(57)【要約】【課題】空燃比センサの異常診断を迅速且つ適切に行うことができる異常診断装置を提供する。【解決手段】内燃機関は、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化触媒２０と、排気浄化触媒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と、排気浄化触媒から流出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とを具備する。空燃比センサの異常診断装置は、排気浄化触媒に流入する排気ガスが大気ガスとなる大気ガス導入制御中に、上流側空燃比センサの出力値と下流側空燃比センサの出力値との差又は比が予め定められた所定の正常差分範囲又は所定の正常比率範囲外であるときには、少なくともいずれか一方の空燃比センサに異常が発生していると判定する。【選択図】図７
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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排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に該排気浄化触媒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と、前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサとを具備する内燃機関において用いられる空燃比センサの異常診断装置において、
燃料カット制御中に、前記上流側空燃比センサの出力値と前記下流側空燃比センサの出力値との差又は比が予め定められた所定の正常差分範囲又は所定の正常比率範囲外であるときには、少なくともいずれか一方の空燃比センサに異常が発生していると判定する、空燃比センサの異常診断装置。
【請求項２】
前記燃料カット制御中に、各空燃比センサの出力値が予め定められた所定の正常判定範囲外であるときには、その空燃比センサには異常が発生していると判定する、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】
前記正常差分範囲は前記正常判定範囲よりも狭く設定される、請求項２に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項４】
両空燃比センサの出力値における差又は比が前記正常差分範囲又は前記正常比率範囲内であって、前記上流側空燃比センサ及び前記下流側空燃比センサのうちのいずれか一方の空燃比センサに異常が発生していると診断されたときには、他方の空燃比センサにも異常が発生していると判定する、請求項１〜３のいずれか１項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】
本発明は、空燃比センサの異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に空燃比センサを設け、排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に酸素センサを設けた排気浄化装置が知られている。斯かる排気浄化装置では、例えば、上流側の空燃比センサの出力に基づいて排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、内燃機関に供給する燃料量をフィードバック制御（メインフィードバック制御）すると共に、下流側の酸素センサの出力に基づいて目標空燃比をフィードバック制御（サブフィードバック制御）するようにしている。
【０００３】
上述した各フィードバック制御では、上流側の空燃比センサ及び下流側の酸素センサの出力値が利用される。このため、これら空燃比センサ及び酸素センサの異常によりその出力値に大きな誤差が生じていると、各フィードバック制御を適切に行うことができなくなってしまう。このため、上流側の空燃比センサや下流側の酸素センサの異常を診断する異常診断装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の異常診断装置では、内燃機関の作動中に内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット制御を開始してから下流側の酸素センサの出力値が変化するまでの応答時間に基づいて酸素センサの異常を診断している。特に、この応答時間が異常判定値以上である場合には、酸素センサの応答性が低下しているとして酸素センサには異常が発生していると判定するようにしている。
【０００５】
一方、排気浄化触媒も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を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下流側の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（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１６９７７６号公報
【特許文献２】特開平５−１３３２６４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１８０７１７号公報
【特許文献４】特開２０１１−５０６９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、空燃比センサの異常診断を行う方法としては、燃料カット制御の実行中に各空燃比センサの出力値を用いる方法が挙げられる。斯かる方法では、具体的には、燃料カット制御中において、各空燃比センサの出力値が予め定められた正常判定範囲内にあるときには、その空燃比センサは正常であると判定する。一方、各空燃比センサの出力値が正常判定範囲外にあるときには、その空燃比センサには異常が発生していると判定する。
【０００８】
このように空燃比センサの異常判定を行う場合、燃料カット制御により各空燃比センサ周りを流通する排気ガスは大気ガスとなる。このため、燃料カット制御中の空燃比センサの出力は大気ガスに対応する出力値になるため、空燃比センサに異常が発生していない限り、常にほぼ同一の値となる。
【０００９】
しかしながら、空燃比センサの出力値は、周りを流通する排気ガスの空燃比が一定であってもその圧力に応じて変化する。一般に、空燃比センサ周りを流通する排気ガスの圧力が高くなるほど空燃比センサの出力値が大きくなる。燃料カット制御中においては、空燃比センサ周りを流通する排気ガスの圧力は内燃機関を搭載した車両等の周りの大気圧に比例することから、大気圧が高くなるほど空燃比センサの出力値は大きくなる。したがって、上述した正常判定範囲は、斯かる大気圧に応じた空燃比センサの出力値の変化を考慮して、広く設定する必要があった。しかしながら、この正常判定範囲を広く設定すると、空燃比センサの異常判定が遅れてしまうという問題があった。
【００１０】
また、上述したように、排気浄化触媒の劣化診断を行う際には、排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を推定することが必要になる。斯かる最大吸蔵可能酸素量の推定は、例えば、排気浄化触媒の排気流れ方向上流側及び下流側にそれぞれ空燃比センサを用いて、以下のようにして行うことが考えられる。すなわち、まず、上流側空燃比センサの出力に基づいて、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるようにフィードバック制御を行う。そして、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチなリッチ判定空燃比となると、目標空燃比を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）に変更する。目標空燃比がリーン空燃比とされている間には排気浄化触媒に流入した酸素量が積算され、これにより排気浄化触媒の酸素吸蔵量が算出される。その後、下流側の酸素センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーンなリーン判定空燃比になると、それまでの酸素量の積算値が最大吸蔵可能酸素量として算出される。
【００１１】
このように最大吸蔵可能酸素量の推定を行う場合においても、上述したように正常判定範囲を広く設定すると、その推定を適切に行うことができなかった。例えば、上流側空燃比センサの異常によりその出力値に誤差が生じており、その絶対値が実際の値よりも大きく出力される場合、上述したフィードバック制御により、排気浄化触媒に流入する実際の排気ガスの空燃比は目標空燃比よりも理論空燃比寄りとなる。一方、下流側空燃比センサの異常によりその出力値に誤差が生じており、その絶対値が実際の値よりも小さく出力される場合、下流側空燃比センサの出力値は、排気浄化触媒から流出する実際の排気ガスの空燃比よりも理論空燃比寄りの空燃比に対応した値となる。
【００１２】
これら両空燃比センサの異常が重なると、目標空燃比がリーン空燃比とされている場合において、排気浄化触媒に流入する排気ガスの実際の空燃比は目標空燃比よりもリッチな空燃比（理論空燃比寄りな空燃比）となる。加えて、下流側空燃比センサによって検出される空燃比はこれよりも更にリッチな空燃比（理論空燃比寄りな空燃比）となる。その結果、排気浄化触媒からリーン空燃比の排気ガスが流出していても、下流側空燃比センサによって検出される空燃比はリーン判定空燃比よりも小さなものとなる。このため、下流側空燃比センサはリーン判定空燃比には到達せず、この結果、最大吸蔵可能酸素量を算出することができなくなってしまう。
【００１３】
したがって、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、空燃比センサの異常診断を迅速且つ適切に行う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】
