CN105339634A - 内燃机的诊断装置 - Google Patents

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Abstract

内燃机具备排气净化催化剂(20)和排气净化催化剂的下游侧的空燃比传感器(41)，执行停止燃料供给的燃料削减控制和在燃料削减控制结束后将排气空燃比控制成浓空燃比的恢复后浓控制。基于从空燃比传感器输出的输出空燃比，算出在燃料削减控制结束后输出空燃比最初通过第一空燃比区域(X)和与此不同的第二空燃比区域(Y)时的第一空燃比变化特性和第二空燃比特性。在诊断装置中，基于第一空燃比变化特性将空燃比传感器的状态判定为正常、异常、判定保留中的某一方，在判定为状态不明时，基于第二空燃比变化特性将空燃比传感器的状态判定为正常、异常中的某一方。由此，既能够抑制排气净化催化剂的状态的变化的影响，又能够准确地诊断下游侧空燃比传感器的响应性劣化的异常。

Description

内燃机的诊断装置
技术领域
本发明涉及内燃机的诊断装置。
背景技术
以往以来，已知在内燃机的排气通路设置空燃比传感器、构成为基于该空燃比传感器的输出来控制向内燃机供给的燃料量的内燃机。
这样的内燃机所使用的空燃比传感器随着使用而逐渐劣化。作为这样的劣化，例如可举出空燃比传感器的响应性劣化。空燃比传感器的响应性劣化因在用于防止传感器元件浸水的传感器罩设置的通气孔被颗粒物(PM)局部地堵塞等情况而产生。若通气孔这样被局部堵塞，则传感器罩的内侧与外侧之间的气体交换变慢，其结果，空燃比传感器的输出会变得迟钝。若产生这样的空燃比传感器的劣化，则会给内燃机的控制装置所执行的各种控制带来障碍。
于是，有人提出了对空燃比传感器的劣化进行诊断的诊断装置(例如，参照专利文献1～4)。作为这样的诊断装置，例如，有人提出了如下的装置：使目标空燃比阶跃性地变化，并且检测空燃比传感器的输出值随之而达到第1预定值为止的第1响应时间和达到比第1预定值大的第2预定值为止的第2响应时间，基于第1响应时间和第2响应时间的双方来判定空燃比传感器的劣化(例如，专利文献1)。在此，作为空燃比传感器的劣化模式，除了响应时间延迟的响应性劣化之外，还存在响应本身发生增减的增益劣化。对此，根据专利文献1所记载的诊断装置，认为通过基于第1响应时间和第2响应时间的双方判定空燃比传感器的劣化，能够准确地确定是因两个劣化模式中的哪一方而产生了空燃比传感器的劣化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-192093号公报
专利文献2：日本特开2011-196230号公报
专利文献3：日本特开2001-242126号公报
专利文献4：日本特开2011-106415号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，空燃比传感器的响应性劣化的诊断通过使从内燃机排出的排气的空燃比呈阶跃状变化、并检测相对于该阶跃状的变化的空燃比传感器的响应性来进行。并且，使从内燃机排出的排气的空燃比呈阶跃状变化的幅度越大，则响应性劣化的诊断精度越高。
在此，在执行使向燃烧室的燃料供给停止或者大幅减少的燃料削减控制时，从排气净化催化剂流出的排气的空燃比比理论空燃比稀，其稀程度极大。因此，在燃料削减控制刚开始后或者燃料削减控制刚结束后，从内燃机排出的排气的空燃比大幅地呈阶跃状变化。因而，在燃料削减控制刚开始后或者燃料削减控制刚结束后，能够进行高精度的响应性劣化诊断。
另一方面，在基于空燃比传感器的输出来控制燃料量的内燃机中，也多在排气净化催化剂的下游侧设置空燃比传感器。在这样的情况下，从内燃机排出的排气在通过排气净化催化剂之后到达下游侧的空燃比传感器。因而，在排气净化催化剂具有氧吸藏能力的情况下，到达下游侧的空燃比传感器的排气的空燃比不仅根据从内燃机排出的排气而变化，还根据排气净化催化剂的氧吸藏能力、氧吸藏量等而变化。
因而，在为了如上述那样进行响应性劣化诊断而使从内燃机排出的排气的空燃比呈阶跃状发生了大幅变化时，下游侧空燃比传感器的输出有时会根据排气净化催化剂的状态而变化。在这样的情况下，即使下游侧空燃比传感器的实际的响应性一定，若排气净化催化剂的状态变化，则下游侧空燃比传感器的输出也会随之而变化。
对此，例如，若在燃料削减控制刚结束后进行响应性劣化诊断，则能够在掌握了排气净化催化剂中的氧吸藏量的状态下进行诊断。因而，能够减少排气净化催化剂的状态对下游侧空燃比传感器的输出的影响，其结果，能够提高下游侧空燃比传感器的响应性劣化的诊断精度。
然而，即使像这样在燃料削减控制刚结束后进行响应性劣化诊断，下游侧空燃比传感器的输出也会根据排气净化催化剂的状态而变化。并且，若像这样下游侧空燃比传感器的输出根据排气净化催化剂的状态而变化，则会无法准确地诊断下游侧空燃比传感器的响应性劣化。
于是，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种既能抑制排气净化催化剂的状态的变化的影响，又能准确地诊断下游侧空燃比传感器的响应性劣化的异常的内燃机的诊断装置。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，在第1发明中提供一种内燃机的诊断装置，所述内燃机具备：排气净化催化剂，其配置于所述内燃机的排气通路，并且能够吸藏流入的排气中的氧；和空燃比传感器，其配置于该排气净化催化剂的排气流动方向下游侧，并且检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比，所述内燃机执行燃料削减控制和恢复后浓控制，所述燃料削减控制是使向燃烧室的燃料供给停止或者减少的控制，所述恢复后浓控制是在燃料削减控制结束后将流入排气净化催化剂的排气的空燃比控制成比理论空燃比浓的浓空燃比的控制，其中，所述诊断装置具备：第一变化特性算出单元，其基于从所述空燃比传感器输出的输出空燃比，算出在所述燃料削减控制结束后所述空燃比传感器的输出空燃比最初通过第一空燃比区域时的第一空燃比变化特性，所述第一空燃比区域是在理论空燃比以上的一部分的空燃比区域；第二特性速度算出单元，其基于从所述空燃比传感器输出的输出空燃比，算出在所述燃料削减控制结束后所述空燃比传感器的输出空燃比最初通过与所述第一空燃比区域不同的第二空燃比区域时的第二空燃比变化特性；以及异常诊断单元，其基于所述第一空燃比变化特性将空燃比传感器的状态判定为正常、异常、判定保留中的某一方，并且，在基于所述第一空燃比变化特性判定为了判定保留时，基于所述第二空燃比变化特性将空燃比传感器的状态判定为正常、异常中的某一方。
第2发明根据第1发明，所述第一空燃比区域包括比所述第二空燃比区域稀的空燃比区域。
第3发明根据第1或第2发明，所述第二空燃比区域包括比所述第一空燃比区域浓的空燃比区域。
第4发明根据第1～第3发明中的任一发明，所述第二空燃比区域是包括理论空燃比的区域。
第5发明根据第1～第4发明中的任一发明，所述空燃比传感器是在通过该空燃比传感器的排气的空燃比处于预定空燃比区域内时输出界限电流的界限电流式空燃比传感器，所述第一空燃比区域和所述第二空燃比区域处于所述空燃比传感器产生界限电流的所述预定空燃比区域内。
第6发明根据第1～第5发明的任一发明，所述第一空燃比区域是第一区域上限空燃比与比该第一区域上限空燃比靠浓侧的第一区域下限空燃比之间的区域，所述第二空燃比区域是第二区域上限空燃比与比该第二区域上限空燃比靠浓侧的第二区域下限空燃比之间的区域，所述第二区域上限空燃比比理论空燃比稀。
第7发明根据第5发明，所述第二区域上限空燃比比所述第一区域下限空燃比浓。
第8发明根据第6或第7发明，所述第二区域下限空燃比为理论空燃比以下。
第9发明根据第1～第8发明中的任一发明，所述第一空燃比变化特性是第一空燃比变化速度，即是所述空燃比传感器的输出空燃比最初通过所述第一空燃比区域时的变化速度，所述异常诊断单元，在所述第一空燃比变化速度比异常基准变化速度慢的情况下判定为所述空燃比传感器存在异常，在所述第一空燃比变化速度比正常基准变化速度快的情况下判定为所述空燃比传感器正常，在所述第一空燃比变化速度处于所述异常基准变化速度与所述正常基准变化速度之间的情况下判定为判定保留。
第10发明根据第1～第9发明中的任一发明，所述第二空燃比变化特性是第二空燃比变化速度，即是所述空燃比传感器的输出空燃比最初通过所述第二空燃比区域时的变化速度，所述异常诊断单元，在基于所述第一空燃比变化特性判定为了判定保留时，在所述第二空燃比变化速度比正常异常判定基准变化速度慢的情况下判定为所述空燃比传感器正常，在所述第二空燃比变化速度比所述正常异常判定基准变化速度快的情况下判定为所述空燃比传感器异常。
第11发明根据第8或第9发明，所述空燃比变化速度基于所述空燃比传感器的输出空燃比从对应的空燃比区域的上限空燃比变化到下限空燃比的时间来算出。
