(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガスの流路である排気通路に配置された空燃比センサの異常を診断する、空燃比センサ異常診断装置であって、
前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン側とリッチ側との間で交互に変化させる、アクティブ空燃比制御手段と、
前記空燃比センサの異常の有無を判定する、異常判定手段と、
を備えた、空燃比センサ異常診断装置において、
前記空燃比センサに供給される排気ガスの流量が所定量よりも多い場合、前記アクティブ空燃比制御手段は、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を前記リーン側及び前記リッチ側のうちの一方に強制的に変化させたときの前記排気ガスの空燃比と理論空燃比との偏差が所定の偏差となるように前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を制御するとともに、前記異常判定手段は、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比が前記アクティブ空燃比制御手段によって前記リーン側及び前記リッチ側のうちの一方に強制的に変化せしめられたときの前記空燃比センサの出力の単位時間あたりの変化量が所定値以下である場合、前記空燃比センサが異常であると判定し、
一方、前記空燃比センサに供給される排気ガスの流量が前記所定量以下である場合、前記アクティブ空燃比制御手段は、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を前記リーン側及び前記リッチ側のうちの一方に強制的に変化させた直後の第一の時刻における前記排気ガスの空燃比と理論空燃比との偏差が、前記所定の偏差よりも大きく、且つ、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を前記第一の時刻の後であって次回前記リーン側及び前記リッチ側のうちの前記一方とは異なる他方に強制的に変化させる前の第二の時刻における前記排気ガスの空燃比と理論空燃比との偏差よりも大きくなるように、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を制御するとともに、前記異常判定手段は、前記第一の時刻と前記第二の時刻との間の期間における前記空燃比センサの出力の単位時間あたりの変化量が前記所定値以下である場合、前記空燃比センサが異常であると判定する、
ことを特徴とする、空燃比センサ異常診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の、空燃比センサ異常診断装置であって、
前記空燃比センサに供給される排気ガスの流量が前記所定量以下である場合、前記アクティブ空燃比制御手段は、前記第一の時刻から所定期間における前記排気ガスの空燃比と理論空燃比との偏差が、前記所定の偏差よりも大きく、且つ、前記所定期間後の期間であって、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を前記リーン側及び前記リッチ側のうちの前記一方とは異なる他方に強制的に変化させるまでの期間における前記排気ガスの空燃比と理論空燃比との偏差よりも大きくなるように、前記排気ガスの空燃比を制御することを特徴とする、空燃比センサ異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路（内燃機関から排出された排気ガスの流路）に配置された空燃比センサの異常を診断する、空燃比センサ異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化システムにおいては、排気ガス中の有害成分の触媒による浄化を有効に行うために、内燃機関における燃焼に供される燃料混合気中の空気と燃料との混合割合（空燃比）を良好に制御することが求められている。こうした空燃比の制御を行うために、内燃機関の排気通路には、排気ガス中の特定成分の濃度に基づいて空燃比を検出する空燃比センサが設けられる。そして、かかる空燃比センサによって検出された空燃比を所定の目標空燃比に近づけるように、フィードバック制御が実施される。
【０００３】
かかるシステムにおいて、空燃比センサに劣化や故障等の異常が生じると、正確な空燃比フィードバック制御が実行できなくなり、排気ガスにおけるエミッションが悪化する（上述の有害成分の外気への放出量が増加する）。そこで、空燃比センサの異常診断が従来から行われている。特に、自動車に搭載された内燃機関の場合、エミッションが悪化した状態での走行を未然に防止するため、車載状態（オンボード）で空燃比センサの異常を検出することが、各国法規等からも要請されている。
