(57)【要約】【課題】触媒の劣化に関わらず、空燃比センサのオフセット故障を正確に診断可能な内燃機関の空燃比センサ診断装置を実現する。【解決手段】触媒前空燃比センサ計測部１０１、吸入空気量計測部１０２、触媒内中心空燃比推定部１０７からの信号に基づき触媒内酸素蓄積量推定部１０３が触媒内酸素蓄積量を推定する。酸素貯積量補正部１１６は触媒内酸素蓄積量と触媒劣化指標部１０４からの補正値とに基づき触媒内酸素蓄積量を演算し触媒内酸素蓄積量と酸素センサ信号補正値とから補正値演算部１０５、１０６、触媒内中心空燃比推定部１０７からの比例分補正値ＰＢ、積分分補正値ＩＢ、触媒内中心空燃比ＣＮＴＡＢＦに基づき目標空燃比補正量演算部１０８で目標空燃比補正量が演算される。演算された目標空燃比補正量に基づき触媒前空燃比センサオフセット故障第１判定部１１２で触媒前空燃比センサオフセット故障が判断される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられた触媒と、
上記触媒の上流側に配置された空燃比センサから出力される空燃比を検出する触媒前空燃比計測部と、
上記触媒の下流側に配置され触媒からの排気の酸素濃度を検出する触媒後酸素計測部と、
上記内燃機関の吸入空気量を計測する吸入空気量計測部と、
上記触媒内の中心空燃比を推定する触媒内中心空燃比推定部と、
上記触媒前空燃比計測部により計測された空燃比、上記吸入空気量計測部により計測された吸入空気量、及び上記触媒内中心空燃比推定部により推定された触媒内の中心空燃比に基づいて触媒内酸素蓄積量を推定する触媒内酸素蓄積量推定部と、
上記内燃機関の燃料カット時間と燃料リカバ時の空燃比リッチ時間と上記触媒後酸素信号計測部が計測した空燃比とに基づいて触媒劣化指標を算出する触媒劣化指標部と、
上記触媒劣化指標部が算出した触媒劣化指標に基づいて触媒後酸素計測部が計測した酸素濃度信号を補正する酸素濃度信号補正部と、
上記触媒劣化指標部が算出した触媒劣化指標に基づいて上記触媒の酸素貯積量を補正する酸素貯積量補正部と、
上記酸素貯積量補正部が補正した触媒の酸素貯積量及び上記酸素濃度信号補正部が補正した酸素濃度信号に基づいて、比例分補正値及び積分分補正値を演算し、演算した比例分補正値及び積分分補正値と、上記触媒内中心空燃比推定部が推定した触媒内中心空燃比とに基づいて目標空燃比補正量を演算する空燃比補正部と、
上記触媒内中心空燃比推定部が推定した触媒内中心空燃比に基づいて、空燃比の上下限を演算する上下限判定値演算部と、
上記空燃比補正部が演算した目標空燃比補正量及び上記上下限判定値演算部が演算した上下限に基づいて上記空燃比センサのオフセット故障を判定する第１判定部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置において、
上記空燃比補正部は、上記比例分補正値を演算する比例分補正値演算部と、上記積分分補正値を演算する積分分演算部と、上記比例分補正値演算部が演算した比例分補正値、上記積分分演算部が演算した積分分補正値、及び上記触媒内中心空燃比推定部が推定した触媒内中心空燃比とに基づいて目標空燃比補正量を演算する目標空燃比補正量演算部とを有することを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置において、
上記上下限判定値演算部は、上記触媒内中心空燃比推定部が推定した触媒内中心空燃比に基づいて、空燃比の上限判定値を演算する上限判定値演算部と、空燃比の下限判定値を演算する下限判定値演算部とを有することを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置において、
上記内燃機関の空燃比センサの診断を実行すべき領域であるか否かを判定する診断領域判定部を、さらに備え、上記第１判定部は、上記診断領域判定部により空燃比センサの診断を実行すべき領域であることが判断されたときに、上記空燃比センサのオフセット故障を判定すること特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置において、
上記診断領域判定部により空燃比センサの診断を実行すべき領域であることが判断されたときに、上記触媒内中心空燃比推定部が推定した触媒内中心空燃比に基づいて、上記空燃比センサのオフセット故障を判定する第２判定部を備えること特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置において、
