(57)【要約】【課題】簡素な構成で内燃機関の故障を判定し、その判定した故障に応じて制御方法を変更すること。【解決手段】内燃機関の制御装置は、故障判定手段と、空燃比制御手段とを備える。故障判定手段は、内燃機関の燃料カット時および燃料カット復帰時における空燃比検出手段の検出値の変動に基づいて、空燃比検出手段の故障の有無を判定し、空燃比制御手段は、故障判定手段によって空燃比検出手段が故障していると判定された場合に、オープンループ制御を選択する。【選択図】図９
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【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、
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
を備える内燃機関の制御装置において、
前記故障判定手段は、
前記内燃機関の燃料カット時および燃料カット復帰時における前記空燃比検出手段の検出値の変動に基づいて、前記空燃比検出手段の故障の有無を判定し、
前記空燃比制御手段は、
前記故障判定手段によって前記空燃比検出手段が故障していると判定された場合に、前記オープンループ制御を選択する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記空燃比制御手段は、
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リーン側の所定値に達するまでの第１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リッチ側の所定値に達するまでの第２の時間との第１の時間差が所定値以上の場合に、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制御装置。
【請求項３】
前記空燃比制御手段は、前記フィードバック制御と前記オープンループ制御と前記空燃比検出手段の検出値を積分した値に基づいて目標空燃比を設定する積分制御とのいずれかを選択し、
前記空燃比制御手段は、前記第１の時間差が所定値以下、かつ、前記第１の時間と前記第２の時間のいずれか一方が所定値以上の場合は、前記積分制御を選択する
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記故障判定手段は、
前記第１の時間差と、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リッチ側の所定値に達するまでの第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リーン側の所定値に達するまでの第４の時間との第２の時間差とのいずれかに基づいて、前記変動を検出する
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【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、簡素な構成で内燃機関の故障を判定し、その判定した故障に応じた制御を実行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、簡素な構成で内燃機関の故障を判定し、その判定した故障に応じて制御方法を変更することができる内燃機関の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】
【０００７】
本発明の内燃機関の制御装置は、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、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る。前記故障判定手段は、前記内燃機関の燃料カット時および燃料カット復帰時における前記空燃比検出手段の検出値の変動に基づいて、前記空燃比検出手段の故障の有無を判定し、前記空燃比制御手段は、前記故障判定手段によって前記空燃比検出手段が故障していると判定された場合に、前記オープンループ制御を選択することを特徴とする。
【０００８】
また、前記空燃比制御手段は、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リーン側の所定値に達するまでの第１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リッチ側の所定値に達するまでの第２の時間との第１の時間差が所定値以上の場合に、前記オープンループ制御を選択するようにしても良い。
【０００９】
さらに、前記空燃比制御手段は、前記フィードバック制御と前記オープンループ制御と前記空燃比検出手段の検出値を積分した値に基づいて目標空燃比を設定する積分制御とのいずれかを選択し、前記空燃比制御手段は、前記第１の時間差が所定値以下、かつ、前記第１の時間と前記第２の時間のいずれか一方が所定の値以上の場合は、前記積分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の時間差と、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リッチ側の所定値に達するまでの第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リーン側の所定値に達するまでの第４の時間との第２の時間差とのいずれかに基づいて、前記変動を検出するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明よれば、簡素な構成で内燃機関の故障を判定し、その判定した故障に応じて制御方法を変更することができる内燃機関の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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判定処理の一例を示すフローチャート。
【図９】同実施形態に係る故障の形態に応じた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】
【００１３】
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）。
【００１４】
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。
【００１５】
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）。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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の故障内容を記憶する。
【００２２】
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、空燃比検出センサ１４の検出値を積分した値に基づいて目標空燃比を設定する積分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の故障を検出する故障判定手段としても機能する。例えば、ＥＣＵ２０は、空燃比検出手段、及び故障判定手段として機能するときに、以下の（１）〜（４）の機能を実現する。なお、以下の（１）から（４）の第１の時間から第４の時間については、図４を参照して後述する。
【００２３】
（１）故障判定手段は、内燃機関１の燃料カット時および燃料カット復帰時における空燃比検出センサ１４の検出値の変動に基づいて、空燃比検出センサ１４の故障の有無を判定し、空燃比制御手段は、故障判定手段によって空燃比検出センサ１４が故障していると判定された場合に、オープンループ制御を選択する。
【００２４】
（２）空燃比制御手段は、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、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の時間との第１の時間差が所定値以上の場合に、オープンループ制御を選択する。