第12发明根据第1～第8、第10以及第11发明中的任一发明，所述第一空燃比变化特性是对所述空燃比传感器的输出空燃比处于所述第一空燃比区域内时的该输出空燃比进行了累计而得到的第一空燃比累计值，所述异常诊断单元，在所述第一空燃比累计值比异常基准累计值大的情况下，判定为所述空燃比传感器存在异常，在所述第一空燃比累计值比正常基准累计值小的情况下，判定为所述空燃比传感器正常，在所述第一空燃比累计值处于所述异常基准累计值与所述正常基准累计值之间的情况下，判定为判定保留。
第13发明根据第1～第9、第11以及第12发明中的任一发明，所述第二空燃比变化特性是对所述空燃比传感器的输出空燃比处于所述第二空燃比区域内时的该输出空燃比进行累计而得到的第二空燃比累计值，所述异常诊断单元，在基于所述第一空燃比变化特性判定为了判定保留时，在所述第二空燃比累计值比正常异常判定基准累计值大的情况下判定为所述空燃比传感器正常，在所述第二空燃比累计值比正常异常判定基准累计值小的情况下判定为所述空燃比传感器异常。
第14发明根据第1～第8、第10、第11以及第13发明中的任一发明，所述第一空燃比变化特性是在所述空燃比传感器的输出空燃比从所述第一空燃比区域的上限空燃比变化至下限空燃比的期间对通过了配置有所述空燃比传感器的排气通路的排气量进行累计而得到的第一排气量累计值，所述异常诊断单元，在所述第一排气量累计值比异常基准累计值大的情况下，判定为所述空燃比传感器存在异常，在所述第一排气量累计值比正常基准累计值小的情况下，判定为所述空燃比传感器正常，在所述第一排气量累计值处于所述异常基准累计值与所述正常基准累计值之间的情况下，判定为判定保留。
第15发明根据第1～第9、第11、第12以及第14发明中的任一发明，所述第二空燃比变化特性是在所述空燃比传感器的输出空燃比从所述第二空燃比区域的上限空燃比变化至下限空燃比的期间对通过了配置有所述空燃比传感器的排气通路的排气量进行累计而得到的第二排气量累计值，所述异常诊断单元，在基于所述第一空燃比变化特性判定为了判定保留时，在所述第二排气量累计值比正常异常判定基准累计值大的情况下，判定为所述空燃比传感器正常，在所述第二排气量累计值比正常异常判定基准累计值小的情况下，判定为所述空燃比传感器异常。
第16发明根据第1～第15发明中的任一发明，所述异常诊断单元，在基于所述第一空燃比变化特性判定为了所述空燃比传感器正常的情况下，以及在基于所述第二空燃比变化特性判定为了所述空燃比传感器异常的情况下，均判定为所述排气净化催化剂劣化。
第17发明根据第1～第16发明中的任一发明，还具备警告单元，该警告单元在由所述异常诊断单元判定为了所述空燃比传感器异常时，使警告灯点亮。
发明效果
根据本发明，可提供一种既能抑制排气净化催化剂的状态的变化的影响，又能准确地诊断下游侧空燃比传感器的响应性劣化的异常的内燃机的诊断装置。
附图说明
图1是概略地示出使用本发明的诊断装置的内燃机的图。
图2是空燃比传感器的概略的剖视图。
图3是示出各排气空燃比下的传感器施加电压与输出电流的关系的图。
图4是示出使施加电压恒定时的排气空燃比与输出电流I的关系的图。
图5是上游侧输出空燃比和下游侧输出空燃比等的燃料削减控制前后的时间图。
图6是上游侧输出空燃比和下游侧输出空燃比等的燃料削减控制前后的时间图。
图7是下游侧输出空燃比的燃料削减控制前后的时间图。
图8是示出第一实施方式中的异常诊断控制的控制例程的流程图。
图9是下游侧输出空燃比等的燃料削减控制前后的时间图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的内燃机的诊断装置进行详细说明。此外，在以下的说明中，对同样的构成要素附上同一附图标记。图1是概略地示出使用本发明的第一实施方式的诊断装置的内燃机的图。
<内燃机整体的说明>
参照图1，1表示内燃机本体，2表示汽缸体，3表示在汽缸体2内往复运动的活塞，4表示固定在汽缸体2上的汽缸盖，5表示形成在活塞3与汽缸盖4之间的燃烧室，6表示进气门，7表示进气口，8表示排气门，9表示排气口。进气门6对进气口7进行开闭，排气门8对排气口9进行开闭。
如图1所示，在汽缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在汽缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10构成为根据点火信号而产生火花。另外，燃料喷射阀11根据喷射信号向燃烧室5内喷射预定量的燃料。此外，燃料喷射阀11也可以被配置成向进气口7内喷射燃料。另外，在本实施方式中，作为燃料，使用理论空燃比为14.6的汽油。然而，在使用本发明的诊断装置的内燃机中，也可以使用其他燃料。
各汽缸的进气口7经由分别对应的进气枝管13与缓冲罐(surgetank)14连结，缓冲罐14经由进气管15与空气滤清器16连结。进气口7、进气枝管13、缓冲罐14、进气管15形成进气通路。另外，在进气管15内配置由节气门驱动致动器17驱动的节气门18。通过由节气门驱动致动器17使节气门18转动，节气门18能够变更进气通路的开口面积。
另一方面，各汽缸的排气口9与排气歧管19连结。排气歧管19具有与各排气口9连结的多个枝部和这些枝部所集合而成的集合部。排气歧管19的集合部与内置有上游侧排气净化催化剂20的上游侧壳体21连结。上游侧壳体21经由排气管22与内置有下游侧排气净化催化剂24的下游侧壳体23连结。排气口9、排气歧管19、上游侧壳体21、排气管22以及下游侧壳体23形成排气通路。
电子控制单元(ECU)31包括数字计算机，具备经由双方性总线32相互连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36以及输出端口37。在进气管15配置有用于检测在进气管15内流动的空气流量的空气流量计39，该空气流量计39的输出经由对应的AD变换器38被输入到输入端口36。另外，在排气歧管19的集合部配置有检测在排气歧管19内流动的排气(即，流入上游侧排气净化催化剂20的排气)的空燃比的上游侧空燃比传感器40。除此之外，在排气管22内配置有检测在排气管22内流动的排气(即，从上游侧排气净化催化剂20流出而流入下游侧排气净化催化剂24的排气)的空燃比的下游侧空燃比传感器41。这些空燃比传感器40、41的输出也经由对应的AD变换器38被输入到输入端口36。此外，关于这些空燃比传感器40、41的结构，将在之后进行叙述。
另外，加速器踏板42连接有产生与加速器踏板42的踩踏量成比例的输出电压的负荷传感器43，负荷传感器43的输出电压经由对应的AD变换器38被输入到输入端口36。曲轴角传感器44例如在曲轴每旋转15度时产生输出脉冲，该输出脉冲被输入到输入端口36。在CPU35中，根据该曲轴角传感器44的输出脉冲来计算内燃机转速。另一方面，输出端口37经由对应的驱动电路45与火花塞10、燃料喷射阀11以及节气门驱动致动器17连接。
<排气净化催化剂的说明>
上游侧排气净化催化剂20和下游侧排气净化催化剂24均具有同样的结构。以下，虽然仅对上游侧排气净化催化剂20进行说明，但下游侧排气净化催化剂24也具有同样的结构和作用。
上游侧排气净化催化剂20是具有氧吸藏能力的三元催化剂。具体而言，上游侧排气净化催化剂20是在由陶瓷形成的载体上担载有具有催化作用的贵金属(例如，铂(Pt))和具有氧吸藏能力的物质(例如，氧化铈(CeO2))而成的催化剂。上游侧排气净化催化剂20在达到预定的活性温度时，除了发挥同时净化未燃气体(HC、CO等)和氮氧化物(NOx)的催化作用之外，还发挥氧吸藏能力。
根据上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏能力，上游侧排气净化催化剂20在流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比比理论空燃比稀(以下，称作“稀空燃比”)时吸藏排气中的氧。另一方面，上游侧排气净化催化剂20在流入的排气的空燃比比理论空燃比浓(以下，称作“浓空燃比”)时释放吸藏于上游侧排气净化催化剂20的氧。此外，“排气的空燃比”是指在生成该排气之前所供给的燃料的质量相对于空气的质量的比率，通常是指在生成该排气时向燃烧室5内供给的燃料的质量相对于空气的质量的比率。在本说明书中，有时也将排气的空燃比称作“排气空燃比”。
上游侧排气净化催化剂20由于具有催化作用和氧吸藏能力，所以根据氧吸藏量而具有NOx和未燃气体的净化作用。在流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比为稀空燃比的情况下，在氧吸藏量少时，由上游侧排气净化催化剂20吸藏排气中的氧，NOx随之被还原净化。不过，氧吸藏能力存在极限，当上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量超过上限吸藏量时，氧几乎不再进一步被上游侧排气净化催化剂20吸藏。在该情况下，若流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比为稀空燃比，则从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比也为稀空燃比。
