JP2010077805A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料性状にかかわらず内燃機関の異常検出を精度よく実施する。
【解決手段】エンジン１０の排気通路には、空燃比センサとしてＡ／Ｆセンサ２６ａが設けられている。ＥＣＵ４０は、Ａ／Ｆセンサ２６ａの出力値に基づいて空燃比フィードバック制御を実施するとともに、空燃比変動に伴うＡ／Ｆセンサ２６ａの出力変化に基づいてＡ／Ｆセンサ２６ａの応答性異常などの異常検出を実施する。この異常検出において、ＥＣＵ４０は、エンジン１０に供給される燃料の性状を検出し、同異常検出で用いる空燃比変動のパラメータを燃料性状に基づいて可変に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳しくは内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの出力値を用いて異常検出を行う内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。

従来、内燃機関の排気管に、例えば空燃比を広域で検出可能な空燃比センサを配置し、この空燃比センサにより検出される空燃比を目標値で安定させるべく、例えば比例制御などにより空燃比フィードバック制御を実施する空燃比制御装置が知られている。また、この空燃比制御装置において、空燃比センサの出力値に基づいて内燃機関の異常を検出することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、目標空燃比を周期的に変更させて空燃比を強制的に変動させる空燃比ディザ制御を実施したときの空燃比センサの出力値に基づいて、内燃機関での異常を検出することが開示されている。

また、近年、石油資源の枯渇に対する危惧や地球温暖化の緩和等を背景に、ガソリン等の化石燃料の代替としてアルコール燃料が注目を集めており、それ単独であるいはガソリンなどの他の燃料と混合することで内燃機関の燃料として使用されている。このような背景を基に、アルコールを含む燃料を用いて内燃機関の燃焼制御を実施するための方法が種々提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００８−１２１５３４号公報 特開平２−９１４３５号公報

ところで、ガソリンとアルコールとでは燃料性状が異なり、例えば理論空燃比については、ガソリンよりもアルコールの方が小さい。そのため、空燃比を目標値（例えば理論空燃比）で制御するには、アルコールの方がガソリンよりも空燃比補正量が大きくなる。その結果、上記異常診断において空燃比を強制的に変動させる場合に、目標空燃比に収束する時間がアルコールとガソリンとで異なり、アルコールの方が長くなることが考えられる。かかる場合、空燃比センサの出力レベルの変化が燃料性状に応じて相違することとなり、結果として、実際には正常であるのにもかかわらず異常発生である旨の誤検出がなされることが懸念される。また逆に、実際には異常であるのにもかかわらず異常発生でない旨の誤検出がなされることが懸念される。

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、燃料性状にかかわらず内燃機関の異常検出を精度よく実施することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設置された空燃比センサの出力値に基づいて空燃比フィードバック制御を実施する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。本発明は、内燃機関の空燃比を変動させる空燃比変動手段と、前記空燃比変動手段による空燃比変動に伴う前記空燃比センサの出力変化に基づいて異常検出を実施する異常検出手段と、前記内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、前記異常検出手段による異常検出で用いる前記空燃比変動手段による空燃比変動のパラメータを、前記燃料性状検出手段により検出した燃料性状に基づいて可変に設定する設定手段と、を備えることを特徴とする。

空燃比変動に伴う空燃比センサの出力変化により、内燃機関の異常の有無が検出される。ここで、燃料性状が異なると、理論空燃比の相違により、空燃比を目標値とするのに必要な燃料量が異なり、結果として空燃比を目標値に収束させるのに要する時間が異なることが考えられる。そのため、空燃比センサの出力レベルの変化が燃料性状に応じて異なり、上記異常検出において誤検出がなされることが懸念される。その点、本発明によれば、上記異常検出を実施するのにあたり、空燃比変動のパラメータを燃料性状に基づいて可変に設定するため、内燃機関に供給される燃料の性状に応じて空燃比センサの出力レベルにばらつきが生じるのを抑制することができる。したがって、空燃比センサの出力変化に基づいて異常検出する際に、誤検出が発生するのを防止することができる。

ここで、空燃比センサの出力変化として具体的には、目標空燃比を変化させた後の所定タイミングにおけるセンサ出力値や、目標空燃比を変化させた後におけるセンサ出力値の微分値がある。

請求項２に記載の発明は、前記設定手段が、前記パラメータとして前記空燃比変動手段による空燃比変動の振幅を可変に設定するようにしたものである。この構成によれば、燃料性状に応じた振幅で空燃比変動が実施されるため、異常検出に要する時間が燃料性状に応じて変更されない。したがって、異常検出に要する時間が長引くのを抑制しつつ誤検出を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、前記異常検出手段が、空燃比をリッチ側又はリーン側に変化させた後に、予め定めた収束タイミングで実空燃比の出力変化量に基づいて異常検出を実施するものであり、前記設定手段が、前記パラメータとして前記空燃比変動手段による空燃比変動の周期を可変に設定するようにしたものである。この構成によれば、燃料性状に応じた周期で空燃比変動が実施されるため、空燃比変動の振幅が燃料性状に応じて変更されない。したがって、空燃比の変動の度合いを抑制しつつ誤検出を防止することができる。

