(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配置され機関吸気中の酸素濃度に対応する出力を発生する吸気酸素濃度センサの故障の有無を判定する故障判定装置であって、
機関吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、
機関吸気圧力が変化したときに、機関吸気圧力の変化量に対する前記吸気酸素濃度センサの出力変化量が予め定めた関係を満たすか否かに基づいて、前記酸素濃度センサの故障の有無を判定する判定手段と、を備え、前記判定手段は、前記吸気圧力検出手段で検出した吸気圧力が第１の圧力のときと、該第１の圧力とは異なる第２の圧力のときの前記酸素濃度センサ出力をそれぞれ第１と第２のセンサ出力として記憶し、前記第１の圧力と第２の圧力との差に対する前記第１のセンサ出力と第２のセンサ出力との差の比に基づいて、センサ出力の圧力に対する変化特性を表す特性値を算出するとともに、前記算出した特性値が予め定めた上限値以上または予め定めた下限値以下であるときに、前記吸気酸素濃度センサが故障したと判定する吸気酸素濃度センサの診断装置。
【請求項２】
前記上限値は、吸気酸素濃度センサの製品毎の出力ばらつき公差に基づいて設定され、前記下限値は機関吸気への排気ガス再循環実施時の吸気酸素濃度変化量または機関吸気への炭化水素成分の導入実施時の吸気酸素濃度変化量もしくはその両方に基づいて設定される、請求項１に記載の吸気酸素濃度センサの診断装置。
【請求項３】
前記機関吸気への排気ガス再循環および機関吸気への炭化水素成分の導入との両方を実施していないときには、前記下限値は吸気酸素濃度センサの製品毎の出力ばらつき公差に基づいて設定される、請求項２に記載の吸気酸素濃度センサの診断装置。
【請求項４】
機関運転中の排気ガス再循環実施時または機関吸気への炭化水素成分の導入実施時に前記特性値が前記下限値以下となり吸気酸素濃度センサが故障したと判定された場合には、再度、前記機関吸気への排気ガス再循環および機関吸気への炭化水素成分の導入との両方を実施していないときに前記特性値を算出し、該特性値に基づく吸気酸素濃度センサの故障の有無の判定を実施する、請求項３に記載の吸気酸素濃度センサの診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気酸素濃度センサの故障の有無を判定する診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の排気通路に排気空燃比を検出する空燃比センサを配置し、検出した排気空燃比が予め定めた目標空燃比になるように機関に供給する燃料量をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置が知られている。このような空燃比制御装置では、例えば機関吸入空気量に関連するパラメータを計測し、これらのパラメータを用いて予め記憶した関係に基いて排気空燃比が目標空燃比に一致するように、機関への基本燃料供給量（基本燃料噴射量）を算出するとともに、更に排気空燃比センサで検出した排気空燃比が上記目標空燃比に一致するように基本燃料供給量を補正した量の燃料を実際に機関に供給する。
【０００３】
このように、空燃比センサで検出した実際の排気空燃比に基いて、基本燃料噴射量をフィードバック補正する事により、機関吸入空気量に関連するパラメータを検出するセンサ（例えば、エアフローメータ、吸入空気量圧力センサ等）の検出誤差や燃料噴射弁の実際の燃料噴射量の製品毎のばらつきや経年変化などによる燃料噴射量の誤差が補正されるため、正確な空燃比制御を行うことが可能となる。
ところが、機関吸気通路に燃料タンクからの蒸発燃料をパージする蒸発燃料パージ装置を備えた機関では、上記のように排気空燃比センサに基づくフィードバック制御を実行していても蒸発燃料のパージの開始と終了時とには一時的に機関空燃比の目標空燃比からのずれが生じる場合がある。
【０００４】
すなわち、パージにより蒸発燃料（炭化水素）が吸気通路に導入されると、機関には燃料噴射により供給される燃料の他に、吸気とともに燃料ベーパーが流入することになる。このため、排気空燃比に基づいて機関への燃料噴射量を制御していても、一時的に機関への燃料供給量が増大するため、機関空燃比が目標空燃比からずれる場合が生じる。このようなずれが生じても、排気空燃比に基づく機関燃料噴射量のフィードバック制御が行われていれば、パージによる機関への燃料供給量は補正され機関空燃比は目標空燃比に一致するようになるが、空燃比フィードバック制御のゲインは制御のハンチングを防止するために比較的小さな値に設定されているため、大量のパージが行われたような場合には排気空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御のみでは機関空燃比が目標空燃比に収束するまでに多少の時間を要する場合がある。
【０００５】
この問題を解決するために、機関吸気通路に吸気中の酸素濃度を検出する吸気酸素濃度センサを配置し、検出した吸気酸素濃度に基づいて吸気通路に導入される蒸発燃料量を算出する制御が考案されている。吸気通路に蒸発燃料（炭化水素）が導入されると、吸気中の蒸発燃料はセンサの酸素濃度検出部に設けられた酸化触媒で燃焼し、検出部付近の酸素濃度が燃焼する蒸発燃料量（すなわち蒸発燃料濃度）に応じて低下する。このため、吸気酸素濃度センサ出力に基づいて吸気中の蒸発燃料（ベーパ）濃度を算出するとともに、機関吸入空気量とベーパ濃度とに基づいて機関に供給されるベーパ量を算出し、ベーパ量に相当する量だけ機関への燃料噴射量を減量補正する事により、パージ実行時にも正確に空燃比を制御することが可能となる。
【０００６】
ところが、吸気酸素濃度センサを用いて機関燃料噴射を補正する場合には吸気酸素濃度センサ出力の圧力依存性が問題となる。
一般に知られているように、吸気酸素濃度センサは、陰極と陽極として機能する２つの白金電極間にジルコニア等の固体電解質を配置し、陰極（吸気側電極）面上に吸気中の酸素分子の陰極への到達を制限するセラミックコーティング層などの拡散律速層を設けた構造を有する。吸気酸素濃度センサを陰極が機関吸気に接するように配置し、陽極を大気に接するように配置するとともに或る一定温度以上で両電極間に電圧を印加すると、陰極（吸気側電極）側では吸気中の酸素分子がイオン化され、イオン化した酸素分子が固体電解質内を陽極（大気側電極）に向かって移動して陽極で再び酸素分子になる酸素ポンプ作用を生じる。この酸素ポンプ作用により、両電極間には単位時間に移動した酸素分子の量に比例する電流が流れる。しかし、前述した拡散律速層により陰極への酸素分子の到達が制限されるため、この出力電流は或る一定値で飽和し、電圧を上げても電流は増加しなくなる。また、この飽和電流の値は吸気中の酸素分圧（濃度）に略比例する。従って、印加電圧を適当に設定することにより、酸素濃度と略比例する出力電流を得ることができる。この出力電流を電圧信号に変換する事により、吸気酸素濃度センサにより、吸気中の酸素濃度（分圧）に比例した電圧信号が得られる。また、吸気中に燃料蒸気等の炭化水素が含まれている場合には、炭化水素が白金電極で燃焼し電極近傍の酸素濃度が低下するため、酸素濃度センサは吸気中に含まれる炭化水素などの可燃物を燃焼させた後の酸素濃度に比例する電圧信号を出力するようになる。
【０００７】
