内燃機関の空燃比制御装置
【課題】 空燃比制御系の故障判定の開始後における機関運転状態の変化を的確に監視し、故障判定精度を向上させ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】 故障判定期間中にＬＡＦセンサ１５の出力信号から算出される検出当量比ＫＡＣＴに含まれる周波数ｆ１成分及び周波数ｆ２成分を抽出し、これらの周波数成分に基づいてＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障が判定される。故障判定開始後において特定運転状態パラメータＸＯＰの変動状態を示し、かつ特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴が反映される変化量積算値ＩＤＸＯＰを算出し、変化量積算値ＩＤＸＯＰが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨ以上であるときに、故障判定が中断（停止）される。
【解決手段】 故障判定期間中にＬＡＦセンサ１５の出力信号から算出される検出当量比ＫＡＣＴに含まれる周波数ｆ１成分及び周波数ｆ２成分を抽出し、これらの周波数成分に基づいてＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障が判定される。故障判定開始後において特定運転状態パラメータＸＯＰの変動状態を示し、かつ特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴が反映される変化量積算値ＩＤＸＯＰを算出し、変化量積算値ＩＤＸＯＰが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨ以上であるときに、故障判定が中断（停止）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、特に空燃比制御系における故障を判定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は、複数気筒を有する内燃機関の排気管集合部に設けられた１つの空燃比センサを用いて、各気筒の空燃比のばらつきを判定する制御装置を開示している。この装置によれば、判定に使用するデータの取得は、吸入空気量の変化量が所定量より小さいこと、吸入空気量が所定上下限値の範囲内にあること、機関回転数の変化量が所定量より小さいこと、機関回転数が所定上下限値の範囲内にあることを含む所定条件が成立するときに行われる。
【０００３】
さらに取得されたデータに基づいて１サイクル周波数成分（機関回転数に対応する周波数の１／２の周波数成分）の強度（ＭＰＯＷ１）が算出され、その周波数成分強度が閾値（ＴＨＭＰ１）より大きいときに、気筒毎の空燃比が許容限度を超えてばらついていると判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２０４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の装置では、機関の運転状態パラメータＸＯＰ（吸入空気量、機関回転数）の変化量を用いた判定は、一定時間ＤＴ（例えば１００ｍｓｅｃ）毎の変化量ＤＸＯＰと、所定量ＤＸＯＰＴＨとを比較することにより行われるため、例えば３００ｍｓｅｃ程度の期間では大きく変化しているような運転状態であっても、変化量ＤＸＯＰは所定量ＤＸＯＰＴＨ以下であるような場合には、データ取得が許可される（図１４（ａ）参照）。また運転状態パラメータＸＯＰが大きく変動していても、所定上下限値ＸＯＰＬＭＨ，ＸＯＰＬＭＬの範囲内の変動であれば、データ取得が許可される（図１４（ｂ）参照）。
【０００６】
したがって、上記従来の装置で採用されるデータ取得条件では、運転状態パラメータＸＯＰが大きく変動している状態において取得したデータに基づく判定が行われ、判定精度が低下するおそれがある。特に上記１サイクル周波数に近い周波数の変動が含まれているときに、判定精度が低下する可能性が高くなる。
【０００７】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、空燃比制御系の故障判定の開始後における機関運転状態の変化を的確に監視し、故障判定精度を向上させ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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、複数気筒を有する内燃機関の排気通路において空燃比（ＫＡＣＴ）を検出する空燃比検出手段と、前記複数気筒のそれぞれに供給する燃料量（ＴＯＵＴ）を制御する燃料量制御手段とを備える、内燃機関の空燃比制御装置において、前記機関の運転状態を示す少なくとも一つの運転状態パラメータ（ＸＯＰ）を取得する運転状態パラメータ取得手段と、故障判定期間中に前記空燃比検出手段の検出信号から特定周波数成分（周波数ｆ１成分、０．５次周波数成分）を抽出する抽出手段と、抽出された特定周波数成分に基づいて前記機関の空燃比制御系の故障判定を行う故障判定手段と、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータ（ＸＯＰ）の変動状態を示す変動状態パラメータであって、前記運転状態パラメータの変動履歴が反映される変動状態パラメータ（ＩＤＸＯＰ，ＩＤＸＯＰＰ，ＩＤＸＯＰＮ，（ＸＯＰＭＡＸ−ＸＯＰＭＩＮ），ＸＯＰＢＦＡ）を算出する変動状態パラメータ算出手段と、前記変動状態パラメータが所定閾値以上である特定変動状態が検出されたときに、前記故障判定を中断または停止する判定停止手段とを備え、前記特定変動状態は、前記抽出手段により抽出される特定周波数成分の強度に影響を与える変動状態であることを特徴とする。
【０００９】
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、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータ（ＸＯＰ）または前記運転状態パラメータの平均値（ＸＯＰＡＶＥ）が所定上下限値（ＸＯＰＬＭＨ，ＸＯＰＬＭＬ）の範囲内にあるときに前記変動状態パラメータの算出を実行することを特徴とする。
【００１０】
請求項３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、前記運転状態パラメータ取得手段は、複数の運転状態パラメータを取得し、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記変動状態パラメータの算出に適用される運転状態パラメータとは異なる他の運転状態パラメータ（ＧＡＩＲ）または該他の運転状態パラメータの平均値（ＧＡＩＲＡＶＥ）が所定上下限値の範囲内にあるときに前記変動状態パラメータの算出を実行することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３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、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータの変化量絶対値（ＤＸＯＰＡ）を積算することにより前記変動状態パラメータ（ＩＤＸＯＰ）を算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から３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、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータの正の変化量を積算することにより増加量積算値（ＩＤＸＯＰＰ）を算出するとともに、前記運転状態パラメータの負の変化量の絶対値を積算することにより減少量積算値（ＩＤＸＯＰＮ）を算出し、前記増加量積算値及び減少量積算値の少なくとも一方を、前記変動状態パラメータとして算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１から３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、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後における前記運転状態パラメータの最大値（ＸＯＰＭＡＸ）及び最小値（ＸＯＰＭＩＮ）を更新するとともに前記最大値と前記最小値との差分値（ＸＯＰＭＡＸ−ＸＯＰＭＩＮ）を前記変動状態パラメータとして算出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１から３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、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後における前記運転状態パラメータに含まれる所定周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、該バンドパスフィルタ処理後の運転状態パラメータ（ＸＯＰＢＦＡ）を前記変動状態パラメータとして算出す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、前記特定周波数成分は、前記機関の回転速度に対応する周波数の１／２の周波数成分である０．５次周波数成分であり、前記故障判定手段は、前記０．５次周波数成分に基づいて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障を判定す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、前記空燃比を設定周波数（ｆ１）で変動させる空燃比変動手段をさらに備え、前記特定周波数成分は、前記設定周波数の成分（周波数ｆ１成分）であり、前記故障判定手段は、前記設定周波数の成分に基づいて、前記空燃比検出手段の劣化故障を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、故障判定期間中に空燃比検出手段の検出信号から特定周波数成分が抽出され、抽出された特定周波数成分に基づいて空燃比制御系の故障判定が行われる。故障判定期間開始後において機関の運転状態を示す運転状態パラメータの変動状態を示し、かつ運転状態パラメータの変動履歴が反映される変動状態パラメータが算出され、この変動状態パラメータが所定閾値以上である特定変動状態、すなわち抽出手段によって抽出される特定周波数成分の強度に影響を与える変動状態が検出されたときに、故障判定が中断または停止される。運転状態パラメータの変動履歴が反映される変動状態パラメータを用いて特定変動状態を検出することにより、運転状態パラメータの変動が特定周波数成分の強度に影響を及ぼすことに起因する誤判定を防止し、故障判定精度を向上させることができる。なお、変動状態パラメータとして、運転状態パラメータの平均値を用いた場合には、上記特定変動状態を検出することはできないので、運転状態パラメータの平均値は、変動状態パラメータには含まれない。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、故障判定期間開始後において運転状態パラメータまたはその平均値が所定上下限値の範囲内にあるときに変動状態パラメータの算出が行われるので、運転状態パラメータが故障判定に適さない値に変化したときは、変動状態パラメータの算出が停止される。これにより、変動状態パラメータによる不適切な停止条件判定が回避され、故障判定精度の低下を防止できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、故障判定期間開始後において、変動状態パラメータの算出に適用される運転状態パラメータとは異なる他の運転状態パラメータまたは該他の運転状態パラメータの平均値が、所定上下限値の範囲内にあるときに変動状態パラメータの算出が行われる。他の運転状態パラメータが故障判定に適さない値に変化したときは、変動状態パラメータの算出が停止されるので、変動状態パラメータによる不適切な停止条件判定が回避され、故障判定精度の低下を防止できる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、故障判定期間開始後において運転状態パラメータの変化量絶対値を積算することにより変動状態パラメータが算出されるので、比較的簡便な演算で、運転状態パラメータの変動履歴を的確に示す変動状態パラメータが得られる。その結果、制御装置の演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、故障判定期間開始後において運転状態パラメータの正の変化量を積算することにより増加量積算値が算出されるとともに、運転状態パラメータの負の変化量の絶対値を積算することにより減少量積算値が算出され、増加量積算値及び減少量積算値の少なくとも一方が、変動状態パラメータとして算出される。したがって、比較的簡便な演算で、運転状態パラメータの増加及び／または減少の履歴を的確に示す変動状態パラメータが得られる。その結果、制御装置の演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、故障判定期間開始後における運転状態パラメータの最大値及び最小値が更新されるとともに、最大値と最小値との差分値が変動状態パラメータとして算出されるので、比較的簡便な演算で、空燃比検出手段の出力特性が大きく変化する変動履歴を確実に判定することができる。その結果、制御装置の演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、故障判定期間開始後における運転状態パラメータに含まれる所定周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理が実行され、該バンドパスフィルタ処理後の運転状態パラメータが変動状態パラメータとして算出されるので、故障判定に使用される特定周波数成分に大きな影響を与える変動周波数成分が運転状態パラメータに含まれている状態を、比較的簡便な演算で確実に判定することができる。その結果、制御装置の演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、特定周波数成分は、機関の回転速度に対応する周波数の１／２の周波数成分である０．５次周波数成分であり、０．５次周波数成分に基づいて、複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障が判定される。したがって、運転状態パラメータの変動によってインバランス故障の判定精度が低下することを防止できる。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、空燃比を設定周波数で変動させる空燃比変動制御が行われ、設定周波数の成分に基づいて、空燃比検出手段の劣化故障が判定される。したがって、運転状態パラメータの変動によって空燃比検出手段の劣化故障の判定精度が低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】故障判定処理の全体構成を示すフローチャートである。
