(57)【要約】【課題】この発明は、空燃比センサの故障診断時に空燃比制御を行う装置として好適な内燃機関の空燃比制御装置に関し、空燃比センサの故障診断中においても、空燃比フィードバック制御を実施することの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。【解決手段】内燃機関の排気通路に配置された触媒と、排気通路に配置され触媒に流入する排気ガスの空燃比を出力するメイン排気ガスセンサと、排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように、メイン排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック手段と、メイン排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間か否かを判別する異常期間判別手段と、メイン排気ガスセンサの前記異常期間以前の出力に基づいて、前記異常期間の空燃比のフィードバック制御を行う異常期間メインフィードバック手段と、を備える。【選択図】図３
2007224771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記排気通路に配置され、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を出力するメイン排気ガスセンサと、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように、前記メイン排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック手段と、
前記メイン排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間か否かを判別する異常期間判別手段と、
前記メイン排気ガスセンサの前記異常期間以前の出力に基づいて、前記異常期間の空燃比のフィードバック制御を行う異常期間メインフィードバック手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記異常期間は、前記メイン排気ガスセンサの故障診断が実行される期間であり、
前記異常期間判別手段は、
前記メイン排気ガスセンサの故障診断に使用される診断電圧が前記メイン排気ガスセンサに印加されてから、前記メイン排気ガスセンサの出力が安定するまでの期間か否かを判別することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記メインフィードバック手段は、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比と制御目標空燃比との偏差に基づいて積分項を算出する手段を含み、
前記異常期間メインフィードバック手段は、
前記異常期間直前の積分項に基づいて、前記異常期間の空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記メインフィードバック手段は、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比と制御目標空燃比との偏差に基づいて比例項を算出する手段を含み、
前記異常期間メインフィードバック手段は、
前記異常期間直前の比例項に基づいて、前記異常期間の空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記メインフィードバック手段は、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比と制御目標空燃比との偏差に基づいて比例項を算出する手段を含み、
前記異常期間メインフィードバック手段は、
前記異常期間直前の比例項を０として、空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタを前記内燃機関の吸気通路に連通させるパージ通路と、
前記キャニスタから前記吸気通路にパージガスを流通させるパージ手段と、
前記異常期間の前記パージ手段の開始を禁止するパージ開始禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタを前記内燃機関の吸気通路に連通させるパージ通路と、
前記キャニスタから前記吸気通路にパージガスを流通させるパージ手段と、
前記異常期間の前記パージ手段のパージ率上昇を禁止するパージ率上昇禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタを前記内燃機関の吸気通路に連通させるパージ通路と、
前記キャニスタから前記吸気通路にパージガスを流通させるパージ手段と、
前記異常期間の前記パージガスの濃度学習を禁止する濃度学習禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記触媒の下流に配置されたサブ排気ガスセンサと、
前記触媒から流出する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、前記サブ排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック手段と、
前記異常期間の前記サブフィードバック制御によるフィードバックゲインを、通常時よりも上昇させるゲイン調整手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至８記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】
前記サブフィードバック制御において算出されるサブフィードバック補正値に基づいて、定常的に内在する誤差成分を補正するためのサブフィードバック学習値を算出するサブフィードバック学習において、
前記異常期間の前記サブフィードバック学習値の更新を禁止する学習禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項９記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、空燃比センサの故障診断時に空燃比制御を行う装置として好適な内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開平８−３２７５８６号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に配置された排気ガスセンサ（以下、単に「センサ」とも称す）の異常を検出するためのシステムが知られている。排気ガスセンサは、排気ガスに晒されるように設けられた排気側電極と、センサ素子内部の大気層に晒されるように設けられた大気側電極とを備えている。
【０００３】
大気層は、センサ素子により排気通路の内部空間から隔離され、かつ、大気に導通する空間である。上記従来のシステムにおいては、排気側電極を正極、大気側電極を負極として両者間に電圧（以下、「逆電圧」と称す）を印加すると、センサ素子には大気層内の酸素濃度に応じた電流が流れる。つまり、センサ素子が正常であれば、大気中の酸素濃度に対応する電流が流通する。一方、センサ素子に割れが生じており、大気層中に排気ガスが混入している場合は、大気層中の酸素濃度が下がるため、センサ素子を流れる電流は、正常電流に比して小さなものとなる。
【０００４】
このように、逆電圧印加に伴い発生する電流の値は、センサ素子に割れが生じているか否かに応じて変化する。したがって、その電流の値に着目すれば、センサ素子に割れが生じているか否かを判断することが可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２７５８６号公報
【特許文献２】特開２００５−５５２７９号公報
【特許文献３】特開平６−４２３８７号公報
【特許文献４】特許２７２２８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記排気ガスセンサは排気通路の酸素濃度を検出する。このため、かかるセンサの出力信号に基づいて、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量を制御するフィードバック制御を実行することができる。しかしながら、上記排気ガスセンサの故障診断中は逆電圧を印加するため、故障診断中にセンサ出力に基づくフィードバック制御を実行することができず、エミッションが悪化する恐れがあった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、空燃比センサの故障診断中においても、空燃比フィードバック制御を実施することの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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記排気通路に配置され、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を出力するメイン排気ガスセンサと、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように、前記メイン排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック手段と、
前記メイン排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間か否かを判別する異常期間判別手段と、
