特許 7110604 エンジンの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-25

(45)【発行日】2022-08-02

(54)【発明の名称】エンジンの制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20220726BHJP

   F02D 41/22 20060101ALI20220726BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20220726BHJP

   F02M 63/00 20060101ALI20220726BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 345

F02D41/22

F02D43/00 301H

F02D43/00 301Y

F02D45/00

F02M63/00 P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018011520

(22)【出願日】2018-01-26

(65)【公開番号】P2019127922

(43)【公開日】2019-08-01

【審査請求日】2021-01-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092978

【弁理士】

【氏名又は名称】真田 有

(72)【発明者】

【氏名】前田 聡

(72)【発明者】

【氏名】小野田 塁

(72)【発明者】

【氏名】北田 淳也

(72)【発明者】

【氏名】松永 英雄

【審査官】中田 善邦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２１０９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１０９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２７１６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１１１１６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２４６８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１８８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４５７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１５９５７８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ １３／００－２８／００，

４１／００－４１／４０，

４３／００－４５／００，

Ｆ０２Ｍ ３９／００－７１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも二つの燃料噴射モードを有するとともに空燃比がフィードバック制御されるエンジンの制御装置であって、
各々の前記燃料噴射モードに対応するモード領域が設定されたマップを用いて前記エンジンの燃料噴射システムを制御する制御部と、
前記燃料噴射モードごとに異なる指標を用いて、前記燃料噴射システムに関する故障可能性を判定する判定部と、
前記故障可能性のある状態の継続期間を計測するとともに、前記継続期間が所定の第一判定期間以上であれば前記燃料噴射システムの故障を検出したと判断する検出部と、を備え、
前記マップには、通常マップと、複数の前記モード領域のうちの一つが前記通常マップよりも拡大された拡大マップと、が含まれ、
前記検出部は、前記継続期間が前記第一判定期間よりも短い第二判定期間以上であることを含む切替条件が成立したら、前記通常マップから、前記判定部により前記故障可能性があると判定されている前記燃料噴射モードに対応する前記モード領域が拡大された前記拡大マップに切り替える
ことを特徴とする、エンジンの制御装置。

【請求項2】

前記切替条件には、１回のドライブサイクル内における前記拡大マップの使用頻度が所定値未満であることが含まれる
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの制御装置。

【請求項3】

前記空燃比の目標値と計測値との差の積算値における定常成分に相当する学習値を算出する算出部と、
前記学習値に基づいて前記第二判定期間を設定する設定部と、を備えた
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。

【請求項4】

前記設定部は、１回のドライブサイクル内における前記学習値の変化量が大きいほど前記第二判定期間を短縮する
ことを特徴とする、請求項３記載のエンジンの制御装置。

【請求項5】

前記検出部によって初めて前記故障が検出された場合に仮故障コードを記録する記録部を備え、
前記設定部は、前記仮故障コードが記録されている場合には、前記仮故障コードが記録されていない場合よりも前記第二判定期間を短くする
ことを特徴とする、請求項３又は４記載のエンジンの制御装置。

【請求項6】

前記設定部は、前記学習値が補正限界値に到達している状態で、前記積算値に基づいて算出された積分値が前記学習値と同じ方向に所定量以上偏っている場合に、前記第二判定期間を短縮する
ことを特徴とする、請求項３～５のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。

【請求項7】

前記燃料噴射モードには、前記エンジンの吸気ポートのみに燃料を噴射するポート噴射モードと、前記吸気ポートおよび前記エンジンの筒内に燃料を噴射する併用モードとが含まれ、
前記通常マップは、低負荷領域に前記ポート噴射モードに対応する前記モード領域が設定され、高負荷領域に前記併用モードに対応する前記モード領域が設定されたものであり、
前記拡大マップには、前記併用モードに対応する前記モード領域が、低負荷低回転領域および極低負荷領域を除いて拡大された併用モード拡大マップが含まれる
ことを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項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、エンジンの燃料噴射システムに関する故障を検出する制御を実施するエンジンの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンの空燃比をフィードバック制御する燃料噴射システムにおいて、排気系に介装された空燃比センサや酸素濃度センサで実空燃比を検出し、その実空燃比に基づく故障判定を実施する手法が知られている。すなわち、フィードバック制御により実空燃比が目標空燃比に近づくように燃料補正量（補正値）を算出するとともに燃料噴射量を制御している場合に、この補正値が規定の正常範囲を超えたときに何らかの故障が燃料噴射システムに発生していると判断（検出）するものである。補正値としては、例えば、フィードバック制御による空燃比フィードバック補正値やこの補正値をもとにした学習制御による空燃比学習値が挙げられる。

【0003】

複数の燃料噴射モードを備えたエンジンでは、上記の手法によって燃料噴射システムの一つに故障が発生していると判断（検出）されると、フェールセーフ制御として、故障を検出した燃料噴射システムを停止して、故障を検出していない燃料噴射システムが代用される（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４３７５２０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、燃料噴射モードごとに異なる指標を用いて故障判定を行う場合、故障判定中に燃料噴射モードが切り替えられると、それまでの判定経過がリセットされてしまう。そのため、燃料噴射モードが短いスパンで切り替えられると一向に故障を検出することができず、故障検出精度が低下する。また、故障の発見が遅れることで、エンジンの燃焼状態が不安定なまま空燃比が不適切に制御され続けることとなり、エンジン制御の安定性，信頼性が低下しうる。

