JP2003270193A

JP2003270193A - センサの異常診断装置

Info

Publication number: JP2003270193A
Application number: JP2002074964A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Hashimoto; 俊哉橋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】より多様なセンサの使用環境において同センサ
の異常の有無をより的確に診断可能なセンサの異常診断
装置を提供する。【解決手段】このセンサの異常診断装置では、例えば内
燃機関１にて燃焼される混合気の空燃比を検出する空燃
比センサＡＦｓｎｒに対して、同センサＡＦｓｎｒの応
答性劣化の検出を行う。即ち、空燃比センサＡＦｓｎｒ
の出力値の時間微分値（出力空燃比変化量）と空燃比セ
ンサＡＦｓｎｒが正常な状態にあるときの出力値の相当
値として算出される推定値の時間微分値（推定空燃比変
化量）との相関係数を算出する。そして、この算出され
る相関係数と空燃比センサＡＦｓｎｒに異常があること
を示す所定の相関係数との比較に基づいて空燃比センサ
ＡＦｓｎｒの応答性劣化を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内燃機関の
空燃比フィードバック制御に用いられる空燃比センサ等
の異常の有無を診断するセンサの異常診断装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、多くの車両においては、三元触媒
を備えた触媒装置の搭載にともない、同触媒装置による
排気の浄化機能を有効に維持するための空燃比フィード
バック制御が行われている。この空燃比フィードバック
制御は、吸入空気と噴射燃料との混合比である空燃比を
理論空燃比近傍に維持することを目的とするものであ
り、例えば次のような態様をもって行われる。即ち、排
気ガス中の酸素濃度に応じて出力電圧が変化するセンサ
を排気通路に設け、このセンサの出力電圧に基づいて燃
料噴射量を補正することで、空燃比を理論空燃比に収束
させるものである。ちなみに、上記排気通路に設けられ
るセンサとしては、例えば、理論空燃比を境界として出
力電圧がほぼ２値的に変化する例えば濃淡電池式の酸素
センサや、排気ガス中の酸素濃度に応じて出力電圧がリ
ニアに変化する例えば限界電流式の空燃比センサが知ら
れている。

【０００３】ここで、上記空燃比を検出するセンサは、
排気ガスにさらされながら用いられるものであるため、
排気ガス中に含まれる鉛、燐などの被毒作用によりセン
サとしての機能が劣化することがある。そして、被毒作
用によりセンサとしての機能が劣化した場合には、排気
ガス中の酸素濃度の変化に対する応答性が劣化する、即
ちセンサの出力電圧の変化が排気ガス中の酸素濃度の変
化に比べて緩慢になる傾向がある。このように空燃比を
検出するセンサの応答性が劣化した場合、空燃比フィー
ドバック制御において実際の空燃比とは異なる空燃比に
基づいて空燃比の制御が行われることになるため、必然
的に空燃比の理論空燃比への収束性が低下し、エミッシ
ョンの悪化をまねくことになる。

【０００４】そこで従来、こうした空燃比センサ（ある
いは酸素センサ）の応答性の劣化によるエミッションの
悪化を回避するために、空燃比センサの異常の有無を診
断するための異常診断装置が提案されている。

【０００５】ここで、異常診断装置としては、例えば特
開平１０−５４２８５号公報に記載の異常診断装置が知
られている。この異常診断装置では、応答性の劣化した
空燃比センサの出力値が正常な状態にある空燃比センサ
の出力値に比べて緩やかに変化する、即ち出力値の変動
周期が長くなるといったことに基づいて同センサの異常
を検出するようにしている。具体的には、出力値の変動
量の積算値、あるいはこの積算値が小さくなるほど大き
くなる値と所定の判定値との比較により空燃比センサの
異常が判定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近の空燃
比フィードバック制御においては、制御技術の向上によ
り空燃比が理論空燃比の極めて近傍に維持されるように
なっているため、正常な状態にある空燃比センサの出力
値も実際には非常に緩やかな変動傾向を示す。従って、
こうした空燃比フィードバック制御が行われている空燃
比センサの使用環境にあっては、センサが正常であると
きの出力値の変動周期と応答性が劣化したときの変動周
期とに明確な違いが現れず、上記判定値（出力値の変動
量の積算値、あるいはこの積算値が小さくなるほど大き
くなる値）を通じての空燃比センサの異常診断が困難と
なる。

【０００７】また、こうした問題は空燃比センサに限ら
れるものではなく、センサの応答性が劣化した場合、そ
の出力値の変動傾向が正常な状態にあるセンサの出力値
の変動傾向に比べて緩やかに変化するといったことに基
づいて同センサの異常を検出しようとする異常診断装置
であれば同様に生じるといえる。

【０００８】本発明はこうした実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、より多様なセンサの使用環境に
おいて同センサの異常の有無をより的確に診断可能なセ
ンサの異常診断装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】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記載の発明は、センサの出力値に基づいて該センサ
の異常の有無を診断するセンサの異常診断装置におい
て、前記センサの出力値の時間微分値と前記センサが正
常な状態にあるときの出力値の相当値として算出される
推定値の時間微分値との相関係数に基づいて前記センサ
の異常の有無を診断することを要旨としている。

【００１０】上記構成によれば、センサの出力値の時間
微分値とこのセンサが正常な状態にあるときの出力値の
相当値として算出される推定値の時間微分値との相関係
数に基づいてセンサの異常の有無が診断される。ちなみ
に、センサが正常な状態にある場合、正常なセンサの出
力値の相当値として算出される推定値の時間微分値と、
センサの出力値の時間微分値とには強い相関がみられ
る。従って、出力値の時間微分値と推定値の時間微分値
との相関が弱い場合、出力値に実際の検出対象の変動が
適切に反映されていない、即ちセンサに異常がある可能
性が高いといえる。そこで、上記構成においては、セン
サの出力値の時間微分値と同センサの推定値の時間微分
値との相関係数に基づいてセンサの異常の有無を診断す
ることで、センサの出力値を推定可能な使用環境であれ
ばその異常診断を行うことができるようにしている。こ
れにより、例えば、「正常な状態にあるセンサの出力値
の変動周期」と「応答性の劣化したセンサの出力値の変
動周期」とに明確な違いが現れないようなセンサの使用
環境にあってもその異常の有無を診断することが可能に
なる。このように、より多様なセンサの使用環境におい
て同センサの異常の有無をより的確に診断することがで
きるようになる。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載のセ
ンサの異常診断装置において、前記センサの出力値の時
間微分値をＤｆＸ、前記センサが正常な状態にあるとき
の出力値の相当値として算出される推定値の時間微分値
をＤｆＹとするとき、次式 Σ（ＤｆＸ・ＤｆＹ）／｛Σ（ＤｆＸ）²・Σ（Ｄｆ
Ｙ）²｝^1/2 から前記出力値の時間微分値と前記推定値の時間微分値
を算出し、この算出される相関係数が所定の相関係数未
満であるとき前記センサに異常があると判定することを
要旨としている。

【００１２】上記構成によれば、センサの出力値の時間
微分値（ＤｆＸ）と同センサの推定値の時間微分値（Ｄ
ｆＹ）との相関係数が上記関係式から算出され、この算
出される相関係数が所定の相関係数未満であるときセン
サに異常があると判定される。このように、上記関係式
から出力値の時間微分値と推定値の時間微分値との相関
係数を算出する構成によって、上記請求項１記載の発明
の効果を的確に得ることができるようになる。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載のセンサの異常診断装置において、前記センサが所
定のフィードバック制御を通じて目標値へ収束される因
子を検出対象とするセンサであることを要旨としてい
る。

【００１４】上記構成によれば、所定のフィードバック
制御を通じて目標値へ収束される因子を検出対象とする
センサに対して、上記請求項１または２記載のセンサの
異常診断装置による異常診断が行われる。ちなみに、フ
ィードバック制御においては、制御対象に対するセンサ
の検出値に基づいて所定のアクチュエータの操作量を設
定することで、制御対象の目標値への収束が図られる。
このため、上記センサに異常があるような場合、必然的
に上記設定される操作量として本来設定されるべき値と
は異なった値が設定されることになり、フィードバック
制御における制御対象の目標値への収束性が悪化するよ
うになる。そこで、上記構成においては、所定のフィー
ドバック制御を通じて目標値への収束が図られる因子を
検出対象とするセンサに対する異常診断を行うことで、
制御対象の目標値への収束性が悪化しているといった状
態が見過ごされるような事態が好適に回避されるように
している。

【００１５】請求項４記載の発明は、センサの出力値に
基づいて該センサの異常の有無を診断するセンサの異常
診断装置において、前記センサの出力値と前記センサが
正常な状態にあるときの出力値の相当値として算出され
る推定値との相関係数に基づいて前記センサの異常の有
無を診断することを要旨としている。

【００１６】上記構成によれば、センサの出力値とこの
センサが正常な状態にあるときの出力値の相当値として
算出される推定値との相関係数に基づいてセンサの異常
が検出される。ちなみに、センサが正常な状態にある場
合、正常なセンサの出力値の相当値として算出される推
定値と、センサの出力値とには強い相関がみられる。そ
こで、上記構成のように、センサの出力値と同センサの
推定値との相関係数に基づいてセンサの異常を検出する
ことによっても、上記請求項１記載の発明と同様に、よ
り多様なセンサの使用環境において同センサの異常の有
無をより的確に診断することができるようになる。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項４記載のセ
ンサの異常診断装置において、前記センサの出力値を
Ｘ、この出力値Ｘの平均値をＸａ、前記センサが正常な
状態にあるときの出力値の相当値として算出される推定
値をＹ、この推定値Ｙの平均値をＹａとするとき、次式 Σ｛（Ｘ−Ｘａ）・（Ｙ−Ｙａ）｝／｛Σ（Ｘ−Ｘａ）
²・Σ（Ｙ−Ｙａ）²｝^1/2 から前記出力値と前記推定値との相関係数を算出し、こ
の算出される相関係数が所定の相関係数未満であるとき
前記センサに異常があると判定することを要旨としてい
る。

【００１８】上記構成によれば、センサの出力値（Ｘ）
と同センサの推定値（Ｙ）との相関係数が上記関係式か
ら算出され、この算出される相関係数が所定の相関係数
未満であるときセンサに異常があると判定される。この
ように、上記関係式から出力値と推定値との相関係数を
算出する構成によって、上記請求項４記載の発明の効果
を的確に得ることができるようになる。

【００１９】請求項６記載の発明は、請求項４または５
記載のセンサの異常診断装置において、前記センサが所
定のフィードバック制御を通じて目標値へ収束される因
子を検出対象とするセンサであることを要旨としてい
る。

【００２０】上記構成によれば、所定のフィードバック
制御を通じて目標値へ収束される因子を検出対象とする
センサに対して上記請求項４または５記載のセンサの異
常診断装置による異常診断が行われる。こうした構成に
よっても、上記請求項３記載の発明と同様に、制御対象
の目標値への収束性が悪化している状態が見過ごされる
といった事態を好適に回避することができるようにな
る。

【００２１】請求項７記載の発明は、請求項６記載のセ
ンサの異常診断装置において、前記フィードバック制御
における目標値が変更されてから所定の期間が経過する
までは前記相関係数の算出にかかる処理を保留すること
を要旨としている。

