(57)【要約】【課題】排出ガスの浄化率を悪化させることなく、触媒下流側の酸素センサの異常診断を実施できるようにする。【解決手段】触媒３１下流側の酸素センサ３３に与えられる熱量をヒータ発熱量と排気熱量の積算値に基づいて判定して、下流側酸素センサ３３の活性化に必要な熱量が与えられたか否かを判定すると共に、触媒３１上流側の空燃比センサ３２の出力が連続的にリッチ状態となる期間（以下「連続リッチ期間」という）を計測する。そして、下流側酸素センサ３３の活性化に必要な熱量が与えられたと判定され且つ前記連続リッチ期間が触媒３１下流側の空燃比（下流側酸素センサ３３周辺を流れる排出ガスの空燃比）がリッチ状態に変化するまでのディレイ期間を越えたと判定されても、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態に変化しないときに、下流側酸素センサ３３の異常と判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路のうちの排出ガス浄化用の触媒の上流側に排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（以下「上流側空燃比センサ」という）を設置し、該触媒の下流側に排出ガスのリッチ／リーンを検出する酸素センサ（以下「下流側酸素センサ」という）を設置した排出ガス浄化システムにおいて、
内燃機関の運転中に前記下流側酸素センサに与えられる熱量を判定する供給熱量判定手段と、
前記上流側空燃比センサの出力が連続的にリッチ状態となる期間（以下「連続リッチ期間」という）を計測する連続リッチ期間計測手段と、
前記供給熱量判定手段の判定結果に基づいて前記下流側酸素センサの活性化に必要な熱量が与えられたと判定され且つ前記連続リッチ期間計測手段で計測した前記連続リッチ期間が前記下流側酸素センサ周辺を流れる排出ガスの空燃比がリッチ状態に変化するまでのディレイ期間を越えたと判定されても前記下流側酸素センサの出力がリッチ状態に変化しないときに前記下流側酸素センサの異常と判定する異常診断手段と
を備えていることを特徴とする排出ガス浄化システムの下流側酸素センサの異常診断装置。
【請求項２】
前記連続リッチ期間計測手段は、前記上流側空燃比センサの出力のリッチ成分を積算し、そのリッチ成分積算値が所定値を越えてから前記連続リッチ期間の計測を開始することを特徴とする請求項１に記載の排出ガス浄化システムの下流側酸素センサの異常診断装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路のうちの排出ガス浄化用の触媒の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスのリッチ／リーンを検出する酸素センサを設置した排出ガス浄化システムにおいて、  内燃機関の運転中に前記触媒下流側の酸素センサ（以下「下流側酸素センサ」という）に与えられる熱量を判定する供給熱量判定手段と、
前記触媒上流側の酸素センサ（以下「上流側酸素センサ」という）の出力が連続的にリッチ状態となる期間（以下「連続リッチ期間」という）を計測する連続リッチ期間計測手段と、
前記供給熱量判定手段の判定結果に基づいて前記下流側酸素センサの活性化に必要な熱量が与えられたと判定され且つ前記連続リッチ期間計測手段で計測した前記連続リッチ期間が前記下流側酸素センサ周辺を流れる排出ガスの空燃比がリッチ状態に変化するまでのディレイ期間を越えたと判定されても前記下流側酸素センサの出力がリッチ状態に変化しないときに前記下流側酸素センサの異常と判定する異常診断手段と
を備えていることを特徴とする排出ガス浄化システムの下流側酸素センサの異常診断装置。
【請求項４】
前記連続リッチ期間計測手段は、前記上流側酸素センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御によるリーン側への補正量を積算し、そのリーン側への補正量の積算値が所定値を越えてから前記連続リッチ期間の計測を開始することを特徴とする請求項３に記載の排出ガス浄化システムの下流側酸素センサの異常診断装置。
【請求項５】
前記異常診断手段は、内燃機関の運転状態に応じて前記ディレイ期間を変化させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の排出ガス浄化システムの下流側酸素センサの異常診断装置。
【請求項６】
前記異常診断手段は、内燃機関の始動後に前記連続リッチ期間が前記ディレイ期間を越える前であっても、前記下流側酸素センサの出力がリーン状態からリッチ状態に変化したことが検出された時点で、前記下流側酸素センサが正常に活性化していると判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の排出ガス浄化システムの下流側酸素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、内燃機関の排気通路のうちの排出ガス浄化用の触媒の下流側に設置した酸素センサの異常診断を実行する排出ガス浄化システムの下流側酸素センサの異常診断装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両の排出ガス浄化システムにおいては、例えば特許文献１（特開平２−３７１４６号公報）に記載されているように、内燃機関の排気通路に設置した排出ガス浄化用の触媒の上流側と下流側に、それぞれ、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）又は酸素センサ（Ｏ2 センサ）を設置し、上流側のセンサの出力に基づいて触媒上流側の空燃比をストイキ付近に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、下流側のセンサの出力に基づいてメインフィードバック制御を補正するサブフィードバック制御を実施するようにしたり、或は、下流側のセンサの出力に基づいて触媒の劣化診断を行うようにしたものがある。
