(57)【要約】【課題】排気浄化触媒の異常を迅速且つ正確に診断することができる異常診断装置を提供する。【解決手段】酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒２０を具備する内燃機関の異常診断装置は、触媒下流の下流側空燃比センサ４１と、アクティブ空燃比制御を行ったときの下流側空燃比センサの出力空燃比に基づいて排気浄化触媒の異常を診断する触媒異常診断装置とを具備する。触媒異常診断装置は、アクティブ空燃比制御における空燃比反転期間に排気浄化触媒に吸蔵又は放出された酸素量に基づいて、排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を算出し、これに基づいて排気浄化触媒の異常を診断する。触媒異常診断装置は、算出された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限吸蔵量以上である場合であっても、空燃比反転期間のうち、下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比近傍にある期間又はその割合が所定の基準値以下である場合には、排気浄化触媒に異常があると判定する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置される下流側空燃比センサとを具備する内燃機関の異常診断装置であって、
前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で変化させたときの前記下流側空燃比センサの出力空燃比に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する触媒異常診断装置を具備し、
前記触媒異常診断装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下から理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒に吸蔵された酸素量、及び前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上から前記リッチ判定空燃比以下になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒から放出された酸素量のうちの少なくとも一方に基づいて、前記排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を算出すると共に、該算出された最大吸蔵可能酸素量が下限吸蔵量よりも少ないときには前記排気浄化触媒に異常があると判定する第一異常診断を行う、内燃機関の異常診断装置において、
積算酸素過不足量、積算吸入空気量及び時間のいずれか一つを判定パラメータとし、
前記触媒異常診断装置は、前記算出された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限吸蔵量以上である場合であっても、前記空燃比反転期間中の前記判定パラメータの値に対する、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が少なくとも前記両判定空燃比と比較して理論空燃比近傍の所定の範囲内にあることを示す理論空燃比判定条件が満たされる期間中の前記判定パラメータの値の割合が所定の基準値以下である場合に前記排気浄化触媒に異常があると判定する、第二異常診断を行う、内燃機関の異常診断装置。
【請求項２】
前記触媒異常診断装置は、前記第二異常診断を行う際には、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上から前記リッチ判定空燃比以下になるまでのリーン・リッチ空燃比反転期間中の前記判定パラメータの値に対する、該リーン・リッチ空燃比反転期間内で前記理論空燃比判定条件が満たされる期間中の前記判定パラメータの値の割合が所定の基準値以下である場合には、前記排気浄化触媒に異常があると判定する、請求項１に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項３】
前記触媒異常診断装置は、前記第二異常診断を行う際には、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下から前記リーン判定空燃比以上になるまでのリッチ・リーン空燃比反転期間中の前記判定パラメータの値に対する、該リッチ・リーン空燃比反転期間内で前記理論空燃比判定条件が満たされる期間中の前記判定パラメータの値の割合が所定の基準値以下である場合には、前記排気浄化触媒に異常があると判定する、請求項１に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項４】
前記理論空燃比判定条件は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比よりもリーンなストイキ判定リッチ空燃比と前記リーン判定空燃比よりもリッチなストイキ判定リーン空燃比との間にあるときに満たされていると判定される条件である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項５】
前記理論空燃比判定条件は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比よりもリーンなストイキ判定リッチ空燃比と前記リーン判定空燃比よりもリッチなストイキ判定リーン空燃比との間にあり、且つ前記下流側空燃比センサの出力空燃比の時間変化量が予め定められた量以下であるときに満たされていると判定される条件である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項６】
前記触媒異常診断装置は、前記第一異常診断において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上からリッチ判定空燃比以下になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒から放出された酸素量のみに基づいて前記最大吸蔵可能酸素量を算出し、該算出された最大吸蔵可能酸素量に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項７】
前記触媒異常診断装置は、前記第一異常診断において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下からリーン判定空燃比以上になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒に吸蔵された酸素量のみに基づいて前記最大吸蔵可能酸素量を算出し、該算出された最大吸蔵可能酸素量に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項８】
前記触媒異常診断装置は、前記第一異常診断において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下からリーン判定空燃比以上になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒に吸蔵された酸素量と、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上からリッチ判定空燃比以下になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒から放出された酸素量とに基づいて前記最大吸蔵可能酸素量を算出し、該算出された最大吸蔵可能酸素量に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項９】
前記触媒異常診断装置は、前記第二異常診断において、前記算出された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限酸素量よりも多い場合であっても、前記空燃比反転期間において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比の時間変化量が基準変化量以下である場合には、排気浄化触媒に異常があると判定する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項１０】
前記第二異常診断によって前記排気浄化触媒に異常があると判定された場合には、前記下流側空燃比センサにも異常があると判定する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項１１】
前記排気浄化触媒に異常があると判定されたときには、警告灯を点灯させる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項１２】
前記下流側空燃比センサに異常があると判定されたときには、警告灯を点灯させる、請求項１０に記載の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の排気通路には、内燃機関から排出する排気ガスを浄化するための排気浄化触媒が設けられている。斯かる排気浄化触媒としては、例えば、酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒が用いられる。酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒は、酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ない適当な量であるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）やＮＯｘ等を浄化することができる。すなわち、排気浄化触媒に理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、「リッチ空燃比」ともいう）の排気ガスが流入すると、排気浄化触媒に吸蔵されている酸素により排気ガス中の未燃ガスが酸化浄化される。一方、排気浄化触媒に理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、「リーン空燃比」ともいう）の排気ガスが流入すると、排気ガス中の酸素が排気浄化触媒に吸蔵される。これにより、排気浄化触媒表面上で酸素不足状態となり、これに伴って排気ガス中のＮＯｘが還元浄化される。その結果、排気浄化触媒は、酸素吸蔵量が適当な量である限り、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比に関わらず、排気ガスを浄化することができる。
【０００３】
