JP2017115797A - 空燃比センサの異常検出装置および異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空燃比センサの応答性の異常をリッチ方向およびリーン方向のいずれにおいても検出できる空燃比センサの異常検出装置および異常検出方法を提供する。【解決手段】空燃比がリッチ側とリーン側に交互に変動する状況において、空燃比センサの出力電圧Ｖが上昇方向に変化する期間Ｔａおよびその期間Ｔａにおける出力電圧Ｖの上昇変化量ΔＶａを積算し、空燃比センサの出力電圧Ｖが下降方向に変化する期間Ｔｂおよびその期間Ｔｂにおける出力電圧Ｖの下降変化量ΔＶｂを積算する。上昇変化量Ｖａの積算値を期間Ｔａの積算値で除算することにより出力電圧Ｖの上昇変化の勾配Ｋａを検出し、下降変化量Ｖｂの積算値を期間Ｔｂの積算値で除算することにより出力電圧Ｖの下降変化の勾配Ｋｂを検出する。この勾配Ｋａ，Ｋｂの対比に基づいて、空燃比がリッチ側およびリーン側にそれぞれ変動する際の空燃比センサの応答性の異常を判定する。【選択図】図１

Description

この発明は、空燃比センサを用いて空燃比フィードバック制御を実行する内燃機関における空燃比センサの異常検出装置および異常検出方法に関する。

自動車の内燃機関は、空燃比に応じて出力電圧が変化する空燃比センサ（ＬＡＦセンサ，Ａ／Ｆセンサともいう）を備え、この空燃比センサの検知出力から噴射燃料と吸込み空気との混合気の空燃比（空気の質量と燃料の質量との比）を求め、その空燃比が理想的な空燃比いわゆる理論空燃比となるよう、燃料の噴射量をフィードバック制御（空燃比フィードバック制御）する。

空燃比センサは、具体的には、大気中の酸素の濃度と排出ガス中の酸素の濃度との差に応じて起電力が変化する。すなわち、吸気に対して燃料の比率が多い場合（空燃比がリッチ）、吸気中の酸素がより多く消費されるため、排出ガス中の酸素の濃度が低下し、これに伴い空燃比センサの出力電圧が上昇する。吸気に対して燃料の比率が少ない場合（空燃比がリーン）、吸気中の酸素の消費が少ないため、排出ガス中の酸素の濃度が上昇し、これに伴い空燃比センサの出力電圧が下降する。

この空燃比センサが故障すると、当然ながら適正な空燃比フィードバック制御が困難となる。

空燃比センサの故障対策として、例えば特許文献１のように、空燃比センサの出力電圧の変化を監視し、その監視結果に基づいて空燃比センサの異常を検出する装置が提案されている。

特開２００５−３０７９６１号公報

空燃比センサの応答性に関する異常として、空燃比がリッチで出力電圧が上昇方向に変化する際の出力電圧の応答遅れ、および空燃比がリーンで出力電圧が下降方向に変化する際の応答遅れがある。

上記検出装置の場合、空燃比センサの応答性に関する異常を検出できても、その応答性がリッチ方向における異常なのか、リーン方向における異常なのか、判別できない。

この発明の目的は、空燃比センサの応答性の異常をリッチ方向およびリーン方向のいずれにおいても検出できる空燃比センサの異常検出装置および異常検出方法を提供することである。

請求項１に係る発明の空燃比センサの異常検出装置は、空燃比に応じて出力電圧が変化する空燃比センサの異常を検出するものであって、積算手段、検出手段、および判定手段を備える。積算手段は、前記空燃比がリッチ側とリーン側に交互に変動する状況において、前記空燃比センサの出力電圧Ｖが上昇方向に変化する期間Ｔａおよびその期間Ｔａにおける出力電圧Ｖの上昇変化量ΔＶａを積算し、かつ前記空燃比センサの出力電圧Ｖが下降方向に変化する期間Ｔｂおよびその期間Ｔｂにおける出力電圧Ｖの下降変化量ΔＶｂを積算する。検出手段は、前記上昇変化量Ｖａの積算値を前記期間Ｔａの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの上昇変化の勾配Ｋａを検出し、かつ前記下降変化量Ｖｂの積算値を前記期間Ｔｂの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの下降変化の勾配Ｋｂを検出する。判定手段は、前記検出した勾配Ｋａ，Ｋｂの対比に基づいて、前記空燃比がリッチ側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常、および前記空燃比がリーン側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常を判定する。