ところで、圧力が一定である場合には吸気中の酸素濃度は吸気中の酸素分圧（正確には酸素分圧と吸気圧力との比）に等しくなる。ところが、酸素濃度が一定であっても吸気圧力が変化すると吸気中の酸素分圧は吸気圧力に比例して変化するため、酸素分圧は異なってくる。一方、吸気酸素濃度センサは吸気中の酸素分圧を検出するものであるため、吸気中の酸素濃度が一定に維持されていても吸気圧力の変化により酸素分圧が変化するとセンサ出力は変化してしまう。すなわち、吸気酸素濃度センサの出力する酸素濃度信号は、酸素濃度が一定であっても吸気圧力に比例して直線的に変化するという、いわゆる圧力依存性を有している。機関吸気圧力は、機関負荷、回転数などの機関負荷状態に応じて変化する。このため、前述のように、吸気酸素濃度センサで検出した吸気中の酸素濃度に基づいて機関への燃料噴射量を補正する場合には、吸気圧力に応じてセンサ出力を補正する必要がある。
【０００８】
一般には、センサ出力の補正は、機関吸気圧力を検出しセンサの種類（型式）毎に予め求められたセンサ出力の基準圧力変化特性に基づいて行われる。
ところが、吸気酸素濃度センサ出力は酸素濃度が一定であっても上記拡散律速層やジルコニア固体電解質の厚さにより変化する。また、吸気酸素濃度センサの検出部には白金電極上での炭化水素などの可燃物の燃焼が吸気中の可燃物に引火することを防止するために防爆カバーが設けられており、この防爆カバーには吸気をセンサ検出部に導入するための細孔が設けられているが、細孔の大きさが製作公差内でばらつくと酸素濃度センサ出力もそれに応じて変化する。このため、同一型式のセンサであっても製造上のばらつきによりセンサ毎にセンサ出力や上記の圧力依存特性がばらつく場合がある。このため、吸気圧力に応じて吸気酸素濃度センサ出力を補正する場合に、製品毎にセンサ出力の圧力依存特性がばらついていると、上述した基準圧力変化特性を用いてセンサ出力を補正しても正確な吸気酸素濃度を検出することができなくなり、機関への燃料供給量を正確に制御することができない問題が生じる。
【０００９】
特開平１０−１７６５７７号公報は、上述した吸気酸素濃度センサ出力の圧力依存特性の製品毎のばらつきを補正し、正確な吸気酸素濃度を求めることが可能な内燃機関の制御装置を開示している。
上記公報の装置では、吸気酸素濃度センサ出力が圧力変化以外での影響を受けない条件、すなわち機関吸気中の酸素濃度が変化しない条件下（例えば、機関排気の一部を機関吸気通路に環流する排気ガス再循環（ＥＧＲ）や蒸発燃料のパージが行われていない条件下）で、吸気管圧力と吸気酸素濃度センサ出力とを計測し、吸気管圧力変化に対するセンサ出力の変化率を算出し、この変化率に基づいて各圧力におけるセンサ出力を補正することにより、製品毎のセンサ出力のばらつきを補正し、正確な吸気酸素濃度を算出するようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平１０−１７６５７７号公報の装置では、吸気酸素濃度センサ出力の圧力依存特性の製品毎のばらつきを正確に補正することはできるものの、センサが故障したか否かを判定することができないため問題が生じる。
【００１１】
例えば、吸気酸素濃度センサは長期間の使用とともに劣化が進み、同一の酸素濃度に対して出力が増大する傾向がある。また、クランクケースベンチレーションを行うためのＰＣＶ装置を備えた機関では、クランクケースから吸気通路に環流されるクランクケース放出ガス中に含まれるオイル粒子や炭化水素のために前述した吸気酸素濃度センサの防爆カバーの吸気導入用細孔の目詰りが生じ、センサーの出力が大幅に狂う場合等がある。
【００１２】
上記公報の装置では、このような故障が生じた場合にもセンサ故障の有無を判別できないため、故障したセンサの出力に基づいて燃料噴射量の補正が行われるようになり、排気空燃比の目標値からのずれが生じ、排気エミッションの悪化や機関運転性能の悪化が生じる問題がある。また、同公報の装置では、センサが故障した場合にもセンサ出力は正常なセンサの場合と同様に補正が行われてしまうため、センサ出力の真値からのずれが更に大きくなり、エミッションの悪化や運転性能の悪化が更に大きくなる場合が生じる。
【００１３】
本発明は上記問題に鑑み、吸気酸素濃度センサを使用する場合に簡易かつ正確にセンサの故障の有無を判別し、故障したセンサの出力に基づく制御が継続されることを防止可能な吸気酸素濃度センサの診断装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の吸気通路に配置され機関吸気中の酸素濃度に対応する出力を発生する吸気酸素濃度センサの故障の有無を判定する故障判定装置であって、機関吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、機関吸気圧力が変化したときに、機関吸気圧力の変化量に対する前記吸気酸素濃度センサの出力変化量が予め定めた関係を満たすか否かに基づいて、前記酸素濃度センサの故障の有無を判定する判定手段と、を備え、前記判定手段は、前記吸気圧力検出手段で検出した吸気圧力が第１の圧力のときと、該第１の圧力とは異なる第２の圧力のときの前記酸素濃度センサ出力をそれぞれ第１と第２のセンサ出力として記憶し、前記第１の圧力と第２の圧力との差に対する前記第１のセンサ出力と第２のセンサ出力との差の比に基づいて、センサ出力の圧力に対する変化特性を表す特性値を算出するとともに、前記算出した特性値が予め定めた上限値以上または予め定めた下限値以下であるときに、前記吸気酸素濃度センサが故障したと判定する吸気酸素濃度センサの診断装置が提供される。
【００１５】
すなわち、請求項１の発明では、機関吸気圧力の変化量に対する吸気酸素濃度センサ出力変化量が予め定めた関係を満たすか否かによりセンサの故障の有無が判定される。例えば、酸素濃度センサ出力は吸気圧力に対して直線的に変化し、吸気圧力が０のときに出力も０となる（すなわち、縦軸にセンサ出力、横軸に吸気圧力をとった場合、正常な酸素濃度センサの出力特性は、原点を通る直線となる）。この直線はセンサの圧力依存特性を表す。センサに異常が生じた場合にも、センサ出力は吸気圧力に対して変化するものの、センサ出力特性は直線からずれたり、あるいは直線であっても原点を通らなくなる。従って、センサ出力特性の直線からのずれ、あるいは出力特性と上記原点とのずれが予め定めた値以上になった場合にはセンサが故障したと判定することができる。このように、センサ故障の有無を吸気圧力変化量に対するセンサ出力の変化量に基づいて判定することにより、簡易かつ正確にセンサ故障の有無を判定できるため、故障したセンサ出力に基づいて燃料噴射量制御を継続することが防止される。
【００１７】
更に、請求項１の発明では２つの異なる圧力におけるセンサ出力値に基づいて、すなわち、第１の圧力と第２の圧力との差に対する第１のセンサ出力と第２のセンサ出力との差の比に基づいてセンサ出力の圧力依存特性を表す特性値が算出され、この特性値が所定の上限値以上、または下限値以下である場合にはセンサが故障したと判定される。これにより、機関運転中の吸気圧力変化の際に、２回のセンサ出力の計測で簡易かつ正確にセンサ故障の有無を判定することが可能となる。
【００１８】
