JP4030010B2

JP4030010B2 - 排ガスセンサの劣化判定装置

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Publication number: JP4030010B2
Application number: JP2002325606A
Authority: JP
Inventors: 裕司安井; 洋祐石川; 信太郎箕輪
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: EP1418326A3; EP1418326B1; US6792928B2; US20040094138A1; JP2004162530A; EP1418326A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排気通路に排出された排気ガス中の所定の成分の量を表す検出信号を出力する排ガスセンサの劣化を、排ガスセンサの出力に基づいて判定する排ガスセンサの劣化判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の判定装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この判定装置は、排気ガス中の酸素濃度を表す検出信号を出力する空燃比センサの劣化を判定するものであり、空燃比センサの出力に応じた、内燃機関に供給される混合気の空燃比のフィードバック制御の実行中に、上記空燃比センサの劣化が判定される。具体的には、空燃比センサの出力が理論空燃比に相当するしきい値よりも例えばリッチ側を示すときには、混合気を制御するための空燃比補正係数を所定量ずつ減少させることによって、空燃比をリーン側に徐々に制御する。その後、この制御状態を、空燃比センサの出力が上記しきい値をリーン側に横切った時点から所定時間が経過するまで継続する。そして、この所定時間が経過したときには、空燃比補正係数を所定量ずつ増加させることによって、空燃比をリッチ側に徐々に制御する。その後、この制御状態を、空燃比センサの出力が前記しきい値をリッチ側に横切った時点から所定時間が経過するまで継続する。以上のようなリーン側およびリッチ側への空燃比制御を繰り返し実行し、そのときに得られた空燃比センサの出力の周期が所定の判定値以上であるときに、空燃比センサが劣化していると判定される。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９７８９６０号公報（第４頁７欄〜第８頁１５欄、図３および７〜１０）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の劣化判定装置によれば、空燃比を漸増および漸減させるので、劣化判定中、運転者の意図しないアクセルペダルの微妙な踏み込み量の変化などに起因して、スロットル弁の開度が変化した場合には、それに応じて燃料量が増減制御されることにより、空燃比が変動するため、上述した空燃比センサの出力の周期が変動してしまう。また、燃料の付着性のばらつきなどに起因して、同じ燃料噴射量であっても、実際の空燃比がばらつく場合があり、その場合にも、上述した空燃比センサの出力の周期が変動してしまう。以上のような空燃比制御中の空燃比の予期しない変動に起因するノイズが、空燃比センサの出力に混入することにより、劣化判定の精度が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、空燃比制御中の予期しない空燃比の変動が生じたときでも、この変動に起因するノイズによる排ガスセンサの出力への影響を抑制しながら、排ガスセンサの劣化を判定することができ、それにより、この判定の精度を向上させることができる排ガスセンサの劣化判定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１による発明は、内燃機関３から排気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管６）に排出された排気ガス中の所定の成分の量を表す検出信号を出力する排ガスセンサ（ＬＡＦセンサ１２）の劣化を、排ガスセンサの出力（ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴ）に基づいて判定する排ガスセンサの劣化判定装置１であって、排ガスセンサの劣化を判定するための正弦波状の判定用入力（判定用入力信号ＩＤＳＩＮ）を生成する判定用入力生成手段（ＥＣＵ２、ファンクションジェネレータ３２）と、生成された判定用入力を、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれか１つに基づいて変調することにより、矩形波状の変調出力（ＤＳＭ出力ｕ（ｋ）、ＤＳＭＳＧＮＳ（ｋ）、ＳＤＭ出力ｕ_s（ｋ）、ＤＭ出力ｕ_d（ｋ））を生成する変調出力生成手段（ＥＣＵ２、ＤＳＭコントローラ３３、図８のステップ２６および２７、ＳＤＭコントローラ５１、ＤＭコントローラ６１）と、生成された変調出力に応じて、内燃機関３の燃料噴射量（燃料噴射時間ＴＯＵＴ）を制御する制御手段（ＥＣＵ２）と、制御手段により燃料噴射量が制御されているときの排ガスセンサの出力に基づいて、排ガスセンサの劣化を判定する劣化判定手段（ＥＣＵ２、判定器３８、図７のステップ１４〜１６）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この排ガスセンサの劣化判定装置によれば、排ガスセンサの劣化を判定するための正弦波状の判定用入力が、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれか１つに基づいて変調されることにより、矩形波状の変調出力が生成され、この変調出力に応じて、燃料噴射量が制御されるとともに、そのように燃料噴射量が制御されているときの排ガスセンサの出力に基づいて、排ガスセンサの劣化が判定される。上述した３つの変調アルゴリズムでは、＋１または−１値の信号が出力されるので、変調出力のゲインを適切な値に設定することで、燃料噴射量を比較的大きな振幅で変化させることができ、それにより、前述した予期しない空燃比の変動幅を生じる燃料噴射量の変動幅よりも大きな振幅で、燃料噴射量を変化させることができる。それにより、予期しない空燃比の変動を、上述した燃料噴射量の制御による空燃比の変化幅内に埋没させることができ、その結果、この予期しない空燃比の変動に起因するノイズが排ガスセンサの出力に与える影響を、抑制することができる。また、そのように、排ガスセンサの出力への予期しない空燃比の変動に起因するノイズの影響が抑制された状態で得られた排ガスセンサの出力に基づいて、排ガスセンサの劣化が判定されるので、この判定の精度を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の排ガスセンサの劣化判定装置１において、排ガスセンサの出力が入力されるとともに、排ガスセンサの出力のうちの判定用入力の周波数（所定の周波数ｆｉｄ）域を含む所定の周波数域の成分を通過させるようにフィルタリングするバンドパスフィルタ３５（ＥＣＵ２、図７のステップ９）をさらに備え、劣化判定手段は、バンドパスフィルタ３５によりフィルタリングされた排ガスセンサの出力（フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆ）に基づいて、排ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、バンドパスフィルタによりフィルタリングされた排ガスセンサの出力、すなわち、排ガスセンサの出力のうちの判定用入力の周波数域を含む所定の周波数域の成分に基づいて、排ガスセンサの劣化が判定される。このように、排ガスセンサの出力を、バンドパスフィルタでフィルタリングすることにより、フィルタリング前の排ガスセンサの出力中に、予期しない空燃比の変動に起因するノイズが含まれていた場合でも、このノイズを排除することができる。したがって、そのようなノイズが排ガスセンサの出力に与える影響を排除しながら、排ガスセンサの劣化を判定することができるので、この判定の精度をさらに向上させることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の排ガスセンサの劣化判定装置１において、劣化判定手段は、制御手段による燃料噴射量の制御の開始時から所定時間（所定の待機時間ＴＭ＿ＫＡＣＴＦＤ）が経過した後（図７のステップ１１）の排ガスセンサの出力に基づいて、排ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、排ガスセンサの劣化の判定が、制御手段による燃料噴射量の制御の開始時から所定時間が経過した後の排ガスセンサの出力に基づいて行われる。