ところで、排気浄化触媒はその使用期間が長くなると劣化する。このように排気浄化触媒が劣化すると、これに伴って排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量が減少することが知られている。このため、排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を検出することにより、排気浄化触媒の劣化度合いを検出することができる。このような最大吸蔵可能酸素量の検出方法としては、例えば、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御行うことが知られている。この方法では、アクティブ空燃比制御の実行に伴って変化する排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に設けられた酸素センサの出力に基づいて、排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量が推定される。
【０００４】
特に、特許文献１に記載の異常診断装置では、アクティブ空燃比制御により排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比を複数回に亘ってリッチ空燃比とリーン空燃比とで切り替えている。その上で、最大吸蔵可能酸素量を複数回計測すると共に、計測値の平均値と、計測値のバラツキとを算出し、これら算出された平均値とバラツキとに基づいて最大吸蔵可能酸素量の推定を行っている。特許文献１によれば、これにより、酸素センサや排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に設けられた空燃比センサの劣化等の有無を考慮しつつ、触媒の異常診断を高精度に行うことができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８０７１７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９６３１７号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６２０１号公報
【特許文献４】特開２０１０−１２７０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように、特許文献１の異常診断装置では、アクティブ空燃比制御により排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比を複数回に亘ってリッチ空燃比とリーン空燃比とで切替を行っている。特に、特許文献１の異常診断装置では、最大吸蔵可能酸素量についての計測値の平均値と計測値のバラツキとを算出することが必要であることから、或る程度以上の回数に亘る目標空燃比の切替が必要になる。
【０００７】
ところが、このようなアクティブ空燃比制御を実行すると、排気浄化触媒から未燃ガスやＮＯｘ等が流出することになる。このため、アクティブ空燃比制御により目標空燃比のリッチ空燃比とリーン空燃比との切替を多数回行うと、排気エミッションの悪化を招く場合がある。
【０００８】
また、特許文献１では、複数回の最大吸蔵可能酸素量の推定の際に、計測回毎に機関運転状態が変化することを前提として、計測値のバラツキが大きいほど排気浄化触媒の劣化が小さいと判定している。しかしながら、アクティブ空燃比制御の実行タイミングによっては、複数回の最大吸蔵可能酸素量の推定の際に、機関運転状態が一定のままとなってしまい、計測値のバラツキが小さくなる可能性がある。この結果、排気浄化触媒に劣化が生じていないにも関わらず、排気浄化触媒に異常があると診断されてしまう可能性があり、よって異常診断における精度が低下する可能性がある。
【０００９】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、排気浄化触媒の異常を迅速且つ正確に診断することができる異常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】
【００１０】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置される下流側空燃比センサとを具備する内燃機関の異常診断装置であって、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で変化させたときの前記下流側空燃比センサの出力空燃比に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する触媒異常診断装置を具備し、前記触媒異常診断装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下から理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒に吸蔵された酸素量、及び前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上から前記リッチ判定空燃比以下になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒から放出された酸素量のうちの少なくとも一方に基づいて、前記排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を算出すると共に、該算出された最大吸蔵可能酸素量が下限吸蔵量よりも少ないときには前記排気浄化触媒に異常があると判定する第一異常診断を行う、内燃機関の異常診断装置において、積算酸素過不足量、積算吸入空気量及び時間のいずれか一つを判定パラメータとし、前記触媒異常診断装置は、前記算出された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限吸蔵量以上である場合であっても、前記空燃比反転期間中の前記判定パラメータの値に対する、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が少なくとも前記両判定空燃比と比較して理論空燃比近傍の所定の範囲内にあることを示す理論空燃比判定条件が満たされる期間中の前記判定パラメータの値の割合が所定の基準値以下である場合に前記排気浄化触媒に異常があると判定する、第二異常診断を行う、内燃機関の異常診断装置が提供される。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において、前記触媒異常診断装置は、前記第二異常診断を行う際には、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上から前記リッチ判定空燃比以下になるまでのリーン・リッチ空燃比反転期間中の前記判定パラメータの値に対する、該リーン・リッチ空燃比反転期間内で前記理論空燃比判定条件が満たされる期間中の前記判定パラメータの値の割合が所定の基準値以下である場合には、前記排気浄化触媒に異常があると判定する。
【００１２】
第３の発明では、第１の発明において、前記触媒異常診断装置は、前記第二異常診断を行う際には、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下から前記リーン判定空燃比以上になるまでのリッチ・リーン空燃比反転期間中の前記判定パラメータの値に対する、該リッチ・リーン空燃比反転期間内で前記理論空燃比判定条件が満たされる期間中の前記判定パラメータの値の割合が所定の基準値以下である場合には、前記排気浄化触媒に異常があると判定する。
【００１３】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、前記理論空燃比判定条件は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比よりもリーンなストイキ判定リッチ空燃比と前記リーン判定空燃比よりもリッチなストイキ判定リーン空燃比との間にあるときに満たされていると判定される条件である。
【００１４】
第５の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、前記理論空燃比判定条件は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比よりもリーンなストイキ判定リッチ空燃比と前記リーン判定空燃比よりもリッチなストイキ判定リーン空燃比との間にあり、且つ前記下流側空燃比センサの出力空燃比の時間変化量が予め定められた量以下であるときに満たされていると判定される条件である。
【００１５】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記触媒異常診断装置は、前記第一異常診断において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上からリッチ判定空燃比以下になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒から放出された酸素量のみに基づいて前記最大吸蔵可能酸素量を算出し、該算出された最大吸蔵可能酸素量に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する。
【００１６】
第７の発明では、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記触媒異常診断装置は、前記第一異常診断において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下からリーン判定空燃比以上になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒に吸蔵された酸素量のみに基づいて前記最大吸蔵可能酸素量を算出し、該算出された最大吸蔵可能酸素量に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する。
【００１７】
第８の発明では、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記触媒異常診断装置は、前記第一異常診断において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下からリーン判定空燃比以上になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒に吸蔵された酸素量と、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上からリッチ判定空燃比以下になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒から放出された酸素量とに基づいて前記最大吸蔵可能酸素量を算出し、該算出された最大吸蔵可能酸素量に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する。
【００１８】