前記メイン排気ガスセンサの前記異常期間以前の出力に基づいて、前記異常期間の空燃比のフィードバック制御を行う異常期間メインフィードバック手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記異常期間は、前記メイン排気ガスセンサの故障診断が実行される期間であり、
前記異常期間判別手段は、
前記メイン排気ガスセンサの故障診断に使用される診断電圧が前記メイン排気ガスセンサに印加されてから、前記メイン排気ガスセンサの出力が安定するまでの期間か否かを判別することを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または２の発明において、
前記メインフィードバック手段は、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比と制御目標空燃比との偏差に基づいて積分項を算出する手段を含み、
前記異常期間メインフィードバック手段は、
前記異常期間直前の積分項に基づいて、前記異常期間の空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記メインフィードバック手段は、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比と制御目標空燃比との偏差に基づいて比例項を算出する手段を含み、
前記異常期間メインフィードバック手段は、
前記異常期間直前の比例項に基づいて、前記異常期間の空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第３の発明において、
前記メインフィードバック手段は、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比と制御目標空燃比との偏差に基づいて比例項を算出する手段を含み、
前記異常期間メインフィードバック手段は、
前記異常期間直前の比例項を０として、空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１乃至５の発明において、
燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタを前記内燃機関の吸気通路に連通させるパージ通路と、
前記キャニスタから前記吸気通路にパージガスを流通させるパージ手段と、
前記異常期間の前記パージ手段の開始を禁止するパージ開始禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至６の発明において、
燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタを前記内燃機関の吸気通路に連通させるパージ通路と、
前記キャニスタから前記吸気通路にパージガスを流通させるパージ手段と、
前記異常期間の前記パージ手段のパージ率上昇を禁止するパージ率上昇禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第１乃至７の発明において、
燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタを前記内燃機関の吸気通路に連通させるパージ通路と、
前記キャニスタから前記吸気通路にパージガスを流通させるパージ手段と、
前記異常期間の前記パージガスの濃度学習を禁止する濃度学習禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明は、第１乃至８の発明において、
前記触媒の下流に配置されたサブ排気ガスセンサと、
前記触媒から流出する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、前記サブ排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック手段と、
前記異常期間の前記サブフィードバック制御によるフィードバックゲインを、通常時よりも上昇させるゲイン調整手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第１０の発明は、第９の発明において、
前記サブフィードバック制御において算出されるサブフィードバック補正値に基づいて、定常的に内在する誤差成分を補正するためのサブフィードバック学習値を算出するサブフィードバック学習において、
前記異常期間の前記サブフィードバック学習値の更新を禁止する学習禁止手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間中の空燃比フィードバック制御を行うことができる。このため、本発明によれば、前記異常期間であっても、前記異常期間以前のフィードバック制御量に基づいて、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように、燃料噴射量を増減制御することができる。
【００１９】
第２の発明によれば、排気ガスセンサの故障診断の診断用電圧が排気ガスセンサに印加されてから、センサ出力が安定するまでの期間が、排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間として特定される。異常期間中は異常期間以前のフィードバック制御量に基づいて、燃料噴射量の増減制御を行うことができる。このため、本発明によれば、排気ガスセンサのセンサ出力が安定しない故障診断期間においても、適正な燃料噴射量の制御を行うことができる。
【００２０】
第３の発明によれば、異常期間中のフィードバック制御の積分項として、異常期間直前の積分項を使用する。異常期間直前のフィードバック制御量は、正確なセンサ出力信号に基づいて算出されている。このため、本発明によれば、目標空燃比との偏差に重畳されている定常的な誤差成分を補正し、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように、燃料噴射量を増減制御することができる。
【００２１】
第４の発明によれば、異常期間中のフィードバック制御の比例項として、異常期間直前の比例項を使用する。異常期間直前のフィードバック制御量は、正確なセンサ出力信号に基づいて算出されている。このため、本発明によれば、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように、燃料噴射量を増減制御することができる。
【００２２】
第５の発明によれば、異常期間中のフィードバック制御の比例項が０とされる。比例項は目標空燃比からの偏差に比例した値が制御量として特定される。このため、かかる値に基づく制御が継続されると、目標空燃比を超えることも起こりうる。このため、本発明によれば、異常期間のフィードバック制御の比例項が０とされることにより、比例項に基づくフィードバック制御を制限することができる。
【００２３】
第６の発明によれば、蒸発燃料を吸着したキャニスタから、吸気通路にパージガスを流通させるパージ手段において、異常期間中のパージ動作開始を禁止することができる。このため、本発明によれば、異常期間中のパージガスの流通量を制限することができ、パージ制御が空燃比に与える影響を抑制することができる。
【００２４】
第７の発明によれば、異常期間中のパージ率上昇を禁止することができる。このため、本発明によれば、異常期間中のパージガスの流通量を制限することができ、パージ制御が空燃比に与える影響を抑制することができる。
【００２５】
第８の発明によれば、異常期間中のパージガスの濃度学習を禁止することができる。パージガスの濃度学習は、排気ガスセンサの出力値に基づいて実行される。このため、本発明によれば、正確なセンサ出力を検知することができない異常期間中の濃度学習を禁止することで、パージガス濃度学習の誤学習を有効に防止することができる。
【００２６】
第９の発明によれば、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御とを組み合わせた処理が実行される。ここで、異常期間中は、正確なセンサ出力値に基づいてメインフィードバック制御を実行することができない。しかしながら、サブフィードバック制御に関しては、正確なセンサ出力値に基づいて実行することができる。このため、本発明によれば、異常期間のサブフィードバック制御のフィードバックゲインを強化することにより、高精度な空燃比制御を実現することができる。
【００２７】
第１０の発明によれば、異常期間中のサブフィードバック学習の学習値更新を禁止することができる。このため、本発明によれば、サブフィードバック制御のゲイン強化に伴うサブフィードバック学習の誤学習を有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１のハードウェア構成を説明するための図である。図１に示すとおり、本実施形態のシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２には、吸入空気量を検出するエアフロメータ１６が配置されている。エアフロメータ１６の下流には、スロットルバルブ１８が配置されている。スロットルバルブ１８の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットルセンサ２０が配置されている。
【００３０】
内燃機関１０の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射するためのインジェクタ２２が配置されている。また、内燃機関のクランク軸２４の近傍には、クランク軸２４の回転角を検出するためのクランク角センサ２６が取り付けられている。クランク角センサの出力によれば、クランク軸２４の回転位置や、機関回転数NEなどを検知することができる。
【００３１】
