内燃機関の空燃比制御装置
【課題】 空燃比センサの出力が一定期間停滞する停滞故障を正確に判定することができ、且つ比較的高い頻度で故障判定を実行することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】 空燃比を設定振動周期で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中に、空燃比センサの出力から算出される検出当量比ＫＡＣＴの変化量検出期間当たりの変化量が検出当量比変化量ＤＫＡＣＴとして算出される。検出当量比変化量ＤＫＡＣＴと変化量閾値ｘＬＳＢとが比較され、その比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値ＲＴＡＤＤを積算することにより故障判定パラメータＲＴが算出される。算出された故障判定パラメータＲＴを停滞故障判定閾値ＲＴＴＨと比較し、その比較結果に応じて停滞故障が発生しているか否かが判定される。
【解決手段】 空燃比を設定振動周期で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中に、空燃比センサの出力から算出される検出当量比ＫＡＣＴの変化量検出期間当たりの変化量が検出当量比変化量ＤＫＡＣＴとして算出される。検出当量比変化量ＤＫＡＣＴと変化量閾値ｘＬＳＢとが比較され、その比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値ＲＴＡＤＤを積算することにより故障判定パラメータＲＴが算出される。算出された故障判定パラメータＲＴを停滞故障判定閾値ＲＴＴＨと比較し、その比較結果に応じて停滞故障が発生しているか否かが判定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に空燃比制御に使用する空燃比センサの故障を検出する機能を有する空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、空燃比センサの劣化診断装置が示されている。この装置によれば、空燃比センサ出力の極小値（最もリッチ側の空燃比を示す値）を検出し、その極小値検出時点から所定時間Ｔ経過後の空燃比センサ出力と、極小値との差分が判定閾値以下であるときに、空燃比センサが劣化していると判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７７８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された劣化判定手法では、空燃比センサ出力が一定期間停滞する停滞故障を正確に判定することができない。図１８はこの課題を説明するためのタイムチャートであり、図１８の破線は正常な空燃比センサの出力推移を示し、実線が停滞故障が発生している空燃比センサの出力推移を示す。上記所定時間Ｔが停滞時間ＴＳＴＹより若干短い場合には、図１８に示す停滞故障を正確に判定できるが、停滞時間ＴＳＴＹが既知であるわけではないので、所定時間Ｔを例えば図１８に示す時間ＴＬに設定した場合には、正常であると誤判定される。
【０００５】
また最適な所定時間Ｔの設定が難しいため、空燃比センサ出力が極小値に達してから上昇する状態の発生頻度が低い場合、あるいは逆に発生頻度が高い場合には、故障判定（劣化判定）を適切に実行できず、故障判定の実行頻度が低下するという課題もある。
【０００６】
本発明は、上述した点に着目してなされたものであり、空燃比センサの出力が一定期間停滞する停滞故障を正確に判定することができ、且つ比較的高い頻度で故障判定を実行することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを第１の目的とし、空燃比センサが正常である状態をより高い精度で判定でき、且つ比較的高い頻度で故障判定を実行することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路（１３）に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段（１５）を備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比を設定振動周期（ＴＰＲＴ））で振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、前記振動信号に応じて前記空燃比を振動させる空燃比振動手段と、該空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力の変化量であって、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）より短い設定検出期間（ＴＤＡＦ）当たりの変化量を、検出空燃比変化量（ＤＫＡＣＴ）として算出する変化量算出手段と、前記検出空燃比変化量（ＤＫＡＣＴ）と変化量閾値（ｘＬＳＢ）とを比較し、判定積算期間（ＴＩＮＴ）において前記比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値（ＲＴＡＤＤ）を積算することにより故障判定パラメータ（ＲＴ）を算出する故障判定パラメータ算出手段と、前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障を判定するための停滞故障判定閾値（ＲＴＴＨ）と、前記故障判定パラメータとを比較し、該比較結果に応じて前記停滞故障を判定する停滞故障判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）は前記機関回転に同期した期間に設定され、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記停滞故障判定閾値（ＲＴＴＨ）を前記機関回転数（ＮＥ）に応じて設定する閾値設定手段とをさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、内燃機関の排気通路（１３）に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段（１５）を備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比を設定振動周期（ＴＰＲＴ）で振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、前記振動信号に応じて前記空燃比を振動させる空燃比振動手段と、前記空燃比振動手段による空燃比振動の実行中に、前記空燃比検出手段の出力の変化量であって、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）より短い設定検出期間（ＴＤＡＦ）当たりの変化量を、検出空燃比変化量（ＤＫＡＣＴ）として算出する変化量算出手段と、前記検出空燃比変化量（ＤＫＡＣＴ）と変化量閾値（ｘＬＳＢ）とを比較し、判定積算期間（ＴＩＮＴ）において前記比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値（ＲＴＡＤＤ）を積算することにより第１故障判定パラメータ（ＲＴ）を算出する第１故障判定パラメータ算出手段と、前記空燃比振動手段による空燃比振動の実行中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）に応じた特定周波数成分（ＫＡＣＴＦＡ，ＫＡＣＴＦＡ１，ＫＡＣＴＦＡ２）を抽出し、該特定周波数成分に基づいて第２故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰ，ＲＬＡＦＤＬＹＰ）を算出する第２故障判定パラメータ算出手段と、前記第１故障判定パラメータ（ＲＴ）に応じて前記第２故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰ，ＲＬＡＦＤＬＹＰ）を補正し、補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣ，ＲＬＡＦＤＬＹＰ）を算出する補正手段と、前記補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣ，ＲＬＡＦＤＬＹＰＣ）に基づいて前記空燃比検出手段の故障を判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記第２故障判定パラメータ算出手段は、前記空燃比検出手段の出力（ＫＡＣＴ）についてバンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）に対応する設定振動周波数（ｆｐ）成分をフィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ）として算出するバンドパスフィルタ手段を有し、前記フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ）を積算することにより、前記第２故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰ）を算出し、前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータ（ＲＴ）に応じて補正係数（ＫＲＴ）を算出し、前記第２故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰ）に前記補正係数（ＫＲＴ）を乗算することにより前記補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣ）を算出し、前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障であるか、前記空燃比検出手段の応答が遅れる応答遅れ故障であるかを、前記補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣ）に基づいて判別することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記第２故障判定パラメータ算出手段は、前記空燃比検出手段の出力（ＫＡＣＴ）について第１バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）に対応する設定振動周波数（ｆｐ）成分を第１フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ１）として算出する第１バンドパスフィルタ手段と、前記空燃比検出手段の出力（ＫＡＣＴ）について第２バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周波数（ｆｐ）の２倍の周波数成分を第２フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ２）として算出する第２バンドパスフィルタ手段と、前記第１フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ１）を積算することにより第１周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ１）を算出する第１周波数成分強度算出手段と、前記第２フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ２）を積算することにより第２周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ２）を算出する第２周波数成分強度算出手段とを有し、前記第１周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ１）と前記第２周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ２）との比率を、前記第２故障判定パラメータ（ＲＬＡＦＤＬＹＰ）として算出し、前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータ（ＲＴ）に応じて補正係数（ＫＲＴ）を算出し、前記第２故障判定パラメータ（ＲＬＡＦＤＬＹＰ）に前記補正係数（ＫＲＴ）を乗算することにより前記補正故障判定パラメータ（ＲＬＡＦＤＬＹＰＣ）を算出し、前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障であるか、前記空燃比検出手段の応答が遅れる応答遅れ故障であるかを、前記補正故障判定パラメータ（ＲＬＡＦＤＬＹＰＣ）に基づいて判別する故障種別判別手段を有することを特徴とする。
【００１２】
前記補正係数は、前記停滞故障が発生している可能性が高くなるほど減少するように設定することが望ましい。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記第２故障判定パラメータ算出手段は、前記空燃比検出手段の出力（ＫＡＣＴ）について第１バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期（ＴＲＰＴ）に対応する設定振動周波数（ｆｐ）成分を第１フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ１）として算出する第１バンドパスフィルタ手段と、前記空燃比検出手段の出力（ＫＡＣＴ）について第２バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周波数（ｆｐ）の２倍の周波数成分を第２フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ２）として算出する第２バンドパスフィルタ手段と、前記第１フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ１）を積算することにより第１周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ１）を算出する第１周波数成分強度算出手段と、前記第２フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ２）を積算することにより第２周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ２）を算出する第２周波数成分強度算出手段と、前記第１周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ１）と前記第２周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ２）との比率を、周波数成分強度比率（ＲＬＡＦＤＬＹＰ）として算出する周波数成分強度比率算出手段とを有し、前記第１周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ１）と前記周波数成分強度比率（ＲＬＡＦＤＬＹＰ）の積を前記第２故障判定パラメータとして算出し、前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータ（ＲＴ）に応じて補正係数（ＫＲＴ）を算出し、前記第２故障判定パラメータに前記補正係数（ＫＲＴ）を乗算することにより前記補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣａ）を算出し、前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段が故障しているか否かを、前記補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣａ）に基づいて判別することを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項３から６の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）は前記機関回転に同期した期間に設定され、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記第１故障判定パラメータ（ＲＴ）の算出に適用される前記増分値（ＲＴＡＤＤ）を前記機関回転数（ＮＥ）に応じて設定する増分値設定手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記設定検出期間（ＴＤＡＦ）は、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）の１／４の期間に設定されることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）は前記機関回転に同期した期間に設定され、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記設定検出期間（ＴＤＡＦ）を前記機関回転数（ＮＥ）に応じて設定する検出期間設定手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）は前記機関回転に同期した期間に設定され、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記判定積算期間（ＴＩＮＴ）を前記機関回転数（ＮＥ）に応じて設定する積算期間設定手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比検出手段（１５）は、その出力が前記空燃比の変化に対して直線的に変化する比例型空燃比センサであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、空燃比を設定振動周期で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中に、空燃比検出手段の出力の変化量であって、設定振動周期より短い設定検出期間当たりの変化量が検出空燃比変化量として算出される。検出空燃比変化量と変化量閾値とが比較され、判定積算期間において比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値を積算することにより故障判定パラメータが算出される。算出された故障判定パラメータを停滞故障判定閾値と比較し、その比較結果に応じて停滞故障が発生しているか否かが判定される。停滞故障が発生していると、検出空燃比変化量が変化量閾値を超える頻度が減少するので、例えば検出空燃比変化量が変化量閾値より大きいという条件が満たされるときに増分値を積算して故障判定パラメータを算出することにより、故障判定パラメータが停滞故障判定閾値以下であるときに、停滞故障が発生していると判定することができる。また検出空燃比変化量が変化量閾値以下である条件が満たされるときに増分値を積算して故障判定パラメータを算出するようにしてもよく、その場合には故障判定パラメータが停滞故障判定閾値より大きいときに、停滞故障が発生していると判定することができる。この手法によれば、空燃比検出手段の停滞故障を正確に判定することが可能となり、空燃比検出手段出力の極小値または極大値を検出する必要がなく、比較的に高い頻度で故障判定を実行することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、空燃比振動制御が機関回転に同期した周期で実行され、停滞故障判定閾値が機関回転数に応じて設定される。空燃比振動制御が機関回転数に応じた周期で実行されるので、判定精度の低下及び排気特性の悪化を抑制することができる。すなわち、一定の振動周波数で振動させる場合には、その振動周波数と機関回転数とが特定の関係となり（機関回転数に対応する周波数の１／２倍、１倍などに該当し）、空燃比振動制御による空燃比変動と、機関回転数に起因するノイズによる空燃比変動とが区別できずに、判定精度が低下する可能性があるが、例えば振動周波数を機関回転数に対応する周波数の０．４倍に設定することにより、そのような事態を確実に回避することが可能である。また、故障判定に例えば２０振動周期の期間を要する場合、機関回転数が高くなるほど故障判定時間が短縮され、空燃比振動制御を行うことに起因する排気特性の悪化を抑制することができる。