(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路において排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置された下流側空燃比センサの異常診断装置であって、
前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給する燃料量を制御する空燃比制御手段と、
前記燃焼室に供給する吸入空気量を検出するエアフロメータとを備え、
前記空燃比制御手段は、理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のいずれか一方の側である第１の側に設定された第１設定空燃比に前記目標空燃比を設定した後、前記下流側空燃比センサによって検出された下流側出力空燃比が理論空燃比よりも前記第１の側にあるときに、前記目標空燃比を前記第１設定空燃比から、理論空燃比に対して前記第１の側とは反対側の第２の側に設定された第２設定空燃比に切り替え、
当該下流側空燃比センサの異常診断装置は、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間を前記下流側出力空燃比の微分値に基づいて算出し、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの間に前記エアフロメータによって検出された吸入空気量に基づいて、算出された時間を補正し、該補正された時間が所定時間以上である場合に、前記下流側空燃比センサにおけるむだ時間に異常が生じていると判定し、該補正された時間が前記所定時間未満である場合に、前記下流側空燃比センサにおけるむだ時間に異常が生じていないと判定するように構成される、下流側空燃比センサの異常診断装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路において排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置された下流側空燃比センサの異常診断装置であって、
前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給する燃料量を制御する空燃比制御手段と、
前記燃焼室に供給する吸入空気量を検出するエアフロメータとを備え、
前記空燃比制御手段は、理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のいずれか一方の側である第１の側に設定された第１設定空燃比に前記目標空燃比を設定した後、前記下流側空燃比センサによって検出された下流側出力空燃比が理論空燃比よりも前記第１の側にあるときに、前記目標空燃比を前記第１設定空燃比から、理論空燃比に対して前記第１の側とは反対側の第２の側に設定された第２設定空燃比に切り替え、
当該下流側空燃比センサの異常診断装置は、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間を前記下流側出力空燃比の微分値に基づいて算出し、算出された時間が所定時間以上である場合に、前記下流側空燃比センサにおけるむだ時間に異常が生じていると判定するように構成され、
前記所定時間は、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの間に前記エアフロメータによって検出された吸入空気量に基づいて算出される、下流側空燃比センサの異常診断装置。
【請求項３】
前記算出された時間が前記所定時間未満である場合に、前記下流側空燃比センサにおけるむだ時間に異常が生じていないと判定するように構成される、請求項２に記載の下流側空燃比センサの異常診断装置。
【請求項４】
前記第１の側が理論空燃比よりもリッチ側であり、前記第２の側が理論空燃比よりもリーン側であり、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比の微分値が所定値よりも大きくなったときに前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めたと判定するように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の下流側空燃比センサの異常診断装置。
【請求項５】
前記第１の側が理論空燃比よりもリーン側であり、前記第２の側が理論空燃比よりもリッチ側であり、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比の微分値が所定値よりも小さくなったときに前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めたと判定するように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の下流側空燃比センサの異常診断装置。
【請求項６】
前記排気通路において前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置された上流側空燃比センサを更に備え、
前記空燃比制御手段は、前記上流側空燃比センサによって検出された上流側出力空燃比が前記目標空燃比に一致するように前記燃焼室に供給する燃料量をフィードバック制御する、請求項１から５のいずれか１項に記載の下流側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、下流側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、空燃比センサには、多かれ少なかれ応答遅れが存在する。下流側空燃比センサの応答遅れが過度に増大すると、排気浄化触媒から流出する排気空燃比の変化を迅速に検出することができないため、排気エミッションが悪化するおそれがある。そこで、特許文献１、２では、下流側空燃比センサの応答遅れの異常を診断する異常診断装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２５６１７５号公報
【特許文献２】特開２００９−２２１９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、空燃比センサの応答遅れの原因として、むだ時間及び一次遅れが知られている。むだ時間は、燃焼室に供給する燃料量を変化させてから空燃比センサの出力が変化し始めるまでの時間に相当し、一次遅れは、空燃比センサの出力が変化し始めてから実際の排気空燃比に相当する出力になるまでの時間に相当する。空燃比センサの応答遅れの異常を診断する場合、異常の原因が特定されることが望ましい。また、米国の法規では、上流側空燃比センサのむだ時間の異常と一次遅れの異常とを区別して検出することが要求されている。
【０００７】
特許文献１に記載の異常診断装置では、目標空燃比がリッチとリーンとの間で切り替えられてから下流側空燃比センサの出力が所定の閾値に達するまでの時間が所定時間以上である場合に、下流側空燃比センサの応答遅れが異常であると診断される。しかしながら、目標空燃比がリッチとリーンとの間で切り替えられてから下流側空燃比センサの出力が所定の閾値に達するまでの時間はむだ時間及び一次遅れの両方に応じて変化する。したがって、特許文献１に記載の異常診断装置では、下流側空燃比センサのむだ時間の異常と一次遅れの異常とを区別して検出することができない。
【０００８】
また、特許文献２には、燃料カット開始から下流側空燃比センサの出力がリーン方向に変化し始めるまでの時間をむだ時間として測定することが開示されている。しかしながら、特許文献２は、下流側空燃比センサの出力がリーン方向に変化し始めるタイミングの特定方法について何ら言及していない。
【０００９】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチ側又はリーン側から理論空燃比に変化するときのむだ時間の異常を精度良く診断することができる、下流側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】
【００１０】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路において排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置された下流側空燃比センサの異常診断装置であって、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給する燃料量を制御する空燃比制御手段を備え、前記空燃比制御手段は、理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のいずれか一方の側である第１の側に設定された第１設定空燃比に前記目標空燃比を設定した後、前記下流側空燃比センサによって検出された下流側出力空燃比が理論空燃比よりも前記第１の側にあるときに、前記目標空燃比を前記第１設定空燃比から、理論空燃比に対して前記第１の側とは反対側の第２の側に設定された第２設定空燃比に切り替え、当該下流側空燃比センサの異常診断装置は、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間を前記下流側出力空燃比の微分値に基づいて算出し、算出された時間が所定時間以上である場合に、前記下流側空燃比センサにおけるむだ時間に異常が生じていると判定するように構成される、下流側空燃比センサの異常診断装置が提供される。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において、前記算出された時間が前記所定時間未満である場合に、前記下流側空燃比センサにおけるむだ時間に異常が生じていないと判定するように構成される。
【００１２】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記第１の側が理論空燃比よりもリッチ側であり、前記第２の側が理論空燃比よりもリーン側であり、下流側空燃比センサの異常診断装置は、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比の微分値が所定値よりも大きくなったときに前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めたと判定するように構成される。