内燃機関１０の排気通路１４には、排気浄化触媒（以下、単に「触媒」とも称す）２８が配置されている。触媒２８は、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持（吸蔵）し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になったときに、吸蔵しているＮＯＸを排気中の還元成分（ＨＣ、ＣＯ）を用いて還元浄化するものである。換言すれば、触媒２８は、排気通路１４を流れるガス中に含まれる酸素を保持（吸蔵）することにより酸化され、排気中に還元成分が含まれる場合は、酸素を放出することで還元状態とされるものである。
【００３２】
排気通路１４には、触媒２８の上流に、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）３０が配置されている。空燃比センサ３０は、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出するセンサであって、触媒２８に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０で燃焼に付された混合気の空燃比を検出するものである。
【００３３】
本実施の形態の空燃比制御装置は、ECU(Electronic Control Unit)５０を備えている。ECU５０には、上述した各種センサ、およびインジェクタ２２などが接続されている。ECU５０は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。
【００３４】
［実施の形態１における空燃比制御］
本実施の形態の装置は、空燃比センサ３０の出力などに基づいて空燃比フィードバック制御を実行する。この空燃比フィードバック制御では、より具体的には、空燃比センサ出力に基づいて、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比（以下、「制御Ａ／Ｆ」と称す）が制御目標Ａ／Ｆに一致するように燃料噴射量を制御する処理（以下、「メインフィードバック制御」と称す）が行われる。
【００３５】
また、本実施の形態の装置は空燃比センサ３０の故障診断判定が定期的に実行される。空燃比センサ３０は、ジルコニア等で構成された電解質層と、排気ガスに晒されるように設けられた排気側電極と、大気層に晒されるように設けられた大気側電極とを備えている。そして、空燃比センサ３０には、センサ出力を検出するための正電圧と、故障診断を実施するための逆電圧とが選択的に印加される。正電圧を印加すると、大気側電極と排気側電極との間には、排気ガス中の酸素過不足量に応じたセンサ電流、つまり、排気ガスの空燃比に応じたセンサ電流が流通する。このため、そのセンサ電流を検出すれば、排気空燃比を検知することができる。
【００３６】
一方、逆電圧を印加すると、大気側電極の表面に接している酸素がイオン化されて排気側電極に向けてポンピングされる。その結果、排気側電極と大気側電極との間には、大気層中の酸素濃度と相関を有する負の電流（逆電流）が流通する。つまり、センサ素子が正常であれば、大気中の酸素濃度に対応する電流が流通し、センサ素子に割れが生じており、大気層中に排気ガスが混入している場合は、大気層中の酸素濃度が下がるため、センサ素子を流れる電流は、正常電流に比して小さなものとなる。
【００３７】
このように、排気側電極と大気側電極との間に電圧を印加することで発生する電流の値は、センサ素子に割れが生じているか否かに応じて変化する。したがって、かかる電流値の変動に基づいて、センサ素子に割れが生じているか否かを判断することができる。
【００３８】
ここで、センサの故障診断実行中はセンサに逆電圧を印加するため、正電圧印加に伴うセンサ出力を検知することができない。また、逆電圧印加直後においては、逆電圧印加中に排気側電極にポンピングされた酸素イオンの影響により、正確なセンサ出力を検知することができない。このため、逆電圧印加期間に加え、その後安定したセンサ出力信号が得られるまでの期間（以下、「故障診断期間」と称す）は、上記メインフィードバック制御を実施することができないこととなる。
【００３９】
そこで、本実施の形態においては、後述する一定の制限の下、空燃比センサ３０の故障診断中においても、メインフィードバック制御を実行することとする。これにより、空燃比Ａ／Ｆのリッチずれあるいはリーンずれに対応した適切な空燃比制御を行うことができ、エミッション悪化を防止することができる。
【００４０】
[実施の形態１における基本動作]
次に、図２を参照して、本実施の形態における空燃比メインフィードバック制御の基本動作について説明する。図２（Ａ）は、空燃比センサ３０の出力信号に基づく制御Ａ／Ｆの変化の様子を示す図である。ここで、制御Ａ／Ｆ値は、空燃比センサ３０の出力信号を電圧−空燃比マップに基づいて変換することにより特定される値である。また、図２（Ａ）の中央部を横切る直線は内燃機関１０において実現するべき制御Ａ／Ｆの目標値であり、通常は理論空燃比（１４．６）近傍に設定される。
【００４１】
この図に示すとおり、ｔ０＜ｔ＜ｔ１の範囲において、制御Ａ／Ｆが制御目標Ａ／Ｆより大きい場合は、その制御Ａ／Ｆがリーンであると判断できる。ECU５０が実行するメインフィードバック制御では、この場合、後述する所定の演算により得られる制御量分だけ燃料噴射量が増量される。その結果、制御Ａ／Ｆがリッチ側に変化して制御目標Ａ／Ｆに近づけられる。一方、制御Ａ／Ｆが制御目標Ａ／Ｆより小さい場合には、その制御Ａ／Ｆがリッチであると判断できる。この場合、ECU５０の実行するメインフィードバック制御では、後述する所定の演算により得られる制御量分だけ燃料噴射量が減量される。その結果、制御Ａ／Ｆがリーン側に変化して制御目標Ａ／Ｆに近づけられる。ECU５０はこのようにして制御Ａ／Ｆを制御目標Ａ／Ｆの近傍に制御する。
【００４２】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す制御Ａ／Ｆの制御目標Ａ／Ｆからの偏差（ΔＡ／Ｆ）の変化の様子を示している。ここで、上述したメインフィードバック制御において、例えば、ＰＩ制御により制御量を算出する場合には、ΔＡ／Ｆに基づく比例項（Ｐ項）および積分項（Ｉ項）の和がメインフィードバック制御量として算出される。
【００４３】
図２（Ｃ）は、Ｐ動作（比例動作）に基づくフィードバック補正値Ｐの変動を示す図である。補正値Ｐは、図２（Ｂ）に示すΔＡ／Ｆを次式（１）に代入することにより算出される。
Ｐ＝Kp×ΔＡ／Ｆ  ・・・（１）
ここで、KpはＰ動作の比例ゲインである。このため、補正値Ｐは、ΔＡ／Ｆの大きさに比例した直接的な空燃比ズレ量に相当する補正量が算出され、制御目標Ａ／Ｆに近づけられる。
【００４４】
これに対し、図２（Ｄ）は、Ｉ動作（積分動作）に基づくフィードバック補正値Ｉの変動を示す図である。補正値Ｉは、図２（Ｂ）に示すΔＡ／Ｆを次式（２）に代入することにより算出される。
Ｉ＝Ｉｏ＋（Ki×ΔＡ／Ｆ）  ・・・（２）
ここで、KiはＩ動作の積分ゲインであり、Ｉｏは先回のＩ動作に基づくフィードバック補正量である。このため、補正値Ｉは、ΔＡ／Ｆに重畳する定常的な誤差量に相当する補正量が算出され、制御目標Ａ／Ｆに近づけられる。
【００４５】
ここで、前述のとおり、空燃比センサ３０の故障診断期間は、制御Ａ／Ｆを正確に特定することができない。図２（Ｅ）は、空燃比センサ３０の故障診断期間を示す図である。この図によれば、時刻ｔ１において逆電圧が印加され故障診断が開始される（故障診断フラグＯＮ）。そして、逆電圧印加が終了しセンサ出力が安定した時刻ｔ２において故障診断期間が終了（故障診断フラグＯＦＦ）とされることを示している。尚、時刻ｔ１からｔ２までの故障診断期間は、センサの特性、逆電圧の印加電圧、および印加時間などに基づいて特定される。
【００４６】
故障診断期間においてメインフィードバック制御を実行しないと、空燃比ズレに基づくエミッション悪化の原因となる。このため、本実施の形態においては、故障診断開始直前（時刻ｔ１）においてのメインフィードバック制御量に基づいて、故障診断期間の空燃比制御を実行する。より具体的には、図２（Ａ）に示すとおり、時刻ｔ１からｔ２までの制御Ａ／Ｆを、時刻ｔ１の制御Ａ／Ｆにて固定することとする。これにより、図２（Ｂ）に示すΔＡ／Ｆが故障診断期間において一定となり、図２（Ｃ）に示すとおり、Ｐ項が時刻ｔ１時の値にて固定される。
【００４７】
また、図２（Ｄ）に示すとおり、故障診断期間のＩ項は、制御Ａ／Ｆ値によらず時刻ｔ１のときの制御量にて強制的に固定する。以上の処理により、故障診断直前のメインフィードバック制御量に基づいて、故障診断期間のメインフィードバック制御を実行することができる。
【００４８】
[実施の形態１における具体的処理]
図３は、上述した故障診断期間のメインフィードバック制御を実現するために、ECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンによれば、先ず、空燃比センサ３０の故障診断期間か否かが判別される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、図２（Ｅ）に示す故障診断フラグがＯＮとされているか否かを判断する。
【００４９】
上記ステップ１００において、故障診断期間でないと判別された場合には、通常のメインフィードバック制御と同様の処理が実行される。すなわち、先ず、ΔＡ／Ｆを算出する（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、先ず、空燃比センサ３０のセンサ信号に基づいて、制御Ａ／Ｆが特定される。ECU５０は、センサ信号（電圧）と制御Ａ／Ｆとの関係を定めたマップを記憶している。ここではそのマップに従って、センサ信号に対応する制御Ａ／Ｆが特定される。そして、制御Ａ／Ｆと制御目標Ａ／Ｆとの偏差（ΔＡ／Ｆ）が算出される。