なお、上記センサ出力の特性値は、例えば圧力に対するセンサ出力の変化特性の原点（圧力が０、かつセンサ出力が０）を通る直線からのずれを表す値とされ、例えば、吸気圧力の無次元変化量（第１の圧力と第２の圧力との差を第１または第２のセンサ出力で除して無次元化した値）に対するセンサ出力の無次元変化量（第１のセンサ出力と第２のセンサ出力との差を第１または第２のセンサ出力で除して無次元化した値）の比が使用される。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、前記上限値は、吸気酸素濃度センサの製品毎の出力ばらつき公差に基づいて設定され、前記下限値は機関吸気への排気ガス再循環実施時の吸気酸素濃度変化量または機関吸気への炭化水素成分の導入実施時の吸気酸素濃度変化量もしくはその両方に基づいて設定される、請求項１に記載の吸気酸素濃度センサの診断装置が提供される。
【００２０】
すなわち、請求項２の発明では、センサ故障の有無を判定する上限値は酸素濃度センサの出力ばらつき公差に基づいて設定される。酸素濃度センサの出力ばらつき公差は、標準状態（例えば、吸気が１気圧（７６０ｍｍＨｇ）の大気である場合）の基準となるセンサ出力に対する比で表される。本発明では、出力特性値、すなわちセンサの圧力依存特性の直線からのずれがこの公差を越えた場合にはセンサが故障したと判定する。前述のように、基準となるセンサ出力の圧力依存特性直線は、吸気が標準状態の大気である場合のものであるため、実際の運転では酸素濃度が標準状態より大きくなることはない。このため、出力特性値が上記製品毎のばらつき公差に相当する上限値以上になった場合にはセンサが故障したと判定することができる。
【００２１】
一方、故障判定の際の下限値は、センサ出力が吸気中の実際の酸素濃度より低くなる故障を判定するものである。この場合、機関運転中にパージやＥＧＲが実行されたりＰＣＶバルブが開いてクランクケース放出ガスが吸気に環流された場合には実際に吸気中の酸素濃度が大気中の酸素濃度より低下する。このため、本発明では、故障判定の際の下限値は、パージやＥＧＲが行われたときの酸素濃度の実際の低下幅を考慮して設定し、パージやＥＧＲ実行中に故障診断を行った場合に正常なセンサが異常と判定されることを防止している。
これにより、パージやＥＧＲ実行時にもセンサの故障の有無を判定することが可能となり、センサ故障の有無判定を実行する機会が増大する。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、前記機関吸気への排気ガス再循環および機関吸気への炭化水素成分の導入との両方を実施していないときには、前記下限値は吸気酸素濃度センサの製品毎の出力ばらつき公差に基づいて設定される、請求項２に記載の吸気酸素濃度センサの診断装置が提供される。
【００２３】
すなわち、請求項３の発明では、機関吸気への排気ガス再循環と炭化水素成分の導入との両方を実施していない場合（例えば、パージやＥＧＲが実施されていない場合）には、故障判定の際の上記下限値もセンサ出力のばらつき公差に基づいて設定される。これにより、請求項２の判定の場合より更に正確なセンサ故障判定が可能となる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、機関運転中の排気ガス再循環実施時または機関吸気への炭化水素成分の導入実施時に前記特性値が前記下限値以下となり吸気酸素濃度センサが故障したと判定された場合には、再度、前記機関吸気への排気ガス再循環および機関吸気への炭化水素成分の導入との両方を実施していないときに前記特性値を算出し、該特性値に基づく吸気酸素濃度センサの故障の有無の判定を実施する、請求項３に記載の吸気酸素濃度センサの診断装置が提供される。
【００２５】
すなわち、請求項４の発明では、請求項３において、ＥＧＲや炭化水素の吸気への導入実施時に算出されたセンサ出力の圧力依存特性直線の傾きが下限値以下になったためにセンサが故障したと判定された場合には、ＥＧＲや炭化水素の導入を実施していない場合に再度センサ故障の有無の判定を行う。前述したように、ＥＧＲや炭化水素の吸気への導入実施時には、実際に吸気の酸素濃度が低下するために、これらを実施していない場合におけるセンサ故障判定に較べてやや判定精度が低くなり、正常なセンサが故障判定される可能性もわずかながら存在する。本発明では、ＥＧＲや炭化水素の吸気への導入実施時に下限値によりセンサが故障判定された場合には、判定精度の高い状態で再度故障の有無を判定することにより、正常なセンサが故障したと誤判定されることを完全に防止している。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
図１において、１は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では、機関１は＃１から＃４の４つの気筒を備えた４気筒ガソリン機関とされ、各気筒には気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁１１１から１１４が設けられている。
【００２７】
また、本実施形態では＃１から＃４の気筒は互いに点火時期が連続しない２つの気筒からなる２つの気筒群にグループ分けされている。（例えば、図１の実施形態では、気筒点火順序は１−３−４−２であり、＃１、＃４の気筒と＃２、＃３の気筒とがそれぞれ気筒群を構成している。）また、各気筒の排気ポートは気筒群毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路に接続されている。図１において、２１ａは＃１、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ａに接続する排気マニホルド、２１ｂは＃２、＃３気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ｂに接続する排気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路２ａ、２ｂ上には、公知の三元触媒からなるスタートキャタリスト（以下「ＳＣ」と呼ぶ）５ａと５ｂがそれぞれ配置されている。また、個別排気通路２ａ、２ｂはＳＣ下流側で共通の排気通路２に合流している。
【００２８】
図１に２９ａ、２９ｂで示すのは、個別排気通路２ａ、２ｂのスタートキャタリスト５ａ、５ｂ上流側に配置された空燃比センサである。空燃比センサ２９ａ、２９ｂは、後述する吸気酸素濃度センサと同様な構成を有するセンサであり、広い空燃比範囲で排気空燃比に対応する電圧信号を出力する。空燃比センサ２９ａ、２９ｂの出力は機関１の空燃比制御に使用される。
図１に１０ｂで示すのは機関各気筒の吸気ポートを吸気通路１０に接続する吸気マニホルド、１０ａは吸気通路１０に設けられたサージタンクである。
更に、本実施形態では吸気通路１０上にはスロットル弁１５が設けられている。本実施形態のスロットル弁１５はいわゆる電子制御スロットル弁とされており、ステッパモータ等の適宜な形式のアクチュエータ１５ａにより駆動され後述するＥＣＵ３０からの制御信号に応じた開度をとる。
【００２９】
吸気通路１０のスロットル弁１５下流側には、パージ制御弁４１を介して公知の蒸発燃料パージ装置４０が接続されている。パージ装置４０は、例えば活性炭などの吸着剤を収納したキャニスタを備えており、機関１の図示しない燃料タンク中の蒸発燃料をキャニスタ内の吸着剤に吸着させる。これにより、燃料タンクから大気への蒸発燃料の放散が防止される。パージ制御弁４１は、例えばステッパモータなどの適宜な形式のアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０の制御信号に応じた開度をとる。機関運転中にパージ制御弁４１が開弁されると、パージ装置４０のキャニスタ内に吸着された燃料ベーパは、パージ制御弁４１から吸気通路１０に流入し、スロットル弁１５を通過した機関吸気と混合して均一な混合気となり機関１の各気筒に吸入される。
