(57)【要約】【課題】この発明は、精度を高めた空燃比センサの故障診断を行うこと、触媒の劣化状態と内燃機関の運転状態を考慮して空燃比センサの故障診断の判定精度を高めることを目的とする。【解決手段】この発明は、空燃比センサの異常診断装置において、流量を計測する計測手段を設け、空燃比センサの異常を判定する判定閾値と、判定閾値を用いる適時を与える判定期間とを設定し、空燃比センサの異常診断を実行する際には、触媒の劣化モニタを実行して触媒劣化指標を算出し、触媒劣化指標に基づいて触媒劣化補正を含んだ判定閾値と判定期間を設定し、酸素センサの出力に基づいて算出した値と判定閾値との比較、および計測手段の計測に基づいて算出した流量の積算値と前記判定期間との比較、に基づいて空燃比センサの異常診断を判定することを特徴とする。【選択図】図１
2011122470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比制御を実施する内燃機関の排気通路に排気ガス浄化のための触媒を設け、
この触媒の上流側に空燃比センサを配設するとともにこの触媒の下流側に酸素センサを配設し、
前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を目標空然比にフィードバック制御するための空燃比制御装置を設け、
前記空燃比センサおよび酸素センサの出力に基づいて前記空燃比センサの異常診断を行うとともに、異常診断のための判定閾値を前記触媒の劣化状態に関連するパラメータに基づいて変更する空燃比センサの異常診断装置において、
流量を計測する計測手段を設け、
前記空燃比センサの異常を判定する判定閾値と、前記判定閾値を用いる適時を与える判定期間とを設定し、
前記空燃比センサの異常診断を実行する際には、
前記触媒の劣化モニタを実行して触媒劣化指標を算出し、
前記触媒劣化指標に基づいて触媒劣化補正を含んだ判定閾値と判定期間を設定し、
前記酸素センサの出力に基づいて算出した値と判定閾値との比較、および前記計測手段の計測に基づいて算出した流量の積算値と前記判定期間との比較、に基づいて前記空燃比センサの異常診断を判定する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】
前記計測手段を、前記内燃機関の吸入空気量を計測する計測手段とし、
前記判定期間を、所定の吸入空気量の積算値に対応する値とするとともに、前記触媒の劣化状態を示す触媒劣化指標が大きくなるにつれて小さくなる値とすることを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項３】
前記触媒劣化指標を、
前記空燃比センサの検出値のリッチ・リーン反転周期と前記酸素センサの検出値のリッチ・リーン反転周期との比、または、燃料カットから燃料リカバまでの計測時間と燃料リカバ後の前記酸素センサの検出値とに基づく上昇勾配、のいずれか一方から算出することを特徴とする請求項１又は請求項２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】
この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した触媒とともに使用する空燃比センサの異常診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、排気通路の触媒上流に空燃比センサを設置することにより、常に適正な空燃比（Ａ／Ｆ）を保つ事が可能である。空燃比センサの検出値は、空燃比制御装置に入力され、予め設定されている目標空燃比と比較し、差分がある場合にはその差分を収束させるために燃料噴射量をフィードバック制御により補正する。また、空燃比制御装置においては、触媒の下流にＯ２センサを設置し、Ｏ２センサの出力状態から、触媒内部のＯ２ストレージ量（酸素貯蔵量）を推定し、排気エミッションを浄化するのに最適なＯ２ストレージ量となるように目標空燃比を目標空燃比補正量で補正する。