上記触媒劣化指標部は、内燃機関の燃料カット時に上記触媒後酸素計測部の出力がリーン出力となった後、燃料リカバ時に目標空燃比がリッチ側になるように触媒劣化指標を演算し、上記触媒後酸素計測部の出力がリッチ側に反転するまでの時間を算出することを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置において、
上記酸素濃度信号補正部は、上記触媒劣化指標部が算出した、上記触媒後酸素計測部の出力がリッチ側に反転するまでの時間に基づいて、酸素濃度信号の補正値を算出することを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項８】
請求項６に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置において、
上記酸素貯積量補正部は、上記触媒劣化指標部が算出した、上記触媒後酸素計測部の出力がリッチ側に反転するまでの時間に基づいて、上記触媒の酸素貯積量を補正することを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項９】
内燃機関の排気系に設けられた触媒と、
上記触媒の上流側に配置された空燃比センサから出力される空燃比を検出する触媒前空燃比計測部と、
上記触媒の下流側に配置され触媒からの排気の酸素濃度を検出する触媒後酸素計測部と、
上記内燃機関の吸入空気量を計測する吸入空気量計測部と、
上記触媒内の中心空燃比を推定する触媒内中心空燃比推定部と、
上記触媒前空燃比計測部により計測された空燃比、上記吸入空気量計測部により計測された吸入空気量、及び上記触媒内中心空燃比推定部により推定された触媒内の中心空燃比に基づいて触媒内酸素蓄積量を推定する触媒内酸素蓄積量推定部と、
上記内燃機関の燃料カット時間と燃料リカバ時の空燃比リッチ時間と上記触媒後酸素信号計測部が計測した空燃比とに基づいて触媒劣化指標を算出する触媒劣化指標部と、
上記触媒劣化指標部が算出した触媒劣化指標に基づいて、目標空燃比の補正量を算出する目標空燃比補正量マップ補正部と、
上記触媒内酸素蓄積量推定部が推定した上記触媒内酸素蓄積量と、上記目標空燃比補正量マップ補正部が算出した目標空燃比の補正量とに基づいて、比例分補正値及び積分分補正値を演算し、演算した比例分補正値及び積分分補正値と、上記触媒内中心空燃比推定部が推定した触媒内中心空燃比とに基づいて目標空燃比補正量を演算する空燃比補正部と、
上記触媒内中心空燃比推定部が推定した触媒内中心空燃比に基づいて、空燃比の上下限を演算する上下限判定値演算部と、
上記空燃比補正部が演算した目標空燃比補正量及び上記上下限判定値演算部が演算した上下限に基づいて上記空燃比センサのオフセット故障を判定する第１判定部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置において、
上記触媒劣化指標部は、内燃機関の燃料カット時に上記触媒後酸素計測部の出力がリーン出力となった後、燃料リカバ時に目標空燃比がリッチ側になるように触媒劣化指標を演算することを特徴とする内燃機関の空燃比センサ診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比センサ診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の内燃機関における有害排気ガスを減少させ、かつ燃費や運転性を向上させるための手段として、エンジン等の内燃機関の排気ガス成分に関する情報によって、空燃比を制御するフィードバック方式の空燃比制御装置が実用化されている。
【０００３】
上記の空燃比制御装置において、排気ガス成分の異常や、制御システム上での異常は、使用されるセンサ、例えば空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）自身の故障や劣化により発生することがあり、空燃比制御を適正に行うことができない場合が生じる。
【０００４】
特に、上記のＬＡＦセンサは、エンジンの排気を直接受ける位置に設置されるため、高温、高圧や振動の影響、粗悪燃料等の影響を受け、劣化し易い傾向がある。また、多気筒エンジンの場合、他の気筒のサイクルの影響を受けるため、極めて正確な検出精度を有している必要がある。
