(57)【要約】【課題】排気浄化触媒の異常を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】内燃機関は、酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒２０と、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように制御する空燃比制御手段とを具備する。異常診断装置は、下流側空燃比センサ４１と、目標空燃比を所定間隔でリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行する目標空燃比制御手段と、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異常診断手段とを具備する。異常診断手段は、アクティブ空燃比制御中に、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にもリーン判定空燃比以上にも到達するときには、排気浄化触媒に異常が発生していると判定し、いずれか一方のみに到達するときには、空燃比制御手段に異常が発生していると判定する。【選択図】図９
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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制御する空燃比制御手段とを具備する内燃機関の異常診断装置であって、
前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されて該排気浄化触媒から排出された排気ガスの空燃比を検出することができる下流側空燃比センサと、前記目標空燃比を所定間隔で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に交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行する目標空燃比制御手段と、前記アクティブ空燃比制御の実行中における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異常診断手段とを具備し、
前記異常診断手段は、前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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にも、理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上にも到達するときには、前記排気浄化触媒に異常が発生していると判定し、
前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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又は前記リーン判定空燃比以上のいずれか一方のみに到達するときには、前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定する、内燃機関の異常診断装置。
【請求項２】
前記異常診断手段は、前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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よりもリーンであって前記リーン判定空燃比よりもリッチである範囲内に維持されたときには、前記排気浄化触媒に異常は発生していないと判定する、請求項１に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項３】
前記異常診断手段は、前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定されたときには、前記排気浄化触媒の異常診断を中止する、請求項１又は２に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項４】
前記目標空燃比制御手段は、前記異常診断手段により前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定されたときには、前記アクティブ空燃比制御を中止する、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】
前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されて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ことができる上流側空燃比センサと、前記上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酸素過不足量推定手段とを更に具備し、
前記目標空燃比制御手段における前記所定間隔は、前記目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比又はリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから前記酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値が予め定められた量になるまでの間隔とされる、請求項１〜４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】
前記上流側空燃比センサの出力空燃比又は目標空燃比を補正する空燃比補正手段を更に具備し、該空燃比補正手段は、前記異常診断手段により前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定されたときには、前記上流側空燃比センサの出力空燃比又は前記目標空燃比を補正する、請求項５に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項７】
前記空燃比補正手段は、前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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のみに到達する場合には、目標空燃比又は前記下流側空燃比センサの出力空燃比をリーン側に補正し、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のみに到達する場合には、目標空燃比又は前記下流側空燃比センサの出力空燃比をリッチ側に補正する、請求項６に記載の内燃機関の以上診断装置。
【請求項８】
前記空燃比補正手段は、前記目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまで又は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になるまでに前記酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値と、前記目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまで又は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になるまでに前記酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値との差が小さくなるように、前記上流側空燃比センサの出力空燃比又は前記目標空燃比を補正する、請求項６に記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項９】
前記下流側空燃比センサは限界電流式の空燃比センサである、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。
【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（排気浄化触媒によって吸蔵可能な酸素の最大量）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目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに周期的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、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アクティブ空燃比制御実行中の出力に基づいて、排気浄化触媒の劣化診断が行われる。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載された異常診断装置では、目標空燃比をリッチ空燃比又はリーン空燃比に設定している期間中に排気浄化触媒に流入する排気ガス中の未燃ガス量又は酸素量の積算値が、排気浄化触媒が正常である場合（劣化度合いが小さい場合）の最大吸蔵可能酸素量（破過量）と排気浄化触媒の劣化度合いが大きい場合の最大吸蔵可能酸素量との間の量になるように、アクティブ空燃比制御における周期を設定している。そして、下流側の酸素センサの出力が大きく振動する場合には排気浄化触媒に劣化が生じていると判定し、振動が小さい場合には排気浄化触媒には劣化が生じていないと判定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３００１８号公報
