(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃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と、
前記空燃比検出手段の故障を判定する故障判定手段と
を備える内燃機関の故障判定装置において、
前記故障判定手段は、
前記内燃機関の燃料カット時において、前記燃料カット時から前記空燃比検出手段の検出値が前記燃料カット時に対してリーン側の所定値に達するまでの第１の時間と、
前記内燃機関の燃料カット復帰時において、前記燃料カット復帰時から前記空燃比検出手段の検出値が前記燃料カット時に対してリッチ側の所定値に達するまでの第２の時間と、
前記燃料カット時において、前記燃料カット時から前記空燃比検出手段の検出値が前記燃料カット時に対してリーン側へ変動を開始するまでの第３の時間と、
前記燃料カット復帰時において、前記燃料カット復帰時から前記空燃比検出手段の検出値が前記燃料カット時に対してリッチ側へ変動を開始するまでの第４の時間と
に基づいて前記空燃比検出手段の故障の形態を判定する
ことを特徴とする内燃機関の故障判定装置。
【請求項２】
前記空燃比検出手段が検出した検出値に基づいて前記混合気の目標空燃比を設定するフィードバック制御と前記検出値に関わらず前記目標空燃比を設定するオープンループ制御とのいずれかを選択する空燃比制御手段と、
を備え、
前記空燃比制御手段は、
前記第１の時間が第１の閾値以上、かつ、前記検出値がリーン側に変化する場合に前記オープンループ制御を選択し、
前記第２の時間が第２の閾値以上、かつ、前記検出値がリッチ側に変化する場合に前記オープンループ制御を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の故障判定装置。
【請求項３】
前記故障判定手段は、
前記第１の時間が前記第１の閾値以上かつ前記第３の時間が第３の閾値以上の場合に、前記空燃比検出手段はリーン側への変動において応答遅れ故障が生じていると判定し、
前記第２の時間が前記第２の閾値以上かつ前記第４の時間が前記第４の閾値以上の場合に、前記空燃比検出手段はリッチ側への変動において応答遅れ故障が生じていると判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の故障判定装置。
【請求項４】
前記故障判定装置は、
前記第４の時間が前記第４の閾値未満かつ前記第２の時間が第２の閾値以上の場合に、前記空燃比検出手段はリーン側張り付き故障が生じていると判定し、
前記第３の時間が前記第３の閾値未満かつ前記第１の時間が第１の閾値以上の場合に、前記空燃比検出手段はリッチ側張り付き故障が生じていると判定する
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の故障判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排出ガス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故障を判定する内燃機関の故障判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関内の空燃比を検出する空燃比検出センサの異常を判定する技術が知られている。例えば、空燃比変更後における空燃比センサの出力値を微分し、これにより得られた出力のピーク値を検出し、ピーク値を基準にしきい値を設定し、空燃比変更後に空燃比センサの出力の微分値がしきい値を超えるまでの時間（むだ時間）を計測し、このむだ時間に基づいて空燃比センサのむだ時間遅れ劣化を判定する技術が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−６３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術によると、むだ時間に基づいてむだ時間遅れ劣化、つまり、故障を判定することができるが、むだ時間を計測する制御等が必要になる。
【０００５】
したがって、空燃比検出手段、例えば、空燃比検出センサの故障を簡素な構成で判定することができる技術が求められている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で空燃比検出手段を備える内燃機関の故障を判定することができる内燃機関の故障判定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】
【０００７】
