JP2003254135A - 空燃比センサの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】触媒の上流に設けられる空燃比センサについ
て、装置コストを最小限に抑えつつ、その特性ずれ等の
異常をより精度よく診断することのできる空燃比センサ
の異常診断装置を提供する。 【解決手段】ガソリン機関１の制御装置（ＥＣＵ）２
は、空燃比センサ５により検出される空燃比と酸素セン
サ６により検出される空燃比とが一致せず、且つ燃料噴
射補正量が所定値よりも大きいといった状態が所定時間
継続するときに空燃比センサ５の特性がずれていると判
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車載内燃機関の
空燃比フィードバック制御に用いられる空燃比センサに
ついてその異常の有無を診断する空燃比センサの異常診
断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、車載内燃機関では通常、
その排気通路に設けられる触媒によって、排気に含まれ
る有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化するように
している。そして、この浄化作用は、理論空燃比（約１
４．７）での燃焼が行われるときに最もその効率が高く
なることもよく知られている。なお、理論空燃比での燃
焼は基本的に完全燃焼となるため、機関運転状態として
も良好な状態といえる。このように、車載内燃機関にお
いては、理論空燃比での燃焼を行うことが重要な要素と
なっており、その意味からも、空燃比制御の精度向上
は、排気エミッションやドライバビリティの面で特に重
要である。

【０００３】そこで、近年の空燃比フィードバック制御
では、排気中の酸素濃度に応じてリニアに空燃比を検出
することのできる空燃比センサ、例えば限界電流式の空
燃比センサが用いられることも多い。このような空燃比
センサによれば、空燃比がリーン或いはリッチであるこ
とを検出するのみならず、その度合いをも検出すること
ができるため、その検出された空燃比と目標空燃比との
偏差に応じた燃料噴射量の補正を行う場合であれ、より
精度の高い補正が可能となる。

【０００４】この空燃比センサの出力特性を図２に示
す。この空燃比センサの場合、通常は図２に実線にて示
されるように、理論空燃比においてその出力電流が
「０」になる。そして、空燃比がリッチになるにつれて
その出力電流は小さくなり、また空燃比がリーンになる
につれてその出力電流は大きくなる。このため、この空
燃比センサを用いた空燃比フィードバック制御では、同
空燃比センサの出力電流が「０」のときに実空燃比が理
論空燃比にあるという大前提のもとに制御が行われる。
すなわち、空燃比を理論空燃比にしようとするときに
は、この空燃比センサの出力電流が「０」になるよう、
燃料噴射量が増量補正、或いは減量補正される。

【０００５】このように、空燃比フィードバック制御に
おいては、空燃比センサの出力そのものが直接モニタさ
れる。このため、この出力が実際の空燃比を反映しなく
なるような場合、すなわち、空燃比センサ自身に何らか
の異常が来しているような場合には、空燃比の制御精度
が大きく低下してしまう。

【０００６】そこで従来より、上記空燃比センサの異常
の有無を診断するための装置が種々提案されている。例
えば、特開平８―２７０４８２号公報に記載の空燃比セ
ンサの異常診断装置では、目標空燃比が急変したときの
その変化量と同変化量に対応する空燃比補正係数との比
が所定範囲内にあるか否かにより、空燃比センサの異常
を判定するようにしている。このような異常診断装置に
よれば、先の図２に実線にて示した出力特性の傾きが変
化し、実空燃比と出力電流との対応がずれてしまうとい
った空燃比センサの異常についてこれを検出することが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、図
２に一点鎖線や二点鎖線にて示されるように、傾き自体
は正常時の実線にて示される特性と同一であっても、理
論空燃比（１４．７）において電流値が「０」とならな
いような特性ずれが生じている場合には、やはり実空燃
比と出力電流との対応関係はずれてしまう。なお以降で
は、図２に一点鎖線にて示されるように、実空燃比が理
論空燃比であるにもかかわらずリーンを示す電流値が出
力される空燃比センサの特性異常をリーンずれという。
他方、図２に二点鎖線にて示されるように、実空燃比が
理論空燃比であるにもかかわらずリッチを示す電流値が
出力される空燃比センサの特性異常をリッチずれとい
う。

【０００８】そして、空燃比が理論空燃比となるように
フィードバック制御する場合において、このような空燃
比センサの異常、例えば、空燃比センサにリーンずれが
生じているときには、その出力電流を「０」にするべ
く、燃料噴射量の増量補正が行われる。そのため、実空
燃比はリッチとなり、空燃比センサの出力から推定され
る空燃比（理論空燃比）と実空燃比（リッチ）との間に
は誤差が生じてしまう。一方、空燃比センサにリッチず
れが生じているときには空燃比センサの出力電流を
「０」にするべく、燃料噴射量の減量補正が行われる。
そのため、実空燃比はリーンとなり、空燃比センサの出
力から推定される空燃比（理論空燃比）と実空燃比（リ
ーン）との間には誤差が生じてしまう。

【０００９】しかしながら、空燃比フィードバック制御
では上述のように、実空燃比がどのようであろうと、あ
くまで空燃比センサの出力に依存して燃料噴射量の制御
が行われる。そのため、空燃比フィードバック制御自体
は、空燃比センサの正常時と何ら変わることなく維持さ
れ、実空燃比のみが理論空燃比からリッチ側、あるいは
リーン側にずれた状態となる。しかも、このような空燃
比センサのリーンずれ、或いはリッチずれは、空燃比セ
ンサとしての出力特性の傾きそのものは正常時と同じで
あるため、上記公報に記載の異常診断装置ではこの異常
を検出することができない。

【００１０】なお従来、このようなリーンずれやリッチ
ずれを検出できるものとして、例えば特開平９―１６６
５６９号公報に記載の装置も知られてはいる。ちなみ
に、この空燃比センサの異常診断装置では、排気通路に
触媒を挟んで２つの空燃比センサを設け、以下の要領で
それらセンサの異常を検出している。

【００１１】（イ）定常走行かつ目標空燃比急変時に、
空燃比補正量の変化量（挙動）から実空燃比を推測し、
それを上流側センサの出力から算出した空燃比と比較す
ることにより、上流側センサの正常・異常を判別。

【００１２】（ロ）上流側センサが正常であった場合、
上流・下流側センサから算出した空燃比の中心値を比較
することにより、下流側センサの正常・異常を判別。ま
ず、上記（イ）の方法であるが、空燃比補正量は通常、
センサ出力だけではなく、インジェクタ、フューエルポ
ンプ等の特性によっても補正される。このため、たとえ
空燃比補正量が偏ったとしても、それがセンサの特性ず
れにより過補正されたものか、インジェクタ、フューエ
ルポンプ等のばらつきを正しく補正した結果かは判別で
きない。すなわち、空燃比補正量の変化量（挙動）から
だけでは実空燃比は算出できず、この（イ）の方法は非
現実的である。また、この（イ）の方法では、判定が、
定常走行かつ目標空燃比急変時に限られており、このよ
うな条件は通常成立し難い。

【００１３】一方、上記（ロ）の方法では、上流側セン
サはそれ単独で異常を検出し、この上流側センサが正常
であった場合に限り、それら空燃比の中心値を単純に比
較することによって下流側センサの異常の有無を判別し
ている。しかし、現実には、上流側センサの信号を真と
して空燃比フィードバック制御が行われるため、上流側
センサの特性がずれた場合でも、センサ信号は正常時と
変わらない。そして、少なくとも上流側センサの診断方
法（上記（イ）の方法）そのものが、信頼性の低い非現
実的な方法であることは上述したとおりである。

【００１４】また何よりも、空燃比センサ自体が高価で
あり、このような高価な空燃比センサを２つ必要とする
この異常診断装置の場合、実用性の面でも問題を残すも
のとなっている。

【００１５】この発明はこうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、触媒の上流に設けられる空
燃比センサについて、装置コストを最小限に抑えつつ、
その特性ずれ等の異常をより精度よく診断することので
きる空燃比センサの異常診断装置を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】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以下に記載する。請求
項１に記載に発明は、内燃機関の排気浄化用触媒の上流
側に設けられて空燃比の変化に応じたリニアな値を出力
する空燃比センサと、同排気浄化用触媒の下流側に設け
られて空燃比がリッチ或いはリーンであることを検出す
る酸素センサと、前記空燃比センサにより検出される空
燃比に基づいて前記内燃機関に対する燃料噴射量の補正
量を算出する燃料噴射量補正手段と、前記酸素センサに
より検出される空燃比に基づいて前記燃料噴射量の補正
量に対する修正量を算出する補正量修正手段とを備えて
空燃比フィードバック制御を行いつつ、前記空燃比セン
サの異常の有無を診断する装置であって、前記酸素セン
サの出力と前記燃料噴射量補正手段により算出される補
正量とから予想される空燃比と、前記空燃比センサの出
力とが異なることに基づいて前記空燃比センサの特性ず
れを検出する特性ずれ検出手段を備えることをその要旨
とする。