それにより、制御手段によって燃料噴射量が確実に制御された後に得られた排ガスセンサの出力に基づいて、劣化を判定することができるので、請求項１における前述したような燃料噴射量の制御による作用効果を、確実に得ることができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガスセンサの劣化判定装置１において、劣化判定手段は、排ガスセンサの出力の振幅の変化状態（振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡ）に基づいて、当該排ガスセンサの劣化を判定する（図７のステップ１０、１２、１４〜１６、図１１のステップ３０、３３、１５および１６）ことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、排ガスセンサの劣化が、その出力の振幅の変化状態に基づいて判定される。前述したように、燃料噴射量を変調出力に応じて制御することにより、空燃比を比較的大きな振幅で精度良く変化させることができるので、排ガスセンサが正常であれば、その出力は上記の振幅に対応するような振幅で変化する。したがって、上述したように、排ガスセンサの出力の変化の振幅に基づいて、排ガスセンサの劣化を判定することができる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の排ガスセンサの劣化判定装置１において、排ガスセンサから互いに異なるタイミングで出力された複数回分の出力を積算した積算値（判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰ）を生成する積算値生成手段（ＥＣＵ２、積分器３７、図７のステップ１２）をさらに備え、劣化判定手段は、生成された積算値に基づいて、当該排ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、排ガスセンサの劣化が、排ガスセンサから互いに異なるタイミングで出力された複数回分の出力の積算値に基づいて判定される。それにより、排ガスセンサの出力に、予期しない空燃比の変動に起因するノイズが一時的に含まれた場合、このノイズによる排ガスセンサの出力への影響をより一層排除しながら、排ガスセンサの劣化を判定することができるので、排ガスセンサの劣化判定を精度良く行うことができる。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の排ガスセンサの劣化判定装置１において、制御手段は、変調出力生成手段によって生成された変調出力に所定値（所定のオフセット値ＩＤＯＦＴ）を加算した値に応じて、燃料噴射量を制御することを特徴とする。
【００１７】
例えば、本発明の変調出力に応じた燃料噴射量の制御と並行して、混合気の空燃比を目標空燃比になるように制御する空燃比制御を実行した場合、内燃機関の特性（燃料の付着特性およびインジェクタの応答性など）によっては、実際の空燃比が上記目標空燃比よりもリーン側またはリッチ側にずれることがあり、その場合には、排気ガスを浄化する三元触媒の浄化能力が十分に発揮されず、排気ガス特性が低下するおそれがある。しかし、上述した構成によれば、燃料噴射量が、変調出力に所定値を加算した値に応じて制御されるので、この所定値を上述したような空燃比のずれを補償するような値に予め設定しておくことにより、上述した空燃比のずれによる排気ガス特性の低下を防止することができる。したがって、劣化判定中において、排気ガス特性を良好に維持することができる。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の排ガスセンサの劣化判定装置１において、排ガスセンサは、排気ガス中の酸素濃度を表す検出信号を出力する空燃比センサであり、燃料噴射量を、空燃比センサの出力に応じて補正する補正手段（ＥＣＵ２、Ｆ／Ｂ補償器３４）をさらに備えていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、燃料噴射量が、空燃比センサの出力に応じて補正される。それにより、前述したように、内燃機関の特性に起因して、実際の空燃比が目標空燃比よりもリーン側またはリッチ側にずれた場合でも、このずれを抑制することができるので、このずれによる排気ガス特性の低下を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による劣化判定装置１、およびこれを適用したＬＡＦセンサ１２（排ガスセンサ）を備える内燃機関（以下「エンジン」という）３を概略的に示す。また、劣化判定装置１は、ＥＣＵ２を備えている。
【００２１】
エンジン３は、例えば直列４気筒ガソリンエンジンであり、その吸気管４のインテークマニホールド（図示せず）には、各気筒の燃焼室（図示せず）に臨むように、インジェクタ５（１つのみ図示）が取り付けられている。このインジェクタ５の開弁時間である燃料噴射時間ＴＯＵＴ（燃料噴射量）は、ＥＣＵ２からの駆動信号により制御される。さらに、吸気管４には、インジェクタ５よりも上流側でスロットル弁（図示せず）の下流側に、吸気管内絶対圧センサ１１が設けられている。この吸気管内絶対圧センサ１１は、例えば半導体絶対圧センサなどで構成され、吸気管４内の絶対圧ＰＢＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に送る。
【００２２】
エンジン３の排気管６（排気通路）には、上流側から順に、ＬＡＦセンサ１２および三元触媒７がそれぞれ取り付けられている。ＬＡＦセンサ１２は、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その酸素濃度に比例する出力ＫＡＣＴ（排ガスセンサの出力）をＥＣＵ２に送る。この出力ＫＡＣＴは、空燃比の逆数に比例する当量比として表される。三元触媒７は、所定温度（例えば３００℃）以上で活性化することにより、通過する排気ガス中の有害物質（炭化水素（ＨＣ）、ＣＯおよびＮＯｘ）を、酸化・還元作用によって浄化するものであり、その浄化能力は、空燃比が理論空燃比であるとき、すなわちＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴの値が１．０（理論空燃比の当量比相当値）を示すときに最も高くなる。
【００２３】
ＥＣＵ２には、クランク角センサ１３から、クランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号が、車速センサ１４から、車両（図示せず）の速度（以下「車速」という）ＶＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。上記ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン（図示せず）が吸気行程開始時のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表すパルス信号であり、所定クランク角ごとに出力される。
【００２４】
また、ＥＣＵ２には、警告ランプ２０が接続されており、ＥＣＵ２は、後述する劣化判定処理により、ＬＡＦセンサ１２が劣化していると判定したときに、その旨を運転者に知らせるべく、この警告ランプ２０を点灯させる。
【００２５】
ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ１１〜１４からの出力に応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムおよびデータや、ＲＡＭに記憶されたデータなどに従って、インジェクタ５の燃料噴射時間ＴＯＵＴを気筒ごとに算出し、この燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づく駆動信号を、インジェクタ５に出力することにより、エンジン３の混合気の空燃比を制御する。より具体的には、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤに収束するように、空燃比をフィードバック（以下「Ｆ／Ｂ」という）制御する。また、ＥＣＵ２は、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標空燃比ＫＣＭＤを設定する。さらに、ＥＣＵ２は、後述するように、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴに基づいて、ＬＡＦセンサ１２の劣化を判定する劣化判定処理を実行するとともに、この処理中、後述する劣化判定用の空燃比制御を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２により、判定用入力生成手段、変調出力生成手段、制御手段、劣化判定手段、バンドパスフィルタ、積算値生成手段および補正手段が構成されている。
【００２６】
図２に示すように、劣化判定装置１は、所定の係数を設定（生成）する判定用入力信号生成部３０、上記所定の係数に応じて燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出する燃料噴射時間算出部４０、およびＬＡＦセンサ１２の劣化を判定する劣化判定部３１を備えており、これらはいずれも、ＥＣＵ２により構成されている。
【００２７】
判定用入力信号生成部３０は、ファンクションジェネレータ３２（判定用入力生成手段）、ＤＳＭコントローラ３３（変調出力生成手段）およびＦ／Ｂ補償器３４（補正手段）を有している。
