(57)【要約】【課題】空燃比センサの異常の有無をより精度よく診断する。【解決手段】時刻ｔ１においてλセンサの出力がリーンからリッチへ移行したために、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ量Ｋｐだけ減少させるスキップ制御を行った後、時刻ｔ１〜ｔ２までの間、積分制御に伴い、リッチカウンタＴｉｍｅＬＲがインクリメントされていく。そして、時刻ｔ２においてλセンサ３４の出力がリーンへと移行すると、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ量Ｋｐだけ増加させるスキップ制御を行った後、時刻ｔ３まで積分制御に伴い、リーンカウンタＴｉｍｅＲＬがインクリメントされていく。これら両カウンタの比Ｒａｔｅが「１」に近似するとき、空燃比の制御が定常であると判断し、λセンサの異常の有無を診断する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の空燃比を検出する空燃比センサにより前記空燃比のリーン状態が検出されているときに燃料噴射量を段階的に増加させ、リッチ状態が検出されているときに前記燃料噴射量を段階的に減少させる空燃比制御を行う空燃比制御手段と、
前記空燃比センサによりリーン状態が検出されている期間を計測するリーン期間計測手段と、
前記空燃比センサによりリッチ状態が検出されている期間を計測するリッチ期間計測手段と、
前記リーン期間計測手段によって計測される期間と前記リッチ期間計測手段によって計測される期間とが近似しているときに、前記空燃比の制御が定常状態であると判断する判断手段と、
該判断手段により前記定常状態にあると判断されるとき、前記空燃比センサの異常の有無を診断する診断手段とを備えることを特徴とする空燃比センサの診断装置。
【請求項２】
前記判断手段は、前記リーン状態と前記リッチ状態との一周期において、前記リーン期間計測手段によって計測される期間と前記リッチ期間計測手段によって計測される期間との比が「１」に近似するときに、前記空燃比の制御が定常であると判断することを特徴とする請求項１記載の空燃比センサの診断装置。
【請求項３】
前記空燃比制御手段は、前記リーン状態から前記リッチ状態への移行が検出されるときに前記燃料噴射量を大きく減少させるスキップ制御を行った後、前記リッチ状態が検出される間、前記燃料噴射量を段階的に減少させる積分制御を行い、前記リッチ状態から前記リーン状態への移行が検出されるときに前記燃料噴射量を大きく増加させるスキップ制御を行った後、前記リーン状態が検出される間、前記燃料噴射量を段階的に増加させる積分制御を行うものであることを特徴とする請求項１又は２記載の空燃比センサの診断装置。
【請求項４】
前記空燃比センサは、前記内燃機関の空燃比に応じてリニアにその出力を増減させるセンサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空燃比センサの診断装置。
【請求項５】
前記内燃機関の回転速度及び負荷の少なくとも一方が定常であるか否かを判断する運転状態判断手段を更に備え、
前記燃料噴射量の段階的な増加及び段階的な減少の制御は、前記運転状態判断手段により定常である旨の判断がなされるときに行なわれることを特徴とする請求項４記載の空燃比センサの診断装置。
【請求項６】
前記診断手段は、前記判断手段により前記定常状態にある旨判断されるときに前記空燃比センサの出力が予め定められた基準を満たすか否かを診断する診断機能と、該診断機能により前記基準を満たさないと判断される数をカウントするカウンタ機能と、該カウンタ機能によるカウンタ値に基づき前記空燃比センサの異常の有無を診断する機能とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空燃比センサの診断装置。
【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の有無を診断する空燃比センサの診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の診断装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、実際の空燃比が理論空燃比に対してリーンであるときとリッチであるときとで大きくその出力が変化するタイプの空燃比センサであるいわゆる酸素センサの異常の有無を検出するものも提案されている。この診断装置では、空燃比センサの出力がリーンを示す期間や、リッチを示す期間についての累積値が所定値以上であるときに酸素センサが異常である旨判断している。
【０００３】
上記リーンを示す期間やリッチを示す期間の累積値に基づいた酸素センサの異常の有無の検出は、内燃機関の運転状態が定常であるときにする必要がある。このため、上記診断装置では、内燃機関の回転速度や、吸気通路内の圧力、吸入空気量等に基づき、内燃機関の運転状態が定常であるか否かを判断している。