この発明では、空燃比振動周期（時間）が機関回転数に依存して変化するため、設定検出期間当たりの検出空燃比変化量も機関回転数に依存して変化する。したがって、停滞故障判定閾値を機関回転数に応じて設定することにより、判定精度を良好に維持することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、空燃比を設定振動周期で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中に、空燃比検出手段の出力の変化量であって、設定振動周期より短い設定検出期間当たりの変化量が検出空燃比変化量として算出される。検出空燃比変化量と変化量閾値とが比較され、判定積算期間において比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値を積算することにより第１故障判定パラメータが算出される。さらに空燃比振動制御実行中に、空燃比検出手段の出力信号に含まれる、設定振動周期に応じた特定周波数成分が抽出され、該特定周波数成分に基づいて第２故障判定パラメータが算出される。第１故障判定パラメータに応じて第２故障判定パラメータを補正することにより、補正故障判定パラメータが算出され、この補正故障判定パラメータに基づいて空燃比検出手段の故障が判定される。補正故障判定パラメータは、第２故障判定パラメータが、停滞故障が発生している可能性、あるいは停滞故障の進行度合に応じて補正されたものに相当するので、補正故障判定パラメータを用いることによって、正常な状態をより高い精度で判定することが可能となり、かつ停滞故障とは異なる態様の故障を区別して判定することが可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、空燃比検出手段の出力についてバンドパスフィルタ処理を施すことにより、設定振動周期に対応する特定周波数成分がフィルタ処理後出力として算出され、フィルタ処理後出力を積算することにより、第２故障判定パラメータが算出される。第１故障判定パラメータに応じて補正係数が算出され、第２故障判定パラメータに補正係数を乗算することにより補正故障判定パラメータが算出される。空燃比検出手段の故障が停滞故障であるか、応答遅れ故障であるかが、補正故障判定パラメータに基づいて判別される。このように補正故障判定パラメータを用いることにより、故障態様の識別が可能となる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、空燃比検出手段の出力について第１バンドパスフィルタ処理を施すことにより、設定振動周期に対応する設定振動周波数成分が第１フィルタ処理後出力として算出さるとともに、設定振動周波数の２倍の周波数成分が第２フィルタ処理後出力として算出され、さらに第１フィルタ処理後出力及び第２フィルタ処理後出力をそれぞれ積算することにより第１周波数成分強度及び第２周波数成分強度が算出される。そして第１周波数成分強度と第２周波数成分強度との比率が第２故障判定パラメータとして算出される。第１故障判定パラメータに応じて補正係数が算出され、第２故障判定パラメータに補正係数を乗算することにより補正故障判定パラメータが算出される。空燃比検出手段の故障が停滞故障であるか、応答遅れ故障であるかが、補正故障判定パラメータに基づいて判別される。このように補正故障判定パラメータを用いることにより、故障態様の識別が可能となる。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、空燃比検出手段の出力について第１バンドパスフィルタ処理を施すことにより、設定振動周期に対応する設定振動周波数成分が第１フィルタ処理後出力として算出さるとともに、設定振動周波数の２倍の周波数成分が第２フィルタ処理後出力として算出され、さらに第１フィルタ処理後出力及び第２フィルタ処理後出力をそれぞれ積算することにより第１周波数成分強度及び第２周波数成分強度が算出される。そして第１周波数成分強度と第２周波数成分強度との比率が周波数成分強度比率として算出され、周波数成分強度比率と第１周波数成分強度の積が第２故障判定パラメータとして算出される。第１故障判定パラメータに応じて補正係数が算出され、第２故障判定パラメータに補正係数を乗算することにより補正故障判定パラメータが算出される。空燃比検出手段が故障しているか否かが、補正故障判定パラメータに基づいて判別される。周波数成分強度比率、第１周波数成分強度、及び補正係数は、いずれも空燃比検出手段が正常であれば比較的大きな値をとるパラメータ（故障の程度が悪化するほど減少するパラメータ）であるため、これらを乗算することにより算出される補正故障判定パラメータを用いることにより、ＬＡＦセンサ１５の正常状態をより高い精度で判定することができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明によれば、空燃比振動制御が機関回転に同期した周期で実行され、第１故障判定パラメータの算出に適用される増分値が機関回転数に応じて設定される。空燃比振動制御が機関回転数に応じた周期で実行されるので、排気特性の悪化を抑制することができる。また空燃比振動周期（時間）が機関回転数に依存して変化するため、設定検出期間当たりの検出空燃比変化量も機関回転数に依存して変化する。したがって、増分値を機関回転数に応じて設定することにより、判定精度を良好に維持することができる。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、設定振動周期の１／４の期間に設定される。この設定により、第１故障判定パラメータの正常時の値と停滞故障発生時の値との差が大きくなり、判定精度を高めることができる。
【００２７】
請求項９に記載の発明によれば、空燃比振動制御が機関回転に同期した周期で実行され、設定検出期間が機関回転数に応じて設定される。空燃比振動制御が機関回転数に応じた周期で実行されるので、排気特性の悪化を抑制することができる。また空燃比振動周期（時間）が機関回転数に依存して変化するため、設定検出期間当たりの検出空燃比変化量も機関回転数に依存して変化する。したがって、設定検出期間を機関回転数に応じて設定することにより、判定精度を良好に維持することができる。
【００２８】
請求項１０に記載の発明によれば、空燃比振動制御が機関回転に同期した周期で実行され、判定積算期間が機関回転数に応じて設定される。空燃比振動制御が機関回転数に応じた周期で実行されるので、排気特性の悪化を抑制することができる。また空燃比振動周期（時間）が機関回転数に依存して変化するため、設定検出期間当たりの検出空燃比変化量も機関回転数に依存して変化する。したがって、判定積算期間を機関回転数に応じて設定することにより、判定精度を良好に維持することができる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明によれば、比例型空燃比センサにおける停滞故障を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその空燃比制御装置の構成を示す図である。
【図２】空燃比センサの故障態様を説明するためのタイムチャートである。
【図３】空燃比センサの故障判定処理のフローチャートである。
【図４】空燃比を振動させる信号を示すタイムチャートである。
【図５】停滞故障の判定手法を説明するためのタイムチャートである。
【図６】図３の処理で算出される故障判定パラメータの算出データを示す図である。
【図７】図３の処理の変形例のフローチャートである。
【図８】空燃比を振動させる信号の変形例を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態にかかる故障判定処理のフローチャートである。
【図１０】図９の処理で実行される故障判定パラメータ（ＲＴ）算出処理のフローチャートである。
【図１１】図９の処理で実行される故障判定サブルーチンのフローチャートである。
【図１２】図１１の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態にかかる故障判定処理のフローチャートである。
【図１４】図１３の処理で実行される故障判定サブルーチンのフローチャートである。
【図１５】図１４の処理を説明するための図である。
【図１６】図１４の処理の第１変形例のフローチャートである。
【図１７】図１４の処理の第２変形例のフローチャートである。
【図１８】先行技術の課題を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその空燃比制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、その検出信号は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給される。
【００３２】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００３３】
スロットル弁３の上流側には吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ７が設けられている。またスロットル弁３の下流側には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８、及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。エンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ１０が装着されており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００３４】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００３５】
排気通路１３には三元触媒１４が設けられている。三元触媒１４は、酸素蓄積能力を有し、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的高い排気リーン状態では、排気中の酸素を蓄積し、逆にエンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い排気リッチ状態では、蓄積した酸素により排気中のＨＣ，ＣＯを酸化する機能を有する。
【００３６】
三元触媒１４の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、比例型酸素濃度センサ１５（以下「ＬＡＦセンサ１５」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１５は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した検出信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
【００３７】
ＥＣＵ５には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２１及び当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ２２が接続されており、それらセンサの検出信号がＥＣＵ５に供給される。スロットル弁３は図示しないアクチュエータにより開閉駆動され、スロットル弁開度ＴＨはアクセルペダル操作量ＡＰに応じてＥＣＵ５により制御される。
【００３８】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路を備えている。
【００３９】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上述の各種センサの検出信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）を用いて、ＴＤＣパルスに同期して開弁作動する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。燃料噴射時間ＴＯＵＴは、噴射される燃料量にほぼ比例するので、以下「燃料噴射量ＴＯＵＴ」という。
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭ×ＫＣＭＤ×ＫＡＦ×ＫＩＤＳＩＮ×ＫＴＯＴＡＬ （１）
【００４０】
ここに、ＴＩＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて設定されたＴＩＭテーブルを検索して決定される。ＴＩＭテーブルは、エンジンにおいて燃焼する混合気の空燃比ＡＦがほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００４１】
ＫＣＭＤはエンジン１の運転状態に応じて設定される目標空燃比係数である。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、以下「目標当量比」という。
【００４２】
ＫＡＦは、空燃比フィードバック制御の実行条件が成立するときは、ＬＡＦセンサ１５の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ（比例積分微分）制御あるいは適応制御器（Self Tuning Regulator）を用いた適応制御により算出される空燃比補正係数である。
【００４３】
ＫＩＤＳＩＮは、後述するＬＡＦセンサ１５の故障判定を行うときに、１．０±ＤＡＦの範囲で時間経過に伴って正弦波状に変化するように設定される振動係数である。振動係数ＫＩＤＳＩＮは、通常運転中は「１．０」に固定される。
【００４４】
ＫＴＯＴＡＬは夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数（エンジン冷却水温ＴＭに応じた補正係数ＫＴＷ、吸気温ＴＡに応じた補正係数ＫＴＡなど）の積である。
【００４５】
ＥＣＵ５のＣＰＵは上述のようにして求めた燃料噴射量ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を出力回路を介して燃料噴射弁６に供給する。また、ＥＣＵ５のＣＰＵは、以下に説明するようにＬＡＦセンサ１５の故障の判定を行う。
【００４６】
図２は、ＬＡＦセンサ１５の故障態様を説明するためのタイムチャートであり、空燃比ＡＦを正弦波状に振動させたときの検出当量比ＫＡＣＴの推移を示す。図２（ａ）はＬＡＦセンサ１５が正常である場合に対応し、図２（ｂ）〜（ｇ）は故障が発生している場合に対応する。図２（ｂ）は、応答速度がリッチ側及びリーン側で同程度に遅くなる故障（以下「対称応答遅れ故障」という）ＦＭ１に対応し、図２（ｃ）は、リーン空燃比からリッチ空燃比への変化に対する応答速度が遅くなる非対称応答遅れ故障ＦＭ２に対応し、図２（ｄ）は、リッチ空燃比からリーン空燃比への変化に対する応答速度が遅くなる非対称応答遅れ故障ＦＭ３に対応し、図２（ｅ）は、リッチ側及びリーン側で同程度のむだ時間（停滞時間）ＴＳＴＹが発生する対称停滞故障ＦＭ４に対応し、図２（ｆ）は、リッチ側でむだ時間（停滞時間）ＴＳＴＹが発生する非対称停滞故障ＦＭ５に対応し、図２（ｇ）は、リーン側でむだ時間（停滞時間）ＴＳＴＹが発生する非対称停滞故障ＦＭ６に対応する。対称停滞故障ＦＭ４及び非対称停滞故障ＦＭ５，ＦＭ６を、「停滞故障」と総称する。
【００４７】
図３は、停滞故障を判定するための故障判定処理のフローチャートである。この処理はＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間ＴＣＡＬ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に実行される。
ステップＳ１１では、センサ活性化フラグＦＡＣＴＶが「１」であるか否かを判別する。センサ活性化フラグＦＡＣＴＶは、ＬＡＦセンサ１５が活性化しているとき「１」に設定される。ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。実行条件フラグＦＭＣＮＤは、車速ＶＰ、エンジン回転数ＮＥ、及び吸入空気流量ＧＡＩＲが所定範囲内にあるとき「１」に設定される。
【００４８】
ステップＳ１１またはＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、振動係数ＫＩＤＳＩＮを「１．０」に設定し、停滞故障判定パラメータＲＴを「０」に設定するとともに、積算時間タイマ（ダウンカウントタイマ）ＴＭＩＮＴを所定積算時間ＴＩＮＴ（例えば１５００ｍｓｅｃ）に設定してスタートさせる（ステップＳ１３）。
【００４９】
ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、故障判定が開始される。故障判定実行中は、目標当量比ＫＣＭＤ及び空燃比補正係数ＫＡＦは「１．０」に固定される。ステップＳ１４では、下記式（２）により振動係数ＫＩＤＳＩＮを算出する。式（２）のＤＡＦは振幅であり例えば「０．３」に設定される。ｆｐは振動周波数であり、例えば「４Ｈｚ」に設定される。ｋは所定時間ＴＣＡＬにより離散化した離散化時刻である。
ＫＩＤＳＩＮ＝ＤＡＦ×ｓｉｎ｛２πｆｐ×ＴＣＡＬ×ｋ｝ （２）
【００５０】
振動係数ＫＩＤＳＩＮを式（１）に適用することにより、空燃比振動制御が実行される。
【００５１】
ステップＳ１５では下記式（３）により、当量比変化量ＤＫＡＣＴを算出する。
ＤＫＡＣＴ＝｜ＫＡＣＴ(k)−ＫＡＣＴ(k-6)｜ （３）
ステップＳ１６では当量比変化量ＤＫＡＣＴが変化量閾値ｘＬＳＢ（例えば０．０００５〜０．００１５の範囲内の値に設定される）より大きいか否かを判別し、この答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ１８に進む。ＤＫＡＣＴ＞ｘＬＳＢであるときは、下記式（４）により、停滞故障判定パラメータＲＴを算出する。式（４）の右辺のＲＴは前回算出値であり、ＲＴＡＤＤは増分値であり、例えば「１」に設定される。
ＲＴ＝ＲＴ＋ＲＴＡＤＤ （４）
【００５２】
ステップＳ１８では、積算時間タイマＴＭＩＮＴの値が「０」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）である間は直ちに処理を終了する。故障判定の開始時点から所定積算時間ＴＩＮＴが経過し、ステップＳ１８の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ１９に進んで、停滞故障判定パラメータＲＴが停滞故障判定閾値ＲＴＴＨより大きいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときはＬＡＦセンサ１５は正常と判定する（ステップＳ２０）。一方、ＲＴ≦ＲＴＴＨであるときは、停滞故障（ＦＭ４，ＦＭ５，またはＦＭ６）が発生していると判定する（ステップＳ２１）。その後、判定終了フラグＦＤＥＴＥＮＤを「１」に設定し、故障判定を終了する。
【００５３】
図４及び図５は、図３の処理を説明するためのタイムチャートである。
図３のステップＳ１４で設定される振動係数ＫＩＤＳＩＮは、図４に示すように変化する。ＴＰＲＴは振動周期であり、「１／ｆｐ」に等しい。振動周波数ｆｐが４Ｈｚであるときは、振動周期ＴＰＲＴは、２５０ｍｓｅｃである。またＴＤＡＦは、変化量検出期間であり、図３の処理では「６×ＴＣＡＬ」（６０ｍｓｅｃ）に等しい。変化量検出期間ＴＤＡＦは、振動周期ＴＲＰＴの１／４の期間に設定される。この設定により、停滞故障判定パラメータＲＴの正常時の値と停滞故障発生時の値との差が大きくなり、判定精度を高めることができる。
【００５４】
図５（ａ）は、ＬＡＦセンサ１５が正常であるときの検出当量比ＫＡＣＴの推移を示しており、当量比変化量ＤＫＡＣＴは検出期間ＴＳ１において変化量閾値ｘＬＳＢを超え、他の検出期間ＴＳ２及びＴＳ３では、変化量閾値ｘＬＳＢより小さい。したがって、検出期間ＴＳ１において停滞故障判定パラメータＲＴに増分値ＲＴＡＤＤが加算される。
【００５５】
一方図５（ｂ）は、停滞故障が発生しているときの検出当量比ＫＡＣＴの推移を示しており、当量比変化量ＤＫＡＣＴは検出期間ＴＳ７において変化量閾値ｘＬＳＢを超え、他の検出期間ＴＳ４〜ＴＳ６では、変化量閾値ｘＬＳＢより小さい。したがって、検出期間ＴＳ７において停滞故障判定パラメータＲＴに増分値ＲＴＡＤＤが加算される。