【特許文献２】特開２００７−２７８０７５号公報
【特許文献３】特開２００７−２８５２８８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、一般に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比は、排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に設けられた上流側空燃比センサの出力に基づいて目標空燃比となるようにフィードバック制御されている。このため、上流側空燃比センサの出力空燃比が実際の空燃比に対してずれているような場合には、上述したようにフィードバック制御を行っても、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からずれたものとなってしまう。このように、排気浄化触媒に流入する排気ガスが目標空燃比となるように制御する空燃比制御手段に異常が生じると、異常診断装置により排気浄化触媒の劣化診断を適切に行うことができなくなる。
【０００７】
例えば、特許文献１に記載された異常診断装置では、排気浄化触媒が正常である場合には、下流側の酸素センサの出力はリッチ空燃比及びリーン空燃比のいずれか一方に相当する値に維持される。すなわち、排気浄化触媒が正常である場合には、排気浄化触媒から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。しかしながら、酸素センサにはヒステリシスがあるため、実際の排気ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比又はリーン空燃比からリッチ空燃比に変化しないとその出力も変化しない。その結果、排気浄化触媒から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比になっても、酸素センサの出力はリッチ空燃比及びリーン空燃比のいずれか一方に相当する値に維持されることになる。したがって、特許文献１に記載された異常診断装置では、酸素センサの出力がリッチ空燃比及びリーン空燃比のいずれか一方に相当する値に維持されて、その出力変動が小さい場合に排気浄化触媒が正常であると判定するようにしている。
【０００８】
ところが、排気浄化触媒に流入する排気ガスが目標空燃比となるように制御する空燃比制御手段に異常が生じると、排気浄化触媒が劣化している場合であっても、下流側の酸素センサの出力がリッチ空燃比及びリーン空燃比のいずれか一方に相当する値に維持される場合がある。例えば、上流側空燃比センサの出力空燃比が実際の空燃比に対してリッチ側にずれているような場合、アクティブ空燃比制御では、実際の排気ガスの空燃比は目標空燃比よりもリーンとなっている。この結果、アクティブ空燃比制御において目標空燃比をリッチ空燃比としているときには、実際には想定しているよりもリッチ度合いの低いリッチ空燃比の排気ガスが排気浄化触媒に流入することになる。
【０００９】
この場合、排気浄化触媒が劣化していて最大吸蔵可能酸素量が少なくなっている場合でも、排気浄化触媒の酸素吸蔵量がゼロにまでは減少しなくなり、この結果、排気浄化触媒からリッチ空燃比の排気ガスが流出しなくなる。このように排気浄化触媒からリッチ空燃比の排気ガスが流出しなくなると、酸素センサの出力はリーン空燃比に相当する値に維持され、よって酸素センサの出力変動は小さなものとなってしまう。すなわち、排気浄化触媒に劣化が生じているにもかかわらず、排気浄化触媒が正常であると判定されてしまうことになる。
【００１０】
そこで、上記問題点に鑑みて、本発明の目的は、排気浄化触媒の異常を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】
【００１１】
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制御する空燃比制御手段とを具備する内燃機関の異常診断装置であって、前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されて該排気浄化触媒から排出された排気ガスの空燃比を検出することができる下流側空燃比センサと、前記目標空燃比を所定間隔で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に交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行する目標空燃比制御手段と、前記アクティブ空燃比制御の実行中における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異常診断手段とを具備し、前記異常診断手段は、前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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にも、理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上にも到達するときには、前記排気浄化触媒に異常が発生していると判定し、前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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又は前記リーン判定空燃比以上のいずれか一方のみに到達するときには、前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定する、内燃機関の異常診断装置が提供される。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において、前記異常診断手段は、前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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よりもリーンであって前記リーン判定空燃比よりもリッチである範囲内に維持されたときには、前記排気浄化触媒に異常は発生していないと判定する。
【００１３】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記異常診断手段は、前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定されたときには、前記排気浄化触媒の異常診断を中止する。
【００１４】
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、前記目標空燃比制御手段は、前記異常診断手段により前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定されたときには、前記アクティブ空燃比制御を中止する。
【００１５】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されて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ことができる上流側空燃比センサと、前記上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酸素過不足量推定手段とを更に具備し、前記目標空燃比制御手段における前記所定間隔は、前記目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比又はリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから前記酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値が予め定められた量になるまでの間隔とされる。
【００１６】
第６の発明では、第５の発明において、前記上流側空燃比センサの出力空燃比又は目標空燃比を補正する空燃比補正手段を更に具備し、該空燃比補正手段は、前記異常診断手段により前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定されたときには、前記上流側空燃比センサの出力空燃比又は前記目標空燃比を補正する。
【００１７】
第７の発明では、第６の発明において、前記空燃比補正手段は、前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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のみに到達する場合には、目標空燃比又は前記下流側空燃比センサの出力空燃比をリーン側に補正し、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のみに到達する場合には、目標空燃比又は前記下流側空燃比センサの出力空燃比をリッチ側に補正する。