第９の発明では、第１〜第８のいずれか１つの発明において、前記触媒異常診断装置は、前記第二異常診断において、前記算出された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限酸素量よりも多い場合であっても、前記空燃比反転期間において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比の時間変化量が基準変化量以下である場合には、排気浄化触媒に異常があると判定する。
【００１９】
第１０の発明では、第１〜第９のいずれか１つの発明において、前記第二異常診断によって前記排気浄化触媒に異常があると判定された場合には、前記下流側空燃比センサにも異常があると判定する。
【００２０】
第１１の発明では、第１〜第１０のいずれか１つの発明において、前記排気浄化触媒に異常があると判定されたときには、警告灯を点灯させる。
【００２１】
第１２の発明では、第１０の発明において、前記下流側空燃比センサに異常があると判定されたときには、警告灯を点灯させる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、排気浄化触媒の異常を迅速且つ正確に診断することができる異常診断装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に係る異常診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、酸素吸蔵量と上流側排気浄化触媒から流出する排気ガス中の各種成分の濃度との関係を示す図である。
【図３】図３は、空燃比センサの概略的な断面図である。
【図４】図４は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図５】図５は、印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。
【図６】図６は、内燃機関の通常運転時における、上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量等のタイムチャートである。
【図７】図７は、アクティブ制御を行った場合における空燃比センサの出力空燃比等のタイムチャートである。
【図８】図８は、アクティブ制御を行った場合における空燃比センサの出力空燃比等のタイムチャートである。
【図９】図９は、アクティブ制御を行った場合における空燃比センサの出力空燃比のタイムチャートである。
【図１０】図１０は、理論空燃比期間比率及び最大吸蔵可能酸素量の推定値と異常判定との関係を示した図である。
【図１１】図１１は、本実施形態における異常診断制御の制御ルーチンを概略的に示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、アクティブ制御を行った場合における空燃比センサの出力空燃比等のタイムチャートである。
【図１３】図１３は、理論空燃比時酸素比率及び最大吸蔵可能酸素量の推定値と異常判定との関係を示した図である。
【図１４】図１４は、アクティブ制御を行った場合における空燃比センサの出力空燃比等のタイムチャートである。
【図１５】図１５は、時間変化量の最大値及び最大吸蔵可能酸素量の推定値と異常判定との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００２５】
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る異常診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。
【００２６】
図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。なお、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の診断装置が用いられる内燃機関では、他の燃料を用いても良い。
【００２７】
各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。
【００２８】
一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は上流側排気浄化触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して下流側排気浄化触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。
【００２９】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０から流出して下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。なお、これら空燃比センサ４０、４１の構成については後述する。
【００３０】
また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。なお、ＥＣＵ３１は、内燃機関（特に、上流側排気浄化触媒２０及び下流側空燃比センサ４１）の異常診断を行う診断装置として機能する。
【００３１】
＜排気浄化触媒の説明＞
上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、いずれも同様な構成を有する。以下では、上流側排気浄化触媒２０についてのみ説明するが、下流側排気浄化触媒２４も同様な構成及び作用を有する。
【００３２】
上流側排気浄化触媒２０は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、上流側排気浄化触媒２０は、セラミックから成る基材に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。上流側排気浄化触媒２０は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。
【００３３】
上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力によれば、上流側排気浄化触媒２０は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン（リーン空燃比）であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、上流側排気浄化触媒２０は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ（リッチ空燃比）であるときには、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されている酸素を放出する。
【００３４】
上流側排気浄化触媒２０は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有することにより、酸素吸蔵量に応じてＮＯｘ及び未燃ガスの浄化作用を有する。すなわち、図２（Ａ）に示したように、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合、酸素吸蔵量が少ないときには上流側排気浄化触媒２０により排気ガス中の酸素が吸蔵され、ＮＯｘが還元浄化される。また、酸素吸蔵量が多くなると、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ近傍の或る吸蔵量（図中のＣｕｐｌｉｍ）を境に排気浄化触媒から流出する排気ガス中の酸素及びＮＯｘの濃度が急激に上昇する。
【００３５】
一方、図２（Ｂ）に示したように、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比である場合、酸素吸蔵量が多いときには上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されている酸素が放出され、排気ガス中の未燃ガスは酸化浄化される。また、酸素吸蔵量が少なくなると、ゼロ近傍の或る吸蔵量（図中のＣｌｏｗｌｉｍ）を境に排気浄化触媒から流出する排気ガス中の未燃ガスの濃度が急激に上昇する。
【００３６】
以上のように、本実施形態において用いられる排気浄化触媒２０、２４によれば、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気ガス中のＮＯｘ及び未燃ガスの浄化特性が変化する。なお、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、排気浄化触媒２０、２４は三元触媒とは異なる触媒であってもよい。
【００３７】
＜空燃比センサの構成＞
次に、図３を参照して、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の構成について説明する。図３は、空燃比センサ４０、４１の概略的な断面図である。図３から分かるように、本実施形態における空燃比センサ４０、４１は、固体電解質層及び一対の電極から成るセルが１つである１セル型の空燃比センサである。
【００３８】
図３に示したように、空燃比センサ４０、４１は、固体電解質層５１と、固体電解質層５１の一方の側面上に配置された排気側電極（第一電極）５２と、固体電解質層５１の他方の側面上に配置された大気側電極（第二電極）５３と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層５４と、拡散律速層５４を保護する保護層５５と、空燃比センサ４０、４１の加熱を行うヒータ部５６とを具備する。
【００３９】
固体電解質層５１の一方の側面上には拡散律速層５４が設けられ、拡散律速層５４の固体電解質層５１側の側面とは反対側の側面上には保護層５５が設けられる。本実施形態では、固体電解質層５１と拡散律速層５４との間には被測ガス室５７が形成される。この被測ガス室５７内には排気側電極５２が配置され、拡散律速層５４を介して排気ガスが導入せしめられる。固体電解質層５１の他方の側面上にはヒータ部５６が設けられる。固体電解質層５１とヒータ部５６との間には基準ガス室５８が形成され、この基準ガス室５８内には基準ガス（例えば、大気ガス）が導入される。大気側電極５３は、基準ガス室５８内に配置される。
【００４０】
固体電解質層５１は、ＺｒＯ2（ジルコニア）、ＨｆＯ2、ＴｈＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3等を安定剤として配当した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散律速層５４は、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。さらに、排気側電極５２及び大気側電極５３は、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。
【００４１】
また、排気側電極５２と大気側電極５３との間には、ＥＣＵ３１に搭載された電圧印加装置６０によりセンサ印加電圧Ｖｒが印加される。加えて、ＥＣＵ３１には、電圧印加装置６０によってセンサ印加電圧Ｖｒを印加したときに固体電解質層５１を介してこれら電極５２、５３間に流れる電流を検出する電流検出装置６１が設けられる。この電流検出装置６１によって検出される電流が空燃比センサ４０、４１の出力電流である。