本発明の内燃機関の故障判定装置は、内燃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と、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。前記故障判定手段は、前記内燃機関の燃料カット時において、前記燃料カット時から前記空燃比検出手段の検出値が前記燃料カット時に対してリーン側の所定値に達するまでの第１の時間と、前記内燃機関の燃料カット復帰時において、前記燃料カット復帰時から前記空燃比検出手段の検出値が前記燃料カット時に対してリッチ側の所定値に達するまでの第２の時間と、前記燃料カット時において、前記燃料カット時から前記空燃比検出手段の検出値が前記燃料カット時に対してリーン側へ変動を開始するまでの第３の時間と、前記燃料カット復帰時において、前記燃料カット復帰時から前記空燃比検出手段の検出値が前記燃料カット時に対してリッチ側へ変動を開始するまでの第４の時間とに基づいて前記空燃比検出手段の故障の形態を判定することを特徴とする。
【０００８】
また、前記空燃比検出手段が検出した検出値に基づいて前記混合気の目標空燃比を設定するフィードバック制御と前記検出値に関わらず前記目標空燃比を設定するオープンループ制御とのいずれかを選択する空燃比制御手段を備え、前記空燃比制御手段は、前記第１の時間が第１の閾値以上、かつ、前記検出値がリーン側に変化する場合に前記オープンループ制御を選択し、前記第２の時間が第２の閾値以上、かつ、前記検出値がリッチ側に変化する場合に前記オープンループ制御を選択するようにしても良い。
【００１０】
さらにまた、前記故障判定手段は、前記第１の時間が前記第１の閾値以上かつ前記第３の時間が第３の閾値以上の場合に、前記空燃比検出手段はリーン側への変動において応答遅れ故障が生じていると判定し、前記第２の時間が前記第２の閾値以上かつ前記第４の時間が第４の閾値以上の場合に、前記空燃比検出手段はリッチ側への変動において応答遅れ故障が生じていると判定するようにしても良い。
【００１１】
さらにまた、前記故障判定装置は、前記第４の時間が前記第４の閾値未満かつ前記第２の時間が第２の閾値以上の場合に、前記空燃比検出手段はリーン側張り付き故障が生じていると判定し、前記第３の時間が前記第３の閾値未満かつ前記第１の時間が第１の閾値以上の場合に、前記空燃比検出手段はリッチ側張り付き故障が生じていると判定するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明よれば、簡素な構成で空燃比検出手段を備える内燃機関の故障を判定することができる内燃機関の故障判定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る車両に搭載される内燃機関の制御構成の一例を示す図。
【図２】同実施形態に係る空燃比検出センサの出力電圧Ｖの電圧波形の一例を示す図。
【図３】同実施形態に係る空燃比検出センサに故障がある場合の出力電圧Ｖの電圧波形の一例を示す図。
【図４】同実施形態に係る燃料カット、及び燃料カット状態からの復帰処理時の４つの応答遅れ時間を説明するための図。
【図５】同実施形態に係る空燃比検出センサに故障が発生していないと判定する場合の、４つの応答遅れ時間の条件を示す図。
【図６】同実施形態に係る空燃比検出センサに故障が発生しており、その故障の形態を特定するための、４つの応答遅れ時間の条件を示す図。
【図７】同実施形態に係る応答遅れ時間を算出する処理の一例を示すフローチャート。
【図８】同実施形態に係る空燃比検出センサの故障を判定するための判定テーブル。
【図９】同実施形態に係る空燃比検出センサの故障判定処理の一例を示すフローチャート。
【図１０】同実施形態に係る応答遅れ時間を算出する処理の一例を示すフローチャート。
【図１１】同実施形態に係る空燃比検出センサの故障判定処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。  
以下、この発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。  
図１は、車両に搭載される内燃機関の制御構成の一例を示す図である。  
図１に示すように、内燃機関（エンジン）１は、シリンダ２、ピストン３、点火プラグ４、吸気弁５、排気弁６を有している。内燃機関１において、ピストン３が下降することにより、シリンダ２内の燃焼室２ａに、吸気ポート７および吸気弁５を通して空気を吸込む（吸気行程）。
【００１５】
吸気ポート７には、吸気量を検知するエアーフローメータ１１、吸気量を決定するスロットル弁１２、吸気弁５に向けて燃料を噴射する吸気路噴射インジェクタ１３が配置されている。
【００１６】
吸気路噴射インジェクタ１３が噴射する燃料は吸込み空気と混合され、その混合気が吸気弁５を介して燃焼室２ａに供給される。燃焼室２ａ内に供給された混合気はピストン３の上昇によって圧縮され（圧縮行程）、圧縮混合気になる。その圧縮混合気が点火プラグ４の火花により着火して燃焼・爆発する（燃焼行程）。この燃焼・爆発によってピストン３が再び下降し、上記動作が繰り返される。燃焼・爆発によって生じるガスは、排気弁６および排気ポート８を通って排出される（排気行程）。
【００１７】
排気ポート８には、空燃比検出センサ１４、および排出ガスを浄化する触媒１５が配置されている。