【０００４】
従来の空燃比センサの異常診断装置として、空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で強制的に周期変動させる、いわゆる「アクティブ空燃比制御」を行い、かかるアクティブ空燃比制御中における空燃比センサの出力の応答性に基づいてセンサ異常診断を行うものが知られている（例えば、特開２００５−１２１００３号公報、特開２０１０−２５０９０号公報、特開２０１１−１８８０号公報、等参照。）。
【発明の概要】
【０００５】
ところで、空燃比センサの出力の応答性は、排気ガスの流量（すなわち内燃機関の吸入空気流量）の影響を受ける。具体的には、排気ガスの流量が低いほど、応答性が低くなる。このため、低流量領域においては、センサ応答性の正常値と異常値との差が小さくなる。したがって、低流量領域にてセンサ異常診断を行った場合に、検出されたセンサ応答性が正常値であるのか異常値であるのかの判定が困難になり、診断精度が低下するおそれがある。
【０００６】
この点、低流量領域においてセンサ異常診断を禁止してしまうと、診断頻度が低くなり、良好なセンサ異常診断が行われ難くなる。一方、特開２００５−１２１００３号公報に開示された装置のように、低負荷（すなわち低流量）領域においてアクティブ空燃比制御における空燃比変動振幅を大きくすると、エミッション悪化を招来するおそれがある。
【０００７】
本発明は、かかる課題に対処するためになされたものである。すなわち、本発明は、空燃比センサの異常診断を従来よりも精度よく行いつつ、エミッションを可及的に抑制することができる、空燃比センサ異常診断装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の空燃比センサ異常診断装置は、排気通路（内燃機関から排出された排気ガスの流路）に配置された空燃比センサの異常を診断するように構成されている。この空燃比センサ異常診断装置は、アクティブ空燃比制御手段と、異常判定手段と、を備えている。
【０００９】
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン側とリッチ側との間で交互に変化させるようになっている。
【００１０】
更に、前記空燃比センサに供給される排気ガスの流量が所定量よりも多い場合、前記アクティブ空燃比制御手段は、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を「前記リーン側及び前記リッチ側」のうちの一方に強制的に変化させたときの前記排気ガスの空燃比と理論空燃比との偏差が所定の偏差となるように前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を制御する。そして、このとき、前記異常判定手段は、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比が前記アクティブ空燃比制御手段によって「前記リーン側及び前記リッチ側」のうちの一方に強制的に変化せしめられたときの前記空燃比センサの出力の単位時間あたりの変化量が所定値以下である場合、前記空燃比センサが異常であると判定する。
【００１１】
一方、前記空燃比センサに供給される排気ガスの流量が前記所定量以下である場合、前記アクティブ空燃比制御手段は、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を「前記リーン側及び前記リッチ側」のうちの一方に強制的に変化させた直後の第一の時刻における前記排気ガスの空燃比と理論空燃比との偏差が、前記所定の偏差よりも大きく、且つ、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を前記第一の時刻の後であって次回「前記リーン側及び前記リッチ側」のうちの前記一方とは異なる他方に強制的に変化させる前の第二の時刻における前記排気ガスの空燃比と理論空燃比との偏差よりも大きくなるように、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を制御する。そして、このとき、前記異常判定手段は、前記第一の時刻と前記第二の時刻との間の期間における前記空燃比センサの出力の単位時間あたりの変化量が前記所定値以下である場合、前記空燃比センサが異常であると判定する。
【００１２】
なお、前記空燃比センサに供給される排気ガスの流量が前記所定量以下である場合、前記アクティブ空燃比制御手段は、前記第一の時刻から所定期間における前記排気ガスの空燃比と理論空燃比との偏差が、前記所定の偏差よりも大きく、且つ、前記所定期間後の期間であって、前記空燃比センサに供給される排気ガスの空燃比を「前記リーン側及び前記リッチ側」のうちの前記一方とは異なる他方に強制的に変化させるまでの期間における前記排気ガスの空燃比と理論空燃比との偏差よりも大きくなるように、前記排気ガスの空燃比を制御するように構成されてもよい。