【００４２】
このように構成された空燃比センサ４０、４１は、図４に示したような電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を有する。図４からわかるように、出力電流Ｉは、排気空燃比が高くなるほど（リーンになるほど）、大きくなる。また、各排気空燃比におけるＶ−Ｉ線には、Ｖ軸に平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図４では、排気空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ18、Ｉ18で示している。
【００４３】
図５は、印加電圧を０．４５Ｖ程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図５からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなる。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉが零になるように構成される。また、排気空燃比が一定以上に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。
【００４４】
なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１として図３に示した構造の限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、上流側空燃比センサ４０としては例えば積層型の限界電流式空燃比センサ等の他の構造の限界電流式の空燃比センサや、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。
【００４５】
＜基本的な制御＞
このように構成された内燃機関では、上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の出力に基づいて、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が機関運転状態に基づいた最適な目標空燃比となるように、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が設定される。このような燃料噴射量の設定方法としては、上流側空燃比センサ４０の出力に基づいて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比（或いは、機関本体から流出する排気ガスの空燃比）が目標空燃比となるように制御すると共に、下流側空燃比センサ４１の出力に基づいて上流側空燃比センサ４０の出力を補正したり、目標空燃比を変更したりする方法が挙げられる。
【００４６】
図６を参照して、このような目標空燃比の制御の例について、簡単に説明する。図６は、内燃機関の通常運転（通常制御）時における、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量、目標空燃比、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比のタイムチャートである。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力に相当する空燃比を意味する。また、「通常運転（通常制御）時」は、内燃機関の特定の運転状態に応じて燃料噴射量を調整する制御（例えば、内燃機関を搭載した車両の加速時に行われる燃料噴射量の増量補正や、燃料カット制御等）を行っていない運転状態（制御状態）を意味する。
【００４７】
図６に示した例では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒ（例えば、１４．５５）以下となったときに、目標空燃比はリーン設定空燃比ＡＦＴｌ（例えば、１５）に設定され、維持される。その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が推定され、この推定値が予め定められた判定基準吸蔵量Ｃｒｅｆ（最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも少ない量）以上になると、目標空燃比はリッチ設定空燃比ＡＦＴｒ（例えば、１４．４）に設定され、維持される。図６に示した例では、このような操作が繰り返し行われる。
【００４８】
具体的には、図６に示した例では、時刻ｔ1前において、目標空燃比がリッチ設定空燃比ＡＦＴｒとされ、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比もリッチ空燃比となっている。また、上流側排気浄化触媒２０には酸素が吸蔵されていることから、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比はほぼ理論空燃比（１４．６）となっている。このとき、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっていることから、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に低下する。
【００４９】
その後、時刻ｔ1においては、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに近づくことにより、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ガスの一部は上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出し始める。その結果、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒとなり、このとき目標空燃比はリッチ設定空燃比ＡＦＴｒからリーン設定空燃比ＡＦＴｌへ切り替えられる。
【００５０】
目標空燃比の切替により、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比になり、未燃ガスの流出は減少、停止する。また、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に増加し、時刻ｔ3において、判定基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する。このように、酸素吸蔵量が判定基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達すると、目標空燃比は、再びリーン設定空燃比ＡＦＴｌからリッチ設定空燃比ＡＦＴｒへと切り替えられる。この目標空燃比の切替により、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比は再びリーン空燃比となり、その結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に減少する。これ以降は、このような操作が繰り返し行われる。このような制御を行うことにより、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出するのを防止することができる。
【００５１】
なお、上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の出力に基づく目標空燃比の制御は上述したような制御に限定されるものではない。これら空燃比センサ４０、４１の出力を利用した制御であれば、如何なる制御であってもよい。
【００５２】
＜排気浄化触媒の異常診断＞
次に、図７を参照して、上流側排気浄化触媒２０の異常診断について説明する。本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の異常診断を行うにあたって、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御が行われる。また、このアクティブ空燃比制御の実行中には、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素の量又は上流側排気浄化触媒２０から放出された酸素の量が推定される。
【００５３】
そして、このようなアクティブ空燃比制御を行った結果、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比からリーン判定空燃比（理論空燃比よりもリーンな空燃比。例えば、１４．６５）に変化するまでに上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素の総量が最大吸蔵可能酸素量として算出される。或いは、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比からリッチ判定空燃比に変化するまでに上流側排気浄化触媒２０から放出された酸素の総量が最大吸蔵可能酸素量として算出される。このようにして算出された最大吸蔵可能酸素量が下限吸蔵量よりも少ない場合には、上流側排気浄化触媒２０に劣化による異常が生じていると判定する。一方、算出された最大吸蔵可能酸素量が下限吸蔵量以上である場合には、上流側排気浄化触媒２０には劣化による異常が生じていないと判定する。なお、下限吸蔵量は、予め定められた量であってもよいし、内燃機関の運転パラメータに応じて変化する値であってもよい。
【００５４】
また、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素及び上流側排気浄化触媒２０から放出された酸素の量（流量）は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比及び内燃機関の吸入空気量等に基づいて算出される。具体的には、ＥＣＵ３１は、斯かる酸素の量を、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素又は不足する酸素の量を酸素過不足量として算出する。
【００５５】
すなわち、ＥＣＵ３１は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中の酸素及び未燃ガス等が完全に反応したと仮定したときに、この排気ガス中に含まれる酸素の量又はこの排気ガス中に含まれる未燃ガス等を燃焼させるのに必要な酸素の量を算出する。例えば、酸素過不足量は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、及びエアフロメータ３９等に基づいて算出される燃焼室５内への吸入空気量の推定値又は燃料噴射弁１１からの燃料供給量等に基づいて行われる。具体的には、酸素過不足量ＯＥＤは、例えば、下記式（１）により算出される。
