JP2011106415A - 酸素濃度センサの応答性劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスの悪化を抑制しつつ、酸素濃度センサの応答性劣化の検出精度を向上させる。
【解決手段】減速時の酸素濃度センサの出力から応答性を検出し、減速時の応答性から応答性劣化と判定した場合に、アイドル時に酸素濃度を変化させたときの酸素濃度センサの出力から応答性を検出する。そして、アイドル時の応答性から応答性劣化と判定した場合に、酸素濃度センサの応答性劣化を決定する。毎アイドル時に酸素濃度を強制的に変化させることは、排気ガスの悪化につながるところ、これによれば、アイドル時の応答性検出を実行する頻度を低減できるので、排気ガスの悪化を抑制できる。さらに、減速時よりもアイドル時の方が応答性の検出精度が高いことから、減速時のみ行う場合よりも、酸素濃度センサの応答性劣化の検出精度を向上できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気流路に設けられる酸素濃度センサの応答性の劣化を検出する酸素濃度センサの応答性劣化検出装置に関するものである。

内燃機関の排気流路に設けられる酸素濃度センサとして、Ａ／Ｆセンサ、Ｏ２センサがある。Ａ／Ｆセンサは排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度に応じた電気信号を出力し、Ｏ２センサは排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を出力する。このような酸素濃度センサからの酸素濃度に関する出力は、内燃機関の制御装置（エンジンＥＣＵ）が実行する燃料噴射制御、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)制御、ＬＮＴ（Lean NOx Trap）触媒のリッチパージ制御、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)の再生制御等の各種制御に用いられる。

ここで、酸素濃度センサは、センサ素子が被水することを防止するためのセンサカバーを有しており、センサカバーには通気孔が設けられている。このセンサカバーにパティキュレート（ＰＭ）が堆積して、通気孔がＰＭにより部分的に塞がってしまうと、センサカバーの内側と外側との間のガス交換が遅くなるため、酸素濃度センサの出力が鈍くなってしまう。この現象を酸素濃度センサの出力の応答性劣化と言い、この応答性劣化が生じると、下記の通り、内燃機関の制御装置が実行する各種制御に支障が生じてしまう。

図７に正常時と応答性劣化時におけるＡ／Ｆセンサの出力のタイムチャートを示す。図７に示すように、時間Ｔ０から排気ガス中の酸素濃度が減少したとき、所定時間経過後の時間Ｔ１に酸素濃度を検出すると、応答性劣化時では、正常時に比べて、酸素濃度を高く検出してしまう。このように、同一時刻に検出した酸素濃度に相違が生じてしまう。

このため、Ａ／Ｆセンサを用いた排気ガス中の酸素濃度フィードバックモデルベースＥＧＲ制御の場合、ＥＧＲガス量をできる限り増やし、ＮＯｘの排出量を減らそうとするところ、Ａ／Ｆセンサの応答性劣化が生じると、実際の酸素濃度よりも大きい値を検出するため、ＥＧＲ量を失火限界以上導入してしまう。この結果、失火が生じたり、排気系のシステムによっては、失火より先に排気ガスが悪化したりする恐れがある。

また、ＬＮＴ触媒のリッチパージ制御の場合では、吸気を絞ってリッチ（低酸素状態）雰囲気にすることで、ＬＮＴ触媒のＮＯｘを還元放出するところ、Ａ／Ｆセンサの応答性劣化が生じると、実際の酸素濃度よりも大きい値を検出するため、吸気量をさらに絞ってしまい、燃焼に必要な酸素を得ることができず、失火してしまう。

また、図７に示すように、排気ガス中の酸素濃度が濃度Ｃ０から減少したとき、応答性劣化時では、正常時に比べて、濃度Ｃ１を検出するに至るまでの時間が長くなってしまう。このように、応答性劣化が生じると酸素濃度の検出に遅れが生じる。

このため、ＤＰＦの再生制御の場合、過昇温によるＤＰＦ溶損を防止するため、排気ガス中の酸素濃度を低くして、燃焼に必要な酸素を減らすことで、燃焼温度が一定の値以上にならないように、ＤＰＦ内でのＰＭの燃焼を制御しているところ、Ａ／Ｆセンサの応答性劣化が生じると、目標濃度を検出するまでの時間が長くなるため、排気ガス中の酸素濃度を十分に低下させることができず、ＤＰＦが過昇温となってＤＰＦ溶損に至ってしまう。

そこで、酸素濃度センサの出力の応答性劣化を検出することが必要となる。この応答性劣化検出方法としては、例えば、酸素濃度が変化したときの酸素濃度センサの出力値が所定値Ａから所定値Ｂまで変化する時間に基づいて応答性劣化を検出する方法や（例えば、特許文献１参照）、酸素濃度が変化したときの酸素濃度センサの出力値が変化し始めてから変化量が安定するまでの時間に基づいて応答性劣化を検出する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−１８８８６号公報 特開平９−４４９６号公報