図１１に示すように、空燃比センサが劣化あるいは故障し、その出力特性がリッチ側（一点鎖線）もしくはリーン側（破線）にオフセットした場合には、適正な空燃比を保つ事が困難になるため、排気有害成分の排出量増加や、ドライバビリティの低下が発生する。例えば、空燃比センサの出力がリーン側（破線）に特性ずれした場合は、実空燃比が理論空燃比であるにも関わらずリーンを検出し、空燃比センサの出力値が理論空燃比（出力電流：０）となるように、燃料噴射量の増量補正が実施される。そのため、実空燃比は理論空燃比よりもリッチとなり、ＣＯ、ＨＣの排出量が増加することになる。
この場合、実空燃比はリッチであり、触媒下流のＯ２センサの検出値もリッチを示すため、Ｏ２センサによる目標空燃比補正量はリーン方向（燃料噴射量減量）への動きとなるが、その過程で、触媒上流の空燃比センサはリーンを検出し、Ｏ２センサはリッチを検出するアンバランスな状態となる。
一方、空燃比センサの出力がリッチ側（一点鎖線）に特性ずれした場合には、燃料噴射量の減量補正が実施される。この場合、実空燃比はリーンであり、触媒下流のＯ２センサの検出値もリーンを示すため、Ｏ２センサによる目標空燃比補正量はリッチ方向（燃料噴射量増量）への動きとなるが、その過程で、空燃比センサはリッチを検出し、Ｏ２センサはリーンを検出するアンバランスな状態となる。
【０００３】
この現象を利用し、Ｏ２センサによる目標空燃比補正量が判定閾値を超えた場合に、空燃比センサの特性ずれ異常を判定する方法が構築されている。例えば、触媒上流の空燃比センサがリーン側に特性ずれした場合には、実空燃比がリッチであるため、触媒下流のＯ２センサによる燃料補正量は減量側に最大値を示す（燃料噴射量補正量はＯ２センサの出力電圧が目標出力電圧から離れるほど多く、近付くにつれて減少する）が、Ｏ２センサの出力値が目標値に緩やかに近付いていくものの、収束し辛い状況（期間が長い）となる。この際、内燃機関の運転状態変化時等に空燃比センサが劣化していなくても触媒内部がリッチ雰囲気、あるいはリーン雰囲気となる場合があり、Ｏ２センサの目標空燃比補正量が判定閾値を超えることもあるため、”目標空燃費補正量＞所定値の状態が所定時間経過”を判定期間条件としている。
このように、空燃比センサの特性ずれ診断は、特性ずれが発生した場合に空燃比センサとＯ２センサの検出値にずれが生じることを利用して、空燃比センサにより検出される空燃比がリーンであり、Ｏ２センサにより検出される空燃比がリッチであって、且つ、目標空燃比補正量のリーン側補正量が判定閾値以上の状態が所定の診断判定期間を経過した場合は、空燃比センサのリーン特性ずれ異常を検出する。空燃比センサのリッチ特性ずれ異常は、その逆である。
ここでの空燃比センサの異常診断は、空燃比センサの特性（空然比に対する出力特性）が所望の特性に対して出力中心がずれてしまう異常（特性ずれ）を診断する。このずれを含んだまま空燃比フィードバック制御を行って走行を続けてしまうと、有害成分値の悪化した排気ガスを多量に大気に放出することになる。このような不都合をなくすため、精度の高い診断により異常状態を早期に発見して、運転者に報知することが法規で義務付けられている。運転者への報知により、修理・交換などのサービスを受けるように促すことができる。
【０００４】
ところで、触媒が劣化していくと最大Ｏ２ストレージ量（酸素貯蔵量）が減少していくため、内燃機関の運転状態が同一であったとしても触媒の劣化状態によって、触媒下流のＯ２センサの出力値は異なる。例えば、図１２に示すように、Ｏ２センサの出力値がリッチを示している場合、Ｏ２センサの出力値を目標値に収束させようと燃料噴射量の減量補正を実施するが、新品触媒（実線）ではＯ２ストレージ量能力が高い為に触媒下流の酸素濃度は緩やかに上昇する。それに対し、劣化触媒（一点鎖線）ではＯ２ストレージ能力が低下しているため、触媒下流の酸素濃度の上昇が早い。したがって、Ｏ２センサの出力による目標空燃比補正量の張り付きを利用した特性ずれ診断の判定閾値設定に関しては、新品触媒状態にて誤って異常判定しないような設定をすると、劣化触媒状態では異常であっても正常判定してしまうという問題がある。
この問題に対応する空燃比センサの異常診断装置には、判定閾値を触媒劣化状態に応じて補正するもの（特許文献１、特許文献２）、判定閾値を用いて空燃比センサの異常を判定する際に、排気流量が少ない場合には判定を中止するもの（特許文献３）、また、触媒下流のＯ２センサの出力と触媒のＯ２ストレージ量とに基づいて触媒診断や排気制御を行うもの（特許文献４）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２０４０４７号公報