【００１７】空燃比フィードバック制御にあっては前述
のように、空燃比センサの出力が例えばリーンとなって
いるときには、この空燃比センサから出力される電流値
に応じた燃料噴射量の増量補正が行われる。このため実
空燃比はリッチになりやすく、これを反映して酸素セン
サの出力はリッチを示すようになる。すなわち、燃料噴
射量の増量補正が行われて酸素センサの出力もリッチを
示すときには、実空燃比がリッチであると予想できる。
しかし、このような場合であっても、空燃比センサの出
力がなおリーンを示し続けるときには、空燃比センサの
特性がリーン側にずれていると推測できる。同様にし
て、空燃比センサの特性がリッチ側にずれていることも
もちろん推測できる。こういった酸素センサの出力と燃
料噴射量の補正量とから予想される実空燃比と、空燃比
センサの出力とを比較する上記請求項１に記載の構成に
よれば、空燃比センサの特性ずれを簡便、且つ的確に診
断することができるようになる。しかもこの場合、触媒
の下流側に設けられるセンサとして安値な酸素センサを
利用することができるため、診断装置としてのコストも
低く抑えることができるようにもなる。

【００１８】請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気
浄化用触媒の上流側に設けられて空燃比の変化に応じた
リニアな値を出力する空燃比センサと、同排気浄化用触
媒の下流側に設けられて空燃比がリッチ或いはリーンで
あることを検出する酸素センサと、前記空燃比センサに
より検出される空燃比に基づいて前記内燃機関に対する
燃料噴射量の補正量を算出する燃料噴射量補正手段と、
前記酸素センサにより検出される空燃比に基づいて前記
燃料噴射量の補正量に対する修正量を算出する補正量修
正手段とを備えて空燃比フィードバック制御を行いつ
つ、前記空燃比センサの異常の有無を診断する装置であ
って、前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記
酸素センサにより検出される空燃比とが一致せず、且つ
前記燃料噴射量補正手段により算出される補正量が所定
値よりも大きい状態が所定時間継続されるときに前記空
燃比センサの特性がずれていると判定する特性ずれ検出
手段を備えることをその要旨とする。

【００１９】例えば、空燃比センサの特性が前述したリ
ーンずれとなっている場合には、空燃比センサの出力が
「０」となる空燃比から実空燃比が理論空燃比となる範
囲において、空燃比センサからは何らかの正の電流が出
力される（図２参照）。このため、同センサによる空燃
比の検出結果はリーンとなる。そして、この結果をもと
に空燃比フィードバック制御が行われる場合には、酸素
センサの出力はリッチとなり、両者の検出結果は一致し
なくなる。ただし、こうした状態は空燃比センサが正常
であっても起こる可能性はある。例えば、前記酸素セン
サはある基準値を境にしてリーン、或いはリッチを判定
しているため、基準値近傍の出力がなされている状態で
は、わずかな空燃比の変化でリーンとリッチとの判定が
反転してしまう。また、空燃比センサも出力電流が
「０」となる近傍の状態では、わずかな空燃比の変化で
リーンとリッチとの判定が反転してしまう。そのため、
上述した空燃比センサと酸素センサとの検出結果の相違
だけでは正確に空燃比センサの異常を判定することはで
きない。

【００２０】ここで、空燃比センサの出力に基づく燃料
噴射量の補正量に注目すると、空燃比センサのリーンず
れに起因して、空燃比センサの出力がリーンであって酸
素センサの出力がリッチである場合には、空燃比センサ
の出力電流に応じた燃料噴射量の増量補正が行われる。
そのため、空燃比センサが正常である場合と比較して燃
料噴射量の増量側への補正量が大きくなる。従って、前
記空燃比センサにより検出される空燃比と前記酸素セン
サにより検出される空燃比とが一致せず、且つ燃料噴射
補正量が所定値よりも大きいといった条件が満たされる
ときには空燃比センサに異常があると推定することがで
きる。ただし、この条件は、空燃比センサが正常であっ
ても、例えば機関運転状態が変化するとき等には満たさ
れてしまう可能性がある。しかし、この条件が所定時間
継続して満たされる場合には、明らかに空燃比センサに
異常があると判定することができる。

【００２１】そこで、請求項２に記載の構成では、特性
ずれ検出手段により、前記空燃比センサにより検出され
る空燃比と前記酸素センサにより検出される空燃比とが
一致せず、且つ前記燃料噴射量補正手段により算出され
る燃料噴射補正量が所定値よりも大きい状態が所定時間
継続されるときに前記空燃比センサの特性がずれている
と判定するようにしている。そのため、より的確に空燃
比センサの特性ずれを診断することができるようにな
る。またこの場合も、触媒の下流側に設けられるセンサ
として安値な酸素センサを利用することができるため、
診断装置としてのコストも低く抑えることができるよう
になる。

【００２２】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の空燃比センサの異常診断装置において、前記特性ずれ
検出手段は、前記空燃比センサにより検出される空燃比
がリーンであり、前記酸素センサにより検出される空燃
比がリッチであって、且つ、前記燃料噴射補正量の増量
値が所定値以上であるという条件が所定時間継続される
ときに前記空燃比センサの特性がリーン側にずれている
と判定することをその要旨とする。

【００２３】同構成によれば、空燃比センサの特性が特
にリーンずれとなっている場合について、その旨を的確
に診断することができるようになる。請求項４に記載の
発明は、請求項２に記載の空燃比センサの異常診断装置
において、前記特性ずれ検出手段は、前記空燃比センサ
により検出される空燃比がリーンであり、前記酸素セン
サにより検出される空燃比がリッチであって、且つ、前
記燃料噴射補正量の増量値が所定値以上であるという条
件が所定時間継続され、且つ前記補正量修正手段により
算出される修正量の平均値が減量側の所定値よりも大き
いときに前記空燃比センサの特性がリーン側にずれてい
ると判定することをその要旨とする。

【００２４】前記触媒では、排気中の有害成分が浄化さ
れる際に酸素の放出が行われ、この影響を受けて触媒の
下流側に設けられる酸素センサの出力はリーンになる。
そして、この酸素センサの出力に基づいて前記補正量修
正手段により、燃料噴射補正量が増量修正される。ま
た、前記触媒では、酸素の消費も行われ、この影響を受
けて触媒の下流側に設けられる酸素センサの出力はリッ
チになる。そして、この酸素センサの出力に基づいて前
記補正量修正手段により、燃料噴射補正量が減量修正さ
れる。この触媒での酸素消費が長時間継続する場合に
は、酸素センサにより検出される空燃比が長時間リッチ
に張り付いてしまう。この場合には、酸素センサにより
検出されるリッチが触媒の酸素消費によるものなのか、
空燃比センサのリーンずれに起因するものなのかを区別
することができないため、場合によっては空燃比センサ
が正常であるにもかかわらず、請求項３に記載の条件を
満たしてしまい、空燃比センサの特性が異常であると誤
検出されるおそれがある。

【００２５】ここで、空燃比センサが正常の場合には、
実空燃比は理論空燃比を中心に制御される。また、ある
程度の長時間でとらえると触媒での酸素放出時間と消費
時間とはほぼ同じになる。従って、このときの前記修正
量の平均値に注目すると、その値はほぼ「０」に近い値
となる。一方、空燃比センサの特性がリーンにずれてい
る場合には、実空燃比はリッチ傾向になるため、酸素セ
ンサによる空燃比の検出もリッチ判定が多くなる。従っ
て、上記修正量は減量されることが多くなり、同修正量
の平均値は減量側に大きくなる。この点、この空燃比セ
ンサのリーンずれと前記修正量の傾向に着目した請求項
４に記載の構成によれば、前記請求項３に記載の発明の
条件に加え、更に、前記補正量修正手段により算出され
る修正量の平均値が減量側の所定値よりも大きいときに
前記空燃比センサの特性がリーン側にずれていると判定
される。従って、触媒での酸素消費が長時間継続する場
合に起こりやすい空燃比センサのリーンずれに関する誤
診断を好適に抑制することができるようになる。

