JP3738724B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳細には機関吸気中の酸素濃度を検出する吸気酸素濃度センサを備え、この吸気酸素濃度センサ出力に基づいて機関に供給する燃料量を補正する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の排気通路に排気空燃比を検出する空燃比センサを配置し、検出した排気空燃比が予め定めた目標空燃比になるように機関に供給する燃料量をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置が知られている。このような空燃比制御装置では、例えば機関吸入空気量に関連するパラメータ（例えば、エアフロメータ出力や機関吸気通路圧力と機関回転数）を計測し、これらのパラメータを用いて予め記憶した関係に基いて排気空燃比が目標空燃比に一致するように、機関への基本燃料供給量（基本燃料噴射量）を算出するとともに、更に排気空燃比センサで検出した排気空燃比が上記目標空燃比に一致するように基本燃料供給量を補正した量の燃料を実際に機関に供給する。
【０００３】
このように、空燃比センサで検出した実際の排気空燃比に基いて、基本燃料噴射量をフィードバック補正する事により、機関吸入空気量に関連するパラメータを検出するセンサ（例えば、エアフロメータ、吸気圧力センサ等）の検出誤差や燃料噴射弁の実際の燃料噴射量の製品毎のばらつきや経年変化などによる燃料噴射量の誤差が補正されるため、正確な空燃比制御を行うことが可能となる。
【０００４】
ところが、機関吸気通路に燃料タンクからの蒸発燃料をパージする蒸発燃料パージ装置を備えた機関では、上記のように排気空燃比センサに基づくフィードバック制御を実行していても蒸発燃料のパージ実行時には一時的に機関空燃比の目標空燃比からのずれが生じる場合がある。
【０００５】
すなわち、パージにより蒸発燃料（炭化水素）が吸気通路に導入されると、機関には燃料噴射により供給される燃料の他に吸気とともに蒸発燃料（燃料ベーパ）が流入することになる。このため、排気空燃比に基づいて機関への燃料噴射量を制御していて、一時的に機関への燃料供給量が増大するため、機関空燃比が目標空燃比からずれる場合が生じる。このようなずれが生じても、排気空燃比に基づく機関燃料噴射量のフィードバック制御が行われていれば、パージによる機関への燃料供給量は補正され機関空燃比は目標空燃比に一致するようになるが、空燃比フィードバック制御のゲインは制御のハンチングを防止するために比較的小さな値に設定されているため、急激に大量のパージが開始されたような場合には排気空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御のみでは機関空燃比が目標空燃比に収束するまでに多少の時間を要する場合がある。
【０００６】
この問題を解決するために、機関吸気通路に吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを配置し、パージ実行中に吸気酸素濃度センサ出力に基づいて機関への燃料供給量を補正するようにした空燃比センサが考案されている。
この種の空燃比制御装置としては、例えば特開平１１−２１５３号公報に記載されたものがある。
【０００７】
同公報の装置は、パージ実行中に機関吸気通路に配置した吸気酸素濃度センサ出力に基づいて、吸気中に含まれる蒸発燃料量を算出し、この蒸発燃料量に相当する量だけ、機関への燃料噴射量を減量補正するようにしている。
【０００８】
このように、吸気酸素濃度センサ出力に基づいて吸気中の蒸発燃料量を算出し、蒸発燃料量に相当する量だけ燃料噴射量を減量するパージ制御を行うことにより、吸気中の蒸発燃料量を算出して、この蒸発燃料量分だけ燃料噴射量を低減するという直接的な補正操作が可能になる。このため、吸気酸素濃度センサ出力に基づくパージ制御を実施することにより、排気空燃比センサ出力に基づく空燃比制御によりパージ制御を行う場合に較べて極めて精度が高く、かつ応答性の良い制御が可能となる。従って、吸気酸素濃度センサ出力に基づくパージ制御を行う機関では、大量のパージを行った場合にも機関の空燃比が乱れることがないため、短時間で大量のパージを行うことが可能となり、パージ操作を効率的に行うことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平１１−２１５３号公報の装置のように、吸気酸素濃度センサの出力に基づいてパージ制御を行う空燃比制御装置では、上述のように高精度かつ応答性の良い制御を行うことができる反面、吸気酸素濃度センサに異常が生じると機関空燃比が大きく乱れて機関出力の変動や排気エミッションの悪化が生じる場合がある。
【００１０】
すなわち、吸気酸素濃度センサに異常が生じているとパージ制御中に正確な蒸発燃料量を算出することができない。更に、吸気酸素濃度センサ出力に基づくパージ制御は、吸気中の蒸発燃料を機関に吸入される前に吸気酸素濃度センサにより検出し、機関への燃料供給量を直接補正するものであるため、吸気酸素濃度センサに異常が生じた場合、センサ出力の異常は直接機関の燃料噴射量に反映されてしまう。このため、吸気酸素濃度センサ出力に基づくパージ制御では、通常の空燃比制御に較べてセンサ出力に異常が生じた場合の空燃比の乱れが大きくなる問題がある。
【００１１】
しかも、通常、運転者はパージが実行されているか否かについては意識していないため、パージ制御中に吸気酸素濃度センサに異常が生じていても、単に機関出力の変動が異常に大きくなったとしか認識しない。このため、修理を行う場合にも、機関出力の変動を生じる可能性がある異常原因（例えば燃料噴射弁や排気空燃比センサ、点火系統など）の全てを検査する必要があり真の異常原因を特定するのに多大な労力を要する可能性がある。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑み、吸気酸素濃度センサを用いたパージ制御を行う場合に吸気酸素濃度センサの異常を早期に検出することにより、異常の状況に応じた対処を可能とする手段を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に配置され、吸気中の蒸発燃料濃度を検出する蒸発燃料濃度センサと、
前記蒸発燃料濃度センサ上流側の吸気通路に燃料タンク内の蒸発燃料を供給するパージ装置と、
前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づいて吸気中に含まれる前記蒸発燃料の量を算出するベーパ量算出手段と、
前記吸気通路に蒸発燃料を供給させつつ前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づいて機関への燃料供給量を補正する吸気側パージ制御を行う吸気側パージ制御手段と、
機関出力に関連するパラメータに基づいて、機関出力の異常を検出する出力異常検出手段と、
前記吸気側パージ制御の実行中に検出された機関出力の異常が前記吸気側パージ制御により生じているか否かを判定する判定手段と、
前記吸気側パージ制御により機関出力に異常が生じていると判定された場合に、前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断するセンサ異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明では、判定手段は、出力異常検出手段により機関出力に関連するパラメータに基づいて、吸気側パージ制御の実行中に機関出力の異常が検出されたときに、この機関出力の異常が吸気側パージ制御により生じているか否かを判定する。例えば、吸気側パージ制御実行中に機関出力に異常が生じる原因としては、パージ装置などのパージ系に異常があり、吸気通路に供給する蒸発燃料量が大きく変動するような場合も考えられる。しかし、蒸発燃料濃度センサが正常であれば蒸発燃料量の変動は直ちに機関への燃料供給量の補正に反映されるため、機関出力には影響を生じないはずである。従って、機関出力の異常が吸気側パージ制御により生じていると判断された場合には、蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断することができる。本発明では、センサ異常判定手段は、吸気側パージ制御により機関出力に異常が生じていると判定された場合には、蒸発燃料濃度センサに異常が発生したと判定する。これにより、例えば、蒸発燃料濃度センサに基づく吸気側パージ制御を停止する等のように原因に応じた適切な対処が可能となるとともに、修理の際にも他の原因の可能性を検査する必要がなくなり短時間での修理が可能となる。
なお、出力異常検出手段の出力異常検出のもととなるパラメータとしては、例えば機関回転数、排気空燃比、各気筒の燃焼圧力などが使用可能であり、更に内燃機関と電気モータとで同時に負荷を駆動する形式のハイブリッドパワーユニットにおいては、電気モータの駆動電流（駆動トルク）等が使用可能である。
また、センサ異常判定手段は、吸気側パージ制御により機関出力に異常が生じていると判定された場合に直ちに蒸発燃料濃度センサに異常が発生したと判定する代りに、パージ制御により機関出力に異常が生じていると判定された場合に、蒸発燃料濃度センサの仮の異常判定を行って、その後別のもっと精度の高い方法を用いて真に蒸発燃料濃度センサに異常が生じたか否かを判定するようにしてもよい。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記判定手段は、前記吸気側パージ制御が実行されていない時に前記機関出力の異常が検出されたか否かに基づいて、前記吸気側パージ制御により前記機関出力の異常が生じているか否かを判定することを特徴とする。
【００１６】
すなわち、請求項２の発明では異常検出手段は吸気側パージ制御実行中のみならず吸気側パージ制御を実行していない場合にも機関の出力に異常が生じているか否かを監視する。これにより、例えば吸気側パージ制御を実行していないときには機関出力に異常がなく、吸気側パージ制御実行中に機関出力に異常が生じたような場合には機関出力の異常は吸気側パージ制御により生じていると判断できる。このため、確実にセンサ異常判定手段により蒸発燃料濃度センサの異常を判定することが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記機関出力に関連するパラメータは機関回転数であることを特徴とする。
【００１８】
すなわち、請求項３に記載の発明では、出力異常検出手段は、機関回転数の変動に基づいて機関出力の異常の有無を検出する。例えば、機関の空燃比に乱れが生じていない場合には、機関出力は全体として増減するものの機関１回転毎の出力変動は小さくなっている。これに対して、種々の原因により気筒毎に出力が変動を生じるようになると、それに応じて機関回転数も変動する。このため、機関回転数の変動を監視することにより、機関出力に異常が生じているか否かを判定することが可能となる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記機関出力に関連するパラメータは内燃機関の排気空燃比であることを特徴とする。
【００２０】
すなわち、請求項４に記載の発明では、出力異常検出手段は機関排気空燃比に基づいて機関出力に異常が生じていることを検出する。例えば、機関空燃比は通常ある目標値に制御されており、機関の排気空燃比もこの目標値に維持されている。しかし、機関に供給される燃料量が変動して機関出力に異常が生じたような場合には機関排気空燃比も機関出力に応じて変動するようになる。このため、機関排気空燃比の変動を監視することにより、機関出力に異常が生じているか否かを判定することが可能となる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比に応じた信号を出力する排気空燃比センサと、
前記排気空燃比センサの出力に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する排気側空燃比制御手段と、
前記蒸発燃料濃度センサの異常が検出されたときに、前記吸気側パージ制御を中止する吸気側パージ制御中止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
すなわち、請求項５に記載の発明では、センサ異常検出手段により吸気側パージ制御実行中に蒸発燃料濃度センサの異常が判定された場合には、直ちに吸気酸素濃度センサ出力に基づく吸気側パージ制御が停止され、排気空燃比センサ出力に基づく機関への燃料供給量の補正、すなわち排気空燃比センサ出力に基づく機関空燃比制御が行われる。なお、蒸発燃料濃度センサ出力に基づく吸気側パージ制御実行中にも排気空燃比センサ出力に基づく機関空燃比制御を実行している場合には、蒸発燃料濃度センサ出力に基づく吸気側パージ制御を中止して、排気空燃比センサ出力に基づく空燃比制御が継続される。排気空燃比センサ出力に基づく空燃比制御のみでは、蒸発燃料濃度センサ出力に基づく吸気側パージ制御のように高い応答性は期待できないが、パージ装置による蒸発燃料供給時にも機関空燃比を目標空燃比に維持することは可能である。このため、本発明によれば、蒸発燃料濃度センサに異常が生じた場合にも、パージ装置からの蒸発燃料の供給（パージ）を継続することが可能となる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記パージ装置から前記蒸発燃料がパージされており、前記吸気側パージ制御が中止されており、かつ、前記排気空燃比センサの出力に基づく燃料供給量の補正が実行されている状況下で、前記機関出力の異常が検出された場合に、前記蒸発燃料のパージを停止させるパージ停止手段を備えることを特徴とする。
【００２４】
すなわち、請求項６記載の発明では、吸気側パージ制御が中止されている状況下で、排気空燃比センサの出力に基づく補正により、機関出力の異常が抑えられない場合には、蒸発燃料のパージを中止することができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記センサ異常判定手段により前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断された場合に、前記蒸発燃料濃度センサの出力特性に異常が生じているか否かを判定するセンサ特性異常判定手段と、
前記出力特性に異常が認められない場合には、前記吸気側パージ制御の実行を許可する吸気側パージ制御許可手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２６】
すなわち、請求項７記載の発明では、機関出力の異常に基づいて蒸発燃料濃度センサの異常が認められる場合に、蒸発燃料濃度センサの出力特性が異常であるかを確認することができる。そして、その出力特性が異常でない場合には、吸気側パージ制御の再開を許可することができる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に配置され、吸気中の蒸発燃料濃度を検出する蒸発燃料濃度センサと、
前記蒸発燃料濃度センサ上流側の吸気通路に燃料タンク内の蒸発燃料を供給するパージ装置と、
前記吸気通路に蒸発燃料を供給させつつ前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づいて機関への燃料供給量を補正する吸気側パージ制御を行う吸気側パージ制御手段と、
内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比に応じた信号を出力する排気空燃比センサと、
前記吸気通路に蒸発燃料を供給させつつ前記排気空燃比センサの検出値に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比制御を行う排気側パージ制御を行う排気側パージ制御手段と、
前記吸気側パージ制御の実行に必要なシステムの異常を検出するシステム異常検出手段と、
前記システムの異常が検出された場合に、前記吸気側パージ制御を中止して、前記排気側パージ制御を開始または継続させる制御変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２８】
すなわち、請求項８記載の発明では、吸気側パージ制御の実行に必要なシステムに異常が生じた場合に、吸気側パージ制御を中止して、以後、排気側パージ制御により、大きな空燃比ずれを発生させることなく、蒸発燃料のパージを継続させることができる。
【００２９】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記吸気通路に配置され、吸気圧力に応じた出力を発する吸気圧センサと、
内燃機関の状態に基づいて前記吸気圧力を推定する吸気圧推定手段とを備え、
前記蒸発燃料濃度センサは圧力に依存した出力特性を有し、
前記システム異常検出手段は、前記蒸発燃料濃度センサの異常を検出する手段と、前記吸気圧センサの異常を検出する手段とを含み、
前記吸気圧センサが正常である場合は当該吸気圧センサの出力に基づいて前記蒸発燃料濃度センサの出力を圧力補正し、前記吸気圧センサが異常である場合は前記吸気圧力の推定値に基づいて前記蒸発燃料濃度センサの出力を圧力補正するセンサ出力補正手段と、
前記吸気圧センサに異常が生じていても、前記蒸発燃料濃度センサが正常である場合には、前記センサ出力補正手段の補正結果に基づいて前記吸気側パージ制御を継続させる手段とを、更に備えることを特徴とする。
【００３０】
すなわち、請求項９記載の発明では、吸気圧センサに異常が発生しても、蒸発燃料濃度センサが正常である場合には、吸気圧力の推定値を利用することで、蒸発燃料濃度センサの出力を有効利用することができる。この場合、システムに異常が生じているにも関わらず、吸気側パージ制御が実質的に継続され、高い空燃比制御精度が維持される。
【００３１】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記パージ装置から前記吸気通路へ流通するパージ量を制御するパージ制御弁を含み、
前記システム異常検出手段は、前記蒸発燃料濃度センサの異常を検出する手段と、前記パージ制御弁の異常を検出する手段とを含み、
前記パージ制御弁に異常が生じていても、前記蒸発燃料濃度センサが正常である場合には、前記吸気側パージ制御の処理のうち、前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づく燃料供給量の補正を継続させる手段を更に備えることを特徴とする。
【００３２】
すなわち、請求項１０記載の発明では、パージ制御弁に異常が発生しても、蒸発燃料濃度センサが正常である場合には、蒸発燃料濃度センサの出力を利用した空燃比制御が継続される。この場合、システムに異常が生じているにも関わらず、高い空燃比制御精度が維持される。
【００３３】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づく燃料供給量の補正が継続された後、排気空燃比が許容範囲から外れる場合には、前記蒸発燃料のパージの停止を試みる手段を備えることを特徴とする。
【００３４】
すなわち、請求項１１記載の発明では、パージ制御弁に異常が発生し、その後、蒸発燃料濃度センサの検出値に基づく燃料噴射量補正が継続されている状況下で、空燃比が所望の範囲に制御できない場合には、即座に蒸発燃料のパージが停止され、空燃比荒れの抑制が図られる。
【００３５】
請求項１２記載の発明は、請求項１０または１１記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じており、かつ、前記パージ制御弁に異常が生じている場合には、前記蒸発燃料のパージの停止を試みる手段を備えることを特徴とする。
【００３６】
すなわち、請求項１２記載の発明では、蒸発燃料濃度センサおよびパージ制御弁の双方に異常が生じている場合には、即座にパージの停止が試行される。パージ制御弁に異常が生じている場合、排気空燃比センサの検出値に基づく空燃比制御では、空燃比を所望の範囲に制御できないことがある。本発明によれば、そのような事態の発生が未然に防止される。
【００３７】
請求項１３記載の発明は、請求項８乃至１２の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記システム異常検出手段は、
機関出力に関連するパラメータに基づいて、機関出力の異常を検出する出力異常検出手段と、
前記吸気側パージ制御が実行されていない時に前記機関出力の異常が検出され、かつ、前記吸気側パージ制御の実行中に前記機関出力の異常が検出された場合に、前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断するセンサ異常判定手段と、
を含むことを特徴とする。
【００３８】
すなわち、請求項１３記載の発明では、機関出力の異常が吸気側パージ制御の実行に起因して発生している場合に、速やかに蒸発燃料濃度センサの異常が認識される。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【００４０】
図１において、１は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では、機関１は＃１から＃４の４つの気筒を備えた４気筒ガソリン機関とされ、各気筒には気筒内に直接燃料を噴射する簡内燃料噴射弁１１１から１１４が設けられている。
また、本実施形態では＃１から＃４の気筒は互いに点火時期が連続しない２つの気筒からなる２つの気筒群にグループ分けされている。（例えば、図１の実施形態では、気筒点火順序は１−３−４−２であり、＃１、＃４の気筒と＃２、＃３の気筒とがそれぞれ気筒群を構成している。）また、各気筒の排気ポートは気筒群毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路に接続されている。図１において、２１ａは＃１、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ａに接続する排気マニホルド、２１ｂは＃２、＃３気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ｂに接続する排気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路２ａ、２ｂ上には、公知の三元触媒からなるスタートキャタリスト（以下「ＳＣ」と呼ぶ）５ａと５ｂがそれぞれ配置されている。また、個別排気通路２ａ、２ｂはＳＣ下流側で共通の排気通路２に合流している。
【００４１】
図１に２９ａ、２９ｂで示すのは、個別排気通路２ａ、２ｂのスタートキャタリスト５ａ、５ｂ上流側に配置された空燃比センサである。空燃比センサ２９ａ、２９ｂは、後述する吸気酸素濃度センサと同様な構成を有するセンサであり、広い空燃比範囲で排気空燃比に対応する電圧信号を出力する。空燃比センサ２９ａ、２９ｂの出力は機関１の空燃比制御に使用される。
図１に１０ｂで示すのは機関各気筒の吸気ポートを吸気通路１０に接続する吸気マニホルド、１０ａは吸気通路１０に設けられたサージタンクである。
【００４２】
更に、本実施形態では吸気通路１０上にはスロットル弁１５が設けられている。本実施形態のスロットル弁１５はいわゆる電子制御スロットル弁とされており、ステッパモータ等の適宜な形式のアクチュエータ１５ａにより駆動され後述するＥＣＵ３０からの制御信号に応じた開度をとる。
【００４３】
吸気通路１０のスロットル弁１５下流側には、パージ制御弁４１を介して公知の蒸発燃料パージ装置４０が接続されている。パージ装置４０は、例えば活性炭などの吸着剤を収納したキャニスタを備えており、機関１の図示しない燃料タンク中の蒸発燃料をキャニスタ内の吸着剤に吸着させる。これにより、燃料タンクから大気への蒸発燃料の放散が防止される。パージ制御弁４１は、例えばソレノイドアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０の制御信号に応じた開度をとる。
【００４４】
より正確には、パージ制御弁４１のソレノイドアクチュエータは、ＥＣＵ３０からの駆動パルス信号に応じてパージ制御弁４１を開閉する。すなわち、パージ制御弁４１は、駆動パルス信号の１周期のうち、パルス信号がオンになっている間開弁し、オフになっている間閉弁する動作を繰返している。従って、パージ制御弁を通るパージガス流量は、駆動パルス信号の１周期のうち、パルス信号がオンになっている時間の割合（デューティ比）に応じて増大する。このように、デューティ比を制御することは、パージ制御弁をデューティ比に応じた開度に制御することと等価であり、本明細書では、このデューティ比を便宜的にパージ制御弁の開度と称する場合がある。機関運転中にパージ制御弁４１が開弁されると、パージ装置４０のキャニスタ内に吸着された蒸発燃料は、パージ制御弁４１から吸気通路１０に流入し、スロットル弁１５を通過した機関吸気と混合して均一な混合気となり機関１の各気筒に吸入される。