燃料としてガソリン又はアルコールをそれぞれ単独で用いたり、あるいはガソリンとアルコールとの混合燃料を用いたりする場合、アルコールの方がガソリンよりも理論空燃比が小さいため、空燃比を所定値に収束させるには、ガソリンよりもアルコールにおいて空燃比補正量を多くする必要がある。その点に鑑み、請求項４に記載の発明は、前記燃料性状検出手段が、燃料性状として燃料中のアルコール濃度を検出し、前記設定手段が、前記燃料性状検出手段により検出したアルコール濃度が高いほど、空燃比変動中における前記空燃比フィードバック制御の空燃比補正量のリッチ側積算値及びリーン側積算値の少なくともいずれかを大きくする側に前記パラメータを変更するようにしたものである。この構成によれば、燃料中のアルコール濃度が高いほど、空燃比変動中における空燃比補正量のリッチ側積算値及びリーン側積算値の少なくともいずれかを大きくするため、アルコール濃度に応じて空燃比センサの出力レベルがばらつくのを抑制することができる。その結果、燃料中のアルコール濃度にかかわらず、空燃比センサの出力変化に基づく異常検出を高精度に行うことができる。

請求項５に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設置された空燃比センサの出力値に基づいて空燃比フィードバック制御を実施する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。本発明は、内燃機関の空燃比を変動させる空燃比変動手段と、前記空燃比変動手段による空燃比変動に伴う前記空燃比センサの出力変化に基づいて異常検出を実施する異常検出手段と、前記内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、前記異常検出手段による異常検出において、前記空燃比フィードバック制御のゲインを前記燃料性状検出手段により検出した燃料性状に基づいて可変に設定する設定手段と、を備えることを特徴とする。

空燃比変動に伴う空燃比センサの出力変化により、内燃機関の異常の有無が検出される。ここで、燃料性状が異なると、理論空燃比の相違により、空燃比を目標値とするのに必要な燃料量が異なり、結果として空燃比を目標値に収束させるのに要する時間が異なることが考えられる。そのため、空燃比センサの出力レベルの変化が燃料性状に応じて異なり、上記異常検出において誤検出がなされることが懸念される。その点、本発明によれば、空燃比センサの出力変化に基づく異常検出を実施するのにあたり、空燃比フィードバック制御のゲインを燃料性状に応じて可変に設定するため、内燃機関に供給される燃料の性状に応じて空燃比センサの出力レベルがばらつくのを抑制することができる。その結果、上記異常検出において誤検出が発生するのを防止することができる。

なお、空燃比フィードバック制御のゲインの種類は特に限定せず、比例制御の比例ゲイン、微分制御の微分ゲイン及び積分制御の積分ゲインのいずれであってもよいが、空燃比フィードバック制御として比例制御を含み、少なくとも比例ゲインを燃料性状に応じて可変に設定する構成が望ましい。

上述したように、ガソリンとアルコールとでは、アルコールの方がガソリンよりも理論空燃比が小さいため、空燃比を目標値とするには、ガソリンよりもアルコールにおいて空燃比補正量を多くする必要がある。その点に鑑み、請求項６に記載の発明は、前記燃料性状検出手段が、燃料性状として燃料中のアルコール濃度を検出し、前記設定手段が、前記燃料性状検出手段により検出したアルコール濃度が高いほど前記ゲインを大きくするようにしたものである。この構成によれば、燃料中のアルコール濃度が高いほど空燃比フィードバック制御のゲインを大きくするため、アルコール濃度に応じて空燃比センサの出力レベルがばらつくのを抑制することができる。その結果、燃料中のアルコール濃度にかかわらず、空燃比センサの出力変化に基づく異常検出を高精度に行うことができる。

空燃比変動に伴う広域タイプの酸素センサの出力変化により、同酸素センサの応答性異常の有無が検出される。この異常検出において、燃料性状の相違により理論空燃比が異なれば、その燃料性状に応じて酸素センサの出力レベルがばらつくことが考えられる。その点に鑑み、請求項７に記載の発明は、前記空燃比センサが、前記内燃機関の排気ガス中の酸素濃度に比例した広域の空燃比信号を出力する酸素センサであり、前記異常検出手段が、前記酸素センサの応答性異常を検出するようにしたものである。この構成によれば、酸素センサの出力変化が燃料性状に応じてばらつくのが抑制されるため、酸素センサの応答性異常を燃料性状にかかわらず精度よく検出することができる。

