JP2019074028A - 空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素濃度センサの故障が生じている際にフィードバック制御の再開を適切なタイミングで行う。【解決手段】空燃比制御装置１００は、エンジン１０の燃焼室１２Ａに供給される混合気の空燃比を制御する。フィードバック補正部１０６は、所定のフィードバック補正実施条件成立時に、エンジン１０の排気流路上に設けられた上流側酸素濃度センサ２８の検出値に基づいてエンジン１０の燃焼噴射量をフィードバック補正する。センサ故障検出部１１０は、上流側酸素濃度センサ２８の故障を検出する。フィードバック補正部１０６は、上流側酸素濃度センサ２８の故障が検出された場合、フィードバック補正実施条件の非成立状態からフィードバック補正実施条件の成立状態に移行し、フィードバック補正を開始する際に所定の再開遅延時間ΔＤＴを設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン内の空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。

従来、エンジン内（燃焼室内）の空燃比は、燃焼室下流の排気流路上に設けられた酸素濃度センサ（例えばリニアＡ／Ｆセンサ：ＬＡＦＳ）の検出値を目標空燃比に一致させるようにフィードバック制御を行っている。
このようなフィードバック制御は、所定のフィードバック制御実施条件の成立時に実施され、同条件の非成立時には中止される。フィードバック制御実施条件の非成立時の一例として、エンジンの燃料カット開始から燃料カット復帰時のリッチ化制御の終了までの期間が挙げられる。この期間は目標空燃比が理論空燃比（ストイキ）から大きくずれるため、フィードバック制御は中止してオープンループ制御を行う。
燃料カット復帰後のフィードバック制御再開タイミングは、燃料カット復帰（＝燃料供給開始）時点から、その際に発生した排気ガスがセンサに到達してセンサ検出値に影響するまでの無駄時間およびセンサ自体の応答遅れ分を遅延させた時点としている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開平６−１４６９６４号公報

リニアＡ／Ｆセンサの故障形態のひとつに、検出値がリーンからリッチまたはリッチからリーンへと変化する際の立ち上がりが遅れるディレー故障がある。ディレー故障は、実際の空燃比（以下「実空燃比」という）の変化開始からリニアＡ／Ｆセンサ検出値の変化開始までに遅延が生じる故障である。
ディレー故障には、リーン化傾向からリッチ化傾向に実空燃比が変動する際またはリーン化傾向からリッチ化傾向に実空燃比が変動する際のいずれかに遅延が生じる非対称ディレー故障と、リーン化傾向からリッチ化傾向に実空燃比が変動する際およびリーン化傾向からリッチ化傾向に実空燃比が変動する際のいずれでも遅延が生じる対称ディレー故障とがある。

ここで、燃料カット中からリッチ化制御にかけての期間は空燃比が大きく変動するが、リニアＡ／Ｆセンサのディレー故障が起きている場合、実空燃比とリニアＡ／Ｆセンサの出力とが大きく乖離している可能性がある。このような状態でフィードバック制御を再開すると、フィードバック補正量が必要以上に大きく出力され、実際の運転状態に対して過補正となり、排気浄化性能が悪化したり、燃費が悪くなる可能性がある。

図６は、従来技術における燃料カット前後の空燃比を示すグラフである。
図６Ａは、リニアＡ／Ｆセンサの検出値に基づくフィードバック（Ｆ／Ｂ）補正量、図６ＢはリニアＡ／Ｆセンサの検出値（実線）および目標空燃比（≒実際の空燃比、点線）である。なお、図６では、リニアＡ／Ｆセンサに対称ディレー故障が生じているものとする。
時刻Ｔ１までは燃料カットは行われておらず、図６Ｂの点線に示すように目標空燃比は理想空燃比（ストイキ）に設定されている。図６Ｂの実線で示すリニアＡ／Ｆセンサの検出値は理想空燃比近傍で推移し、図６Ａに示すフィードバック補正量は、リニアＡ／Ｆセンサの検出値と理想空燃比との差分を打ち消すように推移する。
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけては燃焼カットが行われ、図６Ｂの点線で示す目標空燃比および実空燃比はリーン側最大値に移行する。ここで、図６Ｂの実線で示すリニアＡ／Ｆセンサの検出値は、ディレー故障により実空燃比よりも遅延時間ΔＴをもって変化する。すなわち、実空燃比がリーン側に移行開始してから遅延時間ΔＴ後にリニアＡ／Ｆセンサの検出値がリーン側に移行開始し、実空燃比がリーン側最大値に到達してから遅延時間ΔＴ後にリニアＡ／Ｆセンサの検出値がリーン側最大値に到達する。
なお、燃料カット中はフィードバック補正が中止されるため、図６Ａに示すフィードバック補正量は０となる。