【0006】

本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、空燃比がフィードバック制御されるエンジンの燃料噴射システムに関する故障を検出する機能を持った制御装置において、故障検出精度を向上させることを目的の一つとする。なお、これらの目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）ここで開示するエンジンの制御装置は、少なくとも二つの燃料噴射モードを有するとともに空燃比がフィードバック制御されるエンジンの制御装置であって、各々の前記燃料噴射モードに対応するモード領域が設定されたマップを用いて前記エンジンの燃料噴射システムを制御する制御部と、前記燃料噴射モードごとに異なる指標を用いて、前記燃料噴射システムに関する故障可能性を判定する判定部と、前記故障可能性のある状態の継続期間を計測するとともに、前記継続期間が所定の第一判定期間以上であれば前記燃料噴射システムの故障を検出したと判断する検出部と、を備える。前記マップには、通常マップと、複数の前記モード領域のうちの一つが前記通常マップよりも拡大された拡大マップと、が含まれる。また、前記検出部は、前記継続期間が前記第一判定期間よりも短い第二判定期間以上であることを含む切替条件が成立したら、前記通常マップから、前記判定部により前記故障可能性があると判定されている前記燃料噴射モードに対応する前記モード領域が拡大された前記拡大マップに切り替える。

【0008】

（２）前記切替条件には、１回のドライブサイクル内における前記拡大マップの使用頻度が所定値未満であることが含まれることが好ましい。
（３）前記制御装置は、前記空燃比の目標値と計測値との差の積算値における定常成分に相当する学習値を算出する算出部と、前記学習値に基づいて前記第二判定期間を設定する設定部と、を備えていることが好ましい。
（４）前記設定部は、１回のドライブサイクル内における前記学習値の変化量が大きいほど前記第二判定期間を短縮することが好ましい。

【0009】

（５）前記制御装置は、前記検出部によって初めて前記故障が検出された場合に仮故障コードを記録する記録部を備えていることが好ましい。この場合、前記設定部は、前記仮故障コードが記録されている場合には、前記仮故障コードが記録されていない場合よりも前記第二判定期間を短くすることが好ましい。
（６）前記設定部は、前記学習値が補正限界値に到達している状態で、前記積算値に基づいて算出された積分値が前記学習値と同じ方向に所定量以上偏っている場合に、前記第二判定期間を短縮することが好ましい。

【0010】

（７）前記燃料噴射モードには、前記エンジンの吸気ポートのみに燃料を噴射するポート噴射モードと、前記吸気ポートおよび前記エンジンの筒内に燃料を噴射する併用モードとが含まれ、前記通常マップは、低負荷領域に前記ポート噴射モードに対応する前記モード領域が設定され、高負荷領域に前記併用モードに対応する前記モード領域が設定されたものであり、前記拡大マップには、前記併用モードに対応する前記モード領域が、低負荷低回転領域および極低負荷領域を除いて拡大された併用モード拡大マップが含まれることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

開示のエンジンの制御装置によれば、噴射モードが切り替えられることによる故障判定の中断を回避しやすくなり、早期に故障を検出することができることから、故障検出精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】エンジンの燃料噴射システム及び制御装置を示す模式図である。

【図2】燃料噴射モードを選択するためのマップ例であり、（ａ）は通常マップ、（ｂ）および（ｃ）は併用モード拡大マップ、（ｄ）はＭＰＩモード拡大マップおよび回避マップである。

【図3】制御装置で実施される故障検出制御の手順を例示するフローチャートである。

【図4】図３のサブフローチャートである。

【図5】変形例にかかるフローチャートである。

【図6】変形例にかかるフローチャートである。

【図7】マップの切替による作用効果を説明するための図である。

【図8】第二判定時間の設定による作用効果を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図面を参照して、実施形態としてのエンジンの制御装置について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

【0014】

［１．エンジン］
図１は、車両に搭載されるエンジン１０の燃料噴射システムと、燃料噴射システムに関する故障を検出する制御（以下「故障検出制御」という）を実施するための制御装置１とを示す模式図である。ここでは、複数気筒のうちの一つを示す。燃料噴射システムとしては、筒内噴射（DI）とポート噴射（MPI）とを使用した燃料噴射を実施するものを例示する。

【0015】

各気筒には、筒内で燃料を噴射する筒内噴射弁４と、吸気ポート内で燃料を噴射するポート噴射弁５とが設けられる。また、エンジン１０の吸気通路２には、スロットル弁８が配置される。筒内に導入される混合気の空燃比（A/F）は、筒内噴射弁４及びポート噴射弁５から噴射される燃料量と、スロットル弁８の開度によって制御される吸気量とに応じて変動しうる。

【0016】

排気通路３には、空燃比（あるいは空気過剰率や当量比）を計測するためのセンサが取り付けられる。図１に示す例では、排気浄化触媒の上流側に第一空燃比センサ６が設けられ、排気浄化触媒の下流側に第二空燃比センサ７が設けられている。これらの空燃比センサ６，７は、排気中の酸素濃度や炭化水素濃度に応じた信号を出力しうるセンサであり、例えばリニア空燃比センサ（LAFS）やジルコニア式酸素濃度センサなどである。空燃比センサ６，７から出力される信号は、排気中の酸素濃度や炭化水素濃度から推定される実際の空燃比（すなわち、空燃比の計測値）に相当する。

【0017】

エンジン１０の筒内で燃焼する混合気の空燃比は、空燃比の目標値と計測値との差に基づいて後述する制御部１Ａによってフィードバック制御（F/B制御）される。フィードバック制御では、空燃比の目標値と計測値との差が小さくなるように、燃料量が行程毎に補正される。一般に、フィードバック制御での補正値には、空燃比の目標値と計測値との差に応じて設定される比例補正値や、差の微分値に応じて設定される微分補正値や、差の積分値に応じて設定される積分補正値などが含まれる。本実施形態のフィードバック制御には、少なくとも積分補正値（差の積算値）であるF/B積分値と、その定常成分（定常的なずれ）に相当するA/F学習値とが含まれる。これらの算出手法については後述する。

【0018】

制御装置１は、エンジン１０の燃料噴射システムを制御する機能と、燃料噴射システムに関する故障を検出する機能とを持った電子制御装置（コンピュータ，ECU）であり、エンジン１０が搭載された車両の車載ネットワークに接続される。車載ネットワーク上には、上記の空燃比センサ６，７のほか、エンジン１０や補機類，各種センサ類なども接続される。制御装置１の内部には、バスを介して互いに接続されたプロセッサ，メモリ，インタフェイス装置などが内蔵される。なお、制御装置１とは別の電子制御装置の内部に故障検出制御を実施する機能を内蔵させてもよい。