【００１４】
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排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に該排気浄化触媒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と、前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサとを具備する内燃機関において用いられる空燃比センサの異常診断装置において、燃料カット制御中に、前記上流側空燃比センサの出力値と前記下流側空燃比センサの出力値との差又は比が予め定められた所定の正常差分範囲外であるときには、少なくともいずれか一方の空燃比センサに異常が発生していると判定する。
【００１５】
第２の発明では、第１の発明において、前記燃料カット制御中に、各空燃比センサの出力値が予め定められた所定の正常判定範囲外であるときには、その空燃比センサには異常が発生していると判定する。
【００１６】
第３の発明では、第２の発明において、前記正常差分範囲は前記正常判定範囲よりも狭く設定される。
【００１７】
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、両空燃比センサの出力値における差又は比が前記正常差分範囲内であって、前記上流側空燃比センサ及び前記下流側空燃比センサのうちのいずれか一方の空燃比センサに異常が発生していると診断されたときには、他方の空燃比センサにも異常が発生していると判定する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、空燃比センサの異常診断を迅速且つ適切に行う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】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の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、排気浄化触媒の酸素吸蔵量と排気浄化触媒から流出する排気ガス中のＮＯｘ濃度又はＨＣ、ＣＯ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、センサ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、目標空燃比等のタイムチャートである。
【図７】図７は、燃料カット制御を実行した際の空燃比センサの出力電流等のタイムチャートである。
【図８】図８は、空燃比センサの異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９は、大気圧及び拡散律速層における拡散距離と、空燃比センサの出力電流との関係を示した図である。
【図１０】図１０は、アクティブ空燃比制御を実行した際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１１】図１１は、アクティブ空燃比制御を実行した際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１２】図１２は、アクティブ空燃比制御を実行した際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１３】図１３は、アクティブ空燃比制御を実行した際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１４】図１４は、各空燃比センサの出力電流と異常判定との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、大気圧および拡散律速層における拡散距離と空燃比センサの出力電流との関係を示した図である。
【図１６】図１６は、空燃比センサの追加の異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、各空燃比センサの出力電流と異常判定との関係を示す、図１４と同様な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明に係る空燃比センサの異常診断装置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。
【００２１】
＜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において、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。
【００２２】
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、本発明の内燃機関は他の燃料を用いても良い。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、内燃機関の制御を行う制御装置及び空燃比センサ４０、４１の異常診断を行う異常診断装置として機能する。
【００２７】
なお、本実施形態に係る内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、本発明に係る内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。例えば、本発明に係る内燃機関は、気筒数、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無、及び過給態様等が、上記内燃機関と異なるものであってもよい。
【００２８】
＜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。排気浄化触媒２０、２４は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０、２４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。排気浄化触媒２０、２４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。
【００２９】
排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵能力によれば、排気浄化触媒２０、２４は、排気浄化触媒２０、２４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、排気浄化触媒２０、２４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、排気浄化触媒２０、２４に吸蔵されている酸素を放出する。
【００３０】
排気浄化触媒２０、２４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、排気浄化触媒２０、２４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、図２（Ａ）に実線で示したように、酸素吸蔵量が少ないときには排気浄化触媒２０、２４により排気ガス中の酸素が吸蔵される。また、これに伴って、排気ガス中のＮＯｘが還元浄化される。一方、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２０、２４から流出する排気ガス中の酸素及びＮＯｘの濃度が上昇する。
【００３１】
一方、排気浄化触媒２０、２４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、図２（Ｂ）に実線で示したように、酸素吸蔵量が多いときには排気浄化触媒２０、２４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。一方、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Ｃｄｗｎｌｉｍ）を境に排気浄化触媒２０、２４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。
【００３２】
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２０、２４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。
【００３３】
＜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。なお、本実施形態では、両空燃比センサ４０、４１として同一構成の空燃比センサが用いられる。
【００３４】
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。
【００３５】
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５９を備えたヒータ部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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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が大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化する。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。
【００４０】
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としては例えばコップ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。
