JP2010048117A - 空燃比センサの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコ―ル混合燃料を使用する場合の誤診断抑制を図った、空燃比センサの異常診断装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の空燃比に応じたセンサ信号を出力する空燃比センサと、センサ信号に基づく実空燃比が目標空燃比に近づくよう燃料噴射量をフィードバック補正する空燃比フィードバック制御手段と、フィードバック補正の変動量である空燃比補正変動量、センサ信号の変動量、及び燃料のアルコール濃度に基づき空燃比センサの異常有無を診断する異常診断手段（Ｓ４０，Ｓ７０，Ｓ８０）と、を備える。この異常診断手段（Ｓ４０，Ｓ７０，Ｓ８０）は、例えば、空燃比補正変動量及びセンサ信号変動量の比率に基づき診断指標を算出し（Ｓ４０）、算出した診断指標が閾値を超えたか否かに基づき空燃比センサの異常有無を診断する（Ｓ８０）にあたり、前記閾値をアルコール濃度に応じて可変設定する（Ｓ７０）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空燃比センサに応答性悪化等の異常が発生しているか否かを診断する、空燃比センサの異常診断装置に関する。

従来より、内燃機関の燃焼に供する混合気の空燃比（吸気と噴射燃料との比率）を目標空燃比に近づけるための空燃比フィードバック制御が知られている。すなわち、排気中の酸素濃度を検出することで空燃比に応じたセンサ信号を検出値として出力する空燃比センサを備え、そのセンサ信号に基づき算出された実空燃比が目標空燃比に近づくよう燃料噴射量をフィードバック補正する制御である（特許文献１参照）。

ここで、空燃比センサが劣化してくると、実空燃比の変化に対するセンサ信号の応答性が悪化する。すると、燃料噴射量をフィードバック補正したことに伴い生じるセンサ信号の変化が小さくなり、その結果、センサ信号から算出される空燃比を目標空燃比に近づけるべくフィードバック補正の量が大きくなる。そのため、空燃比センサの応答性が悪化してくると、所定期間でのセンサ信号の変動量（以下、センサ信号変動量と記載）に対するフィードバック補正の変動量（以下、空燃比補正変動量と記載）が大きくなってくる。

この点に着目し、本発明者は、センサ信号変動量に対する空燃比補正変動量の比率を診断指標として算出し、この診断指標に基づき空燃比センサに応答性悪化等の異常が発生しているか否かを診断する異常診断装置を検討した。つまり、診断指標が閾値を超えて大きくなった場合に空燃比センサに異常が発生していると診断する。
特開平１−２１６０４０号公報

ところで近年では、内燃機関の代替燃料として、メタノールやエタノール等のアルコールをガソリンに混合したアルコール混合燃料や、アルコール１００％のアルコール燃料（以下、これらの燃料を単にアルコール混合燃料と記載）が提案されている。かかるアルコール混合燃料を用いた場合、アルコール濃度が高濃度であるほど理論空燃比が小さくなる。したがって、上述した空燃比フィードバック制御を行うにあたり、高濃度であるほどセンサ信号の変化に対して燃料噴射量を大きくフィードバック補正することを要する。つまり、高濃度であるほどセンサ信号変動量に対する空燃比補正変動量は大きくなり、その結果、診断指標が大きくなる。すると、空燃比センサに異常が発生していなくても、アルコール濃度が高濃度になると診断指標が大きくなってしまうので、本発明者が検討した上記異常診断装置では誤診断するおそれのあることが分かった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アルコ―ル混合燃料を使用する場合の誤診断抑制を図った、空燃比センサの異常診断装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、内燃機関の空燃比に応じたセンサ信号を検出値として出力する空燃比センサと、前記センサ信号に基づく実空燃比が目標空燃比に近づくよう燃料噴射量をフィードバック補正する空燃比フィードバック制御手段と、前記フィードバック補正の変動量である空燃比補正変動量、前記センサ信号の変動量、及び燃料のアルコール濃度に基づき前記空燃比センサの異常有無を診断する異常診断手段と、を備えることを特徴とする。

これによれば、空燃比補正変動量及びセンサ信号変動量に基づき空燃比センサの異常有無を診断するにあたり、アルコール濃度に応じた診断を行うことができるので、アルコ―ル混合燃料を使用する場合の誤診断抑制を図ることができる。

具体的には、例えば請求項２記載の如く、空燃比補正変動量及びセンサ信号変動量の比率に基づき診断指標を算出し、算出した診断指標が閾値を超えたか否かに基づき空燃比センサの異常有無を診断するにあたり、前記閾値をアルコール濃度に応じて可変設定することが挙げられる。

これによれば、例えばセンサ信号変動量に対する空燃比補正変動量の比率（空燃比補正変動量／センサ信号変動量）を診断指標として算出した場合において、アルコール濃度が高濃度であるほど閾値を高く設定することができる。よって、アルコール濃度が高濃度となることにより診断指標が大きくなったとしても、空燃比センサの正常時には診断指標が閾値を超えないようになるので、高濃度化による誤診断を回避できる。

異常診断手段の他の具体例として、例えば請求項３記載の如く、空燃比補正変動量及びセンサ信号変動量の比率に基づき診断指標を算出し、算出した診断指標をアルコール濃度に応じて補正し、補正した診断指標が閾値を超えたか否かに基づき空燃比センサの異常有無を診断することが挙げられる。

