(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に設けられた空燃比センサの異常診断装置であって、
前記内燃機関は、スロットル弁が配置されると共に空気及び燃料を含む混合気を燃焼室に導く吸気通路と、前記燃焼室における前記混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路と、クランクケース内のブローバイガスを前記スロットル弁下流側の前記吸気通路に還元するブローバイガス通路とを有し、
前記空燃比センサが、前記排気通路に設けられ、該排気通路内を流れる前記排気ガスの空燃比を検出し、
当該異常診断装置は、前記スロットル弁下流側の吸気通路の圧力を検出又は算出し、検出又は算出された圧力に基づいて、前記ブローバイガス通路を通って前記スロットル弁下流側の吸気通路に流入するブローバイガス流量を算出し、前記内燃機関が前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行しており且つ前記ブローバイガス流量が異なる複数の時点において、該ブローバイガス流量と吸入空気量との合計に対する該ブローバイガス流量の割合を示すブローバイガス流量割合と、前記空燃比センサの出力電流とを取得し、該ブローバイガス流量割合と該出力電流との関係を一次直線で近似することによって、前記複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合よりも小さいブローバイガス流量割合に対応する前記空燃比センサの出力電流を算出し、該算出された出力電流に基づいて、前記空燃比センサの異常を判定するように構成される、空燃比センサの異常診断装置。
【請求項２】
前記複数の時点は、一回の燃料カット制御における複数の時点である、請求項１に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項３】
前記複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合よりも小さいブローバイガス流量割合は、ゼロである、請求項１又は２に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項４】
当該異常診断装置は、前記算出された出力電流に基づいて前記空燃比センサの出力ゲインを算出し、該算出された出力ゲインの基準値に対する変化率を算出し、該変化率が所定の範囲外であるとき、前記空燃比センサが異常であると判定するように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項５】
当該異常診断装置は、前記複数の時点において取得された前記ブローバイガス流量割合の変化量を算出し、該変化量が所定値未満であるとき、前記空燃比センサの異常を判定しないように構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項６】
当該異常診断装置は、前記複数の時点において、さらに、前記空燃比センサの出力電流を変動させる変動因子であって排気ガスの空燃比以外の変動因子の値を取得し、該変動因子の値の変化量を算出し、該変化量が所定値以上であるとき、前記空燃比センサの異常を判定しないように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空燃比センサの異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力電流に基づいて内燃機関の燃焼室に供給する燃料量を制御するように構成された内燃機関が知られている。
【０００３】
空燃比センサの一つの例として、排気空燃比に対して出力電流がリニアに（比例するように）変化する空燃比センサが知られている（例えば、特許文献１）。出力電流は、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。このため、空燃比センサの出力電流を検出することによって排気空燃比を推定することができる。
【０００４】
しかしながら、このような空燃比センサは、使用に伴って徐々に劣化し、そのゲイン特性が変化することがある。ゲイン特性が変化すると、空燃比センサの出力電流は排気空燃比に対して過大に又は過小になる。この結果、排気空燃比が誤って推定されるので、内燃機関の制御装置が実行する各種制御に支障が生じてしまう。
【０００５】
そこで、特許文献２では、空燃比センサの異常を診断する異常診断装置が提案されている。斯かる異常診断装置では、内燃機関が燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御中に、空燃比センサの印加電圧の値に基づいて空燃比センサの異常診断が実行される。特許文献２によれば、燃料カット制御中の排気空燃比が一定であり且つ認識可能であるため、排気空燃比の変動の影響を受けることなく、空燃比センサの異常診断を正確に行うことができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４３６９４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７４７９０号公報
【特許文献３】特開２０１４−１０１８６３号公報
【特許文献４】特開２００７−１２７０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、内燃機関では、ピストンとシリンダブロックとの隙間からクランクケース内に漏出する混合気、いわゆるブローバイガスが発生する。ブローバイガスは、クランクケース内に滞留すると、エンジンオイルの劣化、金属の腐食、大気汚染等を引き起こす。そこで、内燃機関には、クランクケースと吸気通路とを連結するブローバイガス通路が設けられ、ブローバイガスは、ブローバイガス通路を通って吸気通路に還元され、新しい混合気と共に燃焼される。
【０００８】
また、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関では、燃料噴射弁の噴孔とシリンダ壁面との間の距離が非常に短いため、噴射された燃料がシリンダ壁面に直接衝突する。低温始動時には、シリンダ壁面に付着した燃料が、蒸発しにくいため、ピストンとシリンダとの隙間からクランクケース内に漏出してエンジンオイルに混入する。一方、内燃機関の暖気後には、エンジンオイルの温度も上昇するため、エンジンオイル中の燃料成分が蒸発する。したがって、低温始動時にエンジンオイルに混入した燃料が少量のうちに内燃機関が暖機されれば、ブローバイガス中の燃料成分はほとんど増加しない。
【０００９】
しかしながら、内燃機関が、低温で始動し、内燃機関が暖機される時間よりも短い時間で停止されるような運転状態、いわゆるショートトリップが繰り返されると、エンジンオイル中の燃料成分の量が増加していく。その後、内燃機関が暖機されると、エンジンオイル中の多量の燃料が蒸発するので、ブローバイガス中の燃料成分が増加する。この結果、多量の燃料を含むブローバイガスがブローバイガス通路を通って吸気通路に流入する。このため、燃料カット制御中に、シリンダ内に吸気される空気に多量の燃料が混入し、この燃料によって、排気通路、特に排気浄化触媒において排気ガス中の酸素が消費される。この結果、燃料カット制御中の排気空燃比が減少する。
【００１０】
特許文献２に記載の異常診断装置では、燃料カット制御中に排気空燃比が変動することが一切考慮されていない。このため、斯かる異常診断装置では、ブローバイガスによって燃料カット制御中の排気空燃比が減少した場合、空燃比センサの異常を正確に診断することができない。具体的には、空燃比センサが正常であったとしても、燃料カット制御中にブローバイガスによって排気空燃比が減少すると空燃比センサの出力電流、ひいては印加電圧が減少するので、正常な空燃比センサが異常であると誤診断されるおそれがある。或いは、空燃比センサの異常による出力電流、ひいては印加電圧の増加が燃料カット制御中の排気空燃比の減少による出力電流、ひいては印加電圧の減少によって相殺された場合、異常な空燃比センサが正常であると誤診断される。
【００１１】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、ブローバイガスによって燃料カット制御中の排気空燃比が減少した場合であっても、空燃比センサの異常を精度良く診断することができる、空燃比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】
【００１２】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関に設けられた空燃比センサの異常診断装置であって、前記内燃機関は、スロットル弁が配置されると共に空気及び燃料を含む混合気を燃焼室に導く吸気通路と、前記燃焼室における前記混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路と、クランクケース内のブローバイガスを前記スロットル弁下流側の前記吸気通路に還元するブローバイガス通路とを有し、前記空燃比センサが、前記排気通路に設けられ、該排気通路内を流通する前記排気ガスの空燃比を検出し、当該異常診断装置は、前記内燃機関が前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行しており且つ前記ブローバイガス通路を通って前記スロットル弁下流側の吸気通路に流入するブローバイガス流量が異なる複数の時点において、該ブローバイガス流量の前記燃焼室に流入する気体の流量に対する割合を示すブローバイガス流量割合と、前記空燃比センサの出力電流とを取得し、該ブローバイガス流量割合及び出力電流に基づいて、前記複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合よりも小さいブローバイガス流量割合に対応する前記空燃比センサの出力電流を算出し、該算出された出力電流に基づいて、前記空燃比センサの異常を判定するように構成される、空燃比センサの異常診断装置が提供される。
【００１３】
第２の発明では、第１の発明において、前記複数の時点は、一回の燃料カット制御における複数の時点である。
【００１４】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合よりも小さいブローバイガス流量割合はゼロである。
【００１５】
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、当該異常診断装置は、前記算出された出力電流に基づいて前記空燃比センサの出力ゲインを算出し、該算出された出力ゲインの基準値に対する変化率を算出し、該変化率が所定の範囲外であるとき、前記空燃比センサが異常であると判定するように構成される。
【００１６】
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、当該異常診断装置は、前記複数の時点において取得された前記ブローバイガス流量割合の変化量を算出し、該変化量が所定値未満であるとき、前記空燃比センサの異常を判定しないように構成される。
【００１７】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、当該異常診断装置は、前記複数の時点において、さらに、前記空燃比センサの出力電流を変動させる変動因子であって排気ガスの空燃比以外の変動因子の値を取得し、該変動因子の値の変化量を算出し、該変化量が所定値以上であるとき、前記空燃比センサの異常を判定しないように構成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ブローバイガスによって燃料カット制御中の排気空燃比が減少した場合であっても、空燃比センサの異常を精度良く診断することができる、空燃比センサの異常診断装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る空燃比センサの異常診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、空燃比センサの構造を概略的に示す図である。