【００３０】
また、吸気通路１０のサージタンク１０ａには、ＥＧＲ制御弁５１を介してＥＧＲ通路５３が接続されている。ＥＧＲ通路５３は、機関１の排気マニホルド２１ａ、２１ｂとサージタンク１０ａを接続し、機関排気の１部を機関吸気通路に環流させることにより、機関１の燃焼室における燃焼温度を低下させ、燃焼によるＮＯＸの生成量を低下させるものである。ＥＧＲ制御弁５１は、例えばステッパモータなどの適宜な形式のアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０の制御信号に応じた開度をとり、機関運転中に吸気通路に環流される排気（ＥＧＲガス）流量を機関運転状態に応じて調節する。
【００３１】
さらに、本実施形態では、吸気通路１０のサージタンク１０ａには吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３１が配置されている。酸素濃度センサ３１は、前述したように、酸素ポンプの作用により排気中の酸素濃度（分圧）に比例した電圧信号を出力する。
図１に３０で示すのは機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施形態ではＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成のマイクロコンピュータとされ、後述する吸気酸素濃度センサ３１の故障の有無を判定する判定操作を行う。また、ＥＣＵ３０は機関１の点火時期制御や空燃比制御等の基本制御を行う他、パージ制御弁４１とＥＧＲ制御弁５１の開閉を制御して蒸発燃料のパージとＥＧＲとを行う。
【００３２】
更に、ＥＣＵ３０はパージ実行時に吸気酸素濃度センサ３１出力に基いて、吸気中の燃料ベーパー量を算出し、この燃料ベーパー量に基づいて各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４の燃料噴射量を補正する燃料ベーパー補正を行う。
上記各制御を行うため、ＥＣＵ３０の入力ポートには、空燃比センサ２９ａ、２９ｂから排気空燃比を表す信号と、吸気酸素濃度センサ３１から吸気中の酸素濃度を表す信号が、また、機関吸気マニホルドに設けられた吸気圧センサ３３から機関の吸気管圧力に対応する信号が、それぞれ入力されている。
【００３３】
ＥＣＵ３０の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するために、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４に接続されている他、スロットル弁１５のアクチュエータ１５ｂに図示しない駆動回路を介して接続されスロットル弁１５の開度を制御している。
また、ＥＣＵ３０はパージ制御弁４１とＥＧＲ制御弁５１のそれぞれのアクチュエータに図示しない駆動回路を介して接続されパージ制御弁４１とＥＧＲ制御弁５１との開度を制御して、蒸発燃料のパージ及びＥＧＲを行う。
【００３４】
本実施形態では、吸気酸素濃度センサは蒸発燃料パージ時の機関燃料噴射量とＥＧＲ量の制御に使用される。
すなわち、本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関１をリッチ空燃比からリーン空燃比までの広い空燃比範囲で運転するが、例えば、機関１がリッチ空燃比または理論空燃比で運転される場合には、機関燃料噴射量は、吸気圧力ＰＭと回転数ＮＥとから算出される機関吸入空気量と機関の目標空燃比とに基いて算出されるとともに、更に排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂ出力に基くフィードバック制御により補正される。
【００３５】
機関の吸入空気量ＧＡは、機関の吸気圧力と機関回転数とにより定まり、吸気圧力ＰＭと機関回転数ＮＥとを計測することにより吸入空気量ＧＡを算出することができる。また、吸入空気量ＧＡが定まれば、機関の運転空燃比を目標空燃比に一致させるために必要な燃料噴射量（基本燃料噴射量）ＧＦＢは、ＧＦＢ＝ＧＡ／ＲＴとして算出することができる。本実施形態では、機関が理論空燃比以外の空燃比で運転される場合の基本燃料噴射量ＧＦＢの値は、目標空燃比ＲＴと吸気圧力ＰＭ、機関回転数ＮＥとを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納されている。
【００３６】
また、実際の機関燃料噴射量ＧＦは、上記基本燃料噴射量ＧＦＢを用いて以下のように算出される。
ＧＦ＝ＧＦＢ×ＥＦＫＧ×ＦＡＦ……（１）
ここで、ＦＡＦは排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂで検出された排気空燃比に基いて算出される機関空燃比を目標空燃比に正確に一致させるための補正係数であり、空燃比フィードバック補正係数と称する。空燃比フィードバック補正係数は、例えば、目標空燃比と排気空燃比センサ２９ａ、２９ｂで検出した排気空燃比との偏差に基く比例、積分、微分（ＰＩＤ）制御により算出される。また、ＥＦＫＧは空燃比制御系統のセンサ検出誤差や燃料噴射弁１１１から１１４の燃料噴射誤差を補正するための学習補正係数である。なお、本実施形態では、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦと学習補正係数ＥＦＫＧの算出方法は、公知のいかなる方法をも使用することが可能であるため、算出方法についての詳細な説明は省略する。
【００３７】
次に、蒸発燃料パージ実施中の燃料噴射量補正について説明する。
蒸発燃料のパージが実施された場合には、燃料噴射により機関に供給される燃料に加えて、パージされた燃料が燃料ベーパーの形で機関に供給されるようになる。このため、前述の（１）式で算出された燃料量ＧＦを機関に供給したのでは燃料ベーパー分だけ燃料が過剰となり、目標空燃比を維持することができなくなる。そこで、本実施形態では、吸気通路に配置した吸気酸素濃度センサ３１の出力に基いて、燃料ベーパー分だけ燃料噴射量ＧＦを減量補正することにより、蒸発燃料パージにより空燃比制御が影響を受けることを防止している。
【００３８】
本実施形態では、吸気酸素濃度センサ３１の出力に基いて算出するセンサ出力比αに基づいて上記の燃料ベーパー量補正を行う。
センサ出力比αは、パージを実行していないときの吸気酸素濃度センサ３１出力、すなわちパージを実行していないときの吸気酸素濃度Ｒ０とパージ実行中の酸素濃度センサ３１出力（パージ実行中の吸気酸素濃度）ＲＰとの比、すなわち、α＝ＲＰ／Ｒ０として与えられる。
【００３９】
吸気中に燃料ベーパがあると、吸気中の酸素はセンサ３１上で燃料ベーパと反応して消費される。このため、センサ３１上では燃料ベーパーとの反応に消費されただけ酸素濃度が低下してセンサ出力はＲＰとなる。すなわち、吸気中の酸素のうちＲ０×（１−α）に相当する量の酸素が燃料ベーパーとの反応により消費される。従って、機関の目標空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）である場合には、吸気中の酸素のうち、燃料噴射により供給される燃焼に使用可能な酸素の割合はＲ０×αとなる。このため、機関の運転空燃比を理論空燃比に維持するためには、パージを実行していない場合の燃料噴射量に対して燃焼に使用可能な酸素の割合が減った分だけ燃料噴射量を削減すればパージを実行していないときと同一の空燃比を維持可能である。従って、この場合には、燃料噴射量をα倍（α≦１）に減量すればベーパーのない場合と同一の空燃比を維持することができる。
