(57)【要約】【課題】複数の気筒を有する内燃機関において、気筒間空燃比ばらつきが大きいとき、排気通路の排気浄化用触媒の下流に設けられた、排気中の酸素濃度に応じた出力を生じる下流側センサの欠損異常が誤検出されることを防ぐ。【解決手段】本発明の一態様の内燃機関の異常検出装置は、吸入空気量が第１所定量以上のときの下流側センサの出力の分布が空燃比が理論空燃比よりもリーンであることを示す領域に偏っていることに基づいて該下流側センサの検出素子に欠損異常があることを検出するセンサ欠損異常検出手段と、吸入空気量がその第１所定量よりも多い第２所定量を越えるとき、センサ欠損異常検出手段による検出素子の欠損異常の検出を禁止するように構成された禁止手段とを備える。【選択図】図１
2014190270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の排気通路において排気浄化用触媒の下流側に設けられて排気中の酸素濃度に応じた出力を生じる下流側センサの検出素子の欠損異常を、吸入空気量が第１所定量以上のとき、該下流側センサの出力に基づいて検出するように構成されたセンサ欠損異常検出手段であって、該下流側センサの出力の分布が空燃比が理論空燃比よりもリーンであることを示す領域に偏っていることに基づいて該下流側センサの検出素子に欠損異常があることを検出するセンサ欠損異常検出手段と、
吸入空気量が前記第１所定量よりも多い第２所定量を越えるとき、前記センサ欠損異常検出手段による前記検出素子の欠損異常の検出を禁止するように構成された禁止手段と
を備えた、内燃機関の異常検出装置。
【請求項２】
前記排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、
該値算出手段により算出された値に基づいて前記第２所定量を算出する所定量算出手段と
をさらに備えた、請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項３】
前記排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、
該値算出手段により算出された値に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常があることを検出するばらつき異常検出手段と
をさらに備えた、請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項４】
前記値算出手段により算出された値に基づいて前記第２所定量を算出する所定量算出手段をさらに備えた、請求項３に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項５】
前記排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、
該値算出手段により算出された値と第３所定値とを比較することにより、気筒間の空燃比ばらつきの度合いが所定レベル以上であることを検出するばらつきレベル検出手段と、
該ばらつきレベル検出手段により気筒間の空燃比ばらつきの度合いが前記所定レベル以上であることが検出されなかったとき、前記禁止手段の作動を禁止する第２禁止手段と
をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気中の酸素濃度に応じた出力を生じるセンサを排気通路に備えた内燃機関の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、触媒を利用した排気浄化システムを備える内燃機関では、排気中有害成分の触媒による浄化を高効率で行うため、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、そのような内燃機関では、排気通路の排気浄化用触媒つまり触媒浄化装置の上下流側に排気中の酸素濃度に応じた出力を生じるセンサを設け、これらによって検出された空燃比を所定の目標空燃比に追従させるよう空燃比フィードバック制御が実施されている。例えば、触媒の上流側には広域空燃比センサが設けられ、その下流側には酸素センサが設けられる。
【０００３】
しかし、そのようなセンサに欠損が生じ、適切に上記空燃比制御を実施できない場合がある。そこで、このような場合には、それを迅速に検知し、修理等の対策をとることが求められる。
【０００４】
特許文献１は、酸素センサの異常診断装置を開示する。一般的な酸素センサは、その検出素子の内面を大気に曝すと共にその外面を排気に曝すように排気通路に配置され、大気と排気との酸素分圧、要するに酸素濃度に差が生じると、酸素濃度の高い方側から低い側へ酸素イオンが検出素子内部を流れるので起電力を発生する。しかし、酸素センサの検出素子に欠損が生じると、つまり素子割れが生じると、検出素子内部に排気が流入することになり、検出素子内外の酸素濃度に差が生じなくなる。その結果、いわゆる排気中に酸素が多くなるリーン燃焼時と同様の出力を酸素センサは出す。つまり、検出素子に欠損が生じると、酸素センサがリーン燃焼時と同様の出力を生じる程度が増す。そこで、特許文献１の装置は、この現象に着目し、その酸素センサの出力パターンに基づいて、酸素センサの検出素子に欠損異常があることを検知する構成を有する。
【０００５】
一方、複数の気筒を有する内燃機関つまりいわゆる多気筒内燃機関においては、通常全気筒に対して同一の制御量を用いて空燃比制御を行うため、空燃比制御を実行したとしても実際の空燃比が気筒間でばらつくことがある。このときばらつきの程度が小さければ、空燃比フィードバック制御で吸収可能であり、また触媒でも排気中有害成分を浄化処理可能なので、排気エミッションに影響を与えず、特に問題とならない。
【０００６】
しかし、例えば一部の気筒の燃料噴射系や吸気バルブの動弁機構が故障するなどして、気筒間の空燃比が大きくばらつくと、排気エミッションを悪化させてしまい、問題となる。このような排気エミッションを悪化させる程の大きな空燃比ばらつきは異常として検出するのが望ましい。
【０００７】
例えば、排気通路に設けられた広域空燃比センサの出力に基づく検出空燃比変化率を判定用閾値と比較することにより気筒間に空燃比ばらつき異常が発生していることを検出することができる（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４６８３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１−０７０６８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、排気通路において触媒の上流側に広域空燃比センサを設け、その下流側に酸素センサを設けた内燃機関を想定する。この内燃機関では、後で詳しく述べるように、気筒間空燃比ばらつきが大きいとき、例えば異常気筒で生じた水素成分の影響により、酸素センサがリーン燃焼時のような出力を生じやすく、これは特に吸入空気量が多いときに生じやすい。したがって、この内燃機関が酸素センサの欠損異常検出用に上記構成を備える場合、そのような欠損異常が無くても、気筒間空燃比ばらつきが大きいとき、酸素センサの出力に基づいて、上で述べた如く酸素センサの検出素子に欠損異常があると誤検知される可能性がある。
【００１０】
そこで、本発明は、以上の事情に鑑みて創案され、その目的は、気筒間空燃比ばらつきが大きいときに、排気中の酸素濃度に応じた出力を生じるセンサの出力に基づいて、当該センサに欠損異常があると誤検出されることを防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一の態様によれば、複数の気筒を有する内燃機関の排気通路において排気浄化用触媒の下流側に設けられて排気中の酸素濃度に応じた出力を生じる下流側センサの検出素子の欠損異常を、吸入空気量が第１所定量以上のとき、該下流側センサの出力に基づいて検出するように構成されたセンサ欠損異常検出手段であって、該下流側センサの出力の分布が空燃比が理論空燃比よりもリーンであることを示す領域に偏っていることに基づいて該下流側センサの検出素子に欠損異常があることを検出するセンサ欠損異常検出手段と、吸入空気量が上記第１所定量よりも多い第２所定量を越えるとき、該センサ欠損異常検出手段による該検出素子の欠損異常の検出を禁止するように構成された禁止手段とを備えた、内燃機関の異常検出装置が提供される。
