(57)【要約】【課題】ＯＢＤ規制の６つの劣化モードについて空燃比センサの応答特性を的確に診断することができる。【解決手段】目標空燃比変更手段１０３は、フィードバック制御の目標空燃比を矩形波状に変更する。応答時定数検出手段１０４、１０５は、空燃比センサ２０５の出力信号に基づいて目標空燃比が立ち上がるときの第１の時定数、立ち下がるときの第２の時定数をそれぞれ計算する。無駄時間検出手段１０６、１０７は、出力信号に基づいて目標空燃比が立ち上がるときの第１の無駄時間、立ち下がるときの第２の無駄時間をそれぞれ計算する。応答劣化判定手段１（１０８）〜６（１１３）は、第１及び第２の時定数のうちの少なくとも１つ、又は第１及び第２の無駄時間のうちの少なくとも１つに基づいて、空燃比センサ２０５の応答劣化の有無を判定する。【選択図】図１
2019019686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードバック制御の目標空燃比を矩形波状に変更する目標空燃比変更部と、
空燃比センサの出力信号に基づいて目標空燃比が立ち上がるときの第１の時定数を計算する第１の時定数計算部と、
前記空燃比センサの出力信号に基づいて目標空燃比が立ち下がるときの第２の時定数を計算する第２の時定数計算部と、
前記空燃比センサの出力信号に基づいて目標空燃比が立ち上がるときの第１の無駄時間を計算する第１の無駄時間計算部と、
前記空燃比センサの出力信号に基づいて目標空燃比が立ち下がるときの第２の無駄時間を計算する第２の無駄時間計算部と、
前記第１の時定数及び前記第２の時定数のうちの少なくとも１つ、又は前記第１の無駄時間及び前記第２の無駄時間のうちの少なくとも１つに基づいて、前記空燃比センサの応答劣化の有無を判定する応答劣化判定部と、
備えることを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置であって、
前記応答劣化判定部は、
前記第１の時定数に基づいて前記空燃比センサの第１の応答劣化の有無を判定する第１の応答劣化判定部と、
前記第２の時定数に基づいて前記空燃比センサの第２の応答劣化の有無を判定する第２の応答劣化判定部と、
前記第１の時定数及び前記第２の時定数に基づいて前記空燃比センサの第３の応答劣化の有無を判定する第３の応答劣化判定部と、
前記第１の無駄時間に基づいて前記空燃比センサの第４の応答劣化の有無を判定する第４の応答劣化判定部と、
前記第２の無駄時間に基づいて前記空燃比センサの第５の応答劣化の有無を判定する第５の応答劣化判定部と、
前記第１の無駄時間及び前記第２の無駄時間に基づいて前記空燃比センサの第６の応答劣化の有無を判定する第６の応答劣化判定部と、から構成される
ことを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置であって、
前記第１の時定数計算部は、
前記空燃比センサの出力信号を微分し、ゼロ以下をカットし、２乗し、積分し、かつ、逆数をとることにより、前記第１の時定数を計算する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置であって、
前記第２の時定数計算部は、
前記空燃比センサの出力信号を微分し、ゼロ以上をカットし、２乗し、積分し、かつ、逆数をとることにより、前記第２の時定数を計算する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置であって、
前記第１の無駄時間計算部は、
前記目標空燃比が立ち上がってから、空燃比が第１の閾値になるまでの時間を前記第１の無駄時間として計測する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置であって、
前記第２の無駄時間計算部は、
前記目標空燃比が立ち下がってから、空燃比が第２の閾値になるまでの時間を前記第２の無駄時間として計測する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項７】
請求項２に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置であって、
前記第１の時定数計算部は、
前記空燃比センサの出力信号を微分し、ゼロ以下をカットし、２乗し、積分し、かつ、逆数をとることにより、前記第１の時定数を計算し、
前記第２の時定数計算部は、
前記空燃比センサの出力信号を微分し、ゼロ以上をカットし、２乗し、積分し、かつ、逆数をとることにより、前記第２の時定数を計算し、
前記第１の無駄時間計算部は、
前記目標空燃比が立ち上がってから、空燃比が第１の閾値になるまでの時間を前記第１の無駄時間として計測し、所定の期間における前記第１の無駄時間の総和を計算し、
前記第２の無駄時間計算部は、
前記目標空燃比が立ち下がってから、空燃比が第２の閾値になるまでの時間を前記第２の無駄時間として計測し、所定の期間における前記第２の無駄時間の総和を計算し、
前記第１の応答劣化判定部は、
前記第１の時定数が第３の閾値より大きい場合、前記空燃比センサの第１の応答劣化が有ると判定し、
前記第２の応答劣化判定部は、
前記第２の時定数が第４の閾値より大きい場合、前記空燃比センサの第２の応答劣化が有ると判定し、
前記第３の応答劣化判定部は、
前記第１の時定数が第３の閾値より大きく、かつ、前記第２の時定数が第４の閾値より大きい場合、前記空燃比センサの第３の応答劣化が有ると判定し、
前記第４の応答劣化判定部は、
前記第１の無駄時間の総和が第５の閾値より大きい場合、前記空燃比センサの第４の応答劣化が有ると判定し、
前記第５の応答劣化判定部は、
前記第２の無駄時間の総和が第６の閾値より大きい場合、前記空燃比センサの第５の応答劣化が有ると判定し、
前記第６の応答劣化判定部は、
前記第１の無駄時間の総和が第５の閾値より大きく、かつ、前記第２の無駄時間の総和が第６の閾値より大きい場合、前記空燃比センサの第６の応答劣化が有ると判定する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比センサ診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の有害排気ガスを減少させ、かつ燃費や運転性を向上させるための手段として、エンジン等内燃機関の排気ガス成分に関する情報によって、空燃比を制御するフィードバック方式の空燃比制御装置が実用化されている。
