(57)【要約】【課題】リーン方向とリッチ方向の一方のみに応答遅れが生じた場合であっても、これを考慮して適切な診断を行い、誤診断を未然に防止する。【解決手段】内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの異常診断装置において、空燃比を強制的にリーン方向に変化させたときの空燃比センサの応答パラメータＰｌと、空燃比を強制的にリッチ方向に変化させたときの空燃比センサの応答パラメータＰｒとを検出する。そしてこれら応答パラメータの比Ｒに基づいて、検出された各パラメータを補正する。補正された各パラメータＰｌ’，Ｐｒ’に基づき空燃比センサの異常の有無を判定する。【選択図】図９
2010025090.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空燃比センサの異常診断装置であって、
前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を強制的にリーン方向及びリッチ方向に変化させるアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により空燃比をリーン方向に変化させたときの前記空燃比センサの応答パラメータ（以下、リーン応答パラメータという）を検出するリーン応答パラメータ検出手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により空燃比をリッチ方向に変化させたときの前記空燃比センサの応答パラメータ（以下、リッチ応答パラメータという）を検出するリッチ応答パラメータ検出手段と、
これら検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとの比又は差に基づいて、検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとをそれぞれ補正する補正手段と、
前記補正手段により補正されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとに基づき、前記空燃比センサの異常の有無を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常診断装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記比又は差に応じて、前記リーン応答パラメータと前記リッチ応答パラメータとの一方を増大側に補正し、他方を減少側に補正することを特徴とする請求項１記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの異常診断装置であって、
前記空燃比センサの下流側に配置された触媒と、
前記触媒の下流側に配置された別の空燃比センサと、
前記空燃比センサにより検出された空燃比を所定の目標空燃比に一致させるような主空燃比制御及び前記別の空燃比センサにより検出された空燃比を前記目標空燃比に一致させるような補助空燃比制御を実行する空燃比制御手段であって、前記別の空燃比センサの出力に基づき前記補助空燃比制御のための学習値を算出する空燃比制御手段と、
前記主空燃比制御及び補助空燃比制御の非実行時に、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を強制的にリーン方向及びリッチ方向に変化させるアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により空燃比をリーン方向に変化させたときの前記空燃比センサの応答パラメータ（以下、リーン応答パラメータという）を検出するリーン応答パラメータ検出手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により空燃比をリッチ方向に変化させたときの前記空燃比センサの応答パラメータ（以下、リッチ応答パラメータという）を検出するリッチ応答パラメータ検出手段と、
これら検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとを、前記学習値に基づいてそれぞれ補正する補正手段と、
前記補正手段により補正されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとに基づき、前記空燃比センサの異常の有無を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常診断装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記学習値に応じて、前記リーン応答パラメータと前記リッチ応答パラメータとの一方を増大側に補正し、他方を減少側に補正することを特徴とする請求項３記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項５】
前記応答パラメータが、前記空燃比センサの出力の軌跡長、面積又は最大変化量からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空燃比センサの異常診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒を利用した排気ガス浄化システムを備える内燃機関では、触媒による排気ガスの有害成分の浄化を有効に行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に、排気ガスの特定成分の濃度に基づいて空燃比を検出する空燃比センサを設け、その検出された空燃比を所定の目標空燃比に近づけるようフィードバック制御を実施している。
【０００３】
ところで、空燃比センサに劣化、故障等の異常を来すと、正確な空燃比フィードバック制御が実行できなくなり排ガスエミッションが悪化する。よって空燃比センサの異常を診断することが従来から行われている。特に、自動車に搭載されたエンジンの場合、排ガスが悪化した状態での走行を未然に防止するため、車載状態（オンボード）で空燃比センサの異常を検出することが各国法規等からも要請されている。
【０００４】
なお、特許文献１には、一時的に空燃比を掃引するオープンループ制御を実施し、空燃比センサの出力を強制振幅させ、その出力がリーンからリッチへ反転する応答時間又はリッチからリーンへ反転する応答時間を計測して、計測した応答時間に基づいて空燃比フィードバック制御のディレイ時間を補正する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２６０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的な空燃比センサの異常診断においては、空燃比センサの出力がリッチ側からリーン側に、即ちリーン方向に変化するときの応答性と、空燃比センサの出力がリーン側からリッチ側に、即ちリッチ方向に変化するときの応答性とを区別していない。このため、リーン方向とリッチ方向のいずれか一方のみ、即ち片側のみに応答遅れが生じた場合、空燃比センサが正常か異常かの判定が困難となり、ときに誤診断を引き起こしてしまう可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、リーン方向とリッチ方向のいずれか一方のみに応答遅れが生じた場合であっても、これを考慮して適切な診断を行い、誤診断を未然に防止し得る空燃比センサの異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態によれば、