【００１２】
好ましくは、該排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、該値算出手段により算出された値に基づいて該第２所定量を算出する所定量算出手段とがさらに備えられる。
【００１３】
また、代わりに、該排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、該値算出手段により算出された値に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常があることを検出するばらつき異常検出手段とがさらに備えられてもよい。この場合、該値算出手段により算出された値に基づいて上記第２所定量を算出する所定量算出手段がさらに備えられることができる。
【００１４】
好ましくは、上記内燃機関の異常検出装置またはその変形において、該排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、該値算出手段により算出された値と第３所定値とを比較することにより、気筒間の空燃比ばらつきの度合いが所定レベル以上であることを検出するばらつきレベル検出手段と、該ばらつきレベル検出手段により気筒間の空燃比ばらつきの度合いが該所定レベル以上であることが検出されなかったとき、該禁止手段の作動を禁止する第２禁止手段とがさらに備えられるとよい。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成を有する本発明によれば、禁止手段により吸入空気量が第１所定量よりも多い第２所定量を超えるときセンサ欠損異常検出手段による下流側センサの検出素子の欠損異常の検出が禁止される。したがって、下流側センサの検出素子に欠損異常が無いまたはそれが問題にならない程度であるときに、気筒間空燃比ばらつきが大きいことに伴い、たとえ下流側センサの出力の分布が空燃比が理論空燃比よりもリーンであることを示す領域に偏ったとしても、それに基づき、センサ欠損異常検出手段により、下流側センサの検出素子に欠損異常があると誤検出されることを防ぐまたは抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１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】触媒後センサである酸素センサの概念構造を示す模式図である。
【図５】図４の酸素センサの出力波形例を示すグラフである。
【図６】図５の酸素センサの出力電圧の分布を示すグラフである。
【図７】触媒後センサの検出素子の欠損異常の検出処理のフローチャートである。
【図８】インバランス割合と排気通路へ排出される水素量との関係を表したグラフである。
【図９】気筒間空燃比ばらつきの程度に応じた排気空燃比の変動例を示すグラフである。
【図１０】図９のＸ部に相当する拡大模式図である。
【図１１】インバランス割合と出力変動パラメータとの関係を示すグラフである。
【図１２】気筒間空然比ばらつき異常の検出処理のフローチャートである。
【図１３】第１実施形態における、センサ欠損異常検出の禁止処理のフローチャートである。
【図１４】第２実施形態における、センサ欠損異常検出の禁止処理のフローチャートである。
【図１５】出力変動パラメータと禁止判定用所定値との関係を示すグラフである。
【図１６】第３実施形態における、センサ欠損異常検出の禁止処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。まず、第１実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本第１実施形態に係る内燃機関の概略図である。内燃機関（以下、エンジン）１は、シリンダブロックを含むエンジン本体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、気筒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。本実施形態のエンジン１は自動車用の多気筒内燃機関であり、より具体的には直列４気筒の火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンである。ただし、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、複数の気筒を有する内燃機関であれば気筒数、形式等は特に限定されない。なお、エンジン１は図示しないが車に搭載されている。
【００１９】
図示しないが、エンジン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４が気筒ごとに取り付けられている。また、シリンダヘッドには、燃焼室３内に直接燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）５が気筒ごとに配設されている。
【００２０】
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管６を介して吸気集合室であるサージタンク７に接続されている。サージタンク７の上流側には吸気管８が接続されており、吸気管８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８には、上流側から順に、吸入空気量を検出するための吸入空気量検出手段としてのエアフローメータ１０と、電子制御式のスロットルバルブ１１とが組み込まれている。吸気ポート、枝管６、サージタンク７および吸気管８は、それぞれ吸気通路１２の一部を形成する。
【００２１】
一方、各気筒の排気ポートは排気マニホールド１３に接続される。排気マニホールド１３は、その上流部をなす気筒毎の枝管１３ａと、その下流部をなす排気集合部１３ｂとからなる。排気集合部１３ｂの下流側には排気管１４が接続されている。排気ポート、排気マニホールド１３および排気管１４はそれぞれ排気通路１５の一部を形成する。排気管１４にはいわゆる三元触媒である排気浄化用触媒つまり触媒浄化装置１６が取り付けられている。
【００２２】
触媒１６の上流側および下流側にそれぞれ排気中の酸素濃度に応じた出力を生じるセンサ、より詳しくは、空燃比を検出するための空燃比センサ１７、１８が設置されている。触媒１６の上流側のセンサ（上流側センサ）１７は、ここでは触媒前センサ１７と称され、触媒１６の下流側のセンサ（下流側センサ）１８は、ここでは触媒後センサ１８と称される。これら触媒前センサ１７および触媒後センサ１８は、触媒１６の直前および直後の位置の排気通路に設置され、それぞれ排気中の酸素濃度に基づく出力を発生する。
【００２３】
なお本第１実施形態では、触媒後センサ１８の下流側にも、触媒１６と同様の三元触媒からなる触媒つまり触媒浄化装置１９が取り付けられている。
【００２４】
上述の点火プラグ４、インジェクタ５、スロットルバルブ１１等は、制御装置つまり制御手段として構成された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）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１０、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、エンジン１のクランク角を検出するためのクランク角センサ２１、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ２２、エンジン１が搭載された車の速度つまり車速を検出するための車速センサ２３、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、各種センサの出力に基づいて、所望のエンジン出力が得られるように、点火プラグ４、インジェクタ５、スロットルバルブ１１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アクセル開度に応じた開度に制御され、アクセル開度が大きくなるほどスロットル開度も大きくなる。
【００２５】
このように、ＥＣＵ２０は、燃料噴射制御手段、点火制御手段、吸入空気量制御手段等のそれぞれの機能を担う。そして、以下の説明から明らかなように、ＥＣＵ２０は、空燃比制御手段、触媒後センサ１８を対象としたセンサ欠損異常検出手段、禁止手段、値算出手段、ばらつき異常検出手段の各機能を担う。
