(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排出ガス浄化用の触媒の下流側に設置された排出ガスセンサ（以下「下流側排出ガスセンサ」という）の出力に基づいて該下流側排出ガスセンサの異常の有無を診断するセンサ異常診断手段を備えた排出ガスセンサの異常診断装置において、
前記センサ異常診断手段は、吸入空気量が前記触媒の浄化能力を越える運転領域に増加しているときに前記触媒上流側の空燃比を変化させて前記下流側排出ガスセンサの出力に基づいて該下流側排出ガスセンサの異常診断を実行することを特徴とする排出ガスセンサの異常診断装置。
【請求項２】
前記センサ異常診断手段は、前記下流側排出ガスセンサの異常診断を実行する前記吸入空気量の範囲を前記触媒の劣化度合に応じて設定することを特徴とする請求項１に記載の排出ガスセンサの異常診断装置。
【請求項３】
内燃機関の排出ガス浄化用の触媒の下流側に設置された排出ガスセンサ（以下「下流側排出ガスセンサ」という）の出力に基づいて該下流側排出ガスセンサの異常の有無を診断するセンサ異常診断手段を備えた排出ガスセンサの異常診断装置において、
前記センサ異常診断手段は、前記触媒上流側の空燃比が前記触媒の浄化能力を越える領域になっているときに、該触媒上流側の空燃比のリッチとリーンとを前記触媒の浄化能力を越えて切り換えて、前記下流側排出ガスセンサの出力に基づいて該下流側排出ガスセンサの異常診断を実行することを特徴とする排出ガスセンサの異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排出ガス浄化用の触媒の下流側に設置された排出ガスセンサの出力に基づいて該排出ガスセンサの異常の有無を診断する排出ガスセンサの異常診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の車両の排出ガス浄化システムでは、排出ガス浄化用の触媒の上流側と下流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサ（空燃比センサ又は酸素センサ）を設置し、これらの排出ガスセンサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御して触媒の排出ガス浄化効率を高めるようにしたものがある。このような排出ガス浄化システムにおいては、排出ガスセンサが劣化して空燃比制御精度が低下した状態（排出ガス浄化率が低下した状態）で運転が続けられるのを防ぐために、排出ガスセンサの劣化診断を行うようにしたものがある。この排出ガスセンサの劣化診断方法は、一般に、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）を変化させたときの排出ガスセンサの出力の挙動が触媒上流側の空燃比の変化に応答良く追従しているか否かで排出ガスセンサの劣化の有無を判定するようにしている。
【０００３】
しかし、触媒下流側に設置した排出ガスセンサの出力の挙動は、触媒の浄化能力（ストレージ効果）の影響を受けるため、触媒上流側の空燃比の変化が触媒下流側の空燃比（排出ガスセンサの出力）の変化として現れるまでに遅れ時間が生じると共に、その遅れ時間がその時点の触媒の浄化能力ひいては劣化度合によって変化する。このため、触媒下流側の排出ガスセンサの出力の挙動に基づいて該排出ガスセンサの劣化診断を行う場合、触媒下流側の排出ガスセンサの出力の挙動がその時点の触媒の浄化能力（ストレージ効果）の影響を受けて変化してしまい、触媒下流側の排出ガスセンサの劣化の有無を精度良く判定することができない。
【０００４】
そこで、特開平９−１７０９６６号公報に示すように、燃料カット毎に触媒下流側の酸素センサの出力がリッチ側設定値からリーン側設定値に変化するまでの時間を応答時間として計測し、この応答時間が劣化判定値以上であるか否かで触媒下流側の酸素センサの劣化の有無を判定し（一次診断）、その結果、劣化有りと判定された場合は、燃料カットが所定時間以上連続して行われたときに、その燃料カット復帰後の経過時間が設定時間に達した時点で、それまでに計測された最小の応答時間をメモリから読み出して劣化判定値と比較し、再度、応答時間が劣化判定値以上と判定された場合に、触媒下流側の酸素センサの劣化と確定診断するようにしたものがある。
【０００５】