【００２２】上記構成によれば、所定のフィードバック
制御における目標値が変更されてから所定の期間が経過
するまでは、相関係数の算出にかかる処理が保留され
る。ここで、例えば上記所定のフィードバック制御が内
燃機関の空燃比フィードバック制御である場合、目標値
（一般には理論空燃比）が内燃機関の運転状態に応じて
変更されるといった処理が行われることもある。一方
で、同空燃比フィードバック制御における制御対象、即
ち空燃比を検出対象とするセンサの出力値とこのセンサ
の推定値との相関係数の算出に際しては、上記目標値が
平均値として用いられる。このため、上記目標値の変更
中においては、相関係数の算出に際して適切な平均値
（目標値）が用いられないことに起因して、算出された
同相関係数に誤差が含まれることも考えられる。また、
こうした懸念は上記空燃比フィードバック制御に限られ
ず他のフィードバック制御においても同様に生じるとい
える。そこで、上記構成においては、所定のフィードバ
ック制御における目標値が変更されてから所定の期間が
経過するまで、即ち目標値が一定に維持されるようにな
るまでは相関係数の算出にかかる処理を保留するように
している。これにより、センサの出力値とこのセンサの
推定値との相関係数をより的確に算出することができる
ようになる。なお、上記所定の期間は、フィードバック
制御の制御態様等に基づいて予め設定された値として用
いられる。

【００２３】請求項８記載の発明は、請求項６記載のセ
ンサの異常診断装置において、前記フィードバック制御
における目標値が基準として設定されている所定の目標
値以外の値に設定されるとき、前記相関係数の算出にか
かる処理を保留することを要旨としている。

【００２４】上記構成によれば、所定のフィードバック
制御における目標値が基準として設定されている所定の
目標値以外の値に設定されるとき、相関係数の算出にか
かる処理が保留とされる。こうした構成によっても、上
記請求項７記載の発明と同様に、所定のフィードバック
制御を通じて目標値に収束される因子を検出対象とする
センサの出力値とこのセンサの推定値との相関係数をよ
り的確に算出することができるようになる。

【００２５】請求項９記載の発明は、請求項１〜８のい
ずれかに記載のセンサの異常診断装置において、前記セ
ンサの出力値の振れ幅が所定の振れ幅未満であるとき、
前記相関係数の算出にかかる処理を保留することを要旨
としている。

【００２６】上記構成によれば、センサの出力値の振れ
幅が所定の振れ幅未満であるとき、相関係数の算出にか
かる処理が保留とされる。ちなみに、センサの出力値に
は誤差が含まれることもある。また一方で、センサの振
れ幅が小さくなるほど同センサの出力値における誤差の
影響が相対的に大きくなるといえる。そこで、上記構成
においては、センサの出力値の振れ幅が所定の振れ幅未
満であるときには相関係数の算出にかかる処理を保留と
することで、同相関係数がより高い精度をもって算出さ
れるようにしている。なお、上記所定の振れ幅は、異常
診断の対象となるセンサの出力特性等に基づいて予め設
定された値として用いられる。

【００２７】請求項１０記載の発明は、請求項３または
６〜８のいずれかに記載のセンサの異常診断装置におい
て、前記センサが、内燃機関にて燃焼される混合気の空
燃比として排気ガス中の酸素濃度をほぼリニアな電気信
号に換算して検出する空燃比センサであり、同センサが
正常な状態にあるときの出力値の相当値として算出され
る前記推定値が前記内燃機関の運転状態に基づいて算出
されることを要旨としている。

【００２８】上記構成によれば、内燃機関にて燃焼され
る混合気の空燃比として排気ガス中の酸素濃度をほぼリ
ニアな電気信号に換算して検出する空燃比センサに対し
て上記請求項３または６〜８のいずれかに記載のセンサ
の異常診断装置による異常診断が行われる。このよう
に、空燃比センサに対して異常診断を行う構成によって
も、上記請求項３または６〜８のいずれかに記載の発明
に準じた効果が得られるようになる。

【００２９】請求項１１記載の発明は、請求項３または
６〜８のいずれかに記載のセンサの異常診断装置におい
て、前記センサが、内燃機関にて燃焼される混合気の空
燃比を排気ガス中の酸素濃度の濃淡として検出する酸素
センサであり、同センサが正常な状態にあるときの出力
値の相当値として算出される前記推定値が前記内燃機関
の運転状態に基づいて算出されることを要旨としてい
る。

【００３０】上記構成によれば、内燃機関にて燃焼され
る混合気の空燃比を排気ガス中の酸素濃度として検出す
る酸素センサに対して上記請求項３または６〜８のいず
れかに記載のセンサの異常診断装置による異常診断が行
われる。このように、酸素センサに対して異常診断を行
う構成によっても、上記請求項３または６〜８のいずれ
かに記載の発明に準じた効果が得られるようになる。

【００３１】請求項１２記載の発明は、請求項１０また
は１１記載のセンサの異常診断装置において、前記内燃
機関の運転状態に基づいた前記推定値の算出が、前記内
燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量及び機関回転速度か
ら算出される同内燃機関の排気流量と、前記内燃機関の
燃料噴射量及び吸入空気量から算出される前記混合気の
空燃比とに基づいて行われることを要旨としている。

【００３２】上記構成によれば、内燃機関の燃料噴射
量、吸入空気量及び機関回転速度から算出される同機関
の排気流量と、内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量か
ら算出される混合気の空燃比とに基づいて空燃比センサ
あるいは酸素センサの推定値の算出が行われる。ちなみ
に、空燃比は内燃機関に対する噴射燃料と同機関に吸入
された吸入空気との重量比であるため、ある時刻におけ
る混合気の空燃比は、基本的にはそのときの燃料噴射量
と吸入空気量とに基づいて推定することができる。一方
で、通常、空燃比を検出するセンサは排気通路に備えら
れるものであるため、ある時刻において同センサにより
検出された空燃比は以前の燃焼に供された混合気の空燃
比を示すことになる。即ち、実際の空燃比は、時間的な
遅れをもって空燃比を検出するセンサの出力値として反
映される。そして、この実際の空燃比が上記センサの出
力値として反映されるまでの時間は、基本的には内燃機
関の排気流量によって決定される。そこで、上記構成に
おいては、内燃機関の排気流量と燃料噴射量及び吸入空
気量から算出される空燃比とに基づいて空燃比を検出す
るセンサの推定値を算出することで、同推定値がより的
確に算出されるようにしている。これにより、空燃比を
検出するセンサの出力値とこのセンサの推定値との相関
係数をより高い精度をもって算出することができるよう
になる。

【００３３】請求項１３記載の発明は、請求項１０〜１
２のいずれかに記載のセンサの異常診断装置において、
前記内燃機関の失火が検出されるとき、前記相関係数の
算出にかかる処理を保留することを要旨としている。

【００３４】上記構成によれば、内燃機関の失火が検出
されるとき、相関係数の算出にかかる処理が保留され
る。ちなみに、内燃機関にて失火が生じたときは、混合
気の燃焼状態が通常とは大きく異なるため、空燃比を検
出するセンサの出力値を推定することが困難となる。そ
こで、上記構成においては、内燃機関の失火が検出され
るときは相関係数の算出にかかる処理を保留すること
で、算出される相関係数の精度が適切に確保されるよう
にしている。

【００３５】請求項１４記載の発明は、請求項１０〜１
３のいずれかに記載のセンサの異常診断装置において、
前記センサの出力値の振れ幅が前記内燃機関の吸入空気
量に応じて設定される所定の振れ幅未満であるとき、前
記相関係数の算出にかかる処理を保留することを要旨と
している。

【００３６】上記構成によれば、センサの出力値の振れ
幅が内燃機関の吸入空気量に応じて設定される所定の振
れ幅未満であるとき、相関係数の算出にかかる処理が保
留される。ちなみに、吸入空気量が大きくなる、即ち吸
入空気の流入速度が速くなるほど混合気の空燃比が空燃
比センサあるいは酸素センサに反映されるまでの時間が
短くなる傾向にある。そして、このように空燃比が上記
センサに反映されるまでの時間が短くなることにより、
推定される時間と実際の時間との差、即ち推定により生
じる誤差も小さな値を示すこととなる。そこで、上記構
成においては、吸入空気量に応じて上記所定の振れ幅を
設定することで、算出される相関係数の精度を確保しつ
つ、より広い範囲にわたってのセンサの検出データに基
づいても相関係数の算出が行えるようにしている。

【００３７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明を具
体化した第１の実施の形態について、図１〜図９を参照
して説明する。

【００３８】まず、図１を参照して、同実施の形態にか
かるセンサの異常診断装置の概略的な構成について説明
する。なお、図１は、内燃機関１の空燃比を検出する空
燃比センサＡＦｓｎｒ及び同センサＡＦｓｎｒの異常診
断等を行う電子制御装置（ＥＣＵ）３を含めた内燃機関
１の全体構成を模式的に示している。

【００３９】同図１に示されるように、ＥＣＵ３は、検
出系４を通じて検出される内燃機関１の運転状態を示す
各種データ等に基づいて、同機関１の制御を統括的に実
行する。

【００４０】ここで、内燃機関１にあって、そのシリン
ダブロック１１には、混合気の燃焼がその内部で行われ
るシリンダ１２が複数備えられている。そして、それら
各シリンダ１２の上部には、混合気への点火を行うイグ
ニッションプラグ１３や、吸気を行う吸気弁１４及び排
気を行う排気弁１５等を備えるシリンダヘッド１６が配
設されている。上記イグニッションプラグ１３は、点火
コイルを介してイグナイタ（いずれも図示略）に接続さ
れており、ＥＣＵ３による同イグナイタの制御を通じて
その点火時期が調節される。また、上記シリンダ１２内
には、内燃機関１の出力軸であるクランクシャフト１７
にコネクティングロッド１８を介して連結されるピスト
ン１９が往復動可能に収容されている。そして、このピ
ストン１９と上記シリンダヘッド１６とが対峙してなす
燃焼室２０において混合気が燃焼され、これによる同ピ
ストン１９の往復運動が上記コネクティングロッド１８
により回転運動に変換された後、クランクシャフト１７
へ伝達される。なお、シリンダ１２の周囲に設けられる
ウォータージャケット１２ａ内を循環する冷却水によ
り、各シリンダ１２及びシリンダヘッド１６等の冷却が
行われる。

【００４１】また、燃焼室２０には、吸入空気の浄化装
置であるエアクリーナ２１や吸入空気の調量機構である
スロットルバルブ２２等を備える吸気通路２３が接続さ
れており、吸入空気はエアクリーナ２１による浄化、及
びスロットルバルブ２２による調量を通じて燃焼室２０
へ供給される。また、上記スロットルバルブ２２は、そ
の開度が図示しないアクセルペダルの踏み込み量等に応
じたものとなるように、例えば、ＥＣＵ３によるスロッ
トルモータ２２ａの制御を通じて開閉駆動される。

【００４２】また、燃料噴射弁２４はＥＣＵ３からの信
号に応じて上記吸気通路２３に対して燃料の噴射供給を
行い、この噴射供給された燃料と吸入空気との混合気が
燃焼室２０に供給される。そして、上記供給された混合
気がピストン１９により圧縮され高圧となった後に、イ
グニッションプラグ１３による点火を通じて燃焼され、
このときに生じた燃焼エネルギによりクランクシャフト
１７が回転される。また、燃焼後の排気ガスは、排気弁
１５の開弁にともない、燃焼室２０に接続される排気通
路２５に排出され、触媒装置２６により浄化された後、
内燃機関１の外部へ排出される。

【００４３】また、本実施の形態にあって、検出系４
は、内燃機関１の運転状態等を検出するための回転速度
センサ４１、エアフローメータ４２及び空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒを備える構成となっている。

