JP2006057588A

JP2006057588A - リニア空燃比センサの劣化検出装置

Info

Publication number: JP2006057588A
Application number: JP2004242480A
Authority: JP
Inventors: Koichi Terada; 浩市寺田; Minoru Miyakoshi; 穂宮腰; Koji Miyamoto; 浩二宮本; Hiroyuki Takebayashi; 広行竹林
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-08-23
Also published as: JP4311305B2

Abstract

【課題】空燃比センサの出力変化開始時点を精度よく検出することができ、これにより、空燃比センサの応答むだ時間遅れ劣化を精度よく検出することができる空燃比センサの劣化検出装置の提供。
【解決手段】Ａ／Ｆを強制的に変更させるＡ／Ｆ変更手段と、Ａ／Ｆ変更後におけるリニアＡ／Ｆセンサの検出値を１回微分する第１微分手段と、２回微分する第２微分手段と、第１微分手段と、第２微分手段により得られた出力のピーク値との間の時間を計測する第１計測手段と、第２微分手段により得られた出力のピーク値発生時点から第１計測手段により計測された時間遡ったＡ／Ｆ変化開始時点を求め、Ａ／Ｆ変更開始時点からＡ／Ｆ変化開始時点までの時間を計測する第２計測手段と、第２計測手段により計測された時間に基づいてリニアＡ／Ｆセンサの応答むだ時間遅れ劣化を判定することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、エンジンの排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するところのリニア空燃比センサの劣化を検出するリニア空燃比センサの劣化検出装置に関する。

従来、エンジンの排気系に、排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサを設け、このリニア空燃比センサで検出した実際の空燃比（実空燃比）が目標空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝１４．７またはリーンバーンエンジンの場合にはリーン側の所定値）になるように、両空燃比の差を把握して、燃料噴射量を制御して、目標空燃比が得られるようにフィードバック制御する空燃比フィードバック制御が知られている。

ところで、上述のリニア空燃比センサが経年変化、経時劣化すると、該リニア空燃比センサの応答性が悪化するので、空燃比制御がずれて、エンジンの排気系に介設した触媒コンバータによる排気浄化性能が悪化する。このため上述のリニア空燃比センサの劣化を検出する必要がある。

リニア空燃比センサの劣化を検出する装置としては例えば特許文献１に記載の装置がある。
すなわち、エンジンの排気系に設けられたリニア空燃比センサの応答周期の全体を検出するものであって、応答劣化を拡大して検出するために、リニア空燃比センサの出力に対して２つのしきい値を設け、このしきい値を用いてリニア空燃比センサの出力を「Ｈ」記号（Ｈはｈｉｇｈの略）と「Ｌ」記号（Ｌはｌｏｗの略）とに変換して、センサ出力の変動を拡大し、センサ劣化度合いが大きい程、応答周期が長くなることに基づいて、リニア空燃比センサの応答劣化を検出するものである。

この従来装置においては、リニア空燃比センサの劣化を検出することができる利点がある反面、劣化要因を検知することができない問題点があった。

一方、リニア空燃比センサの劣化を検出する際、むだ時間を検出することが考えられる。
すなわち、燃料噴射量に外乱を与え、リニア空燃比センサの出力を得ると共に、このリニア空燃比センサの出力を微分した値（微分値）を求め、この微分値に対してしきい値を設定し、センサ出力の微分値が外乱を与えた時点からしきい値に達するまでの時間（むだ時間に近似する時間）を求めることで、リニア空燃比センサの劣化を判定することが考えられる。

しかしながら、上述のように劣化判定のしきい値を設定する場合、適切なしきい値の設定が困難である。つまり、しきい値を大きくすると、リニア空燃比センサの応答遅れが大きい時、センサ出力の微分値がしきい値に到達しないので、測定不可となり、逆に、しきい値を小さくすると、センサ出力の微分値はノイズにより微小に変動しているため、この変動によるノイズを検出して、誤検出を招く。このため上述のしきい値の設定が困難であった。
特許第３３７７３３６号公報

この発明は、しきい値を何等設定することなく、リニア空燃比センサ検出値の１回微分値のピーク値と、２回微分値のピーク値との間の時間が、２回微分値変化開始時点からピーク値に達するまでの時間と略等しくなる現象を利用して、リニア空燃比センサの出力変化開始時点を精度よく検出することができ、これにより、リニア空燃比センサの応答むだ時間遅れ劣化を精度よく検出することができるリニア空燃比センサの劣化検出装置の提供を目的とする。