ＯＤＥ＝０．２３・Ｑｉ／（ＡＦｕｐ−１４．６）      …（１）
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度、Ｑｉは燃料噴射量、ＡＦｕｐは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比をそれぞれ表している。
【００５６】
このようにして算出された酸素過不足量を、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比からリーン判定空燃比に変化するまで積算することにより、最大吸蔵可能酸素量を算出することができる。或いは、このようにして算出された酸素過不足量を、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比からリッチ判定空燃比に変化するまで積算することにより、最大吸蔵可能酸素量を算出することができる。
【００５７】
図７は、上流側排気浄化触媒２０の異常診断を行うにあたってアクティブ空燃比制御を実行した際の、酸素吸蔵量、目標空燃比、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比、及び酸素過不足量の積算値のタイムチャートである。
【００５８】
図７に示した例では、時刻ｔ1以前において、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比がリッチ設定空燃比ＡＦＴｒとされている。このため、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ空燃比となっている。これに伴って、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量も徐々に減少する。このとき、上流側排気浄化触媒２０に流入した排気ガス中の未燃ガスは、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されていた酸素により酸化浄化される。このため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は理論空燃比となっている。
【００５９】
時刻ｔ1において、アクティブ空燃比制御が開始されると、図７に示した例では、目標空燃比がリッチ設定空燃比ＡＦＴｒよりもリッチなアクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒとされる。これにより、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比のリッチ度合いが高くなると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量の減少速度が増加する。このときも、上流側排気浄化触媒２０に流入した排気ガス中の未燃ガスは上流側排気浄化触媒２０において酸化浄化されるため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は理論空燃比となっている。なお、本実施形態では、アクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒは、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒよりもリッチな空燃比とされるが、リッチ設定空燃比とほぼ同一又はこれよりもリーンな空燃比とされてもよい。
【００６０】
一方、時刻ｔ1において、アクティブ空燃比制御が開始されると、酸素過不足量の積算値が開始される。上述したように、時刻ｔ1以降は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっており、したがって、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ空燃比となっている。このため、時刻ｔ1以降は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに酸素が不足しているといえる。このため、図７に示したように、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスにおける酸素過不足量の積算値は徐々に減少していく。
【００６１】
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が減少していき、酸素吸蔵量がほぼゼロになると、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスが流出し始める。その結果、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒに達する。そこで、本実施形態では、時刻ｔ2において、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比がアクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒからアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌへと切り替えられる。本実施形態では、アクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌは、リーン設定空燃比ＡＦＴｌとほぼ同一の空燃比とされるが、これとは異なる空燃比であってもよい。また、時刻ｔ2において、酸素過不足量の積算値は０にリセットされる。
【００６２】
時刻ｔ2において、目標空燃比が切り替えられると、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比もリーン空燃比に変化する。また、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に増加する。このとき、上流側排気浄化触媒２０に流入した排気ガス中のＮＯｘは酸素が吸蔵されるのに伴って、還元浄化される。このため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は理論空燃比に収束する。加えて、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比はリーン空燃比となっているため、時刻ｔ2以降は上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに酸素が過剰であるといえる。このため、図７に示したように、酸素過不足量の積算値は徐々に増加していく。
【００６３】
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が増加していき、酸素吸蔵量がほぼ最大吸蔵可能酸素量（Ｃｍａｘ）になると、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘ及び酸素が流出し始める。その結果、時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌに達する。そこで、本実施形態では、時刻ｔ3において、目標空燃比がアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌから、再度、アクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒへと切り替えられる。また、このときにも、酸素過不足量の積算値は０にリセットされる。
【００６４】
時刻ｔ3において、目標空燃比が切り替えられると、その後は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量等は、時刻ｔ1〜ｔ2と同様に推移し、時刻ｔ4において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒに達する。本実施形態では、これによりアクティブ空燃比制御が終了せしめられ、通常運転が再開される。
【００６５】
ここで、時刻ｔ3における酸素過不足量の積算値及び時刻ｔ4における酸素過不足量の積算値（より正確には、その絶対値）は、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘを表している。そこで、本実施形態では、これら積算値の平均値を最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの推定値として算出する。そして、ＥＣＵ３１は、このようにして算出された最大吸蔵可能酸素量の推定値が予め定められた下限吸蔵量よりも少ないときには、上流側排気浄化触媒２０には劣化に伴う異常が生じていると判定する。一方、算出された最大吸蔵可能酸素量の推定値が下限吸蔵量以上であるときには、基本的に、上流側排気浄化触媒２０には劣化に伴う異常が生じていないと判定する。
【００６６】
なお、上記実施形態では、時刻ｔ3と時刻ｔ4において、酸素過不足量の積算値を２回の算出している。しかしながら、時刻ｔ3の１回のみ積算値を算出して、時刻ｔ3においてアクティブ空燃比制御を終了してもよい。或いは、３回以上、積算値を算出するようにアクティブ空燃比制御を実行するようにしてもよい。
【００６７】
＜異常診断における問題点＞
ところで、下流側空燃比センサ４１にも劣化が生じる場合がある。劣化によって下流側空燃比センサ４１に生じる代表的な現象としては、応答遅れが挙げられる。応答遅れでは、下流側空燃比センサ４１周りの排気ガスの実際の空燃比が変化してから、それに合わせて下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が変化するまでに遅れが生じる。その結果、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比における変化の遅れにより目標空燃比の切替に遅れが生じる。このため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達しているにもかかわらず、目標空燃比がリーン空燃比のまま継続されたり、酸素吸蔵量がゼロに到達しているにもかかわらず、目標空燃比がリッチ空燃比のまま継続されたりしてしまう。この結果、上流側排気浄化触媒２０の見かけ上の最大吸蔵可能酸素量が多く算出されてしまう場合がある。このため、下流側空燃比センサ４１に応答遅れが生じると、上流側排気浄化触媒２０の異常診断を正確に行うことができなくなる。以下、図８を参照してこのことについて説明する。
【００６８】
図８は、図７と同様な図である。図中の実線は、下流側空燃比センサ４１に応答遅れが生じている場合の各パラメータの推移を表し、図中の破線は応答遅れが生じていない場合の各パラメータの推移（図７と同一）を表している。
【００６９】