また、排気浄化触媒の上流側と下流側とに空燃比センサがそれぞれ配置された構成において、空燃比変動に伴う各空燃比センサの出力変化に基づいて触媒の劣化異常の有無が検出される。具体的には、上流側の空燃比センサの出力変化量に基づいて算出される異常判定値と、下流側の空燃比センサの出力変化量とを比較し、下流側センサの出力変化量が異常判定値よりも大きければ、触媒の劣化異常が発生しているものと判断される。この異常検出において、燃料性状の相違により理論空燃比が異なれば、その燃料性状に応じて空燃比センサの出力レベルが相違することが考えられる。つまり、空燃比センサの出力レベルが低いほど、上流側と下流側との出力変化の差がノイズと判別しにくくなり、触媒劣化異常の検出精度が低下することが懸念される。

その点に鑑み、請求項８に記載の発明は、前記内燃機関の排気通路に、排気ガスを浄化する排気浄化触媒が配置され、前記空燃比センサが、前記排気浄化触媒の上流側と下流側とにそれぞれ設けられ、前記異常検出手段が、前記上流側の空燃比センサの出力変化量に基づいて算出される異常判定値と前記下流側の空燃比センサの出力変化量とを比較し、その比較結果に基づいて前記排気浄化触媒の異常を検出するようにしたものである。この構成によれば、空燃比センサの出力レベルが燃料性状に応じてばらつくのが抑制されるため、排気浄化触媒の異常を燃料性状にかかわらず精度よく検出することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒の火花点火式エンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。このエンジンでは、燃料としてガソリン及びアルコール（例えばエタノールやメタノールなど）の少なくともいずれかが使用される。つまり、当該エンジンでは、ガソリン単独の燃料が使用されたり、あるいはアルコールが任意の割合で混合された混合燃料が使用されたりする。また、当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施する。このエンジン制御システムの全体概略構成図を図１に示す。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、エアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３が設けられている。エアフロメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。

スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１７が設けられている。このサージタンク１７には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において、各気筒の吸気ポート近傍には、燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。

燃料噴射弁１９は、燃料配管３１を介して燃料タンク３２に接続されている。燃料タンク３２内には、アルコール濃度を検出可能な燃料性状センサ３７が設けられている。この燃料性状センサ３７の検出値により、燃料タンク３２内のアルコール濃度（燃料タンク３２内の燃料のガソリンとエタノールとの比率）が検出される。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられている。この吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。

エンジン１０のシリンダヘッドには気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられている。点火プラグ２７には、点火コイル等よりなる点火装置（図示略）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２７の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒２５が設けられている。また、触媒２５の上流側と下流側とには、排出ガスを検出対象として混合気の空燃比（酸素濃度）を検出するための酸素センサがそれぞれ設けられている。酸素センサについて本実施形態では、触媒２５の上流側に、センサ素子への電圧印加により排出ガス中の酸素濃度に比例した広域の空燃比信号を出力する広域検出タイプのＡ／Ｆセンサ２６ａが設けられ、触媒２５の下流側に、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力を発生する起電力出力タイプのＯ2センサ２６ｂが設けられている。

その他本システムには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２９や、エンジンの所定クランク角毎に矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ２８が設けられている。

ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ４０のマイコン４１は、前述した各種センサなどから各々検出信号を入力するとともに、それらの各種検出信号に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算し、燃料噴射弁１９や点火装置の駆動を制御する。

燃料噴射量制御について、マイコン４１は、エンジン１０の吸入空気量とエンジン回転速度とから基本燃料量Ｔｐを算出するとともに、その基本燃料量Ｔｐに対して各種補正を行って最終燃料量Ｔｅを算出する。そして、最終燃料量Ｔｅを噴射時間ＴＡＵに換算し、算出した噴射時間ＴＡＵだけ燃料噴射弁１９を開弁する。また、マイコン４１は、噴射量補正として空燃比フィードバック補正を行う。具体的には、Ａ／Ｆセンサ２６ａにより検出される空燃比検出値を目標値（例えば理論空燃比）に一致させるべく、空燃比検出値と目標値との偏差Δλに基づいて空燃比補正量ＦＡＦを算出し、その空燃比補正量ＦＡＦを用いて基本燃料量Ｔｐを増側又は減側に補正する。ここで、本実施形態では、空燃比フィードバック制御として比例制御を実施しており、空燃比偏差Δλに比例ゲインＫＰを乗算することで空燃比補正量ＦＡＦを算出している。

なお、本システムでは、Ａ／Ｆセンサ２６ａの出力に基づいて触媒２５の上流側の空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量をフィードバック補正するメインフィードバック制御を実施するとともに、Ｏ2センサ２６ｂに基づいて燃料噴射量又はメインフィードバック制御の空燃比補正量を修正するサブフィードバック制御を実施している。