【0019】

プロセッサは、例えば制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ）などを内蔵する処理装置である。また、メモリは、プログラムや作業中のデータが格納される記憶装置であり、ROM，RAM，不揮発メモリなどを含む。制御装置１で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録，保存されており、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開されプロセッサで実行される。

【0020】

エンジン１０には、複数種類の燃料噴射モード（以下「噴射モード」という）が予め設けられており、エンジン１０に要求される出力の大きさや作動状況（エンジン回転速度，負荷など）に応じて切り替えられる。本実施形態の噴射モードには、ポート噴射弁５を用いて燃料噴射を実施するポート噴射モード（以下「MPIモード」という）と、おもに筒内噴射弁４を用いて、場合によってはポート噴射弁５を併用しながら燃料噴射を実施するMPI+DI併用モード（以下「併用モード」という）とが含まれる。MPIモードが選択された場合には吸気ポートのみに燃料が噴射され、併用モードが選択された場合には、吸気ポートおよび筒内に燃料が噴射されうる。

【0021】

制御装置１には、エンジン１０の運転状態（エンジン回転速度，負荷）と各噴射モードに対応するモード領域との対応関係が予め設定されたマップが記憶されている。このマップを用いることで、運転状態に応じた噴射モードが選択される。本実施形態の制御装置１には、図２（ａ）～（ｄ）に示す四つのマップが記憶されている。図２（ａ）は出力や燃費の向上，排気性能向上などの観点から設定された通常マップの例であり、後述する検出部１Ｅによるマップの切替が行われない限り、常に使用される。通常マップでは、低負荷領域にMPIモードに対応するモード領域（以下「MPIモード領域」という）が設定され、高負荷領域に併用モードに対応するモード領域（以下「併用モード領域」という）が設定されている。

【0022】

図２（ｂ）～（ｄ）は、複数のモード領域のうちの一つが通常マップよりも拡大された拡大マップの例である。図２（ｂ）は、低負荷低回転領域および極低負荷領域を除いて併用モード領域が拡大された併用モード拡大マップである。図２（ｃ）は、通常マップのモード境界線（図中破線）の傾きを保ったまま低負荷側へシフトさせることで併用モード領域が拡大された併用モード拡大マップである。また、図２（ｄ）は、MPIモード領域が拡大されたMPIモード拡大マップであるとともに、併用モードにおいて燃料噴射システムの故障が検出された場合に併用モードの使用を回避するための回避マップでもある。これらの拡大マップおよび回避マップは、通常マップの代わりに使用される。

【0023】

［２．制御概要］
故障検出制御は、噴射モードごとに異なる指標を用いて燃料噴射システムの故障の可能性を判定するとともに、「故障可能性あり」と判定され続けている期間（以下「継続期間」という）に基づいて燃料噴射システムの故障を検出する制御である。継続期間は、例えば時間，行程数，点火回数など、期間をカウントできるパラメータであればよく、エンジン１０の運転点（エンジン回転速度および負荷）の属するモード領域が変わり、噴射モードが切り替えられるとリセットされる。以下の説明では、継続期間として、「故障可能性あり」と判定され続けている時間（「継続時間」と呼ぶ）を用いる場合を例示する。

【0024】

本実施形態の故障検出制御では、継続時間が第一判定時間Tj（第一判定期間）に達すると、その噴射モードで使用されている燃料噴射システムの故障が検出されたと判断される。第一判定時間Tjは、故障可能性のある状態がどの程度続いた場合に「燃料噴射システムが故障している」と判断可能であるかに基づいて、予め設定された時間である。つまり、上記の判断が可能な理由（故障を検出できる理由）は、継続時間が第一判定時間Tjに到達するのは燃料噴射システムが故障している場合だけであるからである。

【0025】

本実施形態では、MPIモードにおいてポート噴射弁５の故障が検出され、併用モードにおいて筒内噴射弁４の故障が検出される。また、本実施形態の故障検出制御では、継続時間が第一判定時間Tjよりも短い第二判定時間Tm（第二判定期間）以上であることを含む切替条件が成立した場合には、噴射モードを選択するためのマップが、通常マップから、故障可能性があると判定されている噴射モードのモード領域が拡大された拡大マップへと切り替えられる。

【0026】

例えば、エンジン１０の運転点が併用モード領域にあるとき（すなわち、併用モードが選択されているとき）に故障の可能性があると判定しており、かつ、切替条件が成立した場合には、通常マップから併用モード拡大マップへと切り替えられる。これにより、エンジン１０の運転点が併用モード領域内に留まりやすくなることから、継続時間が第一判定時間Tjに達しやすくなる。つまり、継続時間が第一判定時間Tjに達する前に噴射モードが切り替えられることで（継続時間がリセットされることで）、なかなか故障が検出されない事態が防止される。

【0027】

ただし、拡大マップを使用すると、通常マップの使用時よりも排気性能が低下するため、拡大マップを過剰に使用しないことが好ましい。そこで、切替条件には、上記の時間に関する条件（以下の条件１）に加え、条件２が含まれることが好ましい。
＝＝切替条件＝＝
条件１．継続時間が第二判定時間Tm以上
条件２．１回のドライブサイクル内における拡大マップの使用頻度が所定値未満

【0028】

拡大マップを使用することで故障検出精度が向上することと、拡大マップの使用によって排気性能が低下することとは、トレードオフの関係にある。そのため、故障の可能性が高いか否かを条件１で判断し、さらに、排気性能確保の観点から拡大マップを使用してもよいか否かを条件２で判断する。なお、ここでいう「１回のドライブサイクル」とは、車両の主電源をオンにしてからオフにするまでの期間を意味する。