時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけては、燃焼カット終了後のフィードバック（Ｆ／Ｂ）禁止期間である。フィードバック禁止期間中には、リッチ化制御が行われる。リッチ化制御は、燃料カット中のリーンな排気にさらされた触媒の機能を回復するための制御である。
リッチ化制御が開始された時刻Ｔ２以降、図６Ｂの点線で示す目標空燃比および実空燃比はリッチ側最大値に移行し、その後、理想空燃比（ストイキ）へと移行する。リッチ化制御中もフィードバック補正が中止されるため、図６Ａに示すフィードバック補正量は０となる。
上述のように、図６Ｂの実線で示すリニアＡ／Ｆセンサの検出値はディレー故障しているため、実空燃比がリッチ側に移行開始してから遅延時間ΔＴ後にその検出値がリッチ側に移行開始し、実空燃比がリーン側最大値に到達してから遅延時間ΔＴ後にリニアＡ／Ｆセンサの検出値がリッチ側最大値に到達する。また、時刻Ｔ３に実空燃比が理想空燃比となった際も、その検出には遅延時間ΔＴが生じる。

ここで、従来のようにリッチ化制御が終了し、所定の待ち時間が経過した（フィードバック禁止期間が終了した）時刻Ｔ３からフィードバック制御を開始すると、実空燃比が理想空燃比でありフィードバック補正は不要の場合でも、リニアＡ／Ｆセンサの検出値がリッチ側に大きな値となっているため、リーン側に大きなフィードバック補正が行われることとなる（図６Ａの網掛け部Ｎ１）。
さらに、このようなリーン側への補正により実空燃比がリーン化し、これを検知したリニアＡ／Ｆセンサの検出値によりリッチ側へのフィードバック補正が行われることとなる（図６Ａの網掛け部Ｎ２）。
このような不要な補正は、触媒の排気浄化性能の悪化や燃費の悪化につながり、好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、酸素濃度センサの故障が生じている際にフィードバック制御の再開を適切なタイミングで行うことにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる空燃比制御装置は、エンジンの燃焼室に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御装置であって、所定のフィードバック補正実施条件成立時に、前記エンジンの排気流路上に設けられた酸素濃度センサの検出値に基づいて前記エンジンの燃焼噴射量をフィードバック補正するフィードバック補正部と、前記酸素濃度センサのディレー故障を検出するセンサ故障検出部と、を備え、前記フィードバック補正部は、前記酸素濃度センサの前記故障が検出された場合、前記フィードバック補正実施条件の非成立状態から前記フィードバック補正実施条件の成立状態に移行し前記フィードバック補正を開始する際に所定の再開遅延時間を設ける、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる空燃比制御装置は、前記センサ故障検出部は、前記混合気の目標空燃比と前記酸素濃度センサの検出値との差分に基づいて前記ディレー故障を検出する、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる空燃比制御装置は、前記センサ故障検出部は、前記フィードバック補正実施条件の非成立状態における前記目標空燃比の累積変化量と、前記酸素濃度センサの検出値の累積変化量との差分が所定値以上の場合に前記酸素濃度センサがディレー故障していると判定する、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる空燃比制御装置は、前記フィードバック補正部は、前記累積変化量同士の差分が大きいほど前記再開遅延時間を長くする、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる空燃比制御装置は、前記目標空燃比および前記酸素濃度センサの検出値は、時間の経過と共にリッチ方向またはリーン方向に変化し、前記センサ故障検出部は、前記フィードバック補正実施条件の成立時において、前記目標空燃比の変化方向と前記酸素濃度センサの検出値の変化方向とが異なる場合に、前記酸素濃度センサがディレー故障していると判定する、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかる空燃比制御装置は、前記フィードバック補正部は、前記目標空燃比の変化方向が所定方向に変化した時刻と、前記酸素濃度センサの検出値の変化方向が前記所定方向に変化した時刻との差分が大きいほど前記再開遅延時間を長くする、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、酸素濃度センサのディレー故障が検出された場合、フィードバック補正を再開する際に所定の再開遅延時間を設けるので、ディレー故障により酸素濃度センサの出力値と実空燃比とにずれがある可能性のある期間にフィードバック補正を実施するのを回避することができ、排気浄化性能や燃費の悪化を防止する上で有利となる。
請求項２の発明によれば、目標空燃比と酸素濃度センサの検出値との差分に基づいて酸素濃度センサのディレー故障を検出するので、センサの故障を精度よく検出する上で有利となる。
請求項３の発明によれば、目標空燃比の累積変化量と、酸素濃度センサの検出値の累積変化量との差分が所定値以上の場合に酸素濃度センサがディレー故障していると判定するので、センサの故障を精度よく検出する上で有利となる。
請求項４の発明によれば、累積変化量同士の差分が大きいほど再開遅延時間を長くするので、センサの遅延時間に対応した再開遅延時間を設定する上で有利となる。
請求項５の発明によれば、目標空燃比の変化方向と酸素濃度センサの検出値の変化方向とが異なる場合に酸素濃度センサがディレー故障していると判定するので、簡易な処理でディレー故障を検出することができる。
請求項６の発明によれば、目標空燃比の変化した時刻と、酸素濃度センサの検出値の変化した時刻との差分に基づいて再開遅延時間を決定するので、簡易な処理で再開遅延時間を決定することができる。

