(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の排ガス浄化触媒の下流側に装備された排ガスセンサの劣化を診断する触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置であって、
前記内燃機関の燃料カットを実施する内燃機関制御手段と、
前記燃料カットを実施しているときに前記排ガスセンサの出力値が酸素過剰側に変化しながら予め設定された検出値帯域を通過する際の経過期間を予め設定された故障判定値と比較して、前記経過期間が前記故障判定値よりも大きければ、前記触媒下流側排ガスセンサは劣化していると判定するセンサ劣化判定手段と、
前記燃料カットの開始時点から前記排ガスセンサの出力値が前記検出値帯域よりも酸素不足側に予め設定された所定出力値まで変化した時点までの期間に応じたパラメータ値を、所定の閾値と比較して、前記パラメータ値が前記所定の閾値未満の場合には、前記センサ劣化判定手段による前記劣化判定を禁止する劣化判定禁止手段とを備えている
ことを特徴とする、触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置。
【請求項２】
前記パラメータ値は、吸入空気量の積算値であると共に、前記所定の閾値は前記吸入空気量の積算値に相関するものであって、前記劣化判定禁止手段は、前記吸入空気量積算値が前記所定の閾値未満の場合には、前記センサ劣化判定手段による前記劣化判定を禁止する
ことを特徴とする、請求項１記載の触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置。
【請求項３】
前記パラメータ値は、前記燃料カットの開始時点から前記排ガスセンサの出力値が前記検出値帯域よりも酸素不足側に予め設定された所定出力値まで変化した時点までの時間であると共に、前記所定の閾値は前記時間に相関するものであって、前記劣化判定禁止手段は、前記時間が前記所定の閾値未満の場合には、前記センサ劣化判定手段による前記劣化判定を禁止する
ことを特徴とする、請求項１記載の触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置。
【請求項４】
前記排ガス浄化触媒の劣化の程度を判定する触媒劣化程度判定手段を備え、
前記所定の閾値は、前記判定された前記排ガス浄化触媒の劣化の程度が大きいほど小さい値とされる
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置。
【請求項５】
前記所定出力値は、前記触媒下流側排ガスセンサの活性化判定出力値と等しい又は略等しい値が設定されている
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジンに付設された触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用ガソリンエンジン（内燃機関）の排気系には、排ガス中に含まれる有害物質の低減を図るため、酸化還元型の排ガス浄化触媒として三元触媒が設けられている。
この三元触媒では、前記有害物質である炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する酸化反応が起こる一方、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する還元反応が起こることにより、排ガスの浄化が行われている。
【０００３】
このような触媒の劣化を診断することも必要であり、三元触媒の上流側及び下流側に空燃比に感応する排ガスセンサ（空燃比センサ又は酸素センサ）をそれぞれ設け、これらの酸素センサからの出力信号に基づき、触媒の劣化を診断する手法がある。この診断手法では、エンジンのフィードバック制御により空燃比が目標空燃比（例えば、理論空燃比）を境にして短い周期で変動することに着目し、これに呼応して変化する上流側の空燃比センサの反転周波数を、下流側の酸素センサの反転周波数と比較することにより、三元触媒の劣化を判定する。
【０００４】
つまり、所定時間内の触媒上流側の排ガスセンサのリッチ／リーン反転回数（Ｎｆ）と、触媒下流側の排ガスセンサのリッチ／リーンの反転回数（Ｎｒ）を計測し、これらの比の値である反転周波数比（Ｎｒ／Ｎｆ）を故障判定値と比較して、触媒劣化が生じると触媒上流側の空燃比のリッチ・リーン変動を触媒が吸収しなくなるため触媒下流側の排ガスセンサの反転回数（Ｎｒ）が増加することになり、反転周波数比（Ｎｒ／Ｎｆ）が故障判定値よりも大きい場合（Ｎｒ／Ｎｆ＞故障判定値）に、触媒劣化と判定する。
【０００５】
ところで、このような触媒の劣化診断において、排ガスセンサに劣化があると、適正な診断が行なえない。
特許文献１には、排出ガス浄化触媒の下流側に設置された排ガスセンサ（触媒下流側センサ）の異常を検出する技術が提案されている。この技術は、燃料カット中に触媒下流側センサの出力が所定区間を通過するのに要した応答時間を計測すると共に、所定期間における平均吸入空気量を求める。この平均吸入空気量が所定量以上の場合には、応答時間のばらつきが小さいと判断して、応答時間を異常判定値と比較して応答時間が異常判定値よりも大きければ触媒下流側センサに異常（応答性劣化）があると判定する。ただし、平均吸入空気量が所定量よりも小さい場合には、応答時間のばらつきが大きいと判断して、触媒下流側センサの異常診断を禁止する。これにより、異常判定値を厳しくしても、応答時間のばらつきに起因する誤判定を防止することができて、触媒下流側センサの異常検出精度を向上させうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０８６８１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、下流側に設置された排ガスセンサが正常な場合でも、燃料カット時の酸素が排ガスセンサに到達する前に、燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を受けて出力が緩やかに低下する場合が考えられ、この場合、燃料カット中に触媒下流側の排ガスセンサの出力が所定区間を通過するのに要した応答時間も長くなるので、応答時間が異常判定値よりも大きくなり、触媒下流側の排ガスセンサに異常（応答性劣化）があると誤判定してしまう。
【０００８】