これによれば、例えば「空燃比補正変動量／センサ信号変動量」を診断指標として算出した場合において、アルコール濃度が高濃度であるほど診断指標を小さくするよう補正できる。よって、アルコール濃度が高濃度となることにより診断指標が大きくなることを前記補正により抑制できるので、空燃比センサの正常時には診断指標が閾値を超えないようになる。よって、高濃度化による誤診断を回避できる。

請求項４記載の発明では、前記フィードバック補正の値を学習する学習手段と、前記学習手段による学習値に基づき燃料のアルコール濃度を推定する濃度推定手段と、燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサと、を備える。そして、前記アルコール濃度センサに異常が生じていない正常時には、少なくとも前記アルコール濃度センサによる検出濃度に基づき前記異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を算出し、前記アルコール濃度センサに異常が生じている異常時には、前記濃度推定手段による推定濃度に基づき前記異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を算出することを特徴とする。

ここで、アルコール濃度センサによる検出濃度は濃度推定手段による推定濃度に比べて精度の信頼性が高い。そこで上記請求項４記載の発明では、異常診断手段の診断で用いるアルコール濃度を、アルコール濃度センサの正常時には信頼性の高い検出濃度に基づき算出するので、異常診断手段による診断の精度を向上できる。また、アルコール濃度センサの異常時には推定濃度に基づき算出するので、異常時に検出濃度を用いることで誤診断してしまうことを回避できるとともに、正常時に比べて診断精度が低下するものの異常時における診断を継続して行うことができる。

ところで、燃料タンクに燃料が残存した状態で、その残存燃料とは異なるアルコール濃度の燃料を燃料タンクに補給した場合に、燃料タンク内の燃料のアルコール濃度は変化する。しかし、このように変化した燃料が燃料供給配管を通じて燃料噴射弁から噴射されるまでには時間がかかるため、例えばアルコール濃度センサを燃料タンク内や燃料供給配管に配置した場合には、アルコール濃度センサによる検出濃度と実際に噴射される燃料のアルコール濃度とにずれが生じることとなる。

この問題に対し請求項５記載の発明では、前記正常時には、前記検出濃度及び前記推定濃度に基づき前記異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を算出することを特徴とするので、検出濃度のみからアルコール濃度を算出する場合に比べて前記ずれを低減できる。よって、異常診断手段による診断の精度を向上できる。

請求項６記載の発明では、アルコール濃度センサの正常時には検出濃度に基づき異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を算出し、アルコール濃度センサの異常時には異常診断手段による診断を禁止することを特徴とする。

これによれば、異常診断手段の診断で用いるアルコール濃度を、アルコール濃度センサの正常時には信頼性の高い検出濃度に基づき算出するので、異常診断手段による診断の精度を向上できる。また、アルコール濃度センサの異常時には診断を禁止するので、検出濃度を用いることで誤診断してしまうことを回避できる。

請求項７記載の発明では、アルコール濃度センサの正常時には、少なくとも検出濃度に基づき異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を算出し、アルコール濃度センサの異常時には、異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を約１００％と仮定して前記診断を実行することを特徴とする。これによれば、異常診断手段の診断で用いるアルコール濃度を、アルコール濃度センサの正常時には信頼性の高い検出濃度に基づき算出するので、異常診断手段による診断の精度を向上できる。

また、アルコール濃度が高濃度になることに起因した誤診断のおそれが最も高いのは、アルコール濃度が１００％の時である。この点を鑑みた上記請求項７記載の発明では、アルコール濃度センサの異常時には、アルコール濃度を約１００％と仮定して前記診断を実行するので、最も誤診断を抑制させた状態で異常時における診断を継続して行うことができる。

ところで、センサ信号変動量、空燃比補正変動量及びアルコール濃度に基づき空燃比センサの異常有無を診断するにあたり、フィードバック補正の値及びセンサ信号の値が収束していない過渡状態（不安定状態）であれば、上記診断において十分な精度を確保できない。例えば、内燃機関の始動直後においては、センサ信号に基づく実空燃比が目標空燃比から大きく離れているため不安定状態となっていることが考えられる。

この点を鑑みた請求項８記載の発明では、前記フィードバック補正の値及び前記センサ信号の値の少なくとも一方が、収束して安定した状態になっているか否かを判定する安定状態判定手段を備え、前記安定状態判定手段により安定状態になっていると判定されるまでの期間は、前記異常診断手段による診断を禁止することを特徴とする。よって、不安定状態のもと十分な診断精度を確保できないまま空燃比センサの異常有無を診断してしまうことを回避できる。

なお、安定状態判定手段による判定手法の具体例（１）〜（５）を以下に列挙する。

（１）空燃比補正値及びセンサ信号値の少なくとも一方が、増加と減少を所定回数以上繰り返したことをもって、安定状態になったと判定する。

（２）空燃比補正値の変化及びセンサ信号値の変化の少なくとも一方が、増加から減少（又は減少から増加）へ切り換わった時点から所定時間経過したことをもって、安定状態になったと判定する。

（３）センサ信号値に基づき算出される実空燃比が、目標空燃比を基準にした設定値に対して所定回数以上横切るように変化したことをもって、安定状態になったと判定する。

（４）センサ信号値に基づき算出される実空燃比が、目標空燃比を基準にした設定値に対して横切るように変化した時点から所定時間経過したことをもって、安定状態になったと判定する。