【００２６】
そして、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ１０からの出力信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸入空気量を検出する。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２１からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン１の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。そして、ＥＣＵ２０は、通常、吸入空気量およびエンジン回転速度つまりエンジン運転状態に基づいて、予め記憶装置に記憶するデータ等を用いて、燃料噴射量（または燃料噴射時間）を設定する。そして、その燃料噴射量に基づいて、インジェクタ５からの燃料の噴射が制御される。
【００２７】
ところで、触媒前センサ１７はいわゆる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、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。空燃比がストイキ（理論空燃比、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）である。
【００２８】
他方、触媒後センサ１８はいわゆる酸素（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に触媒後センサ１８の出力特性を示す。図示するように、空燃比（触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ）がストイキであるときの出力電圧、すなわちストイキ相当値はＶｒｅｆｒ（例えば０．４５Ｖ）である。触媒後センサ１８の出力電圧は所定の範囲（例えば０〜１Ｖ）内で変化する。概して空燃比がストイキよりリーンのとき、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒはストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより低くなり、空燃比がストイキよりリッチのとき、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒはストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。
【００２９】
触媒浄化装置１６、１９はそれぞれ三元触媒からなり、それぞれに流入する排気の空燃比Ａ／Ｆ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。
【００３０】
そこで、エンジン１の通常運転時、上流側の触媒浄化装置１６に流入する排気の空燃比をストイキ近傍に制御するための空燃比制御（ストイキ制御）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の空燃比が所定の目標空燃比であるストイキになるように混合気の空燃比（具体的には燃料噴射量）をフィードバック制御する主空燃比制御（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の空燃比がストイキになるように混合気の空燃比（具体的には燃料噴射量）をフィードバック制御する補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。具体的には、主空燃比フィードバック制御では、触媒前センサ１７の出力に基づいて検出される現状の空燃比を所定の目標空燃比に追従させるために、第１補正係数を演算して、この第１補正係数に基づいてインジェクタ５からの燃料噴射量を調整するような制御が実行される。そして、さらに補助空燃比フィードバック制御では、触媒後センサ１８の出力に基づいて、第２補正係数を演算し、主空燃比フィードバック制御にて得られた第１補正係数を修正するような制御が実行される。ただし、本実施形態において、上記所定の目標空燃比つまり空燃比の基準値（目標値）はストイキであり、このストイキに相当する燃料噴射量（ストイキ相当量という）が燃料噴射量の基準値（目標値）である。但し、空燃比および燃料噴射量の基準値は他の値とすることもできる。なお、空燃比制御においては、各気筒に対し同一の制御量が一律に用いられる。
【００３１】
さて、エンジン１は、上で述べたような酸素センサの欠損異常の有無を診断するまたはそれを検出する装置つまりセンサ欠損異常検出装置（センサ欠損異常検出手段）を備えている（例えば特許文献１参照）。これは、酸素センサである触媒後センサ１８に欠損が生じたとき、そのままでは適切に上記空燃比制御を行うことができないからである。以下、酸素センサである触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常およびその検出処理に関して説明する。なお、以下の説明から明らかなように、当該センサ欠損異常検出手段またはその機能は、実質的にＥＣＵ２０が担う。
【００３２】
まず、触媒後センサ１８つまり酸素センサに関して説明する。触媒後センサ１８は、固体電解質を用いた筒型酸素センサとして構成されている。このセンサ１８は、図４（ａ）にその概念構造を示すように、排気通路１５内に突出するように配設された筒型の検出素子（センサ素子）１８ａを備えている。検出素子１８ａは、その内面が大気（空気）に露呈するとともに、その外面が、センサカバー１８ｂを通して流れ過ぎる排気に曝される。また検出素子１８ａは、その一部の断面構造を図４（ｂ）に示すように、内外の表面に電極が被覆された固体電解質により形成されている。固体電解質は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質を指し、ここではジルコニアが利用されている。なお、固体電解質は他の材料から構成されてもよい。
【００３３】
さて、そうした検出素子１８ａを介して隔てられたその内側の大気と外側の排気との酸素分圧、要するに酸素濃度に差が生じると、その差を縮小すべく、酸素濃度の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質を通り、酸素濃度の低い側（通常は排気側）へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で４価の電子を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で４価の電子を放出する。そのため、この酸素の移動に応じて検出素子１８ａの内外表面の電極で電子の移動が生じ、その結果、検出素子に起電力が発生する。こうしてこの触媒後センサ１８は、大気と排気との酸素分圧つまり酸素濃度の差に応じた電圧を出力する。
【００３４】
一方、排気の酸素濃度は、燃焼された混合気の空燃比に応じて変化する。例えば、ストイキ、あるいはそれよりもリッチな空燃比で燃焼した混合気の場合、混合気の酸素がほぼ完全に燃焼し尽くされるため、その排気の酸素濃度はほぼ零となる。またストイキよりもリーンな空燃比の場合には、燃焼時に酸素が余る。そのため、空燃比がリーンとなるほど、排気中の酸素濃度は高くなる。これに対して、大気の酸素濃度は、常にほぼ一定である。したがって、大気の酸素濃度を基準とした排気の酸素濃度に応じたセンサ１８の出力電圧により、エンジン１で燃焼された混合気の空燃比を把握できる。これは、既に、図３を参照しつつ説明した通りである。
【００３５】
さて、こうした酸素センサである触媒後センサ１８において、検出素子１８ａの欠損が生じて検出素子１８ａの内外が連通すると、検出素子外部の排気ガスがその内部に侵入し、その内外の酸素濃度の差が無くなって触媒後センサ１８は起電力を発生しなくなる。よって、触媒後センサ１８の出力を監視し、検出素子１８ａ内外の酸素濃度に差がないまたは実質的に無いことを示す信号を出力し続けるような出力パターンが認められた場合、検出素子１８の欠損が生じたものと判断することができる。
【００３６】