【００４１】
＜基本的な空燃比制御＞
次に、内燃機関の制御装置における基本的な空燃比制御の概要を説明する。本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づいて上流側空燃比センサ４０の出力電流（排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比に相当）Ｉｒｕｐが目標空燃比に相当する値となるように燃料噴射弁１１からの燃料供給量のフィードバック制御が行われる。
【００４２】
一方、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力電流等に基づいて目標空燃比を設定する目標空燃比の設定制御が行われる。目標空燃比の設定制御では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下となったときに、目標空燃比はリーン設定空燃比とされ、その後、その空燃比に維持される。ここで、リッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈは、理論空燃比よりも僅かにリッチである予め定められたリッチ判定空燃比（例えば、１４．５５）に相当する値である。また、リーン設定空燃比は、理論空燃比よりも或る程度リーンである予め定められた空燃比であり、例えば、１４．６５〜２０、好ましくは１４．６８〜１８、より好ましくは１４．７〜１６程度とされる。
【００４３】
目標空燃比がリーン設定空燃比に変更されると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの酸素過不足量が積算される。酸素過不足量は、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過剰となる酸素又は不足する酸素（過剰な未燃ガス等の量）を意味する。特に、目標空燃比がリーン設定空燃比となっているときには上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中の酸素は過剰となり、この過剰な酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵される。したがって、酸素過不足量の積算値（以下、「積算酸素過不足量」という）は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡを表しているといえる。
【００４４】
なお、酸素過不足量の算出は、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ、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。
【００４５】
このようにして算出された酸素過不足量が、予め定められた切替基準値（予め定められた切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当）以上になると、それまでリーン設定空燃比だった目標空燃比が、リッチ設定空燃比とされ、その後、その空燃比に維持される。リッチ設定空燃比は、理論空燃比よりも或る程度リッチである予め定められた空燃比であり、例えば、１２〜１４．５８、好ましくは１３〜１４．５７、より好ましくは１４〜１４．５５程度とされる。なお、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差（リッチ度合い）は、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差（リーン度合い）以下とされる。その後、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが再びリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下となったときに、再び目標空燃比がリーン設定空燃比とされ、その後、同様な操作が繰り返される。
【００４６】
このように本実施形態では、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ーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に設定される。特に、本実施形態では、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差は、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差以上とされる。したがって、本実施形態では、目標空燃比は、短期間のリーン設定空燃比と、長期間のリッチ設定空燃比とに交互に設定されることになる。
【００４７】
＜タイムチャートを用いた空燃比制御の説明＞
図６を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図６は、本実施形態の空燃比制御を行った場合における、空燃比補正量ＡＦＣ、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎ、積算酸素過不足量ΣＯＥＤ及び上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中のＮＯｘ濃度のタイムチャートである。
【００４８】
なお、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ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であるときに零になる。加えて、当該排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに負の値となり、当該排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに正の値となる。また、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又はリーン空燃比であるときには、理論空燃比からの差が大きくなるほど、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐの絶対値が大きくなる。
【００４９】
下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎも、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比に応じて、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐと同様に変化する。また、空燃比補正量ＡＦＣは、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に関する補正量であって、制御中心となる空燃比（本実施形態では、理論空燃比）に対する補正量を表している。空燃比補正量ＡＦＣが０のときには目標空燃比は理論空燃比とされ、空燃比補正量ＡＦＣが正の値であるときには目標空燃比はリーン空燃比となり、空燃比補正量ＡＦＣが負の値であるときには目標空燃比はリッチ空燃比となる。
【００５０】
図示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ（リッチ設定空燃比に相当）とされている。すなわち、目標空燃比はリッチ空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが負の値となる。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に含まれている未燃ガスは、上流側排気浄化触媒２０で浄化され、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。したがって、積算酸素過不足量ΣＯＥＤも徐々に減少していく。上流側排気浄化触媒２０における浄化により上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中には未燃ガスは含まれていないため、下流側空燃比センサの出力電流Ｉｒｄｗｎはほぼ０（理論空燃比に相当）となる。なお、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ため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量はほぼゼロとなる。
【００５１】
上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少すると、酸素吸蔵量ＯＳＡは時刻ｔ1においてゼロに近づき、これに伴って、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。これにより、時刻ｔ1以降、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが徐々に低下する。その結果、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定空燃比に相当するリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する。
【００５２】
本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ（リーン設定空燃比に相当）に切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比へと切り替えられる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは０にリセットされる。
【００５３】