内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの異常診断装置であって、
前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を強制的にリーン方向及びリッチ方向に変化させるアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により空燃比をリーン方向に変化させたときの前記空燃比センサの応答パラメータ（以下、リーン応答パラメータという）を検出するリーン応答パラメータ検出手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により空燃比をリッチ方向に変化させたときの前記空燃比センサの応答パラメータ（以下、リッチ応答パラメータという）を検出するリッチ応答パラメータ検出手段と、
これら検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとの比又は差に基づいて、検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとをそれぞれ補正する補正手段と、
前記補正手段により補正されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとに基づき、前記空燃比センサの異常の有無を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常診断装置が提供される。
【０００９】
これによれば、リーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとがそれぞれ個別に検出され、これら検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとに基づき、空燃比センサの異常の有無が判定される。よって、リーン方向とリッチ方向のいずれか一方のみの応答遅れ（片側応答遅れ）が生じた場合であっても、これを考慮して適切な診断を行うことができる。特に、本発明者の研究結果によれば、片側応答遅れの場合にリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとの検出値が本来の値からズレることが判明した。また、片側応答遅れの度合いは、リーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとの比又は差で表すことができることが判明した。そこでここでは、当該ズレを解消するよう、リーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとの比又は差に基づいて各検出値が補正される。こうすることにより診断精度を向上し、誤診断を未然に防止することが可能となる。
【００１０】
好ましくは、前記補正手段は、前記比又は差に応じて、前記リーン応答パラメータと前記リッチ応答パラメータとの一方を増大側に補正し、他方を減少側に補正する。
【００１１】
本発明者の研究結果によれば、片側応答遅れの度合いに応じて、リーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとの一方が本来の値より減少側（誤異常側）にズレ、他方が本来の値より増大側（誤正常側）にズレることが判明した。そこでここでは、片側応答遅れの度合いを表す前記比又は差に応じて、一方が増大側に、他方が減少側に補正される。こうすることにより片側応答遅れの度合いに応じた適切な補正が可能となり、誤診断を未然に防止することが可能となる。
【００１２】
本発明の他の形態によれば、
内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの異常診断装置であって、
前記空燃比センサの下流側に配置された触媒と、
前記触媒の下流側に配置された別の空燃比センサと、
前記空燃比センサにより検出された空燃比を所定の目標空燃比に一致させるような主空燃比制御及び前記別の空燃比センサにより検出された空燃比を前記目標空燃比に一致させるような補助空燃比制御を実行する空燃比制御手段であって、前記別の空燃比センサの出力に基づき前記補助空燃比制御のための学習値を算出する空燃比制御手段と、
前記主空燃比制御及び補助空燃比制御の非実行時に、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を強制的にリーン方向及びリッチ方向に変化させるアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により空燃比をリーン方向に変化させたときの前記空燃比センサの応答パラメータ（以下、リーン応答パラメータという）を検出するリーン応答パラメータ検出手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により空燃比をリッチ方向に変化させたときの前記空燃比センサの応答パラメータ（以下、リッチ応答パラメータという）を検出するリッチ応答パラメータ検出手段と、
これら検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとを、前記学習値に基づいてそれぞれ補正する補正手段と、
前記補正手段により補正されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとに基づき、前記空燃比センサの異常の有無を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常診断装置が提供される。
【００１３】
これによっても、リーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとがそれぞれ個別に検出され、これら検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとに基づき、空燃比センサの異常の有無が判定される。よって、片側応答遅れが生じた場合であっても、これを考慮して適切な診断を行うことができる。特に、本発明者の研究結果によれば、片側応答遅れの度合いを、補助空燃比制御のための学習値で表すことができることが判明した。そこでここでは、当該ズレを解消するよう、当該学習値に基づいて各検出値が補正される。こうすることにより診断精度を向上し、誤診断を未然に防止することが可能となる。
【００１４】
好ましくは、前記補正手段は、前記学習値に応じて、前記リーン応答パラメータと前記リッチ応答パラメータとの一方を増大側に補正し、他方を減少側に補正する。
【００１５】
このように、片側応答遅れの度合いを表す前記学習値に応じて、一方を増大側に、他方を減少側に補正することにより、片側応答遅れの度合いに応じた適切な補正が可能となり、誤診断を未然に防止することが可能となる。
【００１６】