【0029】

条件２の「使用頻度」の一例としては、例えば、拡大マップを選択した回数や拡大マップを使用している時間の積算値が挙げられる。すなわち、上記の条件２は、以下の条件２－１や条件２－２に置き換えてもよい。
＝＝条件２の一例＝＝
条件２－１．１回のドライブサイクル内での拡大マップの選択回数が所定回数未満
条件２－２．１回のドライブサイクル内で拡大マップの使用積算時間が所定時間未満
なお、条件２－１の「所定回数」および条件２－２の「所定時間」は、条件２の「所定値」に対応する値に設定される。

【0030】

本実施形態の故障検出制御では、条件１の第二判定時間Tmが固定値ではなく、後述する設定部１Ｃによって設定される可変値として設けられる。第二判定時間Tmが短いほど、噴射モードを選択するためのマップが、通常マップから拡大マップへと切り替えられやすくなる。このため、拡大マップを使用すべき状況（すなわち故障の可能性が高い状況）では、そうでない場合と比較して第二判定時間Tmが短く設定される。

【0031】

拡大マップを使用すべき状況（故障の可能性が高い状況）とは、例えば、１回のドライブサイクル内におけるA/F学習値の変化量が大きい場合や、「故障可能性あり」と判定された時のF/B積分値が正常範囲から大きく外れる場合や、後述する仮故障コードが記録されている場合が挙げられる。上記のように、A/F学習値はF/B積分値の定常成分に相当する値であるため、この値が大きく変化する場合には燃料噴射システムに何らかの故障が発生している可能性が高い。そこで、本実施形態の故障検出制御では、１回のドライブサイクル内におけるA/F学習値の変化量が大きいほど第二判定時間Tmが短縮される。これにより、燃料噴射システムの故障検出精度が向上する。

【0032】

なお、１回のドライブサイクル内におけるA/F学習値の変化量が大きいか否かは、例えば、１回ドライブサイクル中のA/F学習値の最大値（リッチ側補正の最大値）または最小値（リーン側補正の最大値）と、学習許可中にA/F学習値が上昇または低下した量とに基づいて判定可能である。例えば、１回ドライブサイクル中に、A/F学習値の最小値が所定値以下の値として算出され、A/F学習値の最大値がリッチ側の補正限界値として算出される場合や、A/F学習値の上昇量が所定量以上である場合には、燃料噴射システムが「リーン故障」している可能性が高い。

【0033】

ここでいう「リーン故障」とは、燃料量が少なくて空燃比がリーンな状態になっている故障を意味する。反対に、燃料量が多くて空燃比がリッチな状態になっている故障を「リッチ故障」という。つまり、燃料噴射システムに何らかの故障が発生していて、空燃比センサ６，７で検出された空燃比の計測値が目標値に対してリーンまたはリッチな状態になっている場合には、リッチ側またはリーン側に燃料量の急激な（あるいは大きな）フィードバック補正が実施されることになる。そのため、この補正量（特に定常成分であるA/F学習値）の変化量をチェックすることで、故障の可能性が高い状況か否かを判断することができる。また、A/F学習値が補正限界値（リッチ側またはリーン側）に到達しているときにF/B積分値の大きさをチェックすることで、故障の可能性が高い状況か否かを判断することができる。

【0034】

なお、ここでいう「補正限界値」とは、A/F学習値による補正の限界値を意味し、リッチ側への補正の限界値を示す「リッチ側補正限界値」と、リーン側への補正の限界値を示す「リーン側補正限界値」の二つが存在する。A/F学習値がこれら二つの補正限界値の範囲（以下「正常範囲」という）内であれば、A/F学習値を用いた燃料噴射量の補正がなされる。一方、A/F学習値がいずれか一方の補正限界値に到達したのちは、F/B積分値がA/F学習値と同じ側（リーン側またはリッチ側）にずれていても、そのずれ分がA/F学習値には反映されず、A/F学習値はその補正限界値でクリップされる。

【0035】

また、仮故障コードとは、燃料噴射システムの故障が初めて検出された場合にメモリに記録，保存されるダイアグコードである。この仮故障コードが記録されている場合（故障検出がすでに一回行われている場合）には、仮故障コードが記録されていない場合よりも第二判定時間Tmが短く設定される。これにより、噴射モードが切り替えられることで（継続時間がリセットされることで）、なかなか故障が検出されない事態が防止され、燃料噴射システムの故障検出精度が向上する。なお、次回以降のドライブサイクルにおいて、同じ噴射モードにおける燃料噴射システムの故障が検出された場合には本故障コードが記録，保存される。本故障コードが記録された場合には、車室内に設けられたメーターパネルに故障を検出した旨が表示される。

【0036】

また、故障検出制御では、故障判定の指標として燃料噴射量の補正量を用いる。補正量は、空燃比の目標値と計測値との差に基づき算出される。本実施形態では、補正量として、上記のF/B積分値とA/F学習値とが算出される。F/B積分値は、エンジン１０の作動中は常に算出される。また、A/F学習値は、所定の学習条件が成立する状況下で（学習許可中に）算出される。なお、学習条件には、前回のA/F学習値の算出から所定行程数（あるいは所定時間）が経過していることや、エンジン１０の作動状態が安定していることなどが含まれる。

【0037】

F/B積分値は、空燃比の目標値から計測値を減じたものの積算値に基づいて算出され、例えばその積算値に所定のゲイン（但しゲイン＜0）を乗じた値とされる。この場合、空燃比の計測値が目標値と比較してリーンであれば（計測値が目標値よりも大きければ）F/B積分値が正（リッチ側補正）の値となり、リーンの度合いが強いほどその絶対値が大きくなる。反対に、計測値が目標値と比較してリッチならばF/B積分値が負（リーン側補正）の値となり、リッチの度合いが強いほどその絶対値が大きくなる。