【特許文献２】特開平５−１６３９８６号公報
【特許文献３】特開２００５−４２６７６号公報
【特許文献４】特開２００６−２７４９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、触媒劣化に伴い、Ｏ２ストレージ容量が減少すると、Ｏ２センサの出力電圧が目標電圧に収束する期間が短縮されることから、新品触媒に合わせて診断判定期間を設定すると、劣化触媒時に空燃比センサの特性ずれが発生していても異常判定が不可であり、劣化触媒に合わせて診断判定期間を設定すると、新品触媒時に正常な空燃比センサの場合でも正常判定してしまう問題がある。
このため、特許文献１及び特許文献２のように判定閾値自体に触媒劣化状態による補正を実施しただけでは、誤診断しないような診断設定とすることが困難な状況があった。また、特許文献３では、診断に用いる経過時間を設定値によって与えており、これでは別な判断指標を用いなければ、正確な判断が困難な問題がある。なお、特許文献３では、排気の流量を考慮しているが、診断中止の判断条件であり、長時間の流量を監視する意味はないものである。
さらに、特許文献４には、排気装置に関わる制御装置が空燃比センサに関して空気流量を考慮する技術が開示されており、触媒の状態を考慮するために空気流量を考慮しているが、空燃比センサの反応中心に校正するための技術であり、診断の適時を設定する手段としての役割はない。これら特許文献１〜４の技術では、上記技術課題を解決することは、仮に組み合わせたとしても、まだなお困難である。
【０００７】
この発明は、精度を高めた空燃比センサの故障診断を行うこと、触媒の劣化状態と内燃機関の運転状態を考慮して空燃比センサの故障診断の判定精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、空燃比制御を実施する内燃機関の排気通路に排気ガス浄化のための触媒を設け、この触媒の上流側に空燃比センサを配設するとともにこの触媒の下流側に酸素センサを配設し、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を目標空然比にフィードバック制御するための空燃比制御装置を設け、前記空燃比センサおよび酸素センサの出力に基づいて前記空燃比センサの異常診断を行うとともに、異常診断のための判定閾値を前記触媒の劣化状態に関連するパラメータに基づいて変更する空燃比センサの異常診断装置において、流量を計測する計測手段を設け、前記空燃比センサの異常を判定する判定閾値と、前記判定閾値を用いる適時を与える判定期間とを設定し、前記空燃比センサの異常診断を実行する際には、前記触媒の劣化モニタを実行して触媒劣化指標を算出し、前記触媒劣化指標に基づいて触媒劣化補正を含んだ判定閾値と判定期間を設定し、前記酸素センサの出力に基づいて算出した値と判定閾値との比較、および前記計測手段の計測に基づいて算出した流量の積算値と前記判定期間との比較、に基づいて前記空燃比センサの異常診断を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の空燃比センサの異常診断装置は、触媒の劣化状態を考慮して空燃比センサの異常診断を判定することで、異常診断の精度を向上することができる。この発明の空燃比センサの異常診断装置は、判定閾値を用いて判断すべき適時を、判定期間の判定によって、触媒の劣化状態に応じて適正化できるため、誤判定を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】内燃機関に搭載される空燃比センサの異常診断装置の概略構成図である。（実施例）
【図２】新品触媒／劣化触媒時の空燃比センサ特性ずれ診断の判定閾値、判定期間の関係図（Ｏ２センサによる空燃比の検出値がリッチである場合）である。（実施例）
【図３】Ｏ２センサによる空燃比の検出値から目標空燃比補正量を算出する処理手順を示すフローチャートである。（実施例）
