(57)【要約】【課題】複数の空燃比フィードバックモードを切換可能なエンジンを対象とし、何れの空燃比フィードバックモードにおいてもエンジンの故障を的確に検出できるエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１の燃料噴射制御に適用される空燃比の目標値と計測値との差の積算値が正常範囲を逸脱し、且つ積算値の増加を補正する方向に更新されるA/F学習値が正常範囲を逸脱したときに、エンジンの故障と判定して故障コード及びエンジン運転条件を記憶する。その後のドライブサイクルでA/F学習値が正常範囲内にあるか（Ｓ１６がＹes）、または積算値が正常範囲内にある場合（Ｓ１７がＹes）に、エンジン１の運転条件の類似（Ｓ１９がＹes）を条件として故障コードを取り消す（Ｓ２１）。エンジン１の運転条件として目標空燃比を設定し、目標空燃比が一致しない場合には故障コードの取り消しを禁止する（Ｓ１８）。【選択図】図３
2018162761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転中に前記エンジンの故障を判定する故障判定手段と、
前記エンジンの実空燃比を予め設定した目標空燃比に一致させるように前記エンジンをフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と
を備え、
前記故障判定手段は、
所定の条件が成立した際に前記エンジンの故障と判定する故障判定部と、
前記故障判定部により故障と判定された際に対応する故障コードを記憶する故障コード記憶部と、
前記故障判定部により故障と判定された際の前記エンジンの運転条件を記憶する類似運転条件記憶部と、
前記故障コード記憶部により記憶された故障コードを取り消す正常復帰制御部と
を有し、
前記空燃比フィードバック制御手段は、
前記エンジンの目標空燃比を設定する目標空燃比設定部と
を有し、
前記類似運転条件記憶部は、前記目標空燃比設定部により設定された目標空燃比を前記エンジンの運転条件として記憶し、
前記正常復帰制御部は、前記故障コード記憶部により前記故障コードが記憶された後の前記エンジンの運転中において運転条件が前記類似運転条件記憶部に記憶された前記エンジンの運転条件と類似し、かつ前記故障判定部により故障と判定されなかった場合に前記故障コードを取り消す
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記目標空燃比設定部は、ストイキフィードバックモードでは前記エンジンの目標空燃比をストイキに設定し、非ストイキフィードバックモードでは前記目標空燃比をストイキ以外の空燃比に設定し、
前記類似運転条件記憶部は、前記ストイキフィードバックモード及び前記非ストイキフィードバックモードの目標空燃比を前記エンジンの運転条件として記憶する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記目標空燃比設定部は、前記非ストイキフィードバックモードとして、リッチフィードバックモードでは前記目標空燃比をリッチ側に設定し、リーンフィードバックモードでは前記目標空燃比をリーン側に設定し、
前記類似運転条件記憶部は、前記ストイキフィードバックモードの目標空燃比に加えて、前記リッチフィードバックモード及びリーンフィードバックモードの目標空燃比を前記エンジンの運転条件として記憶する
ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記故障判定部は、前記目標空燃比設定部により設定される目標空燃比と実空燃比との差に応じて積分処理された値である積算値、及び積算値のリッチ側への増加或いはリーン側への減少を補正する方向に更新される空燃比学習値に基づき、前記エンジンの故障を判定する
ことを特徴とする請求項２または３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記故障判定部は、前記積算値が前記空燃比学習値と同一方向に第１の判定範囲をリッチ側またはリーン側に逸脱しているか否か、及び前記空燃比学習値が第２の判定範囲をリッチ側またはリーン側に逸脱しているか否かに基づき、前記エンジンの故障を判定し、
前記非ストイキフィードバックモードで適用される前記第１の判定範囲及び前記第２の判定範囲は、前記ストイキフィードバックモードで適用される前記第１の判定範囲及び前記第２の判定範囲に対してそれぞれ拡大して設定されている
ことを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御装置に係り、詳しくは目標空燃比をストイキに設定したストイキフィードバックモードとストイキ以外の空燃比に設定した非ストイキフィードバックモードとの間で空燃比フィードバックモードを切換可能なエンジンを対象とした制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンには燃料系、点火系或いは排気浄化系等の各種システムが備えられており、これらのシステムの故障により作動状態に異常をきたすと、排ガス特性の悪化等の弊害に直結する。このため、各システムの故障を検出する機能が法規からの要求、或いは自動車メーカの自主的な判断等に基づいてエンジンに付与されており、故障検出時には故障表示により運転者に修理を促すと共に、エンジンを制御するＥＣＵ内に故障内容に対応する故障コードを記憶して後の修理に役立てている。
