(57)【要約】【課題】本発明は、触媒下流の排気ガスセンサの異常を検出する装置に関し、センサの置かれた環境をも考慮して、センサの異常を正確に検出することを目的とする。【解決手段】内燃機関の排気通路に触媒を配置し、その下流に下流酸素センサを配置する。下流酸素センサの異常検出が要求されたら（ステップ１００）、センサ素子温の目標を低温設定値（４００℃）とし、低温側異常検出処理を行う（ステップ１０２，１０４）。次に、センサ素子温の目標を高温設定値（６００℃）とし、高温側異常検出処理を行う（ステップ１０６，１０８）。それらの異常検出処理の結果を総合的に考慮して、下流酸素センサに以上が生じているか否かを判断する（ステップ１１０〜１１４）。【選択図】        図４
2004285949.tif 000002
【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触媒の下流に位置する排気ガスセンサの異常を検出するための装置であって、
前記触媒上流における排気空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの出力がリッチ出力からリーン出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させ、また、前記排気ガスセンサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの温度を検知するセンサ温度検知手段と、
前記排気ガスセンサが、前記アクティブ空燃比制御の実行中に、第１の温度下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定する第１の状態判定手段と、
前記排気ガスセンサが、前記アクティブ空燃比制御の実行中に、前記第１の温度より高温の第２の温度下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定する第２の状態判定手段と、
前記第１の状態判定手段による判定結果と、前記第２の状態判定手段による判定結果とを考慮して、前記排気ガスセンサの異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの異常検出装置。
【請求項２】
前記第１の温度を含まず前記第２の温度を含む温度領域を常用時の目標温度領域として、前記排気ガスセンサの温度を制御するセンサ温度制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の排気ガスセンサの異常検出装置。
【請求項３】
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備えると共に、
前記第１の状態判定手段は、前記排気ガスセンサが第１の吸入空気量下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定し、
前記第２の状態判定手段は、前記排気ガスセンサが、前記第１の吸入空気量より多量の第２の吸入空気量下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定することを特徴とする請求項１または２記載の排気ガスセンサの以上検出装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に配置される触媒の下流に位置する排気ガスセンサの異常を検出するための装置であって、
前記触媒上流における排気空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの出力がリッチ出力からリーン出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させ、また、前記排気ガスセンサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記排気ガスセンサが、前記アクティブ空燃比制御の実行中に、第１の吸入空気量下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定する第１の状態判定手段と、
前記排気ガスセンサが、前記アクティブ空燃比制御の実行中に、前記第１の吸入空気量より多量の第２の吸入空気量下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定する第２の状態判定手段と、
前記第１の状態判定手段による判定結果と、前記第２の状態判定手段による判定結果とを考慮して、前記排気ガスセンサの異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの異常検出装置。
【請求項５】
前記第１の状態判定手段により前記排気ガスセンサの異常が認められた場合に、前記第２の状態判定手段による判定を要求する本判定要求手段を備え、
前記異常判定手段は、前記第１の状態判定手段、および前記第２の状態判定手段の双方で異常が判定された場合に、前記排気ガスセンサの異常を判定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の排気ガスセンサの異常検出装置。
【請求項６】
前記第２の状態判定手段により前記排気ガスセンサの異常が認められた場合に、前記第１の状態判定手段による判定を要求する本判定要求手段を備え、
前記異常判定手段は、前記第１の状態判定手段、および前記第２の状態判定手段の双方で異常が判定された場合に、前記排気ガスセンサの異常を判定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の排気ガスセンサの異常検出装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に配置される触媒の下流に位置する排気ガスセンサの異常を検出するための装置であって、
前記触媒上流における排気空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの出力がリッチ出力からリーン出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させ、また、前記排気ガスセンサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの温度を検知するセンサ温度検知手段と、
前記排気ガスセンサが前記アクティブ空燃比制御の実行中に発するセンサ出力の特性値を判定値と比較することにより当該排気ガスセンサの異常を判定する異常判定手段と、
前記排気ガスセンサの温度に基づいて前記判定値を設定する判定値設定手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの異常検出装置。
【請求項８】
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備えると共に、前記判定値設定手段は、前記排気ガスセンサの温度と吸入空気量とに基づいて、前記判定値を設定することを特徴とする請求項７記載の排気ガスセンサの異常検出装置。
【請求項９】
内燃機関の排気通路に配置される触媒の下流に位置する排気ガスセンサの異常を検出するための装置であって、
前記触媒上流における排気空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの出力がリッチ出力からリーン出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させ、また、前記排気ガスセンサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記排気ガスセンサが前記アクティブ空燃比制御の実行中に発するセンサ出力の特性値を判定値と比較することにより当該排気ガスセンサの異常を判定する異常判定手段と、
前記吸入空気量に基づいて前記判定値を設定する判定値設定手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスセンサの異常検出装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置される触媒の下流に位置する排気ガスセンサの異常を検出するうえで好適な異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特許３１３４６９８号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に酸素センサを備える構成が知られている。この酸素センサは、排気ガスに含まれる酸素濃度を検出し、その酸素濃度より排気空燃比を検知する目的で配置される。排気通路に配置される酸素センサは、内燃機関の空燃比を制御するうえで重要な要素である。このため、酸素センサの異常は速やかに検知する必要がある。
【０００３】
上述した従来の内燃機関は、より具体的には、排気通路に配置された触媒の上流に酸素センサを備えている。そして、このシステムは、内燃機関から流出する排気ガスの空燃比を、つまり、触媒の上流に到達する排気ガスの空燃比を、強制的にリッチ空燃比とリーン空燃比の間で変化させることにより、酸素センサの異常を検出することとしている。
【０００４】
上記従来の内燃機関において、触媒上流における排気空燃比が強制的に変化させられると、酸素センサが正常であれば、そのセンサの出力は、排気空燃比の変化に追従した変化を示す。従って、このシステムにおいては、触媒上流における排気空燃比を強制的に変化させると共に、酸素センサの出力にその変化に対応した適正な変化が生ずるか否かを見ることにより、酸素センサが正常に作動しているか否かを正確に判断することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１３４６９８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３２９８３２号公報
【特許文献３】
特公平７−４２８８４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の排気通路には、触媒の下流側にも酸素センサが配置されることがある。具体的には、例えば、２つのセンサを用いた高精度な空燃比フィードバック制御を実現するために、触媒の上流および下流の双方に酸素センサが配置されることがある。また、内燃機関の排気通路には、２つの触媒が直列に配置されることがあり、このような構成においては、下流触媒に流入する排気ガスの状態を検知するために、下流側の触媒の上流、つまり、上流側の触媒の下流に酸素センサが配置されることがある。
【０００７】
触媒の下流における排気空燃比は、その上流における排気空燃比が如何なる値であっても、触媒が浄化作用を発揮する期間中は、ほぼ理論空燃比となる。この場合、下流側の酸素センサが正常であっても、そのセンサ出力は、触媒上流の排気空燃比に追従した変化は示さない。このため、上述した従来のシステムが用いる異常検出の手法では、触媒の下流に配置される下流酸素センサの異常を正確に検出することはできない。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、触媒下流に配置される排気ガスセンサの異常を正確に検出することのできる排気ガスセンサの異常検出装置を提供することを目的とする。
より具体的には、本発明は、触媒下流に配置された排気ガスセンサから発せられる出力が、そのセンサの置かれた環境をも考慮したうえで適正であるか否かを見ることにより、そのセンサの異常を正確に検出することのできる排気ガスセンサの異常検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に配置される触媒の下流に位置する排気ガスセンサの異常を検出するための装置であって、
前記触媒上流における排気空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの出力がリッチ出力からリーン出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させ、また、前記排気ガスセンサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの温度を検知するセンサ温度検知手段と、
前記排気ガスセンサが、前記アクティブ空燃比制御の実行中に、第１の温度下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定する第１の状態判定手段と、