【００４４】ここで、クランクシャフト１７の近傍に設
けられる回転速度センサ４１は、クランクシャフト１７
の回転速度（機関回転速度Ｎｅ）を検出し、吸気通路２
３に設けられるエアフローメータ４２は、内燃機関１に
吸入される空気量（吸入空気量Ｑａｒ）を検出する。ま
た、排気通路２５に設けられる空燃比センサＡＦｓｎｒ
は、噴射燃料と吸入空気との混合比（空燃比ＡＦ）を検
出する。そして、これら各検出データはＥＣＵ３に入力
されるとともに、例えば、後述する空燃比フィードバッ
ク制御や空燃比センサＡＦｓｎｒの異常診断処理に用い
られる。

【００４５】また、空燃比センサＡＦｓｎｒの異常診断
処理を通じて同空燃比センサＡＦｓｎｒの異常が検出さ
れた場合には、ＥＣＵ３によりその旨を示す異常表示灯
Ｒｍｐが点灯される。なお、この異常表示灯Ｒｍｐは、
当該内燃機関１を搭載する車両の車室内、例えば計器パ
ネル等に設けられる。

【００４６】次に、空燃比センサＡＦｓｎｒの異常診断
装置であるＥＣＵ３の構成、及び空燃比センサＡＦｓｎ
ｒによる空燃比の検出態様について、図２を参照して説
明する。

【００４７】同図２に示すように、ＥＣＵ３は空燃比セ
ンサＡＦｓｎｒの出力（電流信号）を電圧信号に変換す
る電流電圧変換回路３１、この変換された電圧信号をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３２及びこの変
換されたデジタル信号を適宜に処理するマイクロコンピ
ュータ３３等を備えて構成される。

【００４８】ここで、マイクロコンピュータ３３は、中
央演算処理装置（ＣＰＵ）３３ａ、内燃機関１の運転状
態の制御や空燃比センサＡＦｓｎｒの異常診断を目的と
する各種プログラム等が記憶された読み出し専用メモリ
（ＲＯＭ）３３ｂを備えている。また、これらＣＰＵ３
３ａ及びＲＯＭ３３ｂとともに、検出系４を通じて検出
された各種検出データ等の書き込み及び読み出しが可能
なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３３ｃを備えてい
る。

【００４９】一方、空燃比センサＡＦｓｎｒには、それ
ぞれ電圧Ｖｐ［ｖ］及び電圧Ｖｎ［ｖ］が印加されてお
り、電圧Ｖｐが印加されている端子と上記電流電圧変換
回路３１とが接続されている。また、この電流電圧変換
回路３１は、その内部に抵抗Ｒ［Ω］を備えてＡ／Ｄコ
ンバータ３２に接続されているため、上記抵抗Ｒを流れ
る空燃比センサＡＦｓｎｒの出力電流をｉ［Ａ］とする
と、電流電圧変換回路３１からＡ／Ｄコンバータ３２へ
は、次の式［１］で表される電圧（出力電圧Ｅ［ｖ］）
が出力される。Ｅ＝ｉ×Ｒ＋Ｖｐ …［１］また、空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦｔ（ＡＦ＝１４．
７）となるときに、空燃比センサＡＦｓｎｒの出力電流
ｉが「０」となるよう上記各電圧Ｖｐ，Ｖｎの電位差が
設定されている。このため、実際の空燃比ＡＦが理論空
燃比ＡＦｔのとき、電流電圧変換回路３１からは電圧Ｖ
ｐが出力されるようになる。

【００５０】また、空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦｔ以外
のとき、電流電圧変換回路３１からは電圧Ｖｐから相対
的にずれた電圧が出力されるようになる。即ち、空燃比
ＡＦがリッチ（理論空燃比ＡＦｔよりも小さい）である
場合、空燃比センサＡＦｓｎｒからＡ／Ｄコンバータ３
２へ向かって電流（正の電流）が出力されるようにな
り、電流電圧変換回路３１からは電圧Ｖｐよりも高い電
圧が出力されるようになる。一方、空燃比ＡＦがリーン
（理論空燃比ＡＦｔよりも大きい）である場合、Ａ／Ｄ
コンバータ３２から空燃比センサＡＦｓｎｒへ向かって
電流（負の電流）が出力されるようになり、電流電圧変
換回路３１からは電圧Ｖｐよりも低い電圧が出力される
ようになる。このように、空燃比センサＡＦｓｎｒの出
力電圧Ｅは電圧Ｖｐを基準として変動するものであり、
以降ではこの基準となる電圧Ｖｐを制御中心電圧Ｖｐと
する。

【００５１】図３に、こうした空燃比センサＡＦｓｎｒ
における空燃比ＡＦと出力電圧Ｅとの関係を示す。同図
３に示されるように、空燃比センサＡＦｓｎｒは、空燃
比ＡＦの変化に対してその出力電圧Ｅがリニアに変化す
るといった特性を有する。

【００５２】次に、本実施の形態で行われる空燃比フィ
ードバック制御について図４を参照して説明する。な
お、図４は空燃比フィードバック制御における燃料噴射
量算出処理を示している。

【００５３】まずステップＳ１０１では、理論空燃比Ａ
Ｆｔ（目標空燃比）及び吸入空気量Ｑａｒに基づいて、
空燃比ＡＦを理論空燃比ＡＦｔとするために必要となる
燃料噴射量（基本燃料噴射量Ｆｉｔ）を、Ｆｉｔ＝Ｑａｒ／ＡＦｔ …［２］といった関係式から算出する。

【００５４】次にステップＳ１０２では、空燃比センサ
ＡＦｓｎｒによる出力電圧Ｅ、及び出力電圧Ｅと空燃比
ＡＦとの関係を示すマップから空燃比ＡＦ（出力空燃比
ＡＦｍ）を算出するとともに、この出力空燃比ＡＦｍに
対応する混合気が燃焼されたときの時刻を算出する。

【００５５】次にステップＳ１０３では、出力空燃比Ａ
Ｆｍ及び上記混合気が燃焼された時刻における吸入空気
量Ｑａｒｎ、基本燃料噴射量Ｆｉｔｎに基づいて、同じ
く上記混合気が燃焼された時刻における実際の燃料噴射
量Ｆｉｎ（＝Ｑａｒｎ／ＡＦｍ）と基本燃料噴射量Ｆｉ
ｔｎとの差（噴射量偏差ＤｆＦｉ）を、ＤｆＦｉ＝（Ｑａｒｎ／ＡＦｍ）−Ｆｉｔｎ …［３］といった関係式から算出するとともに、この噴射量偏差
ＤｆＦｉの積算値である噴射量偏差積算値ΣＤｆＦｉを
算出する。

【００５６】次にステップＳ１０４では、上記噴射量偏
差ＤｆＦｉ及び噴射量偏差積算値ΣＤｆＦｉに基づい
て、基本燃料噴射量Ｆｉｔに対する補正量（補正燃料噴
射量Ｆｉｒ）を、Ｆｉｒ＝（Ｋｐ×ＤｆＦｉ）＋（Ｋｓ×ΣＤｆＦｉ） …［４］といった関係式から算出する。なお、上記各係数Ｋｐ，
Ｋｓは制御ゲインであり、予め設定された値として用い
られる。

【００５７】次にステップＳ１０５では、上記基本燃料
噴射量Ｆｉｔ及び補正燃料噴射量Ｆｉｒに基づいて、最
終的な燃料の噴射量（燃料噴射量Ｆｉ）を、Ｆｉ＝（Ａ×Ｆｉｔ）＋Ｆｉｒ＋Ｂ …［５］といった関係式から算出し、本処理を一旦終了する。な
お、上記補正係数Ａ及び補正量Ｂは、内燃機関１の運転
状態等に基づいて適宜設定される値として用いられる。

【００５８】このように、上記空燃比フィードバック制
御によれば、空燃比センサＡＦｓｎｒを通じて検出され
る空燃比（出力空燃比ＡＦｍ）に基づいて燃料噴射量Ｆ
ｉを算出することにより、空燃比ＡＦの理論空燃比ＡＦ
ｔへの収束が図られる。従って、例えば排気ガスの被毒
作用により空燃比センサＡＦｓｎｒの機能が劣化したよ
うな場合、実際の空燃比ＡＦが出力空燃比ＡＦｍに適切
に反映されなくなるとともに、空燃比ＡＦの理論空燃比
ＡＦｔへの収束性が低下するようになる。

【００５９】そこで、本実施の形態においては、こうし
た事態を回避するに先立って、次に説明する異常診断処
理を通じて空燃比センサＡＦｓｎｒの異常の有無を診断
するようにしている。

【００６０】以下、図５及び図６を参照して、異常診断
処理について説明する。なお、本処理は所定の時間周期
をもって繰り返し実行される。また、以下に説明する異
常診断処理は、特に空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣
化を同センサＡＦｓｎｒの異常として検出する場合の異
常診断処理である。

【００６１】まずステップＳ２０１では、空燃比センサ
ＡＦｓｎｒの異常（応答性劣化）の有無を診断するため
の前提条件、即ち、・失火が検出されていない。・空燃比センサＡＦｓｎｒの出力異常が検出されていな
い。といった条件が満たされているか否かが判断され
る。上記各前提条件が満たされている旨判断された場合
は、ステップＳ２０２へ移り、一方、上記各前提条件が
満たされていない旨判断された場合は、本処理を一旦終
了する。なお、上記各前提条件は、本処理とは別に行わ
れている他の処理を通じて検出されるものである。ま
た、上記出力異常とは、例えば、電気回路の断線により
空燃比センサＡＦｓｎｒの出力電圧Ｅが「０」［ｖ］と
なっているような状態のことをいう。

【００６２】次にステップＳ２０２では、空燃比センサ
ＡＦｓｎｒの出力値の振れ幅Ａｍｐと所定振れ幅Ａｍｐ
ｘとに基づいて、Ａｍｐ≧Ａｍｐｘ …［６］が満たされているか否かが判断される。振れ幅Ａｍｐが
所定振れ幅Ａｍｐｘ以上である旨判断された場合は、ス
テップＳ２０３へ移り、一方、振れ幅Ａｍｐが所定振れ
幅Ａｍｐｘ以上でない旨判断された場合は、本処理を一
旦終了する。なお、上記振れ幅Ａｍｐは、例えば、以前
に検出された空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値（出力空
燃比ＡＦｍ）の所定期間における極大値と極小値との差
として算出することができる。

【００６３】次にステップＳ２０３では、〔ａ〕燃料噴射量Ｆｉ及び吸入空気量Ｑａｒからそのと
きの空燃比ＡＦを、ＡＦ＝Ｑａｒ／Ｆｉ …［７］といった関係式から算出する。〔ｂ〕燃料噴射量Ｆｉ、吸入空気量Ｑａｒ及び機関回転
速度Ｎｅから排気流量Ｑｅｘを算出する。〔ｃ〕この排気流量Ｑｅｘに基づいて上記空燃比ＡＦが
空燃比センサＡＦｓｎｒに反映されるまでの時間（セン
サ出力時間Ｔｓｎｒ）を算出する。〔ｄ〕そのときを基準としてセンサ出力時間Ｔｓｎｒが
経過したときの空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値の推定
値（推定空燃比ＡＦｅ）を、上記空燃比ＡＦ及びセンサ
出力時間Ｔｓｎｒから算出する。といった各算出処理を行う。

【００６４】なお、この推定空燃比ＡＦｅは、正常な状
態にある空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値（出力空燃比
ＡＦｍ）の相当値として算出される。次にステップＳ２
０４では、上記ステップＳ２０３を通じて算出されてい
る今回の推定空燃比ＡＦｅ_n及び前回の推定空燃比ＡＦ
ｅ_n-1から推定空燃比ＡＦｅの変化量である推定空燃比
変化量ＤｆＡＦｅ（推定値の時間微分値）を、ＤｆＡＦｍ＝ＡＦｍ_n−ＡＦｍ_n-1 …［８］といった関係式から算出する。