另一方面，在流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比为浓空燃比的情况下，在氧吸藏量多时，吸藏于上游侧排气净化催化剂20的氧被释放，排气中的未燃气体被氧化而净化。不过，若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量变少而低于下限吸藏量，则几乎不再进一步从上游侧排气净化催化剂20释放氧。在该情况下，若流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比为浓空燃比，则从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比也为浓空燃比。
如上所述，根据在本实施方式中使用的排气净化催化剂20、24，流入排气净化催化剂的排气中的NOx和未燃气体的净化特性根据排气的空燃比和氧吸藏量而变化。此外，排气净化催化剂20、24只要具有催化作用和氧吸藏能力，就也可以是与三元催化剂不同的催化剂。
<空燃比传感器的说明>
在本实施方式中，作为空燃比传感器40、41，使用界限电流式的空燃比传感器。使用图2，对空燃比传感器40、41的构造进行简单说明。空燃比传感器40、41具备固体电解质层51、配置在该固体电解质层51的一个侧面上的排气侧电极52、配置在该固体电解质层51的另一侧面上的大气侧电极53、进行通过的排气的扩散限速的扩散限速层54、保护扩散限速层54的保护层55、以及进行空燃比传感器40、41的加热的加热部56。
固体电解质层51由将CaO、MgO、Y2O3、Yb2O3等作为稳定剂配入ZrO2(二氧化锆)、HfO2、ThO2、Bi2O3等而得到的氧离子传导性氧化物的烧结体形成。另外，扩散限速层54由氧化铝、氧化镁、石英(日文：けい石質)、尖晶石、莫来石等耐热性无机物质的多孔质烧结体形成。而且，排气侧电极52和大气侧电极53由铂等催化活性高的贵金属形成。
另外，在排气侧电极与大气侧电极之间，由搭载于ECU31的电压施加装置60施加传感器施加电压V。除此之外，在ECU31还设置电流检测装置61，该电流检测装置61检测在施加了传感器施加电压时经由固体电解质层而在这些电极52、53间流动的电流I。由该电流检测装置61检测出的电流是空燃比传感器40、41的输出电流。
这样构成的空燃比传感器40、41具有如图3所示的电压-电流(V-I)特性。从图3可知，排气空燃比越大(越稀)，则输出电流(I)越大。另外，在各排气空燃比下的V-I线中，存在与V轴平行的区域，也就是即使传感器施加电压变化，输出电流也几乎不变化的区域。该电压区域被称作界限电流区域，此时的电流被称作界限电流。在图3中，分别用W18、I18示出了排气空燃比为18时的界限电流区域和界限电流。
另一方面，在传感器施加电压比界限电流区域低的区域中，输出电流与传感器施加电压大致呈比例地变化。该区域被称作比例区域。此时的斜率由固体电解质层51的直流元件电阻决定。另外，在传感器施加电压比界限电流区域高的区域中，随着传感器施加电压的增加，输出电流也增加。在该区域中，由于在排气侧电极52上产生排气中所包含的水分的分解等，输出电压根据传感器施加电压的变化而变化。
图4是示出在使施加电压恒定为0.4V左右时的排气空燃比与输出电流I的关系的图。从图4可知，在空燃比传感器40、41中，排气空燃比越大(即，越稀)，则来自空燃比传感器40、41的输出电流I也越大。除此之外，空燃比传感器40、41构成为在排气空燃比为理论空燃比时输出电流I成为零。另外，在排气空燃比大到一定程度以上(在本实施方式中是18以上)时，或者小到一定程度以下时，输出电流的变化相对于排气空燃比的变化的比例变小。
此外，在上述例子中，作为空燃比传感器40、41，使用具有图2所示的构造的界限电流式的空燃比传感器。然而，只要至少在理论空燃比附近输出值相对于排气空燃比的变化而平稳地变化，就也可以使用其他构造的界限电流式的空燃比传感器、非界限电流式的空燃比传感器等任意的空燃比传感器。
<基本控制>
在这样构成的内燃机中，基于上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41的输出，以使流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为基于内燃机运转状态得到的最佳空燃比的方式，来设定来自燃料喷射阀11的燃料喷射量。作为这样的燃料喷射量的设定方法，可举出如下方法：基于上游侧空燃比传感器40的输出，将流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比控制成目标空燃比，并且基于下游侧空燃比传感器41的输出对上游侧空燃比传感器40的输出进行修正或者变更目标空燃比。
另外，在本发明的实施方式的内燃机中，在搭载有内燃机的车辆的减速时等，实施使来自燃料喷射阀11的燃料喷射停止或者大幅减少而使向燃烧室5内的燃料供给停止或者大幅减少的燃料削减控制。该燃料削减控制例如在加速器踏板42的踩踏量为零或者大致为零(即，内燃机负荷为零或者大致为零)且内燃机转速为预定转速以上时实施，所述预定转速是比怠速时的转速高的转速。
在进行了燃料削减控制时，会从内燃机排出空气或者与空气同样的排气，因此会向上游侧排气净化催化剂20流入空燃比极高(即，稀程度极高)的气体。其结果，在燃料削减控制期间，大量的氧流入上游侧排气净化催化剂20，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量达到上限吸藏量。
另外，在本实施方式的内燃机中，为了使在燃料削减控制期间吸藏于上游侧排气净化催化剂20的氧释放，在燃料削减控制刚结束后，进行使流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为浓空燃比的恢复后浓控制。在图5中示出了该情形。
图5是进行了燃料削减控制时的与上游侧空燃比传感器40的输出值相当的空燃比(以下，称作“上游侧输出空燃比”)、上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量、以及与下游侧空燃比传感器41的输出值相当的空燃比(以下，称作“下游侧输出空燃比”)的时间图。在图示的例子中，在时刻t1开始燃料削减控制，并且在时刻t3结束燃料削减控制。
在图示的例子中，当在时刻t1开始燃料削减控制后，从内燃机本体1排出稀空燃比的排气，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比随之增大。此时，流入上游侧排气净化催化剂20的排气中的氧被上游侧排气净化催化剂20吸藏，因而上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量增大，另一方面，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比维持理论空燃比不变。
之后，当在时刻t2上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量达到上限吸藏量(Cmax)后，上游侧排气净化催化剂20无法进一步吸藏氧。因而，在时刻t2以后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比比理论空燃比稀。
当在时刻t3结束燃料削减控制后，为了使在燃料削减控制期间吸藏于上游侧排气净化催化剂20的氧释放，进行恢复后浓控制。在恢复后浓控制中，从内燃机本体1排出比理论空燃比稍浓的空燃比的排气。与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比成为浓空燃比，并且上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量逐渐减少。此时，即使浓空燃比的排气流入上游侧排气净化催化剂20，由于吸藏于上游侧排气净化催化剂20的氧与排气中的未燃气体会发生反应，因此，从上游侧排气净化催化剂20排出的排气的空燃比也大致成为理论空燃比。因而，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比大致成为理论空燃比。