特許文献１の技術では、所定期間における平均吸入空気量が所定量よりも小さい場合には、応答時間のばらつきが大きいと判断して、触媒下流側の排ガスセンサの異常診断を禁止している。しかし、上述のように、燃料カット時の酸素が触媒下流側の排ガスセンサに到達する前に、燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を受けて出力が緩やかに低下する現象は、平均吸入空気量とは直接関係しない。このため、特許文献1の技術では上記課題は解消し得ない。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、燃料カット時の酸素が排ガスセンサに到達する前に、燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を受けて出力が緩やかに低下する場合を考慮して、触媒下流側の排ガスセンサの劣化を適正に診断することができるようにした、触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置は、内燃機関の排気通路の排ガス浄化触媒の下流側に装備された排ガスセンサの劣化を診断する触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置であって、前記内燃機関の燃料カットを実施する内燃機関制御手段と、前記燃料カットを実施しているときに前記排ガスセンサの出力値が酸素過剰側に変化しながら予め設定された検出値帯域を通過する際の経過期間を予め設定された故障判定値と比較して、前記経過期間が前記故障判定値よりも大きければ、前記触媒下流側排ガスセンサは劣化していると判定するセンサ劣化判定手段と、前記燃料カットの開始時点から前記排ガスセンサの出力値が前記検出値帯域よりも酸素不足側に予め設定された所定出力値まで変化した時点までの期間に応じたパラメータ値を、所定の閾値と比較して、前記パラメータ値が前記所定の閾値未満の場合には、前記センサ劣化判定手段による前記劣化判定を禁止する劣化判定禁止手段とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
なお、「期間」は「時間」を含む概念とする。
前記パラメータ値は、吸入空気量の積算値であると共に、前記所定の閾値は前記吸入空気量の積算値に相関するものであって、前記劣化判定禁止手段は、前記吸入空気量積算値が前記所定の閾値未満の場合には、前記センサ劣化判定手段による前記劣化判定を禁止することが好ましい。
【００１２】
前記パラメータ値は、前記燃料カットの開始時点から前記排ガスセンサの出力値が前記検出値帯域よりも酸素不足側に予め設定された所定出力値まで変化した時点までの時間であると共に、前記所定の閾値は前記時間に相関するものであって、前記劣化判定禁止手段は、前記時間が前記所定の閾値未満の場合には、前記センサ劣化判定手段による前記劣化判定を禁止することが好ましい。
【００１３】
前記排ガス浄化触媒の劣化の程度を判定する触媒劣化程度判定手段を備え、前記所定の閾値は、前記判定された前記排ガス浄化触媒の劣化の程度が大きいほど小さい値とされることが好ましい。
前記所定出力値は、前記触媒下流側排ガスセンサの活性化判定出力値と等しい又は略等しい値が設定されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置によれば、燃料カットの開始時点から排ガスセンサの出力値が検出値帯域よりも酸素不足側に予め設定された所定出力値まで変化した時点までの期間に応じたパラメータ値を、所定の閾値と比較して、パラメータ値が所定の閾値未満の場合には、センサ劣化判定手段による劣化判定を禁止するので、センサ劣化の関する誤判定を回避することが可能になる。
【００１５】
前記パラメータ値を、吸入空気量の積算値とすると、劣化判定を禁止する判断を適正に行なうことができる。
前記パラメータ値を、燃料カットの開始時点から排ガスセンサの出力値が検出値帯域よりも酸素不足側に予め設定された所定出力値まで変化した時点までの時間としても、簡便に劣化判定を禁止する判断を行なうことができる。
【００１６】
前記所定の閾値は、判定された排ガス浄化触媒の劣化の程度が大きいほど小さい値とすることにより、劣化判定を禁止する判断を適正に行なうことができる。
前記所定出力値として、触媒下流側排ガスセンサの活性化判定出力値と等しい又は略等しい値が設定されていれば、確実に劣化判定を禁止する判断を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置及び排ガス浄化触媒の劣化診断装置並びに本装置を有する内燃機関の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置によるセンサ劣化判定を（ａ）と（ｂ）とに対比して説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化触媒の劣化診断装置による変調度合いの拡張方向への操作を（ａ１）,（ｂ１）と（ａ２）,（ｂ２）との二例により説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置の劣化診断装置によるセンサ劣化診断を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化触媒の劣化診断装置による変調度合いの拡張操作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化触媒の劣化診断装置による触媒劣化の診断手順を示すフローチャートである。
【図７】図６における上流側センサの反転回数算出ステップの詳細な手順を示すフローチャートである。
【図８】図６における下流側センサの反転回数算出ステップの詳細な手順を示すフローチャートである。
【図９】図６における吸入空気量算出ステップの詳細な手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置によるセンサ劣化診断を説明するタイムチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化触媒の劣化診断装置に用いる変調周期補正量αの算出を説明するタイムチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化触媒の劣化診断装置に用いるセンサ劣化診断の効果を説明する図であり、（ａ）は劣化判定禁止処理をしない場合のセンサ劣化用の時間Ｔslopeの検出データを示し、（ｂ）は劣化判定禁止処理をした場合のセンサ劣化用の時間Ｔslopeの検出データを示す。
【図１３】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化触媒の劣化診断装置に用いる上流側空燃比センサの変調度合を操作した効果を説明する図であり、（ａ）は変調周期を拡大操作する補正量αを例示し、（ｂ）は変調周期を拡大操作したことによる触媒劣化判定の効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図１１は本発明の一実施形態にかかる触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置及びこれを備えた排ガス浄化触媒の劣化診断装置を説明するもので、図１は本劣化診断装置及びこれを有する内燃機関の概略構成図、図２は本劣化診断装置によるセンサ劣化判定を説明する図、図３は本劣化診断装置による変調度合いの拡張方向への操作を説明する図、図４はそのセンサ劣化判定を説明するタイムチャート、図５はその変調度合いの拡張方向への操作を説明するタイムチャート、図６〜図１１はそれぞれその処理手順を説明するフローチャートである。
【００１９】
＜内燃機関の構成＞
本実施形態にかかる内燃機関（以下、エンジンともいう）２は、火花点火式ガソリンエンジンであって、シリンダブロック４上にシリンダヘッド６が締結されて構成される。シリンダブロック４には複数の気筒８が直列に配設され、各気筒８内にピストン１０が上下動自在に内装される。シリンダブロック４の下部にはクランクシャフト１２が回転自在に支持され、このクランクシャフト１２と各ピストン１０とがコネクティングロッド１４によりそれぞれ連結される。
【００２０】