この公報には、触媒下流側の酸素センサの劣化診断時に、燃料カットにより触媒のストレージ効果の影響を無視できる旨の記載がある。つまり、燃料カット時には、触媒に多量のリーン成分（Ｏ2 等）が流入して、触媒のリーン成分吸着量が急速に飽和状態になるため、燃料カット開始から触媒下流側の空燃比がリーンに変化するまでの応答時間が通常よりも短くなるという特性を利用して、燃料カット時に触媒下流側の酸素センサの応答時間を計測して該酸素センサの劣化診断を行うようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報には、触媒下流側の酸素センサの劣化診断時に、燃料カットにより触媒のストレージ効果の影響を無視できる旨の記載があるが、実際には、触媒のストレージ効果によって触媒下流側の酸素センサの応答時間が変化してしまう。つまり、図１２に示すように、燃料カットにより触媒上流側の空燃比がリッチからリーンに切り換わったときに、触媒下流側の空燃比（酸素センサの出力）がリッチからリーンに変化する途中で、触媒のストレージ効果によって触媒下流側の空燃比が一時的にほとんど変化しない状態になるが、触媒の劣化度合が進むほど、ストレージ効果の持続時間が短くなって触媒下流側の酸素センサの応答時間が短くなるという特性がある。そのため、上記公報の診断方法でも、触媒下流側の酸素センサの劣化診断時に触媒のストレージ効果の影響を無視できず、触媒下流側の酸素センサの劣化の有無を精度良く判定することができない。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、触媒のストレージ効果の影響を従来より少なくした条件下で、触媒下流側の排出ガスセンサの異常診断を実行することができ、触媒下流側の排出ガスセンサの異常診断精度を向上することができる排出ガスセンサの異常診断装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の排出ガスセンサの異常診断装置は、内燃機関の排出ガス浄化用の触媒の下流側に設置された排出ガスセンサ（以下「下流側排出ガスセンサ」という）の出力に基づいて該下流側排出ガスセンサの異常の有無をセンサ異常診断手段により診断するシステムにおいて、吸入空気量が触媒の浄化能力を越える運転領域に増加しているときに前記触媒上流側の空燃比を変化させて下流側排出ガスセンサの出力に基づいて該下流側排出ガスセンサの異常診断を実行するようにしてものである。
【０００９】
触媒の浄化能力を越える運転領域では、触媒のリーン成分又はリッチ成分のストレージ量（吸着量）が飽和状態になって、触媒内で浄化されずに通り抜ける排出ガスが増加するため、触媒上流側の空燃比変化が応答良く触媒下流側の空燃比変化として現れるようになる。これにより、触媒のストレージ効果の影響を従来より少なくした条件下で、下流側排出ガスセンサの出力に基づいて該下流側排出ガスセンサの異常診断を行うことができ、下流側排出ガスセンサの異常の有無を精度良く判定することができる。
【００１０】
ここで、触媒の浄化能力を越える運転領域とは、触媒に流入する排出ガス中のリッチ／リーン成分の流量が触媒の浄化反応（酸化・還元・吸着）の能力を越える運転領域のことである。触媒に流入する排出ガス中のリッチ／リーン成分の流量は、排出ガス流量が多くなるほど多くなる。また、触媒に流入する排出ガス流量は、それを直接検出しなくても、エンジン制御パラメータとして検出される吸入空気量から間接的に検出することができる。
【００１１】
これらの関係を考慮して、請求項１に係る発明では、排出ガス流量の代用情報となる吸入空気量が触媒の浄化能力を越える領域に増加しているときに、触媒上流側の空燃比を変化させて下流側排出ガスセンサの異常診断を実行するようにしている。つまり、排出ガス流量が触媒の浄化能力を越えている場合は、触媒のリーン成分又はリッチ成分のストレージ量（吸着量）が飽和状態になって、触媒で浄化されずに通り抜ける排出ガスが多くなっているため、触媒上流側の空燃比を変化させれば、触媒のストレージ効果の影響をほとんど受けずに、触媒上流側の空燃比変化が触媒下流側の空燃比変化として非常に応答良く現れるようになり、下流側排出ガスセンサの異常診断を精度良く行うことができる。
【００１２】
この場合、下流側排出ガスセンサの異常診断を実行する吸入空気量の範囲は、予め設定した固定値としても良いが、請求項２のように、下流側排出ガスセンサの異常診断を実行する吸入空気量の範囲を触媒の劣化度合に応じて設定するようにしても良い。このようにすれば、触媒の劣化度合が進むほど（触媒の浄化能力が低下するほど）、触媒で浄化可能な排出ガス流量（吸入空気量）が少なくなるのに対応して、下流側排出ガスセンサの異常診断を実行する吸入空気量の範囲をより少ない吸入空気量の範囲まで拡大することができ、下流側排出ガスセンサの異常診断を実行可能な運転領域を拡大して、異常診断の実行頻度を多くすることができる。
【００１３】