【００２８】
ファンクションジェネレータ３２は、劣化判定処理の実行中に、ＬＡＦセンサ１２の劣化を判定するための判定用入力信号ＩＤＳＩＮ（判定用入力）を生成し、この信号をＤＳＭコントローラ３３に出力する。この判定用入力信号ＩＤＳＩＮは、所定の周波数ｆｉｄ（例えば２Ｈｚ）（判定用入力の周波数）に設定された正弦波である。
【００２９】
ＤＳＭコントローラ３３は、劣化判定処理の実行中に、ΔΣ変調アルゴリズムを応用した制御アルゴリズムにより、ファンクションジェネレータ３２により生成された判定用入力信号ＩＤＳＩＮに基づいて、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを算出（生成）するものである。このＤＳＭコントローラ３３および燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭの算出の詳細については後述する。
【００３０】
Ｆ／Ｂ補償器３４は、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦを算出するものである。このＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦは、オブザーバフィードバック補正係数＃ｎＫＬＡＦと補正係数ＫＦＢを互いに乗算した値に設定される。なお、オブザーバフィードバック補正係数＃ｎＫＬＡＦは、オブザーバによりＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴから推定された気筒ごとの実際の空燃比に応じて、ＰＩＤ制御により算出される。また、補正係数ＫＦＢは、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴと目標空燃比ＫＣＭＤとの偏差に応じてＰＩＤ制御により算出した値に、または、Self Tuning Regulator型の適応制御器（図示せず）により算出した係数を目標空燃比ＫＣＭＤで乗算した値に、エンジン３の運転状態に応じて設定される。
【００３１】
燃料噴射時間算出部４０は、上述したように算出された燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭとＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦとを互いに乗算した値、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡなどのエンジン３の運転状態、ならびに目標空燃比ＫＣＭＤなどに基づいて、燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出する。
【００３２】
劣化判定部３１は、バンドパスフィルタ３５、演算器３６、積分器３７（積分値生成手段）および判定器３８（劣化判定手段）を有している。
【００３３】
バンドパスフィルタ３５は、前述した判定用入力信号ＩＤＳＩＮの周波数である所定の周波数ｆｉｄ域を通過させるように、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴをフィルタリングし、それにより、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆ（フィルタリングされた排ガスセンサの出力）を生成する。このバンドパスフィルタ３５は、図３に示すようなゲイン特性および位相特性を有しており、そのゲインは、周波数が所定の周波数ｆｉｄのときに、０ｄＢの値となるように設定されている。このバンドパスフィルタ３５では、次式（１）により、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆが算出（生成）される。
KACT_F(k)=a1・KACT_F(k-1)+a2・KACT_F(k-2)+a3・KACT_F(k-3)+b0・KACT(k)+
b1・KACT(k-1)+b2・KACT(k-2)+b3・KACT(k-3) ……（１）
ここで、ａ１、ａ２、ａ３、ｂ０、ｂ１、ｂ２およびｂ３は、所定のフィルタ係数である。
【００３４】
演算器３６は、上述したように算出されたフィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆの振幅の絶対値である振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡ（排ガスセンサの出力の振幅の変化状態）を算出（生成）する。積分器３７は、この振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡを後述するように積算することにより、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰ（積算値）を算出（生成）する。判定器３８は、この判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰに基づいて、ＬＡＦセンサ１２の劣化を後述するように判定する。
【００３５】
次に、前述したＤＳＭコントローラ３３について説明する。この説明の前に、その基礎となる一般的なΔΣ変調アルゴリズムについて説明する。図４は、ΔΣ変調アルゴリズムを適用したコントローラ４１により、制御対象４２を制御する制御系の構成を示している。同図に示すように、このコントローラ４１では、差分器４１ａにより、参照信号ｒ（ｋ）と遅延素子４１ｂで遅延されたＤＳＭ出力ｕ（ｋ−１）との偏差として、偏差信号δ（ｋ）が生成される。次に、積分器４１ｃにより、偏差積分値σ（ｋ）が、偏差信号δ（ｋ）と遅延素子４１ｄで遅延された偏差積分値σ（ｋ−１）との和の信号として生成される。次いで、量子化器４１ｅ（符号関数）により、ＤＳＭ出力ｕ（ｋ）（変調出力）が、この偏差積分値σ（ｋ）を符号化した信号として生成される。そして、以上のように生成されたＤＳＭ出力ｕ（ｋ）が制御対象４２に入力されることにより、出力信号ｙ（ｋ）が制御対象４２から出力される。
【００３６】
このΔΣ変調アルゴリズムは、以下の式（２）〜（４）により表される。
δ（ｋ）＝ｒ（ｋ）−ｕ（ｋ−１） ……（２）
σ（ｋ）＝σ（ｋ−１）＋δ（ｋ） ……（３）
ｕ（ｋ）＝ｓｇｎ（σ（ｋ）） ……（４）
ただし、符号関数ｓｇｎ（σ（ｋ））の値は、σ（ｋ）≧０のときにｓｇｎ（σ（ｋ））＝１に、σ（ｋ）＜０のときにｓｇｎ（σ（ｋ））＝−１に設定される。なお、σ（ｋ）＝０のときに、ｓｇｎ（σ（ｋ））＝０に設定してもよい。
【００３７】
図５は、以上の制御系の制御シュミレーション結果を示している。同図に示すように、正弦波状の参照信号ｒ（ｋ）を制御系に入力した場合、ＤＳＭ出力ｕ（ｋ）が矩形波状の信号として生成され、これを制御対象４２に入力することにより、参照信号ｒ（ｋ）と振幅が異なり、周波数が同じで、ノイズを有するものの全体として同様の波形の出力信号ｙ（ｋ）が、制御対象４２から出力される。このように、ΔΣ変調アルゴリズムの特性は、参照信号ｒ（ｋ）から生成されたＤＳＭ出力ｕ（ｋ）を制御対象４２に入力したときに、制御対象４２の出力信号ｙ（ｋ）が、参照信号ｒ（ｋ）に対して、異なる振幅、同じ周波数で、全体として同様の波形の信号となるような値として、ＤＳＭ出力ｕ（ｋ）を生成できるという点にある。言い換えれば、ＤＳＭ出力ｕ（ｋ）を、参照信号ｒ（ｋ）が制御対象４２の実際の出力信号ｙ（ｋ）に再現されるような値として、生成（算出）できるという点にある。
【００３８】
ＤＳＭコントローラ３３は、このようなΔΣ変調アルゴリズムの特性を利用して、ＬＡＦセンサ１２の劣化判定中において、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴが、前述した予期しない空燃比の変動に伴って変化しないように、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを生成するものである。すなわち、ＤＳＭ出力ｕ（ｋ）に後述する振幅調整ゲインＦを乗算した値に応じて燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを算出（生成）することにより、この燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを比較的大きな振幅で変化させる。それにより、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭに応じて前述したように算出される燃料噴射時間ＴＯＵＴも同様に、比較的大きな振幅で変化させることができるので、予期しない空燃比の変動を生じる燃料噴射時間ＴＯＵＴの変動を、上記の燃料噴射時間ＴＯＵＴの変化幅内に埋没させることができる。その結果、この変動に起因するノイズによるＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴへの影響を、抑制することができる。以上のように、劣化判定中には、上述したように算出された燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを用いた空燃比制御、すなわち劣化判定用の空燃比制御が実行される。