ところで、応答性劣化を検出するに当たり、排気ガス中の酸素濃度が変化する条件としては、（１）減速時、（２）アイドル時の噴射量強制切替時・スロットル弁強制切替時・ＥＧＲ弁強制切替時が考えられる。アイドル時の噴射量強制切替時とは、アイドル時に燃料噴射弁からの燃料噴射量を強制的に変化させたときのことであり、アイドル時のスロットル弁強制切替時とは、アイドル時にスロットル弁の開度を強制的に切り替えて、吸入空気量を変化させたときのことであり、アイドル時のＥＧＲ弁強制切替時とは、アイドル時にＥＧＲ弁の開度を強制的に切り替えて、内燃機関に流入するＥＧＲ量を変化させたときである。

（１）の減速時では、内燃機関への燃料噴射量が減少するので、排気ガス中の酸素濃度が変化する。したがって、減速時における酸素濃度センサの出力から応答性劣化を検出することができる。

しかし、減速時では、排気ガスの悪化につながる制御を行うわけではないので、後述する（２）のような排気ガスの悪化等の問題はないが、運転者のアクセル操作や走行抵抗によって減速中の排気流速に変化が生じ、酸素濃度センサの出力挙動が変わってしまい、応答性がばらつくため、応答性検出精度が低下してしまうという問題がある。

一方、（２）のアイドル時の噴射量強制切替時では、燃料噴射量が変化するので、排気ガス中の酸素濃度が変化する。そこで、アイドル時に燃料噴射弁からの燃料噴射量を増減させ、このときの酸素濃度センサの出力から応答性劣化を検出することができる。同様に、（２）のアイドル時の・スロットル弁強制切替時・ＥＧＲ弁強制切替時では、内燃機関に流入するガス中の酸素濃度が変化することで、排気ガス中の酸素濃度が変化する。そこで、アイドル時にスロットル弁やＥＧＲ弁の開度を変化させることで、内燃機関に流入するガス中の酸素濃度を変化させ、このときの酸素濃度センサの出力から応答性劣化を検出することができる。

このように、アイドル時に排気ガス中の酸素濃度を変化させて、酸素濃度センサの出力から応答性劣化を検出すれば、応答性がばらつく要因となるアクセル操作等の人的要因や走行抵抗等の外部からの要因を抑制することができるので、（１）の減速時よりも応答性検出の精度を向上させることができる。

しかし、アイドル中に燃料噴射弁の開度を強制的に切り替えるためには、エンストが起こらないよう燃料噴射量を多くし、アイドル回転数を上げる必要が生じるため、燃費の悪化、排気ガスの悪化へつながる。また、燃料噴射料を減らした場合も、内燃機関に吸入されるガスの空燃比が変化するため、排気ガスの悪化が生じる。また、アイドル時にスロットル弁やＥＧＲ弁の開度を変化させた場合も、内燃機関に吸入されるガスの空燃比が変化するため、排気ガスの悪化が生じる。

このため、内燃機関がアイドル状態になる毎に、酸素濃度センサの応答性劣化を検出しようとすると、排気ガスの悪化につながってしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、排気ガスの悪化を抑制しつつ、酸素濃度センサの応答性劣化の検出精度を向上させることができる酸素濃度センサの応答性劣化検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、減速時の酸素濃度センサの出力に基づいて、酸素濃度センサの応答性を検出する減速時応答性検出手段（Ｓ２）と、減速時応答性検出手段が検出した第１検出値と第１しきい値とを比較して、酸素濃度センサの応答性が劣化しているか否かを判定する第１判定手段（Ｓ３）と、第１判定手段が劣化していると判定した場合に、内燃機関のアイドル時に酸素濃度変化手段によって排気流路内の酸素濃度を変化させたときの酸素濃度センサの出力に基づいて、酸素濃度センサの応答性を検出するアイドル時応答性検出手段（Ｓ７）と、アイドル時応答性検出手段が検出した第２検出値と第２しきい値とを比較して、酸素濃度センサの応答性が劣化しているか判定する第２判定手段（Ｓ９）とを備えることを特徴としている。

これによると、第１判定手段が劣化していると判定した場合に限って、アイドル時に酸素濃度変化手段によって排気流路内の酸素濃度を変化させて、酸素濃度センサの応答性を検出するので、毎アイドル時に酸素濃度センサの応答性劣化を検出する場合と比較して、アイドル時に酸素濃度変化手段によって排気流路内の酸素濃度を変化させる頻度を低減でき、排気ガスの悪化を抑制できる。