【０００３】
ＥＣＵによる故障判定は種々の些細な要因で誤って下される可能性があり、例えば空燃比のずれに基づき燃料システムの故障を判定する場合、システム故障以外の要因で偶発的に空燃比が変動しても、その空燃比変動が故障判定の要件を満たしていれば故障判定が下される場合もあり得る。このような誤判定が発生すると、誤った故障コードがＥＣＵ内に記憶され続けると共に、システム異常への対処として本来の制御から代替制御に切り換えた場合には、その必ずしも最適でない代替制御が不必要に継続されてしまう。
【０００４】
そこで、故障判定したシステムに対して後のエンジン運転中に故障判定が下されなかった場合に、正常復帰として故障コードを取り消し、さらに代替制御への切換を行っている場合には本来の制御に復帰させる対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
最初の故障判定を覆すには、故障判定の時点と類似するエンジン運転条件の下で後の故障判定を実行する必要がある。このため特許文献１に記載の技術では、エンジン運転条件としてエンジン回転速度、エンジン負荷、エンジン暖機状態及び噴射モード（ポート噴射や筒内噴射）の各要件を設定し、故障判定を下した後には、全ての要件が類似するエンジン運転条件の下で故障判定が下されなかったことを条件として、故障コードの取り消し等の正常復帰を実行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２６９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年ではエンジンの排気空燃比を検出するLAFS（リニア空燃比センサ）の検出精度の向上等により、LAFSの検出情報に基づく空燃比フィードバックの目標値をストイキ（理論空燃比）のみならずリッチ空燃比或いはリーン空燃比まで拡張可能になっている。このような空燃比制御では、例えばエンジンの運転領域に応じて空燃比フィードバックモードがストイキフィードバックモード（目標値をストイキに設定）、リッチフィードバックモード（目標値を所定リッチ空燃比に設定）、リーンフィードバックモード（目標値を所定リーン空燃比に設定）の間で切り換えられる。このため、何れの空燃比フィードバックモードにおいても的確に故障検出する機能が要求される。
【０００７】
しかしながら、エンジンに備えられた各システムの制御量は、エンジン運転条件（エンジン回転速度、エンジン負荷、エンジン暖機状態）が類似していても空燃比フィードバックモード間で相違する。即ち、何れかの空燃比フィードバックモードで故障と判定されるべき制御量であっても、他の空燃比フィードバックモードでは故障と判定すべきでない場合もあり得る。このような場合、何れかの空燃比フィードバックモードで制御量に基づき正しく故障と判定され、その故障コードが記憶・温存されるべきであるにも拘わらず、他の空燃比フィードバックモードへの切換と共に故障無しとして正常復帰により故障コードが不適切に取り消されるという問題が生じてしまう。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、複数の空燃比フィードバックモードを切換可能なエンジンを対象とし、何れの空燃比フィードバックモードにおいてもエンジンの故障を的確に検出することができるエンジンの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明のエンジンの制御装置は、エンジンの運転中に前記エンジンの故障を判定する故障判定手段と、前記エンジンの実空燃比を予め設定した目標空燃比に一致させるように前記エンジンをフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段とを備え、前記故障判定手段が、所定の条件が成立した際に前記エンジンの故障と判定する故障判定部と、前記故障判定部により故障と判定された際に対応する故障コードを記憶する故障コード記憶部と、前記故障判定部により故障と判定された際の前記エンジンの運転条件を記憶する類似運転条件記憶部と、前記故障コード記憶部により記憶された故障コードを取り消す正常復帰制御部とを有し、前記空燃比フィードバック制御手段が、前記エンジンの目標空燃比を設定する目標空燃比設定部とを有し、前記類似運転条件記憶部が、前記目標空燃比設定部により設定された目標空燃比を前記エンジンの運転条件として記憶し、前記正常復帰制御部が、前記故障コード記憶部により前記故障コードが記憶された後の前記エンジンの運転中において運転条件が前記類似運転条件記憶部に記憶された前記エンジンの運転条件と類似し、かつ前記故障判定部により故障と判定されなかった場合に前記故障コードを取り消すことを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