【図４】Ｏ２センサによる空燃比の検出値がリッチである場合の空燃比リーン補正量ＤＡＦｌ設定テーブルである。（実施例）
【図５】Ｏ２センサによる空燃比の検出値がリーンである場合の空燃比リッチ補正量ＤＡＦｒ設定テーブルである。（実施例）
【図６】空燃比センサの特性ずれ診断についての処理手順を示すフローチャートである。（実施例）
【図７】空燃比センサのリーン特性ずれ時における判定閾値ＴｈＤＡＦｌ設定テーブルである。（実施例）
【図８】空燃比センサのリーン特性ずれ時における積算吸入空気量判定条件ＴｈＱＡｌ設定テーブルである。（実施例）
【図９】空燃比センサのリッチ特性ずれ時における積算吸入空気量判定条件ＴｈＱＡｒ設定テーブルである。（実施例）
【図１０】空燃比センサのリッチ特性ずれ時における判定閾値ＴｈＤＡＦｒ設定テーブルである。（実施例）
【図１１】空燃比センサの出力特性を示した図である。（従来例）
【図１２】新品触媒／劣化触媒時のＯ２センサの出力値と空燃比補正量の関係図（Ｏ２センサによる空燃比の検出値がリッチである場合）である。（従来例）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１２】
図１〜図１０は、この発明の実施例を示すものである。図１において、１は車両に搭載された内燃機関、２は吸気通路、３は排気通路である。内燃機関１は、吸気通路２に吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ４を設け、排気通路３に排気ガスを浄化するための触媒５を設け、燃料を供給するインジェクタ６を設けている。内燃機関１は、触媒５の上流側の排気通路３に空燃比センサ７を配設するとともにこの触媒５の下流側の排気通路３に酸素センサ（以下「Ｏ２センサ」と記す。）８を配設している。
前記内燃機関１は、吸気通路２およびインジェクタ６によって内燃機関１に供給される混合気の空燃比を目標空然比にフィードバック制御するための空燃比制御装置９を設けている。空燃比制御装置９は、燃料噴射量制御手段１０を備えている。燃料噴射量制御手段１０には、前記インジェクタ６と、空燃比センサ７と、Ｏ２センサ８と、スロットルバルブ４のスロットル開度を検出するスロットルセンサ１１と、スロットルバルブ４の上流側の吸気通路２に設けた吸入空気量を計測する手段であるエアフローセンサ１２と、内燃機関１のエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ１３と、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ１４と、内燃機関１の冷却水の温度を検出する水温センサ１５とを接続している。
空燃比制御装置９は、燃料噴射量制御手段１０によって、内燃機関１に供給される混合気の空燃比が目標空燃比になるように、各種センサ７〜１５の出力値に基づいて燃料噴射量を演算し、インジェクタ６を駆動して燃料噴射する。
【００１３】
前記空燃比制御装置９は、空燃比センサ７の異常診断を行う異常診断装置１６を備えている。異常診断装置１６は、空燃比センサ７およびＯ２センサ８の出力に基づいて空燃比センサ７の異常診断を行うとともに、異常診断のための判定閾値を触媒５の劣化状態に関連するパラメータに基づいて変更する。
前記異常診断装置１６は、内燃機関１についての流体の流量を計測する計測手段として前記エアフローセンサ１２を設け、空燃比センサ７の異常を判定する判定閾値と、判定閾値を用いる適時を与える判定期間とを設定している。異常診断装置１６は、空燃比センサ７の異常診断を実行する際には、触媒５の劣化モニタ（劣化状態の監視）を実行して触媒劣化指標を算出し、触媒劣化指標に基づいて触媒劣化補正を含んだ判定閾値と判定期間を設定し、Ｏ２センサ８の出力に基づいて算出した値と判定閾値との比較、およびエアフローセンサ１２の計測に基づいて算出した流量の積算値と判定期間との比較、の両方に基づいて空燃比センサ７の異常診断を判定する。