【０００３】
一般に、空燃比センサは、酸素センサに比べて高価であるため、上流側のセンサとして空燃比センサを用いたシステムでも、下流側のセンサは、低コスト化の要求を満たすために、安価な酸素センサを用いるようにしている。勿論、上流側のセンサも、安価な酸素センサを用いたシステムもある。
【０００４】
周知のように、酸素センサや空燃比センサは、活性温度に昇温しないと、排出ガスの空燃比やリッチ／リーンを正確に検出できないため、センサ素子にヒータを付設して、エンジン始動後にヒータの熱でセンサ素子を早期に活性化するようにしている。上述したメイン／サブフィードバック制御は、センサ活性後に行うため、活性判定を行う必要がある。空燃比センサは、素子抵抗を検出する回路を備えているため、素子抵抗の検出値を素子温度に換算することで、活性判定を行うことができるが、リッチ／リーンの２値しか出力しない酸素センサは、素子抵抗を検出する回路を備えていないため、素子抵抗による活性判定を行うことができない。
【０００５】
酸素センサの出力は、活性化していないときには、常にリーン出力となり、活性後は、排出ガスの空燃比がリッチ状態に変化すると、リッチ出力に変化する特性があるため、特許文献１のシステムでは、エンジン始動から所定時間経過後に、燃料噴射量を増量して触媒下流側の空燃比をリッチに強制的に変化させて、下流側酸素センサの出力がリッチに変化するか否かで、下流側酸素センサの活性／非活性を判定するようにしている。
【特許文献１】特開平２−３７１４６号公報（第１３頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の技術を用いれば、エンジン始動から下流側酸素センサが活性化するまでに十分な時間が経過した後に、燃料噴射量を増量して触媒下流側の空燃比をリッチに強制的に変化させても、下流側酸素センサの出力がリッチに変化しない場合は、下流側酸素センサの活性異常と判定することができる。しかし、下流側酸素センサの異常診断を行うために、燃料噴射量を増量して触媒下流側の空燃比を強制的にリッチに変化させると、大気中へのＨＣ排出量が増加して排出ガスの浄化率が悪化するという欠点があった。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、排出ガスの浄化率を悪化させることなく、下流側酸素センサの異常診断を実施できる排出ガス浄化システムの下流側酸素センサの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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路のうちの排出ガス浄化用の触媒の上流側に排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（以下「上流側空燃比センサ」という）を設置し、該触媒の下流側に排出ガスのリッチ／リーンを検出する酸素センサ（以下「下流側酸素センサ」という）を設置した排出ガス浄化システムにおいて、前記下流側酸素センサに与えられる熱量を供給熱量判定手段により判定すると共に、前記上流側空燃比センサの出力が連続的にリッチ状態となる期間（以下「連続リッチ期間」という）を連続リッチ期間計測手段により計測し、その結果、前記下流側酸素センサの活性化に必要な熱量が与えられたと判定され且つ前記連続リッチ期間計測手段で計測した前記連続リッチ期間が前記下流側酸素センサ周辺を流れる排出ガスの空燃比がリッチ状態に変化するまでのディレイ期間を越えたと判定されても前記下流側酸素センサの出力がリッチ状態に変化しないときに前記下流側酸素センサの異常と判定するようにしたものである。
【０００９】
要するに、通常の運転状態でも、上流側空燃比センサの出力（触媒上流側の空燃比）が連続的にリッチ状態となる運転状態がある程度続くと、やがて触媒が排出ガスのリッチ成分を浄化しきれなくなって、触媒下流側の空燃比（下流側酸素センサ周辺を流れる排出ガスの空燃比）がリッチ状態に変化する。本発明は、このような運転状態を利用して下流側酸素センサの異常診断を行うものであり、下流側酸素センサの活性化に必要な熱量が与えられ、且つ、上流側空燃比センサの出力（触媒上流側の空燃比）が連続的にリッチ状態となる運転状態がある程度続いて、触媒下流側の空燃比がリッチ状態に変化したと判断される時期になっても、下流側酸素センサの出力がリーン状態からリッチ状態に変化しない場合は、下流側酸素センサが異常と判定するものである。このようにすれば、従来のように触媒下流側の空燃比を強制的にリッチに変化させなくても、下流側酸素センサの異常診断を実施することが可能となり、下流側酸素センサの異常診断による排出ガスの浄化率の悪化を回避することができる。
【００１０】
この場合、上流側空燃比センサの出力（触媒上流側の空燃比）がリッチ状態となる運転状態が続いたときに、触媒下流側の空燃比がリッチ状態に変化するまでのディレイ期間は、排出ガスのリッチ成分濃度（触媒への単位時間当たりのリッチ成分供給量）、計測開始時の触媒のリッチ成分吸着状態、上流側空燃比センサから下流側酸素センサまでの排出ガスの流動遅れ等によって変化する。
【００１１】
