(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化触媒上流側における酸素濃度や空燃比の検出がリッチ状態である期間に限定することなく下流側の酸素センサの故障検出を実行できるようにする。【解決手段】故障判定前提条件が成立していると判定された場合に（Ｓ１００でＹＥＳ）、下流側酸素センサの出力値Ｖｏ２が上流側基準出力値よりもリーン側に存在するか否かを判定している（Ｓ１０２）。そしてこの低電圧状態が待機時間継続すると（Ｓ１０４でＹＥＳ）、下流側酸素センサが故障であると判定している（Ｓ１０６）。前記故障判定前提条件には上流側酸素センサの出力値Ｖｏ１がストイキ又はリーンに設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含んでいる。したがって上流側酸素センサの検出がリッチ状態にある期間に限定することなく下流側酸素センサの故障検出を実行できる。このため早期の故障検出につながり早期に内燃機関を保護できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置した排気浄化触媒の上流側に上流側酸素センサを、下流側に下流側酸素センサを備えた内燃機関において、下流側酸素センサの故障診断を実行する下流側酸素センサ故障診断装置であって、
上流側酸素センサの出力値がストイキ又はリーン領域に設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含む故障判定前提条件が成立しているか否かを判定する前提条件判定手段と、
前記前提条件判定手段にて前記故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、下流側酸素センサの出力値が前記上流側基準出力値よりもリーン側に存在する場合には下流側酸素センサが故障であると判定する故障判定手段と、
を備えたことを特徴とする下流側酸素センサ故障診断装置。
【請求項２】
排気通路に配置した排気浄化触媒の上流側に上流側酸素センサを、下流側に下流側酸素センサを備えた内燃機関において、下流側酸素センサの故障診断を実行する下流側酸素センサ故障診断装置であって、
上流側酸素センサの出力値がストイキ又はリーン領域に設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含む故障判定前提条件が成立しているか否かを判定する前提条件判定手段と、
前記前提条件判定手段にて前記故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、下流側酸素センサの出力値が、前記上流側基準出力値よりもリーン側に設定した下流側基準出力値からリーン側に存在する場合には下流側酸素センサが故障であると判定する故障判定手段と、
を備えたことを特徴とする下流側酸素センサ故障診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記上流側酸素センサ及び前記下流側酸素センサは、リッチ側ではリーン側よりも高電圧を出力するセンサであることを特徴とする下流側酸素センサ故障診断装置。
【請求項４】
排気通路に配置した排気浄化触媒の上流側に空燃比センサを、下流側に酸素センサを備えた内燃機関において、下流側の酸素センサの故障診断を実行する下流側酸素センサ故障診断装置であって、
空燃比センサの出力値がストイキ又はリーン領域に設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含む故障判定前提条件が成立しているか否かを判定する前提条件判定手段と、
前記前提条件判定手段にて前記故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、酸素センサの出力値が前記上流側基準出力値に相当する空燃比よりもリーン側に存在する場合には酸素センサが故障であると判定する故障判定手段と、
を備えたことを特徴とする下流側酸素センサ故障診断装置。
【請求項５】
排気通路に配置した排気浄化触媒の上流側に空燃比センサを、下流側に酸素センサを備えた内燃機関において、下流側の酸素センサの故障診断を実行する下流側酸素センサ故障診断装置であって、
空燃比センサの出力値がストイキ又はリーン領域に設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含む故障判定前提条件が成立しているか否かを判定する前提条件判定手段と、
前記前提条件判定手段にて前記故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、酸素センサの出力値が、前記上流側基準出力値に相当する空燃比よりもリーン側に設定した下流側基準出力値からリーン側に存在する場合には酸素センサが故障であると判定する故障判定手段と、
