JP2016211429A - 下流側空燃比センサの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比からリッチ側又はリーン側に変化するときのむだ時間の異常を精度良く診断することができる、下流側空燃比センサの異常診断装置を提供する。
【解決手段】下流側空燃比センサ４１の異常診断装置は空燃比制御手段を備え、空燃比制御手段は、下流側出力空燃比が理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のいずれか一方の側にあるときに目標空燃比を理論空燃比に設定し、その後、下流側空燃比センサに到達した排気ガスの空燃比が理論空燃比であると判定されている間に目標空燃比を理論空燃比から上記一方の側の空燃比に切り替え、下流側空燃比センサの異常診断装置は、目標空燃比を上記一方の側の空燃比に切り替えてから下流側出力空燃比が上記一方の側に向かって変化し始めるまでの時間が基準時間以上である場合に、下流側空燃比センサにむだ時間による異常が生じていると判定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、下流側空燃比センサの異常診断装置に関する。

従来、内燃機関の燃焼室における混合気の燃焼によって生じる排気ガス中の有害物質を浄化すべく、排気通路に排気浄化触媒を設けることが知られている。

排気浄化触媒の浄化効率は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときに最大となる。このため、排気浄化触媒の排気流れ方向上流側及び下流側に上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサをそれぞれ配置し、これら空燃比センサの出力に基づいて、排気空燃比が理論空燃比となるように、燃焼室に供給する燃料量を制御することが知られている。斯かる空燃比センサには、排気浄化触媒の浄化効率の低下による排気エミッションの悪化を抑制するために、排気空燃比が理論空燃比からリッチ側又はリーン側に変化したことを迅速に検出することが要求される。

しかしながら、空燃比センサには、多かれ少なかれ応答遅れが存在する。下流側空燃比センサの応答遅れが過度に増大すると、排気浄化触媒から流出する排気空燃比の変化を迅速に検出することができないため、排気エミッションが悪化するおそれがある。そこで、特許文献１、２では、下流側空燃比センサの応答遅れの異常を診断する異常診断装置が提案されている。

特開平５−２５６１７５号公報 特開２００９−２２１９９２号公報

ところで、空燃比センサの応答遅れの原因として、排気空燃比を変化させてから空燃比センサの出力が反応し始めるまでにかかるむだ時間と、空燃比センサの出力が反応し始めてから実際の排気空燃比に相当する出力になるまでにかかる一次遅れとが知られている。応答遅れの異常が生じた空燃比センサを適切に修理するためには、応答遅れの異常の原因が特定されることが望ましい。また、米国の法規では、空燃比センサのむだ時間の異常と一次遅れの異常とを区別して検出することが要求されている。

特許文献１に記載の異常診断装置では、目標空燃比がリッチとリーンとの間で切り替えられてから下流側空燃比センサの出力が所定の閾値に達するまでの時間が所定時間以上である場合に、下流側空燃比センサの応答遅れが異常であると診断される。しかしながら、目標空燃比がリッチとリーンとの間で切り替えられてから下流側空燃比センサの出力が所定の閾値に達するまでの時間はむだ時間の増加だけではなく一次遅れの増大によっても増加する。したがって、特許文献１に記載の異常診断装置では、下流側空燃比センサのむだ時間の異常と一次遅れの異常とを区別して検出することができない。

また、特許文献２に記載の異常診断装置では、燃料カット開始後に下流側空燃比センサの異常診断が実施される。このため、下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチな値から理論空燃比に向かって変化するときのむだ時間を検出することができたとしても、下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比からリッチ側又はリーン側に向かって変化するときのむだ時間を検出することができない。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比からリッチ側又はリーン側に変化するときのむだ時間の異常を精度良く診断することができる、下流側空燃比センサの異常診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、内燃機関の排気通路において排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置された下流側空燃比センサの異常診断装置であって、排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室に供給する燃料量を制御する空燃比制御手段を備え、空燃比制御手段は、下流側空燃比センサの異常診断を実施するために、下流側空燃比センサによって検出された下流側出力空燃比が、理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のいずれか一方の側にあるときに、下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化するように目標空燃比を理論空燃比に設定し、その後、下流側出力空燃比に基づいて下流側空燃比センサに到達した排気ガスの空燃比が理論空燃比であると判定されている間に目標空燃比を理論空燃比から理論空燃比よりも上記一方の側の空燃比に切り替え、下流側空燃比センサの異常診断装置は、目標空燃比を理論空燃比から上記一方の側の空燃比に切り替えてから下流側出力空燃比が上記一方の側に向かって変化し始めるまでの時間が基準時間以上である場合に、下流側空燃比センサにむだ時間による異常が生じていると判定するように構成される、下流側空燃比センサの異常診断装置が提供される。

