(57)【要約】    【課題】  診断精度と運転性能・排気性能との両立を容易に図ることができる空燃比センサの診断装置を提供する。    【解決手段】  空燃比フィードバック制御における目標空燃比を一定周期で増減変化させ、この目標空燃比の変化に対する空燃比センサの応答時間に基づき、空燃比センサの正常・異常を判断させる構成とすると共に、目標空燃比の増減変化における振幅を段階的に増大させる。そして、応答時間が正常であると判断された場合には、直ちに目標空燃比の変化を停止させる一方、正常判定できなかった場合には、更に大きな振幅で目標空燃比を変化させて応答時間を計測させる。【選択図】  図４
2006322426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気中における特定成分の濃度に基づいて燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比センサの診断装置であって、
燃焼混合気の空燃比を強制的に変化させ、該空燃比の変化に対する前記空燃比センサの応答時間に基づいて前記空燃比センサの正常・異常を判別すると共に、
前記空燃比の変化幅を段階的に大きくすることを特徴とする空燃比センサの診断装置。
【請求項２】
前記空燃比センサの応答時間に基づいて前記空燃比センサが正常又は異常であると判断したときに、その時点で空燃比の強制的な変化を停止させ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】
予め決定された変化幅まで空燃比を変化させた時点で空燃比の強制的な変化を停止させ、それまでに計測された応答時間のうちで異常判断された応答時間の数が所定値以上であるときに、前記空燃比センサが異常であると判断す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気中における特定成分（例えば酸素）の濃度に基づいて燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比センサの応答性を診断する診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、空燃比フィードバック制御の目標空燃比の切り換えに対する空燃比センサの応答時間に基づいて、前記空燃比センサの異常診断を行う異常診断装置が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２６４３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来の診断装置において診断の精度を向上させるには、空燃比の変化幅を大きくし、また、空燃比フィードバック制御におけるゲインを大きくすることで、空燃比センサの異常によって応答時間が明確な変化を示すようにする必要がある。
しかし、運転性や排気性能への影響を考慮すると、空燃比の変化幅やフィードバックゲインはなるべく抑制することが望まれ、運転性や排気性能への影響を抑制しつつ、必要充分な診断精度を確保するには、空燃比の変化幅やフィードバックゲインの適合に多くの工数を必要としていた。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、診断の制御仕様の適合に多くの工数を要することなく、診断精度と運転性能・排気性能との両立を図ることができる空燃比センサの診断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】
【０００５】
そのため請求項１記載の発明では、燃焼混合気の空燃比を強制的に変化させ、この強制的な空燃比の変化に対する空燃比センサの応答時間に基づき前記空燃比センサの正常・異常を判別すると共に、前記空燃比の変化幅を段階的に大きくする。
かかる構成によると、燃焼混合気の空燃比を強制的に変化させ、この実空燃比の変化に対する空燃比センサの応答時間に基づいて、空燃比センサの正常・異常を診断させるが、前記空燃比を強制的に変化させるときの空燃比の変化幅は一定ではなく、段階的に大きくなるようにする。
【０００６】
従って、空燃比の変化幅が小さいときには運転性能・排気性能を高く維持できる一方、空燃比の変化幅がより大きくなれば診断精度の向上を図ることができ、予め診断に最適な変化幅を固定値として与える必要がなく、診断精度と運転性能・排気性能との両立を図ることが容易である。
請求項２記載の発明では、空燃比センサの応答時間に基づいて空燃比センサが正常又は異常であると判断したときに、その時点で空燃比の強制的な変化を停止させる。