図８に示した例においても、時刻ｔ2において、目標空燃比がアクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒからアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌへと切り替えられる。時刻ｔ2において、目標空燃比が切り替えられると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に増加する。
【００７０】
ここで、図８に示した例では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が図７に示した例における最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも減少している（Ｃｍａｘ’）。したがって、図８に示したように、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は、時刻ｔ2’においてほぼ最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ’に到達する。この結果、時刻ｔ2’以降、上流側排気浄化触媒２０からはリーン空燃比の排気ガスが流出することになる。
【００７１】
ところが、下流側空燃比センサ４１に応答遅れが生じている場合には、下流側空燃比センサ４１周りの排気ガスの空燃比がリーン空燃比に変化しても、出力空燃比はすぐには変化しない。この結果、図８に示した例では、時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌに達する。このため、酸素過不足量の積算は時刻ｔ2から時刻ｔ3’まで続けられ、時刻ｔ3’における積算値が最大吸蔵可能酸素量の推定値として算出されることになる。
【００７２】
また、時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌに達すると、目標空燃比がアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌからアクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒへと切り替えられる。その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に減少し、図８に示した例では、時刻ｔ3’においてほぼゼロに到達する。この結果、時刻ｔ3’以降、上流側排気浄化触媒２０からはリッチ空燃比の排気ガスが流出することになる。ところが、下流側空燃比センサ４１に応答遅れが生じている場合には、出力空燃比はすぐには変化せず、時刻ｔ4において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒに達する。このため、酸素過不足量の積算は、時刻ｔ3から時刻ｔ4まで続けられ、時刻ｔ4における積算値が最大吸蔵可能酸素量の推定値として算出されることになる。
【００７３】
この結果、下流側空燃比センサ４１に応答遅れが生じている場合には、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が、実際の最大吸蔵可能酸素量よりも多く算出されてしまう。この場合、上流側排気浄化触媒２０に劣化による異常が生じているにもかかわらず、上流側排気浄化触媒２０には異常が生じていないと診断してしまう可能性がある。
【００７４】
＜本実施形態における異常診断＞
ところで、アクティブ空燃比制御を行った場合、下流側空燃比センサ４１に応答遅れが生じているか否かに応じて、その出力空燃比が理論空燃比近傍にある期間が変化する。この様子を図９に示す。
【００７５】
図９は、図８の時刻ｔ2からｔ4までの上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比のタイムチャートである。図９に示した例においても、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒに到達し、目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。また、時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌに到達し、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。なお、以下の説明では、時刻ｔ2において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒに到達してから、時刻ｔ3において出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌに到達するまでの期間（図中のＴｒｅｖ１）をリッチ・リーン空燃比反転期間と称する。同様に、時刻ｔ3において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌに到達してから、時刻ｔ4において出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒに到達するまでの期間（図中のＴｒｅｖ２）をリーン・リッチ空燃比反転期間と称する。また、リッチ・リーン空燃比反転期間とリーン・リッチ空燃比反転期間とをまとめて単に空燃比反転期間と称する。
【００７６】
ここで、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒからリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌまでの範囲よりも理論空燃比近傍の所定の範囲内にある場合を、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たすとして定義する。具体的には、本実施形態では、出力空燃比が、理論空燃比よりも僅かにリッチなストイキ判定リッチ空燃比ＡＦｓｔｒと、理論空燃比よりも僅かにリーンなストイキ判定リーン空燃比ＡＦｓｔｌとの間にある場合に、理論空燃比判定条件を満たすものとされる。ここで、ストイキ判定リッチ空燃比ＡＦｓｔｒは、リッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒと理論空燃比との間の空燃比とされ、ストイキ判定リーン空燃比ＡＦｓｔｌは、リーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌと理論空燃比との間の空燃比とされる。或いは、出力空燃比がこれら空燃比ＡＦｓｔｒ、ＡＦｓｔｌ間にあることに加えて、出力空燃比の時間変化率（すなわち、出力空燃比の微分値）が予め定められた所定の値以下である場合に、理論空燃比判定条件を満たすものとしてもよい。いずれにせよ、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす場合とは、出力空燃比が理論空燃比近傍に停滞している場合を意味する。
【００７７】
図９における破線は、下流側空燃比センサ４１に応答遅れの異常が生じていない場合の出力空燃比を表している。図９からわかるように、破線で示した場合、空燃比反転期間Ｔｒｅｖ１中において、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす期間Ｔｎ１は比較的長い。同様に、空燃比反転期間Ｔｒｅｖ２においても、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす期間Ｔｎ２は比較的長い。
【００７８】
一方、図９における実線は、下流側空燃比センサ４１に応答遅れの異常が生じており且つ上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が減少している場合の出力空燃比を表している。図９からわかるように、実線で示した場合、空燃比反転期間Ｔｒｅｖ１中において、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす期間Ｔａ１は、期間Ｔｎ１に比べて短い。同様に、空燃比反転期間Ｔｒｅｖ２においても、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす期間Ｔａ２は、期間Ｔｎ２に比べて短い。これは、下流側空燃比センサ４１に応答遅れが生じていることにより、その出力空燃比が理論空燃比近傍から各判定空燃比ＡＦｒｅｆｒ、ＡＦｒｅｆｌに到達するまでに時間がかかることによるものである。したがって、このような場合には、上述したようにして算出された最大吸蔵可能酸素量が下限吸蔵量以上である場合であっても、上流側排気浄化触媒２０に異常が生じていることになる。
【００７９】
そこで、本実施形態では、上述したようにして算出された最大吸蔵可能酸素量が下限吸蔵量以上である場合であっても、空燃比反転期間のうち、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす期間の割合（以下、「理論空燃比期間比率」という）が所定の基準値以下であるときには、上流側排気浄化触媒２０に異常があると判定するようにしている。加えて、このようなときには、下流側空燃比センサ４１に応答遅れの異常が生じていると判定するようにしてもよい。逆に、理論空燃比期間比率が基準値よりも大きいときには、上流側排気浄化触媒２０には異常がないと判定するようにしている。
【００８０】
図１０は、理論空燃比期間比率及び最大吸蔵可能酸素量の推定値と異常判定との関係を示した図である。図１０に示したように、本実施形態では、最大吸蔵可能酸素量の推定値が下限吸蔵量よりも少ない場合には、理論空燃比期間比率に関わらず、上流側排気浄化触媒２０には異常が生じていると判定するようにしている（図１０の領域１）。また、このとき、下流側空燃比センサ４１には異常が生じていないと判定するようにしてもよい。
【００８１】
一方、最大吸蔵可能酸素量の推定値が下限吸蔵量以上である場合には、理論空燃比期間比率が小さいときには、上流側排気浄化触媒２０に異常が生じていると判定するようにしている（図１０の領域２）。また、このとき、下流側空燃比センサ４１には異常が生じていると判定するようにしてもよい。
【００８２】
特に、本実施形態では、理論空燃比期間比率が基準値以下であるときには上流側排気浄化触媒２０に異常が生じていると判定しているが、この基準値は、図１０に示したように、最大吸蔵可能酸素量の推定値にかかわらず一定の値とされる。
【００８３】
また、最大吸蔵可能酸素量の推定値が下限吸蔵量以上であって理論空燃比期間比率が基準値よりも大きいときには、上流側排気浄化触媒２０は正常であると判定される（図１０の領域３）。また、このときには、下流側空燃比センサ４１は正常であると判定するようにしてもよい。
【００８４】