ここで、良好なる空燃比制御を実現するには、空燃比センサとしてのＡ／Ｆセンサ２６ａが正常に機能していることが前提となる。そこで、本システムのマイコン４１は、Ａ／Ｆセンサ２６ａの異常検出処理を実施している。具体的には、所定のダイアグ実行条件が成立した場合に空燃比を所定の振幅で周期的かつ強制的に変動させ、その強制変動に伴うＡ／Ｆセンサ２６ａの出力変化を検出する。そして、その出力変化後の所定タイミングでのセンサ出力を基に算出される空燃比検出値が判定値未満の場合に、Ａ／Ｆセンサ２６ａにて劣化等による応答性異常が発生しているものと判断する。

図２は、Ａ／Ｆセンサ２６ａの異常検出処理の処理手順を説明するためのタイムチャートである。図２では、燃料としてガソリンを用いた場合を示す。また、図２のうち（ａ）はＡ／Ｆセンサ２６ａの正常時における空燃比検出値の推移を示し、（ｂ）はＡ／Ｆセンサ２６ａの異常時における空燃比検出値の推移を示す。また、図２中、一点鎖線は目標空燃比の推移を示す。

図２において、Ａ／Ｆセンサ２６ａの異常検出処理では、空燃比を強制変動させる際の振幅（ディザ振り幅）をλｄｉとし、異常検出開始前の目標空燃比λｔｇに対してディザ振り幅λｄｉだけ空燃比を周期的に増減させている。つまり、異常検出時には、周期Ａ（例えば１〜２ｓｅｃ）での空燃比の目標値をλｔｇ±λｄｉとし、その周期を所定回数（例えば１０〜２０回数）繰り返す。本実施形態では、この空燃比制御の下で検出される空燃比検出値λａと判定値λｔｈとを所定の検出タイミング毎に比較することにより異常検出を行っている。なお、判定値λｔｈは、リッチ側判定値λｔｈｒｉとリーン側判定値λｔｈｌｅとが設定してあり、例えば目標値λｔｇ±λｄｉに係数α（０＜α＜１）を乗じた値としている。また、判定値λｔｈは、ガソリン基準の適合値（固定値）にしてある。

図２（ａ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ２６ａの正常時では、目標値の変化に対して空燃比が高応答で変化し、検出タイミングｔａ（例えば空燃比の目標値の切り替えから時間Ｂ後）での空燃比検出値λａがリーン側判定値λｔｈｌｅ以上になっている。これに対し、Ａ／Ｆセンサ２６ａの応答性の異常時には、図２（ｂ）に示すように、空燃比検出値λａが目標値の変化に対する空燃比の応答が悪く、検出タイミングｔａでの空燃比検出値λａがリーン側判定値λｔｈｌｅ未満になっている。

なお、本実施形態では、上記のセンサ応答性の異常検出処理を、エンジン１０の始動から停止までの間（例えばＥＣＵ４０の電源オン中）に少なくとも１回実施している。

ところで、ガソリンとアルコールとでは燃料性状が異なり、例えば理論空燃比について言えば、ガソリンよりもアルコールの方が小さい。具体的には、ガソリンの理論空燃比（Ａ／Ｆ）が１４．６であるのに対し、エタノールの理論空燃比は９．０である。そのため、空燃比を目標値とする場合に、同じ吸入空気量に対する燃料噴射量がガソリンよりもアルコールで多くなり、結果として空燃比を目標値へ収束させるのに要する時間が、ガソリンよりもアルコールで長くなる。したがって、上記のＡ／Ｆセンサ２６ａの異常検出処理において、燃料中にアルコールを含む場合には、例えば図２（ｂ）のＡ／Ｆセンサ２６ａの応答性異常時のように、空燃比検出値λａが周期Ａ内に目標値λｔｇ±λａｍに収束せず、Ａ／Ｆセンサ２６ａの応答性があたかも悪化したようになることが考えられる。かかる場合、実際にはＡ／Ｆセンサ２６ａは正常であるにもかかわらず、応答性異常である旨の誤検出がなされてしまう。

そこで、本実施形態では、空燃比を周期的にかつ強制的に変動させた際のＡ／Ｆセンサ２６ａの出力変化に基づいて同センサ２６ａの異常検出を実施するのにあたり、その空燃比変動のディザ振り幅λｄｉをアルコール濃度に応じて可変に設定する。これにより、アルコール含有燃料において、Ａ／Ｆセンサ２６ａの応答性異常が発生している旨の誤検出がなされるのを防ぐ。この処理として、ＥＣＵ４０のマイコン４１は、以下の処理を実行する。

図３は、Ａ／Ｆセンサ２６ａの異常検出処理の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、所定周期毎にＥＣＵ４０のマイコン４１により実施される。

図３において、まずステップＳ１０では、Ａ／Ｆセンサ２６ａの異常検出処理がＥＣＵ４０のオン後に実施済みか否かを判定する。Ａ／Ｆセンサ２６ａの異常検出処理がＥＣＵ４０のオン後に未だ実施されていなければ、ステップＳ１０で否定判定がなされ、ステップＳ１１へ進み、ディザ振り幅λｄｉが設定済みか否かを判定する。ディザ振り幅λｄｉが未設定であれば、ステップＳ１２へ進み、燃料中のアルコール濃度を検出する。本実施形態では、燃料性状センサ３７の検出値を取得し、そのセンサ検出値に基づいてアルコール濃度を算出する。