【０００４】
ところで、上記態様にて内燃機関の運転状態が定常状態であるか否かの判断を行なうことは、空燃比センサの異常の有無を精度よく診断する上では不十分なものであることが発明者らによって見出されている。すなわち、例えば、上記態様にて内燃機関の運転状態が定常であると判断されるときであっても、非常に緩やかに吸入空気量が増加している場合には、リーン状態の空燃比が検出され続けることとなる。このため、上記リーンを示す期間の累積値についてもこれが所定値以上となり、空燃比センサが正常であるにもかかわらず、異常である旨の誤判断がなされることとなる。
【特許文献１】特開平７−２３４１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、空燃比センサの異常の有無をより精度よく診断することのできる空燃比センサの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】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
手段１は、内燃機関の空燃比を検出する空燃比センサにより前記空燃比のリーン状態が検出されているときに燃料噴射量を段階的に増加させ、リッチ状態が検出されているときに前記燃料噴射量を段階的に減少させる空燃比制御を行う空燃比制御手段と、前記空燃比センサによりリーン状態が検出されている期間を計測するリーン期間計測手段と、前記空燃比センサによりリッチ状態が検出されている期間を計測するリッチ期間計測手段と、前記リーン期間計測手段によって計測される期間と前記リッチ期間計測手段によって計測される期間とが近似しているときに、前記空燃比の制御が定常状態であると判断する判断手段と、該判断手段により前記定常状態にあると判断されるとき、前記空燃比センサの異常の有無を診断する診断手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成において、リーン期間計測手段によって計測される期間とリッチ期間計測手段によって計測される期間とが近似しているときには、空燃比の制御が定常であると判断できる。特に、内燃機関の回転速度や負荷等が定常であったとしても、必ずしもこの条件を満たすとは限らないため、上記態様によれば、空燃比の制御が定常である旨を精度良く判断できる。そして、上記態様にて空燃比の制御が定常であると判断されるときに空燃比センサの異常の有無が診断されるため、上記構成によれば、空燃比センサの異常の有無をより精度よく診断することができる。
【０００９】
手段２は、手段１において、前記判断手段は、前記リーン状態と前記リッチ状態との一周期において、前記リーン期間計測手段によって計測される期間と前記リッチ期間計測手段によって計測される期間との比が「１」に近似するときに、前記空燃比の制御が定常であると判断することを特徴とする。
【００１０】
上記構成では、リーン状態とリッチ状態との一周期における各期間の比が「１」に近似するときに空燃比の制御が定常であると判断されるため、空燃比の制御が定常であるか否かを精度良く且つ迅速に判断することができる。
【００１１】
手段３は、手段１又は２において、前記空燃比制御手段は、前記リーン状態から前記リッチ状態への移行が検出されるときに前記燃料噴射量を大きく減少させるスキップ制御を行った後、前記リッチ状態が検出される間、前記燃料噴射量を段階的に減少させる積分制御を行い、前記リッチ状態から前記リーン状態への移行が検出されるときに前記燃料噴射量を大きく増加させるスキップ制御を行った後、前記リーン状態が検出される間、前記燃料噴射量を段階的に増加させる積分制御を行うものであることを特徴とする。
【００１２】
上記構成では、リーンからリッチへの移行時にスキップ制御を行うことで、積分制御のみを用いる場合と比較して、リッチからリーンへ速やかに移行させることができる。また、リッチからリーンへの移行時にスキップ制御を行うことで、積分制御のみを用いる場合と比較して、リーンからリッチへ速やかに移行させることができる。
【００１３】
手段４は、手段１〜３のいずれかにおいて、前記空燃比センサは、前記内燃機関の空燃比に応じてリニアにその出力を増減させるセンサであることを特徴とすることを特徴とする。
【００１４】
上記構成では、空燃比に応じてリニアにその出力を増減させるセンサを用いる。このセンサの異常の有無の診断には、燃料噴射量が急激に変化してから空燃比が変化し始めるまでの時間であるムダ時間や、空燃比の変化の度合いを示す時定数が許容範囲内か否かを診断するもの等、非常に高い診断精度が望まれるものがある。そして、高精度の診断を行なうためには、空燃比の制御が定常であることを高精度で判断することが要求される。この点、上記構成によれば、手段１〜３の作用効果を好適に奏することができる。
【００１５】
なお、上記構成において、空燃比センサの異常の有無の診断として、上記ムダ時間や時定数が許容範囲内にあるか否かを診断する際には、手段３によるように、スキップ制御と積分制御とを行なうことが特に有効である。