【図３】停止条件判定処理（第１の実施形態）のフローチャートである。
【図４】図３の処理を説明するためのタイムチャートである。
【図５】図２の処理で実行されるＬＡＦセンサ故障判定処理のフローチャートである。
【図６】図３に示す処理の第１変形例を示すフローチャートである。
【図７】図３に示す処理の第２変形例を示すフローチャートである。
【図８】停止条件判定処理（第２の実施形態）のフローチャートである。
【図９】停止条件判定処理（第３の実施形態）のフローチャートである。
【図１０】図９の処理を説明するためのタイムチャートである。
【図１１】停止条件判定処理（第４の実施形態）のフローチャートである。
【図１２】図２に示す処理の変形例のフローチャートである。
【図１３】図１２で実行されるインバランス故障判定処理のフローチャートである。
【図１４】従来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】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
なお、図示は省略しているが、エンジン１には周知の排気還流機構が設けられている。
【００３４】
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。
【００３５】
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×ＫＴＯＴＡＬ （１）
【００３６】
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。
【００３７】
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。後述するように、ＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障判定を行うときは、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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の応答特性劣化故障判定を行う。
【００４１】
本実施形態における応答特性劣化故障判定は、基本的には特開２０１０−１０１２８９号公報に示される手法と同一のものであり、エンジン運転中に空燃比を周波数ｆ１で振動させる空燃比振動制御を実行し、ＬＡＦセンサ１５の出力信号から算出される検出当量比ＫＡＣＴに含まれる周波数ｆ１の成分強度ＭＰＴｆ１と、周波数ｆ１の２倍の周波数である周波数ｆ２に対応する周波数ｆ２の成分強度ＭＰＴｆ２とを用いて、応答特性劣化故障が判定される。
【００４２】
図２は、故障判定処理の全体構成を示すフローチャートである。この処理は、所定クランク角度ＣＡＣＡＬ（例えば３０度）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ１では、実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」であるか否かを判別する。実行条件フラグＦＭＣＮＤは、実行条件判定処理（図示せず）において故障判定の実行条件が成立するとき「１」に設定される。具体的には下記の条件１）〜１１）がすべて満たされると、実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」に設定される。条件１）〜１１）の何れかが満たされないときは、実行条件フラグＦＭＣＮＤは「０」に維持される。
【００４３】
１）エンジン回転数ＮＥが所定上下限値の範囲内にある。
２）吸気圧ＰＢＡが所定圧より高い（判定に必要な排気流量が確保されている）。
３）ＬＡＦセンサ１５が活性化している。
４）ＬＡＦセンサ１５の出力に応じた空燃比フィードバック制御が実行されている。
５）エンジン冷却水温ＴＷが所定温度より高い。
６）エンジン回転数ＮＥの単位時間当たりの変化量ＤＮＥが所定回転数変化量より小さい。
７）吸気圧ＰＢＡの単位時間当たりの変化量ＤＰＢＡＦが所定吸気圧変化量より小さい。
８）燃料の加速増量（急加速時に実行される）が行われていない。
９）排気還流率が所定値より大きい。
１０）ＬＡＦセンサ出力が上限値または下限値に張り付いた状態ではない。
１１）ＬＡＦセンサの応答特性が正常である（応答特性の劣化故障が発生しているとの判定が行われていない）。
【００４４】
ステップＳ１で実行条件フラグＦＭＣＮＤが「０」であるときは直ちに処理を終了する。実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」に設定されると、ステップＳ１からステップＳ２に進み、目標当量比ＫＣＭＤを下記式（２）によって振動させる空燃比振動制御を実行する。空燃比振動制御実行中は、空燃比補正係数ＫＡＦを「１．０」または「１．０」以外の特定の値に固定される。式（２）のＫｆ１は、例えば振動周波数ｆ１を０．４ｆＮＥ（ｆＮＥ＝ＮＥ［ｒｐｍ］／６０）とする場合には、「０．４」に設定される第１周波数係数であり、「ｋ」は目標当量比ＫＣＭＤの算出周期ＣＡＣＡＬで離散化した離散化時刻である。
ＫＣＭＤ＝ＤＡＦ×ｓｉｎ（Ｋｆ１×ＣＡＣＡＬ×ｋ）＋１ （２）
【００４５】
ステップＳ３では、空燃比振動制御フラグＦＰＴが「１」であるか否かを判別する。空燃比振動制御フラグＦＰＴは、空燃比振動制御の開始時点から所定安定化時間ＴＳＴＢＬが経過すると「１」に設定される。ステップＳ３の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。
【００４６】
ステップＳ３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、停止条件フラグＦＤＳＴＰが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ４）。停止条件フラグＦＤＳＴＰは、図３に示す停止条件判定処理において、故障判定処理を停止すべき条件が成立するとき「１」に設定される。ステップＳ４の答が否定（ＮＯ）であるときは、図５に示すＬＡＦセンサ故障判定処理を実行する（ステップＳ５）。
【００４７】
ステップＳ４でＦＤＳＴＰ＝１であるときは、実行条件フラグＦＭＣＮＤを「０」に戻し（ステップＳ６）、処理を終了する。
【００４８】
図３は、停止条件判定処理のフローチャートである。この処理は、実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」であるときに、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）毎に実行される。
ステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥが所定高回転数ＮＥＴＨＨより低いか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン冷却水温ＴＷが所定低水温ＴＷＴＨＬより高いか否かを判別する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１またはＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、故障判定を停止すべきであると判定し、停止条件フラグＦＤＳＴＰを「１」に設定する。ここで、所定高回転数ＮＥＴＨＨは、上記故障判定実行条件の１）における上限回転数と同一またはより高い値に設定され、所定低水温ＴＷＬは、上記故障判定実行条件の５）における所定温度と同一またはより低い温度に設定される。所定高回転数ＮＥＴＨＨを実行条件１）における上限回転数より高い値に設定し、所定低水温ＴＷＬを実行条件５）における所定温度より低い温度に設定する場合には、故障判定が開始され易く、停止（中断）され難くすることができる。
【００４９】
ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１３〜Ｓ１７により、特定運転状態パラメータＸＯＰに基づく停止条件判定を行う。特定運転状態パラメータＸＯＰとしては、吸入空気流量ＧＡＩＲ、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ、エンジン回転数ＮＥ、または吸気圧ＰＢＡの何れか１つが使用される。気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬは、吸入空気量流量ＧＡＩＲに基づいて公知の手法（例えば特開２０１１−１４４６８３号公報）で算出される１ＴＤＣ期間（ＴＤＣパルスの発生周期）当たりの気筒吸入空気量である。
【００５０】
ステップＳ１３では、特定運転状態パラメータＸＯＰが所定下限値ＸＯＰＬＭＬ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、特定運転状態パラメータＸＯＰが所定上限値ＸＯＰＬＭＨより小さいか否かを判別する（ステップＳ１４）。ステップＳ１３またはＳ１４の答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ１９に進む。
【００５１】
ステップＳ１４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、下記式（１１）により、特定運転状態パラメータＸＯＰの変化量絶対値ＤＸＯＰＡを算出する。式（１１）のＸＯＰＺは、特定運転状態パラメータＸＯＰの前回値である。
ＤＸＯＰＡ＝｜ＸＯＰ−ＸＯＰＺ｜ （１１）
【００５２】
ステップＳ１６では、変化量絶対値ＤＸＯＰＡを下記式（１２）に適用し、変化量積算値ＩＤＸＯＰを算出する。式（１２）のＩＤＸＯＰＺは、変化量積算値ＩＤＸＯＰの前回値である。
ＩＤＸＯＰ＝ＩＤＸＯＰＺ＋ＤＸＯＰＡ （１２）
【００５３】
ステップＳ１７では、変化量積算値ＩＤＸＯＰが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨ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、停止条件フラグＦＤＳＴＰを「０」に設定する。したがって、ＬＡＦセンサ故障判定処理は継続される。
【００５４】
ステップＳ１７の答が否定（ＮＯ）であって変化量積算値ＩＤＸＯＰが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨ以上であるときは、停止条件成立と判定し、前記ステップＳ１９に進む。
変化量積算値ＩＤＸＯＰは、例えば図４に示す時刻ｔ１においては、変化量絶対値ＤＸＯＰＡ１〜ＤＸＯＰＡ６の和に相当する値となり、特定運転状態パラメータＸＯＰの増加方向及び減少方向の変動履歴が反映される。
【００５５】
図５は、図２のステップＳ５で実行されるＬＡＦセンサ故障判定処理のフローチャートである。
ステップＳ１０１では、ＬＡＦセンサ出力から算出される検出当量比ＫＡＣＴについて、周波数ｆ１成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、バンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１を算出する。
【００５６】
ステップＳ１０２では、周波数ｆ２成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、バンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２を算出する。
【００５７】