【００３９】
具体的には、図６に示すように、このＤＳＭコントローラ３３では、参照信号ｒ（ｋ）として、前述したファンクションジェネレータ３２により生成された判定用入力信号ＩＤＳＩＮが入力される。次に、差分器３３ａにより、参照信号ｒ（ｋ）と遅延素子３３ｂで遅延されたＤＳＭ出力ｕ（ｋ−１）との偏差として、偏差信号δ（ｋ）が生成される。
【００４０】
次いで、積分器３３ｃにより、偏差積分値σ（ｋ）が、偏差信号δ（ｋ）と遅延素子３３ｄで遅延された偏差積分値σ（ｋ−１）との和の信号として生成され、次に、量子化器３３ｅ（符号関数）により、ＤＳＭ出力ｕ（ｋ）が、この偏差積分値σ（ｋ）を符号化した値として生成される。そして、増幅器３３ｆにより、増幅ＤＳＭ出力ＩＤＤＳＭ（ｋ）が、ＤＳＭ出力ｕ（ｋ）を振幅調整ゲインＦで増幅した値として生成され、次に、加算器３３ｇにより、この増幅ＤＳＭ出力ＩＤＤＳＭ（ｋ）に所定のオフセット値ＩＤＯＦＴ（所定値）を加算した値が、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭ（ｋ）として生成される。
【００４１】
以上のＤＳＭコントローラ３３の制御アルゴリズムは、以下の式（５）〜（９）で表される。

ここで、振幅調整ゲインＦの値は所定値（例えば０．１Ａ／Ｆ）に設定される。また、所定のオフセット値ＩＤＯＦＴの値は、上記燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭに応じて算出された燃料噴射時間ＴＯＵＴを用いて空燃比を制御したときに、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤに近づくように、実験により設定される。さらに、符号関数ｓｇｎ（σ（ｋ））の値は、σ（ｋ）≧０のときにｓｇｎ（σ（ｋ））＝１に、σ（ｋ）＜０のときにｓｇｎ（σ（ｋ））＝−１に設定される。なお、σ（ｋ）＝０のときに、ｓｇｎ（σ（ｋ））＝０に設定してもよい。
【００４２】
次に、前述したＬＡＦセンサ１２の劣化判定処理について、図７のフローチャートを参照しながら、詳細に説明する。この処理は、タイマ同期（例えば１０ｍｓｅｃ毎）により実行される。まず、ステップ１では、劣化判定完了フラグＦ＿ＬＯＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、すでに劣化判定が完了している場合には、そのまま本プログラムを終了する。
【００４３】
この答がＮＯで、劣化判定が完了していない場合には、ステップ２および３において、ＬＡＦセンサ１２が活性済みであるか否か、および判定条件が成立しているか否かをそれぞれ判別する。前者は、例えばＬＡＦセンサ１２の出力電圧とその中心電圧との差が所定値（例えば０．４Ｖ）よりも小さいときに、ＬＡＦセンサ１２が活性済みであると判別し、後者は、次の６つの条件が全て満たされているときに、車両（図示せず）の運転状態が定常状態であるとして、判定条件が成立していると判別するものである。
（ａ）車速ＶＰが、所定の下限速度ＶＰＬＯ＿Ｌ（例えば４０ｋｍ／ｈ）よりも大きく、かつ所定の上限速度ＶＰＬＯ＿Ｈ（例えば１２０ｋｍ／ｈ）よりも小さいこと。
（ｂ）エンジン回転数ＮＥが、所定の下限回転数ＮＥＬＯ＿Ｌ（例えば１８００ｒｐｍ）よりも大きく、かつ所定の上限回転数ＮＥＬＯ＿Ｈ（例えば２５００ｒｐｍ）よりも小さいこと。
（ｃ）吸気管内絶対圧ＰＢＡが、所定の下限圧ＰＢＬＯ＿Ｌ（例えば３６０ｍｍＨｇ）よりも大きく、かつ所定の上限圧ＰＢＬＯ＿Ｈ（例えば５１０ｍｍＨｇ）よりも小さいこと。
（ｄ）車速ＶＰの単位時間当たりの変化量の絶対値｜ΔＶＰ｜が、所定の下限値ＶＰＭＩ（例えば４ｋｍ／ｈ）よりも小さいこと。
（ｅ）エンジン回転数ＮＥの単位時間当たりの変化量の絶対値｜ΔＮＥ｜が、所定の下限値ＮＥＭＩ（例えば２００ｒｐｍ）よりも小さいこと。
（ｆ）吸気管内絶対圧ＰＢＡの単位時間当たりの変化量の絶対値｜ΔＰＢＡ｜が、所定の下限値ＰＢＭＩ（例えば３０ｍｍＨｇ）よりも小さいこと。
【００４４】
以上の６つの条件を判定条件としているのは、次のような理由によるものである。すなわち、後述するように、劣化判定装置１は、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを前述したように算出することで、燃料噴射時間ＴＯＵＴを比較的大きな振幅で変化させることにより、空燃比を比較的大きな振幅で変化させる。そして、この燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭによる空燃比の変化に対応するような変化状態を、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴが示しているか否かを判定することにより、ＬＡＦセンサ１２の劣化を判定する。また、上述したような６つの条件のいずれかが成立しない場合には、車両が不安定な運転状態にあるために、燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出するための燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭ以外の係数が変動し、それにより、空燃比が不安定な状態となるおそれがあるので、そのような状態では、上述したように劣化を判定する劣化判定装置１では、ＬＡＦセンサ１２の劣化を適正に判定できないおそれがあるためである。
【００４５】
したがって、上記ステップ２および３の答のいずれかがＮＯであるときには、ＬＡＦセンサ１２の劣化を適正に判定できないおそれがあるとして、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを値１．０に設定し（ステップ４）、ダウンカウント式の待機タイマのタイマ値ＴＭ＿ＫＦＤおよび判定タイマのタイマ値ＴＭ＿ＬＯＰをそれぞれ、所定の待機時間ＴＭ＿ＫＡＣＴＦＤ（例えば０．５ｓｅｃ）（所定時間）および所定の判定時間ＴＭ＿ＬＯＰＲＤ（例えば２．５ｓｅｃ）にセットする（ステップ５および６）とともに、劣化判定が完了していないことを示すために、劣化判定完了フラグＦ＿ＬＯＤＯＮＥを「０」にセットし（ステップ７）、本プログラムを終了する。このように、ＬＡＦセンサ１２が活性済みでないとき、または上述した判定条件が成立していないときには、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭが値１．０に設定される。それにより、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦ、目標空燃比ＫＣＭＤおよびエンジン３の運転状態などに基づいて、燃料噴射時間ＴＯＵＴが算出されることにより、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤになるように、空燃比が制御される。
【００４６】
一方、前記ステップ２および３の答のいずれもがＹＥＳで、ＬＡＦセンサ１２が活性済みであり、かつ判定条件が成立したときには、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭ算出処理を実行する（ステップ８）。この燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭは、前述したように、ファンクションジェネレータ３２により生成された判定用入力信号ＩＤＳＩＮに基づいて、ＤＳＭコントローラ３３により算出（生成）されるものである。
【００４７】
図８は、この燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭ算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップ２１では、ＲＡＭに記憶されている、前回のループで算出されたＤＳＭ出力の今回値ＤＳＭＳＧＮＳ（ｋ）［＝ｕ（ｋ）、変調出力］を、前回値ＤＳＭＳＧＮＳ（ｋ−１）［＝ｕ（ｋ−１）］として設定する。
【００４８】
次いで、ＲＡＭに記憶されている、前回のループで算出された偏差積分値の今回値ＤＳＭＳＩＧＭＡ（ｋ）［＝σ（ｋ）］を、前回値ＤＳＭＳＩＧＭＡ（ｋ−１）［＝σ（ｋ−１）］として設定する（ステップ２２）。
【００４９】
次に、判定用入力信号ＩＤＳＩＮからＤＳＭ出力の前回値ＤＳＭＳＧＮＳ（ｋ−１）を減算した値［ＩＤＳＩＮ−ＤＳＭＳＧＮＳ（ｋ−１）］を、偏差信号値ＤＳＭＤＥＬＴＡ［＝δ（ｋ）］として設定する（ステップ２３）。この処理は、前述した式（５）に相当する。
【００５０】
次いで、偏差積分値の前回値ＤＳＭＳＩＧＭＡ（ｋ−１）と偏差信号値ＤＳＭＤＥＬＴＡとの和［ＤＳＭＳＩＧＭＡ（ｋ−１）＋ＤＳＭＤＥＬＴＡ］を、偏差積分値の今回値ＤＳＭＳＩＧＭＡ（ｋ）として設定する（ステップ２４）。この処理は、前述した式（６）に相当する。
【００５１】