【００１３】
上述のような構成を有する本発明の空燃比センサ異常診断装置においては、前記アクティブ空燃比制御手段による、排気ガスの空燃比の強制的な変化の度合いが、空燃比の切り換え直後において大きくされ、その後小さくされる。これにより、排気ガスの流量が低い領域においても良好な診断精度が確保されるとともに、エミッションを可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態が適用された内燃機関システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示されている上流側空燃比センサの出力と空燃比との関係を示したグラフである。
【図３】図１に示されている下流側空燃比センサの出力と空燃比との関係を示したグラフである。
【図４】図１に示されている電子制御ユニットによって実行されるアクティブ空燃比制御の一例を示すタイムチャートである。
【図５】図１に示されている電子制御ユニット（ＣＰＵ）によって実行されるセンサ異常診断処理の一具体例を示すフローチャートである。
【図６】図１に示されている電子制御ユニットによって実行されるアクティブ空燃比制御の他の一例を示すタイムチャートである。
【図７】図１に示されている電子制御ユニットによって実行されるアクティブ空燃比制御のさらに他の一例を示すタイムチャートである。
【図８】図１に示されている電子制御ユニットによって実行されるアクティブ空燃比制御のさらに他の一例を示すタイムチャートである。
【図９】図１に示されている電子制御ユニットによって実行されるアクティブ空燃比制御のさらに他の一例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更（変形例：modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
【００１６】
＜システムの構成＞
図１は、本発明の適用対象である内燃機関システムＳ（以下、単に「システムＳ」と称する。例えば車両がこれに該当する。）の概略構成を示す図である。このシステムＳは、ピストン往復動型の火花点火式複数気筒４サイクルエンジン１（内燃機関：以下、単に「エンジン１」と称する。）と、本発明の空燃比センサ異常診断装置の一実施形態であるエンジン制御装置２と、を含んでいる。なお、図１には、エンジン１の特定の気筒における、気筒配列方向と直交する面による断面図が示されている。
【００１７】
＜＜エンジン＞＞
図１を参照すると、エンジン１は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを備えている。シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とは、図示しないボルト等によって、互いに固定されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気通路１３及び排気通路１４が接続されている。
【００１８】
シリンダブロック１１には、気筒を構成する略円柱形状の貫通孔であるシリンダボア１１１が形成されている。上述の通り、シリンダブロック１１には、複数のシリンダボア１１１が、気筒配列方向に沿って一列に配置されている。各シリンダボア１１１の内側には、ピストン１１２が、シリンダボア１１１の中心軸（以下、「シリンダ中心軸」と称する。）に沿って往復移動可能に収容されている。
【００１９】
シリンダブロック１１内には、クランクシャフト１１３が、回転可能に支持されている。クランクシャフト１１３は、気筒配列方向と平行に配置されていて、ピストン１１２のシリンダ中心軸に沿った往復移動に基づいて回転駆動されるように、コンロッド１１４を介してピストン１１２と連結されている。
【００２０】
シリンダヘッド１２における、シリンダブロック１１側の端面には、複数の凹部が、各シリンダボア１１１に対応する位置に設けられている。すなわち、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１に接合及び固定された状態における、ピストン１１２の頂面よりもシリンダヘッド１２側（図中上側）のシリンダボア１１１の内側の空間と、上述の凹部の内側の空間と、によって、燃焼室ＣＣが形成されている。
【００２１】
シリンダヘッド１２には、吸気ポート１２１及び排気ポート１２２が、燃焼室ＣＣに連通するように設けられている。吸気ポート１２１には、インテークマニホールド及びサージタンク等を含む吸気通路１３が接続されている。同様に、排気ポート１２２には、エキゾーストマニホールドを含む排気通路１４が接続されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気バルブ１２３と、排気バルブ１２４と、吸気バルブ制御装置１２５と、排気カムシャフト１２６と、点火プラグ１２７と、イグナイタ１２８と、インジェクタ１２９と、が装着されている。