また、触媒の浄化率特性は、浄化ウインドと呼ばれる所定の空燃比範囲で浄化率が高くなり、それ以外の空燃比では浄化率が極端に低下するという特性がある。そこで、請求項３のように、触媒上流側の空燃比が触媒の浄化能力を越える領域（浄化ウインドの外側領域）になっているときに、該触媒上流側の空燃比のリッチとリーンとを前記触媒の浄化能力を越えて切り換えて、下流側排出ガスセンサの異常診断を実行するようにしても良い。触媒の浄化能力を越える空燃比（浄化ウインド外の空燃比）では、触媒で浄化されずに通り抜ける排出ガス成分が多くなるため、このような状態で、触媒上流側の空燃比のリッチとリーンとを前記触媒の浄化能力を越えて切り換えれば、触媒のストレージ効果の影響をほとんど受けずに、触媒上流側の空燃比変化が触媒下流側の空燃比変化として非常に応答良く現れるようになり、下流側排出ガスセンサの異常診断を精度良く行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
《実施形態（１）》
以下、本発明の実施形態（１）を図１乃至図６に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００１５】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１６】
一方、エンジン１１の排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリーン／リッチ等を検出する排出ガスセンサ２４，２５（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。
【００１７】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２７が取り付けられている。
【００１８】
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２８に入力される。このＥＣＵ２８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。
【００１９】
また、ＥＣＵ２８は、図２に示す排出ガスセンサ異常診断メインルーチン及び図３に示す異常診断実行サブルーチンを実行することで、吸入空気量が所定の異常診断実行吸入空気量ＫＱ（触媒２３の浄化能力を越える排出ガス流量下限値に相当する吸入空気量）以上のときに、空燃比のリッチ／リーンを切り換えて触媒下流側の排出ガスセンサ（以下「下流側排出ガスセンサ」という）２５の出力に基づいて下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を実行する。
【００２０】
図２に示す排出ガスセンサ異常診断メインルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいうセンサ異常診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上であるか否かを判定する。ここで、異常診断実行吸入空気量ＫＱは、触媒２３の浄化能力のばらつきを考慮して、劣化の無い触媒（新品相当の触媒）の浄化能力を越えるような吸入空気量に設定されている。
【００２１】
もし、吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱよりも少なければ、そのまま本プログラムを終了する。
【００２２】
一方、吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上と判定された場合には、ステップ１０２に進み、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断実行条件が成立しているか否かを判定する。ここで、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断実行条件は、例えば、次の▲１▼〜▲４▼の条件をす全て満たすことである。
【００２３】
▲１▼下流側排出ガスセンサ２５が活性状態であること
▲２▼エンジンが暖機完了状態であること
▲３▼エンジン回転変動が所定範囲内であること
▲４▼エンジン負荷変動が所定範囲内であること
上記▲３▼と▲４▼の条件は、エンジン運転状態がほぼ定常状態となるための条件である。
【００２４】
上記▲１▼〜▲４▼のうち１つでも満たさない条件があれば、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断実行条件が不成立となり、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を実行することなく、本プログラムを終了する。
【００２５】
一方、上記▲１▼〜▲４▼の条件を全て満たした場合には、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断実行条件が成立して、ステップ１０３に進み、図３に示す異常診断実行サブルーチンを実行して、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を次のようにして実行する。
【００２６】