異常診断装置１６は、計測手段を、内燃機関１の吸入空気量を計測するエアフローメータ１２とし、判定期間を、所定の吸入空気量の積算値に対応する値とするとともに、触媒５の劣化状態を示す触媒劣化指標が大きくなるにつれて小さくなる値としている。また、異常診断装置１６は、触媒劣化指標を、空燃比センサ７の検出値のリッチ・リーン反転周期とＯ２センサ８の検出値のリッチ・リーン反転周期との比、または、減速時における燃料カット（インジェクタ６による燃料噴射の停止）から燃料リカバ（インジェクタ６による燃料噴射の再開）までの計測時間と燃料リカバ後のＯ２センサ８の検出値とに基づく上昇勾配、のいずれか一方から算出している。
この異常診断装置１６は、触媒５の上流側および下流側にそれぞれ空燃比センサ７およびＯ２センサ８を配設して空燃比制御を実施する内燃機関１の空燃比センサ７の特性ずれ診断において、図４に示すように、その判定閾値、判定期間条件に触媒劣化補正を加えることで、診断精度を向上させている。なお、判定期間条件は、単純な時間設定ではなく、エンジン回転数・エンジン負荷の影響を考慮し（リアＯ２センサ８の応答自体は、触媒５の通過ガス量によっても左右される）、目標空燃比補正量≧判定閾値となってからの吸入空気量の積算値とする。なお、図３において、符号１７は、メータクラスタ内に設けた警告灯（ＭＩＬ）である。
【００１４】
この異常診断装置１６は、触媒５の劣化モニタを実行し、判定閾値と判定期間に触媒劣化補正を加えて診断するものである。前記Ｏ２センサ８の出力に基づいて算出した値と判定閾値との比較とは、Ｏ２センサ８の出力値およびＯ２センサ８の目標値の差分（値）と判定閾値との大小比較のことである。また、前記計測手段の計測に基づいて算出した流量の積算値と判定期間との比較とは、計測手段であるエアフローセンサ１２の出力に基づいて算出した吸入空気量（流量）の積算値と判定期間との比較のことである。
前記判定期間は、判定閾値を用いる適時を与えるものであり、積算値（積分量）で与える。判定期間は、吸入空気量の積算値と比較して判断するための経時的な判断値とする。予め設定した設定時間の判断とは異なり、時間体積の判断となるため、エンジン回転数・エンジン負荷の影響を考慮できる。前記判定期間に基づく判定処理（図６のＳ２０８、Ｓ２１５）では、先の判定閾値の判定が維持されている間、吸入空気量（流量）の積算を継続する態様とし、積算値が判定期間に達することによって判定処理としている。
前記触媒劣化指標は、空燃比センサ７およびＯ２センサ８のリッチ・リーン反転周期の比、または燃料カットから燃料リカバまでの計測時間と燃料リカバ後のＯ２センサ８の検出値と勾配から算出する。燃料リカバとは、減速による燃料カットから燃料供給を再開（復帰）すること、燃料供給を再開してセンサ出力に何らかの応答が生じる時のことである。この時の計測時間とは、純粋な時間のことである。吸入空気量の流量の積分値のような時間体積的なものではない。
【００１５】
次に作用を説明する。
空燃比センサ７の異常診断装置１６は、触媒５の上流側および下流側にそれぞれ空燃比センサ７およびＯ２センサ８を配設して空燃比制御を実施する内燃機関１の空燃比センサ７の特性ずれ診断において、図２に示すように、その判定閾値、判定期間条件に触媒劣化補正を加えることで、診断精度を向上させる。なお、判定期間条件は、単純な時間設定ではなく、エンジン回転数・エンジン負荷の影響を考慮し（リアＯ２センサ８の応答自体は、触媒５の通過ガス量によっても左右される）、目標空燃比補正量≧判定閾値となってからの吸入空気量の積算値とする。
異常診断装置１６は、図３のフローチャートに示すように、触媒５の下流側のＯ２センサ８による空燃比の検出値から、目標空燃比補正量を算出する。図３において、プログラムがスタートすると（Ｓ１００）、触媒５の上流側の空燃比センサ７が活性しているかを判断する（Ｓ１０１）。
この判断（Ｓ１０１）がＮＯの場合は、リターン（Ｓ１１５）に移行する。この判断（Ｓ１０１）がＹＥＳの場合は、空燃比のフィードバック制御実行条件が成立するかを判断する（Ｓ１０２）。この判断（Ｓ１０２）がＮＯの場合は、リターン（Ｓ１１５）に移行する。この判断（Ｓ１０２）がＹＥＳの場合は、空燃比センサ７によるフィードバック制御を実行し（Ｓ１０３）、触媒５の下流側のＯ２センサ８が活性しているかを判断する（Ｓ１０４）。