このように構成したエンジンの制御装置によれば、故障判定部によりエンジンの故障と判定されると、故障コード記憶部により故障コードが記憶されると共に、目標空燃比設定部が設定した目標空燃比がエンジンの運転条件として類似運転条件記憶部により記憶される。その後のエンジンの運転中において、運転条件が類似運転条件記憶部に記憶されたエンジンの運転条件と類似し、かつ故障判定部により故障と判定されなかった場合に、正常復帰制御部により故障コードが取り消される。
【００１１】
エンジンの運転条件として目標空燃比が設定されているため、故障判定部により故障と判定されなかったとしても、目標空燃比が類似しない場合には故障コードは取り消されない。よって、目標空燃比の相違に起因する誤った故障コードの取り消しが未然に防止される。
その他の態様として、前記目標空燃比設定部が、ストイキフィードバックモードでは前記エンジンの目標空燃比をストイキに設定し、非ストイキフィードバックモードでは前記目標空燃比をストイキ以外の空燃比に設定し、前記類似運転条件記憶部が、前記ストイキフィードバックモード及び前記非ストイキフィードバックモードの目標空燃比を前記エンジンの運転条件として記憶することが好ましい（請求項２）。
【００１２】
この態様によれば、ストイキフィードバックモードで故障判定が下された場合には、目標空燃比がストイキであることを条件として故障コードが取り消され、非ストイキフィードバックモードで故障判定が下された場合には、目標空燃比がストイキ以外の空燃比であることを条件として故障コードが取り消される。
その他の態様として、前記目標空燃比設定部が、前記非ストイキフィードバックモードとして、リッチフィードバックモードでは前記目標空燃比をリッチ側に設定し、リーンフィードバックモードでは前記目標空燃比をリーン側に設定し、前記類似運転条件記憶部が、前記ストイキフィードバックモードの目標空燃比に加えて、前記リッチフィードバックモード及びリーンフィードバックモードの目標空燃比を前記エンジンの運転条件として記憶することが好ましい（請求項３）。
【００１３】
この態様によれば、リッチフィードバックモードで故障判定が下された場合には、リッチ側の目標空燃比であることを条件として故障コードが取り消され、リーンフィードバックモードで故障判定が下された場合には、リーン側の目標空燃比であることを条件として故障コードが取り消される。
その他の態様として、前記故障判定部が、前記目標空燃比設定部により設定される目標空燃比と実空燃比との差に応じて積分処理された値である積算値、及び積算値のリッチ側への増加或いはリーン側への減少を補正する方向に更新される空燃比学習値に基づき、前記エンジンの故障を判定することが好ましい（請求項４）。
【００１４】
この態様によれば、エンジンの燃料噴射量はストイキ（ストイキフィードバックモード）或いはそれ以外の空燃比（非ストイキフィードバックモード）を目標として積算値により逐次補正されており、この積算値によりリッチ側或いはリーン側に施した燃料噴射量補正量と同じ方向に空燃比学習値が更新され、これにより排気空燃比が目標空燃比に保たれる。エンジンの故障時には空燃比学習値及び積算値が過多或いは過小となり適切に設定されなくなるため、これらの値を指標としてエンジンの故障を的確に判定可能となる。
【００１５】
その他の態様として、前記故障判定部が、前記積算値が前記空燃比学習値と同一方向に第１の判定範囲をリッチ側またはリーン側に逸脱しているか否か、及び前記空燃比学習値が第２の判定範囲をリッチ側またはリーン側に逸脱しているか否かに基づき、前記エンジンの故障を判定し、前記非ストイキフィードバックモードで適用される前記第１の判定範囲及び前記第２の判定範囲が、前記ストイキフィードバックモードで適用される前記第１の判定範囲及び前記第２の判定範囲に対してそれぞれ拡大して設定されていることが好ましい（請求項５）。
【００１６】
この態様によれば、ストイキフィードバックモードや非ストイキフィードバックモードでは、目標空燃比と実空燃比とに基づき燃料噴射量が制御されるが、実空燃比を検出する空燃比検出手段、例えばLAFS等は、空燃比がストイキからリッチ側及びリーン側に離れるほど検出誤差が増加する特性を有する。このため、ストイキフィードバックモードに比較して非ストイキフィードバックモードでは、目標空燃比を保持するためにより大きな積算値及び空燃比学習値が適用されることから、ストイキフィードバックモードと同一の第１及び第２の判定範囲を設定するとエンジンの故障と判定され易くなってしまう。ストイキフィードバックモードに対して非ストイキフィードバックモードの第１及び第２の判定範囲を拡大して設定することにより、このような故障判定に関する格差が解消される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のエンジンの制御装置によれば、複数の空燃比フィードバックモードを切換可能なエンジンを対象とし、何れの空燃比フィードバックモードにおいてもエンジンの故障を的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の燃料システムの制御装置が適用されたエンジンを示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する故障判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】同じくＥＣＵが実行する正常復帰判定ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明をエンジンの燃料システムの制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の燃料システムの制御装置が適用されたエンジンを示す全体構成図である。