図３の異常診断実行サブルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）を理論空燃比よりもリッチ（例えば目標空燃比＝１４）に制御するリッチ制御を実行し、このリッチ制御を開始してから下流側排出ガスセンサ２５の出力が安定するのに十分な時間が経過した後に、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）を理論空燃比よりもリーン（例えば目標空燃比＝１６）に制御するリーン制御に切り換える。
【００２７】
この後、ステップ２０２に進み、リッチ制御からリーン制御に切り換えた時点ｔ1 から下流側排出ガスセンサ２５の出力が所定値Ｖ1 以下に変化する時点ｔ2 までに要した時間をリーン応答時間ＴＬ（図４参照）として計測した後、ステップ２０３に進み、このリーン応答時間ＴＬが所定のリーン応答判定値以下か否かを判定する。
【００２８】
このリーン応答時間ＴＬがリーン応答判定値以下であれば、ステップ２０４に進み、下流側排出ガスセンサ２５のリーン応答性が正常（劣化無し）と判定する。一方、リーン応答時間ＴＬがリーン応答判定値よりも長ければ、ステップ２０５に進み、下流側排出ガスセンサ２５のリーン応答性が異常（劣化有り）と判定する。
【００２９】
この後、ステップ２０６に進み、リーン制御を開始してから下流側排出ガスセンサ２５の出力が安定するのに十分な時間が経過した後に、リーン制御からリッチ制御に切り換える。
【００３０】
この後、ステップ２０７に進み、リーン制御からリッチ制御に切り換えた時点ｔ3 から下流側排出ガスセンサ２５の出力が所定値Ｖ1 以上に変化する時点ｔ4 までに要した時間をリッチ応答時間ＴＲ（図４参照）として計測した後、ステップ２０８に進み、このリッチ応答時間ＴＲが所定のリッチ応答判定値以下か否かを判定する。
【００３１】
このリッチ応答時間ＴＲがリッチ応答判定値以下であれば、ステップ２０９に進み、下流側排出ガスセンサ２５のリッチ応答性が正常（劣化無し）と判定する。一方、リッチ応答時間ＴＲがリッチ応答判定値よりも長ければ、ステップ２１０に進み、下流側排出ガスセンサ２５のリッチ応答性が異常（劣化有り）と判定する。
【００３２】
この後、ステップ２１１に進み、下流側排出ガスセンサ２５のリーン応答性とリッチ応答性が両方とも正常か否かを判定し、両方とも正常であれば、ステップ２１２に進み、最終的に下流側排出ガスセンサ２５が正常（劣化無し）と判定する。一方、下流側排出ガスセンサ２５のリーン応答性とリッチ応答性のいずれか一方でも異常（劣化有り）と判定された場合には、ステップ２１３に進み、最終的に下流側排出ガスセンサ２５が異常（劣化有り）と判定する。この際、リーン応答性とリッチ応答性が両方とも異常と判定された場合のみ、最終的に下流側排出ガスセンサ２５が異常と判定するようにしても良い。
【００３３】
尚、本実施形態（１）では、図４に示すように、リッチ制御からリーン制御に切り換えた時点ｔ1 から下流側排出ガスセンサ２５の出力が所定値Ｖ1 以下に変化する時点ｔ2 までに要した時間をリーン応答時間ＴＬとして計測し、リーン制御からリッチ制御に切り換えた時点ｔ3 から下流側排出ガスセンサ２５の出力が所定値Ｖ1 以上に変化する時点ｔ4 までに要した時間をリッチ応答時間ＴＲとして計測するようにしたが、図５に示すように、リッチ制御からリーン制御に切り換えたときに、下流側排出ガスセンサ２５の出力が所定区間Ｖa 〜Ｖb （下流側排出ガスセンサ２５が酸素センサである場合には例えば０．７Ｖ〜０．２Ｖの区間）を通過するのに要した時間をリーン応答時間ＴＬとして計測し、その後、リーン制御からリッチ制御に切り換えたときに、下流側排出ガスセンサ２５の出力が所定区間Ｖb 〜Ｖa （下流側排出ガスセンサ２５が酸素センサである場合には例えば０．２Ｖ〜０．７Ｖの区間）を通過するのに要した時間をリッチ応答時間ＴＲとして計測するようにしても良い。また、リーン応答時間ＴＬを計測するための判定電圧Ｖ１（Ｖa 〜Ｖb ）と、リッチ応答時間ＴＲを計測するための判定電圧Ｖ１（Ｖb 〜Ｖa ）とを異なる電圧に設定しても良い。
【００３４】
図６（ａ）に示すように、吸入空気量が少ないとき（異常診断実行吸入空気量ＫＱよりも小さいとき）には、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）を切り換えても、触媒２３のストレージ効果によって触媒下流側の空燃比がほとんど変化しない遅れ時間があると共に、その遅れ時間（ストレージ効果の持続時間）が触媒２３の劣化度合によって変化するため（図１２参照）、触媒２３のストレージ効果の影響を受けて下流側排出ガスセンサ２５の応答時間が変化してしまい、下流側排出ガスセンサ２５の異常の有無を精度良く判定することができない。
【００３５】