【００４０】
すなわち、本実施形態では、ＥＣＵ３０は目標空燃比が理論空燃比である場合の燃料噴射弁からの実際の燃料噴射量ＧＦＴＡを、（１）式で算出したＧＦにセンサ出力比αを乗じた値として算出する。
すなわち、ＧＦＴＡ＝ＧＦ×α＝ＧＦＢ×α×ＥＦＫＧ×ＦＡＦ……（２）
これにより、蒸発燃料パージ実行時にも燃料噴射量は正確に目標空燃比を得ることができる値に制御されるようになる。上記は、目標空燃比が理論空燃比で有る場合について説明したが、目標空燃比がリーン空燃比またはリッチ空燃比の場合にも吸気酸素濃度センサ３１の出力に基づいて吸気中の燃料ベーパ量を算出して同様な燃料噴射量補正を行うことにより、パージ実行時にも正確に目標空燃比を維持することが可能となる。
【００４１】
また、ＥＧＲ実行時にはＥＣＵ３０は吸気酸素濃度センサ３１で検出した酸素濃度が運転状態に応じた予め定めた値になるようにＥＧＲ弁５１の開度をフィードバック制御する。これにより、ＥＧＲ弁５１を通って吸気通路１０に環流される環流排気（ＥＧＲ）流量は常に機関運転状態に応じた最適な量に制御されるようになる。
上述のように、吸気酸素濃度センサ３１は機関空燃比制御に重要な役割を果しているため、センサ３１に故障が生じると機関空燃比の乱れによる機関性能の悪化やエミッションの悪化が生じるおそれがある。このため、本実施形態では以下に説明する方法により、吸気酸素濃度センサ３１の故障の有無を判定しセンサ故障を早期に検出するようにしている。
【００４２】
以下、本発明の吸気酸素濃度センサの故障判定原理について説明する。
図２は、一般的な酸素濃度センサで標準空気（酸素濃度２１パーセント）を計測した場合の圧力とセンサ出力との変化を示す図である。
前述したように、酸素濃度センサ出力ＲＰは空気中の酸素の分圧に比例して変化するため、酸素濃度が一定の場合でも酸素濃度センサ出力も圧力に比例して変化する。すなわち、図２に示すように、センサ出力ＲＰを縦軸に、検出対象の気体（空気）圧力ＰＭを横軸にとると、センサ出力と圧力との関係（出力特性）は原点（ＲＰ＝０、ＰＭ＝０）を通る直線となる。
【００４３】
図２において、Ｓで示した直線は基準特性を示す。基準特性Ｓはセンサ出力に全く誤差のない理想的な場合の圧力に対するセンサ出力特性である。しかし、前述したように実際には酸素濃度センサが正常であれば、その出力特性は原点を通る直線となるものの、酸素濃度センサ出力は完全に基準特性に一致することはまれであり、製品毎のばらつきにより出力特性の傾きも製品毎に異なっている。実際に使用する酸素濃度センサでは、出力特性の製品毎のばらつきは基準特性に対して所定の公差αの範囲内にあるもののみが使用される。図２に示すように、公差αは、大気圧において標準状態の空気（酸素濃度２１パーセント）を計測した場合のセンサ出力ＲＰの基準特性における出力ＲＳに対するずれの比率で示してある。すなわち、実際に使用される酸素濃度センサの大気圧における標準大気を計測した場合の出力ＲＰは、常にＲＳ×（１−α）＜ＲＰ＜ＲＳ×（１＋α）の範囲になっている。ここで、センサのばらつきの公差αは酸素濃度センサを使用した場合に空燃比制御、ＥＧＲ制御などに生じる影響が許容範囲内となる最大値に設定されている。つまり、実際のセンサ出力特性の傾きは基準特性の（１＋α）倍以下、かつ（１−α）倍以上の範囲になるように設定されている。
【００４４】
このため、酸素濃度センサ出力は製品毎に公差内でばらつくことになるが、実際の制御では、各センサの出力特性を補正して基準特性に合致させる操作を行い、補正後のセンサ出力を使用して制御を行うようにしている。この補正は、例えば予め、基準特性における大気圧標準状態の出力ＲＳと大気圧標準状態の空気を測定したときの各センサの出力ＲＰ０との比を求めておき、この比を各センサ出力に対して乗ずることにより行われる。
【００４５】
すなわち、酸素濃度センサ出力特性は常に直線となり、センサが正常であれば出力特性の直線は原点を通るため、図２に示すように、あるセンサの出力特性において大気圧における出力がＲＰ０であった場合には、そのセンサの出力ＲＰの代りにＲＰ×ＲＳ／ＲＰ０を使用することにより、補正後の出力は基準特性（図２、特性Ｓ）に一致するようになる。このため、上記補正後の出力特性を用いて各制御を行っている限り、センサ製品毎の公差内での出力特性のばらつきは制御上まったく問題とならない。
【００４６】
本実施形態では、上記補正後の酸素濃度センサ出力の圧力変化に対する変化特性、すなわち、補正後のセンサ出力の図２の出力特性に基づいてセンサの故障の有無を判定する。
すなわち、上記補正後のセンサ出力の圧力に対する変化は、補正により図２にＳで示した基準特性に一致しているはずである。このため、補正後のセンサ出力特性が基準出力特性からある程度以上ずれている場合にはセンサが故障したと判定することができる。
【００４７】
次に、本実施形態の吸気酸素濃度センサの故障判定方法について具体的に説明するが、以下の説明では特に説明のない限り「酸素濃度センサ出力」及び「センサの出力特性」という場合には、それぞれ上記製品毎のばらつき補正後の出力とこの補正後出力の圧力に対する変化特性を意味するものとする。
図３は、本実施形態の吸気酸素濃度センサの故障判定方法を説明する図である。図３において、縦軸はセンサ出力ＲＰを、横軸は吸気圧力ＰＭをそれぞれ表している。今、機関運転中の吸気圧力ＰＭがＰＨのときの吸気酸素濃度センサ出力がＲＰＨ、吸気圧力がＰＬ（ＰＨ＞ＰＬ）のときのセンサ出力がＲＰＬであったとする。今、図３の座標（ＰＬ，ＲＰＬ）で表される点をＬ、座標（ＰＨ，ＲＰＨ）で表される点をＨと呼ぶ。
【００４８】
この場合、センサが正常であればセンサ出力と吸気圧力とは原点（ＰＭ＝０、ＲＰ＝０）を通る直線上にあるため、例えばセンサ出力と圧力との関係は、原点と点（ＰＬ，ＲＰＬ）とを結ぶ直線（図３、直線Ｉ）になるはずである。この場合、出力特性の傾きＫＬは、ＫＬ＝ＲＰＬ／ＰＬとなる。
一方、実際に計測を行った２点、すなわち点Ｈと点Ｌとを結ぶ直線（図３、直線ＩＩ）の傾きＫＨＬは、ＫＨＬ＝（ＲＰＨ−ＲＰＬ）／（ＰＨ−ＰＬ）となる。
【００４９】
従って、センサが正常である場合には、ＫＨＬ＝ＫＬとなり、ＫＨＬとＫＬとの比、ＫＨＬ／ＫＬの値は１になる。
一方、センサが故障している場合には、センサ出力特性は原点を通る直線とはならないため、ＫＨＬの値はＫＬとは等しくならない。また、このときの傾きＫＨＬとＫＬとの比、ＫＨＬ／ＫＬの値は１から離れるほど実際のセンサ出力特性が原点を通る直線からのずれが大きいことを意味している。
【００５０】
本実施形態では、この傾きＫＨＬとＫＬとの比ＫＨＬ／ＫＬをセンサ出力特性を表す特性値として使用し、この特性値が上限値（１＋α）以上であるとき、又は下限値（１−β）以下であるときにセンサが故障したと判定するようにしている。ここで、αは前述したセンサの製品毎のばらつきの公差（α＞０）であり、βはαより大きい正の値（β＞α＞０）に設定されている。
まず、センサを正常と判定するための特性値ＫＨＬ／ＫＬの上限値を製品ばらつきの公差に等しく設定した理由について説明する。
【００５１】