【００２５】
（３）空燃比制御手段は、第１の時間差が所定値以下、かつ、第１の時間と第２の時間のいずれか一方が所定の値以上の場合は、積分制御を選択する。
【００２６】
（４）故障判定手段は、第１の時間差と、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の検出値がリッチ側の所定値に達するまでの第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の検出値がリーン側の所定値に達するまでの第４の時間との第２の時間差とのいずれかに基づいて、変動を検出する。
【００２７】
なお、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の時間を算出しても良い。
【００２８】
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とを示している。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。なお、本実施形態では、当量比がゼロの状態を基準の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。
【００３１】
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。
【００３２】
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（第３の時間）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（第１の時間）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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り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。
【００３５】
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（第４の時間）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（第２の時間）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。
【００３６】
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，ＴＲＬ２＜ＸＲＬ２，ＴＬＲ１＜ＸＬＲ１，ＴＬＲ２＜ＸＬＲ２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、応答遅れを判定するための所定の設定値である。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
次に、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。
【００４５】
まず、応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２，ＴＬＲ１，ＴＬＲ２を算出する処理について説明する。図７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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ１を算出する（ＳＴ１０３）。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ｔ２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。
【００４９】
次に、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ２を算出する（ＳＴ１０４）。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。
【００５０】
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（ＳＴ１０５）。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（ＳＴ１０５：ＮＯ）、ＥＣＵ２０は、待機状態を継続する。
【００５１】
また、燃料カット復帰指示を受信したと判定した場合（ＳＴ１０５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、燃料カットの状態から復帰する（ＳＴ１０６）。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。
【００５２】
次に、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＬＲ１を算出する（ＳＴ１０７）。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がゼロから立ち上がった時間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。
【００５３】
次に、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＬＲ２を算出する（ＳＴ１０８）。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。以上の処理が実行されることにより、４つの応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２，ＴＬＲ１，ＴＬＲ２がメモリ２５に記憶される。
【００５４】
次に、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の故障を判定する処理について説明する。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。
【００５５】
図９に示すように、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ１を取得する（ＳＴ２０１）。つまり、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ＴＲＬ１を取得する。ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ１がＸＲＬ１以上か否かを判定し（ＳＴ２０２）、この判定結果をメモリ２５に記憶する（ＳＴ２０３）。
【００５６】
次に、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ２を取得する（ＳＴ２０４）。つまり、ＥＣＵ２０は、既述のステップＳＴ１０５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。ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ２がＸＲＬ２以上か否かを判定し（ＳＴ２０３）、この判定結果をメモリ２５に記憶する（ＳＴ２０６）。
【００５７】
次に、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＬＲ１を取得する（ＳＴ２０７）。つまり、ＥＣＵ２０は、既述のステップＳＴ１０７で算出し、メモリ２５に保持した応答遅れ時間ＴＬＲ１を取得する。ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＬＲ１がＸＬＲ２以上か否かを判定し（ＳＴ２０８）、この判定結果をメモリ２５に記憶する（ＳＴ２０９）。
【００５８】