この発明によるリニア空燃比センサの劣化検出装置は、エンジンの排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサと、上記リニア空燃比センサの検出値に基づいてエンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比制御手段とを備えたものであって、空燃比を強制的に変更させる空燃比変更手段と、空燃比変更後におけるリニア空燃比センサの検出値を１回微分する第１微分手段と、空燃比変更後におけるリニア空燃比センサの検出値を２回微分する第２微分手段と、第１微分手段により得られた出力のピーク値と、第２微分手段により得られた出力のピーク値との間の時間を計測する第１計測手段と、第２微分手段により得られた出力のピーク値発生時点から第１計測手段により計測された時間遡った空燃比変化開始時点を求め、空燃比変更開始時点から空燃比変化開始時点までの時間を計測する第２計測手段と、第２計測手段により計測された時間に基づいてリニア空燃比センサの応答むだ時間遅れ劣化を判定する劣化判定手段とを備えたものである。

上述の空燃比変更開始時点から空燃比変化開始時点までの時間は、応答むだ時間に相当する。
上記構成によれば、上述の空燃比変更手段はリニア空燃比センサの劣化判定に際して、エンジンに供給される空燃比を強制的に変更し、第１微分手段は空燃比変更後におけるリニア空燃比センサの検出値（いわゆるセンサ出力）を１回微分して、１回微分値を求め、第２微分手段は空燃比変更後におけるリニア空燃比センサの検出値（いわゆるセンサ出力）を２回微分して２回微分値を求め、第１計測手段は、第１微分手段により得られた出力（１回微分値）のピーク値と、第２微分手段により得られた出力（２回微力値）のピーク値との間の時間を計測し、第２計測手段は、第２微分手段により得られた出力（２回微力値）のピーク値発生時点から第１計測手段により計測された時間遡った空燃比変化開始時点を求め、空燃比変更開始時点から空燃比変化開始時点までの時間（むだ時間に相当）を計測し、劣化判定手段は、第２計測手段により計測された時間（むだ時間）に基づいてリニア空燃比センサの応答むだ時間遅れ劣化を判定する。

ここで、リニア空燃比センサの劣化度合が大きい程、むだ時間は長くなる。
このように、しきい値を一切設定することなく、リニア空燃比センサ検出値の１回微分値のピーク値と、２回微分値のピーク値との間の時間が、２回微分値変化開始時点からピーク値に達するまでの時間と略等しくなる現象を利用して、リニア空燃比センサの出力変化開始時点を精度よく検出することができるので、リニア空燃比センサの応答むだ時間遅れ劣化を精度よく検出することができる。

この発明の一実施態様においては、上記空燃比変更手段は空燃比の変更をリッチからリーンと、リーンからリッチとに切換えるように構成され、上記劣化判定手段は第２計測手段により得られたむだ時間に基づいてリニア空燃比センサの片側むだ時間劣化を検出するように構成されたものである。

上述の片側とは、リッチ側またはリーン側を意味する。
上記構成によれば、リニア空燃比センサの片側むだ時間劣化を検出することができる。

この発明によれば、しきい値を何等設定することなく、リニア空燃比センサ検出値の１回微分値のピーク値と、２回微分値のピーク値との間の時間が、２回微分値変化開始時点からピーク値に達するまでの時間と略等しくなる現象を利用して、リニア空燃比センサの出力変化開始時点を精度よく検出することができ、これにより、リニア空燃比センサの応答むだ時間遅れ劣化を精度よく検出することができる効果がある。

リニア空燃比センサの出力変化開始時点を精度よく検出して、リニア空燃比センサの応答むだ時間遅れ劣化を高精度に検出するという目的を、空燃比を強制的に変更させる手段と、空燃比変更後におけるリニア空燃比センサ検出値を１回微分して１回微分値を求める手段と、空燃比変更後におけるリニア空燃比センサ検出値を２回微分して２回微分値を求める手段と、１回微分値のピーク値と２回微分値のピーク値との間の時間を計測する第１計測手段と、２回微分値のピーク値発生時点から第１計測手段により計測された時間を遡って空燃比変化開始時点を求めると共に、空燃比変更開始時点から空燃比変化開始時点までの時間（むだ時間）を計測する第２計測手段と、この計測されたむだ時間に基づいてリニア空燃比センサの応答むだ時間遅れ劣化を判定する手段とを備えるという構成にて実現した。