特性値ＫＨＬ／ＫＬの値が１より大きくなり上限値が問題となるのは、実際のセンサ出力特性の傾き、すなわちＫＨＬが基準となる出力特性の傾きＫＬより大きくなる場合である。すなわち、図３において、基準となる出力特性を原点と点Ｌとを結んだ直線と考えると、点Ｈと点Ｌとを結ぶ実際のセンサ出力特性が図３に直線ＩＩで示すようになった場合である。実際の機関においては吸気の酸素濃度は蒸発燃料のパージやＥＧＲの実施、あるいはＰＣＶバルブの開弁によるクランクケース放出ガスの吸気通路への導入などにより大気の酸素濃度以下になることはあるが、酸素濃度が標準大気以上になることはない。このため実際のセンサ出力特性の傾きＫＨＬが基準となる出力特性の傾きＫＬに対してどの程度まで増大しても制御上許容できるかの判断は、蒸発燃料のパージやＥＧＲの実施により実際に吸気酸素濃度が低下した場合を考慮する必要はなく、センサ出力が最大になる標準大気の場合についてのみ考えれば正常なセンサが故障判定されることはない。また、前述したように、センサ出力のばらつきの公差αは、標準大気における測定結果に基づいて、ばらつきによる制御への影響が許容できる範囲で最大の値に設定されている。言換えれば、実際のセンサ出力特性の傾き（ＫＨＬ）が基準となる出力特性の傾き（ＫＬ）の（１＋α）倍以上になっていなければ、センサ出力のずれは許容範囲内である。
【００５２】
一方、出力特性値ＫＨＬ／ＫＬの値は、実際のセンサ出力特性の傾きが基準出力特性の何倍になっているかを表す数値である。このため、出力特性の値の上限値を（１＋α）に設定すれば、出力特性値ＫＨＬ／ＫＬの値が上限値より小さい場合にはセンサの出力特性が基準特性からずれていた場合でも制御上は正常と見なすことができる。
このため、本実施形態では出力特性値の正常判定の上限値を製品毎のばらつきの公差αを用いて、（１＋α）に設定しているのである。
なお、前述したように、本実施形態では判定に使用するセンサ出力と出力特性とは既にばらつきを補正したものを使用している。従って、本実施形態では故障判定の上限値をばらつきの公差αに等しく設定しているが、上記判定は個々のセンサの出力の（正常な範囲での）ばらつきを判定しているものではなく、単に「制御に影響を与えない」範囲という基本的な思想が一致したため、上限値として公差αと等しい値になっているものである。
【００５３】
上述のように、センサの正常判定の上限値を設定する場合には、吸気酸素濃度が大気に等しい場合についてのみ考えれば足りる。しかし、正常判定の下限値を設定する場合には蒸発燃料のパージやＥＧＲの実施を考慮する必要がある。すなわち、蒸発燃料のパージやＥＧＲが実施されている場合には吸気酸素濃度は実際に大気より低下する。このため、正常なセンサであっても蒸発燃料パージやＥＧＲの実行時には出力が低下し、基準となる出力特性の傾きそのものが小さくなっている。このため、単に下限値を上限値と同じくばらつきの公差αに等しく設定して、センサ出力特性の傾きが基準出力特性の傾きの（１−α）倍以下になったときにセンサが故障したと判定したのでは、正常なセンサが故障判定されてしまう場合がある。
【００５４】
そこで、本実施形態では、蒸発燃料のパージやＥＧＲ実行中にセンサの故障有無の判定を行った場合にも誤判定を生じないように、下限値にはαより大きい値βを使用し、センサ出力特性の傾きが基準出力特性の傾きの（１−β）倍以下になったときにセンサが故障したと判定するようにしている。
ここでβの値は、蒸発燃料パージやＥＧＲの実施により吸気酸素濃度が最も低下した場合の正常なセンサの出力特性を基準として、更に公差αに相当する出力のずれが生じた場合の値に相当する。
このように、使用中のセンサ出力特性の基準特性からのずれを表す出力特性値（ＫＨＬ／ＫＬ）を算出し、この特性値を上記により設定した上限値及び下限値と比較することにより、蒸発燃料パージやＥＧＲの実施の有無にかかわらずセンサ故障の有無を判定することが可能となり、センサ故障の有無の判定を実施可能な機会が増大するため、早期にセンサの故障を検出することが可能となる。
【００５５】
次に、実際の機関運転時におけるセンサ故障検出操作について説明する。
本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関の運転中吸気圧力が予め定めた圧力ＰＡより高い圧力になったときに吸気圧力ＰＨとそのときの吸気酸素濃度センサ３１出力ＲＰＨ（図３、点Ｈ）を読みとり、吸気圧力が予め定めた圧力ＰＢより低い圧力になったときに吸気圧力ＰＬとそのときの吸気酸素濃度センサ３１出力ＲＰＬ（図３、点Ｌ）を読みとる。
ここで、圧力ＰＡ、ＰＢはセンサ出力特性の傾きＫＨＬを算出する際の精度を向上させるために、図３の点Ｈと点Ｌとの間隔をある程度あけるための値であり、圧力ＰＨとＰＬはＰＨ＞ＰＡ、ＰＬ＜ＰＢの範囲であれば任意の圧力が使用できる。
【００５６】
上記ＰＨ、ＲＰＨ及びＰＬ、ＲＰＬを読込んだ後、ＥＣＵ３０は前述の特性値ＫＨＬ／ＫＬを算出するために点Ｈと点Ｌとの間での吸気酸素濃度センサ出力の変化量（ＲＰＨ−ＲＰＬ）と吸気圧力の変化量（ＰＨ−ＰＬ）を算出し、それぞれを点Ｌにおけるセンサ出力ＲＰＬと吸気圧力ＰＬとで除してセンサ出力の無次元変化量ΔＲＰと吸気圧力の無次元変化量ΔＰとを算出する。すなわち、
ΔＲＰ＝（ＲＰＨ−ＲＰＬ）／ＲＰＬ、ΔＰ＝（ＰＨ−ＰＬ）／ＰＬ
出力特性値ＫＨＬ／ＫＬは、以下の式のように、ΔＲＰ／ΔＰを算出することにより求められる。
ΔＲＰ／ΔＰ＝（（ＲＰＨ−ＲＰＬ）／ＲＰＬ）／（（ＰＨ−ＰＬ）／ＰＬ）
＝（（ＲＰＨ−ＲＰＬ）／（ＰＨ−ＰＬ））／（ＲＰＬ／ＰＬ）
＝ＫＨＬ／ＫＬ
【００５７】
本実施形態では、上記により算出した特性値ＫＨＬ／ＫＬの値が上限値（１＋α）以上または下限値（１−β）以下になった場合にはセンサが故障したと判定するようにしている。
図４は、上記センサ故障判定操作の実際を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われる。
図４の操作では、まずステップ４０１で現在吸気酸素濃度センサ３１の故障判定実行条件が成立しているか否かが判定される。本実施形態では、ステップ４０１の判定実行条件は、吸気圧センサ３３が正常であること、及び吸気酸素濃度センサ３１が活性化していること、とされる。吸気圧センサ３３が正常か否かは別途ＥＣＵ３０により実行される図示しない判定操作により、例えば機関始動前の吸気圧センサ３３出力が大気圧近傍になっているか否かにより判断される。また、吸気酸素濃度センサ３１が活性化しているか否かは、機関始動後吸気酸素濃度センサが出力を発生しているか否かにより判断される。
【００５８】
ステップ４０１で判定実行条件が成立していた場合には、次にステップ４０３で吸気圧センサ３３で検出した現在の吸気圧力ＰＭが予め定めた値Ａより高いか否かを判定する。ＰＭ＞Ａであった場合、すなわち高圧側（図３、点Ｈ）の計測が可能な吸気圧力であった場合には、次にステップ４０５に進み、フラグＸＨの値が１にセットされているか否かを判定する。フラグＸＨは、高圧側での吸気圧力とセンサ出力との読込み（図３における点Ｈでの計測）が完了しているか否かを表すフラグであり、機関始動時にはＸＨ＝０にセットされ、始動後点Ｈでの計測が終了するとステップ４０９でＸＨ＝１にセットされる。
【００５９】