【００１３】
第４の発明では、第１又は第２の発明において、前記第１の側が理論空燃比よりもリーン側であり、前記第２の側が理論空燃比よりもリッチ側であり、下流側空燃比センサの異常診断装置は、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比の微分値が所定値よりも小さくなったときに前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めたと判定するように構成される。
【００１４】
第５の発明では、第１から第４のいずれか一つの発明において、下流側空燃比センサの異常診断装置は、前記排気通路において前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置された上流側空燃比センサを更に備え、前記空燃比制御手段は、前記上流側空燃比センサによって検出された上流側出力空燃比が前記目標空燃比に一致するように前記燃焼室に供給する燃料量をフィードバック制御する。
【００１５】
第６の発明では、第１から第５のいずれか一つの発明において、下流側空燃比センサの異常診断装置は、前記燃焼室に供給する吸入空気量を検出するエアフロメータを更に備え、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの間に前記エアフロメータによって検出された吸入空気量に基づいて前記算出された時間を補正し、該補正された時間が前記所定時間以上である場合に、前記下流側空燃比センサにおけるむだ時間に異常が生じていると判定し、該補正された時間が前記所定時間未満である場合に、前記下流側空燃比センサにおけるむだ時間に異常が生じていないと判定するように構成される。
【００１６】
第７の発明では、第１から第５のいずれか一つの発明において、下流側空燃比センサの異常診断装置は、前記燃焼室に供給する吸入空気量を検出するエアフロメータを更に備え、前記所定時間は、前記目標空燃比が前記第１設定空燃比から前記第２設定空燃比に切り替えられてから前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの間に前記エアフロメータによって検出された吸入空気量に基づいて算出される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ側又はリーン側から理論空燃比に変化するときのむだ時間の異常を精度良く診断することができる、下流側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】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る下流側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、下流側空燃比センサにおけるむだ時間に異常が生じていない場合の目標空燃比及び下流側空燃比センサの出力空燃比のタイムチャートである。
【図６】図６は、下流側空燃比センサにおけるむだ時間に異常が生じている場合の目標空燃比及び下流側空燃比センサの出力空燃比のタイムチャートである。
【図７】図７は、下流側空燃比センサのリッチ側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８】図８は、空燃比制御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、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１０】図１０は、下流側空燃比センサのリーン側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１１】図１１は、空燃比制御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、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、燃料カット制御及び復帰後リッチ制御における目標空燃比及び下流側空燃比センサの出力空燃比のタイムチャートである。
【図１４】図１４は、下流側空燃比センサのリーン側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１５】図１５は、下流側空燃比センサのむだ時間と吸入空気量の逆数との関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は、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、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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
＜第１実施形態＞
最初に、図１〜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。
【００２１】
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の実施形態に係る下流側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。
【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等は、空気を燃焼室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の集合部は排気浄化触媒２０を内蔵したケーシング２１に連結される。ケーシング２１は排気管２２に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、ケーシング２１、排気管２２等は、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】
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、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、排気浄化触媒２０から流出する排気ガス）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。
【００２６】
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。
【００２７】
排気浄化触媒２０は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。排気浄化触媒２０は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。
【００２８】
排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力によれば、排気浄化触媒２０は、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、排気浄化触媒２０は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるときには、排気浄化触媒２０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の酸素吸蔵能力が維持されている限り、排気浄化触媒２０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。
【００２９】
＜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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。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流が変化する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
＜下流側空燃比センサの異常診断＞
ところで、空燃比センサ４０、４１には、多かれ少なかれ応答遅れが存在する。下流側空燃比センサ４１の応答遅れが過度に増大すると、排気浄化触媒２０から流出する排気空燃比の変化を迅速に検出することができないため、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【００３８】
下流側空燃比センサ４１の応答遅れの原因として、むだ時間及び一次遅れが知られている。むだ時間は、燃焼室５に供給する燃料量を変化させてから下流側空燃比センサ４１の出力が変化し始めるまでの時間に相当し、一次遅れは、下流側空燃比センサ４１の出力が変化し始めてから実際の排気空燃比に相当する出力になるまでの時間に相当する。空燃比センサの応答遅れの異常を診断する場合、異常の原因が特定されることが望ましい。
【００３９】
そこで、本実施形態の内燃機関は、下流側空燃比センサ４１のむだ時間の異常を診断すべく、下流側空燃比センサ４１の異常診断装置を備える。本実施形態の異常診断装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ側又はリーン側から理論空燃比に変化するときのむだ時間の異常を診断する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ３１が異常診断装置として機能する。
【００４０】
本実施形態の異常診断装置は空燃比制御手段を備える。空燃比制御手段は、機関運転状態等に基づいて排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比を設定する。目標空燃比は、例えば、排気浄化触媒２０の浄化効率を高めるべく、理論空燃比（１４．６）とされる。なお、目標空燃比は下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいて設定されてもよい。例えば、目標空燃比は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比となったときに理論空燃比よりもリーンな空燃比とされ、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比となったときに理論空燃比よりもリッチな空燃比とされてもよい。なお、出力空燃比とは、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。