を備えたことを特徴とする下流側酸素センサ故障診断装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記空燃比センサは排気成分に現れる空燃比が高いほど高電圧を出力するセンサであり、前記酸素センサはリッチ側ではリーン側よりも高電圧を出力するセンサであることを特徴とする下流側酸素センサ故障診断装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、前記故障判定手段は、前記故障判定前提条件が成立し、かつ下流側の酸素センサにおける前記リーン側での出力値が待機時間継続した場合に、下流側の酸素センサが故障であると判定することを特徴とする下流側酸素センサ故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に配置した排気浄化触媒の上流側に酸素センサ又は空燃比センサを、下流側に酸素センサを備えた内燃機関において、下流側の酸素センサの故障診断を実行する下流側酸素センサ故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系に酸素センサを設け、このセンサ出力により空燃比を理論空燃比にフィードバック制御することにより、排気系に設けられた排気浄化触媒の浄化能力を有効活用してエミッション特性を改善する技術が知られている。そして、最近では、上流側の酸素センサの特性の経時変化等を精度良く補償するために、排気浄化触媒の下流にも酸素センサを設けてフィードバック制御に利用する、所謂、ダブルＯ2センサシステムが開発されている。
【０００３】
このようなダブルＯ2センサシステムにおいて、下流側酸素センサの故障を診断する装置が知られている（例えば特許文献１−４参照）。
この内の特許文献２，３では、下流側酸素センサの出力変動に基づいて下流側酸素センサの故障を診断している。
【０００４】
特許文献１，４では、更に故障診断精度を高めるために、上流側酸素センサがリッチである場合に下流側酸素センサの出力を判定している。すなわち上流側酸素センサのリッチ状態と下流側酸素センサのリッチでない状態との両方の状態が同時に生じた場合に、下流側酸素センサは故障であると判定している。
【特許文献１】特開平０５−２７２３８４号公報（第６−７頁、図９）
【特許文献２】特開平０７−２５９６１３号公報（第５−６頁、図５−６）
【特許文献３】特開平０９−００４４９６号公報（第３−４頁、図６−７）
【特許文献４】特開平０６−０７４０７４号公報（第８−９頁、図１３−１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，４にて行われる故障診断は、内燃機関にて実際に行われる燃焼状態において、上流側酸素センサが排気成分からリッチ状態を検出している場合に有効である。
しかし下流側酸素センサの故障判定自体は、リッチ状態のみでなく、なるべく広い範囲で実行することが、早期の故障検出につながり内燃機関保護の上で好ましい。
【０００６】
本発明は、上流側における酸素濃度や空燃比の検出がリッチ状態である期間に限定することなく下流側の酸素センサの故障検出を実行できるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の下流側酸素センサ故障診断装置は、排気通路に配置した排気浄化触媒の上流側に上流側酸素センサを、下流側に下流側酸素センサを備えた内燃機関において、下流側酸素センサの故障診断を実行する下流側酸素センサ故障診断装置であって、上流側酸素センサの出力値がストイキ又はリーン領域に設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含む故障判定前提条件が成立しているか否かを判定する前提条件判定手段と、前記前提条件判定手段にて前記故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、下流側酸素センサの出力値が前記上流側基準出力値よりもリーン側に存在する場合には下流側酸素センサが故障であると判定する故障判定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
このように故障判定手段は、前提条件判定手段にて故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、下流側酸素センサの出力値が上流側基準出力値よりもリーン側に存在する場合には下流側酸素センサが故障であると判定している。
【０００９】
故障判定前提条件には、上流側酸素センサの出力値がストイキ又はリーン領域に設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含んでいる。このように故障判定前提条件は上流側酸素センサの出力値がリッチのみでなく、ストイキあるいはリーンまで含む領域にある場合にも、下流側酸素センサの故障判定を可能としている。
【００１０】