この判断（Ｓ１０４）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ８によるフィードバック制御実行条件が成立するかを判断する（Ｓ１０５）。この判断（Ｓ１０５）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ８によるフィードバック制御を実行し（Ｓ１０６）、Ｏ２センサ８の出力電圧値ＲＯ２ＶがＲＯ２Ｖ（出力電圧値）≧ＲＯ２Ｖｓ（目標基準電圧）であるかを判断する（Ｓ１０７）。
【００１６】
この判断（Ｓ１０７）がＹＥＳ（Ｏ２センサ８の出力電圧値がリッチ）の場合は、Ｏ２センサ８の電圧偏差ＲＯ２ＶｄｒをＲＯ２Ｖｄｒ＝ＲＯ２Ｖ−ＲＯ２Ｖｓにより算出し（Ｓ１０８）、図４に示すように電圧偏差ＲＯ２Ｖｄｒから空燃比リーン補正量ＤＡＦｌを算出し（Ｓ１０９）、空燃比センサ７の基準目標空燃比ＦＡＦおよびＯ２センサ８の空燃比リーン補正量ＤＡＦｌから最終の目標空燃比ＴＡＦをＴＡＦ＝ＦＡＦ＋ＤＡＦｌにより算出し（Ｓ１１０）、リターンする（Ｓ１１５）。
前記判断（Ｓ１０７）がＮＯ（Ｏ２センサ８の出力電圧値がリーン）の場合は、Ｏ２センサ８の電圧偏差ＲＯ２ＶｄｌをＲＯ２Ｖｄｌ＝ＲＯ２Ｖ−ＲＯ２Ｖｓにより算出し（Ｓ１１１）、図５に示すように電圧偏差ＲＯ２Ｖｄｌから空燃比リッチ補正量ＤＡＦｒを算出し（Ｓ１１２）、空燃比センサ７の基準目標空燃比ＦＡＦおよびＯ２センサ８の空燃比リッチ補正量ＤＡＦｒから最終の目標空燃比ＴＡＦをＴＡＦ＝ＦＡＦ＋ＤＡＦｒにより算出し（Ｓ１１３）、リターンする（Ｓ１１５）。
一方、前記触媒５の下流側のＯ２センサ８が活性しているかの判断（Ｓ１０４）がＮＯの場合、また、前記Ｏ２センサ８によるフィードバック制御条件が成立するかの判断（Ｓ１０５）がＮＯの場合は、最終の目標空燃比ＴＡＦをＴＡＦ＝ＦＡＦ（空燃比センサ７の基準目標空燃比）により算出し（Ｓ１１４）、リターンする（Ｓ１１５）。
このように、異常診断装置１６は、空燃比センサ７およびＯ２センサ８によるフィードバック制御実行時に、Ｏ２センサ８の出力電圧値（ＲＯ２Ｖ）≧目標基準電圧（ＲＯ２Ｖｓ）の場合には、Ｏ２センサ８による空燃比リーン補正量ＤＡＦｌを算出し、Ｏ２センサ８の出力電圧値（ＲＯ２Ｖ）＜目標基準電圧（ＲＯ２Ｖｓ）の場合には、Ｏ２センサ８による空燃比リッチ補正量ＤＡＦｒを算出し、目標空燃比ＴＡＦを決定する。空燃比リーン補正量ＤＡＦｌ、空燃比リッチ補正量ＤＡＦｒは、図４、図５に示すように、ＲＯ２ＶとＲＯ２Ｖｓの差分ＲＯ２Ｖｄｒ、ＲＯ２Ｖｄｌを基準軸とするテーブル設定である。
【００１７】
異常診断装置１６は、図８に示すように、空燃比センサの特性ずれを判定する。図８において、プログラムがスタートすると（Ｓ２００）、触媒５の劣化モニタを実施し、触媒劣化指標ＤＣＡＴを算出する（Ｓ２０１）。触媒劣化指標ＤＣＡＴは、空燃比センサ７の検出値のリッチ・リーン反転周期とＯ２センサ８の検出値のリッチ・リーン反転周期との比、または、燃料カットから燃料リカバまでの継続時間を計測し、燃料リカバ後のＯ２センサ８の検出値の単位時間当たりの上昇勾配から、算出することができる。
触媒劣化指標ＤＣＡＴの算出（Ａ２０１）に続き、Ｏ２センサ８によるフィードバック制御実行条件が成立するかを判断する（Ｓ２０２）。この判断（Ｓ２Ｏ２）では、Ｏ２センサ８による目標空燃比補正の実施状況を判断する。この判断（Ｓ２０２）がＮＯの場合は、リターン（Ｓ２１９）に移行する。この判断（Ｓ２０２）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ８の出力電圧値ＲＯ２ＶがＲＯ２Ｖ（出力電圧値）≧ＲＯ２Ｖｓ（目標基準電圧）であるかを判断する（Ｓ２０３）。この判断（ステップＳ２０３）では、出力電圧値ＲＯ２Ｖと目標基準電圧（ＲＯ２Ｖｓ）との比較で、Ｏ２センサ８による空燃比の検出値がリッチかリーンかを判別する。
【００１８】
この判断（Ｓ２０３）がＹＥＳ（リッチ判定）の場合は、（Ｓ２０４）へ進み、（Ｓ２０４）〜（Ｓ２１０）において空燃比センサ７のリーン特性ずれを判定する。（Ｓ２０４）においては空燃比センサ７のリーン特性ずれモニタフラグをセット（ＦＭＯｌ）し、（Ｓ２０５）においてはリーン特性ずれ診断判定閾値ＴｈＤＡＦｌを算出し、また、積算吸入空気量条件ＴｈＱＡｌを算出する。