ここで、触媒後センサ１８のエンジン運転中における出力パターンの例を図５に概念的に示す。空燃比フィードバックストイキ制御が行われ、エンジンでストイキ燃焼が行われているときの触媒後センサ１８の正常な出力パターンの例が、図５（ａ）に示されている。このようにストイキ燃焼時には、正常時の触媒後センサ１８の出力は、空燃比がストイキよりもリッチであることを示す高い電圧と、それよりもリーンであることを示す低い電圧とを交互に繰り返すような出力パターンを呈する。
【００３７】
一方、エンジン１では、高負荷運転時には、ストイキよりもリッチな空燃比で燃焼が行われる。こうしたときには、正常時の触媒後センサ１８の出力は、図５（ｂ）に例示するように、空燃比がストイキよりもリッチであることを示す比較的高い電圧域内で推移するような出力パターンを呈する。
【００３８】
これに対し、検出素子１８ａに欠損が生じたときの触媒後センサ１８は、図５（ｃ）に例示するような出力パターンの出力を生じる。すなわち、欠損が生じた場合には、触媒後センサ１８が正常であれば排気と大気との酸素濃度の差がほとんど無いことを示す「０」Ｖ付近の電圧を出力しつづける状態に触媒後センサ１８の出力は保持される。ただし、燃料カット復帰後のような排気の酸素濃度の急変に応じて、触媒後センサ１８は時折高い電圧を出力し得る。
【００３９】
以上のように、検出素子１８ａに欠損が生じたときには、触媒後センサ１８の出力パターンは、正常時とは大きく異なっている。図６（ａ）〜（ｃ）は、図５の各状況での触媒後センサ１８の出力分布を示している。図６に示されるように、検出素子１８ａの欠損が生じたときには、触媒後センサ１８の出力の分布は、空燃比がストイキよりもリーンであることを示す低い電圧域に偏るため（図６（ｃ）参照）、そのときを正常時（図６（ａ）、ｂ））と明確に区別できる。このため、触媒後センサ１８の出力分布から、検出素子１８ａの欠損の有無を容易かつ的確に判断できる。
【００４０】
よって、ここでは、エンジン運転中の触媒後センサ１８の出力のモニタ結果から、こうした触媒後センサ１８の出力分布を求め、それに基づいて検出素子１８ａに欠損が生じているときにはそれを検出する。以下、こうしたセンサ欠損異常検出処理の詳細を、図７のフローチャートに基づいて説明する。なお図７のフローに基づく処理は、触媒後センサ１８を対象として、エンジン運転中にＥＣＵ２０により繰り返し実行される。
【００４１】
ステップＳ７０１では、禁止フラグがＯＦＦになっているか否かが判定される。禁止フラグは、初期状態ではＯＦＦになっている。なお、禁止フラグに関しては後述する。ステップＳ７０１で否定判定されると、該ルーチンは終了する。したがって、この場合、以下に説明される図７の各ステップは実行されず、触媒後センサ１８の検出素子１８ａの欠損異常の検出が実質的に行われない。
【００４２】
ステップＳ７０１で肯定判定されると、次ぐステップＳ７０２では、前提条件が成立しているか否かが判定される。前提条件としては、車速が所定速度以上であること（条件ａ１）、アイドル運転中でないこと（条件ａ２）、燃料カット中でないこと（条件ａ３）および吸入空気量が所定空気量（第１所定量）以上であること（条件ａ４）の４つの条件が定められている。そして、これら４つの条件が全て成立するとき、ステップＳ７０２で肯定判定され、それらのうちの１つでも成立しないときステップＳ７０２で否定判定される。しかし、前提条件はこれら（ａ１）から（ａ４）に限定されず、例えばこれらにさらなる条件が追加されてもよい。なお、前提条件は、ある程度の吸入吸気量があり（条件ａ４が成立）、つまり、排気量があり、混合気の空燃比が所定空燃比域内にあるように定められるとよい。なお、好ましくは、前提条件が成立しているときは空燃比フィードバックストイキ制御が行われているときであるとよい。
【００４３】
ステップＳ７０２で肯定判定されるとき、ステップＳ７０３で、総カウンタが１だけ増やされる。なお、総カウンタは、初期状態ではゼロであり、ステップＳ７０３に至るごとに１だけ増やされる（インクリメントされる）。さらに、ステップＳ７０３では、触媒後センサ１８の出力（電圧）が取得され（サンプリングされ）、それが図６の４つの領域のうちの該当するいずれかの領域に振り分けられ、振り分けられた領域に関する個別カウンタが１つだけ増やされる（インクリメントされる）。つまり、４つの個別カウンタがある。
【００４４】
なお、図６の領域は、電圧が低いほうから順に、第１領域α、第２領域β、第３領域γ、第４領域δとされる。第１領域αは触媒後センサ１８がほとんど電圧を出力していない電圧域（０．０５Ｖ以下）であり、第２領域βは触媒後センサ１８が正常時に一般に混合気の空燃比がストイキよりもリーンのときに出力する電圧域（０．０５〜０．４５Ｖ）であり、第３領域γは第２領域βと第４領域δとの中間の電圧域（０．４５〜０．７Ｖ）であり、そして、第４領域δは触媒後センサ１８が正常時に一般に混合気の空燃比がストイキよりもリッチのときに出力する電圧域（０．７Ｖ以上）である。
【００４５】
こうした総カウンタの操作（カウント）、触媒後センサ１８のセンサ出力のサンプリングおよび個別カウンタの操作（カウント）は、ステップＳ７０１およびＳ７０２で肯定判定され続ける限りは行われる。
【００４６】
そして、ステップＳ７０４で総カウンタが所定値を超えたか否かが判定される。この所定値は、触媒後センサ１８の検出素子１８ａの欠損異常を検出可能にするためのモニタ時間に対応する値として予め実験に基づいて設定されている。
【００４７】
ステップＳ７０４で否定判定されると、当該ルーチンは終了する。一方、ステップＳ７０４で肯定判定されると、ステップＳ７０５で、触媒後センサ１８の検出素子１８ａの欠損異常判定または検出用の条件が成立しているか否かが判定される。ここでは、第１領域αの個別カウンタが第１所定異常値以上であること（条件ｂ１）、第４領域δの個別カウンタが第２所定異常値未満であること（条件ｂ２）、および、第２領域βの個別カウンタと第３領域γの個別カウンタの合計値が第３所定異常値未満であること（条件ｂ３）の３つの条件が欠損異常判定用の条件として定められている。それら３つの条件（ｂ１）から（ｂ３）が全て成立するとき、ステップＳ７０５で肯定判定される、つまり欠損異常ありと判定される。
【００４８】
そして、ステップＳ７０５で肯定判定されると、触媒後センサ１８の検出素子１８ａの欠損異常検出用条件が成立しているので、ステップＳ７０６で初期状態ではＯＦＦになっている欠損異常フラグがＯＮにされる。これにより、運転席のフロントパネル等に設けられている警報ランプが点灯される。なお、警報ランプが点灯されることに限定されず、触媒後センサ１８の欠損異常が検出されたとき用の予め設定された制御が行われてもよい。例えば、上記補助空燃比フィードバック制御に所定のガードが導入されたりして、例えば上記第２補正係数が所定値または所定範囲内の値に設定されるなどして、触媒後センサ１８に異常があるとき用の燃料噴射制御が行われることもできる。
【００４９】
他方、ステップＳ７０５で否定判定されるときは、触媒後センサ１８の欠損異常が検出されなかったときであるので、要するに欠損異常がないときであるので、ステップＳ７０７で総カウンタおよび４つの個別カウンタがリセットされる。これにより、繰り返し、触媒後センサ１８の欠損異常の検出が行われることになる。なお、ステップＳ７０７で、さらに、欠損異常フラグがＯＦＦにされてもよい。
【００５０】
なお、ここでは、上で述べたように、（条件ｂ１）から（条件ｂ３）の全てが成立することを触媒後センサ１８の検出素子１８ａの欠損異常検出または判定の要件とした。しかし、その欠損異常検出条件は、これらに限定されない。上記したように、検出素子１８ａに欠損があるときには、触媒後センサ１８の出力の分布は、空燃比がストイキよりもリーンであることを示す領域に偏る。この特性に着目して見出された種々の条件をその欠損異常検出条件として定めることができる。
【００５１】
さて、このような触媒後センサ１８を対象としたセンサ欠損異常検出手段を備えるエンジン１は、さらに、気筒間空燃比ばらつき異常を検出するための装置つまり、気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段および気筒間空燃比ばらつき異常があることを検出するばらつき異常検出手段を備えている。以下、気筒関空燃比ばらつきおよびその検出処理に関して説明する。なお、以下の説明から明らかなように、当該値算出手段およびばらつき異常検出手段またはそれらの機能は、実質的にＥＣＵ２０が担う。
【００５２】