本発明によれば、下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比からリッチ側又はリーン側に変化するときのむだ時間の異常を精度良く診断することができる、下流側空燃比センサの異常診断装置が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係る下流側空燃比センサの異常診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。 図２は、空燃比センサの構造を概略的に示す図である。 図３は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。 図４は、センサ印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。 図５は、下流側空燃比センサのリッチ側異常診断における目標空燃比及び下流側空燃比センサの出力空燃比のタイムチャートである。 図６は、下流側空燃比センサのリッチ側異常診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図７は、下流側空燃比センサのリーン側異常診断における目標空燃比及び下流側空燃比センサの出力空燃比のタイムチャートである。 図８は、下流側空燃比センサのリーン側異常診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の実施形態に係る下流側空燃比センサの異常診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。

図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に直接噴射する。すなわち、本実施形態の内燃機関は筒内噴射式内燃機関である。なお、内燃機関はポート噴射式内燃機関であっても良く、この場合、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置される。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。

各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５等は、空気及び燃料を含む混合気を燃焼室５に導く吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は排気浄化触媒２０を内蔵したケーシング２１に連結される。ケーシング２１は排気管２２に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、ケーシング２１、排気管２２等は、燃焼室５における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、排気浄化触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、排気浄化触媒２０から流出する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。なお、これら空燃比センサ４０、４１の構成については後述する。

また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。なお、ＥＣＵ３１は、内燃機関の制御を行う制御装置として機能する。

排気浄化触媒２０は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ₂））を担持させたものである。排気浄化触媒２０は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。

排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力によれば、排気浄化触媒２０は、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、排気浄化触媒２０は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるときには、排気浄化触媒２０に吸蔵されている酸素を放出する。この結果、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力が維持されている限り、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比に関わらず、排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。

＜空燃比センサの説明＞
本実施形態では、空燃比センサ４０、４１としては、コップ型の限界電流式空燃比センサが用いられる。図２を用いて、空燃比センサ４０、４１の構造について簡単に説明する。図２は、空燃比センサの構造を概略的に示す図である。空燃比センサ４０、４１は、固体電解質層５１と、その一方の側面上に配置された排気側電極５２と、その他方の側面上に配置された大気側電極５３と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層５４と、基準ガス室５５と、空燃比センサ４０、４１の加熱、特に固体電解質層５１（素子）の加熱を行うヒータ部５６とを具備する。

特に、本実施形態のコップ型の空燃比センサ４０、４１では、固体電解質層５１は一端が閉じられた円筒状に形成される。その内部に画成された基準ガス室５５には、大気ガス（空気）が導入されると共に、ヒータ部５６が配置される。固体電解質層５１の内面上に大気側電極５３が配置され、その外面上に排気側電極５２が配置される。固体電解質層５１及び排気側電極５２の外面上にはこれらを覆うように拡散律速層５４が配置される。なお、拡散律速層５４の外側には、拡散律速層５４の表面上に液体等が付着するのを防止するための保護層（図示せず）が設けられてもよい。

固体電解質層５１は、ＺｒＯ₂（ジルコニア）、ＨｆＯ₂、ＴｈＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃等を安定剤として配当した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散律速層５４は、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。さらに、排気側電極５２及び大気側電極５３は、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。

また、排気側電極５２と大気側電極５３との間には、ＥＣＵ３１に搭載された印加電圧制御装置６０によりセンサ印加電圧Ｖが印加される。加えて、ＥＣＵ３１には、センサ印加電圧を印加したときに固体電解質層５１を介してこれら電極５２、５３間に流れる電流Ｉを検出する電流検出装置６１が設けられる。この電流検出装置６１によって検出される電流が空燃比センサ４０、４１の出力電流である。