【００１８】
空燃比検出センサ１４は、内燃機関１で燃焼する混合気の空燃比を検出するものであり、ＬＡＦ（Linear Air-Fuel ratio）センサやＡ／Ｆ（Air-Fuel ratio）センサとも称し、排気弁６を経た排出ガス中の酸素の濃度と大気中の酸素の濃度との差に応じて起電力が変化する。
【００１９】
図２は、空燃比検出センサ１４の出力電圧Ｖの電圧波形の一例を示す図である。この電圧波形は、空燃比検出センサ１３に故障がない場合（つまり、正常に作動する場合）であり、上昇時の傾きと下降時の傾きとがほぼ同じである。
【００２０】
これに対して、図３は、空燃比検出センサ１４に故障がある場合の出力電圧Ｖの電圧波形の一例を示す図である。空燃比検出センサ１４に故障がある場合の出力電圧Ｖの電圧波形は主として６形態が想定され、それぞれ正常な場合と異なる、電圧波形Ｐ１１〜Ｐ１３，電圧波形Ｐ２１〜Ｐ２３である。また、空燃比検出センサ１４の故障が６つの電圧波形Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３のいずれが出力される形態であるかが、以下のように特定される。
【００２１】
６つの電圧波形のうち、電圧波形Ｐ１１〜Ｐ１３は、スローレスポンス（遅延応答）であり、電圧波形Ｐ２１〜Ｐ２３は、ディレイドスタート（遅延始動）である。  
また、電圧波形Ｐ１１，Ｐ２１は、それぞれ、対称な波形をしている。電圧波形Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ２２，Ｐ２３は、それぞれ、非対称な波形をしており、電圧波形Ｐ１２，Ｐ２２は、リーンからリッチ側へ向かうときに非対称になっており、電圧波形Ｐ１３，Ｐ２３は、リッチからリーン側へ向かうときに非対称になっている。
【００２２】
一方、ＥＣＵ２０に、エアーフローメータ１１、スロットル弁１２、吸気路噴射インジェクタ１３、空燃比検出センサ１４、点火コイル２１、回転数センサ２２、アクセル開度センサ２３、故障報知ランプ２４、メモリ２５などが接続される。
【００２３】
点火コイル２１は、点火プラグ４に点火用の駆動電圧を供給する。回転数センサ２２は、ピストン３の上下動に連動するクランクの角度を回転数として検知する。アクセル開度センサ２３は、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）を検知する。故障報知ランプ２４は、空燃比検出センサ１４の故障を報知するためのもので、内燃機関１が搭載された車両の運転席付近に配置される。メモリ２５は、空燃比検出センサ１４の故障内容（判定結果）を記憶する。
【００２４】
そして、ＥＣＵ２０は、空燃比検出センサ１４が検出した検出値に基づいて混合気の目標空燃比を設定するフィードバック制御と、空燃比検出センサ１４が検出した検出値に関わらず目標空燃比を設定するオープンループ制御とのいずれかを選択する空燃比制御手段として機能することに加え、空燃比検出センサ１４の故障を判定する故障判定手段としても機能する。例えば、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の空燃比検出センサ１４の故障判定に関わる以下の（１）および（２）の手段を有する。なお、以下の（１）および（２）に係る第１の時間から第４の時間、第１の閾値から第４の閾値については、図４を参照して後述する。
【００２５】
（１）内燃機関１の燃料カット時において、燃料カット時から空燃比検出センサ１４の検出値がリーン側の所定値に達するまでの第１の時間と、内燃機関１の燃料カット復帰時において、燃料カット復帰時から空燃比検出センサ１４の検出値がリッチ側の所定値に達するまでの第２の時間とに基づいて空燃比検出センサ１４の故障を判定する故障判定手段。
【００２６】
（２）前記第１の時間が第１の閾値以上、かつ、前記検出値がリーン側に変化する場合にオープンループ制御を選択し、前記第２の時間が第２の閾値以上、かつ、前記検出値がリッチ側に変化する場合にオープンループ制御を選択する空燃比制御手段。
【００２７】
さらに、（１）の故障判定手段は、以下の機能を備える。  
故障判定手段は、第１の時間と、第２の時間と、燃料カット時において、燃料カット時から空燃比検出センサ１４の検出値がリーン側へ変動を開始するまでの第３の時間と、燃料カット復帰時において、燃料カット復帰時から空燃比検出センサ１４の検出値がリッチ側へ変動を開始するまでの第４の時間とに基づいて空燃比検出センサ１４の故障の形態を判定する。具体的には、故障判定手段は、以下のような判定を実行する。
【００２８】
故障判定手段は、第１の時間が第１の閾値以上かつ第３の時間が第３の閾値以上の場合に、空燃比検出センサ１４はリーン側への変動において応答遅れ故障が生じていると判定し、第２の時間が第２の閾値以上かつ第４の時間が第４の閾値以上の場合に、空燃比検出センサ１４はリッチ側への変動において応答遅れ故障が生じていると判定する。