【００２２】
吸気バルブ１２３は、吸気ポート１２１を開閉するためのバルブである。排気バルブ１２４は、排気ポート１２２を開閉するためのバルブである。吸気バルブ制御装置１２５は、図示しない吸気カム及び吸気カムシャフトの回転角度（位相角度）を制御するための機構（かかる機構の具体的な構成については周知なので、本明細書においてはその説明を省略する。）を備えている。排気カムシャフト１２６は、排気バルブ１２４を駆動するように構成されている。
【００２３】
点火プラグ１２７は、その先端部の火花発生電極が、燃焼室ＣＣ内に露出するように設けられている。イグナイタ１２８は、点火プラグ１２７に与える高電圧を発生するためのイグニッションコイルを備えている。インジェクタ１２９は、燃焼室ＣＣ内に供給するための燃料を、吸気ポート１２１内にて、エンジン制御装置２による制御下で噴射するように、構成及び配置されている。
【００２４】
＜＜吸排気通路＞＞
吸気通路１３における、エアフィルタ１３１と吸気ポート１２１との間の位置には、スロットルバルブ１３２が装着されている。スロットルバルブ１３２は、スロットルバルブアクチュエータ１３３によって回転駆動されることで、吸気通路１３の開口断面積を可変とするように構成されている。
【００２５】
排気通路１４には、上流側触媒コンバータ１４１及び下流側触媒コンバータ１４２が装着されている。上流側触媒コンバータ１４１は、燃焼室ＣＣから排気ポート１２２に排出された排気ガスが最初に流入する排気浄化触媒装置であって、下流側触媒コンバータ１４２よりも排気流動方向（排気通路１４内における排気ガスの流動方向）における上流側に設けられている。上流側触媒コンバータ１４１及び下流側触媒コンバータ１４２は、酸素吸蔵機能を有する三元触媒を内部に備えていて、排気ガス中の有害成分（ＣＯ及びＨＣ等の未燃成分、並びにＮＯｘ）を同時に浄化可能に構成されている。
【００２６】
＜＜制御装置＞＞
エンジン制御装置２は、本発明の各手段を構成する電子制御ユニット２００（以下、単に「ＥＣＵ２００」と称する。）を備えている。ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ２０１と、ＲＯＭ２０２と、ＲＡＭ２０３と、バックアップＲＡＭ２０４と、インターフェース２０５と、双方向バス２０６と、を備えている。ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、バックアップＲＡＭ２０４、及びインターフェース２０５は、双方向バス２０６によって互いに接続されている。
【００２７】
ＲＯＭ２０２には、ＣＰＵ２０１が実行するルーチン（プログラム）、このルーチンの実行時に参照されるテーブル（ルックアップテーブル、マップを含む）、等が、予め格納されている。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納するようになっている。
【００２８】
バックアップＲＡＭ２０４は、電源が投入された状態でＣＰＵ２０１がルーチンを実行する際にデータを格納するとともに、格納したデータを電源遮断後も保持するようになっている。具体的には、バックアップＲＡＭ２０４は、取得（検出又は推定）された運転状態パラメータの一部、上述のテーブルの一部、当該テーブルの補正（学習）結果、等を、上書き可能に格納するようになっている。
【００２９】
インターフェース２０５は、システムＳにおける動作部（吸気バルブ制御装置１２５、イグナイタ１２８、インジェクタ１２９、スロットルバルブアクチュエータ１３３、等）及び後述する各種センサと、電気的に接続されている。すなわち、インターフェース２０５は、後述する各種センサからの検出信号をＣＰＵ２０１に伝達するとともに、上述の動作部を駆動するための駆動信号（これはＣＰＵ２０１にて上述のルーチンの実行時に上述の検出信号に基づいて演算が行われることで発生する。）を当該動作部に伝達するようになっている。
【００３０】
システムＳには、冷却水温センサ２１１、カムポジションセンサ２１２、クランクポジションセンサ２１３、エアフローメータ２１４、上流側空燃比センサ２１５ａ、下流側空燃比センサ２１５ｂ、スロットルポジションセンサ２１６、及びアクセル開度センサ２１７、等の各種センサが備えられている。
【００３１】
冷却水温センサ２１１は、シリンダブロック１１に装着されていて、シリンダブロック１１内の冷却水温Ｔｗに対応する信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ２１２は、シリンダヘッド１２に装着されていて、吸気バルブ１２３を往復移動させるための上述の不図示の吸気カムシャフト（吸気バルブ制御装置１２５に含まれている）の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号（Ｇ２信号）を出力するようになっている。