【０００３】
上記の空燃比制御装置において、排気ガス成分の異常や、制御システム上での異常は、使用される空燃比センサ自身の故障や劣化により、制御を適正に行うことができない場合が生じる。特に上記の空燃比センサは、エンジン排気直後に設置されるため、高温、高圧や振動の影響、粗悪燃料等の影響を受けるため、劣化し易い傾向がある。
【０００４】
特に北米向けの自動車は、ＯＢＤＩＩ規制（車載自己診断装置の装着を義務付けた法律）に対応する必要があり、上記空燃比センサに排気規制値の１．５倍を超えるような故障が発生した場合、速やかに運転者に異常を警告し、修理を促す必要がある。
【０００５】
したがって、空燃比センサの検出精度が何らかの原因で低下した時には、センサの交換等の適切な処置を施す必要がある。
【０００６】
空燃比センサの応答特性は、該空燃比フィードバック制御によって、三元触媒の三元点に、実空燃比を良好に制御するため、正常な状態を保つ必要があり、この応答異常を検出することは、該ＯＢＤＩＩ規制において、必須な技術である。
【０００７】
そこで、該空燃比センサ応答特性の診断に対し、６つの劣化モードを検出することが該ＯＢＤＩＩ規制で義務付けられた。この６つの劣化モードを検出するための方策が求められている。
【０００８】
ここで、応答特性の診断に関し、空燃比センサの応答特性を無駄時間とｎ次遅れ特性とに分けて検出できる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2005-307961号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
該空燃比センサの応答特性を異常には、図４に示す６つの劣化モードがある。これはＯＢＤＩＩ規制の法規要求であり、必ず検出しなくてはならない。６つの劣化モード（１）〜（６）の詳細は、以下の通りである。
【００１１】
（１）リッチ→リーン応答時間異常
（２）リーン→リッチ応答時間異常
（３）リッチ→リーン／リーン→リッチ両側応答時間異常
（４）リッチ→リーン無駄時間異常
（５）リーン→リッチ無駄時間異常
（６）リッチ→リーン／リーン→リッチ両側無駄時間異常
これらを的確に検出する手段が求められているが、特許文献１に開示されるような技術では、ＯＢＤＩＩ（On-Board Diagnostics II）規制の６つの劣化モードについて空燃比センサの応答特性を的確に診断することは考慮されていない。
【００１２】
本発明の目的は、ＯＢＤ規制の６つの劣化モードについて空燃比センサの応答特性を的確に診断することができる内燃機関の空燃比センサ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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の空燃比センサ診断装置は、フィードバック制御の目標空燃比を矩形波状に変更する目標空燃比変更部と、空燃比センサの出力信号に基づいて目標空燃比が立ち上がるときの第１の時定数を計算する第１の時定数計算部と、前記空燃比センサの出力信号に基づいて目標空燃比が立ち下がるときの第２の時定数を計算する第２の時定数計算部と、前記空燃比センサの出力信号に基づいて目標空燃比が立ち上がるときの第１の無駄時間を計算する第１の無駄時間計算部と、前記空燃比センサの出力信号に基づいて目標空燃比が立ち下がるときの第２の無駄時間を計算する第２の無駄時間計算部と、前記第１の時定数及び前記第２の時定数のうちの少なくとも１つ、又は前記第１の無駄時間及び前記第２の無駄時間のうちの少なくとも１つに基づいて、前記空燃比センサの応答劣化の有無を判定する応答劣化判定部と、備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＯＢＤ規制の６つの劣化モードについて空燃比センサの応答特性を的確に診断することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による内燃機関の空燃比センサ診断装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による空燃比センサ診断装置と内燃機関システムの構成の一例を示す図である。
【図３】既存のＬＡＦセンサ応答劣化診断の動作を示す図である。
【図４】ＬＡＦセンサの６つの劣化モードを示す図である。
【図５】仮応答劣化指標及び応答劣化指標を説明するための図である。
【図６】図５の式（３）の加工過程を示す図である。
【図７】応答劣化指標と時定数との関係である。
【図８】ＬＡＦセンサの無駄時間を検出するタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施形態による空燃比センサ診断装置のフローチャート（１）である。
【図１０】本発明の実施形態による空燃比センサ診断装置のフローチャート（２）である。
【図１１】本発明の実施形態による空燃比センサ診断装置のフローチャート（３）である。
【図１２】本発明の実施形態による空燃比センサ診断装置のフローチャート（４）である。
【図１３】本発明の実施形態による空燃比センサ診断装置のフローチャート（５）である。
【図１４】本発明の実施形態による空燃比センサ診断装置のフローチャート（６）である。
【図１５】本発明の実施形態による空燃比センサ診断装置のフローチャート（７）である。
【図１６】本発明の実施形態による空燃比センサ診断装置のフローチャート（８）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態による内燃機関の空燃比センサ診断装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による空燃比センサ診断装置は、内燃機関に取り付けられた空燃比センサの応答劣化診断において、前述した６つの劣化モードを的確に診断する診断装置であり、車両自己診断規制強化に対して、必須の技術である。