【００２６】請求項５に記載に発明は、請求項２に記載
の空燃比センサの異常診断装置において、前記特性ずれ
検出手段は、前記空燃比センサにより検出される空燃比
がリッチであり、前記酸素センサにより検出される空燃
比がリーンであって、且つ、前記燃料噴射補正量の減量
値が所定値以上であるという条件が所定時間継続される
ときに前記空燃比センサの特性がリッチ側にずれている
と判定することをその要旨とする。

【００２７】上記請求項３に記載の発明では、空燃比セ
ンサの特性が前述したリーンずれとなっている場合につ
いて言及したが、同センサ特性がリッチずれとなってい
る場合であれ、リーン／リッチの関係が逆になるだけ
で、基本的には同様の原理に基づいてその診断を行うこ
とができる。そして、この請求項５に記載の発明によれ
ば、空燃比センサの特性が特にリッチずれとなっている
場合について、その旨を的確に診断することができるよ
うになる。

【００２８】請求項６に記載に発明は、請求項２に記載
の空燃比センサの異常診断装置において、前記特性ずれ
検出手段は、前記空燃比センサにより検出される空燃比
がリッチであり、前記酸素センサにより検出される空燃
比がリーンであって、且つ、前記燃料噴射補正量の減量
値が所定値以上であるという条件が所定時間継続され、
且つ前記補正量修正手段により算出される修正量の平均
値が増量側の所定値よりも大きいときに前記空燃比セン
サの特性がリッチ側にずれていると判定することをその
要旨とする。

【００２９】前述したように、前記触媒での酸素放出が
長時間継続する場合には、空燃比センサが正常であるに
もかかわらず、請求項５に記載の条件を満たしてしま
い、空燃比センサの特性が異常であると誤検出されるお
それがある。

【００３０】ここで、空燃比センサの特性がリッチにず
れている場合には、実空燃比はリーン傾向になるため、
酸素センサによる空燃比の検出もリーン判定が多くな
る。従って、上記修正量は増量されることが多くなり、
同修正量の平均値は増量側に大きくなる。この点、この
空燃比センサのリッチずれと前記修正量の傾向に着目し
た請求項６に記載の構成によれば、前記請求項５に記載
の発明の条件に加え、更に、前記補正量修正手段により
算出される修正量の平均値が増量側の所定値よりも大き
いときに前記空燃比センサの特性がリッチ側にずれてい
ると判定される。従って、触媒での酸素放出が長時間継
続する場合に起こりやすい空燃比センサのリッチずれに
関する誤診断を好適に抑制することができるようにな
る。

【００３１】請求項７に記載の発明は、請求項２に記載
の空燃比センサの異常診断装置において、前記特性ずれ
検出手段は、前記空燃比センサにより検出される空燃比
がリーンであり、前記酸素センサにより検出される空燃
比がリッチであって、且つ、前記燃料噴射補正量の増量
値が所定値以上であるという条件が所定時間継続される
ときに前記空燃比センサの特性がリーン側にずれている
と判定し、前記空燃比センサにより検出される空燃比が
リッチであり、前記酸素センサにより検出される空燃比
がリーンであって、且つ、前記燃料噴射補正量の減量値
が所定値以上であるという条件が所定時間継続されると
きに前記空燃比センサの特性がリッチ側にずれていると
判定することをその要旨とする。

【００３２】同構成によれば、空燃比センサの特性がリ
ーン側にずれている状態及びリッチ側にずれている状態
の双方についてこれを的確に診断することができるよう
になる。

【００３３】請求項８に記載の発明は、請求項２に記載
の空燃比センサの異常診断装置において、前記特性ずれ
検出手段は、前記空燃比センサにより検出される空燃比
がリーンであり、前記酸素センサにより検出される空燃
比がリッチであって、且つ、前記燃料噴射補正量の増量
値が所定値以上であるという条件が所定時間継続され、
且つ前記補正量修正手段により算出される修正量の平均
値が減量側の所定値よりも大きいときに前記空燃比セン
サの特性がリーン側にずれていると判定し、前記空燃比
センサにより検出される空燃比がリッチであり、前記酸
素センサにより検出される空燃比がリーンであって、且
つ、前記燃料噴射補正量の減量値が所定値以上であると
いう条件が所定時間継続され、且つ前記補正量修正手段
により算出される修正量の平均値が増量側の所定値より
も大きい場合に前記空燃比センサの特性がリッチ側にず
れていると判定することをその要旨とする。

【００３４】同構成によれば、触媒での酸素消費又は酸
素放出が長時間継続する場合においても、空燃比センサ
の特性がリーン側にずれている状態、及びリッチ側にず
れている状態についての誤診断を好適に抑制することが
できるようになる。

【００３５】請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の
いずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置におい
て、前記空燃比センサの特性がずれていると判定される
ときには、前記空燃比フィードバック制御の実行を禁止
する空燃比制御禁止手段を更に備えることをその要旨と
する。

【００３６】実空燃比を反映していない空燃比センサの
出力に基づいて燃料噴射量が補正されると、空燃比が過
度にリーン、或いはリッチになり、排気エミッションや
ドライバビリティ等が悪化するおそれがある。しかしな
がら、この請求項９に記載の構成によれば、前記空燃比
センサの特性がずれていると判定されるときには、同空
燃比センサを用いた空燃比フィードバック制御が禁止さ
れるため、上記不具合の発生も未然に防止されるように
なる。

【００３７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、この発
明にかかる空燃比センサの異常診断装置を具体化した第
１の実施形態について図１〜図５に基づいて詳細に説明
する。

【００３８】図１は、本実施形態にかかる空燃比センサ
の異常診断装置、これが適用されるガソリン機関１、並
びにそれらの周辺構成を示す概略構成図である。このガ
ソリン機関１は、周知のように、吸気通路から吸入され
る空気及び燃料噴射弁から噴射される燃料からなる混合
気がシリンダ及びピストンによって区画形成される燃焼
室に吸入される。そして、この混合気は燃焼室に備えら
れる点火プラグにより点火されて燃焼され、燃焼後は排
気ガスとして前記燃焼室から排気通路３へ排出される。

【００３９】なお、ガソリン機関１の燃焼室に取り込ま
れる空気量は、吸気通路の途中に設けられるスロットル
弁によって調量される。一方、前記排気通路３の途中に
は触媒４が取り付けられている。この触媒４は、いわゆ
る三元触媒であり、理論空燃比近傍での燃焼が行われる
状態において、排気中のＨＣやＣＯを酸化するとともに
同排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化する作用を有し
ている。

【００４０】この触媒４の上流側の排気通路３には空燃
比センサ５が設けられている。この空燃比センサ５は、
周知の限界電流式酸素センサである。この限界電流式酸
素センサは、濃淡電池式酸素センサの検出部に拡散律速
層と呼ばれるセラミック層を備えることにより排気中の
酸素濃度に応じた出力電流が得られるセンサであり、排
気中の酸素濃度と密接な関係にある空燃比と同センサの
出力電流との関係は、通常、先の図２に実線にて示され
るようになっている。すなわち、理論空燃比においてそ
の出力電流は「０」になる。また、空燃比がリッチにな
るにつれて出力電流は負の方向に大きくなり、空燃比が
リーンになるにつれて出力電流は正の方向に大きくな
る。従って、この空燃比センサ５の出力から現在の空燃
比のリーン度合いやリッチ度合いを検出することができ
る。

【００４１】また、触媒４の下流側の排気通路３には酸
素センサ６が設けられている。この酸素センサ６は、周
知の濃淡電池式酸素センサである。この濃淡電池式酸素
センサの出力特性は、図３に示されるように理論空燃比
近傍でその出力電圧が大きく変化するようになってい
る。従って、この酸素センサ６の出力からは、現在の空
燃比がリーンとなっているかリッチとなっているかのみ
を判定することができる。なお、この酸素センサ６は、
触媒での排気浄化作用の状態を監視するために、触媒４
の下流側に設けられている。従って、触媒４の上流側の
空燃比が理論空燃比になっていても、同触媒４での還元
作用が促進されており、排気中に酸素が放出されている
ときには、酸素センサ６の出力はリーンになる。また、
触媒４での酸化作用が促進されており、排気中の酸素が
消費されているときには、酸素センサ６の出力はリッチ
になる。