【００５０】
図３に示すルーチンによれば、次に、メインフィードバック制御量を算出する処理が実行される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、上述した式（１）および（２）に前記ステップ１０２において算出されたΔＡ／Ｆを代入し、Ｐ項およびＩ項を算出する処理が実行される。そして、これらの和からなるメインフィードバック制御量を算出する処理が実行され、本ルーチンは終了する。
【００５１】
一方、上記ステップ１００において故障診断期間と判別された場合には、故障診断期間の制御Ａ／Ｆ値を故障診断開始直前の値とする処理が実行される（ステップ１０６）。次に、前記ステップ１０６にて特定された制御Ａ／Ｆに基づいてΔＡ／Ｆを算出する処理が実行される。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２と同様の処理が実行される。
【００５２】
次に、故障診断期間のメインフィードバック制御量を算出する処理が実行される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０８にて算出されたΔＡ／Ｆに基づいて、Ｐ項を算出する処理が実行される。ここでは、上記ステップ１０４と同様の処理が実行される。次いで、Ｉ項を故障診断開始直前の値とする処理が実行される。ここでは、具体的には、先回のルーチンにおいて算出されたＩ項（Ｉｏ）が読み込まれ、本ルーチンのＩ項として特定される。そして、Ｐ項およびＩ項の和からなるメインフィードバック制御量が算出され、本ルーチンは終了する。
【００５３】
以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、空燃比センサ３０の故障診断期間においても、故障診断開始直前のメインフィードバック制御量に基づいて、空燃比制御を実行することができる。これにより、センサの故障診断期間においても、メインフィードバック制御を中断することなく、空燃比のリッチずれあるいはリーンずれに対応した適切な空燃比制御を行うことができる。
【００５４】
ところで、上述した実施の形態１においては、排気通路１４に空燃比センサ３０を配置した内燃機関において本実施の形態を実行することとしているが、システム構成はこれに限定されない。すなわち、Ｖ型等に代表される排気通路を２つ備え、各排気通路に空燃比センサが配置された内燃機関において、それぞれのセンサ信号に基づいて空燃比制御を行うこととしてもよい。また、排気通路に設けられた触媒の下流側に空燃比センサが設置された内燃機関において、かかる空燃比センサの信号に基づいて空燃比制御を行うこととしてもよい。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
【００５５】
また、上述した実施の形態１においては、Ｐ制御およびＩ制御に基づいて、メインフィードバック制御を行うこととしているが、制御手法はこれに限られない。すなわち、Ｐ制御あるいはＩ制御のみを行うこととしてもよいし、これらにさらにＤ制御（微分制御）を加えたメインフィードバック制御としてもよい。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
【００５６】
また、上述した実施の形態１においては、排気通路１４に配置された触媒２８の上流に、空燃比センサ３０を配置し、かかるセンサの出力信号に基づいてメインフィードバック制御を行うこととしているが、空燃比制御手法はこれに限られない。すなわち、触媒２８の下流にサブ酸素センサを配置し、かかるセンサの出力信号に基づいて空燃比制御を行うサブフィードバック制御と組み合わせて、空燃比制御を実行することとしてもよい。
【００５７】
尚、上述した実施の形態１においては、空燃比センサが前記第１の発明における「メイン排気ガスセンサ」に相当していると共に、ECU５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間判別手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「メインフィードバック手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間メインフィードバック手段」が、それぞれ実現されている。
【００５８】
実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
次に、図４および５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、実施の形態１と同様のハードウェア構成を用いて、ECU５０に後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５９】
上述した実施の形態１では、故障診断期間のメインフィードバック制御を故障診断期間直前の制御量とすることとしている。このため、故障診断期間のＰ制御に基づく補正量は、故障診断期間直前のリッチ側あるいはリーン側への制御目標Ａ／Ｆからの偏差（ΔＡ／Ｆ）に比例した固定値とされる。したがって、かかるフィードバック制御が継続されると、制御目標Ａ／Ｆを超えて、リーン側あるいはリッチ側への空燃比ズレが生じる可能性がある。
【００６０】
一方、故障診断期間のＩ制御に基づく補正量は、故障診断期間直前のリッチ側あるいはリーン側への制御目標Ａ／Ｆからの偏差（ΔＡ／Ｆ）の積分値であり、ΔＡ／Ｆに重畳される定常的な誤差成分が補正される。したがって、かかるフィードバック制御が継続されても、制御目標Ａ／Ｆを超えて、リーン側あるいはリッチ側への空燃比ズレが生じる可能性は低い。そこで、本実施の形態においては、故障診断期間のΔＡ／Ｆを強制的に０として、故障診断期間のメインフィードバック制御を行う。これにより、Ｐ制御に基づく影響を遮断し、Ｉ制御のみに基づいて故障診断期間のメインフィードバック制御を実行し、高精度な空燃比制御を行うことができる。
【００６１】
[実施の形態２における特徴的動作]
図４（Ａ）は、空燃比センサ３０の出力信号に基づく制御Ａ／Ｆの変化の様子を示す図である。この図に示す制御Ａ／Ｆの変化は、実施の形態１にて述べた図２（Ａ）と同様の波形を示している。
【００６２】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す制御Ａ／Ｆの制御目標Ａ／Ｆからの偏差（ΔＡ／Ｆ）の変化の様子を示している。ここで、図４（Ｅ）に示すとおり、ｔ１＜ｔ＜ｔ２の期間が故障診断期間である。したがって、本実施の形態２においては、図４（Ｂ）に示すとおり、かかる期間のΔＡ／Ｆが強制的に０に設定される。
【００６３】
上記処理が実行されると、図４（Ｃ）に示すとおり、故障診断期間（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）におけるＰ制御に基づく制御量Ｐは、式（１）にΔＡ／Ｆ＝０を代入した値、つまりＰ＝０となる。このため、故障診断期間においては、Ｐ制御の影響を強制的に排除することができる。
【００６４】
一方、図４（Ｄ）に示すとおり、故障診断期間（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）におけるＩ制御に基づく制御量Ｉは、式（２）にΔＡ／Ｆ＝０を代入した値、つまりＩ＝Ｉｏとなる。このため、故障診断期間においては、故障診断開始直前のＩ制御の制御量にてメインフィードバック制御を実行することができる。
【００６５】
[実施の形態２における具体的処理]
図５は、上述した故障診断期間のメインフィードバック制御を実現するために、ECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンによれば、先ず、空燃比センサ３０の故障診断期間か否かが判別される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１００と同様の処理が実行される。
【００６６】
上記ステップ２００において、故障診断期間でないと判別された場合には、ΔＡ／Ｆを算出する処理が実行される（ステップ２０２）。次に、上記ステップ２０２にて特定されたΔＡ／Ｆに基づいてメインフィードバック制御量を算出する処理が実行される（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１０２および１０４と同様の処理が実行される。上記ステップ２０４の後、本ルーチンは終了する。
【００６７】
一方、上記ステップ２００において故障診断期間と判別された場合には、故障診断期間のΔＡ／Ｆを０とする処理が実行される（ステップ２０６）。次に、上記ステップ２０６にて特定されたΔＡ／Ｆ（＝０）に基づいて、メインフィードバック制御量を算出する処理が実行される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０６と同様の処理が実行される。上記ステップ２０８の後、本ルーチンは終了する。
【００６８】
以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、空燃比センサ３０の故障診断期間において、Ｐ制御に基づく制御量を強制的に０とすることができる。このため、センサの故障診断期間においても、メインフィードバック制御を中断することなく、Ｉ制御に基づいた空燃比制御を行うことができる。また、Ｉ制御により、ΔＡ／Ｆに重畳する定常的な誤差成分の補正を行うことができ、高精度な空燃比制御を実現することができる。