ステップＳ１０３では、周波数成分強度の算出開始時点から所定積算時間ＴＩＮＴが経過したか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）である間は直ちに処理を終了する。ステップＳ１０３の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ１０４に進み、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１が強度判定閾値ＭＰＴｆ１ＴＨより小さいか否かを判別する。
【００５８】
ステップＳ１０４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ出力のリッチ側の応答特性及びリーン側の応答特性がほぼ同様に劣化する第１故障パターンの故障が発生していると判定する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０４の答が否定（ＮＯ）であるときは、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１及び周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２を下記式（１３）に適用し、判定パラメータＲＴＬＡＦを算出する（ステップＳ１０６）。
ＲＴＬＡＦ＝ＭＰＴｆ１／ＭＰＴｆ２ （１３）
【００５９】
ステップＳ１０７では、判定パラメータＲＴＬＡＦが判定閾値ＲＴＬＡＦＴＨより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、ＬＡＦセンサ出力のリッチ側の応答特性及びリーン側の応答特性が非対称に劣化する第２故障パターンの故障が発生していると判定する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０７の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ１５は正常である（応答特性劣化故障は発生していない）と判定する（ステップＳ１０９）。
【００６０】
以上のように本実施形態では、故障判定期間中にＬＡＦセンサ１５の出力信号から算出される検出当量比ＫＡＣＴに含まれる周波数ｆ１成分及び周波数ｆ２成分が抽出され、これらの周波数成分に基づいてＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障の判定が行われる。故障判定開始後において特定運転状態パラメータＸＯＰの変動状態を示し、かつ特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴が反映される変化量積算値ＩＤＸＯＰが算出され、変化量積算値ＩＤＸＯＰが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨ以上であるときに、故障判定が中断（停止）される。運転状態パラメータの変動履歴が反映される変化量積算値ＩＤＸＯＰを用いることにより、図１４を参照して説明したような従来手法の課題を解決し、特定運転状態パラメータＸＯＰの変動が、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１び周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２に影響を及ぼすことに起因する誤判定を防止し、故障判定精度を向上させることができる。
【００６１】
また故障判定開始後において特定運転状態パラメータＸＯＰが所定上下限値ＸＯＰＬＭＨ，ＸＯＰＬＭＬの範囲内にあるときに変化量積算値ＩＤＸＯＰの算出が行われるので、特定運転状態パラメータＸＯＰが故障判定に適さない値に変化したときは、変化量積算値ＩＤＸＯＰが停止される。これにより、変化量積算値ＩＤＸＯＰによる不適切な停止条件判定が回避され、故障判定精度の低下を防止できる。
【００６２】
また特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴が反映される変化量積算値ＩＤＸＯＰは、比較的簡便な演算で算出可能であり、しかも特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴を的確に示すパラメータであるので、ＥＣＵ５のＣＰＵの演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００６３】
本実施形態では、ＬＡＦセンサ１５が空燃比検出手段に相当し、吸入空気流量センサ７，吸気圧センサ８，及びクランク角度位置センサ１１が運転状態パラメータ取得手段に相当し、燃料噴射弁６が燃料量制御手段及び空燃比変動手段の一部を構成し、ＥＣＵ５が燃料量制御手段及び空燃比制御手段の一部、運転状態パラメータ取得手段の一部、抽出手段、故障判定手段、変動状態パラメータ算出手段、及び判定停止手段を構成する。具体的には、図５のステップＳ１０１，Ｓ１０２が抽出手段に相当し、ステップＳ１０４〜Ｓ１０９が故障判定手段に相当し、図３のステップＳ１３〜Ｓ１６が変動状態パラメータ算出手段に相当し、図３のステップＳ１７，Ｓ１９及び図２のステップＳ４が判定停止手段に相当する。
【００６４】
［変形例１］
図３の処理は、図６に示すように変形してもよい。図６に示す処理は、図３のステップＳ１３及びＳ１４をそれぞれステップＳ１３ａ及び１４ａに変更し、かつステップＳ１２ａを追加したものである。
【００６５】
ステップＳ１２ａでは、特定運転状態パラメータＸＯＰの今回値を含む所定数のデータの平均値である移動平均値ＸＯＰＡＶＥを算出する。ステップＳ１３ａでは、移動平均値ＸＯＰＡＶＥが所定下限値ＸＯＰＬＭＬ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、移動平均値ＸＯＰＡＶＥが所定上限値ＸＯＰＬＭＨより小さいか否かを判別する（ステップＳ１４ａ）。ステップＳ１３ａまたはＳ１４ａの答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ１９に進み、ステップＳ１４ａの答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１５に進む。
【００６６】
この変形例によれば、変化量積算値ＩＤＸＯＰの算出は、移動平均値ＸＯＰＡＶＥが所定上下限値の範囲内にあるときに行われるので、特定運転状態パラメータＸＯＰの小さな変動の影響を排除して、停止条件判定を安定化することができる。
【００６７】
［変形例２］
図３の処理は、図７に示すように変形してもよい。図７に示す処理は、図３のステップＳ１３及びＳ１４をそれぞれステップＳ１３ｂ及び１４ｂに変更し、かつステップＳ１２ｂを追加したものである。
【００６８】
ステップＳ１２ｂでは、吸入空気流量ＧＡＩＲの今回値を含む所定数のデータの移動平均値である平均吸入空気流量ＧＡＩＲＡＶＥを算出する。ステップＳ１３ｂでは、平均吸入空気流量ＧＡＩＲＡＶＥが所定下限値ＧＡＩＲＬＭＬ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、平均吸入空気流量ＧＡＩＲＡＶＥが所定上限値ＧＡＩＲＬＭＨより小さいか否かを判別する（ステップＳ１４ｂ）。ステップＳ１３ｂまたはＳ１４ｂの答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ１９に進み、ステップＳ１４ｂの答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１５に進む。
【００６９】
この変形例によれば、変化量積算値ＩＤＸＯＰの算出は、平均吸入空気流量ＧＡＩＲＡＶＥが所定上下限値の範囲内にあるときに行われるので、吸入空気流量ＧＡＩＲの小さな変動の影響を排除して、停止条件判定を安定化することができる。
【００７０】
［変形例３］
上述した実施形態では、特定運転状態パラメータＸＯＰとしては、吸入空気流量ＧＡＩＲ、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ、エンジン回転数ＮＥ、または吸気圧ＰＢＡの何れか１つが使用されるが、これらの運転状態パラメータのうちの２以上のパラメータについて、図３の停止条件判定処理を実行し、何れか１つの運転状態パラメータについて停止条件が成立したとき（停止条件フラグＦＤＳＴＰが「１」に設定されたとき）に、故障判定を中断（停止）するようにしてよい。
【００７１】
［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態にかかる停止条件判定処理のフローチャートである。図８の処理は、図３のステップＳ１５〜Ｓ１９を、ステップＳ２１〜Ｓ２９に変えたものである。本実施形態は、以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
【００７２】
ステップＳ２１では、下記式（２１）により、特定運転状態パラメータＸＯＰの変化量ＤＸＯＰを算出する。式（２１）の右辺は、式（１１）の絶対値記号を削除したものに相当する。
ＤＸＯＰ＝ＸＯＰ−ＸＯＰＺ （２１）
【００７３】
ステップＳ２２では、変化量ＤＯＸＰが負の値であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、下記式（２２）により、減少量積算値ＩＤＸＯＰＮを算出する（ステップＳ２５）。式（２２）のＩＤＸＯＰＮＺは、減少量積算値ＩＤＸＯＰＮの前回値である。
ＩＤＸＯＰＮ＝ＩＤＸＯＰＮＺ＋｜ＤＸＯＰ｜ （２２）
【００７４】
ステップＳ２２の答が否定（ＮＯ）であるときは、変化量ＤＯＸＰが正の値であるか否かを判別し（ステップＳ２３）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、下記式（２３）により、増加量積算値ＩＤＸＯＰＰを算出する。式（２３）のＩＤＸＯＰＰＺは、増加量積算値ＩＤＸＯＰＰの前回値である。
ＩＤＸＯＰＰ＝ＩＤＸＯＰＰＺ＋ＤＸＯＰ （２３）
【００７５】
ステップＳ２３の答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわちＤＸＯＰ＝０であるときは、直ちに処理を終了する。
【００７６】
ステップＳ２４またはＳ２５実行後はステップＳ２６に進み、増加量積算値ＩＤＸＯＰＰが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨａより小さいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときはさらに減少量積算値ＩＤＸＯＰＮが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨａより小さいか否かを判別する（ステップＳ２７）。
【００７７】
ステップＳ２６またはＳ２７の答が否定（ＮＯ）であるときは、故障判定処理を停止すべきであると判定し、停止条件フラグＦＳＴＰを「１」に設定する（ステップＳ２９）。ステップＳ２７の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、停止条件フラグＦＳＴＰを「０」に設定する（ステップＳ２８）。
【００７８】
図８の処理によれば、増加量積算値ＩＤＸＯＰＰは、例えば図４に示す時刻ｔ１においては、変化量絶対値ＤＸＯＰＡ１，ＤＸＯＰＡ３，及びＤＸＯＰＡ５６の和に相当する値となり、減少量積算値ＩＤＸＯＰＮは、変化量絶対値ＤＸＯＰＡ２，ＤＸＯＰＡ４，及びＤＸＯＰＡ６の和に相当する値となり、それぞれ特定運転状態パラメータＸＯＰの増加方向及び減少方向の変動履歴が反映される。したがって、比較的簡便な演算によって特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴を的確に示す増加量積算値ＩＤＸＯＰＰ及び減少量積算値ＩＤＸＯＰＮが得られ、ＥＣＵ５のＣＰＵの演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００７９】
本実施形態では、図８のステップＳ１３，Ｓ１４，及びＳ２１〜２４が変動状態パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ２６及びＳ２７が判定停止手段に相当する。
【００８０】
［変形例］
ステップＳ２６及びＳ２７の答がともに否定（ＮＯ）であるとき、停止条件フラグＦＤＳＴＰを「１」に設定するようにしてもよい。また、本実施形態も、第１の実施形態における変形例１、２、または３と同様の変形が可能である。
【００８１】
［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態にかかる停止条件判定処理のフローチャートである。図９の処理は、図３のステップＳ１５〜Ｓ１９を、ステップＳ３１〜Ｓ３７に変えたものである。本実施形態は、以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
【００８２】
ステップＳ３１では、特定運転状態パラメータＸＯＰが最大値ＸＯＰＭＡＸより大きいか否かを判別する。最大値ＸＯＰＭＡＸは、特定運転状態パラメータＸＯＰが通常とることはない小さな値に初期化されており、最初はステップＳ３１の答は肯定（ＹＥＳ）となり、ステップＳ３４で最大値ＸＯＰＭＡＸを特定運転状態パラメータＸＯＰの今回値に更新する。
【００８３】