（５）空燃比フィードバック制御が実行されていることを条件（ＦＢ実行条件）として、上記（１）〜（４）により安定状態になったと判定することを許可する。上記ＦＢ実行条件の具体例として、エンジン冷却水温が所定値以上になっていること、内燃機関の始動開始から所定時間が経過していること、空燃比センサを構成する酸素濃度検出素子が活性化した状態になっていること、等が挙げられる。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。

内燃機関である例えば直列４気筒のエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。エンジン運転中は、燃料タンク２１内の燃料が燃料ポンプ２２によりデリバリパイプ２３に送られ、各気筒の噴射タイミング毎に各気筒の燃料噴射弁２０から燃料が噴射される。

エンジン１１のシリンダヘッドには、吸気通路を流通する新気の一部をシリンダヘッド内に流入させる新気流入管２７と、以下に説明するブローバイガスを吸気通路に還流する排出管２８とが取り付けられている。そして、燃焼室内の排気の一部はピストンリングからクランクケース内に漏出するが、このように漏出してクランクケース内に滞留する排気（ブローバイガス）は、新気流入管２７からシリンダヘッドを通じてクランクケース内流入する新気により押し出され、その後、排出管２８を通じて吸気通路に還流する。これにより、クランクケース内及びシリンダヘッド内は掃気される。なお、排出管２８には、ブローバイガスの吸気通路への流入量を制御するＰＣＶバルブ（図示せず）が取り付けられている。

一方、エンジン１１の各気筒の排気マニホールド３５が合流する排気合流部３６には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ３７が設置され、この空燃比センサ３７の下流側に排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒３８が設けられている。更に、この触媒３８の下流側に、触媒３８を通過した排出ガスのリッチ／リーンを検出する酸素センサ４１が設置されている。この酸素センサ４１の出力は、触媒３８上流側の目標空燃比を補正するサブフィードバック制御に用いられたり、触媒３８の劣化診断を行うのに使用されたりする。

また、エンジン１１には、クランク軸の回転に同期して所定クランク角毎（例えば３０℃Ａ毎）にクランク角信号のパルスを出力するクランク角センサ３３が設けられている。また、燃料タンク２１から燃料噴射弁２０に至るまでの燃料経路には、燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ２１ａが設けられている。図１に示す例ではアルコール濃度センサ２１ａを燃料タンク２１に配置している。

そして、上述した空燃比センサ３７、クランク角センサ３３、アルコール濃度センサ２１ａ等の各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）４０に入力される。このＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて各気筒の燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火時期を制御する。

更に、ＥＣＵ４０は、触媒３８上流側の空燃比センサ３７及び／又は触媒３８下流側の酸素センサ４１の出力、若しくは、空燃比の影響を受けて変化するパラメータ（エンジン回転変動）に基づいて異常診断を実施する異常診断手段として機能し、例えば、触媒３８の劣化診断、燃料系異常診断、空気系異常診断、酸素センサ４１の異常診断、燃料性状診断等の様々な異常診断を行う。

例えば、触媒３８の劣化診断は、空燃比センサ３７の出力変化量と酸素センサ４１の出力変化量との比に基づいて診断する。燃料系異常診断は、後述する空燃比補正量とその学習値に基づいて診断する。酸素センサ４１の異常診断は、酸素センサ４１の出力の挙動と空燃比センサ３７の出力の挙動との関係に基づいて診断する。例えば、触媒３８上流側の空燃比が連続的にリッチの状態が続くと、その後、触媒３８のリッチ成分吸着量が飽和状態となる時間だけ遅れて触媒３８下流側の空燃比がリッチに変化するため、この時点で、酸素センサ４１の出力がリッチに変化したか否かで、酸素センサ４１の異常の有無を判定すれば良い。

次に、ＥＣＵ４０による燃料噴射弁２０の作動制御、つまり燃料噴射制御について説明する。ＥＣＵ４０は、クランク角センサ３３の検出値に基づきエンジン回転速度ＮＥを算出するとともに、エアフローメータ１４や吸気管圧力センサ１８の検出値に基づき吸気量（エンジン負荷）を算出する。そして、算出したエンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷、及びエンジン冷却水温度等に基づき、燃料噴射弁２０からの燃料噴射量を制御する。より詳細には、ＥＣＵ４０は、エンジン回転速度ＮＥ、スロットル開度ＴＨ等により算出されるエンジン負荷、及び冷却水温度ＴＷ等に基づき燃料の目標噴射量を算出する。

さらにＥＣＵ４０（空燃比フィードバック制御手段）は、空燃比センサ３７から出力されるセンサ信号（以下、「ＡＦセンサ信号」と記載）に基づき、吸気量と噴射燃料との比率である空燃比を算出する。そして、ＡＦセンサ信号に基づき算出された実際の空燃比（実空燃比）が目標空燃比（例えば空気過剰率λ＝１）に近づくよう前記目標噴射量をフィードバック補正（空燃比フィードバック制御）する。