【0038】

A/F学習値は、F/B積分値に遅延処理（例えば、一次ローパスフィルタや移動平均処理などのなまし処理）を施した値とされる。空燃比の計測値が目標値と比較してリーン傾向であれば、A/F学習値が正（リッチ側補正）の値となり、その傾向が強いほどその絶対値が大きくなる。反対に、計測値が目標値と比較してリッチ傾向であればA/F学習値が負（リーン側補正）の値となり、その傾向が強いほどその絶対値が大きくなる。F/B積分値に遅延処理を施すことで、F/B積分値に含まれるノイズや高周波振動成分が除去され、その定常成分に相当する値が抽出される。

【0039】

本実施形態のA/F学習値は、噴射モードごとに異なる値が算出される。つまり、MPIモードにおける学習許可中にMPIモード用のA/F学習値が算出され、併用モードにおける学習許可中に併用モード用のA/F学習値が算出される。なお、F/B積分値，A/F学習値の具体的な算出手法については、このような算出手法に限らず、公知のフィードバック制御の手法を採用することができる。

【0040】

本実施形態の故障検出制御では、以下の条件Ａ～Ｃのすべてが成立した場合に故障条件が成立し、故障の可能性があると判定される。なお、併用モード用のリッチ側補正限界値，リーン側補正限界値をそれぞれLd_R，Ld_Lと表記し、MPIモード用のリッチ側補正限界値，リーン側補正限界値をそれぞれLm_R，Lm_Lと表記する。

【0041】

＝＝故障条件＝＝
条件Ａ．A/F学習値が正常範囲のリッチ側補正限界値Ld_R，Lm_Rまたはリーン側補正限界値Ld_L，Lm_Lに達している
条件Ｂ．F/B積分値がA/F学習値と同じ方向に偏っている
条件Ｃ．F/B積分値が正常範囲外に存在する

【0042】

［３．制御構成］
図１に示すように、制御装置１には、燃料噴射システムを制御するための制御部１Ａと、上述した故障検出制御を実施するための算出部１Ｂ，設定部１Ｃ，判定部１Ｄ，検出部１Ｅおよび記録部１Ｆとが設けられる。本実施形態では、これらの要素の各機能がソフトウェアで実現されるものとする。ただし、各機能の一部又は全部をハードウェア（電子制御回路）で実現してもよく、あるいはソフトウェアとハードウェアとを併用して実現してもよい。

【0043】

制御部１Ａは、上述したマップを用いて燃料噴射システムを制御するものである。制御部１Ａは、検出部１Ｅによってマップ切替が行われない限り、図２（ａ）に示す通常マップに対し、エンジン１０の回転速度と負荷とを適用することで噴射モードを選択する。そして、その噴射モードに応じて燃料噴射システムを制御するとともに空燃比をフィードバック制御する。また、検出部１Ｅによりマップが切り替えられた場合には、制御部１Ａは、切替後のマップを用いて、上記と同様に噴射モードの選択およびフィードバック制御等を実施する。

【0044】

算出部１Ｂは、上述したF/B積分値とA/F学習値とを算出するものである。算出部１Ｂは、上述したように、エンジン１０の作動中にF/B積分値を常に算出するとともに、所定の学習条件が成立している場合にA/F学習値を算出する。なお、噴射モードが切り替えられた場合には、再びその噴射モードに復帰するときに備えて切替直前に算出したA/F学習値を記憶しておく。

【0045】

設定部１Ｃは、上述した第二判定時間Tmを設定するものである。本実施形態の設定部１Ｃは、算出部１Ｂで算出されたF/B積分値及びA/F学習値と、仮故障コードの有無とに基づいて第二判定時間Tmを設定する。具体的には、本実施形態の設定部１Ｃは、１回のドライブサイクル内におけるA/F学習値の変化量が大きい場合には、そうでない場合と比べて第二判定時間Tmを短縮する。

【0046】

また、設定部１Ｃは、A/F学習値がリッチ側補正限界値Ld_R，Lm_Rまたはリーン側補正限界値Ld_L，Lm_Lに到達している状態で、F/B積分値がA/F学習値と同じ方向（リッチ側またはリーン側）に所定量X以上偏っている場合には、そうでない場合と比べて第二判定期間Tmを短縮する。この所定量Xは、F/B積分値の正常範囲を規定する上限値の絶対値および下限値の絶対値のいずれよりも大きな値とされる。すなわち、設定部１Ｃは、上記の故障条件（条件Ａ～Ｃ）が成立する場合には第二判定期間Tmを短縮する。また、本実施形態の設定部１Ｃは、仮故障コードを記憶している場合には、そうでない場合と比べて第二判定時間Tmを短縮する。

【0047】

判定部１Ｄは、噴射モードごとに異なる指標を用いて、燃料噴射システムに関する故障可能性を判定するものである。本実施形態の判定部１Ｄは、F/B積分値と噴射モードごとに算出されるA/F学習値とを用いて、上述した条件Ａ～Ｃの成否を判定し、条件Ａ～Ｃのすべてが成立する場合に「故障可能性あり」と判定する。例えば、併用モードが選択されている場合には、併用モード用のA/F学習値が正常範囲のリッチ側補正限界値Ld_Rまたはリーン側補正限界値Ld_Lに達しており、かつ、F/B積分値がこのA/F学習値と同じ方向に偏っていて正常範囲外に存在する場合には、「筒内噴射弁４の故障可能性がある」と判定する。

【0048】

検出部１Ｅは、判定部１Ｄにおいて「故障可能性がある」と判定されている状態の継続時間を計測するとともに、この継続時間が第一判定時間Tj以上であるときに燃料噴射システムの故障を検出したと判断するものである。また、検出部１Ｅは、上記の切替条件の成否を判定するとともに、切替条件が成立した場合には、噴射モードを選択するためのマップを通常マップから拡大マップに切り替える。なお、切り替え後の拡大マップは、判定部１Ｄにより故障可能性があると判定されている噴射モードに対応するモード領域が拡大されているマップである。