なお、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達してから、すなわち上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比に到達してから、空燃比補正量ＡＦＣの切替を行っている。これは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が十分であっても、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比から極わずかにずれてしまう場合があるためである。逆に言うと、リッチ判定空燃比は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が十分であるときには上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が到達することのないような空燃比とされる。
【００５４】
時刻ｔ2において、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると、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からリーン空燃比に変化する。また、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが正の値となる（実際には、目標空燃比を切り替えてから上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている）。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空燃比がリーン空燃比に変化すると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは増大する。また、これに伴って、積算酸素過不足量ΣＯＥＤも徐々に増大していく。
【００５５】
これにより、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比へと変化し、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎも０に収束する。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ーン空燃比となっているが、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力には十分な余裕があるため、流入する排気ガス中の酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵され、ＮＯｘは還元浄化される。
【００５６】
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが増大すると、時刻ｔ3において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する。このため、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当する切替基準値ＯＥＤｒｅｆに到達する。本実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になると、上流側排気浄化触媒２０への酸素の吸蔵を中止すべく、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが０にリセットされる。なお、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上流側排気浄化触媒２０が新品であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの３／４以下、好ましくは１／２以下、より好ましくは１／５以下とされる。
【００５７】
時刻ｔ3において目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、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からリッチ空燃比に変化する。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが負の値となる（実際には、目標空燃比を切り替えてから上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている）。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中には未燃ガスが含まれることになるため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していき、時刻ｔ4において、時刻ｔ1と同様に、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが低下し始める。このときも、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ため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの排出はほぼゼロされる。
【００５８】
次いで、時刻ｔ5において、時刻ｔ2と同様に、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定空燃比に相当するリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する。これにより、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定空燃比に相当する値ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。その後、上述した時刻ｔ1〜ｔ5のサイクルが繰り返される。
【００５９】
以上の説明から分かるように本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量を常に抑制することができる。また、積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する際の積算期間が短いため、長期間に亘って積算する場合に比べて算出誤差が生じにくい。このため、積算酸素過不足量ΣＯＥＤの算出誤差によりＮＯｘが排出されてしまうことが抑制される。また、一般に、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されると、その排気浄化触媒の酸素吸蔵能力が低下する。これに対して、本実施形態によれば、図６に示したように、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは常に上下に変動しているため、酸素吸蔵能力が低下することが抑制される。
【００６０】
なお、このような本実施形態における空燃比補正量ＡＦＣの設定、すなわち目標空燃比の設定は、ＥＣＵ３１によって行われる。したがって、ＥＣＵ３１は、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となったときに、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆとなるまで、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継続的又は断続的にリーン空燃比にすると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上となったときに、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに達することなく下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となるまで、目標空燃比を継続的又は断続的にリッチ空燃比にしているといえる。
【００６１】
より簡単に言えば、本実施形態では、ＥＣＵ３１は、下流側空燃比センサ４１によって検出された空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えているといえる。
【００６２】
＜空燃比センサの基本的な異常診断＞
ところで、空燃比センサ４０、４１では、その製造誤差や経年劣化等により、出力電流に誤差が生じる場合がある。したがって、流通する排気ガスの空燃比が同一であっても、出力電流が異なった値になる場合がある。斯かる誤差が大きくなると、すなわち実際の排気ガスの空燃比と空燃比センサ４０、４１の出力電流に対応する空燃比との間の差が大きくなると、上述した空燃比制御を適切に行うことができなくなる。そこで、本発明の実施形態では、空燃比センサ４０、４１の出力電流に大きな誤差が生じていないかを診断する異常診断が行われる。
【００６３】
具体的には、まず、内燃機関の運転中に燃焼室５内への燃料の供給を停止する燃料カット制御が行われる。斯かる燃料カット制御は、例えば、内燃機関を搭載した車両の減速時等に行われる。燃料カット制御中には燃料の供給がなされないことから、燃焼室５から大気ガスが流出せしめられる。その結果、上流側排気浄化触媒２０には大気ガスが導入されると共に、両空燃比センサ４０、４１周りには大気ガスが流通することになる。
【００６４】
このように燃料カット制御中には両空燃比センサ４０、４１周りには大気ガスが流通することから、各空燃比センサ４０、４１の出力電流に誤差が生じていない限り、燃料カット制御中における各空燃比センサ４０、４１の出力電流は基本的に常に同様な値となる（以下では、斯かる値を「正常時出力値」という）。したがって、本実施形態では、燃料カット制御中における各空燃比センサ４０、４１の出力電流が正常時出力値を中心にした予め定められた正常判定範囲内であるときには、各空燃比センサ４０、４１の出力電流に大きな誤差は生じていない、すなわち正常であると判定する。一方、燃料カット制御中における各空燃比センサ４０、４１の出力電流が予め定められた正常判定範囲外であるときには、各空燃比センサ４０、４１の出力電流に大きな誤差が生じている、すなわちその空燃比センサ４０、４１には異常が発生していると判定する。