若氧吸藏量继续减少，则最终氧吸藏量会大致成为零而从上游侧排气净化催化剂20流出未燃气体。由此，在时刻t4，由下游侧空燃比传感器41检测到的排气空燃比比理论空燃比浓。这样，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到比理论空燃比稍浓的结束判定空燃比时，结束恢复后浓控制。之后，开始通常的空燃比控制，在图示的例子中，进行控制以使得从内燃机本体排出的排气的空燃比成为理论空燃比。
此外，恢复后浓控制的结束条件也可以不必是由下游侧空燃比传感器41检测到浓空燃比时，例如，也可以以燃料削减控制结束后经过了一定时间时等其他条件来结束。
<响应性劣化诊断中的问题>
如上所述，在基于空燃比传感器40、41设定燃料喷射量的情况下，若空燃比传感器40、41产生异常而空燃比传感器40、41的输出的精度恶化，则无法将燃料喷射量设定为最佳。其结果，会招致排气排放的恶化、燃料经济性的恶化。因而，在很多内燃机中，设置有对空燃比传感器40、41的异常进行自诊断的诊断装置。
作为这样的空燃比传感器40、41的输出异常，可举出响应性劣化。空燃比传感器的响应性劣化例如会因在用于防止传感器元件浸水的传感器罩(设置于保护层55的外侧的罩)设置的通气孔被颗粒物(PM)局部地堵塞等而产生。在图6中示出产生了这样的响应性劣化时的空燃比传感器的推移的情形。
图6是燃料削减控制执行前后的上游侧输出空燃比和下游侧输出空燃比的与图5同样的时间图。在图示的例子中，在时刻t1开始燃料削减控制，并且在时刻t3结束燃料削减控制。当燃料削减控制结束后，通过恢复后浓控制而向上游侧排气净化催化剂20流入浓空燃比的排气。
在下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的情况下，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比如图6中实线A所示那样推移。即，在燃料削减控制结束后，由于从内燃机本体1到下游侧空燃比传感器41存在距离，所以下游侧空燃比传感器41的输出空燃比稍迟于燃料削减控制的结束而开始降低。另外，由于此时从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比大致为理论空燃比，所以下游侧空燃比传感器41的输出空燃比也大致向理论空燃比收敛。
另一方面，在下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的情况下，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比如图6中虚线B所示那样推移。即，与下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的情况(实线A)相比，输出空燃比的降低速度变慢。这样，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的降低速度根据下游侧空燃比传感器41有无响应性劣化而变化。因而，通过算出该降低速度，能够诊断下游侧空燃比传感器41有无响应性劣化。特别地，这样的响应性劣化的诊断优选基于排气空燃比处于18左右与17左右之间的区域的降低速度来进行。
燃料削减控制结束后的下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的推移也根据上游侧排气净化催化剂20的劣化程度而变化。例如，在上游侧排气净化催化剂20的劣化程度高而其氧吸藏能力降低了的情况下，即使在燃料削减控制期间，上游侧排气净化催化剂20也几乎不吸藏氧。因而，在燃料削减控制结束而流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比被设为浓空燃比时，与此相伴，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比也急剧降低。
在图6中用单点划线C示出该情形。图6的单点划线C表示下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化但上游侧排气净化催化剂20的劣化程度高的情况下的输出空燃比的推移。从图6的实线A与单点划线C的比较可知，在燃料削减控制结束后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的降低速度比上游侧排气净化催化剂20未产生劣化的情况下快。
另一方面，在下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度高的情况下，与响应性劣化相伴的输出空燃比的降低速度的降低和与上游侧排气净化催化剂20的劣化相伴的输出空燃比的降低速度的增大相综合。其结果，在该情况下，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比如图6中双点划线D所示，在排气空燃比处于18左右与17左右之间的区域中，与实线A的情况(下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低的情况)下的输出空燃比同样地推移。
因而，若如上述那样基于输出空燃比的降低速度来诊断响应性劣化，则在如图6中双点划线D所示的情况下，尽管下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常，却无法做出异常判定。
<本发明中的异常诊断的原理>
对此，在本发明的实施方式中，在不同的两个空燃比区域，分别算出该空燃比区域中的下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的变化速度，基于所算出的各空燃比区域中的变化速度来诊断下游侧空燃比传感器41的异常(特别是响应性劣化)。以下，首先对本发明中的下游侧空燃比传感器41的异常诊断的原理进行说明。
如上所述，在输出空燃比处于18左右与17左右之间的区域中，只要上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低，就能够检测出下游侧空燃比传感器41的输出空燃比有无响应性劣化。于是，在本实施方式中，首先，在燃料削减控制结束后，算出下游侧空燃比传感器41的输出空燃比最初通过18与17之间的第一空燃比区域X内时的输出空燃比的降低速度(以下，称作“第一空燃比变化速度”)。特别地，在本实施方式中，使用从第一空燃比区域的上限空燃比(即，18)变化至第一空燃比区域的下限空燃比(即，17)的时间ΔT1作为表示第一空燃比变化速度的参数。该第一空燃比变化时间ΔT1越长，则意味着第一空燃比变化速度越慢。此外，图1中的第一空燃比变化时间ΔT1是表示关于实线A的第一空燃比变化速度的参数。
除此之外，在本实施方式中，算出下游侧空燃比传感器41的输出空燃比处于第二空燃比区域Y内时的输出空燃比的变化速度(以下，称作“第二空燃比变化速度”)，所述第二空燃比区域Y是位于16与理论空燃比(14.6)之间的区域。关于该第二空燃比变化速度，也与第一空燃比变化速度同样地，使用从第二空燃比区域的上限空燃比(即，16)变化至第二空燃比区域的下限空燃比(即，理论空燃比)的时间ΔT2作为表示第二空燃比变化速度的参数。该第二空燃比变化时间ΔT2也是：该变化时间ΔT2越长，则意味着第二空燃比变化速度越慢。此外，图1中的第二空燃比变化时间ΔT2是表示关于实线A的第一空燃比变化速度的参数。
根据本发明的实施方式，基于这样算出的第一空燃比变化速度和第二空燃比变化速度来进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断。首先，在第一空燃比变化速度(第一空燃比区域X内的变化速度)比异常基准变化速度慢(即，时间ΔT1比异常基准阈值长)的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常。
即，将第一空燃比区域X内的输出空燃比A～D进行比较，相对于下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低的实线A，虚线B的斜率较小。并且，虚线B表示下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的情况。因此，在第一空燃比变化速度比下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化时的空燃比变化速度慢的情况下，可以说下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常。于是，在本实施方式中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的变化速度比异常基准变化速度慢的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常。