好ましくは、前記応答パラメータが、前記空燃比センサの出力の軌跡長、面積又は最大変化量からなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、リーン方向とリッチ方向のいずれか一方のみに応答遅れが生じた場合であっても、これを考慮して適切な診断を行い、誤診断を未然に防止できるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の概略図である。図示されるように、内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態の内燃機関１は自動車用の多気筒内燃機関であり、より具体的には並列４気筒の火花点火式内燃機関即ちガソリンエンジンである。但し本発明が適用可能な内燃機関はこのようなものに限られず、気筒数、形式等は特に限定されない。
【００２０】
図示しないが、内燃機関１のシリンダヘッドには吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが気筒ごとに配設されており、各吸気弁および各排気弁はカムシャフトによって開閉させられる。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
【００２１】
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管４を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式のスロットルバルブ１０とが組み込まれている。吸気ポート、枝管、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００２２】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁の開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストンで圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。
【００２３】
一方、各気筒の排気ポートは排気マニフォールド１４に接続される。排気マニフォールド１４は、その上流部をなす気筒毎の枝管１４ａと、その下流部をなす排気集合部１４ｂとからなる。排気集合部１４ｂの下流側には排気管６が接続されている。排気ポート、排気マニフォールド１４及び排気管６により排気通路が形成される。排気管６の上流側と下流側にはそれぞれ三元触媒からなる触媒１１，１９が直列に取り付けられている。上流触媒１１の上流側及び下流側にそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための第１及び第２の空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設置されている。これら触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８は、上流触媒１１の直前及び直後の位置の排気通路に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。
【００２４】
なお、触媒前センサ１７が本発明にいう空燃比センサをなし、上流触媒１１が本発明にいう触媒をなし、触媒後センサ１８が本発明にいう別の空燃比センサをなす。
【００２５】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１６、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。
【００２６】
触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能である。図２には触媒前センサ１７の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ１７は、これに供給される排気ガスの空燃比（触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ）に比例した大きさの電圧信号Ｖｆを出力する。排気空燃比が理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）であるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）であり、このストイキを境に空燃比−電圧特性の傾きが変化する。
【００２７】
他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ2センサからなり、ストイキを境に出力値が急変する特性を持つ。図３には触媒後センサ１８の出力特性を示す。図示するように、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒはストイキを境に過渡的に変化し、当該センサに供給される排気ガスの空燃比（触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ）がストイキよりリーンのときには０．１Ｖ程度の低い電圧を示し、排気空燃比がストイキよりリッチのときには０．９Ｖ程度の高い電圧を示す。これらのほぼ中間の電圧Ｖｒｅｆｒ＝０．４５Ｖをストイキ相当値とし、センサ出力電圧がＶｒｅｆｒより高いときには排気空燃比はストイキよりリッチ、センサ出力電圧がＶｒｅｆｒより低いときには排気空燃比はストイキよりリーンというように、排気空燃比を検出している。
【００２８】
上流触媒１１及び下流触媒１９は、それぞれに流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍のときに排気中の有害成分であるＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅（ウィンドウ）は比較的狭い。
【００２９】
そして、上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されるように、空燃比制御がＥＣＵ２０により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ１７によって検出された排気空燃比を所定の目標空燃比であるストイキに一致させるような主空燃比制御（主空燃比フィードバック制御）と、触媒後センサ１８によって検出された排気空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。
【００３０】
［空燃比センサ異常診断の基本］
次に、本実施形態における空燃比センサの異常診断について説明する。本実施形態で診断対象となるのは上流触媒１１の上流側に設置された空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７である。
【００３１】
当該異常診断においては、触媒前センサ１７に供給される排気ガスの空燃比を強制的にリーン方向及びリッチ方向に変化させるアクティブ空燃比制御が実行される。即ち、空燃比制御はフィードバック制御からオープンループ制御へと移行され、燃焼室３に供給される混合気の空燃比が、ストイキを中心として所定振幅だけリーン側又はリッチ側となるよう、交互に切り替えられる。本実施形態において、ストイキ空燃比＝１４．６、振幅＝±０．５、リーン空燃比＝１５．１、リッチ空燃比＝１４．１である。具体的には、目標空燃比Ａ／Ｆｔが一定周期でリーン空燃比からリッチ空燃比へ或いはその逆へ切り替えられ、これと同時に燃料噴射量Ｑがリーン空燃比相当からリッチ空燃比相当へ或いはその逆へと切り替えられる。例えば図４（Ａ）に目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えの様子を示す。