前記排気ガスセンサが、前記アクティブ空燃比制御の実行中に、前記第１の温度より高温の第２の温度下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定する第２の状態判定手段と、
前記第１の状態判定手段による判定結果と、前記第２の状態判定手段による判定結果とを考慮して、前記排気ガスセンサの異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記第１の温度を含まず前記第２の温度を含む温度領域を常用時の目標温度領域として、前記排気ガスセンサの温度を制御するセンサ温度制御手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備えると共に、
前記第１の状態判定手段は、前記排気ガスセンサが第１の吸入空気量下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定し、
前記第２の状態判定手段は、前記排気ガスセンサが、前記第１の吸入空気量より多量の第２の吸入空気量下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定することを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、内燃機関の排気通路に配置される触媒の下流に位置する排気ガスセンサの異常を検出するための装置であって、
前記触媒上流における排気空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの出力がリッチ出力からリーン出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させ、また、前記排気ガスセンサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記排気ガスセンサが、前記アクティブ空燃比制御の実行中に、第１の吸入空気量下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定する第１の状態判定手段と、
前記排気ガスセンサが、前記アクティブ空燃比制御の実行中に、前記第１の吸入空気量より多量の第２の吸入空気量下で発するセンサ出力の特性値に基づいて、当該排気ガスセンサの状態を判定する第２の状態判定手段と、
前記第１の状態判定手段による判定結果と、前記第２の状態判定手段による判定結果とを考慮して、前記排気ガスセンサの異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記第１の状態判定手段により前記排気ガスセンサの異常が認められた場合に、前記第２の状態判定手段による判定を要求する本判定要求手段を備え、
前記異常判定手段は、前記第１の状態判定手段、および前記第２の状態判定手段の双方で異常が判定された場合に、前記排気ガスセンサの異常を判定することを特徴とする。
【００１４】
また、第６の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記第２の状態判定手段により前記排気ガスセンサの異常が認められた場合に、前記第１の状態判定手段による判定を要求する本判定要求手段を備え、
前記異常判定手段は、前記第１の状態判定手段、および前記第２の状態判定手段の双方で異常が判定された場合に、前記排気ガスセンサの異常を判定することを特徴とする。
【００１５】
また、第７の発明は、内燃機関の排気通路に配置される触媒の下流に位置する排気ガスセンサの異常を検出するための装置であって、
前記触媒上流における排気空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの出力がリッチ出力からリーン出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させ、また、前記排気ガスセンサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの温度を検知するセンサ温度検知手段と、
前記排気ガスセンサが前記アクティブ空燃比制御の実行中に発するセンサ出力の特性値を判定値と比較することにより当該排気ガスセンサの異常を判定する異常判定手段と、
前記排気ガスセンサの温度に基づいて前記判定値を設定する判定値設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第８の発明は、第７の発明において、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備えると共に、
前記判定値設定手段は、前記排気ガスセンサの温度と吸入空気量とに基づいて、前記判定値を設定することを特徴とする。
【００１７】
また、第９の発明は、内燃機関の排気通路に配置される触媒の下流に位置する排気ガスセンサの異常を検出するための装置であって、
前記触媒上流における排気空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
前記排気ガスセンサの出力がリッチ出力からリーン出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させ、また、前記排気ガスセンサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化するのを受けて前記触媒上流の排気空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記排気ガスセンサが前記アクティブ空燃比制御の実行中に発するセンサ出力の特性値を判定値と比較することにより当該排気ガスセンサの異常を判定する異常判定手段と、
前記吸入空気量に基づいて前記判定値を設定する判定値設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示す構成は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２の端部にはエアフィルタ１６が配置されている。エアフィルタ１６の下流には、吸気通路１２を流通する空気量、すなわち、吸入空気量Ｇａを検出するためのエアフロメータ１８が配置されている。
【００２０】
エアフロメータ１８の下流には、スロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２２と、スロットルバルブ２０が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２４とが配置されている。吸気通路１２には、更に、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２６が配置されている。
【００２１】
排気通路１４には、上流触媒２８と下流触媒３０とが直列に配置されている。これらの触媒は、内燃機関１０が始動された後、所定の活性温度に達することにより排気ガスの浄化機能を発揮することができる。上流触媒２８、および下流触媒３０は、それぞれ酸素吸蔵容量（ＯＳＣ：Ｏ２  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を有しており、その容量の範囲で酸素を吸蔵することができる。これらの触媒２８，３０は、排気ガス中にＨＣやＣＯなどの未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を放出することでそれらの未燃成分を酸化し、また、排気ガス中に酸素やＮＯｘなどが多く含まれている場合は、余剰な酸素を吸蔵し、触媒雰囲気を理論空燃比に保つことができる。上流触媒２８および下流触媒３０は、それぞれ上記の原理により排気ガスを浄化する。
【００２２】
上流触媒２８の上流には、空燃比センサ３２が配置されている。空燃比センサ３２は、排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発するセンサである。排気ガス中の酸素濃度は、排気空燃比と相関を有している。このため、空燃比センサ３２によれば、上流触媒２８に流入する排気ガス、つまり、内燃機関１０から排出されてきた直後の排気ガスの空燃比を検出することができる。
【００２３】
上流触媒２８の下流、つまり、下流触媒３０の上流には、下流酸素センサ３４が配置されている。下流酸素センサ３４は、排気ガス中に酸素が存在するか否かに応じて出力を大きく変化させるセンサである。排気ガス中には、排気空燃比がリッチである場合には酸素は残留しない。一方、排気空燃比がリーンである場合は排気ガス中の酸素が残留する。このため、下流酸素センサ３４によれば、上流触媒２８から流出してくる排気ガスがリッチであるかリーンであるかを正確に検出することができる。
【００２４】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種のセンサからセンサ出力が供給されている。また、ＥＣＵ４０は、それらのセンサ出力に基づいて内燃機関１０に供給すべき燃料量を算出し、その燃料量が噴射されるように燃料噴射弁２６を制御することができる。
【００２５】
本実施形態のシステムは、空燃比センサ３２の出力、および下流酸素センサ３４の出力に基づいて燃料噴射量の制御、すなわち、排気空燃比の制御などを実行する。このため、空燃比センサ３２や下流酸素センサ３４の異常は、速やかに検出できることが望ましい。
【００２６】
空燃比センサ３２の異常については、内燃機関１０から排出される排気ガスの空燃比を強制的に変化させたうえで、その変化に追従した変化が空燃比センサ３２の出力に表れるか否かを見ることで正確に判断することができる。つまり、ＥＣＵ４０は、エアフロメータ１８により検出される吸入空気量Ｇａに対して、空燃比Ａ／Ｆが変動するように燃料噴射量を決定しつつ、その変動に応じた変化が空燃比センサ３２の出力に表れるか否かに応じて、空燃比センサ３２が正常であるか否かを判断することができる。
【００２７】
しかしながら、下流酸素センサ３４の異常については、上記の手法によっては検出することができない。すなわち、吸入空気量Ｇａに対して燃料噴射量が上記の如く制御され、その結果上流触媒２８に流入する排気ガスの空燃比が強制的に変動させられたとしても、下流酸素センサ３４の周囲に導かれるのは、上流触媒２８を通過した後の排気ガスである。上流触媒２８を通過した後の排気ガスは、上流触媒２８が浄化能力を発揮する限りは理論空燃比に維持される。このため、内燃機関１０から排出される排気ガスの空燃比と、下流酸素センサ３４のセンサ出力との間に相関が認められるか否かによっては、下流酸素センサ３４が正常であるか否かを判断することはできない。そこで、本実施形態では、下流酸素センサ３４の異常検出が要求される際には、下流酸素センサ３４の周囲における排気空燃比を強制的に変動させるべく、以下に説明するアクティブ空燃比制御を実行することとした。
【００２８】
［下流酸素センサの異常検出の原理説明］
図２は、ＥＣＵ４０が実行するアクティブ空燃比制御の内容を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図２（Ａ）は、上流触媒２８に流入する排気ガスの空燃比（以下、「触媒前空燃比」と称す）がリッチであるかリーンであるかを表す波形を示す。また、図２（Ｂ）は、下流酸素センサ３４のセンサ出力波形を示す。更に、図２（Ｃ）は、上流触媒２８から流出して下流酸素センサ３４の周囲に導かれる排気ガスの空燃比（以下、触媒後空燃比」と称す）の変化を示す。
【００２９】
アクティブ空燃比制御の実行中は、先ず、触媒前空燃比が所定のリッチ空燃比またはリーン空燃比に維持される。図２（Ａ）は、時刻ｔ１以前において、触媒前空燃比がリッチ空燃比に維持されている状態を示している。触媒前空燃比がリッチ空燃比に維持されると、上流触媒２８は、吸蔵酸素を放出して排気ガス中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）の酸化を図る。上流触媒２８中に吸蔵酸素が残存している期間中は、その下流には理論空燃比に浄化された排気ガスが流出する。従って、その間、触媒後空燃比はほぼ理論空燃比に維持される。
【００３０】
触媒前空燃比がリッチに維持された結果、上流触媒２８中の吸蔵酸素が全て消費されると、その後、上流触媒２８の下流には、未燃成分を含むリッチな排気ガスが流出し始める。図２（Ｃ）は、時刻ｔ１の直前に上流触媒２８中の吸蔵酸素が全て消費され、その結果、触媒後空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比に変化した状態を示している。