【００１８】
第８の発明では、第６の発明において、前記空燃比補正手段は、前記目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまで又は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になるまでに前記酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値と、前記目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまで又は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になるまでに前記酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値との差が小さくなるように、前記上流側空燃比センサの出力空燃比又は前記目標空燃比を補正する。
【００１９】
第９の発明では、第１〜第８のいずれか一つの発明において、前記下流側空燃比センサは限界電流式の空燃比センサである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、排気浄化触媒に流入する排気ガスが目標空燃比となるように制御する空燃比制御手段に異常が生じることを考慮して、排気浄化触媒の異常を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】
【００２１】
【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、アクティブ空燃比制御を実行した際の酸素吸蔵量等のタイムチャートである。
【図８】図８は、アクティブ空燃比制御を実行した際の酸素吸蔵量等のタイムチャートである。
【図９】図９は、アクティブ空燃比制御を実行した際の酸素吸蔵量等のタイムチャートである。
【図１０】図１０は、アクティブ空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、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１２】図１２は、アクティブ空燃比制御を実行した際の酸素吸蔵量等のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
＜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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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及び上流側空燃比センサ４０）の異常診断を行う診断装置（手段）、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比制御装置（手段）、後述する目標空燃比を制御する目標空燃比制御装置（手段）として機能する。
【００２９】
＜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。
【００３０】
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担体に、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
＜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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
＜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。
【００４４】
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の酸素吸蔵量、目標空燃比、上流側空燃比センサの出力空燃比及び下流側空燃比センサ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、後述するアクティブ空燃比制御等）を行っていない運転状態（制御状態）を意味する。
【００４５】
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（理論空燃比よりもリッチな空燃比。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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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し、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。
【００４９】
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の出力に基づく制御であれば、如何なる制御であってもよい。
【００５０】
＜排気浄化触媒の異常診断＞
次に、図７及び図８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周期的に交互に切り替えるアクティブ空燃比制御が行われる。なお、以下の説明では、アクティブ空燃比制御の実行により、目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えてから、リッチ空燃比に切り替え、再度リーン空燃比に切り替えるまでを１周期とする。或いは、目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから、リーン空燃比に切り替え、再度リッチ空燃比に切り替えるまでを１周期としてもよい。すなわち、１周期は、目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間を意味する。
【００５１】
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、推定された酸素の量の積算値に基づいて目標空燃比の切り替えが行われる。より詳細には、目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へ切り替えた時から上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素の推定量を積算した積算値が予め定められた基準量に到達すると、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられる。同様に、目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えた時から上流側排気浄化触媒２０から放出された酸素の推定量を積算した積算値が予め定められた基準量に到達すると、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられる。この基準量は、上流側排気浄化触媒２０に劣化が生じていないときの最大吸蔵可能酸素量よりも少なく且つ上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが大きいときの最大吸蔵可能酸素量よりも多い量とされる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。より具体的には、エアフロメータ３９等に基づいて算出された内燃機関の吸入空気量と、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比の理論空燃比に対する差（又は比）とに基づいて、酸素過不足量を算出している。そして、ＥＣＵ３１は、目標空燃比の切替を行ってから、酸素過不足量を積算した積算値（絶対値）が予め定められた基準量に到達すると、目標空燃比を再度切り替えるようにしている。
【００５４】
そして、このようなアクティブ空燃比制御を行った結果、１周期の間に、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以下にもリーン判定空燃比以上にもなった場合には、上流側排気浄化触媒２０には劣化による異常が生じていると判定する。一方、１周期の間に、下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比よりも大きく且つリーン判定空燃比よりも小さい範囲内に維持されていた場合には、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（正常である）と判定する。
【００５５】