車両のエンジン１０の構成を示す図である。 センサ故障検出部１１０による故障判定方法を模式的に示すグラフである。 センサ故障検出部１１０による故障判定方法を模式的に示すグラフである。 センサ故障検出部１１０による故障判定方法を模式的に示すグラフである。 センサ故障検出部１１０による故障判定方法を模式的に示すグラフである。 従来技術における燃料カット前後の空燃比を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる空燃比制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、空燃比制御装置１００が搭載された車両のエンジン１０の構成を示す図である。
本実施の形態では、エンジン１０はガソリンエンジンであるものとする。
エンジン１０は、吸気流路噴射型であり、シリンダヘッド１２と、点火プラグ１４と、吸気流路１６と、燃料噴射弁１８と、スロットル弁２０と、エアフローセンサ２２と、電動機（オルタネータまたはジェネレータ）２３等を含んで構成されている。
また、エンジン１０は、排気流路２４と、三元触媒２６と、上流側酸素濃度センサ２８と、下流側酸素濃度センサ３０と、クランク角センサ３２と、アクセルポジションセンサ３４と、車速センサ３５と、ＥＣＵ３６（空燃比制御装置１００）を含んで構成されている。

シリンダヘッド１２は、混合ガスが燃焼される燃焼室（シリンダ室）１２Ａを形成するものである。
吸気流路１６は、燃焼室１２Ａに連通され空気を燃焼室１２Ａに供給するものである。
スロットル弁２０は、吸気流路１６に設けられ、アクチュエータ２１を含んで構成されている。
スロットル弁２０は、ＥＣＵ３６の制御によりアクチュエータ２１が駆動されることによって開度が調整され、開度が調整されることで吸気流路１６を介して燃焼室に吸入される吸入空気量を調整するものである。
エアフローセンサ２２は、吸気流路１６に設けられ、吸気流路１６を介して燃焼室１２Ａに実際に吸入される吸入空気量を検出しその検出情報をＥＣＵ３６に供給するものである。

燃料噴射弁１８は、吸気流路１６に設けられ、図示しない燃料タンクを有する燃料供給装置に燃料パイプを介して接続されている。燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁１８に供給することにより、この燃料を燃料噴射弁１８から吸気流路１６を介して燃焼室１２Ａ内に噴射する燃料ポンプを備えている。
燃料噴射弁１８は、ＥＣＵ３６により燃料の噴射タイミング、噴射量が制御される。

点火プラグ１４は、燃焼室１２Ａに設けられ、ＥＣＵ３６の制御により決定される点火時期で点火することによって燃焼室１２Ａ内の混合ガスを燃焼させるものである。
排気流路２４は、燃焼室１２Ａで混合ガスが燃焼されることで発生する排気を車両の外部に導いて排出するものである。

三元触媒（排気浄化手段）２６は、エンジン１０から排出される排気を浄化するものであり、排気流路２４（排気系）に設けられている。
三元触媒２６は、排気に含まれるＣＯをＣＯ_２に酸化し、ＨＣをＣＯ_２とＨ_２Ｏに酸化し、ＮＯ_ｘをＯ_２（酸素）とＮ_２（窒素）とに還元することで排気を浄化する触媒である。
三元触媒２６は活性化されることによって、排気を浄化する機能を発揮する。
三元触媒２６の活性化は、排気の空燃比を一時的にリッチにすることで未燃ガスであるＣＯ、ＨＣ，Ｏ_２を生成し三元触媒２６で酸化（燃焼）させ、これにより三元触媒２６の温度を上昇させることによってなされる。