【００６５】
図７は、燃料カット制御を実行した際の両空燃比センサ４０、４１の出力電流等のタイムチャートである。図７に示した例では、時刻ｔ3において燃料カット制御が開始されると共に、時刻ｔ3よりも前には図６に示した空燃比制御が行われている。時刻ｔ3において燃料カット制御が開始されると、燃料噴射弁１１からの燃料供給が停止せしめられる。したがって、上述した空燃比制御、すなわち上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づくフィードバック制御は停止せしめられる。このため、目標空燃比の設定、すなわち空燃比補正量の設定も停止せしめられる。
【００６６】
時刻ｔ3において燃料カット制御が開始されると、燃焼室５からは大気ガスが排出され、上流側空燃比センサ４０周りを大気ガスが流通することになる。このため、燃料カット制御の開始に伴って、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが急激に上昇する。上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに誤差が生じていない場合には、その後、出力電流Ｉｒｕｐは、図７に実線で示したように、時刻ｔ4以降に、非常に大きい正の値（正常時出力値）Ｉｒ1に収束する。
【００６７】
一方、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎは、時刻ｔ3において燃料カット制御が開始されても、すぐには上昇しない。これは、燃料カット制御の開始当初には、下流側空燃比センサ４１よりも排気流れ方向上流側に配置された上流側排気浄化触媒２０によって排気ガス中の酸素が吸蔵されるためである。このため、上流側排気浄化触媒２０から排出される排気ガス中の酸素量は低減されており、この結果、下流側空燃比センサ４１の出力電流はすぐには上昇しない。
【００６８】
しかしながら、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒２０に流入する酸素の流量は極めて多いため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は燃料カット制御の開始後すぐに最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達する。このため、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎは、上流側空燃比センサ４０の出力電流の上昇から僅かに遅れて、急激に上昇する。下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎに誤差が生じていない場合には、その後、出力電流Ｉｒｄｗｎは、図７に実線で示したように、時刻ｔ5以降に、非常に大きい正の値（正常時出力値）Ｉｒ2に収束する。
【００６９】
上述したように、燃料カット制御中においては、各空燃比センサ４０、４１の出力電流は、誤差が生じていない限り、一定の値（正常時出力値）に収束する。したがって、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ及び下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが、図７に実線で示したように、正常判定範囲（正常上限値Ｉｒｕｌｉｍ以下であって正常下限値Ｉｒｌｌｉｍ以上）内に収束した場合には、基本的にこれら空燃比センサ４１は正常であると判定する。
【００７０】
一方、各空燃比センサ４０、４１の出力電流に大きな誤差が発生している場合、出力電流は正常時出力値とは異なる値に収束する。このような場合を図７に破線で示す。図７に破線で示した例では、燃料カット制御中において、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは、誤差により、本来出力すべき正常時出力値よりも大きな値となっている。この結果、燃焼カット制御中における上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは、正常判定範囲外、具体的には正常上限値Ｉｒｕｌｉｍよりも大きい値に収束することになる。この場合、上流側空燃比センサ４０には異常が発生していると判定する。
【００７１】
また、図７に破線で示した例では、燃料カット制御中において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎは、誤差により、本来出力すべき正常時出力値よりも小さな値となっている。この結果、燃料カット制御中における下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎは、正常判定範囲外、具体的には正常下限値Ｉｒｌｌｉｍよりも小さい値に収束することになる。本実施形態では、この場合、下流側空燃比センサ４１には異常が発生していると判定する。
【００７２】
このように、本実施形態では、燃料カット制御中における各空燃比センサ４０、４１の出力電流に基づいて異常診断が行われる。したがって、各空燃比センサ４０、４１周りを流通する排気ガスが大気ガスであるとき、すなわち排気ガスの空燃比が分かっているときに異常診断が行われる。このため、空燃比センサ４０、４１の異常診断を正確に行うことができる。
【００７３】
＜基本的な異常診断のフローチャート＞
図８は、上述した空燃比センサ４０、４１の異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【００７４】
まず、ステップＳ１１において、空燃比センサ４０、４１の異常診断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、両空燃比センサ４０、４１の温度が所定の温度範囲内にあること、及び内燃機関を搭載した車両のイグニッションスイッチがオンにされてから未だに異常診断制御が行われていないこと等の条件を満たしているときである。ステップＳ１１において異常診断制御の実行条件を満たしていないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、実行条件を満たしていると判定された場合には、ステップＳ１２へと進む。
【００７５】
ステップＳ１２では、ＦＣ開始フラグＦｒが０であるか否かが判定される。ＦＣ開始フラグＦｒは、燃料カット制御が開始されたときに１とされ、異常診断が終わると０とされるフラグである。ＦＣ開始フラグＦｒが０であると判定された場合には、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、燃料カット制御が開始されたか否かが判定される。燃料カット制御が開始されていないときには、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１３において、燃料カット制御が開始されたと判定された場合には、ステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４では、ＦＣ開始フラグＦｒが１にセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７６】
次の制御ルーチンでは、ＦＣ開始フラグＦｒが１にセットされているため、ステップＳ１２からステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、燃料カット制御が開始されてからの経過時間Ｔが所定の基準時間Ｔｄｗｎ以上であるか否かが判定される。なお、この基準時間Ｔｄｗｎは、燃料カット制御の開始後に下流側空燃比センサ４１の出力電流が収束するのに通常かかる時間以上の時間とされる。経過時間Ｔが基準時間Ｔｄｗｎ未満であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７７】
その後、経過時間Ｔが基準時間Ｔｄｗｎ以上になると、その後の制御ルーチンでは、ステップＳ１５からステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが正常判定範囲内（Ｉｒｌｌｉｍ以上且つＩｒｕｌｉｍ以下）であるか否かが判定される。正常判定範囲内であると判定された場合には、ステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、上流側空燃比センサ４０は正常であると判定される。一方、ステップＳ１６において、出力電流Ｉｒｕｐが正常判定範囲外にあると判定された場合には、ステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８では、上流側空燃比センサ４０には異常が生じていると判定される。
【００７８】
その後、ステップＳ１９では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが正常判定範囲内であるか否かが判定される。正常判定範囲内であると判定された場合には、ステップＳ２０へと進み、下流側空燃比センサ４１は正常であると判定される。一方、ステップＳ１９において、出力電流Ｉｒｄｗｎが正常判定範囲外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、下流側空燃比センサ４１には異常が生じていると判定される。その後、ステップＳ２２においてＦＣ開始フラグＦｒが０にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７９】