【００５６】
したがって、停滞故障が発生しているときの方が、増分値ＲＴＡＤＤが加算される頻度が低下し、停滞故障判定パラメータＲＴの値は正常時に比べて小さくなる。したがって、停滞故障判定パラメータＲＴが停滞故障判定閾値ＲＴＴＨ以下であるときに、停滞故障が発生していると判定することができる。
【００５７】
図６は、テスト結果を示す図であり、横軸のＮＴはテスト回数であり、図に示す矩形のシンボルが正常な状態に対応する停滞故障判定パラメータ値を示し、三角形のシンボルが停滞故障が発生している状態に対応する停滞故障判定パラメータ値を示す。このように、停滞故障が発生しているときは、停滞故障判定パラメータＲＴが正常時より明確に減少するので、例えば図に示すように停滞故障判定閾値ＲＴＴＨを設定することにより、停滞故障を正確に判定することができる。
【００５８】
図６には示されていないが、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生しているときは、図のＮＧデータ群と、ＯＫデータ群のほぼ中間に領域に分布するデータが得られる。したがって、停滞故障判定閾値ＲＴＴＨを図６に示すように設定すると、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生しているときに、停滞故障と判定される可能性がある。したがって、停滞故障判定閾値ＲＴＴＨをより小さい値に設定するか、または大小２つの判定閾値ＲＴＴＨ１，ＲＴＴＨ２（＜ＲＴＴＨ１）を設定し、ＲＴＴＨ２＜ＲＴ≦ＲＴＴＨ１であるときに、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生していると判定し、ＲＴ≦ＲＴＴＨ２であるときに停滞故障（ＦＭ４，ＦＭ５，またはＦＭ６）が発生していると判定するようにしてもよい。これにより、停滞故障のみを抽出することが可能となる。
なお本実施形態では、非対称応答遅れ故障ＦＭ２，ＦＭ３が発生しているときに、正常と判定される可能性がある。
【００５９】
本実施形態では、ＬＡＦセンサ１５が空燃比検出手段に相当し、燃料噴射弁６が空燃比振動手段の一部に相当し、ＥＣＵ５が、振動信号生成手段、空燃比振動手段の一部、変化量算出手段、故障判定パラメータ算出手段、及び停滞故障判定手段を構成する。具体的には、図３のステップＳ１４が振動信号生成手段に相当し、ステップＳ１５が変化量算出手段に相当し、ステップＳ１３及びＳ１６〜Ｓ１８が故障判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ１９〜Ｓ２１が停滞故障判定手段に相当する。
【００６０】
［変形例１］
図７は、図３の処理の変形例のフローチャートである。図７の処理は、図３のステップＳ１３，Ｓ１７，及びＳ１９をそれぞれステップＳ１３ａ，Ｓ１７ａ，及びＳ１９ａに変更し、ステップＳ１６の「ＹＥＳ」「ＮＯ」の位置を逆にしたものである。
【００６１】
ステップＳ１６の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわちＤＫＡＣＴ＞ｘＬＳＢであるときは直ちにステップＳ１８に進み、ステップＳ１６の答が否定（ＮＯ）、すなわちＤＫＡＣＴ≦ｘＬＳＢであるときは、ステップＳ１７ａに進んで、下記式（４ａ）により停滞故障判定パラメータＲＴａを算出する。
ＲＴａ＝ＲＴａ＋ＲＴＡＤＤ （４ａ）
【００６２】
ステップＳ１９ａでは、停滞故障判定パラメータＲＴａが停滞故障判定閾値ＲＴＴＨａより小さいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ１５は正常と判定する（ステップＳ２０）。一方、ＲＴａ≧ＲＴＴＨａであるときは、停滞故障が発生していると判定する（ステップＳ２１）。
【００６３】
図７の処理は、停滞故障判定パラメータＲＴａを、図３の処理と逆にＤＫＡＣＴ≦ｘＬＳＢが成立するときに増加させるようにしたものであり、したがってステップＳ１９ａにおいて停滞故障判定パラメータＲＴａと停滞故障判定閾値ＲＴＴＨａとの比較することにより、図３の処理と同様に停滞故障を判定することができる。
【００６４】
本変形例では、図７のステップＳ１３ａ，Ｓ１６，Ｓ１７ａ，及びＳ１８が故障判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ１９ａ，Ｓ２０，及びＳ２１が停滞故障判定手段に相当する。
【００６５】
［変形例２］
上述した実施形態では、振動係数ＫＩＤＳＩＮを離散時間ｋを式（２）に適用して算出するようにしたが、図８（ａ）に示すようにクランク角度ＣＡに応じて（エンジン回転に同期して）、下記式（２ａ）により算出するようにしてもよい。式（２ａ）のωＮＥは、エンジン回転数ＮＥ［ｒｐｍ］を角速度に変換したエンジン回転角速度［ｒａｄ／ｓｅｃ］であり、下記式（１１）で与えられる。
ＫＩＤＳＩＮ＝ＤＡＦ×ｓｉｎ｛２π×ωＮＥ×ＴＣＡＬ×ｋ／ＣＡＰＲＴ｝
（２ａ）
ωＮＥ＝２π×ＮＥ／６０ （１１）
【００６６】
この場合には、エンジン回転数ＮＥが変化してもクランク角度周期ＣＡＰＲＴは一定であるが、空燃比振動の時間周期はエンジン回転数ＮＥに反比例して変化する。すなわち、クランク角度周期ＣＡＰＲＴと、変化量検出期間ＴＤＡＦとの相対関係は、エンジン回転数ＮＥに依存して変化する。図８（ａ）に示す状態は、例えばクランク角度周期ＣＡＰＲＴを１８００ｄｅｇ（１０πラジアン）に設定した場合においてエンジン回転数ＮＥが１２００ｒｐｍである状態に対応する。
【００６７】
このように空燃比振動の周期をエンジン回転に同期するように（エンジン回転数ＮＥに反比例するように）設定することにより、故障判定実行中における排気特性の悪化及び判定精度の低下を抑制することができる。すなわち、一定の振動周波数で振動させる場合には、エンジン回転数ＮＥと特定の関係となり（エンジン回転数ＮＥに対応する周波数の１／２倍、１倍などに該当し）、空燃比振動制御による空燃比変動と、機関回転に起因するノイズによる空燃比変動とが区別できずに、判定精度が低下する可能性があるが、本変形例において振動周波数を例えばエンジン回転数ＮＥに対応する周波数の０．４倍に設定すれば、そのような事態を確実に回避することが可能である。また、故障判定に例えば２０振動周期の期間を要する場合、機関回転数が高くなるほど故障判定時間が短縮され、空燃比振動制御を行うことに起因する排気特性の悪化を抑制することができる。
【００６８】
変化量検出期間ＴＤＡＦにおける当量比変化量ＤＫＡＣＴは、ＬＡＦセンサ１５が正常であっても、図８（ｂ）に示すように振動信号の極大値（または極小値）近傍で、変化量閾値ｘＬＳＢより小さくなる状態（以下「小変化量状態」という）が発生する。図８（ｂ）には、小変化量状態が３回発生した例が示されている。本変形例では、クランク角度周期ＣＡＰＲＴに対応する時間振動周期ＴＰＲＴがエンジン回転数ＮＥに依存して変化するため、小変化量状態の発生頻度が時間振動周期ＴＰＲＴに依存して変化する。
【００６９】
そこで本変形例では、下記式（１１）により停滞故障判定閾値ＲＴＴＨを、時間振動周期ＴＰＲＴに応じて補正している。
ＲＴＴＨ＝ＲＴＡＤＤ×（ＮＴＯＴＡＬ−ＮＮＥ−ＮＣ） （１１）
【００７０】
式（１１）のＮＴＯＴＡＬは、総判定回数であり、例えば故障判定処理の実行周期ＴＣＡＬが１０ｍｓｅｃで、所定積算時間ＴＩＮＴが１５００ｍｓｅｃの場合、ＮＴＯＴＡＬは「１５０」である。ＮＣは実験により予め設定される補正項であり、ＮＮＥは、エンジン回転数ＮＥに依存する回転数補正項であり、例えば所定周期ＴＰＲＴ０（例えば２５０ｍｓｅｃ）の期間における小変化量状態の発生回数がｎＸ回である場合には、回転数補正項ＮＮＥは、下記式（１２）で与えられる。
ＮＮＥ＝ＴＰＲＴ×ｎＸ／ＴＰＲＴ０ （１２）
【００７１】
このように停滞故障判定閾値ＲＴＴＨを、エンジン回転数ＮＥに反比例する時間振動周期ＴＰＲＴに応じて設定することにより、判定精度を良好に維持することができる。
【００７２】
［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態における停滞故障判定パラメータＲＴを、特開２０１０−１３３４１８号公報に示されている故障判定手法と組み合わせて用いることにより、故障判定を行うようにしたものである。
【００７３】
図９は、本発明の第２の実施形態にかかる故障判定処理のフローチャートである。この処理は所定時間ＴＣＡＬ毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ３１，Ｓ３２，及びＳ３５は、図３のステップＳ１１，Ｓ１２及びＳ１４と同一である。ステップＳ３１またはＳ３２の答が否定（ＮＯ）であるときは、振動係数ＫＩＤＳＩＮを「１．０」に設定するとともに（ステップＳ３３）、ダウンカウントタイマである待機時間タイマＴＭＫＡＣＴＦＤを所定待機時間ＴＫＡＣＴＦＤにセットしてスタートさせる（ステップＳ３４）。所定待機時間ＴＫＡＣＴＦＤは、空燃比振動制御を開始した時点からＬＡＦセンサ出力が安定化するまでの遅れ時間に相当するものである。
【００７４】
ステップＳ３９では停滞故障判定パラメータＲＴを「０」に設定し、ステップＳ４０ではダウンカウントタイマである積算時間タイマＴＭＬＡＦＤＥＴを所定積算期間ＴＬＡＦＤＥＴにセットしてスタートさせる。
【００７５】
ステップＳ３２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、振動係数ＫＩＤＳＩＮを算出し（ステップＳ３５）、次いで検出当量比ＫＡＣＴのｆｐバンドパスフィルタ処理を行うことにより、フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦを算出する。ｆｐバンドパスフィルタ処理は、振動周波数ｆｐ近傍の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ処理であり、公知の演算手法が適用される。ステップＳ３７では、フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦの絶対値ＫＡＣＴＦＡを算出する。フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦは、「０」を中心として変動するため、絶対値ＫＡＣＴＦＡが周波数ｆｐに対応する周波数成分強度を示すパラメータとして、以下に説明する故障判定処理に使用される。
【００７６】
ステップＳ３８では、待機時間タイマＴＭＫＡＣＴＦＤの値が「０」であるか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるのでステップＳ３９に進み、肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ４１に進んで、図１０に示すＲＴ算出処理を実行し、停滞故障判定パラメータＲＴを算出する。
【００７７】
ステップＳ４２では、下記式（１３）により絶対値ＫＡＣＴＦＡの積算演算を行うことにおり、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰを算出する。式（１３）の右辺のＫＡＣＴＦＡは、前回算出値である。
ＬＡＦＤＬＹＰ＝ＬＡＦＤＬＹＰ＋ＫＡＣＴＦＡ （１３）
【００７８】
式（１３）により算出されるｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰは、検出当量比ＫＡＣＴに含まれる振動周波数ｆｐ近傍の周波数成分強度（ｆｐ周波数成分強度）を示すパラメータであり、対称遅れ故障ＦＭ１を判定するのに適したパラメータである。対称遅れ故障ＦＭ１が発生すると、ｆｐ周波数成分強度が正常時に比べて顕著に低下するからである。
【００７９】
ステップＳ４３では、積算時間タイマＴＭＬＡＦＤＥＴの値が「０」であるか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、直ちに処理を終了する。ステップＳ４３の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ４４に進み、図１１に示す故障判定処理を実行し、判定終了フラグＦＤＥＴＥＮＤを「１」に設定する（ステップＳ４５）。
【００８０】
図１０は、図９のステップＳ４１で実行されるＲＴ算出処理のフローチャートである。
ステップＳ５１〜Ｓ５３は、図３のステップＳ１５〜Ｓ１７と同一の処理であり、図１０の処理を実行することにより、停滞故障判定パラメータＲＴが算出される。
【００８１】
図１１は、図９のステップＳ４４で実行される故障判定処理のフローチャートである。
ステップＳ６１では、停滞故障判定パラメータＲＴに応じて図１２に示すＫＲＴテーブルを検索し、補正係数ＫＲＴを算出する。ＫＲＴテーブルは、停滞故障判定パラメータＲＴが小さくなるほど、すなわち停滞故障が発生している可能性が高くなるほど補正係数ＫＲＴが減少するように設定されている。
【００８２】
ステップＳ６２では、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰに補正係数ＫＲＴを乗算することにより、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣを算出する。ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰに補正係数ＫＲＴを乗算することにより、停滞故障が発生している可能性が高くなるほど、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣは減少方向に変化する。
【００８３】
ステップＳ６３では、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣが第１判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるとき、すなわち補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣの値が比較的大きいときは、ＬＡＦセンサ１５は正常と判定する（ステップＳ６４）。
【００８４】
ステップＳ６３の答が否定（ＮＯ）であるときは、さらに補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣが第２判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨＬ（＜ＬＡＦＤＬＹＰＴＨ）より大きいか否を判別する（ステップＳ６５）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、非対称応答故障（ＦＭ２またはＦＭ３）が発生していると判定する（ステップＳ６６）。一方、ＬＡＦＤＬＹＰＣ≦ＬＡＦＤＬＹＰＴＨＬであるときは、さらに停滞故障判定パラメータＲＴが停滞故障判定閾値ＲＴＴＨより大きいか否かを判別する（ステップＳ６７）。
【００８５】
ステップＳ６７の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生していると判定し（ステップＳ６８）、ＲＴ≦ＲＴＴＨであるときは、停滞故障（ＦＭ４，ＦＭ５，またはＦＭ６）が発生していると判定する（ステップＳ６９）。
【００８６】
本実施形態によれば、空燃比を振動周期ＴＰＲＴ（振動周波数ｆｐ）で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中に算出される検出当量比変化量ＤＫＡＣＴが変化量閾値ｘＬＳＢと比較され、積算期間ＴＬＡＦＤＥＴにおいて検出当量比変化量ＤＫＡＣＴが変化量閾値ｘＬＳＢを超えるときに増分値ＲＴＡＤＤを積算することにより停滞故障判定パラメータＲＴが算出される。さらに空燃比振動制御実行中に、検出当量比ＫＡＣＴに含まれる、振動周波数ｆｐに対応する周波数成分の強度を示すｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰが算出され、停滞故障判定パラメータＲＴに応じて補正係数ＫＲＴが算出される。ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰを補正係数ＫＲＴで補正することにより、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣが算出され、この補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣに基づいてＬＡＦセンサ１５の故障が判定される。補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣは、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰが、停滞故障の発生可能性を示す停滞故障判定パラメータＲＴに応じて補正されたものに相当するので、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣを用いることによって、正常な状態をより高い精度で判定することが可能となり、かつ停滞故障とは異なる非対称遅れ故障（ＦＭ２またはＦＭ３）を区別して判定することが可能となる。
【００８７】
さらに補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣによる判別（ステップＳ６５）後に、第１故障判定判定パラメータＲＴによる判別を行うことにより、停滞故障を対称遅れ故障と区別して判定することが可能となる。
【００８８】
本実施形態では、図９のステップＳ３５が振動信号生成手段に相当し、図１０のステップＳ５１が変化量算出手段に相当し、ステップＳ３９及びＳ４１が第１故障判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ３６，Ｓ３７，Ｓ３９，及びＳ４２が周波数成分強度パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ３６がバンドパスフィルタ手段に相当し、図１１の処理が故障判定手段に相当し、図１１のステップＳ６２が補正手段に相当する。
【００８９】
［第３の実施形態］
本実施形態は、第２の実施形態で使用される停滞故障判定パラメータＲＴ及びｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰとともに、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰを使用して、故障判定を行うようにしたものである。周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰに相当するパラメータによる判定は、特開２０１０−１０１２８９号公報に示されている。
【００９０】
図１３は、本実施形態における故障判定処理のフローチャートである。この処理は、図９のステップＳ３６，Ｓ３７，Ｓ３９，Ｓ４２，及びＳ４４を、それぞれステップＳ３６ａ，Ｓ３７ａ，Ｓ３９ａ，Ｓ４２ａ，及びＳ４４ａに代え、さらにステップＳ４２ｂを追加したものである。
【００９１】
ステップＳ３６ａでは、検出当量比ＫＡＣＴについて第１バンドパスフィルタ処理を行うことにより、第１フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦ１を算出するとともに、検出当量比ＫＡＣＴについて第２バンドパスフィルタ処理を行うことにより、第２フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦ２を算出する。第１バンドパスフィルタ処理は、図９のステップＳ３６におけるバンドパスフィルタ処理に相当するもので、振動周波数ｆｐ近傍の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ処理である。第２バンドパスフィルタ処理は、振動周波数ｆｐの２倍の周波数近傍の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ処理である。
【００９２】