さらに、酸素濃度センサの応答性の検出を減速時とアイドル時の両方で行っており、減速時よりもアイドル時の方が酸素濃度センサの応答性の検出精度が高いことから、酸素濃度センサの応答性の検出を減速時のみ行う場合よりも、酸素濃度センサの応答性劣化の検出精度を向上できる。

なお、酸素濃度センサの応答性を検出するとは、酸素濃度センサの出力の応答性を評価するための値を検出することを意味し、その検出値としては、例えば、排気ガス中の酸素濃度が変化したときの所定時刻における酸素濃度や、所定酸素濃度に達するまでの経過時間等が挙げられる。

請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載のように、減速時応答性検出手段（Ｓ２）と、アイドル時応答性検出手段（Ｓ３）とが、同じ算出手段を用いて、酸素濃度センサの応答性の検出値を算出する構成を採用することができる。

さらに、請求項２に記載の発明に記載の算出手段として請求項３に記載の構成を採用することが好ましい。

すなわち、算出手段は、酸素濃度センサの実際の出力である実出力と、内燃機関の運転状態に基づいて予測される応答性が正常な酸素濃度センサの正常出力と、正常出力に対して応答性を所定値劣化させた疑似劣化出力とを用い、
酸素濃度の変化開始時から収束時までの間における正常出力と疑似劣化出力のどちらか一方と実出力との偏差を積算した第１積算値と、正常出力と疑似劣化出力との偏差を積算した第２積算値との比を、検出値として算出することが好ましい。

請求項４に記載の発明では、アイドル時応答性検出手段（Ｓ７）が酸素濃度センサの応答性を繰り返し検出する場合、アイドル時応答性検出手段（Ｓ７）が酸素濃度センサの応答性を検出した後のアイドル実行回数が所定数に到達したときに、酸素濃度センサの応答性を検出することを特徴としている。

これによれば、応答性を検出した後のアイドル実行回数が所定数に到達しないと、アイドル時応答性検出手段が酸素濃度センサの応答性を検出しないようになっているので、アイドル時に酸素濃度変化手段によって排気流路内の酸素濃度を変化させる頻度を低減でき、排気ガスの悪化をより抑制できる。

請求項１〜４に記載の発明に関し、アイドルストップシステムを備える車両に搭載される場合、請求項５に記載のように、第１判定手段（Ｓ３）が劣化していると判定した場合に、アイドルストップシステムの作動を停止させる停止手段（Ｓ２１）を備え、アイドル時応答性検出手段（Ｓ７）は、停止手段（Ｓ２１）がアイドルストップシステムの作動を停止させたときに、酸素濃度センサの応答性を検出する構成となっていることが好ましい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態におけるディーゼルエンジン用制御システムの全体構成を示す図である。 図１中のＥＣＵが実行するＡ／Ｆセンサの応答性劣化検出制御のフローチャートである。 図２中のステップＳ２の詳細を説明するためのタイムチャートである。 図２中のステップＳ７の詳細を説明するためのタイムチャートである。 第２実施形態におけるＥＣＵが実行するＡ／Ｆセンサの応答性劣化検出制御のフローチャートである。 第３実施形態における図２中のステップＳ７の詳細を説明するためのタイムチャートである。 背景技術を説明するための図であって、正常時と応答性劣化時におけるＡ／Ｆセンサの出力のタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１に、本実施形態のディーゼルエンジン用制御システムの全体構成を示す。図１に示すように、車両用内燃機関としてのディーゼルエンジン１１の吸気管１２にはスロットル弁１３が設けられ、このスロットル弁１３の上流側に、吸入空気量を検出する吸気量センサ１４が設けられている。また、エンジン１１の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁１５が取り付けられている。

一方、エンジン１１の排気流路を構成する排気管１６には、排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサとしてのＡ／Ｆセンサ１７が設けられている。Ａ／Ｆセンサ１７は、図示しないが、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度に応じた電流値等の電気信号を出力するセンサ素子と、センサ素子が被水することを防止するためのセンサカバーとを有しており、センサカバーには通気孔が設けられている。

排気管１６のうちのＡ／Ｆセンサ１７の近傍には、排気ガスの温度を検出する排気温センサ１８が設置され、この排気温センサ１８の下流側に、排気浄化手段として排気ガス中の粒子状物質を捕集するＤＰＦ１９が設けられている。このＤＰＦ１９には、排気ガス中のＮＯｘ、ＨＣ等を浄化する触媒も備えられている。