上流側酸素濃度センサ２８は、排気流路２４のうち三元触媒２６の上流側に設けられ、三元触媒２６の入口近傍における排気の排気中の酸素量を検出し、その検出情報をＥＣＵ３６に供給するものである。
言い換えると、上流側酸素濃度センサ２８は、三元触媒２６によって浄化される前の排気の空燃比を検出するものである。
本実施の形態では、上流側酸素濃度センサ２８は、例えば排気中の空燃比に応じてリニアに変化する電流値を出力するリニアＡ／Ｆセンサであるものとする。

下流側酸素濃度センサ３０は、排気流路２４のうち三元触媒２６の下流側に設けられ、三元触媒２６の出口近傍における排気の排気中の酸素量を検出し、その検出情報をＥＣＵ３６に供給するものである。
言い換えると、下流側酸素濃度センサ３０は、三元触媒２６によって浄化された後の排気の空燃比を検出するものである。
本実施の形態では、下流側酸素濃度センサ３０は、例えば排気中の空燃比が理想空燃比よりリーンかリッチかを示す電圧値を出力するＯ_２センサであるものとする。

クランク角センサ３２は、クランク角を検出し、その検出情報をＥＣＵ３６に供給するものである。
アクセルポジションセンサ３４は、アクセルペダルの操作量を検出し、その検出情報をＥＣＵ３６に供給するものである。
車速センサ３５は、車両の走行速度を検出し、その検出情報をＥＣＵ３６に供給するものである。

ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３６は、エンジン１０の制御を行う電子制御ユニットである。
ＥＣＵ３６は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納するＲＯＭ、ワーキングエリアを提供するＲＡＭ、周辺回路とのインタフェースをとるインタフェース部などがバスによって接続されたマイクロコンピュータによって構成されている。そして、前記ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより機能する。
また、ＥＣＵ３６の入力側には、前述のエアフローセンサ２２、上流側酸素濃度センサ２８、下流側酸素濃度センサ３０、クランク角センサ３２、アクセルポジションセンサ３４、図示しない各種センサが接続され、これら各種センサからの検出情報が入力される。
また、ＥＣＵ３６の出力側には、前述の点火プラグ１４、燃料噴射弁１８、図示しない各種出力デバイスが接続されている。
ＥＣＵ３６は、ＣＰＵが前記制御プログラムを実行することにより、前記センサ２２、２８、３０、３２、３４からの検出情報に基づき点火プラグ１４、燃料噴射弁１８、前記各種出力デバイスを制御し、これにより、エンジン１０の制御がなされる。
すなわち、ＥＣＵ３６は、エアフローセンサ２２、上流側酸素濃度センサ２８、下流側酸素濃度センサ３０、クランク角センサ３２、アクセルポジションセンサ３４、車速センサ３５からの検出情報に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等をそれぞれ演算する。そして、それら演算結果に基づいて点火プラグ１４、燃料噴射弁１８を制御する。
これにより、燃料噴射弁１８から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射されるとともに、点火プラグ１４により適正なタイミングで火花点火が実施される。

以下、本実施の形態では、ＥＣＵ３６が燃料噴射量を制御することにより、エンジン１０の燃焼室１２Ａに供給される混合気の空燃比を制御する際の処理、すなわち、ＥＣＵ３６が空燃比制御装置１００として機能する際の処理を説明する。
ＥＣＵ３６（空燃比制御装置１００）は、ＣＰＵが前記制御プログラムを実行することにより、目標空燃比算出部１０２、ベース燃料噴射量算出部１０４、フィードバック補正部１０６、燃料噴射量制御部１０８、センサ故障検出部１１０を実現する。

目標空燃比算出部１０２は、車両の走行状態（各種センサの検出値）に基づいて、エンジン１０の燃焼室１２Ａに供給される混合気の目標空燃比を算出する。目標空燃比算出部１０２は、例えばエンジン１０の回転数およびスロットル開度（アクセル開度）から目標空燃比を特定する目標空燃比マップを備えており、この目標空燃比マップから現在の走行状態に合った目標空燃比を抽出する。