【００４１】
また、空燃比制御手段は、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室５に供給する燃料量を制御する。具体的には、空燃比制御手段は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室５に供給する燃料量をフィードバック制御する。なお、上流側空燃比センサ４０を用いることなく、燃焼室５に供給する燃料量が制御されてもよい。この場合、燃焼室５に供給される燃料と空気との比率が目標空燃比に一致するように、エアフロメータ３９によって検出された吸入空気量と、目標空燃比とから算出された燃料量が燃焼室５に供給される。
【００４２】
本実施形態では、空燃比制御手段は、むだ時間の異常を診断するときには、理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比と、理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比との間で目標空燃比を交互に切り替える。リッチ設定空燃比は、予め定められた空燃比であり、例えば１４．１とされる。リーン設定空燃比は、予め定められた空燃比であり、例えば１６．１とされる。
【００４３】
具体的には、空燃比制御手段は、目標空燃比をリッチ設定空燃比に設定した後、下流側空燃比センサ４１によって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比に達したときに目標空燃比をリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替える。また、空燃比制御手段は、目標空燃比をリーン設定空燃比に設定した後、下流側空燃比センサ４１によって検出された空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比に達したときに目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替える。リッチ判定空燃比は、予め定められた空燃比であり、例えば１４．５５とされる。目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定された後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比に達すると、理論空燃比よりもリッチな排気ガスが下流側空燃比センサ４１に到達したと判定される。また、リーン判定空燃比は、予め定められた空燃比であり、例えば１４．６５とされる。目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定された後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比に達すると、理論空燃比よりもリーンな排気ガスが下流側空燃比センサ４１に到達したと判定される。
【００４４】
異常診断装置は、目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替えられてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間を下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の微分値に基づいて算出し、算出された時間が予め定められた所定時間以上である場合に、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると判定し、算出された時間が予め定められた所定時間未満である場合に、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていない、すなわち下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間が正常であると判定する。具体的には、異常診断装置は、目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替えられてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の微分値が所定値よりも大きくなったときに下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めたと判定する。
【００４５】
また、異常診断装置は、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替えられてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間を下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の微分値に基づいて算出し、算出された時間が予め定められた所定時間以上である場合に、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると判定し、算出された時間が予め定められた所定時間未満である場合に、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていない、すなわち下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間が正常であると判定する。具体的には、異常診断装置は、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替えられてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の微分値が所定値よりも小さくなったときに下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めたと判定する。
【００４６】
以下、図５〜図１２を参照して、斯かる異常診断について具体的に説明する。
【００４７】
＜異常診断のタイムチャート＞
図５は、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていない場合の目標空燃比ＴＡＦ及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎのタイムチャートである。図６は、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じている場合の目標空燃比ＴＡＦ及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎのタイムチャートである。図５及び図６の例では、同様の空燃比制御が実施される。
【００４８】
図５及び図６の例では、時刻ｔ1以前には、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定されている。時刻ｔ0では、排気浄化触媒２０には酸素が吸蔵されているため、理論空燃比よりもリッチな排気ガスは排気浄化触媒２０で浄化され、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎ（以下「下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎ」ともいう）は理論空燃比となっている。その後、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに近づくと、理論空燃比よりもリッチな排気ガスが排気浄化触媒２０から流出し始める。この結果、時刻ｔ1において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達する。このとき、理論空燃比よりもリッチな排気ガスが下流側空燃比センサ４１に到達したと判定される。
【００４９】
時刻ｔ1において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替えられる。この結果、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が増大し、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎは理論空燃比に向かって変化する。
【００５０】
本実施形態では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始める時刻（図５及び図６における時刻ｔ2）が下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値に基づいて特定される。具体的には、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が所定値よりも大きくなった時刻が、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めた時刻とされる。なお、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値とは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの時間変化の傾きを意味する。
【００５１】
所定値は、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めるときを出力信号のノイズと区別して特定できるような値とされ、ゼロ又はゼロよりも僅かに大きな値とされる。図５及び図６の例では、所定値はゼロとされている。また、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が所定の時間間隔で検出され、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が複数回連続して所定値よりも大きくなった時刻が、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めた時刻とされてもよい。