次に、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＬＲ２を取得する（ＳＴ２１０）。つまり、ＥＣＵ２０は、既述のステップＳＴ１０８で算出し、メモリ２５に記憶した応答遅れ時間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（ＳＴ２１１）、この判定結果をメモリ２５に記憶する（ＳＴ２１２）。以上の処理により、４つの応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２，ＴＬＲ１，ＴＬＲ２と、設定値ＸＲＬ１，ＸＲＬ２，ＸＬＲ１，ＸＬＲ２とを比較した判定結果がメモリ２５に記憶される。
【００５９】
次に、ＥＣＵ２０は、燃料カット時、及び燃料カット復帰時の空燃比検出センサ１４の出力電圧Ｖが変動しているか否かを判定する（ＳＴ２１３）。本実施形態においては、出力電圧Ｖが変動しているか否かは、応答遅れ時間ＴＲＬ２，ＴＬＲ２、又は、応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＬＲ１のいずれかの組み合わせで判定する。より詳細には、応答遅れ時間ＴＲＬ１と応答遅れ時間ＴＬＲ１との差が所定時間以上である場合、又は、応答遅れ時ＴＲＬ２と応答遅れ時間ＴＬＲ２との差が所定時間以上である場合に、ＥＣＵ２０は、空燃比検出センサ１４の出力電圧Ｖが変動していると判定する。変動していないと判定した場合（ＳＴ２１３：ＮＯ）、ＥＣＵ２０は、フィードバック制御を継続する。なお、出力電圧Ｖが変動しているか否かは、応答遅れ時間ＴＲＬ２，ＴＬＲ２、又は、応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＬＲ１のいずれかの組み合わせで判定する場合に限られるものではない。
【００６０】
一方、変動していると判定した場合（ＳＴ２１３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、故障形態に応じた処理を実行する（ＳＴ２１４）。つまり、ＥＣＵ２０は、空燃比検出センサ１４の出力電圧Ｖが電圧波形Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３のいずれの形態になる故障が発生しているかを特定し、その特定した電圧波形に応じた処理を実行する。
【００６１】
次に、ステップＳＴ２１４の故障形態に応じた処理について説明する。図９は、ＥＣＵ２０が実行する故障形態に応じた処理の一例を示すフローチャートである。
【００６２】
図９に示すように、ＥＣＵ２０は、リッチからリーン側の応答遅れ時間とリーンからリッチ側の応答遅れ時間との時間差を算出する（ＳＴ３０１）。より詳細には、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ１と、応答遅れ時間ＴＬＲ１との時間差（以下、第１の時間差という）、又は、応答遅れ時間ＴＲＬ２と、応答遅れ時間ＴＬＲ２との時間差（以下、第２の時間差という）の少なくともいずれかを算出する。
【００６３】
次に、ＥＣＵ２０は、算出した時間差が所定値より大きいかを判定する（ＳＴ３０２）。より詳細には、ＥＣＵ２０は、第１の時間差のみを算出した場合は、第１の時間差との比較を行い、第２の時間差のみを算出した場合は、第２の時間差と所定値との比較を行い、第１の時間差、及び第２の時間差を算出した場合は、それぞれ所定値との比較を行って少なくともいずれか一方の時間差が所定値より大きいか否を判定する。
【００６４】
算出した時間差が所定値より大きい判定した場合（ＳＴ３０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、リッチからリーン側、及びリーンからリッチ側共に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（ＳＴ３０３）、処理を終了する。
【００６５】
次に、ＥＣＵ２０は、算出した時間差が所定値より大きくないと判定した場合（ＳＴ３０２：ＮＯ）、つまり、算出した時間差が所定値以下である場合、ＥＣＵ２０は、リッチからリーン側の遅れ時間が所定値以上、又はリーンからリッチ側の遅れ時間が所定値以上か否かを判定する（ＳＴ３０４）。例えば、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＲＬ２が設定値ＸＲＬ１（又はＸＲＬ２）以上であるか否、又は、応答遅れ時間ＴＲＬ２，（又はＴＬＲ２）が設定値ＸＲＬ２，ＸＬＲ２以上であるか否かを、メモリ２５に記憶した判定結果に基づいて判定する。
【００６６】
リッチからリーン側の遅れ時間が所定値以上、又はリーンからリッチ側の遅れ時間が所定値以上であると判定された場合（ＳＴ３０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、フィードバック制御から積分制御に切り替え（ＳＴ３０５）、処理を終了する。なお、リッチからリーン側の遅れ時間が所定値以上、且つリーンからリッチ側の遅れ時間が所定値以上でないと判定された場合（ＳＴ３０４：ＮＯ）は、ＥＣＵ２０は、フィードバック制御を継続し、この処理を終了する。
【００６７】
したがって、ＥＣＵ２０は、Ｆ／Ｃカットと、Ｆ／Ｃカット復帰時における空燃比検出センサ１４の変動を、空燃比検出センサ１４から出力される２つの検出値（例えば、応答遅れ時間ＴＲＬ２，ＴＬＲ２）に基づいて判定するという簡素な構成で空燃比検出センサ１４の故障を検出することができる。
【００６８】
また、ＥＣＵ２０は、空燃比検出センサ１４に故障があると判定された場合、例えば、応答遅れ時間ＴＲＬ２と、応答遅れ時間ＴＬＲ２との時間差が所定値より大きいときには、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に遷移する場合、及びリーンからリッチ側に遷移する場合共に、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。このため、故障が判定された場合に、ＥＣＵ２０は、リッチからリーン側に遷移する場合、及びリーンからリッチ側に遷移する場合共に、オープンループ制御を行うことができるため、内燃機関１の運転を継続することができる。
【００６９】
さらに、ＥＣＵ２０は、例えば、応答遅れ時間ＴＲＬ２と、応答遅れ時間ＴＬＲ２との時間差が所定値以下であり、さらに応答遅れ時間ＴＲＬ２が設定値ＸＲＬ２所定値以上、又は、応答遅れ時間ＸＬＲ２が設定値ＸＬＲ２以上のときには、フィードバック制御から積分制御に切り替える。このような条件下においては、リッチからリーン側に遷移する場合、及びリーンからリッチ側に遷移する場合共に検出値が対称的な故障（電圧波形Ｐ１１で示すスローレスポンス、又は電圧波形Ｐ２１で示すディレイドスタート）になるため、ＥＣＵ２０は、積分制御を実行することにより、内燃機関１の運転を継続することができる。
【００７０】
さらに、ＥＣＵ２０は、応答遅れ時間ＴＲＬ２，ＴＬＲ２に基づくだけでなく、応答遅れ時間ＴＲＬ１，ＴＬＲ１に基づいても、空燃比検出センサ１４の出力電圧Ｖの変動を判定することができる。このため、複数の組を用いて空燃比検出センサ１４の故障を検出することができ、故障検出の精度を高めることができる。
【００７１】
なお、上記実施形態においては、空燃比検出センサ１４の出力電圧Ｖが変動していると判定した場合（ＳＴ２１４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、故障形態に応じた処理を実行する場合で説明したが、これに限るものではない。例えば、ＥＣＵ２０は、出力電圧Ｖが変動していると判定した場合に、故障形態に応じた処理を実行せずに、リーチからリーン側／リーンからリッチ側共にフィードバック制御からオープンループ制御を実行するようにしても良い。
【００７２】
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】
【００７３】
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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