【０００５】
特に、北米向けの自動車は、ＯＢＤII規制（車載自己診断装置の装着を義務付けた法律）に対応する必要があり、上記ＬＡＦセンサに排気規制値の１．５倍を超えるような故障が発生した場合、速やかに運転者に異常を警告し、修理を促す必要がある。
【０００６】
したがって、ＬＡＦセンサの検出精度が何らかの原因で低下した時には、ＬＡＦセンサの交換等の適切な処置を施す必要がある。このため、ＬＡＦセンサの異常状態を判定するために、触媒の下流側に配置された酸素センサからの出力信号に基づいて、ＬＡＦセンサの異常状態判定を行う手段が知られている。
【０００７】
特許文献１には、触媒前に配置されたＬＡＦセンサの出力信号と空気流量とに基づいて触媒内の酸素蓄積量を演算し、該酸素蓄積量と触媒後に配置された酸素センサの出力信号とに基づいて、ＬＡＦセンサの故障モードであるオフセット故障を判定する診断装置が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、燃料カットから燃料リカバまでの計測時間と燃料リカバ後の触媒後に設置された酸素センサの出力信号の上昇勾配に基づいて、ＬＡＦセンサの故障を判定する診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−２２９６５９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２２４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術における空燃比センサ診断装置にあっては、触媒後に配置された酸素センサが触媒劣化による影響を受け、酸素センサの特性に影響を及ぼした場合には、正確にＬＡＦセンサのオフセット故障を判定することが出来ない。
【００１１】
本発明の目的は、触媒の劣化に関わらず、空燃比センサのオフセット故障を正確に診断可能な内燃機関の空燃比センサ診断装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
【００１３】
内燃機関の空燃比センサ診断装置において、内燃機関の排気系に設けられた触媒と、触媒の上流側に配置された空燃比センサから出力される空燃比を検出する触媒前空燃比計測部と、上記触媒の下流側に配置され触媒からの排気の酸素濃度を検出する触媒後酸素計測部と、上記内燃機関の吸入空気量を計測する吸入空気量計測部と、上記触媒内の中心空燃比を推定する触媒内中心空燃比推定部と、上記触媒前空燃比計測部により計測された空燃比、上記吸入空気量計測部により計測された吸入空気量、及び上記触媒内中心空燃比推定部により推定された触媒内の中心空燃比に基づいて触媒内酸素蓄積量を推定する触媒内酸素蓄積量推定部と、上記内燃機関の燃料カット時間と燃料リカバ時の空燃比リッチ時間と上記触媒後酸素信号計測部が計測した空燃比とに基づいて触媒劣化指標を算出する触媒劣化指標部と、上記触媒劣化指標部が算出した触媒劣化指標に基づいて触媒後酸素計測部が計測した酸素濃度信号を補正する酸素濃度信号補正部と、上記触媒劣化指標部が算出した触媒劣化指標に基づいて上記触媒の酸素貯積量を補正する酸素貯積量補正部と、上記酸素貯積量補正部が補正した触媒の酸素貯積量及び上記酸素濃度信号補正部が補正した酸素濃度信号に基づいて、比例分補正値及び積分分補正値を演算し、演算した比例分補正値及び積分分補正値と、上記触媒内中心空燃比推定部が推定した触媒内中心空燃比とに基づいて目標空燃比補正量を演算する空燃比補正部と、上記触媒内中心空燃比推定部が推定した触媒内中心空燃比に基づいて、空燃比の上下限を演算する上下限判定値演算部と、上記空燃比補正部が演算した目標空燃比補正量及び上記上下限判定値演算部が演算した上下限に基づいて上記空燃比センサのオフセット故障を判定する第１判定部と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
触媒の劣化に関わらず、空燃比センサのオフセット故障を正確に診断可能な内燃機関の空燃比センサ診断装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が適用される内燃機関システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１を含めた空燃比フィードバック制御のブロック図である。