【００１７】
図１に本発明の実施形態による内燃機関の空燃比センサ診断装置のブロック図を示す。ブロック１０１の空燃比検出手段により、空燃比を検出する。ブロック１０２の診断領域判定手段により、診断領域を判定する。なお、診断領域判定手段は、診断領域判定手段は、例えば、内燃機関の回転数、内燃機関の負荷等の運転状態が所定範囲内にあるか否かを判定する。診断領域判定手段の動作は、図９を用いて詳述される。
【００１８】
ブロック１０３の目標空燃比変更手段により、空燃比をリッチまたはリーンに変更する。ブロック１０４のリッチ→リーン応答時定数検出手段により、目標のリーン空燃比までに到達するまでの時定数を検出する。ブロック１０５のリーン→リッチ応答時定数検出手段により、目標のリッチ空燃比までに到達するまでの時定数を検出する。ブロック１０６のリッチ→リーン無駄時間検出手段により、目標のリーン空燃比に動き出すまでの無駄時間を検出する。ブロック１０７のリーン→リッチ無駄時間検出手段により、目標のリッチ空燃比に動き出すまでの無駄時間を検出する。
【００１９】
ブロック１０８の空燃比センサ応答劣化判定手段１により、リッチ→リーン応答時定数を所定値と比較することでリッチ→リーン応答異常を判定する。ブロック１０９の空燃比センサ応答劣化判定手段２により、リーン→リッチ応答時定数を所定値と比較することでリーン→リッチ応答異常を判定する。ブロック１１０の空燃比センサ応答劣化判定手段３により、リッチ→リーン応答時間およびリーン→リッチ応答時定数を所定値と比較することでリッチ→リーン／リーン→リッチ両側応答異常を判定する。
【００２０】
ブロック１１１の空燃比センサ応答劣化判定手段４により、リッチ→リーン無駄時間を所定値と比較することでリッチ→リーン無駄時間異常を判定する。ブロック１１２の空燃比センサ応答劣化判定手段５により、リーン→リッチ無駄時間を所定値と比較することでリーン→リッチ無駄時間異常を判定する。ブロック１１３の空燃比センサ応答劣化判定手段６により、リッチ→リーン無駄時間およびリーン→リッチ無駄時間を所定値と比較することでリッチ→リーン／リーン→リッチ両側無駄時間異常を判定する。
【００２１】
以上が、本発明の実施形態の概要であり、以下本発明の実施形態の対象となる内燃機関システムから説明する。
【００２２】
図２に本発明の実施形態による空燃比センサ診断装置と内燃機関システムの構成を示す。内燃機関システムは、内燃機関、吸気系、排気系からなり、該内燃機関には点火装置２０１、燃料噴射装置２０２および回転数検出装置２０３が取り付けられている。
【００２３】
エアークリーナ２００から流入される空気は、スロットルバルブ２１３で流量を調節された後、流量検出装置２０４（流量検出手段）で流量を計り、該燃料噴射装置２０２から所定の角度で噴射される燃料と混合されて各気筒２１４に供給される。また、該排気系にはLAFセンサ（Linear Air-Fuel ratio sensor）などの空燃比センサ２０５、三元触媒２０６が取り付けられており、排気ガスは該三元触媒２０６で浄化された後に、大気に排出される。内燃機関制御装置２０７は該流量検出装置２０４の出力信号Ｑａと該回転数検出装置２０３（回転数検出手段）によってリングギアまたはプレート２０８の回転数Ｎｅを取り込み、燃料噴射量Ｔｉを計算し、燃料噴射装置の噴射量を制御する。
【００２４】
また、内燃機関制御装置２０７は、内燃機関内の空燃比（Ａ／Ｆ）を空燃比センサ２０５から検出し、該内燃機関内の空燃比を理論空燃比になるように燃料噴射量Ｔｉを補正する空燃比フィードバック制御を行う。また、触媒後の空燃比を酸素センサ２１５で検出する。
【００２５】
一方、燃料タンク２０９内の燃料は、燃料ポンプ２１０によって、吸引・加圧された後、プレッシャーレギュレータ２１１を備えた燃料管２１２を通って該燃料噴射装置２０２の燃料入口に導かれ、余分な燃料は、該燃料タンク２０９に戻される。以上が、対象となる内燃機関システムである。
【００２６】
なお、図２の内燃機関制御装置２０７は、クロック、マイコン（MPU:  Micro  Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）、タイマ／カウンタ、インターフェースI/O、A/D変換器、出力回路、デジタル入力（ポート）、アナログ入力（ポート）等から構成される。
【００２７】
次に、本発明を具体的に説明する。図３に、既存のLAFセンサ応答劣化診断の動作を示す。本診断は、診断領域が成立してからの時間を計測し、その間のリッチリーン反転回数を計測する。診断領域が成立してから所定の判定時間経過時に、該リッチリーン反転回数のカウンタ値が、判定値（ＮＧ判定値）以上の場合は、正常と判定し、判定値未満の場合は、ＮＧと判定する。図３の場合は、正常時の動作を示す。
【００２８】
しかし、この方法では、ＯＢＤＩＩ規制対応として、図４に示す６モードの劣化を判別することができない。本発明の実施形態による内燃機関の空燃比センサ診断装置は、図４に示す６モードの劣化を判別し、異常を検出することを目的とする。
【００２９】
まず、図４に示す応答時間遅れの（１）、（２）、（３）の検出方法について説明する。
【００３０】
図５にその原理を示す。目標空燃比を所定時間間隔でリッチ→リーン、リーン→リッチに振る。その際、式（１）をたて、整理すると、仮応答劣化指標ＩＤＸｔｍｐは以下のようになる。
【００３１】
【数１】
2019019686.tif 000003
【００３２】
式（１）において、T＞τが成立するため、式（２）が成り立つ。
【００３３】
【数２】
2019019686.tif 000004
【００３４】
よって、該仮応答劣化指標ＩＤＸｔｍｐは、応答速度の時定数τに反比例するパラメータであることが分かる。そこで、式（２）の逆数を取ることで、時定数τに比例する応答劣化指標ＩＤＸを得ることができる（式（３）参照）。
【００３５】
【数３】
2019019686.tif 000005
【００３６】
次に図６について説明する。図６は、図５で説明した式（３）の加工過程を示したものである。微分し、負側をカットし２乗し積分した最終値の逆数がリッチ→リーン応答時の時定数τpに比例する応答劣化指標となる。なお、図６中のＡは、積分によって得られた最終値を表す。