触媒上流側のセンサとして空燃比センサを用いたシステムでは、その上流側空燃比センサの出力から触媒上流側の排出ガスのリッチ成分濃度を検出できるため、上流側空燃比センサの出力のリッチ成分積算値が触媒へのリッチ成分供給量に相関するデータとなる。
【００１２】
この特性を考慮して、請求項２のように、上流側空燃比センサの出力のリッチ成分を積算し、そのリッチ成分積算値が所定値を越えてから前記連続リッチ期間の計測を開始するようにすると良い。このようにすれば、触媒にほぼ一定量のリッチ成分を供給してからディレイ期間（連続リッチ期間）の計測を開始することができ、計測開始時の触媒のリッチ成分吸着状態をほぼ一定にすることができる。
【００１３】
一方、触媒上流側のセンサとして酸素センサを用いたシステムに本発明を適用する場合は、請求項３のように、触媒上流側の酸素センサ（以下「上流側酸素センサ」という）の出力が連続的にリッチ状態となる期間（以下「連続リッチ期間」という）を計測する連続リッチ期間計測手段を備え、下流側酸素センサの活性化に必要な熱量が与えられたと判定され且つ前記連続リッチ期間計測手段で計測した連続リッチ期間が前記ディレイ期間を越えたと判定されても下流側酸素センサの出力がリッチ状態に変化しないときに、下流側酸素センサの異常と判定するようにすれば良い。
【００１４】
上流側酸素センサは、触媒上流側の排出ガスのリッチ成分濃度を検出できないが、上流側酸素センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行うことから、この空燃比フィードバック制御によるリーン側への補正量がリッチ状態の継続期間を反映した情報となる。つまり、リッチ状態の継続期間が長くなるほど、空燃比フィードバック制御によるリーン側への補正量が大きくなるものと考えられる。
【００１５】
この特性を考慮して、請求項４のように、上流側酸素センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御によるリーン側への補正量を積算し、そのリーン側への補正量の積算値が所定値を越えてから連続リッチ期間の計測を開始するようにすると良い。このようにすれば、前記請求項２と同様に、触媒のリッチ成分吸着状態がほぼ一定の状態になってからディレイ期間（連続リッチ期間）の計測を開始することができる。
【００１６】
以上説明した請求項１〜４に係る発明は、ディレイ期間を予め適合工程等で一定の期間に設定しても良いが、この場合は、誤診断を防止するために、長めのディレイ期間を設定する必要があり、その結果、下流側酸素センサの異常診断の実施頻度が低下して、下流側酸素センサの異常の検出が遅れる可能性がある。
【００１７】
この対策として、内燃機関の運転状態に応じて排出ガス流量（触媒への単位時間当たりのリーン成分供給量や排出ガスの流速）が変化してディレイ期間が変化することを考慮して、請求項５のように、内燃機関の運転状態に応じてディレイ期間を変化させるようにすると良い。このようにすれば、内燃機関の運転状態に応じて排出ガス流量が変化するのに対応してディレイ期間を適正に変化させることができるため、内燃機関の運転状態に応じて必要最小限のディレイ期間に設定することができ、下流側酸素センサの異常診断の実施頻度を高めることができて、下流側酸素センサの異常発生時にその異常を早期に検出することができる。
【００１８】
ところで、内燃機関の始動後に前記連続リッチ期間が前記ディレイ期間を越える前であっても、下流側酸素センサが活性化していれば、触媒下流側の空燃比（下流側酸素センサ周辺を流れる排出ガスの空燃比）がリッチ状態に変化した時点で、下流側酸素センサの出力がリーン状態からリッチ状態に変化するのが正常な状態である。
【００１９】
この点を考慮して、請求項６のように、内燃機関の始動後に前記連続リッチ期間が前記ディレイ期間を越える前であっても、下流側酸素センサの出力がリーン状態からリッチ状態に変化したことが検出された時点で、前記下流側酸素センサが正常に活性化していると判定するようにすると良い。このようにすれば、前記連続リッチ期間が前記ディレイ期間を越えないような運転状態が長く続いても、下流側酸素センサの正常活性判定が可能となり、下流側酸素センサの正常活性判定が遅れて下流側酸素センサの出力に基づくサブフィードバック制御や触媒の劣化診断の開始時期が遅れることを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００２２】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００２３】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、エンジン１１のクランク軸２７が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられている。このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００２４】
一方、エンジン１１の排気管３０（排気通路）には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側に、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（以下「上流側空燃比センサ」という）３２が設置され、更に、該触媒３１の下流側に、排出ガスのリッチ／リーンを検出する酸素センサ（以下「下流側酸素センサ」という）３３が設置されている。上流側空燃比センサ３２と下流側酸素センサ３３には、それぞれ、センサ素子を加熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。