これに対して、本実施形態（１）では、図６（ｂ）に示すように、吸入空気量が多いとき、具体的には異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上のときに、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）を切り換えて下流側排出ガスセンサ２５の応答時間を計測して下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を行う。吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上のときには、触媒２３のリーン成分又はリッチ成分のストレージ量（吸着量）が飽和状態になって、触媒２３で浄化されずに通り抜ける排出ガスが多くなるため、このような状態で、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）を切り換えれば、触媒２３のストレージ効果の影響をほとんど受けずに、触媒上流側の空燃比変化が応答良く触媒下流側の空燃比変化として現れるようになる。これにより、触媒２３のストレージ効果の影響をほぼ排除した条件下で、下流側排出ガスセンサ２５の出力に基づいて該下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を行うことができ、下流側排出ガスセンサ２５の異常の有無を精度良く判定することができる。
【００３６】
《実施形態（２）》
上記実施形態（１）では、異常診断実行吸入空気量ＫＱを、触媒２３の浄化能力のばらつきを考慮して、劣化の無い触媒（新品相当の触媒）の浄化能力を越えるような吸入空気量に設定するようにしたが、車両の運転方法や道路状況等によっては、吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上となる運転頻度が少なくなって、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断の実行頻度が少なくなってしまう可能性がある。
【００３７】
そこで、図７及び図８に示す本発明の実施形態（２）では、触媒２３の劣化度合ηcat が進むほど、触媒２３の浄化能力（ストレージ効果）が低下して、触媒２３で浄化可能な浄化可能な排出ガス流量（吸入空気量）が少なくなることを考慮して、触媒２３の劣化度合ηcat を検出し、触媒２３の劣化度合ηcat に応じて異常診断実行吸入空気量ＫＱを設定するようにしている。
【００３８】
以下、本実施形態（２）で実行する図７の排出ガスセンサ異常診断メインルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、触媒２３の劣化度合ηcat を読み込む。この触媒２３の劣化度合ηcat は、図示しない触媒劣化診断プログラムで、触媒２３の劣化の有無を判定するために算出された触媒２３の劣化度合を用いる。
【００３９】
この後、ステップ３０２に進み、図８に示す触媒２３の劣化度合ηcat をパラメータとする異常診断実行吸入空気量ＫＱのマップを検索して、現在の触媒２３の劣化度合ηcat に応じた異常診断実行吸入空気量ＫＱを算出する。
【００４０】
この異常診断実行吸入空気量ＫＱのマップは、触媒２３の劣化度合ηcat が進むほど異常診断実行吸入空気量ＫＱが小さくなるように設定されている。これにより、触媒２３の劣化度合ηcat が進むほど（触媒２３で浄化可能な排出ガス流量が少なくなるほど）、異常診断実行吸入空気量ＫＱを小さい値に設定して、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を実行する吸入空気量の範囲を、より少ない吸入空気量の範囲まで拡大するようになっている。
【００４１】
異常診断実行吸入空気量ＫＱの算出後、ステップ３０３に進み、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上であるか否かを判定し、次のステップ３０４で、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断実行条件が成立しているか否かを判定する。
【００４２】
吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上、且つ、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断実行条件が成立したと判定された場合には、ステップ３０５に進み、前記図３の異常診断実行サブルーチンを実行して、前記実施形態（１）と同じ方法で、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を実行する。
【００４３】