＜異常診断における問題点１＞
ところで、上述したような空燃比センサ４０、４１の異常診断を行った場合には、大きく分けて二つの問題点がある。以下、これについて説明する。
まず、一つ目の問題点について説明する。空燃比センサ４０、４１の出力電流における誤差は、上述したように、製造誤差や経年劣化等により発生する。このようにして誤差が生じる主な理由として考えられるのは、拡散律速層５４の状態である。例えば、空燃比センサ４０、４１の製造時において、拡散律速層５４の厚みが製造誤差により設計値よりも厚かった場合には、出力電流が小さくなる傾向にある。一方、空燃比センサ４０、４１の製造時において、拡散律速層５４の厚みが製造誤差により設計値よりも薄かった場合には、出力電流が大きくなる傾向にある。
【００８０】
また、内燃機関の運転中に拡散律速層５４は排気ガスに曝されため、多孔質の拡散律速層５４の孔内に排気ガス中の粒子が詰まる場合がある。このように拡散律速層５４に多くの粒子が詰まると、排気ガスは被測ガス室５７に流入しにくくなり、結果的に、空燃比センサ４０、４１の出力電流が小さくなる。
【００８１】
ところが、空燃比センサ４０、４１の出力電流は、製造誤差や経年劣化等のみならず、大気圧によっても変動する。すなわち、一般に、空燃比センサ４０、４１周りを流通する排気ガスの圧力が高くなるほど空燃比センサ４０、４１の出力電流が大きくなる。そして、燃料カット制御中においては、空燃比センサ４０、４１周りを流通する排気ガスの圧力は大気圧に比例する。したがって、例えば、内燃機関を搭載した車両が高地を走行している場合等、大気圧が低くなると、それに伴って空燃比センサ４０、４１の出力電流が低下する。このため、大気圧が低い場合には、実際には空燃比センサ４０、４１には異常が発生していなくても、燃料カット制御中においてこれら空燃比センサ４０、４１の出力電流は正常時出力値とは異なる値となってしまう。
【００８２】
図９は、大気圧及び拡散律速層における拡散距離と、空燃比センサの出力電流との関係を示した図である。図９に示した例では、大気圧がＰ（例えば、１気圧）であって、拡散距離がＷ（例えば、設計値）であるときの、空燃比センサの出力電流をＩ（正常時出力値）としている。なお、拡散距離Ｗは、拡散律速層５４の通過しやすさを意味するものであり、例えば、粒子が詰まった場合や拡散律速層５４の厚さが厚くなった場合には拡散距離Ｗは大きくなる。
【００８３】
ここで、大気圧がＰの０．７５倍であるときには、同一の空燃比に対して空燃比センサの出力電流はＩの０．７５倍になる。ここで、一般に、内燃機関を搭載した車両が０．７５気圧程度の高地を走行することがあり得る。したがって、実際の使用においても空燃比センサ４０、４１に誤差が生じていないにもかかわらず、出力電流が適切な値の０．７５倍の値になることがあり得る。このため、このような場合に誤って空燃比センサ４０、４１に誤差が生じているとの判定を行わないためには、図９に示したように正常判定範囲を或る程度広くとっておくことが必要になる。
【００８４】
一方、拡散距離がＷの１．３３倍であるときにも、同一の空燃比に対して空燃比センサの出力電流はＩの０．７５倍になる。すなわち、上述したように、正常判定範囲を或る程度広くとってしまうと、実際には拡散距離が変化していて空燃比センサ４０、４１に誤差が生じている場合であっても、空燃比センサ４０、４１に異常が生じていると判定することができないことがある。
【００８５】
＜異常診断における問題点２＞
次に、二つ目の問題点について説明する。
ところで、排気浄化触媒２０、２４は、その使用期間が多なくなると劣化する。このように排気浄化触媒２０、２４が劣化すると、これに伴ってその最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが減少することが知られている。このため、排気浄化触媒２０、２４を備える多くの内燃機関では、排気浄化触媒２０、２４の劣化度合いを診断すべく、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの算出が行われる。斯かる最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘは例えば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を行うことによって算出される。
【００８６】
図１０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空燃比補正量等のタイムチャートである。図１０に示した例では、時刻ｔ1以前においては、図６に示した空燃比制御が行われている。
【００８７】
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１０に示した例では、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈよりも小さいアクティブ時リッチ設定補正量ＡＦＣｇｒｉｃｈとされる。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力電流が小さくなり、酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度が増大する。その後、酸素吸蔵量ＯＳＡ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、その結果、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに達する。時刻ｔ2では、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎよりも大きいアクティブ時リーン設定補正量ＡＦＣｇｌｅａｎへと切り替えられる。また、時刻ｔ2において、積算酸素過不足量ΣＯＥＤはゼロにリセットされる。
【００８８】
時刻ｔ2において空燃比補正量ＡＦＣが切り替えられると、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐはゼロよりも大きい値に変化する。また、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に増加する。また、これに伴って、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは徐々に増加する。一方、上流側排気浄化触媒２０に流入した排気ガス中の酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されるため、下流側空燃比センサ４１の出力電流はゼロに収束する。
【００８９】
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが増加していき、酸素吸蔵量ＯＳＡ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の出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎに到達する。なお、リーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎは、理論空燃比よりも僅かにリーンである予め定められたリーン判定空燃比（例えば、１４．６５）に相当する値である。時刻ｔ3では、空燃比補正量ＡＦＣが再びアクティブ時リッチ設定補正量ＡＦＣｇｒｉｃｈへと切り替えられる。また、このときにも、積算酸素過不足量ΣＯＥＤはゼロにリセットされる。
【００９０】
時刻ｔ3において、空燃比補正量ＡＦＣが切り替えられると、その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ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の出力電流Ｉｒｄｗｎが再びリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに達する。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。
【００９１】
ここで、時刻ｔ3における積算酸素過不足量ΣＯＥＤ及び時刻ｔ4における積算酸素過不足量ΣＯＥＤ（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。したがって、例えば、これら積算酸素過不足量の平均値から、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘを算出することができる。
【００９２】
ところで、例えば、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ（絶対値）が誤差により本来出力すべき値よりも大きな値となっている場合を考える。この場合、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づいてフィードバック制御が行われているため、図１１に示したように、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは、図１０に示した出力電流Ｉｒｕｐに誤差が生じていないときと同様に推移する。しかしながら、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比は、図中に破線で示した出力電流Ｉｒｕｐに誤差が生じていないときに比べて、図中に実線で示したように理論空燃比側に寄った値となる。すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比におけるリッチ度合い及びリーン度合いが小さくなる。この結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがほぼゼロになったときには、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの空燃比は、リッチ度合いが小さくなる。このため、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎは、図中に破線で示した上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに誤差が生じていないときに比べて、図中に実線で示したようにその絶対値が小さくなる。