エンジン１の吸気通路２にはインジェクタ３が設けられ、このインジェクタ３から噴射された燃料が吸気と共に燃焼室４内に導入されて点火プラグ５により燃焼される。燃焼後の排ガスは排気通路６に排出され、排気通路６上に設けられた三元触媒７により浄化された後に外部に排出される。
【００２０】
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ１１（エンジン１の制御装置）が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ１１の入力側には、クランク角センサ１２、三元触媒７の上流側に配設された排気空燃比を検出するLAFS１３（リニア空燃比センサ）、及び三元触媒７の下流側に配設された排気中の酸素濃度を検出するＯ２センサ１４（酸素センサ）等の各種センサ類が接続されている。またＥＣＵ１１の出力側には、点火プラグ５を駆動するイグナイタ１５及びインジェクタ３等の各種デバイス類が接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ１１（エンジン１の制御装置）は、各センサからの検出情報に基づきエンジン１を運転する。例えば、所定の制御マップに基づきエンジン運転領域に応じて点火時期や燃料噴射量等を決定し、決定した目標値に基づいてイグナイタ１５やインジェクタ３を駆動制御する。
また本実施形態では、ＥＣＵ１１は各気筒で燃焼されるガスの実空燃比を予め定めた目標空燃比に一致させるように燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段２１を備える。空燃比フィードバック制御手段２１は、前記目標空燃比を設定する目標空燃比設定部２１ａを有する。空燃比フィードバック制御手段２１による空燃比フィードバックはストイキのみならずリッチ側及びリーン側でも実行しており、そのために空燃比フィードバックの目標値として、目標空燃比設定部２１ａは理論空燃比たるストイキに加えて、ストイキに比べて燃焼ガスに含まれる燃料量が多くなるリッチ側空燃比及びストイキに比べて燃焼ガスに含まれる空気が多くなるリーン側空燃比が設定されている。
【００２２】
基本的な空燃比フィードバックモードとしては、目標値をストイキに設定したストイキフィードバックモードが選択される。一方、例えば動力性能の確保が要求される高負荷域では、目標値をリッチ空燃比に設定したリッチフィードバックモードが選択される。また、燃料噴射を中止する燃料カットから復帰する際の燃料噴射時には、燃料カット中に三元触媒７に吸蔵されたＯ２過多状態に至り還元能力の低下によりＮＯｘ浄化率が低下することを防ぐため、それぞれの状況では目標空燃比をリッチ側空燃比に設定したリッチフィードバックモードが選択される。
【００２３】
空燃比フィードバック制御手段２１による空燃比フィードバック制御について詳細を説明する。
エンジン１の運転状態に応じて目標空燃比設定部２１ａは空燃比フィードバックモードを選択した上で、LAFS１３の出力を実空燃比として、実空燃比に基づき三元触媒７の上流側の空燃比を目標空燃比設定部２１ａが設定した目標値に一致させるように空燃比フィードバックを実行している。詳しくは、空燃比の目標値とＬＡＦＳ１３により検出された実空燃比との乖離度合に基づき、フィードバック制御におけるフィードバック補正値が更新されて、インジェクタ３による燃料噴射量を逐次補正する。フィードバック補正値は０を基準値として、実空燃比が目標空燃比よりもリッチであればマイナス側に更新され、実空燃比が目標空燃比よりもリーンであればプラス側に更新される。さらに、空燃比フィードバック制御中に目標空燃比に対して実空燃比の定常的な偏差が生じると、フィードバック補正値の積分項に基づいてＬＡＦＳ１３のＡ／Ｆ学習値を更新する空燃比学習処理が実行される。さらに、ＬＡＦＳ１３の中央値即ちストイキたる出力値が目標空燃比の中央値に相当する出力値になるように、燃料噴射量をＡ/Ｆ学習値によって補正を行う。
【００２４】
また、ＥＣＵ１１は空燃比フィードバック制御手段２１による空燃比フィードバック中においてフィードバック補正値の積分項（積算値）及びA/F学習値が所定の各正常範囲から同一方向（リッチ側もしくはリーン側）に逸脱した場合には、故障判定手段２２によって燃料噴射制御システムの故障と判定する。具体的には、積分値およびＡ／Ｆ学習値による燃料噴射量補正がリッチ側に過多となるリーン故障や、逆に、燃料噴射量補正がリーン側に過多となるリッチ故障であるか否かを判定している。故障判定手段２２が、燃料噴射制御システムの故障と判定した際には対応する故障コードを記憶して後の修理に役立てている。加えて、故障内容によっては本来の燃料噴射制御を継続できなくなるため、可能な限り機能（例えば排ガス浄化性能や走行性能等）を確保すべく、故障を前提とした代替制御に切り換える場合もある。
