JP2003247451A - 排出ガスセンサの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒のストレージ効果の影響を少なくした条
件下で、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）の異常診断を精度良く実行でき
るようにする。 【解決手段】 吸入空気量が所定の異常診断実行吸入空
気量ＫＱ以上か否か（排出ガス流量が触媒の浄化能力を
越えているか否か）を判定した後、下流側排出ガスセン
サの異常診断実行条件が成立しているか否かを判定する
（ステップ１０１、１０２）。その結果、吸入空気量が
異常診断実行吸入空気量ＫＱ以上で、且つ、異常診断実
行条件が成立していると判定されれば、下流側排出ガス
センサの異常診断を実行して、触媒上流側の空燃比のリ
ッチ／リーンを切り換えたときの下流側排出ガスセンサ
の出力変化の応答時間を計測し、この応答時間を判定値
と比較して下流側排出ガスセンサの異常の有無を判定す
る（ステップ１０３）。

Description

【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、触媒の浄化能力を越える運転領域で下流側排出
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２のよう
に、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も良い。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３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４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、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。

【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１
７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２
５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〜
の条件をす全て満たすことである。

【００２３】下流側排出ガスセンサ２５が活性状態で
あること エンジンが暖機完了状態であること エンジン回転変動が所定範囲内であること エンジン負荷変動が所定範囲内であること 上記との条件は、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〜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〜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、吸入空気量が吸
いないとき（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３
０１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１
１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４
０１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２
５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２
５が酸素センサである場合には例えば０．２Ｖ〜０．７
Ｖ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Ｋ
Ｑ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）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５ Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｋ 41/14 ３１０ Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｚ Ｆターム(参考） 3G084 BA13 BA17 BA24 DA10 DA27 DA30 EA11 EB01 EB11 EB22 FA00 FA07 FA10 FA20 FA30 FA33 3G091 AA02 AA17 AA23 AA28 AB03 BA27 CB02 DA01 DA02 DB10 DC01 EA01 EA05 EA06 EA07 EA16 EA17 EA30 EA31 EA34 FC02 FC04 GA06 HA36 HA37 HA42 3G301 HA01 HA06 JA16 JA25 JA26 JB01 JB09 LA01 LB02 MA01 MA11 NA06 NA08 ND01 NE01 NE06 NE13 NE15 PA01B PA01Z PA07B PA07Z PA11B PA11Z PD09B PD09Z PE01B PE01Z PE08B PE08Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB02 BB02 DA02 DA20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、前記触媒の浄化能力を越え
   る運転領域で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。
2. 【請求項２】 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
   ガスセンサの異常診断を実行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。
3. 【請求項３】 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２に記載の排出ガスセンサの異常診断装
   置。
4. 【請求項４】 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
   ているときに該空燃比を変化させて前記下流側排出ガス
   センサの異常診断を実行することを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれかに記載の排出ガスセンサの異常診断装
   置。