リーン特性ずれ診断判定閾値ＴｈＤＡＦｌは、図７に示すように、触媒劣化指標ＤＣＡＴを基準軸としたテーブル設定とし、触媒５の劣化が進行するほど（触媒劣化指標ＤＣＡＴが大きくなるほど）小さくなるように設定する。また、積算吸入空気量条件ＴｈＱＡｌは、図８に示すように、触媒劣化指標ＤＣＡＴを基準軸としたテーブル設定とし、触媒５の劣化が進行するほど（触媒劣化指標ＤＣＡＴが大きくなるほど）小さくなるように設定する。いずれの設定に関しても、車両にて実験を実施し適合することが望ましい。
前記リーン特性ずれ診断判定閾値ＴｈＤＡＦｌ、および積算吸入空気量条件ＴｈＱＡｌの算出（Ｓ２０５）に続いて、Ｏ２センサ８による空燃比リーン補正量ＤＡＦｌと空燃比センサ７のリーン特性ずれ診断判定閾値ＴｈＤＡＦｌを比較し、ＤＡＦｌ≧ＴｈＤＡＦｌであるかを判断する（Ｓ２０６）。
【００１９】
この判断（Ｓ２０６）がＹＥＳの場合は、空燃比センサ７の空燃比検出値がリーン、かつＯ２センサ８の空燃比検出値がリッチの状態となるため、吸入空気量の積算値ＱＡｓｌを算出し（Ｓ２０７）、吸入空気量の積算値ＱＡｓｌと積算吸入空気量条件ＴｈＱＡｌを比較し、ＱＡｓｌ≧ＴｈＱＡｌであるかを判断する（Ｓ２０８）。
この判断（Ｓ２０８）がＹＥＳの場合は、空燃比センサ７のリーン特性ずれ異常と判定する上で十分な判定期間が成立したと判断し、空燃比センサ７のリーン特性ずれ異常の判定、およびこの判定結果に関連してメーター内の警告灯（ＭＩＬ）１７を点灯（Ｓ２０９）させることで運転者に警告し、エンドにする（Ｓ２１８）。
前記空燃比リーン補正量（ＤＡＦｌ）≧リーン特性ずれ診断判定閾値（ＴｈＤＡＦｌ）の判断（Ｓ２０６）がＮＯの場合は、吸入空気量の積算値ＱＡｓｌをリセット（ＱＡｓｌ＝０）し（Ｓ２１０）、リターンする（Ｓ２１９）。また、前記吸入空気量の積算値ＱＡｓｌ≧積算吸入空気量条件ＴｈＱＡｌの判断（Ｓ２０８）がＮＯの場合は、リターンする（Ｓ２１９）。
前記Ｏ２センサ８の出力電圧値ＲＯ２ＶがＲＯ２Ｖ（出力電圧値）≧ＲＯ２Ｖｓ（目標基準電圧）であるかの判断（Ｓ２０３）がＮＯ（リーン判定）の場合は、（Ｓ２１１）に進み、（Ｓ２１１）〜（Ｓ２１７）において空燃比センサ７のリッチ特性ずれを判定する。（Ｓ２１１）においては空燃比センサ７のリッチ特性ずれモニタフラグをセット（ＦＭＯｒ）し、（Ｓ２１２）においてはリッチ特性ずれ診断判定閾値ＴｈＤＡＦｒを算出し、また、積算吸入空気量条件ＴｈＱＡｒを算出する。
リッチ特性ずれ診断判定閾値ＴｈＤＡＦｒは、図９に示すように、触媒劣化指標ＤＣＡＴを基準軸としたテーブル設定とし、触媒５の劣化が進行するほど（触媒劣化指標ＤＣＡＴが大きくなるほど）小さくなるように設定する。また、積算吸入空気量条件ＴｈＱＡｒは、図１０に示すように、触媒劣化指標ＤＣＡＴを基準軸としたテーブル設定とし、触媒５の劣化が進行するほど（触媒劣化指標ＤＣＡＴが大きくなるほど）小さくなるように設定する。いずれの設定に関しても、車両にて実験を実施し適合することが望ましい。
前記リッチ特性ずれ診断判定閾値ＴｈＤＡＦｒ、および積算吸入空気量条件ＴｈＱＡｒの算出（Ｓ２１２）に続いて、Ｏ２センサ８による空燃比リッチ補正量ＤＡＦｒと空燃比センサ７のリッチ特性ずれ診断判定閾値ＴｈＤＡＦｒを比較し、ＤＡＦｒ≧ＴｈＤＡＦｒであるかを判断する（Ｓ２１３）。
【００２０】
この判断（Ｓ２１３）がＹＥＳの場合は、空燃比センサ７の空燃比検出値がリッチ、かつＯ２センサ８の空燃比検出値がリーンの状態となるため、吸入空気量の積算値ＱＡｓｒを算出し（Ｓ２１４）、吸入空気量の積算値ＱＡｓｒと積算吸入空気量条件ＴｈＱＡｒを比較し、ＱＡｓｒ≧ＴｈＱＡｒであるかを判断する（Ｓ２１５）。
この判断（Ｓ２１５）がＹＥＳの場合は、空燃比センサ７のリッチ特性ずれ異常と判定する上で十分な判定期間が成立したと判断し、空燃比センサ７のリッチ特性ずれ異常の判定、およびこの判定結果に関連してメーター内の警告灯（ＭＩＬ）１７を点灯（Ｓ２１６）させることで運転者に警告し、エンドにする（Ｓ２１８）。
前記空燃比リッチ補正量（ＤＡＦｒ）≧リッチ特性ずれ診断判定閾値（ＴｈＤＡＦｒ）の判断（Ｓ２１３）がＮＯの場合は、吸入空気量の積算値ＱＡｓｒをリセット（ＱＡｓｒ＝０）し（Ｓ２１７）、リターンする（Ｓ２１９）。また、前記吸入空気量の積算値ＱＡｓｒ≧積算吸入空気量条件ＴｈＱＡｒの判断（Ｓ２１５）がＮＯの場合は、リターンする（Ｓ２１９）。