【００９３】
次に、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎ（絶対値）が誤差により本来出力すべき値よりも小さな値となっている場合を考える。この場合、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎは、図１２中に破線で示した出力電流Ｉｒｄｗｎに誤差が生じていないときに比べて、図１２中に実線で示したようにその絶対値が小さくなる。
【００９４】
図１３は、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ（絶対値）が誤差により本来出力すべき値よりも大きな値となっていて、且つ、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎ（絶対値）が誤差により本来出力すべき値よりも小さな値となっている場合を示している。このような場合には、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎ（絶対値）が極めて小さな値となり、リッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈやリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎに到達しなくなる。ここで、上述したように、空燃比補正量ＡＦＣの切替は、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈやリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎに到達に到達したときに行われる。したがって、上述したような場合には、空燃比補正量ＡＦＣの切替が行われず、空燃比補正量ＡＦＣがアクティブ時リッチ設定補正量ＡＦＣｇｒｉｃｈ又はアクティブ時リーン設定補正量ＡＦＣｇｌｅａｎに固定されてしまうことになる（なお、図１３では、図１１〜図１３との比較のために時刻ｔ2、ｔ3、ｔ4において空燃比補正量ＡＦＣの切替が行われた例を示している）。この場合、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの算出を行うことができないばかりか、排気エミッションの悪化を招く可能性がある。
【００９５】
また、このようなことは、上流側排気浄化触媒２０の異常診断のみならず、上述した基本的な空燃比制御においてもいえる。上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の両方に誤差が生じている場合には、例えば、図６における時刻ｔ2やｔ5のタイミングにおいて、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達しなくなってしまう。
【００９６】
＜空燃比センサの異常診断＞
そこで、本発明の実施形態では、上述した空燃比センサ４０、４１の基本的な異常診断に加えて、追加の異常診断を行うことにしている。この追加の異常診断も、上述した基本的な異常診断と同様に、燃料カット制御の開始後に行われる。
【００９７】
図７に示したように、燃料カット制御の開始後には、時刻ｔ4以降に上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが収束し、時刻ｔ5以降に下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが収束する。本実施形態では、このようにして収束した上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐと下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎとの差ΔＩｒ（以下、「上下差」という）が算出される。そして、このようにして算出された上下差ΔＩｒが正常差分範囲（差分上限値Ｄｕｐ以下であって差分下限値Ｄｄｗｎ以上）内にあるときには、上述した基本的な異常診断において異常判定されていない限り、両空燃比センサ４０、４１に異常は生じていないと判定する。一方、上下差ΔＩｒが正常差分範囲外にあるときには、上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の少なくともいずれか一方に異常が発生していると判定する。また、本実施形態では、正常差分範囲の広さ（Ｄｕｐ−Ｄｄｗｎ）は、正常判定範囲の広さ（Ｉｒｕｌｉｍ−Ｉｒｌｌｉｍ）よりも狭いものとされる。
【００９８】
図１４は、燃料カット制御開始後に各空燃比センサの出力電流が収束したときの各空燃比センサ４０、４１の出力電流と異常判定との関係を示す図である。図中、各空燃比センサ４０、４１の出力電流は、燃料カット制御中の正常時出力値に対する比率を示している（したがって、図中の１．０は正常時出力値を示している）。上述した基本的な異常診断によれば、両空燃比センサ４０、４１の出力電流が図中の領域Ｃ、Ｄ、Ｅ内にあるときにこれら空燃比センサ４０、４１の異常判定が行われる。一方、追加の異常診断によれば、両空燃比センサ４０、４１の出力電流が図中の領域Ｂ内にあるときにこれら空燃比センサ４０、４１の異常判定が行われる。
【００９９】
図１５は、大気圧及び拡散律速層における拡散距離と空燃比センサの出力電流との関係を示した図である。図１５（Ａ）は、大気圧がＰ（例えば、１気圧）であって、両空燃比センサ４０、４１の拡散距離がＷ（例えば、設計値）であるとき（すなわち、空燃比センサの出力電流に誤差が生じていないとき）の、各空燃比センサの出力電流を示している。図１５（Ａ）に示した例では、図９と同様に、各空燃比センサの出力電流は定常時出力値Ｉとなっている。また、両空燃比センサ４０、４１の出力電流が等しいため、これら出力電流間の上下差ΔＩｒは０となっている。したがって、出力電流の上下差ΔＩｒは正常差分範囲内にあるため、これら空燃比センサ４０、４１には異常は生じていないと判定される。
【０１００】
図１５（Ｂ）は、大気圧はＰであって、上流側空燃比センサ４０の出力電流のみに誤差が生じている場合を示している。具体的には、上流側空燃比センサ４０の拡散距離がＷの１．３３倍となっている。この場合、上流側空燃比センサ４０の出力電流はＩの０．７５倍となる。上述したように、正常判定範囲（ＩｒｕｌｉｍからＩｒｌｌｉｍ）は比較的広く設定されているため、上流側空燃比センサ４０は上述した基本的な異常診断においては異常判定されない。一方、上流側空燃比センサ４０の出力電流から下流側空燃比センサ４１の出力電流を減算した上下差ΔＩｒは比較的大きい。加えて、正常差分範囲（ＤｕｐからＤｌｏｗ）は、正常判定範囲よりも狭い。このため、出力電流の上下差ΔＩｒは、正常差分範囲外の値となる。したがって、追加の異常診断によれば、両空燃比センサ４０、４１のいずれか一方に異常が発生していると判定されることになる。
【０１０１】
図１５（Ｃ）は、大気圧はＰであって、下流側空燃比センサ４１の出力電流のみに誤差が生じている場合を示している。具体的には、下流側空燃比センサ４１の拡散距離がＷの１．３３倍となっている。この場合、下流側空燃比センサ４１の出力電流はＩの０．７５倍となる。この場合においても、下流側空燃比センサ４１は上述した基本的な異常診断においては異常判定されない。一方、上下差ΔＩｒは比較的大きく、正常差分範囲外の値となっている。したがって、追加の異常診断によれば、図１５（Ｃ）に示した状況においても、両空燃比センサ４０、４１のいずれか一方に異常が発生していると判定されることになる。
【０１０２】
図１５（Ｄ）は、大気圧がＰの０．７５倍となっており、且つ両空燃比センサ４０、４１には誤差が生じていない場合を示している。この場合には、両空燃比センサ４０、４１の出力電流がＩの０．７５倍となる。したがって、この場合においても、両空燃比センサ４０、４１は上述した基本的な異常診断においては異常判定されない。加えて、上下差ΔＩｒもゼロとなるため、正常差分範囲内の値となっている。したがって、本実施形態では、図１５（Ｄ）に示した状況においては、両空燃比センサ４０、４１のいずれにも異常は発生していないと判定されることになる。
【０１０３】
以上より、本実施形態の異常診断によれば、各空燃比センサ４０、４１の出力電流に誤差が生じている場合には、各空燃比センサ４０、４１の出力電流が正常判定範囲内であっても空燃比センサ４０、４１に異常が生じていると判定することができる。一方で、これら空燃比センサ４０、４１の出力電流が大気圧の変化に伴って変化した場合にはこれら空燃比センサ４０、４１には異常がないと判定される。したがって、本実施形態によれば、より正確に各空燃比センサ４０、４１の異常を診断することができる。
【０１０４】
また、図１３に示したように、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐと下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎとが互いに反対方向にずれている場合、上下差ΔＩｒは大きな値となる。したがって、このような場合においても、両空燃比センサ４０、４１のいずれか一方に異常が発生していると判定されることになる。このため、本実施形態によれば、図１３に示した例ように最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの算出ができなくなること及び排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【０１０５】