【００３１】
触媒後空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比に変化すると、下流酸素センサ３４のセンサ出力は、図２（Ｂ）に示すようにリーン出力からリッチ出力に変化する。ＥＣＵ４０は、そのセンサ出力がリッチ出力であるかリーン出力であるかを判定するために、リーン判定値ＶＬおよびリッチ判定値ＶＲを用いている。より具体的には、ＥＣＵ４０は、下流酸素センサ３４の出力が、リッチ判定値ＶＲを超えると、そのセンサ出力がリッチ出力に変化したと判断し、一方、下流酸素センサ３４の出力がリーン判定値ＶＬを下回ると、そのセンサ出力がリーン出力に変化したと判断する。図２に示す時刻ｔ１は、上記の基準に従って、下流酸素センサ３４の出力がリッチ出力に変化したと判断された時刻である。
【００３２】
アクティブ空燃比制御の実行中、ＥＣＵ４０は、下流酸素センサ３４の出力がリッチ出力に変化したと判断すると、その時点で、上流触媒２８の吸蔵酸素が使い果たされたと判断する。そして、ＥＣＵ４０は、その後、触媒前空燃比がリーンに反転するように、吸入空気量Ｇａに対する燃料噴射量の割合を変化させる。その結果、時刻ｔ１の後、図２（Ａ）に示すように、触媒前空燃比はリッチからリーンに反転する。
【００３３】
触媒前空燃比がリッチからリーンに反転した後、その反転の影響を受けた排気ガスが上流触媒２８の下流に流出してくるまでの期間（以下、「ガス輸送遅れ期間」と称す）は、触媒後空燃比がリッチに維持される。そして、ガス輸送遅れ期間が経過した後（図２における時刻ｔ２の後）は、空燃比がリーンに反転した後に上流触媒２８に流入し、その内部で処理された排気ガスが上流触媒２８の下流に流出してくる。
【００３４】
時刻ｔ１において、上流触媒２８は、全ての吸蔵酸素を放出した状態となっている。この状態で、上流触媒２８に空燃比のリーンな排気ガスが流入すると、上流触媒２８は、排気ガス中の余剰な酸素を吸蔵することで触媒雰囲気を理論空燃比に保ち、排気ガスを浄化する。このため、上記のガス輸送遅れ期間が経過した後に、つまり、図２に示す時刻ｔ２の後に上流触媒２８の下流に流出してくる排気ガスの空燃比は、再び理論空燃比の近傍値となる。
【００３５】
アクティブ空燃比制御の実行中は、以後、触媒前空燃比がリーンに維持される。触媒前空燃比がリーンに維持されている期間中、上流触媒２８は、酸素吸蔵能力一杯に酸素を吸蔵するまで、酸素を吸蔵し続ける。そして、上流触媒２８に酸素吸蔵能力一杯の酸素が吸蔵されると、その後、上流触媒２８の下流には、酸素を含むリーンな排気ガスが流出し始める。
【００３６】
図２に示す時刻ｔ３は、上流触媒２８の下流にリーンな排気ガスが流出し始めた時刻を示し、また、時刻ｔ４は、下流酸素センサ３４の出力がリーン判定値ＶＬを下回り、ＥＣＵ４０により、排気ガスがリーンであることが認識された時刻である。尚、触媒後空燃比が理論空燃比近傍に維持される期間は、上流触媒２８が適正に浄化能力を発揮する期間であり、その長さは上流触媒２８の酸素吸蔵能力に対応している。
【００３７】
以後、アクティブ空燃比制御の実行が継続される限り、上述した処理、つまり、下流酸素センサ３４の出力反転を受けて触媒前空燃比を強制的に反転させる処理が繰り返し実行される。その結果、アクティブ空燃比制御の実行中は、図２（Ｃ）に示すように、触媒後空燃比が、周期的にリッチ空燃比およびリーン空燃比となる。このような状況下では、下流酸素センサ３４が正常であれば、その出力は、図２（Ｂ）に示すように、リッチ出力とリーン出力との間で周期的な変化を繰り返す。従って、本実施形態のシステムによれば、アクティブ空燃比制御の実行と合わせて、下流酸素センサ３４の出力が正常にリッチ出力とリーン出力を交互に出力しているか否かを見ることにより、下流酸素センサ３４の異常を精度良く検出することができる。
【００３８】
［下流酸素センサの劣化の影響］
次に、下流酸素センサ３４の劣化が、アクティブ空燃比制御の実行中におけるセンサ出力にどのように影響するかについて説明する。
図３は、アクティブ空燃比制御の実行中に、触媒後空燃比の反転に伴って下流酸素センサ３４の出力に生ずる変化の様子を説明するための図である。図３において、実線で示す波形は、下流酸素センサ３４が正規の出力特性を示す場合の波形である。また、図３中に一点鎖線或いは破線で示す波形は、それぞれ、出力が縮小するように劣化した下流酸素センサ３４の出力波形、および応答性の劣化した下流酸素センサ３４の出力波形である。
【００３９】
下流酸素センサ３４には、出力を縮小させる劣化と、応答性に関する劣化が生ずることがある。前者の劣化は、センサ出力の最大値Ｖｍａｘを低下させ、かつ、その最小値Ｖｍｉｎを上昇させる形で表れる。また、後者の劣化は、触媒後空燃比の変化に対する下流酸素センサ３４の出力応答性を悪化させる形で表れる。
【００４０】
アクティブ空燃比制御の実行中は、既述した通り、触媒後空燃比がリッチまたはリーンに変化すると、その後、下流酸素センサ３４の出力がその変化に追従するように変化すると共に、触媒前空燃比がその変化とは逆向きにリーンまたはリッチに反転される。従って、下流酸素センサ３４の応答性が悪いと、そのセンサ出力が十分に変化する前に触媒後空燃比が理論空燃比に向かって変化し始め、その結果、センサ出力の最大値Ｖｍａｘは正常時より小さな値となり、また、その最小値Ｖｍｉｎは正常時より大きな値となる。
【００４１】
つまり、下流酸素センサ３４に劣化が生じた場合は、その劣化が出力の縮小であっても応答性の悪化であっても、アクティブ空燃比制御の実行中におけるセンサ出力の最大値Ｖｍｉｎおよび最小値Ｖｍｉｎは、両者の差が縮小するように変化する。従って、下流酸素センサ３４に劣化が生じているか否かは、センサ出力の最大値Ｖｍａｘおよび最小値Ｖｍｉｎがどの程度の値に到達しているかを見ることにより、或いは、そのセンサ出力の振幅がどの程度の大きさであるかを見ることで判断することができる。
【００４２】
［センサ出力の温度特性の影響］
ところで、下流酸素センサ３４の出力特性は、温度に対する依存性を有している。
図４は、下流酸素センサ３４の静的なセンサ出力とセンサ素子温との関係、つまり、排気空燃比を一定に維持した場合に得られるセンサ出力とセンサ素子温との関係を示す。図４において、符号Ｖｍａｘを付して示す曲線は、下流酸素センサ３４の周囲を所定のリッチ空燃比に維持した場合に得られるセンサ出力の変化を、また、符号Ｖｍｉｎを付して示す極性は、その周囲を所定のリーン空燃比に維持した場合に得られるセンサ出力の変化を示す。更に、符号Ｖａを付して示す曲線は、ＶｍａｘとＶｍｉｎとの差、つまり、下流酸素センサ３４の出力に生じ得る振幅の変化を示す。
【００４３】
図４に示すように、センサ出力の最大値Ｖｍａｘは、センサ素子温が４００℃程度である場合に最大となり、その後、センサ素子温が上昇するに連れて低下する傾向を示す。一方、センサ出力の最小値Ｖｍｉｎは、図示される温度領域では、センサ素子温が上昇するほど小さな値となる。そして、振幅Ｖａは、６００℃近傍において最大となるような変化を示す。
【００４４】
図５は、下流酸素センサ３４の動的な出力特性とセンサ素子温との関係、より具体的には、下流酸素センサ３４の応答性とセンサ素子温との関係を示す。この図において、縦軸は、正しくは下流酸素センサ３４の応答遅れを示している。つまり、図５中に示す曲線は、下流酸素センサ３４の応答性が、低温時ほど悪く、センサ素子温が上昇するに伴って改善されることを示している。
【００４５】
アクティブ空燃比制御の実行中は、下流酸素センサ３４の周囲で空燃比が反転されるため、下流酸素センサ３４の出力には、その静的な特性と動的な特性の双方が反映される。つまり、アクティブ空燃比制御の実行中における下流酸素センサ３４の出力特性は、図４に示す静的な特性に、図５に示す応答性に関する特性が加味されたものとなる。アクティブ空燃比制御の実行中における最大値Ｖｍａｘおよび最小値Ｖｍｉｎは、既述した通りセンサの応答性が悪いほどそれぞれ小さな値および大きな値となる。このため、アクティブ空燃比制御の実行中における振幅Ｖａは、図４に示すより更に顕著に、低温側で小さく、高温側で大きくなる傾向を示す。
【００４６】
ここで、下流酸素センサ３４に、その出力を縮小させる劣化が生じた場合、つまり、図４に示す最大値Ｖｍａｘを低下させ、また、図４における最小値Ｖｍｉｎを上昇させる劣化が生じた場合、アクティブ空燃比制御の実行中におけるセンサ出力には、図５に示す応答性の温度特性に起因して、その劣化の影響が低温領域においてより顕著に表れる。また、下流酸素センサ３４に応答性を悪化させる劣化が生じた場合も、その劣化の影響は、低温領域において顕著に表れる。このように、アクティブ空燃比制御の実行中におけるセンサ出力には、センサ素子温が低いほど、下流酸素センサ３４の劣化の影響が顕著に表れる。従って、下流酸素センサ３４の異常を早期に検知するうえでは、センサ素子温が低い環境下でアクティブ空燃比制御を実行し、その結果正常なセンサ出力が得られるか否かを見ることが有効である。
【００４７】
ところが、センサ素子温が低い領域は、下流酸素センサ３４の状態が不安定な領域に他ならず、そのような領域では、下流酸素センサ３４の出力特性に大きなばらつきが生じ易い。このため、異常検出のための処理を、センサ素子温の低い領域でのみ実行することとすると、下流酸素センサ３４の本来の状態を適正に表していないセンサ出力に基づいて異常判定が実行されやすくなり、異常判定の精度を維持することができなくなる。
【００４８】
これに対して、センサ素子温が高い領域は、下流酸素センサ３４が安定状態を維持する領域である。このため、その領域では、センサ出力に劣化の影響は反映され難いものの、下流酸素センサ３４の出力特性がばらつくのを十分に阻止することができる。そして、このような領域で異常判定を行うこととすれば、精度の高い判定を行うことができる。
【００４９】
従って、本実施形態のシステムにおいて、下流酸素センサ３４の異常を迅速に、かつ、精度良く検出するためには、センサ素子温の低い領域と高い領域の双方で適正なセンサ出力が得られているかを判定し、それら２つの判定結果を総合的に考慮して最終的な判断を下すことが望ましい。また、センサ素子温が低い領域と高い領域とでは、アクティブ空燃比制御の実行に伴って生ずるセンサ出力の最大値Ｖｍａｘや最小値Ｖｍｉｎ、或いは振幅Ｖａが異なる。このため、２つの温度領域でそれぞれ正確な判定を行うためには、センサ出力が適正であるか否かを判断すべくそれらの特性値（Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎ、Ｖａ）と比較される判定値は、何れの温度領域が用いられるかに応じて適宜設定されることが望ましい。
【００５０】
本実施形態において、下流酸素センサ３４の内部には、センサ素子を加熱するためのヒータが内蔵されている。ヒータのインピーダンスとセンサ素子温との間には相関が認められるため、ＥＣＵ４０は、そのインピーダンスを見ることでセンサ素子温を検知することができ、また、そのインピーダンスが目標値となるようにヒータへの供給電力を制御することでセンサ素子温を目標温度に制御することができる。
【００５１】
そこで、本実施形態のシステムは、センサ素子温を２つの異なる温度（例えば、４００℃と６００℃）に制御し、それぞれのセンサ素子温で適正なセンサ出力が発せられているか否かを判定し、その結果得られた２つの判定結果から総合的に、下流酸素センサ３４に異常が生じているか否かを判断することとした。また、それぞれのセンサ素子温での判定には、個々の判定に適した判定値を用いることとした。
【００５２】
［具体的処理の説明］
図６は、上記の機能を実現するためにＥＣＵ４０が実行する異常検出ルーチンのフローチャートを示す。
図６に示すルーチンでは、先ず、下流酸素センサ３４の異常検出が要求されているか否かが判別される（ステップ１００）。
異常検出は、例えば、内燃機関１０の始動直後など、予め決められている条件が成立する際に要求される。本ステップ１００においてその実行が要求されていないと判別された場合は、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００５３】
ＥＣＵ４０は、異常検出の実行が要求されていない場合は、原則として、下流酸素センサ３４のセンサ素子温を５５０〜６００℃程度に制御して、所望の制御（燃料噴射量の制御、空燃比フィードバック制御など）を実行する。５５０〜６００℃は、下流酸素センサ３４が安定した出力特性を発揮する領域である。このような温度領域を常用域とすると、下流酸素センサ３４に僅かな劣化が生じても、ＥＣＵ４０は、所望の制御を適正に実行し続けることが可能である。