【００２５】
これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３４に入力される。このＥＣＵ３４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。
【００２６】
その際、ＥＣＵ３４は、図示しない空燃比フィードバック制御プログラムを実行して、上流側空燃比センサ３２の出力に基づいて触媒３１上流側の排出ガスの空燃比を目標空燃比（触媒３１の浄化ウインドウ内）に制御するように燃料噴射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、下流側酸素センサ３３の出力（触媒３１下流側の空燃比）に応じてメインフィードバック制御の目標空燃比を補正するサブフィードバック制御を実施するようにしている。或は、下流側酸素センサ３３の出力に基づいて触媒３１の劣化診断を行うようにしても良い。
【００２７】
また、ＥＣＵ３４は、後述する図２及び図３に示す下流側酸素センサ異常診断プログラムを実行することで、次のようにして下流側酸素センサ３３の異常診断を実行する。
【００２８】
通常のエンジン運転状態でも、上流側空燃比センサ３２の出力（触媒３１上流側の空燃比）が連続的にリッチ状態となる運転状態がある程度続くと、やがて触媒３１が排出ガスのリッチ成分を浄化しきれなくなって、触媒３１下流側の空燃比（下流側酸素センサ３３周辺を流れる排出ガスの空燃比）がリッチ状態に変化する。また、下流側酸素センサ３３の出力は、活性化していないときには、常にリーン出力となり、活性後は、触媒３１下流側の空燃比がリッチ状態に変化すると、リッチ出力に変化する特性がある。
【００２９】
このような事情を考慮して、本実施例１では、上流側空燃比センサ３２の出力（触媒３１上流側の空燃比）が連続的にリッチ状態となる運転状態を利用して下流側酸素センサ３３の異常診断を次のようにして行う。まず、下流側酸素センサ３３に与えられる熱量をヒータ発熱量と排気熱量（排出ガス温度）の積算値に基づいて判定して、下流側酸素センサ３３の活性化に必要な熱量が与えられたか否かを判定すると共に、上流側空燃比センサ３２の出力が連続的にリッチ状態となる期間（以下「連続リッチ期間」という）を計測する。そして、下流側酸素センサ３３の活性化に必要な熱量が与えられたと判定され且つ前記連続リッチ期間が触媒３１下流側の空燃比（下流側酸素センサ３３周辺を流れる排出ガスの空燃比）がリッチ状態に変化するまでのディレイ期間を越えたと判定されても、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態に変化しないときに、下流側酸素センサ３３の異常と判定する。
【００３０】
この場合、上流側空燃比センサ３２の出力（触媒３１上流側の空燃比）がリッチ状態となる運転状態が続いたときに、触媒３１下流側の空燃比がリッチ状態に変化するまでのディレイ期間は、排出ガスのリッチ成分濃度（触媒３１への単位時間当たりのリッチ成分供給量）、ディレイ期間計測開始時の触媒３１のリッチ成分吸着状態、上流側空燃比センサ３２から下流側酸素センサ３３までの排出ガスの流動遅れ等によって変化する。
【００３１】
そこで、本実施例１では、上流側空燃比センサ３２の出力から触媒３１上流側の排出ガスのリッチ成分濃度を検出できることを考慮して、上流側空燃比センサ３２の出力のリッチ成分積算値が所定値を越えてから前記連続リッチ期間の計測を開始するようにしている。このようにすれば、触媒３１のリッチ成分吸着状態がほぼ一定の状態になってからディレイ期間（連続リッチ期間）の計測を開始することができる。
【００３２】
本発明は、ディレイ期間を予め適合工程等で一定の期間に設定しても良いが、この場合は、誤診断を防止するために、長めのディレイ期間を設定する必要があり、その結果、下流側酸素センサ３３の異常診断の実施頻度が低下して、下流側酸素センサ３３の異常の検出が遅れる可能性がある。
【００３３】
この対策として、本実施例１では、エンジン運転状態に応じて排出ガス流量（触媒３１への単位時間当たりのリーン成分供給量や排出ガスの流速）が変化してディレイ期間が変化することを考慮して、エンジン運転状態（エンジン回転速度、負荷等）に応じてディレイ期間を変化させるようにしている。このようにすれば、エンジン運転状態に応じて排出ガス流量が変化するのに対応してディレイ期間を適正に変化させることができるため、エンジン運転状態に応じて必要最小限のディレイ期間に設定することができ、下流側酸素センサ３３の異常診断の実施頻度を高めることができて、下流側酸素センサ３３の異常発生時にその異常を早期に検出することができる。
【００３４】
ところで、エンジン始動後に前記連続リッチ期間が前記ディレイ期間を越える前であっても、下流側酸素センサ３３が活性化していれば、触媒３１下流側の空燃比（下流側酸素センサ３３周辺を流れる排出ガスの空燃比）がリッチ状態に変化した時点で、下流側酸素センサ３３の出力がリーン状態からリッチ状態に変化するのが正常な状態である。
【００３５】
この点を考慮して、本実施例１では、エンジン始動後に前記連続リッチ期間が前記ディレイ期間を越える前であっても、下流側酸素センサ３３の出力がリーン状態からリッチ状態に変化したことが検出された時点で、下流側酸素センサ３３が正常に活性化していると判定するようにしている。このようにすれば、前記連続リッチ期間が前記ディレイ期間を越えないような運転状態が長く続いても、下流側酸素センサ３３の正常活性判定が可能となり、下流側酸素センサ３３の正常活性判定が遅れて下流側酸素センサ３３の出力に基づくサブフィードバック制御や触媒３１の劣化診断の開始時期が遅れることを回避することができる。