ベース燃料噴射量算出部１０４は、車両の走行状態（各種センサの検出値）に基づいて、エンジン１０の燃焼室１２Ａに供給する燃料量、すなわち燃料噴射量のベース値（ベース燃料噴射量）を算出する。
ベース燃料噴射量算出部１０４は、例えばエンジン１０の回転数およびスロットル開度（アクセル開度）から燃料噴射量を特定する燃料噴射量マップを備えており、この燃料噴射量マップから現在の走行状態に合ったベース燃料噴射量を抽出する。

フィードバック補正部１０６は、所定のフィードバック補正実施条件成立時に、エンジン１０の排気流路２４上に設けられた酸素濃度センサの検出値に基づいてエンジンの燃焼噴射量（ベース燃料噴射量）をフィードバック補正する。本実施の形態では、フィードバック補正部１０６は、排気流路２４のうち三元触媒２６の上流に位置する上流側酸素濃度センサ２８の検出値に基づいてフィードバック補正を行うものとする。
フィードバック補正部１０６は、上記目標空燃比算出部１０２で算出された目標空燃比と、上流側酸素濃度センサ２８の検出値（実空燃比）とを比較し、検出値が目標空燃比よりもリッチ傾向にある場合は燃料噴射量を減らすように、リーン傾向にある場合は燃料噴射量を増やすように、ベース燃焼噴射量を補正する。
フィードバック補正実施条件とは、例えばエンジン１０の燃料カットでないこと、燃料カット後のリッチ化制御終了後所定期間経過していること、高スロットル開度かつ高回転数状態でないこと、などが挙げられる。フィードバック補正部１０６は、フィードバック補正実施条件成立時はフィードバック補正を行い、フィードバック補正実施条件非成立時はフィードバック補正を中止する。

燃料噴射量制御部１０８は、フィードバック補正部１０６により補正された燃料噴射量（補正済み燃料噴射量）に基づいて燃料噴射弁１８を制御し、補正済み燃料噴射量に対応する量の燃料が燃焼室１２Ａに供給されるようにする。

センサ故障検出部１１０は、目標空燃比と上流側酸素濃度センサ２８の検出値との差分に基づいて、上流側酸素濃度センサ２８のディレー故障を検出する。
上述のように、ディレー故障は、実空燃比の変化開始からリニアＡ／Ｆセンサ検出値の変化開始までに遅延が生じる故障である。
センサ故障検出部１１０により上流側酸素濃度センサ２８の故障が検出された場合、フィードバック補正部１０６は、フィードバック補正実施条件の非成立状態からフィードバック補正実施条件の成立状態に移行しフィードバック補正を開始する際に所定の再開遅延時間ΔＤＴを設ける。これは、上流側酸素濃度センサ２８の故障、特にディレー故障がある場合、通常のタイミングでフィードバック補正を再開すると、上流側酸素濃度センサ２８の検出値の誤差により正しい補正が行えない可能性があるためである。

本実施の形態では、ディレー故障の検出方法として、以下の２つの方法（方法１、方法２）を例にして説明する。また、本実施の形態では、上流側酸素濃度センサ２８が対称ディレー故障を起こしているものとして説明する。

＜方法１＞
方法１では、センサ故障検出部１１０は、フィードバック補正実施条件の非成立状態における目標空燃比の累積変化量と、酸素濃度センサの検出値の累積変化量との差分が所定値以上の場合に上流側酸素濃度センサ２８がディレー故障していると判定する。
図２は、センサ故障検出部１１０による第１の故障判定方法を模式的に示すグラフである。
図２Ａは、上流側酸素濃度センサ２８の検出値（実線、以下「センサ検出値」という）および目標空燃比（≒実際の空燃比、点線）を示し、図２Ｂは、図２Ａのセンサ検出値（実線）および目標空燃比（点線）の時間変化量（時間微分値）である。

図２のグラフは、燃料カット後のフィードバック禁止期間（フィードバック補正実施条件の非成立状態）からフィードバック補正の再開にかけての各パラメータの推移を示している。
なお、図２では、上流側酸素濃度センサ２８に対称ディレー故障（遅延時間ΔＴα）が生じているものとする。
時刻Ｔ０から時刻Ｔ２にかけては、燃焼カット終了後のリッチ化制御が行われる。リッチ化制御が開始された時刻Ｔ０以降、図２Ａの点線で示す目標空燃比および実空燃比はリッチ側最大値に移行する。リッチ側最大値を所定時間継続した後、時刻Ｔ１以降リーン側に移行し、時刻Ｔ２に理想空燃比（ストイキ）となる。
従来の制御では、時刻Ｔ２以降、フィードバック補正が再開される。

