、直ぐに燃料噴射量の減量を行ったが、本実施形態では、図１６（ａ）に示すように、４気筒分の燃料噴射工程だけ燃料噴射量の増量が終了した後、理論空燃比の領域を与えた後、４気筒分の燃料噴射工程だけ燃料噴射量の減量を行うように、又は、図１６（ｂ）に示すように、４気筒分の燃料噴射工程だけ燃料噴射量の減量が終了した後、理論空燃比の領域を与えた後、４気筒分の燃料噴射工程だけ燃料噴射量の増量を行うようにしている。

なお、図１６（ａ）及び（ｂ）中の符合♯１〜♯４は、図６と同様に、第１気筒〜第４気筒の燃料噴射工程をそれぞれ示す。また、図１６（ａ）及び（ｂ）の例では、各気筒の燃料噴射工程における燃料噴射量の増加量（又は減少量）を同じとしているが、これに限らず、例えば、気筒ごとに燃料噴射工程における燃料噴射量の増加量（又は減少量）を変化させてもよい。

本発明では、燃料噴射量制御を、所定の第１条件、すなわち、空燃比の変動による走行性への影響が小さい状態で行っているが、燃料噴射量をこのように制御すれば、走行性への影響をさらに抑えることができる。

（実施形態３）
本実施形態は、特定の気筒（第１気筒♯１）から出力特性の測定を開始するのみならず、当該特定の気筒の排気タイミングから出力特性の測定を開始する点が上記実施形態１及び２と異なるものである。以下、実施形態１及び２と異なる点について説明する。

図１７は、無駄時間の発生するメカニズム及び応答性が小さくなるメカニズムを模式的に説明する図である。図１７に示すように、燃料噴射量を変動させて（燃料噴射量変更制御）から、リニアＯ_２センサ４７が排気ガスの空燃比の変化を検出するまでの無駄時間は、遅ればらつきＴ１、遅ればらつきＴ２、遅ればらつきＴ３及び遅ればらつきＴ４が累積することによって生じる。ここで、Ｔ１は、出力特性測定部２１ａがインジェクタ３９を作動させるための信号を送信してから燃料噴射量が実際に変更されるまでの遅ればらつきであり、Ｔ２は、燃料噴射量を変動させた第１気筒♯１から排気ガスが排出されるまでの遅ればらつきであり、Ｔ３は、排気ガスが排気集合部９５を満たすまでの遅ればらつきであり、Ｔ４は、排気ガスがリニアＯ_２センサ４７の素子等に至るまでの遅ればらつきである。また、応答性はリニアＯ_２センサ４７の素子の反応遅れＴ５に起因して小さくなる。

そこで、ＰＣＭ２１は、少なくとも、遅ればらつきＴ１及び遅ればらつきＴ２を解消するために、出力特性測定部２１ａにより第１気筒♯１から燃料噴射量の増量（又は減量）を開始し、その後燃料噴射量の増量（又は減量）を所定期間継続させるのみならず、リニアＯ_２センサ４７の出力特性を測定する際、当該第１気筒♯１の排気タイミングから出力特性の測定を開始するように構成されている。ここで排気タイミングとは、排気弁（排気バルブ）４５の開タイミング（排気弁４５が開くタイミング）であり、本実施形態では、上記電磁ＶＶＴ４５ａによって、排気行程の開始時に排気弁４５が開くように設定されている。

具体的には、ＰＣＭ２１は、図１８に示すように、上記出力特性測定部２１ａ、測定条件判定部２１ｂ、補正値算出部２１ｃ、出力値補正部２１ｄ及びずれ異常検出部２１ｅに加えて、測定開始タイミング設定部２１ｆをさらに有している。なお、実施形態１（図１）と同じ構成部には同じ符合が用いてある。

この測定開始タイミング設定部２１ｆは、出力特性測定部２１ａが燃料噴射量の増量を開始すると、上記クランク角センサ３７により検出されたクランク角を読み込み、当該クランク角に基づいて第１気筒♯１の排気弁４５の開タイミングを計算して、当該排気弁４５の開タイミングを出力特性の測定開始タイミングとして設定するように構成されている。測定開始タイミング設定部２１ｆによって設定された測定開始タイミングは、出力特性測定部２１ａに入力される。出力特性測定部２１ａは、当該測定開始タイミングに従って、第１気筒♯１の排気行程の開始時からリニアＯ_２センサ４７の出力特性の測定を開始する。