【０００７】
かかる構成によると、空燃比センサの応答時間が、正常又は異常であると判定できるような明確な値を示すようになるまでは、空燃比の変化幅を段階的に大きくするが、応答時間から空燃比センサの正常又は異常を判断すると、それ以後は空燃比の強制的な変化を停止させ、空燃比を通常値に戻す。
従って、空燃比センサの正常又は異常を精度良く判断できる最小の空燃比変化幅のときに診断を終了させて、無駄に空燃比を大きく変化させることが回避されるので、診断精度と運転性能・排気性能との両立を容易に図れる。
【０００８】
請求項３記載の発明では、予め決定された変化幅まで空燃比を変化させた時点で空燃比の強制的な変化を停止させ、それまでに計測された応答時間のうちで異常判断された応答時間の数が所定値以上であるときに、前記空燃比センサが異常であると判断する。
かかる構成によると、予め決定された回数だけ空燃比を強制的に変化させると、それ以上は診断のために空燃比を変化させることなく、空燃比を通常値に戻し、それまでに計測した応答時間のうちで異常であると判断された数が所定値以上であれば、空燃比センサが異常であると判断する。
【０００９】
従って、異なる空燃比変化幅に対する空燃比センサの応答時間から、空燃比センサの異常を精度良く診断できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
実施形態における内燃機関のシステム構成を図１に示す。
図１において、内燃機関１１の吸気管１２には、吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ１３及びアクセルペダルと連動して吸入空気流量Ｑａを制御するスロットル弁１４が設けられる。
【００１１】
前記スロットル弁１４下流の吸気マニホールドには、気筒毎に電磁式の燃料噴射弁１５が設けられる。
前記燃料噴射弁１５は、コントロールユニット５０から出力される噴射パルス信号によって開弁駆動され、所定圧力に制御された燃料を噴射する。
更に、内燃機関１１の冷却ジャケット内の冷却水の温度Ｔｗを検出する水温センサ１６が設けられる。
【００１２】
一方、排気管１７のマニホールド集合部近傍に、排気中の酸素濃度に基づいて燃焼混合気の空燃比を広域に検出する空燃比センサ１８が設けられる。
前記空燃比センサ１８の下流側には、ＣＯ，ＨＣの酸化、及び、ＮＯｘの還元を行って排気を浄化する三元触媒を備える触媒コンバーター１９が介装されている。
ここで、前記空燃比センサ１８の構造及び空燃比の検出原理について説明する。
【００１３】
但し、前記空燃比センサ１８の構造及び検出原理を以下のものに限定するものではない。
図２に前記空燃比センサ１８の構造を示す。
前記空燃比センサ１８の本体１は、酸素イオン伝導性を有するジルコニア等の耐熱性多孔質絶縁材料で形成され、該本体１には、ヒータ部２が設けられる。
【００１４】
また、前記本体１には、大気と連通する大気導入孔３、ガス導入孔４及び保護層５を介して機関排気側と連通するガス拡散層６が設けられている。
センシング部電極７Ａ，７Ｂは、前記大気導入孔３とガス拡散層６とに臨んで設けられると共に、酸素ポンプ電極８Ａ，８Ｂは、ガス拡散層６とこれに対応する本体１の周囲とに設けられる。
【００１５】
前記センシング部電極７Ａ，７Ｂの間には、ガス拡散層６内の酸素イオン濃度（酸素分圧）と大気中の酸素イオン濃度との比に応じた電圧が発生し、該電圧に基づいてガス拡散層６内の排気空燃比の理論空燃比（空気過剰率λ＝１）に対するリッチ・リーンが検出される。
一方、酸素ポンプ電極８Ａ，８Ｂには、センシング部電極７Ａ，７Ｂの間に発生する電圧、つまり、ガス拡散層６内のリッチ・リーンに応じて電圧が印加される。
【００１６】
前記酸素ポンプ電極部８Ａ，８Ｂに所定の電圧が印加されると、これに応じてガス拡散層６内の酸素イオンが移動し、酸素ポンプ電極部８Ａ，８Ｂ間に電流が流れる。
ここで、酸素ポンプ電極部８Ａ，８Ｂ間に流れる電流値（限界電流）Ｉｐは、排気中の酸素イオン濃度に影響されるので、電流値（限界電流）Ｉｐを検出することで空燃比を検出できる。
【００１７】
即ち、図３のテーブル（Ａ）に示すように、酸素ポンプ電極部８Ａ，８Ｂ間の電流・電圧と空燃比との間には相関関係が得られ、センシング部電極７Ａ，７Ｂのリッチ・リーン出力に基づいて酸素ポンプ電極部８Ａ，８Ｂに対する電圧の印加方向を反転させることで、リーン領域とリッチ領域との両方の空燃比領域において、酸素ポンプ電極部８Ａ，８Ｂ間を流れる電流値（限界電流）Ｉｐに基づいて空燃比を検出できる。
【００１８】