１周期からのみではなく、複数の周期により異常診断を行うこともできる。この場合には、１周期の間に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以下にもリーン判定空燃比以上にもなった周期の数が多い場合に、上流側排気浄化触媒２０には劣化による異常が生じていると判定する。一方、１周期の間に下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比よりも大きく且つリーン判定空燃比よりも小さい範囲内に維持されていた周期の数が多い場合に、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（正常である）と判定する。
【００５６】
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（絶対値）のタイムチャートである。特に、図７は、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが小さい場合、すなわち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場合を示している。
【００５７】
図７に示した例では、時刻ｔ4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。
【００５８】
時刻ｔ4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、目標空燃比がアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌに変更される。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。
【００５９】
時刻ｔ4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に変更されると、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のままとなる。
【００６０】
一方、時刻ｔ4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算出される。上述したように、時刻ｔ4以降は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリーン空燃比となっている。このため、時刻ｔ4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、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増大していく。
【００６１】
その後、時刻ｔ5において、酸素過不足量の積算値が基準量Ｒｅｆに到達すると、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に切り替えられる。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。なお、アクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒの理論空燃比からの差とアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌの理論空燃比からの差は等しいものとされる。また、時刻ｔ5においては、酸素過不足量の積算値は０にリセットされる。
【００６２】
図７に示した例では、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが小さく、したがって最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが大きいため、時刻ｔ5において酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達していない。このため、時刻ｔ4から時刻ｔ5の間においては、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘや酸素が流出することはなく、よって下流側空燃比センサの出力空燃比は理論空燃比のままとなっている。
【００６３】
時刻ｔ5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の出力空燃比もリッチ空燃比に変化する。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において酸化浄化されるため、下流側空燃比センサの出力空燃比は理論空燃比となっている。加えて、上流側空燃比センサ４０の出力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、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。特に、図７では酸素過不足量の積算値が絶対値で示されているため、図７の酸素過不足量の積算値は徐々に増大していく。
【００６４】
その後、時刻ｔ6において、酸素過不足量の積算値（絶対値）が基準量Ｒｅｆに到達すると、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に切り替えられる。図７に示した例では上述したように最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが大きいため、時刻ｔ6において酸素吸蔵量はゼロに到達していない。このため、時刻ｔ5から時刻ｔ6の間においては、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスが流出することはなく、よって下流側空燃比センサの出力空燃比は理論空燃比のままとなっている。その後は、同様な操作が繰り返し行われることになる。なお、図７に示した例では、目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられてから（時刻ｔ4）再びリーン空燃比に切り替えられる（時刻ｔ6）までを１周期としている。
【００６５】
このように、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが低い場合には、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が基準量Ｒｅｆ以上となる。このため、アクティブ空燃比制御を実行している間、上流側排気浄化触媒２０に流入する未燃ガスは全て除去され、酸素は全て吸蔵される。この結果、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比はほぼ理論空燃比に維持されることになる。したがって、本実施形態では、アクティブ空燃比制御の実行中に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とリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌとの間の範囲内に維持されるときには、上流側排気浄化触媒２０には劣化が生じておらず、正常であると判定される。
【００６６】
図８も、アクティブ空燃比制御を実行した際の酸素吸蔵量等のタイムチャートであり、図７と同様な図である。特に、図８は、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが大きい場合、すなわち上流側排気浄化触媒２０に劣化による異常が生じている場合を示している。
【００６７】
図８に示した例においても、時刻ｔ4以前は、図７に示した例と同様に制御されている。時刻ｔ4においてアクティブ空燃比制御が開始されると、目標空燃比がアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌに変更される。これにより、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比の出力空燃比もリーン空燃比に変化し、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に増加する。しかしながら、このときは下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は理論空燃比のままとなっている。
【００６８】
図８に示した例では、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合い高いため、時刻ｔ5に到達する前に、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Ｃｍａｘ’に到達する。このため、上流側排気浄化触媒２０はそれ以上酸素を吸蔵することができなくなり、この結果、上流側排気浄化触媒２０からは酸素が流出し始める。そして、時刻ｔ4.5において、下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌに達し、その後、リーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌ以上に維持される。
【００６９】