【００３２】
クランクポジションセンサ２１３は、シリンダブロック１１に装着されていて、クランクシャフト１１３の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号を出力するようになっている。エアフローメータ２１４は、吸気通路１３に装着されていて、吸気通路１３内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量である吸入空気流量Ｇａに対応する信号を出力するようになっている。
【００３３】
上流側空燃比センサ２１５ａ及び下流側空燃比センサ２１５ｂは、排気通路１４に装着されている。上流側空燃比センサ２１５ａは、上流側触媒コンバータ１４１よりも前記排気流動方向における上流側に配置されている。下流側空燃比センサ２１５ｂは、上流側触媒コンバータ１４１よりも前記排気流動方向における下流側の位置、具体的には、上流側触媒コンバータ１４１と下流側触媒コンバータ１４２との間の位置に配置されている。
【００３４】
上流側空燃比センサ２１６ａ及び下流側空燃比センサ２１６ｂは、それぞれが装着された部位を通過する排気ガスの空燃比（酸素濃度）に対応する信号を出力するようになっている。具体的には、上流側空燃比センサ２１５ａは、限界電流式の酸素濃度センサ（いわゆるＡ／Ｆセンサ）であって、図２に示されているように、広範囲にわたる空燃比に対してほぼリニアな出力を生じるようになっている。これに対し、下流側空燃比センサ２１５ｂは、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサ（いわゆるＯ２センサ）であって、図３に示されているように、理論空燃比にて約０．５Ｖであってその近傍の空燃比において出力が急変する一方、理論空燃比よりもリッチ側にて約０．９Ｖで出力が一定となり理論空燃比よりもリーン側にて約０．１Ｖで出力が一定となるような、空燃比変化に対してステップ状の応答特性（Ｚ特性）を有する出力を生じるようになっている。
【００３５】
スロットルポジションセンサ２１６は、スロットルバルブ１３２に対応する位置に配置されている。このスロットルポジションセンサ２１６は、スロットルバルブ１３２の実際の回転位相（すなわちスロットルバルブ開度ＴＡ）に対応する信号を出力するようになっている。アクセル開度センサ２１７は、運転者によるアクセルペダル２２０の操作量（アクセル操作量ＰＡ）に対応する信号を出力するようになっている。
【００３６】
＜実施形態の構成による動作の概要＞
本実施形態のＥＣＵ２００は、エンジン１の空燃比制御、すなわち、インジェクタ１２９における燃料噴射量（噴射時間）の制御を行う。
【００３７】
具体的には、上流側空燃比センサ２１５ａからの出力信号に基づいて、上流側触媒コンバータ１４１に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比（要求空燃比）になるように、燃料噴射量がフィードバック制御される（メインフィードバック制御）。また、このメインフィードバック制御と併せて、下流側空燃比センサ２１５ｂの出力を燃料噴射量にフィードバックする制御も行われる（サブフィードバック制御）。このサブフィードバック制御においては、下流側空燃比センサ２１５ｂの出力に基づいて、上流側触媒コンバータ１４１に流入する排気ガスの空燃比、すなわち燃焼室ＣＣに供給される燃料混合気の空燃比（要求空燃比）が決定される。さらに、上流側空燃比センサ２１６ａの異常を診断する際には、当該上流側空燃比センサ２１６ａに供給される排気ガスの空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン側とリッチ側との間で交互に変化させる「アクティブ空燃比制御」が実行される（例えば、特開２００５−１２１００３号公報、特開２０１０−２５０９０号公報、特開２０１１−１８８０号公報、等参照。）。
【００３８】
図４は、図１に示されているＥＣＵ２００によって実行されるアクティブ空燃比制御の一例を示すタイムチャートである。図中、（ａ）は目標空燃比のタイムチャートを示す（燃料噴射量増減値のタイムチャートも同様となる）。（ａ）のタイムチャートにおいて、縦軸は空燃比を示し、横軸は時間を示し、水平な一点鎖線は理論空燃比（ＡＦｓ）を示す。よって、水平な一点鎖線から上方へ向かう空燃比の変位量は、理論空燃比ＡＦｓからのリーン側の空燃比偏差ΔＡＦＬに相当する。一方、水平な一点鎖線から下方へ向かう空燃比の変位量は、理論空燃比ＡＦｓからのリッチ側の空燃比偏差ΔＡＦＲに相当する。また、（ｂ）はこれに対応する上流側空燃比センサ２１５ａの出力電圧のタイムチャートを示す。さらに、（ａ）及び（ｂ）において、実線は本実施形態のアクティブ空燃比制御の場合を示し、破線は比較例（従来）のアクティブ空燃比制御の場合を示す。