【００６９】
ところで、上述した実施の形態２においては、排気通路１４に配置された触媒２８の上流に、空燃比センサ３０を配置し、かかるセンサの出力信号に基づいてメインフィードバック制御を行うこととしているが、空燃比制御手法はこれに限られない。すなわち、触媒２８の下流にサブ酸素センサを配置し、かかるセンサの出力信号に基づいて空燃比制御を行うサブフィードバック制御と組み合わせて、空燃比制御を実行することとしてもよい。
【００７０】
尚、上述した実施の形態２においては、空燃比センサが前記第１の発明における「メイン排気ガスセンサ」に相当していると共に、ECU５０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間判別手段」が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「メインフィードバック手段」が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間メインフィードバック手段」が、それぞれ実現されている。
【００７１】
実施の形態３．
［実施の形態３の構成］
次に、図６および７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態のシステムは、図６に示すハードウェア構成を用いて、ECU５０に後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。尚、図６に示す内燃機関４０において、図１に示す内燃機関１０と共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００７２】
図６は、本実施の形態３の構成を説明するための図を示す。図６に示すとおり、本実施の形態の内燃機関４０は、キャニスタ４２を備えている。キャニスタ４２には、ベーパ通路４４を介して図示しない燃料タンクが接続されている。キャニスタ４２は、燃料タンクの内部で発生し、ベーパ通路４４を通って流入してくる蒸発燃料（ベーパ）を吸着保持することができる。
【００７３】
キャニスタ４２には、大気導入口４６が設けられていると共に、パージ通路４８の一端が連通している。パージ通路４８は、その他端において内燃機関４０の吸気通路１２と連通している。
【００７４】
パージ通路４８の途中には、パージVSV（Vacuum Switching Value）５２が配設されている。パージVSV５２は、デューティ駆動されることにより任意のデューティ比で開閉し、その結果、実質的に任意の開度を実現する制御弁である。ECU５０は、供給されるセンサ出力等に基づいて、パージVSV５２の制御処理を行う。
【００７５】
［実施の形態３における基本的動作］
本実施の形態のシステムにおいては、図示しない燃料タンク内で発生した蒸発燃料を含むガスがベーパ通路４４を通ってキャニスタ４２に流入する。キャニスタ４２は、この際、ガス中の蒸発燃料を吸着し、燃料成分を含まない空気成分のみを大気導入口４６から大気に放出させる。これにより、蒸発燃料の大気への流出を有効に阻止することができる。
【００７６】
また、本実施の形態のシステムは、内燃機関の運転中に、キャニスタ４２をパージするための制御を行う。以下、この制御を「パージ制御」と称す。パージ制御の実行中は、パージVSV５２が適当なデューティ比で開閉駆動される。内燃機関の通常運転中にパージVSV５２が開弁すると、吸気負圧がキャニスタ４２に導かれる。その結果、大気導入口４６から空気が吸入され、その空気によってキャニスタ４２がパージされ、蒸発燃料を含むパージガスが吸気通路１２に流入する。
【００７７】
実施の形態１において述べたように、内燃機関の通常運転時には、制御Ａ／Ｆが制御目標Ａ／Ｆになるように空燃比フィードバック制御が実行されている。パージガスが制御目標Ａ／Ｆよりリッチであれば、制御Ａ／Ｆはリッチ側に偏ったものとなる。一方、パージガスがリーンであれば、制御Ａ／Ｆもリーンに偏った値となる。このため、制御Ａ／Ｆの偏りを見れば、パージガスの濃度を推定することが可能である。
【００７８】
ECU５０は、通常運転の実行中に、空燃比フィードバック制御を実行しつつ、制御Ａ／Ｆの偏りに基づいてパージガスの濃度FGPGを学習する。このため、その濃度FGPG、およびパージ流量QPGに基づいて、パージ制御により内燃機関に供給される燃料量を推定することができる。したがって、パージガスの影響が相殺されるように燃料噴射量に増減補正を施すことで、エミッションを悪化させることなく、キャニスタ４２に吸着された蒸発燃料を処理することが可能である。
【００７９】
ここで、上述したパージ制御においては、パージガス濃度FGPGが正しく学習できるまでは、制御Ａ／Ｆがある程度バラつくこととなる。このため、エミッションの悪化を出来るだけ防止するために、パージ濃度FGPGの学習はパージ流量QPGを十分に絞った状態で行われる。尚、FGPGを用いた補正の手法は、本発明の主要部ではなく、かつ、公知の手法のため、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００８０】
［実施の形態３における特徴的動作］
本実施の形態の装置は、空燃比センサ３０の故障診断判定が定期的に実行される。実施の形態１にて述べたように、センサの故障診断期間は、正確な制御Ａ／Ｆを検知することができない。そこで、実施の形態１においては、故障診断開始直前の制御Ａ／Ｆに基づいて、故障診断期間のメインフィードバック制御を行うこととしている。
【００８１】
ここで、制御Ａ／Ｆはパージ制御についても使用される。上述したとおり、パージ制御はパージ濃度FGPGの学習が必要である。このため、パージ制御が開始されると、制御Ａ／Ｆに基づいてパージ濃度FGPGの学習が行われる。しかしながら、センサの故障診断期間においては、正確な制御Ａ／Ｆを検知することができない。このため、故障診断期間にパージ制御開始を許可すると、内燃機関に流入するパージガスに含まれる燃料量を正確に推定することができず、エミッション悪化の原因となる。したがって、本実施の形態では、故障診断期間のパージ制御開始を禁止する。これにより、パージ制御開始による空燃比ズレを防止することができる。
[実施の形態３における具体的処理]
【００８２】
図７は、上述した故障診断期間の空燃比制御を実現するために、ECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンによれば、先ず、空燃比センサ３０の故障診断期間か否かが判別される（ステップ３００）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１００と同様の処理が実行される。
【００８３】
上記ステップ３００において、故障診断期間でないと判別された場合には、パージ制御が許可される（ステップ３０２）。ここでは、具体的には、パージ制御の開始あるいは続行が許可される。
【００８４】
一方、上記ステップ３００において故障診断期間と判別された場合には、次に、パージ制御が実行されているか否かが判別される（ステップ３０４）。その結果、パージ制御が実行されていると判別された場合は、上記ステップ３０２に移行し、パージ制御の続行が許可される。一方、パージ制御が実行されていないと判別された場合は、パージ制御の開始が禁止される（ステップ３０６）。
【００８５】
以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、空燃比センサの故障診断期間におけるパージ制御開始を禁止することができる。これにより、パージ制御に伴うエミッション悪化を有効に防止することができる。
【００８６】
尚、上述した実施の形態３においては、空燃比センサが前記第１の発明における「メイン排気ガスセンサ」に相当していると共に、ECU５０が、上記ステップ３００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間判別手段」が、実現されている。
【００８７】
また、上述した実施の形態３においては、上記ステップ３０２の処理を実行することにより前記第６の発明における「パージ手段」が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより前記第６の発明における「パージ開始禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【００８８】
実施の形態４．
［実施の形態４の構成］
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態のシステムは、実施の形態３と同様のハードウェア構成を用いて、ECU５０に後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００８９】
［実施の形態４における特徴的動作］
上述した実施の形態３では、故障診断期間のパージ制御開始を禁止し、故障診断期間のエミッション悪化を有効に防止することとしている。一方、故障診断期間前から実施しているパージ制御に関しては、故障診断期間以前の制御Ａ／Ｆに基づいて、パージ濃度FGPGの学習が行われていることから、適切なパージ補正が実行できるとしてパージ制御を許可することとしている。
【００９０】
しかしながら、故障診断期間は、パージ濃度FGPGの学習を行うことができないため、パージ流量QPGを増やすと、制御目標Ａ／Ｆからの空燃比ズレが大きくなり、エミッションの悪化を起こす可能性がある。このため、本実施の形態４においては、故障診断期間のパージ制御について、パージ率PGRの上昇を禁止する。ここで、パージ率PGRはパージ流量QPGを吸入空気量Gaで割った値である。これにより、パージ流量QPGの増加を防止し、故障診断期間のエミッションの悪化を有効に防止することができる。