【００５２】
本実施形態では、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替えられてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間がリッチ側むだ時間Ｔｒとして算出される。図５の例では、リッチ側むだ時間Ｔｒが予め定められたリッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ未満であるため、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていない、すなわち下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間が正常であると判定される。一方、図６の例では、リッチ側むだ時間Ｔｒが予め定められたリッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ以上であるため、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると判定される。
【００５３】
下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に達した後、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が更に増大して最大吸蔵量に近づくと、理論空燃比よりもリーンな排気ガスが排気浄化触媒２０から流出し始める。この結果、時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達する。このとき、理論空燃比よりもリーンな排気ガスが下流側空燃比センサ４１に到達したと判定される。
【００５４】
時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になると、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎからリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに切り替えられる。この結果、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が減少し、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎは理論空燃比に向かって変化する。
【００５５】
本実施形態では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始める時刻（図５及び図６における時刻ｔ4）が下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値に基づいて特定される。具体的には、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が所定値よりも小さくなった時刻が、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めた時刻とされる。
【００５６】
所定値は、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めるときを出力信号のノイズと区別して特定できるような値とされ、ゼロ又はゼロよりも僅かに小さな値とされる。図５及び図６の例では、所定値はゼロとされている。また、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が所定の時間間隔で検出され、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が複数回連続して所定値よりも小さくなった時刻が、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めた時刻とされてもよい。
【００５７】
本実施形態では、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎからリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに切り替えられてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間がリーン側むだ時間Ｔｌとして算出される。図５の例では、リーン側むだ時間Ｔｌが予め定められたリーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒ未満であるため、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていない、すなわち下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間が正常であると判定される。一方、図６の例では、リーン側むだ時間Ｔｌが予め定められたリーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒ以上であるため、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると判定される。なお、本実施形態では、リーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒは、リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒと同じ時間とされているが、リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒとは異なる時間であってもよい。
【００５８】
＜本実施形態の異常診断における効果＞
ところで、目標空燃比ＴＡＦが切り替えられてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが所定値（例えばリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ又はリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ）に達するまでの時間は下流側空燃比センサ４１の一次遅れの影響を受ける。一方、目標空燃比ＴＡＦが切り替えられてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間は下流側空燃比センサ４１の一次遅れの影響をほとんど受けない。本実施形態では、上述したように、目標空燃比ＴＡＦが切り替えられてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間がむだ時間として算出される。このため、下流側空燃比センサ４１のむだ時間の異常を一次遅れの異常と区別して検出することができる。
【００５９】
また、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロでない状態で下流側空燃比センサ４１のリッチ側むだ時間Ｔｒが算出されると、リッチ側むだ時間Ｔｒは排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量の影響を受ける。一方、本実施形態では、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロの状態で下流側空燃比センサ４１のリッチ側むだ時間Ｔｒが算出されるため、リッチ側むだ時間Ｔｒは排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量の影響を受けない。このため、本実施形態では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリッチ側から理論空燃比に変化するときのむだ時間の異常を精度良く診断することができる。
【００６０】
また、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大でない状態で下流側空燃比センサ４１のリーン側むだ時間Ｔｌが算出されると、リーン側むだ時間Ｔｌは排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量の影響を受ける。一方、本実施形態では、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大の状態で下流側空燃比センサ４１のリーン側むだ時間Ｔｌが算出されるため、リーン側むだ時間Ｔｌは排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量の影響を受けない。このため、本実施形態では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリーン側から理論空燃比に変化するときのむだ時間の異常を精度良く診断することができる。
【００６１】
＜リッチ側異常診断の制御ルーチン＞
以下、図７のフローチャートを参照して、下流側空燃比センサ４１のリッチ側異常診断について詳細に説明する。図７は、下流側空燃比センサ４１のリッチ側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では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリッチ側から理論空燃比に変化するときのむだ時間の異常が診断される。
【００６２】