【００４２】上記ガソリン機関１の点火時期や燃料噴射
量等の各種制御は、制御装置（以下、ＥＣＵという）２
によって行われる。このＥＣＵ２は中央処理制御装置
（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータを中心として
構成されている。すなわち、各種プログラムやマップ等
を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演
算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）、演算結果や予め記憶されたデータ等を機関停止後
も保存するためバックアップＲＡＭ、入力インターフェ
ース、出力インターフェース等を備えた構成となってい
る。また、このＥＣＵ２には、水温センサやガソリン機
関１の出力軸近傍に設けられて機関回転速度やクランク
角を検出するクランク角センサ等、ガソリン機関１の運
転状態を計測する各種センサからの情報が入力される。
特に、本実施形態に関連していえば、このＥＣＵ２には
前記空燃比センサ５や酸素センサ６の出力が入力され、
この入力値に基づいて前記燃料噴射弁から噴射される燃
料噴射量が補正されて、空燃比が目標空燃比に制御され
る。なお、この目標空燃比は前記触媒４の排気浄化作用
を引き出すために、通常、理論空燃比が設定される。こ
の空燃比フィードバック制御は従来より行われている制
御であるため、詳細な説明は省略するが、概略は以下の
とおりになっている。

【００４３】本実施形態における空燃比フィードバック
制御は、空燃比センサ５により検出される空燃比に基づ
いて基本燃料噴射量に対する補正量を算出する燃料噴射
量補正処理、及び酸素センサ６により検出される空燃比
に基づいて前記補正量を一定量ずつ修正する補正量修正
処理（以下、サブフィードバック制御という）として実
行される。

【００４４】具体的にはまず、機関回転速度や負荷に応
じた基本燃料噴射量がＥＣＵ２により設定される。次
に、空燃比センサ５の出力により、現在の空燃比のリー
ン度合い、或いはリッチ度合いが検出される。上述した
ように、この空燃比センサ５は理論空燃比にて出力電流
が「０」となるセンサであるため、出力される電流値は
そのままリーン度合い、或いはリッチ度合いを表してい
る。そして燃料噴射量補正処理を通じて、この検出され
るリーン度合い、或いはリッチ度合い応じて前記基本燃
料噴射量の補正が行われる。従って、リーン度合いが大
きいほど、基本燃料噴射量に対する増量補正量は大きく
なる。また、リッチ度合いが大きいほど、基本燃料噴射
量に対する減量補正量は大きくなる。一方、現在の空燃
比は酸素センサ６によっても検出されており、この酸素
センサ６の出力により、触媒４を通過した後の空燃比の
リーン、或いはリッチが検出される。そして、前記サブ
フィードバック制御により、この検出結果がリーンであ
れば、前記補正量に対して一定量ずつ増量修正が行わ
れ、検出結果がリッチであれば、一定量ずつ減量修正が
行われる。

【００４５】このようにして、サブフィードバック制御
により修正された前記補正量が最終的な補正量となり、
前記基本燃料噴射量にこの補正量が反映される。その結
果、運転状態が変化するなどしても空燃比が理論空燃比
に制御される。

【００４６】ところで、上述したように、空燃比フィー
ドバック制御における燃料噴射量補正処理では、空燃比
センサ５の出力電流が「０」であるときに現在の空燃比
が理論空燃比であると推定している。そのため、図２に
一点鎖線や二点差線にて示されるように、空燃比センサ
５の特性がリーンずれ、或いはリッチずれとなっている
ときには、目標空燃比が理論空燃比であるにもかかわら
ず、実空燃比はリッチ、或いはリーンに収束してしま
う。この場合には、触媒４の排気浄化作用が低下して排
気エミッションが悪化したり、失火の発生によりドライ
バビリティが悪化するといった不具合が生じてしまう。

【００４７】そこでいま、例えば図２に一点鎖線にて示
されるような空燃比センサ５のリーンずれが生じている
場合を考える。空燃比センサ５の特性がリーンずれとな
っている場合には、空燃比センサ５の出力が「０」とな
る空燃比から実空燃比が理論空燃比となる範囲におい
て、空燃比センサ５の出力はリーンであり、酸素センサ
６の出力はリッチであって両者の検出結果は一致しな
い。また、空燃比センサ５の出力に基づく燃料噴射量の
補正量に注目すると、空燃比センサ５の特性がリーンず
れになっている場合には、実空燃比が理論空燃比の時に
空燃比センサ５の出力はリーンであるため、このリーン
度合いに応じた燃料噴射量の増量補正が行われる。その
ため、空燃比センサ５が正常である場合と比較して燃料
噴射量の補正量が大きくなる。従って、以下の判定条
件、・前記空燃比センサ５により検出される空燃比と前
記酸素センサ６により検出される空燃比とが一致せず、
且つ燃料噴射補正量が大きい。といった条件が満たされ
るときには空燃比センサ５に異常があると推定すること
ができる。

【００４８】ただし、この条件は、空燃比センサ５が正
常であっても、例えば機関運転状態が変化するとき等に
は満たされてしまう可能性がある。しかし、この条件が
所定時間継続して満たされる場合には、明らかに空燃比
センサ５に異常があると判定することができる。

【００４９】そこで、本実施形態では上記の判定条件を
用いることにより、前記空燃比センサ５の異常のうち、
リーンずれを検出するようにしている。図４及び図５の
フローチャートは、本実施形態にかかる空燃比センサ５
のリーンずれ異常診断処理についてその概要を示してい
る。この処理はＥＣＵ２により、実際には所定時間毎に
行われる処理である。

【００５０】本処理が開始されると、まず、空燃比フィ
ードバック制御が行われているか否かが判定される（図
４のステップＳ１１０）。ここで、空燃比フィードバッ
ク制御が行われる条件としてはガソリン機関１の冷却水
温が所定値以上であって、且つ高負荷高回転の運転状態
ではないことなどが挙げられる。また、空燃比センサ５
の出力特性が不安定なときには異常診断処理が行われな
いように、この図４のステップＳ１１０での判定条件と
して、例えば、 ・空燃比センサ５が活性化している。 ・フューエルカットからの復帰後所定時間が経過してい
る。 ・アイドル中ではない。 ・吸入空気量が所定値以上である。 等の条件を追加してもよい。

【００５１】空燃比フィーバック制御が行われていない
場合には（図４のステップＳ１１０でＮＯ）、燃料噴射
量の補正が行われないため、本処理を終了する。一方、
空燃比フィードバック制御が行われている場合には（図
４のステップＳ１１０でＹＥＳ）、空燃比センサ５の出
力電流ＩＡＦ、酸素センサ６の出力電圧ＶＡＦ、燃料噴
射補正量ΔＱを読み込む（図４のステップＳ１２０）。

【００５２】次に、異常仮判定カウンタＴＥをスタート
させる（図４のステップＳ１３０）。そして、前記読み
込まれた値に基づいて空燃比センサ５の特性がリーン側
にずれているか否かが判定される（図４のステップＳ１
４０）。すなわち、空燃比センサ５により検出される空
燃比がリーンであり、酸素センサ６により検出される空
燃比がリッチであって、且つ、燃料噴射補正量ΔＱが所
定値以上増量されているか否かが判定される。この判定
は次式（１）〜（３）の論理積を満たしているか否かに
基づいて行われる。

【００５３】 空燃比センサ５の出力電流ＩＡＦ≧リーン判定値ＩＬ … （１） 酸素センサ６の出力電圧ＶＡＦ≧リッチ判定値ＶＲ … （２） 燃料噴射補正量ΔＱ≧増量補正判定値ＱＢ … （３） なお、リーン判定値ＩＬは、空燃比センサ５の出力に基
づいて現在の空燃比がリーンであると判定することので
きる値である。また、リッチ判定値ＶＲは、酸素センサ
６の出力に基づいて現在の空燃比がリッチであると判定
することのできる値である。そして、増量補正判定値Ｑ
Ｂは、空燃比センサ５の特性がリーン側にずれていると
きに生じやすい、過大な燃料噴射量の増量補正を判定で
きる値である。なおこれらは、それぞれ予め実験等によ
り求められている値である。

【００５４】この図４のステップＳ１４０での判定が否
定されると（図４のステップＳ１４０でＮＯ）、異常仮
判定カウンタＴＥがリセットされるとともに、正常仮判
定カウンタＴＴがスタートされ（図５のステップＳ２０
０）、図５のステップＳ２１０以降の処理に移行される
が、その詳細については後述する。