次に、ステップ２５〜２７において、上記ステップ２４で算出した偏差積分値の今回値ＤＳＭＳＩＧＭＡ（ｋ）が値０以上のときには、ＤＳＭ出力の今回値ＤＳＭＳＧＮＳ（ｋ）を値１．０に設定し、値０よりも小さいときには、ＤＳＭ出力の今回値ＤＳＭＳＧＮＳ（ｋ）を値−１．０に設定する。以上のステップ２５〜２７の処理は、前述した式（７）に相当する。
【００５２】
次いで、振幅調整ゲインＦと、上記ステップ２６または２７で設定されたＤＳＭ出力の今回値ＤＳＭＳＧＮＳ（ｋ）とを互いに乗算した値を、増幅ＤＳＭ出力ＩＤＤＳＭとして設定する（ステップ２８）。この処理が、前述した式（８）に相当する。
【００５３】
次に、ステップ２８で算出された増幅ＤＳＭ出力ＩＤＤＳＭとオフセット値ＩＤＯＦＴとの和を、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭとして設定し（ステップ２９）、本プログラムを終了する。この処理が、前述した式（９）に相当する。なお、以上の燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭ算出処理の終了に伴い、この燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを用いた空燃比制御、すなわち、前述した劣化判定用の空燃比制御を実行することにより、空燃比を比較的大きな振幅で変化させる。
【００５４】
図７に戻り、前記ステップ８に続くステップ９では、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆを算出する。前述したように、このフィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆは、前記式（１）を用いることにより、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴから、前述した判定用入力信号ＩＤＳＩＮの周波数である所定の周波数ｆｉｄ域の値のみを抽出した値として算出される。
【００５５】
次いで、ステップ９で算出されたフィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆに基づき、振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡを算出し（ステップ１０）、前記ステップ５でセットされた所定の待機タイマのタイマ値ＴＭ＿ＫＦＤが値０であるか否かを判別する（ステップ１１）。この答がＮＯで、劣化判定用の空燃比制御の開始時から、所定の待機時間ＴＭ＿ＫＡＣＴＦＤが経過していないときには、前記ステップ７を実行し、ＬＡＦセンサ１２の劣化を判定することなく、本プログラムを終了する。このように、劣化判定用の空燃比制御の開始時から所定の待機時間ＴＭ＿ＫＡＣＴＦＤが経過していないときに、ＬＡＦセンサ１２の劣化を判定しないのは、次の理由による。すなわち、混合気がエンジン３の気筒に供給されてから、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴがその混合気に応じた値を示すまでには、ある程度の時間遅れを伴う。したがって、上述したように、劣化判定用の空燃比制御の開始時から所定の待機時間ＴＭ＿ＫＡＣＴＦＤが経過するのを待つことにより、劣化判定用の空燃比制御によって空燃比が確実に制御された後に得られたＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴに基づいて、劣化判定を適切に行えるようにするためである。また、所定の待機時間ＴＭ＿ＫＡＣＴＦＤによる、劣化判定用の空燃比制御の開始時からの待機時間は、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆの初期応答が減衰するのを待つことにより、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆが安定した状態になるのを待つ役割も兼ねている。
【００５６】
したがって、このステップ１１の答がＹＥＳで、ＴＭ＿ＫＦＤ＝０のときには、劣化判定用の空燃比制御により空燃比が制御された状態であるとして、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰを算出する（ステップ１２）。この場合、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰは、その前回値と振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡの和として算出される。なお、今回のループが本プログラムの開始直後のループである場合、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰは、そのときの振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡに設定される。
【００５７】
ステップ１２に続くステップ１３では、前記ステップ６でセットされた判定タイマのタイマ値ＴＭ＿ＬＯＰが値０であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、前記ステップ７を実行し、ＬＡＦセンサ１２の劣化を判定することなく、本プログラムを終了する。
【００５８】
ステップ１３の答がＹＥＳで、ＴＭ＿ＬＯＰ＝０、すなわち、劣化判定用の空燃比制御の開始時から所定の判定時間ＴＭ＿ＬＯＰＲＤに相当する複数回分、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰの算出が繰り返し、実行されたときには、そのときの判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰが所定の判定値ＬＡＦ＿ＤＬＹＰ＿ＯＫ（例えば０．００１）以上であるか否かを判別する（ステップ１４）。以上のように、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰは、本プログラムの実行ごとに算出された振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡを、前記空燃比制御の開始時から所定の判定時間ＴＭ＿ＬＯＰＲＤが経過するまで積算した値に設定される。
【００５９】
ステップ１４の答がＮＯで、ＬＡＦ＿ＤＬＹＰ＜ＬＡＦ＿ＤＬＹＰ＿ＯＫのときには、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭに応じて前述したように算出した燃料噴射時間ＴＯＵＴによって空燃比を比較的大きな振幅で変化させても、この変化に対応するような変化状態を、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴが示していないため、ＬＡＦセンサ１２が劣化しているとして、劣化フラグＦ＿ＬＡＦＯＢＤを「１」にセットするとともに、劣化判定完了フラグＦ＿ＬＯＤＯＮＥを「１」にセットし（ステップ１５）、本プログラムを終了する。これに伴い、ＬＡＦセンサ１２の劣化を示す警告ランプ２０が点灯される。
【００６０】
一方、前記ステップ１４の答がＹＥＳで、ＬＡＦ＿ＤＬＹＰ≧ＬＡＦ＿ＤＬＹＰ＿ＯＫのときには、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴが、比較的大きな振幅で変化する空燃比に対応するように十分に変化しており、ＬＡＦセンサ１２が正常であるとして、劣化判定完了フラグＦ＿ＬＯＤＯＮＥを「１」にセットし（ステップ１６）、本プログラムを終了する。この場合、劣化フラグＦ＿ＬＡＦＯＢＤは「０」に維持される。
【００６１】
図９および図１０は、上述した劣化判定処理を行ったときの動作例を、ＬＡＦセンサ１２が正常である場合と劣化している場合についてそれぞれ示している。なお、これらの動作例では、所定のオフセット値ＩＤＯＦＴは、値１．０（理論空燃比の当量比相当）に設定されている。また、両図における時刻ｔ１は、劣化判定用の空燃比制御の実行開始時を示し、ｔ２は、その後、待機時間ＴＭ＿ＫＡＣＴＦＤが経過した後の判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰの算出開始時期を示し、ｔ３は、判定時間ＴＭ＿ＬＯＰＲＤの経過時を示す。さらに、時刻ｔ１〜ｔ３の時間では、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦが値１．０に設定されている。
【００６２】