【００３６】
以上説明した本実施例１の下流側酸素センサ３３の異常診断は、ＥＣＵ３４によって図２及び図３の下流側酸素センサ異常診断プログラムに従って実行される。本プログラムはエンジン運転中に所定周期（例えば１２８ｍｓ周期）で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、下流側酸素センサ３３のヒータ供給電力に基づいて下流側酸素センサ３３のセンサ素子に与えられるヒータ熱量Ｈを算出する。この際、下流側酸素センサ３３のヒータ供給電力の情報として、ヒータデューティとバッテリ電圧を用い、これらをパラメータとするマップを参照して、現在のヒータデューティとバッテリ電圧に応じてヒータの熱量Ｈを算出する。
【００３７】
この後、ステップ１０２に進み、現在のエンジン運転状態に基づいて下流側酸素センサ３３のセンサ素子に与えられる排出ガスの熱量Ｅを算出する。この際、エンジン運転状態の情報として、エンジン回転速度と負荷を用い、これらをパラメータとするマップを参照して、現在のエンジン回転速度と負荷に応じて、下流側酸素センサ３３のセンサ素子に与えられる排出ガスの熱量Ｅを算出する。
【００３８】
そして、次のステップ１０３で、下流側酸素センサ３３のセンサ素子に与えられる前回までの熱量積算値Ｉに上記ステップ１０１、１０２で算出した熱量Ｈ，Ｅを積算して、熱量積算値Ｉを更新する。
Ｉ＝Ｉ＋Ｈ＋Ｅ
以上説明したステップ１０１〜１０３の処理が特許請求の範囲でいう供給熱量判定手段としての役割を果たす。
【００３９】
この後、ステップ１０４に進み、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌ（空気過剰率）がリッチ状態（Ｌ＜１）であるか否かを判定する。この場合、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌは、空気過剰率（＝実空燃比／理論空燃比）に相当する値となり、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌがリーン状態（Ｌ≧１）であれば、ステップ１０５に進み、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌのリッチ成分（１−Ｌ）の積算値ＲＩを０にリセットすると共に、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌが連続的にリッチ状態となる期間（以下「連続リッチ期間」という）を計測する連続リッチ期間カウンタＩＣＴを０にリセットして、本プログラムを終了する。
【００４０】
これに対して、上記ステップ１０４で、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌ（空気過剰率）がリッチ状態（Ｌ＜１）であると判定されれば、ステップ１０６に進み、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌのリッチ成分（１−Ｌ）の積算値ＲＩを更新する。
ＲＩ＝ＲＩ＋（１−Ｌ）
【００４１】
この後、ステップ１０７に進み、現在のエンジン運転状態に基づいてディレイ期間Ｄを算出する。この際、エンジン運転状態の情報として、エンジン回転速度と負荷を用い、これらをパラメータとするマップを参照して、現在のエンジン回転速度と負荷に応じて、ディレイ期間Ｄを算出する。この後、ステップ１０８に進み、前回のディレイ期間ＤＳＭと今回のディレイ期間Ｄを用いて、なまし処理によりディレイ期間ＤＳＭを更新する。
ＤＳＭ＝ＤＳＭ×０．９＋Ｄ×０．１
尚、なまし係数は適宜変更しても良いことは言うまでもない。
【００４２】
この後、図３のステップ１０９に進み、下流側酸素センサ３３に与えられた熱量積算値Ｉが所定値Ｉt を越えたか否かを判定し、熱量積算値Ｉが所定値Ｉt 以下であれば、下流側酸素センサ３３がまだ活性化していないと判断して、ステップ１１２に進み、連続リッチ期間カウンタＩＣＴを０にリセットする。
【００４３】
一方、上記ステップ１０９で、熱量積算値Ｉが所定値Ｉt を越えていると判定されれば、下流側酸素センサ３３が活性化していると判断して、ステップ１１０に進み、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌのリッチ成分積算値ＲＩが所定値ＲＩt を越えたか否かを判定し、リッチ成分積算値ＲＩが所定値ＲＩt 以下であれば、触媒３１に供給するリッチ成分が所定量に達していないと判断して、ステップ１１２に進み、連続リッチ期間カウンタＩＣＴを０にリセットする。
【００４４】
その後、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌのリッチ成分積算値ＲＩが所定値ＲＩt を越えた時点で、ステップ１１０で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１１１に進み、連続リッチ期間カウンタＩＣＴを本プログラムの実行周期（１２８ｍｓ）に相当する時間だけカウントアップする。これにより、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌのリッチ成分積算値ＲＩが所定値ＲＩt を越えた時点で、連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウントアップ動作が開始されて、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌが連続的にリッチ状態となる連続リッチ期間が計測される。上記ステップ１１１の処理が特許請求の範囲でいう連続リッチ期間計測手段としての役割を果たす。