【図３】図３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４】図４は、センサ印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。
【図５】図５は、内燃機関の通常運転時における、目標空燃比等のタイムチャートである。
【図６】図６は、内燃機関の燃料カット制御の前後における、機関回転数等の概略的なタイムチャートである。
【図７】図７は、燃料カット制御中のブローバイガス流量割合と空燃比センサの出力電流との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態における空燃比センサの異常診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態における下流側空燃比センサのセンサ出力収束判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態における上流側空燃比センサのセンサ出力収束判定処理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、本発明の第１実施形態におけるセンサ出力カウント処理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、本発明の第１実施形態における異常判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態における空燃比センサの異常診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態における異常判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の第３実施形態における空燃比センサの異常診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の第３実施形態における異常判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の第１実施形態の第１変形例における空燃比センサの異常診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、ブローバイガス流量割合の最大値と最小値との差分がブローバイガス流量割合の変化量の指標として用いられるときの第１実施形態〜第３実施形態の第１変形例におけるセンサ出力カウント処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、ブローバイガス流量割合の最大値及び最小値の更新処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、本発明の第１実施形態の第２変形例における空燃比センサの異常診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本発明の第１実施形態〜第３実施形態の第２変形例におけるセンサ出力カウント処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、出力電流変動因子の最大値及び最小値の更新処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明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。
【００２１】
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の実施形態に係る空燃比センサの異常診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図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。
【００２２】
図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に直接噴射する。すなわち、本実施形態の内燃機関は筒内噴射式内燃機関である。なお、内燃機関はポート噴射式内燃機関であっても良く、この場合、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る。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、本発明の空燃比センサの異常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。
【００２３】
各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は、空気及び燃料を含む混合気を燃焼室５に導く吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。
【００２４】
一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は上流側排気浄化触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して下流側排気浄化触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２及び下流側ケーシング２３は、燃焼室５における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。
【００２５】
また、吸気枝管１３はブローバイガス通路２５を介してクランクケースに連結される。ブローバイガス通路２５にはＰＣＶ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｃｒａｎｋｃａｓｅ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）バルブ２６が配置される。ＰＣＶバルブ２６は、クランクケースから吸気枝管１３への一方向のみの通気を可能とするワンウェイバルブ（逆止弁）である。吸気枝管１３に負圧が発生すると、ＰＣＶバルブ２６が開き、ピストン３とシリンダブロック２との隙間からクランクケース内に漏出した混合気、いわゆるブローバイガスがクランクケース内からブローバイガス通路２５を通って吸気枝管１３に還元される。なお、ブローバイガス通路２５は、吸気通路におけるスロットル弁１８下流側の他の位置、例えばサージタンク１４に連結されてもよい。
【００２６】
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。
【００２７】
また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。なお、ＥＣＵ３１は、内燃機関の制御を行う制御装置として機能する。
【００２８】
上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０、２４は、セラミックから成る担体に、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。排気浄化触媒２０、２４は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。
【００２９】
排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵能力によれば、排気浄化触媒２０、２４は、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、「リーン空燃比」ともいう）であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、排気浄化触媒２０、２４は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、「リッチ空燃比」ともいう）であるときには、排気浄化触媒２０、２４に吸蔵されている酸素を放出する。この結果、排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵能力が維持されている限り、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比に関わらず、排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。
【００３０】
＜空燃比センサの説明＞
本実施形態では、空燃比センサ４０、４１としては、コップ型の限界電流式空燃比センサが用いられる。図２を用いて、空燃比センサ４０、４１の構造について簡単に説明する。図２は、空燃比センサの構造を概略的に示す図である。空燃比センサ４０、４１は、固体電解質層５１と、その一方の側面上に配置された排気側電極５２と、その他方の側面上に配置された大気側電極５３と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層５４と、基準ガス室５５と、空燃比センサ４０、４１の加熱、特に固体電解質層５１（素子）の加熱を行うヒータ部５６とを具備する。
【００３１】
特に、本実施形態のコップ型の空燃比センサ４０、４１では、固体電解質層５１は一端が閉じられた円筒状に形成される。その内部に画成された基準ガス室５５には、大気ガス（空気）が導入されると共に、ヒータ部５６が配置される。固体電解質層５１の内面上に大気側電極５３が配置され、その外面上に排気側電極５２が配置される。固体電解質層５１及び排気側電極５２の外面上にはこれらを覆うように拡散律速層５４が配置される。なお、拡散律速層５４の外側には、拡散律速層５４の表面上に液体等が付着するのを防止するための保護層（図示せず）が設けられてもよい。
【００３２】
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。
【００３３】
また、排気側電極５２と大気側電極５３との間には、ＥＣＵ３１に搭載された印加電圧制御装置６０によりセンサ印加電圧Ｖが印加される。加えて、ＥＣＵ３１には、センサ印加電圧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Ｉ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。
【００３４】
このように構成された空燃比センサ４０、４１は、図３に示したような電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を有する。図３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３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３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。
【００３５】