まず、劣化判定用の空燃比制御の開始後（時刻ｔ１以降）、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭは、値１．０から振幅調整ゲインＦに相当する比較的大きな振幅で、＋側および−側に矩形波状に変化する。これに対して、ＬＡＦセンサ１２が正常である場合には、図９に示すように、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴは、上記燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭに応じて比較的大きな振幅で変化する空燃比に対応するように、リーン側およびリッチ側に明確に波形状に変化している。また、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴをバンドパスフィルタ３５でフィルタリングすることにより得られるフィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆは、所定の周波数ｆｉｄ以外のノイズ成分が除去されることで、値０を中心に、＋側および−側になめらかにかつ明確な波形状に変化している。また、その振幅は、時間の経過に伴ってより大きくなっている。このフィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆの振幅の絶対値である振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡは、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆと同様の傾向で、なめらかにかつ明確な大きな振幅で変化している。そして、この振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡの積算値である判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰは、時間の経過に伴い、比較的大きな割合で増加する。したがって、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰが所定の判定値ＬＡＦ＿ＤＬＹＰ＿ＯＫ以上のときに、ＬＡＦセンサ１２が正常であると判定することができる。
【００６３】
一方、ＬＡＦセンサ１２が劣化している場合には、図１０に示すように、劣化判定用の空燃比制御の開始後（時刻ｔ１以降）、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭに応じて空燃比を比較的大きな振幅で変化させても、ＬＡＦセンサ１２が正常な場合と比較して、この空燃比の変化に対するＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴの変化が鈍く、明確な波形を示さない。このため、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆおよび振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡの振幅は、いずれも非常に小さい。その結果、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰの増加度合も非常に小さい。したがって、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰが判定値ＬＡＦ＿ＤＬＹＰ＿ＯＫより小さいときに、ＬＡＦセンサ１２が劣化していると判定することができる。
【００６４】
以上のように、本実施形態によれば、劣化判定処理中において、前述したようなΔΣ変調アルゴリズムの特性を利用して算出した燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭにより、燃料噴射時間ＴＯＵＴを、予期しない空燃比の変動を生じる燃料噴射時間ＴＯＵＴの変動幅よりも大きな振幅で変化させるので、この変動に起因するノイズによるＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴへの影響を抑制することができる。したがって、そのようなノイズの影響が抑制された状態で得られたＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴに基づいて、その劣化を判定でき、それにより、劣化判定の精度を向上させることができる。また、劣化判定用の空燃比制御の開始時から、所定の待機時間ＴＭ＿ＫＡＣＴＦＤが経過するのを待って、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰの算出を開始するので、この判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰを用いた判定を、劣化判定用の空燃比制御により空燃比が確実に制御された後に得られたＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴに基づいて行うことができ、したがって、この判定の精度をさらに向上させることができる。
【００６５】
また、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴを、判定用入力信号ＩＤＳＩＮの周波数である所定の周波数ｆｉｄ域を通過させるようにフィルタリングした値として、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆを算出し、このフィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆに基づいて判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰを算出するので、フィルタリング前のＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴ中に含まれうるノイズを排除することができ、したがって、劣化判定の精度をさらに向上させることができる。さらに、判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰは、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆに基づき、その振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡの積算値として算出されるので、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴに含まれるノイズの影響を排除でき、その結果、劣化判定の精度をさらに向上させることができる。
【００６６】
また、劣化判定処理中に、所定のオフセット値ＩＤＯＦＴにより、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤに近づくように、燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出するので、三元触媒７の浄化能力を良好な状態に維持することができ、したがって、排気ガス特性を良好に維持することができる。さらに、劣化判定中に、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦに応じて燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出することにより、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴに応じた空燃比のＦ／Ｂ制御を実行するので、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴを目標空燃比ＫＣＭＤに常に近づけることができ、したがって、排気ガス特性をより良好に維持することができる。
【００６７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、上述した第１実施形態と比較して、劣化判定処理における最終的な判定手法のみが異なっている。具体的には、ＬＡＦセンサ１２の劣化が、第１実施形態では、前述したように、振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡの積算値である判定パラメータＬＡＦ＿ＤＬＹＰを用いて判定されるのに対し、本実施形態では、振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡが所定のしきい値ＫＡＣＴＲＥＦを上回った回数に応じて判定される。図１１は、本実施形態の劣化判定処理を示すフローチャートである。同図において、第１実施形態における劣化判定処理と同じ実行内容の部分については、同じステップ番号を用いて示している。また、同図から明らかなように、ステップ１１以降の処理が異なっているので、以下、ステップ１１以降の処理について、同図を参照しながら説明する。
【００６８】
ステップ１１の答がＹＥＳで、待機タイマのタイマ値ＴＭ＿ＫＦＤが値０のときには、前記ステップ１０で算出された振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡが、所定のしきい値ＫＡＣＴＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ３０）。
【００６９】
この答がＹＥＳのときには、判定用カウンタのカウンタ値ＣＮＴをインクリメントし（ステップ３１）、ステップ３２に進む。一方、この答がＮＯで、ＫＡＣＴ＿ＦＡ＜ＫＡＣＴＲＥＦのときには、ステップ３１をスキップして、ステップ３２に進む。
【００７０】