請求項２に係る発明の空燃比センサの異常検出装置は、請求項１に係る発明の積算手段、検出手段、および判定手段について限定している。積算手段は、前記空燃比がリッチ側とリーン側に交互に変動する状況において、一定時間ｔ１にわたり、前記空燃比センサの出力電圧Ｖが上昇方向に変化する期間Ｔａおよびその期間Ｔａにおける出力電圧Ｖの上昇変化量ΔＶａを逐次に積算し、かつ前記空燃比センサの出力電圧Ｖが下降方向に変化する期間Ｔｂおよびその期間Ｔｂにおける出力電圧Ｖの下降変化量ΔＶｂを逐次に積算するとともに、この一定時間ｔ１の積算処理を所定回数Ｎにわたり繰り返す。検出手段は、前記一定時間ｔ１の経過ごとに、前記上昇変化量Ｖａの積算値を前記期間Ｔａの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの上昇変化の勾配Ｋａを検出し、かつ前記下降変化量Ｖｂの積算値を前記期間Ｔｂの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの下降変化の勾配Ｋｂを検出するとともに、前記所定回数Ｎの積算処理の終了後、前記検出した勾配Ｋａ，Ｋｂのそれぞれ合計値を前記所定回数Ｎで除算することにより前記検出した勾配Ｋａ，Ｋｂの平均値Ｋａ0，Ｋｂ0を検出する。判定手段は、前記算出した平均値Ｋｂ0，Ｋｂ0の対比に基づいて、前記空燃比がリッチ側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常、および前記空燃比がリーン側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常を判定する。

請求項３に係る発明の空燃比センサの異常検出装置は、請求項２に係る発明の判定手段について限定している。判定手段は、前記平均値Ｋａ0と前記平均値Ｋｂ0との差が所定値以内の場合に、前記空燃比センサに異常なしと判定し、前記平均値Ｋａ0が前記平均値Ｋｂ0より小さくてその差が前記所定値以上の場合に、前記空燃比センサに“リッチ方向の応答遅れ異常”があると判定し、前記平均値Ｋｂ0が前記平均値Ｋａ0より小さくてその差が前記所定値以上の場合に、前記空燃比センサに“リーン方向の応答遅れ異常”があると判定する。

請求項４に係る発明の空燃比センサの異常検出方法は、空燃比に応じて出力電圧が変化する空燃比センサの異常を検出する方法であって、前記空燃比がリッチ側とリーン側に交互に変動する状況において、前記空燃比センサの出力電圧Ｖが上昇方向に変化する期間Ｔａおよびその期間Ｔａにおける出力電圧Ｖの上昇変化量ΔＶａを積算し、かつ前記空燃比センサの出力電圧Ｖが下降方向に変化する期間Ｔｂおよびその期間Ｔｂにおける出力電圧Ｖの下降変化量ΔＶｂを積算する。さらに、前記上昇変化量Ｖａの積算値を前記期間Ｔａの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの上昇変化の勾配Ｋａを検出し、かつ前記下降変化量Ｖｂの積算値を前記期間Ｔｂの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの下降変化の勾配Ｋｂを検出する。そして、前記検出した勾配Ｋａ，Ｋｂの対比に基づいて、前記空燃比がリッチ側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常、および前記空燃比がリーン側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常を判定する。