時刻ｔ5において、酸素過不足量の積算値が基準量Ｒｅｆに到達すると、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に切り替えられる。これにより、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比もリッチ空燃比に変化し、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に減少する。これに伴って、下流側空燃比センサの出力空燃比は理論空燃比に収束していく。
【００７０】
上述したように、図８に示した例では、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高い。このため、時刻ｔ6に到達する前に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに到達する。このため、上流側排気浄化触媒２０はそれ以上未燃ガスを酸化除去することができなくなり、この結果、上流側排気浄化触媒２０からは未燃ガスが流出し始める。そして、時刻ｔ5.5において、下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒに達し、その後、リッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒ以上に維持される。
【００７１】
このように、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高い場合には、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が基準量Ｒｅｆよりも少ないものとなる。このため、アクティブ空燃比制御を実行している間、上流側排気浄化触媒２０からは未燃ガス及び酸素が流出する。この結果、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比はリッチ空燃比及びリーン空燃比に振れることになる。したがって、本実施形態では、アクティブ空燃比制御の実行中に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にも、リーン判定空燃比以上にも到達するときには、上流側排気浄化触媒２０には劣化による異常が生じていると判定される。
【００７２】
以上のように、本実施形態によれば、アクティブ空燃比制御を実行した際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上流側排気浄化触媒２０の異常を診断することができる。
【００７３】
なお、図７及び図８に示した例では、アクティブ空燃比制御が複数の周期に亘って実行されている。しかしながら、上流側排気浄化触媒２０の異常診断は少なくとも１周期のアクティブ空燃比制御を行えば実行することができるため、アクティブ空燃比制御は１周期のみ行ってもよい。
【００７４】
一方、図７及び図８に示したように、アクティブ空燃比制御を複数の周期に亘って実行する場合には、複数の周期のうち、１周期の間に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以下にもリーン判定空燃比以上にもなった周期（異常判定周期）の数を算出する。そして、この異常判定周期の数が一定以上であった場合、或いはアクティブ空燃比制御中の全ての周期の数に対する異常判定周期の数の割合が一定以上であった場合に、上流側排気浄化触媒２０には劣化による異常が生じていると判定するようにしてもよい。加えて、アクティブ空燃比制御を複数の周期に亘って実行する場合には、複数の周期のうち、１周期の間に下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定判定空燃比よりも大きく且つリーン判定空燃比よりも小さい範囲内に維持されていた周期（正常判定周期）の数を算出する。そして、この正常判定周期の数が一定以上であった場合、或いはアクティブ空燃比制御中の全ての周期の数に対する正常判定周期の数の割合が一定以上であった場合に、上流側排気浄化触媒２０は正常であると判定するようにしてもよい。
【００７５】
また、図７及び図８に示した例では、アクティブ空燃比制御を開始してから最初の周期（ｔ4〜ｔ6）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、アクティブ空燃比制御の開始直後は、制御開始時の酸素吸蔵量等により、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が不適切なものになる場合がある。そこで、アクティブ空燃比制御の開始後、少なくとも１周期が経過してから（すなわち、図７及び図８の例では時刻ｔ6以降）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診断を行うようにしてもよい。
【００７６】
＜センサのずれを考慮した異常診断＞
ところで、上述したように、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいて目標空燃比になるようにフィードバック制御されている。ところが、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比は、実際の空燃比に対してずれが生じる場合がある。例えば、上流側空燃比センサ４０として上述したような構成の限界電流式空燃比センサを用いている場合、排気ガス中に含まれる水素の比率が増大すると、それに伴って出力空燃比がリッチ側にずれてしまう。このように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比にずれが生じると、上述したフィードバック制御を行っても、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目標空燃比からずれたものとなってしまう。
【００７７】
図９は、アクティブ空燃比制御を実行した際の酸素吸蔵量等のタイムチャートであり、図８と同様な図である。特に、図９は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ側にずれている場合を示している。また、図９は、図８と同様に、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが大きい場合を示している。なお、図９では、図８の上流側空燃比センサ４０の出力空燃比の代わりに、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（以下、「流入排気ガスの実空燃比」という）が示されている。また、図９中の破線は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比を示している。
【００７８】
図９に示した例においても、時刻ｔ4以前は、図７、８に示した例と同様に制御されている。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比にずれが生じているため、流入排気ガスの実空燃比は、目標空燃比よりもリーンとなっている。時刻ｔ4においてアクティブ空燃比制御が開始されると、目標空燃比がアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌに変更される。上流側空燃比センサ４０の出力空燃比にずれが生じているため、流入排気ガスの実空燃比はアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌよりもリーンとなっている。この結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は急激に増大し、すぐに最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ’に到達する。この結果、時刻ｔ4.5において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比リーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌに達し、その後、リーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌ以上に維持される。
【００７９】
時刻ｔ5において、酸素過不足量の積算値が基準量Ｒｅｆに到達すると、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に切り替えられる。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比にずれが生じているため、流入排気ガスの実空燃比はアクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒよりもリーンとなっている。すなわち、流入排気ガスの実空燃比は、リッチ度合いの小さいリッチ空燃比となっている。この結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は非常にゆっくりと減少する。