ステップＳ３７ａでは、第１フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦ１及び第２フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦ２の絶対値ＫＡＣＴＦＡ１及びＫＡＣＴＦＡ２を算出する。
【００９３】
ステップＳ３９ａでは、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１（第２の実施形態におけるｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰに相当する）を「０」に設定するとともに、第２フィルタ処理後検出当量比の絶対値ＫＡＣＴＦＡ２の積算値（以下「２ｆｐ成分強度」という）ＬＡＦＤＬＹＰ２を「０」に設定する。
【００９４】
ステップＳ４２ａでは、下記式（２１）及び（２２）を用いて、絶対値ＫＡＣＴＦＡ１を積算することにより、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１を算出するとともに、絶対値ＫＡＣＴＦＡ２を積算することにより、２ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ２を算出する。
ＬＡＦＤＬＹＰ１＝ＬＡＦＤＬＹＰ１＋ＫＡＣＴＦＡ１ （２１）
ＬＡＦＤＬＹＰ２＝ＬＡＦＤＬＹＰ２＋ＫＡＣＴＦＡ２ （２２）
【００９５】
ステップＳ４２ｂでは、下記式（２３）により、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１と２ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ２との比率を、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰとして算出する。
ＲＬＡＦＤＬＹＰ＝ＬＡＦＤＬＹＰ１／ＬＡＦＤＬＹＰ２ （２３）
【００９６】
ステップＳ４４ａでは、図１４に示す故障判定処理を実行する。図１４に示す処理は、図１１のステップＳ６２及びＳ６７をそれぞれステップＳ６２ａ及びＳ６７ａに代えたものである。
【００９７】
ステップＳ６２ａでは、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１に補正係数ＫＲＴを乗算することにより、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣを算出する。ステップＳ６７ａでは、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰが第３判定閾値ＲＬＡＦＤＬＹＰＴＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生していると判定する。ＲＬＡＦＤＬＹＰ≦ＲＬＡＦＤＬＹＰＴＨであるときは、停滞故障が発生していると判定する。
【００９８】
図１５は、図１４の処理を説明するための図であり、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰに対応する横軸と、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣに対応する縦軸とで定義される平面上に、正常なＬＡＦセンサに対応するデータ群の領域（以下「正常データ領域」という）ＲＮと、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生している状態に対応するデータ群の領域（以下「対称応答遅れデータ領域」という）ＲＦ１と、非対称応答遅れ故障（ＦＭ２，ＦＭ３）が発生している状態に対応するデータ群の領域（以下「非対称応答遅れデータ領域」という）ＲＦ２と、停滞故障が発生している状態に対応するデータ群の領域（以下「停滞故障データ領域」という）ＲＦ３とが示されている。
【００９９】
この図から明らかなように、第１判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨによって、正常なセンサを判別し、第２判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨＬによって非対称応答遅れ故障を判別し、さらに第３判定閾値ＲＬＡＦＤＬＹＰＴＨによって対称応答遅れ故障と停滞故障とを判別することができる。
【０１００】
本実施形態では、図１３のステップＳ３５が振動信号生成手段に相当し、ステップＳ３９ａ及びＳ４１が第１故障判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ３６ａ，Ｓ３７ａ，Ｓ３９ａ，及びＳ４２ａが第２故障判定パラメータ算出手段に相当し、図１４の処理が故障判定手段に相当する。
【０１０１】
［変形例１］
図１６は、図１４に示す処理の第１変形例を示すフローチャートである。
ステップＳ７１は、ステップＳ６１と同一であり、停滞故障判定パラメータＲＴに応じて補正係数ＫＲＴを算出する。
【０１０２】
ステップＳ７２では、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰに補正係数ＫＲＴを乗算することにより、補正故障判定パラメータＲＬＡＦＤＬＹＰＣを算出する。ステップＳ７３では、補正故障判定パラメータＲＬＡＦＤＬＹＰＣが第３判定閾値ＲＬＡＦＤＬＹＰＴＨより大きい否かを判別する。ステップＳ７３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、さらにｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１が第１判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨより大きいか否かを判別する（ステップＳ７４）。
【０１０３】
ステップＳ７４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときはＬＡＦセンサ１５は正常と判定し、ＬＡＦＤＬＹＰ１≦ＬＡＦＤＬＹＰＴＨであるときは、対称遅れ故障ＦＭ１が発生していると判定する。
【０１０４】
ステップＳ７３の答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ７７に進み、停滞故障判定パラメータＲＴが停滞故障判定閾値ＲＴＴＨより大きいか否かを判別する。ステップＳ７７の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、非対称遅れ故障（ＦＭ２またはＦＭ３）が発生していると判定し、ＲＴ≦ＲＴＴＨであるときは、停滞故障が発生していると判定する（ステップＳ７９）。
【０１０５】
本変形例によれば、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰを補正係数ＫＲＴを用いて補正することにより、補正故障判定パラメータＲＬＡＦＤＬＹＰＣが算出され、さらにステップＳ７４及びＳ７７の判別を行うことによって、故障態様を判定することができる。
【０１０６】
本変形例では、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰが第２故障判定パラメータに相当し、ステップＳ７１及びＳ７２が補正手段に相当し、ステップＳ７３〜Ｓ７９が故障判定手段に相当する。
【０１０７】
［変形例２］
図１７は、図１４に示す処理の第２変形例を示すフローチャートである。
ステップＳ８１は、ステップＳ６１と同一であり、停滞故障判定パラメータＲＴに応じて補正係数ＫＲＴを算出する。
【０１０８】
ステップＳ８２では、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ及び周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰの積に補正係数ＫＲＴを乗算することにより、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣａを算出する。ステップＳ８３では、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣａが第４判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨａより大きい否かを判別する。ステップＳ８３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ１５は正常であると判定し（ステップＳ８４）、ＬＡＦＤＬＹＰＣａ≦ＬＡＦＤＬＹＰＴＨａであるときは、上述した何れかの故障が発生していると判定する（ステップＳ８５）。
【０１０９】
本変形例によれば、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ及び周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰの積に補正係数ＫＲＴを乗算することにより、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣａが算出される。ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰ、及び補正係数ＫＲＴは、いずれもＬＡＦセンサ１５が正常であれば比較的大きな値をとるパラメータ（故障の程度が悪化するほど減少するパラメータ）であるため、これらを乗算することにより、ＬＡＦセンサ１５の正常状態をより高い精度で判定することができる。
【０１１０】
本変形例では、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１と周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰの積が第２故障判定パラメータに相当し、ステップＳ８１及びＳ８２が補正手段に相当し、ステップＳ８３〜Ｓ８５が故障判定手段に相当する。
【０１１１】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１の実施形態の変形例２では、停滞故障判定閾値ＲＴＴＨをエンジン回転数ＮＥに応じて設定するようにしたが、これに代えて増分値ＲＴＡＤＤ、または変化量検出期間ＴＤＡＦ、または積算時間ＴＩＮＴをエンジン回転数ＮＥに応じて設定するようにしてもよい。その場合には、増分値ＲＴＡＤＤはエンジン回転数ＮＥが増加するほど減少するように設定し、変化量検出期間ＴＤＡＦはエンジン回転数ＮＥが増加するほど減少するように設定し、積算時間ＴＩＮＴをエンジン回転数ＮＥが増加するほど減少するように設定する。
【０１１２】
第２及び第３の実施形態においても、第１の実施形態の変形例２と同様に、振動係数ＫＩＤＳＩＮをエンジン回転に同期して変化するように算出してもよい。その場合には、停滞故障判定閾値ＲＴＴＨ、または増分値ＲＴＡＤＤ、または変化量検出期間ＴＤＡＦ、または積算時間ＴＩＮＴをエンジン回転数ＮＥに応じて設定することが望ましい。
【０１１３】
この変形例では振動周波数ｆｐがエンジン回転数ＮＥの変化に伴って変化するため、バンドバスフィルタ処理に適用するフィルタ係数を以下のようにして算出する。すなわち、エンジン回転数ＮＥに応じて複数組のフィルタ係数が設定されたフィルタ係数テーブルを予めメモリに格納しておき、判定実行時のエンジン回転数ＮＥに応じてフィルタ係数テーブルを検索して、使用するフィルタ係数を算出する。この変形例では、エンジン回転数ＮＥが急変したときは、故障判定を中止することが望ましい。
【符号の説明】
【０１１４】
１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（振動信号生成手段、空燃比振動手段、変化量算出手段、故障判定パラメータ算出手段、停滞故障判定手段、バンドバスフィルタ手段、補正手段、故障判定手段、閾値設定手段、増分値設定手段、検出期間設定手段、積算期間設定手段）
６ 燃料噴射弁（空燃比振動手段）
１１ クランク角度位置センサ（回転数検出手段）
１３ 排気通路
１５ 比例型酸素濃度センサ（空燃比検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に空燃比制御に使用する空燃比センサの故障を検出する機能を有する空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、空燃比センサの劣化診断装置が示されている。この装置によれば、空燃比センサ出力の極小値（最もリッチ側の空燃比を示す値）を検出し、その極小値検出時点から所定時間Ｔ経過後の空燃比センサ出力と、極小値との差分が判定閾値以下であるときに、空燃比センサが劣化していると判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７７８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された劣化判定手法では、空燃比センサ出力が一定期間停滞する停滞故障を正確に判定することができない。図１８はこの課題を説明するためのタイムチャートであり、図１８の破線は正常な空燃比センサの出力推移を示し、実線が停滞故障が発生している空燃比センサの出力推移を示す。上記所定時間Ｔが停滞時間ＴＳＴＹより若干短い場合には、図１８に示す停滞故障を正確に判定できるが、停滞時間ＴＳＴＹが既知であるわけではないので、所定時間Ｔを例えば図１８に示す時間ＴＬに設定した場合には、正常であると誤判定される。
【０００５】
また最適な所定時間Ｔの設定が難しいため、空燃比センサ出力が極小値に達してから上昇する状態の発生頻度が低い場合、あるいは逆に発生頻度が高い場合には、故障判定（劣化判定）を適切に実行できず、故障判定の実行頻度が低下するという課題もある。
【０００６】
本発明は、上述した点に着目してなされたものであり、空燃比センサの出力が一定期間停滞する停滞故障を正確に判定することができ、且つ比較的高い頻度で故障判定を実行することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを第１の目的とし、空燃比センサが正常である状態をより高い精度で判定でき、且つ比較的高い頻度で故障判定を実行することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路（１３）に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段（１５）を備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比を設定振動周期（ＴＰＲＴ））で振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、前記振動信号に応じて前記空燃比を振動させる空燃比振動手段と、該空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力の変化量であって、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）より短い設定検出期間（ＴＤＡＦ）当たりの変化量を、検出空燃比変化量（ＤＫＡＣＴ）として算出する変化量算出手段と、前記検出空燃比変化量（ＤＫＡＣＴ）と変化量閾値（ｘＬＳＢ）とを比較し、判定積算期間（ＴＩＮＴ）において前記比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値（ＲＴＡＤＤ）を積算することにより故障判定パラメータ（ＲＴ）を算出する故障判定パラメータ算出手段と、前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障を判定するための停滞故障判定閾値（ＲＴＴＨ）と、前記故障判定パラメータとを比較し、該比較結果に応じて前記停滞故障を判定する停滞故障判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）は前記機関回転に同期した期間に設定され、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記停滞故障判定閾値（ＲＴＴＨ）を前記機関回転数（ＮＥ）に応じて設定する閾値設定手段とをさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、内燃機関の排気通路（１３）に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段（１５）を備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比を設定振動周期（ＴＰＲＴ）で振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、前記振動信号に応じて前記空燃比を振動させる空燃比振動手段と、前記空燃比振動手段による空燃比振動の実行中に、前記空燃比検出手段の出力の変化量であって、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）より短い設定検出期間（ＴＤＡＦ）当たりの変化量を、検出空燃比変化量（ＤＫＡＣＴ）として算出する変化量算出手段と、前記検出空燃比変化量（ＤＫＡＣＴ）と変化量閾値（ｘＬＳＢ）とを比較し、判定積算期間（ＴＩＮＴ）において前記比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値（ＲＴＡＤＤ）を積算することにより第１故障判定パラメータ（ＲＴ）を算出する第１故障判定パラメータ算出手段と、前記空燃比振動手段による空燃比振動の実行中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）に応じた特定周波数成分（ＫＡＣＴＦＡ，ＫＡＣＴＦＡ１，ＫＡＣＴＦＡ２）を抽出し、該特定周波数成分に基づいて第２故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰ，ＲＬＡＦＤＬＹＰ）を算出する第２故障判定パラメータ算出手段と、前記第１故障判定パラメータ（ＲＴ）に応じて前記第２故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰ，ＲＬＡＦＤＬＹＰ）を補正し、補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣ，ＲＬＡＦＤＬＹＰ）を算出する補正手段と、前記補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣ，ＲＬＡＦＤＬＹＰＣ）に基づいて前記空燃比検出手段の故障を判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記第２故障判定パラメータ算出手段は、前記空燃比検出手段の出力（ＫＡＣＴ）についてバンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）に対応する設定振動周波数（ｆｐ）成分をフィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ）として算出するバンドパスフィルタ手段を有し、前記フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ）を積算することにより、前記第２故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰ）を算出し、前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータ（ＲＴ）に応じて補正係数（ＫＲＴ）を算出し、前記第２故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰ）に前記補正係数（ＫＲＴ）を乗算することにより前記補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣ）を算出し、前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障であるか、前記空燃比検出手段の応答が遅れる応答遅れ故障であるかを、前記補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣ）に基づいて判別することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記第２故障判定パラメータ算出手段は、前記空燃比検出手段の出力（ＫＡＣＴ）について第１バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）に対応する設定振動周波数（ｆｐ）成分を第１フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ１）として算出する第１バンドパスフィルタ手段と、前記空燃比検出手段の出力（ＫＡＣＴ）について第２バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周波数（ｆｐ）の２倍の周波数成分を第２フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ２）として算出する第２バンドパスフィルタ手段と、前記第１フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ１）を積算することにより第１周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ１）を算出する第１周波数成分強度算出手段と、前記第２フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ２）を積算することにより第２周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ２）を算出する第２周波数成分強度算出手段とを有し、前記第１周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ１）と前記第２周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ２）との比率を、前記第２故障判定パラメータ（ＲＬＡＦＤＬＹＰ）として算出し、前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータ（ＲＴ）に応じて補正係数（ＫＲＴ）を算出し、前記第２故障判定パラメータ（ＲＬＡＦＤＬＹＰ）に前記補正係数（ＫＲＴ）を乗算することにより前記補正故障判定パラメータ（ＲＬＡＦＤＬＹＰＣ）を算出し、前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障であるか、前記空燃比検出手段の応答が遅れる応答遅れ故障であるかを、前記補正故障判定パラメータ（ＲＬＡＦＤＬＹＰＣ）に基づいて判別する故障種別判別手段を有することを特徴とする。