【００５５】一方、図４のステップＳ１４０での判定が
肯定されると（図４のステップＳ１４０でＹＥＳ）、異
常仮判定カウンタＴＥの値が異常仮判定値ＴＥ１以上で
あるか否かが判定される（図４のステップＳ１５０）。
この異常仮判定値ＴＥ１は上記式（１）〜（３）の論理
積が所定時間継続して満たされているか否かを判定する
ための値であり、異常仮判定カウンタＴＥの値が異常仮
判定値ＴＥ１以上である場合には（図４のステップＳ１
５０でＹＥＳ）、空燃比センサ５の特性がリーン側に所
定時間継続してずれており、その特性が異常である可能
性があるとして、正常判定カウンタＣＴが「０」にクリ
アされるとともに異常判定カウンタＣＥがインクリメン
トされる（図４のステップＳ１４０）。

【００５６】一方、異常仮判定カウンタＴＥの値が異常
仮判定値ＴＥ１に満たない場合には、図４のステップＳ
１４０に戻り、再び上記式（１）〜（３）の論理積が満
たされているか否かが判定される。

【００５７】本来ならば、図４のステップＳ１３０〜１
５０での処理により、空燃比センサ５のリーンずれ異常
は検出できるのであるが、誤検出の可能性を極力少なく
するため、図４のステップＳ１６０、ステップＳ１７０
の処理が設けられている。すなわち、前記ステップＳ１
４０、ステップＳ１５０の処理によりリーンずれの可能
性があると判定されるたびに異常判定カウンタＣＥはイ
ンクリメントされるため、異常判定カウンタＣＥの値は
リーンずれであるという仮判定が行われた回数を表すこ
とになる。

【００５８】そして、この異常判定カウンタＣＥの値が
異常判定確定値Ｅ１以上である場合には（図４のステッ
プＳ１７０でＹＥＳ）、リーンずれ判定の回数が多く、
確かに空燃比センサ５の特性がリーン側にずれていると
判定される（図４のステップＳ１８０）。この場合に
は、空燃比センサ５の出力電流ＩＡＦが実空燃比を反映
していないため、その出力電流ＩＡＦに基づいて空燃比
フィードバック制御を行っても、正確な空燃比制御はで
きない。場合によっては、実空燃比がリッチ、或いはリ
ーンに収束してしまい、触媒４の排気浄化作用が低下し
て排気エミッションが悪化したり、失火の発生によりド
ライバビリティが悪化するといった不具合が生じてしま
う。そこで、空燃比センサ５の特性がリーン側にずれて
いると判定される場合には空燃比フィードバック制御を
禁止し（図４のステップＳ１９０）、本処理を終了す
る。

【００５９】一方、図４のステップＳ１７０で異常判定
カウンタＣＥの値が異常判定確定値Ｅ１に達していない
場合には（図４のステップＳ１７０でＮＯ）、まだ、図
４のステップＳ１４０、ステップＳ１５０での処理によ
る異常の仮判定回数が少なく、空燃比センサ５のリーン
ずれを確定することはできない。このため、空燃比セン
サ５の異常を確定することなく、本処理を終了する。

【００６０】次に、図５のステップＳ２１０以降の処理
を説明する。図４のステップＳ１４０における上記式
（１）〜（３）の論理積が満たされない場合は、空燃比
センサ５の特性は少なくともリーン側にずれておらず、
正常である可能性がある。そこで、図５のステップＳ２
１０以降の処理では、少なくとも空燃比センサ５の特性
がリーン側にずれていないことが確認される。

【００６１】図２に一点鎖線にて示されるように、空燃
比センサ５の特性がリーン側にずれている場合には、実
空燃比がリッチ側にずれている状態で出力電流ＩＡＦが
「０」になるため、極端なリッチを示す出力電流ＩＯＲ
は出力されにくくなる。逆にいえば、極端なリッチを示
す出力電流ＩＯＲが出力される場合には、少なくともリ
ーン側に特性がずれていないといえる。

【００６２】また、空燃比センサ５の特性がリーン側に
ずれている場合には、燃料噴射量が増量されて実空燃比
がリッチ傾向になるため、図３に示されるように、酸素
センサ６は極端なリッチを示す出力電圧ＶＯＲを出力し
やすくなる。逆にいえば、極端なリッチを示す出力電圧
ＶＯＲが酸素センサ６から出力されない場合には、少な
くともリーンにずれていないといえる。

【００６３】そこで、図５のステップＳ２１０では、空
燃比センサ５により検出される空燃比が過度にリッチで
ある、或いは酸素センサ６により検出される空燃比が過
度にリッチではないといった状態か否かが判定される。
この判定は次式（４）、（５）の論理和を満たしている
か否かに基づいて行われる。

【００６４】 空燃比センサ５の出力電流ＩＡＦ＜過剰リッチ判定値ＩＯＲ … （４） 酸素センサ６の出力電圧ＶＡＦ＜過剰リッチ判定値ＶＯＲ … （５） なお、過剰リッチ判定値ＩＯＲは、空燃比センサ５によ
り検出される空燃比が過剰にリッチであり、少なくとも
その特性がリーン側にずれていないことを判定すること
のできる値である。また、過剰リッチ判定値ＶＯＲは、
酸素センサ６により検出される空燃比が過剰にリッチで
ないため空燃比センサ５の特性がリーン側にずれていな
いと判定できる値である。なおこれらは、それぞれ予め
実験等により求められている値である。

【００６５】この図５のステップＳ２１０での判定が否
定されると（図５のステップＳ２１０でＮＯ）、正常仮
判定カウンタＴＴがリセットされ（図５のステップＳ２
６０）、本処理を終了する。従って、この場合には異常
判定カウンタＣＥ及び正常判定カウンタＣＴの値はいず
れも現状の値が保持される。

【００６６】一方、図５のステップＳ２１０での判定が
肯定されると（図５のステップＳ２１０でＹＥＳ）、正
常仮判定カウンタＴＴの値が正常仮判定値ＴＴ１以上で
あるか否かが判定される（図５のステップＳ２２０）。
この正常仮判定値ＴＴ１は上記式（４）、（５）の論理
和が所定時間継続して満たされているか否かを判定する
ための値であり、正常仮判定カウンタＴＴの値が正常仮
判定値ＴＴ１以上である場合には（図５のステップＳ２
２０でＹＥＳ）、空燃比センサ５の特性が少なくともリ
ーン側にはずれていない可能性があるとして、異常判定
カウンタＣＥが「０」にクリアされるとともに正常判定
カウンタＣＴがインクリメントされる（図５のステップ
Ｓ２３０）。

【００６７】本来ならば、図５のステップＳ２００〜ス
テップＳ２２０での処理により、空燃比センサ５の特性
は少なくともリーン側にずれていないといえるのである
が、誤検出の可能性を極力少なくするため、図５のステ
ップＳ２３０、ステップＳ２４０の処理が設けられてい
る。すなわち、前記ステップＳ２１０、ステップＳ２２
０において少なくともリーン側に特性がずれていない可
能性があると判定されるたびに正常判定カウンタＣＴは
インクリメントされるため、正常判定カウンタＣＴの値
は、空燃比センサ５の特性が少なくともリーン側にずれ
ていないと判定された回数を表すことになる。

【００６８】そして、この異常判定カウンタＣＥの値が
正常判定確定値Ｔ１以上である場合には（図５のステッ
プＳ２４０でＹＥＳ）、空燃比センサ５の特性が少なく
ともリーン側にずれていないと判定された回数が多いた
め、空燃比センサ５の特性がリーン側にずれていないと
確定され（図５のステップＳ２５０）。そして、本処理
を終了する。

【００６９】一方、図５のステップＳ２４０で正常判定
カウンタＣＴの値が正常判定確定値Ｔ１に達していない
場合には（図５のステップＳ２４０でＮＯ）、まだ、図
５のステップＳ２１０、ステップＳ２２０での肯定判定
の回数が少なく、空燃比センサ５の特性が少なくともリ
ーン側にずれていないと確定することができない。この
ため、空燃比センサ５の正常を確定することなく、本処
理を終了する。

【００７０】以後、所定時間毎に本処理が繰り返され
る。以上説明したように、本実施形態にかかる空燃比セ
ンサの異常診断装置によれば、次のような効果が得られ
るようになる。

【００７１】（１）空燃比フィードバック制御の実行に
併せて、空燃比センサ５の出力電流ＩＡＦとリーン判定
値ＩＬ、酸素センサ６の出力電圧ＶＡＦとリッチ判定値
ＶＲ、燃料噴射補正量ΔＱと増量補正判定値ＱＢをそれ
ぞれ式（１）〜（３）に基づき比較することとした。こ
のため、空燃比センサ５の特性がリーン側にずれて、リ
ッチ領域で出力電流ＩＡＦが「０」となってしまう異常
を検出することができるようになる。

