JP2003254049A - 排出ガスセンサの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒の影響を受けずに、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】 二次空気導入装置２３の二次空気導入管
２１の途中に、二次空気切換弁２４を介して異常診断用
ガス導入管２５と大気開放管２６を接続して異常診断用
ガス導入装置２７を構成する。下流側排出ガスセンサ２
０の異常診断実行条件成立時に、二次空気切換弁２４を
異常診断用ガス導入位置と大気開放位置との間で切り換
えて、触媒下流側排気管１７ｂの下流側排出ガスセンサ
２０の上流側に二次空気（異常診断用ガス）を導入した
状態とその二次空気の導入を停止した状態とを切り換え
る。これにより、触媒１８の影響を受けずに下流側排出
ガスセンサ２０周辺を流れる排出ガスの空燃比を変化さ
せ、そのときの下流側排出ガスセンサ２０の応答時間を
計測して下流側排出ガスセンサ２０の異常診断を行う。

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
いて該下流側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
うようにしたものもある。この排出ガスセンサの劣化診
断方法は、一般に、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、触媒を通過した排出ガスの空燃比
の挙動は、触媒の浄化能力（ストレージ効果）の影響を
受けて変化するため、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６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。

【０００７】従って、上記公報のように、触媒を通過し
た排出ガスの空燃比の挙動を触媒下流側の排出ガスセン
サで検出して劣化診断を行う従来の診断方法では、触媒
の影響を無視することができず、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。

【０００８】しかも、上記公報のように、燃料カット等
により空燃比が所定条件で変化するのを待って異常診断
を実行する場合には、車両の運転方法や道路状況によっ
ては、空燃比が所定条件で変化する機会が少なくなって
異常診断の実行頻度が少なくなってしまい、排出ガスセ
ンサの異常を早期に検出することができなくなる可能性
がある。また、異常診断の実行頻度を確保するために、
エンジン運転中に触媒上流側の空燃比（目標空燃比）を
強制的に変化させて異常診断を行うと、走行性能や触媒
の排気浄化性能が悪化してしまう可能性がある。

【０００９】本発明はこれらの事情を考慮してなされた
ものであり、従ってその目的は、触媒の影響を受けずに
触媒下流側の排出ガスセンサの異常診断を精度良く実行
することができると共に、走行性能や触媒の排気浄化性
能に悪影響を及ぼすことなく、異常診断の実行頻度を確
保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。

【００１０】

【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、触媒の下流側の排気通路のうちの下流側排出ガ
スセンサの上流側に異常診断用ガスを導入するための異
常診断用ガス導入手段を設け、この異常診断用ガス導入
手段により下流側排出ガスセンサの上流側に異常診断用
ガスを導入して下流側排出ガスセンサの異常診断を実行
するようにしたものである。

【００１１】異常診断用ガスを、触媒を通過させずに直
接、触媒の下流側（下流側排出ガスセンサの上流側）に
導入すれば、触媒の影響を受けることなく、下流側排出
ガスセンサ周辺を流れる雰囲気を異常診断用ガスによっ
て変化させることができる。従って、異常診断用ガスの
導入状態によって下流側排出ガスセンサ周辺を流れる雰
囲気が変化するのに対応して下流側排出ガスセンサの出
力が変化しているか否かを監視すれば、触媒の影響を受
けることなく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。

【００１２】また、異常診断用ガス導入手段により異常
診断用ガスの導入状態を強制的に変化させて異常診断を
行うことができるので、空燃比が所定条件で変化するの
を待って異常診断を行う必要がなく、車両の運転方法や
道路状況の影響を受けずに、異常診断の実行頻度を確保
することができる。しかも、異常診断時に触媒上流側の
空燃比（目標空燃比）を強制的に変化させる必要がない
ので、異常診断の実行中でも、空燃比フィードバック制
御を継続することができて、走行性能や触媒の排気浄化
性能に悪影響を及ぼすことがない。

【００１３】この場合、請求項２のように、下流側排出
ガスセンサの上流側に導入する異常診断用ガスとして
は、空気を用いると良い。下流側排出ガスセンサの上流
側への空気（酸素）の導入量を変化させることで、下流
側排出ガスセンサ周辺を流れる排出ガスの空燃比をリー
ン方向又はリッチ方向（ストイキ方向）に変化させるこ
とができ、一般に下流側排出ガスセンサとして用いられ
る空燃比センサや酸素センサの出力変化として検出可能
な変化を確実に与えることができる。しかも、空気であ
れば、触媒を通過させずに直接、触媒下流側排気通路内
に導入して、そのまま外部に排出しても、排気エミッシ
ョンが悪化することがない。その上、異常診断用ガスに
コストが全くかからない。