【００５４】
図６に示すルーチン中、上記ステップ１００において、異常検出の実行が要求されていると判別された場合は、次に、下流酸素センサ３４の目標温度が低温設定値（例えば４００℃）に設定される（ステップ１０２）。
ＥＣＵ４０は、下流酸素センサ３４のセンサ素子温が目標温度となるように、センサに内蔵されているヒータのインピーダンス制御を実行する。従って、本ステップ１０２の処理が実行されると、センサ素子温は、やがて低温設定値に制御される。
【００５５】
図６に示すルーチンでは、次に、低温側異常検出処理が実行される（ステップ１０４）。
低温側異常検出処理では、下流酸素センサ３４のセンサ素子温が低温設定値（４００℃）とされた状態でアクティブ空燃比制御が実行され、その際に下流酸素センサ３４が正常なセンサ出力を発するか否かが判断される。尚、本ステップ１０４において実行される処理については、後に図７を参照して詳細に説明する。
【００５６】
低温側異常検出処理が終了すると、次に、下流酸素センサ３４の目標温度が高温設定値（例えば６００℃）に設定される（ステップ１０６）。
本ステップ１０６の処理が実行されることにより、下流酸素センサ３４のセンサ素子温は、以後、高温設定値に制御される。
【００５７】
次に、高温側異常検出処理が実行される（ステップ１０８）。
高温側異常検出処理では、下流酸素センサ３４のセンサ素子温が高温設定値（６００℃）とされた状態でアクティブ空燃比制御が実行され、その際に下流酸素センサ３４が正常なセンサ出力を発するか否かが判断される。尚、本ステップ１０８において実行される処理は、上記ステップ１０４において実行される処理とほぼ同じであるため、ここではその詳細な説明は省略する。
【００５８】
図６に示すルーチンでは、次に、低温側異常検出処理、および高温側異常検出処理の双方により、センサ出力の異常が判定されたか否かが判別される（ステップ１１０）。
その結果、双方の異常検出処理で共に異常判定がなされていると判別された場合は、下流酸素センサ３４の異常が判定される（ステップ１１２）。
これに対して、少なくとも一方の異常検出処理により正常判定がなされていると判別された場合は、下流酸素センサ３４が正常であると判定される（ステップ１１４）。
【００５９】
以上説明した通り、図６に示すルーチンによれば、下流酸素センサ３４が、低温設定値（４００℃）に制御された状態で正常なセンサ出力を発するか否か、および高温設定値（６００℃）に制御された状態で正常なセンサ出力を発するか否かを順次判定し、その２つの判定結果に基づいて下流酸素センサ３４が正常であるか否かを判断することとしている。このため、本実施形態のシステムによれば、下流酸素センサ３４の異常を精度良く検知することができる。
【００６０】
ところで、図６に示すルーチンでは、低温側異常検出処理と高温側異常検出処理の双方で異常が認められる場合にのみセンサの異常を判定し、その他の場合にはセンサが正常であると判断することとしているが、最終的な結論の導出手法はこれに限定されるものではない。すなわち、最終的な結論は、２種類の判定結果から総合的に導出されればよく、例えば、一方の異常検出処理でのみ異常が判定される場合にセンサの仮異常を判定したり、或いは、それぞれの異常検出処理により異常が判定される頻度を求めて、その頻度に基づいて最終的な判断を下したりといった手法を用いることとしてもよい。
【００６１】
既述した通り、ＥＣＵ４０は、通常時には、下流酸素センサ３４のセンサ素子温を５５０〜６００℃程度に制御する。５５０〜６００℃の領域では、低温設定値（４００℃）付近の領域に比して、下流酸素センサ３４の状態が安定し、かつ、センサ劣化の影響がセンサ出力に表れ難い。このため、低温側異常検出処理でのみ異常判定がなされる（或いは繰り返される）場合に下流酸素センサ３４の仮異常を判定し、その状態を車両の使用者に警報することとすれば、常用域で適正な制御が実行できるうちに下流酸素センサ３４の劣化を早期検知するという機能を実現することも可能である。
【００６２】
次に、図７を参照して、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０４において実行する低温側異常検出処理の詳細について説明する。
図７に示すルーチンでは、先ず、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別される（ステップ１２０）。
その結果、上記の実行条件が成立していないと判別された場合は、アクティブ空燃比制御の停止指令が発せられた後（ステップ１２２）、今回の処理サイクルが終了される。
【００６３】
一方、上記の実行条件が成立していると判別された場合は、アクティブ空燃比制御の実行指令が発せられる（ステップ１２４）。
ＥＣＵ４０は、本ステップ１２４の処理により、実行指令が発せられると、上述したアクティブ空燃比制御が実現されるべく、燃料噴射量等の制御を開始する。
【００６４】
図７に示すルーチンでは、次に、下流酸素センサ３４の出力Ｖｓが、リッチ判定値ＶＲ以上であるか否かが判別される（ステップ１２６）。
その結果、センサ出力Ｖｓがリッチ判定値ＶＲ以上であると判別された場合は、下流酸素センサ３４が、リッチ出力を発していると判断することができる。この場合、先ず、出力最大値Ｖｍａｘがクリアされる（ステップ１２８）。
次いで、現在のセンサ出力Ｖｓが、出力最大値Ｖｍａｘより大きいか否かが判別される（ステップ１３０）。
その結果、Ｖｓ＞Ｖｍａｘが成立すると判別された場合は、そのセンサ出力Ｖｓが、出力最大値Ｖｍａｘとして記憶される（ステップ１３２）。
一方、Ｖｓ＞Ｖｍａｘが成立しないと判別された場合は、上記ステップ１３２の処理がジャンプされる。
【００６５】
図７に示すルーチンでは、次に、センサ出力Ｖｓが、リーン判定値ＶＬ以下に低下したか否かが判別される（ステップ１３４）。
本ステップ１３４において、Ｖｓ≦ＶＬが成立しないと判別された場合は、再び上記ステップ１３０以降の処理が実行される。そして、ステップ１３０および１３２の処理は、本ステップ１３４において、Ｖｓ≦ＶＬが成立すると判別されるまで繰り返される。
【００６６】
上記ステップ１３４においてＶｓ≦ＶＬが成立すると判別された場合は、センサ出力Ｖｓが、リッチ出力からリーン出力に変化したと判断することができる。つまり、この場合は、センサ出力Ｖｓの最大値Ｖｍａｘが現時点で確定されたと判断することができる。図７に示すルーチンでは、この場合、以後、後述するステップ１４６の処理が実行される。
【００６７】
図７に示すルーチン中、上記ステップ１２６において、下流酸素センサ３４の出力Ｖｓがリッチ判定値ＶＲ以上でないと判別された場合は、そのセンサ出力Ｖｓがリーン判定値ＶＬ以下であるかが判別される（ステップ１３６）。
【００６８】
その結果、センサ出力Ｖｓがリーン判定値ＶＬ以下であると判別された場合は、下流酸素センサ３４がリーン出力を発していると判断できる。この場合、先ず、出力最小値Ｖｍｉｎがクリアされる（ステップ１３８）。
次いで、現在のセンサ出力Ｖｓが、出力最小値Ｖｍｉｎより小さいか否かが判別される（ステップ１４０）。
その結果、Ｖｓ＜Ｖｍｉｎが成立すると判別された場合は、そのセンサ出力Ｖｓが、出力最小値Ｖｍｉｎとして記憶される（ステップ１４２）。
一方、Ｖｓ＜Ｖｍｉｎが成立しないと判別された場合は、上記ステップ１４２の処理がジャンプされる。
【００６９】
図７に示すルーチンでは、次に、センサ出力Ｖｓが、リッチ判定値ＶＲ以上に上昇したか否かが判別される（ステップ１４４）。
本ステップ１４４において、Ｖｓ≧ＶＲが成立しないと判別された場合は、再び上記ステップ１４０以降の処理が実行される。そして、ステップ１４０および１４２の処理は、本ステップ１４４において、Ｖｓ≧ＶＲが成立すると判別されるまで繰り返される。
【００７０】
上記ステップ１４４においてＶｓ≧ＶＲが成立すると判別された場合は、センサ出力Ｖｓが、リーン出力からリッチ出力に変化したと判断することができる。つまり、この場合は、センサ出力Ｖｓの最小値Ｖｍｉｎが現時点で確定されたと判断することができる。図７に示すルーチンでは、この場合、以後、後述するステップ１４６の処理が実行される。
【００７１】
上記ステップ１３４の条件、或いは上記ステップ１４４の条件が成立すると、次に、最大値Ｖｍａｘおよび最小値Ｖｍｉｎの双方が演算済みであるか否かが判別される（ステップ１４６）。
その結果、未だ双方の演算は済んでいないと判別された場合は、再び上記ステップ１２０以降の処理が実行される。その結果、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立している限り、最大値Ｖｍａｘおよび最小値Ｖｍｉｎの双方が演算されるまで、上記ステップ１２０〜１４６の処理が繰り返される。
【００７２】
上記ステップ１４６で、最大値Ｖｍａｘおよび最小値Ｖｍｉｎの双方が演算済みであると判別されると、次に、センサ出力の振幅Ｖａ＝Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎが、低温側異常検出用判定値ＶｔｈＬ以下であるか否かが判別される（ステップ１４８）。
既述した通り、下流酸素センサ３４のセンサ出力は、センサ素子温に対して依存性を有しており、その振幅Ｖａは、下流酸素センサ３４が正常であってもセンサ素子温が低いほど小さな値となる。本ステップ１４８で用いられる低温側異常検出用判定値ＶｔｈＬは、センサ素子温が低温設定値（４００℃）に制御されている環境下で発生するべき最少の振幅値として予め定められた値である。従って、本ステップ１４８の処理によれば、下流酸素センサ３４の温度特性をも考慮したうえで、低温設定値の温度環境下で下流酸素センサ３４が適正に機能しているか否かを判断することができる。
【００７３】
図７に示すルーチンでは、上記ステップ１４８において、Ｖａ≦ＶｔｈＬが成立すると判別された場合は、下流酸素センサ３４の低温側異常が判定される（ステップ１５０）。
一方、上記ステップ１４８において、Ｖａ≦ＶｔｈＬが成立しないと判別された場合は、下流酸素センサ３４が低温設定値の温度環境下で正常に機能していることが判定される（ステップ１５２）。
【００７４】
以上説明した通り、図７に示すルーチンによれば、低温設定値（４００℃）の温度環境下で生成されるセンサ出力の振幅Ｖａを、低温側異常検出用判定値ＶｔｈＬと比較することで、その温度環境下で下流酸素センサ３４が正常に機能しているか否かを判断することができる。つまり、本実施形態のシステムは、低温側異常検出処理（図６中ステップ１０４）では、センサ出力の振幅Ｖａを低温側異常検出用判定値ＶｔｈＬと比較することにより下流酸素センサ３４が正常に機能しているか否かを判断することができる。
【００７５】
このシステムが、高温側異常検出処理（図６中ステップ１０８）として実行する処理は、低温側異常検出用判定値ＶｔｈＬが高温側異常検出用判定値ＶｔｈＨに変更されることを除き、図７に示す一連の処理と同様である。高温側異常検出用判定値ＶｔｈＨは、センサ素子温が高温設定値（６００℃）に制御されている環境下で確保されるべき最少の振幅値として予め実験的に定められた値である。このような高温側異常検出処理によれば、下流酸素センサ３４が高温設定値（６００℃）の温度環境下で正常に機能しているか否かを正確に判断することができる。
【００７６】
つまり、本実施形態のシステムでは、低温側異常検出処理では低温設定値を前提とした判定値ＶｔｈＬを用い、また、高温側異常検出処理では高温設定値を前提とした判定値ＶｔｈＨを用いることにより、センサ出力の温度特性に影響されることなく、それぞれの温度環境下で下流酸素センサ３４が正常に機能しているか否かを正確に判断することができる。そして、このシステムでは、それらの判断を総合的に評価することにより、下流酸素センサ３４に異常（劣化）が生じているか否かを、極めて精度良く判定することができる。
【００７７】
ところで、上述した実施の形態１は、低温側異常検出処理、および高温側異常検出処理において、センサ出力の振幅Ｖａが正常値であるか否かに基づいて、下流酸素センサ３４に異常が生じているか否かを判断することとしているが、その判断の基礎は振幅Ｖａに限定されるものではない。すなわち、その判断の基礎は、例えば、アクティブ空燃比制御の実行に伴って発生するセンサ出力の到達値（最大値Ｖｍａｘまたは最小値Ｖｍｉｎ）であってもよい。
【００７８】