【００３７】
また、微分し、正側をカットし２乗し積分した最終値の逆数がリーン→リッチ応答時の時定数τmに比例する応答劣化指標となる。
【００３８】
次に図７について説明する。図７は、実際にLAFセンサ信号を応答劣化させた時の仮応答劣化指標と応答劣化指標である。左の図は、仮応答劣化指標であり、時定数に対し、反比例の関係であることが分かる。これより、その逆数をとれば、時定数に比例した応答劣化指標を算出できることになる（右図参照）。
【００３９】
リッチ→リーン応答劣化指標が所定のNG閾値より大きくなった場合、リッチ→リーン応答異常と判定する。また、リーン→リッチ応答劣化指標が所定のNG閾値より大きくなった場合、リーン→リッチ応答異常と判定する。
【００４０】
次に図８について説明する。図８は、図４に示す無駄時間遅れの（４）、（５）、（６）の検出方法である。目標空燃比がリッチ→リーン変化時に、LAFセンサ信号がいっこうに変化しない状態、または目標空燃比がリーン→リッチ変化時に、LAFセンサ信号がいっこうに変化しない状態を検出する。
【００４１】
目標空燃比がリッチ→リーンに変化した時点からリッチ→リーン無駄時間タイマDpをインクリメントし、所定値αpを超えるまでの時間を計測する。これを所定周期毎に積算し、所定の閾値を超えた場合、リッチ→リーン無駄時間異常と判定する。また、目標空燃比がリーン→リッチに変化した時点からリーン→リッチ無駄時間タイマDmをインクリメントし、所定値αmを下回るまでの時間を計測する。これを所定周期毎に積算し、所定の閾値を超えた場合、リーン→リッチ無駄時間異常と判定する。
【００４２】
以降、本発明のフローチャートを説明していく。
【００４３】
図９に、本実施形態のフローチャートを示す。図９は診断領域判定のフローチャートである。
【００４４】
ステップ９０１で内燃機関の回転数が所定範囲内にあるかチェックする。ステップ９０２で内燃機関の負荷が所定範囲内であるかチェックする。ステップ９０３で水温が所定範囲内かチェックする。ステップ９０４で車速が所定範囲内であるかチェックする。ステップ９０５で吸気温が所定範囲内かチェックする。
【００４５】
ステップ９０６で大気圧が所定値以上かチェックする。ステップ９０７でバッテリ電圧が所定範囲内かチェックする。ステップ９０８で燃料カット中でないかチェックする。ステップ９０９で空燃比制御フィードバック中かチェックする。ステップ９１０で用いられるセンサに故障がないかチェックする。
【００４６】
ステップ９１１でステップ９０１〜９１０の条件が全て成立していれば、診断領域内と判定する。一つでも外れていれば、ステップ９１２で診断領域外と判定する。
【００４７】
次に図１０のフローチャートを説明する。図１０はＬＡＦセンサ信号をマイコンのＲＡＭにストアする処理である。ここでは１０ｍｓ毎にＬＡＦセンサ信号を入力する。例えば、内燃機関制御装置２０７のMPUは、ＬＡＦセンサ信号が示す空燃比（A/F）を変数LAFとしてRAMに記憶する。本実施形態では、１０ｍｓタスクで動作させた例を示すが、その限りではない。
【００４８】
次に図１１のフローチャートを説明する。図１１は、リッチ→リーン応答劣化を検出するフローチャートである（図４の（１）の検出）。
【００４９】
ステップ１１０１で、診断領域が成立しているかを判定する。診断領域でなければ、ステップ１１０２で２乗値積算値Ipをクリアする。診断領域であれば、ステップ１１０３以降のステップに進み、ステップ１１０３でLAFの差分値を演算する。ステップ１１０４で、該ＬＡＦの差分値が負の値を示した場合は、ゼロにする処理を実行する。ステップ１１０５で、２乗値を演算する。
【００５０】
ステップ１１０６で、該２乗値を２乗値積算値Ipに加算する。ステップ１１０７で、Nが所定周期になったら、ステップ１１０８に進み、Nが所定周期に至らなかったら、その後の処理を実行せずに終了する（Nは図１４で算出）。ステップ１１０８では、所定値をIpで割り、時定数に比例する診断指標τpを演算する。ステップ１１０９で、該τpをNG閾値と比較し大きければ、ステップ１１１０で異常と判定し、以下であれば、ステップ１１１１で正常と判定する。
【００５１】
換言すれば、内燃機関制御装置２０７のMPUは、空燃比センサ２０５（LAFセンサ）の出力信号（LAFセンサ信号）に基づいて目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの時定数（第１の時定数）を計算するリッチ→リーン応答時定数検出手段１０４（第１の時定数計算部）として機能する。なお、本実施形態では、時定数に比例する診断指標τpを計算しているが、比例定数が１のときのτpは、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの時定数そのものとなる。
【００５２】
詳細には、リッチ→リーン応答時定数検出手段１０４（第１の時定数計算部）は、空燃比センサ２０５（LAFセンサ）の出力信号（LAFセンサ信号）を微分し、ゼロ以下をカットし、２乗し、積分し、かつ、逆数をとることにより、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの時定数（第１の時定数）を計算する。
【００５３】
時定数を１次遅れで近似するためロジックが簡易となる。そのため、高速に計算をすることができる。
【００５４】
次に図１２のフローチャートを説明する。図１２は、リーン→リッチ応答劣化を検出するフローチャートである（図４の（２）の検出）。
【００５５】
ステップ１２０１で、診断領域が成立しているかを判定する。診断領域でなければ、ステップ１２０２で２乗値積算値Imをクリアする。診断領域であれば、ステップ１２０３以降のステップに進み、ステップ１２０３でLAFの差分値を演算する。ステップ１２０４で、該ＬＡＦの差分値が正の値を示した場合は、ゼロにする処理を実行する。ステップ１２０５で、２乗値を演算する。
【００５６】