まず、気筒関空燃比ばらつきおよびその度合いを表す値の算出に関して説明する。例えば全気筒のうちの一部の気筒（特に１気筒）において、インジェクタ５の故障等が発生し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生することがある。例えば、インジェクタ５の閉弁不良により＃１気筒の燃料噴射量が他の＃２，＃３，＃４気筒の燃料噴射量よりも多くなり、＃１気筒の空燃比が他の＃２，＃３，＃４気筒の空燃比よりも大きくリッチ側にずれる場合である。
【００５３】
このときでも、前述の空燃比フィードバック制御により比較的大きな補正量を与えれば、触媒前センサ１７に供給されるトータルガス（合流後の排気）の空燃比をストイキに制御できる場合がある。しかし、気筒別に見ると、＃１気筒がストイキより大きくリッチ、＃２，＃３，＃４気筒がストイキよりリーンであり、全体のバランスとしてストイキとなっているに過ぎず、エミッション上好ましくないことは明らかである。
【００５４】
また、燃焼室に供給される燃料は炭素と水素との化合物である。したがって、燃焼に供される混合気の空燃比がストイキよりもリッチ側の空燃比であると、ＨＣ、ＣＯ、Ｈ２などの未燃物が中間生成物として生成され、リッチ側の空燃比であるほど、それら未燃物が酸素と結合する、つまり酸化燃焼する確率が急激に小さくなる。この結果、リッチ側の空燃比であるほど、それら未燃物が燃焼室から排出される量が増す。これは、気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなる場合でも同様であり、図８に示される。
【００５５】
図８は、リッチ側の空燃比またはインバランス割合に対する、水素の排出量の変化を示すグラフである。インバランス割合（％）とは、気筒間空燃比のばらつき度合いつまりインバランス度合いを表す一つのパラメータである。すなわち、インバランス割合とは、全気筒のうちある１気筒のみが燃料噴射量ずれを起こしている場合に、その燃料噴射量ずれを起こしている気筒（インバランス気筒）の燃料噴射量がどれくらいの割合で、燃料噴射量ずれを起こしていない気筒（バランス気筒）の燃料噴射量からずれているかを示す値である。インバランス割合をＩＢ、インバランス気筒の燃料噴射量をＱｉｂ、バランス気筒の燃料噴射量つまり基準燃料噴射量をＱｓとすると、ＩＢ＝（Ｑｉｂ−Ｑｓ）／Ｑｓ×１００で表される。インバランス割合ＩＢまたはその絶対値が大きいほど、インバランス気筒のバランス気筒に対する燃料噴射量ずれが大きく、気筒間空燃比ばらつきの度合いは大きい。したがって、図８から、気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなるほど、水素の排出量が増すことが分かる。
【００５６】
一方、いわゆる広域空燃比センサである触媒前センサ１７は、一般に拡散抵抗層を備え、その拡散抵抗層を通過して触媒前センサ１７の排気側電極層（検出素子表面）に到達した酸素の量（酸素濃度または酸素分圧）に応じた出力を発生する。しかし、触媒前センサ１７の出力は、さらに、拡散抵抗層を通過した未燃物の量（濃度または分圧）にも応じたものである。
【００５７】
水素は、ＨＣ、ＣＯなどに比べて小さい分子である。したがって、水素は他の未燃物に比べて、触媒前センサ１７の拡散抵抗層を拡散し易い。つまり、その拡散抵抗層において、水素の優先的な拡散が発生する。
【００５８】
気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなると、この水素の優先的な拡散に起因して、触媒前センサ１７の出力は、真の空燃比よりもリッチ側の空燃比に対応するものになる。したがって、真の空燃比よりもリッチ側の空燃比が触媒前センサ１７により検出されるので、上記空燃比フィードバック制御により、気筒間空燃比ばらつきが無いまたはほとんど無い場合に比べて、より大きなリーン側への補正が行われる。したがって、例えば、酸素センサである触媒後センサ１８は、リーンに偏った出力を生じる傾向が強まる。
【００５９】
この傾向は、インバランス気筒の燃料噴射量がバランス気筒の燃料噴射量よりも多い場合はもとより、インバランス気筒の燃料噴射量がバランス気筒の燃料噴射量よりも少ない場合でも同様である。インバランス気筒の燃料噴射量がバランス気筒の燃料噴射量よりも少ない場合には、インバランス気筒の燃料噴射量の不足分を補うように、空燃比フィードバック制御により他のバランス気筒の燃料噴射量が増やされる。したがって、バランス気筒からは、気筒関空燃比ばらつきが無いまたはほとんど無い場合に比べて、多くの水素が排出される。この水素に起因して、触媒前センサ１７は、真の空燃比よりもリッチ側の空燃比に応じた出力を生じる傾向が高まる。したがって、インバランス気筒の燃料噴射量がバランス気筒の燃料噴射量よりも少ない場合でも、同様に、上記空燃比フィードバック制御が行われる結果、酸素センサである触媒後センサ１８は、リーンに偏った出力を生じる傾向が強まる。
【００６０】
このように、かかる現象をもたらす気筒間空燃比ばらつきは、空燃比制御上好ましくないことは明らかである。したがって、ある程度以上の気筒間空燃比ばらつきは、異常として検出されることが好ましい。そこで、以下に述べるようにして、気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出して、その値に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出する。
【００６１】
本実施形態では、空燃比センサである触媒前センサ１７の出力に基づいて、気筒間空然比ばらつきの度合いを表す値が算出され、それに基づいてばらつき異常の検出が行われる。  
【００６２】
図９に示すように、気筒間に空燃比ばらつきが発生すると、１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）間での排気空燃比の変動が大きくなる。（Ｂ）の空燃比線図ａ、ｂ、ｃはそれぞれ気筒間空然比ばらつき無し、１気筒のみ２０％のインバランス割合でリッチずれ、および１気筒のみ５０％のインバランス割合でリッチずれの場合の、触媒前センサ１７による検出空燃比Ａ／Ｆｆの一例を示す。図９に見られるように、気筒間の空然比ばらつきつまりインバランスの度合いまたは程度が大きくなるほど空燃比変動の振幅が大きくなる。これは、リーンずれの場合でも同様である。
【００６３】
このように、インバランス割合が大きいほど、すなわち気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きいほど、触媒前センサ１７の出力変動が大きくなる。よってこの特性を利用し、本実施形態では、触媒前センサ１７の出力変動度合いを表す出力変動パラメータＸを算出し、それを気筒間空燃比ばらつきの度合いつまり程度を表す値として用いる。
【００６４】
以下に出力変動パラメータＸの算出方法を説明する。図１０は図９のＸ部に相当する拡大模式図であり、特に１エンジンサイクル内の触媒前センサ１７の出力の変動を簡略的に示す。触媒前センサ出力としては、触媒前センサ１７の出力電圧Ｖｆを空燃比Ａ／Ｆｆに換算した値を用いる。ただし触媒前センサ１７の出力電圧Ｖｆを直接用いることも可能である。
【００６５】
図１０（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ２０は、１エンジンサイクル内において、所定のサンプル周期τ（単位時間、例えば４ｍｓ）毎に、触媒前センサ出力Ａ／Ｆの値を取得する。そして今回のタイミング（第２のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆｎと、前回のタイミング（第１のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆｎ−１との差ΔＡ／Ｆｎ（＝Ａ／Ｆn−Ａ／Ｆn-1）を求める。この差ΔＡ／Ｆｎは今回のタイミングにおける微分値あるいは傾きと言い換えることができる。
【００６６】
最も単純には、この差ΔＡ／Ｆｎまたはその大きさ（絶対値）が触媒前センサ１７の出力の変動を表す。変動度合いが大きくなるほど空燃比線図の傾きが大きくなり、差ΔＡ／Ｆｎの絶対値が大きくなるからである。そこで所定の１タイミングにおける差ΔＡ／Ｆｎまたはその大きさを出力変動パラメータとすることができる。
【００６７】