【００１４】ところで、近年、触媒暖機性能を高めるた
めに、触媒早期暖機制御中に触媒上流側の排気通路内に
二次空気（酸素）を導入することによって、触媒内で排
出ガス中のリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ等）と二次空気（酸
素）とを反応させて発熱させたり、或は、触媒上流側の
排気通路内で高温の排出ガス中のリッチ成分を二次空気
と混合して後燃えを発生させたりして、その反応熱や燃
焼熱で触媒を短時間で暖機するようにしたものがある。

【００１５】そこで、請求項３のように、触媒の上流側
の排気通路内に二次空気を導入するための二次空気導入
手段を備えたシステムの場合には、二次空気導入手段か
ら供給される二次空気を異常診断用ガスとして下流側排
出ガスセンサの上流側に導入するようにしても良い。こ
のようにすれば、二次空気導入手段の機能を利用して異
常診断用ガス導入手段を構成することができるので、異
常診断用ガス導入手段を全て専用部品で構成する場合に
比べて低コスト化することができる。

【００１６】また、下流側排出ガスセンサの上流側に異
常診断用ガスを導入して下流側排出ガスセンサの異常診
断を行う具体的な方法として、例えば、請求項４のよう
に、下流側排出ガスセンサの上流側に異常診断用ガスを
導入した状態とその導入を停止した状態とを切り換えた
ときに生じる下流側排出ガスセンサの出力変化に基づい
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
しても良い。このようにすれば、下流側排出ガスセンサ
周辺を流れる雰囲気を比較的短時間で大きく変化させる
ことができて、正常な排出ガスセンサと異常な排出ガス
センサとの間でセンサ出力の挙動の差を大きくすること
ができ、下流側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。

【００１７】ここで、下流側排出ガスセンサの上流側に
異常診断用ガスとして空気を導入する場合、異常診断用
ガス（空気）を導入する前に下流側排出ガスセンサの出
力が既にリーン値になっていると、異常診断用ガス（空
気）を導入しても、それが下流側排出ガスセンサの出力
変化として現れにくく、下流側排出ガスセンサの出力変
化幅が小さくなるため、下流側排出ガスセンサの異常診
断精度が低下するおそれがある。

【００１８】そこで、請求項５のように、下流側排出ガ
スセンサの上流側に異常診断用ガス（空気）を導入する
前に該下流側排出ガスセンサの出力が所定値よりもリー
ンである場合に、センサ異常診断手段による異常診断を
異常診断禁止手段で禁止するようにしても良い。つま
り、異常診断用ガスを導入する前に下流側排出ガスセン
サの出力が所定値よりもリーンである場合には、異常診
断用ガス（空気）を導入しても、下流側排出ガスセンサ
の出力変化幅が小さくなるため、下流側排出ガスセンサ
の正確な異常診断が困難であると判断して、下流側排出
ガスセンサの異常診断を禁止することができ、下流側排
出ガスセンサの異常診断精度の低下を未然に防止するこ
とができる。

【００１９】また、請求項６のように、下流側排出ガス
センサの上流側に異常診断用ガス（空気）を導入する前
に該下流側排出ガスセンサの出力が所定値よりもリッチ
となるように燃料噴射量をリッチ制御手段で制御するよ
うにしても良い。このようにすれば、異常診断用ガスを
導入する前に下流側排出ガスセンサの出力がリーン値に
なっている場合でも、異常診断用ガスを導入する直前に
燃料噴射量を増量して下流側排出ガスセンサの出力を所
定値よりもリッチにすることができ、異常診断用ガスを
導入したときの下流側排出ガスセンサの出力変化幅を大
きくすることができる。これにより、下流側排出ガスセ
ンサの正常／異常の判定を容易に行うことができ、下流
側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。