【0049】

例えば、継続時間が、設定部１Ｃで設定された第二判定時間Tm以上であり（条件１成立）、かつ、今回のドライブサイクル中に拡大マップを使用していない場合には（条件２が成立）、検出部１Ｅは通常マップから併用モード拡大マップまたはMPIモード拡大マップへ切り替える。さらに、検出部１Ｅは、故障を検出した場合には、噴射モードを選択するためのマップを、故障を検出していない噴射モードに対応するモード領域が拡大されたマップ（回避マップ）に切り替える。

【0050】

なお、本実施形態の通常マップは、図２（ａ）に示すように低負荷領域がMPIモード領域であり、高負荷領域が併用モード領域となっていることから、市街地を走行している場合にはMPIモードが選択されやすくなっている。言い換えると、市街地を走行中には併用モードが選択されにくいことから、併用モードでの（筒内噴射弁４の）故障検出機会が少ない。

【0051】

そこで、併用モードが選択された場合には、少なくとも条件１が成立したときに図２（ｂ）および（ｃ）に示すような併用モード拡大マップに切り替えてもよい。これにより、併用モードでの故障検出機会を確保しやすくなる。また、併用モードでの故障を検出した場合には、MPIモード領域が拡大されたマップや、図２（ｄ）に示すように併用モード領域のないマップに切り替えることで、併用モードの使用が制限あるいは禁止される。

【0052】

なお、図２（ｂ）に示すように、低負荷低回転領域および極低負荷領域にMPIモード領域を残すことで、アイドル運転が安定化し、エンジン１０の失火が防止される。つまり、エンジン１０の運転状態が低負荷低回転状態または極低負荷状態である場合には、故障検出機会よりもドライバビリティを優先させるようにしたマップを併用モード拡大マップとして記憶しておいてもよい。

【0053】

記録部１Ｆは、検出部１Ｅによって初めて故障が検出された場合に仮故障コードを記録するとともに、次回以降のドライブサイクルにおいて同様の噴射モードで故障が検出された場合には本故障コードを記録するものである。なお、記録部１Ｆは、本故障コードを記録した場合には、車室内のメーターパネルを制御して、故障している旨を表示する。

【0054】

［４．フローチャート］
図３は、上述した故障検出制御の内容を説明するためのフローチャート例であり、図４は図３のサブフローチャートである。また、図５および図６は、図３のフローチャートの変形例であり、上記の条件２－１および条件２－２を含めた場合のフローチャート例である。ここでは、併用モードでの燃料噴射システムの故障を判定するフローチャートを例示する。

【0055】

このフローチャートは、車両の主電源がオンの場合に制御装置１において所定の演算周期で実施される。なお、燃料噴射システムの制御や空燃比のフィードバック制御は、このフローチャートとは別に実施されているものとする。また、このフローチャートの開始時点では継続時間は０リセットされている。まず、図３および図４のフローチャートについて説明する。

【0056】

図３に示すように、まず、今回のドライブサイクル（D/C）中に仮故障コードまたは本故障コードを記録したか否かが判定される（ステップＳ１）。いずれの故障コードも記録していない場合には、図４のサブフローが実施されて第二判定時間Tmが設定される（ステップＳ２）。すなわち、図４のステップＳ２０では、前回以前のドライブサイクル中に仮故障コードを記録しているか否かが判定され、YesのときはステップＳ２５において第二判定時間Tmが短い値（ここではTm_Sと表記する）に設定され、図３のフローチャートへリターンする。一方、仮故障コードが記録されていなければ、今回のドライブサイクル中における併用モード用のA/F学習値の変化量が所定量以上であるか否かが判定される（ステップＳ２２）。

【0057】

変化量が所定量以上である場合（すなわちA/F学習値が大きく変化している場合）には、第二判定時間Tmが短い値Tm_Sに設定される（ステップＳ２５）。一方、変化量が所定量未満であれば、ステップＳ２３において、併用モード用のA/F学習値がリッチ側補正限界値Ld_Rに到達している状態でF/B積分値が第一所定値R以上であるか否かが判定される。この第一所定値Rは上記の所定量Xに対応する値に設定される。この条件が不成立であれば、続くステップＳ２４において、併用モード用のA/F学習値がリーン側補正限界値Ld_Lに到達している状態でF/B積分値が第二所定値L以下であるか否かが判定される。この第二所定値Lも上記の所定量Xに対応する値に設定される。

【0058】

この条件も不成立の場合には、ステップＳ２６において第二判定時間Tmが長い値（ここではTm_Lと表記する）に設定され、図３のフローチャートへと戻る。一方、ステップＳ２３またはステップＳ２４において肯定的な判定がされた場合には、ステップＳ２５に進み、第二判定時間Tmが短い値Tm_Sに設定される。なお、図４のフローチャートでは、第二判定時間Tmが長い値Tm_Lと短い値Tm_Sのいずれか一方に設定される場合を例示しているが、第二判定時間Tmの設定方法はこれに限られず、例えばA/F学習値の変化量に応じて第二判定時間Tmの長さを細かく設定してもよいし、F/B積分値の大きさに応じて第二判定時間Tmの長さを細かく設定してもよい。

【0059】

図３のステップＳ３では、継続時間が第二判定時間Tm未満であるか否かが判定される。最初にステップＳ３へ進んだときには継続時間が０であるため、ステップＳ４において通常マップが選択される。そして、エンジン１０の運転状態が通常マップに適用され、噴射モードが選択される。次いで、選択されている噴射モードが併用モードであるか否かが判定され（ステップＳ５）、併用モードであれば上記の故障条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ６）。故障条件が成立していれば「故障可能性あり」と判定され、継続時間が更新され（ステップＳ７）、このフローをリターンする。なお、併用モードでない場合または故障条件が成立しない場合には、それまで計測していた継続時間をリセットして（ステップＳ８）、フローをリターンする。