ステップ４０５でＸＨ≠１であった場合には、まだ高圧側での計測が終了していないため、ステップ４０７で現在の吸気圧センサ３３出力ＰＭをＰＨ、吸気酸素濃度センサ３１出力ＲＰをＲＰＨとして記憶し、ステップ４０９では高圧側（図３、点Ｈ）での計測が終了したことを示すためにフラグＸＨの値を１にセットする。一方、ステップ４０５でＸＨ＝１であった場合には、既に高圧側での計測が終了しているため、ステップ４０７と４０９はスキップする。
また、ステップ４０３でＰＭ≦Ａであった場合には、現在の吸気圧力は高圧側での計測を実施可能な圧力より低いため、ステップ４１１に進み、ＰＭ＜Ｂであるか否か、すなわち吸気圧力が低圧側（図３、点Ｌ）での計測を実施可能な圧力まで低下しているか否かが判定される。そして、ＰＭ＜Ｂであった場合にはステップ４１３から４１７を実行し、低圧側での計測が完了していない場合には現在の吸気圧センサ３３出力ＰＭと吸気酸素濃度センサ３１出力ＲＰとを、それぞれ低圧側の計測値ＰＬとＲＰＬとして記憶し、低圧側での計測が完了したことを示すフラグＸＬの値を１にセットする。
【００６０】
そして、次にステップ４１９では前述のフラグＸＨとＸＬとの値の両方が１になっているか否かを判定する。ここで、フラグＸＨとＸＬとのうち一方または両方が１にセットされていない場合には、高圧側（図３、点Ｈ）と低圧側（図３、点Ｌ）との両方の計測が終了していないため、ステップ４２１以下の判定操作は実行せずに今回のルーチン実行を終了する。
ステップ４１９でフラグＸＨとＸＬとの両方の値が１であった場合には、高圧側と低圧側との両方のデータ取得が完了しているため、ステップ４２１以下のセンサ故障判定操作が実行される。
【００６１】
すなわち、ステップ４２１では前述した吸気圧力の無次元変化量ΔＰが、高圧側と低圧側とで計測した吸気圧力ＰＨとＰＬとを用いて、ΔＰ＝（ＰＨ−ＰＬ）／ＰＬとして算出され、吸気酸素濃度センサ出力の無次元変化量ΔＲＰが、ＲＰＨとＲＰＬとを用いて、ΔＲＰ＝（ＲＰＨ−ＲＰＬ）／ＲＰＬとして算出され、ステップ４２３では出力特性値（ΔＲＰ／ΔＰ）の値が上限値（１＋α）と下限値（１−β）との間にあるか否かが判定される。
また、出力特性値が上記上限値（１＋α）と下限値（１−β）の範囲内にある場合にはセンサは正常と判定され、ステップ４２５でセンサの状態を表すフラグＸＦの値が０（正常）にセットされる。
【００６２】
一方、ステップ４２３で特性値（ΔＰＲ／ΔＰ）の値が上限値（１＋α）以上または、下限値（１−β）以下であった場合には、ステップ４２７に進み、フラグＸＦの値は１（故障）にセットされる。なお、フラグＸＦの値が１にセットされると、別途ＥＣＵにより実行される吸気酸素濃度センサ３１出力に基づく前述した燃料噴射量補正とＥＧＲ制御の実行とは禁止されるとともに、運転席近傍に設置された警告灯が点灯され、運転者にセンサが故障したことが報知される。
上述のように、本実施形態では故障判定の際のセンサ出力特性値の上限値と下限値とをそれぞれ適切な値に設定しているため、パージやＥＧＲ実行中にもセンサ故障の有無の判定を行うことが可能となり、運転中にセンサ故障診断を実施する機会が増大する。
【００６３】
次に、本発明のセンサ故障判定操作の第２の実施形態について説明する。
前述の実施形態では、センサ故障有無の判定値の下限値はパージやＥＧＲの実行の有無にかかわらず同一の値（１−β）に設定されていた。この下限値のβの値は、パージやＥＧＲにより実際に吸気酸素濃度が低下した場合を考慮してαより大きい値に設定されている。しかし、実際にはパージやＥＧＲが実施されていないときに判定が実施された場合には、逆に下限値が低すぎて故障の検出精度が低下する可能性がある。
【００６４】
そこで、本実施形態では高圧側と低圧側とでのセンサ出力と吸気圧とのデータ取得がパージやＥＧＲ実行中に行われたか否かに基づいて判定の際の下限値を変更するようにしている。すなわち、データ取得時にパージやＥＧＲが実行されていた場合には判定の際の下限値は前述の実施形態と同じ（１−β）に設定するが、データ取得がパージやＥＧＲを実施していないときに行われている場合には、下限値はセンサの製品毎のばらつき公差の下限値（１−α）に設定される。これにより、パージやＥＧＲが実行されていない場合には、より正確にセンサ故障の有無の判定が行われるようになる。
【００６５】
図５、図６は本実施形態の実際の判定操作を説明するフローチャートである。図５の操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われる。
図５において、ステップ５０１はセンサ故障判定実行条件が成立しているか否かの判断を示す。ステップ５０１の判定実行条件は、図４ステップ４０１のものと同一である。
【００６６】
次に、ステップ５０３ではフラグＰＧの値が１にセットされているか否かが判定される。フラグＰＧはＥＣＵ３０により別途実行される操作により設定されるフラグであり、現在パージまたはＥＧＲなどの吸気酸素濃度に影響を与える操作を実行中である場合には１に、実行中でない場合には０にセットされる。
ステップ５０３でＰＧ≠１である場合、すなわち現在パージまたはＥＧＲなどを実行中でない場合には、ステップ５０５からステップ５２３（図６）で、２つの異なる吸気圧力における酸素濃度センサ出力ＲＰＨ、ＲＰＬとそのときの吸気圧力ＰＨ、ＰＬを読込むとともに、これらのデータ取得が完了すると、無次元化したセンサ出力変化量ΔＲＰと吸気圧力変化量ΔＰとが算出される（ステップ５２３）。
【００６７】
ステップ５０５から５２３は、図４ステップ４０３から４２１と同一の操作であるが、ステップ５０５から５２３はパージ、ＥＧＲなどを実行していない場合のみに実行される点が相違している。
上記によりパージ、ＥＧＲなどを実行していない状態におけるΔＲＰ、ΔＰを算出後、図６ステップ５２５では、図４ステップ４２３と同様にこれらの値に基づいて算出される出力特性値ΔＲＰ／ΔＰの値を上限値及び下限値と比較することにより、センサが故障しているか否かが判定される。ステップ５２５の判定では、上限値は図４ステップ４２３と同じ（１＋α）の値が使用されるが、下限値については図４ステップ４２３とは異なる値（１−α）が使用される。
【００６８】
すなわち、ステップ５２５の判定に用いられるセンサ出力ＲＰＨ、ＲＰＬ及びＰＨ、ＰＬの値はパージ、ＥＧＲなどの吸気酸素濃度に影響を与える操作を実行していないときの値であり、実際の吸気酸素濃度は標準大気に等しい値となっている。このため、下限値を設定する際にはＥＧＲ、パージなどによる判定誤差を考慮する必要はないため、上限値と同様にセンサ出力の製品毎のばらつき公差αに基づいて下限値を設定している。これにより、より正確なセンサ故障判定が可能となっている。
【００６９】
一方、ステップ５０３でパージ、ＥＧＲなどの吸気酸素濃度に影響を与える操作を実行中であった場合には、ステップ５３１から５４９の操作が実行される。ステップ５３３から５４９の操作は実質的にステップ５０５から５２３と同一の操作であるが、パージ、ＥＧＲなどの吸気酸素濃度に影響を与える操作を実行中にのみ行われる点が相違しており、取得したデータはステップ５０５から５２３で取得したデータと区別するために、センサ出力はＰＲＰＨ、ＰＲＰＬ、吸気圧力はＰＰＨ、ＰＰＬの名前で記憶される。
【００７０】
また、ＸＰＨ、ＸＰＬはそれぞれパージ中の高圧側と低圧側のデータ取得が完了したか否かを表すフラグで、ステップ５０５から５２３のフラグＸＨ、ＸＬと同様な機能を有している。