このように、測定開始タイミングに従って出力特性の測定を開始することにより、すなわち、図１９（ａ）に示す燃料制御の変更タイミングや図１９（ｂ）に示す第１気筒♯１の燃料噴射タイミングではなく、第１気筒♯１の排気行程の開始時から出力特性の測定を開始することにより、図１９（ｇ）に示すように、燃料制御の変更タイミングから排気行程の開始時までの無駄時間（Ｔ１＋Ｔ２）が解消されることになる。なお、図１９（ｃ）、図１９（ｄ）及び図１９（ｅ）は、第３気筒♯３、第４気筒♯４及び第２気筒♯２の燃料噴射タイミング及び各行程をそれぞれ示す。

また、本実施形態では、図１９（ｆ）に示すように、ピストン７がボトムから上昇する途中（約３０度）で排気弁４５が開き、ピストン７がトップから下降した直後（約５度）で排気弁４５が閉じるように、排気弁４５の開閉タイミングが設定されているが、これに限らず、例えば、ピストン７がボトムに達する前に排気弁４５が開くようにしてもよい。このようにすれば、排気行程のみならず、膨張行程の終期から排気行程において排気ガスが排出される場合にも、リニアＯ_２センサ４７の出力特性を精度良く測定することが可能となる。

次に、空燃比出力特性測定サブルーチンについて、図２０に示すフローチャートを用いて説明する。なお、ステップＳＢ１〜ステップＳＢ６並びにステップＳＢ７及びステップＳＢ８については、図１３に示したフローチャートと同じステップを表しているので、詳しい説明は省略する。

ステップＳＢ３で第１気筒♯１から燃料増量を開始し、その後ステップＳＢ４の判定がＹＥＳとなり、ステップＳＢ５で第１気筒♯１の燃料減量が開始され、ステップＳＢ４の判定がＹＥＳとなれば、次のステップＳＥ１では、クランク角センサ３７により検出されたクランク角を測定開始タイミング設定部２１ｆが読み込み、しかる後にステップＳＥ２に進む。

次のステップＳＥ２では、測定開始タイミング設定部２１ｆがクランク角に基づいて第１気筒♯１の排気弁４５の開タイミングを計算し、しかる後にステップＳＥ３に進む。次のステップＳＥ３では、測定開始タイミング設定部２１ｆが、第１気筒♯１の排気弁４５の開タイミングを出力特性の測定開始タイミングとして設定し、しかる後にステップＳＢ７に進む。次のステップＳＢ７では、出力特性測定部２１ａが、第１気筒♯１の排気弁４５の開タイミングからリニアＯ_２センサ４７の出力特性測定を実行する。

−効果−
本実施形態によれば、燃料噴射量を変動させる際、常に燃料噴射量の増量又は減量が開始される第１気筒♯１から出力特性の測定を開始するのみならず、当該第１気筒♯１の排気タイミングから出力特性の測定を開始するので、少なくとも、出力特性測定部２１ａがインジェクタ３９を作動させるための信号を送信してから燃料噴射量が実際に変更されるまでの遅ればらつきＴ１や、燃料噴射量を変動させた第１気筒♯１から排気ガスが排出されるまでの遅ればらつきＴ２が解消される。これにより、リニアＯ_２センサ４７の出力特性をより一層精度良く測定することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態では、空燃比センサとして、空燃比にほぼ比例した出力を発生するリニアＯ_２センサ４７を用いたが、これに限らず、補正値を算出しないのであれば、例えば、λの値が１を境として出力が急変するラムダＯ_２センサを用いてもよい。

さらに、上記実施形態では、いずれかの気筒の空燃比のずれ異常を判定するために、本発明の出力特性測定方法によって空燃比の出力特性を測定したが、これに限らず、本発明の出力特性測定方法を他の用途、例えば、空燃比センサの故障検出等に用いてもよい。