【００２９】
故障判定装置は、第４の時間が第４の閾値未満かつ第２の時間が第２の閾値以上の場合に、空燃比検出センサ１４はリーン側張り付き故障が生じていると判定し、第３の時間が第３の閾値未満かつ第１の時間が第１の閾値以上の場合に、空燃比検出センサ１４はリッチ側張り付き故障が生じていると判定する。
【００３０】
また、以下の具体的な例では、空燃比検出センサ１４の検出値を直接用いるのではなく、燃料ガスと、空気との混合比を示す当量比を用いた場合で説明するが、空燃比検出センサ１４の検出値を用いて、第１の時間から第４の時間をさん出しても良い。
【００３１】
図４は、燃料カット、及び燃料カット復帰処理時の４つの応答遅れ時間を説明するための図である。図４において、（ａ）は、燃料カット（Ｆ／Ｃ）と、燃料カット復帰（Ｆ／Ｃ復帰）のタイミングを示し、（ｂ）は、これらのタイミングに合わせた応答遅れ時間を示している。なお、横軸は、時間である。図４（ａ）に示すように、時間ｔ１において燃料カットが始まり、時間ｔ６において燃料カットが終了すると共に、燃料カット復帰になっている。
【００３２】
また、図４（ｂ）においては、ストイキより、若干リーン側に応答遅れ計測用当量比φ１（リッチ側の所定値）が設定されており、この応答遅れ計測用当量比φ１を基準の１つとして、応答遅れ時間を検出する。このように、ストイキより若干リーン側に設定された応答遅れ時間φ１を基準とするのは、燃料カット開始時の空燃比がリーンでも計測するためである。
【００３３】
まず、当量比がリッチからリーン側に遷移する場合を説明する。  
空燃比検出センサ１４の出力の目標値として常時演算されている当量比推定値φestは、図４（ｂ）の太い破線で示すように、時間ｔ１において燃料カットが開始されると、ストイキから落ちていき、時刻ｔ２において、応答遅れ計測用当量比φ１と合致する。その後、時刻ｔ４において、当量比推定値φestは、ゼロ（リーン側の所定値）になる。なお、当量比推定値φestは、ストイキに対して、排気管応答遅れを考慮した値であり、正常に燃料噴射がコントロールされたときの理論値である。本実施形態では、当量比がゼロになったときを基準の１つとして応答遅れ時間を算出する場合で説明するが、リーン側の所定値であれば良い。
【００３４】
一方、空燃比検出センサ１４の出力から検出した出力電圧Ｖに基づく当量比検出値φactは、図４（ｂ）の実線で示すように、時刻ｔ１において燃料カットが開始されてから若干時間が経過した後、ストイキから落ちていき、時刻ｔ３（＞ｔ２）において、応答遅れ計測用当量比φ１と合致する。その後、時刻ｔ５において、当量比検出値φactは、ゼロになる。
【００３５】
したがって、出力電圧Ｖがリッチからリーン側へ遷移するときの応答遅れ時間として、２つの応答遅れ時間を求めることができる。１つ目は応答遅れ計測用当量比φ１に到達したときの時間差を示す応答遅れ時間ＴＲＬ１であり、２つ目はゼロに到達したときの時間差を示す応答遅れ時間ＴＲＬ２である。応答遅れ時間ＴＲＬ１は、時間ｔ２と時間ｔ３との時間差によって求めることができ、応答遅れ時間ＴＲＬ２は、時間ｔ４と時間ｔ５との時間差によって求めることができる。
【００３６】
次に、当量比がリーンからリッチ側に遷移する場合を説明する。  
当量比推定値φestは、図４（ｂ）の太い破線で示すように、時間ｔ６において、燃料カット復帰がされると、ほんのわずか時間が経過した時間ｔ７においてゼロから立ち上がって大きくなっていき、時刻ｔ９において、応答遅れ計測用当量比φ１と合致する。その後、ストイキ近傍の状態が継続する。
【００３７】
一方、当量比検出値φactは、図４（ｂ）の実線で示すように、時刻ｔ６において燃料復帰がされ、若干時間が経過した時刻ｔ８（＞ｔ７）においてゼロから立ち上がって大きくなっていき、時刻ｔ１０において、応答遅れ計測用当量比φ１と合致する。その後、ストイキ近傍の状態が継続する。
【００３８】
したがって、出力電圧Ｖがリーンからリッチ側へ遷移するときの応答遅れ時間として、２つの応答遅れ時間を求めることができる。１つ目はゼロに到達したときの時間差を示す応答遅れ時間ＴＬＲ１であり、２つ目は応答遅れ計測用当量比φ１に到達したときの時間差を示す応答遅れ時間ＴＬＲ２である。応答遅れ時間ＴＬＲ１は、時間ｔ７と、時間ｔ８との時間差によって求めることができ、応答遅れ時間ＴＬＲ２は、時間ｔ９と時間ｔ１０との時間差によって求めることができる。
【００３９】
図５は、空燃比検出センサ１４に故障が発生していない（つまり、正常）と判定する場合の、４つの応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２，ＴＬＲ１，ＴＬＲ２の条件を示す図である。４つの応答遅れ時間が、それぞれ、ＴＲＬ１＜ＸＲＬ１（第３の閾値），ＴＲＬ２＜ＸＲＬ２（第１の閾値），ＴＬＲ１＜ＸＬＲ１（第４の閾値），ＴＬＲ２＜ＸＬＲ２（第２の閾値）となっている場合は、空燃比検出センサ１４に故障が生じていないと判定することができる。なお、ＸＲＬ１，ＸＲＬ２，ＸＬＲ１，ＸＬＲ２は、それぞれ応答遅れを判定するための所定の設定値である。