【0060】

ステップＳ５～Ｓ７の処理が繰り返され、併用モード中に故障可能性があると判定され続けている時間（継続時間）が第二判定時間Tm以上になると、ステップＳ３からステップＳ９へ進み、通常マップから拡大マップに切り替えられる。そして、ステップＳ５～Ｓ８と同様に、選択中の噴射モードが併用モードであって（ステップＳ１０のYes）、上記の故障条件が成立している場合には（ステップＳ１１のYes）、継続時間が更新される（ステップＳ１２）。反対に、選択中の噴射モードが併用モードでない場合または故障条件が成立しない場合には、それまで計測していた継続時間をリセットして（ステップＳ１３）、フローをリターンする。

【0061】

継続時間が更新された場合には、その継続時間が第一判定時間Tj以上であるか否かが判定され（ステップＳ１４）、Noであればこのフローをリターンする。一方、Yesであれば、選択中の噴射モード（すなわち併用モード）での燃料噴射システムの故障が検出される（ステップＳ１５）。そして、仮故障コードが記録されていなければ（ステップＳ１６）、仮故障コードが記録され（ステップＳ１７）、記録されていれば本故障コードが記録される（ステップＳ１６，Ｓ１８）。そして、拡大マップから回避マップに切り替えられ（ステップＳ１９）、このフローをリターンする。次回以降の演算周期では、ステップＳ１からステップＳ１９へ進むため、回避マップが選択され続ける。

【0062】

なお、切替条件に上記の条件２－１または条件２－２が含まれる場合には、図３のフローチャートのステップＳ９～Ｓ１１を、図５または図６に示すフローチャートに置き換える。
例えば、切替条件に上記の条件２－１が含まれる場合には、継続時間が第二判定時間Tm以上であるときに（図３のステップＳ３）、図５のステップＳ３１において、今回のドライブサイクル内における拡大マップの選択回数Nが所定回数Nth未満（すなわち、拡大マップの使用頻度が所定値未満）であるか否かが判定される。

【0063】

この判定でYesの場合には、図３のステップＳ９～Ｓ１１と同様の処理が実施され（ステップＳ３２～Ｓ３４）、ステップＳ３３およびＳ３４の判定がいずれもYesであれば、図３のステップＳ１２へ進む。一方、選択中の噴射モードが併用モードでない場合または故障条件が成立しない場合には（ステップＳ３３，Ｓ３４）、選択回数Nをカウントアップして（ステップＳ３５）、図３のステップＳ１３へ進む。つまり、通常マップから拡大マップへ切り替えられたが、噴射モードが併用モードから抜けてしまった場合や故障条件が不成立になった場合は、拡大マップの選択回数Nに1が加算されたうえで（ステップＳ３５）、継続時間がリセットされて（図３のステップＳ１３）、このフローがリターンされる。

【0064】

今回のドライブサイクル内における拡大マップの選択回数Nが所定回数Nth以上（すなわち拡大マップの使用頻度が所定値以上）になると（ステップＳ３１）、通常マップが選択される（ステップＳ３６）。すなわち、この場合はマップの切替が行われない。そして、図３のステップＳ１０，Ｓ１１と同様の判定が実施され（ステップＳ３７，Ｓ３８）、いずれの判定もYesであれば図３のステップＳ１２へ進み、いずれかの判定がNoであれば図３のステップＳ１３へ進む。なお、今回のドライブサイクルが終了した場合（キーオフされたとき）には、カウントしていた選択回数Nがリセットされる。

【0065】

また、切替条件に上記の条件２－２が含まれる場合には、継続時間が第二判定時間Tm以上であるときに（図３のステップＳ３）、図６のステップＳ４１において、今回のドライブサイクル内における拡大マップを使用している時間の積算値（積算時間E）が所定時間Eth未満（すなわち、拡大マップの使用頻度が所定値未満）であるか否かが判定される。この判定でYesの場合には、拡大マップが選択され（ステップＳ４２）、積算時間Eが更新される（ステップＳ４３）。

【0066】

次いで、図３のステップＳ１０，Ｓ１１と同様の判定が実施され（ステップＳ４４，Ｓ４５）、いずれの判定もYesであれば図３のステップＳ１２へ進み、いずれかの判定がNoであれば図３のステップＳ１３へ進む。一方、今回のドライブサイクル内における拡大マップの使用積算時間Eが所定時間Eth以上（すなわち拡大マップの使用頻度が所定値以上）であれば（ステップＳ４１）、通常マップが選択され（ステップＳ４６）、ステップＳ４４へ進む。すなわち、この場合はマップの切替が行われない。なお、今回のドライブサイクルが終了した場合（キーオフされたとき）には、使用積算時間Eがリセットされる。

【0067】

［５．作用，効果］
（１）上述した制御装置１では、図７中に太実線で示すように、継続時間が第二判定時間Tm以上であれば通常マップから拡大マップに切り替えられる（図中矢印A1）。このため、図中矢印A2で示すように、エンジン１０の運転点が併用モード領域内に留まりやすくなる（併用モードが継続されやすくなる）。これにより、図中破線で示すように、噴射モードが切り替えられることにより継続時間がリセットされ、故障判定が中断される事態を回避しやすくなるため、早期に故障を検出することができる。

【0068】

つまり、上述した制御装置１では、図中矢印A3で示すタイミングで継続時間が第一判定時間Tjに達するため、この時点で故障が検出され、仮故障コードが記録されるとともに回避マップに切り替えられる（図中矢印A4）。一方で、第二判定時間Tmのない従来の装置では、図中破線で示すように、噴射モードが切り替えられる度に継続時間がリセットされてしまうため、なかなか故障が検出されない。したがって、上述した制御装置１によれば、燃料噴射システムの故障検出精度を向上させることができる。これにより、エンジン制御の安定性および信頼性を高めることができる。

【0069】

（２）上述した故障検出制御において、切替条件に上記の条件２（拡大マップの使用頻度に関する条件）が含まれる場合には、１回のドライブサイクル内における拡大マップの使用頻度（拡大マップの選択回数や拡大マップの使用時間）が制限される。このため、拡大マップの使用による排気性能の低下を抑制することができる。