【００７２】（２）上記（１）での比較判定に際し、所
定時間内に継続して肯定判定がなされ、更にその肯定回
数が所定回数以上であるときに、空燃比センサ５の特性
がリーン側にずれて、リッチ領域で出力電流ＩＡＦが
「０」となってしまう異常な状態であることを確定する
ようにしている。そのため、機関運転状態が変化すると
きなどに生じやすい異常判定の誤検出を抑制することが
できるようになる。

【００７３】（３）空燃比センサ５の特性がリーン側に
ずれていると判定されるときには、空燃比フィードバッ
ク制御を中止するようにしている。そのため、実空燃比
を反映していない空燃比センサ５の出力電流ＩＡＦに基
づいて空燃比フィードバック制御が行われる場合の不具
合を未然に防止することができるようになる。すなわ
ち、例えば、実空燃比がリッチ側に収束することによ
り、触媒４の排気浄化作用が低下して排気エミッション
が悪化したり、失火が発生してドライバビリティが悪化
する等の不具合が未然に防止される。

【００７４】（４）本実施形態にかかる空燃比センサの
異常診断装置では、空燃比センサ５と酸素センサ６を備
えている。従って、２つの空燃比センサを備える同セン
サの異常診断装置と比較して、コストダウンを図ること
ができる。

【００７５】（第２の実施形態）前記第１の実施形態で
は空燃比センサ５の特性がリーン側にずれていることを
検出するための異常診断処理であったが、空燃比センサ
５の特性異常にはリッチ側にずれるといったことも起こ
りうる。そこで、本実施形態では空燃比センサ５の特性
がリッチ側にずれていることを検出するための異常診断
処理を説明する。

【００７６】このリッチずれに関しても、第１の実施形
態と同様の原理で診断が可能であり、具体的には、第１
の実施形態における図４のステップＳ１４０及び図５の
ステップＳ２１０での判定条件を以下のように変更すれ
ばよい。

【００７７】まず、図４のステップＳ１４０での判定条
件として、空燃比センサ５により検出される空燃比がリ
ッチであり、酸素センサ６により検出される空燃比がリ
ーンであって、且つ、燃料噴射補正量ΔＱが所定値以上
減量されているか否かを判定するようにすればよい。こ
の判定は次式（６）〜（８）の論理積を満たしているか
否かに基づいて行われる。

【００７８】 空燃比センサ５の出力電流ＩＡＦ＜リッチ判定値ＩＲ … （６） 酸素センサ６の出力電圧ＶＡＦ＜リーン判定値ＶＬ … （７） 燃料噴射補正量ΔＱ＜減量補正判定値ＱＳ … （８） なお、リッチ判定値ＩＲは、空燃比センサ５の出力に基
づいて現在の空燃比がリッチであると判定することので
きる値である。また、リーン判定値ＶＬは、酸素センサ
６の出力に基づいて現在の空燃比がリーンであると判定
することのできる値である。そして、減量補正判定値Ｑ
Ｓは、空燃比センサ５の特性がリッチ側にずれていると
きに生じやすい、過大な燃料噴射量の減量補正を判定で
きる値である。なおこれらは、それぞれ予め実験等によ
り求められている値である。

【００７９】また、上記式（６）〜（８）の論理積の肯
定が所定時間継続しない場合には、空燃比センサ５の特
性は少なくともリッチ側にずれておらず、正常である可
能性がある。そこで、前記第１の実施形態における図５
のステップＳ２１０での処理と同様の原理で、少なくと
も空燃比センサ５の特性がリッチ側にずれていないこと
が確認される。

【００８０】図２に二点鎖線にて示されるように、空燃
比センサ５の特性がリッチ側にずれている場合には、実
空燃比がリーン側にずれている状態で出力電流ＩＡＦが
「０」になるため、極端なリーンを示す出力電流ＩＯＬ
は出力されにくくなる。逆にいえば、極端なリーンを示
す出力電流ＩＯＬが出力される場合には、少なくともリ
ッチ側に特性がずれていないといえる。

【００８１】また、空燃比センサ５の特性がリッチ側に
ずれている場合には、燃料噴射量が減量されて実空燃比
がリーン傾向になるため、図３に示されるように、酸素
センサ６は極端なリーンを示す出力電圧ＶＯＬを出力し
やすくなる。逆にいえば、極端なリーンを示す出力電圧
ＶＯＬが酸素センサ６から出力されない場合には、少な
くともリッチにずれていないといえる。

【００８２】そこで、本実施形態における図５のステッ
プＳ２１０では、所定時間内において、空燃比センサ５
により検出される空燃比が過度にリーンである、或いは
酸素センサ６により検出される空燃比が過度にリーンで
はないといった状態か否かが判定される。この判定は次
式（９）、（１０）の論理和を満たしているか否かに基
づいて行われる。

【００８３】 空燃比センサ５の出力電流ＩＡＦ≧過剰リーン判定値ＩＯＬ … （９） 酸素センサ６の出力電圧ＶＡＦ≧過剰リーン判定値ＶＯＬ … （１０） なお、過剰リーン判定値ＩＯＬは、空燃比センサ５によ
り検出される空燃比が過剰にリーンであり、少なくとも
その特性がリッチ側にずれていないことを判定すること
のできる値である。また、過剰リーン判定値ＶＯＬは、
酸素センサ６により検出される空燃比が過剰にリーンで
はないため空燃比センサ５の特性がリッチ側にずれてい
ないと判定できる値である。なおこれらも、それぞれ予
め実験等により求められている値である。

【００８４】以上説明したように、本実施形態にかかる
空燃比センサの異常診断装置によれば、次のような効果
が得られるようになる。 （１）空燃比フィードバック制御の実行に併せて、空燃
比センサ５の出力電流ＩＡＦとリッチ判定値ＩＲ、酸素
センサ６の出力電圧ＶＡＦとリーン判定値ＶＬ、燃料噴
射補正量ΔＱと減量補正判定値ＱＳをそれぞれ式（６）
〜（８）に基づき比較することとした。このため、空燃
比センサ５の特性がリッチ側にずれて、リーン領域で出
力電流ＩＡＦが「０」となってしまう異常を検出するこ
とができるようになる。

【００８５】（２）上記（１）での比較判定に際し、所
定時間内に継続して肯定判定がなされ、更にその肯定回
数が所定回数以上であるときに、空燃比センサ５の特性
がリッチ側にずれて、リーン領域で出力電流ＩＡＦが
「０」となってしまう異常な状態であることを確定する
ようにしている。そのため、機関運転状態が変化すると
きなどに生じやすい異常判定の誤検出を抑制することが
できるようになる。

【００８６】（３）空燃比センサ５の特性がリッチ側に
ずれていると判定されるときには、空燃比フィードバッ
ク制御を中止するようにしている。そのため、実空燃比
を反映していない空燃比センサ５の出力電流ＩＡＦに基
づいて空燃比フィードバック制御が行われる場合の不具
合を未然に防止することができるようになる。すなわ
ち、実空燃比がリーン側に収束することにより、触媒４
の排気浄化作用が低下して排気エミッションが悪化した
り、失火が発生してドライバビリティが悪化する等の不
具合が未然に防止される。

【００８７】（４）本実施形態にかかる空燃比センサの
異常診断装置では、空燃比センサ５と酸素センサ６を備
えている。従って、２つの空燃比センサを備える同セン
サの異常診断装置と比較して、コストダウンを図ること
ができる。

【００８８】（第３の実施形態）前記第１の実施形態に
おける触媒４では、排気中の有害成分が浄化される際に
酸素の放出が行われ、この影響を受けて触媒の下流側に
設けられる酸素センサ６の出力はリーンになる。そし
て、この酸素センサ６の出力を受けてサブフィードバッ
ク制御により燃料噴射補正量ΔＱは一定量ずつ増量修正
される。また、前記触媒４では、酸素の消費も行われ、
この影響を受けて触媒４の下流側に設けられる酸素セン
サ６の出力はリッチになる。そして、この酸素センサ６
の出力を受けて燃料噴射補正量ΔＱは一定量ずつ減量修
正される。