このステップ３２では、前記ステップ６でセットされた判定タイマのタイマ値ＴＭ＿ＬＯＰが値０であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、前記ステップ７を実行し、ＬＡＦセンサ１２の劣化を判定することなく、本プログラムを終了する。
【００７１】
一方、ステップ３２の答がＹＥＳのとき、すなわち、判定タイマのタイマ値ＴＭ＿ＬＯＰが値０のときには、判定用カウンタのカウンタ値ＣＮＴが所定値ＣＮＴＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ３３）。この答がＮＯで、ＣＮＴ＜ＣＮＴＲＥＦのとき、すなわち、劣化判定用の空燃比制御の開始時から、所定の判定時間ＴＭ＿ＬＯＰＲＤが経過するまでの間に、振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡが所定のしきい値ＫＡＣＴＲＥＦ以上となった回数が、所定値ＣＮＴＲＥＦに達していないときには、ＬＡＦセンサ１２が劣化しているとして、前記ステップ１５を実行し、本プログラムを終了する。これに伴い、第１実施形態の場合と同様に、ＬＡＦセンサ１２の劣化を示す警告ランプ２０が点灯される。
【００７２】
上記の場合に、ＬＡＦセンサ１２が劣化していると判定するのは、次の理由による。すなわち、前述したように、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆの振幅は、ＬＡＦセンサ１２が正常な場合には、大きな値を示す一方、劣化している場合には、小さな値を示すので、その振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡもまた同じ傾向を示す。したがって、振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡが所定のしきい値ＫＡＣＴＲＥＦを上回った回数に基づいて、ＬＡＦセンサ１２の劣化を判定することができる。
【００７３】
一方、ステップ３３の答がＹＥＳで、ＣＮＴ≧ＣＮＴＲＥＦのとき、すなわち振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡが所定のしきい値ＫＡＣＴＲＥＦ以上となった回数が、所定値ＣＮＴＲＥＦに達したときには、ＬＡＦセンサ１２が正常であるとして、前記ステップ１６を実行し、本プログラムを終了する。
【００７４】
以上のように、この第２実施形態によれば、フィルタリング値ＫＡＣＴ＿Ｆの振幅の絶対値である振幅絶対値ＫＡＣＴ＿ＦＡが、所定のしきい値ＫＡＣＴＲＥＦ以上となった回数が、所定値ＣＮＴＲＥＦに達したときにＬＡＦセンサ１２が正常であると判定するので、予期しない空燃比の変動に起因するノイズがＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴに及ぼす影響を排除しながら、その劣化を判定でき、したがって、この判定を精度良く行うことができるなど、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
次に、図１２を参照しながら、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態と比較して、ＤＳＭコントローラ３３に代えて、ＳＤＭコントローラ５１（変調出力生成手段）を用いる点のみが異なっている。このＳＤＭコントローラ５１は、ΣΔ変調アルゴリズムを応用した制御アルゴリズムにより、参照信号ＩＤＳＩＮに基づいて、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを算出するものである。
【００７６】
すなわち、同図に示すように、このＳＤＭコントローラ５１では、参照信号ｒ（ｋ）として、判定用入力信号ＩＤＳＩＮが入力される。次に、積分器５１ａにより、参照信号積分値σｒ（ｋ）が、遅延素子５１ｂで遅延された参照信号積分値σｒ（ｋ−１）と参照信号ｒ（ｋ）の和の信号として生成される。一方、積分器５１ｃにより、ＳＤＭ出力積分値σｕ_s（ｋ）が、遅延素子５１ｄで遅延されたＳＤＭ出力積分値σｕ_s（ｋ−１）と、遅延素子５１ｅで遅延されたＳＤＭ出力ｕ_s（ｋ−１）との和の信号として生成される。そして、差分器５１ｆにより、参照信号積分値σｒ（ｋ）とＳＤＭ出力積分値σｕ_s（ｋ）との偏差信号δ（ｋ）が生成される。
【００７７】
次いで、量子化器５１ｇ（符号関数）により、ＳＤＭ出力ｕ_s（ｋ）（変調出力）が、上記の偏差信号δ（ｋ）を符号化した値として生成される。そして、増幅器５１ｈにより、増幅ＳＤＭ出力ＩＤＤＳＭ（ｋ）が、ＳＤＭ出力ｕ_s（ｋ）を振幅調整ゲインＦで増幅した値として生成され、次に、加算器５１ｉにより、この増幅ＳＤＭ出力ＩＤＤＳＭ（ｋ）に所定のオフセット値ＩＤＯＦＴを加算した値として、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭ（ｋ）が生成される。
【００７８】
以上のＳＤＭコントローラ５１の制御アルゴリズムは、以下の式（１０）〜（１５）により表される。
σｒ（ｋ）＝σｒ（ｋ−１）＋ｒ（ｋ） ……（１０）
σｕ_s（ｋ）＝σｕ_s（ｋ−１）＋ｕ_s（ｋ−１） ……（１１）
δ（ｋ）＝σｒ（ｋ）−σｕ_s（ｋ） ……（１２）
ｕ_s（ｋ）＝ｓｇｎ（δ（ｋ）） ……（１３）
ＩＤＤＳＭ（ｋ）＝Ｆ・ｕ_s（ｋ） ……（１４）
ＫＩＤＤＳＭ（ｋ）＝ＩＤＯＦＴ＋ＩＤＤＳＭ（ｋ） ……（１５）
ここで、振幅調整ゲインＦの値は所定値（例えば０．１Ａ／Ｆ）に設定される。また、所定のオフセット値ＩＤＯＦＴの値は、上記燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭに応じて算出された燃料噴射時間ＴＯＵＴを用いて空燃比を制御したときに、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤに近づくように、実験により設定される。さらに、符号関数ｓｇｎ（σ（ｋ））の値は、σ（ｋ）≧０のときにｓｇｎ（σ（ｋ））＝１に、σ（ｋ）＜０のときにｓｇｎ（σ（ｋ））＝−１に設定される。なお、σ（ｋ）＝０のときに、ｓｇｎ（σ（ｋ））＝０に設定してもよい。
【００７９】
以上のＳＤＭコントローラ５１の制御アルゴリズムすなわちΣΔ変調アルゴリズムの特性は、ΔΣ変調アルゴリズムと同様に、ＳＤＭ出力ｕ_s（ｋ）を制御対象に入力した際、参照信号ｒ（ｋ）が制御対象の出力に再現されるような値として、ＳＤＭ出力ｕ_s（ｋ）を生成できるという点にある。すなわち、ＳＤＭコントローラ５１は、前述したＤＳＭコントローラ３３と同様の燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを生成できるという特性を備えている。したがって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、ＳＤＭコントローラ５１による燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭの算出は、図示しないが、ＤＳＭコントローラ３３の場合とほぼ同様に行われる。
【００８０】
次に、図１３を参照しながら、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態と比較して、ＤＳＭコントローラ３３に代えて、ＤＭコントローラ６１（変調出力生成手段）を用いる点のみが異なっている。このＤＭコントローラ６１は、Δ変調アルゴリズムを応用した制御アルゴリズムにより、参照信号ＩＤＳＩＮに基づいて、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを算出するものである。
【００８１】
すなわち、同図に示すように、このＤＭコントローラ６１では、参照信号ｒ（ｋ）として、判定用入力信号ＩＤＳＩＮが入力される。また、積分器６１ａにより、ＤＭ出力積分値σｕ_d（ｋ）が、遅延素子６１ｂで遅延されたＤＭ出力積分値σｕ_d（ｋ−１）と、遅延素子６１ｃで遅延されたＤＭ出力ｕ_d（ｋ−１）との和の信号として生成される。そして、差分器６１ｄにより、参照信号ｒ（ｋ）とＤＭ出力積分値σｕ_d（ｋ）との偏差信号δ（ｋ）が生成される。
【００８２】
次いで、量子化器６１ｅ（符号関数）により、ＤＭ出力ｕ_d（ｋ）（変調出力）が、この偏差信号δ（ｋ）を符号化した値として生成される。そして、増幅器６１ｆにより、増幅ＤＭ出力ＩＤＤＳＭ（ｋ）が、ＤＭ出力ｕ_d（ｋ）を振幅調整ゲインＦで増幅した値として生成され、次に、加算器６１ｇにより、この増幅ＤＭ出力ＩＤＤＳＭ（ｋ）に所定のオフセット値ＩＤＯＦＴを加算した値として、燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭ（ｋ）が生成される。
【００８３】
以上のＤＭコントローラ６１の制御アルゴリズムは、以下の式（１６）〜（２０）により表される。
σｕ_d（ｋ）＝σｕ_d（ｋ−１）＋ｕ_d（ｋ−１） ……（１６）
δ（ｋ）＝ｒ（ｋ）−σｕ_d（ｋ） ……（１７）
ｕ_d（ｋ）＝ｓｇｎ（δ（ｋ）） ……（１８）
ＩＤＤＳＭ（ｋ）＝Ｆ・ｕ_d（ｋ） ……（１９）