一方、センサ印加電圧が限界電流領域よりも低い領域では、センサ印加電圧にほぼ比例して出力電流が変化する。以下では、斯かる領域を比例領域と称す。このときの傾きは、固体電解質層５１の直流素子抵抗によって定まる。また、センサ印加電圧が限界電流領域よりも高い領域では、センサ印加電圧の増加に伴って出力電流も増加する。この領域では、排気側電極５２上にて排気ガス中に含まれる水分の分解が生じること等により、センサ印加電圧の変化に応じて出力電圧が変化する。以下では、斯かる領域を水分解領域と称する。
【００３６】
図４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４からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに（比例するように）変化する。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉがゼロ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。
【００３７】
なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１として図２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、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、空燃比センサ４０、４１として如何なる空燃比センサを用いてもよい。したがって、空燃比センサ４０、４１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。また、空燃比センサ４０、４１は互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。
【００３８】
＜基本的な空燃比制御＞
このように構成された内燃機関では、空燃比センサ４０、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。本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力電流（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に相当）に基づいてこの出力電流が目標空燃比に相当する値となるようにフィードバック制御が行われる。加えて、下流側空燃比センサ４１の出力電流に基づいて目標空燃比が変更される。
【００３９】
図５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５は、内燃機関の通常運転時における、目標空燃比ＡＦＴ、上流側空燃比センサ４０の出力電流（出力値）Ｉｆ、上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡ及び下流側空燃比センサ４１の出力電流（出力値）Ｉｒのタイムチャートである。
【００４０】
なお、空燃比センサ４０、４１の出力電流は、図４に示したように、空燃比センサ４０、４１周りを流通する排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときにゼロになる。加えて、当該排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに負の値となり、当該排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに正の値となる。また、空燃比センサ４０、４１周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比又はリーン空燃比であるときには、理論空燃比からの差が大きくなるほど、空燃比センサ４０、４１の出力電流の絶対値が大きくなる。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、後述する燃料カット制御等）を行っていない運転状態（制御状態）を意味する。
【００４１】
図５に示した例では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒがゼロよりも小さいリッチ判定基準値Ｉｒｉｃｈ以下となったときに目標空燃比は理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ（例えば、１５）に設定され、維持される。ここで、リッチ判定基準値Ｉｒｉｃｈは、理論空燃比よりも僅かにリッチである予め定められたリッチ判定空燃比（例えば、１４．５５）に相当する値である。
【００４２】
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、目標空燃比は理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈ（例えば、１４．４）に設定され、維持される。図５に示した例では、このような操作が繰り返し行われる。
【００４３】
具体的には、図５に示した例では、時刻ｔ1前において、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈとされ、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｆもゼロより小さい値（リッチ空燃比に相当）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の出力電流Ｉｒはほぼゼロ（理論空燃比に相当）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。
【００４４】
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の出力電流Ｉｒがリッチ判定基準値Ｉｒｉｃｈ（リッチ判定基準空燃比に相当）以下となる。このとき目標空燃比はリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎへ切り替えられる。
【００４５】
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ＯＳＡ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ＡＦＴｌｅａｎからリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈ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ッチ空燃比となり、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。
【００４６】
なお、通常運転時に行われる空燃比の制御は、必ずしも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。
【００４７】
＜燃料カット制御＞
また、本実施形態の内燃機関では、内燃機関を搭載した車両の減速時等に、内燃機関の動作中に燃料噴射弁１１からの燃料噴射を停止して燃焼室５内への燃料供給を停止する燃料カット制御が実施される。斯かる燃料カット制御は、所定の燃料カット開始条件が成立したときに開始される。具体的には、燃料カット制御は、例えば、アクセルペダル４２の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ（すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ）であり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに実施される。
【００４８】
燃料カット制御が行われたときは、内燃機関から空気又は空気と同様な排気ガスが排出されることになるため、上流側排気浄化触媒２０には空燃比の極めて高い（すなわち、リーン度合いの極めて高い）ガスが流入することになる。この結果、燃料カット制御中には、上流側排気浄化触媒２０に多量の酸素が流入し、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量に達する。
【００４９】
また、燃料カット制御は、所定の燃料カット終了条件が成立すると終了せしめられる。燃料カット終了条件としては、例えば、アクセルペダル４２の踏込み量が所定値以上になること（すなわち、機関負荷が或る程度の値になること）、或いは機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以下になること等が挙げられる。また、本実施形態の内燃機関では、燃料カット制御の終了直後には、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比をリッチ設定空燃比よりもリッチな復帰後リッチ空燃比にする復帰後リッチ制御が行われる。これにより、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素を迅速に放出させることができる。
【００５０】
＜空燃比センサの異常診断＞
ところで、空燃比センサ４０、４１はその使用に伴って劣化し、空燃比センサ４０、４１に異常が生じる場合がある。このように空燃比センサ４０、４１に異常が生じると、その出力の精度が悪化し、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を適切に制御することができなくなる。その結果、排気エミッションの悪化や燃費の悪化を招いてしまう。このため、本実施形態の内燃機関には、空燃比センサ４０、４１の異常を自己診断する異常診断装置が設けられる。
【００５１】
このような異常診断装置によって行われる異常診断制御としては、例えば、燃料カット制御の際に行うものが挙げられる。燃焼室５内への燃料供給を停止する燃料カット制御が実施されると、通常、燃料をほとんど含まない排気ガスが燃焼室５から排出される。このため、空燃比センサ４０、４１に流入する排気ガス中の酸素濃度は大気中の酸素濃度（約２０％）とほぼ等しくなる。この場合、空燃比センサ４０、４１の出力電流は最大となり、この値は予めわかっている。したがって、燃料カット制御の際に実際に検出された出力電流が予め定められた基準範囲内であるか否かを判定することによって空燃比センサ４０、４１の異常診断を行うことができる。
【００５２】
＜異常診断における問題点＞
しかしながら、燃料カット制御が実施されると、通常、スロットル弁１８下流側の吸気通路に負圧が発生し、ブローバイガスがスロットル弁１８下流側の吸気通路に還元される。ブローバイガス中の燃料によって排気ガス中の酸素が、排気通路、特に上流側排気浄化触媒２０において消費されるので、空燃比センサ４０、４１に到達する排気ガス中の酸素濃度が低下する。この結果、空燃比センサ４０、４１の出力電流も低下するので、異常診断装置は、正常な空燃比センサ４０、４１を異常であると誤診断するおそれがある。或いは、空燃比センサ４０、４１の異常による出力電流の増加が燃料カット制御中の排気ガス中の酸素濃度の低下による出力電流の低下によって相殺された場合、異常診断装置は、異常な空燃比センサ４０、４１を正常であると誤診断する。
【００５３】
＜本発明における異常診断＞
そこで、本発明の実施形態に係る空燃比センサ４０、４１の異常診断装置は、空燃比センサ４０、４１の異常診断の精度を高めるべく、燃料カット制御中であり且つブローバイガス通路２５を通ってスロットル弁１８下流側の吸気通路に流入するブローバイガス流量が異なる複数の時点において、ブローバイガス流量の燃焼室５に流入する気体の流量に対する割合を示すブローバイガス流量割合と、空燃比センサ４０、４１の出力電流とを取得し、取得されたブローバイガス流量割合及び出力電流に基づいて、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合よりも小さいブローバイガス流量割合に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流を算出することによって異常診断を行う。