図８は、センサ出力の到達値を判断の基礎とした低温側異常検出処理の一例のフローチャートを示す。図８に示すルーチンは、ステップ１３４または１４４の条件が成立した場合に、ステップ１４６および１４８の処理に代えて、ステップ１６０の処理が実行される点を除き、上記図７に示すルーチンと同様である。
【００７９】
すなわち、図８に示すルーチンでは、ステップ１３４においてセンサ出力Ｖｓがリーン判定値ＶＬ以下に変化したと判別された場合、或いは、ステップ１４４においてセンサ出力Ｖｓがリッチ判定値ＶＲ以上に変化したと判別された場合に、センサ出力の最大値Ｖｍａｘが低温側第１判定値αＬより小さいか否か、およびセンサ出力の最小値Ｖｍｉｎが低温側第２判定値βより大きいか否かが判別される（ステップ１６０）。
【００８０】
低温側第１判定値αＬは、下流酸素センサ３４が正規の出力特性（応答性および出力値）を示す場合に、低温設定値（４００℃）の温度環境下でセンサ出力Ｖｓが到達する最大値から、マージンを減じた値である。従って、本ステップ１６０において、Ｖｍａｘ＜αＬが成立すると判別された場合は、下流酸素センサ３４が、正規の出力特性を示していないと判断することができる。また、低温側第２判定値βは、下流酸素センサ３４が正規の出力特性（応答性および出力値）を示す場合に、低温設定値の温度環境下でセンサ出力Ｖｓが到達する最小値に、マージンを加えた値である。従って、本ステップ１６０において、Ｖｍａｘ＞βＬが成立すると判別された場合は、下流酸素センサ３４が、正規の出力特性を示していないと判断することができる。これに対して、本ステップ１６０において、それら２つの条件が何れも成立しないと判別された場合は、下流酸素センサ３４が正規の出力特性を示していると判断できる。
【００８１】
図８に示すルーチンでは、上記ステップ１６０において、Ｖｍａｘ＜αＬおよびＶｍａｘ＞βＬの何れかが成立すると判別された場合は、下流酸素センサ３４の低温側異常を判定すべくステップ１５０の処理が実行される。一方、それらの条件が何れも成立しないと判別された場合は、下流酸素センサ３４が正常であることを表すべくステップ１５２の処理が実行される。
【００８２】
以上説明した通り、図８に示すルーチンによれば、上記図７に示すルーチンの場合と同様に、下流酸素センサ３４が、低温設定値の温度環境下で正常に機能しているか否かを正確に判定することができる。また、既述した低温側第１判定値αＬおよび第２判定値βＬを、それぞれ高温側第１判定値αＨおよび第２判定値βＨに変更して図８に示すルーチンを実行すれば、下流酸素センサ３４が、高温設定値の温度環境下で正常に機能しているか否かを正確に判定することができる。従って、下流酸素センサ３４に異常が生じているか否かは、センサ出力の到達値（最大値Ｖｍａｘまたは最小値Ｖｍｉｎ）を判断の基礎としても、正確に判定することができる。
【００８３】
また、下流酸素センサ３４に異常が生じているか否かを判断するための基礎は、アクティブ空燃比制御の実行中に表れるセンサ出力の応答性であってもよい。既述した通り、下流酸素センサ３４の応答性は、劣化の一態様により悪化する。従って、センサ出力の応答性を基礎としても、下流酸素センサ３４に劣化（異常）が生じているか否かを判断することは可能である。
【００８４】
図９は、センサ出力の応答性を判断の基礎とした低温側異常検出処理の一例のフローチャートを示す。図９に示すルーチンは、ステップ１２６の条件が成立した場合に、ステップ１２８〜１３４，１４６および１４８の処理に代えて、ステップ１７０，１７２および１７８処理が実行される点、および、ステップ１３４の条件が成立した場合に、ステップ１３８〜１４８の処理に代えてステップ１７４〜１７８の処理が実行される点を除き、上記図７に示すルーチンと同様である。
【００８５】
すなわち、図９に示すルーチンでは、ステップ１２６においてセンサ出力Ｖｓがリーン判定値ＶＬ（図２（Ｂ）参照）を下回る値からその値ＶＬ以上の値に変化したと判別されると、センサ出力Ｖｓがリッチ判定値ＶＲに到達するまでの所要時間を計数すべく、カウンタＣがインクリメントされる（ステップ１７０）。
【００８６】
次に、下流酸素センサ３４の出力Ｖｓが、リッチ判定値ＶＲ（図２（Ｂ）参照）に達したか否かが判別される（ステップ１７２）。
本ステップ１７２において、Ｖｓ≧ＶＲが成立すると判別されるまで、上記ステップ１７０の処理が繰り返し実行される。そして、Ｖｓ≧ＶＲが成立すると判別された場合は、以後、後述するステップ１７８の処理が実行される。上記の処理によれば、下流酸素センサ３４の出力Ｖｓがリーン出力からリッチ出力に変化する過程において、その値Ｖｓが、リーン判定値ＶＬからリッチ判定値ＶＲまで変化するのに要する時間をカウンタＣに計数することができる。
【００８７】
図９に示すルーチン中、ステップ１３６において、下流酸素センサ３４の出力Ｖｓが、リッチ判定値ＶＲを上回る値から、その値ＶＲ以下の値に変化したと判別された場合は、センサ出力Ｖｓがリーン判定値ＶＬまで下降するのに要する時間を計数するために、カウンタＣがインクリメントされる（ステップ１７４）。
【００８８】
次に、下流酸素センサ３４の出力Ｖｓが、リーン判定値ＶＬに達したか否かが判別される（ステップ１７６）。
本ステップ１７６において、Ｖｓ≦ＶＬが成立すると判別されるまで、上記ステップ１７４の処理が繰り返し実行される。そして、Ｖｓ≦ＶＬが成立すると判別されると、以後、後述するステップ１７８の処理が実行される。上記の処理によれば、下流酸素センサ３４の出力Ｖｓがリッチ出力からリーン出力に変化する過程において、その値Ｖｓが、リッチ判定値ＶＲからリーン判定値ＶＬまで変化するのに要する時間をカウンタＣに計数することができる。
【００８９】
上記ステップ１７２の処理、或いは上記ステップ１７６の処理が終了すると、次に、カウンタＣの計数値が低温側判定値ＣｔｈＬ以上であるかが判別される（ステップ１７８）。
低温側判定値ＣｔｈＬは、下流酸素センサ３４が低温設定値（４００℃）の温度環境下で正規の応答性を示す場合に、センサ出力Ｖｓがリーン判定値ＶＬからリッチ判定値ＶＲに変化する際に、或いはリッチ判定値ＶＲからリーン判定値ＶＬに変化する際に要する時間にマージンを加えた時間に相当する。従って、本ステップ１７８において、Ｃ≧ＣｔｈＬが成立すると判別された場合は、下流酸素センサ３４が、正規の応答性を示していないと判断することができる。一方、その計数値Ｃが判定値ＣｔｈＬ以上でないと判別された場合は、下流酸素センサ３４が正規の応答性を示していると判断できる。
【００９０】
図９に示すルーチンでは、上記ステップ１７８において、Ｃ≧ＣｔｈＬが成立すると判別された場合は、下流酸素センサ３４の低温側異常を判定すべくステップ１５０の処理が実行される。一方、その条件が成立しないと判別された場合は、下流酸素センサ３４が正常であることを表すべくステップ１５２の処理が実行される。
【００９１】
以上説明した通り、図９に示すルーチンによれば、上記図７に示すルーチンの場合と同様に、下流酸素センサ３４が、低温設定値の温度環境下で正常に機能しているか否かを正確に判定することができる。また、既述した低温側判定値ＣｔｈＬを高温側判定値ＣｔｈＨに変更して図９に示すルーチンを実行すれば、下流酸素センサ３４が、高温設定値の温度環境下で正常に機能しているか否かを正確に判定することができる。従って、下流酸素センサ３４に異常が生じているか否かは、センサ出力の応答性を判断の基礎としても、正確に判定することができる。
【００９２】
また、上述した実施の形態１では、下流酸素センサ３４の異常検出が要求される場合に、常に低温側異常検出処理と高温側異常検出処理の双方を実行することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、何れの処理を優先的に実行し、その処理で異常が認められる場合にも他方の処理を実行することとしてもよい。
【００９３】
図１０は、低温側異常検出処理を優先させる場合に実行すべき異常検出ルーチンのフローチャートを示す。実施の形態１のシステムにおいては、ＥＣＵ４０に、上記図６に示すルーチンに代えて図１０に示すルーチンを実行させることにより、低温側異常検出処理を、高温側異常検出処理に対して優先させることができる。
【００９４】
図１０に示すルーチンは、ステップ１０４と１０６の間にステップ１８０が挿入されている点、およびステップ１０８に続く処理がステップ１１０からステップ１８２に変更されている点を除き、図６に示すルーチンと同様である。
すなわち、図１０に示すルーチンでは、ステップ１０４において低温側異常検出処理が終了した後に、その処理により低温側異常が判定されたか否かが判別される（ステップ１８０）。
【００９５】
その結果、低温側異常が判定されていないと判別された場合は、その時点で下流側酸素センサ３４が正常であると判断され、以後速やかにステップ１１４の処理が実行される。一方、低温側異常が判定されていると判別された場合は、その後、高温側異常検出処理を行うべくステップ１０６の処理が実行される。
【００９６】
また、図１０に示すルーチンでは、ステップ１０８において高温側異常検出処理が終了した後に、その処理により高温側異常が判定されたか否かが判別される（ステップ１８２）。
そして、高温側異常が判定されている場合は下流酸素センサ３４の異常を判定すべくステップ１１２の処理が実行される。一方、高温側異常が判定されていない場合は下流酸素センサ３４が正常であることを表すべく、ステップ１１４の処理が実行される。
【００９７】
以上説明した通り、図１０に示すルーチンによれば、低温側異常検出処理で異常が認められる場合にのみ高温側異常検出処理を実行して、下流酸素センサ３４に真に異常が生じているかを確認することができる。低温側異常検出処理が実行される低温環境下では、下流酸素センサ３４の異常が拡大される傾向にある。従って、低温側異常検出処理を優先して行うこととすれば、下流酸素センサ３４の異常を早期に検知することが可能である。また、低温側異常検出処理により異常が認められない場合には、高温側異常検出処理により異常が認められる可能性は極めて低いと推定できる。このため、図１０に示すルーチンによれば、センサ異常の早期検知に適した特性を損なうことなく、高温側異常検出処理が無駄に実行されるのを防いでＥＣＵ４０の演算負荷の軽減を実現することができる。
【００９８】
図１１は、高温側異常検出処理を優先させる場合に実行すべき異常検出ルーチンのフローチャートを示す。実施の形態１のシステムにおいては、ＥＣＵ４０に、上記図６に示すルーチンに代えて図１１に示すルーチンを実行させることにより、高温側異常検出処理を、低温側異常検出処理に対して優先させることができる。
【００９９】
図１１に示すルーチンは、ステップ１０２，１０４および１０８と、ステップ１０６，１０８および１８２とが、それぞれ入れ替えられている点を除き、図１０に示すルーチンと同様である。
図１１に示すルーチンによれば、高温側異常検出処理で異常が認められる場合にのみ低温側異常検出処理を実行して、下流酸素センサ３４に真に異常が生じているかを確認することができる。下流酸素センサ３４は、低温設定値の温度環境下では不安定な状態となる。従って、低温側異常検出処理の判定結果は、高温側異常検出処理の判定結果と比較すると、その精度が低くなりがちである。
【０１００】
図１１に示すルーチンでは、高温側異常検出処理が優先して実行されるため、下流酸素センサ３４に異常が生じている可能性が真に高い場合にのみ、確認的に低温側異常検出処理を実行することができる。このため、図１１に示すルーチンによれば、高温側異常検出処理と低温側異常検出処理が共に実行される機会を十分に減らすことができ、図１０に示すルーチンが実行される場合に比して、ＥＣＵ４０の演算負荷を更に軽減することができる。
【０１０１】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、下流酸素センサ３４のセンサ素子温を低温設定値、或いは高温設定値に制御したうえで、低温側異常検出処理、または高温側異常検出処理を実行することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、センサ素子温を積極的に制御することなく、センサ素子温が成り行きにより低温設定値、或いは高温設定値となった際に低温側異常検出処理、または高温側異常検出処理を実行することとしてもよい。
【０１０２】