【００１６】
手段５は、手段４において、前記内燃機関の回転速度及び負荷の少なくとも一方が定常であるか否かを判断する運転状態判断手段を更に備え、前記燃料噴射量の段階的な増加及び段階的な減少の制御は、前記運転状態判断手段により定常である旨の判断がなされるときに行なわれる請求項前記内燃機関の回転速度及び負荷の少なくとも一方が定常であるか否かを判断する運転状態判断手段を更に備え、前記燃料噴射量の段階的な増加及び段階的な減少の制御は、前記運転状態判断手段により定常である旨の判断がなされるときに行なわれることを特徴とする。
【００１７】
上記構成では、手段４の構成を前提としているため、空燃比センサは、実際の空燃比に応じてリニアに出力を増減させるものである。このため、空燃比を目標とする空燃比に制御するに際して、検出される空燃比と目標とする空燃比との偏差に基づくＰＩＤ制御等のフィードバック制御を行うことで、実際の空燃比を目標とする空燃比に好適に追従させることができる。
【００１８】
一方、内燃機関の回転速度や負荷が定常であることは、空燃比の制御が定常となるための必要条件である。このため、上記構成では、空燃比の制御が定常となるための必要条件が成立するときに燃料噴射量の段階的な増加制御及び減少制御を行うことで、空燃比の制御が定常とならないときには、これ以外の手法による制御を行う設定も可能となる。すなわち、空燃比の制御が定常とならないときには、上記ＰＩＤ制御等、実際の空燃比を目標とする空燃比により精度良く追従させるためのフィードバック制御を極力行うことができる。
【００１９】
手段６は、手段１〜５のいずれかにおいて、前記診断手段は、前記判断手段により前記定常状態にある旨判断されるときに前記空燃比センサの出力が予め定められた基準を満たすか否かを診断する診断機能と、該診断機能により前記基準を満たさないと判断される数をカウントするカウンタ機能と、該カウンタ機能によるカウンタ値に基づき前記空燃比センサの異常の有無を診断する機能とを備えることを特徴とする。
【００２０】
上記構成では、空燃比センサの出力が予め定められた基準を満たさないと判断される数に基づき、空燃比センサの異常の有無を適切に診断することができる。特に、上記構成が手段２の構成を備える場合には、リーン及びリッチの周期毎に、空燃比センサの出力が予め定められた基準を満たすか否かを判断し、同基準を満たさないと判断される数に基づき空燃比センサの異常の有無を診断することとなる。このため、この場合には、特に診断を迅速に行なうことができるとともに、その診断の精度をいっそう向上させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる空燃比センサの診断装置の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１に、本実施形態にかかる空燃比センサの診断装置等の構成を示す。図示されるように、内燃機関２の吸気通路４には、吸入空気量を検出するエアフローメータ６が設けられている。また、その下流には、モータ８によって駆動される電子制御式のスロットルバルブ１０が設けられている。このスロットルバルブ１０の近傍には、同スロットルバルブ１０の開度を検出するスロットルセンサ１２が設けられている。更に、スロットルバルブ１０の下流には、燃料噴射弁１４が設けられている。燃料噴射弁１４は、フューエルポンプ１８によって燃料タンク１６から汲み上げられた燃料を吸気通路４内に噴射する。
【００２３】
吸気通路４と燃焼室２０とは、吸気バルブ２２の開閉動作により連通及び遮断される。吸気バルブ２２の開動作に伴って燃焼室２０に導入される混合気は、点火プラグ２４の火花放電により着火、燃焼する。
【００２４】
燃焼室２０と排気通路３０とは、排気バルブ２８の開閉動作により連通及び遮断される。燃焼室２０内で燃焼に供された混合気は、排気バルブ２８の開動作に伴って排気通路３０に排気として排出される。
【００２５】
排気通路３０には、排気を浄化する触媒３２が設けられている。更に、排気通路３０のうち触媒３２の上流には、内燃機関２の空燃比に応じてリニアに出力を増減させるタイプの空燃比センサであるいわゆるλセンサ３４が設けられている。
【００２６】
ＥＣＵ（電子制御装置）４０は、中央処理装置や適宜のメモリを備えて構成されている。ＥＣＵ４０は、内燃機関２の出力軸の回転角度を検出するクランク角センサ４２の出力をはじめ、上記各センサの出力等を取り込む。そして、ＥＣＵ４０は、各センサの出力に基づき、内燃機関２の出力を制御する。
【００２７】
特に、ＥＣＵ４０は、λセンサ３４の出力に基づき、内燃機関２の空燃比を目標とする空燃比（例えば理論空燃比）に制御する。すなわち、λセンサ３４の出力に基づき、実際の空燃比が目標とする空燃比に追従するように、例えばＰＩＤ制御等を行う。
【００２８】
また、ＥＣＵ４０は、λセンサ３４の異常の有無の診断を行なう。この異常の有無の診断を行なうに際しては、図２に示す態様にて空燃比制御を行なう。