【図３】ＬＡＦセンサのオフセットずれの吸収動作を示す図である。
【図４】触媒劣化時のＬＡＦセンサオフセット故障の動作を示す図である。
【図５】本発明の実施例１におけるＬＡＦセンサ診断部１００の内部ブロック図である。
【図６】本発明の実施例１における動作フローチャートである。
【図７】本発明の実施例２におけるＬＡＦセンサ診断部の内部ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明に実施形態による内燃機関の空燃比センサ診断装置を説明する。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明が適用される内燃機関システムの概略構成図である。図１において、内燃機関システムは、内燃機関と、吸気系と、排気系とを備える。内燃機関には点火装置３０１、燃料噴射装置３０２および回転数検出装置３０３が取り付けられている。
【００１８】
エアークリーナ３００から流入される空気は、スロットルバルブ３１３で流量を調節された後、流量検出手段３０４で流量が計測され、燃料噴射装置３０２から所定の角度で噴射される燃料と混合されて各気筒３１４に供給される。
【００１９】
また、排気系には、空燃比センサ３０５、三元触媒３０６が取り付けられており、排気ガスは三元触媒３０６で浄化された後に、大気に排出される。空燃比センサ３０５は三元触媒３０６の上流側（排気ガスの流れ方向上流）に配置されている。
【００２０】
内燃機関制御装置３０７は、流量検出手段３０４の出力信号Ｑａと、回転数検出手段３０３によってリングギアまたはプレート３０８の回転数Ｎｅとを取り込み、燃料噴射量Ｔｉを計算し、燃料噴射装置の噴射量を制御する。
【００２１】
また、内燃機関制御装置３０７は、内燃機関内の空燃比を空燃比センサ３０５から検出し、内燃機関内の空燃比を理論空燃比になるように燃料噴射量Ｔｉを補正する空燃比フィードバック制御を行う。また、触媒後の空燃比を酸素センサ３１５で検出する。
【００２２】
一方、燃料タンク３０９内の燃料は、燃料ポンプ３１０によって、吸引・加圧された後、プレッシャーレギュレータ３１１を備えた燃料管３１２を通って燃料噴射装置３０２の燃料入口に導かれ、余分な燃料は、燃料タンク３０９に戻される。
【００２３】
以上が、本発明が適用される内燃機関システムである。
【００２４】
図２は、本発明の実施例１を含めた空燃比フィードバック制御のブロック図である。図２において、通常、三元触媒３０６による排気浄化システムでは、触媒３０６の前、つまり上流側に配置されたＬＡＦセンサ３０５の信号を用いて、ＰＩ制御等を行うＬＡＦセンサ制御部３０７２の制御動作により、触媒３０６前の空燃比を目標空燃比（理論空燃比ｅｔｃ）に制御している。その際、触媒３０６の後、つまり下流側に配置されたＯ２センサ３１５の信号により、目標空燃比を補正することによって、ＬＡＦセンサ３０５の検出ずれを吸収する。また、目標空燃比演算部３０７３が触媒３０６の要求する空燃比（触媒内中心空燃比）に目標空燃比を合わせることにより、より的確な空燃比フィードバック制御を実現する。そして、燃料噴射制御部３０７１がエンジン４００における燃料噴射量を制御する。
【００２５】
空燃比フィードバック制御を実現する手段として、Ｏ２センサ３１５を用いた制御であるリアＯ２センサ制御がある。これは、本発明に係るＬＡＦセンサ診断部１００によって実行される。したがって、まず、前提となるリアＯ２センサ制御について説明する。
【００２６】
リアＯ２センサ制御の目的の一つとして、ＬＡＦセンサ３０５のオフセットずれの吸収がある。
【００２７】
図３は、ＬＡＦセンサ３０５のオフセットずれの吸収動作を示す図であり、縦軸は検出空燃比を示し、横軸は実空燃比を示す。
【００２８】
図３において、正規の特性（実線で示す）に、オフセットずれが発生すると、仮に実空燃比が１４．７の場合、動作点がａ点に移動し、ＬＡＦセンサ制御で、ｂ点になるように制御される（破線図示）。しかし、実空燃比はｃ点（実線上）の値であるため、このｃ点の空燃比が、リアＯ２センサの信号に現れてくる。
【００２９】
本発明においては、このリアＯ２センサ信号を活用し、目標空燃比を補正することで、オフセットずれを吸収し、あたかもオフセットずれが無いセンサを使用しているような制御を行う。
【００３０】