【００４５】
この後、ステップ１１３に進み、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態であるか否かを判定し、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態であれば、ステップ１１４に進み、正常判定フラグを“１”にセットして、下流側酸素センサ３３が正常に活性化していると判定する。
【００４６】
一方、上記ステップ１１３で、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態でないと判定されれば、ステップ１１５に進み、連続リッチ期間カウンタＩＣＴでカウントした連続リッチ期間がディレイ期間ＤＳＭを越えたか否かを判定し、連続リッチ期間がディレイ期間ＤＳＭを越えていなければ、そのまま本プログラムを終了し、連続リッチ期間がディレイ期間ＤＳＭを越えていれば、ステップ１１６に進み、異常判定フラグを“１”にセットして、下流側酸素センサ３３が異常であると判定する。以上説明したステップ１１３〜１１６の処理が特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。
【００４７】
以上説明した本実施例１の下流側酸素センサ３３の異常診断処理の一例を図４のタイムチャートを用いて説明する。
エンジン始動後、下流側酸素センサ３３に与えられた熱量積算値Ｉが所定値Ｉt を越えるまでは、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌのリッチ成分積算値ＲＩが大きくなっても、連続リッチ期間カウンタＩＣＴの値が０に維持される。その後、下流側酸素センサ３３に与えられた熱量積算値Ｉが所定値Ｉt を越えた時点ｔ1 以降は、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌのリッチ成分積算値ＲＩが所定値ＲＩt を越えるまでは、連続リッチ期間カウンタＩＣＴの値が０に維持される。
【００４８】
その後、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌのリッチ成分積算値ＲＩが所定値ＲＩt を越えた時点ｔ2 で、連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウントアップ動作を開始して、上流側空燃比センサ３２の出力Ｌが連続的にリッチ状態となる連続リッチ期間を計測する。そして、連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウント値（連続リッチ期間）がディレイ期間ＤＳＭを越えた時点ｔ4 で、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態になっていなければ、異常判定フラグを“１”にセットして、下流側酸素センサ３３が異常であると判定する。
【００４９】
また、連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウント値（連続リッチ期間）がディレイ期間ＤＳＭを越える時点ｔ4 以前であっても、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ／リーン判定値を越えてリッチ状態に変化したことが検出された時点ｔ3 で、正常判定フラグを“１”にセットして、下流側酸素センサ３３が正常に活性化していると判定する。
【００５０】
以上説明した本実施例１によれば、上流側空燃比センサ３２の出力（触媒３１上流側の空燃比）が連続的にリッチ状態となる運転状態を利用して下流側酸素センサ３３の異常診断を行うことができるため、従来のように触媒３１下流側の空燃比を強制的にリッチに変化させなくても、下流側酸素センサ３３の異常診断を実施することが可能となり、下流側酸素センサ３３の異常診断による排出ガスの浄化率の悪化を回避することができる。
【００５１】
しかも、本実施例１では、エンジン運転状態に応じて排出ガス流量（触媒３１への単位時間当たりのリーン成分供給量や排出ガスの流速）が変化してディレイ期間ＤＳＭが変化することを考慮して、エンジン運転状態（エンジン回転速度、負荷）に応じてディレイ期間ＤＳＭを変化させるようにしたので、エンジン運転状態に応じて排出ガス流量が変化するのに対応してディレイ期間ＤＳＭを適正に変化させることができる。これにより、エンジン運転状態に応じて必要最小限のディレイ期間ＤＳＭに設定することができ、下流側酸素センサ３３の異常診断の実施頻度を高めることができて、下流側酸素センサ３３の異常発生時にその異常を早期に検出することができる。
【００５２】
更に、本実施例１では、エンジン始動後に連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウント値（連続リッチ期間）がディレイ期間ＤＳＭを越える前であっても、下流側酸素センサ３３の出力がリーン状態からリッチ状態に変化したことが検出された時点で、下流側酸素センサ３３が正常に活性化していると判定するようにしたので、エンジン始動後に連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウント値（連続リッチ期間）がディレイ期間ＤＳＭを越えないような運転状態が長く続いても、下流側酸素センサ３３の正常活性判定が可能となり、下流側酸素センサ３３の正常活性判定が遅れて下流側酸素センサ３３の出力に基づくサブフィードバック制御や触媒３１の劣化診断の開始時期が遅れることを回避することができる。