以上のように、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１に異常が生じることを考慮して、上流側排気浄化触媒２０の異常診断が行われる。このため、本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０の異常を正確に診断することができる。加えて、本実施形態では、異常診断を行うにあたって、アクティブ空燃比制御により、目標空燃比を多数回に亘ってリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り替える必要がない。このため、本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０の異常を迅速に診断することができる。
【００８５】
なお、図８、９に示した例では、２回の空燃比反転期間Ｔｒｅｖ１、Ｔｒｅｖ２が得られるように、アクティブ空燃比制御において目標空燃比を２回反転させている（時刻ｔ2、ｔ3）。しかしながら、１回の空燃比反転期間が得られれば上述した異常診断を行うことができることから、アクティブ空燃比制御では目標空燃比を１回のみ反転させるようにしてもよい。
【００８６】
或いは、アクティブ空燃比制御において目標空燃比を多数回反転させて、多数の空燃比反転期間における計測値に基づいて異常診断を行うようにしてもよい。この場合、本実施形態では、理論空燃比期間比率は、複数回の空燃比反転期間の合計値と、これら複数回の空燃比反転期間のうち出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす複数の期間の合計値とに基づいて算出される。
【００８７】
また、上記実施形態では、目標空燃比がリーン空燃比であるときの空燃比反転期間Ｔｒｅｖ１と目標空燃比がリッチ空燃比であるときの空燃比反転期間Ｔｒｅｖ２との両期間における最大吸蔵可能酸素量の推定値等に基づいて異常診断を行っている。しかしながら、これら両期間のうち、一方の期間のみにおける最大吸蔵可能酸素量の推定値等に基づいて異常診断を行ってもよい。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比からリーン判定空燃比になるまでの空燃比反転期間（すなわち、Ｔｒｅｖ１）においてのみ最大吸蔵可能酸素量の推定値等を算出し、この推定値等に基づいて異常診断を行ってもよい。或いは、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比からリッチ判定空燃比になるまでの空燃比反転期間（すなわち、Ｔｒｅｖ２）においてのみ最大吸蔵可能酸素量の推定値等を算出し、この推定値等に基づいて異常診断を行ってもよい。
【００８８】
なお、下流側空燃比センサ４１は、応答遅れの異常が発生していない場合、実際の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に変化したときには、それに対する出力空燃比にはほとんど遅れが生じない。ところが、応答遅れの異常が発生していない場合であっても、実際の空燃比がリッチ空燃比から理論空燃比に変化したときには、それに対する出力空燃比には遅れが生じる。このため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比からリッチ判定空燃比になるまでの空燃比反転期間（すなわち、Ｔｒｅｖ２）においてのみ最大吸蔵可能酸素量の推定値等を算出し、この推定値等に基づいて異常診断を行うのが好ましい。
【００８９】
また、上記実施形態では、基準値は、予め定められた所定の値とされている。しかしながら、基準値は、最大吸蔵可能酸素量の推定値に応じて変化してもよいし、最大吸蔵可能酸素量の推定値以外のパラメータに応じて変化するようにされてもよい。
【００９０】
加えて、上記実施形態では、理論空燃比期間比率に基づいて異常診断を行っている。しかしながら、空燃比反転期間のうち、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす期間に基づいて異常診断を行ってもよい。この場合には、空燃比反転期間のうち、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす期間が所定の基準値以下であるときに、下流側空燃比センサ４１に応答遅れの異常が生じていると判定する。
【００９１】
＜フローチャート＞
図１１は、本実施形態における異常診断制御の制御ルーチンを概略的に示すフローチャートである。図１１に示したように、まずステップＳ１１では、異常診断制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。異常診断制御の実行条件が成立するときとは、例えば、上流側排気浄化触媒２０の温度がその活性温度以上であり且つ両空燃比センサ４０、４１が活性状態にあるときである。ステップＳ１１において、異常診断制御の実行条件が成立していないと判定されたときには、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、異常診断制御の実行条件が成立していると判定されたときには、ステップＳ１２へと進む。ステップＳ１２では、アクティブ空燃比制御が実行される。したがって、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比が、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ又はリーン設定空燃比ＡＦＴｌに、或いはこれら空燃比に交互に設定される。
【００９２】
次いで、ステップＳ１３では、アクティブ空燃比制御実行時における上流側空燃比センサ４０の出力空燃比及びエアフロメータ３９の出力値等に基づいて酸素過不足量が算出される。次いで、ステップＳ１４では、アクティブ空燃比制御実行時における下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいて、空燃比反転期間Ｔｒｅｖが算出される。ステップＳ１５では、アクティブ空燃比制御実行時における下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいて、理論空燃比期間Ｔｓ（図９のＴｎやＴａ）が算出される。次いで、ステップＳ１６では、ステップＳ１３において算出された酸素過不足量の積算値に基づいて、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量の推定値ＯＳＣが算出される。なお、アクティブ空燃比制御において複数回目標空燃比の反転が行われている場合には、複数算出された酸素過不足量の積算値の平均値が最終的な最大吸蔵可能酸素量の推定値ＯＳＣとされる。
【００９３】
次いで、ステップＳ１７では、ステップＳ１４で算出された空燃比反転期間Ｔｒｅｖ（複数回反転が行われている場合には合計値）と、ステップＳ１５で算出された理論空燃比期間Ｔｓ（複数回反転が行われている場合には合計値）とに基づいて、理論空燃比期間比率ＲＳＴ（＝Ｔｓ／Ｔｒｅｖ）が算出される。なお、アクティブ空燃比制御において複数回の目標空燃比の反転が行われている場合には、各空燃比反転期間毎に算出された理論空燃比期間比率の平均値が、最終的な理論空燃比期間比率とされる。
【００９４】
次いで、ステップＳ１８では、ステップＳ１６で算出された最大吸蔵可能酸素量ＯＳＣが、下限吸蔵量ＯＳＣｌｏｗ以上であるか否かが判定される。ステップＳ１８において最大吸蔵可能酸素量ＯＳＣが下限吸蔵量ＯＳＣｌｏｗよりも少ないと判定された場合にはステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、上流側排気浄化触媒２０に異常があると判定され、例えば、内燃機関を搭載した車両において上流側排気浄化触媒２０の異常を示す警告灯が点灯せしめられる。次いで、ステップＳ２０では、下流側空燃比センサ４１は正常であると判定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９５】
一方、ステップＳ１８において最大吸蔵可能酸素量ＯＳＣが下限吸蔵量ＯＳＣｌｏｗ以上であると判定された場合には、ステップＳ２１へと進む。ステップＳ２１では、理論空燃比期間比率ＲＳＴが基準値ＲＳＴｒｅｆ以上であるか否かが判定される。このとき、基準値ＲＳＴｒｅｆは、ステップＳ１６で算出された最大吸蔵可能酸素量ＯＳＣに基づいて、図１０に示したようなマップを用いて算出される。ステップＳ２１において、理論空燃比期間比率ＲＳＴが基準値ＲＳＴｒｅｆよりも小さいと判定された場合には、ステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２では、上流側排気浄化触媒２０に異常があると判定され、その結果、例えば上流側排気浄化触媒２０の異常を示す警告灯が点灯せしめられる。次いで、ステップＳ２３では、下流側空燃比センサ４１にも異常があると判定され、例えば下流側空燃比センサ４１の異常を示す警告灯が点灯せしめられる。その後、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９６】
一方、ステップＳ２１において、理論空燃比期間比率ＲＳＴが基準値ＲＳＴｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ２４へと進む。ステップＳ２４では、上流側排気浄化触媒２０は正常であると判定され、次いで、ステップＳ２５では、下流側空燃比センサ４１も正常であると判定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９７】
＜第二実施形態＞
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態における異常診断装置の構成等は、基本的に第一実施形態における異常診断装置の構成等と同様である。ここで、上記第一実施形態における異常診断装置では、目標空燃比がリーン空燃比であるときの空燃比反転期間Ｔｒｅｖ１と目標空燃比がリッチ空燃比であるときの空燃比反転期間Ｔｒｅｖ２との両期間における最大吸蔵可能酸素量の推定値等に基づいて異常診断を行っている。しかしながら、本第二実施形態では、これら両期間のうち、一方の期間のみにおける最大吸蔵可能酸素量の推定値等に基づいて異常診断が行われる。加えて、上記第一実施形態では、空燃比反転期間と、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす期間との時間比率に基づいて異常診断を行っている。しかしながら、本第二実施形態では、両期間における積算酸素過不足量に基づいて異常診断が行われる。
【００９８】
図１２は、上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比、理論空燃比時における積算酸素過剰量及び積算酸素過剰量の、図９と同様なタイムチャートである。図１２に示した例においても、図９と同様に、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒに到達し、目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。また、時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌに到達し、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。また、図９と同様に、図１２における破線は、下流側空燃比センサ４１に応答遅れの異常が生じていない場合の出力空燃比等を示している。加えて、図９と同様に、図１２における実線は、空燃比センサ４１に応答遅れの異常が生じており且つ上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が減少している場合の出力空燃比等を表している。