【００１２】
前記補正係数は、前記停滞故障が発生している可能性が高くなるほど減少するように設定することが望ましい。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記第２故障判定パラメータ算出手段は、前記空燃比検出手段の出力（ＫＡＣＴ）について第１バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期（ＴＲＰＴ）に対応する設定振動周波数（ｆｐ）成分を第１フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ１）として算出する第１バンドパスフィルタ手段と、前記空燃比検出手段の出力（ＫＡＣＴ）について第２バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周波数（ｆｐ）の２倍の周波数成分を第２フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ２）として算出する第２バンドパスフィルタ手段と、前記第１フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ１）を積算することにより第１周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ１）を算出する第１周波数成分強度算出手段と、前記第２フィルタ処理後出力（ＫＡＣＴＦＡ２）を積算することにより第２周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ２）を算出する第２周波数成分強度算出手段と、前記第１周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ１）と前記第２周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ２）との比率を、周波数成分強度比率（ＲＬＡＦＤＬＹＰ）として算出する周波数成分強度比率算出手段とを有し、前記第１周波数成分強度（ＬＡＦＤＬＹＰ１）と前記周波数成分強度比率（ＲＬＡＦＤＬＹＰ）の積を前記第２故障判定パラメータとして算出し、前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータ（ＲＴ）に応じて補正係数（ＫＲＴ）を算出し、前記第２故障判定パラメータに前記補正係数（ＫＲＴ）を乗算することにより前記補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣａ）を算出し、前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段が故障しているか否かを、前記補正故障判定パラメータ（ＬＡＦＤＬＹＰＣａ）に基づいて判別することを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項３から６の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）は前記機関回転に同期した期間に設定され、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記第１故障判定パラメータ（ＲＴ）の算出に適用される前記増分値（ＲＴＡＤＤ）を前記機関回転数（ＮＥ）に応じて設定する増分値設定手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記設定検出期間（ＴＤＡＦ）は、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）の１／４の期間に設定されることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）は前記機関回転に同期した期間に設定され、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記設定検出期間（ＴＤＡＦ）を前記機関回転数（ＮＥ）に応じて設定する検出期間設定手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記設定振動周期（ＴＰＲＴ）は前記機関回転に同期した期間に設定され、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記判定積算期間（ＴＩＮＴ）を前記機関回転数（ＮＥ）に応じて設定する積算期間設定手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比検出手段（１５）は、その出力が前記空燃比の変化に対して直線的に変化する比例型空燃比センサであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、空燃比を設定振動周期で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中に、空燃比検出手段の出力の変化量であって、設定振動周期より短い設定検出期間当たりの変化量が検出空燃比変化量として算出される。検出空燃比変化量と変化量閾値とが比較され、判定積算期間において比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値を積算することにより故障判定パラメータが算出される。算出された故障判定パラメータを停滞故障判定閾値と比較し、その比較結果に応じて停滞故障が発生しているか否かが判定される。停滞故障が発生していると、検出空燃比変化量が変化量閾値を超える頻度が減少するので、例えば検出空燃比変化量が変化量閾値より大きいという条件が満たされるときに増分値を積算して故障判定パラメータを算出することにより、故障判定パラメータが停滞故障判定閾値以下であるときに、停滞故障が発生していると判定することができる。また検出空燃比変化量が変化量閾値以下である条件が満たされるときに増分値を積算して故障判定パラメータを算出するようにしてもよく、その場合には故障判定パラメータが停滞故障判定閾値より大きいときに、停滞故障が発生していると判定することができる。この手法によれば、空燃比検出手段の停滞故障を正確に判定することが可能となり、空燃比検出手段出力の極小値または極大値を検出する必要がなく、比較的に高い頻度で故障判定を実行することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、空燃比振動制御が機関回転に同期した周期で実行され、停滞故障判定閾値が機関回転数に応じて設定される。空燃比振動制御が機関回転数に応じた周期で実行されるので、判定精度の低下及び排気特性の悪化を抑制することができる。すなわち、一定の振動周波数で振動させる場合には、その振動周波数と機関回転数とが特定の関係となり（機関回転数に対応する周波数の１／２倍、１倍などに該当し）、空燃比振動制御による空燃比変動と、機関回転数に起因するノイズによる空燃比変動とが区別できずに、判定精度が低下する可能性があるが、例えば振動周波数を機関回転数に対応する周波数の０．４倍に設定することにより、そのような事態を確実に回避することが可能である。また、故障判定に例えば２０振動周期の期間を要する場合、機関回転数が高くなるほど故障判定時間が短縮され、空燃比振動制御を行うことに起因する排気特性の悪化を抑制することができる。この発明では、空燃比振動周期（時間）が機関回転数に依存して変化するため、設定検出期間当たりの検出空燃比変化量も機関回転数に依存して変化する。したがって、停滞故障判定閾値を機関回転数に応じて設定することにより、判定精度を良好に維持することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、空燃比を設定振動周期で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中に、空燃比検出手段の出力の変化量であって、設定振動周期より短い設定検出期間当たりの変化量が検出空燃比変化量として算出される。検出空燃比変化量と変化量閾値とが比較され、判定積算期間において比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値を積算することにより第１故障判定パラメータが算出される。さらに空燃比振動制御実行中に、空燃比検出手段の出力信号に含まれる、設定振動周期に応じた特定周波数成分が抽出され、該特定周波数成分に基づいて第２故障判定パラメータが算出される。第１故障判定パラメータに応じて第２故障判定パラメータを補正することにより、補正故障判定パラメータが算出され、この補正故障判定パラメータに基づいて空燃比検出手段の故障が判定される。補正故障判定パラメータは、第２故障判定パラメータが、停滞故障が発生している可能性、あるいは停滞故障の進行度合に応じて補正されたものに相当するので、補正故障判定パラメータを用いることによって、正常な状態をより高い精度で判定することが可能となり、かつ停滞故障とは異なる態様の故障を区別して判定することが可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、空燃比検出手段の出力についてバンドパスフィルタ処理を施すことにより、設定振動周期に対応する特定周波数成分がフィルタ処理後出力として算出され、フィルタ処理後出力を積算することにより、第２故障判定パラメータが算出される。第１故障判定パラメータに応じて補正係数が算出され、第２故障判定パラメータに補正係数を乗算することにより補正故障判定パラメータが算出される。空燃比検出手段の故障が停滞故障であるか、応答遅れ故障であるかが、補正故障判定パラメータに基づいて判別される。このように補正故障判定パラメータを用いることにより、故障態様の識別が可能となる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、空燃比検出手段の出力について第１バンドパスフィルタ処理を施すことにより、設定振動周期に対応する設定振動周波数成分が第１フィルタ処理後出力として算出さるとともに、設定振動周波数の２倍の周波数成分が第２フィルタ処理後出力として算出され、さらに第１フィルタ処理後出力及び第２フィルタ処理後出力をそれぞれ積算することにより第１周波数成分強度及び第２周波数成分強度が算出される。そして第１周波数成分強度と第２周波数成分強度との比率が第２故障判定パラメータとして算出される。第１故障判定パラメータに応じて補正係数が算出され、第２故障判定パラメータに補正係数を乗算することにより補正故障判定パラメータが算出される。空燃比検出手段の故障が停滞故障であるか、応答遅れ故障であるかが、補正故障判定パラメータに基づいて判別される。このように補正故障判定パラメータを用いることにより、故障態様の識別が可能となる。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、空燃比検出手段の出力について第１バンドパスフィルタ処理を施すことにより、設定振動周期に対応する設定振動周波数成分が第１フィルタ処理後出力として算出さるとともに、設定振動周波数の２倍の周波数成分が第２フィルタ処理後出力として算出され、さらに第１フィルタ処理後出力及び第２フィルタ処理後出力をそれぞれ積算することにより第１周波数成分強度及び第２周波数成分強度が算出される。そして第１周波数成分強度と第２周波数成分強度との比率が周波数成分強度比率として算出され、周波数成分強度比率と第１周波数成分強度の積が第２故障判定パラメータとして算出される。第１故障判定パラメータに応じて補正係数が算出され、第２故障判定パラメータに補正係数を乗算することにより補正故障判定パラメータが算出される。空燃比検出手段が故障しているか否かが、補正故障判定パラメータに基づいて判別される。周波数成分強度比率、第１周波数成分強度、及び補正係数は、いずれも空燃比検出手段が正常であれば比較的大きな値をとるパラメータ（故障の程度が悪化するほど減少するパラメータ）であるため、これらを乗算することにより算出される補正故障判定パラメータを用いることにより、ＬＡＦセンサ１５の正常状態をより高い精度で判定することができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明によれば、空燃比振動制御が機関回転に同期した周期で実行され、第１故障判定パラメータの算出に適用される増分値が機関回転数に応じて設定される。空燃比振動制御が機関回転数に応じた周期で実行されるので、排気特性の悪化を抑制することができる。また空燃比振動周期（時間）が機関回転数に依存して変化するため、設定検出期間当たりの検出空燃比変化量も機関回転数に依存して変化する。したがって、増分値を機関回転数に応じて設定することにより、判定精度を良好に維持することができる。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、設定振動周期の１／４の期間に設定される。この設定により、第１故障判定パラメータの正常時の値と停滞故障発生時の値との差が大きくなり、判定精度を高めることができる。
【００２７】
請求項９に記載の発明によれば、空燃比振動制御が機関回転に同期した周期で実行され、設定検出期間が機関回転数に応じて設定される。空燃比振動制御が機関回転数に応じた周期で実行されるので、排気特性の悪化を抑制することができる。また空燃比振動周期（時間）が機関回転数に依存して変化するため、設定検出期間当たりの検出空燃比変化量も機関回転数に依存して変化する。したがって、設定検出期間を機関回転数に応じて設定することにより、判定精度を良好に維持することができる。
【００２８】
請求項１０に記載の発明によれば、空燃比振動制御が機関回転に同期した周期で実行され、判定積算期間が機関回転数に応じて設定される。空燃比振動制御が機関回転数に応じた周期で実行されるので、排気特性の悪化を抑制することができる。また空燃比振動周期（時間）が機関回転数に依存して変化するため、設定検出期間当たりの検出空燃比変化量も機関回転数に依存して変化する。したがって、判定積算期間を機関回転数に応じて設定することにより、判定精度を良好に維持することができる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明によれば、比例型空燃比センサにおける停滞故障を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその空燃比制御装置の構成を示す図である。
【図２】空燃比センサの故障態様を説明するためのタイムチャートである。
【図３】空燃比センサの故障判定処理のフローチャートである。
【図４】空燃比を振動させる信号を示すタイムチャートである。
【図５】停滞故障の判定手法を説明するためのタイムチャートである。
【図６】図３の処理で算出される故障判定パラメータの算出データを示す図である。
【図７】図３の処理の変形例のフローチャートである。
【図８】空燃比を振動させる信号の変形例を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態にかかる故障判定処理のフローチャートである。
【図１０】図９の処理で実行される故障判定パラメータ（ＲＴ）算出処理のフローチャートである。
【図１１】図９の処理で実行される故障判定サブルーチンのフローチャートである。
【図１２】図１１の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態にかかる故障判定処理のフローチャートである。
【図１４】図１３の処理で実行される故障判定サブルーチンのフローチャートである。
【図１５】図１４の処理を説明するための図である。
【図１６】図１４の処理の第１変形例のフローチャートである。
【図１７】図１４の処理の第２変形例のフローチャートである。
【図１８】先行技術の課題を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその空燃比制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、その検出信号は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給される。
【００３２】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００３３】
スロットル弁３の上流側には吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ７が設けられている。またスロットル弁３の下流側には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８、及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。エンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ１０が装着されており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００３４】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００３５】