【００６５】ステップＳ２０５では、空燃比センサＡＦ
ｓｎｒによる今回の出力値（出力空燃比ＡＦｍ_n）及び
前回の出力値（出力空燃比ＡＦｍ_n-1）から出力空燃比
ＡＦｍの変化量である出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍ（出
力値の時間微分値）を、ＤｆＡＦｍ＝ＡＦｍ_n−ＡＦｍ_n-1 …［９］といった関係式から算出する。

【００６６】次にステップＳ２０６では、所定の期間
（例えば２０秒間）にわたって算出された出力空燃比変
化量ＤｆＡＦｍ及び推定空燃比変化量ＤｆＡＦｅに基づ
いて、これら各空燃比変化量ＤｆＡＦｍ，ＤｆＡＦｅの
相関係数ｒを、ｒ＝Σ（ＤｆＡＦｍ・ＤｆＡＦｅ）／｛Σ（ＤｆＡＦｍ）²・Σ（ＤｆＡＦｅ）²｝^1/2 …［１０］といった関係式から算出する。

【００６７】次にステップＳ２０７では、相関係数ｒと
空燃比センサＡＦｓｎｒが適切な応答性をもって作動し
ていることを示す正常時の相関係数ｒＨとに基づいて、ｒ＞０．４（＝ｒＨ） …［１１］が満たされているか否かが判断される。相関係数ｒが
０．４より大きい旨判断された場合は、ステップＳ２０
８へ移り、空燃比センサＡＦｓｎｒは正常である旨判定
して本処理を終了する。一方、相関係数ｒが０．４未満
である旨が判断された場合は、ステップＳ２０９へ移
り、相関係数ｒと空燃比センサＡＦｓｎｒに異常がある
ことを示す異常時の相関係数ｒＬとに基づいて、ｒ＜０．２（＝ｒＬ） …［１２］が満たされているか否かが判断される。相関係数ｒが
０．２未満である旨判断された場合は、ステップＳ２１
０へ移り、空燃比センサＡＦｓｎｒに異常がある旨判定
し、ステップＳ２１１において空燃比センサＡＦｓｎｒ
に異常があることを示す異常表示灯Ｒｍｐを点灯した
後、本処理を終了する。一方、相関係数ｒが０．２未満
でない判断された場合は、本処理を一旦終了する。な
お、上記各相関係数ｒＨ，ｒＬは、それぞれ正常な状態
にある空燃比センサＡＦｓｎｒあるいは応答性の劣化し
ている空燃比センサＡＦｓｎｒを通じて設定された値と
して用いられる。

【００６８】このように、上記異常診断処理によれば、
空燃比センサＡＦｓｎｒを通じて算出される出力空燃比
変化量ＤｆＡＦｍと、燃料噴射量Ｆｉ等に基づいて算出
される推定空燃比変化量ＤｆＡＦｅとの相関関係（相関
係数ｒ）に基づいて空燃比センサＡＦｓｎｒの異常診断
が行われる。

【００６９】次に、こうした異常診断処理（図５及び図
６）の作用について、前記特開平１０−５４２８５号公
報に記載されている従来の異常診断処理との対比のもと
に説明する。

【００７０】まず、上記従来の異常診断処理では、図７
に例示する態様で、空燃比センサＡＦｓｎｒの出力電圧
Ｅについてその変動傾向を監視している。ちなみに、正
常な状態にある空燃比センサＡＦｓｎｒを通じて空燃比
ＡＦの検出が行われたときの出力電圧Ｅ（出力空燃比Ａ
Ｆｍ）の変動傾向は、図７（ａ）に示される傾向とな
る。一方、応答性の劣化している空燃比センサＡＦｓｎ
ｒを通じて空燃比ＡＦの検出が行われたときの出力電圧
Ｅ（出力空燃比ＡＦｍ）の変動傾向は、図７（ｂ）に示
される傾向となる。即ち、この図７に示されるように、
空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性が劣化している場合、
その出力電圧Ｅは空燃比センサＡＦｓｎｒが正常である
場合に比べて緩やかな変動傾向を示す。

【００７１】そこで、上記従来の異常診断処理では、空
燃比センサＡＦｓｎｒの正常時と異常時（応答性劣化
時）との間にこうした違いが生じることに基づいて、次
に列記するような態様をもって空燃比センサＡＦｓｎｒ
の異常の有無を診断するようにしている。即ち、・前回の出力電圧Ｅ_n-1と今回の出力電圧Ｅ_nとから出力
電圧Ｅの変化量（出力電圧変化量△Ｅ）を算出する（図
７：時刻ｔ７１〜ｔ７２）。・この出力電圧変化量△Ｅを所定の期間（図７：Ｔ７）
にわたって積算した変動量積算値「Σ△Ｅ」、あるい
は、同積算値「Σ△Ｅ」が小さくなるほど大きくなる値
「ΣＸ／Σ△Ｅ」を判定値とする。なお、「ΣＸ」とし
ては、例えば燃料噴射量の補正量の積算値が挙げられ
る。・この変動量積算値「Σ△Ｅ」（あるいは「ΣＸ／Σ△
Ｅ」）が所定の判定値より小さい場合、空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒは正常であると判定する。・この変動量積算値「Σ△Ｅ」（あるいは「ΣＸ／Σ△
Ｅ」）が所定の判定値よりも大きい場合、空燃比センサ
ＡＦｓｎｒの応答性が劣化していると判定する。といっ
た態様をもって空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化を
検出するようにしている。

【００７２】ところが前述のように、近年は、空燃比フ
ィードバック制御技術の向上にともない空燃比ＡＦが理
論空燃比ＡＦｔに非常に近いところに維持されるように
なり、従来の空燃比フィードバック制御に比べて空燃比
ＡＦの変動度合いが非常に小さなものとなっている。こ
うした最近の空燃比フィードバック制御によれば、正常
な状態にある、あるいは応答性の劣化している空燃比セ
ンサＡＦｓｎｒを通じて空燃比ＡＦの検出が行われたと
きの出力電圧Ｅ（出力空燃比ＡＦｍ）は、それぞれ図８
（ａ），（ｂ）に示すような変動傾向を示すようにな
る。

【００７３】即ち、この図８に示されるように、空燃比
センサＡＦｓｎｒが正常であっても、その出力電圧Ｅの
変動が非常に緩やかであるため、この正常である場合と
応答性が劣化している場合とにおける出力電圧Ｅのそれ
ぞれの変動周期も同じような周期となっている。

【００７４】ここで、こうした空燃比センサＡＦｓｎｒ
の使用環境において、上記従来の異常診断処理が行われ
た場合を想定する。即ち、前回の出力電圧Ｅ_n-1と今回
の出力電圧Ｅ_nとから算出される出力電圧Ｅの変化量
（出力電圧変化量△Ｅ）を所定の期間（図８：Ｔ８）に
わたって積算した変動量積算値「Σ△Ｅ」を判定値とし
て空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化についての判定
が行われたとする。あるいは、同積算値「Σ△Ｅ」が小
さくなるほど大きくなる値「ΣＸ／Σ△Ｅ」を判定値と
して空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化についての判
定が行われたとする。これらの場合、上述のように出力
電圧Ｅの変動周期がほぼ同じであるため、空燃比センサ
ＡＦｓｎｒが正常である場合の判定値と空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒの応答性が劣化している場合の判定値とが非常
に接近した値となり、上記判定値に基づいての応答性劣
化の判定が困難となる。

【００７５】このように、空燃比センサＡＦｓｎｒの応
答性が劣化することにより出力電圧Ｅの変動傾向が緩や
かになるといったことに基づいての異常診断処理では、
同センサＡＦｓｎｒの使用環境によってその応答性の劣
化を的確に検出できないおそれがある。

【００７６】ところで、空燃比センサＡＦｓｎｒが正常
な状態にある場合、正常な空燃比センサＡＦｓｎｒの出
力値の相当値として算出される推定値（推定空燃比ＡＦ
ｅ）と、実際の空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値（出力
空燃比ＡＦｍ）とには相関がみられる。従って、出力空
燃比ＡＦｍと推定空燃比ＡＦｅとの相関が弱い場合に
は、出力空燃比ＡＦｍは実際の空燃比ＡＦを適切に反映
していない、即ち空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性が劣
化している可能性が高いといえる。

【００７７】また、空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値の
時間微分値（出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍ）と空燃比セ
ンサＡＦｓｎｒの推定値の時間微分値（推定空燃比変化
量ＤｆＡＦｅ）とに相関がない場合も同様に、空燃比セ
ンサＡＦｓｎｒの応答性が劣化している可能性が高いと
いえる。

【００７８】そこで、本実施の形態においては、出力値
の変化量（出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍ）と推定値の変
化量（推定空燃比変化量ＤｆＡＦｅ）との相関係数ｒに
基づいて、同センサＡＦｓｎｒの応答性劣化を検出する
ようにしている。

【００７９】このように、出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍ
と推定空燃比変化量ＤｆＡＦｅとの相関係数ｒに基づい
て空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化の判定を行うこ
とで、例えば図８に例示したような使用環境にあって
も、その応答性劣化の検出が可能となる。

【００８０】以下、本実施の形態の異常診断装置による
空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化の検出態様につい
て、その一例を図９及び図１０を参照して説明する。こ
こでは、以下の２種の状況、即ち〔イ〕空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性が劣化してお
り、その出力値（出力電圧Ｅ）が、制御中心電圧Ｖｐで
ある３．３［ｖ］を中心として、２．３〜４．３［ｖ］
の範囲で変動している（図９：実線）。〔ロ〕空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性が劣化してお
り、その出力値（出力電圧Ｅ）が、制御中心電圧Ｖｐで
ある３．３［ｖ］を中心として、３．２〜３．４［ｖ］
の範囲で変動している（図１０：実線）。といった２つ
の状況において、それぞれ空燃比センサＡＦｓｎｒに対
する異常診断処理が行われる場合を想定する。なお、上
記〔イ〕の状況は、従来の空燃比フィードバック制御に
おける空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値の変動傾向（図
７（ｂ））に、また上記〔ロ〕の状況は、最近の空燃比
フィードバック制御における空燃比センサＡＦｓｎｒの
出力値の変動傾向（図８（ｂ））にそれぞれ準じたもの
となっている。

【００８１】まず、上記〔イ〕の状況においては、空燃
比センサＡＦｓｎｒの応答性が劣化しているため、出力
値の変動軌跡を示す波形（図９：実線）と推定値の変動
軌跡を示す波形（図９：一点鎖線）とに大きなずれが生
じる。

【００８２】そして、出力値の変化量（出力空燃比変化
量ＤｆＡＦｍ）と推定値の変化量（推定空燃比変化量Ｄ
ｆＡＦｅ）との相関係数ｒは、こうした各波形のずれが
反映された値として算出されるため、空燃比センサＡＦ
ｓｎｒの応答性劣化を的確に検出することが可能とな
る。

【００８３】一方、上記〔ロ〕の状況においては、空燃
比センサＡＦｓｎｒの応答性が劣化しているため、出力
値の変動軌跡を示す波形（図９：実線）と推定値の変動
軌跡を示す波形（図９：一点鎖線）とに位相のずれが生
じる。なお、上記〔ロ〕の状況は、上述のように正常な
状態にある空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値自体が緩や
かな変動傾向を示す使用環境であるため、応答性の劣化
している同センサＡＦｓｎｒの出力値の波形と推定値と
の波形のずれが上記〔イ〕の状況に比べて小さなものと
なっている。