シリンダブロック４の各気筒８内の上部には、シリンダヘッド６と各ピストン１０によって区画された燃焼室１６が構成され、これらの各燃焼室１６の上方には一側に吸気ポート１８が他側に排気ポート２０がそれぞれ連通される。各吸気ポート１８には吸気バルブ２２が、各排気ポート２０には排気バルブ２４が装備され、燃焼室１６と各ポート１８，２０との開閉が行われる。吸気ポート１８にはインテークマニホールド２６を介して吸気管２８が連結され、排気ポート２０にはエキゾーストマニホールド３０を介して排気管３２が連結される。
【００２１】
各吸気管２８には気筒毎に燃料噴射弁３４が装着され、シリンダヘッド６には気筒毎に点火プラグ３６が装着される。点火プラグ３６は、点火コイル３８を介して電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０に接続される。この点火コイル３８により高電圧が点火プラグ３６に出力される。
エンジン２には、出力軸回転数（出力軸回転速度）Ｎｅ等を検出するクランク角センサ４０、冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ４２が装備される。また、吸気管２８には、上流側から、エアクリーナ４４，エアフローセンサ４６，電子制御スロットル弁４８及びサージタンク５０が順に装備され、電子制御スロットル弁４８と並列にＩＳＣ（アイドルスピードコントローラ）５２が装備されている。
【００２２】
吸気系には、電子制御スロットル弁４８の開度θTHを検出するスロットルポジションセンサ５４と、大気圧Ｔａを検出する大気圧センサ５６と、吸気ガスの温度Ｔａを検出する吸気温度センサ５８とが装備される。
排気系には、排気管３２の下流側に位置して、排ガス浄化触媒としての三元触媒６０及び図示しない消音装置が順に接続される。三元触媒６０の上流側には上流側空燃比センサ（上流側排ガスセンサ）６２が、三元触媒６０の下流側には下流側酸素センサ（下流側排ガスセンサ）６４が、それぞれ設けられている。上流側空燃比センサ６２には広域空燃比センサ（全域空燃比センサ又はリニア空燃比センサとも言う）が用いられ、三元触媒６０を通過する前の排ガス中の酸素に反応し、その濃度に応じて電圧を発生する。下流側酸素センサ６４は、三元触媒６０を通過した後の排ガス中の酸素に反応し、理論空燃比を境に出力電圧が急変する。
【００２３】
一方、車室内に設置されたＥＣＵ７０には、図示しない入出力装置、多数の制御プログラムを内蔵した記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備える。このＥＣＵ７０において、入力側には、クランク角センサ４０，水温センサ４２，エアフローセンサ４６，大気圧センサ５６，吸気温度センサ５８，空燃比センサ６２，酸素センサ６４等が接続される。
【００２４】
また、ＥＣＵ７０の出力側には、燃料噴射弁３４，点火コイル３８，ＩＳＣ５２等が接続されており、これらに向けて各種センサ類からの入力情報に基づき演算された最適値が出力される。さらに、ＥＣＵ７０では、燃料噴射および点火時期，ＩＳＣ５２等を制御する一方、空燃比センサ６２，酸素センサ６４の出力信号（出力値）に基づき三元触媒６０の劣化判定も実行される。車室内には警告灯６６が設置されており、ＥＣＵ７０にて三元触媒６０が劣化していると判定した時には警告灯６６を点灯し、運転者に注意が促される。
【００２５】
＜ＥＣＵのエンジン制御機能＞
次に、ＥＣＵ７０の制御機能を説明する。
ＥＣＵ７０には、エンジン２を燃料噴射等の燃焼に係る制御を行なう機能（エンジン制御手段）７２が備えられ、このうちの、燃料噴射制御について説明する。ドライバがエンジン２を始動すると同時に、ＥＣＵ７０による燃料噴射制御が実行される。この制御を開始すると、ＥＣＵ７０は、エアフローセンサ４６およびクランク角センサ４０の出力値に基づき一吸気行程あたりの吸気量情報Ａ／Ｎを求め、その値と目標空燃比（通常は、理論空燃比）とから基本燃料噴射時間ＴBASEを算出する。
【００２６】
次に、ＥＣＵ７０は、基本燃料噴射時間ＴBASEに対して、大気圧センサ５６及び吸気温度センサ５８の出力値に基づく補正を行うと共に、水温センサ４２及びスロットルポジションセンサ５４等の出力値に基づき、更に暖機増量補正や加速増量補正等を行って燃料噴射時間ＴINJ を算出する。ＥＣＵ７０は、こうして得た燃料噴射時間ＴINJに対し、燃料噴射弁３４の開弁遅れを補完する無効噴射時間ＴD を加算した後に、図示しない燃料噴射弁ドライバを介して燃料噴射弁３４を駆動する。
【００２７】
また、エンジン制御手段７２では、所定の条件化で、燃料噴射制御を上流側空燃比センサ６２の出力電圧ＶOFに基づく空燃比フィードバック制御により実施する。つまり、上流側空燃比センサ６２の活性化完了やエンジン２が高負荷・高回転運転状態にないこと等、所定の運転条件が整うと、ＥＣＵ７０では、上流側空燃比センサ６２の出力電圧ＶOFに基づく空燃比フィードバック制御を開始する。上流側空燃比センサ６２は、混合気の空燃比ついて略リニアに出力電圧ＶOFが変化するので、空燃比を理論空燃比（１４．７）の近傍にフィードバックする制御（ストイキオフィードバック制御）も様々な態様で実施することができる。
【００２８】
すなわち、上流側空燃比センサ６２の出力電圧ＶOFが適宜の特性でリッチ及びリーンを反復し連続波に変調するように目標空燃比を理論空燃比近傍で所定の周期と振幅で変調し、上流側空燃比センサ６２の出力電圧ＶOFが目標空燃比になるようにエンジン２の燃料噴射量を制御することができる。例えば、出力電圧ＶOFと目標空燃比に対応する基準出力電圧ＶOF０との差（＝ＶOF−ＶOF０）に基づいて燃料噴射量を増減補正して目標空燃比に近づける際に、目標空燃比の変調周期を長くすれば、連続波変調の周期を長くすることが可能であり、目標空燃比の変調振幅を大きくすれば、連続波変調の振幅を大きくすることが可能である。
【００２９】
また、エンジン制御手段７２では、所定の条件化で、燃料噴射を停止する燃料カット制御を実施する。例えば、図示しないアクセルペダルが非操作状態で、エンジン回転速度が設定回転（設定カット回転速度）以上のときには、燃料供給が必要ない減速状態と判定し、燃料カットを行う。
【００３０】
＜ＥＣＵの劣化診断機能＞
さらに、ＥＣＵ７０には、本劣化診断に係る制御機能として、下流側の酸素センサ６４の劣化を判定する機能（センサ劣化判定手段）７４と、排ガス浄化触媒６０の劣化を判定する機能（触媒劣化判定手段）７６と、センサ劣化判定手段７４の判定結果に基づいて上流側空燃比センサ６２の出力値（出力電圧）ＶOFのリッチ及びリーンの変調度合いを拡張方向に操作する機能（変調度合操作手段）７８と、センサ劣化判定手段７４によるセンサ劣化判定を禁止する機能（劣化判定禁止手段）７４Ａとが備えられる。
【００３１】
センサ劣化判定手段７４は、前記の燃料カットを実施しているときに、下流側の酸素センサ６４の出力値が酸素過剰側に変化しながら予め設定された検出値帯域を通過した際の経過時間を予め設定された故障判定値と比較して、経過時間が故障判定値よりも大きければ、下流側の酸素センサ６４は劣化していると判定する。なお、ここでは、下流側の酸素センサ６４の出力値が酸素過剰側に変化しながら予め設定された検出値帯域を通過した際の経過時間を予め設定された故障判定値と比較して判定しているが、この場合の経過時間は経過期間の一例であり、例えばエンジンの回転数積算値等の他の経過期間に基づいて判定してもよい。
【００３２】
つまり、燃料カットを実施すると、下流側の酸素センサ６４の出力値は酸素過剰側に変化する。酸素センサ６４の応答性が劣化すると、酸素センサ６４の出力値の酸素過剰側への変化が緩慢になる。これを利用して酸素センサ６４の劣化を判定している。