このように構成された空燃比センサ４０、４１は、図３に示したような電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を有する。図３は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。図３からわかるように、出力電流Ｉは、排気空燃比が高くなるほど（リーンになるほど）、大きくなる。また、各排気空燃比におけるＶ−Ｉ線には、Ｖ軸に平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図３では、排気空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ₁₈、Ｉ₁₈で示している。

一方、センサ印加電圧が限界電流領域よりも低い領域では、センサ印加電圧にほぼ比例して出力電流が変化する。このときの傾きは、固体電解質層５１の直流素子抵抗によって定まる。また、センサ印加電圧が限界電流領域よりも高い領域では、センサ印加電圧の増加に伴って出力電流も増加する。この領域では、排気側電極５２上にて排気ガス中に含まれる水分の分解が生じること等により、センサ印加電圧の変化に応じて出力電流が変化する。

図４は、印加電圧を０．４５Ｖ程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図４からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに（比例するように）変化する。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉがゼロになるように構成される。また、排気空燃比が一定以上に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。

なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１として図２に示した構造の限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、空燃比センサ４０、４１として如何なる空燃比センサを用いてもよい。したがって、空燃比センサ４０、４１としては例えば積層型の限界電流式空燃比センサ等の他の構造の限界電流式の空燃比センサや、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、空燃比センサ４０、４１は互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。

＜基本的な空燃比制御＞
本実施形態では、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比が機関運転状態に基づいて設定され、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比（１４．６））に一致するように、燃焼室５に供給する燃料量がフィードバック制御される。なお、出力空燃比とは、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。

なお、上流側空燃比センサ４０を用いることなく、燃焼室５に供給する燃料量が制御されてもよい。この場合、燃焼室５に供給される燃料と空気との比率が目標空燃比に一致するように、エアフロメータ３９によって検出された吸入空気量と、目標空燃比とから算出された燃料量が燃焼室５に供給される。

＜下流側空燃比センサの異常診断＞
ところで、空燃比センサ４０、４１には、多かれ少なかれ応答遅れが存在する。下流側空燃比センサ４１の応答遅れが過度に増大すると、排気浄化触媒２０から流出する排気空燃比の変化を迅速に検出することができないため、排気エミッションが悪化するおそれがある。そこで、本実施形態の内燃機関は下流側空燃比センサ４１の異常診断装置を備える。本実施形態の異常診断装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比からリッチ側又はリーン側に変化するときの応答遅れの異常を診断する。また、本実施形態の異常診断装置は空燃比制御手段を備える。空燃比制御手段は、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室５に供給する燃料量を制御する。

空燃比制御手段は、下流側空燃比センサ４１の下流側出力空燃比が理論空燃比からリッチ側に変化するときの応答遅れの異常を診断するために、下流側出力空燃比が理論空燃比よりもリッチ側にあるときに、下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化するように目標空燃比を理論空燃比に設定し、その後、下流側出力空燃比に基づいて、下流側空燃比センサ４１に到達した排気ガスの空燃比が理論空燃比であると判定されている間に目標空燃比を理論空燃比から理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に切り替える。

異常診断装置は、空燃比制御手段によって目標空燃比を理論空燃比からリッチ側の空燃比に切り替えてから下流側出力空燃比がリッチ側に向かって変化し始めるまでの時間をむだ時間として検出し、むだ時間が基準時間以上である場合に、下流側空燃比センサ４１にむだ時間による異常が生じていると判定する。また、異常診断装置は、下流側出力空燃比が理論空燃比からリッチ側に向かって変化するときの一次遅れ時定数を検出し、一次遅れ時定数が基準値以上である場合に、下流側空燃比センサ４１に一次遅れによる異常が生じていると判定する。

また、空燃比制御手段は、下流側空燃比センサ４１の下流側出力空燃比が理論空燃比からリーン側に変化するときの応答遅れの異常を診断するために、下流側出力空燃比が理論空燃比よりもリーン側にあるときに、下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化するように目標空燃比を理論空燃比に設定し、その後、下流側出力空燃比に基づいて、下流側空燃比センサ４１に到達した排気ガスの空燃比が理論空燃比であると判定されている間に目標空燃比を理論空燃比から理論空燃比よりもリーン側の空燃比に切り替える。