また、排気管１６のうちのＡ／Ｆセンサ１７の上流側には、ターボ過給機のタービン２０が設置され、このタービン２０と連結されたコンプレッサ２１が、吸気管１２のうちのスロットル弁１３の上流側に設置されている。さらに、排気管１６のうちのタービン２０の上流側と吸気管１２のうちのスロットル弁１３の下流側との間には、排気ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管２２が接続され、このＥＧＲ配管２２の途中に排気ガス還流量を制御するＥＧＲ弁２３が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、エンジン冷却水温を検出する冷却水温センサ２４や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２５が取り付けられている。また、アクセルペダル２６の取付部には、アクセルペダル２６の踏み込み量を検出するアクセルセンサ２７が取り付けられている。

上述した各種センサの出力は、制御手段としてのエンジン制御装置（以下、ＥＣＵという）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に記憶された燃料噴射制御、ＥＧＲ制御、ＬＮＴ触媒のリッチパージ制御、ＤＰＦの再生制御等の各種制御プログラムを実行する。

具体的には、ＥＣＵ２８は、燃料噴射制御プログラムを実行することにより、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度、アクセルペダル２６の踏み込み量、排気ガスの酸素濃度）に応じて、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を制御する。

また、ＥＣＵ２８は、応答性劣化検出制御プログラムを実行することにより、所定条件時のＡ／Ｆセンサ１７の応答性に基づいて、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性劣化を検出する。したがって、このＥＣＵ２８が本発明の応答性劣化検出装置を構成している。

以下、このＥＣＵ２８が実行するＡ／Ｆセンサ１７の応答性劣化検出制御について説明する。

この応答性劣化検出制御では、車両走行の減速時とエンジン１１のアイドル運転時の両方の場合に、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性劣化を検出するようになっている。具体的には、以下の説明の通り、減速時のＡ／Ｆセンサ１７の出力から応答性を検出し、減速時の応答性から応答性劣化と判定した場合に、アイドル時に酸素濃度を変化させたときのＡ／Ｆセンサ１７の出力から応答性を検出する。そして、アイドル時の応答性から応答性劣化と判定した場合に、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性劣化を決定するようになっている。

図２に、ＥＣＵ２８が実行するＡ／Ｆセンサ１７の応答性劣化検出制御のフローチャートを示す。図２に示す制御は、ＥＣＵ２８がＡ／Ｆセンサ１７の応答性劣化を検出していないときに実行され、応答性劣化の検出後は停止され、応答性劣化に対する処置がされた後に、再び、実行される。

ステップＳ１では、アイドル時応答性検出実行フラグが０であるか否かを判定する。このフラグは、「１」のとき、ステップＳ７のアイドル時応答性検出の実行を許可し、「０」のとき、アイドル時応答性検出の実行を禁止するものである。減速時の応答性から応答性劣化と判定された場合、アイドル時の応答性を検出するために、フラグが１となる。したがって、減速時の応答性から応答性劣化と判定されていない場合は、フラグ＝０であるため、ＹＥＳ判定して、ステップＳ２に進む。なお、図示していないが、ステップＳ２に進む前に、アクセルセンサ２７からの検出結果等に基づいて、車両の走行状態が減速時であるか否かを判定し、減速時であれば、ステップＳ２に進み、減速時でなければ、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ２では、減速時のＡ／Ｆセンサ１７の出力に基づいて、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性を検出する。このステップＳ２が本発明の減速時応答性検出手段に相当する。

ここで、減速時におけるＡ／Ｆセンサ１７の応答性劣化の検出方法を説明する。図３に、減速時におけるＡ／Ｆセンサ１７の出力のタイムチャートを示す。

減速時として、例えば、定速走行状態からアクセルペダル２６がオフされた場合では、ＥＣＵ２８が燃料噴射弁１５からの燃料噴射をカットするので、図３に示すように、噴射量が一定量から減少して０で一定となり、噴射量がステップ的に減少する。これにより、エンジン１１で燃焼が生じないので、排気ガス中の酸素濃度がステップ的に上昇して大気相当の濃度に収束する。

そこで、このときのＡ／Ｆセンサ１７の実際の出力である実出力と、エンジン１１の運転状態に基づいて予測されるＡ／Ｆセンサ１７の正常出力（予測酸素濃度）と、この正常出力に対して応答性を所定値劣化させた疑似劣化出力とを用いて、応答性劣化を検出する。

具体的には、酸素濃度の変化開始時点ｔ１から収束時点ｔ２までの間における正常出力と実出力との偏差を積算した第１積算値（面積）Ｓ１を算出するとともに、正常出力と疑似劣化出力との偏差を積算した第２積算値（面積）Ｓ２を算出する。ちなみに、面積Ｓ１として、正常出力と実出力との偏差の積算値の代わりに、疑似劣化出力と実出力との偏差の積算値を算出しても良い。そして、面積Ｓ１と面積Ｓ２の比である面積Ｓ１／面積Ｓ２を第１検出値として算出する。なお、このように、ＥＣＵ２８が算出する機能が算出手段に相当する。