【００５４】
＜本発明の原理＞
最初に、図６を参照して、燃料カット制御の前後における機関回転数、ブローバイガス流量割合、上流側空燃比センサ４０の出力電流及び下流側空燃比センサ４１の出力電流の変化の一つの例について説明する。図６は、内燃機関の燃料カット制御の前後における、機関回転数、ブローバイガス流量割合、上流側空燃比センサ４０の出力電流及び下流側空燃比センサ４１の出力電流の概略的なタイムチャートである。
【００５５】
図６に示した例では、燃料カット制御前には、目標空燃比が理論空燃比とされ、上流側空燃比センサ４０の出力電流及び下流側空燃比センサ４１の出力電流はゼロである。また、燃料カット制御前の機関回転数及びブローバイガス流量割合は一定である。
【００５６】
図６に示した例では、時刻ｔ1において、燃料カット制御が開始される。燃料カット制御の開始後には、機関回転数は、下り坂を走行している場合等を除いて、通常、時間とともに減少する。機関回転数が減少すると、通常、スロットル弁１８下流側の吸気通路の圧力が減少する（負圧になる）ので、吸気通路に流入するブローバイガス流量、ひいてはブローバイガス流量割合が増加する。
【００５７】
燃料カット制御開始後の時刻ｔ2において、燃料カット制御に伴って燃焼室５に供給された空気が上流側空燃比センサ４０に到達すると、上流側空燃比センサ４０の出力電流はゼロよりも大きな値となる。また、時刻ｔ2の後、上流側排気浄化触媒２０に空気が流入すると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に到達する。このため、図示した例では、時刻ｔ3において、空気が下流側空燃比センサ４１に到達し、下流側空燃比センサ４１の出力電流はゼロよりも大きな値となる。
【００５８】
ブローバイガス流量割合の増加によってブローバイガス中の燃料によって消費される排気ガス中の酸素が増加すると、排気空燃比、ひいては空燃比センサ４０、４１の出力電流が低下する。この例では、燃料カット制御後にブローバイガス流量割合が徐々に増加しているため、図６に示すように、空気が空燃比センサ４０、４１に到達した後、空燃比センサ４０、４１の出力電流は徐々に低下する。
【００５９】
なお、図６に示す例では説明をわかりやすくするために単純なモデルについて説明したが、機関回転数等は、燃料カット制御の前後において、必ずしも図６に示すように変化するものではない。例えば、スロットル弁１８下流側の吸気通路の圧力が機関回転数以外にも吸気通路の吸気温、スロットル弁１８の開度等の影響を受けるため、実際にはブローバイガス流量割合は、図６に示すタイムチャートとは異なって変化しうる。
【００６０】
本発明では、上流側空燃比センサ４０の異常診断を行うとき、時刻ｔ２以降の複数の時点において、ブローバイガス流量割合及び上流側空燃比センサ４０の出力電流を取得する。また、下流側空燃比センサ４１の異常診断を行うとき、時刻ｔ３以降の複数の時点において、ブローバイガス流量割合及び下流側空燃比センサ４１の出力電流を取得する。
【００６１】
この結果、ブローバイガス流量に含まれる燃料の量に応じて、図７に示すようなグラフが得られる。図７は、燃料カット制御中のブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を示すグラフである。図７では、燃料カット制御中の複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流の値が菱形としてグラフにプロットされている。これら値に基づいて、図７に示すように、ブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を一次直線で近似することができる。
【００６２】
上述したように、ブローバイガス流量割合の増加によってブローバイガス中の燃料によって消費される排気ガス中の酸素が増加すると、排気空燃比、ひいては空燃比センサ４０、４１の出力電流が低下する。この場合、一次近似直線の傾きは図７（ｂ）及び（ｃ)に示されるように負となり、傾きの絶対値は、ブローバイガスに含まれる燃料が多ければ多いほど大きくなる。図７（ｂ）は、ブローバイガスに含まれる燃料が少ない場合のブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を示す。図７（ｃ）は、ブローバイガスに含まれる燃料が多い場合のブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を示す。一方、ブローバイガスに燃料がほとんど含まれていない場合、図７（ａ）に示すように、空燃比センサ４０、４１の出力電流はブローバイガス流量割合によらずほぼ一定の値を示す。また、図７からわかるように、一次近似直線の切片ｂは、ブローバイガスに含まれる燃料の量によらずほぼ同じ値となる。
【００６３】
図７からわかるように、一次近似直線の切片ｂは、ブローバイガス流量割合がゼロであるときの空燃比センサ４０、４１の出力電流、すなわち、大気中の酸素濃度に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流に相当する。一次近似直線の傾き及び切片ｂは公知の最小二乗法等によって算出可能である。このため、ブローバイガスによって燃料カット制御中の排気空燃比が減少した場合であっても、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流に基づいて、大気中の酸素濃度に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流を推定することができ、ひいては空燃比センサ４０、４１の異常を精度良く診断することができる。
【００６４】
なお、ブローバイガス流量割合がゼロであるときの空燃比センサ４０、４１の出力電流を算出する代わりに、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合よりも小さいブローバイガス流量割合に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流を算出することによっても、ブローバイガスによる燃料カット制御中の排気空燃比の減少による出力電流の低下の影響を低減することができるので、空燃比センサ４０、４１の異常診断の精度を高めることができる。
【００６５】
以下、空燃比センサ４０、４１の異常診断制御装置についての複数の実施形態を説明する。
【００６６】
＜第１実施形態＞
最初に、図８〜図１２を参照して本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態の異常診断装置は、燃料カット制御が実行中であり且つブローバイガス通路２５を通ってスロットル弁１８下流側の吸気通路に流入するブローバイガス流量が異なる複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流に基づいて、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合よりも小さいブローバイガス流量割合に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流を算出し、算出された出力電流に基づいて、空燃比センサ４０、４１の異常を判定するように構成される。
【００６７】
図８は、本発明の第１実施形態における空燃比センサ４０、４１の異常診断処理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実行される。第１実施形態では、まず、ステップＳ１０１において、異常診断処理の実行条件が成立しているか否かが判定される。異常診断処理の実行条件が成立する場合とは、例えば、燃料カット制御が実行中であり且つ空燃比センサ４０、４１が活性中である場合である。空燃比センサ４０、４１が活性中である場合とは、空燃比センサ４０、４１のセンサ素子の温度が所定値以上である場合、例えば、空燃比センサ４０、４１のセンサ素子のインピーダンスが所定値以内である場合である。
【００６８】
ステップＳ１０１において、異常診断処理の実行条件が成立していると判定された場合、ステップＳ１０２へと進む。ステップＳ１０２では、空燃比センサ４０、４１のセンサ出力収束判定処理の制御ルーチンが実行される。斯かる制御ルーチンは上流側空燃比センサ４０と下流側空燃比センサ４１とで異なる。なお、ステップＳ１０１において、異常診断処理の実行条件が成立していないと判定された場合については後述する。
【００６９】
最初に、下流側空燃比センサ４１のセンサ出力収束判定の制御ルーチンについて説明する。
【００７０】
図９は、本発明の第１実施形態における下流側空燃比センサ４１のセンサ出力収束判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。下流側空燃比センサ４１の異常診断は、燃料カット制御開始後に上流側排気浄化触媒２０の下流側の下流側空燃比センサ４１に空気が到達し、下流側空燃比センサ４１のセンサ出力が収束した後に実行される必要がある。このため、図９に示す制御ルーチンによって、下流側空燃比センサ４１のセンサ出力が収束したか否かを判定する。
【００７１】
図９に示したように、先ず、ステップＳ２０１では、燃料カット制御が開始されてから燃焼室５に供給された吸入空気量の積算値（積算空気量）ΣＭｃが予め定められた基準積算量Ｍｃｒｅｆ以上であるか否かが判定される。積算空気量は例えばエアフロメータ３９の出力に基づいて算出される。加えて、ステップＳ２０２では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒがゼロよりも大きいリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上となったか否かが判定される。
【００７２】
ステップＳ２０１及びＳ２０２において、燃料カット制御開始後の積算空気量ΣＭｃが基準積算量Ｍｃｒｅｆよりも少なく且つ下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎよりも小さいと判定された場合には、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達していないと考えられる。このため、このような場合には、ステップＳ２０３へと進み、ステップＳ２０３において触媒下流空気到達フラグがＯＦＦにされ、ステップＳ２０５へと進む。
【００７３】
一方、ステップＳ２０１において燃料カット制御開始後の積算空気量ΣＭｃが基準積算量Ｍｃｒｅｆ以上である場合、又はステップＳ２０２において下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上であると判定された場合には、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達していると考えられる。したがって、その後、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比は徐々に上昇していく。このため、このような場合には、ステップＳ２０４へと進み、ステップＳ２０４において触媒下流空気到達フラグがＯＮにされ、ステップＳ２０５へと進む。
【００７４】