ただし、本実施形態では、差ΔＡ／Ｆは、以下では、その大きさつまり絶対値とされる。そして、精度向上のため、複数の差ΔＡ／Ｆｎの平均値を出力変動パラメータとする。特に、本実施形態では、１エンジンサイクルでもよいが、さらにそれよりも多いエンジンサイクルの間に相当する数の触媒前センサ１７の出力を取得し、各タイミングでの差ΔＡ／Ｆｎを算出し、その差ΔＡ／Ｆの絶対値を積算し、最終積算値をサンプル数で除し、所定エンジンサイクル内の差ΔＡ／Ｆｎの絶対値の平均値を求める。こうして求められた最終的な平均値が出力変動パラメータＸとされる。出力変動パラメータＸは、触媒前センサ出力の変動度合いが大きくなるほど大きくなる。
【００６８】
図１１には、インバランス割合ＩＢ（％）と出力変動パラメータＸとの関係を示す。図示されるように、インバランス割合ＩＢと出力変動パラメータＸとの間には強い相関関係があり、インバランス割合ＩＢの絶対値が増加するほど（気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなるほど）パラメータＸも増加する。それ故、出力変動パラメータＸに基づいて気筒間空燃比ばらつき、特に所定レベル以上の気筒間空然比ばらつき（気筒間空燃比ばらつき異常）が生じていることを検出することが可能である。
【００６９】
図１２のフローチャートに基づいて、さらに気筒間空然比ばらつき異常の検出処理を説明する。なお、図１２のフローに基づく処理は、エンジン運転中にＥＣＵ２０により繰り返し実行される。
【００７０】
ステップＳ１２０１では、気筒間空然比ばらつき異常の検出を行うための前提条件が成立しているか否かが判定される。ここでは、エンジン運転状態が所定運転状態にあるとき、前提条件が成立していると判定される。具体的には、エンジン回転速度と、エンジン負荷（例えば、吸入空気量、アクセル開度）に基づいて、エンジン運転状態が所定運転状態にあるか否かが判定される。なお、所定運転状態は、ここでは、上記したような、空燃比をストイキ近傍に制御するための空燃比制御つまりストイキ制御が実行される運転状態である。ただし、前提条件には、これに加えてまたはこれに代えて種々の条件が含まれることができる。
【００７１】
ステップＳ１２０１で肯定判定されると、ステップＳ１２０３で、既に説明したようにして、取得された触媒前センサ１７の出力に基づいて差ΔＡ／Ｆが算出され、これの絶対値が今までの｜ΔＡ／Ｆ｜の積算値ＳＵＭにさらに加算される（ＳＵＭｎ＝ＳＵＭｎ−１＋｜ΔＡ／Ｆｎ｜）。なお、ステップＳ１２０３のこの演算が行われるごとに、カウンタＣが１ずつ増やされる（インクリメントされる）。
【００７２】
そして、ステップＳ１２０４でカウンタＣが所定値を越えるか否かが判定される。ここでの所定値は所定サンプリング数であり、気筒間空燃比ばらつき異常の検出を可能にするサンプリング数つまり時間として予め実験に基づいて設定されている。ステップＳ１２０４で否定判定されると、該ルーチンは終了する。このように、前提条件が成立して、サンプリング数が所定値に達するまでは、触媒前センサ１７の出力に基づく検出空燃比の差が求められてその絶対値が加算され続ける。
【００７３】
ステップＳ１２０４で肯定判定されると、ステップＳ１２０５で出力変動パラメータＸが算出される。出力変動パラメータＸは、そのときまでの積算値ＳＵＭをカウンタＣで除することで算出される（Ｘ＝ＳＵＭ／Ｃ）。
【００７４】
そして、ステップＳ１２０６で、ステップＳ１２０５で算出された出力変動パラメータＸが所定値εを超えているか否かが判定される。所定値εは図１１に表され、気筒間空燃比ばらつきの度合いが異常と認めるほどであるか否かを判定するための閾値として、予め実験に基づいて設定されている。なお、所定値は図１１に表される値εに限定されず、他の値であってもよい。
【００７５】
そして、ステップＳ１２０６で肯定判定されると、気筒間空燃比ばらつきの度合いがばらつき異常と認められるほど大きいので、ステップＳ１２０７で初期状態ではＯＦＦになっているばらつき異常フラグがＯＮにされる。これにより、運転席のフロントパネル等に設けられている警報ランプが点灯される。この場合、修理業者などによって、ばらつき異常フラグはＯＦＦにされ得る。なお、警報ランプが点灯されることに限定されず、気筒間空燃比ばらつき異常が検出されたとき用の予め設定された制御が行われてもよい。例えば、このようにして気筒間空然比ばらつき異常が検出されたとき、気筒間空然比ばらつき異常の程度に応じて、例えば、ステップＳ１２０５で算出された出力変動パラメータＸに基づいて、エンジン１が種々運転されることができる。
【００７６】
他方、ステップＳ１２０６で否定判定されるときは、気筒間空燃比ばらつき異常が無いときであるので、ステップＳ１２０８でカウンタＣ、積算値ＳＵＭ、出力変動パラメータＸがリセットされる。これにより、繰り返し、気筒間空燃比ばらつき異常の検出が行われることになる。なお、ステップＳ１２０８で、さらに、ばらつき異常フラグがＯＦＦにされてもよい。
【００７７】
さて、このように、酸素センサである触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の検出処理と、気筒間空燃比ばらつき異常の検出処理とは、並行して行われる。しかし、上記したように、気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなると酸素センサである触媒後センサ１８は、リーンに偏った出力を生じる傾向が強まる。そして、特に、吸入空気量が多いとき、それに伴い一般に燃料噴射量も増すので、触媒後センサ１８の出力に対する上記水素の影響も増す傾向にある。したがって、気筒間空燃比ばらつきの度合いが高いときに、吸入空気量が多いエンジ運転が成されると、触媒後センサ１８がストイキよりもリーン側の出力を生じる傾向がいっそう強まり、その結果、触媒後センサ１８の検出素子に欠損異常が生じていると誤検出される可能性がある。
【００７８】
そこで、本第１実施形態では、そのように吸入空気量が多いときに、センサ欠損異常の誤検出を防ぐべく、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の検出が、つまりその検出手段の作動が禁止される。なお、この禁止は、ＥＣＵ２０により担われる禁止手段としての部分により行われる。
【００７９】
以下に、図１３のフローチャートに基づいてこの触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の検出処理に対する禁止処理が説明される。なお、図１３のフローに基づく処理は、エンジン運転中にＥＣＵ２０により繰り返し実行される。
【００８０】
まず、ステップＳ１３０１では、吸入空気量が所定値以下か否かが判定される。この判定は、吸入空気量が所定値（第２所定量）を超えるか否かの判定に相当する。吸入空気量は、エアフローメータ１０の出力に基づいて、ＥＣＵ２０が算出する。なお、所定値は、気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きいときに、例えば気筒間空燃比ばらつき異常があるときに、それに基づいて、触媒後センサ１８の検出素子１８ａに欠損異常が生じていると誤検出される可能性を考慮して、予め実験に基づいて定められている。ただし、ステップＳ１３０１での所定値は、上記（条件ａ４）の所定空気量（第１所定量）よりも大きな空気量である。
【００８１】
ステップＳ１３０１で肯定判定されたとき、ステップＳ１３０２で禁止フラグがＯＦＦにされる。禁止フラグとは、触媒後センサ１８の検出素子１８ａの欠損異常の検出処理を行うか否かの切り分けに用いられ、上記ステップＳ７０１に関する。つまり、禁止フラグがＯＦＦになっているとき、ステップＳ７０１で肯定判定され、要するに図７に基づいて説明された触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の上記検出処理の実行が許可される。
【００８２】
これに対して、ステップＳ１３０１で否定判定されたとき、ステップＳ１３０３で禁止フラグがＯＮにされる。したがって、上記ステップＳ７０１で否定判定されることになり、これにより、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の上記検出処理が禁止される。
【００８３】