【００３９】
図４の（ａ）のタイムチャートにおける破線で示されているように、従来のアクティブ空燃比制御においては、空燃比が単純な矩形波状に変化するように制御されていた。すなわち、空燃比がリッチ側に切り換えられる時刻ｔＲと、その次に空燃比がリーン側に切り換えられる時刻ｔＬと、の間で、空燃比が一定（理論空燃比ＡＦｓとの偏差ΔＡＦＲが一定：ΔＡＦＲ０）であった。同様に、空燃比がリーン側に切り換えられる時刻ｔＬと、その次に空燃比がリッチ側に切り換えられる時刻ｔＲ’と、の間で、空燃比が一定（理論空燃比ＡＦｓとの偏差ΔＡＦＬが一定：ΔＡＦＬ０）であった。なお、かかる従来のアクティブ空燃比制御においては、ΔＡＦＲ０とΔＡＦＬ０とは等しく、具体的には、例えば、理論空燃比ＡＦｓが１４．６であって、ΔＡＦＲ０＝ΔＡＦＬ０＝０．５である。
【００４０】
上述のような従来のアクティブ空燃比制御を用いた場合、排気ガスの流量（すなわち吸入空気流量Ｇａ）が低い運転領域においては、上流側空燃比センサ２１５ａの異常判定の基礎となる応答性が低くなる。具体的には、かかる運転領域においては、空燃比センサ２１５ａの出力の立ち上がりあるいは立ち下がりの部分（図中矢印参照）の勾配が小さくなる。このため、検出されたセンサ応答性が正常値であるのか異常値であるのかの判定が困難になり、診断精度が低下するおそれがある。
【００４１】
これに対し、本実施形態のアクティブ空燃比制御においては、ｔＲからｔＲｃまでの期間（ｔＲｃはｔＲとｔＬとの間の時刻）にて、ΔＡＦＲが、ｔＲｃからｔＬまでの期間（ΔＡＦＲ０）よりも大きく設定されている。すなわち、ｔＲとｔＲｃとの間の時刻ｔＲ１にて、ΔＡＦＲが、ｔＲｃとｔＬとの間の時刻ｔＲ２よりも大きくなるように、アクティブ空燃比制御における空燃比変化パターンが設定されている。
【００４２】
同様、本実施形態のアクティブ空燃比制御においては、ｔＬからｔＬｃまでの期間（ｔＬｃはｔＬとｔＲ’との間の時刻：ｔＲ’はｔＬの次に空燃比が再度リッチ側に切り換えられる時刻）にて、ΔＡＦＬが、ｔＬｃからｔＲ’までの期間（ΔＡＦＬ０）よりも大きく設定されている。すなわち、ｔＬとｔＬｃとの間の時刻ｔＬ１にて、ΔＡＦＬが、ｔＬｃとｔＲ’との間の時刻ｔＬ２よりも大きくなるように、アクティブ空燃比制御における空燃比変化パターンが設定されている。
【００４３】
具体的には、本実施形態のアクティブ空燃比制御においては、時刻ｔＲにて、要求空燃比が、リーン側の値（ＡＦｓ＋ΔＡＦＬ０）から、リッチ側の極大値（ＡＦｓ−ΔＡＦＲｍ：ΔＡＦＲｍ＞ΔＡＦＲ０）に切り換えられる。時刻ｔＲから時刻ｔＲｃまでの間、ΔＡＦＲが絶対値の最大値ΔＡＦＲｍから通常値ΔＡＦＲ０まで単調減少する（直線的に減少する）。その後、すなわち、時刻ｔＲｃから時刻ｔＬまでの間は、ΔＡＦＲが通常値ΔＡＦＲ０に保持される。
【００４４】
同様に、本実施形態のアクティブ空燃比制御においては、時刻ｔＬにて、要求空燃比が、リッチ側の値（ＡＦｓ−ΔＡＦＲ０）から、リーン側の極大値（ＡＦｓ＋ΔＡＦＬｍ：ΔＡＦＬｍ＝ΔＡＦＲｍ＞ΔＡＦＲ０）に切り換えられる。時刻ｔＬから時刻ｔＬｃまでの間、ΔＡＦＬが絶対値の最大値ΔＡＦＬｍから通常値ΔＡＦＬ０まで単調減少する（直線的に減少する）。その後、すなわち、時刻ｔＬｃから時刻ｔＲ’までの間は、ΔＡＦＬが通常値ΔＡＦＬ０に保持される。
【００４５】
なお、ｔＲからｔＲｃまでの期間の長さ、ｔＲｃからｔＬまでの期間の長さ、ｔＬからｔＬｃまでの期間の長さ、及びｔＬｃからｔＲ’までの期間の長さは、空燃比切り換え後の燃料噴射回数の積算値、空燃比切り換え後の空気量（吸入空気流量Ｇａあるいはこれから算出される筒内吸入空気量Ｍｃ）の積算値、等に応じて適宜設定され得る。
【００４６】
このように、本実施形態のアクティブ空燃比制御においては、空燃比の強制的な変化の度合い（振幅）が、空燃比の切り換え直後において大きくされる。これにより、図４における（ｂ）のタイムチャートにおける実線で示されているように、空燃比センサ２１５ａの出力の立ち上がりあるいは立ち下がりの部分（図中矢印参照）の勾配が、従来のアクティブ空燃比制御を用いた場合（図中破線参照）よりも大きくなる。したがって、本実施形態のアクティブ空燃比制御によれば、排気ガスの流量（すなわち吸入空気流量Ｇａ）が低い運転領域においても、良好なセンサ異常判定を行うことが可能になる。また、このような低流量領域においてもセンサ異常判定の実行を可能とすることで、診断頻度が良好に確保される。
【００４７】