この発明の、一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面はリニア空燃比センサの劣化検出装置を示すが、まず図１を参照してエンジンの吸排気系について説明する。

図１はリニア空燃比センサを有するエンジンの系統図であって、吸入空気を浄化するエアクリーナ１のエレメント２後位にエアフローセンサ３を接続して、このエアフローセンサ３で吸入空気量Ｑａを検出すべく構成している。

上述のエアフローセンサ３の後位にはスロットルボディ４を接続し、このスロットルボディ４内のスロットルチャンバ５には、吸入空気量を制御するスロットル弁６を配設している。そして、このスロットル弁６の下流の吸気通路には、所定容量を有する拡大室としてのサージタンク７を接続し、このサージタンク７下流に吸気ポート８と連通する吸気マニホルド９を接続すると共に、この吸気マニホルド９にはインジェクタ１０（燃料噴射弁）を配設している。

一方、エンジン１１の燃焼室１２と適宜連通する上述の吸気ポート８および排気ポート１３には、動弁機構（図示せず）により開閉操作される吸気弁１４と排気弁１５とをそれぞれ取付け、またシリンダヘッド１６にはスパークギャップを上述の燃焼室１２に臨ませた点火プラグ（図示せず）を取付けている。

上述の排気ポート１３と連通する排気通路１７には、排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサ１８（以下、単にリニアＯ_２センサと略記する）を配設すると共に、この排気通路１７の後位には排気ガスを浄化する触媒コンバータ１９いわゆるキャタリストを接続している。

上述の触媒コンバータ１９としては、例えば、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_Ｘの３成分を同時に浄化し得る三元触媒（いわゆるＴＷＣ）を用いることができる。
また、前述のスロットルボディ４にはスロットル開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２０を取付けている。

図２はリニアＯ_２センサ１８の劣化検出装置を示す制御回路ブロック図であって、制御手段としてのＣＰＵ３０は、エアフローセンサ３からの吸入空気量Ｑａと、スロットルセンサ２０からのスロットル開度ＴＶＯと、エンジン回転数を検出する回転センサ２１からのエンジン回転数Ｎｅと、リニアＯ_２センサ１８からの酸素濃度に比例する値などの必要な各種入力に基づいて、ＲＯＭ２２に格納されたプログラムに従って、燃料噴射手段としてのインジェクタ１０を駆動し、また記憶手段としてのＲＡＭ２３はサンプル数の所定値に相当するデータやむだ時間判定用の所定値に相当するデータなどを記憶する。

ここで、上述のＣＰＵ３０は、リニアＯ_２センサの検出値に基づいてエンジン１１に供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比フィードバック制御手段（ＣＰＵ３０それ自体参照）と、リニアＯ_２センサ１８の劣化判定時にのみ、エンジン１１に供給される空燃比を強制的に変更させる空燃比強制変更手段（図３に示すフローチャートのステップＳ２参照）と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ_２センサ１８の検出値を１回微分して１回微分値を求める第１微分手段（図３に示すフローチャートのステップＳ４参照）と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ_２センサ１８の検出値を２回微分して２回微分値を求める第２微分手段（図３に示すフローチャートのステップＳ７参照）と、第１微分手段（ステップＳ４参照）により得られた出力（１回微分値）のピーク値Ｐ１（図５参照）と、第２微分手段（ステップＳ７参照）により得られた出力（２回微分値）のピーク値Ｐ２（図５参照）との間の時間Ｂ（図５参照）を計測する第１計測手段（図３に示すフローチャートのステップＳ１０参照）と、第２微分手段（ステップＳ７参照）により得られた出力（２回微分値）のピーク値Ｐ２の発生時点ｔ_２（図５参照）から第１計測手段（ステップＳ１０参照）により計測された時間Ｂだけ遡った空燃比変化開始時点ｔ_１（図５参照）を求め、かつ空燃比強制変更開始時点ｔ_０（図５参照）から空燃比変化開始時点ｔ_１までの時間すなわち、むだ時間Ｘを計測する第２計測手段（図３に示すフローチャートのステップＳ１２参照）と、第２計測手段（ステップＳ１２参照）により計測された時間（むだ時間Ｘ）にも基づいてリニアＯ_２センサ１８の応答むだ時間遅れ劣化を判定する劣化判定手段（図３に示すフローチャートのステップＳ１４参照）とを兼ねるものである。