続くステップＳ１３では、検出したアルコール濃度に応じてディザ振り幅λｄｉを算出する。本実施形態では、燃料をガソリン単独とした場合のディザ振り幅λｄｉｇを基準とし、このガソリン用のディザ振り幅λｄｉｇに、アルコール濃度に応じた補正係数ＫＤを乗算することにより、燃料性状に応じたディザ振り幅λｄｉを算出している。

図４は、アルコール濃度と補正係数ＫＤとの関係を示す図である。図４に示すように、本実施形態では、アルコール濃度がゼロの場合（ガソリン単独の場合）の補正係数ＫＤを値１とし、アルコール濃度が高いほど補正係数ＫＤを大きい値にしている。つまり、アルコール濃度が高いほどディザ振り幅λｄｉを大きくしている。

図３の説明に戻り、ステップＳ１３でディザ振り幅λｄｉを算出した後、ステップＳ１４へ進み、空燃比を強制変動させて異常検出を実行するためのダイアグ実行条件が成立しているか否かを判定する。ここでは、エンジン運転状態が定常運転状態である場合をダイアグ実行条件としている。ダイアグ実行条件が成立していれば、ステップＳ１５へ進み、異常診断のための処理として以下のＡ／Ｆ応答性劣化検出処理を実施して本ルーチンを終了する。

なお、異常診断の実行途中で、エンジン運転状態が定常運転状態から過渡運転状態に移行した場合には、その異常診断を途中で終了し、次回のダイアグ実行条件の成立時まで待機する。

図５は、Ａ／Ｆ応答性劣化検出処理の処理手順を示すフローチャートである。図５において、まずステップＳ２０では、Ａ／Ｆセンサ２６ａの応答性異常を検出する検出タイミングか否かを判定する。検出タイミングであれば、ステップＳ２１へ進み、Ａ／Ｆセンサ２６ａの検出値に基づいて算出される空燃比検出値λａを取得する。続くステップＳ２２で、空燃比検出値λａと判定値λｔｈ（リーン側判定値λｔｈｌｅ，リッチ側判定値λｔｈｒｉ）とを比較する。そして、空燃比検出値λａが、リーン側判定値λｔｈｌｅ以上か又はリッチ側判定値λｔｈｒｉ以下であれば、ステップＳ２３へ進み、Ａ／Ｆセンサ２６ａの応答性異常はない旨の判断をする。一方、空燃比検出値λａが、リーン側判定値λｔｈｌｅ未満か又はリッチ側判定値λｔｈｒｉよりも大きければ、ステップＳ２４へ進み、Ａ／Ｆセンサ２６ａの応答性異常が発生している旨の判断をする。

図６は、アルコール濃度に応じたディザ振り幅λｄｉによりＡ／Ｆセンサ２６ａの応答性異常の検出処理を説明するためのタイムチャートである。図６のうち（ａ）は燃料をガソリン単独とした場合の空燃比検出値の推移を示し、（ｂ）は燃料をアルコール単独とした場合の空燃比検出値の推移を示す。また、図６中、一点鎖線は目標空燃比の推移を示す。なお、Ａ／Ｆセンサ２６ａの劣化の程度は、（ａ）と（ｂ）とで同等であるものとする。

図６の（ａ）と（ｂ）とを比較すると分かるように、燃料がアルコールの場合には、ガソリンの場合に比べてディザ振り幅λｄｉを大きくしている。そのため、アルコールでは、ガソリンに比べて空燃比補正量ＦＡＦが多くなる。これにより、空燃比検出値λａの推移を、ガソリンとアルコールとでほぼ同じにすることができる。したがって、Ａ／Ｆセンサ２６ａの劣化の程度が同じであれば、ガソリンとアルコールとで同じ判定結果が得られる。

以上説明した本実施の形態によれば、以下の優れた効果を有する。

空燃比の強制変動に伴い検出したＡ／Ｆセンサ２６ａの出力変化に基づいて同センサの異常検出を実施する場合に、ディザ振り幅λｄｉをアルコール濃度に応じて可変に設定する構成としたため、アルコール濃度に応じてＡ／Ｆセンサ２６ａの出力レベルにばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、同異常検出において誤検出が発生するのを防止することができ、ひいてはＡ／Ｆセンサ２６ａの応答性異常を精度よく検出することができる。