【００８４】そして、この場合も上記〔イ〕の状況と同
様に、出力値の変化量（出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍ）
と推定値の変化量（推定空燃比変化量ＤｆＡＦｅ）との
相関係数ｒは、上記各波形の位相のずれが反映された値
として算出されるため、空燃比センサＡＦｓｎｒの応答
性劣化を的確に検出することが可能となる。

【００８５】以上詳述したように、この実施の形態にか
かるセンサの異常診断装置によれば、以下に列記するよ
うな優れた効果が得られるようになる。（１）本実施の形態では、異常診断処理（図５及び図
６）を通じて空燃比センサＡＦｓｎｒに対する異常診断
を行うようにしている。これにより、空燃比センサＡＦ
ｓｎｒの応答性劣化を的確に検出することができるよう
になる。

【００８６】（２）本実施の形態では、出力空燃比ＡＦ
ｍ（出力値）の変化量である出力空燃比変化量ＤｆＡＦ
ｍと、推定空燃比ＡＦｅ（推定値）の変化量である推定
空燃比変化量ＤｆＡＦｅとの相関係数ｒに基づいて空燃
比センサＡＦｓｎｒの異常の有無を診断するようにして
いる。これにより、正常な状態にある場合と応答性の劣
化している場合とで、それら各変動周期に明確な違いが
現れないような使用環境にあっても、空燃比センサＡＦ
ｓｎｒの応答性の劣化を的確に検出することができるよ
うになる。

【００８７】（３）本実施の形態では、空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒの出力値の変化量（出力空燃比変化量ＤｆＡＦ
ｍ）と同センサＡＦｓｎｒの推定値の変化量（推定空燃
比変化量ＤｆＡＦｅ）との相関係数ｒを算出するように
している。ちなみに、出力値（出力空燃比ＡＦｍ）と推
定値（推定空燃比ＡＦｅ）との相関係数ｒに基づいて空
燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化を検出することも可
能であるが、この場合、次のようなことが懸念される。
即ち、相関係数ｒを算出するための関係式、ｒ＝Σ｛（ＡＦｍ−ＡＦａ）・（ＡＦｅ−ＡＦａ）｝／｛Σ（ＡＦｍ−ＡＦａ）²・Σ（ＡＦｅ−ＡＦａ）²｝^1/2 …［１３］ＡＦｍ_n：センサの出力値、ＡＦａ：出力値の平均値ＡＦｅ_n：センサの推定値、ＡＦａ：推定値の平均値において、平均値ＡＦａである制御中心電圧Ｖｐが内燃
機関１の運転状態に応じて変更されることがある。この
ため、上記相関係数ｒの算出に際して正確な平均値（制
御中心電圧Ｖｐ）が用いられないことも考えられる。そ
して、正確な平均値が用いられないような場合には、算
出される相関係数ｒに誤差が含まれるようになるため、
空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化の検出が的確に行
われないおそれもある。この点、本実施の形態では、こ
うした平均値の影響を受けない出力空燃比ＡＦｍ及び推
定空燃比ＡＦｅのそれぞれの変化量（時間微分値）の相
関係数ｒを算出するようにしているため、より的確に空
燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化を検出することがで
きるようになる。また一方で、制御中心電圧Ｖｐが変更
されるときにその変更中の制御中心電圧Ｖｐを適宜算出
することで、出力空燃比ＡＦｍと推定空燃比ＡＦｅとの
相関係数ｒの算出に際して正確な平均値を用いるといっ
た方法も考えられるが、この場合、制御中心電圧Ｖｐの
算出処理を新たに行う必要が生じる。これに対して、本
実施の形態では、時間微分値の相関係数ｒを算出するよ
うにしているため、そうした新たな処理を追加する必要
が生じることもない。このように、本実施の形態におい
ては、相関係数ｒの算出にかかる処理を複雑化すること
なく、同相関係数ｒを的確に算出することができるよう
になる。これにより、ＥＣＵ３の演算負荷等を増大させ
ることなく、信頼性の高い判定結果を得ることができる
ようになる。

【００８８】（４）本実施の形態では、異常診断処理
（図５及び図６）を通じて空燃比センサＡＦｓｎｒが正
常に作動している旨判断されたときは、以降の内燃機関
１の運転中において同処理を行わないようにしている。
ちなみに、空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性は基本的に
は徐々に劣化するため、同センサＡＦｓｎｒが適切な応
答性をもって作動している旨判定されて以降は、異常診
断を特に行わなくとも空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性
劣化を見過ごすおそれはないといえる。そこで、本実施
の形態では、相関係数ｒが空燃比センサＡＦｓｎｒが適
切な応答性をもって作動していることを示す正常時の相
関係数ｒＨよりも大きいと判断されて以降、同センサＡ
Ｆｓｎｒの異常診断にかかる処理を行わないようにする
ことで、ＥＣＵ３の演算負荷等が軽減されるようにして
いる。

【００８９】（５）本実施の形態では、他の処理を通じ
て空燃比センサＡＦｓｎｒの出力異常が検出されている
旨判断されたときには、空燃比センサＡＦｓｎｒの異常
診断を行わないようにしている。ちなみに、空燃比セン
サＡＦｓｎｒの異常状態としては、例えば、「経時的な
応答性の劣化」や「電気系統の異常による出力異常」と
いったものが挙げられる。そこで、本実施の形態におい
ては、他の処理を通じて空燃比センサＡＦｓｎｒの出力
異常が検出されるとき同センサＡＦｓｎｒの異常診断を
行わないことで、応答性劣化が空燃比センサＡＦｓｎｒ
の異常として検出されるようにしている。これにより、
空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化をより的確に検出
することができるようになる。

【００９０】（６）本実施の形態では、他の処理を通じ
て内燃機関１の失火が検出されている旨判断されたとき
には、空燃比センサＡＦｓｎｒの異常診断を行わないよ
うにしている。ちなみに、内燃機関１にて失火が生じた
ときは混合気の燃焼状態が通常とは大きく異なるため、
空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値の推定が困難となる。
そこで、本実施の形態では、失火が検出されるときには
相関係数ｒの算出にかかる処理を行わない（保留する）
ことで、同相関係数ｒの精度が適切に確保されるように
している。

【００９１】（７）本実施の形態では、空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒの出力値の振れ幅Ａｍｐが所定振れ幅Ａｍｐｘ
未満であるときには、相関係数ｒの算出にかかる以降の
処理を行わないようにしている。ちなみに、空燃比セン
サＡＦｓｎｒの出力値には誤差が含まれることもあるた
め、同センサＡＦｓｎｒの振れ幅Ａｍｐが小さくなるほ
ど出力値における誤差の影響が相対的に大きくなるとい
える。そこで、上記構成においては、空燃比センサＡＦ
ｓｎｒの出力値の振れ幅Ａｍｐが所定振れ幅Ａｍｐｘ未
満であるときには、相関係数ｒの算出にかかる処理を行
わないようにすることで、同相関係数がより高い精度を
もって算出されるようにしている。

【００９２】（８）本実施の形態では、・燃料噴射量Ｆｉと吸入空気量Ｑａｒとから空燃比ＡＦ
を推定する。・燃料噴射量Ｆｉ、吸入空気量Ｑａｒ及び機関回転速度
Ｎｅから算出される排気流量Ｑｅｘに基づいて上記空燃
比ＡＦが空燃比センサＡＦｓｎｒに反映されるまでの時
間（センサ出力時間Ｔｓｎｒ）を推定する。・上記空燃比ＡＦ及びセンサ出力時間Ｔｓｎｒに基づい
て、空燃比センサＡＦｓｎｒの検出値を推定する。とい
った処理を通じて推定空燃比ＡＦｅを算出するようにし
ている。これにより、空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値
を的確に推定できるようになるとともに、より高い精度
をもって相関係数ｒが算出されるようになる。

【００９３】（９）本実施の形態では、相関係数ｒが正
常時の相関係数ｒＨ（０．４）以下、且つ異常時の相関
係数ｒＬ（０．２）以上である場合には、そのときの相
関係数ｒに基づいて空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣
化を判定しないようにしている。ちなみに、出力空燃比
ＡＦｍ及び推定空燃比ＡＦｅにはそれぞれ誤差が含まれ
ることもあり、こうした場合には相関係数ｒに出力空燃
比変化量ＤｆＡＦｍと推定空燃比変化量ＤｆＡＦｅとの
相関関係が適切に反映されないようになる。従って、例
えば、上記算出される相関係数ｒが異常時の相関係数ｒ
Ｌ（０．２）近傍の値であるような場合、空燃比センサ
ＡＦｓｎｒの応答性劣化についての判定が誤った結果と
なるおそれもある。そこで、本実施の形態では、異常時
の相関係数ｒＬ（０．２）と正常時の相関係数ｒＨ
（０．４）との間に判定結果を保留とする領域を設ける
ことで、空燃比センサＡＦｓｎｒに対する誤判定が的確
に回避されるようにしている。

【００９４】（１０）本実施の形態では、異常診断処理
（図５及び図６）を通じて空燃比センサＡＦｓｎｒの異
常が検出されたときは、異常表示灯Ｒｍｐを点灯するよ
うにしている。これにより、運転者等に空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒの異常を的確に知らしめることができるように
なる。

【００９５】（第２の実施の形態）本発明を具体化した
第２の実施の形態について、図１１を参照して説明す
る。なお、同実施の形態にかかるセンサの異常診断装置
の基本的な構成は、図１及び図２にて示される先の第１
の実施の形態にかかる装置と同様であるため、その説明
を省略する。

【００９６】次に、本実施の形態の異常診断処理につい
て説明する。ここで、本実施の形態の異常診断処理も基
本的には前記第１の実施の形態と同様であるが、図５及
び図６に示す異常診断処理のステップＳ２０２とＳ２０
３との間にさらに以下に説明する処理（図１１）が加え
られたものとなっている。

【００９７】まず、前記ステップＳ２０１の判断処理が
行われた後、本実施の形態で新たに追加されるステップ
Ｓ２０１ａへ移る。このステップＳ２０１ａでは、吸入
空気量Ｑａｒに基づいて前記ステップＳ２０２の判断処
理にて用いられる所定振れ幅Ａｍｐｘを設定する。な
お、この所定振れ幅Ａｍｐｘの設定は、・吸入空気量Ｑａｒが基準の吸入空気量に対して大きな
値となるほど所定振れ幅Ａｍｐｘは小さい値に設定され
る。・吸入空気量Ｑａｒが基準の吸入空気量に対して小さな
値となるほど所定振れ幅Ａｍｐｘは大きい値に設定され
る。といった態様をもって行われる。

【００９８】そして前記ステップＳ２０２では、出力値
の振れ幅Ａｍｐがこの設定される所定振れ幅Ａｍｐｘ以
上であるか否かが判断され、以降は前記第１の実施の形
態と同様の処理が行われる。

【００９９】ところで、吸入空気量Ｑａｒが大きくな
る、即ち吸入空気の流入速度が速くなるほど空燃比ＡＦ
が空燃比センサＡＦｓｎｒに反映されるまでの時間（セ
ンサ出力時間Ｔｓｎｒ）が短くなる傾向にある。