図１２は、センサ素子温を成り行きに任せる場合にＥＣＵ４０が実行すべき異常検出ルーチンのフローチャートを示す。実施の形態１のシステムにおいては、ＥＣＵ４０に、上記図６に示すルーチンに代えて図１２に示すルーチンを実行させることにより、センサ素子温を成り行きに任せつつ、低温側異常検出処理および高温側異常検出処理の双方を適当に実行させることができる。尚、図１２において、上記図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１０３】
図１２に示すルーチンでは、先ず、センサ素子温が低温設定値と一致しているか否かが判別される（ステップ１９０）。
その結果、両者が一致していないと判別された場合は、ステップ１９２および１０４の処理がジャンプされ、以後、速やかにステップ１９４以降の処理が実行される。
【０１０４】
一方、両者が一致していると判別された場合は、低温側異常検出処理による判定が、未だ実行されていないかが判別される（ステップ１９２）。
低温側異常検出処理による判定が既に実行されている場合は、その処理を再び実行する必要がない。従って、この場合は、ステップ１０４の処理がジャンプされ、以後、ステップ１９４以降の処理が実行される。
これに対して、未だ低温側異常検出処理による判定が実行されていないと判別された場合は、その判定を行うべく、ステップ１０４の処理が実行される。
【０１０５】
図１２に示すルーチンでは、上記の処理に次いで、センサ素子温が高温設定値と一致しているか否かが判別される（ステップ１９４）。
その結果、両者が一致していないと判別された場合は、ステップ１９６および１０８の処理がジャンプされ、以後、速やかにステップ１９８以降の処理が実行される。
【０１０６】
一方、両者が一致していると判別された場合は、高温側異常検出処理による判定が、未だ実行されていないかが判別される（ステップ１９６）。
高温側異常検出処理による判定が既に実行されている場合は、その処理を再び実行する必要がない。従って、この場合は、ステップ１０８の処理がジャンプされ、以後、ステップ１９８以降の処理が実行される。
これに対して、未だ高温側異常検出処理による判定が実行されていないと判別された場合は、その判定を行うべく、ステップ１０８の処理が実行される。
【０１０７】
図１２に示すルーチンでは、上記の処理に次いで、低温異常検出処理による判定と高温異常検出処理による判定とが共に終了しているか否かが判別される（ステップ１９８）。
その結果、未だ双方の判定が終了していないと判別された場合は、下流酸素センサ３４に異常が生じているか否かを判断することなく、速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、双方の判定が既に終了していると判別された場合は、それらの判定結果から、下流酸素センサ３４の状態を総合的に判断すべく、以後、ステップ１１０〜１１４の処理が実行される。
【０１０８】
以上説明した通り、図１２に示すルーチンによれば、下流酸素センサ３４のセンサ素子温が成り行きにより低温設定値、或いは高温設定値と一致したタイミングにおいて、低温異常検出処理、または高温異常検出処理を適宜実行することができる。このため、ＥＣＵ４０に図１２に示すルーチンを実行させることによれば、例えば、内燃機関が始動された後、下流酸素センサ３４の暖機が進行する過程において、下流酸素センサ３４に異常が生じているか否かを精度良く判定することが可能である。
【０１０９】
尚、上述した実施の形態１においては、下流酸素センサ３４が前記第１の発明における「排気ガスセンサ」に、低温設定値（４００℃）が前記第１の発明における「第１の温度」に、高温設定値（６００℃）が前記第１の発明における「第２の温度」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が、上流触媒２８の上流における排気空燃比を制御すべく燃料噴射量を制御することにより前記第１の発明における「排気空燃比制御手段」が、アクティブ空燃比制御を実行することにより前記第１の発明における「アクティブ空燃比制御手段」が、下流酸素センサ３４のインピーダンスに基づいてそのセンサ素子温を検知することにより前記第１の発明における「センサ温度検知手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１の状態判定手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２の状態判定手段」が、上記ステップ１１０〜１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常判定手段」が、それぞれ実現されている。
【０１１０】
また、上述した実施の形態１においては、５５０〜６００℃が前記第２の発明における「常用時の目標温度領域」に相当していると共に、ＥＣＵ４０が、異常検出の実行が要求されていない状況下で、原則としてセンサ素子温をその温度領域に制御することにより前記第２の発明における「センサ温度制御手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０に、図１０に示すルーチン中で上記ステップ１８０の処理を実行させることにより前記第５の発明における「本判定要求手段」を実現することができる。また、ＥＣＵ４０に、図１１に示すルーチン中で上記ステップ１８２の処理を実行させることにより前記第６の発明における「本判定要求手段」を実現することができる。
【０１１１】
実施の形態２．
次に、図１３および図１４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１のシステムにおいて、ＥＣＵ４０に、上記図６に示すルーチン（およびそのルーチンの中で実行される低温側異常検出ルーチン（図７）並びに高温側異常検出ルーチン）に代えて、図１３に示すルーチンおよび図１４に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【０１１２】
既述した通り、実施の形態１のシステムは、下流酸素センサ３４の状態を、低温設定値の温度環境下と高温設定値の温度環境下の双方で判定する。そして、それぞれの温度環境下で異なる判定値を用いることにより、センサ出力の温度特性の影響を排除することとしている。これに対して、本実施形態のシステムは、異常検出処理が実行されるべき温度環境を成り行きに任せ、その一方で、異常検出処理が実行される際のセンサ素子温に基づいて判定値を適宜設定することにより、センサ出力の温度特性の影響を排除することとしている。
【０１１３】
図１３は、上記の機能を実現するために、本実施形態においてＥＣＵ４０が実行する。尚、図１３において、上記図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
すなわち、図１３に示すルーチンでは、先ず、異常検出の実行が要求されているか否かを判断すべく、ステップ１００の処理が実行される。その結果、異常検出の実行が要求されていないと判別された場合は、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。
一方、上記ステップ１００において異常検出の実行が要求されていると判別された場合は、その時点におけるセンサ素子温が検出される（ステップ２００）。
【０１１４】
本実施形態において、下流酸素センサ３４の異常は、実施の形態１の場合と同様に、アクティブ空燃比制御の実行中に適正なセンサ出力が発せられるか否かに基づいて判断される。そして、その判断は、実施の形態１の場合と同様に、センサ出力の振幅Ｖａ、到達値（Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎ）、或いは応答性を基礎として行うことができる。以下、説明の便宜上、ここでは振幅Ｖａを基礎として下流酸素センサ３４の異常を判定する例について説明する。
【０１１５】
アクティブ空燃比制御の実行中に下流酸素センサ３４から発せられるセンサ出力の振幅Ｖａは、既述した通り温度に対して依存性を有している。本実施形態において、ＥＣＵ４０は、正常な下流酸素センサ３４により実現される振幅Ｖａとセンサ素子との関係を定めたマップを記憶している。そして、上記ステップ２００の処理が終了すると、そこで検出されたセンサ素子温に対応する振幅Ｖａが上記マップから読み出され、その読み出された値が今回の処理サイクルで用いるべき判定値として設定される（ステップ２０２）。
以後、このようにして設定された判定値を用いて、異常検出処理が実行される（ステップ２０４）。
【０１１６】
図１４は、上記２０４において実行される異常検出処理の詳細を説明するためのフローチャートを示す。図１４に示すルーチンは、ステップ１４８〜１５２が、ステップ２１０〜２１４に変更されている点を除き、図７に示す低温側異常検出ルーチンと同様である。以下、両者が相違する点を中心に図１４に示すルーチンを説明する。
【０１１７】
すなわち、図１４に示すルーチンでは、ステップ１４６においてセンサ出力の最大値Ｖｍａｘおよび最小値Ｖｍｉｎの双方が演算済みであると判別されると、その後、振幅Ｖａ＝Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎが、判定値Ｖｔｈ（Ｔ）より小さいか否かが判別される（ステップ２１０）。
【０１１８】
上記ステップ２１０で用いられる判定値Ｖｔｈ（Ｔ）は、図１３に示すルーチン中、上記ステップ２０２の処理により設定された値、つまり、現在のセンサ素子温に対して設定された判定値である。従って、Ｖａ≦Ｖｔｈ（Ｔ）が成立すると判別された場合は、現在のセンサ素子温の下、センサ出力の振幅Ｖａが正常値に達していないと判断することができる。図１４に示すルーチンでは、この場合、下流酸素センサ３４の異常が判定される（ステップ２１２）。
【０１１９】
一方、Ｖａ≦Ｖｔｈ（Ｔ）が成立しないと判別された場合は、現在のセンサ素子温の下、センサ出力の振幅Ｖａが正常値に達していると判断することができる。図１４に示すルーチンでは、この場合、下流酸素センサ３４が正常であるとの判定がなされる（ステップ２１４）。
【０１２０】
以上説明した通り、図１３に示すルーチンおよび図１４に示すルーチンによれば、下流酸素センサ３４の異常検出が要求された際に、その時点におけるセンサ素子温に基づいて適切な判定値Ｖｔｈ（Ｔ）を設定したうえで、下流酸素センサ３４から正常な振幅Ｖａを伴うセンサ出力が発せられているか否かを判断することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、センサ素子温を特定の温度に制御することなく、センサ出力の温度特性に影響されることのない正確な異常検出を実現することができる。
【０１２１】
ところで、上記の例では、下流酸素センサ３４に異常が生じているか否かをセンサ出力の振幅Ｖａを基礎として判断することとしているが、その基礎となる特性値は、既述した通りセンサ出力の到達値（最大値Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎ）、或いは応答性であっても良い。このような変形例は、ＥＣＵ４０に、上記図１４に示すルーチンに代えて、図８に示すルーチンに適当な修正を施したもの、或いは図９に示すルーチンに適当な修正を施したものを実行させることにより実現することができる。
【０１２２】
尚、上述した実施の形態２においては、下流酸素センサ３４が前記第７の発明における「排気ガスセンサ」に相当している。また、ＥＣＵ４０が、上流触媒２８の上流における排気空燃比を制御すべく燃料噴射量を制御することにより前記第７の発明における「排気空燃比制御手段」が、アクティブ空燃比制御を実行することにより前記第７の発明における「アクティブ空燃比制御手段」が、下流酸素センサ３４のインピーダンスに基づいてそのセンサ素子温を検知することにより前記第７の発明における「センサ温度検知手段」が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより前記第７の発明における「異常判定手段」が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより前記第７の発明における「判定値設定手段」が、それぞれ実現されている。
【０１２３】
実施の形態３．
次に、図１５乃至図１８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態１の場合と同様に、図１に示す構成を用いて実現することができる。但し、本実施形態において、ＥＣＵ４０は、実施の形態１の場合と異なり、下流酸素センサ３４のヒータをインピーダンス制御する機能を有していないものとする。つまり、本実施形態において、下流酸素センサ３４のヒータは、ＥＣＵ４０によりオープン制御されているものとする。