以上説明した本実施形態（２）では、触媒２３の劣化度合ηcat が進むほど、触媒２３の浄化能力（ストレージ効果）が低下して、触媒２３で浄化可能な排出ガス流量（吸入空気量）が少なくなるという事情を考慮して、触媒２３の劣化度合ηcat が進むほど異常診断実行吸入空気量ＫＱを小さい値に設定するようにしたので、触媒２３の劣化度合ηcat に応じて吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上となる運転頻度が増加して、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断の実行頻度を多くすることができる。
【００４４】
《実施形態（３）》
上記各実施形態（１），（２）では、吸入空気量が触媒２３の浄化能力を越える異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上のときに空燃比のリッチ／リーンを切り換えて下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を実行するようにしたが、図９乃至図１１に示す本発明の実施形態（３）では、触媒２３の浄化率特性（浄化ウインドと呼ばれる所定の空燃比範囲で浄化率が高くなり、それ以外の空燃比で浄化率が極端に低下するという特性）を考慮して、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）が触媒２３の浄化能力を越える空燃比（浄化ウインド外の空燃比）になっているときに、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）のリッチ／リーンを触媒２３の浄化能力を越えて切り換えて下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を実行するようにしている。
【００４５】
以下、本実施形態（３）で実行する図９の排出ガスセンサ異常診断メインルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ４０１で、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断実行条件が成立しているか否かを判定し、この異常診断実行条件が成立していれば、ステップ４０２に進み、前記図３の異常診断実行サブルーチンを実行して、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を実行する。
【００４６】
その際、本実施形態（３）では、図１０に示すように、触媒上流側の空燃比が触媒２３の浄化能力を越える空燃比（浄化ウインド外の空燃比）となっているときに、触媒上流側の空燃比のリッチ／リーンを切り換えるために、リッチ制御中は、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）を触媒２３の浄化ウインドよりもリッチ側（例えば目標空燃比＝１２）に制御し、リーン制御中は、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）を触媒２３の浄化ウインドよりもリーン側（例えば目標空燃比＝１７）に制御する。
【００４７】
そして、リッチ制御からリーン制御に切り換えた時点ｔ1 から下流側排出ガスセンサ２５の出力が所定値Ｖ1 以下に変化する時点ｔ2 までに要した時間をリーン応答時間ＴＬとして計測し、このリーン応答時間ＴＬをリーン応答判定値と比較して下流側排出ガスセンサ２５のリーン応答性の異常の有無を判定する。
【００４８】
その後、リーン制御からリッチ制御に切り換えた時点ｔ3 から下流側排出ガスセンサ２５の出力が所定値Ｖ1 以上に変化する時点ｔ4 までに要した時間をリッチ応答時間ＴＲを計測し、このリッチ応答時間ＴＲをリッチ応答判定値と比較して下流側排出ガスセンサ２５のリッチ応答性の異常の有無を判定する。
【００４９】
尚、図１１に示すように、リッチ制御からリーン制御に切り換えたときに、下流側排出ガスセンサ２５の出力が所定区間Ｖa 〜Ｖb （下流側排出ガスセンサ２５が酸素センサである場合には例えば０．７Ｖ〜０．２Ｖの区間）を通過するのに要した時間をリーン応答時間ＴＬとして計測し、その後、リーン制御からリッチ制御に切り換えたときに、下流側排出ガスセンサ２５の出力が所定区間Ｖb 〜Ｖa （下流側排出ガスセンサ２５が酸素センサである場合には例えば０．２Ｖ〜０．７Ｖの区間）を通過するのに要した時間をリッチ応答時間ＴＲとして計測するようにしても良い。また、リーン応答時間ＴＬを計測するための判定電圧Ｖ１（Ｖa 〜Ｖb ）と、リッチ応答時間ＴＲを計測するための判定電圧Ｖ１（Ｖb 〜Ｖa ）とを異なる電圧に設定しても良い。
【００５０】