図示した制御ルーチンは、例えば、内燃機関の始動毎に、内燃機関の始動後の所定のタイミングで実行される。最初に、ステップＳ１０１において、リッチ側異常判定フラグＦｒｆが１であるか否かが判定される。リッチ側異常判定フラグＦｒｆは、後述する異常判定処理によって、下流側空燃比センサ４１におけるリッチ側むだ時間に異常が生じていると判定された場合に１とされるフラグである。なお、リッチ側異常判定フラグＦｒｆの初期値はゼロに設定される。ステップＳ１０１において、リッチ側異常判定フラグＦｒｆが１であると判定された場合、異常診断を実施する必要がないため、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ１０１において、リッチ側異常判定フラグＦｒｆがゼロであると判定された場合、ステップＳ１０２へと進む。
【００６３】
ステップＳ１０２では、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。下流側空燃比センサ４１のむだ時間は、大気圧、センサ素子の温度等によって変動する場合がある。このため、ステップＳ１０２では、異常診断の精度を高めるために、例えば、大気圧及びセンサ素子の温度が所定の範囲内にあるか否かが判定される。大気圧及びセンサ素子の温度が所定の範囲内にある場合には、異常診断処理の実行条件が成立していると判定される。また、異常診断は内燃機関の始動毎に一回だけ行われてもよいため、ステップＳ１０２において、内燃機関の始動後に異常診断が既に行われているか否かが判定されてもよい。内燃機関の始動後に異常診断が既に行われている場合、異常診断処理の実行条件が成立していないと判定される。ステップＳ１０２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、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ１０２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Ｓ１０３へと進む。
【００６４】
ステップＳ１０３では、後述する空燃比制御処理が実行される。次いで、ステップＳ１０４では、後述する異常判定処理が実行される。ステップＳ１０４の後、本制御ルーチンは終了する。
【００６５】
＜空燃比制御処理の制御ルーチン＞
図７のステップＳ１０３における空燃比制御処理では、最初に、現在の下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎに基づいて目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ又はリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定される。その後、リッチ側むだ時間Ｔｒを算出すべく、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎとリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈとの間で切り替えられる。以下、図８のフローチャートを参照して、斯かる空燃比制御処理について詳細に説明する。図８は、空燃比制御処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００６６】
最初に、ステップＳ２０１において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きいと判定された場合、ステップＳ２０２へと進む。
【００６７】
ステップＳ２０２では、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定される。次いで、ステップＳ２０３では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きいと判定された場合、ステップＳ２０２へと戻る。一方、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合、ステップＳ２０４へと進む。したがって、目標空燃比ＴＡＦは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下となるまで、リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに維持される。
【００６８】
ステップＳ２０４では、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替えられる。ステップＳ２０４の後、本制御ルーチンは終了する。
【００６９】
一方、ステップＳ２０１において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合、ステップＳ２０５へと進む。ステップＳ２０５では、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定される。
【００７０】
次いで、ステップＳ２０６では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さいと判定された場合、ステップＳ２０５へと戻る。一方、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定された場合、ステップＳ２０２へと進む。したがって、目標空燃比ＴＡＦは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上となるまで、リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに維持される。
【００７１】
ステップＳ２０２では、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎからリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに切り替えられる。ステップＳ２０２の後、前述したステップＳ２０３及びステップＳ２０４が実施される。
【００７２】
＜異常判定処理の制御ルーチン＞
図７のステップＳ１０４における異常判定処理では、リッチ側むだ時間Ｔｒが算出され、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じているか否かが判定される。以下、図９のフローチャートを参照して、斯かる異常判定処理について詳細に説明する。図９は、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。
【００７３】
最初に、ステップＳ３０１において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値ＤＡＦｄｗｎが所定値Ａよりも大きいか否かが判定される。所定値Ａはゼロ又はゼロよりも僅かに大きな値である。この判定は、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めた否かを判定するために行われる。下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値ＤＡＦｄｗｎが所定値Ａ以下であると判定された場合、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めていないと判定され、ステップＳ３０２へと進む。
【００７４】
ステップＳ３０２では、リッチ側むだ時間Ｔｒに微小時間Δｔが加算された値が新たなリッチ側むだ時間Ｔｒとされる。ステップＳ３０１において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値ＤＡＦｄｗｎが所定値Ａよりも大きいと判定されると、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めたと判定され、ステップＳ３０３へと進む。したがって、ステップＳ３０２において積算されたリッチ側むだ時間Ｔｒは、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替えられてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間に相当する。なお、リッチ側むだ時間Ｔｒの初期値はゼロに設定される。
【００７５】
ステップＳ３０３では、リッチ側むだ時間Ｔｒがリッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ以上であるか否かが判定される。リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒは、予め定められた時間であり、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると判定される時間の最小値に相当する。ステップＳ３０３において、リッチ側むだ時間Ｔｒがリッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ以上であると判定された場合、ステップＳ３０４へと進む。ステップＳ３０４では、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると考えられるため、リッチ側異常判定フラグＦｒｆが１に設定される。なお、ステップＳ３０４において、異常の発生をユーザに知らせるべく、警告灯が点灯せしめられてもよい。一方、ステップＳ３０３において、リッチ側むだ時間Ｔｒがリッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ未満であると判定された場合、ステップＳ３０５へと進む。ステップＳ３０５では、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていない、すなわち下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間が正常であると考えられるため、リッチ側異常判定フラグＦｒｆがゼロに設定される。
【００７６】
ステップＳ３０４又はステップＳ３０５において異常判定が行われた後、ステップＳ３０６へと進む。ステップＳ３０６では、リッチ側むだ時間Ｔｒがリセットされてゼロにされる。ステップＳ３０６の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７７】
＜リーン側異常診断の制御ルーチン＞