【００２９】
図２（ａ）に、λセンサ３４の出力の推移を、図２（ｂ）に、空燃比制御にかかる燃料噴射量の補正係数である空燃比フィードバック補正係数の推移をそれぞれ示す。ちなみに、図２（ａ）では、目標とする空燃比を「１．０」とし、それよりもリーンな状態及びリッチな状態を定義している。また、空燃比フィードバック補正係数は、内燃機関２の回転速度や吸入空気量等に基づき設定される基本となる燃料噴射量に乗算する係数である。
【００３０】
図示されるように、本実施形態では、リーン状態からリッチ状態への移行が検出されるときに燃料噴射量を大きく減少させるスキップ制御を行った後、リッチ状態が検出される間、燃料噴射量を段階的に減少させる積分制御を行う。また、リッチ状態からリーン状態への移行が検出されるときに燃料噴射量を大きく増加させるスキップ制御を行った後、リーン状態が検出される間、燃料噴射量を段階的に増加させる積分制御を行う。
【００３１】
上記態様にて空燃比制御を行うことで、λセンサ３４の応答性の劣化等を適切に検出することができる。すなわち、スキップ制御のスキップ量や積分制御にかかる燃料噴射量の段階的な増加量、減少量が予め設定されていることから、λセンサ３４によりリーン状態が検出される期間と、λセンサ３４によりリッチ状態が検出される期間とについて、λセンサ３４が正常であるときにとり得る基準を設定することができる。このため、λセンサ３４の出力が予め設定された基準から外れるときにλセンサ３４の応答性の劣化等の異常があることを判断することができる。
【００３２】
図２（ｃ）、図２（ｄ）に、λセンサ３４の応答性が劣化したときの例を示す。詳しくは、図２（ｃ）は、λセンサ３４の出力の推移を、図２（ｄ）は、空燃比フィードバック補正係数の推移をそれぞれ示す。図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示す例では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す例と比較して、λセンサ３４によりリーン状態が検出される期間と、リッチ状態が検出される期間とが長くなっている。しかし、積分制御にかかる燃料噴射量の段階的な変化量や、スキップ制御のスキップ量は予め設定されているため、λセンサ３４が正常ならその出力はある一定範囲内の振る舞いをするはずである。このため、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示す例については、これを異常と判断することができる。
【００３３】
ただし、こうした比較ができるのは、空燃比の制御が定常となっているときに限られる。すなわち、上記スキップ制御及び積分制御により、リーン状態と検出される期間（ＴｉｍｅＲＬ１，ＴｉｍｅＲＬ２）と、リッチ状態と検出される期間（ＴｉｍｅＬＲ１，ＴｉｍｅＬＲ２）とが略等しいときに限られる。
【００３４】
図２（ｅ）及び図２（ｆ）に、空燃比の制御が定常状態にない例を示す。詳しくは、図２（ｅ）は、λセンサ３４の出力の推移を、図２（ｆ）は、空燃比フィードバック補正係数の推移をそれぞれ示す。ここでは、リーン状態に偏った空燃比が、上記スキップ制御及び積分制御により徐々に定常状態に制御される例を示している。このため、図中破線にて示すλセンサ３４の出力の振幅中心は、リーン側から目標とする空燃比へと収束していく。この場合、制御の初期において、λセンサ３４によりリーン状態が検出されている期間（ＴｉｍｅＲＬ３）は、λセンサ３４によりリッチ状態が検出されている期間（ＴｉｍｅＬＲ３）よりも長くなる。このため、例えばλセンサ３４によりリーン状態が検出されている期間（ＴｉｍｅＲＬ３）に基づきλセンサ３４の異常の有無を診断すると、λセンサ３４が正常であるにもかかわらず、異常であると誤判断するおそれがある。
【００３５】
そこで本実施形態では、リーン状態とリッチ状態との一周期において、リーン状態と検出される期間とリッチ状態と検出される期間との比が「１」に近似するときに、空燃比の制御が定常であると判断し、このときにλセンサ３４の異常の有無を診断する。ここでは、まず空燃比制御が定常であるか否かの判断にかかる処理について説明する。
【００３６】
図３に、上記判断にかかる処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ４０により例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００３７】
この一連の処理においては、まずステップＳ１０において、上記スキップ制御及び積分制御による空燃比フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判断する。この条件は、内燃機関２の回転速度及び吸入空気量が定常状態であることとする。このステップＳ１０において成立の有無の判断がなされるのは、診断用の空燃比フィードバック制御の実行条件である。すなわち、本実施形態では、内燃機関２の回転速度及び吸入空気量が定常であると判断されるときにのみ上記スキップ制御及び積分制御を用いた空燃比フィードバック制御を行い、それ以外のときには、例えばＰＩＤ等によって、λセンサ３４によって検出される空燃比と目標とする空燃比との偏差に基づき、これをゼロとする制御を行う。