【００８９】ここで、触媒４での酸素消費が長時間継続
する場合には、酸素センサ６により検出される空燃比が
長時間リッチに張り付いてしまい、酸素センサ６により
検出されるリッチが空燃比センサ５のリーンずれによる
ものなのか、触媒４での酸素消費によるものなのかを区
別することができない。この場合には、いずれの原因に
おいても第１の実施形態における前記式（２）が肯定さ
れるため、場合によっては、空燃比センサ５が正常であ
るにもかかわらず異常であると誤検出されてしまう。

【００９０】そこで、本実施形態では、第１の実施形態
において触媒４での酸素消費が長時間継続する場合に生
じうる上記誤検出を抑制するようにしている。すなわ
ち、空燃比センサ５が正常の場合には、実空燃比は理論
空燃比を中心に制御される。また、ある程度の長時間で
とらえると触媒４での酸素放出時間と消費時間とはほぼ
同じになる。従って、このときの前記修正量の平均値に
注目すると、図６の（ａ）に示されるように、その値は
ほぼ「０」に近い値となる。

【００９１】一方、空燃比センサ５の特性がリーン側に
ずれている場合には、実空燃比はリッチ傾向になるた
め、酸素センサ６による空燃比の検出もリッチ判定が多
くなる。そのため、燃料噴射補正量ΔＱは一定量ずつ減
量修正されることが多くなり、同修正量の平均値ＡＶＧ
は図６の（ｂ）に示されるように減量側に大きくなる。
従って、この修正量の平均値ＡＶＧと所定の減量修正判
定値ＳＬとを比較することにより、酸素センサ６により
検出されるリッチが、空燃比センサ５のリーンずれによ
るものなのか、触媒４での酸素消費によるものなのかを
区別することができ、上記誤検出を抑制することができ
る。

【００９２】実際には、第１の実施形態における図４の
ステップＳ１４０の判定条件に、下記の式（１１）を追
加すればよい。 修正量の平均値ＡＶＧ＜減量修正判定値ＳＬ … （１１） なお、減量修正判定値ＳＬは、空燃比センサ５の特性が
リーン側にずれることにより修正量の平均値ＡＶＧが減
量側に大きくなっていることを判定することのできる値
であり、予め実験等により求められている値である。

【００９３】以上説明したように、本実施形態にかかる
空燃比センサの異常診断装置によれば、次のような効果
が得られるようになる。 （１）空燃比センサ５の特性が正常であって、触媒４で
の酸素消費が長時間継続されている場合には、前記第１
の実施形態の前記式（２）が肯定されるとともに本実施
形態の上記式（１１）が否定される。一方、空燃比セン
サ５の特性がリーン側にずれている場合には、前記第１
の実施形態の前記式（２）と本実施形態の上記式（１
１）とがいずれも肯定される。従って、第１の実施形態
における異常診断処理において、触媒４での酸素消費が
長時間継続される場合に起こりうる誤検出を抑制するこ
とができるようになる。

【００９４】（第４の実施形態）上記第３の実施形態
は、第１の実施形態において触媒４での酸素消費が長時
間継続される場合の不具合を抑制するものであった。一
方、本実施形態は、第２の実施形態において触媒４での
酸素放出が長時間継続される場合の不具合を抑制するも
のである。

【００９５】すなわち、触媒４での酸素放出が長時間継
続する場合には、酸素センサ６により検出される空燃比
が長時間リーンに張り付いてしまい、酸素センサ６によ
り検出されるリーンが空燃比センサ５のリッチずれによ
るものなのか、触媒４での酸素放出によるものなのかを
区別することができない。この場合には、いずれの原因
においても第２の実施形態における式（７）が肯定され
るため、場合によっては、空燃比センサ５が正常である
にもかかわらず異常であると誤検出されてしまう。

【００９６】この誤検出も、前記第３の実施形態と同様
の原理で抑制することができる。すなわち、空燃比セン
サが正常の場合には、実空燃比は理論空燃比を中心に制
御される。また、ある程度の長時間でとらえると触媒で
の酸素放出時間と消費時間とはほぼ同じになる。従っ
て、前記燃料噴射補正量ΔＱに対して行われる修正量の
平均値に注目すると、図６の（ａ）に示されるように、
その値はほぼ「０」に近い値となる。

【００９７】一方、空燃比センサ５の特性がリッチ側に
ずれている場合には、実空燃比はリーン傾向になるた
め、酸素センサ６による空燃比の検出もリーン判定が多
くなる。そのため、燃料噴射補正量ΔＱは一定量ずつ増
量修正されることが多くなり、同修正量の平均値ＡＶＧ
は増量側に大きくなる。従って、この修正量の平均値Ａ
ＶＧと所定の増量修正判定値ＢＬとを比較することによ
り、酸素センサ６により検出されるリーンが、空燃比セ
ンサ５のリッチずれによるものなのか、触媒４での酸素
放出によるものなのかを区別することができ、上記誤検
出を抑制することができる。

【００９８】実際には、第２の実施形態における前記式
（６）〜（８）に下記の式（１２）を追加すればよい。 修正量の平均値ＡＶＧ≧増量修正判定値ＢＬ … （１２） なお、増量修正判定値ＢＬは、空燃比センサ５の特性が
リッチ側にずれることにより修正量の平均値ＡＶＧが増
量側に大きくなっていることを判定することのできる値
であり、予め実験等により求められている値である。

【００９９】以上説明したように、本実施形態にかかる
空燃比センサの異常診断装置によれば、次のような効果
が得られるようになる。 （１）空燃比センサ５の特性が正常であって、触媒４で
の酸素放出が長時間継続されている場合には、前記第２
の実施形態の前記式（７）が肯定されるとともに本実施
形態の上記式（１２）が否定される。一方、空燃比セン
サ５の特性がリッチ側にずれている場合には、前記第２
の実施形態の前記式（７）と本実施形態の上記式（１
２）とがいずれも肯定される。従って、第２の実施形態
における異常診断処理において、触媒４での酸素放出が
長時間継続される場合に起こりうる誤検出を抑制するこ
とができるようになる。

【０１００】（その他の実施形態）なお、上記各実施形
態は以下のように変更してもよく、その場合でもそれら
実施形態に準じた作用及び効果を得ることができる。

【０１０１】・上記第１及び第３の実施形態における異
常診断処理は、空燃比センサ５の特性がリーン側にずれ
ていることを検出するための処理であり、上記第２及び
第４の実施形態における異常診断処理は、空燃比センサ
５の特性がリッチ側にずれていることを検出するための
処理であった。ここで、空燃比センサ５の異常診断装置
に、上記第１又は第３の実施形態における異常診断処理
と上記第２又は第４の実施形態における異常診断処理と
を備えてもよい。この場合には、空燃比センサ５の特性
がリーン側にずれているという異常、及びリッチ側にず
れているという異常の双方を検出することができるよう
になる。

【０１０２】・上記各実施形態では、空燃比センサ５の
出力電流ＩＡＦに対して、リーン判定値ＩＬ、リッチ判
定値ＩＲ、過剰リッチ判定値ＩＯＲ、過剰リーン判定値
ＩＯＬを設定した。ここで、空燃比センサ５の出力電流
ＩＡＦはＥＣＵ２での処理に際し、電圧変換される場合
がある。この場合には、上記判定値を電圧値とすること
で、上記各実施形態に準ずる効果を得ることができる。

【０１０３】・上記各実施形態では、空燃比センサ５に
より検出される空燃比と酸素センサ６により検出される
空燃比とが一致せず、且つ燃料噴射補正量が大きい場合
には、空燃比センサ５の特性がずれていると判定するよ
うにした。ここで、空燃比フィードバック制御にあって
は前述のように、空燃比センサ５の出力が例えばリーン
となっているときには、この空燃比センサ５から出力さ
れる電流値に応じた燃料噴射量の増量補正が行われる。
このため実空燃比はリッチになりやすく、これを反映し
て酸素センサ６の出力はリッチを示すようになる。すな
わち、燃料噴射量の増量補正が行われて酸素センサ６の
出力もリッチを示すときには、実空燃比がリッチである
と予想できる。しかし、このような場合であっても、空
燃比センサ５の出力がなおリーンを示し続けるときに
は、空燃比センサ５の特性がリーン側にずれていると推
測できる。同様にして、空燃比センサ５の特性がリッチ
側にずれていることももちろん推測できる。そこで、こ
ういった酸素センサの出力と燃料噴射量の補正量とから
予想される実空燃比と、空燃比センサの出力とを比較す
るようにしても、空燃比センサの特性ずれを簡便、且つ
的確に診断することができるようになる。しかもこの場
合、触媒の下流側に設けられるセンサとして安値な酸素
センサを利用することができるため、診断装置としての
コストも低く抑えることができるようにもなる。