【００４５】
さらに、本実施形態では、吸気通路１０のサージタンク１０ａには吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３１が配置されている。酸素濃度センサ３１は、後述するように酸素ポンプの作用により排気中の酸素濃度（分圧）に比例した電圧信号を出力する。
図１に３０で示すのは機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施形態ではＲＡＭ，ＲＯＭ，ＣＰＵを備えた公知の構成のマイクロコンピュータとされ、機関１の点火時期制御や空燃比制御等の基本制御を行う他、パージ制御弁４１の開閉を制御して蒸発燃料のパージを行う。
【００４６】
更に、ＥＣＵ３０はパージ実行時に吸気酸素濃度センサ３１出力に基いて、吸気中の蒸発燃料量を算出し、この蒸発燃料量に基づいて各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４の燃料噴射量を補正する燃料ベーパ補正を行うとともに、後述する吸気酸素濃度センサ３１の異常の有無を検出するセンサ異常検出操作を行う。
なお、本実施形態では、（１）前述の、排気空燃比センサ出力に基づく燃料噴射量制御（排気空燃比制御）と、（２）パージ実行時に行われる吸気酸素濃度センサ出力に基づく燃料噴射量制御との両方が行われる。また、通常、上記（１）の排気空燃比制御はパージ実行の有無にかかわらず実行されている。従ってパージ実行時には上記（１）の排気空燃比制御も同時に実行されることになる。このため、例えばパージ実行時に上記（２）の吸気酸素濃度センサ出力に基づく燃料噴射量制御が行われていない場合には、上記（１）の排気空燃比制御でパージにより供給される蒸発燃料分も含めた燃料噴射量補正を行うことになる。
以下の説明では、上記（２）のパージ実行時に行われる吸気酸素濃度センサ出力に基づく燃料噴射量の補正を「吸気Ｏ2パージ制御」、（１）の排気空燃比制御が、パージ実行時に行われている場合を特に「排気Ｏ2パージ制御」と呼んで区別することとする。
【００４７】
上記各制御を行うため、ＥＣＵ３０の入力ポートには、空燃比センサ２９ａ、２９ｂから排気空燃比を表す信号と、吸気酸素濃度センサ３１から吸気中の酸素濃度を表す信号が、また、機関吸気マニホルドに設けられた吸気圧センサ３３から機関の吸気圧力に対応する信号が、更に、クランク軸近傍に配置されたクランク角センサ３５からクランク軸所定回転角度毎（例えば１５度毎）にクランク位置を表すクランク角パルス信号と、クランク軸が基準位置（例えば＃１気筒が圧縮上死点にある位置）になる毎に基準パルス信号との２つの信号が、それぞれ入力されている。ＥＣＵ３０は、クランク角パルス信号の周期と基準パルス信号とから機関回転数とクランク軸位相とを一定時間毎に算出している。
【００４８】
ＥＣＵ３０の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するために、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４に接続されている他、スロットル弁１５のアクチュエータ１５ａに図示しない駆動回路を介して接続されスロットル弁１５の開度を制御している。
また、ＥＣＵ３０はパージ制御弁４１のアクチュエータに図示しない駆動回路を介して接続されパージ制御弁４１の開度を制御して、蒸発燃料のパージを行う。
【００４９】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関１をリッチ空燃比からリーン空燃比までの広い空燃比範囲で運転するが、例えば、機関１がリッチ空燃比または理論空燃比で運転される場合には、機関燃料噴射量は、吸気圧力ＰＭと回転数ＮＥとから定まる機関吸入空気量と機関の目標空燃比とに基いて算出されるとともに、更に排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂ出力に基くフィードバック制御により補正される。
【００５０】
機関の吸入空気量ＧＡは、機関の吸気圧力と機関回転数とにより定まり、吸気圧力ＰＭと機関回転数ＮＥとを計測することにより吸入空気量ＧＡを算出することができる。また、吸入空気量ＧＡが定まれば、機関の運転空燃比を目標空燃比ＲＴに一致させるために必要な燃料噴射量（基本燃料噴射量）ＧＦＢは、ＧＦＢ＝ＧＡ／ＲＴとして算出することができる。本実施形態では、機関が理論空燃比以下のリッチ空燃比で運転される場合の基本燃料噴射量GFBの値は、目標空燃比ＲＴと吸気圧力ＰＭ、機関回転数ＮＥとを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納されている。
【００５１】
また、実際の機関燃料噴射量ＧＦは、上記基本燃料噴射量ＧＦＢを用いて以下のように算出される。
ＧＦ＝ＧＦＢ×ＥＦＫＧ×ＦＡＦ
【００５２】
ここで、ＦＡＦは排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂで検出された排気空燃比に基いて算出される機関空燃比を目標空燃比に正確に一致させるための補正係数であり、空燃比フィードバック補正係数と称する。空燃比フィードバック補正係数は、例えば、目標空燃比と排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂで検出した排気空燃比との偏差に基く比例、積分、微分（ＰＩＤ）制御により算出される。また、ＥＦＫＧは空燃比制御系統のセンサ検出誤差や燃料噴射弁１１１から１１４の燃料噴射誤差を補正するための学習補正係数である。なお、本実施形態では、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦと学習補正係数ＥＦＫＧの算出方法は、公知のいかなる方法をも使用することが可能であるため、算出方法についての詳細な説明は省略する。
【００５３】
以下、本実施形態の吸気酸素濃度センサ３１出力に基づく燃料噴射補正について説明する。
本実施形態では、吸気酸素濃度センサ３１の出力に基いて算出するセンサ出力比αに基づいて上記の燃料ベーパ量補正を行う。
センサ出力比αは、パージを実行していないときの吸気酸素濃度センサ３１出力、すなわちパージを実行していないときの吸気酸素濃度ＲＯとパージ実行中の酸素濃度センサ３１出力（パージ実行中の吸気酸素濃度）ＲＰとの比、すなわち、α＝ＲＰ／ＲＯとして与えられる。
【００５４】
吸気中に燃料ベーパがあると、吸気中の酸素はセンサ３１上で燃料ベーパと反応して消費される。このため、センサ３１上では燃料ベーパとの反応に消費されただけ酸素濃度が低下してセンサ出力はＲＰとなる。すなわち、吸気中の酸素のうちＲＯ×（１−α）に相当する量の酸素が燃料ベーパとの反応により消費される。従って、機関の目標空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）である場合には、吸気中の酸素のうち、燃料噴射により供給される燃焼に使用可能な酸素の割合はＲＯ×αとなる。このため、機関の運転空燃比を理論空燃比に維持するためには、パージを実行していない場合の燃料噴射量に対して燃焼に使用可能な酸素の割合が減った分だけ燃料噴射量を削減すればパージを実行していないときと同一の空燃比を維持可能である。従って、この場合には、燃料噴射量をα倍（α≦１）に減量すればベーパのない場合と同一の空燃比を維持することができる。
【００５５】
すなわち、本実施形態では、ＥＣＵ３０は目標空燃比が理論空燃比である場合の燃料噴射弁からの実際の燃料噴射量ＧＦＴＡを、（１）式で算出したＧＦにセンサ出力比αを乗じた値として算出する。
すなわち、ＧＦＴＡ＝ＧＦ×α＝ＧＦＢ×α×ＥＦＫＧ×ＦＡＦ‥…（２）
【００５６】
これにより、蒸発燃料パージ実行時にも燃料噴射量は正確に目標空燃比を得ることができる値に制御されるようになる。上記は、目標空燃比が理論空燃比である場合について説明したが、目標空燃比がリーン空燃比またはリッチ空燃比の場合にも吸気酸素濃度センサ３１の出力に基づいて吸気中の燃料ベーパ量を算出して同様な燃料噴射量補正を行うことにより、パージ実行時にも正確に目標空燃比を維持することが可能となる。
【００５７】
次に、本実施形態の機関出力異常の検出について説明する。
上述のように、パージ実行時には吸気酸素濃度センサ３１出力に基づいて直接燃料噴射量が補正されるため、センサ３１に異常が生じると機関空燃比の乱れによる機関出力の変動が生じる。パージ実行時には蒸発燃料を含むパージ装置からの空気（パージガス）はパージ制御弁４１を通って吸気通路１０に供給されるが、前述したようにパージ制御弁４１はＥＣＵ３０からの駆動パルスのオンオフに応じて開閉を繰返しており、パルス信号の１周期に占めるオン時間の割合（デューティ比）を変更することによりパージガス流量が調節される。このため、パージ実行時には、実際にはパージガスはパージ制御弁のオンオフに応じて間欠的に吸気通路に供給されるようになる。このため、実際のパージ実行時には吸気中の蒸発燃料濃度は周期的に変動している。吸気酸素濃度センサ３１が正常であればこの蒸発燃料量の変動は直ちに補正されるため、実際に機関の各気筒で燃焼する燃料の量は変動しないが、吸気酸素濃度センサ３１に異常が生じると、機関の各気筒で燃焼する燃料の量は、吸気中の蒸発燃料量に応じて変動する。また、吸気酸素濃度センサ３１の異常の態様によっては、吸気中の蒸発燃料量の変動に応じて、燃料噴射量が過大に補正されてしまうために機関で燃焼する燃料量が変動する場合が生じる。
【００５８】
すなわち、吸気酸素濃度センサ３１に異常が生じると、機関の各気筒で燃焼する燃料量が変動し、機関の燃焼空燃比は各気筒、各回転毎の比較的短い周期で変動するようになる。このため、機関の各気筒の燃焼空燃比の変動により、機関の各気筒の出力トルクがばらつき、機関回転数が変動するようになる。
従って、機関回転数を監視し、機関回転速度の変動を検出することにより、機関出力に異常が生じたことを検出することができる。
【００５９】
詳細には、本実施形態ではＥＣＵ３０は機関運転中、出力異常検出操作を行っており、クランク角センサ３５からクランク回転角１５度毎に入力するクランク回転角パルス信号の時間間隔から機関回転数を算出している。また、ＥＣＵ３０はクランク角センサ３５から入力する基準パルス信号と上述したクランク回転角パルス信号とから、各気筒の爆発行程におけるクランク回転速度を算出する。そして、機関１回転毎の各気筒の爆発行程における回転速度の平均値を算出し、各気筒の爆発行程における回転速度が上記平均回転速度から予め定めた判定値以上ばらついている状態が所定時間継続する場合には、機関出力の異常が生じたと判定するようにしている。
【００６０】
なお、機関出力異常の検出方法は上記に限定されるわけではない。例えば、機関燃焼空燃比が変動することにより機関出力が変動する場合には、機関排気空燃比が燃焼空燃比の変動に応じて変動するようになる。このため、排気空燃比センサで検出した排気空燃比が変動するか否かを監視し、変動幅が予め定めた判定値以上になった場合に機関出力に異常が生じたと判定するようにしても良い。本実施形態では排気通路に排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂが設けられているため、これらのセンサ出力を監視することによっても機関出力の異常を検出することが可能となる。
【００６１】
また、例えば、燃焼室内の燃焼圧力を検出する燃焼圧センサを備えた機関では、各気筒の爆発行程時の燃焼圧を監視し、この燃焼圧が所定値以上ばらつくときに失火が生じたと判定するようにしてもよい。また、例えば図１で示した以外の構成の機関、例えば内燃機関と電気モータとの両方を用いて同時に負荷を駆動するハイブリッド機関では、内燃機関出力が変動すると、この変動を補償するために電気モータ出力トルクが変動するようになる。このため、電気モータの電流値を監視し、この電流値が所定の幅異常変動する場合に機関出力に異常が生じたと判定するようにすることもできる。
【００６２】
以下に、本実施形態の吸気酸素濃度センサの異常検出操作の実施形態について説明するが、以下の実施形態では、上記に説明した機関出力異常検出方法のいずれかに基づいて検出した機関出力の異常に基づいて吸気酸素濃度センサの異常を検出する。
【００６３】
実施の形態１．
本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関運転中にパージ実行の有無にかかわらず定時間毎に機関出力の異常検出操作を行い、パージを実行していないときに機関出力の異常が生じておらず、パージ実行時に機関出力の異常が生じた場合には、吸気酸素濃度センサに異常が生じたと判定する。
【００６４】
前述したように、パージ系の故障としては、例えばパージ制御弁の故障などによりパージガス量が変動するような場合が考えられる。しかし、この場合も吸気酸素濃度センサが正常であれば、パージガス量の変動に応じて直ちに燃料噴射量が補正されるため、各気筒の燃焼空燃比は変動せず機関出力の変動は生じない。このため、パージを実行していないときに機関出力に異常がなく、パージ実行時に機関出力に異常が生じた場合には、吸気酸素濃度センサの異常が原因である確率が極めて高い。
【００６５】
このように、吸気酸素濃度センサの異常の有無を判定することにより、機関出力変動の原因を特定することが容易になり、修理時の故障原因特定のための工数を削減することが可能となる。
更に、本実施形態では上記により吸気酸素濃度センサに異常が生じていると判定された場合には、吸気酸素濃度センサ出力に基づくパージ制御（吸気Ｏ2パージ制御）の実行を禁止するとともに、排気空燃比センサ出力に基づく空燃比制御（排気Ｏ2パージ制御）によりパージを実行する。これにより、吸気酸素濃度センサに異常が生じている場合にも蒸発燃料のパージが可能となるため、パージ装置の吸着剤が蒸発燃料で飽和することが防止される。
【００６６】
図２は、本実施形態の吸気酸素濃度センサ異常検出操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図２の操作では、先ずステップ２０１で現在パージ実行中であるか否かが判定される。ステップ２０１でパージ実行中でない場合、すなわちパージ制御弁４１が全開（デューティ比０）とされていた場合には、現在吸気Ｏ2パージ制御は実行されていないため、ステップ２０３に進み、現存機関出力に異常が生じているか否かを検出する。ステップ２０３の異常検出操作では、前述したように、機関回転数の変動、排気空燃比センサ出力の変動、或は気筒の燃焼圧力変動、ハイブリッド機関では電気モータの電流値の変動などのいずれかの方法に基づいて機関出力（回転数）が判定値以上に変動しているか否かを判断し、変動している場合には機関出力に異常が生じたと判定される。
【００６７】
ステップ２０５では、ステップ２０３の機関出力異常検出操作の結果、機関出力が異常と判定されたか否かを判断し、出力異常と判定された場合にはステップ２０９でパージ非実行時の出力異常フラグＸＰの値を０（異常）にセットし、出力異常が検出されなかった場合にはステップ２０７でフラグＸＰを１（正常）にセットした後今回の操作を終了する。
ステップ２０１で現在パージ実行中であった場合には、次にステップ２１１でフラグＸＰの値が１にセットされているか否かが判定される。ステップ２１１でＸＰ≠１であった場合、すなわち吸気Ｏ2パージ制御を実行していないときに既に機関出力に異常が生じていた場合には、吸気酸素濃度センサ以外に出力異常の原因があるため、ステップ２１３以下の吸気酸素濃度センサの異常検出操作は実行する必要がない。このため、この場合には今回の操作実行は直ちに終了する。なお、この場合、現在吸気Ｏ2パージ制御を実行している場合には、そのままパージ制御が実行される。
【００６８】
ステップ２１１でＸＰ＝１、すなわち、パージを実行していないときに機関出力の異常が生じていなかった場合には、次にステップ２１３に進み、現在吸気Ｏ2パージ制御が実行中であるか否かが判定される。吸気Ｏ2パージ制御が実行されていない場合（例えば、後述の操作で吸気酸素濃度センサの異常が検出されて、吸気Ｏ2パージ制御が禁止（ステップ２２３）されているような場合）には、ステップ２２７に進み、排気空燃比センサ出力に基づく空燃比制御（排気Ｏ2パージ制御）を実行する。
【００６９】
また、ステップ２１３で現在吸気Ｏ2パージ制御が実行中であった揚合には、次にステップ２１５に進み、再度機関出力異常検出操作が実行される。ステップ２１５は、ステップ２０３と同一の操作であるので説明は省略する。
【００７０】
次にステップ２１７では、ステップ２１５で機関出力異常が検出されたか否かが判定される。
ステップ２１７で機関出力に異常が生じていない場合には、すなわち、吸気Ｏ2パージ制御は正常に実行されているため、吸気酸素濃度センサには異常は生じていない。このため、ステップ２１９でフラグＸＳの値を１にセットし、ステップ２２１では吸気Ｏ2パージ制御の継続を許可して今回の操作を終了する。ステップ２１９のフラグＸＳは、吸気酸素濃度センサの異常の有無を表すフラグであり、ＸＳ＝１は吸気酸素濃度センサが正常であることを意味する。
【００７１】
ステップ２１７で機関出力に異常があった場合には、パージ非実行時には異常がなかったのであるから、吸気Ｏ2パージ制御を実施したために機関出力に異常が生じたと判断することができる。そこで、この場合にはステップ２２３に進み、吸気Ｏ2パージ制御を禁止して、ステップ２２５でフラグＸＳの値を０（異常）にセットする。この、フラグＸＳの値は、例えばＥＣＵ３０のバックアップＲＡＭ（機関メインスイッチがオフにされてもメモリー保持が可能なＲＡＭ）に格納することにより、修理、点検時の故障個所の特定が容易になる。また、フラグＸＳの値が０にセットされた場合には、別途ＥＣＵ３０により実行されるアラーム制御操作により、運転席近傍の警告灯が点灯され吸気酸素濃度センサに異常が生じたことが運転者に報知される。
【００７２】
ステップ２２７から２３１は排気Ｏ2パージ制御操作を示す。本実施形態では、吸気酸素濃度センサに異常が検出された場合には、排気Ｏ2パージ制御を実施することによりパージを継続する。前述のように、排気Ｏ2パージ制御では、排気通路に配置した排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂ出力に基づいて、排気空燃比が目標値になるように燃料噴射量がフィードバック制御されるため、パージによる蒸発燃料量も排気Ｏ2パージ制御により補正され、機関空燃比は目標空燃比に維持される。
【００７３】
ステップ２２７から２３１の操作では、まずステップ２２７で排気空燃比制御を開始するためのベース空燃比の学習が完了しているか否かが判定される。ベース空燃比の学習は、前述した空燃比制御系統のセンサ検出誤差や燃料噴射弁１１１から１１４の燃料噴射誤差を補正するための学習補正係数ＥＦＫＧを求める操作である。ステップ２２７でベース空燃比の学習が完了していない場合には、次にステップ２２９に進み、べ一ス空燃比の学習を行う。ベース空燃比の学習操作では、パージ制御弁４１を閉弁して蒸発燃料の影響がない状態にして、例えば基本燃料噴射量ＧＦＢの燃料を噴射したときに排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂで検出された実際の排気空燃比に基づいて学習補正係数ＥＦＫＧを算出することにより行う。
【００７４】
ステップ２２７で、このベース空燃比学習が既に完了している場合には、ステップ２３１に進み、排気空燃比センサ出力に基づく燃料噴射量のフィードバック補正（排気Ｏ2パージ制御）が実行される。このように、吸気酸素濃度センサに異常が検出され、吸気Ｏ2パージ制御を停止して排気Ｏ2パージ制御のみで燃料噴射量の補正を開始する前に、必ずベース空燃比の学習を行うようにすることにより、パージを継続した場合にも排気Ｏ2パージ制御の誤差が少なくなりパージ実行中の機関空燃比変動が最小に抑制されるようになる。
【００７５】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、吸気Ｏ２パージ制御を実行することにより、前記請求項１記載の「ベーパ量算出手段」および「吸気側パージ制御手段」が、上記ステップ２０３および２１５の処理を実行することにより前記請求項１記載の「出力異常検出手段」が、上記ステップ２０５〜２０９および２１１の処理を実行することにより前記請求項１記載の「判定手段」が、上記ステップ２２５の処理を実行することにより前記請求項１記載の「センサ異常判定手段」が、それぞれ実現されている。
【００７６】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、空燃比センサ２９ａ、２９ｂの出力に基づいて空燃比制御を行うことにより前記請求項５記載の「排気側空燃比制御手段」が、上記ステップ２２３の処理を実行することにより前記請求項５記載の「吸気側パージ制御中止手段」が、それぞれ実現されている。
【００７７】
実施の形態２．
次に、本発明の吸気酸素濃度センサ異常検出操作の第２の実施形態について説明する。
上述の第１の実施形態では、一旦吸気酸素濃度センサに異常が生じると吸気Ｏ2パージ制御を停止して排気Ｏ2パージ制御によりパージを行っていた。しかし、前述したように排気Ｏ2パージ制御は吸気Ｏ2パージ制御に比較して応答性が悪いため、大量のパージを急激に行ったような場合には機関の空燃比が乱れる問題がある。
【００７８】
一方、吸気酸素濃度センサに異常が生じていると判定された場合も、真に吸気酸素濃度センサに異常が生じている場合のみでなく、例えば吸気酸素濃度センサの出力の圧力補正に誤差が生じているために吸気酸素濃度センサ自体は正常だが吸気Ｏ2パージ制御に異常を生じている可能性もある。
すなわち、吸気酸素濃度センサ出力は圧力依存性を有しており、酸素濃度が一定であっても吸気圧力が変化するとセンサ出力も変化してしまう。通常、これを防止するために吸気Ｏ2パージ制御では、吸気酸素濃度センサ出力を吸気通路圧力を用いて補正した値を使用しているが、この圧力補正に誤差を生じているとセンサ出力が実際の吸気酸素濃度と一致しない場合が生じる。
【００７９】
そこで、本実施形態では一旦吸気酸素濃度センサに異常が生じていると判定された場合には、排気Ｏ2パージ制御によりパージを継続するとともに、吸気酸素濃度センサに真に異常が生じているか否かを別の方法を用いて判定し、センサ自体に異常が生じていないと判定された場合には、再度吸気Ｏ2パージ制御に復帰するようにしている。
これにより、吸気酸素濃度センサの異常が検出されて、吸気Ｏ2パージ制御が中止された場合にも、再検査により吸気酸素濃度センサに異常が生じていないことが判明した場合には吸気Ｏ2パージ制御を再開することが可能となる。
【００８０】
図３、図４は、本実施形態の吸気酸素濃度センサ異常検出操作を説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。図３のステップ３０１からステップ３２０は、図２のステップ２０１からステップ２２１と、それぞれ同一の操作であるのでここでは説明を省略する。
ステップ３１７で、吸気Ｏ2パージ制御を実行していないときには機関出力が正常であったのに、吸気Ｏ2パージ制御を実行したことにより機関出力に異常が検出された場合には、本実施形態においても図４ステップ３２１で吸気Ｏ2パージ制御が中止され、ステップ３２３で吸気酸素濃度センサの異常を表すフラグＸＳの値が０（異常）に設定され、ステップ３２５では排気Ｏ2パージ制御が実行される。図４ステップ３２５の操作は、図２のステップ２２７、２２９、２３１の操作をまとめて表してある。
【００８１】
本実施形態では、図４ステップ３２５で排気Ｏ2パージ制御を実行中に再度機関出力の異常の有無を判定する。すなわち、ステップ３２７では、再度、ステップ３０３と同様な方法で機関出力に異常が生じているか否かを判定する。ステップ３２９で機関出力の異常が検出される場合、すなわち排気Ｏ2パージ制御によるパージ実行中にまだ機関出力異常が検出される場合には、前回吸気Ｏ2パージ制御実行中に生じていた機関出力異常は、吸気酸素濃度センサの異常によるものではなく、他の原因（例えばパージ装置そのものの異常）である可能性がある。そこで、この場合には、ステップ３３１でパージ制御弁４１を閉弁してパージを停止するとともに、ステップ３３３では、吸気酸素濃度センサの異常フラグＸＳの値を１（正常）にセットし直すとともに、パージ異常フラグＸＦの値を０にセットする。ＸＦ＝０は吸気酸素濃度センサ以外のパージ系に異常が生じていることを示す。