【００３８】
ステップＳ１０において、上記実行条件が成立していると判断されると、ステップＳ１２において、空燃比が目標とする空燃比に対してリーンであるか否かを判断する。そして、ステップＳ１２において、空燃比が目標とする空燃比に対してリーンであると判断されるか、リッチであると判断されるかに応じて、ステップＳ１４以降の処理か、ステップＳ２８以降の処理を行なうこととなる。
【００３９】
ステップＳ１４〜ステップＳ２６の処理は、スキップ制御及び積分制御と、リーン状態が検出されている期間の計測とにかかる処理である。まず、ステップＳ１４では、リーン状態を検出したことを表すフラグであるリーン検出フラグｘＬｅａｎをオンとし、リッチ状態を検出したことを表すフラグであるリッチ検出フラグｘＲｉｃｈをオフとする。
【００４０】
続くステップＳ１６では、λセンサ３４による空燃比の前回の検出値がリッチであったか否かを判断する。換言すれば、今回、λセンサ３４の検出値が、リッチ状態からリーン状態へ移行したところであるか否かを判断する。そして、ステップＳ１６においてリッチ状態からリーン状態へと移行したところであると判断されると、ステップＳ１８において、リーン状態においてスキップ制御を行う旨を示すフラグであるリーン時スキップフラグｘＳｋｉｐＲＬをオンとする。続くステップＳ２０では、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを、前回の値ＦＡＦ［ｉ−１］に対しスキップ量Ｋｐだけ増加させる。
【００４１】
一方、ステップＳ１６においてリッチ状態からリーン状態へ移行したところでないと判断されると、ステップＳ２２においてリーン時スキップフラグｘＳｋｉｐＲＬをオフとする。続くステップＳ２４では、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを、前回の値ＦＡＦ［ｉ−１］に対し所定量Ｋｉだけ増加させる。この所定量Ｋｉは、スキップ量Ｋｐよりも小さな値となっている。
【００４２】
続くステップＳ２６では、リーン状態となった期間を計測するリーンカウンタＴｉｍｅＲＬをインクリメントする。
【００４３】
ステップＳ２８〜ステップＳ４０の処理は、スキップ制御及び積分制御と、リッチ状態が検出されている期間の計測とにかかる処理である。まず、ステップＳ２８では、リーン状態を検出したことを表すフラグであるリーン検出フラグｘＬｅａｎをオフとし、リッチ状態を検出したことを表すフラグであるリッチ検出フラグｘＲｉｃｈをオンとする。
【００４４】
続くステップＳ３０では、λセンサ３４による空燃比の前回の検出値がリーンであったか否かを判断する。換言すれば、今回、λセンサ３４の検出値が、リーン状態からリッチ状態へ移行したところであるか否かを判断する。そして、ステップＳ３０においてリーン状態からリッチ状態へと移行したところであると判断されると、ステップＳ３２において、リッチ状態においてスキップ制御を行う旨を示すフラグであるリッチ時スキップフラグｘＳｋｉｐＬＲをオンとする。続くステップＳ３４では、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを、前回の値ＦＡＦ［ｉ−１］に対しスキップ量Ｋｐだけ減少させる。ちなみに、このスキップ量Ｋｐは、上記ステップＳ２０におけるスキップ量Ｋｐと等しく設定されている。
【００４５】
一方、ステップＳ３０においてリッチ状態からリーン状態へ移行したところでないと判断されると、ステップＳ３６においてリッチ時スキップフラグｘＳｋｉｐＬＲをオフとする。続くステップＳ３８では、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを、前回の値ＦＡＦ［ｉ−１］に対し所定量Ｋｉだけ減少させる。ちなみに、この所定量Ｋｉは、上記ステップＳ２４における所定量Ｋｉと等しく設定されている。
【００４６】
続くステップＳ４０では、リッチ状態となった期間を計測するリッチカウンタＴｉｍｅＬＲをインクリメントする。
【００４７】
上記ステップＳ１６においてリッチ状態からリーン状態に移行したと判断されるときや、ステップＳ３０においてリーン状態からリッチ状態に移行したと判断されるときは、上記リーン状態である期間とリッチ状態である期間との比を算出する処理を行なうタイミングとなる。
【００４８】
すなわち、ステップＳ２０の処理が完了すると、ステップＳ４２において、リーンカウンタＴｉｍｅＲＬがゼロであるか否かを判断し、ステップＳ４４においては、リッチカウンタＴｉｍｅＬＲがゼロであるか否かを判断する。そして、これらがともにゼロでないと判断されると、ステップＳ４６において、リッチ状態となった期間に対するリーン状態となった期間の比Ｒａｔｅを算出する。続くステップＳ４８では、リッチカウンタＴｉｍｅＬＲを初期化する。