この発明の空燃比センサの異常検出装置および異常検出方法によれば、空燃比センサの応答性の異常をリッチ方向およびリーン方向のいずれにおいても検出できる。

この発明の一実施形態の構成を示す図。 同実施形態に係わる空燃比センサに異常がない場合の同空燃比センサの出力電圧波形を示す図。 同実施形態の制御を示すフローチャート。 同実施形態に係わる空燃比センサに“リッチ方向の応答遅れ異常”がある場合の空燃比センサの出力電圧波形を示す図。 同実施形態に係わる空燃比センサに“リーン方向の応答遅れ異常”がある場合の空燃比センサの出力電圧波形を示す図。

以下、この発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、内燃機関（エンジン）１は、シリンダ２、ピストン３、点火プラグ４、吸気弁５、排気弁６を有し、ピストン３の下降により、シリンダ２内の燃焼室２ａに、吸気ポート７および吸気弁５を通して空気を吸込む（吸気行程）。

吸気ポート７には、吸気量を検知するエアーフローメータ１１、吸気量を決定するスロットル弁１２、吸気弁５に向けて燃料を噴射する吸気路噴射インジェクタ１３が配置されている。

吸気路噴射インジェクタ１３が噴射する燃料は吸込み空気と混合され、その混合気が吸気弁５を介して燃焼室２ａに供給される。燃焼室２ａ内に供給された混合気はピストン３の上昇によって圧縮され（圧縮行程）、その圧縮混合気が点火プラグ４の火花により着火して燃焼・爆発する（燃焼行程）。この燃焼・爆発によってピストン３が再び下降し、上記動作が繰り返される。燃焼・爆発によって生じるガスは、排気弁６および排気ポート８を通って排出される（排気行程）。

排気ポート８には、空燃比センサ１４、および排出ガスを浄化する触媒１５が配置されている。

空燃比センサ１４は、ＬＡＦ（Linear Air-Fuel ratio）センサやＡ／Ｆ（Air-Fuel ratio）センサとも称し、排気弁６を経た排出ガス中の酸素の濃度と大気中の酸素の濃度との差に応じて起電力が変化する。すなわち、吸気に対して燃料の比率が多い場合（空燃比がリッチ）、吸気中の酸素がより多く消費されるため、排出ガス中の酸素の濃度が低下し、これに伴い、図２に示すように、空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが上昇する。吸気に対して燃料の比率が少ない場合（空燃比がリーン）、吸気中の酸素の消費が少ないため、排出ガス中の酸素の濃度が上昇し、これに伴い、図２に示すように、空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが下降する。この電圧波形は、空燃比センサ１４に異常がない場合のもので、上昇時の傾きと下降時の傾きとがほぼ同じである。

一方、制御部であるＥＣＵ２０に、上記エアーフローメータ１１、スロットル弁１２、吸気路噴射インジェクタ１３、空燃比センサ１４、点火コイル２１、回転数センサ２２、アクセル開度センサ２３、異常報知ランプ２４、メモリ２５などが接続される。

点火コイル２１は、点火プラグ４に点火用の駆動電圧を供給する。回転数センサ２２は、ピストン３の上下動に連動するクランクの角度を回転数として検知する。アクセル開度センサ２３は、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）を検知する。異常報知ランプ２４は、空燃比センサ１４の異常を報知するためのもので、内燃機関１が搭載された車両の運転席付近に配置される。メモリ２５は、空燃比センサ１４の異常内容を記憶する。

そして、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転を制御する機能に加え、空燃比センサ１４の異常を検出する異常検出装置としても機能するもので、空燃比センサ１４の異常検出に関わる次の（１）〜（４）の手段を有する。
（１）空燃比センサ１４の出力電圧Ｖから噴射燃料と吸込み空気との混合気の空燃比（平均値）を求め、その空燃比が理論空燃比となるよう、吸気路噴射インジェクタ１３の燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段。なお、空燃比フィードバック制御手段は、空燃比（平均値）が理論空燃比となるいわゆるストイキ（stoiciometry）状態において、最適な燃焼状態が得られるよう、空燃比を意図的にリッチ側とリーン側に交互に微少変動させる制御を行う。