【００８２】
一方、機関出力に異常が生じていない場合には、前回検出された機関出力の異常は吸気酸素濃度センサの異常によるものであると仮定し、ステップ３３５で吸気酸素濃度センサ以外のパージ系要素に異常がないことを示すためにフラグＸＦの値を１にセットする。
続いて、ステップ３３７では吸気酸素濃度センサ出力に異常が生じているか否かを判定する。前述のように、吸気酸素濃度センサ出力は圧力に依存し、吸気中の蒸発燃料濃度が一定であっても吸気酸素濃度センサ出力は吸気圧力に応じて変化する。しかし、センサ出力が正常であれば吸気中の酸素濃度が一定の歩合のセンサ出力は吸気圧力に比例して変化する。すなわち、縦軸にセンサ出力、横軸に吸気圧力（絶対圧）をとって表すと、吸気中の酸素濃度が一定の場合には、センサ出力は常に原点（吸気圧力０、センサ出力０の点）を通る直線になる。
【００８３】
ステップ３３７では、排気Ｏ2パージ制御の実行中、パージカット期間内に機関運転状態の変化により吸気圧力が変化したときに、変化前と変化後とのそれぞれの吸気圧力における吸気酸素濃度センサ出力を読みとり、これら２つのセンサ出力と吸気圧力との検出点を結ぶ直線が原点を通るか否かにより吸気酸素濃度センサ出力が正常か否かを判定するようにしている。なお、吸気酸素濃度センサ出力が正常か否かの判定は、上記以外にいかなる方法を用いて行っても良い。
【００８４】
ステップ３３９で、吸気酸素濃度センサ出力が異常であった場合、すなわち、ステップ３３７で検出した２つの測定点が原点を通る直線上にない場合には、本操作はそのまま終了する。これにより、フラグＸＳの値は０（異常）に維持され、排気Ｏ2パージ制御が継続される。
一方、ステップ３３９で酸素濃度センサ出力が正常であった場合には、ステップ３４１でフラグＸＳの値は１（正常）にセットし直され、ステップ３４３では、吸気Ｏ2パージ制御が再開される。この場合、例えば、一旦パージを中止して、蒸発燃料の影響を除いた状態で、複数の吸気圧力におけるセンサ出力を計測してセンサ出力の圧力補正を再度実行してから吸気Ｏ2パージ制御が再開される。
【００８５】
このように、本実施形態では一旦機関出力に基づいて吸気酸素濃度センサが異常と判定された場合にも、別の方法に基づいて真に吸気酸素濃度センサに異常が生じているか否かを判定し、異常が生じていない場合には吸気Ｏ2パージ制御が再開されるようになる。このため、パージ実行時に応答性の良い吸気Ｏ2パージ制御が行われる確率が高くなり、パージ実行時に正確な燃料噴射量補正が実行されるようになる。
【００８６】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ３３１の処理を実行することにより前記請求項６記載の「パージ停止手段」が実現されている。更に、ＥＣＵ３０が、上記ステップ３３７および３３９の処理を実行することにより前記請求項７記載の「センサ特性異常判定手段」が、上記ステップ３４３の処理を実行することにより前記請求項７記載の「吸気側パージ制御許可手段」が、それぞれ実現されている。
【００８７】
実施の形態３．
次に、図５乃至図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。図５乃至図９は、それぞれ本実施形態において実行される制御ルーチンのフローチャートである。本実施形態の空燃比制御装置は、図１に示すシステム構成において、それらのルーチンをＥＣＵ３０に実行させることにより実現することができる。
【００８８】
図５は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する基本的な制御ルーチン（パージ切り替え制御ルーチン）のフローチャートである。
図５に示すルーチンでは、先ず、吸気Ｏ２パージシステムが正常であるか否かが判別される（ステップ４００）。
ここで、吸気Ｏ２パージシステムとは、吸気Ｏ２パージ制御を実行するうえで必要なシステムを意味している。具体的には、吸気Ｏ２パージシステムは、パージ装置４０、パージ制御弁４１、吸気酸素濃度センサ３１、および吸気圧センサ３３などにより構成されている。
【００８９】
上記ステップ４００では、以下に示す３つの条件の成立性が判別され、それら全てが成立している場合に吸気Ｏ２パージシステムが正常であると判断される。
▲１▼吸気酸素濃度センサ３１が正常であることを表すフラグＸＯ２ＳＥＮＳに１がセットされているか、
▲２▼吸気圧センサ３３が正常であることを表すフラグＸＰＳＥＮＳに１がセットされているか、および、
▲３▼パージ制御弁４１が正常であることを表すフラグＸＶＳＶに１がセットされているか。
尚、上記各種フラグの設定処理については、後に、図７乃至図９を参照して詳細に説明する。
【００９０】
上記ステップ４００において、吸気Ｏ２パージシステムが正常であると判別された場合は、次に、吸気Ｏ２パージ制御の実行が選択される（ステップ４０２）。
吸気Ｏ２パージ制御とは、実施の形態１で説明した通り、パージ制御弁４１を適当に制御しつつ、吸気酸素濃度センサ３１の検出値に基づいてパージされる蒸発燃料分を燃料噴射量から減量補正する制御である。吸気Ｏ２パージシステムが正常である場合は、上記の処理を行うことで、空燃比を精度良く目標近傍に制御しつつ、パージ装置４０から多量の蒸発燃料をパージさせることができる。
【００９１】
図５に示すルーチン中、上記ステップ４００において、吸気Ｏ２パージシステムが正常でないと判別された場合は、吸気Ｏ２パージ制御の実行が停止され、排気Ｏ２パージ制御の実行が選択される（ステップ４０４）。
上述した実施の形態１または２において実行される排気Ｏ２パージ制御は、所望のパージ率を実現すべくパージ制御弁４１を適当に制御しつつ、基本燃料噴射量ＧＦＢを、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦおよび学習補正係数ＥＦＫＧを用いて補正することにより燃料噴射量ＧＦを算出する制御である。これに対して、本実施形態において実行される排気Ｏ２パージ制御は、所望のパージ率を実現すべくパージ制御弁４１を適当に制御しつつ、ＦＡＦやＥＦＫＧに加えてベーパ濃度学習係数ＦＧＰＧを導入してパージ中の燃料噴射量（噴射時間ＴＡＵ）を演算することにより、空燃比ずれを抑制しつつより多量のパージを可能とした制御である。
【００９２】
排気Ｏ２パージ制御の内容は、例えば、特開平４−７２４５３号公報、或いは特開平７−３０５６６２号公報などに開示されている。このため、ここでは、排気Ｏ２パージ制御の実行中に燃料噴射時間ＴＡＵを算出する手法を中心として、その基本的な内容のみを説明する。
【００９３】
図６は、本実施形態において、排気Ｏ２パージ制御の実行中にＥＣＵ３０が実行するＴＡＵ算出ルーチンのフローチャートである。
図６に示すルーチンでは、先ず、次式に従ってパージ補正係数ＦＰＧが算出される（ステップ４１０）。
ＦＰＧ＝ＦＧＰＧ×ＰＧＲ
【００９４】
上記の演算式に含まれるベーパ濃度補正係数ＦＧＰＧは、パージ率ＰＧＲ１％に対して燃料噴射時間ＴＡＵに施すべき補正割合である。尚、パージ率ＰＧＲとは、パージ制御弁４１を通過して吸気通路１０に流入するガスの流量、すなわち、パージ量ＧＰＧＲと、吸入空気量ＧＡとの比ＧＰＧＲ／ＧＡである。
【００９５】
本実施形態において、上記のＦＧＰＧは、以下のような手順で学習される。すなわち、図１に示す構成において、吸気Ｏ２パージ制御が停止された状態で吸気通路１０に蒸発燃料がパージされると、その影響で混合気の空燃比は変化し、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの中心は、基準の値からリッチ側にシフトし始める。ベーパ濃度学習係数ＦＧＰＧは、そのＦＡＦの平滑値ＦＡＦＡＶが、ＦＡＦの基準値に近づくように適宜更新される。上記の更新処理によれば、蒸発燃料のパージの影響をベーパ濃度学習係数ＦＧＰＧで吸収すること、換言すれば、ベーパ濃度学習係数ＦＧＰＧの値を、ＴＡＵに対するパージの影響度合いに一致させることができる。そして、上記の演算式によれば、現在のパージ率ＰＧＲに対してＴＡＵに施すべき補正量を、パージ補正係数ＦＰＧとして求めることができる。
【００９６】
図６に示すルーチンでは、次に、以下に示す演算式に従って燃料噴射時間ＴＡＵが算出される（ステップ４１２）。
ＴＡＵ＝（ＧＡ／ＮＥ）×Ｋ×（ＦＡＦ＋ＫＦ＋ＦＰＧ）
上記の演算式中、ＮＥは機関回転数、Ｋは噴射係数、ＫＦは各増減量である。ここで、上述した空燃比学習係数ＥＦＫＧは、各増減量ＫＦに含まれている。
【００９７】
上記の演算式によれば、吸入空気量ＧＡをエンジン回転数ＮＥで除した値に噴射係数Ｋを掛け合わせることにより、基本の燃料噴射時間（ＧＦＢ）を求めることができる。そして、その基本の燃料噴射時間を、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦやパージ補正係数ＦＧＰＧで補正することにより、所望の空燃比を実現するための燃料噴射時間ＴＡＵを精度良く求めることができる。
【００９８】
上述した排気Ｏ２パージ制御によれば、実施の形態１または２で実行される排気Ｏ２パージ制御と異なり、パージの影響がパージ補正係数ＦＰＧにより、つまり、ベーパ濃度学習係数ＦＧＰＧにより吸入されるため、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの追従を待たずに多量のパージを行うことができる。このため、本実施形態において実行される排気Ｏ２パージ制御によれば、実施の形態１または２において、排気Ｏ２パージ制御が単独で実行される場合に比して、高いパージ能力を実現することができる。
【００９９】
以下、本実施形態において、ＥＣＵ３０が上述した各種のフラグ（ＸＯ２ＳＥＮＳ、ＸＰＳＥＮＳおよびＸＶＳＶ）に１または０をセットするために実行する処理の内容について説明する。
【０１００】
図７は、ＥＣＵ３０が、フラグＸＯ２ＳＥＮＳの処理を行うべく、より具体的には、吸気酸素濃度センサ３１の状態判定を行うべく実行するルーチンのフローチャートを示す。
図７に示すルーチンでは、先ず、吸気酸素濃度センサ３１の状態判定に関する所定の実行条件が成立しているかが判別される（ステップ４２０）。
その結果、実行条件が成立していないと判別された場合は、今回の処理サイクルが終了される。一方、上記の実行条件が成立していると判別された場合は、次に、吸気圧力ＰＭが高圧側判定値Ａより大きいかが判別される（ステップ４２２）。
【０１０１】
吸気圧力ＰＭが高圧側判定値Ａより大きいと判別された場合は、次に、高圧側データ取得済みフラグＸＯ２Ｈに１がセットされているか否かが判別される（ステップ４２４）。
その結果、ＸＯ２Ｈ＝１が成立する場合は、吸気酸素濃度センサ３１の状態判定に必要なデータのうち、高圧側データが既に取得されていると判断できる。この場合、ステップ４２６，４２８がジャンプされ、その後速やかに後述するステップ４３８の処理が実行される。
【０１０２】
一方、上記ステップ４２４において、ＸＯ２Ｈ＝１が成立しないと判別された場合は、その時点の吸気圧センサ３３の出力ＰＭおよび吸気酸素濃度センサ３１の出力ＲＰが、それぞれ吸気圧力の高圧側データＰＨおよび吸気酸素濃度センサ３１の高圧側出力ＲＰＨとして記録される（ステップ４２６）。
そして、上記の記録処理が終了すると、高圧側データＰＨ、ＲＰＨが取得済みであることを表すべく、ＸＯ２Ｈフラグに１がセットされる（ステップ４２８）。
【０１０３】
図７に示すルーチン中、上記ステップ４２２において、吸気圧力ＰＭが高圧側判定値Ａより大きくないと判別された場合は、次に、その値ＰＭが低圧側判定値Ｂ（高圧側判定値Ａより小さな所定の値）より小さいかが判別される（ステップ４３０）。
【０１０４】
吸気圧力ＰＭが低圧側判定値Ｂより小さくないと判別された場合は、吸気酸素濃度センサ３１の状態を判定するためのデータを取得する状態が形成されていないと判断され、その後、速やかに後述するステップ４３８の処理が実行される。一方、ＰＭが判定値Ｂより小さいと判別された場合は、低圧側データ取得済みフラグＸＯ２Ｌに１がセットされているか否かが判別される（ステップ４３２）。
【０１０５】
上記の判別の結果、ＸＯ２Ｌ＝１が成立すると判定された場合は、吸気酸素濃度センサ３１の状態判定に必要なデータのうち、低圧側データが既に取得されていると判断できる。この場合、ステップ４３４，４３６がジャンプされ、その後速やかに後述するステップ４３８の処理が実行される。
【０１０６】
一方、上記ステップ４３２において、ＸＯ２Ｌ＝１が成立しないと判別された場合は、その時点の吸気圧センサ３３の出力ＰＭおよび吸気酸素濃度センサ３１の出力ＲＰが、それぞれ吸気圧力の低圧側データＰＬおよび吸気酸素濃度センサ３１の低圧側出力ＲＰＬとして記録される（ステップ４３４）。
そして、上記ステップ４３４の処理が終了すると、低圧側データＰＬ、ＲＰＬが取得済みであることを表すべく、ＸＯ２Ｌフラグに１がセットされる（ステップ４３６）。
【０１０７】
図７に示すルーチンでは、上述した一連の処理に次いで、高圧側データ取得済みフラグＸＯ２Ｈおよび低圧側データ取得済みフラグＸＯ２Ｌに何れも１がセットされているかが判別される（ステップ４３８）。
その結果、ＸＯ２Ｈ＝１およびＸＯ２Ｌ＝１の少なくとも一方が成立しないと判別された場合は、吸気酸素濃度センサ３１の状態を判定するに足るデータが未だ取得されていないと判断され、今回の処理サイクルが終了される。一方、上記の条件が２つとも成立すると判別された場合は、次式に従って、圧力変化量ΔＰおよび吸気酸素濃度センサ３１の出力変化量ΔＲＰが算出される。
ΔＰ＝（ＰＨ−ＰＬ）／ＰＬ
ΔＲＰ＝（ＲＰＨ−ＲＰＬ）／ＲＰＬ
【０１０８】
次いで、圧力変化量ΔＰに対する出力変化量ΔＲＰが、次式で示される範囲に収まっているかが判別される（ステップ４４２）。
（１−β）＜ΔＲＰ／ΔＰ＜（１＋γ）
上記の条件は、吸気酸素濃度センサ３１の出力が、吸気圧力ＰＭの変化に対して適正な圧力依存性を示す場合に成立する条件である。従って、その条件が成立する場合は、吸気酸素濃度センサ３１が正常であると判断でき、一方、その条件が成立しない場合は、吸気圧力センサ３１が異常であると判断できる。
【０１０９】
図７に示すルーチンでは、上記ステップ４４２の条件が成立すると判別されると、吸気酸素濃度センサ３１が正常であると判別され、フラグＸＯ２ＳＥＮＳに１がセットされる（ステップ４４４）。
一方、上記ステップ４４２の条件が成立しないと判別された場合は、吸気酸素濃度センサ３１が異常であると判別され、フラグＸＯ２ＳＥＮＳに０がセットされる（ステップ４４６）。
【０１１０】
以上説明した通り、図７に示すルーチンによれば、吸気酸素濃度センサ３１が正常であるか否かを判別したうえで、その結果に応じてフラグＸＯ２ＳＥＮＳに１または０をセットすることができる。ところで、吸気酸素濃度センサ３１の状態を判定するための手法は、上述した手法に限定されるものではなく、例えば、特開平６−２６１０４０号公報に開示される手法、或いは特開平８−３２７５８６号公報に開示される手法など、公に知られた如何なる手法であってもよい。
【０１１１】
図８は、ＥＣＵ３０が、フラグＸＰＳＥＮＳの処理を行うべく、より具体的には、吸気圧センサ３３の状態判定を行うべく実行するルーチンのフローチャートを示す。
図８に示すルーチンでは、先ず、吸気圧センサ３３の状態判定に関する所定の実行条件が成立しているかが判別される（ステップ４５０）。
その結果、実行条件が成立していないと判別された場合は、今回の処理サイクルが終了される。一方、上記の実行条件が成立していると判別された場合は、次に、スロットル開度ＴＡが開き側判定値Ｃより大きいかが判別される（ステップ４５２）。
【０１１２】
スロットル開度ＴＡが開き側判定値Ｃより大きいと判別された場合は、次に、開き側データ取得済みフラグＸＰＨに１がセットされているか否かが判別される（ステップ４５４）。
その結果、ＸＰＨ＝１が成立する場合は、吸気圧センサ３３の状態判定に必要なデータのうち、開き側データが既に取得されていると判断できる。この場合、ステップ４５６，４５８がジャンプされ、その後速やかに後述するステップ４６８の処理が実行される。
【０１１３】
一方、上記ステップ４５４において、ＸＰＨ＝１が成立しないと判別された場合は、その時点の吸気圧センサ３３の出力ＰＭおよびスロットル開度ＴＡが、それぞれ吸気圧力の開き側データＰＨおよびスロットル開度の開き側開度ＴＡＨとして記録される（ステップ４５６）。
そして、上記の記録処理が終了すると、開き側データＰＨ、ＴＡＨが取得済みであることを表すべく、ＸＰＨフラグに１がセットされる（ステップ４５８）。
【０１１４】
図８に示すルーチン中、上記ステップ４５２において、スロットル開度ＴＡが開き側判定値Ｃより大きくないと判別された場合は、次に、その値ＴＡが閉じ側判定値Ｄ（開き側判定値Ｃより小さな所定の値）より小さいかが判別される（ステップ４６０）。
【０１１５】
スロットル開度ＴＡが閉じ側判定値Ｄより小さくないと判別された場合は、吸気圧センサ３３の状態を判定するためのデータを取得する状態が形成されていないと判断され、その後、速やかに後述するステップ４５８の処理が実行される。一方、ＴＡが判定値Ｄより小さいと判別された場合は、閉じ側データ取得済みフラグＸＰＬに１がセットされているか否かが判別される（ステップ４６２）。
【０１１６】
上記の判別の結果、ＸＰＬ＝１が成立すると判定された場合は、吸気圧センサ３３の状態判定に必要なデータのうち、閉じ側データが既に取得されていると判断できる。この場合、ステップ４６４，４６６がジャンプされ、その後速やかに後述するステップ４６８の処理が実行される。
【０１１７】
一方、上記ステップ４６２において、ＸＰＬ＝１が成立しないと判別された場合は、その時点の吸気圧センサ３３の出力ＰＭおよびスロットル開度ＴＡが、それぞれ吸気圧力の閉じ側データＰＬおよびスロットル開度の閉じ側開度ＴＡＬとして記録される（ステップ４６４）。
そして、上記ステップ４６４の処理が終了すると、閉じ側データＰＬ、ＴＡＬが取得済みであることを表すべく、ＸＰＬフラグに１がセットされる（ステップ４６６）。
【０１１８】
図８に示すルーチンでは、上述した一連の処理に次いで、開き側データ取得済みフラグＸＰＨおよび閉じ側データ取得済みフラグＸＰＬに何れも１がセットされているかが判別される（ステップ４６８）。
その結果、ＸＰＨ＝１およびＸＰＬ＝１の少なくとも一方が成立しないと判別された場合は、吸気圧センサ３３の状態を判定するに足るデータが未だ取得されていないと判断され、今回の処理サイクルが終了される。一方、上記の条件が２つとも成立すると判別された場合は、次式に従って、圧力変化量ΔＰおよびスロットル開度変化量ΔＴＡが算出される。
ΔＰ＝（ＰＨ−ＰＬ）／ＰＬ
ΔＴＡ＝（ＴＡＨ−ＴＡＬ）／ＴＡＬ
【０１１９】
次いで、スロットル開度変化量ΔＴＡに対する圧力変化量ΔＰが、次式で示される範囲に収まっているかが判別される（ステップ４７２）。
δ＜ΔＰ／ΔＴＡ
上記の条件は、吸気圧センサ３３出力が、スロットル開度ＴＡの変化に伴って適正に変化している場合に成立する条件である。従って、その条件が成立する場合は、吸気圧センサ３３が正常であると判断でき、一方、その条件が成立しない場合は、吸気圧センサ３３が異常であると判断できる。
【０１２０】
図８に示すルーチンでは、上記ステップ４７２の条件が成立すると判別されると、吸気圧センサ３３が正常であると判別され、フラグＸＰＳＥＮＳに１がセットされる（ステップ４７４）。
一方、上記ステップ４７２の条件が成立しないと判別された場合は、吸気圧センサ３３が異常であると判別され、フラグＸＰＳＥＮＳに０がセットされる（ステップ４７６）。
【０１２１】
以上説明した通り、図８に示すルーチンによれば、吸気圧センサ３３が正常であるか否かを判別したうえで、その結果に応じてフラグＸＰＳＥＮＳに１または０をセットすることができる。ところで、吸気圧センサ３３の状態を判定するための手法は、上述した手法に限定されるものではなく、例えば、特開平９−１５８７７５号公報に開示される手法、或いは特開平９−１１２３２６号公報に開示される手法など、公に知られた如何なる手法であってもよい。
【０１２２】
図９は、ＥＣＵ３０が、フラグＸＶＳＶの処理を行うべく、より具体的には、パージ制御弁４１の状態判定を行うべく実行するルーチンのフローチャートを示す。図９に示すルーチンは、内燃機関１の運転中に繰り返し実行されるルーチンである。本実施形態において、フラグＸＶＳＶは、内燃機関１が始動された後、図９に示すルーチンの実行に先立ってイニシャル処理により０にリセットされる。
【０１２３】
図９に示すルーチンでは、先ず、蒸発燃料のパージがカットされているか、すなわち、パージ制御がオフされているかが判別される（ステップ４８０）。
【０１２４】
上記ステップ４８０でパージがカットされていないと判別された場合は、以後、何ら処理が実行されることなく今回のルーチンが終了される。一方、パージがカットされていると判別された場合は、吸気酸素濃度センサ３１の出力比が判定値ε（例えば１．０）より小さいかが判別される（ステップ４８２）。
出力比αは、上記の如く、パージ停止時における吸気酸素濃度センサ３１の出力ＲＯとパージ実行中の吸気酸素濃度センサ３１出力ＲＰとの比ＲＰ／ＲＯである。出力比αは、吸気圧量ＰＭに依存することなく、現実の被検出ガスが空気である場合には１．０となる。従って、出力比α＜εが成立する場合は、パージカット中でありながら、吸入空気中に蒸発燃料が混入している可能性があると判断できる。
【０１２５】
図９に示すルーチンでは、上記ステップ４８２で出力比α＜εが成立しないと判別された場合は、以後、何ら処理が進められることなく今回の処理サイクルが終了される。一方、出力比α＜εが成立すると判別された場合は、次に、吸気酸素濃度センサ３１が正常であるか、すなわち、フラグＸＯ２ＳＥＮＳに１がセットされているかが判別される（ステップ４８４）。
【０１２６】
上記の判別の結果、吸気酸素濃度センサ３１が正常でないと判別された場合は、出力比αの値が信用できないため、パージ制御弁４１の状態判定が中止され、以後、何ら処理が進められることなく今回の処理サイクルが終了される。一方、上記ステップ４８４で吸気酸素濃度センサ３１が正常であると判別された場合は、パージカット中でありながら、吸入空気中に蒸発燃料が混入していることを確定的に判断することができる。本実施形態では、この場合、ステップ４８４に次いで、パージ制御弁４１の強制オン・オフ駆動が行われる（ステップ４８６）。
【０１２７】
図９に示すルーチンでは、次に、吸気圧センサ３３によって圧力変化が検出されたか否かが判別される（ステップ４８８）。
【０１２８】
上記ステップ４８６の処理に応答してパージ制御弁４１が適正に開閉していれば、吸気圧力ＰＭに変化が生じるはずである。図９に示すルーチンでは、本ステップ４８８において、圧力変化が認められると判別された場合、パージ制御弁４１が動作していると判断され、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、本ステップ４８８において圧力変化が認められないと判別された場合は、パージ制御弁４１が、開状態のまま（蒸発燃料のパージを許容したまま）固着していると判断され、つまり、パージ制御弁４１に開故障が生じていると判別され、フラグＸＶＳＶに０がセットされる（ステップ４９０）。
【０１２９】
以上説明した通り、図９に示すルーチンによれば、パージ制御弁４１の開故障を精度良く検出し、その検出結果に応じて、フラグＸＶＳＶを適当に１または０とすることができる。ところで、パージ制御弁４１の状態を判定するための手法は上述した手法に限定されるものではない。すなわち、上述した手法はパージ制御弁４１の開故障を特定するための手法であるが、本実施形態では、必ずしも開故障と閉故障を区別する必要がない。このため、上記ステップ４８６および４８８の処理のみを実行し、圧力変化が認められる場合にはパージ制御弁４１が正常であると判断し（ＸＶＳＶ＝１とし）、圧力変化が認められない場合にはパージ制御弁４１が異常であると判断する（ＸＶＳＶ＝０とする）こととしてもよい。
【０１３０】
上述した通り、本実施形態によれば、吸気Ｏ２パージ制御を実行するためのシステムの主要部に異常が生じているか否かを精度良く判断することができる。そして、システムの異常が認められない場合には吸気Ｏ２パージ制御を実行し、一方、システムの異常が認められる場合には、排気Ｏ２パージ制御を実行することができる。このため、本実施形態によれば、システムの状態に応じて、空燃比ずれを生じさせない範囲で、常に高いパージ能力を確保することができる。