異常診断装置は、空燃比制御手段によって目標空燃比を理論空燃比からリーン側の空燃比に切り替えてから下流側出力空燃比がリーン側に向かって変化し始めるまでの時間をむだ時間として検出し、むだ時間が基準時間以上である場合に、下流側空燃比センサ４１にむだ時間による異常が生じていると判定する。また、異常診断装置は、下流側出力空燃比が理論空燃比からリーン側に向かって変化するときの一次遅れ時定数を検出し、一次遅れ時定数が基準値以上である場合に、下流側空燃比センサ４１に一次遅れによる異常が生じていると判定する。

以下、図５〜図８を参照して、斯かる異常診断について具体的に説明する。

＜リッチ側異常診断のタイムチャート＞
図５は、下流側空燃比センサ４１のリッチ側異常診断における目標空燃比ＡＦＴ及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎのタイムチャートである。図示したタイムチャートでは、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎ（以下「下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎ」ともいう）が理論空燃比からリッチ側に変化するときの応答遅れの異常診断が実施される。

図５の例では、時刻ｔ１以前には、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比（１４．６）に設定されている。このため、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎも理論空燃比となっている。時刻ｔ１では、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は不明である。そこで、時刻ｔ１において、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量をゼロにするために、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比からリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り替えられる。リッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈは、理論空燃比よりもリッチである予め定められた空燃比であり、例えば１４〜１４．５程度とされる。

その後、理論空燃比よりもリッチな排気ガスが下流側空燃比センサ４１に到達し、時刻ｔ２において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリッチ側に向かって変化する。その後、時刻ｔ３において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になる。リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈは、理論空燃比よりもリッチであり且つリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈよりもリーンである予め定められた空燃比である。なお、リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈはリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈと同一であってもよい。時刻ｔ３では、理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈが下流側空燃比センサ４１によって検出されているため、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量はゼロである。

時刻ｔ３において、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈから理論空燃比に切り替えられる。その後、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが、理論空燃比よりもリッチ側から理論空燃比に向かって変化し、時刻ｔ４においてリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｒ以上になる。リッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｒは、理論空燃比よりも僅かにリッチである予め定められた空燃比である。また、リッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｒは、目標空燃比をリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈから理論空燃比に切り替えた後、正常な下流側空燃比センサの４１の一次遅れを考慮して、理論空燃比の排気ガスが下流側空燃比センサ４１に到達したと考えられる空燃比に相当する。したがって、時刻ｔ４では、下流側空燃比センサ４１に到達した排気ガスの空燃比が理論空燃比であると判定され、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比からリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り替えられる。時刻ｔ４では、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量はゼロのままである。なお、リッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｒは理論空燃比であってもよい。この場合、目標空燃比ＡＦＴは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に収束するまで理論空燃比に維持される。

その後、時刻ｔ５において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリッチ側に向かって変化し始める。図５の例では、目標空燃比ＡＦＴを理論空燃比からリッチ側の空燃比に切り替えてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側に向かって変化し始めるまでの時間である時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間が下流側空燃比センサ４１のむだ時間として検出される。時刻ｔ５では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの時間変化の傾きが正から負の値に変化する。したがって、例えば、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの時間変化の傾き、すなわち下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値に基づいて、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側に向かって変化し始めるタイミングを検出することができる。この場合、具体的には、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が、予め定められた値以下、例えば０以下になったときに下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側に向かって変化し始めたと判定される。

検出されたむだ時間が予め定められた基準時間以上である場合、下流側空燃比センサ４１にむだ時間による異常が生じていると判定される。基準時間は、正常な下流側空燃比センサ４１のむだ時間の上限値よりも大きな値とされる。

また、時刻ｔ５において下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側に向かって変化し始めると、下流側空燃比センサ４１の一次遅れ時定数Ｔが検出される。一次遅れ時定数Ｔは、例えば、図５に示されるように、時刻ｔ５の直後における下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの時間変化の傾きに基づいて算出される。

検出された一次遅れ時定数Ｔが予め定められた基準値以上である場合、下流側空燃比センサ４１に一次遅れによる異常が生じていると判定される。基準値は、正常な下流側空燃比センサ４１の一次遅れ時定数の上限値よりも大きな値とされる。