【００８０】
このように、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゆっくりと減少すると、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高くて最大吸蔵可能酸素量が少なくなっているにもかかわらず、時刻ｔ6になっても酸素吸蔵量はゼロに到達しない。したがって、時刻ｔ6になっても、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比はほぼ理論空燃比に維持される。このため、時刻ｔ6においては、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に到達する前に、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に切り替えられる。その後は、同様な操作が繰り返し行われることになる。
【００８１】
図９からわかるように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比にずれが生じている場合には、アクティブ空燃比制御において目標空燃比をリッチ空燃比とした時の実際の空燃比のリッチ度合いと、目標空燃比をリーン空燃比とした時の実際の空燃比のリーン度合いとが等しくならない。このため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比はリッチ空燃比及びリーン空燃比のうちいずれか一方にのみ振れることになる。特に、図９に示した例では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ側にずれている場合を示しているため、その出力空燃比はリーン側のみに振れている。一方、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン側にずれている場合にはその出力空燃比はリッチ側のみに振れることになる。また、図９に示した例では、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高い場合を示しているが、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが低い場合であっても、同様な現象が生じる。
【００８２】
そこで、本実施形態では、アクティブ空燃比制御の実行中に、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以下又はリーン判定空燃比以上のいずれか一方のみに到達するときには、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に異常が生じていると判定するようにしている。そして、このように判定されたときには、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の異常診断を中止し、さらに、アクティブ空燃比制御を中止するようにしている。
【００８３】
上述したように、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比にずれが生じているときには、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いに関わらず、アクティブ空燃比制御中に下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比側又はリーン空燃比側の一方のみに振れる。このため、出力空燃比が一方のみに振れた場合には、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いがどの程度であるのかを判断することができない。本実施形態によれば、このような場合には上流側排気浄化触媒２０の異常診断が中止されるため、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いを誤判定してしまうことが防止される。
【００８４】
なお、図９に示した例では、アクティブ空燃比制御が複数の周期に亘って実行されている。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の異常診断も、上流側排気浄化触媒２０の異常診断と同様に、少なくとも１周期のアクティブ空燃比制御を行えば実行することができるため、アクティブ空燃比制御は１周期のみ行ってもよい。また、アクティブ空燃比制御が複数の周期に亘って実行されている場合には、上流側排気浄化触媒２０の異常診断と同様に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比及びリーン空燃比の一方に振れた異常判定周期の数又はその割合に基づいて判定を行ってもよい。
【００８５】
なお、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるようにする制御として、上流側空燃比センサ４１を用いたフィードバック制御を用いている。しかしながら、例えば、エアフロメータ３９によって検出された吸入空気量と燃料噴射弁１１からの燃料噴射量とに基づいて算出される排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を制御するようにしてもよい。このような場合にも算出された排気ガスの空燃比と実際の空燃比との間にはずれが生じる場合がある。したがって、このような場合であっても、アクティブ空燃比制御中に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比及びリーン空燃比の一方に振れたときには、空燃比制御手段に異常が発生していると判定される。
【００８６】
＜フローチャート＞
図１０は、アクティブ空燃比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。
【００８７】
図１０に示したように、まず、ステップＳ１１では、アクティブフラグＸａがＯＦＦであるか否かが判定される。アクティブフラグＸａは、アクティブ空燃比制御が実行されているときにはＯＮとされ、実行されていないときにはＯＦＦとされるフラグである。ステップＳ１１において、アクティブフラグＸａがＯＦＦであると判定された場合にはステップＳ１２へと進む。ステップＳ１２では、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。アクティブ空燃比制御の実行条件は、例えば、上流側排気浄化触媒２０及び空燃比センサ４０、４１が活性しており、且つ内燃機関の始動後（或いは、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーをＯＮにした後）未だ異常診断が行われていないときに成立する。ステップＳ１２においてアクティブ空燃比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、アクティブ空燃比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Ｓ１３へと進む。
【００８８】
ステップＳ１３では、目標空燃比が反転せしめられる。したがって、現在の目標空燃比がリッチ空燃比であるときには、目標空燃比はアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌに切り替えられる。一方、現在の目標空燃比がリーン空燃比であるときには、目標空燃比はアクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒに切り替えられる。次いで、ステップＳ１４では、酸素過不足量ＯＳＡの積算値ΣＯＳＡがゼロにリセットされる。ステップＳ１５では、アクティブフラグＸａがＯＮにセットされる。
【００８９】
ステップＳ１５において、アクティブフラグＸａがＯＮにセットされた後の制御ルーチンでは、ステップＳ１１においてアクティブフラグＸａがＯＮであると判定され、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の出力空燃比及びエアフロメータ３９によって検出された吸入空気量に基づいて、酸素過不足量ＯＳＡが算出される。次いで、ステップＳ１７では、ステップＳ１６において算出された酸素過不足量ＯＳＡを前回の制御ルーチンで算出された酸素過不足量の積算値ΣＯＳＡに加算したものが、新たな酸素過不足量ΣＯＳＡとされる（ΣＯＳＡ＝ΣＯＳＡ＋ＯＳＡ）。
【００９０】
次いで、ステップＳ１８では、ステップＳ１７で算出された酸素過不足量の積算値ΣＯＳＡの絶対値が基準量Ｒｅｆ以上であるか否かが判定される。ステップＳ１８において、積算値ΣＯＳＡの絶対値が基準量Ｒｅｆよりも少ないと判定された場合にはステップＳ２１へと進む。一方、ステップＳ１８において、積算値ΣＯＳＡの絶対値が基準量Ｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ１９へと進む。
【００９１】