【００３２】
このようにして排気ガスの空燃比をリーン方向及びリッチ方向に変化させると、これに応答して触媒前センサ１７の出力Ｖｆもリーン方向又はリッチ方向に変化する。そこで本実施形態では、排気ガスの空燃比をリーン方向に変化させたときの触媒前センサ１７の応答パラメータ（以下、リーン応答パラメータという）が検出されると共に、排気ガスの空燃比をリッチ方向に変化させたときの触媒前センサ１７の応答パラメータ（以下、リッチ応答パラメータという）が検出される。かかる応答パラメータは、触媒前センサ１７の出力Ｖｆの軌跡長、面積又は最大変化量からなる。
【００３３】
図４（Ａ）を参照して軌跡長の検出方法を説明する。例えば図示するように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられると、それ以降、所定のサンプル時間τ（例えば６５ｍｓｅｃ）毎に、前回から今回までの出力差ΔＶｆが順次積算されていく。この積算は、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比に切り替えられた時刻ｔ１から、目標空燃比Ａ／Ｆｔが次にリッチ空燃比に切り替えられる時刻ｔ２まで行われる。こうして時刻ｔ２で最終的に得られる積算値が、リーン側の半周期で検出されるリーン軌跡長である。目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられたときも同様に、リッチ側の半周期にかかるリッチ軌跡長が検出される。空燃比の切り替えを交互に繰り返し行って複数周期を経過することにより、複数ずつのリーン軌跡長とリッチ軌跡長が検出される。これらリーン軌跡長とリッチ軌跡長はそれぞれ平均化されて異常判定に使用される。
【００３４】
次に、図５（Ａ）を参照して面積の検出方法を説明する。前記同様に目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられると、それ以降、所定のサンプル時間τ毎に、今回の出力と、出力変化開始時点ｔ３における出力との差ΔＶｆが順次積算されていく。この積算は、リーン側への出力変化開始時点ｔ３から、リッチ側への出力変化開始時点ｔ４まで行われる。こうして時刻ｔ４で最終的に得られる積算値が、リーン側の半周期で検出されるリーン面積である。目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられたときも同様に、リッチ側の半周期にかかるリッチ面積が検出される。空燃比の切り替えを交互に繰り返し行って複数周期を経過することにより、複数ずつのリーン面積とリッチ面積が検出される。これらリーン面積とリッチ面積はそれぞれ平均化されて異常判定に使用される。
【００３５】
次に、図６（Ａ）を参照して最大変化量の検出方法を説明する。前記同様に目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられると、それ以降、所定のサンプル時間τ毎に、今回の出力と前回の出力との差ΔＶｆが順次モニタされていく。この出力差ΔＶｆはサンプル時間τ当たりの出力変化量を表し、即ち出力変化率ないし勾配を意味する。モニタリングは、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比に切り替えられた時刻ｔ１から、目標空燃比Ａ／Ｆｔが次にリッチ空燃比に切り替えられる時刻ｔ２まで行われる。こうして時刻ｔ２でモニタリングが終了したら、取得した出力差ΔＶｆのうち絶対値が最大のものを、リーン側の半周期にかかるリーン最大変化量として検出する。目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられたときも同様に、リッチ側の半周期にかかるリッチ最大変化量が検出される。これらリーン最大変化量とリッチ最大変化量とはそれぞれ絶対値即ち正の値である。空燃比の切り替えを交互に繰り返し行って複数周期を経過することにより、複数ずつのリーン最大変化量とリッチ最大変化量が検出される。これらリーン最大変化量とリッチ最大変化量はそれぞれ平均化されて異常判定に使用される。
【００３６】
ところで、図４〜図６において、（Ａ）は正常な触媒前センサ１７の場合を示し、（Ｂ）は劣化してリーン方向及びリッチ方向の両側において応答遅れが生じた触媒前センサ１７の場合を示す。各図の（Ｂ）に示すように、応答遅れが生じると、正常時に比べ出力Ｖｆの変化速度が遅くなる。そして図４に示す軌跡長の場合ではリーン軌跡長とリッチ軌跡長のいずれも正常時より検出値が小さくなり、図５に示す面積の場合ではリーン面積とリッチ面積のいずれも正常時より検出値が小さくなり、図６に示す最大変化量の場合ではリーン最大変化量とリッチ最大変化量のいずれも正常時より検出値が小さくなる。
【００３７】
よってこの傾向を利用して、リーン応答パラメータ（リーン軌跡長、リーン面積及びリーン最大変化量のいずれか）及びリッチ応答パラメータ（リッチ軌跡長、リッチ面積及びリッチ最大変化量のいずれか）の検出値が、それぞれ個別に所定のリーン異常判定値及びリッチ異常判定値と比較され、この比較結果に応じて触媒前センサ１７の異常の有無が判定される。具体的には、リーン応答パラメータ（好ましくは複数のリーン応答パラメータの平均値。以下同様。）がリーン異常判定値以下のとき、触媒前センサ１７のリーン方向の応答性が異常と判定される。他方、リーン応答パラメータがリーン異常判定値より大きいとき、触媒前センサ１７のリーン方向の応答性が正常と判定される。リッチ方向の応答性についても同様の方法で異常判定がなされる。こうして、リーン方向とリッチ方向の応答性異常が区別して検出、診断されることとなる。
【００３８】
［問題点］
ところで、上記の空燃比センサの異常診断には次のような問題があることが判明した。上述のように触媒前センサ１７のリーン方向の応答性とリッチ方向の応答性とを区別して検出するようにした場合、リーン方向及びリッチ方向の両方の応答性が悪化している（以下、両側応答遅れという）場合と、リーン方向及びリッチ方向のいずれか一方のみの応答性が悪化している（以下、片側応答遅れという）場合とのいずれをも検出可能であるが、このとき、片側応答遅れの場合に、応答パラメータの検出値に本来の値に対するズレが生じることが判明した。
【００３９】
図７及び図８は、両側応答遅れと片側応答遅れとを比較するための試験結果を示す。ここで両側応答遅れの例として、リーン方向及びリッチ方向の時定数が正常センサより５００ｍｓ長くなっているセンサの例を示す。また、片側応答遅れの例として、リーン方向の時定数が正常センサより５００ｍｓ長くなっており、且つリッチ方向の時定数が正常センサと同等のセンサの例を示す。なおこのようなリーン方向のみの応答性が悪化している場合を「リーン方向片側応答遅れ」という。リッチ方向のみの応答性が悪化している場合は「リッチ方向片側応答遅れ」という。
【００４０】
図７において、前記アクティブ空燃比制御を行ったときの両側応答遅れセンサの出力を一点鎖線で示し、リーン方向片側応答遅れセンサの出力を実線で示す。また、アクティブ空燃比制御において目標空燃比がリッチに切り替えられている期間、即ちリッチ制御フラグがＯＮになっているときの期間を破線で示し、当該期間では空燃比がリッチに、当該期間以外では空燃比がリーンに制御されている。