この異常診断装置１６は、図６のフローチャートのように、判定閾値を用いて判定（Ｓ２０６、Ｓ２１３）した後、判定期間と比較すべき値としての吸入空気量の積算値（吸入積算空気量）を算出するようにしているため、制御装置への演算負荷が小さくて済む。異常診断装置１６は、図６のフローチャートにおいて、ループを繰り返して診断時の判定を進める。異常診断装置１６は、空燃比センサ７のリーン特性を判定する場合に、最終的に異常判定に至る場合でも、（Ｓ２０６）の判定でＹＥＳとなっても、（Ｓ２０８）の判定でＹＥＳとなるまでには、何度もループを繰り返すことになる。また、異常診断装置１６は、空燃比センサ７のリッチ特性を判定する場合に、（Ｓ２１３）の判定でＹＥＳとなっても、（Ｓ２１５）の判定でＹＥＳとなる場合も同様である。
【００２１】
このように、空燃比センサ７の異常診断装置１６は、空燃比センサ７の異常診断を実行する際には、触媒５の劣化モニタを実行して触媒劣化指標を算出し、触媒劣化指標に基づいて触媒劣化補正を含んだ判定閾値と判定期間を設定し、Ｏ２センサ８の出力に基づいて算出した値と判定閾値との比較、およびエアフローメータ１２の計測に基づいて算出した流量の積算値と判定期間との比較、に基づいて空燃比センサ７の異常診断を判定する。
これにより、異常診断装置１６は、触媒５の劣化状態を考慮して空燃比センサ７の異常診断を判定することで、異常診断の精度を向上することができる。また、異常診断装置１６は、判定閾値を用いて判断すべき適時を、判定期間の判定によって、触媒５の劣化状態に応じて適正化できるため、誤判定を低減できる。
また、異常診断装置１６は、計測手段を、内燃機関１の吸入空気量を計測するエアフローメータ１２とし、判定期間を、所定の吸入空気量の積算値に対応する値とするとともに、触媒５の劣化状態を示す触媒劣化指標が大きくなるにつれて小さくなる値としている。
これにより、異常診断装置１６は、エンジン回転数・エンジン負荷の影響を考慮できるので、適切なタイミングで判断することができ、診断精度を向上できる。
さらに、異常診断装置１６は、触媒劣化指標を、空燃比センサ７の検出値のリッチ・リーン反転周期とＯ２センサ８の検出値のリッチ・リーン反転周期との比、または、減速時における燃料カットから燃料リカバまでの計測時間と燃料リカバ後のＯ２センサ８の検出値とに基づく上昇勾配、のいずれか一方から算出している。これにより、異常診断装置１６は、触媒５の劣化状態を、診断の開始前ないし初期に把握でき、診断ロジックを簡素化できる。
なお、異常診断装置１６は、吸入積算空気量を判定期間と比較した後、判定閾値を用いて判定するようにすることも可能である。この場合、実施例に比べて演算処理が若干増え、演算負荷が大きくなるが、判定精度は同程度になる。また、図７〜図１０に示すような触媒劣化指標に関するテーブル設定は、触媒劣化指標を範囲値として設定してもよく、中値等を代表値として与え、補間演算するようにしても良い。さらに、この異常診断装置１６は、触媒５の上流側の空燃比センサ７がＯ２センサ８であっても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
この発明の空燃比センサの異常診断装置は、精度を高めた空燃比センサの故障診断ができること、触媒の劣化状態と内燃機関の運転状態を考慮して空燃比センサの故障診断の判定精度を高めることができるものであり、内燃機関の排気通路に触媒とともに設けた空燃比センサの異常診断に適用することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１  内燃機関
２  吸気通路
３  排気通路
４  スロットルバルブ
５  触媒
６  インジェクタ
７  空燃比センサ
８  Ｏ２センサ
９  空燃比制御装置
１０  燃料噴射量制御手段
１１  スロットルセンサ
１２  エアフローセンサ
１３  エンジン回転数センサ
１４  吸気温度センサ
１５  水温センサ
１６  異常診断装置
１７  警告灯
【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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