このように、吸入空気量が所定値（上記（条件ａ４）の第１所定量よりも多い第２所定量）を超えているとき、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の上記検出処理が禁止される。したがって、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常が生じていないときに、仮に気筒間空燃比ばらつき異常が生じていても、その影響により、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常が生じていると誤検出（誤判定）されることを防ぐことができる。
【００８４】
次に、本発明に係る第２実施形態が説明される。第２実施形態が適用されたエンジンの構成は概ね上記エンジン１と同じであるので、その説明は省略する。なお、以下では、第１実施形態との差異に関して主に説明する。
【００８５】
本第２実施形態でも、上記第１実施形態で説明したように、吸入空気量が多いとき、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常が誤検出されることを防ぐべく、その検出処理が禁止される。しかし、本第２実施形態では、その禁止判定用の所定値が可変である。ここでは、上で述べたように算出される出力変動パラメータＸに応じて禁止判定用所定値が算出されて設定される。
【００８６】
気筒間空燃比ばらつき度合いが高くなるほど、水素が排気通路に排出される傾向が高まり、触媒後センサ１８がリーン出力傾向を示す度合いは高まる。したがって、気筒間空燃比ばらつき度合いが高いほど少ない吸入空気量でも触媒後センサ１８がリーンを示す電圧を出力し易くなる。そこで、ここでは、気筒間空燃比ばらつき度合いに応じて、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の検出処理を禁止するか否かの判定用閾値（所定値）を変化させる。
【００８７】
以下、図１４のフローチャートに基づいて第２実施形態での触媒後センサ１８の検出素子１８ａの欠損異常の検出処理に対する禁止処理について説明する。なお、以下の説明から容易に理解できるように、ＥＣＵ２０は、上記第１実施形態のＥＣＵ２０と同様に値算出手段等の機能を担うと共に、さらに所定量算出手段の機能も担う。
【００８８】
ステップＳ１４０１では、出力変動パラメータＸに基づいて、特に直近で算出されたパラメータＸに基づいて、禁止用所定値が算出される。出力変動パラメータＸは、このステップのために算出されることも可能であるが、ここでは、気筒間空燃比ばらつき異常検出処理の過程で算出されたパラメータＸが用いられる。なお、初期状態では、パラメータＸは算出されていないので、初期段階では、パラメータＸとしてゼロ、または、予め実験に基づいて設定されている初期値がパラメータＸとして用いられる。なお、エンジン１が一旦停止されたときに記憶装置に保持されている出力変動パラメータＸがＥＣＵ２０において記憶保持され続け、その後のエンジン１の始動時にそれが用いられることもできる。
【００８９】
禁止用所定値とパラメータＸとは図１５に示す関係を有し、ＥＣＵ２０は予めこの関係に基づくデータまたは演算式を有していて、これらに基づいて所定値を算出する。図１５から理解できるように、出力変動パラメータＸが大きくなるほど、つまり、気筒間空燃比ばらつきの度合いが高くなるほど、禁止用所定値は小さくなる関係を、禁止用所定値とパラメータＸとは有する。ただし、ステップＳ１４０１で算出される所定値は、上記（条件ａ４）の所定空気量よりも大きな空気量である。なお、図１５では、禁止用所定値とパラメータＸとの関係は直線的に変化するが、それは所定のカーブを描き得る。
【００９０】
そして、ステップＳ１４０２で、ステップＳ１４０１で算出された禁止用所定値が、エアフローメータ１０の出力に基づいて求められた吸入空気量と比較される。そして、ステップＳ１４０２で吸入空気量が所定値以下であるので肯定判定されるとき、ステップＳ１４０３で禁止フラグがＯＦＦにされる。これにより、触媒後センサ１８の検出素子１８ａの欠損異常の検出処理の実行が許可される（ステップＳ７０１で肯定判定）。一方、ステップＳ１４０２で吸入空気量が所定値を越えているので否定判定されるとき、ステップＳ１４０４で禁止フラグがＯＮにされる。これにより、触媒後センサ１８の検出素子１８ａの欠損異常の検出処理が禁止される（ステップＳ７０１で否定判定）。
【００９１】
次に、本発明に係る第３実施形態が説明される。第３実施形態が適用されたエンジンの構成は概ね上記エンジン１と同じであるので、その説明は省略する。なお、以下では、第１実施形態との差異に関して主に説明する。
【００９２】
本第３実施形態でも、上記第１実施形態で説明したように、吸入空気量が多いとき、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常が誤検出されることを防ぐべく、その検出処理が禁止される。一方、気筒関空燃比ばらつきの度合いがある程度以上高くないときには、吸入空気量が多くても、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の誤検出が生じないまたは生じ難い。そこで、本第３実施形態では、気筒関空燃比ばらつきの度合いに応じて、上記禁止処理の実行が切り分けられる。これにより、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の検出処理の実行頻度を高めることができる。
【００９３】
以下、図１６のフローチャートに基づいて第３実施形態での触媒後センサ１８の検出素子１８ａの欠損異常の検出処理に対する禁止処理について説明する。なお、以下の説明から容易に理解できるように、ＥＣＵ２０は、上記第１実施形態のＥＣＵ２０と同様に値算出手段等の機能を担うと共に、さらに、ばらつきレベル検出手段および第２禁止手段のそれぞれの機能も担う。
【００９４】
ステップＳ１６０１では、出力変動パラメータＸが所定値ζ以上か否かが判定される。所定値ζは、気筒間空燃比ばらつき度合いが所定度合いつまり所定レベル以上か否かを判断するための閾値として設定されている。ここでは、図１１に示すように、所定値ζは、気筒間空燃比ばらつき異常判定用の所定値ε（ステップＳ１２０６）よりも小さな値として、予め実験に基づいて設定されている。異常と判断されるほどの気筒間空燃比ばらつきでなくても、気筒間空燃比ばらつきに起因して、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の誤検出が生じる虞があるからである。なお、エンジンによっては、所定値ζは、気筒間空燃比ばらつき異常判定用の所定値εと同じであってもよい。ただし、出力変動パラメータＸは初期状態ではゼロに設定されている。なお、エンジン１が一旦停止されたときの出力変動パラメータＸがＥＣＵ２０において記憶保持され、その後のエンジン１の始動時にそれが用いられることもできる。
【００９５】
ステップＳ１６０１で否定判定されるとき、気筒間空燃比ばらつき度合いが所定レベルに達していないので、ステップＳ１６０２で禁止フラグがＯＦＦにされる。したがって、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の検出処理の実行が許可される（ステップＳ７０１で肯定判定）。
【００９６】
ステップＳ１６０１で肯定判定されると、ステップＳ１６０３で吸入空気量が所定値以下か否かが判定される。そして、ステップＳ１６０３での判定結果に応じて、ステップＳ１６０４またはＳ１６０５で禁止フラグがＯＦＦまたはＯＮにされる。なお、ステップＳ１６０３からＳ１６０５は、上記ステップＳ１３０１からＳ１３０３とそれぞれ同じであるので、その説明は省略される。
【００９７】
このように、本第３実施形態では、ばらつきレベル検出手段は、ステップＳ１６０１に相当する。そして、ステップＳ１６０１で否定判定されてステップＳ１６０２に至ることは、ステップＳ１６０３からＳ１６０５の処理を禁止することに相当するので、第２禁止手段に相当する。
【００９８】
なお、第３実施形態におけるステップＳ１６０３での所定値は、第２実施形態と同様に、可変とされ、出力変動パラメータＸに基づいて算出されて設定されることができる（図１４のステップＳ１４０１、図１５参照）。このようにすることで、より適切に、触媒後センサ１８の検出素子の欠損異常の誤検出を防ぐことができる。
【００９９】