【００４１】
本来理論上、リーン方向片側応答遅れセンサのリーン方向の応答は両側応答遅れセンサのリーン方向の応答と同等となり、且つ、リーン方向片側応答遅れセンサのリッチ方向の応答は両側応答遅れセンサのリッチ方向の応答より早く、且つ正常センサのリッチ方向の応答と同等となる筈である。しかしながら図示の結果によると、リッチ方向については少なくとも両側応答遅れセンサのリッチ方向の応答より早い傾向が見られるが、例えば図中の円Ｚ内に着目すると分かるように、リーン方向については両側応答遅れセンサのリーン方向の応答と同等とならない。リーン方向片側応答遅れセンサのリーン方向の応答は両側応答遅れセンサのリーン方向の応答より早くなっている。
【００４２】
図８は、正常センサ、両側応答遅れセンサ及びリーン方向片側応答遅れセンサの各センサにつき、吸入空気量と、応答パラメータの一例である最大変化量との関係を示すグラフである。図中、黒塗りの菱形は正常センサの場合、黒塗りの三角形は両側応答遅れセンサの場合、白抜きの正方形はリーン方向片側応答遅れセンサのリーン方向（即ち応答遅れが出ている方向）の場合、白抜きの菱形はリーン方向片側応答遅れセンサのリッチ方向（即ち応答遅れが出ていない方向）の場合を示す。
【００４３】
図示するように、両側応答遅れセンサの場合（黒塗り三角）は正常センサの場合（黒塗り菱形）に比べ、最大変化量のプラス側（リーン方向）及びマイナス側（リッチ方向）ともに、最大変化量の絶対値が小さくなっている。そして、リーン方向片側応答遅れセンサの場合に着目すると、最大変化量のプラス側（リーン方向）では、両側応答遅れセンサの場合（黒塗り三角）よりリーン方向片側応答遅れセンサの場合（白抜き正方形）の方が、よりプラス側の値となる傾向にあり、これは即ちリーン方向片側応答遅れセンサのリーン方向の値が本来の値より誤正常側にずれていることを意味する。また、最大変化量のマイナス側（リッチ方向）では、正常センサの場合（黒塗り菱形）よりリーン方向片側応答遅れセンサの場合（白抜き菱形）の方が、よりプラス側の値となる傾向にあり、これは即ちリーン方向片側応答遅れセンサのリッチ方向の値が本来の値より誤異常側にずれていることを意味する。
【００４４】
［異常診断の第１実施例］
以上の結果から、片側応答遅れの場合に応答パラメータの検出値をそのまま異常判定に用いるのは適切でないことが分かる。そこで本実施形態では、検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとの比を算出し、この比に基づいて、検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとをそれぞれ補正する。そして、補正されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとに基づき、触媒前センサ１７の異常の有無を判定する。
【００４５】
検出されたリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとの比を算出することにより、片側応答遅れの度合い、即ち一方が他方に対してどれくらいの割合で遅れているかを求めることができる。そして、この比に基づいてリーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとの検出値をそれぞれ補正すれば、上記のような誤正常側及び誤異常側のズレをなくすよう、片側応答遅れの度合いに応じて各パラメータを適切に補正できる。この補正後の各パラメータに基づき異常判定することにより、片側応答遅れの影響を排除した適切且つ正確な異常診断を実行でき、誤診断を未然に防止することができる。
【００４６】
以下、本実施形態における具体的な異常診断処理について説明する。図９は、異常診断の第１実施例に係るフローチャートである。図示するルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行されるものである。
【００４７】
まずステップＳ１０１では、現トリップにおける異常判定が未完了であるか否かが判断される。本実施形態ではエンジンの１トリップ（１回のエンジンの始動から停止までの期間）当たりに１回、異常判定を行うようにしており、このステップでは、現トリップ中での異常判定が完了したか否かが判断されている。異常判定が完了している場合にはルーチンが終了され、異常判定が未完了である場合にはステップＳ１０２に進む。
【００４８】
ステップＳ１０２では、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立したか否かが判断される。例えば、エンジンの暖機が終了していること（例えば冷却水温が７５℃以上）、触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が活性済みであること、触媒１１，１９が活性済みであること、エンジンが定常運転状態にあることの全ての条件が成立したとき、実行条件成立となる。
【００４９】
実行条件が成立していない場合、ルーチンが終了される。他方、実行条件が成立した場合には、ステップＳ１０３において上述のようなアクティブ空燃比制御が実行される。そしてアクティブ空燃比制御の間、触媒前センサ１７のサンプル時間τ毎の出力値データが順次メモリに記憶されていく。
【００５０】
次いで、ステップＳ１０４では、判定禁止フラグがオフ（ＯＦＦ）であり、且つ、アクティブ空燃比制御の１周期が終了したか否かが判断される。判定禁止フラグは他の条件や制御に関連してオンオフされるフラグであり、このフラグがオンの時は判定が許可され、フラグがオフの時は判定が禁止される。また、アクティブ空燃比制御の１周期とは、目標空燃比がリーン空燃比及びリッチ空燃比の一方から他方に切り替えられた時点から、その後同じように目標空燃比が切り替えられる時点までの期間をいう。この期間には、目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられている期間（リーン制御期間）と、目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられている期間（リッチ制御期間）とを一つずつ含む。
【００５１】
ステップＳ１０４の判断結果がノー（ＮＯ）のときはルーチンが終了される。他方、ステップＳ１０４の判断結果がイエス（ＹＥＳ）のときはステップＳ１０５に進む。
【００５２】
ステップＳ１０５においては、アクティブ空燃比制御１周期分の記憶してあるデータに基づき、応答パラメータＰｌ，Ｐｒが検出ないし算出される。即ち、リーン制御期間中の半周期分のデータに基づきリーン応答パラメータ（リーン軌跡長、リーン面積及びリーン最大変化量のいずれか）Ｐｌが検出され、リッチ制御期間中の半周期分のデータに基づきリッチ応答パラメータ（リッチ軌跡長、リッチ面積及びリッチ最大変化量のいずれか）Ｐｒが検出される。これら１周期分の応答パラメータ検出値Ｐｌ、Ｐｒはそれぞれメモリに記憶される。
【００５３】
次いでステップＳ１０６において、アクティブ空燃比制御の終了周期Ｃが所定値Ｃｓ以上に達したか否かが判断される。所定値Ｃｓは２以上の整数であり、例えば５である。終了周期Ｃが所定値Ｃｓ以上に達していなければルーチンが終了され、終了周期Ｃが所定値Ｃｓ以上に達した場合には、Ｃｓ周期分の応答パラメータ検出値Ｐｌ、Ｐｒが得られたとして、ステップＳ１０７に進む。