【００２０】この場合、下流側排出ガスセンサの正常／
異常の判定方法は、種々の方法が考えられるが、例え
ば、請求項７のように、下流側排出ガスセンサの上流側
に異常診断用ガスを導入した状態とその導入を停止した
状態とを切り換えたときの下流側排出ガスセンサの出力
変化量が所定の異常判定値よりも小さいときに、下流側
排出ガスセンサの異常と判定するようにしても良い。つ
まり、異常診断用ガスの導入／導入停止を切り換えて下
流側排出ガスセンサ周辺の空燃比に所定の変化を与えた
にも拘らず、下流側排出ガスセンサの出力変化量が所定
の異常判定値よりも小さいときには、下流側排出ガスセ
ンサの異常と判定することができる。

【００２１】この場合、請求項８のように、下流側排出
ガスセンサの上流側に異常診断用ガスを導入した状態と
その導入を停止した状態とを切り換えたときの空燃比変
化量又はそれに相関する物理量（例えば異常診断用ガス
の流量変化量）に応じて異常判定値を設定するようにし
ても良い。このようにすれば、異常診断用ガスの導入／
導入停止を切り換えたときの空燃比変化量に応じて下流
側排出ガスセンサの出力変化量が変化するのに対応して
適正な異常判定値を設定することができる。但し、本発
明は、演算処理の簡略化のために、この異常判定値を固
定値としても良いことは言うまでもない。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図５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の各気筒に空気を導入する吸気マ
ニホールド１２の吸気ポート近傍には、それぞれ燃料を
噴射する燃料噴射弁１３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１４が取り付けられ、各点火プラグ１４の火花放電
によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン１
１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１５や、エンジン回転速度を検出するクランク
角センサ１６が取り付けられている。

【００２３】一方、エンジン１１の排気管１７（排気通
路）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１８が設けられ、この触媒１８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１９，２０（空燃
比センサ、酸素センサ等）が設けられている。以下の説
明では、触媒１８の下流側の排出ガスセンサ２０を「下
流側排出ガスセンサ２０」と表記する。

【００２４】また、触媒１８の上流側の排気管（以下
「触媒上流側排気管」という）１７ａには、外気を二次
空気として導入するための二次空気導入管２１が接続さ
れ、この二次空気導入管２１の最上流部に、二次空気を
圧送するエアポンプ２２が設けられている。エアポンプ
２２はモータ等のアクチュエータ又はエンジン動力によ
って駆動される。これら二次空気導入管２１、エアポン
プ２２等で二次空気導入装置２３（二次空気導入手段）
が構成されている。

【００２５】更に、この二次空気導入装置２３の二次空
気導入管２１の途中には、二次空気切換弁２４を介して
異常診断用ガス導入管２５と大気開放管２６とが接続さ
れ、異常診断用ガス導入管２５の下流側端部が、触媒１
８の下流側の排気管１７ｂのうちの下流側排出ガスセン
サ２０の上流側に接続されている。これら二次空気導入
装置２３、二次空気切換弁２４、異常診断用ガス導入管
２５、大気開放管２６等から異常診断用ガス導入装置２
７（異常診断用ガス導入手段）が構成されている。

【００２６】この場合、二次空気切換弁２４を二次空気
導入位置に切り換えると、図１の矢印Ａで示すように、
エアポンプ２２から圧送される二次空気が、二次空気導
入管２１を通って触媒上流側排気管１７ａ内に導入され
る。一方、二次空気切換弁２４を異常診断用ガス導入位
置に切り換えると、矢印Ｂで示すように、エアポンプ２
２から圧送される二次空気が異常診断用ガスとして、異
常診断用ガス導入管２５を通って触媒下流側排気管１７
ｂのうちの下流側排出ガスセンサ２０の上流側に導入さ
れる。また、二次空気切換弁２４を大気開放位置に切り
換えると、矢印Ｃで示すように、エアポンプ２２から圧
送される二次空気が、大気開放管２６を通って大気中に
排出される。

【００２７】前述した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１３の燃料噴射量や点火プ
ラグ１４の点火時期を制御する。

【００２８】また、ＥＣＵ２８は、図２に示す二次空気
導入制御及び排出ガスセンサ異常診断ルーチンを実行す
ることで、触媒早期暖機制御の実行中に二次空気導入条
件が成立したときに、二次空気を触媒上流側排気管１７
ａ内に導入し、触媒早期暖機制御を実行していないとき
に、下流側排出ガスセンサ２０の異常診断実行条件が成
立したときには、図３に示す異常診断実行サブルーチン
を実行して、触媒下流側排気管１７ｂ内に二次空気（異
常診断用ガス）を導入した状態とその二次空気の導入を
停止した状態とを切り換え、そのときに生じる下流側排
出ガスセンサ２０の出力の挙動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。