リアＯ２センサ制御のもう一つの目的は、触媒３０６の状況に応じて、目標空燃比を補正することにある。その方法として、リアＯ２センサの制御動作において、触媒内酸素蓄積量を推定し、その結果から、触媒内中心空燃比を演算する。通常の三元触媒の場合、空燃比を理論空燃比１４．７に制御することが望ましいが、運転領域や、触媒の劣化、活性状態により、必ずしも、空燃比を１４．７に制御することが良いとは限らない。
【００３１】
そこで、リアＯ２センサの制御動作内で、触媒３０６内の酸素蓄積量を推定し、触媒３０６の状況に応じて、最も排気浄化率が高い空燃比（触媒内中心空燃比）を演算し、目標空燃比を補正することで、最良の空燃比フィードバック制御を実現する。
【００３２】
次に、上記制御を前提として、本発明の実施例１についてのさらなる説明を行う。
【００３３】
図２に戻るが、ＬＡＦセンサ３０５のオフセット故障は、オフセットずれの過度の状態であり、前述したように、リアＯ２センサ制御の動作自体に、オフセットずれを吸収する機能が備わっているため、リアＯ２センサ制御動作内のパラメータをモニタすることで、オフセット故障を検出することができる。そこで、次に、触媒３０６の劣化により触媒後酸素センサ３１５が影響を受けた場合においても、オフセット故障を正確に検知可能であることについて説明する。
【００３４】
図４は、触媒劣化時のＬＡＦセンサオフセット故障の動作を示す図である。
【００３５】
図４において、ＬＡＦセンサオフセット故障時は、触媒を介して、リア酸素センサ信号ＶＯ２Ｒに、その影響が出やすくなり、比例分補正値ＰＢ、積分分補正値ＩＢが変化し、結果として、リアＯ２センサ制御の出力値である目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２が変化する。
【００３６】
したがって、目標空燃比演算において目標空燃比が補正され、ＬＡＦセンサ制御により、ＬＡＦセンサ信号ＲＡＢＦが実空燃比に制御される。つまり、ＬＡＦセンサ信号ＲＡＢＦのオフセット故障分が、ＴＡＢＦＲＯ２に反映される。よって、目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２をモニタすることでＬＡＦセンサオフセット故障の診断を行うことができる。
【００３７】
触媒劣化時は、リアＯ２センサ信号ＶＯ２Ｒの特性が変化するため、燃料カット時にリアＯ２センサ信号ＶＯ２Ｒの出力がリーン出力となった後、燃料リカバ時に目標空燃比をリッチ側となるように制御し、リアＯ２センサ信号計測手段の出力がリッチに反転するまでの時間に応じた補正値を算出し、リアＯ２センサ信号ＶＯ２Ｒの補正を行い、目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２をモニタすることで診断を行うことができる。
【００３８】
図５は、本発明の実施例１におけるＬＡＦセンサ診断部１００の内部ブロック図である。
【００３９】
図５において、触媒前空燃比センサ信号計測部１０１は、触媒前ＬＡＦセンサ３０５からの出力信号ＲＡＢＦに基づいて触媒前空燃比を計測する。また、吸入空気量計測部１０２は、内燃機関に吸入される空気量ＱＡＲを計測する。
【００４０】
触媒内酸素蓄積量推定部１０３は、触媒前空燃比センサ信号計測部１０１から供給される触媒前空燃比と、吸入空気量計測部１０２からの供給される吸入空気量と、触媒内中心空燃比推定部１０７から供給される触媒内中心空燃比とから、触媒内酸素蓄積量を推定する。
【００４１】
触媒後酸素センサ信号計測部１０４は、触媒後酸素センサ３１５から供給される信号ＶＯ２Ｒから触媒後の酸素濃度を計測する。また、触媒劣化指標部１１４は、触媒後酸素センサ信号計測部１０４の結果（リッチ応答時間）から、酸素センサ信号補正値を演算する。
【００４２】
酸素センサ信号補正部１１５は、触媒劣化指標部１１４からの酸素センサ信号補正値と、触媒後酸素センサ信号計測部１０４からの酸素濃度とから、酸素センサ信号の補正後の出力値を演算する。酸素貯積量補正部１１６は、触媒劣化指標部１１４からの補正値と、触媒内酸素蓄積量推定部１０３からの触媒内酸素蓄積量とから酸素貯積量補正後の出力値を演算する。触媒劣化指標部１１４は、内燃機関の燃料カット時に触媒後酸素計測部１０２の出力がリーン出力となった後、燃料リカバ時に目標空燃比がリッチ側になるように触媒劣化指標を演算し、触媒後酸素計測部１０２の出力がリッチ側に反転するまでの時間を算出する。
【００４３】