【０１００】従って、例えば次のような関係にある各吸
入空気量Ｑａｒ、即ち「Ｑａｒ₁＞Ｑａｒ₂」といった関
係にある吸入空気量Ｑａｒに基づいて、それぞれ、・燃料噴射量Ｆｉ、吸入空気量Ｑａｒ₁及び機関回転速
度Ｎｅから推定される第１のセンサ出力時間Ｔｓｎ
ｒ₁。・燃料噴射量Ｆｉ、吸入空気量Ｑａｒ₂及び機関回転速
度Ｎｅから推定される第２のセンサ出力時間Ｔｓｎ
ｒ₂。といった各出力時間が算出されたとすると、上記
算出された各出力時間の関係は「Ｔｓｎｒ₁＞Ｔｓｎ
ｒ₂」となる。

【０１０１】そして、上記各出力時間Ｔｓｎｒ₁，Ｔｓ
ｎｒ₂にはそれぞれ同じ割合で推定による誤差が含まれ
るものとすると、・第１のセンサ出力時間Ｔｓｎｒ₁に対応する実際のセ
ンサ出力時間と第１のセンサ出力時間Ｔｓｎｒ₁との
差、即ち誤差により生じる時間差△Ｔｓｎｒ₁。・第２のセンサ出力時間Ｔｓｎｒ₂に対応する実際のセ
ンサ出力時間と第２のセンサ出力時間Ｔｓｎｒ₂との
差、即ち誤差により生じる時間差△Ｔｓｎｒ₂。といっ
たこれら各値の関係は「△Ｔｓｎｒ₁＜△Ｔｓｎｒ₂」と
なる。このように、吸入空気量Ｑａｒが大きな値となる
ほど、推定されたセンサ出力時間Ｔｓｎｒの誤差が小さ
くなる傾向にある。

【０１０２】従って、吸入空気量Ｑａｒが大きな値とな
るほど、出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍと推定空燃比変化
量ＤｆＡＦｅとの相関係数ｒは高い精度をもって算出さ
れるようになるといえる。

【０１０３】そこで、本実施の形態では、吸入空気量Ｑ
ａｒに応じて出力値の振れ幅Ａｍｐに対する判定値であ
る所定振れ幅Ａｍｐｘを設定することで、算出される相
関係数ｒの精度を確保しつつ、より広い範囲にわたって
の空燃比センサＡＦｓｎｒの検出データに基づいて相関
係数ｒを算出することができるようにしている。

【０１０４】以上詳述したように、この第２の実施の形
態にかかるセンサの異常診断装置によれば、先の第１の
実施の形態による前記（１）〜（１０）の効果に加え
て、さらに以下に示すような効果が得られるようにな
る。

【０１０５】（１１）本実施の形態では、吸入空気量Ｑ
ａｒに応じて出力値の振れ幅Ａｍｐに対する判定値（所
定振れ幅Ａｍｐｘ）を設定するようにしている。これに
より、相関係数ｒの精度を確保しつつ、より広い範囲に
わたっての空燃比センサＡＦｓｎｒの検出データに基づ
いて相関係数ｒを算出することができるようになるとと
もに、より多様な空燃比センサＡＦｓｎｒの使用環境に
おいて、同センサＡＦｓｎｒの異常診断を行うことがで
きるようになる。また、吸入空気量Ｑａｒが小さな値を
示すような場合にあっては、算出される相関係数ｒの精
度が的確に確保されるようになり、空燃比センサＡＦｓ
ｎｒの応答性劣化の判定結果も信頼性の高いものとな
る。

【０１０６】（第３の実施の形態）本発明を具体化した
第３の実施の形態について、図１２及び図１３を参照し
て説明する。

【０１０７】なお、同実施の形態にかかるセンサの異常
診断装置の基本的な構成も、図１及び図２にて示される
先の第１の実施の形態にかかる装置と同様であるため、
その説明を省略する。

【０１０８】ここで、本実施の形態の異常診断処理を説
明するに先立って、その概要について説明する。本実施
の形態では、先の第１の実施の形態における、・出力値の変化量（出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍ）と推
定値の変化量（推定空燃比変化量ＤｆＡＦｅ）との相関
係数ｒに基づいて空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化
についての判定を行う。といった構成に対して、・出力値（出力空燃比ＡＦｍ）と推定値（推定空燃比Ａ
Ｆｅ）との相関係数ｒに基づいて空燃比センサＡＦｓｎ
ｒの応答性劣化についての判定を行う。といった構成を
採用したものとなっている。

【０１０９】ちなみに、この応答性劣化の検出処理は、
先の第１の実施の形態においては課題を抱える処理とし
ているが、本実施の形態では、先に述べた課題を解消す
る処理をあわせ備えることで、空燃比センサＡＦｓｎｒ
の応答性劣化を的確に検出することを可能としている。

【０１１０】以下、本実施の形態の異常診断処理につい
て図１２を参照して説明する。ここで、本実施の形態の
異常診断処理も基本的には前記第１の実施の形態と同様
であるが、以下に説明する変更が加えられたものとなっ
ている。

【０１１１】まず、前記ステップＳ２０１及びＳ２０２
の判断処理（図５）が行われた後、変更が加えられるス
テップＳ２０２ａ以降の処理（図１２）へ移る。このス
テップＳ２０２ａでは、いま、目標空燃比（理論空燃比
ＡＦｔ）の変更が行われたか否かが判断される。いま、
目標空燃比の変更が行われた旨判断された場合は、ステ
ップＳ２０２ｄへ移り、目標空燃比が変更されてからの
経過時間を示す変更後経過時間Ｔｃｎｇのカウントを開
始して本処理を一旦終了する。一方、いま、目標空燃比
の変更が行われていない旨判断された場合は、ステップ
Ｓ２０２ｂへ移り、変更後経過時間Ｔｃｎｇが所定経過
時間Ｔｃｎｇｘ以上であるか否かが判断される。変更後
経過時間Ｔｃｎｇが所定経過時間Ｔｃｎｇｘ以上である
旨判断された場合は、ステップＳ２０２ｃへ移り、一
方、変更後経過時間Ｔｃｎｇが所定経過時間Ｔｃｎｇｘ
以上でない旨判断された場合は、本処理を一旦終了す
る。なお、上記目標空燃比の変更は、他の処理を通じて
所定の条件（例えば、内燃機関１に対して所定出力以上
の出力が要求されている）が満たされている旨判断され
た場合に行われる。また、上記所定経過時間Ｔｃｎｇｘ
は、目標空燃比の変更が行われた場合、同目標空燃比が
変更前の値から変更後の値となるまでに要する時間とし
て予め設定されている値である。

【０１１２】ステップＳ２０２ｃでは、変更後経過時間
Ｔｃｎｇをクリアする。次にステップＳ２０３ａでは、
前記ステップＳ２０３と同様の態様をもって空燃比セン
サＡＦｓｎｒの出力値の推定値（推定空燃比ＡＦｅ）を
算出する。

【０１１３】次にステップＳ２０５ａでは、空燃比セン
サＡＦｓｎｒの出力値から出力空燃比ＡＦｍを算出す
る。次にステップＳ２０６ａでは、所定の期間（例えば
２０秒間）にわたって算出された出力空燃比ＡＦｍ及び
推定空燃比ＡＦｅに基づいて、これら各空燃比変化量Ｄ
ｆＡＦｍ，ＤｆＡＦｅの相関係数ｒを、ｒ＝Σ｛（ＡＦｍ−ＡＦａ）・（ＡＦｅ−ＡＦａ）｝／｛Σ（ＡＦｍ−ＡＦａ）²・Σ（ＡＦｅ−ＡＦａ）²｝^1/2 …［１３］といった関係式から算出する。なお、上記関係式におけ
るＡＦａは、出力空燃比ＡＦｍ及び推定空燃比ＡＦｅの
平均値であり、基本的には理論空燃比ＡＦｔが上記平均
値ＡＦａとして用いられる。

【０１１４】そして前記ステップＳ２０７以降では、上
記式［１３］を通じて算出される相関係数ｒに基づいて
空燃比センサＡＦｓｎｒが正常あるいは異常であるかの
判定が行われる。

【０１１５】このように、上記異常診断処理によれば、
空燃比センサＡＦｓｎｒによる出力空燃比ＡＦｍと、燃
料噴射量Ｆｉ等に基づいて算出される推定空燃比ＡＦｅ
との相関関係（相関係数ｒ）に基づいて空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒの異常診断が行われる。

【０１１６】次に、こうした異常診断処理（図５、図６
及び図１２）により奏せられる効果について、以下に示
す制御態様に基づいて説明する。図１３に、空燃比フィ
ードバック制御における目標空燃比の変更処理につい
て、その一例を示す。

【０１１７】例えば、時刻ｔ１１１において内燃機関１
に対して所定出力以上の出力が要求された旨検出された
とすると、目標空燃比が理論空燃比ＡＦｔからリッチ側
に変更される。換言すれば、制御中心電圧Ｖｐが３．３
［ｖ］からそれよりも低い値に変更されるといった処理
が行われる。

【０１１８】このとき、実際の目標空燃比は、基準とし
て設定されている目標空燃比（理論空燃比ＡＦｔ）から
徐々に次の目標空燃比（ＡＦｔｒ）に移行し、変更後の
目標空燃比に達した時刻ｔ１１２以降、一定に維持され
るようになる。

【０１１９】従って、例えば出力値（出力空燃比ＡＦ
ｍ）と推定値（推定空燃比ＡＦｅ）との相関係数ｒの算
出が上記時刻ｔ１１１〜ｔ１１２の期間を含めて行われ
たとすると、上記式［１３］における平均値ＡＦａであ
る理論空燃比ＡＦｔが実際には変動していることによ
り、正確な相関係数ｒが算出されないようになる。一方
で、上記時刻ｔ１１１〜ｔ１１２の間における目標空燃
比を算出し、この算出される目標空燃比を上記平均値Ａ
Ｆａとして用いることも考えられるが、この場合には新
たに上記目標空燃比の算出にかかる処理を行う必要が生
じる。

【０１２０】そこで、本実施の形態では、目標空燃比の
変更が行われてからの時間（変更後経過時間Ｔｃｎｇ）
が所定経過時間Ｔｃｎｇｘ以上となるまでは相関係数ｒ
の算出にかかる処理を行わないようにすることで、上記
目標空燃比の算出にかかる処理を割愛することができる
ようにしている。

【０１２１】以上詳述したように、この第３の実施の形
態にかかるセンサの異常診断装置によっても、先の第１
の実施の形態による前記（１）〜（１０）の効果に準じ
た効果が得られるようになる。

【０１２２】なお、上記第３の実施の形態は、これを適
宜変更した、例えば次のような形態として実施すること
もできる。・上記第３の実施の形態に、上記第２の実施の形態にて
例示した吸入空気量Ｑａｒに応じて所定振れ幅Ａｍｐｘ
を設定するといった構成を採用することもできる。こう
した構成を採用した場合にも、上記第２の実施の形態に
準じた効果が得られるようになる。

【０１２３】・上記第３の実施の形態では、目標空燃比
が変更されてからの時間（変更後経過時間Ｔｃｎｇ）が
所定経過時間Ｔｃｎｇｘ以上となるまでは、相関係数ｒ
の算出にかかる処理を行わない構成としたが、例えば次
のように変更することもできる。即ち、目標空燃比が変
更されてからこの目標空燃比が変更後の値に一定に維持
されるまでの間（図１３：時刻ｔ１１１〜ｔ１１２）に
あっても同目標空燃比を適宜算出する処理を行う構成と
してもよい。こうした構成を採用した場合にも、相関係
数ｒの算出に際して適切な平均値ＡＦａが用いられるよ
うになる。

【０１２４】（第４の実施の形態）本発明を具体化した
第４の実施の形態について、図１４を参照して説明す
る。なお、同実施の形態にかかるセンサの異常診断装置
の基本的な構成も、図１及び図２に示される先の第１の
実施の形態にかかる装置と同様であるため、その説明を
省略する。