此外，异常基准变化速度例如被设为比在下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低时第一空燃比区域X内的变化速度能够取得的最低速度稍慢的速度。并且，异常基准变化速度也可以是预先设定的值，也可以是根据恢复后浓控制期间的内燃机转速、内燃机负荷等运转参数而变化的值。
另一方面，在第一空燃比变化速度(第一空燃比区域X内的变化速度)比正常基准变化速度快(即，时间ΔT1比正常基准阈值短)的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的异常。即，将第一空燃比区域X内的输出空燃比A～D进行比较，相对于下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低的实线A，单点划线C的斜率较大。并且，单点划线C表示下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的情况。因此，在第一空燃比变化速度比下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化时的空燃比变化速度快的情况下，可以说下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的异常。于是，在本实施方式中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的变化速度比正常基准变化速度快的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的异常。
此外，正常基准变化速度例如被设为比在下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低时第一空燃比区域X内的变化速度能够取得的最高速度稍快的变化速度。并且，正常基准变化速度既可以是预先设定的值，也可以是根据恢复后浓控制期间的内燃机转速、内燃机负荷等运转参数而变化的值。
与此相对，在第一空燃比变化速度(第一空燃比区域X内的变化速度)比异常基准变化速度快且比正常基准变化速度慢的情况下，不清楚下游侧空燃比传感器41是否产生了响应性劣化的异常(异常状态不明)，判定为判定保留。即，如上所述，在第一空燃比区域X内，在下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的异常且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度也低的情况(实线A)和下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度高的情况(双点划线D)这两种情况下，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比均同样地推移。因此，不管在哪种情况下，第一空燃比变化速度都比异常基准变化速度快且比正常基准变化速度慢。于是，在本实施方式中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的变化速度比异常基准变化速度快且比正常基准变化速度慢的情况下，判定为判定保留。
另一方面，将在基于第一空燃比变化速度的判定中判定为判定保留的实线A与双点划线D进行比较。在实线A的情况(下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的异常且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度也低的情况)下，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比以渐进的方式向理论空燃比收敛。这是因为，上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低，因而即使流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比为浓空燃比，未燃气体也会被吸藏于上游侧排气净化催化剂20的氧所氧化、净化。其结果，在实线A的情况下，第二空燃比变化速度(第二空燃比区域Y内的变化速度)变慢。
另一方面，在双点划线B的情况(下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度高的情况)下，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比越过理论空燃比而迅速变化为浓空燃比。这是因为，上游侧排气净化催化剂20的劣化程度高，因而上游侧排气净化催化剂20几乎不吸藏氧，其结果，流入到上游侧排气净化催化剂20的排气保持不变地通过上游侧排气净化催化剂20。其结果，在双点划线D的情况下，第二空燃比变化速度(第二空燃比区域Y内的变化速度)变快。
此外，在图6所示的例子中，在单点划线C和双点划线D中，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比在变化成浓空燃比之后立即向理论空燃比变化。这是因为，在该输出空燃比刚变化成浓空燃比后(更准确地说是刚达到结束判定空燃比后)结束恢复后浓控制，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的目标空燃比被切换为理论空燃比。
于是，在本实施方式中，在基于第一空燃比变化速度的判定中判定为判定保留的情况下，基于第二空燃比变化速度来进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断。具体而言，在第二空燃比变化速度比正常异常判定基准变化速度慢的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的异常。另一方面，在第二空燃比变化速度比正常异常判定基准变化速度快的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常。此外，正常异常判定基准变化速度例如是比在下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低时第二空燃比区域Y内的变化速度能够取得的最高速度稍快的变化速度。并且，正常异常判定基准变化速度既可以是预先设定的值，也可以是根据恢复后浓控制期间的内燃机转速、内燃机负荷等运转参数而变化的值。
因此，综上所述，在本实施方式中，在第一空燃比变化速度比异常基准变化速度慢的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常，在第一空燃比变化速度比正常基准变化速度快的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41正常。另外，在第一空燃比变化速度比异常基准变化速度快且比正常基准变化速度慢的情况下，判定为判定保留(即，异常状态不明)。并且，在基于第一空燃比变化速度判定为判定保留的情况下，在第二空燃比变化速度比正常异常判定基准变化速度慢时判定为下游侧空燃比传感器41正常，在第二空燃比变化速度比正常异常判定基准变化速度快时判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常。通过这样进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断，即使上游侧排气净化催化剂20产生劣化，也能够准确地诊断下游侧空燃比传感器41的响应性劣化的异常。
此外，基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的第一空燃比变化速度的算出由第一变化速度算出单元进行，基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的第二空燃比变化速度的算出由第二变化速度算出单元进行。另外，基于第一空燃比变化速度和第二空燃比变化速度的下游侧空燃比传感器41的正常和异常的判定由异常诊断单元进行。ECU31作为该第一变化速度算出单元、第二变化速度算出单元以及异常诊断单元发挥功能。
另外，在上述实施方式中，作为通过各空燃比区域X、Y内时的空燃比变化速度，使用下游侧空燃比传感器41的输出空燃比从各空燃比区域的上限空燃比变化至下限空燃比的时间(空燃比变化时间)。然而，也可以取代空燃比变化时间而将输出空燃比从各空燃比区域的上限空燃比减去下限空燃比而得到的值除以空燃比变化时间而得到的值设为空燃比变化速度。
或者，也可以取代通过各空燃比区域X、Y内时的空燃比变化速度而使用在输出空燃比从各空燃比区域的上限空燃比变化至下限空燃比的期间通过下游侧空燃比传感器41的排气量的累计值。该排气量的累计值既可以根据空气流量计39的输出值来推定，也可以根据内燃机负荷和内燃机转速来推定。