【００５４】
ステップＳ１０７では、これら応答パラメータ検出値Ｐｌ、Ｐｒの比Ｒが算出される。即ち、まずＣｓ周期分の応答パラメータ検出値Ｐｌ、Ｐｒの平均値Ｐｌａｖ、Ｐｒａｖが算出され、次いでこれら平均値に基づき比Ｒ＝｜Ｐｌａｖ｜／｜Ｐｒａｖ｜が算出される。この場合、比Ｒが１から外れるほど片側応答遅れの度合いが大きくなっていき、例えば比Ｒが１から大きくなるほどリーン応答の方がリッチ応答より早くなる傾向が強まる。
【００５５】
次に、ステップＳ１０８において、比Ｒに基づき、応答パラメータ検出値Ｐｌ、Ｐｒ、具体的にはその平均値Ｐｌａｖ、Ｐｒａｖが補正される。この補正に際しては、図１０に示すようなマップ（関数でもよい、以下同様）からリーン補正係数Ｋｌ及びリッチ補正係数Ｋｒが算出され、これらリーン補正係数Ｋｌ及びリッチ補正係数Ｋｒがそれぞれ応答パラメータ検出値の平均値Ｐｌａｖ、Ｐｒａｖに乗算されて補正が行われる。補正されたリーン応答パラメータ及びリッチ応答パラメータをＰｌ’及びＰｒ’とすると、Ｐｌ’＝Ｋｌ×Ｐｌａｖ、Ｐｒ’＝Ｋｒ×Ｐｒａｖで表される。
【００５６】
図１０に示すように、リーン補正係数Ｋｌは、比Ｒが１のとき１（即ち補正なし）であり、比Ｒが大きくなるほど増大する。またリッチ補正係数Ｋｒは、比Ｒが１のとき１（即ち補正なし）であり、比Ｒが大きくなるほど減少する。
【００５７】
比Ｒが１より小さい場合、リッチ応答パラメータ検出値Ｐｒがリーン応答パラメータ検出値Ｐｌより大であり、触媒前センサ１７はリーン方向片側応答遅れの傾向にある。すると先の試験結果によれば、遅れているリーン方向の応答パラメータＰｌを、誤正常側のズレを解消すべくより小さな絶対値に補正する必要があり、図１０に示す如く１より小さいリーン補正係数Ｋｌが設定されている。また、遅れていないリッチ方向の応答パラメータＰｒを、誤異常側のズレを解消すべくより大きな絶対値に補正する必要があり、図１０に示す如く１より大きいリッチ補正係数Ｋｒが設定されている。
【００５８】
比Ｒが１より大きい場合には上記と逆になることが明らかであろう。即ち、リーン応答パラメータ検出値Ｐｌがリッチ応答パラメータ検出値Ｐｒより大であり、触媒前センサ１７はリッチ方向片側応答遅れの傾向にある。すると先の試験結果によれば、遅れているリッチ方向の応答パラメータＰｒを、誤正常側のズレを解消すべくより小さな絶対値に補正する必要があり、図１０に示す如く１より小さいリッチ補正係数Ｋｒが設定されている。また、遅れていないリーン方向の応答パラメータＰｌを、誤異常側のズレを解消すべくより大きな絶対値に補正する必要があり、図１０に示す如く１より大きいリーン補正係数Ｋｌが規定されている。
【００５９】
こうして応答パラメータの補正が終了したら、ステップＳ１０９において、補正後の応答パラメータが所定の異常判定値と比較される。即ち、補正後のリーン応答パラメータＰｌ’が所定のリーン異常判定値Ｐｌｓ以下か否かが判断され、また、補正後のリッチ応答パラメータＰｒ’が所定のリッチ異常判定値Ｐｒｓ以下か否かが判断される。
【００６０】
補正後のリーン応答パラメータＰｌ’がリーン異常判定値Ｐｌｓ以下であるか、または補正後のリッチ応答パラメータＰｒ’がリッチ異常判定値Ｐｒｓ以下である場合、ステップＳ１１０に進んで、触媒前センサ１７は異常と判定される。即ち、補正後のリーン応答パラメータＰｌ’及びリッチ応答パラメータＰｒ’のうちの少なくとも一つが対応する異常判定値Ｐｌｓ，Ｐｒｓ以下であれば、リーン方向とリッチ方向の少なくとも一方に応答遅れ異常が発生しているとみなして、ステップＳ１１０で触媒前センサ１７は異常と判定される。このとき、異常の事実をユーザに知らせるべくチェックランプ等の警告装置が起動させられる。
【００６１】
他方、補正後のリーン応答パラメータＰｌ’がリーン異常判定値Ｐｌｓより大きく、且つ補正後のリッチ応答パラメータＰｒ’がリッチ異常判定値Ｐｒｓより大きい場合、ステップＳ１１１に進んで、触媒前センサ１７は正常と判定される。即ち、補正後のリーン応答パラメータＰｌ’及びリッチ応答パラメータＰｒ’の両方が対応する異常判定値Ｐｌｓ，Ｐｒｓより大きいとき、リーン方向とリッチ方向の両方に応答遅れ異常が発生していないとみなして、ステップＳ１１１で触媒前センサ１７は正常と判定される。以上でルーチンが終了となる。
【００６２】
なお、ステップＳ１０９〜Ｓ１１１に関して、ＡＮＤ／ＯＲ条件を変更してもよく、即ち、補正後のリーン応答パラメータＰｌ’及びリッチ応答パラメータＰｒ’の両方が対応する異常判定値Ｐｌｓ，Ｐｒｓ以下のとき触媒前センサ１７を異常と判定し、補正後のリーン応答パラメータＰｌ’及びリッチ応答パラメータＰｒ’の少なくとも一つが異常判定値Ｐｌｓ，Ｐｒｓより大きいとき触媒前センサ１７を正常と判定してもよい。また、触媒前センサ１７を全体として正常・異常と判定するのではなく、リーン方向とリッチ方向で個別に正常・異常を判定してもよい。
【００６３】
また、上記診断処理では複数ずつの応答パラメータＰｌ、Ｐｒの値を用い、これらの平均値を使用しているが、一つずつの応答パラメータＰｌ、Ｐｒの値を使用してもよい。さらに、片側応答遅れの度合いを表す値として、リーン応答パラメータとリッチ応答パラメータとの差を用いてもよい。
【００６４】
［異常診断の第２実施例］
次に、異常診断の第２実施例を説明する。この第２実施例では、片側応答遅れの度合いを表す値として、前記補助空燃比制御のための学習値を用いる。ここで先ず、主空燃比制御及び補助空燃比制御の内容を説明する。
【００６５】
図１１に空燃比制御のメインルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ２０により１エンジンサイクル（＝７２０°クランク角）毎、もしくは所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【００６６】
まずステップＳ２０１では、燃焼室内混合気の空燃比をストイキとするような基本の燃料噴射量即ち基本噴射量Ｑｂが算出される。基本噴射量Ｑｂは例えば、エアフローメータ５により検出された吸入空気量Ｇａに基づき、式：Ｑｂ＝Ｇａ／１４．６により算出される。
【００６７】
ステップＳ２０２では触媒前センサ１７の出力（出力電圧）Ｖｆが取得される。ステップＳ２０３では、このセンサ出力Ｖｆとストイキ相当センサ出力Ｖｒｅｆｆ（図２参照）との差、即ち触媒前センサ出力差ΔＶｆ＝Ｖｆ−Ｖｒｅｆｆが算出される。
【００６８】
ステップＳ２０４では、この触媒前センサ出力差ΔＶｆに基づき、図１２に示すようなマップから主空燃比補正量（補正係数）Ｋｆが算出される。触媒前センサ出力差ΔＶｆ及び主空燃比補正量Ｋｆは、主空燃比制御のための制御量をなす。例えばゲインをｇｆとするとＫｆ＝ｇｆ×ΔＶｆで表される。そしてステップＳ２０５では、図１３に示すような別ルーチンで設定される補助空燃比補正量Ｋｒの値が取得される。最後に、ステップＳ２０６にて、各気筒のインジェクタ１２から噴射すべき最終的な燃料噴射量即ち最終噴射量Ｑｆｎｌが式：Ｑｆｎｌ＝Ｋｆ×Ｑｂ＋Ｋｒにより算出される。
【００６９】