以上のような空燃比検出原理により、酸素ポンプ電極部間の電流値Ｉｐを、図３のテーブル（Ｂ）によって空燃比データに変換することで、空燃比を広範囲に検出することができるものである。
ここで、前記図１の説明に戻る。
前記内燃機関１１には、クランク軸の角度を検出するクランク角センサ２０が設けられている。
【００１９】
前記コントロールユニット５０では、前記クランク角センサ２０から出力される単位クランク角信号を一定時間カウントして、又は、前記クランク角センサ２０から出力される基準クランク角信号の周期を計測して、機関回転速度Ｎｅを算出する。
また、前記スロットル弁１４の開度を検出するスロットルセンサ２１が設けられている。
【００２０】
前記コントロールユニット５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等から構成されるマイクロコンピュータを含んでなり、前述の空燃比センサ１８、エアフローメータ１３、水温センサ１６、クランク角センサ２０、スロットルセンサ２１等からの検出信号を入力し、以下のようにして燃料噴射弁１５による燃料噴射量を制御する。
【００２１】
前記コントロールユニット５０は、エアフローメータ１３で検出される吸入空気流量Ｑａと、クランク角センサ２０の信号から求められる機関回転速度Ｎｅとから基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）を演算する。
また、前記コントロールユニット５０は、低水温時に燃料を増量補正する補正係数Ｋｗ、内燃機関１１の始動時及び始動後に燃料を増量補正する補正係数Ｋas、空燃比センサ１８で検出される空燃比を目標空燃比に一致させるための空燃比フィードバック補正係数LAMBDA、燃料噴射弁１５の電源電圧（バッテリ電圧）による開弁遅れ分を補正するための補正分Ｔｓ、目標空燃比に対応する目標当量比Ｚを演算する。
【００２２】
そして、コントロールユニット５０は、最終的な燃料噴射パルス幅Ｔｉを、Ｔｉ＝Ｔｐ×（１＋Ｋｗ＋Ｋas＋・・・）×LAMBDA×Ｚ＋Ｔｓとして演算する。
コントロールユニット５０は、前記燃料噴射パルス幅Ｔｉの噴射パルス信号を前記燃料噴射弁１５に出力し、前記燃料噴射パルス幅Ｔｉから電圧補正分Ｔｓを除いた有効噴射パルス幅Ｔｅに比例する量の燃料を噴射させる。
【００２３】
上記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAは、空燃比センサ１８で検出される空燃比と目標空燃比（目標当量比）との偏差に基づく比例・積分・微分（ＰＩＤ）動作によって設定され、該空燃比フィードバック補正係数LAMBDAにより、空燃比センサ１８で検出される空燃比が目標空燃比に一致するように噴射パルス幅が補正される。
また、前記コントロールユニット５０は、図４〜図６のフローチャートに示される演算処理によって、前記空燃比センサ１８の異常診断を行う。
【００２４】
図４〜図６のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１では、空燃比センサ１８の異常診断の実行を許可する条件が成立しているか否かを判断する。
具体的には、機関負荷（基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ），機関回転速度Ｎｅ，車速ＶＳＰ，冷却水温度Ｔｗがそれぞれ所定範囲内であること、機関１１の始動から所定時間以上経過していること、空燃比センサ１８の活性状態であること、空燃比フィードバック制御中であることなどを、診断許可条件とする。
【００２５】
診断許可条件が成立している場合には、ステップＳ２へ進み、空燃比フィードバック制御におけるフィードバックゲイン（比例ゲイン，積分ゲイン，微分ゲイン）を、通常よりも応答を速くする診断時用の値に切り換える。
次のステップＳ３では、応答計測の１段目であるか否か（１段目の応答時間について計測が終わっていないか否か）を判別する。
【００２６】
診断開始直後であれば、ここで応答計測の１段目であると判断されてステップＳ４へ進む。
ステップＳ４では、１段目の目標空燃比の切り換えを行う。
前記目標空燃比の切り換えとは、そのときの運転条件から要求される目標空燃比を中心に、一定の周期で強制的に目標空燃比を増減変化させることを示し（図７参照）、１段目であるときには、最も小さい変化幅（例えば１％）で周期的にステップ変化させる。
【００２７】
前記目標空燃比の切り換えにおいては、少なくとも前記変化幅でのリーンからリッチへのステップ変化と、前記変化幅でのリッチからリーンへのステップ変化とを少なくとも１回ずつ行わせるようにする。