在该情况下，在输出空燃比从第一空燃比区域的上限空燃比变化至下限空燃比的期间对通过了下游侧空燃比传感器41的排气量进行累计而得到的第一排气量累计值比异常基准累计值大的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常。另一方面，在第一排气量累计值比正常基准累计值小的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41正常，在第一排气量累计值处于异常基准累计值与正常基准累计值之间的情况下，判定为判定保留。并且，在基于第一排气量累计值判定为判定保留的情况下，在输出空燃比从第二空燃比区域的上限空燃比变化至下限空燃比的期间对通过了下游侧空燃比传感器41的排气量进行累计而得到的第二排气量累计值比正常异常判定基准累计值大的情况下，判定为下游侧空燃比传感器正常。另一方面，在第二排气量累计值比正常异常判定基准累计值小的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常。
另外，在本实施方式中构成为，在由诊断装置判定为下游侧空燃比传感器41存在异常的情况下，在搭载有内燃机的车辆中点亮警告灯。
除此之外，如上所述，在单点划线C的情况和双点划线D的情况下，上游侧排气净化催化剂20的劣化程度高。因此，也可以在这些情况下，判定为上游侧排气净化催化剂20劣化。具体而言，在第一空燃比变化速度比正常基准变化速度快的情况下，即在基于第一空燃比变化速度判定为下游侧空燃比传感器41正常的情况下，判定为上游侧排气净化催化剂20劣化。另外，在第二空燃比变化速度比正常异常判定基准变化速度快的情况下，即在基于第二空燃比变化速度判定为下游侧空燃比传感器41异常的情况下，判定为上游侧排气净化催化剂20劣化。
<第一空燃比区域和第二空燃比区域>
若将第一空燃比区域设为第一区域上限空燃比与比其靠浓侧的第一区域下限空燃比之间的区域，则在上述例子中，将第一区域上限空燃比设为18，将第一区域下限空燃比设为17。另外，若将第二空燃比区域设为第二区域上限空燃比与比其靠浓侧的第二区域下限空燃比之间的区域，则在上述例子中，将第二区域上限空燃比设为16，将第二区域下限空燃比设为理论空燃比(在上述例子中是14.6)。然而，由于应该根据排气净化催化剂20的特性、燃料的组成、下游侧空燃比传感器41的结构等而变更，所以第一空燃比区域和第二空燃比区域也可以不必是它们之间的区域。
首先，对第一空燃比区域进行说明。第一空燃比区域基本上需要是在下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化时其输出空燃比的变化速度发生变化的区域。因此，第一区域上限空燃比需要比从上游侧排气净化催化剂20排出空气时的输出空燃比低。
除此之外，在如上述那样使用界限电流式空燃比传感器作为下游侧空燃比传感器41时，第一区域上限空燃比需要是下游侧空燃比传感器41可产生界限电流的空燃比。例如，在图3所示的例子中，在将下游侧空燃比传感器41中的施加电压设为0.4V时，若排气空燃比为18左右则就会输出界限电流，但若排气空燃比变为18左右以上，则不输出界限电流。若这样不再输出界限电流，则相对于实际的空燃比的输出电流的精度恶化，因而空燃比的检测精度降低。于是，第一区域上限空燃比被设为下游侧空燃比传感器41可产生界限电流的空燃比，在具有图3所示的V-I特性的空燃比传感器中被设为18以下。
或者，在使用构成为随着输出电流变大而增大施加电压的传感器作为下游侧空燃比传感器41的情况下，第一区域上限空燃比也可以被设为在检测与理论空燃比相当的排气时施加了产生界限电流的施加电压时产生界限电流的上限稀空燃比。
另外，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比变得比理论空燃比浓的定时根据上游侧排气净化催化剂20可吸藏的氧量(最大氧吸藏量)而变化。因此，若将第一区域下限空燃比设定为比理论空燃比低，则即使下游侧空燃比传感器41的响应性劣化为相同程度，上述定时也根据上游侧排气净化催化剂20的最大氧吸藏量而变化。因此，第一区域下限空燃比需要为理论空燃比以上。特别地，第一区域下限空燃比优选比理论空燃比稀。
除此之外，在如上述那样使用界限电流式空燃比传感器作为下游侧空燃比传感器41时，第一区域下限空燃比也需要是下游侧空燃比传感器41可产生界限电流的空燃比。因此，对于具有图3所示的V-I特性的空燃比传感器，设为12以上。此外，若考虑到第一区域上限空燃比和第一区域下限空燃比都需要是下游侧空燃比传感器41可产生界限电流的空燃比这一点，则可以说第一空燃比区域是下游侧空燃比传感器41可产生界限电流的空燃比区域内的区域。
接着，对第二空燃比区域进行说明。第二空燃比区域基本上需要是不管下游侧空燃比传感器41有无响应性劣化，其输出空燃比的变化速度都根据上游侧排气净化催化剂20的劣化程度而变化的区域。如上所述，由于理论空燃比附近的输出空燃比根据上游侧排气净化催化剂20的劣化程度而变化，所以第二空燃比区域优选包括理论空燃比附近的区域。
第二区域上限空燃比与上述第一区域上限空燃比同样，需要比从上游侧排气净化催化剂20排出空气时的输出空燃比低。另外，在使用界限电流式空燃比传感器作为下游侧空燃比传感器41时，第二区域空燃比需要是下游侧空燃比传感器41可产生界限电流的空燃比。进而，为了防止第一空燃比区域中的空燃比变化速度影响到第二空燃比变化速度，第二区域上限空燃比优选比第一区域下限空燃比浓(低)。
另一方面，如上所述，由于理论空燃比附近的输出空燃比的推移根据上游侧排气净化催化剂20的劣化程度而变化，所以第二区域下限空燃比被设为第二空燃比区域包括理论空燃比附近的那样的空燃比。具体而言，第二区域下限空燃比被设在从比理论空燃比稍稀的空燃比到比理论空燃比浓的空燃比为止的范围内。另外，在将恢复后浓控制的结束定时设为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到了比理论空燃比浓的结束判定空燃比时的情况下，也可以将结束判定空燃比设为第二区域下限空燃比。另外，在如上述那样使用界限电流式空燃比传感器作为下游侧空燃比传感器41时，第二空燃比区域也被设为下游侧空燃比传感器41可产生界限电流的空燃比区域内的区域。
此外，若对第一空燃比区域和第二空燃比区域的关系进行概略说明，则可以说，在本实施方式中，第一空燃比区域优选包括比第二空燃比区域稀的空燃比区域，第二空燃比区域优选包括比第一空燃比区域浓的空燃比区域。
<流程图>
图8是示出本实施方式中的异常诊断控制的控制例程的流程图。图8所示的异常诊断控制在ECU31中进行。
如图8所示，首先，在步骤S11中，判定在启动内燃机之后或者在使搭载有内燃机的车辆的点火开关接通之后是否已经进行了下游侧空燃比传感器41的异常诊断。在步骤S11中判定为异常诊断已经完成的情况下，结束控制例程。另一方面，在步骤S11中判定为下游侧空燃比传感器41的异常诊断尚未完成的情况下，进入步骤S12。
在步骤S12中，基于下游侧空燃比传感器41的输出算出第一空燃比变化时间ΔT1。具体而言，在燃料削减控制结束后，恢复后浓控制开始后，算出下游侧空燃比传感器41的输出空燃比从最初达到第一区域上限空燃比(例如，18)到最初达到第一区域下限空燃比(例如，17)的时间，作为第一空燃比变化时间ΔT1。
接着，在步骤S13、14中，判定在步骤S12中算出的第一空燃比变化时间ΔT1是为异常判定阈值T1up以上、还是为正常判定阈值T1low以下、亦或是处于异常判定阈值T1up与正常判定阈值T1low之间。在判定为第一空燃比变化时间ΔT1为异常判定阈值T1up以上的情况下，进入步骤S15。在步骤S15中，判定为下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常。另一方面，在步骤S13、14中判定为第一空燃比变化时间ΔT1为正常判定阈值T1low以下的情况下，进入步骤S16。在步骤S16中，判定为下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的异常。另一方面，在步骤S13、14中判定为第一空燃比变化时间ΔT1处于异常判定阈值T1up与正常判定阈值T1low之间的情况下，进入步骤S17。
在步骤S17中，基于下游侧空燃比传感器41的输出算出第二空燃比变化时间ΔT2。具体而言，在燃料削减控制结束后，恢复后浓控制开始后，算出下游侧空燃比传感器41的输出空燃比从最初达到第二区域上限空燃比(例如，16)到最初达到第二区域下限空燃比(例如，理论空燃比)的时间，作为第二空燃比变化时间ΔT2。