（２）上記空燃比フィードバック制御手段によりストイキ状態が設定されて、空燃比がリッチ側とリーン側に交互に変動する状況において、空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが上昇方向に変化する期間Ｔａおよびその期間Ｔａにおける出力電圧Ｖの上昇変化量ΔＶａを積算し、かつ空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが下降方向に変化する期間Ｔｂおよびその期間Ｔｂにおける出力電圧Ｖの下降変化量ΔＶｂを積算する積算手段。

（３）上記上昇変化量Ｖａの積算値Ｖａｍを上記期間Ｔａの積算値Ｔａｍで除算することにより出力電圧Ｖの上昇変化の勾配Ｋａ（＝Ｖａｍ／Ｔａｍ）を検出し、かつ上記下降変化量Ｖｂの積算値Ｖｂｍを上記期間Ｔｂの積算値Ｔｂｍで除算することにより出力電圧Ｖの下降変化の勾配Ｋｂ（＝Ｖｂｍ／Ｔｂｍ）を検出する検出手段。

（４）上記検出した勾配Ｋａ，Ｋｂの対比に基づいて、上記空燃比がリッチ側に変動する際の空燃比センサ１４の応答性の異常、および上記空燃比がリーン側に変動する際の空燃比センサ１４の応答性の異常を判定する判定手段。

なお、上記（２）の積算手段は、具体的には、上記空燃比フィードバック制御手段によりストイキ状態が設定されて、空燃比がリッチ側とリーン側に交互に変動する状況において、一定時間（例えば10sec）ｔ１にわたり、空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが上昇方向に変化する期間Ｔａおよびその期間Ｔａにおける出力電圧Ｖの上昇変化量ΔＶａを逐次に積算し、かつ空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが下降方向に変化する期間Ｔｂおよびその期間Ｔｂにおける出力電圧Ｖの下降変化量ΔＶｂを逐次に積算するとともに、この一定時間ｔ１の積算処理を予め定めた所定回数（例えば５回）Ｎにわたり繰り返す。

上記（３）の検出手段は、具体的には、上記一定時間ｔ１の経過ごとに、上昇変化量Ｖａの積算値Ｖａｍを期間Ｔａの積算値Ｔａｍで除算することにより出力電圧Ｖの上昇変化の勾配Ｋａ（＝Ｖａｍ／Ｔａｍ）を検出し、かつ下降変化量Ｖｂの積算値Ｖｂｍを期間Ｔｂの積算値Ｔｂｍで除算することにより出力電圧Ｖの下降変化の勾配Ｋｂ（＝Ｖｂｍ／Ｔｂｍ）を検出するとともに、上記所定回数Ｎの積算処理の終了後、上記検出した勾配Ｋａ，Ｋｂのそれぞれ合計値を上記所定回数Ｎで除算することにより上記勾配Ｋａの平均値Ｋａ0（＝Ｋａの合計値／Ｎ）および勾配Ｋｂの平均値Ｋｂ0（＝Ｋｂの合計値／Ｎ）を算出する。

上記（４）の判定手段は、具体的には、上記算出した平均値Ｋａ0と上記算出した平均値Ｋｂ0ｔとの差が所定値以内の場合に空燃比センサ１４に異常なしと判定し、平均値Ｋａ0が平均値Ｋｂ0より小さくてその差が上記所定値以上の場合に空燃比センサ１４に“リッチ方向の応答遅れ異常”があると判定し、平均値Ｋｂ0が平均値Ｋａ0より小さくてその差が上記所定値以上の場合に空燃比センサ１４に“リーン方向の応答遅れ異常”があると判定する。

つぎに、ＥＣＵ２０が実行する異常検出処理を図３のフローチャートを参照しながら説明する。
ＥＣＵ２０は、空燃比フィードバック制御によりストイキ状態を設定して空燃比をリッチ側とリーン側に交互に微少変動させている状況において（ステップＳ１）、異常検出フラグｆが“０”であることを条件に（ステップＳ２のＹＥＳ）、タイムカウントｔを開始する（ステップＳ３）。