以上説明した本実施形態（３）では、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）が触媒２３の浄化能力を越える空燃比（浄化ウインド外の空燃比）になっているときに、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）のリッチ／リーンを触媒２３の浄化能力を越えて切り換えて下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を実行する。触媒２３の浄化能力を越える空燃比（触媒２３の浄化ウインド外の空燃比）では、触媒２３で浄化されずに通り抜ける排出ガス成分が多くなるため、このような状態で、触媒上流側の空燃比のリッチ／リーンを切り換えれば、触媒２３のストレージ効果の影響をほとんど受けずに、触媒上流側の空燃比変化が触媒下流側の空燃比変化として応答良く現れるようになり、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を精度良く行うことができる。
【００５１】
尚、本発明は、各実施形態（１）〜（３）に限定されず、吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上で、且つ、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）が触媒２３の浄化能力を越える空燃比（浄化ウインド外の空燃比）になっているときに、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）のリッチ／リーンを触媒２３の浄化能力を越えて切り換えて下流側排出ガスセンサ２５の異常診断を実行するようにしても良い。
【００５２】
また、上記各実施形態（１）〜（３）では、触媒上流側の空燃比（目標空燃比）のリッチ／リーンを切り換えたときの下流側排出ガスセンサ２５のリーン応答時間ＴＬ、リッチ応答時間ＴＲを、それぞれ判定値と比較して下流側排出ガスセンサ２５の応答性の劣化を診断するようにしたが、下流側排出ガスセンサ２５の異常診断方法は、適宜変更しても良い。
【００５３】
例えば、空燃比のリッチ／リーンを一定周期で交互に切り換えたときの下流側排出ガスセンサ２５の平均リーン応答時間、平均リッチ応答時間を算出し、この平均リーン応答時間、平均リッチ応答時間をそれぞれ判定値と比較して下流側排出ガスセンサ２５の応答性の劣化を診断するようにしても良い。
【００５４】
また、空燃比のリッチ／リーンを一定周期で交互に切り換えたときの上流側排出ガスセンサ２４の出力と下流側排出ガスセンサ２５の出力の周波数比や振幅比に基づいて下流側排出ガスセンサ２５の応答性の劣化を診断するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）におけるエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】実施形態（１）の排出ガスセンサ異常診断メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図３】異常診断実行サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図４】実施形態（１）の排出ガスセンサの異常診断方法を説明するためのタイムチャート
【図５】実施形態（１）の排出ガスセンサの他の異常診断方法を説明するためのタイムチャート
【図６】（ａ）は吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱよりも少ないときの触媒上流側の空燃比と触媒下流側の空燃比と下流側排出ガスセンサの出力の挙動を示すタイムチャート、（ｂ）は吸入空気量が異常診断実行吸入空気量ＫＱよりも多いときの触媒上流側の空燃比と触媒下流側の空燃比と下流側排出ガスセンサの出力の挙動を示すタイムチャート
【図７】実施形態（２）の排出ガスセンサ異常診断メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図８】触媒の劣化度合と異常診断実行吸入空気量との関係を規定するマップを概念的に示す図
【図９】実施形態（３）の排出ガスセンサ異常診断メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図１０】実施形態（３）の排出ガスセンサの異常診断方法を説明するためのタイムチャート
【図１１】実施形態（３）の排出ガスセンサの他の異常診断方法を説明するためのタイムチャート
【図１２】触媒のストレージ効果と触媒劣化の有無が触媒下流側の空燃比の変化に与える影響を説明するタイムチャート
【符号の説明】
１１…内燃機関（エンジン）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２３…触媒、２４，２５…排出ガスセンサ、２８…ＥＣＵ（センサ異常診断手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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