【０１２４】
下流酸素センサ３４のヒータがオープン制御される場合、センサ素子温は、排気温の変化と共に上下する。より具体的には、そのセンサ素子温は、排気温が高い場合には高温となり、排気温が低い場合には低温となる。内燃機関の排気温と吸入空気量Ｇａとの間には、フューエルカット中などの特殊な場合を除き大きな相関が認められる。このため、ヒータがオープン制御される場合のセンサ素子温は、結局、吸入空気量Ｇａの増減に対応した変化を示す。従って、本実施形態のシステムでは、吸入空気量ＧＡがセンサ素子温の代替値としての意味を有することとなる。
【０１２５】
図１５および図１６は、上記図４および図５に示すセンサ特性を、吸入空気量との関係で書き直した図である。本実施形態では、吸入空気量Ｇａがセンサ素子温の代替値としての意味を有するため、下流酸素センサ３４の静的特性（図４）、および動的特性（図５）は、それぞれ図１５および図１６に示すように表すことができる。
【０１２６】
図１７は、本実施形態のシステムにおいて、上述した実施の形態１の場合と同様の機能を実現するためにＥＣＵ４０に実行させるべき異常検出ルーチンのフローチャートを示す。ＥＣＵ４０が図１７に示すルーチンを実行する場合、厳密には、ＥＣＵ４０が、上記図１２に示すルーチンを実行する場合（センサ素子温を成り行きに任せる変形例の場合）と同様の機能を実現することができる。
【０１２７】
図１７に示すルーチンは、ステップ１９０がステップ２２０に変更されている点、およびステップ１９４がステップ２２２に変更されている点を除き、上記図１２に示すルーチンと同様である。
つまり、図１２に示すルーチンでは、既述した通り、センサ素子温が低温設定値（４００℃）と一致する場合に（ステップ１９０）低温側異常検出処理（ステップ１０４）が実行され、また、センサ素子温が高温設定値（６００℃）と一致する場合（ステップ１９４）に高温側異常検出処理（ステップ１０８）が実行される。
これに対して、図１７に示すルーチンでは、吸入空気量Ｇａが低温設定値（４００℃の代替値）と一致する場合に（ステップ２２０）低温側異常検出処理（ステップ１０４）が実行され、また、吸入空気量Ｇａが高温設定値（６００℃の代替値）と一致する場合（ステップ２２２）に高温側異常検出処理（ステップ１０８）が実行される。
【０１２８】
本実施形態では、吸入空気量Ｇａがセンサ素子温の代替値としての意味を有するため、図１７に示すルーチンによれば、図１２に示すルーチンと全く同じ機能を実現することができる。従って、ＥＣＵ４０に、図１７に示すルーチンを実行させれば、吸入空気量Ｇａが成り行きで変化する過程において、低温側異常検出処理と高温側異常検出処理とを適宜実行させることができ、更に、それらの処理の結果から、下流酸素センサ３４に異常が生じているか否かを総合的に精度良く判断することができる。
【０１２９】
図１８は、本実施形態のシステムにおいて、上述した実施の形態２の場合と同様の機能を実現するためにＥＣＵ４０に実行させるべき異常検出ルーチンのフローチャートを示す。
図１８に示すルーチンは、ステップ２００および２０２がステップ２３０および２３２に変更されている点を除き、上記図１３に示すルーチンと同様である。
つまり、図１３に示すルーチンでは、既述した通り、異常検出の実行が要求された際に、センサ素子温に基づいて、そのセンサ素子温の下で用いられるべき判定値が設定される。（ステップ２０２）。
これに対して、図１８に示すルーチンでは、異常検出の実行が要求されると、その時点における吸入空気量Ｇａが検出され（ステップ２３０）、その吸入空気量Ｇａに基づいて、その時点で用いられるべき判定値が設定される（ステップ２３２）。
【０１３０】
本実施形態では、吸入空気量Ｇａがセンサ素子温の代替値としての意味を有するため、図１８に示すルーチンによれば、図１３に示すルーチンと全く同じ機能を実現することができる。従って、ＥＣＵ４０に、図１８に示すルーチンを実行させれば、吸入空気量Ｇａが成り行きで変化し、その変化に伴ってセンサ素子温が適当に変化する過程において、常に適正な判定値を設定し、常に精度良く下流酸素センサ３４の異常を検出することができる。
【０１３１】
尚、上述した実施の形態３においては、下流酸素センサ３４が前記第４の発明における「排気ガスセンサ」に、エアフロメータ１８が前記第４の発明における「吸入空気量検出手段」に、低温設定値（４００℃代替値）が前記第４の発明における「第１の吸入空気量」に、高温設定値（６００℃代替値）が前記第４の発明における「第２の吸入空気量」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が、上流触媒２８の上流における排気空燃比を制御すべく燃料噴射量を制御することにより前記第１の発明における「排気空燃比制御手段」が、アクティブ空燃比制御を実行することにより前記第１の発明における「アクティブ空燃比制御手段」が、図１７に示すルーチン中で上記ステップ１０４、１０８および１１０〜１１４の処理を実行することにより、前記第４の発明における「第１の状態判定手段」、「第２の状態判定手段」、および「異常判定手段」が、それぞれ実現されている。
【０１３２】
また、上述した実施の形態３においては、下流酸素センサ３４が前記第９の発明における「排気ガスセンサ」に、エアフロメータ１８が前記第９の発明における「吸入空気量検出手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が、上流触媒２８の上流における排気空燃比を制御すべく燃料噴射量を制御することにより前記第１の発明における「排気空燃比制御手段」が、アクティブ空燃比制御を実行することにより前記第１の発明における「アクティブ空燃比制御手段」が、図１８に示すルーチン中で上記ステップ２０４、および２３２の処理を実行することにより前記第９の発明における「異常判定手段」および「判定値設定手段」が、それぞれ実現されている。
【０１３３】
実施の形態４．
次に、図１９乃至２２を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態１の場合と同様に、図１に示す構成を用いて実現することができる。本実施形態のシステムは、実施の形態１の場合と同様に、ＥＣＵ４０が、下流酸素センサ３４のヒータをインピーダンス制御する機能を有しており、この点において実施の形態３のシステムと相違している。
【０１３４】
下流酸素センサ３４のヒータがインピーダンス制御されている場合、センサ素子温が一定になるようにヒータへの供給電力が制御される。従って、本実施形態のシステムでは、排気温の変化がそのままセンサ素子温の変化に反映されることはなく、吸入空気量Ｇａは、センサ素子温の代替値としての意味を有しない。しかしながら、このような状況下であっても、吸入空気量Ｇａは、下流酸素センサ３４の特性に影響を与える。
【０１３５】
すなわち、下流酸素センサ３４の出力は、センサ素子へのガスの当たりが強い（良好である）ほど本来の空燃比と合致する出力を発し、また、優れた応答性を示す。そして、センサ素子へのガスの当たりは、吸入空気量Ｇａが多いほど強く（良好と）なる。このため、下流酸素センサ３４の出力は、吸入空気量Ｇａが増えるに従って大きな振幅Ｖａと、良好な応答性を示し易くなる。
【０１３６】
図１９および図２０は、センサ素子温が一定に制御された下流酸素センサ３４の静的特性（到達値および振幅）および動的特性（応答性）をそれぞれ表した図である。本実施形態における下流酸素センサ３４のセンサ特性は、吸入空気量Ｇａとの関係で、これらの図に示すように表すことができる。つまり、本実施形態のシステムでは、インピーダンス制御が行われるため、吸入空気量Ｇａをセンサ素子温の代替値として扱うことはできないが、変化の傾きに相違はあるものの、下流酸素センサ３４の出力と吸入空気量Ｇａとの間には、実施の形態３において成立したもの（図１５および図１６参照）と類似した相関が認められる。
【０１３７】
［第１のシステム例の説明］
このため、本実施形態のシステムでも、吸入空気量Ｇａの少ない状況下での異常検出とその量Ｇａが多い状況下での異常検出とを組み合わせることにより、実施の形態１の場合と同様の原理で、下流酸素センサ３４の異常判定精度を高めることができる。このような制御は、例えば、インピーダンス制御により下流酸素センサ３４の素子温を一定に保ちつつ、上記図１７に示すルーチンと同様の処理を行うことで実現することができる（但し、この場合、図１７に示すルーチン中、「低温・・」として説明した部分は「少量・・」と、また、「高温・・」として説明した部分は「多量・・」と読み替えるものとする）。
【０１３８】
［第２のシステム例の説明］
更に、本実施形態のシステムでは、吸入空気量Ｇａが成り行きで変化する過程で、そのＧａに応じた判定値を設定して異常検出処理を実行することで、実施の形態２の場合と同様の原理で、下流酸素センサ３４の異常判定精度を高めることができる。このような制御は、例えば、インピーダンス制御により下流酸素センサ３４の素子温を一定に保ちつつ、上記図１８に示すルーチンと同様の処理を行うことで実現することができる（但し、この場合、判定値設定のためにステップ２３２で参照すべきマップは、実施の形態３で用いられるマップとは異なるものとする必要がある）。
【０１３９】
［第３および第４のシステム例の説明］
以上説明した２つの例は、インピーダンス制御によってセンサ素子温度が一定に制御されることを前提としたものである。これに対して、本実施形態のシステムでは、センサ素子温を実施の形態１または２の場合と同様に変化させつつ、更に吸入空気量Ｇａに対するセンサ出力の依存性を考慮して下流酸素センサ３４の異常検出を行うことも可能である。つまり、実施の形態１の装置が、センサ素子温の異なる２つの状況下でそれぞれ異常検出を行うのに対して、本実施形態では、その異常検出の手法に、２つの状況下で吸入空気量Ｇａを異ならせる手法を組み合わせることが可能である。また、実施の形態２の装置が、センサ素子温に基づいて判定値を設定するのに対して、本実施形態では、その判定値をセンサ素子温と吸入空気量Ｇａの双方に基づいて設定することが可能である。
【０１４０】
［第３のシステム例で実行される処理の説明］
図２１は、実施の形態１における異常検出の手法に、２つの状況下で吸入空気量Ｇａを異ならせる手法を組み合わせるためにＥＣＵ４０に実行させるべき異常検出ルーチンのフローチャートを示す。このルーチンは、図６に示す異常検出ルーチンに必要な修正を施したものであり、ステップ１０４の前段にステップ２４０が挿入されている点、およびステップ１０８の前段にステップ２４２が挿入されている点を除き、図６に示すルーチンである。
【０１４１】
すなわち、図２１に示すルーチンでは、ステップ１０２において下流酸素センサ３４の目標温度が低温設定値（６００℃）に設定された後、吸入空気量Ｇａが少量設定値と一致しているか否かが判別される（ステップ２４０）。
ステップ２４０の処理は、その条件が成立するまで繰り返し実行される。吸入空気量Ｇａが少量設定値と一致するとの判断がなされると、以後、低温側異常検出処理を開始すべく、ステップ１０４の処理が実行される。
【０１４２】
また、図２１に示すルーチンでは、ステップ１０６において下流酸素センサ３４の目標温度が高温設定値（６００℃）に設定された後、吸入空気量Ｇａが多量設定値と一致しているか否かが判別される（ステップ２４２）。
ステップ２４２の処理は、その条件が成立するまで繰り返し実行される。そして、吸入空気量Ｇａが多量設定値と一致するとの判断がなされると、以後、高温側異常検出処理を開始すべく、ステップ１０８の処理が実行される。
【０１４３】
以上説明した一連の処理によれば、低温側異常検出処理は、下流酸素センサ３４の温度が低温設定値に制御され、かつ、吸入空気量Ｇａがほぼ少量設定値と一致する環境下で実行される。そして、この場合、低温側異常検出処理は、低温設定値、および少量設定値を前提とした判定値ＶｔｈＬ、αＬおよびβＬ、またはＣｔｈＬ（図７乃至図９参照）を用いて実行される。また、高温側異常検出処理は、下流酸素センサ３４の温度が高温設定値に制御され、かつ、吸入空気量Ｇａがほぼ多量設定値と一致する環境下で実行される。そして、この場合、高温側異常検出処理は、高温設定値、および多量設定値を前提とした判定値ＶｔｈＨ、αＨおよびβＨ、またはＣｔｈＨを用いて実行される。
【０１４４】