【００４９】
また、ステップＳ３４の処理が完了すると、ステップＳ５０において、リッチカウンタＴｉｍｅＬＲがゼロであるか否かを判断し、ステップＳ５２においては、リーンカウンタＴｉｍｅＲＬがゼロであるか否かを判断する。そして、これらがともにゼロでないと判断されると、ステップＳ５４において、リッチ状態となった期間に対するリーン状態となった期間の比Ｒａｔｅを算出する。続くステップＳ２６では、リーンカウンタＴｉｍｅＲＬを初期化する。
【００５０】
ステップＳ４８の処理や、ステップＳ５６の処理が完了すると、ステップＳ５８において、上記比Ｒａｔｅが「１」に近似しているか否かを判断する。そしてステップＳ５８において上記比Ｒａｔｅが「１」に近似していると判断されると、ステップＳ６０において空燃比制御が定常状態であることを示すフラグである定常フラグｘＳｔａｂｌｅをオンとする。一方、ステップＳ５８において上記比Ｒａｔｅが「１」に近似していないと判断されると、ステップＳ６２において定常フラグｘＳｔａｂｌｅをオフとする。
【００５１】
上記ステップＳ１０において上記実行条件が成立していないと判断されると、ステップＳ６４において、リーンカウンタＴｉｍｅＲＬやリッチカウンタＴｉｍｅＬＲ、定常フラグｘＳｔａｂｌｅを初期化する。
【００５２】
なお、上記ステップＳ４２，Ｓ５２でリーンカウンタＴｉｍｅＲＬがゼロであると判断されるときや、ステップＳ４４，Ｓ５０でリッチカウンタＴｉｍｅＬＲがゼロであると判断されるとき、ステップＳ２６，Ｓ４０，Ｓ６０〜Ｓ６４の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００５３】
ここで、図３に示した処理による各種パラメータの推移例について図４に基づき説明する。
【００５４】
図４（ａ）は、診断時のフィードバック制御の実行条件の成立の有無を示す。図４（ｂ）は、λセンサ３４の出力の推移を示す。図４（ｃ）は、上記リーン検出フラグの推移を、図４（ｄ）は、上記リッチ検出フラグの推移をそれぞれ示す。図４（ｅ）は、リーン時スキップフラグｘＳｋｉｐＲＬの推移を示し、図４（ｆ）は、リッチ時スキップフラグｘＳｋｉｐＬＲの推移を示す。図４（ｇ）は、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの推移を示す。図４（ｈ）は、リーンカウンタＴｉｍｅＲＬの推移を示し、図４（ｉ）は、リッチカウンタＴｉｍｅＬＲの推移を示す。図４（ｊ）は、上記比Ｒａｔｅの推移を示し、図４（ｋ）は、定常フラグｘＳｔａｂｌｅの推移を示す。
【００５５】
この例では、時刻ｔ５以前には、空燃比制御が定常となっておらず、λセンサ３４の出力はリーン状態に偏っている。換言すれば、図４（ｂ）に破線にて示すλセンサ３４の出力の中心である振幅中心が、目標とする空燃比よりもリーンとなっている。
【００５６】
さて、今、時刻ｔ１に先の図３のステップＳ１０に示した実行条件が成立したとすると、この時点では、リーンカウンタＴｉｍｅＲＬ及びリッチカウンタＴｉｍｅＬＲが共に初期化されている。そして、時刻ｔ１においてλセンサ３４の出力がリーンからリッチへ移行したために、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ量Ｋｐだけ減少させるスキップ制御を行った後、時刻ｔ１〜ｔ２までの間、先の図３のステップＳ３８の積分制御に伴い、リッチカウンタＴｉｍｅＬＲがインクリメントされていく。そして、時刻ｔ２においてλセンサ３４の出力がリーンへと移行すると、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ量Ｋｐだけ増加させるスキップ制御を行った後、時刻ｔ３まで先の図３のステップＳ２４の積分制御に伴い、リーンカウンタＴｉｍｅＲＬがインクリメントされていく。
【００５７】
時刻ｔ３では、λセンサ３４の出力が再度リーンからリッチへ移行するために、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ量Ｋｐだけ減少させるスキップ制御を行う。更に、このとき、リッチカウンタＴｉｍｅＬＲとリーンカウンタＴｉｍｅＲＬとの双方がゼロでないことから、先の図３のステップＳ５４においてこれらの比Ｒａｔｅが算出される。そして、その後ステップＳ５６においてリーンカウンタＲＬが初期化される。更に、その後、先の図３のステップＳ５８において、比Ｒａｔｅが「１」に近似しているか否かを判断する。
【００５８】
このようにスキップ制御及び積分制御に伴いリーンカウンタＴｉｍｅＲＬやリッチカウンタＴｉｍｅＬＲの初期化、インクリメントを行い、これらカウンタの比Ｒａｔｅが「１」に近似すると判断される時刻ｔ７において定常フラグｘＳｔａｂｌｅがオンとされる。
【００５９】