【００２５】
故障判定手段２２による故障判定の具体例を説明する。
故障判定手段２２は、所定の運転条件が成立した際にエンジン１の故障と判定する故障判定部２２ａ及び故障コード記憶部２２ｂを有する。具体的には、故障判定部２２ａは、空燃比フィードバック中においてLAFS１３が出力した実空燃比と目標空燃比との差分である積算値及び目標空燃比に対する実空燃比の定常的な偏差を補正するA/F学習値が所定の各正常範囲から同一方向（リッチ側もしくはリーン側）に逸脱した場合に故障と判定する。その際、故障コード記憶部２２ｂが対応する故障コードを記憶する。
【００２６】
加えて、故障判定手段２２は、故障判定部２２ａが故障と判定した際のエンジン１の運転条件を記憶する類似運転条件記憶部２２ｃを有する。類似運転条件記憶部２２ｃが記憶するエンジン１の運転条件については後述する。
故障判定手段２２は、さらに正常復帰制御部２２ｄを有する。正常復帰制御部２２ｄは、故障コード記憶部２２ｂが故障コードを記憶した後のエンジン運転中において、故障判定部２２ａにより故障と判定された際には故障判定を確定し対応する故障コードを出力する。一方、故障コード記憶部２２ｂが故障コードを記憶した後のエンジン運転中において、故障判定部２２ａが故障と判定せず、かつ、このときのエンジン１の運転条件が類似運転条件記憶部２２ｃに記憶された運転条件と類似している場合には、正常復帰制御部２２ｄは故障コード記憶部２２ｂ部によって記憶している故障コードの消去等の処理（後述する正常復帰）を実行している。本実施形態では、エンジン１の始動から停止までのドライブサイクルを区切りとして故障コードの記憶・消去を実行している。あるドライブサイクルで故障コード記憶部２２ｂが記憶した故障コードは、次回以降のドライブサイクルで所定条件の成立した際に、正常復帰制御部２２ｄによって消去される。
【００２７】
ところで、LAFS１３の出力に基づく空燃比フィードバックで適用される積算値及びA/F学習値は、空燃比フィードバックモード毎に相違する。このため、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、何れかの空燃比フィードバックモードで故障判定部２２ａによって故障と判定されて故障コード記憶部２２ｂに記憶された故障コードが、その後のドライブサイクルにおいて、他の空燃比フィードバックモードの下で正常復帰制御部２２ｄによって不適切に消去されるという問題があった。
【００２８】
以上の不具合を鑑みて本発明者は、類似運転条件記憶部２２ｃが記憶する所定のエンジン運転条件のひとつとして、目標空燃比設定部２１ａが設定した目標空燃比に基づく空燃比フィードバックモードを含めることとした。即ち、あるドライブサイクルで故障判定部２２ａが故障判定を下して故障コード記憶部２２ｂが故障コードを記憶し、その後のドライブサイクルで故障判定部２２ａが故障判定を下さなかったとしても、当該ドライブサイクル内に類似運転条件記憶部２２ｃが記憶した空燃比フィードバックモードと故障判定部２２ａが故障判定を下した際の空燃比フィードバックモードとが一致する運転条件がない場合には、正常復帰制御部２２ｄによる故障コードの消去等の正常復帰を禁止する対策を見出した。以下、この知見の下にＥＣＵ１１により実行される燃料システムの故障判定処理について説明する。
【００２９】
図２はＥＣＵ１１が実行する故障検出ルーチンを示すフローチャートであり、当該ルーチンはエンジン１の運転中にＥＣＵ１１により所定の制御インターバルで実行される。本実施形態では、この故障検出ルーチンを実行するときのＥＣＵ１１が故障判定手段２２および空燃比フィードバック制御手段２１として機能する。
まずステップＳ１で、故障判定部２２ａが現在空燃比フィードバック制御手段２１において設定されている目標空燃比に基づいて燃料噴射制御で実行されている空燃比フィードバックモードを判別する。続くステップＳ２〜４では、空燃比フィードバックモード毎に予め設定されている積算値の故障判定値及びA/F学習値の補正限界の中から、判別した空燃比フィードバックモードに対応する故障判定値及び補正限界を選択する。即ち、ステップＳ１でストイキフィードバックモードを判別したときには、ステップＳ２でストイキフィードバックモードに対応する積算値の故障判定値及びA/F学習値の補正限界を選択し、ステップＳ１でリッチフィードバックモードを判別したときには、ステップＳ３でリッチフィードバックモードに対応する故障判定値及び補正限界を選択し、ステップＳ１でリーンフィードバックモードを判別したときには、ステップＳ４でリーンフィードバックモードに対応する故障判定値及び補正限界を選択する。
【００３０】