ステップＳ１９では、目標空燃比が反転せしめられる。したがって、現在の目標空燃比がアクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒであるときには、目標空燃比はアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌに切り替えられる。一方、現在の目標空燃比がアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌであるときには、目標空燃比はアクティブ制御時リッチ空燃比ＡＦＴａｒに切り替えられる。次いで、ステップＳ２０において、酸素過不足量の積算値ΣＯＳＡがゼロにリセットされる。
【００９２】
ステップＳ２１では、アクティブ空燃比制御を開始してからの経過時間が所定時間以上となっているか否かが判定される。経過時間が所定時間よりも短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、経過時間が所定時間以上である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、アクティブ空燃比制御が終了せしめられ、通常制御が再開される。次いで、ステップＳ２３では、アクティブフラグＸａがＯＦＦにセットされる。
【００９３】
なお、上記例では、アクティブ空燃比制御の終了タイミングを、開始してからの経過時間が所定時間以上となったタイミングとしている。しかしながら、アクティブ空燃比制御の終了タイミングは他のタイミングであってもよい。このような他のタイミングとしては、例えば、アクティブ空燃比制御を開始してからの目標空燃比の反転回数が所定回数以上となったタイミングや、上流側排気浄化触媒２０の異常診断が終了したタイミング等があげられる。
【００９４】
図１１は、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、アクティブ空燃比制御の１周期が終了したタイミングで実行される。
【００９５】
図１１に示したように、まずステップＳ３１において、今回の１周期における下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の最小値ＡＦｍｉｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒ以下であるか否かが判定される。ステップＳ３１において、出力空燃比の最小値ＡＦｍｉｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒ以下であると判定された場合には、ステップＳ３２へと進む。ステップＳ３２では、リッチフラグＸｒがＯＮにセットされる。リッチフラグＸｒは、各周期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以下になったときにＯＮとされ、それ以外のときにはＯＦＦとされるフラグである。一方、ステップＳ３１において、出力空燃比の最小値ＡＦｍｉｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ３２がスキップされる。
【００９６】
次いで、ステップＳ３３では、今回の１周期における下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の最大値ＡＦｍａｘがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌ以上であるか否かが判定される。ステップＳ３１において、出力空燃比の最小値ＡＦｍａｘがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒ以上であると判定された場合には、ステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、リーンフラグＸｌがＯＮにセットされる。リッチフラグＸｌは、各周期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以上になったときにＯＮとされ、それ以外のときにはＯＦＦとされるフラグである。一方、ステップＳ３３において、出力空燃比の最大値ＡＦｍａｘがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｌよりも小さいと判定された場合には、ステップＳ３４がスキップされる。
【００９７】
次いで、ステップＳ３５では、リッチフラグＸｒ及びリーンフラグＸｌが共にＯＮになっているか否かが判定される。ステップＳ３５において、両フラグＸｒ、Ｘｌが共にＯＮなっていると判定された場合には、ステップＳ３６へと進む。ステップＳ３６では、異常カウンタＣｂに１が加算される。異常カウンタＣｂは、１周期において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比及びリーン空燃比の両方に大きく振れた回数を表すカウンタである。次いで、ステップＳ３７では、異常カウンタＣｂが予め定められた所定回数Ｃｂｒｅｆ以上であるか否かが判定される。所定回数Ｃｂｒｅｆよりも少ない場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、所定回数Ｃｂｒｅｆ以上である場合には、ステップＳ３８へと進む。ステップＳ３８では、上流側排気浄化触媒２０に異常が生じていると判定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９８】
一方、ステップＳ３５において、リッチフラグＸｒ及びリーンフラグＸｌの少なくともいずれか一方がＯＦＦになっていると判定された場合には、ステップＳ３９、Ｓ４０へと進む。ステップＳ３９、Ｓ４０では、リッチフラグＸｒ及びリーンフラグＸｌのうちいずれか一方がＯＮになっているか否かが判定される。リッチフラグＸｒのみＯＮになっていると判定された場合にはＳ４１へと進む。ステップＳ４１では、リッチカウンタＣｒに１が加算され、その後ステップＳ４３へと進む。リッチカウンタＣｒは、１周期において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比にのみ大きく振れた回数を表すカウンタである。
【００９９】
一方、ステップＳ３９、Ｓ４０において、リーンフラグＸｌのみＯＮになっていると判定された場合にはＳ４２へと進む。ステップＳ４２では、リーンカウンタＣｌに１が加算され、その後ステップＳ４３へと進む。リーンカウンタＣｌは、１周期において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比にのみ大きく振れた回数を表すカウンタである。
【０１００】
ステップＳ４３では、リッチカウンタＣｒ及びリーンカウンタＣｌが予め定められた所定回数Ｃｒｅｆ以上であるか否かが判定される。所定回数Ｃｒｅｆよりも少ない場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、所定回数Ｃｒｅｆ以上である場合には、ステップＳ４４へと進む。ステップＳ４４では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に異常が生じていると判定され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ３９、Ｓ４０において、リッチフラグＸｒ及びリーンフラグＸｌのいずれもＯＦＦ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。
【０１０１】
＜第二実施形態＞
次に、図１２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の構成等は、基本的に第一実施形態の異常診断装置と同様である。しかしながら、第一実施形態の異常診断装置では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に異常が生じていると判定された場合には、上流側排気浄化触媒２０の異常診断及びアクティブ空燃比制御が中止されていた。これに対して、第二実施形態の異常診断装置では、このような場合に、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比又は目標空燃比が補正される。
【０１０２】
図１２は、アクティブ空燃比制御を実行した際の、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量、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、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比、酸素過不足量の積算値（絶対値）、出力空燃比の補正量のタイムチャートである。図１２は、図９と同様に上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ側にずれている場合を示している。
【０１０３】