【０１３１】
ところで、上述した実施の形態３においては、吸気酸素濃度センサ３１や吸気圧センサ３３、或いはパージ制御弁４１などの状態に基づいてシステム異常の有無を判定しているが、システム異常を判定するための項目はこれらに限定されるものではない。具体的には、実施の形態１または２で説明した機関出力の異常を、システム異常の判定項目の一つとしてもよい。
【０１３２】
また、上述した実施の形態３では、実施の形態１または２において実行されていた排気Ｏ２パージ制御の実行について言及されていないが、図５に示すルーチンにおいて、吸気Ｏ２パージ制御が実行される際に、併せて排気Ｏ２パージ制御を実行することとしてもよい。
【０１３３】
更に、上述した実施の形態３では、吸気Ｏ２パージ制御を実行するためのシステムに異常が認められた場合に、排気Ｏ２パージ制御を開始することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、上記システムに異常が認められた場合、以後、排気Ｏ２パージ制御の開始に代えて、その時点で既に実行されていた排気Ｏ２パージ制御を継続して実行することとしてもよい。或いは、排気Ｏ２パージ制御の開始に代えて、その時点では未だ実行されていなかった排気Ｏ２パージ制御を開始することとしてもよい。
【０１３４】
尚、上述した実施の形態３においては、吸気酸素濃度センサが前記請求項８記載の「蒸発燃料濃度センサ」に、空燃比センサ２９ａ，２９ｂが前記請求項８記載の「排気空燃比センサ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ４０２の処理を実行することにより前記請求項８記載の「吸気側パージ制御手段」が、上記ステップ４０４の処理を実行することにより前記請求項８記載の「排気側パージ制御手段」が、上記ステップ４００の処理を実行することにより前記請求項８記載の「システム異常検出手段」および「制御変更手段」が、それぞれ実現されている。
【０１３５】
実施の形態４．
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
図１０は、本実施形態の空燃比制御装置の機能を説明するための図である。図１０において、個々の要素の欄に記載された「○」は、その要素が正常であることを意味し、「×」はその要素が異常であることを意味する。また、「−」は正常・異常の別を問わないことを意味する。図１０に示す機能は、図１に示す構成において、ＥＣＵ３０に、図１１および図１２に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【０１３６】
上述した実施の形態３の装置では、吸気Ｏ２パージ制御を実行するためのシステムに異常が認められる場合に、常に排気Ｏ２パージ制御が実行される。これに対して、本実施形態の装置は、システムの異常が認められる場合に、その異常の状態に応じて、適宜図１０に示すような対応が選択される。
【０１３７】
すなわち、本実施形態の装置では、具体的には、システムの異常状態に応じて、以下に示すような対応が選択される。
▲１▼吸気酸素濃度センサ３１が異常である場合：
「排気Ｏ２パージ制御」が実行される。
▲２▼吸気酸素濃度センサ３１は正常であるが、吸気圧センサ３３およびパージ制御弁４１が何れも異常である場合：
「吸気Ｏ２補正」と「圧力推定」が行われる。ここで、「圧力推定」とは、異常の認められる吸気圧センサ３３の出力に頼らずに、他の物理量（例えば吸入空気量ＧＡ）から吸気圧力ＰＭを推定する。圧力推定が行われる場合、吸気酸素濃度センサ３１の出力の圧力補正は、その推定値を利用して行われる。また、「吸気Ｏ２補正」とは、異常の認められるパージ制御弁４１の開度制御は行わずに、受動的に流入するパージの影響を排除すべく、燃料噴射量を吸気酸素濃度センサ３１の検出値に基づいて補正する制御である。
▲３▼吸気酸素濃度センサ３１およびパージ制御弁４１は正常であるが、吸気圧センサ３３が異常である場合：
「吸気Ｏ２パージ」と、上述した「圧力推定」とが行われる。
▲４▼吸気酸素濃度センサ３１および吸気圧センサ３３は正常であるが、パージ制御弁４１が異常である場合：
上述した「吸気Ｏ２補正」が行われる。
【０１３８】
図１１は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が、システムの状態に応じて適切な対応を選択するために実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１１において、上記図５に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１３９】
図１１に示すルーチンでは、ステップ４００において、吸気Ｏ２パージ制御を実行するためのシステムに異常が認められると、次に、吸気酸素濃度センサ３１が異常であるか、すなわち、ＸＯ２ＳＥＮＳ＝０が成立しているかが判別される（ステップ５００）。
吸気酸素濃度センサ３１が異常である場合は、その検出値が利用できないため、排気空燃比（空燃比センサ２９ａ、２９ｂの検出値）を利用した噴射量制御に切り替えざるをえない。このため、上記の判別がなされた場合は、実施の形態３の場合と同様に、以後、ステップ４０４において、排気Ｏ２パージ制御の実行が選択される。
【０１４０】
一方、上記ステップ５００において、吸気酸素濃度センサ３１が異常ではないと判別された場合は、その検出値を利用した噴射量制御が継続可能と判断できる。この場合、次に、吸気圧センサ３３が異常であるか、すなわち、ＸＰＳＥＮＳ＝０が成立しているかが判別される（ステップ５０２）。
【０１４１】
吸気圧センサ３３が異常でない場合は、その検出値ＰＭを用いて吸気酸素濃度センサ３１の出力を圧力補正することができる。この場合、ステップ５０４がジャンプされ、速やかに後述するステップ５０６の処理が実行される。これに対して、吸気圧センサ３３が異常である場合は、その検出値ＰＭを圧力補正の基礎とすることはできない。このため、このような場合には、次に、吸気圧力推定処理が実行される（ステップ５０４）。
本実施形態において、吸気圧力は、内燃機関１の吸気通路１０に流入する吸入空気量ＧＡやパージ量ＧＰＧＲに基づいて推定される。本ステップ５０４において、吸気圧力が推定された場合は、以後の処理において、その推定値に基づいて、吸気酸素濃度センサ３１の出力が圧力補正される。尚、吸気圧力を推定するための処理の内容については、後に図１２を参照して詳細に説明する。
【０１４２】
図１１に示すルーチンでは、上記ステップ５０２または５０４の処理に次いで、パージ制御弁４１が異常であるか、すなわち、ＸＶＳＶ＝０が成立するかが判別される（ステップ５０６）。
【０１４３】
上記ステップ５０６で、パージ制御弁４１が異常であると判別された場合は、パージ制御弁４１の開度制御が適正に実行できないと判断できる。つまり、パージ量ＧＰＧＲの適正な制御が行えないと判断できる。このため、このような判断がなされた場合は、受動的に流入するパージの影響を排除すべく、吸気酸素濃度センサ３１の検出値を利用した噴射量制御、すなわち、吸気Ｏ２補正が実行される（ステップ５０８）。
【０１４４】
これに対して、上記ステップ５０６で、パージ制御弁４１が異常ではないと判別された場合、その開度を制御してパージ量を制御することが可能であると判断できる。また、上記ステップ５０６が実行されるのは、吸気酸素濃度センサ３１が正常（かつ、吸気圧センサ３３が異常）である場合に限られる。吸気酸素濃度センサ３１が正常であり、かつ、パージ量の制御が可能であれば、吸気Ｏ２パージ制御を実行することができる。このため、上記ステップ５０６でパージ制御弁が異常でないと判別された場合は、以後、ステップ４０２において、吸気Ｏ２パージ制御の実行が選択される。
【０１４５】
図１１に示すルーチンでは、上記ステップ４０２の処理に次いで、機関出力に異常が生じているか否かが判別される（ステップ５１０）。
本ステップ５１０の処理は、上述した実施の形態１におけるステップ２０３および２０５の処理、或いはステップ２１３および２１５の処理と同様である。すなわち、本ステップ５１０では、具体的には、内燃機関１の回転変動、トルク変動、排気空燃比変動、燃焼圧変動、およびモータ出力変動（ハイブリッド自動車の場合）などに基づいて、内燃機関１に、所定の判定レベルを超える出力変動が生じているかが判別される。
【０１４６】
上記の判別の結果、出力異常の発生が認められない場合は、吸気Ｏ２パージ制御が適正に機能していると判断できる。この場合、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、上記の判別の結果、内燃機関１の出力異常が認められる場合は、吸気Ｏ２パージ制御が適正に機能していない、つまり、吸気Ｏ２パージ制御が実行された結果、空燃比変動が生じていると判断できる。図１１に示すルーチンでは、この場合、ステップ５１０に次いでステップ４０４が実行され、排気Ｏ２パージ制御の実行が選択される。
【０１４７】
以上説明した通り、図１１に示すルーチンによれば、吸気Ｏ２パージ制御を実行するためのシステムに異常が認められる場合に、その異常の状態に応じて、排気Ｏ２パージ制御（ステップ４０４参照）、吸気圧センサ３３の検出値または圧力推定値を利用した吸気Ｏ２補正制御（ステップ５０６参照）、或いは圧力推定値を利用した吸気Ｏ２パージ制御（ステップ４０２参照）などを適宜選択して実行することができる。更に、図１１に示すルーチンによれば、吸気Ｏ２パージ制御の実行に伴って異常出力が生じた場合には、即座にその制御を排気Ｏ２パージ制御に切り替えることができる。このため、本実施形態の空燃比制御装置によれば、空燃比ずれを生じさせることなく、実施の形態３の場合に比して更に優れたパージ能力を確保することができる。
【０１４８】
図１２は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が、上記ステップ５０２において吸気圧力を推定するための実行するルーチンの１例のフローチャートである。
図１２に示すルーチンでは、先ず、吸入空気量ＧＡが読み込まれる（ステップ５２０）。
吸入空気量ＧＡは、例えば、吸気通路１０にエアフロメータを配設したうえで、そのエアフロメータにより検出することができる。また、吸入空気量ＧＡは、スロットル開度ＴＡ、機関回転数ＮＥ、およびＶＶＴの状態に基づいて、マップ等を参照して検出することとしてもよい。
【０１４９】
次に、その吸入空気量ＧＡを、パージ率ＰＧＲに掛け合わせることにより、パージ量ＧＰＧＲが算出される（ステップ５２２）。
パージ率ＰＧＲは、上記の如く、パージ量ＧＰＧＲと吸入空気量ＧＡとの比であり、予め他のルーチンで算出される。その算出手法は、公知の如何なる手法であっても適用可能であるため、ここではその説明は省略する。
【０１５０】
次に、内燃機関１の運転状態に対応する最大吸入空気量ＧＡＭＡＸが算出される（ステップ５２４）。
最大吸入空気量ＧＡＭＡＸは、内燃機関１が吸入することのできる最大の吸入空気量であり、その値は、機関回転数ＮＥに基づいて、また、内燃機関１に可変動弁機構（ＶＶＴ）が搭載されている場合にはＮＥとその機構の状態により決定される。ＥＣＵ３０には、ステップ５２４の枠中に示すように、ＧＡＭＡＸをＮＥおよびＶＶＴ状態との関係で定めたマップが記憶されている。本ステップ５２４では、そのマップを参照して、現在の機関回転数ＮＥなどに応じた最大吸入空気量ＧＡＭＡＸが算出される。
【０１５１】
次に、上記ステップ５２０で読み込まれた吸入空気量ＧＡと、上記ステップ５２２で算出されたパージ量ＧＰＧＲとを加算して、総吸入空気量（ＧＡ＋ＧＰＧＰＲ）が算出される。更に、その総吸入空気量（ＧＡ＋ＧＰＧＰＲ）と最大吸入空気量ＧＡＭＡＸとを次式に代入することで、負荷率推定値ＫＬＯＡＤ０が算出される（ステップ５２６）。
ＫＬＯＡＤ０＝｛（ＧＡ＋ＧＰＧＲ）／ＧＡＭＡＸ｝×１００
【０１５２】
上述したステップ５２０〜５２６の処理によれば、吸入空気量ＧＡとパージ量ＧＰＧＰＲとを基礎として、内燃機関１の負荷率推定値ＫＬＯＡＤ０を算出することができる。内燃機関１の負荷率は、内燃機関１の吸気圧力ＰＭの代用特性値として用いることができる。従って、上述したステップ５２０〜５２６の処理は、吸入空気量ＧＡおよびパージ量ＧＰＧＰＲを基礎として、内燃機関１の吸気圧力を算出したのと等価である。このように、図１２に示すルーチンによれば、吸気圧センサ３３の検出値に頼ることなく、パージ量ＧＰＧＲをも考慮して、負荷率推定値ＫＬＯＡＤ０の形で吸気圧力ＰＭを推定することができる。従って、本実施形態の空燃比制御装置によれば、吸気圧センサ３３に異常が生じている場合にも、圧力推定の結果に基づいて、吸気酸素濃度センサ３１の出力を精度良く圧力補正することができる。
【０１５３】
ところで、上述した実施の形態４においては、パージ制御弁４１が異常であっても、吸気酸素濃度センサ３１が正常である場合には、パージを継続させながら吸気Ｏ２補正により空燃比ずれを防止することとしているが、その結果、排気空燃比に大きなずれが生ずる場合には、パージのカットを試みることとしてもよい。すなわち、図１１に示すルーチンにおいて、ステップ５０８の処理に次いで、排気空燃比が所望範囲から外れている場合にパージ制御弁４１を全閉状態とするための処理を追加してもよい。上記の処理が追加されると、パージ制御弁４１の異常が閉弁可能な異常である場合には、その後、排気空燃比の変動を防ぐことが可能となる。
【０１５４】
尚、上述した実施の形態４においては、上記ステップ４０２で実行される吸気Ｏ２パージ制御、並びに上記ステップ５０８で実行される吸気Ｏ２補正制御が、前記請求項９記載の「吸気側パージ制御」に相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ５０４の処理を実行することにより前記請求項９記載の「吸気圧推定手段」が、上記ステップ５００および５０２の処理を実行することにより前記請求項９記載の「システム異常検出手段」が、上記ステップ４０２または５０８において吸気圧センサ３３の出力または圧力推定値に基づいて吸気酸素濃度センサ３１の出力を圧力補正することにより前記請求項９記載の「センサ出力補正手段」が、上記ステップ４０２および５０８の処理を実行することにより前記請求項９記載の「吸気側パージ制御を継続させる手段」が、それぞれ実現されている。
【０１５５】
また、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ５００および５０６の処理を実行することにより前記請求項１０記載の「システム異常検出手段」が、上記ステップ５０８の処理を実行することにより前記請求項１０記載の「蒸発燃料濃度センサの検出値に基づく燃料供給量の補正を継続させる手段」が、それぞれ実現されている。
【０１５６】
実施の形態５．
次に、図１３および図１４を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
図１３は、本実施形態の空燃比制御装置の機能を説明するための図である。本実施形態において達成される機能は、吸気酸素濃度センサ３１が異常である場合に、パージ制御弁４１の状態に応じて、パージカットと排気Ｏ２パージ制御とが使い分けられる点を除き、実施の形態４で達成される機能と同様である（図１０および図１３参照）。
【０１５７】
図１４は、上記の機能を実現すべく、本実施形態において、ＥＣＵ３０により実行される制御ルーチンのフローチャートである。尚、図１４において、上記図１１に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１５８】
すなわち、図１４に示すルーチンでは、ステップ５００において吸気酸素濃度センサ３１の異常が判定された場合、およびステップ５１０で機関出力の異常が判定された場合に、パージ制御弁４１が異常であるか（ＸＶＳＶ＝０か）が判別される（ステップ５２０）。
【０１５９】
その結果、パージ制御弁４１が異常でないと判別された場合は、実施の形態４の場合と同様に、次に、ステップ４０４において、排気Ｏ２パージ制御の実行が選択される。パージ制御弁４１が正常である場合、パージ量ＰＧＲは適量に制御することができる。このため、このような場合は、排気Ｏ２パージ制御を行うことで、空燃比ずれを生じさせることなく、高いパージ能力を実現することができる。
【０１６０】
本実施形態において、上記ステップ５２０でパージ制御弁４１が異常であると判別された場合は、次に、パージカットのための処理が実行される。つまり、パージ制御弁４１の閉弁を試みる処理が実行される（ステップ５２２）。
パージ制御弁４１が異常である場合は、その開度が適正に制御できないため、排気Ｏ２パージ制御の実行中に、所望のパージ量ＰＧＲが実現できないことがある。このため、本実施形態では、そのような場合には、パージのカットが試みられる。上記の処理によれば、パージ制御弁４１の異常が閉弁可能な異常である場合には、以後、パージの影響で空燃比ずれが生ずるのを有効に防止することができる。
【０１６１】
尚、上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ５２２の処理を実行することにより、前記請求項１２記載の「蒸発燃料のパージの停止を試みる手段」が実現されている。
【０１６２】
ところで、上述した実施の形態１乃至５では、内燃機関１の吸気通路１０に配置される蒸発燃料濃度センサが吸気酸素濃度センサ３１に限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、吸気通路１０に配置される蒸発燃料濃度センサは、例えば、被検出ガス中のＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度センサであってもよい。
【０１６３】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、蒸発燃料濃度センサ出力に基づく吸気側パージ制御の実行中に、蒸発燃料濃度センサの異常を早期に発見し、吸気側パージ制御の実行中に機関の空燃比が乱れることを防止可能とする共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】 本発明の実施の形態１において実行される吸気酸素濃度センサ異常検出操作の内容を説明するためのフローチャートである。
【図３】 本発明の実施の形態２において実行される吸気酸素濃度センサ異常検出操作の内容を説明するためのフローチャート（その１）である。
【図４】 本発明の実施の形態２において実行される吸気酸素濃度センサ異常検出操作の内容を説明するためのフローチャート（その２）である。
【図５】 本発明の実施の形態３において実行されるパージ切り替え制御の内容を説明するためのフローチャートである。
【図６】 本発明の実施の形態３において実行される燃料噴射時間算出処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図７】 本発明の実施の形態３において実行される吸気酸素濃度センサ判定処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図８】 本発明の実施の形態３において実行される吸気圧センサ判定処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図９】 本発明の実施の形態３において実行されるパージ制御弁判定処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図１０】 本発明の実施の形態４の空燃比制御装置の機能を説明するための図である。
【図１１】 本発明の実施の形態４において実行されるパージ切り替え制御の内容を説明するためのフローチャートである。
【図１２】 本発明の実施の形態４において実行される吸気圧力推定処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図１３】 本発明の実施の形態５の空燃比制御装置の機能を説明するための図である。
【図１４】 本発明の実施の形態５において実行されるパージ切り替え制御の内容を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
１０ 吸気通路
２９ａ，２９ｂ 空燃比センサ
３０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
３１ 吸気酸素濃度センサ
３３ 吸気圧センサ
４０ パージ装置
４１ パージ制御弁
ＧＡ 吸入空気量
ＦＡＦ 空燃比フィードバック補正係数
ＦＰＧ パージ量
ＦＧＰＧ ベーパ濃度学習係数
ＰＧＲ パージ率
ＧＡＭＡＸ 最大吸入空気量
ＫＬＯＡＤ０ 負荷率推定値
ＸＯ２ＳＥＮＳ 吸気酸素濃度センサ正常フラグ
ＸＰＳＥＮＳ 吸気圧センサ正常フラグ
ＸＶＳＶ パージ制御弁正常フラグ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳細には機関吸気中の酸素濃度を検出する吸気酸素濃度センサを備え、この吸気酸素濃度センサ出力に基づいて機関に供給する燃料量を補正する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の排気通路に排気空燃比を検出する空燃比センサを配置し、検出した排気空燃比が予め定めた目標空燃比になるように機関に供給する燃料量をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置が知られている。このような空燃比制御装置では、例えば機関吸入空気量に関連するパラメータ（例えば、エアフロメータ出力や機関吸気通路圧力と機関回転数）を計測し、これらのパラメータを用いて予め記憶した関係に基いて排気空燃比が目標空燃比に一致するように、機関への基本燃料供給量（基本燃料噴射量）を算出するとともに、更に排気空燃比センサで検出した排気空燃比が上記目標空燃比に一致するように基本燃料供給量を補正した量の燃料を実際に機関に供給する。
【０００３】
このように、空燃比センサで検出した実際の排気空燃比に基いて、基本燃料噴射量をフィードバック補正する事により、機関吸入空気量に関連するパラメータを検出するセンサ（例えば、エアフロメータ、吸気圧力センサ等）の検出誤差や燃料噴射弁の実際の燃料噴射量の製品毎のばらつきや経年変化などによる燃料噴射量の誤差が補正されるため、正確な空燃比制御を行うことが可能となる。
【０００４】
ところが、機関吸気通路に燃料タンクからの蒸発燃料をパージする蒸発燃料パージ装置を備えた機関では、上記のように排気空燃比センサに基づくフィードバック制御を実行していても蒸発燃料のパージ実行時には一時的に機関空燃比の目標空燃比からのずれが生じる場合がある。
【０００５】
すなわち、パージにより蒸発燃料（炭化水素）が吸気通路に導入されると、機関には燃料噴射により供給される燃料の他に吸気とともに蒸発燃料（燃料ベーパ）が流入することになる。このため、排気空燃比に基づいて機関への燃料噴射量を制御していて、一時的に機関への燃料供給量が増大するため、機関空燃比が目標空燃比からずれる場合が生じる。このようなずれが生じても、排気空燃比に基づく機関燃料噴射量のフィードバック制御が行われていれば、パージによる機関への燃料供給量は補正され機関空燃比は目標空燃比に一致するようになるが、空燃比フィードバック制御のゲインは制御のハンチングを防止するために比較的小さな値に設定されているため、急激に大量のパージが開始されたような場合には排気空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御のみでは機関空燃比が目標空燃比に収束するまでに多少の時間を要する場合がある。
【０００６】
この問題を解決するために、機関吸気通路に吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを配置し、パージ実行中に吸気酸素濃度センサ出力に基づいて機関への燃料供給量を補正するようにした空燃比センサが考案されている。
この種の空燃比制御装置としては、例えば特開平１１−２１５３号公報に記載されたものがある。
【０００７】
同公報の装置は、パージ実行中に機関吸気通路に配置した吸気酸素濃度センサ出力に基づいて、吸気中に含まれる蒸発燃料量を算出し、この蒸発燃料量に相当する量だけ、機関への燃料噴射量を減量補正するようにしている。
【０００８】