【００２９】図２に示す二次空気導入制御及び排出ガス
センサ異常診断ルーチンは、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る。本プロ
グラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、触媒
早期暖機制御の実行中であるか否かを判定する。触媒早
期暖機制御の実行中は、例えば点火時期遅角制御を実施
して排出ガス温度を上昇させる。

【００３０】触媒早期暖機制御の実行中と判定された場
合には、ステップ１０２に進み、二次空気導入条件が成
立しているか否かを判定する。ここで、二次空気導入条
件は、例えば、次の〜の条件を全て満たすことであ
る。

【００３１】始動時の冷却水温が所定範囲内であるこ
と 現在の冷却水温が所定範囲内であること 触媒温度が所定温度以上（排出ガス中のリッチ成分と
二次空気が反応可能な温度）であること これら〜のうち１つでも満たさない条件があれば、
二次空気導入条件が不成立となり、ステップ１０３に進
み、エアポンプ２２を停止状態にしたままで、本ルーチ
ンを終了する。

【００３２】一方、上記〜の条件を全て満たして、
二次空気導入条件が成立していると判定された場合に
は、ステップ１０４に進み、エアポンプ２２を作動さ
せ、次のステップ１０５で、二次空気切換弁２４を二次
空気導入位置に切り換えて、図１の矢印Ａで示すよう
に、エアポンプ２２から圧送される二次空気を、二次空
気導入管２１から触媒上流側排気管１７ａ内に導入す
る。これにより、触媒１８内で排出ガス中のリッチ成分
（ＨＣ，ＣＯ等）と二次空気（酸素）とを反応させて、
その反応熱で触媒１８を短時間で暖機する。

【００３３】尚、二次空気導入管２１から触媒上流側排
気管１７ａ内に二次空気を導入する位置を、触媒上流側
排気管１７ａ内の排出ガス温度が排出ガス中のリッチ成
分が燃焼可能な温度（例えば７００℃）以上となる上流
側の位置に設定し、触媒上流側排気管１７ａ内で高温の
排出ガス中のリッチ成分を二次空気と混合して後燃えを
発生させて、その燃焼熱で触媒１８を短時間で暖機する
ようにしても良い。

【００３４】一方、上記ステップ１０１で、触媒早期暖
機制御を実行していないと判定された場合には、ステッ
プ１０６に進み、下流側排出ガスセンサ２０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２０の異常診断実行条件は、例え
ば、次の〜の条件を全て満たすことである。

【００３５】下流側排出ガスセンサ２０が活性状態で
あること エンジン１１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
となって排出ガスの空燃比が安定するための条件であ
る。

【００３６】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２０の異常診断実行条
件が不成立となり、ステップ１０７に進み、エアポンプ
２２を停止状態にしたままで、本ルーチンを終了する。

【００３７】一方、上記〜の条件を全て満たして、
下流側排出ガスセンサ２０の異常診断実行条件が成立し
ていると判定された場合には、ステップ１０８に進み、
エアポンプ２２を作動させ、次のステップ１０９で、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２０の異常診断を次のようにして実行す
る。この図３の異常診断実行サブルーチンが特許請求の
範囲でいうセンサ異常診断手段としての役割を果たす。

【００３８】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、二次空気切換弁２４
を大気開放位置に切り換えて、図１の矢印Ｃで示すよう
に、エアポンプ２２から圧送される二次空気を、大気開
放管２６から大気中に排出する。

【００３９】この後、ステップ２０２に進み、エアポン
プ２２の作動開始から二次空気の供給を安定させるのに
必要な時間が経過した後に、二次空気切換弁２４を大気
開放位置から異常診断用ガス導入位置に切り換えて、図
１の矢印Ｂで示すように、エアポンプ２２から圧送され
る二次空気を異常診断用ガスとして、異常診断用ガス導
入管２５から触媒下流側排気管１７ｂ内に導入する。こ
れにより、下流側排出ガスセンサ２０周辺を流れる排出
ガスの空燃比がリーン方向に変化する。

【００４０】この後、ステップ２０３に進み、二次空気
切換弁２４を異常診断用ガス導入位置に切り換えた時点
ｔ1 から下流側排出ガスセンサ２０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２０
４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。

【００４１】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２０５に進み、下流側排出ガ
スセンサ２０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２０６に進み、下流側排出ガス
センサ２０のリーン応答性が異常（劣化有り）と判定す
る。