ステップ１２０６で、該２乗値を２乗値積算値Imに加算する。ステップ１２０７で、Nが所定周期になったら、ステップ１２０８に進み、Nが所定周期に至らなかったら、その後の処理を実行せずに終了する（Nは図１４で算出）。ステップ１２０８では、所定値をImで割り、時定数に比例する診断指標τmを演算する。ステップ１２０９で、該τmをNG閾値と比較し大きければ、ステップ１２１０で異常と判定し、以下であれば、ステップ１２１１で正常と判定する。
【００５７】
換言すれば、内燃機関制御装置２０７のMPUは、空燃比センサ２０５（LAFセンサ）の出力信号（LAFセンサ信号）に基づいて目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの時定数（第２の時定数）を計算するリーン→リッチ応答時定数検出手段１０５（第２の時定数計算部）として機能する。なお、本実施形態では、時定数に比例する診断指標τmを計算しているが、比例定数が１のときのτmは、目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの時定数そのものとなる。
【００５８】
詳細には、リーン→リッチ応答時定数検出手段１０５（第２の時定数計算部）は、空燃比センサ２０５（LAFセンサ）の出力信号（LAFセンサ信号）を微分し、ゼロ以上をカットし、２乗し、積分し、かつ、逆数をとることにより、目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの時定数（第２の時定数）を計算する。
【００５９】
なお、図４の（３）の検出は、図１１のステップ１１１０で異常判定し、なおかつ図１２のステップ１２１０で異常判定した時、異常とする。
【００６０】
次に図１３のフローチャートを説明する。図１３は、目標空燃比を所定時間毎に振る制御のフローチャートである。
【００６１】
ステップ１３０１で、診断領域が成立しているかを判定する。診断領域でなければ、ステップ１３０３で目標空燃比を通常に空燃比フィードバック制御で演算する。診断領域であれば、ステップ１３０２以降のステップに進み、ステップ１３０２で、目標空燃比をリーン値にセットする。次にステップ１３０４でタイマTaが所定時間に達したかチェックし、達していなければ、ステップ１３０６で該Taに１０ｍｓを加算する。達していれば、ステップ１３０５で目標空燃比をリッチ値にセットする。次にステップ１３０７で、タイマTbが所定時間に達したかチェックし、達していなければ、ステップ１３０８で該Tbに１０ｍｓを加算する。達していれば、ステップ１３０９で該Ta、Tbをゼロクリアする。
【００６２】
換言すれば、内燃機関制御装置２０７のMPUは、フィードバック制御の目標空燃比を矩形波状に変更する目標空燃比変更手段１０３（目標空燃比変更部）として機能する。
【００６３】
次に図１４のフローチャートを説明する。図１４は、Nを演算するフローチャートである。Nは、目標空燃比が１周期変化するたびにインクリメントされる変数である。ステップ１４０１で診断領域が成立しているかを判定する。診断領域でなければ、ステップ１４０４でNをゼロクリアする。診断領域であれば、ステップ１４０２で目標空燃比の立ち上がりエッジをチェックする。立ち上がりエッジであれば、Nをインクリメントする。立ち上がりエッジでなければ、Nに対し無処理とする。
【００６４】
次に図１５のフローチャートを説明する。図１５は、リッチ→リーン無駄時間劣化を検出するフローチャートである（図４の（４）の検出）。
【００６５】
まず、ステップ１５０１で診断領域が成立しているかを判定する。診断領域であれば、ステップ１５０２でフラグRpが１であるかチェックする。診断領域でなければ、ステップ１５０８でフラグRpをゼロにする。ステップ１５０２で、フラグRpがゼロであれば、ステップ１５０５で、目標空燃比の立ち上がりエッジをチェックし、成立していれば、ステップ１５０６でフラグRpを１とする。
【００６６】
戻って、ステップ１５０２でフラグRpが１であれば、ステップ１５０３でLAFとリッチ値＋αp値（無駄時間と判定する閾値）とを比較する。比較の結果、LAFが小さければ、無駄時間状態と判断し、ステップ１５０４で無駄時間タイマDpに10msを加算する。
【００６７】
次に、ステップ１５０７で目標空燃比の立下りエッジをチェックし、成立していれば、ステップ１５０８でRpをゼロとする。不成立の場合は、ステップ１５０９でNが所定周期に到達したかをチェックし、到達していれば、ステップ１５１０で無駄時間タイマDpをNG閾値と比較する。比較の結果、無駄時間タイマDpがNG閾値より大きい場合、ステップ１５１１で異常と判定する。NG閾値以下であれば、ステップ１５１２で正常と判定する。
【００６８】
換言すれば、内燃機関制御装置２０７のMPUは、空燃比センサ２０５（LAFセンサ）の出力信号（LAFセンサ信号）に基づいて目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの無駄時間（第１の無駄時間）を計算するリッチ→リーン無駄時間検出手段１０６（第１の無駄時間計算部）として機能する。なお、本実施形態では、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの無駄時間の所定の期間Nにおける総和（積算値）を計算しているが、N＝１のときの無駄時間の総和は、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの無駄時間そのものとなる。
【００６９】
詳細には、リッチ→リーン無駄時間検出手段１０６（第１の無駄時間計算部）は、目標空燃比が立ち上がってから、空燃比がリッチ値とαp値の和（第１の閾値）になるまでの時間を無駄時間（第１の無駄時間）として計測する。具体的には、リッチ→リーン無駄時間検出手段１０６（第１の無駄時間計算部）は、所定の期間Nにおける無駄時間（第１の無駄時間）の総和を計算する。これにより、ノイズとしての無駄時間が総和に入り込んでもその影響を抑制することができる。
【００７０】
次に図１６のフローチャートを説明する。図１６は、リーン→リッチ無駄時間劣化を検出するフローチャートである（図４の（５）の検出）。
【００７１】