ここで、燃料噴射弁２０、エアフローメータ１４及び空燃比センサ３７等が経年劣化すると、空燃比フィードバック制御の開始時点では、実空燃比と目標空燃比との偏差が大きくなってくるので、フィードバック補正の量も増大してくる。すると、空燃比フィードバック制御を開始してから実空燃比が目標空燃比に近づくまでの時間（応答時間）が長くなることが懸念される。そこで、ＥＣＵ４０（学習手段）は、所定の学習条件を満たした場合にフィードバック補正の値を学習し、次回空燃比フィードバック制御を開始した時には目標噴射量を学習値に基づき補正することで、上記懸念の解消を図っている。

要するに、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷から算出した目標噴射量を、空燃比フィードバック補正（空燃比補正量）及び学習値（空燃比学習補正量）により補正することで、応答性良く実空燃比を目標空燃比に近づけることを図っている。

ここで、空燃比センサ３７は、経年劣化等により応答性が悪化するといった応答性異常の状態になることがある。そこでＥＣＵ４０は、空燃比センサ３７の応答性異常の有無を以下の手法により診断する。すなわち、空燃比センサ３７の応答性が悪化してくると、空燃比フィードバック補正したことに伴い生じる空燃比センサ３７のＡＦセンサ信号変化が小さくなり、その結果、ＡＦセンサ信号から算出される空燃比を目標空燃比に近づけるべく空燃比フィードバック補正の量（空燃比補正量）が大きくなる。そのため、空燃比センサ３７の応答性が悪化してくると、所定期間（図４中の符号Ａ参照）でのＡＦセンサ信号の変動量（センサ信号変動量）に対する空燃比補正量の変動量（空燃比補正変動量）が大きくなってくる。

例えば、図４（ｂ）のタイムチャートはＡＦセンサ信号の変化を示し、図４（ｃ）のタイムチャートは空燃比補正量の変化を示すものである。そして、Ｔ１期間における空燃比補正量の変動波形は応答性異常が発生していない正常時での変動波形に相当し（但しアルコール濃度を０％とする）、Ｔ３期間における空燃比補正量の変動波形は応答性異常発生時での変動波形に相当する（但しアルコール濃度を０％とする）。これらのタイムチャートに示すように、センサ信号変動量が同じであっても、応答性異常発生時には空燃比補正変動量（例えば図４中の符号Ｂに示す変動幅）が大きくなってくる。

そこでＥＣＵ４０は、センサ信号変動量に対する空燃比補正変動量の比率（空燃比補正変動量／センサ信号変動量）を診断指標として算出し、算出した診断指標が閾値を超えて大きくなった場合に、空燃比センサ３７に応答性異常が発生していると診断する。なお、当該診断を実行している時のＥＣＵ４０は異常診断装置に相当する。

しかしながら、燃料のアルコール濃度が高くなってくると理論空燃比が小さくなるため、空燃比フィードバック制御を行うにあたり、高濃度であるほどＡＦセンサ信号の変化に対して燃料噴射量を大きくフィードバック補正することを要する。つまり、高濃度であるほどセンサ信号変動量に対する空燃比補正変動量は大きくなる。例えば、図４（ｃ）のＴ１期間に示す波形はアルコール濃度０％かつ空燃比センサ３７正常時の波形に相当し、Ｔ２期間に示す波形はアルコール濃度５０％かつ正常時の波形に相当し、Ｔ３期間に示す波形はアルコール濃度１００％かつ正常時の波形に相当する。つまり、アルコール濃度が高濃度になるほど空燃比補正変動量が大きくなるので、先述した診断指標が大きくなる。すると、空燃比センサ３７に異常が発生していなくても、アルコール濃度が高濃度になると診断指標が大きくなってしまうので、誤診断の懸念が生じる。

この懸念に対し本実施形態では、図２に示す診断手順を実行することで、アルコール濃度が高濃度であるほど前記閾値を高くするよう可変設定している。以下、図２の診断手順を詳細に説明する。なお、図２の処理は、ＥＣＵ４０のマイコンにより、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして起動した後、所定周期毎に繰り返し実行される。

先ず、ステップＳ１０において、空燃比フィードバック制御の実行条件（ＦＢ実行条件）が成立しているか否かを判定する。具体的には、エンジン冷却水温が所定値以上になっていること、エンジン１１の始動開始から所定時間が経過していること、空燃比センサ３７を構成する酸素濃度検出素子が活性化した状態になっていること、等をＦＢ実行条件とする。

ＦＢ実行条件が成立していると判定（Ｓ１０：ＹＥＳ）された場合には、続くステップＳ２０では、図４（ｃ）に例示される空燃比補正量の波形から、空燃比補正変動量を算出する。具体的には、所定期間Ａにおける空燃比補正量の変動幅Ｂや、所定期間Ａにおける空燃比補正量の積算値等を空燃比補正変動量として算出する。

続くステップＳ３０では、図４（ｂ）に例示されるＡＦセンサ信号の波形から、センサ信号変動量を算出する。具体的には、所定期間ＡにおけるＡＦセンサ信号の変動幅や、所定期間ＡにおけるＡＦセンサ信号の積算値等をセンサ信号変動量として算出する。

続くステップＳ４０（指標算出手段）では、ステップＳ２０で算出した空燃比補正変動量を、ステップＳ３０で算出したセンサ信号変動量で除算して得られた比率（空燃比補正変動量／センサ信号変動量）を、診断指標として算出する。