目標空燃比が切り換えられると、空燃比センサ１８で検出される空燃比を切り換え後の目標空燃比に一致させるべく、燃料噴射量がフィードバック補正される。
【００２８】
ステップＳ５では、目標空燃比のリーンからリッチへの切り換えに対して空燃比センサ１８の検出空燃比が切り換え後の目標空燃比を検出するようになるまでの時間を、リーン→リッチ応答時間として計測すると共に、目標空燃比のリッチからリーンへの切り換えに対して空燃比センサ１８の検出空燃比が切り換え後の目標空燃比を検出するようになるまでの時間を、リッチ→リーン応答時間として計測する。
【００２９】
次のステップＳ６では、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の正常判定値以下であるか否かを判断することで、空燃比センサ１８が正常であるか否かを判別する。
そして、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の正常判定値以下であると判断されると、ステップＳ７へ進んで空燃比センサ１８が正常であると判定する。
【００３０】
ステップＳ７で空燃比センサ１８が正常であると判定すると、ステップＳ４０へ進んでその診断結果を記憶し、次のステップＳ４１では空燃比フィードバックゲインを通常値に戻して、診断を終了させる。
一方、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の正常判定値よりも長く、空燃比センサ１８が正常であると判断することができない場合には、ステップＳ８へ進む。
【００３１】
ステップＳ８では、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の異常判定値以上であるか否かを判断することで、空燃比センサ１８が異常であるか否かを判別する。
そして、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の異常判定値以上であると判断されると、ステップＳ９へ進んで、ＮＧカウンタ（異常判定回数カウンタ）をカウントアップさせた後、ステップＳ１に戻る。
【００３２】
また、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の異常判定値よりも短いと判断された場合には、応答時間が正常とも異常とも特定できない状態であり、この場合には、ステップＳ９を迂回してステップＳ１へ戻る。
従って、空燃比センサ１８が正常であると判断されなかったときには、診断が完了せず、次の段階に進むことになる。
【００３３】
ステップＳ１に戻って継続して診断許可条件が成立していると判断されると、ステップＳ２に進んで、フィードバックゲインとして診断時用の値をそのまま用いるようにし、ステップＳ３へ進む。
ここで、１段目の応答計測は既に完了しているので、ステップＳ３からステップＳ１０へ進み、応答計測の２段目であるか否かを判断する。
【００３４】
前回１段目の応答計測を行っているので、ステップＳ１０で応答計測の２段目であると判断され、ステップＳ１１へ進む。
ステップＳ１１では、前記ステップＳ４と同様にして目標空燃比の切り換えを行うが、１段目のときよりも大きな変化幅（例えば１．５％）で周期的に目標空燃比をステップ変化させる。
【００３５】
そして、ステップＳ１２〜ステップＳ１６では、前記ステップＳ５〜ステップＳ９と同様の処理を行うが、正常判断，異常判断においては、２段目用の正常判定値，異常判定値を用いる。
２段目の応答計測でも正常判断されなかった場合には、再度ステップＳ１へ戻るが、既に、１段目の応答計測及び２段目の応答計測が完了しているのでステップＳ１７に進むことになり、ステップＳ１７で応答計測の３段目であると判断されて、ステップＳ１８へ進む。
【００３６】
ステップＳ１８では、前記ステップＳ４，ステップＳ１１と同様にして目標空燃比の切り換えを行うが、２段目のときよりも更に大きな変化幅（例えば２％）で周期的に目標空燃比をステップ変化させる。
そして、ステップＳ１９〜ステップＳ２３では、前記ステップＳ５〜ステップＳ９と同様の処理を行うが、正常判断，異常判断においては、３段目用の正常判定値，異常判定値を用いる。
【００３７】
３段目の応答計測でも正常判断されなかった場合には、再度ステップＳ１へ戻るが、既に、１段目〜３段目の応答計測が完了しているのでステップＳ２４に進むことになり、ステップＳ２４で応答計測の４段目であると判断されて、ステップＳ２５へ進む。
ステップＳ２５では、前記ステップＳ４，ステップＳ１１，ステップＳ１８と同様にして目標空燃比の切り換えを行うが、３段目のときよりも更に大きな変化幅（例えば２．５％）で周期的に目標空燃比をステップ変化させる。