その後、時刻ｔ６において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、目標空燃比ＡＦＴが、ｔ１以前の目標空燃比である理論空燃比に戻される。なお、目標空燃比ＡＦＴは、下流側空燃比センサ４１の一次遅れ時定数Ｔが検出された後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達する前にリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈから理論空燃比に戻されてもよい。

ところで、下流側空燃比センサ４１のむだ時間を検出するときの排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロでない場合、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量及び劣化度合いに応じて、目標空燃比ＡＦＴを理論空燃比からリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り替えてから、理論空燃比よりもリッチな排気ガスが下流側空燃比センサ４１に到達するまでの時間が変動する。この結果、下流側空燃比センサ４１の異常以外の要因である排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量及び劣化度合いによってもむだ時間が変動するため、下流側空燃比センサ４１のむだ時間の異常を精度良く診断することができない。

一方、本実施形態では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリッチ側にあるときにむだ時間が検出される。このため、むだ時間は、常に排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロの状態で検出され、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量及び劣化度合いの影響を受けない。したがって、本実施形態では、下流側空燃比出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリッチ側に変化するときのむだ時間の異常を精度良く診断することができる。

また、本実施形態では、下流側空燃比出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリッチ側に変化するときのむだ時間及び一次遅れ時定数を精度良く検出することができる。このことによって、下流側空燃比センサ４１の出力の補正が可能となり、下流側空燃比センサ４１に基づく空燃比制御が改善される。また、下流側空燃比センサ４１を用いた排気浄化触媒２０の異常診断において、誤った診断を行う可能性が低減される。

＜リッチ側異常診断の制御ルーチン＞
以下、図６のフローチャートを参照して、下流側空燃比センサ４１のリッチ側異常診断について詳細に説明する。図６は、下流側空燃比センサ４１のリッチ側異常診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンでは、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリッチ側に変化するときの応答遅れの異常が診断される。

図示した制御ルーチンは、例えば、内燃機関の始動毎に、内燃機関の始動後の所定のタイミングで実行される。最初に、ステップＳ１０１において、異常診断処理の実行条件が成立しているか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１の応答特性は、吸入空気量、大気圧、センサ素子の温度等によって変動する。このため、ステップＳ１０１では、異常診断の精度を高めるために、例えば、吸入空気量、大気圧及びセンサ素子の温度が所定の範囲内にあるか否かが判定される。

ステップＳ１０１において、異常診断処理の実行条件が成立していないと判定された場合、異常診断が実施されることなく、本制御ルーチンは終了する。ステップＳ１０１において、異常診断処理の実行条件が成立していると判定された場合、ステップＳ１０２へと進む。ステップＳ１０２では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈは、理論空燃比よりもリッチである予め定められた空燃比である。ステップＳ１０２において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合、すなわち排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロである場合、ステップＳ１０３へと進む。ステップＳ１０３では、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比（１４．６）に設定される。

一方、ステップＳ１０２において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きい（リーンである）と判定された場合、ステップＳ１０９へと進む。本制御ルーチンの開始時に目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比に設定されていた場合、空燃比制御が正常に行われていれば、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎは理論空燃比を示す。したがって、このような場合には、ステップＳ１０２において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きい（リーンである）と判定される。

ステップＳ１０９では、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量をゼロにするために、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに設定される。リッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈは、理論空燃比よりもリッチであり且つリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりもリッチである予め定められた空燃比であり、例えば１４〜１４．５程度とされる。なお、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈはリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈと同一であってもよい。

ステップＳ１０９は、ステップＳ１０２において下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定されるまで繰り返される。したがって、目標空燃比ＡＦＴは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達するまでリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに維持される。この結果、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロなり、その後、ステップＳ１０３において、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比（１４．６）に設定される。

次いで、ステップＳ１０４では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｒ以上であるか否かが判定される。リッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｒは、理論空燃比よりも僅かにリッチである予め定められた空燃比である。ステップＳ１０４において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｒよりも小さい（リッチである）と判定された場合、ステップＳ１０３に戻る。したがって、目標空燃比ＡＦＴは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｒに達するまで理論空燃比に維持される。ステップＳ１０４において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｒ以上であると判定されると、ステップＳ１０５へと進む。なお、リッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｒは理論空燃比であってもよい。この場合、目標空燃比ＡＦＴは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に収束するまで理論空燃比に維持される。