ステップＳ２０５では、触媒下流空気到達フラグがＯＮであるか否かが判定される。触媒下流空気到達フラグがＯＮであると判定された場合には、ステップＳ２０６へと進む。ステップＳ２０６では、燃料カット制御開始後に上流側排気浄化触媒２０の下流側に空気が到達してからの経過時間Ｔｒが算出される。具体的には、経過時間Ｔｒに微少時間Δｔ（制御ルーチンの実行間隔に相当）が加算された値が新たな経過時間Ｔｒとされる。一方、ステップＳ２０５において触媒下流空気到達フラグがＯＦＦであると判定された場合には、上流側排気浄化触媒２０の下流側に空気が到達していないと考えられるため、ステップＳ２０７へと進み、経過時間Ｔｒがリセットされてゼロにされる。
【００７５】
次いで、ステップＳ２０８では、経過時間Ｔｒが予め定められた収束判定基準時間Ｔｒｒｅｆ以上であるか否かが判定される。経過時間Ｔｒが収束判定基準時間Ｔｒｒｅｆよりも短いと判定された場合には、ステップＳ２０９へと進む。この場合、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒが収束していないと考えられるため、センサ出力収束判定フラグがＯＦＦにされ、その後、センサ出力収束判定処理の制御ルーチンは終了する。一方、経過時間Ｔｒが収束判定基準時間Ｔｒｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ２１０へと進む。この場合、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒが収束していると考えられるため、センサ出力収束判定フラグがＯＮにされ、その後、センサ出力収束判定処理の制御ルーチンは終了する。
【００７６】
次に、上流側空燃比センサ４０のセンサ出力収束判定の制御ルーチンについて説明する。
【００７７】
図１０は、本発明の第１実施形態における上流側空燃比センサ４０のセンサ出力収束判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。上流側空燃比センサ４０の異常診断は、燃料カット制御開始後に上流側空燃比センサ４０に空気が到達し、上流側空燃比センサ４０のセンサ出力が収束した後に実行される必要がある。このため、図１０に示す制御ルーチンによって、上流側空燃比センサ４０のセンサ出力が収束したか否かを判定する。
【００７８】
上流側排気浄化触媒２０の上流側に位置する上流側空燃比センサ４０では、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に到達したか否かを判定する必要はない。このため、図１０に示したように、先ず、ステップＳ３０１では、燃料カット制御開始後の経過時間Ｔｆが算出される。具体的には、経過時間Ｔｆに微少時間Δｔ（制御ルーチンの実行間隔に相当）が加算された値が新たな経過時間Ｔｆとされる。
【００７９】
次いで、ステップＳ３０２では、経過時間Ｔｆが予め定められた収束判定基準時間Ｔｆｒｅｆ以上であるか否かが判定される。経過時間Ｔｆが収束判定基準時間Ｔｆｒｅｆよりも短いと判定された場合には、ステップＳ３０３へと進む。この場合、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｆが収束していないと考えられるため、センサ出力収束判定フラグがＯＦＦにされ、その後、センサ出力収束判定処理の制御ルーチンは終了する。一方、経過時間Ｔｆが収束判定基準時間Ｔｆｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ３０４へと進む。この場合、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｆが収束していると考えられるため、センサ出力収束判定フラグがＯＮにされ、その後、センサ出力収束判定処理の制御ルーチンは終了する。なお、収束判定基準時間Ｔｆｒｅｆは収束判定基準時間Ｔｒｒｅｆと同じ時間であってもよい。
【００８０】
再び図８を参照すると、ステップＳ１０２においてセンサ出力収束判定処理が実行された後、ステップＳ１０３へと進む。ステップＳ１０３では、センサ出力収束判定フラグがＯＮであるか否かが判定される。センサ出力収束判定フラグがＯＮであると判定された場合には、ステップＳ１０４へと進む。一方、センサ出力収束判定フラグがＯＦＦであると判定された場合には、ステップＳ１０５へと進む。
【００８１】
ステップＳ１０４では、図１１に示すセンサ出力カウント処理の制御ルーチンが実行される。以下、センサ出力カウント処理の制御ルーチンについて説明する。
【００８２】
図１１は、本発明の第１実施形態におけるセンサ出力カウント処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンでは、ブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流が取得され、ブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を示す一次近似直線の傾き及び切片を算出するために必要な値が算出される。
【００８３】
図１１に示したように、先ず、ステップＳ４０１では、スロットル弁１８下流側の吸気通路の圧力ＰＭが算出される。圧力ＰＭは、例えば、スロットル弁１８下流側の吸気通路に設けられた圧力センサによって直接検出され、又はスロットル弁１８下流側の吸気通路に設けられた吸気温センサの出力、エアフロメータ３９の出力、スロットル弁１８の開度等に基づく公知のモデル計算によって算出される。
【００８４】
次いで、ステップＳ４０２では、圧力ＰＭとブローバイガス流量ＰＣＶＶとの関係を示すマップを用いて、ステップＳ４０１で算出された圧力ＰＭに基づいてブローバイガス流量ＰＣＶＶが算出される。マップはＲＯＭ３４内に記憶されている。
【００８５】
次いで、ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２において算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶが前回算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶから変化しているか否かが判定される。算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶが前回算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶから変化していると判定された場合、ステップＳ４０４へと進む。一方、算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶが前回算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶから変化していないと判定された場合、すなわち算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶが前回算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶと同じ値である場合、センサ出力カウント処理の制御ルーチンは終了する。
【００８６】
次いでステップＳ４０４では、ステップＳ４０２で算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶと、スロットル弁１８を通って燃焼室５内に吸入される吸入空気量ＧＡとに基づいて、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲが以下の式によって算出される。
ＰＣＶＲ＝ＰＣＶＶ／（ＰＣＶＶ＋ＧＡ）
なお、吸入空気量ＧＡは、エアフロメータ３９によって検出される。
【００８７】
次いで、ステップＳ４０５では、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲの合計ＳＵＭＸ、空燃比センサ４０、４１の出力電流Ｉｏの合計ＳＵＭＹ、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲに出力電流Ｉｏが掛け算された値の合計（以下、「乗算合計」という）ＳＵＭＸＹ、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲの二乗の合計（以下、「二乗合計」という）ＳＵＭＸ２、及びセンサ出力カウント処理の制御ルーチンが実行された回数（以下、「実行回数」という）ＣＯＵＮＴが算出される。
【００８８】
具体的には、ステップＳ４０５では、前回算出されたブローバイガス流量割合ＰＣＶＲの合計ＳＵＭＸに、新たに算出されたブローバイガス流量割合ＰＣＶＲが加算された値が新たなブローバイガス流量割合ＰＣＶＲの合計ＳＵＭＸとされる。また、前回算出された出力電流Ｉｏの合計ＳＵＭＹに、新たに検出された出力電流Ｉｏが加算された値が新たな出力電流Ｉｏの合計ＳＵＭＹとされる。さらに、前回算出された乗算合計ＳＵＭＸＹに、新たに算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶに新たに検出された出力電流Ｉｏが掛け算された値が加算された値が新たな乗算合計ＳＵＭＸＹとされる。また、前回算出された二乗合計ＳＵＭＸ２に、新たに算出されたブローバイガス流量割合ＰＣＶＲの二乗が加算された値が新たな二乗合計ＳＵＭＸ２とされる。さらに、前回算出された実行回数ＣＯＵＮＴに１が加算された値が新たな実行回数ＣＯＵＮＴとされる。その後、センサ出力カウント処理の制御ルーチンは終了する。
【００８９】
なお、ステップＳ４０３及びステップＳ４０４において、ステップＳ４０２で算出されたブローバイガス流量ＰＣＶＶの代わりに、ブローバイガス通路２５のＰＣＶバルブ２６よりも下流側（吸気枝管１３側）に設けられたブローバイガス流量計によって直接検出されたブローバイガス流量が用いられても良い。この場合、図１１におけるステップＳ４０１及びステップＳ４０２は省略される。
【００９０】
再び図８を参照すると、ステップＳ１０４においてセンサ出力カウント処理が実行された後、ステップＳ１０５へと進む。ステップＳ１０５では、センサ出力カウント処理の制御ルーチンが実行された回数ＣＯＵＮＴが所定値Ｎ以上であるか否かが判定される。所定値Ｎは２以上の任意の数である。回数ＣＯＵＮＴが所定値Ｎ以上であると判定された場合には、ステップＳ１０６へと進む。一方、回数ＣＯＵＮＴが所定値Ｎ未満であると判定された場合には、異常診断処理の制御ルーチンは終了する。
【００９１】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４において得られた値に基づいて、ブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を示す一次近似直線の傾きＡ及び切片Ｂが最小二乗法によって以下の式で算出される。
Ａ＝（ＣＯＵＮＴ×ＳＵＭＸＹ−ＳＵＭＸ×ＳＵＭＹ）／（ＣＯＵＮＴ×ＳＵＭＸ２−ＳＵＭＸ×ＳＵＭＸ）
Ｂ＝（ＳＵＭＸ２×ＳＵＭＹ−ＳＵＭＸＹ×ＳＵＭＸ）／（ＣＯＵＮＴ×ＳＵＭＸ２−ＳＵＭＸ×ＳＵＭＸ）
【００９２】
次いで、ステップＳ１０７では、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合よりも小さいブローバイガス流量割合に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流Ｉｘが、ステップＳ１０６において算出された傾きＡ及び切片Ｂに基づいて、以下の式によって算出される。
Ｉｘ＝Ｂ＋Ａｘ
ｘは、予め定められ、燃料カット制御中に想定されるブローバイガス流量割合の下限値よりも小さいブローバイガス流量割合とされる。
【００９３】
次いで、ステップＳ１０８では、図１２に示す異常判定処理の制御ルーチンが実行される。以下、異常判定処理の制御ルーチンについて説明する。
【００９４】