排気通路１３には三元触媒１４が設けられている。三元触媒１４は、酸素蓄積能力を有し、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的高い排気リーン状態では、排気中の酸素を蓄積し、逆にエンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い排気リッチ状態では、蓄積した酸素により排気中のＨＣ，ＣＯを酸化する機能を有する。
【００３６】
三元触媒１４の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、比例型酸素濃度センサ１５（以下「ＬＡＦセンサ１５」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１５は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した検出信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
【００３７】
ＥＣＵ５には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２１及び当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ２２が接続されており、それらセンサの検出信号がＥＣＵ５に供給される。スロットル弁３は図示しないアクチュエータにより開閉駆動され、スロットル弁開度ＴＨはアクセルペダル操作量ＡＰに応じてＥＣＵ５により制御される。
【００３８】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路を備えている。
【００３９】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上述の各種センサの検出信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）を用いて、ＴＤＣパルスに同期して開弁作動する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。燃料噴射時間ＴＯＵＴは、噴射される燃料量にほぼ比例するので、以下「燃料噴射量ＴＯＵＴ」という。
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭ×ＫＣＭＤ×ＫＡＦ×ＫＩＤＳＩＮ×ＫＴＯＴＡＬ （１）
【００４０】
ここに、ＴＩＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて設定されたＴＩＭテーブルを検索して決定される。ＴＩＭテーブルは、エンジンにおいて燃焼する混合気の空燃比ＡＦがほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００４１】
ＫＣＭＤはエンジン１の運転状態に応じて設定される目標空燃比係数である。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、以下「目標当量比」という。
【００４２】
ＫＡＦは、空燃比フィードバック制御の実行条件が成立するときは、ＬＡＦセンサ１５の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ（比例積分微分）制御あるいは適応制御器（Self Tuning Regulator）を用いた適応制御により算出される空燃比補正係数である。
【００４３】
ＫＩＤＳＩＮは、後述するＬＡＦセンサ１５の故障判定を行うときに、１．０±ＤＡＦの範囲で時間経過に伴って正弦波状に変化するように設定される振動係数である。振動係数ＫＩＤＳＩＮは、通常運転中は「１．０」に固定される。
【００４４】
ＫＴＯＴＡＬは夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数（エンジン冷却水温ＴＭに応じた補正係数ＫＴＷ、吸気温ＴＡに応じた補正係数ＫＴＡなど）の積である。
【００４５】
ＥＣＵ５のＣＰＵは上述のようにして求めた燃料噴射量ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を出力回路を介して燃料噴射弁６に供給する。また、ＥＣＵ５のＣＰＵは、以下に説明するようにＬＡＦセンサ１５の故障の判定を行う。
【００４６】
図２は、ＬＡＦセンサ１５の故障態様を説明するためのタイムチャートであり、空燃比ＡＦを正弦波状に振動させたときの検出当量比ＫＡＣＴの推移を示す。図２（ａ）はＬＡＦセンサ１５が正常である場合に対応し、図２（ｂ）〜（ｇ）は故障が発生している場合に対応する。図２（ｂ）は、応答速度がリッチ側及びリーン側で同程度に遅くなる故障（以下「対称応答遅れ故障」という）ＦＭ１に対応し、図２（ｃ）は、リーン空燃比からリッチ空燃比への変化に対する応答速度が遅くなる非対称応答遅れ故障ＦＭ２に対応し、図２（ｄ）は、リッチ空燃比からリーン空燃比への変化に対する応答速度が遅くなる非対称応答遅れ故障ＦＭ３に対応し、図２（ｅ）は、リッチ側及びリーン側で同程度のむだ時間（停滞時間）ＴＳＴＹが発生する対称停滞故障ＦＭ４に対応し、図２（ｆ）は、リッチ側でむだ時間（停滞時間）ＴＳＴＹが発生する非対称停滞故障ＦＭ５に対応し、図２（ｇ）は、リーン側でむだ時間（停滞時間）ＴＳＴＹが発生する非対称停滞故障ＦＭ６に対応する。対称停滞故障ＦＭ４及び非対称停滞故障ＦＭ５，ＦＭ６を、「停滞故障」と総称する。
【００４７】
図３は、停滞故障を判定するための故障判定処理のフローチャートである。この処理はＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間ＴＣＡＬ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に実行される。
ステップＳ１１では、センサ活性化フラグＦＡＣＴＶが「１」であるか否かを判別する。センサ活性化フラグＦＡＣＴＶは、ＬＡＦセンサ１５が活性化しているとき「１」に設定される。ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。実行条件フラグＦＭＣＮＤは、車速ＶＰ、エンジン回転数ＮＥ、及び吸入空気流量ＧＡＩＲが所定範囲内にあるとき「１」に設定される。
【００４８】
ステップＳ１１またはＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、振動係数ＫＩＤＳＩＮを「１．０」に設定し、停滞故障判定パラメータＲＴを「０」に設定するとともに、積算時間タイマ（ダウンカウントタイマ）ＴＭＩＮＴを所定積算時間ＴＩＮＴ（例えば１５００ｍｓｅｃ）に設定してスタートさせる（ステップＳ１３）。
【００４９】
ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、故障判定が開始される。故障判定実行中は、目標当量比ＫＣＭＤ及び空燃比補正係数ＫＡＦは「１．０」に固定される。ステップＳ１４では、下記式（２）により振動係数ＫＩＤＳＩＮを算出する。式（２）のＤＡＦは振幅であり例えば「０．３」に設定される。ｆｐは振動周波数であり、例えば「４Ｈｚ」に設定される。ｋは所定時間ＴＣＡＬにより離散化した離散化時刻である。
ＫＩＤＳＩＮ＝ＤＡＦ×ｓｉｎ｛２πｆｐ×ＴＣＡＬ×ｋ｝ （２）
【００５０】
振動係数ＫＩＤＳＩＮを式（１）に適用することにより、空燃比振動制御が実行される。
【００５１】
ステップＳ１５では下記式（３）により、当量比変化量ＤＫＡＣＴを算出する。
ＤＫＡＣＴ＝｜ＫＡＣＴ(k)−ＫＡＣＴ(k-6)｜ （３）
ステップＳ１６では当量比変化量ＤＫＡＣＴが変化量閾値ｘＬＳＢ（例えば０．０００５〜０．００１５の範囲内の値に設定される）より大きいか否かを判別し、この答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ１８に進む。ＤＫＡＣＴ＞ｘＬＳＢであるときは、下記式（４）により、停滞故障判定パラメータＲＴを算出する。式（４）の右辺のＲＴは前回算出値であり、ＲＴＡＤＤは増分値であり、例えば「１」に設定される。
ＲＴ＝ＲＴ＋ＲＴＡＤＤ （４）
【００５２】
ステップＳ１８では、積算時間タイマＴＭＩＮＴの値が「０」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）である間は直ちに処理を終了する。故障判定の開始時点から所定積算時間ＴＩＮＴが経過し、ステップＳ１８の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ１９に進んで、停滞故障判定パラメータＲＴが停滞故障判定閾値ＲＴＴＨより大きいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときはＬＡＦセンサ１５は正常と判定する（ステップＳ２０）。一方、ＲＴ≦ＲＴＴＨであるときは、停滞故障（ＦＭ４，ＦＭ５，またはＦＭ６）が発生していると判定する（ステップＳ２１）。その後、判定終了フラグＦＤＥＴＥＮＤを「１」に設定し、故障判定を終了する。
【００５３】
図４及び図５は、図３の処理を説明するためのタイムチャートである。
図３のステップＳ１４で設定される振動係数ＫＩＤＳＩＮは、図４に示すように変化する。ＴＰＲＴは振動周期であり、「１／ｆｐ」に等しい。振動周波数ｆｐが４Ｈｚであるときは、振動周期ＴＰＲＴは、２５０ｍｓｅｃである。またＴＤＡＦは、変化量検出期間であり、図３の処理では「６×ＴＣＡＬ」（６０ｍｓｅｃ）に等しい。変化量検出期間ＴＤＡＦは、振動周期ＴＲＰＴの１／４の期間に設定される。この設定により、停滞故障判定パラメータＲＴの正常時の値と停滞故障発生時の値との差が大きくなり、判定精度を高めることができる。
【００５４】
図５（ａ）は、ＬＡＦセンサ１５が正常であるときの検出当量比ＫＡＣＴの推移を示しており、当量比変化量ＤＫＡＣＴは検出期間ＴＳ１において変化量閾値ｘＬＳＢを超え、他の検出期間ＴＳ２及びＴＳ３では、変化量閾値ｘＬＳＢより小さい。したがって、検出期間ＴＳ１において停滞故障判定パラメータＲＴに増分値ＲＴＡＤＤが加算される。
【００５５】
一方図５（ｂ）は、停滞故障が発生しているときの検出当量比ＫＡＣＴの推移を示しており、当量比変化量ＤＫＡＣＴは検出期間ＴＳ７において変化量閾値ｘＬＳＢを超え、他の検出期間ＴＳ４〜ＴＳ６では、変化量閾値ｘＬＳＢより小さい。したがって、検出期間ＴＳ７において停滞故障判定パラメータＲＴに増分値ＲＴＡＤＤが加算される。
【００５６】
したがって、停滞故障が発生しているときの方が、増分値ＲＴＡＤＤが加算される頻度が低下し、停滞故障判定パラメータＲＴの値は正常時に比べて小さくなる。したがって、停滞故障判定パラメータＲＴが停滞故障判定閾値ＲＴＴＨ以下であるときに、停滞故障が発生していると判定することができる。
【００５７】
図６は、テスト結果を示す図であり、横軸のＮＴはテスト回数であり、図に示す矩形のシンボルが正常な状態に対応する停滞故障判定パラメータ値を示し、三角形のシンボルが停滞故障が発生している状態に対応する停滞故障判定パラメータ値を示す。このように、停滞故障が発生しているときは、停滞故障判定パラメータＲＴが正常時より明確に減少するので、例えば図に示すように停滞故障判定閾値ＲＴＴＨを設定することにより、停滞故障を正確に判定することができる。
【００５８】
図６には示されていないが、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生しているときは、図のＮＧデータ群と、ＯＫデータ群のほぼ中間に領域に分布するデータが得られる。したがって、停滞故障判定閾値ＲＴＴＨを図６に示すように設定すると、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生しているときに、停滞故障と判定される可能性がある。したがって、停滞故障判定閾値ＲＴＴＨをより小さい値に設定するか、または大小２つの判定閾値ＲＴＴＨ１，ＲＴＴＨ２（＜ＲＴＴＨ１）を設定し、ＲＴＴＨ２＜ＲＴ≦ＲＴＴＨ１であるときに、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生していると判定し、ＲＴ≦ＲＴＴＨ２であるときに停滞故障（ＦＭ４，ＦＭ５，またはＦＭ６）が発生していると判定するようにしてもよい。これにより、停滞故障のみを抽出することが可能となる。
なお本実施形態では、非対称応答遅れ故障ＦＭ２，ＦＭ３が発生しているときに、正常と判定される可能性がある。
【００５９】
本実施形態では、ＬＡＦセンサ１５が空燃比検出手段に相当し、燃料噴射弁６が空燃比振動手段の一部に相当し、ＥＣＵ５が、振動信号生成手段、空燃比振動手段の一部、変化量算出手段、故障判定パラメータ算出手段、及び停滞故障判定手段を構成する。具体的には、図３のステップＳ１４が振動信号生成手段に相当し、ステップＳ１５が変化量算出手段に相当し、ステップＳ１３及びＳ１６〜Ｓ１８が故障判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ１９〜Ｓ２１が停滞故障判定手段に相当する。
【００６０】
［変形例１］
図７は、図３の処理の変形例のフローチャートである。図７の処理は、図３のステップＳ１３，Ｓ１７，及びＳ１９をそれぞれステップＳ１３ａ，Ｓ１７ａ，及びＳ１９ａに変更し、ステップＳ１６の「ＹＥＳ」「ＮＯ」の位置を逆にしたものである。
【００６１】
ステップＳ１６の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわちＤＫＡＣＴ＞ｘＬＳＢであるときは直ちにステップＳ１８に進み、ステップＳ１６の答が否定（ＮＯ）、すなわちＤＫＡＣＴ≦ｘＬＳＢであるときは、ステップＳ１７ａに進んで、下記式（４ａ）により停滞故障判定パラメータＲＴａを算出する。
ＲＴａ＝ＲＴａ＋ＲＴＡＤＤ （４ａ）
【００６２】
ステップＳ１９ａでは、停滞故障判定パラメータＲＴａが停滞故障判定閾値ＲＴＴＨａより小さいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ１５は正常と判定する（ステップＳ２０）。一方、ＲＴａ≧ＲＴＴＨａであるときは、停滞故障が発生していると判定する（ステップＳ２１）。
【００６３】
図７の処理は、停滞故障判定パラメータＲＴａを、図３の処理と逆にＤＫＡＣＴ≦ｘＬＳＢが成立するときに増加させるようにしたものであり、したがってステップＳ１９ａにおいて停滞故障判定パラメータＲＴａと停滞故障判定閾値ＲＴＴＨａとの比較することにより、図３の処理と同様に停滞故障を判定することができる。
【００６４】
本変形例では、図７のステップＳ１３ａ，Ｓ１６，Ｓ１７ａ，及びＳ１８が故障判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ１９ａ，Ｓ２０，及びＳ２１が停滞故障判定手段に相当する。
【００６５】
［変形例２］
上述した実施形態では、振動係数ＫＩＤＳＩＮを離散時間ｋを式（２）に適用して算出するようにしたが、図８（ａ）に示すようにクランク角度ＣＡに応じて（エンジン回転に同期して）、下記式（２ａ）により算出するようにしてもよい。式（２ａ）のωＮＥは、エンジン回転数ＮＥ［ｒｐｍ］を角速度に変換したエンジン回転角速度［ｒａｄ／ｓｅｃ］であり、下記式（１１）で与えられる。
ＫＩＤＳＩＮ＝ＤＡＦ×ｓｉｎ｛２π×ωＮＥ×ＴＣＡＬ×ｋ／ＣＡＰＲＴ｝
（２ａ）
ωＮＥ＝２π×ＮＥ／６０ （１１）
【００６６】
この場合には、エンジン回転数ＮＥが変化してもクランク角度周期ＣＡＰＲＴは一定であるが、空燃比振動の時間周期はエンジン回転数ＮＥに反比例して変化する。すなわち、クランク角度周期ＣＡＰＲＴと、変化量検出期間ＴＤＡＦとの相対関係は、エンジン回転数ＮＥに依存して変化する。図８（ａ）に示す状態は、例えばクランク角度周期ＣＡＰＲＴを１８００ｄｅｇ（１０πラジアン）に設定した場合においてエンジン回転数ＮＥが１２００ｒｐｍである状態に対応する。
【００６７】
このように空燃比振動の周期をエンジン回転に同期するように（エンジン回転数ＮＥに反比例するように）設定することにより、故障判定実行中における排気特性の悪化及び判定精度の低下を抑制することができる。すなわち、一定の振動周波数で振動させる場合には、エンジン回転数ＮＥと特定の関係となり（エンジン回転数ＮＥに対応する周波数の１／２倍、１倍などに該当し）、空燃比振動制御による空燃比変動と、機関回転に起因するノイズによる空燃比変動とが区別できずに、判定精度が低下する可能性があるが、本変形例において振動周波数を例えばエンジン回転数ＮＥに対応する周波数の０．４倍に設定すれば、そのような事態を確実に回避することが可能である。また、故障判定に例えば２０振動周期の期間を要する場合、機関回転数が高くなるほど故障判定時間が短縮され、空燃比振動制御を行うことに起因する排気特性の悪化を抑制することができる。
【００６８】
変化量検出期間ＴＤＡＦにおける当量比変化量ＤＫＡＣＴは、ＬＡＦセンサ１５が正常であっても、図８（ｂ）に示すように振動信号の極大値（または極小値）近傍で、変化量閾値ｘＬＳＢより小さくなる状態（以下「小変化量状態」という）が発生する。図８（ｂ）には、小変化量状態が３回発生した例が示されている。本変形例では、クランク角度周期ＣＡＰＲＴに対応する時間振動周期ＴＰＲＴがエンジン回転数ＮＥに依存して変化するため、小変化量状態の発生頻度が時間振動周期ＴＰＲＴに依存して変化する。
【００６９】
そこで本変形例では、下記式（１１）により停滞故障判定閾値ＲＴＴＨを、時間振動周期ＴＰＲＴに応じて補正している。
ＲＴＴＨ＝ＲＴＡＤＤ×（ＮＴＯＴＡＬ−ＮＮＥ−ＮＣ） （１１）
【００７０】
式（１１）のＮＴＯＴＡＬは、総判定回数であり、例えば故障判定処理の実行周期ＴＣＡＬが１０ｍｓｅｃで、所定積算時間ＴＩＮＴが１５００ｍｓｅｃの場合、ＮＴＯＴＡＬは「１５０」である。ＮＣは実験により予め設定される補正項であり、ＮＮＥは、エンジン回転数ＮＥに依存する回転数補正項であり、例えば所定周期ＴＰＲＴ０（例えば２５０ｍｓｅｃ）の期間における小変化量状態の発生回数がｎＸ回である場合には、回転数補正項ＮＮＥは、下記式（１２）で与えられる。
ＮＮＥ＝ＴＰＲＴ×ｎＸ／ＴＰＲＴ０ （１２）
【００７１】
このように停滞故障判定閾値ＲＴＴＨを、エンジン回転数ＮＥに反比例する時間振動周期ＴＰＲＴに応じて設定することにより、判定精度を良好に維持することができる。
【００７２】
［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態における停滞故障判定パラメータＲＴを、特開２０１０−１３３４１８号公報に示されている故障判定手法と組み合わせて用いることにより、故障判定を行うようにしたものである。
【００７３】
図９は、本発明の第２の実施形態にかかる故障判定処理のフローチャートである。この処理は所定時間ＴＣＡＬ毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ３１，Ｓ３２，及びＳ３５は、図３のステップＳ１１，Ｓ１２及びＳ１４と同一である。ステップＳ３１またはＳ３２の答が否定（ＮＯ）であるときは、振動係数ＫＩＤＳＩＮを「１．０」に設定するとともに（ステップＳ３３）、ダウンカウントタイマである待機時間タイマＴＭＫＡＣＴＦＤを所定待機時間ＴＫＡＣＴＦＤにセットしてスタートさせる（ステップＳ３４）。所定待機時間ＴＫＡＣＴＦＤは、空燃比振動制御を開始した時点からＬＡＦセンサ出力が安定化するまでの遅れ時間に相当するものである。
【００７４】
ステップＳ３９では停滞故障判定パラメータＲＴを「０」に設定し、ステップＳ４０ではダウンカウントタイマである積算時間タイマＴＭＬＡＦＤＥＴを所定積算期間ＴＬＡＦＤＥＴにセットしてスタートさせる。
【００７５】
ステップＳ３２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、振動係数ＫＩＤＳＩＮを算出し（ステップＳ３５）、次いで検出当量比ＫＡＣＴのｆｐバンドパスフィルタ処理を行うことにより、フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦを算出する。ｆｐバンドパスフィルタ処理は、振動周波数ｆｐ近傍の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ処理であり、公知の演算手法が適用される。ステップＳ３７では、フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦの絶対値ＫＡＣＴＦＡを算出する。フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦは、「０」を中心として変動するため、絶対値ＫＡＣＴＦＡが周波数ｆｐに対応する周波数成分強度を示すパラメータとして、以下に説明する故障判定処理に使用される。