接着，在步骤S18中，判定在步骤S17中算出的第二空燃比变化时间ΔT2是否比正常异常判定阈值T2mid小。在判定为第二空燃比变化时间ΔT2比正常异常判定阈值T2mid小的情况下，进入步骤S19。在步骤S19中，判定为下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常。另一方面，在步骤S18中判定为第二空燃比变化时间ΔT2为正常异常判定阈值T2mid以上的情况下，进入步骤S20。在步骤S20中，判定为下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的异常。
此外，在上述例子中，基于第一空燃比变化时间ΔT1和第二空燃比变化时间ΔT2来进行异常诊断。然而，如上所述，也可以取代第一空燃比变化时间ΔT1而使用将从第一区域上限空燃比减去第一区域下限空燃比而得到的值除以第一空燃比变化时间而得到的第一空燃比变化速度V1。另外，也可以取代第二空燃比变化时间ΔT2而使用将从第二区域上限空燃比减去第二区域下限空燃比而得到的值除以第二空燃比变化时间而得到的第二空燃比变化速度V2。
或者，如上所述，也可以取代第一空燃比变化时间ΔT1而使用在输出空燃比从第一区域上限空燃比变化至第一区域下限空燃比的期间对通过了下游侧空燃比传感器41的排气量进行累计而得到的第一排气量累计值。另外，也可以取代第二空燃比变化时间ΔT2而使用在输出空燃比从第二区域上限空燃比变化至第二区域下限空燃比的期间对通过了下游侧空燃比传感器41的排气量进行累计而得到的第二排气量累计值。
在该情况下，在步骤S13中判定为第一空燃比变化速度V1为异常基准变化速度以下的情况下，进入步骤S15，判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常。另外，在步骤S14中判定为第一空燃比变化速度V1为正常基准变化速度以上的情况下，进入步骤S16，判定为下游侧空燃比传感器41未产生异常。同样，在步骤S18中判定为第二空燃比变化速度V2为正常异常基准变化速度以上的情况下，进入步骤S19，判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常。
<第二实施方式>
接着，参照图9，对本发明的第二实施方式的诊断装置进行说明。第二实施方式的诊断装置基本上构成为与第一实施方式的诊断装置同样。然而，相对于在第一实施方式中基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的变化速度来进行异常诊断，在第二实施方式中，基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的累计值(积分值)来进行异常诊断。
关于下游侧空燃比传感器41有无输出空燃比的响应性劣化，输出空燃比的累计值也显示与空燃比变化速度同样的倾向。在图9中示出该情形。
图9是与图7同样的时间图。图9的I1A是在下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低(实线A)的情况下输出空燃比最初通过第一空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值。另外，图9的I1B是在下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低(实线B)的情况下输出空燃比最初通过第一空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值。而且，图9的I1C是在下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度高(单点划线C)的情况下输出空燃比最初通过第一空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值。
若将这些累计值I1A、I1B、I1C进行比较，则累计值I1B比累计值I1A大。因此，可知，若下游侧空燃比传感器41产生响应性劣化，则通过第一空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值变大。另外，累计值I1C比累计值I1A小。因此，可知，若上游侧排气净化催化剂20的劣化程度变高，则通过第一空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值变小。
另一方面，在下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低的情况(双点划线D)下，输出空燃比在第一空燃比区域X内显示与实线A同样的举动。因而，在如实线A所示的情况和如双点划线D所示的情况下，输出空燃比最初通过第一空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值为相同程度。
于是，在本实施方式中，在输出空燃比最初通过第一空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值比异常基准累计值大的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常。此外，异常基准累计值例如被设为比在下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低时第一空燃比区域X内的输出空燃比的累计值能够取得的最大值稍大的值。
另一方面，在输出空燃比最初通过第一空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值比正常基准累计值大的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的异常。此外，正常基准累计值例如被设为比在下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化且上游侧排气净化催化剂20的劣化程度低时第一空燃比区域X内的输出空燃比的累计值能够取得的最小值稍小的值。
另外，在输出空燃比最初通过第一空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值处于异常基准累计值与正常基准累计值之间的情况下，不清楚下游侧空燃比传感器41是否产生了响应性劣化的异常(异常状态不明)，判定为判定保留。
另外，图9的I2A是在如实线A所示的情况下输出空燃比最初通过第二空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值。另外，图9的I2A是在如双点划线D所示的情况下输出空燃比最初通过第二空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值。若将这些累计值I2A、I2D进行比较，则累计值I2A比累计值I2D大。因此，可知，若上游侧排气净化催化剂20的劣化程度变高，则通过第二空燃比区域Y内时的输出空燃比的累计值变大。
于是，在本实施方式中，在基于输出空燃比最初通过第一空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值进行的判定中判定为判定保留的情况下，基于通过第二空燃比区域Y内时的输出空燃比的累计值来进行异常诊断。具体而言，在输出空燃比最初通过第二空燃比区域X内时的输出空燃比的累计值比正常异常判定基准累计值大的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41未产生响应性劣化的异常。另一方面，在该累计值比正常异常判定基准累计值小的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41产生了响应性劣化的异常。
因此，综上所述，在本实施方式中，在第一空燃比区域X中的累计值比异常基准累计值大的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常，在第一空燃比区域X中的累计值比正常基准累计值小的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41正常。另外，在第一空燃比区域X中的累计值处于异常基准累计值与正常基准累计值之间的情况下，判定为判定保留。并且，在基于第一空燃比区域X中的累计值判定为判定保留的情况下，在第二空燃比累计值比正常异常判定基准累计值大时，判定为下游侧空燃比传感器41正常，在第二空燃比累计值比正常异常判定基准累计值小时，判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常。通过这样进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断，即使上游侧排气净化催化剂20产生劣化，也能够准确地诊断下游侧空燃比传感器41的响应性劣化的异常。