このように、吸気酸素濃度センサ出力に基づいて吸気中の蒸発燃料量を算出し、蒸発燃料量に相当する量だけ燃料噴射量を減量するパージ制御を行うことにより、吸気中の蒸発燃料量を算出して、この蒸発燃料量分だけ燃料噴射量を低減するという直接的な補正操作が可能になる。このため、吸気酸素濃度センサ出力に基づくパージ制御を実施することにより、排気空燃比センサ出力に基づく空燃比制御によりパージ制御を行う場合に較べて極めて精度が高く、かつ応答性の良い制御が可能となる。従って、吸気酸素濃度センサ出力に基づくパージ制御を行う機関では、大量のパージを行った場合にも機関の空燃比が乱れることがないため、短時間で大量のパージを行うことが可能となり、パージ操作を効率的に行うことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平１１−２１５３号公報の装置のように、吸気酸素濃度センサの出力に基づいてパージ制御を行う空燃比制御装置では、上述のように高精度かつ応答性の良い制御を行うことができる反面、吸気酸素濃度センサに異常が生じると機関空燃比が大きく乱れて機関出力の変動や排気エミッションの悪化が生じる場合がある。
【００１０】
すなわち、吸気酸素濃度センサに異常が生じているとパージ制御中に正確な蒸発燃料量を算出することができない。更に、吸気酸素濃度センサ出力に基づくパージ制御は、吸気中の蒸発燃料を機関に吸入される前に吸気酸素濃度センサにより検出し、機関への燃料供給量を直接補正するものであるため、吸気酸素濃度センサに異常が生じた場合、センサ出力の異常は直接機関の燃料噴射量に反映されてしまう。このため、吸気酸素濃度センサ出力に基づくパージ制御では、通常の空燃比制御に較べてセンサ出力に異常が生じた場合の空燃比の乱れが大きくなる問題がある。
【００１１】
しかも、通常、運転者はパージが実行されているか否かについては意識していないため、パージ制御中に吸気酸素濃度センサに異常が生じていても、単に機関出力の変動が異常に大きくなったとしか認識しない。このため、修理を行う場合にも、機関出力の変動を生じる可能性がある異常原因（例えば燃料噴射弁や排気空燃比センサ、点火系統など）の全てを検査する必要があり真の異常原因を特定するのに多大な労力を要する可能性がある。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑み、吸気酸素濃度センサを用いたパージ制御を行う場合に吸気酸素濃度センサの異常を早期に検出することにより、異常の状況に応じた対処を可能とする手段を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に配置され、吸気中の蒸発燃料濃度を検出する蒸発燃料濃度センサと、
前記蒸発燃料濃度センサ上流側の吸気通路に燃料タンク内の蒸発燃料を供給するパージ装置と、
前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づいて吸気中に含まれる前記蒸発燃料の量を算出するベーパ量算出手段と、
前記吸気通路に蒸発燃料を供給させつつ前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づいて機関への燃料供給量を補正する吸気側パージ制御を行う吸気側パージ制御手段と、
機関出力に関連するパラメータに基づいて、機関出力の異常を検出する出力異常検出手段と、
前記吸気側パージ制御の実行中に検出された機関出力の異常が前記吸気側パージ制御により生じているか否かを判定する判定手段と、
前記吸気側パージ制御により機関出力に異常が生じていると判定された場合に、前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断するセンサ異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明では、判定手段は、出力異常検出手段により機関出力に関連するパラメータに基づいて、吸気側パージ制御の実行中に機関出力の異常が検出されたときに、この機関出力の異常が吸気側パージ制御により生じているか否かを判定する。例えば、吸気側パージ制御実行中に機関出力に異常が生じる原因としては、パージ装置などのパージ系に異常があり、吸気通路に供給する蒸発燃料量が大きく変動するような場合も考えられる。しかし、蒸発燃料濃度センサが正常であれば蒸発燃料量の変動は直ちに機関への燃料供給量の補正に反映されるため、機関出力には影響を生じないはずである。従って、機関出力の異常が吸気側パージ制御により生じていると判断された場合には、蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断することができる。本発明では、センサ異常判定手段は、吸気側パージ制御により機関出力に異常が生じていると判定された場合には、蒸発燃料濃度センサに異常が発生したと判定する。これにより、例えば、蒸発燃料濃度センサに基づく吸気側パージ制御を停止する等のように原因に応じた適切な対処が可能となるとともに、修理の際にも他の原因の可能性を検査する必要がなくなり短時間での修理が可能となる。
なお、出力異常検出手段の出力異常検出のもととなるパラメータとしては、例えば機関回転数、排気空燃比、各気筒の燃焼圧力などが使用可能であり、更に内燃機関と電気モータとで同時に負荷を駆動する形式のハイブリッドパワーユニットにおいては、電気モータの駆動電流（駆動トルク）等が使用可能である。
また、センサ異常判定手段は、吸気側パージ制御により機関出力に異常が生じていると判定された場合に直ちに蒸発燃料濃度センサに異常が発生したと判定する代りに、パージ制御により機関出力に異常が生じていると判定された場合に、蒸発燃料濃度センサの仮の異常判定を行って、その後別のもっと精度の高い方法を用いて真に蒸発燃料濃度センサに異常が生じたか否かを判定するようにしてもよい。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記判定手段は、前記吸気側パージ制御が実行されていない時に前記機関出力の異常が検出されたか否かに基づいて、前記吸気側パージ制御により前記機関出力の異常が生じているか否かを判定することを特徴とする。
【００１６】
すなわち、請求項２の発明では異常検出手段は吸気側パージ制御実行中のみならず吸気側パージ制御を実行していない場合にも機関の出力に異常が生じているか否かを監視する。これにより、例えば吸気側パージ制御を実行していないときには機関出力に異常がなく、吸気側パージ制御実行中に機関出力に異常が生じたような場合には機関出力の異常は吸気側パージ制御により生じていると判断できる。このため、確実にセンサ異常判定手段により蒸発燃料濃度センサの異常を判定することが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記機関出力に関連するパラメータは機関回転数であることを特徴とする。
【００１８】
すなわち、請求項３に記載の発明では、出力異常検出手段は、機関回転数の変動に基づいて機関出力の異常の有無を検出する。例えば、機関の空燃比に乱れが生じていない場合には、機関出力は全体として増減するものの機関１回転毎の出力変動は小さくなっている。これに対して、種々の原因により気筒毎に出力が変動を生じるようになると、それに応じて機関回転数も変動する。このため、機関回転数の変動を監視することにより、機関出力に異常が生じているか否かを判定することが可能となる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記機関出力に関連するパラメータは内燃機関の排気空燃比であることを特徴とする。
【００２０】
すなわち、請求項４に記載の発明では、出力異常検出手段は機関排気空燃比に基づいて機関出力に異常が生じていることを検出する。例えば、機関空燃比は通常ある目標値に制御されており、機関の排気空燃比もこの目標値に維持されている。しかし、機関に供給される燃料量が変動して機関出力に異常が生じたような場合には機関排気空燃比も機関出力に応じて変動するようになる。このため、機関排気空燃比の変動を監視することにより、機関出力に異常が生じているか否かを判定することが可能となる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比に応じた信号を出力する排気空燃比センサと、
前記排気空燃比センサの出力に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する排気側空燃比制御手段と、
前記蒸発燃料濃度センサの異常が検出されたときに、前記吸気側パージ制御を中止する吸気側パージ制御中止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
すなわち、請求項５に記載の発明では、センサ異常検出手段により吸気側パージ制御実行中に蒸発燃料濃度センサの異常が判定された場合には、直ちに吸気酸素濃度センサ出力に基づく吸気側パージ制御が停止され、排気空燃比センサ出力に基づく機関への燃料供給量の補正、すなわち排気空燃比センサ出力に基づく機関空燃比制御が行われる。なお、蒸発燃料濃度センサ出力に基づく吸気側パージ制御実行中にも排気空燃比センサ出力に基づく機関空燃比制御を実行している場合には、蒸発燃料濃度センサ出力に基づく吸気側パージ制御を中止して、排気空燃比センサ出力に基づく空燃比制御が継続される。排気空燃比センサ出力に基づく空燃比制御のみでは、蒸発燃料濃度センサ出力に基づく吸気側パージ制御のように高い応答性は期待できないが、パージ装置による蒸発燃料供給時にも機関空燃比を目標空燃比に維持することは可能である。このため、本発明によれば、蒸発燃料濃度センサに異常が生じた場合にも、パージ装置からの蒸発燃料の供給（パージ）を継続することが可能となる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記パージ装置から前記蒸発燃料がパージされており、前記吸気側パージ制御が中止されており、かつ、前記排気空燃比センサの出力に基づく燃料供給量の補正が実行されている状況下で、前記機関出力の異常が検出された場合に、前記蒸発燃料のパージを停止させるパージ停止手段を備えることを特徴とする。
【００２４】
すなわち、請求項６記載の発明では、吸気側パージ制御が中止されている状況下で、排気空燃比センサの出力に基づく補正により、機関出力の異常が抑えられない場合には、蒸発燃料のパージを中止することができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記センサ異常判定手段により前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断された場合に、前記蒸発燃料濃度センサの出力特性に異常が生じているか否かを判定するセンサ特性異常判定手段と、
前記出力特性に異常が認められない場合には、前記吸気側パージ制御の実行を許可する吸気側パージ制御許可手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２６】
すなわち、請求項７記載の発明では、機関出力の異常に基づいて蒸発燃料濃度センサの異常が認められる場合に、蒸発燃料濃度センサの出力特性が異常であるかを確認することができる。そして、その出力特性が異常でない場合には、吸気側パージ制御の再開を許可することができる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に配置され、吸気中の蒸発燃料濃度を検出する蒸発燃料濃度センサと、
前記蒸発燃料濃度センサ上流側の吸気通路に燃料タンク内の蒸発燃料を供給するパージ装置と、
前記吸気通路に蒸発燃料を供給させつつ前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づいて機関への燃料供給量を補正する吸気側パージ制御を行う吸気側パージ制御手段と、
内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比に応じた信号を出力する排気空燃比センサと、
前記吸気通路に蒸発燃料を供給させつつ前記排気空燃比センサの検出値に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比制御を行う排気側パージ制御を行う排気側パージ制御手段と、
前記吸気側パージ制御の実行に必要なシステムの異常を検出するシステム異常検出手段と、
前記システムの異常が検出された場合に、前記吸気側パージ制御を中止して、前記排気側パージ制御を開始または継続させる制御変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２８】
すなわち、請求項８記載の発明では、吸気側パージ制御の実行に必要なシステムに異常が生じた場合に、吸気側パージ制御を中止して、以後、排気側パージ制御により、大きな空燃比ずれを発生させることなく、蒸発燃料のパージを継続させることができる。
【００２９】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記吸気通路に配置され、吸気圧力に応じた出力を発する吸気圧センサと、
内燃機関の状態に基づいて前記吸気圧力を推定する吸気圧推定手段とを備え、
前記蒸発燃料濃度センサは圧力に依存した出力特性を有し、
前記システム異常検出手段は、前記蒸発燃料濃度センサの異常を検出する手段と、前記吸気圧センサの異常を検出する手段とを含み、
前記吸気圧センサが正常である場合は当該吸気圧センサの出力に基づいて前記蒸発燃料濃度センサの出力を圧力補正し、前記吸気圧センサが異常である場合は前記吸気圧力の推定値に基づいて前記蒸発燃料濃度センサの出力を圧力補正するセンサ出力補正手段と、
前記吸気圧センサに異常が生じていても、前記蒸発燃料濃度センサが正常である場合には、前記センサ出力補正手段の補正結果に基づいて前記吸気側パージ制御を継続させる手段とを、更に備えることを特徴とする。
【００３０】
すなわち、請求項９記載の発明では、吸気圧センサに異常が発生しても、蒸発燃料濃度センサが正常である場合には、吸気圧力の推定値を利用することで、蒸発燃料濃度センサの出力を有効利用することができる。この場合、システムに異常が生じているにも関わらず、吸気側パージ制御が実質的に継続され、高い空燃比制御精度が維持される。
【００３１】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記パージ装置から前記吸気通路へ流通するパージ量を制御するパージ制御弁を含み、
前記システム異常検出手段は、前記蒸発燃料濃度センサの異常を検出する手段と、前記パージ制御弁の異常を検出する手段とを含み、
前記パージ制御弁に異常が生じていても、前記蒸発燃料濃度センサが正常である場合には、前記吸気側パージ制御の処理のうち、前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づく燃料供給量の補正を継続させる手段を更に備えることを特徴とする。
【００３２】
すなわち、請求項１０記載の発明では、パージ制御弁に異常が発生しても、蒸発燃料濃度センサが正常である場合には、蒸発燃料濃度センサの出力を利用した空燃比制御が継続される。この場合、システムに異常が生じているにも関わらず、高い空燃比制御精度が維持される。
【００３３】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づく燃料供給量の補正が継続された後、排気空燃比が許容範囲から外れる場合には、前記蒸発燃料のパージの停止を試みる手段を備えることを特徴とする。
【００３４】
すなわち、請求項１１記載の発明では、パージ制御弁に異常が発生し、その後、蒸発燃料濃度センサの検出値に基づく燃料噴射量補正が継続されている状況下で、空燃比が所望の範囲に制御できない場合には、即座に蒸発燃料のパージが停止され、空燃比荒れの抑制が図られる。
【００３５】
請求項１２記載の発明は、請求項１０または１１記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じており、かつ、前記パージ制御弁に異常が生じている場合には、前記蒸発燃料のパージの停止を試みる手段を備えることを特徴とする。
【００３６】
すなわち、請求項１２記載の発明では、蒸発燃料濃度センサおよびパージ制御弁の双方に異常が生じている場合には、即座にパージの停止が試行される。パージ制御弁に異常が生じている場合、排気空燃比センサの検出値に基づく空燃比制御では、空燃比を所望の範囲に制御できないことがある。本発明によれば、そのような事態の発生が未然に防止される。
【００３７】
請求項１３記載の発明は、請求項８乃至１２の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記システム異常検出手段は、
機関出力に関連するパラメータに基づいて、機関出力の異常を検出する出力異常検出手段と、
前記吸気側パージ制御が実行されていない時に前記機関出力の異常が検出され、かつ、前記吸気側パージ制御の実行中に前記機関出力の異常が検出された場合に、前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断するセンサ異常判定手段と、
を含むことを特徴とする。
【００３８】
すなわち、請求項１３記載の発明では、機関出力の異常が吸気側パージ制御の実行に起因して発生している場合に、速やかに蒸発燃料濃度センサの異常が認識される。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【００４０】
図１において、１は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では、機関１は＃１から＃４の４つの気筒を備えた４気筒ガソリン機関とされ、各気筒には気筒内に直接燃料を噴射する簡内燃料噴射弁１１１から１１４が設けられている。
また、本実施形態では＃１から＃４の気筒は互いに点火時期が連続しない２つの気筒からなる２つの気筒群にグループ分けされている。（例えば、図１の実施形態では、気筒点火順序は１−３−４−２であり、＃１、＃４の気筒と＃２、＃３の気筒とがそれぞれ気筒群を構成している。）また、各気筒の排気ポートは気筒群毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路に接続されている。図１において、２１ａは＃１、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ａに接続する排気マニホルド、２１ｂは＃２、＃３気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ｂに接続する排気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路２ａ、２ｂ上には、公知の三元触媒からなるスタートキャタリスト（以下「ＳＣ」と呼ぶ）５ａと５ｂがそれぞれ配置されている。また、個別排気通路２ａ、２ｂはＳＣ下流側で共通の排気通路２に合流している。
【００４１】
図１に２９ａ、２９ｂで示すのは、個別排気通路２ａ、２ｂのスタートキャタリスト５ａ、５ｂ上流側に配置された空燃比センサである。空燃比センサ２９ａ、２９ｂは、後述する吸気酸素濃度センサと同様な構成を有するセンサであり、広い空燃比範囲で排気空燃比に対応する電圧信号を出力する。空燃比センサ２９ａ、２９ｂの出力は機関１の空燃比制御に使用される。
図１に１０ｂで示すのは機関各気筒の吸気ポートを吸気通路１０に接続する吸気マニホルド、１０ａは吸気通路１０に設けられたサージタンクである。
【００４２】
更に、本実施形態では吸気通路１０上にはスロットル弁１５が設けられている。本実施形態のスロットル弁１５はいわゆる電子制御スロットル弁とされており、ステッパモータ等の適宜な形式のアクチュエータ１５ａにより駆動され後述するＥＣＵ３０からの制御信号に応じた開度をとる。
【００４３】
吸気通路１０のスロットル弁１５下流側には、パージ制御弁４１を介して公知の蒸発燃料パージ装置４０が接続されている。パージ装置４０は、例えば活性炭などの吸着剤を収納したキャニスタを備えており、機関１の図示しない燃料タンク中の蒸発燃料をキャニスタ内の吸着剤に吸着させる。これにより、燃料タンクから大気への蒸発燃料の放散が防止される。パージ制御弁４１は、例えばソレノイドアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０の制御信号に応じた開度をとる。
【００４４】
より正確には、パージ制御弁４１のソレノイドアクチュエータは、ＥＣＵ３０からの駆動パルス信号に応じてパージ制御弁４１を開閉する。すなわち、パージ制御弁４１は、駆動パルス信号の１周期のうち、パルス信号がオンになっている間開弁し、オフになっている間閉弁する動作を繰返している。従って、パージ制御弁を通るパージガス流量は、駆動パルス信号の１周期のうち、パルス信号がオンになっている時間の割合（デューティ比）に応じて増大する。このように、デューティ比を制御することは、パージ制御弁をデューティ比に応じた開度に制御することと等価であり、本明細書では、このデューティ比を便宜的にパージ制御弁の開度と称する場合がある。機関運転中にパージ制御弁４１が開弁されると、パージ装置４０のキャニスタ内に吸着された蒸発燃料は、パージ制御弁４１から吸気通路１０に流入し、スロットル弁１５を通過した機関吸気と混合して均一な混合気となり機関１の各気筒に吸入される。
【００４５】
さらに、本実施形態では、吸気通路１０のサージタンク１０ａには吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３１が配置されている。酸素濃度センサ３１は、後述するように酸素ポンプの作用により排気中の酸素濃度（分圧）に比例した電圧信号を出力する。
図１に３０で示すのは機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施形態ではＲＡＭ，ＲＯＭ，ＣＰＵを備えた公知の構成のマイクロコンピュータとされ、機関１の点火時期制御や空燃比制御等の基本制御を行う他、パージ制御弁４１の開閉を制御して蒸発燃料のパージを行う。
【００４６】
更に、ＥＣＵ３０はパージ実行時に吸気酸素濃度センサ３１出力に基いて、吸気中の蒸発燃料量を算出し、この蒸発燃料量に基づいて各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４の燃料噴射量を補正する燃料ベーパ補正を行うとともに、後述する吸気酸素濃度センサ３１の異常の有無を検出するセンサ異常検出操作を行う。
なお、本実施形態では、（１）前述の、排気空燃比センサ出力に基づく燃料噴射量制御（排気空燃比制御）と、（２）パージ実行時に行われる吸気酸素濃度センサ出力に基づく燃料噴射量制御との両方が行われる。また、通常、上記（１）の排気空燃比制御はパージ実行の有無にかかわらず実行されている。従ってパージ実行時には上記（１）の排気空燃比制御も同時に実行されることになる。このため、例えばパージ実行時に上記（２）の吸気酸素濃度センサ出力に基づく燃料噴射量制御が行われていない場合には、上記（１）の排気空燃比制御でパージにより供給される蒸発燃料分も含めた燃料噴射量補正を行うことになる。
以下の説明では、上記（２）のパージ実行時に行われる吸気酸素濃度センサ出力に基づく燃料噴射量の補正を「吸気Ｏ2パージ制御」、（１）の排気空燃比制御が、パージ実行時に行われている場合を特に「排気Ｏ2パージ制御」と呼んで区別することとする。
【００４７】
上記各制御を行うため、ＥＣＵ３０の入力ポートには、空燃比センサ２９ａ、２９ｂから排気空燃比を表す信号と、吸気酸素濃度センサ３１から吸気中の酸素濃度を表す信号が、また、機関吸気マニホルドに設けられた吸気圧センサ３３から機関の吸気圧力に対応する信号が、更に、クランク軸近傍に配置されたクランク角センサ３５からクランク軸所定回転角度毎（例えば１５度毎）にクランク位置を表すクランク角パルス信号と、クランク軸が基準位置（例えば＃１気筒が圧縮上死点にある位置）になる毎に基準パルス信号との２つの信号が、それぞれ入力されている。ＥＣＵ３０は、クランク角パルス信号の周期と基準パルス信号とから機関回転数とクランク軸位相とを一定時間毎に算出している。
【００４８】
ＥＣＵ３０の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するために、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４に接続されている他、スロットル弁１５のアクチュエータ１５ａに図示しない駆動回路を介して接続されスロットル弁１５の開度を制御している。