また、上述の空燃比強制変更手段（ステップＳ２参照）はインジェクタ１０から噴射される燃料噴射量の変更により、エンジン１１に供給される混合気の空燃比をリッチからリーンに変更（図５の燃料噴射量ａ参照）する態様と、リーンからリッチに変更（図６の燃料噴射量ａ参照）する態様とに切換えるように構成されている。

さらに上述の劣化判定手段（図３に示すメインルーチンのステップＳ１４参照）は、第２計測手段（ステップＳ１２参照）により得られたむだ時間Ｘに基づいてリニアＯ_２センサ１８の片側つまりリッチ側またはリーン側のむだ時間劣化を検出するように構成されている（上記ステップＳ１４のサブルーチンを示す図４参照）。

なお、空燃比強制変更手段（ステップＳ２参照）により燃料噴射量を強制的に減量して、エンジン１１に供給される混合気の空燃比をリッチからリーンに強制変更する場合には図５に示すようにプラス側のピーク値Ｐ１，Ｐ２を用い、逆に燃料噴射量を強制的に増量して、エンジン１１に供給される混合気の空燃比をリーンからリッチに強制変更する場合には図６に示すようにマイナス側のピーク値Ｐ１，Ｐ２を用いる。

このように構成したリニアＯ_２センサ１８の劣化検出装置の作用を、図３に示すメインルーチンおよび図４に示すサブルーチンを参照して以下に詳述する。

図３に示すフローチャートのステップＳ１で、ＣＰＵ３０はリニアＯ_２センサ１８の劣化を検出する診断実行条件が成立したか否かを判定する。すなわち、スロットルセンサ２０で検出するスロットル開度ＴＶＯの変化量が所定値以下で、かつ回転センサ２１で検出するエンジン回転数Ｎｅの変化量が所定値以下で、さらにＣＥ＝Ｑａ／Ｎｅで求められる充填効率ＣＥの変化量が所定値以下の所謂定常時（ＹＥＳ判定時）にのみ次のステップＳ２に移行し、加減速時などの非定常時（ＮＯ判定時）にはリターンする。

次にステップＳ２で、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ_０（図５または図６参照）において、インジェクタ１０による燃料噴射量に外乱を加減算する。
この場合、前回の外乱がリッチであるならば今回は図５に示すように燃料噴射量ａにリーン外乱を加算（燃料噴射量の減算）する一方、前回の外乱がリーンであるならば今回は図６に示すように燃料噴射量ａにリッチ外乱を加算（燃料噴射量の加算）する。

次にステップＳ３で、ＣＰＵ３０は排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するところのリニアＯ_２センサ１８の出力ｂの読込みを実行する。リニアＯ_２センサ１８が正常または略正常な場合にはその出力ｂは図５の実線のようになり、リニアＯ_２センサ１８の劣化度合が大きくなる程、その出力ｂは図５に仮想線で示す方向にずれることになる。

次にステップＳ４で、ＣＰＵ３０はリニアＯ_２センサ１８の出力ｂを１回微分した値つまり１回微分値ｃ（図５参照）を演算により求める。
次にステップＳ５で、ＣＰＵ３０は１回微分値ｃのピーク値Ｐ１を演算により求める。

次にステップＳ６で、ＣＰＵ３０は外乱を与えた時点すなわち空燃比強制変更開始時点ｔ_０から１回微分値ｃのピーク値Ｐ１までの時間Ｄを計測する。
次にステップＳ７で、ＣＰＵ３０はリニアＯ_２センサ１８の出力ｂを２回微分した値つまり２回微分値ｄ（図５参照）を演算により求める。

次にステップＳ８で、ＣＰＵ３０は２回微分値ｄのピーク値Ｐ２を演算により求める。
次にステップＳ９で、ＣＰＵ３０は外乱を与えた時点すなわち空燃比強制変更開始時点ｔ_０から２回微分値ｄのピーク値Ｐ２までの時間Ｃを計測する。