図１２は、本発明の第１実施形態における異常判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンでは、図８におけるステップＳ１０７において算出された出力電流Ｉｘに基づいて、空燃比センサ４０、４１が異常であるか否かが判定される。
【００９５】
図１２に示したように、先ず、ステップＳ５０１では、図８におけるステップＳ１０７において算出された出力電流Ｉｘが予め定められた上限電流Ｉｘｈｉｇｈよりも大きいか否かが判定される。上限電流Ｉｘｈｉｇｈは、例えば、空気の酸素濃度に対応する出力電流の上限値、或いはこの上限値と僅かに異なる電流である。
【００９６】
ステップＳ５０１において出力電流Ｉｘが上限電流Ｉｘｈｉｇｈよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ５０２へと進む。ステップＳ５０２では、空燃比センサ４０、４１のゲインが異常に拡大していると判定され、警告灯が点灯せしめられる。その後、異常判定処理の制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ５０１において出力電流Ｉｘが上限電流Ｉｘｈｉｇｈ以下であると判定された場合には、ステップＳ５０３へと進む。
【００９７】
ステップＳ５０３では、出力電流Ｉｘが予め定められた下限電流Ｉｘｌｏｗ未満であるか否かが判定される。下限電流Ｉｘｌｏｗは、例えば、空気の酸素濃度に対応する出力電流の下限値、或いはこの下限値と僅かに異なる電流である。
【００９８】
ステップＳ５０３において出力電流Ｉｘが下限電流Ｉｘｌｏｗ未満であると判定された場合には、ステップＳ５０４へと進む。ステップＳ５０４では、空燃比センサ４０、４１のゲインが異常に縮小していると判定され、警告灯が点灯せしめられる。その後、異常判定処理の制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ５０３において出力電流Ｉｘが下限電流Ｉｘｌｏｗ以上であると判定された場合には、ステップＳ５０５へと進む。ステップＳ５０５では、空燃比センサ４０、４１が正常であると判定される。その後、異常判定処理の制御ルーチンは終了する。
【００９９】
再び図８を参照すると、ステップＳ１０８において異常判定処理が実行された後、異常診断処理の制御ルーチンは終了する。
【０１００】
ステップＳ１０１において、異常診断処理の実行条件が成立していないと判定された場合、例えば、燃料カット制御が実行中でない場合、又は空燃比センサ４０、４１が活性中でない場合、ステップＳ１０９へと進む。ステップＳ１０９では、ステップＳ１０４のセンサ出力カウント処理によって得られる全ての値がリセットされてゼロとされる。これに加えて、異常診断される空燃比センサが上流側空燃比センサ４０である場合、図９に示すセンサ出力収束判定処理において用いられる燃料カット制御開始後の経過時間Ｔｆがリセットされてゼロとされる。
【０１０１】
したがって、燃料カット制御中にステップＳ１０４のセンサ出力カウント処理が実施されたとしても、実行回数ＣＯＵＮＴがＮ以上になる前に燃料カット制御が終了すると、ステップＳ１０９において、センサ出力カウント処理によって得られた値はリセットされてゼロにされる。この結果、本実施形態では、ブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流は、複数回の燃料カット制御に亘って算出されることはなく、一回の燃料カット制御における複数の時点において算出される。
【０１０２】
異常診断処理が複数の燃料カット制御に亘って実施されると、異常診断処理中にブローバイガス中のオイル量が変化してしまう場合がある。異常診断処理中にブローバイガス中のオイル量が変化してしまうと、図７に示されるようなブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を示す一次近似直線の傾き及び切片を正確に算出することができない。しかしながら、本実施形態では、一回の燃料カット制御における複数の時点においてブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流が算出されるので、異常診断処理中にブローバイガス中のオイル量が変化してしまうことによる空燃比センサ４０、４１の異常の誤診断を回避することができ、ひいては異常診断の精度を高めることができる。
【０１０３】
＜第２実施形態＞
次に、図１３及び図１４を参照して本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の異常診断装置は、燃料カット制御が実行中であり且つブローバイガス通路２５を通ってスロットル弁１８下流側の吸気通路に流入するブローバイガス流量が異なる複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流に基づいて、ゼロのブローバイガス流量割合に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流を算出し、算出された出力電流に基づいて、空燃比センサ４０、４１の異常を判定するように構成される。
【０１０４】
図１３は、本発明の第２実施形態における空燃比センサ４０、４１の異常診断処理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実行される。図１３におけるステップＳ６０１〜ステップＳ６０５及びステップＳ６０８は、図８におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０５及びステップＳ１０９と同様であることから説明を省略する。
【０１０５】
ステップＳ６０６では、ステップＳ６０４において得られた値に基づいて、ゼロのブローバイガス流量割合に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流Ｉ０が最小二乗法によって以下の式で算出される。
Ｉ０＝（ＳＵＭＸ２×ＳＵＭＹ−ＳＵＭＸＹ×ＳＵＭＸ）／（ＣＯＵＮＴ×ＳＵＭＸ２−ＳＵＭＸ×ＳＵＭＸ）
なお、ゼロのブローバイガス流量割合に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流Ｉ０は、ブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を示す一次近似直線の切片Ｂと等しい。
【０１０６】
次いで、ステップＳ６０７では、図１４に示す異常判定処理の制御ルーチンが実行される。以下、異常判定処理の制御ルーチンについて説明する。
【０１０７】
図１４は、本発明の第２実施形態における異常判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンでは、図１３におけるステップＳ６０６において算出された出力電流Ｉ０に基づいて、空燃比センサ４０、４１が異常であるか否かが判定される。
【０１０８】
図１４に示したように、先ず、ステップＳ７０７では、ステップＳ６０６において算出された出力電流Ｉ０が上限電流Ｉ０ｈｉｇｈよりも大きいか否かが判定される。上限電流Ｉ０ｈｉｇｈは、予め定められ、空気の酸素濃度に対応する出力電流の上限値、或いはこの上限値と僅かに異なる電流とされる。
【０１０９】
ステップＳ７０７において出力電流Ｉ０が上限電流Ｉ０ｈｉｇｈよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ７０８へと進む。ステップＳ７０８では、空燃比センサ４０、４１のゲインが異常に拡大していると判定され、警告灯が点灯せしめられる。その後、異常診断処理の制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ７０７において出力電流Ｉ０が上限電流Ｉ０ｈｉｇｈ以下であると判定された場合には、ステップＳ７０９へと進む。
【０１１０】
ステップＳ７０９では、出力電流Ｉ０が下限電流Ｉ０ｌｏｗ未満であるか否かが判定される。下限電流Ｉ０ｌｏｗは、予め定められ、空気の酸素濃度に対応する出力電流の下限値、或いはこの下限値と僅かに異なる電流とされる。
【０１１１】
ステップＳ７０９において出力電流Ｉ０が下限電流Ｉ０ｌｏｗ未満であると判定された場合には、ステップＳ７１０へと進む。ステップＳ７１０では、空燃比センサ４０、４１のゲインが異常に縮小していると判定され、警告灯が点灯せしめられる。その後、異常診断処理の制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ７０９において出力電流Ｉ０が下限電流Ｉ０ｌｏｗ以上であると判定された場合には、ステップＳ７１１へと進む。ステップＳ７１１では、空燃比センサ４０、４１が正常であると判定される。その後、異常診断処理の制御ルーチンは終了する。
【０１１２】
＜第３実施形態＞
次に、図１５及び図１６を参照して本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の異常診断装置は、燃料カット制御が実行中であり且つブローバイガス通路２５を通ってスロットル弁１８下流側の吸気通路に流入するブローバイガス流量が異なる複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流に基づいて、ブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を示す一次近似直線の切片（ゼロのブローバイガス流量割合に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流）を算出し、算出された切片に基づいて空燃比センサ４０、４１のゲイン（出力ゲイン）を算出し、算出されたゲインの基準値に対する変化率を算出し、変化率が所定の範囲外であるとき、空燃比センサ４０、４１が異常であると判定するように構成される。
【０１１３】
図１５は、本発明の第３実施形態における空燃比センサ４０、４１の異常診断処理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実行される。図１５におけるステップＳ８０１〜ステップＳ８０５及びステップＳ８１０は、図８における第１実施形態のステップＳ１０１〜ステップＳ１０５及びステップＳ１０９と同様であることから説明を省略する。
【０１１４】
ステップＳ８０６では、ステップＳ８０４において得られた値に基づいて、ブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を示す一次近似直線の切片Ｂが最小二乗法によって以下の式で算出される。
Ｂ＝（ＳＵＭＸ２×ＳＵＭＹ−ＳＵＭＸＹ×ＳＵＭＸ）／（ＣＯＵＮＴ×ＳＵＭＸ２−ＳＵＭＸ×ＳＵＭＸ）
【０１１５】
次いで、ステップＳ８０７では、ステップＳ８０６において算出された切片Ｂに基づいて、空燃比センサ４０、４１のゲインＧが以下の式によって算出される。
Ｇ＝Ｂ／Ｌｎ（１／０．８）
なお、Ｌｎは自然対数を表す。
【０１１６】
ゲインＧと切片Ｂとの上記の関係式は以下のように導出される。
【０１１７】
まず、燃料カット制御中の空燃比センサ４０、４１の出力電流Ｉｆｃは、ゲインＧと、燃料カット制御中の排気ガス中の酸素濃度Ｏ２Ｄ_ＦＣとに基づいて、以下の式によって算出される。
Ｉｆｃ＝Ｇ×Ｌｎ（１／（１−Ｏ２Ｄ_ＦＣ））      （式１）
燃料カット制御中の排気ガス中の酸素濃度Ｏ２Ｄ_ＦＣは、ブローバイガス中の燃料によって酸素が消費されるため、大気中の酸素濃度０．２と、ブローバイガス中の燃料によって消費される酸素濃度Ｏ２Ｄ_Ｃとに基づいて、以下の式によって算出される。
Ｏ２Ｄ_ＦＣ＝０．２−Ｏ２Ｄ_Ｃ      （式２）