【００４０】
一方、図６は、空燃比検出センサ１４に故障が発生しており、その形態を特定するための、４つの応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２，ＴＬＲ１，ＴＬＲ２の条件を示す図である。
【００４１】
電圧波形Ｐ１１は、４つの応答遅れ時間が、それぞれ、ＴＲＬ１＜ＸＲＬ１，ＴＲＬ２≧ＸＲＬ２，ＴＬＲ１＜ＸＬＲ１，ＴＬＲ２≧ＸＬＲ２となっている場合である。この場合、空燃比検出センサ１４の出力電圧が線対称、且つ、スローレスポンスになっている形態で空燃比検出センサ１４に故障が発生していると特定される。
【００４２】
電圧波形Ｐ１２は、４つの応答遅れ時間が、それぞれ、ＴＲＬ１＜ＸＲＬ１，ＴＲＬ２＜ＸＲＬ２，ＴＬＲ１＜ＸＬＲ１，ＴＬＲ２≧ＸＬＲ２となっている場合である。この場合、空燃比検出センサ１４の出力電圧が、リーンからリッチ側へ遷移するときに、非対称、且つ、スローレスポンスになっている形態で空燃比検出センサ１４に故障（リーン側張り付き故障）が発生していると特定される。
【００４３】
電圧波形Ｐ１３は、４つの応答遅れ時間が、それぞれ、ＴＲＬ１＜ＸＲＬ１，ＴＲＬ２≧ＸＲＬ２，ＴＬＲ１＜ＸＬＲ１，ＴＬＲ２＜ＸＬＲ２となっている場合である。この場合、空燃比検出センサ１４の出力電圧が、リッチからリーン側へ遷移するときに、非対称、且つ、スローレスポンスになっている形態で空燃比検出センサ１４に故障（リッチ側張り付き故障）が発生していると特定される。
【００４４】
電圧波形Ｐ２１は、４つの応答遅れ時間が、それぞれ、ＴＲＬ１≧ＸＲＬ１，ＴＲＬ２≧ＸＲＬ２，ＴＬＲ１≧ＸＬＲ１，ＴＬＲ２≧ＸＬＲ２となっている場合である。この場合、空燃比検出センサ１４の出力電圧が線対称、且つ、ディレイドスタートになっている形態で空燃比検出センサ１４に故障が発生していると特定される。
【００４５】
電圧波形Ｐ２２は、４つの応答遅れ時間が、それぞれ、ＴＲＬ１＜ＸＲＬ１，ＴＲＬ２＜ＸＲＬ２，ＴＬＲ１≧ＸＬＲ１，ＴＬＲ２≧ＸＬＲ２となっている場合である。この場合、空燃比検出センサ１４の出力電圧が、リーンからリッチ側へ遷移するときに、非対称、且つ、ディレイドスタートになっている形態で空燃比検出センサ１４に故障（リッチ側への変動において応答遅れが発生している故障）が発生していると特定される。
【００４６】
電圧波形Ｐ２３は、４つの応答遅れ時間が、それぞれ、ＴＲＬ１≧ＸＲＬ１，ＴＲＬ２≧ＸＲＬ２，ＴＬＲ１＜ＸＬＲ１，ＴＬＲ２＜ＸＬＲ２となっている場合である。この場合、空燃比検出センサ１４の出力電圧が、リッチからリーン側へ遷移するときに、非対称、且つ、ディレイドスタートになっている形態で空燃比検出センサ１４に故障（リーン側への変動において応答遅れが発生している故障）が発生していると特定される。
【００４７】
以下では、実施例１として、応答遅れ時間ＴＲＬ２，ＴＬＲ２の２つを用いて空燃比検出センサ１４の故障を判定する処理を説明し、実施例２として、４つの応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２，ＴＬＲ１，ＴＬＲ２を用いて空燃比検出センサ１４に発生している故障の形態を特定する処理について説明する。
【００４８】
（実施例１）
図４を参照して説明した応答遅れ時間ＴＲＬ２，ＴＬＲ２の２つを用いて空燃比検出センサ１４の故障を判定する処理について図７から図９を参照して説明する。図７は、ＥＣＵ２０が実行する応答遅れ時間ＴＲＬ２，ＴＬＲ２を算出する処理の一例を示すフローチャートである。
【００４９】
図７に示すように、ＥＣＵ２０は、燃料カット指示を受信したか否かを判定する（ＳＴ１０１）。ＥＣＵ２０は、例えば、内燃機関１が搭載される車両を統括的に制御する制御装置から燃料カットを停止する指示を受信したか否かに基づいて、この判定を実行する。燃料カット指示を受信していないと判定した場合（ＳＴ１０１：ＮＯ）、ＥＣＵ２０は、待機状態を継続する。
【００５０】
また、燃料カット指示を受信したと判定した場合（ＳＴ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、燃料カットを実行する（ＳＴ１０２）。より詳細には、ＥＣＵ２０は、吸気路噴射インジェクタ１３の噴射を停止させる。
【００５１】
次に、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ２を算出する（ＳＴ１０３）。より詳細には、ＥＣＵ２０は、当量比推定値φestがゼロになった時間ｔ４と、当量比検出値φactがゼロになった時間ｔ５との時間差を算出することにより、応答遅れ時間ＴＲＬ２を算出する（参照：図４）。このように算出した応答遅れ時間ＴＲＬ２は、メモリ２５に記憶される。
【００５２】