ステップＳ１０５では、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比からリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り替えられる。次いで、ステップＳ１０６では、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比からリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り替えられてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリッチ側に向かって変化し始めるまでのむだ時間が検出される。検出されたむだ時間が基準時間以上である場合、下流側空燃比センサ４１のむだ時間に異常が生じていると判定する。この場合、斯かる異常をユーザに知らせるために、警告灯が点灯せしめられる。

次いで、ステップＳ１０７では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに向かって変化するときの一次遅れ時定数が検出される。検出された一次遅れ時定数が基準値以上である場合、下流側空燃比センサ４１の一次遅れに異常が生じていると判定する。この場合、斯かる下流側空燃比センサ４１の異常をユーザに知らせるために、警告灯が点灯せしめられる。

次いで、ステップＳ１０８では、異常診断が終了したため、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比に設定される。なお、ステップＳ１０８において設定される目標空燃比ＡＦＴは、このときの機関運転状態に応じた理論空燃比以外の空燃比であってもよい。ステップＳ１０８の後、本制御ルーチンは終了する。

なお、本制御ルーチンは、内燃機関の運転中に、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったときに実行されてもよい。この場合、本制御ルーチンのステップＳ１０２及びステップＳ１０９は省略される。下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎは、例えば、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比よりもリーンな空燃比と理論空燃比よりもリッチな空燃比との間で交互に切り替えられることによって、又は燃料カット制御後に目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定されることによって、リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になる場合がある。

＜リーン側異常診断のタイムチャート＞
図７は、下流側空燃比センサ４１のリーン側異常診断における目標空燃比ＡＦＴ及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎのタイムチャートである。図示したタイムチャートでは、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリーン側に変化するときの応答遅れの異常診断が実施される。

図７の例では、時刻ｔ１以前には、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比（１４．６）に設定されている。このため、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎも理論空燃比となっている。時刻ｔ１では、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は不明である。そこで、時刻ｔ１において、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量を最大にするために、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比からリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り替えられる。リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎは、理論空燃比よりもリーンである予め定められた空燃比であり、例えば１４．７〜１５．２程度とされる。

その後、理論空燃比よりもリーンな排気ガスが下流側空燃比センサ４１に到達し、時刻ｔ２において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリーン側に向かって変化する。その後、時刻ｔ３において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になる。リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎは、理論空燃比よりもリーンであり且つリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎよりもリッチである予め定められた空燃比である。なお、リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎはリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎと同一であってもよい。時刻ｔ３では、理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎが下流側空燃比センサ４１によって検出されているため、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は最大である。

時刻ｔ３において、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎから理論空燃比に切り替えられる。その後、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが、理論空燃比よりもリーン側から理論空燃比に向かって変化し、時刻ｔ４においてリーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｌ以下になる。リーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｌは、理論空燃比よりも僅かにリーンである予め定められた空燃比である。また、リーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｌは、目標空燃比をリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎから理論空燃比に切り替えた後、正常な下流側空燃比センサの４１の一次遅れを考慮して、理論空燃比の排気ガスが下流側空燃比センサ４１に到達したと考えられる空燃比に相当する。したがって、時刻ｔ４では、下流側空燃比センサ４１に到達した排気ガスの空燃比が理論空燃比であると判定され、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比からリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り替えられる。時刻ｔ４では、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は最大のままである。なお、リーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｌは理論空燃比であってもよい。この場合、目標空燃比ＡＦＴは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に収束するまで理論空燃比に維持される。

その後、時刻ｔ５において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリーン側に向かって変化し始める。図７の例では、目標空燃比ＡＦＴを理論空燃比からリーン側の空燃比に切り替えてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン側に向かって変化し始めるまでの時間である時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間が下流側空燃比センサ４１のむだ時間として検出される。時刻ｔ５では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの時間変化の傾きが負から正の値に変化する。したがって、例えば、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの時間変化の傾き、すなわち下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値に基づいて、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン側に向かって変化し始めるタイミングを検出することができる。この場合、具体的には、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの微分値が、予め定められた値以上、例えば０以上になったときに下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン側に向かって変化し始めたと判定される。