このため、上流側酸素センサの出力値が、リッチ状態であろうとストイキ状態であろうと関係なく、あるいはリッチ状態であろうとストイキ状態であろうとリーン状態であろうと関係なく、下流側酸素センサの出力値が上流側基準出力値よりもリーン側に存在するか否かにより、故障か否かを判定できることになる。
【００１１】
したがって上流側酸素センサの検出がリッチ状態である期間に限定することなく下流側酸素センサの故障検出を実行できることになる。
請求項２に記載の下流側酸素センサ故障診断装置は、排気通路に配置した排気浄化触媒の上流側に上流側酸素センサを、下流側に下流側酸素センサを備えた内燃機関において、下流側酸素センサの故障診断を実行する下流側酸素センサ故障診断装置であって、上流側酸素センサの出力値がストイキ又はリーン領域に設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含む故障判定前提条件が成立しているか否かを判定する前提条件判定手段と、前記前提条件判定手段にて前記故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、下流側酸素センサの出力値が、前記上流側基準出力値よりもリーン側に設定した下流側基準出力値からリーン側に存在する場合には下流側酸素センサが故障であると判定する故障判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
このように故障判定手段は、前提条件判定手段にて故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、下流側酸素センサの出力値が、上流側基準出力値よりもリーン側に設定した下流側基準出力値からリーン側に存在する場合には、下流側酸素センサが故障であると判定している。
【００１３】
したがって前記請求項１にて述べたごとく、上流側酸素センサの出力が、リッチ状態であろうとストイキ状態であろうと関係なく、あるいはリッチ状態であろうとストイキ状態であろうとリーン状態であろうと関係なく、下流側酸素センサの出力値が下流側基準出力値からリーン側に存在するか否かにより、故障か否かを判定できることになる。
【００１４】
このため上流側酸素センサの検出がリッチ状態である期間に限定することなく下流側酸素センサの故障検出を実行できると共に、更に、上流側基準出力値よりもリーン側に設定した下流側基準出力値にて故障か否かを判定しているので、より明確に下流側酸素センサが故障であるか否かを判別できる。
【００１５】
請求項３に記載の下流側酸素センサ故障診断装置では、請求項１又は２において、前記上流側酸素センサ及び前記下流側酸素センサは、リッチ側ではリーン側よりも高電圧を出力するセンサであることを特徴とする。
【００１６】
このような構成の上流側酸素センサ及び下流側酸素センサに対して、上述のごとく構成することにより、上流側酸素センサの検出がリッチ状態である期間に限定することなく下流側酸素センサの故障検出を実行できる。
【００１７】
請求項４に記載の下流側酸素センサ故障診断装置は、排気通路に配置した排気浄化触媒の上流側に空燃比センサを、下流側に酸素センサを備えた内燃機関において、下流側の酸素センサの故障診断を実行する下流側酸素センサ故障診断装置であって、空燃比センサの出力値がストイキ又はリーン領域に設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含む故障判定前提条件が成立しているか否かを判定する前提条件判定手段と、前記前提条件判定手段にて前記故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、酸素センサの出力値が前記上流側基準出力値に相当する空燃比よりもリーン側に存在する場合には酸素センサが故障であると判定する故障判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
このように故障判定手段は、前提条件判定手段にて故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、下流側の酸素センサの出力値が上流側基準出力値に相当する空燃比よりもリーン側に存在する場合には、この酸素センサが故障であると判定している。
【００１９】
故障判定前提条件には、空燃比センサの出力値がストイキ又はリーン領域に設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含んでいる。
このように故障判定前提条件は空燃比センサの出力値がリッチのみでなく、ストイキあるいはリーンまで含む領域にある場合にも、下流側の酸素センサの故障判定を可能としている。
【００２０】
このため上流側が空燃比センサである場合も、空燃比センサの出力値が、リッチ状態であろうとストイキ状態であろうと関係なく、あるいはリッチ状態であろうとストイキ状態であろうとリーン状態であろうと関係なく、酸素センサの出力値が上流側基準出力値に相当する空燃比よりもリーン側に存在するか否かにより故障か否かを判定できる。