ここで、図４（ａ）のタイムチャートはアルコール濃度の変化を示しており、Ｔ１期間、Ｔ２期間、Ｔ３期間と時間が経過するにつれアルコール濃度が高濃度に推移していく様子を示している。このようにアルコール濃度が高濃度化していくと、空燃比補正量変動量Ｂは図４（ｃ）に示す如く大きくなることは先述した通りであるが、フィードバック補正の学習値（空燃比学習補正量）も高濃度化に伴い増大することとなる（図４（ｄ）参照）。したがって、空燃比学習補正量に基づけばアルコール濃度を推定することができる。このように、空燃比学習補正量に基づくアルコール濃度の推定を、続くステップＳ５０（濃度推定手段）では実施している。

そして、続くステップＳ６０では、ステップＳ５０で推定した推定濃度と、アルコール濃度センサ２１ａにより検出されたアルコール濃度（以下、「検出濃度」と記載）とを比較して、アルコール濃度センサ２１ａに断線、短絡等の異常が生じているか否かを判定する。例えば、検出濃度と推定濃度との偏差が所定値以上となっていればアルコール濃度センサ２１ａに異常が生じていると判定すればよい。そして、アルコール濃度センサ２１ａの異常判定が為された場合（Ｓ６０：ＮＯ）には、ステップＳ４０で算出した診断指標に基づき応答性異常の診断をすることを禁止する（ステップＳ１１０）。

一方、アルコール濃度センサ２１ａの正常判定が為された場合（Ｓ６０：ＹＥＳ）には、続くステップＳ７０（閾値設定手段（異常診断手段））において、アルコール濃度センサ２１ａによる検出濃度に基づき閾値を算出する。ここでは、検出濃度が高濃度であるほど閾値を高くするよう算出（可変設定）しており、例えば、アルコール濃度と最適な閾値との関係を予め試験により取得しておき、前記関係を図３に示すマップ等にてＥＣＵ４０に記憶させておき、このマップを参照して検出濃度に基づき閾値を算出すればよい。

続くステップＳ８０（異常判定手段（異常診断手段））では、ステップＳ４０で算出した診断指標が、ステップＳ７０で算出した閾値より大きいか否かを判定する。診断指標＞閾値でないと判定（Ｓ８０：ＮＯ）された場合には、続くステップＳ９０において、空燃比センサ３７は応答性異常の状態になっておらず正常であると判定する。一方、診断指標＞閾値であると判定（Ｓ８０：ＹＥＳ）された場合には、続くステップＳ１００において、空燃比センサ３７は応答性異常の状態になっていると異常判定する。

これらのステップＳ９０，Ｓ１００，Ｓ１１０での判定が為されると、或いはステップＳ１０にてＦＢ実行条件が成立していないと判定（Ｓ１０：ＮＯ）されると、処理はステップＳ１０に戻り、図２の処理は所定時間周期で繰り返し実行される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）「空燃比補正変動量／センサ信号変動量」を診断指標として算出し（Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０）、算出した診断指標が閾値を超えて大きくなった場合に、空燃比センサ３７に応答性異常が発生していると診断（Ｓ８０）する。ここで、図４（ａ）の如くアルコール濃度が高くなっていくと、ＡＦセンサ信号の変動量に対する空燃比補正変動量が大きくなる（図４（ｂ）（ｃ）参照）。よって、診断指標も高濃度化に伴い増大する（図４（ｅ）中の実線参照）。しかしながら、図４（ｅ）中の一点鎖線に示すように、アルコール濃度が高濃度であるほど前記閾値を高くするよう可変設定する（Ｓ７０）ので、空燃比センサ３７に異常が発生していない場合において、高濃度化により診断指標が大きくなることにより診断指標が閾値を超えることは回避される。よって、空燃比センサ３７に応答性異常有無を診断するにあたり、アルコ―ル混合燃料を使用する場合の誤診断抑制を図ることができる。

（２）ここで、アルコール濃度センサ２１ａによる検出濃度はステップＳ５０で算出した推定濃度に比べて精度の信頼性が高い。そこで本実施形態では、ステップＳ７０での閾値算出に用いるアルコール濃度に検出濃度を用いるので、推定濃度を用いる場合に比べて応答性異常の診断精度を向上できる。

（３）また、アルコール濃度センサ２１ａに断線、短絡等の異常が生じている時には、ステップＳ７０〜Ｓ１００による応答性異常の診断を禁止する（Ｓ１１０）ので、検出濃度を用いることで誤診断してしまうことを回避できる。

（第２実施形態）
図２に示す上記第１実施形態では、アルコール濃度センサ２１ａの異常時には応答性異常の診断を禁止する（Ｓ１１０）のに対し、図５に示す本実施形態では、アルコール濃度センサ２１ａの異常時には推定濃度に基づき算出した閾値を用いて応答性異常の診断を実行する（Ｓ７５参照）。

以下、図５の処理内容について、図２との違いを説明する。なお、図５中、図２と同一符号部分についてはその説明を援用する。また、本実施形態におけるエンジン制御システムのハード構成は、図１に示す上記第１実施形態と同じである。