【００７６】
ステップＳ３８では、待機時間タイマＴＭＫＡＣＴＦＤの値が「０」であるか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるのでステップＳ３９に進み、肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ４１に進んで、図１０に示すＲＴ算出処理を実行し、停滞故障判定パラメータＲＴを算出する。
【００７７】
ステップＳ４２では、下記式（１３）により絶対値ＫＡＣＴＦＡの積算演算を行うことにおり、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰを算出する。式（１３）の右辺のＫＡＣＴＦＡは、前回算出値である。
ＬＡＦＤＬＹＰ＝ＬＡＦＤＬＹＰ＋ＫＡＣＴＦＡ （１３）
【００７８】
式（１３）により算出されるｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰは、検出当量比ＫＡＣＴに含まれる振動周波数ｆｐ近傍の周波数成分強度（ｆｐ周波数成分強度）を示すパラメータであり、対称遅れ故障ＦＭ１を判定するのに適したパラメータである。対称遅れ故障ＦＭ１が発生すると、ｆｐ周波数成分強度が正常時に比べて顕著に低下するからである。
【００７９】
ステップＳ４３では、積算時間タイマＴＭＬＡＦＤＥＴの値が「０」であるか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、直ちに処理を終了する。ステップＳ４３の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ４４に進み、図１１に示す故障判定処理を実行し、判定終了フラグＦＤＥＴＥＮＤを「１」に設定する（ステップＳ４５）。
【００８０】
図１０は、図９のステップＳ４１で実行されるＲＴ算出処理のフローチャートである。
ステップＳ５１〜Ｓ５３は、図３のステップＳ１５〜Ｓ１７と同一の処理であり、図１０の処理を実行することにより、停滞故障判定パラメータＲＴが算出される。
【００８１】
図１１は、図９のステップＳ４４で実行される故障判定処理のフローチャートである。
ステップＳ６１では、停滞故障判定パラメータＲＴに応じて図１２に示すＫＲＴテーブルを検索し、補正係数ＫＲＴを算出する。ＫＲＴテーブルは、停滞故障判定パラメータＲＴが小さくなるほど、すなわち停滞故障が発生している可能性が高くなるほど補正係数ＫＲＴが減少するように設定されている。
【００８２】
ステップＳ６２では、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰに補正係数ＫＲＴを乗算することにより、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣを算出する。ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰに補正係数ＫＲＴを乗算することにより、停滞故障が発生している可能性が高くなるほど、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣは減少方向に変化する。
【００８３】
ステップＳ６３では、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣが第１判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるとき、すなわち補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣの値が比較的大きいときは、ＬＡＦセンサ１５は正常と判定する（ステップＳ６４）。
【００８４】
ステップＳ６３の答が否定（ＮＯ）であるときは、さらに補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣが第２判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨＬ（＜ＬＡＦＤＬＹＰＴＨ）より大きいか否を判別する（ステップＳ６５）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、非対称応答故障（ＦＭ２またはＦＭ３）が発生していると判定する（ステップＳ６６）。一方、ＬＡＦＤＬＹＰＣ≦ＬＡＦＤＬＹＰＴＨＬであるときは、さらに停滞故障判定パラメータＲＴが停滞故障判定閾値ＲＴＴＨより大きいか否かを判別する（ステップＳ６７）。
【００８５】
ステップＳ６７の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生していると判定し（ステップＳ６８）、ＲＴ≦ＲＴＴＨであるときは、停滞故障（ＦＭ４，ＦＭ５，またはＦＭ６）が発生していると判定する（ステップＳ６９）。
【００８６】
本実施形態によれば、空燃比を振動周期ＴＰＲＴ（振動周波数ｆｐ）で振動させる空燃比振動制御が行われ、空燃比振動制御実行中に算出される検出当量比変化量ＤＫＡＣＴが変化量閾値ｘＬＳＢと比較され、積算期間ＴＬＡＦＤＥＴにおいて検出当量比変化量ＤＫＡＣＴが変化量閾値ｘＬＳＢを超えるときに増分値ＲＴＡＤＤを積算することにより停滞故障判定パラメータＲＴが算出される。さらに空燃比振動制御実行中に、検出当量比ＫＡＣＴに含まれる、振動周波数ｆｐに対応する周波数成分の強度を示すｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰが算出され、停滞故障判定パラメータＲＴに応じて補正係数ＫＲＴが算出される。ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰを補正係数ＫＲＴで補正することにより、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣが算出され、この補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣに基づいてＬＡＦセンサ１５の故障が判定される。補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣは、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰが、停滞故障の発生可能性を示す停滞故障判定パラメータＲＴに応じて補正されたものに相当するので、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣを用いることによって、正常な状態をより高い精度で判定することが可能となり、かつ停滞故障とは異なる非対称遅れ故障（ＦＭ２またはＦＭ３）を区別して判定することが可能となる。
【００８７】
さらに補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣによる判別（ステップＳ６５）後に、第１故障判定判定パラメータＲＴによる判別を行うことにより、停滞故障を対称遅れ故障と区別して判定することが可能となる。
【００８８】
本実施形態では、図９のステップＳ３５が振動信号生成手段に相当し、図１０のステップＳ５１が変化量算出手段に相当し、ステップＳ３９及びＳ４１が第１故障判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ３６，Ｓ３７，Ｓ３９，及びＳ４２が周波数成分強度パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ３６がバンドパスフィルタ手段に相当し、図１１の処理が故障判定手段に相当し、図１１のステップＳ６２が補正手段に相当する。
【００８９】
［第３の実施形態］
本実施形態は、第２の実施形態で使用される停滞故障判定パラメータＲＴ及びｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰとともに、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰを使用して、故障判定を行うようにしたものである。周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰに相当するパラメータによる判定は、特開２０１０−１０１２８９号公報に示されている。
【００９０】
図１３は、本実施形態における故障判定処理のフローチャートである。この処理は、図９のステップＳ３６，Ｓ３７，Ｓ３９，Ｓ４２，及びＳ４４を、それぞれステップＳ３６ａ，Ｓ３７ａ，Ｓ３９ａ，Ｓ４２ａ，及びＳ４４ａに代え、さらにステップＳ４２ｂを追加したものである。
【００９１】
ステップＳ３６ａでは、検出当量比ＫＡＣＴについて第１バンドパスフィルタ処理を行うことにより、第１フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦ１を算出するとともに、検出当量比ＫＡＣＴについて第２バンドパスフィルタ処理を行うことにより、第２フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦ２を算出する。第１バンドパスフィルタ処理は、図９のステップＳ３６におけるバンドパスフィルタ処理に相当するもので、振動周波数ｆｐ近傍の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ処理である。第２バンドパスフィルタ処理は、振動周波数ｆｐの２倍の周波数近傍の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ処理である。
【００９２】
ステップＳ３７ａでは、第１フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦ１及び第２フィルタ処理後検出当量比ＫＡＣＴＦ２の絶対値ＫＡＣＴＦＡ１及びＫＡＣＴＦＡ２を算出する。
【００９３】
ステップＳ３９ａでは、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１（第２の実施形態におけるｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰに相当する）を「０」に設定するとともに、第２フィルタ処理後検出当量比の絶対値ＫＡＣＴＦＡ２の積算値（以下「２ｆｐ成分強度」という）ＬＡＦＤＬＹＰ２を「０」に設定する。
【００９４】
ステップＳ４２ａでは、下記式（２１）及び（２２）を用いて、絶対値ＫＡＣＴＦＡ１を積算することにより、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１を算出するとともに、絶対値ＫＡＣＴＦＡ２を積算することにより、２ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ２を算出する。
ＬＡＦＤＬＹＰ１＝ＬＡＦＤＬＹＰ１＋ＫＡＣＴＦＡ１ （２１）
ＬＡＦＤＬＹＰ２＝ＬＡＦＤＬＹＰ２＋ＫＡＣＴＦＡ２ （２２）
【００９５】
ステップＳ４２ｂでは、下記式（２３）により、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１と２ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ２との比率を、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰとして算出する。
ＲＬＡＦＤＬＹＰ＝ＬＡＦＤＬＹＰ１／ＬＡＦＤＬＹＰ２ （２３）
【００９６】
ステップＳ４４ａでは、図１４に示す故障判定処理を実行する。図１４に示す処理は、図１１のステップＳ６２及びＳ６７をそれぞれステップＳ６２ａ及びＳ６７ａに代えたものである。
【００９７】
ステップＳ６２ａでは、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１に補正係数ＫＲＴを乗算することにより、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣを算出する。ステップＳ６７ａでは、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰが第３判定閾値ＲＬＡＦＤＬＹＰＴＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生していると判定する。ＲＬＡＦＤＬＹＰ≦ＲＬＡＦＤＬＹＰＴＨであるときは、停滞故障が発生していると判定する。
【００９８】
図１５は、図１４の処理を説明するための図であり、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰに対応する横軸と、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣに対応する縦軸とで定義される平面上に、正常なＬＡＦセンサに対応するデータ群の領域（以下「正常データ領域」という）ＲＮと、対称応答遅れ故障ＦＭ１が発生している状態に対応するデータ群の領域（以下「対称応答遅れデータ領域」という）ＲＦ１と、非対称応答遅れ故障（ＦＭ２，ＦＭ３）が発生している状態に対応するデータ群の領域（以下「非対称応答遅れデータ領域」という）ＲＦ２と、停滞故障が発生している状態に対応するデータ群の領域（以下「停滞故障データ領域」という）ＲＦ３とが示されている。
【００９９】
この図から明らかなように、第１判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨによって、正常なセンサを判別し、第２判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨＬによって非対称応答遅れ故障を判別し、さらに第３判定閾値ＲＬＡＦＤＬＹＰＴＨによって対称応答遅れ故障と停滞故障とを判別することができる。
【０１００】
本実施形態では、図１３のステップＳ３５が振動信号生成手段に相当し、ステップＳ３９ａ及びＳ４１が第１故障判定パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ３６ａ，Ｓ３７ａ，Ｓ３９ａ，及びＳ４２ａが第２故障判定パラメータ算出手段に相当し、図１４の処理が故障判定手段に相当する。
【０１０１】
［変形例１］
図１６は、図１４に示す処理の第１変形例を示すフローチャートである。
ステップＳ７１は、ステップＳ６１と同一であり、停滞故障判定パラメータＲＴに応じて補正係数ＫＲＴを算出する。
【０１０２】
ステップＳ７２では、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰに補正係数ＫＲＴを乗算することにより、補正故障判定パラメータＲＬＡＦＤＬＹＰＣを算出する。ステップＳ７３では、補正故障判定パラメータＲＬＡＦＤＬＹＰＣが第３判定閾値ＲＬＡＦＤＬＹＰＴＨより大きい否かを判別する。ステップＳ７３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、さらにｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１が第１判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨより大きいか否かを判別する（ステップＳ７４）。
【０１０３】
ステップＳ７４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときはＬＡＦセンサ１５は正常と判定し、ＬＡＦＤＬＹＰ１≦ＬＡＦＤＬＹＰＴＨであるときは、対称遅れ故障ＦＭ１が発生していると判定する。
【０１０４】
ステップＳ７３の答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ７７に進み、停滞故障判定パラメータＲＴが停滞故障判定閾値ＲＴＴＨより大きいか否かを判別する。ステップＳ７７の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、非対称遅れ故障（ＦＭ２またはＦＭ３）が発生していると判定し、ＲＴ≦ＲＴＴＨであるときは、停滞故障が発生していると判定する（ステップＳ７９）。
【０１０５】
本変形例によれば、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰを補正係数ＫＲＴを用いて補正することにより、補正故障判定パラメータＲＬＡＦＤＬＹＰＣが算出され、さらにステップＳ７４及びＳ７７の判別を行うことによって、故障態様を判定することができる。
【０１０６】
本変形例では、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰが第２故障判定パラメータに相当し、ステップＳ７１及びＳ７２が補正手段に相当し、ステップＳ７３〜Ｓ７９が故障判定手段に相当する。
【０１０７】
［変形例２］
図１７は、図１４に示す処理の第２変形例を示すフローチャートである。
ステップＳ８１は、ステップＳ６１と同一であり、停滞故障判定パラメータＲＴに応じて補正係数ＫＲＴを算出する。
【０１０８】
ステップＳ８２では、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ及び周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰの積に補正係数ＫＲＴを乗算することにより、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣａを算出する。ステップＳ８３では、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣａが第４判定閾値ＬＡＦＤＬＹＰＴＨａより大きい否かを判別する。ステップＳ８３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ１５は正常であると判定し（ステップＳ８４）、ＬＡＦＤＬＹＰＣａ≦ＬＡＦＤＬＹＰＴＨａであるときは、上述した何れかの故障が発生していると判定する（ステップＳ８５）。
【０１０９】
本変形例によれば、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ及び周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰの積に補正係数ＫＲＴを乗算することにより、補正故障判定パラメータＬＡＦＤＬＹＰＣａが算出される。ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ、周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰ、及び補正係数ＫＲＴは、いずれもＬＡＦセンサ１５が正常であれば比較的大きな値をとるパラメータ（故障の程度が悪化するほど減少するパラメータ）であるため、これらを乗算することにより、ＬＡＦセンサ１５の正常状態をより高い精度で判定することができる。
【０１１０】
本変形例では、ｆｐ成分強度ＬＡＦＤＬＹＰ１と周波数成分強度比率ＲＬＡＦＤＬＹＰの積が第２故障判定パラメータに相当し、ステップＳ８１及びＳ８２が補正手段に相当し、ステップＳ８３〜Ｓ８５が故障判定手段に相当する。
【０１１１】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１の実施形態の変形例２では、停滞故障判定閾値ＲＴＴＨをエンジン回転数ＮＥに応じて設定するようにしたが、これに代えて増分値ＲＴＡＤＤ、または変化量検出期間ＴＤＡＦ、または積算時間ＴＩＮＴをエンジン回転数ＮＥに応じて設定するようにしてもよい。その場合には、増分値ＲＴＡＤＤはエンジン回転数ＮＥが増加するほど減少するように設定し、変化量検出期間ＴＤＡＦはエンジン回転数ＮＥが増加するほど減少するように設定し、積算時間ＴＩＮＴをエンジン回転数ＮＥが増加するほど減少するように設定する。