以下、図１０のフローチャートを参照して、下流側空燃比センサ４１のリーン側異常診断について詳細に説明する。図１０は、下流側空燃比センサ４１のリーン側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では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリーン側から理論空燃比に変化するときのむだ時間の異常が診断される。
【００７８】
図示した制御ルーチンは、例えば、内燃機関の始動毎に、内燃機関の始動後の所定のタイミングで実行される。なお、図示した制御ルーチンは、図７に示したリッチ側異常診断処理の終了後に連続して実行されてもよい。最初に、ステップＳ４０１において、リーン側異常判定フラグＦｌｆが１であるか否かが判定される。リーン側異常判定フラグＦｌｆは、後述する異常判定処理によって、下流側空燃比センサ４１におけるリーン側むだ時間に異常が生じていると判定された場合に１とされるフラグである。なお、リーン側異常判定フラグＦｌｆの初期値はゼロに設定される。ステップＳ４０１において、リーン側異常判定フラグＦｌｆが１であると判定された場合、異常診断を実施する必要がないため、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ４０１において、リーン側異常判定フラグＦｌｆがゼロであると判定された場合、ステップＳ４０２へと進む。
【００７９】
図１０におけるステップＳ４０２は、図７におけるステップＳ１０２と同様であることから説明を省略する。ステップＳ４０３では、後述する空燃比制御処理が実行される。次いで、ステップＳ４０４では、後述する異常判定処理が実行される。ステップＳ４０４の後、本制御ルーチンは終了する。
【００８０】
＜空燃比制御処理の制御ルーチン＞
図７のステップＳ４０３における空燃比制御処理では、最初に、現在の下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎに基づいて目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ又はリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定される。その後、リーン側むだ時間Ｔｌを算出すべく、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎとリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈとの間で切り替えられる。以下、図１１のフローチャートを参照して、斯かる空燃比制御処理について詳細に説明する。図１１は、空燃比制御処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００８１】
最初に、ステップＳ５０１において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合、ステップＳ５０２へと進む。
【００８２】
ステップＳ５０２では、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定される。次いで、ステップＳ５０３では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さいと判定された場合、ステップＳ５０２へと戻る。一方、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定された場合、ステップＳ５０４へと進む。したがって、目標空燃比ＴＡＦは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上となるまで、リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに維持される。
【００８３】
ステップＳ５０４では、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎからリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに切り替えられる。ステップＳ５０４の後、本制御ルーチンは終了する。
【００８４】
一方、ステップＳ５０１において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きいと判定された場合、ステップＳ５０５へと進む。ステップＳ５０５では、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定される。
【００８５】
次いで、ステップＳ５０６では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きいと判定された場合、ステップＳ５０５へと戻る。一方、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合、ステップＳ５０２へと進む。したがって、目標空燃比ＴＡＦは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下となるまで、リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに維持される。
【００８６】
ステップＳ５０２では、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替えられる。ステップＳ５０２の後、前述したステップＳ５０３及びステップＳ５０４が実施される。
【００８７】
＜異常判定処理の制御ルーチン＞
図１０のステップＳ４０４における異常判定処理では、リーン側むだ時間Ｔｌが算出され、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じているか否かが判定される。以下、図１２のフローチャートを参照して、斯かる異常判定処理について詳細に説明する。図１２は、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。
【００８８】
最初に、ステップＳ６０１において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値ＤＡＦｄｗｎが所定値Ｂよりも小さいか否かが判定される。所定値Ｂはゼロ又はゼロよりも僅かに小さな値である。この判定は、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めた否かを判定するために行われる。下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値ＤＡＦｄｗｎが所定値Ｂ以上であると判定された場合、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めていないと判定され、ステップＳ６０２へと進む。
【００８９】
ステップＳ６０２では、リーン側むだ時間Ｔｌに微小時間Δｔが加算された値が新たなリーン側むだ時間Ｔｌとされる。ステップＳ６０１において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値ＤＡＦｄｗｎが所定値Ｂよりも小さいと判定されると、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めたと判定され、ステップＳ６０３へと進む。したがって、ステップＳ６０２において積算されたリーン側むだ時間Ｔｌは、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに切り替えられてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間に相当する。なお、リーン側むだ時間Ｔｌの初期値はゼロに設定される。
【００９０】
ステップＳ６０３では、リーン側むだ時間Ｔｌがリーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒ以上であるか否かが判定される。リーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒは、予め定められた時間であり、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると判定される時間の最小値に相当する。ステップＳ６０３において、リーン側むだ時間Ｔｌがリーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒ以上であると判定された場合、ステップＳ６０４へと進む。ステップＳ６０４では、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると考えられるため、リーン側異常判定フラグＦｌｆが１に設定される。なお、ステップＳ６０４において、異常の発生をユーザに知らせるべく、警告灯が点灯せしめられてもよい。一方、ステップＳ６０３において、リーン側むだ時間Ｔｌがリーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒ未満であると判定された場合、ステップＳ６０５へと進む。ステップＳ６０５では、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていない、すなわち下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間が正常であると考えられるため、リーン側異常判定フラグＦｌｆがゼロに設定される。
【００９１】
ステップＳ６０４又はステップＳ６０５において異常判定が行われた後、ステップＳ６０６へと進む。ステップＳ６０６では、リーン側むだ時間Ｔｌがリセットされてゼロにされる。ステップＳ６０６の後、本制御ルーチンは終了する。
【００９２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の内燃機関の構成及び制御は基本的に第１実施形態の内燃機関と同様であるため、以下の説明では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。第２実施形態では、燃料カット制御の終了後に、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリーン側から理論空燃比に変化するときのむだ時間の異常が診断される。以下、本実施形態における燃料カット制御について説明する。