【００４２】この後、ステップ２０７に進み、二次空気
切換弁２４を異常診断用ガス導入位置に切り換えてから
下流側排出ガスセンサ２０の出力が安定するのに必要な
時間が経過した後に、二次空気切換弁２４を異常診断用
ガス導入位置から大気開放位置に切り換えて、エアポン
プ２２から圧送される二次空気を、大気開放管２６から
大気中に排出する。これにより、触媒下流側排気管１７
ｂ内への二次空気（異常診断用ガス）の導入が停止され
て、下流側排出ガスセンサ２０周辺を流れる排出ガスの
空燃比がストイキ方向に変化する。

【００４３】この後、ステップ２０８に進み、二次空気
切換弁２４を大気開放位置に切り換えた時点ｔ3 から下
流側排出ガスセンサ２０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）として算出した後、ステップ２０９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。

【００４４】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２１０に進み、下流側排出ガ
スセンサ２０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２１１に進み、下流側排出ガス
センサ２０のリッチ応答性が異常（劣化有り）と判定す
る。

【００４５】この後、ステップ２１２に進み、下流側排
出ガスセンサ２０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２１３に進み、最終的に下流側排出ガスセンサ２０
が正常（劣化無し）と判定する。一方、下流側排出ガス
センサ２０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２１４に進み、最終的に下流側排出ガスセンサ２０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２０が異常と判定するよう
にしても良い。

【００４６】尚、本実施形態では、図４に示すように、
二次空気切換弁２４を大気開放位置から異常診断用ガス
導入位置に切り換えた時点ｔ1 から下流側排出ガスセン
サ２０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、二次
空気切換弁を異常診断用ガス導入位置から大気開放位置
に切り換えた時点ｔ3 から下流側排出ガスセンサ２０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、二次空気切換弁２４を大気開放
位置から異常診断用ガス導入位置に切り換えたときに、
下流側排出ガスセンサ２０の出力が所定区間Ｖa 〜Ｖb
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、二次空気切換弁２４を異常診断用ガス
導入位置から大気開放位置に切り換えたときに、下流側
排出ガスセンサ２０の出力が所定区間Ｖb 〜Ｖa 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
するための判定値Ｖ1 （Ｖa 〜Ｖb ）と、リッチ応答時
間ＴＲを計測するための判定値Ｖ1 （Ｖb 〜Ｖa ）とを
異なる電圧に設定しても良い。

【００４７】また、二次空気切換弁２４を大気開放位置
から異常診断用ガス導入位置に切り換えたときの下流側
排出ガスセンサ２０の出力変化量や、二次空気切換弁２
４を異常診断用ガス導入位置から大気開放位置に切り換
えたときの下流側排出ガスセンサ２０の出力変化量を所
定の異常判定値と比較して、下流側排出ガスセンサ２０
の出力変化量が所定の異常判定値よりも小さいか否か
で、下流側排出ガスセンサ２０のリーン応答性又はリッ
チ応答性が異常であるか否かを判定するようにしても良
い。

【００４８】更に、この場合、二次空気切換弁２４を切
り換えたときの空燃比変化量又はそれに相関する物理量
（例えば二次空気の流量変化量）に応じて異常判定値を
設定するようにしても良い。このようにすれば、二次空
気の導入／導入停止を切り換えたときの空燃比変化量に
応じて下流側排出ガスセンサ２０の出力変化量が変化す
るのに対応して適正な異常判定値を設定することができ
る。

【００４９】また、二次空気（異常診断用ガス）を、触
媒１８を通過させずに直接、触媒下流側排気管１７ｂ
（下流側排出ガスセンサ２０の上流側）に導入すれば、
触媒１８の影響を受けることなく下流側排出ガスセンサ
２０周辺を流れる排出ガスの空燃比を変化させることが
できる。

【００５０】この点に着目して、本実施形態では、異常
診断用ガス導入装置２７により触媒下流側排気管１７ｂ
内への二次空気の導入状態を変化させて下流側排出ガス
センサ２０周辺を流れる排出ガスの空燃比をリーン方向
又はリッチ方向（ストイキ方向）に変化させ、そのとき
の下流側排出ガスセンサ２０の応答時間を計測して下流
側排出ガスセンサ２０の異常診断を行う。これにより、
触媒１８の影響を受けることなく下流側排出ガスセンサ
２０の異常診断を行うことができ、下流側排出ガスセン
サ２０の異常の有無を精度良く判定することができる。