次にステップＳ１０で、ＣＰＵ３０は、時間Ｂ＝時間Ｄ−時間Ｃの計算式により時間Ｂを求める。この時間Ｂは、第１微分手段としてのステップＳ４により得られた１回微分値ｃのピーク値Ｐ１と、第２微分手段としてのステップＳ７により得られた２回微分値ｄのピーク値Ｐ２との間の時である。

次にステップＳ１１で、ＣＰＵ３０は上述の時間Ｂが、２回微分値ｄの開始時点ｔ_１からピーク値Ｐ２に達するまでの時間Ａと略等しくなる現象を利用して、時間Ａを推定する。

次にステップＳ１２で、ＣＰＵ３０はむだ時間Ｘ＝時間Ｃ−時間Ａの計算式によりむだ時間Ｘを求める。つまり第２微分手段としてのステップＳ７により得られた２回微分値ｄのピーク値Ｐ２の発生時点ｔ_２から第１計測手段としてのステップＳ１０により計測された時間Ｂ（但し、時間Ｂと時間Ａとは略等しい）だけ遡った空燃比変化開始時点ｔ_１を求め、空燃比強制変更開始時点ｔ_０から空燃比変化開始時点ｔ_１までの時間Ｘが演算される。このむだ時間ＸはリニアＯ_２センサ１８の劣化度合いが大きくなる程、長くなる。

図５は空燃比強制変更手段としてのステップＳ２で、エンジン１１に供給される混合気の空燃比をリッチからリーンに変更した場合の各波形を示し、図６は空燃比強制変更手段としてのステップＳ２で、エンジン１１に供給される混合気の空燃比をリーンからリッチに変更した場合の各波形を示し、プラス側のピーク値Ｐ１，Ｐ２を用いるか、マイナス側のピーク値Ｐ１，Ｐ２を用いるかについては異なるが、各時間Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ａ，Ｘの求め方については同一である。

次にステップＳ１３で、ＣＰＵ３０はリッチ外乱を与えた場合のむだ時間Ｘのサンプル数、並びにリーン外乱を与えた場合のむだ時間Ｘのサンプル数が所定値（例えば５〜１０回）より大か否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＳ１にリターンしてフローチャートの繰返しにより以上の処理を再実行する一方、ＹＥＳ判定時には、ステップＳ１４で劣化判定を実行する。

このステップＳ１４の詳細は図４にサブルーチンで示すので、次に同図に示すサブルーチンを参照して、劣化判定処理について説明する。
ステップＳ２１で、ＣＰＵ３０は所定サンプル数に達した複数のリッチ側のむだ時間Ｘの平均値（平均むだ時間）を演算すると共に、所定サンプル数に達した複数のリーン側のむだ時間Ｘの平均値（平均むだ時間）を演算する。

次にステップＳ２２で、ＣＰＵ３０はリッチむだ時間（詳しくはリッチ側の平均むだ時間）からリーンむだ時間（詳しくはリーン側の平均むだ時間）を減算した値の絶対値が所定値より大か否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＳ２３に移行し、ＹＥＳ判定時には別のステップＳ２４に移行する。

このステップＳ２４で、ＣＰＵ３０はリッチむだ時間が所定値より大か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＳ２５に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＳ２６に移行する。

上述のステップＳ２５で、ＣＰＵ３０はリッチむだ時間＞所定値に対応して、リッチ側むだ時間が劣化であると判定する。
一方、ステップＳ２６で、ＣＰＵ３０はリーンむだ時間が所定値より大か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＳ２７に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＳ２８に移行する。

上述のステップＳ２７で、ＣＰＵ３０はリーンむだ時間＞所定値に対応してリーン側むだ時間が劣化であると判定する。
また、上述のステップＳ２８では、ＣＰＵ３０はリッチ側むだ時間およびリーン側むだ時間の何れもが正常であると判定する。

一方、上述のステップＳ２３で、ＣＰＵ３０はリッチむだ時間（詳しくはリッチ側の平均むだ時間）とリーンむだ時間（詳しくはリーン側の平均むだ時間）とを加算した値が所定値より大か否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＳ２８に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＳ２９に移行する。

上述のステップＳ２８で、ＣＰＵ３０はリッチ側むだ時間およびリーン側むだ時間の何れもが正常であると判定し、上述のステップＳ２９では、ＣＰＵ３０はリッチ側むだ時間およびリーン側むだ時間の何れもが劣化であると判定する。