比例分補正値演算部１０５は、酸素蓄積量補正部１１６から供給される触媒内酸素蓄積量と、酸素センサ信号補正部１１５から供給される触媒後酸素濃度とから、比例分補正値を演算する。
【００４４】
また、積分分補正値演算部１０６は、酸素蓄積量補正部１１６から供給される触媒内酸素蓄積量と、酸素センサ信号補正部１１５から供給される触媒後酸素濃度とから積分分補正値を演算する。また、触媒内中心空燃比推定部１０７は、酸素蓄積量補正部１１６から供給される触媒内酸素蓄積量（酸素貯積量）と、酸素センサ信号補正部１１５から供給される触媒後酸素濃度とから、触媒内中心空燃比の推定値を演算する。
【００４５】
また、目標空燃比補正量演算部１０８は、比例分補正値演算部１０５からの比例分補正値と、積分分補正値演算部１０６からの積分分補正値と、触媒内中心空燃比推定部１０７からの触媒内中心空燃比と、から目標空燃比補正量を演算する。
【００４６】
なお、比例分補正値演算部１０５と、積分分補正値演算部１０６と、目標空燃比補正量演算部１０８とにより空燃比補正部１２０が形成される。
【００４７】
上限判定値演算部１０９は、触媒内中心空燃比推定部１０７から供給される触媒内中心空燃比から、上限判定値を演算する。また、下限判定値演算部１１０は、触媒内中心空燃比推定部１０７から供給される触媒内中心空燃比から、空燃比の下限判定値を演算する。上限判定値演算部１０９及び下限判定値演算部１１０により上下限判定値演算部が形成される。
【００４８】
診断領域判定部１１１は、空燃比センサの診断を実行すべき領域であるか否か（水温、エンジン回転数が診断を実行するのに適切な領域であるか否か）を判断し、その判断信号を触媒前空燃比センサオフセット故障第１判定部１１２及び触媒前空燃比センサオフセット故障第２判定部１１３に供給する。
【００４９】
触媒前空燃比センサオフセット故障第１判定部１１２は、上限判定値演算部１０９から供給される上限判定値と、下限判定値演算部１１０から供給される下限判定値と、診断領域判定部１１１から供給される診断実行判定結果と、目標空燃比補正量補正量演算部１０８から供給される目標空燃比補正量とから、触媒前空燃比センサのオフセット故障を判定する。
【００５０】
また、触媒前空燃比センサオフセット故障第２判定部１１３でも、診断領域判定部１１１から供給される診断実行判定結果と、触媒内中心空燃比推定部１０７から供給される触媒内中心空燃比とから、触媒前空燃比センサ３０５のオフセット故障を判定する。
【００５１】
なお、図５に示した、触媒前空燃比センサ信号計測部１０１、吸入空気量計測部１０２、触媒内酸素蓄積量推定部１０３、触媒後酸素センサ信号計測部１０４、比例分補正値演算部１０５、積分分補正値演算部１０６、触媒内中心空燃比推定部１０７、目標空燃比補正量演算部１０８は、図２に示したリアＯ２制御部に対応する。
【００５２】
また、図５に示した、上限判定値演算部１０９、下限判定値演算部１１０、断領域判定部１１１、触媒前空燃比センサオフセット故障第１判定部１１２、触媒前空燃比センサオフセット故障第２判定部１１３、触媒劣化指標部１１４、酸素センサ信号補正部１１５、酸素貯積量補正部１１６は、図２に示した触媒前ＬＡＦセンサオフセット故障診断部に対応する。
【００５３】
図６は、本発明の実施例１における動作フローチャートである。
【００５４】
図６のステップ７０１で、触媒前ＬＡＦセンサ信号計測部１０１が触媒前ＬＡＦセンサ信号ＲＡＢＦを計測する。次に、ステップ７０２で、吸入空気量計測部１０２が吸入空気量ＱＡＲを計測する。そして、ステップ７０３で、触媒内酸素蓄積量推定部１０３が、触媒前空燃比センサ信号ＲＡＢＦF、触媒内中心空燃比推定値ＣＮＴＡＢＦ、吸入空気量ＱＡＲから、触媒内酸素蓄積量ＯＳＥＳＴを演算する。
【００５５】
算出式は（ＯＳＥＳＴ＝ＯＳＥＳＴold＋（ＲＡＢＦ−ＣＮＴＡＢＦold）×ＱＡＲ）である。ただし、ＯＳＥＳＴold、ＣＮＴＡＢＦoldは、前回おけるＯＳＥＳＴ、ＣＮＴＡＢＦそれぞれの値である。
【００５６】
続いて、ステップ７０４で、触媒後酸素センサ信号計測部１０４が触媒後酸素センサ信号ＶＯ２Ｒを計測する。そして、ステップ７０５で、触媒劣化指標部１１４が、燃料カットから燃料リカバ時における触媒後酸素センサ信号ＶＯ２Ｒの応答時間から触媒劣化指標値ＣＡＴＶＡを演算する。ステップ７０５においては、リッチ応答時間に対する触媒劣化指標値ＣＡＴＶＡのテーブルがある。
【００５７】