ブローバイガス中の燃料によって消費される酸素濃度Ｏ２Ｄ_Ｃは、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲと、ブローバイガス中の燃料濃度ＦＤ_Ｂと、ブローバイガス中の燃料濃度当たりの消費酸素濃度Ｋとに基づいて、以下の式によって算出される。
Ｏ２Ｄ_Ｃ＝Ｋ×ＰＣＶＲ×ＦＤ_Ｂ      （式３）
ここで、ブローバイガス中の燃料濃度ＦＤ_Ｂは、オイル希釈率Ｄｉｌｒａｔｅと、オイル希釈率当たりのブローバイガス中の燃料濃度Ｌとに基づいて、以下の式によって算出される。
ＦＤ_Ｂ＝Ｌ×Ｄｉｌｒａｔｅ      （式４）
なお、オイル希釈率とは、エンジンオイルに混入した燃料量をエンジンオイル量で除算した値である。
【０１１８】
上記の式１〜式４から以下の式が導出される。
ＩＬ＝Ｇ×Ｌｎ（１／（０．８＋Ｋ×ＰＣＶＲ×Ｌ×Ｄｉｌｒａｔｅ））
ここで、上記の式を一次式で近似すると、以下の式が導出される。
ＩＬ＝−Ｇ×Ｋ×Ｌ×Ｄｉｌｒａｔｅ／０．８×ＰＣＶＲ＋Ｇ×Ｌｎ（１／０．８）
したがって、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲと空燃比センサ４０、４１の出力電流ＩＬとの関係を示す一次近似直線の傾きＡ及び切片Ｂは以下の式で表される。
Ａ＝−Ｇ×Ｋ×Ｌ×Ｄｉｌｒａｔｅ／０．８
Ｂ＝Ｇ×Ｌｎ（１／０．８）
したがって、ゲインＧは以下の式で表される。
Ｇ＝Ｂ／Ｌｎ（１／０．８）
【０１１９】
次いで、ステップＳ８０８では、ステップＳ８０７において算出されたゲインＧに基づいて、予め定められたゲインＧの基準値Ｇｂａｓｅに対するゲイン変化率Ｇｄが以下の式によって算出される。
Ｇｄ＝Ｇ／Ｇｂａｓｅ
【０１２０】
次いで、ステップＳ８０９では、図１６に示す異常判定処理の制御ルーチンが実行される。以下、異常判定処理の制御ルーチンについて説明する。
【０１２１】
図１６は、本発明の第３実施形態における異常判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンでは、図１５におけるステップＳ８０８において算出された出力電流Ｇｄに基づいて、空燃比センサ４０、４１が異常であるか否かが判定される。
【０１２２】
図１６に示したように、先ず、ステップＳ９０１では、図１５におけるステップＳ８０８において算出されたゲイン変化率Ｇｄが上限ゲイン変化率Ｇｄｈｉｇｈよりも大きいか否かが判定される。上限ゲイン変化率Ｇｄｈｉｇｈは、予め定められ、許容されるゲイン変化率の上限値、或いはこの上限値と僅かに異なるゲイン変化率とされる。
【０１２３】
ステップＳ９０１においてゲイン変化率Ｇｄが上限ゲイン変化率Ｇｄｈｉｇｈよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ９０２へと進む。ステップＳ９０２では、空燃比センサ４０、４１のゲインが異常に拡大していると判定され、警告灯が点灯せしめられる。その後、異常診断処理の制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ９０１においてゲイン変化率Ｇｄが上限ゲイン変化率Ｇｄｈｉｇｈ以下であると判定された場合には、ステップＳ９０３へと進む。
【０１２４】
ステップＳ９０３では、ゲイン変化率Ｇｄが下限ゲイン変化率Ｇｄｌｏｗ未満であるか否かが判定される。下限ゲイン変化率Ｇｄｌｏｗは、予め定められ、許容されるゲイン変化率の下限値、或いはこの下限値と僅かに異なるゲイン変化率とされる。
【０１２５】
ステップＳ９０３においてゲイン変化率Ｇｄが下限ゲイン変化率Ｇｄｌｏｗ未満であると判定された場合には、ステップＳ９０４へと進む。ステップＳ９０４では、空燃比センサ４０、４１のゲインが異常に縮小していると判定され、警告灯が点灯せしめられる。その後、異常診断処理の制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ９０３においてゲイン変化率Ｇｄが下限ゲイン特性Ｇｄｌｏｗ以上であると判定された場合には、ステップＳ９０５へと進む。ステップＳ９０５では、空燃比センサ４０、４１が正常であると判定される。その後、異常診断処理の制御ルーチンは終了する。
【０１２６】
＜第１実施形態〜第３実施形態の第１変形例＞
次に、図１７〜図１９を参照して、本発明の第１実施形態〜第３実施形態の第１変形例について説明する。図７からわかるように、ブローバイガス流量割合と空燃比センサ４０、４１の出力電流との関係を示す一次近似直線の傾き及び切片を正確に算出するためには、燃料カット制御中に取得されるブローバイガス流量割合がある程度分散される必要がある。このため、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合の変化量が小さい場合、例えば燃料カット制御中に機関回転数があまり変動しない場合、異常診断装置は、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合よりも小さいブローバイガス流量割合に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流を正確に算出することができず、ひいては空燃比センサ４０、４１の異常を正確に診断することができないおそれがある。
【０１２７】
そこで、第１実施形態〜第３実施形態の第１変形例の異常診断装置は、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合の変化量を算出し、算出された変化量が所定値未満であるとき、空燃比センサ４０、４１の異常を判定しないように構成される。この結果、第１実施形態〜第３実施形態の第１変形例によれば、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合の変化量が小さいことによる空燃比センサ４０、４１の異常の誤診断を回避することができ、ひいては異常診断の精度を高めることができる。
【０１２８】
図１７は、本発明の第１実施形態の第１変形例における空燃比センサ４０、４１の異常診断処理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実行される。
【０１２９】
図１７におけるステップＳ１００１〜ステップＳ１００５及びステップＳ１００８〜ステップＳ１０１１は、図８におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０５及びステップＳ１０６〜ステップＳ１０９と同様であることから説明を省略する。
【０１３０】
ステップＳ１００６では、ブローバイガス流量割合の変化量ΔＰＣＶＲが算出される。変化量ΔＰＣＶＲの指標は、例えば、ブローバイガス流量割合の変動係数ＰＣＶＲＣＶである。
【０１３１】
ブローバイガス流量割合の変動係数ＰＣＶＲＣＶは、ステップＳ１００４において得られた値に基づいて、以下の式によって算出される。
ＰＣＶＲＣＶ＝ＳＱＲＴ｛（ＳＵＭＸ２−ＳＵＭＸ×ＳＵＭＸ／ＣＯＵＮＴ）／（ＣＯＵＮＴ−１）｝／（ＳＵＭＸ／ＣＯＵＮＴ）
なお、ＳＱＲＴは平方根を表す。
【０１３２】
次いで、ステップＳ１００７では、ステップＳ１００６において算出されたブローバイガス流量割合の変化量ΔＰＣＶＲが予め定められたブローバイガス流量割合の基準変化量ΔＰＣＶＲｒｅｆ以上であるか否かが判定される。
【０１３３】
ステップＳ１００７において変化量ΔＰＣＶＲがΔＰＣＶＲｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ１００８へと進む。一方、ステップＳ１００７において変化量ΔＰＣＶＲが基準変化量ΔＰＣＶＲｒｅｆ未満であると判定された場合には、空燃比センサ４０、４１の正確な異常診断が困難であるため、異常診断制御の制御ルーチンは終了する。
【０１３４】
なお、ステップＳ１００６における変化量ΔＰＣＶＲの指標として、ブローバイガス流量割合の最大値と最小値との差分ＰＣＶＲＤが用いられてもよい。この場合、ステップＳ１００４において、図１１に示したセンサ出力カウント処理の代わりに、図１８に示すセンサ出力カウント処理の制御ルーチンが実行される。
【０１３５】
図１８は、ブローバイガス流量割合の最大値と最小値との差分ＰＣＶＲＤが変化量ΔＰＣＶＲの指標として用いられるときの第１実施形態〜第３実施形態の第１変形例におけるセンサ出力カウント処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図１８におけるステップＳ１１０１〜Ｓ１１０５は、図１１におけるステップＳ４０１〜Ｓ４０５と同様であることから説明を省略する。図１８に示すセンサ出力カウント処理の制御ルーチンでは、ステップＳ１１０５の後にステップＳ１１０６へと進む。ステップＳ１１０６では、図１９に示すブローバイガス流量割合ＰＣＶＲの最大値及び最小値の更新処理の制御ルーチンが実行される。
【０１３６】
図１９は、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲの最大値及び最小値の更新処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンでは、図１８におけるステップＳ１１０４において算出されたブローバイガス流量割合ＰＣＶＲが、それよりも前の時点で算出されたブローバイガス流量割合の最大値ＰＣＶＲｍａｘ及び最小値ＰＣＶＲｍｉｎと比較され、ブローバイガス流量割合の最大値ＰＣＶＲｍａｘ及び最小値ＰＣＶＲｍｉｎが更新される。
【０１３７】
図１９に示したように、先ず、ステップＳ１２０１では、図１８におけるステップＳ１１０４において算出されたブローバイガス流量割合ＰＣＶＲが、それよりも前の時点で算出されたブローバイガス流量割合の最大値ＰＣＶＲｍａｘよりも大きいか否かが判定される。ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲがブローバイガス流量割合の最大値ＰＣＶＲｍａｘよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１２０２へと進む。ステップＳ１２０２では、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲが新たなブローバイガス流量割合の最大値ＰＣＶＲｍａｘとされ、その後、ステップＳ１２０３へと進む。一方、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲがブローバイガス流量割合の最大値ＰＣＶＲｍａｘ以下であると判定された場合には、ブローバイガス流量割合の最大値ＰＣＶＲｍａｘを更新することなく、ステップＳ１２０３へと進む。
【０１３８】
ステップＳ１２０３では、図１８におけるステップＳ１１０４において算出されたブローバイガス流量割合ＰＣＶＲが、それよりも前の時点で算出されたブローバイガス流量割合の最小値ＰＣＶＲｍｉｎよりも小さいか否かが判定される。ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲがブローバイガス流量割合の最小値ＰＣＶＲｍｉｎよりも小さいと判定された場合には、ステップＳ１２０４へと進む。ステップＳ１２０４では、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲが新たなブローバイガス流量割合の最小値ＰＣＶＲｍｉｎとされ、その後、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲの最大値及び最小値の更新処理の制御ルーチンは終了する。一方、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲがブローバイガス流量割合の最小値ＰＣＶＲｍｉｎ以上であると判定された場合には、ブローバイガス流量割合の最小値ＰＣＶＲｍｉｎを更新することなく、ブローバイガス流量割合ＰＣＶＲの最大値及び最小値の更新処理の制御ルーチンは終了する。