まず、ステップ１６０１で診断領域が成立しているかを判定する。診断領域であれば、ステップ１６０２でフラグRmが１であるかチェックする。診断領域でなければ、ステップ１６０８でフラグRmをゼロにする。ステップ１６０２で、フラグRmがゼロであれば、ステップ１６０５で、目標空燃比の立ち下がりエッジをチェックし、成立していれば、ステップ１６０６でフラグRmを１とする。
【００７２】
戻って、ステップ１６０２でフラグRmが１であれば、ステップ１６０３でLAFとリーン値−αm値（無駄時間と判定する閾値）とを比較する。比較の結果、LAFが小さければ、無駄時間状態と判断し、ステップ１６０４で無駄時間タイマDmに10msを加算する。
【００７３】
次に、ステップ１６０７で目標空燃比の立ち上がりエッジをチェックし、成立していれば、ステップ１６０８でRmをゼロとする。不成立の場合は、ステップ１６０９でNが所定周期に到達したかをチェックし、到達していれば、ステップ１６１０で無駄時間タイマDmをNG閾値と比較する。比較の結果、無駄時間タイマDmがNG閾値より大きい場合、ステップ１６１１で異常と判定する。NG閾値以下であれば、ステップ１６１２で正常と判定する。
【００７４】
なお、図４の（６）の検出は、図１５のステップ１５１１で異常判定し、なおかつ図１６のステップ１６１１で異常判定した時、異常とする。
【００７５】
換言すれば、内燃機関制御装置２０７のMPUは、空燃比センサ２０５（LAFセンサ）の出力信号（LAFセンサ信号）に基づいて目標空燃比が立ち下がるときの無駄時間（第２の無駄時間）を計算するリーン→リッチ無駄時間検出手段１０７（第２の無駄時間計算部）として機能する。なお、本実施形態では、目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの無駄時間の所定の期間Nにおける総和を計算しているが、N＝１のときの無駄時間の総和は目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの無駄時間そのものとなる。
【００７６】
詳細には、リーン→リッチ無駄時間検出手段１０７（第２の無駄時間計算部）は、目標空燃比が立ち下がってから、空燃比がリーン値と−αp値の和（第２の閾値）になるまでの時間を無駄時間（第２の無駄時間）として計測する。具体的には、リーン→リッチ無駄時間検出手段１０７（第２の無駄時間計算部）は、所定の期間Nにおける無駄時間（第２の無駄時間）の総和を計算する。
【００７７】
そして、内燃機関制御装置２０７のMPUは、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの時定数（第１の時定数）及び目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの時定数（第２の時定数）のうちの少なくとも１つ、又は目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの無駄時間（第１の無駄時間）及び目標空燃比が立ち下がるときの無駄時間（第２の無駄時間）のうちの少なくとも１つに基づいて、空燃比センサ２０５の応答劣化の有無を判定する応答劣化判定部（空燃比センサ応答劣化判定手段１（１０８）〜空燃比センサ応答劣化判定手段６（１１３））として機能する。
【００７８】
これにより、ＯＢＤ規制の６つの劣化モードについて空燃比センサの応答特性を的確に診断することができる。
【００７９】
詳細には、第１の応答劣化判定部としての空燃比センサ応答劣化判定手段１（１０８）は、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの時定数（第１の時定数）に基づいて、空燃比センサ２０５の応答劣化（第１の応答劣化）の有無を判定する。具体的には、空燃比センサ応答劣化判定手段１（１０８）は、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの時定数（第１の時定数）が閾値（第３の閾値）より大きい場合、空燃比センサ２０５の応答劣化（第１の応答劣化）が有ると判定する。
【００８０】
これにより、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの時定数（応答時間遅れ）から空燃比センサ２０５の応答劣化を的確に検出することができる。
【００８１】
第２の応答劣化判定部としての空燃比センサ応答劣化判定手段２（１０９）は、目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの時定数（第２の時定数）に基づいて空燃比センサ２０５の応答劣化（第２の応答劣化）の有無を判定する。具体的には、空燃比センサ応答劣化判定手段２（１０９）は、目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの時定数（第２の時定数）が閾値（第４の閾値）より大きい場合、空燃比センサ２０５の応答劣化（第２の応答劣化）が有ると判定する。
【００８２】
これにより、目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの時定数（応答時間遅れ）から空燃比センサ２０５の応答劣化を的確に検出することができる。
【００８３】
第３の応答劣化判定部としての空燃比センサ応答劣化判定手段３（１１０）は、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの時定数（第１の時定数）及び目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの時定数（第２の時定数）に基づいて空燃比センサ２０５の応答劣化（第３の応答劣化）の有無を判定する。具体的には、空燃比センサ応答劣化判定手段３（１１０）は、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの時定数（第１の時定数）が閾値（第３の閾値）より大きく、かつ、目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの時定数（第２の時定数）が閾値（第４の閾値）より大きい場合、空燃比センサ２０５の応答劣化（第３の応答劣化）が有ると判定する。