【００２１】
したがって上流側の空燃比センサの検出がリッチ状態である期間に限定することなく下流側の酸素センサの故障検出を実行できることになる。
請求項５に記載の下流側酸素センサ故障診断装置は、排気通路に配置した排気浄化触媒の上流側に空燃比センサを、下流側に酸素センサを備えた内燃機関において、下流側の酸素センサの故障診断を実行する下流側酸素センサ故障診断装置であって、空燃比センサの出力値がストイキ又はリーン領域に設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件を含む故障判定前提条件が成立しているか否かを判定する前提条件判定手段と、前記前提条件判定手段にて前記故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、酸素センサの出力値が、前記上流側基準出力値に相当する空燃比よりもリーン側に設定した下流側基準出力値からリーン側に存在する場合には酸素センサが故障であると判定する故障判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
このように故障判定手段は、前提条件判定手段にて故障判定前提条件が成立していると判定された場合に、下流側の酸素センサの出力値が、上流側基準出力値に相当する空燃比よりもリーン側に設定した下流側基準出力値からリーン側に存在する場合には、酸素センサが故障であると判定している。
【００２３】
したがって前記請求項４にて述べたごとく、上流側の空燃比センサの出力が、リッチ状態であろうとストイキ状態であろうと関係なく、あるいはリッチ状態であろうとストイキ状態であろうとリーン状態であろうと関係なく、下流側の酸素センサの出力値が下流側基準出力値からリーン側に存在するか否かにより、故障か否かを判定できることになる。
【００２４】
このため空燃比センサの検出がリッチ状態である期間に限定することなく酸素センサの故障検出を実行できると共に、更に上流側基準出力値に相当する空燃比よりもリーン側に設定した下流側基準出力値にて故障か否かを判定しているので、より明確に下流側の酸素センサが故障であるか否かを判別できる。
【００２５】
請求項６に記載の下流側酸素センサ故障診断装置では、請求項４又は５において、前記空燃比センサは排気成分に現れる空燃比が高いほど高電圧を出力するセンサであり、前記酸素センサはリッチ側ではリーン側よりも高電圧を出力するセンサであることを特徴とする。
【００２６】
このような構成の空燃比センサ及び酸素センサに対して、上述のごとくの構成により、上流側の空燃比センサの検出がリッチ状態である期間に限定することなく下流側の酸素センサの故障検出を実行できる。
【００２７】
請求項７に記載の下流側酸素センサ故障診断装置では、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記故障判定手段は、前記故障判定前提条件が成立し、かつ下流側の酸素センサにおける前記リーン側での出力値が待機時間継続した場合に、下流側の酸素センサが故障であると判定することを特徴とする。
【００２８】
このように故障判定手段において、更に待機時間の条件を付加することにより、より高精度に酸素センサの故障判定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
［実施の形態１］
図１は、車両に搭載された内燃機関としてのガソリンエンジン（以下「エンジン」と略す）２、及び下流側酸素センサ故障診断装置を兼ねた内燃機関制御装置としての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）４による制御系統の概略構成図を示している。エンジン２は、ここでは４気筒エンジンであるが、図１では１気筒のみ縦断面図にて示している。尚、気筒数は他の気筒数、例えば３気筒、６気筒、あるいは８気筒などでも良い。又、図では各気筒には吸気バルブ２ａと排気バルブ２ｂとはそれぞれ１つ示されているが、４バルブエンジンでも５バルブエンジンでも良い。
【００３０】
エンジン２の出力は変速機を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン２には、燃焼室１０内の混合気に点火する点火プラグ１４が設けられている。この燃焼室１０には吸気バルブ２ａにより開閉される吸気ポート１６が設けられ、この吸気ポート１６に接続された各吸気通路２０の途中には吸気ポート１６に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１２が気筒毎に設けられている。そして吸気通路２０はサージタンク２２に接続され、サージタンク２２の上流側にはモータ２４によって開度が調節されるスロットルバルブ２６が設けられている。このスロットルバルブ２６の開度（スロットル開度ＴＡ）により吸入空気量ＧＡが調節される。スロットル開度ＴＡはスロットル開度センサ２８により検出されてＥＣＵ４に読み込まれている。吸入空気量ＧＡはスロットルバルブ２６の上流側に設けられた吸入空気量センサ３０により検出されてＥＣＵ４に読み込まれている。尚、燃料噴射弁１２が直接、燃焼室１０内に燃料を噴射する筒内噴射タイプのガソリンエンジンであっても良い。