【００９９】
図１２に示したように、本実施形態では、時刻ｔ2において、目標空燃比がリッチ設定空燃比ＡＦＴｒからリーン設定空燃比ＡＦＴｌへ切り替えられると、積算酸素過不足量がゼロにリセットされる。その後、酸素過不足量は、目標空燃比がリーン設定空燃比ＡＦＴｌからＡＦＴｒへ切り替えられる時刻ｔ3まで積算される。すなわち、本実施形態では、リッチ・リーン空燃比反転期間（図中のＴｒｅｖ１）中の積算酸素過不足量（なお、図１２では、酸素過剰量が示されている）が算出される。図１２に示した例では、空燃比反転期間Ｔｒｅｖ１における積算酸素過不足量はΣＯ１となっている。
【０１００】
加えて、本実施形態では、リッチ・リーン空燃比反転期間Ｔｒｅｖ１において、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たすと、理論空燃比時における酸素過不足量（以下、「理論空燃比時過不足量」という）の積算が開始される。図１２に示した例では、具体的には、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がストイキ判定リッチ空燃比ＡＦｓｔｒ以上になると、理論空燃比時過不足量の積算が開始される。一方、リッチ・リーン空燃比反転期間Ｔｒｅｖ１において、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たさなくなると、理論空燃比時過不足量の積算が中止される。図１２に示した例では、具体的には、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がストイキ判定リーン空燃比よりも大きくなると、理論空燃比時過不足量の積算が中止される。すなわち、本実施形態では、リッチ・リーン空燃比反転期間のうち出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たしている間の酸素過不足量の積算値（以下、「理論空燃比時積算過不足量」という）が算出される。図１２に示した例では、下流側空燃比センサ４１に異常が生じていない場合（図中の破線）、理論空燃比時積算過不足量はΣＯｓｔｎ１となっている。一方、下流側空燃比センサ４１に異常が生じている場合（図中の実線）、理論空燃比時積算過不足量はΣＯｓｔａ１となっている。図１２からわかるように、理論空燃比時積算過不足量ΣＯｓｔａ１は、理論空燃比時積算過不足量ΣＯｓｔｎ１に比べて少ない。
【０１０１】
さらに、図１２に示した例では、時刻ｔ4〜ｔ5における別のリッチ・リーン空燃比反転期間Ｔｒｅｖ３においても、積算酸素過不足量が算出される（ΣＯ３）。加えて、このリッチ・リーン空燃比反転期間Ｔｒｅｖ３においても理論空燃比時積算過不足量が算出される（図中のΣＯｓｔｎ３及びΣＯｓｔａ３）。
【０１０２】
本実施形態では、このようにして算出されたリッチ・リーン空燃比反転期間における積算酸素過不足量ΣＯ１、ΣＯ３、・・・が合計されるか又はその平均値が算出される。加えて、本実施形態では、理論空燃比時積算過不足量ΣＯｓｔ１、ΣＯｓｔ２、・・・が合計されるか又はその平均値が算出される。その後、積算酸素過不足量の合計値又は平均値に対する、理論空燃比時積算過不足量の合計値又は平均値の割合が理論空燃比時酸素量比率として算出される。そして、このようにして算出された理論空燃比時酸素比率が所定の基準値以下であるときには、上流側排気浄化触媒２０に異常があると判定するようにしている。加えて、このようなときには、下流側空燃比センサ４１に応答遅れの異常が生じていると判定するようにしてもよい。逆に、理論空燃比時酸素比率が基準値よりも大きいときには、上流側排気浄化触媒２０には異常がないと判定するようにしている。
【０１０３】
図１３は、理論空燃比時酸素比率及び最大吸蔵可能酸素量の推定値と異常判定との関係を示した図である。基本的には、本実施形態においても、図１０に示した例と同様に異常判定が行われる。したがって、図１３の領域１では、上流側排気浄化触媒２０に異常が生じており、下流側空燃比センサ４１には異常が生じていないと判定される。また、領域２では、上流側排気浄化触媒２０にも下流側空燃比センサ４１にも異常が生じていると判定される。さらに、領域３では、上流側排気浄化触媒２０にも下流側空燃比センサ４１にも異常が生じていないと判定される。
【０１０４】
以上のように、本実施形態では、空燃比反転期間における積算酸素過不足量と下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす期間における積算酸素過不足量との比率に基づいて以上診断が行われる。このように、空燃比反転期間における時間の代わりに、空燃比反転期間における酸素過不足量を用いることによっても、正確に上流側排気浄化触媒２０の異常を診断することができる。
【０１０５】
なお、上記第一実施形態及び第二実施形態では、空燃比反転期間中における時間又は積算酸素過不足量に基づいて上流側排気浄化触媒２０の異常診断を行っている。しかしながら、これらの代わりに、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス流量の積算値、すなわち機関本体１に供給される吸入空気量の積算値を用いてもよい。
【０１０６】
また、本実施形態では、リッチ・リーン空燃比反転期間における積算酸素過不足量のみに基づいて上流側排気浄化触媒２０の異常診断を行っている。ここで、リッチ・リーン空燃比反転期間と、リーン・リッチ空燃比反転期間とでは、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが同一であっても、必ずしも積算酸素過不足量の比率や時間比率が一致しない。このため、リッチ・リーン空燃比反転期間における積算酸素過不足量のみに基づいて異常診断を行うことで、より正確に上流側排気浄化触媒２０の異常診断を行うことができる。
【０１０７】
なお、上記実施形態では、リッチ・リーン空燃比反転期間における積算酸素過不足量のみに基づいて異常診断を行っているが、当該期間における時間や積算吸入空気量のみに基づいて異常診断を行ってもよい。また、リーン・リッチ空燃比反転期間における積算酸素過不足量、時間又は積算吸入空気量のみに基づいて異常診断を行ってもよい。
【０１０８】
＜第三実施形態＞
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態における異常診断装置の構成等は、基本的に第一実施形態における異常診断装置の構成等と同様である。しかしながら、第三実施形態における異常診断装置では、アクティブ空燃比制御中における下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の時間変化量にも基づいて異常診断が行われる。
【０１０９】
図１４は、図８の時刻ｔ2からｔ4までの上流側空燃比センサ４０の出力空燃比並びに下流側空燃比センサ４１の出力空燃比及びその時間変化量のタイムチャートであり、図９と同様な図である。図１４からわかるように、下流側空燃比センサ４１に応答遅れが生じていない場合（図中の破線の場合）、その出力空燃比は実際の空燃比の変化に伴って急激に変化する。このため、時刻ｔ2、ｔ3、ｔ4近傍においては、出力空燃比の時間変化量が比較的大きな値となっている。
【０１１０】
一方、下流側空燃比センサ４１に応答遅れが生じている場合（図中の実線の場合）、その出力空燃比は実際の空燃比が変化してから徐々に変化する。このため、時刻ｔ2、ｔ3、ｔ4近傍においても、出力空燃比の時間変化量は比較的小さな値となっている。
【０１１１】
そこで、本実施形態では、上述した理論空燃比期間比率に基づく異常診断に加えて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の時間変化量に基づく異常診断を行うこととしている。具体的には、空燃比反転期間中、或いはアクティブ空燃比制御の実行中の、時間変化量の最大値ΔＡＦｍａｘが基準変化量ΔＡＦｒｅｆ以下であるときには、上流側排気浄化触媒２０に異常があると判定するようにしている。このようなときには、下流側空燃比センサ４１に応答遅れの異常が生じていると判定するようにしてもよい。
【０１１２】
図１５は、時間変化量の最大値及び最大吸蔵可能酸素量の推定値と異常判定との関係を示した図である。図１５に示したように、本実施形態でも、最大吸蔵可能酸素量の推定値が下限吸蔵量よりも少ない場合には、時間変化量の最大値に関わらず、上流側排気浄化触媒２０には異常が生じていると判定するようにしている（図１５の領域１）。
【０１１３】
一方、最大吸蔵可能酸素量の推定値が下限吸蔵量以上である場合には、時間変化量の最大値が小さいときには、上流側排気浄化触媒２０に異常が生じていると判定するようにしている（図１５の領域２）。また、このとき、下流側空燃比センサ４１には異常が生じていると判定するようにしてもよい。
【０１１４】
特に、本実施形態では、時間変化量の最大値が基準変化量以下であるときには上流側排気浄化触媒２０に異常が生じていると判定しているが、この基準変化量は、図１５に示したように、最大吸蔵可能酸素量の推定値にかかわらず一定の値とされる。
【０１１５】
また、最大吸蔵可能酸素量の推定値が下限吸蔵量以上であって時間変化量の最大値が基準変化量よりも大きいときには、上述した理論空燃比期間比率に基づく異常診断において異常と診断されない限り、上流側排気浄化触媒２０は正常であると判定される（図１５の領域３）。また、このときには、下流側空燃比センサ４１は正常であると判定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１    機関本体
５    燃焼室
７    吸気ポート
９    排気ポート
１９    排気マニホルド
２０    上流側排気浄化触媒
２４    下流側排気浄化触媒
３１    ＥＣＵ
４０    上流側空燃比センサ
４１    下流側空燃比センサ
【図１】
2015086861.tif 000003
【図２】
2015086861.tif 000004
【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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【図１３】
2015086861.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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