ＫＩＤＤＳＭ（ｋ）＝ＩＤＯＦＴ＋ＩＤＤＳＭ（ｋ） ……（２０）
ここで、振幅調整ゲインＦの値は所定値（例えば０．１Ａ／Ｆ）に設定される。また、所定のオフセット値ＩＤＯＦＴの値は、上記燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭに応じて算出された燃料噴射時間ＴＯＵＴを用いて空燃比の制御を実行したときに、ＬＡＦセンサ１２の出力ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤに近づくように、実験により設定される。さらに、符号関数ｓｇｎ（σ（ｋ））の値は、σ（ｋ）≧０のときにｓｇｎ（σ（ｋ））＝１に、σ（ｋ）＜０のときにｓｇｎ（σ（ｋ））＝−１に設定される。なお、σ（ｋ）＝０のときに、ｓｇｎ（σ（ｋ））＝０に設定してもよい。
【００８４】
以上のＤＭコントローラ６１の制御アルゴリズムすなわちΔ変調アルゴリズムの特性は、ΔΣ変調アルゴリズムと同様に、ＤＭ出力ｕ_d（ｋ）を制御対象に入力した際、参照信号ｒ（ｋ）が制御対象の出力に再現されるような値として、ＤＭ出力ｕ_d（ｋ）を生成できるという点にある。すなわち、ＤＭコントローラ６１は、前述したＤＳＭコントローラ３３およびＳＤＭコントローラ５１と同様の燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭを生成できるという特性を備えている。したがって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、ＤＭコントローラ６１による燃料反映係数ＫＩＤＤＳＭの算出は、図示しないが、ＤＳＭコントローラ３３の場合とほぼ同様に行われる。
【００８５】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、本実施形態では、ＬＡＦセンサ１２の劣化を判定したが、排気ガス中の酸素濃度を表す検出信号を出力する他のタイプのセンサ、例えば、理論空燃比の前後において出力が急激に変化する特性を有する酸素濃度センサ、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ、および排気ガス中のＨＣ濃度を検出するＨＣセンサなどの劣化を、判定してもよい。また、判定用入力信号生成部３０および劣化判定部３１を、実施形態のプログラムによるソフト的な処理によらずに、電気回路で構成してもよい。さらに、実施形態では、ＬＡＦセンサ１２が触媒装置７の上流側に取り付けられているが、ＬＡＦセンサ１２の取り付け位置は、これに限らず、触媒装置７の下流側でもよいことはいうまでもない。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の排ガスセンサの劣化判定装置によれば、空燃比制御中の予期しない空燃比の変動が生じたときでも、この変動に起因するノイズによる排ガスセンサの出力への影響を抑制しながら、排ガスセンサの劣化を判定することができ、それにより、この判定の精度を向上させることができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の劣化判定装置およびこれを適用したＬＡＦセンサを備える内燃機関の概略図である。
【図２】劣化判定装置の判定用入力信号生成部、燃料噴射量生成部および劣化判定部の構成を示すブロック図である。
【図３】バンドパスフィルタのゲイン特性および位相特性を示す図である。
【図４】ΔΣ変調を実行するコントローラおよびこれを備えた制御系の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の制御系の制御結果の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】ＤＳＭコントローラの構成を示すブロック図である。
【図７】劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図８】図７のステップ８のＫＩＤＤＳＭ算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】ＬＡＦセンサが正常であるときの劣化判定処理の動作例を示す図である。
【図１０】ＬＡＦセンサが劣化しているときの劣化判定処理の動作例を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による劣化判定装置の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第３実施形態のＳＤＭコントローラの構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第４実施形態のＤＭコントローラの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１劣化判定装置
２ＥＣＵ（判定用入力生成手段、変調出力生成手段、制御手段、劣化判定手段、バンドパスフィルタ、積算値生成手段、補正手段）
３エンジン
６排気管（排気通路）
１２ＬＡＦセンサ（排ガスセンサ）
３２ファンクションジェネレータ（判定用入力生成手段）
３３ＤＳＭコントローラ（変調出力生成手段）
５１ＳＤＭコントローラ（変調出力生成手段）
６１ＤＭコントローラ（変調出力生成手段）
３８判定器（劣化判定手段）
３５バンドパスフィルタ
３７積分器（積算値生成手段）
３４Ｆ／Ｂ補償器（補正手段）
ＫＡＣＴＬＡＦセンサ１２の出力（排ガスセンサの出力）
ＩＤＳＩＮ判定用入力信号（判定用入力）
ｕ（ｋ）ＤＳＭ出力（変調出力）
ＤＳＭＳＧＮＳ（ｋ）ＤＳＭ出力（変調出力）
ｕ_s（ｋ）ＳＤＭ出力（変調出力）
ｕ_d（ｋ）ＤＭ出力（変調出力）
ＴＯＵＴ燃料噴射時間（燃料噴射量）
ｆｉｄ所定の周波数（判定用入力の周波数）
ＫＡＣＴ＿Ｆフィルタリング値（フィルタリングされた排ガスセンサの出力）
ＴＭ＿ＫＡＣＴＦＤ所定の待機時間（所定時間）
ＫＡＣＴ＿ＦＡ振幅絶対値（排ガスセンサの出力の振幅の変化状態）
ＬＡＦ＿ＤＬＹＰ判定パラメータ（積算値）
ＩＤＯＦＴ所定のオフセット値（所定値）

Claims

内燃機関から排気通路に排出された排気ガス中の所定の成分の量を表す検出信号を出力する排ガスセンサの劣化を、当該排ガスセンサの出力に基づいて判定する排ガスセンサの劣化判定装置であって、
前記排ガスセンサの劣化を判定するための正弦波状の判定用入力を生成する判定用入力生成手段と、
当該生成された判定用入力を、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれか１つに基づいて変調することにより、矩形波状の変調出力を生成する変調出力生成手段と、
当該生成された変調出力に応じて、前記内燃機関の燃料噴射量を制御する制御手段と、
当該制御手段により前記燃料噴射量が制御されているときの前記排ガスセンサの出力に基づいて、当該排ガスセンサの劣化を判定する劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする排ガスセンサの劣化判定装置。
前記排ガスセンサの出力が入力されるとともに、当該排ガスセンサの出力のうちの前記判定用入力の周波数域を含む所定の周波数域の成分を通過させるようにフィルタリングするバンドパスフィルタをさらに備え、
前記劣化判定手段は、前記バンドパスフィルタによりフィルタリングされた前記排ガスセンサの出力に基づいて、当該排ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする、請求項１に記載の排ガスセンサの劣化判定装置。
前記劣化判定手段は、前記制御手段による前記燃料噴射量の制御の開始時から所定時間が経過した後の前記排ガスセンサの出力に基づいて、当該排ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする、請求項１または２に記載の排ガスセンサの劣化判定装置。
前記劣化判定手段は、前記排ガスセンサの出力の振幅の変化状態に基づいて、当該排ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガスセンサの劣化判定装置。
前記排ガスセンサから互いに異なるタイミングで出力された複数回分の出力を積算した積算値を生成する積算値生成手段をさらに備え、
前記劣化判定手段は、当該生成された積算値に基づいて、前記排ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の排ガスセンサの劣化判定装置。
前記制御手段は、前記変調出力生成手段によって生成された前記変調出力に所定値を加算した値に応じて、前記燃料噴射量を制御することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の排ガスセンサの劣化判定装置。
前記排ガスセンサは、排気ガス中の酸素濃度を表す検出信号を出力する空燃比センサであり、
前記燃料噴射量を、前記空燃比センサの出力に応じて補正する補正手段をさらに備えていることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の排ガスセンサの劣化判定装置。