【００３１】
更に、燃焼室１０には排気バルブ２ｂにより開閉される排気ポート３２が設けられ、排気ポート３２に接続された排気通路３６の途中には触媒コンバータ３８が配置されている。触媒コンバータ３８内には排気浄化触媒としての三元触媒が配置されている。尚、図では触媒コンバータ３８は１つ示しているが、排気の上流と下流とで２つ設けても良い。この場合、上流側の触媒コンバータ内にはスタートキャタリストとしての三元触媒が、エンジン始動時の触媒暖機を短時間で行えるように比較的小量にて配置される。そして下流側の触媒コンバータ内にはメインキャタリストとしての三元触媒が、主触媒として十分な量で配置される。
【００３２】
排気通路３６において触媒コンバータ３８の上流側及び下流側にはそれぞれ、図２に示すごとく排気の空燃比に対応して理論空燃比を中心として急激に変化する電圧信号（Ｖｏ１，Ｖｏ２）を出力する上流側酸素センサ４０及び下流側酸素センサ４２が配置されている。ここで「０．４５Ｖ」が理論空燃比相当出力値に相当し、各酸素センサ４０，４２はリッチ側ではリーン側よりも高電圧を出力している。尚、各酸素センサ４０，４２には内部にヒータが設けられて、ＥＣＵ４の指示あるいはドライバーの操作により昇温が可能とされている。
【００３３】
ＥＣＵ４はデジタルコンピュータを中心として構成されている内燃機関制御装置である。このＥＣＵ４は、上述したスロットル開度センサ２８、吸入空気量センサ３０、酸素センサ４０，４２以外にもエンジン２の運転状態を検出するセンサ類から信号を入力している。すなわちアクセルペダル４６の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ４８、クランクシャフトの回転からエンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ５０、及び吸気カムシャフトの回転位相から基準クランク角を決定する基準クランク角センサ５２から信号を入力している。更にエンジン冷却水温ＴＨＷを検出する冷却水温センサ５４からも信号を入力している。尚、このようなセンサ以外にも各種のセンサが必要に応じて設けられる。
【００３４】
ＥＣＵ４は、上述した各センサからの検出内容に基づいて、燃料噴射弁１２、点火プラグ１４、あるいはスロットルバルブ用モータ２４に対する制御信号によりエンジン２の燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期及びスロットル開度ＴＡ等を制御する。そして前記燃料噴射量は目標空燃比、ここでは理論空燃比を達成するように酸素センサ４０，４２の出力によりフィードバック制御されている。
【００３５】
次にＥＣＵ４により実行される制御の内、下流側酸素センサ故障診断装置として機能するための下流側酸素センサ故障診断処理について説明する。本処理のフローチャートを図３に示す。本処理はクランクシャフトの一定回転毎（４気筒エンジンであれば、１８０°毎）に繰り返し実行される処理である。尚、個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。
【００３６】
下流側酸素センサ故障診断処理（図３）が開始されると、まず故障判定前提条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１００）。この故障判定前提条件は次のごとくである。
（ａ）．エンジン２の運転状態から推定されている下流側酸素センサ４２の素子温度推定値が所定温度以上である。
【００３７】
この所定温度としては下流側酸素センサ４２の活性化状態を示す温度であり、例えば４５０℃に設定されている。
（ｂ）．サブフィードバック実行中である。
【００３８】
上流側酸素センサ４０による空燃比フィードバックに対して、下流側酸素センサ４２はこれを補助するようにサブフィードバック処理を実行するために設けられているが、この本来の処理が実行されている状態を条件としている。
【００３９】
（ｃ）．下流側酸素センサ４２に対するヒータが強制駆動中でない。
下流側酸素センサ４２には始動時に早期に活性化させるためにヒータが設けられているが、これがドライバーによるスイッチ操作により強制的に駆動操作されていないことを条件にしている。
【００４０】
（ｄ）．ヒータ投入電力が所定値以上である。
ＥＣＵ４の昇温処理により下流側酸素センサ４２が十分な活性化状態にあることを示す条件であるが、（ａ）の条件が満足されれば、特にこの（ｄ）は条件に加えなくても良い。
【００４１】
（ｅ）．フューエルカットから復帰後から所定時間（例えば３０秒）経過している。