本実施形態では、下流側の酸素センサ６４に、一般的なジルコニア酸素センサを用いているので、燃料カットを実施すると、下流側の酸素センサ６４の出力電圧は低下する。酸素センサ６４の応答性が劣化すると出力電圧の低下が緩慢になる。
【００３３】
そこで、センサ劣化判定手段７４は、酸素センサ６４の出力電圧Ｖ02が予め設定された検出値帯域Ｖ02１〜Ｖ02２を通過した際の経過時間Ｔslope、つまり、酸素センサ６４の出力電圧Ｖ02が第１の出力電圧値Ｖ02１に低下した時点からこれよりも低い第２の出力電圧値Ｖ02２（＜Ｖ02１）に低下した時点までの経過時間Ｔslopeをカウントし、この経過時間Ｔslopeが予め設定された故障判定値ＴslopeＳと比較して、経過時間Ｔslopeが故障判定値ＴslopeＳよりも大きければ、下流側の酸素センサ６４は劣化していると判定する。
【００３４】
なお、検出値帯域は、通常の（活性化している）燃料カット時に酸素センサ６４の出力値が必ず検出値帯域を通過するように、酸素センサ６４の活性判定出力値よりも低い値（不活性側の値）で且つ過剰に低下（不活性側の変化）しきらない値に設定している。例えば、酸素センサ６４の活性判定電圧を０．５Ｖとすると、第１の出力電圧値Ｖ02１は０．４Ｖとし、第２の出力電圧値Ｖ02２は０．２Ｖとすることができる。
【００３５】
また、本センサ劣化判定手段７４は、経過時間Ｔslopeに基づいて、劣化の程度を判定する。つまり、経過時間Ｔslopeが大きいほど下流側の酸素センサ６４の劣化が進んでいると判定する。もちろん、この劣化を、微小劣化の側から劣化度合い１，劣化度合い２，劣化度合い３というように複数段階に区分して判定してもよい。
そして、本ＥＣＵ７０には、下流側の酸素センサ６４が正常であるにも関わらず異常（応答性劣化）があると判定してしまう不具合を回避するために、このような誤判定を招く状況下では、センサ劣化判定手段７４によるセンサ劣化判定を禁止する劣化判定禁止手段７４Ａが設けられている。
【００３６】
つまり、下流側の酸素センサ６４が正常な場合でも、燃料カット時の酸素が酸素センサ６４に到達する前に、燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を受けて酸素センサ６４の出力が緩やかに低下する場合が考えられ、この場合、燃料カット中に下流側の酸素センサ６４の出力が検出値帯域を通過する時間も長くなるので、応答時間が故障判定値よりも大きくなり、酸素センサ６４が劣化していると判定してしまう。
【００３７】
このような状況は、図２により説明することができる。図２（ａ），（ｂ）はいずれも燃料カット時点以降の下流側の酸素センサ６４の出力変化の例を示すもので、図２（ａ）は三元触媒６０の劣化程度が小さい場合を示し、図２（ｂ）は三元触媒６０の劣化程度が大きい場合を示す。また、図２（ａ），（ｂ）において、細実線は酸素センサ６４の出力値が燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を大きくは受けず且つ酸素センサ６４が劣化している場合の例を示し、破線は酸素センサ６４の出力値が燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を大きくは受けず且つ酸素センサ６４が劣化していない場合の例を示し、太実線は酸素センサ６４の出力値が燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を大きく受けて且つ酸素センサ６４が劣化していない場合の例を示す。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、三元触媒６０の劣化程度が小さい場合、触媒の酸素ストレージ作用が大きいので、細実線，破線で示すように、燃料カット直後は排気通路に排出される空気のうちの酸素は三元触媒６０に吸収されるので、酸素センサ６４の出力電圧はすぐには下降しない。三元触媒６０の酸素ストレージ能力分だけ三元触媒６０に酸素が吸収された後に、酸素センサ６４に酸素が送り込まれ、これに応じて酸素センサ６４の出力電圧が下降する。酸素センサ６４が劣化していなければ破線で示すように三元触媒６０に酸素が吸収された後に酸素センサ６４の出力電圧は速やかに下降する。酸素センサ６４が劣化していれば細実線で示すように三元触媒６０に酸素が吸収された後に酸素センサ６４の出力電圧は緩やかに下降する。一方、燃料カット直前の空燃比が比較的リーンであって三元触媒６０に酸素がある程度吸収されていると、酸素センサ６４が劣化していなくても、太実線で示すように燃料カット直後から酸素センサ６４の出力電圧は緩やかに下降する場合がある。
【００３９】
この場合、燃料カット中に下流側の酸素センサ６４の出力が検出値帯域を通過する時間も長くなるので、応答時間が故障判定値よりも大きくなり、酸素センサ６４が劣化していると誤判定してしまう。
このように、燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を大きく受ける場合には、酸素センサ６４の出力が燃料カット直後早期に低下していくことから、通常時（燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響をあまり受けない場合）と識別することができる。
【００４０】
ただし、図２（ｂ）に示すように、三元触媒６０の劣化程度が大きい場合、三元触媒６０の酸素ストレージ能力が低下するため、燃料カット後、比較的速やかに酸素センサ６４に酸素が到達し、酸素センサ６４の出力の低下タイミングが早まる。しかし、燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を大きく受ける場合には、酸素センサ６４の出力が燃料カット直後により早期に低下していくことから、通常時（燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響をあまり受けない場合）と識別することができる。
【００４１】
そこで、劣化判定禁止手段７４Ａは、燃料カットの開始時点から下流側の酸素センサ６４の出力値が検出値帯域よりも酸素不足側に予め設定された所定出力値まで変化した時点までの期間に応じたパラメータ値を、所定の閾値（劣化判定禁止閾値）と比較して、このパラメータ値が所定の閾値未満の場合には、センサ劣化判定手段７４による劣化判定を禁止するようにしている。本実施形態の場合、燃料カットの開始時点から、下流側の酸素センサ６４の出力電圧が、予め設定された検出値帯域よりも高い所定電圧値まで低下した時点までの、吸入空気量積算値を上記パラメータ値として用いており、算出した吸入空気量積算値を、所定の閾値と比較して、このパラメータ値が所定の閾値未満の場合には、センサ劣化判定手段７４による劣化判定を禁止する。
【００４２】
この場合の所定の閾値は、三元触媒６０の劣化程度に応じて設定している。つまり、三元触媒６０の劣化程度が大きいほど、三元触媒６０の酸素ストレージ能力の低下により、酸素センサ６４の出力の低下タイミングが全般的に早まるので、三元触媒６０の劣化程度が大きいほど、吸入空気量積算値の判定に係る閾値を低下させている。この閾値は、最もシンプルには、三元触媒６０の劣化が低い場合と、三元触媒６０の劣化が高い場合との２段階だけ設けても良いが、判定精度を向上させるには、三元触媒６０の劣化程度に対応して、より多段に閾値を設ける方が有効である。ただし、燃料カット直前の様々なエンジン運転状況を考慮すると、閾値をあまり細かく設定する必要もないので、本実施形態では、三元触媒６０の劣化度合いを劣化度低，劣化度中，劣化度大の３段階に分けて、それぞれ閾値を設定している。