また、上記実施形態では、リニアＯ_２センサ４７の出力値を補正する際のエンジン回転数に基づいて補正値を修正したが、これに限らず、例えば、リニアＯ_２センサ４７の出力を補正する際の排気流量に基づいて補正値を修正してもよい。

さらに、上記実施形態では、所定期間内における空気過剰率λの差分値の積算値が所定値以上であるか否かで、いずれかの気筒の空燃比が異常であるか否かを判定したが、これに限らず、他の判定手法を用いてもよい。

また、上記実施形態では、基準特性（基準無駄時間及び基準応答性）をリニアＯ_２センサ４７の製品ばらつきの中央値としたが、これに限らず、例えば、リニアＯ_２センサ４７の設計基準値としてもよい。

さらに、上記実施形態では、診断用補正値ＣＶ２を乗じることで、リニアＯ_２センサ４７の出力値ＯＶ１を補正するようにしたが、これに限らず、例えば、診断用補正値ＣＶ２を加えたり減じたりすることで出力値ＯＶ１を補正してもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明は、燃料噴射量を変動させた際の空燃比検出手段の出力値に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定方法及び出力特性測定装置等について有用である。

２１ａ 出力特性測定部（燃料噴射弁制御手段）
３９ インジェクタ（燃料噴射弁）
４５ 排気弁（排気バルブ）
４７ リニアＯ_２センサ（空燃比検出手段）
９５ 排気集合部
♯１〜♯４ 気筒
ＳＡ１，ＳＡ２ 補正値算出工程
ＳＣ６ ずれ異常を検出工程

Claims (10)