これはフューエルカットによる空燃比への影響を避けて判定するためである。
（ｆ）．上流側酸素センサ４０の出力値Ｖｏ１が上流側基準出力値（ここでは０．０５Ｖ）以上である。
【００４２】
この上流側基準出力値はストイキ又はリーン領域に設定したものであり、本実施の形態における上流側基準出力値である「０．０．５Ｖ」は、図２に示すごとく、リーン領域に設定したことを示している。尚、上流側基準出力値はストイキである「０．４５Ｖ」からリーン側の値に設定されていれば良い。
【００４３】
上記条件（ａ）〜（ｆ）の１つでも条件が不成立の場合には、故障判定前提条件が不成立であるとして（Ｓ１００でＮＯ）、このまま一旦本処理を出る。
上記条件（ａ）〜（ｆ）の全ての条件が成立した場合には、故障判定前提条件が成立したので（Ｓ１００でＹＥＳ）、次に下流側酸素センサ４２の出力値Ｖｏ２が下流側基準出力値（ここでは０．０３Ｖ）未満であるか否かが判定される（Ｓ１０２）。この下流側基準出力値は故障判定前提条件の（ｆ）にて説明した上流側基準出力値（０．０５Ｖ）よりも更にリーン側の値に設定されている。
【００４４】
ここでＶｏ２≧下流側基準出力値であれば（Ｓ１０２でＮＯ）、故障判定前提条件の（ｆ）を満足している上流側酸素センサ４０の出力値Ｖｏ１の範囲に対して十分にリーン側に離れていないとして、このまま一旦本処理を出る。
【００４５】
Ｖｏ２＜下流側基準出力値であれば（Ｓ１０２でＹＥＳ）、故障判定前提条件の（ｆ）を満足している上流側酸素センサ４０の出力値Ｖｏ１の範囲に対して十分にリーン側に離れており、異常な低出力であることが判る。例えば断線やセンサ割れであることが推定される。
【００４６】
このため、まずＶｏ２＜下流側基準出力値の状態が待機時間（例えば１３０ｍｓ）継続したか否かが判定される（Ｓ１０４）。待機時間経過前であれば（Ｓ１０４でＮＯ）、このまま一旦本処理を出る。
【００４７】
そして、Ｖｏ２＜下流側基準出力値の状態が待機時間継続すれば（Ｓ１０４でＹＥＳ）、下流側酸素センサ４２が、断線やセンサ割れなどの故障であるとの判定がなされる（Ｓ１０６）。こうして本処理を出る。
【００４８】
上述した構成において、請求項との関係は、ＥＣＵ４が実行する下流側酸素センサ故障診断処理（図３）の内で、ステップＳ１００が前提条件判定手段としての処理に、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６が故障判定手段としての処理に相当する。
【００４９】
以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．下流側酸素センサ故障診断処理（図３）では、故障判定前提条件が成立していると判定された場合に（Ｓ１００でＹＥＳ）、下流側酸素センサ４２の出力値Ｖｏ２が上流側基準出力値よりもリーン側に存在するか否かを判定している。ここでは上流側基準出力値よりもリーン側を表す下流側基準出力値を設けてこの下流側基準出力値よりリーン側（低電圧側）であるか否かを判定している（Ｓ１０２）。そしてこの低電圧状態が待機時間継続すると（Ｓ１０４でＹＥＳ）、下流側酸素センサ４２が故障であると判定している（Ｓ１０６）。
【００５０】
前述したごとく故障判定前提条件には、上流側酸素センサ４０の出力値Ｖｏ１がストイキ又はリーンに設定した上流側基準出力値からリッチ側に存在する条件（ｆ）を含んでいる。
【００５１】
このように故障判定前提条件は上流側酸素センサ４０の出力がリッチのみでなく、ストイキあるいはリーンまで含む領域にある場合にも、下流側酸素センサ４２の故障判定を可能としている。このため上流側酸素センサ４０の出力値Ｖｏ１が、リッチ状態であろうとストイキ状態であろうと関係なく、あるいはリッチ状態であろうとストイキ状態であろうとリーン状態であろうと関係なく、下流側酸素センサ４２の出力が下流側基準出力値よりもリーン側に存在するか否かにより、故障か否かを判定できることになる。
【００５２】
したがって上流側酸素センサ４０の検出がリッチ状態にある期間に限定することなく下流側酸素センサ４２の故障検出を実行できると共に、更に上流側基準出力値よりもリーン側に設定した下流側基準出力値にて故障か否かを判定しているので、より明確に下流側酸素センサ４２が故障であるか否かを判別できる。
【００５３】
このため早期の故障検出につながり早期に確実にエンジン２を保護できる。
（ロ）．特に下流側酸素センサ４２の出力値Ｖｏ２が下流側基準出力値よりリーン側の態で待機時間継続した場合に、下流側酸素センサ４２が故障であると判定しているので、より高精度に下流側酸素センサ４２の故障判定が可能となる。
【００５４】
［実施の形態２］
本実施の形態では、図１に示した上流側酸素センサ４０の代わりに図４に表すごとくの出力を示す空燃比センサを用いている。図１に示した他の構成については前記実施の形態１と同じである。
【００５５】