次に、上記定常フラグｘＳｔａｂｌｅがオンとされているときに行なわれるλセンサ３４の異常の有無の診断にかかる処理について説明する。
【００６０】
図５に、λセンサ３４の異常の有無の診断にかかる処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ４０により例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００６１】
この一連の処理では、まずステップＳ７０において定常フラグｘＳｔａｂｌｅがオンとされているか否かを判断する。そして、ステップＳ７０において定常フラグｘＳｔａｂｌｅがオンとされていると判断されると、ステップＳ７２においてλセンサ３４の出力が基準を満たすか否かを判断する。ここで、基準とは、空燃比制御が定常状態であって且つλセンサ３４の出力が正常であるときに想定されるλセンサ３４の出力である。勿論、各λセンサ３４の個体間のばらつきを許容すべく、上記基準は所定の範囲を有している。
【００６２】
詳しくは、図６（ａ）に示すように空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを急激に増加（又は減少）させることに伴ってλセンサ３４の出力に変化が現れ始めるまでの時間であるムダ時間と、変化が現れてからの出力の変化度合いによって定義される時定数とが許容範囲内にあるか否かを判断する。具体的には、例えば、図７（ａ）に示すようにスキップ制御を行ってから、λセンサ３４の出力がスキップ制御を行ったときの値に戻るまでに要する時間Ｔ（図７（ｂ））に基づいてムダ時間を計測するようにすればよい。また、この間のλセンサ３４の出力の微分値等に基づき時定数を計測すればよい。
【００６３】
ステップＳ７２においてλセンサ３４の出力が基準を満たさないと判断されると、ステップＳ７４において異常累積カウンタをインクリメントする。このカウンタは、ステップＳ７２においてλセンサ３４の出力が基準を満たさないと判断される回数をカウントするカウンタである。
【００６４】
続くステップＳ７６では、異常累積カウンタが所定値α以上であるか否かを判断する。ここで、所定値αは、λセンサ３４の異常の有無を診断するためのものである。すなわち、ノイズ等の影響でステップＳ７２においてλセンサ３４の出力が基準を満たさないと判断されることを回避するための値に設定されている。
【００６５】
ステップＳ７６において異常累積カウンタが所定値α未満であると判断されると、ステップＳ７８において正常判定を行なう。これに対し、ステップＳ７６にて異常累積カウンタが所定値α以上であると判断されると、ステップＳ８０においてλセンサ３４の応答性が劣化したと判定する。
【００６６】
なお、ステップＳ７０においてｘＳｔａｂｌｅがオフであると判断されるときや、ステップＳ７２においてλセンサ３４の出力が基準を満たすと判断されるとき、ステップＳ７８，Ｓ８０の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００６７】
ちなみに、異常累積カウンタがノイズ等の影響により所定値α以上となることを回避すべく、例えばイグニッションスイッチがオフとされる等、所定の条件で異常累積カウンタが初期化されるようにしてもよい。
【００６８】
このように、本実施形態では、空燃比制御が定常であるときにλセンサ３４の異常の有無の診断を行なった。これに対し、このλセンサ３４の異常の有無の診断を回転速度や負荷が定常であると判断されるときに行なうと、λセンサ３４が個体差として許容されるばらつきの範囲内にあり、λセンサ３４が正常であるにもかかわらず、これを異常と判断するおそれがある。特に、λセンサ３４についての許容される出力特性として、上記ムダ時間や時定数を許容範囲内とすることが含まれる場合、上記診断には、極めて高い精度が要求される。この点、本実施形態では、空燃比の制御が定常であると判断されるときに異常の有無の診断を行なうことで、λセンサ３４の異常の有無を精度良く判断することができる。
【００６９】
また、本実施形態では、リーン状態とリッチ状態との一周期における上記比Ｒａｔｅが「１」に近似するときに空燃比制御が定常であると判断し、λセンサ３４の出力が基準を満たすか否かを判断した。これに対し、例えば２周期におけるリーン状態の期間とリッチ状態の期間との比に基づき空燃比制御の定常状態を判断する場合には、例えば先の図４の時刻ｔ４〜ｔ７までの２周期において定常と判断できないおそれがある。このため、空燃比制御が定常であるとの判断が遅れることとなる。更に、空燃比制御が定常である期間が短い場合には、λセンサ３４の異常の有無の診断が所望される期間内に診断を行なうことができなくなるおそれもある。
【００７０】