【００９３】
＜燃料カット制御＞
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。例えば、燃料カット制御は、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。
【００９４】
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、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、排気浄化触媒２０に多量の酸素が流入し、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量に達する。
【００９５】
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、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強リッチ設定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。
【００９６】
以下、図１３のタイムチャート及び図１４のフローチャートを参照して、第２実施形態における異常診断について具体的に説明する。
【００９７】
＜リーン側異常診断のタイムチャート＞
図１３は、燃料カット制御及び復帰後リッチ制御における目標空燃比ＴＡＦ及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎのタイムチャートである。
【００９８】
図示した例では、時刻ｔ1以前に燃料カット制御が実施されている。燃料カット制御によって排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は最大となり、排気浄化触媒２０から流出する排気ガスはほぼ空気となっている。このため、時刻ｔ1以前には、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎは非常に大きな値を示している。図１３には、燃料カット制御中の目標空燃比ＴＡＦの値が示されていないが、燃料カット制御中には、燃料の供給が停止されているため、目標空燃比ＴＡＦは理論空燃比よりもリーンな空燃比に設定されていると言える。
【００９９】
時刻ｔ1において、燃料カット制御が終了されると、燃料カット制御中に排気浄化触媒２０に吸蔵された多量の酸素を放出するために、復帰後リッチ制御が行われる。復帰後リッチ制御では、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈよりもリッチな強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈにされる。強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈは、予め定められた空燃比であり、例えば１３．５とされる。その後、理論空燃比よりもリッチな排気ガスが排気浄化触媒２０に流入すると、排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素が放出されるため、排気浄化触媒２０から流出する酸素量が減少する。この結果、時刻ｔ2において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始める。
【０１００】
本実施形態では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始める時刻（図１３における時刻ｔ2）が下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値に基づいて特定される。具体的には、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が所定値よりも小さくなった時刻が、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めた時刻とされる。
【０１０１】
所定値は、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めるときを出力信号のノイズと区別して特定できるような値とされ、ゼロ又はゼロよりも僅かに小さな値とされる。図１３の例では、所定値はゼロとされている。また、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が所定の時間間隔で検出され、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が複数回連続して所定値よりも小さくなった時刻が、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めた時刻とされてもよい。
【０１０２】
本実施形態では、目標空燃比ＴＡＦが強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈに設定されてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間がリーン側むだ時間Ｔｌとして算出される。リーン側むだ時間Ｔｌが予め定められたリーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒ以上である場合には、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると判定される。
【０１０３】
＜リーン側異常診断の制御ルーチン＞
図１４は、下流側空燃比センサ４１のリーン側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では、燃料カット制御の終了後に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリーン側から理論空燃比に変化するときのむだ時間の異常が診断される。図示した制御ルーチンは、所定の燃料カットの終了条件が成立すると実行される。
【０１０４】
最初に、ステップＳ７０１において、目標空燃比ＴＡＦが強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈに設定される。次いで、ステップＳ７０２では、リーン側異常判定フラグＦｌｆが１であるか否かが判定される。リーン側異常判定フラグＦｌｆが１であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、リーン側異常判定フラグＦｌｆがゼロであると判定された場合、ステップＳ７０３へと進む。ステップＳ７０３では、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していないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、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Ｓ７０４へと進む。ステップＳ７０４では、図１２に示される異常判定処理が実行される。ステップＳ７０４の後、本制御ルーチンは終了する。なお、ステップＳ７０２、ステップＳ７０３及びステップＳ７０４は、図１０におけるステップＳ４０１、ステップＳ４０２及びステップＳ４０４と同様であるため、ここでは詳細に説明しない。
【０１０５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態の内燃機関の構成及び制御は基本的に第１実施形態及び第２実施形態の内燃機関と同様であるため、以下の説明では、第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１０６】
図１５は、下流側空燃比センサ４１のむだ時間と吸入空気量の逆数との関係を示すグラフである。吸入空気量は、例えば、むだ時間の算出中にエアフロメータ３９によって検出された値の平均値として算出される。図１５では、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていない場合の値が丸としてプロットされ、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じている場合の値が四角としてプロットされている。
【０１０７】
図１５に示されるように、下流側空燃比センサ４１のむだ時間は吸入空気量の逆数と相関する。具体的には、下流側空燃比センサ４１のむだ時間は、吸入空気量の逆数が大きいほど長くなる。そこで、第３実施形態では、第１実施形態又は第２実施形態において算出されたむだ時間が、目標空燃比が切り替えられてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの間にエアフロメータ３９によって検出された吸入空気量に基づいて補正される。具体的には、むだ時間は、吸入空気量の逆数が大きいほど短くなるように補正される。言い換えれば、むだ時間は、吸入空気量が少ないほど短くなるように補正される。補正されたむだ時間が予め定められた所定時間以上である場合に、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると判定される。この結果、第３実施形態では、算出されるむだ時間が吸入空気量によって変動することを低減することができるため、下流側空燃比センサ４１のむだ時間の異常をより精度良く診断することができる。
【０１０８】
以下、図１６及び図１７のフローチャートを参照して、第３実施形態における異常診断について具体的に説明する。
【０１０９】
第３実施形態では、図７に示したリッチ側異常診断処理が実行されるが、図７におけるステップＳ１０４において、図１６に示した異常判定処理が実行される。図１６は、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。
【０１１０】
図１６におけるステップＳ８０１及びステップＳ８０２は、図９におけるステップＳ３０１及びステップＳ３０２と同様であることから説明を省略する。ステップＳ８０２の後、ステップＳ８０３へと進む。