ステップＳ３１の答が否定（ＮＯ）であるときは、特定運転状態パラメータＸＯＰが最小値ＸＯＰＭＩＮより小さいか否かを判別する（ステップＳ３２）。最小値ＸＯＰＭＩＮは、特定運転状態パラメータＸＯＰが通常とることはない大きな値に初期化されており、最初はステップＳ３２の答は肯定（ＹＥＳ）となり、ステップＳ３３で最小値ＸＯＰＭＩＮを特定運転状態パラメータＸＯＰの今回値に更新する。ステップＳ３２の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちにステップＳ３６に進む。
【００８４】
ステップＳ３３またはＳ３４実行後はステップＳ３５に進み、最大値ＸＯＰＭＡＸと最小値ＸＯＰＭＩＮとの差分値が所定閾値ＤＸＭＭＴＨより小さいか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、故障判定処理を停止すべきであると判定し、停止条件フラグＦＳＴＰを「１」に設定する（ステップＳ３７）。ステップＳ３５の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、停止条件フラグＦＳＴＰを「０」に設定する（ステップＳ３６）。
【００８５】
図９の処理によれば、図１０に示すように最大値ＸＯＰＭＡＸ及び最小値ＸＯＰＭＩＮが算出され、時刻ｔ２における両者の差分値はＤＭＡＸＭＩＮで与えられる。したがって、特定運転状態パラメータＸＯＰの増加方向及び減少方向の変動履歴が反映され、比較的簡便な演算によってＬＡＦセンサ１５の出力特性が大きく変化する変動履歴を的確に示す変動状態パラメータとしての差分値ＤＭＡＸＭＩＮが得られる。その結果、ＥＣＵ５のＣＰＵの演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００８６】
本実施形態では、図９のステップＳ１３，Ｓ１４，及びＳ３１〜３４が変動状態パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ３５が判定停止手段に相当する。
【００８７】
［変形例］
本実施形態も、第１の実施形態における変形例１、２、または３と同様の変形が可能である。
【００８８】
［第４の実施形態］
図１１は、本発明の第４の実施形態にかかる停止条件判定処理のフローチャートである。図１１の処理は、図３のステップＳ１５〜Ｓ１９を、ステップＳ４１〜Ｓ４４に変えたものである。なお、図１１の処理は所定クランク角度毎に実行される。本実施形態は、以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
【００８９】
ステップＳ４１では、特定運転状態パラメータＸＯＰについて周波数ｆ１近傍の周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後パラメータＸＯＰＢＦＡを算出する。バンドパスフィルタ処理は、下記式（３１）を用いて行われるが、フィルタ処理後パラメータＸＯＰＢＦＡは、式（３１）を用いて算出されるフィルタ出力ＸＯＰＢＦの絶対値に相当する。
【数１】
【００９０】
式（３１）に適用される特定運転状態パラメータＸＯＰのデータ数（Ｎ＋１）は、例えば３以上の値に設定される。式（３１）のＮ及びＭは、必要なフィルタ特性に応じた値に設定されるパラメータ（整数）であり、ａ及びｂは、必要なフィルタ特性に応じた値に設定されるフィルタ係数である。なお、本実施形態では、ステップＳ４１におけるバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅は、図５のステップＳ１０１において周波数ｆ１成分の抽出に適用されるバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅よりも広く設定される。
【００９１】
ステップＳ４２では、フィルタ処理後パラメータＸＯＰＢＦＡが所定閾値ＸＯＰＢＦＴＨより小さいか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、故障判定処理を停止すべきであると判定し、停止条件フラグＦＳＴＰを「１」に設定する（ステップＳ４４）。ステップＳ４２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、停止条件フラグＦＳＴＰを「０」に設定する（ステップＳ４３）。
【００９２】
図１１のバンドパスフィルタ処理には、特定運転状態パラメータＸＯＰの今回値とＮ個の過去値が適用されるので、フィルタ処理後パラメータＸＯＰＢＦＡには、特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴が反映される。したがって、故障判定に使用される周波数ｆ１成分及び周波数ｆ２成分に大きな影響を与える変動周波数成分が特定運転状態パラメータＸＯＰに含まれている状態を、比較的簡便な演算で確実に判定することができる。その結果、ＥＣＵ５のＣＰＵの演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００９３】
本実施形態では、図１１のステップＳ１３，Ｓ１４，及びＳ４１が変動状態パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ４２が判定停止手段に相当する。
【００９４】
［変形例］
本実施形態も、第１の実施形態における変形例１、２、または３と同様の変形が可能である。
【００９５】
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、上述した実施形態では、空燃比制御系の故障判定処理として、ＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障判定処理を示したが、本発明は、気筒毎の空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障を判定する処理の停止条件判定にも適用可能である。
【００９６】
図１２は、図２のフローチャートをインバランス故障判定処理用に変形したものであり、図２のステップＳ２及びＳ３を削除し、ステップＳ５をステップＳ５ａに変えたものである。図１２のステップＳ５ａでは、ＬＡＦセンサ故障判定処理に代えて図１３に示すインバランス故障判定処理が実行される。すなわち、インバランス故障判定では、空燃比振動制御は行われず、検出当量比ＫＡＣＴに応じた空燃比フィードバック制御実行中において、検出当量比ＫＡＣＴに含まれる、エンジン回転数に対応する周波数の１／２の周波数成分（０．５次周波数成分）の強度ＭＩＭＢに基づいて、故障判定が行われる。
【００９７】
図１３のステップＳ１１１では、検出当量比ＫＡＣＴについて０．５次周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、バンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを算出する。ステップＳ１１２では、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢが判定閾値ＭＩＮＢＴＨより大きいか否かを判別する。
【００９８】
ステップＳ１１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、インバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、気筒毎の空燃比ばらつきは許容限度内にある（インバランス故障は発生していない）と判定する（ステップＳ１１４）。
【００９９】
図１３に示すインバランス故障判定手法は、基本的には特開２００９−２７０５４３号公報に示される手法と同一である。本変形例によれば、特定運転状態パラメータＸＯＰの変動によってインバランス故障の判定精度が低下することを防止できる。
本変形例では、図１３の処理が故障判定手段に相当する。
【０１００】
なお、上記第４の実施形態においてこの変形例を適用する場合には、図１１のステップＳ４１では、０．５次周波数の近傍の帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタ処理を実行する。そのバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅は、図１３のステップＳ１１１において０．５次周波数成分の抽出に適用されるバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅よりも広く設定される。
【０１０１】
またインバランス故障の判定手法は、上述したものに限らず例えば特開２０１１−１４４７５４号公報に示された手法を用いてもよく、またＬＡＦセンサ応答劣化故障の判定手法は、上述したものに限らず例えば特開２０１０−１３３４１８号公報に示された手法を用いてもよい。
【０１０２】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの空燃比制御装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（燃料量制御手段及び空燃比制御手段の一部、運転状態パラメータ取得手段の一部、抽出手段、故障判定手段、変動状態パラメータ算出手段、判定停止手段）
６ 燃料噴射弁（空燃比変動手段）
７ 吸入空気流量センサ（運転状態パラメータ取得手段）
８ 吸気圧センサ（運転状態パラメータ取得手段）
１１ クランク角度位置センサ（運転状態パラメータ取得手段）
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、特に空燃比制御系における故障を判定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は、複数気筒を有する内燃機関の排気管集合部に設けられた１つの空燃比センサを用いて、各気筒の空燃比のばらつきを判定する制御装置を開示している。この装置によれば、判定に使用するデータの取得は、吸入空気量の変化量が所定量より小さいこと、吸入空気量が所定上下限値の範囲内にあること、機関回転数の変化量が所定量より小さいこと、機関回転数が所定上下限値の範囲内にあることを含む所定条件が成立するときに行われる。
【０００３】
さらに取得されたデータに基づいて１サイクル周波数成分（機関回転数に対応する周波数の１／２の周波数成分）の強度（ＭＰＯＷ１）が算出され、その周波数成分強度が閾値（ＴＨＭＰ１）より大きいときに、気筒毎の空燃比が許容限度を超えてばらついていると判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２０４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の装置では、機関の運転状態パラメータＸＯＰ（吸入空気量、機関回転数）の変化量を用いた判定は、一定時間ＤＴ（例えば１００ｍｓｅｃ）毎の変化量ＤＸＯＰと、所定量ＤＸＯＰＴＨとを比較することにより行われるため、例えば３００ｍｓｅｃ程度の期間では大きく変化しているような運転状態であっても、変化量ＤＸＯＰは所定量ＤＸＯＰＴＨ以下であるような場合には、データ取得が許可される（図１４（ａ）参照）。また運転状態パラメータＸＯＰが大きく変動していても、所定上下限値ＸＯＰＬＭＨ，ＸＯＰＬＭＬの範囲内の変動であれば、データ取得が許可される（図１４（ｂ）参照）。
【０００６】
したがって、上記従来の装置で採用されるデータ取得条件では、運転状態パラメータＸＯＰが大きく変動している状態において取得したデータに基づく判定が行われ、判定精度が低下するおそれがある。特に上記１サイクル周波数に近い周波数の変動が含まれているときに、判定精度が低下する可能性が高くなる。
【０００７】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、空燃比制御系の故障判定の開始後における機関運転状態の変化を的確に監視し、故障判定精度を向上させ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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、複数気筒を有する内燃機関の排気通路において空燃比（ＫＡＣＴ）を検出する空燃比検出手段と、前記複数気筒のそれぞれに供給する燃料量（ＴＯＵＴ）を制御する燃料量制御手段とを備える、内燃機関の空燃比制御装置において、前記機関の運転状態を示す少なくとも一つの運転状態パラメータ（ＸＯＰ）を取得する運転状態パラメータ取得手段と、故障判定期間中に前記空燃比検出手段の検出信号から特定周波数成分（周波数ｆ１成分、０．５次周波数成分）を抽出する抽出手段と、抽出された特定周波数成分に基づいて前記機関の空燃比制御系の故障判定を行う故障判定手段と、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータ（ＸＯＰ）の変動状態を示す変動状態パラメータであって、前記運転状態パラメータの変動履歴が反映される変動状態パラメータ（ＩＤＸＯＰ，ＩＤＸＯＰＰ，ＩＤＸＯＰＮ，（ＸＯＰＭＡＸ−ＸＯＰＭＩＮ），ＸＯＰＢＦＡ）を算出する変動状態パラメータ算出手段と、前記変動状態パラメータが所定閾値以上である特定変動状態が検出されたときに、前記故障判定を中断または停止する判定停止手段とを備え、前記特定変動状態は、前記抽出手段により抽出される特定周波数成分の強度に影響を与える変動状態であることを特徴とする。
【０００９】