タイムカウントｔの開始に伴い、ＥＣＵ２０は、空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが上昇方向（リッチ方向）に変化するか下降方向（リーン方向）に変化するかを監視する（ステップＳ４，Ｓ５）。上昇方向の変化に際し（ステップＳ４のＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、出力電圧Ｖが上昇方向に変化する期間Ｔａを積算するとともに（ステップＳ６）、その期間Ｔａにおける出力電圧Ｖの上昇変化量ΔＶａを積算する（ステップＳ７）。下降方向の変化に際し（ステップＳ４のＮＯ、ステップＳ５のＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、出力電圧Ｖが下降方向に変化する期間Ｔｂを積算するとともに（ステップＳ８）、その期間Ｔｂにおける出力電圧Ｖの下降変化量ΔＶｂを積算する（ステップＳ９）。

この積算処理に伴い、ＥＣＵ２０は、タイムカウントｔが一定時間ｔ１に達したかを判定する（ステップＳ１０）。タイムカウントｔが一定時間ｔ１未満の場合（ステップＳ１０のＮＯ）、ＥＣＵ２０は、ステップＳ４，Ｓ５の監視に戻る。

タイムカウントｔが一定時間ｔ１に達した場合（ステップＳ１０のＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、タイムカウントｔを零にクリアするとともに（ステップＳ１１）、回数ｎを“１”アップする（ステップＳ１２）。そして、ＥＣＵ２０は、一定時間ｔ１における上昇変化量Ｖａの積算値Ｖａｍを同じく一定時間における期間Ｔａの積算値Ｔａｍで除算することにより一定時間ｔ１中の出力電圧Ｖの上昇変化の勾配Ｋａ（＝Ｖａｍ／Ｔａｍ）を検出し、かつ一定時間ｔ１における下降変化量Ｖｂの積算値Ｖｂｍを同じく一定時間ｔ１における期間Ｔｂの積算値Ｔｂｍで除算することにより一定時間ｔ１中の出力電圧Ｖの下降変化の勾配Ｋｂ（＝Ｖｂｍ／Ｔｂｍ）を検出する（ステップＳ１３）。

この検出に続き、ＥＣＵ２０は、回数ｎが所定回数Ｎに達しているかを判定する（ステップＳ１４）。回数ｎが所定回数Ｎ未満の場合（ステップＳ１４のＮＯ）、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３に戻ってタイムカウントｔを再開する。このタイムカウントｔの繰り返しにより、複数の勾配Ｋａおよび複数の勾配Ｋｂを検出することができる。

回数ｎが所定回数Ｎに達した場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、回数ｎを零にクリアする（ステップＳ９）。これに伴い、ＥＣＵ２０は、これまで検出した各勾配Ｋａの合計値を所定回数Ｎで除算することにより勾配Ｋａの平均値Ｋａ0（＝“Ｋａの合計値”／Ｎ）を算出するとともに、これまで検出した各勾配Ｋｂの合計値を所定回数Ｎで除算することにより勾配Ｋｂの平均値Ｋｂ0（＝“Ｋｂの合計値”／Ｎ）を算出する（ステップＳ１６）。

空燃比センサ１４の応答性に異常がない場合、空燃比センサ１４の出力電圧Ｖは、図２に示すように、上昇変化の勾配Ｋａと下降変化の勾配Ｋｂとがほぼ等しくなる。

ＥＣＵ２０は、平均値Ｋａ0と平均値Ｋｂ0ｔとがほぼ等しくてその差が所定値以内の場合（ステップＳ１７のＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、空燃比センサ１４に異常なしと判定する（ステップＳ１８）。

一方、空燃比の増加に対して空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが適切に追従せず遅れて上昇し、空燃比の減少に対しては空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが適切に追従しながら下降していく場合、空燃比センサ１４の出力電圧Ｖは、図４に示すように、上昇変化の勾配Ｋａが下降変化の勾配Ｋｂより小さくなる。