説明した本発明の３つの実施形態では、触媒後センサ１８が酸素センサであったが、それは触媒前センサ１７と同様に広域空燃比センサであってもよい。広域空燃比センサも、当該センサに欠損があるときに、リーンに偏った出力を出し得る。したがって、広域空燃比センサの欠損異常も、図７のフローチャートに基づいて説明した処理と同様にして、検出することができる。一方、触媒後センサ１８としての広域空燃比センサも、気筒間空燃比ばらつきの度合いが高く、吸入空気量が多いとき、リーンに偏った出力を生じる傾向が強まる。したがって、触媒後センサ１８が広域空燃比センサであるときにも、第１から第３実施形態の上記各種処理を同様に適用することができる。
【０１００】
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。
【符号の説明】
【０１０１】
１  内燃機関（エンジン）
１０  エアフローメータ
１５  排気通路
１６  触媒浄化装置
１７  触媒前センサ（広域空燃比センサ）
１８  触媒後センサ（酸素センサ）
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
2014190270.tif 000003
【図２】
2014190270.tif 000004
【図３】
2014190270.tif 000005
【図４】
2014190270.tif 000006
【図５】
2014190270.tif 000007
【図６】
2014190270.tif 000008
【図７】
2014190270.tif 000009
【図８】
2014190270.tif 000010
【図９】
2014190270.tif 000011
【図１０】
2014190270.tif 000012
【図１１】
2014190270.tif 000013
【図１２】
2014190270.tif 000014
【図１３】
2014190270.tif 000015
【図１４】
2014190270.tif 000016
【図１５】
2014190270.tif 000017
【図１６】
2014190270.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月7日(2014.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の一の態様によれば、複数の気筒を有する内燃機関の排気通路において排気浄化用触媒の下流側に設けられて排気中の酸素濃度に応じた出力を生じる下流側センサの検出素子の欠損異常を、該下流側センサの出力に基づいて検出するように構成されたセンサ欠損異常検出手段であって、該下流側センサの出力の分布が空燃比が理論空燃比よりもリーンであることを示す領域に偏っていることに基づいて該下流側センサの検出素子に欠損異常があることを検出するセンサ欠損異常検出手段と、吸入空気量が所定量を越えるとき、該センサ欠損異常検出手段による該検出素子の欠損異常の検出を禁止するように構成された禁止手段とを備えた、内燃機関の異常検出装置が提供される。
センサ欠損異常検出手段は、所定回数、下流側センサの出力電圧を取得して、該取得した出力電圧が所定電圧域に含まれる回数に基づいて、該下流側センサの出力の分布を求めることができる。センサ欠損異常検出手段は、空燃比フィードバックストイキ制御が行われているときの下流側センサの出力に基づいて該下流側センサの検出素子の欠損異常を検出することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
好ましくは、該排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、該値算出手段により算出された値に基づいて上記禁止手段における上記所定量を算出する所定量算出手段とがさらに備えられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、代わりに、該排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、該値算出手段により算出された値に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常があることを検出するばらつき異常検出手段とがさらに備えられてもよい。この場合、該値算出手段により算出された値に基づいて上記所定量を算出する所定量算出手段がさらに備えられることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
好ましくは、上記内燃機関の異常検出装置またはその変形において、該排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、該値算出手段により算出された値と所定値とを比較することにより、気筒間の空燃比ばらつきの度合いが所定レベル以上であることを検出するばらつきレベル検出手段と、該ばらつきレベル検出手段により気筒間の空燃比ばらつきの度合いが該所定レベル以上であることが検出されなかったとき、該禁止手段の作動を禁止する第２禁止手段とがさらに備えられるとよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記構成を有する本発明によれば、禁止手段により吸入空気量が所定量を超えるときセンサ欠損異常検出手段による下流側センサの検出素子の欠損異常の検出が禁止される。したがって、下流側センサの検出素子に欠損異常が無いまたはそれが問題にならない程度であるときに、気筒間空燃比ばらつきが大きいことに伴い、たとえ下流側センサの出力の分布が空燃比が理論空燃比よりもリーンであることを示す領域に偏ったとしても、それに基づき、センサ欠損異常検出手段により、下流側センサの検出素子に欠損異常があると誤検出されることを防ぐまたは抑制することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の排気通路において排気浄化用触媒の下流側に設けられて排気中の酸素濃度に応じた出力を生じる下流側センサの検出素子の欠損異常を、該下流側センサの出力に基づいて検出するように構成されたセンサ欠損異常検出手段であって、該下流側センサの出力の分布が空燃比が理論空燃比よりもリーンであることを示す領域に偏っていることに基づいて該下流側センサの検出素子に欠損異常があることを検出するセンサ欠損異常検出手段と、
吸入空気量が所定量を越えるとき、前記センサ欠損異常検出手段による前記検出素子の欠損異常の検出を禁止するように構成された禁止手段と
を備えた、内燃機関の異常検出装置。
【請求項２】
前記センサ欠損異常検出手段は、所定回数、前記下流側センサの出力電圧を取得して、該取得した出力電圧が所定電圧域に含まれる回数に基づいて、該下流側センサの出力の分布を求める、請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項３】
前記センサ欠損異常検出手段は、空燃比フィードバックストイキ制御が行われているときの前記下流側センサの出力に基づいて該下流側センサの検出素子の欠損異常を検出する、請求項１または２に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項４】
前記排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、
該値算出手段により算出された値に基づいて前記禁止手段における前記所定量を算出する所定量算出手段と
をさらに備えた、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項５】
前記排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて気筒間の空燃比ばらつきの度合いを表す値を算出する値算出手段と、
該値算出手段により算出された値と所定値とを比較することにより、気筒間の空燃比ばらつきの度合いが所定レベル以上であることを検出するばらつきレベル検出手段と、
該ばらつきレベル検出手段により気筒間の空燃比ばらつきの度合いが前記所定レベル以上であることが検出されなかったとき、前記禁止手段の作動を禁止する第２禁止手段と
をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の異常検出装置。