なお、正常出力は、エンジン１１内の酸素濃度と、排気ガスがエンジン１１からＡ／Ｆセンサ１７が設置されている位置に到達するまでに要する時間と、正常なＡ／Ｆセンサ１７の特性とをパラメータとして推定される。エンジン１１内の酸素濃度は、吸気量、噴射量、ＥＧＲガス量等に基づいて算出される。また、酸素濃度の変化開始時点ｔ１および収束時点ｔ２は、実出力もしくは正常出力の微分値（変化割合）から判定する。

実出力が正常出力と同じであれば、面積Ｓ１＝０となるため、Ｓ１／Ｓ２＝０となる。実出力が疑似劣化出力と同じであれば、面積Ｓ１＝面積Ｓ２となるため、Ｓ１／Ｓ２＝１となる。また、実出力が疑似劣化出力よりも応答性劣化していれば、面積Ｓ１＞面積Ｓ２となるため、Ｓ１／Ｓ２＞１となる。したがって、第１検出値である面積Ｓ１／面積Ｓ２に基づいて、Ａ／Ｆセンサ１７の出力の応答性が劣化しているか否かを判定することができる。したがって、第１検出値である面積Ｓ１／面積Ｓ２が、応答性を評価するための値、すなわち、Ａ／Ｆセンサ１７の出力の応答性に相当する。

なお、減速時は、アクセルペダル２６がオフされた場合に限らず、アクセルペダル２６の位置を戻す操作がされている場合であっても良い。ただし、噴射量がステップ的に変化する場合が好ましい。

ステップＳ３では、ステップＳ２で検出した第１検出値と第１しきい値とを比較して、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性が劣化しているか否かを判定する。具体的には、第１検出値が第１しきい値よりも小さいか否かを判定する。このステップＳ３が本発明の第１判定手段に相当する。

第１しきい値は、検出した応答性のばらつき（検出精度）を考慮して設定される。すなわち、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性劣化による上述した各種制御に影響がでるときの判定しきい値を算出し、算出した判定しきい値に対して余裕度を加えたものを、第１しきい値とする。例えば、第１しきい値を１．２とする。これは、実出力が疑似劣化出力と同じであるとき、Ｓ１／Ｓ２＝１となるので、余裕度として０．２を加えている。なお、第１しきい値を１に設定し、疑似劣化出力の設定において、疑似劣化出力に余裕度を加えても良い。

そして、第１検出値が第１しきい値よりも小さければ、ＹＥＳとなり、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性は劣化していないと判定して、ステップＳ１に戻る。一方、第１検出値が第１しきい値よりも大きければ、ＮＯとなり、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性が劣化していると判定して、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ステップＳ１で判定されるフラグを「１」に設定する。その後、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１において、ステップＳ３、Ｓ４での説明の通り、減速時の応答性から応答性劣化と判定されている場合は、フラグ＝１であるため、ＮＯ判定して、ステップＳ５に進む。なお、図示していないが、ステップＳ５に進む前に、エンジンがアイドル運転状態であるか否かを判定し、アイドル運転状態と判定した場合、ステップＳ５に進み、アイドル運転状態ではないと判定した場合、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ５では、アイドル実行回数のカウント値Ｎが所定値を超えたか否かを判定する。具体的には、カウント値Ｎが所定値、例えば、３よりも小さいか否かを判定する。このアイドル実行回数とは、アイドル時の応答性検出を実行した後において、アイドル運転状態になった回数である。したがって、ステップＳ５はアイドル実行回数が所定数に到達したか否かを判定する判定手段に相当する。

このカウント値Ｎが１、２のように所定値よりも小さければ、ＹＥＳ判定して、ステップＳ６に進み、カウント値Ｎを「Ｎ＋１」とする。その後、ステップＳ１に戻る。

一方、カウント値Ｎが３のように所定値に到達していれば、ＮＯ判定して、ステップＳ７に進む。ちなみに、このカウント値Ｎは、フラグが「０」から「１」に変更されたときに、所定値に設定される。したがって、ステップＳ３で、応答性劣化と判定した後の初回のステップＳ５であれば、カウント値Ｎが所定値なので、ＮＯ判定して、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、アイドル時のＡ／Ｆセンサ１７の出力に基づいて、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性を検出する。このステップＳ７が本発明のアイドル時応答性検出手段に相当する。この応答性の検出の際では、酸素濃度変化手段としての燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を強制的に変化させて、排気管１６内の酸素濃度をステップ的に変化させる。