次に、ステップ７０６で、酸素蓄積量補正部１１６が、触媒劣化指標値ＣＡＴＶＡと触媒内酸素蓄積量ＯＳＥＳＴとから酸素貯積量補正値ＯＳＥＳＴＮを演算する（ＯＳＥＳＴＮ＝ＯＳＥＳＴ＊ＣＡＴＶＡ）。そして、ステップ７０７で、酸素センサ信号補正部１１５は、触媒劣化指標値ＣＡＴＶＡと触媒後酸素センサ信号ＶＯ２Ｒとから酸素センサ信号補正値ＶＯ２ＲＮを演算する（ＶＯ２ＲＮ＝ＶＯ２Ｒ＊ＣＡＴＶＡ）。
【００５８】
次に、ステップ７０８で、比例分補正値演算部１０５が、酸素貯積量補正値ＯＳＥＳＴＮと、酸素センサ信号補正値ＶＯ２ＲＮとから、比例分補正値ＰＢを演算する。そして、ステップ７０９で、積分分補正値演算部１０６が、酸素貯積量補正値ＯＳＥＳＴＮと、酸素センサ信号補正値ＶＯ２ＲＮとから、積分分補正値ＩＢを演算する。
【００５９】
次に、ステップ７１０で、触媒内中心空燃比推定部１０７が、酸素貯積量補正値ＯＳＥＳＴＮと、酸素センサ信号補正値ＶＯ２ＲＮとから、触媒内中心空燃比ＣＮＴＡＢＦを演算する。そして、ステップ７１１で、目標空燃比補正量演算部１０８が、比例分補正値ＰＢと、積分分補正値ＩＢと、触媒内中心空燃比ＣＮＴＡＢＦとを加算し、目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２を演算する。
【００６０】
次に、ステップ７１２で、積分分補正値ＩＢ、触媒内中心空燃比ＣＮＴＡＢＦ、酸素貯積量補正値ＯＳＥＳＴＮの前回値を、それぞれ、ＩＢold、ＣＮＴＡＢＦold、ＯＳＥＳＴＮoldとする。そして、ステップ７１３で、触媒内中心空燃比ＣＮＴＡＢＦの加重平均値または学習値をＣＮＴＡＢＦＬＴとする。ステップ７１２、７１３における演算は、必要なパラメータを入力可能とすれば、目標空燃比補正量演算部１０８にて実行可能である。
【００６１】
次に、ステップ７１４で、上限判定値演算部１０９が、上限判定値を加重平均値または学習値ＣＮＴＡＢＦＬＴから演算する。ＣＮＴＡＢＦＬＴは目標空燃比補正量演算部１０８から上限判定値演算部１０９に供給可能である。次に、ステップ７１５で、下限判定値演算部１１０が、下限判定値を加重平均値または学習値ＣＮＴＡＢＦＬＴから演算する。ＣＮＴＡＢＦＬＴは目標空燃比補正量演算部１０８から下限判定値演算部１１０に供給可能である。
【００６２】
次に、ステップ７１６で、診断領域判定部１１１は、ＬＡＦセンサ３０５を診断すべき診断領域か否かをチェックする。診断領域であれば、ステップ７１７に進む。ステップ７１６で診断領域外であれば、診断は実行しない。
【００６３】
ステップ７１７において、触媒前空燃比センサオフセット故障第１判定部１１２は、上限判定値演算部１０９が演算した上限判定値より目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２が大か否かを判断する。また、ステップ７１７においては、触媒前空燃比センサオフセット故障第１判定部１１２は、下限判定値演算部１１０が演算した下限判定値より目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２が小か否かを判断する。
【００６４】
ステップ７１７の条件が成立（ＴＡＢＦＯ２が上限判定値より大 またはＴＡＢＦＯ２が下限判定値より小）するとき、ステップ７１９に進み、触媒前空燃比センサオフセット故障第１判定部１１２はオフセット故障と判定する。
【００６５】
ステップ７１７の条件が不成立のときは、ステップ７１８に進み、触媒前空燃比センサオフセット故障第２判定部１１３は、触媒内中心空燃比ＣＮＴＡＢＦが定数１より小か否か、または定数２より大か否かをチェックする。ステップ７１８の条件が成立（ＣＮＴＡＢＦが定数２より大 または、ＣＮＴＡＢＦが定数１より小）のとき、ステップ７１９で、オフセット故障と判定する。ステップ７１８の条件が不成立の時は、ステップ７２０で、ＯＫと判定する。
【００６６】
ステップ７１８における定数１、定数２は、触媒内中心空燃比が一定の範囲内であるか否かを判定するための数値であって、任意に設定可能である。
【００６７】
また、ステップ７１９において、オフセット故障と判定したときは、エンジンチェックランプを点灯させる等のアラームを出力させることが可能である。
【００６８】
以上のように、本発明の実施例１においては、触媒後の酸素センサ３１５からの信号と、触媒内酸素蓄積量とに基づいて、触媒前空燃比センサ３０５のオフセット故障を判断し、空燃比センサ３０５がオフセット故障を発生したと判断したときは、酸素センサ３１５からの信号に基づいて、空燃比センサ３０５の補正値を算出して、空燃比センサ３０５の信号を補正し、空燃比を制御するように構成されている。