【００８４】
これにより、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの時定数（応答時間遅れ）及び目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの時定数から空燃比センサ２０５の応答劣化を的確に検出することができる。
【００８５】
第４の応答劣化判定部としての空燃比センサ応答劣化判定手段４（１１１）は、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの無駄時間（第１の無駄時間）に基づいて空燃比センサ２０５の応答劣化（第４の応答劣化）の有無を判定する。具体的には、空燃比センサ応答劣化判定手段４（１１１）は、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの無駄時間（第１の無駄時間）の総和が閾値（第５の閾値）より大きい場合、空燃比センサ２０５の応答劣化（第４の応答劣化）が有ると判定する。
【００８６】
これにより、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの無駄時間（無駄時間遅れ）から空燃比センサ２０５の応答劣化を的確に検出することができる。
【００８７】
第５の応答劣化判定部としての空燃比センサ応答劣化判定手段５（１１２）は、目標空燃比が立ち下がるときの無駄時間（第２の無駄時間）に基づいて空燃比センサ２０５の応答劣化（第５の応答劣化）の有無を判定する。具体的には、空燃比センサ応答劣化判定手段５（１１２）は、目標空燃比が立ち下がるときの無駄時間（第２の無駄時間）の総和が閾値（第６の閾値）より大きい場合、空燃比センサ２０５の応答劣化（第５の応答劣化）が有ると判定する。
【００８８】
これにより、目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの無駄時間（無駄時間遅れ）から空燃比センサ２０５の応答劣化を的確に検出することができる。
【００８９】
第６の応答劣化判定部としての空燃比センサ応答劣化判定手段６（１１３）は、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの無駄時間（第１の無駄時間）及び目標空燃比が立ち下がるときの無駄時間（第２の無駄時間）に基づいて空燃比センサ２０５の応答劣化（第６の応答劣化）の有無を判定する。具体的には、空燃比センサ応答劣化判定手段６（１１３）は、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの無駄時間（第１の無駄時間）の総和が閾値（第５の閾値）より大きく、かつ、目標空燃比が立ち下がるときの無駄時間（第２の無駄時間）の総和が閾値（第６の閾値）より大きい場合、空燃比センサ２０５の応答劣化（第６の応答劣化）が有ると判定する。
【００９０】
これにより、目標空燃比が立ち上がる（リッチ→リーン）ときの無駄時間（無駄時間遅れ）及び目標空燃比が立ち下がる（リーン→リッチ）ときの無駄時間（無駄時間遅れ）から空燃比センサ２０５の応答劣化を的確に検出することができる。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＯＢＤ規制の６つの劣化モードについて空燃比センサの応答特性を的確に診断することができる。
【００９２】
なお、上記の各構成、機能（手段）等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能（手段）等は、プロセッサ（MPU）がそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
【００９３】
内燃機関制御装置２０７のMPUは、空燃比センサの６つの劣化モード空燃比センサの応答劣化を検出した場合、警告ランプ等を点灯し、運転者に警告を報知するようにしてもよい。例えば、第１〜第６の応答劣化を知らせる６つのランプを備えてもよいし、１つのランプを備え、第１〜第６の応答劣化の有無の組合せに応じてその点灯状態（色、点滅）を変更してもよい。
【００９４】
また、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。
【００９５】
（１１）内燃機関の排気系に設けられた触媒と、排気ガス中の特定の成分濃度を検出するための該触媒前空燃比センサの信号に基づいて、空燃比補正係数を算出し、基準燃料供給量を補正する空燃比フィードバック制御手段を有する内燃機関の制御装置において、目標空燃比変更手段と、該触媒前空燃比センサのリッチ→リーンの応答時定数を検出する手段と、該触媒前空燃比センサのリーン→リッチの応答時定数を検出する手段と、該触媒前空燃比センサのリッチ→リーンの無駄時間を検出する手段と、該触媒前空燃比センサのリーン→リッチの無駄時間を検出する手段と、診断領域を検出する診断領域判定手段と、該応答時定数検出手段と該無駄時間検出手段の結果に基づき、空燃比センサの応答劣化を検出する空燃比センサ応答劣化判定手段と、を有することを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【００９６】
（１２）該目標空燃比変更手段は、リッチ→リーンに変更して所定時間経過したら、リーン→リッチに変更し、所定時間経過したら、再度、リッチ→リーンに変更することを繰り返すことを特徴とする（１１）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【００９７】
（１３）該触媒前空燃比センサのリッチ→リーンの応答時定数を検出する手段は、該目標空燃比変更手段を実行中に、該触媒前空燃比センサ信号を微分し、ゼロ以下はカットし、２乗後、積算し、その逆数からリッチ→リーン応答時定数を検出することを特徴とする（１１）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【００９８】