また、本実施形態のアクティブ空燃比制御においては、空燃比の強制的な変化の度合い（振幅）が、上述のように空燃比の切り換え直後において大きくされた後は、次回の切り換え前に小さくされる。これにより、エミッションを可及的に抑制することができる。なお、排気ガスの流量（すなわち吸入空気流量Ｇａ）が高い運転領域において、本実施形態のアクティブ空燃比制御に代えて、上述のような従来のアクティブ空燃比制御を用いることで、エミッションをよりいっそう抑制することができる。
【００４８】
＜動作の具体例＞
図５は、図１に示されているＥＣＵ２００（ＣＰＵ２０１）によって実行されるセンサ異常診断処理の一具体例を示すフローチャートである。なお、各図のフローチャートにおいて、「ステップ」は「Ｓ」と略記されている。
【００４９】
図５に示されているセンサ異常診断ルーチン５００は、所定タイミング毎に繰り返し実行される。このルーチン５００が起動されると、まず、ステップ５１０にて、ＣＰＵ２０１は、上述の各種センサ（上流側空燃比センサ２１５ａ以外：例えば冷却水温センサ２１１、クランクポジションセンサ２１３、アクセル開度センサ２１７、等）からの検出信号に基づいて、上流側空燃比センサ２１５ａの診断条件（冷却水温、回転速度、等）が成立したか否かを判定する。診断条件が成立している場合（ステップ５１０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ５２０以降に進行する。一方、診断条件が成立していない場合（ステップ５１０＝Ｎｏ）、ステップ５２０以降の処理がスキップされ、本ルーチンが一旦終了する。よって、以下、診断条件が成立している（ステップ５１０＝Ｙｅｓ）ものとして、動作説明を続行する。
【００５０】
ステップ５２０においては、ＣＰＵ２０１は、上述の各種センサ（特にエアフローメータ２１４）からの検出信号に基づいて、吸入空気流量Ｇａが所定値Ｇａ０以下であるか否かを判定する。吸入空気流量Ｇａが所定値Ｇａ０以下である場合（ステップ５２０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ５３０に進行し、図４の（ａ）のタイムチャートにおける実線で示されているような、本実施形態の（変調された矩形波状の）アクティブ空燃比制御が実行される。一方、吸入空気流量Ｇａが所定値Ｇａ０よりも大きい場合（ステップ５２０＝Ｎｏ）、処理がステップ５３５に進行し、図４の（ａ）のタイムチャートにおける破線で示されているような、従来の単純な矩形波状のアクティブ空燃比制御が実行される。
【００５１】
次に、処理がステップ５４０に進行し、ＣＰＵ２０１は、上流側空燃比センサ２１５ａの出力電圧の単位時間あたりの変化量の最大値（すなわちセンサ出力の「傾き」）を、応答性パラメータαとして取得（算出）する。その後、処理がステップ５５０に進行し、ＣＰＵ２０１は、取得した応答性パラメータαが所定値α０よりも大きいか否かを判定する。
【００５２】
取得した応答性パラメータαが所定値α０よりも大きい場合（ステップ５５０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ５６０に進行し、ＣＰＵ２０１は、上流側空燃比センサ２１５ａが正常であると判定する。一方、  取得した応答性パラメータαが所定値α０以下である場合（ステップ５５０＝Ｎｏ）、処理がステップ５７０に進行し、ＣＰＵ２０１は、上流側空燃比センサ２１５ａが異常であると判定する。以上のようにステップ５５０の判定結果に応じて正常判定（ステップ５６０）あるいは異常判定（ステップ５７０）が行われた後、処理がステップ５８０に進行してアクティブ空燃比制御が終了され、本ルーチンが一旦終了する。
【００５３】
＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
【００５４】
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
【００５５】
本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的あるいは機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
【００５６】
本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、吸気ポート１２１内に燃料を噴射するインジェクタ１２９とともに、あるいはこれに代えて、燃焼室ＣＣ内に燃料を直接噴射するための筒内噴射弁が設けられていてもよい（例えば特開２００７−２７８１３７号公報等参照）。かかる構成に対しても、本発明は好適に適用される。また、上流側空燃比センサ２１６ａや下流側空燃比センサ２１６ｂは、上流側触媒コンバータ１４１の筐体に装着されていてもよい。
【００５７】
本発明は、上記の実施形態にて開示された具体的な処理態様に限定されない。例えば、或るセンサで取得（検出）された運転状態パラメータは、他のセンサで取得（検出）された他の運転状態パラメータや、これを用いたオンボード推定値に代用され得る。すなわち、例えば、図５におけるステップ５２０において、吸入空気流量Ｇａに代えて、負荷率ＫＬ、スロットルバルブ開度ＴＡ、あるいはアクセル操作量ＰＡが用いられ得る。