ＥＣＵ２０は、平均値Ｋａ0が平均値Ｋｂ0より小さくてその差が上記所定値以上の場合（ステップＳ１７のＮＯ、ステップＳ１９のＹＥＳ）、空燃比センサ１４に“リッチ方向の応答遅れ異常”があると判定する（ステップＳ２０）。“リッチ方向の応答遅れ異常”とは、空燃比がリッチ側に変動する際の応答性の異常のことである。

また、空燃比の増加に対して空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが適切に追従しながら上昇し、空燃比の減少に対しては空燃比センサ１４の出力電圧Ｖが適切に追従せず遅れて下降していく場合、空燃比センサ１４の出力電圧Ｖは、図５に示すように、下降変化の勾配Ｋｂが上昇変化の勾配Ｋａより小さくなる。

ＥＣＵ２０は、平均値Ｋｂ0が平均値Ｋａ0より小さくてその差が上記所定値以上の場合（ステップＳ１７のＮＯ、ステップＳ１９のＮＯ）、空燃比センサ１４に“リーン方向の応答遅れ異常”があると判定する（ステップＳ２１）。“リーン方向の応答遅れ異常”とは、空燃比がリーン側に変動する際の応答性の異常のことである。

“リッチ方向の応答遅れ異常”または“リーン方向の応答遅れ異常”を判定した場合、ＥＣＵ２０は、異常の旨を異常報知ランプ２４の発光により運転者に報知するとともに、その異常を表わすデータをメモリ２５に記憶する（ステップＳ２２）。これに伴い、ＥＣＵ２０は、異常検出フラグｆを“１”にセットし（ステップＳ２３）、初めのステップＳ１からの処理を繰り返す。この場合、異常検出フラグｆが“１”なので（ステップＳ２のＮＯ）、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３からの処理を実行しない。

メモリ２５内のデータは、空燃比センサ１４の交換や修理を行う作業者がパーソナルコンピュータを使って読み出すことが可能である。作業者は、この読み出しにより、空燃比センサ１４に生じている異常が何なのかを的確に認識することができる。

以上のように、空燃比センサ１４の応答性の異常をリッチ方向およびリーン方向の両方向において的確に識別して検出できる。ひいては、空燃比センサ１４の異常内容に応じた適切な排出ガス低減対策をとることが可能となる。

空燃比センサ１４に異常が生じていることを異常報知ランプ２４の発光により報知するので、空燃比センサ１４の早期の交換または修理が可能となる。異常内容を表わすデータをメモリ２５に記憶するので、空燃比センサ１４の交換または修理に際しての作業が容易となる。

なお、上記実施形態では、一定時間ｔ１を10sec、所定回数Ｎを５回としたが、一定時間ｔ１および所定回数Ｎの値について限定はなく適宜に設定可能である。

上記実施形態では、空燃比センサ１４の応答遅れの異常を検出する場合を例に説明したが、空燃比センサ１４が空燃比の変化に比べて過剰に反応する異常についても、同様の判定処理により検出することが可能である。

その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…内燃機関、２…シリンダ、２ａ…燃焼室、３…ピストン、４…点火プラグ、５…吸気弁、６…排気弁、７…吸気ポート、８…排気ポート、１１…エアーフローメータ、１２…スロットル弁、１３…吸気路噴射インジェクタ、１４…空燃比センサ、１５…触媒、２０…ＥＣＵ、２１…点火コイル、２２…回転数センサ、２３…アクセル開度センサ、２４…異常報知ランプ、２５…メモリ

Claims (4)