図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１０〜Ｓ５０の処理の後、ステップＳ６０にてアルコール濃度センサ２１ａが異常であると判定された場合（Ｓ６０：ＮＯ）には、続くステップＳ７５（閾値設定手段（異常診断手段））において、ステップＳ５０で推定した推定濃度に基づき閾値を算出する。ここでは、推定濃度が高濃度であるほど閾値を高くするよう算出（可変設定）しており、例えば、図３に示すマップを参照して推定濃度に基づき閾値を算出すればよい。ステップＳ７０で用いるマップと、ステップＳ７５で用いるマップとは同じであってもよいし、それぞれ異なるマップを用いるようにしてもよい。

続くステップＳ８０では、ステップＳ７０又はステップＳ７５で算出した閾値を用いて、ステップＳ４０で算出した診断指標がその閾値より大きいか否かを判定する。そして、診断指標＞閾値でないと判定（Ｓ８０：ＮＯ）されれば空燃比センサ３７は正常であると判定し（Ｓ９０）、診断指標＞閾値であると判定（Ｓ８０：ＹＥＳ）されれば空燃比センサ３７は応答性異常であると判定する（Ｓ１００）。

以上詳述した本実施形態によれば、上記（１）（２）の効果に加え以下の効果が得られるようになる。

（４）アルコール濃度センサ２１ａの異常時には推定濃度に基づき閾値を算出する（Ｓ７５）ので、異常時に検出濃度を用いることで誤診断してしまうことを回避できるとともに、正常時に比べて診断精度が低下するものの異常時における診断を継続して行うことができる。

（第３実施形態）
上記第２実施形態では、アルコール濃度センサ２１ａの異常時には推定濃度に基づき閾値を算出する（Ｓ７５）のに対し、図６に示す本実施形態では、アルコール濃度センサ２１ａの異常時には予め設定された所定濃度（ここではアルコール濃度１００％）に基づき閾値を算出する（Ｓ７６）。或いは、予め設定した値に閾値を設定する。

以下、図６の処理内容について、図５との違いを説明する。なお、図６中、図５と同一符号部分についてはその説明を援用する。また、本実施形態におけるエンジン制御システムのハード構成は、図１に示す上記第１実施形態と同じである。

図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１０〜Ｓ５０の処理の後、ステップＳ６０にてアルコール濃度センサ２１ａが異常であると判定された場合（Ｓ６０：ＮＯ）には、続くステップＳ７６において、アルコール濃度を１００％と仮定して、図３に示すマップを参照して閾値を算出する。或いは、予め設定した値に閾値を設定する。但しこの場合の設定値は、マップ中の濃度１００％に対応する閾値よりも大きい値に設定する。

続くステップＳ８０では、ステップＳ７０又はステップＳ７６で算出した閾値に比べ、ステップＳ４０で算出した診断指標が大きいか否かを判定する。そして、診断指標＞閾値でないと判定（Ｓ８０：ＮＯ）されれば空燃比センサ３７は正常であると判定し（Ｓ９０）、診断指標＞閾値であると判定（Ｓ８０：ＹＥＳ）されれば空燃比センサ３７は応答性異常であると判定する（Ｓ１００）。

以上詳述した本実施形態によれば、上記（１）（２）の効果に加え以下の効果が得られるようになる。

（５）ここで、アルコール濃度が高濃度になることに起因した誤診断のおそれが最も高いのは、アルコール濃度が１００％の時である。そこで本実施形態では、アルコール濃度センサ２１ａの異常時には、アルコール濃度を約１００％と仮定して前記診断を実行するので、最も誤診断を抑制させた状態で異常時における診断を継続して行うことができる。

（第４実施形態）
上記第１実施形態では、アルコール濃度に基づき閾値を可変設定する（Ｓ７０）のに対し、図７に示す本実施形態では、アルコール濃度に基づき診断指標を補正する（Ｓ７００）。

以下、図７の処理内容について、図２との違いを説明する。なお、図７中、図２と同一符号部分についてはその説明を援用する。また、本実施形態におけるエンジン制御システムのハード構成は、図１に示す上記第１実施形態と同じである。

図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１０〜Ｓ５０の処理の後、ステップＳ６０にてアルコール濃度センサ２１ａが正常であると判定された場合（Ｓ６０：ＹＥＳ）には、続くステップＳ７００（指標補正手段（異常診断手段））において、ステップＳ４０で算出した診断指標を補正する。ここでは、検出濃度が高濃度であるほど診断指標を低くするよう補正しており、例えば、アルコール濃度と、最適な診断指標補正量との関係を予め試験により取得しておき、前記関係をマップ等にてＥＣＵ４０に記憶させておき、このマップを参照して検出濃度に基づき診断指標を補正すればよい。

続くステップＳ８０では、ステップＳ７００で補正した診断指標が、予め設定した所定の閾値より大きいか否かを判定する。ここで用いる閾値は、アルコール濃度に拘わらず一定の値に設定されている（図４（ｆ）中の一点鎖線参照）。そして、診断指標＞閾値でないと判定（Ｓ８０：ＮＯ）されれば空燃比センサ３７は正常であると判定し（Ｓ９０）、診断指標＞閾値であると判定（Ｓ８０：ＹＥＳ）されれば空燃比センサ３７は応答性異常であると判定する（Ｓ１００）。