積算値は、目標空燃比設定手段が設定した目標空燃比とLAFS１３の出力した実空燃比の差分に応じて積算した値として定義される。積算値の故障判定値は、０を中心としてリッチ側及びリーン側に設定されており、その間が積算値の正常範囲（第１の判定範囲）に相当する。
A/F学習値はLAFS１３の出力の中央値（即ちストイキフィードバックモードの場合にはストイキたる出力値）が初期値からどれだけ補正されたかを積算した値として定義される。当該補正量の積算値が所定の上限或いは下限に達した際に、A/F学習値が補正限界に達したと判断する。A/F学習値の補正限界は０を中心としてリッチ側及びリーン側の値が設定されている。リッチ側補正限界からリーン側補正限界の間がA/F学習値の正常範囲（第２の判定範囲）に相当する。
【００３１】
以下に述べるようにエンジン１の故障判定は、積算値及びA/F学習値がそれぞれの正常範囲を逸脱しているか否かに基づき行われるが、本実施形態では、ストイキフィードバックモードとリッチフィードバックモード及びリーンフィードバックモードとで正常範囲の設定を異にしている。具体的には、リッチフィードバックモード及びリーンフィードバックモードで適用される積算値及びA/F学習値の正常範囲は、ストイキフィードバックモードで適用される積算値及びA/F学習値の正常範囲よりそれぞれ拡大して設定されている。このような正常範囲の設定は、LAFS１３の出力特性を考慮した結果である。
【００３２】
即ち、LAFS１３の検出誤差はストイキ近傍では小さいものの、ストイキからリッチ側及びリーン側に離れるほど検出誤差が増加する特性を有する。リッチフィードバックモード或いはリーンフィードバックモードでは目標空燃比がストイキから離れたリッチ側或いはリーン側の値に設定されるため、LAFS１３から出力される空燃比もストイキから離れた値となり、その分検出誤差が含まれやすくなる。このため、ストイキフィードバックモードに比較してリッチフィードバックモードやリーンフィードバックモードでは、積算値及びA/F学習値は検出誤差分を含めて出力されるためにより大きな積算値及びA/F学習値が出力される傾向がある。結果として、ストイキフィードバックモードと同一の正常範囲を設定した場合には、積算値及びA/F学習値が正常範囲を逸脱して故障判定され易くなってしまう。そこで、ストイキフィードバックモードに対してリッチフィードバックモード及びリーンフィードバックモードの正常範囲を拡大して設定することにより、このような故障判定に関する格差を解消できる。よって、何れの空燃比フィードバックモードでも同様の傾向で故障判定が実行されて故障の有無に応じた的確な判定が下されるため、ストイキフィードバックモード、非ストイキフィードバックモード(リッチフィードバック或いはリーンフィードバックモード)の何れにおいても誤判定を防止し、システム全体の判定精度を向上させることができる。
【００３３】
さらに、異なる空燃比フィードバックモードからモード移行した後の積算値およびＡ/Ｆ学習値に基づく空燃比補正が介入する機会が多いことから、不用意にリーン故障と判定されないように、所定の正常範囲が拡大されている。例えば、ストイキフィードバックモードからリッチフィードバックモードに移行したときに、しばらくの間はリッチ側への補正が多くなるとすれば不用意にリッチ故障と判定されないように正常範囲が主にリッチ側に拡大されている。
【００３４】
但し、各空燃比フィードバックモードの正常範囲の設定は、上記に限るものではない。例えば全ての空燃比フィードバックモードの正常範囲を同一設定としてもよいし、各空燃比フィードバックモードが設定するそれぞれの正常範囲の上限および下限を一律にしてもよい。
図２に戻って説明を続けると、ステップＳ２〜４で積算値の故障判定値及びA/F学習値の補正限界を選択した後、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、故障判定部２２ａにより現在燃料噴射制御に適用されているA/F学習値が、上記のように選択したリッチ側及びリーン側の何れかの補正限界を超えた（正常範囲をリッチ側またはリーン側に逸脱した）か否かを判定し、続くステップＳ６では、同じく故障判定部２２ａにより現在の積算値が同じく選択したリッチ側及びリーン側の何れかの故障判定値をＡ／Ｆ学習値と同一方向に超えた（正常範囲をリッチ側またはリーン側に逸脱した）か否かを判定する。
【００３５】
ステップＳ５，６の処理は、積算値及びA/F学習値の変動状況に基づく故障判定を目的としたものである。即ち、A/F学習値がリッチ側またはリーン側のいずれの補正限界を超えても空燃比を目標空燃比に維持できず、それを補うために積算値が同一方向に増加或いは減少して故障判定値を超える状況は、通常ではあり得ずに何らかの故障発生と見なせる。
【００３６】
このような趣旨のため、ステップＳ５，６の判定では同一方向の変動を条件としており、例えばステップＳ５でA/F学習値がリッチ側の補正限界を超えた場合、ステップＳ６では積算値がリッチ側の故障判定値を超えたか否かが判定される。