【００５１】また、異常診断用ガス導入装置２７により
二次空気の導入状態を強制的に変化させて異常診断を行
うことができるので、空燃比が所定条件で変化するのを
待って異常診断を行う必要がなく、車両の運転方法や道
路状況の影響を受けずに、異常診断の実行頻度を確保す
ることができ、下流側排出ガスセンサ２０の異常発生時
にそれを早期に検出することができる。しかも、異常診
断時に触媒１８の上流側の空燃比（目標空燃比）を強制
的に変化させる必要がないので、異常診断の実行中で
も、上流側の排出ガスセンサ１９の出力に基づいて空燃
比フィードバック制御を継続することができて、走行性
能や触媒１８の排気浄化性能に悪影響を及ぼすことがな
い。また、二次空気であれば、触媒１８を通過させずに
直接、触媒下流側排気管１７ｂに導入して、そのまま外
部に排出しても、排気エミッションが悪化することがな
い。

【００５２】更に、本実施形態では、二次空気導入装置
２３の二次空気導入管２１の途中に、二次空気切換弁２
４を介して異常診断用ガス導入管２５と大気開放管２６
とを接続することで、二次空気導入装置２３を利用して
異常診断用ガス導入装置２７を構成するようにしたの
で、異常診断用ガス導入装置２７を全て専用部品で構成
する場合に比べて低コスト化することができる。

【００５３】しかしながら、異常診断用ガス導入装置２
７は、必ずしも二次空気導入装置２３を利用して構成す
る必要はなく、外気を異常診断用ガスとして触媒下流側
排気管１７ｂ内に導入する専用の異常診断用ガス導入装
置を設けるようにしても良い。このようにすれば、二次
空気導入装置２３を持たないシステムにも適用すること
ができる。

【００５４】また、本実施形態では、下流側排出ガスセ
ンサ２０の応答時間を計測する際に触媒下流側排気管１
７ｂ内に二次空気を導入した状態とその二次空気の導入
を停止した状態とを切り換えるようにしたので、下流側
排出ガスセンサ２０周辺を流れる排出ガスの空燃比を比
較的短時間で大きく変化させることができて、正常な排
出ガスセンサと異常な排出ガスセンサとの間で応答時間
の差を大きくすることができ、下流側排出ガスセンサ２
０の異常診断精度を向上することができる。

【００５５】ところで、触媒下流側排気管１７ｂ内に二
次空気を導入する前に下流側排出ガスセンサ２０の出力
が既にリーン値になっていると、その状態で、二次空気
を導入しても、それが下流側排出ガスセンサ２０の出力
変化として現れにくく、下流側排出ガスセンサ２０の出
力変化幅が小さくなるため、下流側排出ガスセンサ２０
の異常診断精度が低下するおそれがある。

【００５６】この対策として、触媒下流側排気管１７ｂ
内に二次空気を導入する前に下流側排出ガスセンサ２０
の出力が所定値よりもリーンになっている場合には、異
常診断用ガスを導入しても、下流側排出ガスセンサ２０
の出力変化幅が小さい（下流側排出ガスセンサ２０の正
確な異常診断が困難である）と判断して、下流側排出ガ
スセンサ２０の異常診断を禁止するようにしても良い。
これにより、下流側排出ガスセンサ２０の異常診断精度
の低下を未然に防止することができる。この下流側排出
ガスセンサ２０の異常診断を禁止する機能が特許請求の
範囲でいう異常診断禁止手段に相当する役割を果たす。

【００５７】また、二次空気を導入する前に下流側排出
ガスセンサ２０の出力が所定値よりもリッチとなるよう
に燃料噴射量を増量補正するようにしても良い。このよ
うにすれば、二次空気を導入する前に下流側排出ガスセ
ンサ２０の出力がリーン値になっている場合でも、二次
空気導入前に燃料噴射量の増量補正によって下流側排出
ガスセンサ２０の出力を所定値よりもリッチにすること
ができ、二次空気を導入したときの下流側排出ガスセン
サ２０の出力変化幅を大きくすることができる。これに
より、下流側排出ガスセンサ２０の正常／異常の判定を
容易に行うことができ、下流側排出ガスセンサ２０の異
常診断精度を向上することができる。この燃料噴射量を
増量補正する機能が特許請求の範囲でいうリッチ制御手
段に相当する役割を果たす。