また、ＥＣＵ３０はパージ制御弁４１のアクチュエータに図示しない駆動回路を介して接続されパージ制御弁４１の開度を制御して、蒸発燃料のパージを行う。
【００４９】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関１をリッチ空燃比からリーン空燃比までの広い空燃比範囲で運転するが、例えば、機関１がリッチ空燃比または理論空燃比で運転される場合には、機関燃料噴射量は、吸気圧力ＰＭと回転数ＮＥとから定まる機関吸入空気量と機関の目標空燃比とに基いて算出されるとともに、更に排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂ出力に基くフィードバック制御により補正される。
【００５０】
機関の吸入空気量ＧＡは、機関の吸気圧力と機関回転数とにより定まり、吸気圧力ＰＭと機関回転数ＮＥとを計測することにより吸入空気量ＧＡを算出することができる。また、吸入空気量ＧＡが定まれば、機関の運転空燃比を目標空燃比ＲＴに一致させるために必要な燃料噴射量（基本燃料噴射量）ＧＦＢは、ＧＦＢ＝ＧＡ／ＲＴとして算出することができる。本実施形態では、機関が理論空燃比以下のリッチ空燃比で運転される場合の基本燃料噴射量GFBの値は、目標空燃比ＲＴと吸気圧力ＰＭ、機関回転数ＮＥとを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納されている。
【００５１】
また、実際の機関燃料噴射量ＧＦは、上記基本燃料噴射量ＧＦＢを用いて以下のように算出される。
ＧＦ＝ＧＦＢ×ＥＦＫＧ×ＦＡＦ
【００５２】
ここで、ＦＡＦは排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂで検出された排気空燃比に基いて算出される機関空燃比を目標空燃比に正確に一致させるための補正係数であり、空燃比フィードバック補正係数と称する。空燃比フィードバック補正係数は、例えば、目標空燃比と排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂで検出した排気空燃比との偏差に基く比例、積分、微分（ＰＩＤ）制御により算出される。また、ＥＦＫＧは空燃比制御系統のセンサ検出誤差や燃料噴射弁１１１から１１４の燃料噴射誤差を補正するための学習補正係数である。なお、本実施形態では、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦと学習補正係数ＥＦＫＧの算出方法は、公知のいかなる方法をも使用することが可能であるため、算出方法についての詳細な説明は省略する。
【００５３】
以下、本実施形態の吸気酸素濃度センサ３１出力に基づく燃料噴射補正について説明する。
本実施形態では、吸気酸素濃度センサ３１の出力に基いて算出するセンサ出力比αに基づいて上記の燃料ベーパ量補正を行う。
センサ出力比αは、パージを実行していないときの吸気酸素濃度センサ３１出力、すなわちパージを実行していないときの吸気酸素濃度ＲＯとパージ実行中の酸素濃度センサ３１出力（パージ実行中の吸気酸素濃度）ＲＰとの比、すなわち、α＝ＲＰ／ＲＯとして与えられる。
【００５４】
吸気中に燃料ベーパがあると、吸気中の酸素はセンサ３１上で燃料ベーパと反応して消費される。このため、センサ３１上では燃料ベーパとの反応に消費されただけ酸素濃度が低下してセンサ出力はＲＰとなる。すなわち、吸気中の酸素のうちＲＯ×（１−α）に相当する量の酸素が燃料ベーパとの反応により消費される。従って、機関の目標空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）である場合には、吸気中の酸素のうち、燃料噴射により供給される燃焼に使用可能な酸素の割合はＲＯ×αとなる。このため、機関の運転空燃比を理論空燃比に維持するためには、パージを実行していない場合の燃料噴射量に対して燃焼に使用可能な酸素の割合が減った分だけ燃料噴射量を削減すればパージを実行していないときと同一の空燃比を維持可能である。従って、この場合には、燃料噴射量をα倍（α≦１）に減量すればベーパのない場合と同一の空燃比を維持することができる。
【００５５】
すなわち、本実施形態では、ＥＣＵ３０は目標空燃比が理論空燃比である場合の燃料噴射弁からの実際の燃料噴射量ＧＦＴＡを、（１）式で算出したＧＦにセンサ出力比αを乗じた値として算出する。
すなわち、ＧＦＴＡ＝ＧＦ×α＝ＧＦＢ×α×ＥＦＫＧ×ＦＡＦ‥…（２）
【００５６】
これにより、蒸発燃料パージ実行時にも燃料噴射量は正確に目標空燃比を得ることができる値に制御されるようになる。上記は、目標空燃比が理論空燃比である場合について説明したが、目標空燃比がリーン空燃比またはリッチ空燃比の場合にも吸気酸素濃度センサ３１の出力に基づいて吸気中の燃料ベーパ量を算出して同様な燃料噴射量補正を行うことにより、パージ実行時にも正確に目標空燃比を維持することが可能となる。
【００５７】
次に、本実施形態の機関出力異常の検出について説明する。
上述のように、パージ実行時には吸気酸素濃度センサ３１出力に基づいて直接燃料噴射量が補正されるため、センサ３１に異常が生じると機関空燃比の乱れによる機関出力の変動が生じる。パージ実行時には蒸発燃料を含むパージ装置からの空気（パージガス）はパージ制御弁４１を通って吸気通路１０に供給されるが、前述したようにパージ制御弁４１はＥＣＵ３０からの駆動パルスのオンオフに応じて開閉を繰返しており、パルス信号の１周期に占めるオン時間の割合（デューティ比）を変更することによりパージガス流量が調節される。このため、パージ実行時には、実際にはパージガスはパージ制御弁のオンオフに応じて間欠的に吸気通路に供給されるようになる。このため、実際のパージ実行時には吸気中の蒸発燃料濃度は周期的に変動している。吸気酸素濃度センサ３１が正常であればこの蒸発燃料量の変動は直ちに補正されるため、実際に機関の各気筒で燃焼する燃料の量は変動しないが、吸気酸素濃度センサ３１に異常が生じると、機関の各気筒で燃焼する燃料の量は、吸気中の蒸発燃料量に応じて変動する。また、吸気酸素濃度センサ３１の異常の態様によっては、吸気中の蒸発燃料量の変動に応じて、燃料噴射量が過大に補正されてしまうために機関で燃焼する燃料量が変動する場合が生じる。
【００５８】
すなわち、吸気酸素濃度センサ３１に異常が生じると、機関の各気筒で燃焼する燃料量が変動し、機関の燃焼空燃比は各気筒、各回転毎の比較的短い周期で変動するようになる。このため、機関の各気筒の燃焼空燃比の変動により、機関の各気筒の出力トルクがばらつき、機関回転数が変動するようになる。
従って、機関回転数を監視し、機関回転速度の変動を検出することにより、機関出力に異常が生じたことを検出することができる。
【００５９】
詳細には、本実施形態ではＥＣＵ３０は機関運転中、出力異常検出操作を行っており、クランク角センサ３５からクランク回転角１５度毎に入力するクランク回転角パルス信号の時間間隔から機関回転数を算出している。また、ＥＣＵ３０はクランク角センサ３５から入力する基準パルス信号と上述したクランク回転角パルス信号とから、各気筒の爆発行程におけるクランク回転速度を算出する。そして、機関１回転毎の各気筒の爆発行程における回転速度の平均値を算出し、各気筒の爆発行程における回転速度が上記平均回転速度から予め定めた判定値以上ばらついている状態が所定時間継続する場合には、機関出力の異常が生じたと判定するようにしている。
【００６０】
なお、機関出力異常の検出方法は上記に限定されるわけではない。例えば、機関燃焼空燃比が変動することにより機関出力が変動する場合には、機関排気空燃比が燃焼空燃比の変動に応じて変動するようになる。このため、排気空燃比センサで検出した排気空燃比が変動するか否かを監視し、変動幅が予め定めた判定値以上になった場合に機関出力に異常が生じたと判定するようにしても良い。本実施形態では排気通路に排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂが設けられているため、これらのセンサ出力を監視することによっても機関出力の異常を検出することが可能となる。
【００６１】
また、例えば、燃焼室内の燃焼圧力を検出する燃焼圧センサを備えた機関では、各気筒の爆発行程時の燃焼圧を監視し、この燃焼圧が所定値以上ばらつくときに失火が生じたと判定するようにしてもよい。また、例えば図１で示した以外の構成の機関、例えば内燃機関と電気モータとの両方を用いて同時に負荷を駆動するハイブリッド機関では、内燃機関出力が変動すると、この変動を補償するために電気モータ出力トルクが変動するようになる。このため、電気モータの電流値を監視し、この電流値が所定の幅異常変動する場合に機関出力に異常が生じたと判定するようにすることもできる。
【００６２】
以下に、本実施形態の吸気酸素濃度センサの異常検出操作の実施形態について説明するが、以下の実施形態では、上記に説明した機関出力異常検出方法のいずれかに基づいて検出した機関出力の異常に基づいて吸気酸素濃度センサの異常を検出する。
【００６３】
実施の形態１．
本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関運転中にパージ実行の有無にかかわらず定時間毎に機関出力の異常検出操作を行い、パージを実行していないときに機関出力の異常が生じておらず、パージ実行時に機関出力の異常が生じた場合には、吸気酸素濃度センサに異常が生じたと判定する。
【００６４】
前述したように、パージ系の故障としては、例えばパージ制御弁の故障などによりパージガス量が変動するような場合が考えられる。しかし、この場合も吸気酸素濃度センサが正常であれば、パージガス量の変動に応じて直ちに燃料噴射量が補正されるため、各気筒の燃焼空燃比は変動せず機関出力の変動は生じない。このため、パージを実行していないときに機関出力に異常がなく、パージ実行時に機関出力に異常が生じた場合には、吸気酸素濃度センサの異常が原因である確率が極めて高い。
【００６５】
このように、吸気酸素濃度センサの異常の有無を判定することにより、機関出力変動の原因を特定することが容易になり、修理時の故障原因特定のための工数を削減することが可能となる。
更に、本実施形態では上記により吸気酸素濃度センサに異常が生じていると判定された場合には、吸気酸素濃度センサ出力に基づくパージ制御（吸気Ｏ2パージ制御）の実行を禁止するとともに、排気空燃比センサ出力に基づく空燃比制御（排気Ｏ2パージ制御）によりパージを実行する。これにより、吸気酸素濃度センサに異常が生じている場合にも蒸発燃料のパージが可能となるため、パージ装置の吸着剤が蒸発燃料で飽和することが防止される。
【００６６】
図２は、本実施形態の吸気酸素濃度センサ異常検出操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図２の操作では、先ずステップ２０１で現在パージ実行中であるか否かが判定される。ステップ２０１でパージ実行中でない場合、すなわちパージ制御弁４１が全開（デューティ比０）とされていた場合には、現在吸気Ｏ2パージ制御は実行されていないため、ステップ２０３に進み、現存機関出力に異常が生じているか否かを検出する。ステップ２０３の異常検出操作では、前述したように、機関回転数の変動、排気空燃比センサ出力の変動、或は気筒の燃焼圧力変動、ハイブリッド機関では電気モータの電流値の変動などのいずれかの方法に基づいて機関出力（回転数）が判定値以上に変動しているか否かを判断し、変動している場合には機関出力に異常が生じたと判定される。
【００６７】
ステップ２０５では、ステップ２０３の機関出力異常検出操作の結果、機関出力が異常と判定されたか否かを判断し、出力異常と判定された場合にはステップ２０９でパージ非実行時の出力異常フラグＸＰの値を０（異常）にセットし、出力異常が検出されなかった場合にはステップ２０７でフラグＸＰを１（正常）にセットした後今回の操作を終了する。
ステップ２０１で現在パージ実行中であった場合には、次にステップ２１１でフラグＸＰの値が１にセットされているか否かが判定される。ステップ２１１でＸＰ≠１であった場合、すなわち吸気Ｏ2パージ制御を実行していないときに既に機関出力に異常が生じていた場合には、吸気酸素濃度センサ以外に出力異常の原因があるため、ステップ２１３以下の吸気酸素濃度センサの異常検出操作は実行する必要がない。このため、この場合には今回の操作実行は直ちに終了する。なお、この場合、現在吸気Ｏ2パージ制御を実行している場合には、そのままパージ制御が実行される。
【００６８】
ステップ２１１でＸＰ＝１、すなわち、パージを実行していないときに機関出力の異常が生じていなかった場合には、次にステップ２１３に進み、現在吸気Ｏ2パージ制御が実行中であるか否かが判定される。吸気Ｏ2パージ制御が実行されていない場合（例えば、後述の操作で吸気酸素濃度センサの異常が検出されて、吸気Ｏ2パージ制御が禁止（ステップ２２３）されているような場合）には、ステップ２２７に進み、排気空燃比センサ出力に基づく空燃比制御（排気Ｏ2パージ制御）を実行する。
【００６９】
また、ステップ２１３で現在吸気Ｏ2パージ制御が実行中であった揚合には、次にステップ２１５に進み、再度機関出力異常検出操作が実行される。ステップ２１５は、ステップ２０３と同一の操作であるので説明は省略する。
【００７０】
次にステップ２１７では、ステップ２１５で機関出力異常が検出されたか否かが判定される。
ステップ２１７で機関出力に異常が生じていない場合には、すなわち、吸気Ｏ2パージ制御は正常に実行されているため、吸気酸素濃度センサには異常は生じていない。このため、ステップ２１９でフラグＸＳの値を１にセットし、ステップ２２１では吸気Ｏ2パージ制御の継続を許可して今回の操作を終了する。ステップ２１９のフラグＸＳは、吸気酸素濃度センサの異常の有無を表すフラグであり、ＸＳ＝１は吸気酸素濃度センサが正常であることを意味する。
【００７１】
ステップ２１７で機関出力に異常があった場合には、パージ非実行時には異常がなかったのであるから、吸気Ｏ2パージ制御を実施したために機関出力に異常が生じたと判断することができる。そこで、この場合にはステップ２２３に進み、吸気Ｏ2パージ制御を禁止して、ステップ２２５でフラグＸＳの値を０（異常）にセットする。この、フラグＸＳの値は、例えばＥＣＵ３０のバックアップＲＡＭ（機関メインスイッチがオフにされてもメモリー保持が可能なＲＡＭ）に格納することにより、修理、点検時の故障個所の特定が容易になる。また、フラグＸＳの値が０にセットされた場合には、別途ＥＣＵ３０により実行されるアラーム制御操作により、運転席近傍の警告灯が点灯され吸気酸素濃度センサに異常が生じたことが運転者に報知される。
【００７２】
ステップ２２７から２３１は排気Ｏ2パージ制御操作を示す。本実施形態では、吸気酸素濃度センサに異常が検出された場合には、排気Ｏ2パージ制御を実施することによりパージを継続する。前述のように、排気Ｏ2パージ制御では、排気通路に配置した排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂ出力に基づいて、排気空燃比が目標値になるように燃料噴射量がフィードバック制御されるため、パージによる蒸発燃料量も排気Ｏ2パージ制御により補正され、機関空燃比は目標空燃比に維持される。
【００７３】
ステップ２２７から２３１の操作では、まずステップ２２７で排気空燃比制御を開始するためのベース空燃比の学習が完了しているか否かが判定される。ベース空燃比の学習は、前述した空燃比制御系統のセンサ検出誤差や燃料噴射弁１１１から１１４の燃料噴射誤差を補正するための学習補正係数ＥＦＫＧを求める操作である。ステップ２２７でベース空燃比の学習が完了していない場合には、次にステップ２２９に進み、べ一ス空燃比の学習を行う。ベース空燃比の学習操作では、パージ制御弁４１を閉弁して蒸発燃料の影響がない状態にして、例えば基本燃料噴射量ＧＦＢの燃料を噴射したときに排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂで検出された実際の排気空燃比に基づいて学習補正係数ＥＦＫＧを算出することにより行う。
【００７４】
ステップ２２７で、このベース空燃比学習が既に完了している場合には、ステップ２３１に進み、排気空燃比センサ出力に基づく燃料噴射量のフィードバック補正（排気Ｏ2パージ制御）が実行される。このように、吸気酸素濃度センサに異常が検出され、吸気Ｏ2パージ制御を停止して排気Ｏ2パージ制御のみで燃料噴射量の補正を開始する前に、必ずベース空燃比の学習を行うようにすることにより、パージを継続した場合にも排気Ｏ2パージ制御の誤差が少なくなりパージ実行中の機関空燃比変動が最小に抑制されるようになる。
【００７５】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、吸気Ｏ２パージ制御を実行することにより、前記請求項１記載の「ベーパ量算出手段」および「吸気側パージ制御手段」が、上記ステップ２０３および２１５の処理を実行することにより前記請求項１記載の「出力異常検出手段」が、上記ステップ２０５〜２０９および２１１の処理を実行することにより前記請求項１記載の「判定手段」が、上記ステップ２２５の処理を実行することにより前記請求項１記載の「センサ異常判定手段」が、それぞれ実現されている。
【００７６】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、空燃比センサ２９ａ、２９ｂの出力に基づいて空燃比制御を行うことにより前記請求項５記載の「排気側空燃比制御手段」が、上記ステップ２２３の処理を実行することにより前記請求項５記載の「吸気側パージ制御中止手段」が、それぞれ実現されている。
【００７７】
実施の形態２．
次に、本発明の吸気酸素濃度センサ異常検出操作の第２の実施形態について説明する。
上述の第１の実施形態では、一旦吸気酸素濃度センサに異常が生じると吸気Ｏ2パージ制御を停止して排気Ｏ2パージ制御によりパージを行っていた。しかし、前述したように排気Ｏ2パージ制御は吸気Ｏ2パージ制御に比較して応答性が悪いため、大量のパージを急激に行ったような場合には機関の空燃比が乱れる問題がある。
【００７８】
一方、吸気酸素濃度センサに異常が生じていると判定された場合も、真に吸気酸素濃度センサに異常が生じている場合のみでなく、例えば吸気酸素濃度センサの出力の圧力補正に誤差が生じているために吸気酸素濃度センサ自体は正常だが吸気Ｏ2パージ制御に異常を生じている可能性もある。
すなわち、吸気酸素濃度センサ出力は圧力依存性を有しており、酸素濃度が一定であっても吸気圧力が変化するとセンサ出力も変化してしまう。通常、これを防止するために吸気Ｏ2パージ制御では、吸気酸素濃度センサ出力を吸気通路圧力を用いて補正した値を使用しているが、この圧力補正に誤差を生じているとセンサ出力が実際の吸気酸素濃度と一致しない場合が生じる。
【００７９】
そこで、本実施形態では一旦吸気酸素濃度センサに異常が生じていると判定された場合には、排気Ｏ2パージ制御によりパージを継続するとともに、吸気酸素濃度センサに真に異常が生じているか否かを別の方法を用いて判定し、センサ自体に異常が生じていないと判定された場合には、再度吸気Ｏ2パージ制御に復帰するようにしている。
これにより、吸気酸素濃度センサの異常が検出されて、吸気Ｏ2パージ制御が中止された場合にも、再検査により吸気酸素濃度センサに異常が生じていないことが判明した場合には吸気Ｏ2パージ制御を再開することが可能となる。
【００８０】
図３、図４は、本実施形態の吸気酸素濃度センサ異常検出操作を説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。図３のステップ３０１からステップ３２０は、図２のステップ２０１からステップ２２１と、それぞれ同一の操作であるのでここでは説明を省略する。
ステップ３１７で、吸気Ｏ2パージ制御を実行していないときには機関出力が正常であったのに、吸気Ｏ2パージ制御を実行したことにより機関出力に異常が検出された場合には、本実施形態においても図４ステップ３２１で吸気Ｏ2パージ制御が中止され、ステップ３２３で吸気酸素濃度センサの異常を表すフラグＸＳの値が０（異常）に設定され、ステップ３２５では排気Ｏ2パージ制御が実行される。図４ステップ３２５の操作は、図２のステップ２２７、２２９、２３１の操作をまとめて表してある。
【００８１】
本実施形態では、図４ステップ３２５で排気Ｏ2パージ制御を実行中に再度機関出力の異常の有無を判定する。すなわち、ステップ３２７では、再度、ステップ３０３と同様な方法で機関出力に異常が生じているか否かを判定する。ステップ３２９で機関出力の異常が検出される場合、すなわち排気Ｏ2パージ制御によるパージ実行中にまだ機関出力異常が検出される場合には、前回吸気Ｏ2パージ制御実行中に生じていた機関出力異常は、吸気酸素濃度センサの異常によるものではなく、他の原因（例えばパージ装置そのものの異常）である可能性がある。そこで、この場合には、ステップ３３１でパージ制御弁４１を閉弁してパージを停止するとともに、ステップ３３３では、吸気酸素濃度センサの異常フラグＸＳの値を１（正常）にセットし直すとともに、パージ異常フラグＸＦの値を０にセットする。ＸＦ＝０は吸気酸素濃度センサ以外のパージ系に異常が生じていることを示す。
【００８２】
一方、機関出力に異常が生じていない場合には、前回検出された機関出力の異常は吸気酸素濃度センサの異常によるものであると仮定し、ステップ３３５で吸気酸素濃度センサ以外のパージ系要素に異常がないことを示すためにフラグＸＦの値を１にセットする。
続いて、ステップ３３７では吸気酸素濃度センサ出力に異常が生じているか否かを判定する。前述のように、吸気酸素濃度センサ出力は圧力に依存し、吸気中の蒸発燃料濃度が一定であっても吸気酸素濃度センサ出力は吸気圧力に応じて変化する。しかし、センサ出力が正常であれば吸気中の酸素濃度が一定の歩合のセンサ出力は吸気圧力に比例して変化する。すなわち、縦軸にセンサ出力、横軸に吸気圧力（絶対圧）をとって表すと、吸気中の酸素濃度が一定の場合には、センサ出力は常に原点（吸気圧力０、センサ出力０の点）を通る直線になる。
【００８３】
ステップ３３７では、排気Ｏ2パージ制御の実行中、パージカット期間内に機関運転状態の変化により吸気圧力が変化したときに、変化前と変化後とのそれぞれの吸気圧力における吸気酸素濃度センサ出力を読みとり、これら２つのセンサ出力と吸気圧力との検出点を結ぶ直線が原点を通るか否かにより吸気酸素濃度センサ出力が正常か否かを判定するようにしている。なお、吸気酸素濃度センサ出力が正常か否かの判定は、上記以外にいかなる方法を用いて行っても良い。
【００８４】
ステップ３３９で、吸気酸素濃度センサ出力が異常であった場合、すなわち、ステップ３３７で検出した２つの測定点が原点を通る直線上にない場合には、本操作はそのまま終了する。これにより、フラグＸＳの値は０（異常）に維持され、排気Ｏ2パージ制御が継続される。
一方、ステップ３３９で酸素濃度センサ出力が正常であった場合には、ステップ３４１でフラグＸＳの値は１（正常）にセットし直され、ステップ３４３では、吸気Ｏ2パージ制御が再開される。この場合、例えば、一旦パージを中止して、蒸発燃料の影響を除いた状態で、複数の吸気圧力におけるセンサ出力を計測してセンサ出力の圧力補正を再度実行してから吸気Ｏ2パージ制御が再開される。
【００８５】
このように、本実施形態では一旦機関出力に基づいて吸気酸素濃度センサが異常と判定された場合にも、別の方法に基づいて真に吸気酸素濃度センサに異常が生じているか否かを判定し、異常が生じていない場合には吸気Ｏ2パージ制御が再開されるようになる。このため、パージ実行時に応答性の良い吸気Ｏ2パージ制御が行われる確率が高くなり、パージ実行時に正確な燃料噴射量補正が実行されるようになる。
【００８６】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ３３１の処理を実行することにより前記請求項６記載の「パージ停止手段」が実現されている。更に、ＥＣＵ３０が、上記ステップ３３７および３３９の処理を実行することにより前記請求項７記載の「センサ特性異常判定手段」が、上記ステップ３４３の処理を実行することにより前記請求項７記載の「吸気側パージ制御許可手段」が、それぞれ実現されている。
【００８７】
実施の形態３．
次に、図５乃至図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。図５乃至図９は、それぞれ本実施形態において実行される制御ルーチンのフローチャートである。本実施形態の空燃比制御装置は、図１に示すシステム構成において、それらのルーチンをＥＣＵ３０に実行させることにより実現することができる。
【００８８】