【００５８】
応答性パラメータαについては、リッチ側からリーン側への転換の際の値αＲＬと、リーン側からリッチ側への転換の際の値αＬＲとが、それぞれ取得されてもよい。この場合、αＲＬ及びαＬＲの双方を用いて、センサ異常判定が行われる。さらに、応答性パラメータαについては、特開２０１０−２５０９０号公報や特開２０１１−１８８０号公報等と同様にして取得されたものも用いられ得る。
【００５９】
図５のステップ５２０及び５３５の処理は、省略され得る。すなわち、排気ガスの流量（すなわち吸入空気流量Ｇａ）が高い運転領域においても、本実施形態の（すなわち通常のものとは異なる）アクティブ空燃比制御が行われ得る。
【００６０】
本実施形態の（すなわち通常のものとは異なる）アクティブ空燃比制御は、図４に示された態様に限定されない。例えば、図４の（ａ）のタイムチャートにおける実線で示された空燃比変化において、時刻ｔＲやｔＬの近傍の「角」が若干丸められてもよい（この場合、最大値ΔＡＦＲｍやΔＡＦＬｍは、時刻ｔＲやｔＬから微小時間遅れた時刻に発生する。）。また、リッチ側の波形とリーン側の波形とが非対称（ΔＡＦＬｍ＞ΔＡＦＲｍ、ΔＡＦＬｍ＜ΔＡＦＲｍ、ｔＲからｔＲｃまでの期間＞ｔＬからｔＬｃまでの期間、ｔＲからｔＲｃまでの期間＜ｔＬからｔＬｃまでの期間、及びこれらの適宜組み合わせ）であってもよい。さらに、ｔＲからｔＲｃまでの期間やｔＬからｔＬｃまでの期間に対応する、空燃比が直線状に変化する部分は、ステップ状や曲線状の変化（例えば図６参照）に置き換えられ得る。
【００６１】
図７〜図９は、アクティブ空燃比制御の他の例を示すタイムチャートである。例えば、図７に示されているように、時刻ｔＲから時刻ｔＲｃまでの間、ΔＡＦＲが絶対値の最大値ΔＡＦＲｍに保持され、同様に、時刻ｔＬから時刻ｔＬｃまでの間、ΔＡＦＬが絶対値の最大値ΔＡＦＬｍに保持されてもよい。また、図８や図９に示されているように、空燃比が、時刻ｔＲから時刻ｔＬまで連続的に変化するとともに、時刻ｔＬから時刻ｔＲ’まで連続的に変化するようになっていてもよい（図８においては空燃比が直線的に変化し、図９においては空燃比が曲線的に変化している。）。
【００６２】
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。
【００６３】
また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用的あるいは機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用あるいは機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、技術的に矛盾しない範囲において、本明細書の一部を構成するものとして適宜援用され得る。
【符号の説明】
【００６４】
Ｓ…システム                          １…エンジン
１１…シリンダブロック                １２…シリンダヘッド
１３…吸気通路                        １４…排気通路
１２９…インジェクタ                  １３２…スロットルバルブ
１４１…上流側触媒コンバータ          １４２…下流側触媒コンバータ
２…エンジン制御装置                  ２００…ＥＣＵ
２０１…ＣＰＵ                        ２０２…ＲＯＭ
２０３…ＲＡＭ                        ２０４…バックアップＲＡＭ
２０５…インターフェース              ２０６…双方向バス
２１１…冷却水温センサ                ２１２…カムポジションセンサ
２１３…クランクポジションセンサ      ２１４…エアフローメータ
２１５ａ…上流側空燃比センサ          ２１５ｂ…下流側空燃比センサ
２１６…スロットルポジションセンサ    ２１７…アクセル開度センサ
２２０…アクセルペダル
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特開２００５−１２１００３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５０９０号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８８０号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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