【0070】

（３）上述した制御装置１では、算出部１Ｂによって算出されたA/F学習値に基づき、設定部１Ｃが第二判定時間Tmを設定するため、故障の可能性が高い状況か否かに応じて第二判定時間Tmを適切に設定することができる。これにより、故障検出精度を向上させることができる。

【0071】

例えば、図８に示すように、１回のドライブサイクル内において、併用モード用のA/F学習値の最小値が所定値（例えば０）以下であり、かつ、そのA/F学習値がリッチ側補正限界値Ld_Rに到達した場合には、第二判定時間Tmを長い値Tm_Lから短い値Tm_Sに変更する。これにより、継続時間が第二判定時間Tm以上になりやすくなり、図中矢印B1で示すように、通常マップから拡大マップへと切り替わりやすくなる。これにより、図中矢印B2で示すように、併用モードが継続されやすくなるため、故障検出精度を向上させることができる。なお、図８は、筒内噴射弁４の故障によりリーン故障が発生した場合の制御内容を例示した図である。第二判定時間Tmを短縮するタイミングは、図８に示すものに限られず、例えばA/F学習値の上昇量（変化量）が所定量以上となった時点としてもよい。

【0072】

（４）上述した制御装置１では、１回のドライブサイクル内におけるA/F学習値の変化量が大きいほど第二判定時間Tmが短縮されるため、故障の可能性が高いほど拡大マップに切り替えられやすくなる。このため、エンジン１０の運転点が併用モード領域内により留まりやすくなることから、故障判定が中断される事態をより回避しやすくなり、故障検出精度を向上させることができる。

【0073】

（５）上述した制御装置１では、仮故障コードが記録されている場合には、仮故障コードが記録されていないときよりも第二判定時間Tmが短く設定される。すなわち、一度故障が検出されている場合には、より故障が検出されやすい状態にされるため、故障検出精度を向上させることができる。

【0074】

（６）上述した設定部１Ｃは、A/F学習値がリッチ側補正限界値Ld_R，Lm_Rまたはリーン側補正限界値Ld_L，Lm_Lに到達している状態で、F/B積分値がA/F学習値と同じ方向（リッチ側またはリーン側）に所定量X以上偏っている場合には、そうでない場合と比べて第二判定期間Tmを短縮する。すなわち、設定部１Ｃは、故障の可能性ありと判定されているときのF/B積分値の正常範囲からの逸脱の度合い（上記の条件Ｃの成否）に基づき、故障の可能性が高いと判断して第二判定時間Tmを短縮するため、故障判定が中断される事態をより回避できる。

【0075】

（７）なお、上述した制御装置１に、併用モード拡大マップとして図２（ｂ）に示すマップが記憶されている場合には、故障検出精度を向上させつつ、エンジン１０の失火の防止やアイドル運転状態の安定化を図ることができる。

【0076】

［６．その他］
上述した各実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。上述した各実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述した実施形態では、F/B積分値，A/F学習値および仮故障コードの有無に基づいて第二判定時間Tmを設定する場合を例示したが、第二判定時間Tmはこれら以外のパラメータに基づいて設定されてもよい。あるいは、第二判定時間Tmが可変値ではなく、予め設定された固定値として設けられていてもよい。

【0077】

また、上述した実施形態では、MPIモードと併用モードとを有するエンジン１０を例示したが、噴射モードはこれら二種類に限られない。例えば、MPIモード，MPI+DI一括噴射モード，MPI+DI分割噴射モードの三種類が設定されていてもよい。なお、MPI+DI一括噴射モードは、筒内噴射弁４からの噴射が単噴射（噴射回数を複数回に分けずに燃料を噴射すること）とされるモードであり、MPI+DI分割噴射モードは分割噴射（複数回に分けて燃料を噴射すること）とされるモードである。

【0078】

また、例えば、MPIモード，DI圧縮行程噴射モード，DI吸気行程噴射モード，MPI+DI吸気行程噴射モードの四種類が設定されていてもよい。DI圧縮行程噴射モードは、圧縮行程で筒内噴射を実施する噴射モードである。DI吸気行程噴射モードは、吸気行程で筒内噴射を実施する噴射モードであり、MPI+DI吸気行程噴射モードは、ポート噴射と吸気行程での筒内噴射とを併用する噴射モードである。なお、マップに設定されるモード領域は、設定される噴射モードに応じて変更すればよい。

【0079】

上述した切替条件および故障条件はいずれも一例であって、上述した条件１，条件２（条件２－１，２－２）や条件Ａ～Ｃ以外の条件が含まれていてもよい。また、上述したエンジン１０の構成や制御装置１の制御構成は一例であって、上述したものに限られない。例えば、複数の燃料噴射モードを有するとともに空燃比フィードバック制御を実施するエンジン１０が、キャニスタ（図示略）に吸着した燃料蒸気を吸気系に導入するキャニスタパージ制御を実施するものであってもよい。この場合に、併用モード拡大マップの選択中は燃料蒸気の導入を禁止するようにしてもよい。これにより、故障判定指標とするF/B積分値の算出において、蒸散ガス濃度の影響を排除できることから、故障検出精度を向上させることができる。

【符号の説明】

【0080】

１ 制御装置
１Ａ 制御部
１Ｂ 算出部
１Ｃ 設定部
１Ｄ 判定部
１Ｅ 検出部
１Ｆ 記録部
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 筒内噴射弁
５ ポート噴射弁
６ 第一空燃比センサ
７ 第二空燃比センサ
８ スロットル弁
１０ エンジン
Tj 第一判定時間（第一判定期間）
Tm 第二判定時間（第二判定期間）
Ld_R，Lm_R リッチ側補正限界値（補正限界値）
Ld_L，Lm_L リーン側補正限界値（補正限界値）
X 所定量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】