【０１１１】
ステップＳ８０３では、前回算出された合計吸入空気量ＧＡｓｕｍに、新たに検出された吸入空気量ＧＡが加算された値が新たな合計吸入空気量ＧＡｓｕｍとされる。吸入空気量ＧＡはエアフロメータ３９によって検出される。なお、合計吸入空気量ＧＡｓｕｍの初期値はゼロに設定される。また、ステップＳ８０３では、前回算出された検出回数ＣＯＵＮＴに１が加算された値が新たな検出回数ＣＯＵＮＴとされる。なお、検出回数ＣＯＵＮＴの初期値はゼロに設定される。ステップＳ８０３の後、ステップＳ８０１へと進む。
【０１１２】
ステップＳ８０１において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値ＤＡＦｄｗｎが所定値Ａよりも大きいと判定されると、ステップＳ８０４へと進む。ステップＳ８０４では、平均吸入空気量ＧＡａｖｅが算出される。具体的には、ステップＳ８０３において算出された合計吸入空気量ＧＡｓｕｍをステップＳ８０３において算出された検出回数ＣＯＵＮＴで除算した値が平均吸入空気量ＧＡａｖｅとされる。したがって、平均吸入空気量ＧＡａｖｅは、むだ時間の算出中に燃焼室５に供給された吸入空気量の平均値に相当する。
【０１１３】
次いで、ステップＳ８０５では、ステップＳ８０２において算出されたリッチ側むだ時間Ｔｒが補正される。補正後のリッチ側むだ時間Ｔｃｒは例えば以下の式によって算出される。
Ｔｃｒ＝（ＧＡｒｅｆ−１／ＧＡａｖｅ）×ａ＋Ｔｒ
ここで、ＧＡｒｅｆは基準吸入空気量を表し、ａは補正係数を表している。基準吸入空気量ＧＡｒｅｆは、予め定められ、所定の吸入空気量の逆数に相当する値である。また、補正係数ａは、実験又は計算によって算出され、図１５に示した二組のデータ群の傾きに相当する値である。したがって、（ＧＡｒｅｆ−１／ＧＡａｖｅ）×ａは、リッチ側むだ時間Ｔｒの補正量に相当し、平均吸入空気量ＧＡａｖｅの逆数が大きいほどリニアに小さくなる。なお、リッチ側むだ時間Ｔｒの補正量は、上記の式を用いることなく、吸入空気量の逆数が大きくなるにつれて、すなわち吸入空気量が少なくなるにつれて段階的に（ステップ状に）小さくなるように設定されてもよい。
【０１１４】
次いで、ステップＳ８０６では、補正後のリッチ側むだ時間Ｔｃｒがリッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ以上であるか否かが判定される。ステップＳ８０６において、補正後のリッチ側むだ時間Ｔｃｒがリッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ以上であると判定された場合、ステップＳ８０７へと進む。ステップＳ８０７では、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていると考えられるため、リッチ側異常判定フラグＦｒｆが１に設定される。一方、ステップＳ８０６において、補正後のリッチ側むだ時間Ｔｃｒがリッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ未満であると判定された場合、ステップＳ８０８へと進む。ステップＳ８０８では、下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間に異常が生じていない、すなわち下流側空燃比センサ４１におけるむだ時間が正常であると考えられるため、リッチ側異常判定フラグＦｒｆがゼロに設定される。
【０１１５】
ステップＳ８０７又はステップＳ８０８において異常判定が行われた後、ステップＳ８０９へと進む。ステップＳ８０９では、リッチ側むだ時間Ｔｒ、補正後のリッチ側むだ時間Ｔｃｒ、検出回数ＣＯＵＮＴ及び合計吸入空気量ＧＡｓｕｍがリセットされてゼロにされる。ステップＳ８０９の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１１６】
また、第３実施形態では、図１０に示したリーン側異常診断処理が実行されるが、図１０におけるステップＳ４０４において、図１７に示した異常判定処理が実行される。同様に、第３実施形態では、図１４に示したリーン側異常診断処理が実行されるが、図１４におけるステップＳ７０４において、図１７に示した異常判定処理が実行される。
【０１１７】
図１７は、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におけるステップＳ９０１、ステップＳ９０２、ステップＳ９０７及びステップＳ９０８は図１２におけるステップＳ６０１、ステップＳ６０２、ステップＳ６０４及びステップＳ６０５と同様であることから説明を省略する。また、図１７におけるステップＳ９０３〜ステップＳ９０６及びステップＳ９０９は、図１６におけるステップＳ８０３〜ステップＳ８０６及びステップＳ８０９と同様であることから説明を省略する。
【０１１８】
なお、第３実施形態では、むだ時間を補正する代わりに、リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ及びリーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒが、目標空燃比が切り替えられてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの間にエアフロメータ３９によって検出された吸入空気量に基づいて算出されてもよい。具体的には、リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ及びリーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒは、吸入空気量の逆数が大きいほど長くなるように算出される。言い換えれば、リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ及びリーン側閾値時間Ｔｌｔｈｒは、吸入空気量が少ないほど長くなるように算出される。
【０１１９】
この場合、図１６におけるステップＳ８０５において、リッチ側むだ時間Ｔｒを補正する代わりに、リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒが算出される。リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒは例えば以下の式によって算出される。
Ｔｒｔｈｒ＝（１／ＧＡａｖｅ−ＧＡｒｅｆ）×ａ＋Ｔｒｒｔｈｒ
ここで、Ｔｒｒｔｈｒは基準リッチ側閾値時間を表す。基準リッチ側閾値時間Ｔｒｒｔｈｒは、予め定められ、基準吸入空気量ＧＡｒｅｆに基づいて実験又は計算によって算出される。したがって、リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒは、平均吸入空気量ＧＡａｖｅの逆数が大きいほどリニアに長くされる。なお、リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒは、上記の式を用いることなく、吸入空気量の逆数が大きくなるにつれて、すなわち吸入空気量が少なくなるにつれて段階的に（ステップ状に）長くなるように設定されてもよい。
【０１２０】
また、リッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒは、平均吸入空気量ＧＡａｖｅの逆数の関数として示されたマップに基づいて算出されてもよい。具体的には、上記マップでは、リッチ側閾値時間Ｔｒｒｔｈｒは、平均吸入空気量ＧＡａｖｅの逆数が大きいほど長くなるものとして示される。
【０１２１】
上記のステップＳ８０５の後、ステップＳ８０６では、ステップＳ８０２において算出されたリッチ側むだ時間Ｔｒが、ステップＳ８０５において算出されたリッチ側閾値時間Ｔｒｔｈｒ以上であるか否かが判定される。なお、図１７におけるステップＳ９０５及びステップＳ９０６も図１６におけるステップＳ８０５及びステップＳ８０６と同様に変更可能である。
【０１２２】
なお、上述した全ての制御は内燃機関のＥＣＵ３１によって制御される。
【０１２３】
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときに燃料カット制御が開始された場合に異常診断が実施されてもよい。この場合、燃料カット制御によって燃焼室５への燃料の供給が停止されてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に向かって変化し始めるまでの時間が下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の微分値に基づいて算出される。
【符号の説明】
【０１２４】
１    機関本体
５    燃焼室
６    吸気弁
７    吸気ポート
８    排気弁
９    排気ポート
１１    燃料噴射弁
１９    排気マニホルド
２０    排気浄化触媒
３１    ＥＣＵ
３９    エアフロメータ
４０    上流側空燃比センサ
４１    下流側空燃比センサ
【図１】
0006350434.tif 000002
【図２】
0006350434.tif 000003
【図３】
0006350434.tif 000004
【図４】
0006350434.tif 000005
【図５】
0006350434.tif 000006
【図６】
0006350434.tif 000007
【図７】
0006350434.tif 000008
【図８】
0006350434.tif 000009
【図９】
0006350434.tif 000010
【図１０】
0006350434.tif 000011
【図１１】
0006350434.tif 000012
【図１２】
0006350434.tif 000013
【図１３】
0006350434.tif 000014
【図１４】
0006350434.tif 000015
【図１５】
0006350434.tif 000016
【図１６】
0006350434.tif 000017
【図１７】
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