【００４３】
触媒劣化判定手段７６は、所定の前提条件の下に、図３（ａ１）に示すように、上流側の空燃比センサ６２の出力値に基づいてこの出力値がリッチ及びリーンを反復し連続波に変調するようにエンジンの作動を制御（ストイキオフィードバック制御）しながら、このときに所定期間において得られる下流側の酸素センサ６４の反転周波数Ｎｒと上流側の空燃比センサ６２の反転周波数Ｎｆとから、周波数比Ｎｒ／Ｎｆを算出し、周波数比Ｎｒ／Ｎｆが予め設定された劣化判定所定値よりも大きい場合に、三元触媒６０が劣化していると判定する。
【００４４】
このため、ＥＣＵ７０には、上記ストイキオフィードバック制御時に、下流側酸素センサ６４の出力値を平均してなる下流側リッチ／リーン判定レベル基準値と、下流側のリッチ／リーン判定を行う所定の幅を有する下流側リッチ／リーン判定レベルとを算出する機能（レベル演算手段）７６Ａと、所定期間において、下流側酸素センサ６４の出力値が，算出された下流側リッチ／リーン判定レベルを超えた回数を下流側酸素センサ６４の反転周波数Ｎｒとして算出する機能（下流側反転周波数演算手段）７６Ｂと、この算出した反転周波数Ｎｒと、所定期間における上流側空燃比センサ６２の反転周波数Ｎｆとから、周波数比Ｎｒ／Ｎｆを算出する機能（周波数比演算手段）７６Ｃとが備えられる。
【００４５】
レベル演算手段７６Ａは、下流側酸素センサ６４の出力電圧を、例えば下式のように一次フィルタによって平均化することにより下流側リッチ／リーン判定レベル基準値Ｖｒｓ（ｎ）を算出する。
Ｖｒｓ（ｎ）＝ｋ・Ｖｒｓ（ｎ−１）＋（ｋ−１）・Ｖｒ（ｎ）
なお、
Ｖｒｓ（ｎ）は今回周期の下流側リッチ／リーン判定レベル基準値、
Ｖｒｓ（ｎ−１）は前回周期の下流側リッチ／リーン判定レベル基準値、
ｋはフィルタ乗数、
Ｖｒ（ｎ）は今回周期の下流側酸素センサ６４の出力値
である。
【００４６】
図３（ｂ１）に下流側リッチ／リーン判定レベル基準値Ｖｒｓ（ｎ）を示すが、この例では、下流側リッチ／リーン判定レベル基準値Ｖｒｓ（ｎ）を一定にして示しているが、通常、下流側リッチ／リーン判定レベル基準値Ｖｒｓ（ｎ）は時間と共に緩やかに上下動する。
「所定の幅を有する下流側リッチ／リーン判定レベル」は、図３（ｂ１）に示すように、下流側リッチ／リーン判定レベル基準値Ｖｒｓ（ｎ）に対して、予め設定された所定の幅を有する帯域として設定される。下流側リッチ／リーン判定レベル基準値Ｖｒｓ（ｎ）が時間と共に緩やかに上下動すると、下流側リッチ／リーン判定レベルも時間と共に緩やかに上下動することになる。
【００４７】
下流側酸素センサ６４の反転周波数Ｎｒは、この下流側リッチ／リーン判定レベルの帯域内から帯域外へ抜け出した回数（反転数とも言う）と定義する。
一方、上流側空燃比センサ６２の反転周波数Ｎｆは、上流側空燃比センサ６２の出力値Ｖｆが基準値（例えば、理論空燃比に対応した上流側空燃比センサ６２の出力値Ｖｆｓ）を横切った回数（反転数とも言う）と定義する。
【００４８】
三元触媒６０の上流側で空燃比がリッチ／リーン変動しても、三元触媒６０が適正に機能すると、三元触媒６０の下流側では空燃比のリッチ／リーン変動が抑えられるので、上流側空燃比センサ６２の反転周波数Ｎｆに対して、下流側酸素センサ６４の反転周波数Ｎｒは少なくなり、周波数比Ｎｒ／Ｎｆは小さくなる。
そこで、予め、周波数比の判定基準値を設定して、Ｎｒ／Ｎｆがこの判定基準値を超えたら三元触媒６０の劣化（故障）と判定する。
【００４９】
また、上記のストイキオフィードバック制御の態様を決めるために、ＥＣＵ７０には、下流側酸素センサ６４の劣化（特に、微小劣化）が判定されると、上流側空燃比センサ６２の出力値のリッチ及びリーンの変調度合いを拡張方向に操作する機能（変調度合操作手段）７８が備えられる。
この変調度合操作手段７８は、センサ劣化判定手段７４によって、下流側の酸素センサ６４が微小劣化していることが判定されると、酸素センサ６４の劣化度合いに応じて、上流側空燃比センサ６２の出力値（出力電圧）ＶOFのリッチ及びリーンの変調度合いを拡張方向に操作する。なお、「変調度合いを拡張方向に操作する」とは、連続波の変調周期を拡張すること及び連続波の変調振幅を拡張することの何れか又は両方を示す。
【００５０】
前述のように、上流側空燃比センサ６２は広域空燃比センサなので、上流側空燃比センサ６２の出力電圧ＶOFが適宜の特性でリッチ及びリーンを反復し連続波に変調するように、目標空燃比を理論空燃比近傍で所定の周期と振幅で変調し、上流側空燃比センサ６２の出力電圧ＶOFが目標空燃比になるようにエンジン２の燃料噴射量を制御することができる。
【００５１】
本実施形態では、変調度合操作手段７６は、図３（ａ２）に示すように、変調する連続波の周期を、図３（ａ１）に示す劣化していない場合の基準周期Ｔbaseに対して、酸素センサ６４の劣化度合いに応じた補正量α分だけ拡張する。
酸素センサ６４は応答性が劣化すると、図３（ｂ１）に劣化と付す曲線で示すように、その出力値（出力電圧）の変化が弱まる。この例では、酸素センサ６４が正常の場合には、下流側酸素センサ６４の反転周波数Ｎｒは１０であり、Ｎｒ／Ｎｆは１となり、明らかに三元触媒６０の劣化（故障）が判定される状況であるのに、酸素センサ６４が劣化した場合には、下流側酸素センサ６４の反転周波数Ｎｒは０であり、Ｎｒ／Ｎｆは０となり、三元触媒６０は正常であると誤判定されることになる。
【００５２】
一方、図３（ａ２）に示すように、変調する連続波の周期を酸素センサ６４の劣化度合いに応じた補正量α分だけ拡張すると、酸素センサ６４の応答性が劣化していても、その劣化が大きくなければ（微小劣化なら）、図３（ｂ２）に劣化と付す曲線で示すように、その出力値（出力電圧）の変化はある程度増幅する。この例では、酸素センサ６４が正常の場合には、下流側酸素センサ６４の反転周波数Ｎｒは６であり、Ｎｒ／Ｎｆは１となり、酸素センサ６４が劣化した場合にも、下流側酸素センサ６４の反転周波数Ｎｒは６となり、Ｎｒ／Ｎｆは１となって、下流側酸素センサ６４に劣化があっても三元触媒６０の劣化（故障）を判定することができる。
【００５３】
＜作用（フローチャート）＞
本発明の一実施形態にかかる触媒下流側排ガスセンサの劣化診断装置及びこれをそなえた排ガス浄化触媒の劣化診断装置は、上述のように構成されるので、例えば、図４〜図９の各フローチャートに示すように、三元触媒６０の劣化診断を行なうことができる。
【００５４】
まず、燃料カットを実施しているときに、センサ劣化判定手段７４により、下流側の酸素センサ６４の出力電圧の低下を検出し下流側の酸素センサ６４の劣化を判定する。この判定は、例えば、図４に示すように、燃料カット時に１となるフラグＦ１が０であるかを判定し（ステップａ１０）、フラグＦ１が０なら、燃料カットの開始を待つ（ステップａ１４）。燃料カットが開始されたら、フラグＦ１を１にセットし（ステップａ１６）、吸入空気量の積算を開始する（ステップａ１８）。
【００５５】
一方、フラグＦ１が０であれば、既に、燃料カットが開始され、吸入空気量の積算も開始されており、ステップａ１０からステップａ１２に進んで、後述のタイマカウント開始により１となるフラグＦ２が０であるかを判定する。
フラグＦ２が０なら、下流側の酸素センサ６４の出力が第１所定値以下になったかを判定する（ステップａ２０）。下流側の酸素センサ６４の出力が第１所定値以下になったら、ステップａ２２に進んで、吸入空気量積算値が閾値（劣化判定禁止閾値）以上か否かを判定する。なお、この吸入空気量積算値の判定に係る閾値は、三元触媒６０の劣化程度が大きいほど低下させている。