図１２に示した例では、時刻ｔ6以前に既に１周期以上のアクティブ空燃比制御が行われている。図１２に示した例では、時刻ｔ6、ｔ8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に切り替えられ、時刻ｔ7、ｔ9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に切り替えられている。加えて、図１２に示した例では、時刻ｔ6.5、ｔ8.5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以上となっている。
【０１０４】
ここで、図１２に示したように、時刻ｔ6〜ｔ6.5の間に、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵される酸素の量と、時刻ｔ7〜ｔ8の間に、上流側排気浄化触媒２０から放出される酸素の量は等しいものとなっている。一方、時刻ｔ6〜ｔ6.5の間における酸素過不足量の積算値と、時刻ｔ7〜ｔ8の間における酸素過不足量の積算値とは異なる値となっている。上流側空燃比センサ４０の出力空燃比にずれが生じていなければ、これら酸素過不足量の積算値は等しいものとなっているはずである。換言すると、これら酸素過不足量の積算値の差ΔΣＯＳＣは、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比のずれ量を表しているといえる。
【０１０５】
そこで、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に異常が生じていると判定された場合には、アクティブ空燃比制御を中止せずに継続し、酸素過不足量の積算値の差ΔΣＯＳＣに基づいて上流側空燃比センサ４０の出力空燃比のずれを補正することとしている。特に、本実施形態では、時刻ｔ6〜ｔ6.5の間における酸素過不足量の積算値と、時刻ｔ7〜ｔ8の間における酸素過不足量の積算値とが等しくなるように、すなわち酸素過不足量の積算値の差ΣＯＳＣがゼロに近づくように出力空燃比のずれを補正している。
【０１０６】
ここで、ΔΣＯＳＣは、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比におけるずれ率をｋとすると、下記式（１）のように表すことができる。なお、下記式（１）において、Ｇａは、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの量（ｇ／ｓｅｃ）、０．２３は大気中の酸素の質量割合、ＡＦｓｔは制御中心となる空燃比（本実施形態では、理論空燃比）、ＡＦは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比をそれぞれ意味する。また、下記式（１）のΣは、１周期又は複数周期における積算を意味する。
【数１】
2015071964.tif 000003
【０１０７】
一方、時刻ｔ6〜ｔ7における酸素過不足量（過剰量）の積算値と、時刻ｔ7〜ｔ8における酸素過不足量（不足量）の積算値は等しいことから、時刻ｔ6〜ｔ8における酸素過不足量の積算値は０になる。このため、下記式（２）が成立する。
【数２】
2015071964.tif 000004
【０１０８】
そして、上記式（１）及び式（２）を連立させて解くと、下記式（３）を導き出すことができる。
【数３】
2015071964.tif 000005
【０１０９】
したがって、式（３）によれば、時刻ｔ6〜ｔ6.5における酸素過不足量の積算値と、時刻ｔ7〜ｔ8における酸素過不足量の積算値（絶対値）との差分ΔΣＯＳＡに基づいて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比のずれ率ｋを算出することができる。
【０１１０】
そこで、本実施形態では、このようにして算出された出力空燃比のずれ率ｋに基づいて、目標空燃比を補正するようにしている。具体的には、目標空燃比ＡＦＴは、下記式（４）及び（５）に基づいて補正される。
ＡＦＴ＝ＡＦＴｂａｓｅ（１＋ｓｆｂｇ（ｋ））      …（４）
ｓｆｂｇ（ｋ）＝ｓｆｂｇ（ｋ−１）＋ｇａｉｎ・ｋ（ｋ）      …（５）
【０１１１】
なお、上記式（４）において、目標基礎空燃比ＡＦＴｂａｓｅは、上述した目標空燃比の制御に基づいて決定される空燃比であり、制御の状況に応じてアクティブ制御時リーン空燃比ＡＦＴａｌ等が代入される。また、ｓｆｂｇ（ｋ）は、今回の計算における目標空燃比補正量である。上記式（５）におけるｇａｉｎは、算出されたずれ率ｋを目標空燃比に反映させる程度を表すゲインである。ｇａｉｎは、０と１の間の予め定められた値とされる。
【０１１２】
時刻ｔ8において、上述したように目標空燃比を補正することにより、時刻ｔ8以降は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比のずれの影響が小さくなる。図１２に示したように、時刻ｔ8以降では、流入排気ガスの実空燃比が上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に近づく。この結果、アクティブ空燃比制御において目標空燃比をリッチ空燃比とした時の実際の空燃比のリッチ度合いと、目標空燃比をリーン空燃比とした時の実際の空燃比のリーン度合いとの差が小さくなる。
【０１１３】
このような操作を時刻ｔ8以降においても繰り返すことにより、酸素過不足量の積算値の差ΣＯＳＣも徐々に小さくなっていく（ΣＯＳＣ1＞ΣＯＳＣ2＞ΣＯＳＣ3）。そして、最終的には、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比のずれの影響を小さくすることができる。この段階で、再度、上述した上流側排気浄化触媒２０の異常診断を行うことにより、上流側排気浄化触媒２０の異常をより正確に診断することができるようになる。
【０１１４】
なお、上記実施形態では、算出したずれ率ｋに基づいて、目標空燃比を補正しているが、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比を補正するようにしてもよい。また、上記実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ側にずれている場合を示しているが、リーン側にずれている場合にも同様な制御を行うことができる。したがって、本実施形態では、目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまで又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以上になるまでに酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値と、目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまで又は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以下になるまでに酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値との差が小さくなるように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比又は目標空燃比を補正しているといえる。
【０１１５】
また、図１２に示した例では、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以下にはならずにリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌ以上にのみなる場合を示している。この場合には、上述したように、目標空燃比をリッチ側に補正している。或いは、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比をリッチ側に補正してもよい。一方、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以上にはならずにリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒ以下にのみなる場合には、目標空燃比をリーン側に補正することになる。或いは、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比をリーン側に補正してもよい。
【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】
2015071964.tif 000006
【図２】
2015071964.tif 000007
【図３】
2015071964.tif 000008
【図４】
2015071964.tif 000009
【図５】
2015071964.tif 000010
【図６】
2015071964.tif 000011
【図７】
2015071964.tif 000012
【図８】
2015071964.tif 000013
【図９】
2015071964.tif 000014
【図１０】
2015071964.tif 000015
【図１１】
2015071964.tif 000016
【図１２】
2015071964.tif 000017