図７は時間Ｂに対して時間Ａがほぼ等しくなる根拠を示し、エンジン回転数Ｎｅ＝１２００ｒｐｍ、充填効率ＣＥ＝０．２の測定条件下において燃料噴射量を６％減量するという外乱を与えた場合の実車での測定結果を示す。

１回微分値Ｃのピーク値Ｐ１と２回微分値ｄのピーク値Ｐ２との間の時間Ｂに対して、２回微分値ｄ開始時点ｔ_１からピーク値Ｐ２に達するまでの時間Ａが略等しくなる結果が得られた。
なお、図７において図５と対応する部分には同一の符号を付している。
なお、図３で示したフローチャートに代えて、図８で示すフローチャートを採用してもよい。

図８の実施例では図３のフローチャートにおけるステップＳ１１を省略したもものである。つまり時間Ｂと時間Ａとが略等しくなるので、一旦、時間Ａを推定演算することなく、図８のステップＳ１２ではむだ時間Ｘ＝時間Ｃ−時間Ｂの計算式によりむだ時間Ｘを求めるように構成したものである。
図８のフローチャートにおいても、その他のステップでの処理内容は図３と同一であるから、図８において図３と同一のステップには同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。

以上要するに上記実施例のリニアＯ_２センサ１８の劣化検出装置は、エンジン１１の排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニアＯ_２センサ１８と、上記リニアＯ_２センサ１８の検出値に基づいてエンジン１１に供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比フィードバック制御手段（ＣＰＵ３０参照）とを備えたものであって、空燃比を強制的に変更させる空燃比強制変更手段Ｓ２と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ_２センサ１８の検出値（リニアＯ_２センサ出力ｂ参照）を１回微分する第１微分手段Ｓ４と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ_２センサ１８の検出値を２回微分する第２微分手段Ｓ７と、第１微分手段Ｓ４により得られた出力（１回微分値ｃ参照）のピーク値Ｐ１と、第２微分手段Ｓ７により得られた出力（２回微分値ｄ参照）のピーク値Ｐ２との間の時間Ｂを計測する第１計測手段Ｓ１０と、第２微分手段Ｓ７により得られた出力（２回微分値ｄ参照）のピーク値Ｐ２発生時点ｔ_２から第１計測手段Ｓ１０により計測された時間Ｂだけ遡った空燃比変化開始時点ｔ_１を求め、空燃比強制変更開始時点ｔ_０から空燃比変化開始時点ｔ_１までの時間Ｘを計測する第２計測手段Ｓ１２と、第２計測手段Ｓ１２により計測された時間Ｘに基づいてリニアＯ_２センサ１８の応答むだ時間遅れ劣化を判定する劣化判定手段Ｓ１４とを備えたものである。

ここに、上述の空燃比強制変更開始時点ｔ_０から空燃比変化開始時点ｔ_１までの時間Ｘは、応答むだ時間に相当するものである。
この構成によれば、上述の空燃比強制変更手段Ｓ２はリニアＯ_２センサ１８の劣化判定に際して、エンジン１１に供給される空燃比を強制的に変更し、第１微分手段Ｓ４は空燃比強制変更後におけるリニアＯ_２センサ１８の検出値（いわゆるセンサ出力ｂ）を１回微分して１回微分値ｃを求め、第２微分手段Ｓ７は空燃比強制変更後におけるリニアＯ_２センサ１８の検出値（いわゆるセンサ出力ｂ）を２回微分して２回微分値ｄを求め、第１計測手段Ｓ１０は、第１微分手段Ｓ４により得られた出力（１回微分値ｃ）のピーク値Ｐ１と、第２微分手段Ｓ７により得られた出力（２回微力値ｄ）のピーク値Ｐ２との間の時間Ｂを計測し、第２計測手段Ｓ１２は、第２微分手段Ｓ７により得られた出力（２回微力値ｄ）のピーク値Ｐ２の発生時点ｔ_２から第１計測手段Ｓ１０により計測された時間Ｂだけ遡った空燃比変化開始時点ｔ_１を求め、空燃比強制変更開始時点ｔ_０から空燃比変化開始時点ｔ_１までの時間Ｘ（むだ時間）を計測し、劣化判定手段Ｓ１４は、第２計測手段Ｓ１２により計測された時間Ｘ（むだ時間）に基づいてリニアＯ_２センサ１８の応答むだ時間遅れ劣化を判定する。