【００３８】
そして、ステップＳ２６〜ステップＳ３０では、前記ステップＳ５〜ステップＳ９と同様の処理を行うが、正常判断，異常判断においては、４段目用の正常判定値，異常判定値を用いる。
４段目の応答計測でも正常判断されなかった場合には、再度ステップＳ１へ戻るが、既に、１段目〜４段目の応答計測が完了しているので、５段目の応答計測を行わせるべく、ステップＳ３１へ進む。
【００３９】
ステップＳ３１では、前記ステップＳ４，ステップＳ１１，ステップＳ１８，ステップＳ２５と同様にして目標空燃比の切り換えを行うが、４段目のときよりも更に大きな変化幅（例えば３％）で周期的に目標空燃比をステップ変化させる。
そして、ステップＳ３２〜ステップＳ３５では、前記ステップＳ５〜ステップＳ８と同様の処理を行うが、正常判断，異常判断においては、５段目用の正常判定値，異常判定値を用いる。
【００４０】
ステップＳ３５で、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が５段目用の異常判定値以上であると判断されると、ステップＳ３６へ進んでＮＧカウンタをカウントアップさせた後、ステップＳ３７へ進む。
一方、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が５段目用の異常判定値よりも短いと判断されたときには、ステップＳ３６を迂回してステップＳ３７へ進む。
【００４１】
ステップＳ３７では、前記ＮＧカウンタの値が所定値以上であるか否かを判別する。
前記ＮＧカウンタの値が所定値以上であるときには、ステップＳ３８へ進んで、前記空燃比センサ１８が異常である（応答劣化状態である）と判定する。
一方、前記ＮＧカウンタの値が所定値未満であるときには、ステップＳ３９へ進んで、前記空燃比センサ１８が正常であると判定する。
【００４２】
ステップＳ３８，ステップＳ３９で正常又は異常を判断すると、ステップＳ４０へ進んで診断結果を記憶し、次のステップＳ４１では、フィードバックゲインを通常値に戻して診断を終了させる。
尚、空燃比センサ１８が異常であると診断されたときには、空燃比センサ１８を用いた空燃比フィードバック制御の停止や、フィードバックゲインの変更などの対応処理を実行し、また、空燃比センサ１８が異常であることを運転者に警告ランプの点灯等によって警告する。
【００４３】
上記のように、空燃比フィードバック制御における目標空燃比を周期的に変動させて空燃比センサ１８の応答時間を計測させるときに、段階的に目標空燃比の変化幅を増大させ、正常判定された時点で診断を終了させる一方、５段目の応答計測の結果からも正常判定されなかった場合には、それまでに応答時間が異常であると判定された回数の割合から、最終的に正常・異常の判定を行う。
【００４４】
従って、目標空燃比の変化幅を段階的に増大させる初期段階で正常判定できれば、診断のために大きく目標空燃比を変化させる必要がなく、運転性能・排気性能を悪化させることなく、診断を完了させることができる。
一方、比較的小さい目標空燃比の変化幅では正常・異常の判断が困難な場合であっても、段階的に目標空燃比の変化幅を増大させることで正常・異常をより精度良く判別できるようになるから、診断精度を確保できる。
【００４５】
更に、応答計測の結果が明確な正常状態を示さない場合に、５段目までの計測結果のうちで異常と判断された割合（回数）に基づいて空燃比センサ１８の異常・正常を判断するので、最終的に正常・異常のいずれかに精度良く判別させることができる。
尚、上記実施形態では、応答時間の計測結果から正常判定されなかった場合には、最終の５段目の応答計測まで行わせ、５段目までの計測結果のうち、異常と判断された割合に基づいて異常・正常を判定させるようにしたが、例えば、応答時間の計測結果が異常であると判断された連続回数が所定値に達した時点で、次の段階に進むことを止め、最終的な異常判定をその時点で下すようにすることができる。
【００４６】
また、目標空燃比の変化幅が大きくなるほど診断結果の信頼性が高くなるので、目標空燃比変化幅の大きい状態での異常判別結果に対してより重み付けがなされるように、ＮＧカウンタをアウントアップさせるときのアップ幅を、目標空燃比の変化幅が大きいときほど大きくなるようしても良い。
更に、ステップＳ３７でＮＧカウンタの値を判断するときに、正常・異常・不明のいずれかに判別させ、正常・異常のいずれの判断結果も下すことができない不明状態であるときには、目標空燃比の変化幅を５段目よりも更に大きくする次の段階に進むか、前記１段目から５段目までの応答計測をやり直すように構成することができる。