【００９１】
[実施の形態４における具体的処理]
図８は、上述した故障診断期間の空燃比制御を実現するために、ECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンによれば、先ず、空燃比センサ３０の故障診断期間か否かが判別される（ステップ４００）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１００と同様の処理が実行される。
【００９２】
上記ステップ４００において、故障診断期間でないと判別された場合には、パージ制御の許可、かつ、パージ率PGRの上昇が許可される（ステップ４０２）。ここでは、具体的には、パージ率PGRの制限なく、パージ制御を開始あるいは続行することができる。
【００９３】
一方、上記ステップ４００において故障診断期間と判別された場合には、次に、パージ制御が実行されているか否かが判別される（ステップ４０４）。その結果、パージ制御が実行されていると判別された場合は、パージ率PGRの上昇禁止、かつ、パージ制御が許可される（ステップ４０６）。ここでは、具体的には、パージ率PGRの上昇が禁止された上で、パージ制御の続行が許可される。一方、パージ制御が実行されていないと判別された場合は、パージ制御の開始が禁止される（ステップ４０８）。
【００９４】
以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、空燃比センサの故障診断期間におけるパージ制御開始は禁止し、パージ制御の続行はパージ率PGRの上昇を禁止した上で許可する。これにより、パージ制御に伴うパージ流量QPGの増量を防止し、エミッション悪化を防止することができる。
【００９５】
尚、上述した実施の形態４においては、空燃比センサが前記第１の発明における「メイン排気ガスセンサ」に相当していると共に、ECU５０が、上記ステップ４００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間判別手段」が、実現されている。
【００９６】
また、上述した実施の形態４においては、上記ステップ４０２の処理を実行することにより前記第７の発明における「パージ手段」が、上記ステップ４０６の処理を実行することにより前記第７の発明における「パージ率上昇禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【００９７】
実施の形態５．
［実施の形態５の構成］
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態のシステムは、実施の形態３と同様のハードウェア構成を用いて、ECU５０に後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００９８】
［実施の形態５における特徴的動作］
上述した実施の形態３では、故障診断期間のパージ制御開始を禁止し、故障診断期間のエミッション悪化を防止することとしている。一方、故障診断期間前から実施しているパージ制御に関しては、故障診断期間以前の制御Ａ／Ｆに基づいて、パージ濃度FGPGの学習が行われていることから、適切なパージ補正が実行できるとしてパージ制御を許可することとしている。
【００９９】
ここで、故障診断期間においては、正確な制御Ａ／Ｆを検知することができない。このため、故障診断期間にパージ濃度FGPGの学習を行うこととすると、不正確な制御Ａ／Ｆに基づいてパージ濃度FGPGの誤学習を行うこととなり、実際のパージ濃度との間に誤差が生じるおそれがある。このため、本実施の形態５においては、故障診断期間のパージ制御について、パージ濃度FGPGの学習を禁止する。これにより、パージ濃度FGPGが誤学習することなく、故障診断期間のエミッションの悪化を効果的に防止することができる。
【０１００】
[実施の形態５における具体的処理]
図９は、上述した故障診断期間の空燃比制御を実現するために、ECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図９に示すルーチンによれば、先ず、空燃比センサ３０の故障診断期間か否かが判別される（ステップ５００）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１００と同様の処理が実行される。
【０１０１】
上記ステップ５００において、故障診断期間でないと判別された場合には、パージ制御の許可、かつ、パージ濃度FGPGの学習が許可される（ステップ５０２）。ここでは、具体的には、パージ濃度FGPGの学習の制限なく、パージ制御を開始あるいは続行することができる。
【０１０２】
一方、上記ステップ５００において故障診断期間と判別された場合には、次に、パージ制御が実行されているか否かが判別される（ステップ５０４）。その結果、パージ制御が実行されていると判別された場合は、パージ濃度FGPGの学習禁止、かつ、パージ制御が許可される（ステップ５０６）。ここでは、具体的には、パージ濃度FGPGの学習が禁止された上で、パージ制御の続行が許可される。一方、パージ制御が実行されていないと判別された場合は、パージ制御の開始が禁止される（ステップ５０８）。
【０１０３】
以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、空燃比センサの故障診断期間におけるパージ制御開始は禁止し、パージ制御の続行はパージ濃度FGPGの学習を禁止した上で許可する。これにより、パージ制御に伴うエミッション悪化を効果的に防止することができる。
【０１０４】
尚、上述した実施の形態５においては、空燃比センサが前記第１の発明における「メイン排気ガスセンサ」に相当していると共に、ECU５０が、上記ステップ５００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間判別手段」が、実現されている。
【０１０５】
また、上述した実施の形態５においては、上記ステップ５０２の処理を実行することにより前記第８の発明における「パージ手段」が、上記ステップ５０６の処理を実行することにより前記第８の発明における「パージ濃度学習禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【０１０６】
実施の形態６．
［実施の形態６の構成］
次に、図１０乃至１２を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態のシステムは、図１０に示すハードウェア構成を用いて、ECU５０に上述した図３に示すルーチンと共に、後述する図１２に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。図３に示すルーチンが実行されるため、故障診断期間は、故障診断期間直前に得られた空燃比センサ３０の出力に基づいて、メインフィードバック制御が実行される。尚、図１０に示す内燃機関６０において、図１に示す内燃機関１０と共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【０１０７】
図１０は、本実施の形態６の構成を説明するための図を示す。図１０に示すとおり、本実施の形態の内燃機関６０は、触媒２８の下流に酸素センサ（サブＯ２センサ）６２を備えている。酸素センサ６２は、排気ガス中の酸素濃度が所定値より大きいか小さいかを検出するためのセンサであって、センサ位置の排気空燃比がストイキよりも燃料リッチになると所定電圧（例えば０．４５Ｖ）以上の出力を発生し、排気空燃比がストイキよりもリーンになると所定電圧以下の出力を発生する。酸素センサ６２の出力信号は、ECU５０に供給される。したがって、酸素センサ６２によれば、触媒２８の下流に、燃料リッチな排気ガス（ＨＣ、ＣＯを含む排気ガス）、あるいは燃料リーンな排気ガス（ＮＯＸを含む排気ガス）が流出してきたかを判断することができる。
【０１０８】
［実施の形態６における空燃比制御］
実施の形態１にて述べたように、メインフィードバック制御において用いられる制御目標Ａ／Ｆは、触媒２８が、最も効率的に排気ガスを浄化することのできる空燃比Ａ／Ｆに設定されている。このような設定の下、メインフィードバック制御により制御Ａ／Ｆが制御目標Ａ／Ｆを挟んで均等にリッチ側およびリーン側に振れているような場合には、触媒２８により十分な浄化がなされるため、その下流、つまり、酸素センサ６２の周囲に未浄化の成分が吹き抜けてくることはない。
【０１０９】
しかしながら、内燃機関においては、種々のバラツキの影響により、メインフィードバック制御が行われている状況下で、制御Ａ／Ｆが制御目標Ａ／Ｆを挟んでリッチ側、あるいは、リーン側に偏ることがある。制御Ａ／Ｆがリッチ側に偏る傾向が継続すれば、やがて触媒２８がＨＣやＣＯを浄化できない状態となり、燃料リッチな排気ガスがその下流に流出する。反対に、制御Ａ／Ｆがリーン側に偏る傾向が続けば、やがて触媒２８の下流に燃料リーンな排気ガスが流出する。
【０１１０】
触媒２８の下流にＨＣやＣＯを含む排気ガスが流出すると、酸素センサ６２の出力はリッチ出力となる。一方、その下流にＮＯＸを含む排気ガスが流出すると、酸素センサ６２の出力はリーン出力となる。このため、ECU５０は、酸素センサ６２の出力がリッチ出力に反転したら、制御Ａ／Ｆがリッチに偏る傾向が生じていると判断することができ、一方、酸素センサ６２の出力がリーン出力に反転したら、制御Ａ／Ｆがリーン側に偏る傾向が生じていると判断することができる。
【０１１１】