一方、図２Ａの実線で示すセンサ検出値は、ディレー故障の影響で、実空燃比がリッチ側に移行開始してから遅延時間ΔＴα後にリッチ側に移行開始する。また、実空燃比がリーン側最大値に到達してから遅延時間ΔＴα後にセンサ検出値がリッチ側最大値に到達する。
また、時刻Ｔ１に実空燃比がリーン側に移行した際も、その検出まで遅延時間ΔＴαが生じ、時刻Ｔ２に実空燃比が理想空燃比（ストイキ）となった際、センサ検出値は未だリッチ側最大値のままである。

図２Ｂをみると、点線で示す目標空燃比の時間変化量には、時刻Ｔ０からＴ２にかけて、２つのピークＰ１，Ｐ２が生じている。すなわち、時刻Ｔ０以降、リッチ側最大値に移行する際の変化を示すピークＰ１、および時刻Ｔ１以降、リーン側に理想空燃比（ストイキ）まで移行する際の変化を示すピークＰ２である。
一方、実線で示す上流側酸素濃度センサ２８の検出値の時間変化量には、時刻Ｔ０からＴ２にかけて、１つのピークＰ１’のみが生じている。すなわち、時刻Ｔ０以降、リッチ側最大値に移行する際の変化を示すピークＰ１’である。ディレー故障の影響で、リーン側への変化を示すピークＰ２’は時刻Ｔ２の時点では未検出である。

図３は、図２と比較して対称ディレー故障の遅延時間ΔＴβが小さい（ΔＴβ＜ΔＴα）場合のグラフである。
点線で示す目標空燃比および実空燃比の挙動は、図２と同様であるため、説明を省略する。また、実線で示すセンサ検出値は、遅延時間ΔＴβが小さい分、目標空燃比および実空燃比の挙動との位相の差が小さくなっている。

ここで、図２Ｂと図３Ｂとを比較すると、上流側酸素濃度センサ２８の遅延時間ΔＴが大きいほど、目標空燃比の累積変化量（時間変化量の積分値：ピーク部分の面積）と、センサ検出値の累積変化量との差分も大きくなっている。
例えば、図２Ｂでは、時刻Ｔ０からＴ２にかけての累積変化量の差分はピークＰ２部分の面積（網掛け部分）に対応するが、図３Ｂでは、同差分はピークＰ２部分の面積からピークＰ２’のうち時刻Ｔ２までの領域を除いた部分の面積（網掛け部分）となり、遅延時間ΔＴが大きい図２Ｂの方が累積変化量の差分が大きくなる。
また、上流側酸素濃度センサ２８の遅延時間ΔＴが０（ディレー故障なし）であれば、目標空燃比の時間変化量と、センサ検出値の時間変化量とは一致し、その時間積分値である累積変化量の差分も０になるはずである。

このことを利用して、センサ故障検出部１１０は、フィードバック補正実施条件の非成立状態における目標空燃比の累積変化量（時間変化量の積分値）と、センサ検出値の累積変化量との差分（図２Ｂ、図３Ｂの網掛け部）が所定値以上の場合に上流側酸素濃度センサ２８がディレー故障していると判定する。
上記所定値は、例えば上流側酸素濃度センサ２８のセンサ特性としての反応遅れ時間等を考慮して決定する。

また、上記方法１で上流側酸素濃度センサ２８のディレー故障が検出された場合、フィードバック補正部１０６は、上記累積変化量同士の差分に基づいてフィードバック補正の再開までの再開遅延時間ΔＤＴを決定する。具体的には、フィードバック補正部１０６は、累積変化量同士の差分が大きいほど再開遅延時間ΔＤＴを長くする。
例えば、図２では、フィードバック補正実施条件の非成立状態における累積変化量の差分（Ｐ２部分の面積）に基づいて、再開遅延時間ΔＤＴ１と決定する。この場合、フィードバック補正部１０６は、時刻Ｔ２にリッチ化制御が終了（フィードバック補正実施条件が成立）してから再開遅延時間ΔＤＴ１後の時刻Ｔ３にフィードバック補正を再開する。
また、例えば、図３では、フィードバック補正実施条件の非成立状態における累積変化量の差分（Ｐ２−時刻Ｔ２以前のＰ２’部分の面積）に基づいて、遅延時間をΔＤＴ２と決定する。図３における再開遅延時間ΔＤＴ２は、図２における再開遅延時間ΔＤＴ１と比較して短くなっている。
このような方法により、ディレー故障によるセンサの遅延時間ΔＴを反映した適切なフィードバック補正の再開タイミングを設定することができ、不要な補正を回避して、触媒の排気浄化性能の悪化や燃費の悪化を防止することができる。