図５は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する基本的な制御ルーチン（パージ切り替え制御ルーチン）のフローチャートである。
図５に示すルーチンでは、先ず、吸気Ｏ２パージシステムが正常であるか否かが判別される（ステップ４００）。
ここで、吸気Ｏ２パージシステムとは、吸気Ｏ２パージ制御を実行するうえで必要なシステムを意味している。具体的には、吸気Ｏ２パージシステムは、パージ装置４０、パージ制御弁４１、吸気酸素濃度センサ３１、および吸気圧センサ３３などにより構成されている。
【００８９】
上記ステップ４００では、以下に示す３つの条件の成立性が判別され、それら全てが成立している場合に吸気Ｏ２パージシステムが正常であると判断される。
▲１▼吸気酸素濃度センサ３１が正常であることを表すフラグＸＯ２ＳＥＮＳに１がセットされているか、
▲２▼吸気圧センサ３３が正常であることを表すフラグＸＰＳＥＮＳに１がセットされているか、および、
▲３▼パージ制御弁４１が正常であることを表すフラグＸＶＳＶに１がセットされているか。
尚、上記各種フラグの設定処理については、後に、図７乃至図９を参照して詳細に説明する。
【００９０】
上記ステップ４００において、吸気Ｏ２パージシステムが正常であると判別された場合は、次に、吸気Ｏ２パージ制御の実行が選択される（ステップ４０２）。
吸気Ｏ２パージ制御とは、実施の形態１で説明した通り、パージ制御弁４１を適当に制御しつつ、吸気酸素濃度センサ３１の検出値に基づいてパージされる蒸発燃料分を燃料噴射量から減量補正する制御である。吸気Ｏ２パージシステムが正常である場合は、上記の処理を行うことで、空燃比を精度良く目標近傍に制御しつつ、パージ装置４０から多量の蒸発燃料をパージさせることができる。
【００９１】
図５に示すルーチン中、上記ステップ４００において、吸気Ｏ２パージシステムが正常でないと判別された場合は、吸気Ｏ２パージ制御の実行が停止され、排気Ｏ２パージ制御の実行が選択される（ステップ４０４）。
上述した実施の形態１または２において実行される排気Ｏ２パージ制御は、所望のパージ率を実現すべくパージ制御弁４１を適当に制御しつつ、基本燃料噴射量ＧＦＢを、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦおよび学習補正係数ＥＦＫＧを用いて補正することにより燃料噴射量ＧＦを算出する制御である。これに対して、本実施形態において実行される排気Ｏ２パージ制御は、所望のパージ率を実現すべくパージ制御弁４１を適当に制御しつつ、ＦＡＦやＥＦＫＧに加えてベーパ濃度学習係数ＦＧＰＧを導入してパージ中の燃料噴射量（噴射時間ＴＡＵ）を演算することにより、空燃比ずれを抑制しつつより多量のパージを可能とした制御である。
【００９２】
排気Ｏ２パージ制御の内容は、例えば、特開平４−７２４５３号公報、或いは特開平７−３０５６６２号公報などに開示されている。このため、ここでは、排気Ｏ２パージ制御の実行中に燃料噴射時間ＴＡＵを算出する手法を中心として、その基本的な内容のみを説明する。
【００９３】
図６は、本実施形態において、排気Ｏ２パージ制御の実行中にＥＣＵ３０が実行するＴＡＵ算出ルーチンのフローチャートである。
図６に示すルーチンでは、先ず、次式に従ってパージ補正係数ＦＰＧが算出される（ステップ４１０）。
ＦＰＧ＝ＦＧＰＧ×ＰＧＲ
【００９４】
上記の演算式に含まれるベーパ濃度補正係数ＦＧＰＧは、パージ率ＰＧＲ１％に対して燃料噴射時間ＴＡＵに施すべき補正割合である。尚、パージ率ＰＧＲとは、パージ制御弁４１を通過して吸気通路１０に流入するガスの流量、すなわち、パージ量ＧＰＧＲと、吸入空気量ＧＡとの比ＧＰＧＲ／ＧＡである。
【００９５】
本実施形態において、上記のＦＧＰＧは、以下のような手順で学習される。すなわち、図１に示す構成において、吸気Ｏ２パージ制御が停止された状態で吸気通路１０に蒸発燃料がパージされると、その影響で混合気の空燃比は変化し、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの中心は、基準の値からリッチ側にシフトし始める。ベーパ濃度学習係数ＦＧＰＧは、そのＦＡＦの平滑値ＦＡＦＡＶが、ＦＡＦの基準値に近づくように適宜更新される。上記の更新処理によれば、蒸発燃料のパージの影響をベーパ濃度学習係数ＦＧＰＧで吸収すること、換言すれば、ベーパ濃度学習係数ＦＧＰＧの値を、ＴＡＵに対するパージの影響度合いに一致させることができる。そして、上記の演算式によれば、現在のパージ率ＰＧＲに対してＴＡＵに施すべき補正量を、パージ補正係数ＦＰＧとして求めることができる。
【００９６】
図６に示すルーチンでは、次に、以下に示す演算式に従って燃料噴射時間ＴＡＵが算出される（ステップ４１２）。
ＴＡＵ＝（ＧＡ／ＮＥ）×Ｋ×（ＦＡＦ＋ＫＦ＋ＦＰＧ）
上記の演算式中、ＮＥは機関回転数、Ｋは噴射係数、ＫＦは各増減量である。ここで、上述した空燃比学習係数ＥＦＫＧは、各増減量ＫＦに含まれている。
【００９７】
上記の演算式によれば、吸入空気量ＧＡをエンジン回転数ＮＥで除した値に噴射係数Ｋを掛け合わせることにより、基本の燃料噴射時間（ＧＦＢ）を求めることができる。そして、その基本の燃料噴射時間を、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦやパージ補正係数ＦＧＰＧで補正することにより、所望の空燃比を実現するための燃料噴射時間ＴＡＵを精度良く求めることができる。
【００９８】
上述した排気Ｏ２パージ制御によれば、実施の形態１または２で実行される排気Ｏ２パージ制御と異なり、パージの影響がパージ補正係数ＦＰＧにより、つまり、ベーパ濃度学習係数ＦＧＰＧにより吸入されるため、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの追従を待たずに多量のパージを行うことができる。このため、本実施形態において実行される排気Ｏ２パージ制御によれば、実施の形態１または２において、排気Ｏ２パージ制御が単独で実行される場合に比して、高いパージ能力を実現することができる。
【００９９】
以下、本実施形態において、ＥＣＵ３０が上述した各種のフラグ（ＸＯ２ＳＥＮＳ、ＸＰＳＥＮＳおよびＸＶＳＶ）に１または０をセットするために実行する処理の内容について説明する。
【０１００】
図７は、ＥＣＵ３０が、フラグＸＯ２ＳＥＮＳの処理を行うべく、より具体的には、吸気酸素濃度センサ３１の状態判定を行うべく実行するルーチンのフローチャートを示す。
図７に示すルーチンでは、先ず、吸気酸素濃度センサ３１の状態判定に関する所定の実行条件が成立しているかが判別される（ステップ４２０）。
その結果、実行条件が成立していないと判別された場合は、今回の処理サイクルが終了される。一方、上記の実行条件が成立していると判別された場合は、次に、吸気圧力ＰＭが高圧側判定値Ａより大きいかが判別される（ステップ４２２）。
【０１０１】
吸気圧力ＰＭが高圧側判定値Ａより大きいと判別された場合は、次に、高圧側データ取得済みフラグＸＯ２Ｈに１がセットされているか否かが判別される（ステップ４２４）。
その結果、ＸＯ２Ｈ＝１が成立する場合は、吸気酸素濃度センサ３１の状態判定に必要なデータのうち、高圧側データが既に取得されていると判断できる。この場合、ステップ４２６，４２８がジャンプされ、その後速やかに後述するステップ４３８の処理が実行される。
【０１０２】
一方、上記ステップ４２４において、ＸＯ２Ｈ＝１が成立しないと判別された場合は、その時点の吸気圧センサ３３の出力ＰＭおよび吸気酸素濃度センサ３１の出力ＲＰが、それぞれ吸気圧力の高圧側データＰＨおよび吸気酸素濃度センサ３１の高圧側出力ＲＰＨとして記録される（ステップ４２６）。
そして、上記の記録処理が終了すると、高圧側データＰＨ、ＲＰＨが取得済みであることを表すべく、ＸＯ２Ｈフラグに１がセットされる（ステップ４２８）。
【０１０３】
図７に示すルーチン中、上記ステップ４２２において、吸気圧力ＰＭが高圧側判定値Ａより大きくないと判別された場合は、次に、その値ＰＭが低圧側判定値Ｂ（高圧側判定値Ａより小さな所定の値）より小さいかが判別される（ステップ４３０）。
【０１０４】
吸気圧力ＰＭが低圧側判定値Ｂより小さくないと判別された場合は、吸気酸素濃度センサ３１の状態を判定するためのデータを取得する状態が形成されていないと判断され、その後、速やかに後述するステップ４３８の処理が実行される。一方、ＰＭが判定値Ｂより小さいと判別された場合は、低圧側データ取得済みフラグＸＯ２Ｌに１がセットされているか否かが判別される（ステップ４３２）。
【０１０５】
上記の判別の結果、ＸＯ２Ｌ＝１が成立すると判定された場合は、吸気酸素濃度センサ３１の状態判定に必要なデータのうち、低圧側データが既に取得されていると判断できる。この場合、ステップ４３４，４３６がジャンプされ、その後速やかに後述するステップ４３８の処理が実行される。
【０１０６】
一方、上記ステップ４３２において、ＸＯ２Ｌ＝１が成立しないと判別された場合は、その時点の吸気圧センサ３３の出力ＰＭおよび吸気酸素濃度センサ３１の出力ＲＰが、それぞれ吸気圧力の低圧側データＰＬおよび吸気酸素濃度センサ３１の低圧側出力ＲＰＬとして記録される（ステップ４３４）。
そして、上記ステップ４３４の処理が終了すると、低圧側データＰＬ、ＲＰＬが取得済みであることを表すべく、ＸＯ２Ｌフラグに１がセットされる（ステップ４３６）。
【０１０７】
図７に示すルーチンでは、上述した一連の処理に次いで、高圧側データ取得済みフラグＸＯ２Ｈおよび低圧側データ取得済みフラグＸＯ２Ｌに何れも１がセットされているかが判別される（ステップ４３８）。
その結果、ＸＯ２Ｈ＝１およびＸＯ２Ｌ＝１の少なくとも一方が成立しないと判別された場合は、吸気酸素濃度センサ３１の状態を判定するに足るデータが未だ取得されていないと判断され、今回の処理サイクルが終了される。一方、上記の条件が２つとも成立すると判別された場合は、次式に従って、圧力変化量ΔＰおよび吸気酸素濃度センサ３１の出力変化量ΔＲＰが算出される。
ΔＰ＝（ＰＨ−ＰＬ）／ＰＬ
ΔＲＰ＝（ＲＰＨ−ＲＰＬ）／ＲＰＬ
【０１０８】
次いで、圧力変化量ΔＰに対する出力変化量ΔＲＰが、次式で示される範囲に収まっているかが判別される（ステップ４４２）。
（１−β）＜ΔＲＰ／ΔＰ＜（１＋γ）
上記の条件は、吸気酸素濃度センサ３１の出力が、吸気圧力ＰＭの変化に対して適正な圧力依存性を示す場合に成立する条件である。従って、その条件が成立する場合は、吸気酸素濃度センサ３１が正常であると判断でき、一方、その条件が成立しない場合は、吸気圧力センサ３１が異常であると判断できる。
【０１０９】
図７に示すルーチンでは、上記ステップ４４２の条件が成立すると判別されると、吸気酸素濃度センサ３１が正常であると判別され、フラグＸＯ２ＳＥＮＳに１がセットされる（ステップ４４４）。
一方、上記ステップ４４２の条件が成立しないと判別された場合は、吸気酸素濃度センサ３１が異常であると判別され、フラグＸＯ２ＳＥＮＳに０がセットされる（ステップ４４６）。
【０１１０】
以上説明した通り、図７に示すルーチンによれば、吸気酸素濃度センサ３１が正常であるか否かを判別したうえで、その結果に応じてフラグＸＯ２ＳＥＮＳに１または０をセットすることができる。ところで、吸気酸素濃度センサ３１の状態を判定するための手法は、上述した手法に限定されるものではなく、例えば、特開平６−２６１０４０号公報に開示される手法、或いは特開平８−３２７５８６号公報に開示される手法など、公に知られた如何なる手法であってもよい。
【０１１１】
図８は、ＥＣＵ３０が、フラグＸＰＳＥＮＳの処理を行うべく、より具体的には、吸気圧センサ３３の状態判定を行うべく実行するルーチンのフローチャートを示す。
図８に示すルーチンでは、先ず、吸気圧センサ３３の状態判定に関する所定の実行条件が成立しているかが判別される（ステップ４５０）。
その結果、実行条件が成立していないと判別された場合は、今回の処理サイクルが終了される。一方、上記の実行条件が成立していると判別された場合は、次に、スロットル開度ＴＡが開き側判定値Ｃより大きいかが判別される（ステップ４５２）。
【０１１２】
スロットル開度ＴＡが開き側判定値Ｃより大きいと判別された場合は、次に、開き側データ取得済みフラグＸＰＨに１がセットされているか否かが判別される（ステップ４５４）。
その結果、ＸＰＨ＝１が成立する場合は、吸気圧センサ３３の状態判定に必要なデータのうち、開き側データが既に取得されていると判断できる。この場合、ステップ４５６，４５８がジャンプされ、その後速やかに後述するステップ４６８の処理が実行される。
【０１１３】
一方、上記ステップ４５４において、ＸＰＨ＝１が成立しないと判別された場合は、その時点の吸気圧センサ３３の出力ＰＭおよびスロットル開度ＴＡが、それぞれ吸気圧力の開き側データＰＨおよびスロットル開度の開き側開度ＴＡＨとして記録される（ステップ４５６）。
そして、上記の記録処理が終了すると、開き側データＰＨ、ＴＡＨが取得済みであることを表すべく、ＸＰＨフラグに１がセットされる（ステップ４５８）。
【０１１４】
図８に示すルーチン中、上記ステップ４５２において、スロットル開度ＴＡが開き側判定値Ｃより大きくないと判別された場合は、次に、その値ＴＡが閉じ側判定値Ｄ（開き側判定値Ｃより小さな所定の値）より小さいかが判別される（ステップ４６０）。
【０１１５】
スロットル開度ＴＡが閉じ側判定値Ｄより小さくないと判別された場合は、吸気圧センサ３３の状態を判定するためのデータを取得する状態が形成されていないと判断され、その後、速やかに後述するステップ４５８の処理が実行される。一方、ＴＡが判定値Ｄより小さいと判別された場合は、閉じ側データ取得済みフラグＸＰＬに１がセットされているか否かが判別される（ステップ４６２）。
【０１１６】
上記の判別の結果、ＸＰＬ＝１が成立すると判定された場合は、吸気圧センサ３３の状態判定に必要なデータのうち、閉じ側データが既に取得されていると判断できる。この場合、ステップ４６４，４６６がジャンプされ、その後速やかに後述するステップ４６８の処理が実行される。
【０１１７】
一方、上記ステップ４６２において、ＸＰＬ＝１が成立しないと判別された場合は、その時点の吸気圧センサ３３の出力ＰＭおよびスロットル開度ＴＡが、それぞれ吸気圧力の閉じ側データＰＬおよびスロットル開度の閉じ側開度ＴＡＬとして記録される（ステップ４６４）。
そして、上記ステップ４６４の処理が終了すると、閉じ側データＰＬ、ＴＡＬが取得済みであることを表すべく、ＸＰＬフラグに１がセットされる（ステップ４６６）。
【０１１８】
図８に示すルーチンでは、上述した一連の処理に次いで、開き側データ取得済みフラグＸＰＨおよび閉じ側データ取得済みフラグＸＰＬに何れも１がセットされているかが判別される（ステップ４６８）。
その結果、ＸＰＨ＝１およびＸＰＬ＝１の少なくとも一方が成立しないと判別された場合は、吸気圧センサ３３の状態を判定するに足るデータが未だ取得されていないと判断され、今回の処理サイクルが終了される。一方、上記の条件が２つとも成立すると判別された場合は、次式に従って、圧力変化量ΔＰおよびスロットル開度変化量ΔＴＡが算出される。
ΔＰ＝（ＰＨ−ＰＬ）／ＰＬ
ΔＴＡ＝（ＴＡＨ−ＴＡＬ）／ＴＡＬ
【０１１９】
次いで、スロットル開度変化量ΔＴＡに対する圧力変化量ΔＰが、次式で示される範囲に収まっているかが判別される（ステップ４７２）。
δ＜ΔＰ／ΔＴＡ
上記の条件は、吸気圧センサ３３出力が、スロットル開度ＴＡの変化に伴って適正に変化している場合に成立する条件である。従って、その条件が成立する場合は、吸気圧センサ３３が正常であると判断でき、一方、その条件が成立しない場合は、吸気圧センサ３３が異常であると判断できる。
【０１２０】
図８に示すルーチンでは、上記ステップ４７２の条件が成立すると判別されると、吸気圧センサ３３が正常であると判別され、フラグＸＰＳＥＮＳに１がセットされる（ステップ４７４）。
一方、上記ステップ４７２の条件が成立しないと判別された場合は、吸気圧センサ３３が異常であると判別され、フラグＸＰＳＥＮＳに０がセットされる（ステップ４７６）。
【０１２１】
以上説明した通り、図８に示すルーチンによれば、吸気圧センサ３３が正常であるか否かを判別したうえで、その結果に応じてフラグＸＰＳＥＮＳに１または０をセットすることができる。ところで、吸気圧センサ３３の状態を判定するための手法は、上述した手法に限定されるものではなく、例えば、特開平９−１５８７７５号公報に開示される手法、或いは特開平９−１１２３２６号公報に開示される手法など、公に知られた如何なる手法であってもよい。
【０１２２】
図９は、ＥＣＵ３０が、フラグＸＶＳＶの処理を行うべく、より具体的には、パージ制御弁４１の状態判定を行うべく実行するルーチンのフローチャートを示す。図９に示すルーチンは、内燃機関１の運転中に繰り返し実行されるルーチンである。本実施形態において、フラグＸＶＳＶは、内燃機関１が始動された後、図９に示すルーチンの実行に先立ってイニシャル処理により０にリセットされる。
【０１２３】
図９に示すルーチンでは、先ず、蒸発燃料のパージがカットされているか、すなわち、パージ制御がオフされているかが判別される（ステップ４８０）。
【０１２４】
上記ステップ４８０でパージがカットされていないと判別された場合は、以後、何ら処理が実行されることなく今回のルーチンが終了される。一方、パージがカットされていると判別された場合は、吸気酸素濃度センサ３１の出力比が判定値ε（例えば１．０）より小さいかが判別される（ステップ４８２）。
出力比αは、上記の如く、パージ停止時における吸気酸素濃度センサ３１の出力ＲＯとパージ実行中の吸気酸素濃度センサ３１出力ＲＰとの比ＲＰ／ＲＯである。出力比αは、吸気圧量ＰＭに依存することなく、現実の被検出ガスが空気である場合には１．０となる。従って、出力比α＜εが成立する場合は、パージカット中でありながら、吸入空気中に蒸発燃料が混入している可能性があると判断できる。
【０１２５】
図９に示すルーチンでは、上記ステップ４８２で出力比α＜εが成立しないと判別された場合は、以後、何ら処理が進められることなく今回の処理サイクルが終了される。一方、出力比α＜εが成立すると判別された場合は、次に、吸気酸素濃度センサ３１が正常であるか、すなわち、フラグＸＯ２ＳＥＮＳに１がセットされているかが判別される（ステップ４８４）。
【０１２６】
上記の判別の結果、吸気酸素濃度センサ３１が正常でないと判別された場合は、出力比αの値が信用できないため、パージ制御弁４１の状態判定が中止され、以後、何ら処理が進められることなく今回の処理サイクルが終了される。一方、上記ステップ４８４で吸気酸素濃度センサ３１が正常であると判別された場合は、パージカット中でありながら、吸入空気中に蒸発燃料が混入していることを確定的に判断することができる。本実施形態では、この場合、ステップ４８４に次いで、パージ制御弁４１の強制オン・オフ駆動が行われる（ステップ４８６）。
【０１２７】
図９に示すルーチンでは、次に、吸気圧センサ３３によって圧力変化が検出されたか否かが判別される（ステップ４８８）。
【０１２８】
上記ステップ４８６の処理に応答してパージ制御弁４１が適正に開閉していれば、吸気圧力ＰＭに変化が生じるはずである。図９に示すルーチンでは、本ステップ４８８において、圧力変化が認められると判別された場合、パージ制御弁４１が動作していると判断され、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、本ステップ４８８において圧力変化が認められないと判別された場合は、パージ制御弁４１が、開状態のまま（蒸発燃料のパージを許容したまま）固着していると判断され、つまり、パージ制御弁４１に開故障が生じていると判別され、フラグＸＶＳＶに０がセットされる（ステップ４９０）。
【０１２９】
以上説明した通り、図９に示すルーチンによれば、パージ制御弁４１の開故障を精度良く検出し、その検出結果に応じて、フラグＸＶＳＶを適当に１または０とすることができる。ところで、パージ制御弁４１の状態を判定するための手法は上述した手法に限定されるものではない。すなわち、上述した手法はパージ制御弁４１の開故障を特定するための手法であるが、本実施形態では、必ずしも開故障と閉故障を区別する必要がない。このため、上記ステップ４８６および４８８の処理のみを実行し、圧力変化が認められる場合にはパージ制御弁４１が正常であると判断し（ＸＶＳＶ＝１とし）、圧力変化が認められない場合にはパージ制御弁４１が異常であると判断する（ＸＶＳＶ＝０とする）こととしてもよい。
【０１３０】
上述した通り、本実施形態によれば、吸気Ｏ２パージ制御を実行するためのシステムの主要部に異常が生じているか否かを精度良く判断することができる。そして、システムの異常が認められない場合には吸気Ｏ２パージ制御を実行し、一方、システムの異常が認められる場合には、排気Ｏ２パージ制御を実行することができる。このため、本実施形態によれば、システムの状態に応じて、空燃比ずれを生じさせない範囲で、常に高いパージ能力を確保することができる。
【０１３１】
ところで、上述した実施の形態３においては、吸気酸素濃度センサ３１や吸気圧センサ３３、或いはパージ制御弁４１などの状態に基づいてシステム異常の有無を判定しているが、システム異常を判定するための項目はこれらに限定されるものではない。具体的には、実施の形態１または２で説明した機関出力の異常を、システム異常の判定項目の一つとしてもよい。
【０１３２】
また、上述した実施の形態３では、実施の形態１または２において実行されていた排気Ｏ２パージ制御の実行について言及されていないが、図５に示すルーチンにおいて、吸気Ｏ２パージ制御が実行される際に、併せて排気Ｏ２パージ制御を実行することとしてもよい。
【０１３３】
更に、上述した実施の形態３では、吸気Ｏ２パージ制御を実行するためのシステムに異常が認められた場合に、排気Ｏ２パージ制御を開始することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、上記システムに異常が認められた場合、以後、排気Ｏ２パージ制御の開始に代えて、その時点で既に実行されていた排気Ｏ２パージ制御を継続して実行することとしてもよい。或いは、排気Ｏ２パージ制御の開始に代えて、その時点では未だ実行されていなかった排気Ｏ２パージ制御を開始することとしてもよい。
【０１３４】
尚、上述した実施の形態３においては、吸気酸素濃度センサが前記請求項８記載の「蒸発燃料濃度センサ」に、空燃比センサ２９ａ，２９ｂが前記請求項８記載の「排気空燃比センサ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ４０２の処理を実行することにより前記請求項８記載の「吸気側パージ制御手段」が、上記ステップ４０４の処理を実行することにより前記請求項８記載の「排気側パージ制御手段」が、上記ステップ４００の処理を実行することにより前記請求項８記載の「システム異常検出手段」および「制御変更手段」が、それぞれ実現されている。
【０１３５】
実施の形態４．
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
図１０は、本実施形態の空燃比制御装置の機能を説明するための図である。図１０において、個々の要素の欄に記載された「○」は、その要素が正常であることを意味し、「×」はその要素が異常であることを意味する。また、「−」は正常・異常の別を問わないことを意味する。図１０に示す機能は、図１に示す構成において、ＥＣＵ３０に、図１１および図１２に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【０１３６】
上述した実施の形態３の装置では、吸気Ｏ２パージ制御を実行するためのシステムに異常が認められる場合に、常に排気Ｏ２パージ制御が実行される。これに対して、本実施形態の装置は、システムの異常が認められる場合に、その異常の状態に応じて、適宜図１０に示すような対応が選択される。
【０１３７】
すなわち、本実施形態の装置では、具体的には、システムの異常状態に応じて、以下に示すような対応が選択される。
▲１▼吸気酸素濃度センサ３１が異常である場合：
「排気Ｏ２パージ制御」が実行される。
▲２▼吸気酸素濃度センサ３１は正常であるが、吸気圧センサ３３およびパージ制御弁４１が何れも異常である場合：
「吸気Ｏ２補正」と「圧力推定」が行われる。ここで、「圧力推定」とは、異常の認められる吸気圧センサ３３の出力に頼らずに、他の物理量（例えば吸入空気量ＧＡ）から吸気圧力ＰＭを推定する。圧力推定が行われる場合、吸気酸素濃度センサ３１の出力の圧力補正は、その推定値を利用して行われる。また、「吸気Ｏ２補正」とは、異常の認められるパージ制御弁４１の開度制御は行わずに、受動的に流入するパージの影響を排除すべく、燃料噴射量を吸気酸素濃度センサ３１の検出値に基づいて補正する制御である。