また、ディザ振り幅λｄｉを可変に設定することによりＡ／Ｆセンサ２６ａの出力レベルのばらつきを抑制するため、異常検出に要する時間をアルコール濃度に応じて変更する必要がなく、エミッション悪化を抑制することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、空燃比をディザ振り幅λｄｉで強制変動させることに伴うＡ／Ｆセンサ２６ａ及びＯ2センサ２６ｂの出力変化を検出し、その検出した出力変化に基づいて触媒２５の劣化異常を検出するための処理を実施する。

図７は、触媒２５の異常検出処理の処理手順を説明するための図である。図７中（ａ）は、触媒２５の正常時におけるＡ／Ｆセンサ２６ａ及びＯ2センサ２６ｂの出力値の推移を示し、（ｂ）は、触媒２５の異常時におけるＡ／Ｆセンサ２６ａ及びＯ2センサ２６ｂの出力値の推移を示す。

触媒２５の排気浄化機能が正常であれば、排気ガス中の未燃ガス等が触媒２５で除去されるため、図７（ａ）に示すように、触媒２５の上流側に配置されたＡ／Ｆセンサ２６ａの出力変化（空燃比変化）に対し、その下流側に配置されたＯ2センサ２６ｂの出力変化（電圧変化）が小さくなる。これに対し、触媒２５の浄化機能が低下している場合には、排気ガス中の未燃ガス等が触媒２５の下流側へ排出されてしまうため、図７（ｂ）に示すように、Ｏ2センサ２６ｂの出力変化（電圧変化）が正常時よりも大きくなる。したがって、空燃比を強制変動させた場合に、Ａ／Ｆセンサ２６ａ及びＯ2センサ２６ｂにおける所定時間Δｔごとの空燃比変化量の絶対値｜λｉ｜，電圧変化量の絶対値｜Ｖｉ｜をそれぞれ積算し、その積算値Σ｜λｉ｜，Σ｜Ｖｉ｜に基づいて、触媒２５の劣化異常検出を実施している。

なお、触媒劣化検出時において、ディザ振り幅λｄｉやその周期は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度や吸入空気量）に応じて都度変更しており、例えばエンジン回転速度が高く吸入空気量が多いほどディザ振り幅λｄｉ及び周期を大きくしている。

ここで、上述したように、ガソリンとアルコールとでは、アルコールの方がガソリンよりも理論空燃比が小さく、具体的にはガソリンのＡ／Ｆは１４．６であるのに対しエタノールのＡ／Ｆは９．０であるため、空燃比を目標値とする場合に、同じ吸入空気量に対する燃料噴射量がガソリンよりもアルコールで多くなる。また、空燃比を目標値へ収束させるのに要する時間が、ガソリンよりもアルコールで長くなる。したがって、触媒２５の劣化異常検出において、例えばガソリンを基準に比例ゲインＫＰが設定されていると、燃料中にアルコールを含む場合に、所定時間ΔｔあたりのＡ／Ｆセンサ２６ａの出力変化が小さくなり、その結果、Ｏ2センサ２６ｂの出力変化が小さくなる。かかる場合、ノイズ等の影響を受けやすくなり、アルコール含有燃料において検出精度が低下することが考えられる。

そこで、本実施形態では、空燃比を周期的にかつ強制的に変動させるのに伴うＡ／Ｆセンサ２６ａ及びＯ2センサ２６ｂの出力変化に基づいて触媒２５の劣化異常検出を実施するのにあたり、その空燃比変動のディザ振り幅λｄｉをアルコール濃度に応じて可変に設定する。これにより、アルコール含有燃料において、触媒２５の劣化異常が発生している旨の誤検出がなされるのを防止する。この処理としてマイコン４１は、上記図３のステップＳ１０〜Ｓ１４の処理を実施することによりアルコール濃度に応じてディザ振り幅λｄｉを設定するとともに、ステップＳ１５の異常診断として、図８に示すサブルーチンを実行する。

図８は、触媒劣化検出処理の処理手順を示すフローチャートである。図８において、ステップＳ３０ではまず、触媒２５の劣化異常を検出する検出タイミングか否かを判定する。検出タイミングであれば、ステップＳ３１へ進み、Ａ／Ｆセンサ２６ａにおける空燃比変化量の積算値Σ｜λｉ｜（ＡＦ積算値）及びＯ2センサ２６ｂにおける電圧変化量の積算値Σ｜Ｖｉ｜（Ｏ２積算値）を算出する。続くステップＳ３２では、ＡＦ積算値及びＯ２積算値による異常判定の際に用いる劣化判定値Ｏ２ｔｈを算出する。劣化判定値Ｏ２ｔｈについて本実施形態では、ＡＦ積算値と劣化判定値Ｏ２ｔｈとの関係を予めマップとして記憶しておき、同マップを用いてＡＦ積算値から算出する。