したがって、本実施の形態の装置は、酸素センサ６２の出力に基づいて、触媒２８を通過した排気ガスの空燃比が制御目標Ａ／Ｆに一致するように燃料噴射量を制御する処理（以下、「サブフィードバック制御」と称す）を実行する。以上の処理によれば、メインフィードバック制御を補完して、内燃機関のエミッション特性を向上させることができる。
【０１１２】
［実施の形態６における特徴的動作］
上述したとおり、メインフィードバック制御により制御Ａ／Ｆを制御目標Ａ／Ｆにするための制御が行われる。そして、かかる制御において制御目標Ａ／Ｆに制御できなかった場合に、サブフィードバック制御による補完を行い、高精度な空燃比制御を実現することとしている。
【０１１３】
しかしながら、センサの故障診断期間においては、空燃比センサ３０の正確な出力信号を検知することができない。このため、内燃機関の運転状態によっては、故障診断期間のメインフィードバック制御により、制御目標Ａ／Ｆ近傍に制御できないことも想定される。これに対し、酸素センサ６２の出力信号は、空燃比センサ３０の故障診断期間においても正確に検知することができる。そこで、本実施の形態６においては、故障診断期間のサブフィードバック制御に基づく補完の割合を大きくすることとする。これにより、高精度な空燃比制御を実現し、エミッション悪化を効果的に防止することができる。
【０１１４】
次に、図１１を参照して、本実施の形態における空燃比サブフィードバック制御の動作について説明する。図１１（Ａ）は、酸素センサ６２の出力信号（SOX）の変化の様子を示す図である。また、図１１（Ａ）の中央部を横切る直線は内燃機関６０において実現するべき目標センサ出力（目標SOX）であり、センサ出力がかかる目標値であれば、触媒２８の下流の排気ガスがストイキであることを示している。この図に示すとおり、ｔ０＜ｔ＜ｔ１の範囲において、SOXが目標SOXより大きい場合は、その排気ガスがリーンであると判断できる。ECU５０が実行するサブフィードバック制御では、この場合、後述する所定の演算により得られる制御量分だけメインフィードバック制御量が補完（増量）される。その結果、制御Ａ／Ｆがリッチ側に変化して制御目標Ａ／Ｆに近づけられる。一方、SOXが目標SOXより小さい場合には、その排気ガスがリッチであると判断できる。この場合、ECU５０の実行するサブフィードバック制御では、後述する所定の演算により得られる制御量分だけメインフィードバック制御量が補完（減量）される。その結果、制御Ａ／Ｆがリーン側に変化して制御目標Ａ／Ｆに近づけられる。ECU５０はこのようにして制御Ａ／Ｆを制御目標Ａ／Ｆの近傍に制御し、メインフィードバック制御を補完する。
【０１１５】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示すSOXの目標SOXからの偏差（ΔSOX）の変化の様子を示している。ここで、上述したサブフィードバック制御において、例えば、ＰＩ制御により制御量を算出する場合には、ΔSOXに基づく比例項（Ｐ項）および積分項（Ｉ項）の和がサブフィードバック制御量として算出される。
【０１１６】
図１１（Ｃ）は、Ｐ動作（比例動作）に基づくフィードバック補正値PSOXの変動を示す図である。補正値PSOXは、図１１（Ｂ）に示すΔSOXを次式（３）に代入することにより算出される。
PSOX＝Kps×ΔSOX  ・・・（３）
ここで、KpsはＰ動作の比例ゲインである。上式（３）により、ΔSOXの大きさに比例した触媒下流の排気ガス空燃比の直接的なズレ量に相当する補正量が算出され、制御目標Ａ／Ｆに近づけられる。
【０１１７】
これに対し、図１１（Ｄ）は、Ｉ動作（積分動作）に基づくフィードバック補正値ISOXの変動を示す図である。補正値ISOXは、図１１（Ｂ）に示すΔＡ／Ｆを次式（４）に代入することにより算出される。
ISOX＝ISOXo＋（Kis×ΔSOX）  ・・・（４）
ここで、KisはＩ動作の積分ゲインであり、ISOXoは先回のＩ動作に基づくフィードバック補正量である。このため、上式（４）により、ΔSOXに重畳するメインフィードバック制御の定常的な誤差量に相当する補正量が算出され、制御目標Ａ／Ｆに近づけられる。
【０１１８】
ここで、前述のとおり、空燃比センサ３０の故障診断期間は、制御Ａ／Ｆを正確に特定することができない。図２（Ｅ）は、空燃比センサ３０の故障診断中を示す図である。この図によれば、時刻ｔ１において故障診断フラグがＯＮとされ、時刻ｔ２においてＯＦＦとされることを示している。
【０１１９】
前述のとおり、サブフィードバック制御はメインフィードバック制御を効果的に補完することしているが、本実施の形態においては、通常時に比して、故障診断期間のサブフィードバック制御のゲインを強化する。つまり、上述した式（３）および（４）のゲインをそれぞれKps2（Kps2≧Kps）、Kis2（Kis2≧Kis）とした以下の式（５）および（６）にて、故障診断期間のサブフィードバック制御を実行することとする。
PSOX＝Kps2×ΔSOX  ・・・（５）
ISOX＝ISOXo＋（Kis2×ΔSOX）  ・・・（６）
【０１２０】
これにより、図１１（Ｃ）および（Ｄ）に示すとおり、故障診断期間（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）においては、PSOXおよびISOXが通常時に比して大きな値となる。したがって、このサブフィードバック制御量をメインフィードバック制御に加算あるいは積算等することで、サブフィードバック制御の影響を空燃比制御に大きく反映させ、故障診断期間の高精度な空燃比制御を行うことができる。
【０１２１】
[実施の形態６における具体的処理]
図１２は、上述した故障診断期間の空燃比制御を実現するために、ECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図１２に示すルーチンによれば、先ず、ΔSOXを算出する処理が実行される（ステップ６００）。ここでは、具体的には、酸素センサ６２出力（SOX）と目標出力（目標SOX）との偏差がΔSOXとして算出される。
【０１２２】
次に、空燃比センサ３０の故障診断期間か否かが判別される（ステップ６０２）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１００と同様の処理が実行される。上記ステップ６０２において、故障診断期間でないと判別された場合には、サブフィードバック制御量を算出する処理が実行される（ステップ６０４）。ここでは、具体的には、上述した式（３）および（４）に前記ステップ６００において算出されたΔSOXを代入し、Ｐ項（PSOX）およびＩ項（ISOX）を算出する。そして、これらの和からなるサブフィードバック制御量を算出する処理が実行され、本ルーチンは終了する。
【０１２３】
一方、上記ステップ６０２において故障診断期間と判別された場合には、比例項および積分項のゲインを強化したサブフィードバック制御量を算出する処理が実行される（ステップ６０６）。ここでは、具体的には、上述した式（５）および（６）に前記ステップ６００において算出されたΔSOXを代入し、Ｐ項（PSOX）およびＩ項（ISOX）を算出する。そして、これらの和からなるサブフィードバック制御量を算出する処理が実行され、本ルーチンは終了する。
【０１２４】
以上説明したとおり、空燃比センサ３０の故障診断期間においても、酸素センサ６２は正確な出力信号を検出することができる。このため、本実施の形態の装置によれば、空燃比センサ３０の故障診断期間において、比例項（Ｐ項）および積分項（Ｉ項）のゲインを強化したサブフィードバック制御量を算出する。そして、かかる制御量に基づいて、メインフィードバック制御量を補完することで、故障診断期間の制御Ａ／Ｆが制御目標Ａ／Ｆとなるよう制御することができる。これにより、センサの故障診断期間においても、空燃比Ａ／Ｆのリッチずれあるいはリーンずれに対応した適切な空燃比制御を行い、エミッションの悪化を効果的に防止することができる。
【０１２５】
ところで、上述した実施の形態６においては、比例制御（Ｐ制御）および積分制御（Ｉ制御）に基づいて、サブフィードバック制御量を算出することとしているが、サブフィードバック制御量の算出手法はこれに限られない。すなわち、Ｐ制御あるいはＩ制御のみにより、制御量を算出することとしてもよいし、また、さらに微分制御（Ｄ制御）を加えて、最終的なサブフィードバック補正量を算出することとしてもよい。
【０１２６】
また、上述した実施の形態６においては、サブフィードバック制御に基づいて、メインフィードバック制御を補完する手法として、サブフィードバック制御量をメインフィードバック補正量に加算あるいは積算することとしているが、補完手法はこれに限られない。すなわち、サブフィードバック制御量に基づいて、メインフィードバック制御量にＰ項あるいはＩ項を補完することとしてもよいし、また、空燃比センサ３０の出力を直接補完することとしてもよい。
【０１２７】
また、上述した実施の形態６においては、前述した実施の形態１に示すとおり、故障診断期間直前のΔＡ／Ｆに基づいて算出された故障診断期間のメインフィードバック制御を、サブフィードバック制御に基づいて補完することとしているが、故障診断期間のメインフィードバック制御手法についてはこれに限られない。すなわち、前述した実施の形態２に示すように、Ｐ項を０としたメインフィードバック制御を実行することとしてもよいし、また、これらに前述した実施の形態３乃至５のパージ制御を組み合わせたメインフィードバック制御を実行することとしてもよい。
【０１２８】
尚、上述した実施の形態６においては、空燃比センサが前記第１の発明における「メイン排気ガスセンサ」に相当していると共に、酸素センサが前記第１０の発明における「サブ排気ガスセンサ」に相当している。
【０１２９】