【０１２５】次に、本実施の形態の異常診断処理につい
て図１４を参照して説明する。ここで、本実施の形態の
異常診断処理は基本的には前記第３の実施の形態と同様
であるが、前記ステップＳ２０２ａ〜Ｓ２０２ｄまでの
処理（図１２）に代えて、新たに以下に説明する図１４
のステップＳ２０２ｅの処理が行われるものとなってい
る。

【０１２６】まず、前記ステップＳ２０１及びＳ２０２
の判断処理（図５）が行われた後、本実施の形態で新た
に行われるステップＳ２０２ｅの処理へ移る。このステ
ップＳ２０２ｅでは、現在の目標空燃比が基準として設
定されている目標空燃比（理論空燃比ＡＦｔ）であるか
否かが判断される。現在の目標空燃比が基準として設定
されている目標空燃比（理論空燃比ＡＦｔ）である旨判
断された場合は、前記ステップＳ２０３ａ（図１２）へ
移り、以降前記第３の実施の形態に準じた処理が行われ
る。一方、現在の目標空燃比が基準として設定されてい
る目標空燃比（理論空燃比ＡＦｔ）でない旨判断された
場合は、本処理を一旦終了する。

【０１２７】なお、上記基準として設定されている目標
空燃比とは、内燃機関１が通常の運転状態にあるときに
設定される値である。こうした処理によれば、目標空燃
比が変更されている場合、即ち相関係数ｒの算出式であ
る前記式［１３］の平均値ＡＦａに、基準として設定さ
れている目標空燃比（理論空燃比ＡＦｔ）以外の値を用
いる必要が生じる場合は、相関係数ｒの算出が行われな
いようになる。これにより、本実施の形態によっても、
前記第３の実施の形態同様に、・相関係数ｒの算出に際して適切な平均値が用いられな
くなる。といった懸念が解消されるとともに、・適切な平均値を算出するための処理を新たに行う必要
が生じる。といった演算負荷の増大を解消することがで
きるようになる。

【０１２８】以上詳述したように、この第４の実施の形
態にかかるセンサの異常診断装置によっても、先の第１
あるいは第３の実施の形態による前記（１）〜（１０）
の効果に準じた効果が得られるようになる。

【０１２９】なお、上記第４の実施の形態は、これを適
宜変更した、例えば次のような形態として実施すること
もできる。・上記第４の実施の形態に、上記第２の実施の形態にて
例示した吸入空気量Ｑａｒに応じて所定振れ幅Ａｍｐｘ
を設定するといった構成を採用することもできる。こう
した構成を採用した場合にも、上記第２の実施の形態に
準じた効果が得られるようになる。

【０１３０】・上記第４の実施の形態では、基準として
設定される目標空燃比が理論空燃比ＡＦｔである場合を
想定したが、この基準として設定される目標空燃比が理
論空燃比ＡＦｔ以外の値に設定されている場合であって
も上記第４の実施の形態に準じた効果が得られるように
なる。

【０１３１】（その他の実施の形態）その他、上記各実
施の形態に共通に変更可能な要素としては、次のような
ものがある。

【０１３２】・上記各実施の形態では、空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒの異常診断に際して、「失火が検出されていな
い」といった前提条件が満たされるか否かを判断するよ
うにした（図５：ステップＳ２０１）。しかし、この前
提条件は上記各実施の形態にて例示した条件に限られ
ず、適宜変更あるいは追加することができる。要する
に、空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値の推定が困難とな
るような場合は同センサＡＦｓｎｒの異常診断処理を行
わないとすることができる条件であれば、そのための条
件として任意のものを採用してもよい。

【０１３３】・上記各実施の形態では、空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒの異常診断に際して、「空燃比センサＡＦｓｎ
ｒの出力異常が検出されていない」といった前提条件が
満たされるか否かを判断するようにした（図５：ステッ
プＳ２０１）。しかし、この前提条件も上記各実施の形
態にて例示した条件に限られず、適宜変更あるいは追加
することができる。要するに空燃比センサＡＦｓｎｒの
応答性劣化以外の異常が生じている場合は同センサＡＦ
ｓｎｒの異常診断処理を行わないとすることができる条
件であれば、そのための条件として任意のものを採用し
てもよい。

【０１３４】・また、上記「空燃比センサＡＦｓｎｒの
出力異常が検出されていない」といった前提条件につい
てはこれを省略した構成として異常診断処理を行うこと
もできる。こうした構成を採用した場合には、空燃比セ
ンサＡＦｓｎｒの応答性劣化以外の異常も検出すること
ができるようになる。

【０１３５】・上記各実施の形態では、空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒの応答性劣化の判定に際して、〔イ〕相関係数ｒが正常時の相関係数ｒＨ（０．４）よ
り大きい場合、空燃比センサＡＦｓｎｒは正常であると
判定する（図６：ステップＳ２０７）。〔ロ〕相関係数ｒが異常時の相関係数ｒＬ（０．２）未
満である場合、空燃比センサＡＦｓｎｒは異常であると
判定する（図６：ステップＳ２０９）。といった判定条
件を採用する構成としたが、上記各相関係数ｒＨ，ｒＬ
は、上記各実施の形態にて例示した値（ｒＨ＝０．４，
ｒＬ＝０．２）に限られず適宜変更することができる。
なお、この判定値の変更に際しては、例えば、正常な状
態にある空燃比センサＡＦｓｎｒの出力特性、応答性の
劣化している空燃比センサＡＦｓｎｒの出力特性等に基
づいて設定することができる。

【０１３６】・上記各実施の形態では、相関係数ｒが正
常時の相関係数ｒＨ（０．４）より大きい場合、空燃比
センサＡＦｓｎｒは正常であると判定し（図６：ステッ
プＳ２０７）、以降の内燃機関１の運転中において異常
診断処理（図５及び図６）を行わない構成としたが、例
えば次のように変更することができる。即ち、この正常
時の相関係数ｒＨ（０．４）に基づく判定処理を省略
し、空燃比センサＡＦｓｎｒが異常であるか否かの判定
（図６：ステップＳ２０９）のみを行う構成とすること
もできる。こうした構成を採用した場合には、より簡易
な構成をもって異常診断処理を行うことができるように
なる。

【０１３７】・上記各実施の形態では、例えば２０秒間
にわたって算出された出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍ及び
推定空燃比変化量ＤｆＡＦｅを用いて相関係数ｒを算出
する構成としたが、これら出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍ
及び推定空燃比変化量ＤｆＡＦｅのサンプリング期間は
上記２０秒間に限られず適宜変更可能である。

【０１３８】・また、上記サンプリング期間の変更に際
しては、相関係数ｒの精度が適切に確保される期間、例
えば出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍ及び推定空燃比変化量
ＤｆＡＦｅの少なくとも数周期以上に相当する期間を設
定することが望ましい。

【０１３９】・上記各実施の形態では、空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒの出力値の振れ幅Ａｍｐが所定振れ幅Ａｍｐｘ
未満である旨判断された場合は、異常診断処理を一旦終
了する構成としたが（図５：ステップＳ２０２）、例え
ば次のように変更することもできる。即ち、この処理を
省略した構成として上記異常診断処理を行うこともでき
る。こうした構成を採用した場合には、より簡易な構成
をもって空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性劣化を検出す
ることができるようになる。

【０１４０】・上記各実施の形態では、〔ハ〕燃料噴射量Ｆｉと吸入空気量Ｑａｒとから空燃比
ＡＦを推定する。〔二〕燃料噴射量Ｆｉ、吸入空気量Ｑａｒ及び機関回転
速度Ｎｅから算出される排気流量Ｑｅｘに基づいて上記
空燃比ＡＦが空燃比センサＡＦｓｎｒに反映されるまで
の時間（センサ出力時間Ｔｓｎｒ）を推定する。〔ホ〕上記空燃比ＡＦ及びセンサ出力時間Ｔｓｎｒに基
づいて、空燃比センサＡＦｓｎｒの出力値を推定する。
といった処理（図５：ステップＳ２０３）を通じて推定
空燃比ＡＦｅを算出する構成としたが、例えば次のよう
に変更することもできる。即ち、上記センサ出力時間Ｔ
ｓｎｒの推定に際して、さらに吸気通路２３の圧力（吸
気管圧力）をあわせ用いて同時間Ｔｓｎｒを推定する構
成とすることもできる。こうした構成を採用した場合に
は、より高い精度をもって推定空燃比ＡＦｅひいては相
関係数ｒを算出することができるようになり、空燃比セ
ンサＡＦｓｎｒの応答性劣化についての判定結果もより
信頼性の高いものとなる。

【０１４１】・また、推定空燃比ＡＦｅの算出に際して
用いる因子をはじめとした推定空燃比ＡＦｅの算出態様
は、上記各実施の形態にて例示した構成に限られず適宜
変更可能である。要するに、内燃機関１の運転状態に基
づいて推定空燃比ＡＦｅが算出される構成であれば、推
定空燃比ＡＦｅを算出するための構成として任意の構成
を採用することができる。

【０１４２】・上記第１及び第２の実施の形態では、上
記式［１０］から相関係数ｒを算出する構成としたが、
相関係数ｒを算出するための関係式としては、上記式
［１０］以外の関係式を採用することもできる。要する
に、出力空燃比変化量ＤｆＡＦｍと推定空燃比変化量Ｄ
ｆＡＦｅとの相関係数ｒを算出することができる関係式
であれば、上記式［１０］に代えて適宜の関係式を用い
る構成としてもよい。

【０１４３】・上記第３及び第４の実施の形態では、上
記式［１３］から相関係数ｒを算出する構成としたが、
相関係数ｒを算出するための関係式としては、上記式
［１３］以外の関係式を採用することもできる。要する
に、出力空燃比ＡＦｍと推定空燃比ＡＦｅとの相関係数
ｒを算出することができる関係式であれば、上記式［１
３］に代えて適宜の関係式を用いる構成としてもよい。

【０１４４】・上記各実施の形態では、相関係数ｒが正
常時の相関係数ｒＨより大きいか否かの判断処理（図
６：ステップＳ２０７）が行われた後、相関係数ｒが異
常時の相関係数ｒＬ未満であるか否かの判断処理（図
６：ステップＳ２０９）を行う構成としたが、例えば次
のように変更することもできる。即ち、上記ステップＳ
２０９の判定処理の後に上記ステップＳ２０７の判定処
理を行う構成としてもよい。要するに、出力空燃比変化
量ＤｆＡＦｍと推定空燃比変化量ＤｆＡＦｅとの相関関
係（あるいは出力空燃比ＡＦｍと推定空燃比ＡＦｅとの
相関関係）に基づいて空燃比センサＡＦｓｎｒの応答性
劣化を検出することができる構成であれば、異常診断処
理の構成は上記各実施の形態にて例示した構成に限られ
ず適宜変更可能である。

【０１４５】・上記各実施の形態では、空燃比センサＡ
Ｆｓｎｒに異常がある旨判定されたとき、異常表示灯Ｒ
ｍｐを点灯する構成としたが（図６：ステップＳ２０９
〜Ｓ２１１）、例えば次のように変更することもでき
る。即ち、空燃比センサＡＦｓｎｒに異常がある旨判定
されたとき、同センサＡＦｓｎｒに異常がある旨を知ら
せる所定の警告音を鳴らす構成としてもよい。要する
に、空燃比センサＡＦｓｎｒの異常を知らせるための何
らかの報知手段が設けられる構成であれば適宜の構成を
採用することができる。また、この異常の旨は、例えば
ＥＣＵ３内のバッテリバックアップ可能なメモリに適宜
のフラグ等として格納保持するようにしてもよい。