図６ステップ５４７ではパージ、ＥＧＲなどの操作実行中の高圧側データＰＲＰＨ、ＰＰＨ、及び低圧側データＰＲＰＬ、ＰＰＬの両方のデータの取得が完了しているか否かが判定され、完了している場合にはステップ５４９に進み、無次元化したセンサ出力変化量と吸気圧力変化量とが算出される。この場合も、ステップ５４９で算出した無次元化変化量は、ステップ５２３で算出した無次元化変化量と区別するために、ΔＰＲＰ、ΔＰＰの名前で記憶される。
【００７１】
また、ステップ５５１では上記無次元変化量ΔＰＲＰ、ΔＰＰに基づいて算出される出力特性値ΔＰＲＰ／ΔＰＰを上限値、下限値と比較することによりセンサの故障の有無が判定される。この場合には、パージ実行中に取得されたデータに基づく判定であるため、図４のステップ４２３と同様に、判定の際の上限値は（１＋α）、下限値は（１−β）が使用される。
【００７２】
そして、出力特性値が上限値と下限値との間にある場合にはステップ５５３でフラグＸＦの値が０に設定され、上限値以上または下限値以下である場合にはステップ５５５でフラグＸＦの値が１に設定されるのはステップ５２７、５２９と同様である。
上述のように、本実施形態によればパージ、ＥＧＲなどの吸気酸素濃度に影響を与える操作が実施中であるか否かに応じて、センサ故障の際の判定値の下限値を変更するようにした事により、より正確なセンサ故障の判定が可能となっている。
【００７３】
次に、本実施形態の第３の実施形態について説明する。
前述の各実施形態ではパージ、ＥＧＲなどの吸気酸素濃度に影響を生じる操作実行中にはこれらの影響を考慮して、センサ故障の判定値の下限値を低く設定することにより、正常なセンサが異常と誤判定されることを防止している。
しかし、例えば蒸発燃料のパージ量やＥＧＲ量が判定操作実行中に変動するような場合には、上記下限値の設定では正常なセンサが故障判定されるような場合も生じうるため、パージ実行中のセンサ故障判定は誤判定を生じる可能性を有している。。ここで、センサ故障有無の判定を常にパージ、ＥＧＲを実施していない状態で行うようにすれば上記のような問題は生じない。しかし実際の車両用内燃機関では大部分の運転条件でパージまたはＥＧＲが実行されているため、パージ、ＥＧＲを実行していない場合のみにセンサ故障の有無を判定したのでは、故障検出の機会が少なくなってしまい、センサ故障を早期に検出することができなくなる。また、センサ故障判定を行う際にはパージ、ＥＧＲの実施を一時停止することも考えられるが、パージやＥＧＲを停止すると機関性能に影響を生じたり、蒸発燃料のエミッションや排気エミッションが増大する場合があるため、センサ故障判定実行毎にパージやＥＧＲを停止することは好ましくない。
【００７４】
このため、本実施形態ではパージ又はＥＧＲ実施時の上記下限値の値は変えずに判定を行い、パージ、ＥＧＲ実行中に取得したデータに基づく出力特性値の値が下限値より小さくなった場合には、直ちにはセンサが故障したと判定せずに、再度パージ、ＥＧＲが実行されていない条件下で故障の有無の判定を行うようにしている。これにより、正常なセンサが故障したと誤判定されることが防止されるため、判定精度が更に向上するようになる。
【００７５】
図７は、本実施形態の故障判定操作を説明するフローチャートの一部である。本実施形態の故障判定操作は、図５、図６の判定操作と一部相違するのみであるので、図７には相違する部分のみを示している。
図７に示すように、本実施形態では図６ステップ５５１から５５５の操作の代りにステップ７０１から７０９で示したステップが実行される。
【００７６】
すなわち、パージ実行中に高圧側と低圧側のデータの取得が完了し、ステップ５４９で無次元化したセンサ出力変化量ΔＰＲＰと吸気圧力変化量ΔＰＰとを算出した後、ΔＰＲＰとΔＰＰとを用いて算出したセンサ出力特性値ΔＰＲＰ／ΔＰＰが上限値（１＋α）より小さいか否か（ステップ７０１）と、下限値（１−β）より大きいか否か（ステップ７０５）とを個別に判定する。
この場合も、ステップ７０１、７０５で（１−β）＜ΔＰＲＰ／ΔＰＰ＜（１＋α）であった場合にはセンサは正常であると判定され故障フラグＸＦの値は０に、ステップ７０１でΔＰＲＰ／ΔＰＰ≧（１＋α）である場合は、センサが故障したと判定されフラグＸＦの値は１に、それぞれセットされるのは、図５、図６の実施形態と同様である。
【００７７】
しかし、図５、図６の実施形態ではパージ、ＥＧＲ実行時にもステップ５５１でΔＰＲＰ／ΔＰＰ≦（１−β）であった場合には直ちに故障と判定してフラグＸＦの値を１にセット（ステップ５２９）していたのに対して、本実施形態では、パージ実行時にステップ７０５（図７）でΔＰＲＰ／ΔＰＰ≦（１−β）であった場合には、直ちにセンサが故障したとは判定せずに判定を保留するとともに、ステップ７０９で現在実行中のパージ、ＥＧＲを停止して今回の操作を終了するようにしている。
【００７８】
これにより、操作が次に実行されたときからはステップ５０５から５２９（図５、図６）が実行されるようになり、パージ、ＥＧＲなどの吸気酸素濃度に影響を与える操作が実施されていない状態で再度センサの故障判定が行われるようになる。
このため、判定操作実行中にパージの際の蒸発燃料濃度やＥＧＲ量が変動したために正確な出力特性値が得られずにステップ７０５で故障判定されたような場合にも、パージやＥＧＲの影響がない状態で再度判定が行われるようになり、正常なセンサが誤って故障と判定されることが防止される。
【００７９】
なお、本実施形態では、パージ、ＥＧＲ実施中にΔＰＲＰ／ΔＰＰ≦（１−β）となりセンサが故障判定された場合には、パージ、ＥＧＲなどを停止して再度判定操作を実行するため、機関の運転状態に影響が出ることになる。しかし、パージやＥＧＲを停止することになるのは、センサが故障判定された場合、しかも出力特性値が下限値を下回った場合のみであるため、実際にパージやＥＧＲが停止される確率は極めて低くなり機関性能への影響やエミッションの悪化は実質的に無視することができる程度になる。
【００８０】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、機関運転中に吸気酸素濃度センサ出力変化と吸気圧力変化とが所定の関係を満たしているか否かに基づいてセンサ故障の有無を判定するようにしたことにより、パージやＥＧＲなどの吸気酸素濃度に影響を与える操作が実行されている場合にも簡易かつ正確にセンサ故障の有無を判定可能となるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】一般的な吸気酸素濃度センサの出力と吸気圧力との関係を説明する図である。
【図３】図１の実施形態の吸気酸素濃度センサの故障有無の判定原理を説明する図である。
【図４】吸気酸素濃度センサの故障判定操作の第１の実施形態を説明するフローチャートである。
【図５】吸気酸素濃度センサの故障判定操作の第２の実施形態を説明するフローチャートの一部である。
【図６】吸気酸素濃度センサの故障判定操作の第２の実施形態を説明するフローチャートの一部である。
【図７】吸気酸素濃度センサの故障判定操作の第３の実施形態を説明するフローチャートの一部である。
【符号の説明】
１…内燃機関本体
１０…吸気通路
３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１…吸気酸素濃度センサ
３３…吸気圧センサ
４１…パージ制御弁
５１…ＥＧＲ制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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