図１２のマップによれば、触媒前センサ出力Ｖｆがストイキ相当センサ出力Ｖｒｅｆｆより大きい（ΔＶｆ＞０）ほど、即ち実際の空燃比がストイキからリーン側に離れるほど、１に対しより大きな補正量Ｋｆが得られ、基本噴射量Ｑｂは増量補正される。反対に、触媒前センサ出力Ｖｆがストイキ相当センサ出力Ｖｒｅｆｆより小さい（ΔＶｆ＜０）ほど、即ち実際の空燃比がストイキからリッチ側に離れるほど、１に対しより小さな補正量Ｋｆが得られ、基本噴射量Ｑｂは減量補正される。こうして、触媒前センサ１７によって検出された触媒前空燃比をストイキに一致させるような主空燃比フィードバック制御が実行される。
【００７０】
なお、周知のように、最終噴射量Ｑｆｎｌの算出に当たっては他の補正（水温補正、バッテリ電圧補正等）を追加することも可能である。
【００７１】
図１３には補助空燃比補正量の設定ルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期で繰り返し実行される。
【００７２】
まずステップＳ３０１では、ＥＣＵ２０に装備されたタイマのカウントが実行され、ステップＳ３０２では、触媒後センサ１７の出力（出力電圧）Ｖｒが取得される。ステップＳ３０３では、このセンサ出力Ｖｒとストイキ相当センサ出力Ｖｒｅｆｒ（図３参照）との差、即ち触媒後センサ出力差ΔＶｒ＝Ｖｒｅｆｒ−Ｖｒが算出され、この触媒後センサ出力差ΔＶｒが前回積算値に積算される。図１４には触媒後センサ出力差ΔＶｒとその積算の様子を示す。
【００７３】
ステップＳ３０４では、タイマ値が所定値ｔｓを超えたか否かが判断される。所定値ｔｓを超えていなければルーチンが終了される。
【００７４】
タイマ値が所定値ｔｓを超えている場合、ステップＳ３０５で、この時点での触媒後センサ出力差積算値ΣΔＶｒが、触媒後センサ学習値ΔＶｒｇとして更新記憶される。そしてステップＳ３０６で、この触媒後センサ学習値ΔＶｒｇに基づき、図１５に示したようなマップから、補助空燃比補正量Ｋｒが算出され、この補助空燃比補正量Ｋｒが学習値として更新記憶される。これら触媒後センサ学習値ΔＶｒｇ及び補助空燃比補正量Ｋｒが、補助空燃比制御のための学習値をなす。例えばゲインをｇｒとするとＫｒ＝ｇｒ×ΔＶｒｇで表される。最後に、ステップＳ３０７にて、触媒後センサ出力差積算値ΣΔＶｒ及びタイマがリセットされる。
【００７５】
触媒後センサ出力差ΔＶｒを所定時間ｔｓの間積算する理由は、触媒後センサ出力Ｖｒのストイキ相当センサ出力Ｖｒｅｆｒに対する時間平均的なズレ量を検知するためである。積算時間を規定する所定値ｔｓは１エンジンサイクルより遙かに長い時間であり、よって触媒後センサ学習値ΔＶｒｇ及び補助空燃比補正量Ｋｒの更新は１エンジンサイクルより遙かに長い周期で行われる。
【００７６】
図１５のマップによれば、触媒後センサ出力Ｖｒが時間平均的にストイキ相当センサ出力Ｖｒｅｆｒより小さい（ΔＶｒｇ＞０）ほど、即ち実際の触媒後空燃比がストイキからリーン側に離れるほど、０に対しより大きな補正量Ｋｒが得られ、最終噴射量算出の際に基本噴射量Ｑｂは増量補正される。反対に、触媒後センサ出力Ｖｒが時間平均的にストイキ相当センサ出力Ｖｒｅｆｒより大きい（ΔＶｒｇ＜０）ほど、即ち実際の触媒後空燃比がストイキからリッチ側に離れるほど、０に対しより小さな補正量Ｋｒが得られ、基本噴射量Ｑｂは減量補正される。こうして、触媒後センサ１８によって検出された触媒後空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比フィードバック制御が実行される。触媒前センサ１７の劣化等の理由で主空燃比フィードバック制御を実行してもその中心がストイキからズレることがあるので、このズレを補正する目的で、補助空燃比フィードバック制御が実行される。
【００７７】
ところで、本発明者の試験結果によると、触媒前センサ１７の片側応答遅れの度合いに応じて、主及び補助空燃比制御実行中における補助空燃比制御の学習値が変化することが判明した。図１６はその結果を示したもので、触媒前センサ１７の応答遅れの有無、種類及び度合いと、補助空燃比制御学習値としての触媒後センサ学習値ΔＶｒｇとの関係を示したものである。
【００７８】
図中、横軸のＮｏ．１〜７は、応答遅れの有無、種類又は度合いが異なる各触媒前センサの場合を示し、これらはそれぞれ以下の通りである。
Ｎｏ．１：リッチ方向の時定数が正常センサより１０００ｍｓ長く、且つリーン方向の時定数が正常センサと同等の、リッチ方向片側１０００ｍｓ応答遅れセンサ。
Ｎｏ．２：リッチ方向の時定数が正常センサより５００ｍｓ長く、且つリーン方向の時定数が正常センサと同等の、リッチ方向片側５００ｍｓ応答遅れセンサ。
Ｎｏ．３：正常センサ。
Ｎｏ．４：リッチ方向及びリーン方向の時定数が正常センサより５００ｍｓ長い、両側５００ｍｓ応答遅れセンサ。
Ｎｏ．５：リッチ方向及びリーン方向の時定数が正常センサより１０００ｍｓ長い、両側１０００ｍｓ応答遅れセンサ。
Ｎｏ．６：リッチ方向の時定数が正常センサと同等で、且つリーン方向の時定数が正常センサより５００ｍｓ長い、リーン方向片側５００ｍｓ応答遅れセンサ。
Ｎｏ．７：リッチ方向の時定数が正常センサと同等で、且つリーン方向の時定数が正常センサより１０００ｍｓ長い、リーン方向片側１０００ｍｓ応答遅れセンサ。
【００７９】
図示するように、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５の場合は触媒後センサ学習値ΔＶｒｇがほぼゼロであり、空燃比中心のストイキからのズレは殆ど発生していない。これに対し、Ｎｏ．２、Ｎｏ．１と向かうにつれ、つまりリッチ方向の応答遅れが大きくなるにつれ、触媒後センサ学習値ΔＶｒｇはマイナス方向に大きくなる。またＮｏ．６、Ｎｏ．７と向かうにつれ、つまりリーン方向の応答遅れが大きくなるにつれ、触媒後センサ学習値ΔＶｒｇはプラス方向に大きくなる傾向にある。こうなる理由は、片側のみの応答が遅れている場合には両側の応答が同じように遅れている場合に比べ、センサの中心がリッチ側若しくはリーン側にズレているのと同じ現象となるからと考えられる。
【００８０】
この第２実施例は、図１６に示したような特性、即ち触媒後センサ学習値ΔＶｒｇの値が片側応答遅れの度合いに応じて変化する特性を利用して、触媒後センサ学習値ΔＶｒｇに基づき応答パラメータＰｌ，Ｐｒを補正するものである。
【００８１】
図１７は、異常診断の第２実施例に係るフローチャートである。図示するルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行されるものである。
図示するルーチンにおいて、ステップＳ４０１〜Ｓ４０６は図９に示した前記ステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同様である。なおステップＳ４０２でアクティブ空燃比制御の実行条件が成立したと同時に、空燃比制御は、それまでの主及び補助空燃比制御からアクティブ空燃比制御に移行される（ステップＳ４０３）。したがってアクティブ空燃比制御は主及び補助空燃比制御の非実行時に行われるものである。ステップＳ４０６において、アクティブ空燃比制御の終了周期Ｃが所定値Ｃｓ以上に達した場合には、Ｃｓ周期分の応答パラメータ検出値Ｐｌ、Ｐｒが得られたとして、ステップＳ４０７に進む。
【００８２】