【００５６】
吸入空気量積算値が閾値未満の場合、酸素センサ６４の出力値が燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を大きく受けて且つ酸素センサ６４が劣化していない場合（図２に示す太実線の曲線参照）も含まれるので、センサの劣化判定は打ち切りとする。
これにより、酸素センサ６４が劣化していないにも関らず、酸素センサ６４が劣化しているといった誤判定を回避することができる。
【００５７】
吸入空気量積算値が閾値以上の場合、下流側の酸素センサ６４の出力が第２所定値（＜第１所定値）以下になったかを判定する（ステップａ２４）。下流側の酸素センサ６４の出力が第２所定値以下になったら、ステップａ２６に進んで、タイマカウントを開始し、フラグＦ２を１にセットして（ステップａ２８）下流側の酸素センサ６４の出力が第３所定値（＜第２所定値）以下になったかを判定する（ステップａ３０）。なお、第２所定値と第３所定値とは、予め設定された検出値帯域の上下限に相当する。
【００５８】
下流側の酸素センサ６４の出力が第３所定値以下になったら、ステップａ３２に進んで、タイマ値Ｔslopeを故障判定値ＴslopeＳと比較し、タイマ値Ｔslopeが故障判定値ＴslopeＳ以上かを判定する。
タイマ値Ｔslopeが故障判定値ＴslopeＳ以上なら、酸素センサ６４が劣化していると判定し（ステップａ３４）、タイマ値Ｔslopeが故障判定値ＴslopeＳ未満なら、酸素センサ６４が劣化していないと判定する（ステップａ３８）。また、経過時間Ｔslopeに基づいて、劣化のレベルを判定する（ステップａ３６）。
【００５９】
最後に、フラグＦ１、Ｆ２を０リセットし（ステップａ４０）終了する。
一方、このようにして、酸素センサ６４の劣化のレベルが判明すると、例えば、図５に示すように、酸素センサ６４の劣化のレベルを取り込んで（ステップｃ１０）、酸素センサ６４の劣化のレベルに応じて、上流側空燃比センサ６２の出力値のリッチ及びリーンの変調度合いを拡張方向に操作する（ステップｃ１２）。具体的には、図３（ａ１）に示す劣化していない場合の基準周期Ｔbaseに対して、図３（ａ２）に示すように、酸素センサ６４の劣化度合いに応じた補正量α分だけ拡張する。
【００６０】
このように、リッチ及びリーンの変調度合いを適宜操作された条件下で、図６に示すように、触媒６０の劣化（故障）を判定する。
つまり、ドライバがイグニッションスイッチをＯＮにしてエンジン２が始動すると、ＥＣＵ７０は、先ず上流側空燃比センサ６２から出力された電圧が所定値を横切った上流側反転回数Ｎｆを算出する（ステップｂ１０）。
【００６１】
次に、ステップｂ１２に進み、下流側酸素センサ６４により検出された酸素濃度に基づき出力された電圧から所定の範囲を上回ったり、下回ったりした下流側反転回数Ｎｒを算出する。
次に、ステップｂ１４に進み、エアフローセンサ４６にて検出された吸入空気量にスロットルポジションセンサ５４により検出された電子制御スロットル弁４８の開度θTHに基づいて補正することにより吸入空気量Ｑａを算出する。
【００６２】
次に、ステップｂ１６に進み、ステップｂ１０およびステップｂ１２にてそれぞれ算出されたＮｆ，Ｎｒに基づき上流側，下流側センサ周波数比Ｒ（＝Ｎｒ／Ｎｆ）を算出する。
次に、ステップｂ１８に進み、周波数比Ｒに基づき三元触媒６０の正常，異常の判定がされる。すなわち、周波数比Ｒが第１の所定周波数比Ｒ１（劣化判定所定値）よりも小さい場合には、ステップｂ２０進み、周波数比Ｒが前記第１の所定周波数比Ｒ１（劣化判定所定値）と同じ、またはそれよりも大きい場合には、ステップｂ３２に進む。ここで、前記第１の所定周波数比Ｒ１としては、例えば、０．１が挙げられる。
【００６３】
ステップｂ２０では、モニタ回数が判定される。すなわち、モニタ回数が所定値Ｘに達すれば、ステップｂ２２に進み、モニタ回数が所定値Ｘよりも少ない場合には、ステップｂ１０に戻る。
次に、ステップｂ２２にて、前記周波数比Ｒの平均値Ｒａｖｅを算出する。この周波数比の平均値Ｒａｖｅは、Ｒａｖｅ＝ΣＲ／Ｘにて算出する。
【００６４】
次に、ステップｂ２４に進み、吸入空気量の平均値Ｑａｖｅを算出する。この吸入空気量の平均値Ｑａｖｅは、Ｑａｖｅ＝ΣＱａ／Ｘにて算出する。
続いて、ステップｂ２６に進み、吸入空気量の平均値Ｑａｖｅに応じて第２の周波数比Ｒ２を算出する。この第２の周波数比Ｒ２としては、所定の吸入空気量までは一定値となり、所定の吸入空気量より大きくなるとそれに比例して大きくなるような線分、および吸入空気量に応じて大きくなる線分により規定することができる。
【００６５】
続いて、ステップｂ２８に進み、三元触媒６０の故障（劣化）を判定する。すなわち、周波数比の平均値Ｒａｖｅが第２の周波数比Ｒ２よりも大きい場合には、ステップｂ３０に進み、三元触媒６０が故障であると判定して終了する。周波数比の平均値Ｒａｖｅが第２の周波数比Ｒ２以下の場合には、ステップｂ３２に進み、三元触媒６０が正常であると判定して終了する。
【００６６】
ここで、ステップｂ１０について、図７を用いて詳細に説明する。
図７に示すように、最初に、ステップｄ１０にて、ｎ＝０と設定し、ステップｄ１２に進む。ステップｄ１２にて、モニタ条件を判定し、前記条件が成立した場合には、ステップｄ１４に進み、前記条件が不成立の場合には、ステップｄ１０に戻る。
ここで、前記モニタ条件としては、空燃比フィードバック制御が実施されていること、エンジン回転速度Ｎｅや吸入空気量Ｑが所定範囲内にあること、両センサ６２，６４が正常に作動していること等が挙げられる。
【００６７】
なお、ここでエンジン回転速度Ｎｅや吸入空気量Ｑが所定範囲内にあることを確認する理由は、これらが安定していないときには、排ガスのＯ2 濃度も安定せず、正常なフィードバック制御が実施されないためであり、エンジン回転速度Ｎｅや吸入空気量Ｑが下式(1) 、(2) の範囲内にあることが条件となる。下式中、Ｎｅ１，Ｎｅ２，Ｑ１，Ｑ２はそれぞれ判定閾値を示し、その具体的な値は、例えば、エンジン１が自動変速機に連結されている場合であれば、Ｎｅ１は１４００rpm、Ｎｅ２は３０００rpm、Ｑ１は１０g/sec、Ｑ２は３０g/secとなる。
Ｎｅ１＜Ｎｅ＜Ｎｅ２…(1)
Ｑ１＜Ｑ＜Ｑ２…(2)
ステップｄ１４にて、上流側空燃比センサ６２の出力値（電圧値）ＦｒＬＡＦが所定値（例えば、ストイキオに対応する値）Ｒ／Ｌ  Ｌｅｖｅｌを超えたか判定する。すなわち、前記ＦｒＬＡＦが所定値よりも大きい場合には、ステップｄ１６に進み、前記ＦｒＬＡＦが所定値以下の場合には、ステップｄ１８に進む。
【００６８】
ステップｄ１６にて、Ｒ／ＬフラグをＬと設定し、ステップｄ２０に進む。
ステップｄ１８にて、Ｒ／ＬフラグをＲと設定し、ステップｄ２０に進む。
ステップｄ２０にて、Ｒ／Ｌフラグの変化の有無を判定する。すなわち、Ｒ／ＬフラグがＲからＬ、またはＬからＲに反転した場合には、ステップｄ２２に進み、それ以外の場合であるＲ／Ｌフラグが反転しない場合には、ステップｄ２４に進む。
【００６９】
ステップｄ２２にて、ｎに１を加算し、ステップｄ２４に進む。
ステップｄ２４にて、所定時間経過したか判定する。所定時間経過した場合には、ステップｄ２６に進み、所定時間経過しない場合には、ステップｄ１２に戻る。
ステップｄ２６にて、上流側空燃比センサ６２における上流側反転回数Ｎｆを算出する。すなわち、上流側反転回数Ｎｆをｎと設定する。