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、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータ（ＸＯＰ）または前記運転状態パラメータの平均値（ＸＯＰＡＶＥ）が所定上下限値（ＸＯＰＬＭＨ，ＸＯＰＬＭＬ）の範囲内にあるときに前記変動状態パラメータの算出を実行することを特徴とする。
【００１０】
請求項３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、前記運転状態パラメータ取得手段は、複数の運転状態パラメータを取得し、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記変動状態パラメータの算出に適用される運転状態パラメータとは異なる他の運転状態パラメータ（ＧＡＩＲ）または該他の運転状態パラメータの平均値（ＧＡＩＲＡＶＥ）が所定上下限値の範囲内にあるときに前記変動状態パラメータの算出を実行することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３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、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータの変化量絶対値（ＤＸＯＰＡ）を積算することにより前記変動状態パラメータ（ＩＤＸＯＰ）を算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から３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、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータの正の変化量を積算することにより増加量積算値（ＩＤＸＯＰＰ）を算出するとともに、前記運転状態パラメータの負の変化量の絶対値を積算することにより減少量積算値（ＩＤＸＯＰＮ）を算出し、前記増加量積算値及び減少量積算値の少なくとも一方を、前記変動状態パラメータとして算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１から３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、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後における前記運転状態パラメータの最大値（ＸＯＰＭＡＸ）及び最小値（ＸＯＰＭＩＮ）を更新するとともに前記最大値と前記最小値との差分値（ＸＯＰＭＡＸ−ＸＯＰＭＩＮ）を前記変動状態パラメータとして算出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１から３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、前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後における前記運転状態パラメータに含まれる所定周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、該バンドパスフィルタ処理後の運転状態パラメータ（ＸＯＰＢＦＡ）を前記変動状態パラメータとして算出す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、前記特定周波数成分は、前記機関の回転速度に対応する周波数の１／２の周波数成分である０．５次周波数成分であり、前記故障判定手段は、前記０．５次周波数成分に基づいて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障を判定す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、前記空燃比を設定周波数（ｆ１）で変動させる空燃比変動手段をさらに備え、前記特定周波数成分は、前記設定周波数の成分（周波数ｆ１成分）であり、前記故障判定手段は、前記設定周波数の成分に基づいて、前記空燃比検出手段の劣化故障を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、故障判定期間中に空燃比検出手段の検出信号から特定周波数成分が抽出され、抽出された特定周波数成分に基づいて空燃比制御系の故障判定が行われる。故障判定期間開始後において機関の運転状態を示す運転状態パラメータの変動状態を示し、かつ運転状態パラメータの変動履歴が反映される変動状態パラメータが算出され、この変動状態パラメータが所定閾値以上である特定変動状態、すなわち抽出手段によって抽出される特定周波数成分の強度に影響を与える変動状態が検出されたときに、故障判定が中断または停止される。運転状態パラメータの変動履歴が反映される変動状態パラメータを用いて特定変動状態を検出することにより、運転状態パラメータの変動が特定周波数成分の強度に影響を及ぼすことに起因する誤判定を防止し、故障判定精度を向上させることができる。なお、変動状態パラメータとして、運転状態パラメータの平均値を用いた場合には、上記特定変動状態を検出することはできないので、運転状態パラメータの平均値は、変動状態パラメータには含まれない。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、故障判定期間開始後において運転状態パラメータまたはその平均値が所定上下限値の範囲内にあるときに変動状態パラメータの算出が行われるので、運転状態パラメータが故障判定に適さない値に変化したときは、変動状態パラメータの算出が停止される。これにより、変動状態パラメータによる不適切な停止条件判定が回避され、故障判定精度の低下を防止できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、故障判定期間開始後において、変動状態パラメータの算出に適用される運転状態パラメータとは異なる他の運転状態パラメータまたは該他の運転状態パラメータの平均値が、所定上下限値の範囲内にあるときに変動状態パラメータの算出が行われる。他の運転状態パラメータが故障判定に適さない値に変化したときは、変動状態パラメータの算出が停止されるので、変動状態パラメータによる不適切な停止条件判定が回避され、故障判定精度の低下を防止できる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、故障判定期間開始後において運転状態パラメータの変化量絶対値を積算することにより変動状態パラメータが算出されるので、比較的簡便な演算で、運転状態パラメータの変動履歴を的確に示す変動状態パラメータが得られる。その結果、制御装置の演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、故障判定期間開始後において運転状態パラメータの正の変化量を積算することにより増加量積算値が算出されるとともに、運転状態パラメータの負の変化量の絶対値を積算することにより減少量積算値が算出され、増加量積算値及び減少量積算値の少なくとも一方が、変動状態パラメータとして算出される。したがって、比較的簡便な演算で、運転状態パラメータの増加及び／または減少の履歴を的確に示す変動状態パラメータが得られる。その結果、制御装置の演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、故障判定期間開始後における運転状態パラメータの最大値及び最小値が更新されるとともに、最大値と最小値との差分値が変動状態パラメータとして算出されるので、比較的簡便な演算で、空燃比検出手段の出力特性が大きく変化する変動履歴を確実に判定することができる。その結果、制御装置の演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、故障判定期間開始後における運転状態パラメータに含まれる所定周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理が実行され、該バンドパスフィルタ処理後の運転状態パラメータが変動状態パラメータとして算出されるので、故障判定に使用される特定周波数成分に大きな影響を与える変動周波数成分が運転状態パラメータに含まれている状態を、比較的簡便な演算で確実に判定することができる。その結果、制御装置の演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、特定周波数成分は、機関の回転速度に対応する周波数の１／２の周波数成分である０．５次周波数成分であり、０．５次周波数成分に基づいて、複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障が判定される。したがって、運転状態パラメータの変動によってインバランス故障の判定精度が低下することを防止できる。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、空燃比を設定周波数で変動させる空燃比変動制御が行われ、設定周波数の成分に基づいて、空燃比検出手段の劣化故障が判定される。したがって、運転状態パラメータの変動によって空燃比検出手段の劣化故障の判定精度が低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】故障判定処理の全体構成を示すフローチャートである。
【図３】停止条件判定処理（第１の実施形態）のフローチャートである。
【図４】図３の処理を説明するためのタイムチャートである。
【図５】図２の処理で実行されるＬＡＦセンサ故障判定処理のフローチャートである。
【図６】図３に示す処理の第１変形例を示すフローチャートである。
【図７】図３に示す処理の第２変形例を示すフローチャートである。
【図８】停止条件判定処理（第２の実施形態）のフローチャートである。
【図９】停止条件判定処理（第３の実施形態）のフローチャートである。
【図１０】図９の処理を説明するためのタイムチャートである。
【図１１】停止条件判定処理（第４の実施形態）のフローチャートである。
【図１２】図２に示す処理の変形例のフローチャートである。
【図１３】図１２で実行されるインバランス故障判定処理のフローチャートである。
【図１４】従来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】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
なお、図示は省略しているが、エンジン１には周知の排気還流機構が設けられている。
【００３４】
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。
【００３５】
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×ＫＴＯＴＡＬ （１）
【００３６】
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。
【００３７】
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。後述するように、ＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障判定を行うときは、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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の応答特性劣化故障判定を行う。
【００４１】
本実施形態における応答特性劣化故障判定は、基本的には特開２０１０−１０１２８９号公報に示される手法と同一のものであり、エンジン運転中に空燃比を周波数ｆ１で振動させる空燃比振動制御を実行し、ＬＡＦセンサ１５の出力信号から算出される検出当量比ＫＡＣＴに含まれる周波数ｆ１の成分強度ＭＰＴｆ１と、周波数ｆ１の２倍の周波数である周波数ｆ２に対応する周波数ｆ２の成分強度ＭＰＴｆ２とを用いて、応答特性劣化故障が判定される。
【００４２】
図２は、故障判定処理の全体構成を示すフローチャートである。この処理は、所定クランク角度ＣＡＣＡＬ（例えば３０度）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ１では、実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」であるか否かを判別する。実行条件フラグＦＭＣＮＤは、実行条件判定処理（図示せず）において故障判定の実行条件が成立するとき「１」に設定される。具体的には下記の条件１）〜１１）がすべて満たされると、実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」に設定される。条件１）〜１１）の何れかが満たされないときは、実行条件フラグＦＭＣＮＤは「０」に維持される。
【００４３】
１）エンジン回転数ＮＥが所定上下限値の範囲内にある。
２）吸気圧ＰＢＡが所定圧より高い（判定に必要な排気流量が確保されている）。
３）ＬＡＦセンサ１５が活性化している。
４）ＬＡＦセンサ１５の出力に応じた空燃比フィードバック制御が実行されている。
５）エンジン冷却水温ＴＷが所定温度より高い。
６）エンジン回転数ＮＥの単位時間当たりの変化量ＤＮＥが所定回転数変化量より小さい。
７）吸気圧ＰＢＡの単位時間当たりの変化量ＤＰＢＡＦが所定吸気圧変化量より小さい。
８）燃料の加速増量（急加速時に実行される）が行われていない。