【００５８】尚、下流側排出ガスセンサ２０の異常診断
方法は、適宜変更しても良く、例えば、下流側排出ガス
センサ２０の応答時間を計測する際に、触媒下流側排気
管１７ｂ内に導入する二次空気の導入量を所定量だけ増
量又は減量して下流側排出ガスセンサ２０周辺を流れる
排出ガスの空燃比を変化させるようにしても良い。

【００５９】また、上記実施形態では、触媒下流側排気
管１７ｂ内に導入する異常診断用ガスとして空気を用い
るようにしたが、異常診断用ガスとして空気以外のガス
を用いるようにしても良いことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるエンジン制御シス
テム全体の概略構成図

【図２】二次空気導入制御及び排出ガスセンサ異常診断
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】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】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】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）、１７…排気管（排気通
路）、１７ａ…触媒上流側排気管、１７ｂ…触媒下流側
排気管、１８…触媒、１９，２０…排出ガスセンサ、２
１…二次空気導入管、２２…エアポンプ、２３…二次空
気導入装置（二次空気導入手段）、２４…二次空気切換
弁、２５…異常診断用ガス導入管、２６…大気開放管、
２７…異常診断用ガス導入装置（異常診断用ガス導入手
段）、２８…ＥＣＵ（センサ異常診断手段，異常診断禁
止手段，リッチ制御手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA13 BA25 DA27 EA05 EA11 EB22 EC01 EC03 FA20 FA30 FA38 3G091 AA23 AB03 BA31 CA22 CB02 DA01 DA02 DA08 DB10 EA30 EA34 FA07 FA11 FB10 FB12 FC04 HA36 HA37 HB07 3G301 HA14 JB01 JB09 MA11 NB03 PD09B PE03Z PE08Z

Claims (8)

【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、 前記触媒の下流側の排気通路のうちの前記下流側排出ガ
   スセンサの上流側に異常診断用ガスを導入するための異
   常診断用ガス導入手段を備え、 前記センサ異常診断手段は、前記異常診断用ガス導入手
   段により前記下流側排出ガスセンサの上流側に前記異常
   診断用ガスを導入し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排出ガスセンサの異常
   診断装置。
2. 【請求項２】 前記異常診断用ガス導入手段は、前記下
   流側排出ガスセンサの上流側に前記異常診断用ガスとし
   て空気を導入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】 前記触媒の上流側の排気通路内に二次空
   気を導入するための二次空気導入手段を備え、 前記異常診断用ガス導入手段は、前記二次空気導入手段
   から供給される二次空気を前記異常診断用ガスとして前
   記下流側排出ガスセンサの上流側に導入することを特徴
   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、前記下流側
   排出ガスセンサの上流側に前記異常診断用ガスを導入し
   た状態とその導入を停止した状態とを切り換えたときに
   生じる前記下流側排出ガスセンサの出力変化に基づいて
   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。
5. 【請求項５】 前記下流側排出ガスセンサの上流側に前
   記異常診断用ガスを導入する前に該下流側排出ガスセン
   サの出力が所定値よりもリーンである場合に前記センサ
   異常診断手段による異常診断を禁止する異常診断禁止手
   段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の排出
   ガスセンサの異常診断装置。
6. 【請求項６】 前記下流側排出ガスセンサの上流側に前
   記異常診断用ガスを導入する前に該下流側排出ガスセン
   サの出力が所定値よりもリッチとなるように燃料噴射量
   を制御するリッチ制御手段を備えていることを特徴とす
   る請求項４に記載の排出ガスセンサの異常診断装置。
7. 【請求項７】 前記センサ異常診断手段は、前記下流側
   排出ガスセンサの上流側に前記異常診断用ガスを導入し
   た状態とその導入を停止した状態とを切り換えたときの
   前記下流側排出ガスセンサの出力変化量が所定の異常判
   定値よりも小さいときに、前記下流側排出ガスセンサの
   異常と判定することを特徴とする請求項４乃至６のいず
   れかに記載の排出ガスセンサの異常診断装置。
8. 【請求項８】 前記センサ異常診断手段は、前記下流側
   排出ガスセンサの上流側に前記異常診断用ガスを導入し
   た状態とその導入を停止した状態とを切り換えたときの
   空燃比変化量又はそれに相関する物理量に応じて前記異
   常判定値を設定することを特徴とする請求項７に記載の
   排出ガスセンサの異常診断装置。