次に、ＥＣＵ２０は、燃料カット復帰指示を受信したか否かを判定する（ＳＴ１０４）。ＥＣＵ２０は、例えば、内燃機関１が搭載される車両を統括的に制御する制御装置から燃料カットを停止する燃料カット復帰指示を受信したか否かに基づいて、この判定を実行する。燃料カット復帰指示を受信していないと判定した場合（ＳＴ１０４：ＮＯ）、ＥＣＵ２０は、待機状態を継続する。
【００５３】
また、燃料カット復帰指示を受信したと判定した場合（ＳＴ１０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、燃料カットの状態から復帰する（ＳＴ１０５）。より詳細には、ＥＣＵ２０は、既述のフィードバック制御に基づいて、吸気路噴射インジェクタ１３の噴射を開始させる。
【００５４】
次に、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＬＲ２を算出する（ＳＴ１０６）。より詳細には、ＥＣＵ２０は、当量比推定値φestが応答遅れ計測用当量比φ１になった時間ｔ９と、当量比検出値φactが応答遅れ計測用当量比φ１になった時間ｔ１０との時間差を算出することにより、応答遅れ時間ＴＬＲ２を算出する（参照：図４）。このように算出した応答遅れ時間ＴＬＲ２は、メモリ２５に記憶される。
【００５５】
次に、ＥＣＵ２０が空燃比検出センサ１４の故障を検出したと判定する判定テーブルＴについて説明する。図８は、この判定テーブルＴの一例を示す図である。  
図８に示すように、判定テーブルＴには、応答遅れ時間ＴＲＬ２，ＴＬＲ２と、ＸＲＬ２，ＸＬＲ２とをそれぞれ比較した結果の組み合わせに対応して、故障／正常が設定されている。ＴＲＬ２≧ＸＲＬ２，ＴＬＲ２≧ＸＬＲ２の組み合わせが、“ＹＥＳ”，“ＹＥＳ”、“ＹＥＳ”，“ＮＯ”、及び“ＮＯ”，“ＹＥＳ”の場合は、故障と判定され、“ＮＯ”，“ＮＯ”の場合は、正常と判定されるように設定されている。
【００５６】
図９は、ＥＣＵ２０が実行する空燃比検出センサ１４の故障判定処理の一例を示すフローチャートである。この故障判定処理は、例えば、燃料カット状態から復帰して所定時間（少なくとも時間ｔ１０経過後，参照：図４）経過してから実行される。
【００５７】
図９に示すように、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ２を取得する（ＳＴ２０１）。ＥＣＵ２０は、既述のステップＳＴ１０３で算出し、メモリ２５に記憶した応答遅れ時間ＴＲＬ２を取得する。つぎに、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ２がＸＲＬ２以上か否かを判定し（ＳＴ２０２）、この判定結果（ＹＥＳ、又はＮＯ）をメモリ２５に記憶する（ＳＴ２０３）。
【００５８】
次に、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＬＲ２を取得する（ＳＴ２０４）。ＥＣＵ２０は、既述のステップＳＴ１０６で算出し、メモリ２５に保持した応答遅れ時間ＴＬＲ２を取得する。ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＬＲ２がＸＬＲ２以上か否かを判定し（ＳＴ２０２）、この判定結果（ＹＥＳ、又はＮＯ）をメモリ２５に記憶する（ＳＴ２０６）。
【００５９】
次に、ＥＣＵ２０は、空燃比検出センサ１４が故障か否かを判定する（ＳＴ２０７）。具体的には、ＥＣＵ２０は、ステップＳＴ２０３，ＳＴ２０６でメモリ２５に記憶した判定結果と、判定テーブルＴ（参照：図８）の組み合わせを比較して、空燃比検出センサ１４の故障／正常を判定する。
【００６０】
空燃比検出センサ１４が故障でないと判定した場合（ＳＴ２０７：ＮＯ）、処理は終了する。また、空燃比検出センサ１４が故障であると判定した場合（ＳＴ２０７：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、空燃比検出センサ１４からの出力電圧に基づく補正（フィードバック補正）をしない、オープンループ制御へ移行する（ＳＴ２０８）。より詳細には、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ２がＸＲＬ２以上である場合、空燃比検出センサ１４の出力電圧Ｖがリッチからリーン側へ遷移するときは、フィードバック制御から、空燃比検出センサ１４からの出力電圧Ｖに基づく補正（フィードバック補正）をしないオープンループ制御に切り替え、応答遅れ時間ＴＬＲ２がＸＬＲ２以上である場合、空燃比検出センサ１４の出力電圧Ｖがリーンからリッチ側へ遷移するときは、フィードバック制御から、空燃比検出センサ１４からの出力電圧Ｖに基づく補正（フィードバック補正）をしないオープンループ制御に切り替える。このように、空燃比検出センサ１４に故障があると判定された場合、リッチからリーン側／リーンからリッチ側の少なくともいずれかでフィードバック制御からオープンループ制御に切り替えられる。そして、ＥＣＵ２０は、処理を終了する。なお、空燃比検出センサ１４が故障である旨を故障報知ランプ２４により報知するようにしても良い。