【００７０】
次に、ステップｂ１２について、図８を用いて詳細に説明する。
図８に示すように、最初に、ステップｅ１０にて、ｍ＝０と設定し、ステップｅ１２に進む。
ステップｅ１２では、モニタ条件を判定し、この条件が成立した場合には、ステップｅ１４に進み、前記条件が不成立の場合には、ステップｅ１０に戻る。なお、このステップにおけるモニタ条件とは、上述したステップｄ１２におけるモニタ条件と同じであり、その説明を省略する。
【００７１】
ステップｅ１４にて、前記Ｎｆが所定値よりも大きいか判定する。すなわち、前記Ｎｆが前記所定値よりも大きい場合には、ステップｅ１６に進み、前記Ｎｆが前記所定値以下の場合には、ステップｅ１８に進む。
ステップｅ１６では、下流側リッチ／リーン判定レベルを設定する。ここで、この下流側リッチ／リーン判定レベルは所定のヒステリシスであって、下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）ＴａＨをＨ１（例えば、０．１Ｖ）として設定し、下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）ＴａＬをＬ１として設定し、ステップｅ２０に進む。
【００７２】
ステップｅ１８では、下流側リッチ／リーン判定レベルを設定する。すなわち、前記下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）ＴａＨをＨ２（＞Ｈ１）（例えば、０．２Ｖ）として設定し、前記下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）ＴａＬをＬ２（＜Ｌ１）として設定し、ステップｅ２０に進む。
ステップｅ２０では、下流側リッチ／リーン判定レベル基準値ＲｒＯ2Ｆ（下流側酸素センサフィルタ値）を算出する。すなわち、前記基準値ＲｒＯ2Ｆは、下流側酸素センサ６４の出力値を平均化処理して算出する。
【００７３】
続いて、ステップｅ２２に進み、下流側酸素センサ６４の出力値ＲｒＯ2が下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）を超えたか判定する。すなわち、前記ＲｒＯ2が前記基準値ＲｒＯ2Ｆと前記下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）ＴａＨとの和より大きい場合には、ステップｅ２６に進み、前記ＲｒＯ2が前記基準値ＲｒＯ2Ｆと前記ＴａＨとの和と同じ、または小さい場合には、ステップｅ２４に進む。
【００７４】
ステップｅ２４では、下流側酸素センサ６４の出力値ＲｒＯ2が下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）を超えたか判定する。すなわち、前記ＲｒＯ2が前記基準値ＲｒＯ2Ｆと前記下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）ＴａＬとの差より小さい場合には、ステップｅ２８に進み、前記ＲｒＯ2が前記基準値ＲｒＯ2Ｆと前記ＴａＬとの差と同じ、または大きい場合には、ステップｅ３０に進む。
【００７５】
ステップｅ２６では、リッチ／リーン反転フラグ（Ｒ／Ｌフラグ）をリッチＲと設定し、ステップｅ３２に進む。
ステップｅ２８では、Ｒ／ＬフラグをリーンＬと設定し、ステップｅ３２に進む。
ステップｅ３０では、Ｒ／Ｌフラグを更新せず、ステップｅ３６に進む。
ステップｅ３２では、Ｒ／Ｌフラグの変化の有無を判定する。すなわち、前記Ｒ／ＬフラグがＲからＬ、またはＬからＲに反転した場合には、ステップｅ３４に進み、それ以外の場合である前記Ｒ／Ｌフラグが反転しない場合には、ステップｅ３６に進む。
【００７６】
ステップｅ３４では、ｍに１を加算し、ステップｅ３６に進む。
ステップｅ３６では、所定時間経過したか判定する。所定時間経過した場合には、ステップｅ３８に進み、所定時間経過しない場合には、ステップｅ１２に戻る。
ステップｅ３８では、下流側酸素センサ６４における下流側反転回数Ｎｒを算出する。すなわち、下流側反転回数Ｎｒをｍと設定する。
【００７７】
次に、ステップｂ１４について、図９を用いて詳細に説明する。
図９に示すように、最初に、ステップｆ１０にて、ｋ＝０と設定し、ステップｆ１２に進む。
ステップｆ１２では、吸入空気量の総和ΣＱ＝０と設定し、ステップｆ１４に進む。
ステップｆ１４では、モニタ条件を判定し、前記条件が成立した場合には、ステップｆ１６に進み、前記条件が不成立の場合には、ステップｆ１０に戻る。なお、このステップにおけるモニタ条件とは、上述したステップｄ１２におけるモニタ条件と同じであり、その説明を省略する。
【００７８】
ステップｆ１６では、吸入空気量の総和ΣＱに今回の吸入空気量Ｑを加算する。
続いて、ステップｆ１８に進み、ｋに１を加算し、ステップｆ２０に進む。
ステップｆ２０では、所定時間経過したか判定する。所定時間経過した場合には、ステップｆ２２に進み、所定時間経過しない場合には、ステップｆ１４に戻る。
ステップｆ２２では、平均吸入空気量Ｑａを算出する。すなわち、この平均吸入空気量Ｑａは、Ｑａ＝ΣＱ／ｋにて算出する。
【００７９】
なお、ＥＣＵ７０は、三元触媒６０が劣化している判定すると、それに対応する故障コードをＲＡＭに記憶する。これにより、修理をする際には、前記故障コードを読み出すことで簡易に故障内容を知ることができ、三元触媒６０の交換などの対応を迅速に行うことができる。
【００８０】
＜作用（タイムチャート）＞
ここで、酸素センサ６４の劣化診断、及びその診断結果に基づいた三元触媒６０の劣化診断のための変調周期の延長補正量αの算出のより詳細な処理例について、図１０，図１１のタイムチャートを用いて説明する。
【００８１】
図１０はこの酸素センサ６４の劣化診断時の処理例を示すタイムチャートであり、図示するように、時点ｔ１で、燃料カットが実施されると、吸入空気量が積算され吸入空気量積算値が増大していく。このとき、下流側酸素センサ６４の出力電圧が破線で示すように減少すると、時点ｔ２で下流側酸素センサ６４の出力電圧が第１所定値まで低下してしまい、この時の吸入空気量積算値は閾値未満となって、酸素センサ６４の出力値が燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を大きく受けて且つ酸素センサ６４が劣化していない場合（図２に示す太実線の曲線参照）も含まれるので、センサの劣化判定は打ち切りとする。
【００８２】
下流側酸素センサ６４の出力電圧が実線で示すように減少すると、時点ｔ３で下流側酸素センサ６４の出力電圧が第１所定値まで低下し、この時の吸入空気量積算値は閾値以上となって、センサの劣化判定を実施する。下流側酸素センサ６４の出力電圧が第２所定値（この例では、０．４Ｖ）から第３所定値（この例では、０．２Ｖ）まで低下する時間Ｔslopeを算出する。この例では、時点ｔ４で下流側酸素センサ６４の出力電圧が第２所定値に達し、時点ｔ５で下流側酸素センサ６４の出力電圧が第３所定値に達しており、時間Ｔslopeはｔ５−ｔ４となる。ここで、Ｔslope（＝ｔ５−ｔ４）が故障判定値ＴslopeＳ以上なら、酸素センサ６４が劣化（故障）していると判定する。
【００８３】
そして、１回故障判定したら、Ｓｌｏｐｅ判定カウンタ（故障判定カウンタ）を１だけ増加し、１回正常判定したら、Ｓｌｏｐｅ判定カウンタを０にリセットして、Ｓｌｏｐｅ判定カウンタが所定数（例えば、３）に達したら、酸素センサ６４が劣化（故障）していると最終判定する。