＜方法２＞
方法２では、センサ故障検出部１１０は、目標空燃比およびセンサ検出値が時間の経過と共にリッチ方向またはリーン方向に変化することを利用して、フィードバック補正実施条件の成立時において、目標空燃比の変化方向とセンサ検出値の変化方向とが異なる場合に、上流側酸素濃度センサ２８がディレー故障していると判定する。
図４は、センサ故障検出部１１０による第２の故障判定方法を模式的に示すグラフである。
図４Ａは、センサ検出値（実線）および目標空燃比（≒実際の空燃比、点線）を示し、図４Ｂは、図４Ａのセンサ検出値（実線）および目標空燃比（点線）の時間変化量（時間微分値）であり、図４Ｃは、センサ検出値（実線）および目標空燃比（点線）がリッチ側（ｔоリッチ）またはリーン側（ｔоリーン）のいずれかに向かっているかを示すフラグである。

図４のグラフは図２と同様、燃料カット後のリッチ化制御中（フィードバック補正実施条件の非成立状態）からフィードバック補正の再開にかけての各パラメータの推移を示している。
また、図４でも図２と同様、上流側酸素濃度センサ２８に対称ディレー故障（遅延時間ΔＴα）が生じているものとする。
以下、図４Ａおよび図４Ｂについては図２と同様なので詳細な説明を省略し、主に図４Ｃについて説明する。
時刻Ｔ０からリッチ化制御が開始し、目標空燃比がリッチ方向に変化を開始すると、その直後に目標空燃比のフラグはｔоリッチとなる。一方、センサ検出値のフラグは、目標空燃比のフラグがｔоリッチとなってから遅延時間ΔＴα後にｔоリッチとなる。
また、目標空燃比は、リッチ側最大値を所定時間継続した後、時刻Ｔ１以降リーン側に移行し、時刻Ｔ２に理想空燃比（ストイキ）となる。これに伴って、目標空燃比のフラグは時刻Ｔ１の直後にｔоリーンとなり、以降はｔоリーンが継続する。一方、センサ検出値のフラグは、目標空燃比のフラグが時刻Ｔ１の直後にｔоリーンとなってから遅延時間ΔＴα後にｔоリーンとなるため、リッチ化制御が終了する時刻Ｔ２の時点では未だｔоリッチのままである。
このように、上流側酸素濃度センサ２８がディレー故障していると、フィードバック補正実施条件の成立時（時刻Ｔ２）において、目標空燃比の変化方向とセンサ検出値の変化方向が異なることとなる。
この場合、センサ故障検出部１１０は、上流側酸素濃度センサ２８がディレー故障していると判定し、フィードバック補正部１０６は、フィードバック補正の再開まで再開遅延時間ΔＤＴを設ける。

フィードバック補正部１０６は、例えば目標空燃比の変化方向が所定方向（リッチ側またはリーン側）に変化した時刻と、センサ検出値の変化方向が同方向に変化した時刻との差分が大きいほど再開遅延時間ΔＤＴを長くする。
具体的には、例えば上記フラグの変化時刻の差分を再開遅延時間ΔＤＴとしてもよい。図４の例では、リッチ化制御が終了する時刻Ｔ２からΔＴα（＝再開遅延時間ΔＤＴ１）後にフィードバック補正を再開するようにしてもよい。

このような方法を採ると、例えば図５のように上流側酸素濃度センサ２８の遅延時間ΔＴが比較的短く、図４の方法ではディレー故障と判定できない場合でも、フィードバック補正の再開遅延時間ΔＤＴを設けることができる。
図５では、上流側酸素濃度センサ２８の遅延時間がΔＴβ（＜ΔＴα）であるものとする。
図４と同様に、目標空燃比は、リッチ側最大値を所定時間継続した後、時刻Ｔ１以降リーン側に移行し、時刻Ｔ２に理想空燃比（ストイキ）となる。これに伴って、目標空燃比のフラグは時刻Ｔ１の直後にｔоリーンとなり、以降はｔоリーンが継続する。
一方、センサ検出値のフラグは、時刻Ｔ１の直後に目標空燃比のフラグがｔоリーンとなってから遅延時間ΔＴβ後にｔоリーンとなるが、遅延時間ΔＴβは比較的短い期間のため、リッチ化制御が終了する時刻Ｔ２の時点でセンサ検出値のフラグはｔоリーンとなっている。よって、図４の方法ではディレー故障と判定することができない。
しかしながら、目標空燃比のフラグの変化時刻と、センサ検出値のフラグの変化時刻とに差分がある場合に、必ず再開遅延時間ΔＤＴを設けるようにすれば、故障判定の有無に関わらず適切なタイミングでフィードバック補正を再開することができる。
なお、上述した説明では、フラグの変化時刻の差分そのものを再開遅延時間ΔＤＴとしたが、これに限らず、フラグの変化時刻の差分に所定の係数を演算して再開遅延時間ΔＤＴとするなど、任意の方法で再開遅延時間ΔＤＴを決定すればよい。