【０１４６】・上記各実施の形態では、排気ガス中の酸
素濃度に応じてリニアに出力電圧Ｅが変化する限界電流
式等の空燃比センサＡＦｓｎｒに対して本発明を適用す
る構成としたが、理論空燃比ＡＦｔを境界として出力電
圧Ｅがほぼ２値的に変化する濃淡電池式等の酸素センサ
に対して本発明を適用することも可能である。このよう
に、酸素センサに対して本発明を適用した場合にあって
も、上記各実施の形態に準じた効果を奏することができ
るようになる。

【０１４７】・上記各実施の形態では、図４に示される
空燃比フィードバック制御を行う構成としたが、空燃比
フィードバック制御としての処理は上記各実施の形態に
て例示した処理に限られず適宜変更することができる。
要するに、混合気の空燃比ＡＦが目標空燃比（例えば理
論空燃比ＡＦｔ）に収束されるといった構成であれば、
任意の構成の空燃比フィードバック制御を採用すること
ができる。

【０１４８】・上記各実施の形態では、空燃比フィード
バック制御を通じて目標空燃比への収束が図られる空燃
比を検出する空燃比センサＡＦｓｎｒに対して本発明を
適用する構成としたが、他のフィードバック制御を通じ
て目標値への収束が図られる因子を検出対象とするセン
サに対しても本発明を適用することは可能である。こう
した構成を採用した場合にも、上記各実施の形態に準じ
た効果が得られるようになる。

【０１４９】・さらには、出力値を推定することができ
る使用環境にあるセンサであれば本発明の適用は可能で
あり、そうしたセンサに本発明を適用した場合にあって
も、上記各実施の形態に準じた効果が得られるようにな
る。また、内燃機関１としての構成も上記各実施の形態
にて例示した構成に限られず任意の構成を採用すること
ができる。

【０１５０】以上の事項も含めて、最後に、この発明に
かかるセンサの異常診断装置は、次のような技術思想を
含むものであることを付記しておく。（１）前記算出さ
れる相関係数が前記センサが適切な応答性をもって作動
していることを示す所定の相関係数よりも大きいと判断
されて以降、前記診断を中止する請求項１〜１４のいずれかに記載のセンサの異常診断装
置。

【０１５１】上記構成によれば、算出される相関係数
が、異常診断の対象となるセンサが適切な応答性をもっ
て作動していることを示す所定の相関係数よりも大きい
と判断されて以降、同センサに対する異常診断が中止さ
れる。ちなみに、センサの応答性は基本的には徐々に劣
化するため、センサが十分な応答性をもって作動してい
る場合には同センサに対する異常診断を特に行わなくと
も応答性劣化を見過ごすおそれはないといえる。そこ
で、上記構成においては、相関係数が上記所定の相関係
数よりも大きいと判断されて以降、異常診断の対象とな
るセンサの異常診断を行わないようにすることで演算処
理装置の演算負荷等が軽減されるようにしている。な
お、上記所定の相関係数は、空燃比を検出するセンサの
出力特性等に基づいて予め設定された値として用いられ
る。また、上記構成は、センサの応答性劣化をセンサの
異常として異常診断を行う場合に採用することが望まし
い。

【０１５２】（２）前記センサに出力異常が生じている
とき、前記診断を禁止する手段をさらに備える請求項１〜１４のいずれかまたは前記（１）に記載のセ
ンサの異常診断装置。

【０１５３】上記構成によれば、異常診断の対象となる
センサに出力異常が生じているとき、同センサに対する
異常診断が禁止される。これにより、異常診断の対象と
なるセンサの応答性劣化が同センサの異常として検出さ
れるようになり、例えばセンサの応答性劣化のみの検出
が要求されるような場合にあっても、その検出を的確に
行うことができるようになる。

【０１５４】（３）前記センサに異常があると判定され
るとき、その旨を報知する報知手段をさらに備える請求項１〜１４のいずれかまたは前記（１）または前記
（２）記載のセンサの異常診断装置。

【０１５５】上記構成によれば、異常診断の対象となる
センサに異常があると判定されるとき、その旨を報知す
る報知手段がさらに備えられる。これにより、センサの
使用者等にセンサに異常がある旨を的確に知らしめるこ
とができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるセンサの異常診断装置の第１の
実施の形態についてその全体構成を模式的に示す概略
図。

【図２】同実施の形態のセンサの異常診断装置の電気的
な概略構成を示すブロック図。

【図３】同実施の形態において異常診断の対象とする空
燃比センサの出力特性を示すグラフ。

【図４】同実施の形態にて行われる空燃比フィードバッ
ク制御を示すフローチャート。

【図５】同実施の形態にて行われる異常診断処理の一部
を示すフローチャート。

【図６】同実施の形態にて行われる異常診断処理の一部
を示すフローチャート。

【図７】従来の空燃比フィードバック制御における空燃
比センサの出力電圧の変動態様についてその一例を示す
グラフ。

【図８】最近の空燃比フィードバック制御における空燃
比センサの出力電圧の変動態様についてその一例を示す
グラフ。

【図９】空燃比センサの出力値と同センサの出力値の推
定値との変動態様についてその一例を示すグラフ。

【図１０】空燃比センサの出力値と同センサの出力値の
推定値との変動態様についてその一例を示すグラフ。

【図１１】本発明にかかるセンサの異常診断装置の第２
の実施の形態にて行われる異常診断処理の一部を示すフ
ローチャート。

【図１２】本発明にかかるセンサの異常診断装置の第３
の実施の形態にて行われる異常診断処理の一部を示すフ
ローチャート。

【図１３】空燃比フィードバック制御における目標空燃
比の変更態様の一例を示すタイミングチャート。

【図１４】本発明にかかるセンサの異常診断装置の第４
の実施の形態にて行われる異常診断処理の一部を示すフ
ローチャート。

【符号の説明】

１…内燃機関、３…電子制御装置（ＥＣＵ）、４…検出
系、１１…シリンダブロック、１２…シリンダ、１２ａ
…ウォータージャケット、１３…イグニッションプラ
グ、１４…吸気弁、１５…排気弁、１６…シリンダヘッ
ド、１７…クランクシャフト、１８…コネクティングロ
ッド、１９…ピストン、２０…燃焼室、２１…エアクリ
ーナ、２２…スロットルバルブ、２２ａ…スロットルモ
ータ、２３…吸気通路、２４…燃料噴射弁、２５…排気
通路、２６…触媒装置、４１…回転速度センサ、４２…
エアフローメータ、ＡＦｓｎｒ…空燃比センサ、Ｒｍｐ
…異常表示灯、３１…電流電圧変換回路、３２…Ａ／Ｄ
コンバータ、３３…マイクロコンピュータ、３３ａ…中
央演算処理装置（ＣＰＵ）、３３ｂ…読み出し専用メモ
リ（ＲＯＭ）、３３ｃ…ランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G004 BL17 BM05 3G084 BA09 DA27 EA02 EB06 EB12 EB22 EB25 FA07 FA13 FA24 FA29 FA33 3G301 HA01 JB01 JB09 JB10 MA01 NA01 NA05 NA08 NC01 ND02 NE19 PA01Z PB03Z PC09Z PD04A PD04B PD04Z PE01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサの出力値に基づいて該センサの異常
の有無を診断するセンサの異常診断装置において、前記センサの出力値の時間微分値と前記センサが正常な
状態にあるときの出力値の相当値として算出される推定
値の時間微分値との相関係数に基づいて前記センサの異
常の有無を診断することを特徴とするセンサの異常診断
装置。
【請求項２】前記センサの出力値の時間微分値をＤｆ
Ｘ、前記センサが正常な状態にあるときの出力値の相当
値として算出される推定値の時間微分値をＤｆＹとする
とき、次式 Σ（ＤｆＸ・ＤｆＹ）／｛Σ（ＤｆＸ）²・Σ（Ｄｆ
Ｙ）²｝^1/2 から前記出力値の時間微分値と前記推定値の時間微分値
を算出し、この算出される相関係数が所定の相関係数未
満であるとき前記センサに異常があると判定する請求項
１記載のセンサの異常診断装置。
【請求項３】前記センサが所定のフィードバック制御を
通じて目標値へ収束される因子を検出対象とするセンサ
である請求項１または２記載のセンサの異常診断装置。
【請求項４】センサの出力値に基づいて該センサの異常
の有無を診断するセンサの異常診断装置において、前記センサの出力値と前記センサが正常な状態にあると
きの出力値の相当値として算出される推定値との相関係
数に基づいて前記センサの異常の有無を診断することを
特徴とするセンサの異常診断装置。
【請求項５】前記センサの出力値をＸ、この出力値Ｘの
平均値をＸａ、前記センサが正常な状態にあるときの出
力値の相当値として算出される推定値をＹ、この推定値
Ｙの平均値をＹａとするとき、次式 Σ｛（Ｘ−Ｘａ）・（Ｙ−Ｙａ）｝／｛Σ（Ｘ−Ｘａ）
²・Σ（Ｙ−Ｙａ）²｝^1/2 から前記出力値と前記推定値との相関係数を算出し、こ
の算出される相関係数が所定の相関係数未満であるとき
前記センサに異常があると判定する請求項４記載のセン
サの異常診断装置。
【請求項６】前記センサが所定のフィードバック制御を
通じて目標値へ収束される因子を検出対象とするセンサ
である請求項４または５記載のセンサの異常診断装置。
【請求項７】前記フィードバック制御における目標値が
変更されてから所定の期間が経過するまでは前記相関係
数の算出にかかる処理を保留する請求項６記載のセンサ
の異常診断装置。
【請求項８】前記フィードバック制御における目標値が
基準として設定されている所定の目標値以外の値に設定
されるとき、前記相関係数の算出にかかる処理を保留す
る請求項６記載のセンサの異常診断装置。
【請求項９】前記センサの出力値の振れ幅が所定の振れ
幅未満であるとき、前記相関係数の算出にかかる処理を
保留する請求項１〜８のいずれかに記載のセンサの異常
診断装置。
【請求項１０】前記センサが、内燃機関にて燃焼される
混合気の空燃比として排気ガス中の酸素濃度をほぼリニ
アな電気信号に換算して検出する空燃比センサであり、
同センサが正常な状態にあるときの出力値の相当値とし
て算出される前記推定値が前記内燃機関の運転状態に基
づいて算出される請求項３または６〜８のいずれかに記
載のセンサの異常診断装置。
【請求項１１】前記センサが、内燃機関にて燃焼される
混合気の空燃比を排気ガス中の酸素濃度の濃淡として検
出する酸素センサであり、同センサが正常な状態にある
ときの出力値の相当値として算出される前記推定値が前
記内燃機関の運転状態に基づいて算出される請求項３ま
たは６〜８のいずれかに記載のセンサの異常診断装置。
【請求項１２】前記内燃機関の運転状態に基づいた前記
推定値の算出が、前記内燃機関の燃料噴射量及び吸入空
気量及び機関回転速度から算出される同内燃機関の排気
流量と、前記内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量から
算出される前記混合気の空燃比とに基づいて行われる請
求項１０または１１記載のセンサの異常診断装置。
【請求項１３】前記内燃機関の失火が検出されるとき、
前記相関係数の算出にかかる処理を保留する請求項１０
〜１２のいずれかに記載のセンサの異常診断装置。
【請求項１４】前記センサの出力値の振れ幅が前記内燃
機関の吸入空気量に応じて設定される所定の振れ幅未満
であるとき、前記相関係数の算出にかかる処理を保留す
る請求項１０〜１３のいずれかに記載のセンサの異常診
断装置。