1. 空燃比に応じて出力電圧が変化する空燃比センサの異常検出装置であって、
   前記空燃比がリッチ側とリーン側に交互に変動する状況において、前記空燃比センサの出力電圧Ｖが上昇方向に変化する期間Ｔａおよびその期間Ｔａにおける出力電圧Ｖの上昇変化量ΔＶａを積算し、かつ前記空燃比センサの出力電圧Ｖが下降方向に変化する期間Ｔｂおよびその期間Ｔｂにおける出力電圧Ｖの下降変化量ΔＶｂを積算する積算手段と、
   前記上昇変化量Ｖａの積算値を前記期間Ｔａの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの上昇変化の勾配Ｋａを検出し、かつ前記下降変化量Ｖｂの積算値を前記期間Ｔｂの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの下降変化の勾配Ｋｂを検出する検出手段と、
   前記検出した勾配Ｋａ，Ｋｂの対比に基づいて、前記空燃比がリッチ側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常、および前記空燃比がリーン側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする空燃比センサの異常検出装置。
2. 前記積算手段は、前記空燃比がリッチ側とリーン側に交互に変動する状況において、一定時間ｔ１にわたり、前記空燃比センサの出力電圧Ｖが上昇方向に変化する期間Ｔａおよびその期間Ｔａにおける出力電圧Ｖの上昇変化量ΔＶａを逐次に積算し、かつ前記空燃比センサの出力電圧Ｖが下降方向に変化する期間Ｔｂおよびその期間Ｔｂにおける出力電圧Ｖの下降変化量ΔＶｂを逐次に積算するとともに、この一定時間ｔ１の積算処理を所定回数Ｎにわたり繰り返す、
   前記検出手段は、前記一定時間ｔ１の経過ごとに、前記上昇変化量Ｖａの積算値を前記期間Ｔａの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの上昇変化の勾配Ｋａを検出し、かつ前記下降変化量Ｖｂの積算値を前記期間Ｔｂの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの下降変化の勾配Ｋｂを検出するとともに、前記所定回数Ｎの積算処理の終了後、前記勾配Ｋａ，Ｋｂのそれぞれ合計値を前記所定回数Ｎで除算することにより前記勾配Ｋａ，Ｋｂの平均値Ｋｂ0，Ｋｂ0を算出する、
   前記判定手段は、前記算出した平均値Ｋｂ0，Ｋｂ0の対比に基づいて、前記空燃比がリッチ側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常、および前記空燃比がリーン側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常を判定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの異常検出装置。
3. 前記判定手段は、
   前記平均値Ｋａ0と前記平均値Ｋｂ0との差が所定値以内の場合に、前記空燃比センサに異常なしと判定し、
   前記平均値Ｋａ0が前記平均値Ｋｂ0より小さくてその差が前記所定値以上の場合に、前記空燃比センサに“リッチ方向の応答遅れ異常”があると判定し、
   前記平均値Ｋｂ0が前記平均値Ｋａ0より小さくてその差が前記所定値以上の場合に、前記空燃比センサに“リーン方向の応答遅れ異常”があると判定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の空燃比センサの異常検出装置。
4. 空燃比に応じて出力電圧が変化する空燃比センサの異常検出方法であって、
   前記空燃比がリッチ側とリーン側に交互に変動する状況において、前記空燃比センサの出力電圧Ｖが上昇方向に変化する期間Ｔａおよびその期間Ｔａにおける出力電圧Ｖの上昇変化量ΔＶａを積算し、かつ前記空燃比センサの出力電圧Ｖが下降方向に変化する期間Ｔｂおよびその期間Ｔｂにおける出力電圧Ｖの下降変化量ΔＶｂを積算し、
   前記上昇変化量Ｖａの積算値を前記期間Ｔａの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの上昇変化の勾配Ｋａを検出し、かつ前記下降変化量Ｖｂの積算値を前記期間Ｔｂの積算値で除算することにより前記出力電圧Ｖの下降変化の勾配Ｋｂを検出し、
   前記検出した勾配Ｋａ，Ｋｂの対比に基づいて、前記空燃比がリッチ側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常、および前記空燃比がリーン側に変動する際の前記空燃比センサの応答性の異常を判定する、
   ことを特徴とする空燃比センサの異常検出方法。

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