▲３▼吸気酸素濃度センサ３１およびパージ制御弁４１は正常であるが、吸気圧センサ３３が異常である場合：
「吸気Ｏ２パージ」と、上述した「圧力推定」とが行われる。
▲４▼吸気酸素濃度センサ３１および吸気圧センサ３３は正常であるが、パージ制御弁４１が異常である場合：
上述した「吸気Ｏ２補正」が行われる。
【０１３８】
図１１は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が、システムの状態に応じて適切な対応を選択するために実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１１において、上記図５に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１３９】
図１１に示すルーチンでは、ステップ４００において、吸気Ｏ２パージ制御を実行するためのシステムに異常が認められると、次に、吸気酸素濃度センサ３１が異常であるか、すなわち、ＸＯ２ＳＥＮＳ＝０が成立しているかが判別される（ステップ５００）。
吸気酸素濃度センサ３１が異常である場合は、その検出値が利用できないため、排気空燃比（空燃比センサ２９ａ、２９ｂの検出値）を利用した噴射量制御に切り替えざるをえない。このため、上記の判別がなされた場合は、実施の形態３の場合と同様に、以後、ステップ４０４において、排気Ｏ２パージ制御の実行が選択される。
【０１４０】
一方、上記ステップ５００において、吸気酸素濃度センサ３１が異常ではないと判別された場合は、その検出値を利用した噴射量制御が継続可能と判断できる。この場合、次に、吸気圧センサ３３が異常であるか、すなわち、ＸＰＳＥＮＳ＝０が成立しているかが判別される（ステップ５０２）。
【０１４１】
吸気圧センサ３３が異常でない場合は、その検出値ＰＭを用いて吸気酸素濃度センサ３１の出力を圧力補正することができる。この場合、ステップ５０４がジャンプされ、速やかに後述するステップ５０６の処理が実行される。これに対して、吸気圧センサ３３が異常である場合は、その検出値ＰＭを圧力補正の基礎とすることはできない。このため、このような場合には、次に、吸気圧力推定処理が実行される（ステップ５０４）。
本実施形態において、吸気圧力は、内燃機関１の吸気通路１０に流入する吸入空気量ＧＡやパージ量ＧＰＧＲに基づいて推定される。本ステップ５０４において、吸気圧力が推定された場合は、以後の処理において、その推定値に基づいて、吸気酸素濃度センサ３１の出力が圧力補正される。尚、吸気圧力を推定するための処理の内容については、後に図１２を参照して詳細に説明する。
【０１４２】
図１１に示すルーチンでは、上記ステップ５０２または５０４の処理に次いで、パージ制御弁４１が異常であるか、すなわち、ＸＶＳＶ＝０が成立するかが判別される（ステップ５０６）。
【０１４３】
上記ステップ５０６で、パージ制御弁４１が異常であると判別された場合は、パージ制御弁４１の開度制御が適正に実行できないと判断できる。つまり、パージ量ＧＰＧＲの適正な制御が行えないと判断できる。このため、このような判断がなされた場合は、受動的に流入するパージの影響を排除すべく、吸気酸素濃度センサ３１の検出値を利用した噴射量制御、すなわち、吸気Ｏ２補正が実行される（ステップ５０８）。
【０１４４】
これに対して、上記ステップ５０６で、パージ制御弁４１が異常ではないと判別された場合、その開度を制御してパージ量を制御することが可能であると判断できる。また、上記ステップ５０６が実行されるのは、吸気酸素濃度センサ３１が正常（かつ、吸気圧センサ３３が異常）である場合に限られる。吸気酸素濃度センサ３１が正常であり、かつ、パージ量の制御が可能であれば、吸気Ｏ２パージ制御を実行することができる。このため、上記ステップ５０６でパージ制御弁が異常でないと判別された場合は、以後、ステップ４０２において、吸気Ｏ２パージ制御の実行が選択される。
【０１４５】
図１１に示すルーチンでは、上記ステップ４０２の処理に次いで、機関出力に異常が生じているか否かが判別される（ステップ５１０）。
本ステップ５１０の処理は、上述した実施の形態１におけるステップ２０３および２０５の処理、或いはステップ２１３および２１５の処理と同様である。すなわち、本ステップ５１０では、具体的には、内燃機関１の回転変動、トルク変動、排気空燃比変動、燃焼圧変動、およびモータ出力変動（ハイブリッド自動車の場合）などに基づいて、内燃機関１に、所定の判定レベルを超える出力変動が生じているかが判別される。
【０１４６】
上記の判別の結果、出力異常の発生が認められない場合は、吸気Ｏ２パージ制御が適正に機能していると判断できる。この場合、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、上記の判別の結果、内燃機関１の出力異常が認められる場合は、吸気Ｏ２パージ制御が適正に機能していない、つまり、吸気Ｏ２パージ制御が実行された結果、空燃比変動が生じていると判断できる。図１１に示すルーチンでは、この場合、ステップ５１０に次いでステップ４０４が実行され、排気Ｏ２パージ制御の実行が選択される。
【０１４７】
以上説明した通り、図１１に示すルーチンによれば、吸気Ｏ２パージ制御を実行するためのシステムに異常が認められる場合に、その異常の状態に応じて、排気Ｏ２パージ制御（ステップ４０４参照）、吸気圧センサ３３の検出値または圧力推定値を利用した吸気Ｏ２補正制御（ステップ５０６参照）、或いは圧力推定値を利用した吸気Ｏ２パージ制御（ステップ４０２参照）などを適宜選択して実行することができる。更に、図１１に示すルーチンによれば、吸気Ｏ２パージ制御の実行に伴って異常出力が生じた場合には、即座にその制御を排気Ｏ２パージ制御に切り替えることができる。このため、本実施形態の空燃比制御装置によれば、空燃比ずれを生じさせることなく、実施の形態３の場合に比して更に優れたパージ能力を確保することができる。
【０１４８】
図１２は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が、上記ステップ５０２において吸気圧力を推定するための実行するルーチンの１例のフローチャートである。
図１２に示すルーチンでは、先ず、吸入空気量ＧＡが読み込まれる（ステップ５２０）。
吸入空気量ＧＡは、例えば、吸気通路１０にエアフロメータを配設したうえで、そのエアフロメータにより検出することができる。また、吸入空気量ＧＡは、スロットル開度ＴＡ、機関回転数ＮＥ、およびＶＶＴの状態に基づいて、マップ等を参照して検出することとしてもよい。
【０１４９】
次に、その吸入空気量ＧＡを、パージ率ＰＧＲに掛け合わせることにより、パージ量ＧＰＧＲが算出される（ステップ５２２）。
パージ率ＰＧＲは、上記の如く、パージ量ＧＰＧＲと吸入空気量ＧＡとの比であり、予め他のルーチンで算出される。その算出手法は、公知の如何なる手法であっても適用可能であるため、ここではその説明は省略する。
【０１５０】
次に、内燃機関１の運転状態に対応する最大吸入空気量ＧＡＭＡＸが算出される（ステップ５２４）。
最大吸入空気量ＧＡＭＡＸは、内燃機関１が吸入することのできる最大の吸入空気量であり、その値は、機関回転数ＮＥに基づいて、また、内燃機関１に可変動弁機構（ＶＶＴ）が搭載されている場合にはＮＥとその機構の状態により決定される。ＥＣＵ３０には、ステップ５２４の枠中に示すように、ＧＡＭＡＸをＮＥおよびＶＶＴ状態との関係で定めたマップが記憶されている。本ステップ５２４では、そのマップを参照して、現在の機関回転数ＮＥなどに応じた最大吸入空気量ＧＡＭＡＸが算出される。
【０１５１】
次に、上記ステップ５２０で読み込まれた吸入空気量ＧＡと、上記ステップ５２２で算出されたパージ量ＧＰＧＲとを加算して、総吸入空気量（ＧＡ＋ＧＰＧＰＲ）が算出される。更に、その総吸入空気量（ＧＡ＋ＧＰＧＰＲ）と最大吸入空気量ＧＡＭＡＸとを次式に代入することで、負荷率推定値ＫＬＯＡＤ０が算出される（ステップ５２６）。
ＫＬＯＡＤ０＝｛（ＧＡ＋ＧＰＧＲ）／ＧＡＭＡＸ｝×１００
【０１５２】
上述したステップ５２０〜５２６の処理によれば、吸入空気量ＧＡとパージ量ＧＰＧＰＲとを基礎として、内燃機関１の負荷率推定値ＫＬＯＡＤ０を算出することができる。内燃機関１の負荷率は、内燃機関１の吸気圧力ＰＭの代用特性値として用いることができる。従って、上述したステップ５２０〜５２６の処理は、吸入空気量ＧＡおよびパージ量ＧＰＧＰＲを基礎として、内燃機関１の吸気圧力を算出したのと等価である。このように、図１２に示すルーチンによれば、吸気圧センサ３３の検出値に頼ることなく、パージ量ＧＰＧＲをも考慮して、負荷率推定値ＫＬＯＡＤ０の形で吸気圧力ＰＭを推定することができる。従って、本実施形態の空燃比制御装置によれば、吸気圧センサ３３に異常が生じている場合にも、圧力推定の結果に基づいて、吸気酸素濃度センサ３１の出力を精度良く圧力補正することができる。
【０１５３】
ところで、上述した実施の形態４においては、パージ制御弁４１が異常であっても、吸気酸素濃度センサ３１が正常である場合には、パージを継続させながら吸気Ｏ２補正により空燃比ずれを防止することとしているが、その結果、排気空燃比に大きなずれが生ずる場合には、パージのカットを試みることとしてもよい。すなわち、図１１に示すルーチンにおいて、ステップ５０８の処理に次いで、排気空燃比が所望範囲から外れている場合にパージ制御弁４１を全閉状態とするための処理を追加してもよい。上記の処理が追加されると、パージ制御弁４１の異常が閉弁可能な異常である場合には、その後、排気空燃比の変動を防ぐことが可能となる。
【０１５４】
尚、上述した実施の形態４においては、上記ステップ４０２で実行される吸気Ｏ２パージ制御、並びに上記ステップ５０８で実行される吸気Ｏ２補正制御が、前記請求項９記載の「吸気側パージ制御」に相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ５０４の処理を実行することにより前記請求項９記載の「吸気圧推定手段」が、上記ステップ５００および５０２の処理を実行することにより前記請求項９記載の「システム異常検出手段」が、上記ステップ４０２または５０８において吸気圧センサ３３の出力または圧力推定値に基づいて吸気酸素濃度センサ３１の出力を圧力補正することにより前記請求項９記載の「センサ出力補正手段」が、上記ステップ４０２および５０８の処理を実行することにより前記請求項９記載の「吸気側パージ制御を継続させる手段」が、それぞれ実現されている。
【０１５５】
また、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ５００および５０６の処理を実行することにより前記請求項１０記載の「システム異常検出手段」が、上記ステップ５０８の処理を実行することにより前記請求項１０記載の「蒸発燃料濃度センサの検出値に基づく燃料供給量の補正を継続させる手段」が、それぞれ実現されている。
【０１５６】
実施の形態５．
次に、図１３および図１４を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
図１３は、本実施形態の空燃比制御装置の機能を説明するための図である。本実施形態において達成される機能は、吸気酸素濃度センサ３１が異常である場合に、パージ制御弁４１の状態に応じて、パージカットと排気Ｏ２パージ制御とが使い分けられる点を除き、実施の形態４で達成される機能と同様である（図１０および図１３参照）。
【０１５７】
図１４は、上記の機能を実現すべく、本実施形態において、ＥＣＵ３０により実行される制御ルーチンのフローチャートである。尚、図１４において、上記図１１に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１５８】
すなわち、図１４に示すルーチンでは、ステップ５００において吸気酸素濃度センサ３１の異常が判定された場合、およびステップ５１０で機関出力の異常が判定された場合に、パージ制御弁４１が異常であるか（ＸＶＳＶ＝０か）が判別される（ステップ５２０）。
【０１５９】
その結果、パージ制御弁４１が異常でないと判別された場合は、実施の形態４の場合と同様に、次に、ステップ４０４において、排気Ｏ２パージ制御の実行が選択される。パージ制御弁４１が正常である場合、パージ量ＰＧＲは適量に制御することができる。このため、このような場合は、排気Ｏ２パージ制御を行うことで、空燃比ずれを生じさせることなく、高いパージ能力を実現することができる。
【０１６０】
本実施形態において、上記ステップ５２０でパージ制御弁４１が異常であると判別された場合は、次に、パージカットのための処理が実行される。つまり、パージ制御弁４１の閉弁を試みる処理が実行される（ステップ５２２）。
パージ制御弁４１が異常である場合は、その開度が適正に制御できないため、排気Ｏ２パージ制御の実行中に、所望のパージ量ＰＧＲが実現できないことがある。このため、本実施形態では、そのような場合には、パージのカットが試みられる。上記の処理によれば、パージ制御弁４１の異常が閉弁可能な異常である場合には、以後、パージの影響で空燃比ずれが生ずるのを有効に防止することができる。
【０１６１】
尚、上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ５２２の処理を実行することにより、前記請求項１２記載の「蒸発燃料のパージの停止を試みる手段」が実現されている。
【０１６２】
ところで、上述した実施の形態１乃至５では、内燃機関１の吸気通路１０に配置される蒸発燃料濃度センサが吸気酸素濃度センサ３１に限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、吸気通路１０に配置される蒸発燃料濃度センサは、例えば、被検出ガス中のＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度センサであってもよい。
【０１６３】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、蒸発燃料濃度センサ出力に基づく吸気側パージ制御の実行中に、蒸発燃料濃度センサの異常を早期に発見し、吸気側パージ制御の実行中に機関の空燃比が乱れることを防止可能とする共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】 本発明の実施の形態１において実行される吸気酸素濃度センサ異常検出操作の内容を説明するためのフローチャートである。
【図３】 本発明の実施の形態２において実行される吸気酸素濃度センサ異常検出操作の内容を説明するためのフローチャート（その１）である。
【図４】 本発明の実施の形態２において実行される吸気酸素濃度センサ異常検出操作の内容を説明するためのフローチャート（その２）である。
【図５】 本発明の実施の形態３において実行されるパージ切り替え制御の内容を説明するためのフローチャートである。
【図６】 本発明の実施の形態３において実行される燃料噴射時間算出処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図７】 本発明の実施の形態３において実行される吸気酸素濃度センサ判定処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図８】 本発明の実施の形態３において実行される吸気圧センサ判定処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図９】 本発明の実施の形態３において実行されるパージ制御弁判定処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図１０】 本発明の実施の形態４の空燃比制御装置の機能を説明するための図である。
【図１１】 本発明の実施の形態４において実行されるパージ切り替え制御の内容を説明するためのフローチャートである。
【図１２】 本発明の実施の形態４において実行される吸気圧力推定処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図１３】 本発明の実施の形態５の空燃比制御装置の機能を説明するための図である。
【図１４】 本発明の実施の形態５において実行されるパージ切り替え制御の内容を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
１０ 吸気通路
２９ａ，２９ｂ 空燃比センサ
３０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
３１ 吸気酸素濃度センサ
３３ 吸気圧センサ
４０ パージ装置
４１ パージ制御弁
ＧＡ 吸入空気量
ＦＡＦ 空燃比フィードバック補正係数
ＦＰＧ パージ量
ＦＧＰＧ ベーパ濃度学習係数
ＰＧＲ パージ率
ＧＡＭＡＸ 最大吸入空気量
ＫＬＯＡＤ０ 負荷率推定値
ＸＯ２ＳＥＮＳ 吸気酸素濃度センサ正常フラグ
ＸＰＳＥＮＳ 吸気圧センサ正常フラグ
ＸＶＳＶ パージ制御弁正常フラグ
Claims (13)
- 内燃機関の吸気通路に配置され、吸気中の蒸発燃料濃度を検出する蒸発燃料濃度センサと、
前記蒸発燃料濃度センサ上流側の吸気通路に燃料タンク内の蒸発燃料を供給するパージ装置と、
前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づいて吸気中に含まれる前記蒸発燃料の量を算出するベーパ量算出手段と、
前記吸気通路に蒸発燃料を供給させつつ前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づいて機関への燃料供給量を補正する吸気側パージ制御を行う吸気側パージ制御手段と、
機関出力に関連するパラメータに基づいて、機関出力の異常を検出する出力異常検出手段と、
前記吸気側パージ制御の実行中に検出された機関出力の異常が前記吸気側パージ制御により生じているか否かを判定する判定手段と、
前記吸気側パージ制御により機関出力に異常が生じていると判定された場合に、前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断するセンサ異常判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記判定手段は、前記吸気側パージ制御が実行されていない時に前記機関出力の異常が検出されたか否かに基づいて、前記吸気側パージ制御により前記機関出力の異常が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記機関出力に関連するパラメータは機関回転数であることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記機関出力に関連するパラメータは内燃機関の排気空燃比であることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比に応じた信号を出力する排気空燃比センサと、
前記排気空燃比センサの出力に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する排気側空燃比制御手段と、
前記蒸発燃料濃度センサの異常が検出されたときに、前記吸気側パージ制御を中止する吸気側パージ制御中止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記パージ装置から蒸発燃料がパージされており、前記吸気側パージ制御が中止されており、かつ、前記排気空燃比センサの出力に基づく燃料供給量の補正が実行されている状況下で、前記機関出力の異常が検出された場合に、前記蒸発燃料のパージを停止させるパージ停止手段を備えることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記センサ異常判定手段により前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断された場合に、前記蒸発燃料濃度センサの出力特性に異常が生じているか否かを判定するセンサ特性異常判定手段と、
前記出力特性に異常が認められない場合には、前記吸気側パージ制御の実行を許可する吸気側パージ制御許可手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 内燃機関の吸気通路に配置され、吸気中の蒸発燃料濃度を検出する蒸発燃料濃度センサと、
前記蒸発燃料濃度センサ上流側の吸気通路に燃料タンク内の蒸発燃料を供給するパージ装置と、
前記吸気通路に蒸発燃料を供給させつつ前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づいて機関への燃料供給量を補正する吸気側パージ制御を行う吸気側パージ制御手段と、
内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比に応じた信号を出力する排気空燃比センサと、
前記吸気通路に蒸発燃料を供給させつつ前記排気空燃比センサの検出値に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比制御を行う排気側パージ制御を行う排気側パージ制御手段と、
前記吸気側パージ制御の実行に必要なシステムの異常を検出するシステム異常検出手段と、
前記システムの異常が検出された場合に、前記吸気側パージ制御を中止して、前記排気側パージ制御を開始または継続させる制御変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記吸気通路に配置され、吸気圧力に応じた出力を発する吸気圧センサと、
内燃機関の状態に基づいて前記吸気圧力を推定する吸気圧推定手段とを備え、
前記蒸発燃料濃度センサは圧力に依存した出力特性を有し、
前記システム異常検出手段は、前記蒸発燃料濃度センサの異常を検出する手段と、前記吸気圧センサの異常を検出する手段とを含み、
前記吸気圧センサが正常である場合は当該吸気圧センサの出力に基づいて前記蒸発燃料濃度センサの出力を圧力補正し、前記吸気圧センサが異常である場合は前記吸気圧力の推定値に基づいて前記蒸発燃料濃度センサの出力を圧力補正するセンサ出力補正手段と、
前記吸気圧センサに異常が生じていても、前記蒸発燃料濃度センサが正常である場合には、前記センサ出力補正手段の補正結果に基づいて前記吸気側パージ制御を継続させる手段とを、更に備えることを特徴とする請求項８記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記パージ装置から前記吸気通路へ流通するパージ量を制御するパージ制御弁を含み、
前記システム異常検出手段は、前記蒸発燃料濃度センサの異常を検出する手段と、前記パージ制御弁の異常を検出する手段とを含み、
前記パージ制御弁に異常が生じていても、前記蒸発燃料濃度センサが正常である場合には、前記吸気側パージ制御の処理のうち、前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づく燃料供給量の補正を継続させる手段を更に備えることを特徴とする請求項８記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記蒸発燃料濃度センサの検出値に基づく燃料供給量の補正が継続された後、排気空燃比が許容範囲から外れる場合には、前記蒸発燃料のパージの停止を試みる手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じており、かつ、前記パージ制御弁に異常が生じている場合には、前記蒸発燃料のパージの停止を試みる手段を備えることを特徴とする請求項１０または１１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記システム異常検出手段は、
機関出力に関連するパラメータに基づいて、機関出力の異常を検出する出力異常検出手段と、
前記吸気側パージ制御が実行されていない時に前記機関出力の異常が検出され、かつ、前記吸気側パージ制御の実行中に前記機関出力の異常が検出された場合に、前記蒸発燃料濃度センサに異常が生じていると判断するセンサ異常判定手段と、
を含むことを特徴とする請求項８乃至１２の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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