【０１３９】
再び図１８を参照すると、ステップＳ１１０６においてブローバイガス流量割合ＰＣＶＲの最大値及び最小値の更新処理が実行された後、センサ出力カウント処理の制御ルーチンは終了する。
【０１４０】
第１実施形態の第１変形例と同様に、第２実施形態の第１変形例では、図１７におけるステップＳ１００６及びステップＳ１００７が図１３におけるステップＳ６０５とステップＳ６０６との間に実行される。また、第３実施形態の第１変形例では、図１７におけるステップＳ１００６及びステップＳ１００７が図１５におけるステップＳ８０５とステップＳ８０６との間に実行される。
【０１４１】
＜第１実施形態〜第３実施形態の第２変形例＞
次に、図２０〜図２２を参照して、本発明の第１実施形態〜第３実施形態の第２変形例について説明する。空燃比センサ４０、４１のゲインは、センサ素子の温度、大気圧等によって変動する。このため、ブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流を取得している間にセンサ素子の温度、大気圧等が変動した場合、異常診断装置は、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合よりも小さいブローバイガス流量割合に対応する空燃比センサ４０、４１の出力電流を正確に算出することができず、ひいては空燃比センサ４０、４１の異常を正確に診断することができないおそれがある。
【０１４２】
そこで、第１実施形態〜第３実施形態の第２変形例の異常診断装置は、ブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流が取得される複数の時点において、さらに、空燃比センサ４０、４１の出力電流を変動させる変動因子、例えばセンサ素子のインピーダンス及び大気圧の値を取得し、取得された変動因子の値の変化量を算出し、算出された変化量が所定値以上であるとき、空燃比センサ４０、４１の異常を判定しないように構成される。この結果、第１実施形態〜第３実施形態の第２変形例によれば、ブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流を取得している間に、空燃比センサ４０、４１の出力電流を変動させる変動因子が変動することによる空燃比センサ４０、４１の異常の誤診断を回避することができ、ひいては異常診断の精度を高めることができる。
【０１４３】
図２０は、本発明の第１実施形態の第２変形例における空燃比センサ４０、４１の異常診断処理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実行される。
【０１４４】
図２０におけるステップＳ１３０１〜ステップＳ１３０３、ステップＳ１３０５及びステップＳ１３０７〜ステップＳ１３１０は、図８におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０３、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６〜ステップＳ１０９と同様であることから説明を省略する。
【０１４５】
ステップＳ１３０４では、図２１に示すセンサ出力カウント処理の制御ルーチンが実行される。図２１は、第１実施形態〜第３実施形態の第２変形例におけるセンサ出力カウント処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図２１におけるステップＳ１４０１〜Ｓ１４０５は、図１１におけるステップＳ４０１〜Ｓ４０５と同様であることから説明を省略する。
【０１４６】
図２１に示すセンサ出力カウント処理の制御ルーチンでは、ステップＳ１４０５の後にステップＳ１４０６へと進む。ステップＳ１４０６では、図２２に示す出力電流変動因子の最大値及び最小値の更新処理の制御ルーチンが実行される。
【０１４７】
図２２は、出力電流変動因子の最大値及び最小値の更新処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンでは、出力電流の変動因子であるセンサ素子インピーダンスＩＰ及び大気圧Ｐが取得され、取得されたセンサ素子インピーダンスＩＰ及び大気圧Ｐが、それぞれ、それよりも前の時点で算出されたセンサ素子インピーダンスの最大値ＩＰｍａｘ及び最小値ＩＰｍｉｎ並びに大気圧の最大値Ｐｍａｘ及び最小値Ｐｍｉｎと比較されて、センサ素子インピーダンスの最大値ＩＰｍａｘ及び最小値ＩＰｍｉｎ並びに大気圧の最大値Ｐｍａｘ及び最小値Ｐｍｉｎが更新される。
【０１４８】
図２２に示したように、先ず、ステップＳ１５０１では、センサ素子インピーダンスＩＰが取得され、取得されたセンサ素子インピーダンスＩＰが、それよりも前の時点で取得されたセンサ素子インピーダンスの最大値ＩＰｍａｘよりも大きいか否かが判定される。センサ素子インピーダンスＩＰがセンサ素子インピーダンスの最大値ＩＰｍａｘよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１５０２へと進む。ステップＳ１５０２では、センサ素子インピーダンスＩＰが新たなセンサ素子インピーダンスの最大値ＩＰｍａｘとされ、その後、ステップＳ１５０３へと進む。一方、センサ素子インピーダンスＩＰがセンサ素子インピーダンスの最大値ＩＰｍａｘ以下であると判定された場合には、センサ素子インピーダンスの最大値ＩＰｍａｘを更新することなく、ステップＳ１５０３へと進む。
【０１４９】
ステップＳ１５０３では、取得されたセンサ素子インピーダンスＩＰが、それよりも前の時点で取得されたセンサ素子インピーダンスの最小値ＩＰｍｉｎよりも小さいか否かが判定される。センサ素子インピーダンスＩＰがセンサ素子インピーダンスの最小値ＩＰｍｉｎよりも小さいと判定された場合には、ステップＳ１５０４へと進む。ステップＳ１５０４では、センサ素子インピーダンスＩＰが新たなセンサ素子インピーダンスの最小値ＩＰｍｉｎとされ、その後、ステップＳ１５０５へと進む。一方、センサ素子インピーダンスＩＰがセンサ素子インピーダンスの最小値ＩＰｍｉｎ以上であると判定された場合には、センサ素子インピーダンスの最小値ＩＰｍｉｎを更新することなく、ステップＳ１５０５へと進む。
【０１５０】
ステップＳ１５０５では、大気圧Ｐが取得され、取得された大気圧Ｐが、それよりも前の時点で取得された大気圧の最大値Ｐｍａｘよりも大きいか否かが判定される。大気圧Ｐが大気圧の最大値Ｐｍａｘよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１５０６へと進む。ステップＳ１５０６では、大気圧Ｐが新たな大気圧の最大値Ｐｍａｘとされ、その後、ステップＳ１５０７へと進む。一方、大気圧Ｐが大気圧の最大値Ｐｍａｘ以下であると判定された場合には、大気圧の最大値Ｐｍａｘを更新することなく、ステップＳ１５０７へと進む。
【０１５１】
ステップＳ１５０７では、取得された大気圧Ｐが、それよりも前の時点で取得された大気圧の最小値Ｐｍｉｎよりも小さいか否かが判定される。大気圧Ｐが大気圧の最小値Ｐｍｉｎよりも小さいと判定された場合には、ステップＳ１５０８へと進む。ステップＳ１５０８では、大気圧Ｐが新たな大気圧の最小値Ｐｍｉｎとされ、その後、出力電流変動因子の最大値及び最小値の更新処理の制御ルーチンは終了する。一方、大気圧Ｐが大気圧の最小値Ｐｍｉｎ以上であると判定された場合には、大気圧の最小値Ｐｍｉｎを更新することなく、出力電流変動因子の最大値及び最小値の更新処理の制御ルーチンは終了する。
【０１５２】
再び図２１を参照すると、ステップＳ１４０６において出力電流変動因子の最大値及び最小値の更新処理が実行された後、センサ出力カウント処理の制御ルーチンは終了する。
【０１５３】
再び図２０を参照すると、ステップＳ１３０６では、出力電流変動因子の変化量が予め定められた出力電流変動因子の基準変化量未満であるか否かが判定される。具体的には、例えば、ステップＳ１３０４において得られたセンサ素子インピーダンスの最大値ＩＰｍａｘ及び最小値ＩＰｍｉｎ並びに大気圧の最大値Ｐｍａｘ及び最小値Ｐｍｉｎに基づいて、センサ素子インピーダンスの最大値ＩＰｍａｘと最小値ＩＰｍｉｎとの差分がセンサ素子インピーダンスの基準変化量未満であり且つ大気圧の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎとの差分が大気圧の基準変化量未満であるか否かが判定される。或いは、センサ素子インピーダンスの最大値ＩＰｍａｘと最小値ＩＰｍｉｎとの差分に大気圧の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎとの差分が掛け算された値が基準値未満であるか否かが判定されても良い。
【０１５４】
ステップＳ１３０６において出力電流変動因子の変化量が予め定められた出力電流変動因子の基準変化量未満であると判定された場合には、ステップＳ１３０７へと進む。一方、ステップＳ１３０６において出力電流変動因子の変化量が予め定められた出力電流変動因子の基準変化量以上であると判定された場合には、空燃比センサ４０、４１の正確な異常診断が困難であるため、異常診断制御の制御ルーチンは終了する。
【０１５５】
第１実施形態の第２変形例と同様に、第２実施形態の第２変形例では、図１３におけるステップＳ６０４において、図１１に示したセンサ出力カウント処理の代わりに、図２１に示したセンサ出力カウント処理の制御ルーチンが実行され、図２０におけるステップＳ１３０６が図１３におけるステップＳ６０５とステップＳ６０６との間に実行される。また、第３実施形態の第２変形例では、図１５におけるステップＳ８０４において、図１１に示したセンサ出力カウント処理の代わりに、図２１に示したセンサ出力カウント処理の制御ルーチンが実行され、図２０におけるステップＳ１３０６が図１５におけるステップＳ８０５とステップＳ８０６との間に実行される。
【０１５６】
なお、上記の全ての実施形態において、ブローバイガス流量割合及び空燃比センサ４０、４１の出力電流は、一回の燃料カット制御における複数の時点ではなく、複数回の燃料カット制御における複数の時点において算出されてもよい。この場合、センサ出力カウント処理によって得られる値は、異常診断処理の実行条件が成立していないと判定された場合にリセットされてゼロにされる代わりに、異常判定処理の終了後にリセットされてゼロにされる。
【０１５７】
また、上記のように複数回の燃料カット制御に亘って異常診断処理が実施される場合、複数回の燃料カット制御間における積算空気量が所定値以下である場合にのみ、空燃比センサ４０、４１の異常診断が判定されてもよい。複数回の燃料カット制御間における積算空気量が所定値以下であれば、複数回の燃料カット制御間におけるブローバイガス中のオイル量の変化が少ないことが予想される。したがって、上記の条件を設けることによって、複数回の燃料カット制御に亘って異常診断処理が実施されるときの異常診断の精度を高めることができる。
【符号の説明】
【０１５８】
１    機関本体
５    燃焼室
７    吸気ポート
９    排気ポート
１３    吸気枝管
１４    サージタンク
１８    スロットル弁
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
２５    ブローバイガス通路
２６    ＰＣＶバルブ
３１    ＥＣＵ
４０    上流側空燃比センサ
４１    下流側空燃比センサ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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