若将上述第一实施方式和第二实施方式综合来表述，则根据本发明的实施方式，由第一变化特性算出单元(ECU31)算出输出空燃比最初通过第一空燃比区域时的第一空燃比变化特性。除此之外，由第二变化特性算出单元(ECU31)算出最初通过第二空燃比区域时的第二空燃比变化特性。然后，由异常诊断单元(ECU31)基于第一空燃比变化特性，将下游侧空燃比传感器41的状态判定为正常、异常、判定保留(即，异常状态不明)中的某一方，在基于第一空燃比变化特性判定为判定保留时，基于第二空燃比变化特性将下游侧空燃比传感器41的状态判定为正常、异常中的某一方。
作为空燃比变化特性，在上述实施方式中，可举出空燃比变化速度(空燃比变化时间)、空燃比累计值、在输出空燃比从各空燃比区域的上限空燃比变化至下限空燃比的期间通过下游侧空燃比传感器41的排气量的累计值等。然而，作为空燃比变化特性，只要是相对于下游侧空燃比传感器41有无响应性劣化异常和上游侧排气净化催化剂20的劣化程度显示出与空燃比变化速度等同样的倾向的参数，就也可以使用上述参数以外的参数。
附图标记说明
1：内燃机本体
5：燃烧室
6：进气门
8：排气门
11：燃料喷射阀
19：排气歧管
20：上游侧排气净化催化剂
21：上游侧壳体
23：下游侧壳体
24：下游侧排气净化催化剂
31：电子控制单元(ECU)
40：上游侧空燃比传感器
41：下游侧空燃比传感器

Claims (17)

1.一种内燃机的诊断装置，所述内燃机具备：排气净化催化剂，其配置于所述内燃机的排气通路，并且能够吸藏流入的排气中的氧；和空燃比传感器，其配置于该排气净化催化剂的排气流动方向下游侧，并且检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比，所述内燃机执行燃料削减控制和恢复后浓控制，所述燃料削减控制是使向燃烧室的燃料供给停止或者减少的控制，所述恢复后浓控制是在燃料削减控制结束后将流入排气净化催化剂的排气的空燃比控制成比理论空燃比浓的浓空燃比的控制，其中，
所述诊断装置具备：
第一变化特性算出单元，其基于从所述空燃比传感器输出的输出空燃比，算出在所述燃料削减控制结束后所述空燃比传感器的输出空燃比最初通过第一空燃比区域时的第一空燃比变化特性，所述第一空燃比区域是在理论空燃比以上的一部分的空燃比区域；
第二变化特性算出单元，其基于从所述空燃比传感器输出的输出空燃比，算出在所述燃料削减控制结束后所述空燃比传感器的输出空燃比最初通过与所述第一空燃比区域不同的第二空燃比区域时的第二空燃比变化特性；以及
异常诊断单元，其基于所述第一空燃比变化特性将空燃比传感器的状态判定为正常、异常、判定保留中的某一方，并且，在基于所述第一空燃比变化特性判定为了判定保留时，基于所述第二空燃比变化特性将空燃比传感器的状态判定为正常和异常中的某一方。
2.根据权利要求1所述的内燃机的诊断装置，
所述第一空燃比区域包括比所述第二空燃比区域稀的空燃比区域。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的诊断装置，
所述第二空燃比区域包括比所述第一空燃比区域浓的空燃比区域。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的内燃机的诊断装置，
所述第二空燃比区域是包括理论空燃比的区域。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的内燃机的诊断装置，
所述空燃比传感器是在通过该空燃比传感器的排气的空燃比处于预定空燃比区域内时输出界限电流的界限电流式空燃比传感器，所述第一空燃比区域和所述第二空燃比区域处于所述空燃比传感器产生界限电流的所述预定空燃比区域内。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的内燃机的诊断装置，
所述第一空燃比区域是第一区域上限空燃比与比该第一区域上限空燃比靠浓侧的第一区域下限空燃比之间的区域，所述第二空燃比区域是第二区域上限空燃比与比该第二区域上限空燃比靠浓侧的第二区域下限空燃比之间的区域，所述第二区域上限空燃比比理论空燃比稀。
7.根据权利要求6所述的内燃机的诊断装置，
所述第二区域上限空燃比比所述第一区域下限空燃比浓。
8.根据权利要求6或7所述的内燃机的诊断装置，
所述第二区域下限空燃比为理论空燃比以下。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的内燃机的诊断装置，
所述第一空燃比变化特性是第一空燃比变化速度，即是所述空燃比传感器的输出空燃比最初通过所述第一空燃比区域时的变化速度，
所述异常诊断单元，在所述第一空燃比变化速度比异常基准变化速度慢的情况下判定为所述空燃比传感器存在异常，在所述第一空燃比变化速度比正常基准变化速度快的情况下判定为所述空燃比传感器正常，在所述第一空燃比变化速度处于所述异常基准变化速度与所述正常基准变化速度之间的情况下判定为判定保留。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的内燃机的诊断装置，
所述第二空燃比变化特性是第二空燃比变化速度，即是所述空燃比传感器的输出空燃比最初通过所述第二空燃比区域时的变化速度，
所述异常诊断单元，在基于所述第一空燃比变化特性判定为了判定保留时，在所述第二空燃比变化速度比正常异常判定基准变化速度慢的情况下判定为所述空燃比传感器正常，在所述第二空燃比变化速度比所述正常异常判定基准变化速度快的情况下判定为所述空燃比传感器异常。
11.根据权利要求9或10所述的内燃机的诊断装置，
所述空燃比变化速度基于所述空燃比传感器的输出空燃比从对应的空燃比区域的上限空燃比变化到下限空燃比的时间来算出。
12.根据权利要求1～8、10、11中任一项所述的内燃机的诊断装置，
所述第一空燃比变化特性是对所述空燃比传感器的输出空燃比处于所述第一空燃比区域内时的该输出空燃比进行累计而得到的第一空燃比累计值，
所述异常诊断单元，在所述第一空燃比累计值比异常基准累计值大的情况下判定为所述空燃比传感器存在异常，在所述第一空燃比累计值比正常基准累计值小的情况下判定为所述空燃比传感器正常，在所述第一空燃比累计值处于所述异常基准累计值与所述正常基准累计值之间的情况下判定为判定保留。
13.根据权利要求1～9、11、12中任一项所述的内燃机的诊断装置，
所述第二空燃比变化特性是对所述空燃比传感器的输出空燃比处于所述第二空燃比区域内时的该输出空燃比进行累计而得到的第二空燃比累计值，
所述异常诊断单元，在基于所述第一空燃比变化特性判定为了判定保留时，在所述第二空燃比累计值比正常异常判定基准累计值大的情况下判定为所述空燃比传感器正常，在所述第二空燃比累计值比正常异常判定基准累计值小的情况下判定为所述空燃比传感器异常。
14.根据权利要求1～8、10、11、13中任一项所述的内燃机的诊断装置，
所述第一空燃比变化特性是在所述空燃比传感器的输出空燃比从所述第一空燃比区域的上限空燃比变化至下限空燃比的期间对通过了配置有所述空燃比传感器的排气通路的排气量进行累计而得到的第一排气量累计值，
所述异常诊断单元，在所述第一排气量累计值比异常基准累计值大的情况下判定为所述空燃比传感器存在异常，在所述第一排气量累计值比正常基准累计值小的情况下判定为所述空燃比传感器正常，在所述第一排气量累计值处于所述异常基准累计值与所述正常基准累计值之间的情况下判定为判定保留。
15.根据权利要求1～9、11、12、14中任一项所述的内燃机的诊断装置，
所述第二空燃比变化特性是在所述空燃比传感器的输出空燃比从所述第二空燃比区域的上限空燃比变化至下限空燃比的期间对通过了配置有所述空燃比传感器的排气通路的排气量进行累计而得到的第二排气量累计值，
所述异常诊断单元，在基于所述第一空燃比变化特性判定为了判定保留时，在所述第二排气量累计值比正常异常判定基准累计值大的情况下判定为所述空燃比传感器正常，在所述第二排气量累计值比正常异常判定基准累计值小的情况下判定为所述空燃比传感器异常。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的内燃机的诊断装置，
所述异常诊断单元，在基于所述第一空燃比变化特性判定为了所述空燃比传感器正常的情况下，以及在基于所述第二空燃比变化特性判定为了所述空燃比传感器异常的情况下，均判定为所述排气净化催化剂劣化。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的内燃机的诊断装置，
还具备警告单元，该警告单元在由所述异常诊断单元判定为了所述空燃比传感器异常时，使警告灯点亮。
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