ここで、図４に、燃料噴射量を段階的に減少させたときにおける正常時と応答性劣化時のＡ／Ｆセンサ１７の出力のタイムチャートを示す。図４に示すように、例えば、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量をステップ的に減少させ、そのときのＡ／Ｆセンサ１７の出力の変化開始から収束までに要する時間（第２検出値）Ｔｘを算出する。Ａ／Ｆセンサ１７の出力に応答性劣化が生じると、正常時の収束時間Ｔｘ０よりも収束時間Ｔｘ１が長くなるので、この収束時間Ｔｘから応答性劣化が生じたか否かを判定することができる。したがって、第２検出値である収束時間Ｔｘが応答性を評価するための値、すなわち、Ａ／Ｆセンサ１７の出力の応答性に相当する。

ちなみに、Ａ／Ｆセンサ１７の出力の変化開始および収束は出力変化（出力の微分値）から判断する。微分値が一定の値から急増した時点を変化開始時とし、微分値が収束判定しきい値を下回った時点を収束時とする。

続いて、ステップＳ８では、カウント数Ｎを「０」にする。

続いて、ステップＳ９では、ステップＳ７で検出した第２検出値Ｔｘと第２しきい値とを比較して、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性が劣化しているか判定する。具体的には、第２検出値Ｔｘが第２しきい値よりも低いか否かを判定する。このステップＳ９が本発明の第２判定手段に相当する。

第２しきい値は、第１しきい値と同様に、検出した応答性のばらつき（検出精度）を考慮して設定される。アイドル時の応答性の方が、減速時の応答性よりもばらつきが小さいので、第２しきい値については、第１しきい値よりも余裕度を小さく設定することができる。

そして、第２検出値Ｔｘが第２しきい値を超えていれば（ＮＯの場合）、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性が劣化していると判定して、ステップＳ１０に進み、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性劣化を最終決定する。したがって、ステップＳ１０は、応答性劣化決定手段に相当する。このようにして、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性劣化を検出した後は、応答性劣化検出制御を停止し、応答性劣化に対する処置を実行する。応答性劣化に対する処置として、例えば、強制的に排気流速を早くすることにより、Ａ／Ｆセンサ１７のカバーに付着しているＰＭを吹き飛ばしたり、Ａ／Ｆセンサ１７の出力を使用しない制御に切り替えたり、Ａ／Ｆセンサ１７の交換を促すための警告をしたりする。

一方、第２検出値Ｔｘが第２しきい値よりも低ければ（ＹＥＳの場合）、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性が劣化していないと判定して、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、換算式を用いて、第２検出値を第１検出値相当の変換値に変換する。すなわち、第２検出値Ｔｘを図３に示すＳ１／Ｓ２に変換する。

続いて、ステップＳ１２では、変換値と第１しきい値とを比較して、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性が劣化しているか否かを判定する。具体的には、変換値が第１しきい値よりも低いか否かを判定する。変換値が第１しきい値よりも低ければ（ＹＥＳ判定の場合）、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性は劣化していないと判定し、ステップＳ１３に進み、減速時の応答性検出からやり直すために、フラグを「０」に設定した後、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ１２で、変換値が第１しきい値よりも低くなければ（ＮＯ判定の場合）、再び、アイドル時の応答性検出を実行させるために、フラグを「１」に維持したまま、ステップＳ１に戻る。

以上説明した通り、本実施形態では、ステップＳ１〜Ｓ４のごとく、減速時に検出したＡ／Ｆセンサ１７の応答性に基づいて、応答性が劣化していると判定した場合に限って、ステップＳ７で、アイドル時に燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を段階的に減少させ、そのときのＡ／Ｆセンサ１７の応答性を検出している。したがって、本実施形態のステップＳ１〜Ｓ４を省略した場合のように、毎アイドル時にＡ／Ｆセンサ１７の応答性劣化を検出する場合と比較して、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を減少させて、排気管１６内の酸素濃度を変化させる頻度を低減できるので、排気ガスの悪化を抑制できる。

また、本実施形態では、ステップＳ２、Ｓ７のごとく、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性の検出を減速時とアイドル時の両方で行っており、減速時よりもアイドル時の方がＡ／Ｆセンサ１７の応答性の検出精度が高いことから、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性の検出を減速時のみ行う場合よりも、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性劣化の検出精度を向上できる。

また、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性劣化の検出精度が低い場合、検出精度を考慮して判定しきい値に余裕度を加味していたため、本来ならば、応答性劣化に該当しない場合でも、応答性劣化と判定して、応答性劣化後の処置を実行していた。