【００６１】
したがって、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ２と、応答遅れ時間ＴＬＲ２とに基づいて、空燃比検出センサ１４の故障を判定することができる。このため、ＥＣＵ２０は、簡素な構成で空燃比検出センサ１４を備える内燃機関１の故障を検出することができる。
【００６２】
また、ＥＣＵ２０は、リッチからリーン側／リーンからリッチ側で空燃比検出センサ１４の故障を判定した場合、リッチからリーン側／リーンからリッチ側をオープンループ制御に切り替えることができる（正常と判定された側は、フィードバック制御をする）。これにより、ＥＣＵ２０は、リッチからリーン側／リーンからリッチ側で故障が発生しているかを特定することができ、且つ、故障が発生している側をオープンループ制御に切り替えるため、内燃機関１の運転を継続することができる。例えば、リッチからリーン側で故障が発生した場合は、リッチからリーン側（故障箇所，即ち空燃比検出センサ１４の出力電圧Ｖがリーン方向に変化している期間、または目標空燃比がリーンの期間）をオープンループ制御とし、リーンからリッチ側（正常箇所）を引き続きフィードバック制御とする。これにより、ＥＣＵ２０は、リッチからリーン側で目標空燃比と実空燃比がずれたとしても、リーンからリッチ側でフィードバック制御を行い、「ずれ」を補正することができる。したがって、故障箇所でフィードバック制御をし続けると、過補正となり排ガスが悪化する状態を回避することができる。
【００６３】
（第２実施例）
次に、図４を参照して説明した応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２，ＴＬＲ１，ＴＬＲ２の４つを用いて空燃比検出センサ１４の故障の形態を特定する処理について図５，図６，図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、ＥＣＵ２０が実行する応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２，ＴＬＲ１，ＴＬＲ２を算出する処理の一例を示すフローチャートである。
【００６４】
図１０に示す各処理は、ステップＳＴ３０３，ＳＴ３０７の処理を除くと、図７を参照して説明した各処理と同様であるため、ステップＳＴ３０３，ＳＴ３０７の処理について説明する。
【００６５】
ステップＳＴ３０３においては、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ１を算出する。より詳細には、ＥＣＵ２０は、当量比推定値φestが応答遅れ計測用当量比φ１に合致した時間ｔ２と、当量比検出値φactが応答遅れ計測用当量比φ１に合致した時間ｔ３との時間差を算出することにより、応答遅れ時間ＴＲＬ１を算出する（参照：図４）。このように算出した応答遅れ時間ＴＲＬ１は、メモリ２５に記憶される。
【００６６】
また、ステップＳＴ３０７においては、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＬＲ１を算出する。より詳細には、ＥＣＵ２０は、当量比推定値φestがゼロから立ち上がった時間ｔ７と、当量比検出値φactがゼロから立ち上った時間ｔ８との時間差を算出することにより、応答遅れ時間ＴＬＲ１を算出する（参照：図４）。このように算出した応答遅れ時間ＴＬＲ１は、メモリ２５に記憶される。
【００６７】
ステップＳＴ３０１からＳＴ３０８の処理により、４つの応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２，ＴＬＲ１，ＴＬＲ２がメモリ２５に記憶される。
【００６８】
図１１は、空燃比検出センサ１４の故障の形態を特定する処理の一例を示すフローチャートである。この故障の形態を特定する処理は、例えば、燃料カット状態から復帰して所定時間（少なくとも時間ｔ１０経過後，参照：図４）経過してから実行される。
【００６９】
図１１に示す各処理は、ステップＳＴ４０１からＳＴ４０３，ステップＳＴ４０７からＳＴ４０９，ステップＳＴ４１３，ＳＴ４１４の処理を除くと、図９を参照して説明した各処理と同様であるため、ステップＳＴ４０１からＳＴ４０３，ステップＳＴ４０７からＳＴ４０９，ステップＳＴ４１４の処理について説明する。
【００７０】
ステップＳＴ４０１からＳＴ４０３においては、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ１を取得し（ＳＴ４０１）、取得した応答遅れ時間ＴＲＬ１がＸＲＬ１以上か否かを判定し（ＳＴ４０２）、この判定結果（ＹＥＳ、又はＮＯ）をメモリ２５に記憶する（ＳＴ４０３）。
【００７１】