更に本実施の形態のＥＣＵ４では、図３の代わりに図５に示す下流側酸素センサ故障診断処理を実行する。この下流側酸素センサ故障診断処理（図５）が前記図３と異なるのは、故障判定前提条件の内の、条件（ｆ）が、「空燃比センサの出力値Ｖａｆが上流側基準出力値（ここでは４Ｖ）以下である。」とされている点である。故障判定前提条件の（ａ）〜（ｅ）までは前記実施の形態１と同じある。又、ステップＳ２０２〜Ｓ２０６の処理は図３のステップＳ１０２〜Ｓ１０６と同じ内容である。
【００５６】
したがって故障判定前提条件の（ａ）〜（ｆ）の全ての条件が成立した場合には、故障判定前提条件が成立したとされ（Ｓ２００でＹＥＳ）、次に下流側酸素センサ４２の出力値Ｖｏ２が下流側基準出力値（ここでは０．０３Ｖ）未満であるか否かが判定される（Ｓ２０２）。この下流側基準出力値は故障判定前提条件の（ｆ）にて説明した空燃比センサの上流側基準出力値（ここでは４Ｖ）に相当する空燃比よりも更にリーン側に設定されている値である。
【００５７】
ここでＶｏ２≧下流側基準出力値であれば（Ｓ２０２でＮＯ）、故障判定前提条件の（ｆ）を満足している空燃比センサの出力値Ｖａｆの検出空燃比範囲に対して十分にリーン側に離れていないとして、このまま一旦本処理を出る。
【００５８】
Ｖｏ２＜下流側基準出力値であれば（Ｓ２０２でＹＥＳ）、故障判定前提条件の（ｆ）を満足している空燃比センサの出力値Ｖａｆの検出空燃比範囲に対して十分にリーン側に離れており、異常な低出力であることが判る。すなわち断線やセンサ割れであることが推定される。
【００５９】
このため、まずＶｏ２＜下流側基準出力値の状態が待機時間（例えば１３０ｍｓ）継続したか否かが判定される（Ｓ２０４）。待機時間経過前であれば（Ｓ２０４でＮＯ）、このまま一旦本処理を出る。そして、Ｖｏ２＜下流側基準出力値の状態が待機時間継続すれば（Ｓ２０４でＹＥＳ）、下流側酸素センサ４２が故障であるとの判定がなされる（Ｓ２０６）。こうして本処理を出る。
【００６０】
上述した構成において、請求項との関係は、ＥＣＵ４が実行する下流側酸素センサ故障診断処理（図５）の内で、ステップＳ２００が前提条件判定手段としての処理に、ステップＳ２０２〜Ｓ２０６が故障判定手段としての処理に相当する。
【００６１】
以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．上流側に酸素センサの代わりに空燃比センサを設けた場合にも、前記実施の形態１と同様な効果を生じさせることができる。
【００６２】
［その他の実施の形態］
（ａ）．前記実施の形態１において、下流側基準出力値を用いずに、下流側酸素センサ４２の出力値Ｖｏ２が上流側基準出力よりリーン側であることにより、下流側酸素センサ４２の故障判定をしても良い。すなわち下流側酸素センサ故障診断処理（図３）のステップＳ１０２において、「Ｖｏ２＜上流側基準出力値」を判定しても良い。
【００６３】
前記実施の形態２において、下流側酸素センサ４２の出力値Ｖｏ２が上流側基準出力に対応する空燃比よりリーン側であることにより、下流側酸素センサ４２の故障判定をしても良い。すなわち下流側酸素センサ故障診断処理（図５）のステップＳ２０２において、下流側基準出力値として上流側基準出力値の空燃比に相当する値を用いて、「Ｖｏ２＜上流側基準出力値の空燃比に相当する下流側基準出力値」を判定しても良い。
【００６４】
（ｂ）．前記各実施の形態では、ステップＳ１０２，Ｓ２０２が満足されても、待機時間継続しないと故障との判定はしていないが、待機時間の経過を待たずに故障との判定をしても良い。すなわちステップＳ１０４，Ｓ２０４は設けなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１のエンジン及びＥＣＵによる制御系統の概略構成図。
【図２】実施の形態１における上流側酸素センサ及び下流側酸素センサの出力値Ｖｏ１，Ｖｏ２と空燃比との関係を示すグラフ。
【図３】実施の形態１のＥＣＵによる下流側酸素センサ故障診断処理のフローチャート。
【図４】実施の形態２における空燃比センサの出力値Ｖａｆと空燃比との関係を示すグラフ。
【図５】実施の形態２のＥＣＵによる下流側酸素センサ故障診断処理のフローチャート。
【符号の説明】
【００６６】
２…エンジン、２ａ…吸気バルブ、２ｂ…排気バルブ、４…ＥＣＵ、１０…燃焼室、１２…燃料噴射弁、１４…点火プラグ、１６…吸気ポート、２０…吸気通路、２２…サージタンク、２４…モータ、２６…スロットルバルブ、２８…スロットル開度センサ、３０…吸入空気量センサ、３２…排気ポート、３６…排気通路、３８…触媒コンバータ、４０…上流側酸素センサ、４２…下流側酸素センサ、４６…アクセルペダル、４８…アクセル開度センサ、５０…エンジン回転数センサ、５２…基準クランク角センサ、５４…冷却水温センサ。
【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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