図９に、ＡＦ積算値と劣化判定値Ｏ２ｔｈとの関係を示す。図９によれば、ＡＦ積算値が大きいほど劣化判定値Ｏ２ｔｈを大きい値にしている。

図８の説明に戻り、続くステップＳ３３では、Ｏ２積算値と劣化判定値Ｏ２ｔｈとを比較し、Ｏ２積算値が劣化判定値Ｏ２ｔｈ未満であれば、ステップＳ３４へ進み、触媒２５の劣化異常なしである旨の判定をする。一方、Ｏ２積算値が劣化判定値Ｏ２ｔｈ以上であれば、ステップＳ３５へ進み、触媒２５の劣化異常が発生している旨の判定をする。

図１０は、アルコール濃度に応じたディザ振り幅λｄｉにより触媒２５の劣化異常を検出する手順を説明するためのタイムチャートである。図１０のうち、（ａ）は、ディザ振り幅λｄｉを固定値にした場合のＡ／Ｆセンサ２６ａの出力値λａの推移を示し、（ｂ）は、ディザ振り幅λｄｉをアルコール濃度に応じて可変にした場合のＡ／Ｆセンサ２６ａの出力値λａの推移を示す。なお、図１０中、実線は燃料をアルコール単独とした場合を示し、点線は燃料をガソリン単独とした場合を示す。また、図１０中、一点鎖線はガソリン用の目標空燃比の推移を示し、二点鎖線はアルコール用の目標空燃比の推移を示す。

図１０（ａ）に実線で示すように、ディザ振り幅λｄｉをアルコール濃度によらず固定値にした場合、アルコールではガソリンよりもＡ／Ｆセンサ２６ａの出力レベルが小さくなる。これに対し、図１０（ｂ）に示すように、ディザ振り幅λｄｉをアルコールの場合にガソリンよりも大きくすることで、アルコールでの出力レベルがガソリンと同等になる。したがって、上記の触媒劣化診断において、アルコール含有燃料を用いた場合に、その検出精度の低下が抑制される。

以上説明した本実施の形態によれば、以下の優れた効果を有する。

空燃比変動に伴うＡ／Ｆセンサ２６ａ及びＯ2センサ２６ｂの出力変化に基づいて触媒２５の劣化異常を検出する場合に、ディザ振り幅λｄｉをアルコール濃度に応じて可変に設定する構成としたため、アルコール濃度に応じてＡ／Ｆセンサ２６ａの出力レベルにばらつきが生じるのを抑制することができる。つまり、アルコール濃度が高いほどディザ振り幅λｄｉを大きくする構成としたため、アルコール濃度が高い場合にＡ／Ｆセンサ２６ａの出力レベルが小さくなるのが抑制される。したがって、触媒２５の上流側と下流側とのセンサ出力変化の差がノイズと区別しにくくなるといった不都合を回避することができ、その結果、アルコール濃度にかかわらず触媒２５の劣化異常を精度よく検出することができる。

（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、例えば次のように実施されてもよい。

・上記第１及び第２の実施形態では、空燃比変動のパラメータをディザ振り幅λｄｉとし、アルコール濃度に応じてディザ振り幅λｄｉを可変にする構成としたが、同パラメータを空燃比変動の周期Ａとし、アルコール濃度に応じて周期Ａを可変にする構成としてもよい。つまり、理論空燃比の相違により、空燃比を目標値に収束させるのに要する時間がガソリンよりもアルコールで長くなることに鑑み、周期Ａについて、燃料中のアルコール濃度が高いほど周期Ａを長くする。これにより、アルコール含有燃料において、空燃比の強制変動による異常検出の精度を高めるといった効果を得ることができる。なお、エミッションの観点からすると、周期Ａを可変にするよりもディザ振り幅λｄｉを可変にするのが望ましい。

・また、上記第１及び第２の実施形態において、アルコール濃度に応じてディザ振り幅λｄｉを可変にする代わりに、空燃比フィードバック制御の比例ゲインＫＰを可変にする構成としてもよい。具体的には、異常検出時における空燃比変動において、アルコール濃度が高いほど比例ゲインＫＰを大きくする。この場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。また、上記第１の実施形態において、ディザ振り幅λｄｉの代わりに、Ａ／Ｆセンサ２６ａの出力値を補正してもよい。例えば、センサ出力値に補正係数（≧１）を乗算することによりセンサ出力値を補正する。このとき、アルコール濃度が高いほど補正係数を大きくするのが望ましい。

・上記第１の実施形態では、Ａ／Ｆセンサ２６ａの応答性異常を検出し、上記第２の実施形態では、触媒２５の劣化異常を検出したが、空燃比を強制変動させて異常検出を行うものであれば異常検出の対象は特に限定しない。例えば、上記特許文献１に記載されているように、空燃比を強制変動させたときのＡ／Ｆセンサ２６ａの出力変化に基づいて空燃比の気筒間偏差を検出し、その気筒間偏差に基づいて気筒ごとの異常（例えば燃料噴射弁の故障等）が発生している旨を検出する構成としてもよい。