【００４７】
また、図８〜図１０のフローチャートに示す演算処理のように、正常判定と同様に、各段階で応答計測時間が明確な異常値を示す場合に、その時点で異常判定を行って診断を終了させるようにし、明確な異常値ではないものの、異常が疑われるときに、ＮＧカウンタをカウントアップさせる構成とすることができる。
図８〜図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ５１では、診断許可条件が成立しているか否かを判別し、診断許可条件が成立していれば、ステップＳ５２へ進む。
【００４８】
ステップＳ５２では、診断時用のゲインにフィードバックゲインに切り換える。
そして、ステップＳ５３で、１段目の応答計測が完了していないと判断されると、ステップＳ５４へ進み、１段目に対応する変化幅で空燃比フィードバック制御における目標空燃比を増減変化させる。
ステップＳ５５では、前記１段目の目標空燃比の切り換えに対する応答時間の計測を行う。
【００４９】
ステップＳ５６では、ステップＳ５５で計測したリーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の正常判定値以下であるか否かを判断することで、空燃比センサ１８が正常であるか否かを判別する。
そして、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の正常判定値以下であると判断されると、ステップＳ５７へ進んで空燃比センサ１８が正常であると判定する。
【００５０】
ステップＳ５７で正常判定を行うと、ステップＳ１００へ進んでその診断結果を記憶し、次のステップＳ１０１ではフィードバックゲインを通常値に戻して、診断を終了させる。
一方、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の正常判定値よりも長く、空燃比センサ１８が正常であると判断することができない場合には、ステップＳ５８へ進む。
【００５１】
ステップＳ５８では、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の第１異常判定値以上であるか否かを判断することで、空燃比センサ１８が異常であるか否かを判別する。
そして、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の第１異常判定値以上であると判断されると、ステップＳ５９へ進んで、空燃比センサ１８が異常であると判定する。
【００５２】
ステップＳ５９で異常判定を行うと、ステップＳ１００へ進んでその診断結果を記憶し、次のステップＳ１０１ではフィードバックゲインを通常値に戻して、診断を終了させる。
また、ステップＳ５８で、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の第１異常判定値よりも短いと判断されると、ステップＳ６０へ進み、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の第２異常判定値（＜第１異常判定時間）以上であるか否かを判別する。
【００５３】
前記第２異常判定値は、第１異常判定時間よりも短い時間であり、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が１段目用の第２異常判定値以上である場合（第２異常判定時間≦応答時間＜第１異常判定時間）には、第１異常判定時間よりも短いために明確な異常とは認められないものの、第２異常判定時間以上であるために異常である可能性があると判断し、ステップＳ６１へ進んで、ＮＧカウンタをカウントアップさせた後、ステップＳ５１に戻る。
【００５４】
また、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、１段目用の第２異常判定値よりも短い場合には、正常とも異常とも判断できないとして、そのままステップＳ５１に戻るようにする。
以後、各段階で、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が正常判定値以下であると判断されるか、又は、第１異常判定値以上であると判断されるまでは、より目標空燃比の変化幅を大きくする次の段階に進み（ステップＳ６２〜ステップＳ８８）、最終的には、５段目に進む（ステップＳ８９）。
【００５５】