ステップＳ５，６の何れかの判定がＮo（否定）のときにはリターンする。何れの処理でもＹes（肯定）の判定を下すとステップＳ７に移行し、故障判定部２２ａがこの状態が所定時間（例えば５sec）継続したか否かを判定する。ステップＳ７の判定がＮoのときにはルーチンを終了しリターンする。ステップＳ７でＹesの判定を下すとステップＳ８に移行する。
【００３７】
ステップＳ８では、故障コード記憶部２２ｂが故障コードを記憶する。故障コードとしては、運転システム全体の何れかの部位に起因するリーン故障またはリッチ故障を示す内容が記憶される。より具体的には、積算値及びA/F学習値によるリッチ側への燃料噴射量補正時にはリーン故障を示す故障コードが記憶され、リーン側への燃料噴射量補正時にはリッチ故障を示す故障コードが記憶される。
【００３８】
続くステップＳ９では、故障コード記憶部２２ｂが故障コードを記憶した際のエンジン１の運転条件として、類似運転条件記憶部２２ｃが、エンジン回転速度Ｎe、充填効率Ｅc（エンジン負荷）、エンジン暖機状態及び目標空燃比設定部２１ａにより設定された目標空燃比に基づく空燃比フィードバックモードを特定し、そのエンジン運転条件を上記故障コードと紐付けて記憶する。後述するようにエンジン運転条件は、次回以降のドライブサイクルでの正常復帰の判定に利用される。
【００３９】
そして、このように類似運転条件記憶部２２ｃが記憶するエンジン運転条件の中には、故障判定部２２ａが故障と判定した際の空燃比フィードバックモードも含まれている。このため後の修理の際には、故障コードに基づき故障内容を把握できるだけでなく、エンジン運転条件に基づき何れの空燃比フィードバックモードで故障が発生したかも把握可能なため、これらの情報を利用して修理をより効率的に実施できる。また、本来の制御から代替制御に切り換える際には、エンジン運転条件を参考として代替制御をより適切に実行可能となる場合もある。
【００４０】
一方、図３は正常復帰制御部２２ｄが実行する正常復帰判定ルーチンを示すフローチャートであり、当該ルーチンはエンジン１の運転中にＥＣＵ１１により所定の制御インターバルで実行される。
まずステップＳ１１で、図２のルーチンに基づき以前のドライブサイクル（前回或いはそれ以前のドライブサイクル）において故障判定部２２ａが故障判定を下した結果、故障コード記憶部２２ｂが故障コードを記憶しているか否かを判定し、Ｎoのときにはルーチンを終了する。ステップＳ１１の判定がＹesになるとステップＳ１２に移行し、故障判定部２２ａが図２のステップＳ１〜４と同様に、ステップＳ１２で現在の空燃比フィードバックモードを判別し、ストイキフィードバックモードのときにはステップＳ１３でストイキフィードバックモード用の故障判定値及び補正限界を選択し、リッチフィードバックモードのときにはステップＳ１４でリッチフィードバックモード用の故障判定値及び補正限界を選択し、リーンフィードバックモードのときにはステップＳ１５でリーンフィードバックモード用の故障判定値及び補正限界を選択する。
【００４１】
続くステップＳ１６では、故障判定部２２ａが現在のA/F学習値がリッチ側及びリーン側の補正限界未満（正常範囲内）か否かを判定し、続くステップＳ１７では現在の積算値が同じくリッチ側及びリーン側の故障判定値未満（正常範囲内）か否かを判定する。ステップＳ１６，１７の何れでもＮoの判定を下したとき、即ち、図２のステップＳ５，６による故障判定を否定できないときには、ステップＳ１８に移行して正常復帰を禁止する。
【００４２】
正常復帰とは、以前のドライブサイクルで故障コード記憶部２２ｂが記憶した故障コードの消去、故障コードと紐付けて類似運転条件記憶部２２ｃが記憶したエンジン運転条件の消去、本来の燃料噴射制御から代替制御に切り換えている場合には、代替制御から本来の燃料噴射制御への復帰のための処理である。この場合には故障判定を否定できないことから、依然としてエンジン１が故障していると見なせる。このため、図２での故障判定に基づき故障コード記憶部２２ｂが記憶した故障コード及び類似運転条件記憶部２２ｃが記憶したエンジン運転条件が温存されると共に、代替制御が継続される。
【００４３】
また、ステップＳ１６，１７の何れかでＹesの判定を下したときには、故障判定の根拠となったステップＳ５のA/F学習値に関する要件、またはステップＳ６の積算値に関する要件の何れかが不成立となり、故障判定を否定可能となったと見なせる。
この場合にはステップＳ１９に移行し、現在のエンジン運転条件が類似運転条件記憶部２２ｃが記憶したエンジン運転条件と類似するか否かを判定する。より具体的には、エンジン回転速度Ｎe及び充填効率Ｅcに関しては、故障コードの記憶時の値を中心とした所定範囲内に現在の値があることを条件とし、エンジン暖機状態及び空燃比フィードバックモードに関しては、類似運転条件の記憶時と一致することを条件とする。
【００４４】
エンジン運転条件が類似しないとしてステップＳ１９でＮoの判定を下したときには、ステップＳ１８に移行する。即ち、この場合にはステップＳ１６，１７の判定に基づき積算値及びA/F学習値の要件は満たしているものの、エンジン運転条件が相違して同一条件下での比較とは言えないことから、正常復帰を禁止しているのである。