以上詳述した本実施形態によれば、上記（２）の効果が得られるとともに、上記（１）と同様にして以下の効果が得られるようになる。

（６）ここで、図４（ａ）の如くアルコール濃度が高くなっていくと、ＡＦセンサ信号の変動量に対する空燃比補正変動量が大きくなる（図４（ｂ）（ｃ）参照）。よって、ステップＳ４０で算出される診断指標も高濃度化に伴い増大する（図４（ｅ）中の実線参照）。しかしながら、アルコール濃度が高濃度であるほど診断指標を小さくする補正する（Ｓ７００）ので、空燃比センサ３７に異常が発生していない場合において、図４（ｆ）中の実線に示すように高濃度化により診断指標が大きくなることが回避される。よって、空燃比センサ３７に応答性異常有無を診断するにあたり、アルコ―ル混合燃料を使用する場合の誤診断抑制を図ることができる。

（第５実施形態）
上記第１実施形態では、空燃比フィードバック制御の実行条件（ＦＢ実行条件）が満たされている場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）にステップＳ２０以降の診断処理を許可するのに対し、図８に示す本実施形態では、空燃比補正量の値（図９（ｄ）参照）及びＡＦセンサ信号の値（図９（ｃ）参照）の少なくとも一方が、所定範囲に収束して安定した状態になっている（Ｓ１５：ＹＥＳ）ことを条件に、ステップＳ２０以降の診断処理を許可する。つまり、空燃比フィードバック制御が安定した状態になっていると判定されるまでの期間はステップＳ２０以降の診断処理を禁止する。

以下、図８の処理内容について、図２との違いを説明する。なお、図８中、図２と同一符号部分についてはその説明を援用する。また、本実施形態におけるエンジン制御システムのハード構成は、図１に示す上記第１実施形態と同じである。

図８のフローチャートにおいて、ステップＳ１０の処理の後、続くステップＳ１５（安定状態判定手段）において、上述した安定状態になっているか否かを判定する。つまり、図９（ｃ）に示すＡＦセンサ信号、図９（ｄ）に示す空燃比補正量、及び図９（ｅ）に示す空燃比学習補正量が、安定した推移（安定状態）になっているか否かを判定する。

具体的には、空燃比補正量及びセンサ信号値の少なくとも一方が、図９中の一点鎖線に示す如く増加と減少を所定回数以上繰り返したことをもって、安定状態になったと判定する。図９の例では符号ｔａに示す時点で安定状態になったと判定することとなる。

或いは、空燃比補正量及びセンサ信号値の少なくとも一方が、増加から減少（又は減少から増加）へ切り換わった時点（図９中の符号ｔｂ，ｔｃに示す時点）から所定時間経過したことをもって、安定状態になったと判定する。

或いは、センサ信号の値が、目標空燃比に相当する値（図９中の符号Ｃ参照）を基準にした設定値Ｃに対して所定回数以上横切るように変化したことをもって、安定状態になったと判定する。図９の例では符号ｔｄに示す時点で安定状態になったと判定することとなる。

或いは、センサ信号の値が、設定値Ｃに対して横切るように変化した時点（図９中の符号ｔｄに示す時点）から所定時間経過したことをもって、安定状態になったと判定する。なお、安定状態になったと判定されると、図９（ｆ）に示すように、空燃比センサ３７の応答性診断を許可するフラグが立てられる。

そして、安定状態になっていると判定（Ｓ１５：ＹＥＳ）された場合には、ステップＳ２０以降の診断処理を実行し、安定状態になっていないと判定（Ｓ１５：ＮＯ）された場合には、ステップＳ２０以降の診断処理を行うことなく図８の処理を終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、上記（１）（２）（３）の効果に加え以下の効果が得られるようになる。

（７）ところで、燃料タンク２１に燃料が残存した状態で、その残存燃料とは異なるアルコール濃度の燃料を燃料タンク２１に補給した場合に、燃料タンク２１内の燃料のアルコール濃度は変化する（図９（ａ）参照）。しかし、このように変化した燃料がデリバリパイプ２３等を通じて燃料噴射弁２０から噴射されるまでには時間がかかるため、例えばアルコール濃度センサ２１ａを燃料タンク２１内やデリバリパイプ２３に配置した場合には、アルコール濃度センサ２１ａによる検出濃度と実際に噴射される燃料のアルコール濃度とにずれが生じることとなる。

そして、このようなずれが生じたままで空燃比フィードバック制御を行うと、空燃比補正量は増大し続け（或いは減少し続け）、ＡＦセンサ信号は減少し続け（或いは増大し続ける）。その後、時間経過とともに実際に噴射される燃料のアルコール濃度と検出濃度とのずれが解消され、その結果、一方向に変化し続けていた空燃比補正量及びＡＦセンサ信号は、図９中の一点鎖線に示す如く増加と減少を繰り返すようになり、先述した安定状態となる。

つまり、エンジン１１の始動開始から所定時間が経過する等によりＦＢ実行条件を満たすようになった（図９（ｂ）の符号ｔｅ参照）としても、燃料補給の直後には、前記「ずれ」が生じることに起因して空燃比フィードバック制御が不安定な状態となる。

この点を鑑み、本実施形態では、ＦＢ実行条件が満たされていることに加え、空燃比フィードバック制御が安定状態になったことを条件としてステップＳ２０以降の診断処理を許可する。よって、不安定状態のもと十分な診断精度を確保できないまま空燃比センサ３７の応答性異常を診断してしまうことを回避できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。また、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