【０１０４】・上記各実施形態にかかる空燃比センサの
異常診断装置では、空燃比センサ５の特性に異常がある
と診断されたときに、空燃比フィードバック制御の実行
を禁止するようにした。しかしながら、この空燃比フィ
ードバック制御の実行禁止処理を行わない空燃比センサ
の異常診断装置であっても、空燃比センサの特性ずれを
診断することは可能である。

【０１０５】・上記各実施形態では、ガソリン機関１に
本発明にかかる空燃比センサの異常診断装置を適用し
た。しかしながら、適用対象となる内燃機関はこのガソ
リン機関１に何ら限定するものではない。要するに、触
媒４の上流側に空燃比センサ５を備えるとともに触媒４
の下流側に酸素センサ６を備え、少なくとも空燃比セン
サ５の出力に基づいて燃料噴射量を補正する空燃比フィ
ードバック制御を行う内燃機関であれば、上記第１及び
第２の実施形態にかかる空燃比センサの異常診断装置は
適用可能である。更に、酸素センサ６の出力に基づいて
前記燃料噴射量の補正量を修正するサブフィードバック
制御を備える内燃機関であれば、上記第３及び第４の実
施形態にかかる空燃比センサの異常診断装置は適用可能
である。この場合にも上記各実施形態に準ずる効果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態が適用されるガソリン機
関、及びこれに搭載される空燃比センサの異常診断装置
の概略構成図。

【図２】空燃比センサの出力特性を示す図。

【図３】酸素センサの出力特性を示す図。

【図４】第１の実施形態における空燃比センサの異常診
断についての処理手順を示すフローチャート。

【図５】第１の実施形態における空燃比センサの異常診
断についての処理手順を示すフローチャート。

【図６】酸素センサの出力とサブフィードバック制御に
よる修正量との関係を示したタイミングチャート。

【符号の説明】

１…ガソリン機関、２…制御装置（ＥＣＵ）、３…排気
通路、４…触媒、５…空燃比センサ、６…酸素センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA09 BA13 CA03 DA27 DA30 EA04 EA11 EB08 EB12 EB22 EC01 EC03 FA20 FA30 FA33 FA38 3G301 HA01 JB01 JB09 KA08 LB01 MA01 MA11 NA08 NB03 NB13 NC02 ND07 NE14 PD09A PD09B PD09Z PE01Z PE03Z PE08Z

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気浄化用触媒の上流側に設け
   られて空燃比の変化に応じたリニアな値を出力する空燃
   比センサと、同排気浄化用触媒の下流側に設けられて空
   燃比がリッチ或いはリーンであることを検出する酸素セ
   ンサと、前記空燃比センサにより検出される空燃比に基
   づいて前記内燃機関に対する燃料噴射量の補正量を算出
   する燃料噴射量補正手段と、前記酸素センサにより検出
   される空燃比に基づいて前記燃料噴射量の補正量に対す
   る修正量を算出する補正量修正手段とを備えて空燃比フ
   ィードバック制御を行いつつ、前記空燃比センサの異常
   の有無を診断する装置であって、 前記酸素センサの出力と前記燃料噴射量補正手段により
   算出される補正量とから予想される空燃比と、前記空燃
   比センサの出力とが異なることに基づいて前記空燃比セ
   ンサの特性ずれを検出する特性ずれ検出手段を備えるこ
   とを特徴とする空燃比センサの異常診断装置。
2. 【請求項２】内燃機関の排気浄化用触媒の上流側に設け
   られて空燃比の変化に応じたリニアな値を出力する空燃
   比センサと、同排気浄化用触媒の下流側に設けられて空
   燃比がリッチ或いはリーンであることを検出する酸素セ
   ンサと、前記空燃比センサにより検出される空燃比に基
   づいて前記内燃機関に対する燃料噴射量の補正量を算出
   する燃料噴射量補正手段と、前記酸素センサにより検出
   される空燃比に基づいて前記燃料噴射量の補正量に対す
   る修正量を算出する補正量修正手段とを備えて空燃比フ
   ィードバック制御を行いつつ、前記空燃比センサの異常
   の有無を診断する装置であって、 前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記酸素セ
   ンサにより検出される空燃比とが一致せず、且つ前記燃
   料噴射量補正手段により算出される補正量が所定値より
   も大きい状態が所定時間継続されるときに前記空燃比セ
   ンサの特性がずれていると判定する特性ずれ検出手段を
   備えることを特徴とする空燃比センサの異常診断装置。
3. 【請求項３】前記特性ずれ検出手段は、前記空燃比セン
   サにより検出される空燃比がリーンであり、前記酸素セ
   ンサにより検出される空燃比がリッチであって、且つ、
   前記燃料噴射補正量の増量値が所定値以上であるという
   条件が所定時間継続されるときに前記空燃比センサの特
   性がリーン側にずれていると判定する請求項２に記載の
   空燃比センサの異常診断装置。
4. 【請求項４】前記特性ずれ検出手段は、前記空燃比セン
   サにより検出される空燃比がリーンであり、前記酸素セ
   ンサにより検出される空燃比がリッチであって、且つ、
   前記燃料噴射補正量の増量値が所定値以上であるという
   条件が所定時間継続され、且つ前記補正量修正手段によ
   り算出される修正量の平均値が減量側の所定値よりも大
   きいときに前記空燃比センサの特性がリーン側にずれて
   いると判定する請求項２に記載の空燃比センサの異常診
   断装置。
5. 【請求項５】前記特性ずれ検出手段は、前記空燃比セン
   サにより検出される空燃比がリッチであり、前記酸素セ
   ンサにより検出される空燃比がリーンであって、且つ、
   前記燃料噴射補正量の減量値が所定値以上であるという
   条件が所定時間継続されるときに前記空燃比センサの特
   性がリッチ側にずれていると判定する請求項２に記載の
   空燃比センサの異常診断装置。
6. 【請求項６】前記特性ずれ検出手段は、前記空燃比セン
   サにより検出される空燃比がリッチであり、前記酸素セ
   ンサにより検出される空燃比がリーンであって、且つ、
   前記燃料噴射補正量の減量値が所定値以上であるという
   条件が所定時間継続され、且つ前記補正量修正手段によ
   り算出される修正量の平均値が増量側の所定値よりも大
   きいときに前記空燃比センサの特性がリッチ側にずれて
   いると判定する請求項２に記載の空燃比センサの異常診
   断装置。
7. 【請求項７】前記特性ずれ検出手段は、前記空燃比セン
   サにより検出される空燃比がリーンであり、前記酸素セ
   ンサにより検出される空燃比がリッチであって、且つ、
   前記燃料噴射補正量の増量値が所定値以上であるという
   条件が所定時間継続されるときに前記空燃比センサの特
   性がリーン側にずれていると判定し、前記空燃比センサ
   により検出される空燃比がリッチであり、前記酸素セン
   サにより検出される空燃比がリーンであって、且つ、前
   記燃料噴射補正量の減量値が所定値以上であるという条
   件が所定時間継続されるときに前記空燃比センサの特性
   がリッチ側にずれていると判定する請求項２に記載の空
   燃比センサの異常診断装置。
8. 【請求項８】前記特性ずれ検出手段は、前記空燃比セン
   サにより検出される空燃比がリーンであり、前記酸素セ
   ンサにより検出される空燃比がリッチであって、且つ、
   前記燃料噴射補正量の増量値が所定値以上であるという
   条件が所定時間継続され、且つ前記補正量修正手段によ
   り算出される修正量の平均値が減量側の所定値よりも大
   きいときに前記空燃比センサの特性がリーン側にずれて
   いると判定し、前記空燃比センサにより検出される空燃
   比がリッチであり、前記酸素センサにより検出される空
   燃比がリーンであって、且つ、前記燃料噴射補正量の減
   量値が所定値以上であるという条件が所定時間継続さ
   れ、且つ前記補正量修正手段により算出される修正量の
   平均値が増量側の所定値よりも大きいときに前記空燃比
   センサの特性がリッチ側にずれていると判定する請求項
   ２に記載の空燃比センサの異常診断装置。
9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の空燃比セ
   ンサの異常診断装置において、 前記空燃比センサの特性がずれていると判定されるとき
   には、前記空燃比フィードバック制御の実行を禁止する
   空燃比制御禁止手段を更に備えることを特徴とする空燃
   比センサの異常診断装置。