また、図１１は酸素センサ６４の劣化診断結果に基づいて、三元触媒６０の劣化診断のための変調周期の延長補正量αを算出する処理例を示すタイムチャートであり、ここでは、１Ｄ／Ｃ〜５Ｄ／Ｃまでの５回のドライビングサイクル（エンジン始動から停止までの期間）を例示している。
【００８４】
下流側酸素センサ６４の出力応答時間Ｔslopeの計測結果より、各ドライビングサイクルでのＴslope最小値が算出される。ドライビングサイクル終了時のＴslope最小値を所定の基準値ＴＳ（ここでは、０．０７５秒）と比較し、下記の条件（１），（２）の何れかが成立したら酸素センサ６４の劣化レベルの指標Ｔslope_ＭＩＮとして記憶する。
Ｔslope_ＭＩＮはドライビングサイクル終了時に下記の条件（１），（２）の何れかが成立したら更新し、何れも成立しなければ前回値をホールドする。
・条件（１）：今回のＤ／ＣのＴslopeの最小値＜ＴＳ
・条件（２）：今回のＤ／ＣのＴslopeの最小値≧ＴＳ且つ計測回数Ｔslope≧３回
Ｔslope_ＭＩＮはＥＣＵ内のバッテリバックアップＲＡＭに記憶されており、次のドライビングサイクルにおいてＴslope_ＭＩＮに応じて変調周期の延長補正量αが算出される。そして下記の条件（３），（４），（５）の全てが成立したら変調周期の延長（算出された補正量αによる変調周期の拡張）を実施する。
・条件（３）：Ｔslopeの最小値≧ＴＳ
・条件（４）：水温（エンジン冷却水温）≧所定温度（暖気終了後条件）
・条件（５）：吸入空気量≧所定値（エンジンが安定作動している条件）
図１１に示すように、１回目のドライビングサイクル１Ｄ／Ｃでは、下流側酸素センサ６４は正常であり、ドライビングサイクル終了時に条件（１）を満たしているのでＴslope_ＭＩＮを更新する。
【００８５】
２回目のドライビングサイクル２Ｄ／Ｃでは、Ｔslope_ＭＩＮが小さい（１Ｄ／Ｃ目の下流側センサ酸素６４の劣化度合いが小さい）ため、変調周期の延長補正量は０である。また、下流側酸素センサ６４は微小劣化していて、ドライビングサイクル終了時に条件（２）を満たしているのでＴslope_ＭＩＮを更新する。
３回目のドライビングサイクル１Ｄ／Ｃでは、Ｔslope_ＭＩＮが大きい（２Ｄ／Ｃ目の下流側センサ酸素６４の劣化度合いが大きい）ため、変調周期の延長補正量がＴslope_ＭＩＮに応じた所定値になる。条件（３）を満たすと共に条件（４），（５）を満たした場合は変調周期の延長（算出された補正量αによる変調周期の拡張）を実施する。また、下流側酸素センサ６４は正常であり、ドライビングサイクル終了時に条件（１）を満たしているのでＴslope_ＭＩＮを更新する。
【００８６】
４回目のドライビングサイクル４Ｄ／Ｃでは、Ｔslope_ＭＩＮが小さい（３Ｄ／Ｃ目の下流側センサ酸素６４の劣化度合いが小さい）ため、変調周期の延長補正量は0に戻る。また、下流側酸素センサ６４は正常であるが、ドライビングサイクル終了時に条件（１），（２）を満たしていないのでＴslope_ＭＩＮは前回値をホールドしている。
【００８７】
５回目のドライビングサイクル５Ｄ／Ｃでは、Ｔslope_ＭＩＮが小さいまま（４Ｄ／Ｃ目の値をホールド）のため、変調周期の延長補正量は０のままである。
このようなロジックを用いることで、下流側酸素センサ６４が微小劣化した場合でも三元触媒６０の劣化診断を精度良く行なうことができる。
【００８８】
＜効果＞
したがって、本装置によれば、触媒下流側酸素センサの劣化診断について、燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響を大きく受ける場合には、燃料カット中に下流側の酸素センサ６４の出力が検出値帯域を通過する時間も長くなるので、応答時間が故障判定値よりも大きくなり、酸素センサ６４が劣化していると誤判定してしまうが、このとき、酸素センサ６４の出力が燃料カット直後から早期に低下していくことに着目して、通常時（燃料カット直前の空燃比変化や触媒の酸素ストレージ作用の影響をあまり受けない場合）と識別し、影響を大きく受ける場合には、劣化判定禁止処理をするので、上記誤判定を回避することができる。
【００８９】
例えば、劣化判定禁止処理をしない場合には、図１２（ａ）に示すように、エンジン回転数の広い領域にわたって、センサ劣化判定にかかる時間Ｔslopeが図中上方（時間大の側）大きくばらつくが、劣化判定禁止処理をすると、図１２（ｂ）に示すように、センサ劣化判定にかかる時間Ｔslopeの図中上方（時間大の側）への大きくばらつきが解消される。これにより、例えば、劣化判定閾値を、例えば、ｔ１からｔ２（ｔ２＜ｔ１）へと小さくして、より高精度の判定を行なうことが可能になる。
【００９０】
また、上流側空燃比センサ６２の変調度合を操作する場合、例えば図１３（ａ）に示すように、センサ劣化判定にかかる時間Ｔslopeに対応して変調周期を拡大操作する補正量αを設定し変調周期を拡大操作することにより、従来は、下流側の酸素センサ６４の微小劣化に起因して、カウントし切れなかった下流側反転回数Ｎｒがカウントされて、図中白矢印Ａ１で示すように、周波数比Ｒ（＝Ｎｒ／Ｎｆ）を適正に把握して、触媒の劣化を高精度で診断することができる。
【００９１】
また、図中白矢印Ａ２で示すように、下流側の酸素センサ６４の劣化判定閾値を、例えば、ｔ１からｔ２（ｔ２＜ｔ１）へと小さくすれば、下流側酸素センサ６４が正常から劣化判定するまでの全ての期間において触媒の劣化検出性能を確保する事が可能になる。
【００９２】
〔その他〕
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲でかかる実施形態を適宜変更して実施しうることはもちろんである。
例えば、上記の実施形態では、触媒上流側排ガスセンサが空燃比センサの例を説明したが、触媒上流側排ガスセンサが酸素センサの場合でも適用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
２  内燃機関（エンジン）
４  シリンダブロック
６  シリンダヘッド
８  気筒
１０  ピストン
１２  クランクシャフト
１４  コネクティングロッド
１６  燃焼室
１８  吸気ポート
２０  排気ポート
２２  吸気バルブ
２４  排気バルブ
２６  インテークマニホールド
２８  吸気管
３０  エキゾーストマニホールド
３２  排気管
３４  燃料噴射弁
３６  点火プラグ
３８  点火コイル
４０  クランク角センサ
４２  水温センサ
４４  エアクリーナ
４６  エアフローセンサ
４８  電子制御スロットル弁
５０  サージタンク
５２  ＩＳＣ（アイドルスピードコントローラ）
５４  スロットルポジションセンサ
５６  大気圧センサ
５８  吸気温度センサ
６０  三元触媒
６２  上流側空燃比センサ（上流側排ガスセンサ）
６４  下流側酸素センサ（下流側排ガスセンサ）
６６  警告灯
７０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
７２  エンジン制御手段
７４  センサ劣化判定手段
７４Ａ  劣化判定禁止手段
７６  触媒劣化判定手段
７６Ａ  レベル演算手段
７６Ｂ  下流側反転周波数演算手段
７６Ｃ  周波数比演算手段
７８  変調度合操作手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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