【実施例２】
【００５３】
上記実施例１では、触媒３１の上流側に空燃比センサ３２を設置したが、図５乃至図７に示す本発明の実施例２では、触媒３１の上流側に、排出ガスのリッチ／リーンを検出する酸素センサを設置している。触媒３１の下流側は、上記実施例１と同様に酸素センサ３３を設定している。その他の構成は、上記実施例１と同じである。
【００５４】
本実施例２では、触媒３１上流側の酸素センサ（以下「上流側酸素センサ」という）の出力が連続的にリッチ状態となる期間（以下「連続リッチ期間」という）を連続リッチ期間カウンタＩＣＴで計測し、下流側酸素センサ３３の活性化に必要な熱量が与えられたと判定され且つ連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウント値（連続リッチ期間）がディレイ期間ＤＳＭを越えたと判定されても下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態に変化しないときに、下流側酸素センサ３３の異常と判定する。
【００５５】
上流側酸素センサは、触媒３１上流側の排出ガスのリッチ成分濃度を検出できないが、図７に示すように、上流側酸素センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御（以下「フィードバック」を「Ｆ／Ｂ」と表記する）を行い、上流側酸素センサの出力のリッチ／リーンの変化に応じてＦ／Ｂ補正係数Ｆを変化させるため、リーン側へのＦ／Ｂ補正量（１−Ｆ）がリッチ状態の継続期間を反映した情報となる。つまり、リッチ状態の継続期間が長くなるほど、リーン側へのＦ／Ｂ補正量（１−Ｆ）が大きくなるものと考えられる。
【００５６】
この特性を考慮して、本実施例２のように、上流側酸素センサの出力に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御によるリーン側へのＦ／Ｂ補正量（１−Ｆ）を積算し、そのリーン側へのＦ／Ｂ補正量（１−Ｆ）の積算値ＦＩが所定値ＦＩｔを越えてから連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウントアップ動作（連続リッチ期間の計測）を開始するようにしている。このようにすれば、前記実施例１と同様に、触媒３１のリッチ成分吸着状態がほぼ一定の状態になってからディレイ期間（連続リッチ期間）の計測を開始することができる。
【００５７】
以上説明した本実施例２の下流側酸素センサ３３の異常診断は、ＥＣＵ３４によって図５及び図６の下流側酸素センサ異常診断プログラムに従って実行される。図５及び図６の下流側酸素センサ異常診断プログラムは、図２及び図３のプログラムのステップ１０４〜１０６、１１０の処理をステップ１０４ａ〜１０６ａ、１１０ａの処理に変更したものであり、それ以外のステップの処理は同じである。
【００５８】
図５及び図６の下流側酸素センサ異常診断プログラムでは、ステップ１０１〜１０３で、前記実施例１と同様の方法で、下流側酸素センサ３３のセンサ素子に与えられる熱量積算値Ｉを算出する。この後、ステップ１０４ａに進み、上流側酸素センサの出力がリッチ状態であるか否かを判定し、上流側酸素センサの出力がリーン状態であれば、ステップ１０５ａに進み、上流側酸素センサの出力に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御によるリーン側へのＦ／Ｂ補正量（１−Ｆ）の積算値ＦＩを０にリセットすると共に、連続リッチ期間カウンタＩＣＴを０にリセットして、本プログラムを終了する。
【００５９】
これに対して、上記ステップ１０４ａで、上流側酸素センサの出力がリッチ状態であると判定されれば、ステップ１０６ａに進み、上流側酸素センサの出力に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御によるリーン側へのＦ／Ｂ補正量（１−Ｆ）の積算値ＦＩを更新する。
ＦＩ＝ＦＩ＋（１−Ｆ）
【００６０】
この後、ステップ１０７、１０８で、前記実施例１と同様の方法で、なまし処理によりディレイ期間ＤＳＭを算出した後、図６のステップ１０９に進み、下流側酸素センサ３３に与えられた熱量積算値Ｉが所定値Ｉt を越えたか否かを判定し、熱量積算値Ｉが所定値Ｉt 以下であれば、下流側酸素センサ３３がまだ活性化していないと判断して、ステップ１１２に進み、連続リッチ期間カウンタＩＣＴを０にリセットする。
【００６１】
一方、上記ステップ１０９で、熱量積算値Ｉが所定値Ｉt を越えていると判定されれば、下流側酸素センサ３３が活性化していると判断して、ステップ１１０ａに進み、リーン側へのＦ／Ｂ補正量積算値ＦＩが所定値ＦＩt を越えたか否かを判定し、リーン側へのＦ／Ｂ補正量積算値ＦＩが所定値ＦＩt 以下であれば、触媒３１に供給するリッチ成分が所定量に達していないと判断して、ステップ１１２に進み、連続リッチ期間カウンタＩＣＴを０にリセットする。
【００６２】