下流酸素センサ３４の劣化の影響は、センサ素子温が低いほど拡大され易いことは既述した通りであるが、同様の傾向は、吸入空気量Ｇａについても成立する。つまり、下流酸素センサ３４の出力特性には、吸入空気量Ｇａが少ないほど劣化の影響が顕著に表れる。一方で、下流酸素センサ３４の特性は、センサ素子が高いほど安定し、その安定化の傾向は、吸入空気量Ｇａが増す場合にも表れる。従って、上記図２１に示すルーチンによれば、センサ素子温および吸入空気量Ｇａの双方が劣化を拡大させ易い状況下で低温側異常検出処理を実行させ、かつ、それら双方がセンサ特性を安定化させる状況下で高温側異常検出処理を実行させることができる。このため、ＥＣＵ４０が図２１に示すルーチンを実行する場合は、実施の形態１の場合に比して、下流酸素センサ３４の異常を、更に早期に検知することが可能となり、かつ、その異常の発生を更に正確に判定することが可能である。
【０１４５】
ところで、上記図２１に示すルーチンは、ステップ２４０および２４２の処理を図６に示すルーチンと組み合わせることで構成されているが、その組み合わせの基礎となるルーチンは図６に示すルーチンに限定されるものではない。すなわち、ステップ２４０および２４２は、実施の形態１の変形例として説明した図１０乃至図１２に示す何れのルーチンと組み合わせることとしてもよい。
【０１４６】
［第４のシステム例で実行される処理の説明］
図２２は、実施の形態２における異常検出の手法に、吸入空気量Ｇａに応じて判定値を異ならせる手法を組み合わせるためにＥＣＵ４０に実行させるべき異常検出ルーチンのフローチャートを示す。このルーチンは、図１３に示す異常検出ルーチンに必要な修正を施したものであり、ステップ２００および２０２が、ステップ２５０および２５２に修正されている点を除き、図１３に示すルーチンである。
【０１４７】
すなわち、図２２に示すルーチンでは、ステップ１００において下流酸素センサ３４の異常検出が要求されていると判別されると、その後、下流酸素センサ３４の温度と共に、吸入空気量Ｇａが検出される（ステップ２５０）。
次いで、センサ素子温と吸入空気量Ｇａに基づいて、今回の処理サイクルで用いるべき判定値が設定される（ステップ２５２）。
【０１４８】
ＥＣＵ４０は、図２２に示すルーチンを実行する場合、その前提として、センサ出力が正常であるか否かを判別するための判定値を、センサ素子温および吸入空気量Ｇａとの関係で定めたマップを記憶している。上記ステップ２５２では、そのマップを参照して、現時点のセンサ素子温および吸入空気量Ｇａに対応する判定値が設定される。ＥＣＵ４０は、上記の手法で判定値を設定すると、以後、その判定値を用いて異常検出処理を行うべく、ステップ２０４の処理を実行する。
【０１４９】
以上説明した通り、図２２に示すルーチンによれば、異常検出処理において用いるべき判定値を、下流酸素センサ３４の温度と吸入空気量Ｇａの双方に基づいて設定することができる。このため、ＥＣＵ４０に、図２２に示すルーチンを実行させる場合は、センサ素子温や吸入空気量Ｇａに対する依存性に関わらず、下流酸素センサ３４に異常が生じているか否かを常に精度良く判定することができる。
【０１５０】
尚、上述した実施の形態４においては、「第１のシステム例」により前記第４の発明が、「第２のシステム例」により前記第９の発明が、「第３のシステム例」により前記第３の発明が、また、「第４のシステム例」により前記第８の発明が、それぞれ実現されている。
【０１５１】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、触媒の下流に配置された排気ガスセンサが、第１の温度下で発する出力が適正であるか、および第２の温度下で発する出力が適正であるかを総合的に判断することでその異常判定を行うことができる。このため、本発明によれば、排気ガスセンサの温度依存性に影響されることなく、正確にその異常判定を行うことができる。
【０１５２】
第２の発明によれば、常用域として用いられる温度領域で排気ガスセンサが正常な特性を示しているか、および常用域より低い温度（第１の温度）で排気ガスセンサが正常な特性を示しているかを総合判断することで、そのセンサの異常を判定することができる。常用域より低い第１の温度下では、センサ特性の劣化が拡大されるため、その異常を早期に発見することができる。一方、第１の温度は、常用域ではないため、その温度で排気ガスセンサの異常が早期発見されても、その後、常用域では、排気ガスセンサを正常に機能させながら所望の制御を継続することができる。従って、本発明によれば、エミッション特性が大きく悪化する前に排気ガスセンサの異常を早期発見することができる。
【０１５３】
第３の発明によれば、触媒の下流に配置された排気ガスセンサが、第１の温度下、かつ、第１の吸入空気量下で発する出力が適正であるか、および第２の温度下、かつ、第２の吸入空気量下で発する出力が適正であるかを総合的に判断することでその異常判定を行うことができる。排気ガスセンサは、吸入空気量が多くガスの当たりが良好であるほど優れた応答性で正しい出力を発する。一方、吸入空気量が少なくガスの当たりが悪いほど、排気ガスセンサの特性劣化は拡大されて表れやすい。本発明によれば、センサ素子温および吸入空気量の双方が特性劣化を拡大させる環境下での判定と、その双方がセンサ特性を安定化させる環境下での判定とを総合判断することができるため、排気ガスセンサの異常を早期に、かつ正確に検知することができる。
【０１５４】
第４の発明によれば、触媒の下流に配置された排気ガスセンサが、第１の吸入空気量下で発する出力が適正であるか、および第２の吸入空気量下で発する出力が適正であるかを総合的に判断することでその異常判定を行うことができる。このため、本発明によれば、排気ガスセンサの特性が吸入空気量に対して有する依存性に影響されることなく、正確にその異常判定を行うことができる。
【０１５５】
第５の発明によれば、第１の温度下または第１の吸入空気量下で排気ガスセンサの異常が認められた場合に限り、第２の温度下または第２の吸入空気量下での排気ガスセンサの異常判定を行うことができる。この場合、センサ特性の劣化が拡大される環境下での判定が優先的に行われるため、無駄なく効率的に排気ガスセンサの異常を早期検知することができる。
【０１５６】
第６の発明によれば、第２の温度下または第２の吸入空気量下で排気ガスセンサの異常が認められた場合に限り、第１の温度下または第１の吸入空気量下での排気ガスセンサの異常判定を行うことができる。この場合、センサが安定した特性を示す環境下での判定が優先されるため、不安定な環境下で異常判定処理が無駄に実行されるのを有効に防ぐことができる。
【０１５７】
第７の発明によれば、排気ガスセンサの温度に基づいて、異常判定のための判定値を適宜変更することができる。このため、本発明によれば、排気ガスセンサの温度依存性に影響されることなく、そのセンサの異常を正確に判定することができる。
【０１５８】
第８の発明によれば、排気ガスセンサの温度と吸入空気量とに基づいて、異常判定のための判定値を適宜変更することができる。このため、本発明によれば、排気ガスセンサの温度および吸入空気量に対する依存性に影響されることなく、そのセンサの異常を正確に判定することができる。
【０１５９】
第９の発明によれば、吸入空気量に基づいて、異常判定のための判定値を適宜変更することができる。このため、本発明によれば、排気ガスセンサの吸入空気量に対する依存性に影響されることなく、そのセンサの異常を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１の装置が実行するアクティブ空燃比制御の内容を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１において、アクティブ空燃比制御の実行中に、触媒後空燃比の反転に伴って下流酸素センサの出力に生ずる変化の様子を説明するための図である。
【図４】下流酸素センサの出力の特性値（最大値Ｖｍａｘ、最小値Ｖｍｉｎ、および振幅Ｖａ）をセンサ素子温との関係で表した図である。
【図５】下流酸素センサの応答性（応答遅れ）をセンサ素子温との関係で表した図である。
【図６】本発明の実施の形態１において実行される異常検出ルーチンの第１例のフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１において低温側異常検出処理として実行される一連の処理の第１例のフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１において低温側異常検出処理として実行される一連の処理の第２例のフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態１において低温側異常検出処理として実行される一連の処理の第３例のフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態１において実行される異常検出ルーチンの第２例のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態１において実行される異常検出ルーチンの第３例のフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態１において実行される異常検出ルーチンの第４例のフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態２において実行される異常検出ルーチンのフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態２において異常検出処理として実行される一連の処理のフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態３のシステムにおける下流酸素センサの出力の特性値（最大値Ｖｍａｘ、最小値Ｖｍｉｎ、および振幅Ｖａ）を吸入空気量との関係で表した図である。
【図１６】本発明の実施の形態３のシステムにおける下流酸素センサの応答性（応答遅れ）を吸入空気量との関係で表した図である。
【図１７】本発明の実施の形態３において実行される異常検出ルーチンの第１例のフローチャートである。
【図１８】本発明の実施の形態３において実行される異常検出ルーチンの第２例のフローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態４のシステムにおける下流酸素センサの出力の特性値（最大値Ｖｍａｘ、最小値Ｖｍｉｎ、および振幅Ｖａ）を吸入空気量との関係で表した図である。
【図２０】本発明の実施の形態４のシステムにおける下流酸素センサの応答性（応答遅れ）を吸入空気量との関係で表した図である。
【図２１】本発明の実施の形態４において実行される異常検出ルーチンの第１例のフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態４において実行される異常検出ルーチンの第２例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
２８  上流触媒
３０  下流触媒
３２  空燃比センサ
３４  下流酸素センサ
Ｖｓ  下流酸素センサのセンサ出力
ＶＲ  リッチ判定値
ＶＬ  リーン判定値
Ｖｍａｘ  出力最大値
Ｖｍｉｎ  出力最小値
Ｖａ  センサ出力の振幅
Ｇａ  吸入空気量
【図１】
2004285949.tif 000003
【図２】
2004285949.tif 000004
【図３】
2004285949.tif 000005
【図４】
2004285949.tif 000006
【図５】
2004285949.tif 000007
【図６】
2004285949.tif 000008
【図７】
2004285949.tif 000009
【図８】
2004285949.tif 000010
【図９】
2004285949.tif 000011
【図１０】
2004285949.tif 000012
【図１１】
2004285949.tif 000013
【図１２】
2004285949.tif 000014
【図１３】
2004285949.tif 000015
【図１４】
2004285949.tif 000016
【図１５】
2004285949.tif 000017
【図１６】
2004285949.tif 000018
【図１７】
2004285949.tif 000019
【図１８】
2004285949.tif 000020
【図１９】
2004285949.tif 000021
【図２０】
2004285949.tif 000022
【図２１】
2004285949.tif 000023
【図２２】
2004285949.tif 000024