【０１１２】
第２及び第３の実施形態においても、第１の実施形態の変形例２と同様に、振動係数ＫＩＤＳＩＮをエンジン回転に同期して変化するように算出してもよい。その場合には、停滞故障判定閾値ＲＴＴＨ、または増分値ＲＴＡＤＤ、または変化量検出期間ＴＤＡＦ、または積算時間ＴＩＮＴをエンジン回転数ＮＥに応じて設定することが望ましい。
【０１１３】
この変形例では振動周波数ｆｐがエンジン回転数ＮＥの変化に伴って変化するため、バンドバスフィルタ処理に適用するフィルタ係数を以下のようにして算出する。すなわち、エンジン回転数ＮＥに応じて複数組のフィルタ係数が設定されたフィルタ係数テーブルを予めメモリに格納しておき、判定実行時のエンジン回転数ＮＥに応じてフィルタ係数テーブルを検索して、使用するフィルタ係数を算出する。この変形例では、エンジン回転数ＮＥが急変したときは、故障判定を中止することが望ましい。
【符号の説明】
【０１１４】
１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（振動信号生成手段、空燃比振動手段、変化量算出手段、故障判定パラメータ算出手段、停滞故障判定手段、バンドバスフィルタ手段、補正手段、故障判定手段、閾値設定手段、増分値設定手段、検出期間設定手段、積算期間設定手段）
６ 燃料噴射弁（空燃比振動手段）
１１ クランク角度位置センサ（回転数検出手段）
１３ 排気通路
１５ 比例型酸素濃度センサ（空燃比検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段を備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比を設定振動周期で振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、
前記振動信号に応じて前記空燃比を振動させる空燃比振動手段と、
該空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力の変化量であって、前記設定振動周期より短い設定検出期間当たりの変化量を、検出空燃比変化量として算出する変化量算出手段と、
前記検出空燃比変化量と変化量閾値とを比較し、判定積算期間において前記比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値を積算することにより故障判定パラメータを算出する故障判定パラメータ算出手段と、
前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障を判定するための停滞故障判定閾値と、前記故障判定パラメータとを比較し、該比較結果に応じて前記停滞故障を判定する停滞故障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。
【請求項２】
前記設定振動周期は前記機関回転に同期した期間に設定され、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記停滞故障判定閾値を前記機関回転数に応じて設定する閾値設定手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段を備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比を設定振動周期で振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、
前記振動信号に応じて前記空燃比を振動させる空燃比振動手段と、
前記空燃比振動手段による空燃比振動の実行中に、前記空燃比検出手段の出力の変化量であって、前記設定振動周期より短い設定検出期間当たりの変化量を、検出空燃比変化量として算出する変化量算出手段と、
前記検出空燃比変化量と変化量閾値とを比較し、判定積算期間において前記比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値を積算することにより第１故障判定パラメータを算出する第１故障判定パラメータ算出手段と、
前記空燃比振動手段による空燃比振動の実行中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる、前記設定振動周期に応じた特定周波数成分を抽出し、該特定周波数成分に基づいて第２故障判定パラメータを算出する第２故障判定パラメータ算出手段と、
前記第１故障判定パラメータに応じて前記第２故障判定パラメータを補正し、補正故障判定パラメータを算出する補正手段と、
前記補正故障判定パラメータに基づいて前記空燃比検出手段の故障を判定する故障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。
【請求項４】
前記第２故障判定パラメータ算出手段は、
前記空燃比検出手段の出力についてバンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期に対応する設定振動周波数成分をフィルタ処理後出力として算出するバンドパスフィルタ手段を有し、
前記フィルタ処理後出力を積算することにより、前記第２故障判定パラメータを算出し、
前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータに応じて補正係数を算出し、前記第２故障判定パラメータに前記補正係数を乗算することにより前記補正故障判定パラメータを算出し、
前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障であるか、前記空燃比検出手段の応答が遅れる応答遅れ故障であるかを、前記補正故障判定パラメータに基づいて判別することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記第２故障判定パラメータ算出手段は、
前記空燃比検出手段の出力について第１バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期に対応する設定振動周波数成分を第１フィルタ処理後出力として算出する第１バンドパスフィルタ手段と、
前記空燃比検出手段の出力について第２バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周波数の２倍の周波数成分を第２フィルタ処理後出力として算出する第２バンドパスフィルタ手段と、
前記第１フィルタ処理後出力を積算することにより第１周波数成分強度を算出する第１周波数成分強度算出手段と、
前記第２フィルタ処理後出力を積算することにより第２周波数成分強度を算出する第２周波数成分強度算出手段とを有し、
前記第１周波数成分強度と前記第２周波数成分強度との比率を、前記第２故障判定パラメータとして算出し、
前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータに応じて補正係数を算出し、前記第２故障判定パラメータに前記補正係数を乗算することにより前記補正故障判定パラメータを算出し、
前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障であるか、前記空燃比検出手段の応答が遅れる応答遅れ故障であるかを、前記補正故障判定パラメータに基づいて判別する故障種別判別手段を有することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記第２故障判定パラメータ算出手段は、
前記空燃比検出手段の出力について第１バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期に対応する設定振動周波数成分を第１フィルタ処理後出力として算出する第１バンドパスフィルタ手段と、
前記空燃比検出手段の出力について第２バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周波数の２倍の周波数成分を第２フィルタ処理後出力として算出する第２バンドパスフィルタ手段と、
前記第１フィルタ処理後出力を積算することにより第１周波数成分強度を算出する第１周波数成分強度算出手段と、
前記第２フィルタ処理後出力を積算することにより第２周波数成分強度を算出する第２周波数成分強度算出手段と、
前記第１周波数成分強度と前記第２周波数成分強度との比率を、周波数成分強度比率として算出する周波数成分強度比率算出手段とを有し、
前記第１周波数成分強度と前記周波数成分強度比率の積を前記第２故障判定パラメータとして算出し、
前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータに応じて補正係数を算出し、前記第２故障判定パラメータに前記補正係数を乗算することにより前記補正故障判定パラメータを算出し、
前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段が故障しているか否かを、前記補正故障判定パラメータに基づいて判別することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記設定振動周期は前記機関回転に同期した期間に設定され、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記第１故障判定パラメータの算出に適用される前記増分値を前記機関回転数に応じて設定する増分値設定手段とをさらに備えることを特徴とする請求項３から６の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記設定検出期間は、前記設定振動周期の１／４の期間に設定されることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記設定振動周期は前記機関回転に同期した期間に設定され、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記設定検出期間を前記機関回転数に応じて設定する検出期間設定手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】
前記設定振動周期は前記機関回転に同期した期間に設定され、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記判定積算期間を前記機関回転数に応じて設定する積算期間設定手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１１】
前記空燃比検出手段は、その出力が前記空燃比の変化に対して直線的に変化する比例型空燃比センサであることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段を備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比を設定振動周期で振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、
前記振動信号に応じて前記空燃比を振動させる空燃比振動手段と、
該空燃比振動手段の作動中に、前記空燃比検出手段の出力の変化量であって、前記設定振動周期より短い設定検出期間当たりの変化量を、検出空燃比変化量として算出する変化量算出手段と、
前記検出空燃比変化量と変化量閾値とを比較し、判定積算期間において前記比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値を積算することにより故障判定パラメータを算出する故障判定パラメータ算出手段と、
前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障を判定するための停滞故障判定閾値と、前記故障判定パラメータとを比較し、該比較結果に応じて前記停滞故障を判定する停滞故障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。
【請求項２】
前記設定振動周期は前記機関回転に同期した期間に設定され、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記停滞故障判定閾値を前記機関回転数に応じて設定する閾値設定手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記機関で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段を備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比を設定振動周期で振動させるための振動信号を生成する振動信号生成手段と、
前記振動信号に応じて前記空燃比を振動させる空燃比振動手段と、
前記空燃比振動手段による空燃比振動の実行中に、前記空燃比検出手段の出力の変化量であって、前記設定振動周期より短い設定検出期間当たりの変化量を、検出空燃比変化量として算出する変化量算出手段と、
前記検出空燃比変化量と変化量閾値とを比較し、判定積算期間において前記比較の結果が所定の条件を満たすときに増分値を積算することにより第１故障判定パラメータを算出する第１故障判定パラメータ算出手段と、
前記空燃比振動手段による空燃比振動の実行中に、前記空燃比検出手段の出力信号に含まれる、前記設定振動周期に応じた特定周波数成分を抽出し、該特定周波数成分に基づいて第２故障判定パラメータを算出する第２故障判定パラメータ算出手段と、
前記第１故障判定パラメータに応じて前記第２故障判定パラメータを補正し、補正故障判定パラメータを算出する補正手段と、
前記補正故障判定パラメータに基づいて前記空燃比検出手段の故障を判定する故障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。
【請求項４】
前記第２故障判定パラメータ算出手段は、
前記空燃比検出手段の出力についてバンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期に対応する設定振動周波数成分をフィルタ処理後出力として算出するバンドパスフィルタ手段を有し、
前記フィルタ処理後出力を積算することにより、前記第２故障判定パラメータを算出し、
前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータに応じて補正係数を算出し、前記第２故障判定パラメータに前記補正係数を乗算することにより前記補正故障判定パラメータを算出し、
前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障であるか、前記空燃比検出手段の応答が遅れる応答遅れ故障であるかを、前記補正故障判定パラメータに基づいて判別することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記第２故障判定パラメータ算出手段は、
前記空燃比検出手段の出力について第１バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期に対応する設定振動周波数成分を第１フィルタ処理後出力として算出する第１バンドパスフィルタ手段と、
前記空燃比検出手段の出力について第２バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周波数の２倍の周波数成分を第２フィルタ処理後出力として算出する第２バンドパスフィルタ手段と、
前記第１フィルタ処理後出力を積算することにより第１周波数成分強度を算出する第１周波数成分強度算出手段と、
前記第２フィルタ処理後出力を積算することにより第２周波数成分強度を算出する第２周波数成分強度算出手段とを有し、
前記第１周波数成分強度と前記第２周波数成分強度との比率を、前記第２故障判定パラメータとして算出し、
前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータに応じて補正係数を算出し、前記第２故障判定パラメータに前記補正係数を乗算することにより前記補正故障判定パラメータを算出し、
前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段の出力が停滞する停滞故障であるか、前記空燃比検出手段の応答が遅れる応答遅れ故障であるかを、前記補正故障判定パラメータに基づいて判別する故障種別判別手段を有することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記第２故障判定パラメータ算出手段は、
前記空燃比検出手段の出力について第１バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周期に対応する設定振動周波数成分を第１フィルタ処理後出力として算出する第１バンドパスフィルタ手段と、
前記空燃比検出手段の出力について第２バンドパスフィルタ処理を施して、前記設定振動周波数の２倍の周波数成分を第２フィルタ処理後出力として算出する第２バンドパスフィルタ手段と、
前記第１フィルタ処理後出力を積算することにより第１周波数成分強度を算出する第１周波数成分強度算出手段と、
前記第２フィルタ処理後出力を積算することにより第２周波数成分強度を算出する第２周波数成分強度算出手段と、
前記第１周波数成分強度と前記第２周波数成分強度との比率を、周波数成分強度比率として算出する周波数成分強度比率算出手段とを有し、
前記第１周波数成分強度と前記周波数成分強度比率の積を前記第２故障判定パラメータとして算出し、
前記補正手段は、前記第１故障判定パラメータに応じて補正係数を算出し、前記第２故障判定パラメータに前記補正係数を乗算することにより前記補正故障判定パラメータを算出し、
前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段が故障しているか否かを、前記補正故障判定パラメータに基づいて判別することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記設定振動周期は前記機関回転に同期した期間に設定され、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記第１故障判定パラメータの算出に適用される前記増分値を前記機関回転数に応じて設定する増分値設定手段とをさらに備えることを特徴とする請求項３から６の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記設定検出期間は、前記設定振動周期の１／４の期間に設定されることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記設定振動周期は前記機関回転に同期した期間に設定され、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記設定検出期間を前記機関回転数に応じて設定する検出期間設定手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】
前記設定振動周期は前記機関回転に同期した期間に設定され、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記判定積算期間を前記機関回転数に応じて設定する積算期間設定手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１１】
前記空燃比検出手段は、その出力が前記空燃比の変化に対して直線的に変化する比例型空燃比センサであることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２４１５２５（Ｐ２０１２−２４１５２５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９１４８（Ｐ２０１１−１０９１４８）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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