（１４）該触媒前空燃比センサのリーン→リッチの応答時定数を検出する手段は、該目標空燃比変更手段を実行中に、該触媒前空燃比センサ信号を微分し、ゼロ以上はカットし、２乗後、積算し、その逆数からリーン→リッチ応答時定数を検出することを特徴とする（１１）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【００９９】
（１５）該触媒前空燃比センサのリッチ→リーンの無駄時間を検出する手段は、該目標空燃比変更手段を実行中に、リーンに変更した時点を起点に所定値に到達するまでの時間を計測し、リッチ→リーン無駄時間を検出することを特徴とする（１１）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【０１００】
（１６）該触媒前空燃比センサのリーン→リッチの無駄時間を検出する手段は、該目標空燃比変更手段を実行中に、リッチに変更した時点を起点に所定値に到達するまでの時間を計測し、リーン→リッチ無駄時間を検出することを特徴とする（１１）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【０１０１】
（１７）該診断領域判定手段は、回転数が所定範囲内、エンジン負荷が所定範囲内、水温が所定範囲内、車速が所定範囲内、吸気温が所定範囲内、大気圧が所定値以上、バッテリ電圧が所定範囲内、燃料カット中でない、空燃比フィードバック中、用いられるセンサが故障していない時、診断領域とすることを特徴とする（１１）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【０１０２】
（１８）該空燃比センサ応答劣化判定手段は、（１３）の応答時定数がNG閾値より長い場合、リッチ→リーン応答を異常と判定することを特徴とする（１３）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【０１０３】
（１９）該空燃比センサ応答劣化判定手段は、（１４）の応答時間がNG閾値より長い場合、リーン→リッチ応答を異常と判定することを特徴とする（１４）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【０１０４】
（２０）該空燃比センサ応答劣化判定手段は、（１３）と（１４）の応答時間が供にNG閾値より長い場合、リッチ→リーン／リーン→リッチ両側応答を異常と判定することを特徴とする（１３）、（１４）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【０１０５】
（２１）該空燃比センサ応答劣化判定手段は、（１５）の無駄時間がNG閾値より長い場合、リッチ→リーン無駄時間を異常と判定することを特徴とする（１５）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【０１０６】
（２２）該空燃比センサ応答劣化判定手段は、（１６）の無駄時間がNG閾値より長い場合、リーン→リッチ無駄時間を異常と判定することを特徴とする（１６）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【０１０７】
（２３）該空燃比センサ応答劣化判定手段は、（１５）と（１６）の無駄時間が供にNG閾値より長い場合、リッチ→リーン／リーン→リッチ両側無駄時間を異常と判定することを特徴とする（１５）、（１６）に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【０１０８】
例えば、目標空燃比をリッチからリーン又はリーンからリッチに振り、その時に、空燃比センサ信号を微分し、２乗後、積算し、その逆数から応答時定数を検出する。また、リッチまたはリーンにした時に、その時点を起点に所定値に到達するまでの時間を計測する。こうすることで、図４に示す６つの劣化モードを的確に診断することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０１：空燃比検出手段
１０２：診断領域判定手段
１０３：目標空燃比変更手段
１０４：リッチ→リーン応答時定数検出手段
１０５：リーン→リッチ応答時定数検出手段
１０６：リッチ→リーン無駄時間検出手段
１０７：リーン→リッチ無駄時間検出手段
１０８：空燃比センサ応答劣化判定手段１
１０９：空燃比センサ応答劣化判定手段２
１１０：空燃比センサ応答劣化判定手段３
１１１：空燃比センサ応答劣化判定手段４
１１２：空燃比センサ応答劣化判定手段５
１１３：空燃比センサ応答劣化判定手段６
２００：エアークリーナ
２０１：点火装置
２０２：燃料噴射装置
２０３：回転数検出装置
２０４：流量検出装置
２０５：触媒前酸素センサ
２０６：触媒
２０７：内燃機関制御装置
２０８：プレートまたはリングギア
２０９：燃料タンク
２１０：燃料ポンプ
２１１：プレッシャーレギュレータ
２１２：燃料管
２１３：スロットルバルブ
２１４：気筒
２１５：触媒後酸素センサ
【図１】
2019019686.tif 000006
【図２】
2019019686.tif 000007
【図３】
2019019686.tif 000008
【図４】
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【図５】
2019019686.tif 000010
【図６】
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【図７】
2019019686.tif 000012
【図８】
2019019686.tif 000013
【図９】
2019019686.tif 000014
【図１０】
2019019686.tif 000015
【図１１】
2019019686.tif 000016
【図１２】
2019019686.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
2019019686.tif 000019
【図１５】
2019019686.tif 000020
【図１６】
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