ステップＳ４０７では、Ｃｓ周期分の応答パラメータ検出値Ｐｌ、Ｐｒの平均値Ｐｌａｖ、Ｐｒａｖが算出され、これら平均値がそれぞれ異常判定値Ｐｌｓ，Ｐｒｓと比較される。即ち、リーン応答パラメータ平均値Ｐｌａｖがリーン異常判定値Ｐｌｓ以下か否かが判断され、また、リッチ応答パラメータ平均値Ｐｒａｖがリッチ異常判定値Ｐｒｓ以下か否かが判断される。リーン応答パラメータ平均値Ｐｌａｖがリーン異常判定値Ｐｌｓ以下であるか、またはリッチ応答パラメータ平均値Ｐｒａｖがリッチ異常判定値Ｐｒｓ以下である場合、ステップＳ４０８以降で応答パラメータの補正が行われ、再度応答パラメータと異常判定値との比較が行われる。他方、リーン応答パラメータ平均値Ｐｌａｖがリーン異常判定値Ｐｌｓより大きく、且つリッチ応答パラメータ平均値Ｐｒａｖがリッチ異常判定値Ｐｒｓより大きい場合、ステップＳ４１２に進んで、触媒前センサ１７は正常と判定される。
【００８３】
このように本実施例では、補正前の応答パラメータに基づいて先ず異常判定を行い、正常と判定できない場合即ち異常の可能性があると判定した場合のみ、応答パラメータを補正して再度異常判定を行う。こうすることにより、明らかに正常な場合に補正及び異常判定をすることを省略でき、診断処理の簡便化を図ることができる。このような補正前の異常判定は前記第１実施例においても行うことができる。ここでは異常判定値Ｐｌｓ，Ｐｒｓとして補正後の異常判定のときと同じ値を用いたが、異ならせることも可能である。
【００８４】
さて、ステップＳ４０８では、アクティブ空燃比制御開始直前における最新の触媒後センサ学習値ΔＶｒｇの値が取得される。そしてステップＳ４０９では、この取得された触媒後センサ学習値ΔＶｒｇの値に基づき、応答パラメータ検出値Ｐｌ、Ｐｒ、具体的にはその平均値Ｐｌａｖ、Ｐｒａｖが補正される。この補正に際しては、図１８に示すようなマップからリーン補正係数Ｋｌ及びリッチ補正係数Ｋｒが算出され、これらリーン補正係数Ｋｌ及びリッチ補正係数Ｋｒがそれぞれ応答パラメータ検出値の平均値Ｐｌａｖ、Ｐｒａｖに乗算されて補正が行われる。補正されたリーン応答パラメータ及びリッチ応答パラメータをＰｌ’及びＰｒ’とすると、Ｐｌ’＝Ｋｌ×Ｐｌａｖ、Ｐｒ’＝Ｋｒ×Ｐｒａｖで表される。
【００８５】
図１８に示すように、リーン補正係数Ｋｌは、触媒後センサ学習値ΔＶｒｇが０のとき１（即ち補正なし）であり、触媒後センサ学習値ΔＶｒｇが大きくなるほど減少する。またリッチ補正係数Ｋｒは、触媒後センサ学習値ΔＶｒｇが１のとき１（即ち補正なし）であり、触媒後センサ学習値ΔＶｒｇが大きくなるほど増大する。
【００８６】
触媒後センサ学習値ΔＶｒｇが０より小さい場合、図１６に示したように、触媒前センサ１７はリッチ方向片側応答遅れの傾向にある。よって、遅れているリッチ方向の応答パラメータＰｒを、誤正常側のズレを解消すべくより小さな絶対値に補正する必要があり、図１８に示す如く１より小さいリッチ補正係数Ｋｒが設定されている。また、遅れていないリーン方向の応答パラメータＰｌを、誤異常側のズレを解消すべくより大きな絶対値に補正する必要があり、図１８に示す如く１より大きいリーン補正係数Ｋｌが設定されている。
【００８７】
触媒後センサ学習値ΔＶｒｇが０より大きい場合には上記と逆になることが明らかであろう。即ち、図１６に示したように、触媒前センサ１７はリーン方向片側応答遅れの傾向にある。よって、遅れているリーン方向の応答パラメータＰｌを、誤正常側のズレを解消すべくより小さな絶対値に補正する必要があり、図１８に示す如く１より小さいリーン補正係数Ｋｌが設定されている。また、遅れていないリッチ方向の応答パラメータＰｒを、誤異常側のズレを解消すべくより大きな絶対値に補正する必要があり、図１８に示す如く１より大きいリッチ補正係数Ｋｒが設定されている。
【００８８】
こうして応答パラメータの補正が終了したら、次のステップＳ４１０において、補正後の応答パラメータに基づき異常判定がなされる。補正後のリーン応答パラメータＰｌ’がリーン異常判定値Ｐｌｓ以下であるか、または補正後のリッチ応答パラメータＰｒ’がリッチ異常判定値Ｐｒｓ以下である場合、ステップＳ４１１に進んで、触媒前センサ１７は異常と判定される。他方、補正後のリーン応答パラメータＰｌ’がリーン異常判定値Ｐｌｓより大きく、且つ補正後のリッチ応答パラメータＰｒ’がリッチ異常判定値Ｐｒｓより大きい場合、ステップＳ４１２に進んで、触媒前センサ１７は正常と判定される。
【００８９】
なお、ステップＳ４１０〜Ｓ４１２に関してＡＮＤ／ＯＲ条件を変更できる点、リーン方向とリッチ方向で個別に正常・異常を判定できる点、複数ずつの応答パラメータＰｌ、Ｐｒではなく一つずつの応答パラメータＰｌ、Ｐｒを使用できる点は前記同様である。また、学習値として補助空燃比補正量Ｋｒを用いることも可能である。
【００９０】
以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、上述の内燃機関は吸気ポート（吸気通路）噴射式であったが、直噴式エンジンや両噴射方式を兼ね備えたデュアル噴射式エンジンにも、本発明は適用可能である。前記実施形態では触媒前に広域空燃比センサを用い、触媒後にＯ2センサを用いたが、例えば触媒後に広域空燃比センサを用いたり、触媒前にＯ2センサを用いてもよい。これら広域空燃比センサ及びＯ2センサを含め、広く、排気の空燃比を検出するためのセンサを本発明にいう空燃比センサというものとする。
【００９１】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】触媒前センサの出力特性を示すグラフである。
【図３】触媒後センサの出力特性を示すグラフである。
【図４】軌跡長の検出方法を説明するための図である。
【図５】面積の検出方法を説明するための図である。
【図６】最大変化量の検出方法を説明するための図である。
【図７】両側応答遅れと片側応答遅れとを比較するための試験結果を示すグラフである。
【図８】両側応答遅れと片側応答遅れとを比較するための試験結果を示すグラフである。
【図９】異常診断の第１実施例に係るフローチャートである。
【図１０】第１実施例に係るリーン補正係数及びリッチ補正係数の算出マップである。
【図１１】空燃比制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】主空燃比補正量の算出マップである。
【図１３】補助空燃比補正量の設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】触媒後センサ出力差とその積算の様子を示すグラフである。
【図１５】補助空燃比補正量の算出マップである。
【図１６】触媒前センサの応答遅れの有無、種類及び度合いと、触媒後センサ学習値との関係を示したグラフである。
【図１７】異常診断の第２実施例に係るフローチャートである。
【図１８】第２実施例に係るリーン補正係数及びリッチ補正係数の算出マップである。
【符号の説明】
【００９３】
１  内燃機関
３  燃焼室
６  排気管
１１  上流触媒
１２  インジェクタ
１７  触媒前センサ
１８  触媒後センサ
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｐｌ  リーン応答パラメータ
Ｐｒ  リッチ応答パラメータ
Ｒ  比
Ｋｌ  リーン補正係数
Ｋｒ  リッチ補正係数
ΔＶｒｇ  触媒後センサ学習値
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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