このように、方法２によれば、目標空燃比の変化方向とセンサ検出値の変化方向とに基づいて上流側酸素濃度センサ２８の故障を判定するので、簡易な処理でディレー故障を検出することができる。
また、上記変化方向が反転した時刻の差分に基づいて再開遅延時間を決定すれば、簡易な処理で再開遅延時間を決定することができる。

なお、図４および図５では、センサ検出値および目標空燃比の時間変化量に基づいてセンサ検出値および目標空燃比の変化方向を検知したが、単に今回のサンプリング周期における値と前回のサンプリング周期における値とを比較することにより変化方向を検知してもよい。
また、本実施の形態では、酸素濃度センサがリニアＡ／Ｆセンサであるものとしたが、これに限らず、例えばＯ_２センサを用いてフィードバック補正を行う場合などにも本発明は適用可能である。また、本実施の形態では、上流側酸素濃度センサ２８を用いたフィードバック補正について説明したが、これに限らず、例えば下流側酸素濃度センサ３０を用いてフィードバック補正を行う場合などにも本発明は適用可能である。

１０ エンジン
１８ 燃料噴射弁
２４ 排気流路
２６ 三元触媒
２８ 上流側酸素濃度センサ
３０ 下流側酸素濃度センサ
３６ ＥＣＵ
１００ 空燃比制御装置
１０２ 目標空燃比算出部
１０４ ベース燃料噴射量算出部
１０６ フィードバック補正部
１０８ 燃料噴射量制御部
１１０ センサ故障検出部

Claims (6)

1. エンジンの燃焼室に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御装置であって、
   所定のフィードバック補正実施条件成立時に、前記エンジンの排気流路上に設けられた酸素濃度センサの検出値に基づいて前記エンジンの燃焼噴射量をフィードバック補正するフィードバック補正部と、
   前記酸素濃度センサのディレー故障を検出するセンサ故障検出部と、を備え、
   前記フィードバック補正部は、前記酸素濃度センサの前記故障が検出された場合、前記フィードバック補正実施条件の非成立状態から前記フィードバック補正実施条件の成立状態に移行し前記フィードバック補正を開始する際に所定の再開遅延時間を設ける、
   ことを特徴とする空燃比制御装置。
2. 前記センサ故障検出部は、前記混合気の目標空燃比と前記酸素濃度センサの検出値との差分に基づいて前記ディレー故障を検出する、
   ことを特徴とする請求項１記載の空燃比制御装置。
3. 前記センサ故障検出部は、前記フィードバック補正実施条件の非成立状態における前記目標空燃比の累積変化量と、前記酸素濃度センサの検出値の累積変化量との差分が所定値以上の場合に前記酸素濃度センサがディレー故障していると判定する、
   ことを特徴とする請求項２記載の空燃比制御装置。
4. 前記フィードバック補正部は、前記累積変化量同士の差分が大きいほど前記再開遅延時間を長くする、
   ことを特徴とする請求項３記載の空燃比制御装置。
5. 前記目標空燃比および前記酸素濃度センサの検出値は、時間の経過と共にリッチ方向またはリーン方向に変化し、
   前記センサ故障検出部は、前記フィードバック補正実施条件の成立時において、前記目標空燃比の変化方向と前記酸素濃度センサの検出値の変化方向とが異なる場合に、前記酸素濃度センサがディレー故障していると判定する、
   ことを特徴とする請求項２記載の空燃比制御装置。
6. 前記フィードバック補正部は、前記目標空燃比の変化方向が所定方向に変化した時刻と、前記酸素濃度センサの検出値の変化方向が前記所定方向に変化した時刻との差分が大きいほど前記再開遅延時間を長くする、
   ことを特徴とする請求項５記載の空燃比制御装置。

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