ステップＳ８９で、５段目に対応する変化幅で空燃比フィードバック制御における目標空燃比を増減変化させ、次のステップＳ９０でリーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間を計測すると、ステップＳ９１へ進む。
ステップＳ９１では、リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、５段目用の正常判定値以下であるか否かを判断することで、空燃比センサ１８が正常であるか否かを判別する。
【００５６】
そして、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、５段目用の正常判定値以下であると判断されると、ステップＳ９２へ進んで空燃比センサ１８が正常であると判定する。
ステップＳ９２で正常判定を行うと、ステップＳ１００へ進んでその診断結果を記憶し、次のステップＳ１０１ではフィードバックゲインを通常値に戻して、診断を終了させる。
【００５７】
一方、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、５段目用の正常判定値よりも長く、空燃比センサ１８が正常であると判断することができない場合には、ステップＳ９３へ進む。
ステップＳ９３では、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、５段目用の第１異常判定値以上であるか否かを判断することで、空燃比センサ１８が異常であるか否かを判別する。
【００５８】
そして、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、５段目用の第１異常判定値以上であると判断されると、ステップＳ９４へ進んで、空燃比センサ１８が異常であると判定する。
ステップＳ９４で異常判定を行うと、ステップＳ１００へ進んでその診断結果を記憶し、次のステップＳ１０１ではフィードバックゲインを通常値に戻して、診断を終了させる。
【００５９】
また、ステップＳ９３で、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、５段目用の第１異常判定値よりも短いと判断されると、ステップＳ９４へ進み、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が、５段目用の第２異常判定値（＜第１異常判定時間）以上であるか否かを判別する。
前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が５段目用の第２異常判定値異常である場合（第２異常判定時間≦応答時間＜第１異常判定時間）には、第１異常判定時間よりも短いために明確な異常とは認められないものの、第２異常判定時間以上であるために異常である可能性があると判断し、ステップＳ９６へ進んで、ＮＧカウンタをカウントアップさせた後、ステップＳ９７に進む。
【００６０】
一方、前記リーン→リッチ応答時間，リッチ→リーン応答時間が５段目用の第２異常判定値よりも短い場合には、ステップＳ９６を迂回してステップＳ９７に進む。
ステップＳ９７では、前記ＮＧカウンタの値が所定値以上であるか否かを判別する。
前記ＮＧカウンタの値が所定値以上であるときには、ステップＳ９８へ進んで、前記空燃比センサ１８が異常である（応答劣化状態である）と判定する。
【００６１】
一方、前記ＮＧカウンタの値が所定値未満であるときには、ステップＳ９９へ進んで、前記空燃比センサ１８が正常であると判定する。
上記図８〜図１０のフローチャートに示す実施形態によると、目標空燃比を段階的に大きくする各段階で、空燃比センサ１８が正常又は異常と判断されると、その時点で診断を完了させ、それ以上に目標空燃比を大きく変動させることがないので、運転性能・排気性能の悪化を最小限に抑制できる。
【００６２】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の空燃比センサの診断装置において、
前記空燃比センサで検出される空燃比を目標空燃比に一致させるべく、内燃機関への燃料噴射量をフィードバック制御しているときに診断を行わせ、前記目標空燃比を一定周期で増減変化させるときの振幅を、段階的に大きくすることを特徴とする空燃比センサの診断装置。
【００６３】
かかる構成によると、空燃比フィードバック制御における目標空燃比を一定周期で増減変化させ、該目標空燃比の変化に対して空燃比センサで検出される空燃比が追従変化するのに要した時間から空燃比センサの正常・異常を判断するが、前記目標空燃比の振幅を段階的に大きくし、より大きな目標空燃比の変化に対する応答性を計測させる。