９）排気還流率が所定値より大きい。
１０）ＬＡＦセンサ出力が上限値または下限値に張り付いた状態ではない。
１１）ＬＡＦセンサの応答特性が正常である（応答特性の劣化故障が発生しているとの判定が行われていない）。
【００４４】
ステップＳ１で実行条件フラグＦＭＣＮＤが「０」であるときは直ちに処理を終了する。実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」に設定されると、ステップＳ１からステップＳ２に進み、目標当量比ＫＣＭＤを下記式（２）によって振動させる空燃比振動制御を実行する。空燃比振動制御実行中は、空燃比補正係数ＫＡＦを「１．０」または「１．０」以外の特定の値に固定される。式（２）のＫｆ１は、例えば振動周波数ｆ１を０．４ｆＮＥ（ｆＮＥ＝ＮＥ［ｒｐｍ］／６０）とする場合には、「０．４」に設定される第１周波数係数であり、「ｋ」は目標当量比ＫＣＭＤの算出周期ＣＡＣＡＬで離散化した離散化時刻である。
ＫＣＭＤ＝ＤＡＦ×ｓｉｎ（Ｋｆ１×ＣＡＣＡＬ×ｋ）＋１ （２）
【００４５】
ステップＳ３では、空燃比振動制御フラグＦＰＴが「１」であるか否かを判別する。空燃比振動制御フラグＦＰＴは、空燃比振動制御の開始時点から所定安定化時間ＴＳＴＢＬが経過すると「１」に設定される。ステップＳ３の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。
【００４６】
ステップＳ３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、停止条件フラグＦＤＳＴＰが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ４）。停止条件フラグＦＤＳＴＰは、図３に示す停止条件判定処理において、故障判定処理を停止すべき条件が成立するとき「１」に設定される。ステップＳ４の答が否定（ＮＯ）であるときは、図５に示すＬＡＦセンサ故障判定処理を実行する（ステップＳ５）。
【００４７】
ステップＳ４でＦＤＳＴＰ＝１であるときは、実行条件フラグＦＭＣＮＤを「０」に戻し（ステップＳ６）、処理を終了する。
【００４８】
図３は、停止条件判定処理のフローチャートである。この処理は、実行条件フラグＦＭＣＮＤが「１」であるときに、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）毎に実行される。
ステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥが所定高回転数ＮＥＴＨＨより低いか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン冷却水温ＴＷが所定低水温ＴＷＴＨＬより高いか否かを判別する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１またはＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、故障判定を停止すべきであると判定し、停止条件フラグＦＤＳＴＰを「１」に設定する。ここで、所定高回転数ＮＥＴＨＨは、上記故障判定実行条件の１）における上限回転数と同一またはより高い値に設定され、所定低水温ＴＷＬは、上記故障判定実行条件の５）における所定温度と同一またはより低い温度に設定される。所定高回転数ＮＥＴＨＨを実行条件１）における上限回転数より高い値に設定し、所定低水温ＴＷＬを実行条件５）における所定温度より低い温度に設定する場合には、故障判定が開始され易く、停止（中断）され難くすることができる。
【００４９】
ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１３〜Ｓ１７により、特定運転状態パラメータＸＯＰに基づく停止条件判定を行う。特定運転状態パラメータＸＯＰとしては、吸入空気流量ＧＡＩＲ、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ、エンジン回転数ＮＥ、または吸気圧ＰＢＡの何れか１つが使用される。気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬは、吸入空気量流量ＧＡＩＲに基づいて公知の手法（例えば特開２０１１−１４４６８３号公報）で算出される１ＴＤＣ期間（ＴＤＣパルスの発生周期）当たりの気筒吸入空気量である。
【００５０】
ステップＳ１３では、特定運転状態パラメータＸＯＰが所定下限値ＸＯＰＬＭＬ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、特定運転状態パラメータＸＯＰが所定上限値ＸＯＰＬＭＨより小さいか否かを判別する（ステップＳ１４）。ステップＳ１３またはＳ１４の答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ１９に進む。
【００５１】
ステップＳ１４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、下記式（１１）により、特定運転状態パラメータＸＯＰの変化量絶対値ＤＸＯＰＡを算出する。式（１１）のＸＯＰＺは、特定運転状態パラメータＸＯＰの前回値である。
ＤＸＯＰＡ＝｜ＸＯＰ−ＸＯＰＺ｜ （１１）
【００５２】
ステップＳ１６では、変化量絶対値ＤＸＯＰＡを下記式（１２）に適用し、変化量積算値ＩＤＸＯＰを算出する。式（１２）のＩＤＸＯＰＺは、変化量積算値ＩＤＸＯＰの前回値である。
ＩＤＸＯＰ＝ＩＤＸＯＰＺ＋ＤＸＯＰＡ （１２）
【００５３】
ステップＳ１７では、変化量積算値ＩＤＸＯＰが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨ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、停止条件フラグＦＤＳＴＰを「０」に設定する。したがって、ＬＡＦセンサ故障判定処理は継続される。
【００５４】
ステップＳ１７の答が否定（ＮＯ）であって変化量積算値ＩＤＸＯＰが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨ以上であるときは、停止条件成立と判定し、前記ステップＳ１９に進む。
変化量積算値ＩＤＸＯＰは、例えば図４に示す時刻ｔ１においては、変化量絶対値ＤＸＯＰＡ１〜ＤＸＯＰＡ６の和に相当する値となり、特定運転状態パラメータＸＯＰの増加方向及び減少方向の変動履歴が反映される。
【００５５】
図５は、図２のステップＳ５で実行されるＬＡＦセンサ故障判定処理のフローチャートである。
ステップＳ１０１では、ＬＡＦセンサ出力から算出される検出当量比ＫＡＣＴについて、周波数ｆ１成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、バンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１を算出する。
【００５６】
ステップＳ１０２では、周波数ｆ２成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、バンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２を算出する。
【００５７】
ステップＳ１０３では、周波数成分強度の算出開始時点から所定積算時間ＴＩＮＴが経過したか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）である間は直ちに処理を終了する。ステップＳ１０３の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ１０４に進み、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１が強度判定閾値ＭＰＴｆ１ＴＨより小さいか否かを判別する。
【００５８】
ステップＳ１０４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ出力のリッチ側の応答特性及びリーン側の応答特性がほぼ同様に劣化する第１故障パターンの故障が発生していると判定する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０４の答が否定（ＮＯ）であるときは、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１及び周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２を下記式（１３）に適用し、判定パラメータＲＴＬＡＦを算出する（ステップＳ１０６）。
ＲＴＬＡＦ＝ＭＰＴｆ１／ＭＰＴｆ２ （１３）
【００５９】
ステップＳ１０７では、判定パラメータＲＴＬＡＦが判定閾値ＲＴＬＡＦＴＨより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、ＬＡＦセンサ出力のリッチ側の応答特性及びリーン側の応答特性が非対称に劣化する第２故障パターンの故障が発生していると判定する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０７の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＬＡＦセンサ１５は正常である（応答特性劣化故障は発生していない）と判定する（ステップＳ１０９）。
【００６０】
以上のように本実施形態では、故障判定期間中にＬＡＦセンサ１５の出力信号から算出される検出当量比ＫＡＣＴに含まれる周波数ｆ１成分及び周波数ｆ２成分が抽出され、これらの周波数成分に基づいてＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障の判定が行われる。故障判定開始後において特定運転状態パラメータＸＯＰの変動状態を示し、かつ特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴が反映される変化量積算値ＩＤＸＯＰが算出され、変化量積算値ＩＤＸＯＰが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨ以上であるときに、故障判定が中断（停止）される。運転状態パラメータの変動履歴が反映される変化量積算値ＩＤＸＯＰを用いることにより、図１４を参照して説明したような従来手法の課題を解決し、特定運転状態パラメータＸＯＰの変動が、周波数ｆ１成分強度ＭＰＴｆ１び周波数ｆ２成分強度ＭＰＴｆ２に影響を及ぼすことに起因する誤判定を防止し、故障判定精度を向上させることができる。
【００６１】
また故障判定開始後において特定運転状態パラメータＸＯＰが所定上下限値ＸＯＰＬＭＨ，ＸＯＰＬＭＬの範囲内にあるときに変化量積算値ＩＤＸＯＰの算出が行われるので、特定運転状態パラメータＸＯＰが故障判定に適さない値に変化したときは、変化量積算値ＩＤＸＯＰが停止される。これにより、変化量積算値ＩＤＸＯＰによる不適切な停止条件判定が回避され、故障判定精度の低下を防止できる。
【００６２】
また特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴が反映される変化量積算値ＩＤＸＯＰは、比較的簡便な演算で算出可能であり、しかも特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴を的確に示すパラメータであるので、ＥＣＵ５のＣＰＵの演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００６３】
本実施形態では、ＬＡＦセンサ１５が空燃比検出手段に相当し、吸入空気流量センサ７，吸気圧センサ８，及びクランク角度位置センサ１１が運転状態パラメータ取得手段に相当し、燃料噴射弁６が燃料量制御手段及び空燃比変動手段の一部を構成し、ＥＣＵ５が燃料量制御手段及び空燃比制御手段の一部、運転状態パラメータ取得手段の一部、抽出手段、故障判定手段、変動状態パラメータ算出手段、及び判定停止手段を構成する。具体的には、図５のステップＳ１０１，Ｓ１０２が抽出手段に相当し、ステップＳ１０４〜Ｓ１０９が故障判定手段に相当し、図３のステップＳ１３〜Ｓ１６が変動状態パラメータ算出手段に相当し、図３のステップＳ１７，Ｓ１９及び図２のステップＳ４が判定停止手段に相当する。
【００６４】
［変形例１］
図３の処理は、図６に示すように変形してもよい。図６に示す処理は、図３のステップＳ１３及びＳ１４をそれぞれステップＳ１３ａ及び１４ａに変更し、かつステップＳ１２ａを追加したものである。
【００６５】
ステップＳ１２ａでは、特定運転状態パラメータＸＯＰの今回値を含む所定数のデータの平均値である移動平均値ＸＯＰＡＶＥを算出する。ステップＳ１３ａでは、移動平均値ＸＯＰＡＶＥが所定下限値ＸＯＰＬＭＬ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、移動平均値ＸＯＰＡＶＥが所定上限値ＸＯＰＬＭＨより小さいか否かを判別する（ステップＳ１４ａ）。ステップＳ１３ａまたはＳ１４ａの答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ１９に進み、ステップＳ１４ａの答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１５に進む。
【００６６】
この変形例によれば、変化量積算値ＩＤＸＯＰの算出は、移動平均値ＸＯＰＡＶＥが所定上下限値の範囲内にあるときに行われるので、特定運転状態パラメータＸＯＰの小さな変動の影響を排除して、停止条件判定を安定化することができる。