検出されたむだ時間が予め定められた基準時間以上である場合、下流側空燃比センサ４１にむだ時間による異常が生じていると判定される。基準時間は、正常な下流側空燃比センサ４１のむだ時間の上限値よりも大きな値とされる。

また、時刻ｔ５において下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン側に向かって変化し始めると、下流側空燃比センサ４１の一次遅れ時定数Ｔが検出される。一次遅れ時定数Ｔは、例えば、図７に示されるように、時刻ｔ５の直後における下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎの時間変化の傾きに基づいて算出される。

検出された一次遅れ時定数Ｔが予め定められた基準値以上である場合、下流側空燃比センサ４１に一次遅れによる異常が生じていると判定される。基準値は、正常な下流側空燃比センサ４１の一次遅れ時定数の上限値よりも大きな値とされる。

その後、時刻ｔ６において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になると、目標空燃比ＡＦＴが、ｔ１以前の目標空燃比である理論空燃比に戻される。なお、目標空燃比ＡＦＴは、下流側空燃比センサ４１の一次遅れ時定数Ｔが検出された後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達する前にリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎから理論空燃比に戻されてもよい。

ところで、下流側空燃比センサ４１のむだ時間を検出するときの排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大でない場合、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量及び劣化度合いに応じて、目標空燃比ＡＦＴを理論空燃比からリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り替えてから、理論空燃比よりもリーンな排気ガスが下流側空燃比センサ４１に到達するまでの時間が変動する。この結果、下流側空燃比センサ４１の異常以外の要因である排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量及び劣化度合いによってもむだ時間が変動するため、下流側空燃比センサ４１のむだ時間の異常を精度良く診断することができない。

一方、本実施形態では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリーン側にあるときにむだ時間が検出される。このため、むだ時間は、常に排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大の状態で検出され、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量及び劣化度合いの影響を受けない。したがって、本実施形態では、下流側空燃比出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリーン側に変化するときのむだ時間の異常を精度良く診断することができる。

また、本実施形態では、下流側空燃比出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリーン側に変化するときのむだ時間及び一次遅れ時定数を精度良く検出することができる。このことによって、下流側空燃比センサ４１の出力の補正が可能となり、下流側空燃比センサ４１に基づく空燃比制御が改善される。また、下流側空燃比センサ４１を用いた排気浄化触媒２０の異常診断において、誤った診断を行う可能性が低減される。

＜リーン側異常診断の制御ルーチン＞
以下、図８のフローチャートを参照して、下流側空燃比センサ４１のリーン側異常診断について詳細に説明する。図８は、下流側空燃比センサ４１のリーン側異常診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンでは、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリーン側に変化するときの応答遅れの異常が診断される。

図示した制御ルーチンは、例えば、内燃機関の始動毎に、内燃機関の始動後の所定のタイミングで実行される。最初に、ステップＳ２０１において、異常診断処理の実行条件が成立しているか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１の応答特性は、吸入空気量、大気圧、センサ素子の温度等によって変動する。このため、ステップＳ２０１では、異常診断の精度を高めるために、例えば、吸入空気量、大気圧及びセンサ素子の温度が所定の範囲内にあるか否かが判定される。

ステップＳ２０１において、異常診断処理の実行条件が成立していないと判定された場合、異常診断が実施されることなく、本制御ルーチンは終了する。ステップＳ２０１において、異常診断処理の実行条件が成立していると判定された場合、ステップＳ２０２へと進む。ステップＳ２０２では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎは、理論空燃比よりもリーンである予め定められた空燃比である。ステップＳ２０２において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定された場合、すなわち排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大である場合、ステップＳ２０３へと進む。ステップＳ２０３では、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比（１４．６）に設定される。

一方、ステップＳ２０２において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さい（リッチである）と判定された場合、ステップＳ２０９へと進む。本制御ルーチンの開始時に目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比に設定されていた場合、空燃比制御が正常に行われていれば、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎは理論空燃比を示す。したがって、このような場合には、ステップＳ２０２において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さい（リッチである）と判定される。