なお、上記実施形態では、燃料カット制御開始後に上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の出力電流が収束した後に出力電流を一回検出し、この値に基づいて異常診断を行っている。しかしながら、これら空燃比センサ４０、４１の出力電流が収束した後に、一定時間に亘って出力電流を検出し、検出した出力電流の平均値に基づいて異常診断を行ってもよい。
【０１０６】
また、上記実施形態では、燃料カット制御開始後に各空燃比センサ４０、４１の出力電流が収束した後に出力電流の検出を行っている。本実施形態では、例えば、単位時間当たりに各空燃比センサ４０、４１の変化量が所定量以下である場合にその空燃比センサ４０、４１の出力電流が収束したと判断される。或いは、燃料カット制御の開始後の経過時間が予め定められた基準時間に到達したとき、或いは燃料カット制御の開始後の総吸入空気量が予め定められた基準量に達したときに各空燃比センサ４０、４１の出力電流が収束したと判断するようにしてもよい。基準時間及び基準量は、それぞれ、燃料カット制御の開始後に各空燃比センサ４０、４１の出力電流が収束するのに通常かかる時間及び量よりも長い時間及び多い量とされる。
【０１０７】
また、上記実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐと下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎとの差ΔＩｒに基づいて追加の異常診断を行っている。しかしながら、出力電流Ｉｒｕｐと出力電流Ｉｒｄｗｎとの比に基づいて追加の異常診断を行うようにしてもよい。この場合においても、出力電流Ｉｒｕｐと出力電流Ｉｒｄｗｎとの比が所定の正常比率範囲内にあるときには、両空燃比センサ４０、４１には異常は生じていないと判定する。一方、この比が正常比率範囲外にあるときには、少なくともいずれか一方の空燃比センサ４０、４１に異常が発生していると判定する。
【０１０８】
＜フローチャート＞
図１６は、上述した空燃比センサ４０、４１の追加の異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔の割り込みによって行われる。図１６のステップＳ３１からステップＳ３４は、図８のステップＳ１１からステップＳ１４と同様であるため説明を省略する。
【０１０９】
ステップＳ３２において、ＦＣ開始フラグが１にセットされていると判定された場合には、ステップＳ３５へと進む。ステップＳ３５では、上流側検出回数Ｎｕｐが所定の回数Ｎ1以上であって且つ下流側検出回数ＮｄｗｎがＮ2以上であるか否かが判定される。上流側検出回数Ｎｕｐ及び下流側検出回数Ｎｄｗｎはそれぞれ上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１が収束してから出力電流の検出が行われた回数を表している。上流側検出回数ＮｕｐがＮ1未満であるか又は下流側検出回数ＮｄｗｎがＮ2未満である場合、ステップＳ３６へと進む。
【０１１０】
ステップＳ３６では、燃料カット制御が開始されてからの経過時間Ｔが予め定められた所定の基準時間Ｔｕｐ以上であるか否かが判定される。なお、この基準時間Ｔｕｐは、燃料カット制御の開始後に上流側空燃比センサ４０の出力電流が収束するのに通常かかる時間以上の時間とされる。経過時間Ｔが基準時間Ｔｕｐ未満であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ３６において経過時間Ｔが基準時間Ｔｕｐ以上であると判定された場合には、ステップＳ３７へと進む。ステップＳ３７では、上流側空燃比センサ４０の現在の出力電流Ｉｒｕｐが上流側積算値ΣＩｒｕｐに加算されたものが新たな上流側積算値ΣＩｒｕｐとされる。次いで、ステップＳ３８では、上流側検出回数Ｎｕｐに１が加算される。
【０１１１】
その後、ステップＳ３９では、経過時間Ｔが予め定められた所定の基準時間Ｔｄｗｎ（Ｔｕｐよりも大きな値）以上であるか否かが判定される。経過時間Ｔが基準時間Ｔｄｗｎ未満であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ３９において経過時間Ｔが基準時間Ｔｄｗｎ以上であると判定された場合には、ステップＳ４０へと進む。ステップＳ４０では、下流側空燃比センサ４１の現在の出力電流Ｉｒｄｗｎが下流側積算値ΣＩｒｄｗｎに加算されたものが新たな下流側積算値ΣＩｒｄｗｎとされる。次いで、ステップＳ４１では、下流側検出回数Ｎｄｗｎに１が加算される。
【０１１２】
その後、出力電流Ｉｒｕｐ、Ｉｒｄｗｎの加算が繰り返し行われて上流側検出回数Ｎｕｐが所定の回数Ｎ1以上であって且つ下流側検出回数ＮｄｗｎがＮ2以上になると、次の制御ルーチンではステップＳ３５からステップＳ４２へと進む。ステップＳ４２では、ステップＳ３７で算出された上流側積算値ΣＩｒｕｐをステップＳ３８で算出された上流側検出回数Ｎｕｐで除算したものが上流側出力電流の平均値Ｉｒａｖｕｐとされる。加えて、ステップＳ４０で算出された下流側積算値ΣＩｒｄｗｎをステップＳ４１で算出された下流側検出回数Ｎｄｗｎで除算したものが下流側出力電流の平均値Ｉｒａｖｄｗｎとされる。次いで、ステップＳ４３において、上流側出力電流の平均値Ｉｒａｖｕｐから下流側出力電流の平均値Ｉｒａｖｄｗｎを減算したものが上下差ΔＩｒとされる。
【０１１３】
次いで、ステップＳ４４では、ステップＳ４３で算出された上下差ΔＩｒが正常差分範囲（Ｄｌｏｗ以上であってＤｕｐ以下）内にあるか否かが判定される。上下差ΔＩｒが正常差分範囲内にあると判定された場合には、ステップＳ４７へと進む。一方、ステップＳ４４において、上下差ΔＩｒが正常差分範囲外にあると判定された場合には、ステップＳ４６へと進む。ステップＳ４６では、図８に示した異常診断制御において正常判定されている場合であっても、上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の少なくともいずれか一方に異常が生じていると判定される。次いで、ステップＳ４７では、ＦＣ開始フラグＦｒ、上流側積算値ΣＩｒｕｐ、下流側積算値ΣＩｒｄｗｎ、上流側検出回数Ｎｕｐ及び下流側検出回数Ｎｄｗｎが０にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１１４】
なお、上記実施形態では、上流側検出回数Ｎｕｐが所定の回数Ｎ1以上であって且つ下流側検出回数ＮｄｗｎがＮ2以上であるときに、追加の異常診断が行われる。しかしながら、例えば、上流側積算値ΣＩｒｕｐ及び下流側積算値ΣＩｒｄｗｎの積算を開始してからの経過時間が所定時間以上になったとき、或いは上流側積算値ΣＩｒｕｐ又は下流側積算値ΣＩｒｄｗｎが所定値以上になったときに追加の異常診断を行うようにしてもよい。
【０１１５】
＜第二実施形態＞
次に、図１７を参照して、本発明の第二実施形態の異常診断装置について説明する。第二実施形態の異常診断装置における構成及び制御は、基本的に、第一実施形態の異常診断装置における構成及び制御と同様である。しかしながら、図１７に示すように、第二実施形態の異常診断装置では、両空燃比センサ４０、４１に異常が発生していると判定する領域が第一実施形態の異常診断装置における領域と異なっている。
【０１１６】
図１７は、本実施形態において、燃料カット制御開始後に各空燃比センサの出力電流が収束したときの各空燃比センサ４０、４１の出力電流と異常判定との関係を示す、図１４と同様な図である。図１７からわかるように、本実施形態では、図中の領域Ｆにおいて、両空燃比センサ４０、４１に異常が発生していると判定される。すなわち、図１４に示した例では、領域Ｆに相当する領域については、上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の一方のみに異常が発生していると判定していたのに対して、本実施形態ではこの領域において両方に異常が発生していると判定している。
【０１１７】
図１７の領域Ｆでは、燃料カット制御開始後の上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ及び下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎの一方のみが正常判定範囲外の値となっている。加えて、領域Ｆでは、出力電流Ｉｒｕｐと出力電流Ｉｒｄｗｎとの上下差ΔＩｒが正常差分範囲内の値となっている。ここで、上下差ΔＩｒが正常差分範囲内にあることは、出力電流Ｉｒｕｐと出力電流Ｉｒｄｗｎとが比較的近い値になっていることを意味する。すなわち、上流側空燃比センサ４０の拡散距離と下流側空燃比センサ４１の拡散距離が近い値になっていることを意味する。そして、一方の空燃比センサ４０、４１の出力電流が正常判定範囲外にあることはその空燃比センサ４０、４１の拡散距離が理想的な値から離れた値になっていることを意味する。したがって、一方の空燃比センサ４０、４１の出力電流が正常判定範囲外にあることは、他方の空燃比センサ４０、４１の拡散距離も理想的な値から離れた値になっていると判断できる。このため、本実施形態では、領域Ｆにおいても、両空燃比センサ４０、４１に異常が生じていると判断するようにしている。本実施形態によれば、これにより、両空燃比センサ４０、４１の異常を適切に診断することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
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】
2015102023.tif 000003
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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