上記各実施形態では、アルコール濃度センサ２１ａが正常である場合において、アルコール濃度センサ２１ａによる検出濃度に基づき閾値を算出（Ｓ７０）するが、検出濃度に加え推定濃度にも基づいて閾値を算出するようにしてもよい。例えば、検出濃度をα、推定濃度をβとした場合において、次の式１に基づきアルコール濃度を算出し、この式１で算出したアルコール濃度に基づき閾値を算出するようにしてもよい。なお、式１中のＡは、０＜Ａ＜１を満たす係数である。
Ａα＋（１−Ａ）β…（式１）
先述したように、燃料補給の直後には実際に噴射される燃料のアルコール濃度と検出濃度との間に「ずれ」が生じる。この問題に対し、式１を用いて検出濃度α及び推定濃度βからアルコール濃度を算出し、その濃度を用いて閾値を算出する本実施形態によれば、検出濃度のみからアルコール濃度を算出する場合に比べて前記ずれを低減できる。よって、応答性異常診断の精度を向上できる。

本発明の第１実施形態にかかる空燃比センサの異常診断装置が適用された、エンジン制御システムの全体概略を示す図。 第１実施形態における異常診断の処理手順を示すフローチャート。 アルコール濃度と最適な閾値との関係を示すマップ。 （ａ）はアルコール濃度、（ｂ）はＡＦセンサ信号、（ｃ）は空燃比補正量、（ｄ）は空燃費学習補正量、（ｅ）は第１実施形態における閾値、（ｆ）は第４実施形態における診断指標について、それぞれ時間経過に伴う変化を示すタイムチャート。 本発明の第２実施形態における異常診断の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第３実施形態における異常診断の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第４実施形態における異常診断の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第５実施形態における異常診断の処理手順を示すフローチャート。 第５実施形態において、空燃比フィードバック制御の安定状態について説明するタイムチャート。

符号の説明

２１ａ…アルコール濃度センサ、３７…空燃比センサ、４０…ＥＣＵ（空燃比フィードバック制御手段、学習手段、異常診断装置）、Ｓ１５…安定状態判定手段、Ｓ４０…指標算出手段、Ｓ５０…濃度推定手段、Ｓ７０，Ｓ７５…閾値設定手段（異常診断手段）、Ｓ８０…異常判定手段（異常診断手段）、Ｓ７００…指標補正手段（異常診断手段）。

Claims (8)

1. 内燃機関の空燃比に応じたセンサ信号を検出値として出力する空燃比センサと、
   前記センサ信号に基づく実空燃比が目標空燃比に近づくよう、燃料噴射量をフィードバック補正する空燃比フィードバック制御手段と、
   前記フィードバック補正の変動量である空燃比補正変動量、前記センサ信号の変動量、及び燃料のアルコール濃度に基づき、前記空燃比センサの異常有無を診断する異常診断手段と、
   を備えることを特徴とする空燃比センサの異常診断装置。
2. 前記異常診断手段は、
   前記空燃比補正変動量及び前記センサ信号変動量の比率に基づき診断指標を算出する指標算出手段と、
   前記指標算出手段により算出された診断指標が閾値を超えたか否かに基づき前記空燃比センサの異常有無を診断する異常判定手段と、
   前記閾値を、燃料のアルコール濃度に応じて可変設定する閾値設定手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの異常診断装置。
3. 前記異常診断手段は、
   前記空燃比補正変動量及び前記センサ信号変動量の比率に基づき診断指標を算出する指標算出手段と、
   前記診断指標を燃料のアルコール濃度に応じて補正する指標補正手段と、
   前記指標補正手段により補正された診断指標が閾値を超えたか否かに基づき前記空燃比センサの異常有無を診断する異常判定手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの異常診断装置。
4. 前記フィードバック補正の値を学習する学習手段と、
   前記学習手段による学習値に基づき燃料のアルコール濃度を推定する濃度推定手段と、
   燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサと、
   を備え、
   前記アルコール濃度センサに異常が生じていない正常時には、少なくとも前記アルコール濃度センサによる検出濃度に基づき前記異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を算出し、
   前記アルコール濃度センサに異常が生じている異常時には、前記濃度推定手段による推定濃度に基づき前記異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の空燃比センサの異常診断装置。
5. 前記正常時には、前記検出濃度及び前記推定濃度に基づき前記異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を算出することを特徴とする請求項４に記載の空燃比センサの異常診断装置。
6. 燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサを備え、
   前記アルコール濃度センサに異常が生じていない正常時には、少なくとも前記アルコール濃度センサによる検出濃度に基づき前記異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を算出し、
   前記アルコール濃度センサに異常が生じている異常時には、前記異常診断手段による診断を禁止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の空燃比センサの異常診断装置。
7. 燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサを備え、
   前記アルコール濃度センサに異常が生じていない正常時には、少なくとも前記アルコール濃度センサによる検出濃度に基づき前記異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を算出し、
   前記アルコール濃度センサに異常が生じている異常時には、前記異常診断手段の診断で用いられるアルコール濃度を約１００％と仮定して前記診断を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の空燃比センサの異常診断装置。
8. 前記フィードバック補正の値及び前記センサ信号の値の少なくとも一方が、収束して安定した状態になっているか否かを判定する安定状態判定手段を備え、
   前記安定状態判定手段により安定状態になっていると判定されるまでの期間は、前記異常診断手段による診断を禁止することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の空燃比センサの異常診断装置。

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