従って、フィードバック制御の遅れとして、空燃比センサの検出応答の遅れを検出でき、また、空燃比の振幅を段階的に大きくすることで、診断精度と運転性能・排気性能とを両立させることができる。
（ロ）請求項（イ）記載の空燃比センサの診断装置において、
前記空燃比フィードバック制御におけるゲインを診断時に増大させることを特徴とする空燃比センサの診断装置。
【００６４】
かかる構成によると、目標空燃比を振幅させるときに、高いゲインでフィードバック制御するので、必要以上に空燃比振幅や収束性が乱れることを回避して、運転性能・排気性能への影響を最小限に抑止できる。
（ハ）請求項３記載の空燃比センサの診断装置において、
前記応答時間が異常であると判断されたときの空燃比の変化幅に応じて重み付けを行って、応答時間が異常であると判断された応答時間の数を集計することを特徴とする空燃比センサの診断装置。
【００６５】
かかる構成によると、空燃比の変化幅が大きくなるほど診断の精度が高くなるので、変化幅に応じた重み付けを行うことで、より精度の高い診断結果を尊重して最終的な診断結果を下すことができる。
（ニ）請求項１記載の空燃比センサの診断装置において、
前記応答時間が第１異常判定値以上であるときに、前記空燃比センサの異常を判定させ、その時点で空燃比の強制的な変化を停止させ、
前記応答時間が前記第１異常判定時間よりも短いときには、前記応答時間が前記第１異常判定時間よりも短い第２異常判定時間以上であれば異常判定回数をカウントアップし、前記第２異常判定時間よりも短ければ前記異常判定回数をカウントアップすることなく、空燃比変化幅の段階的な増大を継続させ、
予め決定された変化幅まで空燃比を変化させた時点で空燃比の強制的な変化を停止させ、それまでにカウントアップされた前記異常判定回数を所定値と比較することで、空燃比センサの正常・異常を判定することを特徴とする空燃比センサの診断装置。
【００６６】
かかる構成によると、計測された応答時間が明らかに正常状態又は異常状態を示す場合には、直ちに診断のための空燃比変化を停止させて、運転性能・排気性能の低下を回避できる一方、異常の可能性があるときには、予定の最大変化幅まで応答時間を計測させた結果から総合的に判断するので、高い精度で空燃比センサの正常・異常を判別できる。
（ホ）請求項１記載の空燃比センサの診断装置において、
計測された応答時間が所定回数以上連続して正常又は異常であるときに、空燃比の強制的な変化を停止させ、前記空燃比センサの正常又は異常を判定することを特徴とする空燃比センサの診断装置。
【００６７】
かかる構成によると、連続して応答時間が正常又は異常であれば、それ以上に空燃比変化幅を大きくしての確認は不要と判断し、空燃比変化を停止させて最終的な診断結果を下す。
従って、無用に大きな空燃比変化を発生させることを回避しつつ、段階的に空燃比変化幅を大きくするから高い精度で空燃比センサの正常・異常を診断させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム図。
【図２】実施形態における空燃比センサの構造図。
【図３】実施形態における空燃比センサの検出原理を説明するための図。
【図４】空燃比センサの診断処理の第１実施形態を示すフローチャート。
【図５】空燃比センサの診断処理の第１実施形態を示すフローチャート。
【図６】空燃比センサの診断処理の第１実施形態を示すフローチャート。
【図７】実施形態における診断時に目標空燃比及び空燃比センサの検出空燃比の変化を示すタイムチャート。
【図８】空燃比センサの診断処理の第２実施形態を示すフローチャート。
【図９】空燃比センサの診断処理の第２実施形態を示すフローチャート。
【図１０】空燃比センサの診断処理の第２実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６９】
１１…内燃機関、１３…エアフローメータ、１５…燃料噴射弁、１８…空燃比センサ、１９…三元触媒、２０…クランク角センサ、５０…コントロールユニット
【図１】
2006322426.tif 000003
【図２】
2006322426.tif 000004
【図３】
2006322426.tif 000005
【図４】
2006322426.tif 000006
【図５】
2006322426.tif 000007
【図６】
2006322426.tif 000008
【図７】
2006322426.tif 000009
【図８】
2006322426.tif 000010
【図９】
2006322426.tif 000011
【図１０】
2006322426.tif 000012