【００６７】
［変形例２］
図３の処理は、図７に示すように変形してもよい。図７に示す処理は、図３のステップＳ１３及びＳ１４をそれぞれステップＳ１３ｂ及び１４ｂに変更し、かつステップＳ１２ｂを追加したものである。
【００６８】
ステップＳ１２ｂでは、吸入空気流量ＧＡＩＲの今回値を含む所定数のデータの移動平均値である平均吸入空気流量ＧＡＩＲＡＶＥを算出する。ステップＳ１３ｂでは、平均吸入空気流量ＧＡＩＲＡＶＥが所定下限値ＧＡＩＲＬＭＬ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、平均吸入空気流量ＧＡＩＲＡＶＥが所定上限値ＧＡＩＲＬＭＨより小さいか否かを判別する（ステップＳ１４ｂ）。ステップＳ１３ｂまたはＳ１４ｂの答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ１９に進み、ステップＳ１４ｂの答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１５に進む。
【００６９】
この変形例によれば、変化量積算値ＩＤＸＯＰの算出は、平均吸入空気流量ＧＡＩＲＡＶＥが所定上下限値の範囲内にあるときに行われるので、吸入空気流量ＧＡＩＲの小さな変動の影響を排除して、停止条件判定を安定化することができる。
【００７０】
［変形例３］
上述した実施形態では、特定運転状態パラメータＸＯＰとしては、吸入空気流量ＧＡＩＲ、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ、エンジン回転数ＮＥ、または吸気圧ＰＢＡの何れか１つが使用されるが、これらの運転状態パラメータのうちの２以上のパラメータについて、図３の停止条件判定処理を実行し、何れか１つの運転状態パラメータについて停止条件が成立したとき（停止条件フラグＦＤＳＴＰが「１」に設定されたとき）に、故障判定を中断（停止）するようにしてよい。
【００７１】
［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態にかかる停止条件判定処理のフローチャートである。図８の処理は、図３のステップＳ１５〜Ｓ１９を、ステップＳ２１〜Ｓ２９に変えたものである。本実施形態は、以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
【００７２】
ステップＳ２１では、下記式（２１）により、特定運転状態パラメータＸＯＰの変化量ＤＸＯＰを算出する。式（２１）の右辺は、式（１１）の絶対値記号を削除したものに相当する。
ＤＸＯＰ＝ＸＯＰ−ＸＯＰＺ （２１）
【００７３】
ステップＳ２２では、変化量ＤＯＸＰが負の値であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、下記式（２２）により、減少量積算値ＩＤＸＯＰＮを算出する（ステップＳ２５）。式（２２）のＩＤＸＯＰＮＺは、減少量積算値ＩＤＸＯＰＮの前回値である。
ＩＤＸＯＰＮ＝ＩＤＸＯＰＮＺ＋｜ＤＸＯＰ｜ （２２）
【００７４】
ステップＳ２２の答が否定（ＮＯ）であるときは、変化量ＤＯＸＰが正の値であるか否かを判別し（ステップＳ２３）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、下記式（２３）により、増加量積算値ＩＤＸＯＰＰを算出する。式（２３）のＩＤＸＯＰＰＺは、増加量積算値ＩＤＸＯＰＰの前回値である。
ＩＤＸＯＰＰ＝ＩＤＸＯＰＰＺ＋ＤＸＯＰ （２３）
【００７５】
ステップＳ２３の答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわちＤＸＯＰ＝０であるときは、直ちに処理を終了する。
【００７６】
ステップＳ２４またはＳ２５実行後はステップＳ２６に進み、増加量積算値ＩＤＸＯＰＰが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨａより小さいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときはさらに減少量積算値ＩＤＸＯＰＮが所定閾値ＩＤＸＯＰＴＨａより小さいか否かを判別する（ステップＳ２７）。
【００７７】
ステップＳ２６またはＳ２７の答が否定（ＮＯ）であるときは、故障判定処理を停止すべきであると判定し、停止条件フラグＦＳＴＰを「１」に設定する（ステップＳ２９）。ステップＳ２７の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、停止条件フラグＦＳＴＰを「０」に設定する（ステップＳ２８）。
【００７８】
図８の処理によれば、増加量積算値ＩＤＸＯＰＰは、例えば図４に示す時刻ｔ１においては、変化量絶対値ＤＸＯＰＡ１，ＤＸＯＰＡ３，及びＤＸＯＰＡ５６の和に相当する値となり、減少量積算値ＩＤＸＯＰＮは、変化量絶対値ＤＸＯＰＡ２，ＤＸＯＰＡ４，及びＤＸＯＰＡ６の和に相当する値となり、それぞれ特定運転状態パラメータＸＯＰの増加方向及び減少方向の変動履歴が反映される。したがって、比較的簡便な演算によって特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴を的確に示す増加量積算値ＩＤＸＯＰＰ及び減少量積算値ＩＤＸＯＰＮが得られ、ＥＣＵ５のＣＰＵの演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００７９】
本実施形態では、図８のステップＳ１３，Ｓ１４，及びＳ２１〜２４が変動状態パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ２６及びＳ２７が判定停止手段に相当する。
【００８０】
［変形例］
ステップＳ２６及びＳ２７の答がともに否定（ＮＯ）であるとき、停止条件フラグＦＤＳＴＰを「１」に設定するようにしてもよい。また、本実施形態も、第１の実施形態における変形例１、２、または３と同様の変形が可能である。
【００８１】
［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態にかかる停止条件判定処理のフローチャートである。図９の処理は、図３のステップＳ１５〜Ｓ１９を、ステップＳ３１〜Ｓ３７に変えたものである。本実施形態は、以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
【００８２】
ステップＳ３１では、特定運転状態パラメータＸＯＰが最大値ＸＯＰＭＡＸより大きいか否かを判別する。最大値ＸＯＰＭＡＸは、特定運転状態パラメータＸＯＰが通常とることはない小さな値に初期化されており、最初はステップＳ３１の答は肯定（ＹＥＳ）となり、ステップＳ３４で最大値ＸＯＰＭＡＸを特定運転状態パラメータＸＯＰの今回値に更新する。
【００８３】
ステップＳ３１の答が否定（ＮＯ）であるときは、特定運転状態パラメータＸＯＰが最小値ＸＯＰＭＩＮより小さいか否かを判別する（ステップＳ３２）。最小値ＸＯＰＭＩＮは、特定運転状態パラメータＸＯＰが通常とることはない大きな値に初期化されており、最初はステップＳ３２の答は肯定（ＹＥＳ）となり、ステップＳ３３で最小値ＸＯＰＭＩＮを特定運転状態パラメータＸＯＰの今回値に更新する。ステップＳ３２の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちにステップＳ３６に進む。
【００８４】
ステップＳ３３またはＳ３４実行後はステップＳ３５に進み、最大値ＸＯＰＭＡＸと最小値ＸＯＰＭＩＮとの差分値が所定閾値ＤＸＭＭＴＨより小さいか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、故障判定処理を停止すべきであると判定し、停止条件フラグＦＳＴＰを「１」に設定する（ステップＳ３７）。ステップＳ３５の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、停止条件フラグＦＳＴＰを「０」に設定する（ステップＳ３６）。
【００８５】
図９の処理によれば、図１０に示すように最大値ＸＯＰＭＡＸ及び最小値ＸＯＰＭＩＮが算出され、時刻ｔ２における両者の差分値はＤＭＡＸＭＩＮで与えられる。したがって、特定運転状態パラメータＸＯＰの増加方向及び減少方向の変動履歴が反映され、比較的簡便な演算によってＬＡＦセンサ１５の出力特性が大きく変化する変動履歴を的確に示す変動状態パラメータとしての差分値ＤＭＡＸＭＩＮが得られる。その結果、ＥＣＵ５のＣＰＵの演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００８６】
本実施形態では、図９のステップＳ１３，Ｓ１４，及びＳ３１〜３４が変動状態パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ３５が判定停止手段に相当する。
【００８７】
［変形例］
本実施形態も、第１の実施形態における変形例１、２、または３と同様の変形が可能である。
【００８８】
［第４の実施形態］
図１１は、本発明の第４の実施形態にかかる停止条件判定処理のフローチャートである。図１１の処理は、図３のステップＳ１５〜Ｓ１９を、ステップＳ４１〜Ｓ４４に変えたものである。なお、図１１の処理は所定クランク角度毎に実行される。本実施形態は、以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
【００８９】
ステップＳ４１では、特定運転状態パラメータＸＯＰについて周波数ｆ１近傍の周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後パラメータＸＯＰＢＦＡを算出する。バンドパスフィルタ処理は、下記式（３１）を用いて行われるが、フィルタ処理後パラメータＸＯＰＢＦＡは、式（３１）を用いて算出されるフィルタ出力ＸＯＰＢＦの絶対値に相当する。
【数１】
【００９０】
式（３１）に適用される特定運転状態パラメータＸＯＰのデータ数（Ｎ＋１）は、例えば３以上の値に設定される。式（３１）のＮ及びＭは、必要なフィルタ特性に応じた値に設定されるパラメータ（整数）であり、ａ及びｂは、必要なフィルタ特性に応じた値に設定されるフィルタ係数である。なお、本実施形態では、ステップＳ４１におけるバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅は、図５のステップＳ１０１において周波数ｆ１成分の抽出に適用されるバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅よりも広く設定される。
【００９１】
ステップＳ４２では、フィルタ処理後パラメータＸＯＰＢＦＡが所定閾値ＸＯＰＢＦＴＨより小さいか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、故障判定処理を停止すべきであると判定し、停止条件フラグＦＳＴＰを「１」に設定する（ステップＳ４４）。ステップＳ４２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、停止条件フラグＦＳＴＰを「０」に設定する（ステップＳ４３）。
【００９２】
図１１のバンドパスフィルタ処理には、特定運転状態パラメータＸＯＰの今回値とＮ個の過去値が適用されるので、フィルタ処理後パラメータＸＯＰＢＦＡには、特定運転状態パラメータＸＯＰの変動履歴が反映される。したがって、故障判定に使用される周波数ｆ１成分及び周波数ｆ２成分に大きな影響を与える変動周波数成分が特定運転状態パラメータＸＯＰに含まれている状態を、比較的簡便な演算で確実に判定することができる。その結果、ＥＣＵ５のＣＰＵの演算負荷を増大させることなく故障判定の実行可否をより適切に判定し、判定精度を向上させることができる。
【００９３】
本実施形態では、図１１のステップＳ１３，Ｓ１４，及びＳ４１が変動状態パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ４２が判定停止手段に相当する。
【００９４】
［変形例］
本実施形態も、第１の実施形態における変形例１、２、または３と同様の変形が可能である。
【００９５】
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、上述した実施形態では、空燃比制御系の故障判定処理として、ＬＡＦセンサ１５の応答特性劣化故障判定処理を示したが、本発明は、気筒毎の空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障を判定する処理の停止条件判定にも適用可能である。
【００９６】
図１２は、図２のフローチャートをインバランス故障判定処理用に変形したものであり、図２のステップＳ２及びＳ３を削除し、ステップＳ５をステップＳ５ａに変えたものである。図１２のステップＳ５ａでは、ＬＡＦセンサ故障判定処理に代えて図１３に示すインバランス故障判定処理が実行される。すなわち、インバランス故障判定では、空燃比振動制御は行われず、検出当量比ＫＡＣＴに応じた空燃比フィードバック制御実行中において、検出当量比ＫＡＣＴに含まれる、エンジン回転数に対応する周波数の１／２の周波数成分（０．５次周波数成分）の強度ＭＩＭＢに基づいて、故障判定が行われる。
【００９７】