ステップＳ２０９では、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量を最大にするために、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに設定される。リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎは、理論空燃比よりもリーンであり且つリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりもリーンである予め定められた空燃比であり、例えば１４．７〜１５．２程度とされる。なお、リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎはリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎと同一であってもよい。

ステップＳ２０９は、ステップＳ２０２において下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定されるまで繰り返される。したがって、目標空燃比ＡＦＴは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達するまでリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに維持される。この結果、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大なり、その後、ステップＳ２０３において、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比（１４．６）に設定される。

次いで、ステップＳ２０４では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｌ以下であるか否かが判定される。リーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｌは、理論空燃比よりも僅かにリーンである予め定められた空燃比である。ステップＳ２０４において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｌよりも大きい（リーンである）と判定された場合、ステップＳ２０３に戻る。したがって、目標空燃比ＡＦＴは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｌに達するまで理論空燃比に維持される。ステップＳ２０４において、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｌ以下であると判定されると、ステップＳ２０５へと進む。なお、リーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｓｔｉｃｌは理論空燃比であってもよい。この場合、目標空燃比ＡＦＴは、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に収束するまで理論空燃比に維持される。

ステップＳ２０５では、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比からリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り替えられる。次いで、ステップＳ２０６では、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比からリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り替えられてから下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリーン側に向かって変化し始めるまでのむだ時間が検出される。検出されたむだ時間が基準時間以上である場合、下流側空燃比センサ４１のむだ時間に異常が生じていると判定する。この場合、斯かる異常をユーザに知らせるために、警告灯が点灯せしめられる。

次いで、ステップＳ２０７では、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに向かって変化するときの一次遅れ時定数が検出される。検出された一次遅れ時定数が基準値以上である場合、下流側空燃比センサ４１の一次遅れに異常が生じていると判定する。この場合、斯かる下流側空燃比センサ４１の異常をユーザに知らせるために、警告灯が点灯せしめられる。

次いで、ステップＳ２０８では、異常診断が終了したため、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比に設定される。なお、ステップＳ２０８において設定される目標空燃比ＡＦＴは、このときの機関運転状態に応じた理論空燃比以外の空燃比であってもよい。ステップＳ２０８の後、本制御ルーチンは終了する。

なお、本制御ルーチンは、内燃機関の運転中に、下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になったときに実行されてもよい。この場合、本制御ルーチンのステップＳ２０２及びステップＳ２０９は省略される。下流側出力空燃比ＡＦｄｗｎは、例えば、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比よりもリーンな空燃比と理論空燃比よりもリッチな空燃比との間で交互に切り替えられることによって、又は燃料カット制御が実施されることによって、リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になる場合がある。

なお、上述した全ての制御は内燃機関のＥＣＵ３１によって制御される。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。

１ 機関本体
５ 燃焼室
６ 吸気弁
７ 吸気ポート
８ 排気弁
９ 排気ポート
１１ 燃料噴射弁
１９ 排気マニホルド
２０ 排気浄化触媒
３１ ＥＣＵ
４０ 上流側空燃比センサ
４１ 下流側空燃比センサ

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路において排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置された下流側空燃比センサの異常診断装置であって、
   前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給する燃料量を制御する空燃比制御手段を備え、
   前記空燃比制御手段は、前記下流側空燃比センサの異常診断を実施するために、該下流側空燃比センサによって検出された下流側出力空燃比が、理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のいずれか一方の側にあるときに、前記下流側出力空燃比が理論空燃比に向かって変化するように前記目標空燃比を理論空燃比に設定し、その後、前記下流側出力空燃比に基づいて前記下流側空燃比センサに到達した排気ガスの空燃比が理論空燃比であると判定されている間に前記目標空燃比を理論空燃比から理論空燃比よりも前記一方の側の空燃比に切り替え、
   当該下流側空燃比センサの異常診断装置は、前記目標空燃比を理論空燃比から前記一方の側の空燃比に切り替えてから前記下流側出力空燃比が前記一方の側に向かって変化し始めるまでの時間が基準時間以上である場合に、前記下流側空燃比センサにむだ時間による異常が生じていると判定するように構成される、下流側空燃比センサの異常診断装置。

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