1. 複数の気筒を有し、各気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、複数の排気通路が集合しかつ、上記排気通路から流入する排気ガスの向きが互いに異なる排気集合部と、上記排気集合部に設けられかつ、上記複数の気筒のそれぞれから排出された排気ガス中の酸素濃度に関する値を出力する１つの空燃比検出手段と、を備えるエンジンにおいて、燃料噴射量を変動させた際の、上記空燃比検出手段の出力値の変化に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定方法であって、
   空燃比を変動させても走行性に影響が少ない所定の条件として予め設定された、水温が所定温度以上でかつ、上記エンジンの運転状態が定常で安定している条件で、常に特定の気筒から燃料噴射量の増量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の増量を所定期間継続し、又は、常に特定の気筒から燃料噴射量の減量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の減量を所定期間継続する第１ステップと、
   該第１ステップによる、上記特定気筒の燃料噴射量の変動に伴う上記空燃比検出手段の出力値の変化を測定する第２ステップと、
   該第２ステップで測定した出力値に基づいて、上記空燃比検出手段の出力特性を決定する第３ステップと、を有し、
   上記空燃比検出手段の出力特性に基づいて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出する補正値算出工程と、
   上記補正値に基づいて上記空燃比検出手段の出力値を補正し、当該補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出する工程とをさらに有することを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定方法。
2. 請求項１記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法において、
   上記空燃比検出手段の出力特性を測定する際、上記特定の気筒の排気タイミングから出力特性の測定を開始することを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定方法。
3. 請求項２記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法において、
   上記排気タイミングは、排気バルブの開タイミングであることを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法において、
   上記所定期間は、全気筒数の整数倍の回数だけ燃料噴射工程が行われる期間であることを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定方法。
5. 請求項１記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法において、
   上記補正値は、予め設定された、空燃比検出手段の機械的な個体差により生じる空燃比検出手段の出力特性のばらつきの中央値と、上記測定された出力特性との差に基づいて算出されることを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法において、
   上記出力特性は、無駄時間及び応答性に関するものであることを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定方法。
7. 複数の気筒を有し、各気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、複数の排気通路が集合しかつ、上記排気通路から流入する排気ガスの向きが互いに異なる排気集合部と、上記排気集合部に設けられかつ、上記複数の気筒のそれぞれから排出された排気ガス中の酸素濃度に関する値を出力する１つの空燃比検出手段と、を備えるエンジンにおいて、燃料噴射量を変動させた際の、上記空燃比検出手段の出力値に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定方法であって、
   空燃比を変動させても走行性に影響が少ない所定の条件として予め設定された、水温が所定温度以上でかつ、上記エンジンの運転状態が定常で安定している条件で、常に特定の気筒から燃料噴射量の増量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の増量を所定期間継続し、又は、常に特定の気筒から燃料噴射量の減量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の減量を所定期間継続する第１ステップと、
   該第１ステップによる、上記特定気筒の燃料噴射量の変動に伴う上記空燃比検出手段の出力値の変化を、燃料噴射量を変動させた気筒の排気タイミングから測定する第２ステップと、
   該第２ステップで測定した出力値に基づいて、上記空燃比検出手段の出力特性を決定する第３ステップと、を有し、
   上記空燃比検出手段の出力特性に基づいて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出する補正値算出工程と、
   上記補正値に基づいて上記空燃比検出手段の出力値を補正し、当該補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出する工程とをさらに有することを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定方法。
8. 請求項７記載の空燃比検出手段の出力特性測定方法において、
   上記排気タイミングは、排気バルブの開タイミングであることを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定方法。
9. 複数の気筒を有し、各気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段と、複数の排気通路が集合しかつ、上記排気通路から流入する排気ガスの向きが互いに異なる排気集合部と、上記排気集合部に設けられかつ、上記複数の気筒のそれぞれから排出された排気ガス中の酸素濃度に関する値を出力する１つの空燃比検出手段と、を備えるエンジンにおいて、燃料噴射量を変動させた際の、上記空燃比検出手段の出力値に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定装置であって、
   上記空燃比検出手段は、その出力特性に基づいて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出すると共に、上記補正値に基づいて補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するためのものであり、
   空燃比を変動させても走行性に影響が少ない所定の条件として予め設定された、水温が所定温度以上でかつ、上記エンジンの運転状態が定常で安定している条件で、常に特定の気筒から燃料噴射量の増量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の増量を所定期間継続し、又は、常に特定の気筒から燃料噴射量の減量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の減量を所定期間継続する燃料噴射量変動手段と、
   該燃料噴射量変動手段による、上記特定気筒の燃料噴射量の変動に伴う上記空燃比検出手段の出力値の変化を測定する空燃比変動検出手段と、
   該空燃比変動検出手段で測定した出力値に基づいて、上記空燃比検出手段の出力特性を決定する出力特性決定手段と、を備えることを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定装置。
10. 複数の気筒を有し、各気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段と、複数の排気通路が集合しかつ、上記排気通路から流入する排気ガスの向きが互いに異なる排気集合部と、上記排気集合部に設けられかつ、上記複数の気筒のそれぞれから排出された排気ガス中の酸素濃度に関する値を出力する１つの空燃比検出手段と、を備えるエンジンにおいて、燃料噴射量を変動させた際の、上記空燃比検出手段の出力値に基づいて、当該空燃比検出手段の出力特性を測定する空燃比検出手段の出力特性測定装置であって、
    上記空燃比検出手段は、その出力特性に基づいて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出すると共に、上記補正値に基づいて補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するためのものであり、
    空燃比を変動させても走行性に影響が少ない所定の条件として予め設定された、水温が所定温度以上でかつ、上記エンジンの運転状態が定常で安定している条件で、常に特定の気筒から燃料噴射量の増量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の増量を所定期間継続し、又は、常に特定の気筒から燃料噴射量の減量を開始し、その後、上記複数の気筒の全てについて燃料噴射量の減量を所定期間継続する燃料噴射量変動手段と、
    該燃料噴射量変動手段による、上記特定気筒の燃料噴射量の変動に伴う上記空燃比検出手段の出力値の変化を、上記燃料噴射量変動手段によって最初に燃料噴射量を変動させた気筒の排気タイミングから測定する空燃比変動検出手段と、
    該空燃比変動検出手段で測定した出力値に基づいて、上記空燃比検出手段の出力特性を決定する出力特性決定手段と、を備えることを特徴とする空燃比検出手段の出力特性測定装置。
    

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