ここで、リニアＯ_２センサ１８の劣化度合いが大きい程、むだ時間Ｘは長くなる。
このように、しきい値を一切設定することなく、リニアＯ_２センサ１８の検出値の１回微分値ｃのピーク値Ｐ１と、２回微分値ｄのピーク値Ｐ２との間の時間Ｂが、２回微分値変化開始時点ｔ_１からピーク値Ｐ２に達するまでの時間Ａと略等しくなる現象を利用して、リニアＯ_２センサ１８の出力変化開始時点ｔ_１を精度よく検出することができるので、リニアＯ_２センサ１８の応答むだ時間遅れ劣化を精度よく検出することができる。
換言すれば、直接時間Ｘを求めるので、難しいしきい値の設定が不要となる。

さらに、上記空燃比強制変更手段Ｓ２は空燃比の強制変更をリッチからリーン（図５参照）と、リーンからリッチ（図６参照）とに切換えるように構成され、上記劣化判定手段Ｓ１４は第２計測手段Ｓ１２により得られたむだ時間Ｘに基づいてリニアＯ_２センサ１８の片側むだ時間劣化を検出するように構成されたものである。

上述の片側とは、リッチ側またはリーン側を意味する。
この構成によれば、リニアＯ_２センサ１８の片側むだ時間劣化を検出することができる。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明のリニア空燃比センサは、実施例のリニアＯ_２センサ１８に対応し、
以下同様に、
空燃比制御手段は、空燃比フィードバック制御手段（ＣＰＵ３０参照）に対応し、
空燃比変更手段は、ＣＰＵ３０制御によるステップＳ２に対応し、
第１微分手段は、ステップＳ４に対応し、
第２微分手段は、ステップＳ７に対応し、
第１計測手段は、ステップＳ１０に対応し、
第２計測手段は、ステップＳ１２に対応し、
劣化判定手段は、ステップＳ１４に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。

リニア空燃比センサを備えたエンジンの系統図。リニア空燃比センサの劣化検出装置を示す制御回路ブロック図。劣化検出処理を示すフローチャート。劣化判定のサブルーチンを示すフローチャート。リーン外乱付与時の作用を説明するタイムチャート。リッチ外乱付与時の作用を説明するタイムチャート。時間Ａ，Ｂが略等しくなることを裏付ける実車での測定結果を示すタイムチャート。劣化検出処理の他の実施例を示すフローチャート。

符号の説明

１１…エンジン
１８…リニアＯ_２センサ（リニア空燃比センサ）
３０…空燃比フィードバック制御手段（空燃比制御手段）
Ｓ２…空燃比強制変更手段（空燃比変更手段）
Ｓ４…第１微分手段
Ｓ７…第２微分手段
Ｓ１０…第１計測手段
Ｓ１２…第２計測手段
Ｓ１４…劣化判定手段
Ｐ１，Ｐ２…ピーク値
ｔ_０…空燃比強制変更開始時点（空燃比変更開始時点）
ｔ_１…空燃比変化開始時点
ｔ_２…ピーク値発生時点
Ｘ…むだ時間

Claims

エンジンの排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサと、
上記リニア空燃比センサの検出値に基づいてエンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比制御手段とを備えたものであって、
空燃比を強制的に変更させる空燃比変更手段と、
空燃比変更後におけるリニア空燃比センサの検出値を１回微分する第１微分手段と、
空燃比変更後におけるリニア空燃比センサの検出値を２回微分する第２微分手段と、
第１微分手段により得られた出力のピーク値と、第２微分手段により得られた出力のピーク値との間の時間を計測する第１計測手段と、
第２微分手段により得られた出力のピーク値発生時点から第１計測手段により計測された時間遡った空燃比変化開始時点を求め、空燃比変更開始時点から空燃比変化開始時点までの時間を計測する第２計測手段と、
第２計測手段により計測された時間に基づいてリニア空燃比センサの応答むだ時間遅れ劣化を判定する劣化判定手段とを備えた
リニア空燃比センサの劣化検出装置。
上記空燃比変更手段は空燃比の変更をリッチからリーンと、リーンからリッチとに切換えるように構成され、
上記劣化判定手段は第２計測手段により得られたむだ時間に基づいてリニア空燃比センサの片側むだ時間劣化を検出するように構成された
請求項１記載のリニア空燃比センサの劣化検出装置。