ステップＳＴ４０７からＳＴ４０９においては、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＬＲ１を取得し（ＳＴ４０７）、取得した応答遅れ時間ＴＬＲ１がＸＬＲ１以上か否かを判定し（ＳＴ４０８）、この判定結果（ＹＥＳ、又はＮＯ）をメモリ２５に記憶する（ＳＴ４０９）。
【００７２】
以上のステップＳＴ４０１からＳＴ４１２の処理を実行することにより、ＥＣＵ２０は、メモリ２５に記憶する４つの応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２，ＴＬＲ１，ＴＬＲ２と、設定時間ＸＲＬ１，ＸＲＬ２，ＸＬＲ１，ＸＬＲ２とを比較することが可能になる。
【００７３】
次に、ＥＣＵ２０は、空燃比検出センサ１４が故障か否かを判定する（ＳＴ４１３）。具体的には、ＥＣＵ２０は、ステップＳＴ４０３，ＳＴ４０６，ＳＴ４０９，ＳＴ４１２でメモリ２５に記憶した判定結果と、空燃比検出センサ１４が正常であることを示す条件（参照：図５）とを比較し、空燃比検出センサ１４の故障／正常を判定する。
【００７４】
空燃比検出センサ１４が故障でないと判定した場合（ＳＴ４１３：ＮＯ）、処理は終了し、空燃比検出センサ１４が故障であると判定した場合（ＳＴ４１３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、空燃比検出センサ１４の故障の形態を特定する（ＳＴ４１４）。より詳細には、ＥＣＵ２０は、ステップＳＴ４０３，ＳＴ４０６，ＳＴ４０９，ＳＴ４１２でメモリ２５に記憶した判定結果と、空燃比検出センサ１４の故障の形態を特定する条件（参照：図６）とを比較し、空燃比検出センサ１４の故障の形態を特定する。例えば、４つの応答遅れ時間と設定値との関係が、それぞれ、ＴＲＬ１＜ＸＲＬ１，ＴＲＬ２＜ＸＲＬ２，ＴＬＲ１≧ＸＬＲ１，ＴＬＲ２≧ＸＬＲ２となっている場合は、空燃比検出センサ１４の出力が、リーンからリッチ側へ遷移するときに、非対称、且つ、ディレイドスタートになっている形態の故障（電圧波形Ｐ２２：リッチ側への変動において応答遅れが発生している故障）であると特定される。このように特定された形態は、例えば、メモリ２５に記憶される。
【００７５】
次に、ＥＣＵ２０は、空燃比検出センサ１４からの出力電圧Ｖに基づく補正（フィードバック補正）をしない、オープンループ制御へ移行し（ＳＴ４１５）、処理を終了する。なお、空燃比検出センサ１４が故障である旨を故障報知ランプ２４により報知するようにしても良いのは、上記第１実施例と同様である。
【００７６】
したがって、ＥＣＵ２０は、４つの応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２、ＴＬＲ１，ＴＬＲ２に基づいて、空燃比検出センサ１４に故障が発生したか否かを判定し、故障があると判定した場合に、空燃比検出センサ１４の故障の形態が、スローレスポンスなのかディレイドスタートであるのか、且つ、空燃比検出センサ１４から出力される電圧波形が、対称であるのか、非対称であるのかを特定することができる。
【００７７】
また、上記実施例２では、空燃比検出センサ１４が故障である場合、オープンループ制御を実行する場合を説明したが、これに限るものはない。例えば、空燃比検出センサ１４の故障の形態に応じて制御を変更しても良い。
【００７８】
例えば、空燃比検出センサ１４の故障が電圧波形Ｐ１１となるタイプの故障である場合、ＥＣＵ２０は、波形が対称であるため補正をすることにより、内燃機関１の運転の継続が可能であり、電圧波形Ｐ２１となるタイプの故障である場合、タイミングをずらす補正をすることにより、内燃機関１の運転の継続が可能である。したがって、これらの故障の場合は、フィードバック制御を継続することが可能になる。また、非対称な電圧波形Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ２２，Ｐ２３の場合は、ＥＣＵは、故障が発生している側をフィードバック制御からオープンループ制御に切り替えることにより、内燃機関１の運転を継続することができるのは、実施例１の場合と同様である。
【００７９】
この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態の構成を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１…内燃機関、２…シリンダ、２ａ…燃焼室、３…ピストン、４…点火プラグ、５…吸気弁、６…排気弁、７…吸気ポート、８…排気ポート、１１…エアーフローメータ、１２…スロットル弁、１３…吸気路噴射インジェクタ、１４…空燃比検出センサ、１５…触媒、２０…ＥＣＵ、２１…点火コイル、２２…回転数センサ、２３…アクセル開度センサ、２４…故障報知ランプ、２５…メモリ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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