特に、内燃機関２の異常の有無の診断の中には、例えば触媒３２の異常の有無の診断のように、λセンサ３４が正常であると判断されることを条件として行なわれるものもある。このため、これら全ての異常の有無の診断を所定期間内に完了すべく、λセンサ３４の異常の有無の診断が所望される期間は比較的短期間となっている。この点、本実施形態によれば、リーン状態とリッチ状態との任意の一周期において空燃比制御が定常であるか否かを判断するために、λセンサ３４の異常の有無の診断を行なう機会を増やすことができる。
【００７１】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００７２】
（１）空燃比の制御が定常状態であると判断されるとき、λセンサ３４の異常の有無を診断した。これにより、λセンサ３４の異常の有無をより精度よく診断することができる。
【００７３】
（２）リーン状態とリッチ状態との一周期において、これらの期間の比Ｒａｔｅが「１」に近似するときに、空燃比の制御が定常であると判断した。これにより、空燃比の制御が定常であるか否かを精度良く且つ迅速に判断することができる。
【００７４】
（３）リーン状態からリッチ状態への移行が検出されるときに燃料噴射量を大きく減少させるスキップ制御を行った後、燃料噴射量を段階的に減少させる積分制御を行い、リッチ状態からリーン状態への移行が検出されるときに燃料噴射量を大きく増加させるスキップ制御を行った後、燃料噴射量を段階的に増加させる積分制御を行った。これにより、積分制御のみを用いる場合と比較して、リッチからリーンへの移行や、リーンからリッチへの移行を速やかに行なうことができる。
【００７５】
（４）空燃比センサとして、内燃機関２の空燃比に応じてリニアにその出力を増減させるλセンサ３４を用いた。このλセンサ３４の異常の有無の診断には、空燃比の制御が定常であることを高精度で判断することが要求されるため、上記（１）〜（３）の作用効果を好適に奏することができる。
【００７６】
（５）空燃比制御が定常であるための必要条件である内燃機関２の回転速度及び吸入空気量が定常であるとの判断がなされるときに、スキップ制御及び積分制御を行った。これにより、空燃比の制御が定常とならないときには、実際の空燃比と目標とする空燃比との差に基づいたフィードバック制御等を極力行うことができる。
【００７７】
（６）異常累積カウンタが所定値α以上となるときにλセンサ３４が異常と判断した。これにより、診断の精度をいっそう向上させることができる。
【００７８】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００７９】
・異常累積カウンタが所定値α以上であるか否かの判断を除いても、先の実施形態の上記（１）〜（５）の効果を得ることはできる。
【００８０】
・上記実施形態では、内燃機関２の回転速度及び吸入空気量が定常であるときに、スキップ制御及び積分制御を行ったが、これに限らず、回転速度及び負荷の少なくとも一方が定常であるときであればよい。
【００８１】
・回転速度及び負荷が定常でないときでも、スキップ制御や積分制御を用いた空燃比フィードバック制御を行うことはできる。
【００８２】
・スキップ制御及び積分制御を行う代わりに、積分制御のみを行っても、このときのリーン状態の期間とリッチ状態の期間とに基づき、空燃比制御が定常であるか否かを判断することはできる。
【００８３】
・リーン状態の期間とリッチ状態の機関とが近似しているときに空燃比の制御が定常であると判断する手法としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば２周期内におけるリーン状態の期間とリッチ状態の期間との比を用いても、先の第１の実施形態の上記（１）、（３）〜（６）の効果を得ることはできる。
【００８４】
・内燃機関の空燃比を検出するセンサとしては、λセンサ３４に限らず、実際の空燃比が所定の空燃比に対してリーンであるときとリッチであるときとで大きくその出力が変化するいわゆる酸素センサであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明にかかる空燃比センサの診断装置の一実施形態における内燃機関等の構成を示す図。
【図２】λセンサの出力と空燃比フィードバック補正係数との推移を示すタイムチャート。
【図３】空燃比制御が定常であるか否かを判断する処理手順を示すフローチャート。
【図４】上記処理にかかる各種パラメータの推移を示すタイムチャート。
【図５】λセンサの異常の有無を診断する処理の手順を示すフローチャート。
【図６】λセンサの出力の基準の定義の仕方を示すタイムチャート。
【図７】λセンサの異常の有無の診断手法の一例を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００８６】
２…内燃機関、６…エアフローメータ、３２…触媒、３４…λセンサ、４０…ＥＣＵ（電子制御装置）、４２…クランク角センサ。
【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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