【００６９】
触媒の劣化に関わらず、空燃比センサのオフセット故障を正確に診断可能な内燃機関の空燃比センサ診断装置を実現することができる。
【００７０】
また、空燃比センサのオフセット故障が発生した場合であっても、実際の空燃比を演算して、演算した空燃比で内燃機関を制御することが可能であり、燃費や運転性を向上することが可能である。
【００７１】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。
【００７２】
図７は、本発明の実施例２におけるＬＡＦセンサ診断部１００の内部ブロック図である。図５に示した本発明の実施例１におけるＬＡＦセンサ診断部１００の内部ブロック図と、図７に示した内部ブロック図との相違点は、図５に示されていた酸素センサ信号補正部１１５及び酸素貯積量補正部１１６は、図７のブロック図では省略されている。そして、図５には示されていない目標空燃比補正量マップ補正部１１７が図７に示すブロック図に追加されている。他の構成部分は図５と図７とは共通する。
【００７３】
図７において、目標空燃比補正量マップ補正部１１７は、触媒劣化指標部１１４からの酸素センサ信号補正値に基づいてマップ補正値を演算する。
【００７４】
比例分補正値演算部１０５は、触媒内酸素蓄積量推定部１０３からの触媒内酸素蓄積量と、触媒後酸素センサ信号計測部１０２からの触媒後酸素濃度と、目標空燃比補正量マップ補正部１１７からのマップ補正信号とから、比例分補正値を演算する。
【００７５】
積分分補正値演算部１０６は、触媒内酸素蓄積量推定部１０３からの触媒内酸素蓄積量と、触媒後酸素センサ信号計測部１０２からの触媒後酸素濃度と、目標空燃比補正量マップ補正部１１７からのマップ補正信号とから、積分分補正値を演算する。
【００７６】
触媒内中心空燃比推定部１０７は、触媒内酸素蓄積量推定部１０３からの触媒内酸素蓄積量と、触媒後酸素センサ信号計測部１０２からの触媒後酸素濃度と、目標空燃比補正量マップ補正部１１７からのマップ補正信号とから、触媒内中心空燃比を演算する。
【００７７】
図７に示した他の構成部分は、図５に示した構成部分と同等であるので、詳細な説明は省略する。
【００７８】
本発明の実施例２における動作フローは、図６に示したステップ７０６及び７０７が不要となり、これらに代えて、目標空燃比補正量マップ補正部１１７の動作を行うステップを加入したフローとなる。
【００７９】
本発明の実施例２においては、酸素センサ信号補正値と目標空燃比補正量との関係を予め定めたマップにより、触媒劣化指標部１１４からの酸素センサ信号補正値に基づいて目標空燃比補正量を算出する構成となっている。
【００８０】
本発明の実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１００：ＬＡＦセンサ診断部、１０１：触媒前酸素センサ信号計測部、１０２：触媒後酸素センサ信号計測部、１０３：触媒内酸素蓄積量推定部、１０４：触媒後酸素センサ信号計測部、１０５：比例分補正値演算部、１０６：積分分補正値演算部、１０７：触媒内中心空燃比推定部、１０８：目標空燃比補正量演算部、１０９：上限判定値演算部、１１０：下限判定値演算部、１１１：診断領域判定部、１１２：触媒前空燃比センサオフセット故障第１判定部、１１３：触媒前空燃比センサオフセット故障第２判定部、１１４：触媒劣化指標部、１１５：酸素センサ信号補正部、１１６：酸素貯積量補正部、１１７：マップ補正部、１２０：空燃比補正部、３００：エアークリーナ、３０１：点火装置、３０２：燃料噴射装置、３０３：回転数検出装置、３０４：流量検出装置、３０５：触媒前酸素センサ、３０６：触媒、３０７：内燃機関制御装置、３０８：プレートまたはリングギア、３０９：燃料タンク、３１０：燃料ポンプ、３１１：プレッシャーレギュレータ、３１２：燃料管、３１３：スロットルバルブ、３１４：気筒、３１５：触媒後酸素センサ、４００：エンジン、３０７１：燃料噴射制御部、３０７２：ＬＡＦセンサ制御部、３０７３：目標空燃比演算部
【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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