また、上述した実施の形態６においては、ECU５０が、上記ステップ６０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間判別手段」が実現されている。
【０１３０】
また、上述した実施の形態６においては、ECU５０が、上記ステップ６０４あるいは６０６の処理を実行することにより前記第９の発明における「サブフィードバック手段」が、上記ステップ６０６の処理を実行することにより前記第９の発明における「ゲイン調整手段」が、それぞれ実現されている。
【０１３１】
実施の形態７．
［実施の形態７の構成］
次に、図１３を参照して、本発明の実施の形態７について説明する。本実施の形態のシステムは、図１１に示すハードウェア構成を用いて、ECU５０に後述する図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【０１３２】
［実施の形態７における特徴的動作］
上述した実施の形態６では、空燃比センサ３０の出力に基づくメインフィードバック制御と、酸素センサ６２の出力に基づくサブフィードバック制御とを組み合わせた処理を行うことで、高精度な空燃比制御を実現している。本実施の形態７においては、サブフィードバック制御でのサブフィードバック学習が行われる。サブフィードバック学習では、メインフィードバック制御の実行に関わる種々の要素に重畳している定常的な誤差分が、サブフィードバック学習量として学習される。ここでは、より具体的には、適当なタイミングで、サブフィードバック補正量の平均的な値をサブフィードバック学習量に移し替える処理が行われる。サブフィードバック補正量に定常的な誤差をも含めることとすると、その値が適正値に更新されるまでに長い期間が必要となる。サブフィードバック学習量を導入してその定常的誤差分を移し替えると、サブフィードバック補正量の更新に要する時間を短縮することができ、空燃比の制御精度を高めることができる。
【０１３３】
しかしながら、上述した実施の形態６では、故障診断期間に限り、サブフィードバック制御のゲインを強化し、故障診断期間のメインフィードバック制御を効果的に補完することとしている。上述したとおり、サブフィードバック補正量の平均的な値が、サブフィードバック学習量として更新されるため、故障診断期間のサブフィードバック補正量を学習値に使用することができない。そこで、本実施の形態では、故障診断期間のサブフィードバック制御のサブフィードバック学習を禁止する。これにより、通常のゲインに基づくサブフィードバック補正量のみに基づいて、サブフィードバック学習を実行することができる。
【０１３４】
[実施の形態７における具体的処理]
図１３は、上述した故障診断期間の空燃比制御を実現するために、ECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図１３に示すルーチンによれば、先ず、ΔSOXを産出する処理が実行される（ステップ７００）。ここでは、具体的には、図１２に示すステップ６００と同様の処理が実行される。
【０１３５】
次に、空燃比センサ３０の故障診断期間か否かが判別される（ステップ７０２）。そして、故障診断期間でないと判断された場合には、サブフィードバック制御量を算出する処理が実行される（ステップ７０４）。ここでは、具体的には、図１２に示すステップ６０２および６０４と同様の処理が実行される。また、ステップ７０４においては、サブフィードバック学習が許可される。ここでは、より具体的には、適当なタイミングで、サブフィードバック補正量の平均的な値をサブフィードバック学習量として更新する処理が許可される。
【０１３６】
一方、上記ステップ７０２において故障診断期間と判別された場合には、比例項および積分項のゲインを強化したサブフィードバック制御量を算出する処理が実行され、更にサブフィードバック学習が禁止される（ステップ７０６）。ここでは、具体的には、図１２に示すステップ６０６と同様の処理が実行されることにより、サブフィードバック補正量が算出される。そして、かかる補正量に基づいてのサブフィードバック学習量の更新が禁止される。
【０１３７】
以上説明したとおり、空燃比センサ３０の故障診断期間のサブフィードバック学習が禁止される。このため、本実施の形態の装置によれば、故障診断期間のサブフィードバック誤学習を制限し、サブフィードバック学習値の精度を高めることができる。
【０１３８】
ところで、上述した実施の形態７においては、比例制御（Ｐ制御）および積分制御（Ｉ制御）に基づいて、サブフィードバック制御量を算出することとしているが、サブフィードバック制御量の算出手法はこれに限られない。すなわち、Ｐ制御あるいはＩ制御のみにより、制御量を算出することとしてもよいし、また、さらに微分制御（Ｄ制御）を加えて、最終的なサブフィードバック補正量を算出することとしてもよい。
【０１３９】
また、上述した実施の形態７においては、サブフィードバック制御に基づいて、メインフィードバック制御を補完する手法として、サブフィードバック制御量をメインフィードバック補正量に加算あるいは積算することとしているが、補完手法はこれに限られない。すなわち、サブフィードバック制御量に基づいて、メインフィードバック制御量にＰ項あるいはＩ項を補完することとしてもよいし、また、空燃比センサ出力を直接補完することとしてもよい。
【０１４０】
また、上述した実施の形態７においては、前述した実施の形態１に示すとおり、故障診断期間直前のΔＡ／Ｆに基づいて算出された故障診断期間のメインフィードバック制御を、サブフィードバック制御に基づいて補完することとしているが、故障診断期間のメインフィードバック制御手法についてはこれに限られない。すなわち、前述した実施の形態２に示すように、Ｐ項を０としたメインフィードバック制御を実行することとしてもよいし、また、これらに前述した実施の形態３乃至５のパージ制御を組み合わせたメインフィードバック制御を実行することとしてもよい。
【０１４１】
また、上述した実施の形態７においては、サブフィードバック学習の手法として、適当なタイミングで、サブフィードバック補正量の平均的な値をサブフィードバック学習量に移し替えることとしているが、学習の手法については特に限定しない。すなわち、サブフィードバック補正量に基づいて学習を実行するのであれば、他の手法により算出することとしてもよい。
【０１４２】
尚、上述した実施の形態７においては、空燃比センサが前記第１の発明における「メイン排気ガスセンサ」に相当していると共に、酸素センサが前記第９の発明における「サブ排気ガスセンサ」に相当している。
【０１４３】
また、上述した実施の形態７においては、ECU５０が、上記ステップ６０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間判別手段」が実現されている。
【０１４４】
また、上述した実施の形態６においては、ECU５０が、上記ステップ７０４あるいは７０６の処理を実行することにより前記第９の発明における「サブフィードバック手段」が、上記ステップ７０６の処理を実行することにより前記第９の発明における「ゲイン調整手段」が、それぞれ実現されている。
【０１４５】
また、上述した実施の形態６においては、ECU５０が、上記ステップ７０６の処理を実行することにより前記第１０の発明における「学習禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるメインフィードバック制御の手法を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２におけるメインフィードバック制御の手法を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態６の構成を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態６におけるメインフィードバック制御の手法を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態６において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態７において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４７】
１０、４０、６０  内燃機関
１２  排気通路
１４  排気通路
１６  エアフロメータ
２２  インジェクタ
２８  排気浄化触媒
３０  空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）
４２  キャニスタ
４４  ベーパ通路
４６  大気導入口
４８  パージ通路
５０  ECU(Electronic Control Unit)
５２  パージVSV(Vacuum Switching Value)
６２  酸素センサ（サブＯ２センサ）
Ga  吸入空気量
NE  機関回転数
PGR  パージ率
QPG  パージ流量
FGPG  パージ濃度
【図１】
2007224771.tif 000003
【図２】
2007224771.tif 000004
【図３】
2007224771.tif 000005
【図４】
2007224771.tif 000006
【図５】
2007224771.tif 000007
【図６】
2007224771.tif 000008
【図７】
2007224771.tif 000009
【図８】
2007224771.tif 000010
【図９】
2007224771.tif 000011
【図１０】
2007224771.tif 000012
【図１１】
2007224771.tif 000013
【図１２】
2007224771.tif 000014
【図１３】
2007224771.tif 000015