また、エンジン運転条件が類似するとしてステップＳ１９でＹesの判定を下したときには、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０では、記憶されている故障コードと同一方向の故障判定が今回のドライブサイクル中に１度も成立しなかったか否かを判定する。より具体的には、故障コードがリーン故障のときには、図２のステップＳ５〜７の処理により再びリーン側の故障判定が下されないことを条件とし、故障コードがリッチ故障のときには、ステップＳ５〜７の処理により再びリッチ側の故障判定が下されないことを条件とする。
【００４５】
ステップＳ１６，１７で積算値及びA/F学習値が正常範囲内にあり、ステップＳ１９でエンジン運転条件が類似している場合には、以前のドライブサイクルでの故障判定を否定することはできる。しかし、今回のドライブサイクル中に図２のステップＳ５，６で再び同一方向の故障判定が成立した場合には、その故障判定が同一の空燃比フィードバックモードで下された場合は勿論、異なる空燃比フィードバックモードで下された場合であっても、今現在のエンジン１に何らかの故障が生じていることが推測でき、正常復帰すべきでないと判断できる。そこで、このような場合にはステップＳ２０でＮoの判定を下してステップＳ１８に移行する。
【００４６】
また、今回のドライブサイクル中に同一方向の故障判定が成立しなかったとしてステップＳ２０でＹesの判定を下したときには、ステップＳ２１で正常復帰を許可した後にルーチンを終了する。従って、正常復帰制御部２２ｄによる故障コード記憶部２２ｂが記憶した故障コード及び類似運転条件記憶部２２ｃが記憶したエンジン運転条件の消去は、今回のドライブサイクルの終了時点で実行され、代替制御から本来の燃料噴射制御への復帰は、次回のドライブサイクルのためにエンジン１が始動された時点で実行される。
【００４７】
以上のように本実施形態のエンジン１の燃料システムの制御装置では、類似運転条件記憶部２２ｃが記憶するエンジン運転条件の１つとして目標空燃比設定部２１ａが設定した目標空燃比に基づく空燃比フィードバックモードを設定し、故障判定部２２ａが故障判定を下した後のドライブサイクルでは、正常復帰制御部２２ｄが空燃比フィードバックモードの一致を条件としてエンジン運転条件の類似と判定している。
【００４８】
エンジン運転条件として空燃比フィードバックモードの他に、エンジン回転速度Ｎe、充填効率Ｅc及びエンジン暖機状態も設定されているが、これらの要件だけでは判別できない運転状態も存在する。例えばＮＯx吸蔵触媒を搭載した車両では、燃料消費率の低いリーン化とリーン運転中に吸蔵したＮＯｘをパージするためのリッチ化が同様の運転域（例えば中負荷や低負荷運転域）に実行され、空燃比フィードバックモード以外のエンジン運転条件だけでは、他のリッチフィードバックやリーンフィードバックが実行される運転域との判別がつかない場合もある。同様に、高負荷運転時、高水温時、ノックリタード時等にリッチ化する場合も空燃比フィードバックモード時との判別が困難である。
【００４９】
エンジン運転条件に空燃比フィードバックモードを追加したことにより、これらの運転状態を明確に判別でき、空燃比フィードバックモードが一致しない場合には、エンジン運転条件が類似しないとして正常復帰が禁止される。このため、正しい故障判定に基づき記憶された故障コードが不適切に消去される事態を未然に防止することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、燃料システムの故障検出に適用したが、故障検出の対象はこれに限らず、例えばエンジン１の点火系の故障を検出する失火モニタに適用してもよい。具体的には、LAFS１３により検出される排気空燃比の変動、或いはクランク角センサ１２により検出されるエンジン１の回転変動、或いはイオン電流システムにより検出される筒内での燃焼時に生じるイオン電流等を指標として失火判定を行い、判定結果に応じて点火系の故障の有無を判断すればよい。
【００５０】
また、上記実施形態の燃料システムでは、三元触媒７の下流側にＯ２センサ１４が備えられているため、このＯ２センサ１４の出力に基づく空燃比サブフィードバックの実行状況に基づき、上記実施形態と同様の手法を用いて燃料システムの故障検出を行ってもよい。
また上記実施形態では、ポート噴射を行うエンジン１に適用したが、空燃比フィードバックモードを切換可能なエンジンであれば、その形式はこれに限るものではない。例えばポート噴射と筒内噴射との２種の噴射形態を任意に切換可能なエンジンに適用してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１      エンジン
１１    ＥＣＵ（空燃比フィードバック制御手段、故障判定手段）
２１    空燃比フィードバック制御手段
２１ａ  目標空燃比設定部
２２    故障判定手段
２２ａ  故障判定部
２２ｂ  故障コード記憶部
２２ｃ  類似運転条件記憶部
２２ｄ  正常復帰制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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