これに対して、本実施形態によれば、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性劣化の検出精度向上により、判定しきい値に加味していた余裕度を小さくできるため、応答性劣化に該当しない場合に、応答性劣化後の処置となるＡ／Ｆセンサ１７の早期交換やＡ／Ｆセンサ１７を使用しない制御への切替などの実行を抑制できる。

また、本実施形態では、ステップＳ５、Ｓ７等のごとく、アイドル時の応答性検出の実行が許可されている場合であって、アイドル実行回数が所定値に到達したときに、アイドル時の応答性検出を実行するようになっている。

これにより、ステップＳ９で応答性劣化していないと判定（ＹＥＳ判定）し、ステップＳ１２でも応答性劣化していないと判定（ＮＯ判定）して、再び、ステップＳ７に進むことで、アイドル時の応答性検出を繰り返し実行する場合、アイドル時に、常に、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性検出を実行するのではなく、間隔をあけて、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性検出を実行することとなる。この結果、アイドル時に、常に、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性検出を実行する場合と比較して、アイドル時の応答性検出の実行頻度を低減できる。すなわち、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を減少させて、排気管１６内の酸素濃度を変化させる頻度を低減できるので、排気ガスの悪化を抑制できる。

（第２実施形態）
本実施形態は、本発明の酸素濃度センサの応答性劣化検出装置を、車両停止時に自動的にエンジンを停止させるアイドルストップシステム（ＩＳＳ）を備える車両に搭載した例である。図５に、本実施形態におけるＥＣＵ２８が実行するＡ／Ｆセンサ１７の応答性劣化検出制御のフローチャートを示す。

本実施形態では、ステップＳ５で、カウント値Ｎが所定値に到達してＮＯ判定した場合であって、ステップＳ７に進む前に、ステップＳ２１を実行する。このステップＳ２１が本発明のアイドルストップシステムの作動を停止させる停止手段に相当する。

このステップＳ２１では、ＩＳＳの作動を停止させるために、ＩＳＳフラグを「０」に設定する。ＩＳＳフラグは、「０」のとき、ＩＳＳの作動を禁止し、「１」のとき、ＩＳＳの作動を許可するものである。ＩＳＳを備える車両においては、アイドルストップされてしまうと、ステップＳ７のアイドル時のＡ／Ｆセンサ１７の応答性検出が実行できないので、ステップＳ７に進む場合は、ＩＳＳの作動を停止させる。

また、本実施形態では、ステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ１３の後に、ＩＳＳの作動を許可するために、ＩＳＳフラグを「１」に設定するステップＳ２２を実行する。これにより、アイドル時のＡ／Ｆセンサ１７の応答性の検出および応答性劣化の判定が終了したら、再び、ＩＳＳを元の状態に戻して、アイドルストップを可能とする。

（第３実施形態）
第１実施形態では、図２中のステップＳ７で、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を段階的に減少させ、そのときのＡ／Ｆセンサ１７の出力の変化開始から収束までに要する時間Ｔｘを第２検出値として算出したが、本実施形態では、Ａ／Ｆセンサ１７の出力の変化開始から収束までに要する時間の代わりに、Ａ／Ｆセンサ１７の出力値が所定値Ａから所定値Ｂまで変化するまでの経過時間Ｔｙを第２検出値として算出する。

図６に、燃料噴射量を段階的に減少させたときにおける正常時と応答性劣化時のＡ／Ｆセンサ１７の出力のタイムチャートを示す。図６に示すように、Ａ／Ｆセンサ１７の出力に応答性劣化が生じると、正常時の経過時間Ｔｙ０よりも経過時間Ｔｙ１が長くなる。そこで、ステップＳ９では、ステップＳ７で算出した経過時間Ｔｙと第２しきい値とを比較することで、応答性劣化が生じたか否かを判定することができる。

（他の実施形態）
（１）上述の各実施形態では、ステップＳ７でＡ／Ｆセンサ１７の応答性を検出する際に、酸素濃度変化手段としての燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を減少させることにより、排気管１６内の酸素濃度を変化させていたが、燃料噴射量を減少させる代わりに増大させても良い。

また、燃料噴射弁１５の代わりに、エンジン１１の吸入空気量を調整する吸気量調整手段であるスロットル弁１３、エンジン１１に流入するＥＧＲ量を調整する再循環排気量調整手段であるＥＧＲ弁２３を酸素濃度変化手段として用いても良い。

（２）第１、第３実施形態では、ステップＳ２とステップＳ７とにおいて、異なる算出手段を用いて、Ａ／Ｆセンサ１７の応答性の検出値（第１、第２検出値）を算出したが、同じ算出手段を用いてＡ／Ｆセンサ１７の応答性の検出値を算出しても良い。