図１３のステップＳ１１１では、検出当量比ＫＡＣＴについて０．５次周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、バンドパスフィルタ処理出力の絶対値（振幅）を積算することにより、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢを算出する。ステップＳ１１２では、０．５次周波数成分強度ＭＩＭＢが判定閾値ＭＩＮＢＴＨより大きいか否かを判別する。
【００９８】
ステップＳ１１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、インバランス故障が発生していると判定する（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、気筒毎の空燃比ばらつきは許容限度内にある（インバランス故障は発生していない）と判定する（ステップＳ１１４）。
【００９９】
図１３に示すインバランス故障判定手法は、基本的には特開２００９−２７０５４３号公報に示される手法と同一である。本変形例によれば、特定運転状態パラメータＸＯＰの変動によってインバランス故障の判定精度が低下することを防止できる。
本変形例では、図１３の処理が故障判定手段に相当する。
【０１００】
なお、上記第４の実施形態においてこの変形例を適用する場合には、図１１のステップＳ４１では、０．５次周波数の近傍の帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタ処理を実行する。そのバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅は、図１３のステップＳ１１１において０．５次周波数成分の抽出に適用されるバンドパスフィルタ処理の通過帯域幅よりも広く設定される。
【０１０１】
またインバランス故障の判定手法は、上述したものに限らず例えば特開２０１１−１４４７５４号公報に示された手法を用いてもよく、またＬＡＦセンサ応答劣化故障の判定手法は、上述したものに限らず例えば特開２０１０−１３３４１８号公報に示された手法を用いてもよい。
【０１０２】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの空燃比制御装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（燃料量制御手段及び空燃比制御手段の一部、運転状態パラメータ取得手段の一部、抽出手段、故障判定手段、変動状態パラメータ算出手段、判定停止手段）
６ 燃料噴射弁（空燃比変動手段）
７ 吸入空気流量センサ（運転状態パラメータ取得手段）
８ 吸気圧センサ（運転状態パラメータ取得手段）
１１ クランク角度位置センサ（運転状態パラメータ取得手段）
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】
複数気筒を有する内燃機関の排気通路において空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記複数気筒のそれぞれに供給する燃料量を制御する燃料量制御手段とを備える、内燃機関の空燃比制御装置において、
前記機関の運転状態を示す少なくとも一つの運転状態パラメータを取得する運転状態パラメータ取得手段と、
故障判定期間中に前記空燃比検出手段の検出信号から特定周波数成分を抽出する抽出手段と、
抽出された特定周波数成分に基づいて前記機関の空燃比制御系の故障判定を行う故障判定手段と、
前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータの変動状態を示す変動状態パラメータであって、前記運転状態パラメータの変動履歴が反映される変動状態パラメータを算出する変動状態パラメータ算出手段と、
前記変動状態パラメータが所定閾値以上である特定変動状態が検出されたときに、前記故障判定を中断または停止する判定停止手段とを備え、
前記特定変動状態は、前記抽出手段により抽出される特定周波数成分の強度に影響を与える変動状態であ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】
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータまたは前記運転状態パラメータの平均値が所定上下限値の範囲内にあるときに、前記変動状態パラメータの算出を実行す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】
前記運転状態パラメータ取得手段は、複数の運転状態パラメータを取得し、
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記変動状態パラメータの算出に適用される運転状態パラメータとは異なる他の運転状態パラメータまたは該他の運転状態パラメータの平均値が所定上下限値の範囲内にあるときに、前記変動状態パラメータの算出を実行す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４】
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータの変化量絶対値を積算することにより前記変動状態パラメータを算出することを特徴とする請求項１から３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５】
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータの正の変化量を積算することにより増加量積算値を算出するとともに、前記運転状態パラメータの負の変化量の絶対値を積算することにより減少量積算値を算出し、前記増加量積算値及び減少量積算値の少なくとも一方を、前記変動状態パラメータとして算出することを特徴とする請求項１から３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６】
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後における前記運転状態パラメータの最大値及び最小値を更新するとともに前記最大値と前記最小値との差分値を前記変動状態パラメータとして算出することを特徴とする請求項１から３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７】
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後における前記運転状態パラメータに含まれる所定周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、該バンドパスフィルタ処理後の運転状態パラメータを前記変動状態パラメータとして算出することを特徴とする請求項１から３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】
前記特定周波数成分は、前記機関の回転速度に対応する周波数の１／２の周波数成分である０．５次周波数成分であり、
前記故障判定手段は、前記０．５次周波数成分に基づいて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障を判定す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】
前記空燃比を設定周波数で変動させる空燃比変動手段をさらに備え、
前記特定周波数成分は、前記設定周波数の成分であり、
前記故障判定手段は、前記設定周波数の成分に基づいて、前記空燃比検出手段の劣化故障を判定す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１】
複数気筒を有する内燃機関の排気通路において空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記複数気筒のそれぞれに供給する燃料量を制御する燃料量制御手段とを備える、内燃機関の空燃比制御装置において、
前記機関の運転状態を示す少なくとも一つの運転状態パラメータを取得する運転状態パラメータ取得手段と、
故障判定期間中に前記空燃比検出手段の検出信号から特定周波数成分を抽出する抽出手段と、
抽出された特定周波数成分に基づいて前記機関の空燃比制御系の故障判定を行う故障判定手段と、
前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータの変動状態を示す変動状態パラメータであって、前記運転状態パラメータの変動履歴が反映される変動状態パラメータを算出する変動状態パラメータ算出手段と、
前記変動状態パラメータが所定閾値以上である特定変動状態が検出されたときに、前記故障判定を中断または停止する判定停止手段とを備え、
前記特定変動状態は、前記抽出手段により抽出される特定周波数成分の強度に影響を与える変動状態であ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】
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータまたは前記運転状態パラメータの平均値が所定上下限値の範囲内にあるときに、前記変動状態パラメータの算出を実行す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】
前記運転状態パラメータ取得手段は、複数の運転状態パラメータを取得し、
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記変動状態パラメータの算出に適用される運転状態パラメータとは異なる他の運転状態パラメータまたは該他の運転状態パラメータの平均値が所定上下限値の範囲内にあるときに、前記変動状態パラメータの算出を実行す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４】
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータの変化量絶対値を積算することにより前記変動状態パラメータを算出することを特徴とする請求項１から３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５】
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後において前記運転状態パラメータの正の変化量を積算することにより増加量積算値を算出するとともに、前記運転状態パラメータの負の変化量の絶対値を積算することにより減少量積算値を算出し、前記増加量積算値及び減少量積算値の少なくとも一方を、前記変動状態パラメータとして算出することを特徴とする請求項１から３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６】
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後における前記運転状態パラメータの最大値及び最小値を更新するとともに前記最大値と前記最小値との差分値を前記変動状態パラメータとして算出することを特徴とする請求項１から３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７】
前記変動状態パラメータ算出手段は、前記故障判定期間開始後における前記運転状態パラメータに含まれる所定周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実行し、該バンドパスフィルタ処理後の運転状態パラメータを前記変動状態パラメータとして算出することを特徴とする請求項１から３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】
前記特定周波数成分は、前記機関の回転速度に対応する周波数の１／２の周波数成分である０．５次周波数成分であり、
前記故障判定手段は、前記０．５次周波数成分に基づいて、前記複数気筒のそれぞれに対応する空燃比が許容限度を超えてばらついているインバランス故障を判定す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】
前記空燃比を設定周波数で変動させる空燃比変動手段をさらに備え、
前記特定周波数成分は、前記設定周波数の成分であり、
前記故障判定手段は、前記設定周波数の成分に基づいて、前記空燃比検出手段の劣化故障を判定す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。
【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】
【公開番号】特開２０１３−１０８４５９（Ｐ２０１３−１０８４５９Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５４５９（Ｐ２０１１−２５５４５９）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【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２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【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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