・上記第１及び第２の実施形態では、空燃比変動に伴う空燃比センサの出力変化に基づいて異常検出を実施するのにあたり、同センサの出力変化として、目標空燃比を変化させた後の所定タイミングにおけるセンサ出力値を用いる構成としたが、同センサの出力変化として、目標空燃比の変化後におけるセンサ出力の微分値としてもよい。

・上記第１及び第２の実施形態では、燃料性状検出手段として燃料性状センサ３７によりアルコール濃度を計測する構成としたが、燃料性状を検出可能であればこの構成に限定しない。例えば、エンジン運転状態に基づいて演算によりアルコール濃度を算出する構成としてもよい。エンジン運転状態として具体的には、例えば筒内圧力やエンジン回転速度、排気ガスの成分濃度等が挙げられる。

・上記実施形態では、燃料としてガソリンとアルコールとを用いるエンジン１０について説明したが、ガソリン及びアルコール以外の成分であって、理論空燃比が異なる複数成分を含む燃料を用いてもよい。

エンジン制御システムの全体概略構成図。 Ａ／Ｆセンサの応答性異常を診断する手順を説明するためのタイムチャート。 Ａ／Ｆセンサの異常検出処理の処理手順を示すフローチャート。 アルコール濃度と補正係数ＫＤとの関係を示す図。 Ａ／Ｆ応答性劣化検出処理の処理手順を示すフローチャート。 アルコール濃度に応じたディザ振り幅λｄｉによりセンサ応答性異常を検出する様子を示すタイムチャート。 触媒の異常診断の手順を説明するための図。 触媒劣化検出処理の処理手順を示すフローチャート。 ＡＦ積算値としきい値Ｖｔｈとの関係を示す図。 アルコール濃度に応じたディザ振り幅λｄｉにより触媒劣化異常を検出する手順を説明するためのタイムチャート。

符号の説明

１０…エンジン、２４…排気管、２５…触媒、２６ａ…空燃比センサとしてのＡ／Ｆセンサ、２６ｂ…空燃比センサとしてのＯ2センサ、３７…燃料性状センサ、４０…ＥＣＵ、４１…マイコン。

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設置された空燃比センサの出力値に基づいて空燃比フィードバック制御を実施する内燃機関の空燃比制御装置において、
   内燃機関の空燃比を変動させる空燃比変動手段と、
   前記空燃比変動手段による空燃比変動に伴う前記空燃比センサの出力変化に基づいて異常検出を実施する異常検出手段と、
   前記内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、
   前記異常検出手段による異常検出で用いる前記空燃比変動手段による空燃比変動のパラメータを、前記燃料性状検出手段により検出した燃料性状に基づいて可変に設定する設定手段と、
   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. 前記設定手段は、前記パラメータとして前記空燃比変動手段による空燃比変動の振幅を可変に設定する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記異常検出手段は、空燃比をリッチ側又はリーン側に変化させた後に、予め定めた収束タイミングで実空燃比の出力変化量に基づいて異常検出を実施するものであり、
   前記設定手段は、前記パラメータとして前記空燃比変動手段による空燃比変動の周期を可変に設定する請求項１又は２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記燃料性状検出手段は、燃料性状として燃料中のアルコール濃度を検出し、
   前記設定手段は、前記燃料性状検出手段により検出したアルコール濃度が高いほど、空燃比変動中における前記空燃比フィードバック制御の空燃比補正量のリッチ側積算値及びリーン側積算値の少なくともいずれかを大きくする側に前記パラメータを変更する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 内燃機関の排気通路に設置された空燃比センサの出力値に基づいて空燃比フィードバック制御を実施する内燃機関の空燃比制御装置において、
   内燃機関の空燃比を変動させる空燃比変動手段と、
   前記空燃比変動手段による空燃比変動に伴う前記空燃比センサの出力変化に基づいて異常検出を実施する異常検出手段と、
   前記内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、
   前記異常検出手段による異常検出において、前記空燃比フィードバック制御のゲインを前記燃料性状検出手段により検出した燃料性状に基づいて可変に設定する設定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
6. 前記燃料性状検出手段は、燃料性状として燃料中のアルコール濃度を検出し、
   前記設定手段は、前記燃料性状検出手段により検出したアルコール濃度が高いほど前記ゲインを大きくする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
7. 前記空燃比センサは、前記内燃機関の排気ガス中の酸素濃度に比例した広域の空燃比信号を出力する酸素センサであり、
   前記異常検出手段は、前記酸素センサの応答性異常を検出する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
8. 前記内燃機関の排気通路に、排気ガスを浄化する排気浄化触媒が配置され、
   前記空燃比センサは、前記排気浄化触媒の上流側と下流側とにそれぞれ設けられ、
   前記異常検出手段は、前記上流側の空燃比センサの出力変化量に基づいて算出される異常判定値と前記下流側の空燃比センサの出力変化量とを比較し、その比較結果に基づいて前記排気浄化触媒の異常を検出する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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