例えば、ステップＳ７での第２検出値の算出において、ステップＳ２と同様に、アイドル時の酸素濃度の変化開始時点ｔ１から収束時点ｔ２までの間における正常出力と実出力との偏差の積算値（面積）Ｓ１と、正常出力と疑似劣化出力との偏差の積算値（面積）Ｓ２を算出したときのＳ１とＳ２の比を第２検出値として算出しても良い。この場合、算出手段は、Ｓ１とＳ２の比を算出する。

また、その逆に、ステップＳ２での第１検出値の算出において、第１、第３実施形態で説明したステップＳ７と同様に、収束時間Ｔｘ、経過時間Ｔｙを第１検出値として算出しても良い。この場合、算出手段は収束時間Ｔｘ、経過時間Ｔｙを算出する。

（３）上述の各実施形態では、酸素濃度センサとしてのＡ／Ｆセンサ１７の出力の応答性劣化を検出していたが、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を出力するＯ２センサの応答性劣化の検出にも本発明を適用できる。

（４）上述の各実施形態では、減速時応答性検出手段、第１判定手段、アイドル時応答性検出手段、第２判定手段等をＥＣＵ２８の機能により実現させていたが、これらの各手段の少なくとも一部をＥＣＵ２８とは別の制御部（回路構成）で実現させても良い。

（５）上述の各実施形態を実施可能な範囲で組み合わせても良い。例えば、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせても良い。

１１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１３ スロットル弁
１５ 燃料噴射弁
１７ Ａ／Ｆセンサ（酸素濃度センサ）
２３ ＥＧＲ弁
２８ ＥＣＵ（減速時応答性検出手段、第１判定手段、アイドル時応答性検出手段、第２判定手段）

Claims (5)

1. 車両用内燃機関の排気流路内の酸素濃度に関する信号を出力する酸素濃度センサ（１７）の応答性の劣化を検出する酸素濃度センサの応答性劣化検出装置において、
   減速時の前記酸素濃度センサの出力に基づいて、前記酸素濃度センサの応答性を検出する減速時応答性検出手段（Ｓ２）と、
   前記減速時応答性検出手段が検出した第１検出値と第１しきい値とを比較して、前記酸素濃度センサの応答性が劣化しているか否かを判定する第１判定手段（Ｓ３）と、
   前記第１判定手段が劣化していると判定した場合に、前記内燃機関のアイドル時に酸素濃度変化手段によって前記排気流路内の酸素濃度を変化させたときの前記酸素濃度センサの出力に基づいて、前記酸素濃度センサの応答性を検出するアイドル時応答性検出手段（Ｓ７）と、
   前記アイドル時応答性検出手段が検出した第２検出値と第２しきい値とを比較して、前記酸素濃度センサの応答性が劣化しているか判定する第２判定手段（Ｓ９）とを備えることを特徴とする酸素濃度センサの応答性劣化検出装置。
2. 前記減速時応答性検出手段（Ｓ２）と、前記アイドル時応答性検出手段（Ｓ３）とは、同じ算出手段を用いて、前記酸素濃度センサの応答性の検出値を算出するものであることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度センサの応答性劣化検出装置。
3. 前記前記算出手段は、前記酸素濃度センサの実際の出力である実出力と、前記内燃機関の運転状態に基づいて予測される応答性が正常な酸素濃度センサの正常出力と、前記正常出力に対して応答性を所定値劣化させた疑似劣化出力とを用い、
   酸素濃度の変化開始時から収束時までの間における前記正常出力と前記疑似劣化出力のどちらか一方と前記実出力との偏差を積算した第１積算値と、前記正常出力と前記疑似劣化出力との偏差を積算した第２積算値との比を、前記検出値として算出することを特徴とする請求項２に記載の酸素濃度センサの応答性劣化検出装置。
4. 前記アイドル時応答性検出手段（Ｓ７）が前記酸素濃度センサの応答性を繰り返し検出する場合、前記アイドル時応答性検出手段（Ｓ７）が前記酸素濃度センサの応答性を検出した後のアイドル実行回数が所定数に到達したときに、前記酸素濃度センサの応答性を検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の酸素濃度センサの応答性劣化検出装置。
5. アイドルストップシステムを備える車両に搭載される酸素濃度センサの応答性劣化検出装置であって、
   前記第１判定手段（Ｓ３）が劣化していると判定した場合に、前記アイドルストップシステムの作動を停止させる停止手段（Ｓ２１）を備え、
   前記アイドル時応答性検出手段（Ｓ７）は、前記停止手段（Ｓ２１）が前記アイドルストップシステムの作動を停止させたときに、前記酸素濃度センサの応答性を検出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の酸素濃度センサの応答性劣化検出装置。

Images