その後、リーン側へのＦ／Ｂ補正量積算値ＦＩが所定値ＦＩt を越えた時点で、ステップ１１０ａで「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１１１に進み、連続リッチ期間カウンタＩＣＴを本プログラムの実行周期（１２８ｍｓ）に相当する時間だけカウントアップする。これにより、リーン側へのＦ／Ｂ補正量積算値ＦＩが所定値ＦＩt を越えた時点で、連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウントアップ動作が開始されて、上流側酸素センサの出力Ｌが連続的にリッチ状態となる連続リッチ期間が計測される。
【００６３】
この後、ステップ１１３に進み、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態であるか否かを判定し、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態であれば、ステップ１１４に進み、正常判定フラグを“１”にセットして、下流側酸素センサ３３が正常に活性化していると判定する。
【００６４】
一方、上記ステップ１１３で、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態でないと判定されれば、ステップ１１５に進み、連続リッチ期間カウンタＩＣＴでカウントした連続リッチ期間がディレイ期間ＤＳＭを越えたか否かを判定し、連続リッチ期間がディレイ期間ＤＳＭを越えていなければ、そのまま本プログラムを終了し、連続リッチ期間がディレイ期間ＤＳＭを越えていれば、ステップ１１６に進み、異常判定フラグを“１”にセットして、下流側酸素センサ３３が異常であると判定する。
【００６５】
以上説明した本実施例２の下流側酸素センサ３３の異常診断処理の一例を図７のタイムチャートを用いて説明する。
エンジン始動後、下流側酸素センサ３３に与えられた熱量積算値Ｉが所定値Ｉt を越えるまでは、上流側酸素センサの出力に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御によるリーン側へのＦ／Ｂ補正量（１−Ｆ）の積算値ＦＩが大きくなっても、連続リッチ期間カウンタＩＣＴの値が０に維持される。その後、下流側酸素センサ３３に与えられた熱量積算値Ｉが所定値Ｉt を越えた時点ｔ1 以降は、上流側酸素センサの出力に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御によるリーン側へのＦ／Ｂ補正量（１−Ｆ）の積算値ＦＩが所定値ＦＩt を越えるまでは、連続リッチ期間カウンタＩＣＴの値が０に維持される。
【００６６】
その後、リーン側へのＦ／Ｂ補正量（１−Ｆ）の積算値ＦＩが所定値ＦＩt を越えた時点ｔ2 で、連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウントアップ動作を開始して、上流側酸素センサの出力が連続的にリッチ状態となる連続リッチ期間を計測する。そして、連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウント値（連続リッチ期間）がディレイ期間ＤＳＭを越えた時点ｔ4 で、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ状態になっていなければ、異常判定フラグを“１”にセットして、下流側酸素センサ３３が異常であると判定する。
【００６７】
また、連続リッチ期間カウンタＩＣＴのカウント値（連続リッチ期間）がディレイ期間ＤＳＭを越える時点ｔ4 以前であっても、下流側酸素センサ３３の出力がリッチ／リーン判定値を越えてリッチ状態に変化したことが検出された時点ｔ3 で、正常判定フラグを“１”にセットして、下流側酸素センサ３３が正常に活性化していると判定する。
【００６８】
以上説明した本実施例２によれば、触媒３１の上流側に酸素センサを設置したシステムにおいて、上流側酸素センサの出力（触媒３１上流側の空燃比）が連続的にリッチ状態となる運転状態を利用して下流側酸素センサ３３の異常診断を行うことができるため、従来のように触媒３１下流側の空燃比を強制的にリッチに変化させなくても、下流側酸素センサ３３の異常診断を実施することが可能となり、下流側酸素センサ３３の異常診断による排出ガスの浄化率の悪化を回避することができる。その他、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】実施例１の下流側酸素センサ異常診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。
【図３】実施例１の下流側酸素センサ異常診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。
【図４】実施例１の下流側酸素センサ異常診断処理の一例を示すタイムチャートである。
【図５】実施例２の下流側酸素センサ異常診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。
【図６】実施例２の下流側酸素センサ異常診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。
【図７】実施例２の下流側酸素センサ異常診断処理の一例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、３０…排気管（排気通路）、３１…触媒、３２…上流側空燃比センサ、３３…下流側酸素センサ、３４…ＥＣＵ（供給熱量判定手段，連続リッチ期間計測手段，異常診断手段）
【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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